【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の情報記録面を有する光学的多層情報記録ディスク、およびその光学的多層情報記録ディスク用の光ピックアップ装置、ならびにその光ピックアップ装置を搭載する光学的情報記録／再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（ＣＤ−Ｒ／ＲＷ）の普及に続いて、ＣＤの記録容量の約７倍近い記録容量を有するＤＶＤ（ＤＶＤ＋Ｒ／ＲＷ，ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭ）が開発され、その市場を拡げつつある。また情報の記録密度は、情報記録面上の集光スポットの大きさを小さくすることにより高めることが可能であり、光ピックアップの光源の波長を短くすること、あるいは対物レンズの開口数を大きくすることによって、より高密度にすることが可能である。
【０００３】
最近では、ＤＶＤの光源として用いられている６５０ｎｍ前後の波長のものより、波長が短い４０５ｎｍ前後の発振波長を持つ青色レーザを用いた光ディスク装置、あるいは対物レンズの開口数ＮＡを０．８５まで大きくした光ディスク装置の開発が盛んに行われている。
【０００４】
さらに、再生専用のＤＶＤにおいて実用化されているように、情報記録層を２層にすることにより大容量化を図っている光ディスクがあり、研究発表レベルでは情報の記録が可能な２層光ディスク、あるいは２層以上の複数の情報記録面を有する光学的多層情報記録ディスク（以下、多層ディスクという）、およびその光ディスク装置の開発も行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に光ディスクでは、対物レンズで集光された光束を、光ディスクの光透過層を透過して情報記録面で集光させる必要があるため、光透過層の厚みの分だけ球面収差を生じる。この球面収差をキャンセルするため、光ディスク用の対物レンズでは、ディスク規格などで規定された光透過層厚を設計基準とし、光ディスクで生じる球面収差とは、まったく逆の球面収差を予め有するように設計製造される。
【０００６】
しかしながら、多層ディスクでは、光透過層の厚さが情報記録面により異なってしまうため、何れかの情報記録面における集光スポットでは、球面収差をもった集光スポットになってしまう。
【０００７】
そこで、特許第３１８９６１６号公報，特開平８−９６４０６号公報などでは、光透過層の厚さの違いにより生じる球面収差の量が、ある一定許容値内に収まるように２層ディスクにおける面間隔の上限を定めている。光透過層の厚さ誤差によって発生する球面収差の大部分は３次の球面収差であり、その波面収差Ｗ（λｒｍｓ）は次式（数３）で表される。
【０００８】
【数３】
【０００９】
ｔ：光透過層厚さ誤差
ｎ：光透過層の屈折率
λ：光源波長
ＮＡ：対物レンズ開口数
また前記（数３）式より、ある波面収差Ｗになる光透過層厚さ誤差ｔは、次式（数４）となる。
【００１０】
【数４】
【００１１】
２層の面間隔Ｔで考えると、２層共にある波面収差Ｗ以下になるようにするには、Ｔが±ｔの幅よりも狭ければよく、次式（数５）のようになる。
【００１２】
【数５】
【００１３】
このとき球面収差以外の他の収差も考慮すると、球面収差による波面収差Ｗが、いわゆるマレシャルのクライテリオンである０．０７（λｒｍｓ）の１／２以下になるように面間隔Ｔを規定すればよく、よって、次式（数６）のようになる。
【００１４】
【数６】
【００１５】
一方、２層ディスクの面間隔を狭くした場合は、
▲１▼ ある情報記録面に集光スポットを照射させて情報を記録再生する際に、他の情報記録面ではデフォーカス状態となるが、このデフォーカスした光束による影響が大きくなる（光学クロストーク）。
【００１６】
▲２▼ ある情報記録面に集光スポットを当てるためのフォーカスサーボ動作において、面間隔が狭すぎると隣り合った面でのフォーカスエラー信号が重なり、２面の分離が困難になり、所望する情報記録面に集光スポットを当てることが難しくなる（フォーカス信号クロストーク）。
【００１７】
▲３▼ 情報を記録する際の集光スポットの熱が、他の情報記録面へ伝わって影響を及ぼす（熱クロストーク）。
などの問題が生じてくるため、面間隔の下限も設定する必要がある。
【００１８】
特開平８−９６４０６号公報に記載された発明では、前記▲２▼の理由などから、この下限値を１０μｍと規定している。
【００１９】
ここで光ディスクの高密度化により、対物レンズの開口数を大きくしたり、より短い波長を用いたりした場合には、（数４）の式により、許容できる厚さ誤差ｔが小さくなる。例えば、ＮＡを０．８５、λを４０５ｎｍ、光透過層の屈折率を１．６２、許容波面収差Ｗを０．０３５λとした場合には、ｔ＝７．６μｍとなり、必要な面間隔Ｔは、（数６）の式からＴ＜１５．２μｍとなる。
【００２０】
しかしながら、一般的な光ディスクの製造方法では、個体間あるいはロット間などのバラツキを含めて光透過層厚を±７．６μｍ以内に収めるのは非常に困難である。また、このようなＮＡ：０．８５，λ：４０５ｎｍのシステムでは、前記▲１▼〜▲３▼の理由により面間隔Ｔは、最低でも２０μｍ程度が必要であり、（数６）の式が成立しなくなってしまう。
【００２１】
よって、前記ＮＡ：０．８５，λ：４０５ｎｍとしたシステムでは、情報記録面での球面収差が許容値以下になるように、球面収差を補正するような手段が別に必要になる。
【００２２】
さらに、厚さ誤差は光ディスクの面内及び周内変動があるため、ディスク回転中も常に球面収差の補正動作が必要になる。そのため、球面収差補正手段は数１００〜１ｋＨｚ程度の高速応答性が求められ、球面収差補正機構に多大なコストがかかることになる。
【００２３】
また、補正量を制御するため、発生している球面収差量を常時検出する球面収差検出手段、および検出された球面収差量に応じて球面収差補正手段を制御するための球面収差補正制御手段を光ピックアップに備える必要があり、光ピックアップ装置の構成が大がかりになり、装置全体が非常に大型化し、大幅なコスト増に繋がってしまう。
【００２４】
球面収差検出を行う光ピックアップ装置の例としては、特開２００１−３５１２５４号公報に記載されている構成のものを例示することができる。
【００２５】
本発明は、前記従来の技術に鑑みてなされたものであり、光源波長を短くして記録密度を高くした多層ディスク、および球面収差検出手段が必要なく前記多層ディスクへの記録再生が可能で、しかも球面収差補正手段に高速応答性を必要とせず、また部品数，組付工数が少なく、低コストで生産可能な光ピックアップ装置、ならびにその光ピックアップ装置を用いた光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、Ｎ（Ｎは整数）層の複数の情報記録面が積層されている多層ディスクにおいて、光束入射側に最も近い情報記録面と最も遠い情報記録面との最大面間隔をＴｍａｘ、光束入射側表面から各情報記録面までの光透過層厚の誤差をΔｔ、ディスクの光透過層の屈折率をｎ、情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置における光源波長をλ、光ピックアップ装置における対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、前記（数１）の条件式を満足することを特徴とし、この構成によって、光透過層の許容できる厚さ誤差範囲よりも最大面間隔を広げているため、記録／再生を行う光ピックアップ装置側に球面収差補正手段を備えるのみでよくなり、相対的に対物レンズの開口数を大きく、あるいは光源波長を短くすることが可能となり、ひいては光ディスクの記録密度を高めることが可能になる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多層ディスクに対して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置であって、Ｎ層の多層ディスクにおける記録／再生を行うべき情報記録面を選択する情報記録面選択手段と、情報記録面に応じて多層ディスクに対して入射する光束における球面収差の状態をＮ段階に変化させる球面収差補正手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、多層ディスクにおいて光透過層の厚さ誤差幅が、光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲よりも狭いため、球面収差補正手段の補正を各情報記録面に合わせたＮ段階に行うのみで、球面収差による影響を許容値以下にすることができ、また、Ｎ段階の補正のみ行えばよいため、球面収差補正手段を連続的に変化させる必要がなく、球面収差補正手段を簡便な構成にすることが可能となり、不要なコスト増を抑えることが可能となる。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段の補正量をＮ＋１段階に変化させる球面収差補正手段を備え、１層の情報記録面を有する単層ディスクに対する記録／再生を可能にしたことを特徴とし、この構成によって、多層ディスクに加えて単層ディスクも簡便に記録／再生可能になる。