JP2005321474A

JP2005321474A - 対物レンズおよびそれを用いた光ヘッド装置

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Publication number: JP2005321474A
Application number: JP2004137626A
Authority: JP
Inventors: Masato Miyata; 正人宮田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】例えば光ヘッド装置に用いた場合に、装置の低価格化および小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、光束の光路を変換する反射面１２と、光束を射出する出射面１３とを少なくとも有し、光束を集光する集光機能と、光束の形状を変換するビーム整形機能とを兼ね備えることを特徴とする。
【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、光記録においては、記録媒体である光ディスクに形成された同心円状またはスパイラル状のトラック上に情報を記録再生する光ディスク装置が既に実用化されている。

一方、近年の光記録においては、高密度化と共に高速化が進められており、情報の記録および消去時に記録媒体に集光させる光量の向上が望まれている。このため、光ディスク装置に搭載される光源および対物レンズ等を備える光ヘッド装置においては、光効率の向上が必要となっている。

ところで、光ヘッド装置においては、光源として一般に半導体レーザが使用されているが、図８に示すように、半導体レーザ１０１から出射される光は、出射方向と直交する平面内で半導体レーザ１０１の活性層１０１ａに垂直なＸ方向と活性層１０１ａに平行なＹ方向とで光強度分布が異なり、楕円パターンの発散光束となる。このため、対物レンズの開口絞りを、光強度分布の狭い方向（Ｙ方向）の半値までの光束を通過するように円形に構成すると、光強度分布の広い方向（Ｘ方向）ではかなりの光量がけられることになって、光効率が低下することになる。したがって、光ヘッド装置の光効率を向上するためには、半導体レーザから出射された楕円パターンの光の楕円率を改善する必要がある。

この半導体レーザからの出射光の楕円率を改善して光効率の向上を図った従来の光ヘッド装置として、例えば図９に示す構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図９に示す光ヘッド装置においては、半導体レーザ１０１から紙面に平行な偏光面を持つ直線偏光で放射された楕円パターンの発散光束を、コリメータレンズ１０２で平行光束に変換して、ビーム整形プリズム１１３でビーム整形すなわち楕円率を改善し、その後、偏光プリズム１０３を透過させて１／４波長板１０４に入射させ、この１／４波長板１０４を透過させることによって、偏光状態を直線偏光から円偏光に変換している。

１／４波長板１０４を透過した平行光束は、立上げミラー１０５によって記録媒体１０７の方向に反射させ、さらに対物レンズ１０６により集光して記録媒体１０７上に微小スポットを形成し、情報の再生、記録および消去を行うようにしている。

なお、図９においては、説明の都合上、１／４波長板１０４と立上げミラー１０５との間で、光軸周りに９０度回転して表示している。

また、記録媒体１０７で反射された光束は、対物レンズ１０６および立上げミラー１０５を経て、再び１／４波長板１０４を透過させている。ここで、復路において、１／４波長板１０４に入射する円偏光は、旋回方向が往路時と異なり逆転しているので、１／４波長板１０４を通過することによって、偏光状態が紙面に対して垂直な偏光面を持つ直線偏光に変換される。

１／４波長板１０４で偏光状態が紙面に対して垂直な偏光面を持つ直線偏光に変換された光束は、偏光プリズム１０３でほぼ１００％反射させて集光レンズ１０８で収束光束に変換し、さらにハーフプリズム１０９で２つの光束に分岐して、その一方の光束を、光検出器１１０で受光して記録媒体１０７に記録されている情報の再生を行い、他方の光束を、シリンドリカルレンズ１１２を経て光検出器１１１で受光して、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号等のサーボ信号を検出している。
特開昭６３−５６８２３号公報（第４図）

