(57)【要約】【課題】  ２以上の信号記録層を有する光記録媒体に対して、光結合効率及び結像倍率を大きく変化させることなく、層間の厚みによる球面収差の変化を補正するとともに、小型化を実現する。【解決手段】  少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置３であって、所定の波長の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信号記録層２ａ，２ｂに集光する対物レンズ３２と、対物レンズ３２に入射する光ビームの開口径を規制する開口制限素子３４と、光源３１と対物レンズ３２との間に設けられ、屈折力が可変とされ、屈折力を変化させることで、光源３１から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子３５とを備え、屈折力可変素子３５は、屈折力可変素子３５と開口制限素子３４との間隔が所定の範囲に配置される。【選択図】  図２
2006054007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
所定の波長の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上記信号記録層に集光する対物レンズと、
上記対物レンズに入射する光ビームの開口径を規制する開口制限素子と、
上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、屈折力が可変とされ、屈折力を変化させることで、上記光源から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子とを備え、
上記少なくとも２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分が０．１λｒｍｓ以上であり、
上記屈折力可変素子は、上記屈折力可変素子と上記開口制限素子との間隔が以下の式（１）を満たす位置に配置される光ピックアップ装置。
（（１．５／４．４）×１０３）・（ΔＳＡ３／ＮＡ３）（λ・Ｌ／φ２）≦０．１  ・・・・（１）
ただし、
ΔＳＡ３：２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分（λｒｍｓ）、
ＮＡ：対物レンズの開口数、
λ：光源から出射される光ビームの波長（ｍｍ）、
Ｌ：屈折力可変素子と開口制限素子との間隔（ｍｍ）、
φ：開口制限素子により規制される開口径（ｍｍ）
とする。
【請求項２】
上記屈折力可変素子は、上記屈折力可変素子と上記開口制限素子との間隔が以下の式（２）を満たす位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
Ｌ／（φ２）  ≦  １．８  ・・・（２）
ただし、
Ｌ：屈折力可変素子と開口制限素子との間隔（ｍｍ）、
φ：開口制限素子により規制される開口径（ｍｍ）
とする。
【請求項３】
少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップ装置と、上記光ディスクを回転駆動するディスク回転駆動手段とを備える記録及び／又は再生装置において、
上記光ピックアップ装置は、所定の波長の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上記信号記録層に集光する対物レンズと、
上記対物レンズに入射する光ビームの開口径を規制する開口制限素子と、
上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、屈折力が可変とされ、屈折力を変化させることで、上記光源から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子とを備え、
上記少なくとも２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分が０．１λｒｍｓ以上であり、
上記屈折力可変素子は、上記屈折力可変素子と上記開口制限素子との間隔が以下の式（３）を満たす位置に配置される記録及び／又は再生装置。
（（１．５／４．４）×１０３）・（ΔＳＡ３／ＮＡ３）（λ・Ｌ／φ２）≦０．１  ・・・・（３）
ただし、
ΔＳＡ３：２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分（λｒｍｓ）、
ＮＡ：対物レンズの開口数、
λ：光源から出射される光ビームの波長（ｍｍ）、
Ｌ：屈折力可変素子と開口制限素子との間隔（ｍｍ）、
φ：開口制限素子により規制される開口径（ｍｍ）
とする。
【請求項４】
上記屈折力可変素子は、上記屈折力可変素子と上記開口制限素子との間隔が以下の式（４）を満たす位置に配置されることを特徴とする請求項３記載の記録及び／又は再生装置。
Ｌ／（φ２）  ≦  １．８  ・・・（４）
ただし、
Ｌ：屈折力可変素子と開口制限素子との間隔（ｍｍ）、
φ：開口制限素子により規制される開口径（ｍｍ）
とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光磁気ディスク、相変化型の光ディスク等の光学的に情報の記録再生が行われる光ディスクに対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップ装置、並びに、この光ピックアップ装置を用いた記録及び／又は再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＮＡ＝０．６０程度、波長６５０ｎｍ程度とされるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）方式を採用した信号記録層を２層以上有する光ディスクにおいては、信号記録層の層間厚みにより発生する球面収差の変化量が０．０６λｒｍｓ程度であり、この記録層間厚みによる球面収差を補正することなく良好なスポット形状が得られた。
【０００３】
さらに高密度化のために、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４００〜４１０ｎｍ程度の光源と、ＮＡ（開口数）＝０．８５の対物レンズを用いたものが採用されている。この波長４００ｎｍ程度のレーザ光を用いる光ディスクは、信号記録層を保護するカバー層の厚さを薄く、例えば０．１ｍｍとした構造のものが実用化されている。また、情報記録量を増加させるために、信号記録層を２層以上有した多層ディスクが提案されている。
【０００４】
このような多層ディスクに対して記録又は再生を行う場合、層間で球面収差量が大きく変化してしまい、この球面収差を補正することが必要とされる。
【０００５】
一般的に、光ピックアップ装置においては、波面収差の大きさをマレシャルのクライテリオンとして知られる０．０７λｒｍｓ（λは光の波長）以下にする必要があるとされている。この値は、結像スポットの中心強度が、完全無収差の場合に対して８０％以上となる条件であり、実用上大きな不具合なく記録再生を行うには、製造誤差・温度・湿度あらゆる摂動を含めて、この条件を満たすことが強く求められる。すなわち、光ピックアップ装置における球面収差Ｗの２乗平均値を、０．０７λｒｍｓ以下とすることが必要とされる。
【０００６】
記録層を２層とした光ディスクにおいて、記録層間における球面収差の変化量が０．１λｒｍｓであるとすると、他の光学部品単体の製造精度及び光ピックアップ装置としての組立位置誤差、さらには温度・湿度変化等によって発生する球面収差、及び光ディスクの製作誤差に起因する球面収差を厳しく管理することによって、製造上の限界に近いと考えられる０．０２λｒｍｓ以内に抑えられれば、２つの記録層における球面収差をそれぞれ±０．０７λｒｍｓ以内に抑えることができるので球面収差の補正を行わなくとも実用可能なスポット形状を得ることが可能である。
【０００７】
しかし、青紫色半導体レーザによる波長４００〜４１０ｎｍ程度の光源と、ＮＡ（開口数）＝０．８５の対物レンズを用い、記録層間の厚みが２５±５μｍとされる２層光ディスクでは、記録層間に発生する球面収差が０．１λｒｍｓを上回る０．２５λｒｍｓ程度であるため、記録層間の球面収差の補正手段が必要となる。
【０００８】
このような記録層を２層有する光ディスクに対して情報信号の記録及び再生を行うために、記録層間の球面収差の補正手段として、光ピックアップ装置を構成する光学素子で通過する光ビームに屈折力を与える、例えば、コリメータレンズ、ビームエキスパンダ等の光学素子と、この光学素子を光軸方向に移動させる駆動手段とを組み合わせたものがある（特許文献１、特許文献２）。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１３８３４３号公報
【特許文献２】特開平５−２６６５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
かかる光ピックアップ装置においては、球面収差を打ち消すように、屈折力を与える光学素子を移動させることで、球面収差を補正することができる。
【００１１】
しかしながら、この光ピックアップ装置において、光学素子を駆動する駆動機構が必要となってしまい、また、この駆動機構及び光学素子を移動させるための空間を設ける必要があり、装置全体が大型となってしまう。
【００１２】
本発明の目的は、２以上の信号記録層を有する光記録媒体に対して、光結合効率及び結像倍率を大きく変化させることなく、記録層間の厚みによる球面収差の変化を補正することができるとともに、装置全体の小型化を図ることができる光ピックアップ装置並びにこれを用いた記録及び／又は再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置は、少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して、情報信号の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、所定の波長の光ビームを出射する光源と、光源から出射された光ビームを信号記録層に集光する対物レンズと、対物レンズに入射する光ビームの開口径を規制する開口制限素子と、光源と対物レンズとの間に設けられ、屈折力が可変とされ、屈折力を変化させることで、光源から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子とを備え、少なくとも２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分が０．１λｒｍｓ以上であり、屈折力可変素子は、屈折力可変素子と開口制限素子との間隔が以下の式（１）を満たす位置に配置される。
