WO2000068943A1 - Tete optique - Google Patents

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Daisuke Ogata
Katsuhiko Yasuda
Akihiro Yasuda
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • a light beam emitted from a light source is condensed on an information recording surface thereof through a transparent substrate of an optical information recording medium by a condensing optical system, whereby information is recorded on the information recording surface. Reproduces information on the information recording surface (recording / reproducing).
  • optical disc standards have increased due to the increase in density and the spread of recordable media, and in order to cope with differences in the thickness of the disc substrate and the wavelength dependence of reflectivity, optical systems for recording and recording or reproduction (hereinafter referred to as optical It is necessary to change the numerical aperture (hereinafter NA) of the objective lens and the wavelength used.
  • NA numerical aperture
  • the thickness of a CD substrate is 1.2 mm, while that of a DVD is 0.6 mm.
  • the reflectivity of the disc recording material used for CD-R is 65% or more at a wavelength of 780 to 83 nm, but 20% at a wavelength of 635 to 65 nm. It falls below.
  • a light source wavelength of 635-650 nm and an objective lens NAO.6 are used, and in an optical system corresponding to CD-R, a light source wavelength of 780-830. nm and And an objective lens NAO 4.5 is generally used.
  • optical disc drive it is desirable to be able to record and reproduce optical discs having different optical systems corresponding to such optical discs with the same optical disc drive, and to reduce the size and cost of the optical disc drive.
  • a method has been proposed in which optical systems corresponding to optical discs of different standards are shared as much as possible.
  • the optical system corresponding to a high-density optical disk such as a DVD is an infinite conjugate system (hereinafter abbreviated as an infinite system) using a light source with a wavelength of 650 nm.
  • an infinite system an infinite conjugate system using a light source with a wavelength of 650 nm.
  • the one that is optimally designed for the thickness of the substrate is used.
  • a finite conjugate system using a light source with a wavelength of 780 nm is used. (Hereinafter, abbreviated as a finite system), and good signal recording / reproducing characteristics are obtained by canceling out spherical aberration caused by a difference in substrate thickness.
  • optical systems usually have aberrations due to manufacturing and assembly errors.
  • the third-order coma, astigmatism, and spherical aberration have a major effect on the recording and reproduction of information.
  • skew adjustment is generally performed to change the angle of the objective lens with respect to the optical axis.
  • the amount of these aberrations needs to be limited as the wavelength becomes shorter, and generally, the higher the recording density of the optical disk, the shorter the wavelength used. Therefore, in an optical head that uses a plurality of light sources to record / reproduce data on optical disks with different substrate thicknesses and recording densities, the skew angle of the objective lens must be adjusted for a relatively high-density optical disk. No. In this case, the problem is that those aberrations are not always in an optimum state for recording / reproducing a relatively low-density optical disc.
  • FIG. Fig. 5 shows an optical system assuming DVD (substrate thickness 0.6 mm) as a high-density optical information recording medium and CD (substrate thickness 1.2 mm) as a low-density optical information recording medium. That is, it shows the relationship between the skew angle and the coma aberration on the recording surface of DVD discs and CD discs when coma exists in the objective lens.
  • the vertical axis is the rms value of aberration normalized by the light source wavelength, and the rms value of coma present in the objective lens is 0.035 ⁇ 1 (where ⁇ 1 is the light source wavelength corresponding to DVD). . This is a value that can occur as a margin due to manufacturing errors.
  • all aberration values will be described as rms values.
  • the skew angle of the objective lens at this time is about 0.33 degrees. This is indicated by point B in FIG.
  • the value of the coma aberration of the CD was 0.01 1 1 ⁇ 2 ( ⁇ 2 is the light source wavelength corresponding to the CD) before the skew adjustment, whereas the value of the Increase to ⁇ 2. This is shown in Fig. 5 as increasing from point ⁇ 'to point B, indicating that with respect to the skew angle of the objective lens, the increase and decrease of coma aberration are opposite between DVD and CD. .
  • the value of CD coma aberration after skew adjustment of 0.02 1 ⁇ 2 is equivalent to a disk tilt angle of 0.3 degrees. Therefore, there is a difference of 0.3 degrees in the disc tilt angle at which the jitter becomes minimum between DVD and CD. This difference is hereinafter referred to as a tilt difference.
  • the present invention considers the above-mentioned problems of the conventional optical head, and adjusts the skew angle of the objective lens optimally for the high-density optical information recording medium, while comparing with the high-density optical information recording medium. It is an object of the present invention to provide an optical head having a larger substrate thickness and capable of reducing a tilt difference from an optical system corresponding to an optical information recording medium having a relatively low density.
