JP2002175639A - 光ヘッドの光学系および光ヘッド用対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動距離を確保しつつ対物レンズの焦点距離
を短くし、独立の絞りを設けることなく開口数を適切に
設定することが可能な光ヘッドの光学系を提供するこ
と。 【解決手段】 保護層が薄い光ディスクＤ1の使用時、
第１のレーザーモジュール２１から発した短波長のレー
ザー光は、コリメートレンズ２４を介して平行光として
対物レンズ１０に入射し、記録面に集光される。保護層
が厚い光ディスクＤ2の使用時、第２のレーザーモジュ
ール２２から発した長波長のレーザー光は、発散光とし
て対物レンズ１０に入射し、記録面に集光される。対物
レンズ１０の高NA専用領域REに形成された回折レンズ構
造は、短波長のレーザー光を光ディスクＤ1に集光させ
る際には球面収差を良好に補正するため開口数が大きく
なり、長波長のレーザー光を光ディスクＤ2に集光させ
る際には球面収差を発生させるため開口数が小さくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、記録密度が異な
る２種類の光ディスクに対して利用可能な光ヘッドの光
学系、およびこのような光ヘッドに用いられる対物レン
ズに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクには、記録面をカバーする保
護層の厚さや記録密度が異なる複数の規格がある。例え
ば、ＣＤ(コンパクトディスク)やＣＤ−Ｒ(ＣＤレコー
ダブル)は、厚さ1.20mmの保護層を有し、記録密度が低
い。これに対して、ＤＶＤ(デジタルバーサタイルディ
スク)は、厚さ0.60mmの保護層を有し、記録密度が高
い。

【０００３】光ディスクの記録・再生に用いられる光ヘ
ッドの光学系は、半導体レーザーと、この半導体レーザ
ーから発したレーザー光を光ディスクの記録面上に収束
させる対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光す
るセンサとを備えている。装置の小型化のためには、単
一の対物レンズを異なる規格の光ディスクに対して兼用
することが望ましく、さらには、装置の薄型化のため、
対物レンズの焦点距離は短い方が望ましい。

【０００４】ただし、対物レンズに入射するレーザー光
が平行光である場合には、焦点距離を短くすると、保護
層の厚さが厚いＣＤ，ＣＤ−Ｒに対して必要な作動距離
を確保することが難しくなる。

【０００５】一方、光ディスクの記録／再生に必要な開
口数(ＮＡ)は、光ディスクの記録密度に応じて異なる。
記録密度が高いＤＶＤについては小さいスポットを形成
するために０．６０程度のＮＡが必要となるのに対し、
記録密度の低いＣＤについては０．４５程度のＮＡが要
求される。トラック幅に対してスポット径が小さすぎる
と、特にＣＤ(コンパクトディスク)のように光の回折を
利用して信号を再生する方式では、十分な回折効果が得
られずに信号を読み落とす可能性があるため、ＣＤ使用
時には開口数を小さくするためにＤＶＤ使用時より対物
レンズに入射する光束径を絞る必要がある。

【０００６】そこで、従来の光ヘッドは、ＮＡを変化さ
せるために機械的に開口径を変化させる可変絞りを対物
レンズの入射側に設け、あるいは、ＣＤ使用時とＤＶＤ
使用時とで光源部の発光波長が異なることを利用して、
波長選択性の絞りを設けている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ヘッドのように、対物レンズの入射側に絞りを設ける
場合には、絞りを配置するスペースが必要となるために
光学系の小型化を妨げるという問題がある。

【０００８】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、保護層の厚い光ディスクに
対しても作動距離を確保しつつ対物レンズの焦点距離を
短くすることができ、かつ、対物レンズの手前に独立の
絞りを設けることなく開口数を適切に設定することが可
能な光ヘッドの光学系を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる光ヘッ
ドの光学系は、上記の目的を達成させるため、対物レン
ズの高NA専用領域に、短波長の第１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
際の収差を補正すると共に、長波長の第２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
させる際には収差を発生させる回折レンズ構造を形成し
たことを特徴とする。

