(57)【要約】【課題】本発明は可動光学系で発生する色収差を最小にし、固定光学系で色収差を最小にして、この固定光学系と可動光学系を組み合わせることで組み立てやすく色収差を最小とする記録又は再生に最適の光ヘッドを得る。【解決手段】可動光学系である組合わせ対物レンズと透明基板を有する記録情報担体の組み合わせで色収差補正を最小とし、固定光学系であるビームスプリッターとコリメートレンズの組み合わせで色収差を最小とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射光源と、
前記放射光源から出射する光を受け略平行光とする光集光手段と、
前記略平行光を受け情報担体上に集光する光収束手段と、
前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、
前記光集光手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、
前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置。
【請求項２】
前記光集光手段は固定光学系であり、前記光収束手段は可動光学系である請求項１記載の情報記録再生装置。
【請求項３】
放射光源と、
前記放射光源から出射する非等方分布の光を受け略平行光とする光集光手段と、
前記略平行光を受け略等方分布の光に変換する光分布変換手段と、
前記等方分布の光を受け情報担体上に集光する光収束手段と、
前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、
前記光集光手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、
前記光分布変換手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、
前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置。
【請求項４】
放射光源と、
前記放射光源から出射する非等方分布の光を受け略平行光とする光集光手段と、
前記略平行光を受け略等方分布の光に変換する光分布変換手段と、
前記等方分布の光を受け情報担体上に集光する光収束手段と、
前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、
前記光集光手段と前記光分布変換手段は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、
前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置。
【請求項５】
前記光集光手段及び前記光分布変換手段は固定光学系であり、前記光収束手段は可動光学系である請求項４記載の情報記録再生装置。
【請求項６】
放射光源と、
前記放射光源から出射する光を受け略平行光とする光集光手段と、
前記略平行光を受け光学系の球面収差を補正する球面収差変換手段と、
前記球面収差補正手段を出射する光を受け情報担体上に集光する光収束手段と、
前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、
前記光集光手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、
前記球面収差補正手段と前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置。
【請求項７】
前記光集光手段は固定光学系であり、前記光収束手段及び前記球面収差補正手段は可動光学系である請求項６記載の情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録用光ディスク又は再生用光ディスクを記録または再生するとき、発生する色収差の補正に関する新しい方式に基づいた高性能の装置を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ディスクでは記録又は再生を行う場合に通常色収差が大きく問題になることはない。従って光ヘッドに用いられる光学系も特に色収差を考慮した方式は用いられていない。
【０００３】
以下従来よく用いられる代表的な記録または再生用の光ヘッド光学系の例を図６を使って説明する。図６は従来のＣＤやＤＶＤの再生に用いられてきた光ヘッドの例である。放射光源６０１を出射した光ビームは、ビームスプリッター６０３を透過して、コリメートレンズ６０２で略平行光とされ光ビーム収束手段（対物レンズ）６０５に入射する。放射光源は通常半導体レーザが用いられ、ＣＤの時には７８０〜８１０ｎｍの波長の半導体レーザが用いられ、ＤＶＤの時には６３０〜６７０ｎｍの波長の半導体レーザが用いられる。ＣＤの再生時には情報トラックを追従するトラッキングサーボのために３ビーム方が用いられる。この場合には回折格子が導入され、零次光ビームと＋１次光ビームおよび−１次光ビームの３本の光ビームに分割され光ディスクに照射される。この方法も良く知られた方法なので詳細は省略する。
【０００４】
光ビーム収束手段６０５で収束された光ビームは情報担体６０６に入射する。情報担体で反射した光ビームは再び光ビーム収束手段６０５を透過して、ビームスプリッター６０３で反射されサーボ信号や情報信号を再生する為の光検出器６０８に入射する。ＣＤの時には回折格子で分割された零次光ビームと＋１次光ビームおよび−１次光ビームの３本の光ビームはそれぞれ対応する光検出器に入射させ、実際には多分割された光検出器６０８から情報信号とトラッキングサーボの為の信号を得る。
【０００５】
光検出器をさらに半分に分割してそれぞれの光ビームを信号トラック間に位置させてファーフィールド信号を取り、これらのファーフィールド信号と光検出器６０８を分割したファーフィールド信号との差をとって、プッシュプルトラッキング信号を用いて記録再生を行う方法が通常使用される。ＤＶＤの場合には３ビームトラッキングは用いられずＤＰＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）が用いられるが、この方式では光検出器６０８を光軸中心に４分割して対角の和を取り、この和信号の差をピットの上と、ピットの間で極性を変えて出力させる方式である。この方式ももよく知られた方式であるため詳細な説明は省略する。
