JP4367102B2 - 光学レンズ、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

Description

本発明は、光学レンズ、複数の光学レンズから成る集光レンズ、光学ピックアップ装置、及びこの光学ピックアップを備えて成る光記録再生装置（光磁気記録再生装置を含む）に関し、より詳しくは、可視光波長領域において、光学レンズの屈折率が大なる材料を用いて、光学レンズの開口数を大にして、光記録媒体に記録及び／又は再生を行う、いわゆるニアフィールド光記録再生方式に好適なものに関する。

コンパクトディスク（ＣＤ）、ミニディスク（ＭＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）に代表される光記録媒体は、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（なお本明細書で光記録媒体と述べた場合には光磁気記録媒体も含む）。
しかしながら、音楽情報、映像情報、データ、プログラム等における更なる高音質化、高画質化、長時間化、大容量化の要求により、さらに大容量の光記録媒体（光磁気記録媒体を含む）及びそ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、上述した要求に対応するために、光記録再生装置（光磁気記録再生装置を含む）においては、光源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ることにより、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つつあり、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、ソニー株式会社製の２６６ｎｍの単一波長の光を連続発振する遠紫外固体レーザ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、それ以外にも、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、例えば、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用して例えば開口数１以上の集光レンズを実現すると共に、この集光レンズの対物面を記録媒体に対して光源の波長程度の距離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。非特許文献１は、このソリッドイマージョンレンズを使用したニアフィールド光記録再生方式についての文献である。

I. Ichimura et. al, "Near-Field Phase-Change Optical Recording of 1.36 Numerical Aperture," Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39, 962-967(2000)

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如何にして光学的なコンタクト状態に維持するかが重要である。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非常に小さくなるため、集光レンズは形状的に大きく制約されることになる。

図１は、ニアフィールド光記録再生方式で記録を行う場合の光学系の概略構成の断面を示した図である。図１の構成については後述する実施の形態の中で詳細に説明するが、この図１に示すように、光記録媒体３０が配置された対物側から順に、その屈折率がｎ＝１．５のガラス（ＳｉＯ_２）で構成された超半球光学レンズで構成される第１の光学レンズ１１と、第２の光学レンズ１２とを配置して、この光学レンズ１１，１２でニアフィールド集光レンズ１３を構成する（超半球光学レンズの具体的な構成については後述する実施の形態の中で説明する）。この例では、例えば、開口数１．２５（屈折率×ｓｉｎ（ｔａｎ^-1（屈折率）））＝１．５×ｓｉｎ（ｔａｎ^-1（１．５））＝１．２５）のニアフィールド集光レンズを構成したとする。

第１の光学レンズ（超半球光学レンズ）１１は、光学レンズの曲率半径をｒ、光学レンズの屈折率をｎ、光学レンズの厚さをｔとすると、ｔ＝ｒ（１＋１／ｎ）の関係があり、図１に示したように、第２の光学レンズの開口数によって決定される第２の光学レンズ１２と光（もしくは光磁気）記録媒体との距離をＷＤとすると、ｔ＝ｒ（１＋１／ｎ）＝１．６６７ｒ＜ＷＤの条件を満足する必要がある。従って、第１の光学レンズ１１と第２の光学レンズ１２との距離を好適に、且つ容易に実現するためには、できる限り曲率半径ｒを小さく、もしくは光学レンズ材料の屈折率ｎをできる限り大きくする必要がある。

しかしながら、光学レンズの曲率半径は、その光学ピックアップ装置の組み立て精度から１ミリ程度以下に小さくすることができない。すなわち、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第１の光学レンズと第２の光学レンズとの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、これら第１の光学レンズと第２の光学レンズとの組み立て精度は開口数が大になるほど高精度が求められ、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ため、あまりにも光学レンズの曲率半径が小さいと、そのニアフィールド集光レンズの組み立て精度を実現できないためである。

また、従来、光学レンズの屈折率は、材質にガラス（ＳｉＯ２）を使用した場合、１．５程度が限界であるため、それ以上、光学レンズの厚さを小さくすることはできなかった。

一方、このニアフィールド光記録再生方式における高密度化を実現するためには、従来の光記録方式と同様に、その光源の出射波長の短波長化や、集光レンズの開口数の増大により、その集光スポットを縮小させる必要がある。ここで集光スポットの面積は、集光レンズの開口数の２乗に半比例するので、ニアフィールド光記録再生方式における高密度化を実現するためには、集光レンズの開口数を増大させることが有効である。