【００１０】すなわち、この発明にかかる光ヘッドの光
学系は、第１のレーザー光と第２のレーザー光とを選択
的に発する光源部と、第１のレーザー光を第１の光ディ
スクの保護層を介して記録面上に集光させると共に、第
２のレーザー光を第２の光ディスクの記録面上に集光さ
せる上記の対物レンズとを備える。光源部は、第２のレ
ーザー光を発散光として対物レンズに対して入射させ、
第１のレーザー光を第２のレーザー光より発散度の弱い
光束として対物レンズに入射させる。第１のレーザー光
は、平行光、弱い収束光、あるいは、第２のレーザー光
より弱い発散光とすることができる。対物レンズのレン
ズ面は、第２の光ディスクに必要充分な低NAの光束が透
過する共用領域と、第１の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専用領域とに区分され、こ
の高NA専用領域には、微細な段差を有する複数の同心の
輪帯から成る回折レンズ構造が形成されている。回折レ
ンズ構造は、上記のように第１のレーザー光を第１の光
ディスクの記録面に集光させる際には収差を補正すると
共に、第２のレーザー光を第２の光ディスクの記録面に
集光させる際には収差を発生させることにより、共用領
域を透過した光束により形成されるスポットに対し、高
NA専用領域を透過した光束を拡散させる。

【００１１】記録密度の高い第１の光ディスクの記録・
再生時には、波長の短い第１のレーザー光が用いられ
る。回折レンズ構造は、第１のレーザー光を第１の光デ
ィスクに集光させる際の収差を補正するため、第１のレ
ーザー光に対しては対物レンズのＮＡが比較的大きくな
り、スポット径を小さく絞ることができる。記録密度の
低い第２の光ディスクの記録・再生時には、波長の長い
第２のレーザー光が用いられる。回折レンズ構造は、第
２のレーザー光を第２の光ディスクに集光させる際には
収差を発生させるため、高NA専用領域に入射した第２の
レーザー光は拡散し、スポットの形成には寄与しない。
したがって、第２のレーザー光に対しては対物レンズの
ＮＡが実質的に比較的小さくなり、そのスポット径を第
１のレーザー光によるスポット径より大きくすることが
できる。

【００１２】対物レンズの共用領域は、段差のない連続
面として形成してもよいし、回折レンズ構造を形成して
もよい。共用領域に回折レンズ構造を形成する場合に
は、主として色収差の補正機能を持たせることが望まし
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる光ヘッド
の光学系の実施形態を説明する。最初に光学系の全体構
成について説明し、続いて対物レンズの実施例を説明す
る。実施形態の光ヘッドは、記録密度の異なる２種類の
光ディスク、この例では記録密度の高いＤＶＤ(デジタ
ルバーサタイルディスク)と記録密度の低いＣＤ(コンパ
クトディスク)、ＣＤ−Ｒ(ＣＤレコーダブル)に対して
記録あるいは再生が可能である。

【００１４】図１は実施形態にかかる光ヘッドの光学系
の説明図である。この光学系は、第１レーザーモジュー
ル２１、第２レーザーモジュール２２、ビームコンバイ
ナ２３、コリメートレンズ２４、対物レンズ１０で構成
されている。各モジュール２１，２２は、半導体レーザ
ーとセンサーとを一体化した素子である。対物レンズ１
０は、図示しない公知のフォーカシング機構によりその
光軸方向に移動可能であり、かつ、トラッキング機構に
より光ディスクの半径方向にも移動可能である。

【００１５】ＤＶＤ等の0.6mmの保護層を有する高記録
密度の第１の光ディスクＤ1を使用するためには、小さ
いビームスポットを作るために波長635〜665nmの赤色光
が必要とされ、ＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の1.2mmの保護層を有
する低記録密度の第２の光ディスクＤ2のうち、少なく
ともＣＤ−Ｒを使用するためには、その分光反射率の関
係で近赤外光が必要となる。そこで、第１のレーザーモ
ジュール２１は、発振波長650nmの半導体レーザーを備
え、第２のレーザーモジュール２２は、発振波長780nm
の半導体レーザーを備える。

【００１６】なお、第１レーザーモジュール２１は、コ
リメートレンズ２４から発した第１のレーザー光が平行
光として対物レンズ１０に入射するように、すなわち、
対物レンズの物体距離が無限遠となるように、コリメー
トレンズ２４の前側焦点に一致して配置されている。こ
れに対して、第２のレーザーモジュール２２は、コリメ
ートレンズ２４から発した第２のレーザー光が発散光と
して対物レンズ１０に入射するように、すなわち、対物
レンズの物体距離が有限となるように、コリメートレン
ズ２４の前側焦点よりコリメートレンズ２４側に接近し
て配置されている。図１では、第１レーザーモジュール
２１から発した第１のレーザー光が平行光として対物レ
ンズ１０に入射する例について説明しているが、第１の
レーザー光は第２のレーザー光より発散度の弱い光束で
あれば足り、平行光の他、弱い収束光としてもよいし、
第２のレーザー光より弱い発散光としてもよい。

