JP4010040B2 - 光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク等のような情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際に使用される光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
再生専用光ディスク、相変化型光ディスク、光磁気ディスク又は光カード等の如き情報記録媒体は、映像情報、音声情報又はコンピュータ用プログラム等のデータを保存するために、広く使用されている。そして、これらの情報記録媒体に対する高記録密度化及び大容量化の要求は、近年ますます強くなっている。
【０００３】
このような情報記録媒体の記録密度を上げるには、光学ヘッドに搭載される対物レンズの開口数ＮＡを大きくして、対物レンズによって集光される光のスポット径を小径化することが有効である。そこで、例えば、デジタル光ディスクとして比較的に初期に実用化されたＣＤ（商標）では、対物レンズの開口数ＮＡが０．４５とされているのに対して、ＣＤよりも高記録密度化がなされたデジタル光ディスクであるＤＶＤ（商標）では、対物レンズの開口数ＮＡが０．６とされている。
【０００４】
そして、情報記録媒体は上述したように更なる高記録密度化及び大容量化が望まれており、そのためには、開口数ＮＡを０．６よりも更に大きくすることが望まれている。
【０００５】
しかしながら、開口数ＮＡをより大きくすることは容易ではない。例えば、従来の光学ヘッドに搭載されている対物レンズには、通常、２枚の非球面金型を用いてガラス又はプラスティックモールドによってプレス成型された非球面単玉レンズが使用されているが、このような非球面単玉レンズを十分な精度で作製できるのは開口数ＮＡが０．７程度までである。
【０００６】
なぜなら、通常、非球面金型はダイヤモンドバイトによって加工されるが、開口数ＮＡを大きくするためにレンズ面の曲率をきつくすると、このダイヤモンドバイトによる金型加工を精度良く行うことが出来なくなってしまうからである。そのため、現在の非球面加工技術では、非球面単玉レンズで得られる開口数ＮＡの最大値は０．７程度までであり、それ以上の開口数ＮＡを有する非球面単玉レンズを精度良く作製することは非常に困難である。換言すれば、開口数ＮＡを０．７以上とした非球面単玉レンズは、製造誤差に対して公差が殆どないため、実用的でない。
【０００７】
このような問題に対処するために、２枚以上のレンズを組み合わせることにより、レンズ全体としての開口数ＮＡを０．７以上とした対物レンズが考案されている。２枚以上のレンズを組み合わせた場合には、レンズ全体としての開口数ＮＡを大きくしたとしても、各レンズ面の曲率を低く抑えることが可能となるので、現在の非球面加工技術でも、開口数ＮＡが０．７以上のものを比較的に容易に作製することが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２枚以上のレンズを組み合わせて対物レンズを構成する場合には、それらのレンズを精度良く組み合わせることが難しいという問題が新たに生じる。
【０００９】
例えば、図２５に示すように、情報記録媒体１００の記録面１００ａに光を集光するための対物レンズ１０１を、２枚のレンズ１０２，１０３で構成するとする。するとこのとき、図２６に示すように、いわゆる間隔誤差が生じて、各レンズ１０２，１０３の間隔ｄが所定値からずれてしまう場合がある。また、図２７に示すように、いわゆる面間ティルトが生じて、一方のレンズ１０２の中心軸に対して、他方のレンズ１０３の中心軸１０３ａが傾いてしまう場合がある。また、図２８に示すように、いわゆる偏心誤差が生じて、一方のレンズ１０２の中心軸に対して、他方のレンズ１０３の中心軸１０３ａがずれてしまう場合がある。なお、図２６乃至図２８では、図２５に示すように理想的に２枚のレンズ１０２，１０３が組み合わされたときの光路を鎖線で示している。
【００１０】
そして、図２６乃至図２８に示したような製造誤差は波面収差の原因となり、この波面収差が大きいと、せっかく開口数ＮＡを大きくしても、情報記録媒体の高記録密度化及び大容量化を実現することはできない。そこで、２枚以上のレンズを組み合わせた対物レンズにおいて、量産可能レベルの製造公差を確保しつつ、レンズ組み合わせ時の製造誤差に起因して生じる波面収差の発生を十分に抑えることができるようにすることが要求されている。
【００１１】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、十分な製造公差を確保しつつ、開口数ＮＡが大きく、しかも波面収差の発生を抑えることが可能な対物レンズを用いた光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置を提供し、情報記録媒体の更なる高記録密度化及び大容量化を可能とすることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学ヘッドは、情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際に使用される光学ヘッドであり、少なくとも２枚以上のレンズから構成された、開口数ＮＡが０．７以上、入射瞳径が直径１ｍｍ以上の対物レンズを有している。そして、記録及び／又は再生時に対物レンズの先端と情報記録媒体との間隔が、３．５μｍ以上、５０μｍ以下とされることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る記録及び／又は再生装置は、情報記録媒体に対して光学ヘッドを用いて記録及び／又は再生を行う記録及び／又は再生装置である。そして、この記録及び／又は再生装置の光学ヘッドは、少なくとも２枚以上のレンズから構成された対物レンズを有しており、この対物レンズは、開口数ＮＡが０．７以上、入射瞳径が直径１ｍｍ以上とされている。そして、この記録及び／又は再生装置は、記録及び／又は再生時に対物レンズの先端と情報記録媒体との間隔が、３．５μｍ以上、５０μｍ以下とされることを特徴としている。
