JP2005100539A

JP2005100539A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2005100539A
Application number: JP2003333516A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okamura; 哲郎岡村; Ryoichi Shiratori; 良一白鳥
Original assignee: Nisshin Koki Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】光学素子の屈折および回折を利用して異なる波長の光を光記録媒体の記録面上に集光させる光ヘッド装置において、温度特性の改善を図ることのできる構成を提供すること。
【解決手段】光ヘッド装置において、開口数ＮＡが０．６に相当する光線の回折素子５の入射面５１での光軸からの高さｈ1、この光線の対物レンズ３の出射面３１での光軸からの高さｈ2、対物レンズ３の中心位置でのレンズ肉厚ｄ、回折素子５の回折作用および対物レンズ３の屈折作用を合成したときの焦点距離ｆが、以下の２つの条件式
０．５５＜ｈ4／ｈ1 ＜０．８５
０．５＜ｄ／ｆ＜０．７５
を満たしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、異なる波長のレーザ光を用いて基板厚さの異なるＤＶＤやＣＤなどの光記録媒体の再生、記録を行う光ヘッド装置に関するものである。

光記録媒体としては、ＣＤやＤＶＤ等のように記録面を保護する透明保護層の厚さや記録密度の異なるものが知られており、ＤＶＤの再生用には、波長６５５ｎｍ近傍のレーザ光が用いられ、ＣＤ（ＣＤ−Ｒを含む）の再生記録用には波長７８５ｎｍ近傍のレーザ光が用いられている。

ここで、光記録媒体に対して情報の記録や再生を行なう光ヘッド装置では、その小型およびコンパクト化のために共通の対物レンズを用いて、ＤＶＤおよびＣＤの記録面にレーザ光を収束させる構成のものが提案されている。

但し、ＣＤは、記録面を保護する透明保護層の厚さが１．２ｍｍであり、ＤＶＤは、透明保護層の厚さがＣＤよりも薄い０．６ｍｍであり、その記録密度はＣＤより高い。そこで、対物レンズとしては、所定の非球面形状を備えた屈折面に同心円状の微細な段差からなる回折格子を形成し、この回折格子によって入射光束を回折して、透明保護層の厚さが異なる２種類の光記録媒体の記録面に良好な焦点を結ばせるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、レーザ光源から出射されるレーザ光は、温度上昇に伴って長波長側にシフトする傾向があるため、温度上昇した場合、情報の記録再生を好適に行えなくなる。そこで、上記文献に記載の構成では、対物レンズの回折特性の波長依存性により、光源から出射されるレーザ光の波長のシフトを吸収し、温度特性を改善している。

また、この種の対物レンズには、従来、図７に示すように、レンズ有効径３０Ａと外周側のフランジ部３５Ａとの間に、組み立て調整基準用の反射平面部３８Ａ、およびコマ収差測定基準用の反射平面部３９Ａを形成しておき、光ヘッド装置を組み立てる際に、反射平面部３８Ａ、３９Ａからの反射光を利用して、組み立て調整、およびコマ収差測定を行っている。
特開２００１−１４３３０１号公報

しかしながら、従来のように、レーザ光源から出射されるレーザ光の温度変化に起因する波長のシフトを対物レンズに形成した回折格子の回折特性の波長依存性により吸収する構成では、レーザ光源と回折素子との間で温度上昇するタイミングなどがずれた際には、十分な温度特性を確保できないという問題点がある。

また、図７に示す従来の対物レンズのように、レンズ有効径３０Ａとフランジ部３５Ａとの間に形成した反射平面部３８Ａ、３９Ａを利用して対物レンズの姿勢調整やコマ収差の測定などを行う構成では、反射平面部３８Ａ、３９Ａが狭すぎて、そこからの反射光量が少ないため、対物レンズの姿勢調整やコマ収差の測定を確実に行うことができないという問題点がある。しかも、レンズ有効径３０Ａとフランジ部３５Ａとの間に反射平面部３８Ａ、３９Ａを形成すると、大きな括れ部分が形成されてしまう。その結果、対物レンズを金型成形により製造する際、金型内で樹脂の流れが悪いところが発生し、高い精度の成形を行うことができないという問題点もある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光学素子の屈折および回折を利用して異なる波長の光を光記録媒体の記録面上に集光させる光ヘッド装置において、温度特性の改善を図ることのできる構成を提供することにある。

