(57)【要約】【課題】光源波長を短くして記録密度を高くした多層ディスクを提供する。【解決手段】光束の入射側表面２に最も近い情報記録面３と最も遠い情報記録面４との最大面間隔をＴｍａｘ、前記入射側表面２から各情報記録面までの光透過層厚の誤差をΔｔ、ディスクの光透過層の屈折率をｎ、情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置における光源波長をλ、光ピックアップ装置における対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、下式（数１２）を満足する。【数１２】2004071046.tif 000013【選択図】　　図１
2004071046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ（Ｎは整数）層の複数の情報記録面が積層されている光学的多層情報記録ディスクにおいて、
光束入射側に最も近い情報記録面と最も遠い情報記録面との最大面間隔をＴｍａｘ、光束入射側表面から各情報記録面までの光透過層厚の誤差をΔｔ、ディスクの光透過層の屈折率をｎ、情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置における光源波長をλ、光ピックアップ装置における対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、下式（数１）を満足することを特徴とする光学的多層情報記録ディスク。
【数１】
2004071046.tif 000011
【請求項２】
請求項１に記載の光学的多層情報記録ディスクに対して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記Ｎ層の光学的多層情報記録ディスクにおける記録／再生を行うべき情報記録面を選択する情報記録面選択手段と、情報記録面に応じて光学的多層情報記録ディスクに対して入射する光束における球面収差の状態をＮ段階に変化させる球面収差補正手段を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記球面収差補正手段の補正量をＮ＋１段階に変化させる球面収差補正手段を備え、１層の情報記録面を有する光学的単層情報記録ディスクに対する記録／再生を可能にしたことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記球面収差補正手段を、光ピックアップ光路中に光軸が合わせて設置され、かつ光軸に沿って互いの間隔を変化させることが可能で、かつ少なくとも一対の正の屈折パワーを有する集光素子と負の屈折パワーを有する集光素子としたことを特徴とする請求項２または３記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記球面収差補正手段を、同心円上に複数の領域に分割された電極パターンを有する液晶素子としたことを特徴とする請求項２または３記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記球面収差補正手段を、光源あるいは該光源に対して設けられたカップリングレンズを光軸に沿って移動する構成のものとしたことを特徴とする請求項２または３記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記情報記録面選択手段を、フォーカスエラー信号に基づいて、記録／再生を行う情報記録面を選択する構成にしたことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記情報記録面選択手段を、ＲＦ信号の強度変化に基づいて、記録／再生を行う情報記録面を選択する構成にしたことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
光学的多層情報記録ディスクの情報記録面が２層であり、２層の面間隔をＴ、情報の記録／再生を行うための光源波長をλ、対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、下式（数２）を満足することを特徴とする請求項２〜８いずれか１項記載の光ピックアップ装置。
【数２】
2004071046.tif 000012
【請求項１０】
請求項１に記載の光学的多層情報記録ディスクに対して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置を搭載した光学的情報記録／再生装置であって、
