JP3424678B2 - 対物レンズおよびそれを用いた光ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光記録媒体から光学
的に情報を再生する光ディスク装置に係り、特に基板厚
さが異なる光ディスクからそれぞれ異なる光波長の光源
を用いて信号を再生する光ヘッドおよびそれに用いる対
物レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは大容量可換情報記録媒体と
して近年めざましく進歩を続けている。そのため記録再
生方式や記録密度、ディスクサイズが多岐にわたってお
り、それらの互換性の確保が困難となりつつある。特に
これまで最も普及しているのがＣＤ（Compact Disc）で
あり、これと再生互換性のある記録可能なＣＤであるＣ
Ｄ−Ｒ（Compact Disk - Recordable）も付随的して普
及している。新たな光ディスクの開発にあたってはこれ
らＣＤ、ＣＤ−Ｒとの互換性の要求が大きい。これらに
続く次世代高密度ＲＯＭとして、最近ＤＶＤ（Digital
Video Disk）が発売された。ここでは記録密度を向上さ
せるために対物レンズの開口数（Numerical Aperture:N
A）を従来ＣＤの０．４５から０．６に向上させてい
る。光ディスク上の集光スポットの大きさは使用するレ
ーザ光源の波長をλとしたとき、λ／ＮＡに比例するた
め、波長を短く、ＮＡを大きくすればそれにしたがって
光スポットを小さくすることができる。光スポットが小
さければ高密度の情報ピットを品質良く再生することが
できるので、光ディスクの記録密度を向上させることが
できるのである。そこでＤＶＤではまず使用する半導体
レーザ波長をＣＤの７８０ｎｍから６５０ｎｍとしてい
る。ところが一方、ＮＡの増大は、ディスクが傾いたと
きに生じるコマ収差を急激に増大させ、光スポットをか
えって劣化させるため、むやみに行うことができない。
そこでＤＶＤは基板厚さをＣＤの１．２ｍｍから０．６
ｍｍに薄くして、NA増大とともにそれによるディスク傾
きのコマ収差を抑えている。ところが基板の厚さをＣＤ
と変えてしまうとＤＶＤ専用の対物レンズでＣＤを再生
するときに今度は球面収差が生じて光スポットがぼけて
しまう。光ディスク用の対物レンズでは特定の基板厚さ
に対応してそれを補償する球面収差を持つようにあらか
じめ設計されているからである。この問題を解決する従
来の手段は例えばオプティカル・レビュー第１巻第１号
１９９４年２７ー２９頁（Optical Review ,Vol.1,No.1
(1994) pp.27-29.）に記載されている。ここでは０．
６ｍｍ用対物レンズ表面にホログラムを形成し、その回
折光によってＣＤを再生し、透過光によてＤＶＤを再生
するというものである。ここではＣＤを再生するときに
生じる球面収差を補償するようにホログラムのパターン
をあらかじめ設計しておくのである。しかしながらこれ
においてはホログラムを使用するため、ＣＤを再生する
ときにもＤＶＤ用の光スポットが生じ、ＤＶＤを再生す
るときにもＣＤ用の光スポットが生じる。またディスク
で反射した光も再び回折されてしまう。これらにより光
量の損失が避けられないという欠点がある。

【０００３】第２の従来例は三菱電機ニュース・リリー
ス、開発No.9507（平成７年６月２１日）に記載されて
いる。これは0.6mm用の対物レンズと、1.2mm用の対物レ
ンズを両方光ヘッドに搭載し、可動アクチュエータによ
って２つのレンズを切り替えて使用するというものであ
る。しかしこれにおいては２つのレンズを切り替えるた
め、レンズを２個使用することによるコストの増大、レ
ンズの位置の再現性や、アクチュエータが大きく、重く
なることによる応答特性の劣化などの問題がある。

