JP2004326984A - 光ヘッド装置、および光ヘッド装置用対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】波長の異なる第１および第２のレーザ光を回折レンズ構造を備えた対物レンズを介して透明保護層の厚さが異なる第１および第２の光記録媒体の記録面に集光させる場合でも良好なピックアップ特性を得ることのできる光ヘッド装置、および光ヘッド装置用対物レンズを提供すること。
【解決手段】光ヘッド装置の対物レンズ３では、中心側屈折面領域３３において中心側回折格子３５を構成する同心円状の微細な段差３０の高さＨを設定する際、第１のレーザ光Ｌ１の波長に対応する第１の寸法ｈ_１と、第２のレーザ光Ｌ２の波長に対応する第２の寸法ｈ_２の間に、第１および第２の光記録媒体４１、４２における各ピットの面積Ｓ_１、Ｓ_２に関連させて、以下の式
Ｈ＝（Ｓ_１×ｈ_２＋Ｓ_２×ｈ_１）／（Ｓ_１＋Ｓ_２）
を満たすように設定する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる波長のレーザ光を用いて基板厚さの異なるＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体の再生、記録を行う光ヘッド装置に関するものである。さらに詳しくは、かかる光ヘッド装置に用いるのに適した対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体としては、ＣＤやＤＶＤ等のように記録面を保護する透明保護層の厚さや記録密度の異なるものが知られており、ＣＤ（ＣＤ−Ｒを含む）の再生記録用には波長７８５ｎｍの第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源が用いられ、ＤＶＤの再生用には、波長６５５ｎｍの第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源が用いられている。
【０００３】
ここで、光記録媒体に対して情報の記録や再生を行なう光ヘッド装置では、その小型およびコンパクト化のために共通の対物レンズを用いて、ＣＤおよびＤＶＤの記録面にレーザ光を収束させる構成のものが提案されている。
【０００４】
但し、ＣＤは、記録面を保護する透明保護層の厚さが１．２ｍｍであり、ＤＶＤは、透明保護層の厚さがＣＤよりも薄い０．６ｍｍであり、その記録密度はＣＤより高い。そこで、対物レンズとしては、単一の屈折力を有するレンズ面に同心円状の微細な段差からなる回折格子を形成し、この回折格子によって入射光束を回折して、透明保護層の厚さが異なる２種類の光記録媒体の記録面に良好な焦点を結ばせるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、回折格子を構成する段差の高さは、レーザ光の位相２πとする必要があるが、回折格子には、ＣＤの再生記録用の波長７８５ｎｍの第１のレーザ光、およびＤＶＤ再生用の波長６５５ｎｍの第２のレーザ光がそれぞれ入射することになる。このため、対物レンズにおける第１のレーザ光が入射したときの屈折率、対物レンズにおける第２のレーザ光が入射したときの屈折率、第１のレーザ光の波長、および第２のレーザ光の波長をそれぞれ、ｎ_１、ｎ_２、λ_１、およびλ_２としたとき、回折格子の段差の高さは、下式
ｈ_１＝λ_１／（ｎ_１−１）
ｈ_２＝λ_２／（ｎ_２−１）
で求められるｈ_１あるいはｈ_２に設定される。また、回折格子の段差の高さは、（ｈ_１＋ｈ_２）／２に設定されることもある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−８１５６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第２のレーザ光を重視して、回折格子の段差の高さをｈ_２とした場合、そのＳカーブ特性（フォーカシングエラー信号）は、図５（ａ）に示すようになり、ＤＶＤについては良好な解像度が得られるが、ＣＤではＳカーブが得られない。また、再生性能を示すジッターもＤＶＤについては良好な値となるが、ＣＤでは再生可能であっても要求仕様限界レベルの値となる。
【０００８】
これに対して、第１のレーザ光を重視して、回折格子の段差の高さをｈ_１とした場合、そのＳカーブ特性は、図５（ｂ）に示すようになり、ＣＤについては良好な解像度が得られるが、ＤＶＤではＳカーブの振幅が低い。ＤＶＤのＳカーブ振幅が低いと、２層ディスクの記録再生時のフォーカスサーボがとれない問題がある。また、指紋が付着したディスク（フィンガープリントディスク）などの粗悪ディスクのフォーカスサーボが外れる問題がある。また、ジッターもＣＤについては良好な値となるが、ＤＶＤでは要求仕様限界を超え、再生不可能なレベルとなる。
【０００９】
また、回折格子の段差の高さを（ｈ_１＋ｈ_２）／２とした場合、そのＳカーブ特性は、図５（ｃ）に示すようになり、このようなＳカーブでは、ＣＤについては図５（ｂ）と同等レベルのほぼ良好な再生性能が得られるが、ＣＤと比較して解像度を必要とするＤＶＤでは再生性能が悪い。
【００１０】
また、対物レンズの屈折面を中心側と外周側に分け、中心側に段差の高さを（ｈ_１＋ｈ_２）／２とした中心側回折格子を形成し、外周側に段差の高さをｈ_２とした外周側回折格子を形成して、第１のレーザ光を用いるＣＤの再生には中心側回折格子による回折光を使用し、第２のレーザ光を用いるＤＶＤの再生には中心側回折格子および外周側回折格子による回折光を使用することもある。この場合、外周側回折格子の段差高さは、従来、第２のレーザ光の効率を高くするためｈ_２にしていたが、こうすると、中心側回折格子と外周側回折格子とで第２のレーザ光における回折光の位相がずれるため、波面収差が悪くなり、レンズ全体での透過率が悪くなることがわかった。
