(57)【要約】  光透過層の厚さの変化が大きい光ディスク（３０）に用いる光学ヘッド（１０）において、コリメートレンズ（４）と対物レンズ（６）との間に固定された発散収束度拡大部材（２０）を備える。この構成により、コリメートレンズの移動範囲を小さくすることができ、光ヘッドの小型化を図ることができる。
2007119410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を可変するカップリングレンズと、
光透過層の厚さが異なる３つ以上の情報記録面を有する光情報記録媒体に前記光束を集光させる対物レンズと、
前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間に固定された発散収束度拡大部材とを具備し、
前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、前記発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（１）を満たす、光学ヘッド。
Ｄ１＞Ｄ２・・・（１）
【請求項２】
前記複数の情報記録面の内、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離は、３０μｍを超える、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記発散収束度拡大部材は、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動される、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記発散収束度拡大部材は、入射光束が略平行光である場合に、出射光が略平行光となるアフォーカルレンズである、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持ち、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折型レンズである、請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有する、請求項５記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記発散収束度拡大部材は、前記光源の波長の変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を備えた、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持つ回折面で、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折面である、請求項４記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が凸面であり、前記対物レンズに対向する面が凹面である屈折型レンズであり、前記光源の波長変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を前記凸面又は前記凹面に備えた、請求項４記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記発散収束度拡大部材は、２枚のレンズを貼り合わせてなるレンズであり、前記カップリングレンズに対向する側が正のパワーを持つ第１のレンズ、前記対物レンズに対向する側が負のパワーを持つ第２のレンズで、かつ前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（２）を満たす、請求項４記載の光学ヘッド。
ν１＞ν２・・・（２）
【請求項１１】
前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（３）および式（４）を満たす、請求項１０記載の光学ヘッド。
ν１≧５０・・・（３）
ν２≦３５・・・（４）
【請求項１２】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面と、２枚のレンズの貼り合わせ面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有する、請求項１０記載の光学ヘッド。
【請求項１３】
前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（５）を満たす、請求項１記載の光学ヘッド。
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２≧Ｄ１×０．８・・・（５）
【請求項１４】
前記カップリングレンズを光軸方向に移動させる駆動手段をさらに具備し、前記カップリングレンズの光軸方向の位置を変化させることで、前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を変化させる、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項１５】
前記光源とは別設される第２光源と、
前記対物レンズに隣接して配置され、前記第２光源から出射された光束を前記光情報記録媒体とは異なる第２光情報記録媒体に集光させる第２対物レンズと、をさらに備えた、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項１６】
前記第２対物レンズは、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動される、請求項１５記載の光学ヘッド。
【請求項１７】
光学ヘッドと、光ディスクを回転駆動するための光ディスク駆動部と、前記光学ヘッド及び前記光ディスク駆動部を制御する制御部とを具備した光ディスク装置であって、
前記光学ヘッドが請求項２に規定される光学ヘッドであることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ディスク等の光情報記録媒体に対して記録および／または再生を行う際に使用される光学ヘッド、およびそのような光学ヘッドを備えた光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの大容量化に伴い、その記録および／または再生に用いる光学ヘッドの光源の短波長化と対物レンズの高ＮＡ（開口数：Numerical Aperture）化が進んでいる。しかし、高ＮＡ化に伴い、光ディスクの光透過層の厚み変化による球面収差の影響が顕著になってくる。【０００３】
例えばＤＶＤで用いられている波長６５０ｎｍ、対物レンズのＮＡ０．６０の場合、光透過層の厚み変化１０μｍに対して、約１０ｍλの球面収差が発生する。しかし次世代の光ディスクに用いられる波長４００ｎｍ程度、対物レンズのＮＡ０．８５程度の場合には、光透過層の厚み変化１０μｍに対して、約１００ｍλの球面収差が発生する。そのため、このような光ディスク用の光学ヘッドには、球面収差を補正する手段が必要となる。【０００４】
特許文献１に、コリメートレンズをコリメートレンズ用アクチュエータに搭載し、光透過層の厚み誤差に起因する球面収差を打ち消すように、光源と対物レンズの間に配置されたコリメートレンズを移動する光ディスク装置の方式が示されている。この光ディスク装置について図１８を用いて説明する。【０００５】
図１８に従来の光学ヘッドの構成を示す。図１８において、１０１は光源、１０２は偏光ビームスプリッタ、１０３は１／４波長板、１０４はコリメートレンズ、１０６は対物レンズ、１０７はマルチレンズ、１０８は受光素子、１０９は対物レンズ１０６を駆動する２軸アクチュエータ、１１０はコリメートレンズ１０４を駆動するコリメートレンズ用アクチュエータであり、これらが光学ヘッド１２０を構成している。【０００６】
光源１０１から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０２を透過して、コリメートレンズ１０４に入射する。コリメートレンズ１０４に入射したレーザ光は、光ディスク１３０の光透過層１３１の厚さが規定値通りの場合には、コリメートレンズ１０４によって平行光とされる。コリメートレンズ１０４はコリメートレンズ用アクチュエータ１１０に搭載されており、このコリメートレンズ用アクチュエータ１１０によって、レーザ光の光軸に沿って前後に移動可能となっている。【０００７】
コリメートレンズ１０４を透過したレーザ光は、１／４波長板１０３を透過する際に円偏光状態となり、対物レンズ１０６に入射する。対物レンズ１０６によって集光され光ディスク１３０の情報記録面に入射したレーザ光は、情報記録面で反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の光路をたどって対物レンズ１０６を透過した後、１／４波長板１０３に入射する。戻り光は１／４波長板１０３を透過することにより、往路の偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となり、その後、コリメートレンズ１０４によって収束光とされた後、偏光ビームスプリッタ１０２によって反射される。偏光ビームスプリッタ１０２によって反射された戻り光は、マルチレンズ１０７を介して受光素子１０８に入射し、検出される。【０００８】
光学ヘッド１２０を用いて光ディスク１３０の情報記録面上に光を集光して記録再生を行うとき、光ディスク１３０の光透過層１３１の厚み誤差によって発生する主な収差は、デフォーカスによるものと球面収差によるものである。デフォーカスについては、フォーカスサーボにより補正される。すなわち、受光素子１０８からのフォーカスサーボに基づいて、２軸アクチュエータ１０９により対物レンズ１０６を光軸方向に動かすことでデフォーカスが補正され、情報記録面上に焦点が合わされる。【０００９】
一方、球面収差については、対物レンズ１０６に入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とすることにより、光透過層１３１の厚さに応じて発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることで補正を行う。具体的にはコリメートレンズ用アクチュエータ１１０により、コリメートレンズ１０４を光軸方向に前後に動かすことで、対物レンズ１０６に入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とし、対物レンズ１０６で逆極性の球面収差を発生させ、光透過層１３１の厚み誤差に起因する球面収差をキャンセルするようにしている。このように、この光学ヘッド１２０においては、対物レンズ１０６を透過して情報記録面に焦点を結んだときは、球面収差がキャンセルされた状態になっている。【００１０】
このように、コリメートレンズを光軸方向に移動させて対物レンズに入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とする方法は、ＢＤ（Blu-ray Disc）等の高密度光ディスク用の光学ヘッドに用いられている。尚、２層の光透過層１３１を有するＢＤでは、光透過層間の距離は、各光透過層の厚さのバラツキも含めて最大３０μｍである。
【特許文献１】特開平１１−２５９９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光ディスクにおいてさらなる大容量化を図るため、情報記録面について、２層を超える多層構造とすることが考えられている。この場合、新たな情報記録面を従来の２層の情報記録面の間に形成することは、各情報記録面間の距離が小さくなりすぎることに伴う様々な課題が生じるため現実的ではない。従って、２層を超える情報記録面を有する多層構造の光ディスクにおいては、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離は、前記３０μｍを超えることになる。情報記録面を多層化した場合、複数の情報記録面に対して情報の記録および／または再生を行うことになる。しかし、情報記録面毎に光透過層の厚さが異なるため、対物レンズの最適基材厚（残存収差が最小となる光透過層厚）からずれた情報記録面では、最適基材厚から所定の情報記録面までの光透過層の厚さに応じて、球面収差が発生する。【００１２】
球面収差は、対物レンズの最適基材厚から所定の情報記録面までの光透過層の厚さに比例して大きくなる。情報記録面を多層化し、その光透過層の間隔を大きく変化させると、補正すべき３次の球面収差も増大する。従って、従来の光学ヘッドにおいて、コリメートレンズを光軸方向に移動させて前記球面収差を補正しようとすると、コリメートレンズの移動範囲が非常に大きくなる。【００１３】
例えば、光源の波長λ＝４０８ｎｍ、対物レンズのＮＡ＝０．８５、対物レンズの焦点距離１．３ｍｍ、コリメートレンズの焦点距離１９．０ｍｍ、対物レンズの最適基材厚（残存収差が最小となる光ディスク光透過層厚）８５．５μｍとした場合、光透過層の厚さが５０μｍから１２５μｍまで変化する光ディスクを記録または再生する場合の、コリメートレンズの移動範囲（対物レンズに近づく方向を正（＋）とする）を図１９に示す。【００１４】
図１９より光透過層の厚さが５０μｍから１２５μｍまで変化する場合、球面収差を補正するためのコリメートレンズの移動範囲は８ｍｍ以上となる。このように、多層化されて光透過層の厚さの変化が大きい光ディスクに用いる光学ヘッドにおいては、コリメートレンズの移動範囲を確保するために、光ヘッドのサイズを大きくする必要がある。【００１５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光透過層の厚さの変化が大きい、即ち、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離が３０μｍを超えるような、例えば多層構造の光ディスクに対しても、コリメートレンズの移動範囲をより低減した光学ヘッドおよびそのような光学ヘッドを備えた光ディスク装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１態様における光学ヘッドは、光源と、前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を可変するカップリングレンズと、光透過層の厚さが異なる３つ以上の情報記録面を有する光情報記録媒体に前記光束を集光させる対物レンズと、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間に固定された発散収束度拡大部材とを具備し、前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、前記発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（１）を満たすことを特徴としている。
Ｄ１＞Ｄ２・・・（１）【００１７】
上記第１態様における光学ヘッドにおいて、前記複数の情報記録面の内、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離は、３０μｍを超えて構成してもよい。【００１８】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動されてもよい。【００１９】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、入射光束が略平行光である場合に、出射光が略平行光となるアフォーカルレンズであってもよい。【００２０】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持ち、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折型レンズであってもよい。【００２１】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有してもよい。【００２２】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記光源の波長の変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を備えてもよい。【００２３】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持つ回折面で、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折面であってもよい。【００２４】
