JP2008097676A - 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

Abstract

【課題】対物レンズ部に輪帯状の光回折領域を有する開口制限フィルタを備えてなり、規格が異なる３つの光記録媒体に共用可能な光ピックアップ装置において、光回折領域における中間領域と最外領域での回折効率を高め、かつその加工を容易なものとするとともに、ＤＶＤ、ＣＤに対する開口制限機能を良好にする。
【解決手段】対物レンズ部は、光源側から順に、開口制限フィルタ１８と、正の屈折力を有する対物レンズＬとからなる。フィルタ１８の光源側の面には、光軸を中心とした３つの輪帯状の回折領域が形成されている。最内周領域である第１領域は波長λ２の光を回折するとともに、波長λ１、λ３の光を直進透過させ、第１領域の外側に位置する第２領域は、波長λ２、λ３の光を互いに異なる次数で回折し、波長λ１の光を直進透過させ、第２領域の外側に位置する第３領域は、波長λ２、λ３の光を互いに同じ次数で回折し、波長λ１の光を直進透過させる。
【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、使用する光学系の開口数、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、回折光学素子部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、複数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。このような複数種ディスクに共用し得る光ピックアップ装置は、元々、主として、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・再生するために開発されたものである。

すなわち、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、785ｎｍ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0.60〜0.65程度とし、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。

さらに、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、更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405ｎｍのレーザ光を射出する）の開発が進展をみせており実用化されている。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25ＧＢ程度のブルーレイ・ディスク（以下ＢＤと称する）の実用化も開始されている。この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。

そこで、このＢＤ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、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。

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は、例えば、下記特許文献１、２等に記載されたものが知られている。

下記特許文献１、２に記載された光記録媒体用対物レンズは、青色光使用の高密度光記録媒体、ＤＶＤおよびＣＤの３つの光記録媒体に対して共用し得るものであり、その光学系に回折光学素子を配設してなる。また、その回折光学素子の光学面は、光軸を中心とした複数の輪帯領域に分割されており、各領域毎に、異なる回折構造が形成されている。

これにより、３つの光記録媒体に対して、対応する波長の光が所定位置に良好に収束されるようになる。また、上記回折光学素子によって、各光記録媒体に対応するNAが得られるように、対応する波長の光に対する開口制限がなされる。

特開２００５−２０９３２１号公報 特開２００５−２５９３３２号公報

しかしながら、上記特許文献１、２のものでは、上記３つの領域のうち最外領域においては、ＤＶＤとＣＤにおける、波長λ２、λ３の各使用光束を、互いに異なる次数で回折させるようにしており、異なる次数で効率よく回折させるためには、階段状格子の１段当たりの段の高さがどうしても大きくなってしまう。また、効率的な開口制限を行うためには、内周側領域よりも外周側領域の格子ピッチを狭くした方が良い。

したがって、効率よく回折させ、かつ効率的な開口制限を行うようにした場合、加工の難易度についての指標とし得る“段の高さ／格子ピッチ”の値が最外領域において極めて大きくなってしまい、最外領域の格子の加工が難しくなる。

さらに、上記特許文献２のものによれば、図９および図１０等に示される球面収差図からも明らかなように、周辺部領域においても光軸付近に一部光束が収束する状態が発生しており、ＤＶＤおよびＣＤに対する開口制限機能が不十分となっている。

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、使用する光学系の開口数、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、３つの同心状輪帯領域を有する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、３つの領域のうち中間領域における回折効率を向上させることができ、さらに、３つの領域のうち最外領域の格子による回折効率を高め、かつその加工を容易なものとすることができるとともに、ＤＶＤおよびＣＤに対する開口制限機能を良好なものとし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、対応する使用光波長、開口数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、開口制限フィルタと対物レンズとを配列してなり、
該開口制限フィルタは、基体のいずれか一方の面に、入射された使用光の波長に応じて、使用する光記録媒体に対応した大きさの開口数に設定する開口制限部が設けられてなり、
該開口制限部は、光軸を中心とした同心状の３つの輪帯領域に分割され、
該３つの領域のうち、最も内周側領域である第１領域には、下記λ２の波長の光を回折するとともに、下記λ１および下記λ３の波長の光を直進透過させる階段状格子が形成され、
前記３つの領域のうち、前記第１領域の外側に位置する第２領域には、下記λ２の波長の光および下記λ３の波長の光を互いに異なる次数で回折するとともに、下記λ１の波長の光を直進透過させる階段状格子が形成され、
前記３つの領域のうち、前記第２領域の外側に位置する第３領域には、下記λ２の波長の光および下記λ３の波長の光を互いに同じ次数で回折するとともに、下記λ１の波長の光を直進透過させる階段状格子が形成されてなることを特徴とするものである。

