JP2006323917A - 対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光軸を含み回折構造が形成された第１の領域と、第１の領域の外側の屈折面が形成された第２の領域と、第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域と、で構成された対物レンズを用いた光ピックアップ装置の、検出系の検出精度をより向上させた対物レンズを得る。
【解決手段】 第１の領域を通過する第１及び第２の光束は、それぞれ第１及び第２の集光スポットの形成に寄与し、第２の領域を通過する第１及び第２の光束は、それぞれ第１及び第２の集光スポットの形成に寄与せず、第３の領域を通過する第１の光束は第１の集光スポットの形成に寄与し、第２の光束は第２の集光スポットの形成に寄与しないよう構成した対物レンズとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置に用いられる対物レンズ、及び光ピックアップ装置に関し、特に１つの対物レンズで記録密度の異なる光情報記録媒体の記録／再生を行うための対物レンズ、及び光ピックアップ装置に関するものである。

現在、各種の光情報記録媒体が存在している。また、これら光情報記録媒体を用いる光ピックアップ装置として、複数の光情報記録媒体に対し、互換性を有するものが知られている。例えば、ＤＶＤとＣＤとに対して互換性を備えた光ピックアップ装置がある。

表１に、ＤＶＤとＣＤの規格を示す。

表１に示すように、ＤＶＤとＣＤとでは透明基板厚及び必要開口数が異なっており、これらに対して互換性を確保するには、透明基板厚の違いにより発生する球面収差への対応策、開口数の違いに関する何らかの対応策が必要である。

この、ＤＶＤとＣＤとの互換性を確保する対物レンズとして、対物レンズを３つの領域に分割し、中央の領域はＤＶＤとＣＤに対し球面収差が補正されて集光スポットとなり、中間の領域と外側の領域はＤＶＤに対しては集光スポットを形成するが、ＣＤに対してはそれぞれオーバーフレア、アンダーフレアのいずれかのフレア成分となるように形成した対物レンズが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１５１１６４号公報

上記特許文献１に記載の光ピックアップ用対物レンズは、簡素な構成でありながら、異なる光情報記録媒体に対して適切な情報の記録又は再生を行えるものであるが、光軸を含み回折構造が形成された第１の領域と、第１の領域の外側の屈折面が形成された第２の領域と、第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域と、で構成された対物レンズの例については、記録密度の低い方の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生に際して、この第２の領域を通過した光束をフレア化させるための球面収差量がやや少なめであり、検出系によるフォーカシング及びトラッキングの検出精度が、他の例に比べやや低いものであった。

本発明は上記問題に鑑み、光軸を含み回折構造が形成された第１の領域と、前記第１の領域の外側の屈折面が形成された第２の領域と、前記第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域と、で構成された対物レンズを用いた光ピックアップ装置の、検出系の検出精度をより向上させることが可能な対物レンズを得ること、及び該対物レンズを用いることで、より信頼性を向上させた光ピックアップ装置を得ることを目的とするものである。

上記の課題は、以下の構成で解決される。

１） 透明基板厚ｔ₁の第１の光情報記録媒体に対し、波長λ₁の第１の光束を用いて第１の集光スポットを形成し、情報の再生及び／又は記録を行うと共に、透明基板厚ｔ₂（ｔ₂≠ｔ₁）の第２の光情報記録媒体に対し、波長λ₂（λ₂≠λ₁）の第２の光束を用いて第２の集光スポットを形成し、情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物レンズであって、前記対物レンズの光学機能面は、光軸方向から見たとき、光軸を含み回折構造が形成された第１の領域と、前記第１の領域の外側の第２の領域と、前記第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域と、の３つの領域を有し、前記第１の領域を通過する前記第１及び第２の光束は、それぞれ前記第１及び第２の集光スポットの形成に寄与し、前記第２の領域を通過する前記第１及び第２の光束は、それぞれ前記第１及び第２の集光スポットの形成に寄与せず、前記第３の領域を通過する前記第１の光束は前記第１の集光スポットの形成に寄与し、前記第２の光束は前記第２の集光スポットの形成に寄与しないよう構成したことを特徴とする対物レンズ。

