JP2006107558A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】使用光の波長が略同様で、仕様が互いに異なる光記録媒体を含む複数の光記録媒体上に、該使用光を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を得る。
【解決手段】基板厚が0.6mmとされたＡＯＤ９ａについて情報の記録および再生を行なう際（Ａ）に比べて、基板厚が0.1mm
とされたＢＤ９ｄについて情報の記録および再生を行なう際（Ｂ）には、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔Ｄ２が大きく設定され、基板厚の相違に伴う過大な球面収差量の発生を阻止している。特に、ＡＯＤ９ａとＢＤ９ｄは、使用光の波長が互いに同一とされているため、使用光の波長に依存しない光収束位置を変更する当該手法が有効である。
【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、複数種の光記録媒体に対して、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、特に、略同一の波長の使用光を、互いに特性の異なる複数種の光記録媒体のそれぞれに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。なお、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば658ｎｍ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、784ｎｍ程度の近赤外光を使用する。また、これら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るが、さらに、基板の厚み（ＰＣ（ポリカーボネート）等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。
一方、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408ｎｍのレーザ光を射出する）が実用化され、記録容量のさらなる増大に応じて、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）が実用化される状態にある。また、これと前後して、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）も略実用化の状態にある。
上記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、開口数（ＮＡ）は0.65、基板の厚みは0.6ｍｍとされており、一方、上記ＢＤ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。
このような事情から、上述したＤＶＤおよびＣＤに、ＡＯＤまたはＢＤを加えた３つの光記録媒体に共用し得る工夫が施された光ピックアップ装置の開発も進められている。
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、このような光ピックアップ装置においては、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、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、各光記録媒体に対して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。
そこで、本願出願人も、このような光記録媒体用対物レンズとして、種々の提案を既に行っている（下記特許文献１〜３を参照）。
これらの特許文献に開示された技術に代表される光記録媒体用対物レンズにおいては、ＣＤ、ＤＶＤおよびＡＯＤ（またはＢＤ）に使用される光の波長が異なることに着目し、例えば、波長選択性を有する回折光学素子と対物レンズを組み合わせた２群構成の光記録媒体用対物光学系を用いることにより、保護層の厚さの違いに応じて発生する球面収差量を最適化するようにしている。
特願２００３−４３３４３４号明細書 特願２００３−３６５４８２号明細書 特願２００３−３２８６７２号明細書
ところで、上記のように、ＡＯＤとＢＤとが略実用化されるようになったことから、ＣＤおよびＤＶＤのほかに、ＡＯＤとＢＤも含めた４種の光記録媒体を１つの光記録媒体用対物レンズによって、記録、再生したいという要望がある。
しかしながら、上述したように、ＡＯＤとＢＤとは、互いに略同様の波長の光（例えば408nm）を使用光としており、使用光の波長の違いに基づいて光収束作用を変更するという、上記各特許文献に記載されているような技術によって対処することができない。
したがって、少なくともＡＯＤとＢＤについて共用しうる光記録媒体用対物レンズとするためには、全く新しい発想を採り入れる必要がある。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、使用光の波長が略同様で、基板厚が互いに異なる光記録媒体を含む複数の光記録媒体上に、該使用光を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、少なくとも２種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される複数のレンズ群からなる光記録媒体用対物光学系において、
前記少なくとも２種の光記録媒体のうちの所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであって、
前記所定の少なくとも２種の光記録媒体のうちのいずれか１つの前記光記録媒体が選択される場合とその余の少なくとも１つの前記光記録媒体が選択される場合とで、前記複数のレンズ群の空気間隔のうち少なくとも１つの空気間隔が互いに異なるように構成されたことを特徴とするものである。
また、少なくとも４種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される複数のレンズ群からなる光記録媒体用対物光学系において、
前記少なくとも４種の光記録媒体のうちの所定の２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであって、
前記所定の２種の光記録媒体のうちの、一方の前記光記録媒体が選択される場合と他方の前記光記録媒体が選択される場合とで、前記複数のレンズ群の空気間隔のうち少なくとも１つの空気間隔が互いに異なるように構成されることが好ましい。
