(57)【要約】本発明の光学ヘッドは、隣接して配置され異なる波長の光を出射する第１および第２の光源と、第１および第２の光源と集光レンズとの間に配置され、第１および第２の波長の光の少なくとも一方と対応する第１及び第２の光学的記録媒体の少なくとも一方と集光レンズとの組み合わせにより生じる球面収差を低減させる光学素子とを備える。  光学素子は、第１および第２の波長の光の少なくとも一方の光軸と集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減するように、その光軸が集光レンズの光軸に対してシフトしている。
2004097820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の光学的記録媒体に対しそれぞれ第１の波長の光および第１の波長とは異なる第２の波長の光を用いて情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる光学ヘッドであって、
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射し、前記第１の光源と隣接して配置された第２の光源と、
前記第１および第２の光源から出射する光を前記第１および第２の前記光学的記録媒体に向けて集光する集光レンズと、
前記第１および第２の光源と前記集光レンズとの間に配置され、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方と対応する前記第１および第２の光学的記録媒体の少なくとも一方と前記集光レンズとの組み合わせにより生じる球面収差を低減させる光学素子と、
を備え、
前記光学素子は、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減するように、前記光学素子の光軸が前記集光レンズの光軸に対してシフトしている、光学ヘッド。
【請求項２】
前記集光レンズは、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、
前記光学素子は、前記第１の波長の光の透過波面は変化させず、前記第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第２の波長の光に対してのみ前記集光レンズと前記第２の光学的記録媒体とにより生じる球面収差を低減させる請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記第１のおよび第２の光学的記録媒体は、記録マークを形成するための記録層および記録層の表面に設けられた基板を含み、
前記第１のおよび第２の光学的記録媒体の基板の厚さをｔ１およびｔ２としたとき、前記集光レンズは、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、
前記光学素子は、前記第１のおよび第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第１および第２の波長の光に対して前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体の基板により生じる球面収差を低減させる請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記光学素子は、前記第１の波長の光のみが透過する領域に設けられた第１の収差補正部と、前記記第１の波長の光および前記第２の波長の光が透過する領域に設けられた第２の収差補正部とを含み、前記光学素子の光軸は、前記第２の収差補正部の光軸と一致しており、前記第１の収差補正部の光軸は前記集光レンズの光軸に一致している請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記集光レンズは、その光軸を中心とする直径Ｒ２の円内の領域において前記第１の波長の光を開口数ＮＡ２で集光し、前光軸を中心とする直径Ｒ１（ただしＲ２＜Ｒ１）の円内の領域において第１の波長の光を開口数ＮＡ１（ただしＮＡ１＞ＮＡ２）で集光する構造を備え、
前記集光レンズの直径Ｒ２の円内の領域は、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備え、
前記集光レンズの前記直径Ｒ１の円と前記直径Ｒ２の円とに挟まれる領域は、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えている請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記光学素子の光軸は、前記集光レンズの光軸に対して前記第２の光源から出射する光の光軸側にシフトしている請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記集光レンズの光軸と前記第１の光源から出射する光の光軸との距離および、前記集光レンズの光軸と前記第２の光源から出射する光の光軸との距離をそれぞれｄ１およびｄ２としたとき、ｄ１＜ｄ２の関係を満たしている請求項６に記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記光学素子は、前記光軸に対して回転対称な構造を備えている請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記光学素子は、前記光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差を含む請求項８に記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記光学素子において、前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部はそれぞれの光軸に対して回転対称な構造を備えている請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項１１】
前記光学素子において、前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部は、応する光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差をそれぞれ含む請求項１０に記載の光学ヘッド。
【請求項１２】
前記第１および第２の光源は１つのパッケージに収納されている請求項１１に記載の光学ヘッド。
【請求項１３】
前記第１および第２の光源から出射した光が前記第１および第２の前記光学的記録媒体において反射することにより生じる反射光を検出するための光検出器をさらに備え、前記検出器は、前記パッケージ内に配置されている請求項１２に記載の光学ヘッド。
【請求項１４】
前記集光レンズおよび前記光学素子が一体に形成されている請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１５】
請求項１に規定される光学ヘッドを備えた光ディスク装置。
【請求項１６】
隣接する第１および第２の光源からそれぞれ出射する光を１つの集光レンズにより集光することにより、第１および第２の光ビームスポットを形成するビームスポット形成方法であって、
前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体とにより前記第１および第２の光ビームスポットの少なくとも一方に生じる球面収差を補正するための光学素子を前記第１および第２の光ビームスポットと前記集光レンズとの間に配置し、前記光学素子の光軸を前記集光レンズの光軸からシフトさせることにより、前記第１および第２の光源の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減させるビームスポット形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光学的に情報の記録や再生を行う光学ヘッドおよび光学ヘッドを備えた光ディスク装置に関する。
【背景技術】  近年、記録媒体として光学的記録媒体が一般的に用いられるようになり、記録容量および規格の異なる複数種の光学的記録媒体が広く普及している。光学的記録媒体の規格が異なると、記録や再生に用いる光源の波長も異なる。このため、複数種の光学的記録媒体に対応した光ディスク装置は、記録や再生に用いる複数の光源を備えている。
図２７は、従来の光ディス装置の光学ヘッドにおける光学系の構成を模式的に示している。この光ディスク装置はたとえば、日本特許公開公報特開２００１−１８４６９８号に開示されている。図２７に示す光ディスク装置は、波長λ１の光を出射する光源１６０１および波長λ２の光を出射する光源１６０２（λ１＜λ２）が１つのパッケージ内に配置された光源素子１６０３を備えている。
第１の光学的記録媒体１６０９に対し記録あるいは再生を行う場合、光源１６０１が用いられる。光源１６０１から出射された光１６０４はコリメートレンズ１６０５を経て、ミラー１６０６において反射し、集光レンズ１６０８によって第１の光学的記録媒体１６０９に集光される。第１の光学的記録媒体１６０９で反射された光は、逆の光路をたどってミラー１６０６に到達し、一部がミラー１６０６を透過する。さらに検出レンズ１６１０を経て光検出器１６１１に入射する。光検出器１６１１に入射した光は光検出器１６１１内の受光素子によって検出され、フォーカス制御やトラッキング制御のための制御信号および第１の光学的記録媒体１６０９に記録された情報を含む再生信号が生成される。
第２の光学的記録媒体１６１３に対し記録あるいは再生を行う場合には、光源１６０２が用いられる。光源１６０２から出射された光１６１２はコリメートレンズ１６０５を経て、ミラー１６０６において反射し、集光レンズ１６０８によって第１の光学的記録媒体１６０９とは基板厚の異なる第２の光学的記録媒体１６１３に集光される。第２の情報光学的記録媒体１６１３で反射された光は、逆の光路をたどってミラー１６０６に到達し、一部がミラー１６０６を透過する。さらに、検出レンズ１６１０を経て光検出器１６１１に入射する。光検出器１６１１に入射した光は第１の光学的記録媒体１６０９の場合と同様、光検出器１６１１内の受光素子によって検出され、フォーカス制御やトラッキング制御のための制御信号および第１の光学的記録媒体１６０９に記録された情報を含む再生信号が生成される。
前述したように、図２７の光ディスク装置では、光源１６０１および光源１６０２が１つのパッケージ内に収められている。これは、波長の異なる光源をほぼ同じ位置に設けることにより、２つの光源から出射する光の光路を共通にし、光学系の構造を簡単にするためである。これにより、光学系を含む光学ヘッド全体の外形を小さくし、また、光学ヘッドのコストを低減させることが可能となる。
しかし、光源素子１６０３内に配置される光源１６０１および光源１６０２は、厳密には同じ場所に位置することはできない。このため、図２７に模式的に示すように、光源１６０１から出射する光１６０４の光軸と光源１６０２から出射する光１６１２の光軸とは一致しない。たとえば、光源１６０１から出射する光１６０４の光軸を集光レンズ１６０８の光軸と一致させると、光源１６０２から出射する光１６１２の光軸は、集光レンズ１６０８の光軸と一致せず、シフトしてしまう。
その結果、光源１６０２を用いて第２の光学的記録媒体１６１３に対して記録や再生を行う場合、第２の光学的記録媒体１６１３上に集光されるビームスポットに収差（主にコマ収差）が発生する。そして、情報の記録または再生が適切に行えず、記録または再生の性能が低下するという課題が生じる。
特に、光学的記録媒体に対して記録を行う場合、光学的記録媒体上に集光されるビームスポットに収差が生じることによって、適切な形状の記録マークをトラック上に形成できないという問題が発生する可能性がある。
光学的記録媒体の記録密度が高まるにつれて、記録マークの形状がより小さくなり、トラックの間隔も狭くなる。このため、高記録密度の光学的記録媒体では、このような問題はより深刻なものとなる可能性がある。
【発明の開示】
本発明は上記課題を鑑み、複数の光源が近接して配置された光学ヘッドにおいて、簡単な構成により収差を低減し、優れた記録性能または再生性能を実現する光学ヘッドおよび光ディスク装置を実現することを目的とする。
本発明の光学ヘッドは、第１および第２の光学的記録媒体に対しそれぞれ第１の波長の光および第１の波長とは異なる第２の波長の光を用いて情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。光学ヘッドは、第１の波長の光を出射する第１の光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射し、前記第１の光源と隣接して配置された第２の光源と、前記第１および第２の光源から出射する光を前記第１および第２の前記光学的記録媒体に向けて集光する集光レンズと、前記第１および第２の光源と前記集光レンズとの間に配置され、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方と対応する前記第１および第２の光学的記録媒体の少なくとも一方と前記集光レンズとの組み合わせにより生じる球面収差を低減させる光学素子とを備え、前記光学素子は、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減するように、前記光学素子の光軸が前記集光レンズの光軸に対してシフトしている。
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズは、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、前記光学素子は、前記第１の波長の光の透過波面は変化させず、前記第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第２の波長の光に対してのみ前記集光レンズと前記第２の光学的記録媒体とにより生じる球面収差を低減させる。
ある好ましい実施形態において、前記第１のおよび第２の光学的記録媒体は、記録マークを形成するための記録層および記録層の表面に設けられた基板を含み、前記第１のおよび第２の光学的記録媒体の基板の厚さをｔ１およびｔ２としたとき、前記集光レンズは、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、前記光学素子は、前記第１のおよび第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第１および第２の波長の光に対して前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体の基板により生じる球面収差を低減させる。
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、前記第１の波長の光のみが透過する領域に設けられた第１の収差補正部と、前記記第１の波長の光および前記第２の波長の光が透過する領域に設けられた第２の収差補正部とを含み、前記光学素子の光軸は、前記第２の収差補正部の光軸と一致しており、前記第１の収差補正部の光軸は前記集光レンズの光軸に一致している。
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズは、その光軸を中心とする直径Ｒ２の円内の領域において前記第１の波長の光を開口数ＮＡ２で集光し、前光軸を中心とする直径Ｒ１（ただしＲ２＜Ｒ１）の円内の領域において第１の波長の光を開口数ＮＡ１（ただしＮＡ１＞ＮＡ２）で集光する構造を備え、前記集光レンズの直径Ｒ２の円内の領域は、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備え、前記集光レンズの前記直径Ｒ１の円と前記直径Ｒ２の円とに挟まれる領域は、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えている。
ある好ましい実施形態において、前記光学素子の光軸は、前記集光レンズの光軸に対して前記第２の光源から出射する光の光軸側にシフトしている。
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズの光軸と前記第１の光源から出射する光の光軸との距離および、前記集光レンズの光軸と前記第２の光源から出射する光の光軸との距離をそれぞれｄ１およびｄ２としたとき、ｄ１＜ｄ２の関係を満たしている。
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、前記光軸に対して回転対称な構造を備えている。
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、前記光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差を含む。
ある好ましい実施形態において、前記光学素子の前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部はそれぞれの光軸に対して回転対称な構造を備えている。
ある好ましい実施形態において、前記光学素子の前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部は、応する光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差をそれぞれ含む。
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の光源は１つのパッケージに収納されている。
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の光源から出射した光が前記第１および第２の前記光学的記録媒体において反射することにより生じる反射光を検出するための光検出器をさらに備え、前記検出器は、前記パッケージ内に配置されている。
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズおよび前記光学素子が一体に形成されている。
本発明の光ディスク装置は、上記いずれかに規定される光学ヘッドを備えている。
