JP4245995B2 - 光ピックアップ及びこれを用いる光情報処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各光源からの出射光の位相分布を変化させる位相補正素子を備え、光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う光ピックアップ及びこれを用いる光情報処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
映像情報、音声情報、またはコンピュータにおいて処理されるデータを保存する手段として、記録容量0.65GBのCD、記録容量4.7GBのDVDなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上及び大容量化の要求が強くなっている。
【0003】
このような光記録媒体の記録密度を上げる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数(以下、NAという)を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットの小径化が有効である。
【0004】
そこで、例えば、「CD系光記録媒体」では、対物レンズの開口数が0.50、光源の波長が780nmとされているのに対して、「CD系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「DVD系光記録媒体」では、対物レンズの開口数が0.65、光源の波長が660nmとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上及び大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズの開口数(NA)を0.65よりもさらに大きく、あるいは、光源の波長を660nmよりもさらに短くする新規格が望まれている。
【0005】
前記高NA化、あるいは短波長化による新規格が近年提案される一方、利用者の手元には、従来の光記録媒体であるCD、DVDが存在する。これらの光記録媒体と前記新規格の光記録媒体をともに同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。これを実現する最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと、新規格用光ピックアップの両方の光ピックアップを搭載する方法がある。しかし、この方法では、装置の小型化、低コスト化を達成することは難しい。
【0006】
そこで、青色波長帯域の光源を用いた青色系(大容量)光記録媒体と、既存のDVD系、あるいはCD系との互換が可能な光ピックアップとして、図27に示すように青色用光源100、DVD用光源200、CD用光源300の各光源と、これらの各光源からの出射光を所定の光記録媒体に集光させるための1つの対物レンズを備えた構成が望ましい。ところで、このように1つの対物レンズで、青色系、DVD系、あるいはCD系の異なる規格の光記録媒体に集光させるためには、2つの課題が存在する。
【0007】
まず、第1の課題は、規格の異なる複数種の光記録媒体においては、その使用するNAが異なる。そのために、記録,再生を行う光記録媒体に応じて、NAを切り換える必要がある。そこで、DVDとCDの2世代互換時には、特許文献1,特許文献2,特許文献3,特許文献4に記載された開口切換素子、また大容量光記録媒体とDVDの2世代互換時には、特許文献5に記載された開口切換素子、さらには3世代互換を達成するためには、特許文献6,特許文献7に記載されたような3段階の開口切換素子が必要とされていた。
【0008】
波長(λ1):407nm、NA(λ1):0.67、光照射側基板厚(t1):0.6mmの青色系光記録媒体に対して、無限系入射(対物レンズへの入射光が平行光で入射する状態を意味する)により球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズを用いて、波長(λ2):660nm、NA(λ2):0.65、光照射側基板厚(t2):0.6mmのDVD系光記録媒体に無限系入射でスポット形成させた場合、あるいは波長(λ3):780nm、NA(λ3):0.50、光照射側基板厚(t3):1.2mmのCD系光記録媒体に無限系入射で集光させた場合、図7(b),図8(b)に示すように波長の違いに伴う球面収差が発生する。
【0009】
このような課題は、DVD/CD互換型光ピックアップにおいても同様にあった。すなわち、波長(λ2):660nm、NA(λ2):0.65、基板厚(t2):0.6mmのDVD系光記録媒体に無限系入射で球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズを用いて、波長(λ3):780nm、NA(λ3):0.50、基板厚(t3):1.2mmのCD系光記録媒体に無限系入射により集光させた場合、波長の違いと基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【0010】
この対応方法として、例えば、特許文献3,特許文献8に記載がある。すなわち、波長の異なる2つの半導体レーザーと、波長選択性の位相シフト素子とを有し、一方の半導体レーザーから出射した波長660nmの光を用いて厚さ0.6mmのDVD系光記録媒体に対して記録や再生を行い、他方の半導体レーザーから出射した波長780nmの光を用いて厚さ1.2mmのCD系光記録媒体に対して記録や再生を行うように構成し、波長選択性の位相シフト素子については、波長660nmの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長780nmの光に対しては位相分布を変化させて基板厚さの違いに伴う球面収差を補正するという手法を提案している。
【0011】
また、他の方法として、対物レンズに対して波長660nmのDVD側入射光が無限系、CD側入射光が有限系(いわゆる、発散光で入射する状態を意味する)とすることにより、DVD系光記録媒体とCD系光記録媒体の基板厚及び波長の差に起因する球面収差を補正する手段が一般に知られている。
【0012】
ここで、以上のような従来例を用いて、非特許文献1には、青色系光記録媒体/DVD系光記録媒体/CD系光記録媒体の3種類の光記録媒体を1つの対物レンズで記録あるいは再生する方法が提案されている。波長405nm,650nm,780nmの異なる3つの半導体レーザーと、波長選択性の位相シフト素子とを有し、波長405nmの無限系入射の光を用いて厚さ0.1mmの青色系光記録媒体に対して照射を行い、波長660nmの有限系入射の光を用いて厚さ0.6mmのDVD系光記録媒体に対して照射を行い、波長780nmの有限系入射の光を用いて厚さ1.2mmのCD系光記録媒体に対して照射を行う構成とし、波長選択性の位相シフト素子は波長405nmの光に対しては位相分布を変化させず、他方の波長660nm,780nmの光に対しては位相分布を変化させている。この構成では、基板厚さの違いに伴う球面収差を補正する方法として、波長選択性の位相補正素子とDVD/CDの2波長を有限系にするという2種類の波面補正手段を併用している。
【0013】
【特許文献1】
特許第3240846号公報
【特許文献2】
特許第2713257号公報
【特許文献3】
特許第2725653号公報
【特許文献4】
実用新案登録第3036314号公報
【特許文献5】
特開2001−216676号公報
【特許文献6】
特開2000−187870号公報
【特許文献7】
特開2003−67972号公報
【特許文献8】
特開平10−334504号公報
【特許文献9】
特開2000−348366号公報
【非特許文献1】
ISOM2001予稿集「BLUE/DVD/CD COMPATIBLE OPTICAL HEAD WITH THREE WAVELENGTHS AND A WAVELENGTH SELECTIVE FILTER」Ryuichi Katayama and Yuichi Komatsu p30〜31