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段を、光ピックアップ光路中に光軸が合わせて設置され、かつ光軸に沿って互いの間隔を変化させることが可能で、かつ少なくとも一対の正の屈折パワーを有する集光素子と負の屈折パワーを有する集光素子としたことを特徴とし、この構成によって、球面収差補正手段として、最低限凸凹からなる２枚の球面レンズの組み合わせという非常に単純な構成で実現することが可能になり、光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項２または３記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段を、同心円上に複数の領域に分割された電極パターンを有する液晶素子としたことを特徴とし、この構成によって、球面収差補正手段として、液晶素子を用いているため、液晶素子に印加する電圧の変化のみで球面収差を補正することができるため、素子を移動させるというような機械的可動部が必要ないため、非常に軽量に、かつ信頼性が高い光ピックアップ装置を実現することが可能になる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、請求項２または３記載の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段を、光源あるいは該光源に対して設けられたカップリングレンズを光軸に沿って移動する構成のものとしたことを特徴とし、この構成によって、球面収差補正手段として、コリメートレンズもしくは光源を光軸方向に移動させるのみで球面収差を補正することができ、球面収差補正手段のために光学素子を別途備える必要がなくなり、光ピックアップ装置を、非常に低コストかつ軽量に実現することが可能となる。
【００３２】
請求項７に記載の発明は、請求項２記載の光ピックアップ装置において、情報記録面選択手段を、フォーカスエラー信号に基づいて、記録／再生を行う情報記録面を選択する構成にしたことを特徴とし、この構成によって、光ピックアップ装置では必ず検出が必要とされるフォーカスエラー信号のＳ字カーブをカウントするのみで、所望する記録面を選択することが可能であり、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくなり、光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、請求項２記載の光ピックアップ装置において、情報記録面選択手段を、ＲＦ信号の強度変化に基づいて、記録／再生を行う情報記録面を選択する構成にしたことを特徴とし、この構成によって、光ピックアップ装置では必ず検出されるＲＦ信号の極大点をカウントするのみで、所望する記録面を選択することが可能であり、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくなり、光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、請求項２〜８いずれか１項記載の光ピックアップ装置において、多層ディスクの情報記録面が２層であり、２層の面間隔をＴ、情報の記録／再生を行うための光源波長をλ、対物レンズの開口数をＮＡとしたとき、前記（数２）の条件式を満足することを特徴とし、この構成によって、開口数ＮＡをＤＶＤ相当のままにし、波長をＤＶＤよりも短波長にすることにより、光ディスクの光透過層厚の許容製造誤差、および対物レンズ製造精度が厳しくならず、コマ収差の増加を抑えた、ＤＶＤよりも記録密度を高めた光ピックアップ装置が実現する。
【００３５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の多層ディスクに対して情報の記録／再生を行う光ピックアップ装置を搭載した光学的情報記録／再生装置であって、前記光ピックアップ装置として請求項２〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、前記請求項２〜９に記載の発明が奏する効果を得ることができる光学的情報記録／再生装置を提供することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１，図２は本発明の多層ディスクに係る実施形態の構成の説明図であり、本実施形態の多層ディスク１は、基板上にＮ（Ｎは整数）層の情報記録面（第１層３〜第Ｎ層４）が積層されているものであって、その多層ディスク１における入射側表面２に対して最も近い情報記録面３と最も遠い記録面４との最大面間隔Ｔｍａｘが、対物レンズ６を含む光ピックアップ装置（図示せず）が許容することができる光透過層厚の誤差範囲ｔａよりも広く、かつ、図２に示すように、任意の情報記録面７における光透過層厚さ誤差幅Δｔが、前記光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭くなっている。
【００３８】
前述のように記録密度を高めるには、対物レンズ６の開口数ＮＡを高くするか、光源の波長λを短波長にする方法がある。しかしながら、従来の多層ディスクでは、光透過層８の厚さ誤差により生じる球面収差の量が、ある一定許容値内に収まるように多層ディスクにおける情報記録面間隔Ｔの上限が前記（数６）のように規定され、次式（数７）のように定められている。
【００３９】
【数７】
【００４０】
ここで記録密度を高めるには開口数ＮＡを高く、光源波長λを小さくすればよいが、それにより面間隔Ｔを小さくしなければならない。しかし、情報記録面間隔Ｔはいくらでも小さくできる訳ではなく、従来技術の問題点にて例示した前記▲１▼〜▲３▼の事由により、ある間隔以上にする必要がある。
【００４１】
そこで本実施形態では、光ピックアップ装置に球面収差補正手段を備えることによって（数７）の式による制限をなくし、図１に示すように、多層ディスク１の入射側表面２に最も近い情報記録面３と最も遠い記録面４との最大面間隔Ｔｍａｘが、対物レンズ６を含む光ピックアップ装置が許容できる光透過層厚さ誤差範囲（幅）Δｔよりも広くすることにより、対物レンズ６の開口数ＮＡを高くするか、あるいは光源波長λを短波長化することを可能とした。関係式としては次式（数８）のようになる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
一方、開口数ＮＡを高くし過ぎるか、または光源波長λを短くし過ぎると、許容できる厚さ誤差範囲ｔａがディスクにおける製造誤差範囲よりも狭くなってしまう。その場合、従来技術の問題点で記述したように、高速応答性のある球面収差検出および球面収差補正手段が必要となり、光ピックアップの大型化、および大幅なコスト増を招くことになってしまう。
【００４４】
よって、図２に示すように、ディスクの面内／周内変動、あるいはディスクの個体差ロット間誤差における情報記録面７における光透過層の厚さ誤差幅Δｔよりも、光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲ｔａを広くすることにより、光ピックアップ装置に球面収差検出手段を不要とし、球面収差補正手段の高速応答対応も不要にすることが可能となる。関係式としては次式（数９）となる。
【００４５】
【数９】
【００４６】
よって、本実施形態の多層ディスクは、前記（数８），（数９）の式より次式（数１０）の関係式を満足するものとなる。
【００４７】
【数１０】
【００４８】
以上のように、本実施形態の多層ディスクによれば、次のような作用効果が得られる。
【００４９】
すなわち、許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも最大面間隔Ｔｍａｘを広げているため、記録／再生を行う光ピックアップ装置に球面収差補正手段を備えるのみで、相対的に対物レンズの開口数ＮＡを大きく、あるいは光源波長λを短くすることが可能であり、ひいては、光ディスクの記録密度を高めることが可能になる。
【００５０】
光透過層の厚さ誤差幅Δｔが、許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭いため、光ピックアップ装置による、ある任意の情報記録面における記録／再生時には、別途、球面収差補正手段による球面収差補正を行う必要がなく、光透過層厚さの誤差により生じる球面収差を検出する必要もない。
【００５１】
そのため、記録／再生を行う光ピックアップ装置に球面収差検出を行うための球面収差検出手段が必要なく、部品点数の増加，組付工数増加などのコスト増を抑えることができる。
【００５２】
また、ある任意の情報記録面での記録／再生時には、球面収差検出手段による球面収差検出を行い、その検出に基づいて、別途、球面収差補正手段による球面収差補正をするといった非常に煩雑な処理を行う必要がなく、光ピックアップ装置における制御手段のコスト増を抑えることが可能となる。
【００５３】
また、ディスクの光透過層厚の面内／周内変動による球面収差変化を補正する必要がないため、球面収差補正手段の応答性を高速にすることが不要となり、球面収差補正手段にかかるコスト増を抑えることができる。
【００５４】
