JP2005302268A - ソリッドイマージョンレンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置 - Google Patents
ソリッドイマージョンレンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ソリッドイマージョンレンズにおいて、入射光を最大に効率よく入射させる形状とし、またレンズと対象物との傾きマージンを大として、組み立て精度のマージンを大とする。
【解決手段】ソリッドイマージョンレンズ１１の対物側に、その光軸ｃに沿う断面において傾斜部３または段差部を有する凸状部２を形成して、この凸状部２を、少なくとも光軸からソリッドイマージョンレンズ１１への入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状として構成する。
【選択図】図９
【解決手段】ソリッドイマージョンレンズ１１の対物側に、その光軸ｃに沿う断面において傾斜部３または段差部を有する凸状部２を形成して、この凸状部２を、少なくとも光軸からソリッドイマージョンレンズ１１への入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状として構成する。
【選択図】図９
Description
本発明は、ソリッドイマージョンレンズ（Solid Immersion Lens：固浸レンズ）と、これを用いた集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光（もしくは光磁気）記録再生装置に関し、さらに詳しくは、光学レンズの屈折率が大なる材料を用いて集光レンズの開口数を大にして光（もしくは光磁気）記録媒体に記録再生を行ういわゆるニアフィールド光記録再生方式に好適なソリッドイマージョンレンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置に関するものである。
コンパクトディスク（ＣＤ）、ミニディスク（ＭＤ）、デジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）に代表される光記録媒体（光磁気記録媒体を含む）は、音楽情報、映像情報、データ、プログラム等の格納媒体として広く利用されている。しかしながら、更なる音楽情報、映像情報、データ、プログラム等の高音質化、高画質化、長時間化、大容量化のために、さらに大容量の光記録媒体及びこれを記録再生する光記録再生装置（光磁気記録再生装置を含む）が望まれている。
そこで、これらに対応するため、光記録再生装置では、その光源の例えば半導体レーザの短波長化や、集光レンズの開口数の増大化が図られ、集光レンズを介して収束する光スポットの小径化が図られている。
そこで、これらに対応するため、光記録再生装置では、その光源の例えば半導体レーザの短波長化や、集光レンズの開口数の増大化が図られ、集光レンズを介して収束する光スポットの小径化が図られている。
例えば、半導体レーザに関しては、発振波長が従来の赤色レーザの６３５ｎｍから４００ｎｍ帯に短波長化されたＧａＮ半導体レーザが実用化され、これにより光スポットの小径化が図られつつある。また、例えばそれ以上の短波長化については、２６６ｎｍの単一波長の光を連続発振するソニー株式会社製の遠紫外固体レーザＵＷ−１０１０などが発売されており、更なる光スポットの小径化も図られつつある。また、これ以外にもＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍波レーザ（２６６ｎｍ帯）、ダイヤモンドレーザ（２３５ｎｍ帯）、ＧａＮレーザの２倍波レーザ（２０２ｎｍ帯）などの研究、開発が進められている。
また、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）に代表される開口数の大なる光学レンズを使って、例えば開口数１以上の集光レンズを実現するとともに、この集光レンズの対物面を光記録媒体と、その光源波長の１０分の１程度まで近接させることにより記録再生を行ういわゆるニアフィールド光記録再生方式が検討されている（例えば特許文献１参照。）。
このニアフィールド光記録再生方式では、光記録媒体と集光レンズとの距離を精度良く光学的なコンタクト状態に維持することが重要である。また、光源から出射されて集光レンズに入射する光束径が小になるとともに、光記録媒体と集光レンズとの距離も数十ｎｍ以下程度と非常に小さくなるため、光記録媒体と集光レンズとの傾きマージン、いわゆるチルトマージンが非常に小さくなり、集光レンズは形状的に大きく制約されることになる。
図３０に、ソリッドイマージョンレンズの一例の概略構成図を示す。ソリッドイマージョンレンズ１１と光学レンズ１２とを、光記録媒体３０などの対物側から順に配置して、ニアフィールド集光レンズを構成することができる。図３０に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１は、曲率半径ｒの半球状、又は超半球状（図示の例においては超半球状）に形成され、光軸に沿う厚さが半球状の場合はｒ、超半球状の場合は屈折率をｎとするとｒ（１＋１／ｎ）として構成される。
このような構成の集光レンズを例えば光記録再生装置に適用する場合は、２軸アクチュエータを有する光学ピックアップ装置に装着され、光記録媒体と集光レンズとの距離を光学的なコンタクト状態に維持する。光磁気記録に用いられる場合は、光学ピックアップ装置に、磁気記録再生に使用される磁気ヘッド装置が組み込まれ、同様に光記録媒体と集光レンズとの距離を光学的なコンタクト状態に維持する構成とされる。
また、ソリッドイマージョンレンズの形状としては、その他半球状又は超半球状のレンズの対物面を円錐状に加工した形状や、対物面の中心部分を残して磁気コイルをその周囲に設ける形状などが提案されている(例えば特許文献２参照。)。
上述したような構成の集光レンズ、光学ピックアップ装置、光記録再生装置に用いられる一般的なソリッドイマージョンレンズは、図３０に示すように、その対物面９が平坦な平面構造とされる。
したがって、光記録媒体との傾きに対する余裕度は殆どゼロとなり、レンズもしくは光記録媒体が何らかの理由で傾いたときには、レンズと光記録光媒体とが接触してしまい、レンズと光記録媒体の双方に傷や磨耗などの損傷を生じてしまう。
また、単にソリッドイマージョンレンズの対物面を円錐状等に加工するのみでは、高い開口数を得るために入射角が大とされるソリッドイマージョンレンズでは、入射光の一部を遮る形状となってしまう場合があり、高効率で集光できない恐れがある。
またこの場合、図３１の概略構成図に入射光の集光軌跡を矢印Ｌｉで示すように、従来のソリッドイマージョンレンズは、その集光部分が対物面９の１点でしか許容されないため、背後の光学レンズからの入射光の光軸がずれて入射角度がばらついた場合、そのレンズ厚さｒ又はｒ（１＋１／ｎ）が変化してしまい、入射光の角度ばらつきに対するマージンはゼロであるという問題がある。
したがって、光記録媒体との傾きに対する余裕度は殆どゼロとなり、レンズもしくは光記録媒体が何らかの理由で傾いたときには、レンズと光記録光媒体とが接触してしまい、レンズと光記録媒体の双方に傷や磨耗などの損傷を生じてしまう。
また、単にソリッドイマージョンレンズの対物面を円錐状等に加工するのみでは、高い開口数を得るために入射角が大とされるソリッドイマージョンレンズでは、入射光の一部を遮る形状となってしまう場合があり、高効率で集光できない恐れがある。
またこの場合、図３１の概略構成図に入射光の集光軌跡を矢印Ｌｉで示すように、従来のソリッドイマージョンレンズは、その集光部分が対物面９の１点でしか許容されないため、背後の光学レンズからの入射光の光軸がずれて入射角度がばらついた場合、そのレンズ厚さｒ又はｒ（１＋１／ｎ）が変化してしまい、入射光の角度ばらつきに対するマージンはゼロであるという問題がある。
更に、これらソリッドイマージョンレンズ及び光学レンズが装着された２軸ピックアップ装置や磁気ヘッド装置、またこれらを有する光記録再生装置では、ソリッドイマージョンレンズ及び光学レンズを、その間隔や相対的な角度を精密に制御して接着し、保持する必要がある。
しかしながら、光学レンズが１ｍｍ未満程度の小径とされる場合、光学ピックアップ装置の組み立て精度を高くすることは難しい。
しかしながら、光学レンズが１ｍｍ未満程度の小径とされる場合、光学ピックアップ装置の組み立て精度を高くすることは難しい。
上述したように、ニアフィールド光記録再生方式では、集光レンズは一般的に対物側から順に配置されたソリッドイマージョンレンズと光学レンズとの２枚の光学レンズの組み合わせにより開口数１以上を実現しているが、これらのレンズの組み立て精度は、開口数が大になるほどレンズの間隔やその相対的な角度に高精度が求められ、かつ環境の変化に対してもこの精度を維持することが求められる。
一方、ソリッドイマージョンレンズを含む光学系の各レンズの大きさは、これを搭載する２軸アクチュエータの重量負担を軽減し、フォーカシング特性、トラッキング特性、またシーク時間の短縮等のサーボ特性の向上を図るために、小径化が求められている。また、特にソリッドイマージョンレンズは高屈折率を実現する比較的高価な材料を用いることが多いため、できるだけ小径化することが望ましい。
しかしながら、ソリッドイマージョンレンズの曲率半径を極めて小さく、例えば半径０．５ｍｍ以下の曲率半径とする場合は、上述のニアフィールド光記録再生を実現するのに十分な集光レンズの組み立て精度は得られていないのが現状である。
しかしながら、ソリッドイマージョンレンズの曲率半径を極めて小さく、例えば半径０．５ｍｍ以下の曲率半径とする場合は、上述のニアフィールド光記録再生を実現するのに十分な集光レンズの組み立て精度は得られていないのが現状である。
本発明は、上述の問題に鑑みて、入射光を遮ることなく高開口数を実現し、またレンズと光記録媒体等などの対象物との傾きマージンを大として、組み立て精度のマージンを大とするソリッドイマージョンレンズと、これを用いた集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置を提供する。
更にまた本発明は、入射レーザ光の傾きに対するマージンを大として、組み立て精度のマージンを従来に比して大とし得るソリッドイマージョンレンズ及びこれを用いた集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置を提供する。
更にまた本発明は、入射レーザ光の傾きに対するマージンを大として、組み立て精度のマージンを従来に比して大とし得るソリッドイマージョンレンズ及びこれを用いた集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置を提供する。
上記課題を解決するために、本発明は、ソリッドイマージョンレンズの対物側に、光軸に沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部が形成され、上記凸状部は、少なくとも光軸から上記ソリッドイマージョンレンズへの入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状とされて成ることを特徴とする。
また、本発明は、上述のソリッドイマージョンレンズにおいて、その球状部が曲率半径ｒの超半球状とされ、上記凸状部の集光位置における先端部は、屈折率をｎとすると、半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とされたことを特徴とする。
更に、本発明は、上述のソリッドイマージョンレンズにおいて、上記凸状部が段差部を有する形状とされ、上記ソリッドイマージョンレンズと該ソリッドイマージョンレンズの対象物との間隔をｄとし、上記段差部の高さをｈとし、その光軸から上記段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（１）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（２）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５° ・・・（３）
（ただし、ｘ＝√〔ｒ２−｛（ｒ／ｎ）−ｈ｝２〕
の関係とされたことを特徴とする。
また、本発明は、上述のソリッドイマージョンレンズにおいて、その球状部が曲率半径ｒの超半球状とされ、上記凸状部の集光位置における先端部は、屈折率をｎとすると、半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とされたことを特徴とする。
更に、本発明は、上述のソリッドイマージョンレンズにおいて、上記凸状部が段差部を有する形状とされ、上記ソリッドイマージョンレンズと該ソリッドイマージョンレンズの対象物との間隔をｄとし、上記段差部の高さをｈとし、その光軸から上記段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（１）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（２）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５° ・・・（３）
