(57)【要約】  ３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクの記録または再生時に発生する３次非点収差量を抑制できる光ピックアップ光学系を提供する。本発明の光ピックアップ光学系は、各記録面に応じて光軸方向に移動する倍率変換光学素子と、倍率変換素子を介して入射した光束を集光し、記録面のうちの対応する記録面にスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、以下の式を満足する。    ４．０×１０−４＜Ｍｎ／（ｔｎ−ｔｃ）×ｆ＜６．０×１０−４  ・・・（１）ここで、ｔｃ：対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基板の厚さ［μｍ］、ｆ：対物レンズ素子の焦点距離［ｍｍ］、Ｍｎ：基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率である。
2011033786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を介して相互に平行に配置された少なくとも３つの記録面に入射した光束を集光し、各前記記録面に対応するスポットをそれぞれ形成する光ピックアップ光学系であって、
各前記記録面に応じて光軸方向に移動する倍率変換光学素子と、
前記倍率変換素子を介して入射した光束を集光し、前記記録面のうちの対応する記録面にスポットを形成する対物レンズ素子と、を備え、
前記対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる前記基板の厚さをｔｃ［μｍ］、前記対物レンズ素子の焦点距離をｆ［ｍｍ］、前記基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の結像倍率をＭｎとしたときに、以下の式を満たす、光ピックアップ光学系：
４．０×１０−４＜Ｍｎ／（ｔｎ−ｔｃ）×ｆ＜６．０×１０−４  ・・・（１）
【請求項２】
前記対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる際の対物レンズ素子の開口数をＮＡｃ、前記基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の開口数をＮＡｎとしたときに、以下の式を満たす、請求項１に記載の光ピックアップ光学系：
１．０×１０−４＜［１−（ＮＡｎ／ＮＡｃ）］／（ｔｎ−ｔｃ）＜２．５×１０−４  ・・・（２）
【請求項３】
最も厚みの大きい前記基板を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の結像倍率および対物レンズ素子の開口数をそれぞれＭ０、ＮＡ０、最も厚みの小さい前記基板を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の結像倍率および対物レンズ素子の開口数をそれぞれＭｍ、ＮＡｍ、としたときに、以下の式を満たす、請求項２に記載の光ピックアップ光学系：
Ｍ０＞０．００５  ・・・（３）
Ｍｍ＜−０．００５  ・・・（４）
ＮＡ０／ＮＡｃ＜０．９９７  ・・・（５）
ＮＡｍ／ＮＡｃ＞１．００３  ・・・（６）
【請求項４】
以下の式を満たす、請求項３に記載の光ピックアップ光学系：
｜Ｍｍ｜＞｜Ｍ０｜  ・・・（７）
ＮＡｍ−ＮＡｃ＞ＮＡｃ−ＮＡ０  ・・・（８）
【請求項５】
記録面に対応したスポットを形成可能であって、最も厚みの大きい前記基板の厚みをｔ０［μｍ］、最も厚みの小さい前記基板の厚みをｔｍ［μｍ］としたとき、以下の式を満たす、請求項１に記載の光ピックアップ光学系：
ｔｃ＞（ｔ０＋ｔｍ）／２  ・・・（９）
【請求項６】
前記対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる前記基板の厚さをｔｃ［μｍ］、記録面に対応したスポットを形成可能であって、最も厚みの大きい前記基板の厚みをｔ０［μｍ］、最も厚みの小さい前記基板の厚みをｔｍ［μｍ］であるときに、光軸に対して、前記対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次のコマ収差量を、それぞれ同じ順に、３ＣＭ（ｔｃ）、３ＣＭ（ｔ０）、３ＣＭ（ｔｍ）とそれぞれしたときに、以下の式を満たす、請求項１に記載の光ピックアップ光学系：
３ＣＭ（ｔｃ）＜［３ＣＭ（ｔ０）＋３ＣＭ（ｔｍ）］／２  ・・・（１０）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過層の厚さが異なる複数種類の光ディスク等の情報記録媒体に対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
青紫半導体レーザの実用化により、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やＤＶＤと同じ大きさで、高密度・大容量の光情報記録媒体（以下、「光ディスク」ともいう）であるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標。以下、「ＢＤ」という）が実用化されている。【０００３】
ＣＤの光透過層の厚さは１．２ｍｍで、記録または再生を行うレーザ光の波長は約７８５ｎｍ、対物レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）ＮＡは０．４５〜０．５２、記録容量は約６５０ＭＢｙｔｅである。【０００４】
ＤＶＤの光透過層の厚さは約０．６ｍｍで、記録または再生を行うレーザ光の波長は約６６０ｎｍ、対物レンズの開口数ＮＡは０．６０〜０．６６、１層の情報記録面の記録容量は約４．７ＧＢｙｔｅである。情報記録面が１面の単層ディスクと、情報記録面が２面の２層ディスクが実用化されている。【０００５】
ＢＤの光透過層の厚さは約０．１ｍｍので、記録または再生を行うレーザ光の波長は４０５ｎｍ程度、開口数はＮＡ約０．８５、１層の情報記録面の記録容量は約２５ＧＢｙｔｅである。ＢＤも情報記録面が１面の単層ディスクと、情報記録面が２面の２層ディスクが実用化されている。【０００６】
ＢＤのように、複数の情報記録面に対して情報の記録または再生を行う場合、情報記録面毎に光透過層の厚さが異なる。対物レンズの最適光透過層厚（対物レンズに平行光が入射した時に３次球面収差が最小となる光透過層の厚さ）からずれた深さにある情報記録面上では、最適光透過層厚からのずれに応じた３次球面収差が発生する。ＢＤでは、光透過層の厚み誤差１０μｍに対して、約１００ｍλの３次球面収差が発生する。そのため、ＢＤの記録または再生を行う光ピックアップ装置は、一般的に３次球面収差を補正する手段を備えている。【０００７】
例えば特許文献１には、コリメートレンズをコリメートレンズ用アクチュエータに搭載し、光透過層の厚さずれに起因する３次球面収差を打ち消すよう、光源と対物レンズの間に配置されたコリメートレンズを光軸方向に移動し、対物レンズに入射するレーザ光の発散角あるいは収束角を変化させる光ピックアップ装置が示されている。【０００８】
一方、短波長のレーザ光と高ＮＡの対物レンズを用いたＢＤ等の高密度光ディスク用の光ピックアップ装置では、光ディスクの傾き（以下、「ディスクチルト」ともいう）によって発生する３次コマ収差を補正するための手段が備えられているものが多く、例えば、対物レンズアクチュエータに搭載された対物レンズを光ディスクの半径方向に傾ける方式や、液晶素子を用いる方式が実用化されている。【０００９】
近年、複数の対物レンズを同時に搭載して、ＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤに対する互換性を確保した光ピックアップ装置が種々提案されている。【００１０】
図２０は、対物レンズを２つ用いて構成した光ピックアップの一例を示す図である。【００１１】
図２０に示す光ピックアップ装置１４０は、青紫レーザ光を出射する青紫レーザ光源１０１、リレーレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、コリメートレンズ１０４、平板型ミラー１０５、１／４波長板１０６、回折レンズ１０７、対物レンズ１０８、対物レンズアクチュエータ１０９、赤色レーザ光と赤外レーザ光とを選択的に出射する２波長光源１１１、回折格子１１２、平板型ビームスプリッタ１１３、コリメートレンズアクチュエータ１１４、くさび型ミラー１１５、１／４波長板１１６、互換対物レンズ１１８、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２、受光素子１２３フロントモニタセンサ１２４を備える。であり、対物レンズ１０８は、２層の情報記録面Ｌ０およびＬ１を有するＢＤ９０専用であり、互換対物レンズ１１８は、ＤＶＤ７０およびＣＤ８０で共用される。【００１２】
ＢＤ９０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置１４０の動作について述べる。青紫レーザ光源１０１から出射された波長約４０５ｎｍの青紫レーザ光は、リレーレンズ１０２によって発散光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０３にＳ偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ１０３で反射されたレーザ光は、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換され、くさび型ミラー１１５を透過し、平板型ミラー１０５によって反射されて１／４波長板１０６の方向に折り曲げられる。平板型ミラー１０５に入射したレーザ光の一部は、これを透過してフロントモニタセンサ１２４に入射する。フロントモニタセンサ１２４の出力に基づいて青紫レーザ光源１０１の出力制御が行われる。平板型ミラー１０５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１０６で円偏光に変換された後、回折レンズ１０７を透過し、対物レンズ１０８によって、ＢＤ９０の情報記録面Ｌ０もしくはＬ１の何れかに光スポットとして集光される。【００１３】
ＢＤ９０の情報記録面Ｌ０またはＬ１で反射した青紫レーザ光は、再び対物レンズ１０８、回折レンズ１０７を透過し、１／４波長板１０６で往路とは偏光面が異なる直線偏光に変換された後、平板型ミラー１０５で反射される。平板型ミラー１０５で反射された光は、くさび型ミラー１１５とコリメートレンズ１０４を透過した後、偏光ビームスプリッタ１０３にＰ偏光として入射してこれを透過し、平板型ビームスプリッタ１１３、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に所定の演算処理がされ、ＢＤ９０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。【００１４】
次に、ＤＶＤ７０の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１４０の動作について述べる。２波長レーザ光源１１１から出射された波長約６６０ｎｍの赤色レーザ光は、回折格子１１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１１３にＳ偏光として入射して反射され、偏光ビームスプリッタ１０５を透過し、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換される。コリメートレンズ１０４から出射された光は、くさび型ミラー１１５によって反射されて１／４波長板１１６の方向に折り曲げられる。くさび型ミラー1１５に入射したレーザ光の一部は、くさび型ミラー１１５と平板型ミラー１０５とを透過してフロントモニタセンサ１２４に入射し、フロントモニタセンサ１２４の出力に基づいて２波長光源１１１の赤色レーザ光の出力制御が行われる。くさび型ミラー１１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１１６で円偏光に変換された後、対物レンズ１１８によって、ＤＶＤ６０の情報記録面に光スポットとして集光される。【００１５】
ＤＶＤ６０の情報記録面で反射された赤色レーザ光は、再び対物レンズ１１８を透過し、１／４波長板１１６で往路とは異なる偏光面を有する直線偏光に変換された後、くさび型ミラー１１５で反射される。くさび型ミラー１１５によって反射された光は、コリメートレンズ１０４を透過したのち、偏光ビームスプリッタ１０３と平板型ビームスプリッタ１１３にＰ偏光として入射してこれを透過し、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に所定の演算処理がされ、ＤＶＤ６０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。【００１６】
次に、ＣＤ８０の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１４０の動作について述べる。２波長レーザ光源１１１から出射された波長約７８５ｎｍの赤外レーザ光は、回折格子１１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１１３で反射され、偏光ビームスプリッタ１０５を透過し、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換され、くさび型ミラー１１５によって反射されて１／４波長板１１６の方向に折り曲げられる。くさび型ミラー１１５に入射したレーザ光の一部は、くさび型ミラー１１５と平板型ミラー１０５とを透過してフロントモニタセンサ１２４に入射し、フロントモニタセンサ１２４の出力に基づいて２波長光源１１１の赤外レーザ光の出力制御が行われる。くさび型ミラー１１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１１６を透過し、対物レンズ１８によって、ＣＤ７０の情報記録面に光スポットとして集光される。【００１７】
ＣＤ７０の情報記録面で反射された赤外レーザ光は、再び対物レンズ１１８と１／４波長板１１６を透過し、くさび型ミラー１１５で反射されて、コリメートレンズ１０４を透過する。コリメートレンズ１０４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ１０３と平板型ビームスプリッタ１１３を透過し、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に所定の演算処理がされ、ＣＤ７０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を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平１１−２５９９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
光ディスクのさらなる大容量化に向けて、ＢＤ等の高密度光ディスクに３層以上の多層の情報記録面を設けることが考えられている。複数の情報記録面を備えた光ディスクでは、隣接する情報記録面からの反射光（迷光）による影響（情報信号のクロストークや、サーボ信号のオフセット等）を低減するため、情報記録面同士の間隔を所定量確保しなければならない。従って、３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクでは、光透過層の厚さが最も大きい情報記録面と光透過層の厚さが最も小さい情報記録面との間隔を、従来の２層ディスクよりも大きくせざるを得ない。【００２０】
このような多層光ディスクの記録または再生時には、対物レンズの最適光透過層厚からのずれに比例して発生する３次球面収差が大きくなるため、多層光ディスク用の光ピックアップ装置では、従来よりもコリメートレンズの可動範囲を大きくし、より大きな３次球面収差を補正できるようにする必要がある。【００２１】
図２０に示した従来の光ピックアップ装置１４０において、ＢＤ９０の記録または再生時に、光透過層の厚さに応じて発生する３次球面収差を補正するために、コリメートレンズ１０４を光軸方向に移動させると、くさび形ミラー１１５に非平行光（発散光あるいは収束光）が入射し、３次非点収差量が発生する。【００２２】
図２１は、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズを移動させた時に、３次非点収差がどのように変化するかを、くさび形ミラー１１５の頂角α毎に計算した結果である。図２１において、横軸は光透過層の厚さを示し、縦軸は３次非点収差量を示している。なお、計算条件は以下の通りである。
対物レンズの設計波長        ：４０５ｎｍ
対物レンズの設計光透過層厚  ：８７．５μｍ
対物レンズの焦点距離        ：１．３ｍｍ
対物レンズの開口数（ＮＡ）  ：０．８５５
くさび形ミラーの厚さ        ：１．０ｍｍ
くさび型ミラーの屈折率      ：１．５３【００２３】
図２１に示されるように、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズを移動させた時に発生する３次非点収差量は、レーザ光が透過するくさび形ミラー１１５の頂角αによって変化する。くさび形ミラー１１５の頂角α＝０の場合、すなわち入射面と反射面が平行な場合に、３次非点収差の変化量が最も小さくなることが分かる。【００２４】
ところで、光ディスクの光透過層の厚さが変化する場合、光ディスクの光透過層の厚さによって、ディスクチルト時に発生する３次コマ収差量と、対物レンズ傾き（以下、「レンズチルト」ともいう）で発生する３次コマ収差量がそれぞれ変化することが知られている。光ディスクが所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなり、対物レンズを所定角度傾けた時（レンズチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。【００２５】
従って、光透過層の厚さが大きい情報記録面に集光する際には、ディスクチルトによって発生した３次コマ収差を補正するために、対物レンズを大きく傾けなければならない。ところが、一般的に対物レンズを傾けると、対物レンズの傾きに応じて３次非点収差が発生する。【００２６】
一般的な光ディスク装置は、図２２に示すように、コリメートレンズ１０４の光軸と、光ディスク（ＣＤ７０、ＤＶＤ８０、ＢＤ９０等）の接線方向が一致するよう光学系を配置している。図２２に示すように、光ディスクの接線方向から入射したレーザ光は、くさび型ミラー１１５で反射されて対物レンズ１０８によって集光される、あるいは、平板型ミラー１０５で反射されて互換対物レンズ１１８によって集光される。このような配置とすることで、図２３に示すように、光ディスクの最内周へのアクセスが容易となり、光ディスク最外周へアクセスした場合の光学ヘッドの飛び出しも小さくなる。【００２７】
しかしながら、コリメートレンズ１０４の光軸と、光ディスクの接線方向が一致するように光学系を配置すると、コリメートレンズ１０４を光軸方向に移動させて３次球面収差を補正した時に発生する第１の３次非点収差と、対物レンズを光ディスクの半径方向に傾けて３次コマ収差を補正した時に発生する第２の３次非点収差とが、同じ方向成分（０ｄｅｇ／９０ｄｅｇ方向）かつ同じ極性となる。【００２８】
ここで上述したように、光透過層の厚さが大きい情報記録面の記録または再生時には、第１の３次非点収差および第２の３次非点収差がいずれも大きくなる。従って、特に情報記録面を３層以上備えた多層光ディスク用の光ピックアップ装置では、第１および第２の非点収差が加算されることによって、記録または再生に大きな影響を与えることが懸念される。【００２９】
本発明は、３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクの記録または再生時に発生する３次非点収差量を抑制できる光ピックアップ光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は、基板を介して相互に平行に配置された少なくとも３つの記録面に入射した光束を集光し、各記録面に対応するスポットをそれぞれ形成する光ピックアップ光学系に関する。本発明の光ピックアップ光学系は、各記録面に応じて光軸方向に移動する倍率変換光学素子と、倍率変換素子を介して入射した光束を集光し、記録面のうちの対応する記録面にスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、以下の式を満足する。
４．０×１０−４＜Ｍｎ／（ｔｎ−ｔｃ）×ｆ＜６．０×１０−４  ・・・（１）
ここで、
ｔｃ：対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基板の厚さ［μｍ］、
