JP2009217882A - 光束分割素子、対物レンズ光学系、及び、光ピックアップ光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができ、かつ、レーザ雑音の発生を抑制することができる光束分割素子、対物レンズ光学系、光ピックアップ光学系を提供する。
【解決手段】波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光ディスク200の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系100及び対物レンズ光学系10において、対物レンズ6とともに用いられる光束分割素子5であって、光束分割素子5の入射面は、光ディスク200の種類毎に、複数の領域に分割され、複数の領域は、垂直な平面以外の形状であって、且つ、透過する光束を、対物レンズ6を介して、対応する光ディスク200に集光可能な面形状を有するように構成した。
【選択図】図1
【解決手段】波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光ディスク200の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系100及び対物レンズ光学系10において、対物レンズ6とともに用いられる光束分割素子5であって、光束分割素子5の入射面は、光ディスク200の種類毎に、複数の領域に分割され、複数の領域は、垂直な平面以外の形状であって、且つ、透過する光束を、対物レンズ6を介して、対応する光ディスク200に集光可能な面形状を有するように構成した。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数種類の異なる厚みを有する光記録媒体に対して情報を記録または再生可能な光束分割素子、対物レンズ光学系、及び、光ピックアップ光学系に関する。
従来より、CD(Compact Disc:CD−RなどのCDを含む)やDVD(Digital Versatile Disc)などの種類が異なる光ディスクをともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。CDやDVDなど(以下、これらをまとめて光ディスクという)は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を2枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。
かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビームを光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームは、CDにおいては波長が780nm近傍でNAが0.45〜0.53で用いられ、DVDにおいては波長が650nm近傍でNAが0.60〜0.67で用いられている。また、CDにおいて用いられる透明基板の厚さは1.2mmであるのに対して、DVDにおいて用いられる透明基板の厚さは0.6mmであり、光ディスクの種類(レーザビームの波長の違い)に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さは異なっている。種類が異なる光ディスクを再生する互換型光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。
このような互換型光ディスク装置としては、ピックアップに光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎にピックアップを設け、使用する光ディスクの種類に応じてピックアップを交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。
かかる対物レンズの一代表例として、特許文献1に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に3以上の輪帯状レンズ面に区分され、1つおきの輪帯状レンズ面と他の1つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同一波長のレーザビームに対し、1つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板(0.6mm)の光ディスク(DVD)の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の1つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板(1.2mm)の光ディスク(CD)の情報記録面にレーザビームを集光させる。
また、他の代表例として、特許文献2に記載のものがある。この文献には、薄い透明基板のDVDに対しては、短波長(635nmまたは650nm)のレーザビームを使用し、厚い透明基板のCDに対しては、長波長(780nm)のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造が形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のDVDに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のCDに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、DVDに対して短波長のレーザビームを用いるのは、CDに比べてDVDの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数NAに反比例する。
また、他の代表例として、特許文献3に記載のものがある。この文献には、薄い0.6mm厚の透明基板に対しては、短波長680nmのレーザビームを使用し、厚い1.2mm厚の透明基板のCDに対しては、長波長(780nm)のレーザビームを使用する光ディスク装置の対物レンズが開示されている。この対物レンズにおいてはレンズ面をリング状の複数の領域に分割し、それぞれの領域がいずれかの波長と基板厚の光ディスクに集光する。