前記第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が凸面であり、前記対物レンズに対向する面が凹面である屈折型レンズであり、前記光源の波長変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を前記凸面又は前記凹面に備えることもできる。【００２５】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、２枚のレンズを貼り合わせてなるレンズであり、前記カップリングレンズに対向する側が正のパワーを持つ第１のレンズ、前記対物レンズに対向する側が負のパワーを持つ第２のレンズで、かつ前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（２）を満たすように構成してもよい。
ν１＞ν２・・・（２）【００２６】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（３）および式（４）を満たすように構成してもよい。
ν１≧５０・・・（３）
ν２≦３５・・・（４）【００２７】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面と、２枚のレンズの貼り合わせ面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有してもよい。【００２８】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（５）を満たすように構成してもよい。
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２≧Ｄ１×０．８・・・（５）【００２９】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記カップリングレンズを光軸方向に移動させる駆動手段をさらに具備し、前記カップリングレンズの光軸方向の位置を変化させることで、前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を変化させてもよい。【００３０】
前記第１態様における光学ヘッドにおいて、前記光源とは別設される第２光源と、
前記対物レンズに隣接して配置され、前記第２光源から出射された光束を前記光情報記録媒体とは異なる第２光情報記録媒体に集光させる第２対物レンズと、をさらに備えることもできる。【００３１】
前記第２対物レンズは、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動されるように構成してもよい。【００３２】
また、本発明の第２態様における光ディスク装置は、光学ヘッドと、光ディスクを回転駆動するための光ディスク駆動部と、前記光学ヘッド及び前記光ディスク駆動部を制御する制御部とを具備した光ディスク装置であって、前記光学ヘッドが前記第１態様のいずれか一つに規定される光学ヘッドであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第１態様における光学ヘッドおよび第２態様における光ディスク装置によれば、例えば、情報記録面の多層化により光透過層の厚さ変化が大きい光ディスクに用いる光学ヘッドにおいても、よりコンパクトなサイズを実現できるという優れた効果が得られる。【００３４】
また、光源の波長の変動に伴って発生する対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を、さらに備えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図２】図１に示す光学ヘッドにて情報の記録再生が行われる光ディスクの構造を模式的に示す図
【図３Ａ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動する機構の概略構成図
【図３Ｂ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動する機構の概略構成図
【図４Ａ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動したときの光線の状態を示す図
【図４Ｂ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動したときの光線の状態を示す図
【図４Ｃ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動したときの光線の状態を示す図
【図５】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズの構造を模式的に示す図
【図６Ａ】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズから出射される光線の状態を示す図
【図６Ｂ】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズから出射される光線の状態を示す図
【図６Ｃ】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズから出射される光線の状態を示す図
【図７】図１に示す光学ヘッドにおける、光透過層の厚さとコリメートレンズ移動量の関係を示す図
【図８】本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図９】図８に示す光学ヘッドにおける入射角変換ホログラムの構造を模式的に示す図
【図１０】本発明の第３の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図１１】図１０に示す光学ヘッドにおける入射角変換組みレンズの構造を模式的に示す図
【図１２】本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドに備わる発散収束度拡大部材の変形例を示す図
【図１３】本発明の第１〜第３の実施の形態における光学ヘッドと、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッドとを一体的に構成した、本発明の第４の実施形態における２レンズ光学ヘッドを示す図
【図１４】２レンズ光学ヘッドにおける各レンズを光ディスクのシーク中心線に沿って配置した図
【図１５】２レンズ光学ヘッドにおける各レンズを光ディスクのシーク中心線に直交するタンジェンシャル方向上に配置した図
【図１６】本発明の第５の実施の形態における光ディスク装置の概略構成図
【図１７】図１３に示すＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッドの構成を示す図
【図１８】従来の光学ヘッドの概略構成図
【図１９】従来の光学ヘッドにおける、光透過層の厚さとコリメートレンズ移動量の関係を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１  半導体レーザ、    ２  偏光ビームスプリッタ、    ３  １／４波長版、
４  コリメートレンズ、    ５  反射ミラー、    ６  対物レンズ、
７  検出レンズ、    ８  受光素子、    ９  ２軸アクチュエータ、
１０，１１，１２  光学ヘッド、    １６  ステッピングモータ、
１７  スクリューシャフト、    １８  レンズホルダ、
１９  ガイド、    ２０  入射角変換レンズ、
２１  入射角変換ホログラム、    ２２  入射角変換組レンズ、
３０  光ディスク、    ３１，３２，３３，３４  情報記録面、
３５  光ディスク駆動部、    ３６  制御部、    ４０  光学ヘッド、
５０  光ディスク装置、    １０１  光源、
１０２  偏光ビームスプリッタ、    １０３  １／４波長板、
１０４  コリメートレンズ、    １０６  対物レンズ、
１０７  マルチレンズ、    １０８  受光素子、
１０９  ２軸アクチュエータ、
１１０  コリメートレンズ用アクチュエータ、    １２０  光学ヘッド、
１３０  光ディスク、    １３１  光透過層。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態である光学ヘッドおよび光ディスク装置について、図面を参照しながら説明する。【００３８】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。【００３９】
図１は本発明の一実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。図１において、１は光源の一例に相当する半導体レーザ、２は偏光ビームスプリッタ、３は１／４波長板、４はカップリングレンズの一例に相当するコリメートレンズ、５は反射ミラー、６は対物レンズ、７は検出レンズ、８は受光素子、９は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ、２０は発散収束度拡大部材の一例に相当する入射角変換レンズ、１６はコリメートレンズ４を駆動するステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はコリメートレンズ４を保持するレンズホルダであり、これらが光学ヘッド１０を構成している。【００４０】
３０は複数の透明基板（光透過層）を有し光情報記録媒体に相当する光ディスクである。光ディスク３０は、図２に示すように、光入射面側（対物レンズ６側）から情報記録面３１、３２、３３、３４が形成されており、前記光入射面からそれぞれの情報記録面までの光透過層の厚さが、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４となっている。尚、光ディスク３０は、上述した多層構造の光ディスクに相当することから、最も厚い光透過層の情報記録面３４と最も薄い光透過層の情報記録面３１との面間距離は、バラツキも含めると３０μｍを超える。又、本実施形態では、光ディスク３０は、４つの情報記録面を有するが、これに限定するものではなく、３つ以上の情報記録面を有する光ディスクである。【００４１】
次に、光ディスク３０に対して情報の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１０の動作について詳細に説明する。半導体レーザ１から出射された直線偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２を透過し、１／４波長板３で円偏光に変換された後、コリメートレンズ４で略平行光に変換され、反射ミラー５で反射して、入射角変換レンズ２０を透過し、対物レンズ６によって、光透過層越しに光ディスク３０の情報記録面３１〜３４の何れかに光スポットとして集光される。【００４２】
情報記録面３１〜３４の何れかで反射したレーザ光は、再び対物レンズ６、入射角変換レンズ２０を透過し、反射ミラー５で反射され、コリメートレンズ４を透過し、１／４波長板３で往路とは異なる直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ２で反射され、検出レンズ７によって、受光素子８に導かれる。受光素子８で検出されたレーザ光は、光電変換された後演算されて、光ディスク３０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号と偏心に追従するためのトラッキング誤差信号を生成する。２軸アクチュエータ９は、このフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号によって、回転する光ディスク３０の情報トラックに光スポットが追従するよう対物レンズ６を２軸方向に駆動する。【００４３】
コリメートレンズ４はレンズホルダ１８に保持され、レーザ光の光軸に沿って移動可能となっている。情報記録面３１〜３４の光透過層の厚さに応じて、さらにそれらの光透過層の厚さが規定値から外れている場合に、光透過層の厚さ変化に伴う球面収差を補正するように、コリメートレンズ４によって対物レンズ６に入射するレーザ光は発散光あるいは収束光とされ、対物レンズ６で逆極性の球面収差を発生させ、球面収差の補正を行う。【００４４】
図３Ａ及び図３Ｂは、コリメートレンズ４を光軸方向に駆動する機構の概略構成図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、１６はステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はレンズホルダ、１９はガイドである。図３Ｂに示すように、ステッピングモータ１６を駆動してスクリューシャフト１７を回転させることにより、コリメートレンズ４とコリメートレンズ４を保持するレンズホルダ１８がガイド１９に沿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。【００４５】
図４Ａ〜図４Ｃは、コリメートレンズ４を光軸方向に駆動した時の光束の状態を示す図である。光ディスク３０の光透過層の厚みの違いによって発生する球面収差は、対物レンズ６に入射するレーザ光の発散収束度を変え、光透過層の厚みの違いによって発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることで、補正することが可能である。【００４６】
従って、例えばコリメートレンズ４の出射光が略平行光となる図４Ａを基準として、図４Ｂのように、コリメートレンズ４を光源側に移動することによって、コリメートレンズ４の出射光は発散光となり、光ディスク３０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できる。一方、図４Ｃのように、コリメートレンズ４を対物レンズ６側に移動することによって、コリメートレンズ４の出射光は収束光となり、光ディスク３０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できる。【００４７】
ここで、コリメートレンズ４を光軸方向に移動する手段としては、上述のステッピングモータ１６を使用する方法に限らず、例えば磁気回路や圧電素子の駆動によるアクチュエータ等、いかなる手段によるものでも可能であり、上記の方法に限定されるものではない。【００４８】
なお、ステッピングモータを用いた場合は、コリメートレンズの光軸方向の位置をモニタする必要がないため、システムを簡素化できるというメリットがあり、一方、磁気回路や圧電素子の駆動によるアクチュエータは駆動部分が小さいため、光学ヘッドの小型化に適しているというメリットがある。【００４９】
次に、入射角変換レンズ２０の機能について詳細に説明する。入射角変換レンズ２０は、図５に示すように、コリメートレンズ４側の面（第１面）が凸のパワーを持ち、対物レンズ６側の面（第２面）が凹のパワーを持ち、平行光が入射した場合に光束径の異なる平行光を出射する、いわゆるアフォーカルレンズとして機能する。又、入射角変換レンズ２０が前記アフォーカルレンズとして機能することを他の方法にて表現すると、入射角変換レンズ２０に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換レンズ２０から出射される光束の直径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有する、と言える。【００５０】
本実施の形態における入射角変換レンズ２０の仕様は、「表１」の通りである。【００５１】
【表１】
2007119410.tif 000003
【００５２】
