JP2001319368A - 光学ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実質的に波長広がりのある光源を用いても良
好な光学特性を有する光学ヘッドを提供する。 【解決手段】 光源１と、光源１から出射された光を情
報記録媒体１１に集光する対物レンズ４と、情報記録媒
体１１から反射された光を検出する光検出器１０とを備
え、光源１と情報記録媒体１１との間の光路中に、デフ
ォーカス補正手段５と球面収差補正手段６とを具備して
いる。デフォーカス補正手段５と球面収差補正手段９の
双方を備えているので、光源１の波長広がりと光学系の
色収差とにより生じる情報記録媒体１１上の集光スポッ
トのデフォーカスを補正しつつ、合わせて光学系の設計
波長と入射波長との間の波長のずれから生じる球面収差
を補正することができ、良好な光学特性を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的記録再生装
置の光学ヘッドに関し、特に、実質的に波長広がりのあ
る光源を用いても良好な光学特性を有する光学ヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ等
の光ディスクや光カードメモリ等の光学的記録媒体の信
号を読み出すための重要な構成部品として光学ヘッドが
ある。光学ヘッドは、光学的記録媒体から信号を取り出
すために、信号検出機能だけでなくフォーカスサーボ、
トラッキングサーボ等の制御機構を備える必要がある。

【０００３】光学ヘッドは、通常、光源、光検出器、対
物レンズ、フォーカス／トラック誤差信号検出素子、立
ち上げミラー、コリメータレンズ等の種々の光学部品に
よって構成されている。光源から出射されたレーザ光
は、対物レンズ（集光レンズ）によって光ディスク上に
集光される。光ディスク上に集光されたレーザ光は、反
射されて光検出器で検出される。これにより、再生信号
が読み出される。また、フォーカス／トラック誤差信号
検出素子によってフォーカス／トラックの制御が行わ
れ、安定して信号を読み出すことができるようにされて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高周波重畳を
印加した半導体レーザ光源等の波長広がりがある光源の
場合、集光スポットが対物レンズを含む光学系の色収差
（特に硝材の色分散が主な要因）のため、波長広がりの
量に応じて情報記録媒体上の集光スポットにデフォーカ
スが発生し易いという問題点があった。

【０００５】本発明は、前記のような従来の問題を解決
するものであり、デフォーカス補正手段と球面収差補正
手段の双方を備えることにより、光源の波長広がりと対
物レンズの色収差とにより生じる情報記録媒体上の集光
スポットのデフォーカスを補正しつつ、合わせて光学系
の設計波長と入射波長との間の波長のずれから生じる球
面収差を補正し、さらに必要に応じて情報記録媒体の基
材の基準厚みに対する誤差から生じる球面収差を補正
し、良好な光学特性を得ることができる光学ヘッドを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の光学ヘッドは、光源と、前記光源から出射
された光を情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記
情報記録媒体から反射された光を検出する光検出器とを
備え、前記光源と前記情報記録媒体との間の光路中に、
デフォーカス補正手段と球面収差補正手段とを具備した
ことを特徴とする。前記のような光学ヘッドによれば、
デフォーカス補正手段と球面収差補正手段の双方を備え
ているので、光源の波長広がりと対物レンズの色収差と
により生じる情報記録媒体上の集光スポットのデフォー
カスを補正しつつ、合わせて光学系の設計波長と入射波
長との間の波長のずれから生じる球面収差を補正し、さ
らに必要に応じて情報記録媒体の基材の基準厚みに対す
る誤差から生じる球面収差を補正することができ、良好
な光学特性を得ることができる。

【０００７】前記光学ヘッドにおいては、前記光源は、
波長の半値全幅が実質的に０．３ｎｍ以上の波長広がり
があることが好ましい。光源にこのような範囲の波長広
がりがある場合、情報記録媒体上にデフォーカスが生じ
て集光スポットが劣化し易いため、本発明の効果はより
有効である。

【０００８】また、前記波長をλとすると、０．３μｍ
≦λ≦０．５μｍの関係を満たすことが好ましい。波長
がこのような範囲内である場合、デフォーカスの発生、
及び波長ずれに対する球面収差の発生量が一層大きくな
り、情報記録媒体上の信号を読みとりにくくなる可能性
があるので、本発明の効果はより有効である。

【０００９】また、前記デフォーカス補正手段は、前記
光源の波長広がりと前記対物レンズの色収差とにより生
じる、前記情報記録媒体上の集光スポットのデフォーカ
スを実質的に補正することが好ましい。前記のような光
学ヘッドによれば、集光スポットのデフォーカスの主要
因である対物レンズに起因するデフォーカスを補正でき
るので、良好な光学特性を得ることができる。

【００１０】また、前記光源と前記対物レンズとの間の
光路中に前記光源から出射した光を実質的に平行光にす
るコリメータレンズをさらに備え、前記デフォーカス補
正手段は、前記光源の波長広がりと、前記対物レンズと
前記コリメータレンズとを含む光学系の色収差とにより
生じる、前記情報記録媒体上の集光スポットのデフォー
カスを実質的に補正することが好ましい。前記のような
光学ヘッドによれば、集光スポットのデフォーカスをよ
り確実に補正できる。

【００１１】また、前記デフォーカス補正手段、及び前
記コリメータレンズで形成されたレンズ群によって、前
記光源から出射した光を実質的に平行光にし、かつ前記
デフォーカスを実質的に補正することが好ましい。前記
のような光学ヘッドによれば、レンズ群は、対物レンズ
だけではなく、コリメータレンズも含む光学系全体の色
収差を実質的に補正することができる。このため、対物
レンズに対する色収差補正手段を別途設ける必要がない
ので、対物レンズの構成を簡単にでき、光学ヘッドを高
さ方向において薄型化できる。

