(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対物レンズにおいて、
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、
前記第２の光ディスクに必要十分なＮＡに相当する光が透過する領域では、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の軸外のコマ収差が、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より良好に補正され、これにより前記長波長のレーザー光が軸外から入射した際には前記第２の光ディスクに良好なビームスポットが軸外に形成されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
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に、正弦条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
入射側の屈折率をｎ、射出側の屈折率をｎ'、射出光の光軸となす角をＵ'、近軸倍率をｍ、主平面上の入射高さをＨ1、焦点距離をｆとして正弦条件違反量ＳＣの値を以下の式、
ＳＣ＝ｎＨ1／(ｎ'sinＵ')−ｆ(１−ｍ)
で定義したとき、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の前記共用領域内の外周部での正弦条件違反量ＳＣの値をＳＣ1、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の前記共用領域内の外周部での正弦条件違反量ＳＣの値をＳＣ2として、以下の条件(１)、
０ ＜｜ＳＣ2／ＳＣ1｜＜  ０．２  …(１)
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
【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、
前記各半導体レーザーからの光を集光させて各光ディスク上にビームスポットを形成し、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際の軸外のコマ収差が、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る際より良好に補正され、これにより前記長波長のレーザー光が軸外から入射した際には前記第２の光ディスクに良好なビームスポットを軸外に形成する対物レンズと、
前記光ディスク上の情報トラックに前記ビームスポットを追随させるよう前記対物レンズを駆動するアクチュエータと、
前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、
前記光検出器に反射光を分岐する光分岐素子とを備える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の半導体レーザーと、前記光検出器とが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７】
前記第１の半導体レーザーの発光点が、前記第２の半導体レーザーの発光点よりも前記対物レンズの光軸に近接して配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の光ヘッド。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかに記載の光ヘッドと、前記光ヘッドの半導体レーザーを発光させるレーザードライバ回路と、前記光ヘッドの光検出器の光電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、前記信号から光スポットの位置制御信号を得る演算回路と、前記位置制御信号により前記アクチュエータを駆動する制御回路と、前記光ディスクを回転させるモータと、前記光ヘッドを光ディスク半径方向に動かすコースアクチュエータと、前記信号から前記光ディスクの情報を再生する信号処理回路とを備え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】
この発明は、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、少なくともいずれか一方の半導体レーザーの発光点は、対物レンズの軸外に配置されることになる。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補正することはできない。したがって、この種の光ディスク装置では、コマ収差の補正と発光点の配置とを如何にバランスさせるかが難しいという問題がある。