  • the present invention converges a light beam emitted from a light source on an information recording surface of the optical information recording medium via a transparent substrate, thereby recording information on the information recording surface or information on the information recording surface.
  • the objective lenses in the first and second optical paths are the same,
  • the objective lens is skew-tuned so that the coma of the first optical information recording medium is practically zero.
  • the second optical path is configured as a finite conjugate system
  • the position of the second light source in the optical axis direction is determined by the second optical information recording medium.
  • a light head characterized in that it is set farther from the objective lens than a predetermined position where the rms value of the wavefront aberration on the information recording surface of the body is minimized.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing a relationship between a skew angle and a coma aberration of the objective lens according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the position of the light source in the optical axis direction and the coma aberration and tilt difference at the time of skew adjustment according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the skew angle of an objective lens and coma aberration in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a rough graph showing the relationship between the skew angle of the objective lens and the coma aberration in the conventional optical system.
  • Figure 1 shows the configuration of an optical head that assumes a DVD (substrate thickness 0.6 mm) as a high-density optical information recording medium and a CD (substrate thickness 1.2 mm) as a low-density optical information recording medium. Is shown. For simplicity, the description of the detection optical system that detects the light reflected from the disk is omitted.
  • O nm is converted into a substantially parallel light beam by a condensing lens 13 via a beam splitter 12, and is transmitted to an objective lens 14.
  • the incident light forms an image as an optical spot 17 on the information recording surface 16 of the optical disk 15.
  • the NA of the optical disk 15 is 0.6
  • the objective lens Size 14 is designed to provide the best performance for this optical system. For example, it is designed so that the wavefront aberration becomes substantially zero.
  • the light beam emitted from the light source 21 having a wavelength of 780 nm becomes divergent light by the converging lens 12, passes through the beam splitter 13, and is appropriately diverged by the aperture limiting means 24. After being narrowed down to a diameter, the light enters the objective lens 14 and forms an image as an optical spot 27 on the information recording surface 26 of the optical disk 25.
  • the NA of the optical disk 25 at this time is 0.45.
  • the aperture limiting means 24 is configured by an appropriate means so as to stop only the light beam from the light source 21 and not to affect the light beam from the light source 11.
  • the light source 21 is located at the position 31 of the light source where the wavefront aberration on the CD disk recording surface is minimized.
  • the objective lens 15 is located at a higher position than the position 31.
  • the skew of the objective lens 15 is adjusted so that the coma of the optical spot 17 of DVD becomes substantially zero.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the lens skew angle and the coma aberration on the DVD and CD recording surfaces when the objective lens has coma aberration in the optical system of FIG.
  • the vertical axis is the light source wavelength.
  • the coma present in the objective lens is
  • the coma of the CD is 0.016 02. This value is larger than the value before skew adjustment, but it is smaller than the value of the conventional example of 0.02 1 ⁇ 2 when the light source 21 is placed at the position 31, that is, the value of the conventional example.
  • the disc tilt for compensating for this is 0.24 degrees, compared with 0.31 degrees in the conventional example.
  • the frame difference which varies with the objective lens skew, is due to the fact that the center axis of the objective lens is tilted with respect to the disk normal. This is the sum of the coma caused by the light source deviating from the center axis of the objective lens when viewed from the objective lens.
  • the former is called tilt coma, and the latter is called off-axis coma.
  • the off-axis coma aberration increases as the sine condition violation amount of the optical system increases.
  • the off-axis coma hardly occurs because the objective lens is designed to satisfy the sine condition. For this reason, skew adjustment is to cancel coma aberration by tilting the objective lens so that tilt coma of the opposite sign to coma present in the objective lens is generated.
  • the sinusoidal condition is not satisfied, and thus off-axis coma occurs in addition to tilt coma.
  • the off-axis coma has the opposite sign to the tilt coma and the same sign as the coma of the objective lens. The amount of off-axis coma for the same skew angle is larger in absolute value than the tilt coma.
  • FIG. 3 shows the change of the light source 21 from the position 31 in the optical system shown in FIG. 6 is a graph showing the relationship between the positional amount and the residual coma aberration of the CD after skew adjustment and the resulting tilt difference.
  • the focal length of the objective lens 14 is 3.3 mm
  • the focal length of the condenser lens 13 is 20 mm
  • the aperture diameter of the aperture limiting means 24 is changed according to the position of the light source 21.
  • the NA of the optical disk 26 is always set to 0.45.
