JP2009093698A - 光学ヘッド装置および光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から対物レンズまでの光学系全体で発生する軸上色収差を抑えることができる光学ヘッド装置及び光情報処理装置を提供すること。
【解決手段】光学ヘッド装置１０は、半導体レーザ１と、半導体レーザ１からの光束を対物レンズ６へ導く導光部１１と、光束を光ディスク３０上に集光する対物レンズ６とを備え、対物レンズ６は、半導体レーザ１が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、対物レンズ６で発生する軸上色収差と、対物レンズ６を除く導光部１１で発生する軸上色収差とを、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造を形成することにより補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光情報記録媒体に対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光学ヘッド装置、及びかかる光学ヘッド装置を備えた光情報処理装置に関するものである。

高密度及び大容量の光情報記録媒体としては、ＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙディスク（以下、ＢＤと略す）などの光ディスクがある。このような光ディスクは、画像、音楽及びコンピュータデータを記録する記録媒体として、最近急速に普及しつつある。

光ディスクの大容量化に伴い、光学ヘッド装置用光源の短波長化と対物レンズの高開口数化が進んでいる。短波長領域では、レンズ素子等の光学材料の分散が非常に大きいため、わずかな光束の波長の変化により、光学材料の屈折率が大きく変化する。従って、近年の光学ヘッド装置では、色収差の補正を考慮する必要があった。

ここで、光学ヘッド装置では、一般的に情報の再生時のレーザパワーよりも記録時のレーザパワーの方が大きいため、再生から記録に切り替える際の出力変化により中心波長が瞬時的に数ｎｍ変化する現象を起こす場合がある。この現象に起因して発生したデフォーカス誤差は、対物レンズをフォーカシング動作させることで除去できるが、対物レンズの色収差が補正されていないと、対物レンズをフォーカシング動作させるまでの数ｎｓｅｃの間は、デフォーカス誤差による記録不良等の不具合が生じる。対物レンズの軸上色収差は、対物レンズを通過する光束の光源波長が短くなるほど大きくなるので、光源波長が短くなるほどこの現象に起因した波面収差劣化は大きくなる傾向がある。以上の理由から、特に青紫色半導体レーザを光源として使用する光学ヘッド装置では、対物レンズの軸上色収差の補正が必要であるといえる。

対物レンズの軸上色収差を簡単な構成で補正するための素子として、回折作用を利用した回折素子が公知である。青紫色半導体レーザを光源として使用する光学ヘッド装置において、対物レンズの軸上色収差を補正するための回折素子を備えた光学ヘッド装置が、以下の特開２００１−２５６６７２号公報（従来例１）、特開２００１−１０８８９４号公報（従来例２）及び特開２００２−０８２２８０号公報（従来例３）に記載されている。
特開２００１−２５６６７２号公報（従来例１） 特開２００１−１０８８９４号公報（従来例２） 特開２００２−０８２２８０号公報（従来例３）

上記の従来例１に記載された光学ヘッド装置は、青紫色半導体レーザ光源と対物レンズとの間の平行光束中に配置された回折素子により、対物レンズの軸上色収差を補正するものである。また、従来例２に記載された光学ヘッド装置用光学系は、青紫色半導体レーザ光源からの発散光束を平行光束に変換して対物レンズに導くためのコリメートレンズの光学面上に回折構造を形成して、その作用により、対物レンズの軸上色収差を補正するものである。また、従来例３に記載された光学ヘッド装置は、青紫色半導体レーザ光源と対物レンズとの間の平行光束中に配置されたエキスパンダーレンズの光学面上に回折構造を形成して、その作用により、対物レンズの軸上色収差を補正するものである。

従来の光学ヘッド装置では、回折構造の作用により半導体レーザの波長が、光学ヘッド装置用光学系の設計波長より長くなる方向に変化した場合、色収差補正素子から出射されて対物レンズに向かう光束は収斂光束となる。また、半導体レーザの波長が、光学ヘッド装置用光学系の設計波長より短くなる方向に変化した場合、色収差補正素子から出射されて対物レンズに向かう光束は発散光束となる。この特性を利用することで、対物レンズの軸上色収差を補正することができる。しかるに、このように、半導体レーザの波長変化により対物レンズに向かう光束の発散度が変化すると、対物レンズの倍率が変化するため球面収差が発生する。