また、本発明のビームスポット形成方法は、隣接する第１および第２の光源からそれぞれ出射する光を１つの集光レンズにより集光することにより、第１および第２の光ビームスポットを形成するビームスポット形成方法であって、前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体とにより前記第１および第２の光ビームスポットの少なくとも一方に生じる球面収差を補正するための光学素子を前記第１および第２の光ビームスポットと前記集光レンズとの間に配置し、前記光学素子の光軸を前記集光レンズの光軸からシフトさせることにより、前記第１および第２の光源の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減させる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の実施形態による光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
図２Ａおよび図２Ｂは、光学的記録媒体中の光ビームスポットに発生する球面収差のプロファイルをそれぞれ示している。
図３Ａおよび図３Ｂは、光源が集光レンズの光軸からシフトしていることにより生じるコマ収差のプロファイルをそれぞれ示している。
図４は、図１に示す光学ヘッドに用いられる光学素子の構造を模式的に示している。
図５は、図４に示す光学素子の主要部の断面を拡大して示している。
図６は、図４に示す構造の一部をさらに拡大して示している。
図７は、図１の光学ヘッドにおいて、光学素子と集光レンズの光軸を一致させた場合に発生するコマ収差のプロファイルを示している。
図８は、図１の光学ヘッドにおける主要な構成要素の相対的な位置関係を説明する図である。
図９は、図１に示す光学ヘッドにおけるコマ収差のプロファイルを示している。
図１０は、第１の実施形態の変形例を示す模式図である。
図１１は、本発明の第２の実施形態による光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
図１２は、図１１の光学ヘッドの集光レンズと第２の光学的記録媒体の基板とにより第２の光源に対して発生する球面収差のプロファイルをそれぞれ示している。
図１３は、図１１の光学ヘッドの集光レンズと第１の光学的記録媒体の基板とにより第１の光源に対して発生する球面収差のプロファイルをそれぞれ示している。
図１４は、図１１の光学ヘッドの集光レンズと第１および第２の光学的記録媒体の基板とにより生じる球面収差を補正するための光学素子の断面形状を示している。
図１５は、図１４に示す構造の一部を拡大して示している。
図１６は、図１１の光学ヘッドにおける主要な構成要素の相対的な位置関係を説明する図である。
図１７は、図１１の光学ヘッドに用いられる光学素子の構造を示している。
図１８は、第２の実施形態の変形例を示す模式図である。
図１９は、本発明の第３の実施形態による光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
図２０は、図１９の光学ヘッドに用いる集光レンズの構造を模式的に示す断面図である。
図２１は、図２０に示す集光レンズと第１の光学的記録媒体の基板とにより第１の光源に対して発生する球面収差のプロファイルを示している。
図２２は、図１９に示す光学ヘッドに用いられる光学素子の構造を模式的に示している。
図２３は、図２２に示す光学素子の主要部の断面を拡大して示している。
図２４は、図２３に示す構造の一部をさらに拡大して示している。
図２５は、図１９の光学ヘッドにおける主要な構成要素の相対的な位置関係を説明する図である。
図２６は、第３の実施形態の変形例を示す模式図である。
図２７は、従来の光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  複数の光源が近接して配置された光学ヘッドでは、それぞれの光源から出射した光ビームが共通に用いられる１つの集光レンズによって光学的記録媒体に向けて集光する。波長により集光レンズの屈折率が異なり、また、光学的記録媒体の記録層の表面に設けられた基板の厚さや開口数の差異から集光すべき焦点の位置も異なる。このため、ある波長の光、および、ある基板厚さの光学的記録媒体に対して球面収差がゼロあるいは無視しうるほど小さくなるよう集光レンズが設計されている場合、他の波長の光および他の基板厚さの光学的記録媒体では球面収差が光学的記録媒体上に形成されるビームスポットに生じる。
このため、複数の光源および複数の基板厚の光学的記録媒体に対し１つの集光レンズを用いる光学ヘッドでは、球面収差を低減するための光学素子が設けられる。球面収差は集光レンズの光軸に対し回転対称に発生するため、光学素子はその光軸が集光レンズの光軸と一致するよう配置される。
本願発明者は、この球面収差を補正するための光学素子を光学レンズの光軸からシフトさせて配置することにより、複数の光源を用いる場合に生じるコマ収差を低減することを見出した。つまり、本発明では、コマ収差を低減させるための収差補正素子を用いることなく、球面収差を補正するための光学素子によって、球面収差とコマ収差とを同時に低減させている。このため、本発明の光学ヘッドは、構造が簡単でありながら複数の光源から出射する光のコマ収差が適切に低減されている。以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明による光学ヘッドの第１の実施形態を示す図である。図１に示す光学ヘッド１１は第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３に対し情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。図１に示すように、光学ヘッド１１は第１の光源１０１と、第２の光源１０２と、光学素子１０７と、集光レンズ１０８とを備えている。第１の光源１０１および第２の光源１０２はそれぞれ第１の波長λ１および第２の波長λ２の光を出射する。第１の波長λ１と第２の波長λ２とは異なっており、λ１＜λ２の関係を満たしている。図１に示すように、第１の光源１０１および第２の光源１０２は近接して１つのパッケージに収納されており、光源素子１０３を構成している。
第１の波長λ１および第２の波長λ２は、たとえば約６６０ｎｍおよび約７９０ｎｍである。この場合、第１の光源１０１により記録再生を行う第１の光学的記録媒体１０９はＤＶＤであり、第２の光源１０２により記録再生を行う第２の光学的記録媒体１１３はＣＤである。
また、第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３において、記録層の表面に設けられる基板の厚さは異なっている。第１の光学的記録媒体１０９がＤＶＤであり、第２の光学的記録媒体１１３がＣＤである場合、基板の厚さはそれぞれ０．６ｍｍおよび１．２ｍｍである。
光源素子１０３における第１の光源１０１と第２の光源１０２との中心間距離は５０μｍから５００μｍの範囲であることが好ましい。５００μｍよりも中心間距離が大きくなると、２つの光源から出射する光の光軸の間隔が大きくなりすぎ、光路を共通にすることが困難となる。また、それぞれの光源はレーザ共振器としての所定の構造を有するため、５０μｍよりも小さい中心間距離で２つの光源を配置することは物理的に難しい。第１の光源１０１と第２の光源１０２との中心間距離は好ましくは１１０μｍである。
集光レンズ１０８は、第１の光源１０１および第２の光源１０２から出射する光を第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３に向けて集光し、第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３の記録マークを形成したり、ピットが形成された記録層上において所定の集光状態にあるビームスポットを形成する。集光レンズ１０８のレンズとして機能する部分は光軸となる軸に対して回転対称な形状を有している。
第１の光学的記録媒体１０９に対し記録および／または再生を行う場合、集光レンズ１０８は、第１の波長の光を開口数ＮＡ１で集光する。同様に、第２の光学的記録媒体１０９に対し記録および／または再生を行う場合、第２の波長の光をＮＡ１＞ＮＡ２を満たす開口数ＮＡ２で集光する。第１の光学的記録媒体１０９がＤＶＤであり、第２の光学的記録媒体１１３がＣＤである場合、ＮＡ１およびＮＡ２はたとえば、０．６３および０．５０である。ＮＡ１＞ＮＡ２であるため、第２の光源１０２から出射する光１１２のビーム径よりも第１の光源１０１から出射する光１０４のビーム径は大きくなっている。
光学素子１０７は、第１の光源１０１および第２の光源１０２から出射する光の光路上において、第１の光源１０１および第２の光源１０２と集光レンズ１０８との間に配置され、第１および第２の波長の光の少なくとも一方と集光レンズ１０８と第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３との組み合わせにより生じる球面収差を低減させる。
本実施形態では、以下において詳細に説明するように、集光レンズ１０８は、第１の波長の光および第１の光学的記録媒体１０９に対して、第１の光学的記録媒体の記録層上に形成されるビームスポットの球面収差が最適となるように設計されている。また、光学素子１０７は、第２の波長の光と集光レンズ１０８と第２の光学的記録媒体１１３との組み合わせにより生じる球面収差を低減させる。
光学ヘッド１１は、このほか、コリメートレンズ１０５と、ミラー１０６と、検出レンズ１１０と、光検出器１１１とを備えている。
光源素子１０３の第１の光源１０１から出射した光は、光１０４はコリメートレンズ１０５により平行光となるように集光され、ミラー１０６によって集光レンズ１０８に向かうよう反射する。光１０４は、光学素子１０７を透過し、集光レンズ１０８によって、第１の光学的記録媒体１０９の記録層上において所定の集光状態となるように、第１の光学的記録媒体１０９に向けて集光される。集光された光１０４は記録層において反射し、逆の光路をたどってミラー１０６に到達する。ミラー１０６に達した光の一部はミラー１０６を透過し、検出レンズ１１０において集光状態が調整され、光検出器１１１に入射する。
光検出器１１１は、入射してきた光を複数の領域に分割された受光素子によって検出し、複数の電気的信号に変換する。この電気的信号を用いて、フォーカス制御やトラッキング制御のための制御信号および第１の光学的記録媒体１０９に記録された情報を含む再生信号が生成される。制御信号および再生信号を生成は公知の構成によって行うことができる。
光源素子１０３の第２の光源１０２から出射した光１１２も同様にコリメートレンズ１０５、ミラー１０６、および光学素子１０７を含む光路を伝播し、集光レンズ１０８によって、第２の光学的記録媒体１１３の記録層上において所定の集光状態となるように、第２の光学的記録媒体１１３に向けて集光される。集光された光１１２は記録層において反射し、逆の光路をたどってミラー１０６に到達する。光１１２の一部がミラー１０６および検出レンズ１１０を透過し、光検出器１１１に入射する。
光検出器１１１において、入射した光が電気的信号に変換され、フォーカス制御やトラッキング制御のための制御信号および第２の光学的記録媒体１１３に記録された情報を含む再生信号が生成される。
次に光学ヘッド１１における球面収差およびコマ収差の低減について詳細に説明する。
前述したように集光レンズ１０８は、第１の波長の光および第１の光学的記録媒体１０９に対して、第１の光学的記録媒体１０９の記録層上に形成されるビームスポットの球面収差が最適、つまりほぼゼロとなるように設計されている。第１の波長の光と第２の波長に光とは波長が異なっているため、また、第２の光学的記録媒体１１３の基板の厚さは第１の光学的記録媒体１０９の基板の厚さと異なっているため、第２の波長の光により第２の光学的記録媒体１１３の記録層上にビームスポットを形成する場合、球面収差が発生する。図２Ａおよび図２Ｂは、第２の波長の光により第２の光学的記録媒体１１３の記録層上に形成したビームスポットの球面収差のプロファイルを模式的に示している。これらの図において横軸ＰＸ、ＰＹは、記録層と平行な面上の直交する２方向を示しており、縦軸Ｗは波長で規格化した波面の等位相面を示している。縦軸は、集光レンズ１０８の光軸と一致する。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、球面収差は集光レンズ１０８の光軸を中心として回転対称に生じる。また、光軸上では球面収差は最小となり、光軸から所定の距離において最大となる。
一方、図３Ａおよび図３Ｂは、集光レンズ１０８の光軸から光源の光軸がずれている場合に生じるビームスポットのコマ収差を示している。コマ収差は集光レンズ１０８の光軸から光源の光軸がシフトし、集光レンズ１０８に対して光が斜めに入射することにより発生する。このため、集光レンズ１０８の光軸と、光源の光軸とが一致していない場合には、第１の波長の光であっても第２の波長の光であっても収差が生じる。また、コマ収差は、光源の光軸が集光レンズ１０８の光軸からシフトした方向において、最も大きくなり、シフトした方向と直交する方向においては小さくなる。図３Ａおよび図３Ｂでは、ＰＹ方向に光源がシフトしている。
第２の波長の光に対して集光レンズ１０８と第２の光学的記録媒体１１３とにより生じる球面収差を補正するためには、集光レンズ１０８に入射する光に図２Ａおよび図２Ｂに示す球面収差を打ち消すような収差が生じていればよい。図４は、球面収差を補正するための光学素子１０７の構造を模式的にしている。また、図５は光学素子１０７の主要部の断面形状を示している。図４に示すように、光学素子１０７は平行な２つの主面を有し、第１の波長および第２の波長に対して透明な板構造を含む。板構造のひとつの主面には、同心円状に配置された複数のリング状段差が設けられている。最も外側のリングの直径は、第２の光源１０２から出射する光の直径とおおよそ等しい。
各リング状の段差により、段差と段差に挟まれるリング状のテラスが形成される。各リング状の段差の深さはいずれも等しくｄに設定されている。図６はある段差部分の拡大断面図である。図６に示すように、隣接する２つのリング状のテラスを透過する光３０１および３０２の光路差は、第１の波長λ１に対する光学素子１０７の屈折率をｎ１としたとき、（ｎ１−１）ｄで示される。この光路差（ｎ１−１）ｄは第１の波長λ１の整数倍になるよう、すなわち、ｄ＝Ｎλ１／（ｎ１−１）（Ｎは１以上の整数）を満たすように設定されている。また、第２の波長λ２に対する光学素子１０７の屈折率をｎ２としたとき、ｄ≠Ｎλ２／（ｎ２−１）（Ｎは１以上のすべての整数）を満たしている。
光学素子１０７に設けられるリング状の段差は、第２の光源に対して生じる球面収差（図２Ａおよび図２Ｂ）を補正する位相差が生じるようなプロファイルに設定されている。たとえば、図５に示すように、光学素子１０７の中心から外側へ向かうにつれ、その厚さが減少するように４つのリング状段差が設けられ、さらに外側へ向かうにつれて厚さ増加するように４つのリング状段差が設けられている。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、球面収差の変化は外周部分で大きくなっているため、図５に示すように光学素子１０７における段差の間隔も外周部分において狭くなっている。なお、図５に示す構造は、λ１＝０．６６μｍ、λ２＝０．７９μｍ、ＮＡ１＝０．６３、ＮＡ２＝０．５０、光学素子１０７の屈折率ｎ１≒ｎ２≒１．５１、Ｎ＝１、集光レンズの焦点距離２．８、コリメートレンズの焦点距離１８．３の場合における一例である。このような光学素子１０７は、球面収差を補正するための光学素子の公知の設計および製造法方法を用いて作製できる。
光学素子１０７を第１の光源１０１から出射した光が透過する場合、光学素子１０７の段差が前述した関係を満たしているため、光路差が生じず、透過後の光の波面は変化しない。
一方、光学素子１０７を第２の光源１０２から出射した光が透過する場合、リング状の段差により位相差が生じ、透過後の光の波面が変化する。この波面の変化による第２の波長λ２の光１１２の位相差は、集光レンズ１０８と第２の光学的記録媒体１１３とにおいて生じる球面収差を補正するような分布をしている。
このため、第２の光源１０２から出射した光を、その光軸が光学素子１０７の光軸および集光レンズ１０８の光軸に一致するように光学素子１０７に透過させ、集光レンズ１０８により集光させた場合、第２の光学的記録媒体１１３の記録層上に形成されるビームスポットには、球面収差がほぼゼロになる。
しかしながら、前述したように、光源素子１０３に配置されている第１の光源１０１および第２の光源１０２は、同じ位置に設けることができない。図７は、第１の光源１０１の光軸と光学素子１０７の光軸および集光レンズ１０８の光軸とが一致するようにそれぞれを配置した場合において、第２の光源１０２により生じるコマ収差の分布を示している。第１の光源１０１と第２の光源１０２との間隔は１１０μｍに設定している。第２の光源１０２が第１の光源１０１から所定の距離を隔てて配置されているため、第２の光源１０２の光軸は、光学素子１０７の光軸および集光レンズ１０８の光軸からシフトしている。その結果、図７に示すようにコマ収差成分が発生している。図５に示す寸法で光学素子１０７が設計されている場合、コマ収差は約１５×１０−３×λ２となる。
本発明の光学ヘッドでは、このコマ収差を低減させるために、光学素子１０７の光軸を集光レンズ１０８の光軸に対してシフトさせる。具体的には、図８に示すように、集光レンズ１０８の光軸４０４と第１の光源１０１の光軸４０１との距離をｄ１とし、集光レンズ１０８の光軸４０４と第２の光源１０２の光軸４０２との距離をｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ２を満たすように光源素子１０３を集光レンズ１０８に対して配置する。また、集光素子１０７の光軸４０３を集光レンズ１０８の光軸４０４に対し、距離Ｄ（ただし、Ｄ＜ｄ２）だけ第２の光源１０２の光軸４０２側へシフトさせる。