  • off-axis coma decreases as the distance from the CD light source position 31 increases, and the absolute value of tilt coma and off-axis coma at a certain skew angle at a certain position It is assumed that there are cases where the values are equal. At this time, regardless of the magnitude of the skew angle, tilt coma aberration and off-axis coma aberration always cancel, so that the total coma aberration does not change at all. When the light source moves further away beyond this position, the absolute value of the tilt coma for the same skew angle becomes larger than the off-axis coma, and the amount of residual coma should decrease. In FIG.
  • the second embodiment sets the light source 21 from this position to a position farther from the objective lens 1.
  • Figure 4 shows the relationship between the lens skew angle and the coma aberration on the DVD and CD recording surfaces when the position of the light source 21 is 2.9 mm and 5.7 mm from the position 31. It is a graph.
  • the coma aberration and the tilt difference of the CD do not increase at least.
  • the residual coma of the CD is constant at about 0.11 or 2 and the resulting tilt difference is 0.16 degrees.
  • the CD is as shown in Fig. 4. Coma decreases to 0.002 ⁇ . The tilt difference due to this can be almost ignored.
  • the size of the optical head can be reduced. It is clear that the size of the light head increases as the position of the light source 21 increases. On the other hand, the position of the skew free is the most compact arrangement of the optical head as long as the tilt difference can be tolerated.
  • the drive stroke in the force direction of the actuator is designed in consideration of the difference in the working distance.
  • the light source 21 is placed at a position where the optical system of the CD becomes an infinite system, the working distance of the CD becomes shorter by 0.35 to 0.4 mm than that of the DVD, and the drive stroke of the actuator is reduced. It needs to be expanded further.
  • the difference in working distance between the CD and DVD is about 0.28 mm, so that the drive stroke does not need to be extended as in the case of the infinite system.
  • the position of the light source 21 is described as a skew-free position, but the relationship between the skew angle, the coma aberration, and the tilt difference does not occur even if the light source moves slightly back and forth from this position. Since it does not change significantly, it is natural that the light source position may be slightly changed within the allowable range of the tilt difference due to the constraints of the optical head design.