また、前記所定の少なくとも２種の光記録媒体のうち、いずれか１つの前記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、前記その余の少なくとも１つの前記光記録媒体をブルーレイ・ディスクとすることが可能である。
また、前記複数のレンズ群は、少なくとも一方のレンズ群に回折光学面を有する２つのレンズ群からなることが好ましい。
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た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によれば、複数の光記録媒体に共用されるものであって、これら複数の光記録媒体のうち、所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるように構成されており、そのうちいずれか１つの光記録媒体が選択される場合とその余の少なくとも１つの光記録媒体が選択される場合とで、上記複数のレンズ群の空気間隔のうち少なくとも１つの空気間隔が互いに異なるように構成されている。
すなわち、基板厚が互いに異なる２種の光記録媒体については、一方の光記録媒体についての記録、再生時において球面収差量を小さくするように構成した場合、他方の光記録媒体についての記録、再生時においては、球面収差量が過大となる。そこで、上記複数のレンズ群の空気間隔のうち少なくとも１つの空気間隔を光記録媒体の種類に応じて変更することにより、この過大な球面収差量の発生を阻止するようにしている。
これにより、使用光の波長が略同様で、基板厚が互いに異なる光記録媒体を含む複数の光記録媒体上に、該使用光を効率良く収束させることができる。
また、本発明の光ピックアップ装置においては、上記光記録媒体用対物光学系を搭載することにより、簡易な構成で、使用光の波長が略同様で、基板厚が互いに異なる光記録媒体を含む複数の光記録媒体上に、該使用光を効率良く収束させることができる。
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２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、本発明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の構成図において、回折光学素子および各レンズの形状は全て模式的に表されている。また図２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２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。なお、本発明の光ピックアップ装置においては、以下の条件式（１）〜（３）を満足するものに限られないことは勿論である。
λ１＝λ４＜λ２＜λ３・・・ （１）
ＮＡ４＞ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・ （２）
Ｔ４＜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）
λ４・・・前記第４の光記録媒体に対応する使用光波長（第４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）
ＮＡ４・・・前記第４の光記録媒体に対応する開口数（第４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）
Ｔ４・・・前記第４の光記録媒体の基板厚（第４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ＡＯＤ９ａ（開口数ＮＡ１＝0.65、使用光波長λ１＝408ｎｍ、基板厚ｄ１＝0.6ｍｍ）、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＝658ｎｍ、基板厚ｄ２＝0.6ｍｍ）、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＝784ｎｍ、基板厚ｄ３＝1.2ｍｍ）および第４の光記録媒体としてのＢＤ９ｄ（開口数ＮＡ４＝0.85、使用光波長λ４＝408ｎｍ、基板厚ｄ４＝0.1ｍｍ）を総称するものとして説明する。
半導体レーザ１ａは、ＡＯＤ用およびＢＤ用の、波長408ｎｍ（λ１、λ４）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１ｂは、ＤＶＤ用の、波長658ｎｍ（λ２）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784ｎｍ（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ＡＯＤ９ａであるか、ＤＶＤ９ｂであるか、ＣＤ９ｃであるか、ＢＤ９ｄ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２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。
本実施形態の光ピックアップ装置では、所定位置（ターンテーブル上）に配される光記録媒体９として、ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃおよびＢＤ９ｄのいずれの光記録媒体９が選択される場合にも、対物光学系８に対しては使用光が平行光として入射される。対物光学系８は無限共役の光学系とされている。回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２と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ＡＯＤ９ａ、図１（Ｂ）に示すＤＶＤ９ｂ、図１（Ｃ）に示すＣＤ９ｃ、図１（Ｄ）に示すＢＤ９ｄの、各々情報の記録または再生をなす前記光記録媒体の所定位置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ（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、本実施形態の対物光学系８は、図１に示すように、光源側から順に、少なくとも一方の面に回折光学面を有する回折光学素子Ｌ１（第１レンズ群）と、正の屈折力を有する対物レンズＬ２（第２レンズ群）とから構成されてなる。そして、使用光が略同一波長となる複数の光記録媒体について情報の記録および再生を行なう際に、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との間隔を、該光記録媒体の種類に応じて変更するように、回折光学素子Ｌ１および／または対物レンズＬ２が可動とされているものである。例えば、ＡＯＤ９ａが選択される場合と、ＢＤ９ｄが選択される場合とで、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔が互いに異なるように構成される。