【００１４】
（（１．５／４．４）×１０３）・（ΔＳＡ３／ＮＡ３）（λ・Ｌ／φ２）≦０．１  ・・・・（１）
【００１５】
ただし、
ΔＳＡ３：２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分（λｒｍｓ）、
ＮＡ：対物レンズの開口数、
λ：光源から出射される光ビームの波長（ｍｍ）、
Ｌ：屈折力可変素子と開口制限素子との間隔（ｍｍ）、
φ：開口制限素子により規制される開口径（ｍｍ）
とする。
【００１６】
また、上述したような目的を達成するため、本発明に係る記録及び／又は再生装置は、少なくとも２以上の信号記録層を有する光ディスクの選択された信号記録層に対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップ装置と、光ディスクを回転駆動するディスク回転駆動手段とを備える記録及び／又は再生装置であり、この光ピックアップ装置として、上述した光ピックアップ装置を適用したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光ピックアップ装置は、屈折力を変化させることで、光源から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子により、記録層間の厚みによる球面収差の補正を行うことができ、また、屈折力可変素子と開口制限素子との距離を所定の範囲とすることにより、光結合効率及び結像倍率を大きく変化させることなく、安定した記録特性及び再生特性を得ることができるとともに、小型化及び構成の簡素化を実現できる。
【００１８】
本発明の記録及び／再生装置によれば、屈折力を変化させることで、光源から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子により、記録層間の厚みによる球面収差の補正を行うことができ、また、屈折力可変素子と開口制限素子との距離を所定の範囲とすることにより、光結合効率及び結像倍率を大きく変化させることなく、安定した記録特性及び再生特性を得ることができるので、良好な記録再生動作が可能となるとともに、装置の小型化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を用いた記録再生装置について、図面を参照して説明する。
【００２０】
本発明が適用された記録再生装置１は、図１に示すように、光ディスク２から情報記録再生を行う光ピックアップ装置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、光ピックアップ装置３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５とを備えている。
【００２１】
記録再生装置１は、例えば、信号記録層を２層有し、波長が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光ディスク２に対して情報の記録又は再生を行うことができるように構成されている。この光ディスク２において、具体的に、信号記録層の層間厚みは、２５±５μｍとされる。ここで、信号記録層の層間厚みとは、各信号記録層の中心の間隔である。
【００２２】
記録再生装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５は、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駆動制御部９により駆動制御されて所定の回転数で駆動される。光ピックアップ装置３は、所定の波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ装置３は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１４に供給する。
【００２３】
プリアンプ部１４の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１５に送られる。この信号変復調及びＥＣＣブロック１５は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ装置３は、信号変復調及びＥＣＣブロック１５の指令にしたがって回転する光ディスク２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク２に対して信号の記録又は再生を行う。