なお入射角変換レンズ２０は、入射角変換レンズ自身で発生する球面収差を低減するため、上述の仕様の如く、入射面（第１面）と出射面（第２面）の少なくとも一つの面を非球面形状とすることが好ましい。【００５３】
この入射角変換レンズ２０の機能について、図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。【００５４】
図６Ａ〜図６Ｃは入射角変換レンズ２０に、それぞれ平行光、発散光、収束光が入射した場合の、出射光の状態を示す図である。入射角変換レンズ２０は平行光が入射した場合、図６Ａに示すように光束径の異なる平行光を出射する。【００５５】
しかし図６Ｂのように、入射角変換レンズ２０に発散光が入射した場合、出射される発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ１は、入射した発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ２よりも大きくなる。一方、図６Ｃのように、入射角変換レンズ２０に収束光が入射した場合、出射される収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ３は、入射した収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ４よりも大きくなる。【００５６】
すなわち入射角変換レンズ２０は、平行光が入射したときには入射光束径とは異なる出射光束径にて平行光を出射し、発散光が入射したときにはこれをより発散させて発散光として出射し、収束光が入射したときにはこれをより収束させて収束光として出射する。このように、入射角変換レンズ２０は、入射光の発散収束度をより拡大して出射する機能を備える。
一方、上述のようにコリメートレンズ４を光軸方向に移動させることで、入射角変換レンズ２０に対して、発散光、平行光、収束光を入射させることができる。又、対物レンズ６は、平行光が入射した場合を基準として、発散光が入射したときには、より遠い位置に焦点を結び、逆に、収束光が入射したときには、より近い位置に焦点を結ぶ特性を有する。
したがって、上述のように入射光の発散、収束度をより拡大する機能を有する入射角変換レンズ２０を対物レンズ６の入射側に配置することで、コリメートレンズ４の移動により形成した発散光及び収束光は、さらに発散又は収束されて対物レンズ６に入射される。よって、コリメートレンズ４の移動量が従来と同じであっても、対物レンズ６の焦点距離を大きく変化させることができる。即ち、光ディスクにおける情報記録面間の距離が従来と同じであれば、本実施形態により、コリメートレンズ４の移動量を従来に比べて小さくすることができることがわかる。【００５７】
図７は、本実施の形態における、補正すべき光透過層の厚さとコリメートレンズの移動量の関係を、計算によって求めた結果である。横軸に補正する光透過層の厚さをとり、縦軸はコリメートレンズ４の移動量を示している。なお、計算に用いた各パラメータの具体的な数値は以下の通りである。【００５８】
半導体レーザ１の波長  λ＝４０８ｎｍ
対物レンズ６のＮＡ  ＮＡ＝０．８５
対物レンズ６の焦点距離  ｆｏｌ＝１．３ｍｍ
コリメートレンズ４の焦点距離置  ｆｃｌ＝１９．０ｍｍ
情報記録面間の各光透過層の厚さ  ｄ１＝５０μｍ
ｄ２＝７５μｍ
ｄ３＝１００μｍ
ｄ４＝１２５μｍ
コリメートレンズ４の移動量は、対物レンズ６の最適基材厚（残存収差が最小となる光ディスク光透過層の厚さ）が８５．５μｍである場合を基準とし、対物レンズに近づく方向を正（＋）とした。【００５９】
図７より、光ディスク３０のｄ１の光透過層の厚さを補正するのに、本実施の形態のコリメートレンズ４では＋３．６５ｍｍの移動量が必要であり、ｄ４の光透過層の厚さを補正するのに、本実施の形態のコリメートレンズ４では−３．４７ｍｍの移動量が必要となる。すなわち、コリメートレンズ４の移動範囲は約７．１ｍｍとなり、波線で示した従来例に対して約１ｍｍ小さいことがわかる。これは、入射角変換レンズ２０によって、対物レンズ６に入射する光線の発散収束度がより大きくなったため、コリメートレンズ４の単位移動量あたりに発生する球面収差量が大きくなったことを示している。【００６０】
ここで光学ヘッド１０のサイズをより小さくするために、図１に示すように、入射角変換レンズ２０は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ９に搭載されることが好ましい。なお、入射角変換レンズ２０はアフォーカルレンズであるため、対物レンズ６に対する光軸ずれによるコマ収差はほとんど発生せず、２軸アクチュエータ９に搭載する場合に位置調整が容易であり好適である。【００６１】
以上のように、本実施の形態における光学ヘッド１０は、入射角変換レンズ２０を備えているので、コリメートレンズ４の可動範囲を小さくでき、コンパクトなサイズの光学ヘッドを実現できた。【００６２】
（実施の形態２）
次に本発明の別の実施の形態について、図８と図９を用いて説明する。なお実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。【００６３】
図８は本発明の別の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。図８において、１は光源の一例に相当する半導体レーザ、２は偏光ビームスプリッタ、３は１／４波長板、４はカップリングレンズの一例に相当するコリメートレンズ、５は反射ミラー、６は対物レンズ、７は検出レンズ、８は受光素子、９は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ、２１は発散収束度拡大部材の一例に相当する入射角変換ホログラム、１６はコリメートレンズ４を駆動するステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はコリメートレンズ４を保持するレンズホルダであり、これらが光学ヘッド１１を構成している。また、３０は、複数の透明基板（光透過層）を有し光情報記録媒体に相当する光ディスクであり、最も厚い光透過層の情報記録面３４と最も薄い光透過層の情報記録面３１との面間距離が前記３０μｍを超える光ディスクである。【００６４】
なお光ディスク３０の情報の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１１の動作については、実施の形態１で示した光学ヘッド１０の動作と同じであるため、詳細な説明については省略する。【００６５】
実施の形態１の光学ヘッド１０と本実施の形態の光学ヘッド１１の違いは、入射角変換レンズ２０と入射角変換ホログラム２１の違いである。入射角変換ホログラム２１は、図９に示すように、コリメートレンズ４側の面（第１面）が凸のパワーを持った回折面２１ａ、対物レンズ６側の面（第２面）が凹のパワーを持った屈折面２１ｂとなっている。回折面２１ａは同心円状の複数の輪帯からなる回折構造２１ｃを有し、半導体レーザ１の波長において最大の回折効率が得られるように構成されている。【００６６】
この入射角変換ホログラム２１も、実施の形態１で示した入射角変換レンズ２０と同様、入射角変換ホログラム２１に発散光が入射した場合、出射される発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなり、入射角変換ホログラム２１に収束光が入射した場合、出射される収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなる。【００６７】
すなわち入射角変換ホログラム２１は、入射光の発散収束度をより拡大して出射する機能を備え、コリメートレンズ４の単位移動量あたりに発生する球面収差量を大きくする効果がある。よって、入射角変換ホログラム２１も、入射角変換ホログラム２１に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換ホログラム２１から出射される光束の直径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有する。
したがって、入射角変換ホログラム２１は、入射角変換レンズ２０が有する上述した効果と同様の効果、つまりコリメートレンズ４の移動量を従来に比べて小さくすることができ、光学ヘッドの小型化に寄与することができる。【００６８】
ところで記録パワーと再生パワーの切り替え時や周囲温度の変化などによって、レーザ光源の波長は変動する。ここで、レーザ光の波長が短いほど、波長変動に伴う対物レンズの材料の屈折率変動による、最良像点位置の変動による影響が大きくなる。従って、特に記録型の光学ヘッドにおいては、波長の変動によって生じる最良像点位置の変動を補正するための色収差補正機能を備えることが一般的である。【００６９】
本実施の形態の入射角変換ホログラム２１は、半導体レーザ１の基準波長４０８ｎｍの平行光が入射した場合には、凸の回折パワーと凹の屈折パワーが等しく、アフォーカルレンズとして機能するが、レーザ光の波長が長くなった場合には、回折面２１ａでの回折角が大きくなって凸のパワーが強くなり、平行光が入射した場合に収束光を出射するレンズとして機能する。一方、レーザ光の波長が短くなった場合には、回折面２１ａでの回折角が小さくなって凹のパワーが強くなり、平行光が入射した場合に発散光を出射するレンズとして機能する。これは対物レンズ６で発生する最良像点位置の変動を相殺するように機能し、いわゆる色収差補正の効果を持つ。つまり、回折面２１ａに形成した前記回折構造２１ｃが色収差補正機能を奏する。【００７０】
尚、前記回折構造２１ｃは、色収差補正機能を奏するための条件である凸のパワーを有し、その凸のパワー量は、対物レンズ６にて発生する色収差を打ち消すのに必要な量である。又、入射角変換ホログラム２１は、図９に示すように、コリメートレンズ４側の面は平面であり、対物レンズ６側の面は凹面にて形成している。尚、仮に、凸のパワーを有する回折構造２１ｃを対物レンズ６側の前記凹面に形成しても、回折構造２１ｃによる色収差補正機能を得ることはできる。しかしながら、入射角変換ホログラム２１に入射する光束の直径Ｄ１と出射される光束の直径Ｄ２とが等しくなるため、入射光の発散収束度を拡大する効果が得られなくなる。よって、図９に示すような片面が平面である入射角変換ホログラム２１の形状では、コリメートレンズ４側の平面に回折構造２１ｃを形成する必要がある。但し、後述するように、色収差補正機能を有する発散収束度拡大部材の形状は、入射角変換ホログラム２１の形状に限定されるものではない。【００７１】
以上のように、本実施の形態における光学ヘッド１１は、入射角変換ホログラム２１を備えているので、コリメートレンズ４の可動範囲を小さくでき、コンパクトなサイズの光学ヘッドを実現できる。また、入射角変換ホログラム２１は色収差補正の機能も備えるため、記録または再生性能に優れた光学ヘッドを実現できる。【００７２】
なお、本実施の形態における入射角変換ホログラム２１は、実施の形態１における入射角変換レンズに比べて薄型かつ軽量に構成することが可能であるため、２軸アクチュエータ６の小型化および高速駆動により適しているという特徴を備える。【００７３】
上述したように、入射角変換ホログラム２１では、コリメートレンズ４側の面は平面にて、対物レンズ６側の面は凹面にて形成され、色収差補正機能を発揮する回折構造２１ｃは、コリメートレンズ４側の平面に形成されている。しかしながら、発散収束度拡大部材は、以下に説明するような形状を採ることもでき、そのような形状を採ることで、色収差補正機能を有し、かつ、アフォーカルレンズとしてのより大きなアフォーカル倍率を得ることが可能となる。【００７４】
上述したように、色収差補正機能を発揮するための回折構造２１ｃによる凸のパワー量は、使用される対物レンズにて発生する色収差量によって決定される。例えば、対物レンズにて発生する色収差量が０．５μｍ／ｎｍであり、これを略ゼロとするために発散収束度拡大部材に形成する回折構造２１ｃによる凸のパワーは、ほぼ一義に決定される。一方、上述したようにコリメートレンズ４の移動量を低減し光学ヘッドの小型化を図るために、当該発散収束度拡大部材がアフォーカルレンズとして機能するためには、当該発散収束度拡大部材における凸のパワーと凹のパワーとが等しくなければならない。ここで上述の例のように、色収差補正機能を発揮する回折構造２１ｃが入射角変換ホログラム２１のコリメートレンズ４側の平面に形成されている場合、入射角変換ホログラム２１の厚さを１ｍｍ程度とすると、入射角変換ホログラム２１に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換ホログラム２１から出射される光束の直径をＤ２としたとき、上述の値の色収差を打ち消すためのＤ２／Ｄ１の値は、０．９５程度となる。【００７５】
上述の観点からすれば、発散収束度拡大部材におけるＤ２／Ｄ１の値は、補正すべき色収差量にて決定されてしまうと思われるが、以下に説明するように発散収束度拡大部材を形成することで、Ｄ２／Ｄ１の値を適宜に設定して、コリメートレンズ４の移動量をさらに低減し光学ヘッドのさらなる小型化を図ることが可能となる。【００７６】
即ち、コリメートレンズ４の移動量をさらに低減して光学ヘッドのさらなる小型化を図るためには、前記Ｄ２／Ｄ１の値をさらに小さくしなければならない。例えば、Ｄ２／Ｄ１の値が上述の値よりも小さい、例えばＤ２／Ｄ１＝０．８である発散収束度拡大部材を形成したい場合、入射角変換ホログラム２１の厚さは現実的な値を採らざるを得ないことから、上述の例のように補正すべき色収差量が０．５μｍ／ｎｍであれば、回折構造２１ｃによる凸のパワー量はほぼ一義的に決定される。よって、図１２に示すように、コリメートレンズ４側の面を、所定の凸のパワー量を有するように凸面２３ａに形成する。そして、アフォーカルレンズとして機能させるため当該発散収束度拡大部材における凸のパワーと凹のパワーとは等しくなければならないことから、対物レンズ６側の面について、回折構造２１ｃによる凸のパワーと凸面２３ａによる凸のパワーとの和に対してパワー量の絶対値でほぼ等しい凹のパワー量を有する凹面２３ｂに形成する。このようにして、図１２に示すような発散収束度拡大部材２３が形成される。【００７７】
尚、該発散収束度拡大部材２３では、コリメートレンズ４側の凸面２３ａに回折構造２１ｃを形成しているが、回折構造２１ｃは、コリメートレンズ４側、対物レンズ６側のいずれに形成してもよい。例えば、上述の例にて、対物レンズ６側の面に回折構造２１ｃを設けるとすると、対物レンズ６側の面は、回折構造２１ｃによる凸のパワーを有することから、コリメートレンズ４側の面について、回折構造２１ｃによる凸のパワーと凹面２３ｂによる凹のパワーとの和に対してパワー量の絶対値でほぼ等しい凸のパワー量を有する凸面２３ａに形成する。即ち、発散収束度拡大部材における凹面による凹のパワー、凸面による凸のパワー、及び回折構造２１ｃによる凸のパワーにより、結果的に当該発散収束度拡大部材がアフォーカルレンズとして機能する、つまり凹のパワーと凸のパワーとが等しくなるように、発散収束度拡大部材の形状を決めればよい。【００７８】
尚、凸面と凹面とを比べると、凸面の方が有効領域の面積が大きいことから、回折構造２１ｃの製作上の観点からは、凸面に回折構造２１ｃを形成するのが容易であることから好ましい。【００７９】
（実施の形態３）
次に本発明の別の実施の形態について、図１０と図１１を用いて説明する。なお実施の形態１および実施の形態２と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。【００８０】
図１０は本発明の別の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。図１０において、１は光源の一例に相当する半導体レーザ、２は偏光ビームスプリッタ、３は１／４波長板、４はカップリングレンズの一例に相当するコリメートレンズ、５は反射ミラー、６は対物レンズ、７は検出レンズ、８は受光素子、９は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ、２２は発散収束度拡大部材の一例に相当する入射角変換組レンズ、１６はコリメートレンズ４を駆動するステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はコリメートレンズ４を保持するレンズホルダであり、これらが光学ヘッド１２を構成している。また、３０は複数の透明基板（光透過層）を有し光情報記録媒体に相当する光ディスクであり、最も厚い光透過層の情報記録面３４と最も薄い光透過層の情報記録面３１との面間距離が前記３０μｍを超える光ディスクである。【００８１】