集光レンズ１０８、光学素子１０７、第１の光源１０１および第２の光源１０２の相対配置により、第２の光源１０２から出射する光に対して光学素子１０７により生じる位相差が、第２の光源１０２により生じるコマ収差および集光レンズ１０８により生じる球面収差を弱めるよう、あるいは、キャンセルするよう、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２の値を決定する。図８では、これらの光軸の関係が理解し易いように、光源素子１０３から出射する光の方向に集光レンズ１０８および光学素子１０７を配置して示しているが、実際には、図１に示すように光源素子１０３から出射する光の方向がミラー１０６により変えられている。これらの距離は、たとえば、集光レンズ１０８、光学素子１０７、コリメートレンズ１０５、第１の光源１０１および第２の光源１０２の光学特性を定めるパラメータを用いて、シュミレーションを行うことにより決定することができる。
第１の光源１０１から第１の波長の光を出射する場合、前述したように、光学素子１０７を透過する際に位相差は発生しない。また、集光レンズ１０８は、第１の波長の光に対して球面収差が小さくなるよう最適化されている。このため、第１の光源１０１により第１の光学的記録媒体１０９の記録層に形成されるビームスポットには球面収差が抑制されている。
また、ｄ１＜ｄ２の関係を満たすよう光源素子１０３が配置されているため、第１の光源１０１によるコマ収差も抑制される。
一方、第２の光源１０２から第２の波長の光を出射する場合、光学素子１０７を透過することによって、集光レンズ１０８で発生する球面収差を補正あるいは補償するように、透過波面が変化して位相差が生じる。光学素子１０７の光軸を集光レンズ１０８から適切にシフトさせることによって、位相差の生じた光をコマ収差が低減するように集光レンズ１０８に入射させることができる。これにより、第２の光学的記録媒体１１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方を抑制させることができる。
図９は、図５に示す光学素子１０７を用いて光学素子１０７を集光レンズ１０８の光軸からシフトさせて配置した場合の第２の光源による収差の分布を示している。この例では、ｄ１＝０ｍｍ、ｄ２＝０．１１ｍｍ、Ｄ＝１５μｍに設定している。図９に示すように、波面の等位相面はわずかに傾いている。しかし、位相差の成分を詳細に分析したところ、収差の残存成分は非点収差成分と高次収差成分であり、１５×１０−３×λ２であったコマ収差はほぼゼロに低減されていることがわかった。
このように、本実施形態の光学ヘッドによれば、集光レンズによる球面収差を補正するための光学シフト素子を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置することにより、球面収差およびコマ収差を同時に低減することができる。したがって、第１の光源および第２の光源のいずれを用いた場合でもそれぞれの光源により記録および／または再生を行う光学的記録媒体に対し、収差が抑制あるいは最適化された集光状態の光を用い、品質の高い記録および／または再生が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置が実現する。
また、コマ収差を補正するために光学素子１０７とは別の収差補正素子を用いる必要がないため、光学系を構成する部品の数を減らして、製造コストを低減させることがでる。部品数を減らすことにより、光学系の調整も容易におこなうことができる。
なお、光学ヘッド１１では、光源素子１０３と光検出器１１１とは別の素子により構成し、光ヘッド１１内において離れた場所に配置している。しかし、１つの素子を構成するよう、光源素子１０３と光検出器１１１とを隣接させて配置してもよい。図１０に示す光学ヘッド１１’は、第１の光源１０１、第２の光源１０２、光検出器５０３および光検出器５０４が１つのパッケージに収められた光源ユニット５０１を備えている。また、光検出器５０３および光検出器５０４へ光を入射させるための光分岐素子５０２をさらに備えている。光分岐素子５０２は、所定の偏光状態の光のみを回折させる回折格子などにより構成する。
第１の光源１０１から出射した光１０４は光分岐素子５０２およびコリメートレンズ１０５を透過し、ミラー１０６による反射により、光学素子１０７へ入射する。光学素子１０７を透過した光は集光レンズ１０８によって第１の光学的記録媒体１０９に向けて集光される。第１の光学的記録媒体１０９で反射された光は、逆の光路をたどって光分岐素子５０２に到達する。光分岐素子５０２は、反射光が光検出器５０３および５０４に入射するよう反射光を回折させる。光検出器５０３および５０４は、入射した光を電気信号に変換する。
第２の光源１０２から出射した光１１２も同様の経路により、第２の光学的記録媒体１１３へ向けて集光される第２の光学的記録媒体１１３において反射した光は光検出器５０３および５０４へ導かれる。
光学素子１０７および集光レンズ１０８の構造や、第１の光源１０１、第２の光源１０２、光学素子１０７および集光レンズ１０８の配置は前述した通りである。
光分岐素子５０２は、光源ユニット５０１とコリメートレンズ１０５との間以外の光源ユニット５０１から集光レンズ１０８の間のどこに配置してもよい。
光学ヘッド１１’によれば、光学ヘッド１１の前述した効果に加えて、検出器を光源と一体化した光源ユニットを用いることによって、光学系の構造をより簡単にすることができ、コストの低減および光学ヘッドの小型化を図ることができる。
また、本実施形態では、光学素子１０７には、第２の光源１０２に対し収差を生じさせるためのリング状段差を設けているが、図４および図５に示すリング状段差の外側であって、第１の光源１０１の光路となる領域に別の目的のための段差や回折溝を構成してもよい。たとえば、温度変化によって集光レンズ１０８の屈折率や形状が変化し、集光性能が劣化する場合に温度変化に対する光源の波長変動を利用して集光性能の劣化を補正させる用途などに使用することができる。また、この段差や回折溝を集光レンズ１０８と一体に構成してもよい。
（第２の実施形態）
図１１は本発明による光学ヘッドの第２の実施形態を示す図である。図１１に示す光学ヘッド１２は第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３に対し、情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。第１の実施形態と同様、光学ヘッド１２は第１の光源６０１、第２の光源６０２、集光レンズ６０８、光学素子６０７、コリメートレンズ６０５、ミラー６０６、検出レンズ６１０および検出器６１１を備えている。また、第１の実施形態と同様、第１の光源６０１および第２の光源６０２はパッケージに収められ、光源素子６０３を構成している。
光源素子６０３から第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３までの光路上、および、第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３から光検出器６１１までの光路上においてこれらの構成要素は第１の実施形態と同様の順序で配置されている。
第１の光源６０１および第２の光源６０２はそれぞれ第１の波長λ１および第２の波長λ２の光を出射する。第１の波長λ１と第２の波長λ２とは異なっており、λ１＜λ２の関係を満たしている。第１の波長λ１および第２の波長λ２は、たとえば約６６０ｎｍおよび約７９０ｎｍである。第１の光源６０１および第２の光源６０２はそれぞれ第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３の記録および／または再生に用いられる。第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３の記録層の表面に形成されている基板はそれぞれｔ１およびｔ２（ｔ２≠ｔ１）の厚さを備えている。
第１の実施形態では、集光レンズ１０８（図１）は第１の光源から出射する光と第１の光学的記録媒体１０９とに対して球面収差がほぼゼロとなるように設計されていた。このように設計された集光レンズを用いる場合、一方の光源に対する球面収差が最適化されているため、２つの光源の位置あわせに関する許容度が偏ってしまい、光学ヘッドを製造する場合に高い位置あわせ精度が必要となったり、製造歩留まりが低下したりする可能性がある。
本実施形態では、この点を考慮し、集光レンズ６０８は、いずれの光源に対しても、球面収差をある程度低減することができるように設計する。具体的には、記録層の表面に設ける基板の厚さがｔの光学的記録媒体および波長λの光を仮想的に設定し、集光レンズ６０８をこの仮想的な光および光学的記録媒体に対して球面収差がゼロとなるように設計されている。ここで、ｔおよびλはｔ１＜ｔ＜ｔ２およびλ１＜λ＜λ２をそれぞれ満たしている。
また、図１１に示すように、集光レンズ６０８はその光軸を中心として直径Ｒ２の円内の領域内では開口数ＮＡ２で第２の波長の光を集光し、直径Ｒ１（Ｒ１＞Ｒ２）の円内の領域内では開口数ＮＡ１で第１の波長の光を集光するよう構成されている。第１の光源６０１から出射する光のビーム径および第２の光源６０２から出射する光のビーム径はそれぞれＲ１およびＲ２である。
図１２および図１３は、このように設計された集光レンズ６０８ならびに第２の光源６０２および第１の光源６０１を用いて、第２の光学的記録媒体６１３および第１の光学的記録媒体６０９の記録層に光スポットを形成した場合の球面収差をそれぞれ示している。これらの図では、一断面方向の収差しか示していないが、前述したように、球面収差は光軸に対して回転対称なプロファイルを示す。集光レンズ６０８の球面収差が中間の波長の光および基板厚さを有する仮想的な光および光学的記録媒体に対して最適化されているため、図１２および図１３に示すように直径Ｒ２の領域内において互いに逆方向に収差が発生している。
図１４は、集光レンズ６０８により発生する球面収差を補正するための光学素子６０７の一例を示す断面図である。光学素子６０７は、平行な２つの主面を有し、第１の波長および第２の波長に対して透明な板構造を含む。板構造の第１の主面には、図４に示すような同心円状に配置された複数のリング状段差を含む第１の収差補正部６０７ａが形成されている。また、第２の主面にも同心円状に配置された複数のリング状段差を含む第２の収差補正部６０７ｂが形成されている。第２の収差補正部６０７ｂの最も外側のリングの直径はＲ２に等しい。また、第１の収差補正部６０７ａの最も外側のリングの直径はＲ１に等しい。第１の収差補正部６０７ａには第１の光源６０１から出射した第１の波長の光のみが透過し、第２の収差補正部６０７ｂには第１の光源６０１から出射した第１の波長の光および第２の光源６０２から出射した第２の波長の光が透過する。
各リング状の段差により、段差と段差に挟まれるリング状のテラスが形成される。各リング状の段差の深さはいずれも等しくｄに設定されている。本実施形態では第１の波長λ１の光に対しては透過波面に＋δの位相差を与え、第２の波長λ２の光に対しては透過波面に−δの位相差を与えるようにｄを設定する。
図１５はある段差部分の拡大断面図である。図１５に示すように、隣接する２つのリング状のテラスを透過する光８０１および８０２の光路差は、第１の波長λ１に対する光学素子６０７の屈折率をｎ１としたとき、（ｎ１−１）ｄで示される。また、第２の波長λ２に対する光学素子６０７の屈折率をｎ２としたとき、（ｎ２−１）ｄで示される。このため、ｄ＝（ｉ＋δ）λ１／（ｎ１−１）＝（ｊ−δ）λ２／（ｎ２−１）を解くことによってδは求まり（ただし、ｉ、ｊは整数）、δ＝｛（ｎ１−１）ｊλ２−（ｎ２−１）ｉλ１｝／｛（ｎ２−１）λ１＋（ｎ１−１）λ２｝となる。δを求めることにより深さｄが得られる。
段差の深さｄをこのように設定することにより、第１の光源６０１から出射した第１の波長の光の波面は、段差１段あたり＋δの位相差を与え、第２の光源６０２から出射した第２の波長の光の波面は、段差１段あたり−δの位相差を与えることができる。
したがって、図１４に示すように直径Ｒ２の円内に形成される第２の収差補正部６０７ｂは、第１の光源６０１からの光に対し、たとえば＋方向の球面収差を与える極性を有し、第２の光源６０２からの光に対し、−方向の球面収差を与え極性を有する。このため、図１２および図１３に示す集光レンズ６０８の直径Ｒ２の円内における球面収差をそれぞれキャンセルすることができる。
一方、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれる領域に形成される第１の収差補正部６０７ａは、第１の光源６０１からの光に対し、たとえば−方向の球面収差を与える極性を有する。前述したように、この領域には第１の光源６０１から出射した光のみが照射し、第２の光源６０２から出射する光は照射しない。このため、図１３に示す集光レンズ６０８の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円ではさまれる領域における第１の波長の光による球面収差をキャンセルすることができる。
なお、図１４に示す構造は、ｔ＝０．６ｍｍ、λ１＝０．６６μｍ、λ２＝０．７９μｍ、ＮＡ１＝０．６３、ＮＡ２＝０．５０、光学素子１０７の屈折率ｎ１≒ｎ２≒１．５１、Ｎ＝１、集光レンズの焦点距離２．８、コリメートレンズの焦点距離１８．３の場合における一例である。光学素子１０７は、球面収差を補正するための光学素子の公知の設計および製造方法を用いて作製できる。
このような構造を有する光学素子６０７を集光レンズ６０８の光軸に対してシフトさせ、第１の実施形態と同様、主として第２の光源６０２から出射する光により生じるコマ収差を低減させる。ただし、図１３に示すように、集光レンズ６０８の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円ではさまれる領域では第１の波長の光に対する球面収差が急激に増大しており、第２の光源６０２によるコマ収差を低減させるために光学素子６０７をシフトさせると、この領域において球面収差が適切に低減できなくなる可能性がある。このため、この領域の球面収差を補正するために用いられる光学素子６０７の第１の収差補正部６０７ａはシフトさせず、第２の収差補正部６０７ｂのみをシフトさせる。
図１６および図１７に示すように、集光レンズ６０８の光軸９０４と第１の光源６０１の光軸９０１との距離をｄ１とし、集光レンズ６０８の光軸９０４と第２の光源６０２の光軸９０２との距離をｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ２を満たすように光源素子６０３を集光レンズ１０８に対して配置する。また、光学素子６０７の第２の収差補正部６０７ｂの光軸９０３を集光レンズ６０８の光軸９０４に対し、距離Ｄ（ただし、Ｄ＜ｄ２）だけ第２の光源６０２の光軸９０２側へシフトさせる。光学素子６０７の第１の収差補正部６０７ａの光軸６０７ｄは集光レンズ６０８の光軸９０４に一致させる。
集光レンズ６０８、第２の収差補正部６０７ｂ、第１の光源６０１および第２の光源６０２の相対的な配置により、第２の光源６０２から出射する光に対して第２の収差補正部６０７ｂにより生じる位相差が、第２の光源６０２により生じるコマ収差および集光レンズ６０８により生じる球面収差を弱める、あるいは、キャンセルするよう、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２の値を決定する。第１の実施形態で説明したように、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２はシュミレーションを行うことにより決定することができる。
第１の光源６０１から第１の波長の光を出射する場合、直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円とで挟まれる領域では、第１の収差補正部６０７ａの光軸６０７ｃは集光レンズ６０８の光軸９０４に一致しているため、集光レンズ６０８による球面収差は第１の収差補正部６０７ａによりほぼ完全にキャンセルされる。直径Ｒ２の円内の領域では、前述したように第２の収差補正部６０７ｂにより、集光レンズ６０８による球面収差を補正するような位相差が第１の波長の光に与えられる。このため、集光レンズ６０８により生じる球面収差はキャンセルあるいは適切に抑制される。
集光レンズ６０８の光軸に対してｄ１＜ｄ２の関係を満たすよう第１の光源６０１が配置されているため、第１の光源６０１と集光レンズ６０８の光軸とのずれは小さく、第１の光源６０１によるコマ収差も抑制される。したがって、第１の光学的記録媒体６１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方が抑制される。
一方、第２の光源６０２から第２の波長の光を出射する場合、第２の収差補正部６０７ｂを透過することによって、集光レンズ６０８で発生する球面収差を補正あるいは補償するように、透過波面が変化して位相差が生じる。第２の光源６０２の光軸を集光レンズ６０８から適切にシフトさせることによって、位相差の生じた光をコマ収差が低減するように集光レンズ６０８に入射させることができる。これにより、第２の光学的記録媒体１１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方を抑制させることができる。
図１７に示す形状の第１の収差補正部６０７ａおよび第２の収差補正部６０７ｂを用いる場合、ｄ１＝０、ｄ２＝０．１１ｍｍ、Ｄ＝２９μｍとすることにより、球面収差およびコマ収差を第１の光源６０１および第２の光源６０２に対してほぼゼロとすることができる。
このように、本実施形態の光学ヘッドにおいても第１の実施形態と同様、集光レンズによる球面収差を補正するための光学シフト素子の収差補正部を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置することにより、球面収差およびコマ収差を同時に低減することができる。したがって、第１の光源および第２の光源のいずれを用いた場合でもそれぞれの光源により記録および／または再生を行う光学的記録媒体に対し、収差が抑制あるいは最適化された集光状態の光を用い、品質の高い記録および／または再生が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置が実現する。