（ただし、ｘ＝√〔ｒ２−｛（ｒ／ｎ）−ｈ｝２〕
の関係とされたことを特徴とする。
また、本発明は、上述のソリッドイマージョンレンズにおいて、その球状部が曲率半径ｒの半球状とされ、上記凸状部の集光位置における先端部は、半径が略ｒ／２の球に略外接する形状とされたことを特徴とする。
更に、本発明は、上述のソリッドイマージョンレンズにおいて、上記凸状部が段差部を有する形状とされ、上記ソリッドイマージョンレンズと該ソリッドイマージョンレンズの対象物との間隔をｄとし、上記段差部の高さをｈとし、その光軸から上記段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（４）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（５）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５° ・・・（６）
（ただし、ｘ＝√（ｒ２−ｈ２）
の関係とされたことを特徴とする。
更に、本発明は、上述のソリッドイマージョンレンズにおいて、上記凸状部が段差部を有する形状とされ、上記ソリッドイマージョンレンズと該ソリッドイマージョンレンズの対象物との間隔をｄとし、上記段差部の高さをｈとし、その光軸から上記段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（４）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（５）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５° ・・・（６）
（ただし、ｘ＝√（ｒ２−ｈ２）
の関係とされたことを特徴とする。
また、本発明による集光レンズは、上述の本発明構成によるソリッドイマージョンレンズと、このソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させ、対物側とは反対側に配置された光学レンズとより構成することを特徴とする。
更に、本発明による光学ピックアップ装置は、上述の本発明構成によるソリッドイマージョンレンズレンズと、このソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させて対物側とは反対側に配置された光学レンズと、光源とが少なくとも設けられ、ソリッドイマージョンレンズ及び光学レンズから成る集光レンズによって光源からの出射光を収束させて光スポットを形成する構成とすることを特徴とする。
また、本発明による光記録再生装置は、上述の本発明構成によるソリッドイマージョンレンズを用いた集光レンズを具備する光学ピックアップ装置を有し、集光レンズを光記録媒体のフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動する制御駆動手段を設ける構成とすることを特徴とする。
更に、本発明による光学ピックアップ装置は、上述の本発明構成によるソリッドイマージョンレンズレンズと、このソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させて対物側とは反対側に配置された光学レンズと、光源とが少なくとも設けられ、ソリッドイマージョンレンズ及び光学レンズから成る集光レンズによって光源からの出射光を収束させて光スポットを形成する構成とすることを特徴とする。
また、本発明による光記録再生装置は、上述の本発明構成によるソリッドイマージョンレンズを用いた集光レンズを具備する光学ピックアップ装置を有し、集光レンズを光記録媒体のフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動する制御駆動手段を設ける構成とすることを特徴とする。
上述したように、本発明のソリッドイマージョンレンズは、その対物側に、光軸に沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部を形成することによって、光記録媒体等の対象物との傾きマージンを従来に比して大とすることができると共に、特にこの凸状部を、少なくとも光軸からソリッドイマージョンレンズへの入射角θｉまでの範囲の入射光を確実に集光する形状として構成することによって、入射光を有効に用いることが可能となり、高開口数の集光レンズを提供することができる。
また本発明によるソリッドイマージョンレンズでは、凸状部を設ける構成とすることから、光記録媒体等の対象物との傾きマージンを従来に比して大とすることができ、これを用いた集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置において、組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができる。
本発明のソリッドイマージョンレンズによれば、傾きマージンを従来に比して大とし、入射光を有効に用いることが可能なソリッドイマージョンレンズを提供することができる。
更に、本発明によるソリッドイマージョンレンズにおいて、凸状部の集光位置における先端部を、球状部が超半球状の場合は半径が略ｒ／ｎの球に、また球状部が半球状の場合は半径が略ｒ／２の球に略外接する形状として形成することによって、入射光の光軸のずれに対して許容範囲を有する構成とすることができ、このソリッドイマージョンレンズと光記録媒体等の対象物との傾きマージンと、ソリッドイマージョンレンズと他の光学レンズとの組み立て精度のマージンとを、共に大とすることができる。
また、本発明によるソリッドイマージョンレンズにおいて、その対物側の凸状部に段差部を設け、この段差部の形状を、球状部が超半球状の場合は上記式（１）〜式（３）の関係を満たす形状とし、球状部が半球状の場合は上記式（４）〜（６）の関係を満たす形状とすることによって、同様に、光記録媒体等の対象物との傾きマージンと、組み立て精度のマージンとを共に従来に比して大とすることができる。
そして、このような本発明構成のソリッドイマージョンレンズを用いた集光レンズによれば、光記録媒体等との傾きマージン及び組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができることから、開口数が大なる集光レンズを従来に比して容易に得ることが可能となる。
また、この集光レンズを用いて構成される光学ピックアップ装置及び光記録再生装置においては、その組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができる。
以下本発明を実施するための最良の形態の例を、図面を参照して説明する。
本発明は、ソリッドイマージョンレンズと、このソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させ、対物側とは反対側に配置された光学レンズとで構成された集光レンズ、更にこの集光レンズを有し、いわゆるニアフィールド光記録再生方式を採用する光学ピックアップ装置と、この光学ピックアップ装置を有する光記録再生装置に適用することができる。
本発明は、ソリッドイマージョンレンズと、このソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させ、対物側とは反対側に配置された光学レンズとで構成された集光レンズ、更にこの集光レンズを有し、いわゆるニアフィールド光記録再生方式を採用する光学ピックアップ装置と、この光学ピックアップ装置を有する光記録再生装置に適用することができる。
まず、本発明によるソリッドイマージョンレンズの説明に先立って、これら集光レンズ、光学ピックアップ装置、光記録再生装置に適用した実施の形態の例について図１〜図５を参照して説明する。なお、図１〜図５において、ソリッドイマージョンレンズの形状は、その配置構成を容易に説明するために、本発明構成による一例を簡略化して示すものであるが、後述する図６以後の例を含む本発明構成の形状を採り得るものであることはいうまでもない。
図１は、本発明によるソリッドイマージョンレンズを用いた集光レンズの一例を示す概略構成図である。レンズの対象物の例えば光記録媒体３０に対し、本発明構成によるソリッドイマージョンレンズ１１、光学レンズ１２をこの順に光軸を合致させて配置して構成する。ソリッドイマージョンレンズ１１は、曲率半径ｒの半球状又は超半球状とされ、この例においては超半球状の例を示し、その光軸に沿う厚さは、ｒ（１＋１／ｎ）とされる。このような構成とすることによって、光学レンズ１２の開口数ＮＡを超える高開口数の集光レンズ１３を提供することができる。
なお、実際にはソリッドイマージョンレンズ１１と光記録媒体３０とは互いに接触してはいないが、これらソリッドイマージョンレンズ１１及び光記録媒体３０の間隔はソリッドイマージョンレンズ１１の厚さと比較して十分に小さいため図１〜図５においてはその間隔を省略して示す。
図２は、図１に示すソリッドイマージョンレンズ及び集光レンズを用いた光学ピックアップ装置の光学系の構成の一形態を示す概略構成図である。図示しない光源及びフォトディテクタと、ソリッドイマージョンレンズ１１及び光学レンズ１２より成る集光レンズ１３との間に、例えば第１及び第２のビームスプリッタ１４及び１５が配置される。光記録媒体３０は、例えばディスク状であれば、図示を省略するスピンドルモータに装着され、所定の回転数で回転される。
また、図１及び図２に示す光学ピックアップ装置には、集光レンズ１３をトラッキング方向及びフォーカシング方向に制御駆動する手段が設けられる。
この手段としては、例えば一般的な光学ピックアップに用いられる２軸アクチュエータや、磁気ヘッド装置等に用いられるスライダ等が挙げられる。
これら集光レンズ１３の制御駆動手段の形態を次に示す。
この手段としては、例えば一般的な光学ピックアップに用いられる２軸アクチュエータや、磁気ヘッド装置等に用いられるスライダ等が挙げられる。
これら集光レンズ１３の制御駆動手段の形態を次に示す。
図３は、制御駆動手段として２軸アクチュエータを用いた光学ピックアップ装置の一例の概略構成図である。図３に示すように、集光レンズ１３は、そのソリッドイマージョンレンズ１１及び光学レンズ１２の光軸を合致させて保持体２０により固定され、この保持体２０がフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される２軸アクチュエータ１６に固着されている。
図３に示すように、２軸アクチュエータ１６は、集光レンズ１３をトラッキング方向に制御駆動させるトラッキング用コイル１７と、フォーカシング方向に制御駆動させるフォーカシング用コイル１７とより構成される。
図３に示すように、２軸アクチュエータ１６は、集光レンズ１３をトラッキング方向に制御駆動させるトラッキング用コイル１７と、フォーカシング方向に制御駆動させるフォーカシング用コイル１７とより構成される。
そしてこの２軸アクチュエータ１６により、光記録媒体３０とソリッドイマージョンレンズ１１との距離を、例えば戻り光量をモニタし、その距離情報をフィードバックすることにより制御可能とし、ソリッドイマージョンレンズ１１と光記録媒体３０との距離をほぼ一定に保つようになされ、かつこのソリッドイマージョンレンズ１１と光記録媒体３０との衝突を避けるように制御される。
また、この２軸アクチュエータ１６において、トラッキング方向に戻り光量をモニタし、その位置情報をフィードバックすることにより、集光スポットを所望の記録トラックに移動させることが可能である。
また、この２軸アクチュエータ１６において、トラッキング方向に戻り光量をモニタし、その位置情報をフィードバックすることにより、集光スポットを所望の記録トラックに移動させることが可能である。
次に、図１及び図２に示した集光レンズ１３の制御駆動手段として、スライダを採用した場合の概略構成図を図４に示す。
図４に示すように、集光レンズ１３を、トラッキング方向に制御駆動されるスライダ２１に固着して構成することもできる。このスライダ２１は、例えば光記録媒体３０の面触れ方向にのみ弾性を有するジンバル２２等の弾性体、または図示を省略する他の弾性体を介し、トラッキング方向に移動する可動光学部（図示せず）に支持される。そしてこの可動光学部を、リニアモータ等で構成された制御駆動手段によりトラッキング方向に制御駆動することによって、所定のトラック上に集光レンズ１３を対向させることができる。
そして、光記録媒体３０の回転に伴い発生する気体流が光記録媒体３０とスライダ２１との間に流れ込むとともに、弾性体の光記録媒体３０側への押圧力と釣り合う気体薄膜が形成され、スライダ２１が光記録媒体３０に対して一定の距離、例えば５０ｎｍの距離を保ちつつ浮上するように構成される。すなわち、光記録媒体３０を所定の回転数で回転させて光記録媒体３０からの情報の再生時あるいは、光記録媒体３０への情報の記録時において、集光レンズ１３を構成するソリッドイマージョンレンズ１１と光記録媒体３０との距離を、スライダ３２によりほぼ一定距離に保たれた状態とすることができる。