【０００６】
この発明は、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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この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、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際の軸外のコマ収差を、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る際より良好に補正し、これにより長波長のレーザー光が軸外から入射した際には第２の光ディスクに良好なビームスポットが軸外に形成されるようにしたことを特徴とする。より望ましくは、長波長のレーザー光を用いて第２の光ディスクに集光させる際に、正弦条件を満たすよう設定したことを特徴とする。
【０００８】
コマ収差の補正と発光点の配置には、例えば以下の３通りの方法がある。
(1) 短波長のレーザー光と、長波長のレーザー光とに対してコマ収差を平均的に補正する。
(2) 短波長のレーザー光に対してコマ収差を補正し、補正されていない長波長側の発光点を軸上に配置する。
(3) 長波長のレーザー光に対してコマ収差を補正し、補正されていない短長波長側の発光点を軸上に配置する。
【０００９】
(1)の方法では、いずれの波長においてもコマ収差が残存するため、いずれの発光点を軸上に配置したとしても、他方の発光点からのレーザー光についてはコマ収差が発生し、２つの発光点からのレーザー光の双方についてコマ収差を補正することができない。
(2)の方法では、短波長の発光点が軸外に配置されることとなるが、このときに発生する非点収差が、第１の光ディスクに対しては大きく、必要とされるスポットサイズを得ることができない。
そこで、この発明は、(3)の方法を採用している。この場合、長波長の発光点が軸外に配置されることになり、非点収差が発生することになるが、ここで発生する非点収差は、長波長のレーザー光が用いられる第２の光ディスクにとっては問題とならないレベルとなる。
【００１０】
また、この発明の対物レンズは、短波長のレーザー光を第１の光ディスクに集光させる際の共用領域内の外周部での正弦条件違反量ＳＣの値をＳＣ1、長波長のレーザー光を第２の光ディスクに集光させる際の共用領域内の外周部での正弦条件違反量ＳＣの値をＳＣ2として、以下の条件(１)、
０ ＜｜ＳＣ2／ＳＣ1｜＜  ０．２  …(１)
を満たすことが望ましい。正弦条件違反量ＳＣの値は以下の式、
ＳＣ＝ｎＨ1／(ｎ'sinＵ')−ｆ(１−ｍ)
で定義される。式中、ｎは入射側の屈折率、ｎ'は射出側の屈折率、Ｕ'は射出光の光軸となす角、ｍは近軸倍率、Ｈ1は主平面上の入射高さ、ｆは焦点距離である。
【００１１】
さらに、この発明の対物レンズは、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を備えている。
【００１２】
一方、上記の対物レンズを用いたこの発明の光ヘッドは、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、長波長のレーザー光を発する第２の半導体レーザーと、対物レンズと、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を駆動するアクチュエータと、光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、光検出器に反射光を分岐する光分岐素子とを備えることを特徴とする。
【００１３】
このとき、第１，第２の半導体レーザーを１つのパッケージに内蔵することができ、さらには、第１，第２の半導体レーザーと光検出器とを１つのパッケージに内蔵してもよい。また、第１の半導体レーザーの発光点が、第２の半導体レーザーの発光点よりも対物レンズの光軸に近接して配置されることが望ましい。
【００１４】