【００１１】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、波長の異なる第１および第２のレーザ光を回折レンズ構造を備えた対物レンズを介して透明保護層の厚さが異なる第１および第２の光記録媒体の記録面に集光させる場合でも良好なピックアップ特性を得ることのできる光ヘッド装置、および光ヘッド装置用対物レンズを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を対物レンズを介して集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が薄い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源から出射した、前記第１のレーザ光より波長の短い第２のレーザ光を前記対物レンズを介して集光させる光ヘッド装置において、前記対物レンズの屈折面を、その光軸を中心とする中心側屈折面領域と、この中心側屈折面領域の外側を取り囲んでいる外周側屈折面領域とに分割するとともに、前記中心側屈折面領域の全域に亘って同心円状の複数の微細な段差からなる中心側回折格子を形成し、前記第１のレーザ光源を用いて行う前記第１の光記録媒体の記録再生には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束を用い、前記第２のレーザ光源を用いて行う前記第２の光記録媒体の記録再生には、前記外周側屈折面領域を通過した光束と、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、前記中心側回折格子の前記段差の高さ、波長λ_１の前記第１のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率、および波長λ_２の前記第２のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率をそれぞれ、Ｈ、ｎ_１、およびｎ_２としたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
ｈ_２ ＜ Ｈ ＜ （ｈ_１＋ｈ_２）／２
但し、ｈ_１＝λ_１／（ｎ_１−１）
ｈ_２＝λ_２／（ｎ_２−１）
を満たすように設定されてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、第２の光記録媒体、および第２のレーザ光が高密度記録用であることに着目して、中心側回折格子の段差の高さを、第１のレーザ光に対応させた寸法ｈ_１と、第２のレーザ光に対応させた寸法ｈ_２との中間値よりも、第２のレーザ光に対応させた寸法ｈ_２に近い値に設定している。すなわち、光記録媒体におけるピットサイズの大小や、ビームスポットの大小からみて、再生記録動作の難易度に対応する重み付けを行って段差の高さを設定している。このため、第２の光記録媒体では、十分なＳ字カーブ振幅が得られ、第１および第２の光記録媒体の双方において良好なピックアップ特性を得ることができるとともに、指紋が付着したディスク（フィンガープリントディスク）などの粗悪ディスクに対しても、フォーカスサーボが外れることなく、良好な記録再生性能が得られる。また、中心側回折格子の段差の高さを、寸法ｈ_１と寸法ｈ_２との中間値よりも、波長の短い第２のレーザ光に対応させた寸法ｈ_２に近い値に設定しているため、温度上昇によって、第２のレーザ光の波長が多少、長くなっても、中心温度における段差高さＨを第２のレーザ光に近い波長に対応させてあるため、第２の光記録媒体において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００１４】
本発明において、前記第１の光記録媒体の記録面に対して前記第１のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積、および前記第２の光記録媒体の記録面に対して前記第２のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積をそれぞれ、Ｓ_１、およびＳ_２としたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
Ｈ＝（Ｓ_１×ｈ_２＋Ｓ_２×ｈ_１）／（Ｓ_１＋Ｓ_２）
を満たすように設定されてなることが好ましい。
【００１５】
本発明において、前記第１の光記録媒体の記録面に対して前記第１のレーザ光によって形成されるビームスポットの径、および前記第２の光記録媒体の記録面に対して前記第２のレーザ光によって形成されるビームスポットの径をそれぞれ、φ_１、およびφ_２としたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
Ｈ＝（φ_１ ^２×ｈ_２＋φ_２ ^２×ｈ_１）／（φ_１ ^２＋φ_２ ^２）
を満たすように設定されてなることが好ましい。
【００１６】
本発明において、２．６から４．０の値の定数をｋとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
Ｈ＝（ｋ×ｈ_２＋１×ｈ_１）／（ｋ＋１）
