JP2003156681A - 光ヘッドの光学系および光ヘッド用対物レンズ - Google Patents

光ヘッドの光学系および光ヘッド用対物レンズ

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laser beam
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Shuichi Takeuchi
修一 竹内
Koichi Maruyama
晃一 丸山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 保護層の厚さが異なる光ディスクを利用で
き、軸外の収差特性が良好であり、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できる光ヘッドの
光学系を提供することを課題とする。 【解決手段】 光学系は、第１、第２のレーザーモジュ
ール２１，２２、コリメートレンズ２４、対物レンズ１
０を有する。第１のレーザーモジュールの発光点は、コ
リメートレンズの焦点に一致し、第１のレーザー光は平
行光として対物レンズに入射する。第２のレーザーモジ
ュールの発光点は、コリメートレンズの焦点よりも対物
レンズに近接し、第２のレーザー光は発散光として対物
レンズに入射する。保護層の厚さの違いにより発生する
球面収差の一部を発散度の違いにより補正する。対物レ
ンズのレンズ面１１には回折レンズ構造が形成され、そ
の波長依存性を利用して保護層の厚さの違いによる球面
収差の残部を補正する。

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、保護層の厚さが
異なる複数種類の光ディスクに対する記録／再生が可能
な光ヘッドの光学系に関し、特に対物レンズに回折レン
ズ構造が形成された光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクには、保護層の厚さが異なる
複数の規格が存在する。例えば、ＣＤ(コンパクトディ
スク)、ＣＤ−Ｒの保護層の厚さは1.2mmであるのに対
し、ＤＶＤ(デジタルバーサタイルディスク)の保護層の
厚さは0.60mmである。このため、ターンテーブル上の光
ディスクを規格が異なる他の光ディスクに交換すると、
記録面の位置が光軸方向に移動することになり、光ヘッ
ドは集光位置を光軸方向に移動させる必要がある。
【０００３】光ヘッドは、レーザー光を発する光源部、
光源部からの光束を光ディスクの保護層を介して記録面
に集光させる対物レンズ、光ディスクからの反射光を受
光して信号を検出する受光部とから構成される。複数の
規格の光ディスクに対応可能な光ヘッドには、規格に応
じて複数の独立した光学系を有するものもあるが、小型
化のためにはできるだけ光学素子の数を削減することが
望ましく、少なくとも対物レンズは複数の規格について
共用されることが望ましい。
【０００４】このように対物レンズが共用される場合に
は、規格が異なる光ディスクに交換する際に、対物レン
ズを光軸方向に移動させれば、近軸的な集光位置を移動
させることはできる。ただし、保護層の厚さが変化する
と球面収差が変化するため、単に対物レンズを移動させ
るのみでは、少なくとも一方の光ディスクに対してはレ
ーザー光の波面が乱れ、スポットを必要な径に収束させ
ることができず、情報の記録／再生が不可能となる。例
えば、ＤＶＤの使用時に球面収差が補正されるよう設計
された対物レンズをＣＤの再生に利用すると、対物レン
ズを光軸方向に移動させることにより近軸的な集光位置
を記録面に一致させたとしても、球面収差が過度にオー
バーになり、情報の再生は不可能となる。
【０００５】そこで、ＣＤ利用時とＤＶＤ利用時とで対
物レンズの結像倍率を変化させ、これにより保護層の厚
さの違いにより発生する球面収差を補正する手段が知ら
れている。この場合、ＣＤ用の発光点から対物レンズま
での距離を、ＤＶＤ用の発光点から対物レンズまでの距
離より短くし、ＣＤ用のレーザー光を発散光、ＤＶＤ用
のレーザー光を平行光として対物レンズに入射させれば
よい。
【０００６】また、対物レンズの表面に回折レンズ構造
を形成し、その球面収差の波長依存性を利用することに
より、保護層の厚さの違いにより発生する球面収差を補
正する手段も知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように保護層の厚さの違いにより発生する球面収差を補
正するために対物レンズの結像倍率を変化させると、Ｃ
Ｄ、ＤＶＤの少なくともいずれかに対して、軸外の収差
特性が悪くなり、組み付け時の位置や角度の誤差、ある
いは、トラッキング時のレンズシフトにより軸外光を利
用せざるを得ない場合に、主としてコマ収差を含む大き
な収差が発生する。
【０００８】一方、対物レンズに入射する光束の発散度
合いを変化させずに回折レンズ構造を利用して球面収差
を補正する場合には、いずれの光ディスクの利用時にも
バックフォーカスが殆ど変化しないため、保護層の厚い
第２の光ディスクを利用する際の作動距離が短くなると
いう問題がある。
【０００９】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みなされたもので、一つの対物レンズでＤＶＤとＣ