【００１５】
本発明に係る光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置においては、対物レンズが少なくとも２枚以上のレンズから構成されているので、開口数ＮＡを０．７以上としても、レンズ面の曲率をきつくする必要が無く、製造が容易である。しかも、本発明では、対物レンズの入射瞳径の直径が１ｍｍ以上であり、且つ、記録及び／又は再生時におけるレンズ先端と情報記録媒体との間隔（以下、作動距離ＷＤと称する。）が５０μｍ以下とされているので、対物レンズの製造公差を十分に確保することができる。
【００１６】
すなわち、一般にレンズの製造公差は、入射瞳径を小さくすればするほど、入射瞳径にほぼ比例して小さくなる傾向にあるが、本発明では、対物レンズの入射瞳径を直径１ｍｍ以上としているので、対物レンズの製造公差を大きく取ることができる。
【００１７】
また、作動距離ＷＤが大きい対物レンズは、通常、大きな高次球面収差が発生するので、軸上付近の球面収差を補正すると、最大輪帯収差が許容できない大きさの球面収差となる。そして、この高次球面収差を高次の非球面で補正しようとすると、高次の非球面係数の絶対値が大きくなり、図２６乃至図２８に示したような間隔誤差、面間ティルト及び偏心誤差等に対する製造公差が極めて小さくなる。換言すれば、作動距離ＷＤが大きい対物レンズは、高次球面収差を補正するために高次の非球面係数の絶対値を大きくする必要があるので、製造公差を極めて小さく抑える必要があり、製造が非常に困難である。
【００１８】
そして、従来の光学ヘッド用対物レンズにおいて、作動距離ＷＤは通常は１ｍｍ以上であり、比較的に作動距離ＷＤが小さく設定されたものであっても０．５ｍｍ程度であった。これに対して、本発明では、対物レンズの作動距離ＷＤを非常に小さくして、５０μｍ以下となるようにしている。したがって、本発明では、高次球面収差の発生量が少なく、高次の非球面係数をあまり大きくする必要がない。したがって、本発明によれば、対物レンズの製造公差を大きく取ることができる。
【００１９】
なお、製造公差を大きく取るためには作動距離ＷＤを小さくすることが有効であるが、作動距離ＷＤを小さくし過ぎると、レンズ先端と情報記録媒体とが衝突しやすくなるという問題が生じる。しかしながら、本発明では、対物レンズの作動距離ＷＤを３．５μｍ以上としているので、このような問題も回避される。
【００２０】
なお、本発明に係る光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置において、対物レンズの入射瞳径は直径５ｍｍ以下であることが好ましい。製造公差を大きく取るためには、対物レンズの入射瞳径を大きくすることが有効であるが、入射瞳径を大きくし過ぎると光学系が大型化してしまう。しかしながら、対物レンズの入射瞳径が直径５ｍｍ以下であれば、実用上十分な程度に光学系を小型化することができる。すなわち、入射瞳径を５ｍｍ以下とすることにより、対物レンズ並びにその対物レンズを搭載した光学ヘッドの小型化を図ることができ、更にはその光学ヘッドを搭載した記録及び／又は再生装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明に係る光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置において、対物レンズを構成する２枚以上のレンズは、それらのレンズ面のうちの少なくとも一面が非球面とされていることが好ましい。少なくとも一つのレンズ面を非球面とすることにより、球面収差をはじめとする波面収差の発生をより抑えることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
＜対物レンズ＞
本発明に係る光学ヘッドを構成する対物レンズの一例を図１に示す。この対物レンズ１は、再生専用光ディスク、相変化型光ディスク、光磁気ディスク又は光カード等の如き情報記録媒体２に対して記録及び／又は再生を行う際に使用される光学ヘッド用の対物レンズである。
【００２４】
この対物レンズ１は、物点が無限遠方に位置することとなるいわゆる無限系のレンズであり、図示しない光源の側に配されるレンズ３（以下、物体側レンズ３と称する。）と、情報記録媒体２の側に配されるレンズ４（以下、像側レンズ４と称する。）とから構成される。
【００２５】
なお、図１の例では、対物レンズ１を２枚のレンズ３，４で構成しているが、本発明に係る光学ヘッドを構成する対物レンズは、３枚以上のレンズから構成されていてもよい。また、ここでは、無限系の例を挙げるが、本発明は、有限系の場合にも適用できる。ただし、有限系の場合は、開口数ＮＡが大きいほど取り扱いが困難になるため、実用上は無限系のほうが好ましい。
【００２６】
そして、この対物レンズ１は、２枚のレンズ３，４の全体として、その開口数ＮＡが０．７以上とされている。この対物レンズ１では、開口数ＮＡが非常に大きいので、非常に小さなスポット径が得られる。したがって、この対物レンズ１を用いることにより、情報記録媒体２の高記録密度化及び大容量化を図ることができる。しかも、この対物レンズ１では、複数のレンズ３，４を組み合わせて構成しているので、開口数ＮＡを０．７以上としても、各レンズ面ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４の曲率をあまりきつくする必要が無く、容易に作製することができる。なお、小スポット化という観点だけから見ると、開口数ＮＡはより大きいほうが好ましいが、製造容易性や各種光学条件等を考慮すると、実際には０．９５程度以下とすることが好ましい。
