(57)【要約】【課題】大容量光ディスクの光ピックアップのための光ヘッドであって、プラスチック対物レンズを使いこなした簡易で低コストな光ヘッドを提供すること。【解決手段】使用環境温度範囲が例えば５℃から６５℃の場合、設計基準温度をその平均値３５℃より低温の１５℃を基準として対物レンズの球面収差を最小となるように設計する。このような光ヘッド１０において、環境温度が１５℃より低温となる場合は生じにくく、また、その設計温度との差も小さいため、低温時の収差補正は不要になる。一方、プラスチック対物レンズ１１の使用温度すなわち環境温度は、設計基準温度より高くなり安いが、その場合は、プラスチック対物レンズ１１の光源側に配置したアクチュエータコイル１３の発熱によって光ディスク６１に向かって下りの温度勾配を発生させることができる。【選択図】  図１
2005018924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束を収束させることにより光記録媒体の記録面上にスポットを形成する光ヘッドであって、
少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む対物レンズと、
前記対物レンズの近傍に配置されるとともに、制御された状態で周囲に対して発熱又は吸熱を行うことによって前記対物レンズに非一様な温度分布を形成する熱源手段と
を備えることを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
前記熱源手段は、前記プラスチックレンズ内に光軸方向の温度分布を生じせしめることによって、環境温度の変化にともなう前記プラスチックレンズの球面収差の変化を低減することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記対物レンズは、所定の使用環境温度範囲の平均値より低温状態で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段は、前記プラスチックレンズの光源側の面より当該光源に近い位置に配置される発熱源であることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光ヘッド。
【請求項４】
前記対物レンズは、所定の使用環境温度範囲の平均値より高温状態で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段は、前記プラスチックレンズの光記録媒体側の面の近くに配置される発熱源であることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光ヘッド。
【請求項５】
前記対物レンズは、所定の使用環境温度範囲内に設けた基準温度で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段は、独立して動作して発熱をそれぞれ行う第１及び第２熱源を有し、前記第１熱源は、前記プラスチックレンズの光源側の面より光源に近い位置に配置され、前記第２熱源は、前記プラスチックレンズの光記録媒体側の面の近くに配置され、環境温度が前記基準温度よりも高温のときに、前記第１及び第２熱源のうち前記第１熱源を作動させ、かつ、環境温度が前記基準温度よりも低温のときに、前記第１及び第２熱源のうち前記第２熱源を動作させる制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記熱源手段は、対物レンズ駆動用のアクチュエータを兼用する発熱源であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光ヘッド。
【請求項７】
前記対物レンズは、所定の使用環境温度範囲内に設けた基準温度で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段は、独立して動作して発熱及び冷却をそれぞれ行う第１及び第２熱源を含み、前記第１熱源は、前記プラスチックレンズの光源側の面より光源に近い位置に配置され、前記第２熱源は、前記プラスチックレンズの光記録媒体側の面の近くに配置され、環境温度が前記基準温度より高温のときに、前記第１熱源を発熱動作させるとともに前記第２熱源を冷却動作させ、かつ、環境温度が前記基準温度より低温のときに、前記第１熱源を冷却動作させるとともに前記第２熱源を発熱動作させる制御手段をさらに備えること特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光ヘッド。
【請求項８】
前記対物レンズを構成するプラスチックの屈折率の温度変化係数をΔｎ／ΔＴ（℃−１）とするとき、以下の条件
−１×１０−３＜Δｎ／ΔＴ＜−１×１０−５    …（１）
を満足することを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項記載の光ヘッド。
【請求項９】
前記対物レンズの開口数が０．６以上であり、前記対物レンズの入射瞳径が１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項記載の光ヘッド。
【請求項１０】
環境温度を計測するための温度センサと、当該温度センサの出力に応じて前記熱源の動作を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項記載の光ヘッド。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか一項記載の光ヘッドを備える光ピックアップ装置。
【請求項１２】
入射光束を収束させることにより光記録媒体の記録面上にスポットを形成する光ヘッドの収差補正方法であって、
少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む対物レンズの近傍に熱源手段を配置する工程と、