また、本発明の課題は、姿勢調整やコマ収差測定などの基準となる反射平面部を広い面積をもって形成可能な対物レンズを備えた光ヘッド装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が厚い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源が出射した、前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を集光させる光学系を有する光ヘッド装置において、
前記光学系は、トラッキング駆動時およびフォーカシング駆動時に一体に駆動される光学素子として、同心円状の微小段差からなる回折格子を備えた回折素子と、該回折素子に対して前記光記録媒体側に配置された対物レンズとを備え、
前記第１のレーザ光は、前記回折素子および前記対物レンズの内周側領域および外周側領域を通った光束が前記第１の光記録媒体の記録面に集光し、前記第２のレーザ光は、前記回折素子および前記対物レンズの内周側領域を通った光束が前記第２の光記録媒体の記録面に集光し、
前記第１のレーザ光を使用時、開口数ＮＡが０．６に相当する光線の前記回折素子の入射面での光軸からの高さ、前記光線の前記対物レンズの出射面での光軸からの高さ、前記対物レンズの中心位置でのレンズ肉厚、前記回折素子の回折作用および前記対物レンズの屈折作用を合成したときの焦点距離をそれぞれｈ1、ｈ4、ｄ、ｆとしたとき、ｈ1、ｈ4、ｄ、ｆは、以下の２つの条件式
０．５５＜ｈ4／ｈ1 ＜０．８５
０．５＜ｄ／ｆ＜０．７５
を満たしていることを特徴とする。

本発明において、前記回折素子を構成する基板面に対する法線が光軸となす角度θは、
開口数ＮＡが０．５８から０．６５の範囲において以下の条件式
０．１° ＜ θ ＜５°
を満たし、
開口数ＮＡが０．５以下の範囲において以下の条件式
θ ＜０．５°
を満たしていることが好ましい。本発明では、対物レンズの内周側領域、および外周側領域に形成されている屈折面を利用して、異なる波長の光を光記録媒体の記録面上に集光させるが、対物レンズの屈折面については、あくまで連続した非球面とし、回折素子の方に内周側領域と外周側領域との間に非連続部分を形成する。その際でも、回折素子の内周側領域および外周側領域については、できるだけ光軸に対して垂直な面とすることが好ましい。

本発明において、前記対物レンズの入射側屈折面および出射側屈折面の形状は、その全域で光軸からの高さ方向で０次から２次微分に到るまで連続な関数を有していることが好ましい。このように構成すると、対物レンズの設計および加工を簡素化できる。

本発明において、前記回折素子は、前記レンズ保持部の前記対物レンズに対する係合部分から当該回折格子の中心に至る領域を避けた領域に割面が存在し、前記対物レンズは、前記レンズ保持部が係合する部分から中心に到る領域を避けた領域に割面が存在することが好ましい。このようにこのように構成するには、前記回折素子を成形するための金型において、前記レンズ保持部の前記対物レンズに対する係合部分から中心に至る領域を形成するためのための成形面を連続面とする。また、前記対物レンズを成形するための金型において、前記レンズ保持部が係合する部分から中心に到る領域を形成するための成形面を連続した面とする。このように構成すると、回折素子と対物レンズとを係合させた状態において、傾きや位置に高い精度を得ることができる。

本発明において、前記回折素子は、前記回折格子が形成されている領域の外周側で前記対物レンズに向けて張り出した円筒状のレンズ保持部を備え、前記対物レンズは、前記レンズ保持部の内側に圧入固定されていることが好ましい。このように構成すると、前記回折素子と前記対物レンズとの偏芯量を小さく抑えることができ、本発明では、前記回折素子と前記対物レンズとの偏芯量を０．００５ｍｍ以下とすることが好ましい。

本発明において、前記レンズ保持部の内周側面は、根元側部分がテーパ面になっていることが好ましい。このように構成すると、回折格子の表面全体に反射防止膜をスパッタ形成する際、レンズ保持部の内周側面の根元側部分にも反射防止膜を形成することができる。

本発明において、前記対物レンズは、外周側に反射用平面部が形成されたフランジ部を備えていることが好ましい。このように構成すると、対物レンズの姿勢調整やコマ収差の測定を確実に行うことができる。また、レンズ有効径とフランジ部との間に反射平面部を形成する必要がないので、レンズ有効径とフランジ部との間に大きな括れ部分が形成されない。それ故、対物レンズを金型成形により製造する際、金型内での樹脂の流れがよいので、高い精度の成形を行うことができる。

本発明では、回折格子を対物レンズの屈折面ではなく、平板上に形成したため、光束が回折面に略垂直に透過するので、影になる部分がない。また、平板に対して回折格子を形成したため、回折格子を形成するための金型加工の際、加工バイトによるデッドスペースが少ないので、散乱に対する透過効率の改善を図ることができる。しかも、回折素子を構成する基板面に対する法線が光軸となす角度、光線の回折素子の入射面での光軸からの高さ、および対物レンズの出射面での光軸からの高さなどを最適化したため、球面収差、および正弦条件を悪化させずに、レンズの球面収差温度依存を低減することができる。それ故、レーザ光の波長変動によらず、球面収差の温度依存を低減できるので、レーザの波長変動を受け難い光ヘッド装置を提供することができる。また、回折素子での屈折量が小さいので、回折素子と対物レンズの距離のばらつき、およびチルトに対する影響が小さいという効果も奏する。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した光ヘッド装置を説明する。

