JP4216155B2 - 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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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、レンズ面に形成された回折光学面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657ｎｍ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記録媒体も存在するため、790ｎｍ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0.6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。
そして、上述したように、光記録媒体の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。
ところで、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408ｎｍ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に近いものの若干異なった値とされており、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おり、この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いる。
その中でも、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下記非特許文献１に記載された対物光学系が知られている。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、さらに回折光学素子は回折光学面の裏面を凹面に形成することで、各光記録媒体の保護層の厚みの相違に伴う球面収差や、単玉の対物レンズにおいて発生する色収差を改善することができる。
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、上記非特許文献１に記載された技術においては、入射光束に対する対物光学系のシフトに伴うコマ収差の発生を軽減するため、ＢＤへの情報の記録または再生を行なう際には、回折光学素子に収束光を入射させるようにしている。また、ＤＶＤおよびＣＤについて情報の記録または再生を行なう際には、各々平行光および発散光を回折光学素子に入射させるようにしている。
しかしながら、装置のコンパクト化の要請が強い今日においては、装置内における光学系の配置選択の自由度を大きくすることが必要とされており、このためには、上記３種の使用光のうち、少なくとも２種については回折光学素子、すなわち対物光学系に平行光を入射させるように設計することが強く望まれる。
また、特に上記３種の使用光のうち最短波長の使用光については、回折光学素子に対して収束光を入射させると、回折光学面の回折溝に使用光が斜入射することによる、回折効率の低下、およびトラッキング時の安定性に及ぼす影響が著しいという問題がある。
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、回折光学素子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、光学系の配置選択の自由度を高めることができ、特にＡＯＤ等に用いられる短波長の使用光の回折効率を向上させるとともにトラッキングの安定性の向上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、対応する開口数、使用光波長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、一方の面が回折光学面を有し、他方の面が凹面からなる回折光学素子と、両面が回転非球面よりなる正の屈折力を有する対物レンズとからなり、
前記光記録媒体として前記第１の光記録媒体が選択される場合には、該第１の光記録媒体の使用光が平行光として入射されるとともに前記回折光学素子から出力された２次の回折光を該第１の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように、かつ前記光記録媒体として前記第２の光記録媒体が選択される場合には、該第２の光記録媒体の使用光が平行光として入射されるとともに前記回折光学素子から出力された１次の回折光を該第２の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように、かつ前記光記録媒体として前記第３の光記録媒体が選択される場合には、該第３の光記録媒体の使用光が発散光として入射されるとともに前記回折光学素子から出力された１次の回折光を該第３の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように構成されたことを特徴とするものである。
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・ （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・ （２）
ｄ１≦ｄ２＜ｄ３・・・ （３）
ただし、
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）
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）
ｄ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
また、前記回折光学面は、光軸に対して垂直となる仮想平面上に回折光学素子構造を設けることにより形成することが好ましい。
また、前記第１波長λ１の光の入射に応じて前記回折光学素子から出力された２次の回折光による当該回折光学素子の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの前記第１波長λ１の光に対する焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
ｆ２／｜ｆ１｜＜０．０３・・・ （４）
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とすると特に効果的である。
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によれば、回折光学素子と対物レンズとを組み合わせた対物光学系を用いるとともに、光源側に位置するこの回折光学素子は、一方の面を回折光学面、他方の面を凹面とし、かつ上記対物レンズを、両面が回転非球面よりなる正レンズとして形成しており、さらに、第１の光記録媒体の使用光が平行光として入射されるとともに回折光学素子から出力された２次の回折光を第１の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように、かつ第２の光記録媒体の使用光が平行光として入射されるとともに回折光学素子から出力された１次の回折光を第２の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように、かつ第３の光記録媒体の使用光が発散光として入射されるとともに回折光学素子から出力された１次の回折光を第３の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように構成されているため、回折光学素子を用いたこと、およびこの回折光学素子と対物レンズを組み合せたことによる収差補正上の利点を享受しつつ、最短波長の第１の光記録媒体用の使用光および次に短波長の第２の光記録媒体用の使用光については、最も光源側に位置する回折光学素子に対して平行光の状態で入射することを可能としている。