前記熱源手段から周囲に対して発熱又は吸熱を行わせることによって、前記プラスチックレンズ内に光軸方向の温度分布を生じさせる工程と
を備える光ヘッドの収差補正方法。
【請求項１３】
前記プラスチックレンズ内に光軸方向の温度分布を生じさせるとともに当該温度分布を調節することによって、環境温度の変化にともなう前記プラスチックレンズの球面収差の変化を低減することを特徴とする請求項１２記載の光ヘッドの収差補正方法。
【請求項１４】
前記対物レンズが所定の使用環境温度範囲内に設けた基準温度で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、環境温度が前記基準温度より高温のときに、前記対物レンズ内に記録媒体に向かって下りの温度勾配が生ずるようにし、環境温度が前記基準温度より低温のときに、前記対物レンズ内に記録媒体に向かって上りの温度勾配が生ずるようにすることを特徴とする請求項１３記載の光ヘッドの収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量の光ピックアップ用の光ヘッドに関し、特に、収差補正機能を内蔵する光ヘッド、かかる光ヘッドを組み込んだ光ピックアップ装置、及び光ヘッドの収差補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクは、ＣＤ（コンパクトディスク）又はＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）で知られているように、音楽情報、映像情報等の蓄積又はコンピューターデータの保存といった、デジタルデータの保存に広く使われている。そのような中で、近年、情報化社会の進展とともに、これらの光ディスクの大容量化が強く求められている。
【０００３】
光ディスクにおいて、単位面積あたりの記録容量（記録密度）を向上させることは、光ピックアップ用光学系から得られる集光スポットのスポット径を小さくすることによって実現できる。このスポット径は、周知のようにλ／ＮＡ（ただし、λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）に比例するので、スポット径を小さくするためには、光ピックアップ装置で使用される光源の短波長化、或いは光ディスクに対向して配置される対物レンズの高開口数化が有効である。
【０００４】
ここで、高開口数の光学系は、光ディスクの保護層厚さのばらつきや部分的な変動、光源波長の変動又は光源個体差、光学系の温度変化などの要因により光学系全体として誤差要因の影響を受けやすく、小さなスポット径を維持するのは難しい。特に対物レンズをプラスチック単レンズとすると、環境温度変化による球面収差の変動が大きく、スポット径を維持することが難しくなる。そのため、高開口数の対物レンズでは、ガラス単レンズ又はガラス２枚構成レンズを用いた光ヘッドがこれまで提案されている。
【０００５】
一方、プラスチック対物レンズの場合は、単玉対物レンズの他に光軸にそって可動な球面収差補正光学系や液晶の屈折率分布を変化させることで位相差を発生させる球面収差補正素子を用いたピックアップが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
さらに、プラスチックレンズ２枚構成の対物レンズとすることによって、温度変化による球面収差の発生を低減する方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−８２２８０号公報
【特許文献２】
特開２００３−２３６２５２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガラス製対物レンズ、或いはプラスチックレンズであっても２枚構成とした対物レンズは、大量生産に不向きで製造コストが高くなる。また、例えばプラスチック対物レンズを２枚構成とした場合においても、環境温度の変化に依存する球面収差の変化がある程度残存してしまうので、スポット径を精密に維持するための障害となる。
【０００８】
一方、対物レンズとは別に球面収差補正光学系を設けたものも、コストアップを招いたり、光学系の大きさが増大するという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、大容量光ディスクの光ピックアップのための光ヘッドであって、プラスチック対物レンズを使いこなした簡易で低コストな光ヘッドを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、上記のような光ヘッドを用いた光ピックアップ装置、さらに、かかる光ピックアップ装置を搭載した記録・再生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光ヘッドは、入射光束を収束させることにより光記録媒体の例えば透明な保護層を介して記録面上にスポットを形成する光ヘッドであって、少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む対物レンズと、前記対物レンズの近傍に配置されるとともに、制御された状態で周囲に対して発熱又は吸熱を行うことによって前記対物レンズに非一様な温度分布を形成する熱源手段とを備える。なお、ここで「熱源手段」とは、発熱源や吸熱源からなる装置を含む概念であり、例えばヒータやクーラがこれに該当する。
【００１２】
