JP2000339740A - 対物レンズ、光ヘッドおよび光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対物レンズ駆動装置にローリングモードの共
振が発生しても、良好な記録再生がおこなえる対物レン
ズを提供する。 【解決手段】 光源からの光束を光ディスクに収束する
開口数０．６以上の対物レンズにおいて、対物レンズの
傾きで生じるコマ収差を小さくする。ここで、光ディス
クの法線に対して対物レンズの光軸が平行で、光ディス
クの法線に対して光束の中心軸が１度傾いたときに発生
する波面収差の３次のコマ収差成分が０．０２λｒｍｓ
（ただし、λは光束の波長）より大きくし、光ディスク
の法線に対して光束の中心軸が平行で、光ディスクの法
線に対して対物レンズの光軸が１度傾いたときに発生す
る波面収差の３次のコマ収差成分が０．０７λｒｍｓよ
り小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザなど
の光源から出射される光を光ディスクなどの光情報媒体
に収束して情報を記録再生する情報記録再生装置に用い
られる対物レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクなどの光情報媒体で広く普及
しているものとして、音を記録したＣＤと呼ばれる光デ
ィスクや音と映像を記録したＤＶＤと呼ばれる光ディス
クなどがある。一般にＣＤプレーヤなどの光ディスク装
置においては、対物レンズが傾くとコマ収差が発生す
る。情報を高密度に記録したＤＶＤなどに用いられる対
物レンズにおいては、ＣＤの場合に比べ開口数（ＮＡ）
が高いため、対物レンズが傾くとコマ収差は急激に増大
し、信号レベルの低下や、フォーカスサーボとトラッキ
ングサーボにおけるオフセットやクロストークなどが発
生し、正常な記録再生ができなくなる。従来は、対物レ
ンズ駆動装置の性能を高めることによって対物レンズの
傾きを抑えていた。たとえば、対物レンズは、磁石とと
もにホルダに固定され、ホルダは４本のワイヤによって
固定部に懸架される。磁石に電磁力が働くと、対物レン
ズを含むホルダが、固定部に対して、フォーカス方向お
よびトラッキング方向に駆動される。ホルダとワイヤか
らなるばね質量系の振動様式としては、ホルダがフォー
カス方向およびトラッキング方向に並進運動するモード
の他に、ホルダの重心を通りタンジェンシャル方向に平
行な直線の周りに回転運動するローリングモードがあ
る。ローリングは、対物レンズに傾きを生じさせてコマ
収差を発生させる有害なモードである。正常な記録再生
をおこなうには、ディスク回転領域におけるローリング
をなるべく小さくしなければならない。つまり、ローリ
ングが最大となる共振周波数をディスク回転数より高く
設定したり、共振ピーク値を下げたりすることが必要で
ある。そこで、ワイヤの曲げ剛性やワイヤの取り付けピ
ッチ（間隔）を大きくして、ホルダのローリングに対す
る剛性を高くすることによって、ディスク回転領域のロ
ーリングを抑え、かつ、共振周波数を高めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近の傾向としてディ
スク再生の高速化が進んでいる。対物レンズ駆動装置に
おいては、ディスク回転数の上昇にともない、ローリン
グの影響を避けるためにローリングモードの共振周波数
をより高く設定する必要が生じてきた。つまり、ワイヤ
の曲げ剛性や取り付けピッチを大きくしなければいけな
い。ところが、ワイヤの外径を大きくして曲げ剛性を高
めれば必要とするフォーカスおよびトラッキングのため
の消費電力の増大、さらには大電流によるコイルの破損
という問題が起きる。また、ワイヤの取り付けピッチを
大きくすれば、近年主流となりつつある装置の薄型化に
反し、大型化を招くことになる。このように、対物レン
ズ駆動装置のローリングモードの共振が大きな課題であ
るため、高ＮＡの対物レンズを用いた光ディスクの記録
再生の高速化および装置の薄型化が非常に困難となって
いる。

