JP2009252254A - 対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】異なる2つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系を提供する。
【解決手段】HDにHDのNAの範囲の光束を集光し、BDにBDのNAの範囲の光束を集光する対物レンズ光学系10に、HDのNAの範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差と、BDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも、第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第1の非球面形状を有し、HDのNAの範囲の外縁側且つBDのNAの範囲内において、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する第2の非球面形状を有するように構成した。
【選択図】図1
【解決手段】HDにHDのNAの範囲の光束を集光し、BDにBDのNAの範囲の光束を集光する対物レンズ光学系10に、HDのNAの範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差と、BDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも、第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第1の非球面形状を有し、HDのNAの範囲の外縁側且つBDのNAの範囲内において、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する第2の非球面形状を有するように構成した。
【選択図】図1
Description
本発明は、BD又はHD−DVD等の光ディスク装置における対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系に関する。
Blu−Ray Disc(以下、BDと称する。)やHDDVD(High Definition DVD;以下、HDと称する。)などの高容量の光ディスクが開発されている。そして、光ディスクの高容量化に伴い、光ディスク装置に用いられる対物レンズ光学系により形成される光ディスク上のスポットの大きさも小さくなってきている。スポットの大きさは、光束の波長λに比例し、開口数(NA)に反比例する。そのため、BDでは、他の光ディスクに比較してNAを大きくすることにより、スポットを小さくしている。例えば、BD、HD、DVD、CD(Compact Disc)のNAを表1に示す。
1つの対物レンズ光学系で異なる光ディスクに対応するためには、光ディスク間で発生する球面収差の差分を補正する必要がある。そこで、例えば、特許文献1には、対物レンズのレーザ光源側に液晶光学素子を設け、液晶光学素子により、異なる光ディスク間の球面収差の差分を補正する技術が記載されている。
特開2006−330089号公報
しかしながら、球面収差は、NAの4乗と波長の−1乗、基板厚さの1乗に比例する。そのため、光ディスクの種類によっては、補正すべき球面収差の差分の増大を招く場合がある。その場合、特許文献1に記載の液晶光学素子により補正を行うと、高性能な液晶光学素子が必要となる。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、異なる2つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系を提供することを目的とする。
本発明にかかる対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系は、第1の光ディスクに第1の開口数の範囲の光束を集光し、第2の光ディスクに前記第1の開口数よりも大きい第2の開口数の範囲の光束を集光する対物レンズ光学系であって、前記第1の開口数の範囲内において、前記第1の光ディスクに光束を集光する際の第1の球面収差と、前記第2の光ディスクに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、前記第1の球面収差の絶対値よりも、前記第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第1の非球面形状を有し、前記第1の開口数の範囲の外縁側且つ前記第2の開口数の範囲内において、前記第2の光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する第2の非球面形状を有するものである。
本発明においては、第1の開口数の範囲内において、第1の球面収差と第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも、第2の球面収差の方が大きくなるような第1の非球面形状を有する。換言すれば、第1の開口数の範囲内では、第1の開口数の範囲内において、第2の光ディスクよりも第1の光ディスクに対してより良好に光束を集光する第1の非球面形状を有する。一方で、第1の開口数より外縁側且つ第2の開口数の範囲内において、第2の光ディスクに良好に光束を集光する第2の非球面形状を有する。これにより、第1の開口数の範囲内において、第2の球面収差が第1の球面収差より大きくなってしまった分を、第1の開口数の外縁側且つ第2の開口数の範囲内において補っている。したがって、本発明の対物レンズ光学系では、第1の開口数の範囲内と第1の開口数の外縁側且つ第2の開口数の範囲内との間で、第2の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第1の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる2つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
また、第1の開口数の外縁側且つ第2の開口数の範囲内を透過した光束は、第1の光ディスクにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、第1の光ディスク用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系の小型化を図ることができる。
また、第1の開口数の外縁側且つ第2の開口数の範囲内を透過した光束は、第1の光ディスクにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、第1の光ディスク用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系の小型化を図ることができる。
また、入射面と出射面の少なくとも一方に、前記第1の非球面形状及び前記第2の非球面形状を有する対物レンズを備え、前記第1の非球面形状と前記第2の非球面形状との間の段差量dは、数式(1)を満たすことが好ましい。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ただし、λは、光束の波長、Nは、前記対物レンズの屈折率である。
これにより、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差量を低減することができ、対物レンズの製造を容易にすることができる。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ただし、λは、光束の波長、Nは、前記対物レンズの屈折率である。
これにより、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差量を低減することができ、対物レンズの製造を容易にすることができる。
さらに、前記第1の球面収差と前記第2の球面収差とを補正する収差補正用素子を備え、前記収差補正用素子は、複数の輪帯領域を有し、前記複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、前記輪帯領域は、前記第1の光ディスクに光束を集光する場合と、前記第2の光ディスクに光束を集光する場合とで、前記位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させることが好ましい。
これにより、輪帯領域は、一の輪帯領域を透過する光束と当該一の輪帯領域に隣接する他の輪帯領域を透過する光束との間に位相差を発生させる。そして、当該位相差により、異なる2つの光ディスクに発生する球面収差を低減することができる。
また、輪帯領域は、第1の光ディスクに光束を集光する場合と、第2の光ディスクに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。これにより、符号が反対である第1の球面収差と第2の球面収差とを好適に低減することができる。
また、輪帯領域は、第1の光ディスクに光束を集光する場合と、第2の光ディスクに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。これにより、符号が反対である第1の球面収差と第2の球面収差とを好適に低減することができる。
さらに、また、光軸の半径位置を0%、前記第1の開口数の範囲の外縁の半径位置を100%とした場合において、80%以上100%以内の半径位置に、前記光軸を含む前記輪帯領域を除く前記複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い前記輪帯領域があることが好ましい。