図１に示す対物光学系８では、ＡＯＤ９ａについて情報の記録および再生を行なう際（図１（Ａ）参照）に比べて、ＢＤ９ｄについて情報の記録および再生を行なう際（図１（Ｄ）参照）には、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔Ｄ２が大きく設定されている。
すなわち、基板厚が互いに異なる２種の光記録媒体については、一方の光記録媒体についての記録、再生時において球面収差量を小さくするように構成した場合、他方の光記録媒体についての記録、再生時においては、球面収差量が過大となる。そこで、記録媒体の基板厚が0.6mm とされたＡＯＤ９ａの情報の記録および再生を行う際と、記録媒体の基板厚が0.1mm とされたＢＤ９ｄの情報の記録および再生を行う際とにより、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔を調整することで、この過大な球面収差量の発生を阻止している。特に、ＡＯＤ９ａとＢＤ９ｄは、使用光の波長が互いに同一とされており、この使用光波長に応じて光記録媒体用対物光学系の屈折作用や回折作用を変えて光収束位置を変更するという従来の手法を採ることが困難であるため、使用光波長に依存しない本実施形態による手法は極めて有効である。
ただし、本実施形態による手法は、使用光の波長が互いに同一とされる複数の光記録媒体に対してのみならず、使用光の波長が互いに異なるものとされる複数の光記録媒体に対しても適用することができる。
例えば、図１に示す対物光学系８では、ＡＯＤ９ａについて情報の記録および再生を行なう際（図１（Ａ）参照）に対して、記録媒体の基板厚が0.6mmと同一とされたＤＶＤ９ｂについて情報の記録および再生を行なう際（図１（Ｂ）参照）には、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔Ｄ２が略等しく設定されているが、記録媒体の基板厚が1.2mmと厚みが大とされたＣＤ９ｃについて情報の記録および再生を行なう際（図１（Ｃ）参照）には、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔Ｄ２が小さく設定されている。
一般に、回折光学素子Ｌ１を用いるという要件を満足することのみによっても、使用光波長が互いに異なる２種の光記録媒体についてともに平行光を入射させた場合には、いずれも良好な収差補正が行なわれる状態で各所定位置に集光させることは可能と考えられているが、さらに他の光記録媒体についても平行光を入射させ、良好な収差補正が行なわれる状態で所定位置に集光させることは球面収差の発生が過大となり困難とされている。しかし、本実施形態のように、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との間隔を記録媒体の種類に応じて変更することにより、全ての光記録媒体について良好な収差補正が行なわれる状態で各所定位置に集光させるようにしている。
このように本実施形態の対物光学系８によれば、いずれの光記録媒体（ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃ、ＢＤ９ｄ）について情報の記録、再生を行なう場合にも、この対物光学系８に平行光の状態で使用光を入射せしめることができるので、光学系の配置選択の自由度を高めて装置のコンパクト化を図ることができるとともにトラッキングの安定性の向上を図ることができる。
なお、上述した回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔の変化は、これら回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２の少なくとも一方を周知のレンズ駆動機構等により移動せしめることにより行う。
また、この対物光学系８は、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２の２群構成にし、さらにこれらの間隔を変えることができる構成とすることで、光記録媒体の製造バラツキにより生じる基板厚の変化で発生する球面収差や、２層ディスクなどの多層ディスクに求められる球面収差の補正にも対応することができる。
また、この対物光学系８は、上記ＡＯＤ９ａとＤＶＤ９ｂの場合のように、いずれか１つの光記録媒体９が選択される場合とその余の少なくとも１つの光記録媒体９が選択される場合とで、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔が互いに異なるように構成する際に、いずれか２つの光記録媒体９が選択される場合に回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔が互いに等しく、かつその余の１つの光記録媒体９が選択される場合とは回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔が互いに異なるように構成することができる。２つの光記録媒体９が選択される場合で空気間隔を等しくすることにより、回折光学素子Ｌ１および／または対物レンズＬ２を可動とするためのメカ制御の負担を減らすことができ、装置構成を簡略にすることができる。
また、この対物光学系８は、いずれか１つの光記録媒体９が選択される場合とその余の少なくとも１つの光記録媒体９が選択される場合とで、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔が互いに異なるように構成する際に、４種の光記録媒体９が選択される場合で空気間隔が全て互いに異なるように構成してもよい。このような構成によれば、各光記録媒体に対応させて異なる配設位置を設定することができるので、設計の自由度を高めることができる。
また、この対物光学系８において回折光学素子Ｌ１の回折光学面は、前記第１波長（および第４波長）の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、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とが互いに異なるように、かつ、前記第１波長（および第４波長）の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、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とが互いに異なるように、作用する形状とされていることが好ましい。各使用光について回折光の光量が最大となる回折次数を上記のように設定することにより、いずれの使用光についても、高い利用効率で所望の位置に収束させることができる。
