JP2000011402A

JP2000011402A - 光学ヘッド、記録及び／又は再生装置並びに厚み検出方法

Info

Publication number: JP2000011402A
Application number: JP10173520A
Authority: JP
Inventors: Junichi Suzuki; 潤一鈴木; Takeshi Kubo; 毅久保; Mitsunori Ueda; 充紀植田; Tsuguhiro Abe; 嗣弘阿部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、球面収差を抑えることが可能な光
学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置、並びに光透過
層の厚み検出方法を提供する。【解決手段】この光学ヘッドは、記録層上に光透過層
を有する情報記録媒体用の光学ヘッドであって、光源
と、光を上記情報記録媒体上に集光させる対物レンズ
と、光を焦点距離が異なる２つの光束に分離する第１の
光学素子と、所定の屈折力を有する第２の光学素子と、
上記第２の光学素子を移動させる移動手段と、光検出器
とを備える。そして、本発明の光学ヘッドは、上記検出
器は、上記第１の光学素子で分離された一方の光束が上
記記録層で反射された戻り光から検出される第１のフォ
ーカスエラー信号と、他方の光束が上記光透過層の表面
で反射された戻り光から検出される第２のフォーカスエ
ラー信号とから、上記光透過層の厚さを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等のよ
うな情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際
に使用される光学ヘッド、並びにそのような光学ヘッド
を備えた記録及び／又は再生装置に関する。また、本発
明は、記録層上に光透過層が形成されてなる情報記録媒
体の光透過層の厚み検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】再生専用光ディスク、相変化型光ディス
ク、光磁気ディスク又は光カード等の如き情報記録媒体
は、映像情報、音声情報又はコンピュータ用プログラム
等のデータを保存するために、広く使用されている。そ
して、これらの情報記録媒体に対する高記録密度化及び
大容量化の要求は、近年ますます強くなっている。

【０００３】このような情報記録媒体の記録密度を上げ
るには、光学ヘッドに搭載される対物レンズの開口数Ｎ
Ａを大きくするとともに、使用する光の波長λを短くし
て、対物レンズによって集光される光のスポット径を小
径化することが有効である。

【０００４】そこで、例えば、デジタル光ディスクとし
て比較的に初期に実用化されたＣＤ（コンパクトディス
ク）では、対物レンズの開口数ＮＡが０．４５、使用す
る光の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、コン
パクトディスクよりも高記録密度化及び大容量化がなさ
れたデジタル光ディスクであるＤＶＤでは、対物レンズ
の開口数ＮＡが０．６、使用する光の波長が６５０ｎｍ
とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、光デ
ィスク等のような情報記録媒体は、情報信号が記録され
る記録層上に光透過層を有しており、この光透過層を介
して記録層に光を照射することにより記録や再生が行わ
れる。このとき、光透過層の厚さに誤差があり、規定値
からずれていると、当該誤差に起因して球面収差が生じ
る。この球面収差のうち、例えば３次の球面収差Ｗ
₄₀は、下記式（１）で表される。なお、下記式（１）に
おいて、Δｔは光透過層の厚み誤差、ｎは光透過層の屈
折率、ＮＡは対物レンズの開口数である。

【０００６】Ｗ₄₀＝｛Δｔ（ｎ²−１）／（８ｎ³）｝ＮＡ⁴ ・・・（１）上記式（１）に示すように、光透過層の厚み誤差に起因
する球面収差は、開口数ＮＡの４乗に比例して増加す
る。従って、特に開口数ＮＡを大きくした場合、この球
面収差の発生を抑えることが非常に重要となる。

【０００７】この球面収差を抑えるためには、上記式
（１）からも分かるように、光透過層の厚さの公差を厳
しくして、光透過層の厚み誤差を小さくすることが効果
的である。例えば、ＤＶＤにおいて光透過層の厚さの公
差は±０．０３ｍｍであり、光透過層の厚み誤差に起因
する球面収差をＤＶＤの場合（すなわち開口数ＮＡが
０．６の場合）と同程度に抑えるには、光透過層の厚み
誤差Δｔを下記式（２）を満たす範囲内とすればよい。

【０００８】 −０．００３８８／ＮＡ⁴≦Δｔ≦＋０．００３８８／ＮＡ⁴ ・・・（２）しかしながら、光透過層の厚さの公差を厳しくすること
は非常に困難である。光透過層の厚さを一定に変更する
ことは量産システムにおいて大きな工程変更ではない
が、光透過層の厚み誤差の大きさは情報記録媒体の製造
方法に依存するため、その精度を上げることは非常に困
難であり、たとえ実現したとしても、大幅な工程変更等
が必要であり、製造コストの大幅な上昇を伴ってしま
う。従って、球面収差を抑えるために光透過層の厚さの
公差を厳しくすることは、あまり有効な手段とは言えな
い。

【０００９】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、開口数ＮＡを大きくしても球
面収差を抑えることが可能な光学ヘッド並びに記録及び
／又は再生装置を提供することを目的としている。ま
た、本発明は、記録層上に光透過層が形成されてなる情
報記録媒体の上記光透過層の厚み誤差を簡便に検出する
ことのできる厚み検出方法を提供することも目的として
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光学ヘッドは、
情報信号が記録される記録層上に光透過層を有する情報
記録媒体用の光学ヘッドであって、光を出射する光源
と、上記光源から出射された光を上記情報記録媒体上に
集光させる対物レンズと、上記光源と上記対物レンズと
の間に配され、上記光源から出射された光を焦点距離が
異なる２つの光束に分離する第１の光学素子と、上記光
源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折力を有
する第２の光学素子と、上記光透過層の厚さに応じて、
球面収差を打ち消すように上記第２の光学素子を移動さ
せる移動手段と、上記対物レンズによって上記情報記録
媒体上に集光され当該情報記録媒体で反射した戻り光を
受光する光検出器とを備える。そして、本発明の光学ヘ
ッドは、上記光検出器は、上記第１の光学素子で分離さ
れた一方の光束が上記記録層で反射された戻り光から検
出される第１のフォーカスエラー信号と、他方の光束が
上記光透過層の表面で反射された戻り光から検出される
第２のフォーカスエラー信号とから、上記光透過層の厚
さを検出することを特徴とする。

【００１１】以上のような本発明に係る光学ヘッドで
は、フォーカスエラー信号から光透過層の厚さを検出し
ているので、特別な装置を必要とすることなく簡便に光
透過層の厚さが検出される。さらに、本発明に係る光学
ヘッドでは、上記第２の光学素子を、光透過層の厚さに
応じて球面収差を打ち消すように、移動手段により移動
するようにしている。したがって、光透過層に厚み誤差
があったとしても、当該厚み誤差に起因する球面収差の
発生を抑えることができる。

【００１２】本発明の記録及び／又は再生装置は、情報
信号が記録される記録層上に光透過層を有する情報記録
媒体に対して記録及び／又は再生を行う記録及び／又は
再生装置であって、上記情報記録媒体に対して上記光透
過層を介して上記記録層に光を照射するとともに、その
反射光を検出する光学ヘッドを備え、上記光学ヘッド
は、光を出射する光源と、上記光源から出射された光を
上記情報記録媒体上に集光させる対物レンズと、上記光
源と上記対物レンズとの間に配され、上記光源から出射
された光を焦点距離が異なる２つの光束に分離する第１
の光学素子と、上記光源と上記対物レンズとの間に配さ
れ、所定の屈折力を有する第２の光学素子と、上記光透
過層の厚さに応じて、球面収差を打ち消すように上記第
２の光学素子を移動させる移動手段と、上記対物レンズ
によって上記情報記録媒体上に集光され当該情報記録媒
体で反射した戻り光を受光する光検出器とを備える。そ
して、本発明の記録及び／又は再生装置は、上記光検出
器は、上記第１の光学素子で分離された一方の光束が上
記記録層で反射された戻り光から検出される第１のフォ
ーカスエラー信号と、他方の光束が上記光透過層の表面
で反射された戻り光から検出される第２のフォーカスエ
ラー信号とから、上記光透過層の厚さを検出することを
特徴とする。