なお、上記の光ヘッドを用いた光ディスク装置は、光ヘッドと、光ヘッドの半導体レーザーを発光させるレーザードライバ回路と、光ヘッドの光検出器の光電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、信号から光スポットの位置制御信号を得る演算回路と、位置制御信号によりアクチュエータを駆動する制御回路と、光ディスクを回転させるモータと、光ヘッドを光ディスク半径方向に動かすコースアクチュエータと、信号から光ディスクの情報を再生する信号処理回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この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、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ互換の光ヘッドの実施形態を３例説明し、光ヘッドを含む光ディスク装置について説明した後、対物レンズの具体的な設計例を説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施形態にかかる光ヘッド１を示す説明図である。光ヘッド１の光学系は、短波長(６５０ｎｍ)のレーザー光を発光するＤＶＤ用の第１の半導体レーザー１０２と、第１の半導体レーザー１０２の発光点に近接して発光点が配置され、長波長(７８０ｎｍ)のレーザー光を発するＣＤ用の第２の半導体レーザー１０３と、各半導体レーザーからの光を集光させて各光ディスク(ＣＤ１０９，ＤＶＤ１１０)上にビームスポットを形成する１枚構成の対物レンズ１０８と、光ディスクからの反射光を受光する光検出器１１３と、光検出器に反射光を分岐する光分岐素子であるビームスプリッタ１０６とを備える。
【００１７】
第１，第２の半導体レーザー１０２，１０３は、同一のパッケージ１０１に内蔵されており、このパッケージ１０１は、第１の半導体レーザー１０２の発光点が対物レンズ１０８の光軸１０４に一致するよう配置されている。各半導体レーザーから発した発散光は、パッケージ１０１とビームスプリッタ１０６との間に配置されたコリメートレンズ１０５により平行光とされ、ビームスプリッター１０６を透過して対物レンズ１０８に入射する。このとき、第１の半導体レーザー１０２からの短波長のレーザー光は、対物レンズ１０８の光軸１０４と平行に対物レンズに入射するが、発光点が軸外に配置された第２の半導体レーザー１０３からの長波長のレーザー光は、対物レンズ１０８の光軸に１０４に対して角度を持って対物レンズ１０８に入射する。
【００１８】
なお、図１においては、便宜上、第１，第２の半導体レーザー１０２、１０３からの光線を両方示しており、光ディスクも第１の光ディスクであるＤＶＤ１１０と第２の光ディスクであるＣＤ１０９とを重ねて示しているが、実際には保護層が０．６ｍｍと薄く記録密度が高いＤＶＤ１１０を利用する際には短波長の第１の半導体レーザー１０２のみを発光させ、保護層が１．２ｍｍと厚く記録密度が低いＣＤ１０９を再生する際には長波長の第２の半導体レーザー１０３のみを発光させる。
【００１９】
対物レンズ１０８は、第１，第２の半導体レーザー１０２，１０３からのレーザー光をそれぞれＤＶＤ１１０，ＣＤ１０９の保護層を介して記録面上に集光させる。対物レンズ１０８は、波長７８０ｎｍのレーザー光をＣＤ１０９に集光させる際のコマ収差が、波長６５０ｎｍのレーザー光をＤＶＤ１１０に集光させる際より良好に補正されている。より詳細には、対物レンズ１０８は、ＣＤ１０９の基板厚１．２ｍｍ、波長７８０ｎｍにおいて正弦条件を満たすように設計されている。したがって、７８０ｎｍの光束が斜めに対物レンズ１０８に入射しても、収差は十分許容範囲に抑えられ、記録面上のビームスポットを充分に小さく絞ることができる。
【００２０】
正弦条件とは、光束が斜めに入射するときに、発生する収差に画角に比例した収差成分が存在しない条件を意味する。したがって、対物レンズ１０８の面形状は、第１，第２の半導体レーザーの発光点間隔から決まるＣＤ用のレーザー光の画角において、収差が十分許容範囲となるように設計される。
【００２１】
一方、第１の半導体レーザー１０２からのレーザー光に対しては正弦条件を満たすことはできないが、短波長のレーザー光は上記のように対物レンズに対して垂直に入射するため、コマ収差の影響はなく、ＤＶＤ１１０の保護層を介してその記録面上にビームスポットが形成される。
【００２２】
ビームスプリッター１０６と対物レンズ１０８との間には、波長選択性絞り１０７が配置されている。波長選択性絞り１０７は、ＤＶＤ用の６５０ｎｍのレーザー光についてはＮＡ０．６に相当する光束径でレーザー光を透過させ、ＣＤ用の７８０ｎｍのレーザー光についてはＮＡ約０．４５〜０．５０に相当する光束径にレーザー光を制限する光学素子である。波長選択性絞り１０７は対物レンズ１０８に一体化することもできる。あるいは、ＤＶＤ１１０の利用時にのみ必要な高ＮＡの領域を、波長７８０ｎｍの光に対して大きな収差を持つよう設計して散乱させることにより、波長選択性絞りの機能を持たせることもできる。
