JP4024834B2 - 対物レンズ、それを用いた光ヘッドおよび光ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を光ディスクの情報記録面に収束する対物レンズ、光ディスクに情報を光学的に記録または再生する光ヘッドおよび光ディスク装置に関するものである。

光ヘッドに用いられる対物レンズは、光ディスクの基材厚を考慮して設計されており、この設計値と異なる基材厚の光ディスクに対しては、球面収差が生じて収束性能が劣化し、情報の記録や再生が困難になる。従来、コンパクトディスク（ＣＤ）と一般的に称される音楽再生専用ディスクやビデオディスクあるいはデータ用の光磁気ディスク等はすべてディスク基材厚が１．２ｍｍであり、１つの光ヘッドで種類の異なる光ディスクを記録再生することが可能であった。

一方、最近規格統一されたデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）の場合は、高密度化を図るため、大きな開口数の対物レンズを用いる。開口数を大きくすると、光学的な分解能が向上し、記録再生できる周波数帯域を広げることができるものの、その一方では光ディスクに傾きがあるとコマ収差が増加するという問題がある。光ディスクのそりと光ディスクを装着するときの傾きにより、光ディスクは対物レンズに対して傾きを持っており、収束した光スポットにコマ収差と呼ばれる収差が発生する。このコマ収差のために開口数を上げても収束性能が上らなくなる。

そこで、対物レンズの開口数を大きくしてもコマ収差が大きくならないように、ＤＶＤの基材厚を０．６ｍｍまで薄くして、この影響を少なくしている。しかし、光ディスクの基材厚を薄くした場合、その光ディスクを記録再生する対物レンズでは従来の光ディスク（ＣＤやデータ用の光磁気ディスク等）を再生できなくなり、従来の光ディスクとの間で互換性を保つことができなくなる。

これを解決するために、例えば図１２に示すような２つの光ヘッドを用いた装置が提供されている。この装置では、２つの光ヘッド７０，８３を備え、光ヘッド７０は、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０を記録再生するためのものであり、光ヘッド８３は、基材厚１.２ｍｍの光ディスク１１を記録再生するためのものである。なお、図１２においては
、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０の左側半分と、基材厚１.２ｍｍの光ディスク１１
の右側半分を示している。

光ヘッド７０において、半導体レーザ７１から出射した波長６５０ｎｍの放射光は、集光レンズ７２により集光されて略平行な光束７３となる。この光束７３は、Ｐ偏光であって、偏光ビームスプリッター７４に入射し、ここを透過してから、１／４波長板７５で略円偏光に変換された後、反射ミラー７６で反射されて、対物レンズ７７に入射する。対物レンズ７７を透過した光束７３は、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０の情報記録面上に絞り込まれ、光スポット７８を形成する。

光ディスク１０で反射した反射光束は、対物レンズ７７、反射ミラー７６および１／４波長板７５を再び通り、偏光ビームスプリッター７４に入射する。この反射光束は、１／４波長板７５によってＳ偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッター７４で反射されて、絞りレンズ７９とシリンドリカルレンズ８０を通り、光検出器８１で受光される。光検出器８１は、受光した反射光束を光電変換して、再生信号を形成すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を形成し、位相差法およびプッシュプル法によりトラッキン
グ制御信号を形成して、これらの信号を出力する。

対物レンズ駆動装置８２は、対物レンズ７７をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動し、光スポット７８を記録媒体面上の記録再生トラックに追従させる。

一方、光ヘッド８３において、半導体レーザ８４から出射した波長７８０ｎｍの放射光は、集光レンズ８５により集光されて略平行な光束８６となる。この光束８６は、Ｐ偏光であって、偏光ビームスプリッター８７に入射し、これを透過してから、１／４波長板８８で略円偏光に変換された後、反射ミラー８９で反射されて、対物レンズ９０に入射する。対物レンズ９０を透過した光束８６は、基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１の情報記録面上に絞り込まれ、光スポット９１を形成する。

光ディスク１１で反射した反射光束は、再び対物レンズ９０、反射ミラー８９および１／４波長板８８を通り、偏光ビームスプリッター８７に入射する。この反射光束は、１／４波長板８８によってＳ偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッター８７で反射されて、絞りレンズ９２とシリンドリカルレンズ９３を通り、光検出器９４で受光される。光検出器９４は、受光した反射光束を光電変換して、再生信号を形成すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を形成し、位相差法およびプッシュプル法によりトラッキング制御信号を形成して、これらの信号を出力する。

対物レンズ駆動装置９５は、対物レンズ９０をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動し、光スポット９１を記録媒体面上の記録再生トラックに追従させる。

上記のような構成において、ＣＤのような基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１を記録再生する場合は、光ヘッド８３を動作させ、光スポット９１が光ディスク１１の情報記録面上に形成されるように制御する。また、ＤＶＤのような基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０を記録再生する場合は、光ヘッド７０を動作させ、光スポット７８が光ディスク１０の情報記録面上に形成されるように制御する。これによって、厚みの異なる各光ディスク１０，１１を共に記録再生することができる。

しかしながら、従来の様な構成では、光ヘッドを２つ使うため、光学部品、光検出器、対物レンズ駆動装置、フォーカス駆動回路およびトラッキング駆動回路等が２系統必要になり、コストが約２倍になる。

