(57)【要約】【課題】  環境温度変化に伴う収差を低減し、良好な記録再生を実現する光ピックアップ及び光ディスク装置を提供する。【解決手段】  光ビームを出射する光源３１と、光源３１から出射された光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズ３２と、光源３１及び対物レンズ３２の間に設けられ、入射した光ビームの発散角を変更するコリメータレンズ３４と、コリメータレンズ３４を光軸方向に駆動させるコリメータレンズ駆動機構４０と、光ディスクで反射された戻り光ビームを検出する光検出器３８と、環境温度変化を検出する温度センサ４２とを備え、上記対物レンズは、屈折素子のいずれか一方の面に、良好な記録再生を行うスポットを与える回折光を発生させる階段形状又はブレーズド断面形状を有する回折構造を有し、対物レンズの環境温度変化における波面収差量が環境温度変化量及び焦点距離と一定の関係を有する。【選択図】  図２
2010015651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射する光源と、
上記光源から出射された光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズと、
上記光源及び上記対物レンズの間に設けられ、入射した光ビームの発散角を変更する少なくとも一つの発散角変換レンズと、
上記発散角変換レンズを光軸方向に駆動させる駆動手段と、
上記光ディスクで反射された戻り光ビームを検出する光検出デバイスと、
環境温度変化を検出する環境変化検出部とを備え、
上記対物レンズは、屈折素子のいずれか一方の面に、良好な記録再生を行うスポットを与える回折光を発生させる階段形状又はブレーズド断面形状を有する回折構造を有し、且つ、１次光を用いる場合は、２．５×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、２次光を用いる場合は、１．８×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、３次光を用いる場合は、１．１×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、４次光を用いる場合は、０．７×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、５次光を用いる場合は、０．２×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、
上記発散角変換レンズは、上記環境変化検出部の検出結果に応じてステップ駆動される光ピックアップ。
但し、
ΔＷＦＡは、上記対物レンズの環境温度変化における波面収差量を示し、
ΔＴは、環境温度変化量を示し、
ｆは、上記対物レンズの焦点距離を示す。
【請求項２】
上記対物レンズは、温度変化により発生する波面収差が、関係式｜ΔＳＡ５Ｔ−（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＳＡ３ｍ）×ΔＳＡ５ｍ｜≦０．０２０λｒｍｓ及び関係式｜ΔＳＡ７Ｔ−（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＳＡ３ｍ）×ΔＳＡ７ｍ｜≦０．０２０λｒｍｓを満たす請求項１記載の光ピックアップ。
但し、
ΔＳＡ３Ｔは、温度変化により発生する３次球面収差を示し、
ΔＳＡ５Ｔは、温度変化により発生する５次球面収差を示し、
ΔＳＡ７Ｔは、温度変化により発生する７次球面収差を示し、
ΔＳＡ３ｍは、対物入射倍率変化により発生する３次球面収差を示し、
ΔＳＡ５ｍは、対物入射倍率変化により発生する５次球面収差を示し、
ΔＳＡ７ｍは、対物入射倍率変化により発生する７次球面収差を示す。
【請求項３】
上記対物レンズの焦点距離ｆが、１．４ｍｍ≦ｆ≦２．６ｍｍの関係を満たす請求項１又は請求項２記載の光ピックアップ。
【請求項４】
回転駆動される光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップを備え、
上記光ピックアップは、光ビームを出射する光源と、
上記光源から出射された光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズと、
上記光源及び上記対物レンズの間に設けられ、入射した光ビームの発散角を変更する少なくとも一つの発散角変換レンズと、
上記発散角変換レンズを光軸方向に駆動させる駆動手段と、
上記光ディスクで反射された戻り光ビームを検出する光検出デバイスと、
環境温度変化を検出する環境変化検出部とを有し、
上記対物レンズは、屈折素子のいずれか一方の面に、良好な記録再生を行うスポットを与える回折光を発生させる階段形状又はブレーズド断面形状を有する回折構造を有し、且つ、１次光を用いる場合は、２．５×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、２次光を用いる場合は、１．８×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、３次光を用いる場合は、１．１×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、４次光を用いる場合は、０．７×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、５次光を用いる場合は、０．２×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、
上記発散角変換レンズは、上記環境変化検出部の検出結果に応じてステップ駆動される光ディスク装置。
但し、
ΔＷＦＡは、上記対物レンズの環境温度変化における波面収差量を示し、
ΔＴは、環境温度変化量を示し、
ｆは、上記対物レンズの焦点距離を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ及びこの光ピックアップを用いた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクに情報信号の記録及び再生を行う光ピックアップでは、全体を軽量化し、製造コストを低減するために、光ピックアップを構成する対物レンズのプラスチック化及び単玉化が検討されている。
【０００３】
また、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクに比べてさらに高密度記録を可能にする光ディスクが用いられるようになった。例えば、紫色半導体レーザによる波長４０５ｎｍ程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う例えばＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））のような光ディスクがある。
【０００４】
このＢＤのような高密度記録光ディスクに用いられる光ピックアップにおいても、ＤＶＤやＣＤの場合と同様に対物レンズとしてプラスチックを用いることが望ましい。しかし、プラスチックレンズは、ガラスに比べて温度変化による屈折率変動が大きいため、温度変化によって発生する球面収差が大きなものになってしまう。特に、ＢＤのような開口数ＮＡが０．８５程度の高ＮＡの場合には、数度程度の僅かな温度変化で結像性能に大きく影響を及ぼす球面収差が発生することとなる。
【０００５】
従来、この温度変化によって発生する球面収差を補正する方法として、一般的に対物レンズ表面に回折構造を設け、温度変化により発生する球面収差とは逆極性の球面収差を発生させ、これをキャンセルするという方法があった。しかし、完全に温度変化により発生する球面収差を補正するためには、回折面に巨大な回折パワーを与える必要があるため、回折構造が微細になり、レンズ表面に回折構造を形成することが困難であるといった問題があった。さらに、微細な構造を加工することによる金型の削り残りにより、良好な光利用効率を得ることが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、温度変化により発生する球面収差を補正する方法として、温度変化により発生する球面収差をコリメータレンズを光軸方向に駆動させることにより、倍率球面収差でキャンセルするという方法も考えられていた。ところが、この方法では、コリメータの駆動ストロークが非常に大きいため、光ピックアップのサイズが大きくなり、上述した軽量化という目的に反するという問題があった。
