(57)【要約】【課題】小型化と良好なティルト特性の両立が可能な光学ヘッドおよび光記録媒体再生装置を提供する。【解決手段】光学ヘッドが、凸型非球面形状の第１の面と、略平面形状の第２の面とを有し、開口数が１より小さい集光対物レンズと、凸型非球面形状の第３の面と、前記集光対物レンズを通過した光が集光する略平面形状の第４の面とを有し、屈折率が１より大きい固体イマージョンレンズと、を具備する。第１、３の面が非球面であるため、光記録媒体の面に対して光学ヘッドが傾いている（ティルトがある）場合にも集光性能を低下し難くすることができる。また、第２、４の面が平面であることから、ドライエッチング、ウエットエッチングのような微細加工技術の適用が容易になる。以上のように、ティルト特性の向上と微細加工の容易性とを両立することで、小型かつティルト特性の良好なレンズの作成が容易に行えるようになる。【選択図】　　図３
2004079050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が入射する凸型非球面形状の第１の面と、略平面形状の第２の面とを有し、開口数が１より小さい集光対物レンズと、
前記第２の面に対向する凸型非球面形状の第３の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第４の面とを有し、屈折率が１より大きい固体イマージョンレンズと、
を具備することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記光学ヘッドが、前記光記録媒体との相対的な運動によって生じる空気の流れによって該光記録媒体から浮上する浮上型光学ヘッドである
ことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記光学ヘッドからの集束光の前記光記録媒体の厚み方向における集束位置を調節する集束位置調節手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記集束位置調節手段が、屈折率可変素子を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記集束位置調節手段が、楔型プリズムを含む
ことを特徴とする請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記光学ヘッドが、該光学ヘッドの収差を補正する収差補正手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項７】
光を発する光源と、
前記光源からの光が入射する凸型非球面形状の第１の面と、略平面形状の第２の面とを有し、開口数が１より小さい集光対物レンズと、前記第２の面に対向する凸型非球面形状の第３の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第４の面とを有し、屈折率が１より大きい固体イマージョンレンズと、を備える光学ヘッドと、
前記光学ヘッドによって集束された光に対応して前記光記録媒体から戻ってきた戻り光を集束する光学部材と、
前記光学部材が集束した光を受光する受光部と、
を具備することを特徴とする光記録媒体再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に記録された情報を再生する光学ヘッド、および光記録媒体再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）等の光記録媒体に記録された情報を光学的手段で読み出す（再生する）光記録媒体再生装置（光ディスクシステム）が用いられている。光記録媒体の記録層に光を照射して、記録層から反射された光の強度等を検知することで、光記録媒体からの情報の読み取り（必要に応じて書き込み等も）を行う。
ここで、近年、近接場光を用いて光記録媒体からの情報の読み出し、書き込みを行う方式の光学ヘッドが注目を集めてきている。この方式の光学ヘッドでは、開口数ＮＡが１より小さい光源側の対物レンズと開口数ＮＡが１より大きな光記録媒体側の固体イマージョンレンズ（ＳＩＬ：Ｓｏｌｉｄ　Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ　Ｌｅｎｓ）とを組み合わせた集光光学系を用いる。
固体イマージョンレンズの底面と光記録媒体の表面を１００ｎｍ以下程度に近接させ、エバネセント光で光学的に結合（エバネッセントカップリング）することで、集光光学系全体として１を超える開口数ＮＡを実現できる。高い開口数ＮＡを有するため光ビームの焦点（スポットサイズ）を絞ることが可能となり、高記録密度での読み書きが実現可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、固体イマージョンレンズの底面と光記録媒体の表面とを近接した状態に保つ手法として、光学ヘッドをハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等で用いられているような浮上型にすることが考えられる。このためには、対物レンズおよび固体イマージョンレンズの小型化を図る必要がある。このような小型のレンズを作製するには、例えば一般的なモールド技術では困難であり、ドライエッチングあるいはウエットエッチングのような微細加工技術を用いることが考えられる。
この一方、ドライエッチングあるいはウエットエッチングを適用するには、レンズの一方の面が平面な平凸レンズであることが望ましい。
しかしながら、レンズが平凸形状であると、光記録媒体に入射する入射光に傾き（ティルト）があった場合にレンズの集光性の低下が大きくなる畏れがある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、小型化と良好なティルト特性の両立が可能な光学ヘッドおよび光記録媒体再生装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
