JP2001134976A - 光ヘッドおよび光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの光源を持ち、対物レンズを共用し、２
種類の光ディスクに対応し、開口数が小さい側の光に対
する開口制限手段を固定設置可能な光ヘッドを提供す
る。 【解決手段】 平板である中心部１４ａと、凹レンズ作
用を持った回折格子が設けられている外周部１４ｂとを
有する光学素子１４を光路中に設置する。中心部１４ａ
と外周部１４ｂの境界は、中心部１４ａを透過した光が
対物レンズ１６で収束されたときのＮＡが、ＣＤ１７の
記録再生に適した値になるように設定する。外周部１４
ｂの凹レンズ焦点距離は、前記ＮＡ以外の光が光検出器
１１ｂに入射せず、前記ＮＡ以下の光がレンズシフト時
にも光検出器１１ｂからはみ出さないような値に設定す
る。その結果、前記ＮＡの光を検出するための実質的な
開口制限を行うとともに、レンズシフト時にも光がけら
れたり光検出器１１ｂからはみ出ないので、光量低下が
発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射した
光束を集光光学系で光情報記録媒体の透明基板を介して
情報記録面に集光させ、情報記録面上に情報を記録また
は情報記録面上の情報を再生する（記録／再生）光ヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高密度化や記録可能媒体の普及な
どによって光ディスクの規格が増える傾向にある。光デ
ィスクの情報の密度は光スポットの大きさによって決ま
り、光スポットの大きさは光の波長に比例し対物レンズ
の開口数（以下ＮＡ）に反比例するので、一般に記録密
度が高いほど対応波長が短くＮＡは大きくなる。またＮ
Ａが増大した場合にディスクチルトにより発生するコマ
収差量はディスクの基板厚みに比例するので、基板厚み
は小さくなるのが普通である。このような背景のもと、
記録および／または再生用光学系（以下、光学系と略
す）のＮＡや対応基材厚や使用波長の種類が多様化して
いる。

【０００３】たとえばＣＤの基板の厚みが１．２ｍｍで
あるのに対して、ＤＶＤでは０．６ｍｍである。またＣ
Ｄ−Ｒに使用されるディスク記録材料の反射率は、波長
７８０〜８３０ｎｍでは６５％以上であるのに対して、
波長６３５〜６５０ｎｍでは２０％以下に低下する。し
たがって、ＤＶＤに対応する光学系においては光源波長
６３５〜６５０ｎｍおよび対物レンズＮＡ０．６が使用
され、ＣＤ−Ｒに対応する光学系においては光源波長７
８０〜８３０ｎｍおよび対物レンズＮＡ０．４５が使用
されるのが一般的である。

【０００４】このように対応する光学系が異なる光ディ
スクを、同一の光ディスク装置で記録再生できることが
望ましく、かつ光ディスク装置を小型化・低コスト化す
ることが求められるため、波長の異なる２個の光源を持
ち、１個の対物レンズにより異なる基材厚の光ディスク
を記録再生する光学系の方式が種々提案されている。提
案されている光学系には、対物レンズを記録再生条件の
厳しい高密度光ディスクに最適化し、相対的に低密度な
光ディスクに対しては開口制限手段を設けるなどの光学
的補正を行うことにより記録再生を可能にするという共
通点がある。

【０００５】このための開口制限手段としては、たとえ
ば特開平１０−２４１１７８号公報に示されているよう
に、直線状の回折格子によりＣＤ用の光のうち開口制限
の外側の光を光路外に回折させて内側の光のみを信号の
記録再生に用いると共に、ＤＶＤ用の光に対しては影響
を与えないように回折格子の定数を設定する方法があ
る。また、特開平１０−１１６４３３号公報に示されて
いるように、波長により透過率分布が異なる色素膜を用
いて同様の開口制限手段とする方法も提案されている。
これらの方式は、開口制限手段がフォーカシングおよび
トラッキング動作時に対物レンズと一体で移動する構成
の場合には有効である。

【０００６】ところが、光ディスク装置を薄型化するた
め光ヘッドの厚みを小さくする必要がある場合には、こ
のような構成にすることができず、開口制限手段を光学
系の固定側に設置する必要がある。この場合には、図１
１（ａ）に示すように開口制限手段４４と対物レンズ４
６の中心が一致している場合には通常の開口制限として
機能するが、図１１（ｂ）に示すように対物レンズ４６
がトラッキング動作により開口制限手段４４の中心から
オフセット（以下、レンズシフトと呼ぶ）すると、光デ
ィスク４７で反射した復路の光の中心は開口制限手段４
４の中心からオフセットするため光のけられが発生し、
光量が低下するという問題がある。光ディスク装置では
レンズシフトが０．３〜０．４ｍｍ程度発生することが
あり、この場合の光量はレンズシフトがない場合と比べ
て７割から５割程度にまで低下する可能性があり、信号
品質の劣化や動作の不安定化を引き起こす。