を満たすように設定されてなることが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記外周側屈折面領域が、前記第２のレーザ光束が前記第２の光記録媒体の記録面上に前記第２のビームスポットを形成するのに略適した屈折力となるように形成されていることが好ましい。外周側屈折面領域に回折格子を形成しようとすると、微細な段差を狭いピッチで形成する必要があるが、屈折力で第２のレーザ光を第２の光記録媒体の記録面上に集光させるのであれば、外周側屈折面領域に微細な段差を狭いピッチで形成する必要がない。また、段差部分による効率ロスをなくすことができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記外周側屈折面領域の全域に亘って、同心円状の複数の微細な段差からなる外周側回折格子を形成して、前記第２のレーザ光源を用いて行う前記第２の光記録媒体の記録再生の際には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束と、前記外周側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用いる構成を採用してもよいが、このような場合には、前記外周側回折格子を構成する前記段差の高さを前記中心側回折格子の段差高さと同じ高さＨに設定することが好ましい。中心側回折格子の段差の高さをＨとし、外周側回折格子の段差の高さｈ_２とする構成では、中心側回折格子と外周側回折格子で位相がずれるため、波面収差が悪くなるが、中心側回折格子も外周側回折格子も段差の高さをＨとする構成では、位相ずれが無く、波面収差が良好になり、レンズ全体での透過率が向上する。
【００１９】
次に、本発明は光ヘッド装置に用いる対物レンズに関するものであり、本発明の対物レンズは、上記構成の屈折面を備えていることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した対物レンズを備えた光ヘッド装置を説明する。
【００２１】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本例の光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。
【００２２】
図１において、本形態の光ヘッド装置１は、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなど、基板厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体４に対して情報の再生、記録を行うものである。そのために、ＣＤなどの記録再生に用いる中心波長が７８５ｎｍの第１のレーザＬ１を出射する第１のレーザ光源１１と、ＤＶＤの再生等に用いる波長が６５５ｎｍの第２のレーザＬ２を出射する第２のレーザ光源１２を備えている。各レーザ光は共通の集光光学系Ｌｏを介して光記録媒体４に導かれると共に、当該光記録媒体４で反射された各レーザ光束の戻り光は共通受光素子２５に導かれる。
【００２３】
集光光学系Ｌｏには、第１のレーザＬ１を直進させ、第２のレーザＬ２を反射させて双方の光を共にシステム光軸Ｌ（対物レンズの光軸）に一致させる第１のビームスプリッタ２１と、システム光軸Ｌに沿って進むレーザＬ１、Ｌ２を通過させる第２のビームスプリッタ２２と、この第２のビームスプリッタ２２を通過したレーザ光Ｌ１、Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ２３と、コリメートレンズ２３から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２のビームスポットを光記録媒体４の記録面に形成するための対物レンズ３とが含まれている。
【００２４】
このように構成した光ヘッド装置１では、第１の光記録媒体４としてのＣＤ４１の記録面４１ａに対して、対物レンズ３によって、第１のレーザ光Ｌ１のビームスポットがＣＤ４１の記録面上に形成される。また、第２の光記録媒体４としてのＤＶＤ４２の記録面４２ａに対して、対物レンズ３によって、第２のレーザ光Ｌ２のビームスポットがＤＶＤ４２の記録面上に形成される。
【００２５】
このようにして光記録媒体４（ＣＤ４１、ＤＶＤ４２）に集光された第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、光記録媒体４で反射された後、共通の集光光学系Ｌｏを戻り光として逆に辿り、第２のビームスプリッタ２２において反射されて共通受光素子２５に集光する。そして、共通受光素子２５で検出された信号により光記録媒体４（ＣＤ４１、ＤＶＤ４２）の情報再生等が行われる。
【００２６】
（対物レンズの構成）
図２および図３を参照して、本例の対物レンズ３の構成を詳しく説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、対物レンズ３を示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、およびこの中心側屈折面領域に形成された段差を示す部分拡大断面図である。図３は対物レンズ３による各波長のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