（光ヘッド装置の構成）
図１は、本発明を適用した光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。図２は、本発明を適用した光ヘッド装置において、各波長のレーザ光の収束状態を示す説明図である。図３、図４および図５は、回折格子を光線が通過するときのロスを示す説明図、回折格子を樹脂成形するための金型を円形状バイトで加工する様子を示す説明図、および回折格子を樹脂成形するための金型を角形状バイトで加工する様子を示す説明図である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の光ヘッド装置に用いた回折素子の縦断面図、対物レンズの縦断面図、および回折素子と対物レンズを一体化した状態における縦断面図である。

図１において、本形態の光ヘッド装置１は、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒなど、基板厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体４（ＤＶＤ４１、ＣＤ４２）に対して情報の再生、記録を行うものである。そのために、ＤＶＤの再生等に用いる波長が６５５ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１を出射する第１のレーザ光源１１と、ＣＤなどの記録再生に用いる中心波長が７８５ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２を出射する第２のレーザ光源１２とを備えている。各レーザ光は共通の集光光学系Ｌｏを介して光記録媒体４に導かれると共に、当該光記録媒体４で反射された各レーザ光束の戻り光は共通受光素子２５に導かれる。

集光光学系Ｌｏには、第１のレーザ光Ｌ１を反射するビームスプリッタ２１と、第２のレーザ光Ｌ２を反射し、第１のレーザ光Ｌ１を直進させるビームスプリッタ２２とが用いられ、これらのビームスプリッタ２１、２２によって、２つのレーザ光Ｌ１、Ｌ２を共にシステム光軸Ｌ（対物レンズの光軸）に一致させる。システム光軸Ｌに沿っては、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ２３と、コリメートレンズ２３から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２のビームスポットを光記録媒体４の記録面に形成するための対物レンズ３とが含まれている。また、ビームスプリッタ２１、２２は、光記録媒体からの戻り光を直進させて共通受光素子２５に導く。なお、第２のレーザ光源１２とビームスプリッタ２２との間には３ビーム生成用のグレーティング２６が配置されている。

ここで、ＣＤ４２は、記録面４２Ａを保護する透明保護層の厚さが１．２ｍｍであり、ＤＶＤ４１は、記録面４１Ａを保護する透明保護層の厚さがＣＤよりも薄い０．６ｍｍであり、その記録密度はＣＤ４２より高い。それでも、ＤＶＤ４１の記録面４１Ａに対して第１のレーザ光Ｌ１のビームスポットを形成でき、かつ、ＣＤ４２の記録面４２Ａに対して第２のレーザ光Ｌ２のビームスポットを形成できるように、本形態において、対物レンズ３は、後述する２波長レンズとして構成され、かつ、対物レンズ３において、光源側（光記録媒体側とは反対側）には回折素子５が配置されている。

（対物レンズおよび回折素子の構成）
図２に示すように、対物レンズ３は、入射側屈折面３１および出射側屈折面３２のいずれもが、非球面形状を有しており、その内周側領域をＣＤ４２の記録、再生を行う第２のレーザ光Ｌ２が通過し、内周側領域および外周側領域をＤＶＤ４１の記録、再生を行う第１のレーザ光Ｌ１が通過する。

これに対して、回折素子５は、入射面５１および出射面５２のうち、対物レンズ３の側に位置する出射面５２が同心円状の内周側領域５３および外周側領域量５４に分割されており、内周側領域５３および外周側領域５４の双方に、微細なブレーズ状段差を備えた回折格子が形成されている。この回折素子５においても、その内周側領域５３をＣＤ４２の記録、再生を行う第２のレーザ光Ｌ２が通過し、内周側領域５３および外周側領域５４をＤＶＤ４１の記録、再生を行う第１のレーザ光Ｌ１が通過する。

すなわち、第１のレーザ光Ｌ１は、回折素子５の内周側領域５３および外周側領域５４から出射された回折光束成分が、さらに対物レンズ３の内周側領域および外周側領域で屈折作用を受けてＤＶＤ４１の記録面４１Ａに集光してスポットを形成し、第２のレーザ光Ｌ２は、回折素子５の内周側領域５３から出射された回折光束成分が、さらに対物レンズ３の内周側領域で屈折作用を受けてＣＤ４２の記録面４２Ａに集光し、スポットを形成する。その際、第２のレーザ光Ｌ２のうち、回折素子５の外周側領域５４を通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であるため、外周側領域５４に形成されている回折格子による回折作用を受けて、ＣＤ４２の記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。従って、本形態では、回折素子５の外周側領域５４によって規定される開口数ＮＡは、ＤＶＤ４１に対応して０．６に設定され、内周側領域５３と外周側領域５４との境界領域の開口数ＮＡは、ＣＤ４２に対応して０．４７に設定されている。