実施の形態１の光学ヘッド１０、実施の形態２の光学ヘッド１１と本実施の形態の光学ヘッド１２の違いは、入射角変換組レンズ２２である。入射角変換組レンズ２２は、図１１に示すように、コリメートレンズ４側（入射側）の凸レンズ２２ａ（硝材：ＶＣ７８、アッベ数５５）と、対物レンズ６側（出射側）の凹レンズ２２ｂ（硝材：ＦＤ１５、アッベ数３０）とを貼り合わせて構成される。【００８２】
この入射角変換組レンズ２２も、発散光が入射した場合、出射される発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなり、収束光が入射した場合、出射される収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなる。【００８３】
すなわち入射角変換組レンズ２２は、入射光の発散収束度をより拡大して出射する機能を備え、コリメートレンズ４の単位移動量あたりに発生する球面収差量を大きくする効果がある。よって、入射角変換組レンズ２２も、入射角変換組レンズ２２に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換組レンズ２２から出射される光束の直径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有する。
したがって、入射角変換組レンズ２２は、入射角変換レンズ２０が有する上述した効果と同様の効果、つまりコリメートレンズ４の移動量を従来に比べて小さくすることができ、光学ヘッドの小型化に寄与することができる。【００８４】
また、本実施の形態の入射角変換組レンズ２２は、半導体レーザ１の基準波長４０８ｎｍの平行光が入射した場合には、凸レンズ２２ａのパワーと、凹レンズ２２ｂのパワーが等しく、アフォーカルレンズとして機能するが、レーザ光の波長が長くなった場合には、分散の大きい（アッベ数の小さい）凹レンズのパワーがより小さくなり、平行光が入射した場合に収束光を出射するレンズとして機能する。一方、レーザ光の波長が短くなった場合には、分散の大きい（アッベ数が小さい）凹レンズのパワーがより大きくなり、平行光が入射した場合に発散光を出射するレンズとして機能する。これは対物レンズ６で発生する最良像点位置の変動を相殺するように機能し、いわゆる色収差補正の効果を持つ。【００８５】
なお、入射角変換組レンズ２２が色収差補正の機能を備えるためには、凹レンズ２２ｂに用いる硝材の分散が、凸レンズ２２ａに用いる硝材の分散よりも大きいことが条件となる。具体的には、凸レンズ２２ａはアッベ数５０以上の低分散材料、凹レンズ２２ｂはアッベ数３５以下の高分散材料を用いることが好ましい。【００８６】
以上のように、本実施の形態における光学ヘッド１２は、入射角変換組レンズ２２を備えているので、コリメートレンズ４の可動範囲を小さくでき、コンパクトなサイズの光学ヘッドを実現できる。また、入射角変換組レンズ２２は色収差補正の機能も備えるため、記録または再生性能に優れた光学ヘッドを実現できる。【００８７】
なお、実施の形態１から実施の形態３においては、２軸アクチュエータ９の可動部に搭載した入射角変換レンズ２０、入射角変換ホログラム２１、入射角変換組レンズ２２のいずれかを用いてコリメートレンズ４の可動範囲を低減した光学ヘッドの形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００８８】
すなわち本発明は、発散収束度拡大部材として、コリメートレンズと対物レンズの間に固定され、コリメートレンズから出射されて、対物レンズに入射する光束のマージナル光線の光軸に対する傾斜角を拡大する機能を有するものであれば適用可能である。例えば、入射面と出射面の両方に回折構造を備えていてもよい。また、これら発散収束度拡大部材が２軸アクチュエータ上ではなく、光学ヘッド上に固定されていてもよい。【００８９】
なお、発散収束度拡大部材が、コリメートレンズから出射されて対物レンズに入射する光束のマージナル光線の光軸に対する傾斜角を拡大する機能を有する条件は、発散収束度拡大部材に入射する光束の直径をＤ１、発散収束度拡大部材から出射される光束の直径をＤ２とすると、
Ｄ１＞Ｄ２
である。ただし、入射光束径Ｄ１と出射光束径Ｄ２の差が小さい場合は、傾斜角の拡大効果が小さいため、
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２
程度とすることが好ましい。一方、入射光束径Ｄ１に対する出射光束径Ｄ２が小さければ小さいほど、傾斜角の拡大効果は大きくなる。しかしながら、対物レンズと光ディスクの間隔（作動距離）を確保するために、対物レンズの焦点距離はある程度確保する必要があり、対物レンズの有効径は大幅に小さくすることはできない。すなわち、発散収束度拡大部材の出射光束径Ｄ２に対して入射光束径Ｄ１が大きいと、コリメートレンズ４の有効径及び外径が大きくなるため、逆に光学系全体が大きくなる。従って、実質的には、
Ｄ２≧Ｄ１×０．８
程度とすることが好ましい。以上のように、発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１および出射される光束の直径Ｄ２は、
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２≧Ｄ１×０．８
の範囲にあることが好ましい。【００９０】
さらに、球面収差を補正するために駆動するカップリングレンズは、実施の形態１から実施の形態３に示したコリメートレンズ４をステッピングモータ１６を用いて光軸方向に駆動する形態に限らず、例えば、２組のレンズ群の光軸方向の間隔を変えることにより、対物レンズに入射する光束の発散度および／または収束度を変化させる、いわゆるビームエキスパンダのような光学素子についても適用可能であることは明らかである。【００９１】
（第４の実施の形態）
実施の形態１〜３にて説明したように、コリメートレンズ４と対物レンズ６との間に、例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を配置することで、コリメートレンズ４の移動量を低減し光学ヘッドの小型化を図ることができる。一方、発散収束度拡大部材を用いずにコリメートレンズ４の移動量を減少させる方法としては、対物レンズ６の焦点距離を大きくする方法がある。
しかしながら、焦点距離の大きい対物レンズ６は直径が大きいため、光学ヘッドの小型化に反するとともに、対物レンズの重量が増し対物レンズ等を駆動するアクチュエータの動作性能上、不利となる。したがって、上述のように例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設けることは、対物レンズ等を駆動するアクチュエータの動作性能上の観点からも有効である。特に、入射角変換ホログラム２１や入射角変換組レンズ２２のように、発散収束度拡大部材に色収差補正機能を持たせることで、別途、色収差補正用の光学素子を設ける必要がなくなり、さらに有効である。【００９２】
さらにまた、本発明の第４の実施の形態として、図１３に示すように、ＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）用の光学ヘッド１３Ａと、上述した第１〜第３の実施の形態におけるＢＤ用の光学ヘッド１３Ｂとを一体的に構成した２レンズ光学ヘッド１３を構成することもできる。
図１３に示す２レンズ光学ヘッド１３では、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１３Ａと、ＢＤ用光学ヘッド１３Ｂとを別々に独立して配置し一体的に構成してもよいし、例えば、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１３Ａに備わる対物レンズ、並びに、ＢＤ用光学ヘッド１３Ｂに備わる対物レンズ６及び発散収束度拡大部材を駆動するアクチュエータを共用するようにして一つの可動部にて一体で駆動してもよい。【００９３】
又、図１３に示すＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１３Ａは、例えば図１７に示す光学ヘッド２２０の構成を有することができる。この場合、光源２０１は第２光源に相当し、対物レンズ２０６は第２対物レンズに相当し、また、２０２は偏光ビームスプリッタ、２０３は１／４波長板、２０４はコリメートレンズ、２０７はマルチレンズ、２０８は受光素子、２０９は対物レンズ２０６を駆動する２軸アクチュエータである。又、２３０は光ディスク、２３１は光透過層である。【００９４】
尚、図１３では、２レンズ光学ヘッド１３において光学ヘッド１３Ａを右側、光学ヘッド１３Ｂを左側に図示しているが、便宜上そのように図示したまでであり、実際の配置とは無関係であり、又、図示の形状、サイズ等も実際とは相違する。【００９５】
上述のように２レンズ光学ヘッドを構成することもできるが、例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設ける代わりに、コリメートレンズの移動量低減のために大きな直径を有する対物レンズを設けた、図１４及び図１５に示す２レンズ光学ヘッド１４では、以下に説明するような問題が生じる。即ち、上述したように、大きな対物レンズによる重量増のため、対物レンズ駆動用アクチュエータの動作性能が低下する。さらに、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１４Ａにおける対物レンズ１４Ａ−１と、ＢＤ用光学ヘッド１４Ｂにおける対物レンズ１４Ｂ−１との中心間距離Ｌ１は、図１３に示す２レンズ光学ヘッド１３における中心間距離Ｌよりも大きくなり、以下に説明するように、例えばトラッキング制御等、光ディスクに対する情報の読み書きに関して問題が生じる。【００９６】
２レンズ光学ヘッド１４において、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１４Ａにおける対物レンズ１４Ａ−１、及び、ＢＤ用光学ヘッド１４Ｂにおける対物レンズ１４Ｂ−１の配置は、図１４に示すように、光ディスク３０のシーク中心線３０ａに沿ってそれらを並設する方法と、図１５に示すように、対物レンズ１４Ａ−１を光ディスク３０のシーク中心線３０ａ上に配置し対物レンズ１４Ｂ−１をシーク中心線３０ａに直交するタンジェンシャル方向３０ｂに配置する方法とがある。図１４に示す配置方法では、大きな前記中心間距離Ｌ１のために、２レンズ光学ヘッド１４のサイズが大型化してしまう。よって、例えばＢＤ用光学ヘッド１４Ｂが光ディスク３０の内周側トラックにアクセスしようとしたとき、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１４Ａが光ディスク回転用のモータに干渉する恐れがある。又、図１５に示す配置方法では、前記中心間距離Ｌ１が大きいため、対物レンズ１４Ｂ−１はシーク中心線３０ａからの位置ズレが大きくなる。一方、光ディスク３０のトラックの曲率は、外周側トラックでは比較的に緩やかであり、内周側トラックではきつくなる。よって、対物レンズ１４Ｂ−１を有するＢＤ用光学ヘッド１４Ｂが外周側トラックにアクセスしたときと、内周側トラックにアクセスしたときとでは、トラック角度３０ｃに差異が発生する。該トラック角度３０ｃの相違に起因して、ＢＤ用光学ヘッド１４Ｂに備わる光検出器で検出される光束パターンは変化することから、トラッキング性能が劣化してしまうという問題がある。【００９７】
上述のように例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設けることで、コリメートレンズ４の移動量を低減して光学ヘッドの小型化を図れ、かつ対物レンズ６の直径を大きくする必要もなくなる。よって、第１〜第３の実施の形態におけるＢＤ用の光学ヘッド１３Ｂを備えた２レンズ光学ヘッド１３では、前記中心間距離Ｌを、従来と同等若しくはそれ未満とすることができる。したがって、図１４及び図１５を参照して説明したような問題は、本実施形態の光学ヘッドでは発生しない。このように、例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設けることは、例えばトラッキング制御等、光ディスクに対する情報の読み書きに関する観点においても有効である。【００９８】
（実施の形態５）
図１６は本発明の一実施の形態における光ディスク装置の概略構成図である。【００９９】
図１６において、５０は光ディスク装置全体を表しており、光ディスク装置５０の内部に光ディスク駆動部３５、制御部３６、光学ヘッド４０を備える。また３０は透明基板を持つ光ディスクである。【０１００】
光ディスク駆動部３５は光ディスク３０を回転駆動する機能を有し、光学ヘッド４０は実施の形態１から実施の形態４で述べたいずれかの光学ヘッドである。制御部３６は光ディスク駆動部３５と光学ヘッド４０の駆動および制御を行う機能を有すると共に、光学ヘッド４０で受光された制御信号、情報信号の信号処理を行う機能と、情報信号を光ディスク装置５０の外部と内部でインタフェースさせる機能を有する。【０１０１】
光ディスク装置５０は、実施の形態１から実施の形態３４で述べたいずれかの光学ヘッドを搭載しており、コリメートレンズの移動範囲が縮小されているので、本実施の形態における光ディスク装置５０は、情報記録面の多層化により光透過層の厚さ変化が大きい光ディスクに用いる場合にも、よりコンパクトなサイズを実現できるという優れた効果が得られる。特に、実施の形態２と実施の形態３で述べたいずれかの光学ヘッドを搭載している場合は、コリメートレンズの移動範囲が縮小されているという効果に加えて、色収差補正機能も備えるので、本実施の形態における光ディスク装置５０は、コンパクトなサイズに加えて、記録または再生性能に優れるという顕著な効果が得られる。【０１０２】
なお、上述した様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２００６年３月２０日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２００６−０７６３１５号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の光学ヘッドは、情報記録面の多層化により光透過層の厚さ変化が大きい光ディスクに用いる場合でも、光学ヘッドをコンパクトに構成可能であり、また色収差補正機能も備えるので、光ディスク装置の小型化、軽量化および高精度化ができ、高性能な光ディスク装置を安価に提供できる。
【図１】
2007119410.tif 000004
【図２】
2007119410.tif 000005
【図３Ａ】
2007119410.tif 000006
【図３Ｂ】
2007119410.tif 000007
【図４Ａ】
2007119410.tif 000008
【図４Ｂ】
2007119410.tif 000009
【図４Ｃ】
2007119410.tif 000010
【図５】
2007119410.tif 000011
【図６Ａ】
2007119410.tif 000012
【図６Ｂ】
2007119410.tif 000013
【図６Ｃ】
2007119410.tif 000014
【図７】
2007119410.tif 000015
【図８】
2007119410.tif 000016
【図９】
2007119410.tif 000017
【図１０】
2007119410.tif 000018
【図１１】
2007119410.tif 000019
【図１２】
2007119410.tif 000020
【図１３】
2007119410.tif 000021
【図１４】
2007119410.tif 000022