【０００７】
さらに、かかるストローク量を小さくする目的で、発散角変換レンズを２枚の組レンズとして、光軸方向へのレンズ駆動により発生する球面収差の感度を上げ、ストロークを縮小する方法も考えられる。ところが、この方法では、レンズの枚数が増え、製造コスト抑制の目的に反するという問題があった。
【０００８】
上述の手法に共通して、温度をモニタし、温度変化に応じてレンズを駆動するシステムを用いることとなるが、発生する球面収差に応じて補正するには球面収差の発生感度が高いため、正確なフィードバックのシステム制御が困難である等の問題もある。
【０００９】
また、温度変化による巨大な球面収差には５次以上の高次の球面収差が発生するため、レンズ駆動による倍率球面収差では高次の球面収差の発生比率が異なり、完全にキャンセルさせることは困難であった。
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−４１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、環境温度変化に伴う収差を低減し、良好な記録再生を実現する光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するため、本発明に係る光ピックアップは、光ビームを出射する光源と、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズと、上記光源及び上記対物レンズの間に設けられ、入射した光ビームの発散角を変更する少なくとも一つの発散角変換レンズと、上記発散角変換レンズを光軸方向に駆動させる駆動手段と、上記光ディスクで反射された戻り光ビームを検出する光検出デバイスと、環境温度変化を検出する環境変化検出部とを備え、上記対物レンズは、屈折素子のいずれか一方の面に、良好な記録再生を行うスポットを与える回折光を発生させる階段形状又はブレーズド断面形状を有する回折構造を有し、且つ、１次光を用いる場合は、２．５×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、２次光を用いる場合は、１．８×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、３次光を用いる場合は、１．１×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、４次光を用いる場合は、０．７×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、５次光を用いる場合は、０．２×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たし、上記発散角変換レンズは、上記環境変化検出部の検出結果に応じてステップ駆動される。但し、ΔＷＦＡは、上記対物レンズの環境温度変化における波面収差量を示し、ΔＴは、環境温度変化量を示し、ｆは、上記対物レンズの焦点距離を示す。
【００１３】
また、本発明に係る光ディスク装置は、回転駆動される光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップを備える光ディスク装置であり、この光ディスク装置に用いる光ピックアップとして、上述したようなものを用いたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、環境温度変化があった場合にも、対物レンズの一方の面に所定の回折構造を有する構成と、環境変化検出部に応じて発散角変換レンズを駆動させる構成とにより、球面収差発生を低減することにより、光学特性を維持することができる。これにより、本発明は、対物レンズを例えばプラスチック製にすること、及び発散角変換レンズの駆動ストロークを小さくすることを可能とし、よって、記録再生特性を維持するとともに、装置の小型化、軽量化及び構成の簡素化を実現する。さらに、本発明は、環境温度変化に伴う収差を低減することで良好な記録再生特性を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した光ピックアップ及び光ディスク装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
本発明を適用した光ディスク装置１は、図１に示すように、光記録媒体としての光ディスク２に対して情報の記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ４とを備える。また、この光ディスク装置１は、この光ピックアップ３の駆動手段として、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５を備えている。
【００１７】
また、ここで用いられる光ディスク２は、例えば、発光波長が７８５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＣＤ(Compact Disc）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）、ＣＤ−ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。また、光ディスク２は、例えば、発光波長を６５５ｎｍ程度の半導体レーザを用いたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクである。また、光ディスク２は、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能なＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））等の高密度記録光ディスクである。
【００１８】
光ディスク装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部９によりディスク種類に応じて駆動制御される。このとき、光ディスク２は、所定の回転数で駆動される。
【００１９】
光ピックアップ３は、光ディスク２の記録面に対して光ビームを照射し、この光ビームの記録面による反射光ビームを検出する。また、光ピックアップ３は、光ディスク２の記録面からの反射光ビームに基づいて、各光ビームに対応する信号をプリアンプ１４に供給する。
【００２０】
このプリアンプ１４は、光検出器からの出力に基づいて、非点収差法等によってフォーカスエラー信号を生成し、また、３ビーム法、ＤＰＤ法、ＤＰＰ法等によってトラッキングエラー信号を生成する。更に、プリアンプ１４は、ＲＦ信号を生成し、ＲＦ信号を、信号変調＆ＥＣＣブロック１５に出力する。また、プリアンプ１４は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号とをサーボ制御部９に出力する。
【００２１】