前記光ピックアップ装置として請求項２〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする光学的情報記録／再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の情報記録面を有する光学的多層情報記録ディスク、およびその光学的多層情報記録ディスク用の光ピックアップ装置、ならびにその光ピックアップ装置を搭載する光学的情報記録／再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（ＣＤ−Ｒ／ＲＷ）の普及に続いて、ＣＤの記録容量の約７倍近い記録容量を有するＤＶＤ（ＤＶＤ＋Ｒ／ＲＷ，ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭ）が開発され、その市場を拡げつつある。また情報の記録密度は、情報記録面上の集光スポットの大きさを小さくすることにより高めることが可能であり、光ピックアップの光源の波長を短くすること、あるいは対物レンズの開口数を大きくすることによって、より高密度にすることが可能である。
【０００３】
最近では、ＤＶＤの光源として用いられている６５０ｎｍ前後の波長のものより、波長が短い４０５ｎｍ前後の発振波長を持つ青色レーザを用いた光ディスク装置、あるいは対物レンズの開口数ＮＡを０．８５まで大きくした光ディスク装置の開発が盛んに行われている。
【０００４】
さらに、再生専用のＤＶＤにおいて実用化されているように、情報記録層を２層にすることにより大容量化を図っている光ディスクがあり、研究発表レベルでは情報の記録が可能な２層光ディスク、あるいは２層以上の複数の情報記録面を有する光学的多層情報記録ディスク（以下、多層ディスクという）、およびその光ディスク装置の開発も行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に光ディスクでは、対物レンズで集光された光束を、光ディスクの光透過層を透過して情報記録面で集光させる必要があるため、光透過層の厚みの分だけ球面収差を生じる。この球面収差をキャンセルするため、光ディスク用の対物レンズでは、ディスク規格などで規定された光透過層厚を設計基準とし、光ディスクで生じる球面収差とは、まったく逆の球面収差を予め有するように設計製造される。
【０００６】
しかしながら、多層ディスクでは、光透過層の厚さが情報記録面により異なってしまうため、何れかの情報記録面における集光スポットでは、球面収差をもった集光スポットになってしまう。
【０００７】
そこで、特許第３１８９６１６号公報，特開平８−９６４０６号公報などでは、光透過層の厚さの違いにより生じる球面収差の量が、ある一定許容値内に収まるように２層ディスクにおける面間隔の上限を定めている。光透過層の厚さ誤差によって発生する球面収差の大部分は３次の球面収差であり、その波面収差Ｗ（λｒｍｓ）は次式（数３）で表される。
【０００８】
【数３】
2004071046.tif 000003
【０００９】
ｔ：光透過層厚さ誤差
ｎ：光透過層の屈折率
λ：光源波長
ＮＡ：対物レンズ開口数
また前記（数３）式より、ある波面収差Ｗになる光透過層厚さ誤差ｔは、次式（数４）となる。
【００１０】
【数４】
2004071046.tif 000004
【００１１】
２層の面間隔Ｔで考えると、２層共にある波面収差Ｗ以下になるようにするには、Ｔが±ｔの幅よりも狭ければよく、次式（数５）のようになる。
【００１２】
【数５】
2004071046.tif 000005
【００１３】
このとき球面収差以外の他の収差も考慮すると、球面収差による波面収差Ｗが、いわゆるマレシャルのクライテリオンである０．０７（λｒｍｓ）の１／２以下になるように面間隔Ｔを規定すればよく、よって、次式（数６）のようになる。
【００１４】
【数６】
2004071046.tif 000006
【００１５】
一方、２層ディスクの面間隔を狭くした場合は、
▲１▼　ある情報記録面に集光スポットを照射させて情報を記録再生する際に、他の情報記録面ではデフォーカス状態となるが、このデフォーカスした光束による影響が大きくなる（光学クロストーク）。
【００１６】
▲２▼　ある情報記録面に集光スポットを当てるためのフォーカスサーボ動作において、面間隔が狭すぎると隣り合った面でのフォーカスエラー信号が重なり、２面の分離が困難になり、所望する情報記録面に集光スポットを当てることが難しくなる（フォーカス信号クロストーク）。
【００１７】
▲３▼　情報を記録する際の集光スポットの熱が、他の情報記録面へ伝わって影響を及ぼす（熱クロストーク）。
などの問題が生じてくるため、面間隔の下限も設定する必要がある。
【００１８】
特開平８−９６４０６号公報に記載された発明では、前記▲２▼の理由などから、この下限値を１０μｍと規定している。
【００１９】
ここで光ディスクの高密度化により、対物レンズの開口数を大きくしたり、より短い波長を用いたりした場合には、（数４）の式により、許容できる厚さ誤差ｔが小さくなる。例えば、ＮＡを０．８５、λを４０５ｎｍ、光透過層の屈折率を１．６２、許容波面収差Ｗを０．０３５λとした場合には、ｔ＝７．６μｍとなり、必要な面間隔Ｔは、（数６）の式からＴ＜１５．２μｍとなる。
【００２０】
しかしながら、一般的な光ディスクの製造方法では、個体間あるいはロット間などのバラツキを含めて光透過層厚を±７．６μｍ以内に収めるのは非常に困難である。また、このようなＮＡ：０．８５，λ：４０５ｎｍのシステムでは、前記▲１▼〜▲３▼の理由により面間隔Ｔは、最低でも２０μｍ程度が必要であり、（数６）の式が成立しなくなってしまう。
