JPH10162409A

JPH10162409A - 光学素子及び光学ピックアップ装置

Info

Publication number: JPH10162409A
Application number: JP8320461A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Fukazawa; 宣雄深澤; Satoshi Kawakita; 聡川北; Minoru Kubo; 実久保; Hiroyuki Ueda; 博之上田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】波長に応じて対物レンズの開口数を変化させ
ることにより、複数種類の光学記録媒体に対して、記録
再生が行えるようにする。【解決手段】対物レンズ１の入射面の周縁部上の円環
状領域に波長選択性膜３を形成する。この波長選択性膜
３を透過する波長の光束については、入射面全面が開口
となり、この波長選択性膜３を透過しない波長の光束に
ついては、入射面の中央部分のみが開口となり、開口数
が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子と、この
光学素子を用いて構成され光ディスクの如き光学記録媒
体に対して情報信号の書き込み及び読み出しを行う光学
ピックアップ装置とに関する技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、情報信号の記録媒体として光ディ
スクや光カードの如き光学記録媒体が提案され、また、
このような光学記録媒体に対して情報信号の書き込み及
び読み出しを行う光学ピックアップ装置が提案されてい
る。

【０００３】このような光学記録媒体は、ポリカーボネ
イトの如き透明材料からなる透明基板と、この透明基板
の一主面部上に被着形成された信号記録層とを有して構
成されている。

【０００４】上記光学ピックアップ装置は、光源となる
半導体レーザと、この半導体レーザより発せられた光束
が入射されるビームスプリッタ、このビームスプリッタ
を経た光束が入射される対物レンズ、及び、光検出器を
有している。上記ビームスプリッタは、反射面を、上記
半導体レーザよりの光束の光軸に対して４５°の傾きと
なるように配設されている。

【０００５】そして、上記対物レンズに入射された光束
は、この対物レンズにより、上記光学記録媒体の信号記
録面上に集光して照射される。このとき、この光束は、
上記光学記録媒体の透明基板側よりこの光学記録媒体に
対して照射され、該透明基板を透過して上記信号記録層
の表面部である上記信号記録面上に集光される。この対
物レンズは、２軸アクチュエータに支持されて移動操作
されることにより、常に、上記信号記録面上の情報信号
が記録される箇所（記録トラック）に上記光束を集光さ
せる。

【０００６】上記光学記録媒体においては、上記対物レ
ンズを経た光束が集光されて照射されることにより、こ
の光束が照射された箇所に情報信号の記録が行われる。

【０００７】上記信号記録面上に照射された光束は、こ
の信号記録面上に記録された情報信号に応じて、光量、
または、偏光方向を変調されて該信号記録面により反射
され、上記対物レンズに戻る。

【０００８】上記信号記録面により反射された反射光束
は、上記対物レンズを経て、上記ビームスプリッタに至
る。この反射光束は、上記ビームスプリッタにより、上
記半導体レーザに戻る経路に対して分岐され、上記光検
出器に向かう。

【０００９】上記光検出器は、フォトダイオードの如き
受光素子であって、上記ビームスプリッタを経た光束を
受光し、電気信号に変換する。この光検出器より出力さ
れる電気信号に基づいて、上記光学記録媒体に記録され
た情報信号の再生が行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な光ディスクの如き光学記録媒体においては、コンピュ
ータ用の補助記憶装置として、また、音声及び画像信号
の記録媒体として用いるために、情報信号の記録密度の
高密度化が進められている。

【００１１】このように記録密度が高密度化された光学
記録媒体に対して情報信号の記録及び再生を行うには、
上記対物レンズをより開口数（ＮＡ）の大きなものとし
て、この光学記録媒体上に上記光束が集光されることに
より形成されるビームスポットを小さくする必要があ
る。

【００１２】しかしながら、上記対物レンズの開口数が
大きくなると、上記光学記録媒体の傾き、この光学記録
媒体の透明基板の厚みムラ、及び、この光学記録媒体上
における上記光束のデフォーカス（焦点ずれ）に対する
許容度が減少することとなり、この光学記録媒体に対す
る情報信号の記録及び再生が困難となってしまう。

【００１３】例えば、上記光学記録媒体の上記対物レン
ズの光軸に対する傾き（スキュー）が生ずると、上記信
号記録面上に集光される光束において波面収差が生じ、
上記光検出器より出力される電気信号（ＲＦ出力）に影
響が出る。

【００１４】この波面収差は、上記対物レンズの開口数
の３乗と上記光学記録媒体の傾き角（スキュー角）の約
１乗に比例して発生する３次のコマ収差が支配的であ
る。したがって、上記光学記録媒体の傾きに対する許容
値は、上記対物レンズの開口数の３乗に反比例すること
となり、すなわち、この開口数が大きくなれば小さくな
る。

