JP2005293770A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
保護層の厚さの異なる３種類もしくはそれ以上の光情報記録媒体に対する情報の記録または再生が可能であるとともに、高密度光ディスクに対する情報の記録及び／または再生中に、発生する球面収差を良好に補正できる光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】
コリメートレンズＣＯＬを、可動範囲が大きく応答周波数帯域が低いアクチュエータＡＣ２と、可動範囲が小さく応答周波数帯域が高いアクチュエータＡＣ３との２つのアクチュエータにより別々に光軸に沿って変移させる構成により、コリメートレンズＣＯＬをアクチュエータＡＣ２により変移させることで、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤの保護層の厚さの差に起因する球面収差を補正し、コリメートレンズＣＯＬをアクチュエータＡＣ３により変移させることで、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録及び／または再生を行う際に、情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光情報記録媒体の情報の記録・再生のための光ピックアップ装置に関するものである。

近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザや、第２高調波を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青紫色ＳＨＧレーザ等、波長４００〜４２０ｎｍの青紫色レーザ光源が実用化されつつある。これら青紫色レーザ光源を使用すると、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同じ開口数（ＮＡ）の対物光学系を使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物光学系のＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３〜２５ＧＢの情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」という。

尚、ＮＡ０．８５の対物光学系を使用する高密度光ディスクでは、光ディスクの傾き（スキュー）に起因して発生するコマ収差が増大するため、ＤＶＤにおける場合よりも保護層を薄く設計し（ＤＶＤの０．６ｍｍに対して、０．１ｍｍ）、スキューによるコマ収差量を低減しているものがある。ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダの製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。

高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。

従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学系を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。

ところで、高密度光ディスクを媒体とした光情報記録再生装置の光学系では、記録信号の高密度化、或いは高密度記録信号の再生のために、光源であるレーザの短波長化とともに対物光学系のＮＡ化が図られている。

しかしながら、対物光学系の高ＮＡ化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤのごとき比較的低密度な光ディスクを記録または再生する場合において、ほとんど無視できた問題でもより顕在化されることが予想される。

その問題の１つが、光ディスクの保護層（「透明基板」ともいう）の厚み誤差により生じる球面収差である。この球面収差は対物光学系のＮＡの４乗に比例して発生する。ＮＡが比較的小さい従来のＣＤやＤＶＤの場合には保護層の厚さの誤差による球面収差の発生量は十分小さいので、特別に球面収差を補正する必要はなかった。これに対し、対物光学系のＮＡが大きくなった場合、例えばＮＡを０．８５とした場合には、保護層の厚み誤差の許容値は１０μｍ以下となってしまう。ところが、現状の光ディスクの製造方法では安定して１０μｍ以下の厚み誤差とすることは難しく、量産として成立しない恐れがある。したがって、光ピックアップ装置に光ディスクの保護層の厚み誤差による球面収差を補正する機能を搭載する。情報の記録／再生時の高密度光ディスクの回転速度は、ＤＶＤやＣＤのような従来の光ディスクに比べて早いため、高密度光ディスクの回転に追従して保護層の厚み誤差による球面収差補正を行うためには、応答速度の速いアクチュエータが要求される。

また、高密度光ディスクの規格の１つとして、０．１ｍｍ程度の保護層を用いることが提案されている。これは、対物光学系が高ＮＡ化されることにより光ディスクのそりや傾きによって大きく生じるコマ収差を抑えるためである。ところが、これによりＣＤやＤＶＤと大きく保護層の厚さが異なってしまうので、少なくとも共通の対物レンズを用いることにより、コストを大幅に増大させることなく、これらの様々な規格の光ディスクの間の互換性をとることが要求される。

また、同一光束入射面側から保護層と情報記録層とを交互に２層積層した構造とすることで、記憶容量を２倍に高めた、いわゆる２層記録型の高密度光ディスクの開発が行われているが、高密度光ディスクでは、ＤＶＤよりも高ＮＡの対物光学系を使用するので、このような２層記録型の高密度光ディスクを記録／再生しようとすると、情報記録層間のフォーカスジャンプの際に光束入射面からそれぞれの情報記録層までの厚さの違いによって球面収差が大きく発生してしまう。従って、高密度光ディスクシステムでは、情報記録層間のフォーカスジャンプの際は、対物レンズのフォーカシングを行うと同時に球面収差の補正も行わなければならない。

また、プラスチックレンズは、安価に安定した性能で大量生産が可能であるため、ＤＶＤやＣＤの対物光学系として広く使用されている。然るに、高密度光ディスクシステムにおいて対物光学系をプラスチックレンズとした場合には、温度変化に伴うプラスチックレンズの屈折率変化に起因して大きな球面収差が発生するため、温度変化に追従してかかる球面収差の補正を行う必要がある。