【０００４】本発明の目的は、対物レンズ駆動装置にロ
ーリングモードの共振が発生しても、良好な記録再生が
おこなえ、かつ、光ディスクの記録再生の高速化および
装置の薄型化を可能とする対物レンズおよび光ヘッド装
置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の対物
レンズは、光源からの光束を光情報媒体に収束する対物
レンズであって、開口数を０．６以上であり、光情報媒
体の法線に対して前記対物レンズの光軸が平行で、光情
報媒体の法線に対して光束の中心軸が１度傾いたときに
発生する波面収差の３次のコマ収差成分が０．０２λｒ
ｍｓ（ただし、λは光束の波長）より大きく、かつ、光
情報媒体の法線に対して光束の中心軸が平行で、光情報
媒体の法線に対して前記対物レンズの光軸が１度傾いた
ときに発生する波面収差の３次のコマ収差成分が０．０
７λｒｍｓより小さい。本発明に係る第２の対物レンズ
は、光源からの光束を少なくとも２種類の基材厚の異な
る光情報媒体のそれぞれに収束する対物レンズであっ
て、対物レンズの光軸を中心とする複数の輪帯状レンズ
面を有する。複数の輪帯状レンズ面のうち少なくとも一
つの輪帯状レンズ面は光情報媒体のうち基材厚の薄い光
情報媒体に対して集光したとき、光情報媒体の法線に対
して前記対物レンズの光軸が平行で、光情報媒体の法線
に対して光束の中心軸が１度傾いたときに発生する波面
収差の３次のコマ収差成分が０．０２λｒｍｓ（ただ
し、λは光束の波長）より大きく、光情報媒体の法線に
対して光束の中心軸が平行で、光情報媒体の法線に対し
て対物レンズの光軸が１度傾いたときに発生する波面収
差の３次のコマ収差成分が０．０７λｒｍｓより小さ
い。たとえば、前記複数の輪帯状レンズ面は、前記対物
レンズの光軸に近い中心部レンズ面と、前記対物レンズ
の光軸から遠い外周部レンズ面とを備え、この外周部レ
ンズ面が前記の少なくとも１つの輪帯状レンズ面であ
る。また、本発明に係る光ヘッドは、光源と、光源から
出射した光束を光情報媒体に収束する上述のいずれかの
対物レンズと、光情報媒体から反射される光束を検出し
て電気信号を発生する検出器と、対物レンズを光情報媒
体に追従させる駆動装置とからなる。また、本発明に係
る光情報記録再生装置は、光情報媒体を回転駆動する回
転部と、上述の光ヘッド（光源と、光源から出射した光
束を光情報媒体に収束する対物レンズと、光情報媒体か
ら反射される光束を検出して電気信号を発生する検出器
と、対物レンズを光情報媒体に追従させる駆動装置とを
備える）と、前記検出器により検出された信号に基づい
て前記光ヘッドを制御する制御部と前記光情報媒体に情
報を記録再生する記録再生手段とを備える。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。なお、図面において、同じ
参照記号は同一または同等のものを示す。図１は、本発
明の第１実施形態の光ヘッドを示す。この光ヘッドにお
いて、光源である半導体レーザ１から出射した波長６５
０ｎｍの光束１０は、ほぼ半分がプリズム２を透過し、
集光レンズ３によりコリメートされほぼ平行な光束とな
る。コリメートされた光束１０は、ミラー４で反射され
て開口数０．６の対物レンズ５で収束され、基材厚０．
６ｍｍの光ディスク６の情報記録面に光スポット１１を
形成する。

【０００７】光ディスク６で反射された反射光１２は、
再び対物レンズ５を通り、ミラー４で反射され、集光レ
ンズ３で絞られる。絞られた反射光１２は、プリズム２
でほぼ半分が反射され、シリンドリカルレンズ７を通っ
て、光検出器８で検出される。光検出器８は、光ディス
ク６からの再生信号を検出するとともに、対物レンズ５
を情報記録面に追従させるためのフォーカス制御信号を
非点収差法により検出し、また、対物レンズ５を情報記
録面のトラックに追従させるためのトラッキング制御信
号を位相差法またはプッシュプル法により検出する。対
物レンズ５は、それらの制御信号をもとに、対物レンズ
駆動装置９によってフォーカス方向およびトラッキング
方向に駆動される。