【００１７】第１の光ディスクＤ1(図中実線で示す)の
使用時には、第１のレーザーモジュール２１を作動させ
る。対物レンズ１０は図２中に実線で示した位置に配置
され、第１のレーザーモジュール２１の半導体レーザー
から発した波長650nmの第１のレーザー光は、図中実線
で示したように平行光として対物レンズ１０に入射し、
対物レンズ１０により集光されて第１の光ディスクＤ1
の記録面にビームスポットを形成する。他方、第２の光
ディスクＤ2(図中破線で示す)の使用時には、第２のレ
ーザーモジュール２２を作動させる。対物レンズ１０は
図中破線で示したように、光ディスクに近づいた位置に
配置される。第２のレーザーモジュール２２の半導体レ
ーザーから発した波長780nmの第２のレーザー光は、図
中破線で示したように発散光として対物レンズ１０に入
射し、対物レンズ１０により集光されて第２の光ディス
クＤ2の記録面にビームスポットを形成する。

【００１８】各光ディスクからの反射光は、各モジュー
ルに設けられた受光素子により受光され、フォーカシン
グエラー信号、トラッキングエラー信号、そして再生時
には記録された情報の再生信号が検出される。

【００１９】このように第２の光ディスクの使用時に発
散光を入射させることにより、平行光を入射させるより
ビームスポットの位置を対物レンズ１０から離すことが
でき、対物レンズの焦点距離を短くして第１の光ディス
ク使用時の作動距離を短くした場合にも、第２の光ディ
スクＤ2に対する作動距離を十分に確保することが可能
となる。したがって、装置全体を薄型化することができ
る。

【００２０】次に、図２に基づいて対物レンズ１０の構
造について詳細に説明する。図２は、実施形態にかかる
対物レンズ１０を示す説明図であり、(Ａ)は正面図、
(Ｂ)は縦断面図、(Ｃ)は縦断面の一部拡大図である。

【００２１】対物レンズ１０は、非球面である２つのレ
ンズ面１１，１２を有する両凸の樹脂製単レンズであ
る。対物レンズ１０の第１面１１は、図２(A)に示すよ
うに、記録密度の低い第２の光ディスクＤ2に必要充分
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、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
REとに区分される。共用領域RCは、NA0.45〜0.50程度の
光束が透過する位置より内側の領域であり、高NA専用領
域REは、それより外側でおおよそNA0.60の光束が透過す
る位置より内側の領域である。

【００２２】第１面１１の高NA専用領域REには、図２
(Ａ)に示したように光軸を中心とする同心輪帯状の回折
レンズ構造が形成されている。回折レンズ構造は、図２
(Ｃ)に示す通り、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。第１面１１の共用領域RCと、
第２面１２の全域とは、回折レンズ構造を持たない連続
面である。

【００２３】高NA専用領域REに形成される回折レンズ構
造は、波長により球面収差を変化させる特性を有し、第
１のレーザー光を第１の光ディスクに集光させる際には
球面収差を良好に補正し、第２のレーザー光を第２の光
ディスクに集光させる際には球面収差を発生させる。し
たがって、第１の光ディスクＤ1の使用時には、共用領
域RC、高NA専用領域REに入射した第１のレーザー光が共
に同一の位置に集光し、ＮＡが比較的大きくなるために
スポット径を小さく絞ることができる。他方、第２の光
ディスクＤ2の使用時には、高NA専用領域REに入射した
第２のレーザー光は拡散し、共用領域RCに入射したレー
ザー光のみがビームスポットを形成するため、ＮＡが実
質的に小さくなり、スポット径が第１のレーザー光によ
るスポット径より大きくなる。

【００２４】なお、図２の例では、対物レンズ１０の第
１面１１の高NA専用領域REにのみ回折レンズ構造を形成
しているが、共用領域RCにも例えば色収差を補正するた
めの回折レンズ構造を形成してもよい。また、回折レン
ズ構造を形成するのは第１面１１に限られず、第２面１
２に形成してもよい。次に、上述した実施形態に基づく
対物レンズ１０の具体的な実施例を５例提示する。

【００２５】

【実施例１】図３は、実施例１にかかる対物レンズ１０
と第１の光ディスクＤ1、第２の光ディスクＤ2とを示す
レンズ図である。実施例１の対物レンズ１０の具体的な
数値構成は、表１に示されている。実施例１の対物レン
ズ１０の第１面１１は、光軸からの高さhが0≦h＜1.50
を満たす共用領域RCと1.50≦hとなる高NA専用領域REと
に区分され、共用領域RCは段差のない連続面、高NA専用
領域REには波長により球面収差を変化させる回折レンズ
構造が形成されている。共用領域ECと高NA専用領域RE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１２は回折レンズ構造を有さない回
転対称非球面である。