これらの問題を解決する手段として本発明者は、正レンズと負レンズとからなり、そのうち少なくとも一方を光軸に沿って変移可能としたビームエキスパンダを有する集光光学系を提案した（特許文献１）。さらに、光源からの発散光の発散角を変えるカップリングレンズを光軸に沿って変移可能とした集光光学系を提案した（特許文献２）。これらの集光光学系では、集光光学系中の可動要素の初期位置を変化させ、対物光学系に入射する光束の発散度を変えることで、高密度光ディスクと従来の光ディスクの両方に対して１つの光学系で情報の記録／再生を行うことが可能であり、更に、高密度光ディスクの保護層の厚み誤差による球面収差の補正や、２層以上の多層記録型の高密度光ディスクの情報の記録／再生や、プラスチックレンズの温度変化に伴う球面収差補正を行うことが可能となっている。
特開２００２−８２２８０号公報 特開２００２−２０３３３３号公報 特開２００２−３３４４７６号公報

しかしながら、特許文献１，２の集光光学系では、規格の異なる光ディスクの情報記録面のそれぞれの情報記録面に対し、保護層の厚さの違いによる球面収差を補正して良好なスポットを形成するのに必要な球面収差補正手段の可動要素の変移量は大きくなりがちであるので、可動域の大きなアクチュエータが必要である。しかし、一般に可動域の大きなアクチュエータは駆動速度が遅く、また精緻に可動要素の変移量を制御することは困難である。高密度光ディスクの対物光学系のＮＡは大きいため、球面収差補正手段の可動要素の位置誤差が大きいと、対物光学系の倍率誤差により球面収差が発生し、高密度光ディスクの情報記録面に形成されたスポットの正確な球面収差補正が行えない虞がある。一方、特許文献３においては、２つのアクチュエータを組み合わせて光学素子を駆動する光ピックアップ装置が開示されているが、これは２種類の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うものであり、３種類以上の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うことに関しては具体的な言及がない。

本発明は、このような問題に鑑みて提案されたものであり、保護層の厚さの異なる３種類もしくはそれ以上の光情報記録媒体に対する情報の記録または再生が可能であるとともに、高密度光ディスクに対する情報の記録及び／または再生中に、発生する球面収差を良好に補正できる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光ピックアップ装置は、第１光源と、第２光源と、第３光源と、対物光学系とを有し、前記第１光源から射出される第１波長λ１の光束を前記対物光学系を介して、厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって情報の再生及び／又は記録を行い、前記第２光源から射出される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を前記対物光学系を介して、厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって情報の再生及び／又は記録を行い、前記第３光源から射出される第３波長λ３（λ３＞λ２）の光束を前記対物光学系を介して、厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の保護層を有する第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記第１光源乃至第３光源と前記集光素子との間の光路中に、球面収差補正手段が設けられ、
前記球面収差補正手段は、光軸方向に沿って移動可能な可動レンズ群を少なくとも１つと、前記可動レンズ群を移動させるためのアクチュエータを少なくとも２つ有し、前記可動レンズ群を前記アクチュエータにより光軸方向に移動させることで、球面収差の補正を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記２つのアクチュエータを第１アクチュエータ、第２アクチュエータとしたとき、以下の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴する。
ΔＬ１＞ΔＬ２ （１）
ΔＳＡ１＞ΔＳＡ２ （２）
但し、
ΔＬ１：前記第１アクチュエータの可動範囲（ｍｍ）
ΔＬ２：前記第２アクチュエータの可動範囲（ｍｍ）
ΔＳＡ１：前記第１アクチュエータが補正可能な球面収差量
ΔＳＡ２：前記第２アクチュエータが補正可能な球面収差量

請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項２に記載の発明において、以下の（３）式を満たすことを特徴とする。
Ｆ１＜Ｆ２ （３）
但し、
Ｆ１：前記第１アクチュエータの応答周波数帯域（ｋＨｚ）
Ｆ２：前記第２アクチュエータの応答周波数帯域（ｋＨｚ）

請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項２又は３に記載の発明において、前記球面収差補正手段は、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差及び／又は前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を、主として、前記第１アクチュエータにより前記可動レンズ群を移動させることにより補正することを特徴とする。

請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項４に記載の発明において、前記球面収差補正手段は、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差及び／又は前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する際に、前記第１アクチュエータにより前記可動レンズ群を粗動させたあと、前記第２アクチュエータにより前記可動レンズ群を微動させることを特徴とする。保護層の厚さの異なる光情報記録媒体を変更する場合、可動要素の初期位置決めを、第１のアクチュエータで粗動させ、その後に第２のアクチュエータで微動させることにより、正確にかつ高速に行うことができる。

請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項２〜５のいずれかに記載の発明において、前記球面収差補正手段は、前記第１光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行う際に発生する球面収差を、主として、前記第２アクチュエータにより前記可動レンズ群を移動させることにより補正することを特徴とする。

上述の構成により、保護層と情報記録層とが複数積層された光情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行う際に保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差の変動を第１のアクチュエータにより可動要素を比較的大きな変移量で変移させて補正でき、また、記録または再生中に集光光学系で発生する球面収差の変動を第２のアクチュエータにより可動要素を比較的高速にかつ精緻に変移させてリアルタイムに補正することができる。また、異なる記録層で記録または再生を行うように変更する場合、可動要素の初期位置決めを、第１のアクチュエータで粗動させ、その後に第２のアクチュエータで微動させることにより、正確にかつ高速に行うことができる。

請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記対物光学系は、第１波長λ１と厚さｔ１の保護層との組合せに対して球面収差補正が最適化されていることを特徴とする。