例えば、図１に示すような、第１の光学レンズが超半球光学レンズの場合のニアフィールド集光レンズの開口数ＮＡは、ＮＡ＝（第１の光学レンズの屈折率）×（ｓｉｎ（ｔａｎ^-1（第１の光学レンズの屈折率）））で表される。従来、この第１及び第２の光学レンズの材料は、材質にガラス（ＳｉＯ_２）を使用しているため、その可視光波長領域における屈折率は１．５程度が限界であり、例えば、超半球光学レンズの場合のニアフィールド集光レンズの開口数ＮＡは、ＮＡ＝１．５×ｓｉｎ（ｔａｎ^-1（１．５））＝１．２５となり、それ以上、開口数ＮＡを増大させることができなかった。従って従来のガラス材質を使用したニアフィールド集光レンズでは、その高密度化に限界があった。

本発明の目的は、可視光波長領域において、高屈折率で且つ、低光吸収特性を有する光学レンズを提供するとともに、これを用いてニアフィールド光記録再生方式に好適な集光レンズを提供し、光記録媒体の高密度大容量化に対応する光学ピックアップ装置、および光記録再生装置を提供することである。

本発明の光学レンズは、立方晶構造のＳｉＣ単結晶からなる光学材料で構成したものである。

本発明の集光レンズは、光軸を合致させ、対物面から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成された集光レンズにおいて、少なくとも第１の光学レンズを構成する光学材料として、立方晶構造のＳｉＣ単結晶で構成したものである。

本発明の光学ピックアップ装置は、少なくとも、光源と、この光源からの出射光の光軸を合致させて対物面から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成され、光源からの出射光を収束させて光スポットを形成する集光レンズとを有して成る光学ピックアップ装置において、集光レンズの第１の光学レンズを構成する光学材料として、立方晶構造のＳｉＣ単結晶で構成したものである。

本発明の光記録再生装置は、少なくとも、光源と、この光源からの出射光の光軸を合致させて対物面から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成され、光源からの出射光を収束させて光スポットを形成する集光レンズとを有して成る光学ピックアップと、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とを有する光記録再生装置において、集光レンズの第１の光学レンズを構成する光学材料として、立方晶構造のＳｉＣ単結晶で構成したものである。

本発明によると、光学レンズを構成する光学材料として、立方晶構造のＳｉＣ単結晶を使用したことで、従来の材質がガラスである光学レンズでは限界であった屈折率を２．５以上の大とすることが可能となる。また、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶とする光学レンズは、波長５６４ｎｍより長波長の光に対する光透過性（光透過率）が優れており、光源からの光パワーに対する記録再生の光効率を高めることが可能となる。

そして、この光学レンズを用いれば、可視光波長領域において、開口数が２．０以上の集光レンズを容易に得ることが可能となる。そして、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および、光記録再生装置では集光レンズを構成する第２の光学レンズに入射する光束の径を小とすることが可能になり、光記録媒体のフォーカシング方向、もしくは、且つトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの小型軽量化を図ることができるとともに、フォーカシング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実現される光源の波長６３５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍに対応する光学ピックアップ装置および、光記録再生装置の提供が可能となる。

本発明の光学レンズによると、可視光波長領域において、従来の材質がガラス、例えば、ＳｉＯ２である光学レンズでは限界であった屈折率を２．５以上の大とすることが可能となる。

また本発明の集光レンズによると、対物側から順に第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成された集光レンズにおいて、少なくとも第１の光学レンズが立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の材質で構成すれば、開口数２．０以上で、且つ小型軽量の集光レンズを容易に得ることが可能になる。

また本発明の光学ピックアップ装置によると、その光学ピックアップ装置が備える集光レンズの第１の光学レンズとして、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の材質で構成することで、開口数２．０以上で、且つ小型軽量の集光レンズを容易に得ることが可能になるので、これら材料で作製された集光レンズで集光された光スポット面積は開口数の２乗に反比例して縮小できるので、ガラス材料のそれに比べて、約３．５倍以上も高密度な光記録媒体の記録再生が可能となる光ピックアップ装置を実現できる。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実用化される光源の波長６３５ｎｍから７８０ｎｍに対応する光学ピックアップ装置の提供が可能となる。