【０００４】第３の従来例は日経エレクトロニクス１９
９６年１月２９日号（Ｎｏ．６５４）１５ー１６頁に記
載されている。ここでは液晶による制限開口を設け、Ｃ
Ｄの再生にあたってはＮＡを０．３５まで小さくして収
差を小さくしている。しかしここではＣＤ、ＤＶＤとも
波長６３５ｎｍの半導体レーザを用いているため、ＣＤ
のＮＡをここまで低減できたが、７８０ｎｍより短い波
長の光では反射率が著しく低下するＣＤ−Ｒの再生時に
はこの方法は使えないという欠点がある。

【０００５】第４の従来例は、特願平７ー３４２２０３
に記載されている。これは本発明者らによって発明され
た方法であるが、波長６５０ｎｍでＤＶＤとＣＤの両方
の互換をとるために、対物レンズの内側と外側で最適化
する基板厚を変えるというものである。しかしＣＤを波
長７８０ｎｍで再生する場合にはこの分割のＮＡを少な
くともＮＡ０．４５以上にする必要があり、この場合に
はＤＶＤを再生するときの収差が非常に大きくなってし
まうという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これに鑑み、本発明の
目的は光量の損失なく、安価に、精度よく波長７８０ｎ
ｍの光で基板厚さ１．２ｍｍのＣＤを再生し、波長６５
０ｎｍの光で基板厚さ０．６ｍｍのＤＶＤを再生するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明においては、２つの波長のレーザ光を異なる
基板厚さの光ディスクに集光するにあたって、それぞれ
の波長の集光スポットの収差をともに低減させる輪帯状
の位相シフタを該対物レンズと一体として付加させる。

【０００８】あるいは対物レンズの内側と外側で収差な
く集光するための基板厚さが異なるレンズに、２つの波
長のレーザ光の集光スポットの収差をともに低減させる
輪帯状の位相シフタを該レンズと一体として付加させ
る。

【０００９】またあるいは光ヘッドとして、２つの波長
の半導体レーザと、光ディスクからの反射光を半導体レ
ーザから光ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段
と、これによって分岐された反射光から集光スポット位
置制御信号と再生信号を検出するための検出手段から少
なくとも構成される光ヘッドでそれぞれの波長の光を異
なる基板厚さの光ディスクに集光するのにあたって上記
の対物レンズを用いる。

【００１０】またあるいは波長の異なる２つの半導体レ
ーザと、そのそれぞれの波長の光を異なる基板厚さの光
ディスクに集光する対物レンズと、光ディスクからの反
射光を該半導体レーザから該光ディスクまでの光路から
分岐させる分岐手段と、該分岐手段によって分岐された
反射光から集光スポット位置制御信号と再生信号を検出
するための検出手段から少なくとも構成される光ヘッド
において、それぞれの波長の集光スポットの収差をとも
に低減させる輪帯状の位相シフタを付加する。

【００１１】またあるいは波長の異なる２つの半導体レ
ーザと、光ディスクからの反射光を該半導体レーザから
該光ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段と、該
分岐手段によって分岐された反射光から集光スポット位
置制御信号と再生信号を検出するための検出手段から少
なくとも構成される光ヘッドにおいて、それぞれの波長
の光を異なる基板厚さの光ディスクに集光する内側と外
側で収差なく集光するための基板厚さが異なる対物レン
ズを用い、それぞれの波長の集光スポットの収差をとも
に低減させる輪帯状の位相シフタを付加する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。

【００１３】図１は本発明による対物レンズの基本的な
イメージ図である。本発明によるＤＶＤ用対物レンズ１
は通常のＤＶＤ用対物レンズにドーナツ状の輪帯位相シ
フト領域１０１が付加されている。輪帯位相シフト領域
１０１は薄膜を装荷してもよいし、最初からレンズをそ
のような形状に直接加工しても良い。通常のＤＶＤ用の
レンズは基板厚０．６ｍｍのときに無収差となるように
設計されているので、波長６５０ｎｍのレーザ光でＤＶ
Ｄを再生するときにはこの位相シフタによって加わる収
差をなるべく小さくなるようにする。これに対して、波
長７８０ｎｍのレーザ光で基板厚１．２ｍｍのＣＤを再
生するときには、基板厚誤差０．６ｍｍにより発生する
球面収差を低減するようにする。

