(57)【要約】  複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる光学ヘッド、光ディスク装置、情報処理装置及び対物レンズを提供する。光学ヘッド（４０）は、青紫レーザ光を出射する青紫レーザ光源（１）と、輪帯状の回折構造を有し、青紫レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、多層光ディスク（６０）の所定の情報記録面に収束させる対物レンズ（８）と、所定の情報記録面で反射した青紫レーザ光を受光する受光素子（２３）とを備え、回折構造は、ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加する。
2011077647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドであって、
レーザ光を出射する光源と、
輪帯状の回折構造を有し、前記レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる対物レンズと、
前記所定の情報記録面で反射した前記レーザ光を受光する光検出器とを備え、
前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記光源から出射される前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有することを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記情報記録媒体は、３つ以上の情報記録面を有し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（１）式を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の光学ヘッド。
ＳＡ１≒−ＳＡ２・・・（１）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表す。
【請求項４】
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（２）式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学ヘッド。
０．８×｜ＳＡ１｜≦｜ＳＡ２｜≦１．２×｜ＳＡ１｜・・・（２）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ１とＳＡ２とは逆極性である。
【請求項５】
前記対物レンズは、前記光源から出射される前記レーザ光の波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化を低減し、
前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、下記の（３）式を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学ヘッド。
０．０５［μｍ／ｎｍ］≦Ｄ≦０．１５［μｍ／ｎｍ］・・・（３）
【請求項６】
前記回折構造による光路長の付加量を表す光路差関数Φ（ｈ）が、
Φ（ｈ）＝Ｐ２×ｈ２＋Ｐ４×ｈ４＋Ｐ６×ｈ６＋・・・＋Ｐ２ｋ×ｈ２ｋ（ただし、ｋは自然数）
で表され、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤが、
φＤ＝−（２×Ｐ２×ｎ×λ）
で表されるとき、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤと、前記対物レンズにおいて前記回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、下記の（４）式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学ヘッド。
０．００４≦φＤ／φＲ≦０．０２０・・・（４）
ここで、ｈは、光軸からの高さを表し、ｎは、回折次数を表し、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，・・・，Ｐ２ｋは、係数を表し、λは、前記レーザ光の波長を表す。
【請求項７】
前記光源と前記対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズと、
前記カップリングレンズを光軸方向に移動させることにより、前記情報記録媒体の光入射面から情報記録面までの距離の長さに応じて発生する球面収差を補正する球面収差補正部とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記対物レンズは、樹脂製の単レンズであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記対物レンズの前記回折構造の最小ピッチが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の光学ヘッドと、
情報記録媒体を回転駆動するための駆動部と、
前記光学ヘッド及び前記駆動部を制御する制御部とを備えることを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光ディスク装置と、
前記光ディスク装置に記録する情報及び／又は前記光ディスク装置から再生された情報を処理する情報処理部とを備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項１２】
複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドに備わる対物レンズであって、
レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる輪帯状の回折構造を備え、
前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１３】
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有することを特徴とする、請求項１２記載の対物レンズ。
【請求項１４】
前記情報記録媒体は、３つの情報記録面を有し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（５）式を満たすことを特徴とする請求項１２又は１３記載の対物レンズ。
ＳＡ１≒−ＳＡ２・・・（５）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表す。
【請求項１５】
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（６）式を満たすことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の対物レンズ。
０．８×｜ＳＡ１｜≦｜ＳＡ２｜≦１．２×｜ＳＡ１｜・・・（６）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ１とＳＡ２とは逆極性である。
【請求項１６】
前記対物レンズは、前記レーザ光の波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化を低減し、
前記レーザ光の単位波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、下記の（７）式を満たすことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の対物レンズ。
０．０５［μｍ／ｎｍ］≦Ｄ≦０．１５［μｍ／ｎｍ］・・・（７）
【請求項１７】
前記回折構造による光路長の付加量を表す光路差関数Φ（ｈ）が、
Φ（ｈ）＝Ｐ２×ｈ２＋Ｐ４×ｈ４＋Ｐ６×ｈ６＋・・・＋Ｐ２ｋ×ｈ２ｋ（ただし、ｋは自然数）
で表され、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤが、
φＤ＝−（２×Ｐ２×ｎ×λ）
で表されるとき、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤと、前記回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、下記の（８）式を満たすことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の対物レンズ。
０．００４≦φＤ／φＲ≦０．０２０・・・（８）
ここで、ｈは、光軸からの高さを表し、ｎは、回折次数を表し、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，・・・，Ｐ２ｋは、係数を表し、λは、波長を表す。
【請求項１８】
複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドに備わる対物レンズであって、
前記対物レンズは、樹脂からなる単レンズであり、
前記対物レンズの少なくとも一面に輪帯状の回折構造を備え、
前記回折構造は、凸のパワーを有し、
前記回折構造の輪帯幅は、前記対物レンズの中心から周辺にかけて単調に減少し、
前記対物レンズの中心と周辺との位相差は、レーザ光の波長λのｎ倍であり、
前記対物レンズは、下記の（９）〜（１３）式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
λ＜４５０［ｎｍ］・・・（９）
ＮＡ＞０．８・・・（１０）
ｎ／ｆ＞３０・・・（１１）
ΔＣＡ≦ΔＣＡ０／２［μｍ／ｎｍ］・・・（１２）
｜ΔＳＡ（λ）／ｆ｜＜０．００３［λ／（ｎｍ・ｍｍ）］・・・（１３）
ここで、ＮＡは、開口数を表し、ｆは、焦点距離を表し、ΔＣＡは、前記対物レンズの単位波長変化当たりの軸上色収差を表し、ΔＣＡ０は、前記対物レンズの０次回折光の軸上色収差を表し、ΔＳＡ（λ）は、前記対物レンズの単位波長変化当たりの３次の球面収差発生量を表す。
【請求項１９】
前記対物レンズは、下記の（１４）式を満たすことを特徴とする請求項１８記載の対物レンズ。
｜ΔＳＡ（ｔ）／ｆ｜＜０．００３［λ／（℃・ｍｍ）］・・・（１４）
ここで、ΔＳＡ（ｔ）は、単位温度変化当たりの３次の球面収差発生量を表す。
【請求項２０】
前記対物レンズは、下記の（１５）式を満たすことを特徴とする請求項１８又は１９記載の対物レンズ。
Δｎ＞０．９×１０−５・・・（１５）
ここで、Δｎは、前記対物レンズを構成する材料の単位温度変化当たりの屈折率変化率を表す。
【請求項２１】
前記対物レンズは、下記の（１６）式を満たすことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかに記載の対物レンズ。
νｄ＜７０・・・（１６）
ここで、νｄは、前記対物レンズを構成する材料の分散値を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に対して情報を記録又は再生する光学ヘッド、当該光学ヘッドを具備した光ディスク装置、当該光ディスク装置を具備した情報処理装置、及び当該光学ヘッドに用いられる対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
青紫半導体レーザの実用化に伴い、Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ（ＣＤ）及びＤＶＤと同じサイズで、高密度かつ大容量の光情報記録媒体（以下、光ディスクとも言う）であるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤ）が実用化されている。【０００３】
ＢＤは、波長４０５ｎｍ程度の青紫レーザ光を出射する青紫レーザ光源と、開口数（ＮＡ）が約０．８５である対物レンズとを用いて、光透過層の厚さが約１００μｍである情報記録面に対して情報を記録又は再生するための光ディスクである。ＢＤは情報記録面が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おり、１層の記録容量は約２５ＧＢｙｔｅである。【０００４】
短波長の青紫レーザ光と高ＮＡの対物レンズとを用いるＢＤ等の高密度光ディスクでは、記録と再生との切替えに伴うレーザ光の出射パワーの急激な変化に伴って、光源から出射されるレーザ光の波長が変化する。その結果、対物レンズの屈折率が変化し、対物レンズのフォーカス点の位置ずれ（デフォーカス）が発生する。この波長変化によるデフォーカスは軸上色収差と呼ばれる。【０００５】
例えば特許文献１には、軸上色収差を抑制するために、回折構造を備えた光学素子又は図２６に示すような回折構造を備えた対物レンズを用いた光学ヘッドが開示されている。図２６は、従来の対物レンズの形状を模式的に示す図である。これらの光学素子又は対物レンズには、同心円上の回折構造が形成されており、当該回折構造は、回折光に凸レンズの（正の）パワー成分を与える。【０００６】
レーザ光の波長が長くなった場合には、回折面での回折角が大きくなって凸のパワーが強くなり、レーザ光の波長が短くなった場合には、回折面での回折角が小さくなって凸のパワーが弱くなる。これらは、波長変化に伴う対物レンズの屈折率変化によって発生するデフォーカスを相殺するように機能し、軸上色収差を補正する。【０００７】
ここで、回折構造を備えた光学素子又は回折構造を備えた対物レンズを用いた場合、記録又は再生を行うための光スポットを形成するｎ次（ｎは自然数）の回折光が発生するのと同時に、隣接する次数（例えばｎ＋１次、ｎ＋２次、ｎ−１次、ｎ−２次等）の不要な回折光が発生する。これらの不要な回折光は、ｎ次の回折光とは異なる位置に光スポットを形成し、記録又は再生の対象となる情報記録面、記録又は再生の対象となる情報記録面以外の情報記録面、あるいは光ディスクの表面で反射される。【０００８】
このように、記録又は再生の対象となる情報記録面、記録又は再生の対象となる情報記録面以外の情報記録面、あるいは光ディスクの表面で反射された不要な回折光が、信号光（すなわち記録又は再生の対象となる情報記録面で反射したｎ次の回折光）と受光素子上で重なると干渉が発生し、情報信号及びサーボ信号の品質が低下することが知られている。【０００９】
そこで、例えば特許文献２には、不要な回折光が受光素子上で大きく焦点ずれを起こすよう、不要な回折光による光スポットの位置を規定した光学ヘッドが開示されている。【００１０】
ところで、近年、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の情報記録面を３層以上の多層構造とした、多層光ディスクが考えられている。【００１１】
多層光ディスクは、記録又は再生の対象となる情報記録面の数が、従来の光ディスクよりも多い。図２７は、従来の多層光ディスクの概略構成を示す図である。下記の表１は、従来の多層光ディスクにおいて、光ディスクの表面と情報記録面との間隔を示す表である。【００１２】