このように本形態では、回折格子を対物レンズ３の屈折面ではなく、対物レンズ３とは別体の回折素子５に形成したため、光束が略回折面に略垂直に透過するので、影になる部分がない。すなわち、図３（Ａ）に示すように、対物レンズ３の屈折面にブレーズを形成すると、出射された回折光が隣接するブレーズに遮られてロスとなる光束が大きいが、図３（Ｂ）に示すように、平面にブレーズを形成した場合には、出射された回折光のうち、隣接するブレーズに遮られてロスとなってしまう光束が著しく少ない。

また、本形態では、平板に対して回折格子を形成したため、回折格子を形成するための金型加工の際、加工バイトによるデッドスペースが少ないので、散乱に対する透過効率の改善を図ることができる。すなわち、図４（Ａ）に示すように、対物レンズ３の屈折面にブレーズを形成する場合には、円形状バイト６１が入り込めず、加工できない範囲が大きいが、図４（Ｂ）に示すように、平板に対して円形状バイト６１で金型加工すれば、対物レンズ３の屈折面に相当する部分を加工する場合と比較して、加工できない範囲が小さい。同様に、図５（Ａ）に示すように、対物レンズ３の屈折面にブレーズを形成する場合には、角形状バイト６２が入り込めず、加工できない範囲が大きいが、図５（Ｂ）に示すように、平板に対して角形状バイト６２で金型加工すれば、対物レンズ３の屈折面に相当する部分を加工する場合と比較して、加工できない範囲が極めて小さい。

このように構成した回折素子５および対物レンズ３については、回折素子５に対して光記録媒体４の側に対物レンズ３が位置した状態のまま、光ヘッド装置１のフォーカシング駆動時、およびトラッキング駆動時には一体に駆動される。

ここで、回折素子５は、図６（Ａ）、（Ｃ）に示すように、回折格子が形成されている領域の外周側で対物レンズ３に向けて張り出した円筒状のレンズ保持部５５を備えている。また、回折素子５には、スパッタ形成により、表面全体に反射防止膜（図示せず）が形成されている。但し、回折素子５において、レンズ保持部５５の内周側面は、根元側部分５５１がテーパ面５５２になっているため、反射防止膜をスパッタ形成する際、影になる部分がない。従って、回折素子５の内周面全体に反射防止膜を効率よく、かつ、確実にスパッタ形成することができる。

対物レンズ３は、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、外周側に外径寸法がレンズ保持部５５の内径寸法よりわずかに大きなフランジ部３５を備えており、対物レンズ３は、その外周側がレンズ保持部５５の内側に軽圧入されている。この状態で、対物レンズ３のフランジ部３５は、レンズ保持部５５の端部に当接している。このようにして、対物レンズ３と回折素子５とを一体化した状態で、回折素子５と対物レンズ３との偏芯量は、０．００５ｍｍ以下である。

このように構成した対物レンズ３および回折素子５はいずれも、樹脂成形品であるが、回折素子５では、回折格子５が形成されている側の面で、レンズ保持部５５の対物レンズ３に対する係合部分（レンズ保持部５５の内周面）から回折格子の中心に至る領域を避けた領域に割面が存在し、対物レンズ３は、入射側端面において、レンズ保持部５５が係合する部分（後述する反射平面部３９）から中心に到る領域を避けた領域に割面が存在することが好ましい。このように構成するには、回折素子５を成形するための金型において、レンズ保持部５５の対物レンズ３に対する係合部分（レンズ保持部５５の内周面）から中心に至る領域を形成するためのための成形面を連続面とする。また、対物レンズ３を成形するための金型において、レンズ保持部５５が係合する部分（後述する反射平面部３９）から中心に到る領域を形成するための成形面を連続した面とする。このように構成すると、回折素子５と対物レンズ３とを係合させた状態において、傾きや位置に高い精度を得ることができる。

ここで、対物レンズ３および回折素子５は、レンズホルダ（図示せず）に搭載した状態で光ヘッド装置１に組み付けられる。その際、対物レンズ３については、傾き調整が行われ、かつ、レンズ単体でのコマ収差の測定が行われる。そこで、本形態では、対物レンズ３のフランジ部３５の両端面を利用して、組み立て調整基準用の反射平面部３８、およびコマ収差測定基準用の反射平面部３９が形成されており、これらの反射平面部３８、３９は比較的広い面積を有している。このため、本形態では、対物レンズ３についてレンズ単体での収差を測定する際、反射平面部３９を基準面にすれば、コマ収差の測定を容易に、かつ、確実に行うことができる。また、光ヘッド装置を組み立てる際、反射平面部３８を基準にすれば、対物レンズ３の傾き調整を容易に、かつ、確実に行うことができる。また、対物レンズ３では、レンズ有効径とフランジ部３５との間に反射平面部を形成する必要がないので、レンズ有効径とフランジ部３５との間に大きな括れ部分が形成されない。それ故、対物レンズ３を金型成形により製造する際、金型内での樹脂の流れがよいので、高い精度の成形を行うことができる。