図４に示すように、集光レンズ１３を、トラッキング方向に制御駆動されるスライダ２１に固着して構成することもできる。このスライダ２１は、例えば光記録媒体３０の面触れ方向にのみ弾性を有するジンバル２２等の弾性体、または図示を省略する他の弾性体を介し、トラッキング方向に移動する可動光学部（図示せず）に支持される。そしてこの可動光学部を、リニアモータ等で構成された制御駆動手段によりトラッキング方向に制御駆動することによって、所定のトラック上に集光レンズ１３を対向させることができる。
そして、光記録媒体３０の回転に伴い発生する気体流が光記録媒体３０とスライダ２１との間に流れ込むとともに、弾性体の光記録媒体３０側への押圧力と釣り合う気体薄膜が形成され、スライダ２１が光記録媒体３０に対して一定の距離、例えば５０ｎｍの距離を保ちつつ浮上するように構成される。すなわち、光記録媒体３０を所定の回転数で回転させて光記録媒体３０からの情報の再生時あるいは、光記録媒体３０への情報の記録時において、集光レンズ１３を構成するソリッドイマージョンレンズ１１と光記録媒体３０との距離を、スライダ３２によりほぼ一定距離に保たれた状態とすることができる。
以下、光学ピックアップ装置の概略構成について、再び図２を参照して説明する。光源、例えば半導体レーザから出射された往路光はコリメータレンズ（図示せず）により平行光に変換され（Ｌ１）、第１のビームスプリッタ１４を透過し（Ｌ）、集光レンズ１３を介して光記録媒体３０の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された復路光は集光レンズ１３を透過し、第１のビームスプリッタ１４で反射され（Ｌ２）、第２のビームスプリッタ１５に入射する。そしてこの第２のビームスプリッタ１５により分離された復路光(Ｌ３及びＬ４)は、フォーカシング用光検出器及び信号用光検出器（図示せず）に集光され、フォーカスシングエラー信号および再生ピット信号等が検出される。
また、第２のビームスプリッタで反射された復路光は、トラッキング用光検出器にも集光され、トラッキングエラー信号が検出される。なお、必要に応じてこの光学ピックアップ装置には、光記録媒体３０の面振れに対して、集光レンズ１３を固着する２軸アクチュエータ、もしくはスライダが追従した残りのフォーカスエラー成分および集光レンズの組み立て工程時に発生した誤差成分を、２枚のレンズの間隔を変えることで補正することができるリレーレンズを、第１のビームスプリッタ１４と光学レンズ１２との間に挿入し構成してもよい。
スライダ２１にソリッドイマージョンレンズ１１及び光学レンズ１２が固着されている場合は、スライダ２１が追従した残りのフォーカスエラー成分および集光レンズの組み立て工程時に発生した誤差成分を補正する手段として、集光レンズ１３を構成するソリッドイマージョンレンズ１１をスライダ２１に固定し、光学レンズ１２を例えば圧電素子等により光軸方向に可動するように構成してもよい。
また、スピンドルモータが複数の光記録媒体を装着する手段を有する光記録再生装置の場合は、図５の概略構成図に示すように、光軸をほぼ９０度曲げるミラー２３をスライダ２１に設ける構成が好適である。このような構成の光記録再生装置は、光記録媒体間の間隔を小とすることができるので、結果的に装置の小型化、薄型化を図ることができる。
なお、上記した光学ピックアップ装置は、再生のみを行う再生専用、記録のみを行う記録専用、記録と再生の両方を行うことができる記録再生用を含むものである。また、上述した各光学ピックアップ装置は、光磁気記録方式と、ニアフィールド光再生方式を組み合わせることにより、その光ピックアップ装置の一部に磁気コイル等を組み込んだものを含む構成とすることもできる。また、光記録再生装置は、再生のみを行う再生専用装置、記録のみを行う記録専用装置、記録と再生の両方を行うことができる記録再生用装置を含むものである。
次に、本発明構成のソリッドイマージョンレンズの形状について説明する。
図６は、本発明によるソリッドイマージョンレンズの光軸に沿う断面構成の一例の概略構成図である。図６に示すように、この場合球状部１を曲率半径ｒの超半球状とする例で、屈折率をｎとすると、光軸に沿う厚さはｒ（１＋１／ｎ）とされる。なお、図示しないが球状部１を半球状とする場合は光軸に沿う厚さはｒとされる。
そして本発明においては、このソリッドイマージョンレンズの対物側に、ソリッドイマージョンレンズの光軸ｃに沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部２を形成し、この凸状部２を、少なくとも光軸からソリッドイマージョンレンズ１１への入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状として構成する。
なお、図６においては、入射光が、球状部１の光軸ｃに直交する断面において直径が２ｒとなる破線Ｒで示す位置から入射する例を示しているが、この場合は、斜線を付して示す領域Ｓが光軸ｃを回転軸として回転された立体領域を少なくとも包含する凸状部２を設ける構成とするものである。
図６は、本発明によるソリッドイマージョンレンズの光軸に沿う断面構成の一例の概略構成図である。図６に示すように、この場合球状部１を曲率半径ｒの超半球状とする例で、屈折率をｎとすると、光軸に沿う厚さはｒ（１＋１／ｎ）とされる。なお、図示しないが球状部１を半球状とする場合は光軸に沿う厚さはｒとされる。
そして本発明においては、このソリッドイマージョンレンズの対物側に、ソリッドイマージョンレンズの光軸ｃに沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部２を形成し、この凸状部２を、少なくとも光軸からソリッドイマージョンレンズ１１への入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状として構成する。
なお、図６においては、入射光が、球状部１の光軸ｃに直交する断面において直径が２ｒとなる破線Ｒで示す位置から入射する例を示しているが、この場合は、斜線を付して示す領域Ｓが光軸ｃを回転軸として回転された立体領域を少なくとも包含する凸状部２を設ける構成とするものである。
なお、ソリッドイマージョンレンズ１１への入射光の入射角θｉは、
０°＜θｉ＜９０°
の範囲である。
これについて説明すると、ソリッドイマージョンレンズを利用した集光レンズの開口数は、図７にその一例の概略構成図を示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の対物面とは反対側に配置する光学レンズ１２からソリッドイマージョンレンズ１１への入射光の光軸からの入射角をθｉ０、ソリッドイマージョンレンズ１１内の入射角をθｉとし、光学レンズ１２の開口数をＮＡ、ソリッドイマージョンレンズ１１の屈折率をｎとすると、
ｓｉｎθｉ０＝ＮＡ
ｎｓｉｎθｉ０＝ｓｉｎθｉ
となるので、ソリッドイマージョンレンズ１１を有する集光レンズの実効的な開口数ＮＡ(SIL)は、
ＮＡ(SIL) ＝ｎ２ｓｉｎθｉ０
＝ｎｓｉｎθｉ
と表され、θｉが略９０°のときソリッドイマージョンレンズ１１を有する集光レンズの実効的な開口数は、ＮＡ(SIL) ＝ｎで最大となる。
０°＜θｉ＜９０°
の範囲である。
これについて説明すると、ソリッドイマージョンレンズを利用した集光レンズの開口数は、図７にその一例の概略構成図を示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の対物面とは反対側に配置する光学レンズ１２からソリッドイマージョンレンズ１１への入射光の光軸からの入射角をθｉ０、ソリッドイマージョンレンズ１１内の入射角をθｉとし、光学レンズ１２の開口数をＮＡ、ソリッドイマージョンレンズ１１の屈折率をｎとすると、
ｓｉｎθｉ０＝ＮＡ
ｎｓｉｎθｉ０＝ｓｉｎθｉ
となるので、ソリッドイマージョンレンズ１１を有する集光レンズの実効的な開口数ＮＡ(SIL)は、
ＮＡ(SIL) ＝ｎ２ｓｉｎθｉ０
＝ｎｓｉｎθｉ
と表され、θｉが略９０°のときソリッドイマージョンレンズ１１を有する集光レンズの実効的な開口数は、ＮＡ(SIL) ＝ｎで最大となる。
つまり、図８Ａ〜Ｄにおいて入射角度θｉが変化する場合の概略構成図をそれぞれ示すように、入射角θｉが大きくなるほど、ソリッドイマージョンレンズを有する集光レンズの実効的な開口数ＮＡ(SIL) は大となり、９０°に近づくにつれ最大値ｎに近づく。図７及び８において、図６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
すなわち、入射角度θｉを大とするほうが高い開口数を得るためには望ましいが、製造マージンは入射角度θｉを大とするほど小さくなり、歩留まりを高めることが難しくなる。
このため、製造マージンをある程度確保するためには、破線Ｒで示す位置近傍から入射させる構成が望ましく、すなわち実用的には入射角θｉをｔａｎ−１（ｎ）近傍とすることが望ましい。
すなわち、入射角度θｉを大とするほうが高い開口数を得るためには望ましいが、製造マージンは入射角度θｉを大とするほど小さくなり、歩留まりを高めることが難しくなる。
このため、製造マージンをある程度確保するためには、破線Ｒで示す位置近傍から入射させる構成が望ましく、すなわち実用的には入射角θｉをｔａｎ−１（ｎ）近傍とすることが望ましい。
そして、このように高い開口数を得るために設定された所定の入射角の入射光を包含して集光するには、凸状部２に設ける傾斜部の光軸からの傾斜角度θを、
θ≧θｉ
として構成する。なお、傾斜角度を光軸と直交する断面からの角度θｓとして示すと、
θｓ≦９０°−θｉ
となる。
θ≧θｉ
として構成する。なお、傾斜角度を光軸と直交する断面からの角度θｓとして示すと、
θｓ≦９０°−θｉ
となる。
ソリッドイマージョンレンズを用いる光記録媒体が、光磁気再生方式を適用する場合は、記録時及び／又は再生時に磁界が必要になることから、ソリッドイマージョンレンズ１１の対物面の一部に磁気コイル等を取り付けて構成してもよい。
またソリッドイマージョンレンズの材料としては、例えば用いられる光記録再生装置の装備するレーザ光源など、入射光の波長に対して屈折率が大きく、また透過率が大きくかつ光吸収が小さい材料が好適である。例えば、高屈折率ガラスであるオハラ株式会社製のＳ−ＬＡＨ７９や、高屈折率セラミックス、高屈折率単結晶材料であるＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２、ＳｒＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどが好適である。
また、これらのレンズ材料は、アモルファス構造、もしくは単結晶の場合には立方晶構造であることが望ましい。光学レンズ材料がアモルファス構造、もしくは立方晶構造である場合、その方位を精度良く合わせる必要がなく、従来のボール研磨方法や研磨装置が利用可能である。また、材料の方位を気にすることなく、光学レンズ作製のためのエッチングプロセスやポリッシングプロセスを容易に適用できるという利点がある。
またソリッドイマージョンレンズの材料としては、例えば用いられる光記録再生装置の装備するレーザ光源など、入射光の波長に対して屈折率が大きく、また透過率が大きくかつ光吸収が小さい材料が好適である。例えば、高屈折率ガラスであるオハラ株式会社製のＳ−ＬＡＨ７９や、高屈折率セラミックス、高屈折率単結晶材料であるＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２、ＳｒＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどが好適である。
また、これらのレンズ材料は、アモルファス構造、もしくは単結晶の場合には立方晶構造であることが望ましい。光学レンズ材料がアモルファス構造、もしくは立方晶構造である場合、その方位を精度良く合わせる必要がなく、従来のボール研磨方法や研磨装置が利用可能である。また、材料の方位を気にすることなく、光学レンズ作製のためのエッチングプロセスやポリッシングプロセスを容易に適用できるという利点がある。
〔１〕第１の実施の形態
次に、第１の実施の形態例として、図９〜図１１の概略構成図に示すソリッドイマージョンレンズ１１について、その構成及び入射光の経路とともに詳細に説明する。図９においてはこのソリッドイマージョンレンズ１１の形状の理解を容易にするために、概略側面図及び対物側からみた概略平面図を並置して示す。この場合、ソリッドイマージョンレンズ１１は、その球状部１を超半球状とするもので、球状部１の曲率半径をｒ、屈折率をｎ、光軸に沿う方向の厚さをｒ（１＋１／ｎ）として、その対物側に傾斜部３を有する凸状部２を設けた場合を示す。
そしてこの例においては、この凸状部２の集光位置の先端部５を、破線ｂで示す半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状として形成した場合を示す。
