JP2006073076A - 光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用光学系の開口数、使用光の波長および基板厚等の規格が異なる３つの光記録媒体に対して共用可能であり、使用する光記録媒体に対応した開口数に容易に設定できるとともに、光学性能を良好に維持することができ、光学系のコンパクト化および低廉化を図り得る光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置を得る。
【解決手段】光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８と、正の屈折力を有する対物レンズＬとから構成されてなる。このＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８は、光源側に開口制限コート部１８ｃが、光記録媒体側に回折光学素子部１８ｂが、それぞれ形成されてなるガラス板１８ａにより構成される。これにより、従来、互いに独立した部材が有していた開口制限フィルタ機能と回折光学素子機能を１つの光学部材に併せ持たせることが可能となる。
【選択図】 図１
【解決手段】光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８と、正の屈折力を有する対物レンズＬとから構成されてなる。このＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８は、光源側に開口制限コート部１８ｃが、光記録媒体側に回折光学素子部１８ｂが、それぞれ形成されてなるガラス板１８ａにより構成される。これにより、従来、互いに独立した部材が有していた開口制限フィルタ機能と回折光学素子機能を１つの光学部材に併せ持たせることが可能となる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、情報の記録または再生がなされる際に、使用光学系の開口数、使用光の波長および基板厚等の規格が異なる３つの光記録媒体に対して、各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させることができる光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものであり、詳しくは、回折光学素子部からの回折光を利用して、上記３つの光記録媒体のそれぞれに各使用光を良好に収束させる光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
近年における種々の光記録媒体の開発に応じて、２種の光記録媒体の記録・再生に共用し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ（コンパクトディスク。−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷを含む。）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録・再生する装置が実用化されている。
このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば650ｎｍ程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤについては、可視光領域の光に対して感度を有さない光記録媒体も存在するため、780ｎｍ程度の近赤外光を使用する必要がある。したがって、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では、２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。また、上述した例示における２つの光記録媒体においては、各光記録媒体の特性の違いからそれぞれ開口数を異ならせる必要があり、例えばＤＶＤの規格では開口数を0.60〜0.65程度とし、ＣＤの規格では開口数を0.45〜0.52程度としている。さらに、これらの記録媒体においては、基板の厚み（ＰＣ（ポリカーボネート）からなる保護層の幾何学的厚みを示す。以下も同様である。）が互いに異なる規格とされており、例えばＤＶＤでは0.6ｍｍであるのに対し、ＣＤでは1.2ｍｍとされている。
また、日常取り扱われるデータ容量の急激な増大に応じて、光記録媒体の記録容量の増大化に対する要請は、さらに強いものとなってきている。光記録媒体の記録容量を増大させるためには、使用する光源光の短波長化と対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることが有効であることは知られているところであるが、短波長化に関しては、ＧａＮ基板をベースにした短波長の半導体レーザ（例えば、波長405ｎｍのレーザ光を射出する）の開発が進展をみせており略実用化状態とされている。この短波長の半導体レーザの実用化に伴い、この短波長の光を照射光として使用する片面１層の容量が20ＧＢ程度のＡＯＤ（アドバンスド・オプティカル・ディスク：ＨＤ−ＤＶＤ）に関する研究、開発も同様に進められている。このＡＯＤの規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤと同程度の値とされており、開口数（ＮＡ）は0.65、基板の厚みは0.6ｍｍとされている。
なお、ＡＯＤと同様に短波長の光を照射光として使用するブルーレイ・ディスク（以下ＢＤと称する）の研究、開発も進められており、その規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤおよびＣＤとは全く異なった値（開口数（ＮＡ）は0.85、基板の厚みは0.1ｍｍ）とされている（以下、ＡＯＤとＢＤを総称してＡＯＤ等と称することがある）。
そこで、このＡＯＤ等と、上述したＤＶＤおよびＣＤの３つの光記録媒体に対して共用し得る光ピックアップ装置の開発が望まれている。上述したように、これらの光記録媒体では、使用光波長および基板厚が光記録媒体の種類に応じて互いに異なるような規格とされていることから、その保護層の厚さの違いに応じ発生する球面収差の量が異なってくる。そのため、これらいずれの光記録媒体についても確実にフォーカシングをなすべく、記録・再生を行なうための各波長の光のいずれについても球面収差量を最適化する必要があることから、互いに異なる収束作用を有するようなレンズ構成とする工夫を要する。