光学ヘッド装置において光源として使用される半導体レーザは、製造誤差により個体間に±１０ｎｍ程度の波長差がある。上記の光学ヘッド装置において、このように波長が、光学ヘッド装置用光学系の設計波長からずれた半導体レーザを使用する場合、対物レンズの倍率変化に伴って発生する球面収差を除去するため、コリメートレンズ位置や半導体レーザ位置の初期調整が必要となり、光学ヘッド装置の製造コストが増大する。

特に、上記の問題は、一般的に光学ヘッド装置のコスト低減やコンパクト化を図るための一手法である高開口数の対物レンズの単レンズ化によって、より顕在化される傾向がある。単レンズでは、入射光の波長が変化した場合の球面収差（以降、球面色収差と呼ぶ）は開口数の４乗に比例して増大する。そのため、コリメートレンズ位置の調整や半導体レーザ位置の初期調整で、上記の対物レンズの倍率変化に伴い発生した球面収差変化に加えて、対物レンズ自身に残留する球面色収差を補正する必要がある。また、高開口数の対物レンズの単レンズ化を実現するためには、光学面同士の光軸ずれに対するマージンを確保するため、高屈折率材料を使用するのが望ましい。

ところが、一般的に高屈折率材料は高分散であるので、色収差補正素子で補正するべき軸上色収差量が大きくなる傾向がある。そのため、かかる高屈折率材料からなる対物レンズの軸上色収差を補正するためには、色収差補正素子から対物レンズに向かう光束の、半導体レーザの波長変化に伴う発散度変化を大きく設定する必要がある。この結果、波長が光学ヘッド装置の設計波長からずれた半導体レーザを使用する場合、対物レンズの倍率変化が大きくなる。そのため、対物レンズの倍率変化に伴う球面収差の発生が大きくなり、コリメートレンズ位置の初期調整量や半導体レーザ位置の初期調整量が増大する。

かかる問題に対し、色収差補正素子を、半導体レーザの波長が変化した場合にその球面収差が変化するような設計とすることで、上記の対物レンズの倍率変化に伴って発生する球面収差を打ち消すことは可能である。

しかしながら、対物レンズのトラッキング駆動により光軸ズレが生じることで、再生から記録へのパワー変動による波長変化により、無視できない倍率色収差が発生し、良好なトラッキング特性が得られず記録又は再生不良が生じる恐れがある。

また、従来の光学ヘッド装置では、対物レンズのみの軸上色収差を色収差補正素子で補正していた。例えば、ＣＤやＤＶＤは多くとも２層の情報記録層で構成されており、このように情報記録層の層数が少ない場合、光源のレーザ光は低パワーでよいため、対物レンズ以外の光学系による軸上色収差は無視することが可能な量であった。

これに対し、近年、ＢＤなどの登場により、光ディスクは高倍速化及び多層化する傾向にある。光ディスクの高倍速化及び多層化により、光源のレーザ光は高パワーとなる。この場合、再生から記録への切り替え時において、光源の波長が数ｎｍ以上変動する。そのため、対物レンズ以外の光学系による軸上色収差の発生量は無視することができない量となり、光源から対物レンズまでの光学系全体の軸上色収差を抑えることが困難となる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、光源から対物レンズまでの光学系全体で発生する軸上色収差を抑えることができる光学ヘッド装置及び光情報処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明の光学ヘッド装置は、
光源と、
前記光源からの光束を光情報記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記光源からの光束を対物レンズへ導く導光部とを備え、
前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、前記対物レンズで発生する軸上色収差と、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差とを、
前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造を形成することにより補正する。

本発明の光学ヘッド装置は、
前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊと、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａとが、（１）式の条件を満足するように決定される。

｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜＝｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（１）
本発明の光学ヘッド装置は、
前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊと、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａと、前記光源の記録時平均パワーＬＤ＿ｐと、前記光源のパワー変動による波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐとが、（２）式の条件を満足するように決定される。

（｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜）−｜０．１６｜／（ＬＤ＿ｐ×Δλ／ΔＬＤ＿ｐ）≦｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（２）
本発明の光学ヘッド装置は、
前記導光部は、
前記光源からの光束を反射又は透過する第１の光学素子と、
前記第１の光学素子によって反射又は透過された光束の偏向方向を変更する第２の光学素子と、
前記第２の光学素子によって偏光方向が変更された光束を平行光に変換するコリメートレンズとを含む。

本発明の光学ヘッド装置は、
前記光情報記録媒体の情報記録面に情報信号を記録する際の前記光源の記録時平均パワーが１００ｍＷ以上であって、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造は、同心円状に配した輪帯数は７０輪帯以上であり、最小ピッチは８．０μｍ以下である。

本発明の対物レンズの収差補正方法は、上記の光学ヘッド装置に用いられる対物レンズの収差補正方法であって、
前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際における、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊとが決定され、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａが（３）式の条件を満足するように決定される。

｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜＝｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（３）
本発明の対物レンズの収差補正方法は、上記の光学ヘッド装置に用いられる対物レンズの収差補正方法であって、
前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際における、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊと、前記光源の記録時平均パワーＬＤ＿ｐと、前記光源のパワー変動による波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐとが決定され、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａが（４）式の条件を満足するように決定される前記対物レンズの収差補正方法。

（｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ−ｃａ｜）−｜０．１６｜／（ＬＤ＿ｐ×Δλ／ΔＬＤ＿ｐ）≦｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（４）
本発明の光情報処理装置は、
光情報記録媒体に対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光情報処理装置であって、
前記光情報記録媒体を回転させる回転部と、
上記の光学ヘッド装置であり、前記光情報記録媒体で反射され対物レンズを透過した光束を受光して前記光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子と、前記光情報記録媒体の情報トラックに対して対物レンズを少なくとも径方向に駆動するアクチュエータとを含む光学ヘッド装置と、前記回転部の駆動を制御するとともに、前記光学ヘッド装置の前記受光素子から受け取った電気信号に基づいて、前記光学ヘッド装置の前記アクチュエータの駆動を制御して前記光情報記録媒体に対するフォーカシング制御及びトラッキング制御を行う制御部とを備える。

本発明の光学ヘッド装置および光情報処理装置によれば、波長の短い青紫色光源を使用する光学ヘッド装置であって、入射する光の波長が変化した場合に、軸上色収差の発生が十分小さくすることができ、安定したフォーカシング駆動、トラッキング駆動ができるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の光ヘッド装置、光情報処理装置の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の符号は同一の構成要素または同様の作用、動作をなすものを表す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光学ヘッド装置の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１における光ディスクの概略構成を示す図である。

図１において、光学ヘッド装置１０は、半導体レーザ１、ビームスプリッタ２、１／４波長板３、コリメートレンズ４、反射ミラー５、対物レンズ６、検出レンズ７、受光素子８、２軸アクチュエータ９、ステッピングモータ４０及びレンズホルダ４１を備える。また、導光部１１は、ビームスプリッタ２、１／４波長板３、コリメートレンズ４及び反射ミラー５で構成され、半導体レーザ１によって出射された光束を対物レンズ６へ導く。

また、図２に示すように、透明基板を有する光ディスク（光情報記録媒体）３０には光入射面側（対物レンズ６側）から４つの情報記録面３１、３２、３３、３４が形成されており、それぞれ表面から情報記録面までの光透過層の厚さは、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４となっている。

半導体レーザ１は、例えば４０８ｎｍの青紫レーザ光を出射する。ビームスプリッタ２は、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を透過させるとともに、光ディスク３０によって反射されたレーザ光を受光素子８に向けて反射させる。１／４波長板３は、ビームスプリッタ２を透過した直線偏光のレーザ光を円偏光に変換するとともに、光ディスク３０によって反射された円偏光のレーザ光を直線偏光に変換する。