【００２３】
なお、対物レンズ１０８の波長選択性絞り１０７側の面には、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輪帯状の回折レンズ構造が形成されている。
【００２４】
光ディスク光学系の球面収差は、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ＤＶＤ１１０については短波長、保護層が厚いＣＤ１０９については長波長のレーザー光が用いられる。そこで、ＤＶＤ１１０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。
球面収差の変化を打ち消すためには、上記の回折レンズ構造の他、特開平１０−２５５３０５号公報に開示されるような位相シフタを利用することもできる。
【００２５】
ＤＶＤ１１０またはＣＤ１０９のいずれかの光ディスクに集光され、記録情報によって変調された反射光は、再び対物レンズ１０８、波長選択性絞り１０７を透過し、ビームスプリッタ１０６により反射され、集光レンズ１１１、シリンドリカルレンズ１１２を介して光検出器１１３に入射する。集光レンズ１１１は平行光として入射する光ディスクからの反射光を収束させ、シリンドリカルレンズ１１２はフォーカシングエラー検出のために光束に非点収差を付加する。トラッキングエラーの検出には、光検出器１１３を４分割光検出器としておき、ＤＶＤ−ＲＯＭでは位相差検出方式、ＣＤやＤＶＤ−ＲＡＭなどではプッシュプル方式を用いればよい。
【００２６】
また、光ピックアップ１には、光検出器１１３により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１０８を駆動する図示せぬアクチュエータが設けられている。
【００２７】
上記の第１の実施形態において本質的な点は２つの半導体レーザーがモジュール化されており、大きいＮＡが必要とされるＤＶＤのための第１の半導体レーザー１０２が対物レンズ１０８の光軸１０４上にあること、および対物レンズ１０８がＮＡの小さいＣＤの保護層厚においてコマ収差の発生を抑えるように設計されていることである。他の構成は変更可能である。例えば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、スポットサイズ検出方式などを用いることも可能であり、トラッキングエラー検出には、３ビーム方式を用いることも可能である。また、記録可能なＤＶＤ−ＲＡＭを用いる等、高い光利用効率が必要な場合は、波長選択性絞り１０７に代えて偏光性回折格子と１／４波長板とを一体化した素子を設け、ビームスプリッタ１０６を偏光プリズムとすればよい。
【００２８】
図２は本発明の第２の実施形態にかかる光ヘッド２の説明図である。光ヘッド２は、第１，第２の半導体レーザー１０２，１０３と光検出器２０２、２０３とが１パッケージ化された２ＬＤ／ＰＤ一体モジュール２０１と、コリメートレンズ１０５、対物レンズ１０８とを備え、コリメートレンズ１０５と対物レンズ１０８との間には、ビーム分離ホログラムと波長選択絞りが一体となった複合光学部品２０４が配置されている。
【００２９】
第１の実施形態と同様に、ＤＶＤ用の第１の半導体レーザー１０２の発光点は対物レンズ１０８の光軸１０４上にあり、ＣＤ用の第２の半導体レーザー１０３からの光は発光点の間隔に応じた角度で斜めに対物レンズ１０８に入射する。本実施形態においても対物レンズ１０８は、第２の光ディスクであるＣＤ１０９に対してコマ収差が補正され、すなわち、正弦条件が満たされているので、このような斜め入射においてもＣＤのビームスポットはほとんど劣化しない。
【００３０】
各半導体レーザー１０２，１０３からの光はコリメートレンズ１０５により平行光束とされ、複合光学部品２０４に入射する。複合光学部品２０４のビーム分離作用は、光ディスクらかの反射光についてのみ必要であるため、ホログラムを偏光性ホログラムとして光ディスクへ向かうレーザー光に対して作用しないようにしておくと、利用効率の低下や迷光の発生を防ぐことができる。
【００３１】
複合光学部品２０４を透過したレーザー光は、対物レンズ１０８によりＣＤ１０９またはＤＶＤ１１０に集光され、その反射光は再び対物レンズ１０８を透過し、複合光学部品２０４で分離されて、２ＬＤ／ＰＤ一体モジュール２０１の中の光検出器２０２、２０３により受光される。
【００３２】
