JP2004101931A - 対物集光手段及び光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】対物レンズの回折構造部に面ダレが形成され光源から出射される短波長の光束に波長変化が生じた場合にも、モードホップ補正を行い、また回折効率を高めて十分な光量の回折光を光情報記録媒体の情報記録面へ集光させることである。
【解決手段】半導体レーザ光源１１から出射される基準波長λ０（３８０［ｎｍ］≦λ０≦４５０［ｎｍ］）の光束Ｌの入射面１６１上に設けられた回折輪帯構造部を、回折効率が最大となる回折光の回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４（Ｋは整数）として構成し、対物レンズ１６はモードホップ補正機能を有しつつ、回折輪帯構造部に面ダレが形成され、光束Ｌに波長変化が生じる場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体としてのＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２上に集光させて情報の再生及び記録の何れか一方又は両方を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体レーザ光源１１から出射される基準波長λ０（３８０［ｎｍ］≦λ０≦４５０［ｎｍ］）の光束Ｌの入射面１６１上に設けられた回折輪帯構造部を、回折効率が最大となる回折光の回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４（Ｋは整数）として構成し、対物レンズ１６はモードホップ補正機能を有しつつ、回折輪帯構造部に面ダレが形成され、光束Ｌに波長変化が生じる場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体としてのＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２上に集光させて情報の再生及び記録の何れか一方又は両方を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光束を光記録媒体の情報記録面に集光する対物集光手段及び当該対物集光手段を備えて当該光記録媒体の情報記録面に情報を記録及び再生のどちらか一方又はその両方を行う光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、短波長赤色半導体レーザの実用化に伴い、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体（「光ディスク」ともいう）であるＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｃ）が製品化されている。そして、半導体レーザの短波長化が進み、発振波長の更に短い短波長青（紫）色レーザを用いる次世代高密度光情報記録媒体が実用化されようとしている。
【０００３】
ＤＶＤ用記録再生装置では、約６５０［ｎｍ］の半導体レーザを使用しているのに対して、次世代高密度光情報記録媒体の一方式であるＨＤ−ＤＶＤ方式の記録再生装置については、約４０５［ｎｍ］の半導体レーザを使用し、光情報記録媒体の保護基板厚はＤＶＤと同じ０．６［ｍｍ］にし、像側の開口数ＮＡがＤＶＤと同じ０．６５の対物レンズを用いる構成が提案されている。
【０００４】
また、光情報記録媒体に情報の再生又は記録を行う光ピックアップ装置は、レーザ光源から出射された光束を対物レンズに入射させ、当該対物レンズから出射した光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させて、当該光情報記録媒体に情報を記録又は記録された情報の再生を行う。次世代高密度光情報記録媒体のように、レーザ光波長をより短く、また対物レンズの像側の開口数をより大きくして、光情報記録媒体の情報記録面の集光スポットをより小さくすることにより、光情報記録媒体の記録情報の高密度化が図られてきた。
【０００５】
そして、レーザ光源の温度変化又は光出力変化による対物レンズの入射光の波長変化（モードホップ）による焦点のずれを低減するモードホップ補正機能、対物レンズの温度変化による屈折率変化による球面収差を低減する温度補正機能等を実現するために、対物レンズの光学機能面に回折輪帯構造部を備える構成が考えられている。回折輪帯構造部は、輪帯状の細い複数の回折溝を対物レンズに設けることにより、光源から出射された光束を回折させることができる構造である。
【０００６】
しかし、次世代高密度光情報記録媒体は、情報の再生又は記録に波長の短い光束を用いるので、対物レンズにおいて、材料の種類に依存し波長変化に対する屈折率の変化である色分散特性も増大してしまう。この色分散特性の増大に応じて、波長変化に応じた光軸方向の焦点のずれである近軸色収差も大きくなる。この近軸色収差の低減のためには、回折輪帯構造部の回折パワーを大きくすることが要求され、そのためには、回折輪帯数を多く（回折輪帯間隔（ピッチ）を小さく）する必要がある。近軸色収差の補正は、上記のモードホップ補正に含まれる。
【０００７】
また、回折輪帯構造部を設けられた対物レンズの製作は、先ず対物レンズを成形するための金型に、バイトにより回折輪帯構造部を転写するための溝を削って加工し、次にその加工された金型に対物レンズの樹脂材料を流し込んで射出成形していた。
【０００８】
また、光源から出射された波長が４００〜４１０［ｎｍ］の光ビームを記録媒体の情報記録面に集光させる光ピックアップ（装置）において、集光レンズ（対物レンズ）により２次又は３次の回折光を集光させるものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−９３１７９号公報（請求項５を引用した請求項８の記載、第５頁の記載）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回折輪帯構造部のピッチを非常に小さくすることは理論的には可能であるが、その対物レンズの金型を製作するのはとても困難となる。金型を加工するためのバイトのシャープさは有限であるため、金型の加工精度にも限界があるからである。また、金型から対物レンズを成形する場合の転写性にも限界がある。よって、これら２つの要因から、回折輪帯構造部の細かい対物レンズを射出成形する場合に、回折輪帯構造部のエッジ部分に面ダレ（丸み）が形成される。また、対物レンズ自体をバイトにより加工して回折輪帯構造部を形成する場合も、バイトのシャープさ及び加工精度は有限であるため、同様に回折輪帯構造部のエッジ部分に面ダレが形成される。
【００１１】
図５は、対物レンズの回折輪帯構造部αの断面図である。図５に示すように、対物レンズの成形により、その対物レンズ上の鋸歯状の回折輪帯構造部αは、設計上の理想成形面α１に比べ、実際の成形面α２はエッジ部分に面ダレα２１が形成されてしまう。
【００１２】
回折輪帯構造部αのエッジの面ダレα２１においては、光情報記録媒体の情報記録面への回折光の出射において、回折効率が低下し、有効な回折光の出射光量が損失される。次世代高密度光情報記録媒体については入射光が短波長に既定されているので、近軸色収差を補正するためには、前述したように回折パワーを高めるために輪帯数を増やす必要があり、同じ次数の長波長の入射光を用いる構成の場合に比べてそのピッチは小さくとる必要がある。図５に示す回折輪帯構造部αのピッチＰが小さい場合、輪帯数が増えるので、これと共にそのエッジの面ダレα２１の数も増えて、更に回折効率が低下し、有効な回折光の出射光量が損失されて、十分な回折光の光量が得られないことが問題である。特に、短波長の入射光に対して１次や２次の低次の回折光を出射させる構成の場合、回折輪帯構造部が非常に細かいものとなる。
【００１３】
この問題を解決するには、高次の回折光を光情報記録媒体に集光させる輪帯構造を設ければよい。高次の回折光を出射する回折輪帯構造部においては、そのピッチＰを大きくとることができ、輪帯数を減らすことができるので、回折輪体構造αにおけるエッジ部分の面ダレの数も減り、回折効率を上げ、十分な回折光の出射光量を得ることができる。
【００１４】
しかし、これに対して、高次の回折光を用いる構成においては、レーザ光源からの入射光の波長変化がある場合、その波長変化の度合いに応じて、その高次の次数の回折効率も下がってしまい十分な回折光の出射光量が得られないおそれがあるという問題があった。
【００１５】
また、特許文献１には、波長が４００〜４１０［ｎｍ］の光ビームを記録媒体の情報記録面に集光させる記載はあるが、４次以上の高次回折光を集光させる記載がなく、回折輪帯構造部の面ダレ又はレーザ光源の波長変化による回折光の出射光量への影響は一切考慮されていない。
【００１６】
本発明の課題は、対物レンズの回折構造部に面ダレが形成され光源から出射される短波長の光束に波長変化が生じた場合にも、モードホップ補正を行い、また回折効率を高めて十分な光量の回折光を光情報記録媒体の情報記録面へ集光させることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
光源から出射される基準波長λ０（３８０［ｎｍ］≦λ０≦４５０［ｎｍ］）の光束を、保護基板の厚さが０．６［ｍｍ］の光情報記録媒体の情報記録面に集光させるために用いる光ピックアップ装置の対物集光手段であって、
前記光源から出射された光束を屈折するレンズ構造部と、