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような開口切換素子は、NAの変化を避けるために対物レンズと一体可動するようにアクチュエータ上に搭載される。また、位相シフト素子においても、対物レンズとの光軸がずれるとコマ収差が発生するため対物レンズと一体可動される。一方、対物レンズをフォーカス方向、トラック方向へ可動させるアクチュエータとしては、軽量化・組付工数の低減を図るために部品点数の削減が望まれている。このような課題の対策手段として、位相シフト素子と開口切換素子を貼り合わせることが考えられるが、これによりアクチュエータ部への取り付けは簡素化することができるが重量の軽減をすることはできない。
【0015】
別の対策手段として、一枚のガラス基板の表裏それぞれに位相シフト素子と開口切換素子の機能をもたせることも考えられるが、素子を薄型化する場合、プロセスとしては表面形状の加工後に薄型化のための研磨を行うことから、両面に加工が必要な場合にある程度の厚みが必要となり、やはり薄型化は困難であるとともに、表裏での位置合わせ精度を管理する必要があるなどの問題がある。
【0016】
また、非特許文献1,特許文献7に記載の方法では、DVD系光記録媒体/CD系光記録媒体の互換時に十分な波面性能が得られない。一般に、回折限界の収差の波面として、マーシャル・クライテリオン:0.07λrmsが基準値として用いられることがあるが、光ピックアップでは、光記録媒体の厚み誤差、光記録媒体のチルト誤差、光記録媒体と対物レンズ位置のずれに伴うデフォーカス誤差などをはじめとする様々な誤差要因が存在し、これらの誤差に伴う収差の波面劣化の確立的な積み上げを考えると、誤差を含まない状態での収差の波面(中央値)は0.03λrms以下であることが望まれる。
【0017】
しかしながら、非特許文献1,特許文献7では、DVD系光記録媒体の収差の波面(中央値)は、約0.05λrmsもある。何故なら、1つの素子で、DVD系とCD系いずれの収差の波面も最小とすることは不可能である。すなわち、DVD系とCD系の収差の波面が最小となる位相補正素子条件の中間値を狙った設計を行わざるを得なくなり、結果、十分に収差の波面を抑制することはできないためである。
【0018】
また、3世代の記録再生時用として特許文献6,特許文献7に提案されているような3段階の開口切換素子は構造が複雑で、波面特性、透過率特性などの性能補償が困難となり、その設計,製造手法が煩雑化するという課題があった。
【0019】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、まず、薄型化、工程の簡素化が図れる位相シフト機能と開口切換機能を備えた光学素子を実現し、可動部であるアクチュエータの重量軽減、部品点数削減を図ることを第1の目的とし、また、DVD系,CD系などの互換時に発生する球面収差を十分に補正可能な光学部品、光学系構成を提供することを第2の目的として、また、3段階でなく2段階の開口切換により青色/DVD/CDなどの3世代互換を達成することによって、開口切換素子としては従来の工法/構成を転用可能とすることを第3の目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載された光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う光ピックアップであって、光源からの出射光の光軸に直交する1面において、領域毎に位相シフト量の異なる位相シフト構造と、領域毎に回折量の異なる回折格子構造とが重なって構成される位相補正素子を備え、位相補正素子の位相シフト構造が、光軸方向への断面形状が2段以上の階段形状であり、位相補正素子の回折格子構造が、光軸方向への断面形状が周期的な凹凸形状であり、位相シフト構造上に形成された構成によって、各機能パターンを重畳させることで加工後に素子厚を薄くして軽量化することができるとともに、入射光束の中心に外的な影響を受けることなく光量ロスや収差の発生を防ぐことができる。
【0022】
また、請求項2〜4に記載された光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う請求項1記載の光ピックアップであって、各々波長の異なる3つの光源と、各光源の出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズを備え、位相補正素子の位相シフト構造が、各光源から出射する3波長のいずれか2波長に対して2πの略整数倍となる位相差を与えること、さらに、光源からの出射光の波長λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)に対して、位相補正素子の位相シフト構造が、波長λ1,λ3に対して2πの略整数倍となる位相差を与え、かつ波長λ3を、波長λ1の略整数倍としたこと、または、位相補正素子の位相シフト構造として、付加する位相差が2πの略整数倍となる波長以外の光で光記録媒体上に集光させたときに発生する球面収差と逆極性の位相を与える位相シフト構造とした構成によって、対物レンズ入射時に発生する球面収差を、位相補正素子の位相パターンによる逆極性の球面収差により補正することができる。
【0023】
また、請求項5,6に記載された光ピックアップは、光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う請求項1記載の光ピックアップであって、各々波長の異なる3つの光源と、各光源の出射光を前記光記録媒体に集光させるための対物レンズを備え、位相補正素子の回折格子構造が、各光源から出射するいずれかの波長に対して2πの略整数倍となる位相差を与えること、または、位相補正素子の回折格子構造が、各光源から出射する3波長のいずれか2波長に対して2πの略整数倍となる位相差を与える構成によって、使用波長に応じた開口切換を行って、回折パターンにより透過させる波長の位相差を2πとして選択的に透過させることができる。
【0024】
また、請求項7〜9に記載された光ピックアップは、請求項5,6の光ピックアップであって、各光源からの出射光の波長λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)に対して、各波長の実効的開口数NA(λ1),NA(λ2),NA(λ3)が、条件:NA(λ1)=NA(λ2)>NA(λ3)を満足する対物レンズを用い、かつ対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ1,φ2,φ3が、条件:φ2>φ1>φ3を満足して、位相補正素子の回折格子構造が、φ3以降外側かつφ1以内の領域1と、φ1以降外側の領域2に形成したこと、または、条件:NA(λ1)>NA(λ2)>NA(λ3)を満足する対物レンズを用い、かつ対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ1,φ2,φ3が、条件:φ1>φ2>φ3を満足して、位相補正素子の回折格子構造が、φ3以降外側かつφ2以内の領域1と、φ2以降外側の領域2に形成したこと、または、条件:NA(λ1)>NA(λ2)>NA(λ3)を満足する対物レンズを用い、かつ前記対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ1,φ2,φ3が、条件:φ1=φ2>φ3を満足して、位相補正素子の回折格子構造が、φ3以降外側の領域に形成した構成によって、波長λ1,λ2,λ3のそれぞれについて最適NAを得ることができる。
【0025】
また、請求項10,11に記載された光ピックアップは、請求項2〜9の光ピックアップであって、各光源からの出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズを、各光源のうち波長の最も短い光源において、収差の波面が最小となるように形成したこと、また、各光源からの出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズを、各光源のうち波長の最も短い光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、各光源のうち残りの光源の少なくともいずれか1の光源点灯時には有限系の入射光束で使用すること、また、光源の出射光が集光された光情報記録媒体からの反射光を検知する受光素子を備え、位相補正素子の回折パターンから位相差を与えた回折光を、前記受光素子の外部で集光した構成によって、各種変動マージンの狭い最短の波長帯域で最良となる対物レンズを用いて、他の波長を調整することで収差の波面を低減し、また受光素子への回折光の影響をなくすことができる。