複合光学部品２０４は、光束が透過する円形の領域を光ディスクの半径方向と接線方向との２本の直径で４つの領域に等分割し、それぞれの分割領域に格子ベクトルの方向が互いに異なる分離ホログラムを形成することにより構成されている。これにより、光束を１／４ずつに分割して独立に検出することができる。このような方法は、例えば特開平１１−５３７５９に記載されている。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−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤなどの利用が可能となる。
【００３３】
なお、図２においては簡単のため、光検出器は２つのみ表示しているが、光束を４分割して検出するには一般には１つの波長に対して８領域、２波長で１６領域が必要となる。ただし、これは後に示す第３の実施形態のように光学系の配置を工夫することにより、そのいくつかを２つの波長で兼用して領域数を減らすことが可能である。
【００３４】
図３は本発明の第３の実施形態にかかる光ヘッド３を示す説明図である。光ヘッド３は、ＤＶＤ用の第１の半導体レーザーとＣＤ用の第２の半導体レーザー、および光検出器が一体としてモジュール化された２ＬＤ／ＰＤ一体モジュール４００を備えている。
【００３５】
モジュール４００に設けられた半導体レーザーから発したレーザー光は、コリメートレンズ１０５により平行光とされ、ビームスプリッタ１０６を透過してビーム成形ミラー３０２で反射され、偏光性ホログラムと１／４波長板とを一体とした複合光学部品３０１を透過し、対物レンズ１０８によっての光ディスク(ＤＶＤまたはＣＤ)３０４に集光される。
【００３６】
ビームスプリッタ１０６は、半導体レーザーから発して入射するレーザー光の一部を反射させ、モニタ用光検出器３０３に入射させる。モニタ用光検出器３０３の出力は、ＤＶＤ−ＲＡＭ等に記録するときの記録パルス波形のモニタとして用いられる。ビーム成形ミラー３０２は、くさび形のプリズムである。ビーム成形ミラー３０２の入射端面で屈折して内部に入射したレーザー光は、入射端面に対して傾斜した裏面で反射し、再び入射端面を屈折して透過する。このような屈折、反射により、ビーム形状が一方向に拡大されるため、半導体レーザーの楕円状のビーム分布を円形に補正することができる。これにより集光スポット品質を向上させるとともに、光利用効率を高めることができる。
【００３７】
光ディスク３０４で反射されたレーザー光は、再び対物レンズ１０８を透過し、複合光学部品３０１の偏光性回折格子により回折され、ビーム成形ミラー３０２、ビームスプリッタ１０６を経由して、コリメートレンズ１０５により、２ＬＤ／ＰＤ一体モジュール４００の中の光検出器上に集光される。
【００３８】
２ＬＤ／ＰＤ一体モジュール４００は、図４に示すように構成される。図４の上が平面図、下が半導体レーザー位置における断面図である。ＤＶＤ用の第１の半導体レーザー１０２とＣＤ用の第２の半導体レーザー１０３とが、Ｓｉ基板４０１の上にエッチングにより形成された凹部に配置されている。これらの半導体レーザーの出射端面前にはエッチングで形成された凹部の側面が４５°の傾斜を持った滑らかな斜面を形成しており、これが反射ミラー４０８となって、半導体レーザーの出射光４０９を基板面に対して垂直に立ち上げる。
【００３９】
凹部の周辺には光検出器４０２、４０３、４０５、４０６と、アンプＩＣ４０４とが形成されている。ここで光検出器４０２はＤＶＤ用、４０３はＣＤ用の再生信号およびトラッキングエラー検出用ディテクタ、４０５はＤＶＤ用、４０６はＣＤ用のフォーカシングエラー検出用ディテクタである。それぞれ横方向に４セットずつ並んでいるのは、ディスクによる反射光束をディスクの半径方向と接線方向の直径によって分割される１／４の領域の光を受光するためである。ＤＶＤ用の領域とＣＤ用の領域が分離されているのは、偏光性ホログラム３０１による回折角度が、波長の違いに応じて異なるためである。
【００４０】
フォーカシングエラー検出用のディテクタ４０５、４０６がそれぞれ短辺方向に並列する一対の長方形の領域により構成されるのは、ダブルナイフエッジ方式による焦点ずれ検出を行うためである。光スポットの焦点が光ディスクの記録面と一致している場合には、４つの１／４領域からの光も一対の長方形の領域の間に焦点を結ぶ。焦点が光ディスクの記録面から外れると、ディテクタ上のスポットは大きくなり、焦点が記録面より手前にずれると一方の長方形の領域の側、後ろ側にずれると他方の長方形の領域の側に偏る。したがって、各ペアで焦点が手前にずれた際にスポットを受ける領域の出力の総和と、後ろ側にずれた際にスポットを受ける領域の出力の総和との差動信号を演算すると、フォーカシングエラー信号が得られる。このようにして複数のペアの領域の出力に基づいてフォーカシングエラー信号を求めると、スポットの位置ずれの影響が互いにキャンセルされるため、さほど厳密に調整しなくとも、信号の精度を高く維持することができる。
