(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短波長のレーザー光を保護層の厚さが薄く記録密度が高い第１の光ディスクに集光させ、長波長のレーザー光を保護層の厚さが厚く記録密度が低い第２の光ディスクに集光させる光ヘッド用対物レンズにおいて、
前記短波長のレーザー光を前記第１の光ディスクに集光させる際に、軸上で波面収差0.01λ[rms]以上、0.050λ[rms]以下に相当する非点収差を発生させることにより軸外の所定の入射角度で非点収差を補正すると共に、前記長波長のレーザー光を前記第２の光ディスクに集光させる際よりコマ収差を良好に補正したことを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
【請求項２】
平行光として入射する短波長および長波長のレーザー光を前記各光ディスクに集光させる無限遠共役型レンズであることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項３】
単一のレンズから構成され、いずれか一方のレンズ面に、波長が長くなるにしたがって補正不足となる球面収差の波長依存性を有する輪帯状の回折レンズ構造が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項４】
短波長のレーザー光を発光する第１の半導体レーザーと、
前記第１の半導体レーザーの発光点に近接して発光点が配置され、長波長のレーザー光を発する第２の半導体レーザーと、
前記第１の半導体レーザーからの光を保護層の厚さが薄く記録密度が高い第１の光ディスクに集光させ、前記第２の半導体レーザーからの光を保護層の厚さが厚く記録密度が低い第２の光ディスクに集光させる請求項１〜３のいずれかに記載の対物レンズとを備え、
前記対物レンズに対してその光軸に平行な平行光を入射させた場合に形成される２つの焦線のうち、前記対物レンズに近い側の焦線の方向に沿って前記第１、第２の半導体レーザーからの光により形成される集光点が配列するよう前記第１、第２の半導体レーザーの発光点を配置したことを特徴とする光ヘッド。
【請求項５】
前記第１，第２の半導体レーザーが１つのパッケージに内蔵されていることを特徴とする請求項４に記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記第１，第２の半導体レーザーの発光点が、いずれも前記対物レンズの光軸に対して軸外に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の光ヘッド。
【請求項７】
前記第１，第２の光ディスクを回転させるスピンドルモーターと、請求項４〜６のいずれかに記載の光ヘッドと、該光ヘッドの少なくとも一部を前記光ディスクの半径方向にスライドさせる駆動機構とを備え、
前記対物レンズに近い側の焦線が前記光ディスクの接線方向に一致するよう前記光ヘッドと前記光ディスクとの相対位置関係が設定されていることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護層の厚さや記録密度が異なる複数種類の光ディスクに対する記録／再生が可能な光ディスク装置、およびこれに含まれる光ヘッド、対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクには、保護層(記録面を覆う透明基板)の厚さや記録密度が異なる複数の規格がある。例えば、記録密度が比較的低いＣＤ(コンパクトディスク)、ＣＤ−Ｒ(ＣＤレコーダブル)の保護層の厚さは1.2mmであるのに対し、記録密度が比較的高いＤＶＤ(デジタルバーサタイルディスク)の保護層の厚さは半分の0.60mmである。
【０００３】
記録密度が高いＤＶＤの記録・再生には、ビームスポット径を小さく絞るために６３５−６６０ｎｍ程度の短波長のレーザー光を利用する必要がある。一方、ＣＤ−Ｒの記録・再生にはその反射特性から７８０ｎｍ程度の長波長のレーザー光を利用する必要がある。
【０００４】