  • the optical system shown in this embodiment becomes an infinite system when the distance of the light source 21 from the position 31 is 5.7 mm.
  • the residual coma after the skew adjustment is as small as. 0.05 ⁇ 2
  • the tilt difference due to this is also almost negligible at 0.05 deg, but the spherical aberration is 0.15 ⁇ 2
  • various methods have been proposed to achieve good recording and reproduction of CDs.
  • the first optical information recording medium of the present invention is a DVD in the above embodiment
  • the second optical information recording medium is a CD in the above embodiment, but is not limited thereto.
  • the present invention provides two types of optical information having a relatively smaller substrate thickness and a higher recording density. Applicable to recording media. Industrial applicability
  • an optical head having a plurality of light sources having different wavelengths and corresponding to optical information recording media having different substrate thicknesses and different recording densities
  • the tilt difference due to coma aberration on the recording surface of the relatively low-density optical information recording medium is acceptable. It is possible to obtain a light head that can be kept inside.
  • the present invention minimizes the increase in the size of the optical system while suppressing the tilt difference, and furthermore, increases the working distance difference of the objective lens between the high-density optical information recording medium and the low-density optical information recording medium. Minimizing As a result, it is possible to provide an optical system that is advantageous for reducing the size and thickness of the optical head.

Description

明 細 書
光へッ ド
技術分野
本発明は、 光源から出射した光束を集光光学系で、 光情報記録 媒体の透明基板を介してその情報記録面に集光させることによつ て、 その情報記録面上に情報を記録またはその情報記録面上の情 報を再生する （記録/再生） 光ヘッ ドに関する。 背景技術
近年、 高密度化や記録可能媒体の普及などによって光ディスク の規格が増え、 ディスクの基板厚みの違いや反射率の波長依存性 に対応するために、 記録およびノまたは再生用光学系 （以下、 光 学系と略す） の対物レンズの開口数 （以下 NA) や使用波長を変 えることが必要になっている。
たとえば C Dの基板の厚みが 1. 2 mmであるのに対して、 D VDでは 0. 6 mmである。 また C D— Rに使用されるディスク 記録材料の反射率は、 波長 7 8 0〜 8 3 O n mでは 6 5 %以上で あるのに対して、 波長 6 3 5〜 6 5 0 nmでは 2 0 %以下に低下 する。
したがって、 D V Dに対応する光学系においては光源波長 6 3 5〜 6 5 0 n mおよび対物レンズ NA O . 6が使用され、 C D— Rに対応する光学系においては光源波長 7 8 0〜 8 3 0 n mおよ び対物レンズ N A O . 4 5が使用されるのが一般的である。
