JP2009037715A - 光ピックアップ装置及び対物光学素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】同一の光束を用いるBDとHDの対物光学素子での互換を可能とする光ピックアップ装置及び対物光学素子を提供する。
【解決手段】波長λ1の光束を出射する光源と、光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクに集光させ、光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクに集光させることによって情報の記録や再生を行う光ピックアップ装置において、前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、その領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、前記第1光ディスク用領域を通過した光束は前記第1光ディスクに集光され、前記第2光ディスクに集光されず、前記第2光ディスク用領域を通過した光束は前記第2光ディスクに集光され、前記第1光ディスクに集光されず、前記第1光ディスク用領域には、光路差付与構造が形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】波長λ1の光束を出射する光源と、光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクに集光させ、光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクに集光させることによって情報の記録や再生を行う光ピックアップ装置において、前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、その領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、前記第1光ディスク用領域を通過した光束は前記第1光ディスクに集光され、前記第2光ディスクに集光されず、前記第2光ディスク用領域を通過した光束は前記第2光ディスクに集光され、前記第1光ディスクに集光されず、前記第1光ディスク用領域には、光路差付与構造が形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、同一の波長の光束を用いて異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置及び対物光学素子に関する。
近年、波長400nm程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び/又は再生(以下、「記録及び/又は再生」を「記録/再生」と記載する)を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、NA0.85、光源波長405nmの仕様で情報記録/再生を行う光ディスク、いわゆるBlu−ray Disc(以下、BDという)では、DVD(NA0.6、光源波長650nm、記憶容量4、7GB)と同じ大きさである直径12cmの光ディスクに対して、1層あたり23〜27GBの情報の記録が可能であり、又、NA0.65、光源波長405nmの仕様で情報記録/再生を行う光ディスク、いわゆるHD DVD(以下、HDという)では、直径12cmの光ディスクに対して、1層あたり15〜20GBの情報の記録が可能である。このような光ディスクを、本明細書では高密度光ディスクと呼ぶ。
ところで、一方の高密度光ディスクに対して適切に情報の記録/再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ/レコーダ(光情報記録再生装置)の製品としての価値は十分なものとはいえない。両方の高密度光ディスクに記録したソフトが既に市場で販売されている実情を考慮すると、いずれの高密度光ディスクに対しても同様に適切に情報の記録/再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ/レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。
ところが、高密度光ディスクであるBDとHDについては、使用する光束の波長が同一であるにも関わらずそれぞれの保護基板の厚さが異なるため、波長差を利用して保護基板の厚さの差に基づいて発生する球面収差を補正することが困難である。従って、他の光ディスクとの互換に比べて、一つの対物光学素子を用いてBDとHDの互換性を持たせることはより困難であった。
これに対し、特許文献1には、液晶を用いて、BDとHDの記録/再生時に異なる収差を与え、一つの対物光学素子での互換を可能としている対物光学素子及び光ピックアップ装置が記載されている。また、特許文献2には、回折効果を用いて同一波長の光束を振り分けることで、一つの対物光学素子でBDとHDの互換使用を可能としているピックアップ装置が記載されている。
特開2007−26540号公報
特開2006−147069号公報
然るに、上記の特許文献1に記載された光ピックアップ装置は、液晶を必要とするため、電力の供給、電気的制御などが必要となり、機構が複雑化し、コストが高くなってしまうという問題があった。
また、上記の特許文献2に記載された光ピックアップ装置のように、回折効果を用いてBDとHDの互換使用を実現する場合、例えば光源から回折構造を通過して一方の光ディスクへ向かう光の利用効率(ここでいう利用効率は、対物光学素子の光源側の光学面に入射した光量に対して、光ディスク上のスポットに寄与する光量の比率)が40%(回折構造を利用した回折振り分けの場合、理論上50%を超えない)であるとすると、光ディスクから同じ回折構造を通過して光検出器に向かう光の利用効率(ここでいう利用効率は、対物光学素子の光ディスク側の光学面に入射した光量に対して、光検出器上のスポットに寄与する光量の比率)は40%になるから、トータルの利用効率で(ここでいう利用効率は、対物光学素子の光源側の光学面に入射した光量に対して、光検出器上のスポットに寄与する光量の比率)40%の二乗で16%の光しか利用できず、光源の発光強度を大幅に高める必要があり実用化は極めて困難であるといえる。
これに対し、対物光学素子の光学面に、BD用の屈折面とHD用の屈折面とを分割して設け、BDとHDの互換使用を実現しようとする試みがある。かかる試みによれば、液晶素子等を用いないので、構造が簡素化されて省エネが図れると共に、回折構造等を用いないので、光の利用効率を高めることができるというメリットがある。
ところで、対物光学素子をプラスチックで成形すると、大量生産が可能になり、安価で高精度な面形状を創成できるというメリットがある一方、環境変化に対する屈折率変化が比較的大きいというデメリットがある。しかるに、特にBDの仕様によれば高NAであることから、対物光学素子に求められる収差の許容範囲が非常に狭くなるのに対し、プラスチック製の対物光学素子では、例えば環境温度変化による屈折率変化や光源の波長変化に起因して発生する球面収差が許容範囲を超えやすく、これにより適切な情報の記録/再生を行えなくなるという問題がある。
本発明は、上述の問題を考慮したものであり、複雑な機構を用いることなく、低コストで、同一の光束を用いるBDとHDの一つの対物光学素子での互換を可能とし、しかも、光利用効率が高く、環境温度変化が起きたとしても球面収差の変化を抑えられる光ピックアップ装置及び対物光学素子を提供することを目的とする。
請求項1に記載の光ピックアップ装置は、波長λ1(380nm<λ1<450nm)の第1光束を出射する第1光源と、前記第1光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を有する集光光学系を有し、
前記第1光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第1光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、
前記第1光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第2光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第1光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする。
前記第1光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第1光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、
前記第1光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第2光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第1光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする。
本発明によれば、前記第1光ディスク用領域に光路差付与構造を形成することによって、前記第1光ディスク用領域を通過した光束の殆どが、前記第1光ディスクの情報記録面上にスポットを形成し、且つ情報記録面からの反射光の殆どが、前記第1光ディスク用領域を通過して、光ピックアップ装置の光検出器に受光されるため、従来の回折効果による光束の振り分け技術と比べると、遙かに光の利用効率を高めることができる。加えて、少なくとも一つの前記第1光ディスク用領域に光路差付与構造を形成することによって、種々の球面収差等の補正を行うことが出来、適切に情報の記録/再生を行うことができる。尚、前記第2光ディスク用領域を屈折面とすることで、同様に光の利用効率を高めることができるが、ここに光路差付与構造を設けても良い。
請求項2に記載の光ピックアップ装置は、請求項1に記載の発明において、前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする。
請求項3に記載の光ピックアップ装置は、請求項1又は2に記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
但し、δSAT1は、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、fは、前記第1光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
但し、δSAT1は、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、fは、前記第1光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
請求項4に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜3にいずれかに記載の発明において、前記第1光源から出射された光束の波長λ1が設計波長であるとした場合において、環境温度が25℃から55℃に変化した場合において、前記第1光ディスクの情報記録面上での波面収差の変化量が0.010λ1rms以上0.070λ1rms以下を満たすことを特徴とする。
請求項5に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。