【００１３】以上のような本発明に係る記録及び／又は
再生装置では、フォーカスエラー信号から光透過層の厚
さを検出しているので、特別な装置を必要とすることな
く簡便に光透過層の厚さが検出される。さらに、本発明
に係る記録及び／又は再生装置では、上記第２の光学素
子を、光透過層の厚さに応じて球面収差を打ち消すよう
に、移動手段により移動するようにしている。したがっ
て、光透過層に厚み誤差があったとしても、当該厚み誤
差に起因する球面収差の発生を抑えることができる。

【００１４】本発明の厚み検出方法は、情報信号が記録
される記録層上に光透過層を有する情報記録媒体の上記
光透過層の厚みを検出するに際し、光源から光を出射
し、上記光源から出射された光を焦点距離が異なる２つ
の光束に分離し、上記２つの光束に分離された光を、上
記情報記録媒体上に集光させ、一方の光束が上記記録層
で反射された戻り光から得られる第１のフォーカスエラ
ー信号と、他方の光束が上記光透過層の表面で反射され
た戻り光から得られる第２のフォーカスエラー信号とか
ら、上記光透過層の厚さを検出することを特徴とする。

【００１５】上述したような本発明に係る厚み検出方法
では、フォーカスエラー信号から光透過層の厚さを検出
しているので、特別な装置を必要とすることなく簡便に
光透過層の厚さが検出される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１７】本発明の光学ヘッド、記録及び／又は再生
装置によって情報の記録再生が行われる光ディスクは、
例えば、基板と、基板上に形成され情報信号を記録する
記録層と、記録層上に形成された光透過層とを備えてい
る。ここで、光透過層は、記録層を保護する保護層とな
るものである。

【００１８】なお、ここでは、相変化型の光ディスク２
に対して記録再生を行う光学ヘッド１を例に挙げるが、
本発明は、情報信号が記録される記録層上に光透過層を
有する情報記録媒体用の光学ヘッドに対して広く適用可
能であり、記録及び／又は再生の対象となる情報記録媒
体は、再生専用光ディスク、光磁気ディスク又は光カー
ド等であってもよい。

【００１９】そして、このような光ディスクに対する情
報信号の記録再生は、光源から発せられた光を対物レン
ズによって記録層上に集光させることにより行われる。
このとき、基板の側からではなく、基板よりも遥かに膜
厚が薄い光透過層の側から光が入射される。このよう
に、記録層に至るまでの厚さが薄い方の側から光を入射
するようにすることで、収差の発生を抑制することがで
き、従来のＣＤやＤＶＤ以上の高記録密度化及び大容量
化を図ることができる。

【００２０】光ディスクの記録層上に光を集光して記録
再生を行うとき、光ディスクの光透過層の厚み誤差によ
って発生する主な収差に、球面収差が挙げられる。以
下、光透過層の厚み誤差により発生する球面収差につい
て説明する。

【００２１】光透過層に厚み誤差があると、上述したよ
うに、式（１）で表されるような３次の球面収差Ｗ₄₀が
発生する。なお、以下に挙げる式において、Δｔは光透
過層の厚み誤差、ｎは光透過層の屈折率、ＮＡは対物レ
ンズの開口数である。

【００２２】Ｗ₄₀＝｛Δｔ(ｎ²−１)／(８ｎ³)｝ＮＡ⁴ ・・・（１）この式（１）は、縦収差量を対物レンズの開口数ＮＡで
テイラー展開し、波面収差に換算したものである。すな
わち、開口数ＮＡを正弦関数で表し展開すると下記式
（３）で表され、この式（３）の右辺第２項より求めた
波面収差が、上記式（１）で表される３次の球面収差で
ある。

【００２３】 sin(θ)＝ｘ−ｘ³/６＋ｘ⁵/１２０−ｘ⁷/５０４０＋ο(ｘ)⁸ ・・・（３）しかしながら、上記式（３）からも分かるように、実際
には更に高次の収差が存在する。そして、上記式（３）
の右辺第３項より求めた波面収差量は、５次の球面収差
Ｗ₆₀と呼ばれる量であり、下記式（４）で表される。

【００２４】Ｗ₆₀＝｛Δｔ(ｎ²−１)(ｎ²＋３)／４８ｎ⁵｝ＮＡ⁶ ・・・（４）そして、光透過層の厚み誤差によって発生する３次の球
面収差Ｗ₄₀と５次の球面収差Ｗ₆₀との合計は、上記式
（１）と上記式（４）の合計であり、下記式（５）で表
される。

【００２５】Ｗ≒Ｗ₄₀［１＋｛(ｎ²＋３)／６ｎ²｝ＮＡ²］・・・（５）なお、縦収差量は、上記式（５）を開口数ＮＡで微分す
ることにより求まり、下記式（６）で表される。

【００２６】 δＳ＝｛Δｔ(ｎ²−１)／２ｎ³｝ＮＡ³［１＋｛(ｎ²＋３)／４ｎ²｝ＮＡ²］・・・（６）上記式（１）で表される３次の球面収差Ｗ₄₀は、各光学
面で発生する収差の和で表すことができる。従って、３
次の球面収差Ｗ₄₀だけならば、光源１０から光透過層ま
でのどこかに反対符号の球面収差を発生する光学素子を
配置することで補正することが可能である。しかしなが
ら、上記式（５）から分かるように、光透過層の屈折率
ｎが小さいほど、また対物レンズの開口数ＮＡが大きい
ほど、光透過層の厚み誤差Δｔによって発生する球面収
差において、５次の球面収差Ｗ₆₀の寄与が大きくなり、
３次の球面収差Ｗ₄₀を補正するだけでは済まなくなって
しまう。

【００２７】ここで、３次の球面収差Ｗ₄₀は、光透過層
の屈折率ｎが３^1/2（≒１．７３２）のときに最大とな
り、光透過層の屈折率ｎがこれよりも小さくなると急激
に減少する。そして、通常、光透過層の屈折率ｎは１．
５程度である。従って、光透過層の屈折率ｎが小さくな
ることにより、５次の球面収差Ｗ₆₀の寄与が大きくなっ
たとしても、この５次の球面収差Ｗ₆₀は、全体の収差量
の減少に隠れて、あまり問題とはならない。

【００２８】一方、上述したように、対物レンズの開口
数ＮＡが大きくなった場合にも、５次の球面収差Ｗ₆₀の
寄与が大きくなるが、このときの５次の球面収差Ｗ₆₀の
増大は無視できない。例えば、開口数ＮＡが大きくな
り、球面収差全体における５次の球面収差Ｗ₆₀の割合が
最大となった場合には、５次の球面収差Ｗ₆₀が球面収差
全体の４０％程度まで占めることがあり得る。従って、
特に、開口数ＮＡの大きな系では、５次の球面収差Ｗ₆₀
の影響を十分に考慮する必要がある。

【００２９】具体的には、例えば、開口数ＮＡ＝０．
６、光透過層の屈折率ｎ＝１．５のとき、光透過層の厚
み誤差Δｔが３０μｍであったとする。このとき、当該
厚み誤差Δｔに起因する縦収差量を、５次の球面収差Ｗ
₆₀を考慮した上記式（６）より求めると、約１．４５２
μｍとなる。一方、開口数ＮＡ＝０．８５、光透過層の
屈折率ｎ＝１．５のとき、光透過層の厚み誤差Δｔが３
０μｍであったとする。このとき、当該厚み誤差Δｔに
起因する縦収差量を、同様に上記式（６）より求める
と、約４．８５０μｍとなる。すなわち、光透過層の厚
み公差を±０．０３ｍｍとしたとき、開口数ＮＡが０．
６ならば、光透過層の厚み誤差Δｔに起因する縦収差量
は１．４５２μｍ以下となるが、開口数ＮＡを０．８５
とすると、特に５次の球面収差Ｗ₆₀が大きくなり、当該
縦収差量が最大で４．８５０μｍにもなってしまう。

【００３０】さて、光ディスクから情報の記録再生を行
う場合には、上述した球面収差等、光透過層の厚み誤差
に起因する収差が許容範囲内に納まるように、バランス
良く補正を行うことが望まれる。

