JP4258389B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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1.5<|fRZ/fOZ|<10.0 …(1)
ただし、
fRZ:前記第3の波長のレーザ光に対する前記リレーレンズの焦点距離、
fOZ:前記第3の波長のレーザ光に対する前記対物レンズの焦点距離、
である。
0.15<WDX/fOX<0.7 …(2)
ただし、
WDX:Blu-rayディスクに対するワーキングディスタンス、
fOX:Blu-rayディスクへのレーザ光に対する前記対物レンズの焦点距離、
である。
-1.0<(r2R+r1R)/(r2R−r1R)<2.0 …(13)
ただし、
r1R:前記リレーレンズの光源側面の曲率半径、
r2R:前記リレーレンズのディスク側面の曲率半径、
である。
図1,図5,図9,図13に、光ピックアップ装置の第1〜第4の実施の形態に対応する光学構成をそれぞれ示す。これらの光ピックアップ装置は、青色レーザ対応(波長405nm)の第1のディスク媒体(Blu-rayディスク;基板厚0.1mm,NA=0.85),赤色レーザ対応(波長650nm)の第2のディスク媒体(DVD;基板厚0.6mm,NA=0.6〜0.65),赤外レーザ対応(波長780nm)の第3のディスク媒体(CD;基板厚1.2mm,NA=0.45〜0.5)のいずれに対しても光情報の記録/再生を行うことが可能な3波長対応の光ピックアップ装置である。
第1の実施の形態(図1)の光学構成を、各レーザ光の光路に沿って説明する。まず、第1光源1Xから出射した波長405nmのレーザ光LXは、ビーム整形素子2でビーム整形された後、PBS(polarizing beam splitter)プリズム3に入射する。PBSプリズム3の接合面3aは、第1光源1Xから出射する偏光方向のレーザ光LXを透過させ、それに対して偏光方向が垂直なレーザ光LXを反射させる偏光分離機能を有している。したがって、第1光源1Xから出射したレーザ光LXはPBSプリズム3を透過する。PBSプリズム3を透過したレーザ光LXは、コリメータレンズ4でコリメートされた後、1/4波長板5で円偏光に変換される。そして、(特にBlu-rayで問題となる)レーザの波長変動に伴う色収差を補正するための色収差補正素子6を通過した後、ダイクロイックプリズム10に入射する。
第2の実施の形態(図5)の光学構成を、各レーザ光の光路に沿って説明する。まず、第1光源1Xから出射した波長405nmのレーザ光LXは、ビーム整形素子2でビーム整形された後、PBS(polarizing beam splitter)プリズム3に入射する。PBSプリズム3の接合面3aは、第1光源1Xから出射する偏光方向のレーザ光LXを透過させ、それに対して偏光方向が垂直なレーザ光LXを反射させる偏光分離機能を有している。したがって、第1光源1Xから出射したレーザ光LXはPBSプリズム3を透過する。PBSプリズム3を透過したレーザ光LXは、コリメータレンズ4でコリメートされた後、1/4波長板5で円偏光に変換される。そして、(特にBlu-rayで問題となる)レーザの波長変動に伴う色収差を補正するための色収差補正素子6を通過した後、ダイクロイックプリズム10に入射する。
第3の実施の形態(図9)の光学構成を、各レーザ光の光路に沿って説明する。まず、第1光源1Xから出射した波長405nmのレーザ光LXは、ビーム整形素子2でビーム整形された後、PBS(polarizing beam splitter)プリズム3に入射する。PBSプリズム3の接合面3aは、第1光源1Xから出射する偏光方向のレーザ光LXを透過させ、それに対して偏光方向が垂直なレーザ光LXを反射させる偏光分離機能を有している。したがって、第1光源1Xから出射したレーザ光LXはPBSプリズム3を透過する。PBSプリズム3を透過したレーザ光LXは、コリメータレンズ4でコリメートされた後、1/4波長板5で円偏光に変換される。そして、(特にBlu-rayで問題となる)レーザの波長変動に伴う色収差を補正するための色収差補正素子6を通過した後、ダイクロイックプリズム10に入射する。