また、前記収差補正用素子は、液晶素子と前記液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備え、前記透明電極は、大きさの異なる複数の円形状に形成され、前記複数の透明電極は、光軸を同心として配置され、前記複数の輪帯領域は、前記液晶素子が前記透明電極により分割されてなる領域であることが好ましい。
また、前記収差補正用素子は、液晶素子と前記液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備え、前記透明電極は、大きさの異なる複数の円形状に形成され、前記複数の透明電極は、光軸を同心として配置され、前記複数の輪帯領域は、前記液晶素子が前記透明電極により分割されてなる領域であることが好ましい。
球面収差を含む波面収差の形状(W(ρ))は、W(ρ)=W40ρ4+W20ρ2で表される。ここで、ρは、対物レンズの有効径を「1」として規格化した動径半径座標である。また、W40は、球面収差を表すサイデルの収差係数である。また、W20は、デフォーカス量を表すサイデルの収差係数である。デフォーカス量は、光ディスクに集光するスポットの焦点位置を変えることにより変化する。そのため、デフォーカス量は、実際上、フォーカスサーボのオフセットを可変させることにより制御することができる。
そして、液晶光学素子(収差補正用素子)により上述の波面収差の形状を有する波面収差を補正する場合、光軸を中心として同心円状に区分された輪帯毎に異なる位相シフト量を透過光に与える。これにより、所望するPeak to Peak値(以下、P−P値と称する。)のWlimitの範囲内となるように波面収差の形状が折りたたまれるように、波面収差を補正する。このとき、波面収差の形状の傾きが大きいほど、液晶光学素子に形成する透明電極間の幅(即ち、輪帯領域の幅)が狭くなる。透明電極間の幅が狭いと、液晶光学素子に透明電極を形成するのが難しくなる。また、透明電極からの漏れ電界によって、所望の位相分布からの誤差が発生しやすくなる。
そこで、波面収差の形状の傾きの最大値が最も小さくなるように、デフォーカス量を制御することが望ましい。これにより、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。波面収差の形状の傾きは、上述のW(ρ)を1次微分することにより得られる。従って、上述のW(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となるデフォーカス量において、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。そして、W(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる場合、波面収差の形状は、光軸の半径位置を0%、第1の開口数の範囲の外縁の半径位置を100%とした場合において、80%以上100%以内の半径位置に極値がある形状となる。波面収差が極値となる位置において、波面収差の形状の傾きが最も小さい。そのため、波面収差が極値となる位置において、透明電極間の幅も当該位置近傍で最も広く、極大となる。換言すれば、80%以上100%以内の半径位置に、隣接する内側の輪帯領域より幅の広い輪帯領域が少なくとも1つ存在することになる。従って、80%以上100%以内の半径位置に隣接輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
通常、収差補正量をなるべく小さくするため、波面収差のRMS(Root Mean Square)値が最小となるようにデフォーカス量を制御する。このとき、W20=−W40であり、ρ=(√2)/2≒0.7より、波面収差のRMS値が最小となるデフォーカス量が得られる場合の波面収差が極値となる位置は、約70%の半径位置である。従って、波面収差のRMS値が最小となる場合、約70%の半径位置に、幅が極大の輪帯領域が位置する。
よって、70%の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合よりも、80%以上100%未満の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合の方が、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
よって、70%の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合よりも、80%以上100%未満の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合の方が、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
また、液晶光学素子と対物レンズとの間の軸ずれに対する残留収差は、波面収差の1次微分と軸ずれとの積に比例する。透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量では、波面収差の1次微分の最大値が最小となっている。従って、そのため、透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量において、軸ずれに対する残留収差は最小となる。従って、透明電極間の幅を広くすると、液晶光学素子と対物レンズとの間に軸ずれが生じた場合のコマ収差の発生を最小限に抑えることができる。換言すれば、80%以上100%未満の半径位置に隣接内側の輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、軸ずれによる残留収差の発生を低減することができる。
さらに、前記第1の光ディスクと前記第2の光ディスクに集光される光束は、同一波長を有することが好ましい。
これにより、同一波長の光束を異なる2つの光ディスクに集光する場合においても球面収差をより好適に補正することができる。
これにより、同一波長の光束を異なる2つの光ディスクに集光する場合においても球面収差をより好適に補正することができる。
本発明により、異なる2つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明の実施の形態では、第1の光ディスクとして、HDを例示し、第2の光ディスクとしてBDを例示して説明する。
本発明の実施の形態にかかる対物レンズ光学系10を図1に示す。対物レンズ光学系10は、図1に示すように、液晶光学素子(収差補正用素子)1、対物レンズ2等を備えている。
また、対物レンズ2は、液晶光学素子1と光ディスク3との間に配置されている。
本発明の実施の形態にかかる対物レンズ光学系10を図1に示す。対物レンズ光学系10は、図1に示すように、液晶光学素子(収差補正用素子)1、対物レンズ2等を備えている。
また、対物レンズ2は、液晶光学素子1と光ディスク3との間に配置されている。
対物レンズ光学系10は、HDのNA(第1の開口数)の範囲の光束をHDに集光し、BDのNA(第2の開口数)の範囲の光束をBDに集光する。なお、BDのNAはHDのNAよりも大きい。具体的には、BDのNAは0.85であり、HDのNAは0.65である。
そして、対物レンズ光学系10は、HDのNAの範囲内において第1の非球面形状を有し、HDのNAの範囲の外縁側且つBDのNAの範囲内において第2の非球面形状を有している。
そして、対物レンズ光学系10は、HDのNAの範囲内において第1の非球面形状を有し、HDのNAの範囲の外縁側且つBDのNAの範囲内において第2の非球面形状を有している。
第1の非球面形状は、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状である。
第2の非球面形状は、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状である。
具体的には、対物レンズ光学系10における対物レンズ2の入射面と出射面の少なくとも一方に第1の非球面形状及び第2の非球面形状が形成されている。
第2の非球面形状は、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状である。
具体的には、対物レンズ光学系10における対物レンズ2の入射面と出射面の少なくとも一方に第1の非球面形状及び第2の非球面形状が形成されている。
図2に、BD専用対物レンズを用いてBD及びHDに光束を集光する際に発生する球面収差を示す。また、図3に、HDのNAの範囲内においてBDの基板厚とHDの基板厚との中間の基板厚を有する光ディスクに光束を良好に集光し、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内においてBDに光束を良好に集光する折衷対物レンズを用いてBD及びHDに光束を集光する際に発生する球面収差を示す。図2及び図3において、太い実線がBDに光束を集光する際の球面収差を表し、細い実線がHDに光束を集光する際の球面収差を表す。また、図2及び図3において、縦軸が波面収差を示し、横軸がNAを示す。
図2に示すように、BD専用対物レンズを用いてHDに光束を集光すると、4λ以上の大きな球面収差が発生する。一方、折衷対物レンズを用いてHD及びBDに光束を集光すると、HDのNAの範囲内において、HDとBDの両方で、絶対値が約2λで符号が反対の球面収差が発生する。
液晶光学素子を用いて折衷対物レンズを用いてHDに光束を集光する際の球面収差を補正する場合、折衷対物レンズを用いてBDに光束を集光する際の球面収差を補正する際に透明電極に印加する電圧と符号が反対で絶対値が等しい電圧を透明電極に印加すればよい。従って、折衷対物レンズを用いることにより、液晶光学素子の透明電極に印加する電圧の絶対値を、BD専用対物レンズを用いる場合の約半分に低減することができる。これにより、液晶光学素子に形成する透明電極間の幅を広くすることができる。そのため、液晶光学素子の製造をより容易にすることができる。