このような装置に搭載される光記録媒体用対物レンズとしても、既に提案がなされており、下記非特許文献１には、屈曲面と回折光学面を有する回折光学素子、および両凸レンズからなる対物光学系が記載されている。この非特許文献１に記載された技術は、ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤの各々の光記録媒体に対して、回折光学素子からの２次、１次および１次の回折光を使用するようにし、発散光を回折光学素子に入射させることで各光記録媒体の保護層の厚みの相違に伴う球面収差を補正し、さらに回折光学素子の表面を集光型の回折面とし裏面を凹面とすることで単玉の対物レンズにおいて発生する色収差を改善するようにしている。
第５０回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集 第1250頁（2003年3月）
ところで、上述したような３つの光記録媒体に対して共用し得る光ピックアップ装置においては、光学系の開口数を各光記録媒体に応じた値に設定する必要があることから、回折光学素子の光源側において入射光束径を制限する開口制限手段を配設することになる。すなわち、例えば、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの使用光束に対してはＮＡが０．５となるように、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍの使用光束に対してはＮＡが０．６５となるように、さらにＢＤ用の波長４０５ｎｍの使用光束に対してはＮＡが０．８５となるように、ＮＡを可変とし得る開口制限フィルタが配設される（例えば第８５回微小光学研究会 予稿集 第19〜21頁（2002年9月））。
しかしながら、このように開口制限フィルタを配置した場合、光源側から、開口制限フィルタ、回折光学素子部および対物レンズが順次配列されることになり、各素子の間隔調整やアライメント調整が煩雑になるばかりでなく光学系の構成も複雑となり、光学系のコンパクト化および低廉化という要請に応えることができない。
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、情報の記録または再生がなされる際に、使用光学系の開口数、使用光の波長および基板厚等の規格が異なる３つの光記録媒体に対して、回折光学機能部を用いることで各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させることができる光記録媒体用対物光学系において、使用する光記録媒体に対応した開口数に容易に設定することができるとともに、光学性能を良好に維持することができ、光学系のコンパクト化および低廉化を図りうる光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
本発明の光記録媒体用対物光学系は、情報の記録または再生がなされる際に、対応する使用光波長、開口数および基板厚が下記３つの条件式（１）〜（３）を満足するように設定された第１、第２および第３の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に収束させるための光記録媒体用対物光学系において、
光源側から順に、回折光学機能付き開口制限フィルタと対物レンズとを配列してなり、
該回折光学機能付き開口制限フィルタは、ガラス製基体の光源側の面に、入射された使用光の波長に応じて、使用する光記録媒体に対応した大きさの開口数に設定する開口制限部が設けられるとともに、該ガラス製基体の光記録媒体側の面には、回折光学機能部が設けられてなることを特徴とするものである。
λ１＜λ２＜λ３ ・・・（１）
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３ ・・・（２）
Ｔ１≦Ｔ２＜Ｔ３ ・・・（３）
ただし、
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
Ｔ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
Ｔ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
Ｔ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
光源側から順に、回折光学機能付き開口制限フィルタと対物レンズとを配列してなり、
該回折光学機能付き開口制限フィルタは、ガラス製基体の光源側の面に、入射された使用光の波長に応じて、使用する光記録媒体に対応した大きさの開口数に設定する開口制限部が設けられるとともに、該ガラス製基体の光記録媒体側の面には、回折光学機能部が設けられてなることを特徴とするものである。
λ１＜λ２＜λ３ ・・・（１）
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３ ・・・（２）
Ｔ１≦Ｔ２＜Ｔ３ ・・・（３）
ただし、
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
Ｔ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
Ｔ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
Ｔ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
ここで、本願明細書において用いられる「回折光学機能部」との用語は、狭義の回折光学素子を含むものであって、回折光学素子として機能する部分の総称を表すものである。
また、前記回折光学機能部は、前記ガラス製基体に貼着された樹脂からなることが好ましい。ここで、該ガラス製基体には、平板状のもののみならず曲面形状を有するものも含まれる。
また、前記対物レンズの少なくとも１面が非球面からなることが好ましい。
また、前記第１の光記録媒体をアドバンスド・オプティカル・ディスク（ＡＯＤ）とし、前記第２の光記録媒体をＤＶＤとし、前記第３の光記録媒体をＣＤとすることが可能である。
また、前記第１の光記録媒体をブルーレイ・ディスクとし、前記第２の光記録媒体をＤＶＤとし、前記第３の光記録媒体をＣＤとすることが可能である。