第4の実施の形態(図13)では、第1の実施の形態(図1)において2つのダイクロイックプリズム10,21の代わりに1つのクロスダイクロイックプリズム30を用いた構成になっている。これによりプリズム数を減らして、光ピックアップ光学系のコンパクト化を達成している。第4の実施の形態(図13)の光学構成を、各レーザ光の光路に沿って説明する。まず、第1光源1Xから出射した波長405nmのレーザ光LXは、ビーム整形素子2でビーム整形された後、PBS(polarizing beam splitter)プリズム3に入射する。PBSプリズム3の接合面3aは、第1光源1Xから出射する偏光方向のレーザ光LXを透過させ、それに対して偏光方向が垂直なレーザ光LXを反射させる偏光分離機能を有している。したがって、第1光源1Xから出射したレーザ光LXはPBSプリズム3を透過する。PBSプリズム3を透過したレーザ光LXは、コリメータレンズ4でコリメートされた後、1/4波長板5で円偏光に変換される。そして、(特にBlu-rayで問題となる)レーザの波長変動に伴う色収差を補正するための色収差補正素子6を通過した後、クロスダイクロイックプリズム30に入射する。
1つの対物レンズで複数波長・複数基板厚に対応しようとする場合、少なくとも基板厚最大のディスク媒体に対して光源位置を有限共役長に設定することにより(対物レンズとディスク基板との衝突を防止するための)ワーキングディスタンスを確保し、それと同時に収差補正も行う必要がある。このとき複数のディスク媒体の基板厚差が大きいと、基板厚最大のディスク媒体に対するワーキングディスタンスを確保するために、レンズ共役長を非常に短くしなければならなくなる。その結果、光源位置が対物レンズに近くなってしまい、その間に各ディスク媒体に対するレーザ光の光路合成や光路分岐を行うための光学素子を配置することができなくなってしまう。
3<tmax/tmin …(i)
ただし、
tmax:光学記録面までの基板厚の最大値、
tmin:光学記録面までの基板厚の最小値、
である。
tX<tY<tZ …(ii)
1.5<|fRZ/fOZ|<10.0 …(1)
ただし、
tX:第1のディスク媒体の光学記録面までの基板厚、
tY:第2のディスク媒体の光学記録面までの基板厚、
tZ:第3のディスク媒体の光学記録面までの基板厚、
fRZ:第3の波長のレーザ光に対するリレーレンズの焦点距離、
fOZ:第3の波長のレーザ光に対する対物レンズの焦点距離、
である。
1.5<|fRZ/fOZ|<6.0 …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
0.15<WDX/fOX<0.7 …(2)
ただし、
WDX:光学記録面までの基板厚が最も薄いディスク媒体(例えば第1のディスク媒体)に対するワーキングディスタンス、
fOX:光学記録面までの基板厚が最も薄いディスク媒体(例えば第1のディスク媒体)へのレーザ光(例えば第1の波長のレーザ光)に対する対物レンズの焦点距離、
である。
0.25<WDX/fOX<0.4 …(2a)
この条件式(2a)は、上記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
次に、対物レンズ,波長選択回折光学素子,リレーレンズにおいて、それぞれ満たすことが望ましい条件を説明する。なお、各実施の形態のようにメディア互換のために設けられる波長選択回折光学素子に関しては、光路合成/分岐光学素子と対物レンズとの間に配置して、第2又は第3の波長のレーザ光を対物レンズに対して有限共役長で入射させるとともに対物レンズと合わせて収差補正がなされるように構成するのが望ましい。
レンズ1枚構成の対物レンズにおいて、以下の条件式(3)を満たすことが望ましい。
1.0<dO/fOX<1.4 …(3)
ただし、
dO:対物レンズの心厚、
fOX:光学記録面までの基板厚が最も薄いディスク媒体(例えば第1のディスク媒体)へのレーザ光(例えば第1の波長のレーザ光)に対する対物レンズの焦点距離、
である。
0.6<r1O/fOX<0.95 …(4)
ただし、
r1O:対物レンズの光源側面の曲率半径、
fOX:光学記録面までの基板厚が最も薄いディスク媒体(例えば第1のディスク媒体)へのレーザ光(例えば第1の波長のレーザ光)に対する対物レンズの焦点距離、
である。
1.5<|r2O/fOX| …(5)
ただし、
r2O:対物レンズのディスク側面の曲率半径、
fOX:光学記録面までの基板厚が最も薄いディスク媒体(例えば第1のディスク媒体)へのレーザ光(例えば第1の波長のレーザ光)に対する対物レンズの焦点距離、
である。
1<θ1O−θ2O<20 …(6)
ただし、
θ1O:対物レンズの光源側面の有効径最周辺に入射する光線(最外光線)が対物レンズの光源側面となす角度(°)、
θ2O:対物レンズのディスク側面の有効径最周辺から出射する光線(最外光線)が対物レンズのディスク側面となす角度(°)、
である。
0.35<(nOX-1)sinθ1O<0.8 …(7)
ただし、
nOX:光学記録面までの基板厚が最も薄いディスク媒体(例えば第1のディスク媒体)へのレーザ光(例えば第1の波長のレーザ光)に対する対物レンズの屈折率、
θ1O:対物レンズの光源側面の有効径最周辺に入射する光線(最外光線)が対物レンズの光源側面となす角度、
である。