コリメートレンズ４は、１／４波長板３によって円偏光に変換されたレーザ光を発散光から平行光に変換するとともに、光ディスク３０によって反射されたレーザ光を受光素子８に集光する。反射ミラー５は、コリメートレンズ４によって平行光に変換されたレーザ光を光ディスク３０に向けて反射させるとともに、光ディスク３０によって反射されたレーザ光をコリメートレンズ４に向けて反射させる。

対物レンズ６は、光ディスク３０の所定の情報記録面にレーザ光を集光する。検出レンズ７は、光ディスク３０によって反射されたレーザ光を受光素子８に集光する。受光素子８は、受光したレーザ光を光電変換する。２軸アクチュエータ９は、対物レンズ６を駆動する。対物レンズ６は、例えば対物レンズ６の少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造が形成され、対物レンズ６及び対物レンズ６以外の光学系によって発生する軸上色収差を補正する。すなわち、対物レンズ６の回折レンズ構造は、半導体レーザ１が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、対物レンズ６で発生する軸上色収差と、対物レンズ６を除く導光部１１で発生する軸上色収差とを、対物レンズ６の少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造により補正する。

なお、ステッピングモータ４０は、コリメートレンズ４を駆動する。レンズホルダ４１は、コリメートレンズ４を保持する。

次に、光ディスク３０に対して情報の記録または再生を行う場合の光学ヘッド装置１０の動作について説明する。半導体レーザ１から出射された直線偏光のレーザ光は、ビームスプリッタ２を透過し、１／４波長板３で円偏光に変換される。その後、円偏光に変換されたレーザ光は、コリメートレンズ４で平行光に変換され、反射ミラー５で反射して、対物レンズ６によって、透明基板越しに光ディスク３０の情報記録面３１〜３４の何れかに光スポットとして集光される。

情報記録面３１〜３４の何れかで反射したレーザ光は、再び対物レンズ６を透過し、反射ミラー５で反射される。反射ミラー５で反射されたレーザ光は、コリメートレンズ４を透過し、１／４波長板３で往路とは異なる直線偏光に変換される。その後、直線偏光に変換されたレーザ光は、ビームスプリッタ２で反射され、検出レンズ７によって、受光素子８に導かれる。受光素子８で検出されたレーザ光は、光電変換された後演算されて、光ディスク３０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号と偏心に追従するためのトラッキング誤差信号とが生成される。２軸アクチュエータ９は、このフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づいて、回転する光ディスク３０の情報トラックに光スポットが追従するよう対物レンズ６を２軸方向に駆動する。

コリメートレンズ４は、レンズホルダ４１に保持され、ステッピングモータ４０によって、レーザ光の光軸に沿って移動可能となっている。情報記録面３１〜３４の光透過層の厚さに応じて、あるいは光透過層の厚さが規定値から外れている場合、コリメートレンズ４は、光透過層の厚さ変化に伴う球面収差を補正するようにレーザ光を発散光あるいは収束光とし、対物レンズ６で逆極性の球面収差を発生させ、球面収差を補正する。

続いて、本実施の形態における光学ヘッド装置１０の各構成要素の具体的な数値例を示す。

まず、半導体レーザ１によって出射されるレーザ光の波長λは、４０８ｎｍである。レーザ光の入射面から情報記録面３１までの光透過層の厚さｄ１は、６０μｍであり、レーザ光の入射面から情報記録面３２までの光透過層の厚さｄ２は、７０μｍであり、レーザ光の入射面から情報記録面３３までの光透過層の厚さｄ３は、８７．５μｍであり、レーザ光の入射面から情報記録面３４までの光透過層の厚さｄ４は、１００μｍである。

情報記録媒体の光透過層の屈折率ｎは、１．６である。対物レンズ６のレンズ材料は、アッベ数ｄが５７．９である住田光学ガラス社製のＶＣ７９を使用する。また、対物レンズ６は、ＮＡ（開口数）が０．８５の単レンズである。

さらに、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面には、色収差補正用の回折レンズ構造を有する。以下、色収差補正用の回折レンズ構造による色収差補正ついて、具体的な数値例を示す。