【００１４】以下、定性的に収差が低減することを説明
する。図２に焦点位置が最適化された場合の球面収差の
波面形状概略図を示す。ここで横軸は対物レンズの瞳の
半径座標、縦軸は波面収差量である。ＣＤとＤＶＤの基
板厚の違いにより、ＤＶＤ専用レンズでＣＤを再生する
場合の光スポットは概略このような４次関数で表される
ような波面形状となる。これに対して、輪帯状に位相シ
フトをさせた場合の波面形状の概略図を図３に示す。位
相シフトにより収差の最大値が小さくなっていることが
わかる。

【００１５】ところが一方、このレンズを用いてＤＶＤ
を再生する場合にＤＶＤの収差が大きくなってはならな
い。そのための１つの方法としては、ＣＤを再生する波
長とＤＶＤを再生する波長の違いを用いて、ＣＤでのみ
位相がシフトし、ＤＶＤでは位相がシフトしないように
すればよい。そのためにはＣＤ再生波長をλ１、ＤＶＤ
再生波長をλ２、ＣＤ再生時に生ずる位相差をφとし
て、

【００１６】

【数１】

【００１７】を満たすように整数ｍ、ｎを選択すればよ
い。またこれで適当なｍ、ｎがない場合には位相シフト
のさせかたを図４のようにしてもよい。この場合は輪帯
領域を除いたそれ以外の領域に―φの位相シフトを加え
ることにより、図３と同じ波面形状をで実現できる。し
たがってこの場合は、

【００１８】

【数２】

【００１９】を満たしていればよい。これにより例えば
λ１を７８０ｎｍ、λ２を６５０ｎｍとすれば、それぞ
れにおける位相差φは図５のようになる。このように位
相差を選べば、ＤＶＤの波面にまったく影響を与えずに
ＣＤ再生時の球面収差を低減することができる。ここで
の逆輪帯位相シフタは空気よりも屈折率の大きい膜を付
加する場合など位相ずれを位相遅れによって実現する場
合を念頭においた命名である。レンズをけずるなど位相
ずれを位相進みによって実現できる場合には輪帯領域を
直接けずればよい。これはどちらでも等価であるが、以
後はこの場合も含めて逆輪帯位相シフタと呼ぶことにす
る。

【００２０】以下、輪帯位相シフタの形状、及び位相差
の最適化について説明する。光スポットの評価指標とし
ては無収差スポットの中心強度で規格化した収差のある
光スポットの中心強度であるストレール強度があるが、
これだと制限開口がある場合のＮＡの違いが現れない。
そこで制限開口がある場合も含めて、対物レンズの瞳に
入射する全光量に対するスポット中心強度の比を新たな
評価指標とする。これを用いると例えば同じ口径でもＮ
Ａが大きく、スポット径が小さくて中心強度が大きい方
がこの評価指標が大きいことになる。この評価指標は

【００２１】

【数３】

【００２２】のようにストレール強度とレンズ全開口半
径で規格化した制限開口半径Ｒの２乗の積に比例するこ
とがわかる。以下、このストレール強度に規格化制限開
口半径の２乗をかけた値をηとする。通常のＣＤピック
アップでは波長７８０ｎｍ、対物レンズＮＡ０．４５で
あるのでＤＶＤの対物レンズＮＡ０．６に対しては無収
差であれば、η＝１×（０．４５／０．６）＾２＝０．
５６、マレシャルの基準によるストレール強度下限値
０．８ではη＝０．４５となる。基板厚誤差による球面
収差は４次の球面収差が