２） 前記第１の光情報記録媒体に対する前記対物レンズの結像倍率をｍ₁とし、前記第２の光情報記録媒体に対する前記対物レンズの結像倍率をｍ₂としたとき、下記の条件式を満たす１）の対物レンズ。

｜ｍ₁−ｍ₂｜＜０．０５
３） 前記第２の光情報記録媒体に対し、前記第２の領域の最内部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ２ｈ₂とし、前記第２の領域の最外部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ２ｈ₃としたとき、下記の条件式を満たす１）又は２）の対物レンズ。

｜ＬＳＡ２ｈ₂｜＞０．０１ｍｍ
｜ＬＳＡ２ｈ₃｜＞０．０１ｍｍ
４） 前記第１の光情報記録媒体に対し、前記第２の領域の最内部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ１ｈ₂とし、前記第２の領域の最外部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ１ｈ₃としたとき、下記の条件式を満たす１）〜３）のいずれかの対物レンズ。

｜ＬＳＡ１ｈ₂｜＞０．０１ｍｍ
｜ＬＳＡ１ｈ₃｜＞０．０１ｍｍ
５） １）〜４）のいずれかの対物レンズを備えた光ピックアップ装置。

なお、本明細書中で用いる「回折構造」とは、対物レンズの表面に、レリーフを形成し、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせた構造をいう。このレリーフの形状としては、例えば対物レンズの表面に、光軸を中心とする略同心円上の輪帯として形成され、光軸を含む平面で切断した断面では、各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものであり、特にそのような形状を「回折輪帯」という。

また、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。ここでいう、レンズ群とは少なくとも１枚以上のレンズを指すものである。よって、本明細書中において、開口数ＮＡとは対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数ＮＡを指すものである。また、本明細書中では、必要開口数ＮＡは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数を指す。

本発明によれば、光軸を含み回折構造が形成された第１の領域と、前記第１の領域の外側の屈折面が形成された第２の領域と、前記第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域と、で構成された対物レンズを用いた光ピックアップ装置の、検出系の検出精度を向上させることができ、高い信頼性を有しつつ、異なる光情報記録媒体に対して適切な情報の記録又は再生を行うことができるようになる。

以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本実施の形態に係る対物レンズを備えた、光ピックアップ装置１００の概略構成図である。同図に示す光ピックアップ装置１００は、記録密度が異なる２種類以上の光情報記録媒体である光ディスクに対し情報の再生及び／又は記録を行うことができるものである。

なお、本実施の形態においては、複数の光ディスクは、透明基板の厚さｔ₁の第１の光情報記録媒体をＤＶＤ、ｔ₁とは異なる透明基板厚ｔ₂を有する第２の光情報記録媒体をＣＤとして説明するが、これに限るものではない。

同図において、１は波長λ₁（例えば、後述する実施例では６５５（ｎｍ））の第１の光束を射出する第１半導体レーザ、２は波長λ₂（例えば、後述する実施例では７８５（ｎｍ））の第２の光束を射出する第２半導体レーザ、３はビームスプリッタである。

ビームスプリッタ３には半透鏡面が形成されており、第１半導体レーザ１から射出される光束は、ビームスプリッタ３の半透鏡面の透過率に基づく光量が通過し、第２半導体レーザ２から射出される光束は、ビームスプリッタ３半透鏡面の反射率に基づく光量が反射され、以降は共通の光路が形成される。この第１半導体レーザ１、第２半導体レーザ２は、再生及び／又は記録を行う、光ディスクに対応して、選択的に使用される。

透明基板厚ｔ₁＝０．６ｍｍの光ディスク１０であるＤＶＤに記録された情報の再生の場合、第１半導体レーザ１から波長λ₁の第１の光束が射出される。この光束はビームスプリッタ３、偏光ビームスプリッタ４、コリメータレンズ５を透過して平行光束となり、１／４波長板６により円偏光状態の平行光束となる。この光束は、絞り７によって所定の径とされ対物レンズ８に入射する。更に、この対物レンズ８により０．６ｍｍ厚の透明基板１０ｂを介して、記録面１０ａに集光される。