液晶光学素子を用いて折衷対物レンズを用いてHDに光束を集光する際の球面収差を補正する場合、折衷対物レンズを用いてBDに光束を集光する際の球面収差を補正する際に透明電極に印加する電圧と符号が反対で絶対値が等しい電圧を透明電極に印加すればよい。従って、折衷対物レンズを用いることにより、液晶光学素子の透明電極に印加する電圧の絶対値を、BD専用対物レンズを用いる場合の約半分に低減することができる。これにより、液晶光学素子に形成する透明電極間の幅を広くすることができる。そのため、液晶光学素子の製造をより容易にすることができる。
しかし、当該折衷対物レンズを用いてHDに光束を集光した際に発生する球面収差は液晶光学素子を用いても十分に低減することができない。例えば、液晶光学素子を用いて、当該折衷対物レンズを用いてBDに光束を集光した際に発生する球面収差を低減させると、RMS波面収差は約25mλとなり、十分に球面収差を低減することができる。一方、液晶光学素子を用いて、当該折衷対物レンズを用いてHDに光束を集光した際に発生する球面収差を低減させると、RMS波面収差は約33mλとなり、十分に球面収差を低減することができない。
そこで、本発明にかかる対物レンズ2において、第1の非球面形状は、HDの基板厚(0.6mm)とBDの基板厚(0.1mm)との間の所定の基板厚を有する光ディスクに対して光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状とした。より具体的には、所定の基板厚とは、HDの基板厚とBDの基板厚との中間の基板厚(0.35mm)よりもHDの基板厚に近い基板厚である。
即ち、第1の非球面形状は、HDとBDとの中間の基板厚よりもHDの基板厚に近い基板厚を有する光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状である。これは、第1の非球面形状が、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状であることと同じである。
即ち、第1の非球面形状は、HDとBDとの中間の基板厚よりもHDの基板厚に近い基板厚を有する光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状である。これは、第1の非球面形状が、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状であることと同じである。
これにより、HDのNAの範囲内において、第2の球面収差が第1の球面収差より大きくなってしまった分を、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内において補っている。したがって、対物レンズ光学系10では、HDのNAの範囲内と、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内との間で、第2の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第1の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる2つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
また、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内を透過した光束は、HDにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、HD用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系10及び光ピックアップ光学系100の小型化を図ることができる。
通常、開口制限は、光束の波長の違いに基づいて、ダイクロックフィルターを用いて行う。しかし、BDとHDとでは、光束の波長が同じであるため、ダイクロックフィルターを用いて開口制限を行うことができない。そのため、開口制限を行う素子をHDに光束を集光させる場合にのみ光学系に挿入する駆動装置を用いる必要がある。しかし、対物レンズ2のHDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内の面形状をBDに光束を良好に集光する非球面形状とすることにより、開口制限を行う必要がなくなる。従って、対物レンズ2を用いる当該効果は、BD及びHDに光束を集光する対物レンズ光学系10及び光ピックアップ光学系100の小型化において、特に有効である。
通常、開口制限は、光束の波長の違いに基づいて、ダイクロックフィルターを用いて行う。しかし、BDとHDとでは、光束の波長が同じであるため、ダイクロックフィルターを用いて開口制限を行うことができない。そのため、開口制限を行う素子をHDに光束を集光させる場合にのみ光学系に挿入する駆動装置を用いる必要がある。しかし、対物レンズ2のHDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内の面形状をBDに光束を良好に集光する非球面形状とすることにより、開口制限を行う必要がなくなる。従って、対物レンズ2を用いる当該効果は、BD及びHDに光束を集光する対物レンズ光学系10及び光ピックアップ光学系100の小型化において、特に有効である。
図4に、折衷対物レンズの半分の部分の側面図を示す。図4に示すように、通常、対物レンズに、第1の非球面形状及び第2の非球面形状を形成すると、第1の非球面形状と第1の非球面形状との間に段差部が生じる。この段差部の段差量が大きいと、段差部に光束が入射するため、光束の利用効率が低下する。また、対物レンズの製造が困難となる。対物レンズの材料としてガラス素材を用いた場合、段差部が割れ等の原因となり、製造の困難性は顕著となる。また、製造誤差により段差部が丸まった形状となると、当該段差部に光束が入射することによって光量が低下する。また、当該段差部に光束が入射すると不要光が発生し、光ピックアップ装置の信号性能(S/N)が劣化してしまう。
そのため、対物レンズ2において、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差量dは、数式(1)を満たすことが好ましい。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ここで、λは、NAがより大きい光ディスクに用いられる光束の波長であり、本実施形態では、405nmである。また、Nは、NAがより大きい光ディスクに用いられる光束の波長における対物レンズ2の屈折率である。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ここで、λは、NAがより大きい光ディスクに用いられる光束の波長であり、本実施形態では、405nmである。また、Nは、NAがより大きい光ディスクに用いられる光束の波長における対物レンズ2の屈折率である。
通常、第1の非球面形状と第2の非球面形状とを対物レンズ2に形成すると、段差量dの絶対値は、λ/(N−1)より大きくなる。段差量がλ/(N−1)である段差部は、段差部の内側を透過した光束の位相と段差部の外側を透過した光束の位相を1λ変化させる。従って、段差部の段差量を変化させることは、HDのNAの範囲内を透過する光束と、HDのNAの範囲外を透過する光束との位相差を変化させることになる。
ここで、像面上の光量分布と、瞳面上の波面収差の位相成分との関係について説明する。
像面上の光量分布は、像面上の光波の振幅E(x、y)の2乗で表される。そして、像面上の光波の振幅E(x、y)は、瞳関数P(x、y)のフーリエ変換で表される。具体的には、像面上の光波の振幅E(X、Y)は、数式(2)で表される。
E(X、Y)=∬P(x、y)×exp{−ik(xX+yY)}dXdY
・・・・・・(2)
数式(2)において、iは虚数、kは波数、(x、y)は瞳面上の座標、(X、Y)は像面上の座標である。なお、数式(2)において、定数項は省略している。
像面上の光量分布は、像面上の光波の振幅E(x、y)の2乗で表される。そして、像面上の光波の振幅E(x、y)は、瞳関数P(x、y)のフーリエ変換で表される。具体的には、像面上の光波の振幅E(X、Y)は、数式(2)で表される。
E(X、Y)=∬P(x、y)×exp{−ik(xX+yY)}dXdY
・・・・・・(2)
数式(2)において、iは虚数、kは波数、(x、y)は瞳面上の座標、(X、Y)は像面上の座標である。なお、数式(2)において、定数項は省略している。
また、瞳関数P(x、y)は、波面収差W(x、y)を用いて表される。具体的には、瞳関数P(x、y)は、数式(3)で表される。
P(x、y)=A(x、y)×exp{i2π/λ×W(x、y)}・・・・・・(3)
数式(3)において、A(x、y)は瞳面の振幅透過率、W(x、y)は波面収差、λは波長である。
即ち、瞳関数P(x、y)のexp{i2π/λ×W(x、y)}は、波面収差W(x、y)の位相成分と関係がある。例えば、W(x、y)=mλ+Δλ(mは整数、|Δλ|<0.5λ)と置くと、W(x、y)=mλ+Δλ=Δλとなる。即ち、波面収差の位相成分は、±0.5λの範囲内で表すことができる。従って、瞳関数P(x、y)は、数式(4)、(5)で表すことができる。
P(x、y)=A(x、y)×exp{i2π(mλ+Δλ)/λ}・・・・・・(4)
P(x、y)=A(x、y)×exp{i2πΔλ/λ}・・・・・・(5)