【００２１】
よって、前記ＮＡ：０．８５，λ：４０５ｎｍとしたシステムでは、情報記録面での球面収差が許容値以下になるように、球面収差を補正するような手段が別に必要になる。
【００２２】
さらに、厚さ誤差は光ディスクの面内及び周内変動があるため、ディスク回転中も常に球面収差の補正動作が必要になる。そのため、球面収差補正手段は数１００〜１ｋＨｚ程度の高速応答性が求められ、球面収差補正機構に多大なコストがかかることになる。
【００２３】
また、補正量を制御するため、発生している球面収差量を常時検出する球面収差検出手段、および検出された球面収差量に応じて球面収差補正手段を制御するための球面収差補正制御手段を光ピックアップに備える必要があり、光ピックアップ装置の構成が大がかりになり、装置全体が非常に大型化し、大幅なコスト増に繋がってしまう。
【００２４】
球面収差検出を行う光ピックアップ装置の例としては、特開２００１−３５１２５４号公報に記載されている構成のものを例示することができる。
【００２５】
本発明は、前記従来の技術に鑑みてなされたものであり、光源波長を短くして記録密度を高くした多層ディスク、および球面収差検出手段が必要なく前記多層ディスクへの記録再生が可能で、しかも球面収差補正手段に高速応答性を必要とせず、また部品数，組付工数が少なく、低コストで生産可能な光ピックアップ装置、ならびにその光ピックアップ装置を用いた光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、Ｎ（Ｎは整数）層の複数の情報記録面が積層されている多層ディスクにおいて、光束入射側に最も近い情報記録面と最も遠い情報記録面との最大面間隔をＴｍａｘ、光束入射側表面から各情報記録面までの光透過層厚の誤差をΔｔ、ディスクの光透過層の屈折率をｎ、情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置における光源波長をλ、光ピックアップ装置における対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、前記（数１）の条件式を満足することを特徴とし、この構成によって、光透過層の許容できる厚さ誤差範囲よりも最大面間隔を広げているため、記録／再生を行う光ピックアップ装置側に球面収差補正手段を備えるのみでよくなり、相対的に対物レンズの開口数を大きく、あるいは光源波長を短くすることが可能となり、ひいては光ディスクの記録密度を高めることが可能になる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多層ディスクに対して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置であって、Ｎ層の多層ディスクにおける記録／再生を行うべき情報記録面を選択する情報記録面選択手段と、情報記録面に応じて多層ディスクに対して入射する光束における球面収差の状態をＮ段階に変化させる球面収差補正手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、多層ディスクにおいて光透過層の厚さ誤差幅が、光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲よりも狭いため、球面収差補正手段の補正を各情報記録面に合わせたＮ段階に行うのみで、球面収差による影響を許容値以下にすることができ、また、Ｎ段階の補正のみ行えばよいため、球面収差補正手段を連続的に変化させる必要がなく、球面収差補正手段を簡便な構成にすることが可能となり、不要なコスト増を抑えることが可能となる。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段の補正量をＮ＋１段階に変化させる球面収差補正手段を備え、１層の情報記録面を有する単層ディスクに対する記録／再生を可能にしたことを特徴とし、この構成によって、多層ディスクに加えて単層ディスクも簡便に記録／再生可能になる。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段を、光ピックアップ光路中に光軸が合わせて設置され、かつ光軸に沿って互いの間隔を変化させることが可能で、かつ少なくとも一対の正の屈折パワーを有する集光素子と負の屈折パワーを有する集光素子としたことを特徴とし、この構成によって、球面収差補正手段として、最低限凸凹からなる２枚の球面レンズの組み合わせという非常に単純な構成で実現することが可能になり、光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項２または３記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段を、同心円上に複数の領域に分割された電極パターンを有する液晶素子としたことを特徴とし、この構成によって、球面収差補正手段として、液晶素子を用いているため、液晶素子に印加する電圧の変化のみで球面収差を補正することができるため、素子を移動させるというような機械的可動部