【００２７】
以上のような対物レンズ１において、この対物レンズ１を構成するレンズ３，４のレンズ面ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４、すなわち、物体側レンズ３の光源側のレンズ面ｓ１、物体側レンズ３の像側レンズ４に対向する側のレンズ面ｓ２、像側レンズ４の物体側レンズ３に対向する側のレンズ面ｓ３、並びに像側レンズ４の情報記録媒体２の側のレンズ面ｓ４は、それらのうちの少なくとも一つが非球面とされていることが好ましい。レンズ面ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４のうちの少なくとも一つを非球面とすることにより、球面収差をはじめとする波面収差の発生を抑えることが可能となる。
【００２８】
ただし、像側レンズ４の情報記録媒体２の側のレンズ面ｓ４は、平面又は平面に極めて近い緩やかな曲面であることが好ましい。この対物レンズ１では、開口数ＮＡを大きく設定しているため、このレンズ面ｓ４を透過して情報記録媒体２に入射する光線の入射角は非常に大きくなる。そのため、このレンズ面ｓ４が情報記録媒体２の側に対して大きく凸とされた形状では、情報記録媒体２に入射する光が全反射するようになってしまったり、あるいは反射率が非常に大きくなってしまったりして、フィル・コンディションが大幅に悪化してしまう。また、逆に情報記録媒体２の側に対して凹の形状では、レンズ外周部において作動距離ＷＤが殆ど得られなくなってしまう。したがって、この対物レンズ１において、像側レンズ４の情報記録媒体２の側のレンズ面ｓ４の面形状は、平面又は平面に極めて近い緩やかな曲面であることが好ましい。なお、作動距離ＷＤとは、上述したように、記録及び／又は再生時における対物レンズ１の先端と情報記録媒体２との間隔のことである。
【００２９】
そして、この対物レンズ１を用いて情報記録媒体２に対して記録及び／又は再生を行う際は、光源からの光線が、開口絞り５を経て、物体側レンズ３に入射される。物体側レンズ３に入射した光は、物体側レンズ３によって集光された後、更に像側レンズ４によって集光されて、情報記録媒体２の記録面２ａに焦点を結ぶ。なお、情報記録媒体２の記録面２ａに入射した光は、当該記録面２ａによって反射されて戻り光となって再び対物レンズ１に入射する。そして、この戻り光は、対物レンズ１を通過した後、後述するように光検出器によって検出されることとなる。
【００３０】
ところで、このように複数のレンズ３，４で対物レンズ１を構成した場合には、図２６乃至図２８に示したように、間隔誤差、面間ティルト及び偏心誤差等の製造誤差が生じ、これらの製造誤差によって収差が生じる。そして、これらの製造誤差による収差のうち、特に製造精度上問題となるのは、偏心誤差によるコマ収差である。具体的には、現在のレンズ製造技術で量産可能なレベルとするには、偏心誤差（すなわち各レンズ面の中心軸のずれ量）として１０μｍ程度の製造公差を確保することが必要である。換言すれば、複数のレンズ３，４で構成されてなる対物レンズ１では、１０μｍ程度の偏心誤差があっても、収差の発生量が十分に抑えられるようになっていることが要求される。
【００３１】
ここで、図１に示したように２枚のレンズ３，４で構成された対物レンズ１に１０μｍの偏心誤差があったときに発生する波面収差について、作動距離ＷＤ及び入射瞳径との関係を図２に示す。なお、図２では、開口数ＮＡを０．８５とし、１０μｍの偏心誤差があったときの波面収差の発生量と作動距離ＷＤとの関係について、入射瞳の直径（以下、単に入射瞳径と称する。）が１．０ｍｍの場合と、入射瞳径が２．０ｍｍの場合と、入射瞳径が３．０ｍｍの場合とを図示している。ここで、良好な結像の限界であるマレシャルのクライテリオンは０．０７λrms（λは光の波長）であり、光学ヘッドに使用される対物レンズ１は、波面収差を０．０７λrms以下に抑えることが必要である。
【００３２】
図２に示すように、偏心誤差により生じる収差は、入射瞳径が小さいほど大きくなり、作動距離ＷＤが大きいほど大きくなる。そして、図２から分かるように、波面収差の発生量をマレシャルのクライテリオン以下に抑えるには、入射瞳径を１．０ｍｍ以上とし、作動距離ＷＤを５０μｍ以下とすればよい。そこで、対物レンズ１においては、入射瞳径を１ｍｍ以上とし、作動距離ＷＤを５０μｍ以下とする。
【００３３】
なお、ここでの入射瞳径は、物体側レンズ３に入射する光束の直径に相当するものであり、換言すれば、対物レンズ１の前段に配される開口絞り５の直径に相当する。そして、図２から分かるように、偏心誤差が生じたときに生じる収差は、入射瞳径が小さいほど、入射瞳径にほぼ比例して大きくなる。すなわち、レンズの製造公差は、入射瞳径を小さくすればするほど、入射瞳径にほぼ比例して小さくなる傾向にある。
【００３４】
そして、この対物レンズ１では、入射瞳径を１ｍｍ以上としている。したがって、１０μｍ程度までならば偏心誤差が生じたとしても、収差の発生量はマレシャルのクライテリオン以下に抑えられる。すなわち、本発明を適用した対物レンズ１では、入射瞳径を１ｍｍ以上としているので、十分な製造公差を確保することができる。
【００３５】
また、ここでの作動距離ＷＤは、記録及び／又は再生時におけるレンズ先端と情報記録媒体２との間隔のことである。そして、図２から分かるように、偏心誤差が生じたときに生じる収差は、作動距離ＷＤが大きいほど、作動距離ＷＤにほぼ比例して大きくなる。すなわち、レンズの製造公差は、作動距離ＷＤを大きくすればするほど、作動距離ＷＤにほぼ比例して小さくなる傾向にある。