【００２３】

【数４】

【００２４】６次の球面収差が

【００２５】

【数５】

【００２６】で与えられる。ただしこれらの式における
ｎは屈折率を表している。これらを用いて半径Ｒ１から
Ｒ２までの位相をφ遅らせる輪帯位相シフタを加えた収
差は

【００２７】

【数６】

【００２８】のように表せる。またストレール強度は

【００２９】

【数７】

【００３０】のように近似できるから、これよりηを最
大とするＲ１、Ｒ２、φ、制限開口のＮＡ、Ｗ２０、Ｗ
００を求める。実際には数式処理ソフトを用いて、Ｗ２
０、Ｗ００は解析的に求め、Ｒ１、Ｒ２、φ、制限開口
のＮＡを数値的に求めた。その結果、位相シフタの内径
はＮＡ０．２０、外径はＮＡ０．４２、制限開口のＮＡ
を０．４６とし、位相差を０．２６５λ（λ＝７８０ｎ
ｍ）のとき、η＝０．４８が最大となり、マレシャルの
基準によるη＝０．４５を上回っていることがわかっ
た。一方、位相シフタを用いず、制限開口のみで最適化
するとＮＡ０．３９でη＝０．３４が最大であった。つ
まりＮＡ０．４５に換算すれば、ストレール強度で０．
６１から０．８６まで改善したことに相当する。この位
相差に対してＤＶＤ再生時に生じる収差はＲＭＳ波面収
差で０．０３３λ（λ＝６５０ｎｍ）であった。これは
ほぼレンズの加工精度と同等であり、実際上問題は生じ
ないと考えられる。

【００３１】この最適な位相差０．２６５λを先に述べ
たＤＶＤに影響を与えない位相差と比較すると、最も近
いのはｍ＝２、ｎ＝１のときの逆輪帯位相マスク、また
はｍ＝４、ｎ＝３のときの輪帯位相マスクの０．３３３
λであることがわかる。しかしｍが大きくなると位相差
を生じさせる膜、あるいはレンズの段差が厚くなり、半
導体レーザに波長ずれが生じた場合の位相差のずれが大
きくなるので、ここでは逆輪帯位相マスクの方が望まし
い。このＤＶＤに影響を与えない位相差に固定した場合
の位相シフタの形状を求めると、内径がＮＡ０．２０、
外径がＮＡ０．４４、制限開口ＮＡ０．４８のとき、η
＝０．４７が最大となった。これは上記の最適な位相差
と比べてほとんど遜色ない。

【００３２】以上では制限開口を用いるという前提で説
明をしたが、これは必ずしも実際の開口を必要とするこ
とを意味しない。実際にはＲＭＳ波面収差を評価関数と
して最適な焦点位置を求めるときの、瞳の評価範囲を指
定するのとほぼ等価であると考えられる。制限開口の範
囲内でなるべくＲＭＳ波面収差が小さくなるように焦点
ずれを調整したとすると、制限開口の範囲外の光は当然
収差が大きくなり、波面の傾斜も大きくなる。このため
そのような領域の光線は焦点からは大きくはずれた位置
で焦点面と交差する。したがって集光スポットに対し
て、このような光線は存在しないのとほぼ等価となる。

【００３３】このように輪帯位相シフタのみを用いた場
合に、スポット性能は改善されるものの、ＮＡ０．４５
でのストレール強度換算で０．８６相当では、光学部品
のずれや、ディスクの傾き、焦点ずれなどによるスポッ
トの劣化を見込むと必ずしも十分でない可能性がある。
そこでさらにこれに組み合わせてレンズの内側と外側で
最適化する基板厚を変える。以下これを分割レンズと呼
ぶ。これは発明者らによって波長６５０ｎｍでＤＶＤと
ＣＤの両方の互換をとる方法として発明された（特願平
７―３４２２０３）が、ＣＤを波長７８０ｎｍで再生す
る場合にはこの分割のＮＡを少なくともＮＡ０．４５以
上にする必要があり、この場合にはＤＶＤを再生すると
きの収差が非常に大きくなってしまうという欠点があっ
た。そこで位相シフタと分割レンズを組み合わせて、位
相シフタ形状、位相差、内外分割半径、内側基板厚を同
時に最適化したところ、分割レンズで発生する波長７８
０ｎｍでのＣＤ再生時の収差と、波長６５０ｎｍでのＤ
ＶＤ再生時の収差を両方とも低減し、ＣＤのスポット性
能がさらに改善される解があることがわかった。以下こ
れについて説明する。