また、本実施形態では、集光レンズの球面収差が第１の光源および第１の光学的記録媒体と、第２の光源および第２の光学的記録媒体との中間の波長の光および基板厚さを有する仮想的な光および光学的記録媒体に対して最適化されている。このため、第１の光源および第２の光源の光軸を集光レンズの光軸からシフトさせた場合に生じる球面収差の補正の残差を第１の光源および第２の光源に対し分散させ、光学ヘッドを構成する各部の位置あわせ精度に対する許容誤差の範囲を広くすることができる。これにより光学ヘッドの製造を容易にし、また、製造歩留りを向上させることができる。
第１の実施形態で説明したように、本実施形態においても、光源素子６０３と光検出器６１１とを隣接させ、１つの素子によって構成してもよい。図１８に示す光学ヘッド１２’は、第１の光源６０１、第２の光源６０２、光検出器１００３および光検出器１００４が１つのパッケージに収められた光源ユニット１００１を備えている。
第１の光源６０１から出射した光６０４および第２の光源６０２から出射した光６１２は光分岐素子１００２およびコリメートレンズ６０５を透過し、ミラー６０６による反射により、光学素子６０７へ入射する。光学素子６０７を透過した光は集光レンズ６０８によって第１の光学的記録媒体６０９に向けて集光される。第１の光学的記録媒体６０９で反射された光は、逆の光路をたどって光分岐素子１００２に到達する。光分岐素子１００２は、反射光が光検出器１００３および１００４に入射するよう反射光を回折させる。光検出器１００３および１００４は、入射した光を電気信号に変換する。
光分岐素子１００２は、光源ユニット１００１とコリメートレンズ６０５との間以外の光源ユニット１００１から集光レンズ６０８の間のどこに配置してもよい。
光学ヘッド１２’によれば、光学ヘッド１１の前述した効果に加えて、検出器を光源と一体化した光源ユニットを用いることによって、光学系の構造をより簡単にすることができ、コストの低減および光学ヘッドの小型を図ることができる。
（第３の実施形態）
図１９は本発明による光学ヘッドの第３の実施形態を示す図である。図１９に示す光学ヘッド１３は第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３に対し、情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。第２の実施形態と同様、光学ヘッド１３は第１の光源１１０１、第２の光源１１０２、集光レンズ１１０８、光学素子１１０７、コリメートレンズ１１０５、ミラー１１０６、検出レンズ１１１０および検出器１１１１を備えている。また、第１の実施形態と同様、第１の光源１１０１および第２の光源１１０２はパッケージに収められ、光源素子１１０３を構成している。
光源素子１１０３から第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３までの光路上および第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３から光検出器１１１１までの光路上においてこれらの構成要素は第１の実施形態と同様の順序で配置されている。
第１の光源１１０１および第２の光源１１０２はそれぞれ第１の波長λ１および第２の波長λ２の光を出射する。第１の波長λ１と第２の波長λ２とは異なっており、λ１＜λ２の関係を満たしている。第１の波長λ１および第２の波長λ２は、たとえば約６６０ｎｍおよび約７９０ｎｍである。第１の光源１１０１および第２の光源１１０２はそれぞれ第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３の記録および／または再生に用いられる。第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３の記録層の表面に形成されている基板はそれぞれｔ１およびｔ２（ｔ２≠ｔ１）の厚さを備えている。
第２の実施形態と同様、図２０に示すように、集光レンズ１１０８はその光軸１４０４を中心して直径Ｒ２の円内の領域内では開口数ＮＡ２で第２の波長の光を集光し、直径Ｒ１（Ｒ１＞Ｒ２）の円で挟まれるリング状領域内では、開口数ＮＡ１で第１の波長の光を集光するよう構成されている。また、直径Ｒ２の円内の領域内では記録層の表面に設ける基板の厚さがｔの光学的記録媒体および波長λの光を仮想的に設定し、集光レンズ１１０８をこの仮想的な光および光学的記録媒体に対して球面収差がゼロとなるように設計されている。
一方、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１（Ｒ１＞Ｒ２）の円で挟まれるリング状領域内では、第１の光源１１０１から出射する第１の波長の光および第１の光学的記録媒体１１０９に対して、第１の光学的記録媒体の記録層上に形成されるビームスポットの球面収差が最適となるように設計されている。
第１の光源１１０１から出射する光のビーム径および第２の光源１１０２から出射する光のビーム径はそれぞれＲ１およびＲ２である。
図２１は、このように設計された集光レンズ１１０８を用い、第１の光源１１０１により第１の光学的記録媒体１１０９の記録層に光スポットを形成した場合の球面収差を示している。直径Ｒ２の円内の領域内では、基板の厚さがｔの仮想的な光学的記録媒体に対し、球面収差がゼロとなるように設計されているため、第１の光源１１０１から出射する第１の波長の光に対して所定の球面収差が発生している。これに対して、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれるリング状領域内では、第１の波長の光に対して球面収差がゼロとなるように設計されているため、球面収差がほぼゼロになっている。
第２の光源１１０２により、第２の光学的記録媒体１１１３の記録層に光スポットを形成した場合に生じる球面収差は、図１２に示す通りである。第２の実施形態で説明したように、直径Ｒ２の円内の領域内における球面収差は第１の波長の光と第２の波長の光とで逆になっている。
図２０に示すように、本実施形態の集光レンズ１１０８では、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれるリング状領域内では、第１の波長の光に対して球面収差がゼロとなるように設計されている。したがって、集光レンズ１１０８の球面収差を補正する光学素子１１０７は、第２の実施形態の光学素子６０７からこの領域おける球面収差を補正するために用いた第１の収差補正部６０７ａを取り除いたものと等しい。
図２２および図２３は、集光レンズ１１０８により発生する球面収差を補正するための光学素子１１０７の一例を示している。光学素子１１０７は、平行な２つの主面を有し、第１の波長および第２の波長に対して透明な板構造を含む。板構造の第１の主面には、第２の実施形態の第２の収差補正部に対応する同心円状に配置された複数のリング状段差を含む構造が形成されている。最も外側のリングの直径はＲ２に等しい。
各リング状の段差により、段差と段差に挟まれるリング状のテラスが形成される。各リング状の段差の深さはいずれも等しくｄに設定されている。
図２４はある段差部分の拡大断面図である。図２４に示すように、隣接する２つのリング状のテラスを透過する光１３０１および１３０２の光路差ｄは、第２の実施形態と同様、第１の波長λ１の光に対しては透過波面に＋δの位相差を与え、第２の波長λ２の光に対しては透過波面に−δの位相差を与えるように設定する。
図２３に示す構造は、ｔ＝０．９ｍｍ、λ１＝０．６６μｍ、λ２＝０．７９μｍ、ＮＡ１＝０．６３、ＮＡ２＝０．５０、光学素子１０７の屈折率ｎ１≒ｎ２≒１．５１、Ｎ＝１、集光レンズの焦点距離３．０５、コリメートレンズの焦点距離２０の場合における一例である。集光レンズおよびコリメートレンズの焦点距離ならびに仮想的な光学的記録媒体の基板の厚さを第２の実施形態で示した例と異なる値に設定しているため、図２３に示した構造の各部の寸法は図１４に示す構造の寸法と異なっている。
図２２および図２３に示す光学素子１１０７は、第１の光源１１０１からの光に対し、たとえば＋方向の球面収差を与える極性を有し、第２の光源１１０２からの光に対し、−方向の球面収差を与える極性を有する。このため、図２１に示す集光レンズ６０８の直径Ｒ２の円内における球面収差をそれぞれキャンセルすることができる。また、前述したように、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれるリング状領域内では、第１の波長の光に対して球面収差がゼロとなるように集光レンズ１１０８が設計されている。このため、光学素子１１０７のこの領域には段差を形成していないが、球面収差の発生がもともと抑えられている。
このような構造を有する光学素子１１０７を集光レンズ１１０８の光軸に対してシフトさせ、第２の実施形態と同様、主として第２の光源１１０２から出射する光により生じるコマ収差を低減させる。図２５に示すように、集光レンズ１１０８の光軸１４０４と第１の光源１１０１の光軸１１０１との距離をｄ１とし、集光レンズ１１０８の光軸１４０４と第２の光源１１０２の光軸１４０２との距離をｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ２を満たすように光源素子１１０７を集光レンズ１１０８に対して配置する。また、光学素子１１０７の光軸１４０３を集光レンズ１１０８の光軸１４０４に対し、距離Ｄ（ただし、Ｄ＜ｄ２）だけ第２の光源１１０２の光軸１４０２側へシフトさせる。
集光レンズ１１０８、光学素子１１０７、第１の光源１１０１および第２の光源１１０２の相対的な配置により、第２の光源１１０２から出射する光に対して光学素子１１０７により生じる位相差が、第２の光源１１０２により生じるコマ収差および集光レンズ１１０８により生じる球面収差を弱める、あるいはキャンセルするよう、シュミレーションを行って、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２の値を決定する。
第１の光源１１０１から第１の波長の光を出射する場合、光学素子１１０７の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円とで挟まれる領域では、光の波面を変化させる段差が設けられていないためこの領域を透過する第１の波長の光の位相は変化しない。また、集光レンズ１１０８の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円とで挟まれる領域でも第１の波長の光に対して球面収差が最適化されているため、球面収差を生じることはない。
直径Ｒ２の円内の領域では、前述したように光学素子１１０７により、集光レンズ１１０８による球面収差を補正するような位相差が第１の波長の光に与えられる。このため、集光レンズ１１０８により生じる球面収差はキャンセルあるいは適切に抑制される。
集光レンズ１１０８の光軸に対してｄ１＜ｄ２の関係を満たすよう第１の光源１１０１が配置されているため、第１の光源１１０１と集光レンズ１１０８の光軸とのずれは小さく、第１の光源１１０１によるコマ収差も抑制される。したがって、第１の光学的記録媒体１１０９の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方が抑制される。
一方、第２の光源１１０２から出射した第２の波長の光は、光学素子１１０７を透過することによって、集光レンズ１１０８で発生する球面収差を補正あるいは補償するように、透過波面が変化し、位相差が生じる。光学素子１１０７の光軸を集光レンズ１１０８から適切にシフトさせることによって、位相差の生じた光をコマ収差が低減するように集光レンズ１１０８に入射させることができる。これにより、第２の光学的記録媒体１１１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方を抑制させることができる。
図２３に示す構造を有する光学素子１１０７を用いる場合、ｄ１＝０、ｄ２＝０．１１ｍｍ、Ｄ＝２９μｍとすることにより、球面収差およびコマ収差を第１の光源１１０１および第２の光源１１０２に対してほぼゼロとすることができる。
このように、本実施形態の光学ヘッドにおいても第１および第２の実施形態と同様、集光レンズによる球面収差を補正するための光学シフト素子の収差補正部を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置することにより、球面収差およびコマ収差を同時に低減することができる。したがって、第１の光源および第２の光源のいずれを用いた場合でもそれぞれの光源により記録および／または再生を行う光学的記録媒体に対し、収差が抑制あるいは最適化された集光状態の光を用い、品質の高い記録および／または再生が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置が実現する。
また、本実施形態では、第２の実施形態と同様、集光レンズの球面収差が第１の光源および第１の光学的記録媒体と、第２の光源および第２の光学的記録媒体との中間の波長の光および基板厚さを有する仮想的な光および光学的記録媒体に対して最適化されている。このため、第１の光源および第２の光源の光軸を集光レンズの光軸からシフトさせた場合に生じる球面収差の補正の残差を第１の光源および第２の光源に対し分散させ、光学ヘッドを構成する各部の位置あわせ精度に対する許容誤差の範囲を広くすることができる。これにより光学ヘッドの製造を容易にし、また、製造歩留りを向上させることができる。
第１および第２の実施形態で説明したように、本実施形態においても、光源素子１１０３と光検出器１１１１とを隣接させ、１つの素子によって構成してもよい。図２６に示す光学ヘッド１３’は、第１の光源１１０１、第２の光源１１０２、光検出器１５０３および光検出器１５０４が１つのパッケージに収められた光源ユニット１５０１を備えている。
第１の光源１１０１から出射した光１１０４および第２の光源１１０２から出射した光１１１２は光分岐素子１５０２およびコリメートレンズ１１０５を透過し、ミラー１１０６による反射により、光学素子１１０７へ入射する。光学素子１１０７を透過した光は集光レンズ１１０８によって第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３に向けて集光される。第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３で反射された光は、逆の光路をたどって光分岐素子１５０２に到達する。光分岐素子１５０２は、反射光が光検出器１５０３および１５０４に入射するよう反射光を回折させる。光検出器１５０３および１５０４は、入射した光を電気信号に変換する。
光分岐素子１１０５は、光源ユニット１５０１とコリメートレンズ１１０５との間以外の光源ユニット１５０１から集光レンズ１１０８の間のどこに配置してもよい。
光学ヘッド１３’によれば、光学ヘッド１３の前述した効果に加えて、検出器を光源と一体化した光源ユニットを用いることによって、光学系の構造をより簡単にすることができ、コストの低減および光学ヘッドの小型化を図ることができる。
本発明の光学ヘッドは第１から第３の実施形態から種々の改変が可能である。上記第１から第３の実施形態では、集光レンズと光学素子とは別々の部品として構成し、光路上において各実施形態で説明したように光学素子の光軸を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置していた。しかし、集光レンズと光学素子とをひとつの部品として光学素子の光軸が集光レンズの光軸に対してシフトした状態で一体的に構成してもよい。このようにすることによって、光学素子の集光レンズに対する位置あわせが不要となり、より光学ヘッドの製造が容易となる。
また、上記第１から第３の実施形態では、透過した光の波面を変化させるために光学素子に同心円状の段差を複数設け、光路差を形成していたが、液晶などの公知な光の屈折効果を利用した波面変換素子を用いて各実施形態の光学素子を構成しても同様の効果が得られる。
上記第１から第３の実施形態として説明した光学ヘッドは光学的記録媒体に情報を記録し、あるいは、光学的記録媒体に記録された情報を再生する公知の光ディスク装置に好適に用いることができる。各実施形態で説明したように本発明の光学ヘッドの外形は小さくすることができる。このため、本発明によれば、特に、携帯用光ディスク装置など、安価で小型の光ディスク装置を実現することができる。
また、第１から第３の実施形態では、ＣＤおよびＤＶＤ用の光源を備えた光ヘッドを例示したが、光学ヘッドは他の波長の光を出射する光源を備えていてもよい。たとえば、波長約４００ｎｍの波長の光を用いて記録再生を行う次世代の光学的記録媒体に用いる光源を本発明の光源の１つとして用いてもよい。また、光学ヘッドは光ディスク装置以外に、２つ以上の光源と１つの対物レンズなどの集光素子とを備え、所定の位置に光ビームを集光させる構造を備えた種々の光学装置にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】  本発明は、複数の光源を備え、収差の少ない光ビームスポットを形成することのできる光学ヘッドを提供する。この光学ヘッドは種々の光学装置、特に、光学的記録媒体に光を用いて情報を記録し、また、光学的記録媒体に記録された情報を再生する光ディスク装置に好適に用いることができる。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の光学的記録媒体に対しそれぞれ第１の波長の光および第１の波長とは異なる第２の波長の光を用いて情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる光学ヘッドであって、
第１の波長の光を出射する第１の光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射し、前記第１の光源と隣接して配置された第２の光源と、
前記第１および第２の光源から出射する光を前記第１および第２の前記光学的記録媒体に向けて集光する集光レンズと、