Ａ．上記目的を達成するために本発明に係る光学ヘッドは、光源からの光が入射する凸型非球面形状の第１の面と、略平面形状の第２の面とを有し、開口数が１より小さい集光対物レンズと、前記第２の面に対向する凸型非球面形状の第３の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第４の面とを有し、屈折率が１より大きい固体イマージョンレンズと、を具備することを特徴とする。
集光対物レンズおよび固体イマージョンレンズの一方の面（第１、３の面）が非球面であるため、光記録媒体の面に対して光学ヘッドが傾いている（ティルトがある）場合にも集光性能を低下し難くすることができる。
また、集光対物レンズおよび固体イマージョンレンズの他方の面（第２、４の面）が平面であることから、ドライエッチング、ウエットエッチングのような微細加工技術の適用が容易になる。即ち、光学材料の一面をエッチングすることで、レンズを形成できる。このとき、エッチングされた側の面が非球面で、エッチングされていない側の面が平面となる。
以上のように、ティルト特性の向上と微細加工の容易性とを両立することで、小型かつティルト特性の良好なレンズの作成が容易に行えるようになる。
なお、この光学ヘッド全体としての開口数は、集光対物レンズの開口数と固体イマージョンレンズの屈折率の積で定まる。即ち、固体イマージョンレンズはその屈折率により光学ヘッド全体としての開口数の向上を図るものであり、それ自体の開口数を問題とする必要はない。
【０００５】
（１）前記光学ヘッドが、前記光記録媒体との相対的な運動によって生じる空気の流れによって該光記録媒体から浮上する浮上型光学ヘッドであってもよい。
浮上型光学ヘッドを用いることで、光学ヘッドが光記録媒体を走査した場合でも、安定した読み取りが可能となる。
なお、「相対的」とは光記録媒体、光学ヘッドのいずれかまたは双方を移動すればよいことを意味する。
【０００６】
（２）前記光学ヘッドが、前記光学ヘッドからの集束光の前記光記録媒体の厚み方向における集束位置を調節する集束位置調節手段をさらに具備してもよい。光記録媒体の適切な深さ（位置）に光を集束することが容易になる。
前記集束位置調節手段は、例えば、屈折率可変素子、楔型プリズムのいずれかを用いて構成できる。
【０００７】
（３）前記光学ヘッドが、該光学ヘッドの収差を補正する収差補正手段をさらに具備してもよい。光記録媒体への光の集束性が向上する。
前記集束位置調節手段は、例えば、小型の液晶素子を用いて構成できる。
【０００８】
Ｂ．本発明に係る光記録媒体再生装置は、光を発する光源と、前記光源からの光が入射する凸型非球面形状の第１の面と、略平面形状の第２の面とを有し、開口数が１より小さい集光対物レンズと、前記第２の面に対向する凸型非球面形状の第３の面と、光記録媒体に対向し、かつ前記集光対物レンズを通過した前記光源からの光が集光する略平面形状の第４の面とを有し、屈折率が１より大きい固体イマージョンレンズと、を備える光学ヘッドと、前記光学ヘッドによって集束された光に対応して前記光記録媒体から戻ってきた戻り光を集束する光学部材と、前記光学部材が集束した光を受光する受光部と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
集光対物レンズと固体イマージョンレンズの一方の面（第１、３の面）が非球面で、他方の面（第２、４の面）が平面のため、それぞれのレンズの２つの面の光軸合わせの必要がなく、かつ集光系全体として見た場合のティルト特性の向上と微細加工の容易性とを両立することが可能となる。即ち、小型かつティルト特性の良好なレンズを用いた光記録媒体再生装置の提供が可能となる。
なお、「戻り光」は、光記録媒体において、透過、反射、または発生した光のいずれかを含んでもよい。即ち、記録層からの情報の読み取りに記録層からの透過光、反射光、発生光のいずれを用いることもできる。
ここで、光記録媒体は光記録媒体再生装置自体に内蔵されてもよいし、光記録媒体再生装置に備えられたステージに着脱自在に設置されてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態では、光記録媒体１０からの情報の読み出しに浮上型光学ヘッド８０を用いた光記録媒体再生装置１００を示す。
Ａ．光記録媒体１０の構成の詳細
まず、光記録媒体１０の構成につき説明する。
光記録媒体１０は、リードオンリー（読み出しのみ）、ライトワンス（ｗｒｉｔｅ−ｏｎｃｅ：追記型）、リライタブル（再書き込み可能）のいずれのタイプでもよい。即ち、光記録媒体再生装置１００は、場合により光記録媒体１０からの読み出し、書き込み、再書き込みのいずれを行っても差し支えない。
光記録媒体１０には、トラッキングをどのように行うかによって、複数のバリエーションが有り得る。図１（Ａ）、（Ｂ）は、光記録媒体１０の構成例に係る光記録媒体１０Ａ、１０Ｂをそれぞれ拡大して表した断面図である。
【００１１】
光記録媒体１０Ａは、複数の記録層１１Ａ、および最下層のグルーブ層１２Ａを有する。光記録媒体１０Ａの記録層１１Ａには、光学的に読み出し可能な形で情報が記録される。記録層１１Ａには反射型の記録ピット（または記録マーク）が記録される。この記録ピットは、場合に応じて透過型を用いることも可能である。記録ピットに光が入射することで、光の反射、あるいは透過が生じ、この反射光あるいは透過光の強度等から情報を読み取ることができる。
【００１２】
記録ピットから入射光の波長とは異なる光（例えば、蛍光）を発生させ、この発生光を用いて情報を読み取ることも可能である。この発生光は可干渉性のコヒーレント光、非干渉性のインコヒーレント光のいずれでも差し支えない。
通常の蛍光はインコヒーレント光なので、記録層１１に蛍光物質を点在させこれを記録ピットとすることで、記録層１１から記録した情報に対応してインコヒーレント光を発生させることができる。
【００１３】