前記光源から出射された光束を回折し、光軸を中心とする輪帯状の回折構造部とを備え、
前記光源から出射された光束を前記回折構造部により回折された回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数Ｋは、３≦Ｋ≦１４（但し、Ｋは整数）であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、対物集光手段の回折構造部における最大の回折効率の回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４の範囲とするので、対物集光手段は、近軸色収差を補正しモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることができる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の対物集光手段において、
前記レンズ構造部及び前記回折構造部は、プラスチックを素材とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部の素材をプラスチックにするので、対物集光手段の成形の容易化、低コスト化及び軽量化を実現することができる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の対物集光手段において、
前記レンズ構造部及び前記回折構造部は、単玉レンズ又は複数の光学素子からなることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部は、単玉レンズ又は複数の光学素子からなるので、多様な構成をとることができる。特に、複数の光学素子からなる場合、各光学素子に回折構造部を設ける構成をとることもできる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れか一項記載の対物集光手段において、
前記対物集光手段の前記光情報記録媒体側の開口数ＮＡは、０．６０≦ＮＡ≦０．９０であることを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．９０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを防ぐことができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の対物集光手段において、
前記対物集光手段の前記光情報記録媒体側の開口数ＮＡは、０．６０≦ＮＡ≦０．７０であることを特徴とする。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．７０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを更に防ぐことができる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１から５の何れか一項記載の対物集光手段において、
前記対物集光手段の主点から前記光情報記録媒体上の焦点までの焦点距離ｆは、１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］であることを特徴とする。
【００２８】
請求項６記載の発明によれば、対物集光手段の主点から光情報記録媒体上の焦点までの焦点距離ｆを１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］とするので、焦点距離ｆが小さいことによりワーキングディスタンスも減少して対物集光手段に傷や汚れがつくことを防ぎ、焦点距離ｆが大きいことによる対物集光手段を備える光ピックアップ装置のサイズの大型化を防ぐことができる。ワーキングディスタンスとは、例えば、対物集光手段の光情報記録媒体への出射面又は対物集光手段の取付け部から光情報記録媒体の情報記録面までの距離である。ワーキングディスタンスが小さい場合、対物集光手段が外部から接触されやすくなることによりその対物集光手段に傷や汚れがつく可能性が高くなる。
【００２９】
請求項７記載の発明によれば、
光源と、請求項１から６の何れか一項に記載の対物集光手段とを備え、
前記光源から出射された光束を前記対物集光手段に入射し、当該対物集光手段から出射された光束を前記光情報記録媒体の情報記録面に集光させて情報を記録及び再生の何れか一方又はその両方を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【００３０】
請求項７記載の発明によれば、請求項１から６の何れか一項に記載の対物集光手段を用いて光情報記録媒体の情報記録面に集光させるので、モードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、また短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させて、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。そして、高い回折効率により光情報記録媒体の情報記録面に集光させる光束の光量を高めるので、情報記録面に対する情報の再生及び記録の何れか一方又は両方のスピードを上げることができ、また、光源から出射する光束のパワーを弱めることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１〜図４を参照して本実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の対物レンズ１６を備える光ピックアップ装置１の概略構成を示す図であり、図２は、対物レンズ１６の構成断面図を示す図であり、図３は、回折光の回折次数Ｋに対する回折効率を示す図であり、図４は、縦球面収差ＳＡと開口数ＮＡとの関係を示す図である。
【００３３】
本実施の形態の光ピックアップ装置１は、次世代高密度光ディスクの光情報記録媒体の一例であるＨＤ−ＤＶＤ２０について、半導体レーザ光源１１（光源）から出射される使用基準波長λ０（＝４０５［ｎｍ］）の光束Ｌを、対物レンズ１６を介して情報記録面２２に集光させて、情報を読み取る又は記録するように構成されている。
【００３４】
図１に示すように、光ピックアップ装置１では、コリメータ１３と対物レンズ１６（対物集光手段、レンズ構造部）との間にビームスプリッタ１２が配置され、コリメータ１３によってほぼ平行にされた光がビームスプリッタ１２を通過し対物レンズ１６へ向かう。そして、保護基板２１を有するＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２で反射した光束が、光路変更手段としてのビームスプリッタ１２によって光検出器３０に向かう。
【００３５】
対物レンズ１６はその外周にフランジ部１６ａを有し、このフランジ部１６ａにより対物レンズ１６を光ピックアップ装置１に容易に取り付けることができる。また、フランジ部１６ａは対物レンズ１６の光軸Ｌａに対しほぼ垂直方向に延びた面を有するので、取付の精度を高くすることが容易にできる。
【００３６】
ＨＤ−ＤＶＤ２０に情報を記録又は再生する場合は、図１に実線で示すように、半導体レーザ光源１１から出射された光束Ｌが、コリメータ１３を透過し平行光束となり、ビームスプリッタ１２を経て絞り１４によって絞られ、対物レンズ１６によりＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１を介して情報記録面２２の焦点Ｌｂに集光される。半導体レーザ光源１１から出射される光束Ｌの強度は、情報の再生の場合よりも情報の記録の場合を高くするように設定されている。
【００３７】
そして、ＨＤ−ＤＶＤ２０に記録された情報を再生する場合は、上記対物レンズ１６から出射された光束は、更に情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射され、その反射光束は、再び対物レンズ１６、絞り１４を順に介して、ビームスプリッタ１２で反射され、シリンドリカルレンズ１７により非点収差が与えられ、凹レンズ１８を経て、光検出器３０上ヘ入射する。光検出器３０は凹レンズ１８からの入射光を検出して信号を出力し、その出カされた信号を用いて、ＨＤ−ＤＶＤ２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００３８】
また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出結果に基づいて、２次元アクチュエータ１５が半導体レーザ光源１１から出射された光束Ｌを、焦点ＬｂとしてＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、半導体レ―ザ光源１１から出射された光束Ｌを、情報記録面２２上の所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。
【００３９】
対物レンズ１６は、図２に示すように、両面非球面の単レンズであり、半導体レーザ光源１１側から出射された光束Ｌを入射する入射面１６１と、入射面１６１に入射された光束Ｌを、ＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１を介して情報記録面２２の焦点Ｌｂへ出射する出射面１６２とが設けられている。入射面１６１の光学機能面は、光軸Ｌａを中心とする同心円状の光学機能領域であり、同心円状の輪帯Ｇ１〜Ｇｎ（但し、ｎは輪帯数とし、輪体の各番号は中心Ｌａから外側へ大きくなる）からなる鋸歯状の回折輪帯構造部βが形成されている。また、対物レンズ１６には、次の〔数１〕の非球面形状式で表される母非球面Ｈ（図２中の点線）が形成されている。