さらに、本発明による光ピックアップ装置は、上記いずれかの光記録媒体用対物光学系を備えていることを特徴とするものである。
本発明による光記録媒体用対物光学系および光ピックアップ装置によれば、光源側に開口制限部が、光記録媒体側に回折光学機能部が、それぞれ形成されてなるガラス製基体を用いることで、従来、独立部材として配されていた開口制限フィルタと回折光学機能部とが一体化される。そして、このガラス製基体を対物レンズの光源側に配置して光学系の組み立てを行う際にも、従来に比べて各部材の間隔調整やアライメント調整が容易となり、また、光学系の構成も簡易なものとすることができるので、光学系のコンパクト化および低廉化という要請に応えたものとすることができる。
また、開口制限フィルタと回折光学機能部を一体化する手法として、ガラス製基体に替えて樹脂製基体を用いることが考えられるが、実際に、樹脂製基体に開口制限コートを施した場合、素子の変形が生じ易くなるとともに、コートの剥離、引きつれあるいはひび割れが生じ易くなり、製造性が悪く、性能も劣化することから、本発明の目的を達成するためにはガラス製基体を用いることが条件とされる。なお、ガラス製基体を用いることにより、加工方法の自由度を向上させることができ、さらに一括して加工することができるのでコストを安価なものとすることができる、という効果も奏することができる。
また、前述したように、回折光学機能部を、ガラス製基体に貼着された樹脂により構成することにより、開口制限コートを施す際に、上述した製造性等の面で有利なガラス製基体の使用を確保しつつ、回折光学機能部を簡易かつ低コストで開口制限フィルタと一体化することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施例１に係る光記録媒体用対物光学系の構成を模式的に示す図であり、まず、この図を代表として用いて本発明の実施形態を説明する。また、図７は、本発明に係る光ピックアップ装置の構成を示す図であり、実施例１に係る光記録媒体用対物光学系を用いた一構成例である。なお、図１、図７および以下の構成図（図２、図３、図４、図５）において、光記録媒体用対物光学系８を構成する、回折光学素子（ＤＯＥ）付き開口制限フィルタ１８および対物レンズＬの形状は全て模式的に表されている。また図７では、図面が煩雑となるのを回避するため、半導体レーザ１ａからの光線軌跡を中心として表し、半導体レーザ１ｂ、１ｃからの光線軌跡はプリズム２ａ、２ｂの接合面に到達するまでの軌跡のみが描かれている。
図７に示す光ピックアップ装置では、半導体レーザ１ａ〜１ｃから出力されたレーザ光１１がハーフミラー６により反射され、コリメータレンズ７により略平行光（または発散光）とされ、光記録媒体用対物光学系８により収束光とされて光記録媒体９の記録領域１０上に照射される。この光ピックアップ装置が対象とする光記録媒体９は、下記３つの条件式（１）〜（３）の条件で使用されるものである。
λ１＜λ２＜λ３・・・ （１）
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・ （２）
Ｔ１≦Ｔ２＜Ｔ３・・・ （３）
ただし、
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
Ｔ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
Ｔ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
Ｔ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
λ１＜λ２＜λ３・・・ （１）
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・ （２）
Ｔ１≦Ｔ２＜Ｔ３・・・ （３）
ただし、
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
Ｔ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
Ｔ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
Ｔ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
ここでは、光記録媒体９は、第１の光記録媒体としてのＢＤ９ａ（開口数ＮＡ１＝0.85、使用光波長λ１＝405ｎｍ、基板厚ｄ１＝0.1ｍｍ）、第２の光記録媒体としてのＤＶＤ９ｂ（開口数ＮＡ２＝0.65、使用光波長λ２＝650ｎｍ、基板厚ｄ２＝0.6ｍｍ）および第３の光記録媒体としてのＣＤ９ｃ（開口数ＮＡ３＝0.50、使用光波長λ３＝780ｎｍ、基板厚ｄ３＝1.2ｍｍ）を総称するものとして説明する。
半導体レーザ１ａは、ＢＤ用の、波長405ｎｍ（λ１）の可視域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１ｂは、ＤＶＤ用の、波長650ｎｍ（λ２）の可視域のレーザ光を出力する光源である。また、半導体レーザ１ｃは、ＣＤ−Ｒ（追記型光記録媒体）等のＣＤ系用の（以下、これを代表してＣＤとして説明する）、波長780ｎｍ（λ３）の近赤外域のレーザ光を出力する光源である。半導体レーザ１ａ〜１ｃは、重複して出力されることを排除するものではないが、光記録媒体９がＢＤ９ａであるか、ＤＶＤ９ｂであるか、ＣＤ９ｃであるかに応じて、択一的に出力されることが好ましい。半導体レ−ザ１ａ、１ｂから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ａ、２ｂを介して、また、半導体レ−ザ１ｃから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ｂを介して、ハ−フミラ−６に照射されるようになっている。
また、コリメータレンズ７は、図７において模式的に示されたものであって１枚構成のものとは限られず、むしろ上記各波長の光について色収差が良好に補正されたものとすることが好ましい。
また、上記回折光学素子部１８ｂおよび上記対物レンズＬの、回折作用および屈折作用により、各使用光は、図１（Ａ）に示すＢＤ９ａ、図１（Ｂ）に示すＤＶＤ９ｂ、図１（Ｃ）に示すＣＤ９ｃの、情報の記録または再生をなし得る所定位置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（以下、これらを総称して記録領域１０と称することがある）に集光せしめられる。