（光学素子の光学設計）
このように構成した光ヘッド装置１において、本形態の回折素子５は、それを構成する基板面に対する法線が光軸となす角度θは、
開口数ＮＡが０．５８から０．６５の範囲（外周側領域５４）において以下の条件式
０．１° ＜ θ ＜５°
を満たし、
開口数ＮＡが０．５以下の範囲（内周側領域５３）において以下の条件式
θ ＜０．５°
を満たしている。すなわち、外周側領域５４は、必要に応じて、所定の非球面形状を備えているが、内周側領域５３は、概ね、光軸に対して垂直な面として形成されている。

また、本形態では、第１のレーザ光Ｌ１を使用時、開口数ＮＡが０．６に相当する光線の回折素子５の入射面５１での光軸Ｌからの高さ、対物レンズ３の出射面３２での光軸Ｌからの高さ、対物レンズ３の屈折中心位置での肉厚、回折素子５の回折作用および対物レンズ３の屈折作用を合成したときの焦点距離をそれぞれｈ1、ｈ4、ｄおよびｆとしたとき、ｈ1、ｈ4、ｄおよびｆは、以下の２つの条件式
０．５５＜ｈ4／ｈ1＜０．８５
０．５＜ｄ／ｆ＜０．７５
を満たしている。

従って、上記条件に該当する構成を備えた実施例１、実施例２について、その具体的な設計データ、および３次球面収差のシミュレーション結果を、比較例ととともに以下に示すように、本発明を適用した光ヘッド装置１では球面収差、および正弦条件を悪化させずに、対物レンズ３の球面収差温度依存を低減することができ、レーザ光の波長変動によらず、球面収差の温度依存を低減できる。それ故、レーザの波長変動を受け難い光ヘッド装置１を提供することができる。

また、回折素子５での屈折量が小さいので、回折素子５と対物レンズ３の距離のばらつき、およびチルトに対する影響が小さいという効果も奏する。

本発明を適用した対物レンズ３および回折素子５を構成するにあたって、その光学設計時には、下式
ｌ
ｚ（ｈ）＝ｈ²／ｒ（１＋√（１−（１＋ｋ）ｈ²／γ²）＋（ΣＡ_iｈ⁽²ⁱ⁾）
i=0
により、対物レンズ３の屈折を表す非球面形状を求めるとともに、下式
ｌ
φ（ｈ）＝λΣＢ_jｈ^(2j)
j=0
の回折を表す光路長関数で光線追跡を行って、収差が０になるような補正を行った後、それを、回折素子５におけるブレーズ加工の形状に置き換える。なお、上式において、ｒは中心曲率半径、ｋは円錐係数、ｈは光軸からの高さ、λは波長、Ａ_iおよびＢ_jは多項式の係数を意味する。

以下に本発明を適用した光学系の実施例を説明するが、以下の説明において、回折素子５の入射面５１および出射面５２を第１面および第２面とし、対物レンズ３の入射側屈折面３１および出射面３２を第３面および第４面とする。なお、比較例については、図７を参照して説明した対物レンズ３０Ａの入射側屈折面３１Ａおよび出射面３２Ａを第１面および第２面とする。また、以下に説明する例はあくまで本発明の一例であり、上記条件式などを満たす範囲で、以下に示す実施例１、２以外にも様々な光学設計を行ってもよい。