【０００８】図２は、対物レンズ駆動装置９の概略を示
す。図において、ｘはトラッキング方向、ｙはタンジェ
ンシャル方向、ｚはフォーカス方向、φはｙ軸周りの回
転を表す。ホルダ４１は、対物レンズ５および磁石４２
を保持し、対物レンズ５、磁石４２およびホルダ４１か
らなる可動体４３は、４本のワイヤ４５によって固定部
４６に懸架されている。固定部４６、フォーカスコイル
４７およびトラッキングコイル４８はベース４９に固定
される。フォーカスコイル４７とトラッキングコイル４
８に電流を流すことにより磁石４２に電磁力が働き、対
物レンズ５を含む可動体４３がフォーカス方向とトラッ
キング方向に駆動される。

【０００９】図３は、対物レンズ５を用いた光ヘッド５
１を用いる光情報記録再生装置の概略を示す。光ヘッド
５１以外の構成は従来と同様である。情報媒体としての
光ディスク６は、モータ５２により回転される。光ヘッ
ド５１は、シャフトにそって光ディスク６の半径方向に
移動される。情報の記録再生のため、光ヘッド５１の半
導体レーザ１からの出射光が、対物レンズ５によって光
ディスク６の情報記録面に収束される。光ヘッド５１内
の光検出器８の出力信号により、光ヘッド５１内の対物
レンズ５を光ディスクの面に追従させるためのフォーカ
ス制御信号と、光ディスク６上の情報トラックに追従さ
せるためのトラッキング制御信号が検出される。ヘッド
制御回路５３は、これらの制御信号を基に光ヘッド５１
のフォーカス制御とトラッキング制御を行なう。また、
信号処理回路５４は、記録の際に光ヘッド５１により光
ディスク６に情報を記録し、また、再生の際に光ヘッド
５１内の光検出器８の出力信号から光ディスク６の情報
トラックに記録された光情報を再生する。

【００１０】図４と図５は、波長６５０ｎｍの光がＮＡ
０．６の対物レンズを通って基材厚０．６ｍｍの光ディ
スクに収束するときのコマ収差を示す。図４は対物レン
ズが傾くことにより生じるコマ収差を示し、ここに、横
軸は対物レンズ５の傾きを、縦軸はコマ収差を表す。図
５は対物レンズ５に入射する光の傾きにより生じるコマ
収差を示し、ここに、横軸は光の入射角を、縦軸はコマ
収差を表す。図４と図５のそれぞれにおいて、対物レン
ズ５の正弦条件を満足させた設計をした場合については
破線で、正弦条件を不満足とした場合については実線で
示している。

【００１１】一般に、対物レンズ５の軸外性能を良くす
るために、正弦条件は満足させて対物レンズ５の設計を
おこなう。しかし、図５の破線のように正弦条件を満足
させると、対物レンズが高ＮＡのため、図４の破線に示
すように対物レンズ５が１度傾いたとき０．１３λｒｍ
ｓ（ここに、λは光束の波長）ほどの大きなコマ収差が
発生するようになる。これはＮＡ０．４５のＣＤ用対物
レンズのときと比べ、約１．５〜２倍ほどの大きなコマ
収差である。マーシャル限界（０．０７λｒｍｓ）を評
価の基準とすれば、正常な記録再生をおこなうには対物
レンズ５の傾きを０．５度以下に抑える必要がある。し
かし、対物レンズ駆動装置９にはローリングという固有
なモードの共振が存在し、対物レンズ５の傾きを０．５
度以下に抑えることは非常に困難である。このように、
高ＮＡの対物レンズ５を用いて高速記録再生をおこなう
場合、対物レンズ駆動装置９のローリングによるコマ収
差の発生が問題となる。

