JP2009295279A - 光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学ヘッドに搭載される対物レンズの開口数ＮＡを大きくしても、球面収差の発生量が少なくて済むようにし、これにより、光ディスクの高記録密度化及び大容量化を図れるようにする。
【解決手段】 記録層上に光透過層４が形成されてなる光ディスク２に対して記録再生を行う際に使用される光学ヘッド１に、コリメータレンズ用アクチュエータ１４を設ける。そして、このコリメータレンズ用アクチュエータ１４によって、光透過層４の厚み誤差に起因する球面収差を打ち消すように、光源１０と対物レンズ１６との間に配されたコリメータレンズ１３を移動させる。このとき、コリメータレンズ１３は、光透過層の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように、移動される。
【選択図】 図１

Description

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／又は再生を行う記録及び／又は再生装置に関する。

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。

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ＮＡ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。

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。

特開平９−２０４６８８号公報

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。
Ｗ_４０＝｛Δｔ（ｎ^２−１）／（８ｎ^３）｝ＮＡ^４ ・・・（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。したがって、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。

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。
−０．００３８８／ＮＡ^４≦Δｔ≦＋０．００３８８／ＮＡ^４ ・・・（２）
上記式（２）から、開口数ＮＡを大きくしたときに、球面収差の発生をＤＶＤのときと同程度に抑えるために要求される公差を求めることができる。すなわち、上記式（２）から、例えば開口数ＮＡ＝０．７のときには−０．０１６ｍｍ≦Δｔ≦＋０．０１６ｍｍとすればよく、また、例えば開口数ＮＡ＝０．８５のときには−０．００７４ｍｍ≦Δｔ≦＋０．００７４ｍｍとすればよいことが分かる。

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。したがって、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。

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。

本発明に係る光学ヘッドは、情報信号が記録される記録層上に厚さ０．２１ｍｍ以下の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、上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層上に集光させる開口数ＮＡが０．８５以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折力を有する開口数ＮＡが０．３以下のコリメータレンズと、上記光透過層の少なくとも±０．００７４ｍｍ以上、±０．０３ｍｍ以下の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように、上記コリメータレンズを光軸方向に移動させる移動手段とを備える。

本発明に係る記録及び／又は再生装置は、情報信号が記録される記録層上に厚さ０．２１ｍｍ以下の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、光を出射する光源と、上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層上に集光させる開口数ＮＡが０．８５以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折力を有する開口数ＮＡが０．３以下のコリメータレンズと、上記光透過層の少なくとも±０．００７４ｍｍ以上、±０．０３ｍｍ以下の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように、上記コリメータレンズを光軸方向に移動させる移動手段と、上記コリメータレンズの移動を制御する制御手段とを備える。

なお、上記光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置において、上記移動手段は、少なくとも上記情報記録媒体の記録層からの反射光に基づいて、上記コリメータレンズを移動させるようにして好適である。

また、上記光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置において、上記光透過層の厚さが０．１ｍｍであるようにして好適である。

また、上記光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置において、上記コリメータレンズの開口数ＮＡが０．１６以下であるようにして好適である。

また、光学ヘッド並びに上記記録及び／又は再生装置において、上記移動手段は、上記光透過層の厚みが厚くなる方向に誤差を持つとき、上記コリメータレンズを上記情報記録媒体から遠ざかる方向に移動させるようにして好適である。

また、光学ヘッド並びに上記記録及び／又は再生装置において、上記移動手段は、上記球面収差のうち少なくとも３次と５次の球面収差を補正するように上記コリメータレンズを移動させるようにして好適である。

また、光学ヘッド並びに上記記録及び／又は再生装置において、上記移動手段は、上記光源から出射し上記コリメータレンズに入射する光の光軸に対して略平行に配された基準軸と、上記コリメータレンズを支持するととともに、上記基準軸に沿って平行移動可能とされたコリメータレンズ支持手段と、モータと、上記モータの回転を光軸方向に沿った平行移動に変換して上記コリメータレンズ支持手段に伝達するギヤ機構とを備え、上記モータの回転を上記ギヤ機構によって光軸方向に沿った平行移動へと変換して上記コリメータレンズ支持手段を動かすことで、上記光透過層の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように上記コリメータレンズを移動させるようにして好適である。

以上のような本発明に係る光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置では、光源と対物レンズとの間に配された所定の屈折力を有する光学素子を、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。

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。したがって、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。

本発明を適用した記録及び／又は再生装置を構成する光学ヘッドの一例を示す図である。 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。 非点収差を説明する図である。 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。 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。 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。 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。 対物レンズを光軸に沿って光ディスクに近づける方向に移動させたときのフォーカスエラー信号の出力を示す図である。 本発明を適用した光学ヘッドの他の一例を示す図である。 図９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９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。 レンズ駆動機構の一構成例を示す斜視図である。 図１２に示したレンズ駆動機構の平面図である。 実施例１の光学系の概略を示す図である。 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。 実施例２の光学系の概略を示す図である。 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。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜光学ヘッド＞
本発明を適用した適用した記録再生装置を構成す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。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。

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、厚さｄが例えば約１．２ｍｍ又は約０．６ｍｍとされた基板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、厚さｔが例えば約０．１ｍｍとされた光透過層４が形成されてなる。ここで、光透過層４は、記録層を保護する保護層となるものである。そして、この光ディスク２は、基板３の側からではなく、基板３よりも遥かに膜厚が薄い光透過層４の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。

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。ただし、本発明は、基板側から光を入射させて記録及び／又は再生を行う情報記録媒体を用いる場合にも適用可能である。

そして、この光学ヘッド１は、図１に示すように、光源１０と、回折格子１１と、偏光ビームスプリッタ１２と、コリメータレンズ１３と、コリメータレンズ用アクチュエータ１４と、１／４波長板１５と、対物レンズ１６と、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７と、マルチレンズ１８と、光検出器１９とを備えている。

上記光源１０は、記録再生時に光ディスク２に向けて光を出射するものであり、例えば、波長λが６５０ｎｍの直線偏光レーザ光を出射する半導体レーザからなる。この光源１０は、光ディスク２から情報信号を再生する際は、一定の出力のレーザ光を出射し、光ディスク２に情報信号を記録する際は、記録する信号に応じて、出射するレーザ光の強度を変調する。

なお、本発明において、光源１０から出射されるレーザ光の波長λは、特に限定されるものではない。例えば、６５０ｎｍよりも短波長のレーザ光を出射する半導体レーザが実用化された場合には、より短波長のものを用いたほうが、更なる高記録密度化及び大容量化を図る上で好適である。

そして、光源１０から出射されたレーザ光は、先ず、回折格子１１に入射し、この回折格子１１によって回折される。この回折格子１１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つに分割するためのものである。

そして、回折格子１１によって回折されてなる０次光及び±１次光（以下、これらをまとめて「入射レーザ光」と称する。）は、偏光ビームスプリッタ１２を透過して、コリメータレンズ１３に入射する。ここで、コリメータレンズ１３は、例えば、２枚の球面レンズ１３ａ，１３ｂを貼り合わせてなる。

コリメータレンズ１３に入射した入射レーザ光は、光ディスク２の光透過層４の厚さｔが規定値通りの場合には、コリメータレンズ１３によって平行光とされる。換言すれば、コリメータレンズ１３は、所定の屈折力を有する光学素子であり、光ディスク２の光透過層４の厚さｔが規定値通りの場合には入射レーザ光を平行光にするように配置されている。

なお、このコリメータレンズ１３は、コリメータレンズ用アクチュエータ１４に搭載されており、このコリメータレンズ用アクチュエータ１４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１３は、光ディスク２の光透過層４の厚さｔ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、コリメータレンズ用アクチュエータ１４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ｔが規定値から外れている場合、入射レーザ光は、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１３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１３から出射された入射レーザ光は、１／４波長板１５を介して、対物レンズ１６に入射する。ここで、入射レーザ光は、１／４波長板１５を透過する際に円偏光状態となされ、この円偏光光束が、対物レンズ１６に入射する。

