JP2005310277A - 対物レンズおよびそれを用いた光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い開口数に対して良好な光学性能が得られ、光ヘッド装置の小型化、薄型化が図れる対物レンズを提供する。
【解決手段】光源からの光束を集光する対物レンズ１０であって、光束が入射する入射面１１と、入射面１１から入射した光束の光路を変換する反射面１２と、反射面１２で反射された光束を射出する出射面１３とを少なくとも有し、反射面１２は、光束を集光するパワーを有する偏心した曲面形状で、偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、対物レンズおよびそれを用いた光ヘッド装置に関するものである。

従来の光ヘッド装置として、例えば図７および図８に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７に示す光ヘッド装置は、レーザ光源５１から出射されたレーザ光を、回折格子５２で３ビームに分割した後、ビームスプリッタ５３および立ち上げミラー５４を経て、フォーカス方向に駆動可能な対物レンズ５５により記録媒体５６に集光するようにしたものである。

また、図８に示す光ヘッド装置は、レーザ光源５１から出射されたレーザ光を、回折格子５２で３ビームに分割した後、ビームスプリッタ５３およびフォーカス方向に駆動可能な集光レンズ５７を経て、反射機能および集光機能を有する反射プリズム５８により記録媒体５６に集光するようにしたものである。
特開平６−６８５１２号公報

しかしながら、図７に示した光ヘッド装置にあっては、記録媒体５６の法線方向における光ヘッド装置の高さとして、光学素子の最大高さＨ３と、記録媒体５６に焦点をあわせるための対物レンズ５５の移動空間高さＨ４と、対物レンズ５５の厚みＨ５と、ワーキングディスタンスＨ６とを要するため、装置の小型化、薄型化が困難であるという問題がある。

これに対し、図８に示した光ヘッド装置では、反射機能および集光機能を有する反射プリズム５８を用い、集光レンズ５７を記録媒体５６と平行なフォーカス方向に駆動することにより、記録媒体５６に焦点をあわせるようにしているので、記録媒体５６の法線方向における光ヘッド装置の高さを、光学素子の最大高さＨ１とワーキングディスタンスＨ２との和とすることができ、装置の小型化、薄型化が図れる利点がある。

ところが、図８に示す光ヘッド装置において、反射プリズム５８の出射面にのみ光束を集光するパワーを持たせるようにすると、反射プリズム５８の入射面と出射面との面間隔が大きくなって、高い開口数（例えばＮＡ＝０．６以上）に対しては、良好な光学性能が得られず、記録媒体５６の高密度化が困難となる。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の第１の目的は、高い開口数に対して良好な光学性能が得られる対物レンズを提供することにある。

さらに、本発明の第２の目的は、高い開口数に対して良好な光学性能が得られ、装置の小型化、薄型化が図れる光ヘッド装置を提供することにある。

上記第１の目的を達成する請求項１に係る発明は、光源からの光束を集光する対物レンズであって、
上記光束が入射する入射面と、該入射面から入射した光束の光路を変換する反射面と、該反射面で反射された光束を射出する出射面とを少なくとも有し、
上記反射面は、光束を集光するパワーを有する偏心した曲面形状で、偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状からなることを特徴とするものである対物レンズ。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の対物レンズにおいて、上記入射面または上記出射面は、上記反射面の偏心よって発生する収差を補正する回転非対称な曲面形状からなることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の対物レンズにおいて、上記入射面および上記出射面は、それぞれ上記反射面の偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な曲面形状からなることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１，２または３に記載の対物レンズにおいて、上記反射面は、正のパワーを有することを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１，２，３または４に記載の対物レンズにおいて、上記光源からの光束の中心光線を軸上主光線とし、全系の偏心方向がＹ方向で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面と直交する方向をＸ方向とするとき、上記反射面の軸上主光線の位置でのＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれφ２Ｘ、φ２Ｙとし、全系のＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれφＸ、φＹとしたとき、φＸ／φ２Ｘ＜１０．０、φＹ／φ２Ｙ＜１０．０、を満足するように構成したことを特徴とするものである。