これらの光ディスクは、混在して利用されるため、光ディスク装置はいずれの規格の光ディスクをも利用可能であることが望ましい。このため、ＤＶＤとＣＤ−Ｒとを共に利用するためには、光ディスク装置は、それぞれの光ディスクの特性に応じた波長のレーザー光を発する少なくとも２つの半導体レーザーを備える必要がある。また、光ディスク装置の小型化のためには、光ヘッドの光学系もできる限りコンパクトであることが望ましく、対物レンズ等の光学素子については２つの波長について兼用とし、光源部には２つの半導体レーザーを１つのパッケージに組み込んだモジュールを利用することが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように２つの半導体レーザーを１つのパッケージに組み込んだモジュールを使用する場合には、各半導体レーザーの発光点が対物レンズの光軸に対して垂直な方向に並列するため、各発光点から発して対物レンズに入射するレーザー光の間に角度差が生じる。したがって、少なくともいずれか一方の半導体レーザーからのレーザー光は、対物レンズに対して軸外光として入射することとなる。そして、上記のように対物レンズ等の光学系を２つの波長について兼用する場合、保護層の厚さが違う２種類の光ディスクの両者に対してコマ収差を完全に補正することはできないため、軸外光を利用する光ディスクに対してコマ収差が残存していると、ビームスポット径を十分に小さく絞ることができなくなる。
【０００６】
また、大出力のレーザーは構造が大きくならざるを得ないため、発光点の間隔は、強度が大きいレーザーほど広くなる。このため、記録／再生の速度を向上させるためにレーザー光の強度を大きくすると、発光点の間隔が大きくなってレーザー光間の角度差が大きくなり、軸外光として対物レンズに入射するレーザー光について発生する収差が過大となり、信号の記録再生が困難になる。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、２つの半導体レーザーを１つのパッケージに組み込んだモジュールを利用し、対物レンズ等の光学素子を２つの波長について兼用した場合にも、収差の発生を抑え、規格が異なる複数の光ディスクに対して信号の記録再生が可能な光ディスク装置、およびこれに含まれる光ヘッド、対物レンズの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる対物レンズは、上記の目的を達成させるため、短波長のレーザー光を保護層が薄く記録密度が高い第１の光ディスクに集光させる際に、軸上で波面収差0.01λ[rms]以上、0.050λ[rms]以下に相当する非点収差を発生させることにより軸外の所定の入射角度で非点収差を補正すると共に、長波長のレーザー光を保護層が厚く記録密度が低い第２の光ディスクに集光させる際よりコマ収差を良好に補正したことを特徴とする。
【０００９】
上記のように第１の光ディスクに対して軸外の所定の入射角度で非点収差を補正し、かつ、コマ収差を補正すると、第１の光ディスク使用時の波面収差は、垂直入射時に極大値をとり、その極大値の両側、プラス／マイナスの所定の角度での軸外入射時に最小値をとる。したがって、垂直入射時の波面収差が許容限度を超えないよう非点収差の発生量を調整することにより、波面収差が許容限度を超えない入射角度の範囲を非点収差がない場合より広げることができる。
【００１０】
また、長波長のレーザー光が用いられる保護層が厚く記録密度が低い第２の光ディスクについては、ビームスポットを第１の光ディスクに対するほど小さく絞る必要がないため、開口数(ＮＡ)が比較的小さくとも足り、軸外入射によるコマ収差と非点収差とが波面収差に与える影響が比較的小さく、コマ収差が補正されていない場合にも、波面収差が許容限度を超えない入射角度の範囲を比較的広く確保することができる。
【００１１】
したがって、上記のような対物レンズを利用する場合、第１の光ディスクに対しては非点収差が最小となる入射角度で短波長のレーザー光を入射させるようにすれば、第２の光ディスクに対しては垂直入射でなくとも、両光ディスクに対して波面収差を許容限度を超えない範囲に抑えることができる。
【００１２】
なお、本発明の対物レンズは、平行光として入射する短波長および長波長のレーザー光を各光ディスクに集光させる無限遠共役型レンズであることが望ましい。また、単一のレンズで構成される場合には、いずれか一方のレンズ面に、波長が長くなるにしたがって補正不足となる球面収差の波長依存性を有する輪帯状の回折レンズ構造を形成することが望ましい。