また、前記回折光学面が、前記第１波長（および第４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、回折光学面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、後述する実施例に係る光記録媒体用対物光学系８では、ＡＯＤ９ａおよびＢＤ９ｄに対応する波長408ｎｍ（λ１、λ４）の光に対しては２次、ＤＶＤ９ｂに対応する波長658ｎｍ（λ２）の光に対しては１次、ＣＤ９ｃに対応する波長784ｎｍ（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、回折光学面が設定されている。
また、本発明に係る対物光学系８の回折光学面は、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。
Figure 2006107558
なお、回折光学面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、回折光学面の最外径は、入射する３つの波長のレーザ光１１のビーム径と対物光学系８の開口数を勘案して適宜設定し得る。
後述する実施例１に係る光記録媒体用対物光学系８の回折光学面は、いずれも仮想平面上に回折光学素子構造が形成されてなる。ただし、図１の構成図においては、回折光学面であることを示すために、実際の回折光学面の鋸歯形状よりも誇張して示している。
また、本発明の対物光学系８において対物レンズＬ２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。このような回転対称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。
Figure 2006107558
回折光学素子Ｌ１および対物レンズＬ２に形成される回折光学面および回転対称非球面等の面形状は、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、本発明の対物光学系８において回折光学素子Ｌ１および対物レンズＬ２は、各々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。特に、回折光学面の型の加工にはプラスチック材料を用いることが有利である。
また、回折光学素子Ｌ１および対物レンズＬ２は、各々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８について、実施例１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、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２を配列されてなる。該回折光学素子Ｌ１は全体として正の屈折力を有し、光源側の面は、仮想平面上に回折光学素子構造が形成された回折光学面とされ、またその光記録媒体側の面は凸状の回転対称非球面とされている。一方上記対物レンズＬ２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、回転対称非球面とされている。
また、回折光学面および回転対称非球面は、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、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）〜（Ｄ）に示すように、光記録媒体９としてのＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃおよびＢＤ９ｄの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに、各使用光λ＝408ｎｍ（λ１、λ４）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）を良好に収束させるものである。なお、図１（Ｂ）〜（Ｄ）においては、図が煩雑となることを避けるため、図１（Ａ）と同様のものを示す曲率半径Rおよび面間隔Dの記載を省略している。
また、対物光学系８は、これら各使用光がいずれも略平行光として入射される無限共役の光学系とされている。また、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
また、この対物光学系８は、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との間隔Ｄ２が下記条件式（４）を満足するように可変とされている。
ｄ３＜ｄ１＝ｄ２＜ｄ４ ・・・（４）
ただし、
ｄ１・・・ＡＯＤ９ａに集光する際の回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔
ｄ２・・・ＤＶＤ９ｂに集光する際の回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔
ｄ３・・・ＣＤ９ｃに集光する際の回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔
ｄ４・・・ＢＤ９ｄに集光する際の回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔
この対物光学系８は上記条件式（１）〜（３）を満足するように設定された４種の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を良好に所望の位置に収束させる光記録媒体用対物光学系とされており、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２の間隔は、例えば、ＡＯＤ９ａへの情報の記録再生時には1.5mm （ｄ１）、ＤＶＤ９ｂへの情報の記録再生時には1.5mm （ｄ２）、ＣＤ９ｃへの情報の記録再生時には0.1mm（ｄ３）、ＢＤ９ｄへの情報の記録再生時には2.2mm
（ｄ４）、とされている。