実施の形態１に係る光学ヘッド装置１０は、以下の（３）式の条件を満足している。

｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜＝｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（３）
但し、上記の（３）式において、Δｆｂ＿ｏｂｊは、対物レンズ６で発生する軸上色収差［μｍ／ｎｍ］であり、Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊは、対物レンズ６を除く光学系で発生する軸上色収差［μｍ／ｎｍ］であり、Δｆｂ＿ｃａは、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差［μｍ／ｎｍ］である。

ここで、情報記録面３３への情報記録時において、半導体レーザ１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍへ１ｎｍ変動すると、対物レンズ６で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊは、＋０．２４０［μｍ／ｎｍ］となり、対物レンズ６を除く光学系で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊは、＋０．０２０［μｍ／ｎｍ］となる。

上記の（３）式に軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊ＝＋０．２４０と軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ＝＋０．０２０とを代入することにより、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａは、−０．２６０［μｍ／ｎｍ］となる。このように、半導体レーザ１が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際における、軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊとを加算した軸上色収差が軸上色収差Δｆｂ＿ｃａと等しくなるように、軸上色収差Δｆｂ＿ｃａが決定される。したがって、半導体レーザ１から対物レンズ６までの光学系全体で発生する軸上色収差を抑えることができる。なお、このときの対物レンズ６の立上げミラー側の色収差補正用の回折レンズ構造は、輪対数は、１０９輪帯、最小ピッチは、５．０μｍである。

次に、実施の形態１の変形例について説明する。なお、実施の形態１の変形例における光学ヘッド装置１０の構成は図１と同様であるので説明を省略する。実施の形態１では、光学ヘッド装置１０は、上記の（３）式の条件を満足しているとしている。しかしながら、実施の形態１の変形例における光学ヘッド装置１０は、下記の（４）式の条件を満足している。

（｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜）−｜０．１６｜／（ＬＤ＿ｐ×Δλ／ΔＬＤ＿ｐ）≦｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（４）
ただし、上記の（４）式において、Δｆｂ＿ｏｂｊは、対物レンズ６で発生する軸上色収差［μｍ／ｎｍ］であり、Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊは、対物レンズ６を除く光学系で発生する軸上色収差［μｍ／ｎｍ］であり、Δｆｂ＿ｃａは、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差［μｍ／ｎｍ］であり、ＬＤ＿ｐは、半導体レーザ１の記録時平均パワー［ｍＷ］であり、Δλ／ΔＬＤ＿ｐは、半導体レーザ１のパワー変動による波長変動量［ｎｍ／ｍＷ］である。

ここで、上記の（４）式を変形すると、下記の（５）式となる。

（｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜−｜Δｆｂ＿ｃａ｜）×ＬＤ＿ｐ×Δλ／ΔＬＤ＿ｐ≦｜０．１６｜・・・（５）
以下、上記の（５）式に示すように、光学系全体で発生する軸上色収差によるデフォーカス量を±０．１６μｍ以下とする理由について説明する。図３は、記録時にデフォーカスを与えたマークを再生した場合のデフォーカス量とジッタ値との関係を示す図である。図３において、横軸は、記録時のデフォーカス量を示し、縦軸は、ジッタ値を示す。

図３に示すように、デフォーカス量が±０．１μｍを超えるとジッタ値の劣化が始まる。マージンの配分からデフォーカスによるジッタ値の劣化量は、０．５％以下にすることが好ましい。すなわち、図３の例では、ジッタ値のボトム値が８．０％であるので、劣化量を０．５％とすると、デフォーカスによるジッタ値の劣化量は８．５％以下にすることが好ましい。したがって、ジッタ値の劣化量が８．５％以下となるデフォーカス量の許容範囲は、±０．１６μｍ以下となる。