しかしながら、特許文献１に開示のように、ビーム整形プリズム１１３を光学系に組み込む構成にあっては、その分、光学部品点数および組立工程が増えてコストアップを招くことが懸念されると共に、光ヘッド装置自体も大型化することが懸念される。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、例えば光ヘッド装置に用いた場合に、装置の低価格化および小型化が図れる対物レンズおよびそれを用いた光ヘッド装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載の発明は、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、光束の光路を変換する反射面と、光束を射出する出射面とを少なくとも有し、上記光束を集光する集光機能と、上記光束の形状を変換するビーム整形機能とを兼ね備えることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の対物レンズにおいて、上記反射面を一面有し、該反射面により上記入射面から入射した光束の光路を上記出射面方向に変換することを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の対物レンズにおいて、上記入射面が、上記ビーム整形機能を有することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１，２または３に記載の対物レンズにおいて、上記入射面は、光束にパワーを与え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５に記載の発明は、請求項１または２に記載の対物レンズにおいて、上記反射面は、光束にパワーを与え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６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項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、上記光源の基準波長をλとするとき、Ｘ方向およびＹ方向の焦点距離ｆｘ（λ）およびｆｙ（λ）が、ｆｘ（λ）／ｆｙ（λ）＞１．１、を満足することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項７に記載の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１〜６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。

本発明の対物レンズによれば、光束の集光機能の他に、光束の形状を変換するビーム整形機能を備えているので、例えば光ヘッド装置に用いた場合には、別にビーム整形プリズムを設ける必要がないので、小型かつ安価な光ヘッド装置を実現することができる。

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、さらに楕円形状の開口絞り２を経た光束を、入射面１１から内部に入射させ、反射面１２で出射面１３の方向に反射させてから、出射面１３から外部に出射させて、記録媒体５０の記録面（像面）３に集光するものである。

ここで、入射面１１は、開口絞り２を経た光束を屈折して入射することでビーム整形する機能を有している。また、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、さらに楕円形状の開口絞り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５０の記録面３に集光するものである。

ここで、入射面２１は、開口絞り２を経た光束に負のパワーを与えることでビーム整形する機能を有している。また、入射面２１、反射面２２および出射面２３は、全て自由曲面からなっている。

図３は、本発明の第３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３０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３１、反射面３２，３３および出射面３４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、さらに楕円形状の開口絞り２を経た光束を、入射面３１から内部に入射させて反射面３２，３３で順次反射させてから、出射面３４から外部に出射させて、記録媒体５０の記録面３に集光するものである。

ここで、反射面３２は、光束に負のパワーを与えることでビーム整形する機能を有している。また、反射面３２，３３および出射面３４は、自由曲面からなっている。

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、第３実施の形態の対物レンズ３０における数値データの一例を後記の実施例３にそれぞれ示す。

なお、実施例１〜３の構成パラメータにおいては、図１〜図３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開口絞り２の中心を垂直に通り、記録媒体５０の記録面３である像面に至る光線で定義する。また、開口絞り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１〜３では、Ｙ−Ｚ平面内で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〜図３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。また、図１及び図２の開口絞り２は、Ｘ方向が３．６ｍｍ、Ｙ方向が２．０ｍｍとなっており、図３の開口絞りは、Ｘ方向が４．０ｍｍ、Ｙ方向が２．０ｍｍとなっている。

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、それぞれの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、面の中心軸のＡＤＥ、ＢＤＥ、ＣＤＥの回転のさせ方は、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１０，２０，３０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、例えば特開２０００−６６１０５号公報に開示されている下記の（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）

なお、実施例１〜３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、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。

また、実施例１〜３において、「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１〜３は、波長６５０ｎｍ、ＮＡ０．６５で設計されている。

λ ｆｘｆｙ
650ｎｍ 2.75 1.54

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）
２ＦＦＳ１偏心１ 1.523082 56.4
３ＦＦＳ２（ＲＥ）偏心２ 1.523082 56.4
４ＦＦＳ３偏心３
５ ∞ 偏心４ 1.579111 30.3
像面 ∞ 偏心５

ＦＦＳ１
Ｃ_４ -3.7912×10^-２Ｃ_６ -1.0251×10^-２Ｃ_８ 1.3220×10^-２
Ｃ_１０ 1.9335×10^-３Ｃ_１１ -4.4878×10^-３Ｃ_１３ -5.6368×10^-３
Ｃ_１５ -6.2983×10^-４

ＦＦＳ２
Ｃ_４ -6.2986×10^-２Ｃ_６ -4.3566×10^-２Ｃ_８ 4.3703×10^-３
Ｃ_１０ 2.3140×10^-３Ｃ_１１ -4.6681×10^-４Ｃ_１３ -6.6881×10^-４
Ｃ_１５ -1.6828×10^-４Ｃ_１７ -3.1149×10^-４Ｃ_１９ -2.8753×10^-４
Ｃ_２１ -2.4962×10^-５Ｃ_２２ 4.9359×10^-５Ｃ_２４ 1.1690×10^-４
Ｃ_２６ 5.9480×10^-５Ｃ_２８ 5.8132×10^-６