特開平9−145995号公報
特開2000−81566号公報
特開平7−302437号公報
近年提案されている新しい光ディスク装置の一つとして、記録密度の向上のために波長405nm程度の青色レーザを用いるブルーレイディスク(Blu−ray Disc;以下、BDと称する。)とHDDVD(以下、HDと称する。)互換の光ディスク装置が提案されている。BDは波長405〜408nmの光束に対するNAは0.85で透明基板の厚みは2層光ディスクと1層光ディスクの両方を考慮すると0.075〜0.1mmである。またHDでは波長405〜408nmの光束に対するNAは0.65で透明基板の厚みは0.6mmである。したがって、同一波長のレーザビームによって記録再生される2種類の厚みの異なる光ディスクを互換する装置が今後必要とされている。
しかしながら、上記特許文献1では、DVD、CDについての記述はあるが、BDやHDなどについての記述は無い。使用レーザの波長が短いと同一の光線収差(mm)に対する波面収差量は波長に反比例して増加し、またNAが大きいと、例えば3次球面収差がNAの4乗に比例して増加するため、収差補正は難易度が増す。
このように波長やNAがDVDやCDとは異なるBDやHDについて、すなわち上記特許文献1で述べられていたDVDやCDに比べて短波長でしかも大きいNAが必要とされるBDやHDについて同一の対物レンズまたは対物レンズ光学系または光ピックアップ光学系で集光して所望の光スポット形状を得るのは、特許文献1に記載された技術をもって実現するのは困難である。
また、上記特許文献2では、回折レンズ構造による回折光を利用しているため、異なる波長の光束でないと異なる厚みの透明基板に対応できず、同一またはほぼ同一波長で異なる厚みの透明基板の場合には特許文献2の技術は使えない。特許文献3においては、同一波長の光束によって記録再生される2種類の厚みの異なる光ディスクを互換するための技術は開示されていない。
本願の出願人は、このような従来例の問題を解消する対物レンズ光学系を、先願(特願2006−134311)において提案した。この先願では、BD専用の光学系に、BD専用領域とHD専用領域とにリング状に区分けした収差補正用素子を用いる。そして、HD専用領域の面形状が、HDに対して良好に光束を集光する非球面に形成されている。これにより、BDとHDとの互換を可能にしている。
しかしながら、この先願では、収差補正用素子のBD専用領域の面形状が平面となっている。そのため、入射光が平行光束の場合、収差補正用素子のBD専用領域の平面部での反射により、レーザ光源への戻り光量が増加する。そして、当該戻り光がレーザ共振器内で干渉し、レーザ出力に変動を引き起こす。そのため、レーザ雑音が増大してしまい、良好な記録再生を行えない可能性がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができ、かつ、レーザ雑音の発生を抑制することができる光束分割素子、対物レンズ光学系、光ピックアップ光学系を提供することを目的とする。
本発明にかかる光束分割素子は、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光学系において、対物レンズとともに用いられる光束分割素子であって、前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、前記各領域は、前記光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有するものである。
本発明においては、光束分割素子の各領域は、光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状、即ち、法線が光軸の非平行な平面、球面、非球面の何れかであるので、レーザ光源への戻り光量が低減する。これにより、レーザ光源への戻り光によるレーザ雑音の発生を防ぐことができる。
また、光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、複数の領域は、透過する光束を対応する光記録媒体に集光可能な面形状を有するので、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。
また、光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、複数の領域は、透過する光束を対応する光記録媒体に集光可能な面形状を有するので、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。
また、前記対物レンズの入射側に設けられることが好ましい。入射光束の光束径の方が大きいため、各領域を広くすることができ、光束分割素子の製造を容易にすることができる。
さらに、前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。これにより、光束分割素子に付与する面のパワーを小さくできる。そのため、光束分割素子と対物レンズとの間の偏心による収差の発生を抑制することができる。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。これにより、光束分割素子に付与する面のパワーを小さくできる。そのため、光束分割素子と対物レンズとの間の偏心による収差の発生を抑制することができる。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。
本発明にかかる対物レンズ光学系は、光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズ光学系であって、前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、前記各領域は、前記対物レンズ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有するものである。
これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができるとともに、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。
これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができるとともに、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。
また、前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられることが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。
本発明にかかる光ピックアップ光学系は、光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、前記各領域は、前記光ピックアップ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有するものである。
これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができるとともに、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。
これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができるとともに、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。
また、前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられることが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。
本発明により、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができ、かつ、レーザ雑音の発生を抑制することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系100の一例を示したものである。光ピックアップ光学系100は、レーザ光源1、ビームスプリッタ2、コリメータレンズ3、1/4波長板4、対物レンズ光学系10、検出レンズ7、光検出器8等を備えている。対物レンズ光学系10は、光束分割素子5、対物レンズ6等を備えている。
なお、本実施の形態では、光ディスク(光記録媒体)200として、HD−DVD(以下、HDと称する。)、ブルーレイディスク(以下、BDと称する)を例示して説明する。
図1は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系100の一例を示したものである。光ピックアップ光学系100は、レーザ光源1、ビームスプリッタ2、コリメータレンズ3、1/4波長板4、対物レンズ光学系10、検出レンズ7、光検出器8等を備えている。対物レンズ光学系10は、光束分割素子5、対物レンズ6等を備えている。
なお、本実施の形態では、光ディスク(光記録媒体)200として、HD−DVD(以下、HDと称する。)、ブルーレイディスク(以下、BDと称する)を例示して説明する。
レーザ光源1は、HD及びBD用に用いられる青色レーザーダイオード等を備える青色レーザである。
レーザ光源1から出射されたレーザ光の光路上にビームスプリッタ2が設けられている。
ビームスプリッタ2より出射したレーザ光の光路上にコリメータレンズ3が設けられている。コリメータレンズ3は、レーザ光源1から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
コリメータレンズ3を透過したレーザ光の光路上に1/4波長板4が設けられている。さらに、1/4波長板4を透過したレーザ光の光路上に、光束分割素子5、及び、光束分割素子5の透過光が入射する対物レンズ6が設けられている。そして、円偏向の平行光束が光束分割素子5に入射するようになっている。
光束分割素子5は、対物レンズ6のレーザ光源1側に配置される平板状の素子である。また、光束分割素子5は、入射面、出射面の一方、或いは、両方が、複数の領域51(後述)に分割されている。また、光束分割素子5は、ガラス素材から形成されてもよいし、プラスティック素材から形成されてもよい。しかし、成形がより容易なプラスティック素材から形成されるのが好ましい。
BDとHDでは、使用されるレーザ光源1の波長は同じである。しかし、BDとHDでは、透明基板の厚さが異なるため、ディスクの基板厚みが異なる。一方の光ディスク200に対して最適化された対物レンズ6を他方の光ディスク200の記録再生に用いる場合、基板厚みの違いによる球面収差が発生する。そのため、良好な光スポットを形成することができない。基板厚みの違いにより発生する球面収差量は、対物レンズ6の像側開口数(以下、NAと称する。)の4乗に比例する。そして、BD及びHDのNAは、それぞれ、0.85、0.65であり、DVD(NA=0.60)に比べて大きい。そのため、BD及びHDの基板厚みの違いにより発生する球面収差量は、DVDなどの他の光ディスク200に比べて大きい。そこで、本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系100では、基板厚みの差による球面収差の発生を抑制するため、光束分割素子5を設けている。
対物レンズ6は、入射された光を光ディスク200の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。対物レンズ6は、さらに、光ディスク200の情報記録面で反射されたレーザ光を検出レンズ7及び光検出器8に導く機能も有する。