また本発明の光記録再生装置によると、その光記録再生装置が備える光学ピックアップ内の集光レンズの第１の光学レンズを、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の材質で構成することで、第２の光学レンズに入射する光束の径を小とすることが可能となり、結果的に光記録媒体のフォーカシング方向や、トラッキング方向に制御駆動される集光レンズの小型軽量化を図ることができるととも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が可能となり、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った。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実用化される光源の波長６３５ｎｍから７８０ｎｍに対応する光学ピックアップ装置を備えた光記録再生装置の提供が可能となる。

まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要を説明する。

本発明は、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶（シリコンカーバイト単結晶）からなる光学材料を使用した光学レンズである。また、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶からなる光学材料で構成した光学レンズを、少なくとも一部のレンズとして使用した集光レンズである。また、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶からなる光学材料で構成した光学レンズを備えた集光レンズを、光学ピックアップ装置が備えるレンズとして使用したものである。さらに、この光学ピックアップ装置を備えた光記録再生装置としたものである。

なお、本明細書で光記録再生装置と述べた場合には、光記録媒体への記録と再生を行う記録再生装置だけでなく、光記録媒体への記録だけを行う記録装置や、光記録媒体からの再生だけを行う再生装置である場合も含むものとする。また、既に述べたように、ここでの光記録媒体には、光磁気記録媒体などの光学的に記録や再生を行う他の記録媒体も含むものとする。

また、光学材料として使用するＳｉＣ単結晶の結晶構造が立方晶であるということは、結晶軸によらず屈折率が全方向で一定である光学的等方性を有していることである。このため、ＳｉＣ単結晶により光学レンズを作製する際には、結晶軸方向を気にせずに切断、加工、研磨を行うことができる。

次に、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の立方晶構造であるＳｉＣ単結晶からなる光学材料を使用した光学レンズが組み込まれる光学ピックアップ装置の要部の概略構成を示した図である。また、図１に示す光学ピックアップ装置を構成する光学系の構成の一形態の例を図２に示す。

図１及び図２に示すように、図示しない光源例えば半導体レーザと、光束Ｌを記録媒体（光記録媒体又は光磁気記録媒体）３０に集光する集光レンズ１３と、光源から出射された光束Ｌ１と記録媒体３０で反射した光束Ｌ２とを分離する第１のビームスプリッタ１４と、記録媒体３０で反射した光束Ｌ２を２つの光束に分離する第２のビームスプリッタ１５を有して、光学ピックアップが構成されている。

光源は、本例の場合には５６４ｎｍよりも長波長の光を出射する構成とする。５６４ｎｍよりも長波長の光を使用するのは、ＳｉＣ単結晶の透過率が０になる波長を使用するためである。

集光レンズ１３は、記録媒体３０側から順に、第１の光学レンズ１１及び第２の光学レンズ１２をそれぞれの光軸が一致するように配置して成る。第１の光学レンズ１１については、本例の場合には、超半球光学レンズ又は半球光学レンズとして構成してある。これらのレンズ構造については後述する。

また、記録媒体３０が例えばディスク状媒体である場合には、図示を省略するスピンドルモータに記録媒体３０が装着されることにより所定の回転数で回転される。

なお、実際には第１の光学レンズ１１及び記録媒体３０は互いに接触してはいないが、これら光学レンズ１１及び記録媒体３０の間隔が光学レンズ１１の厚さｔと比較して充分に小さいため（例えば数万分の１程度）、図１及び図２においては接触しているように描かれている。以下の図においても同様である。

そして、本実施の形態の光学ピックアップにおいて、集光レンズ１３のうち、少なくとも記録媒体３０側の第１の光学レンズ１１を、前述した立方晶構造であるＳｉＣ単結晶からなる光学材料を使用した光学レンズとする。なお、第２の光学レンズ１２の材料は特に限定されず、フッ化物光学材料製レンズ、ガラス製レンズ、プラスチック製レンズ、その他の材料から成るレンズのいずれであってもよい。

次に、図１及び図２に示す光学ピックアップにおける、光の経路と各部品における作用等を説明する。

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る。そして図２に示すように、この往路光の光束Ｌ１は、第１のビームスプリッタ１４を透過して、集光レンズ１３を介して記録媒体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、再び集光レンズ１３を透過して、第１のビームスプリッタ１４で反射されて、光束Ｌ２となって第２のビームスプリッタ１５に入射する。