ｆ：対物レンズ素子の焦点距離［ｍｍ］、
Ｍｎ：基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率
である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクの記録または再生時に発生する３次非点収差量が抑制された光ピックアップ光学系を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光ピックアップ光学系を含む光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】図２は、多層仮ディスクの層構成を示す概略図である。
【図３】図３は、コリメートレンズアクチュエータの概略構成である。
【図４】図４は、コリメートレンズの移動による光束の平行度変化を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係るＢＤ用対物レンズ素子の概略構成を示す図である。
【図６】図６は、設計が異なる３種類の対物レンズ素子について、光透過層の厚さと３次コマ収差量の関係を示したグラフである。
【図７】図７は、多層光ディスク６０が１．０ｄｅｇ傾いた時、すなわちディスクチルト１．０ｄｅｇ時に発生する３次コマ収差量を示したグラフである。
【図８】図８は、レンズチルト時の３次非点収差量を示したグラフである。
【図９】図９は、コリメートレンズ４の可動範囲を示す模式図である。
【図１０】図１０は、従来の光学ヘッド１４０（図１２）におけるコリメートレンズ１０４の可動範囲を模式的に示した図である。
【図１１】図１１は、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させた場合の３次非点収差の変化を示す図である。
【図１２】図１２は光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させた場合の３次非点収差の変化を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２に係る光ピックアップ光学系の概略構成図である。
【図１４】図１４は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図である。
【図１５】図１５は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフである。
【図１６】図１６は、数値実施例１に係る対物レンズ系に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフである。
【図１７】図１７は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図である。
【図１８】図１８は、数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフである。
【図１９】図１９は、数値実施例２に係る対物レンズ系に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフである。
【図２０】図２０は、対物レンズを２つ用いて構成した光ピックアップの一例を示す図である。
【図２１】図２１は、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズを移動させた時に、３次非点収差がどのように変化するかを、くさび形ミラーの頂角毎に計算した結果を示すグラフである。
【図２２】図２２は、光ディスクと光ピックアップ光学系との位置関係を示す図である。
【図２３】図２３は、光ピックアップ装置の光ディスクの半径方向の動きを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光ピックアップ光学系を含む光ピックアップ装置の概略構成図である。図２は、多層仮ディスクの層構成を示す概略図である。
【００３４】
光ピックアップ装置４０は、多層光ディスク６０用のレーザ光（例えば、波長約４０８ｎｍの青紫光）を出射するレーザ光源１、リレーレンズ２、偏光ビームスプリッタ３、コリメートレンズ４、第１の平板型ミラー２５、１／４波長板６、回折レンズ７、対物レンズ素子８、対物レンズアクチュエータ９、赤色レーザ光と赤外レーザ光を出射する２波長光源１１、回折格子１２、平板型ビームスプリッタ１３、コリメートレンズアクチュエータ１４、第２の平板型ミラー１５、１／４波長板１６、互換対物レンズ素子１８、検出ホログラム２１、検出レンズ２２、受光素子２３、フロントモニタセンサ２４を備える。対物レンズ素子８は、多層光ディスク６０専用である。図２に示すように、多層光ディスク６０は、４つの情報記録面Ｌ０〜Ｌ３を備え、入射面から光透過層の厚さ（ｔ０〜ｔ３）が３５〜１００μｍである。互換対物レンズ素子１８は、ＤＶＤ７０及びＣＤ８０に共用される。
【００３５】
多層光ディスク６０の記録または再生を行う場合の光学ヘッド４０の動作について述べる。レーザ光源１から出射されたレーザ光は、リレーレンズ２によってＮＡの異なる発散光に変換され、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ３で反射されたレーザ光は、コリメートレンズ４で略平行光に変換され、第２の平板型ミラー１５を透過し、第１の平板型ミラー２５によって反射されて１／４波長板６の方向に折り曲げられる。第１の平板型ミラー２５に入射したレーザ光の一部は、これを透過してフロントモニタセンサ２４に入射する。フロントモニタセンサ２４の出力に基づいてレーザ光源１の出力制御が行われる。第１の平板型ミラー２５で反射されたレーザ光は、１／４波長板６で円偏光に変換された後、回折レンズ７を透過し、対物レンズ素子８によって、多層光ディスク６０の情報記録面Ｌ０〜Ｌ３の何れかに光スポットとして集光される。
【００３６】
多層光ディスク６０の情報記録面で反射されたレーザ光は、再び対物レンズ素子８、回折レンズ７を透過し、１／４波長板６で往路とは異なる偏光面の直線偏光に変換された後、第１の平板型ミラー２５で反射されて、第２の平板型ミラー１５とコリメートレンズ４を透過する。コリメートレンズ４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ３にＰ偏光として入射してこれを透過し、平板型ビームスプリッタ１３、検出ホログラム２１、検出レンズ２２を介して、受光素子２３に導かれる。受光素子２３で検出されたレーザ光には、光電変後に演算処理がされ、多層光ディスク６０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が生成される。
【００３７】
次に、ＤＶＤ７０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置４０の動作について述べる。２波長レーザ光源１１から出射された波長約６６０ｎｍの赤色レーザ光は、回折格子１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１３にＳ偏光として入射して反射され、偏光ビームスプリッタ５を透過し、コリメートレンズ４で収束光に変換され、第２の平板型ミラー１５によって反射されて１／４波長板１６の方向に折り曲げられる。第２の平板型ミラー１５に入射したレーザ光の一部は、第２の平板型ミラー１５と第１の平板型ミラー２５を透過してフロントモニタセンサ２４に入射する。フロントモニタセンサ２４の出力に基づいて２波長光源１１の赤色レーザ光の出力制御が行われる。第２の平板型ミラー１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１６で円偏光に変換された後、対物レンズ１８によって、ＤＶＤ６０の情報記録面に光スポットとして集光される。
【００３８】
ＤＶＤ６０情報記録面で反射された赤色レーザ光は、再び対物レンズ１８を透過し、１／４波長板１６で往路とは偏光面が異なる直線偏光に変換された後、第２の平板型ミラー１５で反射されて、コリメートレンズ４を透過する。コリメートレンズ４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ３と平板型ビームスプリッタ１３にＰ偏光として入射して透過し、検出ホログラム２１、検出レンズ２２を介して、受光素子２３に導かれる。受光素子２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に演算処理され、ＤＶＤ６０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。
【００３９】
次に、ＣＤ８０の記録または再生を行う場合の光学ヘッド４０の動作について述べる。２波長レーザ光源１１から出射された波長約７８５ｎｍの赤外レーザ光は、回折格子１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１３で反射され、偏光ビームスプリッタ５を透過し、コリメートレンズ４でＮＡの異なる発散光に変換され、第２の平板型ミラー１５によって反射されて１／４波長板１６の方向に折り曲げられる。第２の平板型ミラー１５に入射したレーザ光の一部は、第２の平板型ミラー１５と第１の平板型ミラー５を透過してフロントモニタセンサ２４に入射する。フロントモニタセンサ２４の出力に基づいて２波長光源１１の赤外レーザ光の出力制御が行われる。第２の平板型ミラー１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１６を透過し、対物レンズ１８によって、ＣＤ７０の情報記録面に光スポットとして集光される。
【００４０】
ＣＤ７０の情報記録面で反射された赤外レーザ光は、再び対物レンズ１８と１／４波長板１６を透過し、第２の平板型ミラー１５で反射されて、コリメートレンズ４を透過する。コリメートレンズ４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ３と平板型ビームスプリッタ１３を透過し、検出ホログラム２１、検出レンズ２２を介して、受光素子２３に導かれる。受光素子２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に演算処理され、ＣＤ７０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を生成する。
【００４１】
＜フォーカス誤差信号検出、トラッキング誤差信号検出＞
多層光ディスク６０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号は、検出レンズ２２によって非点収差が与えられた集光スポットを、受光素子２３内の４分割受光パターンで検出する、いわゆる非点収差法等を用いることが可能である。
【００４２】
一方、多層光ディスク６０の偏心に追従するためのトラッキング誤差信号は、検出ホログラム２１を透過する際に生成された０次光と１次回折光を、受光素子２３の所定の受光領域で検出することで求めることができる。このように求めたトラッキング誤差信号を用いれば、多層光ディスク６０に形成される情報トラックの溝の位置、幅、深さにばらつきがある場合に生じるトラッキング誤差信号の変動や、情報トラックに情報が記録されることによる反射率変化で生じるトラッキング誤差信号の変動を抑制することが可能である。また、記録または再生の対象となる情報記録面とは異なる情報記録面で反射された不要な光（迷光）が、トラッキング誤差信号を検出する受光領域に入射することを避けることもできる。
【００４３】
なお、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号の検出は、これらの検出方法に限定されるものではない。例えば、トラッキング誤差信号は、回折格子によって生成されたメインビームとサブビームを用いた差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）で検出しても良い。
【００４４】
ＤＶＤ７０およびＣＤ８０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号も、検出レンズ２２によって非点収差を与えられた集光スポットを受光素子２３内の４分割受光パターンで検出する、いわゆる非点収差法等を用いることが可能である。
【００４５】
一方、ＤＶＤ７０およびＣＤ８０の偏心に追従するためのトラッキング誤差信号は、回折格子１２によって生成されたメインビームとサブビームとを用いた、いわゆる３ビーム法や差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）等を用いて検出される。
【００４６】
＜対物レンズアクチュエータ＞
対物レンズアクチュエータ９は、複数のサスペンションワイヤによって対物レンズホルダ（可動部）を支持する。対物レンズアクチュエータ９は、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づき、回転する多層光ディスク６０、ＤＶＤ７０、ＣＤ８０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８および互換対物レンズ１８を２軸方向（フォーカス方向およびトラッキング方向）に駆動する。
【００４７】
なお、対物レンズアクチュエータ９は、フォーカス方向、トラッキング方向の変位に加えて、光ディスクの半径方向に対物レンズ８および互換対物レンズ１８を傾けることが可能な構造となっている。
【００４８】
本実施例においては、１つのアクチュエータ上にＢＤ専用の対物レンズ素子８とＤＶＤ／ＣＤ互換用対物レンズ素子１８との２つの対物レンズ素子を搭載した、いわゆる２レンズ構成としている。ただし、２つの対物レンズ素子の組み合わせは、この例に限定されない。ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズとＣＤ専用レンズの組み合わせや、ＢＤ／ＣＤ互換レンズとＤＶＤ専用レンズの組み合わせでも良い。
【００４９】
また、３つの異なるディスクフォーマットの記録再生に互換性のある１つの対物レンズ素子のみを１つのアクチュエータ上に設けても良い。また、３つの対物レンズを搭載してあってもよい。また、複数のアクチュエータからなっても良い。
【００５０】
＜コリメートレンズアクチュエータ＞
コリメートレンズ４は、コリメートレンズアクチュエータ１４によって、コリメートレンズ４の光軸方向に移動可能となっている。
【００５１】
図３は、コリメートレンズアクチュエータ１４の概略構成図である。コリメートレンズアクチュエータ１４は、コリメートレンズ４と、ステッピングモータ７２と、スクリューシャフト７３と、主軸７４と、副軸７５と、レンズホルダ７６とを備える。ステッピングモータ７２を駆動してスクリューシャフト７３を回転させることにより、コリメートレンズ４を保持するレンズホルダ７６は、主軸７４および副軸７５に沿ってコリメートレンズ４を光軸方向に移動させる。
【００５２】
図４は、コリメートレンズの移動による光束の平行度変化を示す図である。コリメートレンズ４の出射光が略平行光となる基準位置（図４（ａ））に対して、コリメートレンズ４を光源側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光は発散光となり（図４（ｂ））、多層光ディスク６０の光透過層が厚くなった場合に発生する３次球面収差を補正することができる。一方、コリメートレンズ４を対物レンズ素子側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光は収束光となり（図４（ｃ））、多層光ディスク６０の光透過層が薄くなった場合に発生する３次球面収差を補正することができる。すなわち、複数の情報記録面を備えた多層光ディスク６０において、それぞれの情報記録面の光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させることにより、３次球面収差を補正することができる。
【００５３】
さらに、詳細を述べると、このコリメートレンズを光軸方向に動かすことによって、対物レンズに入射する光束の平行度を平行から収束または発散に変化させ。平行度が平行からずれて、収束及び発散した光が入射すると対物レンズ素子で球面収差が発生する。この球面収差とディスクの光透過層の厚み誤差で発生する球面収差をキャンセルさせ情報記録面上で良好なスポットを得ている。
【００５４】
対物レンズ素子に入射する光束角が変わるため、対物レンズの結像倍率（像側距離／物側距離）は変化する。また、対物レンズ素子の像側開口数（ＮＡ）も同時に変化する。
【００５５】
一般的なＢＤ用対物レンズ素子において、倍率の変化率と発生する球面収差の変化率は一様に決まる。また、ＢＤ規格により対物レンズＮＡは規定されているため、ディスクの光透過層の厚み誤差で発生する球面収差量もほぼ一意的に決まる。したがって、ディスクの光透過層厚誤差に対する結像倍率の変化量もしくはＮＡの変化量は一意的に決定する。
【００５６】
なお、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させるコリメートレンズアクチュエータ１４の構成は、図３のようなステッピングモータ７２を用いた構成に限定されるものではない。例えば、磁気回路や圧電素子の駆動を利用した構成など、いかなる構成であっても良い。また、コリメート機能及び倍率を変化させる機能を有するものであれば、同様に、コリメートレンズアクチュエータとして利用できる。コリメートレンズアクチュエータ１４に代えて、例えば、液晶素子、液体レンズに代表される能動素子を用いても良い。図３に示したステッピングモータ７２を用いた構成では、コリメートレンズ４の光軸方向の位置をモニタする必要がなくシステムを簡素化できる。一方、磁気回路や圧電素子の駆動によるアクチュエータは駆動部分が小さいため、光ピックアップ装の小型化に適している。
【００５７】
＜ＢＤ用対物レンズ素子＞
図５は、実施の形態１に係るＢＤ用対物レンズ素子の概略構成を示す図である。ＢＤ用光源（複数の波長を発振しても良い）から出射された光束２０３は、光路上に配置される光学素子を経て、対物レンズ素子８に入射する。対物レンズ素子８は、入射側及び出射側のそれぞれに異なる非球面を有する。ただし、非球面は必須ではなく、入射側及び出射側面は、ＢＤディスク６０の情報記録面に集光する機能を有していれば良い。例えば、回折面、位相制御面を入射側または出射側の面に設けても良い。ＢＤ専用対物レンズ素子にかえて、ＢＤ／ＤＶＤ互換、ＢＤ／ＣＤ互換、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の対物レンズであっても良い。
【００５８】
多層光ディスクの記録再生時には、各情報記録面に良好なスポットを形成するために、コリメートレンズを光軸方向に移動させ、対物レンズ素子８に入射する光束を発散または収束させ、発生する球面収差をキャンセルする。
【００５９】
上述したように、この時、対物レンズ素子８の結像倍率（＝像側距離／物側距離）及び像側（光ディスク側）開口数（ＮＡ）は変化する。ここで、像側とは、対物レンズ素子８からみて光ディスク側、物側とは光源側とする。また、物側距離の符号は、対物レンズ素子の入射光束が発散光になる場合を負（マイナス）、収束光になる場合を正（プラス）とする。
【００６０】
結像倍率及びＮＡの変化率は、設計基材厚からの光透過層厚みの増減量に依存する。例えば、対物レンズ素子８の結像倍率が負の場合、コリメートレンズを出射した光束は、平行ではなく発散光となっている。この場合、仮想的な物点は対物レンズ素子８からみて光源側にあり、対物レンズ素子８のＮＡは平行光時に比べて小さくなっている。この状態は、設計中心基材厚より厚い情報記録面に対して集光している場合に起こる。
【００６１】
逆に、設計中心基材厚よりも薄い情報記録面に対して集光する場合は、コリメートレンズを光軸方向に動かし、対物レンズ素子８に収束光を入射させ球面収差を補正する必要がある。この場合、仮想的な物点は対物レンズ素子８から見て、光ディスク側にあり、物側距離の符号は正（プラス）になり、結像倍率は正となる。対物レンズ素子８のＮＡは平行光時に比較して大きくなる。
【００６２】
結像倍率及びＮＡの変化度合いは、光透過層の厚みの変化率に依存する。３層以上の情報記録面を有する多層ディスクにおいては、光透過層の厚みの変化率が大きいため、結像倍率及びＮＡの変化率も大きくなってしまう。
【００６３】
ここで、本実施の形態の対物レンズ８は、光ディスクの設計中心基材厚（対物レンズに平行光が入射したときに３次球面収差が最小（≒０）となる光透過層の厚さ）が７０μｍである。したがって、光透過層の厚さが１００μｍの情報記録面Ｌ０、光透過層の厚さが８３μｍの情報記録面Ｌ１に焦点を合わせるには、対物レンズ素子８に発散光を入射させることによって、光透過層が対物レンズ素子８の設計光透過層厚より厚いことによって発生する３次球面収差を補正する。一方、光透過層の厚さが６２μｍの情報記録面Ｌ２、光透過層の厚さが３５μｍの情報記録面Ｌ３に焦点を合わせるには、対物レンズ素子８に収束光を入射させることによって、光透過層が対物レンズ素子１の設計光透過層厚より薄いことによって発生する３次球面収差を補正する。