【００２７】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、本例の対物レンズ３は、第１のレーザ光源１１および第２のレーザ光源１２から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２が入射する正のパワーを備えた入射側屈折面３１と、光記録媒体４に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面３２を備えた凸レンズである。
【００２８】
入射側屈折面３１は、光軸Ｌを中心にして同心円状に光軸Ｌを含む円形の中心側屈折面領域３３と、この中心側屈折面領域３３の外周を環状に囲んでいる外周側屈折面領域３４とに二分割されており、中心側屈折面領域３３と外周側屈折面領域３４との境界部分は、ＮＡ＝０．４５〜０．５５に相当する位置である。
【００２９】
中心側屈折面領域３３の全域に亘っては、同心円状の複数の微細な段差３０によって中心側回折格子３５が形成されている。
【００３０】
対物レンズ３の中心側屈折面領域３３は、外周側屈折面領域３４とは異なる屈折力を有する屈折面領域である。この中心側屈折面領域３３に形成された中心側回折格子３５は、当該領域を通過する第１のレーザ光Ｌ１の回折光束のビームスポットをＣＤ４１の記録面上に形成する回折特性を備えている。これに加えて、当該領域を通過する第２のレーザ光Ｌ２の回折光束のビームスポットをＤＶＤ４２の記録面上に形成する回折特性を備えている。
【００３１】
本例では、中心側回折格子３５による第１のレーザ光Ｌ１の回折光束および第２のレーザ光Ｌ２の回折光束ともに１次回折光を使用している。
【００３２】
これに対して、対物レンズ３の外周側屈折面領域３４は、第２のレーザ光Ｌ２における当該領域を通る光束部分のビームスポットをＤＶＤ４２の記録面上に形成する屈折力を有している。すなわち、外周側屈折面領域３４には、回折格子を構成する狭ピッチの溝が形成されていない。このため、対物レンズ３を成形するための金型の製作が容易である。また、段差部分が無いため、外周側屈折領域３４を通過する光のロスがなく透過率が高い。
【００３３】
このような構成の対物レンズ３を備えた光ヘッド装置１において、ＣＤ４１の情報再生時には、第１のレーザ光源１１のみが駆動され第１のレーザ光Ｌ１が出射される。この第１のレーザ光Ｌ１における対物レンズ３の中心側屈折面領域３３を通過する光束成分のうち、そこに形成されている中心側回折格子３５による回折により生成された回折光束成分のビームスポットＢ（４１）が、図３において点線で示すように、ＣＤ４１の記録面上に形成される。対物レンズ３の外周側屈折面領域３４を通る第１のレーザ光Ｌ１の光束成分は、再生に必要のない不要光であり、ＣＤ４１の記録面上にビームスポットとしては集光しない。
【００３４】
これに対して、ＤＶＤ４２の情報再生時には、第２のレーザ光源１２のみが駆動され第２のレーザ光Ｌ２が出射される。図３において実線で示すように、このレーザ光Ｌ２における対物レンズ３の中心側屈折面領域３３を通過する光束成分のうち、そこに形成されている中心側回折格子３５によって回折されて発生した回折光成分と、第２のレーザ光Ｌ２における対物レンズ３の外周側屈折面領域３４を通過する光束成分とによって、ＤＶＤ４２の記録面上にビームスポットＢ（４２）が形成される。
【００３５】
（中心側回折格子の構成例１）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、本形態の光ヘッド装置１に用いられている対物レンズ３では、中心側回折格子３５を構成する複数の段差３０の高さ、波長λ_１の第１のレーザ光Ｌ１が入射したときの中心側屈折面領域３３の屈折率、および波長λ_２の第２のレーザ光Ｌ２が入射したときの中心側屈折面領域３３の屈折率をそれぞれ、Ｈ、ｎ_１、およびｎ_２としたとき、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
ｈ_２ ＜ Ｈ ＜ （ｈ_１＋ｈ_２）／２
但し、ｈ_１＝λ_１／（ｎ_１−１）
ｈ_２＝λ_２／（ｎ_２−１）
を満たすように設定されている。
【００３６】
ここで、中心側屈折面領域３３における屈折率ｎ（ｎ_１＝ｎ_２＝ｎとする）、第１のレーザ光Ｌ１の波長λ_１、および第２のレーザ光Ｌ２の波長λ_２をそれぞれ、例えば、１．５４、７８５ｎｍ、および６５５ｎｍとした場合、ｈ_１、およびｈ_２は、それぞれ１．４５μｍ、および１．２１μｍとなるので、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
１．２１μｍ＜Ｈ（μｍ）＜１．３３μｍ
を満たすように設定される。
【００３７】
また、本形態では、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨについては、上記範囲のうち、ＣＤ４１の記録面４１ａに対して第１のレーザ光Ｌ１によって形成されるピットの面積、およびＤＶＤ４２の記録面４２ａに対して第２のレーザ光Ｌ２によって形成されるピットの面積をそれぞれ、Ｓ_１、およびＳ_２としたとき、下式
Ｈ＝（Ｓ_１×ｈ_２＋Ｓ_２×ｈ_１）／（Ｓ_１＋Ｓ_２）
を満たすように設定されている。
【００３８】
ここで、ＣＤ４１の記録面４１ａに形成される最小ピット長（ピットのトラック方向における幅寸法）は、約０．８μｍであるのに対して、ＤＶＤ４２の記録面４２ａに形成される最小ピット長（ピットのトラック方向における幅寸法）は、約０．４μｍであり、また、ＣＤ４１のトラックピッチは１．６μｍであるのに対して、ＤＶＤ４２のトラックピッチは０．７４μｍである。従って、ＣＤ４１の記録面４１ａに形成されるピットの面積Ｓ_１と、ＤＶＤ４２の記録面４２ａに形成されるピットの面積Ｓ_２の比は、約４：１である。