P(x、y)=A(x、y)×exp{i2π/λ×W(x、y)}・・・・・・(3)
数式(3)において、A(x、y)は瞳面の振幅透過率、W(x、y)は波面収差、λは波長である。
即ち、瞳関数P(x、y)のexp{i2π/λ×W(x、y)}は、波面収差W(x、y)の位相成分と関係がある。例えば、W(x、y)=mλ+Δλ(mは整数、|Δλ|<0.5λ)と置くと、W(x、y)=mλ+Δλ=Δλとなる。即ち、波面収差の位相成分は、±0.5λの範囲内で表すことができる。従って、瞳関数P(x、y)は、数式(4)、(5)で表すことができる。
P(x、y)=A(x、y)×exp{i2π(mλ+Δλ)/λ}・・・・・・(4)
P(x、y)=A(x、y)×exp{i2πΔλ/λ}・・・・・・(5)
即ち、波面収差の位相成分をmλ変化させても、瞳関数P(x、y)は変化しない。波面収差の位相成分をmλ変化させると、波面収差の位相成分は、±0.5λの範囲内となる。これは、数式(1)を満たすように段差量dを変化させることと等しい。従って、数式(1)を満たすように段差量dを変化させても、瞳関数P(x、y)は変化しない。換言すれば、数式(1)を満たすように段差量を変化させても、像面上の光量分布は変化しない。
また、液晶光学素子1は、液晶素子と当該液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備えている。複数の透明電極は、大きさの異なる円形状に形成されている。また、複数の透明電極は、液晶光学素子1の光軸を同心として配置されている。そして、液晶素子は、当該複数の透明電極により、複数の輪帯領域に分割されている。
液晶光学素子1のHDのNAの範囲内に形成された複数の輪帯領域は、一の輪帯領域を透過する光束と、当該一の輪帯領域に隣接する他の輪帯領域を透過する光束との間に、位相差を発生させる。
また、液晶光学素子1のHDのNAの範囲内に形成された複数の輪帯領域は、HDに光束を集光する場合と、BDに光束を集光する場合とで、当該位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。
また、液晶光学素子1のHDのNAの範囲内に形成された複数の輪帯領域は、HDに光束を集光する場合と、BDに光束を集光する場合とで、当該位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。
ここで、液晶光学素子1の光軸の半径位置を0%とし、HDのNAの外縁の半径位置を100%とする。そして、液晶光学素子1において、光軸を含む輪帯領域を除く複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い輪帯領域が、80%以上100%以内の半径位置に位置する。
球面収差を含む波面収差の形状(W(ρ))は、W(ρ)=W40ρ4+W20ρ2で表される。ここで、ρは、対物レンズの有効径を「1」として規格化した動径半径座標である。また、W40は、球面収差を表すサイデルの収差係数である。また、W20は、デフォーカス量を表すサイデルの収差係数である。デフォーカス量は、光ディスクに集光するスポットの焦点位置を変えることにより変化する。そのため、デフォーカス量は、実際上、フォーカスサーボのオフセットを可変させることにより制御することができる。
球面収差を含む波面収差の形状(W(ρ))は、W(ρ)=W40ρ4+W20ρ2で表される。ここで、ρは、対物レンズの有効径を「1」として規格化した動径半径座標である。また、W40は、球面収差を表すサイデルの収差係数である。また、W20は、デフォーカス量を表すサイデルの収差係数である。デフォーカス量は、光ディスクに集光するスポットの焦点位置を変えることにより変化する。そのため、デフォーカス量は、実際上、フォーカスサーボのオフセットを可変させることにより制御することができる。
そして、液晶光学素子1により上述の波面収差の形状を有する波面収差を補正する場合、光軸を中心として同心円状に区分された輪帯毎に異なる位相シフト量を透過光に与える。これにより、所望するPeak to Peak値(以下、P−P値と称する。)のWlimitの範囲内となるように波面収差の形状が折りたたまれるように、波面収差を補正する。このとき、波面収差の形状の傾きが大きいほど、液晶光学素子1に形成する透明電極間の幅(即ち、輪帯領域の幅)が狭くなる。透明電極間の幅が狭いと、液晶光学素子1に透明電極を形成するのが難しくなる。また、透明電極からの漏れ電界によって、所望の位相分布からの誤差が発生しやすくなる。
そこで、波面収差の形状の傾きの最大値が最も小さくなるように、デフォーカス量を制御することが望ましい。これにより、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。波面収差の形状の傾きは、上述のW(ρ)を1次微分することにより得られる。従って、上述のW(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となるデフォーカス量において、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。そして、W(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる場合、波面収差の形状は、光軸の半径位置を0%、HDのNAの外縁の半径位置を100%とした場合において、80%以上100%以内の半径位置に極値がある形状となる。波面収差が極値となる位置において、波面収差の形状の傾きが最も小さい。そのため、波面収差が極値となる位置において、透明電極間の幅も当該位置近傍で最も広く、極大となる。換言すれば、80%以上100%以内の半径位置に、隣接する内側の輪帯領域より幅の広い輪帯領域が少なくとも1つ存在することになる。従って、80%以上100%以内の半径位置に隣接輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
通常、収差補正量をなるべく小さくするため、波面収差のRMS(Root Mean Square)値が最小となるようにデフォーカス量を制御する。このとき、W20=−W40であり、ρ=(√2)/2≒0.7より、波面収差のRMS値が最小となるデフォーカス量が得られる場合の波面収差が極値となる位置は、約70%の半径位置である。従って、波面収差のRMS値が最小となる場合、約70%の半径位置に、幅が極大の輪帯領域が位置する。
よって、70%の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合よりも、80%以上100%未満の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合の方が、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
よって、70%の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合よりも、80%以上100%未満の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合の方が、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系100について図5を参照しながら説明する。
図5に示すように、光ピックアップ光学系100は、レーザ光源101、コリメータレンズ102、偏光ビームスプリッタ103、対物レンズ光学系10、アクチュエータ104、ホログラム光学素子105、検出用集光レンズ106、光検出器107、オートフォーカス/トラッキング回路108、RF回路109、液晶駆動回路110等を有している。
図5に示すように、光ピックアップ光学系100は、レーザ光源101、コリメータレンズ102、偏光ビームスプリッタ103、対物レンズ光学系10、アクチュエータ104、ホログラム光学素子105、検出用集光レンズ106、光検出器107、オートフォーカス/トラッキング回路108、RF回路109、液晶駆動回路110等を有している。
図5に示すように、対物レンズ光学系10は、液晶光学素子1、対物レンズ2などを有している。また、液晶光学素子1と対物レンズ2とは、アクチュエータ104により一体的に保持されている。そして、液晶光学素子1と対物レンズ2とは、アクチュエータ104により一体的に駆動される。
アクチュエータ104は、対物レンズ光学系10を高速且つ高精度に駆動するための機構を有している。また、アクチュエータ104は、対物レンズ2の光軸方向と、当該光軸方向に対して垂直な方向との2軸に沿って、対物レンズ光学系10を移動させる。これにより、アクチュエータ104は、対物レンズ光学系10をデフォーカスさせる。また、アクチュエータ104は、対物レンズ2によって形成される光スポットの光ディスク3上における位置を制御する。
レーザ光源101から出射された光束(入射光)は、コリメータレンズ102、偏光ビームスプリッタ103、液晶光学素子1、対物レンズ2を透過して、光ディスク3に入射する。また、光ディスク3から反射された光束(反射光)は、対物レンズ2及び液晶光学素子1を透過した後、ホログラム光学素子105に入射する。
ホログラム光学素子105は、光ディスク3から反射された反射光を、オートフォーカス/トラッキングサーボ成分とRF成分とに分離する。
ホログラム光学素子105を透過した反射光は、検出用集光レンズ106により集光され、光検出器107において検出され、電気信号に変換される。