【００３６】
そして、対物レンズ１では、作動距離ＷＤを５０μｍ以下としている。したがって、１０μｍ程度までならば偏心誤差が生じたとしても、収差の発生量はマレシャルのクライテリオン以下に抑えられる。すなわち、本発明を適用した対物レンズ１では、作動距離ＷＤを５０μｍ以下としているので、十分な製造公差を確保することができる。
【００３７】
ところで、レンズの製造公差の観点だけから見れば、入射瞳径はより大きいほうが好ましいが、入射瞳径を大きくし過ぎると、光学系が大型化してしまうという問題が生じる。すなわち、光学ヘッド用として用いられる対物レンズ１は、当該対物レンズ１、並びにこの対物レンズ１を搭載した光学ヘッドや、当該光学ヘッドを搭載した記録及び／又は再生装置の小型化を図れるように、入射瞳径が小さいほうが好ましい。
【００３８】
また、通常、対物レンズ１は、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うために、２軸アクチュエータに取り付けられるが、対物レンズ１の重量が重くなりすぎると、２軸アクチュエータを駆動して行われるこれらのサーボを高精度に行うことができなくなってしまう。したがって、サーボを高精度に行えるようにするために、対物レンズ１を小型化して、その重量を２００ｍｇ程度以下に抑えることが望まれる。
【００３９】
以上のような点を考慮すると、対物レンズ１の入射瞳径は、５ｍｍ程度以下であることが望ましい。対物レンズ１の入射瞳径が５ｍｍ以下であれば、レンズの製造公差を十分に確保しつつ、実用上十分な程度に光学系を小型化することができ、且つ、実用上十分な程度の高精度なサーボを行うことが可能となる。
【００４０】
また、上述したように、レンズの製造公差の観点だけから見れば、作動距離ＷＤは小さいほうが好ましいが、作動距離ＷＤを小さくし過ぎると、レンズ先端と情報記録媒体２とが衝突しやすくなるという問題が生じる。レンズ先端と情報記録媒体２とが衝突して、レンズ先端や情報記録媒体２に傷や汚れが生じると、フォーカスサーボがはずれてしまったり、信号読み取りエラーが生じたりする。そのため、このような衝突が容易には生じない程度に、作動距離ＷＤを十分に確保することが望ましい。
【００４１】
このような衝突は主に、図３に示すように記録及び／又は再生時に情報記録媒体２が傾いてしまった場合に生じる。そして、このような傾きθの最大公差は、ＣＤやＤＶＤ等の規格では±０．４°程度とされている。そして、このような傾きθの公差を小さくすることは、製造設備の大幅な改造を必要とするため非常に難しい。したがって、たとえ情報記録媒体２の高記録密度化や大容量化を図ったとしても、この傾きθの公差については、従来のＣＤやＤＶＤと同等の公差を確保しておくことが望まれる。
【００４２】
ところで、対物レンズ１において、この対物レンズ１の入射瞳径は、上述したように１ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。そして、入射瞳径を１ｍｍ〜５ｍｍ程度とした場合、像側レンズ４は、その直径を１ｍｍ程度とすることが現実的である。また、本発明を適用した対物レンズ１において、像側レンズ４の情報記録媒体２の側のレンズ面ｓ４の面形状は、上述したように平面又は平面に極めて近い緩やかな曲面とすることが好ましい。
【００４３】
そこで、像側レンズ４の直径ｔ１が１ｍｍであり、且つ、像側レンズ４の情報記録媒体２の側のレンズ面ｓ４の面形状がほぼ平面であると仮定する。そして、このときに０．４°の傾きが生じても、レンズ先端と情報記録媒体２とが衝突しないようにするためには、作動距離ＷＤが下記式（１）を満たすようにすればよい。
【００４４】
ＷＤ＞（１０００／２）×ｔａｎ０．４°≒３．５μｍ ・・・（１）
上記式（１）から分かるように、作動距離ＷＤを３．５μｍ以上とすることにより、十分な公差を確保しつつ、レンズ先端と情報記録媒体２との衝突を回避することができる。そこで、対物レンズ１では、作動距離ＷＤを３．５μｍ以上とする。これにより、レンズ先端と情報記録媒体２の衝突の原因となる傾きθについて、デジタル光ディスクとして実績があるＣＤやＤＶＤ等と同程度の公差が確保される。換言すれば、本発明に係る対物レンズ１では、ＣＤやＤＶＤ等で許容されていた程度の範囲であるならば、たとえ傾きθが生じたとしても、レンズ先端と情報記録媒体２とが衝突するようなことはない。
【００４５】
ところで、図４に示すように、情報記録媒体２の表面に塵埃６が付着していると、この塵埃６がレンズ先端に衝突してしまう恐れがある。このような衝突も、フォーカスサーボはずれや信号読み取りエラーの発生要因となる。したがって、対物レンズ１を用いる場合には、例えば、情報記録媒体２をカートリッジ内に収納して、未使用状態では情報記録媒体２が外部に露呈しないようにするなど、できる限りの塵埃対策を施したほうが好ましい。
【００４６】
しかしながら、情報記録媒体２をカートリッジ内に収納するなどして防塵対策を施したとしても、通常、直径１〜２μｍ程度以下の塵埃の進入までも防ぐことは、非常に困難である。したがって、対物レンズ１において、作動距離ＷＤは、上述したように傾きθについての公差を確保するために３．５μｍ以上とするだけでなく、更に塵埃６の存在をも考慮して、５μｍ以上とすることが好ましい。
【００４７】
＜光学ヘッド＞
つぎに、本発明を適用した光学ヘッドの一例を図５に示す。この光学ヘッド１０は、相変化型光ディスク１１に対して記録再生を行う際に使用される光学ヘッドであり、上述した対物レンズ１を備えている。
【００４８】