【００４０】
【数１】
ここで、Ｘは光軸Ｌａ方向の軸の値（対物レンズ１６への入射光束Ｌの進行方向を正とする）、ｈは光軸Ｌａに対して垂直な方向の軸の値（光軸Ｌａからの高さ）、Ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数である。
【００４１】
また、一般に、回折輪帯のピッチは、光路差関数Φを使って定義される。具体的には、光路差関数Φは単位を［ｍｍ］として〔数２〕で表される。
【数２】
Ｂ２ｉは光路差関数の係数である。光路差関数Φを用いて、入射面１６１上の輪帯数ｎは、Φ／λにより求められる。ここで、λはレーザ光源から出射された光束の波長であり、回折次数Ｋは、回折輪帯構造部により回折される各次数の回折光のうちで最大の回折効率を得る回折光の次数である。また、回折効率とは、回折輪帯構造部により回折される全次数の回折光の出射光量に対する、所定次数の回折光の出射光量の割合である。また、回折光の次数は、回折光が光軸Ｌａへ向かう方向の回折光の次数を正とする。
【００４２】
また、対物レンズ１６のレンズデータは次の〔表１〕に表される。
【表１】
【００４３】
〔表１〕において、ｄ［ｍｍ］は、光軸Ｌａ上の距離であり、ｎは屈折率である。また、面Ｎｏがそれぞれ、０は物点であり、１は対物レンズ１６の第１面（入射面１６１）であり、２は対物レンズ１６の第２面（出射面１６２）であり、３はＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１であり、４はＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２である。また、使用基準波長λ０（＝４０５［ｎｍ］）の光束が対物レンズ１６に入射した際の、光軸Ｌａに沿って対物レンズ１６の主点から情報記録面２２上の焦点Ｌｂまでの焦点距離ｆが２．４［ｍｍ］であるとする。そして、対物レンズ１６の像側（ＨＤ−ＤＶＤ２０側）の開口数ＮＡが０．６５であり、ＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１の厚さｄ３＝０．６０［ｍｍ］に対して、十分な結像性能を有する。また、対物レンズ１６及び保護基板２１の屈折率ｎも示される。
【００４４】
そして、次の〔表２〕に、上記〔数１〕の非球面形状式における非球面係数Ａ２ｉの各値を示し、〔数２〕の光路差関数の式における光路差関数の係数Ｂ２ｉを示す。
【表２】
〔表２〕（Ｉ）は、第１面（入射面１６１）の母非球面Ｈにおける近軸曲率半径Ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ２ｉを示し、〔表２〕（ＩＩ）は、第２面（出射面１６２）の母非球面における近軸曲率半径Ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ２ｉを示し、表２（ＩＩＩ）は、第１面（入射面１６１）の回折輪帯構造部βにおける光路差関数の係数Ｂ２ｉを示す。
【００４５】
以下、前述のように全ての回折光のうちで最大の回折効率を示す回折光の回折次数をＫとする。〔表２〕に示される各データは、本実施の形態の対物レンズ１６の一例のデータである。特に〔表２〕（ＩＩＩ）は、回折次数Ｋが３であり、半導体レーザ光源１１から出射される光束Ｌの使用基準波長λ０が４０５［ｎｍ］の場合の回折輪帯構造部βを示す。よって、輪帯数ｎはΦ／λ０の式により求められ、その輪帯数ｎから回折輪帯構造部βのピッチも求まる。また、互いに隣接する輪帯間の光軸Ｌａ方向の変位量は、ブレーズ波長と使用基準波長λ０とが一致するように決定される。なお、ブレーズ波長とは、回折次数Ｋの回折光において回折効率が最大となる波長のことである。
【００４６】
また、対物レンズ１６の材料には例えばオレフィン系樹脂等のプラスチックが使用され、光情報記録媒体２０の保護基板２１の材料には例えばポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等がカバーガラスとして使用される。
【００４７】
〔表２〕に示す対物レンズ１６によれば、回折次数Ｋが３であるので、回折輪帯構造部βのピッチを回折次数Ｋが１又は２の場合よりも大きくとることができ、輪帯数も減り、回折輪帯構造部βのダレの数も少なくなり、３次の回折光の回折パワーを上げ、その回折効率も大きくなる。理論的には、ピッチの大きさは、回折次数Ｋに比例する。回折次数Ｋを更に大きい整数にすれば、回折輪帯構造部βの面ダレの数も回折次数Ｋの値に応じて少なくなり、その回折効率も大きくなる。
【００４８】
しかし、レーザ光源１１から出射された光束Ｌの実際の使用波長λに、使用基準波長λ０からのずれが生ずる場合には、回折次数Ｋが大きいほど、また使用基準波長λ０からの使用波長λのずれの度合いが大きいほど、その回折効率は下がってしまうという現象が生じる。
【００４９】
ここで、図３を参照して、回折次数Ｋについて、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれが生じた場合にも良好な値をとる範囲を説明する。図３に、回折次数Ｋが１から１４までの複数の対物レンズについての回折効率を示す。その複数の対物レンズは、〔表１〕及び〔表２〕（Ｉ），（ＩＩ）の各データが共通であり、特に回折次数Ｋ＝３の場合の対物レンズは、〔表２〕（ＩＩＩ）に示されるデータの回折輪帯構造部βを有する。
【００５０】
また、図３中のＡは、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝３［ｎｍ］の場合の回折効率を示し、Ｂは、｜λーλ０｜＝５［ｎｍ］の場合の回折効率を示し、Ｃは、回折輪帯構造部βの各輪体のエッジ部分において、光軸Ｌａに対して垂直方向の面ダレの大きさが１［μｍ］の場合の回折効率を示し、Ｄは、Ａにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝３［ｎｍ］とＣにおける面ダレ１［μｍ］との影響を考慮した回折効率であるＡ＊Ｃの値を示し、Ｅは、Ｂにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝５［ｎｍ］とＣにおける面ダレの大きさ１［μｍ］との影響を考慮した回折効率であるＢ＊Ｃの値を示す。なお、面ダレの大きさ１［μｍ］による回折効率への影響とは、単に入射面１６１の面積に対する面ダレ部分の面積割合で示される値ではない。
【００５１】
図３によれば、Ｄに示すように、回折効率に、Ａにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝３［ｎｍ］とＣにおける面ダレの大きさ１［μｍ］との影響がある場合に、その回折効率が良好な値である９５％以上の値を示す回折次数Ｋは、おおよそ３≦Ｋ≦１４（但しＫは整数）の範囲であることが分かる。同様にＤにおいて、その回折効率が更に良好な値である９６％以上の値を示す回折次数Ｋは、おおよそ４≦Ｋ≦１１（但しＫは整数）の範囲であることが分かる。
【００５２】
また、Ｅに示すように、回折効率に、Ｂにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝５［ｎｍ］とＣにおける面ダレの大きさ１［μｍ］との影響がある場合に、その回折効率が良好な値である９５％以上の値を示す回折次数Ｋは、おおよそ３≦Ｋ≦７（但しＫは整数）の範囲であることが分かる。
【００５３】
ここで、図４を参照して、対物レンズ１６の近軸色収差の補正及びその近軸色収差補正を一因とするモードホップ補正について説明する。図４には、使用波長λが、使用基準波長λ０４０５［ｎｍ］、４００［ｎｍ］、４１０［ｎｍ］のそれぞれの場合の縦球面収差ＳＡ［ｍｍ］と像側の開口数ＮＡとが示されている。この対物レンズ１６は、〔表１〕及び〔表２〕の各データを用いたレンズである。
【００５４】
近軸色収差は、像側の開口数ＮＡ＝０における縦球面収差ＳＡの値となる。図４には示さないが、使用波長λが４０５±５［ｎｍ］である場合の回折輪帯構造βを設けない対物レンズの近軸色収差は、図４における使用基準波長λが４０５±５［ｎｍ］の場合の対物レンズ１６における近軸色収差の約２倍の値をとる。よって、明らかに、対物レンズ１６は、回折輪帯構造βを設けない場合の約１／２倍の近軸色収差となるので、近軸色収差の補正機能を有することが分かる。
【００５５】
また、図４において、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれ＝±５［ｎｍ］のグラフは、それぞれ縦球面収差ＳＡ＝０の軸と交差しているので、明らかに、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有する。図４において、モードホップ補正がされていない場合のグラフは、使用波長λ＝４００［ｎｍ］の場合、開口数ＮＡの増加と共に縦球面収差ＳＡも左上がりに増加していき、使用波長λ＝４１０［ｎｍ］の場合、開口数ＮＡの増加と共に縦球面収差ＳＡも右上がりに増加していき、どちらも縦球面収差ＳＡ＝０の軸と交差しない。
【００５６】
よって、対物レンズ１６は、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれが±５［ｎｍ］以下の場合、近軸色収差を補正する機能を有し、また、その近軸色収差が補正されてモードホップによる焦点Ｌｂのずれを補正する機能を有する。
