(57)【要約】【課題】  ＢＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）とＤＶＤとの光学的互換性を確保し、かつＤＶＤ−ＲＡＭカートリッジとの干渉を回避した対物レンズ及びこれを用いた光ヘッドと光学式情報記録再生装置とを実現する。【解決手段】  光源から出射された光ビーム６は対物レンズ３によって光情報記録媒体２の情報記録面２ａ上に集光される。対物レンズ３は、光情報記録媒体２側の表面に略円錐台形状３１を有する。これにより、ＤＶＤ−ＲＡＭカートリッジ２１との干渉を回避しながら、ＢＤ及びＤＶＤに対する光学的互換性を確保できる。【選択図】  図２
2004164821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光ビームを光情報記録媒体の情報記録面上に集光する対物レンズであって、前記対物レンズは、前記光情報記録媒体側の表面に略円錐台形状を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記略円錐台形状を前記光ビームの光束が通過し、前記略円錐台形状の上面の直径が前記上面を通過する際の前記光束の有効径より大きい請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記対物レンズの前記略円錐台形状の底面の半径ＲＬ２は１．８ｍｍより小さく、且つ、前記略円錐台形状の高さＨは、
高さＨ＞０．７５ｍｍ＋レンズ必要移動量ＦＤ−作動距離ＷＤ
を満たす請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項４】
光源と、前記光源から出射された光ビームを光情報記録媒体の情報記録面上に集光する対物レンズと、複数の光学素子と、光−電気変換系とを有する光ヘッドであって、前記対物レンズは請求項１に記載の対物レンズであることを特徴とする光ヘッド。
【請求項５】
光情報記録媒体に対して光学的に情報の記録あるいは再生を行う光ヘッドを内蔵し、前記光情報記録媒体に対して所望の情報の記録あるいは再生を行う光学式情報記録再生装置であって、前記光ヘッドは請求項４に記載の光ヘッドであることを特徴とする光学式情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円盤状の光情報記録媒体に対して光学的に情報の記録もしくは再生を行う際に使用される対物レンズに関する。また、本発明は、この対物レンズを備えた光ヘッドに関する。更に、本発明は、この光ヘッドを備え、光情報記録媒体に対して情報の記録あるいは再生を行う光学式情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスクの大容量化の要求に応えるべく、ディスク情報の高密度化のための技術開発が盛んに行われている。これに関連して、ディスクフォーマットに関しては、ＣＤ規格、ＤＶＤ規格、ＢＤ規格（「Blu-ray  Disc」、登録商標）などが提案されている。
【０００３】
上記の各規格において、ディスクに対する情報の記録及び再生には光ヘッドが用いられる。この光ヘッドに要求される高密度化要素技術としては、その光源である半導体レーザの短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が挙げられる。
【０００４】
また、光ヘッドに要求される機能としては、上述した各種規格に準拠したディスク間での記録もしくは再生についての互換性の確保が挙げられる。
【０００５】
このような要求に応えるために、一つの対物レンズ（以下、対物レンズは単レンズとする）によって互換性を確保した光ヘッドが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。以下、従来の互換性を実現した光ヘッドを非特許文献１の記述を引用して説明する。
【０００６】