前記第１および第２の光源と前記集光レンズとの間に配置され、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方と対応する前記第１および第２の光学的記録媒体の少なくとも一方と前記集光レンズとの組み合わせにより生じる球面収差を低減させる光学素子と、
を備え、
前記光学素子は、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減するように、前記光学素子の光軸が前記集光レンズの光軸に対してシフトしている、光学ヘッド。
【請求項２】
前記集光レンズは、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、
前記光学素子は、前記第１の波長の光の透過波面は変化させず、前記第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第２の波長の光に対してのみ前記集光レンズと前記第２の光学的記録媒体とにより生じる球面収差を低減させる請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記第１のおよび第２の光学的記録媒体は、記録マークを形成するための記録層および記録層の表面に設けられた基板を含み、
前記第１のおよび第２の光学的記録媒体の基板の厚さをｔ１およびｔ２としたとき、前記集光レンズは、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、
前記光学素子は、前記第１のおよび第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第１および第２の波長の光に対して前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体の基板により生じる球面収差を低減させる請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記光学素子は、前記第１の波長の光のみが透過する領域に設けられた第１の収差補正部と、前記第１の波長の光および前記第２の波長の光が透過する領域に設けられた第２の収差補正部とを含み、前記光学素子の光軸は、前記第２の収差補正部の光軸と一致しており、前記第１の収差補正部の光軸は前記集光レンズの光軸に一致している請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記集光レンズは、その光軸を中心とする直径Ｒ２の円内の領域において前記第１の波長の光を開口数ＮＡ２で集光し、前光軸を中心とする直径Ｒ１（ただしＲ２＜Ｒ１）の円内の領域において第１の波長の光を開口数ＮＡ１（ただしＮＡ１＞ＮＡ２）で集光する構造を備え、
前記集光レンズの直径Ｒ２の円内の領域は、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備え、
前記集光レンズの前記直径Ｒ１の円と前記直径Ｒ２の円とに挟まれる領域は、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えている請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記光学素子の光軸は、前記集光レンズの光軸に対して前記第２の光源から出射する光の光軸側にシフトしている請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記集光レンズの光軸と前記第１の光源から出射する光の光軸との距離および、前記集光レンズの光軸と前記第２の光源から出射する光の光軸との距離をそれぞれｄ１およびｄ２としたとき、ｄ１＜ｄ２の関係を満たしている請求項６に記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記光学素子は、前記光軸に対して回転対称な構造を備えている請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記光学素子は、前記光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差を含む請求項８に記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記光学素子において、前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部はそれぞれの光軸に対して回転対称な構造を備えている請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項１１】
前記光学素子において、前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部は、対応する光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差をそれぞれ含む請求項１０に記載の光学ヘッド。
【請求項１２】
前記第１および第２の光源は１つのパッケージに収納されている請求項１１に記載の光学ヘッド。
【請求項１３】
前記第１および第２の光源から出射した光が前記第１および第２の前記光学的記録媒体において反射することにより生じる反射光を検出するための光検出器をさらに備え、前記検出器は、前記パッケージ内に配置されている請求項１２に記載の光学ヘッド。
【請求項１４】
前記集光レンズおよび前記光学素子が一体に形成されている請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１５】
請求項１に規定される光学ヘッドを備えた光ディスク装置。
【請求項１６】
隣接する第１および第２の光源からそれぞれ出射する光を１つの集光レンズにより集光することにより、第１および第２の光ビームスポットを形成するビームスポット形成方法であって、
前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体とにより前記第１および第２の光ビームスポットの少なくとも一方に生じる球面収差を補正するための光学素子を前記第１および第２の光ビームスポットと前記集光レンズとの間に配置し、前記光学素子の光軸を前記集光レンズの光軸からシフトさせることにより、前記第１および第２の光源の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減させるビームスポット形成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に情報の記録や再生を行う光学ヘッドおよび光学ヘッドを備えた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録媒体として光学的記録媒体が一般的に用いられるようになり、記録容量および規格の異なる複数種の光学的記録媒体が広く普及している。光学的記録媒体の規格が異なると、記録や再生に用いる光源の波長も異なる。このため、複数種の光学的記録媒体に対応した光ディスク装置は、記録や再生に用いる複数の光源を備えている。
【０００３】
図２７は、従来の光ディス装置の光学ヘッドにおける光学系の構成を模式的に示している。この光ディスク装置はたとえば、特許文献１に開示されている。図２７に示す光ディスク装置は、波長λ１の光を出射する光源１６０１および波長λ２の光を出射する光源１６０２（λ１＜λ２）が１つのパッケージ内に配置された光源素子１６０３を備えている。
【０００４】
第１の光学的記録媒体１６０９に対し記録あるいは再生を行う場合、光源１６０１が用いられる。光源１６０１から出射された光１６０４はコリメートレンズ１６０５を経て、ミラー１６０６において反射し、集光レンズ１６０８によって第１の光学的記録媒体１６０９に集光される。第１の光学的記録媒体１６０９で反射された光は、逆の光路をたどってミラー１６０６に到達し、一部がミラー１６０６を透過する。さらに検出レンズ１６１０を経て光検出器１６１１に入射する。光検出器１６１１に入射した光は光検出器１６１１内の受光素子によって検出され、フォ−カス制御やトラッキング制御のための制御信号および第１の光学的記録媒体１６０９に記録された情報を含む再生信号が生成される。
【０００５】
第２の光学的記録媒体１６１３に対し記録あるいは再生を行う場合には、光源１６０２が用いられる。光源１６０２から出射された光１６１２はコリメートレンズ１６０５を経て、ミラー１６０６において反射し、集光レンズ１６０８によって第１の光学的記録媒体１６０９とは基板厚の異なる第２の光学的記録媒体１６１３に集光される。第２の情報光学的記録媒体１６１３で反射された光は、逆の光路をたどってミラー１６０６に到達し、一部がミラー１６０６を透過する。さらに、検出レンズ１６１０を経て光検出器１６１１に入射する。光検出器１６１１に入射した光は第１の光学的記録媒体１６０９の場合と同様、光検出器１６１１内の受光素子によって検出され、フォ−カス制御やトラッキング制御のための制御信号および第１の光学的記録媒体１６０９に記録された情報を含む再生信号が生成される。
【特許文献１】特開２００１−１８４６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、図２７の光ディスク装置では、光源１６０１および光源１６０２が１つのパッケージ内に収められている。これは、波長の異なる光源をほぼ同じ位置に設けることにより、２つの光源から出射する光の光路を共通にし、光学系の構造を簡単にするためである。これにより、光学系を含む光学ヘッド全体の外形を小さくし、また、光学ヘッドのコストを低減させることが可能となる。
【０００７】
しかし、光源素子１６０３内に配置される光源１６０１および光源１６０２は、厳密には同じ場所に位置することはできない。このため、図２７に模式的に示すように、光源１６０１から出射する光１６０４の光軸と光源１６０２から出射する光１６１２の光軸とは一致しない。たとえば、光源１６０１から出射する光１６０４の光軸を集光レンズ１６０８の光軸と一致させると、光源１６０２から出射する光１６１２の光軸は、集光レンズ１６０８の光軸と一致せず、シフトしてしまう。
【０００８】
その結果、光源１６０２を用いて第２の光学的記録媒体１６１３に対して記録や再生を行う場合、第２の光学的記録媒体１６１３上に集光されるビームスポットに収差（主にコマ収差）が発生する。そして、情報の記録または再生が適切に行えず、記録または再生の性能が低下するという課題が生じる。
【０００９】
特に、光学的記録媒体に対して記録を行う場合、光学的記録媒体上に集光されるビームスポットに収差が生じることによって、適切な形状の記録マークをトラック上に形成できないという問題が発生する可能性がある。
【００１０】
光学的記録媒体の記録密度が高まるにつれて、記録マークの形状がより小さくなり、トラックの間隔も狭くなる。このため、高記録密度の光学的記録媒体では、このような問題はより深刻なものとなる可能性がある。
【００１１】
本発明は上記課題を鑑み、複数の光源が近接して配置された光学ヘッドにおいて、簡単な構成により収差を低減し、優れた記録性能または再生性能を実現する光学ヘッドおよび光ディスク装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光学ヘッドは、第１および第２の光学的記録媒体に対しそれぞれ第１の波長の光および第１の波長とは異なる第２の波長の光を用いて情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。光学ヘッドは、第１の波長の光を出射する第１の光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出射し、前記第１の光源と隣接して配置された第２の光源と、前記第１および第２の光源から出射する光を前記第１および第２の前記光学的記録媒体に向けて集光する集光レンズと、前記第１および第２の光源と前記集光レンズとの間に配置され、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方と対応する前記第１および第２の光学的記録媒体の少なくとも一方と前記集光レンズとの組み合わせにより生じる球面収差を低減させる光学素子とを備え、前記光学素子は、前記第１および第２の波長の光の少なくとも一方の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減するように、前記光学素子の光軸が前記集光レンズの光軸に対してシフトしている。
【００１３】
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズは、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、前記光学素子は、前記第１の波長の光の透過波面は変化させず、前記第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第２の波長の光に対してのみ前記集光レンズと前記第２の光学的記録媒体とにより生じる球面収差を低減させる。
【００１４】
ある好ましい実施形態において、前記第１のおよび第２の光学的記録媒体は、記録マークを形成するための記録層および記録層の表面に設けられた基板を含み、前記第１のおよび第２の光学的記録媒体の基板の厚さをｔ１およびｔ２としたとき、前記集光レンズは、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えており、前記光学素子は、前記第１のおよび第２の波長の光の透過波面を変化させることにより、前記第１および第２の波長の光に対して前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体の基板により生じる球面収差を低減させる。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、前記第１の波長の光のみが透過する領域に設けられた第１の収差補正部と、前記第１の波長の光および前記第２の波長の光が透過する領域に設けられた第２の収差補正部とを含み、前記光学素子の光軸は、前記第２の収差補正部の光軸と一致しており、前記第１の収差補正部の光軸は前記集光レンズの光軸に一致している。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズは、その光軸を中心とする直径Ｒ２の円内の領域において前記第１の波長の光を開口数ＮＡ２で集光し、前光軸を中心とする直径Ｒ１（ただしＲ２＜Ｒ１）の円内の領域において第１の波長の光を開口数ＮＡ１（ただしＮＡ１＞ＮＡ２）で集光する構造を備え、前記集光レンズの直径Ｒ２の円内の領域は、基板の厚さがｔ（ｔはｔ１＜ｔ＜ｔ２の関係を満たしている）の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備え、前記集光レンズの前記直径Ｒ１の円と前記直径Ｒ２の円とに挟まれる領域は、前記第１の光学的記録媒体に対して球面収差が最適となる構造を備えている。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子の光軸は、前記集光レンズの光軸に対して前記第２の光源から出射する光の光軸側にシフトしている。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズの光軸と前記第１の光源から出射する光の光軸との距離および、前記集光レンズの光軸と前記第２の光源から出射する光の光軸との距離をそれぞれｄ１およびｄ２としたとき、ｄ１＜ｄ２の関係を満たしている。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、前記光軸に対して回転対称な構造を備えている。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子は、前記光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差を含む。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子の前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部はそれぞれの光軸に対して回転対称な構造を備えている。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記光学素子の前記第１の収差補正部および前記第２の収差補正部は、対応する光軸を中心として同心円状に配置された複数のリング状段差をそれぞれ含む。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の光源は１つのパッケージに収納されている。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の光源から出射した光が前記第１および第２の前記光学的記録媒体において反射することにより生じる反射光を検出するための光検出器をさらに備え、前記検出器は、前記パッケージ内に配置されている。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記集光レンズおよび前記光学素子が一体に形成されている。
【００２６】
本発明の光ディスク装置は、上記いずれかに規定される光学ヘッドを備えている。
【００２７】
また、本発明のビームスポット形成方法は、隣接する第１および第２の光源からそれぞれ出射する光を１つの集光レンズにより集光することにより、第１および第２の光ビームスポットを形成するビームスポット形成方法であって、前記集光レンズと前記第１および第２の光学的記録媒体とにより前記第１および第２の光ビームスポットの少なくとも一方に生じる球面収差を補正するための光学素子を前記第１および第２の光ビームスポットと前記集光レンズとの間に配置し、前記光学素子の光軸を前記集光レンズの光軸からシフトさせることにより、前記第１および第２の光源の光軸と前記集光レンズの光軸とが一致していないことにより生じるコマ収差を低減させる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、複数の光源を備え、収差の少ない光ビームスポットを形成することのできる光学ヘッドを提供する。この光学ヘッドは種々の光学装置、特に、光学的記録媒体に光を用いて情報を記録し、また、光学的記録媒体に記録された情報を再生する光ディスク装置に好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