図２７において、光ディスクの表面１６１と情報記録面Ｌ０との間隔ｔ０は、１００μｍであり、光ディスクの表面１６１と情報記録面Ｌ１との間隔ｔ１は、８４μｍであり、光ディスクの表面１６１と情報記録面Ｌ２との間隔ｔ２は、６１μｍであり、光ディスクの表面１６１と情報記録面Ｌ３との間隔ｔ３は、５０μｍである。【００１３】
例えば、図２７に示すような構造の多層光ディスク１６０では、下記の表１に示すように、情報記録面Ｌ０〜Ｌ３の記録又は再生時に、光ディスクの表面１６１及び他の情報記録面Ｌ０〜Ｌ３との間隔の取りうる値が、−５０μｍから＋１００μｍの範囲に広く分布する。従って、回折構造を備えた光学素子又は回折構造を備えた対物レンズを用いた光学ヘッドにおいて、不要な回折光の光スポットの位置をどのように規定したとしても、光透過層の厚さのばらつき（例えば±５μｍ）まで鑑みた場合、不要な回折光が受光素子上に集光することが不可避となる場合がある。【００１４】
【表１】
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【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−３１９３６８号公報
【特許文献２】特開平９−４４８５６号公報
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる光学ヘッド、光ディスク装置、情報処理装置及び対物レンズを提供することを目的としている。
【００１７】
本発明の一局面に係る光学ヘッドは、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドであって、レーザ光を出射する光源と、輪帯状の回折構造を有し、前記レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる対物レンズと、前記所定の情報記録面で反射した前記レーザ光を受光する光検出器とを備え、前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加する。
【００１８】
この構成によれば、光源は、レーザ光を出射する。対物レンズは、輪帯状の回折構造を有し、レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる。光検出器は、所定の情報記録面で反射したレーザ光を受光する。そして、回折構造は、ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加する。
【００１９】
本発明によれば、ｎ次の回折光に正のパワー成分が付加されるので、軸上色収差を補正することができ、かつｎ次の回折光に球面収差成分が付加されるので、所定の情報記録面以外の他の情報記録面によって反射した回折迷光が球面収差成分によって１点に集光しなくなり、信号光と回折迷光との干渉を低減することができ、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる。
【００２０】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における光学ヘッドの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における多層光ディスクの概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における対物レンズアクチュエータの概略構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるコリメートレンズアクチュエータの概略構成を模式的に示す図である。
【図５】（Ａ）は、コリメートレンズが基準位置にある場合の出射光を示す図であり、（Ｂ）は、コリメートレンズが光源側に移動した場合の出射光を示す図であり、（Ｃ）は、コリメートレンズが対物レンズ側に移動した場合の出射光を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における対物レンズの形状を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の対物レンズを用いて、多層光ディスクの情報記録面Ｌ２に青紫レーザ光が収束される様子を示す模式図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１において、受光素子上の集光スポットの様子を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、＋２次光が情報記録面に収束されずに受光素子上に集光スポットを形成する場合において、多層光ディスクに＋１次光及び＋２次光が収束する様子を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態１において、回折レンズ構造による球面収差特性と、温度変化により発生する第３の球面収差及び第４の球面収差との関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１において、回折レンズ構造による球面収差特性と、光源波長の個体差によって発生する第５の球面収差との関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１において、回折レンズ構造による球面収差特性と、温度変化及び光源波長の個体差によって発生する、補正すべき球面収差量（トータル球面収差）との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１において、軸上色収差特性を０．１μｍ／ｎｍとしたときの、回折レンズ構造の輪帯パターンの最小ピッチと、温度変化及び光源波長の個体差によって発生する、補正すべき球面収差量（トータル球面収差）との関係を示す図である。
【図１４】図１３に対して、光源波長の個体差の許容範囲を拡大したときの回折レンズ構造の輪帯パターンの最小ピッチと、トータル球面収差との関係を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態１における対物レンズの具体的な実施例について説明するための図である。
【図１６】実施例１の回折構造を有する対物レンズにおける光路を示す図である。
【図１７】実施例１の回折構造を有する対物レンズにおいて、平行光が対物レンズに入射した場合の縦収差（球面収差）を表すグラフである。
【図１８】実施例２の回折構造を有する対物レンズにおける光路を示す図である。
【図１９】実施例２の構造を有する対物レンズにおいて、平行光が対物レンズに入射した場合の縦収差（球面収差）を表すグラフである。
【図２０】実施例３の回折構造を有する対物レンズにおける光路を示す図である。
【図２１】実施例３の回折構造を有する対物レンズにおいて、平行光が対物レンズに入射した場合の縦収差（球面収差）を表すグラフである。
【図２２】本発明の実施の形態２における光ディスク装置の概略構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態３におけるコンピュータの概略構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態４における光ディスクプレーヤの概略構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態５における光ディスクレコーダの概略構成を示す図である。
【図２６】従来の対物レンズの形状を模式的に示す図である。
【図２７】従来の多層光ディスクの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態に係る光学ヘッド、光ディスク装置及び対物レンズについて図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光学ヘッドの概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１における多層光ディスクの概略構成を示す図である。
【００２４】
図１において、光学ヘッド４０は、青紫レーザ光源１、偏光ビームスプリッタ３、コリメートレンズ４、立ち上げミラー５、１／４波長板６、対物レンズ８、対物レンズアクチュエータ９、コリメートレンズアクチュエータ１４、検出ホログラム２１、検出レンズ２２、受光素子２３及びフロントモニタセンサ２４を備える。
【００２５】
また、多層光ディスク６０は、図２に示すように、光透過層の厚さｔ０〜ｔ３が１００μｍ〜５０μｍである４つの情報記録面Ｌ０〜Ｌ３を備える。情報記録面Ｌ０の光透過層の厚さｔ０は、例えば１００μｍであり、情報記録面Ｌ１の光透過層の厚さｔ１は、例えば８３μｍであり、情報記録面Ｌ２の光透過層の厚さｔ２は、例えば５９μｍであり、情報記録面Ｌ３の光透過層の厚さｔ３は、例えば５０μｍである。
【００２６】
なお、本明細書において、光透過層とは、情報記録面から多層光ディスク６０の表面（光入射面）６１までの間の層を表している。そのため、情報記録面の光透過層の厚さとは、情報記録面から多層光ディスク６０の表面６１までの距離を表している。各情報記録面の間には中間層が配置され、多層光ディスク６０の表面６１に最も近い情報記録面の光入射面側にはカバー層が配置され、多層光ディスク６０の表面６１から最も離れた情報記録面の光入射面の反対側には基板が配置されている。
【００２７】
光学ヘッド４０は、光透過層の厚さがそれぞれ異なる複数の情報記録面を有する多層光ディスク（情報記録媒体）６０に対して、情報を記録又は再生する。青紫レーザ光源１は、約４０５ｎｍの波長を有する青紫レーザ光を出射する。対物レンズ８は、輪帯状の回折構造を有し、青紫レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、多層光ディスク６０の所定の情報記録面に収束させる。
【００２８】
受光素子（光検出器）２３は、所定の情報記録面で反射した青紫レーザ光を受光する。コリメートレンズ（カップリングレンズ）４は、青紫レーザ光源１と対物レンズ８との間に配置される。コリメートレンズアクチュエータ（球面収差補正部）１４は、多層光ディスク６０の光入射面から情報記録面までの距離に応じて発生する球面収差を、コリメートレンズ４を光軸方向に移動させることにより補正する。
【００２９】
次に、多層光ディスク６０に情報を記録又は再生する場合の光学ヘッド４０の動作について述べる。青紫レーザ光源１から出射された約４０５ｎｍの波長を有する青紫レーザ光は、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ３で反射された青紫レーザ光は、コリメートレンズ４で略平行光に変換され、立ち上げミラー５に入射する。立ち上げミラー５に入射した青紫レーザ光の一部は、１／４波長板６の方向に反射される。
【００３０】
立ち上げミラー５に入射したレーザ光の他部は、立ち上げミラー５を透過してフロントモニタセンサ２４に入射する。そして、フロントモニタセンサ２４の出力に基づいて青紫レーザ光源１の出力が制御される。一方、立ち上げミラー５で反射した青紫レーザ光は、１／４波長板６で円偏光に変換された後、対物レンズ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収束される。
【００３１】
多層光ディスク６０の所定の情報記録面で反射した青紫レーザ光は、再び対物レンズ８を透過し、１／４波長板６で往路とは異なる直線偏光に変換された後、立ち上げミラー５で反射される。立ち上げミラー５で反射された青紫レーザ光は、コリメートレンズ４を透過した後、偏光ビームスプリッタ３にＰ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ３を透過した青紫レーザ光は、検出ホログラム２１及び検出レンズ２２を介して、受光素子２３に導かれる。受光素子２３で検出された青紫レーザ光は、光電変換される。光電変換により生成された信号は、制御部（不図示）で演算され、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、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と、再生信号とが生成される。
【００３２】
次に、本実施の形態１の光学ヘッドにおけるフォーカス誤差信号の検出及びトラッキング誤差信号の検出について説明する。
【００３３】
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て検出される。
【００３４】
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次回折光とを、受光素子２３の所定の受光領域で検出することにより生成される。これにより、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、幅及び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と、情報トラックに情報が記録され、反射率が変わることで生じるトラッキング誤差信号の変動とを抑制することが可能である。
【００３５】
なお、フォーカス誤差信号及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く、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とを用いた、いわゆる差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）等を用いることが可能である。
【００３６】
次に、本実施の形態における対物レンズアクチュエータについて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における対物レンズアクチュエータの概略構成を模式的に示す図である。
【００３７】
図３に示すように、複数のサスペンションワイヤ９ａは、対物レンズホルダ（可動部）９ｂを支持している。対物レンズアクチュエータ９は、回転する多層光ディスク６０の情報トラックに光スポットが追従するように、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づいて、対物レンズ８を２軸方向（フォーカス方向ＦＣＤ及びトラッキング方向ＴＤに駆動する。なお、対物レンズアクチュエータ９は、フォーカス方向ＦＣＤ及びトラッキング方向ＴＤの変位に加えて、多層光ディスク６０の半径方向ＲＤに対物レンズ８を傾けることが可能な構造であってもよい。
【００３８】
次に、本実施の形態１におけるコリメートレンズアクチュエータについて説明する。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。
【００３９】
図４は、本発明の実施の形態１におけるコリメートレンズアクチュエータ１４の概略構成を模式的に示す図である。
【００４０】
図４において、コリメートレンズアクチュエータ１４は、ステッピングモータ７２、スクリューシャフト７３、主軸７４、副軸７５及びレンズホルダ７６を備える。ステッピングモータ７２が駆動されてスクリューシャフト７３が回転されることで、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及び副軸７５に沿ってコリメートレンズ４を光軸方向ＡＤに移動する。