記録領域１０には信号情報を担持したピット（物理的に凹部とされていなくてもよい）がトラック状に配列されるようになっており、この記録領域１０からの上記レーザ光１１の反射光は信号情報を担持した状態で対物光学系８およびコリメータレンズ７を介してハーフミラー６に入射し、このハーフミラー６を透過して４分割のフォトダイオード１３に入射する。このフォトダイオード１３では、分割された４つのダイオード位置の各受光量が電気信号の形態で得られるから、この受光量に基づき図示されない演算手段において所定の演算がなされ、データ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得られることになる。
なお、ハーフミラー６は光記録媒体９からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー６を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード１３上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、半導体レーザ１ａ〜１ｃとハーフミラー６との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
ところで、本実施形態の光記録媒体用対物光学系８は、図１に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８と、正の屈折力を有する対物レンズＬとから構成されてなる。このＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８は、光源側に開口制限コート部１８ｃが、光記録媒体側に回折光学素子部１８ｂが、それぞれ形成されてなるガラス板１８ａにより構成される。これにより、従来、互いに独立した部材が有していた開口制限フィルタ機能と回折光学素子機能を１つの光学部材に併せ持たせることが可能となる。また、光学系の組み立てを行う際の各部材の間隔調整やアライメント調整が容易となり、また、光学系の構成も簡易なものとすることができるので、光学系のコンパクト化および低廉化という要請に応えたものとすることができる。
また、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８の基板部はガラス板１８ａにより形成されているので、樹脂板により形成した場合のように、素子の変形が生じ易くなるとともに、コートの剥離、引きつれあるいはひび割れが生じ易くなるという不都合を回避することができる。したがって、製造性が良好となり、製品の性能も向上する。
なお、本発明者は、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８の基板部として樹脂製のものを用いることを試みているが、この樹脂製の基板部を用いることによって上述したような不都合を解消することは難しいとの結論に達している。
上記開口制限コート部１８ｃは、例えば、図６に示すようにダイクロイック膜よりなる３つの同心円状パターンからなる。このうち、最小円１１８ＡはＮＡ０．５０の領域に相当し、２番目に小さい円１１８ＢはＮＡ０．６５の領域に相当し、最大円１１８ＣはＮＡ０．８５の領域に相当する。そして、最小円１１８Ａによって囲まれた領域（領域Ｚ１）には、ＢＤ９ａ用の使用波長４０５ｎｍ、ＤＶＤ９ｂ用の使用波長６５０ｎｍ、ＣＤ９ｃ用の使用波長７８０ｎｍの各光を透過し得るダイクロイック膜がコーティングされている。また、この最小円１１８Ａと２番目に小さい円１１８Ｂに囲まれた領域（領域Ｚ２）には、ＢＤ９ａ用の使用波長４０５ｎｍ、ＤＶＤ９ｂ用の使用波長６５０ｎｍの各光を透過し、ＣＤ９ｃ用の使用波長７８０ｎｍの光を反射し得るダイクロイック膜がコーティングされている。さらに、この２番目に小さい円１１８Ｂと最大円１１８Ｃに囲まれた領域（領域Ｚ３）には、ＢＤ９ａ用の使用波長４０５ｎｍの光を透過し、ＤＶＤ９ｂ用の使用波長６５０ｎｍ、ＣＤ９ｃ用の使用波長７８０ｎｍの各光を反射し得るダイクロイック膜がコーティングされている。これにより、対物光学系８に入射するレーザ光を、各記録媒体９に適合するＮＡに対応した光束径に調整することができる。
また、上記ＢＤ９ａに替えてＡＯＤ９ｄ（開口数ＮＡ１＝0.65、使用光波長λ１＝405ｎｍ、基板厚ｄ１＝0.6ｍｍ）が用いられる場合には、上記開口制限コート部１８ｃは、例えば以下のように構成される。
すなわち、この場合には、図６に示すような３つの同心円状パターンのうち、最大円１１８Ｃが２番目に小さい円１１８Ｂに重なるように構成することもできる。したがって、最小円１１８ＡはＮＡ０．５０の領域に相当し、２番目に小さい円１１８Ｂ（最大円１１８Ｃと一致）はＮＡ０．６５（ＡＯＤについて）またはＮＡ０．６３程度（ＤＶＤについて）の領域に相当する。そして、最小円１１８Ａによって囲まれた領域（領域Ｚ１）には、ＡＯＤ９ｄ用の使用波長４０５ｎｍ、ＤＶＤ９ｂ用の使用波長６５０ｎｍ、ＣＤ９ｃ用の使用波長７８０ｎｍの各光を透過し得るダイクロイック膜がコーティングされる。また、この最小円１１８Ａと２番目に小さい円１１８Ｂ（最大円１１８Ｃと一致）に囲まれた領域（領域Ｚ２（領域Ｚ３は無し））には、ＡＯＤ９ｄ用の使用波長４０５ｎｍ、ＤＶＤ９ｂ用の使用波長６５０ｎｍの各光を透過し、ＣＤ９ｃ用の使用波長７８０ｎｍの光を反射し得るダイクロイック膜がコーティングされる。
一方、回折光学素子部１８ｂは、紫外線硬化樹脂により形成されたものである。
この回折光学素子部１８ｂの作製手法は、軟化した紫外線硬化樹脂をガラス板１８ａ上に載置し、ＤＯＥの金型により紫外線硬化樹脂を押圧して、ＤＯＥ形状を紫外線硬化樹脂に転写し、この後、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することにより、回折光学素子部１８ｂをガラス板１８ａに貼着して一体化する。
この回折光学素子部１８ｂの作製手法は、軟化した紫外線硬化樹脂をガラス板１８ａ上に載置し、ＤＯＥの金型により紫外線硬化樹脂を押圧して、ＤＯＥ形状を紫外線硬化樹脂に転写し、この後、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射することにより、回折光学素子部１８ｂをガラス板１８ａに貼着して一体化する。