【００１３】
本発明の光ヘッドは、短波長のレーザー光を発光する第１の半導体レーザーと、第１の半導体レーザーの発光点に近接して発光点が配置されて長波長のレーザー光を発する第２の半導体レーザーと、第１の半導体レーザーからの光を第１の光ディスクに集光させ、第２の半導体レーザーからの光を第２の光ディスクに集光させる上記の対物レンズとを備え、対物レンズに対してその光軸に平行な平行光を入射させた場合に形成される２つの焦線のうち、対物レンズに近い側の焦線の方向に沿って第１、第２の半導体レーザーからの光により形成される集光点が配列するよう第１、第２の半導体レーザーの発光点を配置したことを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の光ディスク装置は、第１，第２の光ディスクを回転させるスピンドルモーターと、上記の光ヘッドと、光ヘッドの少なくとも一部を光ディスクの半径方向にスライドさせる駆動機構とを備え、対物レンズに近い側の焦線が光ディスクの接線方向に一致するよう光ヘッドと光ディスクとの相対位置関係を設定したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる対物レンズ、およびこれを利用した光ヘッド、光ディスク装置の実施形態を説明する。最初に、光ヘッドを含む光ディスク装置の実施形態を説明した後、対物レンズの具体的な設計例を説明する。図１は実施形態にかかる光ディスク装置を示す斜視図、図２は図１の光ディスク装置に含まれる光ヘッドの光路を展開して示す説明図である。
【００１６】
実施形態の光ディスク装置１は、0.6mmの保護層を有する記録密度が高いＤＶＤ等の第１の光ディスクＤ1と、1.2mmの保護層を有する記録密度が低いＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の第２の光ディスクＤ2とを利用可能である。光ディスク装置１は、図１に示すように、第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2を回転させるスピンドルモーター２と、光ヘッド１０とを備えている。光ヘッド１０は、図示せぬ駆動機構により光ディスクＤ1，Ｄ2の半径方向Ｒにスライドされる。
【００１７】
光ヘッド１０は、第１，第２の半導体レーザー１１ａ，１１ｂを内蔵するレーザーモジュール１１、各半導体レーザーから発した発散光を平行光に変換するコリメーターレンズ１２、レーザー光の断面形状を整形すると共にモニター用のレーザー光を分離するビーム整形・分離プリズム１３、分離されたモニター光を受光するモニターセンサ１４、プリズム１３を透過したレーザー光を光ディスクＤ1，Ｄ2に向けて反射させる立ち上げミラー１５、そして、反射されたレーザー光を光ディスクＤ1，Ｄ2の記録面に収束させる対物レンズ２０を備えている。
【００１８】
半導体レーザー１１ａ，１１ｂは、これらを１つにパッケージしたレーザーモジュール１１に互いに近接して組み込まれており、かつ、このレーザーモジュール１１は、両半導体レーザーの発光点が、対物レンズ２０の光軸Ａｘを挟んで両側に位置するよう配置されている。すなわち、第１，第２の半導体レーザーの発光点は、いずれも対物レンズ２０の光軸Ａｘに対して軸外に配置されている。なお、両半導体レーザーは、各半導体レーザーからの光により形成される集光点の並び方向が光ディスクＤ1，Ｄ2の接線方向に一致するよう配列している。
【００１９】
第１の半導体レーザー１１ａは、第１の光ディスクＤ1の利用時に、短波長(６５７ｎｍ)のレーザー光Ｌ1(図２に実線で示す)を発する。一方、第２の半導体レーザー１１ｂは、第２の光ディスクＤ2の使用時に長波長(７９０ｎｍ)のレーザー光Ｌ2(図２に破線で示す)を発する。各半導体レーザーから発散光として発したレーザー光は、コリメーターレンズ１２により平行光とされ、ビーム整形・分離プリズム１３、立ち上げミラー１５を介して対物レンズ２０により各光ディスクの記録面(保護層の裏面)に収束してビームスポットを形成する。
【００２０】
なお、図２では、ビーム整形・分離プリズム１３、立ち上げミラー１５の図示を省略してある。また、図２においては、便宜上、第１，第２の半導体レーザー１１ａ，１１ｂからの光線Ｌ1，Ｌ2を両方示しており、光ディスクも第１の光ディスクＤ1と第２の光ディスクＤ2とを重ねて示しているが、実際には第１の光ディスクＤ1を利用する際には短波長の第１の半導体レーザー１１ａのみを発光させ、第２の光ディスクＤ2を再生する際には長波長の第２の半導体レーザー１１ｂのみを発光させる。
