JPH09184975A - 対物レンズおよび光ヘッド - Google Patents
対物レンズおよび光ヘッドInfo
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- JPH09184975A JPH09184975A JP7342203A JP34220395A JPH09184975A JP H09184975 A JPH09184975 A JP H09184975A JP 7342203 A JP7342203 A JP 7342203A JP 34220395 A JP34220395 A JP 34220395A JP H09184975 A JPH09184975 A JP H09184975A
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- G11B7/1372—Lenses
- G11B2007/13727—Compound lenses, i.e. two or more lenses co-operating to perform a function, e.g. compound objective lens including a solid immersion lens, positive and negative lenses either bonded together or with adjustable spacing
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光量の損失なく、安価に、精度よく基板厚さ
1.2mmのＣＤと基板厚さ0.6mmのＳＤの信号を再生する対
物レンズ、及びそれを用いた光ヘッドを提供する。 【解決手段】 対物レンズ１は厚さ０．６ｍｍの基板を
用いたＳＤ２を再生するときにはＮＡ０．６で再生し、
厚さ１．２ｍｍの基板を用いたＣＤ３を再生するときに
はＮＡ０．４２で再生する。NA０．４２の境界では位相
差をつけるためにわずかながら段差がついている。ここ
での設計波長は０．６３５μm、中心部最適設計基板厚
さ約０．８ｍｍである。このときSD再生時に波面収差は
０．０２５λ程度であり、ＣＤの再生信号ジッタも現状
と同等である。 【効果】 光量の損失なく、安価に、精度よく基板厚さ
１．２ｍｍのＣＤと基板厚さ０．６ｍｍのＳＤの信号を
再生することができる。
1.2mmのＣＤと基板厚さ0.6mmのＳＤの信号を再生する対
物レンズ、及びそれを用いた光ヘッドを提供する。 【解決手段】 対物レンズ１は厚さ０．６ｍｍの基板を
用いたＳＤ２を再生するときにはＮＡ０．６で再生し、
厚さ１．２ｍｍの基板を用いたＣＤ３を再生するときに
はＮＡ０．４２で再生する。NA０．４２の境界では位相
差をつけるためにわずかながら段差がついている。ここ
での設計波長は０．６３５μm、中心部最適設計基板厚
さ約０．８ｍｍである。このときSD再生時に波面収差は
０．０２５λ程度であり、ＣＤの再生信号ジッタも現状
と同等である。 【効果】 光量の損失なく、安価に、精度よく基板厚さ
１．２ｍｍのＣＤと基板厚さ０．６ｍｍのＳＤの信号を
再生することができる。
Description
【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。
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-ROM(Compact Disc -
Read Only Memory)であり、新たな光ディスクの開発に
あたってはCD-ROMとの互換性の要求が大きい。このCD-R
OMに続く次世代高密度ROMとして、最近SD-ROM(Super De
nsity - Read Only Memory)が提案されている。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(Num
erical Aperture:NA)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、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。ところがNAを大きくするとそれにともなって、ディ
スクが傾いたときに生じるコマ収差が急激に増大し、光
ディスク上の集光スポットをかえって劣化させてしまう
ためむやみにNAを大きくすることができない。そこでSD
-ROMにおいてはディスクの基板の厚さをCD-ROMの1.2mm
から0.6mmに薄くすることが提案されている。ディスク
が傾いたときのコマ収差はディスク基板の厚さに比例す
るため、NAを大きくしたことによるコマ収差の増大を基
板を薄くすることで相殺することをねらったのである。
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-ROM(Compact Disc -
Read Only Memory)であり、新たな光ディスクの開発に
あたってはCD-ROMとの互換性の要求が大きい。このCD-R
OMに続く次世代高密度ROMとして、最近SD-ROM(Super De
nsity - Read Only Memory)が提案されている。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(Num
erical Aperture:NA)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、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。ところがNAを大きくするとそれにともなって、ディ
スクが傾いたときに生じるコマ収差が急激に増大し、光
ディスク上の集光スポットをかえって劣化させてしまう
ためむやみにNAを大きくすることができない。そこでSD
-ROMにおいてはディスクの基板の厚さをCD-ROMの1.2mm
から0.6mmに薄くすることが提案されている。ディスク
が傾いたときのコマ収差はディスク基板の厚さに比例す
るため、NAを大きくしたことによるコマ収差の増大を基
板を薄くすることで相殺することをねらったのである。
【０００３】ところが基板の厚さをCD-ROMと変えてしま
うとSD-ROMとCD-ROMの互換性を保つことが難しくなる。
というのは光ディスクの基板ごしに光を集光するとその
ままでは球面収差が生じてしまうため、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。つまり0.6mmの基板厚さに対して最適化された
対物レンズで1.2mmの基板厚さのCDを再生しようとする
と、0.6mmの基板厚さずれによる球面収差が生じてしま
い、光スポットがぼけて、信号を再生することができな
くなるのである。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.）、及び三菱電機ニュース・リリース、開発No.9507
（平成７年６月２１日）に記載されている。
うとSD-ROMとCD-ROMの互換性を保つことが難しくなる。
というのは光ディスクの基板ごしに光を集光するとその
ままでは球面収差が生じてしまうため、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。つまり0.6mmの基板厚さに対して最適化された
対物レンズで1.2mmの基板厚さのCDを再生しようとする
と、0.6mmの基板厚さずれによる球面収差が生じてしま
い、光スポットがぼけて、信号を再生することができな
くなるのである。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.）、及び三菱電機ニュース・リリース、開発No.9507
（平成７年６月２１日）に記載されている。
【０００４】前者は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SD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。
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SD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。
【０００５】後者は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。
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、そ
れぞれ課題が残っている。
れぞれ課題が残っている。
【０００７】前者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SD用の光スポットが生じ、SD
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。特にこれは今後書き換
え可能型のＳＤが開発されるときに、大きな問題となり
うる。
め、CDを再生するときにもSD用の光スポットが生じ、SD
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。特にこれは今後書き換
え可能型のＳＤが開発されるときに、大きな問題となり
うる。
【０００８】後者においては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。
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。
【０００９】これに鑑み、本発明の目的は光量の損失な
く、安価に、精度よく基板厚さ1.2mmのＣＤと基板厚さ
0.6mmのＳＤの信号を再生することである。
く、安価に、精度よく基板厚さ1.2mmのＣＤと基板厚さ
0.6mmのＳＤの信号を再生することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、光源と、光情報記録媒体に光源からの光を集光する
ための対物レンズと、光記録媒体からの反射光を光源に
戻る光路から分岐させる光分岐素子と、光検出器と、光
記録媒体上の情報ピット列に集光スポットを位置決めす
る手段とから少なくとも構成される光ヘッドにおいて、
光情報記録媒体から、光学的に収差なく良好に情報を記
録または再生する光源波長λ１、対物レンズ開口数ＮＡ
１の光ヘッドに比較して、２乗平均平方根波面収差Ｗｒ
ｍｓ、光源波長λ２、対物レンズ開口数ＮＡ２を
に、光源と、光情報記録媒体に光源からの光を集光する
ための対物レンズと、光記録媒体からの反射光を光源に
戻る光路から分岐させる光分岐素子と、光検出器と、光
記録媒体上の情報ピット列に集光スポットを位置決めす
る手段とから少なくとも構成される光ヘッドにおいて、
光情報記録媒体から、光学的に収差なく良好に情報を記
録または再生する光源波長λ１、対物レンズ開口数ＮＡ
１の光ヘッドに比較して、２乗平均平方根波面収差Ｗｒ
ｍｓ、光源波長λ２、対物レンズ開口数ＮＡ２を
【００１１】
【数４】
【００１２】…（数１） （ただしｎ１、ｎ２はそれぞれ波長λ１、λ２に対する
情報記録媒体基板の屈折率、ｄは情報ピット深さ）をほ
ぼ満たすようにする。
情報記録媒体基板の屈折率、ｄは情報ピット深さ）をほ
ぼ満たすようにする。
【００１３】また透明な平行平板基板を通して光学的に
情報を記録再生する光情報記録媒体に、情報を記録また
は再生するために、レーザー光を情報記録膜面に集光す
る対物レンズで、中心部分と周辺部分で該レーザー光を
それぞれ独立に収差なく集光するための該基板の最適な
厚さが異ならせる。
情報を記録再生する光情報記録媒体に、情報を記録また
は再生するために、レーザー光を情報記録膜面に集光す
る対物レンズで、中心部分と周辺部分で該レーザー光を
それぞれ独立に収差なく集光するための該基板の最適な
厚さが異ならせる。
【００１４】また基板厚さ、情報ピット穴深さ、情報記
録密度の異なる２種類の光情報記録媒体から、共に情報
を記録または再生するために、波長λ２のレーザー光を
情報記録膜面に集光する上記の対物レンズで、周辺部分
は記録密度の大きい第１の光情報記録媒体の基板厚さを
通して集光するときに無収差となり、中心部分は２種類
の基板厚さの間の基板厚さを通して集光するときに無収
差となり、第１の光情報記録媒体の基板に対する、中心
部分を透過する光と合わせた入射光の集光スポット２乗
平均平方根波面収差を約０．０４λ（λは使用するレー
ザ光の波長）以下とする。かつ、中心部分のみを透過す
る光によって記録密度の低い第２の光情報記録媒体を記
録または再生するに当たって、中心部分のみの開口数Ｎ
Ａ２と、該中心部分の光が無収差で集光される基板厚さ
と第２の光情報記録媒体の基板の厚さの誤差によって生
じる波面収差Ｗｒｍｓが、第２の光情報記録媒体から光
学的に収差なく良好に情報を記録または再生する光源波
長λ１、開口数ＮＡ１の通常の対物レンズを有する光ヘ
ッドに比較して、上記（数１）（ただしｎ１、ｎ２はそ
れぞれ波長λ１、λ２に対する情報記録媒体基板の屈折
率）をほぼ満たすようにする。
録密度の異なる２種類の光情報記録媒体から、共に情報
を記録または再生するために、波長λ２のレーザー光を
情報記録膜面に集光する上記の対物レンズで、周辺部分
は記録密度の大きい第１の光情報記録媒体の基板厚さを
通して集光するときに無収差となり、中心部分は２種類
の基板厚さの間の基板厚さを通して集光するときに無収
差となり、第１の光情報記録媒体の基板に対する、中心
部分を透過する光と合わせた入射光の集光スポット２乗
平均平方根波面収差を約０．０４λ（λは使用するレー
ザ光の波長）以下とする。かつ、中心部分のみを透過す
る光によって記録密度の低い第２の光情報記録媒体を記
録または再生するに当たって、中心部分のみの開口数Ｎ
Ａ２と、該中心部分の光が無収差で集光される基板厚さ
と第２の光情報記録媒体の基板の厚さの誤差によって生
じる波面収差Ｗｒｍｓが、第２の光情報記録媒体から光
学的に収差なく良好に情報を記録または再生する光源波
長λ１、開口数ＮＡ１の通常の対物レンズを有する光ヘ
ッドに比較して、上記（数１）（ただしｎ１、ｎ２はそ
れぞれ波長λ１、λ２に対する情報記録媒体基板の屈折
率）をほぼ満たすようにする。
【００１５】また実際にはＣＤに相当する第２の光情報
記録媒体の基板厚さが約１．２ｍｍであるから、
記録媒体の基板厚さが約１．２ｍｍであるから、
【００１６】
【数５】
【００１７】…（数２） をほぼ満たようにすればよい。
【００１８】またこれらの対物レンズでにおいて、レン
ズ全体としてアッベの正弦条件をほぼ満たしめる。
ズ全体としてアッベの正弦条件をほぼ満たしめる。
【００１９】またこれらの対物レンズでにおいて、周辺
部分と中心部分との境界部分の形状を滑らかに接続させ
る。
部分と中心部分との境界部分の形状を滑らかに接続させ
る。
【００２０】またこれらの対物レンズでにおいて、中心
部分の最適基板厚さをレンズ中心から同心円状に連続的
に可変とさせる。
部分の最適基板厚さをレンズ中心から同心円状に連続的
に可変とさせる。
【００２１】またこれらの対物レンズでにおいて、周辺
部分または中心部分に薄膜を装荷することによって中心
部分と周辺部分の最適基板厚さを異ならしめる。
部分または中心部分に薄膜を装荷することによって中心
部分と周辺部分の最適基板厚さを異ならしめる。
【００２２】またこれらの対物レンズを、全面にわたっ
て一様な基板厚に最適化されたレンズと、物体側に配置
された中心部分に穴のあいた平行平板によって構成させ
る。
て一様な基板厚に最適化されたレンズと、物体側に配置
された中心部分に穴のあいた平行平板によって構成させ
る。
【００２３】またこれらの対物レンズを用いて、基板厚
さ1.2mmの光記録媒体と基板厚さが1.2mmとは異なる光記
録媒体とから信号を再生できる光ヘッドを構成する。
さ1.2mmの光記録媒体と基板厚さが1.2mmとは異なる光記
録媒体とから信号を再生できる光ヘッドを構成する。
【００２４】また基板厚さ1.2mmの光ディスクと基板厚
さが1.2mmとは異なる光ディスクから対物レンズを交換
することなく信号を再生でき、基板厚さが1.2mmとは異
なる光ディスクを再生するに当たって、レンズ部分の入
射光量に対する再生用スポットの全光量の割合が90%以
上とさせる。
さが1.2mmとは異なる光ディスクから対物レンズを交換
することなく信号を再生でき、基板厚さが1.2mmとは異
なる光ディスクを再生するに当たって、レンズ部分の入
射光量に対する再生用スポットの全光量の割合が90%以
上とさせる。
【００２５】またこれらの対物レンズを用いて、厚さ1.