【００４１】
図５（Ａ）は、コリメートレンズが基準位置にある場合の出射光を示す図であり、図５（Ｂ）は、コリメートレンズが光源側に移動した場合の出射光を示す図であり、図５（Ｃ）は、コリメートレンズが対物レンズ側に移動した場合の出射光を示す図である。
【００４２】
図５（Ａ）に示すように、コリメートレンズ４が基準位置にある場合、コリメートレンズ４の出射光は略平行光となる。これに対して、図５（Ｂ）に示すように、コリメートレンズ４を基準位置から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、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球面収差を補正することができる。
【００４３】
一方、図５（Ｃ）に示すように、コリメートレンズ４を基準位置から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の出射光は収束光となり、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、球面収差を補正することができる。
【００４４】
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４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く、例えば、磁気回路又は圧電素子の駆動によるアクチュエータ等のいかなる構成であっても良い。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することができる。一方、磁気回路又は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、光学ヘッドの小型化に適している。
【００４５】
次に、本実施の形態１の対物レンズ８について、詳細に説明する。対物レンズ８は、例えば以下のように設計されている。なお、設計光透過層厚は、対物レンズ８に平行光が入射したときに球面収差が最小（略ゼロ）となる光透過層の厚さを表す。
【００４６】
設計波長        ：４０５ｎｍ
設計温度        ：４０℃
設計光透過層厚  ：７５μｍ
焦点距離        ：１．３ｍｍ
開口数（ＮＡ）  ：０．８５
作動距離        ：０．３ｍｍ
屈折率（ｎｄ）  ：１．５１
アッベ数（νｄ）：５７
【００４７】
対物レンズ８は、樹脂製の単レンズである。そのため、ガラス製の対物レンズと比較して比重が小さく、フォーカスサーボ又はトラッキングサーボを行う対物レンズアクチュエータ９の負担を軽減できる。また、射出成形により高精度に大量生産することが可能であり、低コスト化に適している。
【００４８】
対物レンズ８は、設計光透過層厚が７５μｍである。従って、光透過層の厚さが１００μｍの情報記録面Ｌ０及び光透過層の厚さが８３μｍの情報記録面Ｌ１に青紫レーザ光を集光させる場合、コリメートレンズ４を光源側に移動させることにより、対物レンズ８に発散光を入射させる。これにより、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球面収差が補正される。一方、光透過層の厚さが５９μｍの情報記録面Ｌ２及び光透過層の厚さが５０μｍの情報記録面Ｌ３に青紫レーザ光を集光させる場合、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り、対物レンズ８に収束光を入射させる。これにより、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球面収差が補正される。
【００４９】
図６は、本発明の実施の形態１における対物レンズの形状を模式的に示す図である。対物レンズ８は、青紫レーザ光が入射する第１面（入射面）８１と、青紫レーザ光が出射する第２面（出射面）８２とを有する。
【００５０】
対物レンズ８は、図６に示すように、第１面（入射面）８１に、光軸を中心とした輪帯状の回折レンズ構造が形成されている。この回折レンズ構造は、各輪帯の境界で光軸方向の段差δを有し、青紫レーザ光源１からの波長４０５ｎｍを有する青紫レーザ光において、＋１次光（＋１次回折光）の回折効率が最大となるように構成されている。ただし、＋１次光以外の回折次数の光、例えば０次光、−１次光及び±２次光などの回折効率をゼロにすることはできないため、これらの光は回折迷光と呼ばれる不要光となる。このような回折迷光は、光軸上において＋１次光とは異なる位置に収束され、光スポットを形成する。
【００５１】
対物レンズ８の回折レンズ構造によって、凸レンズの（正の）パワー成分を有する＋１次光が生成される。このように凸レンズのパワー成分を有する回折光は、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合には、回折面での回折角が大きくなって凸のパワーが強くなる。一方、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長が短波長側にシフトした場合には、回折面での回折角が小さくなって凸のパワーが弱くなる。これらは、対物レンズ８において、波長変化に伴う対物レンズの屈折率変化によって発生するフォーカス点の位置ずれ、すなわちデフォーカスを相殺するように機能し、いわゆる軸上色収差補正の効果を持つ。
【００５２】
本実施の形態１の対物レンズ８の軸上色収差特性は０．１μｍ／ｎｍである。すなわち、１ｎｍの波長変化に対するデフォーカス量が０．１μｍとなっている。
【００５３】
従って、記録パワーと再生パワーとの切り替え時又は周囲温度の変化時などにおける青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長変動によって生じるデフォーカスを良好に補正できる。
【００５４】
例えば、高出力の青紫レーザ光源１の最大出力を３００ｍＷ（パルス）とし、青紫レーザ光源１の出力変化に伴う波長変化を０．０１ｎｍ／ｍＷとすると、再生時と記録時との出射パワー変化に伴う青紫レーザ光源１からの青紫レーザの波長変化量は、３００×１／２×０．０１＝１．５［ｎｍ］となる。許容されるデフォーカス量は、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長と開口数（ＮＡ）とによって決まる。許容されるデフォーカス量が例えば０．１５μｍとすると、軸上色収差特性は、０．１５／１．５＝０．１［μｍ／ｎｍ］となる。
【００５５】
なお、再生と記録とを切り替える直前に、所定の電気的オフセットを与えることにより、許容されるデフォーカス量を多少拡大できる。従って、軸上色収差特性は０．１５μｍ／ｎｍ以下であれば、実質的に問題とならないことが多い。一方、様々な誤差要因を鑑みても、軸上色収差特性は０．０５μｍ／ｎｍで十分である。軸上色収差特性を０．０５μｍ／ｎｍ未満とする場合、回折レンズ構造による凸レンズの（正の）パワー成分をより大きくするために、輪帯状のパターンのピッチが小さくなり、回折効率は急激に低下する。
【００５６】
以上のように、多層光ディスク６０に対して情報を記録する光学ヘッド４０の軸上色収差特性は、０．０５μｍ／ｎｍ以上、かつ、０．１５μｍ／ｎｍ以下とすることが望ましい。すなわち、対物レンズは、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長変化に伴って発生する青紫レーザ光の収束位置の変化を低減し、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の単位波長変化に伴って発生する青紫レーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、０．０５［μｍ／ｎｍ］≦Ｄ≦０．１５［μｍ／ｎｍ］を満たすことが好ましい。
【００５７】
なお、この回折レンズ構造を備えた対物レンズ８を、回折レンズと、回折レンズを除いたベースの屈折レンズとに分けて考えた場合、ベースの屈折レンズが有する正の軸上色収差を、回折レンズが有する負の軸上色収差で補正している。
【００５８】
ここで、回折レンズを、正のパワー成分を持ちかつ負の分散値を持つ仮想的な屈折レンズと見なした場合、本実施の形態１の回折レンズ構造を備えた対物レンズ８は、当該仮想的な屈折レンズと、ベースの屈折レンズとの接合レンズ（合成レンズ）と考えることができる。この場合、２つの屈折レンズの焦点距離（パワー配分）の関係は、任意の合成焦点距離と軸上色収差特性の条件とで一意的に決定できる。
【００５９】
対物レンズ８における軸上色収差特性が０．０５μｍ／ｎｍである場合、回折レンズによる焦点距離は７４ｍｍ、ベースの屈折レンズの焦点距離は１．３１９ｍｍとなり、回折レンズとベースの屈折レンズとのパワー（焦点距離の逆数）の比は、約０．０２である。また、対物レンズ８における軸上色収差特性が０．１５μｍ／ｎｍである場合、回折レンズによる焦点距離は３０３ｍｍ、ベースの屈折レンズの焦点距離は１．３０４ｍｍとなり、回折レンズとベースの屈折レンズとのパワー（焦点距離の逆数）の比は、０．００４となる。
【００６０】
すなわち、多層光ディスク６０に対して情報を記録する光学ヘッド４０に用いられる回折レンズ構造を備えた対物レンズ８において、回折レンズ構造による光路長の付加量を表す光路差関数Φ（ｈ）が、
Φ（ｈ）＝Ｐ２×ｈ２＋Ｐ４×ｈ４＋Ｐ６×ｈ６＋・・・＋Ｐ２ｋ×ｈ２ｋ（ただし、ｋは自然数）
で表され、
回折レンズ構造によるレンズのパワーφＤが、
φＤ＝−（２×Ｐ２×ｎ×λ）
で表されるとき、回折レンズ構造によるレンズのパワーφＤと、対物レンズ８において回折レンズ構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、下記の（１）式を満たすことが望ましい。
【００６１】
０．００４≦φＤ／φＲ≦０．０２・・・（１）
ここで、ｈは、光軸からの高さを表し、ｎは、回折次数を表し、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，・・・，Ｐ２ｋは、係数を表し、λは、レーザ光の波長を表す。
【００６２】
ここで、本実施の形態１の対物レンズ８は、回折光のパワー成分に、さらに球面収差成分が重畳されている。回折レンズ構造が付加する球面収差成分は、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足（アンダー）となる方向に変化する球面収差特性を有する。
【００６３】
図７は、本実施の形態１の対物レンズ８を用いて、多層光ディスク６０の情報記録面Ｌ２に青紫レーザ光が収束される様子を示す模式図である。図７では、対物レンズ８の第１面（入射面）８１に形成された回折レンズ構造による凸レンズのパワー成分及び球面収差成分と、対物レンズ８の第１面８１と第２面８２との形状によるパワー成分及び球面収差成分によって、＋１次光が、情報記録面Ｌ２にほぼ無収差の状態で収束している。この＋１次光を“往路の＋１次光”と呼ぶ。この往路の＋１次光は、情報記録面Ｌ２で反射された後、対物レンズ８の第１面８１に形成された回折レンズ構造によってさらに回折されて、＋１次光を生成する。この＋１次光を“復路の＋１次光”と呼ぶ。この復路の１次光が受光素子２３上に集光されて信号光となる。
【００６４】
ところで、図７に示すように、多層光ディスク６０の所定の情報記録面（例えば情報記録面Ｌ２）に対し、＋１次光を用いて情報を記録又は再生する場合、他の次数の回折光（回折迷光）が、記録又は再生の対象となる情報記録面とは異なる別の情報記録面又は多層光ディスク６０の表面６１に集光する場合がある。
【００６５】
例えば、対物レンズ８は、回折レンズ構造によって＋１次光に凸レンズのパワー成分を付加させている。この時、０次光は凸レンズパワーが小さいため、０次光が収束する位置ＦＢは、＋１次光が収束する位置ＦＡよりも、対物レンズ８から見て遠くになる。一方、＋２次光は凸レンズパワーが大きいため、＋２次光が収束する位置ＦＣは、＋１次光が収束する位置ＦＡよりも、対物レンズ８から見て近くになる。なお、対物レンズ８の回折レンズ構造によって付加される凸レンズのパワー成分は、対物レンズ８の軸上色収差性能によって一意に決定される。そのため、＋１次光の収束する位置と、０次光及び＋２次光の収束する位置との間隔は一意に決まる。
【００６６】
従って、例えば図７に示すように、情報記録面Ｌ２よりもディスクの表面６１から見て奥側の情報記録面Ｌ１近傍に０次光が収束し、情報記録面Ｌ２よりもディスクの表面６１から見て手前側の情報記録面Ｌ３近傍に＋２次光が収束する場合がある。
【００６７】
この時、情報記録面Ｌ１近傍に収束された０次光（往路の０次光）は、情報記録面Ｌ１で反射された後、対物レンズ８に入射する。対物レンズ８の第１面８１は、復路の０次光を生成し、生成された復路の０次光は、受光素子２３に集光される。同様に、情報記録面Ｌ３近傍に収束された＋２次光（往路の＋２次光）は、情報記録面Ｌ３で反射された後、対物レンズ８に入射する。対物レンズ８の第１面８１は、復路の＋２次光を生成し、生成された復路の＋２次光は、受光素子２３に集光される。
【００６８】
このように、記録又は再生の対象である情報記録面とは別の情報記録面（あるいは多層光ディスクの表面）で反射した回折迷光は、受光素子２３に集光されて、信号光と干渉し、情報信号を劣化させたり、サーボ信号（フォーカス誤差信号あるいはトラッキング誤差信号）にオフセットを生じさせる。
【００６９】
しかしながら、本実施の形態１の対物レンズ８は、回折光のパワー成分に、さらに球面収差成分が重畳されている。そのため、受光素子２３上に集光される復路の０次光及び復路の＋２次光（回折迷光）には球面収差成分が残存する。
【００７０】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態１において、受光素子上の集光スポットの様子を示す図である。集光スポットは、検出レンズ２２によって４５度方向の非点収差が与えられており、デフォーカスによって拡大される。
【００７１】
図８（Ａ）は、往路の＋１次光が情報記録面Ｌ２で反射し、復路の＋１次光が受光素子上に集光して形成された集光スポット（信号光）を示す図である。図８（Ｂ）は、回折光に球面収差成分が重畳されていない、すなわちパワー成分のみを有する従来の対物レンズにおいて、往路の０次光が情報記録面Ｌ１で反射し、復路の０次光が受光素子上に集光して形成された集光スポット（回折迷光）を示す図である。図８（Ｃ）は、本実施の形態１の対物レンズ８において、往路の０次光が情報記録面Ｌ１で反射し、復路の０次光が受光素子上に集光して形成された集光スポット（回折迷光）を示す図である。
【００７２】
図８（Ｂ）に示すように、従来の対物レンズを用いた場合の回折迷光は、デフォーカスの状態によっては、信号光（図８（Ａ））とほぼ同じサイズの集光スポットが形成される。そのため、回折迷光と信号光との干渉によって情報信号又はサーボ信号の品質が低下する。
【００７３】