【００２４】
プリアンプ部１４は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。
【００２５】
ここで例えば、信号変復調＆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、インターフェイス１６を介して外部コンピュータ１７に送出される。これにより、外部コンピュータ１７等は、光ディスク２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。
【００２６】
また、信号変復調＆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及びＡ／Ｄ変換器１８のＤ／Ａ変換部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、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。
【００２７】
光ピックアップ装置３において、例えば、光ディスク２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ５の制御、スピンドルモータ４の制御、及び光ピックアップ装置３において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれ駆動制御回路９により行われる。
【００２８】
レーザ制御部２１は、光ピックアップ装置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。
【００２９】
システムコントローラ７は、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目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）による情報に基づいて、光ディスクにおける信号記録層の種別及び層数を判別するとともに、トラックのウォブリング等により記録されているアドレス信号から、どの信号記録層に対する記録再生かを判別することができる。
【００３０】
駆動制御回路９は、システムコントローラ７に制御され、例えば光ピックアップ装置３と光ディスク２との相対位置を検出することによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。ここで、光ピックアップ装置３と光ディスク２との相対位置を検出することには、光ディスク２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出をする場合を含む。
【００３１】
以上のように構成された記録再生装置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、駆動制御部９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御し、光ピックアップ装置３を光ディスク２の選択された信号記録層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の選択された信号記録層に対して情報の記録再生を行う。
【００３２】
ここで、上述した記録再生用の光ピックアップ装置３について詳しく説明する。
【００３３】
本発明を適用した光ピックアップ装置３は、図２に示すように、所定の波長の光ビームを出射する光源部３１と、この光源部３１から出射された光ビームを光ディスク２の選択された信号記録層２ａ，２ｂ上に集光する対物レンズ３２と、対物レンズ３２の入射側に設けられ、対物レンズ３２に入射する光ビームの開口制限を行う開口制限素子として開口絞り３４と、光源部３１と対物レンズ３２との間に設けられ入射した光ビームの発散角を略平行光に変換する光学素子としてコリメータレンズ３３と、対物レンズ３２とコリメータレンズ３３との間に設けられ、屈折力が可変とされ、屈折力を変化させることで、入射した光ビームの、対物レンズ３２に対して入射する際の発散収束角を所望の角度に変化させる屈折力可変素子３５とから構成される。
【００３４】
また、光ピックアップ装置３は、光源部３１とコリメータレンズ３３との間に設けられ、通過する光ビームを一部分離させるビームスプリッタ３６と、光源部３１から出射され、ビームスプリッタ３６で分離された光ビームを検出する光量調整用検出器３７と、光ディスク２で反射され、ビームスプリッタ３６で分離された戻り光を検出する光検出器３８とを備える。
【００３５】
光源部３１は、波長を４０５ｎｍとする光ビームを出射することができ、記録特性及び再生特性に適した出射パワーの光ビームを出射する。対物レンズ３２は、ＮＡ（開口数）＝０．８５のものが採用されており、開口絞り３４により適切な開口数に開口制限された光ビームを光ディスク２の選択された信号記録層上に集光することができる。また、対物レンズ３２は、図示しない２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構に保持され、フォーカシングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向に駆動変位され、また、トラッキングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に駆動変位される。