信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、ＢＤ等の光ディスクに対して、データの記録を行うとき、インターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタル信号に対して、次のような処理を行う。具体的に、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、ＬＤＣ−ＥＣＣ及びＢＩＳ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、１−７ＰＰ方式等の変調処理を行う。また、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、ＤＶＤ等の光ディスクに対してデータを記録するとき、ＰＣ（Product Code）等のエラー訂正方式に従ってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１６変調等の変調処理を行う。さらに、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、ＣＤ等の光ディスクに対してデータを記録するとき、ＣＩＲＣ等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、８−１４変調処理等の変調処理を行う。そして、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、変調されたデータをレーザ制御部２１に出力する。更に、信号変調＆ＥＣＣブロック１５は、各光ディスクの再生を行うとき、プリアンプ１４から入力されたＲＦ信号に基づいて復調処理を行い、更に、エラー訂正処理を行って、インターフェース１６又はデータをＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８に出力する。
【００２２】
なお、データ圧縮してデータ記録するときには、圧縮伸長部を信号変調＆ＥＣＣブロック１５とインターフェース１６又はＤ／Ａ，Ａ／Ｄ変換器１８との間に設けても良い。この場合、データは、ＭＰＥＧ２やＭＰＥＧ４といった方式でデータが圧縮される。
【００２３】
サーボ制御部９は、プリアンプ１４からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が入力される。サーボ制御部９は、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が０となるようなフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらのサーボ信号に基づいて、対物レンズを駆動する二軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動部を駆動制御する。また、プリアンプ１４からの出力より、同期信号等を検出して、ＣＬＶ（Constant Linear Velocity）やＣＡＶ（Constant Angular Velocity）、更にはこれらの組み合わせの方式等で、スピンドルモータをサーボ制御する。
【００２４】
レーザ制御部２１は、光ピックアップ３のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行うように構成できる。この場合、レーザ制御部２１は、ディスク種類判別部２２によって検出された光ディスク２の種類に応じて光ピックアップ３のレーザ光源を切り換えている。
【００２５】
ディスク種類判別部２２は、光ディスク間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から反射光量の変化を検出し光ディスク２の異なるフォーマットを検出することができる。
【００２６】
光ディスク装置１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部２２における検出結果に応じて、装着される光ディスク２の仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００２７】
システムコントローラ７は、ディスク種類判別部２２で判別された光ディスク２の種類に応じて装置全体を制御する。また、システムコントローラ７は、ユーザからの操作入力に応じて、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録されたアドレス情報や目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）に基づいて制御する。ここで、システムコントローラ７は、記録再生を行う光ディスクの記録位置や再生位置を特定し、特定した位置に基づいて、各部を制御する。
【００２８】
以上のように構成された光ディスク装置１は、スピンドルモータ４によって、光ディスク２を回転操作し、サーボ制御部９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御する。光ディスク装置１は、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。
【００２９】
具体的には、光ディスク装置１により記録再生するときには、サーボ制御部９は、ＣＡＶやＣＬＶやこれらの組み合わせで光ディスク２を回転する。光ピックアップ３は、光源から光ビームを照射して光検出器により光ディスク２からの戻りの光ビームを検出し、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する。光ピックアップ３は、これらフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ駆動機構により対物レンズを駆動してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。
【００３０】
また、光ディスク装置１により記録する際には、外部コンピュータ１７からの信号がインターフェース１６を介して信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５に入力される。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５は、インターフェース１６又はＡ／Ｄ変換器１８から入力されたディジタルデータに対して上述したような所定のエラー訂正符号を付加し、更に所定の変調処理を行った後に記録信号を生成する。レーザ制御部２１は、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５で生成された記録信号に基づいて、光ピックアップ３のレーザ光源を制御して、所定の光ディスクに記録する。
【００３１】
また、光ディスク２に記録された情報を光ディスク装置１により再生する際には、光検出器で検出された信号に対して、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５が復調処理を行う。信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース１６を介して外部コンピュータ１７に出力される。これにより、外部コンピュータ１７は、光ディスク２に記録された信号に基づいて動作することができる。また、信号変復調器＆ＥＣＣブロック１５により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ変換器１８でデジタルアナログ変換され、オーディオ・ビジュアル処理部１９に供給される。そしてオーディオ・ビジュアル処理部１９でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオ・ビジュアル信号入出力部２０を介して、図示しない外部のスピーカやモニタに出力される。
【００３２】
次に、上述した光ディスク装置に用いられる光ピックアップ３について、図２を用いて詳細に説明する。
【００３３】
本発明を適用した光ピックアップ３は、図２に示すように、所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子等の光源３１と、光源３１から出射された光ビームを光ディスク２に集光させる対物レンズ３２とを備える。また、光ピックアップ３は、光源３１と対物レンズ３２との間に、入射した光ビームの発散角を変換する発散角変換レンズとしてコリメータレンズ３４とを備える。
【００３４】
また、光ピックアップ３は、光源３１とコリメータレンズ３４との間に、トラッキングエラーを検出するためのグレーティング（回折格子）３５を備える。また、光ピックアップ３は、グレーティング３５とコリメータレンズ３４との間に、光ディスク２で反射された戻り光ビームを光源３１から出射された往路の光ビームの光路から分離する光路分離素子としてのビームスプリッタ３６を備える。