【０００６】
ここで光ビーム収束手段（対物レンズ）６０５は通常ガラス又はプラスチックの非球面単レンズが用いられている。またコリメートレンズ６０２も通常ガラス又はプラスチックの非球面単レンズが用いられている事が多い。コリメートレンズでは球面収差を補正した接合レンズが用いられることもある。これらのレンズは材料の色分散による色収差の補正は全くなされておらず光源の波長がずれるとその波長によりレンズパワーが異なりいわゆる色収差が発生する。しかし従来のＣＤやＤＶＤでは色収差は少なく特に問題とならなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにこれらの単レンズもしくは色収差補正のなされていない従来の方式には、青紫のレーザ光源を用いたとき大きな課題が発生する。即ち設計上の波長を固定してもレーザの波長は個体差がある上に波長バラツキも個々によりことなる。この設計波長からのずれは色分散の大きくなる青紫の領域では無視できない収差を生じる。即発信波長の色の差による球面収差が大きくなる。さらにレーザのノイズ低減のために高周波モジュールにより１００〜８００ＭＨｚの帯域の中で高周波電流をレーザに重畳して出射波長をマルチモード化し、レーザノイズを低減させるが、この時に発信波長の差により色収差が発生する。記録再生を行う場合には、再生専用の場合の問題よりこの影響は強くなる。この色ずれ及び色分散の影響による収差により、光源のパワーが不足するという問題がある。
【０００８】
本発明は上述のような記録時の光源のパワー不足を補い、さらに光学系の精度に影響のない記録と再生の互換を確保する方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は記録及び再生での光ヘッドの性能を確保するために色収差補正を行う手段を提供する。色収差を補正するために有効な手段として硝材の屈折率と分散の差を用いる方法がある。従来光学顕微鏡などで用いられてきた方法は良く知られた手段である。色収差を補正するための別の有効な手段として回折素子を用いて、光が回折する波長の分散の差を用いる方法がある。対物レンズに回折格子を内在させてもしくは対物レンズの一部に回折格子を形成して色収差補正を行う方法は非常に効率よく波長差による色収差を補正する手段である。
【００１０】
光ディスクでは光ディスク基板、ビーム収束手段（対物レンズ）等の可動光学系と半導体レーザ等の放射光源から出射する光を略平行光とするコリメートレンズや光の分布を等方にする光分布等方手段のような固定光学系の組み合わせからなっている。光分布等方手段がアナモフィックなビームエキスパンダーのように方向により光学系のパワーが異なり発生する色収差も方向により異なるものもあり、通常の顕微鏡などとは異なる色収差の補正手段が必要となる。
【００１１】
この様な複雑な光ヘッド光学系での色収差の課題を解決するための方法として、可動光学系と固定光学系でそれぞれ色収差を補正するのが効果的である。可動光学系には対物レンズと光ディスク基板のセットとなる物の他に、球面収差補正のためのビームエクスパンダーがある。この場合には理想的にはそれぞれの可動光学系で色収差を取ることが望ましい。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、放射光源と、前記放射光源から出射する光を受け略平行光とする光集光手段と、前記略平行光を受け情報担体上に集光する光収束手段とからなり、前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、前記光集光手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正されており、前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置である。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は請求項１の発明に於いて、前記光集光手段は固定された固定光学系であり、前記光収束手段は可動光学系であって前記情報単体と併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置である。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、放射光源と、前記放射光源から出射する非等方分布の光を受け略平行光とする光集光手段と、前記非等方の略平行光を受け略等方分布の光に変換する光分布変換手段と、前記等方分布の光を受け情報担体上に集光する光収束手段とからなっており、前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、前記光集光手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、前記光分布変換手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置である。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の発明は、放射光源と、前記放射光源から出射する非等方分布の光を受け略平行光とする光集光手段と、前記非等方の略平行光を受け略等方分布の光に変換する光分布変換手段と、前記等方分布の光を受け情報担体上に集光する光収束手段とからなっており、前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、前記光集光手段と前記光分布変換手段は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正されており、前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正されている情報記録再生装置である。