上記光ヘッドでは、熱源手段が制御された状態で周囲に対して発熱又は吸熱を行うことによって前記対物レンズに非一様な温度分布を形成するので、環境温度の変化にともなう前記プラスチックレンズの収差変化を前記対物レンズに形成した温度分布によって適宜補償することが可能になる。しかも、適当なフィードバックをかければリアルタイムの収差補正も可能である。つまり、ガラス製対物レンズにくらべ軽量で低コストなプラスチック対物レンズを用いながら、環境温度変化によって集光スポットが劣化しない或いは劣化しにくい光ヘッドが得られる。なお、対物レンズに非一様な温度分布を形成する場合、単に環境温度変化に対抗するように冷却装置或いは発熱装置を動作させることによって対物レンズ全体の温度を均一に設計基準温度に保持する場合に比較して、収差低減が容易となり、しかも必要とするエネルギーが少なくて済む。
【００１３】
また、本発明の具体的な態様では、上記光ヘッドにおいて、前記熱源手段が、前記プラスチックレンズ内に光軸方向の温度分布を生じせしめることによって、環境温度の変化にともなう前記プラスチックレンズの球面収差の変化を低減する。この場合、光軸方向の温度勾配を簡単な熱源の配置により得ることができる。つまり、プラスチックレンズの光軸に沿っての前後に熱源手段を配置してその発熱又は吸熱を調節するだけで、前記プラスチックレンズの球面収差の現れ方を方向（球面収差の収差の補正過剰若しくは補正不足の何れか）を含めて増減させることができ、環境温度変化に伴うプラスチックレンズの球面収差変動を簡易に補償して小さな集光スポットを維持することができる。なお、一般的には、プラスチックレンズ周辺の環境温度が上昇する場合、いわゆる補正過剰の球面収差が発生するが、このような球面収差も、プラスチックレンズ内に形成される記録媒体に向けて下りの温度勾配に起因して対物レンズ内に発生する屈折率分布に対応して形成されるいわゆる補正不足の球面収差によって打ち消される。逆に、プラスチックレンズ周辺の環境温度が降下する場合、いわゆる補正不足の球面収差が発生するが、このような球面収差も、プラスチックレンズ内に形成される記録媒体に向けて上りの温度勾配に起因して対物レンズ内に発生する屈折率分布に対応して形成されるいわゆる補正過剰の球面収差によって打ち消される。
【００１４】
また、本発明の別の具体的な態様では、前記対物レンズが、所定の使用環境温度範囲の平均値より低温状態で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段が、前記プラスチックレンズの光源側の面より当該光源に近い位置に配置される発熱源である。この場合、前記対物レンズの環境温度が上記平均値より大きくなって球面収差の変動が大きくなると、発熱源である熱源手段が、前記対物レンズ内に記録媒体に向かって下りの温度勾配を生じさせて球面収差の変動を打ち消すことができる。この結果、波面収差を良好に保つことができ、例えば単一の発熱源のみからなる熱源手段を１箇所に配置するのみの簡易な装置構成で正確な収差補正が可能になる。
【００１５】
また、本発明の別の具体的な態様では、前記対物レンズが、所定の使用環境温度範囲の平均値より高温状態で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段が、前記プラスチックレンズの光記録媒体側の面の近くに配置される発熱源である。この場合、前記対物レンズの環境温度が上記平均値より小さくなって球面収差の変動が大きくなると、発熱源である熱源手段が、前記対物レンズ内に記録媒体に向かって上りの温度勾配を生じさせて球面収差の変動を打ち消すことができる。この結果、波面収差を良好に保つことができ、例えば単一の発熱源のみからなる熱源手段を１箇所に配置するのみの簡易な装置構成で正確な収差補正が可能になる。
【００１６】
また、本発明の別の具体的な態様では、前記対物レンズが、所定の使用環境温度範囲内に設けた基準温度で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段が、独立して動作して発熱をそれぞれ行う第１及び第２熱源を有し、前記第１熱源が、前記プラスチックレンズの光源側の面より光源に近い位置に配置され、前記第２熱源が、前記プラスチックレンズの光記録媒体側の面の近くに配置され、環境温度が前記基準温度よりも高温のときに、前記第１及び第２熱源のうち前記第１熱源を作動させ、かつ、環境温度が前記基準温度よりも低温のときに、前記第１及び第２熱源のうち前記第２熱源を動作させる制御手段をさらに備える。この場合、環境温度に応じて基準温度を境として前記対物レンズ内に記録媒体に向かって下りの温度勾配と記録媒体に向かって下りの温度勾配とを切替えて生じさせることができるので、球面収差の変動が少ない微小で安定した集光スポットを形成することができる。
【００１７】
また、本発明の別の具体的な態様では、前記熱源手段が、対物レンズ駆動用のアクチュエータを兼用する発熱源である。つまり、アクチュエータ用のコイル等は電流を流すと熱源になるので、電流の流し方を制御することで、熱源としても使用することができる。この結果、光ヘッドの部品点数が減少し部品コストを削減することができ、また光ヘッドをコンパクト化することができる。
【００１８】
また、本発明の別の具体的な態様では、前記対物レンズが、所定の使用環境温度範囲内に設けた基準温度で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、前記熱源手段が、独立して動作して発熱及び冷却をそれぞれ行う第１及び第２熱源を含み、前記第１熱源が、前記プラスチックレンズの光源側の面より光源に近い位置に配置され、前記第２熱源が、前記プラスチックレンズの光記録媒体側の面の近くに配置され、環境温度が前記基準温度より高温のときに、前記第１熱源を発熱動作させるとともに前記第２熱源を冷却動作させ、かつ、環境温度が前記基準温度より低温のときに、前記第１熱源を冷却動作させるとともに前記第２熱源を発熱動作させる制御手段をさらに備える。この場合、環境温度に応じて基準温度を境として前記対物レンズ内に記録媒体に向かって下りの温度勾配と記録媒体に向かって下りの温度勾配とを切替えて生じさせることができるので、球面収差の変動が少ない微小で安定した集光スポットを形成することができる。