【００３１】以下、本発明に係る光学ヘッド１について
説明する。

【００３２】本発明に係る光学ヘッドの一例を図１に示
す。この光学ヘッド１は、相変化型の光ディスク２に対
して記録再生を行う際に使用される光学ヘッドである。
この光学ヘッド１によって記録再生がなされる光ディス
ク２は、基板３の上に、相変化によって情報信号を記録
する記録層が形成されるとともに、この記録層上に、光
透過層４が形成されてなる。そして、この光ディスク２
は、光透過層４側から光を入射させて、記録再生を行う
ようになっている。

【００３３】この光学ヘッド１は、光ディスク２の光透
過層４の厚みを検出する第１の光学系５と、光ディスク
２に情報の記録再生を行う第２の光学系６とを備えてい
る。そして、この第２の光学系６では、光ディスク２に
情報の記録再生を行う際に、第１の光学系５で検出され
た光ディスク２の光透過層４の厚みに基づいて、光ディ
スク２の光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差を補
正している。

【００３４】第１の光学系５は、光源７と、偏光ビーム
スプリッタ８と、コリメータレンズ９と、ホログラム素
子１０と、対物レンズ１１と、光検出器１２とを備えて
いる。

【００３５】光源７は、光ディスク２に向かって光を出
射する。この光源７には、波長が６３５ｎｍ〜６５０ｎ
ｍ程度の短波長レーザを発する半導体レーザが用いられ
る。光源７から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプ
リッタ８で反射してコリメータレンズ９に入射する。

【００３６】コリメータレンズ９に入射したレーザ光
は、当該コリメータレンズ９によって平行光とされる。
このコリメータレンズ９は、例えば、２枚の球面レンズ
９ａ，９ｂが貼り合わされてなる。そして、コリメータ
レンズ９で平行光とされたレーザ光は、ホログラム素子
１０に入射する。

【００３７】ホログラム素子１０に入射したレーザ光
は、当該ホログラム素子１０を透過する際に、回折され
て、焦点位置の異なる０次光と１次光とに分離される。

【００３８】このホログラム素子１０の一例を図２及び
図３に示す。ホログラム素子１０は、図２及び図３に示
すように、鋸歯状又は階段状等の凹凸が同心円の輪帯状
に形成されている。これらの凹凸の深さは、当該ホログ
ラム素子１０で０次光と１次光に分離された光の焦点が
所定の長さ、例えば光ディスク２の光透過層４の厚み分
だけずれるように光を分離し、そして、それ以外の次数
の回折光はほとんど０となるように最適化されている。
また、同心円状に形成された凹凸の輪帯ピッチは、１次
回折光が対物レンズ１１を経てディスク表面上に集光さ
れるとき、その球面収差を補正するように最適化されて
いる。また、これらの凹凸は、光束を光透過層４の厚み
検出用に最適なＮＡに制限するために対物レンズ１１の
有効径よりも小さい領域に形成してある。そして、図１
に示すように、ホログラム素子１０から出射したレーザ
光は、対物レンズ１１に入射する。

【００３９】対物レンズ１１に入射したレーザ光は、当
該対物レンズ１１によって集光され、光ディスク２に入
射する。このとき、図４に示すように、ホログラム素子
１０で０次光と１次光に分離された光のうち、ホログラ
ム素子１０をそのまま通過した０次光は、光透過層４を
介して記録層上に集光されてスポットを形成し、ホログ
ラム素子１０で回折された１次光は、光透過層４表面上
に集光されてスポットを形成する。ここで、図４は、０
次光及び１次光が、光ディスク２に入射する様子を拡大
して示した図である。なお、図４においては、０次光を
実線で示し、１次光を点線で示している。また、この対
物レンズ１１は、２軸アクチュエータ３０に搭載されて
おり、光軸方向及び光軸に垂直な方向に沿って移動可能
となされている。

【００４０】上述のように、対物レンズ１１によって集
光され光ディスク２に入射したレーザ光は、光ディスク
で反射して戻り光となる。この戻り光は、元の光路を辿
って対物レンズ１１を透過した後、コリメータレンズ９
によって収束光とされる。そして、偏光ビームスプリッ
タ８を透過して光検出器１２に入射し、この光検出器１
２によって検出される。

【００４１】以下、このような第１の光学系５を用い
て、光ディスク２の光透過層４の厚みを検出する方法に
ついて説明する。

【００４２】まず、光源７からレーザ光を出射する。光
源７から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ
８で反射して、コリメータレンズ９に入射する。コリメ
ータレンズ９に入射したレーザ光は、当該コリメータレ
ンズ９によって平行光とされる。そして、コリメータレ
ンズ９によって平行光とされたレーザ光は、ホログラム
素子１０に入射する。

【００４３】ホログラム素子１０に入射したレーザ光の
うち、約５０％の光は０次光（透過光）としてそのまま
ホログラム素子１０を透過し、また、残りの約５０％の
光はほとんどが回折されて１次光となる。このとき、０
次光の焦点と１次光の焦点とが、光ディスク２の光透過
層４の厚みに略等しい長さ、具体的には、例えば約０．
１ｍｍだけ、光透過層４の厚み方向にずれるように、こ
のホログラム素子１０の凹凸が光学設計的に最適化され
ている。また、１次光以外の次数の回折光は０次光及び
１次光に比較して遥かに小さいため、ホログラム素子１
０によって分離された光はほとんど０次光と１次光との
２つの光束とみなすことができる。

【００４４】そして、ホログラム素子１０を透過した０
次光は、図４に示すように、光透過層４を介して、対物
レンズ１１によって記録層上にスポットを結ぶ。このと
き、１次光以外の回折光は、０次光に比べて非常に小さ
いため、これらの回折光によるスポットはほとんど無視
できる。

【００４５】一方、ホログラム素子１０によって回折さ
れた１次光は、０次光に対して例えば約０．１ｍｍだけ
光透過層４の厚み方向にオフセットし、対物レンズ１１
によって光透過層４表面にスポットを結ぶ。このとき、
１次光以外の回折光は１次光に比べて非常に小さいた
め、これらの回折光によるスポットはほとんど無視でき
る。

【００４６】上述のように、対物レンズ１１によって集
光され光ディスク２に入射したレーザ光は、記録層又は
光透過層４の表面で反射して戻り光となる。この戻り光
は、元の光路を辿って対物レンズ１１を透過した後、コ
リメータレンズ９によって収束光とされる。そして、偏
光ビームスプリッタ８を透過して光検出器１２に入射
し、この光検出器１２によって検出される。なお、光デ
ィスク２の光透過層４の表面又は記録層で反射した戻り
光の一部は、ホログラム素子１０によって回折される
が、その回折光は上記戻り光に比べて十分に小さいた
め、無視することができる。

【００４７】この光検出器１２は、矩形状の第１の受光
部１２ａと、第２の受光部１２ｂとを有する。そして、
０次光が光ディスク２の記録層で反射された戻り光は、
第１の受光部１２ａに受光される。また、１次光が光デ
ィスク２の光透過層４の表面で反射された戻り光は、第
２の受光部１２ｂに受光される。そして、この光検出器
１２では、第１の受光部１２ａで光ディスク２の記録層
からの戻り光によるフォーカスエラー信号を検出し、第
２の受光部１２ｂで光ディスク２の光透過層４表面から
の戻り光によるフォーカスエラー信号とを検出する。

【００４８】ここで、この光検出器１２では、非点収差
法によりフォーカスエラー信号を得ている。以下、非点
収差法について説明する。

【００４９】非点収差法は図５に示すように、ビーム復
路の集束光路中に平行平板の光学素子８０を配し、意図
的に大きな非点収差を発生させ、最小錯乱円前後のビー
ム形状を検出し、フォーカスエラー信号を得る方法であ
る。

【００５０】そして、非点収差法における非点収差量δ
_yは、図５に示すように、光学戻りの開口の角度をθと
し、有限光中に配された平行平板の光学素子８０の屈折
率をｎとし、上記光学素子の厚さをｔとして式（７）の
ように表すことができる。