［実施例１］
（設計データ）
曲率半径面間隔屈折率
６５５ｎｍ７８５ｎｍ
１平面０．５０１．５４１１．５３７
２平面０．０５
３１．８５３２．００１．５４１１．５３７
４ −９．３１５１．１５
５平面０．６１．２０１．５７８１．５７２
（非球面係数）
２面
ｈ＜１．４３
Ｋ＝０
Ａ₀＝０
Ａ₂＝０
Ａ₄＝０
Ａ₆＝０
Ａ₈＝０
Ａ₁₀＝０
Ａ₁₂＝０
ｈ＞１．４３
Ｋ＝０
Ａ₀＝−０．０００４８
Ａ₂＝０．３９４１８Ｅ−０１
Ａ₄＝−０．３７７５５Ｅ−０１
Ａ₆＝０．１３６１１Ｅ−０１
Ａ₈＝−０．２３５４０Ｅ−０２
Ａ₁₀＝０．２２００３Ｅ−０３
Ａ₁₂＝−０．１３６８４Ｅ−０４
３面
Ｋ＝−０．１４５９６Ｅ＋０１
Ａ₄＝０．１６９２０Ｅ−０１
Ａ₆＝０．２５５７９Ｅ−０３
Ａ₈＝−０．６３８５１Ｅ−０３
Ａ₁₀＝０．１９３２６Ｅ−０３
Ａ₁₂＝−０．２２２０７Ｅ−０４
４面
Ｋ＝０．２１０３１Ｅ＋０２
Ａ₄＝０．２８４１８Ｅ−０１
Ａ₆＝−０．１０９８０Ｅ−０１
Ａ₈＝０．１９１６９Ｅ−０２
Ａ₁₀＝０．２２９７１Ｅ−０４
Ａ₁₂＝−０．１６０５２Ｅ−０４
（光路長関数係数）
２面
ｈ＜１．４３
Ｂ₄＝−０．２６３９７Ｅ＋０１
Ｂ₆＝０．５１３４６Ｅ−０１
Ｂ₈＝−０．２７４７２Ｅ＋００
Ｂ₁₀＝０．８１９７８Ｅ−０１
ｈ＞１．４３
Ｂ₄＝０．６３３２２Ｅ＋０１
Ｂ₆＝−０．４０１４３Ｅ＋０１
Ｂ₈＝０．５６０２７Ｅ＋００
（シュミレーション結果）
ｄ／ｆ＝０．６５６
ｈ₄／ｈ₁＝０．７８６
Δｓａ３（３次球面収差）＝−０．００８１／２５λｒｍｓ／℃
（ＤＶＤ使用時）
球面収差ＮＡ０．６
１００．０００６３
９０．０００１２
８ −０．０００２１
７ −０．０００２３
６０．０００２５
５０．００００５
４ −０．０００１３
３ −０．００００５
２０．００００５
１０．００００３
正弦条件
１０ −０．０００１８
９０．０００１４
８０．００１９４
７０．００１４９
６０．０００８４
５０．０００２１
４ −０．００００３
３０．００００４
２０．０００１０
１０．００００４
（ＣＤ使用時）
球面収差ＮＡ０．４７
１００．００１７６
９ −０．０００１６
８ −０．０００１６
７ −０．０００１０
６ −０．０００１２
５ −０．００００７
４０．００００５
３０．０００１６
２０．０００２１
１０．０００２１
正弦条件
１０ −０．０１７９１
９ −０．０１６７０
８ −０．０１４０７
７ −０．０１１２１
６ −０．００８４４
５ −０．００５９０
４ −０．００３７２
３ −０．００２０３
２ −０．０００８７
１ −０．０００２１

［実施例２］
（設計データ）
曲率半径面間隔屈折率
６５５ｎｍ７８５ｎｍ
１平面０．５０１．５４１１．５３７
２平面０．０５
３１．８５３１．７５１．５４１１．５３７
４ −１０．０６２１．３１
５平面０．６１．２０１．５７８１．５７２
（非球面係数）
３面
ｈ＜１．４３
Ｋ＝−２．４９３９Ｅ＋００
Ａ₄＝＋３．６７７５Ｅ−０２
Ａ₆＝−３．７４３１Ｅ−０３
ｈ＞１．４３
Ｒ＝＋１．８５２４Ｅ＋００
Ｄ＝−２．８６９５Ｅ−０１
Ｋ＝−２．５９７５Ｅ−０２
Ａ₄＝＋１．５５４３Ｅ−０２
Ａ₆＝−２．４５３Ｅ−０２
Ａ₈＝＋１．３３０７Ｅ−０２
Ａ₁₀＝−４．０９６９Ｅ−０３
Ａ₁₂＝＋４．４８０８Ｅ−０４
４面
Ｋ＝＋１．７４５４Ｅ＋０１
Ａ₄＝＋２．３７１３Ｅ−０２
Ａ₆＝−４．８７５１Ｅ−０３
Ａ₈＝−２．６６４９Ｅ−０３
Ａ₁₀＝＋８．８６６２Ｅ−０４
Ａ₁₂＝＋４．８２１７Ｅ−０６
（光路長関数係数）
２面
ｈ＜１．４３
Ｂ₄＝−３．１３３８Ｅ＋００
Ｂ₆＝＋１．０５０４Ｅ＋００
Ｂ₈＝−８．８６６０Ｅ−０１
Ｂ₁₀＝＋２．０１９９Ｅ−０１
ｈ＞１．４３
Ｂ₄＝＋８．０１５３Ｅ＋００
Ｂ₆＝−５．５３７６Ｅ＋００
Ｂ₈＝＋８．３８２１Ｅ−０１
（シュミレーション結果）
ｄ／ｆ＝０．５７３
ｈ₄／ｈ₁＝０．８４９
Δｓａ３（３次球面収差）＝−０．０１０６／２５λｒｍｓ／℃
（ＤＶＤ使用時）
球面収差ＮＡ０．６
１０ −０．００２８９
９ −０．０００１１
８ −０．０００２３
７ −０．０００２０
６０．０００２８
５ −０．０００１０
４ −０．０００２０
３０．００００５
２０．０００２０
１０．０００１０
正弦条件
１０ −０．００００１
９ −０．００１３７
８ −０．０００３３
７０．００７４８
６０．００７２５
５０．００５１８
４０．００３２８
３０．００１９４
２０．０００９６
１０．０００２７
（ＣＤ使用時）
球面収差ＮＡ０．４７
１００．００１６５
９ −０．０００２８
８０．００００４
７０．０００１３
６ −０．００００３
５ −０．０００１２
４ −０．００００５
３０．００００８
２０．０００１８
１０．０００２０
正弦条件
１０ −０．０１４１５
９ −０．０１０５７
８ −０．００７５５
７ −０．００５５３
６ −０．００４１３
５ −０．００３０２
４ −０．００２０２
３ −０．００１１６
２ −０．０００５２
１ −０．０００１３