複数の光源が近接して配置された光学ヘッドでは、それぞれの光源から出射した光ビームが共通に用いられる１つの集光レンズによって光学的記録媒体に向けて集光する。波長により集光レンズの屈折率が異なり、また、光学的記録媒体の記録層の表面に設けられた基板の厚さや開口数の差異から集光すべき焦点の位置も異なる。このため、ある波長の光、および、ある基板厚さの光学的記録媒体に対して球面収差がゼロあるいは無視しうるほど小さくなるよう集光レンズが設計されている場合、他の波長の光および他の基板厚さの光学的記録媒体では球面収差が光学的記録媒体上に形成されるビームスポットに生じる。
【００３０】
このため、複数の光源および複数の基板厚の光学的記録媒体に対し１つの集光レンズを用いる光学ヘッドでは、球面収差を低減するための光学素子が設けられる。球面収差は集光レンズの光軸に対し回転対称に発生するため、光学素子はその光軸が集光レンズの光軸と一致するよう配置される。
【００３１】
本願発明者は、この球面収差を補正するための光学素子を光学レンズの光軸からシフトさせて配置することにより、複数の光源を用いる場合に生じるコマ収差を低減することを見出した。つまり、本発明では、コマ収差を低減させるための収差補正素子を用いることなく、球面収差を補正するための光学素子によって、球面収差とコマ収差とを同時に低減させている。このため、本発明の光学ヘッドは、構造が簡単でありながら複数の光源から出射する光のコマ収差が適切に低減されている。以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は本発明による光学ヘッドの第１の実施形態を示す図である。図１に示す光学ヘッド１１は第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３に対し情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。図１に示すように、光学ヘッド１１は第１の光源１０１と、第２の光源１０２と、光学素子１０７と、集光レンズ１０８とを備えている。第１の光源１０１および第２の光源１０２はそれぞれ第１の波長λ１および第２の波長λ２の光を出射する。第１の波長λ１と第２の波長λ２とは異なっており、λ１＜λ２の関係を満たしている。図１に示すように、第１の光源１０１および第２の光源１０２は近接して１つのパッケージに収納されており、光源素子１０３を構成している。
【００３３】
第１の波長λ１および第２の波長λ２は、たとえば約６６０ｎｍおよび約７９０ｎｍである。この場合、第１の光源１０１により記録再生を行う第１の光学的記録媒体１０９はＤＶＤであり、第２の光源１０２により記録再生を行う第２の光学的記録媒体１１３はＣＤである。
【００３４】
また、第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３において、記録層の表面に設けられる基板の厚さは異なっている。第１の光学的記録媒体１０９がＤＶＤであり、第２の光学的記録媒体１１３がＣＤである場合、基板の厚さはそれぞれ０．６ｍｍおよび１．２ｍｍである。
【００３５】
光源素子１０３における第１の光源１０１と第２の光源１０２との中心間距離は５０μｍから５００μｍの範囲であることが好ましい。５００μｍよりも中心間距離が大きくなると、２つの光源から出射する光の光軸の間隔が大きくなりすぎ、光路を共通にすることが困難となる。また、それぞれの光源はレーザ共振器としての所定の構造を有するため、５０μｍよりも小さい中心間距離で２つの光源を配置することは物理的に難しい。第１の光源１０１と第２の光源１０２との中心間距離は好ましくは１１０μｍである。
【００３６】
集光レンズ１０８は、第１の光源１０１および第２の光源１０２から出射する光を第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３に向けて集光し、第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３の記録マークを形成したり、ピットが形成された記録層上において所定の集光状態にあるビームスポットを形成する。集光レンズ１０８のレンズとして機能する部分は光軸となる軸に対して回転対称な形状を有している。
【００３７】
第１の光学的記録媒体１０９に対し記録および／または再生を行う場合、集光レンズ１０８は、第１の波長の光を開口数ＮＡ１で集光する。同様に、第２の光学的記録媒体１０９に対し記録および／または再生を行う場合、第２の波長の光をＮＡ１＞ＮＡ２を満たす開口数ＮＡ２で集光する。第１の光学的記録媒体１０９がＤＶＤであり、第２の光学的記録媒体１１３がＣＤである場合、ＮＡ１およびＮＡ２はたとえば、０．６３および０．５０である。ＮＡ１＞ＮＡ２であるため、第２の光源１０２から出射する光１１２のビーム径よりも第１の光源１０１から出射する光１０４のビーム径は大きくなっている。
【００３８】
光学素子１０７は、第１の光源１０１および第２の光源１０２から出射する光の光路上において、第１の光源１０１および第２の光源１０２と集光レンズ１０８との間に配置され、第１および第２の波長の光の少なくとも一方と集光レンズ１０８と第１の光学的記録媒体１０９および第２の光学的記録媒体１１３との組み合わせにより生じる球面収差を低減させる。
【００３９】
本実施形態では、以下において詳細に説明するように、集光レンズ１０８は、第１の波長の光および第１の光学的記録媒体１０９に対して、第１の光学的記録媒体の記録層上に形成されるビームスポットの球面収差が最適となるように設計されている。また、光学素子１０７は、第２の波長の光と集光レンズ１０８と第２の光学的記録媒体１１３との組み合わせにより生じる球面収差を低減させる。
【００４０】
光学ヘッド１１は、このほか、コリメートレンズ１０５と、ミラー１０６と、検出レンズ１１０と、光検出器１１１とを備えている。
【００４１】
光源素子１０３の第１の光源１０１から出射した光は、光１０４はコリメートレンズ１０５により平行光となるように集光され、ミラー１０６によって集光レンズ１０８に向かうよう反射する。光１０４は、光学素子１０７を透過し、集光レンズ１０８によって、第１の光学的記録媒体１０９の記録層上において所定の集光状態となるように、第１の光学的記録媒体１０９に向けて集光される。集光された光１０４は記録層において反射し、逆の光路をたどってミラー１０６に到達する。ミラー１０６に達した光の一部はミラー１０６を透過し、検出レンズ１１０において集光状態が調整され、光検出器１１１に入射する。
【００４２】
光検出器１１１は、入射してきた光を複数の領域に分割された受光素子によって検出し、複数の電気的信号に変換する。この電気的信号を用いて、フォ−カス制御やトラッキング制御のための制御信号および第１の光学的記録媒体１０９に記録された情報を含む再生信号が生成される。制御信号および再生信号を生成は公知の構成によって行うことができる。
【００４３】
光源素子１０３の第２の光源１０２から出射した光１１２も同様にコリメートレンズ１０５、ミラー１０６、および光学素子１０７を含む光路を伝播し、集光レンズ１０８によって、第２の光学的記録媒体１１３の記録層上において所定の集光状態となるように、第２の光学的記録媒体１１３に向けて集光される。集光された光１１２は記録層において反射し、逆の光路をたどってミラー１０６に到達する。光１１２の一部がミラー１０６および検出レンズ１１０を透過し、光検出器１１１に入射する。
【００４４】
光検出器１１１において、入射した光が電気的信号に変換され、フォ−カス制御やトラッキング制御のための制御信号および第２の光学的記録媒体１１３に記録された情報を含む再生信号が生成される。
【００４５】
次に光学ヘッド１１における球面収差およびコマ収差の低減について詳細に説明する。
【００４６】
前述したように集光レンズ１０８は、第１の波長の光および第１の光学的記録媒体１０９に対して、第１の光学的記録媒体１０９の記録層上に形成されるビームスポットの球面収差が最適、つまりほぼゼロとなるように設計されている。第１の波長の光と第２の波長に光とは波長が異なっているため、また、第２の光学的記録媒体１１３の基板の厚さは第１の光学的記録媒体１０９の基板の厚さと異なっているため、第２の波長の光により第２の光学的記録媒体１１３の記録層上にビームスポットを形成する場合、球面収差が発生する。図２Ａおよび図２Ｂは、第２の波長の光により第２の光学的記録媒体１１３の記録層上に形成したビームスポットの球面収差のプロファイルを模式的に示している。これらの図において横軸ＰＸ、ＰＹは、記録層と平行な面上の直交する２方向を示しており、縦軸Ｗは波長で規格化した波面の等位相面を示している。縦軸は、集光レンズ１０８の光軸と一致する。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、球面収差は集光レンズ１０８の光軸を中心として回転対称に生じる。また、光軸上では球面収差は最小となり、光軸から所定の距離において最大となる。
【００４７】
一方、図３Ａおよび図３Ｂは、集光レンズ１０８の光軸から光源の光軸がずれている場合に生じるビームスポットのコマ収差を示している。コマ収差は集光レンズ１０８の光軸から光源の光軸がシフトし、集光レンズ１０８に対して光が斜めに入射することにより発生する。このため、集光レンズ１０８の光軸と、光源の光軸とが一致していない場合には、第１の波長の光であっても第２の波長の光であっても収差が生じる。また、コマ収差は、光源の光軸が集光レンズ１０８の光軸からシフトした方向において、最も大きくなり、シフトした方向と直交する方向においては小さくなる。図３Ａおよび図３Ｂでは、ＰＹ方向に光源がシフトしている。
【００４８】
第２の波長の光に対して集光レンズ１０８と第２の光学的記録媒体１１３とにより生じる球面収差を補正するためには、集光レンズ１０８に入射する光に図２Ａおよび図２Ｂに示す球面収差を打ち消すような収差が生じていればよい。図４は、球面収差を補正するための光学素子１０７の構造を模式的にしている。また、図５は光学素子１０７の主要部の断面形状を示している。図４に示すように、光学素子１０７は平行な２つの主面を有し、第１の波長および第２の波長に対して透明な板構造を含む。板構造のひとつの主面には、同心円状に配置された複数のリング状段差が設けられている。最も外側のリングの直径は、第２の光源１０２から出射する光の直径とおおよそ等しい。
【００４９】
各リング状の段差により、段差と段差に挟まれるリング状のテラスが形成される。各リング状の段差の深さはいずれも等しくｄに設定されている。図６はある段差部分の拡大断面図である。図６に示すように、隣接する２つのリング状のテラスを透過する光３０１および３０２の光路差は、第１の波長λ１に対する光学素子１０７の屈折率をｎ１としたとき、（ｎ１−１）ｄで示される。この光路差（ｎ１−１）ｄは第１の波長λ１の整数倍になるよう、すなわち、ｄ＝Ｎλ１／（ｎ１−１）（Ｎは１以上の整数）を満たすように設定されている。また、第２の波長λ２に対する光学素子１０７の屈折率をｎ２としたとき、ｄ≠Ｎλ２／（ｎ２−１）（Ｎは１以上のすべての整数）を満たしている。
【００５０】
光学素子１０７に設けられるリング状の段差は、第２の光源に対して生じる球面収差（図２Ａおよび図２Ｂ）を補正する位相差が生じるようなプロファイルに設定されている。たとえば、図５に示すように、光学素子１０７の中心から外側へ向かうにつれ、その厚さが減少するように４つのリング状段差が設けられ、さらに外側へ向かうにつれて厚さ増加するように４つのリング状段差が設けられている。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、球面収差の変化は外周部分で大きくなっているため、図５に示すように光学素子１０７における段差の間隔も外周部分において狭くなっている。なお、図５に示す構造は、λ１＝０．６６μｍ、λ２＝０．７９μｍ、ＮＡ１＝０．６３、ＮＡ２＝０．５０、光学素子１０７の屈折率ｎ１≒ｎ２≒１．５１、Ｎ＝１、集光レンズの焦点距離２．８、コリメートレンズの焦点距離１８．３の場合における一例である。このような光学素子１０７は、球面収差を補正するための光学素子の公知の設計および製造法方法を用いて作製できる。
【００５１】
光学素子１０７を第１の光源１０１から出射した光が透過する場合、光学素子１０７の段差が前述した関係を満たしているため、光路差が生じず、透過後の光の波面は変化しない。
【００５２】
一方、光学素子１０７を第２の光源１０２から出射した光が透過する場合、リング状の段差により位相差が生じ、透過後の光の波面が変化する。この波面の変化による第２の波長λ２の光１１２の位相差は、集光レンズ１０８と第２の光学的記録媒体１１３とにおいて生じる球面収差を補正するような分布をしている。
【００５３】
このため、第２の光源１０２から出射した光を、その光軸が光学素子１０７の光軸および集光レンズ１０８の光軸に一致するように光学素子１０７に透過させ、集光レンズ１０８により集光させた場合、第２の光学的記録媒体１１３の記録層上に形成されるビームスポットには、球面収差がほぼゼロになる。
【００５４】
しかしながら、前述したように、光源素子１０３に配置されている第１の光源１０１および第２の光源１０２は、同じ位置に設けることができない。図７は、第１の光源１０１の光軸と光学素子１０７の光軸および集光レンズ１０８の光軸とが一致するようにそれぞれを配置した場合において、第２の光源１０２により生じるコマ収差の分布を示している。第１の光源１０１と第２の光源１０２との間隔は１１０μｍに設定している。第２の光源１０２が第１の光源１０１から所定の距離を隔てて配置されているため、第２の光源１０２の光軸は、光学素子１０７の光軸および集光レンズ１０８の光軸からシフトしている。その結果、図７に示すようにコマ収差成分が発生している。図５に示す寸法で光学素子１０７が設計されている場合、コマ収差は約１５×１０-3×λ２となる。
【００５５】
本発明の光学ヘッドでは、このコマ収差を低減させるために、光学素子１０７の光軸を集光レンズ１０８の光軸に対してシフトさせる。具体的には、図８に示すように、集光レンズ１０８の光軸４０４と第１の光源１０１の光軸４０１との距離をｄ１とし、集光レンズ１０８の光軸４０４と第２の光源１０２の光軸４０２との距離をｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ２を満たすように光源素子１０３を集光レンズ１０８に対して配置する。また、集光素子１０７の光軸４０３を集光レンズ１０８の光軸４０４に対し、距離Ｄ（ただし、Ｄ＜ｄ２）だけ第２の光源１０２の光軸４０２側へシフトさせる。
【００５６】
集光レンズ１０８、光学素子１０７、第１の光源１０１および第２の光源１０２の相対配置により、第２の光源１０２から出射する光に対して光学素子１０７により生じる位相差が、第２の光源１０２により生じるコマ収差および集光レンズ１０８により生じる球面収差を弱めるよう、あるいは、キャンセルするよう、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２の値を決定する。図８では、これらの光軸の関係が理解し易いように、光源素子１０３から出射する光の方向に集光レンズ１０８および光学素子１０７を配置して示しているが、実際には、図１に示すように光源素子１０３から出射する光の方向がミラー１０６により変えられている。これらの距離は、たとえば、集光レンズ１０８、光学素子１０７、コリメートレンズ１０５、第１の光源１０１および第２の光源１０２の光学特性を定めるパラメータを用いて、シュミレーションを行うことにより決定することができる。
【００５７】
第１の光源１０１から第１の波長の光を出射する場合、前述したように、光学素子１０７を透過する際に位相差は発生しない。また、集光レンズ１０８は、第１の波長の光に対して球面収差が小さくなるよう最適化されている。このため、第１の光源１０１により第１の光学的記録媒体１０９の記録層に形成されるビームスポットには球面収差が抑制されている。
【００５８】
また、ｄ１＜ｄ２の関係を満たすよう光源素子１０３が配置されているため、第１の光源１０１によるコマ収差も抑制される。
【００５９】
一方、第２の光源１０２から第２の波長の光を出射する場合、光学素子１０７を透過することによって、集光レンズ１０８で発生する球面収差を補正あるいは補償するように、透過波面が変化して位相差が生じる。光学素子１０７の光軸を集光レンズ１０８から適切にシフトさせることによって、位相差の生じた光をコマ収差が低減するように集光レンズ１０８に入射させることができる。これにより、第２の光学的記録媒体１１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方を抑制させることができる。
【００６０】
図９は、図５に示す光学素子１０７を用いて光学素子１０７を集光レンズ１０８の光軸からシフトさせて配置した場合の第２の光源による収差の分布を示している。この例では、ｄ１＝０ｍｍ、ｄ２＝０．１１ｍｍ、Ｄ＝１５μｍに設定している。図９に示すように、波面の等位相面はわずかに傾いている。しかし、位相差の成分を詳細に分析したところ、収差の残存成分は非点収差成分と高次収差成分であり、１５×１０-3×λ２であったコマ収差はほぼゼロに低減されていることがわかった。
【００６１】
このように、本実施形態の光学ヘッドによれば、集光レンズによる球面収差を補正するための光学シフト素子を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置することにより、球面収差およびコマ収差を同時に低減することができる。したがって、第１の光源および第２の光源のいずれを用いた場合でもそれぞれの光源により記録および／または再生を行う光学的記録媒体に対し、収差が抑制あるいは最適化された集光状態の光を用い、品質の高い記録および／または再生が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置が実現する。