なお、ここでは、相変化型光ディスク１１に対して記録再生を行う光学ヘッド１０を例に挙げるが、本発明は、対物レンズを備えた光学ヘッドに対して広く適用可能であり、記録及び／又は再生の対象となる情報記録媒体は、再生専用光ディスク、光磁気ディスク又は光カード等であってもよい。
【００４９】
この光学ヘッド１０によって記録再生がなされる相変化型光ディスク１１は、例えば厚さｔ２が１．２ｍｍ又は０．６ｍｍの基板１２の上に、相変化によって情報信号を記録する層が形成されるとともに、この記録層上に、例えば厚さｔ３が０．１ｍｍの保護層１３が形成されてなる。そして、この相変化型光ディスク１１は、基板１２の側からではなく、基板１２よりも遥かに膜厚が薄い保護層１３の側から光を入射させて、記録再生を行うようになっている。
【００５０】
このように、膜厚が薄い保護層１３の側から光を入射するようにすることで、収差の発生を抑制することができ、従来のＣＤやＤＶＤ以上の高記録密度化及び大容量化を図ることができる。ただし、当然の事ながら本発明に係る光学ヘッドは、基板側から光を入射させて記録及び／又は再生を行うような情報記録媒体にも適用可能である。
【００５１】
上記相変化型光ディスク１１に対して記録再生を行う際に使用される光学ヘッド１０は、図示しない光源、回折格子及びコリメータレンズを備えている。ここで、光源は、例えば、波長λが６３５ｎｍの直線偏光レーザ光を出射する半導体レーザからなる。この光源は、相変化型光ディスク１１から情報信号を再生する際は、一定の出力のレーザ光を出射し、相変化型光ディスク１１に情報信号を記録する際は、記録する信号に応じて、出射するレーザ光の強度を変調する。
【００５２】
なお、本発明において、光源から出射されるレーザ光の波長λは、特に限定されるものではない。例えば、６３５ｎｍよりも短波長のレーザ光を出射する半導体レーザが実用化された場合には、より短波長のものを用いたほうが、更なる高記録密度化及び大容量化を図る上で好適である。
【００５３】
そして、光源から出射されたレーザ光は、回折格子によって回折されて、０次光及び±１次光に分割され、これらの０次光及び±１次光（以下、これらをまとめて「入射レーザ光」と称する。）は、コリメータレンズによって平行光とされる。
【００５４】
また、この光学ヘッド１０は、図５に示すように、偏光ビームスプリッタ１４と、１／４波長板１５と、２軸アクチュエータ１６に搭載された上記対物レンズ１と、フォーカシングレンズ１７と、マルチレンズ１８と、光検出器１９とを備えている。そして、上述したようにコリメータレンズによって平行光とされた入射レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１４、１／４波長板１５及び対物レンズ１を介して、相変化型光ディスク１１の記録面１１ａに入射する。このとき、入射レーザ光は、１／４波長板１５を透過する際に円偏光状態となされ、この円偏光光束が、対物レンズ１によって相変化型光ディスク１１の記録面１１ａに集光される。
【００５５】
相変化型光ディスク１１の記録面１１ａに入射した入射光は、記録面１１ａで反射されて戻り光となる。この戻り光は、元の光路を辿って対物レンズ１を透過した後、１／４波長板１５に入射する。そして、この戻り光は、１／４波長板１５を透過することにより、往きの偏光方向に対して９０度回転された直線偏光となり、その後、往きの偏光方向に対して９０度回転された直線偏光とされた戻り光は、偏光ビームスプリッタ１４によって反射される。
【００５６】
偏光ビームスプリッタ１４によって反射された戻り光は、フォーカシングレンズ１７及びマルチレンズ１８を経て、光検出器１９によって検出される。ここで、マルチレンズ１８は、入射面が円筒面となされ、出射面が凹面となされたレンズである。このマルチレンズ１８は、入射光束に対して、いわゆる非点収差法によるフォーカスサーボ信号の検出を可能とするための非点収差を与えるものである。
【００５７】
また、光検出器１９は、６つのフォトダイオードを備えており、各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号をそれぞれ出力するとともに、それらの電気信号に対して所定の演算処理を施して、フォーカスサーボ信号及びトラッキングサーボ信号等を生成し出力する。
【００５８】
具体的には、光検出器１９は、マルチレンズ１８によって非点収差が与えられた戻り光を検出して、いわゆる非点収差法によってフォーカスサーボ信号を生成し出力する。そして、この光学ヘッド１０は、このフォーカスサーボ信号に基づいて２軸アクチュエータ１６を駆動することで、フォーカスサーボを行う。
【００５９】
また、光検出器１９は、回折格子によって回折されてなる０次光及び±１次光について、それらの戻り光をそれぞれ検出して、いわゆる３ビーム法によってトラッキングサーボ信号を生成し出力する。そして、この光学ヘッド１０は、このトラッキングサーボ信号に基づいて２軸アクチュエータ１６を駆動することで、トラッキングサーボを行う。
【００６０】
更に、光検出器１９は、相変化型光ディスク１１から情報信号を再生する際に、各フォトダイオードに入射した戻り光の光強度に応じた電気信号に対して所定の演算処理を施して、相変化型光ディスク１１からの再生信号を生成し出力する。
【００６１】
以上のような光学ヘッド１０では、対物レンズ１が２枚のレンズ３，４から構成されているので、開口数ＮＡを０．７以上としても、レンズ面の曲率をきつくする必要が無く、製造が容易である。しかも、対物レンズ１の入射瞳径が１ｍｍ以上であり、且つ、作動距離ＷＤが５０μｍ以下とされているので、対物レンズ１の製造公差を十分に確保することができる。更に、対物レンズ１の作動距離ＷＤを３．５μｍ以上としているので、±０．４°程度までならば、相変化型光ディスク１１に傾きが生じたとしても、対物レンズ１の先端と相変化型光ディスク１１とが衝突するようなことなく記録再生を行うことができる。