図９において、破線Ｒは、球状部１の光軸ｃに直交する断面において、直径が２ｒとなる断面を示す。この破線Ｒで示す断面から、先端部５までの光軸に沿う厚さが略ｒ／ｎとなる。すなわち、破線ｂで示す半径ｒ／ｎの球は、その中心位置を、球状部１の中心位置と略同一とした球であることが望ましい。
次に、第１の実施の形態例として、図９〜図１１の概略構成図に示すソリッドイマージョンレンズ１１について、その構成及び入射光の経路とともに詳細に説明する。図９においてはこのソリッドイマージョンレンズ１１の形状の理解を容易にするために、概略側面図及び対物側からみた概略平面図を並置して示す。この場合、ソリッドイマージョンレンズ１１は、その球状部１を超半球状とするもので、球状部１の曲率半径をｒ、屈折率をｎ、光軸に沿う方向の厚さをｒ（１＋１／ｎ）として、その対物側に傾斜部３を有する凸状部２を設けた場合を示す。
そしてこの例においては、この凸状部２の集光位置の先端部５を、破線ｂで示す半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状として形成した場合を示す。
図９において、破線Ｒは、球状部１の光軸ｃに直交する断面において、直径が２ｒとなる断面を示す。この破線Ｒで示す断面から、先端部５までの光軸に沿う厚さが略ｒ／ｎとなる。すなわち、破線ｂで示す半径ｒ／ｎの球は、その中心位置を、球状部１の中心位置と略同一とした球であることが望ましい。
図１０に、図９に示すソリッドイマージョンレンズ１１の先端部５の拡大断面図を示す。図１０においては、図９と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。先端部５は、破線ｂで示す半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とされる。矢印Ｌｉは、半導体レーザ等の入射光を示し、その光軸を破線矢印ａで示す。この場合、図１０に示すように、その凸状部２に傾斜部３が設けられていることから、光記録媒体３０に近接する対物面と、この媒体３０との傾きマージンを確保することができる。
特に、この傾斜部の傾き角度を、所定の高い開口数が得られる角度の入射光が確実に入射、集光されるように、少なくとも光軸からの角度が０°から９０°、入射角θｉをｔａｎ−１（ｎ）とする場合は、０°からｔａｎ−１（ｎ）の範囲の入射光が集光される形状とする。具体的には、図１０に示すようにこの傾斜部３の、光記録媒体３０の表面と平行な面からの傾斜角度θｓを、例えば前述の図６において斜線を付して示す領域Ｓを包含する形状とすることによって所定の開口数を得る入射光が確実に先端部５に集光される形状とすることができる。
更に、図１１において、入射光Ｌｉが傾いた場合の概略構成を示すように、例えば入射光の光軸がソリッドイマージョンレンズ１１の光軸ｃから数度ずれて、矢印Ｌｉ１又は矢印Ｌｉ２で示すようにわずかに斜めに入射された場合においても、例えば図６において説明した斜線を付して示す領域Ｓに加えて、光軸からｔａｎ−１（ｎ）＋５°程度の範囲を包含する形状となるように傾斜部３の傾斜角度θｓを選定することによって、入射光の光軸が±５°の範囲でずれた場合においても所定の開口数を得る入射光を確実に集光させる形状とすることができ、組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができる。
またこのとき、傾斜部３の先端部５を、球状部１と略中心位置を同一とした半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とすることから、図１１においてソリッドイマージョンレンズの光軸ｃからずれて入射された入射光Ｌｉ１、Ｌｉ２の光軸を破線矢印ａ１及びａ２で示すように、その先端位置、すなわちその集光位置は、半径略ｒ／ｎの球に略外接する先端部５の対物面に合致することとなり、したがって光軸がずれて入射された場合においても、ソリッドイマージョンレンズ１１を通過する光路の長さを変化させることなく入射光を集光し、光記録媒体３０に照射することができる。
一方、前述の図３１において説明したように、従来のソリッドイマージョンレンズは、その集光部分が対物面９の１点でしか許容されないため、背後の光学レンズからの入射光の角度がばらついた場合、そのレンズ厚さｒ（１＋１／ｎ）が変化してしまい、入射光の角度ばらつきに対するマージンはゼロであることがわかる。
更にこの場合は、対物面９が平坦な平面形状であり、媒体との傾きマージンがゼロであるため、レンズ、もしくは媒体が傾いたときに、レンズと媒体が接触し、レンズと媒体の双方に傷や磨耗などの損傷を受けてしまうという問題がある。
更にこの場合は、対物面９が平坦な平面形状であり、媒体との傾きマージンがゼロであるため、レンズ、もしくは媒体が傾いたときに、レンズと媒体が接触し、レンズと媒体の双方に傷や磨耗などの損傷を受けてしまうという問題がある。
これに対し、本発明構成のソリッドイマージョンレンズによれば、光学レンズとの組み立て、接着工程においても、その位置合わせ精度のマージンを従来に比して大とすることができ、また上述した光記録媒体との傾きマージンの増大化の効果と相俟って、従来困難であった超小径のソリッドイマージョンレンズを用いる場合においても、従来よりも容易に組み立て、製造することが可能となる。
以上述べたように、図９に示す本発明構成の形状のソリッドイマージョンレンズを用いることにより、対物面部分を上記の様に凸形状に加工することにより、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを大とすることができることから、本発明によるソリッドイマージョンレンズを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置においては、光記録媒体に対する記録再生の安定性を高めることが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
更に、ソリッドイマージョンレンズの小型化が可能となることから、光記録媒体のフォーカス方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの重量が小となり、フォーカスサーボやトラッキングサーボのシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることができ、光学ピックアップ装置および光記録再生装置の小型化薄型化を図ることが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
更に、ソリッドイマージョンレンズの小型化が可能となることから、光記録媒体のフォーカス方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの重量が小となり、フォーカスサーボやトラッキングサーボのシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることができ、光学ピックアップ装置および光記録再生装置の小型化薄型化を図ることが可能となる。
図１２においては、球状部１を曲率半径ｒの半球状として、その光軸に沿う厚さをｒとし、上述の図９の例と同様に、その対物側に傾斜部３を有する凸状部２を設け、かつこの凸状部２の集光位置の先端部５を、破線ｂで示す半径が略ｒ／２の球に略外接する形状として形成した場合を示す。図１２において、図９と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、図９に示す例と同様に、その傾斜部３の傾斜角度を適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
この場合においても、図９に示す例と同様に、その傾斜部３の傾斜角度を適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
〔２〕第２の実施の形態
次に、本発明による第２の実施の形態の一例の概略構成を図１３〜図１５を参照して詳細に説明する。図１３〜図１５において、図９〜図１１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、図１３に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１は超半球状とし、凸状部２に傾斜部３を設け、その先端部５を、破線ｂで示す球状部１と中心位置を略同一とした半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とする。そしてこの場合、傾斜部３は超半球状の球状部１の縁部まで延長することなく、傾斜部３の周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける構成とするものである。
この場合においても、上述の第１の実施の形態の例と同様に、凸状部２を設けることによって、光記録媒体３０との傾きマージンを大とすることができる。
次に、本発明による第２の実施の形態の一例の概略構成を図１３〜図１５を参照して詳細に説明する。図１３〜図１５において、図９〜図１１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においては、図１３に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１は超半球状とし、凸状部２に傾斜部３を設け、その先端部５を、破線ｂで示す球状部１と中心位置を略同一とした半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とする。そしてこの場合、傾斜部３は超半球状の球状部１の縁部まで延長することなく、傾斜部３の周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける構成とするものである。
この場合においても、上述の第１の実施の形態の例と同様に、凸状部２を設けることによって、光記録媒体３０との傾きマージンを大とすることができる。
なお、この場合図１４に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の先端部５において、半径が略ｒ／ｎの球に略外接する部分は、光軸ｃを中心として半径ｆの範囲とする。この範囲としては、ソリッドイマージョンレンズ１１の半径ｒ、屈折率ｎにもよるが、例えば半径ｒを０．５ｍｍとしたとき、半径ｆを５μｍから５０μｍ程度の範囲に設定すれば、入射光が０．５°から５°程度傾いても、良好に先端部５に集光させることができる。
この場合においても、図９〜図１１において説明した例と同様に、凸状部２の形状を適切に選定することにより、すなわち具体的には、傾斜部３の傾斜角度θｓ、先端部５から平面部６までの高さ等を適切に選定して、例えば図６において斜線を付して示す領域Ｓを包含する形状として構成することにより、少なくとも光軸からの角度が０°からθｉの範囲の入射光を妨げることなく、確実に集光位置に集光させることができ、したがって所定の開口数の得られる構成とすることができる。
更に、上述したように凸状部２の先端部５を、半径略ｒ／ｎの球に略外接する形状とすることから、図１５に示すように、破線矢印ａ１からａ２の範囲の入射光の光軸のずれに対して確実に入射光を先端部５の集光位置に集光させることができ、光軸のずれに対して従来に比してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
この場合においても、図９〜図１１において説明した例と同様に、凸状部２の形状を適切に選定することにより、すなわち具体的には、傾斜部３の傾斜角度θｓ、先端部５から平面部６までの高さ等を適切に選定して、例えば図６において斜線を付して示す領域Ｓを包含する形状として構成することにより、少なくとも光軸からの角度が０°からθｉの範囲の入射光を妨げることなく、確実に集光位置に集光させることができ、したがって所定の開口数の得られる構成とすることができる。
更に、上述したように凸状部２の先端部５を、半径略ｒ／ｎの球に略外接する形状とすることから、図１５に示すように、破線矢印ａ１からａ２の範囲の入射光の光軸のずれに対して確実に入射光を先端部５の集光位置に集光させることができ、光軸のずれに対して従来に比してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
そしてこの例においても、対物面部分を凸形状とすることにより、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを大とすることができることから、本発明によるソリッドイマージョンレンズを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置においては、光記録媒体に対する記録再生の安定性を高めることが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