【００２１】
光ディスクからの反射光は、再び対物レンズ２０を介して平行光とされ、コリメーターレンズ１２により集光されてレーザーモジュール１１に導かれる。反射光を受光してフォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、再生信号等を検出するため、レーザーモジュール１１には図示せぬ複数の受光素子が設けられている。また、反射光を分割して各受光素子に導くため、例えば、光束が透過する円形の領域を４つの領域に等分割して異なる方向に射出させる複合光学部品(図示せず)がビーム整形・分離プリズム１３と対物レンズ２０との間の光路中に配置されている。これによりフォーカシングエラー検出にはダブルナイフエッジ方式、トラッキングエラー検出には位相差方式、プッシュプル方式を用いることができ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ等の利用が可能となる。このような方法は、例えば特開平１１−５３７５９に記載されている。
【００２２】
また、光ヘッド１０には、検出されたフォーカシングエラー信号とトラッキングエラー信号とに基づいて光ディスク上の情報トラックにビームスポットを追随させるよう対物レンズ２０を駆動する図示せぬアクチュエータが設けられている。
【００２３】
続いて、図３に基づいて対物レンズ２０の詳細について説明する。図３は、対物レンズ２０を示す説明図であり、(A)は正面図、(B)は側面から見た断面図、(C)は(B)の一部拡大図である。対物レンズ２０は、図３(B)に示すような両凸の単レンズであり、コリメーターレンズ１２側となる第１面２１は回転対称な非球面上に回折レンズ構造を形成して構成され、光ディスク側となる第２面２２は方向によりパワーが異なる変形トーリック面として構成されている。変形トーリック面は、光軸に対して回転非対称であり、主経線に沿う断面形状が非円弧となる曲面である。
【００２４】
対物レンズ２０の第１面２１には、図３(Ａ)に示すように光軸を中心とした輪帯状のパターンとして回折レンズ構造が形成されている。回折レンズ構造は、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向の段差を持つ。対物レンズ２０の第１面２１は、記録密度の低いＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の第２の光ディスクＤ2に必要十分な低NAの光束が透過する共用領域Ｒｃと、この共用領域Ｒｃの周囲に位置し、ＤＶＤ等の記録密度の高い第１の光ディスクＤ1に対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域Ｒｈとに区分することができる。回折レンズ構造は、共用領域Ｒｃと高NA専用領域Ｒｈとを含む第１面２１の全域に形成されている。
【００２５】
第１面２１に形成された回折レンズ構造は、波長が長くなるにしたがって補正不足となる球面収差の波長依存性を有する。光ヘッドの球面収差は、保護層が厚くなるとより補正過剰となる方向に変化する。一方、保護層が薄い第１の光ディスクＤ1については短波長、保護層が厚い第２の光ディスクＤ2については長波長のレーザー光が用いられる。そこで、第１の光ディスクＤ1の使用時を基準として球面収差を補正し、上記のように回折レンズ構造に波長が長波長に変化した場合に球面収差が補正不足となる方向に変化する特性を持たせることにより、ＤＶＤからＣＤへの切換で補正過剰となる球面収差を、波長の長波長側への変化により生じる回折レンズ構造の補正不足方向の球面収差を利用して打ち消すことができる。
【００２６】
また、第２面２２を変形トーリック面とすることにより、対物レンズ２０は、光軸Ａｘと平行に垂直入射する光束に対して所定の非点収差を発生させる。すなわち、対物レンズ２０は、第１の半導体レーザー１１ａからのレーザー光を第１の光ディスクＤ1に集光させる際に、軸上で波面収差0.01λ[rms]以上、0.050λ[rms]以下に相当する非点収差を発生させることにより、軸外の所定の入射角度で非点収差を補正している。