【０００７】これを解決するために、特開平１０−２３
３０３６号公報のような方式が提案されている。この方
式では、ある偏光方向には回折作用を持つが、それと直
交方向に偏波面を持つ光に対しては回折作用を及ぼさな
い偏光異方性回折格子により開口制限手段を構成する。
この回折格子は開口制限の外側のみに設けられ、素子は
往路の光の偏光方向に対して回折作用を持つように設定
され、開口制限手段と対物レンズの間に１／４波長板を
設ける。この場合、１／４波長板の作用により開口制限
手段に入射する復路光は往路光と偏光方向が直交するた
め、復路光に対しては回折の影響がなく、レンズシフト
した場合でもけられが発生しないため、光量低下を防ぐ
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来例のような
構成の場合、開口制限手段として回折格子だけでなく１
／４波長板が必要であり、構成部品点数およびコストが
増加する。また往路で１／４波長板を透過した後は円偏
光になるので光路中の複屈折の影響を受けやすくるとい
う問題がある。たとえばＣＤの市場では複屈折が１／２
波長を越えるような規格外のディスクも現実に流通して
いるが、最悪１／２波長の複屈折の軸方向が１／４波長
板の軸方向と一致した場合、復路で１／４波長板を透過
した光は往路と同じ偏光方向になってしまうため、復路
でも回折作用を受け、通常の開口制限手段と同様に光量
低下が発生してしまう。

【０００９】本発明は、上記課題を考慮し、少ない構成
部品点数で開口制限の効果を発揮し、厚みが小さく、か
つ反射光の光量を低下させない光ヘッドを提供すること
を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述のような課題を解決
するために、第１の本発明（請求項１に対応）は、基板
の厚みがｔ１の第１の光ディスクに対応する第１の光を
発する第１の光源と、基板の厚みがｔ２（ｔ１＞ｔ２）
の第２の光ディスクに対応し、前記第１の光の波長より
長い波長の第２の光を発する第２の光源と、前記第１の
光源からの第１の光または前記第２の光源からの第２の
光を、それぞれ前記第１の光ディスクまたは前記第２の
光ディスクに収束させると共にその反射光を集光する対
物レンズと、前記第１の光ディスクにより反射した前記
第１の光を受光する第１の光検出器と、前記第２の光デ
ィスクにより反射した前記第２の光を受光する第２の光
検出器と、前記第１の光源と前記対物レンズとの間に設
置されるとともに、前記対物レンズと前記第１の光検出
器との間に設置され、かつ前記第２の光源と前記対物レ
ンズとの間に設置されるとともに、前記対物レンズと前
記第２の光検出器との間に設置され、凹レンズの作用を
有しまたは有さない中心部と、その中心部を囲み、焦点
距離が前記中心部の焦点距離よりも短く、凹レンズの作
用を持つ外周部とを有する光学素子とを備えたことを特
徴とする光ヘッドである。

【００１１】第２の本発明（請求項２に対応）は、前記
対物レンズが、前記第２の光と前記第２の光ディスクの
組み合わせに対して波面収差が最小になるように設計さ
れていることを特徴とする第１の本発明に記載の光ヘッ
ドである。

【００１２】第３の本発明（請求項３に対応）は、前記
光学素子の中心部を透過した前記第１の光の全光束が前
記対物レンズにより収束されたときの開口数をＮＡ１と
したとき、前記光学素子の中心が前記対物レンズの光軸
上に実質上ある場合、前記第１の光のうち開口数が実質
上ＮＡ１を越える光束が前記第１の光検出器に入射しな
いように、前記光学素子の前記外周部の凹レンズ作用の
焦点距離および前記第１の光検出器の寸法が設定されて
いることを特徴とする第１または第２の本発明に記載の
光ヘッドである。

【００１３】第４の本発明（請求項４に対応）は、前記
光学素子の中心部を透過した前記第１の光の全光束が前
記対物レンズにより収束されたときの開口数をＮＡ１と
したとき、前記対物レンズがラジアル方向に移動して、
前記第１の光ディスクからの反射光の光軸が前記光学素
子の中心から外れた場合、前記反射光のうち前記開口数
ＮＡ１以下に対応する光が前記第１の光検出器から実質
上はみ出さないように、前記光学素子の凹レンズ作用の
焦点距離および前記第１の光検出器の寸法が設定されて
いることを特徴とする第１から第３のいずれかの本発明
に記載の光ヘッドである。

【００１４】第５の本発明（請求項５に対応）は、前記
光学素子が、前記第２の光源が発する前記第２の光、お
よびその第２の光が前記第２の光ディスクで反射された
反射光に対しては、凹レンズの作用を施さないことを特
徴とする第１から第４のいずれかの本発明に記載の光ヘ
ッドである。

【００１５】第６の本発明（請求項６に対応）は、前記
光学素子の中心部を透過した前記第１の光および前記第
２の光の全光束が前記対物レンズにより収束されたとき
の開口数をそれぞれＮＡ１およびＮＡ２とするとき、
０．６＜（ＮＡ１／ＮＡ２）＜０．８５を満足するよう
に、前記光学素子の中心部と外周部の境界の大きさが設
定されていることを特徴とする第１から第５のいずれか
の本発明に記載の光ヘッドである。

【００１６】第７の本発明（請求項７に対応）は、前記
光学素子の中心部の焦点距離が、前記第１の光が前記第
１の光ディスクの基板を透過した際に発生する球面収差
が補正されるように設定されていることを特徴とする第
１から第６のいずれかの本発明に記載の光ヘッドであ
る。