図３は本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態１の構成の説明図であり、前記構成の多層ディスクを用いて情報の記録／再生を行うための光ピックアップ装置であって、実施形態１は、光源および光信号検出系を１つにした一体型受発光素子１０を用いた無限系の光ピックアップ光学系における平行光束中に球面収差補正手段としてのビームエクスパンダ１１と、記録／再生すべき情報記録面を選択する情報記録面選択手段１２を備えた構成である。なお、図中の１３はコリメートレンズ、１４は１／４波長板である。
【００５５】
情報記録面選択手段１２は、記録／再生すべき多層ディスク１の情報記録面に応じて、ビームエクスパンダ１１における対向レンズの面間隔を光軸に沿って変位させることにより、対物レンズ６に入射する球面収差の状態を変化させ、記録／再生すべき情報記録面において生じる球面収差を打ち消すものである。このとき球面収差補正は、Ｎ層の情報記録面に対し、それぞれの光透過層厚さに合わせたＮ段階に補正すればよい。
【００５６】
図４は本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態２の構成の説明図であり、実施形態２は球面収差補正手段として液晶素子１５を備えたものであって、液晶素子１５は印加する電圧により液晶層の屈折率を変化させ、透過する光束の波面を変化させることが可能である。よって、液晶素子１５に同心円状に複数の領域に分割された電極パターンを持たせ、記録／再生すべき情報記録面に応じて情報記録面選択手段１２によって、液晶素子１５の各電極パターンに対して、記録再生すべき情報記録面で生じる球面収差を打ち消す逆の球面収差を発生させる電圧を印加することにより、前述のようにＮ段階の球面収差補正を行うことが可能となる。
【００５７】
なお、球面収差補正手段としては、記録／再生すべきＮ層の情報記録面で生じる球面収差をそれぞれＮ段階に補正することができる手段であれば、前記ビームエクスパンタ１１あるいは液晶素子１５の２つの手段にのみに限定されるものではない。
【００５８】
図３，図４に示す実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。
【００５９】
すなわち、多層ディスクの光透過層厚さ誤差幅Δｔが、光ピックアップ装置の許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭いため、球面収差補正手段の補正を各情報記録面に合わせたＮ段階に行うのみで、球面収差による影響を許容値以下にすることができる。
【００６０】
また、Ｎ段階の補正のみのため、球面収差補正手段を連続的に変化させる必要がなく、よって、球面収差補正手段を簡便な構成にすることが可能となり、不要なコスト増を抑えることが可能となる。
【００６１】
図５は本実施形態の光ピックアップ装置において、多層ディスク１の記録／再生に加えて、単層ディスク１６の記録／再生を行うことを可能にすることの説明図であって、この場合、Ｎ層の多層ディスクに加えて、単層ディスクも排他的に記録／再生が可能なように、Ｎ＋１段階の球面収差補正ができる情報記録面選択手段と球面収差補正手段を備える。このことにより、多層ディスク用のＮ段階の球面収差補正に加えて、単層ディスクの光透過層に合わせたもう１段階の球面収差補正を行うことのみで、多層ディスクに加えて単層ディスクの記録／再生が簡便に実現可能になる。
【００６２】
なお、前記の球面収差補正手段としては、光ピックアップ装置の光路中に光軸を合わせて設けられ、かつ光軸に沿って互いの間隔を変化させることが可能な、少なくとも一対の正の屈折パワー持つ集光素子と負の屈折パワーを持つ集光素子が採用でき、具体的には、図３に示すように、凸レンズと凹レンズを組み合わせた、いわゆるビームエクスパンダ１１であり、一方のレンズを光軸方向に移動して、２つのレンズの間隔を変化させることにより対物レンズ６に入射する光束の球面収差の状態を変化させることが可能である。
【００６３】
さらに、球面収差補正手段として、図６に示すビームエキスパンダ１１´の構成を採用することができる。図６に示すビームエキスパンダ１１´は、図３に示すビームエキスパンダ１１における凸レンズと凹レンズとを、光軸方向においてそれぞれ入れ替えた構成である。このように正と負の屈折パワーを持ったレンズの位置関係は光軸方向おいて限定されるものでない。
【００６４】
なお、図３，図６に示す光学系において、集光素子としてそれぞれ単玉の球面レンズを用いているが、ダブレットなどの複数枚レンズ，非球面レンズ、あるいは回折レンズなど、集光パワー機能を有する光学素子であれば、その種類を問わず使用することが可能である。
【００６５】
このように球面収差補正手段として、図３，図６に示すビームエキスパンダ１１，１１´を使用することによって、最低限凸凹の２枚の球面レンズの組み合わせという非常に単純な構成で球面収差補正手段を実現することが可能であり、本実施形態の光ピックアップ装置を非常に簡便かつ低コストで実現することが可能になる。
【００６６】
さらに、球面収差補正手段として、既述した図４に示すように、同心円上に複数の領域に分割された電極パターンを持つ液晶素子１５を採用して、光ピックアップ装置の光路中に配設するようにしてもよく、このように、球面収差補正手段として、液晶素子１５を用いることにより、液晶素子１５に印加する電圧の変化のみで球面収差を補正できるため、素子を移動させるというような機械的可動部がないため、非常に軽量で、かつ信頼性が高い光ピックアップ装置が実現する。
【００６７】
図７，図８は本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態３，４の構成の説明図であり、特に球面収差補正手段の他例を示すものであって、基本的には、光ピックアップ装置における光源、あるいは該光源のカップリングレンズを光軸に沿って移動可能とした構成である。
【００６８】
図７に示す実施形態３では、光ピックアップ装置中のコリメートレンズ１３を光軸方向に移動可能とした構成であり、図８に示す実施形態４では、光ピックアップ装置中の光源（本例では光源を含む一体型受発光素子１０）を光軸方向に移動可能とした構成である。両実施形態共に、素子を光軸方向に移動させることで、対物レンズ６に入射する球面収差の状態を変化させることが可能になる。
【００６９】
図７，図８に示す実施形態３，４によれば、次のような作用効果が得られる。
【００７０】
すなわち、球面収差補正手段として、コリメートレンズ１３あるいは光源１０を光軸方向に移動させるのみで球面収差を補正することができ、球面収差補正手段のために、別途、光学素子を備える必要がない。よって、軽量な光ピックアップ装置を低コストで実現することが可能になる。
【００７１】
次に、情報記録面選択手段１２によるフォーカスエラー信号に基づき記録／再生すべき情報記録面を選択する方法について説明する。
【００７２】
すなわち、対物レンズ６により集光スポットを多層ディスク１の情報記録面に合焦させる場合、例えば図５において、一度、対物レンズ６を多層ディスク１から十分遠ざけてから近づけた場合、その焦点は、まず多層ディスク１の入射側表面２を交差し、次に表面に最も近い記録面３に照射され、さらに近づけるとＮ番目の第Ｎ層の記録層４に照射される。
【００７３】
このことを、図９に示すフォーカスエラー信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示すグラフで見ると、フォーカスエラー信号は、まず入射側表面２で１番目のＳ字カーブを示し、表面に最も近い記録面３で２番目のＳ字カーブを示す。そして、第Ｎ層の記録面４でＮ＋１番目のＳ字カーブを示すため、このフォーカスエラー信号のＳ字カーブをカウントすることにより、選択する記録層に焦点を合わせることが可能となる。
【００７４】
よって、情報記録面選択手段１２において、光ピックアップ装置では必ず検出する必要のあるフォーカスエラー信号におけるＳ字カーブをカウントするのみで、所望の記録面を選択することが可能になる。このため、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくる。
【００７５】
さらに、情報記録面選択手段１２によって、ＲＦ信号に基づいて記録／再生すべき情報記録面を選択することも可能である。
【００７６】
すなわち、前記と同様に対物レンズ６による集光スポットを多層ディスク１の情報記録面に合焦させる場合、例えば図５において、一度、対物レンズ６を多層ディスク１から十分遠ざけてから近づけた場合、その焦点は、まず多層ディスク１の入射側表面２を交差し、次に表面に最も近い記録面３に照射され、さらに近づけるとＮ番目の第Ｎ層の記録層４に照射される。
【００７７】
このことを、図１０に示すＲＦ信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示すグラフで見ると、ＲＦ信号は、まず、入射側表面２で１番目の極大点を示し、表面に最も近い記録面３で２番目の極大点を示す。そして、第Ｎ層の記録面４でＮ＋１番目の極大点を示すため、このＲＦ信号の極大点をカウントすることにより、選択する記録層に合わせることが可能となる。
【００７８】