請求項８に記載の光ピックアップ装置は、請求項７に記載の発明において、前記対物光学系は、単レンズであることを特徴とする。

請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記対物光学系は、前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因して前記集光素子で発生する球面収差及び／又は前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差を補正する機能を有する位相構造を有することを特徴とする。

請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記第１光源乃至前記第３光源の全てが一体化されて成ることを特徴とする。

規格が互いに異なる光情報記録媒体間の保護層の厚さの差に起因する球面収差量は大きいため、球面収差補正手段の可動レンズ群を変異させるアクチュエータには大きい可動範囲が要求される。一方で、この球面収差は、光ピックアップ装置により情報の記録／再生を行う前にこれを補正すればよいため、アクチュエータには高い周波数帯域が要求されない。そこで、球面収差補正手段の可動レンズ群を可動範囲が大きく、応答周波数帯域が低い第１アクチュエータにより可動レンズ群を変移させることで、規格が互いに異なる光情報記録媒体間の保護層の厚さの差に起因する球面収差を補正する。

また、高密度光ディスクに対して情報の記録および／または再生を行う際に情報記録面上に形成したスポットの球面収差を補正する場合には、対物光学系のＮＡが大きいため、球面収差補正手段の可動レンズ群の位置誤差が大きいと、対物光学系の倍率誤差により球面収差が発生し正確な球面収差補正が行えない。そこで、可動レンズ群を駆動させるアクチュエータには、精緻に位置制御を行える性能が要求される。また、情報の記録／再生時の高密度光ディスクの回転速度は、ＤＶＤやＣＤのような従来の光ディスクに比べて早いため、高密度光ディスクの回転に追従して球面収差補正を行うためには、応答速度の速いアクチュエータが要求される。一方で、高密度光ディスクのＮＡは大きいので、可動レンズ群を少し移動させるだけで比較的大きな球面収差を発生させることが出来るため、可動レンズ群を駆動させるアクチュエータにはそれほど大きな可動範囲は要求されない。そこで、可動範囲は小さいが、応答周波数帯域が高い第２アクチュエータにより球面収差補正手段の可動レンズ群を変移させることで、高密度光ディスクに対して情報の記録および／または再生を行う際に情報記録面上に形成したスポットの球面収差を補正する。

この際、高密度光ディスクに対して情報の記録および／または再生を行う際に、球面収差補正手段の可動レンズ群の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、第１光源の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系の屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層記録型の高密度光ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、高密度光ディスクの保護層の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。

上述の構成により、保護層の厚さの異なる光情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行う際に保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差の変動を第１のアクチュエータにより可動レンズ群を比較的大きな変移量で変移させて補正でき、また、高密度光ディスクに対して情報の記録または再生中に集光光学系で発生する球面収差の変動を第２のアクチュエータにより可動レンズ群を比較的高速にかつ精緻に変移させることができる。

尚、前記第１アクチュエータはステッピングモータやソレノイドであることにより可動レンズ群の可動範囲を大きくでき、また、前記第２アクチュエータはボイスコイルアクチュエータまたは圧電素子を利用したアクチュエータであることにより可動レンズ群を精緻にかつ高速に可動できる。

ステッピングモータやボイスコイルアクチュエータにより光学素子を光軸方向に移動させる技術は公知であるのでここでは詳細な説明は割愛する。また、圧電素子を利用したアクチュエータとしては、以下の文献に記載されているような、圧電素子を用いた小型リニアアクチュエータを使用することが出来る。
ＯＰＴＩＣＳ ＤＥＳＩＧＮ，Ｎｏ．２６，１６−２１（２００２）

更に、前記球面収差補正手段の可動レンズ群はプラスチック材料から形成されていることが好ましい。このように可動レンズ群を軽量に構成することより、アクチュエータの駆動電流が小さくてすみ、より小型のアクチュエータを用いることができるので、光ピックアップ装置の小型化、軽量化を図ることができる。

また、前記球面収差補正手段の可動レンズ群は、１つでもあってもよいし２つであってもよい。即ち、第１アクチュエータと第２アクチュエータは同一の可動レンズ群を変移させる構成であってもよいし、第１アクチュエータと第２アクチュエータが別々の可動レンズ群を変移させる構成であってもよい。

また、規格が互いに異なる光情報記録媒体間の保護層の厚さの差に起因する球面収差を補正する際には、まず、第１アクチュエータにより可動レンズ群を粗動させた後に、第２アクチュエータにより可動レンズ群を微動させる構成としてもよい。これにより、可動レンズ群の位置決めを精緻に行うことができるので、より正確に球面収差の補正が行える。

上述した球面収差補正手段の具体的な形態としては、第１光源から射出される発散光束の発散角を変換して対物光学系に導くためのカップリングレンズであってもよいし、第１光源から射出される発散光束を平行光束に変換して対物光学系に導くためのコリメートレンズであってもよいし、第１光源から射出される発散光束の発散角を変換して対物光学系に導くためのカップリングレンズと対物光学系との間の光路中に配設されたエキスパンダー光学系であってもよい。