グルーブ層１２Ａは、記録層１１に記録された情報を読み出す際のトラッキングを行う基準となる案内溝（グルーブ：ｇｒｏｏｖｅ）あるいはそれに準じる構造が形成された層である。このグルーブからの光の反射、透過、発生のいずれかを用いてトラッキングを行うことができる。
【００１４】
一方、光記録媒体１０Ｂは複数の記録層１１Ｂを有するが、光記録媒体１０Ａと異なりグルーブ層を有しない。その代わりに記録層１１Ｂそれぞれにトラッキングを行う基準となる案内溝（グルーブ：ｇｒｏｏｖｅ）あるいはそれに準じる構造が形成されている。
光記録媒体１０には、光記録媒体１０Ａ、１０Ｂのいずれを用いても差し支えない。
【００１５】
Ｂ．浮上型光学ヘッド８０の構成の詳細
次に、浮上型光学ヘッド８０につき説明する。
図２は、浮上型光学ヘッド８０の構成例を表す模式図である。
浮上型光学ヘッド８０は、近接場光学を利用して光記録媒体１０に対する信号の記録及び／又は再生を行うものであり、本図に示すように、スライダー部材８１と、２群レンズ８２，サスペンション８３、焦点調節機構８４とを備えている。
なお、収差補正素子１２６は、浮上型光学ヘッド８０に入射する光の光路中に備えられているが、これを小型化して浮上型光学ヘッド８０内に設置することも可能である。
浮上型光学ヘッド８０は光記録媒体１０に光を集光する集光光学系であり、光記録媒体再生装置１００の光学系と平行光を通じて接続されている。
【００１６】
スライダー部材８１は、ハードディスク装置等で用いられるヘッドスライダーと同様に、サスペンション８３によって光記録媒体１０と相対向するように支持される。これにより、光記録媒体１０に対する信号の書き込みや読み出しの際、光記録媒体１０の回転等により光記録媒体１０との間に生じる空気流を受けて、光記録媒体１０上を５０〜１００ｎｍ程度の浮上量（距離ｄ）で浮上しながら走行することができる。
スライダー部材８１には、所定の箇所にその厚み方向に貫通する貫通孔８１ａが設けられている。この貫通孔８１ａには、２群レンズ８２が配置されている。
【００１７】
２群レンズ８２は、対物レンズ８５および固体イマージョンレンズ（ＳＩＬ：Ｓｏｌｉｄ　Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ　Ｌｅｎｓ）８６から構成され、１以上の開口数ＮＡを実現することができる。
対物レンズ８５は、片面が非球面の凸面である第１の面８５ａと、他方の面が略平面とされた第２の面８５ｂとを有し、光源側のレンズである。
固体イマージョンレンズ８６は、対物レンズ８５に対向される面が非球面の凸面とされた第３の面８６ａと、他方の面が略平面とされた第４の面８６ｂとを有し、光記録媒体１０に対向される側のレンズである。
対物レンズ８５と固体イマージョンレンズ８６は、その形状から、微細加工技術を用いた小型化が可能であり、かつ光軸に対して傾いた（ティルトがある）場合に収差の増大を抑えることが可能である。なお、この詳細は後述する。
【００１８】
固体イマージョンレンズ８６は、第４の面８６ｂと光記録媒体１０とを近接させることで、第４の面８６ｂと光記録媒体１０での近接場光学によるエバネッセンス光の滲み出しを利用している。固体イマージョンレンズ８６の第４の面８６ｂと光ディスクとの間の距離ｄを１００ｎｍ程度以下とすることで、１以上の開口数ＮＡを実現して光記録媒体１０の高分解能での読み出し等を可能とする。
【００１９】
第４の面８６ｂと光記録媒体１０との間を近接させると、第４の面８６ｂと光記録媒体１０との間での光の流入、流出がエバネセント光の滲み出しにより行われるようになる。この結果、第４の面８６ｂと光記録媒体１０との間の空気層の屈折率がこの空気層を通過する光に影響を及ぼさないようになり、光を通過させる媒質は実質的に固体イマージョンレンズ８６のみとになる。
開口数ＮＡは媒質の屈折率ｎに比例し、かつ空気層の屈折率（ｎ０＝１）よりも固体イマージョンレンズ８６の屈折率ｎが大きいことから、開口数ＮＡを大きくすることができる。
【００２０】
サスペンション８３は、それ自体の弾性またはスライダー部材８１との間に弾性を有するサスペンションスプリングを設けることで、スライダー部材８１の浮上量を適宜に保つことができる。
焦点調節機構８４は、例えば電圧等の印加によって屈折率が変化する屈折率可変素子を用いることができる。屈折率可変素子は、液晶素子などを用いて構成できる。屈折率を変化することで、光路長が変化して焦点の位置を各記録層１１に移動させることができる。この結果、光が集光する記録層１１を適宜に選択することができる。
また、フォーカスエラー信号に基づいて、焦点の位置を制御することで、記録層１１それぞれに対して最適な位置に焦点を合わせることが可能となる。
【００２１】
（対物レンズレンズ８５および固体イマージョンレンズ８６の詳細）
図３は、本発明に係る対物レンズ８５，固体イマージョンレンズ８６の構成例である対物レンズＯＬ、固体イマージョンレンズＳＩＬを表す側面図である。
既述のように、対物レンズＯＬは上面（Ｓ１）が非球面、下面（Ｓ２）が平面の凸平形状である。一方、固体イマージョンレンズＳＩＬは、上面が非球面（中心付近の領域：Ｓ３）と平面（非球面の領域の周辺領域）の組み合わせ形状で、下面が平面の凸平形状である。但し、固体イマージョンレンズＳＩＬの上面のうち平面の領域には光が通ることを予定していないので、光学特性には実質的な影響はない。
【００２２】
具体的には対物レンズＯＬは、構成材料がＧａＰ、開口数ＮＡが０．８、直径Ｄ１が、０．５ｍｍ、中心厚Ｔ１が０．３ｍｍの凸平形状である。固体イマージョンレンズＳＩＬは、構成材料がＧａＰ（屈折率ｎ＝３．２９（波長λ：６５０ｎｍのとき））、直径Ｄ２が、０．５ｍｍ、中心厚Ｔ２（非球面部分の厚さ）が０．１ｍｍである。
対物レンズＯＬと固体イマージョンレンズＳＩＬは、対物レンズＯＬの上面と固体イマージョンレンズＳＩＬの下面との距離Ｌが０．４４７ｍｍになるように配置され、全体として実効的な開口数ＮＡが２．６、有効径Ｄ０が０．３７６ｍｍ（波長６５０±１０ｎｍのとき）の集光系を実現している。
【００２３】