【００１９】
また、本発明の別の具体的な態様では、前記対物レンズを構成するプラスチックの屈折率の温度変化係数をΔｎ／ΔＴとするとき、以下の条件
−１×１０−３＜Δｎ／ΔＴ＜−１×１０−５（℃−１）    …（１）
を満足する。対物レンズを構成するプラスチックが上記条件式（１）の上限を超え、０を超えないときは、プラスチックの温度変化に伴う屈折率変化が小さく、温度変化による対物レンズの収差変化は十分に小さく無視することができるので、通常の用途では温度補償の必要がない。一方、上記条件式（１）の上限を下回るときは、わずかな温度差で屈折率が大きく変化することから、対物レンズ内に生じるわずかな温度分布の誤差や乱れが波面収差に対して大きく影響し、温度勾配の制御すなわち球面収差の調整が困難となる。
【００２０】
また、本発明の別の具体的な態様では、対物レンズの開口数が０．６以上であり、前記対物レンズの入射瞳径が１ｍｍ以上である。対物レンズの開口数ＮＡが０．６以上のときは、対物レンズの環境温度変化による波面収差等の変化が著しくなるので、前記対物レンズ内の温度分布を利用した球面収差等の補償が重要となる。また、前記対物レンズの入射瞳径が１ｍｍ以上のときも、対物レンズの環境温度変化による波面収差等の変化が著しくなるので、前記対物レンズ内の温度分布を利用した球面収差等の補償が重要となる。
【００２１】
また、本発明の別の具体的な態様では、環境温度を計測するための温度センサと、当該温度センサの出力に応じて前記熱源の動作を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする。この場合、温度センサーの温度分布情報に基づいて熱源を適切に動作させることができ、温度変化による収差をより良好にリアルタイムで確実に補正することができる。
【００２２】
また、本発明の光ピックアップ装置は、以上において説明した光ヘッドを備える。この場合、環境温度の変化にともなう前記プラスチックレンズの収差変化を前記対物レンズに形成した温度分布によって適宜補償することができ、環境温度変化によって集光スポットが劣化しにくい光ヘッドによって、高性能の光ピックアップ装置を提供することができる。
【００２３】
また、本発明に係る光ヘッドの収差補正方法は、入射光束を収束させることにより光記録媒体の例えば透明な保護層を介して記録面上にスポットを形成する光ヘッドの収差補正方法であって、少なくとも１枚のプラスチックレンズを含む対物レンズの近傍に熱源手段を配置する工程と、前記熱源手段から周囲に対して発熱又は吸熱を行わせることによって、前記プラスチックレンズ内に光軸方向の温度分布を生じさせる工程とを備える。
【００２４】
上記収差補正方法では、環境温度の変化にともなう前記プラスチックレンズの収差変化を前記対物レンズに形成した温度分布によって適宜補償することができ、環境温度が変化しても集光スポットの特性劣化を防止できる。
【００２５】
また、本発明の具体的な態様では、上記光ヘッドの収差補正方法において、前記プラスチックレンズ内に光軸方向の温度分布を生じさせるとともに当該温度分布を調節することによって、環境温度の変化にともなう前記プラスチックレンズの球面収差の変化を低減することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の別の具体的な態様では、前記対物レンズが所定の使用環境温度範囲内に設けた基準温度で球面収差が最小となるように設定されたプラスチックレンズで構成され、環境温度が前記基準温度より高温のときに、前記対物レンズ内に記録媒体に向かって下りの温度勾配が生ずるようにし、環境温度が前記基準温度より低温のときに、前記対物レンズ内に記録媒体に向かって上りの温度勾配が生ずるようにする。この場合、環境温度変化に伴うプラスチックレンズの球面収差変動を簡易に補償して小さな集光スポットを維持することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る光ヘッドついて説明する。この光ヘッド１０は、集光用のプラスチック対物レンズ１１と、このプラスチック対物レンズ１１を保持する筒状のレンズホルダ１２と、このレンズホルダ１２の一端側の外周に形成されたアクチュエータコイル１３と、このアクチュエータコイル１３に対して静的磁界を形成するマグネット１４とを備える。さらに、光ヘッド１０は、アクチュエータコイル１３をマグネット１４によって形成された磁界中で駆動することによってレンズホルダ１２を光軸ＯＡ方向やこれに垂直な所定方向に往復移動させるコイル駆動回路２１と、レンズホルダ１２中に埋め込まれてプラスチック対物レンズ１１周辺の環境温度を計測する温度センサ２２と、この温度センサ２２を動作させるセンサ駆動回路２３と、コイル駆動回路２１やセンサ駆動回路２３等を制御しつつ適宜動作させる制御部３０とを備える。なおここで、コイル駆動回路２１、センサ駆動回路２３、及び制御部３０は、プラスチック対物レンズ１１の球面収差を調節するための制御手段を構成する。
【００２８】
プラスチック対物レンズ１１は、単一のプラスチックレンズからなり、コリメートされたレーザ光ＬＢを集光して記録媒体である光ディスク６１の透明基板６１ａを介して情報記録面６１ｂ上にスポットを形成し、或いは、逆に情報記録面６１ｂからの反射光を集めて平行光束等として取り出す。
【００２９】
レンズホルダ１２は、プラスチック材料等からなる可動部材であり、内部にプラスチック対物レンズ１１を固定してプラスチック対物レンズ１１とともに光軸ＯＡ方向に移動可能であり、プラスチック対物レンズ１１とともに光軸ＯＡに垂直な所定方向（例えば紙面に垂直な方向）にも移動可能である。
【００３０】