更に、ソリッドイマージョンレンズの小型化が可能となることから、光記録媒体のフォーカス方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの重量が小となり、フォーカスサーボやトラッキングサーボのシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることができ、光学ピックアップ装置および光記録再生装置の小型化薄型化を図ることが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
更に、ソリッドイマージョンレンズの小型化が可能となることから、光記録媒体のフォーカス方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの重量が小となり、フォーカスサーボやトラッキングサーボのシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることができ、光学ピックアップ装置および光記録再生装置の小型化薄型化を図ることが可能となる。
図１６においては、球状部１を曲率半径ｒの半球状として、その光軸に沿う厚さをｒとし、上述の図１３の例と同様に、その対物側に傾斜部３を有し、この傾斜部３の周囲を光軸と直交する平面と略平行な平面部６とした凸状部２を設け、その先端部５を、破線ｂで示す半径が略ｒ／２の球に略外接する形状とした場合を示す。図１６において、図１３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、図１３に示す例と同様に、その傾斜部３の傾斜角度を適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
この場合においても、図１３に示す例と同様に、その傾斜部３の傾斜角度を適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
〔３〕第３の実施の形態
次に、本発明による第３の実施の形態の例を図１７〜図１９を参照して説明する。図１７〜図１９において、図９〜図１１に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においても、図１７に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１は超半球状とし、凸状部２には、破線ｂで示す球状部１と中心位置を略同一とした半径が略ｒ／ｎの球に略外接する曲面形状の段差部４を構成し、その周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける構成とするものである。
次に、本発明による第３の実施の形態の例を図１７〜図１９を参照して説明する。図１７〜図１９において、図９〜図１１に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においても、図１７に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１は超半球状とし、凸状部２には、破線ｂで示す球状部１と中心位置を略同一とした半径が略ｒ／ｎの球に略外接する曲面形状の段差部４を構成し、その周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける構成とするものである。
この場合は、図１８に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の先端部を含む段差部において全面的に、半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とする。ここで、光軸ｃから段差部の縁部までの距離をｙ、その高さをｈとしたとき、ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）で得られる角度θｔを、入射光Ｌｉの平面部６からの角度より小さく選定することによって、前述の図６において斜線を付して示す領域Ｓの範囲の入射光を妨げることなく、確実に集光位置に集光させることができ、したがって所定の開口数の得られる構成とすることができる。
更に、上述したように凸状部２の先端部５を半径略ｒ／ｎの球に略外接する形状とすることから、図１９に示すように、破線矢印ａ１からａ２の範囲の入射光の光軸のずれに対して確実に入射光を先端部５の集光位置に集光させることができ、光軸のずれに対して従来に比してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
更に、上述したように凸状部２の先端部５を半径略ｒ／ｎの球に略外接する形状とすることから、図１９に示すように、破線矢印ａ１からａ２の範囲の入射光の光軸のずれに対して確実に入射光を先端部５の集光位置に集光させることができ、光軸のずれに対して従来に比してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
そしてこの例においても、対物面部分を凸形状とすることにより、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを大とすることができることから、本発明によるソリッドイマージョンレンズを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置においては、光記録媒体に対する記録再生の安定性を高めることが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
更に、ソリッドイマージョンレンズの小型化が可能となることから、光記録媒体のフォーカス方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの重量が小となり、フォーカスサーボやトラッキングサーボのシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることができ、光学ピックアップ装置および光記録再生装置の小型化薄型化を図ることが可能となる。
そしてこの場合においても、図１９に示すように、入射光Ｌｉの光軸がずれた場合においても、レンズ１１の厚さを実質的に変化しない構成とすることができることから、第１及び第２の実施の形態の例と同様に、光記録媒体３０に対して傾斜マージンを有し、かつ入射光の光軸のずれに対してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
そしてこの場合においても、図１９に示すように、入射光Ｌｉの光軸がずれた場合においても、レンズ１１の厚さを実質的に変化しない構成とすることができることから、第１及び第２の実施の形態の例と同様に、光記録媒体３０に対して傾斜マージンを有し、かつ入射光の光軸のずれに対してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
図２０においては、球状部１を曲率半径ｒの半球状として、その光軸に沿う厚さをｒとし、上述の図１７の例と同様に、その対物側に破線ｂで示す半径が略ｒ／２の球に略外接する曲面形状の段差部４を構成し、その周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける構成とするものである。図２０において、図１７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、図１７に示す例と同様に、その段差部４の縁部の光軸ｃからの長さ及び高さを適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
この場合においても、図１７に示す例と同様に、その段差部４の縁部の光軸ｃからの長さ及び高さを適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
〔４〕第４の実施の形態
次に、本発明による第４の実施の形態の例について図２１〜図２３を参照して説明する。図２１〜図２３において、図９〜図１１に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においても、図２１に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１は超半球状とし、凸状部２には、破線ｂで示す球状部１と中心位置を略同一とした半径が略ｒ／ｎの球に略外接する先端部５を有する段差部４を設け、その周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける構成とするものである。
次に、本発明による第４の実施の形態の例について図２１〜図２３を参照して説明する。図２１〜図２３において、図９〜図１１に対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この例においても、図２１に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１は超半球状とし、凸状部２には、破線ｂで示す球状部１と中心位置を略同一とした半径が略ｒ／ｎの球に略外接する先端部５を有する段差部４を設け、その周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける構成とするものである。
そしてこの場合は、図２２に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１の先端部５において、段差部４が突出して設けられ、その先端部のみを、半径略ｒ／ｎの球に略外接する曲面形状とする。この場合も同様に、光軸ｃから段差部４の縁部までの長さをｙ、その高さをｈとしたとき、ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）で得られる角度θｔを入射光Ｌｉの平面部６からの角度より小さく選定することによって、前述の図６において斜線を付して示す領域Ｓの範囲の入射光を妨げることなく、確実に集光位置に集光させることができ、したがって所定の開口数の得られる構成とすることができる。
またこの場合においても、凸状部２の先端部５を半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とすることから、図２３に示すように、破線矢印ａ１からａ２の範囲の入射光の光軸のずれに対して確実に入射光を先端部５の集光位置に集光させることができ、光軸のずれに対して従来に比してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
またこの場合においても、凸状部２の先端部５を半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とすることから、図２３に示すように、破線矢印ａ１からａ２の範囲の入射光の光軸のずれに対して確実に入射光を先端部５の集光位置に集光させることができ、光軸のずれに対して従来に比してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
そしてこの例においても、対物面部分を凸形状とすることにより、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを大とすることができることから、本発明によるソリッドイマージョンレンズを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置においては、光記録媒体に対する記録再生の安定性を高めることが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
また、従来のソリッドイマージョンレンズでは限界であった微小曲率半径のソリッドイマージョンレンズと、他の光学レンズとの組み立て精度のマージンを従来に比して大とすることができ、より容易に高開口数の集光レンズを組み立て、保持することが可能となる。
更に、ソリッドイマージョンレンズの小型化が可能となることから、光記録媒体のフォーカス方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの重量が小となり、フォーカスサーボやトラッキングサーボのシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることができ、光学ピックアップ装置および光記録再生装置の小型化薄型化を図ることが可能となる。
そしてこの場合においても、図２３に示すように、入射光Ｌｉの光軸がずれた場合においても、レンズ１１の厚さを実質的に変化しない構成とすることができることから、第１及び第２の実施の形態の例と同様に、光記録媒体３０に対して傾斜マージンを有し、かつ入射光の光軸のずれに対してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