【００１２】また、前記デフォーカス補正手段は、回折
光学素子であることが好ましい。前記のような光学ヘッ
ドによれば、回折光学素子と対物レンズとの組み合わせ
により、色収差をとることができ、屈折光学素子のみを
用いて色収差をとる構成に比べ、薄型軽量化が可能にな
る。

【００１３】また、前記回折光学素子は、凸型の回折光
学レンズであることが好ましい。前記のような光学ヘッ
ドによれば、凸型の回折光学レンズと対物レンズとの組
み合わせ、すなわち凸型のレンズ同士の組み合わせによ
り、色収差をとることが可能なため、情報記録媒体上に
集光する集光レンズの開口数を対物レンズとデフォーカ
ス補正素子とで分担でき、対物レンズの開口数を抑える
ことができる。

【００１４】また、前記デフォーカス補正手段は、アフ
ォーカル光学素子であることが好ましい。

【００１５】また、前記アフォーカル光学素子は、段差
寸法Ｌ１の階段状の断差を有し、波長λ、前記光学素子
の材料の屈折率ｎ、任意の整数ｍに対して、前記段差寸
法Ｌ１が、実質的にＬ１＝ｍλ／（ｎ−１）となること
が好ましい。

【００１６】また、前記アフォーカル光学素子は、凸型
と凹型の組み合わせレンズであることが好ましい。前記
のような光学ヘッドによれば、光の損失を少なくでき
る。

【００１７】また、前記デフォーカス補正手段は、いず
れも屈折光学素子である凹型と凸型の組み合わせレンズ
であることが好ましい。

【００１８】また、前記球面収差補正手段は、前記対物
レンズ、及び前記デフォーカス補正手段の、設計波長と
入射波長との間の波長のずれから生じる球面収差を実質
的に補正することが好ましい。前記のような光学ヘッド
によれば、波長ずれから生じる球面収差の主要因である
対物レンズに起因する球面収差を補正できるので、良好
な光学特性を得ることができる。

【００１９】また、前記光源と前記対物レンズとの間の
光路中に前記光源から出射した光を実質的に平行光にす
るコリメータレンズをさらに備え、前記球面収差補正手
段は、前記対物レンズと前記コリメータレンズとを含む
光学系、及び前記デフォーカス補正手段の、設計波長と
入射波長との間の波長のずれから生じる球面収差を実質
的に補正することが好ましい。前記のような光学ヘッド
によれば、波長ずれから生じる球面収差をより確実に補
正できる。

【００２０】また、前記球面収差補正手段は、前記情報
記録媒体の基材の基準厚みに対する誤差から生じる球面
収差を実質的に補正することが好ましい。前記のような
光学ヘッドによれば、波長ずれから生じる球面収差の補
正に加え、情報記録媒体の基材の基準厚みに対する誤差
から生じる球面収差を補正できるので、より良好な光学
特性を得ることができる。

【００２１】また、前記球面収差補正手段は屈折率分布
が可変可能である液晶素子で形成されていることが好ま
しい。前記のような光学ヘッドによれば、波長の変化に
応じて位相分布を設定することができるので、球面収差
を良好に補正することができる。

【００２２】また、前記液晶素子は半径方向に電気的に
分割された４分割以上の領域を有することが好ましい。
前記のような光学ヘッドによれば、波長の変化に応じ
て、各分割部分に印加する電位量を変えることにより、
球面収差を補正することができ、４分割以上の領域を有
することにより、球面収差の値を半分以下にすることが
できる。

【００２３】また、前記情報記録媒体に集光する集光レ
ンズの開口数を、前記対物レンズと前記デフォーカス補
正手段とで分担していることが好ましい。前記のような
光学ヘッドによれば、対物レンズの開口数を抑えること
ができるので、対物レンズの製作が容易になる。

【００２４】また、前記デフォーカス補正手段は、凸型
の回折光学レンズであり、前記対物レンズの開口数は、
前記回折光学レンズの開口数に対して、８倍から２０倍
の範囲内であることが好ましい。

【００２５】また、前記対物レンズが２枚以上のレンズ
で構成されていることが好ましい。前記のような光学ヘ
ッドによれば、容易に開口数を高めることができる。

【００２６】また、前記対物レンズの開口数が０．５５
以上であることが好ましい。

【００２７】また、前記対物レンズが２枚以上のレンズ
で構成され、開口数が０．６５以上であることが好まし
い。このように、開口数が大きくなると、デフォーカス
が発生し易くなるので、デフォーカス補正の効果がより
有効になる。

【００２８】また、前記デフォーカス補正手段と前記球
面収差補正手段は一体化されていることが好ましい。前
記のような光学ヘッドによれば、デフォーカス補正手段
と球面収差補正手段とが一つの部品で形成できるため、
装置の薄型化が図れ、位置合わせも不用になる。

【００２９】また、前記デフォーカス補正手段と前記球
面収差補正手段のうち、少なくとも一方は前記対物レン
ズと一体になってアクチュエータで駆動されることが好
ましい。前記のような光学ヘッドによれば、対物レンズ
の光軸と、デフォーカス補正手段及び前記球面収差補正
手段のうち少なくとも一方の光軸とが一致したまま駆動
できるので、良好な光学特性が得られる。

【００３０】

【発明の実施形態】（実施の形態１）まず、本発明の実
施形態１に係る光学ヘッドについて、図１から図５まで
を用い、座標軸を各図のようにとって詳細に説明する。

【００３１】図１は、本発明の実施形態１に係る光学ヘ
ッドの基本構成と光の伝搬の様子を示した側面図であ
る。

【００３２】図１に示したように、光源１からＤＶＤや
ＣＤ等の光ディスクである情報記録媒体１１までの光路
中に、対物レンズ４、デフォーカス補正手段であるデフ
ォーカス補正素子５、球面収差補正手段である球面収差
補正素子９、立ち上げミラー１２、フォーカス／トラッ
ク誤差信号検出素子８、及びコリメータレンズ３が配置
されている。