アクチュエータコイル１３は、コイル駆動回路２１によって駆動される電磁石を複数備え、各電磁石に供給される電流の調節によってレンズホルダ１２をプラスチック対物レンズ１１とともに光軸ＯＡ方向に移動させることができ、これはプラスチック対物レンズ１１についてフォーカス調整を行う際に利用される。また、アクチュエータコイル１３は、各電磁石に供給する電流の調節によってレンズホルダ１２をプラスチック対物レンズ１１とともに光軸ＯＡに垂直な所定方向に移動させることができ、これは、プラスチック対物レンズ１１についてトラッキング調整を行う際に利用される。なお、アクチュエータコイル１３は、熱源手段すなわちヒータとしても機能し、コイル駆動回路２１から所定以上の高周波電流を供給した場合には、レンズホルダ１２に駆動力を与えることなく、プラスチック対物レンズ１１を光源側すなわち光ディスク６１の反対側から加熱する。これにより、プラスチック対物レンズ１１の変位と独立して、プラスチック対物レンズ１１中に光ディスク６１に向かって下りの温度勾配を形成することができる。
【００３１】
マグネット１４は、レンズホルダ１２をプラスチック対物レンズ１１とともに移動させるために利用され、アクチュエータコイル１３に対向してアクチュエータコイル１３の周囲に適当な配置で取り付けられる。
【００３２】
コイル駆動回路２１は、制御部３０からの制御信号に応じてアクチュエータコイル１３に適宜電流を供給し、アクチュエータコイル１３を所望の電磁石として動作させる。なお、アクチュエータコイル１３に対しその駆動電流の遮断周波数以上の高周波電流を重畳して供給した場合、レンズホルダ１２は通常の低周波電流成分に応じて所望の位置に変位するとともに、高周波電流成分の電力に対応した発熱がレンズホルダ１２の一端に付与される。
【００３３】
温度センサ２２は、プラスチック対物レンズ１１近傍の温度を計測するべく、プラスチック対物レンズ１１に近接してレンズホルダ１２中に埋め込まれる。図示の例では、温度センサ２２を単一のものとして図示しているが、温度センサ２２は、プラスチック対物レンズ１１の周囲に複数設けることができる。
【００３４】
センサ駆動回路２３は、温度センサ２２に電力を供給し或いはその起電力を検出することによって、温度センサ２２の位置における温度すなわちプラスチック対物レンズ１１近傍の環境温度を計測する。
【００３５】
制御部３０は、例えばプラスチック対物レンズ１１を介して光ディスク６１側から集めた検出光から得た信号検出データに基づいて、フォーカスやトラッキングに必要な移動量等に対応するコイル駆動回路２１の出力を算出する。また、制御部３０は、センサ駆動回路２３による温度検出結果に基づいてプラスチック対物レンズ１１に光軸ＯＡに沿って適当な温度勾配を生じさせるべく、コイル駆動回路２１に昇温量に対応する加熱信号を出力する。コイル駆動回路２１では、この加熱信号に応じてアクチュエータコイル１３に高周波電流を供給し、アクチュエータコイル１３すなわちレンズホルダ１２の一端を昇温する。これにより、プラスチック対物レンズ１１に目的とする温度分布を形成することができる。なお、アクチュエータコイル１３に供給する高周波電流と、プラスチック対物レンズ１１に形成される光軸ＡＯ方向の温度勾配との関係は、実験やシミュレーションによって蓄積されたデータを利用することによって簡易に決定することができ、そのような対応関係は、制御部３０中に設けたメモリに電流・温度勾配テーブルとして保存されている。
【００３６】
図２は、プラスチック対物レンズ１１の内部１１ａに形成される温度勾配の一例を説明する図である。プラスチック対物レンズ１１の光源側の第１面１１ｂは、アクチュエータコイル１３等の加熱によって温度Ｔ１になっており、プラスチック対物レンズ１１の光ディスク６１側の第２面１１ｃは、雰囲気温度に近い温度Ｔ２になっている。この結果、プラスチック対物レンズ１１の内部１１ａには、光軸ＡＯ方向に沿って光ディスク６１に向けてほぼ一様に低下する温度分布が消せされる。
【００３７】
図３は、プラスチック対物レンズ１１の球面収差の温度特性を説明する図である。図３（ａ）はプラスチック対物レンズ１１の環境温度の変化と収差の変化との関係を説明するための球面収差図であり、図３（ｂ）、（ｃ）はプラスチック対物レンズ１１内の温度分布と収差変化との関係を説明するための球面収差図である。ここで、横軸はプラスチック対物レンズ１１の光軸方向の座標を表し、縦軸は温度を表している。なお、プラスチック対物レンズ１１の諸元は、以下の表１に示すようなものであり、プラスチック対物レンズ１１を構成する第１面１１ｂと第２面１１ｃの非球面係数は、表２に示すようなものとした。
【表１】
2005018924.tif 000003
【表２】
2005018924.tif 000004
【００３８】
図３（ａ）において、実線は、設計基準温度である２５℃における球面収差図を示し、破線は、設計基準温度から均一に３０℃上昇した場合の球面収差図を示す。この際、表１及び表２に示す実施例のプラスチック対物レンズ１１において、プラスチック材料の屈折率の温度変化係数Δｎ／ΔＴを
Δｎ／ΔＴ＝−９×１０−５（℃−１）
としてシミュレーションを行った。設計基準温度２５℃から均一に３０℃上昇して５５℃となった場合、補正過剰の球面収差が発生し、最良デフォーカスでの残存球面収差は０．１１λＲＭＳとなる。
【００３９】
一方、図３（ｂ）において、実線は、設計基準温度である２５℃における球面収差図を示し、破線は、プラスチック対物レンズ１１の光源側の第１面１１ｂを設計基準温度２５℃に保持しつつ光ディスク６１側の第２面１１ｃを低温の１５℃とした場合の球面収差図を示す。このように、温度Ｔ１（図２参照）が２５℃で、温度Ｔ２が１５℃である場合、光ディスク６１側に向けて下りの１０℃の温度勾配が生じて、プラスチック対物レンズ１１に補正不足の球面収差が発生する。このような温度勾配によって形成された補正不足の球面収差は、図３（ａ）のような環境温度の上昇に伴う補正過剰の球面収差を相殺する。
【００４０】