対物レンズ１６は、入射レーザ光を、光ディスク２の記録層上に集光するためのものである。すなわち、１／４波長板１５によって円偏光状態とされた入射レーザ光は、対物レンズ１６によって集光されて、光ディスク２の光透過層４を介して、光ディスク２の記録層に入射する。

なお、この対物レンズ１６は、１枚のレンズからなるものであってもよいが、図１に示すように、２枚のレンズ１６ａ，１６ｂを組み合わせて構成することが好ましい。対物レンズ１６を２枚のレンズ１６ａ，１６ｂによって構成した場合には、開口数ＮＡを大きくしても、各レンズ面の曲率をあまりきつくする必要がなく作製が容易である。したがって、対物レンズ１６を２枚のレンズ１６ａ，１６ｂによって構成することにより、開口数ＮＡをより大きくすることが容易に可能となり、更なる高記録密度化及び大容量化を実現できる。

なお、対物レンズ１６は、３枚以上のレンズから構成するようにしてもよい。３枚以上のレンズから構成することにより、各レンズ面の曲率をより緩やかなものとすることができる。しかしながら、レンズの数が多すぎると、各レンズを精度良く組み合わせることが難しくなるので、実際には２枚のレンズで構成することが好ましい。

上述のように対物レンズ１６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、記録層で反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の光路を辿って対物レンズ１６を透過した後、１／４波長板１５に入射する。そして、この戻り光は、１／４波長板１５を透過することにより、往き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、この戻り光は、コリメータレンズ１３によって収束光とされた後、偏光ビームスプリッタ１２に入射し、この偏光ビームスプリッタ１２によって反射される。

偏光ビームスプリッタ１２によって反射された戻り光は、マルチレンズ１８を介して光検出器１９に入射し、当該光検出器１９によって検出される。ここで、マルチレンズ１８は、光入射面が円筒面となされ、光出射面が凹面となされたレンズである。このマルチレンズ１８は、戻り光に対して、いわゆる非点収差法によるフォーカスサーボを可能とするための非点収差を与えるためのものである。

マルチレンズ１８によって非点収差が与えられた戻り光を検出する光検出器１９は、例えば６つのフォトダイオードを備えてなる。そして、光検出器１９は、各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号をそれぞれ出力するとともに、それらの電気信号に対して所定の演算処理を施して、フォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号等の信号を生成し出力する。

具体的には、光検出器１９は、マルチレンズ１８によって非点収差が与えられた戻り光を検出して、いわゆる非点収差法によってフォーカスサーボ信号を生成し出力する。そして、この光学ヘッド１は、このフォーカスサーボ信号に基づいて、対物レンズ１６が搭載された対物レンズ用２軸アクチュエータ１７を駆動することで、フォーカスサーボを行う。

また、光検出器１９は、回折格子１１によって回折されてなる０次光及び±１次光について、それらの戻り光をそれぞれ検出して、いわゆる３ビーム法によってトラッキングサーボ信号を生成し出力する。そして、この光学ヘッド１は、このトラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズ１６が搭載された対物レンズ用２軸アクチュエータ１７を駆動することで、トラッキングサーボを行う。

更に、光検出器１９は、光ディスク２から情報信号を再生する際に、各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号に対して所定の演算処理を施して、光ディスク２からの再生信号を生成し出力する。

なお、この光学ヘッド１では、対物レンズ１６を対物レンズ用２軸アクチュエータ１７に搭載し、この対物レンズ用２軸アクチュエータ１７により、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うようにしているが、本発明に係る光学ヘッドでは、例えば、対物レンズをアクチュエータによって移動操作することにより行うサーボをフォーカスサーボだけにして、トラッキングサーボについては、光学ヘッド全体を動かすことにより行うようにしてもよい。

上記光学ヘッド１を用いて光ディスク２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２の光透過層４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とである。

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、光検出器１９からのフォーカスサーボ信号に基づいて、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７により対物レンズ１６を光軸方向に沿って前後に動かすことで、デフォーカスが補正され、記録層上に焦点が合わされる。なお、このようなデフォーカスについての補正は、従来の光学ヘッドにおいても行われていることである。

一方、球面収差については、対物レンズ１６を光軸方向に沿って前後に移動しても、補正することができない。この球面収差は、例えば、光透過層４の厚さｔに応じて対物レンズ１６を交換したり、或いは、光透過層４の厚さｔに応じて対物レンズ１６を構成する光学媒質の屈折率を変化させたりすれば、補正することができる。しかしながら、これらの手法は、あまり現実的ではない。

そこで、本発明を適用した光学ヘッド１では、光透過層４の厚さｔに応じて、コリメータレンズ用アクチュエータ１４により、コリメータレンズ１３を光軸方向に沿って前後に動かすことで、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している。すなわち、この光学ヘッド１において、コリメータレンズ用アクチュエータ１４は、光ディスク２の光透過層４の厚さｔに応じて、球面収差を打ち消すようにコリメータレンズ１３を移動させる移動手段となっている。

つぎに、光透過層４の厚み誤差により発生する球面収差、並びにその補正の方法について詳細に説明する。

光透過層４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Ｗ_４０が発生する。なお、以下に挙げる式において、Δｔは光透過層４の厚み誤差、ｎは光透過層４の屈折率、ＮＡは対物レンズ１６の開口数である。

Ｗ_４０＝｛Δｔ(ｎ^２−１)／(８ｎ^３)｝ＮＡ^４ ・・・（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。

sin(θ)＝ｘ−ｘ^３/６＋ｘ^５/１２０−ｘ^７/５０４０＋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Ｗ_６０と呼ばれる量であり、下記式（４）で表される。

Ｗ_６０＝｛Δｔ(ｎ^２−１)(ｎ^２＋３)／４８ｎ^５｝ＮＡ^６ ・・・（４）
そして、光透過層４の厚み誤差によって発生する３次の球面収差Ｗ_４０と５次の球面収差Ｗ_６０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。

Ｗ≒Ｗ_４０［１＋｛(ｎ^２＋３)／６ｎ^２｝ＮＡ^２］ ・・・（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。

δＳ＝｛Δｔ(ｎ^２−１)／２ｎ^３｝ＮＡ^３［１＋｛(ｎ^２＋３)／４ｎ^２｝ＮＡ^２］
・・・（６）
上記式（１）で表される３次の球面収差Ｗ_４０は、各光学面で発生する収差の和で表すことができる。したがって、３次の球面収差Ｗ_４０だけならば、光源１０から光透過層４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４の屈折率ｎが小さいほど、また対物レンズ１６の開口数ＮＡが大きいほど、光透過層４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Ｗ_６０の寄与が大きくなり、３次の球面収差Ｗ_４０を補正するだけでは済まなくなってしまう。

ここで、３次の球面収差Ｗ_４０は、光透過層４の屈折率ｎが３^１／２（≒１．７３２）のときに最大となり、光透過層４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４の屈折率ｎは１．５程度である。したがって、光透過層４の屈折率ｎが小さくなることにより、５次の球面収差Ｗ_６０の寄与が大きくなったとしても、この５次の球面収差Ｗ_６０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。

一方、上述したように、対物レンズ１６の開口数ＮＡが大きくなった場合にも、５次の球面収差Ｗ_６０の寄与が大きくなるが、このときの５次の球面収差Ｗ_６０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Ｗ_６０の割合が最大となった場合には、５次の球面収差Ｗ_６０が球面収差全体の４０％程度まで占めることがあり得る。したがって、特に、開口数ＮＡの大きな系では、５次の球面収差Ｗ_６０の影響を十分に考慮する必要がある。

具体的には、例えば、開口数ＮＡ＝０．６、光透過層４の屈折率ｎ＝１．５のとき、光透過層４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１．４５２μｍとなる。一方、開口数ＮＡ＝０．８５、光透過層４の屈折率ｎ＝１．５のとき、光透過層４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、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４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４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Ｗ_６０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。