よって、情報記録面選択手段１２において、光ピックアップ装置では必ず検出する必要のあるＲＦ信号の極大点をカウントするのみで所望する記録面を選択することが可能であり、記録面選択のための検出手段を別途備える必要がなくなる。
【００７９】
このように、情報記録面選択手段１２によりフォーカスエラー信号あるいはＲＦ信号に基づく記録／再生すべき情報記録面の選択を行うようにすることにより、既述した作用効果を奏する光ピックアップ装置を簡便かつ低コストで実現することが可能となる。
【００８０】
ところで、ＤＶＤよりも光学的記録密度を上げたい場合、対物レンズ６の開口数ＮＡを大きくするか、または光源波長λを短くする必要があるが、開口数ＮＡを大きくする際に、（数４）の式のように波面収差Ｗを一定にした場合には、許容される光透過層厚さ誤差ｔが開口数ＮＡの４乗に反比例して小さくなり、例えばＮＡ０．８５にまで上げると、許容される光透過層厚さ誤差ｔは数μｍ程度と非常に小さくなる。そして、そのような厚さ誤差の小さな光ディスクを製造すること自体が非常に困難であるし、製造可能だとしても非常に高コストなものになってしまう。
【００８１】
また、開口数ＮＡを大きくすると、ディスクの傾きによるコマ収差がＮＡの３乗で大きくなり、対物レンズ６の製造誤差精度が厳しくなって高コストになるなど、記録密度向上のメリットよりもデメリットの方が大きくなってしまう。よって、開口数ＮＡはＤＶＤにおける０．６５前後のままで、光源波長λの短波長化による方法の方が前述のようなデメリットが少なく、ＤＶＤを超える記録密度にするメリットを活かすことができる。
【００８２】
近年では光源である半導体レーザにおいて、ＤＶＤの光源波長６５０ｎｍよりも短い、４０５ｎｍ前後の波長の青色半導体レーザの開発が盛んに行われ、既に量産化も行われており、ＤＶＤからの短波長化では、この青色半導体レーザを利用することが記録密度の向上、あるいはコストの面から望ましい。
【００８３】
さらに、０．６＜ＮＡ＜０．７、３９５＜λ＜４１５（ｎｍ）の条件における２層の面間隔Ｔの最適範囲は、前述した従来技術の問題点▲１▼〜▲３▼より２５μｍ以上で、さらに（数６）の式より７５μｍ以下が望ましい範囲である。
【００８４】
以上のことから、ＤＶＤを超える２層ディスクの記録密度向上に当たっての最適条件は（数１１）に示す通りである。
【００８５】
【数１１】
０．６＜ＮＡ＜０．７
３９５（ｎｍ）＜λ＜４１５（ｎｍ）
２５（μｍ）＜Ｔ＜７５（μｍ）
このようにすることにより、開口数ＮＡを従来のＤＶＤ相当のままで、光源波長λをＤＶＤよりも短波長にすることにより、光ディスクの光透過層厚の許容製造誤差および対物レンズ製造精度が厳しくならずに、コマ収差の増加を抑えることができ、ＤＶＤよりも記録密度を高めた光ピックアップ装置が実現する。
【００８６】
図１１は前記各実施形態の光ピックアップ装置を搭載した本発明に係る光学的情報記録／再生装置の実施形態における概略構成を一部を透視して示す斜視図である。
【００８７】
図１１において、多層ディスク１は保護ケース２０内に収納されており、光学的情報記録／再生装置の装置本体２１には、保護ケース２０が出し入れされる開口部２２と、多層ディスク１を回転駆動するスピンドルモータ２３と、前記各実施形態のいずれかの構成である光ピックアップ装置２４と、光ピックアップ装置２４をシーク方向へ移動させるキャリッジ機構２５などが設けられている。
【００８８】
本実施形態において、装置本体２１内に保護ケース２０と共に挿入されてローディング状態になっている多層ディスク１は、公知のように、スピンドルモータ２３によって回転駆動され、多層ディスク１の径方向にキャリッジ機構２５によって駆動される光ピックアップ装置２４により、光学的に情報の記録／再生が行われる。
【００８９】
そして、本実施形態の光学的情報記録／再生装置においても、前記各実施形態にて説明した光ピックアップ装置における作用効果を得ることができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る多層ディスクによれば、光透過層の許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも最大面間隔Ｔｍａｘを広げているため、記録／再生を行う光ピックアップ装置側に球面収差補正手段を備えるのみでよくなり、相対的に対物レンズの開口数を大きく、あるいは光源波長を短くすることが可能となり、ひいては光ディスクの記録密度を高めることが可能になる。
【００９１】
また、本発明に係る光ピックアップ装置，その光ピックアップ装置を搭載する光学的情報記録／再生装置によれば、本発明に係る多層ディスクを用いることによって、多層ディスクにおいて光透過層の厚さ誤差幅Δｔが、光ピックアップ装置が許容できる厚さ誤差範囲ｔａよりも狭いため、球面収差補正手段の補正を各情報記録面に合わせたＮ段階に行うのみで、球面収差による影響を許容値以下にすることができ、このように、Ｎ段階の補正のみ行えばよくなることから、球面収差補正手段を連続的に変化させる必要がなく、球面収差補正手段を簡便な構成にすることが可能となり、不要なコスト増を抑えることが可能になる等の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層ディスクに係る実施形態の構成の説明図
【図２】本発明の多層ディスクに係る実施形態の構成における光透過層厚さ誤差幅の説明図
【図３】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態１の構成の説明図
【図４】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態２の構成の説明図
【図５】本発明の光ピックアップ装置において単層ディスクに対して記録／再生を可能にすることの説明図
【図６】本実施形態における球面収差補正手段としてのビームエキスパンダの構成を示す図
【図７】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態３の構成の説明図
【図８】本発明の光ピックアップ装置に係る実施形態４の構成の説明図
【図９】本実施形態における記録／再生すべき情報記録面の選択方法を説明するためのフォーカスエラー信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示す図
【図１０】本実施形態における記録／再生すべき情報記録面の選択方法を説明するためのＲＦ信号と対物レンズフォーカス移動量の関係を示す図
【図１１】本発明に係る光学的情報記録／再生装置の実施形態の概略構成を一部透視した状態で示す斜視図
【符号の説明】
１ 多層ディスク
２ 入射側表面
３ 表面に最も近い記録面
４ 表面に最も遠い記録面
６ 対物レンズ
７ 情報記録面
８ 光透過層厚さ
ｔ 許容できる厚さ誤差範囲
Ｔｍａｘ 最大面間隔
Δｔ 光透過層厚さ誤差幅
１０ 一体型受発光素子
１１，１１´ ビームエクスパンダ
１２ 情報記録面選択手段
１３ コリメートレンズ
１４ １／４波長板
１５ 液晶素子
１６ 単層ディスク
１７ 単層ディスクの記録面
２１ 装置本体
２３ スピンドルモータ
２４ 光ピックアップ装置
２５ キャリッジ機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical multilayer information recording disk having a plurality of information recording surfaces, an optical pickup device for the optical multilayer information recording disk, and an optical information recording / reproducing device equipped with the optical pickup device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, following the spread of CDs (CD-R / RW), DVDs (DVD + R / RW, DVD-R / RW, DVD-RAM) having a recording capacity nearly seven times as large as the recording capacity of CDs have been developed. The market is expanding. Further, the information recording density can be increased by reducing the size of the condensed spot on the information recording surface, and shortening the wavelength of the light source of the optical pickup or increasing the numerical aperture of the objective lens. This enables higher density.