【００１５】厚さ１．２ｍｍ、直径８０ｍｍまたは１２
０ｍｍの円盤状のポリカーボネイトにより形成された透
明基板を有して構成され、現在、一般に広く用いられて
いる光ディスク（いわゆる「コンパクトディスク」の如
きもの）においては、傾き角が±０．５°乃至±１°の
傾きが生ずることがある。

【００１６】このような光ディスクにおいては、この光
ディスクに照射される光束において上述のような波面収
差が生じ、この光ディスク上におけるビームスポットが
非対称形状となり、符号間干渉が著しく生じて、正確な
信号再生が困難となる。

【００１７】このような３次のコマ収差の量は、光ディ
スクの透明基板の厚さに比例する。そのため、上記透明
基板の厚さを薄くする（例えば０．６ｍｍとする）こと
により、３次のコマ収差を半減させることができる。こ
のようにしてコマ収差を減少させることとした場合、上
記光ディスクとして、透明基板の厚さが１．２ｍｍのも
のと、該透明基板の厚さが０．６ｍｍのものとが混在し
て使用されることとなる。

【００１８】ところで、上記対物レンズによって集光さ
れる収束光束の光路中に厚さｔの平行平面板が挿入され
ると、この厚さｔと該対物レンズの開口数ＮＡに関連し
て、ｔ×（ＮＡ）⁴に比例する球面収差が発生する。

【００１９】上記対物レンズは、この球面収差が補正さ
れるように設計される。すなわち、上記透明基板の厚さ
が異なると発生する球面収差の量も異なるので、上記対
物レンズは、所定の透明基板の厚さに適合されたものと
して設計される。

【００２０】そして、例えば０．６ｍｍの厚さの透明基
板を有する光ディスクに適合されて設計された対物レン
ズを用いて、１．２ｍｍの厚さの透明基板を有する光デ
ィスク（例えば、「コンパクトディスク」、追記型光デ
ィスク、光磁気ディスク）に対して情報信号の記録及び
再生を行おうとした場合には、これらの透明基板の厚さ
の違い（０．６ｍｍ）が上記光学ピックアップ装置が対
応し得る透明基板の厚さの誤差の許容範囲を大幅に越え
ていることとなる。この場合には、上記対物レンズが上
記透明基板の厚さの違いにより発生する球面収差を補正
することができず、良好な情報信号の記録及び再生が行
えない。

【００２１】ここで、機械的な絞りを用いて、上記対物
レンズの開口数を上記光学記録媒体の透明基板の厚さに
応じて変化させることが考えられる。しかしながら、機
械的な絞りを設けることは、光学ピックアップ装置の構
成の複雑化、大型化を招来することとなる。

【００２２】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、装置構成の複雑化、大型化を招
来することなく、透明基板の厚さが異なる光学記録媒体
に対しても、情報信号の記録及び再生が良好に行えるよ
うになされた光学ピックアップ装置の提供という課題を
解決しようとするものである。

【００２３】また、本発明は、上述のように透明基板の
厚さが異なる光学記録媒体に対して情報信号の記録及び
再生が行える光学ピックアップ装置等を構成するのに好
適な光学素子の提供という課題を解決しようとするもの
である。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る光学素子は、光束の透過面上に少なく
とも１種類の波長選択性膜を有し、一の波長の光束が透
過できる領域と他の波長の光束が透過できる領域とが、
互いに面積が異なっており、光束の波長に応じて開口面
積が選択されることとしたものである。

【００２５】また、本発明は、上記光学素子を、対物レ
ンズとして構成したものである。

【００２６】そして、本発明に係る光学ピックアップ装
置は、入射面及び出射面の少なくとも一方に少なくとも
１種類の波長選択性膜を有し一の波長の光束が透過でき
る領域と他の波長の光束が透過できる領域とが互いに面
積が異なっており光束の波長に応じて開口数が選択され
る対物レンズと、一の波長の光束を発する第１の光源及
び他の波長の光束を発する第２の光源の少なくも２以上
の光源とを備えて構成されたものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００２８】この実施の形態は、本発明に係る光学素子
を、図１に示すように、光学ピックアップ装置用の対物
レンズとして構成したものである。この対物レンズは、
ガラス、または、透明合成樹脂材料からなるレンズ母材
１を有して構成される。このレンズ母材１の表面部は、
光束入射面となされており、非球面形状を有する凸面と
なされている。また、このレンズ母材１の裏面部は、光
束出射面となされており、非球面形状を有する凸面とな
されている。すなわち、この対物レンズは、両凸面の凸
レンズである。