【0027】
また、請求項12,13に記載された光ピックアップは、請求項1〜11の光ピックアップであって、位相補正素子に用いる硝種において、d線の屈折率nd、及びd線のアッベ数νdが、条件:1.50<nd<1.66、及び55<νd<85を満足すること、また、光源からの出射光の波長に応じて偏光状態を変化させる偏光素子を備え、偏光素子を、位相補正素子と一体化した構成によって、位相補正素子に用いる硝種により、発生する球面収差と逆極性の収差によって補正でき、光学系を小型化することができる。
【0028】
また、請求項14に記載された光情報処理装置は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の光ピックアップを用いて、青色波長帯域用光記録媒体,赤色波長帯域用光記録媒体,赤外波長帯域用光記録媒体の少なくともいずれか1に対して、情報の記録,再生,消去の1以上を行うことができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明における実施の形態について詳細に説明する。
【0030】
図1は本発明の実施の形態1における「青色波長帯域の使用波長407nmの光源、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmの青色系光記録媒体」と、「赤色波長帯域の使用波長660nmの光源、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmのDVD系光記録媒体」と、「赤外波長帯域の使用波長780nmの光源、NA0.50、光照射側基板厚1.2mmのCD系光記録媒体」をともに情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【0031】
図1に示すように光ピックアップの要部は、青色波長帯域の半導体レーザー101、コリメートレンズ102、偏光ビームスプリッタ103、ダイクロイックプリズム203,303、偏向プリズム104、開口部105、1/4波長板106、位相補正素子107、対物レンズ108、検出レンズ110、光束分割手段111、受光素子112より構成された青色波長帯域の光が通過する青色光学系が構築されている。コリメートレンズ102と偏光ビームスプリッタ103間に、ビーム整形プリズム113が配置され、半導体レーザー101のビーム光の出力を得るために出射光束を楕円形状の光束から略同心円状に変更している。
【0032】
また、ホログラムユニット201、コリメートレンズ202、ダイクロイックプリズム203,303、偏向プリズム104、開口部105、1/4波長板106、位相補正素子107、対物レンズ108から構成された赤色波長帯域の光が通過するDVD系の赤色光学系が構築されている。
【0033】
またさらに、ホログラムユニット301、カップリングレンズ302、ダイクロイックプリズム303、偏向プリズム104、開口部105、1/4波長板106、位相補正素子107、対物レンズ108から構成された赤外波長帯域の光が通過するCD系の赤外光学系から構築されている。
【0034】
すなわち、図1に示すダイクロイックプリズム203,303、偏向プリズム104、開口部105、1/4波長板106、位相補正素子107、対物レンズ108は、2ないし3つの光学系の共通部品である。
【0035】
ここで、対物レンズ108は、「使用波長407nm、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmの青色系光記録媒体」に対し、無限系入射により球面収差の波面が最小になるように設計されている。
【0036】
また、光記録媒体109a,109b,109cはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体で、光記録媒体109aは基板厚さが0.6mmの青色系光記録媒体、光記録媒体109bは基板厚さが0.6mmのDVD系光記録媒体、光記録媒体109cは基板厚さが1.2mmのCD系光記録媒体である。記録、あるいは再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。また、開口部105は、対物レンズ108をフォーカス方向、トラック方向に可動させるアクチュエータ上の対物レンズ108を保持するボビン上で入射光束を規制することが可能であり、具体的な光学部品を用いる必要はない。
【0037】
以上のように構成された光ピックアップにおいて、まず、青色波長帯域の使用波長407nmの光源、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmの青色系光記録媒体に情報の記録、再生、または消去する場合について説明する。波長407nmの半導体レーザー101から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ102で略平行光とされ、ビーム整形プリズム113、偏光ビームスプリッタ103、ダイクロイックプリズム203,303を透過し、偏向プリズム104で光路を90度偏向され、開口部105を透過し、1/4波長板106を通過し円偏光とされ、位相補正素子107においてNA0.65に制限され、対物レンズ108に入射し、光記録媒体109a上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録、または消去が行われる。
【0038】
光記録媒体109aから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、1/4波長板106を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ103で反射されて、検出レンズ110で収束光とされ、光束分割手段111により複数の光路に偏向分割され受光素子112に至る。受光素子112からは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【0039】
次に、赤色波長帯域の使用波長660nmの光源、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmのDVD系光記録媒体に情報の記録、再生、または消去する場合について説明する。図1において、201は、半導体レーザーのチップ201a、ホログラム201b及び受光素子201cを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット201の半導体レーザー201aのチップから出射された波長660nmの光は、ホログラム201bを透過し、コリメートレンズ202で平行光とされ、青色波長帯域の光は透過し赤色波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム203によって偏向プリズム104の方向に反射され、偏向プリズム104によって光路が90度偏向され、開口部105においてNA0.65に制限され、1/4波長板106を通過し円偏光とされ、位相補正素子107において後述する所定の位相が付加され、対物レンズ108に入射し、光記録媒体109b上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録、または消去が行われる。
【0040】
光記録媒体109bから反射した光は、偏向プリズム104で偏向され、ダイクロイックプリズム203で反射され、コリメートレンズ202で収束光とされ、図2に示すようにホログラム201bにより半導体レーザー201aと同一容器(キャン)内にある受光素子201c方向に回折されて、受光素子201cに受光される。受光素子201cからは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【0041】