2mmの基板に記録された情報を再生するにあたって、周
辺部分に入射する光の光量を低減または遮光させる。
2mmの基板に記録された情報を再生するにあたって、周
辺部分に入射する光の光量を低減または遮光させる。
【００２６】さらにその光量低減または遮光手段を対物
レンズが情報ピットを追随するのに連動させて動かす。
レンズが情報ピットを追随するのに連動させて動かす。
【００２７】さらにあるいは対物レンズと光量低減また
は遮光手段を一体化する。
は遮光手段を一体化する。
【００２８】また厚さ1.2mmの基板に記録された情報を
再生するにあたって周辺部の光を低減する他の手段とし
て、光検出器の大きさや光学系の最適化を行う。
再生するにあたって周辺部の光を低減する他の手段とし
て、光検出器の大きさや光学系の最適化を行う。
【００２９】またこれらの対物レンズを用いて、基板厚
さ1.2mmと0.6mmの光記録媒体から信号を再生できる光ヘ
ッドを構成する。
さ1.2mmと0.6mmの光記録媒体から信号を再生できる光ヘ
ッドを構成する。
【００３０】また透明な平行平板基板を通して情報ピッ
トを光学的に記録再生するために、レーザー光を情報記
録膜面に集光する対物レンズの光源側の近軸焦点が、対
物レンズ光源側表面から2mm以上離れており、対物レン
ズ周辺部分に入射する光の光量を低減、または遮光する
手段を有し、光記録媒体上の情報列に光スポットを追随
させるためのアクチュエータとしてガルバノミラーを用
い、ガルバノミラーの回転軸を該対物レンズのレーザ光
源側の近軸焦点付近に配置させる。
トを光学的に記録再生するために、レーザー光を情報記
録膜面に集光する対物レンズの光源側の近軸焦点が、対
物レンズ光源側表面から2mm以上離れており、対物レン
ズ周辺部分に入射する光の光量を低減、または遮光する
手段を有し、光記録媒体上の情報列に光スポットを追随
させるためのアクチュエータとしてガルバノミラーを用
い、ガルバノミラーの回転軸を該対物レンズのレーザ光
源側の近軸焦点付近に配置させる。
【００３１】また上記の対物レンズにおいて、光源側の
近軸焦点を対物レンズ光源側表面から2mm以上離れさせ
る。
近軸焦点を対物レンズ光源側表面から2mm以上離れさせ
る。
【００３２】またこの対物レンズを用い、厚さ1.2mmの
基板に記録された情報を再生するにあたって、該対物レ
ンズ周辺部分に入射する光の光量を低減、または遮光す
る手段を有し、光記録媒体上の情報列に光スポットを追
随させるためのアクチュエータとしてガルバノミラーを
用い、ガルバノミラーの回転軸を該対物レンズのレーザ
光源側の近軸焦点付近に配置させる。
基板に記録された情報を再生するにあたって、該対物レ
ンズ周辺部分に入射する光の光量を低減、または遮光す
る手段を有し、光記録媒体上の情報列に光スポットを追
随させるためのアクチュエータとしてガルバノミラーを
用い、ガルバノミラーの回転軸を該対物レンズのレーザ
光源側の近軸焦点付近に配置させる。
【００３３】異なる基板厚さの２種類の光ディスクを１
つの対物レンズで両方とも再生しようとすると、どうし
ても少なくとも一方には収差が発生することは避けられ
ない。では収差がある場合に集光された光スポットはど
の程度劣化し、光ディスクの信号品質は無収差に対して
どの程度低下するであろうか。集光された光スポットの
評価指標として従来、２乗平均平方根波面収差と、それ
と次のように１対１に関係づけられるストレール強度が
ある。
つの対物レンズで両方とも再生しようとすると、どうし
ても少なくとも一方には収差が発生することは避けられ
ない。では収差がある場合に集光された光スポットはど
の程度劣化し、光ディスクの信号品質は無収差に対して
どの程度低下するであろうか。集光された光スポットの
評価指標として従来、２乗平均平方根波面収差と、それ
と次のように１対１に関係づけられるストレール強度が
ある。
【００３４】
【数６】
【００３５】…（数３） これらは共に、ある単一の開口数、単一の波長において
収差の大きさを比較する指標であるため、収差を含む異
なる波長、異なる開口数の光スポットがどの程度のスポ
ット径に絞り込まれているかという指標にはならない。
そこでこの比較ができるようにストレール強度の概念を
拡張して定義することにする。まず無収差の場合、光ス
ポットの大きさはλ/NAに比例することがよく知られて
いる。したがって対物レンズの入射瞳に入射する光量を
一定とすると、スポットの中心強度は集光スポットの面
積に反比例すると考えられるから、それはNA/λの２乗
に比例するはずである。また収差による影響を考えた場
合、無収差の中心強度に対する収差がある場合の中心強
度がストレール強度である。したがって収差があり、な
おかつ波長や開口数の異なる光スポットの集光具合の指
標としてはストレール強度にNA/λの２乗を乗じた値が
妥当であると考えられる。これを拡張ストレール強度と
呼び、次のように定義することにする。
収差の大きさを比較する指標であるため、収差を含む異
なる波長、異なる開口数の光スポットがどの程度のスポ
ット径に絞り込まれているかという指標にはならない。
そこでこの比較ができるようにストレール強度の概念を
拡張して定義することにする。まず無収差の場合、光ス
ポットの大きさはλ/NAに比例することがよく知られて
いる。したがって対物レンズの入射瞳に入射する光量を
一定とすると、スポットの中心強度は集光スポットの面
積に反比例すると考えられるから、それはNA/λの２乗
に比例するはずである。また収差による影響を考えた場
合、無収差の中心強度に対する収差がある場合の中心強
度がストレール強度である。したがって収差があり、な
おかつ波長や開口数の異なる光スポットの集光具合の指
標としてはストレール強度にNA/λの２乗を乗じた値が
妥当であると考えられる。これを拡張ストレール強度と
呼び、次のように定義することにする。
【００３６】
【数７】
【００３７】…（数４） また波長が変わり、ＣＤの情報ピットの深さｄが見かけ
上変わると、再生信号振幅も変わる。基板の屈折率を
ｎ、情報ピット深さをｄとすれば再生信号振幅はほぼｓ
ｉｎ２（２πｎｄ／λ）に比例して変わることが知られ
ている。したがって拡張ストレール強度にこれを乗じた
値をパフォーマンスファクタと呼び、
上変わると、再生信号振幅も変わる。基板の屈折率を
ｎ、情報ピット深さをｄとすれば再生信号振幅はほぼｓ
ｉｎ２（２πｎｄ／λ）に比例して変わることが知られ
ている。したがって拡張ストレール強度にこれを乗じた
値をパフォーマンスファクタと呼び、
【００３８】
【数８】
【００３９】…（数５） と表す。これにより収差があり、開口数や、波長の異な
る光ヘッドどうしの再生信号見積もりが可能となる。す
なわち、たとえば収差があっても異なる波長と開口数で
無収差と同じ信号品質となる条件が見つけられる可能性
があるわけである。
る光ヘッドどうしの再生信号見積もりが可能となる。す
なわち、たとえば収差があっても異なる波長と開口数で
無収差と同じ信号品質となる条件が見つけられる可能性
があるわけである。
【００４０】対物レンズを中心部分と周辺部分で分割
し、該レーザー光を最適に集光するための該基板の最適
な厚さがそれぞれ異なると、周辺部分の光は周辺部分に
最適化された所定の基板厚さを通して集光したとき無収
差となる。しかしこの基板厚さに対して異なる基板厚さ
に最適化された中心部分では球面収差が生じるため、中
心部分と周辺部分を含めたレンズ瞳全体での収差はゼロ
でなくなる。
し、該レーザー光を最適に集光するための該基板の最適
な厚さがそれぞれ異なると、周辺部分の光は周辺部分に
最適化された所定の基板厚さを通して集光したとき無収
差となる。しかしこの基板厚さに対して異なる基板厚さ
に最適化された中心部分では球面収差が生じるため、中
心部分と周辺部分を含めたレンズ瞳全体での収差はゼロ
でなくなる。
【００４１】一般にザイデルの球面収差
【００４２】
【数９】
【００４３】…（数６） に対して、２乗平均平方根波面収差を最小とするにはゼ
ルニケの球面収差の式の形
ルニケの球面収差の式の形
【００４４】
【数１０】
【００４５】…（数７） となるように焦点ずれと位相ずれを与えればよい。ここ
でＷ40は球面収差のザイデルの収差係数、ρは瞳半径を
１としたときの半径座標である。このとき２乗平均平方
根波面収差は
でＷ40は球面収差のザイデルの収差係数、ρは瞳半径を
１としたときの半径座標である。このとき２乗平均平方
根波面収差は
【００４６】
【数１１】
【００４７】…（数８） で与えられる。
【００４８】中心部分のみに加わる球面収差を瞳全体と
して見た場合の２乗平均平方根波面収差を最小とするに
は、中心部分のみで（数７）のような波面収差となるよ
うに焦点ずれと位相ずれを与えたとき、周辺部分で収差
が０となるようにすればよい。ここで中心部分と周辺部
分の分割半径をRとすれば、Ｗ40を新たに半径Rでの球面
収差のザイデルの収差係数とすれば、この収差関数は
して見た場合の２乗平均平方根波面収差を最小とするに
は、中心部分のみで（数７）のような波面収差となるよ
うに焦点ずれと位相ずれを与えたとき、周辺部分で収差
が０となるようにすればよい。ここで中心部分と周辺部
分の分割半径をRとすれば、Ｗ40を新たに半径Rでの球面
収差のザイデルの収差係数とすれば、この収差関数は
【００４９】
【数１２】
【００５０】…（数９） となる。このとき同様にして瞳全体としての２乗平均平
方根波面収差は
方根波面収差は
【００５１】
【数１３】
【００５２】となる。
【００５３】…（数１０） 本発明においてはこの２乗平均平方根波面収差を約０．
０４λ以下とする。
０４λ以下とする。
【００５４】この値の根拠を以下に説明する。収差の大
きさの目安としては２乗平均平方根波面収差が0.07λ以
下であるというマレシャルの基準が一般的に広く用いら
れている。しかし光ヘッドにおいては対物レンズ以外の
いろいろな要因を含めてこの値に抑える必要がある。そ
れらは例えば焦点ずれ、ヘッド調整ずれによる球面収
差、非点収差、コマ収差、半導体レーザの非点収差、デ
ィスク傾きによるコマ収差、ディスク基板厚さずれによ
る球面収差、対物レンズ成形誤差による球面収差、コマ
収差、非点収差であり、本発明による収差と合わせて全