さて、以上のような球面収差を補正する場合には、上記式（６）で表される球面収差と同じ大きさで逆符号の収差を発生させればよい。一番単純な方法としては、光源１０とコリメータレンズ１３との間に、平行平板を入れて補正する方法が考えられる。この場合は、下記式（７）及び式（８）が成り立てば、５次の球面収差Ｗ_６０までの補正が可能である。なお、下記式（７）及び式（８）において、ＮＡ_０はコリメータレンズ１３の光入射側の開口数、ｎ_０は挿入する平行平板の屈折率、ｎ_１は光透過層４の屈折率、ＮＡ_１は対物レンズ１６の開口数である。
｛(ｎ_１ ^２＋３)／ｎ_１ ^２｝ＮＡ_１ ^２＝｛(ｎ_０ ^２＋３)／ｎ_０ ^２｝ＮＡ_０ ^２ ・・・（７）
｛(ｎ_１ ^２−１)／ｎ_１ ^３｝ＮＡ_１ ^４＝｛(ｎ_０ ^２−１)／ｎ_０ ^３｝ＮＡ_０ ^４ ・・・（８）
上記式（７）及び（８）が成立するようにするためには、実際に実現可能な屈折率を考慮すると、対物レンズ１６の開口数ＮＡ_１と、コリメータレンズ１３の光入射側の開口数ＮＡ_０とを同じ程度の値にすることが必要であり、具体的には、少なくとＮＡ_１／ＮＡ_０≦２を満たすようにする必要がある。しかしながら、対物レンズ１６の開口数ＮＡ_１を大きくした場合に、それに合わせて、コリメータレンズ１３の光入射側の開口数ＮＡ_０を大きくすることは、あまり現実的ではない。したがって、光源１０とコリメータレンズ１３との間に平行平板を入れる方法では、球面収差をある程度補正することは可能であっても、完全に補正することはできない。

更に、平行平板以外の光学素子を用いたとしても、単に光学素子を光軸上に配するだけでは、全ての球面収差を完全に補正することは困難である。なぜなら、上記式（１）及び式（４）からも分かるように、３次の球面収差Ｗ_４０の発生量と、５次の球面収差Ｗ_６０の発生量とが、開口数ＮＡによって異なるからである。したがって、現実的には、光透過層４の厚み公差等を考慮して、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。

そこで、本発明を適用した上記光学ヘッド１では、コリメータレンズ用アクチュエータ１４によってコリメータレンズ１３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１３を前後に動かすことで、対物レンズ１６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。

なお、上記光学ヘッド１において、コリメータレンズ１３の射出瞳径は、対物レンズ１６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、対物レンズ１６の光入射側の開口数ＮＡが変化したとしても、対物レンズ１６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。

ところで、上記光学ヘッド１において、コリメータレンズ１３の光入射側の開口数ＮＡは、主に光源１０から出射された入射レーザ光とのカップリング効率を上げるという観点から設定され、具体的には、０．３程度以下に設定することが好ましい。一方、対物レンズ１６の光出射側の開口数ＮＡは、記録層上に集光される光の小径化を図るために大きい方が好ましく、具体的には、ＤＶＤを越えるような高記録密度化及び大容量化を図ろうとする場合、この開口数ＮＡを０．６５程度以上に設定することが好ましい。

このように、上記光学ヘッド１では、コリメータレンズ１３の光入射側の開口数ＮＡを、対物レンズ１６の光出射側の開口数ＮＡに比較してかなり小さく設定することが好ましく、このように設定した場合、コリメータレンズ１３の光軸方向の移動により発生する球面収差は、主に３次の球面収差Ｗ_４０である。したがって、コリメータレンズ１３の移動によって、光透過層４の厚み誤差Δｔに起因する球面収差の全てを完全に除去することはできない。

そこで、コリメータレンズ１３を移動操作する際は、収差の二乗平均値が最小となるように、コリメータレンズ１３の移動先の位置を設定する。具体的には、例えば、主光線と周辺光線の光路差を光線追跡法により計算し、それらのずれ（すなわち波面収差）の二乗平均が最小となるようなコリメータレンズ位置を予め算出しておく。そして、光ディスク２に対して記録再生を行う際に、光透過層４の厚さｔを検出し、その誤差Δｔに応じて、予め算出しておいた位置にコリメータレンズ用アクチュエータ１４によってコリメータレンズ１３を移動させる。

なお、上記光学ヘッド１では、コリメータレンズ１３の焦点距離に比べて、コリメータレンズ１３の移動距離が十分に小さくなるようにし、コリメータレンズ１３の移動により発生する波面収差Ｗrmsが０．１λ程度となるようにすることが好ましい。このようにした場合には、コリメータレンズ１３の移動量と、当該コリメータレンズ１３の移動によって生じる球面収差の発生量とが、ほぼ線形比例するようになるので、コリメータレンズ用アクチュエータ１４の構成並びにその駆動方法等を簡略なものとすることができる。換言すれば、コリメータレンズ１３の焦点距離に比べて、コリメータレンズ１３の移動距離が十分に小さくなるようにすることは、サーボ機構を構成する上で非常に有利である。

なお、上記光学ヘッド１では、コリメータレンズ１３を移動操作することで、光透過層４の厚み誤差Δｔに起因する球面収差を補正するようにしたが、光透過層４の厚み誤差Δｔに起因する球面収差の補正に用いる光学素子は、コリメータレンズでなくてもよい。

すなわち、本発明において、光透過層４の厚み誤差Δｔに起因する球面収差の補正に用いる光学素子は、光源１０と対物レンズ１６との間に配されていればよく、例えば、光源１０とコリメータレンズ１３との間にレンズを配置して、このレンズを光軸に沿って前後に移動操作するようにしても良いし、また、コリメータレンズ１３と対物レンズ１６との間にレンズを配置して、このレンズを光軸に沿って前後に移動操作するようにしても良い。或いは、コリメータレンズ１３を用いずに、光源１０から出射された光が、発散光のまま対物レンズ１６に入射するようにしてもよく、この場合には、対物レンズ１６に入射する発散光の光路中にレンズを配置して、このレンズを光軸に沿って前後に移動操作するようにすればよい。

ただし、上記光学ヘッド１のように、コリメータレンズ１３によって球面収差を補正するようにした場合、上記光透過層４の厚さｔが規定値通りであれば、対物レンズ１６に入射する入射レーザ光が平行光となるので、対物レンズ１６を取り扱いが容易な無限系のレンズとして扱うことができる。したがって、実際には、上記光学ヘッド１のように、コリメータレンズ１３を球面収差補正用の光学素子として用いることが好ましい。

また、以上の説明では、光透過層４の厚み誤差Δｔに起因する球面収差を補正する場合を例に挙げたが、更に、温度変化等の環境の変化や、光ディスク２の径方向における傾きや、光透過層４の屈折率ｎのばらつきや、光学ヘッド１を構成する光学部材のアライメントミスなどを検出し、それらによって生じる収差を補正するように、収差の補正のために配された光学素子を動かすようにしてもよい。

ところで、上記光学ヘッド１において、対物レンズ１６の開口数ＮＡは、更なる高記録密度化を図るために、ＤＶＤの場合よりも更に大きくすることが望まれており、上述したように、開口数ＮＡを０．６５以上とすることが望ましい。

しかしながら、対物レンズ１６の開口数ＮＡを大きくすると、上述したような球面収差の問題ほかに、コマ収差が大きくなるという問題も生じる。コマ収差は、例えば、光ディスク２の径方向における傾き（以下、ラジアルスキューと称する。）によって発生するものであり、対物レンズ１６の開口数ＮＡの３乗に比例して大きくなる。したがって、開口数ＮＡが大きくなるに従い、コマ収差を抑えることが、より重要となってくる。

コマ収差を抑えるためには、光透過層４の厚さｔを薄くすることが効果的である。例えば、ＤＶＤにおいてラジアルスキューの公差は±０．４°とされており、それと同じ公差を維持するには、光透過層４の厚さｔを下記式（９）を満たすように設定すればよい。

ｔ≦０．１２９６／ＮＡ^３ ・・・（９）
そして、例えば、ＮＡ≧０．６５のとき、上記式（９）を満たすのは、ｔ≦０．４７ｍｍのときである。したがって、例えば、上記光学ヘッド１において、対物レンズ１６の開口数ＮＡを０．６５以上とする場合には、光透過層４の厚さｔを０．４７ｍｍ以下とすることが望ましい。これにより、対物レンズ１６の開口数ＮＡを０．６５以上として高記録密度化を図ったとしても、光透過層４の厚さｔの公差を従来のＤＶＤと同程度に確保することができる。