λ１＜λ２＜λ３ ・・・（１）
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３ ・・・（２）
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）
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）
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）
なお、上記「輪帯領域」には、内周側に位置する円形領域を含めるものとする。

また、前記開口制限部の前記階段状格子は、平板状の前記基体上に形成されていることが好ましい。

また、前記対物レンズは、前記波長λ１の波長の光に対しては、単独で収差が補正されていることが好ましい。

また、前記第１領域、前記第２領域および前記第３領域における階段状格子は、互いに同じ位相差関数により形成されていることが好ましい。

また、前記第１領域と前記第２領域の境界位置、および前記第２領域と前記第３領域の境界位置のいずれにおいても、該境界位置の両側に位置する前記階段状格子の位相差関数の位相差が２ｎπ(ｎは整数)とされていることが好ましい。

また、前記階段状格子が４レベルの片側階段形状とされていることが好ましい。ここで、「４レベル」とは、この階段構造のベース部および頂面部を各々１レベルと数えるものとする。

また、本発明の光記録媒体用対物光学系により記録再生を行う場合、前記第１の光記録媒体がブルーレイ・ディスク、前記第２の光記録媒体がＤＶＤ、前記第３の光記録媒体がＣＤとすることができる。

さらに、本発明の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搭載されてな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および光ピックアップ装置によれば、開口制限フィルタの開口制限部に設けた同心状の３つの輪帯領域のうち、最外領域においては、第２および第３の光記録媒体（例えばＤＶＤとＣＤ）における、波長λ２、λ３の各使用光束を、同一の次数で回折させるような階段状格子を形成しており、回折効率を良好なものとすることができる。また、階段状格子の１段当たりの段の高さを低くすることができるので、最外領域の格子の加工性を良好なものとすることができる。

また、最内領域と最外領域に挟まれた中間領域においては、第２および第３の光記録媒体（例えばＤＶＤとＣＤ）における、波長λ２、λ３の各使用光束を、互いに異なる次数で回折させるような階段状格子を形成しており、これによっても、回折効率を向上させることができる。

さらに、本願発明の構成によれば、第２領域では、λ２の波長の光とλ３の波長の光とを異なる次数で回折させ、第３領域では、λ２の波長の光とλ３の波長の光とを同じ次数で回折させることにより、第２および第３の光記録媒体（例えばＤＶＤとＣＤ）上に所定のＮＡ以上の光束が収束する状態は発生せず、第２および第３の光記録媒体（例えばＤＶＤとＣＤ）に対する開口制限機能を良好なものとすることができる。

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る。また、図５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、実施例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において示される、光記録媒体用対物光学系８を構成する開口制限フィルタ１８、および図１〜３、図５において示される、対物レンズＬの形状は全て模式的に表されている。また図５では、図面が繁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５に示す光ピックアップ装置では、半導体レーザ１ａ、１ｂから出力されたレーザ光１１はハーフミラー６、コリメータレンズ７を介して略平行光として光記録媒体用対物光学系８に入射するのに対し、半導体レーザ１ｃから出力されたレーザ光１１はハーフミラー６、コリメータレンズ７を介して、やや発散光とされて、光記録媒体用対物光学系８に入射するようになっている。また、これら各レーザ光１１は、いずれも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１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（以下、これらを総称して記録領域１０と称することがある）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。

λ１＜λ２＜λ３ ・・・（１）
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３ ・・・（２）
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）
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）
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）

ここでは、光記録媒体９は、第１の光記録媒体としてのＢＤ９ａ（開口数ＮＡ１＝0.85、使用光波長λ１＝405ｎｍ、基板厚ｄ１＝0.1ｍｍ）、第２の光記録媒体としてのＤＶＤ９ｂ（開口数ＮＡ２＝0.62、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＝0.50、使用光波長λ３＝785ｎｍ、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、ＢＤ用の、波長405ｎｍ（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785ｎｍ（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ＢＤ９ａ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５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。