【００５７】
よって、本実施の形態によれば、対物レンズ１６の回折輪帯構造部βの回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４の範囲とする構成により、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折輪帯構造部βに大きさ１［μｍ］の面ダレが形成され、短い使用基準波長λ０から使用波長λのずれ｜λーλ０｜≦３［ｎｍ］が生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を９５％以上にして十分な光量の光束をＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させ、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。そして、高い回折効率によりＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させる光束の光量を高めるので、情報記録面２２に対する情報の再生及び記録のスピードを上げることができ、また、半導体レーザ光源１１から出射させる光束のパワーを弱めることができる。
【００５８】
同様に、対物レンズ１６の回折輪帯構造部βの回折次数Ｋを４≦Ｋ≦１１の範囲とする構成により、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折輪帯構造部βに大きさ１［μｍ］の面ダレが形成され、使用波長λのずれ｜λーλ０｜≦３［ｎｍ］が生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を９６％以上にして、より十分な光量の光束をＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させ、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。
【００５９】
また、対物レンズ１６の回折輪帯構造部βの回折次数Ｋを３≦Ｋ≦７の範囲とする構成により、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折輪帯構造部βに大きさ１［μｍ］の面ダレが形成され、使用波長λのずれ｜λーλ０｜≦５［ｎｍ］が生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を９５％以上にして十分な光量の光束をＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させ、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。
【００６０】
また、対物レンズ１６の材料をプラスチックにするので、対物レンズ１６の成形を容易にし、また低コスト化及び軽量化を実現することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、レーザ光源から使用基準波長λ０＝４０５［ｎｍ］の光束を出射して、対物レンズ１６に入射させているが、これに限るものではなく、使用基準波長λ０を３８０［ｎｍ］≦λ０≦４５０［ｎｍ］の範囲に設定した場合にも同様に適用できる。
【００６２】
また、本実施の形態では、対物レンズ１６の像側の開口数ＮＡ＝０．６５としたが、これに限るものではなく、例えば、像側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．９０の範囲に設定した場合にも同様に適用できる。この場合、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物レンズの製造が困難となることを防ぐことができる。これに関して、像側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．７０とした場合、開口数ＮＡが大きいことによって対物レンズの製造が困難となることを更に防ぐことができる。
【００６３】
また、光軸Ｌａに沿って対物レンズ１６からＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２までの焦点距離ｆ＝２．４［ｍｍ］としたが、これに限るものではなく、例えば、焦点距離ｆを１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］の範囲に設定した場合にも同様に適用できる。この場合、焦点距離ｆが小さいことによるワーキングディスタンスの減少を防ぎ、焦点距離ｆが大きいことによる対物レンズを備える光ピックアップ装置のサイズの大型化を防ぐことができる。ワーキングディスタンスとは、例えば、対物レンズ１６の出射面１６２又はフランジ部１６ａからＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２までの距離である。ワーキングディスタンスが小さい場合、対物レンズ１６が外部から接触されやすくなることにより対物レンズ１６に傷や汚れがつく可能性が高くなる。
【００６４】
また、本実施の形態では、対物レンズ１６には、入射面１６１のみに回折輪帯構造部βを設ける構成であるが、これに限るものではなく、出射面１６２のみに設ける構成や、入射面１６１及び出射面１６２の両方に設ける構成でもよい。また、本実施の形態では、対物レンズ１６は単玉レンズであるが、これに限るものではなく、対物レンズを、複数の光学素子からなる対物集光手段に代えて、多様な構成をとれるようにしてもよい。特に、複数の光学素子からなる場合、レーザ光源から出射された光束を屈折するレンズ構造部と、レーザ光源から出射された光束を回折する回折輪帯構造部とを別々に形成してもよい。本実施の形態では単玉の対物レンズ１６がレンズ構造部及び回折輪帯構造部の両方を有する。また、本実施の形態では、回折輪帯構造部βは鋸歯状であるが、これに限るものではなく、階段状等の形態のものでもよい。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法にのみ限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲内において適宜に変更実施が可能なものである。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、対物集光手段の回折構造部における最大の回折効率の回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４の範囲とするので、対物集光手段は、近軸色収差を補正しモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることができる。
【００６７】
請求項２記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部の素材をプラスチックにするので、対物集光手段の成形の容易化、低コスト化及び軽量化を実現することができる。
【００６８】
請求項３記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部は、単玉レンズ又は複数の光学素子からなるので、多様な構成をとることができる。特に、複数の光学素子からなる場合、各光学素子に回折構造部を設ける構成をとることもできる。
【００６９】
請求項４記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．９０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを防ぐことができる。
【００７０】
請求項５記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．７０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを更に防ぐことができる。
【００７１】
請求項６記載の発明によれば、対物集光手段の主点から光情報記録媒体上の焦点までの焦点距離ｆを１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］とするので、焦点距離ｆが小さいことによりワーキングディスタンスも減少して対物集光手段に傷や汚れがつくことを防ぎ、焦点距離ｆが大きいことによる対物集光手段を備える光ピックアップ装置のサイズの大型化を防ぐことができる。
【００７２】
請求項７記載の発明によれば、請求項１から６の何れか一項に記載の対物集光手段を用いて光情報記録媒体の情報記録面に集光させるので、モードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、また短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させて、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。そして、高い回折効率により光情報記録媒体の情報記録面に集光させる光束の光量を高めるので、情報記録面に対する情報の再生及び記録の何れか一方又は両方のスピードを上げることができ、また、光源から出射する光束のパワーを弱めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における対物レンズ１６を備える光ピックアップ装置１の概略構成を示す図である。