請求項6に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記光ピックアップ装置の前記集光光学系は、カップリングレンズを有し、
前記カップリングレンズは、プラスチックレンズであり、
以下の条件式を満たすことを特徴とする。
0≦δSAT3/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0012
但し、δSAT3は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記カップリングレンズと前記対物光学素子を含んだ前記集光光学系全体のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記集光光学系全体の3次球面収差の温度変化率を指す。
前記カップリングレンズは、プラスチックレンズであり、
以下の条件式を満たすことを特徴とする。
0≦δSAT3/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0012
但し、δSAT3は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記カップリングレンズと前記対物光学素子を含んだ前記集光光学系全体のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記集光光学系全体の3次球面収差の温度変化率を指す。
請求項7に記載の光ピックアップ装置は、請求項2〜6のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造のみからなることを特徴とする。
請求項8に記載の光ピックアップ装置は、請求項7に記載の発明において、前記第1基礎構造はNPS構造であることを特徴とする。
請求項9に記載の光ピックアップ装置は、請求項2〜6のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、前記対物光学素子の温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造と、前記第1光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第2基礎構造とを重畳してなることを特徴とする。
請求項10に記載の光ピックアップ装置は、請求項9に記載の発明において、前記第1基礎構造はNPS構造であり、前記第2基礎構造は回折構造であることを特徴とする。
請求項11に記載の光ピックアップ装置は、請求項10に記載の発明において、前記NPS構造は、前記NPS構造を通過した前記第1光束のp次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であり、前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第1光束のq次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
p≧q (1)
p≧q (1)
請求項12に記載の光ピックアップ装置は、請求項10又は11に記載の発明において、前記回折構造及び前記NPS構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記NPS構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする。
請求項13に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜12のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする。
請求項14に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜13のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子は単玉であることを特徴とする。
請求項15に記載の対物光学素子は、
波長λ1(380nm<λ1<450nm)の第1光束を出射する第1光源と、前記第1光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を有する集光光学系を有し、
前記第1光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第1光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる対物光学素子において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、
前記第1光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第2光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第1光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする。
波長λ1(380nm<λ1<450nm)の第1光束を出射する第1光源と、前記第1光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を有する集光光学系を有し、
前記第1光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第1光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる対物光学素子において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、
前記第1光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第2光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第1光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする。
請求項16に記載の対物光学素子は、請求項15に記載の発明において、前記光路差付与構造は、前記対物光学素子の温度変化に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする。
請求項17に記載の対物光学素子は、請求項15又は16に記載の発明において、 以下の条件式を満たすことを特徴とする。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
−0.045≦δSAλ/f(WFEλrms/(nm・mm))≦−0.0045
但し、δSAT1は、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、δSAλは、前記第1光束の使用波長における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際のδSA3/δλ、即ち、前記第1光束の使用波長における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の波長変化率を指し、fは、前記第1光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
−0.045≦δSAλ/f(WFEλrms/(nm・mm))≦−0.0045
但し、δSAT1は、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、δSAλは、前記第1光束の使用波長における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際のδSA3/δλ、即ち、前記第1光束の使用波長における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の波長変化率を指し、fは、前記第1光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。
請求項18に記載の対物光学素子は、請求項15〜17のいずれかに記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。
請求項19に記載の対物光学素子は、請求項16〜18のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造のみからなることを特徴とする。
請求項20に記載の対物光学素子は、請求項19に記載の発明において、前記第1基礎構造はNPS構造であることを特徴とする。
請求項21に記載の対物光学素子は、請求項16〜18のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、前記対物光学素子の温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造と、前記第1光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第2基礎構造とを重畳してなることを特徴とする。
請求項22に記載の対物光学素子は、請求項21に記載の発明において、前記第1基礎構造はNPS構造であり、前記第2基礎構造は回折構造であることを特徴とする。
請求項23に記載の対物光学素子は、請求項17に記載の発明において、前記NPS構造は、前記NPS構造を通過した前記第1光束のp次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であり、前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第1光束のq次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
p≧q (1)
p≧q (1)
請求項24に記載の対物光学素子は、請求項22又は23に記載の発明において、前記回折構造及び前記NPS構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記NPS構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする。
請求項25に記載の対物光学素子は、請求項15〜24のいずれかに記載の発明において、前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする。
請求項26に記載の対物光学素子は、請求項15〜25のいずれかに記載の発明において、単玉であることを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも第1光ディスク及び第2光ディスクに対して情報の記録/再生を行うものである。光ピックアップ装置は、少なくとも一つの第一光源を有する。さらに、光ピックアップ装置は、第1光束を第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、第1光束を第2光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。また、光ピックアップ装置は、第1光ディスク又は第2光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。