光検出器107により検出されたオートフォーカス/トラッキング成分信号は、オートフォーカス/トラッキング回路108に入力される。オートフォーカス/トラッキング回路108は、オートフォーカス/トラッキング成分信号に基づいて制御信号を出力する。そして、オートフォーカス/トラッキング回路108から出力された制御信号に基づいて、アクチュエータ104が制御される。例えば、オートフォーカス/トラッキング回路108は、上述のW(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となるように、アクチュエータ104を制御する。
ホログラム光学素子105を透過した反射光は、検出用集光レンズ106により集光され、光検出器107において検出され、電気信号に変換される。
光検出器107により検出されたオートフォーカス/トラッキング成分信号は、オートフォーカス/トラッキング回路108に入力される。オートフォーカス/トラッキング回路108は、オートフォーカス/トラッキング成分信号に基づいて制御信号を出力する。そして、オートフォーカス/トラッキング回路108から出力された制御信号に基づいて、アクチュエータ104が制御される。例えば、オートフォーカス/トラッキング回路108は、上述のW(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となるように、アクチュエータ104を制御する。
光検出器107により検出されたRF成分信号は、RF回路109に入力される。RF回路109は、RF成分信号に基づいてRF信号を出力する。
また、液晶駆動回路110は、液晶光学素子1の透明電極に駆動信号を入力する。
また、液晶駆動回路110は、液晶光学素子1の透明電極に駆動信号を入力する。
以上に説明した本発明の実施の形態にかかる対物レンズ光学系10及び光ピックアップ光学系100によれば、HDのNAの範囲内において、第1の球面収差と第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも、第2の球面収差の方が大きくなるような第1の非球面形状を有する。換言すれば、HDのNAの範囲内において、BDよりもHDに対してより良好に光束を集光する第1の非球面形状を有する。一方で、HDのNAより外縁側且つBDのNAの範囲内において、BDに良好に光束を集光する第2の非球面形状を有する。これにより、HDのNAの範囲内において、第2の球面収差が第1の球面収差より大きくなってしまった分を、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内において補っている。したがって、本実施形態にかかる対物レンズ光学系10では、HDのNAの範囲内とHDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内との間で、第2の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第1の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる2つの光ディスク3に対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
また、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内を透過した光束は、HDにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、HD用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系10及び光ピックアップ光学系100の小型化を図ることができる。
また、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内を透過した光束は、HDにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、HD用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系10及び光ピックアップ光学系100の小型化を図ることができる。
また、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差量dは、数式(1)を満たすことが好ましい。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ただし、λは、光束の波長、Nは、対物レンズ2の屈折率である。
これにより、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差量を低減することができ、対物レンズ2の製造を容易にすることができる。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ただし、λは、光束の波長、Nは、対物レンズ2の屈折率である。
これにより、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差量を低減することができ、対物レンズ2の製造を容易にすることができる。
さらに、複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、輪帯領域は、HDに光束を集光する場合と、BDに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。
これにより、輪帯領域は、一の輪帯領域を透過する光束と当該一の輪帯領域に隣接する他の輪帯領域を透過する光束との間に位相差を発生させる。そして、当該位相差により、異なる2つの光ディスク3に発生する球面収差を低減することができる。
また、輪帯領域は、HDに光束を集光する場合と、BDに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。これにより、符号が反対である第1の球面収差と第2の球面収差とを好適に低減することができる。
これにより、輪帯領域は、一の輪帯領域を透過する光束と当該一の輪帯領域に隣接する他の輪帯領域を透過する光束との間に位相差を発生させる。そして、当該位相差により、異なる2つの光ディスク3に発生する球面収差を低減することができる。
また、輪帯領域は、HDに光束を集光する場合と、BDに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。これにより、符号が反対である第1の球面収差と第2の球面収差とを好適に低減することができる。
さらに、また、光軸の半径位置を0%、HDのNAの範囲の外縁の半径位置を100%とした場合において、80%以上100%以内の半径位置に、光軸を含む輪帯領域を除く複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い輪帯領域がある。
これにより、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
これにより、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
また、液晶光学素子と対物レンズとの間の軸ずれに対する残留収差は、波面収差W(ρ)の1次微分と軸ずれとの積に比例する。透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量では、波面収差の1次微分の最大値が最小となっている。従って、そのため、透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量において、軸ずれに対する残留収差は最小となる。従って、透明電極間の幅を広くすると、液晶光学素子と対物レンズとの間に軸ずれが生じた場合のコマ収差の発生を最小限に抑えることができる。換言すれば、80%以上100%未満の半径位置に隣接内側の輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、軸ずれによる残留収差の発生を低減することができる。
なお、液晶光学素子1は、所定の偏光方向にのみ作用するように配置される。従って、光ディスク3上の円偏光の光スポットを形成するために、液晶光学素子1の光ディスク3との間に1/4波長板を配置してもよい。また、光ディスク3上で入射光が反射される際、偏光方向が90°回転する。そのため、入射光の偏光方向に対して作用する液晶光学素子1は、反射光の偏光方向に対して作用することができない。そのため、液晶素子の配向方向が互いに直交するように、液晶光学素子1を2つ配置してもよい。また、液晶光学素子1に、液晶素子の配向方向が互いに直交する液晶層を2層備えてもよい。
また、それぞれの輪帯領域内において光束に与える位相シフト量を同一としたが、輪帯領域内において光束に与える位相シフト量を変化させてもよい。例えば、高抵抗の透明電極を用いることにより、当該透明電極の抵抗の電圧降下を利用して、輪帯領域内において光束に与える位相シフト量に勾配をもたせてもよい。
また、それぞれの輪帯領域内において光束に与える位相シフト量を同一としたが、輪帯領域内において光束に与える位相シフト量を変化させてもよい。例えば、高抵抗の透明電極を用いることにより、当該透明電極の抵抗の電圧降下を利用して、輪帯領域内において光束に与える位相シフト量に勾配をもたせてもよい。
[実施例1]