そこで、 このよ う に対応する光学系が異なる光ディスクを、 同 一の光ディスク装置で記録再生できることが望ま しく 、 かつ光デ イスク装置を小型化 · 低コス ト化することが求められている。 つ ま り、 異なる規格の光ディスクに対応する光学系を出来るだけ共 用化する方式が提案されている。
その代表的な方式と して、 特開平 8— 5 5 3 6 3 に示された光 ヘッ ドがある。 これは、 光源から出射される光束を集光する集光 レンズと、 その光束を光ディスクの情報記録面上に収束させる対 物レンズとをそれぞれ共用化したものである。
すなわち、 D V Dのよ うな高密度光ディスクに対応する光学系 を波長 6 5 0 n mの光源を用いた無限共役系（以下、 無限系と略す） と し、 その対物レンズは無限系で高密度光ディスクの基板厚みに 対して最適設計されたものを用いるものである。
C Dまたは C D— Rのよ うに、 D V Dと比べて、 基板厚みが異 なり相対的に低密度な光ディスクを記録再生する場合には、 光学 系を波長 7 8 0 n mの光源を用いた有限共役系 （以下、 有限系と 略す） と し、 基板厚みの違いによ り生じる球面収差を相殺するこ とによ り良好な信号記録再生特性を得るものである。
ところで光学系には通常、 製造や組立の誤差に起因する収差が 存在する。 情報の記録再生に大きな影響を及ぼすのは、 主に 3次 のコマ収差、 非点収差および球面収差であり 、 このう ち主にコマ 収差を補正するために、 対物レンズの光軸に対する角度を変化さ せるスキュー調整を行うのが一般的である。
それらの収差の量は波長が短いほど小さく制限する必要があり、 そして一般に光ディスクの記録密度が高いほど使用波長は短く な る。 従って、 複数の光源を用いて基板厚みや記録密度の異なる光 ディスクの記録再生を行う光ヘッ ドでは、 相対的に高密度の光デ イ スクに対して対物レンズのスキュー角度を調整しなければなら ない。 この場合、 相対的に低密度な光ディスクの記録再生に対し ては、 それらの収差が必ずしも最適な状態にはならないことが問 題となる。
この様子を、 図 5を参照しながら説明する。 図 5は、 高密度光 情報記録媒体と して DVD (基板厚み 0. 6 mm) 、 低密度光情 報記録媒体と して C D (基板厚み 1. 2 mm) を想定した光学系 を示す。 すなわち、 対物レンズにコマ収差が存在する場合の、 ス キュー角度と、 DVDディスクおよび CDディスクの記録面上で のコマ収差との関係を示す。
なお、 縦軸は光源波長で正規化した収差の r m s値であり、 対 物レンズに存在するコマ収差の r m s値は 0. 0 3 5 λ 1 ( λ 1 は DVDに対応する光源波長） である。 これは製造誤差による収 差と して発生しう る値である。 以下、 収差の値はすべて r m s値 と して記述することにする。
対物レンズが光軸に対して傾いていない場合、 すなわちスキュ 一角度が 0度の場合は、 D V Dのディスク記録面上におけるコマ 収差は対物レンズのコマ収差に等しい。 これは図 5中、 点 Aで示 される。
この状態から対物レンズのスキュー角度を変化させる と、 コマ 収差をほぼ 0 に低減する こ とができ る。 このと きの対物レンズの スキュー角度は約 0. 3 3度である。 これは図 5 中、 点 Bで示さ れる。
これに対して C Dのコマ収差の値は、 スキュー調整前は 0. 0 1 1 λ 2 ( λ 2は C Dに対応する光源波長） であったのに対し、 スキュー調整後は 0. 0 2 1 λ 2に増加する。 これは図 5中、 点 Α 'から点 B， への増加どして示され、 対物レンズのスキュー角 度に関して、 D VDと C Dとでコマ収差の増減が逆になつている こ とがわかる。
スキュー調整後の C Dのコマ収差の値 0. 0 2 1 λ 2はデイ ス クの傾き角 （チル ト） 0 . 3度に相当する。 したがって D V Dと C Dとでジッタが最小になるディスクチルト角に 0 . 3度の差が 生じる。 この差を、 以後チルト差と呼ぶことにする。
と ころで、 光ヘッ ドおよび光ディスク装置では、 通常製造組立 誤差やディスクの反り など他のチル ト要因に許容誤差を配分して システム設計されており 、 これ以外にスキュー調整によってチル ト差が発生し、 それが 0 . 3度程度の大き さになる と、 C Dの記 録再生に関して光デイ スク装置の構成が困難になるとい う問題が ある 発明の開示
本発明は、 上記従来の光ヘッ ドの課題を考慮し、 対物レンズの スキュー角度を高密度光情報記録媒体に対して最適に調整しなが ら、 その高密度光情報記録媒体に比べて、 基板厚みがよ り大き く 、 相対的に低密度な光情報記録媒体に対応する光学系とのチル ト差を低減できる光へッ ドを提供することを目的とする。
本発明は、 光源から出射した光束を、 光情報記録媒体の透明基 板を介してその情報記録面に収束させることによって、 前記情報 記録面上に情報を記録または前記情報記録面上の情報を再生する 光へッ ドにおいて、
波長； L 1 である第 1 の光源からの光束を、 基板厚みが t 1 であ る第 1 の光情報記録媒体に収束する第 1 の光路と、 波長え 2 (た だし λ 1 < λ 2 ) である第 2の光源からの光束を、 基板厚みが t 2 (ただし t l < t 2 ) である第 2の光ディスクに収束する第 2 の光路とを備え、
前記第 1およぴ第 2の光路の対物レンズは同一であり、
前記対物レンズは、 前記第 1 の光情報記録媒体のコマ収差が実 質上 0 となるよ うにスキュ一調整されており、
前記第 2の光路は有限共役系と して構成され、