【００６４】
次に、コマ収差の補正について説明する。光ディスクが所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなり、対物レンズを所定角度傾けた時（レンズチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。
【００６５】
図６は、設計が異なる３種類の対物レンズ素子について、光透過層の厚さと３次コマ収差量の関係を示したグラフである。図６に示した３種類の対物レンズ素子は、光透過層の厚さ８０μｍにおいて、レンズチルト時に発生する３次コマ収差量が異なるように設計されている。図６において、横軸は光透過層の厚さ、縦軸は対物レンズが１．０ｄｅｇ傾いた時（レンズチルト１．０ｄｅｇ時）に発生する３次コマ収差量を示している。
【００６６】
それぞれの設計において、光透過層の厚さが８０μｍ、レンズチルト１．０ｄｅｇの場合に発生する３次コマ収差量は以下の通りである。
設計（１）１１３ｍλ
設計（２）８４ｍλ
設計（３）６１ｍλ
【００６７】
図６より、レンズチルトによって発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きいほど小さくなり、また光透過層の厚さに対して線形に変化することが分かる。例えば、設計（１）の対物レンズ素子においてレンズチルト１．０ｄｅｇで発生する３次コマ収差は、次の通りである。
光透過層の厚さが５５μｍの場合：１４６ｍλ
光透過層の厚さが８０μｍの場合：１１３ｍλ
光透過層の厚さが１００μｍの場合：８７ｍλ
【００６８】
また図６より、設計（１）から設計（３）の対物レンズ素子において、グラフの傾きが一定であることから、光透過層の厚さが変化したときの３次コマ収差量の変化は、設計条件によらず、一定であることが分かる。
【００６９】
図７は、多層光ディスク６０が１．０ｄｅｇ傾いた時、すなわちディスクチルト１．０ｄｅｇ時に発生する３次コマ収差量を示したグラフである。横軸に光透過層の厚さ、縦軸に発生する３次コマ収差量を示している。ディスクチルトによって発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなる。
【００７０】
図６および図７より、多層光ディスク６０が所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差を補正するためのレンズチルト量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて大きくなる。例えば、光透過層の厚さが１００μｍの場合、多層光ディスク６０が０．２５ｄｅｇ傾いたときに発生する３次コマ収差を補正するためには、設計（１）の対物レンズ素子では０．３２ｄｅｇ、設計（１）の対物レンズ素子では０．４８ｄｅｇのレンズチルトでよいが、設計（３）の対物レンズ素子では、０．８１ｄｅｇのレンズチルトが必要となる。ただし、レンズチルトさせると、３次コマ収差だけでなく３次非点収差が発生する。レンズチルトによって発生する３次非点収差は、焦点距離と作動距離によってほぼ一意に決まる。
【００７１】
図８は上述の設計（１）〜（３）の対物レンズ素子について、レンズチルト時の３次非点収差量を示したグラフである。図８において、横軸はレンズチルト角、縦軸は３次非点収差量を示している。図８より、レンズチルト量が大きくなるにつれて３次非点収差が急激に増大し、例えばレンズチルト角が０．５ｄｅｇを超えると１０ｍλに達する。光透過層の厚さが大きい情報記録面に集光する場合、ディスクチルトによって発生した３次コマ収差を補正するために、レンズチルト量を大きくする必要があるので、３次非点収差の影響が無視できなくなる。
【００７２】
一方、光透過層の厚さが小さい情報記録面に集光する場合、多層光ディスク６０が傾いたときに発生する３次コマ収差を補正するのに必要なレンズチルト量は少ないい。例えば、光透過層の厚さが５０μｍの場合、多層光ディスク６０が０．２５ｄｅｇ傾いたときに発生する３次コマ収差を補正するためには、設計（１）の対物レンズ素子では０．０９ｄｅｇ、設計（２）の対物レンズ素子では０．１１ｄｅｇ、設計（３）の対物レンズ素子では０．１４ｄｅｇレンズチルトすればよい。
【００７３】
しかしながら、３次コマ収差補正時のレンズチルト制御誤差や、対物レンズアクチュエータの共振等によって、対物レンズが想定以上に傾いた場合、光透過層の厚さが小さい情報記録面に集光した際に残存する３次コマ収差が大きくなる。例えば、所定のレンズチルト角に対して±０．２ｄｅｇの制御誤差があると、設計（１）の対物レンズ素子では３１ｍλ、設計（２）の対物レンズ素子では２５ｍλ、設計（３）の対物レンズ素子では２１ｍλの３次コマ収差が発生する。
【００７４】
以上の説明より、多層光ディスク６０では、光透過層の厚さが最も大きい情報記録面と、光透過層の厚さが最も小さい情報記録面との間隔が大きいため、収差を悪化させる要因が情報記録面毎に異なる。そこで、レンズチルト時に発生する３次コマ収差量が適切な値になるよう、対物レンズ素子を設計する。
【００７５】
＜互換対物レンズ＞
互換対物レンズ素子１８は、ＤＶＤ７０に情報を記録または再生するための赤色レーザ光およびＣＤ８０に情報を記録または再生するための赤外レーザ光を、それぞれ微小な光スポットとして集光するための回折構造を備えている。この回折構造は、２種類のレーザ光の波長の差を利用する。
【００７６】
互換対物レンズ素子１８は、ＤＶＤ７０に記録または再生を行う場合は、所定の収束角の収束光が入射したときに、光透過層を透過した位置での３次球面収差が最小となり、かつ、ＣＤ８０に記録または再生を行う場合は、対物レンズ１８に所定の発散角の発散光が入射したときに、光透過層を透過した位置での３次球面収差が最小となるように設計されている。
【００７７】
本実施の形態の互換対物レンズ素子１８は、例えば以下のように設計されている。
【００７８】
・ＤＶＤ
設計波長      ：６６０ｎｍ
設計光透過層厚：０．６ｍｍ
焦点距離      ：２．０ｍｍ
開口数（ＮＡ）：０．６６
作動距離      ：１．０ｍｍ
物点距離      ：−１５０ｍｍ（収束光）
【００７９】
・ＣＤ
設計波長      ：７８５ｎｍ
設計光透過層厚：１．２ｍｍ
焦点距離      ：２．０ｍｍ
開口数（ＮＡ）：０．５１
作動距離      ：０．６５ｍｍ
物点距離      ：＋１５０ｍｍ（発散光）
【００８０】
図４に示したように、コリメートレンズ４の出射光が略平行光となる基準位置（図４（ａ））に対して、コリメートレンズ４を光源側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光を所定発散角（所定物点距離）の発散光として、ＣＤ８０の情報の記録または再生を行う。
【００８１】
一方、コリメートレンズ４を対物レンズ側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光を所定収束角（所定物点距離）の収束光として、ＤＶＤ７０の情報の記録または再生を行う。なお、２つの情報記録面を備えたＤＶＤ７０に対しては、それぞれの情報記録面の光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させることにより、３次球面収差を補正することができる。
【００８２】
＜コリメートレンズの可動範囲＞
図９は、コリメートレンズ４の可動範囲を示す模式図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、多層光ディスクの記録または再生時の可動範囲を示す。図９において、破線で示した中立位置（基準位置）がそれぞれ異なるのは、ＣＤ８０、ＤＶＤ７０、多層光ディスク６０の記録または再生に用いるレーザ光の波長が異なることに起因している。
【００８３】
図９（ａ）は、ＣＤ８０の記録または再生時のコリメートレンズ４の位置を示している。本実施の形態の互換対物レンズ素子１８は、光透過層厚１．２ｍｍのＣＤに記録再生を行う際、物点距離＋１５０ｍｍの発散光が入射したときに３次球面収差が最適になるように設計されている。そこで、破線で示した中立位置に対して、コリメートレンズ４を光源側に移動させることによって、互換対物レンズ素子１８に発散光を入射させる。ＣＤ８０は、ＤＶＤ７０や多層光ディスク６０と比較して開口数ＮＡが小さいので、コリメートレンズ４を所定の位置に固定した状態で、記録または再生を行うことができる。
【００８４】
図９（ｂ）は、ＤＶＤ７０の記録または再生時のコリメートレンズ４の位置を示している。本実施の形態の互換対物レンズ素子１８は、光透過層厚０．６ｍｍのＤＶＤに記録再生を行う際、物点距離−１５０ｍｍの収束光を入射させることで３次球面収差が最適になるように設計されている。そこで、破線で示した中立位置に対して、コリメートレンズ４を対物レンズ側に移動させることによって、互換対物レンズ素子１８に収束光を入射させる。
【００８５】
ＤＶＤ７０の媒体としては、単一の情報記録面を備えた単層ディスクに加えて、２層の情報記録面を備えた２層ディスクが実用化されている。２層ディスクは情報記録面Ｌ１と情報記録面Ｌ０から成り、情報記録面Ｌ０の光透過層厚は約０．５８ｍｍ、情報記録面Ｌ１の光透過層厚は約０．６２ｍｍである。情報記録面の光透過層の厚さが、設計光透過層厚（０．６ｍｍ）からずれると、３次球面収差が発生する。そこで、ＣＤ８０と比較して開口数ＮＡが大きいＤＶＤ７０では、情報の記録または再生の対象となる情報記録面（の光透過層の厚さ）に対応して、コリメートレンズ４を所定の位置に移動させることが好ましい。
【００８６】
図９（ｃ）は、多層光ディスク６０の記録または再生時のコリメートレンズ４の位置を示している。本実施の形態の対物レンズ素子８は、設計光透過層厚７０μｍである。破線で示した中立位置に対して、光透過層の厚さが１００μｍの情報記録面Ｌ０、光透過層の厚さが８３μｍの情報記録面Ｌ１に記録再生を行う場合には、コリメートレンズ４を光源側に移動させて対物レンズ素子８に発散光を入射させる。一方、光透過層の厚さが６２μｍの情報記録面Ｌ２、光透過層の厚さが３５μｍの情報記録面Ｌ３に記録再生を行う場合には、コリメートレンズ４を対物レンズ素子８側に移動させて対物レンズ素子８に収束光を入射させる。このようなコリメートレンズ４の移動によって、光透過層の厚さが設計光透過層厚からずれていることによって発生する３次球面収差を補正することができる。
【００８７】
多層光ディスク６０は、ＣＤ８０やＤＶＤ７０と比較して開口数ＮＡが非常に大きい。したがって、情報記録面の光透過層の厚さに対応してコリメートレンズ４を移動させるだけではなく、それぞれの光透過層の厚さのばらつきや温度変化等で発生する３次球面収差も含めて補正できることが好ましい。本実施の形態に係る光ピックアップ装置４０は、図９（ｃ）に示すように、情報記録面Ｌ０および情報記録面Ｌ３の光透過層の厚さで決まる３次球面収差に加えて、光透過層の厚さのばらつきや温度変化等で発生する３次球面収差も含めて補正できるよう、コリメートレンズ４の可動範囲（Ｌ０最大〜Ｌ３最大）を設定している。
【００８８】
図１０は、従来の光学ヘッド１４０（図１２）におけるコリメートレンズ１０４の可動範囲を模式的に示した図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、多層光ディスクの記録または再生時の可動範囲を示す。図１０に示したコリメートレンズ１０４の可動範囲は、本実施の形態に係るコリメートレンズ４の可動範囲とは大きく異なっていることがわかる。
【００８９】
＜平板型ミラー＞
第２の平板型ミラー１５は、コリメートレンズ４から出射された赤外レーザ光および赤色レーザ光を概ね反射して互換対物レンズ素子１８の方向へ折り曲げ、ＢＤ用の青紫レーザ光のほぼ全てを透過して第１の平板型ミラー１５に入射させる。
【００９０】
より詳細には、第２の平板型ミラー１５の入射側の面（第１面）には、波長選択性の反射膜が形成されている。この反射膜は、略４５ｄｅｇの入射角で入射する赤外レーザ光および赤色レーザ光の９０％を反射し、１０％を透過させると共に、青色レーザ光をほぼ１００％透過させる特性を有する。
【００９１】
一方、第２の平板型ミラー１５の出射側の面（第２面）には、内部反射を抑制するために、青紫レーザ光、赤色レーザ光、赤外レーザ光の３つの波長に対応したＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：反射防止）コートが施されている。
【００９２】
第１の平板型ミラー２５は、コリメートレンズ４から出射された青紫レーザ光を概ね反射して対物レンズ８の方向へ折り曲げ、青紫レーザ光の一部および赤色レーザ光および赤外レーザ光のほぼ全てを透過してフロントモニタセンサ２４に入射させる。
【００９３】
より詳細には、第１の平板型ミラー２５の入射側の面（第１面）には、波長選択性の反射膜が形成されている。この反射膜は、略４５ｄｅｇの入射角で入射する青紫レーザ光を９０％反射し、１０％透過させると共に、赤色レーザ光と赤外レーザ光をほぼ１００％透過させる特性を有する。
【００９４】
一方、第１の平板型ミラー２５の出射側の面（第２面）には内部反射を抑制するために、青紫レーザ光、赤色レーザ光、赤外レーザ光の３つの波長に対応したＡＲコートが施されている。
【００９５】
図１１及び１２は、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させた場合の３次非点収差の変化を示す図である。図１１及び１２において、横軸は光透過層の厚さを示し、縦軸は３次非点収差量を示している。
【００９６】
多層光ディスク６０の記録または再生時に、光透過層の厚さに応じて発生する３次球面収差を補正するため、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させると、第２の平板型ミラー１５に非平行光（発散光あるいは収束光）が入射し、３次非点収差量が発生する。
【００９７】
図１１の（Ａ）は、３次球面収差の補正のためにコリメートレンズ４を移動させた時に発生する３次非点収差を表す。３次球面収差補正時に発生する３次非点収差は、設計光透過層厚７０μｍの時には第２の平板型ミラー１５に平行光が入射するため最小（＝０）となり、設計光透過層厚７０μｍから遠ざかるにつれて、すなわち第２の平板型ミラー１５に入射する青紫レーザ光の非平行度が大きくなるにつれて大きくなる。３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスク６０では、図９に示したようにコリメートレンズ４の可動範囲が大きくなるため、光透過層の厚さに応じて派生する３次非点収差量の変化も大きくなる。
【００９８】
ここで、本実施の形態の対物レンズ８では、設計光透過層厚を７０μｍとしている。したがって、コリメートレンズ４の可動範囲は、図８に示すように、中立位置に対して対物レンズ素子側が広く、光源側が狭くなっている。すなわち、対物レンズ素子８に入射するレーザ光が収束光となる範囲が広く、発散光となる範囲が狭くなっている。
【００９９】
従って、光透過層の厚さｔ０〜ｔ３の４つの情報記録面Ｌ０〜Ｌ３（図２）を備えた多層光ディスク６０の記録または再生を行う場合、３次非点収差量は、図１１の（Ａ）に示すように、光透過層の厚さが小さいＬ３側で大きくなり、光透過層の厚さが大きいＬ０側で小さくなる。
【０１００】
一方、上述したように、光ディスクが所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなり、対物レンズを所定角度傾けた時（レンズチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。従って、光透過層の厚さが大きくなるにつれて、ディスクチルトで発生する３次コマ収差を補正するときのレンズチルト量が大きくなり、それに伴って３次非点収差量が大きくなる。
【０１０１】
図１１の（Ｂ）は、ディスクチルトが０．２５ｄｅｇであるときに発生する３次コマ収差をレンズチルトで補正した時の３次非点収差量の変化を表す。図１１の（Ｂ）より、光透過層の厚さが大きくなるにつれて、３次非点収差量が大きくなることが分かる。
【０１０２】
本実施の形態に係る光ピックアップ光学系では、従来の光ディスク装置（図２２参照）と同様に、コリメートレンズ４は、その光軸方向が光ディスクの接線方向と一致するように配置する。従って、対物レンズ素子８を光ディスクの半径方向に傾けて３次コマ収差を補正した時に発生する３次非点収差と、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させて３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差とが、同じ方向成分（０ｄｅｇ／９０ｄｅｇ方向）かつ同じ極性となる。
【０１０３】
本実施の形態に係るぴかりピックアップ装置では、光透過層の厚さが小さいＬ３側よりも光透過層の厚さが大きいＬ０側で、３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ａ））が小さくなるように設計されている。従って、３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ａ））と、３次コマ収差をレンズチルトによって補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ｂ））との合計の３次非点収差（図１１の（Ｃ））は、光透過層の厚さが小さいＬ３（ｔ３＝５０μｍ）と光透過層の厚さが大きいＬ０（ｔ０＝１００μｍ）で略等しくなる。このような構成とすることで、特に光透過層の厚さが大きい情報記録面の記録または再生時に、３次非点収差が大きくなることを抑制できる。
【０１０４】
ところで、一般的な半導体レーザには非点隔差が存在するため、この非点隔差によっても３次非点収差が発生する。本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、図１に示したように、レーザ光源１から出射されたレーザ光を、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光として入射させる。これにより、上述の３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ａ））および３次コマ収差をレンズチルトによって補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ｂ））は、レーザ光源１の非点隔差によって発生する３次非点収差と同じ方向成分（０ｄｅｇ／９０ｄｅｇ方向）で逆の極性をもつ。
【０１０５】
従って、図１１の（Ｃ）に示した３次非点収差の合計は、レーザ光源１の非点隔差によって発生する３次非点収差と互いに相殺される。レーザ光源の１の非点隔差によって補正された３次非点収差は、図１２の（Ｄ）に示す通りとなり、さらに３次非点収差を低減することができる。
【０１０６】
上述のように、対物レンズ素子８に入射するレーザ光が収束光となる範囲を広く、発散光となる範囲を狭くすることで、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が収束光となる範囲が広くなる。従って、図９（ｂ）に示すように、ＤＶＤ７０の記録または再生時に、光透過層の厚さに応じて発生する３次球面収差を補正しても、コリメートレンズ４が中立位置に対して常に対物レンズ側にあるような設計が可能となる。このように設計することで、赤色レーザ光は第２の平板型ミラー１５に対して常に収束光で入射するため、フロントモニタセンサ２４の有効領域内におけるレーザ光の干渉を抑制できる。
【０１０７】
一方、ＣＤ８０の記録または再生時には、コリメートレンズ４を移動させる必要がないので、コリメートレンズ４を中立位置に対して光源側で用いることで、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が発散光となるよう、コリメートレンズ４を設計しても良い。あるいは、コリメートレンズ４を中立位置に対して互換対物レンズ素子１８側で用いることで、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が収束光となるよう、コリメートレンズ４を設計しても良い。
【０１０８】