上記第２の目的を達成する請求項６に係る光ヘッド装置の発明は、少なくとも、光源と、往復光路分離素子と、請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズと、受光手段とを有し、上記光源からの光束を上記往復光路分離素子および上記対物レンズを経て記録媒体に照射し、上記往復光路分離素子で分離される上記記録媒体からの戻り光を上記受光手段で受光して、情報の再生を行うように構成したことを特徴とするものである。

以下、本発明において、上記構成をとった理由と、その作用について説明する。

本発明に係る対物レンズは、上記のように、光源からの光束を集光するもので、光束を対物レンズ内に入射させる入射面と、入射した光束の光路を対物レンズ内で変換する反射面と、反射面で反射された光束を対物レンズ外に射出する出射面との３面を少なくとも有しており、しかも反射面は、パワーを有する偏心した曲面形状で、偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状からなっている。

このように、対物レンズ自体に、光源からの光束の光路を変換する反射機能と、その光束を集光する集光機能とを持たせることにより、例えば、記録媒体に対して光学的に記録再生を行う光ヘッド装置に使用した場合には、光ヘッド装置を小型化・薄型化することが可能となる。

ここで、光源からの光束を絞りを経て対物レンズにより記録媒体に集光する場合、絞り中心を通過して記録媒体の結像面中心に到達する光線を軸上主光線としたとき、対物レンズ内の反射面が、軸上主光線に対して偏心していないと、光源からの光束を記録媒体方向の光路に変換させることができない。

しかし、光路を変換する反射面はパワーを有しているため、この反射面を軸上主光線に対して偏心させると、偏心による収差が発生することになる。この収差を補正するには、対物レンズを構成する面のうち、少なくとも１つの面は回転非対称な面とすることが望ましく、その中でも、特に、パワーを有した反射面を回転非対称な面にすることが好ましい。

また、光源は、製品としてのばらつきもあるが、温度変化や出力変化、あるいは光ヘッド装置の場合には記録媒体からの反射光の戻り等によって、発振波長が数ｎｍ突然とぶモードホッピングが生じることがある。このため、対物レンズで発生する色収差を良好に補正する必要がある。ここで、レンズのような屈折光学素子では、境界面に曲率を付けることでパワーを持たせることから、境界面で光線が屈折する際に、屈折光学素子の色分散特性による色収差の発生が避けられないが、ミラーやプリズム等のような反射光学素子では、その反射面にパワーを持たせても原理的に色収差の発生は無い。

本発明においては、反射面を、軸上主光線に対して偏心させると共に、その面形状を回転非対称としてパワーを持たせるので、全系で必要とする主たる正のパワーを反射面に持たせることができ、これにより入射面および出射面の透過面におけるパワーを緩めることができるので、色収差の発生自体を小さくできる効果も得られる。

以下の条件式は、反射面のパワーを全系のパワーで規格化したものであり、上限の１０．０を超えると正のパワーが弱くなって、色収差の発生を小さくすることができなくなる。
φＸ ／ φ２Ｘ ＜ １０．０
φＹ ／ φ２Ｙ ＜ １０．０

以上のように、対物レンズに、入射面および反射面の他に、入射面から入射した光束の光路を変換する反射面を設け、その反射面を、光束を集光するパワーを有する偏心した曲面形状で、偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状とすることにより、高い開口数に対して良好な光学性能を得ることができ、この対物レンズを光ヘッド装置に使用することで、高い開口数に対して良好な光学性能が得られ、装置の小型化、薄型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施の形態に係る対物レンズの構成を示すものである。この対物レンズ１０は、光ヘッド装置用のもので、入射面１１、反射面１２および出射面１３を有しており、図示しない半導体レーザ等の光源から出射されてコリメートされ、さらに絞り２を経た光束を、入射面１１から内部に入射させて反射面１２で反射させてから、出射面１３から外部に出射させて、記録媒体３７の記録面３９に集光するものである。

ここで、入射面１１、反射面１２および出射面１３は、全て自由曲面からなっており、さらに、反射面は、光束を集光するパワーを有する偏心した曲面形状で、偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状となっている。