一方、図８（Ｃ）に示すように、本実施の形態１の対物レンズ８の回折迷光は、球面収差成分によって、どのようなデフォーカス状態であっても１点に集光されない。そのため、回折迷光と信号光（図８（Ａ））との干渉を大幅に低減することができ、情報信号又はサーボ信号の品質が向上する。
【００７４】
なお、＋１次光以外の回折光が、記録又は再生の対象である情報記録面とは別の情報記録面あるいは多層光ディスクの表面に収束しない場合であっても、情報記録面での反射の前後、すなわち往路と復路とで異なる回折次数を経て、受光素子２３上に集光スポットを形成する場合がある。
【００７５】
図９は、本発明の実施の形態１において、＋２次光が情報記録面に収束されずに受光素子上に集光スポットを形成する場合において、多層光ディスクに＋１次光及び＋２次光が収束する様子を示す模式図である。
【００７６】
図９に示すように、例えば＋２次光が、情報記録面Ｌ３よりもさらにディスクの表面６１側に収束し、いずれの情報記録面にも収束しない場合であっても、往路の＋２次光が、情報記録面Ｌ３で反射した後、対物レンズ８の第１面８１で復路の＋１次光が生成される。この場合、図９に示すように、＋１次光が収束する位置ＦＤと、＋２次光が収束する位置ＦＥとの中間に、仮想の収束位置ＦＦがあると見なすことができる。
【００７７】
この仮想の収束位置ＦＦが、他の情報記録面（例えば情報記録面Ｌ３）あるいは多層光ディスクの表面６１と一致した場合には、従来の対物レンズでは、往路の＋２次光と復路の＋１次光（あるいは、往路の＋１次光と復路の＋２次光）によって受光素子２３上に集光される回折迷光は、信号光（往路の＋１次光と復路の＋１次光）とほぼ同じサイズの集光スポットを形成する。したがって、干渉によって情報信号又はサーボ信号の品質が低下する。
【００７８】
しかしながら、このような場合であっても、本実施の形態１の対物レンズ８の回折迷光は、球面収差成分によって１点には集光されないため、上述のように、信号光との干渉を低減することができることは明らかである。
【００７９】
以上のように、多層光ディスクは情報記録面の数が多く、さらに情報記録面の間隔も小さい。そのため、それぞれの情報記録面で反射した全ての回折迷光が受光素子上に集光しないよう、回折レンズのパワー成分を規定し、パワー成分と軸上色収差性能とを両立させることは極めて困難である。
【００８０】
従って、回折光のパワー成分にさらに球面収差成分を重畳することで、信号光と回折迷光との干渉を大幅に低減した本実施の形態１の光学ヘッド４０は、多層光ディスク６０への情報の記録又は再生に非常に好適である。
【００８１】
ところで、本実施の形態１の対物レンズ８において、回折レンズ構造が付加する球面収差成分は、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足（アンダー）となる方向に変化する球面収差特性を有する場合について説明しているが、本発明はこのような球面収差特性に限定されるものではない。例えば、回折レンズ構造が付加する球面収差成分は、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正過剰（オーバー）となる方向に変化するような球面収差特性を有してもよい。この場合も、信号光と回折迷光との干渉を大幅に低減できることは明らかである。
【００８２】
しかしながら、本実施の形態１の対物レンズ８のように、回折レンズ構造が付加する球面収差成分が、青紫レーザ光源１から出射される青紫レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足（アンダー）となる方向に変化するような球面収差特性を有することで、温度上昇により補正過剰（オーバー）となる樹脂製の屈折レンズの球面収差の変化を、温度上昇による青紫レーザ光源１の波長シフトに伴って発生する球面収差の変化で打ち消すことができる。
【００８３】
この温度変化に伴って発生する球面収差の補正について、以下、詳細に説明する。
【００８４】
回折レンズ構造を持たない屈折レンズにおいて、温度変化に伴って発生する球面収差は、温度上昇により光源から出射されるレーザ光の波長が長波長側にシフトした際の硝材の屈折率変化によって補正過剰（オーバー）となる球面収差α［ｍλ／℃］と、温度上昇による硝材の屈折率変化によって補正過剰（オーバー）となる球面収差β［ｍλ／℃］との和（α＋β）［ｍλ／℃］で表すことができる。
【００８５】
例えば、本実施の形態１の対物レンズ８と同等の仕様の回折レンズ構造を持たない屈折レンズにおいて、温度変化時の波長シフト量を０．０６［ｎｍ／℃］とすると、球面収差α、球面収差β及び和（α＋β）は、以下のようになる。
【００８６】
α＝＋０．３［ｍλ／℃］
β＝＋３．９［ｍλ／℃］
α＋β＝＋４．２［ｍλ／℃］
【００８７】
一方、本実施の形態１の対物レンズ８は、回折レンズ構造によって、温度上昇により光源から出射されるレーザ光の波長が長波長側にシフトした際に、球面収差が補正不足（アンダー）となる方向に変化する球面収差特性を有している。その球面収差量γはγ＝−０．３［ｍλ／℃］であり、γ＝−α（α＝−γ）を満たしている。
【００８８】
すなわち、本実施の形態１の対物レンズ８は、波長変化に対しては、球面収差が発生しないような設計となっている。回折構造が付加する球面収差成分は、下記の（２）式を満たす。
【００８９】
α≒−γ・・・（２）
【００９０】
ここで、αは、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、γは、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表す。
【００９１】
なお、波長変化に対して球面収差が発生しないとは、厳密にγ＝−α（α＝−γ）である必要はなく、実質的に、回折構造が付加する球面収差成分は、下記の（３）式を満たせば十分である。
【００９２】
０．８×｜α｜≦｜γ｜≦１．２×｜α｜・・・（３）
【００９３】
ここで、αは、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、回折レンズ構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、γは、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表し、αとγとは逆極性である。
【００９４】
ここで、光学ヘッド４０に樹脂製の対物レンズ８を用いる場合、以下の第１〜第５の球面収差を補正できるよう、コリメートレンズ４の可動範囲を確保しなければならない。
【００９５】
すなわち、光学ヘッド４０は、情報記録面の光透過層厚が、設計光透過層厚からずれることによって発生する第１の球面収差、対物レンズ及びその他の光学素子に残存する第２の球面収差、温度変化により光源から出射されるレーザ光の波長がシフトした際に発生する第３の球面収差、温度変化による硝材の屈折率変化によって発生する第４の球面収差、及び光源波長の個体差によって生じる第５の球面収差を補正する。
【００９６】
第１の球面収差は、多層光ディスク６０の規格、すなわち、光透過層の厚さが最も大きい情報記録面Ｌ０と光透過層の厚さが最も小さい情報記録面Ｌ３との光透過層厚の差（５０μｍ）及びそれぞれの情報記録面の光透過層の厚さばらつき（例えば±５μｍ）に比例して一意に決まる。第２の球面収差は、光学ヘッド４０に用いられる光学素子の収差規格（対物レンズであれば例えば０±２０ｍλなど）によって決まる。
【００９７】
第３の球面収差と第４の球面収差とは、光学ヘッド４０において考慮すべき温度補償範囲と、青紫レーザ光源１の温度変化時の波長シフト量とによって決まる。
【００９８】
例えば、対物レンズ８の使用温度範囲は、設計温度４０℃に対して１０℃から７０℃、すなわち±３０℃とする。また温度変化による青紫レーザ光源１の波長変化は、０．０６ｎｍ／℃であり、±３０℃の使用温度範囲に対応する波長変化は１．８ｎｍである。
【００９９】
図１０は、本発明の実施の形態１において、回折レンズ構造による球面収差特性と、温度変化により発生する第３の球面収差及び第４の球面収差との関係を示す図である。なお、図１０では、上述の条件において、最大±３０℃の温度変化により発生する第３の球面収差及び第４の球面収差を示している。また、図１０において、縦軸は球面収差［ｍλ］を示し、横軸は球面収差特性を示す。また、白四角点は、第３の球面収差を示し、白菱形点は、第４の球面収差を示し、黒菱形点は、第３の球面収差と第４の球面収差との和（温度球面収差）を示す。
【０１００】
図１０に示すように、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差が補正不足（アンダー）になるほど（図１０で左に向かうほど）、第３の球面収差及び第４の球面収差は減少する。その結果、第３の球面収差と第４の球面収差との和である、温度変化によって発生する球面収差（温度球面収差）も減少し、図１０の点Ａにおいて、温度球面収差はほぼゼロとなる。すなわち、温度変化によって球面収差が発生しない。
【０１０１】
図１１は、本発明の実施の形態１において、回折レンズ構造による球面収差特性と、光源波長の個体差によって発生する第５の球面収差との関係を示す図である。なお、設計波長４０５ｎｍに対する光源波長の個体差は、例えば±５ｎｍであり、図１１では、光源波長が４００ｎｍ〜４１０ｎｍまで変化した場合に発生する第５の球面収差を示している。また、図１１において、縦軸は球面収差［ｍλ］を示し、横軸は球面収差特性を示す。また、黒三角点は、第５の球面収差を示す。
【０１０２】
図１１に示すように、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差が補正不足（アンダー）になるほど（図１１で左に向かうほど）、第５の球面収差は減少する。第５の球面収差も、回折レンズ構造による球面収差特性によってその値が変化する。
【０１０３】
ここで、コリメートレンズ４の可動範囲を決定する、補正すべき球面収差量は、図１０の球面収差、すなわち温度球面収差（第３の球面収差＋第４の球面収差）と、図１１の光源波長の個体差で発生する第５の球面収差との絶対値の和で決まる。
【０１０４】
図１２は、本発明の実施の形態１において、回折レンズ構造による球面収差特性と、温度変化及び光源波長の個体差によって発生する、補正すべき球面収差量（トータル球面収差）との関係を示す図である。なお、図１２では、最大±３０℃の温度変化によって発生する第３の球面収差及び第４の球面収差と、最大±５ｎｍの光源波長の個体差によって発生する第５の球面収差とを示している。また、図１２において、縦軸は球面収差［ｍλ］を示し、横軸は球面収差特性を示す。また、黒三角点は、第５の球面収差を示し、黒菱形点は、第３の球面収差と第４の球面収差との和（温度球面収差）を示し、白丸点は、第３の球面収差と第４の球面収差と第５の球面収差との和（トータル球面収差）を示す。
【０１０５】
図１２に示すように、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差が補正不足（アンダー）になるほど（図１２で左に向かうほど）、トータル球面収差は減少するが、図１２中の点Ｂを境界として、ほとんど減少しなくなる。これは、図１２より明らかなように、温度球面収差（第３の球面収差＋第４の球面収差）と、光源波長の個体差で発生する第５の球面収差との絶対値が相殺することによるものである。
【０１０６】
従って、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差特性を、図１２の点Ｂを超えて補正不足（アンダー）にしても、補正すべきトータル球面収差、すなわちコリメートレンズ４の可動範囲は減少しない。
【０１０７】
本実施の形態１の対物レンズ８は、上述のように、回折レンズ構造によって＋１次光に凸レンズのパワー成分を付加させている。そのため、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差特性をより補正不足（アンダー）にすると、輪帯状のパターンのピッチがより小さくなる。その結果、金型の加工難易度が上がって射出成形の転写性が低下すると共に、狭ピッチ化により、さらに回折効率が低下するという課題が生じる。
【０１０８】
図１３は、本発明の実施の形態１において、軸上色収差特性を０．１μｍ／ｎｍとしたときの、回折レンズ構造の輪帯パターンの最小ピッチと、温度変化及び光源波長の個体差によって発生する、補正すべき球面収差量（トータル球面収差）との関係を示す図である。なお、図１３では、最大±３０℃の温度変化によって発生する第３の球面収差及び第４の球面収差と、最大±５ｎｍの光源波長の個体差によって発生する第５の球面収差とを示している。また、図１３において、縦軸は球面収差［ｍλ］を示し、横軸は回折レンズ構造の最小ピッチ［μｍ］を示す。また、黒三角点は、第５の球面収差を示し、黒菱形点は、第３の球面収差と第４の球面収差との和（温度球面収差）を示し、白丸点は、第３の球面収差と第４の球面収差と第５の球面収差との和（トータル球面収差）を示す。
【０１０９】
図１３に示すように、輪帯パターンの最小ピッチを５μｍより小さくしても、トータル球面収差がほとんど減少しないことがわかる。
【０１１０】
本実施の形態１の対物レンズ８は、波長変化に対して球面収差が発生しないような設計となっている。すなわち、本実施の形態１の対物レンズ８は、図１３の点Ｃの球面収差特性を備えている。このとき、最大±３０℃の温度変化及び最大±５ｎｍの光源波長の個体差により発生する、補正すべき球面収差量（トータル球面収差）は、ほぼ最小値となり、回折レンズ構造の輪帯パターンの最小ピッチも５μｍである。したがって、射出成形の転写性の低下及び狭ピッチ化による回折効率の低下を抑制できる。
【０１１１】
図１４は、図１３に対して、光源波長の個体差の許容範囲を拡大したときの回折レンズ構造の輪帯パターンの最小ピッチと、トータル球面収差との関係を示す図である。なお、図１４では、光源波長の個体差の許容範囲を、最大±７ｎｍ（すなわち３９８ｎｍ〜４１２ｎｍ）に拡大している。図１４では、最大±３０℃の温度変化によって発生する第３の球面収差及び第４の球面収差と、最大±７ｎｍの光源波長の個体差によって発生する第５の球面収差とを示している。また、図１４において、縦軸は球面収差［ｍλ］を示し、横軸は回折レンズ構造の最小ピッチ［μｍ］を示す。また、黒三角点は、第５の球面収差を示し、黒菱形点は、第３の球面収差と第４の球面収差との和（温度球面収差）を示し、白丸点は、第３の球面収差と第４の球面収差と第５の球面収差との和（トータル球面収差）を示す。
【０１１２】
図１４において、最小ピッチが５μｍである点Ｃ’におけるトータル球面収差は、図１３の点Ｃにおけるトータル球面収差と等しくなっている。これは、光源波長の個体差の許容範囲を拡げても、すなわち、許容範囲を±５μｍから±７μｍに拡大しても、コリメートレンズ４の可動範囲を拡大する必要がないことを示しており、青紫レーザ光源１の波長規格緩和による更なる低コスト化が可能であることを示している。
【０１１３】