光ピックアップ装置が、第1光ディスク及び第2光ディスクに加えて、第3光ディスク及び/又は第4光ディスクの記録/再生を行う装置である場合は、第1光源の他に、第2光源及び/又は第3光源を有してもよい。光ピックアップ装置が、第1光ディスク及び第2光ディスクに加えて、第3光ディスク及び/又は第4光ディスクの記録/再生を行う装置である場合は、集光光学系は、第2光源からの第2光束を第3光ディスクの情報記録面上に集光させ、第3光源からの第3光束を第4光ディスクの情報記録面上に集光させる。また、光ピックアップ装置が、第1光ディスク及び第2光ディスクに加えて、第3光ディスク及び/又は第4光ディスクの記録/再生を行う装置である場合は、第3光ディスク又は第4光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有してもよい。
第1光ディスクは、厚さがt1の保護基板と情報記録面とを有する。第2光ディスクは厚さがt2(t1<t2)の保護基板と情報記録面とを有する。第1光ディスクと第2光ディスクは、記録/再生に用いられる光束の波長が同じである。第1光ディスクがBDであり、第2光ディスクがHDであることが好ましいが、これに限られるものではない。第3光ディスクや第4光ディスクを用いる場合、第3光ディスクは、厚さがt3(t2≦t3)の保護基板と情報記録面とを有する。第4光ディスクは、厚さがt4(t3<t4)の保護基板と情報記録面とを有する。第3光ディスクがDVDであり、第4光ディスクがCDであることが好ましいが、これに限られるものではない。なお、第1光ディスク、第2光ディスク、第3光ディスク又は第4光ディスクは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。
BDは、NA0.85の対物光学素子により情報の記録/再生が行われ、保護基板の厚さが0.1mm程度である。また、HDは、NA0.65乃至0.67の対物光学素子により情報の記録/再生が行われ、保護基板の厚さが0.6mm程度である。更に、DVDとは、NA0.60〜0.67程度の対物光学素子により情報の記録/再生が行われ、保護基板の厚さが0.6mm程度であるDVD系列光ディスクの総称であり、DVD−ROM、DVD−Video、DVD−Audio、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+R、DVD+RW等を含む。また、本明細書においては、CDとは、NA0.45〜0.51程度の対物光学素子により情報の記録/再生が行われ、保護基板の厚さが1.2mm程度であるCD系列光ディスクの総称であり、CD−ROM、CD−Audio、CD−Video、CD−R、CD−RW等を含む。尚、記録密度については、BDの記録密度が最も高く、次いでHD、DVD、CDの順に低くなる。
なお、保護基板の厚さt1、t2、t3、t4に関しては、以下の条件式(2)、(3)、(4)、(5)を満たすことが好ましいが、これに限られない。
0.0750mm≦t1≦0.1125mm (2)
0.5mm≦t2≦0.7mm (3)
0.5mm≦t3≦0.7mm (4)
1.0mm≦t4≦1.3mm (5)
0.5mm≦t2≦0.7mm (3)
0.5mm≦t3≦0.7mm (4)
1.0mm≦t4≦1.3mm (5)
本明細書において、第1光源、第2光源又は第3光源などの光源は好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。
また、第1光ディスクとしてBDを用い、第2光ディスクとしてHDを用いる場合、第1光源から射出される第1光束の波長λ1は、380nm以上、450nm以下であることが好ましい。また、第3光ディスクとしてDVDを用い、第4光ディスクとしてCDを用いる場合、第2光源から射出される第2光束の波長λ2は好ましくは630nm以上、670nm以下であって、第3光源から射出される第3光束の波長λ3は好ましくは、760nm以上、820nm以下である。
受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物光学素子を移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に2つのサブの光検出器を設け、当該2つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光部を有していてもよい。
集光光学系は、対物光学素子を有する。対物光学素子は、第1光束を第1光ディスクの情報記録面上に情報の記録/再生ができるように集光し、第1光束を第2光ディスクの情報記録面上に情報の記録/再生ができるように集光する。集光光学系は、対物光学素子のみを有していても良いが、対物光学素子の他にコリメートレンズ等のカップリングレンズやビームエキスパンダーを有していてもよい。カップリングレンズとは、対物光学素子と光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。ビームエキスパンダーとは、対物光学素子と光源の間に配置され、光束の発散角は変えず、光束の径を変えるレンズ群のことをいう。また、コリメートレンズは、カップリングレンズの一種であって、コリメートレンズに入射した光束を平行光に変えるレンズをいう。更に集光光学系は、光源から射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラッキング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を有していてもよい。また、集光光学系は、第1光ディスク、第2光ディスク用の対物光学素子の他に、第3光ディスク用の対物光学素子や、第4光ディスク用の対物光学素子を有していてもよい。また、第1光ディスク、第2光ディスク用の対物光学素子が、第3光ディスク及び/又は第4光ディスク用の対物光学素子を兼ねるようにしてもよい。
本明細書において、対物光学素子とは、光ピックアップ装置において光ディスクが装填された状態で光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。好ましくは、対物光学素子とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系であって、更に、アクチュエータにより少なくとも光軸方向に一体的に変位可能とされた光学系を指す。対物光学素子は、二つ以上の複数のレンズ及び光学素子から構成されていてもよいし、単玉のレンズのみでもよい。また、対物光学素子が複数のレンズを有する場合、光路差付与構造を有する平板光学素子と非球面レンズの組み合わせであってもよい。
また、対物光学素子は、プラスチック製のレンズである。対物光学素子が単玉のレンズである場合、プラスチックレンズとなる。また、対物光学素子が複数の光学素子からなる場合、全ての光学素子がプラスチック製であることが好ましい。プラスチックとしては、環状オレフィン系の樹脂材料を使用するのが好ましく、環状オレフィン系の中でも、波長405nmに対する温度25℃での屈折率が1.54乃至1.60の範囲内であって、−5℃から70℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長405nmに対する屈折率変化率dN/dT(℃-1)が−20×10-5乃至−5×10-5(より好ましくは、−10×10-5乃至−8×10-5)の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物光学素子をプラスチックレンズとする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ましい。
第1光ディスクに対して情報を記録/再生ができるようにするために必要な対物光学素子の像側開口数をNA1とし、第2光ディスクに対して情報を記録/再生ができるようにするために必要な対物光学素子の像側開口数をNA2(NA1>NA2)とし、第3光ディスクに対して情報を記録/再生ができるようにするために必要な対物光学素子の像側開口数をNA3(NA2≧NA3)とし、第4光ディスクに対して情報を記録/再生ができるようにするために必要な対物光学素子の像側開口数をNA4(NA3>NA4)とする。NA1は、0.8以上、0.9以下であることが好ましい。より好ましくはNA1は0.85である。NA2及びNA3は、0.55以上、0.7以下であることが好ましい。より好ましくはNA2は0.65であり、NA3は0.65である。また、NA4は、0.4以上、0.55以下であることが好ましい。より好ましくは、NA4は0.45である。
対物光学素子は、少なくとも光軸を含む第1領域と、第1領域の周囲の第2領域とに分けられていてもよい。この第1領域と第2領域とは、対物光学素子の光学面上の第1領域と第2領域において、明確な構造の差異を設けてもよい。一方、対物光学素子に構成上明確な領域を設けずに、便宜上の領域としてもよい。また、第2領域の周囲に、更に第3領域を有していてもよい。
対物光学素子の第1領域を通過した第1光束は、第1光ディスク及び第2光ディスクの記録/再生に用いられ、第2領域を通過した第1光束は、第1光ディスクの記録/再生に用いられ、第2光ディスクの記録/再生には用いられない。即ち、第1領域は、第1光ディスクと第2光ディスクの両方に用いられる所謂、共用領域(後述する第1光ディスク用領域+第2の光ディスク用領域)であり、第2領域は、第1光ディスクのみに用いられる所謂、専用領域(後述する第1光ディスク用領域)である、とも言える。第1領域は、NA2以下の領域である事が好ましく、第2領域は、NA2より大きく、NA1以下の領域であることが好ましい。例えば、第1光ディスクがBDであり、第2光ディスクがHDである場合、第1領域は、像側開口数(NA)が0.65以下の領域である事が好ましく、第2領域は、像側開口数が0.65より大きく、0.85以下の領域であることが好ましい。
対物光学素子を別の観点で捉える場合、対物光学素子の光学面が同心円状の複数の領域に分割され、当該複数の領域が少なくとも一つの第1光ディスク用領域と少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有していると言える。尚、第1光ディスク用領域を通過した第1光束は、第1光ディスクの情報記録面上に情報の記録/再生ができるように集光され、第2光ディスクの情報記録面上に集光されず、第2光ディスク領域を通過した第1光束は、第2光ディスクの情報記録面上に情報の記録/再生ができるように集光され、第1光ディスクの情報記録面上に集光されない。
即ち、第1光ディスク用領域を通過した第1光束は、第1光ディスクの情報記録面上では、収差が非常に小さくなり、第2光ディスクの情報記録面上では、情報の記録/再生ができないほどに収差が大きい。逆に、第2光ディスク用領域を通過した第1光束は、第1光ディスクの情報記録面上では、情報の記録/再生ができないほどに収差が大きくなり、第2光ディスクの情報記録面上では、収差が非常に小さくなる。