部で１１項目ある。これらの寄与をすべて均等であると
仮定すれば、いろいろな要因の誤差による全体の分散は
それぞれの分散の和と考えられるから、本発明による誤
差に許される２乗平均平方根波面収差としては
きさの目安としては２乗平均平方根波面収差が0.07λ以
下であるというマレシャルの基準が一般的に広く用いら
れている。しかし光ヘッドにおいては対物レンズ以外の
いろいろな要因を含めてこの値に抑える必要がある。そ
れらは例えば焦点ずれ、ヘッド調整ずれによる球面収
差、非点収差、コマ収差、半導体レーザの非点収差、デ
ィスク傾きによるコマ収差、ディスク基板厚さずれによ
る球面収差、対物レンズ成形誤差による球面収差、コマ
収差、非点収差であり、本発明による収差と合わせて全
部で１１項目ある。これらの寄与をすべて均等であると
仮定すれば、いろいろな要因の誤差による全体の分散は
それぞれの分散の和と考えられるから、本発明による誤
差に許される２乗平均平方根波面収差としては
【００５５】
【数１４】
【００５６】…（数１１） より約０．０２１λが目安となる。したがって対物レン
ズそれ自体の収差は本発明による収差に成形誤差による
球面収差、コマ収差、非点収差を含めると分散が４倍、
すなわち２乗平均平方根波面収差としては２倍の０．０
４２λ以下である必要があるのである。
ズそれ自体の収差は本発明による収差に成形誤差による
球面収差、コマ収差、非点収差を含めると分散が４倍、
すなわち２乗平均平方根波面収差としては２倍の０．０
４２λ以下である必要があるのである。
【００５７】厚さ1.2mmの基板を通して情報を再生する
場合には、中心部分のみを通る光を用いる。このとき中
心部分のみを通る光が無収差となる基板厚さは必ずしも
１．２mmが最適とは限らない。というのは上記のように
中心部分と周辺部分を合わせた瞳全体の光によって、周
辺部分で無収差となる基板厚さを通して信号を再生する
ときの２乗平均平方根波面収差がレンズ成形誤差を含め
て約０．０４λ以下である必要があるからである。しか
しながらあまり１．２mmからずれると中心部分のみを用
いて１．２mmの基板を通して再生する場合に発生する球
面収差が増大してしまう。
場合には、中心部分のみを通る光を用いる。このとき中
心部分のみを通る光が無収差となる基板厚さは必ずしも
１．２mmが最適とは限らない。というのは上記のように
中心部分と周辺部分を合わせた瞳全体の光によって、周
辺部分で無収差となる基板厚さを通して信号を再生する
ときの２乗平均平方根波面収差がレンズ成形誤差を含め
て約０．０４λ以下である必要があるからである。しか
しながらあまり１．２mmからずれると中心部分のみを用
いて１．２mmの基板を通して再生する場合に発生する球
面収差が増大してしまう。
【００５８】この中心部分の光の球面収差の許容値は、
従来のCDと同程度の再生信号を得るという条件から決め
ることができる。まず従来のCDにおいては使用波長が
０．７８μm、開口数が０．４５であるので、この条件
におけるパフォーマンスファクタが得られる範囲内であ
れば球面収差は許容できると考えることができる。無収
差でのCDのパフォーマンスファクタは上に述べた波長と
開口数、及びピット深さｎｄがほぼλ／６であるからＰ
Ｆ＝(0.45/0.78)2 ｓｉｎ２（π／３）=０．２５０(μ
m-2)であり、収差がある場合にも、より短い波長、また
は大きい開口数において同じ値以上のパフォーマンスフ
ァクタがあればよいと考えられる。またCDにおいても通
常、焦点ずれ、ヘッドの調整ずれによる球面収差、コマ
収差、非点収差、レーザの非点収差、ディスク傾きによ
るコマ収差、ディスク基板厚さずれによる球面収差など
対物レンズ以外に起因する７項目と、対物レンズ成形ず
れによる球面収差、非点収差、コマ収差の３項目を合わ
せて１０項目でストレール強度が最低０．８になると考
えれば、対物レンズのみに起因する収差の影響を考えた
ストレール強度は１ー（１ー０．８）／１０×３=０．
９４であるから、この場合のパフォーマンスファクタは
０．２５０×０．９４=０．２３５(μm-2)となる。した
がってパフォーマンスファクタが約０．２３５以上あれ
ばCDと同等の再生信号性能が得られると期待できる。
従来のCDと同程度の再生信号を得るという条件から決め
ることができる。まず従来のCDにおいては使用波長が
０．７８μm、開口数が０．４５であるので、この条件
におけるパフォーマンスファクタが得られる範囲内であ
れば球面収差は許容できると考えることができる。無収
差でのCDのパフォーマンスファクタは上に述べた波長と
開口数、及びピット深さｎｄがほぼλ／６であるからＰ
Ｆ＝(0.45/0.78)2 ｓｉｎ２（π／３）=０．２５０(μ
m-2)であり、収差がある場合にも、より短い波長、また
は大きい開口数において同じ値以上のパフォーマンスフ
ァクタがあればよいと考えられる。またCDにおいても通
常、焦点ずれ、ヘッドの調整ずれによる球面収差、コマ
収差、非点収差、レーザの非点収差、ディスク傾きによ
るコマ収差、ディスク基板厚さずれによる球面収差など
対物レンズ以外に起因する７項目と、対物レンズ成形ず
れによる球面収差、非点収差、コマ収差の３項目を合わ
せて１０項目でストレール強度が最低０．８になると考
えれば、対物レンズのみに起因する収差の影響を考えた
ストレール強度は１ー（１ー０．８）／１０×３=０．
９４であるから、この場合のパフォーマンスファクタは
０．２５０×０．９４=０．２３５(μm-2)となる。した
がってパフォーマンスファクタが約０．２３５以上あれ
ばCDと同等の再生信号性能が得られると期待できる。
【００５９】このように中心部分に球面収差が残ってい
る場合にも、CDより短い波長または大きいNAで再生すれ
ばCDと同等の再生信号が得られることを示した。したが
って中心部分のNAは収差の大きさにもよるが、少なくと
も無収差でスポット径λ／NAがCDの値０．７８／０．４
５=１．７３３μm以下となる必要があるため、中心部分
のみの開口数は０．５７λ（λはμm単位で表す）以上
である必要がある。
る場合にも、CDより短い波長または大きいNAで再生すれ
ばCDと同等の再生信号が得られることを示した。したが
って中心部分のNAは収差の大きさにもよるが、少なくと
も無収差でスポット径λ／NAがCDの値０．７８／０．４
５=１．７３３μm以下となる必要があるため、中心部分
のみの開口数は０．５７λ（λはμm単位で表す）以上
である必要がある。
【００６０】以上に述べたのはすべて軸上の性能である
ため、軸外の光線についての性能をある程度保証するた
めにはレンズ全体としてアッベの正弦条件をほぼ満たす
ようにこの対物レンズを設計する必要がある。
ため、軸外の光線についての性能をある程度保証するた
めにはレンズ全体としてアッベの正弦条件をほぼ満たす
ようにこの対物レンズを設計する必要がある。
【００６１】また通常、対物レンズはモールド成形で加
工されるので、型の成形の都合上、レンズに段差がある
と非常に加工しにくくなる。したがって本発明の対物レ
ンズにおいても上記に述べた性能の劣化しない範囲内に
おいて周辺部分と中心部分との境界部分の形状を滑らか
に接続させる必要がある。
工されるので、型の成形の都合上、レンズに段差がある
と非常に加工しにくくなる。したがって本発明の対物レ
ンズにおいても上記に述べた性能の劣化しない範囲内に
おいて周辺部分と中心部分との境界部分の形状を滑らか
に接続させる必要がある。
【００６２】また、これまで述べたのはレンズの領域分
割を２領域とするものであったが、分割数が増えるとそ
れだけ設計の自由度が増すので、より最適な設計が可能
となる。したがって究極的には中心部分の最適基板厚さ
をレンズ中心から同心円状に連続的に可変とさせる。
割を２領域とするものであったが、分割数が増えるとそ
れだけ設計の自由度が増すので、より最適な設計が可能
となる。したがって究極的には中心部分の最適基板厚さ
をレンズ中心から同心円状に連続的に可変とさせる。
【００６３】また周辺部分と中心部分との境界部分の段
差を形成するために段差のないレンズを成形後に薄膜を
装荷することによって段差を生成することにより所望の
位相ずれをあたえることができる。
差を形成するために段差のないレンズを成形後に薄膜を
装荷することによって段差を生成することにより所望の
位相ずれをあたえることができる。
【００６４】さらにまた他の方法として上記中心部分の
最適基板厚について全面にわたって最適化した対物レン
ズを用いて、そのディスク側に中心部に穴のあいた中心
部分と周辺部分の最適基板厚の差の厚さの平行平板を用
いることもできる。
最適基板厚について全面にわたって最適化した対物レン
ズを用いて、そのディスク側に中心部に穴のあいた中心
部分と周辺部分の最適基板厚の差の厚さの平行平板を用
いることもできる。
【００６５】またこれらの対物レンズを用いた光ヘッド
において、厚さ1.2mmの基板に記録された情報を再生す
るにあたって、周辺部分の光の収差が著しく大きくなる
のは避けられない。したがってこの領域の影響を取り除
く必要が生じる場合がある。このときには周辺部に入射
する光の光量を低減させるかまたは遮光する手段を用い
る必要がある。
において、厚さ1.2mmの基板に記録された情報を再生す
るにあたって、周辺部分の光の収差が著しく大きくなる
のは避けられない。したがってこの領域の影響を取り除
く必要が生じる場合がある。このときには周辺部に入射
する光の光量を低減させるかまたは遮光する手段を用い
る必要がある。
【００６６】またこれを光検出器の大きさの設計や、光
学系の設計により行うこともできる。ただし実際には光
ディスクによる回折光の影響があるため、検出光学系の
制限開口だけでは厳密には周辺光を完全に取り除くこと
はできない。しかしある程度低減させることはできる。
学系の設計により行うこともできる。ただし実際には光
ディスクによる回折光の影響があるため、検出光学系の
制限開口だけでは厳密には周辺光を完全に取り除くこと
はできない。しかしある程度低減させることはできる。
【００６７】また従来、光ディスクの回転中心がディス
クの案内溝カッティング時の回転中心からずれることに
より、トラッキングのために対物レンズをこの偏心に応
じて動かすと、反射戻り光の強度分布がずれて、プッシ