【００３６】
コリメータレンズ３３は、光源部３１から出射された光ビームの発散角を変換して屈折力可変素子３５側に出射させる。開口制限素子として設けられる開口絞り３４は、通過する光ビームの光束径、すなわち、開口径を規制するものであり、対物レンズ３２に応じた開口数、ここでは、ＮＡ＝０．８５となるように開口制限を行う。
【００３７】
屈折力可変素子３５は、屈折力が可変とされ、屈折力を変化させることにより対物レンズ３２に入射する光ビームの発散収束角度を変化させる、すなわち対物レンズ３２の結像倍率を変化させることによって、対物レンズ３２から出射される光ビームに発生する球面収差を用いて、光ディスクのカバー層厚の変化等によって発生する球面収差を補正するものであり、液晶光学素子が用いられる。この屈折力可変素子３５は、透明電極が形成された２枚のガラス基板によって液晶分子を挟んで形成されている。そして、各透明電極にそれぞれ駆動電圧を印加すると、印加された電圧による電界に従って液晶分子の配向が偏倚され、これにより屈折力可変素子３５を通過する光ビームに与える屈折力を任意に変更する。すなわち、屈折力可変素子３５は、透過する光ビームの発散角を変化させることができ、屈折力を変化させることで、この発散角を変化させて、パワー収差、すなわちデフォーカス収差成分を任意に変化させることができ、それにより対物レンズ３２から出射する光ビームに発生する球面収差量を変化させることができる。ここで、パワー収差及びデフォーカス収差成分は、フリンジゼルニケ収差多項式におけるＺ４項に対応するような、波面収差の分類としてのパワー収差及びデフォーカス収差を意味するものである。
【００３８】
ここでは、屈折力可変素子３５には、液晶光学素子が用いられたが、制御することにより屈折力を変化できるものであればよく、これに限られるものではない。例えば、屈折力可変素子として、液体レンズを用いてもよい。
【００３９】
また、光ピックアップ装置３は、システムコントローラ７から指令を受け、光ディスク２の選択された信号記録層に対応したデフォーカス収差成分を与えて信号記録面上において残存する球面収差の発生を抑制するように、屈折力可変素子３５に印加される電圧を制御する屈折力可変素子制御回路４０を備える。
【００４０】
屈折力可変素子３５は、屈折力可変素子制御回路４０に制御され、対物レンズ３２に入射する光ビームに、選択された信号記録層に対応した屈折力とされ、通過する光ビームの発散角を変化させる、すなわち、通過する光ビームにデフォーカス収差成分を与えることで、光ディスク２の各信号記録層の層間の厚みによる球面収差を補正することができる。
【００４１】
ビームスプリッタ３６は、光源部３１とコリメータレンズ３３との間の光路上に設けられ、光源部３１から出射された光ビームの一部を光量調整用に反射させて分離させ、残りの大部分をコリメータレンズ３３側に透過させるハーフミラー面３６ａを有する。ビームスプリッタ３６は、光ビームの往路において、信号記録用又は信号再生用の光ビームから光量調整用の光ビームを分離させる。また、ビームスプリッタ３６のハーフミラー面３６ａは、光ディスク２で反射された戻り光を反射させて光検出器３８側に導く。
【００４２】
光量調整用検出器３７とビームスプリッタ３６との間には、ビームスプリッタ３６で反射された光ビームを光量調整用検出器３７のモニター用受光部上に収束させる光学素子としてレンズ４１が設けられる。光量調整用検出器３７は、ビームスプリッタ３６で分離されレンズ４１で収束された光量調整用の光ビームをモニター用受光部で受光し、光源部３１から出射される光ビームの発光出力を自動制御する。
【００４３】
光検出器３８とビームスプリッタ３６との間には、ビームスプリッタ３６で反射された戻り光を光検出器３８の受光面上に収束させるマルチレンズ３９が設けられている。光検出器３８は、光ディスク２の選択された信号記録層で反射され、ビームスプリッタ３６で反射され戻り光を受光面で受光して、プリアンプ１４を介して対物レンズ３２を駆動するためのフォーカシングサーボ信号、トラッキングサーボ信号を生成する。
【００４４】
光検出器３８からプリアンプ１４を介してフォーカシングサーボ信号及びトラッキングサーボ信号を受けた駆動制御回路９は、対物レンズ駆動機構を、対物レンズ３２を対物レンズ３２の光軸と平行なフォーカシング方向、又は、対物レンズ３２の光軸に直交するトラッキング方向に駆動変位させることによって、フォーカスサーボ及びトラックサーボを行う。この対物レンズ３２が駆動されることにより、光ディスク２の選択された信号記録層に対して対物レンズ合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク２の信号記録層上に合焦されて、光ディスク２に対して情報信号の記録又は再生が行われる。