図４は、対物レンズ８５，固体イマージョンレンズ８６の比較構成例である対物レンズＯＬ０、固体イマージョンレンズＳＩＬ０を表す側面図である。
対物レンズＯＬ０は、上面（Ｓ１）および下面面（Ｓ２）がいずれも非球面の両凸形状である。固体イマージョンレンズＳＩＬ０は、上面（Ｓ３）が球面で、下面（Ｓ４）が平面の凸平形状である。
【００２４】
具体的には対物レンズＯＬ０は、構成材料がＮｂＦＤ８２のガラス、開口数ＮＡが０．６、直径Ｄ１が、１．４ｍｍ、中心厚Ｔ１が０．７５ｍｍの凸平形状である。固体イマージョンレンズＳＩＬは、構成材料がＮｂＦＤ８２のガラス（屈折率ｎ＝１．８（波長λ：６５０ｎｍのとき））、開口数ＮＡが１．１、直径Ｄ２が、０．５ｍｍ、中心厚Ｔ２が０．２５ｍｍである。
対物レンズＯＬ０と固体イマージョンレンズＳＩＬ０は、対物レンズＯＬ０の上面と固体イマージョンレンズＳＩＬ０の下面との距離Ｌが１．０６５ｍｍになるように配置され、全体として実効的な開口数ＮＡが１．１、有効径Ｄ０が０．９ｍｍ（波長６５０±１０ｎｍのとき）の集光系を実現している。
【００２５】
以上のように、図３の実施例と図４の比較例とは、対物レンズＯＬ１、ＯＬ０がそれぞれ凸平、両凸である点、および固体イマージョンレンズＳＩＬ、ＳＩＬ０の上面がそれぞれ非球面、球面である点が相違する。なお、図４の比較例は、モールドにより製作することを考慮して、図３の場合よりサイズを大きくしている。
【００２６】
図５は、図３の実施例と比較例１，２のティルト特性を対比して表すグラフである。
図５のグラフの横軸が、対物レンズＯＬおよび固体イマージョンレンズＳＩＬの軸に対する光の入射角（ティルト角）を表し、縦軸が収差の量を表す。
実線が図３の実施例（対物レンズが凸平、固体イマージョンレンズの上面が非球面、実効開口数ＮＡ：２．６）に、点線は比較例１（対物レンズが凸平形状、固体イマージョンレンズの上面が球面の例で、実効開口数ＮＡ：２．６）に対応する。また、一点鎖線が比較例２（図４に示した対物レンズが両凸、固体イマージョンレンズの上面が球面の例で、実効開口数ＮＡ：１．１）に対応する。
【００２７】
比較例１は、固体イマージョンレンズの上面を球面としている点が実施例と異なる。ＳＩＬの上面が非球面か球面のいずれであるかの相違がティルト特性に与える影響を明確にするためである。
比較例２は、既述のように、固体イマージョンレンズの上面を球面としている一方で、対物レンズの両面を非球面としている。実施例をティルト特性の良好な例（比較例２）と対比するためである。
【００２８】
図３の実施例の場合では入射角が０°（対物レンズと固体イマージョンレンズの軸に平行に光が入射した場合）から３°程度変化しても、球面収差の量は０．０４λ（λは波長）より小さいのに対して、比較例１の場合では入射角３°で０．３λよりも大きくなっている。
実施例のティルト特性は、比較例２のティルト特性が良好な場合と、勝るとも劣らない程良好であることが判る。
【００２９】
実施例のような小型かつティルト特性が良好なレンズは、微細加工技術により製造することができる。ここで、実施例のレンズは対物レンズの片面が平面であるので、微細加工技術の適用が容易である。
この手法では、光学材料（例えばＧａＰ）の上面をフォトリソグラフィーによってドライエッチングあるいはウェットエッチング加工することで、レンズを製造することができる。例えばグレイスケールマスクを用いて露光量を部分的に変化することで、エッチング量を部分的に調節して、所望の形状（非球面）を得ることができる。このとき、エッチングされなかった光学材料の下面は一般に平面となる。
なお、この手法の具体的内容は、文献（例えば、Ｗ．Ｄａｓｃｈｎｅｒ，Ｐ．Ｌｏｎｇ，　Ｒ．Ｓｔｅｉｎ，　Ｃ．　Ｗｕ，　ａｎｄ　Ｓ．Ｈ．Ｌｅｅ：　”Ｃｏｓｔ−ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍａｓｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｂｙ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ａ　ｇｒａｙ　ｓｃａｌｅ　ｍａｓｋ　ｏｎ　ｈｉｇｈ−ｅｎｅｒｇｙ　ｂｅａｍ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｇｌａｓｓ”，　Ａｐｐｌ．　Ｏｐｔ．　Ｖｏｌ．３６（１９９７）Ｎｏ．２０，ｐ４６７５）等に示されている。
【００３０】
以上の対物レンズＯＬと固体イマージョンレンズＳＩＬの特徴を纏めると以下のようになる。
（１）対物レンズＯＬと固体イマージョンレンズＳＩＬを平凸形状とすることができるので、ドライエッチング、ウェットエッチング（１回のみのエッチングでも可能）等の微細加工技術を用いて、小型のレンズを製作することができる。
【００３１】
（２）対物レンズＯＬおよび固体イマージョンレンズＳＩＬの双方を小型にすることができることから、小型のスライダ（ナノスライダ）を用いて浮上型の光学ヘッドを構成することができる。この光学ヘッドはその固体イマージョンレンズＳＩＬの下面を光記録媒体１０上に近接して（例えば、１００ｎｍ程度以下の間隔で）安定に維持することが可能となる。この結果、近接場光（エバネセント光）を用いた近接場光記録・再生用集光系として光学ヘッドを機能させることが可能となる。
【００３２】
ここで、浮上型光学ヘッド８０全体としての開口数ＮＡは、対物レンズ８５の開口数ＮＡと固体イマージョンレンズ８６の屈折率ｎの積で定まる。この結果、高開口数の対物レンズ８５と高屈折率の固体イマージョンレンズ８６を組み合わせて１以上の開口数ＮＡを実現することができる。固体イマージョンレンズ８６は光記録媒体１０とエバネセント光（いわば光の浸みだし）によって光学的に結合されていることから、それ自体の開口数ＮＡは問題とはならない。
【００３３】
（３）対物レンズＯＬおよび固体イマージョンレンズＳＩＬの双方の上面の形状を適切な非球面係数の組み合わせとすることで、両凸非球面の対物レンズを用いた場合（例えば、比較例２）と同等、またはそれ以上のティルト特性を得ることが可能となる。即ち、入射角度（ティルト角）に対する収差の変動が少ない光学系として、入射角のマージン（余裕）を大きくすることが可能となる。