【００２７】
この非点収差の方向性と、半導体レーザー１１ａ，１１ｂの配列、光ディスクＤ1，Ｄ2との配置関係を図４に示す。図中、光軸Ａｘに対して垂直な面内に互いに直交するＹ軸とＺ軸とを設定する。対物レンズ２０は、Ｚ軸方向の正のパワーがＹ軸方向より強く設定されており、対物レンズ２０に対して光軸Ａｘと平行に垂直入射する光束は、対物レンズ２０に近い側にＹ軸方向に延びる第１の焦線Ｆ1を形成すると共に、これより対物レンズ２０から遠い側にＺ軸方向に延びる第２の焦線Ｆ2を形成する。
【００２８】
第１，第２の半導体レーザー１１ａ，１１ｂは、それぞれから発したレーザー光の集光点が、第１の焦線Ｆ1の方向、すなわちＹ軸方向に沿って配列するよう配置され、かつ、光ヘッド１０は、第１の焦線Ｆ1が光ディスクＤ1，Ｄ2の接線方向に一致するよう光ディスクＤ1，Ｄ2との相対位置関係が設定されている。
【００２９】
また、対物レンズ２０は、第１の半導体レーザー１１ａからのレーザー光を第１の光ディスクＤ1に集光させる際のコマ収差が、第２の半導体レーザー１１ｂからのレーザー光を第２の光ディスクＤ2に集光させる際より良好に補正されるよう設計されている。上記のような回折レンズ構造を用いて球面収差の発生量をコントロールして第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2の両者に対して球面収差を補正した場合、コマ収差を両光ディスクに対して補正することはできない。そこで、ここでは比較的大きな開口数(NA)が求められる第１の光ディスクＤ1に対してのみコマ収差を補正している。
【００３０】
上記のように第１の光ディスクＤ1に対してコマ収差を補正した場合、入射角度の変化に基づく波面収差の変化は、ほぼ非点収差にのみ依存することとなる。このため、軸上で非点収差を発生させると、軸外の所定の入射角度で非点収差を補正でき、当該所定の入射角度で入射した軸外光については波面収差を小さく抑えることができる。ただし、非点収差が補正されるのは第１の焦線Ｆ1に沿う方向、すなわちＹ軸方向についてのみであり、Ｚ軸方向に角度を持つと非点収差が増加するため、２つの集光点はＹ軸方向に沿って配列する必要があり、よって、第１，第２の半導体レーザー１１ａ，１１ｂもＹ軸方向に沿って配列している必要がある。
【００３１】
軸上で発生させる非点収差は、波面収差0.01λ[rms]以上、0.050λ[rms]以下に相当する範囲に設定される。非点収差が波面収差0.01λ[rms]に相当するより小さいと、軸外に配置される第１の半導体レーザー１１ａからのレーザー光の波面収差を抑えることができない。一方、非点収差の変化量は入射角度の変化の２乗に比例するため、軸上の非点収差が0.050λ[rms]より大きくなると、第１の半導体レーザー１１ａから発するレーザー光の入射角度が半導体レーザーとコリメートレンズとの相対位置ズレ等により設計角度からずれた場合に非点収差が急激に大きくなる。したがって、組み立て時に高い精度が要求され、許容誤差範囲が小さくなる。
【００３２】
他方、第２の光ディスクＤ2については、ビームスポットを第１の光ディスクＤ1に対するほど小さく絞る必要がないため、開口数(ＮＡ)が比較的小さくとも足り、コマ収差が補正されていない場合にも、波面収差が許容限度を超えない入射角度の範囲を比較的広く確保することができる。したがって、第１の光ディスクＤ1に対しては非点収差が最小となる入射角度で第１の半導体レーザー１１ａからのレーザー光を入射させるようにすれば、第２の光ディスクＤ2に対しては垂直入射時に最も性能がよくなるものの、垂直入射でなくとも、両光ディスクに対して波面収差を許容限度を超えない範囲に抑えることができる。
【００３３】
ただし、軸上で発生させる非点収差が0.050λ[rms]より大きくなると、軸上、あるいはその近傍に配置される第２の半導体レーザー１１ｂからのレーザー光について発生する非点収差が大きくなりすぎ、良好なビームスポットを形成することができなくなる。
【００３４】