Ｄ、ＣＤ−Ｒのような保護層の厚さが異なる光ディスク
の記録／再生が可能で、軸外の収差特性が良好であり、
かつ、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光ヘッドの光学系およびこの
うような光学系に利用される対物レンズを提供すること
を目的とする。
【００１０】
【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、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、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構成において、
光源部は、第２のレーザー光を第１のレーザー光より大
きな発散度で対物レンズに対して入射させることによ
り、保護層の厚さの違いにより発生する球面収差の一部
を補正し、対物レンズのレンズ面のうち少なくとも一方
の面に、第２の光ディスクに必要充分な低NAの光束が透
過する内側領域と、第１の光ディスクに対して必要な高
NAの光束が透過する外側領域とに区分され、少なくとも
内側領域に、波長により球面収差を変化させる回折レン
ズ構造を設けることにより、保護層の厚さの違いにより
発生する球面収差の残部を、レーザー光の波長の切り換
えにより補正することを特徴とする。
【００１１】上記の構成によれば、発散度、すなわち対
物レンズの結像倍率を異ならせることにより補正される
球面収差は、保護層の厚さの違いにより発生する球面収
差の一部であり、残部は回折レンズ構造の持つ波長依存
性により補正される。このため、発散度を異ならせるこ
とによる軸外の収差の劣化を小さく抑えることができ
る。また、第２の光ディスクは保護層が厚いため、作動
距離が小さくなりがちであるが、上記のように第２のレ
ーザー光の発散度を大きくすることにより、第２のレー
ザー光利用時のバックフォーカスを長くすることがで
き、第１，第２の光ディスクに対する作動距離の変化を
小さくすることができる。
【００１２】また、第２の光ディスクに対して設定され
た発散度を持つ第１のレーザー光を、第２の光ディスク
に入射させた際の内側領域の有効径端での球面収差残存
量をΔＳＡ(単位：ｍｍ)、第１のレーザー光の波長での
対物レンズの焦点距離をｆ1(単位：ｍｍ)、内側領域の
最大径をφ2(単位：ｍｍ)として、以下の条件(１)、 ０．０１＜ΔＳＡ・(ｆ1／φ2)2＜０．０３ …(１) を満たすことが望ましい。
【００１３】さらに、回折レンズ構造による光路長の付
加量を、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ｋ、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｋ×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表したとき、
内側領域に形成された回折レンズ構造を定義する４次の
係数をＰ4、第１のレーザー光の波長での対物レンズの
焦点距離をｆ1(単位：ｍｍ)として、以下の条件(２)、 −６０＜（Ｐ4・ｆ1 4）／ｋ＜−１８０ …(２) を満たすことが望ましい。
【００１４】また、第１の光ディスクを利用する際の対
物レンズの結像倍率をｍ1、第２の光ディスクを利用す
る際の対物レンズの結像倍率をｍ2として、以下の条件
（３）、 ０．０２＜（ｍ1−ｍ2）・ｆ1＜０．１５ …（３） を満たすことが望ましい。
【００１５】
【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。図１は、実施形態にか
かる光ヘッドの光学系を示す説明図である。
【００１６】この光学系は、第１のレーザーモジュール
２１、第２の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。
【００１７】０．６ｍｍの保護層を有する第１の光ディ
スクであるＤＶＤ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、１．２ｍｍの保護層を有し、記録密度が第
１の光ディスクより低い第２の光ディスクのうち、少な
くともＣＤ−Ｒを使用するためには、その分光反射率の
関係で波長７８０ｎｍ近傍の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６６
０ｎｍ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。
【００１８】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。第１のレーザーモジュール２１の発光点は、コリメ
ートレンズの焦点に一致しており、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６６０ｎｍ
の第１のレーザー光は、図中実線で示したようにコリメ
ートレンズ２４により平行光とされ、図１中に実線で示
した位置に配置され対物レンズ１０に入射する。対物レ
ンズ１０は、入射した光束を収束させて第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。