ュプルトラッキング信号にオフセットが生じることが指
摘されている。この問題は特に上記の周辺部分の光を遮
光する手段が対物レンズと一体となって動かない場合に
より深刻となる。これは特にコンピュータ外部記憶装置
用として普及している光磁気ディスク装置などに従来用
いられているダブルサーボ方式を用いれば、この偏心は
ほとんどコースアクチュエータが追随するため対物レン
ズはほとんど動かずあまり問題とならない。しかし音楽
用CDなどでは低価格のためダブルサーボは現在あまり使
われていず、問題となる場合がある。
クの案内溝カッティング時の回転中心からずれることに
より、トラッキングのために対物レンズをこの偏心に応
じて動かすと、反射戻り光の強度分布がずれて、プッシ
ュプルトラッキング信号にオフセットが生じることが指
摘されている。この問題は特に上記の周辺部分の光を遮
光する手段が対物レンズと一体となって動かない場合に
より深刻となる。これは特にコンピュータ外部記憶装置
用として普及している光磁気ディスク装置などに従来用
いられているダブルサーボ方式を用いれば、この偏心は
ほとんどコースアクチュエータが追随するため対物レン
ズはほとんど動かずあまり問題とならない。しかし音楽
用CDなどでは低価格のためダブルサーボは現在あまり使
われていず、問題となる場合がある。
【００６８】これに対しては遮光手段を対物レンズに連
動させて動かせばよい。または遮光手段を対物レンズと
一体化して動かしてもよい。
動させて動かせばよい。または遮光手段を対物レンズと
一体化して動かしてもよい。
【００６９】他の方法としてレンズを動かすのではな
く、ガルバノミラーと呼ばれる可動鏡を用いて対物レン
ズに入射する光の傾きを変えて光スポットを動かす形の
アクチュエータではこの問題を解決することができる。
このためにはガルバノミラーの回転中心を対物レンズの
光源側焦点におけばよい。このようにすると光軸上の光
はディスクが傾いていない限り、必ずディスクに垂直に
入射するため、再びガルバノミラーを反射して戻る光の
強度分布にずれが生じないのである。このためガルバノ
ミラーを光源側近軸焦点に配置するためには光源側近軸
焦点が対物レンズ光源側表面から光源側に2mm以上離れ
ていることが必要となる。これは上記に述べてきた本発
明の対物レンズに対してだけでなく、レンズ全面が1.2m
m以外の基板厚さに最適化され、開口数がCDよりも大き
い対物レンズにおいて中心部分だけでCDの再生を行うよ
うな場合にも有効である。もちろん本発明の対物レンズ
を用いた場合にも有効である。
く、ガルバノミラーと呼ばれる可動鏡を用いて対物レン
ズに入射する光の傾きを変えて光スポットを動かす形の
アクチュエータではこの問題を解決することができる。
このためにはガルバノミラーの回転中心を対物レンズの
光源側焦点におけばよい。このようにすると光軸上の光
はディスクが傾いていない限り、必ずディスクに垂直に
入射するため、再びガルバノミラーを反射して戻る光の
強度分布にずれが生じないのである。このためガルバノ
ミラーを光源側近軸焦点に配置するためには光源側近軸
焦点が対物レンズ光源側表面から光源側に2mm以上離れ
ていることが必要となる。これは上記に述べてきた本発
明の対物レンズに対してだけでなく、レンズ全面が1.2m
m以外の基板厚さに最適化され、開口数がCDよりも大き
い対物レンズにおいて中心部分だけでCDの再生を行うよ
うな場合にも有効である。もちろん本発明の対物レンズ
を用いた場合にも有効である。
【００７０】
【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施例
を説明する。
を説明する。
【００７１】図１は本発明の基本概念を示す図である。
対物レンズ１は厚さ０．６mmの基板を用いたＳＤ２を再
生するときにはＮＡ０．６で再生し、厚さ１．２mmの基
板を用いたＣＤ３を再生するときにはＮＡ０．４２で再
生する。ＮＡ０．４２の境界では位相差をつけるために
わずかながら段差がついている。ここでの設計波長は
０．６３５μmである。
対物レンズ１は厚さ０．６mmの基板を用いたＳＤ２を再
生するときにはＮＡ０．６で再生し、厚さ１．２mmの基
板を用いたＣＤ３を再生するときにはＮＡ０．４２で再
生する。ＮＡ０．４２の境界では位相差をつけるために
わずかながら段差がついている。ここでの設計波長は
０．６３５μmである。
【００７２】このような設計を行った根拠を以下に示
す。
す。
【００７３】図２はNA0.6の半径を１としたときの中心
部分と周辺部分の分割半径に対するＣＤ再生時のスポッ
ト性能を評価するために、中心部分でのパフォーマンス
ファクタ（以下ＰＦと呼ぶ）を中心部分における最適設
計基板厚さを変えて表示したグラフである。ここでは分
割半径の外側の周辺部分の光は開口制限により遮断して
いる。最適設計基板厚さが1.2mmからずれるほど球面収
差は大きくなり、ＰＦは小さくなる。また分割半径が大
きく中心部のNAが大きいほど球面収差が小さい範囲では
回折限界のスポットサイズは小さくなるのでＰＦは大き
くなり、さらにNAが大きく球面収差が大きくなると逆に
ＰＦは減少に転じる。これによれば中心部最適設計基板
厚さ０．６mm、すなわち単なる開口制限でも、従来の無
収差のＣＤの０．２５（μm-2）と同じレベルのＰＦと
なる分割半径があることがわかる。
部分と周辺部分の分割半径に対するＣＤ再生時のスポッ
ト性能を評価するために、中心部分でのパフォーマンス
ファクタ（以下ＰＦと呼ぶ）を中心部分における最適設
計基板厚さを変えて表示したグラフである。ここでは分
割半径の外側の周辺部分の光は開口制限により遮断して
いる。最適設計基板厚さが1.2mmからずれるほど球面収
差は大きくなり、ＰＦは小さくなる。また分割半径が大
きく中心部のNAが大きいほど球面収差が小さい範囲では
回折限界のスポットサイズは小さくなるのでＰＦは大き
くなり、さらにNAが大きく球面収差が大きくなると逆に
ＰＦは減少に転じる。これによれば中心部最適設計基板
厚さ０．６mm、すなわち単なる開口制限でも、従来の無
収差のＣＤの０．２５（μm-2）と同じレベルのＰＦと
なる分割半径があることがわかる。
【００７４】しかしながら実際にはディスクの偏心に追
随して対物レンズが動いた場合、光は収差の大きい周辺
部分も透過する。また制限開口が固定されていると後で
示すようにけられも生じる。
随して対物レンズが動いた場合、光は収差の大きい周辺
部分も透過する。また制限開口が固定されていると後で
示すようにけられも生じる。
【００７５】図３に対物レンズが偏心に追随して０．３
ｍｍ動いた場合の同様の計算結果を示す。ここでは対物
レンズの有効光束径は３．９６ｍｍと仮定し、偏心によ
る球面収差の微小移動から求められる最も低次のコマ収
差を導入し、けられを考慮してＰＦを求める際に用いて
いる開口数を補正している。これによれば図２に比較し
て、全体にＰＦが劣化し、従来の無収差のＣＤの０．２
５（μm-2）と同じレベルのＰＦが得られる最適基板厚
さは約０．８ｍｍ以上となることがわかる。
ｍｍ動いた場合の同様の計算結果を示す。ここでは対物
レンズの有効光束径は３．９６ｍｍと仮定し、偏心によ
る球面収差の微小移動から求められる最も低次のコマ収
差を導入し、けられを考慮してＰＦを求める際に用いて
いる開口数を補正している。これによれば図２に比較し
て、全体にＰＦが劣化し、従来の無収差のＣＤの０．２
５（μm-2）と同じレベルのＰＦが得られる最適基板厚
さは約０．８ｍｍ以上となることがわかる。
【００７６】図４にこのとき一方ＳＤすなわち0.6mmの
基板をレンズ全域を使って再生するときの集光スポット
の２乗平均平方根波面収差を示す。図２および図３から
求められるＰＦが０．２５以上の領域を重ねて示してい
る。これより偏心のある場合に波面収差が最小となるの
は分割半径比０．７、すなわち中心部NA０．４２、中心
部最適設計基板厚さ約０．８mmで波面収差として約０．
０２λ程度にできることがわかる。この中心部分のNAは
単に現行ＣＤの光スポット径と無収差で同じとなる波長
０．６３５μmでのNA０．３６６よりは大きい値となっ
ている。
基板をレンズ全域を使って再生するときの集光スポット
の２乗平均平方根波面収差を示す。図２および図３から
求められるＰＦが０．２５以上の領域を重ねて示してい
る。これより偏心のある場合に波面収差が最小となるの
は分割半径比０．７、すなわち中心部NA０．４２、中心
部最適設計基板厚さ約０．８mmで波面収差として約０．
０２λ程度にできることがわかる。この中心部分のNAは
単に現行ＣＤの光スポット径と無収差で同じとなる波長
０．６３５μmでのNA０．３６６よりは大きい値となっ
ている。
【００７７】図５にこのときスカラー回折理論にもとづ
くシミュレーションにより求めた、偏心のない場合のジ
ッタの計算結果を示す。ここでは再生信号の信号対雑音
比は約２５ｄＢを仮定し、シフトが最悪となるピットパ
ターンでのスライスレベルがこのノイズレベルに従って
変動するという前提でジッタを計算している。図２と同
様にして基板厚さが０．６ｍｍでも、従来の無収差のＣ
Ｄの再生条件でのジッタの計算値と同じとなる分割半径
があることがわかる。
くシミュレーションにより求めた、偏心のない場合のジ
ッタの計算結果を示す。ここでは再生信号の信号対雑音
比は約２５ｄＢを仮定し、シフトが最悪となるピットパ
ターンでのスライスレベルがこのノイズレベルに従って
変動するという前提でジッタを計算している。図２と同
様にして基板厚さが０．６ｍｍでも、従来の無収差のＣ
Ｄの再生条件でのジッタの計算値と同じとなる分割半径
があることがわかる。
【００７８】図６に同様にして偏心がある場合のスカラ
ー回折理論にもとづくシミュレーションにより求めたジ
ッタの計算結果を示す。
ー回折理論にもとづくシミュレーションにより求めたジ
ッタの計算結果を示す。
【００７９】これら図５、６において従来の無収差のＣ
Ｄの再生条件でのジッタの計算値と同じジッタが求めら
れる領域が図４の中に示されている。この領域はほぼＰ
Ｆの従来ＣＤ無収差条件と同じとなっていることが確認
でき、ＰＦを用いた設計の妥当性が確認できる。
Ｄの再生条件でのジッタの計算値と同じジッタが求めら
れる領域が図４の中に示されている。この領域はほぼＰ