【００３３】光源１は、実質的に波長広がりがある光源
である。この光源１は、例えば波長４０５ｎｍの光源で
あり、光検出器（図示せず）とともに光源・光検出器ユ
ニット１０内に集積化されている。本実施形態において
は、光源１として、高周波重畳を印加した半導体レーザ
が用いられている。

【００３４】光源１である半導体レーザからｙ軸方向に
出射されたレーザ光である出射光２は、コリメータレン
ズ３により、例えば、ビーム径４ｍｍの略平行光６とな
り、回折型のフォーカス／トラック誤差信号検出素子８
を透過（０次回折光利用）して、立ち上げミラー１２に
よって光路をｚ軸方向に折り曲げられる。そして、ｚ軸
方向に折り曲げられたレーザ光６は、球面収差補正素子
９、デフォーカス補正素子５を通過して、対物レンズ４
によって情報記録媒体１１上に集光（収束光７）され
る。

【００３５】情報記録媒体１１によって反射されたレー
ザ光７は、逆方向に折り返し、対物レンズ４、デフォー
カス補正素子５、球面収差補正素子９、立ち上げミラー
１２を順に通過し、回折型フォーカス／トラック誤差信
号検出素子８によって分割されて（１次回折光利用）、
コリメータレンズ３により、光検出器上に集光し信号が
検出される。

【００３６】図２は、本実施形態の光学ヘッドにおい
て、対物レンズ等を構成する硝材の屈折率と波長との関
係を示すグラフを示している。本実施形態では、戻り光
ノイズを低減するために半導体レーザである光源１に高
周波重畳を印加しており、その結果、波長の半値全幅が
広がっている。図２から、対物レンズ４やコリメータレ
ンズ３を構成する硝材は、その屈折率が波長に依存して
いることが分かる。このことから、光源１に波長広がり
があるときは、この波長広がりとレンズの色収差とによ
って、各波長に対応するレンズの焦点距離が変わること
になる。すなわち、光源１の波長全体についてみると、
波長が異なれば、焦点位置もずれてしまうので、情報記
録媒体１１上の集光スポットにデフォーカスが生じ易い
という現象が生じた。なお、図２はＶＣ７９の硝材の例
であるが、他の硝材も同様の変化を示すものである。

【００３７】本発明者らは、前記のようなデフォーカス
を防止するために、図１に示したように、デフォーカス
補正素子５を用いており、図３にその詳細を示してい
る。図３（ｂ）は、デフォーカス補正素子５の平面図で
あり、図３（ａ）は図３（ｂ）のＩ−Ｉ線における断面
図である。デフォーカス補正素子５は、図３に示したよ
うに、ガラス基板５ａ上に鋸歯形状部１４を有する凸型
の回折光学レンズである。

【００３８】このデフォーカス補正素子５は、対物レン
ズ４と組み合わせて対物レンズ４の色収差をとる（色消
し）構成になっている。すなわち、デフォーカス補正素
子５は、光源１の波長広がりと対物レンズ４の色収差と
により生じる情報記録媒体１１上の集光スポットのデフ
ォーカスを実質的に補正するだけの補正能力を有してい
る。なお、実質的に補正するとは、完全に補正すること
のみならず、実用上問題のない程度にまで補正する意味
を含んでいる（以下同じ）。

【００３９】デフォーカス補正素子５の一例として、口
径ｄが４ｍｍ、開口数（ＮＡ）が約０．０５、溝深さＬ
が０．８μｍで、周期Ｔが外周になるに従い徐々に小さ
くなる構造（例えば、最外周周期８μｍ）のものが挙げ
られる。溝深さＬは、光源１の中心波長λとデフォーカ
ス補正素子５の材料の屈折率ｎに対して、実質的にＬ＝
２λ／（ｎ−１）を満足するようにすれば、高い回折効
率が得られる。

【００４０】このように、本実施形態では、デフォーカ
ス補正素子５として回折光学素子を用い、この回折光学
素子として凸型の回折光学レンズを用いている。すなわ
ち、凸型の回折光学レンズと凸型の対物レンズ４との組
み合わせにより、色消しを行なう構成になっている。屈
折光学素子のみを用いてこのような色消しを行なう構成
とするには、凹型レンズと凸型レンズとの組み合わせに
より可能である。

【００４１】本実施形態では、屈折光学素子のみを用い
て色消しを行なう構成に比べ、薄型軽量化が可能であ
る。

【００４２】また、このようなデフォーカス補正素子５
と対物レンズ４との組み合わせ、すなわち凸型のレンズ
同士の組み合わせにより、色消しが可能なため、情報記
録媒体１１上に集光する集光レンズのＮＡを対物レンズ
４とデフォーカス補正素子５とで分担できる。

【００４３】例えば、本実施形態では、対物レンズ４の
ＮＡを０．６とし、デフォーカス補正素子５のＮＡを
０．０５と分担させ、トータルでＮＡを０．６５にして
いる。対物レンズ４のＮＡを高めるほど、成形が困難に
なるが、このようにＮＡを分担させることにより、対物
レンズ４の製作が容易になる。なお、対物レンズ４の硝
材によって異なるが、色消し条件を満足している場合、
対物レンズ４のＮＡは、回折光学レンズ５のＮＡに対し
て、約８倍から２０倍の範囲内にある。

【００４４】また、対物レンズ４以外にもコリメータレ
ンズ３等も光学系として用いているため、デフォーカス
補正素子５は、対物レンズ４のみだけではなく、コリメ
ータレンズ３等も含む光学系全体の色収差を実質的に補
正するようにすればより好ましい。このことは、デフォ
ーカス補正素子５に、光学系全体の色収差を実質的に補
正するだけの補正能力を持たせることにより、実現でき
る。

【００４５】さらに、本発明者らは、前記のように、デ
フォーカス補正手段を用いた場合、環境温度により光源
の波長が、例えば±１０ｎｍ程度変化すると、球面収差
が発生し易いという課題があることを発見した。