このように、回折光学素子部１８ｂを、ガラス板１８ａに貼着された紫外線硬化樹脂により構成することにより、開口制限コート部１８ｃを施す際に、製造性が悪く、性能も劣化する、素子の変形や、コートの剥離、引きつれ、ひび割れが生じ難いガラス板１８ａの使用を確保しつつ、回折光学素子部１８ａを簡易かつ低コストでガラス板１８ａと一体化することができる。
また、前記回折光学面が、前記第１波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数が２次、前記第２波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数が１次、前記第３波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数が１次となるように、作用する形状とされていることがより好ましい。この次数を選択することにより、回折光学素子部１８ｂの回折溝を浅くすることができ、金型加工やレンズ成型に負担をかけることなく、いずれの使用光も高い利用効率で集束させることができる。
例えば、後述する実施例１〜５に係る光記録媒体用対物光学系８では、ＢＤ９ａ（ＡＯＤ９ｄ）に対応する波長405ｎｍ（λ１）の光に対しては２次、ＤＶＤ９ｂに対応する波長650ｎｍ（λ２）の光に対しては１次、ＣＤ９ｃに対応する波長780ｎｍ（λ３）の光に対しては１次の回折光の光量が最大となるように、回折光学素子部１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ、４８ｂが設定されている。
また、本発明に係る対物光学系の回折光学素子部１８は、仮想平面上に回折光学素子構造を形成されてなることが好ましく、その回折光学素子構造は断面形状が鋸歯状のものとされていることが好ましい。「鋸歯状」とはいわゆるキノフォームと称される形状である。回折光学面による位相差は、下記に示す位相差関数により表される。波長をλ、回折光学面位相差関数をφとすると、この回折光学面により、回折光にｍλ×φ／（２π）の光路長が付加される。ここでｍは回折次数を表す。
なお、回折光学素子部１８ｂの具体的な鋸歯形状のステップの高さは、使用する各波長の光に対する各次数の回折光の割合を考慮して設定されることになる。また、回折光学素子部１８ｂは、開口制限コート部１８ｃの上述した同心円状パターンと同軸上に形成されるように位置設定することが肝要である。さらに、回折光学素子部１８ｂは、対物レンズＬと同軸上に高精度に位置設定することを要する。
なお、後述する実施例１〜５に係る対物光学系の回折光学素子部１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ、４８ｂは、図１〜５および図７に示されるように、実際の回折光学素子部１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ、４８ｂの鋸歯形状よりも誇張して表されている。
また、本発明の光記録媒体用対物光学系において対物レンズＬは、少なくとも１面が非球面からなることが好ましい。この非球面は、下記に示す非球面式により表される回転対称な非球面からなることがより好ましい。このような回転非球面を形成することにより、いずれの光記録媒体９についても収差補正を良好とし、確実にフォーカシングをなし記録・再生が良好に行われるように構成することができる。
回折光学素子部１８ｂにおける回折光学面および対物レンズＬに形成される非球面の面形状は、その面が作用する波長の光が、対応する記録領域１０に良好に収差補正されて収束されるように、適宜設定されることが好ましい。
また、本発明の光記録媒体用対物光学系において対物レンズＬは、プラスチックからなるものとすることができる。プラスチック材料を用いることによる利点としては、製造コストの低減、軽量化され高速での記録および読取が可能になること、金型の加工性が向上すること、が挙げられる。
また、この対物レンズＬは、ガラスからなるものとすることができる。ガラス材料を用いることによる利点としては、温度や湿度の影響を受けにくいこと、短波長の光で長い時間回折光学素子や正レンズを使用しても透過率の劣化が少ない材料の入手が容易であること、が挙げられる。
以下、本発明の光記録媒体用対物光学系について、実施例１〜５を示してさらに具体的に説明する。
＜実施例１＞
実施例１の光記録媒体用対物光学系８は、図１に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部１８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部１８ｂが、各々設けられたガラス板１８ａよりなる。該回折光学素子部１８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
実施例１の光記録媒体用対物光学系８は、図１に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ１８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部１８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部１８ｂが、各々設けられたガラス板１８ａよりなる。該回折光学素子部１８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
また、実施例１の光記録媒体用対物光学系８においては、ＢＤ９ａおよびＤＶＤ９ｂのいずれの光記録媒体９が選択される場合にも、使用光が平行光として開口制限コート部１８ｃに入射され、一方、ＣＤ９ｃの光記録媒体９が選択される場合には、使用光が発散光として開口制限コート部１８ｃに入射される。
また、実施例１〜５において共通であるが、回折光学素子部１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ、４８ｂの回折光学面および対物レンズＬの回転非球面は、上述した位相差関数および非球面式により規定される。また、同じく実施例１〜５において共通であるが、回折光学素子部１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ、４８ｂの回折光学面は断面形状が鋸歯形状の同心円格子からなる。