【００３５】
さらに、光ピックアップ３は、ビームスプリッタ３６により往路の光ビームから分離された復路の光ビームを受光部３７で受光して検出する光検出デバイスとしての光検出器３８を備える。また、光ピックアップ３は、ビームスプリッタ３６と受光部３７との間に、ビームスプリッタ３６を介して入射した光ビームを受光部３７の受光面に集光させるとともにフォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を付与するマルチレンズ３９を備える。
【００３６】
光源３１は、例えば波長が４０５ｎｍ程度の光ビームを出射する。尚、光源３１から出射される光ビームの波長は、これに限られるものではなく、例えば、６５５ｎｍ程度や７８５ｎｍ程度の波長の光ビームを出射するように構成してもよい。さらに、これら複数の波長の光ビームをそれぞれ対応する光ディスクに対して出射させるように構成してもよい。さらに、光ピックアップ３は、これら複数の波長の光ビームをそれぞれ出射させる複数の光源を配置するように構成してもよい。
【００３７】
グレーティング３５は、光源３１とコリメータレンズ３４との間に設けられ、光源３１から出射された光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のため３ビームに回折してコリメータレンズ３４側に出射させる。
【００３８】
ビームスプリッタ３６は、グレーティング３５から導かれて入射された往路の光ビームを透過してコリメータレンズ３４側に導くとともに、コリメータレンズ３４からの復路の光ビームを反射させてマルチレンズ３９に導く分離面３６ａを有している。この分離面３６ａは、例えば偏光依存性を有して形成されることにより上述のような機能を発揮する。ビームスプリッタ３６は、この分離面３６ａにより、グレーティング３５を介して入射される往路の光ビームと、光ディスク２で反射され対物レンズ３２及びコリメータレンズ３４を介して入射される復路の光ビームとの光路を分離する光路分離素子として機能する。
【００３９】
コリメータレンズ３４は、ビームスプリッタ３６と対物レンズ３２との光路上に設けられるとともに光軸方向に移動可能とされ、移動された光軸方向の位置に応じて光ビームの発散角を所定の発散角となるように変換する。例えば、このコリメータレンズ３４は、入射された光ビームを略平行光、又は略平行光の状態に対して収束若しくは発散した状態として、対物レンズ３２側に出射させる。また、光ピックアップ３には、このコリメータレンズ３４を光軸方向に駆動して移動させる駆動手段としてコリメータレンズ駆動機構４０が設けられている。コリメータレンズ駆動機構４０は、サーボ制御部９に制御され、環境温度変化に応じて、コリメータレンズ３４の位置を調整することができる。尚、ここで、コリメータレンズ駆動機構４０は、コリメータレンズ３４をステップ駆動させるが、この点については後述する。
【００４０】
対物レンズ３２は、コリメータレンズ３４からの光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光させる。この対物レンズ３２は、屈折素子のいずれか一方の面に、良好な記録再生を行うスポットを与える回折光を発生させる階段形状又はブレーズド断面形状を有する回折構造を有している。具体的に、対物レンズ３２には、図３に示すように、その入射側の面に同心円状で輪帯状に形成される回折構造３３が設けられている。対物レンズ３２の回折構造３３は、対物レンズ３２を通過する光ビームに、対物レンズ３２のレンズ曲面により付加される屈折力の他に、回折力を付与する回折部として機能する。また、この回折構造３３は、以下で説明するように、温度変化に応じた回折力を付与することにより、温度変化により対物レンズ３２を含めた光学部品で発生した収差を相殺するような機能を有している。
【００４１】
この回折構造３３を有する対物レンズ３２は、ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）が所定の範囲となるような関係となるように形成されている。ここで、ΔＷＦＡは、対物レンズ３２の環境温度変化における波面収差量を示し、ΔＴは、環境温度変化量を示し、ｆは、対物レンズ３２の焦点距離を示す。また、このΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）は、１次〜５次の各次数の回折光を用いる場合毎に異なる範囲を有している。すなわち、１次光を用いる場合は、２．５×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たすようにされている。また、２次光を用いる場合は、１．８×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たすようにされている。また、３次光を用いる場合は、１．１×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たすようにされている。また、４次光を用いる場合は、０．７×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たすようにされている。また、５次光を用いる場合は、０．２×１０−３≦ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）≦２．６×１０−３の関係を満たすようにされている。また、対物レンズ３２は、その焦点距離ｆが、１．４ｍｍ≦ｆ≦２．６ｍｍの関係を満たす。ここで、焦点距離ｆが、下限以下となると、温度変化による球面収差が小さいため、コリメータ駆動による必要性が低くなるからである。また、ｆが、上限以上となると、温度変化による球面収差が大きくなり、コリメータ駆動による補正ピッチが小さくなりすぎるからである。
【００４２】
以上のような対物レンズ３２は、回折構造３３を有することにより、環境温度変化時に発生する波面収差を対物レンズ３２の回折力変化作用によりその一部を補正することができる。これにより、対物レンズ３２は、従来のコリメータレンズ等を駆動させる構成のみで温度変化の波面収差を低減させた構成に比べて、駆動されるレンズの移動量を小さくできる。換言すると、対物レンズ３２は、かかるレンズの移動量を小さくすることで装置全体の小型化及び軽量化を可能とする。さらに、かかる対物レンズ３２は、回折構造３３による回折力変化作用により温度変化により発生する波面収差の一部を補正してコリメータレンズ等の移動により補正する量を減らすことにより、かかるレンズの駆動方式を簡易なものとすることができる。
【００４３】
また、対物レンズ３２は、温度変化により発生する波面収差が、関係式｜ΔＳＡ５Ｔ−（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＳＡ３ｍ）×ΔＳＡ５ｍ｜≦０．０２０λｒｍｓ及び関係式｜ΔＳＡ７Ｔ−（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＳＡ３ｍ）×ΔＳＡ７ｍ｜≦０．０２０λｒｍｓを満たすように構成されている。ここで、ΔＳＡ３Ｔは、温度変化により発生する３次球面収差を示し、ΔＳＡ５Ｔは、温度変化により発生する５次球面収差を示し、ΔＳＡ７Ｔは、温度変化により発生する７次球面収差を示す。また、ΔＳＡ３ｍは、対物入射倍率変化により発生する３次球面収差を示し、ΔＳＡ５ｍは、対物入射倍率変化により発生する５次球面収差を示し、ΔＳＡ７ｍは、対物入射倍率変化により発生する７次球面収差を示す。ここで、対物入射倍率変化とは、温度変化により、対物レンズ３２への光ビームの入射倍率が変化することを意味するものとする。
【００４４】
以上のような対物レンズ３２は、高次収差である５次及び７次の球面収差の取れ残り量を低減することができるので、環境温度変化時に発生する波面収差をコリメータレンズ３４を移動させる構成とともに、より収差低減を実現することができる。