さらに、各光スポット７８，９１間に一定の距離Ｓが形成され、図１３に示すように光ディスクの中心部と外周部では各光スポット７８，９１を結ぶ直線と、光ディスクの情報トラック９５の成す角θが変化する。この角θが変化すると、反射光束に含まれている情報トラック９５の回折パターンが回転し、上記トラッキング信号が変化して信号が劣化する。

また、カートリッジに納められた光ディスクの場合は、カートリッジの開口部９６内に、上記２つの対物レンズ駆動装置８２，９５を配置しなければならない。このため、各対物レンズ駆動装置８２，９５を小型化せねばならならず、これに伴って各対物レンズ７７，９０の駆動力が低下し、光ディスクの回転数を上げて、情報を再生することが困難になる。

そこで、本発明は、異なる厚みの光ディスクに対する情報の記録と再生を１つの光ヘッドによって行うことを可能にする対物レンズ、この対物レンズを用いた光ヘッド、この光
ヘッドを含む光ディスク装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の対物レンズは、第１の厚さＴ１の基材を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの基材より厚い第２の厚さＴ２の基材を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光束を収束させる対物レンズであって、前記対物レンズは複数の領域を具備し、前記複数の領域は、第１領域と、前記第１領域に比して前記対物レンズの光軸に近い第２領域とを含み、前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束の両方が、前記第１の情報媒体の情報記録面上の同じ位置に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束する構成であり、前記第２領域は、前記第２領域を通過した光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になるよう設計されていることを特徴とする。
１つの実施形態では、前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束とが、互いに干渉して前記第１の情報媒体の情報記録面上の同じ位置に収束されることを特徴とする。
１つの実施形態では、前記第１領域を通過した光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに形成される光スポットの収差がマーシャルクライテリアの半分程度以下となるよう設計されていることを特徴とする。
また、本発明の対物レンズは、第１の厚さＴ１の基材を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの基材より厚い第２の厚さＴ２の基材を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光束を収束させる対物レンズであって、前記対物レンズは複数の領域を具備し、前記複数の領域は、第１領域と、前記第１領域に比して前記対物レンズの光軸に近い第２領域とを含み、前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束とが互いに干渉して、前記１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束するように構成されており、前記第２領域は、前記第２領域を通過した光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になるよう設計されていることを特徴とする。
また、本発明の対物レンズは、第１の厚さＴ１の基材を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの基材より厚い第２の厚さＴ２の基材を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光束を収束させる対物レンズであって、前記対物レンズは複数の領域を具備し、前記複数の領域は、第１領域と、前記第１領域に比して前記対物レンズの光軸に近い第２領域とを含み、前記対物レンズは、前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束を前記１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束させ、前記第２領域は、前記第２領域を通過した光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になり、かつ、前記第２領域を通過した光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに形成される光スポットの収差がマーシャルクライテリアの半分程度以下となるよう設計されていることを特徴とする。
１つの実施形態では、前記第１領域と前記第２領域を透過した波長λ１の光束が、前記第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束する構成であり、前記第２領域は、前記第２領域を通過した波長λ１の光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になり、しかも、前記第２領域を通過した波長λ１より長い波長λ２の光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに形成される光スポットの収差がマーシャルクライテリアの半分程度以下となるよう設計されたことを特徴とする。
１つの実施形態では、前記第３の厚さＴ３は、前記第２の厚さＴ２の０．７倍以上で、前記第２の厚さＴ２よりも薄いことを特徴とする。
１つの実施形態では、前記第２の厚さＴ２は、前記第１の厚さＴ１の約２倍であることを特徴とする。
１つの実施形態では、前記第２領域を通過した光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに光スポットを形成する開口数が、波長をλとして、（λ／７８０）×０．４５以上で、かつ、（λ／７８０）×０．５３以下であることを特徴とする。
本発明の光ディスク装置は、光束を出射する光源と、前記光束を情報媒体の情報記録面上に収束させる前記対物レンズと、前記情報記録面で反射された光束を受光して電気信号を出力する光検出器とを備える。
本発明の光ヘッド装置は、前記光ヘッド装置を備え、前記情報媒体の情報記録面へ情報の記録または再生を行う。

以上説明したように、本発明によれば、光ディスクの基材厚０．６ｍｍに最適化されたＤＶＤ用の対物レンズに代えて、基材厚０．８４〜１．２ｍｍの光ディスクに最小の収差の光スポットを形成する様に、その中心部の収差を補正し、かつ基材厚０．６ｍｍの光ディスクに最小の収差の光スポットを形成する様に、その外周部の収差を補正した対物レンズを適用し、この対物レンズによって基材厚１．２ｍｍのＣＤと基材厚０．６ｍｍのＤＶＤを共に記録再生することを可能にしている。

さらに、ＣＤを記録再生する場合は、対物レンズの開口をその中心部に制限しており、これによってＣＤ専用の従来の光ヘッドで形成される光スポットと同じ大きさの光スポットを形成している。この結果、図１２に示した従来例のように光学系や対物レンズ駆動装置、あるいはフォーカス駆動回路、トラッキング駆動回路等を２つ用いる必要がなく、低コストでＤＶＤ用の光ヘッドを構成できる。

さらに、従来の光ヘッドのようなトラッキング信号の劣化もなく、光ヘッドを小型化できるため、カートリッジに収納した光ディスクを容易に再生できる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の光ヘッドの第１実施形態を示している。