【図２】対物レンズ１６の構成断面図を示す図である。
【図３】回折光の回折次数Ｋに対する回折効率を示す図である。
【図４】縦球面収差ＳＡと開口数ＮＡとの関係を示す図である。
【図５】対物レンズの回折輪帯構造部αの断面図である。
【符号の説明】
１…光ピックアップ装置
１１…半導体レーザ光源
１２…ビームスプリッタ
１３…コリメータ
１４…絞り
１５…２次元アクチュエータ
１６…対物レンズ
１６１…入射面
１６２…出射面
１６ａ…フランジ部
１７…シリンドリカルレンズ
１８…凹レンズ
２０…ＨＤ−ＤＶＤ
２１…保護基板
２２…情報記録面
３０…光検出器
α，β…回折輪帯構造部
α１…理想の成形面
α２…実際の成形面
α２１…面ダレ
Ｌ…光束
Ｌａ…光軸
Ｌｂ…焦点
Ｇ１〜Ｇｎ…輪帯
【発明の属する技術分野】
本発明は、光束を光記録媒体の情報記録面に集光する対物集光手段及び当該対物集光手段を備えて当該光記録媒体の情報記録面に情報を記録及び再生のどちらか一方又はその両方を行う光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、短波長赤色半導体レーザの実用化に伴い、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体（「光ディスク」ともいう）であるＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｃ）が製品化されている。そして、半導体レーザの短波長化が進み、発振波長の更に短い短波長青（紫）色レーザを用いる次世代高密度光情報記録媒体が実用化されようとしている。
【０００３】
ＤＶＤ用記録再生装置では、約６５０［ｎｍ］の半導体レーザを使用しているのに対して、次世代高密度光情報記録媒体の一方式であるＨＤ−ＤＶＤ方式の記録再生装置については、約４０５［ｎｍ］の半導体レーザを使用し、光情報記録媒体の保護基板厚はＤＶＤと同じ０．６［ｍｍ］にし、像側の開口数ＮＡがＤＶＤと同じ０．６５の対物レンズを用いる構成が提案されている。
【０００４】
また、光情報記録媒体に情報の再生又は記録を行う光ピックアップ装置は、レーザ光源から出射された光束を対物レンズに入射させ、当該対物レンズから出射した光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させて、当該光情報記録媒体に情報を記録又は記録された情報の再生を行う。次世代高密度光情報記録媒体のように、レーザ光波長をより短く、また対物レンズの像側の開口数をより大きくして、光情報記録媒体の情報記録面の集光スポットをより小さくすることにより、光情報記録媒体の記録情報の高密度化が図られてきた。
【０００５】
そして、レーザ光源の温度変化又は光出力変化による対物レンズの入射光の波長変化（モードホップ）による焦点のずれを低減するモードホップ補正機能、対物レンズの温度変化による屈折率変化による球面収差を低減する温度補正機能等を実現するために、対物レンズの光学機能面に回折輪帯構造部を備える構成が考えられている。回折輪帯構造部は、輪帯状の細い複数の回折溝を対物レンズに設けることにより、光源から出射された光束を回折させることができる構造である。
【０００６】
しかし、次世代高密度光情報記録媒体は、情報の再生又は記録に波長の短い光束を用いるので、対物レンズにおいて、材料の種類に依存し波長変化に対する屈折率の変化である色分散特性も増大してしまう。この色分散特性の増大に応じて、波長変化に応じた光軸方向の焦点のずれである近軸色収差も大きくなる。この近軸色収差の低減のためには、回折輪帯構造部の回折パワーを大きくすることが要求され、そのためには、回折輪帯数を多く（回折輪帯間隔（ピッチ）を小さく）する必要がある。近軸色収差の補正は、上記のモードホップ補正に含まれる。
【０００７】
また、回折輪帯構造部を設けられた対物レンズの製作は、先ず対物レンズを成形するための金型に、バイトにより回折輪帯構造部を転写するための溝を削って加工し、次にその加工された金型に対物レンズの樹脂材料を流し込んで射出成形していた。
【０００８】
また、光源から出射された波長が４００〜４１０［ｎｍ］の光ビームを記録媒体の情報記録面に集光させる光ピックアップ（装置）において、集光レンズ（対物レンズ）により２次又は３次の回折光を集光させるものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−９３１７９号公報（請求項５を引用した請求項８の記載、第５頁の記載）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回折輪帯構造部のピッチを非常に小さくすることは理論的には可能であるが、その対物レンズの金型を製作するのはとても困難となる。金型を加工するためのバイトのシャープさは有限であるため、金型の加工精度にも限界があるからである。また、金型から対物レンズを成形する場合の転写性にも限界がある。よって、これら２つの要因から、回折輪帯構造部の細かい対物レンズを射出成形する場合に、回折輪帯構造部のエッジ部分に面ダレ（丸み）が形成される。また、対物レンズ自体をバイトにより加工して回折輪帯構造部を形成する場合も、バイトのシャープさ及び加工精度は有限であるため、同様に回折輪帯構造部のエッジ部分に面ダレが形成される。
【００１１】
図５は、対物レンズの回折輪帯構造部αの断面図である。図５に示すように、対物レンズの成形により、その対物レンズ上の鋸歯状の回折輪帯構造部αは、設計上の理想成形面α１に比べ、実際の成形面α２はエッジ部分に面ダレα２１が形成されてしまう。
【００１２】
回折輪帯構造部αのエッジの面ダレα２１においては、光情報記録媒体の情報記録面への回折光の出射において、回折効率が低下し、有効な回折光の出射光量が損失される。次世代高密度光情報記録媒体については入射光が短波長に既定されているので、近軸色収差を補正するためには、前述したように回折パワーを高めるために輪帯数を増やす必要があり、同じ次数の長波長の入射光を用いる構成の場合に比べてそのピッチは小さくとる必要がある。図５に示す回折輪帯構造部αのピッチＰが小さい場合、輪帯数が増えるので、これと共にそのエッジの面ダレα２１の数も増えて、更に回折効率が低下し、有効な回折光の出射光量が損失されて、十分な回折光の光量が得られないことが問題である。特に、短波長の入射光に対して１次や２次の低次の回折光を出射させる構成の場合、回折輪帯構造部が非常に細かいものとなる。
【００１３】
この問題を解決するには、高次の回折光を光情報記録媒体に集光させる輪帯構造を設ければよい。高次の回折光を出射する回折輪帯構造部においては、そのピッチＰを大きくとることができ、輪帯数を減らすことができるので、回折輪体構造αにおけるエッジ部分の面ダレの数も減り、回折効率を上げ、十分な回折光の出射光量を得ることができる。
【００１４】
しかし、これに対して、高次の回折光を用いる構成においては、レーザ光源からの入射光の波長変化がある場合、その波長変化の度合いに応じて、その高次の次数の回折効率も下がってしまい十分な回折光の出射光量が得られないおそれがあるという問題があった。
【００１５】
また、特許文献１には、波長が４００〜４１０［ｎｍ］の光ビームを記録媒体の情報記録面に集光させる記載はあるが、４次以上の高次回折光を集光させる記載がなく、回折輪帯構造部の面ダレ又はレーザ光源の波長変化による回折光の出射光量への影響は一切考慮されていない。
【００１６】
本発明の課題は、対物レンズの回折構造部に面ダレが形成され光源から出射される短波長の光束に波長変化が生じた場合にも、モードホップ補正を行い、また回折効率を高めて十分な光量の回折光を光情報記録媒体の情報記録面へ集光させることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
光源から出射される基準波長λ０（３８０［ｎｍ］≦λ０≦４５０［ｎｍ］）の光束を、保護基板の厚さが０．６［ｍｍ］の光情報記録媒体の情報記録面に集光させるために用いる光ピックアップ装置の対物集光手段であって、
前記光源から出射された光束を屈折するレンズ構造部と、
前記光源から出射された光束を回折し、光軸を中心とする輪帯状の回折構造部とを備え、
前記光源から出射された光束を前記回折構造部により回折された回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数Ｋは、３≦Ｋ≦１４（但し、Ｋは整数）であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、対物集光手段の回折構造部における最大の回折効率の回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４の範囲とするので、対物集光手段は、近軸色収差を補正しモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることができる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の対物集光手段において、
前記レンズ構造部及び前記回折構造部は、プラスチックを素材とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部の素材をプラスチックにするので、対物集光手段の成形の容易化、低コスト化及び軽量化を実現することができる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の対物集光手段において、