【００１７】第８の本発明（請求項８に対応）は、前記
光学素子の中心部の焦点距離が無限大であることを特徴
とする第１から第７のいずれかの本発明に記載の光ヘッ
ドである。

【００１８】第９の本発明（請求項９に対応）は、前記
光学素子がホログラフィック光学素子であることを特徴
とする第１から第８のいずれかの本発明に記載の光ヘッ
ドである。

【００１９】第１０の本発明（請求項１０に対応）は、
前記光学素子の前記外周部が、階段形状からなる鋸波状
の凹凸の反復が同心円上に形成された位相変換手段を有
することを特徴とする第９の本発明に記載の光ヘッドで
ある。

【００２０】第１１の本発明（請求項１１に対応）は、
前記光学素子の階段形状の段数および１段の高さが、前
記第１の光の正または負いずれか一方の１次回折効率が
他の次数の回折効率より十分大きくなるように設定され
ていることを特徴とする第１０の本発明に記載の光ヘッ
ドである。

【００２１】第１２の本発明（請求項１２に対応）は、
前記光学素子の基板の屈折率をｎ、正の整数をｋ、前記
第２の光の波長をλ２とするとき、前記光学素子の前記
階段形状の１段の高さδが、（数１）を実質上満足する
ことを特徴とする第１０または第１１の本発明に記載の
光ヘッドである。

【００２２】

【数１】δ＝ｋλ２／（ｎ−１） 第１３の本発明（請求項１３に対応）は、前記光学素子
が、前記第１の光と前記第２の光の共通光路に設置され
ることを特徴とする第１から第１２のいずれかの本発明
に記載の光ヘッドである。

【００２３】第１４の本発明（請求項１４に対応）は、
前記第１の光ディスクの基板厚みが１．２ｍｍであり、
前記第２の光ディスクの基板厚みが０．６ｍｍであるこ
とを特徴とする第１から第１３のいずれかの本発明に記
載の光ヘッドである。

【００２４】第１５の本発明（請求項１５に対応）は、
前記第１の光の波長が７６０ｎｍから８５０ｎｍの間で
あり、前記第２の光の波長が６２０ｎｍから６９０ｎｍ
の間であることを特徴とする第１から第１４のいずれか
の本発明に記載の光ヘッドである。

【００２５】すなわち、低密度光ディスクを記録再生す
るために必要な開口数の光のみ光検出器に入射し、それ
以外の光は受光しないようにすることで、実質的な開口
制限を行うものである。本発明の光学素子は光を透過さ
せるためけられが発生しないばかりでなく、レンズシフ
トした場合でも必要な開口数の光は光検出器からはみ出
さないので、光学素子を光学系の固定側に設置した場合
でも光量低下は発生しない。さらに偏光方向に依存しな
いため複屈折の影響を受けることはなく、１／４波長板
も不要で簡素な構成にすることができる。

【００２６】第１６の本発明（請求項１６に対応）は、
第１から第１５のいずれかの本発明に記載の光ヘッド
と、前記光ヘッドの前記第１の光検出器および前記第２
の光検出器が受光した光に基づいて、前記第１の光ディ
スクおよび前記第２の光ディスクに記録されている情報
を読み取る読み取り回路とを備えたことを特徴とする光
ディスク装置である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図１０、および図１２から図１４を用いて
説明する。

【００２８】（実施の形態１）図１は高密度光情報記録
媒体として基板厚みが０．６ｍｍであるＤＶＤ、低密度
光情報記録媒体として基板厚みが１．２ｍｍであるＣＤ
を想定した光ヘッドの構成を示す。図１（ａ）はＣＤま
たはＣＤ−Ｒ記録再生時の状態を、図１（ｂ）はＤＶＤ
記録再生時の状態を、それぞれ示している。

【００２９】図１（ａ）において、１１はＣＤまたはＣ
Ｄ−Ｒの記録再生用の光源である波長７８０ｎｍの半導
体レーザ１１ａと光検出器１１ｂと信号検出用のホログ
ラム１１ｃが一体になったモジュールである。半導体レ
ーザ１１ａから出射した光束は、ビームスプリッタ１２
で反射し、集光レンズ１３により発散光になり、回折光
学素子１４を経てミラー１５で反射した後、対物レンズ
１６により収束してＣＤのディスク１７の情報記録面上
に光スポット１８として結像する。ディスク１７で反射
された光は往路を逆進し、ホログラム１１ｃで回折され
た後光検出器１１ｂに入射し、ディスク１７の信号が検
出される。

【００３０】一方図１（ｂ）において、２１はＤＶＤの
記録再生用の光源である波長６５０ｎｍの半導体レーザ
２１ａと光検出器２１ｂと信号検出用のホログラム２１
ｃが一体になったモジュールである。半導体レーザ２１
ａから出射された光束は、ビームスプリッタ１２を透過
して集光レンズ１３により実質上平行な光束になり、回
折光学素子１４を透過し、ミラー１５で反射した後、対
物レンズ１６により収束してＤＶＤのディスク２７の情
報記録面上に光スポット２８として結像する。このとき
の光ディスク２７側のＮＡは０．６である。ディスク２
７で反射された光は往路を逆進し、ホログラム２１ｃで
回折された後光検出器２１ｂに入射し、ディスク２７の
信号が検出される。