さらに、赤外波長帯域の使用波長780nmの光源、NA0.50、光照射側基板厚1.2mmのCD系光記録媒体に情報の記録、再生、または消去する場合について説明する。前述のDVD系と同様にCD系の光ピックアップも受発光素子を1つのキャンの中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられる。図1において、301は、半導体レーザー301a,ホログラム301b及び受光素子301cを一体化して構成したホログラムユニットを示す。このホログラムユニット301の半導体レーザー301aから出射した波長780nmの光は、ホログラム301bを透過し、カップリングレンズ302で所定の発散状ビームに変換され、青色と赤色波長帯域の光は透過し赤外波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム303によって偏向プリズム104の方向に反射され、偏向プリズム104によって光路が90度偏向され、開口部105を通過し、波長板106を通過し楕円偏光あるいは円偏光とされ、位相補正素子107でNA0.50に制限され、対物レンズ108に入射し、光記録媒体109c上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録、または消去が行われる。
【0042】
光記録媒体109cから反射した光は、偏向プリズム104で偏向され、ダイクロイックプリズム303で反射され、カップリングレンズ302で収束光とされ、受光素子301c方向に回折されて受光素子301cに受光される。受光素子301cからは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【0043】
次に、本実施の形態1の光ピックアップに用いる位相補正素子として、光源からの出射光の光軸に直交する面において同心円状で、光軸方向への断面形状が2段以上の階段状の位相シフトパターンと、位相シフトパターン上に断面が周期的な凹凸の回折パターンが重畳された位相補正素子を用いている。前者の位相シフトパターンは青色系で最適化した対物レンズにDVD系の光を入射させた場合に発生する球面収差を抑制する機能を有し、後者の回折パターンは青色系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体の各媒体の最適なNAを実現するために開口切換を行う機能を有する。
【0044】
図3(a)は位相補正素子の構成を模式的に示す平面図、図3(b)は断面図である。この図3(a),(b)は、図4(a)に正面図、図4(b)に断面図を示すような素子の位相シフトパターンと、図5(a)に正面図、図5(b)に断面図を示すような素子の開口切換用の回折パターンを重ね合わせたものである。特許文献9に示されたような素子領域毎に位相シフト機能を有する領域と開口切換を有する領域を設ける手法も提案されているが、本実施の形態1のように2つの機能(位相シフト、回折パターン)を重畳させることにより、青色/DVD/CDの3世代互換を可能とすることができる。以下の説明においては、位相シフトパターンと回折パターンを分けて説明する。
【0045】
図6(a)に波長407nm、図7(a)に波長660nm、図8(a)に波長780nmの照明系(記録再生時の位相補正素子107と対物レンズ108の部分の光路図)を示す。いま、波長407nmで球面収差の波面が最小となる単一の対物レンズ108に、波長660nmの光を無限系で入射させてDVD系光記録媒体109bにスポット形成させた場合は図7(b)、また波長780nmの光を無限系で入射させてCD系光記録媒体109cにスポット形成させた場合は図8(b)に示すように、波長の違いあるいは基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。また、図6(b)は波長407nmでの球面収差を示す。ここで、図6(b),図7(b),図8(b)の横軸は光軸からの高さを示し、瞳径で規格化されており、また横軸は球面収差の波面を示す。
【0046】
本実施の形態1では、図7(b)のように発生するDVD系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、位相補正素子107の位相シフトパターンを用いる。また、図8(b)に示すように発生するCD系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、CD系光路を有限系で構成する。
【0047】
そして、位相補正素子107の位相シフトパターンは、波長407nm(青色系)、波長780nm(赤外系)では不感帯をもつ波長選択性のパターンとすることにより、波長407nm、波長780nmでは不要な作用はしないとともに、波長660nm(赤色系)で位相補正素子の性能が十分に確保される構成となっている。
【0048】
不感帯とするための条件について説明する。基板材料の屈折率をn、階段形状の1ステップの高さをh、点灯光源の波長をλとしたときの、位相シフトパターンで発生する位相差δ(λ)は、(数1)で与えられる。
【0049】
【数1】
δ(λ)=2π(n−1)h/λ
(数1)からδ(407nm)、δ(780nm)が2πの整数倍となる基板材料と、高さhを選択すればよい。例えば、h:1.34μm、基板材料としてHOYA社製のBaCD5のとき、λ:407nmに対してはn:1.604949、δ(407nm):4.0π(=2.0π×2)、λ:660nmに対してはn:1.586051、δ(660nm):2.4π(=0.4π)、λ:780nmに対してはn:1.582509、δ(780nm):2.0π(=2.0π×1)。
【0050】
図9は、HOYA社のカタログに記載されたガラスマップにおける硝種のd線の屈折率とアッベ数を示す図である。図9に示すなかの黒丸でマーキングされた(数2)、(数3)の条件に合うような硝種を、例えば(表1)のなかから選択すれば、波長407nm、波長780nmにおいての位相差誤差が0.01π以内となり、波長407nm、波長780nmを不感帯とすることが可能となる。
【0051】
【表1】
【0052】
図9により、屈折率、アッベ数は以下の(数2),(数3)の条件を満足すればよいことを意味する。
【0053】
【数2】
1.50<nd<1.66
【0054】
【数3】
55<νd<85
なお、位相補正素子107は、ガラスモールド成形手法を用いた作製手法であってもよいし、エッチング手法を用いた作製方法であってもよいし、切削手法を用いてもよい。図9の範囲を満たす成形性、転写性のよい樹脂材料を用いてもよい。この場合、同心円状のパターンをもつ金型を用いて射出成形により形成される。
【0055】
さらに、図9のガラスマップと(数1)の条件からわかるように、波長407nm及び波長660nmで2πの整数倍となる硝種、または波長660nm及び波長780nmで2πの整数倍となる硝種の選定において、波長の比が整数倍に近い(2倍に近い)波長407nmと波長780nmを選定した方が2波長で2πとなる硝種は多数存在する。
【0056】
以上のように選定した硝種材料を用いて、波長660nmの光に対して、対物レンズ108からの出射光が厚さ0.6mmのDVD系光記録媒体109bを透過する際に生じる球面収差と、対物レンズ108及び位相補正素子107などから構成された光学系が有する球面収差の和を打ち消すような階段形状を形成すればよい。
【0057】
すなわち、使用波長の違いに起因して発生する球面収差が、図10のごときものであったとする。この球面収差の波面を2次元曲線として示したのが図11(a)の上側の実線部分である。このような収差の波面に対し、対物レンズに光源側から入射する光束に、図11(a)の下側の破線部分に示すような位相差を与えるように、位相シフトパターンの階段形状を調整すると、位相シフトパターンを透過する光束の各部で波面の遅れにより前述した収差の反面を打ち消すことができる。図11(b)は、図11(a)における実線(収差の波面)と破線(位相シフトパターンによる波面の遅れ)の和、すなわち補正後の収差の波面を示す。もとの収差の波面(図11(a)の上側の実線部分)よりも格段に小さくなる。
【0058】
具体的には、図7(b)のように発生するDVD系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、本実施の形態1では図12のような断面形状をもつ位相シフトパターンを適用した。これにより、図7(c)に示すように収差の波面は補正される。このときの収差の波面は約0.05λrmsと、有限系の構成にしないでも、非特許文献1の記載と同等レベルにある。これはDVD系のみを補正対象としたパターン形状が得られるためである。
【0059】