図１において、半導体レーザ１から出射した波長６５０ｎｍの放射光は、集光レンズ２により集光されて略平行な光束３となる。この光束３は、Ｐ偏光であって、偏光ビームスプリッター４に入射し、ここを透過する。

偏光ビームスプリッター４を透過した光束３は、１／４波長板５で直線偏光から略円偏光に変換され、反射ミラー６で反射されて、開口制限手段７を通り、対物レンズ８に入射する。

図２Ａに示すように、対物レンズ８は、中心部Ａ１と、この中心部Ａ１を囲う外周部Ａ２を有する。中心部Ａ１の開口数（ＮＡ）が０．３７であり、外周部Ａ２の開口数が０．６である。開口数０．３７の中心部Ａ１においては、光ディスクの基材厚が０．９ｍｍのときに、この中心部Ａ１を通って該光ディスクの情報記録面に形成される光スポットの収差が最小となるように、この中心部Ａ１が設計され、かつ開口数０．６の外周部Ａ２においては、光ディスクの基材厚が０．６ｍｍのときに、この外周部Ａ２を通って該光ディス
クの情報記録面に形成される光スポットの収差が最小となるように、この外周部Ａ２が設計されている。

図２Ｂは、対物レンズ８上側の断面形状を示している。中心部Ａ１の形状によって、基材厚０．９ｍｍの光ディスクの情報記録面に最小の収差の光スポットを形成することができ、かつ外周部Ａ２の形状によって、基材厚０．６ｍｍの光ディスクの情報記録面に最小の収差の光スポットを形成することができる。中心部Ａ１から外周部Ａ２にかけては、連続的に滑らかな非球面形状となっている。

開口制限手段７には、Ｘ方向に移動可能なシャッター７ａが設けられている。シャッター７ａは、左側に移動されて光路上にあるときに対物レンズ８の開口を制限し、右側に移動されて光路から外れたているときに対物レンズ８の開口を制限することがない。

図３Ａは、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０に情報を記録再生する状態を示している。この場合は、シャッター７ａが光路から外れ、シャッター７ａによる対物レンズ８の開口の制限がなく、対物レンズホルダー９の内周の径によって対物レンズ８の開口が制限され、対物レンズ８の開口数が０．６に設定される。このため、光束３ａは、対物レンズ８の中心部Ａ１及び外周部Ａ２を通過して収束され、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０の情報記録面上に、光スポット１２ａを形成する。

図３Ｂは、光ディスク１０の代わりに、基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１を配置し、この光ディスク１１に情報を記録再生する状態を示している。この場合は、シャッター７ａが光路上に移動されて、このシャッター７ａによって対物レンズ８の開口数が制限され、対物レンズ８の開口数が０．３７に制限される。従って、光束３ｂは、対物レンズ８の中心部Ａ１のみを通過して収束され、基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１の情報記録面上に、光スポット１２ｂを形成する。

光ディスク１０で反射された反射光束１３ａ、又は光ディスク１１で反射された反射光束１３ｂは、再び対物レンズ８で集光し、開口制限手段７、反射ミラー６および１／４波長板５を通り、ビームスプリッター４に入射する。

反射光束１３ａ又は１３ｂは、１／４波長板５によってＳ偏光に変換されるため、ビームスプリッター４で反射されて、絞りレンズ１４とシリンドリカルレンズ１５を通り、光検出器１６で受光される。

光検出器１６は、受光した反射光束１３ａ又は１３ｂを光電変換して、再生信号を形成すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を形成し、位相差法およびプッシュプル法によりトラッキング制御信号を形成して、これらの信号を出力する。

対物レンズ駆動装置１７は、対物レンズ８をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動し、光スポット１２ａ又は１２ｂを光ディスク１０又は１１上の記録再生トラックに追従させる。

次に、対物レンズ８について更に詳しく説明する。
先に述べた様に、対物レンズ８の外周部Ａ２の開口数は０.６であり、光束３ａが該外周部Ａ２を通って基材厚０.６ｍｍの光ディスク１０の情報記録面に収束したときに、光スポット１２ａの収差が最小となるように、この外周部Ａ２が設計されている。

更に、光束３ａが外周部Ａ２を通るときには、この光束３ａが対物レンズ８の中心部Ａ１をも通る。従って、図４Ａに示す様に、中心部Ａ１及び外周部Ａ２を通ったそれぞれの
光束が基材厚０.６ｍｍの光ディスク１０の情報記録面に収束する。光ディスクの基材厚が０．９ｍｍのときに、光スポットの収差が最小となるように、中心部Ａ１を設計しているものの、中心部Ａ１及び外周部Ａ２を通り、基材厚０.６ｍｍの光ディスク１０を通ったそれぞれの光束が相互に干渉して、光スポット１２ａの１次のサイドローブが最小となる様に、中心部Ａ１及び外周部Ａ２を設計している。これによって、中心部Ａ１及び外周部Ａ２による光スポットの３次の球面収差は、基材厚０.６ｍｍの光ディスクの情報記録面に最小の収差の光スポットを形成するためにのみ設計された従来のレンズと比較しても、同等のレベルに抑えられる。