前記レンズ構造部及び前記回折構造部は、単玉レンズ又は複数の光学素子からなることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部は、単玉レンズ又は複数の光学素子からなるので、多様な構成をとることができる。特に、複数の光学素子からなる場合、各光学素子に回折構造部を設ける構成をとることもできる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れか一項記載の対物集光手段において、
前記対物集光手段の前記光情報記録媒体側の開口数ＮＡは、０．６０≦ＮＡ≦０．９０であることを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．９０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを防ぐことができる。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の対物集光手段において、
前記対物集光手段の前記光情報記録媒体側の開口数ＮＡは、０．６０≦ＮＡ≦０．７０であることを特徴とする。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．７０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを更に防ぐことができる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１から５の何れか一項記載の対物集光手段において、
前記対物集光手段の主点から前記光情報記録媒体上の焦点までの焦点距離ｆは、１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］であることを特徴とする。
【００２８】
請求項６記載の発明によれば、対物集光手段の主点から光情報記録媒体上の焦点までの焦点距離ｆを１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］とするので、焦点距離ｆが小さいことによりワーキングディスタンスも減少して対物集光手段に傷や汚れがつくことを防ぎ、焦点距離ｆが大きいことによる対物集光手段を備える光ピックアップ装置のサイズの大型化を防ぐことができる。ワーキングディスタンスとは、例えば、対物集光手段の光情報記録媒体への出射面又は対物集光手段の取付け部から光情報記録媒体の情報記録面までの距離である。ワーキングディスタンスが小さい場合、対物集光手段が外部から接触されやすくなることによりその対物集光手段に傷や汚れがつく可能性が高くなる。
【００２９】
請求項７記載の発明によれば、
光源と、請求項１から６の何れか一項に記載の対物集光手段とを備え、
前記光源から出射された光束を前記対物集光手段に入射し、当該対物集光手段から出射された光束を前記光情報記録媒体の情報記録面に集光させて情報を記録及び再生の何れか一方又はその両方を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【００３０】
請求項７記載の発明によれば、請求項１から６の何れか一項に記載の対物集光手段を用いて光情報記録媒体の情報記録面に集光させるので、モードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、また短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させて、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。そして、高い回折効率により光情報記録媒体の情報記録面に集光させる光束の光量を高めるので、情報記録面に対する情報の再生及び記録の何れか一方又は両方のスピードを上げることができ、また、光源から出射する光束のパワーを弱めることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１〜図４を参照して本実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の対物レンズ１６を備える光ピックアップ装置１の概略構成を示す図であり、図２は、対物レンズ１６の構成断面図を示す図であり、図３は、回折光の回折次数Ｋに対する回折効率を示す図であり、図４は、縦球面収差ＳＡと開口数ＮＡとの関係を示す図である。
【００３３】
本実施の形態の光ピックアップ装置１は、次世代高密度光ディスクの光情報記録媒体の一例であるＨＤ−ＤＶＤ２０について、半導体レーザ光源１１（光源）から出射される使用基準波長λ０（＝４０５［ｎｍ］）の光束Ｌを、対物レンズ１６を介して情報記録面２２に集光させて、情報を読み取る又は記録するように構成されている。
【００３４】
図１に示すように、光ピックアップ装置１では、コリメータ１３と対物レンズ１６（対物集光手段、レンズ構造部）との間にビームスプリッタ１２が配置され、コリメータ１３によってほぼ平行にされた光がビームスプリッタ１２を通過し対物レンズ１６へ向かう。そして、保護基板２１を有するＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２で反射した光束が、光路変更手段としてのビームスプリッタ１２によって光検出器３０に向かう。
【００３５】
対物レンズ１６はその外周にフランジ部１６ａを有し、このフランジ部１６ａにより対物レンズ１６を光ピックアップ装置１に容易に取り付けることができる。また、フランジ部１６ａは対物レンズ１６の光軸Ｌａに対しほぼ垂直方向に延びた面を有するので、取付の精度を高くすることが容易にできる。
【００３６】
ＨＤ−ＤＶＤ２０に情報を記録又は再生する場合は、図１に実線で示すように、半導体レーザ光源１１から出射された光束Ｌが、コリメータ１３を透過し平行光束となり、ビームスプリッタ１２を経て絞り１４によって絞られ、対物レンズ１６によりＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１を介して情報記録面２２の焦点Ｌｂに集光される。半導体レーザ光源１１から出射される光束Ｌの強度は、情報の再生の場合よりも情報の記録の場合を高くするように設定されている。
【００３７】
そして、ＨＤ−ＤＶＤ２０に記録された情報を再生する場合は、上記対物レンズ１６から出射された光束は、更に情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射され、その反射光束は、再び対物レンズ１６、絞り１４を順に介して、ビームスプリッタ１２で反射され、シリンドリカルレンズ１７により非点収差が与えられ、凹レンズ１８を経て、光検出器３０上ヘ入射する。光検出器３０は凹レンズ１８からの入射光を検出して信号を出力し、その出カされた信号を用いて、ＨＤ−ＤＶＤ２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００３８】
また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出結果に基づいて、２次元アクチュエータ１５が半導体レーザ光源１１から出射された光束Ｌを、焦点ＬｂとしてＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、半導体レ―ザ光源１１から出射された光束Ｌを、情報記録面２２上の所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。
【００３９】
対物レンズ１６は、図２に示すように、両面非球面の単レンズであり、半導体レーザ光源１１側から出射された光束Ｌを入射する入射面１６１と、入射面１６１に入射された光束Ｌを、ＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１を介して情報記録面２２の焦点Ｌｂへ出射する出射面１６２とが設けられている。入射面１６１の光学機能面は、光軸Ｌａを中心とする同心円状の光学機能領域であり、同心円状の輪帯Ｇ１〜Ｇｎ（但し、ｎは輪帯数とし、輪体の各番号は中心Ｌａから外側へ大きくなる）からなる鋸歯状の回折輪帯構造部βが形成されている。また、対物レンズ１６には、次の〔数１〕の非球面形状式で表される母非球面Ｈ（図２中の点線）が形成されている。
【００４０】
【数１】
【００４１】
また、一般に、回折輪帯のピッチは、光路差関数Φを使って定義される。具体的には、光路差関数Φは単位を［ｍｍ］として〔数２〕で表される。
【数２】
【００４２】
また、対物レンズ１６のレンズデータは次の〔表１〕に表される。
【表１】
〔表１〕において、ｄ［ｍｍ］は、光軸Ｌａ上の距離であり、ｎは屈折率である。また、面Ｎｏがそれぞれ、０は物点であり、１は対物レンズ１６の第１面（入射面１６１）であり、２は対物レンズ１６の第２面（出射面１６２）であり、３はＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１であり、４はＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２である。また、使用基準波長λ０（＝４０５［ｎｍ］）の光束が対物レンズ１６に入射した際の、光軸Ｌａに沿って対物レンズ１６の主点から情報記録面２２上の焦点Ｌｂまでの焦点距離ｆが２．４［ｍｍ］であるとする。そして、対物レンズ１６の像側（ＨＤ−ＤＶＤ２０側）の開口数ＮＡが０．６５であり、ＨＤ−ＤＶＤ２０の保護基板２１の厚さｄ３＝０．６０［ｍｍ］に対して、十分な結像性能を有する。また、対物レンズ１６及び保護基板２１の屈折率ｎも示される。