また、一般的に光学素子は、波長が短くなるほど、或いはＮＡが大きくなるほどその特性を出すことが難しくなる。そこで、対物光学系として、第１波長λ１と厚さｔ１の保護層の組合せに対して最適化された高密度光ディスク専用の対物光学系を使用する構成として、ＤＶＤやＣＤに対する互換は、球面収差補正手段の可動レンズ群を第１アクチュエータにより変移させて対物光学系の倍率を変化させることで行うのが好ましい。

より好ましくは、上記高密度光ディスク専用の対物光学系を、単レンズ構成とすることである。これにより、最も簡略な構成の対物光学系で、高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤに対してコンパチブルに情報の記録及び／または再生を行える光ピックアップ装置を提供できる。

或いは、対物光学系に厚さｔ１の保護層と厚さｔ２の保護層の差に起因する球面収差を補正するための位相構造を形成する構成としてもよい。この場合には、位相構造の機能により、高密度光ディスクと、ＤＶＤとの互換を行うことが可能となり、球面収差補正手段の機能により、高密度光ディスクＣＤとの互換を行うことが可能となる。ここで、位相構造は、第１波長λ１と第２波長λ２の差に起因して集光素子で発生する球面収差及び／又はｔ１とｔ２の差に起因する球面収差を補正する機能を有する。前者の場合は、ｔ１とｔ２とが互いに同じである場合に相当し（例えば、ｔ１＝０．６ｍｍのＨＤ ＤＶＤ（後述）とｔ２＝０．６ｍｍのＤＶＤ）、後者の場合は、ｔ１とｔ２とが互いに異なる場合に相当する（例えば、ｔ１＝０．１ｍｍのブルーレイディスク（後述）とｔ２＝０．６ｍｍのＤＶＤ）。対物光学系を上記のような構成とすることにより、ＤＶＤに対する情報の記録及び／または再生時の対物光学系の倍率を０（無限共役）とすることができ、対物光学系のトラッキング特性を良好なものにすることが可能となる。

また、また本発明による光ピックアップ装置は、波長が互いにことなる３つの光源をそれぞれ別体で配設構成に対しても適用可能であるが、３つの光源のうち少なくとも２つの光源が一体化された光源を使用すると、光ピックアップ装置の小型化やコストの削減に有利となる。特に、３つの光源全てが一体化された光源を使用するのが好ましい。これらの複数の光源が一体化された光源として、それぞれの光源の発光点を１つの半導体チップ上に形成した光源（所謂、１チップレーザ）を使用してもよいし、それぞれの光源を１つの筐体に納めた光源（所謂、１キャンレーザ）を使用しても良い。また、これらの複数の光源が一体化された光源と、光検出器とを更に一体化した光源モジュールを使用してもよい。

本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光ディスク（光情報記録媒体ともいう）を総称して「高密度光ディスク」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＢＤ：ブルーレイディスク）の他に、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ ＤＶＤ）も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さが０の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。

更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列光ディスクの総称である。記録密度は、高密度光ディスクが最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。

また、本明細書において、「対物光学系」とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された波長が互いに異なる光束を、記録密度が互いに異なる光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光する機能を有する集光素子を少なくとも含む光学系を指す。対物光学系は集光素子のみから構成されていても良く、かかる場合には、集光素子の光学面上に位相構造が形成される。

更に、上述の集光素子と一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシングを行う光学素子がある場合には、これら光学素子と集光素子とから構成される光学系が対物光学系となる。対物光学系がこのように、複数の光学素子から構成される場合には、集光素子の光学面上に位相構造を形成しても良いが、位相構造の段差部分による光束のけられの影響を低減するためには、集光素子以外の光学素子の光学面上に位相構造を形成するのが好ましい。

本発明によれば、保護層の厚さの異なる３種類もしくはそれ以上の光情報記録媒体に対する情報の記録または再生が可能であるとともに、高密度光ディスクに対する情報の記録及び／または再生中に、発生する球面収差を良好に補正できる光ピックアップ装置を提供することができる。

以下、本発明による第１及び第２の実施の形態の光ピックアップ装置について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図であり、図１（ｂ）は、第１の光ピックアップ装置ＰＵ１に用いる光源ユニットの正面図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ２＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。

光ピックアップ装置ＰＵ１は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１（第１光源）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３の発光点ＥＰ３（第３光源）と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第３の受光部ＤＳ３と、プリズムＰＳとから構成されたレーザモジュールＬＭ、波長λ１と保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差補正が最適化された高密度光ディスクＨＤ専用の対物光学系ＯＢＪ、ＤＶＤ／ＣＤ用の開口制限素子ＡＰ、対物光学系ＯＢＪと開口制限素子ＡＰとの相対位置が不変となるように保持するための保持部材Ｂ、対物光学系ＯＢＪをフォーカシング／トラッキング駆動させるための２軸アクチュエータＡＣ１、コリメートレンズＣＯＬ、負レンズＥ１と正レンズＥ２とから構成されたエキスパンダー光学系ＥＸＰ、負レンズＥ１（可動レンズ群）を光軸方向に駆動させるための１軸アクチュエータＡＣ２（第１アクチュエータ）、正レンズＥ２を（可動レンズ群）を光軸方向に駆動させるための１軸アクチュエータＡＣ３（第２アクチュエータ）とから構成されている。本実施の形態においては、球面収差補正手段は、エキスパンダー光学系ＥＸＰと１軸アクチュエータＡＣ２と１軸アクチュエータＡＣ３とから構成される。