【００３４】分割レンズと位相シフタを組み合わせた場
合の波面収差は

【００３５】

【数８】

【００３６】のように表せる。ここではＲ１が輪帯位相
シフタ内径、Ｒ２が分割半径、Ｒ３が輪帯位相シフタ外
径、Ｒ４が制限開口半径である。分割半径を境として無
収差となるためのディスク基板厚が異なり、外側ではＤ
ＶＤに合わせて０．６ｍｍ、内側では最適化によってこ
れが０．６ｍｍと１．２ｍｍの間となる。したがってそ
れにともなって球面収差の収差係数Ｗ６０、Ｗ４０が添
字１、２をつけて異なるように表示されている。また焦
点ずれＷ２０１、Ｗ２０２は分割の内外でＲＭＳ波面収
差を最小にするように球面収差量から決まり、定数項Ｗ
００１、Ｗ００２は分割の内外で波面収差の平均値が同
じなるようにして決まり、全体のＲＭＳ波面収差を最適
化する。Ｗ２０１とＷ２０２、Ｗ００１とＷ００２の差
はレンズ内外の対応基板厚差で決まり、Ｗ２０２、Ｗ０
０２を与えられた位相シフタの条件下でＲＭＳを最小と
する条件から、数式処理ソフトで解析的に求めることで
Ｗ２０１とＷ００１も求めた。さらに与えられた内側対
応基板厚、分割半径Ｒ２について、Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、
位相差を数値的に変えてηを最大とする条件を求めた。
その結果を図６に示す。ここで横軸は分割レンズの分割
半径、縦軸はηであり、中心部基板厚を変えて最適条件
での計算結果をプロットしている。またグラフ中にＣＤ
の無収差と、ストレール強度０．８相当の下限レベル、
上記の最適位相シフタ、固定位相シフタを波線で示して
いる。これらは分割レンズを用いていないのでこのグラ
フ上にはポイントではプロットできない。一方、このと
きＤＶＤ再生で生じるＲＭＳ波面収差を図７に示した。
図６と図７を見比べるとわかるように中心部基板厚を
１．２ｍｍに近づければ近づけるほどＣＤの性能は上が
り、ＤＶＤの収差は増大する。したがってこれらのポイ
ントの内、どこを最適点として採用するかは、システム
のいろいろなマージンの配分によって判断が分かれる。
しかし例えば中心基板厚０．７６ｍｍ、分割の境界のＮ
Ａ０．４５のときの、ＣＤ性能η＝０．５２６（ＣＤス
トレール強度換算０．９４）、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差
０．０３程度であればほぼ許容できるのではないかと考
えられる。このポイントではＣＤ性能の最大値と、ＤＶ
Ｄ収差の最小値が一致している。またこのとき輪帯位相
シフタの位相差は０．２９８５λ（λ＝７８０ｎｍ）、
内径はＮＡ０．２１４５であり、外径はＮＡ０．４５で
分割の境界のＮＡと一致していた。図８に逆輪帯位相マ
スク作りつけの分割レンズ模式図を示す。逆輪帯マスク
がレンズに作りつけであるため、輪帯位相マスクの領域
が凹んでいる。このときディスク側の比較的曲率がゆる
やかな面にも分割レンズによる段差を示しているが、こ
れは設計上、像側のみにすることも可能である。

【００３７】図９にＣＤ再生波長のずれによるＣＤ再生
スポット性能ηの値を示す。横軸の範囲は±２０ｎｍあ
るが、実際上、温度変化などでずれる波長範囲は±１０
ｎｍ程度と考えられる。この範囲だとη＝０．５３から
波長ずれー１０ｎｍでη＝０．５２程度の劣化であり、
ＮＡ０．４５でのストレール強度換算で０．９３から
０．９２程度の変化で、ほとんど影響はない。図中には
先に述べた最適輪帯位相シフタ、固定輪帯位相シフタに
ついても合わせて表示している。