図４は、共通する一つの対物レンズが異なるディスク基材厚を有する２種類の光ディスクの情報記録面上に集光している状態を示した概略図である。図４において、１０１はBlu−ray  Disc（以下、「ＢＤ」という）、１０２はＤＶＤ、１０３は対物レンズ、１０４はホログラム素子、１０５は光束でその波長は４０５ｎｍ、１０６は光束でその波長は６５０ｎｍ、１０７は光束中心、ＷＤ１１はＢＤ１０１に対する作動距離、ＷＤ２２はＤＶＤ１０２に対する作動距離、ＴＨ１はＢＤ１０１のディスク基材厚（０．１ｍｍ）、ＴＨ２はＤＶＤ１０２のディスク基材厚（０．６ｍｍ）である。図４では、光束中心１０７に対して左側にＢＤ１０１に対する集光状態を示した片断面図を、右側にＤＶＤ１０２に対する集光状態を示した片断面図を、それぞれ図示している。
【０００７】
以下に各ディスクに対する集光状態を説明する。対物レンズ１０３はＢＤ１０１に対する光学仕様を基準として設計されており、焦点距離２．５ｍｍ、光学的開口数ＮＡ０．７５、外径寸法４．５ｍｍである。ホログラム素子１０４には、波長４０５ｎｍの光束１０５についてはその０次回折光が対物レンズ１０３を介してＢＤ１０１の情報記録面に集光し、波長６５０ｎｍの光束１０６についてはその＋１次回折光が対物レンズ１０３を介してＤＶＤ１０２の情報記録面に集光するように、格子パターンが形成されている。従って、光束１０５は、対物レンズ１０３に平行光束として入射し、作動距離ＷＤ１１（＝０．６ｍｍ）及び基材厚ＴＨ１を介してＢＤ１０１の情報記録面上に所望の光スポットを形成する。また、光束１０６は、対物レンズ１０３に略発散光束として入射し、作動距離ＷＤ２２及び基材厚ＴＨ２を介してＤＶＤ１０２の情報記録面上に所望の光スポットを形成する。この場合の作動距離ＷＤ２２は互換性の観点から一意的に決まり、ＷＤ２２＝０．５ｍｍとなる。
【０００８】
以上、光学的観点から従来の光ヘッドを説明した。ところが、ＤＶＤ１０２としては、その規格上、裸ディスクに加えて、カートリッジに収納されたディスク（ＤＶＤ−ＲＡＭ規格）も存在する。従って、カートリッジに収納されたディスクに対する互換性も確保しなければならない。
【０００９】
以下ではカートリッジに収納されたＤＶＤ１０２と従来の対物レンズとの相対的位置関係について図５を参照して説明する。
【００１０】
図５において、１０８はＤＶＤ１０２のディスク中心軸（回転中心軸）、１０３ａは対物レンズ１０３のコバ上面、１２１はＤＶＤ−ＲＡＭ用カートリッジ、１２１ａはカートリッジ１２１のシャッター開口部の外周側に設けられたブリッジ、Ｒ１はディスク中心軸１０８からブリッジ１２１ａの内周面までのブリッジ内面半径（６０．８ｍｍ）、Ｒ２はＤＶＤ１０２の最外周トラック半径（５９ｍｍ）、Ｄ１はＤＶＤ１０２の下面とブリッジ１２１ａの下面とのディスク中心軸１０８方向の距離でブリッジ段差（０．７５ｍｍ）、Ｄ２は対物レンズ１０３上面とコバ上面１０３ａとのディスク中心軸１０８方向の距離でレンズ面高さ（０．１５ｍｍ）である。
【００１１】
ところが、Ｄ３をブリッジ１２１ａの下面とコバ上面１０３ａとのディスク中心軸１０８方向の空隙寸法とすると、上記の寸法条件では、
Ｄ３＝ＷＤ２２＋Ｄ２−Ｄ１
＝０．５ｍｍ＋０．１５ｍｍ−０．７５ｍｍ
＝−０．１ｍｍ
で、空隙寸法Ｄ３は負の値になり、図５に示したようにブリッジ１２１ａと対物レンズ１０３とが干渉する。
【００１２】
すなわち、カートリッジに収納されたＤＶＤ１０２に対する互換性が実現できない。
【非特許文献１】日本応用磁気学会誌（Journal of Magnetics Society of Japan） J.Magn.Soc.Japan,25,449-450(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記従来の光ヘッドでは、ＢＤ１０１に対する光学仕様を基準として設計された対物レンズ１０３と波長依存性のあるホログラム素子１０４とによって、異なる基材厚を有するＢＤ１０１とＤＶＤ１０２とに対する光学的互換性を実現している。
【００１４】
しかし、ＤＶＤ規格に準拠したカートリッジに収納されたＤＶＤ１０２に対しては、対物レンズ１０３とカートリッジ１２１のブリッジ１２１ａとの干渉が発生し、互換性を実現できないという問題点がある。