こうして３次の球面収差を抑えた場合は、高次の収差が増加するものの、この高次の収差は、光スポット１２ａの高次のサイドローブとして現れる。この高次のサイドローブは、広い範囲に分布するため、このサイドローブによる反射光は、高域の信号成分を殆ど含まず、平均的な光量となるので、光検出器１６によって受光され光電変換されても、再生信号、フォーカス制御信号及びトラッキング制御信号のノイズ成分とはならず、これらの信号を劣化させることはない。従って、光束３ａを中心部Ａ１及び外周部Ａ２を通過して収束させても、十分に小さな光スポット１２ａを形成して、基材厚０．６ｍｍのＤＶＤ等の光ディスクの記録再生を正確に行うことができる。

一方、先に述べた様に、対物レンズ８の中心部Ａ１を通って光ディスクの情報記録面に形成される光スポットの収差は、該光ディスクの基材厚が０．９ｍｍのときに最小となる。基材厚１.２ｍｍの光ディスク１１の場合に、中心部Ａ１を通った光束３ｂが該光ディスク１１を通して収束されると、光スポット１２ｂの収差がマーシャルクライテリアの半分程度となる。つまり、光スポット１２ｂが実用的な大きさまで小さくされる。

図４Ｂからも明らかな様に、基材厚１.２ｍｍの光ディスク１１の場合は、外周部Ａ２を通った光束が該光ディスク１１の情報記録面に収束されると、ぼけた光スポットが形成されるものの、中心部Ａ１を通った光束が該光ディスクの情報記録面収束されると、十分に小さな光スポット１２ｂが形成される。従って、シャッター７ａによって対物レンズ８の開口数を０．３７に制限し、光束３ｂを中心部Ａ１のみを通過して収束させれば、十分に小さな光スポット１２ｂを形成して、基材厚１．２ｍｍのＣＤ等の光ディスクの記録再生を正確に行うことができる。

光ディスクの基材厚０．６ｍｍ専用に設計された従来の対物レンズを用いて、ＣＤのような基材厚１．２ｍｍの光ディスクに光束を絞り込むと、大きな球面収差が発生し１点に収束しなくなる。この球面収差は、光軸に近い近軸光線では比較的少ないが、それでも光ディスクの基材厚が２倍になると読み取りに支障を来す。基材厚０．６の光ディスクを前提とし、開口数０．６に設計された対物レンズを用い、この対物レンズの開口数を０．３７に制限して、基材厚１．２ｍｍの光ディスクに光束を絞り込むと、６０ｍλ程度の球面収差が発生する。この状態で光ディスクの記録情報を再生すると、ジッターが３０％程度増加し、フォーカス信号の品質が劣化する。この程度劣化しても再生は可能であるが、環境変化、光ディスクのばらつき等を考慮すると、上記球面収差を低減することが望ましい。

対物レンズ８の開口数０．３７となる中心部Ａ１によって最小の収差の光スポットを形成し得る光ディスクの基材厚（最適基材厚）を光ディスクの基材厚１．２ｍｍの７０％（０.８４ｍｍ）に設定した場合、球面収差を４０ｍλ程度に低減することができ、ほぼ支障のない再生が可能となる。あるいは、対物レンズ８の開口数０．３７となる中心部Ａ１についての最適基材厚を概ね０．８４ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲で設定するのが好ましい。

この第１実施形態では、対物レンズ８の開口数０．３７となる中心部Ａ１についての最
適基材厚を０．６ｍｍより大きな０.９ｍｍとしており、基材厚１．２ｍｍの光ディスクの記録再生を正確に行うことができる。

なお、ＤＶＤ等の基材厚０．６ｍｍの光ディスクに対しては波面収差が増加するものの、先に述べた様に、そのほとんどが高次収差であり、再生で大きな問題になる球面収差を小さく抑えることができる。

従って、ＤＶＤに対してはほとんど性能を劣化させることなく、ＣＤに対しては再生性能を向上させることができる。

ところで、ＣＤを再生する従来の装置では、半導体レーザから出射される光束の波長を７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ、対物レンズの開口数を０．４５に設定している。あるいは、ビデオディスクや情報記録再生装置では、対物レンズの開口数を０.５３程度まで大きくしている。

この第１実施形態では、半導体レーザ１から出射される光束の波長を６５０ｎｍに設定しているので、この波長６５０ｎｍに応じて対物レンズ８の中心部Ａ１の開口数を設定している。例えば、光ディスクの基材厚を１.２ｍｍ、半導体レーザから出射される光束の波長を７８０ｎｍ、対物レンズの開口数を０.４５に設定した装置を前提とし、波長λを任意に設定して、この装置と同等の性能を得るには、（λ／７８０）×０.４５の式から開口数を求める。ここでは、光束の波長が６５０ｎｍのため、（６５０／７８０）×０.４５＝０.３７５となり、この値は、対物レンズ８の中心部Ａ１の開口数０.３７に略一致する。

また、ＤＶＤを再生する従来の装置では、半導体レーザから出射される光束の波長を６３５ｎｍ〜６６０ｎｍ、対物レンズの開口数を０．６に設定することが多く、光束の波長として、６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲で設定される可能性があると考えられる。

この第１実施形態では、半導体レーザ１から出射される光束の波長を６５０ｎｍに設定し、対物レンズ８の外周部Ａ２の開口数を０.６に設定しているので、従来の装置と同等の再生能力を保持することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の光ヘッドの第２実施形態を示している。