なお、前述したように、半導体レーザ１ａおよび半導体レーザ１ｂからの光束は、平行光束の状態で上記開口制限フィルタ１８に入射するのに対し（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）、半導体レーザ１ｃからの光束は発散光束の状態で上記開口制限フィルタ１８に入射するように構成されている（図１（Ｃ）参照）。

また、上記開口制限フィルタ１８および上記対物レンズＬ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ＢＤ９ａ、図１（Ｂ）に示すＤＶＤ９ｂ、図１（Ｃ）に示すＣＤ９ｃの、情報の記録または再生をなし得る所定位置１０ａ、１０ｂ、１０ｃに集光せしめられる。

なお、上記対物レンズＬは単独で、波長405ｎｍ（λ１）の光に対して良好に収差が補正されるように構成されている。これにより、最も精度が要求される波長４０５ｎｍ（λ１）の光に対して開口制限フィルタ１８と対物レンズＬとの軸合わせが容易となり、アライメントの手間を軽減し得る。

記録領域１０には信号情報を担持したピット（物理的に凹部とされていなくてもよい）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、開口制限フィルタ１８と、正の屈折力を有する対物レンズＬとから構成されてなる。なお、開口制限フィルタ１８と対物レンズＬとの間には、ＢＤ９ａの開口数に対応した開口を有するマスク１９が配されている。この開口制限フィルタ１８は、いずれかの面（図１に示す実施例では光源側）に回折光学素子部（開口制限部：以下同じ）１８ａが面上に形成されている。これにより、開口制限フィルタ１８に、回折光学素子部１８ａが発揮する開口制限機能を持たせることが可能となる。

上記回折光学素子部１８ａは、例えば、図３に示すような階段状格子を形成された、図２に示す如き３つの同心状輪帯パターンからなる。なお、図３からも明らかように、各領域Ｐ１〜Ｐ３に設けられた各階段状格子は、径方向の断面が、いずれも４レベルの階段形状とされているものの、各領域Ｐ１〜Ｐ３に設けられた各階段状格子は、ステップ幅およびステップ高さがいずれも、互いに異なるように構成されている。すなわち、第１領域Ｐ１の１ステップ高さΔＺは1.579μｍ、第２領域Ｐ２の１ステップ高さΔＺは2.273μｍ、第３領域Ｐ３の１ステップ高さΔＺは0.732μｍである。

ただし、これら各領域Ｐ１〜Ｐ３に設けられた各階段状格子は、互いに同じ位相差関数により形成されていることが好ましい。

また、第１領域Ｐ１と第２領域Ｐ２との境界位置、および第２領域Ｐ２と第３領域Ｐ３との境界位置のいずれにおいても、該境界位置の両側に位置する階段状格子の位相差関数の位相差は２ｎπ(ｎは整数)とされていることが好ましい。このように、領域の境界における位相差関数の位相差が、２ｎπ(ｎは整数：波長の整数倍）とされることにより、波面の乱れやフレアを抑制することができ、光学性能の向上を図ることができる。

上記３つの同心状輪帯パターンのうち、最小円１１８ＡはＮＡ０．５０の領域の外縁に相当し、２番目に小さい円１１８ＢはＮＡ０．６２の領域の外縁に相当し、最大円１１８ＣはＮＡ０．８５の領域の外縁に相当する。

そして、最小円１１８Ａによって囲まれた最内領域（第１領域Ｐ１）には、ＢＤ９ａ用の使用光波長４０５ｎｍおよびＣＤ９ｃ用の使用光波長785ｎｍの各光は透過させるとともに、ＤＶＤ９ｂ用の使用光波長658ｎｍの光を回折させ得る階段状格子が形成されている。

また、この最小円１１８Ａと２番目に小さい円１１８Ｂに囲まれた中間領域（第２領域Ｐ２）には、ＢＤ９ａ用の使用光波長405ｎｍの光を透過するとともに、ＤＶＤ９ｂ用の使用光波長658ｎｍおよびＣＤ９ｃ用の使用光波長785ｎｍの各光を互いに異なる次数で回折させ得る階段状格子が形成されている。異なる次数で回折された、ＤＶＤ９ｂ用の光およびＣＤ９ｃ用の光は、互いに異なる方向に進み、このうち、回折されたＤＶＤ９ｂ用の光のみが、実際にＤＶＤ９ｂ上に有効な照射光とされるように、上記対物レンズＬによって収束せしめられる。なお、回折されたＣＤ９ｃ用の光は、ＣＤ９ｃ上に有効な照射光として照射されない。