尚、本実施の形態においては、以下の（１）〜（３）式を満たす。
ΔＬ１＞ΔＬ２ （１）
ΔＳＡ１＞ΔＳＡ２ （２）
Ｆ１＜Ｆ２ （３）
但し、
ΔＬ１：アクチュエータＡＣ２の可動範囲（ｍｍ）
ΔＬ２：アクチュエータＡＣ３の可動範囲（ｍｍ）
ΔＳＡ１：アクチュエータＡＣ２が補正可能な球面収差量
ΔＳＡ２：アクチュエータＡＣ３が補正可能な球面収差量
Ｆ１：アクチュエータＡＣ２の応答周波数帯域（ｋＨｚ）
Ｆ２：アクチュエータＡＣ３の応答周波数帯域（ｋＨｚ）

光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、エキスパンダーレンズＥＸＰから第１光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２により負レンズＥ１を所定位置（図１（ａ）でポジションＰ１）に移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第１の発光点ＥＰ１を発光させる。第１の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図１（ａ）において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされ、エキスパンダー光学系ＥＸＰにより光束径が拡径され、図示しない絞りＳＴＯにより光束径が規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、エキスパンダー光学系ＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。

この際、正レンズＥ２を１軸アクチュエータＡＣ３により光軸方向に駆動させることで、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する。正レンズＥ２の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、第１光源の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層記録型の高密度光ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。

高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１が大きいため、球面収差を補正する際に正レンズＥ２の光軸方向の位置誤差が大きいと、対物光学系ＯＢＪの倍率誤差により球面収差が発生し、情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの正確な球面収差補正が行えない。そこで、正レンズＥ２を駆動させる１軸アクチュエータＡＣ３には、精緻に位置制御を行える性能が要求される。また、情報の記録／再生時の高密度光ディスクＨＤの回転速度は、ＤＶＤやＣＤのような従来の光ディスクに比べて早いため、高密度光ディスクＨＤの回転に追従して球面収差補正を行うためには、応答速度の速いアクチュエータが要求される。一方で、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１は大きいので、正レンズＥ２を少し移動させるだけで比較的大きな球面収差を発生させることが出来るため、正レンズＥ２を駆動させる１軸アクチュエータＡＣ３にはそれほど大きな可動範囲は要求されない。このような特性を有するアクチュエータとして、ボイスコイルアクチュエータや圧電素子を利用したアクチュエータがある。尚、保護層の厚さの異なる光ディスクを変更する場合、正レンズＥ２の初期位置決めを、１軸アクチュエータＡＣ２で粗動させ、その後に１軸アクチュエータＡＣ３で微動させることにより、正確にかつ高速に行うことができるので好ましい。

また、光ピックアップ装置ＰＵ１においてＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２との差に起因する球面収差が補正されるように、負レンズＥ１と正レンズＥ２との間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも小さくなる位置（図１（ａ）でポジションＰ２）に１軸アクチュエータＡＣ２により負レンズＥ１を移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図１（ａ）において点線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされ、エキスパンダー光学系ＥＸＰを透過することにより発散光束に変換され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、エキスパンダー光学系ＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

また、光ピックアップ装置ＰＵ１においてＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ３の厚さｔ３との差に起因する球面収差が補正されるように、負レンズＥ１と正レンズＥ２との間の距離が、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも小さくなる位置（図１（ａ）でポジションＰ３）に１軸アクチュエータＡＣ１により負レンズＥ１を移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第３の発光点ＥＰ３を発光させる。第３の発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図１（ａ）において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て略平行光束とされ、エキスパンダー光学系ＥＸＰを透過することにより発散光束に変換され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第３保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、エキスパンダー光学系ＥＸＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ３に集光する。そして、受光部ＤＳ３の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２の差や、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ３の厚さｔ３との差に起因する球面収差量が大きいため、負レンズＥ１を大きく移動させる必要がある。一方で、ＤＶＤの開口数ＮＡ２やＣＤの開口数ＮＡ３は、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に比べて小さいので、球面収差を補正する際の負レンズＥ１の光軸方向の位置誤差に対しては比較的許容幅が大きい。このような特性を有するアクチュエータとして、ソレノイドやステッピングモータがある。

本実施の形態では、負レンズＥ１を１軸アクチュエータＡＣ２で駆動させ、正レンズＥ２を１軸アクチュエータＡＣ３で駆動させる構成としたが、負レンズＥ１或いは正レンズＥ２の一方のみを１軸アクチュエータＡＣ２と１軸アクチュエータＡＣ３で駆動させる構成としてもよい。

また、エキスパンダー光学系ＥＸＰを２群構成としたが、３群以上のレンズ群から構成される形態としてもよい。

［第２の実施の形態］
図２（ａ）は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図であり、図２（ｂ）は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２に用いる光源ユニットの正面図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ２＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。