この対物光学系８は、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各使用光である、λ＝405ｎｍ（λ１）、λ＝650ｎｍ（λ２）、およびλ＝780ｎｍ（λ３）の光に対し、開口数を所定値（ＢＤ９ａについては開口数ＮＡ１＝0.85、ＤＶＤ９ｂについては開口数ＮＡ２＝0.65、ＣＤ９ｃについては開口数ＮＡ３＝0.50）に制限しつつ、光束径が制限された各光をＢＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに良好に収束させるものである。
また、同じく実施例１〜５において共通であるが、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
＜実施例２＞
実施例２の光記録媒体用対物光学系８は、図２に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ２８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ２８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部２８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部２８ｂが、各々設けられたガラス板２８ａよりなる。該回折光学素子部２８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
実施例２の光記録媒体用対物光学系８は、図２に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ２８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ２８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部２８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部２８ｂが、各々設けられたガラス板２８ａよりなる。該回折光学素子部２８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
この対物光学系８は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各使用光である、λ＝405ｎｍ（λ１）、λ＝650ｎｍ（λ２）、およびλ＝780ｎｍ（λ３）の光に対し、開口数を所定値（ＡＯＤ９ｄおよびＤＶＤ９ｂについては開口数ＮＡ１＝ＮＡ２＝0.65、ＣＤ９ｃについては開口数ＮＡ３＝0.50）に制限しつつ、光束径が制限された各光をＡＯＤ９ｄ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ｄ、１０ｂ、１０ｃに良好に収束させるものである。
また、実施例２の光記録媒体用対物光学系８においては、ＡＯＤ９ｄおよびＤＶＤ９ｂのいずれの光記録媒体９が選択される場合にも、使用光が平行光として開口制限コート部２８ｃに入射され、一方、ＣＤ９ｃの光記録媒体９が選択される場合には、使用光が発散光として開口制限コート部２８ｃに入射される。
＜実施例３＞
実施例３の光記録媒体用対物光学系８は、図３に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ３８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ３８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部３８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部３８ｂが、各々設けられたガラス板３８ａよりなる。該回折光学素子部３８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
実施例３の光記録媒体用対物光学系８は、図３に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ３８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ３８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部３８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部３８ｂが、各々設けられたガラス板３８ａよりなる。該回折光学素子部３８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
この対物光学系３は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各使用光である、λ＝405ｎｍ（λ１）、λ＝650ｎｍ（λ２）、およびλ＝780ｎｍ（λ３）の光に対し、開口数を所定値（ＢＤ９ａについては開口数ＮＡ１＝0.85、ＤＶＤ９ｂについては開口数ＮＡ２＝0.65、ＣＤ９ｃについては開口数ＮＡ３＝0.50）に制限しつつ、光束径が制限された各光をＢＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに良好に収束させるものである。
また、実施例３の光記録媒体用対物光学系８においては、ＢＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃのいずれの光記録媒体９が選択される場合にも、使用光が平行光として開口制限コート部３８ｃに入射される。
＜実施例４＞
実施例４の光記録媒体用対物光学系８は、図４に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ４８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ４８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部４８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部４８ｂが、各々設けられたガラス板４８ａよりなる。該回折光学素子部４８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