いずれの場合でも、赤外レーザ光は第２の平板型ミラー１５に対して発散光または収束光で入射するので、フロントモニタセンサ２４の有効領域内におけるレーザ光の干渉を抑制できる。互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が発散光となるように設計した場合、ＣＤ８０の記録または再生時の差動距離（ＷＤ：Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を大きくできる。また、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が収束光となるように設計した場合は、記録または再生の対象となる光ディスクを、ＣＤからＤＶＤあるいはＤＶＤからＣＤに切り替えたときのコリメートレンズ４の移動量が小さくて済むため、起動時間や動作時間を短縮できる。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、多層光ディスク６０の記録または再生時のコリメートレンズの可動範囲が、中立位置に対して対物レンズ素子８側が広く、光源側が狭くなるように構成されている。これにより、特に光透過層の厚さが大きい情報記録面の記録または再生時に、３次非点収差が大きくなることを抑制でき、多層光ディスクに対して、良好に情報の記録または再生を行うことができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態においては、多層光ディスクとして、光透過層の厚さが１００μｍ〜３５μｍの情報記録面Ｌ０〜Ｌ３を備えた４層の光ディスクについて説明を行ったが、多層光ディスクはこのような構造に限るものではなく、３層以上の情報記録面を備えた多層の光ディスクに対して広く適用可能であることは言うまでもない。
【０１１１】
また、本実施の形態においては、多層光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の光ディスクに対して記録または再生を行う光ピックアップ装置について説明を行ったが、本発明の適用はこのような光ピックアップ装置に限定されるものではない。例えば、本実施の形態の光学系は、多層光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤに加え、単層のＢＤに対しても良好に情報の記録または再生が可能であることは明らかである。
【０１１２】
また、ＤＶＤおよびＣＤの記録または再生を行う互換対物レンズを、ＤＶＤ専用の対物レンズとすることで、多層光ディスク、ＢＤ、ＤＶＤに対して、良好に情報の記録または再生が可能である。
【０１１３】
（実施の形態２）
図１３は、実施の形態２に係る光ピックアップ光学系の概略構成図である。図１３では、ＢＤ用光学系を構成する一部の主要な光学素子のみを示す。図１３の（Ｂ）に示されるように、青色波長を有する光束３０１は、光源３００から出射され、コリメートレンズによって略平行光にされ、対物レンズ素子３０３に入射する。対物レンズ素子３０３を透過した光束３０１は、光ディスク３０４の複数の情報記録面の１つに良好に集光される。
【０１１４】
対物レンズ素子３０３は、入射側と出射側とに異なる２つの非球面を有する。対物レンズ素子３０３は、回折面や位相制御面を有していても良い。また、本実施の形態では、対物レンズ素子３０３はＢＤ専用であるが、ＢＤと他の光ディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）との互換レンズであっても良い。
【０１１５】
また、コリメートレンズ３０２は、コリメート機能を有するものであれば何でも良い。コリメートレンズ３０２に代えて、例えば液晶素子または液体レンズを用いても良い。コリメートレンズ３０２は、光軸方向に可動である。集光対象となる情報記録面に応じて、コリメートレンズ３０２の位置を光軸方向に動かすことで、対物レンズ素子３０３に入射させる光束を平行から発散または収束に変化させることができる。このようにコリメートレンズ３０２を移動させることで、光透過層厚みが設計基材厚からずれた場合に発生する球面収差を打ち消して低減する球面収差を発生させる事ができる。
【０１１６】
以上のような構成を備えることにより、すべての情報記録面上で収差の小さい良好なスポットを得る事ができる。
【０１１７】
また、多層ディスク３０４は、表面（対物レンズ素子３０３に向けて配置される面）から遠い順にＬ０、Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３層全４つの情報記録面を備える。光透過層の厚みは、１００μｍ（Ｌ０）８５μｍ（Ｌ１）、６５μｍ（Ｌ２）、４５μｍ（Ｌ３）である。
【０１１８】
また、本実施の形態に係る対物レンズ３０３の設計中心基材厚は７５μｍである。これより薄い層であるＬ３、Ｌ２層に対して記録再生する場合は、図１３の（Ａ）のように、コリメートレンズ３０２を対物レンズ素子３０３に近づける方向に動かし、対物レンズ素子３０３に収束光を入射させる必要がある。この場合、仮想的な物点距離の符号は正（プラス）であるため対物レンズの結像倍率は、正（プラス）の値をとり、また、ＮＡは比較的大きくなる。
【０１１９】
逆に、設計中心基材厚よりも厚い層であるＬ１、Ｌ０層に対して記録再生する場合は、図１３の（Ｃ）に示すように、コリメートレンズ３０２を対物レンズ素子３０３から遠ざける方向に動かし、対物レンズ素子に発散光を入射させる必要がある。この場合、仮想的な物点距離の符号は負（マイナス）であるため対物レンズ素子３０３の結像倍率は、負（マイナス）の値をとり、また、ＮＡは比較的小さくなる。このように、設計中心基材厚からのずれ量によって、対物レンズの結像倍率及びＮＡは変化する。
【０１２０】
なお、上記の実施の形態１および２において、１枚の対物レンズ素子に代えて、２枚以上のレンズからなる対物光学系を用いても良い。
【０１２１】
以下、本発明の光ピックアップ光学系が備える対物レンズ素子が満たすべき条件を説明する。
【０１２２】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足する。
４．０×１０−４＜Ｍｎ／（ｔｎ−ｔｃ）×ｆ＜６．０×１０−４  ・・・（１）
ここで、
ｔｃ：対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基板の厚さ［μｍ］、
ｆ；対物レンズ素子の焦点距離［ｍｍ］、
Ｍｎ：基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率
である。
【０１２３】
条件（１）は、対物レンズ素子の結像倍率の最適値を規定する。条件（１）が規定する数値範囲は、基板厚みが異なる位置にスポットを形成する場合の結像倍率変化に基づく３次球面収差量と、その場合の基板厚み変化に基づく３次球面収差量との２つの異なる発生要因を考慮し、全体の３次球面収差を最適化した範囲である。したがって、条件（１）の範囲を超えると、特定の基板厚さに対して、全体の３次球面収差が大きくなりすぎ実用に供しない。
【０１２４】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足することが好ましい。
１．０×１０−４＜［１−（ＮＡｎ／ＮＡｃ）］／（ｔｎ−ｔｃ）＜２．５×１０−４  ・・・（２）
ここで、
ＮＡｃ：対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる際の対物レンズ素子の開口数、
ＮＡｎ：基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の開口数である。
【０１２５】
条件（２）は、対物レンズ素子の開口数の最適値を規定する。条件（２）が規定する数値範囲は、基板厚みが異なる位置にスポットを形成する場合の結像倍率変化に基づく開口数の変化の許容範囲である。言い換えれば、条件（２）が規定する数値範囲は、開口変化に直接影響する結像倍率変化の許容範囲である。したがって、条件（２）の範囲を超えると、特定の基板厚さに対して、対物レンズ素子の開口数に変化が大きくなりすぎ、実用に供しない。
【０１２６】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を同時に満足することが好ましい。
Ｍ０＞０．００５  ・・・（３）
Ｍｍ＜−０．００５  ・・・（４）
ＮＡ０／ＮＡｃ＜０．９９７  ・・・（５）
ＮＡｍ／ＮＡｃ＞１．００３  ・・・（６）
ここで、
Ｍ０：最も厚みの大きい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率、
ＮＡ０：最も厚みの大きい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の開口数、
Ｍｍ：最も厚みの小さい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率、
ＮＡｍ：最も厚みの小さい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の開口数
である。
【０１２７】
条件（３）〜（６）は、いずれも本発明に係る光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の結像倍率の範囲及び、光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の開口数の範囲を規定する。条件（３）〜（６）のいずれかの範囲を外れた場合、対物レンズ素子が発生させる３次球面収差を中心とした光学性能が大きく劣化し、実用に供さない。
【０１２８】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を同時に満足することが好ましい。
｜Ｍｍ｜＞｜Ｍ０｜  ・・・（７）
ＮＡｍ−ＮＡｃ＞ＮＡｃ−ＮＡ０  ・・・（８）
【０１２９】
条件（７）及び（８）は、上述の条件（３）〜（６）と同様に、いずれも本発明に係る光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の結像倍率の範囲及び、光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の開港数の範囲を規定する。条件（７）及び（８）のいずれかの範囲を外れた場合、対物レンズ素子が発生させる３次球面収差を中心とした光学性能が大きく劣化し、実用に供さない。
【０１３０】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足することが好ましい。
ｔｃ＞（ｔ０＋ｔｍ）／２  ・・・（９）
ここで、
ｔ０：記録面に対応したスポットを形成可能であって、最も厚みの大きい基板の厚み［μｍ］、
ｔｍ：最も厚みの小さい基板の厚み［μｍ］
である。
【０１３１】
条件（９）は、光ピックアップ光学系に対応する可能な基板厚みを規定する。条件（９）の関係を満足しない場合、対物レンズ素子の３次球面収差がもっとも小さくなる基板厚みが、厚すぎるか薄すぎるかのいずれか一方に偏ってしまう。このため、条件（９）の関係を満足しない場合、３次球面収差が最小となる基板厚みｔｃとの差が大きい基板厚みを持つ位置では、３次球面収差が大きくなりすぎ、実用に供しない。
【０１３２】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足することが好ましい。
３ＣＭ（ｔｃ）＜［３ＣＭ（ｔ０）＋３ＣＭ（ｔｍ）］／２  ・・・（１０）
ここで、
３ＣＭ（ｔｃ）：それぞれ、基材厚ｔｃを介してスポットを形成した場合において、光軸に対して、対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次コマ収差量、
３ＣＭ（ｔ０）：基材厚ｔ０を介してスポットを形成した場合において、光軸に対して、対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次コマ収差量、
３ＣＭ（ｔｍ）：基材厚ｔｍを介してスポットを形成した場合において、光軸に対して、対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次コマ収差量
である。
【０１３３】
条件（１０）は、対物レンズ素子のコマ収差に関係し、いわゆる軸外性能の最適値を規定する。条件（１０）の関係を満足しない場合、対物レンズ素子の３次コマ収差がもっとも小さくなる基板厚みが、厚すぎるか薄すぎるかのいずれか一方に偏ってしまう。このため、条件（１０）の関係を満足しない場合、３次コマ収差が最小となる基板厚みｔｃとの差が大きい基板厚みを持つ位置では、３次コマ収差が大きくなりすぎ、実用に供しない。
【実施例】
【０１３４】
以下、本発明に係る光ピックアップ光学系の実施例を、コンストラクションデータ、収差図等を挙げてさらに具体的に説明する。尚、各数値実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面であることを示し、非球面の面形状を表す下記数１で定義される。【０１３５】
【数１】
2011033786.tif 000003
但し、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃｊ：レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）、
Ｋｊ：レンズ第ｊ面の円錐定数、
Ａｊ，ｎ：レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数、
である。【０１３６】
（数値実施例１）
数値実施例１に係るＢＤ用対物レンズ素子のコンストラクションデータを表１に示す。【０１３７】
【表１】
2011033786.tif 000004
【０１３８】
数値実施例１の対物レンズ素子は、図２に示した多層ディスクの層構成に記録再生を行えるように設計したものである。図２に示した多層ディスクは、光の入射側面より深い側から順にＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の４つの情報記録面を有する。多層ディスク表面からＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各層までの距離は、それぞれ、１００μｍ、８３μｍ、６２μｍ、３５μｍである。また、数値実施例１の対物レンズ素子の焦点距離１．４ｍｍ、ＮＡ０．８５、作動距離０．２５ｍｍ、有効径φ２．３８ｍｍである。設計中心基材厚は７０μｍである。設計中心基材厚とは、対物レンズに平行光を入射した場合に３次の球面収差がもっとも小さくなる場合のディスク基材厚である。【０１３９】
情報記録面Ｌ０〜Ｌ３のそれぞれに集光した際の光学系結像倍率及び像側ＮＡを表２に示す。【０１４０】
【表２】
2011033786.tif 000005
数値実施例１に係る対物レンズ素子が１度傾いた場合の３次コマ収差を表３に示す。表３において、ｔｃは、対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基材の厚みであり、ｔ０は、最も大きい基材の厚みであり、ｔｎは、最も小さい基材の厚みである。３ＣＭ（ｔｃ）、３ＣＭ（ｔ０）、３ＣＭ（ｔｍ）は、対物レンズ素子が１度傾いた場合に、基材厚ｔｃ、ｔ０、ｔｍの基材を介してスポットを形成したときに発生する３次のコマ収差量をそれぞれ表す。【０１４１】
【表３】
2011033786.tif 000006
【０１４２】
図１４は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図である。図１５は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフである。図１６は、数値実施例１に係る対物レンズ系に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフである。【０１４３】
（数値実施例２）
数値実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを表４に示す。【０１４４】
【表４】
2011033786.tif 000007
【０１４５】
数値実施例２の対物レンズ素子は、４層の情報記録面Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を有する多層ディスクの記録再生を行えるように設計したものである。多層ディスク表面からＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各層までの距離は、それぞれ、１００μｍ、８５μｍ、６５μｍ、４５μｍである。また、数値実施例２の対物レンズ素子の焦点距離１．２ｍｍ、ＮＡ０．８５、作動距離０．２７ｍｍ、有効径φ２．０４ｍｍである。設計中心基材厚は７５μｍである。ここで、設計中心基材厚とは、対物レンズに平行光を入射した場合に３次の球面収差がもっとも小さくなる場合のディスク基材厚としている。【０１４６】
図１７は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図である。図１８は、数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフである。図１９は、数値実施例２に係る対物レンズ系に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフである。【０１４７】
情報記録面Ｌ０〜Ｌ３のそれぞれに集光した際の光学系結像倍率及び像側ＮＡを表５に示す。【０１４８】
【表５】
2011033786.tif 000008
【０１４９】
数値実施例２に係る対物レンズ素子が１度傾いた場合の３次コマ収差を表３に示す。表３において、ｔｃは、対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基材の厚みであり、ｔ０は、最も大きい基材の厚みであり、ｔｎは、最も小さい基材の厚みである。３ＣＭ（ｔｃ）、３ＣＭ（ｔ０）、３ＣＭ（ｔｍ）は、対物レンズ素子が１度傾いた場合に、基材厚ｔｃ、ｔ０、ｔｍの基材を介してスポットを形成したときに発生する３次のコマ収差量をそれぞれ表す。【０１５０】
【表６】
2011033786.tif 000009
【０１５１】
表７に、各数値実施例に係る対物レンズ素子における各条件の対応値を示す。【０１５２】
【表７】
2011033786.tif 000010
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明の光学系は、安価な構成で、特に３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクに対して、良好に記録または再生を行うことができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１  レーザ光源
２  リレーレンズ
３  偏光ビームスプリッタ
４  コリメートレンズ
６、１６  １／４波長板
７  回折レンズ
８  対物レンズ素子
９  対物レンズアクチュエータ
１４  コリメートレンズアクチュエータ
１５  第２の平板型ミラー
１８  互換対物レンズ素子
２１  検出ホログラム
２２  検出レンズ
２３  受光素子
２４  フロントモニタセンサ
２５  第１の平板型ミラー
４０  光学ヘッド
７２  ステッピングモータ
７３  スクリューシャフト
７４  主軸
７５  副軸
７６  レンズホルダ
５０  光ディスク装置
５１  光ディスク駆動部
５２  制御部
６０  多層光ディスク
７０  ＤＶＤ
８０  ＣＤ
９０  ＢＤ
１０１  青紫レーザ光源
１０２  リレーレンズ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  コリメートレンズ
１０５  平板型ミラー
１０６、１１６  １／４波長板
１０７  回折レンズ
１０８  対物レンズ
１０９  対物レンズアクチュエータ
１１１  ２波長光源
１１２  回折格子
１１３  平板型ビームスプリッタ
１１４  コリメートレンズアクチュエータ
１１５  くさび型ミラー
１１８  互換対物レンズ
１２１  検出ホログラム
１２２  検出レンズ
１２３  受光素子
１２４  フロントモニタセンサ
１４０  光学ヘッド
２０１  対物レンズ
２０２  多層ディスク
２０３  波長４０８ｎｍの光束
３００  ＢＤ用光源
３０１  波長４０８ｎｍの光束
３０２  コリメートレンズ
３０３  対物レンズ
３０４  多層ディスク
【図１】
2011033786.tif 000011
【図２】
2011033786.tif 000012
【図３】
2011033786.tif 000013
【図４】
2011033786.tif 000014
【図５】
2011033786.tif 000015
【図６】
2011033786.tif 000016
【図７】
2011033786.tif 000017
【図８】
2011033786.tif 000018
【図９】