【００４５】
また、光ピックアップ３には、対物レンズ３２を、対物レンズ３２の光軸方向であるフォーカス方向と、このフォーカス方向に直交し光ディスク２の径方向であるトラッキング方向とに駆動する対物レンズ駆動機構として二軸アクチュエータ４１が設けられている。二軸アクチュエータ４１は、サーボ制御部９に制御されている。対物レンズ３２は、この二軸アクチュエータ４１に移動自在に保持されている。そして、対物レンズ３２は、光検出器３８で検出された光ディスク２からの戻り光により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、二軸アクチュエータ４１に移動操作される。これにより、対物レンズ３２は、光ディスク２に近接離間する方向及び光ディスク２の径方向の２軸方向へ移動される。これにより、対物レンズ３２は、光源３１からの光ビームが光ディスク２の信号記録面で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。また、光ピックアップ３を構成する対物レンズ３２は、軽量化や製造コスト低減化のために合成樹脂等のプラスチックにより単玉で形成されている。
【００４６】
マルチレンズ３９は、ビームスプリッタ３６と受光部３７との間に配置され、光ディスク２の信号記録面で反射され、対物レンズ３２、コリメータレンズ３４を経由して、ビームスプリッタで反射された復路の光ビームに所定の屈折力を付与する。マルチレンズ３９は、この復路の光ビームを光検出器３８のフォトディテクタ等の受光部３７の受光面に適切に集光する。このとき、マルチレンズ３９は、フォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を戻りの光ビームに付与する。
【００４７】
光検出器３８は、フォトディテクタ等の受光素子からなる受光部３７を有し、マルチレンズ３９で集光された光ビームを受光部３７で受光して、情報信号とともに、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等の各種検出信号を検出する。
【００４８】
また、光ピックアップ３は、上述の回折構造３３を有する対物レンズ３２に加えて、環境温度変化により発生した波面収差を低減させるための構成を有している。すなわち、光ピックアップ３は、光ピックアップ３を構成する光学部品の環境変化を光ピックアップ近傍で検出する環境変化検出部を備えている。具体的に、ここでは、プラスチック製であり温度変化により波面収差を大きく発生させてしまう対物レンズ３２近傍の位置に、環境変化検出部として温度センサ４２が設けられている。かかる温度センサ４２は、例えば二軸アクチュエータ４１に取り付けられ、対物レンズ３２近傍の環境温度変化を検出する。対物レンズ３２近傍の環境温度変化を検出する温度センサ４２は、これにより光ピックアップ３を構成する光学部品の環境変化を検出し、この検出結果をサーボ制御部９に供給する。温度センサ４２は、サーボ制御部９を介して、コリメータレンズ駆動機構４０を制御する。これにより、コリメータレンズ３４は、サーボ制御部９及びコリメータレンズ駆動機構４０により、温度変化に応じた位置に移動される。このように、コリメータレンズ３４は、環境温度変化により発生した波面収差のうちの対物レンズ３２の温度変化に応じた回折力変化作用により補正した残留分を補正するようにステップ駆動される。
【００４９】
以上のように構成された光ピックアップ３は、光検出器３８で得られたフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ３２を駆動変位させる。かかる光ピックアップ３において、光ディスク２の信号記録面に対して対物レンズ３２が合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク２の信号記録面に合焦されて、光ディスク２に対して情報の記録、又は再生が行われる。
【００５０】
ところで、この光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、高密度光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生時に、プラスチック製の対物レンズを含む光学系における問題点を解消するものである。すなわち、この光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、環境温度変化に伴って発生する球面収差変化を、光学特性を維持しつつ、システムに影響を与えない方法で補正することができるものである。
【００５１】
ここで、この光ディスク装置１における補正システムのフローについて説明する。光ディスク装置１による記録再生の際に、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボをかけた後に、環境温度変化により光学系で発生する球面収差をアクティブに補正するため、コリメータレンズ３４を駆動する方式を採用している。ここで、光学系で発生する球面収差としては、特にプラスチック製の対物レンズ３２で発生する球面収差に着目したものである。尚、直接収差を検知し補正を行うものではなく、対物レンズ３２周辺の温度を温度センサ４２でモニタし、温度変化分に対応して発生する球面収差を補正するものである。また、本方式（本システム）は、温度センサに応じて、リアルタイムにコリメータレンズを駆動するフィードバック方式の補正ではなく、所定の温度レンジ毎にコリメータレンズ３４を所定量だけステップ的に移動させる方式を採用している。この方式によりシステムの簡略化を実現することができる。
【００５２】
具体的に、上述した光ピックアップ３を有する光ディスク装置１は、図４に示すような記録再生方法を行う。
【００５３】
ステップＳ１において、光ディスク装置１のディスク装着部に光ディスク２が装着される。ステップＳ２において、レーザ制御部２１は、光源３１より光ビームを出射させ、サーボ制御部９は、スピンドルモータ４を駆動してディスク装着部に装着された光ディスク２を回転操作する。ステップＳ３において、光ピックアップ３及びディスク種類判別部２２は、光ディスク２を検知する。
【００５４】
ステップＳ４において、サーボ制御部９は、システムコントローラ７の制御に応じてコリメータレンズ駆動機構４０を制御して、コリメータレンズ３４を所定の位置に移動させる。このとき、コリメータレンズ３４は、ディスク種類判別部２２で検出された光ディスク２の種類に応じた基準位置に移動される。この基準位置は、後述の適正温度範囲において収差が低減されているコリメータレンズ３４の位置である。
【００５５】
ステップＳ５において、サーボ制御部９は、フォーカスエラー信号に基づいて二軸アクチュエータ４１を駆動して対物レンズ３２をフォーカス方向に移動させてフォーカス制御を行う。ステップＳ６において、サーボ制御部９は、トラッキングエラー信号に基づいて二軸アクチュエータ４１を駆動して対物レンズ３２をトラッキング方向に移動させてトラッキング制御を行う。
【００５６】
ステップＳ７において、光ピックアップ３は、光ディスク２に対する情報信号の記録又は再生を開始する。ステップＳ８において、温度センサ４２は、対物レンズ３２周辺の環境温度を検知する。
【００５７】
ステップＳ９において、サーボ制御部９は、温度センサ４２により検出された環境温度が適正温度範囲であるか否かを判定する。ここで、温度センサ４２により検出された環境温度が適正温度範囲でないと判断された場合にはステップＳ１０に進む。一方、温度センサにより検出された環境温度が適正温度範囲であると判断された場合にはステップＳ１１に進む。
【００５８】
ステップＳ１０において、サーボ制御部９は、温度センサ４２により検出された環境温度に応じてあらかじめ決められた分だけコリメータレンズ３４を移動させ、ステップＳ８に戻る。具体的に、サーボ制御部９は、温度センサ４２から供給された信号に基づいて、システムコントローラ７の制御に応じてコリメータレンズ駆動機構４０を制御して、コリメータレンズ３４を所定の位置に移動させる。このとき、コリメータレンズ３４は、温度センサ４２により検出された温度に応じてステップ駆動される。