【００３４】
（浮上型光学ヘッド８０の動作）
対物レンズ８５側から入射した入射光は対物レンズ８５，焦点調節機構８４、固体イマージョンレンズ８６、浮上型光学ヘッド８０と光記録媒体１０との間の空気層（距離ｄ）を介して、光記録媒体１０の記録層１１に入射する。記録層１１で反射された光はこの逆の経路を通って対物レンズ８５から戻り光として出射する。
なお、後述するように記録層１１の移動に拠って生じる収差（主として、球面収差）は収差補正素子１２６によって適宜に補正される。
【００３５】
以上のような焦点位置の調節および収差の補正により、所望の記録層１１への適切な集光、即ち情報の読み出し、書き込み等が可能となる。
また、近接場光学を用いて１以上の開口数ＮＡを実現し、光記録媒体１０への高分解能の読み出し、書き込み、即ち光記録媒体１０の大容量化を図ることが可能となる。
【００３６】
（浮上型光学ヘッド８０の変形例）
焦点調節機構８４は、屈折率可変素子以外の手段によって実現することも可能である。
図６は、１対のウエッジプリズム８７ａ，８７ｂによって焦点調節機構を実現した浮上型光学ヘッド８０Ａの構成を表す模式図である。
ウエッジ（楔型）プリズム８７ａ，８７ｂの楔型の部分が上下に重なり合って、全体として板状部材８７を構成している。ウエッジプリズム８７ａ，８７ｂの相対的位置を調節することで、この板状部材８７の厚みを可変することができる。この厚みの変化はこの板状部材８７中を通過する光の光路長の変化をもたらす。この結果、ウエッジプリズム８７ａ，８７ｂのいずれかまたは双方を動かすことで、焦点位置を調節できる。
【００３７】
焦点調節機構８４を浮上型光学ヘッド８０とは別個に設けることもできる。
図７は、１対のレンズ９１，９２から構成されるアフォーカル光学系９３を用いて焦点位置の調節を行う例を表す模式図である。浮上型光学ヘッド８０Ｂには焦点調節機構が設けられていない。これに代えて、アフォーカル光学系９３を光記録媒体再生装置１００の光学系中に組み込むことで光記録媒体１０への焦点位置の調節を実現している。１対のレンズ９１，９２の距離を可変することで、対物レンズ８５に入射する入射光の角度を微妙に変化させ、焦点位置の調節が可能となる。
【００３８】
浮上型光学ヘッド８０にはミラー等他の光学要素を付加することも可能である。図８は、ミラー８８を有する浮上型光学ヘッド８０Ｃの構成例である。対物レンズ８５の上方にミラー８８が備えられ、対物レンズ８５はミラー８８による反射を介して光記録媒体再生装置１００の光学系との光の入射、出射を行う。
なお、サスペンション８３Ａは、サスペンションスプリングによってスライダー部材８１の片側と接続されている。
【００３９】
図９は，集光レンズ８９、光ファイバ９５を有する浮上型光学ヘッド８０Ｄの構成例である。対物レンズ８５から出射した光はミラー８８，集光レンズ８９を介して光ファイバ９５の一端に送り込まれる。また、光ファイバ９５の一端から出射した光は集光レンズ８９、ミラー８８を介して対物レンズ８５に入射する。即ち、浮上型光学ヘッド８０Ｄは、光ファイバ９５を介して光記録媒体再生装置１００の光学系との光の入出射を行う。
【００４０】
Ｃ．収差補正素子１２６の詳細
収差補正素子１２６は、記録層１１の移動によって生じる収差（主として球面収差）を補正して光記録媒体１０の記録層１１への光の集束効率を向上するための光学素子であり、例えば液晶素子を用いて構成できる。
収差補正素子１２６では、印加する電圧に応じて球面収差の補正量を変化させることができる。このため、浮上型光学ヘッド８０の焦点の位置に対応して、適切に収差を補正することが可能となる。
【００４１】
図１０に収差の計算結果を表したグラフを示す。光記録媒体１０の構成材料をＳｉＯ２として、固体イマージョンレンズ８６の上面８６ａの中心（曲面頂上）から５００μｍ程度下方に中心層（中心の記録層１１）があると仮定して計算を行っている。
図１０（Ａ）が図２，６の場合（焦点位置調節手段を浮上型光学ヘッド８０に組み込んだ場合）、図１０（Ｂ）が図７の場合（焦点位置調節手段を浮上型光学ヘッド８０の外部に設置した場合）に対応している。ここで、グラフの実線、破線がそれぞれ、開口数ＮＡが０．８８、１．０４７のときの計算結果である。
例えば、図１０（Ａ）の開口数ＮＡが０．８８の場合では、５０μｍの移動量で約０．２λ（ｒｍｓ値）の収差の変動が生じている。この０．２λの収差は、市販の球面収差補正液晶素子を用いて補正可能な範囲である。
【００４２】
５０μｍの距離は、記録層１１の間隔（層間隔）を５μｍとすると１０層に相当する。即ち、市販のグラデーション型球面収差補正液晶素子を用いることで１０層程度の記録層１１を有する光記録媒体１０からの読み出し等が可能となる。この結果、光記録媒体１０の記憶容量を単層の場合（開口数ＮＡが１．０４７のとき）の１０倍以上に増大することが可能なことが判る。
層間隔５μｍという設定は、２層構造を有する従来のＤＶＤディスクより小さいが、レーリー散乱を回避するのに充分な値であり（層間隔が小さくなり過ぎるとレーリー散乱が問題になる可能性が生じる）、蛍光検出を再生方式として選ぶ場合に有効となる。
【００４３】
一般の蛍光はインコヒーレントであるので、ピットに対応するように蛍光物質を記録層１１に散在させることで、インコヒーレント光の発生を用いた情報の読み取りを行うことが可能となる。
また、記録層１１への入射光を発する光源（後述する光源１２１）にインコヒーレント光を発生するもの（例えば、レーザ光を発しないもの）を用いることでも、インコヒーレント光による記録層１１からの情報の読み取りを実現できる。
以上のようにインコヒーレント光を用いて光記録媒体１０からの情報の読み取りを行うことで、各記録層１１間での光の干渉を抑え、より狭い層間隔の光記録媒体１０の読み取りが可能となる。
【００４４】
Ｄ．光記録媒体再生装置１００の全体構成