【００３１】対物レンズ１６は、半導体レーザ２１ａか
ら出射された光がＤＶＤディスク２７を透過したときに
波面収差が最小になるように補正されるように設計され
ている。そして半導体レーザ１１ａは、その出射光がＣ
Ｄのディスク１７を透過したとき波面収差が最小になる
ような位置に配置されている。

【００３２】回折光学素子１４の構成を、図２に示す。
回折光学素子１４の片面が中心部１４ａとこれを囲む外
周部１４ｂに分かれ、その境界の直径は中心部１４ａを
透過した光が対物レンズ１６により収束したときのＮＡ
がＣＤの再生に必要十分な値になるように設定される。
本実施の形態では、開口数０．４５としている。中心部
１４ａは平板であり、外周部１４ｂには階段形状からな
る鋸波状の凹凸の反復が同心円上に形成された位相変換
手段が形成されている。この鋸波状の凹凸の拡大図を図
３に示す。

【００３３】図３において、回折光学素子１４には、各
段の高さがδである階段形状が、その包絡線が鋸波形状
になるように同心円状に繰り返し形成されている。階段
形状の各段の高さδは、次の（数２）を実質上満足する
ように設定されている。

【００３４】

【数２】δ＝λ２／（ｎ−１） ただしｎは回折光学素子１４の屈折率であり、λ２は半
導体レーザ２１ａが発する波長である。これは、高さδ
の段差の回折光学素子１４内を透過した光と、同じ高さ
δの空気中を透過した光の位相差が、波長がλ２の場合
にちょうど一波長分になることを意味する。すなわち外
周部１４ｂの階段形状は、波長λ２の光に対しては位相
を変化させないことと等価になるので、実質的に影響を
及ぼすことがない。

【００３５】一方、波長が半導体レーザ１１ａからの光
の波長λ１の場合の段差による位相差φ（波数換算）
は、次の（数３）で表され、波長の整数倍にならないの
で、位相の変化が与えられ、光が回折する。

【００３６】

【数３】φ＝（ｎ−１）δ／λ１＝λ２／λ１ 鋸波形状全体の波長λ１の光の位相差について、図４を
用いて説明する。図４（ａ）に示されるように、各段で
の位相差φをそのまま積み上げたものである。図４
（ｂ）は、各段の最下段からの位相差がそれぞれ１波長
以下になるように波長の整数倍を引いた場合の位相差を
示す。このように、位相差はやはり階段形状からなる鋸
波形状の繰り返しとなる。これはいわゆるブレーズドグ
レーティングと同じ位相形状であり、ある特定次数の回
折効率のみを特に高めることができる。

【００３７】回折効率は、階段形状の段数により変化す
る。段数Ｎを、半導体レーザ１１ａおよび２１ａの波長
λ１およびλ２に対して、次の（数４）で計算される
Ｎ’に最も近い整数に設定すると、本実施の形態ではλ
１＝７８０ｎｍおよびλ２＝６５０ｎｍなので、Ｎ’＝
６となる。

【００３８】

【数４】Ｎ’＝λ１／（λ１−λ２） この場合、位相の包絡線の高さＮφは次の（数５）で表
される。

【００３９】

【数５】Ｎφ＝λ２／（λ１−λ２）＝５ すなわち、ＣＤ用の光の波長の整数倍である。このと
き、１次回折光に関して最大約９０％の回折効率が得ら
れ、ＣＤの光の大部分に回折作用を及ぼすことができ
る。

【００４０】この鋸波形状のピッチは、外周部１４ｂを
透過する光に対して凹レンズ作用をなすように設定す
る。凹レンズ作用の焦点距離は、ＮＡ０．４５を越える
光が光検出器１１ｂから離れた位置を通るように、また
対物レンズ１６がレンズシフトしたときにＮＡ０．４５
以下の光が光検出器１１ｂからはみ出さないように、光
学系各部の寸法に応じて設定されている。

【００４１】以上のように構成された光ヘッドについ
て、以下その動作を述べる。

【００４２】図５は、対物レンズ１６の中心軸上に回折
光学素子１４の中心部１４ａの実質上中心が位置すると
きの、ＣＤ用の光路の動作を説明するための概念図であ
る。簡単のため、半導体レーザ１１ａ、光検出器１１
ｂ、集光レンズ１３、回折光学素子１４、対物レンズ１
６、ディスク１７および光スポット１８のみを示してい
る。図５（ａ）は半導体レーザ１１ａからディスク１７
までの往路を、図５（ｂ）はディスク１７から光検出器
１１ｂまでの復路を表している。

【００４３】図５（ａ）において、半導体レーザ１１ａ
から出射されて対物レンズ１６に入射する光束のうち、
回折光学素子１４の中心部１４ａを透過する光は何ら影
響を受けず、対物レンズ１６により収束されてディスク
１７の記録面上に光スポット１８として結像する。一
方、外周部１４ｂを通る光は、１次回折効率が他の次数
の回折効率よりも十分大きいためほとんどが１次回折光
になり、回折光学素子１４の外周部１４ｂの凹レンズ作
用を受けて発散の度合いが強まり、対物レンズ１６で収
束された後、光スポット１８の周辺にデフォーカスした
状態で分布する。