［比較例］
（設計データ）
曲率半径面間隔屈折率
６５５ｎｍ７８５ｎｍ
１１．９２９１．７５１．５４１１．５３７
２ −７．７８５１．３１
３平面０．６１．２０１．５７８１．５７２
１面
ｈ＜１．４５４００
Ｒ＝１．９２８９４
Ｋ＝−０．２７３４０Ｅ＋０１
Ｄ＝０．０００００
Ａ₄＝０．３９６９０Ｅ−０１
Ａ₆＝−０．１８３７７Ｅ−０１
Ａ₈＝０．１５３６３Ｅ−０１
Ａ₁₀＝０．１０３８４Ｅ−０１
Ａ₁₂＝０．４７４０５Ｅ−０２
Ａ₁₄＝−０．１３０３８Ｅ−０２
Ａ₁₆＝０．１５５７９Ｅ−０３
Ｂ₄＝０．２２５２１＋０１
Ｂ₆＝０．４９５９５Ｅ＋００
Ｂ₈＝−０．１７４２７Ｅ＋００
Ｂ₁₀＝０．４１６９７Ｅ−０１
ｈ＜１．４５４００
Ｒ＝１．９２８９４
Ｋ＝−０．６１０５７Ｅ＋０１
Ｄ＝０．０１０５９
Ａ₄＝０．５８８５９Ｅ−０１
Ａ₆＝−０．１３５９６Ｅ−０１
Ａ₈＝０．６８３５２Ｅ−０２
Ａ₁₀＝−０．２６０６９Ｅ−０２
Ａ₁₂＝０．１０１６７Ｅ−０３
Ａ₁₄＝０．１５２９５Ｅ−０３
Ａ₁₆＝−０．２６０１９Ｅ−０４
Ｂ₂＝０．３００００Ｅ＋０１
Ｂ₄＝０．１５０００Ｅ＋０１
Ｂ₆＝−０．１００００Ｅ＋００
２面
Ｒ＝−７．７８４８８
Ｋ＝−０．３０２６８Ｅ＋０３
Ａ₄＝−０．４６３６５Ｅ−０１
Ａ₆＝０．５６２９１Ｅ−０１
Ａ₈＝−０．３８６９３Ｅ−０１
Ａ₁₀＝０．１３９６０６Ｅ−０１
Ａ₁₂＝−０．２３８２１Ｅ−０２
Ａ₁₄＝０．７０９８４Ｅ−０４
Ａ₁₆＝０．１７３５０５Ｅ−０４
（シミュレーション結果）
ｄ／ｆ＝０．５７４
ｈ₂／ｈ₁＝０．８７７
Δｓａ３（３次球面収差）＝−０．０２０３／２５λｒｍｓ／℃

なお、上記実施例では、回折素子５の出射面５２に回折格子を形成したが、入射面５１に形成してもよい。また、対物レンズ３については、入射側屈折面３１および出射側屈折面３２の内周側領域と外周側領域を１つの連続した非球面としたが、領域を分割してもよい。