【００５９】
ステップＳ１１において、システムコントローラ７は、記録又は再生動作が終了であるか否かを判定する。ここで、記録又は再生動作が終了されたと判断された場合にはステップＳ１２に進む。一方、システムコントローラ７は、記録又は再生動作が終了していないと判断された場合にはステップＳ８に戻る。
【００６０】
ステップＳ１２において、レーザ制御部２１は、光源３１から光ビームの出射を停止させ、サーボ制御部９は、スピンドルモータ４の駆動を停止させる。
【００６１】
次に、上述した光ディスク装置１及び光ピックアップを構成する対物レンズ３２の必要とされる特性について説明する。
【００６２】
まず、対物レンズ３２を構成する上で考慮すべき波面収差の下限について説明する。
【００６３】
図３に示すように、対物レンズ３２には、その入射面の全面に、基準となる屈折形状に同心円状にブレーズ型の回折構造３３が施されている。この対物レンズ３２は、入射された光ビームを屈折形状となるレンズ面により屈折させるとともに、回折構造３３により次式（１）で与えられる位相Φが与えられた方向に回折させ、光ディスクの信号記録面上に良好な結像スポットを結像させる。尚、式（１）において、ｋは、設計回折次数を示し、λ０は、回折構造の設計波長を示し、Ｃｎは、位相差関数係数を示し、ｒは、対物レンズのレンズ半径の位置を示している。また、Φは、補正したい位相量をを示すものである。
【００６４】
【数１】
2010015651.tif 000003
【００６５】
回折構造３３のピッチは、式（１）中のΦ’で算出することができ、実際の回折構造のピッチは、このΦ’の形状に沿うようにピッチが決定されて構成されることとなる。すなわち、この式（１）のΦは、設計波長λ０における位相を表しているので、Φ’＝Φ−ｎλ０の関係式により得られるΦ’と、このΦの与える位相とはその与える影響が全く同一である。上述の関係式により得られるΦ’は、換言すると、図５（ｂ）に示すように、例えば、図５（ａ）に示すようなΦをλ０により剰余した場合の余り、すなわち所謂剰余演算により得られる値である。このΦ’は、実際の回折構造のピッチを決めるための付与すべき位相量ともいえる。すなわち、実際の回折構造ピッチは、このΦ’から決定されるものであり、具体的には、図５（ｃ）に示すように、このΦ’の形状に沿うように決定されることとなる。尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）中の横軸は、半径方向の位置を示すものであり、図５（ａ）中の縦軸は、その位置毎の必要位相量Φを示すものである。また、図５（ｂ）中の縦軸は、その位置毎に剰余演算により得られる付与位相量Φ’を示すものであり、図５（ｃ）中の縦軸は、溝深さｄを示すものである。
【００６６】
次に、回折構造輪帯数と位相係数Ｃ２との関係について説明する。図６に位相係数Ｃ２と、回折面輪帯数と、波面収差量ＷＦＡの関係を示す。位相係数Ｃ２は、一般的に温度収差特性の補正に用いられる係数であって、ある程度以上の値を指定した場合には、環境温度変化時に発生する球面収差が大きく特性に影響を及ぼす。図６中、横軸は、位相係数Ｃ２を示し、縦軸は、波面収差量ＷＦＡ及び輪帯数を示す。また、図６中Ｌ１１は、位相係数Ｃ２の変化に伴う輪帯数の変化を示すものであり、Ｌ１２は、位相係数Ｃ２の変化に伴う輪帯数の変化を示すものである。
【００６７】
図６によれば、位相係数Ｃ２がマイナス側に向かうにつれ、回折構造３３における輪帯数が増大し、環境温度変化時における波面収差悪化の程度を低減する関係にある。
【００６８】
また、輪帯数が多いことは回折面に形成される回折構造３３の一つ辺りのピッチが小さいことを示し、環境温度変化時における残留波面収差と回折構造の最小ピッチの関係は図７のような関係にある。
【００６９】
図７中横軸は、環境温度変化時における波面収差をΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）［λｒｍｓ］で表されるパラメータで示したものであり、縦軸は、回折構造最小ピッチ［μｍ］を示すものである。ここでΔＷＦＡは、上述したＷＦＡの変化量を意味するものであり、ΔＴは、温度変化量を示し、ｆは、焦点距離を示すものである。図７中Ｌ２１は、ｋ＝１すなわち１次光における波面収差と最小ピッチとの関係を示し、Ｌ２２は、ｋ＝２すなわち２次光における波面収差と最小ピッチとの関係を示す。また、Ｌ２４は、ｋ＝４すなわち４次光における波面収差と最小ピッチとの関係を示し、Ｌ２８は、ｋ＝８すなわち８次光における波面収差と最小ピッチとの関係を示す。
【００７０】
環境温度変化により発生する波面収差を小さく抑える目的では、上述のように、回折構造３３のピッチを狭くし、より多くの位相を付加することが望ましいが、回折構造３３のピッチを狭くすることは形成の難易度が上がることを意味する。これにともない、所望の構造に製造することが困難とされ、実際の構造がかかる構造となっていないことに起因する効率低下や、加工損の面積増大によりレンズとして重要な特性とされる光利用効率の低下に繋がる。したがって、実際に回折を構造形成する場合にはピッチの下限が存在しており、これを規定する必要がある。
【００７１】
プラスチック製レンズの成型に元形状となる金型を加工するが、このとき使用する加工バイトの先端は通常切削面の面粗度をあげるため、１〜２μｍ程度の平坦な形状とされている。したがって、図８に示すように、曲率のある面にブレーズ形状の回折構造３３を金型に加工する場合は特に、加工バイトの形状に成約を受け、加工できない領域が発生し理想的な回折構造から形状の差異が生じる。
【００７２】
図８中、実線及び破線で示すＢＩは、金属加工バイトを示すものであり、矢印ＤＢは、金属加工バイトの加工方向を示し、Ｘは、バイトフラット長さ、すなわち先端の平坦な部分の長さを示す。また、図８中実線Ｋ１は、回折構造を形成する金型の理想的な形状を示し、Ｄは、理想的な深さを示す。破線Ｋ２は、金属加工バイトにより実際に加工され形成される形状を示し、ＡＫ２は、削り残り量、すなわち、上述のバイト先端により削り残りがでてしまう部分を示し、ｄは、この削り残り深さを示す。尚、このバイト先端により削り残りが出てしまうことを「加工損」ともいう。また、図８中、Ｐは、回折構造のピッチを示し、θは、レンズ面への光線入射角度を示す。
【００７３】
例えば、ｘ＝１μｍ、理想深さ３１００ｎｍ、回折次数に４次光を想定した場合、理想的なブレーズ構造からの実際の形状に差異が発生した場合の回折効率とピッチの関係を図９に示す。図９は、回折構造ピッチと加工損による光利用効率低下の関係を説明するための図であり、図９中曲線は、ピッチの変化に応じた光利用効率の変化を示す。図９中横軸は、ピッチＰ［μｍ］を示し、縦軸は、光利用効率［％］を示すものである。
【００７４】
図９によれば、形成ピッチが狭くなるにつれ効率ダウンが発生することが分かる。上述の式（１）で表される位相関数により構造が決まるが、レンズの半径が大きくなるにつれ、構造ピッチが連続的に狭くなるため、通常、回折レンズの外周部分は効率低下が発生する。レンズ中央はピッチが広く切削損（加工損）が発生しないとすると、中央と外周とで効率差が生まれることとなり、レンズにより集光されるディスク上の結像スポット性能が低下する。このため、外周での効率ダウンは６０％が限界値であり、図９の関係より回折ピッチの最小値は１０μｍとなる。
【００７５】
ここで、図７のΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）と回折構造最小ピッチとの関係をみると、回折ピッチ１０μｍとなるΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）は、回折次数（ｋ＝１，２，４，８）によって異なっている。高い回折次数で設計した場合、同じピッチであっても強いパワーを付与できるため、補償できる球面収差が大きくでき、すなわち、回折ピッチは緩やかでよいことがわかる。ただし、高い回折次数で設計する場合は、回折構造の溝深さを深くする必要があるため、形成が困難であることにより効率が低下、温度変化時の効率変動が大きくなることとで、光学特性を劣化させることとなる。従い、回折次数は５次程度が限界である。