2011033786.tif 000019
【図１０】
2011033786.tif 000020
【図１１】
2011033786.tif 000021
【図１２】
2011033786.tif 000022
【図１３】
2011033786.tif 000023
【図１４】
2011033786.tif 000024
【図１５】
2011033786.tif 000025
【図１６】
2011033786.tif 000026
【図１７】
2011033786.tif 000027
【図１８】
2011033786.tif 000028
【図１９】
2011033786.tif 000029
【図２０】
2011033786.tif 000030
【図２１】
2011033786.tif 000031
【図２２】
2011033786.tif 000032
【図２３】
2011033786.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月22日(2012.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過層の厚さが異なる複数種類の光ディスク等の情報記録媒体に対して、情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
青紫半導体レーザの実用化により、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やＤＶＤと同じ大きさで、高密度・大容量の光情報記録媒体（以下、「光ディスク」ともいう）であるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（登録商標。以下、「ＢＤ」という）が実用化されている。
【０００３】
ＣＤの光透過層の厚さは１．２ｍｍで、記録または再生を行うレーザ光の波長は約７８５ｎｍ、対物レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）ＮＡは０．４５〜０．５２、記録容量は約６５０ＭＢｙｔｅである。
【０００４】
ＤＶＤの光透過層の厚さは約０．６ｍｍで、記録または再生を行うレーザ光の波長は約６６０ｎｍ、対物レンズの開口数ＮＡは０．６０〜０．６６、１層の情報記録面の記録容量は約４．７ＧＢｙｔｅである。情報記録面が１面の単層ディスクと、情報記録面が２面の２層ディスクが実用化されている。
【０００５】
ＢＤの光透過層の厚さは約０．１ｍｍで、記録または再生を行うレーザ光の波長は４０５ｎｍ程度、開口数はＮＡ約０．８５、１層の情報記録面の記録容量は約２５ＧＢｙｔｅである。ＢＤも情報記録面が１面の単層ディスクと、情報記録面が２面の２層ディスクが実用化されている。
【０００６】
ＢＤのように、複数の情報記録面に対して情報の記録または再生を行う場合、情報記録面毎に光透過層の厚さが異なる。対物レンズの最適光透過層厚（対物レンズに平行光が入射した時に３次球面収差が最小となる光透過層の厚さ）からずれた深さにある情報記録面上では、最適光透過層厚からのずれに応じた３次球面収差が発生する。ＢＤでは、光透過層の厚み誤差１０μｍに対して、約１００ｍλの３次球面収差が発生する。そのため、ＢＤの記録または再生を行う光ピックアップ装置は、一般的に３次球面収差を補正する手段を備えている。
【０００７】
例えば特許文献１には、コリメートレンズをコリメートレンズ用アクチュエータに搭載し、光透過層の厚さずれに起因する３次球面収差を打ち消すよう、光源と対物レンズの間に配置されたコリメートレンズを光軸方向に移動し、対物レンズに入射するレーザ光の発散角あるいは収束角を変化させる光ピックアップ装置が示されている。
【０００８】
一方、短波長のレーザ光と高ＮＡの対物レンズを用いたＢＤ等の高密度光ディスク用の光ピックアップ装置では、光ディスクの傾き（以下、「ディスクチルト」ともいう）によって発生する３次コマ収差を補正するための手段が備えられているものが多く、例えば、対物レンズアクチュエータに搭載された対物レンズを光ディスクの半径方向に傾ける方式や、液晶素子を用いる方式が実用化されている。
【０００９】
近年、複数の対物レンズを同時に搭載して、ＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤに対する互換性を確保した光ピックアップ装置が種々提案されている。
【００１０】
図２０は、対物レンズを２つ用いて構成した光ピックアップ装置の一例を示す図である。
【００１１】
図２０に示す光ピックアップ装置１４０は、青紫レーザ光を出射する青紫レーザ光源１０１、リレーレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、コリメートレンズ１０４、平板型ミラー１０５、１／４波長板１０６、回折レンズ１０７、対物レンズ１０８、対物レンズアクチュエータ１０９、赤色レーザ光と赤外レーザ光とを選択的に出射する２波長光源１１１、回折格子１１２、平板型ビームスプリッタ１１３、コリメートレンズアクチュエータ１１４、くさび型ミラー１１５、１／４波長板１１６、互換対物レンズ１１８、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２、受光素子１２３、フロントモニタセンサ１２４を備える。対物レンズ１０８は、２層の情報記録面Ｌ０およびＬ１を有するＢＤ９０専用であり、互換対物レンズ１１８は、ＤＶＤ７０およびＣＤ８０で共用される。
【００１２】
ＢＤ９０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置１４０の動作について述べる。青紫レーザ光源１０１から出射された波長約４０５ｎｍの青紫レーザ光は、リレーレンズ１０２によって発散光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０３にＳ偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ１０３で反射されたレーザ光は、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換され、くさび型ミラー１１５を透過し、平板型ミラー１０５によって反射されて１／４波長板１０６の方向に折り曲げられる。平板型ミラー１０５に入射したレーザ光の一部は、これを透過してフロントモニタセンサ１２４に入射する。フロントモニタセンサ１２４の出力に基づいて青紫レーザ光源１０１の出力制御が行われる。平板型ミラー１０５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１０６で円偏光に変換された後、回折レンズ１０７を透過し、対物レンズ１０８によって、ＢＤ９０の情報記録面Ｌ０もしくはＬ１の何れかに光スポットとして集光される。
【００１３】
ＢＤ９０の情報記録面Ｌ０またはＬ１で反射した青紫レーザ光は、再び対物レンズ１０８、回折レンズ１０７を透過し、１／４波長板１０６で往路とは偏光面が異なる直線偏光に変換された後、平板型ミラー１０５で反射される。平板型ミラー１０５で反射された光は、くさび型ミラー１１５とコリメートレンズ１０４を透過した後、偏光ビームスプリッタ１０３にＰ偏光として入射してこれを透過し、平板型ビームスプリッタ１１３、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に所定の演算処理がされ、ＢＤ９０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。
【００１４】
次に、ＤＶＤ７０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置１４０の動作について述べる。２波長光源１１１から出射された波長約６６０ｎｍの赤色レーザ光は、回折格子１１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１１３にＳ偏光として入射して反射され、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換される。コリメートレンズ１０４から出射された光は、くさび型ミラー１１５によって反射されて１／４波長板１１６の方向に折り曲げられる。くさび型ミラー1１５に入射したレーザ光の一部は、くさび型ミラー１１５と平板型ミラー１０５とを透過してフロントモニタセンサ１２４に入射し、フロントモニタセンサ１２４の出力に基づいて２波長光源１１１の赤色レーザ光の出力制御が行われる。くさび型ミラー１１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１１６で円偏光に変換された後、対物レンズ１１８によって、ＤＶＤ７０の情報記録面に光スポットとして集光される。
【００１５】
ＤＶＤ７０の情報記録面で反射された赤色レーザ光は、再び対物レンズ１１８を透過し、１／４波長板１１６で往路とは異なる偏光面を有する直線偏光に変換された後、くさび型ミラー１１５で反射される。くさび型ミラー１１５によって反射された光は、コリメートレンズ１０４を透過したのち、偏光ビームスプリッタ１０３と平板型ビームスプリッタ１１３にＰ偏光として入射してこれを透過し、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に所定の演算処理がされ、ＤＶＤ７０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。
【００１６】
次に、ＣＤ８０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置１４０の動作について述べる。２波長光源１１１から出射された波長約７８５ｎｍの赤外レーザ光は、回折格子１１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１１３で反射され、偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換され、くさび型ミラー１１５によって反射されて１／４波長板１１６の方向に折り曲げられる。くさび型ミラー１１５に入射したレーザ光の一部は、くさび型ミラー１１５と平板型ミラー１０５とを透過してフロントモニタセンサ１２４に入射し、フロントモニタセンサ１２４の出力に基づいて２波長光源１１１の赤外レーザ光の出力制御が行われる。くさび型ミラー１１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１１６を透過し、対物レンズ１１８によって、ＣＤ８０の情報記録面に光スポットとして集光される。
【００１７】
ＣＤ８０の情報記録面で反射された赤外レーザ光は、再び対物レンズ１１８と１／４波長板１１６を透過し、くさび型ミラー１１５で反射されて、コリメートレンズ１０４を透過する。コリメートレンズ１０４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ１０３と平板型ビームスプリッタ１１３を透過し、検出ホログラム１２１、検出レンズ１２２を介して、受光素子１２３に導かれる。受光素子１２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に所定の演算処理がされ、ＣＤ８０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を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平１１−２５９９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
光ディスクのさらなる大容量化に向けて、ＢＤ等の高密度光ディスクに３層以上の多層の情報記録面を設けることが考えられている。複数の情報記録面を備えた光ディスクでは、隣接する情報記録面からの反射光（迷光）による影響（情報信号のクロストークや、サーボ信号のオフセット等）を低減するため、情報記録面同士の間隔を所定量確保しなければならない。従って、３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクでは、光透過層の厚さが最も大きい情報記録面と光透過層の厚さが最も小さい情報記録面との間隔を、従来の２層ディスクよりも大きくせざるを得ない。
【００２０】
このような多層光ディスクの記録または再生時には、対物レンズの最適光透過層厚からのずれに比例して発生する３次球面収差が大きくなるため、多層光ディスク用の光ピックアップ装置では、従来よりもコリメートレンズの可動範囲を大きくし、より大きな３次球面収差を補正できるようにする必要がある。
【００２１】
図２０に示した従来の光ピックアップ装置１４０において、ＢＤ９０の記録または再生時に、光透過層の厚さに応じて発生する３次球面収差を補正するために、コリメートレンズ１０４を光軸方向に移動させると、くさび形ミラー１１５に非平行光（発散光あるいは収束光）が入射し、３次非点収差が発生する。
【００２２】
図２１は、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズを移動させた時に、３次非点収差がどのように変化するかを、くさび形ミラー１１５の頂角α毎に計算した結果である。図２１において、横軸は光透過層の厚さを示し、縦軸は３次非点収差量を示している。なお、計算条件は以下の通りである。
対物レンズの設計波長        ：４０５ｎｍ
対物レンズの設計光透過層厚  ：８７．５μｍ
対物レンズの焦点距離        ：１．３ｍｍ
対物レンズの開口数（ＮＡ）  ：０．８５５
くさび形ミラーの厚さ        ：１．０ｍｍ
くさび型ミラーの屈折率      ：１．５３
【００２３】
図２１に示されるように、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズを移動させた時に発生する３次非点収差量は、レーザ光が透過するくさび形ミラー１１５の頂角αによって変化する。くさび形ミラー１１５の頂角α＝０の場合、すなわち入射面と反射面が平行な場合に、３次非点収差の変化量が最も小さくなることが分かる。
【００２４】
ところで、光ディスクの光透過層の厚さが変化する場合、光ディスクの光透過層の厚さによって、ディスクチルト時に発生する３次コマ収差量と、対物レンズ傾き（以下、「レンズチルト」ともいう）で発生する３次コマ収差量がそれぞれ変化することが知られている。光ディスクが所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなり、対物レンズを所定角度傾けた時（レンズチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。
【００２５】
従って、光透過層の厚さが大きい情報記録面に集光する際には、ディスクチルトによって発生した３次コマ収差を補正するために、対物レンズを大きく傾けなければならない。ところが、一般的に対物レンズを傾けると、対物レンズの傾きに応じて３次非点収差が発生する。
【００２６】
一般的な光ディスク装置は、図２２に示すように、コリメートレンズ１０４の光軸と、光ディスク（ＣＤ７０、ＤＶＤ８０、ＢＤ９０等）の接線方向が一致するよう光学系を配置している。図２２に示すように、光ディスクの接線方向から入射したレーザ光は、くさび型ミラー１１５で反射されて対物レンズ１０８によって集光される、あるいは、平板型ミラー１０５で反射されて互換対物レンズ１１８によって集光される。このような配置とすることで、図２３に示すように、光ディスクの最内周へのアクセスが容易となり、光ディスク最外周へアクセスした場合の光学ヘッドの飛び出しも小さくなる。
【００２７】
しかしながら、コリメートレンズ１０４の光軸と、光ディスクの接線方向が一致するように光学系を配置すると、コリメートレンズ１０４を光軸方向に移動させて３次球面収差を補正した時に発生する第１の３次非点収差と、対物レンズを光ディスクの半径方向に傾けて３次コマ収差を補正した時に発生する第２の３次非点収差とが、同じ方向成分（０ｄｅｇ／９０ｄｅｇ方向）かつ同じ極性となる。
【００２８】
ここで上述したように、光透過層の厚さが大きい情報記録面の記録または再生時には、第１の３次非点収差および第２の３次非点収差がいずれも大きくなる。従って、特に情報記録面を３層以上備えた多層光ディスク用の光ピックアップ装置では、第１および第２の非点収差が加算されることによって、記録または再生に大きな影響を与えることが懸念される。
【００２９】
本発明は、３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクの記録または再生時に発生する３次非点収差量を抑制できる光ピックアップ光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は、基板を介して相互に平行に配置された少なくとも３つの記録面に入射した光束を集光し、各記録面に対応するスポットをそれぞれ形成する光ピックアップ光学系に関する。本発明の光ピックアップ光学系は、各記録面に応じて光軸方向に移動する倍率変換光学素子と、倍率変換光学素子を介して入射した光束を集光し、記録面のうちの対応する記録面にスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、以下の式を満足する。
４．０×１０-4＜Ｍｎ／（ｔｎ−ｔｃ）×ｆ＜６．０×１０-4  ・・・（１）
ここで、
ｔｃ：対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基板の厚さ［μｍ］、
ｆ：対物レンズ素子の焦点距離［ｍｍ］、
Ｍｎ：基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率
である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクの記録または再生時に発生する３次非点収差量が抑制された光ピックアップ光学系を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態１に係る光ピックアップ光学系を含む光ピックアップ装置の概略構成図
【図２】多層光ディスクの層構成を示す概略図
【図３】コリメートレンズアクチュエータの概略構成図
【図４】コリメートレンズの移動による光束の平行度変化を示す図
【図５】実施の形態１に係るＢＤ用対物レンズ素子の概略構成を示す図
【図６】設計が異なる３種類の対物レンズ素子について、光透過層の厚さと３次コマ収差量の関係を示したグラフ
【図７】多層光ディスク６０が１．０ｄｅｇ傾いた時、すなわちディスクチルト１．０ｄｅｇ時に発生する３次コマ収差量を示したグラフ
【図８】レンズチルト時の３次非点収差量を示したグラフ
【図９】コリメートレンズ４の可動範囲を示す模式図
【図１０】従来の光学ヘッド１４０（図１２）におけるコリメートレンズ１０４の可動範囲を模式的に示した図
【図１１】光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させた場合の３次非点収差の変化を示す図
【図１２】光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させた場合の３次非点収差の変化を示す図
【図１３】実施の形態２に係る光ピックアップ光学系の概略構成図
【図１４】数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図
【図１５】数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフ
【図１６】数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフ
【図１７】数値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図
【図１８】数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフ
【図１９】数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフ
【図２０】対物レンズを２つ用いて構成した光ピックアップ装置の一例を示す図
【図２１】光透過層の厚さに応じてコリメートレンズを移動させた時に、３次非点収差がどのように変化するかを、くさび形ミラーの頂角毎に計算した結果を示すグラフ
【図２２】光ディスクと光ピックアップ光学素子との位置関係を示す図
【図２３】光ピックアップ装置の光ディスクの半径方向の動きを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光ピックアップ光学系を含む光ピックアップ装置の概略構成図である。図２は、多層仮ディスクの層構成を示す概略図である。
【００３４】