図２は、本発明の第２実施の形態に係る対物レンズの構成を示すものである。この対物レンズ２０は、第１実施の形態と同様、光ヘッド装置用のもので、入射面２１、反射面２２および出射面２３を有しており、図示しない半導体レーザ等の光源から出射されてコリメートされ、さらに絞り２を経た光束を、入射面２１から内部に入射させて反射面２２で反射させてから、出射面２３から外部に出射させて、記録媒体３７の記録面３９に集光するものである。

ここで、入射面２１および反射面２２は自由曲面からなり、出射面２３は非球面からなっており、さらに、反射面は、光束を集光するパワーを有する偏心した曲面形状で、偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状となっている。

上記の第１実施の形態の対物レンズ１０における数値データの一例を後記の実施例１に、第２実施の形態の対物レンズ２０における数値データの一例を後記の実施例２に示す。

なお、実施例１，２の構成パラメータにおいては、図１および図２に示すように、順光線追跡で、軸上主光線１を、図示しない光源中心から光学系の絞り２の中心を垂直に通り、記録媒体３７の記録面３９である像面に至る光線で定義する。また、絞り２の中心位置を偏心光学系の偏心光学面の原点として、軸上主光線１に沿う方向をＺ軸方向とし、光源から光学系の入射面に向かう方向をＺ軸正方向、図１の紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向、Ｘ軸およびＺ軸とともに直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。

実施例１，２では、Ｙ−Ｚ平面内で、入射面１１、反射面１２および出射面１３の各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をＸ−Ｚ面としている。なお、図１および図２は、対物レンズの軸上主光線１を含むＹ−Ｚ断面図を示している。

偏心面については、光学系の原点中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸＤＥ、ＹＤＥ、ＺＤＥとする）と、その面の中心軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心とするそれぞれの傾き角（それぞれＡＤＥ、ＢＤＥ、ＣＤＥ（°）とする）とが与えられている。ここで、ＡＤＥ、ＢＤＥの正は、それぞれＸ軸、Ｙ軸の正方向に対して反時計回りを、ＣＤＥの正は、Ｚ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、偏心面の中心軸のＡＤＥ、ＢＤＥ、ＣＤＥの回転のさせ方は、偏心面の中心軸と、そのＸＹＺ直交座標系とを、まずＸ軸の回りで反時計回りにＡＤＥ回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の周りで反時針回りにＢＤＥ回転させ、その後、２度回転（ＡＤＥ回転とＢＤＥ回転）した面の中心軸を、新たな座標系のＺ軸の周りで時計回りにＣＤＥ回転させるものである。

また、対物レンズ１０の媒質の屈折率、アッベ数は慣用法に従って与えられている。

自由曲面の面形状は、例えば下記の（１）式で定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸、すなわち上記の偏心面の中心軸となる。

ここで、（１）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。また、球面項中、ｒ＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２、Ｒ：頂点の曲率半径、ｋ：コーニック定数であり、自由曲面項は、下記の（２）式で表わされる。ただし、Ｃ_ｊは係数である。

＝Ｃ_１
＋Ｃ_２Ｘ＋Ｃ_３Ｙ
＋Ｃ_４Ｘ^２＋Ｃ_５ＸＹ＋Ｃ_６Ｙ^２
＋Ｃ_７Ｘ^３＋Ｃ_８Ｘ^２Ｙ＋Ｃ_９ＸＹ^２＋Ｃ_１０Ｙ^３
＋Ｃ_１１Ｘ^４＋Ｃ_１２Ｘ^３Ｙ＋Ｃ_１３Ｘ^２Ｙ^２＋Ｃ_１４ＸＹ^３＋Ｃ_１５Ｙ^４
＋Ｃ_１６Ｘ^５＋Ｃ_１７Ｘ^４Ｙ＋Ｃ_１８Ｘ^３Ｙ^２＋Ｃ_１９Ｘ^２Ｙ^３＋Ｃ_２０ＸＹ^４
＋Ｃ_２１Ｙ^５
＋Ｃ_２２Ｘ^６＋Ｃ_２３Ｘ^５Ｙ＋Ｃ_２４Ｘ^４Ｙ^２＋Ｃ_２５Ｘ^３Ｙ^３＋Ｃ_２６Ｘ^２Ｙ^４
＋Ｃ_２７ＸＹ^５＋Ｃ_２８Ｙ^６
＋Ｃ_２９Ｘ^７＋Ｃ_３０Ｘ^６Ｙ＋Ｃ_３１Ｘ^５Ｙ^２＋Ｃ_３２Ｘ^４Ｙ^３＋Ｃ_３３Ｘ^３Ｙ^４
＋Ｃ_３４Ｘ^２Ｙ^５＋Ｃ_３５ＸＹ^６＋Ｃ_３６Ｙ^７・・・・・
（２）