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、本発明の光記録媒体用対物光学系については、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるように構成されてなる少なくとも２種の光記録媒体に対して適用されるものであって、このような光記録媒体が３種以上であっても、レンズ群間隔を光記録媒体の種類に応じて適宜変更するように調整することにより適用しうる。したがって、上記例示されたものにおいて、例えばＡＯＤとＢＤに加えてさらに異なる基板厚の光記録媒体にも共用し得る光記録媒体用対物光学系とすることも可能である。
また、それ以外に、使用光の波長が互いに異なる光記録媒体についても適用する場合において、その種類の数は特に限定されるものではない。
また、上記実施形態においては、全ての種類の光記録媒体に対して、使用光が平行光の状態で入射する場合について説明しているが、そのうち１つまたは複数種の光記録媒体に対して、使用光が発散光または収束光の状態で入射するようにしてもよい。
また、上記実施形態のものでは、レンズ群が２群構成とされているが、３群以上の構成としてもよく、その場合には、レンズ群間の複数の空気間隔について、光記録媒体の種類に応じて変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、第１レンズ群に回折光学面が設けられているが、第２レンズ群または両レンズ群に回折光学面を設けるようにしてもよい。また、３群以上のレンズ構成とした場合においても、回折光学面を設けるレンズ群は限定されるものではない。
また、この回折光学面は、凸状または凹状の屈折力を有する面上に形成されてもよいし、非球面上に形成されていてもよい。また、回折光学素子は、光源側の面が回転対称な非球面とされ、光記録媒体側の面が回折光学面とされていてもよい。また、実施例の回折光学素子では回折光学面でない方の面に回転対称な非球面が用いられていたが、これに変えて平面や球面または非回転対称な非球面としてもよい。例えば、屈折力を有する面に回折光学面を形成し、他方の面を平面とすることも可能である。また、回折光学素子の両面が回折光学面とされていてもよい。
また、対物光学系の回折光学面は、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。
さらに、全てのレンズ群が回折光学面を有していない構成としてもよい。
また、対物光学系が回折光学素子と対物レンズとの２部材による構成とされているので、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、対物光学系の対物レンズとしても、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、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レンズ材料として蛍石や石英を用いることも可能である。
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２のプリズム２ａ、２ｂに替えて、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２のプリズム２ａ、２ｂは不要となる。
また、この光ピックアップ装置において、対物光学系の光源側に絞りや波長選択性のある開口制限素子が配設されていてもよいし、回折光学素子Ｌ１または対物レンズＬ２に開口制限の機能を持たせてもよい。
また、例えば、ＡＯＤ９ａおよびＢＤ９ｄの各使用光を出力する光源を、互いに独立の光源としてもよい。また、この場合において、各光源から出力された使用光の波長は、略同様であればよく、厳密に一致している必要はない。
本発明の実施例１に係る光記録媒体用対物光学系とその作用を模式的に示す断面図 本発明の実施形態に係る光記録媒体用対物光学系を用いた光ピックアップ装置を示す概略図
符号の説明
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 ＡＯＤ
９ｂ ＤＶＤ
９ｃ ＣＤ
９ｄ ＢＤ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 記録領域
１１ レーザ光
１３ フォトダイオード
Ｌ１ 回折光学素子
Ｌ２ 対物レンズ
Ｒ１〜Ｒ５ レンズ面（ただし、Ｒ５は光記録媒体の保護層表面）の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ５ 軸上面間隔

Claims (5)

  1. 少なくとも２種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される複数のレンズ群からなる光記録媒体用対物光学系において、
    前記少なくとも２種の光記録媒体のうちの所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであって、
    前記所定の少なくとも２種の光記録媒体のうちのいずれか１つの前記光記録媒体が選択される場合とその余の少なくとも１つの前記光記録媒体が選択される場合とで、前記複数のレンズ群の空気間隔のうち少なくとも１つの空気間隔が互いに異なるように構成されてなることを特徴とする光記録媒体用対物光学系。
  2. 少なくとも４種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される複数のレンズ群からなる光記録媒体用対物光学系において、
    前記少なくとも４種の光記録媒体のうちの所定の２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであって、
    前記所定の２種の光記録媒体のうちの、一方の前記光記録媒体が選択される場合と他方の前記光記録媒体が選択される場合とで、前記複数のレンズ群の空気間隔のうち少なくとも１つの空気間隔が互いに異なるように構成されたことを特徴とする光記録媒体用対物光学系。
  3. 前記所定の２種の光記録媒体のうち、前記一方の前記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、前記他方の前記光記録媒体がブルーレイ・ディスクであることを特徴とする請求項２記載の光記録媒体用対物光学系。
  4. 前記複数のレンズ群は、少なくとも一方のレンズ群に回折光学面を有する２つのレンズ群からな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。
  5. 請求項１〜４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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