0.3<(r2O+r1O)/(r2O−r1O)<1.5 …(8)
ただし、
r1O:対物レンズの光源側面の曲率半径、
r2O:対物レンズのディスク側面の曲率半径、
である。
0.4<αmax−αmin<1.5 …(9A)
0.01<αmax−αmin<0.5 …(9B)
ただし、
αmax:0≦h≦hmaxにおけるα(h)の最大値(mm)、
αmin:0≦h≦hmaxにおけるα(h)の最小値(mm)、
α(h)≡dz(h)/dh−h/[r・{1-(1+k)・(h/r)2}1/2]
h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ(mm)、
hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ(mm)、
z(h):非球面形状(各高さhでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離)、
z(h)=r-{r2-(1+k)・h2}1/2+(A4・h4+A6・h6+A8・h8+…) …(AS)
r:非球面の近軸曲率半径(mm)、
k:コーニック係数、
Ai:hのi次の非球面係数、
dz(h)/dh:非球面形状の入射高さhに対する微分値、
である。
0.01<Δ(hmax)/fOX<0.3 …(10A)
0.01<Δ(hmax)/fOX<0.1 …(10B)
ただし、
Δ(h):光軸からの高さhにおける、非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離z(h)と、基準2次曲面[≡r-{r2-(1+k)・h2}1/2]の面頂点から光軸に沿った方向の距離と、の差、
h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、
hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、
z(h):非球面形状(各高さhでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離)、
z(h)=r-{r2-(1+k)・h2}1/2+(A4・h4+A6・h6+A8・h8+…) …(AS)
r:非球面の近軸曲率半径、
k:コーニック係数、
Ai:hのi次の非球面係数、
fOX:光学記録面までの基板厚が最も薄いディスク媒体(例えば第1のディスク媒体)へのレーザ光(例えば第1の波長のレーザ光)に対する対物レンズの焦点距離、
である。
波長選択回折光学素子において、以下の条件式(11)を満たすことが望ましい。
-120<fDY/fOY<-15 …(11)
ただし、
fDY:回折面で回折するレーザ光(例えば第2の波長のレーザ光)に対する波長選択回折光学素子の焦点距離、
fOY:回折面で回折するレーザ光(例えば第2の波長のレーザ光)に対する対物レンズの焦点距離、
である。
0.006<|C2×fY3|<0.025 …(12)
ただし、
C2:回折面の2次の位相係数、
fY:回折面で回折するレーザ光(例えば第2の波長のレーザ光)に対するレンズ全系(すなわち波長選択回折光学素子と対物レンズとの合成光学系)の焦点距離(mm)、
であり、回折面は光路差関数φ(h)[≡C1・h+C2・h2+C3・h3+…]で定義される。
レンズ1枚構成のリレーレンズにおいて、以下の条件式(13)を満たすことが望ましい。
-1.0<(r2R+r1R)/(r2R−r1R)<2.0 …(13)
ただし、
r1R:リレーレンズの光源側面の曲率半径、
r2R:リレーレンズのディスク側面の曲率半径、
である。
-0.1<Δ(hmax)/fRZ<0.1 …(14A)
-0.1<Δ(hmax)/fRZ<0.1 …(14B)
ただし、
Δ(h):光軸からの高さhにおける、非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離z(h)と、基準2次曲面[≡r-{r2-(1+k)・h2}1/2]の面頂点から光軸に沿った方向の距離と、の差、
h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、
hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、
z(h):非球面形状(各高さhでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離)、
z(h)=r-{r2-(1+k)・h2}1/2+(A4・h4+A6・h6+A8・h8+…) …(AS)
r:非球面の近軸曲率半径、
k:コーニック係数、
Ai:hのi次の非球面係数、