【００４４】また図５（ｂ）において、中心部１４ａを
通った光はディスク１７で反射した後、往路を逆進して
光検出器１１ｂに入射する。一方外周部１４ｂで回折し
た光は、ディスク１７で反射した後、復路でも外周部１
４ｂでの回折作用を受け、中心部１４ａを通った光から
さらに離れる方向に回折するため、光検出器１１ｂには
入射しない。このため、光検出器１１ｂで検出される光
はＮＡ０．４５以下の光だけになる。

【００４５】それに対して、図１２は、対物レンズ１６
がレンズシフトし、対物レンズ１６の中心軸上に回折光
学素子１４の中心部１４ａが位置しないときの、ＣＤ用
の光路の動作を説明するための概念図である。図５と同
様に、半導体レーザ１１ａ、光検出器１１ｂ、集光レン
ズ１３、回折光学素子１４、対物レンズ１６、ディスク
１７および光スポット１８のみを示している。図１２
（ａ）は半導体レーザ１１ａからディスク１７までの往
路を、図１２（ｂ）はディスク１７から光検出器１１ｂ
までの復路を表している。

【００４６】図１２（ａ）において、半導体レーザ１１
ａから出射されて対物レンズ１６に入射する光束のう
ち、回折光学素子１４の中心部１４ａを透過する光は何
ら影響を受けず、対物レンズ１６により収束されてディ
スク１７の記録面上に光スポット１８として結像する。
一方、外周部１４ｂを通る光は、回折光学素子１４の外
周部１４ｂの凹レンズ作用を受けて発散の度合いが強ま
り、対物レンズ１６で収束された後、光スポット１８の
周辺にデフォーカスした状態で分布する。なお、図５、
１２において、往路で中心部１４ａを通った光は斜線で
示されている。

【００４７】また図１２（ｂ）において、ディスク１７
で反射した光は、対物レンズ１６で集光され、往路で中
心部１４ａを通った大部分の光は、復路でも中心部１４
ａを通り、図５と同様に光検出器１１ｂに入射する。と
ころで、往路で中心部１４ａを通った一部の光は、対物
レンズ１６がレンズシフトしたために、復路では外周部
１４ｂを通ることになる。

【００４８】往路で中心部１４ａを通り復路で外周部１
４ｂを通る光は、復路で外周部１４ｂで発散されるが、
図５の往路でも復路でも外周部１４ｂを通る光とは異な
り、外周部１４ｂを通る回数が１回なので、図５（ｂ）
の往路でも復路でも外周部１４ｂを通る光に比べて発散
の度合いが小さい。外周部１４ｂの凹レンズ作用の焦点
距離および光検出器１１ｂの寸法は、片道のみ通った光
が光検出器１１ｂからはみ出さないような適切な値に設
定されているので、復路でのみ外周部１４ｂを通る光
は、光検出器１１ｂに入射する。

【００４９】つまり、往路で中心部１４ａを通った光
は、全て光検出器１１ｂに入射する。したがって、対物
レンズ１６がレンズシフトしても、光検出器１１ｂで検
出される光量は低下しない。

【００５０】なお、図１２（ｂ）に示すように、対物レ
ンズ１６がレンズシフトしたために、往路で外周部１４
ｂを通った光の一部は、復路では中心部１４ａを通り、
光検出器１１ｂに入射するが、ＣＤの信号検出には影響
しない。

【００５１】図６は、対物レンズ１６がレンズシフトし
ていないときの、光線追跡法により求めた光検出器１１
ｂ上のスポットダイアグラムであり、（ａ）は回折光学
素子１４を用いない場合、（ｂ）は回折光学素子１４を
用いた場合をそれぞれ示している。図６より、回折光学
素子１４がない場合はほとんど全光束が光検出器１１ｂ
に入射するのに対し、回折光学素子１４がある場合は光
検出器１１ｂにはＮＡ０．４５以下の光のみが入射し、
ＮＡ０．４５を越える光は光検出器１１ｂから離れたと
ころに散乱していることがわかる。このように、回折光
学素子１４の回折作用により、実質的に開口制限を行っ
たのと同じ効果が得られる。

【００５２】図７はトラッキング動作により対物レンズ
１６がラジアル方向に０．３ｍｍレンズシフトした場合
のスポットダイアグラムであり、それぞれ（ａ）は全光
束、（ｂ）はＮＡ０．４５以下の光、（ｃ）はＮＡ０．
４５を越え０．５以下の光、（ｄ）はＮＡ０．５を越え
る光を示す。

【００５３】図７（ａ）から、レンズシフト時のスポッ
トダイアグラムはレンズシフトがない場合と比べてかな
り変形するが、図７（ｂ）からＮＡ０．４５以下の光は
レンズシフトしても光検出器１１ｂからはみ出さないこ
とがわかる。ＮＡ０．４５以下の光が３つの部分に分か
れているのは、レンズシフトした場合、ＮＡ０．４５以
下の光のうち一部は往路のみ、別の一部は復路のみ回折
光学素子１４の外周部分１４ｂを通って回折作用を受
け、残りの部分は往復とも中心部分１４ａを透過し、光
検出器１１ｂ上での入射位置がずれるためである。