【００３９】
従って、本形態において、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
Ｈ＝（４×ｈ_２＋１×ｈ_１）／５
で求められ、１．２６μｍに設定されている。
【００４０】
このような高さＨの段差３０を中心側屈折面領域３３に形成した対物レンズ３を用いれば、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨを、第１のレーザ光Ｌ１に対応させた寸法ｈ_１と、第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２との中間値よりも、第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２に近い値に設定しているため、この対物レンズ３を用いた場合のＳカーブ特性は、図５（ａ）に示したＳカーブ特性と、図５（ｃ）に示したＳカーブ特性との中間で表される。従って、ＣＤ４１およびＤＶＤ４２の双方において十分なＳカーブ振幅が得られ、特にＤＶＤ４２ではフィンガープリントディスクに対しても良好なフォーカスサーボが得られ、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００４１】
しかも、ピットの面積の比に基づいて、第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２に偏らせる程度を設定し、再生記録動作の難易度に対応する、適正な重み付けを行って段差３０の高さＨを設定しているため、ＤＶＤ４２では良好な波面収差および透過率が得られ、ＣＤ４１でも許容範囲内の波長収差および透過率が得られる。よって、ＣＤ４１およびＤＶＤ４２の双方において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００４２】
また、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨを、寸法ｈ_１と寸法ｈ_２との中間値よりも、波長の短い第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２に近い値に設定しているため、温度上昇によって、第２のレーザ光Ｌ２の波長が多少、長くなっても、中心温度における段差高さＨを第２のレーザ光Ｌ２に近い波長に対応させてあるため、ＤＶＤ４２において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００４３】
（中心側回折格子の構成例２）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、本形態の光ヘッド装置１に用いられている対物レンズ３では、本例でも、構成例１と同様、中心側回折格子３５を構成する複数の段差３０の高さ、波長λ_１の第１のレーザ光Ｌ１が入射したときの中心側屈折面領域３３の屈折率、および波長λ_２の第２のレーザ光Ｌ２が入射したときの中心側屈折面領域３３の屈折率をそれぞれ、Ｈ、ｎ_１、およびｎ_２としたとき、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
ｈ_２ ＜Ｈ ＜ （ｈ_１＋ｈ_２）／２
但し、ｈ_１＝λ_１／（ｎ_１−１）
ｈ_２＝λ_２／（ｎ_２−１）
を満たすように設定されている。
【００４４】
ここで、中心側屈折面領域３３における屈折率ｎ（ｎ_１＝ｎ_２＝ｎとする）、第１のレーザ光Ｌ１の波長λ_１、および第２のレーザ光Ｌ２の波長λ_２をそれぞれ、１．５４、７８５ｎｍ、および６５５ｎｍとした場合、ｈ_１、およびｈ_２は、それぞれ１．４５μｍ、および１．２１μｍとなるので、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
１．２１μｍ＜Ｈ（μｍ）＜１．３３μｍ
を満たすように設定される。
【００４５】
また、本形態では、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨについては、上記範囲のうち、ＣＤ４１の記録面４１ａに対して第１のレーザ光Ｌ１によって形成されるビームスポットの径、およびＤＶＤ４２の記録面４２ａに対して第２のレーザ光Ｌ２によって形成されるビームスポットの径をそれぞれ、φ_１、およびφ_２としたとき、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
Ｈ＝（φ_１ ^２×ｈ_２＋φ_２ ^２×ｈ_１）／（φ_１ ^２＋φ_２ ^２）
を満たすように設定されている。
【００４６】
ここで、ビームスポットの径は、定数×波長÷レンズの開口率（ＮＡ）で表されるので、例えば、第１のレーザ光Ｌ１に対する開口率を０．４５とし、第２のレーザ光Ｌ２に対する開口率を０．６０とすると、φ_１とφ_２の比は１．６：１であるので、φ_１ ^２とφ_２ ^２の比は約２．６：１となる。
【００４７】
従って、本形態において、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
Ｈ＝（２．６×ｈ_２＋１×ｈ_１）／３．６
で求められ、１．２８μｍに設定されている。
【００４８】