また、図8(c)には、CD系光路を有限系構成としたときの収差の波面を示す。このときのRMS値は、0.006λrmsである。使用上求められる0.030λrmsを十分に満足しており、良好なスポットが形成可能となる。
【0060】
図6(a),図7(a),図8(a)には青色系、DVD系、CD系の記録再生時の位相補正素子107と対物レンズ108の部分の光路図を示すものであり、図6(a)は図6(b)のとき、図7(a)は図7(c)のとき、図8(a)は図8(c)のときの様子を示している。
【0061】
次に、開口切換部分について、青色波長帯域で最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の赤色波長帯域の光を無限系入射させた場合、屈折力が低下して、開口数が低くなる。そのため、本実施の形態1では赤色波長帯域については、青色波長帯域での入射光束径φ1に比べ、大きな光束径φ2で入射させる。
【0062】
図13(a)は、以下の特性を有する対物レンズにおいて、青色波長帯域使用時の
入射光束径φ :3.9mm
開口数(NA):0.65
焦点距離(f):3.0mm
硝種 :BaCD5
NA0.65となる有効径と波長の関係を示すものである。
【0063】
この図13(a)から、波長660nmを使用するDVD系光記録媒体の記録、再生時には光束径φ2を4.02mm程度にする必要があることがわかる。また、光束径φ1とφ2の関係は、対物レンズの硝種によっても異なる。図13(b)は図13(a)の対物レンズと同じφ1、焦点距離、開口数の対物レンズで、硝種を変化させたときの、φ2/φ1と、使用硝種のd線での屈折率ndの関係を示したものであり、対物レンズの硝種に応じて適当なφ2を選択してやればよい。
【0064】
一方、CD系光記録媒体を記録、再生するときの最適なNAは0.5程度であるが、図13(a)と同様の方法により、最適な有効径φ3を見積もると、φ3を3mm程度とすればよいことがわかる。
【0065】
以上のように、各波長帯域に対して入射光束径φ1,φ2,φ3の3段階の開口切換が必要である。そして、本実施の形態1では、φ2をアクチュエータ部に設けた開口部105で制限し、φ1,φ3の切換手段としては、光源から出射された光束の波長に応じて、図14(a),(b),(c)に示すように回折によって光束径を切り換える波長選択性回折パターンが形成される位相補正素子107を用いる。図14(a)は青色波長帯域の光束、図14(b)は赤色波長帯域の光束、図14(c)は赤外波長帯域の光束が透過する開口切換の構成を示す。
【0066】
図14(a),(b),(c)における各光束の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域の入射光束径φ3以内では青色波長帯域,赤色波長帯域,赤外波長帯域の光に対して透過し、周辺部領域の入射光束径φ3以降の外周から入射光束径φ1までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させ、さらに周辺部領域の入射光束径φ1以降の外周から入射光束径φ2までの領域では、赤色波長帯域の光に対しては作用せず、青色波長帯域と赤外波長帯域の光は回折させる。
【0067】
前述した図5(b)の回折パターンに模式的な断面図に示すように、この回折格子の断面形状を、周期的な凹凸の形状として入射光束に位相差を与え、この位相差を、選択的に透過させたい波長(407nm,660nm)の2π倍とすることで波長407nm,660nmの光に対しては回折効率が低く、780nmの波長に対しては回折効率を高くできる。
【0068】
図15(a),(b),(c)は、断面が凹凸形状の回折格子における0次光透過率、1次光回折効率と、凹凸形状の溝深さとの関係を、波長407nm,660nm,780nmのそれぞれについて示す図である。
【0069】
図15(a),(b),(c)に示すように、溝深さ3.8μm付近では、波長407nm,660nmの0次光透過率が100%近くなり、波長780nmの0次光透過率は0%近くなる。また、溝深さ2.6μm付近では、波長660nmの0次光透過率が100%近くなり、波長407nm,780nmの0次光透過率は30%以下となる。
【0070】
前者の溝深さ3.8μm付近を図14(a),(b),(c)におけるφ3以降の外周からφ1までの範囲にとり、後者の溝深さ2.6μm付近を図14(a),(b),(c)におけるφ1以降の外周領域に適用すればよいことがわかる。特に溝深さは、浅いほど歩留まりはよくなるため、所望の位相差の最小公倍数を選択する。なお、溝深さ2.6μm付近の波長407nm、780nmの0次光透過率が30%以下であるが、透過する中心部領域に入射光束が集中することと、開口切換により回折させるのは光束径の外周部分であることから実質的に影響はない。
【0071】
また、光源からの出射光が、光記録媒体へ向かう途中で、位相補正素子の回折パターンの領域に形成された回折格子によって、回折され光記録媒体へ向かう。その後、光記録媒体で反射されて、位相補正素子に戻ってきたときに、再度回折格子によって回折されることになる。この復路の光が受光素子に到達してしまうと、ノイズ光となってしまうことから、回折格子を形成するパターンとしては受光素子上にスポット集光しないようにパターン設計することが望まれる。
【0072】
さらに、回折パターンの凹凸断面形状の幅については、入射光束の回折角を変えることになることから、青色/DVD/CDの3世代互換とするため使用する各波長帯域の違いによって、受光素子の形状やサイズ、対物レンズとの距離等による配置位置等の制約に応じて調整することができる。
【0073】
また、本実施の形態1では波長407nmの光を直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できるとともに、波長660nmと波長780nmの光については直線偏光から円偏光もしくは楕円偏光、あるいはその逆の変換が行える波長板を備えている。
【0074】
この波長板の構成として、波長407nmの光と波長660nmの光と波長780nmの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換できる、いわゆる1/4波長板の構成としては、ある厚さtにおいて常光線(屈折率no)と異常光線(屈折率ne)の位相差が波長407nmと波長660nmと波長780nmの1/4となるような結晶からなる波長板を採用すればよい。すなわち、以下の(数4),(数5),(数6)の条件を満たす結晶であればよい。
【0075】
【数4】
Δn1×t={(2p+1)/4}×407(p=0,1…)
Δn1;波長407nmの光源からの光に対する(no−ne)
【0076】
【数5】
Δn2×t={(2q+1)/4}×660(q=0,1…)
Δn2;波長660nmの光源からの光に対する(no−ne)
【0077】
【数6】
Δn3×t={(2r+1)/4}×780(r=0,1…)
Δn3;波長780nmの光源からの光に対する(no−ne)
同様に、波長407nmの光と波長660nmの光をともに直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換し、波長780nmの光については楕円偏光に変換する波長板の構成としては、(数4),(数5)の条件を満足すればよい。
【0078】
さらに、波長407nmの光を直線偏光から円偏光、あるいは円偏光から直線偏光に変換し、波長660nmと波長780nmの光については楕円偏光に変換する波長板の構成としては、(数4)の条件を満足すればよい。
【0079】
さて、DVD系、あるいはCD系の光路中に配置されてなるホログラム201b,301b(図1参照)として、無偏光性のホログラムを用いた場合、往路と復路の光路分離は十分に行えず、およそ光記録媒体からの戻り光の約30%が、光源に戻ってきてしまう。一般にこのような戻り光は、ノイズ成分として半導体レーザーの発振状態を不安定化させてしまう。しかしながら、本実施の形態1では、前述のような特性をもつ1/4波長板を配置することにより、例えば、図1のDVD系ホログラムユニット201の出射光と光記録媒体からホログラムユニット201へ向かう光の偏光方向を直交させることができる。往路の光と復路の光の偏光方向を直交させることにより半導体レーザー201aへの戻り光によるノイズ発生を防止することができる。そして、CD系についても同様である。
【0080】