実施例1にかかる光ピックアップ光学系は、BD、HD、DVD、CDに対して光束を集光する。図6に示す表に、各光ディスクの使用波長、NA、透明基板厚、透明基板の屈折率を示す。また、図7に示す表に、実施例1にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す。図7に示す表おいて、対物レンズ面1とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、対物レンズ面2とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図8に示す表に、BD、HD、DVD、CDに用いられる光束に対する実施例1にかかる対物レンズの屈折率と、BD、HD、DVD、CDの透明基板の屈折率とを示す。また、図9に示す表に、実施例1にかかる対物レンズの面形状データを示す。図9に示す表において、R1とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、R2とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図9に示す表において、R1の欄の紙面に向かって左側の列は、HDのNA(0.65)の範囲内の非球面形状(第1の非球面形状)を規定する面形状データであり、右側の列は、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の非球面形状(第2の非球面形状)を規定する面形状データである。
実施例1にかかる光ピックアップ光学系は、BD、HD、DVD、CDに対して光束を集光する。図6に示す表に、各光ディスクの使用波長、NA、透明基板厚、透明基板の屈折率を示す。また、図7に示す表に、実施例1にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す。図7に示す表おいて、対物レンズ面1とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、対物レンズ面2とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図8に示す表に、BD、HD、DVD、CDに用いられる光束に対する実施例1にかかる対物レンズの屈折率と、BD、HD、DVD、CDの透明基板の屈折率とを示す。また、図9に示す表に、実施例1にかかる対物レンズの面形状データを示す。図9に示す表において、R1とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、R2とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図9に示す表において、R1の欄の紙面に向かって左側の列は、HDのNA(0.65)の範囲内の非球面形状(第1の非球面形状)を規定する面形状データであり、右側の列は、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の非球面形状(第2の非球面形状)を規定する面形状データである。
実施例1にかかる対物レンズの面形状は、以下の数式(6)と図9に示す面形状データによって規定される。
数式(6)において、zは非球面サグ量、kはコーニックコンスタント、cは曲率、rは光軸からの光線高さ、α1、α2、・・・α8は1次から16次までの非球面係数、Zshiftは各非球面を光軸まで延長した場合における当該非球面と光軸との交点と、最も内側の非球面と光軸との交点との距離(光軸上シフト量)である。
そして、実施例1にかかる対物レンズは、数式(6)と図9に示す面形状データによって規定されることにより、HDのNAの範囲内において、HDとBDとの中間の基板厚よりもHDの基板厚に近い基板厚を有する光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状を有する。
換言すれば、実施例1にかかる対物レンズは、HDのNAの範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状(第1の非球面形状)を有する。
また、実施例1にかかる対物レンズは、数式(6)と図9に示す面形状データによって規定されることにより、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内において、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状(第2の非球面形状)を有する。
換言すれば、実施例1にかかる対物レンズは、HDのNAの範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状(第1の非球面形状)を有する。
また、実施例1にかかる対物レンズは、数式(6)と図9に示す面形状データによって規定されることにより、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内において、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状(第2の非球面形状)を有する。
図10、図11に、液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例1にかかる光ピックアップ光学系によってBD(図10(a))、HD(図10(b))、DVD(図11(a))、CD(図11(b))に光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図10、図11において、縦軸に波面収差を示し、横軸にNAを示す。
図10(a)、(b)に示すように、実施例1にかかる対物レンズのレーザ光源側の面は、HDのNA(0.65)の範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状を有していることがわかる。
図10(a)、(b)に示すように、実施例1にかかる対物レンズのレーザ光源側の面は、HDのNA(0.65)の範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状を有していることがわかる。
なお、通常、球面収差のRMS波面収差が最小となる位置にデフォーカスを行うが、実施例1では、W(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる位置にデフォーカスされている。
図12に示す表に、実施例1にかかる液晶光学素子に形成される輪帯領域の位置(輪帯位置)を示す。図12に示す表において、輪帯の光線高さの低い方の輪帯位置を「内側」とし、輪帯の光線高さの高い方の輪帯位置を「外側」とする。また、図13、図14に、図10、図11に示す球面収差を補正するために、液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示す。図13、図14において、縦軸が位相シフト量を示し、横軸にNAを示す。また、図15、図16に、液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例1にかかる光ピックアップ光学系によってBD(図15(a))、HD(図15(b))、DVD(図16(a))、CD(図16(b))に光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図15、図16において、縦軸に波面収差を示し、横軸にNAを示す。また、図17に示す表に、液晶光学素子による補正を行なって、実施例1にかかる光ピックアップ光学系によってBD、HD、DVD、CDに光束を集光した際のRMS波面収差を示す。
図12、図13、図14に示すように、実施例1にかかる液晶光学素子では、光軸を含む輪帯領域及びHDのNAの範囲外の輪帯領域を除いて、輪帯No.44の輪帯領域の幅が最も広くなっている。また、輪帯No.44の輪帯領域は、HDのNAに対して83−95%の位置に配置されている。換言すれば、光軸の半径位置を0%とし、HDのNAの外縁の半径位置を100%とした場合に、光軸を含む輪帯領域を除いて、80%以上100%以内の半径位置に位置する輪帯領域の幅が最も広くなっている。これにより、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
また、図15、図16、図17に示すように、実施例1にかかる光ピックアップ光学系は、BD、HD、DVD、CDの全てに対して光束を良好に集光することができる。具体的には、実施例1にかかる光ピックアップ光学系は、BD、HD、DVD、CDのRMS波面収差を31mλ以下に低減することができた。即ち、実施例1にかかる光ピックアップ光学系は、マレシャルの評価基準であるRMS波面収差70mλ以下を十分に達成することができ、BD、HD、DVD、CDの互換を実現することができた。
実施例1にかかる対物レンズは、HDのNAの範囲内において、BDよりもHDに対してより良好に光束を集光する非球面形状を有し、HDのNAより外縁側且つBDのNAの範囲内において、BDに良好に光束を集光する非球面形状を有する。これにより、HDのNAの範囲内において、BDに光束を集光させる際に発生する球面収差(第2の球面収差)がHDに光束を集光させる際に発生する球面収差(第1の球面収差)より大きくなってしまった分を、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内において補っている。従って、実施例1にかかる対物レンズは、HDのNAの範囲内とHDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内との間で、第2の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第1の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる2つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