【００１５】
本発明は、このような光学的互換性を有する従来の対物レンズにおける問題点を解決し、形状の観点からも互換性を実現した対物レンズを提供することを目的とする。更に、本発明は、光学的にも形状的にも互換性を実現した光ヘッド及び光学式情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明の対物レンズは、光源から出射された光ビームを光情報記録媒体の情報記録面上に集光する対物レンズであって、前記対物レンズは、前記光情報記録媒体側の表面に略円錐台形状を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光ヘッドは、光源と、前記光源から出射された光ビームを光情報記録媒体の情報記録面上に集光する対物レンズと、複数の光学素子と、光−電気変換系とを有する光ヘッドであって、前記対物レンズは上記の本発明の対物レンズであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の光学式情報記録再生装置は、光情報記録媒体に対して光学的に情報の記録あるいは再生を行う光ヘッドを内蔵し、前記光情報記録媒体に対して所望の情報の記録あるいは再生を行う光学式情報記録再生装置であって、前記光ヘッドは上記の本発明の光ヘッドであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＢＤとＤＶＤとの光学的互換性を確保しかつＤＶＤ−ＲＡＭカートリッジとの干渉を回避した対物レンズを実現することができる。
【００２０】
また、その対物レンズを用いることによって、上記互換性を確保した光ヘッドおよび光学式情報記録再生装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施形態に係る一つの対物レンズが異なるディスク基材厚を有する２種類の光ディスクの情報記録面上に集光している状態を示した概略図である。図１において、１はBlu−ray  Disc（以下、「ＢＤ」という）、１ａはＢＤ１の情報記録面、２はＤＶＤ、２ａはＤＶＤ２の情報記録面、３は対物レンズ、３ａは対物レンズ３のコバ上面、４はホログラム素子、５は光束でその波長は４０５ｎｍ、６は光束でその波長は６５０ｎｍ、７は光束中心、ＷＤ１はＢＤ１に対する作動距離、ＷＤ２はＤＶＤ２に対する作動距離、ＴＨ１はＢＤ１のディスク基材厚（０．１ｍｍ）、ＴＨ２はＤＶＤ２のディスク基材厚（０．６ｍｍ）である。図１では、光束中心７に対して左側にＢＤ１に対する集光状態を示した片断面図を、右側にＤＶＤ２に対する集光状態を示した片断面図を、それぞれ図示している。
【００２３】
以下に各ディスクに対する集光状態を説明する。
【００２４】
対物レンズ３は、ディスクの情報記録面側の表面に略円錐台形状３１を有する。ここで、円錐台とは、円錐を底面と平行な面で２つに切断して得られる２つの物体のうち、底面を含む物体を意味する。このときの切断面は、円錐台の上面と呼ばれる。略円錐台形状３１は、このように定義される円錐台の角部に丸みを付与するなどの若干の修正が施されていてもよい。
【００２５】
対物レンズ３はＢＤ１に対する光学仕様を基準として設計されており、焦点距離２．０ｍｍ、光学的開口数ＮＡ０．８５、外径寸法４．５ｍｍである。ホログラム素子４には、波長４０５ｎｍの光束５についてはその０次回折光が対物レンズ３を介してＢＤ１の情報記録面１ａに集光し、波長６５０ｎｍの光束６についてはその＋１次回折光が対物レンズ３を介してＤＶＤ２の情報記録面２ａに集光するように、格子パターンが形成されている。従って、光源（図示せず）からの光束５は、対物レンズ３に平行光束として入射し、略円錐台形状３１内を通過し、その上面３１ａから出射して、作動距離ＷＤ１（＝０．４ｍｍ）及び基材厚ＴＨ１を介してＢＤ１の情報記録面１ａ上に所望の光スポットを形成する。また、光束６は、対物レンズ３に略発散光束として入射し、略円錐台形状３１内を通過し、その上面３１ａから出射して、作動距離ＷＤ２及び基材厚ＴＨ２を介してＤＶＤ２の情報記録面２ａ上に所望の光スポットを形成する。この場合の作動距離ＷＤ２は互換性の観点から一意的に決まり、ＷＤ２＝０．３ｍｍとなる。略円錐台形状３１の上面３１ａの直径は、これを出射する際の光束５，６の有効径より大きいことが好ましく、これにより光束５，６が略円錐台形状３１の錐面によってけられるのを防止できる。