その第 2の光源の光軸方向の位置は、 前記第 2の光情報記録媒 体の情報記録面における波面収差の r m s値が最小になる所定位 置よ り も前記対物レンズから遠い側に、 設定されているこ とを特 徴とする光へッ ドである。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の第 1 の実施形態における光学系の構成図であ る。
図 2は、 本発明の第 1 の実施形態における対物レンズのスキュ 一角度とコマ収差の関係を示すグラフである。
図 3は、 本発明の第 1 の実施形態における光源の光軸方向位置 とスキュー調整時のコマ収差およびチルト差との関係を示すダラ フである。
図 4は、 本発明の第 2の実施形態における対物レンズのスキュ 一角度と コマ収差の関係を示すグラフである。
図 5は、 従来の光学系における対物レンズのスキュー角度と コ マ収差の関係を示すダラフである。
(符号の説明）
1 1 第 1 の光源
1 2 ビームスプリ ッタ
1 3 集光レンズ
1 4 対物レンズ
1 5 第 1 の光ディスク 6 第 1 の光ディスクの情報記録面
7 第 1 の光スポッ ト
2 1 第 2の光源
2 4 開口制限手段
2 5 第 2の光ディスク
2 6 第 2の光ディスクの情報記録面
2 7 第 2の光スポッ ト 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について、 図 1 から図 4を用いて説 明する。
(実施の形態 1 )
図 1 は、 高密度光情報記録媒体と して D V D (基板厚み 0. 6 mm) を、 低密度光情報記録媒体と して C D (基板厚み 1 . 2 m m) を想定した光ヘッ ドの構成を示す。 なお簡単のため、 デイス クから反射された光を検出する検出光学系については記述を省略 する。
図 1 において、 波長 6 5. O n mの光源 1 1 から出射された光束 は、 ビームスプリ ッタ 1 2を介して集光レンズ 1 3 によ り略平行 な光束になり 、 対物レンズ 1 4に入射し、 光ディスク 1 5の情報 記録面 1 6上に光スポッ ト 1 7 と して結像する。
このときの光ディスク 1 5側の N Aは 0. 6であり、 対物レン ズ 1 4はこの光学系に関して最良の性能が得られるよ う に設計さ れている。 たとえば、 波面収差が実質上 0 となる要に設計されて レヽる。
また波長 7 8 0 n mの光源 2 1 から出射した光束は、 集光レン ズ 1 2によ り発散光になり、 ビームスプリ ッタ 1 3 を介して、 開 口制限手段 2 4で適切な光束径になるよ う絞られた後対物レンズ 1 4に入射し、 光ディスク 2 5の情報記録面 2 6上に光スポッ ト 2 7 と して結像する。
このときの光ディスク 2 5側の N Aは 0 . 4 5である。 開口制 限手段 2 4は光源 2 1 からの光束にのみ絞り作用を行い、 光源 1 1 からの光束については影響を及ぼさないよ う、 適切な手段で構 成される。
光源 2 1 は、 従来は C Dのディスク記録面上での波面収差が最 小になる場合の光源の位置 3 1 に置かれていたが、 本発明では、 位置 3 1 よ り も対物レンズ 1 5から遠い側に設定されている。
対物レンズ 1 5は、 D V Dの光スポッ ト 1 7のコマ収差が実質 0になるよ うにスキュー調整される。
以上のよ う に構成された光ヘッ ドについて、 以下、 その動作を 述べる。
図 2は、 図 1 の光学系において、 対物レンズにコマ収差が存在 する場合のレンズスキュー角度と D V Dおよび C Dの記録面上で のコマ収差の関係を示したグラフである。 なお、 縦軸は光源波長 で正規化した収差の値であり 、 対物レンズに存在するコマ収差は
0. 0 3 5 λ 1である と している。 これは製造誤差による収差と して発生しう る値である。 また、 光源 2 1が位置 3 1にあった場 合のコマ収差も合わせて示している。
図 2において、 対物レンズのスキュー角度が 0度の場合、 C D のコマ収差は従来例の場合と同様に 0. 0 1 1 λ 2 となるが、 ス キュー角度に対するコマ収差の変化の度合いは光源 2 1が位置 3 1にあった場合より も小さく 、 グラフの傾きが小さく なる。
そして DVDのコマ収差が 0になるよ うにスキュー調整した場 合、 CDのコマ収差は 0. 0 1 6 ぇ 2である。 この値はスキュー 調整前の値よ り も大き く なつているが、 光源 2 1を位置 3 1に置 いた場合、 すなわち従来例の場合の値 0. 0 2 1 λ 2よ り も小さ く なつており、 これを相殺するためのディスクチルトは、 従来例 の 0. 3 1度に対し 0. 24度である。
これは DVDと CDとのチル ト差が従来例よ り も減少したこ と を意味する。
このよ うに、 CDの光学系では光源 2 1が波面収差最小位置 3 1 よ り対物レンズから遠い側へ移動すると、 対物レンズスキュー によって生じるチルト差が減少することがわかる。
これを理論的分析すると以下のとおりである。
この原理を説明する。 対物レンズスキューによ り変化するコマ収 差は、 対物レンズの中心軸がディスクの法線に対して傾く ことに よるコマ収差と、 対物レンズから見て光源が対物レンズ中心軸上 から外れるこ とによるコマ収差の和である。 前者をチルトコマ収 差、 後者を軸外コマ収差と呼ぶことにする。 よく知られているよ うに、 光学系の正弦条件違反量が大きいほど軸外コマ収差は大き く なる。