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は請求項４の発明に於いて、前記光集光手段及び前記光分布変換手段は固定光学系であり、前記光収束手段は可動光学系である情報記録再生装置である。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の発明は、放射光源と、前記放射光源から出射する光を受け略平行光とする光集光手段と、前記略平行光を受け光学系の球面収差を補正する球面収差変換手段と、前記球面収差補正手段を出射する光を受け情報担体上に集光する光収束手段とからなっており、前記情報担体は前記光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板を有し、前記光集光手段は前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正され、前記球面収差補正手段と前記光収束手段と前記情報担体は併せて前記放射光源から出射する光の複数の波長に対し色収差が補正された情報記録再生装置である。
【００１８】
本発明の請求項７に記載の発明は請求項６の発明に於いて、前記光集光手段は固定光学系であり、前記光収束手段及び前記球面収差補正手段は可動光学系である情報記録再生装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な実施の形態を代表的な図面に基づいて説明するが、本発明はこの図面によって限定されるものではなく同じ効果を有する色々なバリエーションを利用した物を含む。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１を図１を用いて説明する。放射光源１０１を出射した光は、ビームスプリッター１０３を透過し、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ光収束手段（対物レンズ）１０５に入射する。光は光収束手段１０５を透過し、情報担体１０６に入射する。この実施の形態の場合にはビームスプリッター１０３は非平行な光の中にあり光の波長差により分散が生じる。従って本発明で言うところの光集光手段とは、ビームスプリッター１０３を透過した光をコリメートレンズ１０２で略平行光とするわけであるから、ビームスプリッター１０３とコリメートレンズ１０２を含む一連の光学系のことを意味する。
【００２１】
即ち本実施の形態ではコリメートレンズを出射する光の色収差が補正されるようにコリメートレンズは２枚の張り合わせレンズからなり、ビームスプリッター１０３とコリメートレンズ１０２の併せた色収差の発生を押さえている。本実施の形態では特に青紫の波長のレーザを用いた光ディスクで、中心波長は４０７±２０ｎｍで行った。従ってこの波長帯域内での色収差によるデフォーカスの発生が起きないよう設計したコリメートレンズを用いている。
【００２２】
光ビーム収束手段（対物レンズ）１０５に入射した光は対物レンズのパワーと色分散の為色収差が発生する。さらに収束光となって情報担体１０６に入射すると、光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板の色分散のために色収差が発生する。対物レンズと情報担体は情報担体の３次元的な動きに対物レンズに追従して情報の記録又は再生を行うためほぼ一定の空間的な関係にある。従って対物レンズ１０５と情報担体１０６は併せて色分散による色収差を補正する方が合理的である。
【００２３】
本実施の形態では高密度の記録または再生を行うため対物レンズのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ    Ａｐｅｒｔｕｒｅ    開口率）を０．８０〜０．９２のものを用いた。このような高いＮＡの対物レンズは１枚の非球面レンズで構成することはできない。さらに色収差の補正のため分散の異なる硝材を用いる必要がある。このために本実施の形態では対物レンズを２枚貼り合わせのレンズ１１０と先玉レンズ１１１の２群３枚からなる構成とした。高ＮＡで色消しをするために最低必要なレンズ構成であり、本発明は情報担体の透明基板との組み合わせで決まる色収差を補正している。
【００２４】
情報担体１０６で反射した光は再び光ビーム収束手段（対物レンズ）１０５を透過して今度はビームスプリッター１０３で反射して光検出器１０８に入射する。本実施の形態ではサーボ制御のためにホログラム１０７を挿入した図が示されている。このホログラム１０７も波長依存性はあるので波長により検出サーボ信号が誤差を生じないように工夫が施されている。即ちフォーカスサーボ検出にはスポットサイズ検出方式（ＳＳＤ：Ｓｐｏｔ  Ｓｉｚｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる検出法が用いられている。この方式では波長が変化しても回折する±１次光ビームはフォーカス点に対し対称な変化をする。従って波長変動に伴いＳＳＤのビームが変化しても検出フォーカス誤差信号は原理的に検出感度がごくわずか影響を受けるもののフォーカス誤差は生じないようになっている。トラッキング誤差信号検出も誤差が生じないよう工夫がされている。これらは既存の技術であり例えば特開昭６３−２２９６４０公報に詳述してあるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２５】
本発明を使用した光ヘッドはそれぞれの部分で色収差を最適とし、それを組み併せて得られる。そのため組みやすく特性の良い光ヘッドを得ることが出来る。この光ヘッドを使用した情報記録再生装置（図示せず）は当然ながら良好な信号の記録再生を実現できる。