図５において、半導体レーザ２１から出射した波長６５０ｎｍの放射光は、集光レンズ２２により集光されて略平行な光束２３となる。この光束２３は、Ｐ偏光であって、偏光ビームスプリッター２４に入射し、ここを透過する。この偏光ビームスプリッター２４を透過した光束２３は、反射ミラー２５で反射されて、偏光性ホログラム２６に入射する。

偏光性ホログラム２６は、図６に示すように複屈折特性を持つＬｉＮｂ基板にホログラムを形成したもので、常光を回折し異常光を透過するように構成されている。さらに、ＬｉＮｂ基板をプロトン交換してホログラムを形成することもできる。

光束２３の殆どの成分は、異常光であって、偏光性ホログラム２６に入射して、ここを透過する。１／４波長板２７を偏光性ホログラム２６と一体化しており、光束２３は、直線偏光を略円偏光に変換する該１／４波長板２７を通過して、対物レンズ２８に入射する。対物レンズホルダー２９は、開口数が０．６になるように、対物レンズ２８の開口を制限している。

対物レンズ２８は、図２Ａの対物レンズ８と同様に、中心部Ａ１と、この中心部Ａ１を囲う外周部Ａ２を有する。中心部Ａ１の開口数（ＮＡ）が０．３７であり、外周部Ａ２の開口数が０．６である。開口数０．３７の中心部Ａ１においては、光ディスクの基材厚が０．９ｍｍのときに、この中心部Ａ１を通って該光ディスクの情報記録面に形成される光スポットの収差が最小となるように、この中心部Ａ１が設計され、かつ開口数０．６の外周部Ａ２においては、光ディスクの基材厚が０．６ｍｍのときに、この外周部Ａ２を通って該光ディスクの情報記録面に形成される光スポットの収差が最小となるように、この外周部Ａ２が設計されている。

対物レンズ２８で絞られた光束２３は、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０の情報記録面上又は基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１の情報記録面上に光スポット１２ａ又は１２ｂを形成する。

次に、光ディスク１０又は１１で反射された反射光束３１は、再び対物レンズ２８によって集光され、１／４波長板２７によって略円偏光から光束２３に対して直交する直線偏光に変換され、偏光性ホログラム２６に入射する。このため、反射光束３１は、偏光性ホログラム２６に対して常光で入射し、回折作用をうけて、図７に示すように３つの反射光束３２、３３、３４に分割される。

この偏光性ホログラム２６は、対物レンズ２８の中心部Ａ１及び外周部Ａ２に対応する中心領域及び外周領域を有しており、これらの領域毎に、ホログラムのパターンを設定している。これによって、開口数０．３７の中心部Ａ１を通過し、偏光性ホログラム２６の中心領域を通過した光束が反射光束３２となり、開口数０．３７〜０．６に相当する外周部Ａ２を通過し、偏光性ホログラム２６の外周領域を通過した光束が各反射光束３３，３４となる。

各反射光束３２，３３，３４は、反射ミラー２５で反射して、偏光ビームスプリッター２４に入射する。これらの反射光束３２，３３，３４は、１／４波長板２７によってＳ偏光に変換されてから偏光ビームスプリッター２４に入射するため、ここで反射して、絞りレンズ３５とシリンドリカルレンズ３６とを通り、各光検出器３７、３８、３９に受光される。

光検出器３７は、反射光束３２を受光して、再生信号を形成すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を形成し、位相差法およびプッシュプル法によりトラッキング制御信号を形成して、これらの信号を出力する。また、他の各光検出器３８，３９は、それぞれの反射光束３３，３４を受光して、それぞれの再生信号を形成して出力する。

対物レンズ駆動装置４０は、対物レンズ２８をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動し、光スポット１２ａ又は１２ｂを光ディスク１０又は１１上の記録再生トラックに追従させる。

なお、偏光性ホログラム２６と１／４波長板２７を対物レンズ２８に一体化し、これを対物レンズ駆動装置４０によって駆動しても良い。

このような構成において、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０を再生すべく、対物レンズ２８の開口数を０．６に設定するには、対物レンズ２８の中心部Ａ１及び外周部Ａ２を通過した反射光束３１の全て、つまり各反射光束３２，３３，３４を選択すれば良く、このためには全ての各光検出器３７，３８，３９からの再生信号の和を求め、この和の信号を用いる。このとき、光ディスク１０の再生は、反射光束３１の全て、つまり各反射光束３２，３３，３４を用いて行われる。

また、基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１を再生すべく、対物レンズ２８の開口数を０.３７に設定するには、対物レンズ２８の中心部Ａ１を通過した反射光束３１の部分、つまり反射光束３２のみを選択すれば良く、このためには光検出器３７からの再生信号のみを用いる。

この様に対物レンズ２８の開口を実質的に制限する代わりに、光ディスク１０又は１１で反射された反射光束３１を偏光性ホログラム２６によって分離して、開口数０．３７の中心部Ａ１を通過した反射光束３２と、開口数０．３７〜０．６に相当する外周部Ａ２を通過した各反射光束３３，３４を形成し、これらの反射光束３２，３３，３４を各光検出器３７，３８，３９によって個別に検出し、これらの光検出器３７，３８，３９からの再生信号を選択的に用いている。この場合は、対物レンズの開口を制限するために、機械的な駆動系を必要としないので、小型で信頼性の高い光ヘッドを構成することができる。