また、非球面の面形状は、下記の（３）式で定義される回転対称非球面であり、その定義式のＺ軸が非球面の軸、すなわち上記の偏心面の中心軸となる。

なお、上記（３）式において、ｙはＺ軸と垂直な方向にとる。また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・は、それぞれ４次、６次、８次、１０次・・・の非球面係数である。

なお、実施例１，２において、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率は波長６５０ｎｍに対するものを、アッベ数についてはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。また、長さの単位はｍｍである。

また、焦点距離については、本発明の対物レンズは、回転対称軸を有しない回転非対称面形状で、近軸計算から焦点距離を導くことに意味がないので、焦点距離を次のように定義する。

すなわち、物点中心から絞り中心を通る軸上主光線１と平行に絞り中心からＸ軸方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線１と平行に対物レンズに入射する光線を光線追跡したときの出射光線のＮＡ（軸上主光線１となす角の正弦値）を上記Ｈで割った値を、対物レンズ全体のＸ方向の焦点距離ｆｘ（ｍｍ）と定義する。また、絞り中心からＹ軸方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線１と平行に対物レンズに入射する光線を光線追跡したときの出射光線のＮＡを上記Ｈで割った値を、対物レンズ全体のＹ方向の焦点距離ｆｙ（ｍｍ）と定義する。

さらに、これらの焦点距離の逆数を、それぞれ、偏心光学系のＸ方向のパワーφＸ、Ｙ方向のパワーφＹと定義し、同様に、偏心光学系を構成する偏心光学面ｎのＸ方向のパワーをφｎＸ、Ｙ方向のパワーをφｎＹと定義する。

また、実施例１，２において、「ＡＳＳ」は非球面、「ＦＦＳ」は自由曲面、「ＲＥ」は反射面、「λ」は波長を示している。なお、実施例１，２は、波長６５０ｎｍ、ＮＡ０．６５、瞳径３．６ｍｍで設計されている。

λ ｆｘ ｆｙ
635ｎｍ 2.7653 2.7682
650ｎｍ 2.7666 2.7692
665ｎｍ 2.7679 2.7702

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∽ ∽
１ ∽（絞り）
２ ＦＦＳ１ 偏心１ 1.523082 56.4
３ ＦＦＳ２（ＲＥ） 偏心２ 1.523082 56.4
４ ＦＦＳ３ 偏心３
５ ∽ 偏心４ 1.579111 30.3
像面 ∽ 偏心５

ＦＦＳ１
Ｃ_４ 4.9722×10^-２ Ｃ_６ 1.0258×10^-２ Ｃ_８ 3.3290×10^-２
Ｃ_１０ -1.6731×10^-２ Ｃ_１１ -5.1991×10^-３ Ｃ_１３ -9.5443×10^-３
Ｃ_１５ -5.7540×10^-３ Ｃ_１７ 1.8778×10^-３ Ｃ_１９ 1.4619×10^-４
Ｃ_２１ -1.2366×10^-３ Ｃ_２２ -2.6411×10^-４ Ｃ_２４ -3.6206×10^-４
Ｃ_２６ -1.9653×10^-３ Ｃ_２８ -3.2084×10^-４

ＦＦＳ２
Ｃ_４ -6.7101×10^-２ Ｃ_６ -4.1537×10^-２ Ｃ_８ 1.7235×10^-２
Ｃ_１０ 2.1308×10^-３ Ｃ_１１ -2.3808×10^-３ Ｃ_１３ -1.9268×10^-３
Ｃ_１５ -4.8901×10^-４ Ｃ_１７ -9.5037×10^-４ Ｃ_１９ -4.0933×10^-４
Ｃ_２１ 5.4729×10^-５ Ｃ_２２ 1.9230×10^-４ Ｃ_２４ 3.9350×10^-４
Ｃ_２６ 6.0765×10^-５ Ｃ_２８ -4.5842×10^-６