【００２６】
以上、光学的観点からの互換性を説明した。次に、ＤＶＤカートリッジに収納されたディスク（ＤＶＤ−ＲＡＭ規格）に対する互換性について説明する。
【００２７】
カートリッジに収納されたＤＶＤ２と本実施形態の対物レンズ３の外形状との相対的位置関係について図２を参照して説明する。
【００２８】
図２において、８はＤＶＤ２のディスク中心軸（回転中心軸）、３ａは対物レンズ３のコバ上面、２１はＤＶＤ−ＲＡＭ用カートリッジ、２１ａはカートリッジ２１のシャッター開口部の外周側に設けられたブリッジ、Ｒ１はディスク中心軸８からブリッジ２１ａの内周面までのブリッジ内面半径（６０．８ｍｍ）、Ｒ２はＤＶＤ２の最外周トラック半径（５９ｍｍ）、Ｄ１はＤＶＤ２の下面とブリッジ２１ａの下面とのディスク中心軸８方向の距離でブリッジ段差（０．７５ｍｍ）、ＲＬ１は対物レンズ３の略円錐台形状３１の上面３１ａの半径、ＲＬ２は対物レンズ３の略円錐台形状３１の仮想の底面の半径、ＤＬは対物レンズ３の外径寸法（４．５ｍｍ）、Ｈは対物レンズ３の円錐台形状３１の上面３１ａとコバ上面３ａとのディスク中心軸８方向の距離でレンズ面高さである。
【００２９】
本実施形態では、
ＲＬ１＝０．８ｍｍ
ＲＬ２＝１．６ｍｍ
Ｈ＝１．０ｍｍ
であり、対物レンズ３の略円錐台形状３１は、ＤＶＤ２に対向する面（上面３１ａ）側に細い円錐台形状である。
【００３０】
まず、ＤＶＤ２の半径方向における対物レンズ３とブリッジ２１ａとの干渉について説明する。
【００３１】
干渉が生じないためには、ブリッジ２１ａと対物レンズ３とが下式の寸法関係を満たさなければならない。
【００３２】
Ｒ１＞Ｒ２＋ＲＬ２
上記の値を代入すると、
６０．８ｍｍ＞５９ｍｍ＋１．６ｍｍ＝６０．６ｍｍ
であるから、本発明の対物レンズ３は本式を満たす。
【００３３】
なお、本実施の形態ではＲＬ２を１．６ｍｍとしたが、
ＲＬ２＜１．８ｍｍ
であれば、上式は成立することは言うまでもない。
【００３４】
次に、ＤＶＤ２の面と垂直な方向における干渉について説明する。
【００３５】
干渉が生じないためには、ブリッジ２１ａと対物レンズ３とが下式の寸法関係を満たさなければならない。但し、対物レンズ３のフォーカス制御のための必要移動量ＦＤは０．５ｍｍとする。
【００３６】
Ｈ＞Ｄ１＋ＦＤ−ＷＤ２＞０
上記の値を代入すると、
１．０ｍｍ＞０．７５ｍｍ＋０．５ｍｍ−０．３ｍｍ＝０．９５ｍｍ＞０
であるから、本実施形態の対物レンズ３は本式を満たす。
【００３７】
なお、本実施形態ではＨ＝１．０ｍｍとしたが、
Ｈ＞０．９５ｍｍ
であれば、上式は成立することは言うまでもない。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、対物レンズ３の形状を、
ＲＬ２＜１．８ｍｍ
Ｈ＞０．９５ｍｍ
を満たすように設計することによって、カートリッジに収納されたＤＶＤ２に対して、光学的にも機械的にも互換性を実現できる。
【００３９】
従って、ＢＤ１とＤＶＤ２との光学的互換性を確保しかつＤＶＤ−ＲＡＭカートリッジとの干渉を回避した対物レンズを実現することができる。
【００４０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の一実施形態に係る光ヘッド及び光学式情報記録再生装置の概略構成図である。図３において、図１と同一の要素には同一の符号を付してそれらについての説明を省略する。
【００４１】
図３において、５０は対物レンズを少なくともフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動する対物レンズ駆動装置、５１は半導体レーザ、５２は光検出器、５３はミラー、５４はコリメートレンズ、５５は半導体レーザ５１と光検出器５２とミラー５３とコリメートレンズ５４等を有する光ヘッド、５６はＢＤ１及びＤＶＤ２（図示せず）を回転させるスピンドルモータ、５７は制御装置、５８は信号処理装置、５９はシステム制御装置、６０は光ヘッド５５とスピンドルモータ５６と制御装置５７と信号処理装置５８とシステム制御装置５９等を有する光ディスク装置（光学式情報記録再生装置）である。