【００２６】第１面１１の共用領域RCの非球面、高NA専
用領域のベースカーブ、および第２面１２の非球面の形
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+A₁₀h
¹⁰+A₁₂h¹²

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】表１では、第１面１１の共用領域RCの非球
面形状を定義する各係数、第１面１１の高NA専用領域RE
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、ｄ線の屈折率、アッベ数νd、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、WD₁、OD₁は、それぞれ第１の光ディスク
Ｄ₁使用時の開口数、対物レンズの焦点距離(単位:mm)、
波長(単位:nm)、作動距離(単位:mm)、物体距離(単位:m
m)であり、NA₂、f₂、λ₂、WD₂、OD₂は、それぞれ第２の
光ディスクＤ₂使用時の開口数、対物レンズの焦点距離
(単位:mm)、波長(単位:nm) 、作動距離(単位:mm)、物体
距離(単位:mm)である。

【００３０】

【表１】 NA₁=0.60 ｆ₁=3.00 λ₁=650nm WD₁=1.61 OD₁=∞ NA₂=0.46 ｆ₂=3.02 λ₂=780nm WD₂=1.43 OD₂=−52.0 第１面 共用領域(０≦ｈ＜1.50) 近軸曲率半径 ｒ 1.870 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ −2.12×10^-4 Ａ６ 1.47×10^-4 Ａ８ −8.23×10^-5 Ａ10 6.09×10^-5 Ａ12 −1.92×10^-5 高NA専用領域(1.50≦ｈ) ベースカーブ 近軸曲率半径 ｒ 1.915 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ −3.00×10^-4 Ａ６ 1.14×10^-3 Ａ８ −8.30×10^-4 Ａ10 3.20×10^-4 Ａ12 −5.14×10^-5 回折レンズ構造 光路差関数係数 Ｐ₂ −5.23 Ｐ₄ 0.00 Ｐ₆ 0.00 Ｐ₈ 0.00 Ｐ₁₀ 0.00 Ｐ₁₂ 0.00 第１面第２面間隔 ｄ 1.80 レンズ屈折率 ｎd 1.5436 レンズアッベ数 νd 55.7 ディスク屈折率 ｎd 1.5855 ディスクアッベ数 νd 29.9 第２面 近軸曲率半径 ｒ -8.109 非球面係数 κ 0.00 Ａ４ 1.68×10^-2 Ａ６ −2.57×10^-3 Ａ８ 2.20×10^-4 Ａ10 −1.68×10^-4 Ａ12 2.93×10^-5

【００３１】図４(A)は、実施例１の対物レンズ１０の
第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面収
差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図４(B)は、波長650
nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される色収差
を示す。各グラフ(A),(B)の横軸は収差の発生量を示し
(単位：ｍｍ)、縦軸は開口数ＮＡを示す。第１の光ディ
スクＤ1を使用する際には、第１のレーザー光(波長650n
m)を平行光(物体距離∞)として入射させる。このとき、
高NA専用領域REは収差補正機能を発揮するため、共用領
域RCを透過したレーザー光と、高NA専用領域を透過した
レーザー光とが共に一点に集光し、第１の光ディスクの
記録・再生に十分なサイズの小径のビームスポットを形
成する。

【００３２】また、図５(A)は、実施例１の対物レンズ
１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおける
球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図５(B)は、
波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表され
る色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する際に
は、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距離−
52.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域RE
は図５(A)に示すように球面収差を発生させるため、図
６(A)のスポットダイアグラムおよび図６(B)の強度分布
グラフに示されるように、共用領域RCを透過したレーザ
ー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の利用に適し
たサイズのビームスポットを形成し、高NA専用領域REを
透過したレーザー光はビームスポットから離れた位置で
リング状に拡散する。なお、図３では、第２のレーザー
光は共用領域RCのみに入射する光束径で表されている
が、これは第２の光ディスクＤ2上で有効にスポットを
形成する部分のみを示している。実際には、第２のレー
ザー光も第１のレーザー光と同様に高NA専用領域REにも
入射するが、上記のように高NA専用領域REに形成された
回折レンズ構造の作用により拡散され、スポット形成に
は寄与しないため、この部分の図示を省略している(以
下の実施例でも同様)。

【００３３】

【実施例２】表２は、実施例２の対物レンズの具体的な
数値構成を示す。実施例２の対物レンズは、基本形状が
実施例１の対物レンズと同一であり、第１面の高NA専用
領域REに形成された回折レンズ構造の構成が異なるのみ
であるため、この領域の数値のみ表示する。また、外形
は図３と同一であるため、レンズ図は省略する。