ＦＦＳ３
Ｃ_４ 8.9056×10^-２ Ｃ_６ 2.7718×10^-２ Ｃ_１０ -1.4444×10^-３３
Ｃ_１１ -5.7693×10^-３ Ｃ_１３ -4.0185×10^-２ Ｃ_１５ -1.7538×10^-２

偏心１
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.0 ＺＤＥ：5.873749
ＡＤＥ：0.908727 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心２
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.032684 ＺＤＥ：11.873749
ＡＤＥ：44.586222 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心３
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-2.759281 ＺＤＥ：11.818207
ＡＤＥ：85.002039 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心４
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-3.259222 ＺＤＥ：11.825925
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心５
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-3.859222 ＺＤＥ：11.831790
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

λ ｆｘ ｆｙ
635ｎｍ 2.7662 2.7680
650ｎｍ 2.7673 2.7692
665ｎｍ 2.7684 2.7704

面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∽ ∽
１ ∽（絞り）
２ ＦＦＳ１ 偏心１ 1.523082 56.4
３ ＦＦＳ２（ＲＥ） 偏心２ 1.523082 56.4
４ ＡＳＳ１ 偏心３
５ ∽ 偏心４ 1.579111 30.3
像面 ∽ 偏心５

ＦＦＳ１
Ｃ_４ 4.0064×10^-２ Ｃ_６ 1.1436×10^-２ Ｃ_８ 5.0236×10^-２
Ｃ_１０ -2.0108×10^-２ Ｃ_１１ -5.6403×10^-３ Ｃ_１３ -1.2838×10^-２
Ｃ_１５ -5.8566×10^-３ Ｃ_１７ 3.4671×10^-３ Ｃ_１９ -3.7383×10^-３
Ｃ_２１ -1.2849×10^-３ Ｃ_２２ -1.6517×10^-４ Ｃ_２４ -5.6884×10^-４
Ｃ_２６ -1.9261×10^-３ Ｃ_２８ -3.8486×10^-４

ＦＦＳ２
Ｃ_４ -7.2358×10^-２ Ｃ_６ -4.1519×10^-２ Ｃ_８ 1.9939×10^-２
Ｃ_１０ 1.8272×10^-３ Ｃ_１１ -1.8802×10^-３ Ｃ_１３ -1.6721×10^-３
Ｃ_１５ -4.2490×10^-４ Ｃ_１７ -3.9015×10^-４ Ｃ_１９ -6.5615×10^-４
Ｃ_２１ 3.2679×10^-５ Ｃ_２２ 8.3140×10^-５ Ｃ_２４ 2.8629×10^-４
Ｃ_２６ 8.9685×10^-５ Ｃ_２８ -2.6624×10^-６

ＡＳＳ１
Ｒ 27.05045
ｋ 213.713181
Ａ 0.272314×10^-１
Ｂ -0.186268×10^-１
Ｃ -0.758734×10^-３
Ｄ 0.258684×10^-２

偏心１
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.0 ＺＤＥ：6.860014
ＡＤＥ：0.540679 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心２
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.015852 ＺＤＥ：11.751304
ＡＤＥ：44.219650 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心３
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-2.788166 ＺＤＥ：11.665810
ＡＤＥ：83.726477 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心４
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-3.288137 ＺＤＥ：11.671318
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心５
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-3.888137 ＺＤＥ：11.675504
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

図３（ａ）および（ｂ）は、上記実施例１の対物レンズ１０におけるＹ方向の収差およびＸ方向の収差をそれぞれ示しており、図４（ａ）および（ｂ）は、上記実施例２の対物レンズ２０におけるＹ方向の収差およびＸ方向の収差をそれぞれ示している。また、上記実施例１，２におけるφＸ／φ２ＸおよびφＹ／φ２Ｙの値を下表に示す。