第２のビームスプリッタ１５で反射された復路光（光束Ｌ３）は、図示しないトラッキング用光検出器に集光され、トラッキングエラー信号が検出される。第２のビームスプリッタ１５を通過した復路光（光束Ｌ４）は、図示しないフォーカシング用光検出器に集光され、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、図１及び図２に示す光学ピックアップには、集光レンズ１３をトラッキング方向やフォーカシング方向に制御駆動させ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ている２軸アクチュエータや、磁気ヘッド等に用いられてい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、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、２軸アクチュエータを採用した場合の概略構成例である。図３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せる（トラッキング用）コイル１７と、集光レンズ１３を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１８とから成る２軸アクチュエータ１６に、集光レンズ１３（１１，１２）が固着されている。

この２軸アクチュエータ１６は、さらに記録媒体３０と第１の光学レンズ１１との距離を制御することが可能な構成とされる。例えば戻り光量をモニタして距離情報をフィードバックすることにより、第１のレンズ１１と記録媒体３０の距離を一定に保ち、かつ第１のレンズ１１と記録媒体３０の衝突を避けることができる。

また、この２軸アクチュエータ１６は、戻り光量をモニタして位置情報をフィードバックすることにより、トラッキング用コイル１７の駆動によって集光レンズ１３をトラッキング方向に移動させて、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、トラッキング方向に制御駆動されるスライダ２１に、集光レンズ１３（１１，１２）が固着されている。このスライダ２１は、弾性体例えば記録媒体３０の面触れ方向にのみ弾性を有するジンバル２２を介して、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。この可動光学部は、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される。

そして、記録媒体３０の回転に伴い発生する気体流が記録媒体３０とスライダ２１との間に流れ込むとともに、弾性体であるジンバル２２の記録媒体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。

即ち、記録媒体３０を所定の回転数で回転させて記録媒体３０からの情報の再生時或いは記録媒体３０への情報の記録時において、集光レンズ１３を構成する第１の光学レンズ１１と記録媒体３０との距離がスライダ２１によりほぼ一定距離に保たれた状態となる。

なお、光学ピックアップに、さらに必要に応じて、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１６もしくはスライダ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１３（１１，１２）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、２枚の光学レンズ１１，１２の間隔を変えることで補正を行う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と第２の光学レンズ１２の間に挿入して構成してもよい。

また、図４に示したように第１の光学レンズ１１及び第２の光学レンズ１２がスライダ２１に固着されている場合に、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２つの光学レンズのうち、第１の光学レンズ１１をスライダ２１に固定する一方、第２の光学レンズ１２を例えば圧電素子等により第１の光学レンズ１１に対して例えば光軸方向に相対的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（ハードディスクドライブ等の磁気記録再生装置に採用されているスタック型の記録媒体に類似した構造）の場合では、図５に示すように、スライダ２１にさらに光軸をほぼ９０度曲げるミラー２３を設ける構成が好適である。このような構成とすることにより、光記録再生装置の各光記録媒体間の間隔を小とすることができるので、結果的に光記録再生装置の小型化、薄型化を図ることができる。

次に、第１の光学レンズ１１の具体的な形状の例について、図６〜図７を参照して説明する。

図６は、第１の光学レンズ１１として、半球状の光学レンズ１１Ａを採用した場合を示している。このとき、レンズの厚さは曲率半径ｒと一致する。

図７は、第１のレンズ１１に、超半球状の光学レンズ１１Ｂを採用した場合を示している。ここでの超半球状の光学レンズとは、半球形にさらに、球の上半分の一部をｒ／ｎの厚さだけ付加している。このとき、レンズの厚さはｒ（１＋１／ｎ）となる。

これら図６，図７の構成の場合には、記録媒体３０と対向する対物面が平面となっており、対物面の反対側の面は凸球面となっている。また、周側面において２軸アクチュエータ１６もしくはスライダ２１と固着される。

図８は、図６に示した半球状の形状のレンズ１１Ａを更に、対物面を円錐状に加工した形状とした光学レンズ１１Ｃを採用した場合を示している。

図９は、図７に示した超半球状形状のレンズ１１Ｂを更に、対物面を円錐状に加工した形状の光学レンズ１１Ｄを採用した場合を示している。

ニアフィールド光記録再生方式においては、記録媒体３０と第１の光学レンズ１１との距離が数十ｎｍ程度と非常に近接していることから、図８，図９に示すように対物面を円錐状に加工することにより、記録媒体３０もしくは第１の光学レンズ１１の傾きに対する許容度を拡大することができる。