【００４１】
複合光学部品３０１の偏光性回折格子は、図５に示すように、反射光束５０１をディスクの半径方向と接線方向の直径とで４つに等分割し、それぞれ異なる方向へ回折するように格子を形成している。
【００４２】
図６は、本発明の光ヘッドを組み込んだ光ディスク装置６０１の概略を示す説明図である。光ディスク装置６０１は、光ヘッド６０２と、モータ等の機構系と、制御系とから構成されている。光ヘッド６０２は、ここでは単純化して示されているが、図３に示す第３の実施形態と同様の構成を持ち、２ＬＤ／ＰＤモジュール４００と、複合光学部品３０１、および、対物レンズ１０８を備えている。
【００４３】
機構系は、対物レンズ１０８を光軸方向、及びラジアル方向に微動させるレンズアクチュエータ６０９と、光ヘッド６０１を光ディスク半径方向に動かすコースアクチュエータ６１０と、光ディスク３０４を回転させるスピンドルモータ６１２とを備えている。
【００４４】
制御系は、コントローラ６０６を中核として、このコントローラ６０６により制御される入出力回路６０４、バッファメモリ６０７、記録波形発生回路６０８、信号処理再生回路６１１、スピンドルモータ駆動回路６１３を備えている。
【００４５】
入出力回路６０４は、フレキシブル基板６０３を介して２ＬＤ／ＰＤモジュール４００に接続され、このモジュールに対して信号を入出力する。入出力回路６０４には、光ヘッド６０１の半導体レーザーを発光させるレーザードライバ回路と、光ヘッド６０１の光検出器の光電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路とを含んでいる。
【００４６】
電流電圧変換回路は、光検出器の光電流を電圧信号変換し、ＲＦ信号、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号を生成する。ＲＦ信号は、信号処理再生回路６１１においてイコライザ処理、２値化、復号処理されディジタル情報を再生する。出力情報はバッファメモリ６０７にストアされる。フォーカス／トラッキングエラー信号は、レンズアクチュエータ６０９にフィードバックされ、ビームスポットが光ディスク３０４の記録面の情報トラック上に常に位置するように閉ループ制御される。
【００４７】
また、電流電圧変換回路は、ＲＦ信号によりディスクのアドレス情報ピットからヘッド位置制御信号を生成する。ヘッド位置制御信号は、コースアクチュエータ６１０に入力され、コースアクチュエータ６１０は、光ヘッド６０２を再生トラックの近傍にほぼ配置させるよう制御する。こちらの制御はディジタル情報記録用の光磁気ディスクの場合には通常、閉ループ制御されるが、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＤなどにおいては開ループ制御されることが多い。
【００４８】
ＤＶＤ等へ情報を記録する場合には、コントローラ６０６がユーザデータ６０５をバッファメモリ６０７にストアし、ストアしたディジタル情報に応じて記録波形発生回路６０８で生成された記録信号に基づいて、レーザードライバ回路を駆動し、半導体レーザーの明滅を制御する。
【００４９】
光ディスクを回転させるスピンドルモータ６１２は、スピンドルモータ駆動回路６１３によってその回転が制御されており、さらにこれはコントローラ６０６により制御されている。
【００５０】
次に、対物レンズ１０８について説明する。図７は、対物レンズ１０８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１０８は、非球面である２つのレンズ面１０８ａ，１０８ｂを有する両凸の樹脂製単レンズであり、一方のレンズ面１０８ａに図７(Ａ)に示した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。
【００５１】
対物レンズ１０８の表面は、記録密度の低いＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の光ディスクに必要十分な低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光ディスク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面の全域に形成されている。
【００５２】