【００１９】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。第２のレーザーモジュール２２の発光点は、
コリメートレンズ２４の焦点よりも対物レンズ１０に近
接して位置しており、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コリメートレンズ２
４を介して発散光となり、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た対物レンズ１０に入
射する。対物レンズ１０は、入射した光束を収束させて
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。
【００２０】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。
【００２１】このように第２の光ディスクの使用時に第
１の光ディスク使用時より発散度の大きい光束を入射さ
せることにより、第１，第２の光ディスクの保護層の厚
さの違いにより発生する球面収差の一部を補正すること
ができる。また、第２の光ディスク使用時のバックフォ
ーカスを長くして、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、保護層の厚さが厚いために小
さくなりがちな第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。
【００２２】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、実施形態の光ヘッ
ドに利用される対物レンズ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。
【００２３】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の光束が透過する内側領域ＲＣと、この内側領域
ＲＣの周囲に位置し、記録密度の高い第１の光ディスク
Ｄ1に対して必要な高NAの光束が透過する外側領域ＲＰ
とに区分される。内側領域ＲＣは、おおよそNA0.45〜0.
50の光束が透過する位置より内側の領域であり、外側領
域ＲＰ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。
【００２４】第１面１１の内側領域ＲＣ、および外側領
域ＲＰ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２面１２
の全域は、回折レンズ構造を持たない連続面である。
【００２５】内側領域ＲＣに形成された回折レンズ構造
は、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差
が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有して
いる。光ディスク光学系の球面収差は、ディスク厚が厚
くなるとより補正過剰となる方向に変化する。一方、薄
保護層型ディスクＤ1については短波長、厚保護層型光
ディスクＤ2については長波長のレーザー光が用いられ
る。
【００２６】そこで、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、ディスク厚
により補正過剰となる球面収差を、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。ここでは、対物レンズに入射する光束の発散度、す
なわち対物レンズの結像倍率を変化させることにより、
保護層の厚さの違いにより発生する球面収差の一部を補
正しているため、その残部を回折レンズ構造により補正
すればよい。
【００２７】一方、外側領域ＲＰ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。
【００２８】したがって、第１の光ディスクＤ1の使用
時には、内側領域ＲＣ、外側領域ＲＰ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、外側領域Ｒ
Ｐに入射した第２のレーザー光は拡散し、内側領域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。
【００２９】実施形態の対物レンズ１０は、第２の光デ
ィスクに対して設定された発散度を持つ第１のレーザー
光を、第２のレーザー光に入射させた際の内側領域の有
効径端での球面収差残存量をΔＳＡ(単位：ｍｍ)、第１
のレーザー光の波長での対物レンズの焦点距離をｆ1(単
位：ｍｍ)、内側領域の最大径をφ2(単位：ｍｍ)とし
て、以下の条件(１)、 ０．０１＜ΔＳＡ・(ｆ1／φ2)2＜０．０３ …(１) を満たす。
【００３０】条件(１)は、発光点の距離、すなわち結像
倍率を変化させることによる球面収差の補正量を規定し
ている。屈折レンズでは、第１の光ディスク用のレーザ
ー光と、第２の光ディスク用のレーザー光との波長差に
より生じる球面収差は小さいため、第１の光ディスクに
対して球面収差が補正された光学系で第２の光ディスク
を利用する際に発生する球面収差の量は、ほぼ保護層の
厚さの差と開口数ＮＡとで決まる。この球面収差を、発
光点の距離を変化させることにより完全に補正すると、