ここで、具体的な数値例を用いて実施の形態１の変形例について説明する。実施の形態１と同様に、半導体レーザ１によって出射されるレーザ光の波長λは、４０８ｎｍである。レーザ光の入射面から各情報記録面３１，３２，３３，３４までの光透過層の厚さｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４は、６０μｍ、７０μｍ、８７．５μｍ及び１００μｍである。情報記録媒体の光透過層の屈折率ｎは、１．６である。対物レンズ６のレンズ材料は、アッベ数ｄが５７．９である住田光学ガラス社製のＶＣ７９を使用する。また、対物レンズ６は、ＮＡ（開口数）が０．８５の単レンズである。

さらに、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面には、色収差補正用の回折レンズ構造を有する。以下、色収差補正用の回折レンズ構造による色収差補正ついて、具体的な数値例を示す。

このとき、情報記録面３３への情報記録時において、半導体レーザ１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍへ１ｎｍ変動すると、対物レンズ６で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊは、＋０．２４０［μｍ／ｎｍ］となり、対物レンズ６を除く光学系で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊは、＋０．０２０［μｍ／ｎｍ］となる。

また、半導体レーザ１の記録時平均パワーＬＤ＿ｐを１００［ｍＷ］、半導体レーザ１のパワー変動による波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐを＋０．０２０［ｎｍ／ｍＷ］とすると、再生から記録に切り替える際のレーザ光の中心波長は２ｎｍ変化する。このとき、光学系全体で発生する軸上色収差によるデフォーカス量が、フォーカス制御に影響を与えない範囲は、上記の（４）式で表すことができる。

上記の（４）式により、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａは、−０．２００［μｍ／ｎｍ］となり、光学系全体で発生する軸上色収差によるデフォーカス量は、０．１２０［μｍ］となり、このデフォーカス量は、０．１６［μｍ］以下となる。したがって、光学系全体で発生する軸上色収差によるデフォーカス量を実用上問題ないレベルに抑えることができる。なお、このときの対物レンズ６の立上げミラー側の色収差補正用の回折レンズ構造は、同心円状に配した輪帯数は８３輪帯であり、最小ピッチは６．６μｍである。輪帯数、最小ピッチは、製造上の歩留まり、金型の加工精度等を考慮すると、望ましいレベルである。

このように、半導体レーザ１が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊとを加算してから軸上色収差Δｆｂ＿ｃａを減算した軸上色収差に記録時平均パワーＬＤ＿ｐと波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐとを乗算した値が、デフォーカス量の許容範囲である±０．１６μｍ以下になるように設定されるので、半導体レーザ１から対物レンズ６までの光学系全体で発生する軸上色収差を抑えることができる。

なお、上述したように、近年、光ディスクは高倍速化及び多層化する傾向にある。図４は、単層、２層及び４層の光ディスクにおける倍速数と記録パワーとの予測値を示す図である。図４において、横軸は、光ディスクの倍速数を示し、左縦軸は、対物レンズから出射されるレーザ光の記録パワー（ＯＬ＿ｏｕｔ記録パワー）を示し、右縦軸は、光学ヘッド装置の光利用効率を１０％とした場合の光源から出射されるレーザ光の記録パワー（ＬＤ＿ｏｕｔ記録パワー）を示す。

光ディスクの高倍速化及び多層化により、ＯＬ＿ｏｕｔ記録パワーが２０ｍＷを超え、ＬＤ＿ｏｕｔ記録パワーが２００ｍＷを超えた場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の記録時平均パワーは１００ｍＷ以上となる。光ディスク３０の情報記録面に情報信号を記録する際の半導体レーザ１の記録時平均パワーが１００ｍＷ以上となる場合、半導体レーザ１の波長が２ｎｍ以上変動するため、対物レンズ６を除く導光部１１で発生する軸上色収差の発生量は無視することができない量となる。

しかしながら、対物レンズ６で発生する軸上色収差と、対物レンズ６を除く導光部１１で発生する軸上色収差と、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差とに基づいて、半導体レーザ１から対物レンズ６までの光学系全体で発生する軸上色収差が補正されるので、光ディスク３０の情報記録面に情報信号を記録する際の半導体レーザ１の記録時平均パワーが１００ｍＷ以上となる場合であっても、半導体レーザ１から対物レンズ６までの光学系全体で発生する軸上色収差を抑えることができる。