光ピックアップ装置ＰＵ２は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１（第１光源）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３の発光点ＥＰ３（第３光源）と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第３の受光部ＤＳ３と、プリズムＰＳとから構成されたレーザモジュールＬＭ、光学面上に回折構造（位相構造）が構成された収差補正素子Ｌ１と、この収差補正素子を通過した光束を情報記録面上に集光する集光素子即ちレンズＬ２とから構成される対物光学系ＯＢＪ、ＤＶＤ／ＣＤ用の開口制限素子ＡＰ、対物光学系ＯＢＪと開口制限素子ＡＰとの相対位置が不変となるように保持するための保持部材Ｂ、対物光学系ＯＢＪをフォーカシング／トラッキング駆動させるための２軸アクチュエータＡＣ１、コリメートレンズＣＯＬ、コリメートレンズＣＯＬ（可動レンズ群）を光軸方向に駆動させるための１軸アクチュエータＡＣ３（第２アクチュエータ）と、コリメートレンズＣＯＬを１軸アクチュエータＡＣ３ごと光軸方向に移動する１軸アクチュエータ（第１アクチュエータ）とから構成されている。本実施の形態においては、球面収差補正手段は、コリメートレンズＣＯＬと１軸アクチュエータＡＣ２と１軸アクチュエータＡＣ３とから構成される。

尚、本実施の形態においては、以下の（１）〜（３）式を満たす。
ΔＬ１＞ΔＬ２ （１）
ΔＳＡ１＞ΔＳＡ２ （２）
Ｆ１＜Ｆ２ （３）
但し、
ΔＬ１：アクチュエータＡＣ２の可動範囲（ｍｍ）
ΔＬ２：アクチュエータＡＣ３の可動範囲（ｍｍ）
ΔＳＡ１：アクチュエータＡＣ２が補正可能な球面収差量
ΔＳＡ２：アクチュエータＡＣ３が補正可能な球面収差量
Ｆ１：アクチュエータＡＣ２の応答周波数帯域（ｋＨｚ）
Ｆ２：アクチュエータＡＣ３の応答周波数帯域（ｋＨｚ）

次に、本実施の形態にかかる対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１のレーザモジュールＬＭ側の光学面上に形成された回折構造（その断面形状は階段形状である）は、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２との差に起因する球面収差を補正するための構造である。対物光学系ＯＢＪは、回折構造で発生する第１光束のｎ次回折光（但しｎは奇数）を、それぞれ、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に集光させる。この回折構造の光路差関数は、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ２の厚さｔ２との差に起因する球面収差が補正させるように最適化されているため、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ３の厚さｔ３との差に起因する球面収差は完全に補正されずに残留するが、本実施の形態においては、後述するように、コリメートレンズＣＯＬを１軸アクチュエータＡＣ１で駆動することにより、この残留球面収差を補正することにより、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの互換を達成している。

光ピックアップ装置ＰＵ２において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、１軸アクチュエータＡＣ２により負レンズＥ１を所定位置（図２（ａ）でポジションＰ１）に移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第１の発光点ＥＰ１を発光させる。第１の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図２（ａ）において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされ、図示しない絞りＳＴＯにより光束径が規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。

この際、コリメートレンズＣＯＬを１軸アクチュエータＡＣ３により光軸方向に駆動させることで、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する。コリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正する球面収差の発生原因は、第１の実施の形態での説明と同様である。又、第１の実施の形態での説明と同様に、１軸アクチュエータＡＣ３として、ボイスコイルアクチュエータや圧電素子を利用したアクチュエータを用いるのが好ましい。

多層記録型の高密度光ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ時に発生する球面収差や、高密度光ディスクの保護層の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布等に起因する球面収差は、高密度光ディスクの回転に追従して補正する必要があるが、この際、応答周波数の高い１軸アクチュエータＡＣ３にキックパルスを印加することで、高速に球面収差の変化を補正するのが好ましい。然るに、コリメートレンズＣＯＬの移動量が大きくなる場合には、１軸アクチュエータＡＣ３のＤＣ的オフセットによる発熱が大きくなるという問題がある。この発熱を緩和するために、コリメートレンズＣＯＬの移動に追従して、１軸アクチュエータＡＣ２を駆動させ、コリメートレンズＣＯＬの位置を調整するのが好ましい。

また、光ピックアップ装置ＰＵ２においてＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束がコリメートレンズＣＯＬから平行光束の状態で射出されるように、対物光学系ＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬとの間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも大きくなるように１軸アクチュエータＡＣ３によりコリメートレンズＣＯＬを所定の位置（図２（ａ）では図示せず）に移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図２（ａ）において点線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされ、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

また、光ピックアップ装置ＰＵ２においてＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、保護層ＰＬ１の厚さｔ１と保護層ＰＬ３の厚さｔ３との差に起因する球面収差が補正されるように、対物光学系ＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬとの間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも大きくなる位置（図２（ａ）でポジションＰ２）に１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメートレンズＣＯＬを移動させる。その後、レーザモジュールＬＭを作動させて第３の発光点ＥＰ３を発光させる。第３の発光点ＥＰ３から射出された発散光束は、図２（ａ）において二点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、コリメートレンズＣＯＬを透過することにより発散光束に変換され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物光学系ＯＢＪによって第３保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ３に集光する。そして、受光部ＤＳ３の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。