[0003]
Recently, an optical disk device using a blue laser having an oscillation wavelength of about 405 nm, which is shorter than the wavelength of about 650 nm used as a light source for DVD, or a numerical aperture NA of the objective lens is increased to 0.85. The development of such optical disk devices is being actively pursued.
[0004]
Further, there is an optical disc which has a large capacity by using two information recording layers as is practically used in a read-only DVD, and a two-layer optical disc capable of recording information at a research presentation level. Alternatively, an optical multi-layer information recording disc having a plurality of information recording surfaces of two or more layers (hereinafter, referred to as a multi-layer disc) and an optical disc device thereof are also being developed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In general, in an optical disk, a light beam condensed by an objective lens needs to be transmitted through a light transmitting layer of the optical disk and condensed on an information recording surface. Therefore, spherical aberration is generated by the thickness of the light transmitting layer. In order to cancel this spherical aberration, the objective lens for optical discs is designed so that the optical transmission layer thickness specified in the disc standard etc. is the design criterion, and has a spherical aberration completely opposite to the spherical aberration generated in the optical disc in advance. Manufactured.
[0006]
However, in a multi-layer disc, the thickness of the light transmitting layer differs depending on the information recording surface, and thus the converged spot on any of the information recording surfaces becomes a converged spot having spherical aberration.
[0007]
Therefore, Japanese Patent No. 3189616 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-96406 disclose the distance between the surfaces of a two-layer disc such that the amount of spherical aberration caused by the difference in the thickness of the light transmitting layer falls within a certain allowable value. There is an upper limit. Most of the spherical aberration caused by the thickness error of the light transmitting layer is a third-order spherical aberration, and the wavefront aberration W (λrms) is represented by the following equation (Equation 3).
[0008]
[Equation 3]
t: light transmission layer thickness error
n: refractive index of light transmitting layer
λ: light source wavelength
NA: Objective lens numerical aperture
From the above equation (3), the light transmission layer thickness error t at which a certain wavefront aberration W occurs is given by the following equation (4).
[0010]
(Equation 4)
Considering the surface interval T between the two layers, in order to make the wavefront aberration W equal to or less than a certain wavefront aberration for both layers, it is only necessary that T is smaller than the width of ± t, and the following equation (Equation 5) is obtained.
[0012]
(Equation 5)
At this time, considering other aberrations other than the spherical aberration, the surface interval T may be defined so that the wavefront aberration W due to the spherical aberration is 以下 or less of 0.07 (λrms) which is a so-called Marechal criterion. Therefore, the following equation (Equation 6) is obtained.
[0014]
(Equation 6)
On the other hand, when the spacing between two-layer discs is reduced,
{Circle around (1)} When recording and reproducing information by irradiating a certain information recording surface with a converging spot, the other information recording surface is defocused, but the influence of the defocused light beam is large (optical crosstalk). ).
[0016]
{Circle around (2)} In a focus servo operation for applying a converging spot to a certain information recording surface, if the distance between the surfaces is too small, focus error signals on adjacent surfaces overlap, and it becomes difficult to separate the two surfaces, so that desired information is obtained. It becomes difficult to focus the light spot on the recording surface (focus signal crosstalk).
[0017]
{Circle around (3)} The heat of the converging spot when recording information is transmitted to another information recording surface and has an effect (thermal crosstalk).
Therefore, it is necessary to set the lower limit of the surface interval.
[0018]
In the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-96406, the lower limit is set to 10 μm for the above-mentioned reason (2) and the like.
[0019]
Here, if the numerical aperture of the objective lens is increased or a shorter wavelength is used due to the increase in the density of the optical disk, the allowable thickness error t is reduced by the equation (4). For example, when the NA is 0.85, λ is 405 nm, the refractive index of the light transmitting layer is 1.62, and the allowable wavefront aberration W is 0.035λ, t = 7.6 μm, and the necessary surface interval T is , (Equation 6), T <15.2 μm.
[0020]
However, it is very difficult with a general optical disk manufacturing method to keep the light transmitting layer thickness within ± 7.6 μm, including variations between individuals or lots. Further, in such a system of NA: 0.85, λ: 405 nm, the plane interval T needs to be at least about 20 μm for the reasons (1) to (3). It will not hold.
[0021]
Therefore, in a system in which NA is 0.85 and λ is 405 nm, a means for correcting the spherical aberration is required separately so that the spherical aberration on the information recording surface is equal to or less than an allowable value.
[0022]
Further, since the thickness error varies in the plane and the circumference of the optical disk, a spherical aberration correction operation is always required even during the rotation of the disk. Therefore, the spherical aberration correcting means is required to have a high-speed response of about several hundreds to 1 kHz, and a large cost is required for the spherical aberration correcting mechanism.
[0023]
Further, in order to control the correction amount, spherical aberration detection means for constantly detecting the generated spherical aberration amount, and spherical aberration correction control means for controlling the spherical aberration correction means according to the detected spherical aberration amount are provided. It is necessary to provide the optical pickup, so that the configuration of the optical pickup device becomes large and the whole device becomes very large, which leads to a large increase in cost.
[0024]
As an example of an optical pickup device that performs spherical aberration detection, one having a configuration described in JP-A-2001-351254 can be exemplified.
[0025]
The present invention has been made in view of the conventional technology, a multilayer disk having a high recording density by shortening the light source wavelength, and recording and reproduction on the multilayer disk without the need for spherical aberration detection means, In addition, the present invention provides an optical pickup device which does not require high-speed response to the spherical aberration correcting means, has a small number of parts and assembling man-hours, can be produced at low cost, and an optical information recording / reproducing device using the optical pickup device. The purpose is to:
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a multi-layer disc in which a plurality of N (N is an integer) information recording surfaces are stacked, the information recording surface closest to the light beam incident side and the furthest from the information recording surface. The maximum surface distance from the information recording surface is Tmax, the error in the thickness of the light transmitting layer from the light incident side surface to each information recording surface is Δt, the refractive index of the light transmitting layer of the disk is n, and the light for recording / reproducing information. Assuming that the wavelength of the light source in the pickup device is λ and the numerical aperture of the objective lens in the optical pickup device is NA, the conditional expression (1) is satisfied. Since the maximum surface interval is wider than the error range, it is only necessary to provide spherical aberration correction means on the side of the optical pickup device that performs recording / reproduction, and the numerical aperture of the objective lens is relatively large, or the light source The wavelength can be shortened, and the recording density of the optical disc can be increased.