が必要ないため、非常に軽量に、かつ信頼性が高い光ピックアップ装置を実現することが可能になる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、請求項２または３記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段を、光源あるいは該光源に対して設けられたカップリングレンズを光軸に沿って移動する構成のものとしたことを特徴とし、この構成によって、球面収差補正手段として、コリメートレンズもしくは光源を光軸方向に移動させるのみで球面収差を補正することができ、球面収差補正手段のために光学素子を別途備える必要がなくなり、光ピックアップ装置を、非常に低コストかつ軽量に実現することが可能となる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、請求項２記載の光ピックアップ装置において、情報記録面選択手段を、フォーカスエラー信号に基づいて、記録／再生を行う情報記録面を選択する構成にしたことを特徴とし、この構成によって、光ピックアップ装置では必ず検出が必要とされるフォーカスエラー信号のＳ字カーブをカウントするのみで、所望する記録面を選択することが可能であり、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくなり、光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、請求項２記載の光ピックアップ装置において、情報記録面選択手段を、ＲＦ信号の強度変化に基づいて、記録／再生を行う情報記録面を選択する構成にしたことを特徴とし、この構成によって、光ピックアップ装置では必ず検出されるＲＦ信号の極大点をカウントするのみで、所望する記録面を選択することが可能であり、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくなり、光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、請求項２〜８いずれか１項記載の光ピックアップ装置において、多層ディスクの情報記録面が２層であり、２層の面間隔をＴ、情報の記録／再生を行うための光源波長をλ、対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、前記（数２）の条件式を満足することを特徴とし、この構成によって、開口数ＮＡをＤＶＤ相当のままにし、波長をＤＶＤよりも短波長にすることにより、光ディスクの光透過層厚の許容製造誤差、および対物レンズ製造精度が厳しくならず、コマ収差の増加を抑えた、ＤＶＤよりも記録密度を高めた光ピックアップ装置が実現する。
【００３５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の多層ディスクに対して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置を搭載した光学的情報記録／再生装置であって、前記光ピックアップ装置として請求項２〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、前記請求項２〜９に記載の発明が奏する効果を得ることができる光学的情報記録／再生装置を提供することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１，図２は本発明の多層ディスクに係る実施形態の構成の説明図であり、本実施形態の多層ディスク１は、基板上にＮ（Ｎは整数）層の情報記録面（第１層３〜第Ｎ層４）が積層されているものであって、その多層ディスク１における入射側表面２に対して最も近い情報記録面３と最も遠い記録面４との最大面間隔Ｔｍａｘが、対物レンズ６を含む光ピックアップ装置（図示せず）が許容することができる光透過層厚の誤差範囲ｔａよりも広く、かつ、図２に示すように、任意の情報記録面７における光透過層厚さ誤差幅Δｔが、前記光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭くなっている。
【００３８】
前述のように記録密度を高めるには、対物レンズ６の開口数ＮＡを高くするか、光源の波長λを短波長にする方法がある。しかしながら、従来の多層ディスクでは、光透過層８の厚さ誤差により生じる球面収差の量が、ある一定許容値内に収まるように多層ディスクにおける情報記録面間隔Ｔの上限が前記（数６）のように規定され、次式（数７）のように定められている。
【００３９】
【数７】
2004071046.tif 000007
【００４０】
ここで記録密度を高めるには開口数ＮＡを高く、光源波長λを小さくすればよいが、それにより面間隔Ｔを小さくしなければならない。しかし、情報記録面間隔Ｔはいくらでも小さくできる訳ではなく、従来技術の問題点にて例示した前記▲１▼〜▲３▼の事由により、ある間隔以上にする必要がある。
【００４１】