【００３４】

【表２】第１面 高NA専用領域(1.50≦ｈ) ベースカーブ 近軸曲率半径 ｒ 1.904 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ 1.92×10^-3 Ａ６ 1.49×10^-3 Ａ８ −1.02×10^-3 Ａ10 3.95×10^-4 Ａ12 −6.14×10^-5 回折レンズ構造 光路差関数係数 Ｐ₂ −3.97 Ｐ₄ 2.00 Ｐ₆ 0.00 Ｐ₈ 0.00 Ｐ₁₀ 0.00 Ｐ₁₂ 0.00

【００３５】図７(A)は、実施例２の対物レンズの第１
の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面収差Ｓ
Ａおよび正弦条件ＳＣを示し、図７(B)は、波長650nm,6
45nm,655nmにおける球面収差により表される色収差を示
す。第１の光ディスクＤ1を使用する際には、第１のレ
ーザー光(波長650nm)を平行光(物体距離∞)として入射
させる。このとき、高NA専用領域REは収差補正機能を発
揮するため、共用領域RCを透過したレーザー光と、高NA
専用領域REを透過したレーザー光とが共に一点に集光
し、第１の光ディスクの記録・再生に十分なサイズの小
径のビームスポットを形成する。

【００３６】また、図８(A)は、実施例２の対物レンズ
の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおける球面収差Ｓ
Ａおよび正弦条件ＳＣを示し、図８(B)は、波長780nm,7
75nm,785nmにおける球面収差により表される色収差を示
す。第２の光ディスクＤ2を使用する際には、第２のレ
ーザー光(波長780nm)を発散光(物体距離−52.0mm)とし
て入射させる。このとき、高NA専用領域REは図８(A)に
示すように球面収差を発生させるため、図９(A)のスポ
ットダイアグラムおよび図９(B)の強度分布グラフに示
されるように、共用領域RCを透過したレーザー光のみが
中心部に第２の光ディスクＤ2の利用に適したサイズの
ビームスポットを形成し、高NA専用領域REを透過したレ
ーザー光はビームスポットから離れた位置で外側に向け
て発散する。

【００３７】

【実施例３】図１０は、実施例３にかかる対物レンズ１
０と第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2とを示すレンズ図
である。実施例３の対物レンズ１０の具体的な数値構成
は、表３に示されている。実施例３の対物レンズ１０の
第１面１２は、光軸からの高さhが0≦h＜1.50を満たす
共用領域RCと1.50≦hとなる高NA専用領域REとに区分さ
れ、共用領域RCには色収差補正用の回折レンズ構造が形
成され、高NA専用領域REには波長により球面収差を変化
させる回折レンズ構造が形成されている。また、第２面
１２は回折レンズ構造を有さない回転対称非球面であ
る。

【００３８】

【表３】 NA₁=0.60 ｆ₁=3.00 λ₁=650nm WD₁=1.63 OD₁=∞ NA₂=0.46 ｆ₂=3.02 λ₂=780nm WD₂=1.45 OD₂=−52.0 第１面 共用領域(０≦ｈ＜1.50) ベースカーブ 近軸曲率半径 ｒ 1.935 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ −5.14×10^-4 Ａ６ 6.75×10^-4 Ａ８ −1.36×10^-4 Ａ10 4.17×10^-5 Ａ12 −2.00×10^-5 回折レンズ構造 光路差関数係数 Ｐ₂ −2.00 Ｐ₄ −1.54 Ｐ₆ 3.70×10^-1 Ｐ₈ 0.00 Ｐ₁₀ 0.00 Ｐ₁₂ 0.00 高NA専用領域(1.50≦ｈ) ベースカーブ 近軸曲率半径 ｒ 1.926 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ 7.55×10^-4 Ａ６ 3.00×10^-6 Ａ８ −3.27×10^-4 Ａ10 8.90×10^-5 Ａ12 −2.68×10^-5 回折レンズ構造 光路差関数係数 Ｐ₂ −9.97×10^-1 Ｐ₄ −3.60×10^-1 Ｐ₆ −4.00×10^-1 Ｐ₈ 0.00 Ｐ₁₀ 0.00 Ｐ₁₂ 0.00 第１面第２面間隔 ｄ 1.80 レンズ屈折率 ｎd 1.5436 レンズアッベ数 νd 55.7 ディスク屈折率 ｎd 1.5855 ディスクアッベ数 νd 29.9 第２面 近軸曲率半径 ｒ −7.075 非球面係数 κ 0.00 Ａ４ 2.61×10^-2 Ａ６ −7.19×10^-3 Ａ８ 4.83×10^-4 Ａ10 7.91×10^-5 Ａ12 −1.50×10^-5