図１１は光記録媒体再生装置１００の全体的な構成を表す模式図である。本図に示すように光記録媒体再生装置１００は、光記録媒体１０，光源（Ｌｉｇｈｔ　Ｓｏｕｒｃｅ）１２１、コリメータレンズ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ　Ｌｅｎｓ）１２２，アナモルフィックプリズム（Ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ　Ｐｒｉｓｍ）１２３，１２４、無偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ：Ｎｏｎ−Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１２５、収差補正素子（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）１２６，偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＢｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１２７，１／４波長板（ＱＷＰ：Ｑｕａｒｔｅｒ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｐｌａｔｅ）１２８、アフォーカル光学系１２９，ダイクロイックコンバイナ（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ　Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）１３１、浮上型光学ヘッド８０、ティルトサーボユニット１６０を有する。
【００４５】
また、光源（Ｌｉｇｈｔ　Ｓｏｕｒｃｅ）１４１、コリメータレンズ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ　Ｌｅｎｓ）１４２，アナモルフィックプリズム（Ａｎａｍｏｒｐｈｉｃ　Ｐｒｉｓｍ）１４３，１６４４、コンデンサーレンズ（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ　Ｌｅｎｚ）１５１〜１５３，受光ユニット３０，モニタＰＤ（Ｆｒｏｎｔ　ｍｏｎｉｔｏｒ　Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ）１７１，１７２を有する。
【００４６】
光記録媒体再生装置１００は、光記録媒体１０の全面から情報を読み出すために、光源１２１から出射した光ビームを光記録媒体１０上で走査する走査手段（図示せず）を有している。例えば、光記録媒体１０を回転し、かつ浮上型光学ヘッド８０を光記録媒体１０の回転中心に対して半径方向に移動可能とすることで、浮上型光学ヘッド８０から出射された光により光記録媒体１０のほぼ全面を走査することが可能となる。
【００４７】
光源１２１は、ＲＦ信号およびフォーカスエラー信号の生成に用いる光源であり、波長λが例えば４００ｎｍである。波長を短くした方が光記録媒体１０からの読み出しを高分解能で行える。
コリメータレンズ１２２は，光源１２１から出射された光を略平行光に変換する。
アナモルフィックプリズム１２３，１２４は、アナモルフィック光学系を構成し、コリメータレンズ１２２から出射した光を適切な形状に整形し、無偏光ビームスプリッタ１２５へ入射させる。
無偏光ビームスプリッタ１２５は、入射光の一部を反射し、他を透過するものであり、この反射量と透過量の比が例えば１：９に設定されている。
収差補正素子１２６は、前述のように浮上型光学ヘッド８０等の球面収差を補正して光記録媒体１０への光の集束効率を向上するための光学素子であり、例えば液晶素子を用いて構成できる。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ１２７は、所定の偏光成分の光を透過し、他の偏光成分の光を反射する光学素子である。
１／４波長板１２８は、直交する偏光成分に互いに１／４波長の位相差を付与する光学素子である。
アフォーカル光学系１２９は、前述のように一対のレンズから構成され、このレンズ間の距離を変化することで、光源１２１から出射した光が光記録媒体１０上に集光する集光位置を調節し、読み取り等を行う記録層１１の選択等を可能とする。
ダイクロイックコンバイナ１３１は、複数の波長の光を結合する光学素子であり、ここでは光源１２１，１４１から出射した光を結合している。
【００４９】
光源１４１は、トラッキングエラー信号の生成に用いる光源である。
コリメータレンズ１４２は，光源１４１から出射された光を略平行光に変換する。
アナモルフィックプリズム１４３，１４４は、アナモルフィック光学系を構成し、コリメータレンズ１４２から出射した光を適切な形状に整形し、ダイクロイックコンバイナ１３１に入射させる。
コンデンサーレンズ１５１〜１５３は，受光ユニット３０，モニタＰＤ１７１，１７２に光を集束する。
モニタＰＤ１７１，１７２は、光源１２１，１４１それぞれの出力をモニタする。
【００５０】
光源１４１，アナモルフィックプリズム１４３，１４４は、光記録媒体１０がトラッキング用のグルーブ層１２Ａを有する場合に有用である。一方、光記録媒体１０Ｂのように各記録層１１Ｂがトラッキング用のグルーブを有する場合には、光源１４１，アナモルフィックプリズム１４３，１４４を除外して、光源１２１からの光を情報読み出し用とトラッキング用の双方に用いても差し支えない。
【００５１】
Ｅ．受光ユニット３０の構成
受光ユニット３０は、ホログラム素子３１，ピンホール３２，受光素子３３〜３５より構成される。
ホログラム素子３１は，ホログラムによって偏光ビームスプリッタ１２７から入射してきた光を回折して受光素子３３〜３５それぞれに入射させる光学素子であり、また適切な回折パターンを予め形成しておくことにより、トラッキングおよびフォーカスの両サーボ信号に適したビームパターンを生成することを目的として挿入される。