なお、２つの集光点の並び方向、すなわち第１の焦線Ｆ1の方向を光ディスクＤ1，Ｄ2の接線方向に合わせると、第１の半導体レーザー１１ａから発して光ディスクで反射されたレーザー光を受光する受光素子と、第２の半導体レーザー１１ｂから発して光ディスクで反射されたレーザー光を受光する受光素子とを離れた位置に配置することができる。すなわち、トラッキングエラー信号を検出するためには、各光ディスクに対して少なくとも一対の受光素子が光ディスクの半径方向に相当する方向に離れて配置される必要があるため、半導体レーザー１１ａ，１１ｂが半径方向に沿って配列していると、少なくとも４つの受光素子を半径方向に相当する方向に沿って一直線上に配置しなければならず、互いに干渉させずに配置することが困難である。接線方向に沿って配列している場合には、このような不具合は発生しない。
【００３５】
さらに、上記のように、非点収差は第１の焦線Ｆ1に沿う方向(Ｙ軸方向)についてのみ補正されているため、光ヘッドが有限系であって対物レンズがトラッキングサーボのために光ディスクの半径方向(Ｚ軸方向)に移動したときに入射角度が変化する場合には、大きな非点収差が発生して波面収差が許容限度を超える可能性があり、トラッキングサーボにより通常必要とされる対物レンズの移動幅を確保することができない。そこで、実施形態の光ヘッド１０は、対物レンズ２０に対して平行光を入射させる構成であり、対物レンズ２０は無限共役型として設計されている。したがって、トラッキングサーボにより対物レンズ２０が光ディスクの半径方向に移動した際にも、入射角度は変化せず、非点収差を発生させないため、波面収差が許容限度を超えない範囲で、トラッキングサーボのための移動幅を確保することができる。
【００３６】
次に、上述した実施形態に基づく対物レンズ２０の具体的な実施例を提示する。図５は、実施例にかかる対物レンズ２０と第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2とを示すレンズ図である。
【００３７】
実施例の対物レンズ２０の具体的な数値構成は、表１に示されている。実施例の対物レンズ２０の第１面２１には、光軸からの高さhが0≦h＜1.69を満たす共用領域と1.69≦hとなる高NA専用領域とに互いに異なる光路差関数で定義される回折レンズ構造が形成され、かつ、共用領域のベースカーブ(回折レンズ構造を除く屈折レンズとしての形状)と高NA専用領域のベースカーブとは別個の係数で定義される独立した非球面である。また、第２面２２は回折レンズ構造を有さない変形トーリック面である。
【００３８】
第１面２１のベースカーブとなる回転対称非球面の形状は、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をA4,A6,A8,A10,A12として、以下の式で表される。
Ｘ(h)=Ch2/(1+√(1-(1+K)C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12
【００３９】
第２面２２の変形トーリック面の形状は、光軸を原点とする変形トーリック面上での座標(Y,Z)の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(Y,Z)、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における光軸上での曲率をそれぞれCy、Cz、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をA4,A6,A8,A10,A12として、以下の式で表される。
Ｘ(X,Y)=(CyY2+CzZ2)/(1+√(1-(1+K)Cy2Y2+Cz2Z2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12
ただし、上式中、h=√(Y2+Z2)である。
【００４０】
また、回折レンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐn、回折次数ｍ、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｍ×λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことができる。光路差関数φ(ｈ)は、回折面上での光軸からの高さｈの点において、回折レンズ構造により回折されなかった場合の仮想的な光線と、回折レンズ構造により回折された光線との光路差を示す。付加量は、軸上の光路に対して光路が長くなる方向を正として表す。