実施例４の光記録媒体用対物光学系８は、図４に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ４８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ４８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部４８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部４８ｂが、各々設けられたガラス板４８ａよりなる。該回折光学素子部４８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
この対物光学系８は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各使用光である、λ＝405ｎｍ（λ１）、λ＝650ｎｍ（λ２）、およびλ＝780ｎｍ（λ３）の光に対し、開口数を所定値（ＡＯＤ９ｄおよびＤＶＤ９ｂについては開口数ＮＡ１＝ＮＡ２＝0.65、ＣＤ９ｃについては開口数ＮＡ３＝0.50）に制限しつつ、光束径が制限された各光をＡＯＤ９ｄ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ｄ、１０ｂ、１０ｃに良好に収束させるものである。
また、実施例４の光記録媒体用対物光学系８においては、ＡＯＤ９ｄ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃのいずれの光記録媒体９が選択される場合にも、使用光が平行光として開口制限コート部４８ｃに入射される。
＜実施例５＞
実施例５の光記録媒体用対物光学系８は、図５に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ５８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ５８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部５８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部５８ｂが、各々設けられたガラス板５８ａよりなる。該回折光学素子部５８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
実施例５の光記録媒体用対物光学系８は、図５に示すように、光源側から順に、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ５８と対物レンズＬを配列されてなる。ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ５８は、光源側の面にダイクロイック膜による開口制限コート部５８ｃが、光記録媒体側の面に回折光学素子部５８ｂが、各々設けられたガラス板５８ａよりなる。該回折光学素子部５８ｂは全体として負の屈折力を有している。一方上記対物レンズＬは正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転非球面とされている。
この対物光学系８は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各使用光である、λ＝405ｎｍ（λ１）、λ＝650ｎｍ（λ２）、およびλ＝780ｎｍ（λ３）の光に対し、開口数を所定値（ＡＯＤ９ｄについては開口数ＮＡ１＝0.65、ＤＶＤ９ｂについては開口数ＮＡ２＝0.63、ＣＤ９ｃについては開口数ＮＡ３＝0.50）に制限しつつ、光束径が制限された各光をＡＯＤ９ｄ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ｄ、１０ｂ、１０ｃに良好に収束させるものである。すなわち、この実施例５のものでは、ＡＯＤ９ｄについての開口数ＮＡ１を0.65とし、ＤＶＤ９ｂについての開口数ＮＡ２を0.63とすることで、両者の入射光束径を等しくするように構成されている。
また、実施例５の光記録媒体用対物光学系８においては、ＡＯＤ９ｄおよびＤＶＤ９ｂのいずれの光記録媒体９が選択される場合にも、使用光が平行光として開口制限コート部５８ｃに入射され、一方、ＣＤ９ｃの光記録媒体９が選択される場合には、使用光が発散光として開口制限コート部５８ｃに入射される。
なお、本発明の光記録媒体用対物光学系としては上述したものに限られず種々の態様の変更が可能である。また、本発明の光ピックアップ装置としても、同様に種々の態様の変更が可能である。
例えば、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタの開口制限コート部のコートパターンは上述した実施例のものに限られるものではない。
例えば、ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタの開口制限コート部のコートパターンは上述した実施例のものに限られるものではない。
また、本発明の光記録媒体用対物光学系としては、回折光学機能部を、ガラス製基体に直接形成することも可能である。この場合には、ガラス製基体の光記録媒体側の面に、成型加工によって回折光学機能部を形成することが好ましい。
このように、対物光学系がＤＯＥ機能付き開口制限フィルタと対物レンズとの２部材による構成とされていることから、いずれか一方の光学部品を傾けることができるような構成とした場合には、光記録媒体の傾きにより生じるコマ収差も良好に補正できるものとすることができる。
また、回折光学機能部は、いずれの波長の光に対しても、上述した所定次数の回折光の光量が多く出力されるように構成されていればよく、理想的には、その光量がそれぞれほぼ100％となれば最も効果が高い。また、回折光学面の素子構造としては鋸歯状のものに限られず、例えば階段状のものを用いるようにしてもよい。
また、上記各実施例においては、回折光学素子の屈折力は負とされているが、対物レンズ系の屈折力等に応じて、回折光学素子の屈折力を正とすることも可能である。