また、前述した特性をもつ1/4波長板を配置することにより、例えば、図1の青色系光記録媒体に対しては偏光ビームスプリッタ103と1/4波長板106が、組み合わされた偏光分離光学系が実現されており、十分な光量を得られるとともに、半導体レーザー101への戻り光によるノイズ発生も低減可能としている。同様に、DVD系光路、あるいはCD系光路に対しても、ホログラム201b、301bとして偏光選択性のホログラムを使用することにより偏光分離光学系が実現可能である。
【0081】
なお、1/4波長板106は(数4)〜(数6)の条件を満足する結晶に限るものではない。例えば、有機材料の位相差素子を積層配置させたものをガラス板で挟み込んだ構成であってもよい。あるいは、液晶素子などの電気光学素子を用いてもよい。そして、図16に示すように複合素子として、位相補正素子107、1/4波長板106を一体形成してもよい。これにより、組付工程の簡素化が図れる。
【0082】
次に、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態2は、「青色波長帯域の使用波長407nmの光源、NA0.70、光照射側基板厚0.6mmの青色系光記録媒体」と、「赤色波長帯域の使用波長660nmの光源、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmのDVD系光記録媒体」と、「赤外波長帯域の使用波長780nmの光源、NA0.50、光照射側基板厚1.2mmのCD系光記録媒体」のそれぞれに対して、情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【0083】
本実施の形態2と前述した実施の形態1と異なる点は、青色系の開口数がNA0.65ではなくNA0.70として、入射光束径がDVD系に比べ青色系の方が大きくなった点である。本実施の形態2の場合、φ1をアクチュエータ部に設けた開口部105(図1参照)で制限し、φ2,φ3の切換手段としては、光源から出射された光束の波長に応じて、図17(a),(b),(c)に示すように回折によって光束径を切り換える波長選択性回折パターンが形成された位相補正素子107を用いる。
【0084】
図17(a)の青色波長帯域の光束,図17(b)の赤色波長帯域の光束,図17(c)の赤外波長帯域の光束における各光束の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域の入射光束径φ3では青色波長帯域,赤色波長帯域,赤外波長帯域の光を透過する。また、周辺部領域の入射光束径φ3以降の外周から入射光束径φ2までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させる。そして、周辺部領域の入射光束径φ2以降の外周から入射光束径φ1までの領域では、青色波長帯域の光に対しては作用せず、赤色波長帯域と赤外波長帯域の光は回折させる。
【0085】
次に、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態3は、「青色波長帯域の使用波長407nmの光源、NA0.67、光照射側基板厚0.6mmの青色系光記録媒体」と、「赤色波長帯域の使用波長660nmの光源、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmのDVD系光記録媒体」と、「赤外波長帯域の使用波長780nmの光源、NA0.50、光照射側基板厚1.2mmのCD系光記録媒体」のそれぞれに対して、情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【0086】
一般に、青色波長帯域で最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の赤色帯域の光を無限系入射させた場合、屈折力が低下し、開口数が低くなる。逆に言うと、赤色波長帯域の光を通過させた場合に比べ、青色波長帯域の光を通過させたときの方が、NAが高くなり、短波長化と加えて大容量の光ピックアップを実現することができる。一方、DVD世代では、NAが0.65近傍と定められている。図18は、以下の特性を有する対物レンズを例として、
入射光束径φ:3.9mm
硝種:BaCD5(HOYA社製)
光記録媒体基板厚:0.6mm
青色波長407nmと赤色波長660nmの光を透過させたときのNAの関係を示すものである。図18から、例えば、DVD系の赤色波長の光でNA0.65のとき、同一入射光束径の青色波長の光に対しては、NA0.67程度になることを意味する。このような関係を用いることにより、実施の形態1,2のような3段階の開口切換でなく、DVD,CD世代同様の2段階の開口切換とすることができ、素子の簡素化が図れる。
【0087】
そして、開口切換部分としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図19(a),(b),(c)に示すように回折によって光束径を切り換える波長選択性を有する回折格子を形成した波長選択性回折パターンを形成してやればよい。図19(a)の青色波長帯域の光束,図19(b)の赤色波長帯域の光束,図19(c)の赤外波長帯域の光束における各光束の透過特性は、回折格子が施されていない中心部領域の入射光束径φ3では青色波長帯域,赤色波長帯域,赤外波長帯域の光は透過する。また、周辺部領域の入射光束径φ3以降の外周から入射光束径φ1(=φ2)までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させる。
【0088】
図20は本発明の実施の形態4における光ピックアップの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態4は、「青色波長帯域の使用波長407nmの光源、NA0.67、光照射側基板厚0.6mmの青色系光記録媒体」と、「赤色波長帯域の使用波長660nmの光源、NA0.65、光照射側基板厚0.6mmのDVD系光記録媒体」と、「赤外波長帯域の使用波長780nmの光源、NA0.50、光照射側基板厚1.2mmのCD系光記録媒体」のそれぞれに対して、情報の記録、再生、または消去できる光ピックアップである。
【0089】
本実施の形態4を示す図20と実施の形態1を示す図1と異なる点は、DVD系を無限系でなく有限系の入射光束として構成した点であり、図1のコリメートレンズ202でなく、光源からの発散の光束を所定の倍率で対物レンズ108に入射させるためのカップリングレンズ202’を備えて構成した点である。
【0090】
本実施の形態4の光ピックアップは、前述の実施の形態1,2,3の光ピックアップとは異なり、DVD系を有限系で構成して、また実施の形態3の光ピックアップ同様に青色系とDVD系の開口を開口部105で制限する構成となっているが、実施の形態3と異なり、青色系のNAとして所望の値を選択することができる特徴がある。また、DVD系で発生する球面収差を有限系と位相シフトの2つの手段を用いて補正するため実施の形態1〜3に比べ波面特性が良好となる。
【0091】
図21は、以下の特性を有する対物レンズを例として、
硝種:BaCD5(HOYA社製)
光記録媒体基板厚:0.6mm
赤色波長帯域660nmの光を通過させたときの入射光束径(X軸)と、その入射光束径でDVD系光路がNA0.65を得るための開口部105−対物レンズ108の前側主点の間隔条件(左側Y軸)の関係を示したものである。また図21の右側Y軸には青色波長帯域407nmの光を通過させたときの入射光束径(X軸)に対する開口数:NAを示している。特に、本実施の形態4における青色系光記録媒体への記録再生時の使用開口数はNA0.67であり、図21より最適な入射光束径φ=4.03mmと、開口部105−対物レンズ108の前側主点間距離t=1.44mmとなる。
【0092】
以下、図21の関係について説明する。本実施の形態4では、波長λ1=407nm、λ2=660nmの光源と、光源光を光記録媒体に集光照射する単一の対物レンズとを備え、波長407nmの光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、波長660nmの光源点灯時には有限系の入射光束で使用することから、一定の開口を対物レンズ前側主点から光源側へ(数7)で求める所定距離tの位置に配置している。