ＦＦＳ３
Ｃ_４ 8.4684×10^-２Ｃ_６ 1.6024×10^-２Ｃ_８ 8.0434×10^-３
Ｃ_１０ 2.5249×10^-２Ｃ_１１ -2.8322×10^-３Ｃ_１３ 3.1912×10^-３
Ｃ_１５ 4.8098×10^-３

偏心１
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.0 ＺＤＥ：10.156934
ＡＤＥ：68.716405 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心２
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：2.176397 ＺＤＥ：13.779370
ＡＤＥ：62.193362 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心３
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-0.978516 ＺＤＥ：13.966190
ＡＤＥ：99.798880 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心４
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-1.978516 ＺＤＥ：13.966341
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心５
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-2.578516 ＺＤＥ：13.966398
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

λ ｆｘｆｙ
650ｎｍ 2.77 1.54

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）
２ＦＦＳ１偏心１ 1.523082 56.4
３ＦＦＳ２（ＲＥ）偏心２ 1.523082 56.4
４ＦＦＳ３偏心３
５ ∞ 偏心４ 1.579111 30.3
像面 ∞ 偏心５

ＦＦＳ１
Ｃ_４ 4.7304×10^-３Ｃ_６ -1.2148×10^-１Ｃ_８ 2.5413×10^-２
Ｃ_１０ -3.2544×10^-２Ｃ_１１ -3.1400×10^-３Ｃ_１３ -1.5304×10^-２
Ｃ_１５ -1.6439×10^-２Ｃ_１７ 1.9819×10^-３Ｃ_１９ 1.8185×10^-３
Ｃ_２１ -7.1430×10^-３Ｃ_２２ -8.5930×10^-５Ｃ_２４ -1.2562×10^-３
Ｃ_２６ -4.2888×10^-３Ｃ_２８ -3.0659×10^-３

ＦＦＳ２
Ｃ_４ -6.8338×10^-２Ｃ_６ -4.8785×10^-２Ｃ_８ 9.6477×10^-３
Ｃ_１０ 2.7817×10^-３Ｃ_１１ -3.3131×10^-４Ｃ_１３ -9.1528×10^-４
Ｃ_１５ -3.6859×10^-４Ｃ_１７ -2.1026×10^-４Ｃ_１９ 1.9683×10^-５
Ｃ_２１ 3.3506×10^-５Ｃ_２２ 7.1724×10^-５Ｃ_２４ 4.9736×10^-５
Ｃ_２６ 3.1919×10^-６Ｃ_２８ -1.9281×10^-６

ＦＦＳ３
Ｃ_４ 3.5006×10^-２Ｃ_６ -3.4140×10^-２Ｃ_８ 3.4123×10^-２
Ｃ_１０ -2.2898×10^-４Ｃ_１１ -2.5931×10^-４Ｃ_１３ -3.7935×10^-３
Ｃ_１５ -5.2589×10^-４Ｃ_１７ -3.9280×10^-５Ｃ_１９ 2.1019×10^-５
Ｃ_２１ 1.8753×10^-４Ｃ_２２ 9.7631×10^-６Ｃ_２４ 1.4393×10^-４
Ｃ_２６ 3.4144×10^-５Ｃ_２８ 1.2132×10^-５

偏心１
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.0 ＺＤＥ：3.652733
ＡＤＥ：10.708357 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心２
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.765165 ＺＤＥ：15.481751
ＡＤＥ：44.908662 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心３
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-1.796647 ＺＤＥ：15.307835
ＡＤＥ：78.776154 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心４
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-2.796845 ＺＤＥ：15.307779
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心５
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-3.396845 ＺＤＥ：15.307758
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

λ ｆｘｆｙ
650ｎｍ 3.08 1.54

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 ∞ 偏心１ 1.523082 56.4
３ＦＦＳ１（ＲＥ）偏心２ 1.523082 56.4
４ＦＦＳ２（ＲＥ）偏心３ 1.523082 56.4
５ＦＦＳ３偏心４
６ ∞ 偏心５ 1.579111 30.3
像面 ∞ 偏心６