【００２９】光学ピックアップ装置において、この対物
レンズの表面部より平行光束が入射されると、この光束
は、上記裏面部より射出されて、光ディスク１０１ａ，
１０１ｂの如き光学記録媒体の信号記録面上に集光され
る。

【００３０】そして、上記レンズ母材１の表面部（入射
面）上には、中央部分の円形の所定領域に、反射防止膜
（Ａ膜）２が形成されている。また、この表面部上に
は、上記反射防止膜２の形成領域の周囲を囲む円環状領
域に、波長選択性膜（分光透過膜）（Ｂ膜）３が形成さ
れている。上記レンズ母材１の裏面部（出射面）には、
反射防止膜（Ｃ膜）４が形成されている。

【００３１】上記反射防止膜（Ａ膜）２は、図２に示す
ように、所定の単一波長光束に対して反射防止効果を発
揮するような、所定の材料よりなる単層の薄膜である。
この反射防止膜２は、以下の〔表１〕に示すように、例
えば、屈折率が１．３８の材料により、０．４λ（λ
は、中心波長）の厚さを有して形成される（ただし、上
記レンズ母材１をなす材料の屈折率が１．５２の場
合）。

【００３２】

【表１】

【００３３】また、上記レンズ母材１の裏面部に形成さ
れた反射防止膜（Ｃ膜）４も、レンズ母材１の表面部に
形成された反射防止膜（Ａ膜）２と同様の膜として形成
されている。

【００３４】この反射防止膜２の分光透過特性は、図３
に示すように、全域（５００ｎｍ乃至９００ｎｍ）に亘
って略々一定の高い透過率（９５％以上）を有するもの
となっている。

【００３５】そして、上記波長選択性膜（Ｂ膜）３は、
図２に示すように、所定の波長選択性（分光透過特性）
を発揮するような、所定の材料よりなる、例えば１５層
程度の多層の薄膜である。この反射防止膜２は、以下の
〔表２〕に示すように、例えば、屈折率が１．３８の材
料Ｌと屈折率が２．３の材料Ｈとが交互に積層されて構
成されている。

【００３６】

【表２】

【００３７】この例では、最もレンズ母材１側の第１層
（材料Ｌ）及び最もレンズ母材１より遠い第１５層（材
料Ｌ）の厚さが０．１２５λ（λは、中心波長）となさ
れ、これら各層の間の第２層より第１４層については、
偶数番号の層（材料Ｈ）の厚さが０．２５λとなされ、
奇数番号の層（材料Ｌ）の厚さが０．２５λとなされて
いる（ただし、上記レンズ母材１をなす材料の屈折率が
１．５２の場合）。

【００３８】この波長選択性膜３の分光透過特性は、図
４に示すように、７００ｎｍ以下の領域では高い透過率
（７０％乃至９５％程度）を有し、８００ｎｍ以上の領
域では極めて低い透過率（略々０％）を有するものとな
っている。

【００３９】したがって、この対物レンズに対して、第
１の波長の光束Ｂ₁として、波長が６３０ｎｍ乃至６５
０ｎｍの光束を入射させると、この光束Ｂ₁は、図１に
示すように、この対物レンズの表面部の全面に亘って該
対物レンズ内に入射可能である。すなわち、この対物レ
ンズにおいて、第１の波長の光束Ｂ₁にとっての開口
は、上記表面部の全面である。そして、この第１の波長
の光束Ｂ₁は、第１の光ディスク１０１ａの信号記録面
上に集光される。このとき、この対物レンズの開口数
（ＮＡ）は、０．６となっている。

【００４０】上記第１の光ディスク１０１ａは、透明基
板の厚さｔ₁が、例えば０．６ｍｍとなされて構成され
ている。このように、透明基板の厚さｔ₁が０．６ｍｍ
であって、波長が６３０ｎｍ乃至６５０ｎｍの光束を用
いて、開口数０．６の対物レンズを介して情報信号の記
録及び再生を行う光ディスクとしては、いわゆる「デジ
タルビデオディスク（“ＤＶＤ”）」がある。

【００４１】そして、この対物レンズに対して、第２の
波長の光束Ｂ₂として、波長が７８０ｎｍの光束を入射
させると、この光束Ｂ₂は、図１に示すように、上記反
射防止膜２が形成された領域においてのみ対物レンズ内
に入射可能であり、上記波長選択性膜３が形成された領
域においては該対物レンズ内に入射できない。すなわ
ち、この対物レンズにおいて、第２の波長の光束Ｂ₂に
とっての開口は、上記表面部のうち反射防止膜２が形成
された領域である。そして、この第２の波長の光束Ｂ₂
は、第２の光ディスク１０１ｂの信号記録面上に集光さ
れる。このとき、この対物レンズの開口数（ＮＡ）は、
０．４５となっている。