なお、情報記録面の間隔の拡大に伴って、対物レンズの最適光透過層厚からのずれ量に比例して発生する球面収差量が非常に大きくなる多層光ディスク用の光学ヘッドでは、コリメートレンズ４の可動範囲を抑えることができるとともに、コンパクトな光学ヘッド４０を実現できる本実施の形態１の対物レンズ８は非常に好適である。
【０１１４】
なお、本実施の形態１の対物レンズ８を用いた光学ヘッド４０は、温度変化に伴って所定量の球面収差が発生する。そのため、温度センサ等を用いて光学ヘッド４０内の温度変化を検出し、例えば、情報信号やサーボ信号の振幅が最大となるよう、あるいは情報信号における所定の指標値（ジッタ等）が最小となるよう、コリメートレンズ４を移動させて、温度変化に伴って発生する球面収差を補正することが好ましい。
【０１１５】
以上、本実施の形態１では、回折レンズ構造によって回折光に凸レンズのパワー成分を付加させた、軸上色収差補正効果を備える光学ヘッド４０において、さらに波長変化に対して球面収差が発生しない球面収差特性となるよう、回折光に球面収差成分を重畳している。これにより、信号光と回折迷光との干渉を大幅に低減しつつ、コリメートレンズ４の可動範囲を抑えて、コンパクトな構成を実現できる。
【０１１６】
しかしながら、軸上色収差補正効果が不要な（例えば再生専用の）光学ヘッドにおいても、波長変化に対して球面収差が発生しない球面収差特性となるよう、回折光に球面収差成分を付加することによって、コリメートレンズの可動範囲を抑えて、コンパクトな構成を実現できることは明らかである。したがって、本実施の形態１に係る光学ヘッドは、情報記録面の間隔の拡大に伴って、対物レンズの最適光透過層厚からのずれ量に比例して発生する球面収差量が非常に大きくなる多層光ディスク用の光学ヘッドに好適である。
【０１１７】
なお、本実施の形態１において、多層光ディスクに対して情報を記録又は再生する光学ヘッドについて説明を行ったが、本発明はこのような光学ヘッドに限定されるものではない。例えば、多層光ディスクに加え、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤの少なくとも１つに対して情報を記録又は再生する互換型の光学ヘッドについても、適用可能であることは明らかである。
【０１１８】
次に、本発明の実施の形態１における対物レンズの具体的な実施例について説明する。図１５は、本発明の実施の形態１における対物レンズの具体的な実施例について説明するための図である。
【０１１９】
対物レンズ８は、樹脂材料からなり、回折面からなる第１面８１と、非球面からなる第２面８２とから構成される。ここで、回折面は、光軸から半径方向に複数の輪帯領域に分割され、互いに隣接する領域の間に光軸に平行な段差を有している。当該段差は、設計波長及び設計温度に対応する材料屈折率において、レーザ光の波長の整数倍の位相差を与える深さとしている。
【０１２０】
また、輪帯幅（ある段差と当該段差の最も近傍の段差との半径方向の距離）は、レンズの光軸から周辺に向かうに従い、単調に狭くなるよう構成される。
【０１２１】
回折面は、凸のパワーを有し、レーザ光の波長が変化した場合に発生するデフォーカス及び３次の球面収差を補正する機能を有する。回折面を透過した光束２は、第２面８２の非球面を透過し、多層光ディスク６０の情報記録面に良好に集光される。
【０１２２】
本実施の形態１の対物レンズ８では、波長変化時において、回折面で発生する３次の球面収差の量と、回折面以外のベースレンズで発生する３次の球面収差の量とがほとんど同じ量となり、２つの３次の球面収差が互いに逆方向に発生するよう設計されている。そのため、レンズ全体としては波長変化に対して３次の球面収差がほとんど発生しない。ここで、ベースレンズとは、ある回折レンズにおいて回折構造が配置された面から回折構造を除去して残る非球面のみからなるレンズを指す。
【０１２３】
ここで、３種類の数値実施例で示す回折構造を有する対物レンズについて説明する。３種類の実施例は、共に軸上色収差は小さく抑えられているが、単位波長変化によって発生する球面収差の方向及び量が異なり、結果的に温度変化時に発生する３次の球面収差の量が異なるものである。
【０１２４】
まず、実施例１の対物レンズは下記の表２〜表６で表される。表２は、実施例１における対物レンズの仕様を示す表であり、表３は、実施例１における対物レンズ及び多層光ディスクの面形状を示す表であり、表４は、実施例１における波長及び温度に対する対物レンズ及び光透過層の屈折率を示す表であり、表５は、実施例１における対物レンズの第１面の非球面係数及び位相関数を示す表であり、表６は、実施例１における対物レンズの第２面の非球面係数及び位相関数を示す表である。
【０１２５】
【表２】
2011077647.tif 000004
【０１２６】
【表３】
2011077647.tif 000005
【０１２７】
【表４】
2011077647.tif 000006
【０１２８】
【表５】
2011077647.tif 000007
【０１２９】
【表６】
2011077647.tif 000008
【０１３０】
なお、表３における面番号は、レーザ光が通過する面を順番に表しており、面番号“０”は、発光点を表し、面番号“１”は、対物レンズの入射面（第１面）を表し、面番号“２”は、対物レンズの出射面（第２面）を表し、面番号“３”は、多層光ディスクの表面を表し、面番号“４”は、多層光ディスクの情報記録面を表している。
【０１３１】
実施例１の対物レンズの特徴は、レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に球面収差がオーバー側に発生することである。ベースレンズの温度上昇で発生する球面収差はオーバーであるため、波長変化を含めた温度変化時に発生する球面収差は加算され、オーバー側に大きく発生する。回折構造の最小ピッチは比較的大きい。
【０１３２】
次に、実施例２の対物レンズは下記の表７〜表１１で表される。表７は、実施例２における対物レンズの仕様を示す表であり、表８は、実施例２における対物レンズ及び多層光ディスクの面形状を示す表であり、表９は、実施例２における波長及び温度に対する対物レンズ及び光透過層の屈折率を示す表であり、表１０は、実施例２における対物レンズの第１面の非球面係数及び位相関数を示す表であり、表１１は、実施例２における対物レンズの第２面の非球面係数及び位相関数を示す表である。
【０１３３】
【表７】
2011077647.tif 000009
【０１３４】
【表８】
2011077647.tif 000010
【０１３５】
【表９】
2011077647.tif 000011
【０１３６】
【表１０】
2011077647.tif 000012
【０１３７】
【表１１】
2011077647.tif 000013
【０１３８】
なお、表８における面番号は、レーザ光が通過する面を順番に表しており、面番号“０”は、発光点を表し、面番号“１”は、対物レンズの入射面（第１面）を表し、面番号“２”は、対物レンズの出射面（第２面）を表し、面番号“３”は、多層光ディスクの表面を表し、面番号“４”は、多層光ディスクの情報記録面を表している。
【０１３９】
実施例２の対物レンズの特徴は、レーザ光の波長がシフトした場合に発生する球面収差が非常に小さいことである。回折構造の最小ピッチは中程度である。
【０１４０】
次に、実施例３の対物レンズは下記の表１２〜表１６で表される。表１２は、実施例３における対物レンズの仕様を示す表であり、表１３は、実施例３における対物レンズ及び多層光ディスクの面形状を示す表であり、表１４は、実施例３における波長及び温度に対する対物レンズ及び光透過層の屈折率を示す表であり、表１５は、実施例３における対物レンズの第１面の非球面係数及び位相関数を示す表であり、表１６は、実施例３における対物レンズの第２面の非球面係数及び位相関数を示す表である。
【０１４１】
【表１２】
2011077647.tif 000014
【０１４２】
【表１３】
2011077647.tif 000015
【０１４３】
【表１４】
2011077647.tif 000016
【０１４４】
【表１５】
2011077647.tif 000017
【０１４５】
【表１６】
2011077647.tif 000018
【０１４６】
なお、表１３における面番号は、レーザ光が通過する面を順番に表しており、面番号“０”は、発光点を表し、面番号“１”は、対物レンズの入射面（第１面）を表し、面番号“２”は、対物レンズの出射面（第２面）を表し、面番号“３”は、多層光ディスクの表面を表し、面番号“４”は、多層光ディスクの情報記録面を表している。
【０１４７】
実施例３の対物レンズの特徴は、レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に球面収差がアンダー側に発生することである。ベースレンズの温度変化で発生する球面収差はオーバー側であるため、波長変化を含めた温度変化時で発生する球面収差の一部が相殺される。回折構造の最小ピッチは比較的小さい。
【０１４８】
ここで、回折構造について、詳しく述べる。対物レンズの第１面は、光軸から半径方向に向かって輪帯状に複数の領域に分割されている。互いに隣接する領域の間には、光軸に平行な段差が設けられている。当該段差は、設計波長及び設計温度に対応する材料屈折率において、レーザ光の波長の整数倍の位相差を与える深さとしている。
【０１４９】
具体的には、段差の深さは、λ／（ｎｄ−１）の整数倍としている。なお、λは、レーザ光の波長を表し、ｎｄは、材料屈折率を表す。このため、この段差により与えられる光路差は、レーザ光の波長の整数倍になるため、設計波長及び設計温度の回折レンズを透過した波面は連続につながっており、収差のない波面となる。ここで、実使用上、温度が設計温度から上昇した場合、材料屈折率が低下するため段差による光路差は小さくなる。そのため、温度上昇時に発生する球面収差の波面形状において、位相段差の光路差変化量により、波面は不連続になる。しかしながら、当該波面は、波面形状のうねりを低減した形状となり、全体としての球面収差は低減される。
【０１５０】
また、温度上昇と同時にレーザ光の波長が長波長側へ変動し、レーザ光の波長が設計波長から長くなった場合には、回折により与えられる光路差は小さくなる。
【０１５１】
ここで、通常、段差構造のない非球面からなる対物レンズの色収差は、温度上昇時には、オーバーの球面収差を発生させる。しかしながら、回折構造の段差による温度変化時の光路差変化量を用いることでアンダーの球面収差を発生させることが可能である。こうすることで、実使用上において、温度変化時に発生する球面収差は、上記の作用により、通常の非球面レンズと比較して、著しく低減される。従って、本実施の形態の対物レンズの構成を用いることで、量産性に優れる樹脂材料を用いても、温度変化時に発生する収差が低減され、良好な情報の記録又は再生が可能となる。
【０１５２】
また、回折面が凸のパワーを有することで、軸上色収差と共にレーザ光の波長がシフトした場合に発生する球面収差も補正している。
【０１５３】
レーザ光の波長がシフトした場合に発生する球面収差に関して、回折のみで発生するアンダーの球面収差を大きくするほど、温度変化で発生するオーバーの球面収差を小さくすることができる。しかしながら、この場合、回折構造の輪帯幅が狭くなり、回折効率が低下するとともに、波長変化による収差劣化が激しくなるため好ましくない。
【０１５４】
従って、回折のみで発生するアンダーの球面収差の量は、ベースレンズが発生するオーバーの球面収差の量とほぼ同じにすることが好ましい。つまり、回折レンズ全体で単位波長変化によって発生する球面収差の絶対値が小さいことが好ましく、例えば、実施例１〜３で示す回折構造を有する対物レンズのうち、実施例２の対物レンズを選択することが好ましい。
【０１５５】
このような本実施の形態に係る対物レンズは、以下の構成をとる。
【０１５６】
すなわち、対物レンズは、樹脂からなる単レンズであり、対物レンズの少なくとも一面に輪帯状の回折構造を備える。回折構造は、凸のパワーを有し、回折構造の輪帯幅は、対物レンズの中心から周辺にかけて単調に減少し、対物レンズの中心と周辺との位相差は、レーザ光の波長λのｎ倍である。そして、対物レンズは、下記の（４）〜（８）式を満たす。
【０１５７】
λ＜４５０［ｎｍ］・・・（４）
ＮＡ＞０．８・・・（５）
ｎ／ｆ＞３０・・・（６）
ΔＣＡ≦ΔＣＡ０／２［μｍ／ｎｍ］・・・（７）
｜ΔＳＡ（λ）／ｆ｜＜０．００３［λ／（ｎｍ・ｍｍ）］・・・（８）
【０１５８】
ここで、ＮＡは、開口数を表し、ｆは、焦点距離を表し、ΔＣＡは、対物レンズの単位波長変化当たりの焦点位置変化量（軸上色収差）を表し、ΔＣＡ０は、対物レンズの０次回折光の軸上色収差を表し、ΔＳＡ（λ）は、対物レンズの単位波長変化当たりの３次の球面収差発生量を表す。
【０１５９】
また、対物レンズは、下記の（９）式を満たす。
【０１６０】
｜ΔＳＡ（ｔ）／ｆ｜＜０．００３［λ／（℃・ｍｍ）］・・・（９）
ここで、ΔＳＡ（ｔ）は、単位温度変化当たりの３次の球面収差発生量を表す。
【０１６１】
さらに、対物レンズは、下記の（１０）式を満たす。
【０１６２】
Δｎ＞０．９×１０−５・・・（１０）
ここで、Δｎは、対物レンズを構成する材料の単位温度変化当たりの屈折率変化率を表す。
【０１６３】
さらにまた、対物レンズは、下記の（１１）式を満たす。
【０１６４】
νｄ＜７０・・・（１１）
ここで、νｄは、対物レンズを構成する材料の分散値を表す。
【０１６５】
以下、本実施の形態の対物レンズについて、コンストラクションデータ及び収差図等を挙げてさらに具体的に説明する。なお、各実施例１〜３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又は非球面と等価な屈折作用を有する面（例えば回折面等）であることを示し、非球面の面形状を表す下記の（１２）式で定義されるものとする。
【０１６６】
【数１】
2011077647.tif 000019
ここで、Ｘは、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を表し、ｈは、光軸からの高さを表し、Ｃｊは、レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）を表し、Ｋｊは、レンズ第ｊ面の円錐定数を表し、Ａｊ，ｎは、レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数を表し、ｊ＝１、２、３、４・・・である。
【０１６７】
また光学面に付加された回折構造によって生じる位相差は、下記の（１３）式で与えられる。
【０１６８】
【数２】
2011077647.tif 000020
ここで、φ（ｈ）は、位相関数を表し、ｈは、光軸からの高さを表し、Ｐｊ，ｍは、レンズ第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数を表し、ｊ＝１、２、３、４・・・である。
【０１６９】
ここで、実施例１の対物レンズについて、上記の表２〜表６を用いて説明する。
【０１７０】