【図１５】
2007119410.tif 000023
【図１６】
2007119410.tif 000024
【図１７】
2007119410.tif 000025
【図１８】
2007119410.tif 000026
【図１９】
2007119410.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月7日(2008.10.7)
【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】
光源と、
前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を可変するカップリングレンズと、
光透過層の厚さが異なる３つ以上の情報記録面を有する光情報記録媒体に前記光束を集光させる対物レンズと、
前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間に固定された発散収束度拡大部材とを具備し、
前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、前記発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（１）を満たす、光学ヘッド。
Ｄ１＞Ｄ２・・・（１）
【請求項２】
前記複数の情報記録面の内、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離は、３０μｍを超える、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記発散収束度拡大部材は、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動される、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記発散収束度拡大部材は、入射光束が略平行光である場合に、出射光が略平行光となるアフォーカルレンズである、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持ち、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折型レンズである、請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有する、請求項５記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記発散収束度拡大部材は、前記光源の波長の変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を備えた、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持つ回折面で、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折面である、請求項４記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が凸面であり、前記対物レンズに対向する面が凹面である屈折型レンズであり、前記光源の波長変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を前記凸面又は前記凹面に備えた、請求項４記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記発散収束度拡大部材は、２枚のレンズを貼り合わせてなるレンズであり、前記カップリングレンズに対向する側が正のパワーを持つ第１のレンズ、前記対物レンズに対向する側が負のパワーを持つ第２のレンズで、かつ前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（２）を満たす、請求項４記載の光学ヘッド。
ν１＞ν２・・・（２）
【請求項１１】
前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（３）および式（４）を満たす、請求項１０記載の光学ヘッド。
ν１≧５０・・・（３）
ν２≦３５・・・（４）
【請求項１２】
前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面と、２枚のレンズの貼り合わせ面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有する、請求項１０記載の光学ヘッド。
【請求項１３】
前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（５）を満たす、請求項１記載の光学ヘッド。
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２≧Ｄ１×０．８・・・（５）
【請求項１４】
前記カップリングレンズを光軸方向に移動させる駆動手段をさらに具備し、前記カップリングレンズの光軸方向の位置を変化させることで、前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を変化させる、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項１５】
前記光源とは別設される第２光源と、
前記対物レンズに隣接して配置され、前記第２光源から出射された光束を前記光情報記録媒体とは異なる第２光情報記録媒体に集光させる第２対物レンズと、をさらに備えた、請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項１６】
前記第２対物レンズは、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動される、請求項１５記載の光学ヘッド。
【請求項１７】
光学ヘッドと、光ディスクを回転駆動するための光ディスク駆動部と、前記光学ヘッド及び前記光ディスク駆動部を制御する制御部とを具備した光ディスク装置であって、
前記光学ヘッドが請求項２に規定される光学ヘッドであることを特徴とする光ディスク装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ディスク等の光情報記録媒体に対して記録および／または再生を行う際に使用される光学ヘッド、およびそのような光学ヘッドを備えた光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの大容量化に伴い、その記録および／または再生に用いる光学ヘッドの光源の短波長化と対物レンズの高ＮＡ（開口数：Numerical Aperture）化が進んでいる。しかし、高ＮＡ化に伴い、光ディスクの光透過層の厚み変化による球面収差の影響が顕著になってくる。
【０００３】
例えばＤＶＤで用いられている波長６５０ｎｍ、対物レンズのＮＡ０．６０の場合、光透過層の厚み変化１０μｍに対して、約１０ｍλの球面収差が発生する。しかし次世代の光ディスクに用いられる波長４００ｎｍ程度、対物レンズのＮＡ０．８５程度の場合には、光透過層の厚み変化１０μｍに対して、約１００ｍλの球面収差が発生する。そのため、このような光ディスク用の光学ヘッドには、球面収差を補正する手段が必要となる。
【０００４】
特許文献１に、コリメートレンズをコリメートレンズ用アクチュエータに搭載し、光透過層の厚み誤差に起因する球面収差を打ち消すように、光源と対物レンズの間に配置されたコリメートレンズを移動する光ディスク装置の方式が示されている。この光ディスク装置について図１８を用いて説明する。
【０００５】
図１８に従来の光学ヘッドの構成を示す。図１８において、１０１は光源、１０２は偏光ビームスプリッタ、１０３は１／４波長板、１０４はコリメートレンズ、１０６は対物レンズ、１０７はマルチレンズ、１０８は受光素子、１０９は対物レンズ１０６を駆動する２軸アクチュエータ、１１０はコリメートレンズ１０４を駆動するコリメートレンズ用アクチュエータであり、これらが光学ヘッド１２０を構成している。
【０００６】
光源１０１から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０２を透過して、コリメートレンズ１０４に入射する。コリメートレンズ１０４に入射したレーザ光は、光ディスク１３０の光透過層１３１の厚さが規定値通りの場合には、コリメートレンズ１０４によって平行光とされる。コリメートレンズ１０４はコリメートレンズ用アクチュエータ１１０に搭載されており、このコリメートレンズ用アクチュエータ１１０によって、レーザ光の光軸に沿って前後に移動可能となっている。
【０００７】
コリメートレンズ１０４を透過したレーザ光は、１／４波長板１０３を透過する際に円偏光状態となり、対物レンズ１０６に入射する。対物レンズ１０６によって集光され光ディスク１３０の情報記録面に入射したレーザ光は、情報記録面で反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の光路をたどって対物レンズ１０６を透過した後、１／４波長板１０３に入射する。戻り光は１／４波長板１０３を透過することにより、往路の偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となり、その後、コリメートレンズ１０４によって収束光とされた後、偏光ビームスプリッタ１０２によって反射される。偏光ビームスプリッタ１０２によって反射された戻り光は、マルチレンズ１０７を介して受光素子１０８に入射し、検出される。
【０００８】
光学ヘッド１２０を用いて光ディスク１３０の情報記録面上に光を集光して記録再生を行うとき、光ディスク１３０の光透過層１３１の厚み誤差によって発生する主な収差は、デフォーカスによるものと球面収差によるものである。デフォーカスについては、フォーカスサーボにより補正される。すなわち、受光素子１０８からのフォーカスサーボに基づいて、２軸アクチュエータ１０９により対物レンズ１０６を光軸方向に動かすことでデフォーカスが補正され、情報記録面上に焦点が合わされる。
【０００９】
一方、球面収差については、対物レンズ１０６に入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とすることにより、光透過層１３１の厚さに応じて発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることで補正を行う。具体的にはコリメートレンズ用アクチュエータ１１０により、コリメートレンズ１０４を光軸方向に前後に動かすことで、対物レンズ１０６に入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とし、対物レンズ１０６で逆極性の球面収差を発生させ、光透過層１３１の厚み誤差に起因する球面収差をキャンセルするようにしている。このように、この光学ヘッド１２０においては、対物レンズ１０６を透過して情報記録面に焦点を結んだときは、球面収差がキャンセルされた状態になっている。
【００１０】
このように、コリメートレンズを光軸方向に移動させて対物レンズに入射するレーザ光を発散光あるいは収束光とする方法は、ＢＤ（Blu-ray Disc）等の高密度光ディスク用の光学ヘッドに用いられている。尚、２層の光透過層１３１を有するＢＤでは、光透過層間の距離は、各光透過層の厚さのバラツキも含めて最大３０μｍである。
【特許文献１】特開平１１−２５９９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光ディスクにおいてさらなる大容量化を図るため、情報記録面について、２層を超える多層構造とすることが考えられている。この場合、新たな情報記録面を従来の２層の情報記録面の間に形成することは、各情報記録面間の距離が小さくなりすぎることに伴う様々な課題が生じるため現実的ではない。従って、２層を超える情報記録面を有する多層構造の光ディスクにおいては、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離は、前記３０μｍを超えることになる。情報記録面を多層化した場合、複数の情報記録面に対して情報の記録および／または再生を行うことになる。しかし、情報記録面毎に光透過層の厚さが異なるため、対物レンズの最適基材厚（残存収差が最小となる光透過層厚）からずれた情報記録面では、最適基材厚から所定の情報記録面までの光透過層の厚さに応じて、球面収差が発生する。
【００１２】
球面収差は、対物レンズの最適基材厚から所定の情報記録面までの光透過層の厚さに比例して大きくなる。情報記録面を多層化し、その光透過層の間隔を大きく変化させると、補正すべき３次の球面収差も増大する。従って、従来の光学ヘッドにおいて、コリメートレンズを光軸方向に移動させて前記球面収差を補正しようとすると、コリメートレンズの移動範囲が非常に大きくなる。
【００１３】
例えば、光源の波長λ＝４０８ｎｍ、対物レンズのＮＡ＝０．８５、対物レンズの焦点距離１．３ｍｍ、コリメートレンズの焦点距離１９．０ｍｍ、対物レンズの最適基材厚（残存収差が最小となる光ディスク光透過層厚）８５．５μｍとした場合、光透過層の厚さが５０μｍから１２５μｍまで変化する光ディスクを記録または再生する場合の、コリメートレンズの移動範囲（対物レンズに近づく方向を正（＋）とする）を図１９に示す。
【００１４】
図１９より光透過層の厚さが５０μｍから１２５μｍまで変化する場合、球面収差を補正するためのコリメートレンズの移動範囲は８ｍｍ以上となる。このように、多層化されて光透過層の厚さの変化が大きい光ディスクに用いる光学ヘッドにおいては、コリメートレンズの移動範囲を確保するために、光ヘッドのサイズを大きくする必要がある。
【００１５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光透過層の厚さの変化が大きい、即ち、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離が３０μｍを超えるような、例えば多層構造の光ディスクに対しても、コリメートレンズの移動範囲をより低減した光学ヘッドおよびそのような光学ヘッドを備えた光ディスク装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１態様における光学ヘッドは、光源と、前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を可変するカップリングレンズと、光透過層の厚さが異なる３つ以上の情報記録面を有する光情報記録媒体に前記光束を集光させる対物レンズと、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間に固定された発散収束度拡大部材とを具備し、前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、前記発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（１）を満たすことを特徴としている。
Ｄ１＞Ｄ２・・・（１）
【００１７】
上記第１態様における光学ヘッドにおいて、前記複数の情報記録面の内、最も厚い光透過層の情報記録面と最も薄い光透過層の情報記録面との面間距離は、３０μｍを超えて構成してもよい。
【００１８】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動されてもよい。
【００１９】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、入射光束が略平行光である場合に、出射光が略平行光となるアフォーカルレンズであってもよい。
【００２０】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持ち、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折型レンズであってもよい。
【００２１】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有してもよい。