対物レンズ6は、両面非球面レンズであり、BD又はHDのディスク厚、或いは、BDとHDとの中間のディスク厚を有する光ディスク200に良好に集光するように設計される。また、対物レンズ6は、ガラス素材、プラスティック素材の何れによっても形成されてよい。しかし、対物レンズ6は、温度による屈折率変化、形状変化がより小さいガラス素材により形成されることが好ましい。
対物レンズ6は、両面非球面レンズであり、BD又はHDのディスク厚、或いは、BDとHDとの中間のディスク厚を有する光ディスク200に良好に集光するように設計される。また、対物レンズ6は、ガラス素材、プラスティック素材の何れによっても形成されてよい。しかし、対物レンズ6は、温度による屈折率変化、形状変化がより小さいガラス素材により形成されることが好ましい。
フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、対物レンズ6と光束分割素子5とが一体となって図示されないアクチュエータにより動作される。
次に、レーザ光源1から出射されたレーザ光が光ディスク200の情報記録面で反射され光検出器8に検出されるまでの挙動について説明する。レーザ光源1から出射されたレーザ光はビームスプリッタ2を透過してコリメータレンズ3に入射する。
コリメータレンズ3は、レーザ光源1から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
コリメータレンズ3を透過したレーザ光は1/4波長板4を透過して、光束分割素子5に入射される。ここで、本実施の形態においては、光束分割素子5は、BDとHDの基板厚みの違いによって発生する球面収差を低減するようにレーザ光の位相を補正する。そして、補正後のレーザ光は対物レンズ6に入射される。対物レンズ6は、入射されたレーザ光を光ディスク200の情報記録面に回折限界まで集光させる。
光ディスク200の情報記録面で反射されたレーザ光は、対物レンズ6、1/4波長板4、コリメータレンズ3、ビームスプリッタ2、検出レンズ7を介して光検出器8に入射し、検出される。光検出器8は、当該レーザ光を検出し、光電変換することによって、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号、再生信号などを生成する。
次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系100の対物レンズ光学系10において用いられる光束分割素子5及び対物レンズ6について詳細に説明する。図2は、本実施の形態にかかる対物レンズ光学系10を示す図である。図2(a)は、光束分割素子5の入射面側の正面図、図2(b)は、対物レンズ光学系10の断面図を示している。
図2(b)に示すように、光束分割素子5と対物レンズ6とは、鏡筒9内に固定されて構成されている。また、光束分割素子5は、入射面、出射面の一方、或いは、両方が、対物レンズ光学系10の光軸を中心とした同心円状の複数の領域51に分割されている。
ここで、各領域51は、面形状が異なっていたり、隣り合う領域51間に段差が設けていたりすることにより、形状的に区別されている。各領域51は、透過する光束をBD及びHDの少なくとも一方の光ディスク200の情報記録面上に収束する。換言すれば、各領域51は、BD及びHDの少なくとも一方に対して収差を補正する形状を有している。
特に、本実施の形態においては、各領域51の面形状は、対物レンズ光学系10の光軸に対して垂直な平面以外の面形状、即ち、法線が光軸の非平行な平面、球面、非球面の何れかを有している。即ち、各領域51の面形状は、光軸に対して垂直な平面を有さない。そして、各領域51の面形状は、透過する光束を、BD及びHDの少なくとも一方に対して集光可能な面形状を有している。即ち、各領域51の面形状は、BD及びHDの少なくとも一方に対して収差を補正する面形状を有している。
ここで、各領域51は、面形状が異なっていたり、隣り合う領域51間に段差が設けていたりすることにより、形状的に区別されている。各領域51は、透過する光束をBD及びHDの少なくとも一方の光ディスク200の情報記録面上に収束する。換言すれば、各領域51は、BD及びHDの少なくとも一方に対して収差を補正する形状を有している。
特に、本実施の形態においては、各領域51の面形状は、対物レンズ光学系10の光軸に対して垂直な平面以外の面形状、即ち、法線が光軸の非平行な平面、球面、非球面の何れかを有している。即ち、各領域51の面形状は、光軸に対して垂直な平面を有さない。そして、各領域51の面形状は、透過する光束を、BD及びHDの少なくとも一方に対して集光可能な面形状を有している。即ち、各領域51の面形状は、BD及びHDの少なくとも一方に対して収差を補正する面形状を有している。
具体的には、光束分割素子5の各領域51の面形状が非球面である場合、当該領域51の面形状は、以下に示す数式(1)により規定される。
・・・・・・・・・・(1)
ここで、Zj(h)は、光軸からの高さhとなる非球面上の座標点と、当該非球面を光軸まで延長した場合における光軸上での接平面との距離(サグ量)、Cは、当該非球面の光軸上における曲率(1/(曲率半径))、Kは、コーニック係数、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16は、4次から16次までの非球面係数である。
また、対物レンズ6は、両面非球面レンズである。対物レンズ6の非球面形状は、数式(1)により規定される。
ここで、Zj(h)は、光軸からの高さhとなる非球面上の座標点と、当該非球面を光軸まで延長した場合における光軸上での接平面との距離(サグ量)、Cは、当該非球面の光軸上における曲率(1/(曲率半径))、Kは、コーニック係数、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16は、4次から16次までの非球面係数である。
また、対物レンズ6は、両面非球面レンズである。対物レンズ6の非球面形状は、数式(1)により規定される。