これにより、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、さらに特にＡＯＤ等に用いられる短波長の使用光の回折効率を向上させ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も可能である。
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は本発明の実施形態に係る光記録媒体用対物光学系の形状を模式的に示す図（実施例１のものを代表例として用いている）であり、図４は、この光記録媒体用対物光学系を用いた光ピックアップ装置の構成を示す図である。なお、各図面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４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からの光線軌跡はハーフミラー２ａ、２ｂのハーフミラー面に到達するまでの軌跡のみが描かれている。
この光ピックアップ装置では、図４に示すとおり、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（半導体レーザ１ｃからの光線はやや発散光とされる）、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。
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・ （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・ （２）
ｄ１≦ｄ２＜ｄ３・・・ （３）
ただし、
ＮＡ１・・・第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・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）および第３の光記録媒体としてのＣＤ９ｃ（開口数ＮＡ３＝0.51、使用光波長λ３＝784ｎｍ、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、ＡＯＤ用の、波長408ｎｍ（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658ｎｍ（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４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）に配されたＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃのいずれの光記録媒体９についても、その記録領域１０（ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域をそれぞれ１０ａ、１０ｂ、１０ｃとする）に、対応する波長の光が良好に収束されて、信号の記録・再生が可能となるように構成されている。図１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、光記録媒体９がＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃとされている場合を示すものである。
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の特徴は、図１および図４に示すとおり、光源側から順に、一方の面が回折光学面を有し、他方の面が凹状の球面からなる回折光学素子Ｌ１と、両面が回転非球面よりなる正の屈折力を有する対物レンズＬ２とを配列し、ＡＯＤ（第１の光記録媒体）９ａの使用光が平行光として入射されるとともに回折光学素子Ｌ１から出力された２次の回折光をＡＯＤ９ａの所定位置に集光せしめるように、かつ、ＤＶＤ（第２の光記録媒体）９ｂの使用光が平行光として入射されるとともに回折光学素子Ｌ１から出力された１次の回折光をＤＶＤ９ｂの所定位置に集光せしめるように、かつＣＤ（第３の光記録媒体）９ｃの使用光が発散光として入射されるとともに回折光学素子Ｌ１から出力された１次の回折光をＣＤ９ｃの所定位置に集光せしめるように構成されていることにある。
このように、ＡＯＤ９ａおよびＤＶＤ９ｂについて情報の記録および再生を行なう際には、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、さらに特にＡＯＤ９ａに用いられる短波長照射光の回折効率を向上させ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も可能である。
なお、ディスク厚が互いに異なる複数種類の光記録媒体を使用する場合に、回折光学面を設けることにより、対応する複数波長の光のいずれについても球面収差等の諸収差量を最適化する手法が知られている。これらの光記録媒体では、主として保護層の厚さの違いにより、発生する球面収差の量が異なってくるが、回折光学面を設けることにより互いに異なる収束作用を有する構成とし収差補正機能を良好とすることができるので、いずれの光記録媒体についても良好な収差補正を行い得る状態で、対物光学系を使用することができる。複数の光源からの光を対物光学系に平行光に近い状態で入射させ、光学系の配置選択の自由度を高めることも容易となる。
対物レンズＬ２の両面の回転非球面形状は、下記に示す非球面式により表される。
Figure 0004216155
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。
また、回折光学素子Ｌ１の光源側の面は、光軸に対して垂直となる仮想平面上に回折光学素子構造を形成されてなる回折光学面とされており、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。その位相差は下記に示す位相差関数により表される。「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。図１および図４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。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 0004216155
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の開口数とビーム径を勘案して適宜設定し得る。回折光学素子Ｌ１に形成される回折光学面および対物レンズＬ２に形成される回転非球面は、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、この回折光学面は、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対して2次回折光の光量が最大となるように、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対して１次回折光の光量が最大となるように、さらにＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対して１次回折光の光量が最大となるように、作用する形状とされることが好ましい。
このようにＡＯＤ用のレーザ光とＤＶＤ用のレーザ光、ならびに、ＡＯＤ用のレーザ光とＣＤ用のレーザ光に対して、互いに異なる回折次数の光を利用することにより、３つの互いに異なる波長の光について、所望の位置に収束させることができる。
また、本実施形態の光記録媒体用対物光学系８においては、下記条件式（４）を満足するように構成されている。
ｆ２／｜ｆ１｜＜０．０３・・・ （４）
ここで、