第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域は、それぞれ非球面屈折面であってもよいし、光路差付与構造が設けられていてもよい。また、対物光学素子は、第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域のみを有していることが好ましい。また、第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域は交互に設けられていることが好ましいが、これに限られない。光軸を含む最も中心の領域は、第1光ディスク用領域であっても、第2光ディスク用領域であってもよい。例えば、図1は、光軸を含む最も中央の領域が非球面屈折面である第1光ディスク用領域BAであり、その周囲に非球面屈折面である第2光ディスク用領域HAがあり、更にその周囲に非球面屈折面である第1光ディスク用領域BA2がある。また、図2は、光軸を含む最も中央の領域が非球面屈折面である第1光ディスク用領域BAであり、その周囲に光路差付与構造を有する第2光ディスク用領域HAがあり、更にその周囲に非球面屈折面である第1光ディスク用領域BA2がある。
また、対物光学素子の製造を容易にするという観点から、第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域とを合わせた輪帯数が、3以上、10以下であることが好ましい。輪帯数を3とする場合、例えば、図1に示すような、光軸を含む最も中央の領域を第1光ディスク用領域BA1とし、その周りを第2光ディスク用領域HA、更にその周りの最外周の領域(第2領域)を第1光ディスク用領域BA2とする例(但し、光路差付与構造は省略している)などが考えられる。尚、本発明者は、鋭意研究の結果、スポットのサイドロープを小さくし、しかも、対物光学素子の製造を容易にするという観点からは、第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域とを合わせた輪帯数を5以上、10以下とすることが好ましいことを見出した。更に好ましくは、輪帯数を6以上、10以下とすることである。尚、対物光学素子が、光源側の第1光学素子と光ディスク側の第2光学素子とを有する場合にも、上記の好ましい輪帯数の範囲を適用可能である。
次に、第2光ディスクの記録/再生を行う際に、第1光ディスク用領域を通過した光束が、デフォーカスエリアにかぶらないようにするために、第1光ディスク用領域を通過した光束が、第2光ディスクの情報記録面上でフレアになるような対物光学素子であることが好ましい。尚、具体的に「フレアにする」とは、第2光ディスクの情報記録面上で第1光ディスク用領域を通過した光がドーナツ型領域に分布することをいう。特に、第1光ディスクがBDであって、第2光ディスクがHDである場合、そのドーナツ型領域の内径をΦ0.030mm以上となるようにすることが好ましい。複数のドーナツ型領域となる場合には、各ドーナツ型領域の内径のうち、最も小さい径がΦ0.030mm以上であることが好ましい。また、第1光ディスクがBDであって、第2光ディスクがHDである場合に、良好なフレアを発生させるためには、第1光ディスク(BD)における対物光学素子のワーキングディスタンス(WDBD)と、第2光ディスク(HD)における対物光学素子のワーキングディスタンス(WDHD)との差の値を(WDBD−WDHD)、−0.36(mm)以上、0.17(mm)以下とすることが好ましい。より好ましくは、−0.10(mm)以上、0.15(mm)以下とすることである。別の観点からは、以下の条件式(6)を満たすことが好ましい。
2・f1・NA1´> 2・f2・NA2´ (6)
尚、f1は第1光束における対物光学素子の第1光ディスク用領域の焦点距離、f2は第1光束における対物光学素子の第2光ディスク用領域の焦点距離、NA1´は対物光学素子の第1光ディスク用領域の正弦条件を満足する最大開口数、NA2´物光学素子の第2光ディスク用領域の正弦条件を満足する最大開口数を示す。尚、後述するような、対物光学素子が、光源側の第1光学素子と光ディスク側の第2光学素子とを有する場合にも、上記のフレアを発生させる好ましい条件を適用可能である。
2・f1・NA1´> 2・f2・NA2´ (6)
尚、f1は第1光束における対物光学素子の第1光ディスク用領域の焦点距離、f2は第1光束における対物光学素子の第2光ディスク用領域の焦点距離、NA1´は対物光学素子の第1光ディスク用領域の正弦条件を満足する最大開口数、NA2´物光学素子の第2光ディスク用領域の正弦条件を満足する最大開口数を示す。尚、後述するような、対物光学素子が、光源側の第1光学素子と光ディスク側の第2光学素子とを有する場合にも、上記のフレアを発生させる好ましい条件を適用可能である。
また、適切なスポット径を得るためには、以下の条件を満たすことが好ましい。尚、以下の条件は、対物光学素子が単玉レンズである場合に限らず、対物光学素子が、光源側の第1光学素子と光ディスク側の第2光学素子とを有する場合にも、以下の条件を適用可能である。
先ず、光軸を含む最も中心に近い領域が第2光ディスク用領域である場合は、第1光ディスク用領域の最大像側開口数が、NA1よりも小さい事が好ましい。また、第1光ディスク用領域の最大有効径を、2・f1・NA1より小さくすることが好ましい。尚、f1とは、第1光束における対物光学素子の第1光ディスク用領域の焦点距離であり、NA1は、第1光ディスクの記録/再生に必要と規格で定められている像側開口数を示す。例えば、第1光ディスクがBDであって、第2光ディスクがHDである場合、第1光ディスク用領域の最大像側開口数が、0.85よりも小さい事が好ましい。また、第1光ディスク用領域の最大有効径を、2・f1・0.85より小さくすることが好ましい。
次に、光軸を含む最も中心に近い領域が第1光ディスク用領域である場合は、第2光ディスク用領域の最大像側開口数が、NA2よりも小さい事が好ましい。また、第2光ディスク用領域の最大有効径を、2・f2・NA2より小さくすることが好ましい。尚、f2とは、第1光束における対物光学素子の第2光ディスク用領域の焦点距離であり、NA2は、第2光ディスクの記録/再生に必要と規格で定められている像側開口数を示す。例えば、第1光ディスクがBDであって、第2光ディスクがHDである場合、第2光ディスク用領域の最大像側開口数が、0.65よりも小さい事が好ましい。また、第2光ディスク用領域の最大有効径を、2・f2・0.65より小さくすることが好ましい。
次に、単玉レンズである対物光学素子の軸外特性を良好にするための構成として、1)第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域との非球面形状を変えるか、または、2)例えば、図2に示すように、第2光ディスク用領域に光路差付与構造を設ける、等の構成が考えられる。尚、ここでいう軸外特性を良好にするとは、光束が0.5°の斜入射で対物光学素子に入射したときに、波面収差が0.1RMS以下となることをいう。
1)の第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域との非球面形状を異ならせる構成の場合、第1光ディスクの記録/再生時における対物光学素子のワーキングディスタンス(WD1)と、第2光ディスクの記録/再生時における対物光学素子のワーキングディスタンス(WD2)との差の絶対値(|WD1−WD2|)を0.1(mm)以上とするように設計する事が好ましい。
一方で、光学面において大きな段差を生じさせないようにするためには、2)のように第2光ディスク用領域に光路差付与構造を設けることにより、軸外特性を良好にする事が好ましい。他の設計条件に応じて、上述の1)の方法とするか、2)の方法とするかを使い分ければよい。
好ましい一態様として、第1光ディスク用領域に、後述するような温度変化に起因して発生する球面収差を補正する光路差付与構造を設け、第2光ディスク用領域に、段差を低減するための上述した光路差付与構造を設ける対物光学素子というものが挙げられる。この態様は、NAが大きな第1光ディスクの記録/再生において、温度変化が発生しても安定して記録/再生を行うことができ、しかも光学面に大きな段差がないため、製造がしやすく、更に、光量のロスを低減でき、光量の増加を可能とする。
尚、単玉の対物光学素子の光ディスク側の光学面において、第1光ディスクの記録/再生に用いられる光束が通過する領域と、第2光ディスクの記録/再生に用いられる光束が通過する領域とが、重ならないような対物光学素子であると、光量のロスを減らすことができるため好ましい。この観点を重視する場合は、対物光学素子の輪帯数が少ない方が好ましい。例えば、3輪帯の対物光学素子であることが好ましい。
また、単玉の対物光学素子を薄型化すると言う観点からは、対物光学素子の光学面表面に段差を設け、その段差はその段差を境とする光軸に近い側の領域が遠い側の領域よりも光路が短くなる段差であることが望ましい。例えば、図3に示す例は、図1に示す対物光学素子に対し、中央の領域である第1光ディスク用領域において対物光学素子を薄型化する段差をさらに設けた例である。尚、このような段差を設けた場合でも球面収差と、正弦条件が必要な程度に補正されていることが望ましい。
図3に示す例に限らず、第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域との間の段差が、薄型化に寄与する段差であっても良い。また対物光学素子がプラスチックからなるので、プラスチックの温度変化で生じる球面収差変化を、温度変化に伴うレーザ発振波長の変化によって補うような回折作用を生じる段差であると好ましい。
対物光学素子の光学面に設けられたすべての段差の、光軸方向の符号込みの長さの和Δ(符号は、各段差の光軸に近い側の領域が遠い側の領域よりも光路が短くなる場合を正とする)は以下の条件式(7)を満たすことが望ましい。
0.1mm ≦ Δ ≦ 1.0mm (7)
下限以上であると薄型化の効果が大きく、上限以下であると、薄型化しながら正弦条件を必要な程度に補正することが出来る。尚、「符号込みの長さの和」とは、正の長さの値と、負の長さの値が共に存在していた場合、それらをそのまま足すことをいう。例えば、正の長さの値が+1であって、負の長さの値が−0.5であった場合は、(+1)+(−0.5)=+0.5、即ち、+0.5が「符号込みの長さの和」である。
0.1mm ≦ Δ ≦ 1.0mm (7)
下限以上であると薄型化の効果が大きく、上限以下であると、薄型化しながら正弦条件を必要な程度に補正することが出来る。尚、「符号込みの長さの和」とは、正の長さの値と、負の長さの値が共に存在していた場合、それらをそのまま足すことをいう。例えば、正の長さの値が+1であって、負の長さの値が−0.5であった場合は、(+1)+(−0.5)=+0.5、即ち、+0.5が「符号込みの長さの和」である。
尚、図1に示すように、単玉の対物光学素子に、第1光ディスク用領域と第2光ディスク用領域を設ける場合、各領域の境界で大きな段差(例えば、光軸方向に50μm以上の段差)を生じる可能性がある。この様な大きな段差は、対物光学素子を金型を用いて成形する場合、金型から光学素子を抜く際の支障となる可能性があり、対物光学素子の製造がより困難なものとなる。そこで、各領域の境界で大きな段差(例えば、光軸方向に50μm以上の段差)を生じる場合には、金型から抜きやすくするために、その段差部分に光軸に対して傾いている傾斜面(テーパ)を設けることが好ましい。例えば、図1に示すような、中間の領域が光軸方向に凹んでいる形状の場合には、図4に示すように、段差面が光軸の方を向いている面SS1のみを傾斜面とし、段差面が光軸とは逆の方向を向いている面SS2は傾斜面としないことが、光学性能に与える影響を最低限にし、テーパを設ける事による光量のロスを低減でき、金型から抜きやすくできるため、好ましい。