上記第１および第２実施の形態によれば、いずれも反射面（１２，２２）が主なパワー成分を有しているので、波長６５０ｎｍ±１５ｎｍの範囲で、焦点距離の差を±２μｍ以内とすることができ、軸上色収差を十分に補正することができる。したがって、偏心光学系での偏心収差を良好に補正でき、記録面（像面）３９において、良好なスポットを形成することができる。

また、第２実施の形態において、対物レンズ２０を構成する三つの面２１，２２，２３のうち、少なくとも一つの面を回転対称な面とすれば、その回転対称面に回折光学素子等を容易に付加することができるので、例えば、保護層が異なる２種類の記録媒体に対しても良好な光学特性を得ることができる。

なお、第１および第２実施の形態に示した対物レンズ１０，２０は、ガラスで作製しても良いが、記録媒体３７に対して、フォーカス方向およびトラッキング方向に可動する必要があるため、軽量化の観点からはプラスチックで作製するのが望ましい。また、本発明による対物レンズでは、パワーを有する曲面からなる内部の反射面で発生する回転非対称な収差を、反射作用を持った面形状を工夫することによって良好に補正するものであるが、湿度の変化によって媒質の屈折率が変化すると、収差の補正性能が劣化することになる。したがって、対物レンズの材質としては、ポリオレフィン系樹脂等の湿度変化の影響を受け難い吸水線膨張率の小さい材質（例えば、「ＺＥＯＮＥＸ」（株）日本ゼオン製）を用いることが望ましい。なお、材質の吸水率αは、具体的には、０＜α＜０．１（％）、を満たすことが望ましく、この条件式の上下限を越えると、収差の補正性能の劣化を招き望ましくない。

図５は、本発明の第３実施の形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示すものである。

この光ヘッド装置は、第１実施の形態に示した対物レンズ１０を組み込んだもので、波長６５０ｎｍの光を発振する半導体レーザ３１、コリメータレンズ３２、偏光ビームスプリッタ３３、１／４波長板３８、シリンドリカルレンズ３５、光検出器３６、対物レンズ１０を有している。

半導体レーザ３１から出射された直線偏光の光束は、偏光ビームスプリッタ３３にＳ偏光（Ｙ方向に偏光している）で入射する。偏光ビームスプリッタ３３の面３４で反射された光束は、コリメータレンズ３２で平行光束に変換された後、１／４波長板３８を透過して円偏光に変換されて対物レンズ１０の入射面１１から入射する。

なお、図５においては、説明の都合上、１／４波長板３８と対物レンズ１０との間で光軸周りに９０度回転して示している。

対物レンズ１０の入射面１１から入射した光束は、反射面１２で光路が記録媒体３７の方向に変換されて出射面１３から出射され、記録媒体３７の記録面３９にスポットを形成し、これにより情報の記録、消去あるいは再生が行われる。

情報の再生においては、記録媒体３７の記録面３９から反射された光束は、対物レンズ１０の出射面１３より入射し、反射面１２で半導体レーザ３１の方向に光路が変換され、入射面１１から出射される。対物レンズ１０より出射された記録媒体３７からの戻り光は、１／４波長板３８を通過することにより、光束の偏光状態が往路とは直交する方向に変換されて、コリメータレンズ３２で収束光束に変換され、偏光ビームスプリッタ３３にＰ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ３３に入射した戻り光は、偏光ビームスプリッタ３３の面３４をほぼ１００％透過し、シリンドリカルレンズ３５により非点収差が与えられて光検出器３６で受光され、その出力に基づいて情報信号の再生、およびサーボ信号が検出される。

光検出器３６は、例えば図６に示すように４分割された受光領域３６Ａ〜３６Ｄを有しており、それらの受光領域３６Ａ〜３６Ｄの出力をＡ〜Ｄとするとき、再生信号ＲＦは、ＲＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄで検出される。また、サーボ信号であるフォーカスエラー信号ＦＥＳは、非点収差法を用いて、ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）で検出され、トラッキングエラー信号ＴＥＳは、プッシュプル法を用いて、ＴＥＳ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）で検出される。