なお、異なる回折次数とは、例えば、一方が１次であるときに、他方が２次や３次であるような場合における関係をいう。また、このような関係は、光量が最大となる次数の回折光について成立するものであればよい。

さらに、この２番目に小さい円１１８Ｂと最大円１１８Ｃに囲まれた最外領域（第３領域Ｐ３）には、ＢＤ９ａ用の使用光波長405ｎｍの光を透過するとともに、ＤＶＤ９ｂ用の使用光波長658ｎｍおよびＣＤ９ｃ用の使用光波長785ｎｍの各光を同一次数で回折し得る階段状格子が形成されている。同一次数で回折されたＤＶＤ９ｂ用の光およびＣＤ９ｃ用の光はいずれも、対応する光記録媒体（９ｂ、９ｃ）上に有効な照射光として照射されない。

なお、同一の回折次数とは、例えば、一方が１次であるときに他方が１次、あるいは一方が２次であるときに他方が２次であるような場合における関係をいう。なお、このような関係は、光量が最大となる次数の回折光について成立するものであればよい。
これにより、対物光学系８に入射したレーザ光を、各記録媒体９に適合するＮＡに対応した光束径に調整することができる。

また、上記ＢＤ９ａに替えて他の短波長光用光記録媒体を用いることが可能である。なお、この場合、他の短波長光用光記録媒体についての開口数ＮＡおよび基板厚は、ＤＶＤ９ｂの開口数ＮＡおよび基板厚と同様とされていてもかまわないが、他の短波長光用光記録媒体についての使用光波長は、ＣＤ９ｃおよびＤＶＤ９ｂについての使用光波長と互いに異なるものとする必要がある。

なお、前述した階段状格子の各ステップの高さは、実際には、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。

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。

また、本発明の光記録媒体用対物光学系において対物レンズＬ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。

なお、回折光学素子部１８ａにおける回折光学面および対物レンズＬに形成される非球面の面形状は、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、本発明の光記録媒体用対物光学系において開口制限フィルタ１８および対物レンズＬは、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。

また、この開口制限フィルタ１８および対物レンズＬは、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について、実施例を示してさらに具体的に説明する。

本実施例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、開口制限フィルタ１８と対物レンズＬを配列されてなる。開口制限フィルタ１８は、光源側の面に回折光学素子部１８ａが設けられた平行平面板よりなる。一方上記対物レンズＬは光源側に凸面を向けた、正の屈折力を有するメニスカスレンズとされ、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、回折光学素子部１８ａの回折光学面および対物レンズＬの回転対称非球面は、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、回折光学素子部１８ａの回折光学面は断面形状が階段状格子からなる。

この対物光学系８は、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各使用光である、λ＝405ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝785ｎｍ（λ３）の光に対し、開口数を所定値（ＢＤ９ａについては開口数ＮＡ１＝0.85、ＤＶＤ９ｂについては開口数ＮＡ２＝0.62、ＣＤ９ｃについては開口数ＮＡ３＝0.50）に制限しつつ、光束径が制限された各光をＢＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに良好に収束させるものである。

また、本実施例において、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１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Ｒ（ｍｍ）、λ＝405ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝785ｎｍ（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１の下段に、光記録媒体９としてＢＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用光波長λ１、λ２、およびλ３について、この実施例に係る対物光学系８の焦点距離（ｍｍ）、開口数ＮＡ、および光源位置の各値を示す。

また、下記表２に、この実施例に係る対物レンズＬの各回転対称非球面の非球面式係数を示し、下記表３に、上記各領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の範囲を半径Ｙによって示し、さらに、下記表４に、この実施例に係る開口制限フィルタ１８の回折光学面における位相差関数係数を示す。さらに、下記表５に、本実施例に係る回折光学面上の各領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における、回折光の光量が最大となる回折次数を示す。

さらに、光記録媒体９としてＢＤ９ａをセットした場合における使用光波長λ１について、この実施例に係る対物光学系８による球面収差曲線を図４（Ａ）に示す。また、光記録媒体９としてＤＶＤ９ｂをセットした場合における使用光波長λ２について、この実施例に係る対物光学系８による球面収差曲線を図４（Ｂ）に示す。また、光記録媒体９としてＣＤ９ｃをセットした場合における使用光波長λ３について、この実施例に係る対物光学系８による球面収差曲線を図４（Ｃ）に示す。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）により、いずれの場合にも所定のＮＡの範囲で球面収差が良好であることが明らかである。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３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、開口制限フィルタ１８と対物レンズＬの間隔は、ＢＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃのいずれの光記録媒体への情報の記録再生時にも等しく0.2mm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では、使用光波長の互いに異なる光記録媒体同士に対して、開口制限フィルタ１８と対物レンズＬは上述のとおり空気間隔が互いに等しくなるように設定されているが、この位置を基準位置として、個々の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対応するために、開口制限フィルタ１８および／または対物レンズＬの位置は、この基準位置から微調整のための移動が可能とされていてもよい。