対物レンズ１０８は、短波長のレーザー光を第１の光ディスクに集光させる際の共用領域Ｒｃ内の外周部での正弦条件違反量ＳＣの値をＳＣ1、長波長のレーザー光を第２の光ディスクに集光させる際の共用領域Ｒｃ内の外周部での正弦条件違反量ＳＣの値をＳＣ2として、以下の条件(１)、
０ ＜｜ＳＣ2／ＳＣ1｜＜  ０．２  …(１)
を満たす。
【００５３】
正弦条件違反量ＳＣの値は以下の式、
ＳＣ＝ｎＨ1／(ｎ'sinＵ')−ｆ(１−ｍ)
で定義される。式中、ｎは入射側の屈折率、ｎ'は射出側の屈折率、Ｕ'は射出光の光軸となす角、ｍは近軸倍率、Ｈ1は主平面上の入射高さ、ｆは焦点距離である。
【００５４】
次に、上述した実施形態に基づく具体的な実施例を提示する。図８は、実施例にかかる対物レンズ１０８とＤＶＤ１１０とを示すレンズ図である。回折レンズ構造は、対物レンズ１０８の第１面１０８ａに形成され、１次回折光を必要次数の回折光として光ディスクの記録面上に収束させる。第２面１０８ｂは段差のない連続的な非球面として形成されている。
【００５５】
実施例の対物レンズの具体的な数値構成は、表１〜表３に示されている。表１はレンズ全体のデータ、表２は第１面、表３は第２面のデータを示す。実施例１の対物レンズ１０８は、0≦h＜1.25の範囲が共用領域Ｒｃ、1.25≦h＜1.40の範囲が高NA専用領域Ｒｈである。表中、λ1、NA1、ｆ1は、それぞれ第１の光ディスクであるＤＶＤ使用時の波長、開口数、焦点距離であり、λ2、NA2、ｆ2は、それぞれ第２の光ディスクであるＣＤ使用時の波長、開口数、焦点距離であり、ｎλは各レンズの波長λnmでの屈折率である。
【００５６】
【表１】
0003859416.tif 000002
【００５７】
第１面１０８ａの共用領域Ｒｃと高NA専用領域Ｒｈとは、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)、回折レンズ構造が共に異なる形状、作用を有する。ベースカーブを規定する非球面は、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
【００５８】
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。以下の表２に、第１面１０８ａの非球面係数、光路差関数係数を示す。λＢは回折レンズ構造のブレーズ化波長である。
【００５９】
【表２】
0003859416.tif 000003
【００６０】
【表３】
0003859416.tif 000004
【００６１】
図９は実施例の対物レンズ１０８のＤＶＤ１１０に対応する第１の波長λ１が660nmの場合の諸収差を示す。(A)は波長660nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件違反量ＳＣ、(B)は660nm,655nm,665nmの各波長の球面収差で表される色収差、(C)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),(C)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),(B)の縦軸は開口数ＮＡ、(C)の縦軸は像高Ｙである。
【００６２】
また、図１０はＤＶＤ用の第１の半導体レーザー１０２から発した光束が対物レンズの光軸に対して入射角度を持つ場合の波面収差を示し、(A)〜(D)はメリディオナル方向、(E)〜(H)はサジタル方向の収差を示す。各グラフの横軸は入射瞳、縦軸は波面収差量を示す。また、(A),(E)が入射角度０゜、(B),(F)が入射角度０．５゜、(C),(G)が入射角度０．７５゜、(D),(H)が入射角度１．０゜の場合を示している。
【００６３】
図１１は、ＤＶＤ用の第１の半導体レーザー１０２から発した光束の対物レンズ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。ＤＶＤに対しては対物レンズ１０８のコマ収差が補正されていないため、僅かな入射角度で波面収差が著しく劣化する。
【００６４】
図１２は、実施例の対物レンズ１０８と第２の光ディスクであるＣＤ１０９とを示すレンズ図である。この場合、対物レンズは、第２の半導体レーザー１０３から発した波長785nmのレーザー光をＣＤ１０９の記録面上に集光させる。
【００６５】
図１３は実施例の対物レンズ１０８のＣＤ１０９に対応する第２の波長λ2が785nmの場合の諸収差を示す。(A)は波長785nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件違反量ＳＣ、(B)は785nm,780nm,790nmの各波長の球面収差で表される色収差、(C)は非点収差を示す。