ｆ１は、第１波長λ１の光が入射された場合において、回折光学素子Ｌ１から出射された２次の回折光による回折光学素子Ｌ１の焦点距離
ｆ２は、第１波長λ１の光に対する対物レンズＬ２の焦点距離
上記条件式（４）は、上記回折光学素子Ｌ１の焦点距離ｆ１の絶対値に対する上記対物レンズＬ２の焦点距離ｆ２の範囲を規定するものであるが、その趣旨は、対物レンズＬ２に対する回折光学素子Ｌ１のパワーを条件式（４）を満足する程度に極めて小さく設定することにより、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２の軸ずれ感度を緩和して、レンズ組立ての際における、光学性能の劣化を防止することにある。
換言すれば、光記録媒体用対物光学系８の波面収差を所定値以内とし、かつ製造性を向上させるために、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２の軸ずれ量を所定値以上まで許容するためには、ｆ２／｜ｆ１｜の値を所定値以下とする必要がある。
本実施形態においては、光学性能を良好に維持し得る条件として、マレシャルの評価基準である波面収差0.07λrmsを満足することを定めている。この条件を満足しようとすると、0.0065ｍｍより大きい軸ずれ量が許容されるのは、ｆ２／｜ｆ１｜が0.03よりも小さい値となる場合であるから、このことを規定したものが上記条件式（４）ということができる。
上記製造性をより良好とするためには、上記軸ずれ量が0.0072ｍｍ以上許容されることが望ましく、この場合のｆ２／｜ｆ１｜は0.01以下の値とする必要がある。
上記製造性をさらに良好とするためには、上記軸ずれ量が0.0077ｍｍ以上許容されることが望ましく、この場合のｆ２／｜ｆ１｜は0.005以下の値とする必要がある。
上記製造性を極めて良好とするためには、上記軸ずれ量が0.0079ｍｍ以上許容されることが望ましく、この場合のｆ２／｜ｆ１｜は0.0003以下の値とする必要がある。
なお、上記製造性が厳しいものとなっても上記光学性能を各段に良好とする必要があるような場合にも、上記条件式（４）を満足することにより、その光学性能に見合った良好な製造性を確保することができる。例えば、マレシャルの評価基準である波面収差0.07λrmsの半分の波面収差0.035λrmsを満足することが条件とされた場合には、0.0032ｍｍより大きな軸ずれ量が許容されることが望ましく、この場合のｆ２／｜ｆ１｜は0.03以下の値とする必要がある。このように極めて良好な光学性能が要求される場合、製造性をさらに良好とするために上記軸ずれ量を0.0036ｍｍ以上許容しようとすると、ｆ２／｜ｆ１｜は0.01以下の値とする必要がある。同様に、上記軸ずれ量を0.0039ｍｍ以上および0.0040ｍｍ以上許容しようとすると、ｆ２／｜ｆ１｜は各々0.005以下および0.0003以下の値とする必要がある。
以上の対応関係を示したものが下記表１である。
Figure 0004216155
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および実施例２を用い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を配列されてなり、該回折光学素子Ｌ１の光源側の面には回折光学面が形成され、またその光記録媒体側の面は凹状の球面とされており、一方上記対物レンズＬ２は両凸レンズとされ、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、上記回折光学面は、光軸に対して垂直となる仮想平面上に回折光学素子構造が形成されてなる。
この対物光学系８は、光記録媒体９としてのＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに、各使用光λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）を良好に収束させるものである。また、この対物光学系８は、使用光λ＝408ｎｍ（λ１）および使用光λ＝658ｎｍ（λ２）については、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おり、また、使用光λ＝784ｎｍ（λ３）については発散光が入射される光学系とされている。
なお、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
下記表２の上段に、この実施例に係る対物光学系８のレンズデータの具体的数値として、曲率半径（ｍｍ）（ただし、回転非球面については表２の下段に記載している）、λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）に対する面間隔D（ｍｍ）、ならびに上記各波長の光に対する屈折率Nを示す。なお、曲率半径R、面間隔Dおよび屈折率Nに対応させた数字は光源側から順次増加するようになっている。また、表２の中段に、光記録媒体９としてＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用波長λ１、λ２、およびλ３について、この実施例１に係る対物光学系８の絞り径（ｍｍ）、焦点距離（ｍｍ）、開口数ＮＡ、および光源位置（ｍｍ）の各値を示す。
また、下記表２の下段に、この実施例１に係る対物光学系８の各回転非球面の非球面係数、およびこの実施例１に係る対物光学系８の回折光学面の位相差関数係数を示す。こ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り、上述のように、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては２次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となり、ＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。
Figure 0004216155
また、この実施例１は条件式（１）〜（４）を全て満足している。なお、条件式（４）
に対応する値は上記表２の最下段に示すような値とされている。
さらに、光記録媒体９としてＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用波長λ１、λ２、およびλ３について、この実施例１に係る対物光学系８によるビームプロファイルを図２に示す。
＜実施例２＞
実施例２の光記録媒体用対物光学系８は、上記実施例１と略同様な構成とされており、光源側から順に、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２を配列されてなり、該回折光学素子Ｌ１の光源側の面には回折光学面が形成され、またその光記録媒体側の面は凹状の球面とされており、一方上記対物レンズＬ２は両凸レンズとされ、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、上記回折光学面は、光軸に対して垂直となる仮想平面上に回折光学素子構造が形成されてなる。
この対物光学系８は、光記録媒体９としてのＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに、各使用光λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）を良好に収束させるものである。また、この対物光学系８は、使用光λ＝408ｎｍ（λ１）および使用光λ＝658ｎｍ（λ２）については、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おり、また、使用光λ＝784ｎｍ（λ３）については発散光が入射される光学系とされている。
なお、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