Ｆの従来ＣＤ無収差条件と同じとなっていることが確認
でき、ＰＦを用いた設計の妥当性が確認できる。
【００８０】図７は、図５、６と同様にしてＳＤにおけ
るジッタの計算を行ったものである。ＳＤにおいては波
形等化が必須であるが、まだ等化条件が確定していない
ため、この計算の絶対値は実際とは異なる可能性がある
相対的な計算結果である。ここに図５、６における従来
ＣＤ無収差条件のジッタと同じ値が得られる領域を重ね
て示している。これにより得られる最適な領域もほぼＰ
Ｆによる値とほぼ一致している。
るジッタの計算を行ったものである。ＳＤにおいては波
形等化が必須であるが、まだ等化条件が確定していない
ため、この計算の絶対値は実際とは異なる可能性がある
相対的な計算結果である。ここに図５、６における従来
ＣＤ無収差条件のジッタと同じ値が得られる領域を重ね
て示している。これにより得られる最適な領域もほぼＰ
Ｆによる値とほぼ一致している。
【００８１】図８はさらに以上の計算において、求めら
れたＣＤ再生におけるジッタとＰＦの対応を比較したも
のである。基板厚、すなわち収差や、ＮＡ、波長の異な
るいろいろな場合にもほぼＰＦとジッタは一意的に対応
していることがわかる。したがってレンズを設計するに
あたって複雑なジッタのシミュレーションや、実験をし
なくとも、ディスクのピット深さと、再生波長、収差
や、分割半径、開口数などのレンズパラメタがわかれば
ほぼ信号品質が予想できるのである。
れたＣＤ再生におけるジッタとＰＦの対応を比較したも
のである。基板厚、すなわち収差や、ＮＡ、波長の異な
るいろいろな場合にもほぼＰＦとジッタは一意的に対応
していることがわかる。したがってレンズを設計するに
あたって複雑なジッタのシミュレーションや、実験をし
なくとも、ディスクのピット深さと、再生波長、収差
や、分割半径、開口数などのレンズパラメタがわかれば
ほぼ信号品質が予想できるのである。
【００８２】図９にこのような設計値のときにＣＤとＳ
Ｄを再生する場合の波面収差を示す。ここでＳＤを再生
する場合のRMS波面収差は上記のように約０．０２λ、
ＣＤを再生する場合にNA０．４２の範囲でのRMS波面収
差は０．０７λとなっている。ＣＤ再生での波面収差が
大きいがＰＦがＣＤと同程度であり、ジッタについても
従来ＣＤ無収差条件とほぼ同じとなるので問題は生じな
い。
Ｄを再生する場合の波面収差を示す。ここでＳＤを再生
する場合のRMS波面収差は上記のように約０．０２λ、
ＣＤを再生する場合にNA０．４２の範囲でのRMS波面収
差は０．０７λとなっている。ＣＤ再生での波面収差が
大きいがＰＦがＣＤと同程度であり、ジッタについても
従来ＣＤ無収差条件とほぼ同じとなるので問題は生じな
い。
【００８３】図１０はレンズの段差部分を滑らかに接続
した場合の実施例である。レンズの性能があまり劣化し
ない範囲内で設計形状に近い連続曲線で段差部分を近似
し、モールド成形における型の加工性を向上させること
ができる。
した場合の実施例である。レンズの性能があまり劣化し
ない範囲内で設計形状に近い連続曲線で段差部分を近似
し、モールド成形における型の加工性を向上させること
ができる。
【００８４】図１１はレンズの段差部分を薄膜４により
成形した場合の実施例である。これにより原レンズ５の
成形性を向上させることができる。
成形した場合の実施例である。これにより原レンズ５の
成形性を向上させることができる。
【００８５】図１２はＣＤを再生する場合に、周辺部分
の光を絞り６によって遮光する場合の実施例である。Ｓ
Ｄを再生する場合にはこれを取り除く必要があるため、
絞りは機械的に光路から引き抜くか、または通常の写真
用カメラなどに用いられている口径を機械的に可変とす
る機構を用いればよい。あるいは液晶やその他の電気光
学的光スイッチ等を用いれば機械的な機構を用いず、電
気的に遮光することができる。また同様にして遮光でな
く減光をすることも可能である。
の光を絞り６によって遮光する場合の実施例である。Ｓ
Ｄを再生する場合にはこれを取り除く必要があるため、
絞りは機械的に光路から引き抜くか、または通常の写真
用カメラなどに用いられている口径を機械的に可変とす
る機構を用いればよい。あるいは液晶やその他の電気光
学的光スイッチ等を用いれば機械的な機構を用いず、電
気的に遮光することができる。また同様にして遮光でな
く減光をすることも可能である。
【００８６】図１３は対物レンズ移動に伴い、位置が固
定された絞り６を通って入射する光が対物レンズ１でデ
ィスク３に集光され、反射して再び絞り６を通るとその
分布の中心がレンズ移動量の２倍ずれ、絞り６によって
ケラレが生じる様子を示している。これによりトラッキ
ングのためのプッシュプル信号を検出するための２分割
光検出器７の２つの出力には大きなアンバランスが生
じ、トラッキング信号にオフセットが生じる原因とな
る。またレンズがずれるとディスクに入射する集光光束
が傾くため球面収差の分布も大きく偏り相対的に収差量
が増大してしまう。
定された絞り６を通って入射する光が対物レンズ１でデ
ィスク３に集光され、反射して再び絞り６を通るとその
分布の中心がレンズ移動量の２倍ずれ、絞り６によって
ケラレが生じる様子を示している。これによりトラッキ
ングのためのプッシュプル信号を検出するための２分割
光検出器７の２つの出力には大きなアンバランスが生
じ、トラッキング信号にオフセットが生じる原因とな
る。またレンズがずれるとディスクに入射する集光光束
が傾くため球面収差の分布も大きく偏り相対的に収差量
が増大してしまう。
【００８７】図１４はガルバノミラー８を対物レンズの
焦点に配置すると戻り光の光束のずれがなくなる様子を
示している。ガルバノミラー８が焦点上にあれば主光線
９はガルバノミラー８が傾いても平行移動するだけでデ
ィスク３への入射角度は変わらず、ディスクに傾きがな
ければ垂直に入射し、往路をそのまま反射して戻ること
になるのである。したがって光束のずれは生じない。し
たがって本発明における対物レンズを絞りとともに用い
て光ヘッドを構成する場合に非常に有効である。
焦点に配置すると戻り光の光束のずれがなくなる様子を
示している。ガルバノミラー８が焦点上にあれば主光線
９はガルバノミラー８が傾いても平行移動するだけでデ
ィスク３への入射角度は変わらず、ディスクに傾きがな
ければ垂直に入射し、往路をそのまま反射して戻ること
になるのである。したがって光束のずれは生じない。し
たがって本発明における対物レンズを絞りとともに用い
て光ヘッドを構成する場合に非常に有効である。
【００８８】図１５は制限開口を用いず、ディスクによ
る回折がない場合に、波長０．６３５μm、対物レンズ
ＮＡ０．６、有効光束径３．６ｍｍ、分割半径比０．
７、中心部分最適基板厚０．８ｍｍ、対物レンズと検出
器に集光するためのレンズまでの間隔６０ｍｍ、集光レ
ンズ口径５ｍｍ、集光レンズ焦点距離２５ｍｍ、集光レ
ンズ検出器間隔２４．２ｍｍのときの、対物レンズ射出
瞳の規格化半径に対する、その位置を通る光線の光線検
出器上半径位置の計算結果を示したものである。これに
よればたとえば検出器を０．１４ｍｍφくらいとすれ
ば、少なくとも０次光についてはＣＤ再生時に周辺部分
の光を取り除き、ＳＤ再生時には全光量を検出すること
ができる。また回折光についても、周辺部分の光が中心
部分に対してかなり広がっていることがわかるので、強
度が低下し、影響がかなり低減するものと考えられる。
したがって、実際上このような光学系や検出器の設計に
より、制限開口を用いなくともＣＤ再生時にのみ不要な
周辺部分の光を取り除くことができる。
る回折がない場合に、波長０．６３５μm、対物レンズ
ＮＡ０．６、有効光束径３．６ｍｍ、分割半径比０．
７、中心部分最適基板厚０．８ｍｍ、対物レンズと検出
器に集光するためのレンズまでの間隔６０ｍｍ、集光レ
ンズ口径５ｍｍ、集光レンズ焦点距離２５ｍｍ、集光レ
ンズ検出器間隔２４．２ｍｍのときの、対物レンズ射出
瞳の規格化半径に対する、その位置を通る光線の光線検
出器上半径位置の計算結果を示したものである。これに
よればたとえば検出器を０．１４ｍｍφくらいとすれ
ば、少なくとも０次光についてはＣＤ再生時に周辺部分
の光を取り除き、ＳＤ再生時には全光量を検出すること
ができる。また回折光についても、周辺部分の光が中心
部分に対してかなり広がっていることがわかるので、強
度が低下し、影響がかなり低減するものと考えられる。
したがって、実際上このような光学系や検出器の設計に
より、制限開口を用いなくともＣＤ再生時にのみ不要な
周辺部分の光を取り除くことができる。
【００８９】図１６は本発明による光ヘッドの実施例で
ある。半導体レーザ１０からの光をコリメートレンズ１
１により平行光としてビーム成形プリズム１２１、１２
２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１３１を透過
し、制限開口である絞り６を透過する。絞り６はＣＤ再
生時に球面収差の大きい周辺部分の光をカットするため
に用いるものであり、ＳＤ再生時には絞り挿入手段１４
により光路から取り除く。さらに立ち上げミラー１５に
より反射された光は２次元アクチュエータ１６に搭載さ
れった対物レンズ１により光ディスク上に集光される。
ここでは光ディスクはＣＤ３である例を示している。２
次元アクチュエータ１６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１、立ち上げミラー１５、絞り６を透過
して、ビームスプリッタ１３１を反射し、検出光学系に
導かれる。ビームスプリッタ１３２を透過した光は集光
レンズ１７１により集光光束とされ、ビームスプリッタ
１３３に入射する。ここでは透過光はシリンドリカルレ
ンズ１８を透過し、４分割光検出器１９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２２１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１３３で反射した光は２分割光検出
器２０に入射し、それぞれの出力の差動信号を差動増幅
器２２２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１３２を反射した光