【００２２】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記光源の波長の変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を備えてもよい。
【００２３】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が正のパワーを持つ回折面で、前記対物レンズに対向する面が負のパワーを持つ屈折面であってもよい。
【００２４】
前記第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面が凸面であり、前記対物レンズに対向する面が凹面である屈折型レンズであり、前記光源の波長変動に伴って発生する前記対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を前記凸面又は前記凹面に備えることもできる。
【００２５】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、２枚のレンズを貼り合わせてなるレンズであり、前記カップリングレンズに対向する側が正のパワーを持つ第１のレンズ、前記対物レンズに対向する側が負のパワーを持つ第２のレンズで、かつ前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（２）を満たすように構成してもよい。
ν１＞ν２・・・（２）
【００２６】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記第１のレンズの硝材のアッベ数ν１、および、前記第２のレンズの硝材のアッベ数ν２が、式（３）および式（４）を満たすように構成してもよい。
ν１≧５０・・・（３）
ν２≦３５・・・（４）
【００２７】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材は、前記カップリングレンズに対向する面と、前記対物レンズに対向する面と、２枚のレンズの貼り合わせ面とのうち、少なくとも一つの面が非球面形状を有してもよい。
【００２８】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１、および、発散収束度拡大部材から出射される光束の直径Ｄ２が、式（５）を満たすように構成してもよい。
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２≧Ｄ１×０．８・・・（５）
【００２９】
また、本発明の第１態様における光学ヘッドにおいて、前記カップリングレンズを光軸方向に移動させる駆動手段をさらに具備し、前記カップリングレンズの光軸方向の位置を変化させることで、前記光源から出射された光束の発散度および／または収束度を変化させてもよい。
【００３０】
前記第１態様における光学ヘッドにおいて、前記光源とは別設される第２光源と、
前記対物レンズに隣接して配置され、前記第２光源から出射された光束を前記光情報記録媒体とは異なる第２光情報記録媒体に集光させる第２対物レンズと、をさらに備えることもできる。
【００３１】
前記第２対物レンズは、前記対物レンズを駆動するアクチュエータの可動部に固定され、前記対物レンズと一体で駆動されるように構成してもよい。
【００３２】
また、本発明の第２態様における光ディスク装置は、光学ヘッドと、光ディスクを回転駆動するための光ディスク駆動部と、前記光学ヘッド及び前記光ディスク駆動部を制御する制御部とを具備した光ディスク装置であって、前記光学ヘッドが前記第１態様のいずれか一つに規定される光学ヘッドであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第１態様における光学ヘッドおよび第２態様における光ディスク装置によれば、例えば、情報記録面の多層化により光透過層の厚さ変化が大きい光ディスクに用いる光学ヘッドにおいても、よりコンパクトなサイズを実現できるという優れた効果が得られる。
【００３４】
また、光源の波長の変動に伴って発生する対物レンズの色収差を補正する色収差補正機能を、さらに備えることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態である光学ヘッドおよび光ディスク装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００３７】
図１は本発明の一実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。図１において、１は光源の一例に相当する半導体レーザ、２は偏光ビームスプリッタ、３は１／４波長板、４はカップリングレンズの一例に相当するコリメートレンズ、５は反射ミラー、６は対物レンズ、７は検出レンズ、８は受光素子、９は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ、２０は発散収束度拡大部材の一例に相当する入射角変換レンズ、１６はコリメートレンズ４を駆動するステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はコリメートレンズ４を保持するレンズホルダであり、これらが光学ヘッド１０を構成している。
【００３８】
３０は複数の透明基板（光透過層）を有し光情報記録媒体に相当する光ディスクである。光ディスク３０は、図２に示すように、光入射面側（対物レンズ６側）から情報記録面３１、３２、３３、３４が形成されており、前記光入射面からそれぞれの情報記録面までの光透過層の厚さが、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４となっている。尚、光ディスク３０は、上述した多層構造の光ディスクに相当することから、最も厚い光透過層の情報記録面３４と最も薄い光透過層の情報記録面３１との面間距離は、バラツキも含めると３０μｍを超える。又、本実施形態では、光ディスク３０は、４つの情報記録面を有するが、これに限定するものではなく、３つ以上の情報記録面を有する光ディスクである。
【００３９】
次に、光ディスク３０に対して情報の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１０の動作について詳細に説明する。半導体レーザ１から出射された直線偏光のレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２を透過し、１／４波長板３で円偏光に変換された後、コリメートレンズ４で略平行光に変換され、反射ミラー５で反射して、入射角変換レンズ２０を透過し、対物レンズ６によって、光透過層越しに光ディスク３０の情報記録面３１〜３４の何れかに光スポットとして集光される。
【００４０】
情報記録面３１〜３４の何れかで反射したレーザ光は、再び対物レンズ６、入射角変換レンズ２０を透過し、反射ミラー５で反射され、コリメートレンズ４を透過し、１／４波長板３で往路とは異なる直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ２で反射され、検出レンズ７によって、受光素子８に導かれる。受光素子８で検出されたレーザ光は、光電変換された後演算されて、光ディスク３０の面ぶれに追従するためのフォーカス誤差信号と偏心に追従するためのトラッキング誤差信号を生成する。２軸アクチュエータ９は、このフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号によって、回転する光ディスク３０の情報トラックに光スポットが追従するよう対物レンズ６を２軸方向に駆動する。
【００４１】
コリメートレンズ４はレンズホルダ１８に保持され、レーザ光の光軸に沿って移動可能となっている。情報記録面３１〜３４の光透過層の厚さに応じて、さらにそれらの光透過層の厚さが規定値から外れている場合に、光透過層の厚さ変化に伴う球面収差を補正するように、コリメートレンズ４によって対物レンズ６に入射するレーザ光は発散光あるいは収束光とされ、対物レンズ６で逆極性の球面収差を発生させ、球面収差の補正を行う。
【００４２】
図３Ａ及び図３Ｂは、コリメートレンズ４を光軸方向に駆動する機構の概略構成図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、１６はステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はレンズホルダ、１９はガイドである。図３Ｂに示すように、ステッピングモータ１６を駆動してスクリューシャフト１７を回転させることにより、コリメートレンズ４とコリメートレンズ４を保持するレンズホルダ１８がガイド１９に沿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。
【００４３】
図４Ａ〜図４Ｃは、コリメートレンズ４を光軸方向に駆動した時の光束の状態を示す図である。光ディスク３０の光透過層の厚みの違いによって発生する球面収差は、対物レンズ６に入射するレーザ光の発散収束度を変え、光透過層の厚みの違いによって発生する球面収差と逆極性の球面収差を発生させることで、補正することが可能である。
【００４４】
従って、例えばコリメートレンズ４の出射光が略平行光となる図４Ａを基準として、図４Ｂのように、コリメートレンズ４を光源側に移動することによって、コリメートレンズ４の出射光は発散光となり、光ディスク３０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できる。一方、図４Ｃのように、コリメートレンズ４を対物レンズ６側に移動することによって、コリメートレンズ４の出射光は収束光となり、光ディスク３０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できる。
【００４５】
ここで、コリメートレンズ４を光軸方向に移動する手段としては、上述のステッピングモータ１６を使用する方法に限らず、例えば磁気回路や圧電素子の駆動によるアクチュエータ等、いかなる手段によるものでも可能であり、上記の方法に限定されるものではない。
【００４６】
なお、ステッピングモータを用いた場合は、コリメートレンズの光軸方向の位置をモニタする必要がないため、システムを簡素化できるというメリットがあり、一方、磁気回路や圧電素子の駆動によるアクチュエータは駆動部分が小さいため、光学ヘッドの小型化に適しているというメリットがある。
【００４７】
次に、入射角変換レンズ２０の機能について詳細に説明する。入射角変換レンズ２０は、図５に示すように、コリメートレンズ４側の面（第１面）が凸のパワーを持ち、対物レンズ６側の面（第２面）が凹のパワーを持ち、平行光が入射した場合に光束径の異なる平行光を出射する、いわゆるアフォーカルレンズとして機能する。又、入射角変換レンズ２０が前記アフォーカルレンズとして機能することを他の方法にて表現すると、入射角変換レンズ２０に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換レンズ２０から出射される光束の直径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有する、と言える。
【００４８】
本実施の形態における入射角変換レンズ２０の仕様は、「表１」の通りである。
【００４９】
【表１】
2007119410.tif 000028
【００５０】
なお入射角変換レンズ２０は、入射角変換レンズ自身で発生する球面収差を低減するため、上述の仕様の如く、入射面（第１面）と出射面（第２面）の少なくとも一つの面を非球面形状とすることが好ましい。
【００５１】
この入射角変換レンズ２０の機能について、図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。
【００５２】
図６Ａ〜図６Ｃは入射角変換レンズ２０に、それぞれ平行光、発散光、収束光が入射した場合の、出射光の状態を示す図である。入射角変換レンズ２０は平行光が入射した場合、図６Ａに示すように光束径の異なる平行光を出射する。
【００５３】
しかし図６Ｂのように、入射角変換レンズ２０に発散光が入射した場合、出射される発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ１は、入射した発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ２よりも大きくなる。一方、図６Ｃのように、入射角変換レンズ２０に収束光が入射した場合、出射される収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ３は、入射した収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角θ４よりも大きくなる。
【００５４】
すなわち入射角変換レンズ２０は、平行光が入射したときには入射光束径とは異なる出射光束径にて平行光を出射し、発散光が入射したときにはこれをより発散させて発散光として出射し、収束光が入射したときにはこれをより収束させて収束光として出射する。このように、入射角変換レンズ２０は、入射光の発散収束度をより拡大して出射する機能を備える。
一方、上述のようにコリメートレンズ４を光軸方向に移動させることで、入射角変換レンズ２０に対して、発散光、平行光、収束光を入射させることができる。又、対物レンズ６は、平行光が入射した場合を基準として、発散光が入射したときには、より遠い位置に焦点を結び、逆に、収束光が入射したときには、より近い位置に焦点を結ぶ特性を有する。
したがって、上述のように入射光の発散、収束度をより拡大する機能を有する入射角変換レンズ２０を対物レンズ６の入射側に配置することで、コリメートレンズ４の移動により形成した発散光及び収束光は、さらに発散又は収束されて対物レンズ６に入射される。よって、コリメートレンズ４の移動量が従来と同じであっても、対物レンズ６の焦点距離を大きく変化させることができる。即ち、光ディスクにおける情報記録面間の距離が従来と同じであれば、本実施形態により、コリメートレンズ４の移動量を従来に比べて小さくすることができることがわかる。
【００５５】
図７は、本実施の形態における、補正すべき光透過層の厚さとコリメートレンズの移動量の関係を、計算によって求めた結果である。横軸に補正する光透過層の厚さをとり、縦軸はコリメートレンズ４の移動量を示している。なお、計算に用いた各パラメータの具体的な数値は以下の通りである。
【００５６】
半導体レーザ１の波長  λ＝４０８ｎｍ
対物レンズ６のＮＡ  ＮＡ＝０．８５
対物レンズ６の焦点距離  ｆｏｌ＝１．３ｍｍ
コリメートレンズ４の焦点距離置  ｆｃｌ＝１９．０ｍｍ
情報記録面間の各光透過層の厚さ  ｄ１＝５０μｍ
ｄ２＝７５μｍ
ｄ３＝１００μｍ
ｄ４＝１２５μｍ
コリメートレンズ４の移動量は、対物レンズ６の最適基材厚（残存収差が最小となる光ディスク光透過層の厚さ）が８５．５μｍである場合を基準とし、対物レンズに近づく方向を正（＋）とした。
【００５７】
図７より、光ディスク３０のｄ１の光透過層の厚さを補正するのに、本実施の形態のコリメートレンズ４では＋３．６５ｍｍの移動量が必要であり、ｄ４の光透過層の厚さを補正するのに、本実施の形態のコリメートレンズ４では−３．４７ｍｍの移動量が必要となる。すなわち、コリメートレンズ４の移動範囲は約７．１ｍｍとなり、波線で示した従来例に対して約１ｍｍ小さいことがわかる。これは、入射角変換レンズ２０によって、対物レンズ６に入射する光線の発散収束度がより大きくなったため、コリメートレンズ４の単位移動量あたりに発生する球面収差量が大きくなったことを示している。
【００５８】
ここで光学ヘッド１０のサイズをより小さくするために、図１に示すように、入射角変換レンズ２０は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ９に搭載されることが好ましい。なお、入射角変換レンズ２０はアフォーカルレンズであるため、対物レンズ６に対する光軸ずれによるコマ収差はほとんど発生せず、２軸アクチュエータ９に搭載する場合に位置調整が容易であり好適である。