【００３９】図１１(A)は、実施例３の対物レンズ１０
の第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面
収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１１(B)は、波
長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される
色収差を示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際に
は、第１のレーザー光(波長650nm)を平行光(物体距離
∞)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは収
差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過したレー
ザー光と、高NA専用領域REを透過したレーザー光とが共
に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生に十分
なサイズの小径のビームスポットを形成する。

【００４０】また、図１２(A)は、実施例３の対物レン
ズ１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおけ
る球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１２(B)
は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表
される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する
際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距
離−52.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領
域REは図１２(A)に示すように球面収差を発生させるた
め、図１３(A)のスポットダイアグラムおよび図１３(B)
の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過
したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の
利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専
用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離
れた位置で外側に向けて発散する。

【００４１】

【実施例４】図１４は、実施例４にかかる対物レンズ１
０と第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2とを示すレンズ図
である。実施例４の対物レンズ１０の具体的な数値構成
は、表４に示されている。実施例４の対物レンズ１０の
第１面１１は回折レンズ構造を有さない回転対称非球面
である。また、第２面１２は、光軸からの高さhが0≦h
＜1.20を満たす共用領域と1.20≦hとなる高NA専用領域R
Eとに区分され、共用領域RCは段差のない連続面とさ
れ、高NA専用領域REには波長により球面収差を変化させ
る回折レンズ構造が形成されている。

【００４２】

【表４】 NA₁=0.60 ｆ₁=3.00 λ₁=650nm WD₁=1.61 OD₁=∞ NA₂=0.46 ｆ₂=3.02 λ₂=780nm WD₂=1.44 OD₂=−52.0 第１面 近軸曲率半径 ｒ 1.882 非球面係数 κ −0.50 Ａ４ −3.53×10^-4 Ａ６ 2.62×10^-5 Ａ８ −1.04×10^-4 Ａ10 3.05×10^-5 Ａ12 −1.56×10^-5 第１面第２面間隔 ｄ 1.80 レンズ屈折率 ｎd 1.5436 レンズアッベ数 νd 55.7 ディスク屈折率 ｎd 1.5855 ディスクアッベ数 νd 29.9 第２面 共用領域(０≦ｈ＜1.20) 近軸曲率半径 ｒ −7.816 非球面係数 κ 0.00 Ａ４ 1.66×10^-2 Ａ６ −3.35×10^-3 Ａ８ −1.18×10^-4 Ａ10 1.48×10^-4 Ａ12 −2.83×10^-5 高NA専用領域(1.20≦ｈ) ベースカーブ 近軸曲率半径 ｒ −7.439 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ 1.76×10^-2 Ａ６ −1.94×10^-3 Ａ８ −2.73×10^-4 Ａ10 1.50×10^-4 Ａ12 −1.69×10^-5 回折レンズ構造 光路差関数係数 Ｐ₂ 2.70 Ｐ₄ −5.00×10^-1 Ｐ₆ −1.23 Ｐ₈ 0.00 Ｐ₁₀ 0.00 Ｐ₁₂ 0.00

【００４３】図１５(A)は、実施例４の対物レンズ１０
の第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面
収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１５(B)は、波
長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される
色収差を示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際に
は、第１のレーザー光(波長650nm)を平行光(物体距離
∞)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは収
差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過したレー
ザー光と、高NA専用領域REを透過したレーザー光とが共
に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生に十分
なサイズの小径のビームスポットを形成する。

【００４４】また、図１６(A)は、実施例４の対物レン
ズ１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおけ
る球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１６(B)
は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表
される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する
際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距
離−52.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領
域REは図１６(A)に示すように球面収差を発生させるた
め、図１７(A)のスポットダイアグラムおよび図１７(B)
の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過
したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の
利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専
用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離
れた位置で広い範囲に拡散する。

【００４５】

【実施例５】図１８は、実施例５にかかる対物レンズ１
０と第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2とを示すレンズ図
である。実施例５では、第１のレーザー光は弱い収束光
として対物レンズ１０に入射している。実施例５の対物
レンズ１０の具体的な数値構成は、表５に示されてい
る。実施例５の対物レンズ１０の第１面１１は、光軸か
らの高さhが0≦h＜1.18を満たす共用領域RCと1.18≦hと
なる高NA専用領域REとに区分され、共用領域RCは段差の
ない連続面とされ、高NA専用領域REには波長により球面
収差を変化させる回折レンズ構造が形成されている。ま
た、第２面１２は回折レンズ構造を有さない回転対称非
球面である。