また、上記式（９）から分かるように、対物レンズ１６の開口数ＮＡを更に大きくして、ＮＡ≧０．７としたときには、ｔ≦０．３７ｍｍとすることが望ましく、また、対物レンズ１６の開口数ＮＡを更に大きくして、ＮＡ≧０．８５としたときには、ｔ≦０．２１ｍｍとすることが望ましい。

一般に、ラジアルスキューの公差を厳しくすることは困難であり、たとえ実現したとしても、大幅なコストアップを招いてしまう。しかしながら、上述のように、開口数ＮＡの増大に合わせて光透過層４の厚さｔを十分に薄くすることで、対物レンズ１６の開口数ＮＡを大きくして高記録密度化を図ったとしてもラジアルスキューの公差をＤＶＤと同程度に確保することができる。したがって、上述のように、開口数ＮＡの増大に合わせて光透過層４の厚さｔを十分に薄くすることにより、ラジアルスキューの公差を厳しくすることなく（すなわち大幅なコストアップを招くことなく）、更なる高記録密度化を実現することができる。

＜記録及び／又は再生装置＞
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２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３０を例に挙げて説明する。

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３０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。

この記録再生装置３０は、光ディスク２を回転駆動させるスピンドルモータ３１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３２と、所定の変復調処理を行う変復調回路３３と、光学ヘッド１のサーボ制御等を行うサーボ制御回路３４と、システム全体の制御を行うシステムコントローラ３５とを備えている。

スピンドルモータ３１は、サーボ制御回路３４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３１にチャッキングされ、サーボ制御回路３４により駆動制御されるスピンドルモータ３１によって、所定の回転数で回転駆動される。

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３３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３６から入力され変復調回路３３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３３から供給された信号に基づいて、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３３に供給する。

また、この光学ヘッド１は、サーボ制御回路３４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３４に供給する。

変復調回路３３は、システムコントローラ３５及び外部回路３６に接続されている。そして、この変復調回路３３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３５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３６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３３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３３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３５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３３によって復調された信号は、変復調回路３３から外部回路３６へ出力される。

送りモータ３２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３４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３２は、サーボ制御回路３４に接続されており、サーボ制御回路３４により制御される。

サーボ制御回路３４は、システムコントローラ３５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３２を制御する。また、サーボ制御回路３４は、スピンドルモータ３１にも接続されており、システムコントローラ３５による制御のもとで、スピンドルモータ３１の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路３４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３１を制御する。また、サーボ制御回路３４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に搭載された対物レンズ用２軸アクチュエータ１７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。

更に、本発明を適用した記録再生装置３０において、サーボ制御回路３４は、フォーカスサーボ信号に基づいて光ディスク２の光透過層４の厚さｔを検出する厚さ検出手段としても機能する。以下、サーボ制御回路３４による光透過層４の厚さ検出方法について説明する。

光学ヘッド１の光検出器１９からサーボ制御回路３４に送られるフォーカスサーボ信号には、フォーカス引き込み信号と、フォーカスエラー信号とがある。フォーカス引き込み信号は、光ディスク２によって反射された戻り光全体の光量を示す信号であり、対物レンズ１６をフォーカス位置近傍に移動させるために使用される。一方、フォーカスエラー信号は、フォーカス引き込み信号に基づいて対物レンズ１６がフォーカス位置近傍に移動された後、対物レンズ１６をジャストフォーカス位置に保持するための信号である。

なお、上記記録再生装置３０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。非点収差法は、戻り光の集束光路中に、ガラス材等からなる平行平板や円筒レンズ等の光学素子を配し、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。

ここで、非点収差法について、図３に示すように、非点収差を発生させる光学素子として平行平板２０を用いた場合を例に挙げて説明する。なお、図１に示した光学ヘッド１では、非点収差を発生させる光学素子としてマルチレンズ１８を用いているが、ここでは、簡単のために、非点収差を発生させる光学素子として平行平板２０を用いた場合を例に挙げる。

図３に示すように、非点収差を発生させる光学素子として平行平板２０を用いた場合の非点収差量δ_ｙは、光学戻りの開口の角度をθとし、有限光中に配置された平行平板２０の屈折率をｎ、その厚さをｔとしたとき、下記式（１０）のように表される。

δ_ｙ＝｛（ｎ^２−１）ｓｉｎ^２θ×ｔ｝／（ｎ^２−ｓｉｎ^２θ）^３／２ ・・・（１０）
そして、非点収差法によりフォーカスエラー信号を検出する際は、このように非点収差が与えられた光を、光検出器によって検出する。図４乃至図６に、非点収差法によりフォーカスエラー信号を検出する光検出器の受光部を示す。この受光部２１は、矩形状とされ、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。レーザ光が光ディスクの記録層上にジャストフォーカスしている場合に、受光部２１上のビームスポット２２が最小錯乱円となるように光検出器をセットすると、非合焦状態では、受光部２１上のビームスポット２２が楕円形状に変わる。したがって、受光部２１の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、受光部２１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。

例えば、レーザ光が光ディスクの記録層上に合焦している場合、図４に示すように、受光部２１上のビームスポット２２の形状は略円形状である。そして、受光部２１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。

また、光ディスクの記録層がレーザ光の合焦点よりも近い位置にある場合、図５に示すように、受光部２１上のビームスポット２２の形状は楕円形となる。そして、受光部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。

また、光ディスクの記録層がレーザ光の合焦点よりも遠い位置にある場合、図６に示すように、受光部２１上のビームスポット２２の形状は楕円形となる。そして、受光部２１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。

このようにして得られる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７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となる。なお、このＳ字曲線の一方のピークＰａから他方のピークＰｂまでの範囲Ｗａは、一般にフォーカス引き込み範囲と称される。

そして、上記光学ヘッド１において、フォーカスサーボを行うときには、先ず、フォーカス引き込み信号を検出しながら、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７を駆動して、対物レンズ１６を光軸に沿って前後に移動させる。そして、フォーカス引き込み信号に基づいて、対物レンズ１６の焦点が記録層の近傍に位置するようにする。そして、対物レンズ１６の焦点が記録層の近傍に位置し、対物レンズ１６の位置がフォーカス引き込み範囲に入ったら、その後は、フォーカスエラー信号に基づいて、常にジャストフォーカス位置となるように（すなわち、フォーカスエラー信号が常にゼロ点となるように）、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７によって対物レンズ１６を光軸に沿って前後に移動させる。これにより、常に記録層に焦点が合った状態となる。

以上がフォーカスサーボの原理である。そして、従来の記録再生装置では、以上のようなフォーカスサーボを行うために、記録層によって反射された戻り光によるフォーカスエラー信号を用いている。しかしながら、入射レーザ光は、記録層で反射されるだけでなく、光ディスク２の表面、すなわち光透過層４の表面でも、若干反射する。そして、フォーカスエラー信号には、光透過層４の表面で反射された戻り光によっても、図７に示したようなＳ字曲線が現れる。なお、以下の説明では、フォーカスエラー信号に現れるＳ字曲線のうち、光ディスク２の光透過層４の表面で反射された戻り光によるものを第１のＳ字曲線と称し、光ディスク２の記録層で反射された戻り光によるものを第２のＳ字曲線と称する。

そして、本発明を適用した記録再生装置３０では、このような第１のＳ字曲線と第２のＳ字曲線とが現れるフォーカスエラー信号に基づいて、光透過層４の厚さｔを検出する。すなわち、本発明を適用した記録再生装置３０では、記録再生を行う前に、対物レンズ１６の焦点位置が光透過層４の表面から記録層に至るまで、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７によって対物レンズ１６を光軸に沿って前後に動かし、このときの対物レンズ１６の移動速度とフォーカスエラー信号に現れる第１及び第２のＳ字曲線とに基づいて、光透過層４の厚さｔを検出する。