【００５１】 δ_y＝｛（ｎ²−１）ｓｉｎ²θ×ｔ｝／（ｎ²−ｓｉｎ²θ）^3/2 ・・・（７）図６〜図８に、非点収差法における光検出器１２の第１
の受光部１２ａを示す。この第１の受光部１２ａは、互
いに直交する２本の分割線によって４分割されている。
ディスクが合焦状態で最小錯乱円位置にあるように光検
出器１２をセットすると、非合焦状態では、第１の受光
部１２ａ上の光量分布が楕円形状に変わるため、４分割
された領域をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、フォー
カスエラー信号ＦＥは、第１の受光部１２ａが受けた光
量を電流−電圧変換増幅器によって増幅演算することに
より、ＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の電圧信号として
得られる。

【００５２】レーザ光が光ディスク２上に合焦している
場合、図６に示すように、第１の受光部１２ａ上のビー
ムスポットの形状は略円形状である。そして、光検出器
１２の各領域における受光光量は（Ａ＋Ｃ）＝（Ｂ＋
Ｄ）となり、ＦＥ＝０となる。

【００５３】また、レーザ光の合焦点に対して光ディス
ク２が遠い位置にある場合、図７に示すように、第１の
受光部１２ａ上のビームスポットの形状は楕円形とな
る。そして、光検出器１２の各領域における受光光量は
（Ａ＋Ｃ）＞（Ｂ＋Ｄ）となり、ＦＥ＞０となる。

【００５４】また、レーザ光の合焦点に対して光ディス
ク２が近い位置にある場合、図８に示すように、第１の
受光部１２ａ上のビームスポットの形状は楕円形とな
る。第１の受光部１２ａの各領域における受光光量は
（Ａ＋Ｃ）＜（Ｂ＋Ｄ）となり、ＦＥ＜０となる。

【００５５】そして、フォーカスエラー信号は、横軸に
フォーカスずれ量をとり、縦軸に当該フォーカスエラー
信号の出力をとると、一般に図９に示すようなＳ字状の
曲線となる。そして、このＳ字曲線の中心に位置するゼ
ロ点がジャストフォーカス点を示す。

【００５６】なお、上述した図６〜図８では、光ディス
ク２の記録層からの戻り光を受光する第１の受光部１２
ａを例に挙げて説明したが、光ディスク２の光透過層４
の表面からの戻り光を受光する第２の受光部１２ｂにお
いても同様にしてフォーカスエラー信号が検出される。

【００５７】このとき、図１に示すように、対物レンズ
１１は２軸アクチュエータ３０に搭載されている。そし
て、この第１の光学系５では、ホログラム素子１０を透
過した０次光が、光ディスク２の記録層にジャストフォ
ーカスするようにフォーカスサーボされている。すなわ
ち、光ディスク２の記録層からの戻り光を受光する第１
の受光部１２ａにおけるフォーカスエラー信号は０に保
たれている。

【００５８】ここで、ホログラム素子１０を透過した０
次光の焦点と、ホログラム素子１０で回折された１次光
の焦点とは、光ディスク２の光透過層４の規定厚みに略
等しい長さだけ光軸方向にずれるようになされている。
従って、光透過層４の厚みが規定値通りの場合、１次光
は光透過層４の表面に合焦し、光透過層４の表面からの
戻り光を受光する第２の受光部１２ｂにおけるフォーカ
スエラー信号は０になる。

【００５９】すなわち、光透過層４の厚みが規定値より
もずれている場合、規定値からのずれ量を、第２の受光
部１２ｂにおいてフォーカスエラー信号として検出す
る。光透過層４の厚みが規定値よりも薄い場合、第２の
受光部１２ｂにおけるフォーカスエラー信号は正の値と
なる。また、光透過層４の厚みが規定値よりも厚い場
合、第２の受光部１２ｂにおけるフォーカスエラー信号
は負の値となる。

【００６０】以上のように、この第１の光学系５では、
光源７から出射したレーザ光を焦点距離の異なる２つの
光束に分離し、一方の光束が光ディスク２の記録面にジ
ャストフォーカスするようフォーカスサーボをかけるこ
とで、他方の光束が光ディスク２の光透過層４表面で反
射した戻り光から、規定厚みからのズレ量としてのフォ
ーカスエラー信号を得て、光透過層４の厚み誤差を検出
する。

【００６１】以下、第２の光学系６について説明する。

【００６２】第２の光学系６は、光源１３と、シリンド
リカルレンズ１４と、偏光ビームスプリッタ１５と、コ
リメータレンズ１６と、回折格子１７と、立ち上げミラ
ー１８と、１／４波長板１９と、２群対物レンズ２０
と、光検出器２１とを備える。

【００６３】光源１３は、光ディスク２に向かって光を
出射する。この光源１３には、波長が４００ｎｍ〜６５
０ｎｍ程度の短波長レーザを発する半導体レーザが用い
られる。光源１３から出射されたレーザ光は、シリンド
リカルレンズ１４に入射する。

【００６４】シリンドリカルレンズ１４に入射したレー
ザ光は、当該シリンドリカルレンズ１４によってビーム
整形される。そして、シリンドリカルレンズ１４によっ
てビーム整形されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ
１５を透過してコリメータレンズ１６に入射する。

【００６５】コリメータレンズ１６に入射したレーザ光
は、光ディスク２の光透過層４の厚さが規定値通りの場
合には、当該コリメータレンズ１６によって平行光とさ
れる。なお、このコリメータレンズ１６は、例えば、２
枚の球面レンズが貼り合わされてなる。

【００６６】また、このコリメータレンズ１６は、アク
チュエータ２２に搭載されており、このアクチュエータ
２２によって、入射レーザ光の光軸に沿って前後に移動
可能とされている。そして、このコリメータレンズ１６
は、光ディスク２の光透過層４の厚さが規定値から外れ
ている場合には、当該光透過層４の厚み誤差に起因する
球面収差を補正するように、アクチュエータによって移
動操作される。すなわち、光ディスク２の光透過層４の
厚さが規定値から外れている場合、レーザ光は、光透過
層４の厚み誤差に起因する球面収差を補正するように、
コリメータレンズ１６によって発散光或いは収束光とさ
れる。そして、コリメータレンズ１６から出射したレー
ザ光は、回折格子１７に入射する。

【００６７】回折格子１７に入射したレーザ光は、当該
回折格子１７によって回折されて３ビームとされる。こ
の回折格子１７は、いわゆる３スポット法によるトラッ
キングサーボを可能とするために、レーザ光を少なくと
も３つに分離するためのものである。そして、回折格子
１７から出射したレーザ光は、立ち上げミラー１８によ
ってその進行方向を折り曲げられて１／４波長板１９に
入射する。

【００６８】１／４波長板１９に入射したレーザ光は、
当該１／４波長板１９によって直線偏光から円偏光とさ
れる。そして、１／４波長板１９から出射したレーザ光
は、２群対物レンズ２０に入射する。

【００６９】２群対物レンズ２０に入射したレーザ光
は、当該２群対物レンズ２０によって集光され、光透過
層４を介して光ディスク２の記録層上に入射する。な
お、この２群対物レンズ２０は、例えば、２枚の球面レ
ンズ２０ａ，２０ｂが貼り合わされてなる。また、この
２群対物レンズ２０は、２軸アクチュエータ３０に搭載
されており、光軸方向及び光軸に垂直な方向に沿って移
動可能となされている。

【００７０】上述のように２群対物レンズ２０によって
集光され光ディスク２の記録層に入射した入射レーザ光
は、記録層で反射して戻り光となる。この戻り光は、元
の光路を辿って２群対物レンズ２０を透過した後、コリ
メータレンズ１６によって収束光とされた後、偏光ビー
ムスプリッタ１５で反射して光検出器２１に入射し、こ
の光検出器２１によって信号が検出される。