【００４６】

【表５】 NA₁=0.60 ｆ₁=2.33 λ₁=650nm WD₁=1.14 OD₁=260.0 NA₂=0.47 ｆ₂=2.35 λ₂=780nm WD₂=0.94 OD₂=−40.3 第１面 共用領域(０≦ｈ＜1.18) 近軸曲率半径 ｒ 1.453 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ −2.74×10^-4 Ａ６ 1.03×10^-3 Ａ８ −1.19×10^-3 Ａ10 7.79×10^-4 Ａ12 −4.18×10^-4 高NA専用領域(1.18≦ｈ) ベースカーブ 近軸曲率半径 ｒ 1.437 非球面係数 κ −0.500 Ａ４ −6.58×10^-4 Ａ６ −1.95×10^-3 Ａ８ −5.34×10^-4 Ａ10 2.19×10^-4 Ａ12 −3.10×10^-4 回折レンズ構造 光路差関数係数 Ｐ₂ 3.19 Ｐ₄ −1.60×10^-1 Ｐ₆ −1.87 Ｐ₈ 0.00 Ｐ₁₀ 0.00 Ｐ₁₂ 0.00 第１面第２面間隔 ｄ 1.40 レンズ屈折率 ｎd 1.5436 レンズアッベ数 νd 55.7 ディスク屈折率 ｎd 1.5855 ディスクアッベ数 νd 29.9 第２面 近軸曲率半径 ｒ −6.28 非球面係数 κ 0.00 Ａ４ 3.43×10^-2 Ａ６ −6.43×10^-3 Ａ８ −6.84×10^-3 Ａ10 3.75×10^-3 Ａ12 −6.28×10^-4

【００４７】図１９(A)は、実施例５の対物レンズ１０
の第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面
収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１９(B)は、波
長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される
色収差を示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際に
は、第１のレーザー光(波長650nm)を弱い収束光(物体距
離260.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域
REは収差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過し
たレーザー光と、高NA専用領域REを透過したレーザー光
とが共に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生
に十分なサイズの小径のビームスポットを形成する。

【００４８】また、図２０(A)は、実施例５の対物レン
ズ１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおけ
る球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図２０(B)
は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表
される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する
際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距
離−40.3mm)として入射させる。このとき、高NA専用領
域REは図２０(A)に示すように球面収差を発生させるた
め、図２１(A)のスポットダイアグラムおよび図２１(B)
の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過
したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の
利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専
用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離
れた位置で広い範囲に発散する。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光ディスクの保護層の厚さに応じて対物レンズに入
射するレーザー光の発散度合いを変化させることによ
り、保護層の厚い光ディスクに対しても十分な作動距離
を確保することができるため、対物レンズの焦点距離を
短くして装置の薄型化を図ることができる。

【００５０】また、対物レンズの高NA専用領域に、波長
に応じて収差が変化する回折レンズ構造を設けることに
より、大きな開口数が必要な光ディスクに対しては共用
領域と高NA専用領域とを透過したレーザー光を共に一点
に集光させ、小さな開口数で十分な光ディスクに対して
は、高NA専用領域を透過したレーザー光を拡散させるこ
とができる。したがって、絞り等の別部品を設けること
なく、記録密度の異なるそれぞれの光ディスクに応じて
波長を切り替えることにより、各光ディスクに適した開
口数を得ることができ、適正なサイズのスポットを形成
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ヘッドの光学系を示す説
明図。

【図２】 実施形態にかかる光ヘッド用対物レンズの
(A)正面図、(B)縦断面図、(C)縦断面の一部拡大図。

【図３】 実施例１の光ヘッド用対物レンズと光ディス
クとを示すレンズ図。

【図４】 実施例１の対物レンズの第１の光ディスク使
用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。

【図５】 実施例１の対物レンズの第２の光ディスク使
用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。

【図６】 実施例１の対物レンズの第２の光ディスク使
用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラフ。

【図７】 実施例２の対物レンズの第１の光ディスク使
用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。

【図８】 実施例２の対物レンズの第２の光ディスク使
用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。

【図９】 実施例２の対物レンズの第２の光ディスク使
用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラフ。

【図１０】 実施例３の光ヘッド用対物レンズと光ディ
スクとを示すレンズ図。

【図１１】 実施例３の対物レンズの第１の光ディスク
使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラ
フ。

【図１２】 実施例３の対物レンズの第２の光ディスク
使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラ
フ。

【図１３】 実施例３の対物レンズの第２の光ディスク
使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラ
フ。