具体例を図８を用いて説明する。なお、図８は、対物レンズ１６を光軸に沿って光ディスク２に近づける方向に移動させたときのフォーカスエラー信号の出力を示しており、横軸は時間、縦軸はフォーカスエラー信号の出力を示している。

また、図８において、Ｗ_１は、対物レンズ１６が第１のＳ字曲線におけるフォーカス引き込み範囲を通過するのに要した時間である。すなわち、Ｗ_１は、対物レンズ１６の移動によって、フォーカスエラー信号が第１のＳ字曲線における最大値から最小値に至るまでに要した時間である。また、Ｐ１は、光ディスク２の光透過層４の表面に焦点が合っているポイント、すなわち光透過層４の表面に対するジャストフォーカス点である。

また、図８において、Ｗ_２は、対物レンズ１６が第２のＳ字曲線におけるフォーカス引き込み範囲を通過するのに要した時間である。すなわち、Ｗ_２は、対物レンズ１６の移動によって、フォーカスエラー信号が第２のＳ字曲線における最大値から最小値に至るまでに要した時間である。また、Ｐ２は、光ディスク２の記録層に焦点が合っているポイント、すなわち記録層に対するジャストフォーカス点である。

また、図８において、Ｗ_３は、光ディスク２の光透過層４の表面に焦点が合っているポイントＰ１から、光ディスク２の記録層に焦点が合っているポイントＰ２に至るまでに要した時間である。

このとき、フォーカス引き込み範囲の長さをＡとすると、光透過層４の厚さｔは、下記式（１１）で表される。なお、フォーカス引き込み範囲の長さＡは、現在の多くの光学ヘッドでは、２０μｍ程度に設定されている。

ｔ＝Ｗ_３×｛（Ａ／Ｗ_１）^２＋（Ａ／Ｗ_２）^２｝^１／２ ・・・（１１）
そして、本発明を適用した記録再生装置３０において、サーボ制御回路３４は、上記式（１１）に基づいて光透過層４の厚さｔを求める。これにより、上記記録再生装置３０において、サーボ制御回路３４は、光ディスク２の光透過層４の厚さｔを検出する厚さ検出手段として機能することとなる。

なお、このような光透過層４の厚さｔ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の厚さｔを検出する際は、対物レンズ用２軸アクチュエータ１７を所定の周波数（例えば１００〜２００Ｈｚ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の厚さｔ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の厚さｔの検出をより精度良く行うことができる。

そして、以上のように光透過層４の厚さｔを検出したサーボ制御回路３４は、コリメータレンズ用アクチュエータ１４によってコリメータレンズ１３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、コリメータレンズ用アクチュエータ１４によってコリメータレンズ１３を移動させる。そして、記録再生装置３０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。

以上のように、本発明を適用した記録再生装置３０では、記録再生を行う前に、光透過層４の厚さｔ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。したがって、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。

＜光学ヘッドの他の構成例＞
本発明を適用した光学ヘッドは、光透過層の厚さに応じて、所定の屈折力を有する光学素子を、球面収差を打ち消すように移動させるようになされていれば良く、図１に示した構成に限定されるものではない。以下、本発明を適用した光学ヘッドの他の構成例を、図９乃至図１１を参照して説明する。

図９に示す光学ヘッド１００は、相変化型の光ディスク１０１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１００によって記録再生がなされる光ディスク１０１は、基板１０２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１０３が形成されてなる。そして、この光ディスク１０１は、光透過層１０３の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。

この光学ヘッド１００は、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚みを検出する第１の光学系１０４と、光ディスク１０１に情報の記録再生を行う第２の光学系１０５とを備えている。そして、第２の光学系１０５は、光ディスク１０１に情報の記録再生を行う際に、第１の光学系１０４で検出された光ディスク１０１の光透過層１０３の厚みに基づいて、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚み誤差に起因する球面収差を補正する。

第１の光学系１０４は、光源１０６と、偏光ビームスプリッタ１０７と、コリメータレンズ１０８と、対物レンズ１０９と、光検出器１１０とを備えている。

光源１０６は、光ディスク１０１に向かって光を出射する。この光源１０６には、波長が６３５ｎｍ〜６５０ｎｍ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１０６から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０７で反射され、コリメータレンズ１０８に入射する。

コリメータレンズ１０８に入射したレーザ光は、当該コリメータレンズ１０８によって平行光とされる。このコリメータレンズ１０８は、例えば、２枚の球面レンズ１０８ａ，１０８ｂが貼り合わされてなる。そして、コリメータレンズ１０８で平行光とされたレーザ光は、対物レンズ１０９に入射する。

対物レンズ１０９に入射したレーザ光は、当該対物レンズ１０９によって集光され、光透過層１０３を介して光ディスク１０１の記録層上に入射する。また、この対物レンズ１０９は、２軸アクチュエータ１１１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。

上述のように対物レンズ１０９によって集光され光ディスク１０１の記録層に入射したレーザ光は、記録層で反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の光路を辿って対物レンズ１０９を透過した後、コリメータレンズ１０８によって収束光とされる。そして、偏光ビームスプリッタ１０７を透過して光検出器１１０に入射し、この光検出器１１０によって検出される。

このような第１の光学系１０４では、上述したように、光ディスク１０１の光透過層１０３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１０１の光透過層１０３の厚さを検出する。

また、第２の光学系１０５は、光源１１２と、シリンドリカルレンズ１１３と、偏光ビームスプリッタ１１４と、コリメータレンズ１１５と、回折格子１１６と、立ち上げミラー１１７と、１／４波長板１１８と、２群対物レンズ１１９と、光検出器１２０とを備える。

光源１１２は、光ディスク１０１に向かって光を出射する。この光源１１２には、波長が４００ｎｍ〜６５０ｎｍ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１１２から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１１３に入射する。

シリンドリカルレンズ１１３に入射したレーザ光は、当該シリンドリカルレンズ１１３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１１３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１１４を透過してコリメータレンズ１１５に入射する。

コリメータレンズ１１５に入射したレーザ光は、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚さが規定値通りの場合には、当該コリメータレンズ１１５によって平行光とされる。なお、このコリメータレンズ１１５は、例えば、２枚の球面レンズ１１５ａ，１１５ｂが貼り合わされてなる。また、このコリメータレンズ１１５は、コリメータレンズ用アクチュエータ１２１に搭載されており、このコリメータレンズ用アクチュエータ１２１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１１５は、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚さが規定値から外れている場合には、当該光透過層１０３の厚み誤差に起因する球面収差を補正するように、コリメータレンズ用アクチュエータ１２１によって移動操作される。すなわち、光ディスク１０１の光透過層１０３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１０３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１１５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１１５から出射したレーザ光は、回折格子１１６に入射する。

回折格子１１６に入射したレーザ光は、当該回折格子１１６によって回折されて３ビームとされる。この回折格子１１６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つに分割するためのものである。そして、回折格子１１６から出射したレーザ光は、立ち上げミラー１１７によってその進行方向を折り曲げられて１／４波長板１１８に入射する。

１／４波長板１１８に入射したレーザ光は、当該１／４波長板１１８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１１８から出射したレーザ光は、２群対物レンズ１１９に入射する。

２群対物レンズ１１９に入射したレーザ光は、当該２群対物レンズ１１９によって集光され、光透過層１０３を介して光ディスク１０１の記録層上に入射する。なお、この２群対物レンズ１１９は、例えば、２枚のレンズ１１９ａ，１１９ｂからなる。また、この２群対物レンズ１１９は、２軸アクチュエータ１１１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。

上述のように２群対物レンズ１１９によって集光され光ディスク１０１の記録層に入射した入射レーザ光は、記録層で反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の光路を辿って２群対物レンズ１１９を透過した後、コリメータレンズ１１５によって収束光とされた後、偏光ビームスプリッタ１１４で反射して光検出器１２０に入射し、この光検出器１２０によって検出される。

また、この第２の光学系１０５は、図９に示すように、偏光ビームスプリッタ１１４により反射されたレーザ光を集光する集光レンズ１２２と、この集光レンズ１２２により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１１２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１２３とを備えている。