光ピックアップ装置４０は、多層光ディスク６０用のレーザ光（例えば、波長約４０８ｎｍの青紫光）を出射するレーザ光源１、リレーレンズ２、偏光ビームスプリッタ３、コリメートレンズ４、第１の平板型ミラー２５、１／４波長板６、回折レンズ７、対物レンズ素子８、対物レンズアクチュエータ９、赤色レーザ光と赤外レーザ光を出射する２波長光源１１、回折格子１２、平板型ビームスプリッタ１３、コリメートレンズアクチュエータ１４、第２の平板型ミラー１５、１／４波長板１６、互換対物レンズ素子１８、検出ホログラム２１、検出レンズ２２、受光素子２３、フロントモニタセンサ２４を備える。対物レンズ素子８は、多層光ディスク６０専用である。図２に示すように、多層光ディスク６０は、４つの情報記録面Ｌ０〜Ｌ３を備え、入射面から光透過層の厚さ（ｔ０〜ｔ３）が３５〜１００μｍである。互換対物レンズ素子１８は、ＤＶＤ７０及びＣＤ８０に共用される。
【００３５】
多層光ディスク６０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置４０の動作について述べる。レーザ光源１から出射されたレーザ光は、リレーレンズ２によってＮＡの異なる発散光に変換され、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光として入射する。偏光ビームスプリッタ３で反射されたレーザ光は、コリメートレンズ４で略平行光に変換され、第２の平板型ミラー１５を透過し、第１の平板型ミラー２５によって反射されて１／４波長板６の方向に折り曲げられる。第１の平板型ミラー２５に入射したレーザ光の一部は、これを透過してフロントモニタセンサ２４に入射する。フロントモニタセンサ２４の出力に基づいてレーザ光源１の出力制御が行われる。第１の平板型ミラー２５で反射されたレーザ光は、１／４波長板６で円偏光に変換された後、回折レンズ７を透過し、対物レンズ素子８によって、多層光ディスク６０の情報記録面Ｌ０〜Ｌ３の何れかに光スポットとして集光される。
【００３６】
多層光ディスク６０の情報記録面で反射されたレーザ光は、再び対物レンズ素子８、回折レンズ７を透過し、１／４波長板６で往路とは異なる偏光面の直線偏光に変換された後、第１の平板型ミラー２５で反射されて、第２の平板型ミラー１５とコリメートレンズ４を透過する。コリメートレンズ４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ３にＰ偏光として入射してこれを透過し、平板型ビームスプリッタ１３、検出ホログラム２１、検出レンズ２２を介して、受光素子２３に導かれる。受光素子２３で検出されたレーザ光には、光電変後に演算処理がされ、多層光ディスク６０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が生成される。
【００３７】
次に、ＤＶＤ７０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置４０の動作について述べる。２波長光源１１から出射された波長約６６０ｎｍの赤色レーザ光は、回折格子１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１３にＳ偏光として入射して反射され、偏光ビームスプリッタ３を透過し、コリメートレンズ４で収束光に変換され、第２の平板型ミラー１５によって反射されて１／４波長板１６の方向に折り曲げられる。第２の平板型ミラー１５に入射したレーザ光の一部は、第２の平板型ミラー１５と第１の平板型ミラー２５を透過してフロントモニタセンサ２４に入射する。フロントモニタセンサ２４の出力に基づいて２波長光源１１の赤色レーザ光の出力制御が行われる。第２の平板型ミラー１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１６で円偏光に変換された後、対物レンズ素子１８によって、ＤＶＤ７０の情報記録面に光スポットとして集光される。
【００３８】
ＤＶＤ７０の情報記録面で反射された赤色レーザ光は、再び対物レンズ素子１８を透過し、１／４波長板１６で往路とは偏光面が異なる直線偏光に変換された後、第２の平板型ミラー１５で反射されて、コリメートレンズ４を透過する。コリメートレンズ４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ３と平板型ビームスプリッタ１３にＰ偏光として入射して透過し、検出ホログラム２１、検出レンズ２２を介して、受光素子２３に導かれる。受光素子２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に演算処理され、ＤＶＤ７０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。
【００３９】
次に、ＣＤ８０の記録または再生を行う場合の光ピックアップ装置４０の動作について述べる。２波長光源１１から出射された波長約７８５ｎｍの赤外レーザ光は、回折格子１２によって０次光であるメインビームと±１次回折光であるサブビームとに分離される。メインビームとサブビームは、平板型ビームスプリッタ１３で反射され、偏光ビームスプリッタ３透過し、コリメートレンズ４でＮＡの異なる発散光に変換され、第２の平板型ミラー１５によって反射されて１／４波長板１６の方向に折り曲げられる。第２の平板型ミラー１５に入射したレーザ光の一部は、第２の平板型ミラー１５と第１の平板型ミラー２５を透過してフロントモニタセンサ２４に入射する。フロントモニタセンサ２４の出力に基づいて２波長光源１１の赤外レーザ光の出力制御が行われる。第２の平板型ミラー１５で反射されたレーザ光は、１／４波長板１６を透過し、対物レンズ素子１８によって、ＣＤ８０の情報記録面に光スポットとして集光される。
【００４０】
ＣＤ８０の情報記録面で反射された赤外レーザ光は、再び対物レンズ素子１８と１／４波長板１６を透過し、第２の平板型ミラー１５で反射されて、コリメートレンズ４を透過する。コリメートレンズ４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ３と平板型ビームスプリッタ１３を透過し、検出ホログラム２１、検出レンズ２２を介して、受光素子２３に導かれる。受光素子２３で検出されたレーザ光には、光電変換後に演算処理され、ＣＤ８０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を生成する。
【００４１】
＜フォーカス誤差信号検出、トラッキング誤差信号検出＞
多層光ディスク６０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号は、検出レンズ２２によって非点収差が与えられた集光スポットを、受光素子２３内の４分割受光パターンで検出する、いわゆる非点収差法等を用いることが可能である。
【００４２】
一方、多層光ディスク６０の偏心に追従するためのトラッキング誤差信号は、検出ホログラム２１を透過する際に生成された０次光と１次回折光を、受光素子２３の所定の受光領域で検出することで求めることができる。このように求めたトラッキング誤差信号を用いれば、多層光ディスク６０に形成される情報トラックの溝の位置、幅、深さにばらつきがある場合に生じるトラッキング誤差信号の変動や、情報トラックに情報が記録されることによる反射率変化で生じるトラッキング誤差信号の変動を抑制することが可能である。また、記録または再生の対象となる情報記録面とは異なる情報記録面で反射された不要な光（迷光）が、トラッキング誤差信号を検出する受光領域に入射することを避けることもできる。
【００４３】
なお、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号の検出は、これらの検出方法に限定されるものではない。例えば、トラッキング誤差信号は、回折格子によって生成されたメインビームとサブビームを用いた差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）で検出しても良い。
【００４４】
ＤＶＤ７０およびＣＤ８０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号も、検出レンズ２２によって非点収差を与えられた集光スポットを受光素子２３内の４分割受光パターンで検出する、いわゆる非点収差法等を用いることが可能である。
【００４５】
一方、ＤＶＤ７０およびＣＤ８０の偏心に追従するためのトラッキング誤差信号は、回折格子１２によって生成されたメインビームとサブビームとを用いた、いわゆる３ビーム法や差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）等を用いて検出される。
【００４６】
＜対物レンズアクチュエータ＞
対物レンズアクチュエータ９は、複数のサスペンションワイヤによって対物レンズホルダ（可動部）を支持する。対物レンズアクチュエータ９は、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づき、回転する多層光ディスク６０、ＤＶＤ７０、ＣＤ８０の情報トラックに光スポットが追従するよう、対物レンズ素子８および互換対物レンズ素子１８を２軸方向（フォーカス方向およびトラッキング方向）に駆動する。
【００４７】
なお、対物レンズアクチュエータ９は、フォーカス方向、トラッキング方向の変位に加えて、光ディスクの半径方向に対物レンズ素子８および互換対物レンズ素子１８を傾けることが可能な構造となっている。
【００４８】
本実施例においては、１つのアクチュエータ上にＢＤ専用の対物レンズ素子８とＤＶＤ／ＣＤ互換用対物レンズ素子１８との２つの対物レンズ素子を搭載した、いわゆる２レンズ構成としている。ただし、２つの対物レンズ素子の組み合わせは、この例に限定されない。ＢＤ／ＤＶＤ互換レンズとＣＤ専用レンズの組み合わせや、ＢＤ／ＣＤ互換レンズとＤＶＤ専用レンズの組み合わせでも良い。
【００４９】
また、３つの異なるディスクフォーマットの記録再生に互換性のある１つの対物レンズ素子のみを１つのアクチュエータ上に設けても良い。また、３つの対物レンズを搭載してあってもよい。また、複数のアクチュエータからなっても良い。
【００５０】
＜コリメートレンズアクチュエータ＞
コリメートレンズ４は、コリメートレンズアクチュエータ１４によって、コリメートレンズ４の光軸方向に移動可能となっている。
【００５１】
図３は、コリメートレンズアクチュエータ１４の概略構成図である。コリメートレンズアクチュエータ１４は、コリメートレンズ４と、ステッピングモータ７２と、スクリューシャフト７３と、主軸７４と、副軸７５と、レンズホルダ７６とを備える。ステッピングモータ７２を駆動してスクリューシャフト７３を回転させることにより、コリメートレンズ４を保持するレンズホルダ７６は、主軸７４および副軸７５に沿ってコリメートレンズ４を光軸方向に移動させる。
【００５２】
図４は、コリメートレンズの移動による光束の平行度変化を示す図である。コリメートレンズ４の出射光が略平行光となる基準位置（図４（ａ））に対して、コリメートレンズ４を光源側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光は発散光となり（図４（ｂ））、多層光ディスク６０の光透過層が厚くなった場合に発生する３次球面収差を補正することができる。一方、コリメートレンズ４を対物レンズ素子側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光は収束光となり（図４（ｃ））、多層光ディスク６０の光透過層が薄くなった場合に発生する３次球面収差を補正することができる。すなわち、複数の情報記録面を備えた多層光ディスク６０において、それぞれの情報記録面の光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させることにより、３次球面収差を補正することができる。
【００５３】
さらに、詳細を述べると、このコリメートレンズを光軸方向に動かすことによって、対物レンズに入射する光束の平行度を平行から収束または発散に変化させる。平行度が平行からずれて、収束及び発散した光が入射すると対物レンズ素子で球面収差が発生する。この球面収差とディスクの光透過層の厚み誤差で発生する球面収差をキャンセルさせ情報記録面上で良好なスポットを得ている。
【００５４】
対物レンズ素子に入射する光束角が変わるため、対物レンズ素子の結像倍率（像側距離／物側距離）は変化する。また、対物レンズ素子の像側開口数（ＮＡ）も同時に変化する。
【００５５】
一般的なＢＤ用対物レンズ素子において、倍率の変化率と発生する球面収差の変化率は一様に決まる。また、ＢＤ規格により対物レンズ素子のＮＡは規定されているため、ディスクの光透過層の厚み誤差で発生する球面収差量もほぼ一意的に決まる。したがって、ディスクの光透過層厚誤差に対する結像倍率の変化量もしくはＮＡの変化量は一意的に決定する。
【００５６】
なお、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させるコリメートレンズアクチュエータ１４の構成は、図３のようなステッピングモータ７２を用いた構成に限定されるものではない。例えば、磁気回路や圧電素子の駆動を利用した構成など、いかなる構成であっても良い。また、コリメート機能及び倍率を変化させる機能を有するものであれば、同様に、コリメートレンズアクチュエータとして利用できる。コリメートレンズアクチュエータ１４に代えて、例えば、液晶素子、液体レンズに代表される能動素子を用いても良い。図３に示したステッピングモータ７２を用いた構成では、コリメートレンズ４の光軸方向の位置をモニタする必要がなくシステムを簡素化できる。一方、磁気回路や圧電素子の駆動によるアクチュエータは駆動部分が小さいため、光ピックアップ装の小型化に適している。
【００５７】
＜ＢＤ用対物レンズ素子＞
図５は、実施の形態１に係るＢＤ用対物レンズ素子の概略構成を示す図である。ＢＤ用光源（複数の波長を発振しても良い）から出射された光束２０３は、光路上に配置される光学素子を経て、対物レンズ素子８に入射する。対物レンズ素子８は、入射側及び出射側のそれぞれに異なる非球面を有する。ただし、非球面は必須ではなく、入射側及び出射側面は、ＢＤディスク６０の情報記録面に集光する機能を有していれば良い。例えば、回折面、位相制御面を入射側または出射側の面に設けても良い。ＢＤ専用対物レンズ素子にかえて、ＢＤ／ＤＶＤ互換、ＢＤ／ＣＤ互換、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の対物レンズであっても良い。
【００５８】
多層光ディスクの記録再生時には、各情報記録面に良好なスポットを形成するために、コリメートレンズを光軸方向に移動させ、対物レンズ素子８に入射する光束を発散または収束させ、発生する球面収差をキャンセルする。
【００５９】
上述したように、この時、対物レンズ素子８の結像倍率（＝像側距離／物側距離）及び像側（光ディスク側）開口数（ＮＡ）は変化する。ここで、像側とは、対物レンズ素子８からみて光ディスク側、物側とは光源側とする。また、物側距離の符号は、対物レンズ素子の入射光束が発散光になる場合を負（マイナス）、収束光になる場合を正（プラス）とする。
【００６０】
結像倍率及びＮＡの変化率は、設計基材厚からの光透過層厚みの増減量に依存する。例えば、対物レンズ素子８の結像倍率が負の場合、コリメートレンズを出射した光束は、平行ではなく発散光となっている。この場合、仮想的な物点は対物レンズ素子８からみて光源側にあり、対物レンズ素子８のＮＡは平行光時に比べて小さくなっている。この状態は、設計中心基材厚より厚い情報記録面に対して集光している場合に起こる。
【００６１】
逆に、設計中心基材厚よりも薄い情報記録面に対して集光する場合は、コリメートレンズを光軸方向に動かし、対物レンズ素子８に収束光を入射させ球面収差を補正する必要がある。この場合、仮想的な物点は対物レンズ素子８から見て、光ディスク側にあり、物側距離の符号は正（プラス）になり、結像倍率は正となる。対物レンズ素子８のＮＡは平行光時に比較して大きくなる。
【００６２】
結像倍率及びＮＡの変化度合いは、光透過層の厚みの変化率に依存する。３層以上の情報記録面を有する多層ディスクにおいては、光透過層の厚みの変化率が大きいため、結像倍率及びＮＡの変化率も大きくなってしまう。
【００６３】
ここで、本実施の形態の対物レンズ素子８は、光ディスクの設計中心基材厚（対物レンズに平行光が入射したときに３次球面収差が最小（≒０）となる光透過層の厚さ）が７０μｍである。したがって、光透過層の厚さが１００μｍの情報記録面Ｌ０、光透過層の厚さが８３μｍの情報記録面Ｌ１に焦点を合わせるには、対物レンズ素子８に発散光を入射させることによって、光透過層が対物レンズ素子８の設計光透過層厚より厚いことによって発生する３次球面収差を補正する。一方、光透過層の厚さが６２μｍの情報記録面Ｌ２、光透過層の厚さが３５μｍの情報記録面Ｌ３に焦点を合わせるには、対物レンズ素子８に収束光を入射させることによって、光透過層が対物レンズ素子１８の設計光透過層厚より薄いことによって発生する３次球面収差を補正する。
【００６４】
次に、コマ収差の補正について説明する。光ディスクが所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなり、対物レンズを所定角度傾けた時（レンズチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。
【００６５】
図６は、設計が異なる３種類の対物レンズ素子について、光透過層の厚さと３次コマ収差量の関係を示したグラフである。図６に示した３種類の対物レンズ素子は、光透過層の厚さ８０μｍにおいて、レンズチルト時に発生する３次コマ収差量が異なるように設計されている。図６において、横軸は光透過層の厚さ、縦軸は対物レンズが１．０ｄｅｇ傾いた時（レンズチルト１．０ｄｅｇ時）に発生する３次コマ収差量を示している。
【００６６】
それぞれの設計において、光透過層の厚さが８０μｍ、レンズチルト１．０ｄｅｇの場合に発生する３次コマ収差量は以下の通りである。
設計（１）１１３ｍλ
設計（２）８４ｍλ
設計（３）６１ｍλ
【００６７】
図６より、レンズチルトによって発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きいほど小さくなり、また光透過層の厚さに対して線形に変化することが分かる。例えば、設計（１）の対物レンズ素子においてレンズチルト１．０ｄｅｇで発生する３次コマ収差は、次の通りである。
光透過層の厚さが５５μｍの場合：１４６ｍλ
光透過層の厚さが８０μｍの場合：１１３ｍλ
光透過層の厚さが１００μｍの場合：８７ｍλ
【００６８】
また図６より、設計（１）から設計（３）の対物レンズ素子において、グラフの傾きが一定であることから、光透過層の厚さが変化したときの３次コマ収差量の変化は、設計条件によらず、一定であることが分かる。
【００６９】
図７は、多層光ディスク６０が１．０ｄｅｇ傾いた時、すなわちディスクチルト１．０ｄｅｇ時に発生する３次コマ収差量を示したグラフである。横軸に光透過層の厚さ、縦軸に発生する３次コマ収差量を示している。ディスクチルトによって発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなる。
【００７０】
図６および図７より、多層光ディスク６０が所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差を補正するためのレンズチルト量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて大きくなる。例えば、光透過層の厚さが１００μｍの場合、多層光ディスク６０が０．２５ｄｅｇ傾いたときに発生する３次コマ収差を補正するためには、設計（１）の対物レンズ素子では０．３２ｄｅｇ、設計（２）の対物レンズ素子では０．４８ｄｅｇのレンズチルトでよいが、設計（３）の対物レンズ素子では、０．８１ｄｅｇのレンズチルトが必要となる。ただし、レンズチルトさせると、３次コマ収差だけでなく３次非点収差が発生する。レンズチルトによって発生する３次非点収差は、焦点距離と作動距離によってほぼ一意に決まる。
【００７１】
図８は上述の設計（１）〜（３）の対物レンズ素子について、レンズチルト時の３次非点収差量を示したグラフである。図８において、横軸はレンズチルト角、縦軸は３次非点収差量を示している。図８より、レンズチルト量が大きくなるにつれて３次非点収差が急激に増大し、例えばレンズチルト角が０．５ｄｅｇを超えると１０ｍλに達する。光透過層の厚さが大きい情報記録面に集光する場合、ディスクチルトによって発生した３次コマ収差を補正するために、レンズチルト量を大きくする必要があるので、３次非点収差の影響が無視できなくなる。
【００７２】