以上説明したように、本発明では、回折格子を対物レンズの屈折面ではなく、平板上に形成したため、光束が回折面に略垂直に透過するので、影になる部分がない。また、平板に対して回折格子を形成したため、回折格子を形成するための金型加工の際、加工バイトによるデッドスペースが少ないので、散乱に対する透過効率の改善を図ることができる。しかも、回折素子を構成する基板面に対する法線が光軸となす角度、光線の回折素子の入射面での光軸からの高さ、および対物レンズの出射面での光軸からの高さなどを最適化したため、球面収差、および正弦条件を悪化させずに、レンズの球面収差温度依存を低減することができる。それ故、レーザ光の波長変動によらず、球面収差の温度依存を低減できるので、レーザの波長変動を受け難い光ヘッド装置を提供することができる。また、回折素子での屈折量が小さいので、回折素子と対物レンズの距離のばらつき、およびチルトに対する影響が小さいという効果も奏する。

本発明を適用した光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。本発明を適用した光ヘッド装置において、各波長のレーザ光の収束状態を示す説明図である。回折格子を光線が通過するときのロスを示す説明図である。回折格子を樹脂成形するための金型を円形状バイトで加工する様子を示す説明図である。回折格子を樹脂成形するための金型を角形状バイトで加工する様子を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の光ヘッド装置に用いた回折素子の縦断面図、対物レンズの縦断面図、および回折素子と対物レンズを一体化した状態における縦断面図である。従来の２波長対物レンズの説明図である。

符号の説明

１光ヘッド装置
３対物レンズ
４光記録媒体
５回折素子
１１第１のレーザ光源
１２第２のレーザ光源
２３コリメートレンズ
３１対物レンズの入射側屈折面
３２対物レンズの出射側屈折面
３５対物レンズのフランジ部
３８、３９反射面
４１ＤＶＤ（第１の光記録媒体）
４２ＣＤ（第２の光記録媒体）
５１回折素子の入射面
５２回折素子の出射面
５５レンズ保持部
５５１レンズ保持部の根元側部分
Ｌ対物レンズの光軸
Ｌ１第１のレーザ光束
Ｌ２第２のレーザ光束

Claims

第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が厚い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源が出射した、前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を集光させる光学系を有する光ヘッド装置において、
前記光学系は、トラッキング駆動時およびフォーカシング駆動時に一体に駆動される光学素子として、同心円状の微小段差からなる回折格子を備えた回折素子と、該回折素子に対して前記光記録媒体側に配置された対物レンズとを備え、
前記第１のレーザ光は、前記回折素子および前記対物レンズの内周側領域および外周側領域を通った光束が前記第１の光記録媒体の記録面に集光し、前記第２のレーザ光は、前記回折素子および前記対物レンズの内周側領域を通った光束が前記第２の光記録媒体の記録面に集光し、
前記第１のレーザ光を使用時、開口数ＮＡが０．６に相当する光線の前記回折素子の入射面での光軸からの高さ、前記光線の前記対物レンズの出射面での光軸からの高さ、前記対物レンズの中心位置でのレンズ肉厚、前記回折素子の回折作用および前記対物レンズの屈折作用を合成したときの焦点距離をそれぞれｈ1、ｈ4、ｄ、ｆとしたとき、ｈ1、ｈ4、ｄ、ｆは、以下の２つの条件式
０．５５＜ｈ4／ｈ1 ＜０．８５
０．５＜ｄ／ｆ＜０．７５
を満たしていることを特徴とする光ヘッド装置。
請求項１において、前記回折素子を構成する基板面に対する法線が光軸となす角度θは、
開口数ＮＡが０．５８から０．６５の範囲において以下の条件式
０．１° ＜ θ ＜５°
を満たし、
開口数ＮＡが０．５以下の範囲において以下の条件式
θ ＜０．５°
を満たしていることを特徴とする光ヘッド装置。
請求項１または２において、前記対物レンズの入射側屈折面および出射側屈折面の形状は、その全域で光軸からの高さ方向で０次から２次微分に到るまで連続な関数を有していることを特徴とする光ヘッド装置。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記回折素子は、前記回折格子が形成されている領域の外周側で前記対物レンズに向けて張り出した円筒状のレンズ保持部を備え、
前記対物レンズは、前記レンズ保持部の内側に圧入固定されていることを特徴とする光ヘッド装置。
請求項４において、前記回折素子および前記対物レンズは、いずれも樹脂成形品から構成され、
前記回折素子は、前記レンズ保持部の前記対物レンズに対する係合部分から当該回折格子の中心に至る領域を避けた領域に割面が存在し、
前記対物レンズは、前記レンズ保持部が係合する部分から中心に到る領域を避けた領域に割面が存在することを特徴とする光ヘッド装置。
請求項４または５において、前記回折素子と前記対物レンズとの偏芯量は、０．００５ｍｍ以下であることを特徴とする光ヘッド装置。
請求項４ないし６のいずれかにおいて、前記レンズ保持部の内周側面は、根元側部分がテーパ面になっていることを特徴とする光ヘッド装置。
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記対物レンズは、外周側に反射用平面部が形成されたフランジ部を備えていることを特徴とする光ヘッド装置。