【００４４】
そして、次の〔表２〕に、上記〔数１〕の非球面形状式における非球面係数Ａ２ｉの各値を示し、〔数２〕の光路差関数の式における光路差関数の係数Ｂ２ｉを示す。
【表２】
【００４５】
以下、前述のように全ての回折光のうちで最大の回折効率を示す回折光の回折次数をＫとする。〔表２〕に示される各データは、本実施の形態の対物レンズ１６の一例のデータである。特に〔表２〕（ＩＩＩ）は、回折次数Ｋが３であり、半導体レーザ光源１１から出射される光束Ｌの使用基準波長λ０が４０５［ｎｍ］の場合の回折輪帯構造部βを示す。よって、輪帯数ｎはΦ／λ０の式により求められ、その輪帯数ｎから回折輪帯構造部βのピッチも求まる。また、互いに隣接する輪帯間の光軸Ｌａ方向の変位量は、ブレーズ波長と使用基準波長λ０とが一致するように決定される。なお、ブレーズ波長とは、回折次数Ｋの回折光において回折効率が最大となる波長のことである。
【００４６】
また、対物レンズ１６の材料には例えばオレフィン系樹脂等のプラスチックが使用され、光情報記録媒体２０の保護基板２１の材料には例えばポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等がカバーガラスとして使用される。
【００４７】
〔表２〕に示す対物レンズ１６によれば、回折次数Ｋが３であるので、回折輪帯構造部βのピッチを回折次数Ｋが１又は２の場合よりも大きくとることができ、輪帯数も減り、回折輪帯構造部βのダレの数も少なくなり、３次の回折光の回折パワーを上げ、その回折効率も大きくなる。理論的には、ピッチの大きさは、回折次数Ｋに比例する。回折次数Ｋを更に大きい整数にすれば、回折輪帯構造部βの面ダレの数も回折次数Ｋの値に応じて少なくなり、その回折効率も大きくなる。
【００４８】
しかし、レーザ光源１１から出射された光束Ｌの実際の使用波長λに、使用基準波長λ０からのずれが生ずる場合には、回折次数Ｋが大きいほど、また使用基準波長λ０からの使用波長λのずれの度合いが大きいほど、その回折効率は下がってしまうという現象が生じる。
【００４９】
ここで、図３を参照して、回折次数Ｋについて、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれが生じた場合にも良好な値をとる範囲を説明する。図３に、回折次数Ｋが１から１４までの複数の対物レンズについての回折効率を示す。その複数の対物レンズは、〔表１〕及び〔表２〕（Ｉ），（ＩＩ）の各データが共通であり、特に回折次数Ｋ＝３の場合の対物レンズは、〔表２〕（ＩＩＩ）に示されるデータの回折輪帯構造部βを有する。
【００５０】
また、図３中のＡは、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝３［ｎｍ］の場合の回折効率を示し、Ｂは、｜λーλ０｜＝５［ｎｍ］の場合の回折効率を示し、Ｃは、回折輪帯構造部βの各輪体のエッジ部分において、光軸Ｌａに対して垂直方向の面ダレの大きさが１［μｍ］の場合の回折効率を示し、Ｄは、Ａにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝３［ｎｍ］とＣにおける面ダレ１［μｍ］との影響を考慮した回折効率であるＡ＊Ｃの値を示し、Ｅは、Ｂにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝５［ｎｍ］とＣにおける面ダレの大きさ１［μｍ］との影響を考慮した回折効率であるＢ＊Ｃの値を示す。なお、面ダレの大きさ１［μｍ］による回折効率への影響とは、単に入射面１６１の面積に対する面ダレ部分の面積割合で示される値ではない。
【００５１】
図３によれば、Ｄに示すように、回折効率に、Ａにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝３［ｎｍ］とＣにおける面ダレの大きさ１［μｍ］との影響がある場合に、その回折効率が良好な値である９５％以上の値を示す回折次数Ｋは、おおよそ３≦Ｋ≦１４（但しＫは整数）の範囲であることが分かる。同様にＤにおいて、その回折効率が更に良好な値である９６％以上の値を示す回折次数Ｋは、おおよそ４≦Ｋ≦１１（但しＫは整数）の範囲であることが分かる。
【００５２】
また、Ｅに示すように、回折効率に、Ｂにおける使用波長λのずれ｜λーλ０｜＝５［ｎｍ］とＣにおける面ダレの大きさ１［μｍ］との影響がある場合に、その回折効率が良好な値である９５％以上の値を示す回折次数Ｋは、おおよそ３≦Ｋ≦７（但しＫは整数）の範囲であることが分かる。
【００５３】
ここで、図４を参照して、対物レンズ１６の近軸色収差の補正及びその近軸色収差補正を一因とするモードホップ補正について説明する。図４には、使用波長λが、使用基準波長λ０４０５［ｎｍ］、４００［ｎｍ］、４１０［ｎｍ］のそれぞれの場合の縦球面収差ＳＡ［ｍｍ］と像側の開口数ＮＡとが示されている。この対物レンズ１６は、〔表１〕及び〔表２〕の各データを用いたレンズである。
【００５４】
近軸色収差は、像側の開口数ＮＡ＝０における縦球面収差ＳＡの値となる。図４には示さないが、使用波長λが４０５±５［ｎｍ］である場合の回折輪帯構造βを設けない対物レンズの近軸色収差は、図４における使用基準波長λが４０５±５［ｎｍ］の場合の対物レンズ１６における近軸色収差の約２倍の値をとる。よって、明らかに、対物レンズ１６は、回折輪帯構造βを設けない場合の約１／２倍の近軸色収差となるので、近軸色収差の補正機能を有することが分かる。
【００５５】
また、図４において、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれ＝±５［ｎｍ］のグラフは、それぞれ縦球面収差ＳＡ＝０の軸と交差しているので、明らかに、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有する。図４において、モードホップ補正がされていない場合のグラフは、使用波長λ＝４００［ｎｍ］の場合、開口数ＮＡの増加と共に縦球面収差ＳＡも左上がりに増加していき、使用波長λ＝４１０［ｎｍ］の場合、開口数ＮＡの増加と共に縦球面収差ＳＡも右上がりに増加していき、どちらも縦球面収差ＳＡ＝０の軸と交差しない。
【００５６】
よって、対物レンズ１６は、使用基準波長λ０からの使用波長λのずれが±５［ｎｍ］以下の場合、近軸色収差を補正する機能を有し、また、その近軸色収差が補正されてモードホップによる焦点Ｌｂのずれを補正する機能を有する。
【００５７】
よって、本実施の形態によれば、対物レンズ１６の回折輪帯構造部βの回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４の範囲とする構成により、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折輪帯構造部βに大きさ１［μｍ］の面ダレが形成され、短い使用基準波長λ０から使用波長λのずれ｜λーλ０｜≦３［ｎｍ］が生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を９５％以上にして十分な光量の光束をＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させ、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。そして、高い回折効率によりＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させる光束の光量を高めるので、情報記録面２２に対する情報の再生及び記録のスピードを上げることができ、また、半導体レーザ光源１１から出射させる光束のパワーを弱めることができる。
【００５８】
同様に、対物レンズ１６の回折輪帯構造部βの回折次数Ｋを４≦Ｋ≦１１の範囲とする構成により、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折輪帯構造部βに大きさ１［μｍ］の面ダレが形成され、使用波長λのずれ｜λーλ０｜≦３［ｎｍ］が生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を９６％以上にして、より十分な光量の光束をＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させ、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。
【００５９】
また、対物レンズ１６の回折輪帯構造部βの回折次数Ｋを３≦Ｋ≦７の範囲とする構成により、対物レンズ１６はモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折輪帯構造部βに大きさ１［μｍ］の面ダレが形成され、使用波長λのずれ｜λーλ０｜≦５［ｎｍ］が生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を９５％以上にして十分な光量の光束をＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２に集光させ、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。
【００６０】