【００４６】詳細にその原因を検討すると、このような
球面収差の発生についても、図２に示したような、硝材
の屈折率が波長に依存していることが主な要因であるこ
とが分かった。さらに、図１に示したように、デフォー
カス補正素子５を用いた場合、光源１の波長が変化する
と、球面収差の値は、デフォーカス補正素子５を用いな
い場合に比べて、およそ１．２〜１．７倍程度大きくな
ることが分かった。

【００４７】このような球面収差を防止するために、本
実施形態では、図１に示したように、球面収差補正素子
９を用いており、図４にその詳細を示している。図４
は、球面収差補正素子の一例の平面図を示しており、本
図に示した球面収差補正素子９は、屈折率分布が可変可
能である液晶素子で形成されており、液晶をガラス板で
挟み込んだ構造となっている。

【００４８】より具体的には、ガラス基板９ａに同心円
状の複数の透明分割電極１３ａ〜１３ｉを設けており、
半径方向について電気的に分割した４分割以上の領域
（図４の例では９分割）を有している。各透明分割電極
１３ａ〜１３ｉに電位を印加すると、電位量に応じて液
晶の屈折率が変わり、位相分布として実現される。

【００４９】図５は、入射波長が変化したときの球面収
差補正素子９の位相分布図である。光源１の波長が設計
波長、例えばλ＝４０５ｎｍのときは、波長ずれによる
球面収差は発生しないため、図５（ａ）に示したように
位相量は全領域にわたり０である。この場合、各透明分
割電極１３ａ〜１３ｉには電位の差が無い状態で良い。

【００５０】しかしながら、例えば波長が１０ｎｍ増加
して、λ＝４１５ｎｍになると、球面収差量は、０から
例えば−４３ｍλとなったので、図５（ｂ）に示したよ
うな、例えば、最大値０．５〜１ｒａｄ程度の２山の位
相分布になるように各透明分割電極１３ａ〜１３ｉに異
なる電位を印加し、球面収差量を低減させた。この場
合、球面収差量の変動量の算出は、球面収差量の検出機
構により行われ、球面収差量がゼロから変動すると、検
出機構により変動量を算出し、この変動量に対応させて
位相分布を形成する。

【００５１】次に、例えば波長が１０ｎｍ減少して、λ
＝３９５ｎｍになった場合、球面収差量は、例えば４６
ｍλとなったので、図５（ｃ）に示すような、例えば、
最小値０．５〜１ｒａｄ程度の２谷の位相分布になるよ
うに各透明分割電極１３ａ〜１３ｉに異なる電位を印加
し、波長が増加した場合と同様に球面収差量を低減させ
た。このように、波長が変化し球面収差が発生した場
合、波長の変化に応じて各透明分割電極１３ａ〜１３ｉ
に印加する電位量を変えることにより、球面収差をほぼ
良好に実質的に補正することができた。

【００５２】図５（ｂ）、（ｃ）に示した位相分布は理
想的な場合を示しており、本実施形態では透明分割電極
１３ａ〜１３ｉを用いているため、図５（ｂ）、（ｃ）
の位相分布を階段状に近似して実現している。近似度を
向上させるには透明分割電極の分割数を増大させ、印加
電位をそれに合わせてきめ細かく制御することが好まし
いが、半径方向に電気的に４分割（４分割電極）以上に
分割すれば、球面収差の値を半分以下にできる効果があ
ることが分かった。

【００５３】以上のように、本実施形態によれば、デフ
ォーカス補正手段５と球面収差補正手段９の双方を備え
ているので、光源１の波長広がりと光学系の色収差とに
より生じる情報記録媒体１１上の集光スポットのデフォ
ーカスを実質的に補正しつつ、合わせて光学系の設計波
長と入射波長との間の波長のずれから生じる球面収差を
実質的に補正することができ、良好な光学特性を得るこ
とができる。

【００５４】特に、波長広がりとして波長の半値全幅が
実質的に０．３ｎｍ以上であれば、デフォーカスが生じ
て集光スポットが劣化し易いため、このような本発明の
効果がより有効になる。また、図２に示したように、波
長λが０．３μｍ≦λ≦０．５μｍの範囲内では、特に
屈折率変化が大きくなっている。すなわち、このような
範囲内では、λ＞０．５μｍの範囲と比べると、波長の
僅かな変化によって屈折率が大きく変化する。このた
め、このような範囲内では、デフォーカスの発生、及び
波長ずれに対する球面収差の発生量が一層大きくなり、
情報記録媒体１１上の信号を読みとりにくくなる可能性
のあることが分かった。したがって、波長λが０．３μ
ｍ≦λ≦０．５μｍの範囲内においては本発明の効果は
より有効である。この波長範囲は小数点以下１桁に四捨
五入された値である。したがって、この波長範囲は０．
２５μｍ及び０．５４μｍも含んでいる。

【００５５】また、情報記録媒体１１に集光する集光レ
ンズ（本実施形態では、対物レンズ４とデフォーカス補
正素子５の組み合わせレンズ）のＮＡが大きいほどデフ
ォーカスが発生し易いため、この場合も本発明の効果は
より有効であり、ＮＡ０．５５以上のときに特に有効で
あった。

【００５６】なお、対物レンズ４以外にもコリメータレ
ンズ３等も光学系として用いているため、球面収差補正
素子９は、対物レンズ４のみだけではなく、コリメータ
レンズ３等も含む光学系全体の、設計波長と入射波長の
ずれから生じる球面収差を実質的に補正するようにすれ
ばより好ましい。このことは、球面収差補正素子９に、
光学系全体の球面収差を実質的に補正するように位相分
布を設定することにより、実現できる。

【００５７】また、本実施形態では、デフォーカス補正
素子５、球面収差補正素子９、及び対物レンズ４をアク
チュエータで、一体駆動にした。このような構成にする
ことにより、３つの素子の光軸が一致したままで駆動で
きるため、良好な光学特性が得られる。なお、デフォー
カス補正素子５と球面収差補正素子９のいずれか一方の
素子と対物レンズ４をアクチュエータで一体駆動にして
もこのような効果は、ある程度は得られる。