また、光学ヘッド装置１０に用いられる対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造により、色収差を補正する場合、半導体レーザ１が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、対物レンズ６で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、対物レンズ６を除く導光部１１で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊと、半導体レーザ１の記録時平均パワーＬＤ＿ｐと、半導体レーザ１のパワー変動による波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐとが決定され、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａが上記の（４）式の条件を満足するように決定される。

このように、対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａは、｜０．１６｜を記録時平均パワーＬＤ＿ｐと波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐとの乗算値で除算した値を、軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊとを加算した値から減算した値以上となるように決定される。したがって、半導体レーザ１から対物レンズ６までの光学系全体で発生する軸上色収差を抑えることができる。

また、対物レンズ６と対物レンズ６の立上げミラー側レンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造を一体とすることにより、従来の方式の課題の一つであった対物レンズと軸上色収差を補正する素子の中心位置ずれによる倍率色収差の発生によるスポット移動は解消できる。

このように、軸上色収差によるデフォーカス量は、実用上問題無いレベルであり、倍率色収差によるスポット移動量は発生しないので、安定したフォーカシング駆動及びトラッキング駆動を行うことが可能である。

また、半導体レーザ１の記録時平均パワーは、１００ｍＷ以下であっても、上記の（３）式又は（４）式の関係を満たすことが出来れば、実用上問題ない。また、半導体レーザ１の記録時平均パワーは、１００ｍＷ以上であっても、上記の（３）式又は（４）式の関係を満たすことが出来れば、実用上問題ない。

さらに、対物レンズ６の材料は、上記のＶＣ７９以外のガラス材料、プラスチック材料であっても、上記の（３）式又は（４）式の関係を満たすことが出来れば、実用上問題ない。 なお、本実施の形態では、光情報記録媒体の情報記録面を４層としたが、その他の複数層であっても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における光ディスク装置の概略構成を示す図である。

図５において、光ディスク装置（光情報処理装置）５０は、筐体６０の内部に光ディスク駆動部（回転部）５１、制御部５２及び光学ヘッド装置１０を備える。光ディスク駆動部５１は、光ディスク３０を回転駆動する。

光学ヘッド装置１０は、実施の形態１で述べた光学ヘッド装置であり、光ディスク３０で反射され対物レンズ６を透過した光束を受光して光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子８と、光ディスク３０の情報トラックに対して対物レンズ６を少なくとも径方向に駆動する２軸アクチュエータ９とを含む。

制御部５２は、光ディスク駆動部５１の駆動と光学ヘッド装置１０の駆動とを制御する機能と、光学ヘッド装置１０で受光された制御信号及び情報信号の信号処理を行う機能と、筐体６０の外部と内部とで情報信号をインターフェースさせる機能とを有する。制御部５２は、光ディスク駆動部５１の駆動を制御するとともに、光学ヘッド装置１０の受光素子８から受け取った電気信号に基づいて、光学ヘッド装置１０の２軸アクチュエータ９の駆動を制御して光ディスク３０に対するフォーカシング制御及びトラッキング制御を行う。

光学ヘッド１０として、実施の形態１の光学ヘッド装置を搭載しているので、本実施の形態における光情報処理装置は、再生から記録に切り替える際に発生する軸上色収差によるデフォーカス量、倍率色収差によるスポット移動量を抑えることができるため、光ディスク３０の記録及び再生特性を向上することができる。

本発明は、光情報記録媒体に対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光学ヘッド装置、及びかかる光学ヘッド装置を備えた光情報処理装置に関し、特に光源から対物レンズまでの光学系全体で発生する軸上色収差を抑えることができる光学ヘッド装置及び光情報処理装置に利用されるものである。

本発明の実施の形態１における光学ヘッド装置の概略構成図 本発明の実施の形態１における光ディスクの概略構成を示す図 記録時にデフォーカスを与えたマークを再生した場合のデフォーカス量とジッタ値との関係を示す図 単層、２層及び４層の光ディスクにおける倍速数と記録パワーとの予測値を示す図 本発明の実施の形態２における光情報処理装置の概略構成図