【００１２】そこで、対物レンズ５の設計において、コ
マ収差の発生を小さくする。ここで、図５に示すよう
に、光の入射角１度に対するコマ収差の発生を０．０２
λｒｍｓ以上にすると、図４に示すように対物レンズの
傾き１度に対するコマ収差の発生を０．０７λｒｍｓ以
下に抑えられる。そこで、本実施形態の対物レンズ５
は、開口数を０．６以上とし、光ディスクの法線に対し
て対物レンズの光軸が平行で、光ディスクの法線に対し
て光束の中心軸が１度傾いたときに発生する波面収差の
３次のコマ収差成分を０．０２λｒｍｓより大きく、光
ディスクの法線に対して光束の中心軸が平行で、光ディ
スクの法線に対して対物レンズの光軸が１度傾いたとき
に発生する波面収差の３次のコマ収差成分を０．０７λ
ｒｍｓより小さくしたものである。このとき、正弦条件
はある程度不満足となるが、コマ収差の発生を小さくで
きる。この対物レンズを用いれば、対物レンズ駆動装置
９にローリングモードの共振が発生しても、コマ収差は
小さく抑えられているので、正常な記録再生がおこなえ
る。対物レンズ駆動装置９においてローリング共振ピー
ク値を１度以下に抑えることは従来の技術で実現でき
る。つまり、上述の対物レンズ５を用いれば、高ＮＡで
あるにもかかわらずコマ収差の発生は抑えられているの
で、ローリングモードの共振周波数より高くディスク回
転数を上昇させることができ、これにより、光情報の記
録再生の高速化が可能となる。

【００１３】なお、正弦条件を不満足とすると、対物レ
ンズ５の軸外性能が悪くなる。しかし、光学部品の取り
付け精度を高めたり、出射光の光軸に垂直な平面内で半
導体レーザの位置調整をおこなったりすることでこれに
対処できる。

【００１４】次に、本発明の第２の実施の形態の対物レ
ンズおよび光ヘッドについて図６〜図８を用いて説明す
る。この光ヘッドは、２種類の基材厚の異なる光情報媒
体に対して記録再生をおこなう。図６は、基材厚０．６
ｍｍの光ディスク３４を記録再生する場合を示す。図６
において、半導体レーザ２１から出射した波長６５０ｎ
ｍの光束３６は、ほぼ半分がプリズム２２を透過し、波
長選択性プリズム２３に入射する。この波長選択性プリ
ズム２３は波長６５０ｎｍの光を透過し、波長７８０ｎ
ｍの光を反射する。このため、光束３６は、波長選択性
プリズム２３を透過し、集光レンズ２４によりコリメー
トされ、ほぼ平行な光束となる。コリメートされた光束
３６は、ミラー２５で反射されて開口数０．６の対物レ
ンズ２６で収束され、光ディスク３４の情報記録面に光
スポット３７を形成する。対物レンズ２６は、光軸を中
心とする複数の輪帯状レンズ面を有するものであり、後
で図８を参照して説明する。

【００１５】光ディスク３４で反射された反射光３８
は、再び対物レンズ２６を通り、ミラー２５で反射さ
れ、集光レンズ２４で絞られる。絞られた反射光３８
は、波長選択性プリズム２３を透過し、プリズム２２で
ほぼ半分が反射され、シリンドリカルレンズ２７を通っ
て、光検出器２８で検出される。光検出器２８は、再生
信号を検出するとともに、非点収差法により対物レンズ
２６を情報記録面に追従させるためのフォーカス制御信
号を検出し、位相差法またはプッシュプル法により対物
レンズ２６を情報記録面のトラックに追従させるための
トラッキング制御信号を検出するように構成されてい
る。対物レンズ２６は、それらの制御信号をもとに対物
レンズ駆動装置３３によってフォーカス方向およびトラ
ッキング方向に駆動される。

【００１６】一方、図７は、基材厚１．２ｍｍの光ディ
スク３５を記録再生する場合を示す。半導体レーザ２９
から出射した波長７８０ｎｍの光束３９は、ほぼ半分が
プリズム３０を透過し、波長選択性プリズム２３で反射
され、集光レンズ２４によりほぼ平行な光束となる。コ
リメートされた光束３９は、ミラー２５で反射され、対
物レンズ２６で収束され、光ディスク３５の情報記録面
に光スポット４０を形成する。