次に、BDとHDとの切り替えにおける開口の切り替えについて説明する。BDのNA(0.85)とHDのNA(0.65)とはそれぞれ異なるため、対物レンズ光学系10の有効径が異なる。本実施の形態では、光束分割素子5に設けた領域51を透過した光束がそれぞれBD、HDに集光する。そして、外周側の一方の光ディスク200に光束を集光させる領域51を透過した光束は、他方の光ディスク200に対して、基板厚さの違いによる大きな球面収差を有している。そのため、外周側の一方の光ディスク200に集光する領域51を透過した光束は、他方の光ディスク200上では、フレア光となり、光スポットへの形成に対してほとんど寄与がない。従って、HDの有効径を境に、内側の領域51をHD専用領域52、外側の領域をBD専用領域53とすると、BD専用領域53を透過した光束は、HD上における光スポットの形成に寄与しない。そのため、HD用の絞りが不要となる。そして、本実施の形態では、BD用の絞り(図示省略)のみを設けた。これにより、光ピックアップ光学系100における部品点数を削減することができ、小型化、低コスト化を図ることができる。
以上に説明した本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系100、対物レンズ光学系10、及び、光束分割素子5によれば、光束分割素子5の複数の領域51の面形状は、光ピックアップ光学系100及び対物レンズ光学系10の光軸に対して垂直な平面以外の面形状、即ち、法線が光軸の非平行な平面、球面、非球面の何れかであるので、レーザ光源1への戻り光量が低減する。これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができる。
具体的には、光束分割素子が光軸に垂直な平面を有すると、図3に示すように、光束分割素子のおける反射光がレーザ光源へと戻ってしまう。一方、光束分割素子5が光軸に垂直である平面を有しない場合、図4に示すように、光束分割素子5における反射光は入射光と平行ではなくなる。そのため、光束分割素子5における反射光がレーザ光源1に戻ることを防ぐことができ、戻り光量を低減することができる。
また、光束分割素子5の入射面と出射面の少なくとも一方は、光ディスク200の種類毎に、複数の領域51に分割され、複数の領域51の面形状は、透過する光束を対応する光ディスク200に集光可能な面形状を有するので、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光ディスク200に対して記録再生を行うことができる。
具体的には、光束分割素子が光軸に垂直な平面を有すると、図3に示すように、光束分割素子のおける反射光がレーザ光源へと戻ってしまう。一方、光束分割素子5が光軸に垂直である平面を有しない場合、図4に示すように、光束分割素子5における反射光は入射光と平行ではなくなる。そのため、光束分割素子5における反射光がレーザ光源1に戻ることを防ぐことができ、戻り光量を低減することができる。
また、光束分割素子5の入射面と出射面の少なくとも一方は、光ディスク200の種類毎に、複数の領域51に分割され、複数の領域51の面形状は、透過する光束を対応する光ディスク200に集光可能な面形状を有するので、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光ディスク200に対して記録再生を行うことができる。
[実施例1]
次に、本発明の実施例1について説明する。図5の表に、実施例1にかかる対物レンズ光学系10の設計結果を示す。また、図6の表に、実施例1にかかる光ピックアップ光学系100のレンズデータを示す。また、図7の表に、実施例1にかかる対物レンズ6の面形状データを示す。また、図8の表に、実施例1にかかる光束分割素子5の入射面の面形状データを示す。また、図9に、光束分割素子5における領域分割位置を示す。
次に、本発明の実施例1について説明する。図5の表に、実施例1にかかる対物レンズ光学系10の設計結果を示す。また、図6の表に、実施例1にかかる光ピックアップ光学系100のレンズデータを示す。また、図7の表に、実施例1にかかる対物レンズ6の面形状データを示す。また、図8の表に、実施例1にかかる光束分割素子5の入射面の面形状データを示す。また、図9に、光束分割素子5における領域分割位置を示す。
図5に示すように、実施例1にかかる対物レンズ光学系10の結像倍率は0.00であり、対物レンズ光学系10に平行光の光束が入射する。また、入射光束径は、BD、HDともに、3.020であり、BD用の絞りのみを用いている。
また、光源波長(設計波長)を405nm、BDのNAを0.85、HDのNAを0.65として設計した。
また、光源波長(設計波長)を405nm、BDのNAを0.85、HDのNAを0.65として設計した。
また、実施例1にかかる対物レンズ光学系10の焦点距離を、BD、HDともに、1.777mmとした。換言すれば、BDに対する対物レンズ光学系10の焦点距離と、HDに対する対物レンズ光学系10の焦点距離とは、略同じである。そのため、光束分割素子5におけるBD専用領域53とHD専用領域52とのパワー差が小さくなる。これにより、BD専用領域53とHD専用領域52との間とのサグ量の差が生じにくくなる。よって、BD専用領域53とHD専用領域52との間に生じる段差量が小さくなる。そのため、光束分割素子5の金型加工、成形がより容易となる。
なお、BD専用領域53とHD専用領域52とが異なるパワーを有する場合には、BDとHDとで、対物レンズ光学系10の焦点距離が異なっていてもよい。この場合、一方の光ディスク200に集光する領域51を透過した光束は、他方の光ディスク200に対して、基板厚さの違いによる大きな球面収差にデフォーカスの効果が付加された収差を有している。そのため、一方の光ディスク200に集光する領域51を透過した光束は、他方の光ディスク200上では、より広いフレア光となり、光スポットへの形成に対する影響をさらに低減することができる。従って、BD専用領域53とHD専用領域52との間のパワー差を大きくするとともに、BDとHDとの焦点距離差を大きくすることにより、一方の光ディスク200に集光する領域51を透過した光束による他方の光ディスク200上の光スポット形成への影響をより低減することができる。