【００７６】
図７より、それぞれの回折次数を用いた場合の回折ピッチが１０μmとなるΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）の下限を決めることが可能となる。具体的に、ｋ＝１の場合のΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）の下限は、２．５×１０−３であり、ｋ＝２の場合の下限は、１．８×１０−３であり、ｋ＝３の場合の下限は、１．１×１０−３である。さらに、ｋ＝４の場合の下限は、０．７×１０−３であり、ｋ＝５の場合の下限は、０．２×１０−３である。
【００７７】
次に、対物レンズ３２を構成する上で考慮すべき、波面収差の上限について説明する。
【００７８】
ここで、回折による温特補正効果が小さいレンズを考える。温度変化時発生する波面収差は主に、３次、５次、７次球面収差といった光軸対称な収差成分である。この温度変化時に発生した軸対称収差成分をコリメータレンズ３４の光軸方向への移動などの手段により逆極性の３次、５次、７次の倍率球面収差を発生させ、キャンセル（相殺）させることが可能となる。光学性能を考える上では、環境温度変化により発生した波面収差を常にモニタし、コリメータ駆動をフィードバック制御し、波面収差を完全にキャンセルすることが望ましいが、実際にはシステム上の負担が大きい。そこで、光学性能を維持しつつシステム負荷を下げる為の方法として、図１０に示すようなレンジごとのステップ補正で対応する。
【００７９】
図１０は、環境温度変化による発生波面収差と補正の関係を説明するための図である。具体的に、図１０は、ＳＡ（球面収差）アクティブ補正と残留収差との関係を示す。図１０中横軸は、温度［℃］を示し、縦軸は、残留収差［λｒｍｓ］を示す。Ｌ３１は、ＳＡ（球面収差）補正なしとした場合の温度変化に伴う残留収差の変化を示し、Ｌ３２は、ＳＡ（球面収差）補正ありとした場合の温度変化に伴う残留収差の変化を示す。
【００８０】
一般に、３次の球面収差成分として０．０２０λｒｍｓ程度残留した状態でディスク状態や、環境変化、外乱などの摂動が加わると、光ピックアップのサーボ状態に影響を及ぼすため、補正ステップは残留３次球面収差が±０．０２０λｒｍｓ以内に入るように補正を行う。ｆ＝２．２ｍｍ、ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）＝２．６×１０−３と環境温度変化時に波面収差悪化の程度が大きいレンズを例にあげる。
【００８１】
そして、３５℃を温度設計センターとした場合０℃〜７０℃の±３５℃変化の範囲を補正することを想定すると、補正温度ピッチが７℃、補正回数が１２回となる。フィードバック補正の場合と比較して補正回数が少なく、システム制御が容易となる。
【００８２】
温度変化により発生する波面収差感度がこれ以上高い場合は、補正温度ピッチが狭くなり、補正回数も増える。その場合、温度モニタの性能、またアクチュエータ付近の温度ばらつきにより、残留収差が０．０２０λｒｍｓ以下に抑える制御が保証されず、光学性能に重大な影響を及ぼす。従って、レンズ駆動により倍率球面収差でキャンセルする機構を盛り込む場合でも、対物レンズ自体の環境温度変化による波面収差変動感度ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）の上限としては２．６×１０−３が望ましい。
【００８３】
これらの範囲により定義される回折構造３３を有する対物レンズ３２を用いて、システムを組むことにより、光利用効率を保ちつつ、環境温度変化により発生する球面収差の補正回数を少なく、また精度良く補正することが可能となる。図１１にコリメータレンズ３４駆動をステップ状に行い、球面収差を補正する状態を示す。
【００８４】
図１１は、温度変化とそれに対応するコリメータレンズ３４の駆動の様子、及び駆動後の残留収差の関係を示すものである。図１１（ａ）中Ｌ４１は、時間変化に伴う温度変化を示すものである。横軸は、時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸は、温度［℃］を示す。また、ＲＴ１〜ＲＴ８は、それぞれ第１乃至第８の温度範囲を示すものである。ここで、第１乃至第８の温度範囲は、上述したようなステップ状にコリメータレンズ３４を駆動する際の、コリメータレンズ３４の移動量に対応する各範囲である。ここで、第３の温度範囲ＲＴ３は、設計温度、すなわち、コリメータレンズ３４を基準位置に位置させる温度を含む範囲である。また、図１１（ｂ）図中Ｌ４２は、時間変化に伴うコリメータレンズ位置の変化を示すものである。横軸は、時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸は、コリメータレンズ位置［ｍｍ］を示すものである。ＰＴ４〜ＰＴ８は、それぞれ、第４〜第８の温度範囲ＲＴ４〜ＲＴ８に適したコリメータレンズ位置を示すものである。また、図１１（ｃ）中Ｌ４３は、時間変化に伴う残留球面収差の変化を示すものである。横軸は、時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸は、残留球面収差量［λｒｍｓ］を示す。図１１に示すように、環境温度変化による球面収差を低減するとともに、コリメータレンズの駆動回数及び移動量も少なくできることが確認できる。
【００８５】
次に、対物レンズ３２を構成する上で考慮すべき高次球面収差の影響について説明する。
【００８６】
上述と同様に、ΔＷＦＡ／（ΔＴ×ｆ）＜２．６×１０−３の上限を満たすｆ＝２．２のレンズを例にとり説明する。図１２に、環境温度変化時に発生する波面収差の内訳を示し、図１３に、対物レンズの入射倍率を変化させたときに発生する波面収差の内訳を示す。図１２中ＬＳＡ３Ｔは、温度変化により発生する３次球面収差ΔＳＡ３Ｔを示し、ＬＳＡ５Ｔは、温度変化により発生する５次球面収差ΔＳＡ５Ｔを示し、ＬＳＡ７Ｔは、温度変化により発生する７次球面収差ΔＳＡ７Ｔを示す。図１２中横軸は、温度変化ΔＴ［℃］を示し、縦軸は、球面収差［λｒｍｓ］を示す。図１３中ＬＳＡ３ｍは、対物入射倍率変化により発生する３次球面収差ΔＳＡ３ｍを示し、ＬＳＡ５ｍは、対物入射倍率変化により発生する５次球面収差ΔＳＡ５ｍを示し、ＬＳＡ７ｍは、対物入射倍率変化により発生する７次球面収差ΔＳＡ７ｍを示す。図１３中横軸は、倍率を示し、縦軸は、発生収差［λｒｍｓ］を示す。
【００８７】
この図１２及び図１３によれば、両摂動を与えた場合に発生する３次、５次、７次球面収差の比率が異なっていることが分かる。具体的には、次式（２）及び次式（３）のような関係を満たす。
ΔＳＡ３Ｔ：ΔＳＡ５Ｔ：ΔＳＡ７Ｔ＝１：０．２４：０．０６  ・・・（２）
ΔＳＡ３ｍ：ΔＳＡ５ｍ：ΔＳＡ７ｍ＝１：０．１３：０．０３  ・・・（３）
【００８８】
この関係から、温度変化により発生した波面収差をコリメータレンズの光軸に沿って駆動させる補正方法の場合でも完全に収差を補正することは出来ないことを示している。そして、温度変化時に発生する３次の球面収差を倍率球面で完全に補正するためには、次式（４）及び次式（５）が成り立つことが必要とされる。
ΔＳＡ３Ｔ−ａ×ΔＳＡ３ｍ＝０  ・・・（４）
ａ＝ΔＳＡ３Ｔ／ΔＳＡ３ｍ  ・・・（５）
【００８９】
そして、この場合に補正される５次球面収差の量は次式（６）で表される。
Ｚ５（Ｔ，ｍ）＝ΔＳＡ５Ｔ−ΔＳＡ５ｍ×ａ  ・・・（６）
【００９０】
このように、温特球面の高次取れ残り量として、５次の取れ残り量としては摂動に対して光学性能を維持するために次式（７）を満たす必要がある。
｜Ｚ５（Ｔ，ｍ）｜＝｜ΔＳＡ５Ｔ−（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＳＡ３ｍ）×ΔＳＡ５ｍ｜≦０．０２０λｒｍｓ  ・・・（７）
【００９１】
同様に、高次取れ残り量として、７次の取れ残り量としては、次式（８）を満たす必要がある。