【００６２】
＜記録及び／又は再生装置＞
つぎに、本発明を適用した記録再生装置の一例を図６に示す。この記録再生装置３０は、上述した相変化型光ディスク１１に対して記録再生を行う記録再生装置であり、上述した光学ヘッド１０を備えている。
【００６３】
なお、ここでは、相変化型光ディスク１１に対して記録再生を行う記録再生装置３０を例に挙げるが、本発明は、対物レンズを備えた光学ヘッドを搭載した記録及び／又は再生装置に対して広く適用可能であり、記録及び／又は再生の対象となる情報記録媒体は、再生専用光ディスク、光磁気ディスク又は光カード等であってもよい。
【００６４】
この記録再生装置３０は、相変化型光ディスク１１を回転駆動させるスピンドルモータ３１と、情報信号の記録再生を行う際に使用される上記光学ヘッド１０と、光学ヘッド１０を動かすための送りモータ３２と、所定の変復調処理を行う変復調回路３３と、光学ヘッド１０のサーボ制御等を行うサーボ制御回路３４と、システム全体の制御を行うシステムコントローラ３５とを備えている。
【００６５】
スピンドルモータ３１は、サーボ制御回路３４により駆動制御され、所定の回転数で回転駆動される。すなわち、記録再生の対象となる相変化型光ディスク１１は、スピンドルモータ３１にチャッキングされ、サーボ制御回路３４により駆動制御されるスピンドルモータ３１によって、所定の回転数で回転駆動される。
【００６６】
光学ヘッド１０は、情報信号の記録再生を行う際、上述したように、回転駆動される相変化型光ディスク１１に対してレーザ光を照射し、その戻り光を検出する。この光学ヘッド１０は、変復調回路３３に接続されている。そして、情報信号の記録を行う際、外部回路３６から入力され変復調回路３３によって所定の変調処理が施された信号が光学ヘッド１０に供給され、光学ヘッド１０は、変復調回路３３から供給される信号に基づいて、相変化型光ディスク１１に対して、光強度変調が施されたレーザ光を照射する。また、情報信号の再生を行う際、光学ヘッド１０は、回転駆動される相変化型光ディスク１１に対して、一定出力のレーザ光を照射し、その戻り光から再生信号を生成し、当該再生信号を変復調回路３３に供給する。
【００６７】
また、この光学ヘッド１０は、サーボ制御回路３４にも接続されている。そして、情報信号の記録再生時に、回転駆動される相変化型光ディスク１１によって反射されて戻ってきた戻り光から、上述したように、フォーカスサーボ信号及びトラッキングサーボ信号を生成し、それらのサーボ信号をサーボ制御回路３４に供給する。
【００６８】
変復調回路３３は、システムコントローラ３５及び外部回路３６に接続されている。そして、この変復調回路３３は、情報信号を相変化型光ディスク１１に記録する際は、システムコントローラ３５による制御のもとで、相変化型光ディスク１１に記録する信号を外部回路３６から受け取り、当該信号に対して所定の変調処理を施す。そして、変復調回路３３によって変調された信号は、光学ヘッド１０に供給される。また、この変復調回路３３は、情報信号を相変化型光ディスク１１から再生する際は、システムコントローラ３５による制御のもとで、相変化型光ディスク１１から再生された再生信号を光学ヘッド１０から受け取り、当該再生信号に対して所定の復調処理を施す。そして、変復調回路３３によって復調された信号は、変復調回路３３から外部回路３６へ出力される。
【００６９】
送りモータ３２は、情報信号の記録再生を行う際、光学ヘッド１０を相変化型光ディスク１１の径方向の所定の位置に送るためのものであり、サーボ制御回路３４からの制御信号に基づいて駆動される。すなわち、この送りモータ３２は、サーボ制御回路３４に接続されており、サーボ制御回路３４により制御される。
【００７０】
サーボ制御回路３４は、システムコントローラ３５による制御のもとで、光学ヘッド１０が相変化型光ディスク１１に対向する所定の位置に送られるように、送りモータ３２を制御する。また、サーボ制御回路３４は、スピンドルモータ３１にも接続されており、システムコントローラ３５による制御のもとで、スピンドルモータ３１の動作を制御する。すなわち、サーボ制御回路３４は、情報信号の記録再生時に、相変化型光ディスク１１が所定の回転数で回転駆動されるように、スピンドルモータ３１を制御する。また、サーボ制御回路３４は、光学ヘッド１０にも接続されており、情報信号の記録再生時に、光学ヘッド１０からサーボ信号を受け取り、当該サーボ信号に基づいて、光学ヘッド１０に搭載された２軸アクチュエータ１６によるフォーカスサーボ及びトラッキングサーボの制御を行う。
【００７１】
以上のような記録再生装置３０では、光学ヘッド１０に搭載されている対物レンズ１が２枚のレンズ３，４から構成されているので、開口数ＮＡを０．７以上としても、レンズ面の曲率をきつくする必要が無く、製造が容易である。しかも、対物レンズ１の入射瞳径が１ｍｍ以上であり、且つ、作動距離ＷＤが５０μｍ以下とされているので、対物レンズ１の製造公差を十分に確保することができる。更に、対物レンズ１の作動距離ＷＤを３．５μｍ以上としているので、±０．４°程度までならば、相変化型光ディスク１１に傾きが生じたとしても、対物レンズ１の先端と相変化型光ディスク１１とが衝突するようなことなく記録再生を行うことができる。
【００７２】
【実施例】
以下、本発明に係る光学ヘッド等を構成する対物レンズの具体的な実施例を挙げる。なお、以下に挙げる対物レンズは、図１に示した対物レンズ１と同様に、物体側レンズ３と像側レンズ４とから構成される対物レンズである。そこで、以下の説明では、上記対物レンズ１と同様な符号を用いることとする。
【００７３】
＜実施例１＞
本実施例の対物レンズの構成を図７に示すとともに、この対物レンズの設計値を表１に示す。