【００７１】また、この第２の光学系６は、図１に示す
ように、偏光ビームスプリッタ１５により反射されたレ
ーザ光を集光する集光レンズ２３と、この集光レンズに
集光されたレーザ光を受光して、その受光量に基づい
て、光源１３から出射されるレーザ光の出力を自動調整
する出力調整用光検出器２４とを備えている。

【００７２】そして、この光学ヘッド１では、第１の光
学系５の対物レンズ１１と、第２の光学系６の２群対物
レンズ２０とが、２軸アクチュエータ３０に搭載され
て、２軸方向に駆動変位することにより、光ディスク２
に対するトラッキング制御及びフォーカシング制御が行
われる。

【００７３】図１０及び図１１に、２軸アクチュエータ
３０の一構成例を示す。この２軸アクチュエータ３０
は、２群対物レンズ２０と対物レンズ１１とが取り付け
られるボビン３１と、このボビン３１を互いに直交する
２軸方向に移動させる電磁駆動機構３２とを備えてい
る。

【００７４】ボビン３１は、図１０及び図１１に示すよ
うに、天板を有する略円筒状に形成され、中心部を支軸
３３によって支持されている。そして、ボビン３１は、
支軸３３の軸線方向に摺動可能であって支軸３３の軸回
り方向に回動可能に支持されている。このボビン３１に
は、２群対物レンズ２０と対物レンズ１１とが、支軸３
３を挟んで点対称な位置に配され、光軸が互いに平行と
なるように設けられている。

【００７５】ボビン３１を駆動変位させる電磁駆動機構
３２は、図１０及び図１１に示すように、フォーカシン
グ用マグネット３４及びフォーカシング用ヨーク３５，
３６と、トラッキング用マグネット３７及びトラッキン
グ用ヨーク３８とを有する磁気回路と、フォーカシング
用コイル３９及びトラッキング用コイル４０とを備えて
構成されている。

【００７６】また、この電磁駆動機構３２のトラッキン
グ用コイル４０の内方には、図１１に示すように、ボビ
ン３１の中立位置を位置決めするための金属片４１が固
定されて設けられている。ボビン３１は、金属片４１が
単面２極分離されたトラッキング用マグネット３７の２
極の境界に引きつけられることによって、第２の方向で
あるトラッキング方向の中立位置に位置決めされるとと
もに第１の方向であるフォーカシング方向の中立位置に
位置決めされる。また、ボビン３１は、支軸３３が立設
された支持基台上に、弾性を有するゴム等によって構成
された中立点支持機構によって中立位置に保持される。

【００７７】このように中立位置に保持されたボビン３
１は、電磁駆動機構３２によって駆動変位されることに
よって支軸３３の軸線方向に摺動され、さらに支軸３３
の軸回り方向に回動される。

【００７８】すなわち、この電磁駆動機構３２は、フォ
ーカシング用コイル３９にフレキシブル基板４１を介し
てフォーカシングエラー信号が供給されることにより、
ボビン３１を支軸３３の軸線方向に駆動変位させる。そ
して、ボビン３１が支軸３３の軸線方向に摺動変位され
ることによって、対物レンズ１１及び２群対物レンズ２
０の光ディスク２に対するフォーカシング制御が行われ
る。

【００７９】また、この電磁駆動機構３２は、トラッキ
ング用コイル４０にフレキシブル基板４１を介してトラ
ッキングエラー信号が供給されることにより、ボビン３
１を支軸３３の軸回り方向に回動変位させる。そして、
ボビン３１が支軸３３の軸回り方向に回動変位されるこ
とによって、対物レンズ１１及び２群対物レンズ２０の
光ディスク２に対するトラッキング制御が行われる。

【００８０】なお、この光学ヘッド１では、フォーカシ
ングサーボ方法として、いわゆる非点収差法が用いられ
ており、トラッキングサーボ方法として、いわゆる３ス
ポット法が用いられている。非点収差法は、第３の光デ
ィスク２８からの反射レーザ光を例えば検出領域が４分
割された光検出器２１によって検出し、各検出領域から
得られる検出出力の和及び／又は差を求めることによっ
て、レーザ光の記録層に対する合焦ずれ成分であるフォ
ーカシングエラー信号を得るようにしたものである。ま
た、３スポット法は、光源１３から出射される１本のレ
ーザ光を回折格子１７を用いて、１本の主レーザ光と２
本の副レーザ光に分離し、記録トラックの中心に照射さ
れる主レーザ光の前後に２本の副レーザ光を照射する。
主レーザ光の前後に照射された副レーザ光の反射レーザ
光を、２つの光検出器１２ａ，１２ｂにより検出し、各
光検出器１２ａ，１２ｂから得られる検出出力の差を求
めることによって、主レーザ光の記録トラックに対する
ずれ成分であるトラッキングエラー信号を得るようにし
たものである。

【００８１】このような光学ヘッド１を用いて、光ディ
スク２からの再生を行う場合には、まず、第１の光学系
５で、上述したように、光ディスク２の光透過層４の表
面及び記録層におけるフォーカスエラー信号から、光デ
ィスク２の光透過層４の厚さを検出する。

【００８２】そして、第１の光学系５で検出された光デ
ィスク２の厚みは、図示しない制御回路によって演算さ
れて予め決められたテーブルや関数に従って判定され
る。そして、制御回路は、光ディスク２の厚み誤差に起
因する球面収差を補正するための動作を決定し、その信
号を第２の光学系６に供給する。そして、第２の光学系
６では、この制御信号に基づいて、光透過層４の厚み誤
差に起因する球面収差が最小となるように、アクチュエ
ータ２２によってコリメータレンズ１６を関数的に若し
くは段階的に移動させる。

【００８３】この第２の光学系６では、アクチュエータ
２２によってコリメータレンズ１６を光軸方向に沿って
移動操作することで、バランスの良い補正を実現してい
る。コリメータレンズ１６を前後に動かすことで、２群
対物レンズ２０の光入射側の開口数ＮＡが変化し、これ
により、球面収差を補正することができる。

【００８４】そして、第２の光学系６では、以上のよう
に光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差を補正した
上で、光ディスク２に対して記録再生動作を行う。この
ように、アクチュエータ２２によってコリメータレンズ
１６を最適位置へ動かすことにより、ディスク厚みの誤
差によって発生する球面収差を補正し、良好な信号を得
ることができる。

【００８５】なお、上記光学ヘッド１において、コリメ
ータレンズ１６の射出瞳径は、２群対物レンズ２０の入
射瞳径よりも十分に大きくしておくことが好ましい。こ
れにより、２群対物レンズ２０の光入射側の開口数ＮＡ
が変化したとしても、２群対物レンズ２０の光出射側の
開口数ＮＡはほぼ一定に保持され、安定な記録再生が可
能となる。

【００８６】また、この光学ヘッド１では、第２の光学
系６において光ディスク２を再生する場合、第１の光学
系５は、第２の光学系６におけるワーキングディスタン
ス、すなわち、光ディスク２と２群対物レンズ２０との
間隔を検出するための光学系としても機能する。

【００８７】第２の光学系６において、２群対物レンズ
２０を光軸方向に沿って動かすことによりフォーカス引
き込み動作を行うが、２群対物レンズ２０が高開口数で
あるため、フォーカス引き込み範囲が狭く、ディスクと
２群対物レンズ２０との間の作動距離が例えば０．５ｍ
ｍ以下とされている。そのため、ディスクの面揺れや、
ディスクの高さが基準よりもずれていたりすると、フォ
ーカス引き込み動作時に、ディスクと２群対物レンズ２
０とが衝突する恐れがある。

【００８８】そのため、第２の光学系６でフォーカス引
き込み動作を行う際に、第２の光学系６よりも広いフォ
ーカス引き込み範囲を有する第１の光学系５を補助的に
用いることで、ディスクと２群対物レンズ２０との衝突
を防止する。

【００８９】なお、上述したような光学ヘッド１では、
第１の光学系５を用いて光ディスク２からの情報信号を
再生することもできる。第１の光学系５で光ディスク２
からの情報信号を再生する場合には、光検出器１２に入
射する戻り光のうち、主光線から得られる信号のみを検
出する必要がある。