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ ビームスプリッタ
３ １／４波長版
４ コリメートレンズ
５ 反射ミラー
６ 対物レンズ
７ 検出レンズ
８ 受光素子
９ ２軸アクチュエータ
１０ 光学ヘッド
１１ 導光部
３０ 光ディスク
３１，３２，３３，３４ 情報記録面
５０ 光ディスク装置（光情報処理装置）
５１ 光ディスク駆動部（回転部）
５２ 制御部
６０ 筐体

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源からの光束を光情報記録媒体上に集光する対物レンズと、
   前記光源からの光束を対物レンズへ導く導光部とを備え、
   前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、前記対物レンズで発生する軸上色収差と、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差とを、
   前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造を形成することにより補正することを特徴とする光学ヘッド装置。
2. 前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊと、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａとが、（１）式の条件を満足する請求項１に記載の光学ヘッド装置。
   ｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜＝｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（１）
3. 前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際に、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊと、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａと、前記光源の記録時平均パワーＬＤ＿ｐと、前記光源のパワー変動による波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐとが、（２）式の条件を満足する請求項１記載の光学ヘッド装置。
   （｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜）−｜０．１６｜／（ＬＤ＿ｐ×Δλ／ΔＬＤ＿ｐ）≦｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（２）
4. 前記導光部は、
   前記光源からの光束を反射又は透過する第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子によって反射又は透過された光束の偏向方向を変更する第２の光学素子と、
   前記第２の光学素子によって偏光方向が変更された光束を平行光に変換するコリメートレンズとを含む請求項１記載の光学ヘッド装置。
5. 前記光情報記録媒体の情報記録面に情報信号を記録する際の前記光源の記録時平均パワーが１００ｍＷ以上であって、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造は、同心円状に配した輪帯数は７０輪帯以上であり、最小ピッチは８．０μｍ以下である請求項１記載の光学ヘッド装置。
6. 請求項１に記載の光学ヘッド装置に用いられる前記対物レンズの収差補正方法であって、
   前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際における、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊとが決定され、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａが（３）式の条件を満足するように決定される前記対物レンズの収差補正方法。
   ｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ｜＝｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（３）
7. 請求項１に記載の光学ヘッド装置に用いられる前記対物レンズの収差補正方法であって、
   前記光源が所定の波長差だけ異なる波長の光束を出射した際における、前記対物レンズで発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｂｊと、前記対物レンズを除く前記導光部で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊと、前記光源の記録時平均パワーＬＤ＿ｐと、前記光源のパワー変動による波長変動量Δλ／ΔＬＤ＿ｐとが決定され、前記対物レンズの少なくともいずれかのレンズ面の色収差補正用の回折レンズ構造で発生する軸上色収差Δｆｂ＿ｃａが（４）式の条件を満足するように決定される前記対物レンズの収差補正方法。
   （｜Δｆｂ＿ｏｂｊ｜＋｜Δｆｂ＿ｏｐｔ−ｏｂｊ−ｃａ｜）−｜０．１６｜／（ＬＤ＿ｐ×Δλ／ΔＬＤ＿ｐ）≦｜Δｆｂ＿ｃａ｜・・・（４）
8. 光情報記録媒体に対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光情報処理装置であって、
   前記光情報記録媒体を回転させる回転部と、
   請求項１記載の光学ヘッド装置であり、前記光情報記録媒体で反射され対物レンズを透過した光束を受光して前記光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子と、前記光情報記録媒体の情報トラックに対して対物レンズを少なくとも径方向に駆動するアクチュエータとを含む光学ヘッド装置と、
   前記回転部の駆動を制御するとともに、前記光学ヘッド装置の前記受光素子から受け取った電気信号に基づいて、前記光学ヘッド装置の前記アクチュエータの駆動を制御して前記光情報記録媒体に対するフォーカシング制御及びトラッキング制御を行う制御部とを備える光情報処理装置。
9. 請求項８記載の光情報処理装置と、中央処理装置とを備える光情報処理システム。

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