D V Dの場合は対物レンズが正弦条件を満足するよ うに設計され ているので、 軸外コマ収差はほとんど発生しない。 このため、 対 物レンズに存在するコマ収差と逆符号のチル トコマ収差が発生す るよ うに対物レンズを傾けるこ とによってコマ収差をキャンセル させるのが、 スキュー調整である。 これに対して C Dでは、 光源 2 1が波面収差最小の位置 3 1 にある場合、 正弦条件を満足しな いため、 チルトコマ収差以外に軸外コマ収差が発生する。 軸外コ マ収差はチル トコマ収差と逆符号、 対物レンズのコマ収差と同符 号であり 、 同一スキュー角に対する軸外コマ収差量はチルトコマ 収差より も絶対値が大きいため、 D V Dでスキュー調整しても、 C Dでは対物レンズのコマ収差より大きなコマ収差が残存する。 C Dの正弦条件違反量は光源が位置 3 1 から遠ざかると減少する ので、 対物レンズスキューによる軸外コマ収差も減少する。 この ため、 スキュー時の対物レンズのコマ収差とチル トコマ収差と軸 外コマ収差の和は、 C Dの光源が位置 3 1 にある場合よ り も減少 し、 チル ト残差が減少するのである。
図 3は、 図 1 の光学系において、 光源 2 1 の位置 3 1 からの変 位量と、 スキュ一調整後の C Dの残存コマ収差おょぴそれによる チルト差との関係を示したグラフである。 ただし対物レンズ 1 4 の焦点距離は 3 . 3 m m , 集光レンズ 1 3の焦点距離は 2 0 m m と し、 光源 2 1 の位置に応じて開口制限手段 2 4の開口径を変化 させて、 光ディスク 2 6側の N Aがつねに 0 . 4 5になるよ うに している。
図 3から、 光源 2 1 が位置 3 1 から遠ざかるほど、 残存コマ収 差およびチルト差が減少することがわかる。 したがって光源 2 1 の光軸方向位置を適切に選ぶことによ り 、 チル ト差を光ディスク 装置の構成からみて許容で.きる値以下に抑えることができる。 (実施の形態 2 )
上述したチル トコマ収差と軸外コマ収差の発生原理から、 C D の光源の位置 3 1 から遠ざかるにつれて軸外コマ収差が減少し、 ある位置で同一スキュー角におけるチルトコマ収差と軸外コマ収 差の絶対値が等しく なるケースがあることが想定される。 このと きスキュー角の大小にかかわらずチルトコマ収差と軸外コマ収差 がつねにキヤンセルするため、 コマ収差の合計が全く変化しない ことになる。 また、 光源がこの位置を越えてさ らに遠ざかると、 同一スキュー角に対するチルトコマ収差の絶対値が軸外コマ収差 よ り も大きく なるため、 残存コマ収差量は減少するはずである。 図 2において対物レンズ 1 5 のスキュー角度が 0度のときの C Dのコマ収差は約 0 . 0 1 1 λ 2であったが、 これは図 3におい て光源 2 1 の位置が位置 3 1 からの距離が約 2 . 9 m mのと きの コマ収差とほぼ等しい。 このときスキュ一角によらずコマ収差が 変化しない状態である と考えられる。 これに着目 し、 光源 2 1 を この位置から、 対物レンズ 1 よ り遠い位置に設定するこ とを実施 の形態 2 とする。
この場合の光ヘッ ドについて、 以下、 その動作を述べる。
図 4は、 光源 2 1 の位置を位置 3 1 からの距離が 2 . 9 mm及び 5 . 7 mmと した場合の、 レンズスキュー角度と D V Dおよび C D の記録面上でのコマ収差の関係を示すグラフである。
図 4において、 光源 2 1の位置 3 1 からの距離が約 2 . 9 mmの 場合、 対物レンズ 1 5 のスキュー角度がどのよ う に変化しても C Dのコマ収差は変化せず、 つねに一定である。 これを以後スキュ 一フリーと呼ぶことにする。
これは、 スキューフ リー状態であれば、 D V Dに対して最適に スキュー調整しても C Dのコマ収差およびチルト差は少なく と も 増大しないこ とを意味する。 スキューフリー状態の場合、 C Dの 残存コマ収差は約 0 . 0 1 1 え 2で一定であり、 これによるチル ト差は 0 . 1 6度である。 一般にこの程度のチルト差であれば、 光ディスク装置と して構成するこ とは可能である。 さ らに光源 2 1 がスキューフ リーの位置よ り対物レンズ 1 5から遠い側、 たと えば光源 2 1 の位置 3 1 からの距離が約 5 · 7 m mの場合、 図 4 に示されるよ うに C Dのコマ収差は 0 . 0 0 2 λにまで減少する。 これによるチルト差はほとんど無視できる。
と ころで、 光源 2 1 の位置をスキューフ リ ーの位置よ り遠い側 にすれば、 よ りチル ト差の少ない構成とすることができるが、 あ えてスキューフ リーの位置に光源 2 1 を置く ことには、 次の利点 力 sある。
まず第一に、 光へッ ドを小型化できるこ とである。 光源 2 1 の 位置を遠ざけるほど光へッ ドの寸法は大型化するのは明らかであ る。 これに対し、 スキューフ リーの位置は、 チル ト差が許容でき る範囲でもっとも光へッ ドを小型化できる配置になる。
第二に、 対物レンズ 1 5を駆動するァクチユエータの駆動ス ト ロークの観点である。 光源 2 1 を波面収差最小の位置 3 1 に置い たとき、 C Dを記録再生する場合の対物レンズ 1 5の作動距離は、 D V Dの場合よ り も約 0. 2 mm短く なる。 したがってァクチュ エータのフォー力ス方向の駆動ス ト ロークは、 その作動距離の差 の分を考慮して設計される。