本実施の形態では、収差補正素子Ｌ１の回折構造で発生する第１光束のｎ次回折光（但しｎは奇数）を、高密度光ディスクＨＤの記録／再生時に使用する構成となっているため、第１光束の略半分の波長である第３光束に対しては、波長λ３の半整数倍の光路差が付加される。これにより、ｔ１とｔ３の差に起因する球面収差を低減されるので、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の第３光束に対する対物光学系ＯＢＪの倍率の絶対値が大きくなり過ぎない。この結果、コリメートレンズＣＯＬの移動量が小さくてすみ、また、対物光学系ＯＢＪのトラッキング特性を良好なものにすることが可能となる。

第１の実施の形態での説明と同様の理由により、１軸アクチュエータＡＣ２、ソレノイドやステッピングモータを使用するのが好ましい。本実施の形態では、コリメートレンズＣＯＬを１群構成としたが、２群以上のレンズ群から構成される形態としてもよい。また、収差補正素子Ｌ１に断面形状が階段形状である回折構造を形成したが、断面形状が鋸歯形状である回折構造を形成してもよく、複数の輪帯から構成され、各輪帯内が階段状に分割されたマルチレベル型回折構造を形成してもよい。また、複数の輪帯から構成され、各輪帯を分割する光軸方向の段差の方向が有効径内で逆となる光路差付与構造を、位相構造として形成してもよい。

また、上述した第１の光ピックアップ装置ＰＵ１、及び第２の光ピックアップ装置ＰＵ２において、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を検出し、その検出結果を基に球面収差誤差信号を生成し、この球面収差誤差信号がゼロとなるように球面収差補正手段を作動させるための球面収差検出手段を備えるのが好ましく、これにより、より正確に球面収差の補正を行うことが可能となる。

次に、本発明による光ピックアップ装置における球面収差補正手段と対物光学系とから構成される光学系として最適な光学系の実施例を説明する。

本実施例における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数１に表１、２中の非球面係数Ａ_２ｉを代入した数式で表される。但し、κを円錐係数とする。

［数１］
Ｘ＝（ｈ^２／ｒ）／（１＋√（１−（１＋κ）（ｈ／ｒ）^２）
＋Ａ_２ｈ^２＋Ａ_４ｈ^４＋Ａ_６ｈ^６＋・・・

また、また、本実施例におけるマルチレベル型回折構造は、透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、λを入射光束の波長、λ_Ｂを製造波長、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、B_2jを光路差関数係数、ｎを回折次数とするとき次の数２で定義される光路差関数φ_ｂ（ｍｍ）で表される。

［数２］
φ_ｂ＝（λ／λ_Ｂ）×ｎ×（Ｂ_２ｈ^２＋Ｂ_４ｈ^４＋Ｂ_６ｈ^６＋・・・）

表１、２において、ＮＡ１、ｆ１、λ１、ｍ１、ｔ１は、それぞれ、高密度光ディスクＨＤ使用時の対物光学系ＯＢＪの開口数、対物光学系ＯＢＪの焦点距離、対物光学系ＯＢＪの波長、対物光学系ＯＢＪの倍率、保護層の厚さであり、ＮＡ２、ｆ２、λ２、ｍ２、ｔ２は、ＤＶＤ使用時の同様の値であり、ＮＡ３、ｆ３、λ３、ｍ３、ｔ３は、ＣＤ使用時の同様の値である。

また、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ１（ｍｍ）、ｄ２（ｍｍ）、ｄ３（ｍｍ）は、それぞれ、高密度光ディスクＨＤ使用時、ＤＶＤ使用時、ＣＤ使用時のレンズ間隔、Ｎλ１、Ｎλ２、Ｎλ３は、それぞれ、波長λ１、波長λ２、波長λ３に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数である。

また、ｎ１、ｎ２、ｎ３は、それぞれ、マルチレベル型回折構造で発生する第１光束、第２光束、第３光束の回折光の回折次数である。

実施例１の光学系は、ともにプラスチックレンズである負レンズと正レンズとから構成されたエキスパンダー光学系（球面収差補正手段）と、ともにプラスチックレンズである収差補正素子と集光素子とから構成された対物光学系とから構成される光学系である。その具体的な数値データを表１、２に示す。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０^−３）を、Ｅ（例えば ２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。

対物光学系は、収差補正素子の光源側の光学面（表１において第５面）に形成したマルチレベル型回折構造の作用により、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正したＨＤ／ＤＶＤ互換レンズである。尚、集光素子は、高密度光ディスクＨＤに対して球面収差補正が最適化されたレンズである。

このマルチレベル型回折構造は複数の輪帯から構成されており、各輪帯は階段状に５分割されている。各輪帯内の階段構造の段差Δは、Δ＝２・λ１／（Ｎ_λ１−１）を満たす高さに設定されている。ここで、Ｎλ１は波長λ１における収差補正素子Ｌ１の屈折率である。この階段構造により第１光束に付加される光路差は２λ１であるので、第１光束はマルチレベル型回折構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する。また、この階段構造により第３光束に付加される光路差は１λ３であるので、第３光束もマルチレベル型回折構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する。一方、この階段構造により第２光束に付加される光路差は約０．２λ２であり、５分割された輪帯１つ分ではちょうど１λ２の光路差が付加されることになり、１次回折光が発生する。このように、第２光束のみを選択的に回折させることにより、ｔ１とｔ２の差に起因する球面収差を補正している。