【００４５】
また、光ピックアップ装置３は、光検出器３８で検出された検出信号から得られる、ＲＦ信号やプッシュプル信号等をもとに、それぞれの信号記録面において残存する球面収差量が抑制されるように球面収差補正を行う。ここで補正を行う球面収差は、光ディスク２の製作誤差により発生する球面収差、信号記録層の層間の厚みによる球面収差、光ピックアップ装置３の構成部品の製作誤差及び部品間の組立精度等により発生している球面収差の他、あらゆる球面収差である。具体的には、システムコントローラ７からの指令により、屈折力可変素子制御回路４０が、屈折力可変素子３５への印加電圧を可変することにより屈折力を変化させ、デフォーカス収差成分を発生させることによって、球面収差補正量が変化する。その変化により、光検出器３８で検出される検出信号から得られる、ＲＦ信号やプッシュプル信号等が変化するので、それらの信号が良好となるように印加電圧を決定する。
【００４６】
また、屈折力可変素子３５は、屈折力可変素子３５と開口絞り３４との間隔が以下の式（２）を満たす位置に配置される。
【００４７】
（（１．５／４．４）×１０３）・（ΔＳＡ３／ＮＡ３）（λ・Ｌ／φ２）≦０．１  ・・・・（２）
【００４８】
ただし、
ΔＳＡ３：２以上の信号記録層のうち最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録層までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分（λｒｍｓ）、
ＮＡ：対物レンズ３２の開口数、
λ：光源部３１から出射される光ビームの波長（ｍｍ）、
Ｌ：屈折力可変素子３５と開口絞り３４との間隔（ｍｍ）、
φ：開口絞り３４により規制される開口径（ｍｍ）
とする。
【００４９】
光ピックアップ装置３は、屈折力可変素子３５が上述の式（２）を満たすように、所定の位置に配置されることにより、光結合効率及び結像倍率が大きく変化してしまうことを防止する。
【００５０】
ここで、屈折力可変素子３５が式（２）を満たす位置に配置されることについて詳細に説明する。
【００５１】
光ピックアップ装置３において、図３に示すように、屈折力可変素子３５の屈折力を変化させると、開口絞り３４により開口制限されていることにより、光源部３１から出射される光ビームの有効出射角が変化する。
【００５２】
ここで、光ビームの有効出射角とは、光源部３１から出射される光ビームのうち、光学系に配置された各光学部品を通過して、開口絞り３４により開口制限され、対物レンズ３２により光ディスク２で集光される光ビームの光源部３１から出射される角度を示すものであり、換言すると有効結合角である。
【００５３】
例えば、屈折力可変素子３５の屈折力を正とした場合は、光ビームを収束させるので、光源部３１での有効出射角は、大きくなる。また、屈折力可変素子３５の屈折力を負とした場合は、光ビームを発散させるので、光源部３１での有効出射角は、小さくなる。
【００５４】
屈折力可変素子３５が上述の式（２）を満たす位置に配置されていない場合は、層間厚みによる球面収差を補正するために屈折力可変素子３５の屈折力を変化させると、有効ビーム径が変化し、すなわち光ビームの有効出射角が変化する。さらに、光ディスク２の信号記録層２ａ，２ｂに集光される光ビームの光量（パワー）が変化したり、瞳内の強度分布、すなわち、有効径内の強度分布が変化したり、トラッキングエラー信号を３ビームを用いて生成する場合に、信号記録層上のスポット間隔が変化したりするおそれがある。例えば、屈折力可変素子３５により光ビームを発散させると有効径が小さくなり光量が減少し、収束させると有効径が大きくなり光量が増加する。
【００５５】
この光量変化により、最適記録パワーからずれることにより情報信号の適切な記録を妨げたり、最適再生パワーからずれて所定のパワー以上で再生することにより、光ビームを集光することによる熱により記録しているので再生耐久性に問題を起こす等の記録再生特性が劣化してしまうことがある。
【００５６】
次に、屈折力可変素子３５と開口絞り３４と位置の関係を示す式（２）について説明する。
【００５７】
上述のような光学部品を備える光ピックアップ装置３において、対物レンズ３２に入射する光ビームの発散角を変化させることで、すなわち、発散又は収束させて入射させることによって、球面収差を発生させる場合について考える。
【００５８】
ここで、図３に示すように、対物レンズ３２に入射する光ビームの光軸方向から発散方向への傾斜角度をα（ｒａｄ）とする。すなわち、平行光である場合は、α＝０となり、収束光である場合のαは負の値となる。
【００５９】
光ピックアップ装置３において、発生する球面収差ＳＡ３は、対物レンズに入射する光ビームの傾斜角度α（ｒａｄ）、及び、対物レンズの焦点距離ｆ（ｍｍ）に比例する。また、発生する球面収差ＳＡ３は、開口数ＮＡの４乗、すなわち、ＮＡ４に比例する。したがって、発生する球面収差ＳＡ３（λｒｍｓ）は、次式（３）を満たす。