【００９０】すなわち、第１の光学系５で光ディスク２
からの情報信号を再生する場合には、光検出器１２の受
光面の中央の部分に入射する戻り光の主光線を受光し、
受光面の周辺部に入射する光は受光しないように、光検
出器１２のパターンを切り替えて行う。

【００９１】そして、この光学ヘッド１では、光ディス
ク２を再生する際に、第１の光学系５と第２の光学系６
とで、再生に用いる光学系を切り替えることにより、例
えば基板３の厚みや光透過層４の厚みが異なることによ
り記録面のディスク厚み方向の位置が異なる光ディスク
２からの情報信号をそれぞれ再生することが可能な互換
性を有することとなる。

【００９２】つぎに、本発明を適用した記録及び／又は
再生装置の実施の形態について、図１２に示すように、
上述した光学ヘッド１を備え、上述した光ディスク２に
対して記録再生を行う記録再生装置５０を例に挙げて説
明する。

【００９３】なお、ここでは、相変化型の光ディスク２
に対して記録再生を行う記録再生装置５０を例に挙げる
が、本発明は、光学ヘッドを備えた記録及び／又は再生
装置に対して広く適用可能であり、記録及び／又は再生
の対象となる情報記録媒体は、再生専用光ディスク、光
磁気ディスク又は光カード等であってもよい。

【００９４】この記録再生装置５０は、光ディスク２を
回転駆動させるスピンドルモータ５１と、情報信号の記
録再生を行う際に使用される上記光学ヘッド１と、光学
ヘッド１を動かすための送りモータ５２と、所定の変復
調処理を行う変復調回路５３と、光学ヘッド１のサーボ
制御等を行うサーボ制御回路５４と、システム全体の制
御を行うシステムコントローラ５５とを備えている。

【００９５】スピンドルモータ５１は、サーボ制御回路
５４により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動され
る。すなわち、記録再生の対象となる光ディスク２は、
スピンドルモータ５１にチャッキングされ、サーボ制御
回路５４により駆動制御されるスピンドルモータ５１に
よって、所定の回転数で回転駆動される。

【００９６】光学ヘッド１は、情報信号の記録再生を行
う際、上述したように、回転駆動される光ディスク２に
対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この
光学ヘッド１は、変復調回路５３に接続されている。そ
して、情報信号の記録を行う際、外部回路５６から入力
され変復調回路５３によって所定の変調処理が施された
信号が光学ヘッド１に供給され、光学ヘッド１は、変復
調回路５３から供給される信号に基づいて、光ディスク
２に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射す
る。また、情報信号の再生を行う際、光学ヘッド１は、
回転駆動される光ディスク２に対して、一定出力のレー
ザ光を照射し、その戻り光から再生信号を生成し、当該
再生信号を変復調回路５３に供給する。

【００９７】また、この光学ヘッド１は、サーボ制御回
路５４にも接続されている。そして、情報信号の記録再
生時に、回転駆動される光ディスク２によって反射され
て戻ってきた戻り光から、上述したように、フォーカス
サーボ信号及びトラッキングサーボ信号を生成し、それ
らのサーボ信号をサーボ制御回路５４に供給する。

【００９８】変復調回路５３は、システムコントローラ
５５及び外部回路５６に接続されている。そして、この
変復調回路５３は、情報信号を光ディスク２に記録する
際は、システムコントローラ５５による制御のもとで、
光ディスク２に記録する信号を外部回路５６から受け取
り、当該信号に対して所定の変調処理を施す。そして、
変復調回路５３によって変調された信号は、光学ヘッド
１に供給される。また、この変復調回路５３は、情報信
号を光ディスク２から再生する際は、システムコントロ
ーラ５５による制御のもとで、光ディスク２から再生さ
れた再生信号を光学ヘッド１から受け取り、当該再生信
号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路
５３によって復調された信号は、変復調回路５３から外
部回路５６へ出力される。

【００９９】送りモータ５２は、情報信号の記録再生を
行う際、光学ヘッド１を光ディスク２の径方向の所定の
位置に送るためのものであり、サーボ制御回路５４から
の制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送り
モータ５２は、サーボ制御回路５４に接続されており、
サーボ制御回路５４により制御される。

【０１００】サーボ制御回路５４は、システムコントロ
ーラ５５による制御のもとで、光学ヘッド１が光ディス
ク２に対向する所定の位置に送られるように、送りモー
タ５２を制御する。また、サーボ制御回路５４は、スピ
ンドルモータ５１にも接続されており、システムコント
ローラ５５による制御のもとで、スピンドルモータ５１
の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路５４は、
情報信号の記録再生時に、光ディスク２が所定の回転数
で回転駆動されるように、スピンドルモータ５１を制御
する。また、サーボ制御回路５４は、光学ヘッド１にも
接続されており、情報信号の記録再生時に、光学ヘッド
１からサーボ信号を受け取り、当該サーボ信号に基づい
て、光学ヘッド１に搭載された２軸アクチュエータ３０
によるフォーカスサーボ及びトラッキングサーボの制御
を行う。

【０１０１】さらに、記録再生装置５０において、サー
ボ制御回路５４は、光学ヘッドの第１の光学系で検出さ
れたフォーカスエラー信号に基づいて光ディスクの光透
過層４の厚み誤差を検出する厚さ検出手段としても機能
する。

【０１０２】なお、このような光透過層４の厚み誤差の
検出は、１回だけ行うようにしてもよいが、複数回繰り
返し行い、それらの平均を求めるようにすることが好ま
しい。すなわち、光透過層４の厚み誤差を検出する際
は、２軸アクチュエータ３０を所定の周波数（例えば１
００〜２００Ｈｚ程度）にて繰り返し前後に移動させ
て、繰り返し光透過層４の厚み誤差を求め、それらの平
均を求めるようにすることが好ましい。これにより、光
透過層４の厚み誤差の検出をより精度良く行うことがで
きる。

【０１０３】そして、以上のように光透過層４の厚み誤
差を検出したサーボ制御回路５４は、コリメータレンズ
用のアクチュエータ２２によってコリメータレンズ１６
を移動させて光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差
を最小とするように、光学ヘッド１に制御信号を送出す
る。そして、光学ヘッド１は、この制御信号に基づい
て、光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差が最小と
なるように、アクチュエータ２２によってコリメータレ
ンズ１６を移動させる。そして、記録再生装置５０は、
以上のように光透過層３の厚み誤差に起因する球面収差
を補正した上で、従来の記録再生装置と同様に記録再生
動作を行う。

【０１０４】以上のように、本発明を適用した記録再生
装置５０では、記録再生を行う前に、光透過層３の厚み
誤差を測定し、その厚み誤差に起因する球面収差を補正
するようにしている。従って、光ディスク２の光透過層
４に厚み誤差があったとしても、球面収差の発生が抑え
られ、良好な状態で記録再生を行うことができる。

【０１０５】

【実施例】以下、本発明を適用した光学ヘッドの光学系
の要部について、その具体的な実施例を説明する。

【０１０６】なお、以下の説明では、コリメータレンズ
を含む往路光学系の具体例を挙げ、当該コリメータレン
ズの移動によって成される球面収差の補正について説明
するが、コリメータレンズの移動距離やその精度は、通
常の設計においては、対物レンズの設計によらず、対物
レンズの光出射側の開口数ＮＡと、光ディスクの記録層
上に形成された光透過層の厚さとにだけ依存する。従っ
て、以下の説明において、対物レンズについては、光出
射側の開口数ＮＡについてだけ具体的な数値を挙げ、そ
の他のレンズデータは省略する。

【０１０７】また、以下の説明では、コリメータレンズ
として球面貼り合わせレンズを使用した例（実施例１）
と、コリメータレンズとして表面位相型のホログラムレ
ンズを使用した例（実施例２）とを挙げるが、本発明に
おいて、コリメータレンズには任意のものが使用可能で
ある。すなわち、コリメータレンズとして、例えば、非
球面レンズやフレネルレンズ等も使用可能であるし、或
いは、いわゆる体積位相型のホログラムレンズ等も使用
可能である。