更に、記録面１０ａの情報ピットにより反射された光束は、再び対物レンズ８、１／４波長板６、コリメータレンズ５を透過し、偏光ビームスプリッタ４で反射され、シリンドリカルレンズ１１により非点収差が付与されて光検出器１２に入射する。この光検出器１２から出力される信号を用い、透明基板厚ｔ₁＝０．６ｍｍの光ディスク１０であるＤＶＤに記録された情報の読み取り信号を得ることができる。

なお不図示であるが、光検出器１２はメイン受光部と、その両脇に配置されたサブ受光部とを有している。また、光検出器１２上での集光スポットの形状変化による光量分布変化を検出して、フォーカシング状態の検出やトラッキング状態の検出を行うようになっている。この検出結果に基づいて、２次元アクチュエータ９は、第１半導体レーザ１からの光束を記録面１０ａ上に結像するように対物レンズ８を移動させると共に、所定のトラックに結像するように対物レンズ８を移動させる。

一方、透明基板厚ｔ₂＝１．２ｍｍの光ディスク１０′であるＣＤに記録された情報の再生の場合、第２半導体レーザ２から波長λ₂の第２の光束が射出される。この光束はビームスプリッタ３により反射され、偏光ビームスプリッタ４、コリメータレンズ５を透過して平行となり、１／４波長板６により円偏光状態の光束となる。この光束は、絞り７によって所定の径とされ対物レンズ８に入射する。更に、この対物レンズ８により必要開口数内の光束が１．２ｍｍ厚の透明基板１０ｂ′を介して、記録面１０ａ′に集光される。

更に、記録面１０ａ′の情報ピットにより反射された光束は、再び対物レンズ８、１／４波長板６、コリメータレンズ５を透過し、偏光ビームスプリッタ４で反射され、シリンドリカルレンズ１１により非点収差が付与されて光検出器１２に入射する。この光検出器１２から出力される信号を用い、透明基板厚ｔ₂＝１．２ｍｍの光ディスク１０′であるＣＤに記録された情報の読み取り信号を得ることができる。

なお、同図においては、模式的に透明基板１０ｂ、１０ｂ′を同じ厚さのように示しているが本来異なるものである。

また同様に、光検出器１２上での集光スポットの形状変化による光量分布変化を検出して、フォーカシング状態の検出やトラッキング状態の検出を行い、この検出結果に基づいて、２次元アクチュエータ９は、第２半導体レーザ２からの光束を記録面１０ａ′上に結像するように対物レンズ８を移動させると共に、所定のトラックに結像するように対物レンズ８を移動させる。

このようにして、１つの対物レンズ８を介し、第１半導体レーザ１、第２半導体レーザ２、から射出される光束をそれぞれ光ディスク１０、光ディスク１０′の記録面１０ａ、１０ａ′に集光させることができるようになっている。

なお、光ディスク１０、光ディスク１０′に情報を記録する際も、ほぼ同様の動作が行われる。

図２は、本実施の形態に係る対物レンズ８の概略を示す断面の模式図である。

同図に示すように、対物レンズ８の光学機能面は、光軸Ｏを含み回折構造が形成された第１の領域Ｃと、第１の領域の外側の光軸Ｏからの高さｈ１〜ｈ２の範囲に屈折面で形成された第２の領域Ｍと、第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域Ｓと、の３つの領域に分割されて形成されているものである。

以下に、上記の実施の形態に適用される対物レンズの実施例を示す。

なお、対物レンズの両面は以下の（数１）で示される非球面であり、光軸方向にＺ軸をとり、ｈは光軸と垂直方向の高さ、Ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａは非球面係数、Ｐは非球面のべき乗数である。なおｌは、対物レンズの光源側の面の第１の領域では４とし、第２、第３の領域では５とし、対物レンズの光情報記録媒体側の面では６とした。

更に、対物レンズの光源（半導体レーザ）側非球面の表面の一部には回折構造が一体で形成されている。この回折構造は、（数２）に示す単位をラジアンとする位相差関数Φｂで表される。