また、対物レンズ１６の材料をプラスチックにするので、対物レンズ１６の成形を容易にし、また低コスト化及び軽量化を実現することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、レーザ光源から使用基準波長λ０＝４０５［ｎｍ］の光束を出射して、対物レンズ１６に入射させているが、これに限るものではなく、使用基準波長λ０を３８０［ｎｍ］≦λ０≦４５０［ｎｍ］の範囲に設定した場合にも同様に適用できる。
【００６２】
また、本実施の形態では、対物レンズ１６の像側の開口数ＮＡ＝０．６５としたが、これに限るものではなく、例えば、像側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．９０の範囲に設定した場合にも同様に適用できる。この場合、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物レンズの製造が困難となることを防ぐことができる。これに関して、像側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．７０とした場合、開口数ＮＡが大きいことによって対物レンズの製造が困難となることを更に防ぐことができる。
【００６３】
また、光軸Ｌａに沿って対物レンズ１６からＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２までの焦点距離ｆ＝２．４［ｍｍ］としたが、これに限るものではなく、例えば、焦点距離ｆを１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］の範囲に設定した場合にも同様に適用できる。この場合、焦点距離ｆが小さいことによるワーキングディスタンスの減少を防ぎ、焦点距離ｆが大きいことによる対物レンズを備える光ピックアップ装置のサイズの大型化を防ぐことができる。ワーキングディスタンスとは、例えば、対物レンズ１６の出射面１６２又はフランジ部１６ａからＨＤ−ＤＶＤ２０の情報記録面２２までの距離である。ワーキングディスタンスが小さい場合、対物レンズ１６が外部から接触されやすくなることにより対物レンズ１６に傷や汚れがつく可能性が高くなる。
【００６４】
また、本実施の形態では、対物レンズ１６には、入射面１６１のみに回折輪帯構造部βを設ける構成であるが、これに限るものではなく、出射面１６２のみに設ける構成や、入射面１６１及び出射面１６２の両方に設ける構成でもよい。また、本実施の形態では、対物レンズ１６は単玉レンズであるが、これに限るものではなく、対物レンズを、複数の光学素子からなる対物集光手段に代えて、多様な構成をとれるようにしてもよい。特に、複数の光学素子からなる場合、レーザ光源から出射された光束を屈折するレンズ構造部と、レーザ光源から出射された光束を回折する回折輪帯構造部とを別々に形成してもよい。本実施の形態では単玉の対物レンズ１６がレンズ構造部及び回折輪帯構造部の両方を有する。また、本実施の形態では、回折輪帯構造部βは鋸歯状であるが、これに限るものではなく、階段状等の形態のものでもよい。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法にのみ限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲内において適宜に変更実施が可能なものである。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、対物集光手段の回折構造部における最大の回折効率の回折次数Ｋを３≦Ｋ≦１４の範囲とするので、対物集光手段は、近軸色収差を補正しモードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させることができる。
【００６７】
請求項２記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部の素材をプラスチックにするので、対物集光手段の成形の容易化、低コスト化及び軽量化を実現することができる。
【００６８】
請求項３記載の発明によれば、レンズ構造部及び回折構造部は、単玉レンズ又は複数の光学素子からなるので、多様な構成をとることができる。特に、複数の光学素子からなる場合、各光学素子に回折構造部を設ける構成をとることもできる。
【００６９】
請求項４記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．９０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを防ぐことができる。
【００７０】
請求項５記載の発明によれば、対物集光手段の光情報記録媒体側の開口数ＮＡを０．６０≦ＮＡ≦０．７０とするので、開口数ＮＡが小さいことによる光情報記録媒体の記録密度の低下を防ぎ、また開口数ＮＡが大きいことによって対物集光手段の製造が困難となることを更に防ぐことができる。
【００７１】
請求項６記載の発明によれば、対物集光手段の主点から光情報記録媒体上の焦点までの焦点距離ｆを１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］とするので、焦点距離ｆが小さいことによりワーキングディスタンスも減少して対物集光手段に傷や汚れがつくことを防ぎ、焦点距離ｆが大きいことによる対物集光手段を備える光ピックアップ装置のサイズの大型化を防ぐことができる。
【００７２】
請求項７記載の発明によれば、請求項１から６の何れか一項に記載の対物集光手段を用いて光情報記録媒体の情報記録面に集光させるので、モードホップによる焦点ずれを補正する機能を有しつつ、回折構造部に面ダレが形成され、また短い基準波長λ０からの実際の使用波長λのずれが生じた場合にも、Ｋ次回折光の回折効率を高めて十分な光量の光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させて、情報の再生及び記録の何れか一方又はその両方を行うことができる。そして、高い回折効率により光情報記録媒体の情報記録面に集光させる光束の光量を高めるので、情報記録面に対する情報の再生及び記録の何れか一方又は両方のスピードを上げることができ、また、光源から出射する光束のパワーを弱めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における対物レンズ１６を備える光ピックアップ装置１の概略構成を示す図である。
【図２】対物レンズ１６の構成断面図を示す図である。
【図３】回折光の回折次数Ｋに対する回折効率を示す図である。
【図４】縦球面収差ＳＡと開口数ＮＡとの関係を示す図である。
【図５】対物レンズの回折輪帯構造部αの断面図である。
【符号の説明】
１…光ピックアップ装置
１１…半導体レーザ光源
１２…ビームスプリッタ
１３…コリメータ
１４…絞り
１５…２次元アクチュエータ
１６…対物レンズ
１６１…入射面
１６２…出射面
１６ａ…フランジ部
１７…シリンドリカルレンズ
１８…凹レンズ
２０…ＨＤ−ＤＶＤ
２１…保護基板
２２…情報記録面
３０…光検出器
α，β…回折輪帯構造部
α１…理想の成形面
α２…実際の成形面
α２１…面ダレ
Ｌ…光束
Ｌａ…光軸
Ｌｂ…焦点
Ｇ１〜Ｇｎ…輪帯
Claims (7)
- 光源から出射される基準波長λ０（３８０［ｎｍ］≦λ０≦４５０［ｎｍ］）の光束を、保護基板の厚さが０．６［ｍｍ］の光情報記録媒体の情報記録面に集光させるために用いる光ピックアップ装置の対物集光手段であって、
前記光源から出射された光束を屈折するレンズ構造部と、
前記光源から出射された光束を回折する光軸を中心とした輪帯状の回折構造部とを備え、
前記光源から出射された光束を前記回折構造部により回折された回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数Ｋは、３≦Ｋ≦１４（但し、Ｋは整数）であることを特徴とする対物集光手段。 - 前記レンズ構造部及び前記回折構造部は、プラスチックを素材とすることを特徴とする請求項１記載の対物集光手段。
- 前記レンズ構造部及び前記回折構造部は、単玉レンズ又は複数の光学素子からなることを特徴とする請求項１又は２記載の対物集光手段。
- 前記対物集光手段の前記光情報記録媒体側の開口数ＮＡは、０．６０≦ＮＡ≦０．９０であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項記載の対物集光手段。
- 前記対物集光手段の前記光情報記録媒体側の開口数ＮＡは、０．６０≦ＮＡ≦０．７０であることを特徴とする請求項４記載の対物集光手段。
- 前記対物集光手段の主点から前記光情報記録媒体上の焦点までの焦点距離ｆは、１．８［ｍｍ］≦ｆ≦３．０［ｍｍ］であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項記載の対物集光手段。
- 光源と、請求項１から６の何れか一項に記載の対物集光手段とを備え、
前記光源から出射された光束を前記対物集光手段に入射し、当該対物集光手段から出射された光束を前記光情報記録媒体の情報記録面に集光させて情報を記録及び再生の何れか一方又はその両方を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050906 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081028 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090331 |