【００５９】
以上のように、本実施の形態における光学ヘッド１０は、入射角変換レンズ２０を備えているので、コリメートレンズ４の可動範囲を小さくでき、コンパクトなサイズの光学ヘッドを実現できた。
【００６０】
（実施の形態２）
次に本発明の別の実施の形態について、図８と図９を用いて説明する。なお実施の形態１と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。
【００６１】
図８は本発明の別の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。図８において、１は光源の一例に相当する半導体レーザ、２は偏光ビームスプリッタ、３は１／４波長板、４はカップリングレンズの一例に相当するコリメートレンズ、５は反射ミラー、６は対物レンズ、７は検出レンズ、８は受光素子、９は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ、２１は発散収束度拡大部材の一例に相当する入射角変換ホログラム、１６はコリメートレンズ４を駆動するステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はコリメートレンズ４を保持するレンズホルダであり、これらが光学ヘッド１１を構成している。また、３０は、複数の透明基板（光透過層）を有し光情報記録媒体に相当する光ディスクであり、最も厚い光透過層の情報記録面３４と最も薄い光透過層の情報記録面３１との面間距離が前記３０μｍを超える光ディスクである。
【００６２】
なお光ディスク３０の情報の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１１の動作については、実施の形態１で示した光学ヘッド１０の動作と同じであるため、詳細な説明については省略する。
【００６３】
実施の形態１の光学ヘッド１０と本実施の形態の光学ヘッド１１の違いは、入射角変換レンズ２０と入射角変換ホログラム２１の違いである。入射角変換ホログラム２１は、図９に示すように、コリメートレンズ４側の面（第１面）が凸のパワーを持った回折面２１ａ、対物レンズ６側の面（第２面）が凹のパワーを持った屈折面２１ｂとなっている。回折面２１ａは同心円状の複数の輪帯からなる回折構造２１ｃを有し、半導体レーザ１の波長において最大の回折効率が得られるように構成されている。
【００６４】
この入射角変換ホログラム２１も、実施の形態１で示した入射角変換レンズ２０と同様、入射角変換ホログラム２１に発散光が入射した場合、出射される発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなり、入射角変換ホログラム２１に収束光が入射した場合、出射される収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなる。
【００６５】
すなわち入射角変換ホログラム２１は、入射光の発散収束度をより拡大して出射する機能を備え、コリメートレンズ４の単位移動量あたりに発生する球面収差量を大きくする効果がある。よって、入射角変換ホログラム２１も、入射角変換ホログラム２１に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換ホログラム２１から出射される光束の直径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有する。
したがって、入射角変換ホログラム２１は、入射角変換レンズ２０が有する上述した効果と同様の効果、つまりコリメートレンズ４の移動量を従来に比べて小さくすることができ、光学ヘッドの小型化に寄与することができる。
【００６６】
ところで記録パワーと再生パワーの切り替え時や周囲温度の変化などによって、レーザ光源の波長は変動する。ここで、レーザ光の波長が短いほど、波長変動に伴う対物レンズの材料の屈折率変動による、最良像点位置の変動による影響が大きくなる。従って、特に記録型の光学ヘッドにおいては、波長の変動によって生じる最良像点位置の変動を補正するための色収差補正機能を備えることが一般的である。
【００６７】
本実施の形態の入射角変換ホログラム２１は、半導体レーザ１の基準波長４０８ｎｍの平行光が入射した場合には、凸の回折パワーと凹の屈折パワーが等しく、アフォーカルレンズとして機能するが、レーザ光の波長が長くなった場合には、回折面２１ａでの回折角が大きくなって凸のパワーが強くなり、平行光が入射した場合に収束光を出射するレンズとして機能する。一方、レーザ光の波長が短くなった場合には、回折面２１ａでの回折角が小さくなって凹のパワーが強くなり、平行光が入射した場合に発散光を出射するレンズとして機能する。これは対物レンズ６で発生する最良像点位置の変動を相殺するように機能し、いわゆる色収差補正の効果を持つ。つまり、回折面２１ａに形成した前記回折構造２１ｃが色収差補正機能を奏する。
【００６８】
尚、前記回折構造２１ｃは、色収差補正機能を奏するための条件である凸のパワーを有し、その凸のパワー量は、対物レンズ６にて発生する色収差を打ち消すのに必要な量である。又、入射角変換ホログラム２１は、図９に示すように、コリメートレンズ４側の面は平面であり、対物レンズ６側の面は凹面にて形成している。尚、仮に、凸のパワーを有する回折構造２１ｃを対物レンズ６側の前記凹面に形成しても、回折構造２１ｃによる色収差補正機能を得ることはできる。しかしながら、入射角変換ホログラム２１に入射する光束の直径Ｄ１と出射される光束の直径Ｄ２とが等しくなるため、入射光の発散収束度を拡大する効果が得られなくなる。よって、図９に示すような片面が平面である入射角変換ホログラム２１の形状では、コリメートレンズ４側の平面に回折構造２１ｃを形成する必要がある。但し、後述するように、色収差補正機能を有する発散収束度拡大部材の形状は、入射角変換ホログラム２１の形状に限定されるものではない。
【００６９】
以上のように、本実施の形態における光学ヘッド１１は、入射角変換ホログラム２１を備えているので、コリメートレンズ４の可動範囲を小さくでき、コンパクトなサイズの光学ヘッドを実現できる。また、入射角変換ホログラム２１は色収差補正の機能も備えるため、記録または再生性能に優れた光学ヘッドを実現できる。
【００７０】
なお、本実施の形態における入射角変換ホログラム２１は、実施の形態１における入射角変換レンズに比べて薄型かつ軽量に構成することが可能であるため、２軸アクチュエータ６の小型化および高速駆動により適しているという特徴を備える。
【００７１】
上述したように、入射角変換ホログラム２１では、コリメートレンズ４側の面は平面にて、対物レンズ６側の面は凹面にて形成され、色収差補正機能を発揮する回折構造２１ｃは、コリメートレンズ４側の平面に形成されている。しかしながら、発散収束度拡大部材は、以下に説明するような形状を採ることもでき、そのような形状を採ることで、色収差補正機能を有し、かつ、アフォーカルレンズとしてのより大きなアフォーカル倍率を得ることが可能となる。
【００７２】
上述したように、色収差補正機能を発揮するための回折構造２１ｃによる凸のパワー量は、使用される対物レンズにて発生する色収差量によって決定される。例えば、対物レンズにて発生する色収差量が０．５μｍ／ｎｍであり、これを略ゼロとするために発散収束度拡大部材に形成する回折構造２１ｃによる凸のパワーは、ほぼ一義に決定される。一方、上述したようにコリメートレンズ４の移動量を低減し光学ヘッドの小型化を図るために、当該発散収束度拡大部材がアフォーカルレンズとして機能するためには、当該発散収束度拡大部材における凸のパワーと凹のパワーとが等しくなければならない。ここで上述の例のように、色収差補正機能を発揮する回折構造２１ｃが入射角変換ホログラム２１のコリメートレンズ４側の平面に形成されている場合、入射角変換ホログラム２１の厚さを１ｍｍ程度とすると、入射角変換ホログラム２１に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換ホログラム２１から出射される光束の直径をＤ２としたとき、上述の値の色収差を打ち消すためのＤ２／Ｄ１の値は、０．９５程度となる。
【００７３】
上述の観点からすれば、発散収束度拡大部材におけるＤ２／Ｄ１の値は、補正すべき色収差量にて決定されてしまうと思われるが、以下に説明するように発散収束度拡大部材を形成することで、Ｄ２／Ｄ１の値を適宜に設定して、コリメートレンズ４の移動量をさらに低減し光学ヘッドのさらなる小型化を図ることが可能となる。
【００７４】
即ち、コリメートレンズ４の移動量をさらに低減して光学ヘッドのさらなる小型化を図るためには、前記Ｄ２／Ｄ１の値をさらに小さくしなければならない。例えば、Ｄ２／Ｄ１の値が上述の値よりも小さい、例えばＤ２／Ｄ１＝０．８である発散収束度拡大部材を形成したい場合、入射角変換ホログラム２１の厚さは現実的な値を採らざるを得ないことから、上述の例のように補正すべき色収差量が０．５μｍ／ｎｍであれば、回折構造２１ｃによる凸のパワー量はほぼ一義的に決定される。よって、図１２に示すように、コリメートレンズ４側の面を、所定の凸のパワー量を有するように凸面２３ａに形成する。そして、アフォーカルレンズとして機能させるため当該発散収束度拡大部材における凸のパワーと凹のパワーとは等しくなければならないことから、対物レンズ６側の面について、回折構造２１ｃによる凸のパワーと凸面２３ａによる凸のパワーとの和に対してパワー量の絶対値でほぼ等しい凹のパワー量を有する凹面２３ｂに形成する。このようにして、図１２に示すような発散収束度拡大部材２３が形成される。
【００７５】
尚、該発散収束度拡大部材２３では、コリメートレンズ４側の凸面２３ａに回折構造２１ｃを形成しているが、回折構造２１ｃは、コリメートレンズ４側、対物レンズ６側のいずれに形成してもよい。例えば、上述の例にて、対物レンズ６側の面に回折構造２１ｃを設けるとすると、対物レンズ６側の面は、回折構造２１ｃによる凸のパワーを有することから、コリメートレンズ４側の面について、回折構造２１ｃによる凸のパワーと凹面２３ｂによる凹のパワーとの和に対してパワー量の絶対値でほぼ等しい凸のパワー量を有する凸面２３ａに形成する。即ち、発散収束度拡大部材における凹面による凹のパワー、凸面による凸のパワー、及び回折構造２１ｃによる凸のパワーにより、結果的に当該発散収束度拡大部材がアフォーカルレンズとして機能する、つまり凹のパワーと凸のパワーとが等しくなるように、発散収束度拡大部材の形状を決めればよい。
【００７６】
尚、凸面と凹面とを比べると、凸面の方が有効領域の面積が大きいことから、回折構造２１ｃの製作上の観点からは、凸面に回折構造２１ｃを形成するのが容易であることから好ましい。
【００７７】
（実施の形態３）
次に本発明の別の実施の形態について、図１０と図１１を用いて説明する。なお実施の形態１および実施の形態２と同一の構成要素については、同一の符号を付して、以下その説明を省略する。
【００７８】
図１０は本発明の別の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。図１０において、１は光源の一例に相当する半導体レーザ、２は偏光ビームスプリッタ、３は１／４波長板、４はカップリングレンズの一例に相当するコリメートレンズ、５は反射ミラー、６は対物レンズ、７は検出レンズ、８は受光素子、９は対物レンズ６を駆動する２軸アクチュエータ、２２は発散収束度拡大部材の一例に相当する入射角変換組レンズ、１６はコリメートレンズ４を駆動するステッピングモータ、１７はスクリューシャフト、１８はコリメートレンズ４を保持するレンズホルダであり、これらが光学ヘッド１２を構成している。また、３０は複数の透明基板（光透過層）を有し光情報記録媒体に相当する光ディスクであり、最も厚い光透過層の情報記録面３４と最も薄い光透過層の情報記録面３１との面間距離が前記３０μｍを超える光ディスクである。
【００７９】
実施の形態１の光学ヘッド１０、実施の形態２の光学ヘッド１１と本実施の形態の光学ヘッド１２の違いは、入射角変換組レンズ２２である。入射角変換組レンズ２２は、図１１に示すように、コリメートレンズ４側（入射側）の凸レンズ２２ａ（硝材：ＶＣ７８、アッベ数５５）と、対物レンズ６側（出射側）の凹レンズ２２ｂ（硝材：ＦＤ１５、アッベ数３０）とを貼り合わせて構成される。
【００８０】
この入射角変換組レンズ２２も、発散光が入射した場合、出射される発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した発散光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなり、収束光が入射した場合、出射される収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角は、入射した収束光のマージナル光線の光軸に対する傾斜角よりも大きくなる。
【００８１】
すなわち入射角変換組レンズ２２は、入射光の発散収束度をより拡大して出射する機能を備え、コリメートレンズ４の単位移動量あたりに発生する球面収差量を大きくする効果がある。よって、入射角変換組レンズ２２も、入射角変換組レンズ２２に入射する光束の直径をＤ１、入射角変換組レンズ２２から出射される光束の直径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有する。
したがって、入射角変換組レンズ２２は、入射角変換レンズ２０が有する上述した効果と同様の効果、つまりコリメートレンズ４の移動量を従来に比べて小さくすることができ、光学ヘッドの小型化に寄与することができる。
【００８２】
また、本実施の形態の入射角変換組レンズ２２は、半導体レーザ１の基準波長４０８ｎｍの平行光が入射した場合には、凸レンズ２２ａのパワーと、凹レンズ２２ｂのパワーが等しく、アフォーカルレンズとして機能するが、レーザ光の波長が長くなった場合には、分散の大きい（アッベ数の小さい）凹レンズのパワーがより小さくなり、平行光が入射した場合に収束光を出射するレンズとして機能する。一方、レーザ光の波長が短くなった場合には、分散の大きい（アッベ数が小さい）凹レンズのパワーがより大きくなり、平行光が入射した場合に発散光を出射するレンズとして機能する。これは対物レンズ６で発生する最良像点位置の変動を相殺するように機能し、いわゆる色収差補正の効果を持つ。
【００８３】
なお、入射角変換組レンズ２２が色収差補正の機能を備えるためには、凹レンズ２２ｂに用いる硝材の分散が、凸レンズ２２ａに用いる硝材の分散よりも大きいことが条件となる。具体的には、凸レンズ２２ａはアッベ数５０以上の低分散材料、凹レンズ２２ｂはアッベ数３５以下の高分散材料を用いることが好ましい。
【００８４】
以上のように、本実施の形態における光学ヘッド１２は、入射角変換組レンズ２２を備えているので、コリメートレンズ４の可動範囲を小さくでき、コンパクトなサイズの光学ヘッドを実現できる。また、入射角変換組レンズ２２は色収差補正の機能も備えるため、記録または再生性能に優れた光学ヘッドを実現できる。
【００８５】
なお、実施の形態１から実施の形態３においては、２軸アクチュエータ９の可動部に搭載した入射角変換レンズ２０、入射角変換ホログラム２１、入射角変換組レンズ２２のいずれかを用いてコリメートレンズ４の可動範囲を低減した光学ヘッドの形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８６】
すなわち本発明は、発散収束度拡大部材として、コリメートレンズと対物レンズの間に固定され、コリメートレンズから出射されて、対物レンズに入射する光束のマージナル光線の光軸に対する傾斜角を拡大する機能を有するものであれば適用可能である。例えば、入射面と出射面の両方に回折構造を備えていてもよい。また、これら発散収束度拡大部材が２軸アクチュエータ上ではなく、光学ヘッド上に固定されていてもよい。
【００８７】
なお、発散収束度拡大部材が、コリメートレンズから出射されて対物レンズに入射する光束のマージナル光線の光軸に対する傾斜角を拡大する機能を有する条件は、発散収束度拡大部材に入射する光束の直径をＤ１、発散収束度拡大部材から出射される光束の直径をＤ２とすると、