また、ニアフィールド光記録再生方式において記録媒体３０を光磁気記録媒体とする場合には、記録時かつ／又は再生時に磁界が必要になる。この場合には、例えば図１０もしくは図１１に示すように、第１の光学レンズ１１の対物面の一部に磁気コイル２５等の磁界印加手段を取り付けて構成してもよい。

図１０は、半球形の光学レンズ１１Ｅの対物面を、中心付近を残して段差を付与する加工を行い、その段差部に磁気コイル２５を設けた場合を示している。

図１１は、超半球形の光学レンズ１１Ｆの対物面を、中心付近を残して段差を付与する加工を行い、その段差部に磁気コイル２５を設けた場合を示している。これら図１０，図１１の例のように、磁気コイル２５の高さを、段差部の厚さとほぼ等しくすることで、光学レンズ１１を光磁気記録媒体の表面に近接させつつ、磁気コイルで良好に磁界印加を行うなうことができる。

次に、本発明の特徴である、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の光学材料を使用したレンズの、その特性などについて説明する。この光学材料は、単結晶であり、多結晶材料のような粒界や、ガラス材料のような脈理がないために、入射光の散乱や吸収を起こさずにすみ、光学レンズ材料として好適である。

また、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶は、Ｓｉと同じ立方晶でかつ、Ｓｉ系素材であるため、半導体デバイスの製造プロセスと高い親和性を持ち、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。

これら立方晶構造であるＳｉＣ単結晶とする光学レンズ材料は、波長５６４ｎｍから１０００ｎｍの波長域で、従来のガラス材質に対して特に屈折率が高く、たとえば、赤色半導体レーザの発振波長である６３５ｎｍから７８０ｎｍに対して、屈折率２．５以上を有している。したがって、光源に赤色半導体レーザを使用し、その光学レンズ材料として立方晶構造であるＳｉＣ単結晶とした光学レンズは、光記録再生方式にとって、集光レンズの高開口数化に対して非常に有効な手段であり、光記録媒体の高密度化高容量化に寄与することができる。

また、ＳｉＣ単結晶の結晶構造を、立方晶に選択することにより、その結晶軸によらず屈折率が一定である光学的等方性を有しており、たとえば第１の光学レンズを作製する際の工程として、真球状の光学レンズを作製する際に、その結晶軸方向を気にせずに切断、加工、研磨が可能な材料であり、ガラス材料と同程度なコストで加工が可能である。

また、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶とする光学レンズ材料の製造法は、例えば、Ｓｉ基板上に気相成長法によりヘテロエピタキシャル成長させることで作製できる。また、高い屈折率を有することから上述したように、光学レンズを小型化薄型化が可能となり、比較的低コストで光学ピックアップ装置や光記録再生装置等に搭載が可能である。

また、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶とする光学レンズ材料は、その屈折率の増大する波長５６４ｎｍから１０００ｎｍに対して、吸収係数を、たとえば欠陥濃度や、不純物濃度を制御・最適化することで、１ｃｍ^-1以下に制御することが可能で、好適には０．１ｃｍ^-1以下にすることで、第１の光学レンズ１１の厚さが５ミリメートルのときでも、９５％以上の透過率を有する光学レンズを実現できる。

次に、実施例１として立方晶構造であるＳｉＣ単結晶材料を、比較例１としてＳｉＯ_２材料を使用した光学レンズとの比較で考察する。

図１２に立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の試料（実施例１：図１２Ａ）と、ガラスであるＳｉＯ_２の試料（比較例１：図１２Ｂ）について、波長５６４ｎｍから１０００ｎｍまでの屈折率ｎと吸収係数ｋの波長依存性を比較して示す。なお、図１２Ａと図１２Ｂでは、縦軸の屈折率の数値が異なる点に注意されたい。

実施例１による立方晶構造であるＳｉＣ単結晶材料は、波長５６４ｎｍから１０００ｎｍまでのすべての波長範囲で、屈折率ｎが２．５以上に達する。一方、比較例１によるＳｉＯ_２材料は波長５６４ｎｍから１０００ｎｍまでのすべての波長範囲で、屈折率ｎが１．５程度で、吸収係数ｋが０であった（図１２Ｂでは吸収係数ｋは横軸と重なっているため見えない）。また、実施例１の立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の吸収係数ｋは、波長６００ｎｍから長波長で、すべて０．１ｃｍ^-1以下であり、比較例１によるＳｉＯ_２材料の場合と実質的に変わりがなく、光透過性（光透過率）が優れており、光源からの光パワーに対する記録再生の光効率を高めることが可能であることがわかる。