この２次係数が回折部分の近軸的なパワーを表し、２次以外の係数、例えば４次、６次係数等で球面収差を制御できる。なおここで、制御できるとは、屈折部分が有する球面収差を回折部分で逆特性の球面収差を持たせ、綜合的に球面収差を補正したり、回折部分の球面収差を操作して綜合的な球面収差を所望のフレア量にすることを意味するものである。この場合、温度変化時の球面収差も、屈折部分の球面収差の温度変化と回折部分の球面収差変化を綜合したものと考えることができる。

実施例に使用する記号は下記のとおりである。

ｆ₁ ：λ＝６５５ｎｍのときの焦点距離
ｆ₂ ：λ＝７８５ｎｍのときの焦点距離
Ｒ ：近軸曲率半径
ｄ ：軸上面間隔
ｎ ：所定の波長のときの屈折率
ＮＡ１ ：ＤＶＤに対する開口数
ＮＡ２ ：ＣＤに対する開口数
また、表のレンズデータにおいて、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^-02）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。

実施例１の対物レンズのレンズデータを表２に示す。

図３は、実施例に示した対物レンズの球面収差図である。同図（ａ）は、第１の光情報記録媒体であるＤＶＤの記録又は再生時の縦球面収差を示したものであり、同図（ｂ）は、第２の光情報記録媒体であるＣＤの記録又は再生時の縦球面収差を示したものである。

同図に示すように、光軸を含み回折構造が形成された第１の領域（図２に示すＣの領域）の球面収差は、ＤＶＤ及びＣＤのいずれについても、きれいに補正されている。第１の領域の外側の屈折面で形成された第２の領域（図２に示すＭの領域）の球面収差は、ＤＶＤ、ＣＤ共に、大きく補正過剰とされてオーバーフレア成分となり、いずれの光ディスクに対しても集光スポットの形成に寄与していない。第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域（図２に示すＳの領域）の球面収差は、ＤＶＤに対してはきれいに補正され集光スポットの形成には寄与し、ＣＤに対しては補正過剰のオーバーフレア成分となり、集光スポットの形成に寄与していないことを示している。

上記の実施例に示した対物レンズの第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）に対する結像倍率：ｍ₁、第２の光情報記録媒体（ＣＤ）に対する対物レンズの結像倍率：ｍ₂、及び第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）に対し、第２の領域（図２に示すＭの領域）の最内部（光軸に最も近い側）を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ１ｈ₂、最外部（光軸に最も遠い側）を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ１ｈ₃、第２の光情報記録媒体（ＣＤ）に対し、第２の領域（図２に示すＭの領域）の最内部（光軸に最も近い側）を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ２ｈ₂、最外部（光軸に最も遠い側）を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ２ｈ₃として、その数値を表３に示す。

本実施例の如く、ｍ₁とｍ₂を｜ｍ₁−ｍ₂｜＜０．０５を満足するよう設定することで、波長の異なる２つの発光点を１チップ上に形成したものを利用することができるようになり、光ピックアップ装置を小型化することができる。この場合には光検出器も光源と同一の基板上に設けられているとより小型化には好ましい。

図４は、本実施例の対物レンズによる光検出器上での結像状態を示す図である。同図（ａ）は第１の光情報記録媒体であるＤＶＤの記録又は再生時の光検出器上での結像状態を示し、同図（ｂ）は第２の光情報記録媒体であるＣＤの記録又は再生時の光検出器上での結像状態を示している。同図に示す１２ａはメイン受光部であり、１２ｂはサブ受光部である。

同図（ａ）に示すように、ＤＶＤの記録又は再生時の光検出器上での結像状態は、対物レンズの第１の領域と第３の領域を通過した光束はメイン受光部１２ａ上に結像し（図示ＳＬ）、第２の領域を通過した光束はフレア成分としてサブ受光部１２ｂの外側（図示ＦＬ₂）に位置するようになる。

また、同図（ｂ）に示すように、ＣＤの記録又は再生時の光検出器上での結像状態は、対物レンズの第１の領域を通過した光束はメイン受光部１２ａ上に結像し（図示ＳＬ）、第２の領域を通過した光束はフレア成分としてサブ受光部１２ｂの外側（図示ＦＬ₂）に位置し、第３の領域を通過した光束はフレア成分としてメイン受光部１２ａの外側（図示ＦＬ₃）に位置するようになる。