実施例１において、対物レンズ８の第１面８１は回折面から構成され、第２面８２は非球面から構成される。設計波長は４０５ｎｍであり、設計温度は４０℃であり、焦点距離は１．３ｍｍであり、開口数（ＮＡ）は０．８６であり、多層光ディスクの光透過層厚は０．０８７５ｍｍである。対物レンズ８の第１面８１は、全７６の領域に分割され、それぞれ異なる非球面で表される。また、各領域間の位相段差は、設計波長に対して１倍の位相差に相当する深さとなっている。
【０１７１】
図１６は、実施例１の回折構造を有する対物レンズ８における光路を示す図である。図１７は、実施例１の回折構造を有する対物レンズ８において、平行光が対物レンズ８に入射した場合の縦収差（球面収差）を表すグラフである。
【０１７２】
図１７において、実線は、レーザ光の波長が設計中心波長の４０５ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示し、破線は、レーザ光の波長が４０４ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示し、一点鎖線は、レーザ光の波長が４０６ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示す。実施例１において、レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合、オーバー側の球面収差が発生する。
【０１７３】
表１７は、実施例１の対物レンズにおいて、温度及び波長が変化した場合に発生する３次球面収差ＳＡ３の量を示す表である。
【０１７４】
【表１７】
2011077647.tif 000021
【０１７５】
ここで、３次球面収差ＳＡ３の量は、プラスがアンダー側（補正不足）、マイナスがオーバー側（過剰補正）とする。
【０１７６】
レーザ光の波長が設計中心から＋２ｎｍ変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は約−３４ｍλ発生する。また、温度が＋４０℃変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は−１５２ｍλ発生する。また、温度が＋４０℃変化すると共にレーザ光の波長が設計中心から＋２ｎｍ変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は−１８５ｍλ発生する。
【０１７７】
ここで、レーザ光の温度に対する波長変化率を＋０．０５ｎｍ／℃としている。また、実施例１の対物レンズの回折最小ピッチは１０μｍであり、以下で述べる実施例２，３の対物レンズと比較して大きい。
【０１７８】
続いて、実施例２の対物レンズについて、上記の表７〜表１１を用いて説明する。
【０１７９】
対物レンズ８の第１面８１は回折面から構成され、第２面８２は非球面から構成される。設計波長は４０５ｎｍであり、設計温度は４０℃であり、焦点距離は１．３ｍｍであり、開口数（ＮＡ）は０．８６であり、多層光ディスクの光透過層厚は０．０８７５ｍｍである。対物レンズ８の第１面８１は、全７４の領域に分割され、それぞれ異なる非球面で表される。また、各領域間の位相段差は、設計波長に対して１倍の位相差に相当する深さとなっている。
【０１８０】
図１８は、実施例２の回折構造を有する対物レンズ８における光路を示す図である。図１９は、実施例２の構造を有する対物レンズ８において、平行光が対物レンズ８に入射した場合の縦収差（球面収差）を表すグラフである。
【０１８１】
図１９において、実線は、レーザ光の波長が設計中心波長の４０５ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示し、破線は、レーザ光の波長が４０４ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示し、一点鎖線は、レーザ光の波長が４０６ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示す。実施例２において、レーザ光の波長がシフトした場合に発生する球面収差量は小さい。
【０１８２】
表１８は、実施例２の対物レンズにおいて、温度及び波長が変化した場合に発生する３次球面収差ＳＡ３の量を示す表である。
【０１８３】
【表１８】
2011077647.tif 000022
【０１８４】
レーザ光の波長が設計中心から＋２ｎｍ変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は約−１ｍλ発生する。また、温度が＋４０℃変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は−１０３ｍλ発生する。また、温度が＋４０℃変化すると共にレーザ光の波長が設計中心から＋２ｎｍ変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は−１０３ｍλ発生する。
【０１８５】
実施例２の対物レンズの回折最小ピッチは５μｍであり、実施例１，３の対物レンズと比較して中程度である。
【０１８６】
続いて、実施例３の対物レンズについて、上記の表１２〜表１６を用いて説明する。
【０１８７】
対物レンズ８の第１面８１は回折面から構成され、第２面８２は非球面から構成される。設計波長は４０５ｎｍであり、設計温度は４０℃であり、焦点距離は１．３ｍｍであり、開口数（ＮＡ）は０．８６であり、多層光ディスクの光透過層厚は０．０８７５ｍｍである。対物レンズ８の第１面８１は、全７９の領域に分割され、それぞれ異なる非球面で表される。また、各領域間の位相段差は、設計波長に対して１倍の位相差に相当する深さとなっている。
【０１８８】
図２０は、実施例３の回折構造を有する対物レンズ８における光路を示す図である。図２１は、実施例３の回折構造を有する対物レンズ８において、平行光が対物レンズ８に入射した場合の縦収差（球面収差）を表すグラフである。
【０１８９】
図２１において、実線は、レーザ光の波長が設計中心波長の４０５ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示し、破線は、レーザ光の波長が４０４ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示し、一点鎖線は、レーザ光の波長が４０６ｎｍである場合の対物レンズの縦収差を示す。実施例３において、レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合アンダー側の球面収差が発生する。
【０１９０】
表１９は、実施例３の対物レンズにおいて、温度及び波長が変化した場合に発生する３次球面収差ＳＡ３の量を示す表である。
【０１９１】
【表１９】
2011077647.tif 000023
【０１９２】
レーザ光の波長が設計中心から＋２ｎｍ波長変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は約＋２１ｍλ発生する。また、温度が＋４０℃変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は−６９ｍλ発生する。また、温度が＋４０℃変化すると共にレーザ光の波長が設計中心から＋２ｎｍ変化した場合、３次球面収差ＳＡ３は−４８ｍλ発生する。
【０１９３】
実施例３の対物レンズの回折最小ピッチは３μｍであり、実施例１，２の対物レンズと比較して小さい。
【０１９４】
このように、本実施の形態１では、ｎ次の回折光に正のパワー成分が付加されるので、軸上色収差を補正することができ、かつｎ次の回折光に球面収差成分が付加されるので、所定の情報記録面以外の他の情報記録面によって反射した回折迷光が球面収差成分によって１点に集光しなくなり、信号光と回折迷光との干渉を低減することができ、光透過層の厚さが異なる複数の情報記録面を有する多層光ディスクに対して、良好に情報を記録又は再生することができる。
【０１９５】
なお、本実施の形態１では、多層光ディスクは、４つの情報記録面を有しているが、本発明は特にこれに限定されず、２つの情報記録面を有する多層光ディスクであってもよい。多層光ディスクが２つの情報記録面を有している場合であっても、上記と同様の効果が得られる。また、多層光ディスクは、３つの情報記録面を有してもよく、さらに５つ以上の情報記録面を有してもよい。多層光ディスクが３つ以上の情報記録面を有している場合、より高い効果が得られる。
【０１９６】
（実施の形態２）
図２２は、本発明の実施の形態２における光ディスク装置の概略構成を示す図である。
【０１９７】
図２２において、光ディスク装置５０は、内部に光ディスク駆動部５１、制御部５２及び光学ヘッド５３を備える。
【０１９８】
光ディスク駆動部５１は、多層光ディスク６０を回転駆動する。光学ヘッド５３は、実施の形態１で述べた光学ヘッドである。制御部５２は、光ディスク駆動部５１及び光学ヘッド５３の駆動を制御すると共に、光学ヘッド５３で光電変換された制御信号及び情報信号の信号処理を行う。また、制御部５２は、情報信号を光ディスク装置５０の外部と内部とでインタフェースさせる機能を有する。
【０１９９】
本実施の形態２の光ディスク装置５０は、実施の形態１で述べた光学ヘッドを搭載しているので、多層光ディスクへの情報の記録又は再生に好適であり、さらにコンパクトな構成を実現できる。
【０２００】
（実施の形態３）
図２３は、本発明の実施の形態３におけるコンピュータの概略構成を示す図である。
【０２０１】
図２３において、コンピュータ５００は、実施の形態２の光ディスク装置５０と、情報を入力するためのキーボード、マウス又はタッチパネルなどの入力装置５０１と、入力装置５０１から入力された情報及び光ディスク装置５０から読み出した情報などに基づいて演算を行う中央演算装置（ＣＰＵ）などの演算装置５０２と、演算装置５０２によって演算された結果などの情報を表示するブラウン管又は液晶表示装置あるいは情報を印刷するプリンタなどの出力装置５０３とを備える。
【０２０２】
なお、本実施の形態３において、コンピュータ５００が情報処理装置の一例に相当し、演算装置５０２が情報処理部の一例に相当する。
【０２０３】
コンピュータ５００は、実施の形態２の光ディスク装置５０を備えるので、多層光ディスクへの情報の記録又は再生に好適であり、さらにコンパクトな構成を実現できる。
【０２０４】
（実施の形態４）
図２４は、本発明の実施の形態４における光ディスクプレーヤの概略構成を示す図である。
【０２０５】
図２４において、光ディスクプレーヤ６００は、実施の形態２の光ディスク装置５０と、光ディスク装置５０から得られる情報信号を画像信号に変換するデコーダ６０１とを備える。
【０２０６】
なお、光ディスクプレーヤ６００は、ＧＰＳ等の位置センサ及び中央演算装置（ＣＰＵ）を加えることによりカーナビゲーションシステムとしても利用可能である。また、光ディスクプレーヤ６００は、液晶モニタなどの表示装置６０２を備えてもよい。
【０２０７】
また、本実施の形態４において、光ディスクプレーヤ６００が情報処理装置の一例に相当し、デコーダ６０１が情報処理部の一例に相当する。
【０２０８】
光ディスクプレーヤ６００は、実施の形態２の光ディスク装置５０を備えるので、多層光ディスクへの情報の記録又は再生に好適であり、さらにコンパクトな構成を実現できる。
【０２０９】
（実施の形態５）
図２５は、本発明の実施の形態５における光ディスクレコーダの概略構成を示す図である。
【０２１０】
図２５において、光ディスクレコーダ７００は、実施の形態２の光ディスク装置５０と、光ディスク装置５０によって光ディスクへ記録するための情報信号に画像情報を変換するエンコーダ７０１とを備える。望ましくは、光ディスク装置５０から得られる情報信号を画像情報に変換するデコーダ７０２も備えることにより、記録した画像を再生することも可能となる。なお、光ディスクレコーダ７００は、情報を表示するブラウン管又は液晶表示装置あるいは情報を印刷するプリンタなどの出力装置７０３を備えてもよい。
【０２１１】
なお、本実施の形態５において、光ディスクレコーダ７００が情報処理装置の一例に相当し、エンコーダ７０１及びデコーダ７０２が情報処理部の一例に相当する。
【０２１２】
光ディスクレコーダ７００は、実施の形態２の光ディスク装置５０を備えるので、多層光ディスクへの情報の記録又は再生に好適であり、さらにコンパクトな構成を実現できる。
【０２１３】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【０２１４】
本発明の一局面に係る光学ヘッドは、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドであって、レーザ光を出射する光源と、輪帯状の回折構造を有し、前記レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる対物レンズと、前記所定の情報記録面で反射した前記レーザ光を受光する光検出器とを備え、前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加する。
【０２１５】
この構成によれば、光源は、レーザ光を出射する。対物レンズは、輪帯状の回折構造を有し、レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる。光検出器は、所定の情報記録面で反射したレーザ光を受光する。そして、回折構造は、ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加する。
【０２１６】
したがって、ｎ次の回折光に正のパワー成分が付加されるので、軸上色収差を補正することができ、かつｎ次の回折光に球面収差成分が付加されるので、所定の情報記録面以外の他の情報記録面によって反射した回折迷光が球面収差成分によって１点に集光しなくなり、信号光と回折迷光との干渉を低減することができ、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる。
【０２１７】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記光源から出射される前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有することが好ましい。
【０２１８】
この構成によれば、回折構造が付加する球面収差成分は、光源から出射されるレーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有するので、温度上昇により補正過剰となる対物レンズの球面収差の変化を、温度上昇による光源の波長シフトに伴って発生する球面収差の変化で打ち消すことができる。
【０２１９】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記情報記録媒体は、３つ以上の情報記録面を有し、前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（１４）式を満たすことが好ましい。
【０２２０】
ＳＡ１≒−ＳＡ２・・・（１４）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表す。
【０２２１】