そしてこの場合においても、図２３に示すように、入射光Ｌｉの光軸がずれた場合においても、レンズ１１の厚さを実質的に変化しない構成とすることができることから、第１及び第２の実施の形態の例と同様に、光記録媒体３０に対して傾斜マージンを有し、かつ入射光の光軸のずれに対してマージンが大なるソリッドイマージョンレンズ、集光レンズを提供することができる。
図２４においては、球状部１を曲率半径ｒの半球状として、その光軸に沿う厚さをｒとし、上述の図２１の例と同様に、その凸状部２には、破線ｂで示す半径が略ｒ／２の球に略外接する先端部５を有する段差部４を設け、その周囲に、光軸と直交する平面と略平行な平面部６を設ける形状とした場合を示す。図２４において、図２１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、図２１に示す例と同様に、その段差部４の縁部の光軸ｃからの長さと高さを適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
この場合においても、図２１に示す例と同様に、その段差部４の縁部の光軸ｃからの長さと高さを適切に選定することによって、入射光を妨げることなく、良好に光記録媒体との傾きマージンを大とすることができ、また入射光の光軸ずれに対して同様に許容範囲を有することから、組み立て工程、製造の容易化を図り、ソリッドイマージョンレンズの小型化、軽量化、これを用いた光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の小型薄型化を図ることが可能となる。
〔５〕第５の実施の形態
次に、本発明による第５の実施の形態の例について図２５及び図２６を参照して詳細に説明する。図２５及び図２６において、図９〜図１１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１を超半球状とし、対物面の凸状部２に段差部４を設け、その先端部５を平面状とし、また段差部４の周囲は、光軸ｃと直交する平面と略平行な平面部６として構成した場合を示す。この先端部５は円筒形状でもよく、また角柱状、或いはその光軸と直交する断面が楕円状となる凸形状などとすることができる。凸状部２の周囲は、光軸ｃと直交する平面と略平行な面が形成される。
次に、本発明による第５の実施の形態の例について図２５及び図２６を参照して詳細に説明する。図２５及び図２６において、図９〜図１１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、ソリッドイマージョンレンズ１１の球状部１を超半球状とし、対物面の凸状部２に段差部４を設け、その先端部５を平面状とし、また段差部４の周囲は、光軸ｃと直交する平面と略平行な平面部６として構成した場合を示す。この先端部５は円筒形状でもよく、また角柱状、或いはその光軸と直交する断面が楕円状となる凸形状などとすることができる。凸状部２の周囲は、光軸ｃと直交する平面と略平行な面が形成される。
そしてこの例においては、図２６の概略構成図にその凸状部２の形状を詳細に示すように、段差部４の形状を、入射光を遮らないような条件で形成するものであり、かつ、その凸状部４の縁部、すなわち球状部側及び対物側それぞれの縁部４Ａ及び４Ｂにおける光軸からの長さｙと高さｈを、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンが最大になるように形成するものである。
すなわちこの場合、図２６に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１とその対象物との間隔をｄ、段差部の高さをｈ、その光軸から段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、上記式（１）〜（３）、すなわち
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（１）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（２）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５°
（ただし、ｘ＝√〔ｒ２−｛（ｒ／ｎ）−ｈ｝２〕 ・・・（３）
の関係として構成する。
すなわちこの場合、図２６に示すように、ソリッドイマージョンレンズ１１とその対象物との間隔をｄ、段差部の高さをｈ、その光軸から段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、上記式（１）〜（３）、すなわち
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（１）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（２）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５°
（ただし、ｘ＝√〔ｒ２−｛（ｒ／ｎ）−ｈ｝２〕 ・・・（３）
の関係として構成する。
上述したように、ソリッドイマージョンレンズにおいて、入射角θｉは０〜９０°の範囲であるが、前述したように、実用的にはｔａｎ−１（ｎ）程度とすることが望ましい。図２６に示すように、光記録媒体３０等の対象物の表面と平行な面からの入射光Ｌｉの角度θ４を、
θ４＝９０°−ｔａｎ−１（ｎ）
＝９０°―θｉ
とする。
凸状部１の段差部４の球状部１側の縁部４Ａの集光位置からの傾斜角度θ３は、
θ３＝ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）
である。
すなわち、この場合入射光を遮らない形状を有する条件は、θ３＜θ４であるから、上記式（１）の関係を満たすことによって、入射光を最大限有効に利用することができる。
θ４＝９０°−ｔａｎ−１（ｎ）
＝９０°―θｉ
とする。
凸状部１の段差部４の球状部１側の縁部４Ａの集光位置からの傾斜角度θ３は、
θ３＝ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）
である。
すなわち、この場合入射光を遮らない形状を有する条件は、θ３＜θ４であるから、上記式（１）の関係を満たすことによって、入射光を最大限有効に利用することができる。
次に、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンについて説明する。光記録媒体３０上がソリッドイマージョンレンズ１１の先端部５と接触する傾きθ２は、その集光位置から、ソリッドイマージョンレンズ１１の先端部５の縁部４Ｂに向かう傾斜角度であり、
θ２＝ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）
で表される。一方、ソリッドイマージョンレンズの端面、すなわち球状部１の縁部が光記録媒体３０と接触する角度θ１は、
θ１＝ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝
（ただし、ｘ＝√〔ｒ２−｛（ｒ／ｎ）−ｈ｝２〕
である。
θ２＝ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）
で表される。一方、ソリッドイマージョンレンズの端面、すなわち球状部１の縁部が光記録媒体３０と接触する角度θ１は、
θ１＝ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝
（ただし、ｘ＝√〔ｒ２−｛（ｒ／ｎ）−ｈ｝２〕
である。
これらθ１とθ２の、凸状部２の高さｈについての依存性を示したのが、図２７である。図２７に示すように、θ１は、凸状部２の高さと光軸から縁部までの長さｙを増加させると単調に増加するのに対して、θ２は、凸状部２の高さｈと長さｙの増加に対して、反比例して減少する。
ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンは、これらθ１及びθ２のうち小さいほうの角度に依存する。したがって、θ１＝θ２となる形状の凸状部２を、対物面に加工、形成することによって、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを最大にすることができる。
或いは、これらの角度θ１及びθ２が共に、少なくとも０．０５°を超える角度であれば、従来に比して組み立て精度のマージンを大とすることが可能なソリッドイマージョンレンズを提供することができることがわかる。
ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンは、これらθ１及びθ２のうち小さいほうの角度に依存する。したがって、θ１＝θ２となる形状の凸状部２を、対物面に加工、形成することによって、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを最大にすることができる。
或いは、これらの角度θ１及びθ２が共に、少なくとも０．０５°を超える角度であれば、従来に比して組み立て精度のマージンを大とすることが可能なソリッドイマージョンレンズを提供することができることがわかる。
以上述べたように、本発明のソリッドイマージョンレンズの形状を用いれば、入射光の光路を遮ることなく、所定の開口数を得ることができ、かつ、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを大とするソリッドイマージョンレンズを得ることができる。
図２８は、球状部１を半球状とし、上述の例と同様の形状の凸状部２を有する場合の概略構成図を示す。図２８において、図２６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、その凸状部４の縁部、すなわち球状部側及び対物側それぞれの縁部４Ａ及び４Ｂにおける光軸からの長さをｙ、段差部４の高さｈ、ソリッドイマージョンレンズ１１とその対象物との間隔をｄとしたとき、上記式（４）〜（６）、すなわち
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（４）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（５）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５° ・・・（６）
（ただし、ｘ＝√（ｒ２−ｈ２））
の関係として構成する。
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ ・・・（４）
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５° ・・・（５）
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５° ・・・（６）
（ただし、ｘ＝√（ｒ２−ｈ２））
の関係として構成する。
この場合、図２８に示すように、光記録媒体３０等の対象物の表面と平行な面からの入射光Ｌｉの角度θ４は、
θ４＝９０°−θｉ
となる。
凸状部１の段差部４の球状部１側の縁部４Ａの集光位置からの傾斜角度θ３は、
θ３＝ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）
である。
すなわち、この場合入射光を遮らない形状を有する条件は、θ３＜θ４であるから、上記式（１）の関係を満たすことによって、入射光を最大限有効に利用することができる。
θ４＝９０°−θｉ
となる。
凸状部１の段差部４の球状部１側の縁部４Ａの集光位置からの傾斜角度θ３は、
θ３＝ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）
である。
すなわち、この場合入射光を遮らない形状を有する条件は、θ３＜θ４であるから、上記式（１）の関係を満たすことによって、入射光を最大限有効に利用することができる。
次に、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンについて説明する。光記録媒体３０上がソリッドイマージョンレンズ１１の先端部５と接触する傾きθ２は、その集光位置から、ソリッドイマージョンレンズ１１の先端部５の縁部４Ｂに向かう傾斜角度であり、
θ２＝ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）
で表される。一方、ソリッドイマージョンレンズの端面、すなわち球状部１の縁部が光記録媒体３０と接触する角度θ１は、
θ１＝ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝
（ただし、ｘ＝√（ｒ２−ｈ２））
である。
これらの角度θ１及びθ２が共に、少なくとも０．０５°を超える角度であれば、従来に比して組み立て精度のマージンを大とすることが可能なソリッドイマージョンレンズを提供することができることがわかる。
以上述べたように、本発明のソリッドイマージョンレンズの形状を用いれば、入射光の光路を遮ることなく、所定の開口数を得ることができ、かつ、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを大とするソリッドイマージョンレンズを得ることができる。