【００２６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図２を用いて説明する。放射光源１０１を出射した光は、ビームスプリッター２０７を透過し、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ光収束手段（対物レンズ）１０５に入射する。光は光収束手段１０５を透過し、情報担体１０６に入射する。この実施の形態の場合にはビームスプリッター２０７は偏光ホログラムとλ／４を組み合わせたものであり、往路の偏光では回折が起きず復路で偏光がλ／４を往復することで９０°回転して回折が発生する。従って本発明のビームスプリッター２０７は図１のビームスプリッター１０３とホログラム１０７を合わせた効果を発揮する。図２の構成は基本的には図１と同じであり対物レンズは情報担体の透明基板と併せて色収差補正がされており、コリメートレンズはビームスプリッター２０７との組み合わせで色収差補正がなされている。
【００２７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を図３を用いて説明する。放射光源１０１を出射した光は、ビームスプリッター３０３を透過し、コリメートレンズ３０２で略平行光とされる。多くの放射光源として半導体レーザが用いられる。半導体レーザを出射する光の分布はレーザの活性層に平行な方向と垂直な方向で異なり、通常発光角で２〜３倍日の広がり角の差がある。この結果、情報担体上の光スポットが楕円状となり高密度記録再生に悪影響がある上に、光の利用効率も悪い。そのために光分布補正手段３０４を導入する。この場合は２枚のプリズムを使用しているので、プリズムの分散で色収差が発生しても光ビームは平行移動するだけである。従って対物レンズを出射する光に収差は発生しない。
【００２８】
この光分布補正手段３０４とコリメートレンズ３０２とビームスプリッター３０３をあわせた固定光学系３１０で色収差を最小とする。対物レンズ１０５に入射した光は、対物レンズのパワーと色分散の為色収差が発生する。さらに収束光となって情報担体１０６に入射すると、光収束手段に面する側に前記放射光源から出射する光に対して透明な基板の色分散のために色収差が発生する。対物レンズと情報担体は、情報担体の３次元的な動きに対物レンズに追従して情報の記録又は再生を行うため、ほぼ一定の空間的な関係にある。
【００２９】
従って、対物レンズ１０５と情報担体１０６は併せて色分散による色収差を補正する方が合理的であり、この対物レンズ１０５と透明基板を有する情報担体１０６は併せて可動光学系を構成する。固定光学系と可動光学系をそれぞれ独立に色収差を少なくするようにすることは、調整の面からも利点が多く収差補正能力アップという面からも望ましい。この光学系で構成される光ヘッドのその他の作用は、実施の形態１の内容とほぼ同じなので説明は省略する。
【００３０】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４を図４を用いて説明する。放射光源１０１を出射した光は、ビームスプリッター４０３を透過し、コリメートレンズ４０２で略平行光とされる。ここでは光分布補正手段４０４を導入する。この場合は２枚のシリンドリカルレンズを使用しているのでシリンドリカルレンズのレンズ作用とレンズ材料の分散で色収差が発生する。レンズ作用のパワーをほぼ同じとすれば色収差の発生は最小に押さえられる。この光分布補正手段４０４とコリメートレンズ４０２とビームスプリッター４０３をあわせた固定光学系４１０で色収差を最小とする。対物レンズ１０５と透明な基板を有する情報担体１０６は併せて可動光学系を構成する。固定光学系と可動光学系をそれぞれ独立に色収差を少なくするようにする。
【００３１】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５を図５を用いて説明する。放射光源１０１を出射した光は、ビームスプリッター５０３を透過し、コリメートレンズ５０２で略平行光とされる。ここでは球面収差補正手段５０４を導入する。この場合は２枚の凹レンズと凸レンズの組み合わせを使用し、凹レンズ５０７と凸レンズ５０８間の距離を変えることにより球面収差の補正をしている。これらの凹レンズ５０７と凸レンズ５０８のレンズ作用とレンズ材料の分散で色収差が発生する。コリメートレンズ５０２とビームスプリッター５０３をあわせた固定光学系５１２で色収差を最小とする。球面収差補正手段５０４と対物レンズ１０５と透明な基板を有する情報担体５０６は併せて可動光学系を構成する。この可動光学系で発生する色収差を最小にし、色収差を最小にした固定光学系と組み合わせることで最適の光ヘッドが得られる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可動光学系で発生する色収差を最小にし、固定光学系で色収差を最小にして、この固定光学系と可動光学系を組み合わせることで組み立てやすく色収差を最小とする記録又は再生に最適の光ヘッドが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の光学構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態２の光学構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態３の光学構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態４の光学構成を示す図
【図５】本発明の実施の形態５の光学構成を示す図
【図６】従来例の光学構成を示す図
【符号の説明】
１０１，６０１  放射光源（半導体レーザ）
１０２，３０２，４０２，５０２，６０２  コリメートレンズ
１０３，２０７，３０３，４０３，５０３，６０３  ビームスプリッター
１０５，５０５，６０５  光収束手段（対物レンズ）
１０６，５０６，６０６  情報担体
１０８，６０８  光検出器
【図１】
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【図２】
2004234697.tif 000004
【図３】
2004234697.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004234697.tif 000007
【図６】
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