この構成によれば、情報記録媒体は、３つ以上の情報記録面を有し、回折構造が付加する球面収差成分は、上記の（１４）式を満たすので、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差と、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差とが相殺され、波長変化時に発生する球面収差を低減することができる。
【０２２２】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（１５）式を満たすことが好ましい。
【０２２３】
０．８×｜ＳＡ１｜≦｜ＳＡ２｜≦１．２×｜ＳＡ１｜・・・（１５）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ１とＳＡ２とは逆極性である。
【０２２４】
この構成によれば、回折構造が付加する球面収差成分は、上記の（１５）式を満たすので、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差と、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差とが実質的に相殺され、波長変化時に発生する球面収差を低減することができる。
【０２２５】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記対物レンズは、前記光源から出射される前記レーザ光の波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化を低減し、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、下記の（１６）式を満たすことが好ましい。
【０２２６】
０．０５［μｍ／ｎｍ］≦Ｄ≦０．１５［μｍ／ｎｍ］・・・（１６）
【０２２７】
この構成によれば、対物レンズが有する軸上色収差補正機能によって、光源から出射されるレーザ光の波長変化に伴って発生するレーザ光の収束位置の変化が低減される。また、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴って発生するレーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、上記の（１６）式を満たす。
【０２２８】
したがって、記録パワーと再生パワーとの切り替え時又は周囲温度の変化時などにおける光源から出射されるレーザ光の波長変動によって生じる収束位置の変化を良好に補正できる。
【０２２９】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折構造による光路長の付加量を表す光路差関数Φ（ｈ）が、Φ（ｈ）＝Ｐ２×ｈ２＋Ｐ４×ｈ４＋Ｐ６×ｈ６＋・・・＋Ｐ２ｋ×ｈ２ｋ（ただし、ｋは自然数）で表され、前記回折構造によるレンズのパワーφＤが、φＤ＝−（２×Ｐ２×ｎ×λ）で表されるとき、前記回折構造によるレンズのパワーφＤと、前記対物レンズにおいて前記回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、下記の（１７）式を満たすことが好ましい。
【０２３０】
０．００４≦φＤ／φＲ≦０．０２０・・・（１７）
ここで、ｈは、光軸からの高さを表し、ｎは、回折次数を表し、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，・・・，Ｐ２ｋは、係数を表し、λは、前記レーザ光の波長を表す。
【０２３１】
この構成によれば、回折構造によるレンズのパワーφＤと、対物レンズにおいて回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、上記の（１７）式を満たすので、記録パワーと再生パワーとの切り替え時又は周囲温度の変化時などにおける光源から出射されるレーザ光の波長変動によって生じる収束位置の変化を良好に補正できる。
【０２３２】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記光源と前記対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズと、前記カップリングレンズを光軸方向に移動させることにより、前記情報記録媒体の光入射面から情報記録面までの距離の長さに応じて発生する球面収差を補正する球面収差補正部とをさらに備えることが好ましい。
【０２３３】
この構成によれば、カップリングレンズは、光源と対物レンズとの間に配置され、球面収差補正部は、カップリングレンズを光軸方向に移動させることにより、情報記録媒体の光入射面から情報記録面までの距離の長さに応じて発生する球面収差を補正する。したがって、情報記録媒体の光入射面から情報記録面までの距離の長さに応じて発生する球面収差を補正することができる。
【０２３４】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記対物レンズは、樹脂製の単レンズであることが好ましい。
【０２３５】
この構成によれば、対物レンズは、樹脂製の単レンズであるので、ガラス製の対物レンズと比較して比重が小さく、フォーカスサーボ又はトラッキングサーボを行う対物レンズアクチュエータの負担を軽減することができる。また、射出成形により高精度に大量生産することが可能であり、低コスト化に適している。
【０２３６】
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記対物レンズの前記回折構造の最小ピッチが５μｍ以上であることが好ましい。
【０２３７】
この構成によれば、対物レンズの回折構造の最小ピッチが５μｍ以上であるので、射出成形の転写性の低下及び狭ピッチ化による回折効率の低下を抑制できる。
【０２３８】
本発明の他の局面に係る光ディスク装置は、上記のいずれかに記載の光学ヘッドと、情報記録媒体を回転駆動するための駆動部と、前記光学ヘッド及び前記駆動部を制御する制御部とを備える。この構成によれば、上記の光学ヘッドを光ディスク装置に適用することができる。
【０２３９】
本発明の他の局面に係る情報処理装置は、上記の光ディスク装置と、前記光ディスク装置に記録する情報及び／又は前記光ディスク装置から再生された情報を処理する情報処理部とを備える。この構成によれば、上記の光学ヘッドを備える光ディスク装置を情報処理装置に適用することができる。
【０２４０】
本発明の他の局面に係る対物レンズは、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドに備わる対物レンズであって、レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる輪帯状の回折構造を備え、前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加する。
【０２４１】
この構成によれば、輪帯状の回折構造は、レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる。そして、回折構造は、ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加する。
【０２４２】
したがって、ｎ次の回折光に正のパワー成分が付加されるので、軸上色収差を補正することができ、かつｎ次の回折光に球面収差成分が付加されるので、所定の情報記録面以外の他の情報記録面によって反射した回折迷光が球面収差成分によって１点に集光しなくなり、信号光と回折迷光との干渉を低減することができる。
【０２４３】
また、上記の対物レンズにおいて、前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有することが好ましい。
【０２４４】
この構成によれば、回折構造が付加する球面収差成分は、レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有するので、温度上昇により補正過剰となる対物レンズの球面収差の変化を、温度上昇による光源の波長シフトに伴って発生する球面収差の変化で打ち消すことができる。
【０２４５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記情報記録媒体は、３つの情報記録面を有し、前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（１８）式を満たすことが好ましい。
【０２４６】
ＳＡ１≒−ＳＡ２・・・（１８）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表す。
【０２４７】
この構成によれば、情報記録媒体は、３つの情報記録面を有し、回折構造が付加する球面収差成分は、上記の（１８）式を満たすので、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差と、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差とが相殺され、波長変化時に発生する球面収差を低減することができる。
【０２４８】
また、上記の対物レンズにおいて、前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（１９）式を満たすことが好ましい。
【０２４９】
０．８×｜ＳＡ１｜≦｜ＳＡ２｜≦１．２×｜ＳＡ１｜・・・（１９）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ１とＳＡ２とは逆極性である。
【０２５０】
この構成によれば、回折構造が付加する球面収差成分は、上記の（１９）式を満たすので、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差と、光源から出射されるレーザ光の単位波長変化に伴い、対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差とが実質的に相殺され、波長変化時に発生する球面収差を低減することができる。
【０２５１】
また、上記の対物レンズにおいて、前記対物レンズは、前記レーザ光の波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化を低減し、前記レーザ光の単位波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、下記の（２０）式を満たすことが好ましい。
【０２５２】
０．０５［μｍ／ｎｍ］≦Ｄ≦０．１５［μｍ／ｎｍ］・・・（２０）
【０２５３】
この構成によれば、軸上色収差補正機能によって、レーザ光の波長変化に伴って発生するレーザ光の収束位置の変化が低減される。また、レーザ光の単位波長変化に伴って発生するレーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、上記の（２０）式を満たす。
【０２５４】
したがって、記録パワーと再生パワーとの切り替え時又は周囲温度の変化時などにおける光源から出射されるレーザ光の波長変動によって生じる収束位置の変化を良好に補正できる。
【０２５５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記回折構造による光路長の付加量を表す光路差関数Φ（ｈ）が、Φ（ｈ）＝Ｐ２×ｈ２＋Ｐ４×ｈ４＋Ｐ６×ｈ６＋・・・＋Ｐ２ｋ×ｈ２ｋ（ただし、ｋは自然数）で表され、前記回折構造によるレンズのパワーφＤが、φＤ＝−（２×Ｐ２×ｎ×λ）で表されるとき、前記回折構造によるレンズのパワーφＤと、前記回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、下記の（２１）式を満たすことが好ましい。
【０２５６】
０．００４≦φＤ／φＲ≦０．０２０・・・（２１）
ここで、ｈは、光軸からの高さを表し、ｎは、回折次数を表し、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，・・・，Ｐ２ｋは、係数を表し、λは、波長を表す。
【０２５７】
この構成によれば、回折構造によるレンズのパワーφＤと、対物レンズにおいて回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、上記の（２１）式を満たすので、記録パワーと再生パワーとの切り替え時又は周囲温度の変化時などにおける光源から出射されるレーザ光の波長変動によって生じる収束位置の変化を良好に補正できる。
【０２５８】
本発明の他の局面に係る対物レンズは、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドに備わる対物レンズであって、前記対物レンズは、樹脂からなる単レンズであり、前記対物レンズの少なくとも一面に輪帯状の回折構造を備え、前記回折構造は、凸のパワーを有し、前記回折構造の輪帯幅は、前記対物レンズの中心から周辺にかけて単調に減少し、前記対物レンズの中心と周辺との位相差は、レーザ光の波長λのｎ倍であり、前記対物レンズは、下記の（２２）〜（２６）式を満たす。
【０２５９】
λ＜４５０［ｎｍ］・・・（２２）
ＮＡ＞０．８・・・（２３）
ｎ／ｆ＞３０・・・（２４）
ΔＣＡ≦ΔＣＡ０／２［μｍ／ｎｍ］・・・（２５）
｜ΔＳＡ（λ）／ｆ｜＜０．００３［λ／（ｎｍ・ｍｍ）］・・・（２６）
ここで、ＮＡは、開口数を表し、ｆは、焦点距離を表し、ΔＣＡは、前記対物レンズの単位波長変化当たりの軸上色収差を表し、ΔＣＡ０は、前記対物レンズの０次回折光の軸上色収差を表し、ΔＳＡ（λ）は、前記対物レンズの単位波長変化当たりの３次の球面収差発生量を表す。
【０２６０】
この構成によれば、対物レンズは、樹脂からなる単レンズであり、対物レンズの少なくとも一面に輪帯状の回折構造を備える。回折構造は、凸のパワーを有し、回折構造の輪帯幅は、対物レンズの中心から周辺にかけて単調に減少し、対物レンズの中心と周辺との位相差は、レーザ光の波長λのｎ倍である。そして、対物レンズは、上記の（２２）〜（２６）式を満たす。
【０２６１】
したがって、軸上色収差を補正することができるとともに、波長がシフトした場合に発生する球面収差を低減することができ、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる。
【０２６２】
また、上記の対物レンズにおいて、前記対物レンズは、下記の（２７）式を満たすことが好ましい。
【０２６３】
｜ΔＳＡ（ｔ）／ｆ｜＜０．００３［λ／（℃・ｍｍ）］・・・（２７）
ここで、ΔＳＡ（ｔ）は、単位温度変化当たりの３次の球面収差発生量を表す。
【０２６４】
この構成によれば、対物レンズは、上記の（２７）式を満たすことにより、軸上色収差を補正することができるとともに、波長がシフトした場合に発生する球面収差を低減することができ、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる。
【０２６５】
また、上記の対物レンズにおいて、前記対物レンズは、下記の（２８）式を満たすことが好ましい。