一方、光透過層の厚さが小さい情報記録面に集光する場合、多層光ディスク６０が傾いたときに発生する３次コマ収差を補正するのに必要なレンズチルト量は少ない。例えば、光透過層の厚さが５０μｍの場合、多層光ディスク６０が０．２５ｄｅｇ傾いたときに発生する３次コマ収差を補正するためには、設計（１）の対物レンズ素子では０．０９ｄｅｇ、設計（２）の対物レンズ素子では０．１１ｄｅｇ、設計（３）の対物レンズ素子では０．１４ｄｅｇレンズチルトすればよい。
【００７３】
しかしながら、３次コマ収差補正時のレンズチルト制御誤差や、対物レンズアクチュエータの共振等によって、対物レンズが想定以上に傾いた場合、光透過層の厚さが小さい情報記録面に集光した際に残存する３次コマ収差が大きくなる。例えば、所定のレンズチルト角に対して±０．２ｄｅｇの制御誤差があると、設計（１）の対物レンズ素子では３１ｍλ、設計（２）の対物レンズ素子では２５ｍλ、設計（３）の対物レンズ素子では２１ｍλの３次コマ収差が発生する。
【００７４】
以上の説明より、多層光ディスク６０では、光透過層の厚さが最も大きい情報記録面と、光透過層の厚さが最も小さい情報記録面との間隔が大きいため、収差を悪化させる要因が情報記録面毎に異なる。そこで、レンズチルト時に発生する３次コマ収差量が適切な値になるよう、対物レンズ素子を設計する。
【００７５】
＜互換対物レンズ＞
互換対物レンズ素子１８は、ＤＶＤ７０に情報を記録または再生するための赤色レーザ光およびＣＤ８０に情報を記録または再生するための赤外レーザ光を、それぞれ微小な光スポットとして集光するための回折構造を備えている。この回折構造は、２種類のレーザ光の波長の差を利用する。
【００７６】
互換対物レンズ素子１８は、ＤＶＤ７０に記録または再生を行う場合は、所定の収束角の収束光が入射したときに、光透過層を透過した位置での３次球面収差が最小となり、かつ、ＣＤ８０に記録または再生を行う場合は、対物レンズ素子１８に所定の発散角の発散光が入射したときに、光透過層を透過した位置での３次球面収差が最小となるように設計されている。
【００７７】
本実施の形態の互換対物レンズ素子１８は、例えば以下のように設計されている。
【００７８】
・ＤＶＤ
設計波長      ：６６０ｎｍ
設計光透過層厚：０．６ｍｍ
焦点距離      ：２．０ｍｍ
開口数（ＮＡ）：０．６６
作動距離      ：１．０ｍｍ
物点距離      ：−１５０ｍｍ（収束光）
【００７９】
・ＣＤ
設計波長      ：７８５ｎｍ
設計光透過層厚：１．２ｍｍ
焦点距離      ：２．０ｍｍ
開口数（ＮＡ）：０．５１
作動距離      ：０．６５ｍｍ
物点距離      ：＋１５０ｍｍ（発散光）
【００８０】
図４に示したように、コリメートレンズ４の出射光が略平行光となる基準位置（図４（ａ））に対して、コリメートレンズ４を光源側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光を所定発散角（所定物点距離）の発散光として、ＣＤ８０の情報の記録または再生を行う。
【００８１】
一方、コリメートレンズ４を対物レンズ側に移動させることによって、コリメートレンズ４の出射光を所定収束角（所定物点距離）の収束光として、ＤＶＤ７０の情報の記録または再生を行う。なお、２つの情報記録面を備えたＤＶＤ７０に対しては、それぞれの情報記録面の光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させることにより、３次球面収差を補正することができる。
【００８２】
＜コリメートレンズの可動範囲＞
図９は、コリメートレンズ４の可動範囲を示す模式図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、多層光ディスクの記録または再生時の可動範囲を示す。図９において、破線で示した中立位置（基準位置）がそれぞれ異なるのは、ＣＤ８０、ＤＶＤ７０、多層光ディスク６０の記録または再生に用いるレーザ光の波長が異なることに起因している。
【００８３】
図９（ａ）は、ＣＤ８０の記録または再生時のコリメートレンズ４の位置を示している。本実施の形態の互換対物レンズ素子１８は、光透過層厚１．２ｍｍのＣＤに記録再生を行う際、物点距離＋１５０ｍｍの発散光が入射したときに３次球面収差が最適になるように設計されている。そこで、破線で示した中立位置に対して、コリメートレンズ４を光源側に移動させることによって、互換対物レンズ素子１８に発散光を入射させる。ＣＤ８０は、ＤＶＤ７０や多層光ディスク６０と比較して開口数ＮＡが小さいので、コリメートレンズ４を所定の位置に固定した状態で、記録または再生を行うことができる。
【００８４】
図９（ｂ）は、ＤＶＤ７０の記録または再生時のコリメートレンズ４の位置を示している。本実施の形態の互換対物レンズ素子１８は、光透過層厚０．６ｍｍのＤＶＤに記録再生を行う際、物点距離−１５０ｍｍの収束光を入射させることで３次球面収差が最適になるように設計されている。そこで、破線で示した中立位置に対して、コリメートレンズ４を対物レンズ側に移動させることによって、互換対物レンズ素子１８に収束光を入射させる。
【００８５】
ＤＶＤ７０の媒体としては、単一の情報記録面を備えた単層ディスクに加えて、２層の情報記録面を備えた２層ディスクが実用化されている。２層ディスクは情報記録面Ｌ１と情報記録面Ｌ０から成り、情報記録面Ｌ０の光透過層厚は約０．５８ｍｍ、情報記録面Ｌ１の光透過層厚は約０．６２ｍｍである。情報記録面の光透過層の厚さが、設計光透過層厚（０．６ｍｍ）からずれると、３次球面収差が発生する。そこで、ＣＤ８０と比較して開口数ＮＡが大きいＤＶＤ７０では、情報の記録または再生の対象となる情報記録面（の光透過層の厚さ）に対応して、コリメートレンズ４を所定の位置に移動させることが好ましい。
【００８６】
図９（ｃ）は、多層光ディスク６０の記録または再生時のコリメートレンズ４の位置を示している。本実施の形態の対物レンズ素子８は、設計光透過層厚７０μｍである。破線で示した中立位置に対して、光透過層の厚さが１００μｍの情報記録面Ｌ０、光透過層の厚さが８３μｍの情報記録面Ｌ１に記録再生を行う場合には、コリメートレンズ４を光源側に移動させて対物レンズ素子８に発散光を入射させる。一方、光透過層の厚さが６２μｍの情報記録面Ｌ２、光透過層の厚さが３５μｍの情報記録面Ｌ３に記録再生を行う場合には、コリメートレンズ４を対物レンズ素子８側に移動させて対物レンズ素子８に収束光を入射させる。このようなコリメートレンズ４の移動によって、光透過層の厚さが設計光透過層厚からずれていることによって発生する３次球面収差を補正することができる。
【００８７】
多層光ディスク６０は、ＣＤ８０やＤＶＤ７０と比較して開口数ＮＡが非常に大きい。したがって、情報記録面の光透過層の厚さに対応してコリメートレンズ４を移動させるだけではなく、それぞれの光透過層の厚さのばらつきや温度変化等で発生する３次球面収差も含めて補正できることが好ましい。本実施の形態に係る光ピックアップ装置４０は、図９（ｃ）に示すように、情報記録面Ｌ０および情報記録面Ｌ３の光透過層の厚さで決まる３次球面収差に加えて、光透過層の厚さのばらつきや温度変化等で発生する３次球面収差も含めて補正できるよう、コリメートレンズ４の可動範囲（Ｌ０最大〜Ｌ３最大）を設定している。
【００８８】
図１０は、従来の光学ヘッド１４０（図２２）におけるコリメートレンズ１０４の可動範囲を模式的に示した図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、ＣＤ、ＤＶＤ、多層光ディスクの記録または再生時の可動範囲を示す。図１０に示したコリメートレンズ１０４の可動範囲は、本実施の形態に係るコリメートレンズ４の可動範囲とは大きく異なっていることがわかる。
【００８９】
＜平板型ミラー＞
第２の平板型ミラー１５は、コリメートレンズ４から出射された赤外レーザ光および赤色レーザ光を概ね反射して互換対物レンズ素子１８の方向へ折り曲げ、ＢＤ用の青紫レーザ光のほぼ全てを透過して第１の平板型ミラー２５に入射させる。
【００９０】
より詳細には、第２の平板型ミラー１５の入射側の面（第１面）には、波長選択性の反射膜が形成されている。この反射膜は、略４５ｄｅｇの入射角で入射する赤外レーザ光および赤色レーザ光の９０％を反射し、１０％を透過させると共に、青色レーザ光をほぼ１００％透過させる特性を有する。
【００９１】
一方、第２の平板型ミラー１５の出射側の面（第２面）には、内部反射を抑制するために、青紫レーザ光、赤色レーザ光、赤外レーザ光の３つの波長に対応したＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：反射防止）コートが施されている。
【００９２】
第１の平板型ミラー２５は、コリメートレンズ４から出射された青紫レーザ光を概ね反射して対物レンズ素子８の方向へ折り曲げ、青紫レーザ光の一部および赤色レーザ光および赤外レーザ光のほぼ全てを透過してフロントモニタセンサ２４に入射させる。
【００９３】
より詳細には、第１の平板型ミラー２５の入射側の面（第１面）には、波長選択性の反射膜が形成されている。この反射膜は、略４５ｄｅｇの入射角で入射する青紫レーザ光を９０％反射し、１０％透過させると共に、赤色レーザ光と赤外レーザ光をほぼ１００％透過させる特性を有する。
【００９４】
一方、第１の平板型ミラー２５の出射側の面（第２面）には内部反射を抑制するために、青紫レーザ光、赤色レーザ光、赤外レーザ光の３つの波長に対応したＡＲコートが施されている。
【００９５】
図１１及び１２は、光透過層の厚さに応じてコリメートレンズ４を移動させた場合の３次非点収差の変化を示す図である。図１１及び１２において、横軸は光透過層の厚さを示し、縦軸は３次非点収差量を示している。
【００９６】
多層光ディスク６０の記録または再生時に、光透過層の厚さに応じて発生する３次球面収差を補正するため、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させると、第２の平板型ミラー１５に非平行光（発散光あるいは収束光）が入射し、３次非点収差が発生する。
【００９７】
図１１の（Ａ）は、３次球面収差の補正のためにコリメートレンズ４を移動させた時に発生する３次非点収差を表す。３次球面収差補正時に発生する３次非点収差は、設計光透過層厚７０μｍの時には第２の平板型ミラー１５に平行光が入射するため最小（＝０）となり、設計光透過層厚７０μｍから遠ざかるにつれて、すなわち第２の平板型ミラー１５に入射する青紫レーザ光の非平行度が大きくなるにつれて大きくなる。３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスク６０では、図９に示したようにコリメートレンズ４の可動範囲が大きくなるため、光透過層の厚さに応じて派生する３次非点収差量の変化も大きくなる。
【００９８】
ここで、本実施の形態の対物レンズ素子８では、設計光透過層厚を７０μｍとしている。したがって、コリメートレンズ４の可動範囲は、図８に示すように、中立位置に対して対物レンズ素子側が広く、光源側が狭くなっている。すなわち、対物レンズ素子８に入射するレーザ光が収束光となる範囲が広く、発散光となる範囲が狭くなっている。
【００９９】
従って、光透過層の厚さｔ０〜ｔ３の４つの情報記録面Ｌ０〜Ｌ３（図２）を備えた多層光ディスク６０の記録または再生を行う場合、３次非点収差量は、図１１の（Ａ）に示すように、光透過層の厚さが小さいＬ３側で大きくなり、光透過層の厚さが大きいＬ０側で小さくなる。
【０１００】
一方、上述したように、光ディスクが所定角度傾いた時（ディスクチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さに比例して大きくなり、対物レンズを所定角度傾けた時（レンズチルト時）に発生する３次コマ収差量は、光透過層の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。従って、光透過層の厚さが大きくなるにつれて、ディスクチルトで発生する３次コマ収差を補正するときのレンズチルト量が大きくなり、それに伴って３次非点収差量が大きくなる。
【０１０１】
図１１の（Ｂ）は、ディスクチルトが０．２５ｄｅｇであるときに発生する３次コマ収差をレンズチルトで補正した時の３次非点収差量の変化を表す。図１１の（Ｂ）より、光透過層の厚さが大きくなるにつれて、３次非点収差量が大きくなることが分かる。
【０１０２】
本実施の形態に係る光ピックアップ光学系では、従来の光ディスク装置（図２２参照）と同様に、コリメートレンズ４は、その光軸方向が光ディスクの接線方向と一致するように配置する。従って、対物レンズ素子８を光ディスクの半径方向に傾けて３次コマ収差を補正した時に発生する３次非点収差と、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させて３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差とが、同じ方向成分（０ｄｅｇ／９０ｄｅｇ方向）かつ同じ極性となる。
【０１０３】
本実施の形態に係る光ピックアップ装置では、光透過層の厚さが小さいＬ３側よりも光透過層の厚さが大きいＬ０側で、３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ａ））が小さくなるように設計されている。従って、３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ａ））と、３次コマ収差をレンズチルトによって補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ｂ））との合計の３次非点収差（図１１の（Ｃ））は、光透過層の厚さが小さいＬ３（ｔ３＝５０μｍ）と光透過層の厚さが大きいＬ０（ｔ０＝１００μｍ）で略等しくなる。このような構成とすることで、特に光透過層の厚さが大きい情報記録面の記録または再生時に、３次非点収差が大きくなることを抑制できる。
【０１０４】
ところで、一般的な半導体レーザには非点隔差が存在するため、この非点隔差によっても３次非点収差が発生する。本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、図１に示したように、レーザ光源１から出射されたレーザ光を、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光として入射させる。これにより、上述の３次球面収差を補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ａ））および３次コマ収差をレンズチルトによって補正した時に発生する３次非点収差（図１１の（Ｂ））は、レーザ光源１の非点隔差によって発生する３次非点収差と同じ方向成分（０ｄｅｇ／９０ｄｅｇ方向）で逆の極性をもつ。
【０１０５】
従って、図１１の（Ｃ）に示した３次非点収差の合計は、レーザ光源１の非点隔差によって発生する３次非点収差と互いに相殺される。レーザ光源の１の非点隔差によって補正された３次非点収差は、図１２の（Ｄ）に示す通りとなり、さらに３次非点収差を低減することができる。
【０１０６】
上述のように、対物レンズ素子８に入射するレーザ光が収束光となる範囲を広く、発散光となる範囲を狭くすることで、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が収束光となる範囲が広くなる。従って、図９（ｂ）に示すように、ＤＶＤ７０の記録または再生時に、光透過層の厚さに応じて発生する３次球面収差を補正しても、コリメートレンズ４が中立位置に対して常に対物レンズ側にあるような設計が可能となる。このように設計することで、赤色レーザ光は第２の平板型ミラー１５に対して常に収束光で入射するため、フロントモニタセンサ２４の有効領域内におけるレーザ光の干渉を抑制できる。
【０１０７】
一方、ＣＤ８０の記録または再生時には、コリメートレンズ４を移動させる必要がないので、コリメートレンズ４を中立位置に対して光源側で用いることで、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が発散光となるよう、コリメートレンズ４を設計しても良い。あるいは、コリメートレンズ４を中立位置に対して互換対物レンズ素子１８側で用いることで、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が収束光となるよう、コリメートレンズ４を設計しても良い。
【０１０８】
いずれの場合でも、赤外レーザ光は第２の平板型ミラー１５に対して発散光または収束光で入射するので、フロントモニタセンサ２４の有効領域内におけるレーザ光の干渉を抑制できる。互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が発散光となるように設計した場合、ＣＤ８０の記録または再生時の差動距離（ＷＤ：Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を大きくできる。また、互換対物レンズ素子１８に入射するレーザ光が収束光となるように設計した場合は、記録または再生の対象となる光ディスクを、ＣＤからＤＶＤあるいはＤＶＤからＣＤに切り替えたときのコリメートレンズ４の移動量が小さくて済むため、起動時間や動作時間を短縮できる。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、多層光ディスク６０の記録または再生時のコリメートレンズの可動範囲が、中立位置に対して対物レンズ素子８側が広く、光源側が狭くなるように構成されている。これにより、特に光透過層の厚さが大きい情報記録面の記録または再生時に、３次非点収差が大きくなることを抑制でき、多層光ディスクに対して、良好に情報の記録または再生を行うことができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態においては、多層光ディスクとして、光透過層の厚さが１００μｍ〜３５μｍの情報記録面Ｌ０〜Ｌ３を備えた４層の光ディスクについて説明を行ったが、多層光ディスクはこのような構造に限るものではなく、３層以上の情報記録面を備えた多層の光ディスクに対して広く適用可能であることは言うまでもない。
【０１１１】
また、本実施の形態においては、多層光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤの３種類の光ディスクに対して記録または再生を行う光ピックアップ装置について説明を行ったが、本発明の適用はこのような光ピックアップ装置に限定されるものではない。例えば、本実施の形態の光学系は、多層光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤに加え、単層のＢＤに対しても良好に情報の記録または再生が可能であることは明らかである。
【０１１２】
また、ＤＶＤおよびＣＤの記録または再生を行う互換対物レンズを、ＤＶＤ専用の対物レンズとすることで、多層光ディスク、ＢＤ、ＤＶＤに対して、良好に情報の記録または再生が可能である。
【０１１３】
（実施の形態２）
図１３は、実施の形態２に係る光ピックアップ光学系の概略構成図である。図１３では、ＢＤ用光学系を構成する一部の主要な光学素子のみを示す。図１３の（Ｂ）に示されるように、青色波長を有する光束３０１は、光源３００から出射され、コリメートレンズ３０２によって略平行光にされ、対物レンズ素子３０３に入射する。対物レンズ素子３０３を透過した光束３０１は、光ディスク３０４の複数の情報記録面の１つに良好に集光される。
【０１１４】
対物レンズ素子３０３は、入射側と出射側とに異なる２つの非球面を有する。対物レンズ素子３０３は、回折面や位相制御面を有していても良い。また、本実施の形態では、対物レンズ素子３０３はＢＤ専用であるが、ＢＤと他の光ディスク（ＤＶＤまたはＣＤ）との互換レンズであっても良い。
【０１１５】
また、コリメートレンズ３０２は、コリメート機能を有するものであれば何でも良い。コリメートレンズ３０２に代えて、例えば液晶素子または液体レンズを用いても良い。コリメートレンズ３０２は、光軸方向に可動である。集光対象となる情報記録面に応じて、コリメートレンズ３０２の位置を光軸方向に動かすことで、対物レンズ素子３０３に入射させる光束を平行から発散または収束に変化させることができる。このようにコリメートレンズ３０２を移動させることで、光透過層厚みが設計基材厚からずれた場合に発生する球面収差を打ち消して低減する球面収差を発生させる事ができる。
【０１１６】
以上のような構成を備えることにより、すべての情報記録面上で収差の小さい良好なスポットを得る事ができる。
【０１１７】
また、多層ディスク３０４は、表面（対物レンズ素子３０３に向けて配置される面）から遠い順にＬ０、Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３層全４つの情報記録面を備える。光透過層の厚みは、１００μｍ（Ｌ０）８５μｍ（Ｌ１）、６５μｍ（Ｌ２）、４５μｍ（Ｌ３）である。