また、図３（ｃ）において、実線は、設計基準温度である２５℃における球面収差図を示し、破線は、プラスチック対物レンズ１１の光ディスク６１側の第２面１１ｃを設計基準温度２５℃に保持しつつ光源側の第１面１１ｂを低温の１５℃とした場合の球面収差図を示す。このように、温度Ｔ１（図２参照）が１５℃で、温度Ｔ２が２５℃である場合、光ディスク６１側に向けて上りの温度勾配が生じる。図３（ｃ）の場合、図３（ｂ）とは逆方向の球面収差が発生して、プラスチック対物レンズ１１内に補正過剰の球面収差が発生する。以上のような特性を利用すると、プラスチック対物レンズ１１の均一な温度上昇をプラスチック対物レンズ１１に定常的に形成された温度勾配で補償することできる。すなわち、プラスチック対物レンズ１１の環境温度が上昇する場合、いわゆる補正過剰の球面収差が発生するが、このような球面収差も、プラスチック対物レンズ１１内に形成される光ディスク６１に向けて降下する温度勾配、つまりプラスチック対物レンズ１１内に発生する屈折率分布に対応する補正不足の球面収差によって打ち消される。逆に、プラスチック対物レンズ１１の環境温度が降下する場合、いわゆる補正不足の球面収差が発生するが、このような球面収差も、プラスチック対物レンズ１１内に形成される光ディスク６１に向けて上昇する温度勾配、つまりプラスチック対物レンズ１１内に発生する逆の屈折率分布に対応する補正過剰の球面収差によって打ち消される。
【００４１】
図４は、環境温度上昇に伴う収差変化を温度勾配を用いて補正したシミュレーション例であり、環境温度が設計基準温度の２５℃より３０℃上昇する際、レンズ前方に配置された熱源によりレンズの第１面側の温度を１５℃上昇させ、温度Ｔ１を７０℃とし温度Ｔ２を環境温度の５５℃とした場合の収差図である。均一な温度上昇により０．１１λＲＭＳまで劣化した波面収差が上述の温度勾配を持たせることで０．０２９λＲＭＳにまで改善される。なお、以上の説明では、ヒータとして機能するアクチュエータコイル１３によってプラスチック対物レンズ１１内に温度勾配を形成したが、ペルチエ素子等のクーラすなわち冷却装置を用いてプラスチック対物レンズ１１内に温度勾配を形成することもでき、この場合、発熱源でプラスチック対物レンズ１１の平均温度を環境温度以上に上昇させることを回避でき、プラスチック対物レンズ１１に形成される温度勾配が少なくても十分な収差補正効果が得られる。
【００４２】
以下、図１の光ヘッド１０の動作について説明する。プラスチック対物レンズ１１は、レーザ光源からのコリメートされたレーザ光ＬＢを光ディスク６１の情報記録面６１ｂ上に集光し、情報記録面６１ｂからの反射光を集めて平行光束として取り出す。このようにして取り出された光束は、不図示の光センサによって検出出力からデータ信号に変換される。この際、制御部３０は、プラスチック対物レンズ１１によって取り出した検出出力に基づいてコイル駆動回路２１すなわちアクチュエータコイル１３の動作を制御して、レンズホルダ１２に保持されたプラスチック対物レンズ１１のフォーカスやトラッキングを行う。さらに、制御部３０は、温度センサ２２による環境温度の検出結果に基づいて、メモリに保管した電流・温度勾配テーブルを参照しつつ、コイル駆動回路２１に昇温量に対応する加熱信号を出力する。これにより、プラスチック対物レンズ１１の環境温度の変化に対応する温度勾配をプラスチック対物レンズ１１内に形成することができる。
【００４３】
以下具体的な動作例を説明する。予め、プラスチック対物レンズ１１を使用環境温度範囲の平均値より低温状態で球面収差が最小となるように設計する。この場合、プラスチック対物レンズ１１の環境温度が上記平均値よりも上昇すると、アクチュエータコイル１３による加熱を行う。発熱源であるアクチュエータコイル１３は、プラスチック対物レンズ１１の光源側に配置されており、かかるアクチュエータコイル１３の発熱によってプラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって下りの温度勾配を生じさせることができるので、プラスチック対物レンズ１１の平均値からの温度上昇に起因する球面収差の変動を打ち消すことができる。
【００４４】
具体例で説明すると、使用環境温度範囲が例えば５℃から６５℃の場合、設計基準温度をその平均値３５℃より低温の１５℃を基準として対物レンズの球面収差を最小となるように設計する。このような光ヘッド１０において、環境温度が１５℃より低温となる場合は生じにくく、また、その設計温度との差も小さいため、低温時の収差補正は不要になる。一方、プラスチック対物レンズ１１の使用温度すなわち環境温度は、設計基準温度より高くなり易いが、その場合は、プラスチック対物レンズ１１の光源側に配置したアクチュエータコイル１３の発熱によって光ディスク６１に向かって下りの温度勾配を発生させることができる。
【００４５】
なお、アクチュエータコイル１３の代わりに、他の適当なヒータをプラスチック対物レンズ１１を収納するレンズホルダ１２の光ディスク６１側の部分に形成することもできる。この場合、プラスチック対物レンズ１１を使用環境温度範囲の平均値より高温状態で球面収差が最小となるように設計する。この場合、プラスチック対物レンズ１１の環境温度が上記平均値よりも降下すると、ヒータによる加熱を行う。このヒータは、プラスチック対物レンズ１１の光ディスク６１側に配置されており、かかるヒータの発熱によってプラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって上りの温度勾配を生じさせることができるので、プラスチック対物レンズ１１の平均値からの温度降下に起因する球面収差の変動を打ち消すことができる。
【００４６】
〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る光ヘッドの構造を説明する図である。この光ヘッド１１０は、第１実施形態の光ヘッド１０（図１参照）を修正したものである。この場合、アクチュエータコイル１３をヒータとして機能させず、代わりに、プラスチック対物レンズ１１を収納するレンズホルダ１２の光源側に第１ヒータ１４１を設け、レンズホルダ１２の光ディスク６１側に第２ヒータ１４２を設けている。そして、制御部３０（図１参照）の制御下で、両ヒータ１４１，１４２の発熱バランスを調節することにより、プラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって上り或いは下りの任意の温度勾配を生じさせることができる。
【００４７】
第２実施形態の場合、プラスチック対物レンズ１１は、使用環境温度範囲内に設けた適当な設計基準温度において球面収差が最小となるように設計されている。プラスチック対物レンズ１１の環境温度が設計基準温度よりも高温のときは、第１及び第２ヒータ１４１，１４２のうち光源側の第１ヒータ１４１を動作させ、かつ、プラスチック対物レンズ１１の環境温度が設計基準温度よりも低温のときは、光ディスク６１側の第２ヒータ１４２を動作させる。つまり、環境温度に応じて設計基準温度を境としてプラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって下りの温度勾配と下りの温度勾配とを切替えて生じさせることができるので、球面収差の変動が少ない微小で安定した集光スポットを形成することができる。
【００４８】
〔第３実施形態〕
図６は、第３実施形態に係る光ヘッドの構造を説明する図である。この光ヘッド２１０は、第２実施形態の光ヘッド１１０（図５参照）を修正したものである。この場合、第１ヒータ１４１を除去し、レンズホルダ１２の光ディスク６１側にヒータ及びクーラのいずれとしても機能するペルチエ素子等の熱源素子２４３を設けている。そして、制御部３０（図１参照）の制御下で、熱源素子２４３の発熱若しくは吸熱の程度を調節することにより、プラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって上り或いは下りの任意の温度勾配を生じさせることができる。
【００４９】
第３実施形態の場合も、プラスチック対物レンズ１１は、使用環境温度範囲内に設けた適当な設計基準温度において球面収差が最小となるように設されている。プラスチック対物レンズ１１の環境温度が設計基準温度よりも高温のときは、熱源素子２４３を冷却動作させ、かつ、プラスチック対物レンズ１１の環境温度が設計基準温度よりも低温のときは、熱源素子２４３を加熱動作させる。つまり、環境温度に応じて設計基準温度を境としてプラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって下りの温度勾配と下りの温度勾配とを切替えて生じさせることができる。この場合、プラスチック対物レンズ１１の環境温度があまり上昇しないという利点がある。
【００５０】
〔第４実施形態〕
図７は、第４実施形態に係る光ヘッドの構造を説明する図である。この光ヘッド３１０も、第２実施形態の光ヘッド１１０（図５参照）を修正したものである。この場合、レンズホルダ１２の光源側にペルチエ素子等の第１熱源素子３４４を設け、レンズホルダ１２の光ディスク６１側にも同様の第２熱源素子３４５を設けている。そして、制御部３０（図１参照）の制御下で、両熱源素子３４４，３４５の一方を発熱させ他方を吸熱させるとともに、その吸発熱の程度を調節することにより、プラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって上り或いは下りの任意の温度勾配を生じさせることができる。
【００５１】
第４実施形態の場合も、プラスチック対物レンズ１１は、使用環境温度範囲内に設けた適当な設計基準温度において球面収差が最小となるように設計される。プラスチック対物レンズ１１の環境温度が設計基準温度よりも高温のときは、第１熱源素子３４４を発熱動作させるとともに、第２熱源素子３４５を吸熱動作させる。また、プラスチック対物レンズ１１の環境温度が設計基準温度よりも低温のときは、第１熱源素子３４４を吸熱動作させるとともに、第２熱源素子３４５を発熱動作させる。つまり、環境温度に応じて設計基準温度を境としてプラスチック対物レンズ１１内に光ディスク６１に向かって下りの温度勾配と下りの温度勾配とを切替えて生じさせることができる。この場合も、プラスチック対物レンズ１１の環境温度があまり上昇しないという利点がある。
【００５２】
〔第５実施形態〕
図８は、第５実施形態に係る光ヘッドの構造を説明する図である。この光ヘッド４１０は、第１実施形態の光ヘッドを修正したものである。この場合、レンズホルダ１２に保持されるプラスチック対物レンズ４１１が、一対のレンズ要素４１１Ａ，４１１Ｂからなる。プラスチック対物レンズ４１１が複数の要素からなる場合、一般には球面収差の温度特性をある程度キャンセルできるレンズ設計とすることもできるが、特にプラスチックレンズにおいては、低レベルであるが一定の温度特性が残存する。このように残存する温度依存性を相殺して温度依存性の極めて少ないプラスチック対物レンズ４１１として動作させるためには、例えばアクチュエータコイル１３をヒータとして適当なタイミングで動作させて、プラスチック対物レンズ４１１内に所望の温度勾配を形成する。
【００５３】
〔第６実施形態〕
図９は、上記第１〜第５実施形態に係る光ヘッド１０（１１０，２１０，３１０，４１０）からなる光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
【００５４】
この光ピックアップ装置は、第１の光ディスク６１の情報再生用の半導体レーザ６２と、第２の光ディスク６５の情報再生用の半導体レーザ６６とを有しており、すなわち、互いに波長の異なるレーザ光を射出することができる。両半導体レーザ６２、６６からのレーザ光は、第１〜第５実施形態の光ヘッド１０（１１０，２１０，３１０，４１０）に設けたプラスチック対物レンズ１１（４１１）を利用して光ディスク６１、６５に照射され、光ディスク６１、６５からの反射光は、プラスチック対物レンズ１１（４１１）を利用して集光される。