【０２６６】
Δｎ＞０．９×１０−５・・・（２８）
ここで、Δｎは、前記対物レンズを構成する材料の単位温度変化当たりの屈折率変化率を表す。
【０２６７】
この構成によれば、対物レンズは、上記の（２８）式を満たすことにより、軸上色収差を補正することができるとともに、波長がシフトした場合に発生する球面収差を低減することができ、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる。
【０２６８】
また、上記の対物レンズにおいて、前記対物レンズは、下記の（２９）式を満たすことが好ましい。
【０２６９】
νｄ＜７０・・・（２９）
ここで、νｄは、前記対物レンズを構成する材料の分散値を表す。
【０２７０】
この構成によれば、対物レンズは、上記の（２９）式を満たすことにより、軸上色収差を補正することができるとともに、波長がシフトした場合に発生する球面収差を低減することができ、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができる。
【０２７１】
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２７２】
本発明に係る光学ヘッド、光ディスク装置、情報処理装置及び対物レンズは、複数の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、良好に情報を記録又は再生することができ、情報記録媒体に対して情報を記録又は再生する光学ヘッド、当該光学ヘッドを具備した光ディスク装置、当該光ディスク装置を具備した情報処理装置、及び当該光学ヘッドに用いられる対物レンズに好適である。
【図１】
2011077647.tif 000024
【図２】
2011077647.tif 000025
【図３】
2011077647.tif 000026
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011077647.tif 000031
【図９】
2011077647.tif 000032
【図１０】
2011077647.tif 000033
【図１１】
2011077647.tif 000034
【図１２】
2011077647.tif 000035
【図１３】
2011077647.tif 000036
【図１４】
2011077647.tif 000037
【図１５】
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【図１６】
2011077647.tif 000039
【図１７】
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【図１８】
2011077647.tif 000041
【図１９】
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【図２０】
2011077647.tif 000043
【図２１】
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【図２２】
2011077647.tif 000045
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2011077647.tif 000048
【図２６】
2011077647.tif 000049
【図２７】
2011077647.tif 000050
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月1日(2011.8.1)
【手続補正１】
【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】
３つ以上の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドであって、
レーザ光を出射する光源と、
輪帯状の回折構造を有し、前記レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる樹脂製の対物レンズと、
前記所定の情報記録面で反射した前記レーザ光を受光する光検出器とを備え、
前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記光源から出射される前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（１）式を満たすことを特徴とする光学ヘッド。
ＳＡ１≒−ＳＡ２・・・（１）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表す。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
３つ以上の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドであって、
レーザ光を出射する光源と、
輪帯状の回折構造を有し、前記レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる樹脂製の対物レンズと、
前記所定の情報記録面で反射した前記レーザ光を受光する光検出器とを備え、
前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記光源から出射される前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（２）式を満たすことを特徴とする光学ヘッド。
０．８×｜ＳＡ１｜≦｜ＳＡ２｜≦１．２×｜ＳＡ１｜・・・（２）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ１とＳＡ２とは逆極性である。
【請求項５】
前記対物レンズは、前記光源から出射される前記レーザ光の波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化を低減し、
前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、下記の（３）式を満たすことを特徴とする請求項１又は４記載の光学ヘッド。
０．０５［μｍ／ｎｍ］≦Ｄ≦０．１５［μｍ／ｎｍ］・・・（３）
【請求項６】
前記回折構造による光路長の付加量を表す光路差関数Φ（ｈ）が、
Φ（ｈ）＝Ｐ２×ｈ２＋Ｐ４×ｈ４＋Ｐ６×ｈ６＋・・・＋Ｐ２ｋ×ｈ２ｋ
（ただし、ｋは自然数）
で表され、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤが、
φＤ＝（２×Ｐ２×ｎ×λ）
で表されるとき、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤと、前記対物レンズにおいて前記回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、下記の（４）式を満たすことを特徴とする請求項１，４，５のいずれかに記載の光学ヘッド。
０．００４≦φＤ／φＲ≦０．０２０・・・（４）
ここで、ｈは、光軸からの高さを表し、ｎは、回折次数を表し、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，・・・，Ｐ２ｋは、係数を表し、λは、前記レーザ光の波長を表す。
【請求項７】
前記光源と前記対物レンズとの間に配置されるカップリングレンズと、
前記カップリングレンズを光軸方向に移動させることにより、前記情報記録媒体の光入射面から情報記録面までの距離の長さに応じて発生する球面収差を補正する球面収差補正部とをさらに備えることを特徴とする請求項１，４〜６のいずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記対物レンズは、樹脂製の単レンズであることを特徴とする請求項１，４〜７のいずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記対物レンズの前記回折構造の最小ピッチが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１，４〜８のいずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
請求項１，４〜９のいずれかに記載の光学ヘッドと、
情報記録媒体を回転駆動するための駆動部と、
前記光学ヘッド及び前記駆動部を制御する制御部とを備えることを特徴とする光ディスク装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光ディスク装置と、
前記光ディスク装置に記録する情報及び／又は前記光ディスク装置から再生された情報を処理する情報処理部とを備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項１２】
３つ以上の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドに備わる樹脂製の対物レンズであって、
レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる輪帯状の回折構造を備え、
前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（５）式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
ＳＡ１≒−ＳＡ２・・・（５）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表す。
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
３つ以上の情報記録面を有する情報記録媒体に対して、情報を記録又は再生する光学ヘッドに備わる樹脂製の対物レンズであって、
レーザ光を回折させて生成したｎ次（ｎは自然数）の回折光を、前記情報記録媒体の所定の情報記録面に収束させる輪帯状の回折構造を備え、
前記回折構造は、前記ｎ次の回折光に、正のパワー成分及び球面収差成分を付加し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、前記レーザ光の波長が長波長側にシフトした場合に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有し、
前記回折構造が付加する前記球面収差成分は、下記の（６）式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
０．８×｜ＳＡ１｜≦｜ＳＡ２｜≦１．２×｜ＳＡ１｜・・・（６）
ここで、ＳＡ１は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記回折構造による回折角の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ２は、前記光源から出射される前記レーザ光の単位波長変化に伴い、前記対物レンズの屈折率の変化によって発生する球面収差を表し、ＳＡ１とＳＡ２とは逆極性である。
【請求項１６】
前記対物レンズは、前記レーザ光の波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化を低減し、
前記レーザ光の単位波長変化に伴って発生する前記レーザ光の収束位置の変化量Ｄ［μｍ／ｎｍ］は、下記の（７）式を満たすことを特徴とする請求項１２又は１５記載の対物レンズ。
０．０５［μｍ／ｎｍ］≦Ｄ≦０．１５［μｍ／ｎｍ］・・・（７）
【請求項１７】
前記回折構造による光路長の付加量を表す光路差関数Φ（ｈ）が、
Φ（ｈ）＝Ｐ２×ｈ２＋Ｐ４×ｈ４＋Ｐ６×ｈ６＋・・・＋Ｐ２ｋ×ｈ２ｋ
（ただし、ｋは自然数）
で表され、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤが、
φＤ＝−（２×Ｐ２×ｎ×λ）
で表されるとき、
前記回折構造によるレンズのパワーφＤと、前記回折構造を除いたベースの屈折レンズのパワーφＲとは、下記の（８）式を満たすことを特徴とする請求項１２，１５，１６のいずれかに記載の対物レンズ。
０．００４≦φＤ／φＲ≦０．０２０・・・（８）
ここで、ｈは、光軸からの高さを表し、ｎは、回折次数を表し、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，・・・，Ｐ２ｋは、係数を表し、λは、波長を表す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
ータル球面収差）を示す。
［０１０５］
図１２に示すように、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差が補正不足（アンダー）になるほど（図１２で左に向かうほど）、トータル球面収差は減少するが、図１２中の点Ｂを境界として、ほとんど減少しなくなる。これは、図１２より明らかなように、温度球面収差（第３の球面収差＋第４の球面収差）と、光源波長の個体差で発生する第５の球面収差の絶対値との和が、ほぼ一定になることによるものである。
［０１０６］
従って、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差特性を、図１２の点Ｂを超えて補正不足（アンダー）にしても、補正すべきトータル球面収差、すなわちコリメートレンズ４の可動範囲は減少しない。
［０１０７］
本実施の形態１の対物レンズ８は、上述のように、回折レンズ構造によって＋１次光に凸レンズのパワー成分を付加させている。そのため、入射光の波長が長波長側にシフトした際の球面収差特性をより補正不足（アンダー）にすると、輪帯状のパターンのピッチがより小さくなる。その結果、金型の加工難易度が上がって射出成形の転写性が低下すると共に、狭ピッチ化により、さらに回折効率が低下するという課題が生じる。
［０１０８］
図１３は、本発明の実施の形態１において、軸上色収差特性を０．１μｍ／ｎｍとしたときの、回折レンズ構造の輪帯パターンの最小ピッチと、温度変化及び光源波長の個体差によって発生する、補正すべき球面収差量（トータル球面収差）との関係を示す図である。なお、図１３では、最大±３０℃の温度変化によって発生する第３の球面収差及び第４の球面収差と、最大±５ｎｍの光源波長の個体差によって発生する第５の球面収差とを示している。また、図１３において、縦軸は球面収差［ｍλ］を示し、横軸は回折レンズ構造の最小ピッチ［μｍ］を示す。また、黒三角点は、第５の球面収差を示し、黒菱形点は、第３の球面収差と第４の球面収差との和（温度球面収差）を示し、白丸点は、第３の球面収差と第４の球面収差と第５の球面収差との和（トータル球面収差）を示す。
［０１０９］
図１３に示すように、輪帯パターンの最小ピッチを５μｍより小さくして
【国際調査報告】
2011077647.tif 000051
2011077647.tif 000052
2011077647.tif 000053
2011077647.tif 000054