は集光レンズ１７２により光検出器２１に集光され、再
生信号を得る。
ある。半導体レーザ１０からの光をコリメートレンズ１
１により平行光としてビーム成形プリズム１２１、１２
２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１３１を透過
し、制限開口である絞り６を透過する。絞り６はＣＤ再
生時に球面収差の大きい周辺部分の光をカットするため
に用いるものであり、ＳＤ再生時には絞り挿入手段１４
により光路から取り除く。さらに立ち上げミラー１５に
より反射された光は２次元アクチュエータ１６に搭載さ
れった対物レンズ１により光ディスク上に集光される。
ここでは光ディスクはＣＤ３である例を示している。２
次元アクチュエータ１６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１、立ち上げミラー１５、絞り６を透過
して、ビームスプリッタ１３１を反射し、検出光学系に
導かれる。ビームスプリッタ１３２を透過した光は集光
レンズ１７１により集光光束とされ、ビームスプリッタ
１３３に入射する。ここでは透過光はシリンドリカルレ
ンズ１８を透過し、４分割光検出器１９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２２１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１３３で反射した光は２分割光検出
器２０に入射し、それぞれの出力の差動信号を差動増幅
器２２２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１３２を反射した光
は集光レンズ１７２により光検出器２１に集光され、再
生信号を得る。
【００９０】図１７はこの絞りのまわりの光学系のみを
ぬき出したものであり、ＣＤを再生する場合の構成を示
している。
ぬき出したものであり、ＣＤを再生する場合の構成を示
している。
【００９１】図１８はこれに対してＳＤを再生する場合
における同じ光学系の構成を示している。絞り６を絞り
挿入手段１４により抜き差ししている。
における同じ光学系の構成を示している。絞り６を絞り
挿入手段１４により抜き差ししている。
【００９２】図１９は制限開口、すなわち絞りを対物レ
ンズアクチュエータに搭載する実施例を示している。こ
こでは絞りとして液晶素子２４を用いている。基板厚
０．６ｍｍのＳＤを再生する場合には液晶に電圧印加を
せず、入射する光は全面にわたって液晶素子２４を透過
する。基板厚１．２ｍｍのＣＤを再生する場合には液晶
に電圧印加し、周辺部の光を遮光して、絞りとして作用
する。このようにすれば制限開口は、ディスクの偏心に
追随してレンズが動いてもけられを生じない。
ンズアクチュエータに搭載する実施例を示している。こ
こでは絞りとして液晶素子２４を用いている。基板厚
０．６ｍｍのＳＤを再生する場合には液晶に電圧印加を
せず、入射する光は全面にわたって液晶素子２４を透過
する。基板厚１．２ｍｍのＣＤを再生する場合には液晶
に電圧印加し、周辺部の光を遮光して、絞りとして作用
する。このようにすれば制限開口は、ディスクの偏心に
追随してレンズが動いてもけられを生じない。
【００９３】図２０はレンズの中心部分と周辺部分の最
適基板厚の違いを、中心に穴のあいた平行平板で生じさ
せた場合の実施例である。基板厚０．８ｍｍに対して最
適化された対物レンズ２５のディスク側の集光光束に中
心部分に穴のあいた基板厚０．２ｍｍの平行平板を挿入
している。これにより中心部分は基板厚０．８ｍｍ、周
辺部分は基板厚０．６ｍｍに最適化されることになる。
ここで、基板厚０．６ｍｍのＳＤを再生する場合の中心
部分のみに発生する球面収差の形を数８に示したゼルニ
ケの球面収差の形とするために、中心部分にはデフォー
カスと位相ずれをあたえなければならない。ここではそ
れを行うために位相シフト膜２８のついた位相シフタ２
７を一体化している。
適基板厚の違いを、中心に穴のあいた平行平板で生じさ
せた場合の実施例である。基板厚０．８ｍｍに対して最
適化された対物レンズ２５のディスク側の集光光束に中
心部分に穴のあいた基板厚０．２ｍｍの平行平板を挿入
している。これにより中心部分は基板厚０．８ｍｍ、周
辺部分は基板厚０．６ｍｍに最適化されることになる。
ここで、基板厚０．６ｍｍのＳＤを再生する場合の中心
部分のみに発生する球面収差の形を数８に示したゼルニ
ケの球面収差の形とするために、中心部分にはデフォー
カスと位相ずれをあたえなければならない。ここではそ
れを行うために位相シフト膜２８のついた位相シフタ２
７を一体化している。
【００９４】以下、これまでに述べた設計仕様に従い、
レンズの材料の選択の自由度を考慮して３種類のレンズ
材料屈折率において実際にレンズ形状の設計を行ったの
で、その詳細を説明する。
レンズの材料の選択の自由度を考慮して３種類のレンズ
材料屈折率において実際にレンズ形状の設計を行ったの
で、その詳細を説明する。
【００９５】図２１から２６はレンズ屈折率１．４９の
場合の設計例にかかる図である。
場合の設計例にかかる図である。
【００９６】図２１は本発明によるレンズ設計条件及び
設計形状の一例である。ここで、レンズ形状はレンズの
光軸方向の座標をｚ、Ｒを中心曲率半径、Ｋを円錐定
数、α１、α２、α３、…をそれぞれ４、６、８、…次
の非球面定数として
設計形状の一例である。ここで、レンズ形状はレンズの
光軸方向の座標をｚ、Ｒを中心曲率半径、Ｋを円錐定
数、α１、α２、α３、…をそれぞれ４、６、８、…次
の非球面定数として
【００９７】
【数１５】
【００９８】…（数１２） のように表される。レンズの境界部での段差は０．１４
μmであり、きわめて小さい。これは段差が１０式に示
したように、ザイデルの球面収差の収差係数の１／６の
位相差を生じることを必要としていることから決まって
いる。この場合、球面収差係数はＮＡ０．４２で０．９
３λであり、これに相当する段差は０．１７μmであ
る。実際のレンズ設計においては軸外性能も考慮して行
うため、多少のずれは生じているが、オーダーはほぼ一
致していることがわかる。
μmであり、きわめて小さい。これは段差が１０式に示
したように、ザイデルの球面収差の収差係数の１／６の
位相差を生じることを必要としていることから決まって
いる。この場合、球面収差係数はＮＡ０．４２で０．９
３λであり、これに相当する段差は０．１７μmであ
る。実際のレンズ設計においては軸外性能も考慮して行
うため、多少のずれは生じているが、オーダーはほぼ一
致していることがわかる。
【００９９】これを用いてＳＤ及びＣＤを再生する場合
の構成を図２２、２３に示す。またそれぞれにおける収
差図を図２４、２５に示す。ここでの球面収差はすでに
述べた波面収差ではなく、光線が光軸と交わる位置のず
れを示す光線収差で表している。また正弦条件はその違
反量を瞳半径について示しており、通常の光ディスク用
対物レンズでは設計上±0.015mmの範囲内であるが、こ
こでは球面収差のため、それよりはやや大きくなってい
る。しかしながら後に示す波面収差からわかるように、
これはほぼ許容範囲内であると考えられる。非点収差、
および歪曲収差はレンズに入射する平行光を傾けた場合
の像高に対して示している。非点収差はきわめて小さ
く、実用上十分な性能を有している。また歪曲収差は、
従来の光ディスクのように像が１点しか存在しない光学
系においてはもともとまったく問題にならない。将来、
マルチスポットの光ヘッドが必要となるときには、考慮
する必要が生じることがあり得るが、その場合にもほぼ
十分な性能であると考えられる。
の構成を図２２、２３に示す。またそれぞれにおける収
差図を図２４、２５に示す。ここでの球面収差はすでに
述べた波面収差ではなく、光線が光軸と交わる位置のず
れを示す光線収差で表している。また正弦条件はその違
反量を瞳半径について示しており、通常の光ディスク用
対物レンズでは設計上±0.015mmの範囲内であるが、こ
こでは球面収差のため、それよりはやや大きくなってい
る。しかしながら後に示す波面収差からわかるように、
これはほぼ許容範囲内であると考えられる。非点収差、
および歪曲収差はレンズに入射する平行光を傾けた場合
の像高に対して示している。非点収差はきわめて小さ
く、実用上十分な性能を有している。また歪曲収差は、
従来の光ディスクのように像が１点しか存在しない光学
系においてはもともとまったく問題にならない。将来、
マルチスポットの光ヘッドが必要となるときには、考慮
する必要が生じることがあり得るが、その場合にもほぼ
十分な性能であると考えられる。
【０１００】図２６にさらにレンズに対して斜めに光を
入射させた場合の像高に対する２乗平均平方根波面収差
を示す。ここで軸上波面収差は図２１にも示したとお
り、SDで０．０２５λ、CDで０．０８１λであり、SDに
ついては先に述べた０．０４λ以下の条件を満たしてい
る。CDについては０．０８１λでストレール強度が１ー
（２π×０．０８１）２＝０．７４１であるから、パフ
ォーマンスファクタを計算すると、０．７４１×｛０．
４２／０．６３５（μm）×ｓｉｎ（０．２６π／０．
６３５）｝２＝０．２９９であり、０．２４以上となっ
て許容値を満たしている。ＣＤの軸上波面収差はこの場
合、０．０７λ程度であることが解析的には予想される
が、レンズ設計においては軸外性能も考慮されているた
め、多少、この値よりも大きくなっている。
入射させた場合の像高に対する２乗平均平方根波面収差
を示す。ここで軸上波面収差は図２１にも示したとお
り、SDで０．０２５λ、CDで０．０８１λであり、SDに
ついては先に述べた０．０４λ以下の条件を満たしてい
る。CDについては０．０８１λでストレール強度が１ー
（２π×０．０８１）２＝０．７４１であるから、パフ
ォーマンスファクタを計算すると、０．７４１×｛０．
４２／０．６３５（μm）×ｓｉｎ（０．２６π／０．
６３５）｝２＝０．２９９であり、０．２４以上となっ
て許容値を満たしている。ＣＤの軸上波面収差はこの場
合、０．０７λ程度であることが解析的には予想される
が、レンズ設計においては軸外性能も考慮されているた
め、多少、この値よりも大きくなっている。
【０１０１】図２７から３２はレンズ屈折率１．５９の