【００３８】図１０は波長６５０ｎｍでのＤＶＤ再生時
の波長ずれに対するＲＭＳ波面収差であり、分割レンズ
と最適位相シフタを組み合わせた場合、収差は０．０３
０λから、波長ずれー１０ｎｍで０．０３６λまで増加
している。これも十分、許容範囲内と考えられる。また
図中には先に述べた最適輪帯位相シフタ、固定輪帯位相
シフタについても合わせて表示している。固定位相シフ
タについてはＤＶＤでは収差が発生しないような位相差
が選ばれているので、波長ずれ０で収差は０となってい
る。最適位相シフタのみについては位相差がＤＶＤで収
差を生じない位相差からずれているため、その位相差に
なる波長ずれ量に向けて線形に波面収差が変化してい
る。

【００３９】図１１は波長７８０ｎｍによるＣＤ再生時
の波面収差形状を示している。それぞれ制限開口のＮＡ
範囲で焦点ずれを最適化し、横軸はＮＡ０．６の全開口
にわたる瞳の半径座標で示しているため、周辺部は収差
が非常に大きくなっている。またそのとき縦軸は±０．
５λの範囲内に折り畳んで表示しているため、周辺部は
急激に振動しているように見えている。これらは制限開
口のみで最適化した場合に比べてより広いＮＡで収差が
抑えられている。また制限開口ＮＡの範囲の外側の波面
の立ち上がりも急峻となっており、収差の大きいことに
よる制限開口の効果もより顕著となることが期待され
る。

【００４０】図１２は波長６５０ｎｍによるＤＶＤ再生
時の波面収差である。図１１での制限開口のみの場合
と、固定位相シフタのみの場合には波面収差は完全に０
となるので、ここでは分割レンズと最適位相シフタを組
み合わせた場合と、最適位相シフタのみの場合を表示し
ている。収差のまったく発生しない最外周部分でも収差
が０となっていないことから、全体に若干焦点ずれを生
じさせていることがわかる。これは位相シフタで発生し
た位相差を収差と考えた場合に、若干焦点ずれさせた方
が全体のＲＭＳ波面収差が小さくなるためである。いず
れにせよグラフ縦軸の値はかなり小さく、波面形状の特
異さは実際上影響を及ぼさない程度のＲＭＳ波面収差に
抑えられている。

【００４１】図１３にスポット形状の計算結果を示す。
グラフの横軸はスポットのピーク強度に対してｅｘｐ
（ー２）倍の強度のスポットの全幅、縦軸はサイドロー
ブの強度を中心強度で規格化した値である。したがって
スポット、サイドローブ共に小さい方が望ましいので、
プロット点がグラフの左下に近いほど分解能が高いスポ
ットであるということができる。ここで対物レンズの瞳
の強度分布としては対称なガウス分布を仮定し、瞳にお
けるガウス分布の中心の強度に対してｅｘｐ（ー２）倍
の強度の範囲の幅に対するレンズ口径の比が０．１、レ
ンズの中心部分の強度に対する周辺部分の強度が０．９
８となる場合の計算結果である。図中白抜きの丸印が無
収差のＣＤであり、これに近いほどＣＤと同レベルの再
生性能が期待できる。黒い四角は通常のＤＶＤレンズに
制限開口のみを用いた場合であり、実際に制限開口を挿
入した場合、その焦点位置でそのまま制限開口をとりは
らった場合、制限開口をとりはらってスポット中心強度
が最大となるように焦点位置をずらした場合の３つのプ
ロット点がある。この場合はいずれも無収差ＣＤよりも
スポット分解能が劣っている。黒い三角印は最適輪帯位
相シフタのみを挿入した場合であり、同様にして３つの
プロット点がある。制限開口のみに比べてスポット径は
かなり改善しているが、制限開口がないとサイドローブ
がかなり大きくなっている。白抜きの四角は分割レンズ
と最適輪帯位相シフタを組み合わせた場合である。同様
にして３つのプロット点があるが、この３つがかなり接
近していることがわかる。つまりこの場合には制限開口
はあってもなくてもほとんど変わらず、仮想的な制限開
口の範囲外の光の収差が急峻に増大しているためスポッ
ト形成には実質的に影響を与えていないことがわかる。
この場合光スポットはＣＤ無収差に比べてスポット径が
やや小さく、サイドローブが若干大きめとなっている。
これでスポット性能の評価指標であったηの値がＣＤと
ほぼ同等から若干劣る程度であったのは、おそらく、サ
イドローブを低減しきれていない影響をスポット径を小
さくして相殺している状況となっているのではないかと
推測される。一方ＤＶＤを再生する場合のスポットの計
算結果を白抜きの三角とひし形でグラフの左下にプロッ
トしている。ひし形がＤＶＤを無収差で再生するスポッ
ト、三角が最適分割レンズと最適位相シフタを組み合わ
せた場合である。ＤＶＤについてはほとんど同じスポッ
ト形状となっている。