【００６２】
また、コマ収差を補正するために光学素子１０７とは別の収差補正素子を用いる必要がないため、光学系を構成する部品の数を減らして、製造コストを低減させることがでる。部品数を減らすことにより、光学系の調整も容易におこなうことができる。
【００６３】
なお、光学ヘッド１１では、光源素子１０３と光検出器１１１とは別の素子により構成し、光ヘッド１１内において離れた場所に配置している。しかし、１つの素子を構成するよう、光源素子１０３と光検出器１１１とを隣接させて配置してもよい。図１０に示す光学ヘッド１１'は、第１の光源１０１、第２の光源１０２、光検出器５０３および光検出器５０４が１つのパッケージに収められた光源ユニット５０１を備えている。また、光検出器５０３および光検出器５０４へ光を入射させるための光分岐素子５０２をさらに備えている。光分岐素子５０２は、所定の偏光状態の光のみを回折させる回折格子などにより構成する。
【００６４】
第１の光源１０１から出射した光１０４は光分岐素子５０２およびコリメートレンズ１０５を透過し、ミラー１０６による反射により、光学素子１０７へ入射する。光学素子１０７を透過した光は集光レンズ１０８によって第１の光学的記録媒体１０９に向けて集光される。第１の光学的記録媒体１０９で反射された光は、逆の光路をたどって光分岐素子５０２に到達する。光分岐素子５０２は、反射光が光検出器５０３および５０４に入射するよう反射光を回折させる。光検出器５０３および５０４は、入射した光を電気信号に変換する。
【００６５】
第２の光源１０２から出射した光１１２も同様の経路により、第２の光学的記録媒体１１３へ向けて集光される第２の光学的記録媒体１１３において反射した光は光検出器５０３および５０４へ導かれる。
【００６６】
光学素子１０７および集光レンズ１０８の構造や、第１の光源１０１、第２の光源１０２、光学素子１０７および集光レンズ１０８の配置は前述した通りである。
【００６７】
光分岐素子５０２は、光源ユニット５０１とコリメートレンズ１０５との間以外の光源ユニット５０１から集光レンズ１０８の間のどこに配置してもよい。
【００６８】
光学ヘッド１１'によれば、光学ヘッド１１の前述した効果に加えて、検出器を光源と一体化した光源ユニットを用いることによって、光学系の構造をより簡単にすることができ、コストの低減および光学ヘッドの小型化を図ることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、光学素子１０７には、第２の光源１０２に対し収差を生じさせるためのリング状段差を設けているが、図４および図５に示すリング状段差の外側であって、第１の光源１０１の光路となる領域に別の目的のための段差や回折溝を構成してもよい。たとえば、温度変化によって集光レンズ１０８の屈折率や形状が変化し、集光性能が劣化する場合に温度変化に対する光源の波長変動を利用して集光性能の劣化を補正させる用途などに使用することができる。また、この段差や回折溝を集光レンズ１０８と一体に構成してもよい。
【００７０】
（第２の実施形態）
図１１は本発明による光学ヘッドの第２の実施形態を示す図である。図１１に示す光学ヘッド１２は第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３に対し、情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。第１の実施形態と同様、光学ヘッド１２は第１の光源６０１、第２の光源６０２、集光レンズ６０８、光学素子６０７、コリメートレンズ６０５、ミラー６０６、検出レンズ６１０および検出器６１１を備えている。また、第１の実施形態と同様、第１の光源６０１および第２の光源６０２はパッケージに収められ、光源素子６０３を構成している。
【００７１】
光源素子６０３から第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３までの光路上、および、第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３から光検出器６１１までの光路上においてこれらの構成要素は第１の実施形態と同様の順序で配置されている。
【００７２】
第１の光源６０１および第２の光源６０２はそれぞれ第１の波長λ１および第２の波長λ２の光を出射する。第１の波長λ１と第２の波長λ２とは異なっており、λ１＜λ２の関係を満たしている。第１の波長λ１および第２の波長λ２は、たとえば約６６０ｎｍおよび約７９０ｎｍである。第１の光源６０１および第２の光源６０２はそれぞれ第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３の記録および／または再生に用いられる。第１の光学的記録媒体６０９および第２の光学的記録媒体６１３の記録層の表面に形成されている基板はそれぞれｔ１およびｔ２（ｔ２≠ｔ１）の厚さを備えている。
【００７３】
第１の実施形態では、集光レンズ１０８（図１）は第１の光源から出射する光と第１の光学的記録媒体１０９とに対して球面収差がほぼゼロとなるように設計されていた。このように設計された集光レンズを用いる場合、一方の光源に対する球面収差が最適化されているため、２つの光源の位置あわせに関する許容度が偏ってしまい、光学ヘッドを製造する場合に高い位置あわせ精度が必要となったり、製造歩留まりが低下したりする可能性がある。
【００７４】
本実施形態では、この点を考慮し、集光レンズ６０８は、いずれの光源に対しても、球面収差をある程度低減することができるように設計する。具体的には、記録層の表面に設ける基板の厚さがｔの光学的記録媒体および波長λの光を仮想的に設定し、集光レンズ６０８をこの仮想的な光および光学的記録媒体に対して球面収差がゼロとなるように設計されている。ここで、ｔおよびλはｔ１＜ｔ＜ｔ２およびλ１＜λ＜λ２をそれぞれ満たしている。
【００７５】
また、図１１に示すように、集光レンズ６０８はその光軸を中心として直径Ｒ２の円内の領域内では開口数ＮＡ２で第２の波長の光を集光し、直径Ｒ１（Ｒ１＞Ｒ２）の円内の領域内では開口数ＮＡ１で第１の波長の光を集光するよう構成されている。第１の光源６０１から出射する光のビーム径および第２の光源６０２から出射する光のビーム径はそれぞれＲ１およびＲ２である。
【００７６】
図１２および図１３は、このように設計された集光レンズ６０８ならびに第２の光源６０２および第１の光源６０１を用いて、第２の光学的記録媒体６１３および第１の光学的記録媒体６０９の記録層に光スポットを形成した場合の球面収差をそれぞれ示している。これらの図では、一断面方向の収差しか示していないが、前述したように、球面収差は光軸に対して回転対称なプロファイルを示す。集光レンズ６０８の球面収差が中間の波長の光および基板厚さを有する仮想的な光および光学的記録媒体に対して最適化されているため、図１２および図１３に示すように直径Ｒ２の領域内において互いに逆方向に収差が発生している。
【００７７】
図１４は、集光レンズ６０８により発生する球面収差を補正するための光学素子６０７の一例を示す断面図である。光学素子６０７は、平行な２つの主面を有し、第１の波長および第２の波長に対して透明な板構造を含む。板構造の第１の主面には、図４に示すような同心円状に配置された複数のリング状段差を含む第１の収差補正部６０７ａが形成されている。また、第２の主面にも同心円状に配置された複数のリング状段差を含む第２の収差補正部６０７ｂが形成されている。第２の収差補正部６０７ｂの最も外側のリングの直径はＲ２に等しい。また、第１の収差補正部６０７ａの最も外側のリングの直径はＲ１に等しい。第１の収差補正部６０７ａには第１の光源６０１から出射した第１の波長の光のみが透過し、第２の収差補正部６０７ｂには第１の光源６０１から出射した第１の波長の光および第２の光源６０２から出射した第２の波長の光が透過する。
【００７８】
各リング状の段差により、段差と段差に挟まれるリング状のテラスが形成される。各リング状の段差の深さはいずれも等しくｄに設定されている。本実施形態では第１の波長λ１の光に対しては透過波面に＋δの位相差を与え、第２の波長λ２の光に対しては透過波面に−δの位相差を与えるようにｄを設定する。
【００７９】
図１５はある段差部分の拡大断面図である。図１５に示すように、隣接する２つのリング状のテラスを透過する光８０１および８０２の光路差は、第１の波長λ１に対する光学素子６０７の屈折率をｎ１としたとき、（ｎ１−１）ｄで示される。また、第２の波長λ２に対する光学素子６０７の屈折率をｎ２としたとき、（ｎ２−１）ｄで示される。このため、ｄ＝（ｉ＋δ）λ１／（ｎ１−１）＝（ｊ−δ）λ２／（ｎ２−１）を解くことによってδは求まり（ただし、ｉ、ｊは整数）、δ＝｛（ｎ１−１）ｊλ２−（ｎ２−１）ｉλ１｝／｛（ｎ２−１）λ１＋（ｎ１−１）λ２｝となる。δを求めることにより深さｄが得られる。
【００８０】
段差の深さｄをこのように設定することにより、第１の光源６０１から出射した第１の波長の光の波面は、段差１段あたり＋δの位相差を与え、第２の光源６０２から出射した第２の波長の光の波面は、段差１段あたり−δの位相差を与えることができる。
【００８１】
したがって、図１４に示すように直径Ｒ２の円内に形成される第２の収差補正部６０７ｂは、第１の光源６０１からの光に対し、たとえば＋方向の球面収差を与える極性を有し、第２の光源６０２からの光に対し、−方向の球面収差を与え極性を有する。このため、図１２および図１３に示す集光レンズ６０８の直径Ｒ２の円内における球面収差をそれぞれキャンセルすることができる。
【００８２】
一方、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれる領域に形成される第１の収差補正部６０７ａは、第１の光源６０１からの光に対し、たとえば−方向の球面収差を与える極性を有する。前述したように、この領域には第１の光源６０１から出射した光のみが照射し、第２の光源６０２から出射する光は照射しない。このため、図１３に示す集光レンズ６０８の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円ではさまれる領域における第１の波長の光による球面収差をキャンセルすることができる。
【００８３】
なお、図１４に示す構造は、ｔ＝０．６ｍｍ、λ１＝０．６６μｍ、λ２＝０．７９μｍ、ＮＡ１＝０．６３、ＮＡ２＝０．５０、光学素子１０７の屈折率ｎ１≒ｎ２≒１．５１、Ｎ＝１、集光レンズの焦点距離２．８、コリメートレンズの焦点距離１８．３の場合における一例である。光学素子１０７は、球面収差を補正するための光学素子の公知の設計および製造方法を用いて作製できる。
【００８４】
このような構造を有する光学素子６０７を集光レンズ６０８の光軸に対してシフトさせ、第１の実施形態と同様、主として第２の光源６０２から出射する光により生じるコマ収差を低減させる。ただし、図１３に示すように、集光レンズ６０８の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円ではさまれる領域では第１の波長の光に対する球面収差が急激に増大しており、第２の光源６０２によるコマ収差を低減させるために光学素子６０７をシフトさせると、この領域において球面収差が適切に低減できなくなる可能性がある。このため、この領域の球面収差を補正するために用いられる光学素子６０７の第１の収差補正部６０７ａはシフトさせず、第２の収差補正部６０７ｂのみをシフトさせる。
【００８５】
図１６および図１７に示すように、集光レンズ６０８の光軸９０４と第１の光源６０１の光軸９０１との距離をｄ１とし、集光レンズ６０８の光軸９０４と第２の光源６０２の光軸９０２との距離をｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ２を満たすように光源素子６０３を集光レンズ１０８に対して配置する。また、光学素子６０７の第２の収差補正部６０７ｂの光軸９０３を集光レンズ６０８の光軸９０４に対し、距離Ｄ（ただし、Ｄ＜ｄ２）だけ第２の光源６０２の光軸９０２側へシフトさせる。光学素子６０７の第１の収差補正部６０７ａの光軸６０７ｄは集光レンズ６０８の光軸９０４に一致させる。
【００８６】
集光レンズ６０８、第２の収差補正部６０７ｂ、第１の光源６０１および第２の光源６０２の相対的な配置により、第２の光源６０２から出射する光に対して第２の収差補正部６０７ｂにより生じる位相差が、第２の光源６０２により生じるコマ収差および集光レンズ６０８により生じる球面収差を弱める、あるいは、キャンセルするよう、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２の値を決定する。第１の実施形態で説明したように、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２はシュミレーションを行うことにより決定することができる。
【００８７】
第１の光源６０１から第１の波長の光を出射する場合、直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円とで挟まれる領域では、第１の収差補正部６０７ａの光軸６０７ｃは集光レンズ６０８の光軸９０４に一致しているため、集光レンズ６０８による球面収差は第１の収差補正部６０７ａによりほぼ完全にキャンセルされる。直径Ｒ２の円内の領域では、前述したように第２の収差補正部６０７ｂにより、集光レンズ６０８による球面収差を補正するような位相差が第１の波長の光に与えられる。このため、集光レンズ６０８により生じる球面収差はキャンセルあるいは適切に抑制される。
【００８８】
集光レンズ６０８の光軸に対してｄ１＜ｄ２の関係を満たすよう第１の光源６０１が配置されているため、第１の光源６０１と集光レンズ６０８の光軸とのずれは小さく、第１の光源６０１によるコマ収差も抑制される。したがって、第１の光学的記録媒体６１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方が抑制される。
【００８９】
一方、第２の光源６０２から第２の波長の光を出射する場合、第２の収差補正部６０７ｂを透過することによって、集光レンズ６０８で発生する球面収差を補正あるいは補償するように、透過波面が変化して位相差が生じる。第２の光源６０２の光軸を集光レンズ６０８から適切にシフトさせることによって、位相差の生じた光をコマ収差が低減するように集光レンズ６０８に入射させることができる。これにより、第２の光学的記録媒体１１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方を抑制させることができる。
【００９０】
図１７に示す形状の第１の収差補正部６０７ａおよび第２の収差補正部６０７ｂを用いる場合、ｄ１＝０、ｄ２＝０．１１ｍｍ、Ｄ＝２９μｍとすることにより、球面収差およびコマ収差を第１の光源６０１および第２の光源６０２に対してほぼゼロとすることができる。
【００９１】
このように、本実施形態の光学ヘッドにおいても第１の実施形態と同様、集光レンズによる球面収差を補正するための光学シフト素子の収差補正部を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置することにより、球面収差およびコマ収差を同時に低減することができる。したがって、第１の光源および第２の光源のいずれを用いた場合でもそれぞれの光源により記録および／または再生を行う光学的記録媒体に対し、収差が抑制あるいは最適化された集光状態の光を用い、品質の高い記録および／または再生が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置が実現する。
【００９２】
また、本実施形態では、集光レンズの球面収差が第１の光源および第１の光学的記録媒体と、第２の光源および第２の光学的記録媒体との中間の波長の光および基板厚さを有する仮想的な光および光学的記録媒体に対して最適化されている。このため、第１の光源および第２の光源の光軸を集光レンズの光軸からシフトさせた場合に生じる球面収差の補正の残差を第１の光源および第２の光源に対し分散させ、光学ヘッドを構成する各部の位置あわせ精度に対する許容誤差の範囲を広くすることができる。これにより光学ヘッドの製造を容易にし、また、製造歩留りを向上させることができる。
【００９３】
第１の実施形態で説明したように、本実施形態においても、光源素子６０３と光検出器６１１とを隣接させ、１つの素子によって構成してもよい。図１８に示す光学ヘッド１２'は、第１の光源６０１、第２の光源６０２、光検出器１００３および光検出器１００４が１つのパッケージに収められた光源ユニット１００１を備えている。
【００９４】
第１の光源６０１から出射した光６０４および第２の光源６０２から出射した光６１２は光分岐素子１００２およびコリメートレンズ６０５を透過し、ミラー６０６による反射により、光学素子６０７へ入射する。光学素子６０７を透過した光は集光レンズ６０８によって第１の光学的記録媒体６０９に向けて集光される。第１の光学的記録媒体６０９で反射された光は、逆の光路をたどって光分岐素子１００２に到達する。光分岐素子１００２は、反射光が光検出器１００３および１００４に入射するよう反射光を回折させる。光検出器１００３および１００４は、入射した光を電気信号に変換する。
【００９５】
光分岐素子１００２は、光源ユニット１００１とコリメートレンズ６０５との間以外の光源ユニット１００１から集光レンズ６０８の間のどこに配置してもよい。
【００９６】
光学ヘッド１２'によれば、光学ヘッド１１の前述した効果に加えて、検出器を光源と一体化した光源ユニットを用いることによって、光学系の構造をより簡単にすることができ、コストの低減および光学ヘッドの小型を図ることができる。
【００９７】
（第３の実施形態）
図１９は本発明による光学ヘッドの第３の実施形態を示す図である。図１９に示す光学ヘッド１３は第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３に対し、情報の記録および／または再生を行う光ディスク装置に用いられる。第２の実施形態と同様、光学ヘッド１３は第１の光源１１０１、第２の光源１１０２、集光レンズ１１０８、光学素子１１０７、コリメートレンズ１１０５、ミラー１１０６、検出レンズ１１１０および検出器１１１１を備えている。また、第１の実施形態と同様、第１の光源１１０１および第２の光源１１０２はパッケージに収められ、光源素子１１０３を構成している。