また、開口制限フィルタ１８と対物レンズＬとの、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、上述した実施例において開口制限フィルタ１８は、光源側の面が、階段状格子が形成された回折光学面とされ、光記録媒体側の面が平面とされているが、開口制限フィルタ１８はこのような構成に限られるものではない。

例えば、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、開口制限フィルタ１８は、光源側の面に替えて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、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、上述した所定次数の回折光の光量が多く出力されるように構成されていればよいが、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、対物レンズＬ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やメニスカス形状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、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ＢＤ、ＤＶＤおよびＣＤという組合わせに限られない。

また、光記録媒体を上記実施例と同じくＢＤ、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。ＢＤの使用光波長405ｎｍ、ＤＶＤの使用光波長658ｎｍおよびＣＤの使用光波長785ｎｍ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、基板厚についても同様である。

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、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、１つの波長に対応する光源を１つ用いるとともに、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光源を１つ用いるようにしても良い。この場合には、例えば図５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得る。また、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５のプリズム２ａ、２ｂは不要とし得る。

本発明の実施例（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 本発明の実施例における開口制限フィルタの各領域を模式的に示す平面図 本発明の実施例における開口制限フィルタの各領域の階段状格子を模式的に示す断面図 本発明の実施例に係る対物光学系において、ＢＤをセットした場合における使用光波長λ１の光についての球面収差図（Ａ）、ＤＶＤをセットした場合における使用光波長λ２の光についての球面収差図（Ｂ）、ＣＤをセットした場合における使用光波長λ３の光についての球面収差図（Ｃ） 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 ＢＤ
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
１８ 開口制限フィルタ
１８ａ 回折光学素子部
１９ マスク
Ｌ 対物レンズ
Ｐ１ 第１領域
Ｐ２ 第２領域
Ｐ３ 第３領域

Claims (8)

1. 情報の記録または再生がなされる際に、対応する使用光波長、開口数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、開口制限フィルタと対物レンズとを配列してなり、
   該開口制限フィルタは、基体のいずれか一方の面に、入射された使用光の波長に応じて、使用する光記録媒体に対応した大きさの開口数に設定する開口制限部が設けられてなり、
   該開口制限部は、光軸を中心とした同心状の３つの輪帯領域に分割され、
   該３つの領域のうち、最も内周側領域である第１領域には、下記λ２の波長の光を回折するとともに、下記λ１および下記λ３の波長の光を直進透過させる階段状格子が形成され、
   前記３つの領域のうち、前記第１領域の外側に位置する第２領域には、下記λ２の波長の光および下記λ３の波長の光を互いに異なる次数で回折するとともに、下記λ１の波長の光を直進透過させる階段状格子が形成され、
   前記３つの領域のうち、前記第２領域の外側に位置する第３領域には、下記λ２の波長の光および下記λ３の波長の光を互いに同じ次数で回折するとともに、下記λ１の波長の光を直進透過させる階段状格子が形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。
   λ１＜λ２＜λ３ ・・・（１）
   ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３ ・・・（２）
   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）
   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）
   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）
2. 前記開口制限部の前記階段状格子は、平板状の前記基体上に形成されてい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. 前記対物レンズは、前記波長λ１の波長の光に対しては、単独で収差が補正されてい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。
4. 前記第１領域、前記第２領域および前記第３領域における階段状格子は、互いに同じ位相差関数により形成されていることを特徴とする請求項１から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. 前記第１領域と前記第２領域の境界位置、および前記第２領域と前記第３領域の境界位置のいずれにおいても、該境界位置の両側に位置する前記階段状格子の位相差関数の位相差が２ｎπ(ｎは整数)とされていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物光学系。
6. 前記階段状格子が４レベルの片側階段形状とされていることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物光学系。
7. 前記第１の光記録媒体がブルーレイ・ディスクであり、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１〜６のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物光学系。
8. 請求項１〜７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。

Images