【００５２】
ピンホール３２は，ホログラム素子３１から受光素子３３に入射してきた光の焦点に対応して形成された穴を有し、入射光の焦点付近を通る光を通過しそれ以外の光の受光素子３３への入射を阻止する。
光記録媒体１０上の集束光と受光素子３３の集束光は互いに対応する焦点を有する。このため、受光素子３３に集束する光をピンホール３２に通過させることで、光記録媒体１０上における焦点、即ち読み出しを行っている記録層１１以外からの迷光（特に、読み出しの対象としていない記録層からの反射光）を除外し、信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。
【００５３】
穴の直径φとして、例えばエアリー円板の直径（１．２２λ／ＮＡ）程度の値を採用するのが有効であると考えられる。受光素子３３側の集束光のエアリー円板と光記録媒体１０の記録層１１上の集束光のエアリー円板とが対応している。このため、受光素子３３側の集束光のエアリー円板内の光のみを通過させることで受光素子３３に入射する光から迷光を除去することができると考えられる。穴の直径φをエアリー円板の直径よりも大きくし過ぎると受光素子３３への入射光に迷光が増大する。一方、穴の直径φをエアリー円板の直径よりも小さくし過ぎると受光素子３３への入射光の強度が低下する。
仮に受光素子３３への入射光（光記録媒体１０からの戻り光）の開口数ＮＡ（コンデンサーレンズ１５１の開口数）が０．１程度、光源１２１の波長λを４００ｎｍとすると、穴の直径φは５μｍ程度になる。
【００５４】
受光素子３３は、光記録媒体１０からの戻り光を受光し、光記録媒体１０に記録された情報をＲＦ信号として生成するための素子である。
受光素子３４，３５は、光記録媒体１０からの戻り光を受光し、光記録媒体１０に対するトラッキングを行うためのトラッキングエラー信号を生成するための素子である。
この受光素子３３と受光素子３４，３５とは、光源１２１，１４１それぞれに対応する受光素子であり、感受性の有する波長域を光源１２１，１４１それぞれの発光波長に対応させることが好ましい。
【００５５】
フォーカスエラー信号の生成には、ナイフエッジ法を用いることができる。ナイフエッジ法は、光記録媒体１０で反射された戻り光に対して非対称に一部を遮光するナイフエッジを配置する方法である。受光素子３４，３５からの出力の差を取ってフォーカスエラー信号を得ることができる。
【００５６】
トラッキングエラー信号の出力は、受光素子３４，３５からの出力をプッシュプル法に基づき演算処理することで行える。記録層１１のグルーブからの反射光を用いてトラッキングエラー信号を出力し、このトラッキングエラー信号に基づいて光記録媒体１０へのトラッキング調整（トラッキングサーボ）を行うことができる。
【００５７】
トラッキングエラー信号を得るのにＤＰＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法を用いることも考えられる。ＤＰＤ法はグルーブのピット深さがλ／４程度とある程度の深さであることが要求され、記録層１１Ｂの層数を増やしにくい意味がある。このため、本実施形態ではプッシュプル法を採用している。但し、これは記録層１１の製作の容易性に基づくものに過ぎず、ＤＰＤ法の適用を絶対的に排除するものではない。
また、後述するティルトの検出にピットの埋め込みを用いる場合には、光記録媒体１０の製作効率の観点から、トラッキングエラー信号の生成にサンプルサーボ（Ｓａｍｐｌｅ　Ｓｅｒｖｏ）法を用いることも考えられる。
【００５８】
Ｆ．ティルトサーボユニット１６０
ティルトサーボ（スキューサーボ）ユニット１６０は、ティルト（浮上型光学ヘッド８０から光記録媒体１０への入射光の光軸に対する光記録媒体１０の傾き（ティルト、スキュー））の検出結果に基づき、光記録媒体１０の面に入射光が垂直に入射するように調整する調整機構である。
【００５９】
光記録媒体１０は多層なので入射光の光軸Ａに対して光記録媒体１０が傾くと、情報の読み出し位置が記録層１１ごとにずれてくる。これを説明するのが図１２である。ここで、図１２（Ａ）は入射光の光軸Ａに対して光記録媒体１０の面が垂直（傾きがない）の場合であり、図１２（Ｂ）は入射光の光軸Ａに対して光記録媒体１０の面が角度θ傾いている場合を表している。
【００６０】
図１２（Ａ）では光軸Ａの入射光で各記録層１１Ｂへ入射される記録再生光とトラッキング層１２へ入射する光それぞれの光軸が一致し、適切にトラッキングサーボをかけた状態での信号の記録再生ができるのに対して、図１２（Ｂ）では光記録媒体１０の傾きθに応じて、トラック方向にオフセットが生じていることが判る。この場合、適切な記録再生信号の生成は期待できない。
【００６１】
このような光記録媒体１０の傾きを修正するためにティルトサーボユニット１６０が用いられ、光記録媒体１０に対する浮上型光学ヘッド８０の傾きの調節等（光記録媒体１０自体の傾きの調節も含む）を行う。
光記録媒体１０の傾き（ティルト、スキュー）の検出には、例えば各記録層１１上の同一の位置にティルトの基準となるピットを埋め込んでおく方法が考えられる。この基準ピットが同一光軸上に並ぶように（図１２（Ａ）参照）、光記録媒体１０Ｂに対する入射光の光軸を調整する。
ティルトの検出には、この他に、光記録媒体１０の傾きに応じて反射光の位置が変化することを用いた方式（反射光の位置の移動をティルトセンサで差動検出する方式）、ＤＶＤ−ＲＡＭで用いられている方式、コマ収差を用いた方式等も考えられる。
【００６２】
（光記録媒体再生装置１００の動作）
光源１２１から発した直線偏光は、コリメータレンズ１２２で略平行光に変換され、アナモルフィックプリズム１２３，１２４で整形され、無偏光ビームスプリッタ１２５に入射する。無偏光ビームスプリッタ１２５に入射した光の一部は、コンデンサーレンズ１５２を経由して、モニタＰＤ１７１に入射し出力がモニタされる。
【００６３】