Ｄ１＞Ｄ２
である。ただし、入射光束径Ｄ１と出射光束径Ｄ２の差が小さい場合は、傾斜角の拡大効果が小さいため、
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２
程度とすることが好ましい。一方、入射光束径Ｄ１に対する出射光束径Ｄ２が小さければ小さいほど、傾斜角の拡大効果は大きくなる。しかしながら、対物レンズと光ディスクの間隔（作動距離）を確保するために、対物レンズの焦点距離はある程度確保する必要があり、対物レンズの有効径は大幅に小さくすることはできない。すなわち、発散収束度拡大部材の出射光束径Ｄ２に対して入射光束径Ｄ１が大きいと、コリメートレンズ４の有効径及び外径が大きくなるため、逆に光学系全体が大きくなる。従って、実質的には、
Ｄ２≧Ｄ１×０．８
程度とすることが好ましい。以上のように、発散収束度拡大部材に入射する光束の直径Ｄ１および出射される光束の直径Ｄ２は、
Ｄ１×０．９９≧Ｄ２≧Ｄ１×０．８
の範囲にあることが好ましい。
【００８８】
さらに、球面収差を補正するために駆動するカップリングレンズは、実施の形態１から実施の形態３に示したコリメートレンズ４をステッピングモータ１６を用いて光軸方向に駆動する形態に限らず、例えば、２組のレンズ群の光軸方向の間隔を変えることにより、対物レンズに入射する光束の発散度および／または収束度を変化させる、いわゆるビームエキスパンダのような光学素子についても適用可能であることは明らかである。
【００８９】
（第４の実施の形態）
実施の形態１〜３にて説明したように、コリメートレンズ４と対物レンズ６との間に、例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を配置することで、コリメートレンズ４の移動量を低減し光学ヘッドの小型化を図ることができる。一方、発散収束度拡大部材を用いずにコリメートレンズ４の移動量を減少させる方法としては、対物レンズ６の焦点距離を大きくする方法がある。
しかしながら、焦点距離の大きい対物レンズ６は直径が大きいため、光学ヘッドの小型化に反するとともに、対物レンズの重量が増し対物レンズ等を駆動するアクチュエータの動作性能上、不利となる。したがって、上述のように例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設けることは、対物レンズ等を駆動するアクチュエータの動作性能上の観点からも有効である。特に、入射角変換ホログラム２１や入射角変換組レンズ２２のように、発散収束度拡大部材に色収差補正機能を持たせることで、別途、色収差補正用の光学素子を設ける必要がなくなり、さらに有効である。
【００９０】
さらにまた、本発明の第４の実施の形態として、図１３に示すように、ＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）用の光学ヘッド１３Ａと、上述した第１〜第３の実施の形態におけるＢＤ用の光学ヘッド１３Ｂとを一体的に構成した２レンズ光学ヘッド１３を構成することもできる。
図１３に示す２レンズ光学ヘッド１３では、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１３Ａと、ＢＤ用光学ヘッド１３Ｂとを別々に独立して配置し一体的に構成してもよいし、例えば、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１３Ａに備わる対物レンズ、並びに、ＢＤ用光学ヘッド１３Ｂに備わる対物レンズ６及び発散収束度拡大部材を駆動するアクチュエータを共用するようにして一つの可動部にて一体で駆動してもよい。
【００９１】
又、図１３に示すＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１３Ａは、例えば図１７に示す光学ヘッド２２０の構成を有することができる。この場合、光源２０１は第２光源に相当し、対物レンズ２０６は第２対物レンズに相当し、また、２０２は偏光ビームスプリッタ、２０３は１／４波長板、２０４はコリメートレンズ、２０７はマルチレンズ、２０８は受光素子、２０９は対物レンズ２０６を駆動する２軸アクチュエータである。又、２３０は光ディスク、２３１は光透過層である。
【００９２】
尚、図１３では、２レンズ光学ヘッド１３において光学ヘッド１３Ａを右側、光学ヘッド１３Ｂを左側に図示しているが、便宜上そのように図示したまでであり、実際の配置とは無関係であり、又、図示の形状、サイズ等も実際とは相違する。
【００９３】
上述のように２レンズ光学ヘッドを構成することもできるが、例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設ける代わりに、コリメートレンズの移動量低減のために大きな直径を有する対物レンズを設けた、図１４及び図１５に示す２レンズ光学ヘッド１４では、以下に説明するような問題が生じる。即ち、上述したように、大きな対物レンズによる重量増のため、対物レンズ駆動用アクチュエータの動作性能が低下する。さらに、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１４Ａにおける対物レンズ１４Ａ−１と、ＢＤ用光学ヘッド１４Ｂにおける対物レンズ１４Ｂ−１との中心間距離Ｌ１は、図１３に示す２レンズ光学ヘッド１３における中心間距離Ｌよりも大きくなり、以下に説明するように、例えばトラッキング制御等、光ディスクに対する情報の読み書きに関して問題が生じる。
【００９４】
２レンズ光学ヘッド１４において、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１４Ａにおける対物レンズ１４Ａ−１、及び、ＢＤ用光学ヘッド１４Ｂにおける対物レンズ１４Ｂ−１の配置は、図１４に示すように、光ディスク３０のシーク中心線３０ａに沿ってそれらを並設する方法と、図１５に示すように、対物レンズ１４Ａ−１を光ディスク３０のシーク中心線３０ａ上に配置し対物レンズ１４Ｂ−１をシーク中心線３０ａに直交するタンジェンシャル方向３０ｂに配置する方法とがある。図１４に示す配置方法では、大きな前記中心間距離Ｌ１のために、２レンズ光学ヘッド１４のサイズが大型化してしまう。よって、例えばＢＤ用光学ヘッド１４Ｂが光ディスク３０の内周側トラックにアクセスしようとしたとき、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッド１４Ａが光ディスク回転用のモータに干渉する恐れがある。又、図１５に示す配置方法では、前記中心間距離Ｌ１が大きいため、対物レンズ１４Ｂ−１はシーク中心線３０ａからの位置ズレが大きくなる。一方、光ディスク３０のトラックの曲率は、外周側トラックでは比較的に緩やかであり、内周側トラックではきつくなる。よって、対物レンズ１４Ｂ−１を有するＢＤ用光学ヘッド１４Ｂが外周側トラックにアクセスしたときと、内周側トラックにアクセスしたときとでは、トラック角度３０ｃに差異が発生する。該トラック角度３０ｃの相違に起因して、ＢＤ用光学ヘッド１４Ｂに備わる光検出器で検出される光束パターンは変化することから、トラッキング性能が劣化してしまうという問題がある。
【００９５】
上述のように例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設けることで、コリメートレンズ４の移動量を低減して光学ヘッドの小型化を図れ、かつ対物レンズ６の直径を大きくする必要もなくなる。よって、第１〜第３の実施の形態におけるＢＤ用の光学ヘッド１３Ｂを備えた２レンズ光学ヘッド１３では、前記中心間距離Ｌを、従来と同等若しくはそれ未満とすることができる。したがって、図１４及び図１５を参照して説明したような問題は、本実施形態の光学ヘッドでは発生しない。このように、例えば入射角変換レンズ２０のような発散収束度拡大部材を設けることは、例えばトラッキング制御等、光ディスクに対する情報の読み書きに関する観点においても有効である。
【００９６】
（実施の形態５）
図１６は本発明の一実施の形態における光ディスク装置の概略構成図である。
【００９７】
図１６において、５０は光ディスク装置全体を表しており、光ディスク装置５０の内部に光ディスク駆動部３５、制御部３６、光学ヘッド４０を備える。また３０は透明基板を持つ光ディスクである。
【００９８】
光ディスク駆動部３５は光ディスク３０を回転駆動する機能を有し、光学ヘッド４０は実施の形態１から実施の形態４で述べたいずれかの光学ヘッドである。制御部３６は光ディスク駆動部３５と光学ヘッド４０の駆動および制御を行う機能を有すると共に、光学ヘッド４０で受光された制御信号、情報信号の信号処理を行う機能と、情報信号を光ディスク装置５０の外部と内部でインタフェースさせる機能を有する。
【００９９】
光ディスク装置５０は、実施の形態１から実施の形態３４で述べたいずれかの光学ヘッドを搭載しており、コリメートレンズの移動範囲が縮小されているので、本実施の形態における光ディスク装置５０は、情報記録面の多層化により光透過層の厚さ変化が大きい光ディスクに用いる場合にも、よりコンパクトなサイズを実現できるという優れた効果が得られる。特に、実施の形態２と実施の形態３で述べたいずれかの光学ヘッドを搭載している場合は、コリメートレンズの移動範囲が縮小されているという効果に加えて、色収差補正機能も備えるので、本実施の形態における光ディスク装置５０は、コンパクトなサイズに加えて、記録または再生性能に優れるという顕著な効果が得られる。
【０１００】
なお、上述した様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２００６年３月２０日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２００６−０７６３１５号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明の光学ヘッドは、情報記録面の多層化により光透過層の厚さ変化が大きい光ディスクに用いる場合でも、光学ヘッドをコンパクトに構成可能であり、また色収差補正機能も備えるので、光ディスク装置の小型化、軽量化および高精度化ができ、高性能な光ディスク装置を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図２】図１に示す光学ヘッドにて情報の記録再生が行われる光ディスクの構造を模式的に示す図
【図３Ａ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動する機構の概略構成図
【図３Ｂ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動する機構の概略構成図
【図４Ａ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動したときの光線の状態を示す図
【図４Ｂ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動したときの光線の状態を示す図
【図４Ｃ】図１に示す光学ヘッドに備わるコリメートレンズを光軸方向に駆動したときの光線の状態を示す図
【図５】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズの構造を模式的に示す図
【図６Ａ】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズから出射される光線の状態を示す図
【図６Ｂ】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズから出射される光線の状態を示す図
【図６Ｃ】図１に示す光学ヘッドに備わる入射角変換レンズから出射される光線の状態を示す図
【図７】図１に示す光学ヘッドにおける、光透過層の厚さとコリメートレンズ移動量の関係を示す図
【図８】本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図９】図８に示す光学ヘッドにおける入射角変換ホログラムの構造を模式的に示す図
【図１０】本発明の第３の実施の形態における光学ヘッドの概略構成図
【図１１】図１０に示す光学ヘッドにおける入射角変換組みレンズの構造を模式的に示す図
【図１２】本発明の第２の実施の形態における光学ヘッドに備わる発散収束度拡大部材の変形例を示す図
【図１３】本発明の第１〜第３の実施の形態における光学ヘッドと、ＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッドとを一体的に構成した、本発明の第４の実施形態における２レンズ光学ヘッドを示す図
【図１４】２レンズ光学ヘッドにおける各レンズを光ディスクのシーク中心線に沿って配置した図
【図１５】２レンズ光学ヘッドにおける各レンズを光ディスクのシーク中心線に直交するタンジェンシャル方向上に配置した図
【図１６】本発明の第５の実施の形態における光ディスク装置の概略構成図
【図１７】図１３に示すＣＤ／ＤＶＤ用光学ヘッドの構成を示す図
【図１８】従来の光学ヘッドの概略構成図
【図１９】従来の光学ヘッドにおける、光透過層の厚さとコリメートレンズ移動量の関係を示す図。
【符号の説明】
【０１０３】
１  半導体レーザ、    ２  偏光ビームスプリッタ、    ３  １／４波長版、
４  コリメートレンズ、    ５  反射ミラー、    ６  対物レンズ、
７  検出レンズ、    ８  受光素子、    ９  ２軸アクチュエータ、
１０，１１，１２  光学ヘッド、    １６  ステッピングモータ、
１７  スクリューシャフト、    １８  レンズホルダ、
１９  ガイド、    ２０  入射角変換レンズ、
２１  入射角変換ホログラム、    ２２  入射角変換組レンズ、
３０  光ディスク、    ３１，３２，３３，３４  情報記録面、
３５  光ディスク駆動部、    ３６  制御部、    ４０  光学ヘッド、
５０  光ディスク装置、    １０１  光源、
１０２  偏光ビームスプリッタ、    １０３  １／４波長板、
１０４  コリメートレンズ、    １０６  対物レンズ、
１０７  マルチレンズ、    １０８  受光素子、
１０９  ２軸アクチュエータ、
１１０  コリメートレンズ用アクチュエータ、    １２０  光学ヘッド、
１３０  光ディスク、    １３１  光透過層。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007119410.tif 000029
【図２】
2007119410.tif 000030
【図３Ａ】
2007119410.tif 000031
【図３Ｂ】
2007119410.tif 000032
【図４Ａ】
2007119410.tif 000033
【図４Ｂ】
2007119410.tif 000034
【図４Ｃ】
2007119410.tif 000035
【図５】
2007119410.tif 000036
【図６Ａ】
2007119410.tif 000037
【図６Ｂ】
2007119410.tif 000038
【図６Ｃ】
2007119410.tif 000039
【図７】
2007119410.tif 000040
【図８】
2007119410.tif 000041
【図９】
2007119410.tif 000042
【図１０】
2007119410.tif 000043
【図１１】
2007119410.tif 000044
【図１２】
2007119410.tif 000045
【図１３】
2007119410.tif 000046
【図１４】
2007119410.tif 000047
【図１５】
2007119410.tif 000048
【図１６】
2007119410.tif 000049
【図１７】
2007119410.tif 000050
【図１８】
2007119410.tif 000051
【図１９】
2007119410.tif 000052
【国際調査報告】
2007119410.tif 000053
2007119410.tif 000054
2007119410.tif 000055
2007119410.tif 000056