場合の設計例にかかる図であり、上と同様の性能で設計
できていることがわかる。
場合の設計例にかかる図であり、上と同様の性能で設計
できていることがわかる。
【０１０２】図２７は、図２１と同様にして本発明によ
るレンズ設計条件及び設計形状の一例である。
るレンズ設計条件及び設計形状の一例である。
【０１０３】図２８、２９は図２２、２３と同様にし
て、これを用いてＳＤ及びＣＤを再生する場合の構成を
示す図である。
て、これを用いてＳＤ及びＣＤを再生する場合の構成を
示す図である。
【０１０４】図３０、３１は図２４、２５と同様にし
て、それぞれにおける収差図である。
て、それぞれにおける収差図である。
【０１０５】図３２はレンズに対して斜めに光を入射さ
せた場合の像高に対する２乗平均平方根波面収差であ
る。ここで軸上波面収差は図２１にも示したとおり、SD
で０．０２５λ、CDで０．０８２λであり、SDについて
は先に述べた０．０４λ以下の条件を満たしている。CD
については０．０８２λでストレール強度が１ー（２π
×０．０８２）２＝０．７３５であるから、パフォーマ
ンスファクタを計算すると、０．７３５×｛０．４２／
０．６３５（μm）×ｓｉｎ（０．２６π／０．６３
５）｝２＝０．２９６であり、０．２４以上となって許
容値を満たしている。
せた場合の像高に対する２乗平均平方根波面収差であ
る。ここで軸上波面収差は図２１にも示したとおり、SD
で０．０２５λ、CDで０．０８２λであり、SDについて
は先に述べた０．０４λ以下の条件を満たしている。CD
については０．０８２λでストレール強度が１ー（２π
×０．０８２）２＝０．７３５であるから、パフォーマ
ンスファクタを計算すると、０．７３５×｛０．４２／
０．６３５（μm）×ｓｉｎ（０．２６π／０．６３
５）｝２＝０．２９６であり、０．２４以上となって許
容値を満たしている。
【０１０６】図３３から３８はレンズ屈折率１．７３の
場合の設計例にかかる図であり、やはり上と同様の性能
で設計できていることがわかる。
場合の設計例にかかる図であり、やはり上と同様の性能
で設計できていることがわかる。
【０１０７】図３３は、図２１と同様にして本発明によ
るレンズ設計条件及び設計形状の一例である。
るレンズ設計条件及び設計形状の一例である。
【０１０８】図３４、３５は図２２、２３と同様にし
て、これを用いてＳＤ及びＣＤを再生する場合の構成を
示す図である。
て、これを用いてＳＤ及びＣＤを再生する場合の構成を
示す図である。
【０１０９】図３６、３７は図２４、２５と同様にし
て、それぞれにおける収差図である。
て、それぞれにおける収差図である。
【０１１０】また図３８はレンズに対して斜めに光を入
射させた場合の像高に対する２乗平均平方根波面収差で
ある。ここで軸上波面収差は図２１にも示したとおり、
SDで０．０２５λ、CDで０．０８０λであり、SDについ
ては先に述べた０．０４λ以下の条件を満たしている。
CDについては０．０８０λでストレール強度が１ー（２
π×０．０８２）２＝０．７４７であるから、パフォー
マンスファクタを計算すると、０．７４７×｛０．４２
／０．６３５（μm）×ｓｉｎ（０．２６π／０．６３
５）｝２＝０．３０１であり、０．２４以上となって許
容値を満たしている。
射させた場合の像高に対する２乗平均平方根波面収差で
ある。ここで軸上波面収差は図２１にも示したとおり、
SDで０．０２５λ、CDで０．０８０λであり、SDについ
ては先に述べた０．０４λ以下の条件を満たしている。
CDについては０．０８０λでストレール強度が１ー（２
π×０．０８２）２＝０．７４７であるから、パフォー
マンスファクタを計算すると、０．７４７×｛０．４２
／０．６３５（μm）×ｓｉｎ（０．２６π／０．６３
５）｝２＝０．３０１であり、０．２４以上となって許
容値を満たしている。
【０１１１】
【発明の効果】光量の損失なく、安価に、精度よく基板
厚さ1.2mmのＣＤと基板厚さ0.6mmのＳＤの信号を再生す
ることができる。
厚さ1.2mmのＣＤと基板厚さ0.6mmのＳＤの信号を再生す
ることができる。
【図１】本発明の基本概念を示す概念図。
【図２】偏心のない場合の分割半径に対するＣＤ再生で
のパフォーマンスファクタを示すグラフ図。
のパフォーマンスファクタを示すグラフ図。
【図３】偏心のある場合の分割半径に対するＣＤ再生で
のパフォーマンスファクタを示すグラフ図。
のパフォーマンスファクタを示すグラフ図。
【図４】分割半径に対するＳＤ再生でのＲＭＳ波面収差
を示すグラフ図。
を示すグラフ図。
【図５】偏心のない場合の分割半径に対するＣＤ再生で
のジッタシミュレーションを示すグラフ図。
のジッタシミュレーションを示すグラフ図。
【図６】偏心のある場合の分割半径に対するＣＤ再生で
のジッタシミュレーションを示すグラフ図。
のジッタシミュレーションを示すグラフ図。
【図７】分割半径に対するＳＤ再生でのジッタシミュレ
ーションを示すグラフ図。
ーションを示すグラフ図。
【図８】ＣＤ再生におけるパフォーマンスファクタとジ
ッタの対応を示すグラフ図。
ッタの対応を示すグラフ図。
【図９】波面収差と規格化半径の関係を示すグラフ図。
【図１０】段差部分をなめらかに接続した場合のレンズ
の実施例側面図。
の実施例側面図。
【図１１】段差部分を薄膜により成形した場合のレンズ
の実施例側面図。
の実施例側面図。
【図１２】ＣＤ再生時に絞りを用いた場合の実施例概念
図。
図。
【図１３】レンズ移動による光束ずれを説明する概念
図。
図。
【図１４】ガルバノミラーを用いた実施例概念図。
【図１５】検出光学系による検出器上光線位置を示すグ
ラフ図。
ラフ図。
【図１６】本発明による光ヘッドの実施例斜視図。
【図１７】制限開口を用いたＣＤ再生時の実施例斜視
図。
図。
【図１８】制限開口を取り除いたＳＤ再生時の実施例斜
視図。
視図。
【図１９】アクチュエータに液晶フィルタによる制限開
口を搭載した実施例側面図。
口を搭載した実施例側面図。
【図２０】中心に穴のある平行平板による実施例側面
図。
図。
【図２１】レンズ屈折率１．４９におけるレンズ設計仕
様と設計形状の表図。
様と設計形状の表図。
【図２２】レンズ屈折率１．４９におけるレンズ設計例
のＳＤ再生時の光学系構成図。
のＳＤ再生時の光学系構成図。
【図２３】レンズ屈折率１．４９におけるレンズ設計例
のＣＤ再生時の光学系構成図。
のＣＤ再生時の光学系構成図。
【図２４】レンズ屈折率１．４９におけるレンズ設計例
のＳＤ再生時の収差のグラフ図。
のＳＤ再生時の収差のグラフ図。
【図２５】レンズ屈折率１．４９におけるレンズ設計例
のＣＤ再生時の収差のグラフ図。
のＣＤ再生時の収差のグラフ図。
【図２６】レンズ屈折率１．４９におけるレンズ設計例
のＲＭＳ波面収差のグラフ図。
のＲＭＳ波面収差のグラフ図。
【図２７】レンズ屈折率１．５９におけるレンズ設計仕
様と設計形状の表図。
様と設計形状の表図。
【図２８】レンズ屈折率１．５９におけるレンズ設計例
のＳＤ再生時の光学系構成図。
のＳＤ再生時の光学系構成図。
【図２９】レンズ屈折率１．５９におけるレンズ設計例
のＣＤ再生時の光学系構成図。
のＣＤ再生時の光学系構成図。
【図３０】レンズ屈折率１．５９におけるレンズ設計例
のＳＤ再生時の収差のグラフ図。
のＳＤ再生時の収差のグラフ図。
【図３１】レンズ屈折率１．５９におけるレンズ設計例
のＣＤ再生時の収差のグラフ図。
のＣＤ再生時の収差のグラフ図。
【図３２】レンズ屈折率１．５９におけるレンズ設計例
のＲＭＳ波面収差のグラフ図。
のＲＭＳ波面収差のグラフ図。
【図３３】レンズ屈折率１．７３におけるレンズ設計仕
様と設計形状の表図。
様と設計形状の表図。
【図３４】レンズ屈折率１．７３におけるレンズ設計例
のＳＤ再生時の光学系構成図。
のＳＤ再生時の光学系構成図。
【図３５】レンズ屈折率１．７３におけるレンズ設計例
のＣＤ再生時の光学系構成図。
のＣＤ再生時の光学系構成図。
【図３６】レンズ屈折率１．７３におけるレンズ設計例
のＳＤ再生時の収差のグラフ図。
のＳＤ再生時の収差のグラフ図。
【図３７】レンズ屈折率１．７３におけるレンズ設計例
のＣＤ再生時の収差のグラフ図。
のＣＤ再生時の収差のグラフ図。
【図３８】レンズ屈折率１．７３におけるレンズ設計例
のＲＭＳ波面収差のグラフ図。
のＲＭＳ波面収差のグラフ図。
１‥‥対物レンズ、２‥‥ＳＤ、３‥‥ＣＤ、４‥‥薄
膜、５‥‥原レンズ、６‥‥絞り、７‥‥２分割光検出
器、８‥‥ガルバノミラー、９‥‥主光線、１０‥‥半
導体レーザ、１１‥‥コリメートレンズ、１２１、１２
２‥‥ビーム成形プリズム、１３１、１３２、１３３‥
‥ビームスプリッタ、１４‥‥絞り挿入手段、１５‥‥
立ち上げミラー、１６‥‥２次元アクチュエータ、１７
１、１７２‥‥集光レンズ、１８‥‥シリンドリカルレ
ンズ、１９‥‥４分割光検出器、２０‥‥２分割光検出
器、２１‥‥光検出器、２２１、２２２‥‥差動増幅
器、２３‥‥増幅器、２４‥‥液晶絞り、２５‥‥基板
厚０．８ｍｍに最適化された対物レンズ、２６‥‥平行
平板（厚さ０．２ｍｍ）、２７‥‥位相シフタ、２８‥
‥位相シフト膜、２９‥‥光ディスク基板、３０‥‥レ
ンズホルダ。
膜、５‥‥原レンズ、６‥‥絞り、７‥‥２分割光検出
器、８‥‥ガルバノミラー、９‥‥主光線、１０‥‥半
導体レーザ、１１‥‥コリメートレンズ、１２１、１２
２‥‥ビーム成形プリズム、１３１、１３２、１３３‥
‥ビームスプリッタ、１４‥‥絞り挿入手段、１５‥‥
立ち上げミラー、１６‥‥２次元アクチュエータ、１７
１、１７２‥‥集光レンズ、１８‥‥シリンドリカルレ
ンズ、１９‥‥４分割光検出器、２０‥‥２分割光検出
器、２１‥‥光検出器、２２１、２２２‥‥差動増幅
器、２３‥‥増幅器、２４‥‥液晶絞り、２５‥‥基板
厚０．８ｍｍに最適化された対物レンズ、２６‥‥平行
平板（厚さ０．２ｍｍ）、２７‥‥位相シフタ、２８‥
‥位相シフト膜、２９‥‥光ディスク基板、３０‥‥レ