そこで本実施形態では、光ピックアップ装置に球面収差補正手段を備えることによって（数７）の式による制限をなくし、図１に示すように、多層ディスク１の入射側表面２に最も近い情報記録面３と最も遠い記録面４との最大面間隔Ｔｍａｘが、対物レンズ６を含む光ピックアップ装置が許容できる光透過層厚さ誤差範囲（幅）Δｔよりも広くすることにより、対物レンズ６の開口数ＮＡを高くするか、あるいは光源波長λを短波長化することを可能とした。関係式としては次式（数８）のようになる。
【００４２】
【数８】
2004071046.tif 000008
【００４３】
一方、開口数ＮＡを高くし過ぎるか、または光源波長λを短くし過ぎると、許容できる厚さ誤差範囲ｔａがディスクにおける製造誤差範囲よりも狭くなってしまう。その場合、従来技術の問題点で記述したように、高速応答性のある球面収差検出および球面収差補正手段が必要となり、光ピックアップの大型化、および大幅なコスト増を招くことになってしまう。
【００４４】
よって、図２に示すように、ディスクの面内／周内変動、あるいはディスクの個体差ロット間誤差における情報記録面７における光透過層の厚さ誤差幅Δｔよりも、光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲ｔａを広くすることにより、光ピックアップ装置に球面収差検出手段を不要とし、球面収差補正手段の高速応答対応も不要にすることが可能となる。関係式としては次式（数９）となる。
【００４５】
【数９】
2004071046.tif 000009
【００４６】
よって、本実施形態の多層ディスクは、前記（数８），（数９）の式より次式（数１０）の関係式を満足するものとなる。
【００４７】
【数１０】
2004071046.tif 000010
【００４８】
以上のように、本実施形態の多層ディスクによれば、次のような作用効果が得られる。
【００４９】
すなわち、許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも最大面間隔Ｔｍａｘを広げているため、記録／再生を行う光ピックアップ装置に球面収差補正手段を備えるのみで、相対的に対物レンズの開口数ＮＡを大きく、あるいは光源波長λを短くすることが可能であり、ひいては、光ディスクの記録密度を高めることが可能になる。
【００５０】
光透過層の厚さ誤差幅Δｔが、許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭いため、光ピックアップ装置による、ある任意の情報記録面における記録／再生時には、別途、球面収差補正手段による球面収差補正を行う必要がなく、光透過層厚さの誤差により生じる球面収差を検出する必要もない。
【００５１】
そのため、記録／再生を行う光ピックアップ装置に球面収差検出を行うための球面収差検出手段が必要なく、部品点数の増加，組付工数増加などのコスト増を抑えることができる。
【００５２】
また、ある任意の情報記録面での記録／再生時には、球面収差検出手段による球面収差検出を行い、その検出に基づいて、別途、球面収差補正手段による球面収差補正をするといった非常に煩雑な処理を行う必要がなく、光ピックアップ装置における制御手段のコスト増を抑えることが可能となる。
【００５３】
また、ディスクの光透過層厚の面内／周内変動による球面収差変化を補正する必要がないため、球面収差補正手段の応答性を高速にすることが不要となり、球面収差補正手段にかかるコスト増を抑えることができる。
【００５４】
図３は本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態１の構成の説明図であり、前記構成の多層ディスクを用いて情報の記録／再生を行うための光ピックアップ装置であって、実施形態１は、光源および光信号検出系を１つにした一体型受発光素子１０を用いた無限系の光ピックアップ光学系における平行光束中に球面収差補正手段としてのビームエクスパンダ１１と、記録／再生すべき情報記録面を選択する情報記録面選択手段１２を備えた構成である。なお、図中の１３はコリメートレンズ、１４は１／４波長板である。
【００５５】
情報記録面選択手段１２は、記録／再生すべき多層ディスク１の情報記録面に応じて、ビームエクスパンダ１１における対向レンズの面間隔を光軸に沿って変位させることにより、対物レンズ６に入射する球面収差の状態を変化させ、記録／再生すべき情報記録面において生じる球面収差を打ち消すものである。このとき球面収差補正は、Ｎ層の情報記録面に対し、それぞれの光透過層厚さに合わせたＮ段階に補正すればよい。
【００５６】
図４は本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態２の構成の説明図であり、実施形態２は球面収差補正手段として液晶素子１５を備えたものであって、液晶素子１５は印加する電圧により液晶層の屈折率を変化させ、透過する光束の波面を変化させることが可能である。よって、液晶素子１５に同心円状に複数の領域に分割された電極パターンを持たせ、記録／再生すべき情報記録面に応じて情報記録面選択手段１２によって、液晶素子１５の各電極パターンに対して、記録再生すべき情報記録面で生じる球面収差を打ち消す逆の球面収差を発生させる電圧を印加することにより、前述のようにＮ段階の球面収差補正を行うことが可能となる。