【０１０８】＜実施例１＞本実施例の光学系を図１３に
示す。この光学系は、基板６０ａの表面に記録層が形成
され当該記録層上に光透過層６０ｂが形成されてなる光
ディスク６０に対して記録再生を行う際に使用される光
学ヘッドの光学系の要部であり、光源と対物レンズ６１
との間に、回折格子６２と、偏光ビームスプリッタ６３
と、コリメータレンズ６４と、開口絞り６５とが配され
てなる。ここで、コリメータレンズ６４は、色消しのた
めに、球面レンズからなる第１のレンズ６４ａと、球面
レンズからなる第２のレンズ６４ｂとを貼り合わせた球
面貼り合わせレンズであり、その光入射側の開口数ＮＡ
は０．１４とされている。

【０１０９】この光学系のレンズデータを表１に示す。
なお、表１では、この光学系のレンズデータについて、
物体面をＯＢＪ、回折格子６２の光入射面をｓ１、回折
格子６２の光出射面をｓ２、偏光ビームスプリッタ６３
の光入射面をｓ３、偏光ビームスプリッタ６３の光出射
面をｓ４、コリメータレンズ６４を構成する第１のレン
ズ６４ａの光入射面をｓ５、コリメータレンズ６４を構
成する第１のレンズ６４ａと第２のレンズ６４ｂとの貼
り合わせ面をｓ６、コリメータレンズ６４を構成する第
２のレンズ６４ｂの光出射面をｓ７として示している。
また、ｓ８はダミー面であり、ＳＴＯは、対物レンズ６
１に対応した開口絞り６５である。

【０１１０】

【表１】

【０１１１】ここで、光ディスク６０の光透過層６０ｂ
の厚さは０．１ｍｍ、対物レンズ６１の開口数ＮＡは
０．８５、使用する光の波長λは６３５ｎｍとする。そ
して、この光学系の物像間の倍率は０．１８９１であ
る。

【０１１２】以上のような光学系について、光透過層６
０ｂの厚み誤差と、波面収差との関係を図１４に示す。
なお、図１４において、波面収差については、射出瞳面
上での標準偏差ＷＦＥrmsを、使用する光の波長をλと
して示している。また、図１４において、点線Ａ１は、
コリメータレンズ６４を動かしていない場合（すなわ
ち、球面収差の補正を行っていない場合）について、光
透過層６０ｂの厚み誤差と波面収差との関係を示してい
る。また、図１４において、実線Ａ２は、点線Ａ３に示
すように光透過層６０ｂの厚み誤差に応じてコリメータ
レンズ６４を動かした場合（すなわち、球面収差の補正
を行った場合）について、光透過層６０ｂの厚み誤差と
波面収差との関係を示している。

【０１１３】図１４に示すように、光ディスク６０の光
透過層６０ｂに厚み誤差がない場合、この光学系におい
て、波面収差は約０．００３λである。そして、図１４
から分かるように、コリメータレンズ６４を動かさない
場合には、光透過層６０ｂの厚み誤差があると波面収差
が非常に大きくなってしまうが、光透過層６０ｂの厚み
誤差に応じてコリメータレンズ６４を動かすことによ
り、光透過層６０ｂの厚み誤差によって発生する波面収
差を大幅に抑制することができる。

【０１１４】具体的には、図１４から分かるように、光
透過層６０ｂの厚さにばらつきがあったとしても、下記
式（８）に示すようにコリメータレンズ６４を移動させ
ることで、波面収差を抑制することができ、これによ
り、例えば、光透過層６０ｂの厚み誤差が±１０μｍ程
度の範囲内であれば、波面収差を０．０１λ以下に抑え
ることが可能となる。

【０１１５】ΔＬ≒２１Δｔ・・・（８）なお、上記式（８）において、ΔＬは、コリメータレン
ズ４３の移動量であり、光ディスク６０から遠ざかる方
向を正としている。また、Δｔは、光ディスク６０の光
透過層６０ｂの厚み誤差である。

【０１１６】＜実施例２＞本実施例の光学系を図１５に
示す。この光学系は、基板７０ａの表面に記録層が形成
され当該記録層上に光透過層７０ｂが形成されてなる光
ディスク７０に対して記録再生を行う際に使用される光
学ヘッドの光学系の要部であり、光源と対物レンズ７１
との間に、ホログラムレンズからなるコリメータレンズ
７２と、開口絞り７３とが配されてなる。

【０１１７】この光学系のレンズデータを表２に示す。
なお、表２では、この光学系のレンズデータについて、
物体面をＯＢＪ、コリメータレンズ７２の光入射面をｓ
１、コリメータレンズ７２の光出射面をｓ２として示し
ている。また、ｓ３はダミー面であり、ＳＴＯは、対物
レンズ７１に対応した開口絞り７３である。

【０１１８】

【表２】

【０１１９】ここで、光ディスク７０の光透過層７０ｂ
の厚さは０．１ｍｍ、対物レンズ７１の開口数ＮＡは
０．８５、使用する光の波長λは７３５ｎｍとする。そ
して、この光学系の物像間の倍率は０．１８９１であ
る。

【０１２０】なお、上記コリメータレンズ７２は、入射
光に位相差を生じさせて回折させる、いわゆる表面位相
型のホログラムレンズであり、その光入射側の開口数Ｎ
Ａは０．１６とされている。

【０１２１】このコリメータレンズ７２は、透過光に位
相差が生じるように、レンズ表面に機械加工が施されて
なる。すなわち、このコリメータレンズ７２は、レンズ
表面に機械加工が施されることにより、透過光に位相差
が生じるようになされており、これにより、光の回折を
生じさせる。そして、本実施例の光学系では、このコリ
メータレンズ７２によって回折されてなる１次回折光
が、開口絞り７３を介して対物レンズ７１に入射するよ
うになされている。

【０１２２】なお、このコリメータレンズ７２は、表面
形状がブレーズド形状（すなわち鋸の歯のような形状）
とされていることが好ましい。表面形状をブレーズド形
状とした場合には、入射光のうちの１００％近くが１次
回折光となるので、高い光利用効率が得られる。

【０１２３】そして、このコリメータレンズ７２の特性
は、下記式（９）に示す位相差関数で表される。

【０１２４】ｍ＝Ｃ₁Ｒ²＋Ｃ₂Ｒ⁴＋Ｃ₃Ｒ⁶＋Ｃ₄Ｒ⁸ ・・・（９）上記式（９）は、表面位相型のホログラムレンズである
コリメータレンズ７２の製造時に２つの点光源が無限遠
にあるとしたときの各面での位相ずれを、基板上の極座
標多項式で表したものであり、ｍは回折基準波長での光
路差を示している。また、本実施例で用いるコリメータ
レンズ７２は、位相差関数が軸対象となるホログラムレ
ンズであり、上記式（９）において、Ｒは光軸からの距
離を示している。そして、表２におけるＣ₁，Ｃ₂，
Ｃ₃，Ｃ₄は、このコリメータレンズ７２について、回折
基準波長を７３５ｎｍとしたときの位相差関数の各係数
を示している。

【０１２５】以上のような光学系について、光透過層７
０ｂの厚み誤差と、波面収差との関係を図１６に示す。
なお、図１６においても、図１４と同様に、波面収差に
ついては、射出瞳面上での標準偏差ＷＦＥrmsを、使用
する光の波長をλとして示している。また、図１６にお
いて、実線Ａ４は、点線Ａ５に示すように光透過層７０
ｂの厚み誤差に応じてコリメータレンズ７２を動かした
場合（すなわち、球面収差の補正を行った場合）につい
て、光透過層７０ｂの厚み誤差と波面収差との関係を示
している。

【０１２６】図１６に示すように、光ディスク７０の光
透過層７０ｂに厚み誤差がない場合、この光学系におい
て、波面収差は約０．００３λである。そして、図から
分かるように、光透過層７０ｂの厚み誤差に応じてコリ
メータレンズ７２を動かすことにより、光透過層７０ｂ
の厚み誤差によって発生する波面収差が大幅に抑制され
る。具体的には、図１６から分かるように、光透過層７
０ｂの厚さにばらつきがあったとしても、下記式（１
０）に示すようにコリメータレンズ７２を移動させるこ
とで、波面収差を抑制することができる。