一方、 光源 2 1 を C Dの光学系が無限系になる位置に置いた場 合、 C Dの作動距離は D V Dよ り も 0. 3 5〜 0. 4 mm短く な り、 ァクチユエータの駆動ス トロークをさ らに広げる必要がある。 これに対してスキューフ リーの位置であれば、 C Dと D V Dの 作動距離の差は約 0. 2 8 mm程度であり 、 無限系の場合ほど駆 動ス ト ロークを広げなく ても済む。 特にノー トパソ コ ン内蔵用や 可搬型の光ディスク装置のよ う に光へッ ドを薄型化するこ とを強 く求められる場合には、 フォーカス方向の駆動ス トロークを拡大 することが難しく、作動距離の差が少しでも小さいことが望まれ、 このよ う な用途に対してスキューフ リーの配置にすることに大き な利点がある。
なお、 本実施の形態においては、 光源 2 1 の位置をスキューフ リー位置と記したが、 光源がこの位置から多少前後しても、 スキ ユ ー角度と コマ収差およぴチル ト差の関係が大き く変化するわけ ではないので、 光へッ ド設計の制約条件によ りチル ト差の許容範 囲内で多少の光源位置の変更があっても差し支えないこ とはもち ろんである。
以上のよ うに、 本発明によれば光源 2 1 を波面収差が最小にな る位置 3 1から遠ざけるため、 球面収差が増大する。 たとえばこ の実施形態で示した光学系では、 光源 2 1 の位置 3 1からの距離 が 5. 7 mmのときに無限系となる。 この場合のスキュー調整後 の残存コマ収差は◦ . 0 0 5 λ 2 と小さく 、 これによるチルト差 も 0. 0 5度とほとんど無視できる量になるが、 球面収差は 0. 1 5 λ 2に達し、 通常目安と されるマレシャルの基準 0. 0 7 λ 2を大き く上回るこ とになる。 このよ うな場合にも C Dの記録再 生を良好に行うために、 いろいろな方法が提案されている。 たと えば特開平 1 0— 2 0 8 2 8 1 のよ う な方法である。 これは、 D VD用の対物レンズの中心部の収差を基材厚み 0. 8 4〜 1 . 2 m mの光ディスクに最小の収差の光スポッ トを形成する様に補正 することによって、 D V D ' C Dと もに無限光学系でありながら 良好な記録再生を可能にするものである。 このよ うな方法を用い れば、 光源 2 1 を位置 3 1 よ り も遠ざけることによって球面収差 が増大しても問題はない。
また、 本発明の第 1 の光情報記録媒体は、 上記実施の形態では D V Dであり、 第 2の光情報記録媒体は、 上記実施の形態では C Dであったが、 これに限らず、 たとえば D V D と P D、 あるいは D V Dと L D (レーザディスク） の組合せでもよく 、 要するに、 本発明は、 相対的に基板の厚さがよ り小さ く 、 記録密度がよ り高 い関係にある 2種類の光情報記録媒体に対して、 適用可能である。 産業上の利用可能性
以上のよ うに本発明によ り 、 異なる波長の複数の光源を有し、 異なる基材厚および異なる'記録密度の光情報記録媒体に対応する 光へッ ドにおいて、
相対的に高密度な光情報記録媒体に対して対物レンズを最適に スキュー調整した場合に、 相対的に低密度な光情報記録媒体の記 録面上に生じるコマ収差によるチル ト差を許容範囲内に抑えるこ とのできる光へッ ドを得ることが可能になる。
また、 本発明は、 チル ト差を抑えながら光学系の寸法増大を最 小限にと どめ、 しかも高密度光情報記録媒体と低密度光情報記録 媒体に対する対物レンズの作動距離差の増大をも最小限にと どめ るこ とによって、 光へッ ドの小型化 · 薄型化に有利な光学系を提 供することが可能になる。

Claims

求 の 囲
1 . 光源から出射した光束を、 光情報記録媒体の透明基板を 介してその情報記録面に収束させるこ とによって、 前記情報記録 面上に情報を記録または前記情報記録面上の情報を再生する光へ ッ ドにおいて、
波長； L 1 である第 1 の光源からの光束を、 基板厚みが t 1であ る第 1 の光情報記録媒体に収束する第 1 の光路と、 波長； 1 2 (た だし； L 1 < λ 2 ) である第 2の光源からの光束を、 基板厚みが t 2 (ただし t l く t 2 ) である第 2の光ディスクに収束する第 2 の光路とを備え、
前記第 1および第 2の光路の対物レンズは同一であり、
前記対物レンズは、 前記第 1 の光情報記録媒体のコマ収差が実 質上 0 となるよ うにスキュー調整されており、
前記第 2の光路は有限共役系と して構成され、
その第 2の光源の光軸方向の位置は、 前記第 2の光情報記録媒 体の情報記録面における波面収差の r m s値が最小になる所定位 置よ り も前記対物レンズから遠い側に、 設定されているこ とを特 徴とする光へッ ド。
2 . 前記第 2の光源の光軸方向の位置は、 前 己所定位置から、 前記第 2の光路が無限系になる位置までの間に設定されているこ とを特徴とする請求項 1記載の光へッ ド。
3 . 前記第 2の光源の光軸方向の位置は、 前記対物レンズのス キュー角度が変化しても前記第 2の光路のコマ収差の r m s値が 変化しないよ う な位置に設定されているこ とを特徴とする請求項 1又は 2記載の光へッ ド。
4. 前記波長 λ 1およびえ 2、 前記基板厚み t 1および t 2 それぞれ
6 2 0 n m< l l < 6 8 0 n m
7 4 0 n m< ^ 2 < 8 2 0 n m
0. 4 mm< t 1 < 0. 8 mm
1. 0 m m < t 2 < 1. 5 mm
であることを特徴とする請求項 1 に記載の光へッ ド。
5. 前記第 1 の光情報記録媒体は D V Dであり 、 前記波長； L 1 は 6 5 0 nmであり、 前記第 2の光情報記録媒体は C Dであり、 前 記波長え 2は 7 8 0 nmであることを特徴とする請求項 1又は 2記 載の光へッ ド。
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