【００５４】また図７（ｃ）（ｄ）から、レンズシフト
時にはＮＡ０．４５を越える光も一部光検出器１１ｂに
入射するもののＮＡ０．５以下の光の一部に限られ、Ｃ
Ｄの信号検出に影響はない。したがってレンズシフトが
あった場合でも、ＮＡ０．４５以下の光に関してはけら
れが発生せず、光量低下が起こることはない。

【００５５】図１３に、対物レンズ１６の中心軸上に回
折光学素子１４の中心部１４ａの実質上中心が位置する
ときの、ＤＶＤ用の光路の動作を説明するための概念図
を示し、図１４に、対物レンズ１６がレンズシフトした
ときの、ＤＶＤ用の光路の動作を説明するための概念図
を示す。

【００５６】図３を用いて説明したように、回折光学素
子１４の外周部１４ｂは、（数２）を満たす段差δを有
する階段形状を有しているので、高さδの段差の回折光
学素子１４内を透過した光と、同じ高さδの空気中を透
過した光の位相差が、波長がλ２（半導体レーザ２１ａ
が発するＤＶＤ用の光の波長）の場合にちょうど一波長
分になる。したがって、外周部１４ｂの階段形状は、波
長λ２の光に対しては位相を変化させないことと等価に
なるので、図１３および図１４に示すように、対物レン
ズ１６がレンズシフトしても、光検出器２１ｂで検出さ
れるＤＶＤ用の光の量は実質上変化しない。

【００５７】（実施の形態２）図８は実施の形態１と同
じくＤＶＤおよびＣＤを想定した光ヘッドの別の形態で
あり、図１と同じ構成要素については同じ符号を付して
いる。図８（ａ）において、ＣＤまたはＣＤ−Ｒの記録
再生用の光源である波長７８０ｎｍの半導体レーザ１１
ａから出射した光束は、ビームスプリッタ１２で反射
し、集光レンズ１３により実質上平行光になり、回折光
学素子３４を経てミラー１５で反射した後、対物レンズ
３６に入射し、ＣＤのディスク１７の情報記録面上に光
スポット１８として結像する。ディスク１７で反射した
光は往路を逆進し、ホログラム１１ｃで回折された後光
検出器１１ｂに入射し、ディスク１７の信号が検出され
る。

【００５８】一方図８（ｂ）において、ＤＶＤの記録再
生用の光源である波長６５０ｎｍの半導体レーザ２１ａ
から出射された光束は、ビームスプリッタ１２を透過し
て集光レンズ１３により実質上平行な光束になり、回折
光学素子３４を透過し、ミラー１５で反射した後対物レ
ンズ３６でＤＶＤのディスク２７の情報記録面上に光ス
ポット２８として結像する。このときの光ディスク２８
側のＮＡは０．６である。ディスク２７で反射した光は
往路を逆進し、ホログラム２１ｃで回折された後光検出
器２１ｂに入射し、ディスク２７の信号が検出される。

【００５９】対物レンズ３６は、たとえば特開平１０−
２０８２８１号公報に示されるように、中心領域とそれ
を囲む外周領域からなり、中心領域は大きさがＣＤまた
はＣＤ−Ｒの記録再生に必要なＮＡ０．４５であり、中
心領域を通った光がＣＤのディスク１７を透過したとき
に収差がある程度補正されるよう設計され、外周領域は
ＤＶＤのディスク２７を透過したときに波面収差がほぼ
補正されるように設計されたレンズである。

【００６０】また回折光学素子３４の形状は実施の形態
１の回折光学素子１４と同じであるが、中心部を通った
光が対物レンズ３６で収束されたときにＮＡが０．４５
になるように中心部と外周部の境界半径を設定してお
り、対物レンズ３６の中心領域のＮＡと一致させてい
る。また回折光学素子３４の外周部の凹レンズ作用の焦
点距離は、ＮＡ０．４５を越える光が光検出器１１ｂか
ら離れた位置を通るように、またレンズシフトしたとき
にＮＡ０．４５以下の光が光検出器１１ｂからはみ出さ
ないように、光学系各部の寸法に応じて設定されてい
る。

【００６１】図９は、本実施の形態での、対物レンズ３
６がレンズシフトしていないときの光検出器１１ｂ上の
スポットダイアグラムであり、（ａ）は回折光学素子３
４を用いない場合、（ｂ）は回折光学素子３４を用いた
場合をそれぞれ示している。対物レンズ３６の中心領域
と外周領域の最適基材厚を変化させた作用により、回折
光学素子３４がない場合でもＮＡ０．４５以下の光とＮ
Ａ０．４５を越える光との間が離れているが、その間隔
は小さく、ＮＡ０．４５を越える光の一部が光検出器１
１ｂに入射する。これに対して回折光学素子３４を設け
た場合には、ＮＡ０．４５を越える光は完全に光検出器
１１ｂの外に出てしまうため、ＮＡ０．４５の開口制限
を設けたのと同じ効果が得られていることがわかる。