【００４１】
実際の回折レンズ構造の微細形状は、上記の光路差関数で表わされる光路長から波長の整数倍の成分を消去することにより決定される。すなわち、輪帯幅は、例えば１次回折光を用いる場合には、輪帯の内周と外周とで光路差関数が一波長分の差を持つように決定され、輪帯間の段差は、入射光に１波長の光路長差を与えるように決定される。
【００４２】
表１では、第１面の共用領域のベースカーブと回折レンズ構造とを定義する各係数、第１面の高NA専用領域のベースカーブと回折レンズ構造とを定義する各係数、面間隔、使用波長での屈折率、そして、第２面の非球面形状を定義する各係数が示されている。表中、NA1、f1、λ1は、それぞれ第１の光ディスクＤ1使用時の開口数、回折レンズ構造を含めた対物レンズの焦点距離(単位:mm)、波長(単位:nm)であり、NA2、f2、λ2は、それぞれ第２の光ディスクＤ2使用時の開口数、回折レンズ構造を含めた対物レンズの焦点距離(単位:mm)、波長(単位:nm)である。
【００４３】
【表１】
0004050030.tif 000002
0004050030.tif 000003
【００４４】
図６は、実施例の対物レンズ２０の第１の光ディスクＤ1に対する波長657nmにおける諸収差を示す。(A)は球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(B)は非点収差(DS:サジタル、DM:メリディオナル)を示している。各グラフ(A),(B)の横軸は各収差の発生量を示し、単位はｍｍである。また、グラフ(A)の縦軸は開口数ＮＡ、(B)の縦軸はＹ軸方向の像高Ｙである。
【００４５】
また、図７は、第１の光ディスクＤ1に対応する第１の半導体レーザー１１ａから発した光束の対物レンズ２０に対する入射角度と、波面収差(rms値)との関係を示すグラフである。第１の光ディスクＤ1に対しては、軸外の所定の入射角度で非点収差を補正し、かつ、コマ収差を補正しているため、波面収差は垂直入射(入射角度０゜)の時に極大値0.022λをとり、その極大値の両側、±０．５８゜の時に最小値0.016λをとる。波面収差が許容限度0.030λに達するのは、±0.88゜であり、この範囲内では波面収差を許容限度以下に抑えることができる。
【００４６】
これに対して、対物レンズに非点収差が与えられない場合には、第１の光ディスクＤ1に対する波面収差は図８に示すようになり、波面収差が許容限度0.030λに達するのは、±0.73゜となる。図７と図８とを比較することにより、対物レンズ２０に軸上の非点収差を与えることによって波面収差を許容限度以下に抑えることができる入射角度の範囲が広がることがわかる。
【００４７】
図９は実施例の対物レンズ２０の第２の光ディスクＤ2に対する波長790nmにおける諸収差を示す。(A)は球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(B)は非点収差(DS:サジタル、DM:メリディオナル)を示している。
【００４８】
また、図１０は、第２の光ディスクＤ2に対応する第２の半導体レーザー１１ｂから発した光束の対物レンズ２０に対する入射角度と、波面収差(rms値)との関係を示すグラフである。第２の光ディスクＤ2に対しては、コマ収差が補正されていないため、入射角度の絶対値が大きくなるに従い、波面収差は大きくなる。波面収差が許容限度0.030λに達するのは、±0.67゜であり、この範囲内では波面収差を許容限度以下に抑えることができる。
【００４９】
これに対して、対物レンズに非点収差が与えられない場合には、第２の光ディスクＤ2に対する波面収差は図１１に示すようになり、波面収差が許容限度0.030λに達するのは、±0.68゜となる。すなわち、第２の光ディスクに対しては、非点収差を与えた場合と与えない場合との差は殆どない。
【００５０】
対物レンズに軸上の非点収差が与えられていない場合、第１の光ディスクＤ1と第２の光ディスクＤ2とに対して共に波面収差を許容限度0.030λ以下にできる入射角度の範囲は、0.73゜+0.68゜=1.41゜となる。したがって、対物レンズ２０に入射する第１のレーザー光と第２のレーザー光との角度差が1.41゜より大きいと、少なくともいずれか一方の光ディスクに対してスポットを必要な径まで絞ることができなくなる。