このような高さＨの段差３０を中心側屈折面領域３３に形成した対物レンズ３を用いれば、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨを、第１のレーザ光Ｌ１に対応させた寸法ｈ_１と、第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２との中間値よりも、第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２に近い値に設定しているため、この対物レンズ３を用いた場合のＳカーブ特性は、図５（ａ）に示したＳカーブ特性と、図５（ｃ）に示したＳカーブ特性との中間で表される。従って、ＣＤ４１およびＤＶＤ４２の双方において十分なＳカーブ振幅が得られ、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００４９】
しかも、ビームスポットの面積の比に基づいて、第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２に偏らせる程度を設定し、再生記録動作の難易度に対応する、適正な重み付けを行って段差３０の高さＨを設定しているため、ＣＤ４１およびＤＶＤ４２の双方において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００５０】
また、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨを、寸法ｈ_１と寸法ｈ_２との中間値よりも、波長の短い第２のレーザ光Ｌ２に対応させた寸法ｈ_２に近い値に設定しているため、温度上昇によって、第２のレーザ光Ｌ２の波長が多少、長くなっても、中心温度における段差高さＨを第２のレーザ光Ｌ２に近い波長に対応させてあるため、ＤＶＤ４２において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００５１】
（中心側回折格子の構成例３）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、本形態の光ヘッド装置１に用いられている対物レンズ３では、構成例１、２と同様、中心側回折格子３５を構成する複数の段差３０の高さ、波長λ_１の第１のレーザ光Ｌ１が入射したときの中心側屈折面領域３３の屈折率、および波長λ_２の第２のレーザ光Ｌ２が入射したときの中心側屈折面領域３３の屈折率をそれぞれ、Ｈ、ｎ_１、およびｎ_２としたとき、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
ｈ_２ ＜Ｈ ＜ （ｈ_１＋ｈ_２）／２
但し、ｈ_１＝λ_１／（ｎ_１−１）
ｈ_２＝λ_２／（ｎ_２−１）
を満たすように設定されている。
【００５２】
ここで、中心側屈折面領域３３における屈折率ｎ（ｎ_１＝ｎ_２＝ｎとする）、第１のレーザ光Ｌ１の波長λ_１、および第２のレーザ光Ｌ２の波長λ_２をそれぞれ、１．５４、７８５ｎｍ、および６５５ｎｍとした場合、ｈ_１、およびｈ_２は、それぞれ１．４５μｍ、および１．２１μｍとなるので、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、下式
１．２１μｍ＜Ｈ（μｍ）＜１．３３μｍ
を満たすように設定されている。
【００５３】
また、本形態では、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨについては、前記の構成例１と構成例２の双方を考慮して、
Ｈ＝（ｋ×ｈ_２＋１×ｈ_１）／（ｋ＋１）
定数ｋ＝２．６〜４．０
を満たすように設定されている。
【００５４】
ここで、ｋ＝３とすると、中心側回折格子３５の段差３０の高さＨは、１．２７μｍに設定されることになる。
【００５５】
このような高さＨの段差３０を中心側屈折面領域３３に形成した対物レンズ３を用いた場合も、構成例１、２と同様、ＣＤ４１およびＤＶＤ４２の双方において十分なＳカーブ振幅が得られ、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【００５６】
（対物レンズ３の別の例）
上記の対物レンズ３では、外周側屈折面領域３４の屈折力を設定することにより、当該領域を通る第２のレーザ光束の光束成分によるビームスポットをＤＶＤ４２の記録面上に形成するようにしている。しかるに、この外周側屈折面領域３４にも回折格子を形成し、この回折格子による第２のレーザ光Ｌ２の回折光束成分のビームスポットがＤＶＤ４２の記録面上に形成されるようにすることもできる。
【００５７】
図４（ａ）は外周側屈折面領域にも回折格子を形成した対物レンズの例を示す平面図であり、図４（ｂ）はその断面図であり、図４（ｃ）および（ｄ）はそれぞれその部分拡大断面図である。
【００５８】
これらの図に示すように、本例の対物レンズ３Ａは、第１のレーザ光源１１および第２のレーザ光源１２から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２が入射する正のパワーを有する屈折面である入射側屈折面３１Ａと、光記録媒体に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面３２Ａを有した凸レンズである。
【００５９】
入射側屈折面３１Ａは、光軸Ｌを含む円形の中心側屈折面領域３３Ａと、この中心側屈折面領域３３Ａを同心状に取り囲んでいる環状の外周側屈折面領域３４Ａとに分けられている。また、中心側屈折面領域３３Ａには、この領域全体に亘って同心円状の微細な段差３０からなる中心側回折格子３５Ａが形成されている。また、外周側屈折面領域３４Ａにも、この領域全体に亘って同心円状の微細な段差３０からなる外周側回折格子３６が形成されている。