【００６２】図１０はトラッキング動作による対物レン
ズ３６がラジアル方向に０．３ｍｍレンズシフトした場
合のスポットダイアグラムであり、それぞれ（ａ）は全
光束、（ｂ）はＮＡ０．４５以下の光、（ｃ）はＮＡ
０．５を越える光を示す。実施の形態１の場合と同様、
レンズシフト時のスポットダイアグラムはレンズシフト
がない場合と比べてかなり変形するが、ＮＡ０．４５以
下の光はレンズシフトしても光検出器１１ｂからはみ出
すことはなく、またＮＡ０．４５を越える光が光検出器
１１ｂに入射することもない。したがってレンズシフト
があった場合でもＮＡ０．４５以下の光に関してはけら
れが発生せず、光量低下が起こることはない。

【００６３】なお、以上の実施の形態においては、回折
光学素子３４の外周部の位相変換手段の段差の高さδを
（数２）を満たすように設定するとしたが、段差で生じ
る位相差が波長λ２の整数倍であれば実質的に位相に影
響を与えないので、（数１）を満たすように設定しても
構わない。

【００６４】

【数２】δ＝λ２／（ｎ−１）

【００６５】

【数１】δ＝ｋλ２／（ｎ−１） （ただしｋは正の整数） また、以上の実施の形態においては、第１の光のみを回
折させ第２の光には影響を及ぼさないように構成した回
折光学素子を第１の光と第２の光の共通光路中に設置す
る構成としたが、凹レンズ作用を持つ別の素子を用いて
もよい。たとえば中心部に所定の直径の穴を設けたガラ
ス球面凹レンズとして、この素子を共通光路より第１の
光源側に設置することで、第２の光に影響を与えず、第
１の光にのみ所定の凹レンズ作用を与えることが可能に
なる。

【００６６】上述したように、波長の異なる２つの光源
を用い、対物レンズを共用する光学系において、開口数
が小さい側の波長の光に対して実質的な開口制限を行う
素子を、対物レンズと一体で移動することのない光学系
の固定部分に設置することができるので、従来のように
対物レンズの直下に開口制限手段を置く必要がなく、光
ヘッドの薄型化が図れる。また偏光方向に依存しない構
成であるため複屈折の影響を受けることはなく、安定し
た性能を簡素な構成で実現することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、少ない構成部品点数で開口制限の効果を
発揮し、厚みが小さく、かつ反射光の光量を低下させな
い光ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における光学系の構成図