【００５７】
なお、球面収差補正手段としては、記録／再生すべきＮ層の情報記録面で生じる球面収差をそれぞれＮ段階に補正することができる手段であれば、前記ビームエクスパンタ１１あるいは液晶素子１５の２つの手段にのみに限定されるものではない。
【００５８】
図３，図４に示す実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。
【００５９】
すなわち、多層ディスクの光透過層厚さ誤差幅Δｔが、光ピックアップ装置の許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭いため、球面収差補正手段の補正を各情報記録面に合わせたＮ段階に行うのみで、球面収差による影響を許容値以下にすることができる。
【００６０】
また、Ｎ段階の補正のみのため、球面収差補正手段を連続的に変化させる必要がなく、よって、球面収差補正手段を簡便な構成にすることが可能となり、不要なコスト増を抑えることが可能となる。
【００６１】
図５は本実施形態の光ピックアップ装置において、多層ディスク１の記録／再生に加えて、単層ディスク１６の記録／再生を行うことを可能にすることの説明図であって、この場合、Ｎ層の多層ディスクに加えて、単層ディスクも排他的に記録／再生が可能なように、Ｎ＋１段階の球面収差補正ができる情報記録面選択手段と球面収差補正手段を備える。このことにより、多層ディスク用のＮ段階の球面収差補正に加えて、単層ディスクの光透過層に合わせたもう１段階の球面収差補正を行うことのみで、多層ディスクに加えて単層ディスクの記録／再生が簡便に実現可能になる。
【００６２】
なお、前記の球面収差補正手段としては、光ピックアップ装置の光路中に光軸を合わせて設けられ、かつ光軸に沿って互いの間隔を変化させることが可能な、少なくとも一対の正の屈折パワー持つ集光素子と負の屈折パワーを持つ集光素子が採用でき、具体的には、図３に示すように、凸レンズと凹レンズを組み合わせた、いわゆるビームエクスパンダ１１であり、一方のレンズを光軸方向に移動して、２つのレンズの間隔を変化させることにより対物レンズ６に入射する光束の球面収差の状態を変化させることが可能である。
【００６３】
さらに、球面収差補正手段として、図６に示すビームエキスパンダ１１´の構成を採用することができる。図６に示すビームエキスパンダ１１´は、図３に示すビームエキスパンダ１１における凸レンズと凹レンズとを、光軸方向においてそれぞれ入れ替えた構成である。このように正と負の屈折パワーを持ったレンズの位置関係は光軸方向おいて限定されるものでない。
【００６４】
なお、図３，図６に示す光学系において、集光素子としてそれぞれ単玉の球面レンズを用いているが、ダブレットなどの複数枚レンズ，非球面レンズ、あるいは回折レンズなど、集光パワー機能を有する光学素子であれば、その種類を問わず使用することが可能である。
【００６５】
このように球面収差補正手段として、図３，図６に示すビームエキスパンダ１１，１１´を使用することによって、最低限凸凹の２枚の球面レンズの組み合わせという非常に単純な構成で球面収差補正手段を実現することが可能であり、本実施形態の光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００６６】
さらに、球面収差補正手段として、既述した図４に示すように、同心円上に複数の領域に分割された電極パターンを持つ液晶素子１５を採用して、光ピックアップ装置の光路中に配設するようにしてもよく、このように、球面収差補正手段として、液晶素子１５を用いることにより、液晶素子１５に印加する電圧の変化のみで球面収差を補正できるため、素子を移動させるというような機械的可動部がないため、非常に軽量で、かつ信頼性が高い光ピックアップ装置が実現する。
【００６７】
図７，図８は本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態３，４の構成の説明図であり、特に球面収差補正手段の他例を示すものであって、基本的には、光ピックアップ装置における光源、あるいは該光源のカップリングレンズを光軸に沿って移動可能とした構成である。
【００６８】
図７に示す実施形態３では、光ピックアップ装置中のコリメートレンズ１３を光軸方向に移動可能とした構成であり、図８に示す実施形態４では、光ピックアップ装置中の光源（本例では光源を含む一体型受発光素子１０）を光軸方向に移動可能とした構成である。両実施形態共に、素子を光軸方向に移動させることで、対物レンズ６に入射する球面収差の状態を変化させることが可能になる。
【００６９】
図７，図８に示す実施形態３，４によれば、次のような作用効果が得られる。
【００７０】
すなわち、球面収差補正手段として、コリメートレンズ１３あるいは光源１０を光軸方向に移動させるのみで球面収差を補正することができ、球面収差補正手段のために、別途、光学素子を備える必要がない。よって、軽量な光ピックアップ装置を低コストで実現することが可能になる。