【００４２】図１４に光ヘッドの実施例を示す。半導体
レーザ４からの光をコリメートレンズ５により平行光と
してビーム成形プリズム６１、６２により楕円ビームを
円形ビームとする。ビーム成形プリズムは光学系の効率
が十分高いか、ディスクのトラックピッチがディスク上
の光スポットの主ローブと第１暗線の間隔より広い場合
に、取り除いた方が部品点数、隣接トラッククロストー
ク低減のために有利となる場合もある。さらにこの光は
ビームスプリッタ７１を透過し、さらに立ち上げミラー
８により反射され、２次元アクチュエータ９に搭載され
た本発明による対物レンズ３により光ディスク上に集光
される。光ディスクはＣＤでもＤＶＤでもよい。２次元
アクチュエータ９はトラッキング誤差信号により、ディ
スク半径方向に可動し、光スポットをトラック上に位置
決めし、焦点誤差信号により光軸方向に可動し、焦点位
置をディスク上に位置決めする。反射光は再び、対物レ
ンズ３、立ち上げミラー８を経由して、ビームスプリッ
タ７１を反射し、検出光学系に導かれる。ビームスプリ
ッタ７２を透過した光は集光レンズ１１１により集光光
束とされ、ビームスプリッタ７３に入射する。ここでは
透過光はシリンドリカルレンズ１２を透過し、４分割光
検出器１３に入射する。この分割検出器の対角成分の和
信号どうしの差動信号を差動増幅器１４１により出力
し、焦点ずれ信号とする。一方ビームスプリッタ７３で
反射した光は２分割光検出器１５に入射し、それぞれの
出力の差動信号を差動増幅器１４２により出力すること
により、トラッキング誤差信号を得る。またビームスプ
リッタ７２を反射した光は集光レンズ１１２により光検
出器１６に集光され光電変換された信号は、アンプ１７
で増幅され再生信号を得る。再生信号はサーボ信号検出
用のディテクタの出力の和信号から検出しても差し支え
ない。この場合、信号帯域まで検出した信号をローパス
フィルタなどで帯域制限してサーボ信号を検出すればよ
い。サーボ検出光学系は一例であり、他の方式を用いる
ことも可能である。

【００４３】以上では輪帯位相シフタは対物レンズに作
りつけられている実施例を説明してきたが、図１５はＤ
ＶＤ専用の対物レンズ１８と、独立した輪帯位相シフタ
１９をハイブリッドに一体化して２次元アクチュエータ
に搭載した実施例である。ここでは図１４の立ち上げミ
ラーからディスクまでの光学系に相当する部分だけを置
き換えることを想定し、その部分だけを示した。