また、HDのNAの外縁側且つBDのNAの範囲内を透過した光束は、HDにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、HD用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系10及び光ピックアップ光学系の小型化を図ることができる。
[実施例2]
実施例2にかかる光ピックアップ光学系は、液晶光学素子により光束に与える位相シフト量のみが、実施例1にかかる光ピックアップ光学系と異なる。従って、実施例2にかかる光ピックアップ光学系は、実施例1にかかる光ピックアップ光学系1と同一の構成を有する。
図18、図19に、図10、図11に示す球面収差を補正するために、実施例2にかかる液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示す。図18、図19において、縦軸が位相シフト量を示し、横軸にNAを示す。
実施例2にかかる光ピックアップ光学系は、液晶光学素子により光束に与える位相シフト量のみが、実施例1にかかる光ピックアップ光学系と異なる。従って、実施例2にかかる光ピックアップ光学系は、実施例1にかかる光ピックアップ光学系1と同一の構成を有する。
図18、図19に、図10、図11に示す球面収差を補正するために、実施例2にかかる液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示す。図18、図19において、縦軸が位相シフト量を示し、横軸にNAを示す。
図18、図19に示すように、実施例2にかかる液晶光学素子では、光束に与える位相シフト量が−0.5λ〜0.5λとなるように、実施例1にかかる液晶光学素子により光束に与えた位相シフト量からmλ(mは整数)を差し引いた。
液晶光学素子により光束に与える位相シフト量は、液晶層の厚さが大きいほど、大きくなる。従って、実施例2にかかる液晶光学素子では、光束に与える位相シフト量が−0.5λ以上0.5λ以下となるように抑えられているため、液晶光学素子の液晶層を薄くすることができる。これにより、液晶光学素子の低重量化、低コスト化を図ることができる。
また、液晶光学素子の応答速度は、液晶層の厚さが厚いと、遅くなる。液晶層の厚さが厚いと、特に、低温時の動作環境が悪化する。従って、実施例2にかかる液晶光学素子の液晶層は薄くすることができ、液晶光学素子の高性能化を図ることができる。
液晶光学素子により光束に与える位相シフト量は、液晶層の厚さが大きいほど、大きくなる。従って、実施例2にかかる液晶光学素子では、光束に与える位相シフト量が−0.5λ以上0.5λ以下となるように抑えられているため、液晶光学素子の液晶層を薄くすることができる。これにより、液晶光学素子の低重量化、低コスト化を図ることができる。
また、液晶光学素子の応答速度は、液晶層の厚さが厚いと、遅くなる。液晶層の厚さが厚いと、特に、低温時の動作環境が悪化する。従って、実施例2にかかる液晶光学素子の液晶層は薄くすることができ、液晶光学素子の高性能化を図ることができる。
[実施例3]
実施例3にかかる光ピックアップ光学系は、対物レンズのHDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の面形状のみが、実施例1及び2にかかる光ピックアップ光学系と異なる。
図20に示す表に、実施例3にかかる対物レンズの面形状データを示す。図20に示す表において、R1とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、R2とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図20に示す表において、R1の欄の紙面に向かって左側の列は、HDのNA(0.65)の範囲内の非球面形状(第1の非球面形状)を規定する面形状データであり、右側の列は、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の非球面形状(第2の非球面形状)を規定する面形状データである。
実施例3にかかる対物レンズの面形状は、数式(6)と図20に示す面形状データによって規定される。
実施例3にかかる光ピックアップ光学系は、対物レンズのHDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の面形状のみが、実施例1及び2にかかる光ピックアップ光学系と異なる。
図20に示す表に、実施例3にかかる対物レンズの面形状データを示す。図20に示す表において、R1とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、R2とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図20に示す表において、R1の欄の紙面に向かって左側の列は、HDのNA(0.65)の範囲内の非球面形状(第1の非球面形状)を規定する面形状データであり、右側の列は、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の非球面形状(第2の非球面形状)を規定する面形状データである。
実施例3にかかる対物レンズの面形状は、数式(6)と図20に示す面形状データによって規定される。
実施例3にかかる対物レンズは、数式(6)と図20に示す面形状データによって規定されることにより、HDのNAの範囲内において、HDとBDとの中間の基板厚よりもHDの基板厚に近い基板厚を有する光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状を有する。
換言すれば、実施例3にかかる対物レンズは、HDのNAの範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状(第1の非球面形状)を有する。
また、実施例3にかかる対物レンズは、数式(6)と図20に示す面形状データによって規定されることにより、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内において、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状(第2の非球面形状)を有する。
換言すれば、実施例3にかかる対物レンズは、HDのNAの範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状(第1の非球面形状)を有する。
また、実施例3にかかる対物レンズは、数式(6)と図20に示す面形状データによって規定されることにより、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内において、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状(第2の非球面形状)を有する。
実施例1及び2にかかる対物レンズのレーザ光源側の面には、HDのNAに相当する位置に段差部が形成されてしまう。換言すれば、実施例1及び2にかかる対物レンズでは、HDのNAの範囲内の非球面形状(第1の非球面形状)と、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の非球面形状(第2の非球面形状)との間に段差部が生じてしまう。実施例1及び実施例2において、当該段差部の段差量は、4.66μmである。数式(1)より、λ/(N−1)=0.732μmであるため、この段差量は、位相1λに相当する段差量より大きい。段差量が大きいと、対物レンズの製造が困難となったり、破損しやすくなったりする。また、段差部において光量損失が生じるため、好ましくない。
これに対し、実施例3にかかる対物レンズでは、HDのNAの範囲内の非球面形状(第1の非球面形状)と、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の非球面形状(第2の非球面形状)との間の段差部の段差量が小さくなるように、対物レンズの面形状を設計した。具体的には、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差部の段差量をdとすると、以下の数式(1)を満たすように、実施例3にかかる対物レンズの面形状を設計した。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
具体的には、図9に示すように、実施例1及び2にかかる対物レンズでは、光線高さ1.15〜1.5mmの部分(HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の部分)のZshiftが0となっている。これに対し、図20に示すように、実施例3にかかる対物レンズでは、光線高さ1.15〜1.5mmの部分(HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の部分)のZshiftが約0.017mmとなっている。これにより、実施例3にかかる対物レンズでは、第1の非球面形状と第2の非球面形状との間の段差部の段差量を略0としている。
これにより、実施例3にかかる光ピックアップ光学系では、対物レンズの製造をより容易にするとともに、段差部に光束が入射することによる光量損失を防止している。
これにより、実施例3にかかる光ピックアップ光学系では、対物レンズの製造をより容易にするとともに、段差部に光束が入射することによる光量損失を防止している。
また、図20に示すように、実施例3にかかる対物レンズでは、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の部分のZshiftを変化させたことに伴って、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内の面形状データも、実施例1及び実施例2にかかる対物レンズと異なっている。具体的には、実施例3にかかる対物レンズは、HDのNAの範囲外且つBDのNAの範囲内において、BDに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状を有する。