以上説明したように、第１の光情報記録媒体であるＤＶＤの記録又は再生時は、対物レンズの第１の領域と第３の領域を通過する光束をメイン受光部上に結像させ、第２の光情報記録媒体であるＣＤの記録又は再生時は、対物レンズ第１の領域を通過する光束をメイン受光部上に結像させて、それぞれ要求されるＮＡ値を満足させると共に、第２の領域を通過する光束は、サブ受光部外側のフレア成分とすることで、光ディスクがティルトした場合でも、第２の領域を通過する光束であるフレア成分がサブ受光部をよぎることがなくなり、光検出器の誤検出が防止でき検出精度を向上させることができる。これにより、異なる光情報記録媒体に対して信頼性の高い、適切な情報の記録又は再生を行うことができる対物レンズを得ることが可能となる。

なお、上記の実施の形態においては、ＤＶＤ、ＣＤの２種の光ディスクに対し互換性のある対物レンズの例で説明したが、これに限るものでないのは勿論である。

本実施の形態に係る対物レンズを備えた、光ピックアップ装置の概略構成図である。 本実施の形態に係る対物レンズの概略を示す断面の模式図である。 実施例に示した対物レンズの球面収差図である。 本実施例の対物レンズによる光検出器上での結像状態を示す図である。

符号の説明

１ 第１半導体レーザ
２ 第２半導体レーザ
３ ビームスプリッタ
４ 偏光ビームスプリッタ
５ コリメータレンズ
６ １／４波長板
７ 絞り
８ 対物レンズ
９ ２次元アクチュエータ
１０、１０′ 光ディスク
１１ シリンドリカルレンズ
１２ 光検出器
１００ 光ピックアップ装置

Claims (5)

1. 透明基板厚ｔ₁の第１の光情報記録媒体に対し、波長λ₁の第１の光束を用いて第１の集光スポットを形成し、情報の再生及び／又は記録を行うと共に、透明基板厚ｔ₂（ｔ₂≠ｔ₁）の第２の光情報記録媒体に対し、波長λ₂（λ₂≠λ₁）の第２の光束を用いて第２の集光スポットを形成し、情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物レンズであって、
   前記対物レンズの光学機能面は、光軸方向から見たとき、光軸を含み回折構造が形成された第１の領域と、前記第１の領域の外側の第２の領域と、前記第２の領域の外側の回折構造が形成された第３の領域と、の３つの領域を有し、
   前記第１の領域を通過する前記第１及び第２の光束は、それぞれ前記第１及び第２の集光スポットの形成に寄与し、
   前記第２の領域を通過する前記第１及び第２の光束は、それぞれ前記第１及び第２の集光スポットの形成に寄与せず、
   前記第３の領域を通過する前記第１の光束は前記第１の集光スポットの形成に寄与し、前記第２の光束は前記第２の集光スポットの形成に寄与しないよう構成したことを特徴とする対物レンズ。
2. 前記第１の光情報記録媒体に対する前記対物レンズの結像倍率をｍ₁とし、前記第２の光情報記録媒体に対する前記対物レンズの結像倍率をｍ₂としたとき、下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
   ｜ｍ₁−ｍ₂｜＜０．０５
3. 前記第２の光情報記録媒体に対し、
   前記第２の領域の最内部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ２ｈ₂とし、
   前記第２の領域の最外部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ２ｈ₃としたとき、下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
   ｜ＬＳＡ２ｈ₂｜＞０．０１ｍｍ
   ｜ＬＳＡ２ｈ₃｜＞０．０１ｍｍ
4. 前記第１の光情報記録媒体に対し、
   前記第２の領域の最内部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ１ｈ₂とし、
   前記第２の領域の最外部を通過する光線の縦球面収差量をＬＡＳ１ｈ₃としたとき、下記の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
   ｜ＬＳＡ１ｈ₂｜＞０．０１ｍｍ
   ｜ＬＳＡ１ｈ₃｜＞０．０１ｍｍ
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の対物レンズを備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。

Images