【００６０】
ＳＡ３＝ｋ０・α・（ｆ／λ）・ＮＡ４  ・・・・（３）
【００６１】
但し、式（３）において、
α：対物レンズに入射する光ビームの傾斜角度（ｒａｄ）、
ｆ：対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、
λ：光ビームの波長（ｍｍ）、
ＮＡ：対物レンズの開口数
ｋ０：係数
である。
【００６２】
この式（３）を対物レンズ３２の開口径φ（ｍｍ）と、焦点距離ｆ（ｍｍ）及び開口数ＮＡとの関係を示す次式（４）を用いて変形すると、式（５）のようになる。
【００６３】
φ＝２・ｆ・ＮＡ  ・・・・（４）
ＳＡ３＝ｋ・α・（φ／λ）・ＮＡ３  ・・・・（５）
【００６４】
但し、式（４）及び式（５）において、
φ：対物レンズの開口径（ｍｍ）、
ｋ：係数
である。
【００６５】
また、式（３）の係数ｋ０と、式（５）の係数ｋの関係は、次式（６）のとおりとなる。
【００６６】
ｋ＝ｋ０／２  ・・・・（６）
【００６７】
上述の式（５）において、対物レンズ３２の開口径φ（ｍｍ）、対物レンズ３２に入射する光ビームの傾斜角度α（ｒａｄ）、対物レンズ３２の開口数ＮＡを変化させて、対物レンズ３２から出射する光ビームに含まれる球面収差量ＳＡ３（λｒｍｓ）を実際に計算すると、図４に示すようになる。この図４から、係数ｋを算出すると、８．８×１０−３となり、式（５）は、次式（７）のように表される。
【００６８】
ＳＡ３＝（８．８×１０−３）・α・（φ／λ）・ＮＡ３  ・・・・（７）
【００６９】
式（７）を変形して、次式（８）を得る。
【００７０】
α＝（（１／８．８）×１０３）・（ＳＡ３／ＮＡ３）（λ／φ）  ・・・・（８）
【００７１】
また、屈折力可変素子３５における開口径φ０（ｍｍ）の変化量Δφ０（ｍｍ）は、次式（９）であり、この式（９）とφ０≒φの関係を用いて、上述の式（８）を変形すると、次式（１０）が得られる。
【００７２】
Δφ０＝−２・α・Ｌ  ・・・・（９）
Δφ０／φ０＝（（−１／４．４）×１０３）・（ＳＡ３／ＮＡ３）（λ・Ｌ／φ２）  ・・・・（１０）
【００７３】
但し、式（９）、式（１０）において、
φ０：屈折力可変素子３５の有効な開口径（ｍｍ）、
Δφ０：屈折力可変素子３５の有効な開口径の変化量（ｍｍ）、
Ｌ：屈折力可変素子３５と開口絞り３４との間隔（ｍｍ）
とする。
【００７４】
式（１０）に示す（Δφ０／φ０）がすなわち、屈折力可変素子３５における有効ビーム径の変化率を示す式である。ここで、変化がない場合は、０となる。また、この式（１０）に示す（Δφ０／φ０）は、光源部３１から出射される光ビームの有効出射角をθとしたときのＳｉｎθの変化率、すなわち、有効出射角の変化率ともいえる。
【００７５】
この有効ビーム径の変化により、光源部３１から出射される光ビームが所定の値となるように、制御しても、屈折力可変素子３５の屈折力を変化させることで球面収差を補正すると、ディスク２の信号記録層での集光される光ビームの光量（パワー）が変化したり、瞳内の強度分布、すなわち、有効径内の強度分布が変化したり、トラッキングエラー信号を３ビームを用いて生成する場合に、信号記録層上のスポット間隔が変化したりするおそれがある。
【００７６】
ここで、光源部３１に半導体レーザを用いた場合、強度がガウス分布となることから、有効ビーム径の変化比率と、光量の変化比率との関係は、瞳内の強度分布により多少変化するが、代表的な例と考えられる、部品透過率を除いた純粋なレーザ光の光結合効率が３５％程度となる系（瞳の中心に対する有効径最外部における光強度を５５〜７０％程度とした場合）を想定すれば、１．５（Δφ０／φ０）程度となる。
【００７７】
この光量の変化率は、記録時のパワーマージン及び再生時の再生耐久性等を考慮すると１０％以内に抑える必要がある。例えば、ＮＡ＝０．８５の対物レンズ及び波長４００ｎｍ程度のレーザ光を用いる光ディスクの場合、再生パワーが１０％増大すると、再生耐久回数が１０分の１以下に減少してしまうというような現象も生じてしまい、実用上大きな不都合となる。
【００７８】
そして、光量の変化率が１０％以内であることから、次式（１１）の関係が得られる。
【００７９】
１．５（Δφ０／φ０）≦０．１  ・・・・（１１）
【００８０】
上述の式（１０）を、式（１１）に代入し、さらに、最も離間した２層間において、光ビームが入射されるディスク表面から信号記録面までの厚みの差によって発生する球面収差量の差分をΔＳＡ３（λｒｍｓ）として、これをその式のＳＡ３に代入すると、波長λ（ｍｍ）、対物レンズの開口数ＮＡ、有効系φ（ｍｍ））としたときに、屈折力可変素子３５と開口絞り３４との間隔Ｌ（ｍｍ）が満たすべき関係式として、次式（１２）の関係が得られる。
【００８１】
１．５（Δφ０／φ０）＝（（１．５／４．４）×１０３）・（ΔＳＡ３／ＮＡ３）（λ・Ｌ／φ２）≦０．１  ・・・・（１２）
【００８２】
この式（１２）において、例えば、青紫色半導体レーザを用いる光ディスクでは、波長がλ＝０．４０５×１０−３（ｍｍ）であること、開口数がＮＡ＝０．８５であること、記録層間厚みが２５μｍより球面収差ＳＡ３に換算して０．２５（λｒｍｓ）であることから、式（１３）の関係が得られる。