fRZ:光学記録面までの基板厚が最も厚いディスク媒体(例えば第3のディスク媒体)へのレーザ光(例えば第3の波長のレーザ光)に対するリレーレンズの焦点距離、
である。
なお、上述した各実施の形態や後述する各実施例には以下の構成(P1),(P2),…等が含まれており、その構成によると、光学記録面までの基板厚が最大のディスク媒体に対応した光路中にリレーレンズを有する構成になっているため、物点位置を近接側に設定することによりワーキングディスタンスを確保しながら、光源位置を対物レンズから遠ざけることが可能となる。これにより、各ディスク媒体に対するレーザ光の光路合成や光路分岐を行うための光路合成/分岐光学素子を、リレーレンズと対物レンズとの間に配置することが容易になり、基板厚差で発生する球面収差や波長差による色収差を波長全域にわたって補正することも容易になる。したがって、軽量・小型・高性能でありながら、基板厚の異なる複数のディスク媒体に対応可能な光ピックアップ光学系を実現することができる。
LY 波長650nm(第2の波長)のレーザ光
LZ 波長780nm(第3の波長)のレーザ光
1X 第1光源(レーザ光源)
1Y 第2光源(レーザ光源)
1Z 第3光源(レーザ光源)
10 ダイクロイックプリズム
20 リレーレンズ
21 ダイクロイックプリズム(光路合成/分岐光学素子)
22 波長選択回折光学素子
23 対物レンズ
24X ディスク基板(第1のディスク媒体)
24Y ディスク基板(第2のディスク媒体)
24Z ディスク基板(第3のディスク媒体)
30 クロスダイクロイックプリズム(光路合成/分岐光学素子)
SX 波長405nm対応の光学記録面(第1のディスク媒体)
SY 波長650nm対応の光学記録面(第2のディスク媒体)
SZ 波長780nm対応の光学記録面(第3のディスク媒体)
Claims (4)
- 第1の波長のレーザ光を出射するBlu-rayディスク用の第1光源と、第1の波長よりも大きい第2の波長のレーザ光を出射するDVD用の第2光源と、第1,第2の波長よりも大きい第3の波長のレーザ光を出射するCD用の第3光源と、を少なくとも備え、Blu-rayディスク、DVD、CDについて、Blu-rayディスクの光学記録面には第1の波長のレーザ光を集光させ、DVDの光学記録面には第2の波長のレーザ光を集光させ、CDの光学記録面には第3の波長のレーザ光を集光させる対物レンズを備えた光ピックアップ装置であって、第1,第2の波長のレーザ光と第3の波長のレーザ光との光路合成,光路分岐の少なくとも一方を行うための光路合成/分岐光学素子を備え、その光路合成/分岐光学素子と前記第3光源との間に、第3の波長のレーザ光が前記対物レンズに対して有限共役長で入射するとともに対物レンズと合わせて収差補正がなされるように、少なくとも1枚のレンズから成り、かつ、以下の条件式(1)を満たすリレーレンズを備えたことを特徴とする光ピックアップ装置;
1.5<|fRZ/fOZ|<10.0 …(1)
ただし、
fRZ:前記第3の波長のレーザ光に対する前記リレーレンズの焦点距離、
fOZ:前記第3の波長のレーザ光に対する前記対物レンズの焦点距離、
である。 - 以下の条件式(2)を満たす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;
0.15<WDX/fOX<0.7 …(2)
ただし、
WDX:Blu-rayディスクに対するワーキングディスタンス、
fOX:Blu-rayディスクへのレーザ光に対する前記対物レンズの焦点距離、
である。 - Blu-rayディスクに対応するときの前記対物レンズの共役長が無限遠である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。
- 前記リレーレンズは、1枚構成であり、以下の条件式(13)を満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置;
-1.0<(r2R+r1R)/(r2R−r1R)<2.0 …(13)
ただし、
r1R:前記リレーレンズの光源側面の曲率半径、
r2R:前記リレーレンズのディスク側面の曲率半径、
である。
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JP2004022767A JP4258389B2 (ja) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | 光ピックアップ装置 |
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JP2005216399A JP2005216399A (ja) | 2005-08-11 |
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