無偏光ビームスプリッタ１２５に入射した光の多くは、収差補正素子１２６に入射し、その後偏光ビームスプリッタ１２７を介して１／４波長板１２８に入射する。１／４波長板１２８に入射した直線偏光は、円偏光になり、アフォーカル光学系１２９，ダイクロイックコンバイナ１３１、浮上型光学ヘッド８０を経由して、光記録媒体１０に入射する。
光記録媒体１０に入射した光は記録層１１で反射され戻り光となる。この戻り光は、浮上型光学ヘッド８０、ダイクロイックコンバイナ１３１、アフォーカル光学系１２９を経由し、１／４波長板１２８で往路とは直交した直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１２７で反射され、コンデンサーレンズ１５１により受光ユニット３０に集束され、ＲＦ信号、フォーカスエラー信号が生成される。
【００６４】
光源１４１から発せられた光は、コリメータレンズ１４２で略平行光に変換され、アナモルフィックプリズム１４３，１４４で整形され、ダイクロイックコンバイナ１３１に入射する。ダイクロイックコンバイナ１３１に入射した光の一部は、コンデンサーレンズ１５３を経由して、モニタＰＤ１７２に入射し、光源１４１の出力がモニタされる。
【００６５】
ダイクロイックコンバイナ１３１に入射した光の多くは、浮上型光学ヘッド８０を経由して、光記録媒体１０に入射する。光記録媒体１０に入射した光はトラッキング用のパターンが形成された層（図１（Ａ）ではグルーブ層１２Ａ、図１（Ｂ）では記録層１１Ｂ）で反射され戻り光となる。この戻り光は、浮上型光学ヘッド８０、ダイクロイックコンバイナ１３１、アフォーカル光学系１２９を経由し１／４波長板１２８で直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１２７で反射され、コンデンサーレンズ１５１により受光ユニット３０に集束され、トラッキングエラー信号が生成される。
【００６６】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記実施形態には限られず拡張、変更できる。拡張、変更された実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）例えば、光記録媒体再生装置は、光記録媒体が定常的に設置される固定方式と光記録媒体が着脱自在に設置されるリムーバブル（着脱可能）方式のいずれであってもよい。リムーバブル方式の場合には、光記録媒体再生装置にステージ（台）等光記録媒体保持手段を設け、この光記録媒体保持手段に光記録媒体を保持することになる。
【００６７】
（２）光記録媒体の形状には、円板状その他の適宜な形状を採用することができる。
また、光記録媒体への情報の記録は、種々の手段によって行える。即ち、ここでいう光記録媒体は情報の読み出しが光学的手段で行えればよく、書き込み手段は限定されない。
【００６８】
（３）上記実施形態では、光記録媒体に記録された情報の再生（読み出し）に光記録媒体再生装置を用いる場合を主として説明しているが、光記録媒体再生装置によって光記録媒体への情報の書き込み、消去等を行っても差し支えない。例えば、光磁気ディスクのように情報の書き込みを光学的に行う手段を光記録媒体再生装置に付与することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型化と良好なティルト特性の両立が可能な光学ヘッドおよび光記録媒体再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光記録媒体の構成例を拡大して表した断面図である。
【図２】浮上型光学ヘッドの１構成例を表す斜視図である。
【図３】対物レンズ，固体イマージョンレンズの実施例を表す側面図である。
【図４】対物レンズ，固体イマージョンレンズの比較例を表す側面図である。
【図５】実施例と比較例のティルト特性を対比して表すグラフである。
【図６】浮上型光学ヘッドの１構成例を表す斜視図である。
【図７】アフォーカル光学系を用いて焦点位置の調節を行う例を表す模式図である。
【図８】浮上型光学ヘッドの１構成例を表す斜視図である。
【図９】浮上型光学ヘッドの１構成例を表す斜視図である。
【図１０】球面収差を表したグラフである。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る光記録媒体再生装置の全体構成を示す模式図である。
【図１２】入射光の光軸に対して光記録媒体が傾くと、情報の読み出し位置が記録層ごとにずれることを説明する図である。
【符号の説明】
１０　光記録媒体
３０　受光ユニット
３１　ホログラム素子
３２　ピンホール
３３〜３５　受光素子
８０　浮上型光学ヘッド
８１　スライダー部材
８２　２群レンズ
８３　サスペンション
８４　焦点調節機構
８５　対物レンズ
８６　固体イマージョンレンズ
８７　板状部材
８７ａ，８７ｂ　ウエッジプリズム
８８　ミラー
８９　集光レンズ
９１，９２　レンズ
９３　アフォーカル光学系
９５　光ファイバ
１００　光記録媒体再生装置
１２１　光源
１２２　コリメータレンズ
１２３，１２４　アナモルフィックプリズム
１２５　無偏光ビームスプリッタ
１２６　収差補正素子
１２７　偏光ビームスプリッタ
１２８　波長板
１２９　アフォーカル光学系
１３１　ダイクロイックコンバイナ
１４１　光源
１４２　コリメータレンズ
１４３，１４４　アナモルフィックプリズム
１５１〜１５３　コンデンサーレンズ
１６０　ティルトサーボユニット
１７１，１７２　モニタＰＤ
【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】
2004079050.tif 000009
【図８】
2004079050.tif 000010
【図９】
2004079050.tif 000011
【図１０】
2004079050.tif 000012
【図１１】
2004079050.tif 000013
【図１２】
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