【００４４】

【発明の効果】輪帯位相シフタ、またはそれとレンズ内
外で無収差となる基板厚が異なる対物レンズを最適に組
み合わせることにより、波長６５０ｎｍのレーザ光で基
板厚０．６ｍｍのＤＶＤを、波長７８０ｎｍのレーザ光
で基板厚１．２ｍｍのＣＤを、制限開口を必要とするこ
となく１つのレンズで再生することが可能となり、小型
で安価な光ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による対物レンズの基本的なイメージ
図。

【図２】球面収差波面形状。

【図３】輪帯位相シフタによる波面収差形状。

【図４】逆輪帯位相シフタによる波面収差形状。

【図５】ＤＶＤに影響のない条件でのＣＤの位相シフト
量。

【図６】分割レンズと位相シフタを組み合わせた場合の
ＣＤ再生スポット性能。

【図７】ＤＶＤ再生で生じるＲＭＳ波面収差。

【図８】最適逆輪帯位相シフタ作りつけの分割レンズ形
状模式図。

【図９】ＣＤ再生波長のずれによるＣＤ再生スポット性
能の変化。

【図１０】ＤＶＤ再生時の波長ずれに対するＲＭＳ波面
収差。

【図１１】ＣＤ再生時の波面収差形状。

【図１２】ＤＶＤ再生時の波面収差形状。

【図１３】スポット形状の計算結果。

【図１４】光ヘッドの実施例。

【図１５】対物レンズと輪帯位相シフタがハイブリッド
に一体化された実施例。

【符号の説明】

１‥‥輪帯位相シフタつき対物レンズ、１０１‥‥輪帯
位相シフト領域、２‥‥球面収差波面、１０２‥‥逆輪
帯位相シフト領域、３‥‥逆輪帯位相シフタ一体型分割
レンズ、４‥‥半導体レーザ、５‥‥コリメートレン
ズ、６１、６２‥‥ビーム成形プリズム、７１、７２、
７３‥‥ビームスプリッタ、８‥‥立ち上げミラー、９
‥‥２次元アクチュエータ、１０‥‥光ディスク、１１
１、１１２‥‥集光レンズ、１２‥‥シリンドリカルレ
ンズ、１３‥‥４分割ディテクタ、１４１、１４２‥‥
差動アンプ、１５‥‥２分割ディテクタ、１６‥‥ディ
テクタ、１７‥‥アンプ、１８‥‥ＤＶＤ用対物レン
ズ、１９‥‥輪帯位相シフタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/00 G11B 7/135

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第1の波長のレーザ光を第1の厚さの基板に
   集光し、前記第1の波長とは波長の異なる第２の波長の
   レーザ光を前記第1の厚さとは異なる厚さの第２の厚さ
   の基板に集光する対物レンズであって、 前記対物レンズは輪帯位相シフタを有し、前記輪帯位相
   シフタは凹型であり、前記対物レンズと前記輪帯位相シ
   フタは１の材料で構成され、 前記対物レンズの内側で前記第1の厚さの基板に前記第1
   の波長のレーザ光を集光し、前記対物レンズの外側で前
   記第２の厚さの基板に前記第2の波長のレーザ光を集光
   することを特徴とする対物レンズ。
2. 【請求項２】前記第1の波長は７８０ｎｍであり、前記
   第２の波長は６５０ｎｍであることを特徴とする請求項
   １記載の対物レンズ。
3. 【請求項３】前記第1の厚さは１．２ｍｍであり、前記
   第２の厚さは０．６ｍｍであることを特徴とする請求項
   １または２記載の対物レンズ。
4. 【請求項４】第1の波長と、前記第1の波長と波長の異な
   る第２の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ光源
   と、 前記レーザ光を基板に集光する対物レンズとを有し、 前記対物レンズは輪帯位相シフタを有し、前記輪帯位相
   シフタは凹型であり、前記対物レンズと前記輪帯位相シ
   フタは１の材料で構成され、 前記対物レンズの内側で
   前記第1の厚さの基板に前記第1の波長のレーザ光を集光
   し、前記対物レンズの外側で前記第２の厚さの基板に前
   記第2の波長のレーザ光を集光することを特徴とする光
   ヘッド。