【００５８】また、球面収差補正手段９は、光源自体の
波長のずれから生じる球面収差の補正だけでなく、情報
記録媒体１１の基材厚みの製造誤差（例えば設計値０．
６ｍｍに対する製造誤差）により生じる球面収差をさら
に実質的に補正するように、位相分布を設定することも
可能である。このような位相分布を形成することによ
り、光学特性を一層向上させることができる。

【００５９】また、本実施形態においては、球面収差補
正素子９、及びデフォーカス補正素子５は、図１に示し
た配置だけでなく、情報記録媒体１１から光源１までの
光路中に配置すれば良い。また、対物レンズ４を有限系
の配置で使うことによりコリメータレンズ３はなくても
良い。

【００６０】また、回折光学素子によるデフォーカス補
正素子５の向きは本実施形態の場合と逆向きであっても
よい。さらに、コリメータレンズ３とフォーカス／トラ
ック誤差信号検出素子８の位置は逆でもよい。

【００６１】（実施の形態２）次に、本発明の実施形態
２の光学ヘッドについて、図６を用いて、前記実施形態
１と異なる点を中心に説明する。図６は本発明の実施形
態２に係る光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示
す側面図である。

【００６２】本実施形態の光学ヘッドは、デフォーカス
補正手段であるデフォーカス補正素子５ａと球面収差補
正手段である球面収差補正素子９ａとが一体化されてい
る構成である。球面収差補正素子９ａ上に、デフォーカ
ス補正素子５ａを形成することにより、デフォーカス補
正手段と球面収差補正手段とが１つの部品で形成できる
ため装置の薄型化が図れ、位置合わせも不要になる。

【００６３】また、デフォーカス補正素子５ａと球面収
差補正素子９ａの配置は、図６に示した場合と逆向きで
あってもよい。

【００６４】（実施の形態３）次に、実施形態３に係る
光学ヘッドについて、図７、８を用いて、前記実施形態
１と異なる点を中心に説明する。図７は実施形態３に係
る光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
であり、図８（ｂ）は、実施形態３に係るデフォーカス
補正素子を形成した対物レンズの平面図であり、図８
(ａ)は、図８(ｂ)のII−II線における断面図である。

【００６５】図８に示したように、対物レンズ４ａ上に
はそれぞれ同心円のパターン形状が形成されている。こ
のパターン形状は、図８（ａ）に示したように、断面形
状は段差ｓを有する実質的に鋸歯形状であり、この鋸歯
形状によりデフォーカス補正素子５ｂが形成されてい
る。このように、デフォーカス補正素子５ｂと対物レン
ズ４ａとを一体化構造にすることにより、光学ヘッドの
小型化が図れ、位置合わせも簡単になる。

【００６６】ここで、光源１の中心波長λとデフォーカ
ス補正素子５ｂを形成する材料の屈折率ｎに対して、段
差ｓは、実質的にｓ＝２λ／（ｎ−１）を満足するよう
に形成されている。設計波長λすなわち波長広がりの無
い単一の波長λが入射した場合は、段差ｓに対応する光
の位相差が、実質的に２πとなる（実質的に位相飛びが
ない）ため、段差ｓがない場合と同様に（デフォーカス
補正素子５ｂが無い場合と同様に）、ほとんど光の損失
が無く、対物レンズ４ａにより良好に集光されることに
なる。

【００６７】一方、入射波長が設計値からずれてくる
と、デフォーカス補正素子５ｂの溝の深さに対する位相
差が、２πからずれてくるため、デフォーカス補正素子
５ｂは、対物レンズ４ａの波長ずれによる焦点変動（色
収差）をうち消しあうように波面変換を行う。

【００６８】すなわち、平行光６の波長が長くなると、
対物レンズ４ａの硝材の屈折率が小さくなるため、対物
レンズ４ａの焦点距離は長くなる。しかし、デフォーカ
ス補正素子５ｂは、段差での位相差が２πから小さくな
るため、デフォーカス補正素子５ｂの出射光は収束光に
なり、対物レンズ４ａの焦点距離が実施上短くなるよう
に作用し、トータルでみると焦点距離の変動はなくな
る。

【００６９】なお、本実施形態では、デフォーカス補正
素子５ｂの段差での実質的に位相飛びがないように、位
相差を２πになるように段差ｓを設定したが、位相差
が、実質的に２πの整数倍になるようにしても良い。た
だしこの場合は光の損失は前者よりも大きくなる。

【００７０】（実施の形態４）次に、本発明の実施形態
４に係る光学ヘッドについて、図９を用いて、前記実施
形態１と異なる点を中心に説明する。図９は本発明の実
施形態４に係る光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子
を示す側面図である。

【００７１】本実施形態においては、図９に示すよう
に、対物レンズが４ｂと４ｃとの２枚構成であり、デフ
ォーカス補正素子５と合わせてトータル３枚で、例え
ば、ＮＡ０．８５の高いＮＡの集光レンズを形成する。
また、情報記録媒体１１ａは、これまでの実施形態で
は、基材厚（保護層の厚さ）が０．６ｍｍであったが、
本実施形態では０．１ｍｍと薄くなっている。

【００７２】本実施形態においては、基材厚が薄く、基
材内を通る光路長の絶対値が小さくなるため、情報記録
媒体１１ａの傾きにより生じるコマ収差の増大を抑えつ
つ、対物レンズのＮＡを高めることができる。

【００７３】本実施形態は、実施形態１と同様に、デフ
ォーカス補正手段５と球面収差補正手段９の双方を備え
ているので、光源の波長広がりと光学系の色収差とによ
り生じる情報記録媒体１１ａ上の集光スポットのデフォ
ーカスを補正しつつ、合わせて光学系の設計波長と入射
波長との間の波長のずれから生じる球面収差を実質的に
補正することができる。