ＦＦＳ１
Ｃ_４ 2.7772×10^-２Ｃ_６ 8.1191×10^-２Ｃ_８ 1.4935×10^-２
Ｃ_１０ -1.1649×10^-２Ｃ_１１ 1.6157×10^-４Ｃ_１３ 7.8567×10^-３
Ｃ_１５ 4.6155×10^-３Ｃ_１７ 5.9186×10^-４Ｃ_１９ 4.8569×10^-３
Ｃ_２１ -8.3401×10^-４Ｃ_２２ 1.2491×10^-５Ｃ_２４ 4.5650×10^-４
Ｃ_２６ -2.0636×10^-４Ｃ_２８ 1.6759×10^-３

ＦＦＳ２
Ｃ_４ 5.8007×10^-２Ｃ_６ 5.8419×10^-２Ｃ_８ 3.8036×10^-３
Ｃ_１０ -2.4068×10^-４Ｃ_１１ 1.6041×10^-４Ｃ_１３ 3.4686×10^-４
Ｃ_１５ 2.8607×10^-４Ｃ_１７ 5.4633×10^-５Ｃ_１９ 4.2979×10^-５
Ｃ_２１ -8.7238×10^-６Ｃ_２２ 1.0367×10^-６Ｃ_２４ -3.1626×10^-６
Ｃ_２６ -1.0273×10^-５Ｃ_２８ 4.2955×10^-６

ＦＦＳ３
Ｃ_４ 7.6079×10^-３Ｃ_６ -1.5261×10^-２Ｃ_８ 6.1333×10^-３
Ｃ_１０ 1.8204×10^-２Ｃ_１１ 2.4467×10^-４Ｃ_１３ -2.1194×10^-３
Ｃ_１５ 1.4186×10^-３

偏心１
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.0 ＺＤＥ：4.6
ＡＤＥ：0.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心２
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：0.0 ＺＤＥ：11.802201
ＡＤＥ：19.211499 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心３
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：-3.443554 ＺＤＥ：7.461098
ＡＤＥ：64.211499 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心４
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：1.491402 ＺＤＥ：7.461098
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心５
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：2.491402 ＺＤＥ：7.461098
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

偏心６
ＸＤＥ：0.0 ＹＤＥ：3.091402 ＺＤＥ：7.461098
ＡＤＥ：90.0 ＢＤＥ：0.0 ＣＤＥ：0.0

図４（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５（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おり、図６（ａ）および（ｂ）は、上記実施例３の対物レンズ３０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１〜３におけるｆｘ（650nm）／ｆｙ（650nm）の値を下表に示す。

上記第１実施の形態によれば、光源からの光束は、入射面１１でビーム整形されるので、楕円形状の開口絞り２（Ｘ方向３．６ｍｍ、Ｙ方向２．０ｍｍ）に対して、像面３において良好な円形スポットを形成することができる。また、入射面１１、反射面１２および出射面１３が自由曲面で構成されているので、偏心光学系での偏心収差補正が良好に行われ、像面３において、良好なスポットを形成することができる。

また、上記第２実施の形態によれば、光源からの光束は、入射面２１で負のパワーが与えられてビーム整形されるので、第１実施の形態と同様に、楕円形状の開口絞り２（Ｘ方向３．６ｍｍ、Ｙ方向２．０ｍｍ）に対して、像面３において良好な円形スポットを形成することができる。また、第１実施の形態と同様に、入射面２１、反射面２２、出射面２３が自由曲面で構成されているので、偏心光学系での偏心収差補正が良好に行われ、像面３において良好なスポットを形成することができる。

さらに、上記第３実施の形態によれば、光源からの光束は、反射面３２で負のパワーが与えられてビーム整形されるので、楕円形状の開口絞り２（Ｘ方向４．０ｍｍ、Ｙ方向２．０ｍｍ）に対して、像面３において良好な円形スポットを形成することができる。また、反射面３２，３３および出射面３４が自由曲面で構成されているので、偏心光学系での偏心収差補正が良好に行われ、第１、第２実施の形態と同様に、像面３において良好なスポットを形成することができる。

なお、第１〜第３実施の形態に示した対物レンズ１０，２０，３０は、ガラスで作製しても良いが、記録媒体５０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、上記実施の形態では、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７は、本発明の第４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４１、偏光ビームスプリッタ４３、コリメータレンズ４２、１／４波長板４７、開口絞り４８、対物レンズ１０、シリンドリカルレンズ４５、光検出器４６を有している。