【００７４】
【表１】

【００７５】
なお、表１並びに後掲する表２乃至表５では、無限遠方に位置することとなる物点をＯＢＪとし、開口絞り５をＳＴＯとし、物体側レンズ３の光源側のレンズ面をｓ１とし、物体側レンズ３の像側レンズ４に対向する側のレンズ面をｓ２とし、像側レンズ４の物体側レンズ３に対向する側のレンズ面をｓ３とし、像側レンズ４の情報記録媒体２の側のレンズ面をｓ４とし、情報記録媒体２の表面をｓ５とし、情報記録媒体２の記録面をｓ６とし、結像面をＩＭＧとして示している。
【００７６】
この対物レンズの球面収差を図８（ａ）に、非点収差を図８（ｂ）に、歪曲収差を図８（ｃ）に、画角０．５°での横収差を図９（ａ）に、軸上での横収差を図９（ｂ）に示す。
【００７７】
表１に示すように、この対物レンズでは、レンズ面ｓ４と情報記録媒体２の表面ｓ５との間隔が０．０５ｍｍとなっている。すなわち、この対物レンズは、作動距離ＷＤが５０μｍとなっている。そして、この対物レンズは、図８及び図９から分かるように、収差の少ない良好なレンズとなっている。しかも、この対物レンズは、表１に示すように、高次の非球面係数の絶対値が比較的に小さくなっており、製造が容易である。
【００７８】
＜実施例２＞
本実施例の対物レンズの構成を図１０に示すとともに、この対物レンズの設計値を表２に示す。
【００７９】
【表２】

【００８０】
この対物レンズの球面収差を図１１（ａ）に、非点収差を図１１（ｂ）に、歪曲収差を図１１（ｃ）に、画角０．５°での横収差を図１２（ａ）に、軸上での横収差を図１２（ｂ）に示す。
【００８１】
表２に示すように、この対物レンズでは、レンズ面ｓ４と情報記録媒体２の表面ｓ５との間隔が０．０３ｍｍとなっている。すなわち、この対物レンズは、作動距離ＷＤが３０μｍとなっている。そして、この対物レンズは、図１１及び図１２から分かるように、収差の少ない良好なレンズとなっている。しかも、この対物レンズは、表２に示すように、高次の非球面係数の絶対値が比較的に小さくなっており、製造が容易である。
【００８２】
＜実施例３＞
本実施例の対物レンズの構成を図１３に示すとともに、この対物レンズの設計値を表３に示す。
【００８３】
【表３】

【００８４】
この対物レンズの球面収差を図１４（ａ）に、非点収差を図１４（ｂ）に、歪曲収差を図１４（ｃ）に、画角０．５°での横収差を図１５（ａ）に、軸上での横収差を図１５（ｂ）に示す。
【００８５】
表３に示すように、この対物レンズでは、レンズ面ｓ４と情報記録媒体２の表面ｓ５との間隔が０．０１ｍｍとなっている。すなわち、この対物レンズは、作動距離ＷＤが１０μｍとなっている。そして、この対物レンズは、図１４及び図１５から分かるように、収差の少ない良好なレンズとなっている。しかも、この対物レンズは、表３に示すように、高次の非球面係数の絶対値が比較的に小さくなっており、製造が容易である。
【００８６】
＜実施例４＞
本実施例の対物レンズの構成を図１６に示すとともに、この対物レンズの設計値を表４に示す。
【００８７】
【表４】

【００８８】
この対物レンズの球面収差を図１７（ａ）に、非点収差を図１７（ｂ）に、歪曲収差を図１７（ｃ）に、画角０．５°での横収差を図１８（ａ）に、軸上での横収差を図１８（ｂ）に示す。
【００８９】
表４に示すように、この対物レンズでは、レンズ面ｓ４と情報記録媒体２の表面ｓ５との間隔が０．０４ｍｍとなっている。すなわち、この対物レンズは、作動距離ＷＤが４０μｍとなっている。そして、この対物レンズは、図１７及び図１８から分かるように、収差の少ない良好なレンズとなっている。しかも、この対物レンズは、表４に示すように、高次の非球面係数の絶対値が比較的に小さくなっており、製造が容易である。
【００９０】
＜実施例５＞
本実施例の対物レンズの構成を図１９に示すとともに、この対物レンズの設計値を表５に示す。
【００９１】
【表５】

【００９２】
この対物レンズの球面収差を図２０（ａ）に、非点収差を図２０（ｂ）に、歪曲収差を図２０（ｃ）に、画角０．５°での横収差を図２１（ａ）に、軸上での横収差を図２１（ｂ）に示す。
【００９３】
表５に示すように、この対物レンズでは、レンズ面ｓ４と情報記録媒体２の表面ｓ５との間隔が０．０３ｍｍとなっている。すなわち、この対物レンズは、作動距離ＷＤが３０μｍとなっている。そして、この対物レンズは、図２０及び図２１から分かるように、収差の少ない良好なレンズとなっている。しかも、この対物レンズは、表５に示すように、高次の非球面係数の絶対値が比較的に小さくなっており、製造が容易である。
【００９４】
＜実施例６＞
本実施例の対物レンズの構成を図２２に示すとともに、この対物レンズの設計値を表６に示す。
【００９５】
【表６】

【００９６】
この対物レンズの球面収差を図２３（ａ）に、非点収差を図２３（ｂ）に、歪曲収差を図２３（ｃ）に、画角０．５°での横収差を図２４（ａ）に、軸上での横収差を図２４（ｂ）に示す。
【００９７】
表６に示すように、この対物レンズでは、レンズ面ｓ４と情報記録媒体２の表面ｓ５との間隔が０．０２ｍｍとなっている。すなわち、この対物レンズは、作動距離ＷＤが２０μｍとなっている。そして、この対物レンズは、図２３及び図２４から分かるように、収差の少ない良好なレンズとなっている。しかも、この対物レンズは、表６に示すように、高次の非球面係数の絶対値が比較的に小さくなっており、製造が容易である。
【００９８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、十分な製造公差を確保しつつ、開口数ＮＡが大きく、しかも波面収差の発生を抑えることが可能な対物レンズを提供することができ、更には、そのような対物レンズを用いた光学ヘッド並びに記録及び／又は再生装置を提供することができる。したがって、本発明によれば、情報記録媒体の更なる高記録密度化及び大容量化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用した光学ヘッドを構成する対物レンズの一例を示す図である。