そして、この光学ヘッド１００では、第１の光学系１０４の対物レンズ１０９と、第２の光学系１０５の２群対物レンズ１１９とが、２軸アクチュエータ１１１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１０１に対するトラッキング制御及びフォーカス制御が行われる。

図１０及び図１１に、２軸アクチュエータ１１１の一構成例を示す。この２軸アクチュエータ１１１は、対物レンズ１０９と２群対物レンズ１１９とが取り付けられるボビン１３０と、このボビン１３０を互いに直交する２軸方向に移動させる電磁駆動機構１３１とを備えている。

ボビン１３０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１３２によって支持されている。そして、ボビン１３０は、支軸１３２の軸線方向に摺動可能であって支軸１３２の軸回り方向に回動可能に支持されている。このボビン１３０には、対物レンズ１０９と２群対物レンズ１１９とが、支軸１３２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。

ボビン１３０を駆動変位させる電磁駆動機構１３１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１３３及びフォーカシング用ヨーク１３４，１３５と、トラッキング用マグネット１３６及びトラッキング用ヨーク１３７，１３８とを有する磁気回路と、フォーカシング用コイル１３９及びトラッキング用コイル１４０とを備えて構成されている。

また、この電磁駆動機構１３１のトラッキング用コイル１４０の内方には、図１１に示すように、ボビン１３０の中立位置を位置決めするための金属片１４１が固定されて設けられている。ボビン１３０は、金属片１４１が単面２極分割されたトラッキング用マグネット１３６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ス方向の中立位置に位置決めされる。また、ボビン１３０は、支軸１３２が立設された支持基台１４２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。

このように中立位置に保持されたボビン１３０は、電磁駆動機構１３１によって駆動変位されることによって支軸１３２の軸線方向に摺動され、さらに支軸１３２の軸回り方向に回動される。

すなわち、この電磁駆動機構１３１は、フォーカシング用コイル１３９にフレキシブル基板１４３を介してフォーカスエラー信号が供給されることにより、ボビン１３０を支軸１３２の軸線方向に駆動変位させる。そして、ボビン１３０が支軸１３２の軸線方向に摺動変位されることによって、２群対物レンズ１１９及び２群対物レンズ１１９の光ディスク１０１に対するフォーカス制御が行われる。

また、この電磁駆動機構１３１は、トラッキング用コイル１４０にフレキシブル基板１４３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１３０を支軸１３２の軸回り方向に回動変位させる。そして、ボビン１３０が支軸１３２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１０９及び２群対物レンズ１１９の光ディスク１０１に対するトラッキング制御が行われる。

なお、この光学ヘッド１００では、フォーカスサーボ方法として、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、光ディスクからの反射レーザ光を例えばシリンドリカルレンズを介して検出領域が４分割された光検出器によって検出し、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ス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、光源から出射される１本のレーザ光を回折格子等を用いて、１本の主レーザ光（０次光）と２本の副レーザ光（±１次光）に分割し、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つの受光部を有する光検出器により検出し、各受光部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。

このような光学ヘッド１００を用いて、光ディスク１０１からの再生を行う場合には、まず、第１の光学系１０４で、光ディスク１０１の光透過層１０３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１０１の光透過層１０３の厚さを検出する。すなわち、この第１の光学系１０４では、上述したように、対物レンズ１０９の焦点位置が光透過層１０３の表面から記録層に至るまで、２軸アクチュエータ１１１によって対物レンズ１０９を光軸に沿って前後に動かし、このときの対物レンズ１０９の移動速度と、フォーカスエラー信号に現れる第１のＳ字曲線及び第２のＳ字曲線とに基づいて、上述した式（１１）から光透過層１０３の厚さを検出する。

そして、第１の光学系１０４で検出された光ディスク１０１の光透過層１０３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。光透過層１０３の厚みを判定した制御回路は、光ディスク１０１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、その動作を指示する制御信号を第２の光学系１０５に送出する。そして、第２の光学系１０５では、この制御信号に基づいて、光透過層１０３の厚み誤差に起因する球面収差が最小となるように、コリメータレンズ用アクチュエータ１２１によってコリメータレンズ１１５を関数的に若しくは段階的に移動させる。

そして、第２の光学系１０５では、以上のように光透過層１０３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１０１に対して記録再生動作を行う。このように、コリメータレンズ用アクチュエータ１２１によってコリメータレンズ１１５を最適位置へ動かすことにより、光透過層１０３の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。

また、第２の光学系１０５において光ディスク１０１を再生する場合、第１の光学系１０４は、第２の光学系１０５におけるワーキングディスタンス、すなわち、光ディスク１０１と２群対物レンズ１１９との間隔を検出するための光学系として機能する。

第２の光学系１０５では、２群対物レンズ１１９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１１９が高開口数であるため、フォーカス引き込み範囲が狭く、光ディスク１０１と２群対物レンズ１１９との間の作動距離が例えば０．５ｍｍ以下とされている。そのため、光ディスク１０１に面揺れが生じたり、光ディスク１０１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、光ディスク１０１と２群対物レンズ１１９とが衝突する恐れがある。

そのため、第２の光学系１０５でフォーカス引き込み動作を行う際に、第１の光学系１０４を補助的に用いることで、光ディスク１０１と２群対物レンズ１１９との衝突を防止する。

すなわち、第２の光学系１０５でフォーカス引き込み動作を行う際、第１の光学系１０４も、光源１０６から出射したレーザ光を光ディスク１０１に照射し、その反射光を光検出器１１０によって受光することで、フォーカスエラー信号を検出する。このフォーカスエラー信号に基づいて、第１の光学系１０４の対物レンズ１０９と共通のボビン１３０に搭載されている２群対物レンズ１１９のおよその位置を検出する。そして、上記光学ヘッド１００では、このように第１の光学系１０４で検出した２群対物レンズ１１９の位置情報に基づいて、２軸アクチュエータ１１１を動作させることで、光ディスク１０１と２群対物レンズ１１９との衝突を防止する。

なお、第１の光学系１０４のフォーカス引き込み範囲を２群対物レンズ１１９が大きく外れてしまったときには、第１の光学系１０４でもフォーカスエラー信号が得られなくなってしまう。その場合は、例えば、第１の光学系１０４により光ディスク１０１からの反射光全体を検出し、そのレベルに基づいて２群対物レンズ１１９を第１の光学系１０４のフォーカス引き込み範囲に引き入れる。

このように、この光学ヘッド１００では、第２の光学系１０５で光ディスク１０１の再生を行う際に、第１の光学系１０４をフォーカス引き込みの補助光学系として使用することで、光ディスク１０１の面揺れや高さずれ等があっても、光ディスク１０１に２群対物レンズ１１９が衝突することなく、確実にフォーカス引き込みを行うことができる。

なお、第１の光学系１０４におけるフォーカス引き込みの補助機能及びワーキングディスタンスの検出方法は、非点収差法以外の方法、例えば差動同心円法等によるものであってもよい。

＜コリメータレンズの移動手段の構成例＞
上記光学ヘッド１では、光ディスク２の光透過層４の厚さに応じて球面収差を打ち消すようにコリメータレンズ１３を移動させる移動手段として、コリメータレンズ用アクチュエータ１４を用いていた。また、上記光学ヘッド１００では、光ディスク１０１の光透過層１０３の厚さに応じて球面収差を打ち消すようにコリメータレンズ１１５を移動させる移動手段として、コリメータレンズ用アクチュエータ１２１を用いていた。以下、このような移動手段（以下、レンズ駆動機構と称する。）の具体的な構成例を図１２及び図１３を参照して説明する。

図１２及び図１３に示すレンズ駆動機構１６０は、情報記録媒体の光透過層の厚さに応じて球面収差を打ち消すようにコリメータレンズを移動させるためのものであり、光軸に対して平行に配置された基準軸１６１と、光軸に対して平行に配置された副基準軸１６２と、これらの基準軸１６１，１６２によって支持されたコリメータレンズホルダ１６３とを備えている。