【００７１】
次に、情報記録面選択手段１２によるフォーカスエラー信号に基づき記録／再生すべき情報記録面を選択する方法について説明する。
【００７２】
すなわち、対物レンズ６により集光スポットを多層ディスク１の情報記録面に合焦させる場合、例えば図５において、一度、対物レンズ６を多層ディスク１から十分遠ざけてから近づけた場合、その焦点は、まず多層ディスク１の入射側表面２を交差し、次に表面に最も近い記録面３に照射され、さらに近づけるとＮ番目の第Ｎ層の記録層４に照射される。
【００７３】
このことを、図９に示すフォーカスエラー信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示すグラフで見ると、フォーカスエラー信号は、まず入射側表面２で１番目のＳ字カーブを示し、表面に最も近い記録面３で２番目のＳ字カーブを示す。そして、第Ｎ層の記録面４でＮ＋１番目のＳ字カーブを示すため、このフォーカスエラー信号のＳ字カーブをカウントすることにより、選択する記録層に焦点を合わせることが可能となる。
【００７４】
よって、情報記録面選択手段１２において、光ピックアップ装置では必ず検出する必要のあるフォーカスエラー信号におけるＳ字カーブをカウントするのみで、所望の記録面を選択することが可能になる。このため、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくる。
【００７５】
さらに、情報記録面選択手段１２によって、ＲＦ信号に基づいて記録／再生すべき情報記録面を選択することも可能である。
【００７６】
すなわち、前記と同様に対物レンズ６による集光スポットを多層ディスク１の情報記録面に合焦させる場合、例えば図５において、一度、対物レンズ６を多層ディスク１から十分遠ざけてから近づけた場合、その焦点は、まず多層ディスク１の入射側表面２を交差し、次に表面に最も近い記録面３に照射され、さらに近づけるとＮ番目の第Ｎ層の記録層４に照射される。
【００７７】
このことを、図１０に示すＲＦ信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示すグラフで見ると、ＲＦ信号は、まず、入射側表面２で１番目の極大点を示し、表面に最も近い記録面３で２番目の極大点を示す。そして、第Ｎ層の記録面４でＮ＋１番目の極大点を示すため、このＲＦ信号の極大点をカウントすることにより、選択する記録層に合わせることが可能となる。
【００７８】
よって、情報記録面選択手段１２において、光ピックアップ装置では必ず検出する必要のあるＲＦ信号の極大点をカウントするのみで所望する記録面を選択することが可能であり、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくなる。
【００７９】
このように、情報記録面選択手段１２によりフォーカスエラー信号あるいはＲＦ信号に基づく記録／再生すべき情報記録面の選択を行うようにすることにより、既述した作用効果を奏する光ピックアップ装置を簡便かつ低コストで実現することが可能となる。
【００８０】
ところで、ＤＶＤよりも光学的記録密度を上げたい場合、対物レンズ６の開口数ＮＡを大きくするか、または光源波長λを短くする必要があるが、開口数ＮＡを大きくする際に、（数４）の式のように波面収差Ｗを一定にした場合には、許容される光透過層厚さ誤差ｔが開口数ＮＡの４乗に反比例して小さくなり、例えばＮＡ０．８５にまで上げると、許容される光透過層厚さ誤差ｔは数μｍ程度と非常に小さくなる。そして、そのような厚さ誤差の小さな光ディスクを製造すること自体が非常に困難であるし、製造可能だとしても非常に高コストなものになってしまう。
【００８１】
また、開口数ＮＡを大きくすると、ディスクの傾きによるコマ収差がＮＡの３乗で大きくなり、対物レンズ６の製造誤差精度が厳しくなって高コストになるなど、記録密度向上のメリットよりもデメリットの方が大きくなってしまう。よって、開口数ＮＡはＤＶＤにおける０．６５前後のままで、光源波長λの短波長化による方法の方が前述のようなデメリットが少なく、ＤＶＤを超える記録密度にするメリットを活かすことができる。
【００８２】
近年では光源である半導体レーザにおいて、ＤＶＤの光源波長６５０ｎｍよりも短い、４０５ｎｍ前後の波長の青色半導体レーザの開発が盛んに行われ、既に量産化も行われており、ＤＶＤからの短波長化では、この青色半導体レーザを利用することが記録密度の向上、あるいはコストの面から望ましい。
【００８３】
さらに、０．６＜ＮＡ＜０．７、３９５＜λ＜４１５（ｎｍ）の条件における２層の面間隔Ｔの最適範囲は、前述した従来技術の問題点▲１▼〜▲３▼より２５μｍ以上で、さらに（数６）の式より７５μｍ以下が望ましい範囲である。
【００８４】
以上のことから、ＤＶＤを超える２層ディスクの記録密度向上に当たっての最適条件は（数１１）に示す通りである。
【００８５】
【数１１】
０．６＜ＮＡ＜０．７
３９５（ｎｍ）＜λ＜４１５（ｎｍ）
２５（μｍ）＜Ｔ＜７５（μｍ）