【０１２７】ΔＬ≒１４Δｔ・・・（１０）なお、上記式（１０）において、ΔＬは、コリメータレ
ンズ７２の移動量であり、光ディスク７０から遠ざかる
方向を正としている。また、Δｔは、光ディスク７０の
光透過層７０ｂの厚み誤差である。

【０１２８】ところで、実施例１及び実施例２のように
コリメータレンズを移動させると、レンズ間に偏心が生
じたり、レンズ面に傾きが生じたりする恐れがある。こ
のような偏心や傾きはコマ収差や非点収差の原因とな
り、これらのコマ収差や非点収差があまりに大きくなる
と、システムが破綻してしまう。しかし、実施例１及び
実施例２の光学系では、コリメータレンズの光入射側の
開口数ＮＡが小さいので、レンズ間の偏心やレンズ面の
傾きの影響を受け難い。具体的には、これらの光学系で
は、３０μｍ程度の偏心や０．１°程度の傾きまでなら
ば、コマ収差や非点収差の発生量は十分に少なく、実用
上問題はない。

【０１２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、フォーカスエラー信号から簡単に光透過層の
厚みを検出することができる。そして、本発明によれば
対物レンズの開口数ＮＡを大きくしても、光透過層の厚
み誤差に起因する球面収差を低く抑えることが可能とな
る。従って、本発明によれば、光透過層の厚み誤差の公
差を大きく許容したまま、情報記録媒体の製造原価を上
げることなく、情報記録媒体の高記録密度化及び大容量
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光学ヘッドの一例を示す図で
ある。

【図２】図１の光学ヘッドで使用されているホログラム
素子の一例を示す平面図である。

【図３】図１の光学ヘッドで使用されているホログラム
素子の一例を示す断面図である。

【図４】０次光及び１次光が光ディスクに入射する様子
を拡大して示す図である。

【図５】非点収差を説明する図である。

【図６】非点収差法における光検出器の受光部の一例を
示す図である。

【図７】非点収差法における光検出器の受光部の一例を
示す図である。

【図８】非点収差法における光検出器の受光部の一例を
示す図である。

【図９】フォーカスエラー信号に現れるＳ字曲線を示す
図である。

【図１０】図１の光学ヘッドで使用されている２軸アク
チュエータの一例を示す平面図である。

【図１１】図１の光学ヘッドで使用されている２軸アク
チュエータの一例を示す側面図である。

【図１２】本発明を適用した記録及び／又は再生装置の
一例を示す図である。

【図１３】実施例１の光学系の概略を示す図である。

【図１４】実施例１について、光透過層の厚み誤差と、
波面収差と、コリメータレンズの移動量との関係を示す
図である。

【図１５】実施例２の光学系の概略を示す図である。

【図１６】実施例２について、光透過層の厚み誤差と、
波面収差と、コリメータレンズの移動量との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１光学ヘッド、２光ディスク、３基板、４
光透過層、５第１の光学系、６第２の光学
系、７，１３光源、８ビームスプリッタ、１
０ホログラム素子、１１対物レンズ、１５偏
光ビームスプリッタ、９，１６コリメータレンズ、
１７回折格子、１９１／４波長板、２０２
群対物レンズ、２２アクチュエータ、３０２軸
アクチュエータ、１２，２１光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植田充紀東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者阿部嗣弘東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5D118 AA13 AA16 BA01 BB02 BB07 BF02 BF03 CC12 CD02 DA20 DB00 DC03 5D119 AA09 AA21 AA22 BA01 BB01 BB04 CA12 DA01 DA05 EA03 EC01 EC40 JA14 JA44 JA49

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報信号が記録される記録層上に光透過
層を有する情報記録媒体用の光学ヘッドであって、光を出射する光源と、上記光源から出射された光を上記情報記録媒体上に集光
させる対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、上記光源か
ら出射された光を、焦点距離が異なる２つの光束に分離
する第１の光学素子と、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折
力を有する第２の光学素子と、上記光透過層の厚さに応じて、球面収差を打ち消すよう
に上記第２の光学素子を移動させる移動手段と、上記対物レンズによって上記情報記録媒体上に集光され
当該情報記録媒体で反射した戻り光を受光する光検出器
とを備え、上記光検出器は、上記第１の光学素子で分離された一方
の光束が上記記録層で反射された戻り光から検出される
第１のフォーカスエラー信号と、他方の光束が上記光透
過層の表面で反射された戻り光から検出される第２のフ
ォーカスエラー信号とから、上記光透過層の厚さを検出
することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】上記第１の光学素子は、ホログラム素子
からな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】上記第１の光学素子で分離された２つの
光束の焦点距離の差は、上記光透過層の厚みの規定値と
略等しいことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項４】上記第１の対物レンズは、上記第１の光
学素子で分離された２つの光束のうち、一方の光束を上
記光透過層を介して上記記録層上に集光させ、他方の光
束を上記光透過層上に集光させることを特徴とする請求
項１記載の光学ヘッド。
【請求項５】上記第２の光学素子は、コリメータレン
ズからなることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッ
ド。
【請求項６】情報信号が記録される記録層上に光透過
層を有する情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を
行う記録及び／又は再生装置であって、上記情報記録媒
体に対して上記光透過層を介して上記記録層に光を照射
するとともに、その反射光を検出する光学ヘッドを備
え、上記光学ヘッドは、光を出射する光源と、上記光源から出射された光を上記情報記録媒体上に集光
させる対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、上記光源か
ら出射された光を、焦点距離が異なる２つの光束に分離
する第１の光学素子と、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折
力を有する第２の光学素子と、上記光透過層の厚さに応じて、球面収差を打ち消すよう
に上記第２の光学素子を移動させる移動手段と、上記対物レンズによって上記情報記録媒体上に集光され
当該情報記録媒体で反射した戻り光を受光する光検出器
とを備え、上記光検出器は、上記第１の光学素子で分離された一方
の光束が上記記録層で反射された戻り光から検出される
第１のフォーカスエラー信号と、他方の光束が上記光透
過層の表面で反射された戻り光から検出される第２のフ
ォーカスエラー信号とから、上記光透過層の厚さを検出
することを特徴とする記録及び／又は再生装置。
【請求項７】上記第１の光学素子は、ホログラム素子
からなることを特徴とする請求項６記載の記録及び／又
は再生装置。
【請求項８】上記第１の対物レンズは、上記第１の光
学素子で分離された２つの光束のうち、一方の光束を上
記光透過層を介して上記記録層上に集光させ、他方の光
束を上記光透過層上に集光させることを特徴とする請求
項６記載の記録及び／又は再生装置。
【請求項９】上記第１の光学素子で分離された２つの
光束の焦点距離の差は、上記光透過層の厚みの規定値と
略等しいことを特徴とする請求項６記載の記録及び／又
は再生装置。
【請求項１０】上記第２の光学素子は、コリメータレ
ンズからなることを特徴とする請求項６記載の記録及び
／又は再生装置。
【請求項１１】情報信号が記録される記録層上に光透
過層を有する情報記録媒体の上記光透過層の厚みを検出
するに際し、光源から光を出射し、上記光源から出射された光を、焦点距離が異なる２つの
光束に分離し、上記２つの光束に分離された光を、上記情報記録媒体上
に集光させ、一方の光束が上記光透過層を介して上記記録層で反射さ
れた戻り光から得られる第１のフォーカスエラー信号
と、他方の光束が上記光透過層の表面で反射された戻り
光から得られる第２のフォーカスエラー信号とから、上
記光透過層の厚さを検出することを特徴とする厚み検出
方法。
【請求項１２】上記分離された２つの光束の焦点距離
の差は、上記光透過層の厚みの規定値と略等しいことを
特徴とする請求項１１記載の厚み検出方法。
【請求項１３】上記光源から出射された光を、ホログ
ラム素子によって２つの光束に分離することを特徴とす
る請求項１１記載の厚み検出方法。