表１に赤色半導体レーザの発振波長６５０ｎｍでの実施例１と比較例１の試料の屈折率と、第１の光学レンズ１１に実施例１と比較例１の材料を使用して、図１のような形態の集光レンズを組み立てたときの集光レンズの開口数を示す。

表１から明らかなように、従来のＳｉＯ_２材料に比較して、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の屈折率と、これらの材料を使用して作製した集光レンズの開口数は、明らかにＳｉＯ_２材料よりも大きい。

従って、これら材料で作製された集光レンズで集光された光スポット面積は開口数の２乗に反比例して縮小できるので、例えば立方晶構造であるＳｉＣ単結晶はＳｉＯ２に比べて、約３．９倍も高密度な光記録媒体の記録再生が可能となる光ピックアップ装置を実現できる。

表２に、赤色半導体レーザの発振波長７８０ｎｍでの、ＳｉＣ単結晶の試料（実施例１）と、ガラスであるＳｉＯ_２の試料（比較例１）について、図１のような形態の集光レンズを組み立てたときの集光レンズの開口数を示す。

表２から明らかなように、従来のＳｉＯ_２材料に比較して、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の屈折率と、これらの材料を使用して作製した集光レンズの開口数は、明らかにＳｉＯ_２材料よりも大きい。

従って、これら材料で作製された集光レンズで集光された光スポット面積は開口数の２乗に反比例して縮小できるので、例えば、光記録再生装置の光源の出射光の波長を、赤色半導体レーザの発振波長７８０ｎｍの波長に設定すれば、例えば、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶はＳｉＯ_２に比べて、３．８倍も高密度な光記録媒体の記録再生が可能となる光ピックアップ装置を実現できる。

以下に、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶を使用した集光レンズの構成について、既に説明した集光レンズの概略断面図である図１を再度参照して説明する。例えば、図１において、光記録媒体３０側から順に、何れも波長６５０ｎｍに対して屈折率２．６４の立方晶構造であるＳｉＣ単結晶で構成された第１の光学レンズ１１と第２の光学レンズ１２とを配置して、超半球ソリッドイマージョンレンズにより、集光レンズの開口数が２．４７である集光レンズを構成し、この集光レンズを用いて、第１の光学レンズ１１と光記録媒体３０とを、たとえば４０ｎｍの距離に保ちつつニアフィールド記録再生を行うとする。

このとき、図１に示したように、第１の光学レンズ１１の凸球面の曲率半径は、第２の光学レンズ１２の開口数によって決定される、第２の光学レンズ１２と光記録媒体３０との距離をＷＤとし、第１の光学レンズ１１の厚さをｔとし、第１の光学レンズ１１の凸球面の曲率半径をｒとした場合、ｔ＝ｒ（１＋１／ｎ）＝１．４０５ｒ＜ＷＤの条件を満たす必要がある。ところで、第１の光学レンズを従来の技術で参照した屈折率１．５０のガラス材料の事例における第１の光学レンズとの形状を比較すると、表３に示すように、（１＋１／ｎ）の数値が、１．４０５と、１．６６７との比較からわかるように、屈折率２．６４の立方晶構造であるＳｉＣ単結晶材料の事例では屈折率が大であることにより、第１の光学レンズ１１の厚さを約１９％小さくすることができた。したがって、比較的に、より半球レンズに近い厚さにおいて超半球ニアフィールド記録再生が実現できることがわかり、従って、図１に示したように第２の光学レンズ１２と光記録媒体３０との距離ＷＤを十分に確保することができるとともに、第２の光学レンズ１２に入射する光束の径を容易に小とすることもできた。

また、光記録媒体のフォーカス方向および、且つ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るとともに、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った。

なお本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。例えば、上述した実施の形態では、立方晶構造であるＳｉＣ単結晶の光学材料を、ニアフィールド記録再生方式用の集光レンズの内の記録媒体に近接した第１の光学レンズに適用したが、製作が可能であれば第２の光学レンズに適用しても良い。或いは、その他の光学レンズに適用しても良い。