（第３実施形態）
図８は、本発明の光ヘッドの第３実施形態を示している。
図８において、第１半導体レーザ４１から出射した波長６５０ｎｍの放射光は、Ｐ偏光であって、第１偏光ビームスプリッター４２を透過し、光路合成分離手段４３に入射する。光路合成分離手段４３は、波長６５０ｎｍの光束を透過し、波長７８０ｎｍの光束を反射するよう構成されている。このため、第１半導体レーザ４１から出射した波長６５０ｎｍの放射光は、光路合成分離手段４３を透過し、集光レンズ４６により集光されて略平行な光束４７となる。

光束４７は、直線偏光を略円偏光に変換する１／４波長板４９と反射ミラー５０および波長フィルター５１を通り、対物レンズ５２に入射する。

波長フィルター５１は、開口数０．４５以下の対物レンズ５２の中心部に相当する領域で波長６５０ｎｍと波長７８０ｎｍの光を透過し、開口数０．４５より大きい対物レンズ５２の外周部に相当する領域で波長６５０ｎｍの光を透過し、かつ波長７８０ｎｍの光を反射するように構成されている。

このため、波長６５０ｎｍの光束４７は、波長フィルター５１を透過する。この場合は、対物レンズホルダー５３によって対物レンズ５２の開口が制限され、対物レンズ５２の開口数が０．６となる。開口数０．６に制限された対物レンズ５２を透過した光束４７は、対物レンズ５２により収束されて、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０の情報記録面上に光スポット５４を形成する。

一方、第２半導体レーザ４４から出射された波長が７８０ｎｍの放射光は、Ｐ偏光であって、第２偏光ビームスプリッター４５を透過し、光路合成分離手段４３に入射する。光路合成分離手段４３は、波長７８０ｎｍの光束を反射するよう構成されている。このため、波長７８０ｎｍの放射光は、光路合成分離手段４３で反射して、集光レンズ４６によって集光され、略平行な光束４８となる。

光束４８は、直線偏光を略円偏光に変換する１／４波長板４９、反射ミラー５０及び波長フィルター５１を通り、対物レンズ５２に入射する。この光束４８は、波長７８０ｎｍであるため、波長フィルター５１によって、開口数０．４５より大きい対物レンズ５２の外周部に相当する領域で反射され、開口数０．４５以下の対物レンズ５２の中心部に相当する領域を透過し、これによって対物レンズ５２の開口数が０．４５になるように、対物レンズ５２の開口が実質的に制限される。開口数を０．４５に制限したときの光束４８は、対物レンズ５２によって収束され、基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１の情報記録面上に光スポット５５を形成する。

対物レンズ５２は、図９に示すように、開口数０．４５の中心部Ｂ１で、光ディスクの基材厚が０．９ｍｍのときに光スポットの収差が最小になるように設計され、開口数０．４５〜０．６の外周部Ｂ２で、光ディスクの基材厚が０．６ｍｍのときに光スポットの収差が最小になるように設計されている。この対物レンズ５２の光束が透過する面は、連続的で滑らかな曲面である。

図１０Ａは、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０に情報を記録再生する状態を示している。この場合は、第１半導体レーザ４１からの波長６５０ｎｍの光束４７が対物レンズ５２の中心部Ｂ１及び外周部Ｂ２を共に透過するので、対物レンズ５２の開口数が０．６に制限される。光ディスク１０で反射した反射光束５６は、再び対物レンズ５２で集光され、波長フィルター５１、反射ミラー５０、１／４波長板４９及び光路合成分離手段４３を通り、第１偏光ビームスプリッター４２に入射する。この反射光束５６は、１／４波長板４９の作用によりＳ偏光に変換されているので、第１偏光ビームスプリッター４２で反射して、第１シリンドリカルレンズ５８を通り、第１光検出器５９で受光される。第１光検出器５９は、受光した反射光束５６を光電変換して、再生信号を形成すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を形成し、位相差法およびプッシュプル法によりトラッキング制御信号を形成して、これらの信号を出力する。

図１０Ｂは、基材厚１．２ｍｍの光ディスクに情報を記録再生する状態を示している。この場合は、第２半導体レーザ４４からの波長が７８０ｎｍの光束４８が対物レンズ５２の中心部Ｂ１のみを透過するので、対物レンズ５２の開口数が０．４５に制限される。光ディスク１１で反射した反射光束５７は、再び対物レンズ５２で集光され、波長フィルター５１、反射ミラー５０及び１／４波長板４９を通り、光路合成分離手段４３で反射して、第２偏光ビームスプリッター４５に入射する。この反射光束５７は、１／４波長板４９の作用によりＳ偏光に変換されているので、第２偏光ビームスプリッター４５で反射して、第２シリンドリカルレンズ６０を通り、第２光検出器６１に受光される。第２光検出器６１は、受光した反射光束５７を光電変換して、再生信号を形成すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を形成し、位相差法およびプッシュプル法によりトラッキング制御信号を形成して、これらの信号を出力する。