また、BDの基板厚さを0.10mm、HDの基板厚さを0.6mmとして設計を行った。なお、情報記録層を2層有するディスクの場合は、2層の中間程度に対応する基板厚さを設定して設計すればよい。例えば、情報記録層を2層有するBDの場合は、基板厚さを0.10mmと0.075mmとの中間程度の0.0875mmとして設計すればよい。
また、図6の表において、面番号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10は、それぞれ、物体面、絞り面、光束分割素子5の入射面(光束分割素子面1)、光束分割素子5の出射面(光束分割素子面2)、光束分割素子5と対物レンズ6との間(Air)、対物レンズ6の入射面(対物レンズR1面)、対物レンズ6の出射面(対物レンズR2面)、対物レンズ6と光ディスク200との間(Air)、光ディスク200の基板面、情報記録面である。そして、図6では、各面における面形状、曲率半径、面間距離、屈折率を示している。
実施例1にかかる光ピックアップ光学系100では、対物レンズ6はBD専用の対物レンズである。また、図6に示すように、対物レンズ6の屈折率としては、ガラスの屈折率を使用した。光束分割素子5の屈折率としてはプラスティックの屈折率を使用した。即ち、対物レンズ6はガラス素材より形成され、光束分割素子5はプラスティック素材より形成されている。なお、対物レンズ6をプラスティック素材により形成しても良い。しかし、プラスティックの場合、温度変化による屈折率変化量が大きいため、温度変化時に発生する球面収差が大きくなってしまう。球面収差量はNAの4乗、焦点距離、プラスティック素材の温度変化による屈折率変化量に比例する。そのため、NAを低くする、焦点距離を短くすることにより、球面収差を小さくすることができ、対物レンズ6をプラスティック素材により形成することが可能となる。また、光ピックアップ光学系100において、コリメータレンズ3の稼動調整による球面収差補正や液晶素子を用いた球面収差補正を行うことが可能である。
実施例1にかかる光ピックアップ光学系100では、対物レンズ6はBD専用の対物レンズである。また、図6に示すように、対物レンズ6の屈折率としては、ガラスの屈折率を使用した。光束分割素子5の屈折率としてはプラスティックの屈折率を使用した。即ち、対物レンズ6はガラス素材より形成され、光束分割素子5はプラスティック素材より形成されている。なお、対物レンズ6をプラスティック素材により形成しても良い。しかし、プラスティックの場合、温度変化による屈折率変化量が大きいため、温度変化時に発生する球面収差が大きくなってしまう。球面収差量はNAの4乗、焦点距離、プラスティック素材の温度変化による屈折率変化量に比例する。そのため、NAを低くする、焦点距離を短くすることにより、球面収差を小さくすることができ、対物レンズ6をプラスティック素材により形成することが可能となる。また、光ピックアップ光学系100において、コリメータレンズ3の稼動調整による球面収差補正や液晶素子を用いた球面収差補正を行うことが可能である。
図6に示すように、光束分割素子5の入射面は複数の領域51に分割されており、光束分割素子5の出射面は分割されていない球面となっている。なお、光束分割素子5の入射面を分割されていない単一形状として、光束分割素子5の出射面を複数の領域51に分割された形状としてもよい。また、光束分割素子5の入射面及び出射面ともに複数の領域51に分割された形状としてもよい。光束分割素子5の入射面及び出射面の両方を複数の領域51に分割した場合、BD及びHDともに収差補正に使用できる面が増えるため、収差補正の観点からは好ましい。
また、光束分割素子5のBD専用領域(Blu−ray領域)53の面形状は球面であり、HD専用領域(HDDVD領域)52の面形状は非球面となっている。対物レンズ6がBD専用の対物レンズであるため、当該対物レンズ6を透過する光束はHDに良好に収束できず、BDとHDとの基板厚みの違いによる球面収差が発生する。そのため、HD専用領域52は、当該球面収差を低減する非球面形状となっている。一方、BD専用領域53は、HD専用領域52と同様な収差補正機能は必要ない。そのため、BD専用領域53は、球面形状となっている。なお、BD専用領域53を他の収差を補正するための非球面形状としてもよい。また、対物レンズ6としてHD専用の対物レンズを使用する場合は、HD専用領域52を球面形状としてもよい。
また、実施例1では、対物レンズ6としてBD専用の対物レンズを使用しているので、BD専用領域53を平面形状とすることも可能である。しかし、BD専用領域53を光軸に垂直な平面形状とすると、レーザ光源1への戻り光量が多くなってしまう。そのため、BD専用領域53は、光軸に対して垂直でない平面、球面、非球面の何れかの形状であることが好ましい。しかし、BDとHDとの互換において補正すべき収差量が大きく、光ピックアップ光学系100の組立調整精度の点から、BD専用領域53は、球面形状又は非球面形状であることが好ましい。
実施例1にかかる対物レンズ6の入射面(面R1)及び反射面(面R2)は、数式(1)と、図6及び図7に示すデータに基づいて規定される。また、光束分割素子5のHD専用領域52の面形状は、数式(1)と、図8に示すデータに基づいて規定される。また、図9において、領域分割位置は、光軸からの距離により表されている。光束分割素子5の入射面は、図9に示すように、5つの領域51に分割されている。
なお、光束分割素子5の各領域51の面形状は2種類に限られるものではない。例えば、各領域51毎に、非球面係数、曲率などを変えることにより、各領域51毎に異なる面形状を設定しても良い。また、光束分割素子5の入射面に設けられる領域数は5つに限られるものではない。各領域51の面形状及び領域数を変化させることにより、光スポットの強度分布などを制御することが可能となる。
なお、光束分割素子5の各領域51の面形状は2種類に限られるものではない。例えば、各領域51毎に、非球面係数、曲率などを変えることにより、各領域51毎に異なる面形状を設定しても良い。また、光束分割素子5の入射面に設けられる領域数は5つに限られるものではない。各領域51の面形状及び領域数を変化させることにより、光スポットの強度分布などを制御することが可能となる。