下記表３の上段に、この実施例に係る対物光学系８のレンズデータの具体的数値として、曲率半径（ｍｍ）（ただし、回転非球面については表３の下段に記載している）、λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）に対する面間隔D（ｍｍ）、ならびに上記各波長の光に対する屈折率Nを示す。なお、曲率半径R、面間隔Dおよび屈折率Nに対応させた数字は光源側から順次増加するようになっている。また、表３の中段に、光記録媒体９としてＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用波長λ１、λ２、およびλ３について、この実施例２に係る対物光学系８の絞り径（ｍｍ）、焦点距離（ｍｍ）、開口数ＮＡ、および光源位置（ｍｍ）の各値を示す。
また、下記表３の下段に、この実施例２に係る対物光学系８の各回転非球面の非球面係数、およびこの実施例２に係る対物光学系８の回折光学面の位相差関数係数を示す。こ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り、上述のように、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては２次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となり、ＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。
Figure 0004216155
また、この実施例２は条件式（１）〜（４）を全て満足している。なお、条件式（４）
に対応する値は上記表３の最下段に示すような値とされている。
さらに、光記録媒体９としてＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用波長λ１、λ２、およびλ３について、この実施例２に係る対物光学系８によるビームプロファイルを図３に示す。
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、対物光学系を形成する材料として、例えばプラスチック材料を使用することで、軽量、安価なものとすることができる。
また、上述した実施形態において、回折光学素子は、光源側の面が回折光学面を有し、光記録媒体側の面が凹状の球面とされているが、光源側の面と光記録媒体側の面の形状を互いに入れ替えるようにしてもよい。また、この凹状の球面に替えて、それと同等の作用をなす凹状の非球面としてもよい。
また、対物光学系の回折光学面は、いずれの波長の光に対しても、所定次数の回折光の光量が多く出力されることが好ましく、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、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。例えば、上記組合わせのうちＡＯＤに代えて、ブルレイディスク（開口数0.85、基板厚0.1ｍｍ、使用光波長405ｎｍ程度）を用いることができる。
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。ＡＯＤの使用光波長408ｎｍ、ＤＶＤの使用光波長658ｎｍおよびＣＤの使用光波長784ｎｍ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、基板厚に付いても同様である。
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４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。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。
本発明の実施形態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 本発明の実施例１に係る光記録媒体用対物光学系のビームプロファイル 本発明の実施例２に係る光記録媒体用対物光学系のビームプロファイル 本発明の実施例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
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 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）
Ｄ１〜Ｄ５ 軸上面間隔

Claims (5)

  1. 情報の記録または再生がなされる際に、対応する開口数、使用光波長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、一方の面が回折光学面を有し、他方の面が凹面からなる回折光学素子と、両面が回転非球面よりなる正の屈折力を有する対物レンズとからなり、
    前記光記録媒体として前記第１の光記録媒体が選択される場合には、該第１の光記録媒体の使用光が平行光として入射されるとともに前記回折光学素子から出力された２次の回折光を該第１の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように、かつ前記光記録媒体として前記第２の光記録媒体が選択される場合には、該第２の光記録媒体の使用光が平行光として入射されるとともに前記回折光学素子から出力された１次の回折光を該第２の光記録媒体の所定位置に集光せしめるように、かつ前記光記録媒体として前記第３の光記録媒体が選択される場合には、該第３の光記録媒体の使用光が発散光として入射されるとともに前記回折光学素子から出力された１次の回折光を該第３の光記録媒体の所定位置に集光せしめ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。
    ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・ （１）
    λ１＜λ２＜λ３・・・ （２）
    ｄ１≦ｄ２＜ｄ３・・・ （３）
    ただし、
    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）
    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）
    ｄ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
    ｄ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
    ｄ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
  2. 前記回折光学面は、光軸に対して垂直となる仮想平面上に回折光学素子構造を形成して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。
  3. 前記第１波長λ１の光が入射され、前記回折光学素子から出力された２次の回折光による前記回折光学素子の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの前記第１波長λ１の光に対する焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（４）を満足す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。
    ｆ２／｜ｆ１｜＜０．０３・・・ （４）
  4. 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。
  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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