【００５１】
これに対して、実施例のように対物レンズに軸上の非点収差が与えられている場合には、第１の光ディスクＤ1と第２の光ディスクＤ2とに対して共に波面収差を許容限度0.030λ以下にできる入射角度の範囲は、0.88゜+0.67゜=1.55゜となる。したがって、許容できるレーザー光の角度差が大きくなり、レーザー光の強度を高めるために２つの半導体レーザーが離れて配置される場合にも、適用可能である。
【００５２】
２つのレーザー光間の角度差は、発光点の間隔が400μm、コリメーターレンズ１２の焦点距離が23mmとして０．７５゜となるため、この場合には非点収差を与えなくとも利用可能である。ただし、非点収差を与えない場合には入射角度の範囲が狭いため、高い位置決め精度が要求される。また、波面収差の許容範囲0.030λを基準に半導体レーザーの配置を決めると、他の光学素子の加工誤差や組み付け誤差等があると、結果的に波面収差が許容範囲を超えるおそれがある。これに対して、対物レンズ２０に非点収差を与える場合には、両光ディスクに対して波面収差を0.020λ以下に抑えるような配置も可能となり、他の光学素子の加工誤差や組み付け誤差等に対する許容量を増やすことができる。
【００５３】
なお、上記の実施形態では、対物レンズの第２面を変形トーリック面とすることにより非点収差を発生させているが、射出成形により対物レンズを製造する場合には、設計上の面形状を回転対称としつつ、成形条件を適宜設定することにより非点収差を発生させることも可能である。例えば、型温の分布や樹脂温度の調整によって非点収差を付加することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対物レンズに軸上の非点収差を与え、記録密度の高い第１の光ディスクに対してコマ収差を補正することにより、波面収差が許容限度を超えない入射角度の範囲を非点収差がない場合より広げることができ、対物レンズに入射する複数のレーザー光間に角度差がある場合にも、波面収差を抑えて良好なビームスポットを光ディスク上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態にかかる光ディスク装置を示す斜視図。
【図２】  実施形態の光ディスク装置に含まれる光ヘッドの光路を展開して示す説明図。
【図３】  実施形態の対物レンズを示す説明図であり、(A)は正面図、(B)は側面から見た断面図、(C)は(B)の一部拡大図。
【図４】  実施形態の対物レンズにより発生する非点収差を示す斜視図。
【図５】  実施例の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図。
【図６】  実施例の対物レンズの第１の光ディスクに対応する第１の波長における諸収差を示すグラフ。
【図７】  実施例の対物レンズに対する入射角度と第１の光ディスク使用時の波面収差との関係を示すグラフ。
【図８】  実施例の対物レンズから軸上の非点収差を除いた場合の図７と同様のグラフ。
【図９】  実施例の対物レンズのＣＤに対応する第２の波長における諸収差を示すグラフ。
【図１０】  実施例の対物レンズに対する入射角度と第２の光ディスク使用時の波面収差との関係を示すグラフ。
【図１１】  実施例の対物レンズから軸上の非点収差を除いた場合の図１０と同様のグラフ。
【符号の説明】
１  光ディスク装置
１０  光ヘッド
１１ａ  第１の半導体レーザー
１１ｂ  第２の半導体レーザー
１２  コリメーターレンズ
２０  対物レンズ
Ｄ1  第１の光ディスク
Ｄ2  第２の光ディスク
【図１】
0004050030.tif 000004
【図２】
0004050030.tif 000005
【図３】
0004050030.tif 000006
【図４】
0004050030.tif 000007
【図５】
0004050030.tif 000008
【図６】
0004050030.tif 000009
【図７】
0004050030.tif 000010
【図８】
0004050030.tif 000011
【図９】
0004050030.tif 000012
【図１０】
0004050030.tif 000013
【図１１】
0004050030.tif 000014