このようにすることにより、開口数ＮＡを従来のＤＶＤ相当のままで、光源波長λをＤＶＤよりも短波長にすることにより、光ディスクの光透過層厚の許容製造誤差および対物レンズ製造精度が厳しくならずに、コマ収差の増加を抑えることができ、ＤＶＤよりも記録密度を高めた光ピックアップ装置が実現する。
【００８６】
図１１は前記各実施形態の光ピックアップ装置を搭載した本発明に係る光学的情報記録／再生装置の実施形態における概略構成を一部を透視して示す斜視図である。
【００８７】
図１１において、多層ディスク１は保護ケース２０内に収納されており、光学的情報記録／再生装置の装置本体２１には、保護ケース２０が出し入れされる開口部２２と、多層ディスク１を回転駆動するスピンドルモータ２３と、前記各実施形態のいずれかの構成である光ピックアップ装置２４と、光ピックアップ装置２４をシーク方向へ移動させるキャリッジ機構２５などが設けられている。
【００８８】
本実施形態において、装置本体２１内に保護ケース２０と共に挿入されてローディング状態になっている多層ディスク１は、公知のように、スピンドルモータ２３によって回転駆動され、多層ディスク１の径方向にキャリッジ機構２５によって駆動される光ピックアップ装置２４により、光学的に情報の記録／再生が行われる。
【００８９】
そして、本実施形態の光学的情報記録／再生装置においても、前記各実施形態にて説明した光ピックアップ装置における作用効果を得ることができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る多層ディスクによれば、光透過層の許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも最大面間隔Ｔｍａｘを広げているため、記録／再生を行う光ピックアップ装置側に球面収差補正手段を備えるのみでよくなり、相対的に対物レンズの開口数を大きく、あるいは光源波長を短くすることが可能となり、ひいては光ディスクの記録密度を高めることが可能になる。
【００９１】
また、本発明に係る光ピックアップ装置，その光ピックアップ装置を搭載する光学的情報記録／再生装置によれば、本発明に係る多層ディスクを用いることによって、多層ディスクにおいて光透過層の厚さ誤差幅Δｔが、光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭いため、球面収差補正手段の補正を各情報記録面に合わせたＮ段階に行うのみで、球面収差による影響を許容値以下にすることができ、このように、Ｎ段階の補正のみ行えばよくなることから、球面収差補正手段を連続的に変化させる必要がなく、球面収差補正手段を簡便な構成にすることが可能となり、不要なコスト増を抑えることが可能になる等の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層ディスクに係る実施形態の構成の説明図
【図２】本発明の多層ディスクに係る実施形態の構成における光透過層厚さ誤差幅の説明図
【図３】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態１の構成の説明図
【図４】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態２の構成の説明図
【図５】本発明の光ピックアップ装置において単層ディスクに対して記録／再生を可能にすることの説明図
【図６】本実施形態における球面収差補正手段としてのビームエキスパンダの構成を示す図
【図７】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態３の構成の説明図
【図８】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態４の構成の説明図
【図９】本実施形態における記録／再生すべき情報記録面の選択方法を説明するためのフォーカスエラー信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示す図
【図１０】本実施形態における記録／再生すべき情報記録面の選択方法を説明するためのＲＦ信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示す図
【図１１】本発明に係る光学的情報記録／再生装置の実施形態の概略構成を一部透視した状態で示す斜視図
【符号の説明】
１　多層ディスク
２　入射側表面
３　表面に最も近い記録面
４　表面に最も遠い記録面
６　対物レンズ
７　情報記録面
８　光透過層厚さ
ｔ　許容できる厚さ誤差範囲
Ｔｍａｘ　　最大面間隔
Δｔ　光透過層厚さ誤差幅
１０　一体型受発光素子
１１，１１´　ビームエクスパンダ
１２　情報記録面選択手段
１３　コリメートレンズ
１４　１／４波長板
１５　液晶素子
１６　単層ディスク
１７　単層ディスクの記録面
２１　装置本体
２３　スピンドルモータ
２４　光ピックアップ装置
２５　キャリッジ機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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