図10のグラフに、実施例1における光スポットの強度分布を示す。図10(a)は、BD上における光スポットの強度分布を示す。図10(b)は、HD上における光スポットの強度分布を示す。図10(a)より、BDにおける光スポットの1/e2スポット径は0.373μmであり、BDにおけるサイドローブは1.9%であった。また、図10(b)より、HDにおける光スポットの1/e2スポット径は0.525μmであり、HDにおけるサイドローブは1.3%であった。従って、BD、HDともに使用上問題のない光スポットが得られた。よって、実施例1にかかる光ピックアップ光学系100によりBDとHDとの互換が可能である。
[比較例1]
次に、比較例1について説明する。比較例1にかかる光ピックアップ光学系では、光束分割素子の構成のみが実施例1にかかる光ピックアップ光学系100と異なる。そのため、同一の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
図11の表に、比較例1にかかる対物レンズ光学系の設計結果を示す。また、図12の表に、比較例1にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す。また、図13の表に、対物レンズ6の面形状データを示す。また、図8の表に、比較例1にかかる光束分割素子の入射面の面形状データを示す。また、図9に、光束分割素子における領域分割位置を示す。
次に、比較例1について説明する。比較例1にかかる光ピックアップ光学系では、光束分割素子の構成のみが実施例1にかかる光ピックアップ光学系100と異なる。そのため、同一の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
図11の表に、比較例1にかかる対物レンズ光学系の設計結果を示す。また、図12の表に、比較例1にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す。また、図13の表に、対物レンズ6の面形状データを示す。また、図8の表に、比較例1にかかる光束分割素子の入射面の面形状データを示す。また、図9に、光束分割素子における領域分割位置を示す。
図11に示すように、比較例1にかかる対物レンズ光学系の結像倍率は0.00であり、実施例1と同様に、比較例1にかかる対物レンズ光学系に平行光の光束が入射する。また、入射光束径は、BD、HDともに、3.000であり、BD用の絞りのみを用いている。
また、光源波長(設計波長)を405nm、BDのNAを0.85、HDのNAを0.65として設計した。
また、光源波長(設計波長)を405nm、BDのNAを0.85、HDのNAを0.65として設計した。
また、実施例1と同様に、比較例1においても、BDに対する対物レンズ光学系の焦点距離と、HDに対する対物レンズ光学系の焦点距離とは、略同じとなっている。
また、実施例1と同様に、比較例1においても、BDの基板厚さを0.10mm、HDの基板厚さを0.6mmとして設計を行った。
また、図12の表は、実施例1の図6の表に対応するものである。
比較例1にかかる光ピックアップ光学系では、実施例1と同様に、対物レンズ6として、ガラス素材より形成されたBD専用の対物レンズを用いた。
比較例1にかかる光ピックアップ光学系では、実施例1と同様に、対物レンズ6として、ガラス素材より形成されたBD専用の対物レンズを用いた。
また、図12に示すように、比較例1にかかる光束分割素子の入射面は複数の領域に分割されており、光束分割素子の出射面は分割されていない平面(曲率半径が無限大の球面)となっている。
また、比較例1にかかる光束分割素子のBD専用領域(Blu−ray領域)の面形状は平面(曲率半径が無限大の球面)であり、HD専用領域(HDDVD領域)の面形状は非球面となっている。具体的には、比較例1にかかる光束分割素子のHD専用領域は、BDとHDとの基板厚みの違いによる球面収差を低減する非球面形状となっている。一方、BD専用領域は、HD専用領域と同様な収差補正機能は必要ない。そのため、比較例1にかかるBD専用領域は、平面形状となっている。
対物レンズ6の入射面(面R1)及び反射面(面R2)は、数式(1)と、図12及び図13に示すデータに基づいて規定される。また、比較例1にかかる光束分割素子のHD専門領域の面形状は、数式(1)と、図14に示すデータに基づいて規定される。また、図15において、領域分割位置は、光軸からの距離により表されている。そして、比較例1にかかる光束分割素子の入射面は、図15に示すように、5つの領域に分割されている。
図16のグラフに、比較例1における光スポットの強度分布を示す。図16(a)は、BD上における光スポットの強度分布を示す。図16(b)は、HD上における光スポットの強度分布を示す。図16(a)より、BDにおける光スポットの1/e2スポット径は0.373μmであり、BDにおけるサイドローブは2.0%であった。また、図16(b)より、HDにおける光スポットの1/e2スポット径は0.511μmであり、HDにおけるサイドローブは1.0%であった。従って、BD、HDともに使用上問題のない光スポットが得られた。
次に、実施例1にかかる光束分割素子5と、比較例1にかかる光束分割素子とで、レーザ光源1への戻り光量を比較する。光束分割素子5の入射面と反射面のそれぞれで比較を行った。図17に、戻り光量の比較を行った光学系の構成を示す。図17に示すように、戻り光量の比較を行った光学系では、通常の光ピックアップ光学系の構成要素である素子、例えば、回折格子やビームスプリッタ等は省略した。具体的には、戻り光量の比較を行った光学系は、レーザ光源1、コリメータレンズ3を備え、実施例1にかかる対物レンズ光学系10、又は、比較例1にかかる対物レンズ光学系を搭載する。