尚、対物光学素子は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を少なくとも一つの第1光ディスク用領域に有していることが好ましい。また、温度変化に起因して発生する球面収差とは、対物光学素子の温度変化に起因した屈折率変化に基づく球面収差と、温度変化に基づく光源の波長変化に基づく球面収差のいずれかのみの場合も、共に含む場合の、何れも含むものとする。
尚、温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を、全ての第1光ディスク用領域に設けることが好ましいが、一部の第1光ディスク用領域のみに設けてもよい。例えば、最も光軸に近い第1光ディスク用領域の構造が複雑になるのを避けるために、最も光軸に近い第1光ディスク用領域には温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を設けないようにしてもよい。また、最も光軸から離れている第1光ディスク用領域にのみ温度変化に起因して発生する球面収差を補正するための光路差付与構造を設けるようにしてもよい。
なお、本明細書でいう光路差付与構造とは、入射光束に対して光路差を付加する構造の総称である。光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含まれる。NPS構造も光路差付与構造の一種と捉えることができる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。光路差付与構造は、段差を有し、好ましくは段差を複数有する。この段差により入射光束に光路差及び/又は位相差が付加される。光路差付与構造により付加される光路差は、入射光束の波長の整数倍であっても良いし、入射光束の波長の非整数倍であっても良い。段差は、光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。
尚、以下の条件式を満たすことが好ましい。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
但し、δSAT1は、第1光束の使用波長(波長変動なし)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、第1光束の使用波長(波長変動なし)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、fは、第1光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
但し、δSAT1は、第1光束の使用波長(波長変動なし)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、第1光束の使用波長(波長変動なし)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、fは、第1光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
−0.045≦δSAλ/f(WFEλrms/(nm・mm))≦−0.0045
但し、δSAλは、第1光束の使用波長における第1光ディスクの記録/再生を行う際のδSA3/δλ、即ち、第1光束の使用波長における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子の3次球面収差の波長変化率を指し、fは、第1光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
−0.045≦δSAλ/f(WFEλrms/(nm・mm))≦−0.0045
但し、δSAλは、第1光束の使用波長における第1光ディスクの記録/再生を行う際のδSA3/δλ、即ち、第1光束の使用波長における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子の3次球面収差の波長変化率を指し、fは、第1光束における対物光学素子の焦点距離を指す。
更に、以下の条件式を満たすことが好ましい。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子のδSA3/δT、即ち、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子のδSA3/δT、即ち、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。
また、光ピックアップ装置の集光光学系が、プラスチック製のカップリングレンズを有する場合、以下の条件式を満たすことが好ましい。
0≦δSAT3/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0012
但し、δSAT3は、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際のカップリングレンズと対物光学素子を含んだ集光光学系全体のδSA3/δT、即ち、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の集光光学系全体の3次球面収差の温度変化率を指す。
0≦δSAT3/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0012
但し、δSAT3は、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際のカップリングレンズと対物光学素子を含んだ集光光学系全体のδSA3/δT、即ち、第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における第1光ディスクの記録/再生を行う際の集光光学系全体の3次球面収差の温度変化率を指す。
尚、光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造のみからなっていてもよいし、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造と、第1光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第2基礎構造とを重畳してなっていてもよい。尚、第1基礎構造はNPS構造であることが好ましく、第2基礎構造は回折構造であることが好ましい。
ここで、本明細書でいうNPS構造と回折構造の効果について、図5を用いて説明する。図5の横軸は対物光学素子の入射瞳における入射高さhを示し、縦軸は光軸を通過する光線と入射高さhを通過する光線との光路差を示している。曲線と横軸とで囲まれた部分の面積を収差の量と捉える事ができる。対物光学素子に入射する光束の波長xとし、環境温度25℃において、非球面の屈折面のみを有し、光軸を通過する光線といずれの入射高さhを通過する光線との光路差が0である(即ち横軸に重なる直線)対物光学素子を基準として考える。当該非球面の対物光学素子では、環境温度を、例えば55℃とした際には、ASで示されるように、光軸を通過する光線と入射高さhを通過する光線とでは光路差が生じ、ASと横軸で囲まれた面積に相当する収差が発生する。次に、当該非球面の対物光学素子に、波長xに最適化した輪帯状の段差構造Xを複数設ける。環境温度を55℃とし、波長xが当該段差構造Xを有する対物光学素子に入射した際に、曲線ASから全体的に横軸に近づいた滑らかな曲線DSとなる場合、当該段差構造Xは、本明細書でいう回折構造である。回折構造を設けることにより、光路差を示す曲線が全体的に横軸に近づくため、曲線と横軸で囲まれる面積が減少し、温度変化により生じる収差が減っている事が分かる。次に、前述の非球面の対物光学素子に、波長xに最適化した、前述とは異なる複数の輪帯状の段差構造Yを設ける。環境温度を55℃とし、波長xが当該段差構造Yを有する光学素子に入射した際に、曲線ASから不連続部を有する断続的なNPSで示す曲線となる場合、当該段差構造Yは、本明細書でいうNPS構造である。尚、NPS構造と回折構造とを組み合わせた場合、図5でNPS+DSで示す曲線となり、ハッチングで示すような面積に相当する収差となる。
一般的には、温度特性(温度変化に対する収差劣化の特性)が向上するようなNPS構造を対物光学素子に設けると、波長特性(入射光束の波長変化に対する収差劣化の特性)は悪化する。より具体的には、温度特性を向上するNPS構造は、温度が高温側に変化した際、及び、波長が長波長側に変化した際には、球面収差がアンダー(補正不足)となる方向に変化するため、温度が高温側に変化した際に生じる球面収差のオーバー(補正過剰)度合いを低減するが、波長が長波長側に変化した際に生じる球面収差のアンダー度合いを増加させてしまう。一方、対物光学素子に回折構造を設けることで、軸上色収差の補正が可能となるが、波長特性がNPS構造とは逆の方向に変化する。即ち、回折構造は、波長が長波長側に変化した際に、球面収差がオーバーとなる方向に変化する。しかしながら、波長が変化した際に生じる球面収差の変化方向がNPS構造と回折構造とでは逆方向となり、丁度打ち消しあうように作用するため、NPS構造と回折構造を重ね合わせた構造を持つ対物光学素子では波長特性は良好となる。
更に、NPS構造と回折構造とを、同一の光学面に設けられることにより、製造時の偏芯誤差を少なくすることが可能となる。また、光路差付与構造は、対物光学素子の光ディスク側の面よりも、対物光学素子の光源側の面に設けられることが好ましい。
NPS構造は、NPS構造を通過した光束のp次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であり、回折構造は、回折構造を通過した光束のq次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であって、以下の条件式を満たすことが好ましい。
p≧q (1)
p≧q (1)
尚、pは5又は4である事が好ましい。pを5又は4とすることで、環境温度変化時、及び/または、波長変化時に、NPS構造で生じる回折効率変化を小さく抑えることができるとともに、一方で、NPS構造の輪帯のピッチが細かくなりすぎる事も抑えられ、製造しやすい対物光学素子となるため好ましい。また、qは2又は1である事が好ましい。特に、(p、q)=(5,2)又は(4,2)であると回折効率が高まるので好ましい。
回折構造の段差の光軸方向の段差量が、NPS構造の段差量よりも小さい事が好ましい。また、NPS構造と回折を重畳する場合かNPS構造のみを設ける場合かに関わらず、NPS構造の全ての段差量は、0.9・p・λ1/(n−1)以上、2.0・p・λ1/(n−1)以下を満たす事が好ましい。尚、nは波長λ1における対物光学素子の屈折率である。また、回折構造の全ての段差量は、0.9・q・λ1/(n−1)以上、2.0・q・λ1/(n−1)以下であることが好ましい。特に、NPS構造の段差量は、NA0.45以内において、0.9・p・λ1/(n−1)以上、1.1・p・λ1/(n−1)以下を満たす事が好ましい。また、回折構造の段差量は、NA0.45以内において、0.9・q・λ1/(n−1)以上、1.1・q・λ1/(n−1)以下であることが好ましい。
NPS構造と回折構造を重ね合わせた光路差付与構造の全ての段差量は、以下の条件式(8)〜(11)に示すdA、dB、dC、dDの少なくとも3つからなることが好ましい。特に好ましくは、全ての段差量が、dA、dC、dDの3つのみからなることである。NPS構造の段差の位置が回折構造の段差の位置と一致する様に、NPS構造と回折構造とを重ねる事により、本構成が達成できる。
0.9・q・λ1/(n−1)≦dA≦2.0・q・λ1/(n−1) (8)