θ２＝ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）
で表される。一方、ソリッドイマージョンレンズの端面、すなわち球状部１の縁部が光記録媒体３０と接触する角度θ１は、
θ１＝ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝
（ただし、ｘ＝√（ｒ２−ｈ２））
である。
これらの角度θ１及びθ２が共に、少なくとも０．０５°を超える角度であれば、従来に比して組み立て精度のマージンを大とすることが可能なソリッドイマージョンレンズを提供することができることがわかる。
以上述べたように、本発明のソリッドイマージョンレンズの形状を用いれば、入射光の光路を遮ることなく、所定の開口数を得ることができ、かつ、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを大とするソリッドイマージョンレンズを得ることができる。
次に、実際にソリッドイマージョンレンズの材料構成、凸状部の寸法形状を選定した例について以下に説明する。
［１］実施例１
例えば、第５の実施の形態で説明した形状のソリッドイマージョンレンズにおいて、その半径ｒを１．０ｍｍ、屈折率を２．２１３、レンズと媒体の間隔を２５ｎｍとしたとき、円筒部分の光軸から縁部までの長さｙを８μｍ、高さｈを２．８μｍとして、エッチングプロセスにより凸状部２を形成した。この場合、入射光の光路を遮ることなく、開口数２．０２を実現し、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを、＋／−０．１７９°とすることができた。この場合の段差部４の縁部４Ａの角度θ３、段差部と入射光との傾きマージン、段差部４の対物側の縁部４Ｂと光記録媒体との傾きマージン、そしてソリッドイマージョンレンズ自体と光記録媒体との傾きマージンを以下の表１にそれぞれ示す。
この場合、従来は殆どマージンが０であったソリッドイマージョンレンズにおいて、傾きマージン＋／−０．１７９°を得ている。
［１］実施例１
例えば、第５の実施の形態で説明した形状のソリッドイマージョンレンズにおいて、その半径ｒを１．０ｍｍ、屈折率を２．２１３、レンズと媒体の間隔を２５ｎｍとしたとき、円筒部分の光軸から縁部までの長さｙを８μｍ、高さｈを２．８μｍとして、エッチングプロセスにより凸状部２を形成した。この場合、入射光の光路を遮ることなく、開口数２．０２を実現し、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを、＋／−０．１７９°とすることができた。この場合の段差部４の縁部４Ａの角度θ３、段差部と入射光との傾きマージン、段差部４の対物側の縁部４Ｂと光記録媒体との傾きマージン、そしてソリッドイマージョンレンズ自体と光記録媒体との傾きマージンを以下の表１にそれぞれ示す。
この場合、従来は殆どマージンが０であったソリッドイマージョンレンズにおいて、傾きマージン＋／−０．１７９°を得ている。
［２］実施例２
以下の実施例２及び３、比較例１においては、ソリッドイマージョンレンズの半径ｒを０．４５ｍｍとした場合について説明する。この例においても同様に、凸状部２の円筒形状をエッチングプロセスにて加工した。この例においてはソリッドイマージョンレンズの屈折率を２．２１３、レンズと光記録媒体の間隔を２５ｎｍとしたときの実施例を示す。実施例２では、凸状部２の光軸から縁部までの長さｙを５．１５μｍとし、その高さｈを１．９２μｍとした。このソリッドイマージョンレンズにおいて、入射光角度２４．３°に対して、＋３．８７度のマージンを持って凸状部２を形成することができ、すなわち、入射光を遮ることなく、所定の開口数である２．０２を得ることが可能となった。また、凸状部２の端部４Ｂと光記録媒体３０との傾きマージンを測定すると、＋／−０．２７８°が得られ、ソリッドイマージョンレンズの端部と光記録媒体の傾きマージンを測定すると、＋／−０．２７７°が得られた。凸状部２の端部と光記録媒体との傾きマージンと、レンズの端部と光記録媒体との傾きマージンとを略等しくして、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを最大とすることができたことがわかる。
以下の実施例２及び３、比較例１においては、ソリッドイマージョンレンズの半径ｒを０．４５ｍｍとした場合について説明する。この例においても同様に、凸状部２の円筒形状をエッチングプロセスにて加工した。この例においてはソリッドイマージョンレンズの屈折率を２．２１３、レンズと光記録媒体の間隔を２５ｎｍとしたときの実施例を示す。実施例２では、凸状部２の光軸から縁部までの長さｙを５．１５μｍとし、その高さｈを１．９２μｍとした。このソリッドイマージョンレンズにおいて、入射光角度２４．３°に対して、＋３．８７度のマージンを持って凸状部２を形成することができ、すなわち、入射光を遮ることなく、所定の開口数である２．０２を得ることが可能となった。また、凸状部２の端部４Ｂと光記録媒体３０との傾きマージンを測定すると、＋／−０．２７８°が得られ、ソリッドイマージョンレンズの端部と光記録媒体の傾きマージンを測定すると、＋／−０．２７７°が得られた。凸状部２の端部と光記録媒体との傾きマージンと、レンズの端部と光記録媒体との傾きマージンとを略等しくして、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを最大とすることができたことがわかる。
［３］実施例３
次に、ソリッドイマージョンレンズの半径ｒを０．４５ｍｍ、屈折率を２．２１３、レンズと媒体の間隔ｄを２５ｎｍとしたときの実施例を示す。この場合も、凸状部２の円筒形状をエッチングプロセスにて加工した。そしてこの凸状部２の光軸から縁部までの長さｙを１０．９μｍとし、高さｈを３．３５μｍとした。この構成によるソリッドイマージョンレンズの場合、レーザの入射角度２４．３度に対して、＋７．２３°のマージンを有する。すなわち、入射光を遮ることなく、所定の開口数である２．０２を得ることが可能である。
一方この場合は、凸状部２の縁部４Ｂと光記録媒体との傾きマージンを測定すると、＋／−０．１３１°が得られ、レンズの縁部と光記録媒体との傾きマージンを測定すると、＋／−０．４８０°が得られた。すなわちこの場合前述の角度θ１とθ２とが等しくなく、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを最大とはしていないが、レンズ自体と光記録媒体との傾きマージンとしては＋／−０．１３１°が得られ、十分実用に供し得る形状とすることができる。
次に、ソリッドイマージョンレンズの半径ｒを０．４５ｍｍ、屈折率を２．２１３、レンズと媒体の間隔ｄを２５ｎｍとしたときの実施例を示す。この場合も、凸状部２の円筒形状をエッチングプロセスにて加工した。そしてこの凸状部２の光軸から縁部までの長さｙを１０．９μｍとし、高さｈを３．３５μｍとした。この構成によるソリッドイマージョンレンズの場合、レーザの入射角度２４．３度に対して、＋７．２３°のマージンを有する。すなわち、入射光を遮ることなく、所定の開口数である２．０２を得ることが可能である。
一方この場合は、凸状部２の縁部４Ｂと光記録媒体との傾きマージンを測定すると、＋／−０．１３１°が得られ、レンズの縁部と光記録媒体との傾きマージンを測定すると、＋／−０．４８０°が得られた。すなわちこの場合前述の角度θ１とθ２とが等しくなく、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンを最大とはしていないが、レンズ自体と光記録媒体との傾きマージンとしては＋／−０．１３１°が得られ、十分実用に供し得る形状とすることができる。
［４］比較例１
次に、比較例１として、ソリッドイマージョンレンズの半径ｒを０．４５ｍｍ、屈折率を２．２１３、レンズと媒体との間隔を２５ｎｍとしたときの例を示す。比較例１でも同様に、その凸状部２の円筒形状をエッチングプロセスにて加工した。なお、凸状部２の光軸から縁部までの長さｙは、４．５５μｍとし、高さｈを２．２９μｍとした。この場合、入射光角度２４．３°に対して、−２．４度のマージンとなってしまう。すなわち、比較例１の形状特徴を有するソリッドイマージョンレンズの場合、入射光を遮ってしまい、所定の開口数である２．０２を得ることはできなかった。
なお、凸状部２の縁部４Ｂと光記録媒体３０との傾きマージンを測定すると、＋／−０．３１５°が得られ、レンズの縁部と光記録媒体との傾きマージンを測定すると、＋／−０．３２９°が得られたが、先に述べたように、入射光を遮っているので、ソリッドイマージョンレンズとしての機能を有していないことは明らかである。
次に、比較例１として、ソリッドイマージョンレンズの半径ｒを０．４５ｍｍ、屈折率を２．２１３、レンズと媒体との間隔を２５ｎｍとしたときの例を示す。比較例１でも同様に、その凸状部２の円筒形状をエッチングプロセスにて加工した。なお、凸状部２の光軸から縁部までの長さｙは、４．５５μｍとし、高さｈを２．２９μｍとした。この場合、入射光角度２４．３°に対して、−２．４度のマージンとなってしまう。すなわち、比較例１の形状特徴を有するソリッドイマージョンレンズの場合、入射光を遮ってしまい、所定の開口数である２．０２を得ることはできなかった。
なお、凸状部２の縁部４Ｂと光記録媒体３０との傾きマージンを測定すると、＋／−０．３１５°が得られ、レンズの縁部と光記録媒体との傾きマージンを測定すると、＋／−０．３２９°が得られたが、先に述べたように、入射光を遮っているので、ソリッドイマージョンレンズとしての機能を有していないことは明らかである。
以上の実施例２及び３、比較例１における段差部４の縁部４Ａの角度θ３、段差部と入射光との傾きマージン、段差部４の対物側の縁部４Ｂと光記録媒体との傾きマージン、そしてソリッドイマージョンレンズ自体と光記録媒体との傾きマージンを以下の表２にそれぞれ示す。
以上述べたように、第５の実施の形態における本発明構成のソリッドイマージョンレンズにおいても、入射光の光路を遮ることなく、所定の開口数を得ることができ、かつ、このレンズと光記録媒体等の対象物との傾きマージンを従来に比して大とすることができる。
従来のソリッドイマージョンレンズでは、レンズと光記録媒体との傾きマージンが非常に狭く、レンズもしくは光記録媒体のどちらかが傾いた場合には、レンズと媒体が衝突していたものであるが、本発明による形状のソリッドイマージョンレンズでは、凸状部の集光部を球状部が超半球状の場合は上記式（１）〜（３）、また球状部が半球状の場合は上記式（４）〜（６）に示す形状とすることによって、レンズと光記録媒体との傾きマージンが従来に比して大で、かつ、その開口数を所定の値とし得るソリッドイマージョンレンズを提供することができる。
従来のソリッドイマージョンレンズでは、レンズと光記録媒体との傾きマージンが非常に狭く、レンズもしくは光記録媒体のどちらかが傾いた場合には、レンズと媒体が衝突していたものであるが、本発明による形状のソリッドイマージョンレンズでは、凸状部の集光部を球状部が超半球状の場合は上記式（１）〜（３）、また球状部が半球状の場合は上記式（４）〜（６）に示す形状とすることによって、レンズと光記録媒体との傾きマージンが従来に比して大で、かつ、その開口数を所定の値とし得るソリッドイマージョンレンズを提供することができる。
このような本発明構成のソリッドイマージョンレンズを集光レンズに用いることで、ソリッドイマージョンレンズと光記録媒体との傾きマージンが優れていることから、光記録媒体に対する記録再生の安定性を高めることが可能となる。
また、傾きマージンを大とすることができて、組み立て精度のマージンをも大とすることができることから、ソリッドイマージョンレンズの小径化が可能となる。したがって、ソリッドイマージョンレンズを有する集光レンズ部分の小型軽量化が可能となり、したがって、これら集光レンズ部分の形状及び、重量が縮小できるので、従来のそれに比べて、小型軽量で、フォーカスサーボ特性、トラッキングサーボ特性、シーク特性に優れた光ピックアップ装置を実現できる。そしてこのように、フォーカスサーボやトラッキングサーボやシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることによって、ニアフィールド記録再生方式を採用して光記録媒体の高密度化高容量化に対応することが可能となる。
また、傾きマージンを大とすることができて、組み立て精度のマージンをも大とすることができることから、ソリッドイマージョンレンズの小径化が可能となる。したがって、ソリッドイマージョンレンズを有する集光レンズ部分の小型軽量化が可能となり、したがって、これら集光レンズ部分の形状及び、重量が縮小できるので、従来のそれに比べて、小型軽量で、フォーカスサーボ特性、トラッキングサーボ特性、シーク特性に優れた光ピックアップ装置を実現できる。そしてこのように、フォーカスサーボやトラッキングサーボやシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることによって、ニアフィールド記録再生方式を採用して光記録媒体の高密度化高容量化に対応することが可能となる。