ここで、図７に示したように、対物レンズ５５と立ち上げミラー５４とを別々に設ける従来の光ヘッド装置において、プッシュプル法を用いてトラッキングエラー信号を検出しようとすると、対物レンズ５５がトラッキング方向にシフトしたときに、トラッキングエラー信号にオフセットが発生するという問題がある。

このため、従来の光ヘッド装置では、対物レンズがトラッキング方向にシフトしてもトラッキングエラー信号にオフセットが発生しない、３ビーム法を用いてトラッキングエラー信号を検出するのが一般的である。しかし、３ビーム法では、１つの光束を回折格子で分光して３つの光束を得るようにしているため、光効率上不利となり、各光束のパワーが低下して記録媒体の高速回転化ができないという問題がある。

これに対し、本実施の形態では、対物レンズ１０を集光機能と反射機能とを兼ね備えて構成しているので、プッシュプル法を用いてトラッキングエラー信号を検出するようにしても、光検出器３６上での対物レンズ１０のトラッキング方向を光軸方向（Ｚ方向）とすることによって、対物レンズ１０がトラッキング方向にシフトしてもトラッキングエラー信号にオフセットが生じることがない。したがって、１ビームでトラッキングエラー信号を良好に得ることができるので、光効率の問題も改善でき、記録媒体の高速回転化が可能になるという効果も得られる。

なお、本実施の形態の光ヘッド装置において、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号のサーボ信号は、上記の非点収差法やプッシュプル法に限定されるものではなく、公知の種々の方式を採用することができる。また、図５では、第１実施の形態に示した対物レンズ１０を組み込んだが、第２実施の形態に示した対物レンズ２０を組み込んで光ヘッド装置を構成することもできる。

本発明の第１実施の形態に係る対物レンズの構成を示す図である。 同じく、第２実施の形態に係る対物レンズの構成を示す図である。 実施例１の対物レンズにおけるＹ方向の収差およびＸ方向の収差をそれぞれ示す図である。 同じく、実施例２の対物レンズにおけるＹ方向の収差およびＸ方向の収差をそれぞれ示す図である。 本発明の第３実施の形態に係る光ヘッド装置の概略構成を示す図である。 図５に示す光検出器の構成を示す図である。 従来の光ヘッド装置の一例を示す図である。 同じく、他の例を示す図である。

符号の説明

１０，２０ 対物レンズ
１１，２１ 入射面
１２，２２ 反射面
１３，２３ 出射面
３１ 半導体レーザ
３２ コリメータレンズ
３３ 偏光ビームスプリッタ
３５ シリンドリカルレンズ
３６ 光検出器
３７ 記録媒体
３８ １／４波長板
３９ 記録面

Claims (6)

1. 光源からの光束を集光する対物レンズであって、
   上記光束が入射する入射面と、該入射面から入射した光束の光路を変換する反射面と、該反射面で反射された光束を射出する出射面とを少なくとも有し、
   上記反射面は、光束を集光するパワーを有する偏心した曲面形状で、偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状からなることを特徴とする対物レンズ。
2. 上記入射面または上記出射面は、上記反射面の偏心よって発生する収差を補正する回転非対称な曲面形状からなることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
3. 上記入射面および上記出射面は、それぞれ上記反射面の偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な曲面形状からなることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
4. 上記反射面は、正のパワーを有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の対物レンズ。
5. 上記光源からの光束の中心光線を軸上主光線とし、全系の偏心方向がＹ方向で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面と直交する方向をＸ方向とするとき、上記反射面の軸上主光線の位置でのＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれφ２Ｘ、φ２Ｙとし、全系のＸ方向、Ｙ方向のパワーをそれぞれφＸ、φＹとしたとき、φＸ／φ２Ｘ＜１０．０、φＹ／φ２Ｙ＜１０．０、を満足するように構成したことを特徴とする請求項１，２，３または４に記載の対物レンズ。
6. 少なくとも、光源と、往復光路分離素子と、請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズと、受光手段とを有し、上記光源からの光束を上記往復光路分離素子および上記対物レンズを経て記録媒体に照射し、上記往復光路分離素子で分離される上記記録媒体からの戻り光を上記受光手段で受光して、情報の再生を行うように構成したことを特徴とする光ヘッド装置。

Images