第２の光ディスク用の結像倍率で、すなわち、第２のレ
ーザー光の発光点から第１のレーザー光の波長の光束を
発しても、球面収差は補正される。
【００３１】しかし、発光点の距離の変化で保護層の厚
さの変化により発生する球面収差を完全に補正すると、
前述のように軸外特性が非常に悪くなる。そこで、発光
点の距離変化で球面収差をすべてを補正せず、回折レン
ズ構造に補正効果を分担させ、両者の効果を合わせて球
面収差を補正するようにしている。このように発光点の
距離変化で球面収差の一部のみを補正する設定では、第
２の光ディスク用の結像倍率で第１のレーザー光を入射
させると、球面収差が残存する。条件(１)は、その残存
球面収差量の適切な範囲を示している。条件(１)を満た
す場合には、第１，第２の光ディスクの双方に対して良
好な軸外特性を保つことができる。
【００３２】一方、対物レンズ１０の第１面１１に形成
され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ｋ、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｋ×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。この表現形式では回折次
数を正とした場合、２次の項の係数Ｐ2が負の時に近軸
的に正のパワーを持ち、４次の項の係数Ｐ4が正の時に
周辺に向かって負のパワーが漸増することとなる。
【００３３】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。
【００３４】なお、実施形態の対物レンズ１０は、内側
領域ＲＣと外側領域ＲＰとで異なる作用を持つ回折レン
ズ構造を有しているため、それぞれの回折レンズ構造
は、それぞれ異なる係数を有する異なる光路差関数によ
り定義される。
【００３５】実施形態の対物レンズ１０の内側領域に形
成された回折レンズ構造は、光路差関数の４次の係数を
Ｐ4、第１のレーザー光の波長での対物レンズ１０の焦
点距離をｆ1(単位：ｍｍ)として、以下の条件(２)、 −６０＜（Ｐ4・ｆ1 4）／ｋ＜−１８０ …(２) を満たしている。
【００３６】条件(２)は、回折レンズ構造による球面収
差の補正効果を規定する。補正すべき３次の球面収差
は、入射高さの４乗に比例した光路差で補正できるた
め、光路差関数の4次の係数を条件(２)を満たす適切な
範囲に設定することにより補正することができる。
【００３７】また、実施形態の対物レンズ１０を用いた
光ヘッドの光学系は、第１の光ディスクを利用する際の
対物レンズの結像倍率をｍ1、第２の光ディスクを利用
する際の対物レンズの結像倍率をｍ2として、以下の条
件（３）、 ０．０２＜（ｍ1−ｍ2）・ｆ1＜０．１５ …（３） を満たしている。
【００３８】条件（３）は、発光点の距離の変化量を倍
率の変化として規定した式で、第１の光ディスクを利用
する際の対物レンズの結像倍率と、第２の光ディスクを
利用する際の対物レンズの結像倍率との差を条件（３）
を満たす適切な範囲に設定することにより第１，第２の
光ディスクの双方に対して良好な軸外特性を保つことが
できる。次に、上述した実施形態に基づく光ヘッドの光
学系、特に対物レンズ１０の具体的な実施例を４例提示
する。
【００３９】
【実施例１】図３は、実施例１にかかる光ヘッドの光学
系に含まれる対物レンズ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＜1.20を満たす内側領域ＲＣと
1.20≦hとなる外側領域ＲＰとに区分され、各領域にそ
れぞれ異なる光路差関数で定義される回折レンズ構造が
形成されている。内側領域ＲＣと外側領域ＲＰ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回転対称非球面で
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。
【００４０】回転対称非球面の形状は、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,A 6,A8,A10,A12として、以
下の式で表される。 Ｘ(h)=Ch2/(1+√(1-(1+κ)C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h
10+A12h12
【００４１】表１では、第１面１１の内側領域ＲＣ、外
側領域ＲＰのベースカーブ、第２面のそれぞれの曲率半
径ｒ、非球面係数、第１のレーザー光の波長を基準にし
た回折レンズ構造を定義する各係数、第１，第２の光デ
ィスク利用時の主な回折次数ｋ1、ｋ2、各回折次数
ｋ1、ｋ2における回折効率Ｅ1，Ｅ2、面間隔ｄ、ｄ線の
屈折率ｎｄ、アッベ数νdが示されている。表中、NA1、
f1、OD1、WD1、φ1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)、物体
距離(単位:mm)、作動距離(単位:mm)、有効開口径(単位:
mm)であり、NA2、OD 2、WD2、φ2は、それぞれ第２の光
ディスクＤ2使用時の開口数、物体距離、作動距離、有
効開口径である。物体距離は、光源（あるいは、対物レ