このように光ディスクの最適基材厚が０．９ｍｍとなる様に開口数０．４５の中心部Ｂ１の収差を補正しておき、ＣＤ等の基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１を再生するときには、対物レンズ５２の開口数を０．４５に制限している。これによって、最適基材厚が０．６ｍｍとなる様に全体の球面収差を補正した従来の対物レンズと比較しても、光スポットの収差を同等のレベルに抑えることができる。更に、ＤＶＤ等の基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０を再生するときには、対物レンズ５２の開口数を０．６に設定しながらも、対物レンズ５２の３次の球面収差を増加させることはない。

この第３実施形態では、最適基材厚が０．９ｍｍとなるように開口数０．４５の対物レンズ５２の中心部Ｂ１の収差を補正しているが、図１の第１実施形態と同様に、この中心部Ｂ１については、光ディスク１１の基材厚の７０％以上で、収差が最小になるように該中心部Ｂ１の収差が補正されていればよい。

また、この第３実施形態では、光束４８の開口を制限する手段として、波長フィルター５１を用いたが、図４の第２実施形態で説明したように、偏光性ホログラムを用いて反射光束５７の開口を制限しても同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図１１は、本発明の光ヘッドの第４実施形態を示している。

図１１において、半導体レーザ１から出射した波長６５０ｎｍの放射光は、集光レンズ２により集光されて略平行な光束３となる。この光束３は、Ｐ偏光であって、偏光ビームスプリッタ４に入射し、ここを透過する。この偏光ビームスプリッタ４を透過した光束３は、１／４波長板５を通って、直線偏光から略円偏光に変換され、反射ミラー６で反射されて、対物レンズ８に入射される。対物レンズホルダー９は、対物レンズ８の開口数が０.６となる様に、該対物レンズ８の開口を制限している。

対物レンズ８は、図２Ａで説明した様に、中心部Ａ１の開口数（ＮＡ）が０．３７であり、外周部Ａ２の開口数が０．６である。開口数０．３７の中心部Ａ１においては、光ディスクの基材厚が０．９ｍｍのときに、該光ディスクの情報記録面に形成される光スポットの収差が最小となるように、この中心部Ａ１が設計され、かつ開口数０．６の外周部Ａ２においては、光ディスクの基材厚が０．６ｍｍのときに、該光ディスクの情報記録面に形成される光スポットの収差が最小となるように、この外周部Ａ２が設計されている。

対物レンズ８で絞られた光束３は、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０の情報記録面上又は基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１の情報記録面上に光スポット１２ａ又は１２ｂを形成する。

次に、光ディスク１０又は１１で反射された反射光束６１は、再び対物レンズ８によって集光され、１／４波長板５によって略円偏光から光束３に対して直交する直線偏光に変換される。従って、反射光束６１は、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッター４に入射し、ここで反射して、絞りレンズ６２を通り、光分離ミラー６３に入射する。

光分離ミラー６３は、開口数０.３７に相当する対物レンズ８の中心部Ａ１からの光束を透過し、対物レンズ８の外周部Ａ２からの光束を反射する。光分離ミラー６３を透過した反射光束６４は、傾斜した光分離ミラー６３を透過することにより非点収差を持つものとなり、第１光検出器６６に受光される。また、光分離ミラー６３で反射された反射光束６５は、第２光検出器６７で受光される。

第１光検出器６６は、反射光束６４を受光して光電変換し、再生信号を形成すると共に、非点収差法によりフォーカス制御信号を形成し、位相差法およびプッシュプル法によりトラッキング制御信号を形成して、これらの信号を出力する。また、第２光検出器６７は、反射光束６５を受光して、再生信号を形成して出力する。

対物レンズ駆動装置１７は、対物レンズ８をフォーカス方向およびトラッキング方向に駆動し、光スポット１２ａ又は１２ｂを光ディスク１０又は１１上の記録再生トラックに追従させる。

この様な構成において、基材厚０．６ｍｍの光ディスク１０を再生すべく、対物レンズ８の開口数０．６を設定するには、対物レンズ８の中心部Ａ１及び外周部Ａ２を通過した反射光束６１の全て、つまり各反射光束６４，６５を選択すれば良く、このためには各光検出器６６，６７からの再生信号の和を求め、この和の信号を用いる。また、基材厚１．２ｍｍの光ディスク１１を再生すべく、対物レンズ８の開口数０.３７を設定するには、対物レンズ８の中心部Ａ１を通過した反射光束６１の部分、つまり反射光束６４のみを選択すれば良く、このためには第１光検出器６６からの再生信号のみを用いる。

この様に対物レンズ８の開口を実質的に制限する代わりに、光ディスク１０又は１１で反射された反射光束６１を光分離ミラー６３によって分離して、開口数０．３７の中心部
Ａ１を通過した反射光束６４と、開口数０．３７〜０．６に相当する外周部Ａ２を通過した反射光束６５を形成し、これらの反射光束６４，６５を各光検出器６６，６７によって個別に検出し、これらの光検出器６６，６７からの再生信号を選択的に用いている。この場合は、対物レンズの開口を制限するために、機械的な駆動系を必要としないので、小型で信頼性の高い光ヘッドを構成することができる。

なお、上記各実施形態では、対物レンズ及び光ヘッドを例示しているが、本発明は、これらの対物レンズ及び光ヘッドを備える光ディスク装置、つまりＣＤやＤＶＤ等の記録及び再生を行う装置をも含むものである。