基準軸１６１及び副基準軸１６２は、光学ヘッドの固定部に取り付けられて固定される。また、コリメータレンズホルダ１６３は、これらの基準軸１６１，１６２に対して光軸方向に摺動移動可能に支持される。そして、球面収差を打ち消すように移動操作されるコリメータレンズは、このコリメータレンズホルダ１６３に搭載される。すなわち、このレンズ駆動機構１６０は、コリメータレンズホルダ１６３を基準軸１６１及び副基準軸１６２に沿って前後に動かすことで、コリメータレンズホルダ１６３に搭載されたコリメータレンズを光軸方向に対して平行に前後に動かす。

また、このレンズ駆動機構１６０は、コリメータレンズホルダ１６３を基準軸１６１及び副基準軸１６２に沿って前後に動かす駆動機構として、コリメータレンズホルダ１６３を動かす駆動源となるＤＣモータ１６４と、ＤＣモータ１６４の回転を光軸方向に沿った平行移動に変換してコリメータレンズホルダ１６３に伝達するギヤ機構１６５とを備えている。そして、ＤＣモータ１６４の回転をギヤ機構１６５によって光軸方向に沿った平行移動へと変換してコリメータレンズホルダ１６３を動かすことで、情報記録媒体の光透過層の厚さに応じて、球面収差を打ち消すようにコリメータレンズを移動させる。

上記ギヤ機構１６５は、コリメータレンズホルダ１６３に取り付けられたラック１６６と、ＤＣモータ１６４の回転力を伝達するためにＤＣモータ１６４の回転軸に取り付けられた第１のギヤ１６７と、ＤＣモータ１６４の回転を光軸方向に沿った平行移動に変換するための第２のギヤ１６８と、第２のギヤ１６８によって光軸方向に沿った平行移動に変換された駆動力をラック１６６に伝達するための第３のギヤ１６９とを備える。

なお、このレンズ駆動機構１６０は、光学ヘッドの固定部に取り付けられる台座１７０を備えており、ＤＣモータ１６４、第２のギヤ１６８及び第３のギヤ１６９は、台座１７０に取り付けられている。また、第３のギヤ１６９から駆動力が伝達されるラック１６６は、ラック１６６と第３のギヤ１６９との間のバックラッシを除去するために、２枚のラック１６６ａ，１６６ｂが重ね合わされた２枚構造となっており、それらのラック１６６ａ，１６６ｂがバネ１７１により連結されている。

このレンズ駆動機構１６０で、コリメータレンズを移動操作する際は、ＤＣモータ１６４を回転させる。これにより、第１のギヤ１６７が回転する。この第１のギヤ１６７の回転は、第２のギヤ１６８に伝達され、光軸方向に沿った平行移動に変換される。第２のギヤ１６８によって光軸方向に沿った平行移動に変換された駆動力は、第３のギヤ１６９を介してラック１６６に伝達される。

ここで、ラック１６６はコリメータレンズホルダ１６３に取り付けられており、コリメータレンズホルダ１６３は基準軸１６１，１６２に対して光軸方向に摺動移動可能に支持されている。したがって、第３のギヤ１６９を介してラック１６６に伝達された駆動力により、コリメータレンズホルダ１６３は、光軸方向に移動することとなる。これにより、コリメータレンズホルダ１６３に搭載されたコリメータレンズが、光軸方向に移動操作されることとなる。

以上のようなレンズ駆動機構１６０では、コリメータレンズの移動を精度良く行うことができる。したがって、このようなレンズ駆動機構１６０を用いることで、光透過層の厚さのばらつきに起因する球面収差を非常に良く打ち消すことが可能となる。

例えば、上記レンズ駆動機構１６０において、ＤＣモータ１６４としてパルス駆動型ステッピングモータを用い、１パルスでの回転でコリメータレンズの移動距離が１３．８μｍとなるようにしたとする。これを後述する実施例１の光学系に採用した場合、ＤＣモータの１パルスでの回転による球面収差補正量は、光透過層の厚さムラに換算すると約０．２μｍ相当となる。これは、光透過層の厚さのばらつきに起因する球面収差を補正するには十分な値である。

しかも、以上のようなレンズ駆動機構１６０は、比較的に簡易な構成なので、小型化しやすく、しかも製造コストで少なくてすむという利点もある。

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。

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。したがって、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。

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。

＜実施例１＞
本実施例の光学系を図１４に示す。この光学系は、基板５０ａの表面に記録層が形成され当該記録層上に光透過層５０ｂが形成されてなる光ディスク５０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５１との間に、回折格子５２と、偏光ビームスプリッタ５３と、コリメータレンズ５４と、開口絞り５５とが配されてなる。ここで、コリメータレンズ５４は、色消しのために、球面レンズからなる第１のレンズ５４ａと、球面レンズからなる第２のレンズ５４ｂ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。

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５２の光入射面をｓ１、回折格子５２の光出射面をｓ２、偏光ビームスプリッタ５３の光入射面をｓ３、偏光ビームスプリッタ５３の光出射面をｓ４、コリメータレンズ５４を構成する第１のレンズ５４ａの光入射面をｓ５、コリメータレンズ５４を構成する第１のレンズ５４ａと第２のレンズ５４ｂとの貼り合わせ面をｓ６、コリメータレンズ５４を構成する第２のレンズ５４ｂ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５１に対応した開口絞り５５である。

ここで、光ディスク５０の光透過層５０ｂの厚さは０．１ｍｍ、対物レンズ５１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。

以上のような光学系について、光透過層５０ｂの厚み誤差と、波面収差との関係を図１５に示す。なお、図１５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１５において、点線Ａ１は、コリメータレンズ５４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５０ｂの厚み誤差と波面収差との関係を示している。また、図１５において、実線Ａ２は、点線Ａ３に示すように光透過層５０ｂの厚み誤差に応じてコリメータレンズ５４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５０ｂの厚み誤差と波面収差との関係を示している。

図１５に示すように、光ディスク５０の光透過層５０ｂ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１５から分かるように、コリメータレンズ５４を動かさない場合には、光透過層５０ｂ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５０ｂの厚み誤差に応じてコリメータレンズ５４を動かすことにより、光透過層５０ｂ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。

具体的には、図１５から分かるように、光透過層５０ｂの厚さにばらつきがあったとしても、下記式（１２）に示すようにコリメータレンズ５４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５０ｂ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。

ΔＬ≒２１Δｔ ・・・（１２）
なお、上記式（１２）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５０から遠ざかる方向を正としている。また、Δｔは、光ディスク５０の光透過層５０ｂの厚み誤差である。

＜実施例２＞
本実施例の光学系を図１６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、ホログラムレンズからなるコリメータレンズ６２と、開口絞り６３とが配されてなる。

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６２の光入射面をｓ１、コリメータレンズ６２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６１に対応した開口絞り６３である。

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。

なお、上記コリメータレンズ６２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ＮＡは０．１６とされている。

このコリメータレンズ６２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６２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６２によって回折されてなる１次回折光が、開口絞り６３を介して対物レンズ６１に入射するようになされている。

なお、このコリメータレンズ６２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。

そして、このコリメータレンズ６２の特性は、下記式（１３）に示す位相差関数で表される。

ｍ＝Ｃ_１Ｒ^２＋Ｃ_２Ｒ^４＋Ｃ_３Ｒ^６＋Ｃ_４Ｒ^８ ・・・（１３）
上記式（１３）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６２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６２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（１３）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Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４は、このコリメータレンズ６２について、回折基準波長を６３５ｎｍとしたときの位相差関数の各係数を示している。

以上のような光学系について、光透過層６０ｂの厚み誤差と、波面収差との関係を図１７に示す。なお、図１７においても、図１６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１７において、実線Ａ４は、点線Ａ５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６２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。

図１７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１７から分かるように、光透過層６０ｂの厚み誤差に応じてコリメータレンズ６２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が大幅に抑制される。具体的には、図１７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（１４）に示すようにコリメータレンズ６２を移動させることで、波面収差を抑制することができる。

ΔＬ≒１４Δｔ ・・・（１４）
なお、上記式（１４）において、ΔＬは、コリメータレンズ６２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。

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。

以上の説明から明らかなように、本発明を適用した記録及び／又は再生装置によれば、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。したがって、本発明を適用した記録及び／又は再生装置によれば、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。