【００７４】ここで、対物レンズのＮＡが、０．６５以
上になると実施形態１のような１枚構成では良好な特性
が得られず、本実施形態のように２枚以上で構成する必
要があった。また、実施形態１で説明したように、情報
記録媒体に集光する集光レンズのＮＡが大きいほどデフ
ォーカスが発生し易く、特に集光レンズのＮＡが０．５
５以上の場合に本発明の効果は有効である。実験の結
果、本実施形態のように、組み合わせの集光レンズのＮ
Ａが０．６５以上と大きい場合には、デフォーカスがよ
り発生し易いことが分かった。このため、デフォーカス
補正の効果は、本実施形態のように、対物レンズを２枚
以上組み合わせて、集光レンズのＮＡを０．６５以上と
した場合には、より有効である。

【００７５】また、波長が０．３μｍ≦λ≦０．５μｍ
の領域では一層デフォーカスの発生が大きく、デフォー
カス補正の効果が有効であることは、実施形態１と同様
である。

【００７６】図１０は、本実施形態の別の例に係る光学
ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図であ
る。図９に示した実施形態では、デフォーカスを防止す
るために、鋸歯形状部を有する凸型の回折光学レンズで
あるデフォーカス補正素子５を用いているが、図１０に
示した実施形態では、いずれも屈折光学素子である凹型
のレンズ５ｅと凸型のレンズ４ｂとを組み合わせること
により、色収差をとる構成としたものである。

【００７７】図１１に示した実施形態は、情報記録媒
体、及び対物レンズの構成以外は、図６に示した実施形
態と同様の構成である。すなわち、本実施形態において
は、対物レンズ４ｂに加えて、レンズ４ｃを有してお
り、高いＮＡの集光レンズを形成している。また、図６
に示した実施形態と同様に、デフォーカス補正素子５ａ
と球面収差補正素子９ａとが一体化構造になっているの
で、光学ヘッドの小型化が可能になり、位置合わせも簡
単になる。

【００７８】図１２に示した実施形態は、情報記録媒
体、及び対物レンズの構成以外は、図７に示した実施形
態と同様の構成である。すなわち、本実施形態において
は、対物レンズ４ａに加えて、レンズ４ｃを有してお
り、高いＮＡの集光レンズを形成している。また、図７
に示した実施形態と同様に、デフォーカス補正素子５ｂ
と対物レンズ４ａとが一体化構造になっているので、光
学ヘッドの小型化が可能になり、位置合わせも簡単にな
る。

【００７９】（実施の形態５）次に、実施形態５に係る
光学ヘッドについて、図１３を用いて、前記実施形態１
と異なる点を中心に説明する。図１３は本発明の実施形
態５に係る光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示
す側面図である。

【００８０】本実施形態では、デフォーカス補正素子５
ｃとして、段差寸法Ｌ１の階段状の断差を有し、波長
λ、前記光学素子の材料の屈折率ｎ、任意の整数ｍに対
して、段差寸法Ｌ１が、実質的にＬ１＝ｍλ／（ｎ−
１）となるようなアフォーカル光学素子を用いている。

【００８１】デフォーカス補正素子５ｃは、周囲に行く
にしたがって周期が徐々に小さくなる、典型的な回折型
レンズのパターン形状を有している。図１３に示したよ
うにデフォーカス補正素子５ｃの断面は階段形状であ
り、この階段形状の段差寸法Ｌ１は、設計波長が入射し
た場合、段差Ｌ１に対する光の位相差が実質的に２πの
整数倍となるため、設計波長の場合には、何も素子が無
いのと等価（このため、アフォーカル光学素子と言われ
る）であり、設計波長を有する略平行光６はそのまま通
過してしまう。

【００８２】しかし、設計波長から変化した場合には、
位相差がずれるので、実施形態３の場合と同じく、平行
光が発散光又は収束光となり、対物レンズ４で生じる焦
点変動を打ち消す役割を果たす。

【００８３】図１４は、本実施形態の別の例に係る光学
ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図であ
る。図１４に示した実施形態は、情報記録媒体、及び対
物レンズの構成以外は、図１３に示した実施形態と同様
の構成である。すなわち、本実施形態においては、対物
レンズはレンズ４ｂと４ｃとの２枚構成であり、高いＮ
Ａの集光レンズを形成している。また、図１３に示した
実施形態と同様に、デフォーカス補正素子５ｃを有して
おり、設計波長から変化した場合に、対物レンズで生じ
る焦点変動を打ち消すことができる。

【００８４】なお、デフォーカス補正素子５ｃは、図１
３、１４に示したように、情報記録媒体１１と立ち上げ
ミラー１２との間の光路中に配置しても良いが、光源１
から立ち上げミラー１２との間の光路中に配置しても良
い。

【００８５】（実施の形態６）次に、実施形態６に係る
光学ヘッドについて、図１５を用いて、前記実施形態１
と異なる点を中心に説明する。図１５は、実施形態６に
係る光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面
図である。

【００８６】本実施形態においては、デフォーカス補正
素子５ｄとして、アッベ数の異なる硝材を凸型と凹型の
レンズにして組み合わせ（ただし、硝材の屈折率は入射
波長が設計波長の場合は実質的に等しい）たアフォーカ
ル光学素子を用いている。この素子の原理は、実施形態
５で説明したアフォーカル光学素子と同じである。いず
れも屈折光学素子である凸型と凹型の組み合わせレンズ
で構成することにより、光の損失が少ないという効果が
ある。

【００８７】図１６は、本実施形態の別の例に係る光学
ヘッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図であ
る。図１６に示した実施形態は、情報記録媒体、及び対
物レンズの構成以外は、図１５に示した実施形態と同様
の構成である。すなわち、本実施形態においては、対物
レンズはレンズ４ｂと４ｃとの２枚構成であり、高いＮ
Ａの集光レンズを形成している。また、図１５に示した
実施形態と同様に、凸型と凹型の組み合わせレンズで構
成したデフォーカス補正素子５ｄを有しており、光の損
失が少ないという効果が得られる。