また、対物光学系の対物レンズとしても、正の屈折力を有するレンズとされていればよく、実施例のもののように光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが回転対称な非球面とされている構成に限られるものではない。例えば、平面、球面、非球面を適宜用いることができる。
また、本発明の光記録媒体用対物光学系および光ピックアップ装置において、記録・再生対象となる光記録媒体としてはＢＤ（またはＡＯＤ）、ＤＶＤおよびＣＤという組合わせに限られない。条件式（１）〜（３）を満足するように設定された光記録媒体を、共通の光ピックアップ装置で記録・再生する場合に本発明を適用できる。
また、光記録媒体を上記実施例と同じくＡＯＤ、ＤＶＤ、およびＣＤとした場合にも、その使用光波長は、実施例のものに限られない。ＢＤおよびＡＯＤの使用光波長405ｎｍ、ＤＶＤの使用光波長650ｎｍおよびＣＤの使用光波長780ｎｍ以外の波長の光であっても、それぞれの光記録媒体の規格を満たすものであればその範囲内で任意に設定することができる。また、開口数、基板厚についても同様である。
また、今後、光記録媒体として上記以外の、例えば使用光波長がさらに短波長化した規格のものが開発されることも想定されるが、その場合にも勿論、本発明を適用することが可能である。この場合、レンズ材料として、使用光波長において良好な透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、本発明の光記録媒体用対物光学系のガラス製基体の硝材として蛍石や石英を用いることも可能である。
また、４種以上の光記録媒体に対しても、本発明の光記録媒体用対物光学系の適用を妨げるものではない。
また、上記説明に用いた光ピックアップ装置では互いに異なる波長の光を出力する３つの光源を設けているが、光源として、２つの異なる波長の光を近接した出力口から出力し得る１つの光源を用いるようにしても良い。この場合には、例えば図７のプリズム２ａ、２ｂに代えて、１つのプリズムを配した構成としてもよい。さらに、3つの異なる波長の光を近接した出力口から出力し得る１つの光源を用いるようにしても良い。この場合には、例えば図７のプリズム２ａ、２ｂは不要となる。
１ａ、１ｂ、１ｃ 半導体レーザ
２ａ、２ｂ プリズム
６ ハーフミラー
７ コリメータレンズ
８ 対物光学系
９ 光記録媒体
９ａ ＢＤ
９ｂ ＤＶＤ
９ｃ ＣＤ
９ｄ ＡＯＤ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 記録領域
１１ レーザ光
１３ フォトダイオード
１８、２８、３８、４８、５８ ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ
１８ａ、２８ａ、３８ａ、４８ａ、５８ａ ガラス板
１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ、４８ｂ、５８ｂ 回折光学素子部
１８ｃ、２８ｃ、３８ｃ、４８ｃ、５８ｃ 開口制限コート部
Ｌ 対物レンズ
２ａ、２ｂ プリズム
６ ハーフミラー
７ コリメータレンズ
８ 対物光学系
９ 光記録媒体
９ａ ＢＤ
９ｂ ＤＶＤ
９ｃ ＣＤ
９ｄ ＡＯＤ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 記録領域
１１ レーザ光
１３ フォトダイオード
１８、２８、３８、４８、５８ ＤＯＥ機能付き開口制限フィルタ
１８ａ、２８ａ、３８ａ、４８ａ、５８ａ ガラス板
１８ｂ、２８ｂ、３８ｂ、４８ｂ、５８ｂ 回折光学素子部
１８ｃ、２８ｃ、３８ｃ、４８ｃ、５８ｃ 開口制限コート部
Ｌ 対物レンズ
Claims (6)
- 情報の記録または再生がなされる際に、対応する使用光波長、開口数および基板厚が下記３つの条件式（１）〜（３）を満足するように設定された第１、第２および第３の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に収束させるための光記録媒体用対物光学系において、
光源側から順に、回折光学機能付き開口制限フィルタと対物レンズとを配列してなり、
該回折光学機能付き開口制限フィルタは、ガラス製基体の光源側の面に、入射された使用光の波長に応じて、使用する光記録媒体に対応した大きさの開口数に設定する開口制限部が設けられるとともに、該ガラス製基体の光記録媒体側の面には、回折光学機能部が設けられてなることを特徴とする光記録媒体用対物光学系。
λ１＜λ２＜λ３ ・・・（１）
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３ ・・・（２）
Ｔ１≦Ｔ２＜Ｔ３ ・・・（３）
ただし、
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
Ｔ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
Ｔ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
Ｔ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚） - 前記回折光学機能部は、前記ガラス製基体に貼着された樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体用対物光学系。
- 前記対物レンズの少なくとも１面が非球面からなることを特徴とする請求項１または2記載の光記録媒体用対物光学系。
- 前記第１の光記録媒体がアドバンスド・オプティカル・ディスク（ＡＯＤ）であり、前記第２の光記録媒体がＤＶＤであり、前記第３の光記録媒体がＣＤであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物光学系。
- 前記第１の光記録媒体がブルーレイ・ディスクであり、前記第２の光記録媒体がＤＶＤであり、前記第３の光記録媒体がＣＤであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物光学系。
- 請求項１〜５のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物光学系を搭載されてなることを特徴とする光ピックアップ装置。
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