したがって、今後の光記録媒体の高密度化大容量化とともに予想される装置構成の小型軽量化に対応し得る光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の提供が可能となる。
また、ソリッドイマージョンレンズを小径化することができることから、高価な材料を用いる場合においても、レンズ材料の使用量が少なくなるので、比較的安価になり、これを用いた集光レンズや、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置のコストの低減化を図ることも可能となる。
なお、上述の各例においては、凸状部の断面形状のみを示したものであるが、これらは、光軸ｃを回転軸として回転させた回転対称形状としてもよく、またその他の非対称な形状とすることもできる。
特にディスク状の光記録媒体を対象とする集光レンズ、光学ピックアップ装置、光記録再生装置に適用する場合は、ディスク状媒体が傾き易い方向、すなわち半径方向の傾きマージンをより大とする形状を採用することが望ましい。具体的には、例えば円筒状の凸状部２を設ける場合に、その光軸と直行する断面において正方形、長方形、楕円形等とすることができる。例えば楕円形とする場合において、その短軸方向をディスクの半径方向とし、ディスクの記録トラックの接線方向であるいわゆるタンジェンシャル方向と比較して、半径方向のいわゆるラジアル方向において、より傾きマージンを大とする構成とすることもできる。
また、ソリッドイマージョンレンズを小径化することができることから、高価な材料を用いる場合においても、レンズ材料の使用量が少なくなるので、比較的安価になり、これを用いた集光レンズや、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置のコストの低減化を図ることも可能となる。
なお、上述の各例においては、凸状部の断面形状のみを示したものであるが、これらは、光軸ｃを回転軸として回転させた回転対称形状としてもよく、またその他の非対称な形状とすることもできる。
特にディスク状の光記録媒体を対象とする集光レンズ、光学ピックアップ装置、光記録再生装置に適用する場合は、ディスク状媒体が傾き易い方向、すなわち半径方向の傾きマージンをより大とする形状を採用することが望ましい。具体的には、例えば円筒状の凸状部２を設ける場合に、その光軸と直行する断面において正方形、長方形、楕円形等とすることができる。例えば楕円形とする場合において、その短軸方向をディスクの半径方向とし、ディスクの記録トラックの接線方向であるいわゆるタンジェンシャル方向と比較して、半径方向のいわゆるラジアル方向において、より傾きマージンを大とする構成とすることもできる。
また、本発明によるソリッドイマージョンレンズは、上述の各例に限定されることなく、例えば図２９にその一例の先端部を拡大した概略構成図を示すように、傾斜部４と先端部５との間に第１及び第２の段差部４１及び４２を設ける構成としても、その形状を適切に選定することによって、同様の効果が得られることはいうまでもない。
また、先端部の形状を、球状部が超半球状の場合は半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状、また球状部が半球状の場合は半径が略ｒ／２の球に略外接する形状とする場合において、例えば半径が僅かにｒ／ｎ又はｒ／２からずれるとか、半径ｒ／ｎ又は半径ｒ／２の球に対して僅かにずらして外接する形状とする場合においても、このずれによる集光位置の補正を入射光の入射側において光学系により補正することができる範囲であれば、本発明と同様の効果が得られるものである。
また、本発明は、その他の先端形状について、本発明構成を逸脱しない範囲において、各種選択することができることはいうまでもなく、その段差部、傾斜部の角度や長さを選定することによって、所定の開口数を得る入射光を妨げない形状とすることができる。
またその他の部分を含め、ソリッドイマージョンレンズの材料構成において、本発明は、上述の例に限定されることなく、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
また、先端部の形状を、球状部が超半球状の場合は半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状、また球状部が半球状の場合は半径が略ｒ／２の球に略外接する形状とする場合において、例えば半径が僅かにｒ／ｎ又はｒ／２からずれるとか、半径ｒ／ｎ又は半径ｒ／２の球に対して僅かにずらして外接する形状とする場合においても、このずれによる集光位置の補正を入射光の入射側において光学系により補正することができる範囲であれば、本発明と同様の効果が得られるものである。
また、本発明は、その他の先端形状について、本発明構成を逸脱しない範囲において、各種選択することができることはいうまでもなく、その段差部、傾斜部の角度や長さを選定することによって、所定の開口数を得る入射光を妨げない形状とすることができる。
またその他の部分を含め、ソリッドイマージョンレンズの材料構成において、本発明は、上述の例に限定されることなく、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
１．球状部、２．凸状部、３．傾斜部、４．段差部、４Ａ．縁部、４Ｂ．縁部、５．先端部、６．平面部、１１．ソリッドイマージョンレンズ、１２．光学レンズ、１３．集光レンズ、１４．第１のビームスプリッタ、１５．第２のビームスプリッタ、１６．２軸アクチュエータ、１７．トラッキング用コイル、１８．フォーカシング用コイル、２０．保持体、２１．スライダ、２２．ジンバル、２３．ミラー、３０．光記録媒体、４１．第１の段差部、４２．第２の段差部
Claims (8)
- ソリッドイマージョンレンズの対物側に、光軸に沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部が形成され、
上記凸状部は、少なくとも光軸から上記ソリッドイマージョンレンズへの入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状とされて成る
ことを特徴とするソリッドイマージョンレンズ。 - 上記ソリッドイマージョンレンズの球状部が曲率半径ｒの超半球状とされ、
上記凸状部の集光位置における先端部は、屈折率をｎとすると、半径が略ｒ／ｎの球に略外接する形状とされた
ことを特徴とする請求項１記載のソリッドイマージョンレンズ。 - 上記凸状部が段差部を有する形状とされ、
上記ソリッドイマージョンレンズと該ソリッドイマージョンレンズの対象物との間隔をｄとし、上記段差部の高さをｈとし、その光軸から上記段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５°
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５°
（ただし、ｘ＝√〔ｒ２−｛（ｒ／ｎ）−ｈ｝２〕
の関係とされた
ことを特徴とする請求項１記載のソリッドイマージョンレンズ。 - 上記ソリッドイマージョンレンズの球状部が曲率半径ｒの半球状とされ、
上記凸状部の集光位置における先端部は、半径が略ｒ／２の球に略外接する形状とされた
ことを特徴とする請求項１記載のソリッドイマージョンレンズ。 - 上記凸状部が段差部を有する形状とされ、
上記ソリッドイマージョンレンズと該ソリッドイマージョンレンズの対象物との間隔をｄとし、上記段差部の高さをｈとし、その光軸から上記段差部の縁部までの長さをｙとしたとき、
ｔａｎ−１（ｈ／ｙ）＜９０°−θｉ
かつ
ｔａｎ−１（ｄ／ｙ）＞０．０５°
かつ
ｔａｎ−１｛（ｄ＋ｈ）／ｘ｝＞０．０５°
（ただし、ｘ＝√（ｒ２−ｈ２）
の関係とされた
ことを特徴とする請求項１記載のソリッドイマージョンレンズ。 - ソリッドイマージョンレンズと、該ソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させ、対物側とは反対側に配置された光学レンズとより構成された集光レンズにおいて、
上記ソリッドイマージョンレンズの対物側に、上記ソリッドイマージョンレンズの光軸に沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部が形成され、
上記凸状部は、少なくとも光軸から上記ソリッドイマージョンレンズへの入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状とされて成る
ことを特徴とする集光レンズ。 - ソリッドイマージョンレンズレンズと、該ソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させて対物側とは反対側に配置された光学レンズと、光源とが少なくとも設けられ、上記ソリッドイマージョンレンズ及び光学レンズから成る集光レンズによって上記光源からの出射光を収束させて光スポットを形成する光学ピックアップ装置において、
上記ソリッドイマージョンレンズの対物側に、上記ソリッドイマージョンレンズの光軸に沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部が形成され、
上記凸状部は、少なくとも光軸から上記ソリッドイマージョンレンズへの入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状とされて成る
ことを特徴とする光学ピックアップ装置。 - ソリッドイマージョンレンズレンズと、該ソリッドイマージョンレンズと光軸を合致させて対物側とは反対側に配置された光学レンズと、光源とが少なくとも設けられ、上記ソリッドイマージョンレンズ及び光学レンズから成る集光レンズによって上記光源からの出射光を収束させて光スポットを形成する光学ピックアップ装置を有し、上記集光レンズを光記録媒体のフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動する制御駆動手段が設けられて成る光記録再生装置において、
上記ソリッドイマージョンレンズの対物側に、上記ソリッドイマージョンレンズの光軸に沿う断面において傾斜部または段差部を有する凸状部が形成され、
上記凸状部は、少なくとも光軸から上記ソリッドイマージョンレンズへの入射角θｉまでの範囲の入射光を集光する形状とされて成る
ことを特徴とする光記録再生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005034884A JP2005302268A (ja) | 2004-03-15 | 2005-02-10 | ソリッドイマージョンレンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004073161 | 2004-03-15 | ||
| JP2005034884A JP2005302268A (ja) | 2004-03-15 | 2005-02-10 | ソリッドイマージョンレンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005302268A true JP2005302268A (ja) | 2005-10-27 |
| JP2005302268A5 JP2005302268A5 (ja) | 2008-02-14 |
Family
ID=35333547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005034884A Pending JP2005302268A (ja) | 2004-03-15 | 2005-02-10 | ソリッドイマージョンレンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005302268A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009532729A (ja) * | 2006-04-04 | 2009-09-10 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 収束能力を高めた固体浸漬レンズ |
-
2005
- 2005-02-10 JP JP2005034884A patent/JP2005302268A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009532729A (ja) * | 2006-04-04 | 2009-09-10 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 収束能力を高めた固体浸漬レンズ |
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