【００１７】光ディスク３５で反射された反射光４１
は、再び対物レンズ２６を通り、ミラー２５で反射さ
れ、集光レンズ２４で絞られる。絞られた反射光４１
は、波長選択性プリズム２３で反射され、プリズム３０
でほぼ半分が反射され、シリンドリカルレンズ３１を通
って、光検出器３２で検出される。光検出器３２は、再
生信号を検出するとともに、非点収差法により対物レン
ズ２６を情報記録面に追従させるためのフォーカス制御
信号を検出し、位相差法またはプッシュプル法により対
物レンズ２６を情報記録面のトラックに追従させるため
のトラッキング制御信号を検出するように構成されてい
る。対物レンズ２６は、それらの制御信号をもとに対物
レンズ駆動装置３３によってフォーカス方向およびトラ
ッキング方向に駆動される。

【００１８】図８は、対物レンズ２６を示す。対物レン
ズ２６は、ＮＡ０．４５を境界とする中心部と外周部と
に光軸を中心とした複数の輪帯状のレンズ面２６ａ、２
６ｂを有している。外周部レンズ面２６ａは、基材厚
０．６ｍｍの光ディスク３４に対して収差最小となるよ
うに設計され、中心部レンズ面２６ｂは、基材厚０．９
ｍｍの光透過平板に対して収差最小となるように設計さ
れている。このように、複数の輪帯状レンズ面を有する
ことによって、０．６ｍｍと１．２ｍｍの異なる基材厚
の光ディスクの記録再生を可能としている。

【００１９】このような複数の輪帯状レンズ面を有する
対物レンズ２６においても、外周部レンズ面２６ａが高
ＮＡであるために、対物レンズ２６の傾きで大きなコマ
収差が発生する。そこで、対物レンズ２６において、外
周部レンズ面２６ａの設計において、第１の実施の形態
と同様に、コマ収差の発生を小さくする。すなわち、対
物レンズ２６の外周部レンズ面２６ａは、基材厚の薄い
光ディスクに対して集光したときに、光ディスクの法線
に対して対物レンズの光軸が平行で、光ディスクの法線
に対して光束の中心軸が１度傾いたときに発生する波面
収差の３次のコマ収差成分を０．０２λｒｍｓより大き
く、光ディスクの法線に対して光束の中心軸が平行で、
光ディスクの法線に対して対物レンズの光軸が１度傾い
たときに発生する波面収差の３次のコマ収差成分を０．
０７λｒｍｓより小さくしたものである。このとき、正
弦条件はある程度不満足となるが、コマ収差の発生を小
さくできる。この対物レンズ２６を用いれば、対物レン
ズ駆動装置９にローリングモードの共振が発生しても、
コマ収差は小さく抑えられているので、基材厚０．６ｍ
ｍの光ディスク３４の正常な記録再生がおこなえる。対
物レンズ駆動装置９においてローリング共振ピーク値を
１度以下に抑えることは従来の技術で実現できる。つま
り、上述の対物レンズ５を用いれば、高ＮＡであるにも
かかわらずコマ収差の発生は抑えられているので、ロー
リングモードの共振周波数より高くディスク回転数を上
昇させることができ、これにより、光情報の記録再生の
高速化が可能となる。一方、基材厚１．２ｍｍの光ディ
スク３５の記録再生に関しては、主に中心部レンズ面２
６ｂでおこなうので、外周部レンズ面２６ａの正弦条件
を不満足にしたことによる影響は小さく、性能の劣化は
許容できる範囲である。なお、以上では輪帯状レンズ面
が２つのときについて説明した。しかし、輪帯状レンズ
面が３つ以上の場合でも、基材厚が薄い光ディスクに集
光するように設計されたレンズ面のコマ収差の発生を抑
えれば、同様に光ディスクの高速記録再生が可能であ
る。また、上述の実施形態においては、光ディスクにつ
いての記録再生について説明したが、本発明は、光磁気
記録媒体についても適用できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の対物レンズを用いると、対物レ
ンズ駆動装置にローリングモードの共振が起きても、そ
れによって発生するコマ収差は小さく抑えられているの
で、光情報の記録再生の高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の光ヘッドの図式的断
面図