また、本発明を適用した記録及び／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、上記光透過層の厚さを検出する厚さ検出手段と、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とを備える。そして、上記光学ヘッドが、光を出射する光源と、上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層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た所定の屈折力を有する光学素子と、上記厚さ検出手段によって検出された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光学素子を移動させる移動手段とを備えていることを特徴としている。

このような記録及び／又は再生装置では、光源と対物レンズとの間に配された所定の屈折力を有する光学素子を、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。

また、本発明を適用した記録及び／又は再生装置を構成する光学ヘッドは、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る。そして、光を出射する光源と、上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層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た所定の屈折力を有する光学素子と、厚さ検出手段によって検出された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光学素子を移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。

なお、上記光学ヘッドにおいて、上記光学素子としては、例えば、コリメータレンズが好適である。このコリメータレンズは、上記光透過層の厚さが規定値通りの場合には、上記光源から出射され上記対物レンズに入射する光を略平行光とするものである。

また、上記光学ヘッドにおいて、対物レンズの開口数ＮＡを０．６５以上とする場合、上記情報記録媒体としては、光透過層の膜厚が０．４７ｍｍ以下のものが好適である。

また、上記光学ヘッドにおいて、光学素子を移動させる移動手段としては、光源から出射し光学素子に入射する光の光軸に対して略平行に配された基準軸と、光学素子を支持するととともに基準軸に沿って平行移動可能とされた光学素子支持手段と、モータと、モータの回転を光軸方向に沿った平行移動に変換して光学素子支持手段に伝達するギヤ機構とを備えたものが好適である。この場合、移動手段は、モータの回転をギヤ機構によって光軸方向に沿った平行移動へと変換して光学素子支持手段を動かすことで、光透過層の厚さに応じて、球面収差を打ち消すように光学素子を移動させる。

このような光学ヘッドでは、光源と対物レンズとの間に配された所定の屈折力を有する光学素子を、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。

また、本発明を適用した記録及び／又は再生装置、又は上記光学ヘッドを用いた記録及び／又は再生方法は、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に対して記録及び／又は再生を行う方法である。そして、上記情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際に、上記光透過層の厚さを検出する厚さ検出手段と、光を出射する光源と、上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層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た所定の屈折力を有する光学素子とを備えた光学ヘッドとを使用するとともに、上記厚さ検出手段により上記光透過層の厚さを検出し、その検出結果に応じて、球面収差を打ち消すように上記光学素子を移動させることを特徴としている。

なお、上記記録及び／又は再生方法において、上記光学素子としては、例えば、コリメータレンズを使用する。この場合、上記光透過層の厚さが規定値通りならば、上記光源から出射された光を上記コリメータレンズによって略平行光として、上記対物レンズに入射させるようにする。

また、上記記録及び／又は再生方法において、上記対物レンズの開口数ＮＡを０．６５以上とする場合、上記情報記録媒体としては、光透過層の膜厚が０．４７ｍｍ以下のものが好適である。

このような記録及び／又は再生方法では、光源と対物レンズとの間に配された所定の屈折力を有する光学素子を、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。

また、本発明を適用した記録及び／又は再生装置で用いられる厚み検出方法は、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厚み検出方法である。そして、この厚み検出方法では、光源から光を出射し、上記光源から出射された光を、対物レンズによって上記情報記録媒体上に集光させ、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された戻り光を、光検出器によって受光してフォーカスエラー信号を検出する。そして、このフォーカスエラー信号のうち、上記記録層で反射された戻り光による信号と、上記光透過層の表面で反射された戻り光による信号とから、上記光透過層の厚さを検出する。

以上のような厚み検出方法では、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を検出することができる。

以上の説明から明らかなように、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。したがって、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。

１ 光学ヘッド、２ 光ディスク、３ 基板、４ 光透過層、１０ 光源、１１ 回折格子、１２ 偏光ビームスプリッタ、１３ コリメータレンズ、１４ コリメータレンズ用アクチュエータ、１５ １／４波長板、１６ 対物レンズ、１７ 対物レンズ用２軸アクチュエータ、１８ マルチレンズ、１９ 光検出器

Claims (14)

1. 情報信号が記録される記録層上に厚さ０．２１ｍｍ以下の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、
   上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層上に集光させる開口数ＮＡが０．８５以上の対物レンズと、
   上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折力を有する開口数ＮＡが０．３以下のコリメータレンズと、
   上記光透過層の少なくとも±０．００７４ｍｍ以上、±０．０３ｍｍ以下の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように、上記コリメータレンズを光軸方向に移動させる移動手段とを備える光学ヘッド。
2. 上記移動手段は、少なくとも上記情報記録媒体の記録層からの反射光に基づいて、上記コリメータレンズを移動させる請求項１記載の光学ヘッド。
3. 上記光透過層の厚さが０．１ｍｍである請求項１記載の光学ヘッド。
4. 上記コリメータレンズの開口数ＮＡが０．１６以下である請求項１記載の光学ヘッド。
5. 上記移動手段は、上記光透過層の厚みが厚くなる方向に誤差を持つとき、上記コリメータレンズを上記情報記録媒体から遠ざかる方向に移動させる請求項１記載の光学ヘッド。
6. 上記移動手段は、上記球面収差のうち少なくとも３次と５次の球面収差を補正するように上記コリメータレンズを移動させる請求項１記載の光学ヘッド。
7. 上記移動手段は、上記光源から出射し上記コリメータレンズに入射する光の光軸に対して略平行に配された基準軸と、
   上記コリメータレンズを支持するととともに、上記基準軸に沿って平行移動可能とされたコリメータレンズ支持手段と、
   モータと、
   上記モータの回転を光軸方向に沿った平行移動に変換して上記コリメータレンズ支持手段に伝達するギヤ機構とを備え、
   上記モータの回転を上記ギヤ機構によって光軸方向に沿った平行移動へと変換して上記コリメータレンズ支持手段を動かすことで、上記光透過層の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように上記コリメータレンズを移動させる請求項１記載の光学ヘッド。
8. 情報信号が記録される記録層上に厚さ０．２１ｍｍ以下の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、
   光を出射する光源と、
   上記光源からの光を上記光透過層を介して上記記録層上に集光させる開口数ＮＡが０．８５以上の対物レンズと、
   上記光源と上記対物レンズとの間に配され、所定の屈折力を有する開口数ＮＡが０．３以下のコリメータレンズと、
   上記光透過層の少なくとも±０．００７４ｍｍ以上、±０．０３ｍｍ以下の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように、上記コリメータレンズを光軸方向に移動させる移動手段と、
   上記コリメータレンズの移動を制御する制御手段とを備える記録及び／又は再生装置。
9. 上記移動手段は、少なくとも上記情報記録媒体の記録層からの反射光に基づいて、上記コリメータレンズを移動させる請求項８記載の記録及び／又は再生装置。
10. 上記光透過層の厚さが０．１ｍｍである請求項８記載の記録及び／又は再生装置。
11. 上記コリメータレンズの開口数ＮＡが０．１６以下である請求項８記載の記録及び／又は再生装置。
12. 上記移動手段は、上記光透過層の厚みが厚くなる方向に誤差を持つとき、上記コリメータレンズを上記情報記録媒体から遠ざかる方向に移動させる請求項８記載の記録及び／又は再生装置。
13. 上記移動手段は、上記球面収差のうち少なくとも３次と５次の球面収差を補正するように上記コリメータレンズを移動させる請求項８記載の記録及び／又は再生装置。
14. 上記移動手段は、上記光源から出射し上記コリメータレンズに入射する光の光軸に対して略平行に配された基準軸と、
    上記コリメータレンズを支持するととともに、上記基準軸に沿って平行移動可能とされたコリメータレンズ支持手段と、
    モータと、
    上記モータの回転を光軸方向に沿った平行移動に変換して上記コリメータレンズ支持手段に伝達するギヤ機構とを備え、
    上記モータの回転を上記ギヤ機構によって光軸方向に沿った平行移動へと変換して上記コリメータレンズ支持手段を動かすことで、上記光透過層の厚さ誤差により発生する球面収差を打ち消すように上記コリメータレンズを移動させる請求項８記載の記録及び／又は再生装置。

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