【００４２】
光源である半導体レーザ５１から出射された光束は、コリメートレンズ５４で平行光に変換され、ミラー５３で反射され、図示しないホログラム素子４（図１参照）を通過し、対物レンズ３でＢＤ１の情報記録面上に集光される。情報記録面での反射光束は対物レンズ３、ホログラム素子４、及びミラー５３を通過して光検出器５２に入射して光−電気変換される。
【００４３】
対物レンズ３は実施の形態１で説明した本発明の対物レンズであるので、上記の光ヘッド５５によれば、共通する光ヘッドでＢＤ１に加えてＤＶＤ２に対しても情報の記録又は再生を行うことができる。即ち、ＢＤ１とＤＶＤ２との互換性を備えた光ヘッドを実現できる。
【００４４】
光ヘッド５５の光検出器５２からの信号は、信号処理装置５８にて所望の情報信号に変換される。制御装置５７は、この情報信号に基づいて、半導体レーザ５１の光強度や光検出器５２の検出感度を制御し、また、対物レンズ駆動装置５０を駆動する。システム制御装置５９は、上記の信号処理装置５８、制御装置５７、及びスピンドルモータ５６を制御する。
【００４５】
このような光ディスク装置６０は、本発明の対物レンズ３を搭載した光ヘッド５５を内蔵するので、ＢＤ１とＤＶＤ２とに対して、互換性を有しながら、所望の情報の記録あるいは再生を行う光学式情報記録再生装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、円盤状の光情報記録媒体に対して光学的に情報の記録もしくは再生を行う際に使用される対物レンズ、光ヘッド、及び光学式情報記録再生装置に利用できる。特に、ＢＤとＤＶＤとの互換性が要求される対物レンズ、光ヘッド、及び光学式情報記録再生装置として利用価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る対物レンズのＢＤ及びＤＶＤに対する光学的互換性を示す概略図
【図２】本発明の実施の形態１に係る対物レンズとＤＶＤ用カートリッジとの相対的位置関係を示す概略図
【図３】本発明の実施の形態２に係る光ヘッド及び光学式情報記録再生装置の概略構成図
【図４】従来の対物レンズのＢＤ及びＤＶＤに対する光学的互換性を示す概略図
【図５】従来の対物レンズとＤＶＤ用カートリッジとの干渉を示す概略図
【符号の説明】
【００４８】
１，１０１  Blu-ray  Disc（ＢＤ）
２，１０２  ＤＶＤ
３，１０３  対物レンズ
３ａ，１０３ａ  コバ上面
４，１０４  ホログラム素子
５，１０５  光束（４０５ｎｍ）
６，１０６  光束（６５０ｎｍ）
７，１０７  光束中心
８，１０８  ディスク中心軸
２１，１２１  ＤＶＤ−ＲＡＭカートリッジ
２１ａ，１２１ａ  カートリッジブリッジ
３１  略円錐台形状
３１ａ  上面
５０  対物レンズ駆動装置
５１  半導体レーザ
５２  光検出器（光−電気変換系）
５３  ミラー
５４  コリメートレンズ
５５  光ヘッド
５６  スピンドルモータ
５７  制御装置
５８  信号処理装置
５９  システム制御装置
６０  光ディスク装置（光学式情報記録再生装置）
ＷＤ１，ＷＤ１１  作動距離
ＷＤ２，ＷＤ２２  作動距離
ＴＨ１  ＢＤ基材厚
ＴＨ２  ＤＶＤ基材厚
ＲＬ１  上面半径
ＲＬ２  仮想底面半径
ＤＬ  外径寸法
Ｈ  レンズ面高さ
Ｄ１  ブリッジ段差
Ｄ２  レンズ面高さ
Ｄ３  空隙量
Ｒ１  ブリッジ内面半径（６０．８ｍｍ）
Ｒ２  最外周トラック半径（５９ｍｍ）
【図１】
2004164821.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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