0.9・p・λ1/(n−1)≦dB≦2.0・p・λ1/(n−1) (9)
0.9・(p−q)・λ1/(n−1)≦dC≦2.0・(p−q)・λ1/(n−1) (10)
0.9・(p+q)・λ1/(n−1)≦dD≦2.0・(p+q)・λ1/(n−1) (11)
但し、nはλ1の光束における対物光学素子の屈折率を示す。
0.9・q・λ1/(n−1)≦dA≦2.0・q・λ1/(n−1) (8)
0.9・p・λ1/(n−1)≦dB≦2.0・p・λ1/(n−1) (9)
0.9・(p−q)・λ1/(n−1)≦dC≦2.0・(p−q)・λ1/(n−1) (10)
0.9・(p+q)・λ1/(n−1)≦dD≦2.0・(p+q)・λ1/(n−1) (11)
但し、nはλ1の光束における対物光学素子の屈折率を示す。
また、光路差付与構造の段差量は、NA0.45以内において全ての段差量が、以下の条件式(12)〜(15)に示す、dA‘、dB’、dC‘、dD’の少なくとも2つからなることが好ましい。特に好ましくは、NA0.45以内において全ての段差量がdA‘、dC’の2つのみからなることである。
0.9・q・λ1/(n−1)≦dA‘≦1.1・q・λ1/(n−1)
(12)
0.9・p・λ1/(n−1)≦dB‘≦1.1・p・λ1/(n−1)
(13)
0.9・(p−q)・λ1/(n−1)≦dC‘≦1.1・(p−q)・λ1/(n−1) (14)
0.9・(p+q)・λ1/(n−1)≦dD‘≦1.1・(p+q)・λ1/(n−1) (15)
0.9・q・λ1/(n−1)≦dA‘≦1.1・q・λ1/(n−1)
(12)
0.9・p・λ1/(n−1)≦dB‘≦1.1・p・λ1/(n−1)
(13)
0.9・(p−q)・λ1/(n−1)≦dC‘≦1.1・(p−q)・λ1/(n−1) (14)
0.9・(p+q)・λ1/(n−1)≦dD‘≦1.1・(p+q)・λ1/(n−1) (15)
また、NPS構造と回折構造とを重ね合わせた光路差付与構造を、形状の観点から、以下の様に捉える事もできる。
即ち、対物光学素子の光学面が、同心円状の複数の境界段差で区切られた複数の領域に分けられており、境界段差で区切られた各領域が、同心円状の複数の領域内段差を有している、という捉え方である。ここでいう境界段差が、前述のNPS構造の段差のことであり、領域内段差は、回折構造の段差のことである。回折構造の段差の光軸方向の段差量が、NPS構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいと好ましい。尚、境界段差は、NPS構造の段差と回折構造の段差が重なっている場合もあり得る。
なお、各領域のうち、光軸に近い側の領域では境界段差が光軸とは逆側を向いており、光軸から離れた側の領域では前記境界段差が光軸側を向いていることが好ましい。本明細書において「境界段差が光軸とは逆側を向いている」とは、図6における1,2,3のように、段差を構成する面が光軸とは逆の方向(矢印方向)を向いていることをいう。また、「境界段差が光軸側を向いている」とは、図6における4,5,6のように、段差を構成する面が光軸の方向(矢印方向)を向いていることをいう。即ち、NPS構造は、図6に示すような構造である事が好ましい。また、光軸とは逆側を向いている段差の数と、光軸側を向いている段差の数とが等しい事が好ましい。
また、領域内段差は、全て光軸側を向いていることが好ましい。
また、各領域においては、境界段差の段差量は、領域内段差の段差量よりも大きいことが好ましい。
NPS構造と回折構造とを重ね合わせた光路差付与構造の設計方法としては、例えば、以下の様に設計することができる。まず、NPS構造の回折次数であるpを決め、そして、光学面をいくつの領域に分割するかを決めた後、非球面係数を用いた非球面の式に基づいて、NPS構造を設計することができる。次に、回折構造の回折次数であるqを決め、NPS構造の各領域において、位相差関数を用いて回折構造を設計することにより、NPS構造と回折構造が重ね合わせた光路差付与構造を得ることができる。位相差関数に基づいて回折構造を設計するので、位相差関数の位相差がm・2π毎(mは整数)に回折構造のピッチが対応するように設定される。この事により、回折構造のピッチは周期的であると捉えることができる。但し、NPS構造の各領域において光路差関数を用いて回折構造を設計する際に、NPS構造の段差(境界段差)と、各領域における回折構造の最も外側の段差の位置とが一致するように回折構造やNPS構造のピッチを若干ずらすなどの微調整を行うことも可能である。なお、本発明の光学素子の設計方法は上記に限定されるものではなく、結果として本発明の光学素子を得られればよく、いかなる設計方法であっても用いることが可能である。
なお、光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることが好ましい。本明細書において「巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなる」とは、図6に示すように、面頂点Pから光軸直交方向に、段差1,2,3と過ぎるにつれて順次面頂点から遠くなり、それを過ぎると逆に段差4,5,6と過ぎるにつれて順次面頂点Pに近づくような形状をいう。
また、対物光学素子は、第3光ディスク及び/又は第4光ディスクの使用を可能とする互換用の光路差付与構造を有していてもよい。
更に、温度変化に起因して発生する球面収差を低減させる光路差付与構造に、第3光ディスクや第4光ディスクとの互換を目的とした光路差付与構造を、重ね合わせてもよい。尚、上述では、光路差付与構造を、光源側の光学面に設ける例について記載しているが、上述の目的のための光路差付与構造を、光ディスク側の光学面に設けるようにしてもよい。
対物光学素子が、光源側の第1光学素子と光ディスク側の第2光学素子とを有する場合、第1光学素子が光路差付与構造を有していてもよい。この場合、第1光学素子は平板状である事が好ましく、第2光学素子は非球面を有するレンズであることが好ましいが、これに限られず、第1光学素子が非球面を有していてもよい。好ましい例としては、例えば、平板状の第1光学素子に段差を設け、それによって複数の領域に分割し、第1光学素子の最外周部に相当する領域は、平面とした構成である。更に、第3光ディスクや第4光ディスクとの互換を目的とした光路差付与構造や、温度変化時や波長変化時に発生する収差の変化を補正する事を目的とした光路差付与構造を、重ね合わせてもよい。
次に、光路差付与構造の段差量について説明する。かかる段差量の一例は、第1光束に対して波長λ1のa倍の光路差を与える段差量である。尚、aは、0以外の任意の正の整数である。この場合、段差量d1は、以下の式(8)で表すことができる。
d1=a・λ1/(n−1) (8)
但し、nは、波長λ1の光束における光路差付与構造を有する光学素子の屈折率である。
d1=a・λ1/(n−1) (8)
但し、nは、波長λ1の光束における光路差付与構造を有する光学素子の屈折率である。
なお、第1光ディスクと第2光ディスクだけでなく、他の光ディスクに対する互換も一つの対物光学素子で行う場合、以下のような態様が考えられる。
第一の例としては、例えば、第3光源から射出される波長λ3の第3光束を当該対物光学素子により第4光ディスクの情報記録面上に集光させる場合であって、波長λ3が波長λ1の略整数倍である場合、回折構造によって第4光ディスクとの互換を可能にしようとすると、1)λ1の第1光束とλ3の第3光束とで、回折角を異ならせることが困難となり、また、2)第1光束と第3光束の回折角を異ならせることができる特殊な回折構造を用いた場合は、光利用効率が低下する、という問題がある。そこで、第2領域中に、第1光ディスク用領域、第2光ディスク用領域に加えて、第4光ディスク用領域を設けるようにしてもよい。例えば、図7に示すように、光軸を含む内側の領域から順に、第4光ディスク用領域CD、第1光ディスク用領域BD、第2光ディスク用領域HD、更にその外側に、第2領域である第1光ディスク用領域BDを設ける例などが考えられる。尚、波長λ3が波長λ1の略整数倍であるとは、以下の条件式(9)を満たすことをいう。
(m−0.2)・λ1≦λ3≦(m+0.2)・λ1 (9)
尚、mは2以上の任意の正の整数を表す。
(m−0.2)・λ1≦λ3≦(m+0.2)・λ1 (9)
尚、mは2以上の任意の正の整数を表す。
また、上述のような第4光ディスク用領域を設ける場合、第4光ディスク用領域の最大像側開口数を、第4光ディスクの記録/再生に用いられる規格とされている開口数よりも小さくすることが好ましい。従って、第4光ディスク用領域の最大有効径が、2・f4・NA4より小さくなる事が好ましい。なお、f4は、第3光束における対物光学素子の第4光ディスク用領域の焦点距離、NA4は、第4光ディスクの記録/再生に必要と規格で定められている像側開口数を示す。例えば、第4光ディスクがCDである場合、第4光ディスク用領域の最大像側開口数が0.45より小さい事が好ましい。より好ましくは、0.43以下である。また、第4光ディスクがCDである場合、第4光ディスク用領域の最大有効径が、2・fCD・0.45より小さい事が好ましく、より好ましくは、2・fCD・0.43以下である。なお、fCDは、CD用の光束における対物光学素子のCD専用領域の焦点距離を表す。
さらに、第2領域内の、第4光ディスク用領域、第1光ディスク用領域、第2光ディスク用領域の少なくとも一つに、光路差付与構造を設けることにより、第3光ディスク(例えば、DVD)の記録/再生を可能にするようにしてもよい。例えば、図8に示すように、光軸を含む内側の領域から順に、第4光ディスク用領域CD、第1光ディスク用領域BD、第2光ディスク用領域HD、更にその外側に、第2領域である第1光ディスク用領域BDとし、第4光ディスク用領域CD、内側の第1光ディスク用領域BD及び第2光ディスク用領域HDに、第3光ディスクの記録/再生を可能とする光路差付与構造DVDを設ける例などが考えられる。
また、本発明の対物光学素子を、第1光ディスク、第2光ディスクを含む複数種類の光ディスクの記録層を一枚の光ディスクに積層させたハイブリッド光ディスクに適用する場合、第1光ディスクにおける対物光学素子のワーキングディスタンス(WD1)と、第2光ディスクにおける対物光学素子のワーキングディスタンス(WD2)とが異なることが好ましい。第1光ディスクがBDであって、第2光ディスクがHDである場合、即ち、BDとHDとを積層させたハイブリッド光ディスクを用いる場合、更に好ましくは、これらのワーキングディスタンスの差の値を(WD1−WD2)、50μm以上、250μm以下とする事が好ましい。更に好ましくは、100μm以上、250μm以下とする事である。尚、複数種類の光ディスクの記録層を一枚の光ディスクに積層させた例としては、特開2007−42254に開示されているBD/HD/DVDの各記録層を片面に積層したハイブリッドディスクなどが挙げられる。
尚、図9に示すように、第1光ディスク及び第2光ディスク用の本発明の単玉の対物光学素子OL1と、他の光ディスク(例えば、第3光ディスク及び/又は第4光ディスク)用の対物光学素子OL2とを一体的に形成したレンズユニットを用いてもよい。尚、一体的に形成したレンズユニットとは、図9に示すように、第1の対物光学素子OL1及び第2の対物光学素子OL2とが融合している場合(例えば、第1の対物光学素子及び第2の対物光学素子とを有するレンズユニットを射出成形による一体成形により得る場合)だけでなく、図10又は図11に示すような、第1の対物光学素子と第2の対物光学素子とを別々に成形し、後で嵌合させたり、接着したり係合することなどによって一体化した光学素子であっても良い。