ンズから見たときの光源の像）から対物レンズ第１面ま
での距離であり、対物レンズへ入射する光束が発散光な
らば正、収束光ならば負となる。なお、第１，第２の光
ディスクの保護層のｄ線の屈折率は1.5855、アッベ数は
29.9である。
【００４２】
【表１】
【００４３】図４は、上記の実施例１の光ヘッドの光学
系により第１の光ディスクを利用した場合の波面収差図
である。縦軸は、波面収差のＲＭＳ値(単位：波長)、横
軸は、光ディスクの記録面上での像高(光軸との交点か
らの距離)である。また、図５は、実施例１の光ヘッド
の光学系により第２の光ディスクを利用した場合の波面
収差図である。いずれの場合も、軸外の波面収差が低く
抑えられており、軸外特性の劣化が抑えられている。
【００４４】なお、回折レンズ構造の光軸方向の段差
は、回折次数ｋ、波長λ、屈折率ｎとして、ｋ・λ／
（ｎ−１）により求められる。内側領域ＲＣの回折レン
ズ構造は、第１のレーザー光の波長と当該波長における
屈折率により求められる段差量と、第２のレーザー光の
波長と当該波長における屈折率により求められる段差量
との中間的な値となるよう各段差量が定められている。
これにより、いずれの光ディスクに対しても同一の次数
で高い回折効率を得ることができる。一方、外側領域Ｒ
Ｐでは、第１の光ディスクの利用時に１００％の回折効
率が得られるように段差量が定められる。このとき、第
１のレーザー光に対して高い次数の回折効率を１００％
とするように設定すると、第２の光ディスクの利用時に
は異なる次数の回折効率を高めることができる。次数が
異なる回折光は、発散収束度合いが互いに異なるため、
第２の光ディスクの利用時に外側領域に入射したレーザ
ー光は、内側領域に入射したレーザー光により形成され
るスポットとは異なる位置に達する。第２の光ディスク
の利用時には、スポットが必要以上に小さくなるのを避
けるために絞りが必要になるが、上記の設定によれば、
対物レンズ自身に絞りとしての機能を持たせることがで
きる。
【００４５】
【実施例２】図６は、実施例２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２の対物レンズ１０の具体的な
数値構成は、表２に示されている。
【００４６】
【表２】
【００４７】図７、図８は、上記の実施例２の光ヘッド
の光学系によりそれぞれ第１の光ディスク、第２の光デ
ィスクを利用した場合の波面収差図である。いずれの場
合も、軸外の波面収差が低く抑えられており、軸外特性
の劣化が抑えられている。
【００４８】
【実施例３】図９は、実施例３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２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。
【００４９】
【表３】
【００５０】図１０、図１１は、上記の実施例３の光ヘ
ッドの光学系によりそれぞれ第１の光ディスク、第２の
光ディスクを利用した場合の波面収差図である。いずれ
の場合も、軸外の波面収差が低く抑えられており、軸外
特性の劣化が抑えられている。
【００５１】
【実施例４】図１２は、実施例４にかかる対物レンズ１
０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。
【００５２】
【表４】
【００５３】図１３、図１４は、上記の実施例４の光ヘ
ッドの光学系によりそれぞれ第１の光ディスク、第２の
光ディスクを利用した場合の波面収差図である。いずれ
の場合も、軸外の波面収差が低く抑えられており、軸外
特性の劣化が抑えられている。
【００５４】以下の表５は、各実施例と前述の条件(１)
ないし(３)との関係を示す。いずれの実施例も条件(１)
ないし(３)を満たしており、光ディスクの保護層の厚さ
の変化に基づく球面収差を良好に補正することができ、
かつ、保護層の厚い第２の光ディスクの利用時にも十分
な作動距離を確保することができる。
【００５５】
【表５】
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、保護層の厚さの違いに起因する球面収差の変化を、
対物レンズに入射する光束の発散度の変化と、回折レン
ズ構造の球面収差の変化とにより打ち消すことができ
る。発散度合いの変化による補正効果を一部に限ること
により、軸外性能の劣化を抑えつつ、球面収差を補正で
き、かつ、発散度合いを変化させることにより保護層の
厚い第２の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。
【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
明図である。
【図２】 実施形態の光ヘッドに利用される対物レンズ
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。
【図３】 実施例１の光ヘッドの光学系の対物レンズと
第１，第２の光ディスクとを示すレンズ図である。
【図４】 実施例１の光ヘッドの光学系により第１の光
ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフである。
【図５】 実施例１の光ヘッドの光学系により第２の光
ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフである。
【図６】 実施例２の光ヘッドの光学系の対物レンズと
第１，第２の光ディスクとを示すレンズ図である。
【図７】 実施例２の光ヘッドの光学系により第１の光
ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフである。
【図８】 実施例２の光ヘッドの光学系により第２の光
ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフである。
【図９】 実施例３の光ヘッドの光学系の対物レンズと
第１，第２の光ディスクとを示すレンズ図である。
【図１０】 実施例３の光ヘッドの光学系により第１の
光ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフであ
る。
【図１１】 実施例３の光ヘッドの光学系により第２の
光ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフであ
る。
【図１２】 実施例４の光ヘッドの光学系の対物レンズ
と第１，第２の光ディスクとを示すレンズ図である。
【図１３】 実施例４の光ヘッドの光学系により第１の
光ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフであ
る。
【図１４】 実施例４の光ヘッドの光学系により第２の
光ディスクを利用した際の波面収差を示すグラフであ
る。
【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 第１のレーザーモジュール ２２ 第２のレーザーモジュール ２３ ビームコンバイナ ２４ コリメートレンズ
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１２月１０日（２００２．１２．
１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】さらに、回折レンズ構造による光路長の付
加量を、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ｋ、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…)×ｋ×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表したとき、
内側領域に形成された回折レンズ構造を定義する４次の
係数をＰ4、第１のレーザー光の波長での対物レンズの
焦点距離をｆ1(単位：ｍｍ)として、以下の条件(２)、 −１８０＜（Ｐ4・ｆ1 4）／ｋ＜−６０…(２) を満たすことが望ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３５】実施形態の対物レンズ１０の内側領域に形
成された回折レンズ構造は、光路差関数の４次の係数を
Ｐ4、第１のレーザー光の波長での対物レンズ１０の焦
点距離をｆ1(単位：ｍｍ)として、以下の条件(２)、 −１８０＜（Ｐ4・ｆ1 4）／ｋ＜−６０…(２) を満たしている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 NA01 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA05 RA12 RA13 RA42 RA46 5D119 AA41 BA01 BB01 BB02 BB04 EC01 EC45 EC47 FA08 JA43 JA44 JB01 JB05 5D789 AA41 BA01 BB01 BB02 BB04 EC01 EC45 EC47 FA08 JA43 JA44 JB01 JB05

Claims (10)

    【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のレーザー光を前記第１のレー
    ザー光より大きな発散度で前記対物レンズに対して入射
    させることにより、前記保護層の厚さの違いにより発生
    する球面収差の一部を補正し、 前記対物レンズのレンズ面のうち少なくとも一方の面
    に、前記第２の光ディスクに必要充分な低NAの光束が透
    過する内側領域と、前記第１の光ディスクに対して必要
    な高NAの光束が透過する外側領域とに区分され、少なく
    とも前記内側領域に、波長により球面収差を変化させる
    回折レンズ構造を設けることにより、前記保護層の厚さ
    の違いにより発生する球面収差の残部を、レーザー光の
    波長の切り換えにより補正することを特徴とする光ヘッ
    ドの光学系。
  2. 【請求項２】 前記第２の光ディスクに対して設定され
    た発散度を持つ前記第１のレーザー光を、前記第２の光
    ディスクに入射させた際の前記内側領域の有効径端での
    球面収差残存量をΔＳＡ(単位：ｍｍ)、前記第１のレー
    ザー光の波長での前記対物レンズの焦点距離をｆ1(単
    位：ｍｍ)、前記内側領域の最大径をφ2(単位：ｍｍ)と