【図２】入射瞳径が１．０ｍｍ，２．０ｍｍ，３．０ｍｍのそれぞれの場合について、波面収差と作動距離ＷＤとの関係を示す図である。
【図３】情報記録媒体が傾くことにより、レンズ先端と情報記録媒体とが衝突した状態を示す図である。
【図４】情報記録媒体の表面に塵埃が付着している状態を示す図である。
【図５】本発明を適用した光学ヘッドの一例を示す図である。
【図６】本発明を適用した記録再生装置の一例を示す図である。
【図７】実施例１の対物レンズを示す図である。
【図８】実施例１の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差を示す図である。
【図９】実施例１の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は画角０．５度での横収差、（ｂ）は軸上での横収差を示す図である。
【図１０】実施例２の対物レンズを示す図である。
【図１１】実施例２の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差を示す図である。
【図１２】実施例２の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は画角０．５度での横収差、（ｂ）は軸上での横収差を示す図である。
【図１３】実施例３の対物レンズを示す図である。
【図１４】実施例３の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差を示す図である。
【図１５】実施例３の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は画角０．５度での横収差、（ｂ）は軸上での横収差を示す図である。
【図１６】実施例４の対物レンズを示す図である。
【図１７】実施例４の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差を示す図である。
【図１８】実施例４の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は画角０．５度での横収差、（ｂ）は軸上での横収差を示す図である。
【図１９】実施例５の対物レンズを示す図である。
【図２０】実施例５の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差を示す図である。
【図２１】実施例５の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は画角０．５度での横収差、（ｂ）は軸上での横収差を示す図である。
【図２２】実施例６の対物レンズを示す図である。
【図２３】実施例６の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）は歪曲収差を示す図である。
【図２４】実施例６の対物レンズの収差を示す図であり、（ａ）は画角０．５度での横収差、（ｂ）は軸上での横収差を示す図である。
【図２５】２枚のレンズからなる対物レンズの一例を示す図である。
【図２６】図２５に示した対物レンズに間隔誤差が生じた状態を示す図である。
【図２７】図２５に示した対物レンズに面間ティルトが生じた状態を示す図である。
【図２８】図２５に示した対物レンズに偏心誤差が生じた状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ、 ２ 情報記録媒体、 ３ 物体側レンズ、 ４ 像側レンズ、 ５ 開口絞り、 ＷＤ 作動距離

Claims (6)

1. 情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際に使用される光学ヘッドであって、
   少なくとも２枚以上のレンズから構成され、開口数ＮＡが０．７以上、入射瞳径が直径１ｍｍ以上とされた対物レンズを有し、
   記録及び／又は再生時に上記対物レンズの先端と情報記録媒体との間隔が、３．５μｍ以上、５０μｍ以下とされることを特徴とする光学ヘッド。
2. 上記入射瞳径が直径５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
3. 上記対物レンズを構成する２枚以上のレンズは、それらのレンズ面のうちの少なくとも一面が非球面とされていることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
4. 情報記録媒体に対して光学ヘッドを用いて記録及び／又は再生を行う記録及び／又は再生装置であって、
   上記光学ヘッドは、少なくとも２枚以上のレンズから構成された対物レンズを有し、
   上記対物レンズは、開口数ＮＡが０．７以上、入射瞳径が直径１ｍｍ以上であり、
   記録及び／又は再生時に上記対物レンズの先端と情報記録媒体との間隔が、３．５μｍ以上、５０μｍ以下とされることを特徴とする記録及び／又は再生装置。
5. 上記入射瞳径が直径５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の記録及び／又は再生装置。
6. 上記対物レンズを構成する２枚以上のレンズは、それらのレンズ面のうちの少なくとも一面が非球面とされていることを特徴とする請求項４記載の記録及び／又は再生装置。

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