ここで、一般に、半導体レーザから出射される楕円ビームは、放射角で定義され、放射角は光強度の半値の放射角度で表される。この放射角度の広い方をθ垂直、狭い方をθ水平と定義したとき、光ヘッド装置に用いられる半導体レーザは、一般に、θ水平＝７°〜１５°、θ垂直＝１７°〜２５°で、放射角比（θ垂直／θ水平）は、１．１３〜３．５７となり、円形ビームからはほど遠い形状である。

本実施の形態では、半導体レーザ４１として、θ水平（Ｙ方向）＝１０°、θ垂直（Ｘ方向）＝１８°のものを用いる。また、開口絞り４８は、楕円比が１．８で、長軸がＸ方向の楕円形状とする。

半導体レーザ４１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４３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４３の面４４で反射された光束は、コリメータレンズ４２で平行光束に変換された後、１／４波長板４７を透過して円偏光に変換され、開口絞り４８を通過して対物レンズ１０の入射面１１から入射する。

なお、図７においては、説明の都合上、１／４波長板４７と開口絞り４８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５０の方向に変換されて出射面１３から出射され、記録媒体５０の記録面３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。

ここで、開口絞り４８は、楕円比が１．８で、長軸がＸ方向の楕円形状となっているので、θ水平の光束（Ｙ方向）に対して、その光強度の半値の光束まで通過するように構成しても、θ垂直（Ｘ方向）の光束の光量が大きくけられることはなく、θ水平（Ｙ方向）の光束と同様に、θ垂直の光束（Ｘ方向）に対しても、その光強度の半値の光束まで通過させることができ、光量のおおきなロスは無い。

また、対物レンズ１０のＸ方向の焦点距離ｆｘとＹ方向の焦点距離ｆｙとの比（ｆｘ／ｆｙ）が、１．７９となっているので、ビーム整形プリズムを用いた場合と同様に、θ水平（Ｙ方向）の光束をビーム整形して、強度分布が等方の円形スポットを得ることができる。

情報の再生において、記録媒体５０の記録面３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４１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５０からの戻り光は、１／４波長板４７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４２で収束光束に変換され、偏光ビームスプリッタ４３にＰ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ４３に入射した戻り光は、偏光ビームスプリッタ４３の面４４をほぼ１００％透過し、シリンドリカルレンズ４５により非点収差が与えられて光検出器４６で受光される。

光検出器４６は、例えば４分割された受光領域を有して構成され、それらの出力を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。

本実施の形態の光ヘッド装置によれば、対物レンズ１０が半導体レーザ４１からの光束の光路を記録媒体５０の方向へ変換する立上げミラーの機能も有しているので、光ヘッド装置の小型・薄型化および低価格化が可能となる。

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７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や、第３実施の形態に示した対物レンズ３０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。同じく、第３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。同じく、実施例３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４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。半導体レーザから出射されるビームパターンを示す図である。従来の光ヘッド装置を示す図である。

符号の説明

１軸上主光線
２開口絞り
３記録面（像面）
１０，２０，３０対物レンズ
１１，２１，３１入射面
１２，２２，３２，３３反射面
１３，２３，３４出射面
４１半導体レーザ
４２コリメータレンズ
４３偏光ビームスプリッタ
４５シリンドリカルレンズ
４６光検出器
４７１／４波長板
４８開口絞り
５０記録媒体

Claims

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、光束の光路を変換する反射面と、光束を射出する出射面とを少なくとも有し、
上記光束を集光する集光機能と、上記光束の形状を変換するビーム整形機能とを兼ね備えることを特徴とする対物レンズ。
上記反射面を一面有し、該反射面により上記入射面から入射した光束の光路を上記出射面方向に変換することを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
上記入射面が、上記ビーム整形機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
上記入射面は、光束にパワーを与え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１，２または３に記載の対物レンズ。
上記反射面は、光束にパワーを与え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または２に記載の対物レンズ。
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、上記光源の基準波長をλとするとき、Ｘ方向およびＹ方向の焦点距離ｆｘ（λ）およびｆｙ（λ）が、ｆｘ（λ）／ｆｙ（λ）＞１．１、を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズ。
少なくとも、光源と、往復光路分離素子と、請求項１〜６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。