【図１４】 実施例４の光ヘッド用対物レンズと光ディ
スクとを示すレンズ図。

【図１５】 実施例４の対物レンズの第１の光ディスク
使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラ
フ。

【図１６】 実施例４の対物レンズの第２の光ディスク
使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラ
フ。

【図１７】 実施例４の対物レンズの第２の光ディスク
使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラ
フ。

【図１８】 実施例５の光ヘッド用対物レンズと光ディ
スクとを示すレンズ図。

【図１９】 実施例５の対物レンズの第１の光ディスク
使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラ
フ。

【図２０】 実施例５の対物レンズの第２の光ディスク
使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラ
フ。

【図２１】 実施例５の対物レンズの第２の光ディスク
使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラ
フ。

【符号の説明】

１０ 対物レンズ １１ 第１面 １２ 第２面 Ｄ1 第１の光ディスク Ｄ2 第２の光ディスク ２１ ＤＶＤ用モジュール ２２ ＣＤ用モジュール ２３ ビームコンバイナ ２４ コリメートレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 13/00 Ｇ０２Ｂ 13/00 13/18 13/18 Ｆターム(参考） 2H049 AA04 AA18 AA57 2H087 KA13 LA01 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA05 RA12 RA13 RA42 RA46 5D119 AA01 AA03 AA41 BA01 BB01 BB02 BB04 EC45 EC47 FA08 JA44

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のレーザー光と該第１のレーザー光
   より波長が長い第２のレーザー光とを選択的に発する光
   源部と、前記第１のレーザー光を第１の光ディスクの保
   護層を介して記録面上に集光させると共に、前記第２の
   レーザー光を前記第１の光ディスクより保護層が厚く記
   録密度が低い第２の光ディスクの記録面上に集光させる
   対物レンズとを備える光ヘッドの光学系において、 前記光源部は、前記第２のレーザー光を発散光として前
   記対物レンズに対して入射させ、前記第１のレーザー光
   を前記第２のレーザー光より発散度の弱い光束として前
   記対物レンズに入射させ、 前記対物レンズのレンズ面は、前記第２の光ディスクに
   必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、前記第１
   の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専用領域とに区分され、該高NA専用領域には、微細
   な段差を有する複数の同心の輪帯から成る回折レンズ構
   造が形成され、該回折レンズ構造は、前記第１のレーザ
   ー光を前記第１の光ディスクの記録面に集光させる際に
   は収差を補正すると共に、前記第２のレーザー光を前記
   第２の光ディスクの記録面に集光させる際には収差を発
   生させることにより、前記共用領域を透過した光束によ
   り形成されるスポットに対し、前記高NA専用領域を透過
   した光束を拡散させることを特徴とする光ヘッドの光学
   系。
2. 【請求項２】 前記対物レンズの高NA専用領域に形成さ
   れた回折レンズ構造は、波長により球面収差を変化させ
   ることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッドの光学
   系。
3. 【請求項３】 前記対物レンズの共用領域は、段差のな
   い連続面として形成されていることを特徴とする請求項
   １または２に記載の光ヘッドの光学系。
4. 【請求項４】 前記対物レンズの共用領域には、微細な
   段差を有する複数の同心の輪帯から成る回折レンズ構造
   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
   記載の光ヘッドの光学系。
5. 【請求項５】 第１のレーザー光を第１の光ディスクの
   保護層を介して記録面上に集光させると共に、前記第１
   のレーザー光より長波長の第２のレーザー光を前記第１
   の光ディスクより厚い保護層を有し記録密度が低い第２
   の光ディスクの保護層を介して記録面上に集光させる単
   レンズであって、 いずれか一方のレンズ面が前記第２の光ディスクに必要
   充分な低NAの光束が透過する共用領域と、前記第１の光
   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
   専用領域とに区分され、前記高NA専用領域には、微細な
   段差を有する複数の同心の輪帯から成る回折レンズ構造
   が形成され、該回折レンズ構造は、前記第１の光ディス
   クに対する収差を補正すると共に、前記第２の光ディス
   クに対しては収差を発生させて光束を拡散させることを
   特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
6. 【請求項６】 前記対物レンズの高NA専用領域に形成さ
   れた回折レンズ構造は、波長により球面収差を変化させ
   ることを特徴とする請求項５に記載の光ヘッド用対物レ
   ンズ。
7. 【請求項７】 前記共用領域は、段差のない連続面とし
   て形成されていることを特徴とする請求項５または６に
   記載の光ヘッド用対物レンズ。
8. 【請求項８】 前記共用領域には、微細な段差を有する
   複数の同心の輪帯から成る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５または６に記載の光ヘッ
   ド用対物レンズ。