【００６０】
本例の対物レンズ３Ａは、ＣＤ４１の記録あるいは再生時に出射される第１のレーザ光Ｌ１のうち中心側屈折面領域３３Ａを通過する光束成分によって、ＣＤ４１の記録面４１ａ上にビームスポットを形成する。詳しくは、当該光束成分のうち、中心側屈折面領域３３Ａに形成された中心側回折格子３５Ａによる回折作用を受けて生成された回折光束成分によってＣＤ４１の記録面上にビームスポットＢ（４１）が形成される。
【００６１】
しかるに、第１のレーザ光Ｌ１のうち、外周側屈折面領域３４Ａを通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であり、本例では、当該外周側屈折面領域３４Ａに形成されている外周側回折格子３６による回折作用を受けて、ＣＤ４１の記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。
【００６２】
また、本例の対物レンズ３Ａは、ＤＶＤ４２の再生時に出射される第２のレーザ光Ｌ２によるビームスポットをＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に形成する。すなわち、中心側屈折面領域３３Ａを通過する第２のレーザ光束の光束成分のうち、中心側屈折面領域３３Ａに形成された中心側回折格子３５Ａによる回折作用を受けて生成された回折光成分により、ＤＶＤ４２の記録面上にビームスポットが形成される。これと共に、この第２のレーザ光Ｌ２における外周側屈折面領域３４Ａを通過する光束成分のうち、当該領域に形成された外周側回折格子３６による回折作用を受けて生成された回折光束成分によっても、ＤＶＤ４２の記録面上の同一位置にビームスポットが形成される。
【００６３】
本例では、ＣＤ４１の記録あるいは再生時、ＤＶＤ４２の再生時ともに、第１のレーザ光Ｌ１、または、第２のレーザ光Ｌ２の１次回折光を利用している。
【００６４】
このような構成の対物レンズ３Ａにおいても、中心側回折格子３５Ａの段差３０の高さＨについては、前記の構成例１、２、３で説明したように、例えば、１．２８μｍに設定する。
【００６５】
また、本例の対物レンズ３Ａでは、その外周側屈折面領域３４Ａにも外周側回折格子３６が形成されているが、この外周側回折格子３６については、第１のレーザ光Ｌ１における外周側部分の不要光成分がＣＤ４１の記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように、外周側回折格子３６の段差３０の高さも、中心側屈折面領域３３Ａと同じ高さ寸法Ｈ、例えば、１．２８μｍに設定されている。よって、第２のレーザ光Ｌ２においては、中心側と外周側の位相を揃えることができるため、良好な波面収差を得ることができ、透過率を向上させることができる。従って、外周側を通過する光束成分が回折されない場合より、良好な再生性能を得ることができる。
【００６６】
（その他の形態）
なお、本発明は、光ヘッド装置１における対物レンズ３以外で異なる波長のレーザ光束が通るレンズ、例えば、コリメートレンズ２３などにも適用可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第２の光記録媒体、および第２のレーザ光が高密度記録用であることに着目して、中心側回折格子の段差の高さを、第１のレーザ光に対応させた寸法と、第２のレーザ光に対応させた寸法との中間よりも、第２のレーザ光に対応させた寸法に近い値に設定している。すなわち、光記録媒体におけるピットサイズの大小や、ビームスポットの大小からみて、再生記録動作の難易度に対応する重み付けを行って段差の高さを設定している。このため、第２の光記録媒体のＳカーブ振幅が十分大きいため、フィンガープリントディスクでもフォーカスサーボが外れない。また２層ディスクでも良好なフォーカスサーボができ、第１および第２の光記録媒体の双方において良好なピックアップ特性を得ることができる。また、中心側回折格子の段差の高さを第２のレーザ光に対応させた寸法に近い値に設定しているため、温度上昇によって、第２のレーザ光の波長が多少、長くなっても、第２の光記録媒体において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、図１に示す対物レンズの平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、およびこの中心側屈折面領域に形成された段差を示す部分拡大断面図である。
【図３】図２の対物レンズによる第１および第２のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
【図４】対物レンズの別の例を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれその部分拡大断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、従来の対物レンズを用いた場合のＳカーブ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 光ヘッド装置
３、３Ａ 対物レンズ
４ 光記録媒体
１１ 第１のレーザ光源
１２ 第２のレーザ光源
２１ 第１のビームスプリッタ
２２ 第２のビームスプリッタ
２３ コリメートレンズ
２４ グレーティング
２５ 共通受光素子
３０ 同心円状の微細な段差
３１、３１Ａ 入射側屈折面