また、上述した光学系に適用される光源の波長についても、上述した実施の形態で示した数値に限定されるものではない。例えば波長として、６３５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍなどが適用可能である。

本発明の一実施の形態の光学ピックアップの要部の一例を示した構成図である。 図１の光学ピックアップの光学系の一例を示す構成図である。 図１及び図２の集光レンズの制御駆動手段として２軸アクチュエータを採用した構成図である。 図１及び図２の集光レンズの制御駆動手段としてスライダを採用した構成図である。 スライダにミラーを設けた場合の構成図である。 第１の光学レンズの形状の例を示す説明図である。 第１の光学レンズの形状の例を示す説明図である。 第１の光学レンズの形状の例を示す説明図である。 第１の光学レンズの形状の例を示す説明図である。 第１の光学レンズの形状の例を示す説明図である。 第１の光学レンズの形状の例を示す説明図である。 レンズに使用した材料の屈折率と吸収係数の波長依存性を示す特性図であり、図１２Ａは一実施の形態による材料（ＳｉＣ）の特性図で、図１２Ｂは従来の材料（ＳｉＯ_２）の特性図である。

符号の説明

１１…第１の光学レンズ、１１Ａ…半球状の光学レンズ、１１Ｂ…超半球状の光学レンズ、１１Ｃ…対物面が円錐状の半球状の光学レンズ、１１Ｄ…対物面が円錐状の超半球状の光学レンズ、１２…第２の光学レンズ、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、２１…スライダ、２２…ジンバル、２３…ミラー、２５…磁気コイル、３０…記録媒体（光記録媒体又は光磁気記録媒体）

Claims (13)

1. 立方晶構造のＳｉＣ単結晶からなる光学材料で構成したことを特徴とする
   光学レンズ。
2. 請求項１記載の光学レンズにおいて、
   対物面が平面であり、前記対物面の反対面が凸球面であることを特徴とする
   光学レンズ。
3. 光軸を合致させ、対物面から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成された集光レンズにおいて、
   少なくとも前記第１の光学レンズを構成する光学材料として、立方晶構造のＳｉＣ単結晶で構成したことを特徴とする
   集光レンズ。
4. 少なくとも、光源と、該光源からの出射光の光軸を合致させて対物面から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成され、前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集光レンズとを有して成る光学ピックアップ装置において、
   前記集光レンズの第１の光学レンズを構成する光学材料として、立方晶構造のＳｉＣ単結晶で構成したことを特徴とする
   光学ピックアップ装置。
5. 請求項４記載の光学ピックアップ装置において、
   前記第１の光学レンズの対物面は平面であり、前記対物面の反対面が凸球面であることを特徴とする
   光学ピックアップ装置。
6. 請求項４記載の光学ピックアップ装置において、
   前記光源の出射光の波長は、５６４ｎｍよりも長波長であることを特徴とする
   光学ピックアップ装置。
7. 請求項４記載の光学ピックアップ装置において、
   前記光源は、半導体レーザで構成されることを特徴とする
   光学ピックアップ装置。
8. 少なくとも、光源と、該光源からの出射光の光軸を合致させて対物面から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成され、前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集光レンズとを有して成る光学ピックアップと、前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とを有する光記録再生装置において、
   上記集光レンズの第１の光学レンズを構成する光学材料として、立方晶構造のＳｉＣ単結晶で構成したことを特徴とする
   光記録再生装置。
9. 請求項８記載の光記録再生装置において、
   前記第１の光学レンズの対物面は平面であり、前記対物面の反対面が凸球面であることを特徴とする
   光記録再生装置。
10. 請求項８記載の光記録再生装置において、
    前記光源の出射光の波長は、５６４ｎｍよりも長波長であることを特徴とする
    光記録再生装置。
11. 請求項８記載の光記録再生装置において、
    前記光源は、半導体レーザで構成されることを特徴とする
    光記録再生装置。
12. 請求項８記載の光記録再生装置において、
    前記光源の出射光の光束が、前記光記録媒体の主面とほぼ平行な光軸を有することを特徴とする
    光記録再生装置。
13. 請求項８記載の光記録再生装置において、
    複数の光記録媒体を装着する装着手段を有し、装着される複数の光記録媒体の間隔が、前記出射光の光束よりも大であることを特徴とする
    光記録再生装置。

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