[0027]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical pickup device for recording / reproducing information on / from the multilayer disc according to the first aspect, wherein an information recording surface to be recorded / reproduced on an N-layer multilayer disc is provided. Information recording surface selection means for selecting, and spherical aberration correction means for changing the state of spherical aberration in a light beam incident on the multilayer disc according to the information recording surface in N stages, characterized in that: Since the thickness error width of the light transmitting layer in the multi-layer disc is narrower than the thickness error range that the optical pickup device can tolerate, the spherical aberration correction means only needs to perform correction in N stages according to each information recording surface. Since the influence of the aberration can be reduced to an allowable value or less, and only the N-stage correction needs to be performed, it is not necessary to continuously change the spherical aberration correcting means. It is possible to in a simple configuration, it is possible to suppress the increase in unnecessary costs.
[0028]
According to a third aspect of the present invention, in the optical pickup device according to the second aspect, a single-layer disc having a single-layer information recording surface, further comprising a spherical aberration correction unit that changes a correction amount of the spherical aberration correction unit in N + 1 steps. Recording / reproduction to / from a single-layer disc can be easily performed by this configuration.
[0029]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical pickup device according to the second or third aspect, the spherical aberration correcting means is provided so that the optical axis is aligned in the optical path of the optical pickup, and the distance between the spherical aberration correcting means is set along the optical axis. It is possible to change, and at least a pair of a condensing element having a positive refracting power and a condensing element having a negative refracting power are provided. It is possible to realize the optical pickup device with a very simple configuration of a combination of two spherical lenses, and to realize the optical pickup device very simply and at low cost.
[0030]
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical pickup device of the second or third aspect, the spherical aberration correction means is a liquid crystal element having an electrode pattern divided into a plurality of regions on a concentric circle, With this configuration, since a liquid crystal element is used as the spherical aberration correcting means, the spherical aberration can be corrected only by a change in the voltage applied to the liquid crystal element. Since it is not necessary, it is possible to realize a very lightweight and highly reliable optical pickup device.
[0031]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical pickup device of the second or third aspect, the spherical aberration correcting means is configured to move a light source or a coupling lens provided for the light source along the optical axis. With this configuration, spherical aberration can be corrected only by moving a collimating lens or a light source in the optical axis direction as spherical aberration correcting means, and an optical element is used for the spherical aberration correcting means. There is no need to separately provide the optical pickup device, and the optical pickup device can be realized at extremely low cost and light weight.
[0032]
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical pickup device of the second aspect, the information recording surface selection means is configured to select an information recording surface on which recording / reproduction is performed, based on a focus error signal. With this configuration, the optical pickup device can select a desired recording surface only by counting the S-shaped curve of the focus error signal that must be detected by the optical pickup device. There is no need to separately provide any means, and the optical pickup device can be realized very simply and at low cost.
[0033]
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical pickup device of the second aspect, the information recording surface selecting means is configured to select an information recording surface on which recording / reproduction is performed based on a change in the intensity of the RF signal. According to this configuration, the optical pickup device can select a desired recording surface only by counting the maximum point of the detected RF signal without fail, and a detecting means for selecting the recording surface is separately provided. There is no need to provide the optical pickup device, and the optical pickup device can be realized very simply and at low cost.
[0034]
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical pickup device according to any one of the second to eighth aspects, the information recording surface of the multi-layer disc has two layers, the interval between the two layers is T, and information recording / reproduction is performed. When the wavelength of the light source for performing the above is λ and the numerical aperture of the objective lens is NA, the conditional expression (2) is satisfied. With this configuration, the numerical aperture NA is equivalent to that of a DVD, By making the wavelength shorter than that of the DVD, the allowable manufacturing error of the light transmission layer thickness of the optical disc and the accuracy of the objective lens manufacturing are not severe, and the light having a higher recording density than the DVD, which suppresses an increase in coma aberration and suppresses an increase in coma. A pickup device is realized.
[0035]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an optical information recording / reproducing apparatus equipped with an optical pickup apparatus for recording / reproducing information on / from the multilayer disc according to the first aspect, wherein the optical pickup apparatus is provided. The optical pickup device according to any one of claims 2 to 9, wherein the optical information recording / reproducing apparatus is capable of obtaining the effects of the invention according to claims 2 to 9. A playback device can be provided.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0037]
1 and 2 are explanatory views of the configuration of an embodiment according to the multilayer disc of the present invention. The multilayer disc 1 of the present embodiment has an N (N is an integer) layer of information recording surface (first layer) on a substrate. 3 to the N-th layer 4), and the maximum surface interval Tmax between the information recording surface 3 closest to the incident side surface 2 and the recording surface 4 farthest from the incident side surface 2 of the multilayer disc 1 is determined by the objective. The error range ta of the light transmission layer thickness that can be tolerated by an optical pickup device (not shown) including the lens 6 is wider, and as shown in FIG. The error width Δt is smaller than the thickness error range ta that the optical pickup device can tolerate.
[0038]
As described above, to increase the recording density, there are methods of increasing the numerical aperture NA of the objective lens 6 or shortening the wavelength λ of the light source. However, in the conventional multi-layer disc, the upper limit of the information recording surface interval T in the multi-layer disc is set so that the amount of spherical aberration caused by the thickness error of the light transmission layer 8 falls within a certain allowable value. And is defined as the following equation (Equation 7).
[0039]
(Equation 7)
[0040]
Here, in order to increase the recording density, the numerical aperture NA may be increased and the light source wavelength λ may be reduced, but the surface interval T must be reduced accordingly. However, the information recording surface interval T cannot be reduced as much as possible, and needs to be longer than a certain interval due to the reasons (1) to (3) exemplified in the problems of the prior art.
[0041]
Therefore, in the present embodiment, the optical pickup device is provided with a spherical aberration correcting means, thereby eliminating the limitation by the equation (7), and as shown in FIG. 1, the information recording surface closest to the incident side surface 2 of the multilayer disc 1. The numerical aperture of the objective lens 6 is set by setting the maximum surface interval Tmax between the recording lens 3 and the farthest recording surface 4 to be wider than the light transmission layer thickness error range (width) Δt that can be tolerated by the optical pickup device including the objective lens 6. It is possible to increase the NA or shorten the light source wavelength λ. The relational expression is as shown in the following expression (Equation 8).
[0042]
(Equation 8)
[0043]
On the other hand, if the numerical aperture NA is too high or the light source wavelength λ is too short, the allowable thickness error range ta becomes narrower than the manufacturing error range of the disk. In this case, as described in the problem of the related art, a high-speed responsive spherical aberration detection and spherical aberration correction unit is required, which leads to an increase in the size of the optical pickup and a significant increase in cost.
[0044]
Therefore, as shown in FIG. 2, the optical pickup device can tolerate the in-plane / in-plane variation of the disk or the thickness error width Δt of the light transmitting layer on the information recording surface 7 due to the individual difference lot error of the disk. By widening the thickness error range ta, it is possible to eliminate the need for the spherical aberration detecting means in the optical pickup device and the high-speed response of the spherical aberration correcting means. The following equation (Equation 9) is used as the relational equation.
[0045]
(Equation 9)
[0046]
Therefore, the multi-layer disk of the present embodiment satisfies the following equation (Equation 10) from the equations (Equation 8) and (Equation 9).
[0047]
(Equation 10)
[0048]
As described above, according to the multilayer disc of the present embodiment, the following operational effects can be obtained.
[0049]
That is, since the maximum surface interval Tmax is wider than the allowable thickness error range ta, only the optical pickup device for performing recording / reproduction is provided with the spherical aberration correction means, and the numerical aperture NA of the objective lens is relatively large. Alternatively, the light source wavelength λ can be shortened, and the recording density of the optical disk can be increased.
[0050]
Since the thickness error width Δt of the light transmitting layer is narrower than the allowable thickness error range ta, when recording / reproducing on an arbitrary information recording surface by the optical pickup device, spherical aberration correction is separately performed by spherical aberration correction means. And there is no need to detect spherical aberration caused by an error in the thickness of the light transmitting layer.