【図２】 対物レンズ駆動装置の斜視図

【図３】 光情報記録再生装置の図式的な図

【図４】 対物レンズの傾きとコマ収差の関係のグラフ

【図５】 光の入射角とコマ収差の関係のグラフ

【図６】 本発明の第２実施形態の光ヘッドの図式的な
断面図

【図７】 本発明の第２実施形態の光ヘッドの図式的な
断面図

【図８】 本発明の第２実施形態の対物レンズの構成を
示す図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ、 ２ プリズム、 ３ 集光
レンズ、 ４ミラー、 ５ 対物レンズ、
６ 光ディスク、 ７ シリンドリカルレンズ、
８ 光検出器、 ９ 対物レンズ駆動装置、
１０光束、 １１ 光スポット、 １２
反射光、 ２６ 対物レンズ、 ２６ａ、２６
ｂ 輪帯状レンズ面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緒方 大輔 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 LA25 NA00 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA41 RA42 RA47 5D118 AA26 BA01 BB02 CD02 CD03 CD08 CF06 DA03 DA35 DC03 5D119 AA02 AA41 BA01 DA01 DA05 EC04 FA05 JA44 JA47 KA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を光情報媒体に収束する
   対物レンズにおいて、開口数を０．６以上とし、前記光
   情報媒体の法線に対して前記対物レンズの光軸が平行
   で、前記光情報媒体の法線に対して前記光束の中心軸が
   １度傾いたときに発生する波面収差の３次のコマ収差成
   分が０．０２λｒｍｓ（ただし、λは光束の波長）より
   大きく、前記光情報媒体の法線に対して前記光束の中心
   軸が平行で、前記光情報媒体の法線に対して前記対物レ
   ンズの光軸が１度傾いたときに発生する波面収差の３次
   のコマ収差成分が０．０７λｒｍｓより小さいことを特
   徴とする対物レンズ。
2. 【請求項２】 光源からの光束を少なくとも２種類の基
   材厚の異なる光情報媒体のそれぞれに収束する対物レン
   ズにおいて、前記対物レンズの光軸を中心とする複数の
   輪帯状レンズ面を有し、 前記複数の輪帯状レンズ面のうち少なくとも１つの輪帯
   状レンズ面は、前記光情報媒体のうち基材厚の薄い光情
   報媒体に対して集光したとき、前記光情報媒体の法線に
   対して前記対物レンズの光軸が平行で、前記光情報媒体
   の法線に対して前記光束の中心軸が１度傾いたときに発
   生する波面収差の３次のコマ収差成分が０．０２λｒｍ
   ｓ（ただし、λは光束の波長）より大きく、前記光情報
   媒体の法線に対して前記光束の中心軸が平行で、前記光
   情報媒体の法線に対して前記対物レンズの光軸が１度傾
   いたときに発生する波面収差の３次のコマ収差成分が
   ０．０７λｒｍｓより小さいことを特徴とする対物レン
   ズ。
3. 【請求項３】 前記複数の輪帯状レンズ面は、前記対物
   レンズの光軸に近い中心部レンズ面と、前記対物レンズ
   の光軸から遠い外周部レンズ面とを備え、この外周部レ
   ンズ面が前記の少なくとも１つの輪帯状レンズ面である
   請求項２に記載された対物レンズ。
4. 【請求項４】 光源と、 光源から出射した光束を光情報媒体に収束する請求項１
   から請求項３のいずれか１項に記載の対物レンズと、 光情報媒体から反射される光束を検出して電気信号を発
   生する検出器と、 対物レンズを光情報媒体に追従させる駆動装置とからな
   る光ヘッド。
5. 【請求項５】 光情報媒体を回転駆動する回転部と、 光源と、光源から出射した光束を光情報媒体に収束する
   対物レンズと、光情報媒体から反射される光束を検出し
   て電気信号を発生する検出器と、対物レンズを光情報媒
   体に追従させる駆動装置とを備える、請求項４に記載の
   光ヘッドと、 前記検出器により検出された信号に基づいて前記光ヘッ
   ドを制御する制御部と、 前記光情報媒体に情報を記録再生する記録再生手段とを
   備える光情報記録再生装置。