本発明の光ヘッドの第１実施形態を示すブロック図である。 図１の光ヘッドにおける対物レンズを示す断面図及び平面図である。 図２Ａにおける対物レンズを部分的に拡大して示す断面図である。 図１の光ヘッドによって基材厚０．６ｍｍの光ディスクに記録再生する状態を示す図である。 図１の光ヘッドによって基材厚１．２ｍｍの光ディスクに記録再生する状態を示す図である。 図３Ａの状態における対物レンズの作用を説明するために用いた図である。 図３Ｂの状態における対物レンズの作用を説明するために用いた図である。 本発明の光ヘッドの第２実施形態を示すブロック図である。 図５の光ヘッドにおける偏光性ホログラムを示す断面図である。 図５の光ヘッドを部分的に拡大して示す図である。 本発明の光ヘッドの第３実施形態を示すブロック図である。 図８の光ヘッドにおける対物レンズを示す断面図及び平面図である。 図８の光ヘッドによって基材厚０．６ｍｍの光ディスクに記録再生する状態を示す図である。 図８の光ヘッドによって基材厚１．２ｍｍの光ディスクに記録再生する状態を示す図である。 本発明の光ヘッドの第４実施形態を示すブロック図である。 従来の光ヘッドを示すブロック図である。 図１２の光ヘッドの動作を説明するために用いた図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ
２ 集光レンズ
３ 光束
４ 偏光ビームスプリッター
５ １／４波長板
７ 開口制限手段
７ａ シャッター
８ 対物レンズ
９ 対物レンズホルダー
１０ 光ディスク
１１ 光ディスク
１２ａ 光スポット
１２ｂ 光スポット
１３ａ 反射光束
１３ｂ 反射光束
１６ 光検出器

Claims (11)

1. 第１の厚さＴ１の基材を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの基材より厚い第２の厚さＴ２の基材を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光束を収束させる対物レンズであって、
   前記対物レンズは複数の領域を具備し、
   前記複数の領域は、第１領域と、前記第１領域に比して前記対物レンズの光軸に近い第２領域とを含み、
   前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束の両方が、前記第１の情報媒体の情報記録面上の同じ位置に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束する構成であり、
   前記第２領域は、前記第２領域を通過した光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になるよう設計されていることを特徴とする対物レンズ。
2. 前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束とが、互いに干渉して前記第１の情報媒体の情報記録面上の同じ位置に収束されることを特徴とする、請求項１記載の対物レンズ。
3. 前記第１領域を通過した光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに形成される光スポットの収差がマーシャルクライテリアの半分程度以下となるよう設計されてい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。
4. 第１の厚さＴ１の基材を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの基材より厚い第２の厚さＴ２の基材を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光束を収束させる対物レンズであって、
   前記対物レンズは複数の領域を具備し、
   前記複数の領域は、第１領域と、前記第１領域に比して前記対物レンズの光軸に近い第２領域とを含み、
   前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束とが互いに干渉して、前記１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束するように構成されており、
   前記第２領域は、前記第２領域を通過した光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になるよう設計されていることを特徴とする対物レンズ。
5. 第１の厚さＴ１の基材を有する第１の情報媒体の情報記録面上と、前記第１の厚さの基材より厚い第２の厚さＴ２の基材を有する第２の情報媒体の情報記録面上に光束を収束させる対物レンズであって、
   前記対物レンズは複数の領域を具備し、
   前記複数の領域は、第１領域と、前記第１領域に比して前記対物レンズの光軸に近い第２領域とを含み、
   前記対物レンズは、前記第１領域を透過した光束と、前記第２領域を透過した光束を前記１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束させ、
   前記第２領域は、前記第２領域を通過した光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になり、かつ、前記第２領域を通過した光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに形成される光スポットの収差がマーシャルクライテリアの半分程度以下となるよう設計されていることを特徴とする対物レンズ。
6. 前記第１領域と前記第２領域を透過した波長λ１の光束が、前記第１の情報媒体の情報記録面上に、前記第１の厚さＴ１の基材を介して収束する構成であり、
   前記第２領域は、前記第２領域を通過した波長λ１の光束が、前記第１の厚さＴ１より厚く前記第２の厚さＴ２より薄い第３の厚さＴ３の基材を透過したときに形成される光スポットの収差が最小になり、しかも、前記第２領域を通過した波長λ１より長い波長λ２の光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに形成される光スポットの収差がマーシャルクライテリアの半分程度以下となるよう設計されたことを特徴とする請求項４または５に記載の対物レンズ。
7. 前記第３の厚さＴ３は、前記第２の厚さＴ２の０．７倍以上で、前記第２の厚さＴ２よりも薄いことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の対物レンズ。
8. 前記第２の厚さＴ２は、前記第１の厚さＴ１の約２倍であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の対物レンズ。
9. 前記第２領域を通過した光束が、前記第２の厚さＴ２の基材を透過したときに光スポットを形成する開口数が、波長をλとして、（λ／７８０）×０．４５以上で、かつ、（λ／７８０）×０．５３以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の対物レンズ。
10. 光束を出射する光源と、前記光束を情報媒体の情報記録面上に収束させる請求項１〜９のいずれかに記載の対物レンズと、前記情報記録面で反射された光束を受光して電気信号を出力する光検出器とを備える光ヘッド装置。
11. 請求項１０記載の光ヘッド装置を備え、前記情報媒体の情報記録面へ情報の記録または再生を行う光ディスク装置。

Images