【００５５】
まず第１の光ディスク６１を再生する場合、第１半導体レーザ６２からビームを出射し、出射された光束は、ビームスプリッタ７１を透過し、偏光ビームスプリッタ７２、コリメータ７３、１／４波長板７４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り７６によって絞られ、プラスチック対物レンズ１１（４１１）により第１の光ディスク６１の透明基板６１ａを介して情報記録面６１ｂに集光される。
【００５６】
情報記録面６１ｂで情報ビットにより変調されて反射した光束は、再びプラスチック対物レンズ１１（４１１）、絞り７６、１／４波長板７４、コリメータ７３を透過して、偏光ビームスプリッタ７２に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ７８により非点収差が与えられ、光検出器７９上ヘ入射し、その出力信号を用いて、第１光ディスク６１に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００５７】
また、光検出器７９上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦（フォーカス）検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて光ヘッド１０（１１０〜４１０）に組み込んだ２次元アクチュエータが第１の半導体レーザ６２からの光束を第１光ディスク６１の情報記録面６１ｂ上に結像するようにプラスチック対物レンズ１１（４１１）を光軸方向に移動させるとともに、この半導体レーザ６２からの光束を所定のトラックに結像するようにプラスチック対物レンズ１１（４１１）を光軸に垂直な方向に移動させる。
【００５８】
一方、第２の光ディスク６５を再生する場合、第２半導体レーザ６６からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ７１で反射され、上記第１半導体レーザ６２からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ７２、コリメータ７３、１／４波長板７４、絞り７６、プラスチック対物レンズ１１（４１１）を透過し、第２の光ディスク６５の透明基板６５ａを介して情報記録面６５ｂに集光される。
【００５９】
情報記録面６５ｂで情報ビットにより変調されて反射した光束は、再びプラスチック対物レンズ１１（４１１）、絞り７６、１／４波長板７４、コリメータ７３、偏光ビームスプリッタ７２、シリンドリカルレンズ７８を介して、光検出器７９上へ入射し、その出力情号を用いて、第２光ディスク６５に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００６０】
また、第１光ディスク６１の場合と同様、光検出器７９上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、光ヘッド１０（１１０〜４１０）に組み込んだ２次元アクチュエータにより、フォーカシング及びトラッキングのためにプラスチック対物レンズ１１（４１１）を移動させる。
【００６１】
第６実施形態の光ピックアップ装置では、温度補償された光ヘッド１０（１１０，２１０，３１０，４１０）を用いているので、プラスチック対物レンズ１１（４１１）の環境温度変化による収差変化を補正して微細な集光スポットを安定して形成することができる。この場合、プラスチック対物レンズ１１（４１１）を部分的に加熱／冷却して温度分布を形成することで、環境温度の変化によりプラスチック対物レンズ１１（４１１）に生ずる収差変化を補正できるため、単に環境温度変化に対抗してプラスチック対物レンズ全体の温度を均一に設計基準温度に保つよりも、収差補正が容易でしかも必要とするエネルギーが少なくてすむという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の光ヘッドの構造を説明するブロック図である。
【図２】対物レンズに形成する温度分布を説明する図である。
【図３】（ａ）は、対物レンズの環境温度の変化と収差の変化との関係を説明するための球面収差図であり、（ｂ）、（ｃ）は対物レンズ内の温度分布と収差変化との関係を説明するための球面収差図である。
【図４】環境温度上昇に伴う収差変化を温度勾配を用いて補正した例を説明する収差図である。
【図５】第２実施形態の光ヘッドの構造を説明するブロック図である。
【図６】第３実施形態の光ヘッドの構造を説明するブロック図である。
【図７】第４実施形態の光ヘッドの構造を説明するブロック図である。
【図８】第５実施形態の光ヘッドの構造を説明するブロック図である。
【図９】第６実施形態の光ピックアップ装置の構造を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１０    光ヘッド
１１    プラスチック対物レンズ
１２    レンズホルダ
１３    アクチュエータコイル
１４    マグネット
２１    コイル駆動回路
２２    温度センサ
２３    センサ駆動回路
３０    制御部
６１    光ディスク
６１ｂ    情報記録面
７９    光検出器
ＡＯ    光軸
【図１】
2005018924.tif 000005
【図２】
2005018924.tif 000006
【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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