【0093】
【数7】
t=L−NA1・f/tan(asin(NA2obj))
ここで、 f:対物レンズの焦点距離
NA1:波長λ1=407nmの光源点灯時の像面側開口数
NA2obj:波長λ2=660nmの光源点灯時の光源側開口数
L:波長λ2=660nmの光源点灯時の物体距離
このため、波長407nmと波長660nmの開口切換は不要となっている。さらに、図22を参照しながら(数7)について説明する。波長λ1、開口数NA1、無限系の光路は、図22に示す一点鎖線のごとく描かれる。そして、対物レンズの焦点距離f、入射光束径φ、開口数NA1については、一般に(数8)の関係が知られている。
【0094】
【数8】
NA1=φ/2/f
一方、波長λ2、開口数NA2、物体距離L、物体側開口数NA2objの有限系の光路は、図22に示す実線のごとく描かれる。ここで、開口部の位置は対物レンズ前側主点から光源側に距離tだけ離れた位置で、波長λ2の光束径がφとなるように設置すると、(数9)の関係が得られる。
【0095】
【数9】
φ/2=(L−t)×tan(asin(NA2obj))
以上の(数9)に(数8)を代入することにより、(数7)が得られる。前述の実施の形態4では、「青色波長帯域の光路条件:λ1=407nm、NA1=0.67」、「赤色波長帯域の光路条件:λ2=660nm、NA2=0.65、L=157mm、NA2obj=0.013」となり、φ=4.03mm、t=1.44mmという構成例を示している。
【0096】
そして、前述の実施の形態3における図19(a),(b),(c)のようにCD系の外周のみ回折させるように回折パターンを設けてやれば3世代互換が可能となる。
【0097】
次に、波長407nmで波面が最小となる単一の対物レンズ108に、波長660nmの光を無限系で入射させてDVD系光記録媒体109bにスポット形成させた場合、前述の図7(b)に示すように、波長の違いに伴う球面収差が発生する。また、図6(b)は波長407nmでの収差の波面である。本実施の形態4では、図7(b)のように発生するDVD系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、DVD系光路を有限系で構成するとともに位相シフトパターンを有する位相補正素子107を備えて構成する。
【0098】
光路を有限系とすることは、対物レンズへの入射光束を発散状態または収束状態とすることを意味する。一般に対物レンズへの入射光束の発散状態を変化させることは、球面収差を変化させることと等価であるため、球面収差を低減可能な発散状態を選べばよい。図23に示すように、有限系で構成されたDVD光学系の物体距離(光源と対物レンズの間隔に相当する)を変化させると収差の波面が抑制される。図23によれば物体距離110〜160mm付近で波面劣化は小さくなる。図23では、対物レンズと光源の間には部品が存在しない場合を例として説明しているが、実際は対物レンズと光源の間に、図20に示すような光路長を短くするためのカップリングレンズ202’を配置している。
【0099】
しかしながら、有限系の構成のみではDVD系光路の収差の波面は十分に抑制できない。そこで本実施の形態4では、有限系の構成にするとともに位相補正素子107の位相シフトパターンを利用することによりDVD系光路の収差の波面を抑制している。
【0100】
この位相シフトパターンとして、具体的には、図7(b)に示す無限系の光束使用時における収差の波面から、有限系を使用して図24(a)のように発生するDVD光学系の残留球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、本実施の形態4では図25のような断面形状をもつ位相シフトパターンを適用した。これにより図24(b)に示すように収差の波面は補正された。このときの収差の波面は約0.03λrmsとなり、前述した実施の形態1の0.05λrmsに比べて使用上求められる0.030λrmsの値を満足することが可能となる。
【0101】
図26は本発明の実施の形態5における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【0102】
情報記録再生装置30は、光記録媒体40に対して光ピックアップ31を用いて情報の記録,再生,または消去の少なくともいずれか1以上を行う装置である。本実施の形態5において、光記録媒体40はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ41内に格納されている。光記録媒体40はカートリッジ41ごと、挿入口32から情報記録再生装置30に矢印「ディスク挿入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ33により回転駆動され、光ピックアップ31により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。
【0103】
光ピックアップ31として、前述の実施形態1〜4に記載の光ピックアップを適宜用いることができる。また、光記録媒体として、青色波長帯域用,赤色波長帯域用,赤外波長帯域用の光記録媒体に対して、情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上をすることができる。
【0104】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、薄型化,工程の簡素化が図れる位相シフト機能と開口切換機能を備えた光学素子を用いて3世代互換が可能となり、可動部であるアクチュエータの重量軽減、部品点数削減に伴うコストダウンが実現でき、DVD系,CD系などの互換時に発生する球面収差を十分に補正可能であり、さらに、3段階でなく2段階の開口切換により青色/DVD/CDなどの3世代互換を達成して、素子を簡素化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における光ピックアップの概略構成を示す図
【図2】半導体レーザー、ホログラム及び受光素子を一体化構成したホログラムユニットを示す図
【図3】本実施の形態1における位相補正素子の構成を模式的に示す(a)は平面図、(b)は断面図
【図4】本実施の形態1における位相補正素子の位相シフトパターンの構成を模式的に示す(a)は正面図、(b)は断面図
【図5】本実施の形態1における位相補正素子の開口切換用回折パターンの構成を模式的に示す(a)は正面図、(b)は断面図
【図6】(a)は波長407nmの位相補正素子と対物レンズの部分光路、(b)は(a)における波長407nmでの球面収差を示す図
【図7】(a)は波長660nmの位相補正素子と対物レンズの部分光路、(b)は波長407nmで収差が最小の対物レンズに、波長660nmの光を無限系で入射時の球面収差、(c)は位相補正した球面収差を示す図
【図8】(a)は波長780nmの位相補正素子と対物レンズの部分光路、(b)は波長407nmで収差が最小となる対物レンズに、波長780nmの光を無限系で入射時の球面収差、(c)波長780nmの光を有限系で入射時の球面収差を示す図
【図9】硝種例を表すHOYA社のガラスマップを示す図
【図10】使用波長の違いに起因して発生する球面収差を示す図
【図11】(a)は球面収差の波面(実線)と位相シフトパターン(破線)を2次元曲線で表した図、(b)は補正後の収差の波面を示す図
【図12】DVD系の球面収差と逆極性の球面収差を発生させる位相シフトパターンの断面形状を示す図
【図13】(a)は対物レンズのNA0.65となる有効径と波長の関係、(b)は(a)の対物レンズと同じφ1、焦点距離、NAにおいて、硝種を変化させたときのφ2/φ1と、使用硝種のd線での屈折率ndの関係を示す図
【図14】(a)は青色波長帯域の光束,(b)は赤色波長帯域の光束,(c)は赤外波長帯域の光束が透過する開口切換(φ2>φ1>φ3)を説明する図
【図15】(a)は波長407nm、(b)は波長660nm、(c)は波長780nmの0次光透過率,1次光回折効率と回折格子の溝深さとの関係を示す図
【図16】位相補正素子、1/4波長板を一体形成した図
【図17】(a)は青色波長帯域の光束,(b)は赤色波長帯域の光束,(c)は赤外波長帯域の光束が透過する開口切換(φ1>φ2>φ3)を説明する図
【図18】青色波長407nmと赤色波長660nmの光を透過時のNAの関係を示す図