【００６６】
また、図１４はＣＤ用の第２の半導体レーザー１０３から発した光束が対物レンズの光軸に対して入射角度を持つ場合の波面収差を示す。各グラフの定義は図１０と同一である。さらに、図１５は、ＣＤ用の第２の半導体レーザー１０３から発した光束の対物レンズ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。実施例の対物レンズ１０８は、ＣＤに対してはコマ収差が補正されているため、入射角度が大きくなってもコマ収差は発生せず、かつ、非点収差の発生も小さい。したがって、波面収差を低く抑えることができ、光ディスク上のビームスポットを所望のサイズにまで絞ることが可能である。
【００６７】
上記の実施例では、６６０ｎｍのレーザー光をＤＶＤに集光させる際の共用領域Ｒｃ内の外周部での正弦条件違反量の値ＳＣ1=0.0348mm、７８５ｎｍのレーザー光をＣＤに集光させる際の共用領域Ｒｃ内の外周部での正弦条件違反量の値ＳＣ2=-0.0012mmとなる。したがって、｜ＳＣ2／ＳＣ1｜＝| -0.0012 ／ 0.0348 |
＝ 0.034となり、前記の条件式(１)を満たしている。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対物レンズのコマ収差をＤＶＤに対しては補正せずにＣＤに対して補正し、ＤＶＤ用の発光点を対物レンズの軸上に配置し、ＣＤ用の発光点を軸外に配置することにより、いずれの光ディスクに対しても収差の発生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】  第１の実施形態にかかる光ヘッドを示す説明図。
【図２】  第２の実施形態にかかる光ヘッドを示す説明図。
【図３】  第３の実施形態にかかる光ヘッドを示す説明図。
【図４】  図３の光ヘッドで用いられている２ＬＤ／ＰＤ一体モジュールを示す平面図及び側面図。
【図５】  図３の光ヘッドで用いられている複合光学部品の偏光性回折格子を示す平面図。
【図６】  本発明の光ヘッドを搭載した光ディスク装置を示す説明図。
【図７】  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。
【図８】  実施例にかかる対物レンズとＤＶＤとを示すレンズ図。
【図９】  実施例の対物レンズのＤＶＤに対応する第１の波長における諸収差を示すグラフ。
【図１０】  ＤＶＤ用の第１の半導体レーザーから発した光束が対物レンズの光軸に対して入射角度を持つ場合の波面収差を示すグラフ。
【図１１】  ＤＶＤ用の第１の半導体レーザーから発した光束の対物レンズ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。
【図１２】  実施例にかかる対物レンズとＤＶＤとを示すレンズ図。
【図１３】  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１４】  ＣＤ用の第２の半導体レーザーから発した光束が対物レンズの光軸に対して入射角度を持つ場合の波面収差を示すグラフ。
【図１５】  ＣＤ用の第２の半導体レーザーから発した光束の対物レンズ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。
【符号の説明】
１０１  ２レーザモジュール
１０２  ＤＶＤ用半導体レーザ
１０３  ＣＤ用半導体レーザ
１０４  対物レンズ光軸
１０５  コリメートレンズ
１０６  ビームスプリッタ
１０７  波長選択性絞り
１０８  対物レンズ
１０９  ＣＤ
１１０  ＤＶＤ
１１１  集光レンズ
１１２  シリンドリカルレンズ
１１３  光検出器
２０１，４００  ２ＬＤ／ＰＤ一体モジュール
【図１】
0003859416.tif 000005
【図２】
0003859416.tif 000006
【図３】
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【図４】
0003859416.tif 000008
【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１４】
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【図１５】
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【図１３】
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