【０１１８】
また、本実施の形態に係る対物レンズ素子３０３の設計中心基材厚は７５μｍである。これより薄い層であるＬ３、Ｌ２層に対して記録再生する場合は、図１３の（Ａ）のように、コリメートレンズ３０２を対物レンズ素子３０３に近づける方向に動かし、対物レンズ素子３０３に収束光を入射させる必要がある。この場合、仮想的な物点距離の符号は正（プラス）であるため対物レンズ素子３０３の結像倍率は、正（プラス）の値をとり、また、ＮＡは比較的大きくなる。
【０１１９】
逆に、設計中心基材厚よりも厚い層であるＬ１、Ｌ０層に対して記録再生する場合は、図１３の（Ｃ）に示すように、コリメートレンズ３０２を対物レンズ素子３０３から遠ざける方向に動かし、対物レンズ素子３０３に発散光を入射させる必要がある。この場合、仮想的な物点距離の符号は負（マイナス）であるため対物レンズ素子３０３の結像倍率は、負（マイナス）の値をとり、また、ＮＡは比較的小さくなる。このように、設計中心基材厚からのずれ量によって、対物レンズの結像倍率及びＮＡは変化する。
【０１２０】
なお、上記の実施の形態１および２において、１枚の対物レンズ素子に代えて、２枚以上のレンズからなる対物光学系を用いても良い。
【０１２１】
以下、本発明の光ピックアップ光学系が備える対物レンズ素子が満たすべき条件を説明する。
【０１２２】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足する。
４．０×１０-4＜Ｍｎ／（ｔｎ−ｔｃ）×ｆ＜６．０×１０-4  ・・・（１）
ここで、
ｔｃ：対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基板の厚さ［μｍ］、
ｆ；対物レンズ素子の焦点距離［ｍｍ］、
Ｍｎ：基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率
である。
【０１２３】
条件（１）は、対物レンズ素子の結像倍率の最適値を規定する。条件（１）が規定する数値範囲は、基板厚みが異なる位置にスポットを形成する場合の結像倍率変化に基づく３次球面収差量と、その場合の基板厚み変化に基づく３次球面収差量との２つの異なる発生要因を考慮し、全体の３次球面収差を最適化した範囲である。したがって、条件（１）の範囲を超えると、特定の基板厚さに対して、全体の３次球面収差が大きくなりすぎ実用に供しない。
【０１２４】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足することが好ましい。
１．０×１０-4＜［１−（ＮＡｎ／ＮＡｃ）］／（ｔｎ−ｔｃ）＜２．５×１０-4  ・・・（２）
ここで、
ＮＡｃ：対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる際の対物レンズ素子の開口数、
ＮＡｎ：基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の開口数である。
【０１２５】
条件（２）は、対物レンズ素子の開口数の最適値を規定する。条件（２）が規定する数値範囲は、基板厚みが異なる位置にスポットを形成する場合の結像倍率変化に基づく開口数の変化の許容範囲である。言い換えれば、条件（２）が規定する数値範囲は、開口変化に直接影響する結像倍率変化の許容範囲である。したがって、条件（２）の範囲を超えると、特定の基板厚さに対して、対物レンズ素子の開口数に変化が大きくなりすぎ、実用に供しない。
【０１２６】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を同時に満足することが好ましい。
Ｍ０＞０．００５  ・・・（３）
Ｍｍ＜−０．００５  ・・・（４）
ＮＡ０／ＮＡｃ＜０．９９７  ・・・（５）
ＮＡｍ／ＮＡｃ＞１．００３  ・・・（６）
ここで、
Ｍ０：最も厚みの大きい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率、
ＮＡ０：最も厚みの大きい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の開口数、
Ｍｍ：最も厚みの小さい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の結像倍率、
ＮＡｍ：最も厚みの小さい基板を介してスポットを形成する際の対物レンズ素子の開口数
である。
【０１２７】
条件（３）〜（６）は、いずれも本発明に係る光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の結像倍率の範囲及び、光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の開口数の範囲を規定する。条件（３）〜（６）のいずれかの範囲を外れた場合、対物レンズ素子が発生させる３次球面収差を中心とした光学性能が大きく劣化し、実用に供さない。
【０１２８】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を同時に満足することが好ましい。
｜Ｍｍ｜＞｜Ｍ０｜  ・・・（７）
ＮＡｍ−ＮＡｃ＞ＮＡｃ−ＮＡ０  ・・・（８）
【０１２９】
条件（７）及び（８）は、上述の条件（３）〜（６）と同様に、いずれも本発明に係る光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の結像倍率の範囲及び、光ピックアップ光学系に含まれる対物レンズ素子の開港数の範囲を規定する。条件（７）及び（８）のいずれかの範囲を外れた場合、対物レンズ素子が発生させる３次球面収差を中心とした光学性能が大きく劣化し、実用に供さない。
【０１３０】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足することが好ましい。
ｔｃ＞（ｔ０＋ｔｍ）／２  ・・・（９）
ここで、
ｔ０：記録面に対応したスポットを形成可能であって、最も厚みの大きい基板の厚み［μｍ］、
ｔｍ：最も厚みの小さい基板の厚み［μｍ］
である。
【０１３１】
条件（９）は、光ピックアップ光学系に対応する可能な基板厚みを規定する。条件（９）の関係を満足しない場合、対物レンズ素子の３次球面収差がもっとも小さくなる基板厚みが、厚すぎるか薄すぎるかのいずれか一方に偏ってしまう。このため、条件（９）の関係を満足しない場合、３次球面収差が最小となる基板厚みｔｃとの差が大きい基板厚みを持つ位置では、３次球面収差が大きくなりすぎ、実用に供しない。
【０１３２】
本発明に係る光ピックアップ光学系は、次の条件を満足することが好ましい。
３ＣＭ（ｔｃ）＜［３ＣＭ（ｔ０）＋３ＣＭ（ｔｍ）］／２  ・・・（１０）
ここで、
３ＣＭ（ｔｃ）：それぞれ、基材厚ｔｃを介してスポットを形成した場合において、光軸に対して、対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次コマ収差量、
３ＣＭ（ｔ０）：基材厚ｔ０を介してスポットを形成した場合において、光軸に対して、対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次コマ収差量、
３ＣＭ（ｔｍ）：基材厚ｔｍを介してスポットを形成した場合において、光軸に対して、対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次コマ収差量
である。
【０１３３】
条件（１０）は、対物レンズ素子のコマ収差に関係し、いわゆる軸外性能の最適値を規定する。条件（１０）の関係を満足しない場合、対物レンズ素子の３次コマ収差がもっとも小さくなる基板厚みが、厚すぎるか薄すぎるかのいずれか一方に偏ってしまう。このため、条件（１０）の関係を満足しない場合、３次コマ収差が最小となる基板厚みｔｃとの差が大きい基板厚みを持つ位置では、３次コマ収差が大きくなりすぎ、実用に供しない。
【実施例】
【０１３４】
以下、本発明に係る光ピックアップ光学系の実施例を、コンストラクションデータ、収差図等を挙げてさらに具体的に説明する。尚、各数値実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面であることを示し、非球面の面形状を表す下記数１で定義される。
【０１３５】
【数１】
2011033786.tif 000034
但し、
Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状の点の非球面頂点の接平面からの距離、
ｈ：光軸からの高さ、
Ｃj：レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃj＝１／Ｒj）、
ｋj：レンズ第ｊ面の円錐定数、
Ａj,n：レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数、
である。
【０１３６】
（数値実施例１）
数値実施例１に係るＢＤ用対物レンズ素子のコンストラクションデータを表１に示す。
【０１３７】
【表１】
2011033786.tif 000035
【０１３８】
数値実施例１の対物レンズ素子は、図２に示した多層ディスクの層構成に記録再生を行えるように設計したものである。図２に示した多層ディスクは、光の入射側面より深い側から順にＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の４つの情報記録面を有する。多層ディスク表面からＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各層までの距離は、それぞれ、１００μｍ、８３μｍ、６２μｍ、３５μｍである。また、数値実施例１の対物レンズ素子の焦点距離１．４ｍｍ、ＮＡ０．８５、作動距離０．２５ｍｍ、有効径φ２．３８ｍｍである。設計中心基材厚は７０μｍである。設計中心基材厚とは、対物レンズ素子に平行光を入射した場合に３次の球面収差がもっとも小さくなる場合のディスク基材厚である。
【０１３９】
情報記録面Ｌ０〜Ｌ３のそれぞれに集光した際の光学系結像倍率及び像側ＮＡを表２に示す。
【０１４０】
【表２】
2011033786.tif 000036
数値実施例１に係る対物レンズ素子が１度傾いた場合の３次コマ収差を表３に示す。表３において、ｔｃは、対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基材の厚みであり、ｔ０は、最も大きい基材の厚みであり、ｔｎは、最も小さい基材の厚みである。３ＣＭ（ｔｃ）、３ＣＭ（ｔ０）、３ＣＭ（ｔｍ）は、対物レンズ素子が１度傾いた場合に、基材厚ｔｃ、ｔ０、ｔｍの基材を介してスポットを形成したときに発生する３次のコマ収差量をそれぞれ表す。
【０１４１】
【表３】
2011033786.tif 000037
【０１４２】
図１４は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図である。図１５は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフである。図１６は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフである。
【０１４３】
（数値実施例２）
数値実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを表４に示す。
【０１４４】
【表４】
2011033786.tif 000038
【０１４５】
数値実施例２の対物レンズ素子は、４層の情報記録面Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を有する多層ディスクの記録再生を行えるように設計したものである。多層ディスク表面からＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各層までの距離は、それぞれ、１００μｍ、８５μｍ、６５μｍ、４５μｍである。また、数値実施例２の対物レンズ素子の焦点距離１．２ｍｍ、ＮＡ０．８５、作動距離０．２７ｍｍ、有効径φ２．０４ｍｍである。設計中心基材厚は７５μｍである。ここで、設計中心基材厚とは、対物レンズに平行光を入射した場合に３次の球面収差がもっとも小さくなる場合のディスク基材厚としている。
【０１４６】
図１７は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図である。図１８は、数値実施例２に係る対物レンズ素子に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の球面収差を表すグラフである。図１９は、数値実施例２に係る対物レンズ系に平行光が入射し、厚み７０μｍの基材を介してスポットを形成した際の正弦条件を表すグラフである。
【０１４７】
情報記録面Ｌ０〜Ｌ３のそれぞれに集光した際の光学系結像倍率及び像側ＮＡを表５に示す。
【０１４８】
【表５】
2011033786.tif 000039
【０１４９】
数値実施例２に係る対物レンズ素子が１度傾いた場合の３次コマ収差を表６に示す。表６において、ｔｃは、対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる基材の厚みであり、ｔ０は、最も大きい基材の厚みであり、ｔｎは、最も小さい基材の厚みである。３ＣＭ（ｔｃ）、３ＣＭ（ｔ０）、３ＣＭ（ｔｍ）は、対物レンズ素子が１度傾いた場合に、基材厚ｔｃ、ｔ０、ｔｍの基材を介してスポットを形成したときに発生する３次のコマ収差量をそれぞれ表す。
【０１５０】
【表６】
2011033786.tif 000040
【０１５１】
表７に、各数値実施例に係る対物レンズ素子における各条件の対応値を示す。
【０１５２】
【表７】
2011033786.tif 000041
【産業上の利用可能性】
【０１５３】
本発明の光学系は、安価な構成で、特に３層以上の情報記録面を備えた多層光ディスクに対して、良好に記録または再生を行うことができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１  レーザ光源
２  リレーレンズ
３  偏光ビームスプリッタ
４  コリメートレンズ
６、１６  １／４波長板
７  回折レンズ
８  対物レンズ素子
９  対物レンズアクチュエータ
１４  コリメートレンズアクチュエータ
１５  第２の平板型ミラー
１８  互換対物レンズ素子
２１  検出ホログラム
２２  検出レンズ
２３  受光素子
２４  フロントモニタセンサ
２５  第１の平板型ミラー
４０  光ピックアップ装置
７２  ステッピングモータ
７３  スクリューシャフト
７４  主軸
７５  副軸
７６  レンズホルダ
５０  光ディスク装置
５１  光ディスク駆動部
５２  制御部
６０  多層光ディスク
７０  ＤＶＤ
８０  ＣＤ
９０  ＢＤ
１０１  青紫レーザ光源
１０２  リレーレンズ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  コリメートレンズ
１０５  平板型ミラー
１０６、１１６  １／４波長板
１０７  回折レンズ
１０８  対物レンズ
１０９  対物レンズアクチュエータ
１１１  ２波長光源
１１２  回折格子
１１３  平板型ビームスプリッタ
１１４  コリメートレンズアクチュエータ
１１５  くさび型ミラー
１１８  互換対物レンズ
１２１  検出ホログラム
１２２  検出レンズ
１２３  受光素子
１２４  フロントモニタセンサ
１４０  光学ヘッド
２０１  対物レンズ
２０２  多層ディスク
２０３  波長４０８ｎｍの光束
３００  ＢＤ用光源
３０１  波長４０８ｎｍの光束
３０２  コリメートレンズ
３０３  対物レンズ
３０４  多層ディスク
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を介して相互に平行に配置された少なくとも３つの記録面に入射した光束を集光し、各前記記録面に対応するスポットをそれぞれ形成する光ピックアップ光学系であって、
各前記記録面に応じて光軸方向に移動する倍率変換光学素子と、
前記倍率変換光学素子を介して入射した光束を集光し、前記記録面のうちの対応する記録面にスポットを形成する対物レンズ素子と、を備え、
前記対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる前記基板の厚さをｔｃ［μｍ］、前記対物レンズ素子の焦点距離をｆ［ｍｍ］、前記基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の結像倍率をＭｎとしたときに、以下の式を満たす、光ピックアップ光学系：
４．０×１０-4＜Ｍｎ／（ｔｎ−ｔｃ）×ｆ＜６．０×１０-4  ・・・（１）
【請求項２】
前記対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる際の対物レンズ素子の開口数をＮＡｃ、前記基板の厚さｔｎ［μｍ］を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の開口数をＮＡｎとしたときに、以下の式を満たす、請求項１に記載の光ピックアップ光学系：
１．０×１０-4＜［１−（ＮＡｎ／ＮＡｃ）］／（ｔｎ−ｔｃ）＜２．５×１０-4  ・・・（２）
【請求項３】
最も厚みの大きい前記基板を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の結像倍率および対物レンズ素子の開口数をそれぞれＭ０、ＮＡ０、最も厚みの小さい前記基板を介してスポットを形成する際の前記対物レンズ素子の結像倍率および対物レンズ素子の開口数をそれぞれＭｍ、ＮＡｍ、としたときに、以下の式を満たす、請求項２に記載の光ピックアップ光学系：
Ｍ０＞０．００５  ・・・（３）
Ｍｍ＜−０．００５  ・・・（４）
ＮＡ０／ＮＡｃ＜０．９９７  ・・・（５）
ＮＡｍ／ＮＡｃ＞１．００３  ・・・（６）
【請求項４】
以下の式を満たす、請求項３に記載の光ピックアップ光学系：
｜Ｍｍ｜＞｜Ｍ０｜  ・・・（７）
ＮＡｍ−ＮＡｃ＞ＮＡｃ−ＮＡ０  ・・・（８）
【請求項５】
記録面に対応したスポットを形成可能であって、最も厚みの大きい前記基板の厚みをｔ０［μｍ］、最も厚みの小さい前記基板の厚みをｔｍ［μｍ］としたとき、以下の式を満たす、請求項１に記載の光ピックアップ光学系：
ｔｃ＞（ｔ０＋ｔｍ）／２  ・・・（９）
【請求項６】
前記対物レンズ素子に平行光束で入射する際に発生する３次球面収差が最小となる前記基板の厚さをｔｃ［μｍ］、記録面に対応したスポットを形成可能であって、最も厚みの大きい前記基板の厚みをｔ０［μｍ］、最も厚みの小さい前記基板の厚みをｔｍ［μｍ］であるときに、光軸に対して、前記対物レンズが単位角度傾いた場合に発生する３次のコマ収差量を、それぞれ同じ順に、３ＣＭ（ｔｃ）、３ＣＭ（ｔ０）、３ＣＭ（ｔｍ）とそれぞれしたときに、以下の式を満たす、請求項１に記載の光ピックアップ光学系：
３ＣＭ（ｔｃ）＜［３ＣＭ（ｔ０）＋３ＣＭ（ｔｍ）］／２  ・・・（１０）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011033786.tif 000042
【図２】
2011033786.tif 000043
【図３】
2011033786.tif 000044
【図４】
2011033786.tif 000045
【図５】
2011033786.tif 000046
【図６】
2011033786.tif 000047
【図７】
2011033786.tif 000048
【図８】
2011033786.tif 000049
【図９】
2011033786.tif 000050
【図１０】
2011033786.tif 000051
【図１１】
2011033786.tif 000052
【図１２】
2011033786.tif 000053
【図１３】
2011033786.tif 000054
【図１４】
2011033786.tif 000055
【図１５】
2011033786.tif 000056
【図１６】
2011033786.tif 000057
【図１７】
2011033786.tif 000058
【図１８】
2011033786.tif 000059
【図１９】
2011033786.tif 000060
【図２０】
2011033786.tif 000061
【図２１】
2011033786.tif 000062
【図２２】
2011033786.tif 000063
【図２３】
2011033786.tif 000064
【国際調査報告】
2011033786.tif 000065
2011033786.tif 000066
2011033786.tif 000067
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