【図19】(a)は青色波長帯域の光束,(b)は赤色波長帯域の光束,(c)は赤外波長帯域の光束が透過する開口切換(φ1=φ2>φ3)を説明する図
【図20】本発明の実施の形態4における光ピックアップの概略構成を示す図
【図21】入射光束径と開口部−対物レンズ間隔、及び開口数の関係を示す図
【図22】開口部へ入射する光の無限系と有限系における対物レンズの焦点光路を説明する図
【図23】有限系のDVD光学系において物体距離と収差の波面との関係を示す図
【図24】(a)は有限系を用いたDVD光学系の残留球面収差、(b)は残留球面収差と逆極性の収差を発生させる位相シフトパターンを適用し補正した波面を示す図
【図25】有限系を用いたDVD光学系の残留球面収差と逆極性の収差を発生させる位相シフトパターンの断面形状を示す図
【図26】本発明の実施の形態5における光情報処理装置である情報記録再生装置の概略構成を示す透過斜視図
【図27】青色波長帯域の光源を用いた大容量光記録媒体と、既存のDVD、あるいはCDとの互換が可能な光ピックアップの概略構成を示す図
【符号の説明】
30 情報記録再生装置
31 光ピックアップ
32 挿入口
33 スピンドルモータ
40 光記録媒体
41 カートリッジ
100 青色用光源
101,201a,301a 半導体レーザー
102,202 コリメートレンズ
103 偏光ビームスプリッタ
104 偏向プリズム
105 開口部
106 1/4波長板
107 位相補正素子
108 対物レンズ
109a,109b,109c 光記録媒体
110 検出レンズ
111 光束分割手段
112,201c,301c 受光素子
113 ビーム整形プリズム
200 DVD用光源
201,301 ホログラムユニット
201b,301b ホログラム
202’,302 カップリングレンズ
203,303 ダイクロイックプリズム
300 CD用光源
Claims (14)
- 光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う光ピックアップであって、光源からの出射光の光軸に直交する1面において、領域毎に位相シフト量の異なる位相シフト構造と、領域毎に回折量の異なる回折格子構造とが重なって構成されている位相補正素子を備え、
前記位相補正素子の位相シフト構造が、光軸方向への断面形状が2段以上の階段形状であり、
前記位相補正素子の回折格子構造が、光軸方向への断面形状が周期的な凹凸形状であり、前記位相シフト構造上に形成されたことを特徴とする光ピックアップ。 - 光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う請求項1記載の光ピックアップであって、各々波長の異なる3つの光源と、前記各光源の出射光を前記光記録媒体に集光させるための対物レンズを備え、前記位相補正素子の位相シフト構造が、前記各光源から出射する3波長のいずれか2波長に対して2πの略整数倍となる位相差を与えることを特徴とする光ピックアップ。
- 前記光源からの出射光の波長λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)に対して、前記位相補正素子の位相シフト構造が、波長λ1,λ3に対して2πの略整数倍となる位相差を与え、かつ波長λ3を、波長λ1の略整数倍としたことを特徴とする請求項2記載の光ピックアップ。
- 前記位相補正素子の位相シフト構造は、付加する位相差が2πの略整数倍となる波長以外の光で光記録媒体上に集光させたときに発生する球面収差と逆極性の位相を与える位相シフト構造としたことを特徴とする請求項2または3記載の光ピックアップ。
- 光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う請求項1記載の光ピックアップであって、各々波長の異なる3つの光源と、前記各光源の出射光を前記光記録媒体に集光させるための対物レンズを備え、前記位相補正素子の回折格子構造が、前記各光源から出射するいずれかの波長に対して2πの略整数倍となる位相差を与えることを特徴とする光ピックアップ。
- 光記録媒体に対して情報の記録,再生,消去の少なくともいずれか1以上を行う請求項1記載の光ピックアップであって、各々波長の異なる3つの光源と、前記各光源の出射光を前記光記録媒体に集光させるための対物レンズを備え、前記位相補正素子の回折格子構造が、前記各光源から出射する3波長のいずれか2波長に対して2πの略整数倍となる位相差を与えることを特徴とする光ピックアップ。
- 前記各光源からの出射光の波長λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)に対して、各波長の実効的開口数NA(λ1),NA(λ2),NA(λ3)が、次の条件
NA(λ1)=NA(λ2)>NA(λ3)
を満足する対物レンズを用い、かつ前記対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ1,φ2,φ3が、次の条件
φ2>φ1>φ3
を満足して、前記位相補正素子の回折格子構造が、φ3以降外側かつφ1以内の領域1と、φ1以降外側の領域2に形成したことを特徴とする請求項5または6記載の光ピックアップ。 - 前記各光源からの出射光の波長λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)に対して、各波長の実効的開口数NA(λ1),NA(λ2),NA(λ3)が、次の条件
NA(λ1)>NA(λ2)>NA(λ3)
を満足する対物レンズを用い、かつ前記対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ1,φ2,φ3が、次の条件
φ1>φ2>φ3
を満足して、前記位相補正素子の回折格子構造が、φ3以降外側かつφ2以内の領域1と、φ2以降外側の領域2に形成したことを特徴とする請求項5または6記載の光ピックアップ。 - 前記各光源からの出射光の波長λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)に対して、各波長の実効的開口数NA(λ1),NA(λ2),NA(λ3)が、次の条件
NA(λ1)>NA(λ2)>NA(λ3)
を満足する対物レンズを用い、かつ前記対物レンズへ入射する各波長の入射光束径φ1,φ2,φ3が、次の条件
φ1=φ2>φ3
を満足して、前記位相補正素子の回折格子構造が、φ3以降外側の領域に形成したことを特徴とする請求項6記載の光ピックアップ。 - 前記各光源からの出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズを、前記各光源のうち波長の最も短い光源において、収差の波面が最小となるように形成したことを特徴とする請求項2〜9のいずれか1項に記載の光ピックアップ。
- 前記各光源からの出射光を光記録媒体に集光させるための対物レンズを、前記各光源のうち波長の最も短い光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、前記各光源のうち残りの光源の少なくともいずれか1の光源点灯時には有限系の入射光束で使用することを特徴とする請求項2〜9のいずれか1項に記載の光ピックアップ。
- 前記位相補正素子に用いる硝種において、d線の屈折率nd、及びd線のアッベ数νdが、次の条件
1.50<nd<1.66、及び55<νd<85
を満足することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光ピックアップ。 - 前記光源からの出射光の波長に応じて偏光状態を変化させる偏光素子を備え、前記偏光素子を、位相補正素子と一体化したことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光ピックアップ。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の光ピックアップを用いて、青色波長帯域用光記録媒体,赤色波長帯域用光記録媒体,赤外波長帯域用光記録媒体の少なくともいずれか1に対して、情報の記録,再生,消去の1以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
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