【００９８】
光源素子１１０３から第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３までの光路上および第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３から光検出器１１１１までの光路上においてこれらの構成要素は第１の実施形態と同様の順序で配置されている。
【００９９】
第１の光源１１０１および第２の光源１１０２はそれぞれ第１の波長λ１および第２の波長λ２の光を出射する。第１の波長λ１と第２の波長λ２とは異なっており、λ１＜λ２の関係を満たしている。第１の波長λ１および第２の波長λ２は、たとえば約６６０ｎｍおよび約７９０ｎｍである。第１の光源１１０１および第２の光源１１０２はそれぞれ第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３の記録および／または再生に用いられる。第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３の記録層の表面に形成されている基板はそれぞれｔ１およびｔ２（ｔ２≠ｔ１）の厚さを備えている。
【０１００】
第２の実施形態と同様、図２０に示すように、集光レンズ１１０８はその光軸１４０４を中心して直径Ｒ２の円内の領域内では開口数ＮＡ２で第２の波長の光を集光し、直径Ｒ１（Ｒ１＞Ｒ２）の円で挟まれるリング状領域内では、開口数ＮＡ１で第１の波長の光を集光するよう構成されている。また、直径Ｒ２の円内の領域内では記録層の表面に設ける基板の厚さがｔの光学的記録媒体および波長λの光を仮想的に設定し、集光レンズ１１０８をこの仮想的な光および光学的記録媒体に対して球面収差がゼロとなるように設計されている。
【０１０１】
一方、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１（Ｒ１＞Ｒ２）の円で挟まれるリング状領域内では、第１の光源１１０１から出射する第１の波長の光および第１の光学的記録媒体１１０９に対して、第１の光学的記録媒体の記録層上に形成されるビームスポットの球面収差が最適となるように設計されている。
【０１０２】
第１の光源１１０１から出射する光のビーム径および第２の光源１１０２から出射する光のビーム径はそれぞれＲ１およびＲ２である。
【０１０３】
図２１は、このように設計された集光レンズ１１０８を用い、第１の光源１１０１により第１の光学的記録媒体１１０９の記録層に光スポットを形成した場合の球面収差を示している。直径Ｒ２の円内の領域内では、基板の厚さがｔの仮想的な光学的記録媒体に対し、球面収差がゼロとなるように設計されているため、第１の光源１１０１から出射する第１の波長の光に対して所定の球面収差が発生している。これに対して、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれるリング状領域内では、第１の波長の光に対して球面収差がゼロとなるように設計されているため、球面収差がほぼゼロになっている。
【０１０４】
第２の光源１１０２により、第２の光学的記録媒体１１１３の記録層に光スポットを形成した場合に生じる球面収差は、図１２に示す通りである。第２の実施形態で説明したように、直径Ｒ２の円内の領域内における球面収差は第１の波長の光と第２の波長の光とで逆になっている。
【０１０５】
図２０に示すように、本実施形態の集光レンズ１１０８では、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれるリング状領域内では、第１の波長の光に対して球面収差がゼロとなるように設計されている。したがって、集光レンズ１１０８の球面収差を補正する光学素子１１０７は、第２の実施形態の光学素子６０７からこの領域おける球面収差を補正するために用いた第１の収差補正部６０７ａを取り除いたものと等しい。
【０１０６】
図２２および図２３は、集光レンズ１１０８により発生する球面収差を補正するための光学素子１１０７の一例を示している。光学素子１１０７は、平行な２つの主面を有し、第１の波長および第２の波長に対して透明な板構造を含む。板構造の第１の主面には、第２の実施形態の第２の収差補正部に対応する同心円状に配置された複数のリング状段差を含む構造が形成されている。最も外側のリングの直径はＲ２に等しい。
【０１０７】
各リング状の段差により、段差と段差に挟まれるリング状のテラスが形成される。各リング状の段差の深さはいずれも等しくｄに設定されている。
【０１０８】
図２４はある段差部分の拡大断面図である。図２４に示すように、隣接する２つのリング状のテラスを透過する光１３０１および１３０２の光路差ｄは、第２の実施形態と同様、第１の波長λ１の光に対しては透過波面に＋δの位相差を与え、第２の波長λ２の光に対しては透過波面に−δの位相差を与えるように設定する。
【０１０９】
図２３に示す構造は、ｔ＝０．９ｍｍ、λ１＝０．６６μｍ、λ２＝０．７９μｍ、ＮＡ１＝０．６３、ＮＡ２＝０．５０、光学素子１０７の屈折率ｎ１≒ｎ２≒１．５１、Ｎ＝１、集光レンズの焦点距離３．０５、コリメートレンズの焦点距離２０の場合における一例である。集光レンズおよびコリメートレンズの焦点距離ならびに仮想的な光学的記録媒体の基板の厚さを第２の実施形態で示した例と異なる値に設定しているため、図２３に示した構造の各部の寸法は図１４に示す構造の寸法と異なっている。
【０１１０】
図２２および図２３に示す光学素子１１０７は、第１の光源１１０１からの光に対し、たとえば＋方向の球面収差を与える極性を有し、第２の光源１１０２からの光に対し、−方向の球面収差を与える極性を有する。このため、図２１に示す集光レンズ６０８の直径Ｒ２の円内における球面収差をそれぞれキャンセルすることができる。また、前述したように、直径Ｒ２の円および直径Ｒ１の円で挟まれるリング状領域内では、第１の波長の光に対して球面収差がゼロとなるように集光レンズ１１０８が設計されている。このため、光学素子１１０７のこの領域には段差を形成していないが、球面収差の発生がもともと抑えられている。
【０１１１】
このような構造を有する光学素子１１０７を集光レンズ１１０８の光軸に対してシフトさせ、第２の実施形態と同様、主として第２の光源１１０２から出射する光により生じるコマ収差を低減させる。図２５に示すように、集光レンズ１１０８の光軸１４０４と第１の光源１１０１の光軸１１０１との距離をｄ１とし、集光レンズ１１０８の光軸１４０４と第２の光源１１０２の光軸１４０２との距離をｄ２とした場合、ｄ１＜ｄ２を満たすように光源素子１１０７を集光レンズ１１０８に対して配置する。また、光学素子１１０７の光軸１４０３を集光レンズ１１０８の光軸１４０４に対し、距離Ｄ（ただし、Ｄ＜ｄ２）だけ第２の光源１１０２の光軸１４０２側へシフトさせる。
【０１１２】
集光レンズ１１０８、光学素子１１０７、第１の光源１１０１および第２の光源１１０２の相対的な配置により、第２の光源１１０２から出射する光に対して光学素子１１０７により生じる位相差が、第２の光源１１０２により生じるコマ収差および集光レンズ１１０８により生じる球面収差を弱める、あるいはキャンセルするよう、シュミレーションを行って、距離Ｄ、ｄ１およびｄ２の値を決定する。
【０１１３】
第１の光源１１０１から第１の波長の光を出射する場合、光学素子１１０７の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円とで挟まれる領域では、光の波面を変化させる段差が設けられていないためこの領域を透過する第１の波長の光の位相は変化しない。また、集光レンズ１１０８の直径Ｒ１の円と直径Ｒ２の円とで挟まれる領域でも第１の波長の光に対して球面収差が最適化されているため、球面収差を生じることはない。
【０１１４】
直径Ｒ２の円内の領域では、前述したように光学素子１１０７により、集光レンズ１１０８による球面収差を補正するような位相差が第１の波長の光に与えられる。このため、集光レンズ１１０８により生じる球面収差はキャンセルあるいは適切に抑制される。
【０１１５】
集光レンズ１１０８の光軸に対してｄ１＜ｄ２の関係を満たすよう第１の光源１１０１が配置されているため、第１の光源１１０１と集光レンズ１１０８の光軸とのずれは小さく、第１の光源１１０１によるコマ収差も抑制される。したがって、第１の光学的記録媒体１１０９の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方が抑制される。
【０１１６】
一方、第２の光源１１０２から出射した第２の波長の光は、光学素子１１０７を透過することによって、集光レンズ１１０８で発生する球面収差を補正あるいは補償するように、透過波面が変化し、位相差が生じる。光学素子１１０７の光軸を集光レンズ１１０８から適切にシフトさせることによって、位相差の生じた光をコマ収差が低減するように集光レンズ１１０８に入射させることができる。これにより、第２の光学的記録媒体１１１３の記録層に形成されるビームスポットにおいて、球面収差およびコマ収差の両方を抑制させることができる。
【０１１７】
図２３に示す構造を有する光学素子１１０７を用いる場合、ｄ１＝０、ｄ２＝０．１１ｍｍ、Ｄ＝２９μｍとすることにより、球面収差およびコマ収差を第１の光源１１０１および第２の光源１１０２に対してほぼゼロとすることができる。
【０１１８】
このように、本実施形態の光学ヘッドにおいても第１および第２の実施形態と同様、集光レンズによる球面収差を補正するための光学シフト素子の収差補正部を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置することにより、球面収差およびコマ収差を同時に低減することができる。したがって、第１の光源および第２の光源のいずれを用いた場合でもそれぞれの光源により記録および／または再生を行う光学的記録媒体に対し、収差が抑制あるいは最適化された集光状態の光を用い、品質の高い記録および／または再生が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置が実現する。
【０１１９】
また、本実施形態では、第２の実施形態と同様、集光レンズの球面収差が第１の光源および第１の光学的記録媒体と、第２の光源および第２の光学的記録媒体との中間の波長の光および基板厚さを有する仮想的な光および光学的記録媒体に対して最適化されている。このため、第１の光源および第２の光源の光軸を集光レンズの光軸からシフトさせた場合に生じる球面収差の補正の残差を第１の光源および第２の光源に対し分散させ、光学ヘッドを構成する各部の位置あわせ精度に対する許容誤差の範囲を広くすることができる。これにより光学ヘッドの製造を容易にし、また、製造歩留りを向上させることができる。
【０１２０】
第１および第２の実施形態で説明したように、本実施形態においても、光源素子１１０３と光検出器１１１１とを隣接させ、１つの素子によって構成してもよい。図２６に示す光学ヘッド１３'は、第１の光源１１０１、第２の光源１１０２、光検出器１５０３および光検出器１５０４が１つのパッケージに収められた光源ユニット１５０１を備えている。
【０１２１】
第１の光源１１０１から出射した光１１０４および第２の光源１１０２から出射した光１１１２は光分岐素子１５０２およびコリメートレンズ１１０５を透過し、ミラー１１０６による反射により、光学素子１１０７へ入射する。光学素子１１０７を透過した光は集光レンズ１１０８によって第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３に向けて集光される。第１の光学的記録媒体１１０９および第２の光学的記録媒体１１１３で反射された光は、逆の光路をたどって光分岐素子１５０２に到達する。光分岐素子１５０２は、反射光が光検出器１５０３および１５０４に入射するよう反射光を回折させる。光検出器１５０３および１５０４は、入射した光を電気信号に変換する。
【０１２２】
光分岐素子１１０５は、光源ユニット１５０１とコリメートレンズ１１０５との間以外の光源ユニット１５０１から集光レンズ１１０８の間のどこに配置してもよい。
【０１２３】
光学ヘッド１３'によれば、光学ヘッド１３の前述した効果に加えて、検出器を光源と一体化した光源ユニットを用いることによって、光学系の構造をより簡単にすることができ、コストの低減および光学ヘッドの小型化を図ることができる。
【０１２４】
本発明の光学ヘッドは第１から第３の実施形態から種々の改変が可能である。上記第１から第３の実施形態では、集光レンズと光学素子とは別々の部品として構成し、光路上において各実施形態で説明したように光学素子の光軸を集光レンズの光軸に対してシフトさせて配置していた。しかし、集光レンズと光学素子とをひとつの部品として光学素子の光軸が集光レンズの光軸に対してシフトした状態で一体的に構成してもよい。このようにすることによって、光学素子の集光レンズに対する位置あわせが不要となり、より光学ヘッドの製造が容易となる。
【０１２５】
また、上記第１から第３の実施形態では、透過した光の波面を変化させるために光学素子に同心円状の段差を複数設け、光路差を形成していたが、液晶などの公知な光の屈折効果を利用した波面変換素子を用いて各実施形態の光学素子を構成しても同様の効果が得られる。
【０１２６】
上記第１から第３の実施形態として説明した光学ヘッドは光学的記録媒体に情報を記録し、あるいは、光学的記録媒体に記録された情報を再生する公知の光ディスク装置に好適に用いることができる。各実施形態で説明したように本発明の光学ヘッドの外形は小さくすることができる。このため、本発明によれば、特に、携帯用光ディスク装置など、安価で小型の光ディスク装置を実現することができる。
【０１２７】
また、第１から第３の実施形態では、ＣＤおよびＤＶＤ用の光源を備えた光ヘッドを例示したが、光学ヘッドは他の波長の光を出射する光源を備えていてもよい。たとえば、波長約４００ｎｍの波長の光を用いて記録再生を行う次世代の光学的記録媒体に用いる光源を本発明の光源の１つとして用いてもよい。また、光学ヘッドは光ディスク装置以外に、２つ以上の光源と１つの対物レンズなどの集光素子とを備え、所定の位置に光ビームを集光させる構造を備えた種々の光学装置にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、複数の光源を備え、収差の少ない光ビームスポットを形成することのできる光学ヘッドを提供する。この光学ヘッドは種々の光学装置、特に、光学的記録媒体に光を用いて情報を記録し、また、光学的記録媒体に記録された情報を再生する光ディスク装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の第１の実施形態による光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
【図２Ａ】光学的記録媒体中の光ビームスポットに発生する球面収差のプロファイルをそれぞれ示している。
【図２Ｂ】光学的記録媒体中の光ビームスポットに発生する球面収差のプロファイルをそれぞれ示している。
【図３Ａ】光源が集光レンズの光軸からシフトしていることにより生じるコマ収差のプロファイルをそれぞれ示している。
【図３Ｂ】光源が集光レンズの光軸からシフトしていることにより生じるコマ収差のプロファイルをそれぞれ示している。
【図４】図１に示す光学ヘッドに用いられる光学素子の構造を模式的に示している。
【図５】図４に示す光学素子の主要部の断面を拡大して示している。
【図６】図４に示す構造の一部をさらに拡大して示している。
【図７】図１の光学ヘッドにおいて、光学素子と集光レンズの光軸を一致させた場合に発生するコマ収差のプロファイルを示している。
【図８】図１の光学ヘッドにおける主要な構成要素の相対的な位置関係を説明する図である。
【図９】図１に示す光学ヘッドにおけるコマ収差のプロファイルを示している。
【図１０】第１の実施形態の変形例を示す模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態による光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
【図１２】図１１の光学ヘッドの集光レンズと第２の光学的記録媒体の基板とにより第２の光源に対して発生する球面収差のプロファイルをそれぞれ示している。
【図１３】図１１の光学ヘッドの集光レンズと第１の光学的記録媒体の基板とにより第１の光源に対して発生する球面収差のプロファイルをそれぞれ示している。
【図１４】図１１の光学ヘッドの集光レンズと第１および第２の光学的記録媒体の基板とにより生じる球面収差を補正するための光学素子の断面形状を示している。
【図１５】図１４に示す構造の一部を拡大して示している。
【図１６】図１１の光学ヘッドにおける主要な構成要素の相対的な位置関係を説明する図である。
【図１７】図１１の光学ヘッドに用いられる光学素子の構造を示している。
【図１８】第２の実施形態の変形例を示す模式図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態による光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
【図２０】図１９の光学ヘッドに用いる集光レンズの構造を模式的に示す断面図である。
【図２１】図２０に示す集光レンズと第１の光学的記録媒体の基板とにより第１の光源に対して発生する球面収差のプロファイルを示している。
【図２２】図１９に示す光学ヘッドに用いられる光学素子の構造を模式的に示している。
【図２３】図２２に示す光学素子の主要部の断面を拡大して示している。
【図２４】図２３に示す構造の一部をさらに拡大して示している。
【図２５】図１９の光学ヘッドにおける主要な構成要素の相対的な位置関係を説明する図である。
【図２６】第３の実施形態の変形例を示す模式図である。
【図２７】従来の光学ヘッドの構成を模式的に示す図である。
【国際調査報告】
2004097820.tif 000030
2004097820.tif 000031