[0051]
Therefore, the optical pickup device for recording / reproducing does not need a spherical aberration detecting means for detecting the spherical aberration, and it is possible to suppress an increase in cost such as an increase in the number of parts and an increase in the number of assembling steps.
[0052]
In addition, when recording / reproducing on an arbitrary information recording surface, the spherical aberration is detected by the spherical aberration detecting means, and the spherical aberration is separately corrected by the spherical aberration correcting means based on the detection. Need not be performed, it is possible to suppress an increase in the cost of the control means in the optical pickup device.
[0053]
Further, since it is not necessary to correct the spherical aberration change due to the in-plane / in-peripheral variation of the thickness of the light transmitting layer of the disc, it is not necessary to increase the responsiveness of the spherical aberration correcting means at high speed, and the cost of the spherical aberration correcting means is reduced. The increase can be suppressed.
[0054]
FIG. 3 is an explanatory diagram of the configuration of Embodiment 1 of the optical pickup device of the present invention. The optical pickup device for recording / reproducing information using the multilayer disc having the above-described configuration is described. A beam expander 11 as a spherical aberration correcting means in a parallel light beam in an infinite optical pickup optical system using an integrated light receiving / emitting element 10 having a single light source and optical signal detection system, and recording / reproducing. The configuration includes an information recording surface selection unit 12 for selecting an information recording surface. In the drawing, reference numeral 13 denotes a collimator lens, and reference numeral 14 denotes a 波長 wavelength plate.
[0055]
The information recording surface selecting means 12 changes the surface interval of the opposing lens in the beam expander 11 along the optical axis in accordance with the information recording surface of the multilayer disc 1 to be recorded / reproduced, so that the beam enters the objective lens 6. This is to change the state of the spherical aberration to cancel the spherical aberration occurring on the information recording surface to be recorded / reproduced. At this time, the spherical aberration correction may be performed on the N-layer information recording surface in N steps corresponding to the thickness of each light transmitting layer.
[0056]
FIG. 4 is an explanatory diagram of a configuration of a second embodiment according to the optical pickup device of the present invention. The second embodiment includes a liquid crystal element 15 as a spherical aberration correcting unit. It is possible to change the refractive index of the liquid crystal layer and change the wavefront of the transmitted light beam. Therefore, the liquid crystal element 15 is provided with electrode patterns divided concentrically into a plurality of regions, and the information recording surface selecting means 12 selects each electrode pattern of the liquid crystal element 15 according to the information recording surface to be recorded / reproduced. Then, by applying a voltage that generates a reverse spherical aberration that cancels the spherical aberration that occurs on the information recording surface to be recorded / reproduced, it is possible to perform the N-stage spherical aberration correction as described above.
[0057]
As the spherical aberration correcting means, any means capable of correcting the spherical aberration occurring on the information recording surface of the N layers to be recorded / reproduced in N stages can be used for the beam expander 11 or the liquid crystal element 15. It is not limited to only one means.
[0058]
According to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the following operation and effect can be obtained.
[0059]
That is, since the thickness error width Δt of the light transmission layer of the multilayer disc is narrower than the allowable thickness error range ta of the optical pickup device, the correction by the spherical aberration correcting means is performed only in N steps corresponding to each information recording surface. Thus, the influence of spherical aberration can be reduced to an allowable value or less.
[0060]
Further, since only the N-stage correction is performed, there is no need to continuously change the spherical aberration correction unit, and therefore, the spherical aberration correction unit can be made to have a simple configuration, and unnecessary cost increase can be suppressed. It becomes.
[0061]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing that the optical pickup device of the present embodiment can perform recording / reproduction on the single-layer disc 16 in addition to recording / reproduction on the multi-layer disc 1; In addition to the multi-layer disc, the single-layer disc is also provided with an information recording surface selecting means and a spherical aberration correcting means capable of correcting the spherical aberration in N + 1 steps so that recording / reproduction can be performed exclusively. As a result, in addition to the N-stage spherical aberration correction for the multilayer disc, another stage of spherical aberration correction adapted to the light transmission layer of the single-layer disc is performed only, so that the single-layer disc can be used in addition to the multi-layer disc. Recording / reproduction can be easily realized.
[0062]
In addition, as the spherical aberration correcting means, at least one pair of positive refracting powers provided in the optical path of the optical pickup device so as to align their optical axes and capable of changing the distance between them along the optical axis. A condensing element having a negative refracting power can be employed. Specifically, as shown in FIG. 3, a so-called beam expander 11 in which a convex lens and a concave lens are combined, It is possible to change the state of the spherical aberration of the light beam incident on the objective lens 6 by moving in the axial direction and changing the distance between the two lenses.
[0063]
Further, the configuration of the beam expander 11 'shown in FIG. 6 can be adopted as the spherical aberration correcting means. The beam expander 11 'shown in FIG. 6 has a configuration in which the convex lens and the concave lens in the beam expander 11 shown in FIG. 3 are replaced in the optical axis direction. The positional relationship between the lenses having positive and negative refractive powers is not limited in the optical axis direction.
[0064]
In the optical systems shown in FIGS. 3 and 6, a single spherical lens is used as a light-collecting element, but a light-collecting power function such as a multiple lens such as a doublet, an aspherical lens, or a diffractive lens is used. Any type of optical element can be used regardless of its type.
[0065]
As described above, by using the beam expanders 11 and 11 'shown in FIGS. 3 and 6 as the spherical aberration correcting means, the spherical aberration can be corrected with a very simple configuration of a combination of at least two spherical lenses having convex and concave. This makes it possible to realize the optical pickup device of the present embodiment very simply and at low cost.
[0066]
Further, as shown in FIG. 4 described above, a liquid crystal element 15 having an electrode pattern divided into a plurality of regions on a concentric circle is adopted as the spherical aberration correcting means, and is disposed in the optical path of the optical pickup device. As described above, by using the liquid crystal element 15 as the spherical aberration correcting means, the spherical aberration can be corrected only by a change in the voltage applied to the liquid crystal element 15, so that the mechanical element such as moving the element can be used. Since there is no movable part, a very lightweight and highly reliable optical pickup device is realized.
[0067]
FIGS. 7 and 8 are explanatory views of the configuration of Embodiments 3 and 4 according to the optical pickup device of the present invention. In particular, FIGS. 7 and 8 show other examples of the spherical aberration correcting means. , Or the coupling lens of the light source can be moved along the optical axis.
[0068]
In the third embodiment shown in FIG. 7, the collimating lens 13 in the optical pickup device is configured to be movable in the optical axis direction. In the fourth embodiment shown in FIG. 8, the light source (the light source in this example) in the optical pickup device is used. Is integrated in the optical axis direction. In both embodiments, the state of the spherical aberration incident on the objective lens 6 can be changed by moving the element in the optical axis direction.
[0069]
According to the third and fourth embodiments shown in FIGS. 7 and 8, the following operation and effect can be obtained.
[0070]
That is, the spherical aberration can be corrected only by moving the collimating lens 13 or the light source 10 in the optical axis direction as the spherical aberration correcting means, and there is no need to separately provide an optical element for the spherical aberration correcting means. Therefore, a light-weight optical pickup device can be realized at low cost.
[0071]
Next, a method of selecting an information recording surface to be recorded / reproduced based on the focus error signal by the information recording surface selecting means 12 will be described.
[0072]
That is, when the focused spot is focused on the information recording surface of the multilayer disc 1 by the objective lens 6, for example, in FIG. First, the light is irradiated on the recording surface 3 closest to the surface, which crosses the incident side surface 2 of the multilayer disc 1, and is irradiated on the Nth Nth recording layer 4 when the recording surface 3 is further approached.