図18の表に、戻り光量の比較を行った光学系のレンズデータを示す。図18の表において、面番号1、2、3、4、5、6、7、8は、それぞれ、レーザ発光点、レーザ発光点とレーザガラス窓との間(Air)、レーザガラス窓、レーザガラス窓とコリメータレンズ3の入射面(コリメータレンズR1面)との間(Air)、コリメータレンズ3の入射面、コリメータレンズ3の出射面(コリメータレンズR2面)、コリメータレンズ3と光束分割素子との間(Air)、光束分割素子の入射面(光束分割素子R1面)である。そして、図18では、各面における面形状、曲率半径、面間距離、屈折率を示している。
図18の表に、戻り光量の比較を行った光学系のレンズデータを示す。図18の表において、面番号1、2、3、4、5、6、7、8は、それぞれ、レーザ発光点、レーザ発光点とレーザガラス窓との間(Air)、レーザガラス窓、レーザガラス窓とコリメータレンズ3の入射面(コリメータレンズR1面)との間(Air)、コリメータレンズ3の入射面、コリメータレンズ3の出射面(コリメータレンズR2面)、コリメータレンズ3と光束分割素子との間(Air)、光束分割素子の入射面(光束分割素子R1面)である。そして、図18では、各面における面形状、曲率半径、面間距離、屈折率を示している。
図18に示すように、戻り光量の比較を行った光学系のコリメータレンズ3の入射面は平面(曲率半径無限大の球面)であり、コリメータレンズ3の出射面は非球面である。図19の表に、コリメータレンズ3の面形状データを示す。戻り光量の比較を行った光学系のコリメータレンズ3の出射面の面形状は、数式(1)と、図19のデータによって規定される。
本実施の形態では、戻り光量を、レーザチップの出射端面に入射する光量とする。また、レーザチップのサイズを0.2mmとした。
曲率半径50.00mmにおいて、比較例1にかかる光束分割素子の入射面のBD専用領域からの戻り光量を100%とした場合、実施例1にかかる光束分割素子5の入射面のBD専用領域53からの戻り光量は3%となった。即ち、光束分割素子5のBD専用領域53の面形状を球面又は非球面とすることにより、戻り光量を低減することができる。
曲率半径50.00mmにおいて、比較例1にかかる光束分割素子の入射面のBD専用領域からの戻り光量を100%とした場合、実施例1にかかる光束分割素子5の入射面のBD専用領域53からの戻り光量は3%となった。即ち、光束分割素子5のBD専用領域53の面形状を球面又は非球面とすることにより、戻り光量を低減することができる。
本実施の形態では、光束分割素子5と対物レンズ6とから構成される対物レンズ光学系10を例示して説明したが、図20に示すように、光束分割素子5の入射面に形成される複数の領域51を、対物レンズ6の入射面の出射面一方或いは両方に設けて、光束分割素子5を省略してもよい。その場合にも、各領域51の面形状を、光軸に平行ではない平面、球面、非球面の何れかの形状とすればよい。
1 レーザ光源
5 光束分割素子
51 領域
52 HD専用領域(領域)
53 BD専用領域(領域)
6 対物レンズ
10 対物レンズ光学系
100 ピックアップ光学系
200 光ディスク(光記録媒体)
5 光束分割素子
51 領域
52 HD専用領域(領域)
53 BD専用領域(領域)
6 対物レンズ
10 対物レンズ光学系
100 ピックアップ光学系
200 光ディスク(光記録媒体)
Claims (12)
- 波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光学系において、対物レンズとともに用いられる光束分割素子であって、
前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、
前記各領域は、前記光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有する光束分割素子。 - 前記対物レンズの入射側に設けられる請求項1に記載の光束分割素子。
- 前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されている請求項1又は2に記載の光束分割素子。
- 前記波長λの光束は、青色レーザから出射される請求項1乃至3の何れか一項に記載の光束分割素子。
- 光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズ光学系であって、
前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、
前記各領域は、前記対物レンズ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有する対物レンズ光学系。 - 前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられる請求項5に記載の対物レンズ光学系。
- 前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されている請求項5又は6に記載の対物レンズ光学系。
- 前記波長λの光束は、青色レーザから出射される請求項5乃至7の何れか一項に記載の対物レンズ光学系。
- 光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、
前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、
前記各領域は、前記光ピックアップ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有する光ピックアップ光学系。 - 前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられる請求項9に記載の光ピックアップ光学系。
- 前記対物レンズは、NAの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されている請求項9又は19に記載の光ピックアップ光学系。
- 前記波長λの光束は、青色レーザから出射される請求項9乃至11の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
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