尚、マルチレベル型回折構造で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の１次回折光の回折効率は８７％、第３光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。

また、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生時に、情報記録面上に形成されたスポットの球面収差を、第２アクチュエータにより負レンズを動かして、対物光学系の倍率を変化させることで補正する。

また、高密度光ディスクＨＤとＣＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差は、エキスパンダーレンズの負レンズと正レンズとの間隔が高密度光ディスクＨＤの場合よりも広くなるように、第１アクチュエータにより負レンズを動かして、対物光学系の倍率を変化させることで補正している。

また、入射光束の波長が変わると、色収差の影響で、エキスパンダーレンズから射出される光束の発散度が変化する。そこで、ＤＶＤに対する記録／再生時には、エキスパンダーレンズから射出される第２光束が平行光束となるように、負レンズと正レンズとの間隔が高密度光ディスクＨＤの場合よりも広くなるように、第２アクチュエータにより、負レンズを動かしている。

図１（ａ）は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図であり、図１（ｂ）は、第１の光ピックアップ装置ＰＵ１に用いる光源ユニットの正面図である。 図２（ａ）は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図であり、図２（ｂ）は、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２に用いる光源ユニットの正面図である。

符号の説明

ＡＣ１ 第１アクチュエータ
ＡＣ2 第2アクチュエータ
ＡＣ3 第3アクチュエータ
ＡＰ 開口制限素子
ＣＯＬ コリメートレンズ
ＤＳ１ 第1の受光部
ＤＳ２ 第2の受光部
ＤＳ３ 第3の受光部
Ｅ１ 負レンズ
Ｅ２ 正レンズ
ＥＰ１ 第1の発光点
ＥＰ２ 第2の発光点
ＥＰ３ 第3の発光点
ＥＸＰ エキスパンダー光学系
Ｌ１ 収差補正素子
Ｌ２ 集光素子
ＬＭ レーザモジュール
ＯＢＪ 対物光学系
ＰＳ プリズム
ＰＵ１ 第1の光ピックアップ装置
ＰＵ２
第2の光ピックアップ装置
ＳＴＯ 絞り

Claims (10)

1. 第１光源と、第２光源と、第３光源と、対物光学系とを有し、前記第１光源から射出される第１波長λ１の光束を前記対物光学系を介して、厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって情報の再生及び／又は記録を行い、前記第２光源から射出される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を前記対物光学系を介して、厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって情報の再生及び／又は記録を行い、前記第３光源から射出される第３波長λ３（λ３＞λ２）の光束を前記対物光学系を介して、厚さｔ３（ｔ３＞ｔ２）の保護層を有する第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
   前記第１光源乃至第３光源と前記集光素子との間の光路中に、球面収差補正手段が設けられ、
   前記球面収差補正手段は、光軸方向に沿って移動可能な可動レンズ群を少なくとも１つと、前記可動レンズ群を移動させるためのアクチュエータを少なくとも２つ有し、前記可動レンズ群を前記アクチュエータにより光軸方向に移動させることで、球面収差の補正を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記２つのアクチュエータを第１アクチュエータ、第２アクチュエータとしたとき、以下の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴する請求項１に記載の光ピックアップ装置。
   ΔＬ１＞ΔＬ２ （１）
   ΔＳＡ１＞ΔＳＡ２ （２）
   但し、
   ΔＬ１：前記第１アクチュエータの可動範囲（ｍｍ）
   ΔＬ２：前記第２アクチュエータの可動範囲（ｍｍ）
   ΔＳＡ１：前記第１アクチュエータが補正可能な球面収差量
   ΔＳＡ２：前記第２アクチュエータが補正可能な球面収差量
3. 以下の（３）式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
   Ｆ１＜Ｆ２ （３）
   但し、
   Ｆ１：前記第１アクチュエータの応答周波数帯域（ｋＨｚ）
   Ｆ２：前記第２アクチュエータの応答周波数帯域（ｋＨｚ）
4. 前記球面収差補正手段は、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差及び／又は前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を、主として、前記第１アクチュエータにより前記可動レンズ群を移動させることにより補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の光ピックアップ装置。
5. 前記球面収差補正手段は、前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差及び／又は前記ｔ１と前記ｔ３の差に起因する球面収差を補正する際に、前記第１アクチュエータにより前記可動レンズ群を粗動させたあと、前記第２アクチュエータにより前記可動レンズ群を微動させることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
6. 前記球面収差補正手段は、前記第１光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行う際に発生する球面収差を、主として、前記第２アクチュエータにより前記可動レンズ群を移動させることにより補正することを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記対物光学系は、第１波長λ１と厚さｔ１の保護層との組合せに対して球面収差補正が最適化されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
8. 前記対物光学系は、単レンズであることを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
9. 前記対物光学系は、前記第１波長λ１と前記第２波長λ２の差に起因して前記集光素子で発生する球面収差及び／又は前記ｔ１と前記ｔ２の差に起因する球面収差を補正する機能を有する位相構造を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記第１光源乃至前記第３光源の全てが一体化されて成ることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
    

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