図10は、第1の対物光学素子と第2の対物光学素子とを係合して一体的に形成しているレンズユニットの一例を示している。プラスチック製の第2の対物光学素子OL2が、その矩形板状のフランジ部FL2に段差部STを有する開口HLを形成しており、開口HL内の段差部STに、フランジ部FL1を保持されるようにして、本発明のプラスチック製の第1の対物光学素子OL1が光軸方向から組み付けられ、接着等により一体化されて、第1の対物光学素子OL1と第2の対物光学素子OL2が並列になったレンズユニットOEが形成される。
図11は、第1の対物光学素子と第2の対物光学素子とを係合して一体的に形成しているレンズユニットの別の例を示している。プラスチック製の第2の対物光学素子OL2が、その矩形板状のフランジ部FL2に段差部STを有する切欠CTを形成しており、切欠CT内の段差部STに、フランジ部FL1を保持されるようにして、本発明のプラスチック製の第1の対物光学素子OL1が光軸直交方向から組み付けられ、接着等により一体化されて、第1の対物光学素子OL1と第2の対物光学素子OL2が並列になったレンズユニットOEが形成される。
尚、図12に示すように、開口HL又は切欠CT内に段差STを形成することなく、第1の対物光学素子OL1のフランジ部FL1は、フランジ部FL2の上面で支持されても良い。或いは、図示していないが、プラスチック製の第1の対物光学素子OL1と、プラスチック製の第2の対物光学素子OL2とを、別部材である保持部材に組み付けることで一体化しても良い。何れの場合も、保持部材が開口を有し、そこに対物レンズ部を嵌め込むように配置する事が好ましい。
第1光束は、平行光として対物光学素子に入射してもよいし、発散光若しくは収束光として対物光学素子に入射してもよい。好ましくは、第1光束の、対物光学素子への入射光束の倍率m1が、下記の式(10)を満たすことである。
−0.02<m1<0.02 (10)
−0.02<m1<0.02 (10)
一方で、第1光束を発散光として対物光学素子に入射させる場合、第1光束の対物光学素子への入射光束の倍率m1が、下記の式(11)を満たすことが好ましい。
−0.10<m1<0.00 (11)
−0.10<m1<0.00 (11)
尚、第1光ディスクの記録/再生時と、第2光ディスク記録/再生時の両方において正弦条件を両立させるためには、以下の条件式(12)を満たすことが好ましい。
m11<m12 (12)
尚、m11は、第1光ディスクの記録/再生時の、第1光束の対物光学素子への入射光束の倍率を示し、m12は、第2光ディスクの記録/再生時の、第1光束の対物光学素子への入射光束の倍率を示す。
m11<m12 (12)
尚、m11は、第1光ディスクの記録/再生時の、第1光束の対物光学素子への入射光束の倍率を示し、m12は、第2光ディスクの記録/再生時の、第1光束の対物光学素子への入射光束の倍率を示す。
例えば、第1光ディスクの記録/再生時には、第1光束を対物光学素子に無限平行光として入射させ、第2光ディスクの記録/再生時には、第1光束を対物光学素子に有限収束光として入射させる態様が、好ましい一例として挙げられる。
光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。
ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体毎、外部に取り出される方式とがある。
上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。 ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。
前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。
本発明によれば、簡単且つ低コストの構成で、BD及びHDに対して、複雑な機構を用いることなく、低コストで、同一の光束を用いるBDとHDの一つの対物光学素子での互換を可能とし、しかも、光利用効率が高く、温度が変化した場合であっても安定して記録/再生を行える光ピックアップ装置及び対物光学素子を提供することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図13は、第1光ディスクであるBDと第2光ディスクであるHDに対して適切に情報の記録/再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置PU1の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置PU1は、光情報記録再生装置に搭載できる。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。
光ピックアップ装置PU1は、対物光学素子OBJ、λ/4波長板QWP、コリメートレンズCL、偏光プリズムPBS、405nmのレーザ光束(光束)を射出する半導体レーザLD、センサ用レンズSL、BDの情報記録面RL1及びHDの情報記録面RL2からの反射光束を受光する受光素子PDを有する。尚、本実施の形態では、対物光学素子OBJは単玉であるが、2つ以上の光学素子を組み合わせて用いても良い。
対物光学素子OBJの光源側の光学面には、光軸を含む円状のBD用の第1領域AR1と、その周囲の輪帯状のHD用の第2領域AR2と、更にその周囲の輪帯状のBD用の第1領域AR3とが交互に形成されている。第1領域AR1,AR3には、環境温度の変化に応じて発生する球面収差を補正すべく、光路差付与構造が形成されており、図示していないが、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなっている。
BDの記録/再生を行う場合について説明する。まず、青紫色半導体レーザLDから射出された光束(λ1=405nm)の発散光束は、実線で示すように、偏光プリズムPBSを透過し、コリメートレンズCLにより平行光束とされた後、λ/4波長板QWPにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物光学素子OBJによって厚さ0.0875mmの保護基板PL1を介して、BDの情報記録面RL1上に形成されるスポットとなる。
このとき、対物光学素子OBJの第1領域AR1,AR3を通過した光束は、BDの情報記録面上に集光されスポットを形成するが、第2領域AR2を通過した光束はフレア光となって、BDの情報記録面上に集光スポットを形成しない。
情報記録面RL1上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子OBJ、絞りを透過した後、λ/4波長板QWPにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズCLにより収斂光束とされ、偏光プリズムPBSで反射した後、センサ用レンズSLによって、受光素子PDの受光面上に収束する。そして、受光素子PDの出力信号を用いて、2軸アクチュエータACにより対物光学素子OBJをフォーカシングやトラッキングさせることで、BDに記録された情報を読み取ることができる。
次に、HDの記録/再生を行う場合について説明する。青紫色半導体レーザLDから射出された光束(λ1=405nm)の発散光束は、一点鎖線で示すように、偏光プリズムPBSを透過し、コリメートレンズCLにより平行光束とされた後、λ/4波長板QWPにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物光学素子OBJによって厚さ0.6mmの保護基板PL2を介して、HDの情報記録面RL2上に形成されるスポットとなる。
このとき、対物光学素子OBJの第2領域AR2を通過した光束は、HDの情報記録面上に集光されスポットを形成するが、第1領域AR1,AR3を通過した光束はフレア光となって、HDの情報記録面上に集光スポットを形成しない。(図1においてHDの記録/再生時には、光束は第1領域AR3に入射しない様に見えるが、実際は第1領域AR3にも入射している。)
情報記録面RL2上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子OBJ、絞りを透過した後、λ/4波長板QWPにより円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズCLにより収斂光束とされ、偏光プリズムPBSで反射した後、センサ用レンズSLによって、受光素子PDの受光面上に収束する。そして、受光素子PDの出力信号を用いて、2軸アクチュエータACにより対物光学素子OBJをフォーカシングやトラッキングさせることで、HDに記録された情報を読み取ることができる。
(実施例)
次に、上述の実施の形態に用いることができる実施例について説明する。実施例1は、単玉レンズの対物光学素子である。表1に、実施例1のレンズデータを示す。表中のriは曲率半径、diは第i面から第i+1面までの光軸方向の位置、niは各面の屈折率を表している。尚、これ以降(表のレンズデータ含む)において、10のべき乗数(例えば、2.5×10-3)を、E(例えば、2.5×E−3)を用いて表すものとする。また、対物光学素子の光学面は、それぞれ数1式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。図14に実施例1の対物光学素子の断面図を示す。
次に、上述の実施の形態に用いることができる実施例について説明する。実施例1は、単玉レンズの対物光学素子である。表1に、実施例1のレンズデータを示す。表中のriは曲率半径、diは第i面から第i+1面までの光軸方向の位置、niは各面の屈折率を表している。尚、これ以降(表のレンズデータ含む)において、10のべき乗数(例えば、2.5×10-3)を、E(例えば、2.5×E−3)を用いて表すものとする。また、対物光学素子の光学面は、それぞれ数1式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。図14に実施例1の対物光学素子の断面図を示す。
実施例1において、第1光ディスクはBD、第2光ディスクはHDである。2−1面〜2−3面が、第1光ディスク用領域であり、2−4面が、第2光ディスク用領域であり、2−5面〜2−13面が、第1光ディスク用領域である。即ち、実施例1は、光軸を含む最も中心の領域が第1光ディスク用領域であり、そこから光軸直交方向の外側に向かって、順に第2光ディスク用領域、第2領域である第1光ディスク用領域が設けられている3分割の構造であるが、第1光ディスク用領域は所定の段差で分けられた複数の面からなり、これにより光路差付与構造を形成している。この光路差付与構造によって、温度変化に起因して発生する球面収差を低減することができる。また、この光路差付与構造は第1基礎構造のみからなり、本実施例において第1基礎構造はNPS構造である。また、このNPS構造は、405nmの光束が入射した際に4次の回折光を最も多く発生させるNPS構造である。全ての領域が、非球面形状を有しており、第1光ディスク用領域は段差を除いて連続する非球面形状を有している。
ここで、X(h)は光軸方向の軸(光の進行方向を正とする)、κは円錐係数、Aiは非球面係数、hは光軸からの高さ、rは近軸曲率半径である。