ンズホルダ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有本 昭 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 峯邑 浩行 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 藤田 久雄 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内 (72)発明者 小柳 秀昭 長野県下伊那郡高森町下市田3111ー１ ホ ーヤプレシジョン株式会社内
Claims (19)
- 【請求項１】光源と、光情報記録媒体に該光源からの光
を集光するための対物レンズと、光記録媒体からの反射
光を光源に戻る光路から分岐させる光分岐素子と、光検
出器と、光記録媒体上の情報ピット列に集光スポットを
位置決めする手段とから少なくとも構成され、該光情報
記録媒体から、光学的に収差なく良好に情報を記録また
は再生する光源波長λ１、対物レンズ開口数ＮＡ１の光
ヘッドに比較して、２乗平均平方根波面収差Ｗｒｍｓ、
光源波長λ２、対物レンズ開口数ＮＡ２を、 【数１】 （ただしｎ１、ｎ２はそれぞれ波長λ１、λ２に対する
情報記録媒体基板の屈折率、ｄは情報ピット深さ）をほ
ぼ満たすことを特徴とする光ヘッド。 - 【請求項２】透明な平行平板基板を通して光学的に情報
を記録再生する光情報記録媒体に、情報を記録または再
生するために、レーザー光を情報記録膜面に集光する対
物レンズであって、中心部分と周辺部分で該レーザー光
をそれぞれ独立に収差なく集光するための該基板の最適
な厚さが異なることを特徴とする対物レンズ。 - 【請求項３】基板厚さ、情報ピット穴深さ、情報記録密
度の異なる２種類の光情報記録媒体から、共に情報を記
録または再生するために、波長λ２のレーザー光を情報
記録膜面に集光する請求項２項記載の対物レンズであっ
て、周辺部分は記録密度の大きい第１の光情報記録媒体
の基板厚さを通して集光するときに無収差となり、中心
部分は２種類の基板厚さの間の基板厚さを通して集光す
るときに無収差となり、第１の光情報記録媒体の基板に
対する、中心部分を透過する光と合わせた入射光の集光
スポット２乗平均平方根波面収差が、約０．０４λ（λ
は使用するレーザ光の波長）以下であり、かつ、中心部
分のみを透過する光によって記録密度の低い第２の光情
報記録媒体を記録または再生するに当たって、中心部分
のみの開口数ＮＡ２と、該中心部分の光が無収差で集光
される基板厚さと第２の光情報記録媒体の基板の厚さの
誤差によって生じる波面収差Ｗｒｍｓが、第２の光情報
記録媒体から光学的に収差なく良好に情報を記録または
再生する光源波長λ１、開口数ＮＡ１の通常の対物レン
ズを有する光ヘッドに比較して、 【数２】 （ただしｎ１、ｎ２はそれぞれ波長λ１、λ２に対する
情報記録媒体基板の屈折率）をほぼ満たすことを特徴と
する対物レンズ。 - 【請求項４】請求項第３項において、第２の光情報記録
媒体の基板厚さが約１．２ｍｍであって、 【数３】 をほぼ満たすことを特徴とする対物レンズ。 - 【請求項５】請求項２から４のうちいずれかに記載の対
物レンズであって、レンズ全体としてアッベの正弦条件
をほぼ満たすことを特徴とする対物レンズ。 - 【請求項６】請求項２から５のうちいずれかに記載の対
物レンズであって、周辺部分と中心部分との境界部分の
形状を滑らかに接続したことを特徴とする対物レンズ。 - 【請求項７】請求項２から５のうちいずれかに記載の対
物レンズであって、中心部分の最適基板厚さをレンズ中
心から同心円状に連続的に可変としたことを特徴とする
対物レンズ。 - 【請求項８】請求項２から５のうちいずれかに記載の対
物レンズであって、周辺部分または中心部分に薄膜を装
荷することによってなることを特徴とする対物レンズ。 - 【請求項９】請求項２から５のうちいずれかに記載の対
物レンズであって、該対物レンズが、全面にわたって一
様な基板厚に最適化されたレンズと、物体側に配置され
た中心部分に穴のあいた平行平板によって構成されるこ
とを特徴とする対物レンズ。 - 【請求項１０】請求項１に記載の光ヘッドにおいて、基
板厚さ、情報ピット穴深さ、情報記録密度の異なる２種
類の光情報記録媒体から、請求項２から９に記載の対物
レンズを用いて、共に情報を記録または再生することを
特徴とする光ヘッド。 - 【請求項１１】光源と、光記録媒体に該光源からの光を
集光するための対物レンズと、光記録媒体からの反射光
を光源に戻る光路から分岐させる光分岐素子と、光検出
器と、光記録媒体上の情報ピット列に集光スポットを位
置決めする手段から少なくとも構成される光ヘッドであ
って、基板厚さ、情報ピット穴深さ、情報記録密度の異
なる２種類の光情報記録媒体から対物レンズを交換する
ことなく信号を再生でき、情報記録密度の高い第１の光
情報記録媒体を再生するに当たって、レンズ部分の全入
射光量に対する再生用スポットの全光量の割合が90%以
上であることを特徴とする光ヘッド。 - 【請求項１２】請求項１０または１１に記載の光ヘッド
において、請求項２に記載の対物レンズを用いて、情報
記録密度の低い第２の光情報記録媒体に記録された情報
を再生するにあたって、該対物レンズの周辺部分に入射
する光の光量を低減、または遮光し、情報記録密度の高
い第１の光情報記録媒体を再生するにあたっては、低
減、または遮光を行わないように切り替える手段を有す
ることを特徴とする光ヘッド。 - 【請求項１３】請求項１２に記載の光ヘッドにおいて、
情報記録密度の低い第２の光情報記録媒体を記録または
再生するにあたって、情報記録膜面の情報記録ピット列
に集光スポットを追随させるために、対物レンズを動か
すのに伴い、該対物レンズ周辺部分に入射する光の光量
を低減、または遮光させる手段を、該対物レンズと同時
に動かすことを特徴とする光ヘッド。 - 【請求項１４】請求項１２に記載の光ヘッドにおいて、
該対物レンズ周辺部分に入射する光の光量を低減、また
は遮光させる手段を、対物レンズと一体化したことを特
徴とする光ヘッド。 - 【請求項１５】請求項１０または１１に記載の光ヘッド
において、請求項２から９に記載の対物レンズを用い
て、情報記録密度の低い第２の光情報記録媒体に記録さ
れた情報を再生するにあたって、該対物レンズの周辺部
分に入射する光が検出器上で十分低減するように検出器
の大きさ、光学系を設定することを特徴とする光ヘッ
ド。 - 【請求項１６】請求項１０から１５のうちいずれかに記
載の光ヘッドにおいて、情報記録密度の高い第１の光情
報記録媒体の基板厚さが０．６mm、第２の光情報記録媒
体の基板厚さが１．２mmであることを特徴とする光ヘッ
ド。 - 【請求項１７】光源と、光記録媒体に該光源からの光を
集光するための対物レンズと、光記録媒体からの反射光
を光源に戻る光路から分岐させる光分岐素子と、光検出
器と、光記録媒体上の情報ピット列に集光スポットを位
置決めする手段から少なくとも構成される光ヘッドであ
って、透明な平行平板基板を通して情報ピットを光学的
に記録再生するために、レーザー光を情報記録膜面に集
光する対物レンズの光源側の近軸焦点が、対物レンズ光
源側表面から2mm以上離れており、対物レンズ周辺部分
に入射する光の光量を低減、または遮光する手段を有
し、光記録媒体上の情報ピット列に光スポットを追随さ
せるためのアクチュエータとしてガルバノミラーを用
い、ガルバノミラーの回転軸が該対物レンズのレーザ光
源側の近軸焦点付近に配置されたことを特徴とする光ヘ
ッド。 - 【請求項１８】請求項２から９のうちいずれかに記載の
対物レンズであって、光源側の近軸焦点が対物レンズ光
源側表面から2mm以上離れていることを特徴とする対物
レンズ。 - 【請求項１９】光源と、光記録媒体に該光源からの光を
集光するための請求項１８に記載の対物レンズと、光記
録媒体からの反射光を光源に戻る光路から分岐させる光
分岐素子と、光検出器と、光記録媒体上の情報ピット列
に集光スポットを位置決めする手段から少なくともから
構成される光ヘッドであって、厚さ1.2mmの基板に記録
された情報を再生するにあたって、該対物レンズ周辺部
分に入射する光の光量を低減、または遮光する手段を有
し、光記録媒体上の情報列に光スポットを追随させるた
めのアクチュエータとしてガルバノミラーを用い、ガル
バノミラーの回転軸が該対物レンズのレーザ光源側の近
軸焦点付近に配置されたことを特徴とする光ヘッド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34220395A JP4006032B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 対物レンズおよび光ヘッド |
| US08/772,874 US5889748A (en) | 1995-12-28 | 1996-12-26 | Object lens and optical head for reproducing data from optical disks in different thickness of substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34220395A JP4006032B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 対物レンズおよび光ヘッド |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09184975A true JPH09184975A (ja) | 1997-07-15 |
| JP4006032B2 JP4006032B2 (ja) | 2007-11-14 |
Family
ID=18351923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34220395A Expired - Lifetime JP4006032B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 対物レンズおよび光ヘッド |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5889748A (ja) |
| JP (1) | JP4006032B2 (ja) |
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