｜Ｚ７（Ｔ，ｍ）｜＝｜ΔＳＡ７Ｔ−（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＳＡ３ｍ）×ΔＳＡ７ｍ｜≦０．０２０λｒｍｓ  ・・・（８）
【００９２】
以上のように光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、環境温度変化時に発生する波面収差を対物レンズ３２の回折力変化作用によりある割合だけ補正し、残留分を温度変化ごとにコリメータレンズ３４をステップ駆動させる補正により記録差・再生特性を維持するシステムを持つことを特徴とする。そして、かかる光ピックアップ３を構成する対物レンズ３２は、波面収差の下限及び上限、並びに高次球面収差の影響を考慮したものであり、コリメータレンズ３４をステップ駆動する構成とともに、温度変化に伴う収差を低減するものである。すなわち、対物レンズ３２は、環境温度変化時に発生する波面収差を、対物レンズ３２の回折構造３３による回折力変化作用によりその一部を相殺することにより補償することができる。一方、コリメータレンズ駆動機構４０及び温度センサ４２は、対物レンズ３２により相殺された残りの波面収差を、環境温度に応じた位置にコリメータレンズ３４を駆動することで記録再生特性に影響のない範囲まで低減させるものである。さらに、対物レンズ３２は、以上のように温度変化に伴う収差を回折変化作用でその一部を相殺することで、コリメータレンズ３４の駆動をリニア的ではなくステップ的に駆動することを可能とする。これにより、光ディスク装置１等の制御部に負担をかけることがない。
【００９３】
以上のように、本発明を適用した光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、環境温度変化があった場合にも、対物レンズ３２の一方の面に所定の回折構造３３を有する構成と、温度センサ４２に応じてコリメータレンズ３４を駆動させる構成とにより、球面収差発生を低減することにより、光学特性を維持することができる。これにより、光ピックアップ３等は、対物レンズ３２を例えばプラスチック製にすること、及びコリメータレンズ３４の駆動ストロークを小さくすることを可能とし、よって、記録再生特性を維持するとともに、装置の小型化、軽量化及び構成の簡素化を実現する。さらに、本発明を適用した光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、環境温度変化に伴う収差を低減することで良好な記録再生特性を実現する。そして、本発明を適用した光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、収差管理が厳しく要求される例えばＢＤ等の高密度光ディスクに対する情報の記録／再生時に、プラスチック製対物レンズを含む光学系において、特に有効である。
【００９４】
また、本発明を適用した光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、ある程度の温特球面収差を対物レンズ３２で補正するため、コリメータレンズ３４の駆動による補正ストローク量を小さくでき、光学系を小さくすることを実現する。また、光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、コリメータレンズ３４のアクティブ駆動の補正温度ピッチが小さく抑えられ、制御を容易にすることを実現する。また、光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、ある程度の温特球面収差をコリメータレンズ３４の駆動によりある程度補正するため、対物レンズ３２の回折構造を微細にする必要が無く、加工上の構造形成損による効率低下を小さく抑えられ、対物レンズ３２を高光利用効率にでき、装置全体の光利用効率を向上させることを実現する。また、光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、倍率変換を行う発散角変換レンズとして、レンズを複数用いることなく、コリメータレンズ３４を有する構成としているため、構成の簡素化及び低コスト化を実現する。このように、光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、温特収差変動の補正を２つのアプローチで補正しているため、それぞれのデメリットが致命的とはならず、適正に用いることが可能となる。これにより、光ピックアップ３及び光ディスク装置１は、良好な記録再生特性を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明を適用した光ディスク装置の構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す光路図である。
【図３】本発明を適用した光ピックアップを構成する対物レンズ及びその回折構造を説明するための図であり、（ａ）は、対物レンズの断面図であり、（ｂ）は、対物レンズの回折構造が設けられた側を示す平面図である。
【図４】本発明を適用した光ディスク装置を用いた記録再生方法における温度検知システムを説明するための図であり、記録再生方法のフローチャート図である。
【図５】回折構造のピッチを決定する手法について説明するための図であり、（ａ）は、半径方向の位置毎に設計波長λ０に付与を意図する設計位相量φを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）で示したφに基づいて、実際に半径方向の位置毎に与える位相量φ’を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）で示した位相量φ’を付与する回折構造の形状を概念的に示す図である。
【図６】対物レンズの回折構造輪帯数と位相係数Ｃ２との関係を示す図である。
【図７】環境温度変化時における波面収差と、構造最小ピッチとの関係を示す図である。
【図８】対物レンズを加工する金型と、この金型を加工する金型加工バイトとの関係から加工できない削り残り部分が発生してしまうことを説明するための図であり、金型及び金型加工バイトの断面図である。
【図９】回折ピッチと加工損による光利用効率低下の関係を説明するための図であり、回折構造ピッチと光利用効率との関係を示す図である。
【図１０】環境温度変化による発生波面収差と補正との関係を説明するための図であり、温度変化と残留収差との関係を示す図である。
【図１１】温度変化と、これに対応するコリメータレンズの位置と、コリメータレンズ移動後の残留球面収差の変化とを示す図である。
【図１２】環境温度変化時の収差成分内訳を示す図である。
【図１３】倍率変化時の収差成分内訳を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  光ディスク装置、２  光ディスク、３  光ピックアップ、４  スピンドルモータ、５  送りモータ、７  システムコントローラ、９  サーボ制御部、３１  光源、３２  対物レンズ、３３  回折構造、３４  コリメータレンズ、３５  グレーティング、３６  ビームスプリッタ、３７  受光部、３８  光検出器、３９  マルチレンズ、４０  コリメータレンズ駆動機構、４１  二軸アクチュエータ、４２  温度センサ
【図１】
2010015651.tif 000004
【図２】
2010015651.tif 000005
【図３】
2010015651.tif 000006
【図４】
2010015651.tif 000007
【図５】
2010015651.tif 000008
【図６】
2010015651.tif 000009
【図７】
2010015651.tif 000010
【図８】
2010015651.tif 000011
【図９】
2010015651.tif 000012
【図１０】
2010015651.tif 000013
【図１１】
2010015651.tif 000014
【図１２】
2010015651.tif 000015
【図１３】
2010015651.tif 000016