３２、３２Ａ 出射側屈折面
３３ 中心側屈折面領域
３４、３４Ａ 外周側屈折面領域
３５ 中心側回折格子
３６ 外周側回折格子
４１ ＣＤ（第１の光記録媒体）
４１ａ 記録面
４２ ＤＶＤ（第２の光記録媒体）
４２ａ 記録面
Ｂ（４１） ビームスポット
Ｂ（４２） ビームスポット
Ｌ 対物レンズの光軸（システム光軸）
Ｌｏ 集光光学系
Ｌ１ 第１のレーザ光束
Ｌ２ 第２のレーザ光束

Claims (7)

1. 第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を対物レンズを介して集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が薄い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源から出射した、前記第１のレーザ光より波長の短い第２のレーザ光を前記対物レンズを介して集光させる光ヘッド装置において、
   前記対物レンズの屈折面を、その光軸を中心とする中心側屈折面領域と、この中心側屈折面領域の外側を取り囲んでいる外周側屈折面領域とに分割するとともに、前記中心側屈折面領域の全域に亘って同心円状の複数の微細な段差からなる中心側回折格子を形成し、
   前記第１のレーザ光源を用いて行う前記第１の光記録媒体の記録再生には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束を用い、前記第２のレーザ光源を用いて行う前記第２の光記録媒体の記録再生には、前記外周側屈折面領域を通過した光束と、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、
   前記中心側回折格子の前記段差の高さ、波長λ_１の前記第１のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率、および波長λ_２の前記第２のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率をそれぞれ、Ｈ、ｎ_１、およびｎ_２としたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
   ｈ_２ ＜ Ｈ ＜ （ｈ_１＋ｈ_２）／２
   但し、ｈ_１＝λ_１／（ｎ_１−１）
   ｈ_２＝λ_２／（ｎ_２−１）
   を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 請求項１において、前記第１の光記録媒体の記録面に対して前記第１のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積、および前記第２の光記録媒体の記録面に対して前記第２のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積をそれぞれ、Ｓ_１、およびＳ_２としたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
   Ｈ＝（Ｓ_１×ｈ_２＋Ｓ_２×ｈ_１）／（Ｓ_１＋Ｓ_２）
   を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
3. 請求項１において、前記第１の光記録媒体の記録面に対して前記第１のレーザ光によって形成されるビームスポットの径、および前記第２の光記録媒体の記録面に対して前記第２のレーザ光によって形成されるビームスポットの径をそれぞれ、φ_１、およびφ_２としたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
   Ｈ＝（φ_１ ^２×ｈ_２＋φ_２ ^２×ｈ_１）／（φ_１ ^２＋φ_２ ^２）
   を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
4. 請求項１において、２．６から４．０の値の定数をｋとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さＨは、下式
   Ｈ＝（ｋ×ｈ_２＋１×ｈ_１）／（ｋ＋１）
   を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記外周側屈折面領域は、前記第２のレーザ光束が前記第２の光記録媒体の記録面上に前記第２のビームスポットを形成するのに略適した屈折力となるように形成されていることを特徴とする光ヘッド装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記外周側屈折面領域の全域に亘って、同心円状の複数の微細な段差からなる外周側回折格子を形成し、
   前記第２のレーザ光源を用いて行う前記第２の光記録媒体の記録再生の際には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束と、前記外周側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、
   当該外周側回折格子を構成する前記段差の高さを前記中心側回折格子の段差高さと同じ高さＨに設定してなることを特徴とする光ヘッド装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の光ヘッド装置用対物レンズ。

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