【００８８】デフォーカス補正素子５ｄは、図１５、１
６の例では、光源１と立ち上げミラー１２との間の光路
中に配置しているが、情報記録媒体１１と立ち上げミラ
ー１２との間の光路中に配置しても良い。光源１と立ち
上げミラー１２との間の光路中に配置した場合は、光学
ヘッドを高さ方向において薄型化できるという効果があ
る。

【００８９】（実施の形態７）次に、実施形態７に係る
光学ヘッドについて、図１７、１８を用いて、前記実施
形態１と異なる点を中心に説明する。図１７は本発明の
実施形態７に係る光学ヘッドの基本構成と光の伝搬の様
子を示す側面図である。

【００９０】本図に示した例では、フォーカス／トラッ
ク誤差信号検出素子８と光源１との間の光路中に、レン
ズ３ａと、凹型のレンズ１５ａと凸型のレンズ１５ｂと
の組み合わレンズとが直列に配置され、レンズ群１６を
形成している。レンズ群１６は、色収差補正を行なうと
共に、コリメータレンズを兼ねている。

【００９１】本実施形態によれば、レンズ群１６は、対
物レンズ４ｂ、４ｃだけではなく、コリメータレンズ３
も含む光学系全体の色収差を実質的に補正することがで
きる。このため、対物レンズ４ｂ、４ｃに対する色収差
補正手段を別途設ける必要がないので、対物レンズの構
成を簡単にでき、光学ヘッドを高さ方向において薄型化
できる。

【００９２】図１８は本実施形態の別の例に係る光学ヘ
ッドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。
本図に示した例では、フォーカス／トラック誤差信号検
出素子８と光源１との間の光路中に、レンズ３と、デフ
ォーカス補正素子５とが直列に配置され、レンズ群１７
を形成している。本図に示した例においても、図１７に
示した例と同様に、レンズ群１７は、色収差補正を行な
うと共に、コリメータレンズを兼ねている。

【００９３】本実施形態によれば、レンズ群１７は、対
物レンズ４ｂ、４ｃだけではなく、コリメータレンズ３
も含む光学系全体の色収差を実質的に補正することがで
きる。このため、対物レンズ４ｂ、４ｃに対する色収差
補正手段を別途設ける必要がないので、対物レンズの構
成を簡単にでき、光学ヘッドを高さ方向において薄型化
できる。

【００９４】以上、実施形態１〜７に係る光学ヘッドに
ついて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限
定されるものではなく、それぞれの実施形態の光学ヘッ
ドの構成を組み合わせた光学ヘッドも本発明に含まれ、
同様の効果を奏することができる。

【００９５】なお、前記実施形態で用いた対物レンズと
コリメータレンズは便宜上名付けたものであり、一般に
いうレンズと同じである。

【００９６】また、前記実施形態においては、情報記録
媒体として光ディスクを例に挙げて説明したが、同様の
情報記録再生装置で厚みや記録密度など複数の仕様の異
なる媒体を再生することができるように設計されたカー
ド状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発
明の範囲に含まれる。

【００９７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、デフォ
ーカス補正手段と球面収差補正手段の双方を備えている
ので、光源の波長広がりと光学系の色収差とにより生じ
る情報記録媒体上の集光スポットのデフォーカスを補正
しつつ、合わせて光学系の設計波長と入射波長との間の
波長のずれから生じる球面収差を補正し、さらに必要に
応じて情報記録媒体の基材の基準厚みに対する誤差から
生じる球面収差を補正し、良好な光学特性を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る光学ヘッドの基本構
成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図２】本発明の実施形態１に係る光学ヘッドにおいて
対物レンズ等を構成する硝材の屈折率と波長との関係を
示すグラフ

【図３】（ａ）本発明の実施の形態１の光学ヘッドにお
けるデフォーカス補正素子の断面（ｂ）本発明の実施の
形態１の光学ヘッドにおけるデフォーカス補正素子の平
面面

【図４】本発明の実施の形態１の光学ヘッドにおける球
面収差補正素子の構造図

【図５】（ａ）本発明の実施の形態１の光学ヘッドにお
いて、入射波長が設計波長の場合における球面収差補正
素子の位相分布図（ｂ）本発明の実施の形態１の光学ヘ
ッドにおいて、入射波長が設計波長に対して増加した場
合の球面収差補正素子の位相分布図（ｃ）本発明の実施
の形態１の光学ヘッドにおいて、入射波長が設計波長に
対して減少した場合の球面収差補正素子の位相分布図

【図６】本発明の実施形態２に係る光学ヘッドの基本構
成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図７】本発明の実施形態３に係る光学ヘッドの基本構
成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図８】（ａ）本発明の実施形態３に係る光学ヘッドの
デフォーカス補正素子を形成した対物レンズの断面図 （ｂ）本発明の実施形態３に係る光学ヘッドのデフォー
カス補正素子を形成した対物レンズの平面図

【図９】本発明の実施形態４に係る光学ヘッドの基本構
成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１０】本発明の実施形態４の別の例に係る光学ヘッ
ドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１１】本発明の実施形態４の別の例に係る光学ヘッ
ドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１２】本発明の実施形態４の別の例に係る光学ヘッ
ドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１３】本発明の実施形態５に係る光学ヘッドの基本
構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１４】本発明の実施形態５の別の例に係る光学ヘッ
ドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１５】本発明の実施形態６に係る光学ヘッドの基本
構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１６】本発明の実施形態６に係る光学ヘッドの基本
構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１７】本発明の実施形態７に係る光学ヘッドの基本
構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【図１８】本発明の実施形態７の別の例に係る光学ヘッ
ドの基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 出射光 ３ コリメータレンズ ４ 対物レンズ ５ デフォーカス補正手段（デフォーカス補正素子） ６ 平行光 ７ 収束光 ８ フォーカス／トラック誤差信号検出素子 ９ 球面収差補正手段（球面収差補正素子） １０ 光源・光検出器ユニット １１ 情報記録媒体 １２ 立ち上げミラー １３ 透明分割電極 １４ 鋸歯形状部 １５ 組み合わレンズ １６，１７ レンズ群