[0073]
Looking at this from a graph showing the relationship between the focus error signal and the amount of focus movement of the objective lens shown in FIG. 9, the focus error signal first shows the first S-shaped curve on the incident side surface 2 and is closest to the surface. The second S-shaped curve on the recording surface 3 is shown. Then, since the (N + 1) th S-shaped curve is shown on the recording surface 4 of the N-th layer, it is possible to focus on the recording layer to be selected by counting the S-shaped curve of the focus error signal.
[0074]
Therefore, in the information recording surface selection unit 12, it is possible to select a desired recording surface only by counting the S-shaped curve in the focus error signal that must be detected by the optical pickup device. Therefore, it is not necessary to separately provide a detecting means for selecting a recording surface.
[0075]
Further, the information recording surface selection means 12 can select an information recording surface to be recorded / reproduced based on the RF signal.
[0076]
That is, in the case where the condensed spot by the objective lens 6 is focused on the information recording surface of the multilayer disc 1 as described above, for example, in FIG. The focal point intersects the incident side surface 2 of the multilayer disc 1 first, and then irradiates the recording surface 3 closest to the surface, and then approaches the Nth N-th recording layer 4 when approaching further.
[0077]
This can be seen from a graph showing the relationship between the RF signal and the focus shift amount of the objective lens shown in FIG. 10, where the RF signal first shows the first maximum point on the incident side surface 2 and the recording surface closest to the surface. 3 indicates the second maximum point. Then, since the (N + 1) -th local maximum point is shown on the recording surface 4 of the N-th layer, it is possible to match the recording layer to be selected by counting the local maximum points of this RF signal.
[0078]
Therefore, in the information recording surface selection means 12, it is possible to select a desired recording surface only by counting the maximum point of the RF signal which must be detected by the optical pickup device, and the detection for the recording surface selection can be performed. There is no need to provide a separate means.
[0079]
As described above, by selecting the information recording surface to be recorded / reproduced on the basis of the focus error signal or the RF signal by the information recording surface selecting means 12, the optical pickup device having the above-described effects can be simply and easily provided. It can be realized at low cost.
[0080]
To increase the optical recording density compared to DVD, it is necessary to increase the numerical aperture NA of the objective lens 6 or shorten the light source wavelength λ. In the case where the wavefront aberration W is fixed as in the equation (2), the allowable light transmission layer thickness error t decreases in inverse proportion to the fourth power of the numerical aperture NA. The permissible thickness error t of the light transmitting layer is as small as about several μm. It is very difficult to manufacture such an optical disk having a small thickness error, and even if it can be manufactured, it will be very expensive.
[0081]
Further, when the numerical aperture NA is increased, coma due to the inclination of the disk is increased by the cube of NA, and the manufacturing error accuracy of the objective lens 6 becomes strict, resulting in high cost. Will be larger. Therefore, while the numerical aperture NA is kept around 0.65 in DVD, the method of shortening the light source wavelength λ has less disadvantages as described above, and can take advantage of the recording density exceeding DVD.
[0082]
In recent years, among semiconductor lasers as light sources, blue semiconductor lasers having a wavelength of about 405 nm, which is shorter than the light source wavelength of DVD of 650 nm, have been actively developed, and mass production has already been carried out. Use of this blue semiconductor laser is desirable from the viewpoint of improvement of recording density or cost.
[0083]
Further, the optimum range of the interplanar spacing T between the two layers under the condition of 0.6 <NA <0.7, 395 <λ <415 (nm) is 25 μm from the problems (1) to (3) of the prior art described above. As described above, the range of 75 μm or less is a desirable range according to the equation (Equation 6).
[0084]
From the above, the optimum conditions for improving the recording density of a two-layer disc exceeding the DVD are as shown in (Equation 11).
[0085]
[Equation 11]
0.6 <NA <0.7
395 (nm) <λ <415 (nm)
25 (μm) <T <75 (μm)
In this manner, by setting the light source wavelength λ to be shorter than that of the DVD while keeping the numerical aperture NA equivalent to that of the conventional DVD, the allowable manufacturing error of the light transmission layer thickness of the optical disc and the manufacturing accuracy of the objective lens are strict. Instead, an increase in coma can be suppressed, and an optical pickup device with a higher recording density than a DVD is realized.
[0086]
FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of an optical information recording / reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention, on which the optical pickup device of each of the above-described embodiments is mounted, through a part of the apparatus.
[0087]
In FIG. 11, the multilayer disc 1 is housed in a protective case 20. An opening 22 through which the protective case 20 is inserted and removed, and the multilayer disc 1 is driven to rotate in a device body 21 of the optical information recording / reproducing apparatus. A spindle motor 23, an optical pickup device 24 having any one of the above-described embodiments, a carriage mechanism 25 for moving the optical pickup device 24 in the seek direction, and the like.
[0088]
In the present embodiment, the multi-layer disc 1 which is inserted into the apparatus main body 21 together with the protective case 20 and is in a loading state is driven to rotate by a spindle motor 23 in a known manner, and a carriage mechanism is arranged in the radial direction of the multi-layer disc 1. The optical pickup 24 driven by the optical disc 25 optically records / reproduces information.
[0089]
The optical information recording / reproducing apparatus according to the present embodiment can also obtain the effects and advantages of the optical pickup device described in each of the above embodiments.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the multilayer disc of the present invention, since the maximum surface interval Tmax is wider than the allowable thickness error range ta of the light transmitting layer, a spherical surface is provided on the optical pickup device for performing recording / reproduction. Only the provision of the aberration correcting means is sufficient, and the numerical aperture of the objective lens can be relatively increased, or the wavelength of the light source can be shortened. As a result, the recording density of the optical disk can be increased.
[0091]
Further, according to the optical pickup device of the present invention and the optical information recording / reproducing device equipped with the optical pickup device, by using the multilayer disc of the present invention, the thickness error width of the light transmitting layer in the multilayer disc can be improved. Since Δt is narrower than the thickness error range ta that can be tolerated by the optical pickup device, the influence of the spherical aberration is reduced to an allowable value or less only by performing the correction by the spherical aberration correcting means in N stages according to each information recording surface. As described above, since only the N-stage correction is required, it is not necessary to continuously change the spherical aberration correcting unit, and the spherical aberration correcting unit can be made to have a simple configuration. It is possible to achieve effects such as suppressing an increase in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of an embodiment according to a multilayer disc of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a light transmission layer thickness error width in the configuration of the embodiment according to the multilayer disc of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration of an optical pickup device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an optical pickup device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of enabling recording / reproduction on a single-layer disc in the optical pickup device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a beam expander as a spherical aberration correction unit according to the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an optical pickup device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a configuration of an optical pickup device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a focus error signal and an amount of focus movement of an objective lens for describing a method of selecting an information recording surface to be recorded / reproduced in the embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between an RF signal and an amount of focus movement of an objective lens for describing a method of selecting an information recording surface to be recorded / reproduced in the embodiment.
FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of an embodiment of an optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention in a partially transparent state.
[Explanation of symbols]
1 Multi-layer disc
2 Incident side surface
3 Recording surface closest to the surface
4 Recording surface farthest from the surface
6 Objective lens
7 Information recording surface
8 Light transmission layer thickness
t Allowable thickness error range
Tmax Maximum surface distance
Δt Light transmission layer thickness error width
10 Integrated light emitting and receiving element
11,11 'beam expander
12 Information recording surface selection means
13 Collimating lens
14 1/4 wavelength plate
15 Liquid crystal element
16 single layer disc
17 Recording surface of single layer disc
21 Main unit
23 Spindle motor
24 Optical Pickup Device
25 Carriage mechanism