図21、図22に、液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例3にかかる光ピックアップ光学系によってBD(図21(a))、HD(図21(b))、DVD(図22(a))、CD(図22(b))に光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図21、22において、縦軸に波面収差を示し、横軸にNAを示す。
図21(a)、(b)に示すように、実施例3にかかる対物レンズのレーザ光源側の面は、HDのNA(0.65)の範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状を有していることがわかる。
なお、実施例1及び2と同様に、実施例3では、W(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる位置にデフォーカスされている。
図21(a)、(b)に示すように、実施例3にかかる対物レンズのレーザ光源側の面は、HDのNA(0.65)の範囲内において、HDに光束を集光する際の第1の球面収差とBDに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、第1の球面収差の絶対値よりも第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状を有していることがわかる。
なお、実施例1及び2と同様に、実施例3では、W(ρ)の1次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる位置にデフォーカスされている。
図23、24に、液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例3にかかる光ピックアップ光学系によってBD、HD、DVD、CDに光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図23、24において、縦軸に波面収差を示し、横軸にNAを示す。
図23、24に示すように、実施例3にかかる光ピックアップ光学系は、実施例1及び実施例2と同様に、BD、HD、DVD、CDの全てに対して光束を良好に集光することができる。
図23、24に示すように、実施例3にかかる光ピックアップ光学系は、実施例1及び実施例2と同様に、BD、HD、DVD、CDの全てに対して光束を良好に集光することができる。
1 液晶光学素子(収差補正用素子)
2 対物レンズ
10 対物レンズ光学系
100 光ピックアップ光学系
2 対物レンズ
10 対物レンズ光学系
100 光ピックアップ光学系
Claims (12)
- 第1の光ディスクに第1の開口数の範囲の光束を集光し、第2の光ディスクに前記第1の開口数よりも大きい第2の開口数の範囲の光束を集光する対物レンズ光学系であって、
前記第1の開口数の範囲内において、前記第1の光ディスクに光束を集光する際の第1の球面収差と、前記第2の光ディスクに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、前記第1の球面収差の絶対値よりも、前記第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第1の非球面形状を有し、
前記第1の開口数の範囲の外縁側且つ前記第2の開口数の範囲内において、前記第2の光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する第2の非球面形状を有する対物レンズ光学系。 - 入射面と出射面の少なくとも一方に、前記第1の非球面形状及び前記第2の非球面形状を有する対物レンズを備え、
前記第1の非球面形状と前記第2の非球面形状との間の段差量dは、数式(1)を満たす請求項1に記載の対物レンズ光学系。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ただし、λは、光束の波長、Nは、前記対物レンズの屈折率である。 - 前記第1の球面収差と前記第2の球面収差とを補正する収差補正用素子を備え、
前記収差補正用素子は、複数の輪帯領域を有し、
前記複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、
前記輪帯領域は、前記第1の光ディスクに光束を集光する場合と、前記第2の光ディスクに光束を集光する場合とで、前記位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる請求項1又は2に記載の対物レンズ光学系。 - 光軸の半径位置を0%、前記第1の開口数の範囲の外縁の半径位置を100%とした場合において、80%以上100%以内の半径位置に、前記光軸を含む前記輪帯領域を除く前記複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い前記輪帯領域がある請求項3に記載の対物レンズ光学系。
- 前記収差補正用素子は、液晶素子と前記液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備え、
前記透明電極は、大きさの異なる複数の円形状に形成され、前記複数の透明電極は、光軸を同心として配置され、
前記複数の輪帯領域は、前記液晶素子が前記透明電極により分割されてなる領域である請求項3又は4に記載の対物レンズ光学系。 - 前記第1の光ディスクと前記第2の光ディスクに集光される光束は、同一波長を有する請求項1乃至5の何れか一項に記載の対物レンズ光学系。
- 第1の光ディスクに第1の開口数の範囲の光束を集光し、第2の光ディスクに前記第1の開口数よりも大きい第2の開口数の範囲の光束を集光する光ピックアップ光学系であって、
前記第1の開口数の範囲内において、前記第1の光ディスクに光束を集光する際の第1の球面収差と、前記第2の光ディスクに光束を集光する際の第2の球面収差との符号が異なり、前記第1の球面収差の絶対値よりも、前記第2の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第1の非球面形状を有し、
前記第1の開口数の範囲の外縁側且つ前記第2の開口数の範囲内において、前記第2の光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する第2の非球面形状を有する光ピックアップ光学系。 - 入射面と出射面の少なくとも一方に、前記第1の非球面形状及び前記第2の非球面形状を有する対物レンズを備え、
前記第1の非球面形状と前記第2の非球面形状との間の段差量dは、数式(1)を満たす請求項7に記載の光ピックアップ光学系。
|d|<λ/(N−1)・・・・・・(1)
ただし、λは、光束の波長、Nは、前記対物レンズの屈折率である。 - 前記第1の球面収差と前記第2の球面収差とを補正する収差補正用素子を備え、
前記収差補正用素子は、複数の輪帯領域を有し、
前記複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、
前記輪帯領域は、前記第1の光ディスクに光束を集光する場合と、前記第2の光ディスクに光束を集光する場合とで、前記位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる請求項7又は8に記載の光ピックアップ光学系。 - 光軸の半径位置を0%、前記第1の開口数の範囲の外縁の半径位置を100%とした場合において、80%以上100%以内の半径位置に、前記光軸を含む前記輪帯領域を除く前記複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い前記輪帯領域がある請求項9に記載の光ピックアップ光学系。
- 前記収差補正用素子は、液晶素子と前記液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備え、
前記透明電極は、大きさの異なる複数の円形状に形成され、前記複数の透明電極は、光軸を同心として配置され、
前記複数の輪帯領域は、前記液晶素子が前記透明電極により分割されてなる領域である請求項9又は10に記載の光ピックアップ光学系。 - 前記第1の光ディスクと前記第2の光ディスクに集光される光束は、同一波長を有する請求項7乃至11の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
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JPH09184975A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Hitachi Ltd | 対物レンズおよび光ヘッド |
JPH1026726A (ja) * | 1996-07-10 | 1998-01-27 | Konica Corp | 光情報記録媒体の記録及び/又は再生用光学系及び対物レンズ |
JP2007026540A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Toshiba Samsung Storage Technology Corp | 光ピックアップ装置及び光学的情報処理装置 |
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