表2に、第1光ディスク用領域に光路差付与構造を設けない比較例と、実施例1の対物光学素子とについて、本発明者らの行った比較検討結果を示す。レンズ材料の屈折率変化は,−9×E −05(/℃)である.表2の比較検討結果によれば、BD使用時に環境温度が30℃上昇したときの波面収差変化は、光源波長のシフトがないとした場合、比較例の3次球面収差が0.092λrmsであるのに対し、実施例1の3次球面収差は0.066λrmsと、−0.026λrmsの低減効果が確認された。尚、δSAT1/fの値は、0.0016(WFEλrms/(℃・mm))である。又、BD使用時に環境温度が30℃上昇したときの波面収差変化は、光源波長のシフトが+1.5nm(0.05nm/℃)であるとした場合、比較例の3次球面収差が0.100λrmsであるのに対し、実施例1の3次球面収差は0.042λrmsと、−0.058λrmsの低減効果が確認された。尚、δSAT2/fの値は、0.0010(WFEλrms/(℃・mm))である。
AR1,AR3 第1領域
AR2 第2領域
OBJ 対物光学素子
PU1 光ピックアップ装置
LD 青紫色半導体レーザ
AC 二軸アクチュエータ
PBS 偏光プリズム
CL コリメートレンズ
PL1 保護基板
PL2 保護基板
RL1 情報記録面
RL2 情報記録面
QWP λ/4波長板
AR2 第2領域
OBJ 対物光学素子
PU1 光ピックアップ装置
LD 青紫色半導体レーザ
AC 二軸アクチュエータ
PBS 偏光プリズム
CL コリメートレンズ
PL1 保護基板
PL2 保護基板
RL1 情報記録面
RL2 情報記録面
QWP λ/4波長板
Claims (26)
- 波長λ1(380nm<λ1<450nm)の第1光束を出射する第1光源と、前記第1光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を有する集光光学系を有し、
前記第1光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第1光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、
前記第1光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第2光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第1光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
- 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
但し、δSAT1は、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、fは、前記第1光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。 - 前記第1光源から出射された光束の波長λ1が設計波長であるとした場合において、環境温度が25℃から55℃に変化した場合において、前記第1光ディスクの情報記録面上での波面収差の変化量が0.010λ1rms以上0.070λ1rms以下を満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。 - 前記光ピックアップ装置の前記集光光学系は、カップリングレンズを有し、
前記カップリングレンズは、プラスチックレンズであり、
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
0≦δSAT3/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0012
但し、δSAT3は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記カップリングレンズと前記対物光学素子を含んだ前記集光光学系全体のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記集光光学系全体の3次球面収差の温度変化率を指す。 - 前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造のみからなることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記第1基礎構造はNPS構造であることを特徴とする請求項7に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造と、前記第1光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第2基礎構造とを重畳してなることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記第1基礎構造はNPS構造であり、前記第2基礎構造は回折構造であることを特徴とする請求項9に記載の光ピックアップ装置。
- 前記NPS構造は、前記NPS構造を通過した前記第1光束のp次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であり、
前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第1光束のq次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項10に記載の光ピックアップ装置。
p≧q (1) - 前記回折構造及び前記NPS構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記NPS構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする請求項10又は11に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記対物光学素子は単玉であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 波長λ1(380nm<λ1<450nm)の第1光束を出射する第1光源と、前記第1光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物光学素子を有する集光光学系を有し、
前記第1光束を厚さt1の保護層を有する第1光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第1光束を厚さt2(t1<t2)の保護層を有する第2光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置に用いる対物光学素子において、
前記対物光学素子はプラスチック製であって、その光学面が同心円状の複数の領域に分割され、
前記複数の領域は、少なくとも一つの第1光ディスク用領域と、少なくとも一つの第2光ディスク用領域とを有し、
前記第1光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光されず、
前記第2光ディスク用領域を通過した前記第1光束は、前記第2光ディスクの情報記録面上に集光され、前記第1光ディスクの情報記録面上に集光されず、
少なくとも一つの前記第1光ディスク用領域は、光路差付与構造を有することを特徴とする対物光学素子。 - 前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正することを特徴とする請求項15に記載の対物光学素子。
- 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項15又は16に記載の対物光学素子。
+0.00045≦δSAT1/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0027
−0.045≦δSAλ/f(WFEλrms/(nm・mm))≦−0.0045
但し、δSAT1は、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(波長変動なし)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指し、δSAλは、前記第1光束の使用波長における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際のδSA3/δλ、即ち、前記第1光束の使用波長における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の波長変化率を指し、fは、前記第1光束における前記対物光学素子の焦点距離を指す。 - 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項15〜17のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
0≦δSAT2/f(WFEλrms/(℃・mm))≦+0.0017
但し、δSAT2は、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子のδSA3/δT、即ち、前記第1光束の使用波長(温度変化に伴う波長変動が0.05nm/℃)における前記第1光ディスクの記録及び/又は再生を行う際の前記対物光学素子の3次球面収差の温度変化率を指す。 - 前記光路差付与構造は温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造のみからなることを特徴とする請求項16〜18のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記第1基礎構造はNPS構造であることを特徴とする請求項19に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光路差付与構造は、温度変化に起因して発生する球面収差を補正する第1基礎構造と、前記第1光源から出射される光束の波長変化に基づく軸上色収差を補正する第2基礎構造とを重畳してなることを特徴とする請求項16〜18のいずれかに記載の対物光学素子。
- 前記第1基礎構造はNPS構造であり、前記第2基礎構造は回折構造であることを特徴とする請求項21に記載の対物光学素子。
- 前記NPS構造は、前記NPS構造を通過した前記第1光束のp次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であり、
前記回折構造は、前記回折構造を通過した前記第1光束のq次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする構造であって、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項22に記載の対物光学素子。
p≧q (1) - 前記回折構造及び前記NPS構造は、共に段差を有し、前記回折構造の段差の光軸方向の段差量が、前記NPS構造の段差の光軸方向の段差量よりも小さいことを特徴とする請求項22又は23に記載の対物光学素子。
- 前記光路差付与構造は、巨視的に見て、面頂点からの光軸方向距離が、光軸直交方向に向かうにつれて漸次大きくなった後、漸次小さくなることを特徴とする請求項15〜24のいずれかに記載の対物光学素子。
- 単玉であることを特徴とする請求項15〜25のいずれかに記載の対物光学素子。
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