【図２】本発明の実施の形態１における回折光学素子の
構成図

【図３】本発明の実施の形態１における回折光学素子断
面の拡大図

【図４】本発明の実施の形態１における回折光学素子透
過光の位相特性を説明する図

【図５】本発明の実施の形態１における、対物レンズ１
６がレンズシフトしていないときのＣＤ用の光に対する
回折光学素子の作用を説明する概念図

【図６】本発明の実施の形態１における光検出器上での
スポットダイアグラム

【図７】本発明の実施の形態１におけるレンズシフト時
の光検出器上でのスポットダイアグラム

【図８】本発明の実施の形態２における光学系の構成図

【図９】本発明の実施の形態２における光検出器上での
スポットダイアグラム

【図１０】本発明の実施の形態２におけるレンズシフト
時の光検出器上でのスポットダイアグラム

【図１１】従来の光ヘッドにおいて開口制限手段を光学
系の固定側に設置した場合のレンズシフト時の復路光の
状態を示す図

【図１２】本発明の実施の形態１における、対物レンズ
１６がレンズシフトしているときのＣＤ用の光に対する
回折光学素子の作用を説明する概念図

【図１３】本発明の実施の形態１における、対物レンズ
１６がレンズシフトしていないときのＤＶＤ用の光に対
する回折光学素子の作用を説明する概念図

【図１４】本発明の実施の形態１における、対物レンズ
１６がレンズシフトしているときのＤＶＤ用の光に対す
る回折光学素子の作用を説明する概念図

【符号の説明】

１１ 第１のモジュール １１ａ 第１のモジュールの半導体レーザ １１ｂ 第１のモジュールの光検出器 １１ｃ 第１のモジュールのホログラム １２ ビームスプリッタ １３ 集光レンズ １４ 回折光学素子 １４ａ 回折光学素子の中心部 １４ｂ 回折光学素子の外周部 １５ ミラー １６ 対物レンズ １７ 第１の光ディスク １８ 第１の光スポット ２１ 第２のモジュール ２１ａ 第２のモジュールの半導体レーザ ２１ｂ 第２のモジュールの光検出器 ２１ｃ 第２のモジュールのホログラム ２７ 第２の光ディスク ２８ 第２の光スポット ３４ 回折光学素子 ３６ 対物レンズ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の厚みがｔ１の第１の光ディスクに
   対応する第１の光を発する第１の光源と、 基板の厚みがｔ２（ｔ１＞ｔ２）の第２の光ディスクに
   対応し、前記第１の光の波長より長い波長の第２の光を
   発する第２の光源と、 前記第１の光源からの第１の光または前記第２の光源か
   らの第２の光を、それぞれ前記第１の光ディスクまたは
   前記第２の光ディスクに収束させると共にその反射光を
   集光する対物レンズと、 前記第１の光ディスクにより反射した前記第１の光を受
   光する第１の光検出器と、 前記第２の光ディスクにより反射した前記第２の光を受
   光する第２の光検出器と、 前記第１の光源と前記対物レンズとの間に設置されると
   ともに、前記対物レンズと前記第１の光検出器との間に
   設置され、かつ前記第２の光源と前記対物レンズとの間
   に設置されるとともに、前記対物レンズと前記第２の光
   検出器との間に設置され、凹レンズの作用を有しまたは
   有さない中心部と、その中心部を囲み、焦点距離が前記
   中心部の焦点距離よりも短く、凹レンズの作用を持つ外
   周部とを有する光学素子とを備えたことを特徴とする光
   ヘッド。
2. 【請求項２】 前記対物レンズは、前記第２の光と前記
   第２の光ディスクの組み合わせに対して波面収差が最小
   になるように設計されていることを特徴とする請求項１
   に記載の光ヘッド。
3. 【請求項３】 前記光学素子の中心部を透過した前記第
   １の光の全光束が前記対物レンズにより収束されたとき
   の開口数をＮＡ１としたとき、 前記光学素子の中心が前記対物レンズの光軸上に実質上
   ある場合、前記第１の光のうち開口数が実質上ＮＡ１を
   越える光束が前記第１の光検出器に入射しないように、
   前記光学素子の前記外周部の凹レンズ作用の焦点距離お
   よび前記第１の光検出器の寸法が設定されていることを
   特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド。
4. 【請求項４】 前記光学素子の中心部を透過した前記第
   １の光の全光束が前記対物レンズにより収束されたとき
   の開口数をＮＡ１としたとき、 前記対物レンズがラジアル方向に移動して、前記第１の
   光ディスクからの反射光の光軸が前記光学素子の中心か
   ら外れた場合、前記反射光のうち前記開口数ＮＡ１以下
   に対応する光が前記第１の光検出器から実質上はみ出さ
   ないように、前記光学素子の凹レンズ作用の焦点距離お
   よび前記第１の光検出器の寸法が設定されていることを
   特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ヘッ
   ド。
5. 【請求項５】 前記光学素子は、前記第２の光源が発す
   る前記第２の光、およびその第２の光が前記第２の光デ
   ィスクで反射された反射光に対しては、凹レンズの作用
   を施さないことを特徴とする請求項１から４のいずれか
   に記載の光ヘッド。
6. 【請求項６】 前記光学素子の中心部を透過した前記第
   １の光および前記第２の光の全光束が前記対物レンズに
   より収束されたときの開口数をそれぞれＮＡ１およびＮ
   Ａ２とするとき、０．６＜（ＮＡ１／ＮＡ２）＜０．８
   ５を満足するように、前記光学素子の中心部と外周部の
   境界の大きさが設定されていることを特徴とする請求項
   １から５のいずれかに記載の光ヘッド。
7. 【請求項７】 前記光学素子の中心部の焦点距離は、前
   記第１の光が前記第１の光ディスクの基板を透過した際
   に発生する球面収差が補正されるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光
   ヘッド。
8. 【請求項８】 前記光学素子の中心部の焦点距離が無限
   大であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに
   記載の光ヘッド。
9. 【請求項９】 前記光学素子がホログラフィック光学素
   子であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに
   記載の光ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記光学素子の前記外周部は、階段形
    状からなる鋸波状の凹凸の反復が同心円上に形成された
    位相変換手段を有することを特徴とする請求項９に記載
    の光ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記光学素子の階段形状の段数および
    １段の高さは、前記第１の光の正または負いずれか一方
    の１次回折効率が他の次数の回折効率より十分大きくな
    るように設定されていることを特徴とする請求項１０に
    記載の光ヘッド。
12. 【請求項１２】 前記光学素子の基板の屈折率をｎ、正
    の整数をｋ、前記第２の光の波長をλ２とするとき、前
    記光学素子の前記階段形状の１段の高さδは、（数１）
    を実質上満足することを特徴とする請求項１０または１
    １に記載の光ヘッド。 【数１】δ＝ｋλ２／（ｎ−１）
13. 【請求項１３】 前記光学素子は、前記第１の光と前記
    第２の光の共通光路に設置されることを特徴とする請求
    項１から１２のいずれかに記載の光ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記第１の光ディスクの基板厚みが
    １．２ｍｍであり、前記第２の光ディスクの基板厚みが
    ０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１から１３の
    いずれかに記載の光ヘッド。
15. 【請求項１５】 前記第１の光の波長が７６０ｎｍから
    ８５０ｎｍの間であり、前記第２の光の波長が６２０ｎ
    ｍから６９０ｎｍの間であることを特徴とする請求項１
    から１４のいずれかに記載の光ヘッド。
16. 【請求項１６】 請求項１から１５のいずれかに記載の
    光ヘッドと、前記光ヘッドの前記第１の光検出器および
    前記第２の光検出器が受光した光に基づいて、前記第１
    の光ディスクおよび前記第２の光ディスクに記録されて
    いる情報を読み取る読み取り回路とを備えたことを特徴
    とする光ディスク装置。