フロントページの続き (72)発明者 和田 秀彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西野 清治 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 NA14 PA01 PA02 PA17 PA18 PB01 PB02 PB03 RA28 RA42 RA46 5D118 AA06 BA01 CA11 CA13 CD02 CD03 DB05 5D119 AA04 BA01 EC01 FA05 JA03 JA44 JB02

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源から出射された光を情
   報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体
   から反射された光を検出する光検出器とを備え、前記光
   源と前記情報記録媒体との間の光路中に、デフォーカス
   補正手段と球面収差補正手段とを具備したことを特徴と
   する光学ヘッド。
2. 【請求項２】 前記光源は、波長の半値全幅が実質的に
   ０．３ｎｍ以上の波長広がりがある請求項１に記載の光
   学ヘッド。
3. 【請求項３】 前記波長をλとすると、０．３μｍ≦λ
   ≦０．５μｍの関係を満たす請求項２に記載の光学ヘッ
   ド。
4. 【請求項４】 前記デフォーカス補正手段は、前記光源
   の波長広がりと前記対物レンズの色収差とにより生じ
   る、前記情報記録媒体上の集光スポットのデフォーカス
   を実質的に補正する請求項１に記載の光学ヘッド。
5. 【請求項５】 前記光源と前記対物レンズとの間の光路
   中に前記光源から出射した光を実質的に平行光にするコ
   リメータレンズをさらに備え、前記デフォーカス補正手
   段は、前記光源の波長広がりと、前記対物レンズと前記
   コリメータレンズとを含む光学系の色収差とにより生じ
   る、前記情報記録媒体上の集光スポットのデフォーカス
   を実質的に補正する請求項１に記載の光学ヘッド。
6. 【請求項６】 前記デフォーカス補正手段、及び前記コ
   リメータレンズで形成されたレンズ群によって、前記光
   源から出射した光を実質的に平行光にし、かつ前記デフ
   ォーカスを実質的に補正する請求項５に記載の光学ヘッ
   ド。
7. 【請求項７】 前記デフォーカス補正手段は、回折光学
   素子である請求項１に記載の光学ヘッド。
8. 【請求項８】 前記回折光学素子は、凸型の回折光学レ
   ンズである請求項７に記載の光学ヘッド。
9. 【請求項９】 前記デフォーカス補正手段は、アフォー
   カル光学素子である請求項１に記載の光学ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記アフォーカル光学素子は、段差寸
    法Ｌ１の階段状の断差を有し、波長λ、前記光学素子の
    材料の屈折率ｎ、任意の整数ｍに対して、前記段差寸法
    Ｌ１が、実質的にＬ１＝ｍλ／（ｎ−１）となる請求項
    ９に記載の光学ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記アフォーカル光学素子は、凸型と
    凹型の組み合わせレンズである請求項９に記載の光学ヘ
    ッド。
12. 【請求項１２】 前記デフォーカス補正手段は、いずれ
    も屈折光学素子である凹型と凸型の組み合わせレンズで
    ある請求項１に記載の光学ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記球面収差補正手段は、前記対物レ
    ンズ、及び前記デフォーカス補正手段の、設計波長と入
    射波長との間の波長のずれから生じる球面収差を実質的
    に補正する請求項１に記載の光学ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記光源と前記対物レンズとの間の光
    路中に前記光源から出射した光を実質的に平行光にする
    コリメータレンズをさらに備え、前記球面収差補正手段
    は、前記対物レンズと前記コリメータレンズとを含む光
    学系、及び前記デフォーカス補正手段の、設計波長と入
    射波長との間の波長のずれから生じる球面収差を実質的
    に補正する請求項１に記載の光学ヘッド。
15. 【請求項１５】 前記球面収差補正手段は、前記情報記
    録媒体の基材の基準厚みに対する誤差から生じる球面収
    差を実質的に補正する請求項１、１３、又は１４に記載
    の光学ヘッド。
16. 【請求項１６】 前記球面収差補正手段は屈折率分布が
    可変可能である液晶素子で形成されている請求項１に記
    載の光学ヘッド。
17. 【請求項１７】 前記液晶素子は半径方向に電気的に分
    割された４分割以上の領域を有する請求項１６に記載の
    光学ヘッド。
18. 【請求項１８】 前記情報記録媒体に集光する集光レン
    ズの開口数を、前記対物レンズと前記デフォーカス補正
    手段とで分担している請求項１に記載の光学ヘッド。
19. 【請求項１９】 前記デフォーカス補正手段は、凸型の
    回折光学レンズであり、前記対物レンズの開口数は、前
    記回折光学レンズの開口数に対して、８倍から２０倍の
    範囲内である請求項１８に記載の記載の光学ヘッド。
20. 【請求項２０】 前記対物レンズが２枚以上のレンズで
    構成されている請求項１８に記載の光学ヘッド。
21. 【請求項２１】 前記対物レンズの開口数が０．５５以
    上である請求項１に記載の光学ヘッド。
22. 【請求項２２】 前記対物レンズが２枚以上のレンズで
    構成され、開口数が０．６５以上である請求項１に記載
    の光学ヘッド。
23. 【請求項２３】 前記デフォーカス補正手段と前記球面
    収差補正手段は一体化されている請求項１に記載の光学
    ヘッド。
24. 【請求項２４】 前記デフォーカス補正手段と前記球面
    収差補正手段のうち、少なくとも一方は前記対物レンズ
    と一体になってアクチュエータで駆動される請求項１に
    記載の光学ヘッド。