    して、以下の条件(１)、 ０．０１＜ΔＳＡ・(ｆ1／φ2)2＜０．０３ …(１) を満たす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】 回折レンズ構造による光路長の付加量
    を、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ｋ、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｋ×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表したとき、
    前記内側領域に形成された回折レンズ構造を定義する４
    次の係数をＰ4、前記第１のレーザー光の波長での前記
    対物レンズの焦点距離をｆ1(単位：ｍｍ)として、以下
    の条件(２)、 −６０＜（Ｐ4・ｆ1 4）／k＜−１８０ …(２) を満たす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】 前記第１の光ディスクを利用する際の対
    物レンズの結像倍率をｍ1、前記第２の光ディスクを利
    用する際の対物レンズの結像倍率をｍ2として、以下の
    条件（３）、 ０．０２＜（ｍ1−ｍ2）・ｆ1＜０．１５ …（３） を満たすことを特徴とする請求項１ないし３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、 前記第１の光ディスクを利用する際の対物レンズの結像
    倍率をｍ1、前記第２の光ディスクを利用する際の対物
    レンズの結像倍率をｍ2として、以下の条件（３）、 ０．０２＜（ｍ1−ｍ2）・ｆ1＜０．１５ …（３） を満たすことを特徴とする光ヘッドの光学系。
  6. 【請求項６】 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
    のレーザー光より波長が長く発散度が大きい第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
    レンズにおいて、 少なくとも一方の面に、前記第２の光ディスクに必要充
    分な低NAの光束が透過する内側領域と、前記第１の光デ
    ィスクに対して必要な高NAの光束が透過する外側領域と
    を備え、少なくとも前記内側領域に、波長により球面収
    差を変化させる回折レンズ構造を設けることにより、前
    記保護層の厚さの違いにより発生する球面収差の一部を
    補正することを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
  7. 【請求項７】 前記第２の光ディスクに対して設定され
    た発散度を持つ前記第１のレーザー光を、前記第２の光
    ディスクに入射させた際の前記内側領域の有効径端での
    球面収差残存量をΔＳＡ(単位：ｍｍ)、前記第１のレー
    ザー光の波長での前記対物レンズの焦点距離をｆ1(単
    位：ｍｍ)、前記内側領域の最大径をφ2(単位：ｍｍ)と
    して、以下の条件(１)、 ０．０１＜ΔＳＡ・(ｆ1／φ2)2＜０．０３ …(１) を満たす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。
  8. 【請求項８】 回折レンズ構造による光路長の付加量
    を、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ｋ、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｋ×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表したとき、
    前記内側領域に形成された回折レンズ構造を定義する４
    次の係数をＰ4、前記第１のレーザー光の波長での焦点
    距離をｆ1(単位：ｍｍ)として、以下の条件(２)、 −６０＜（Ｐ4・ｆ1 4）／ｋ＜−１８０ …(２) を満たす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。
  9. 【請求項９】 前記第１の光ディスクを利用する際の結
    像倍率をｍ1、前記第２の光ディスクを利用する際の結
    像倍率をｍ2として、以下の条件（３）、 ０．０２＜（ｍ1−ｍ2）・ｆ1＜０．１５ …（３） を満たすことを特徴とする請求項５ないし７に記載の光
    ヘッド用対物レンズ。
  10. 【請求項１０】 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のレーザー光より波長が長く発散度が大きい第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
    物レンズにおいて、 前記第１の光ディスクを利用する際の結像倍率をｍ1、
    前記第２の光ディスクを利用する際の結像倍率をｍ2と
    して、以下の条件（３）、 ０．０２＜（ｍ1−ｍ2）・ｆ1＜０．１５ …（３） を満たすことを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
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