【００８３】
Ｌ／φ２≦１．８  ・・・・（１３）
【００８４】
このように、本発明を適用した光ピックアップ装置３は、屈折力可変素子３５が上述の式（２）を満たす位置に配置されることにより、信号記録層の層間の厚みによる球面収差を補正するとともに、光結合効率及び結像倍率が大きく変化してしまうことを防止できる。
【００８５】
次に、この光ピックアップ装置３における、光源部３１から出射された光ビームの光路について説明する。
【００８６】
光源部３１から出射された光ビームは、ビームスプリッタ３６により、その一部が光量調整用に反射されて、残りの部分は、コリメータレンズ３３側に透過される。ビームスプリッタ３６により反射された、光量調整用の光ビームは、レンズ４１に収束されて光量調整用光検出器３７により受光される。ビームスプリッタ３６により分離された光ビームを検出した光量調整用光検出器３８は、記録動作又は再生動作に応じて、その光量が設定された適切な光量となるように光源部３１を制御する。
【００８７】
ビームスプリッタ３６を透過した光ビームは、コリメータレンズ３３により発散角を変換され、屈折力可変素子３５により、選択された信号記録層に対応した屈折力により発散角を変化させられ、すなわち、層間の厚みによるデフォーカス成分を調整されて対物レンズ３２側に出射される。このとき、屈折力可変素子３５は、システムコントローラ７からの信号を受けた屈折力可変素子制御回路４０により、選択された信号記録層２ａ，２ｂに対応した屈折力とされている。
【００８８】
屈折力可変素子３５により、発散角を調整された光ビームは、開口絞り３４により開口制限され、対物レンズ３２により、選択された信号記録層２ａに集光される。
【００８９】
光ディスク２の信号記録層に集光された戻りの光ビームは、信号記録層で反射し、対物レンズ３２、屈折力可変素子３５、コリメータレンズ３３を通過して、ビームスプリッタ３６により反射される。
【００９０】
ビームスプリッタ３６により反射された戻りの光ビームは、マルチレンズ３９により光検出器３８の受光面上に集光させる。屈折力可変素子制御回路４０は、光検出器３８からの信号に基づいてシステムコントローラ７から指令を受け、それぞれの信号記録面において残存する球面収差量が抑制されるように、屈折力可変素子３５の屈折力を変化させて、球面収差補正を行う。
【００９１】
本発明を適用した光ピックアップ装置３は、屈折力を変化させることで、光源部３１から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子３５により、記録層間の厚みにより発生する球面収差の補正を行うことができ、また、屈折力可変素子３５と開口絞り３４との距離を所定の範囲としているので、光結合効率及び結像倍率を大きく変化させることなく、安定した記録特性及び再生特性を得ることができるとともに、小型化及び構成の簡素化を実現できる。
【００９２】
本発明を適用した記録再生装置１は、屈折力を変化させることで、光源部３１から出射された光ビームの発散角を変化させる屈折力可変素子３５により、記録層間の厚みによる球面収差の補正を行うことができ、また、屈折力可変素子３５と開口絞り３４との距離を所定の範囲としているので、光結合効率及び結像倍率を大きく変化させることなく、安定した記録特性及び再生特性を得ることができるので、良好な記録再生動作が可能となるとともに、装置の小型化を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、信号記録層を３層以上有する光記録媒体にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明を適用した記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した光ピックアップ装置の光学系の例を説明する構成図である。
【図３】本発明を適用した光ピックアップ装置の屈折力可変素子及び開口制限素子の間隔について説明するための概略図である。
【図４】対物レンズに入射する光ビームの傾斜角度、対物レンズの開口数、及び、対物レンズの開口数と、発生する球面収差との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  記録再生装置、  ２  光ディスク、  ３  光ピックアップ装置、  ４  スピンドルモータ、  ５  送りモータ、  ９  駆動制御回路、  ３１  光源、  ３２  対物レンズ、  ３３  コリメータレンズ、  ３４  開口絞り、  ３５  屈折力可変素子、  ３６  ビームスプリッタ、  ３７  光量調整用検出器、  ３８  光検出器、  ３９  マルチレンズ
【図１】
2006054007.tif 000003
【図２】
2006054007.tif 000004
【図３】
2006054007.tif 000005
【図４】
2006054007.tif 000006