【００４２】上記第２の光ディスク１０１ｂは、透明基
板の厚さｔ₂が、例えば１．２ｍｍとなされて構成され
ている。このように、透明基板の厚さｔ₂が１．２ｍｍ
であって、波長が７８０ｎｍの光束を用いて、開口数
０．４５の対物レンズを介して情報信号の再生を行う光
ディスクとしては、前述した、いわゆる「コンパクトデ
ィスク（“ＣＤ”）」がある。

【００４３】すなわち、この対物レンズにおいては、入
射させる光束の波長を変えることにより、この波長の違
いに応じて開口数が変化するので、入射光束の波長を適
宜設定することにより、例えば「デジタルビデオディス
ク」及び「コンパクトディスク」のように、透明基板の
厚さが異なる複数種類の光学記録媒体に対して、情報信
号の記録再生のための最適な条件を実現することができ
る。

【００４４】したがって、この対物レンズと、少なくと
も２種類の波長の光束を発する光源とを用いて、複数種
類の光学記録媒体に対して情報信号の記録再生を行うこ
とができる光学ピックアップ装置を構成することができ
る。

【００４５】この光学ピックアップ装置は、図５に示す
ように、第１の波長（６３０ｎｍ乃至６５０ｎｍ）の光
束Ｂ₁を発する第１の光源となる第１の半導体レーザ５
及び第２の波長（７８０ｎｍ）の光束Ｂ₂を発する第２
の光源となる第２の半導体レーザ６を備えている。この
光学ピックアップ装置は、上記第１の光ディスク１０１
ａ及び上記第２の光ディスク１０１ｂが選択的に装着さ
れる光ディスクプレーヤにおいて使用される。この光学
ピックアップ装置においては、上記光ディスクプレーヤ
に第１の光ディスク１０１ａが装着されたときには、第
１の半導体レーザ５を点灯させ、該光ディスクプレーヤ
に第２の光ディスク１０１ｂが装着されたときには、第
２の半導体レーザ６を点灯させて使用する。

【００４６】上記第１の半導体レーザ５より発せられた
光束Ｂ₁は、第１のコリメータレンズ７により平行光束
となされて、第１のビームスプリッタ８に入射される。
この光束Ｂ₁は、第１のビームスプリッタ８の反射面に
より反射されて９０°偏向され、第２のビームスプリッ
タ９に入射される。この光束Ｂ₁は、第２のビームスプ
リッタ９を透過して、上記レンズ母材１と上記波長選択
性膜とを有する対物レンズに入射される。この光束Ｂ₁
は、対物レンズにより、第１の光ディスク１０１ａの信
号記録面上に集光される。このとき、この光束Ｂ₁は、
上記第１の光ディスク１０１ａについて記録再生を行う
のに最適な条件（光束の波長及び対物レンズの開口数）
にて、該第１の光ディスク１０１ａの信号記録面上に集
光される。

【００４７】一方、上記第２の半導体レーザ６より発せ
られた光束Ｂ₂は、第２のコリメータレンズ１０により
平行光束となされて、第２のビームスプリッタ９に入射
される。この光束Ｂ₂は、第２のビームスプリッタ９の
反射面により反射されて９０°偏向され、上記対物レン
ズに入射される。この光束Ｂ₂は、対物レンズにより、
第２の光ディスク１０１ｂの信号記録面上に集光され
る。このとき、この光束Ｂ₂は、上記第２の光ディスク
１０１ｂについて記録再生を行うのに最適な条件（光束
の波長及び対物レンズの開口数）にて、該第２の光ディ
スク１０１ｂの信号記録面上に集光される。

【００４８】なお、この光学ピックアップ装置におい
て、上記対物レンズは、上記第１の光ディスク１０１ａ
に適合させて収差補正がなされており、上記第２の光デ
ィスク１０１ｂについては、開口数が小さくなされて
も、球面収差が生ずる。このように、第２の光ディスク
１０１ｂについて生ずる球面収差は、上記第２のコリメ
ータレンズ１０において補正されるようになされてい
る。

【００４９】そして、上記各光ディスク１０１ａ，１０
１ｂの信号記録面上に集光されてこの信号記録面により
反射された光束は、上記対物レンズに戻り、この対物レ
ンズにより平行光束となされて、第２のビームスプリッ
タ９及び第１のビームスプリッタ８を透過し、検出系集
光レンズ１１に至る。この検出集光レンズ１１は、入射
された光束を収束させ、マルチレンズ１２に入射させ
る。このマルチレンズ１２は、入射面がシリンドリカル
面となされ、出射面が凹面となされたレンズである。こ
のマルチレンズ１２は、入射された光束に非点収差を生
じさせるとともに、この光束の集光位置を後方側（この
マルチレンズ１２より離れる方向）に移動させる作用を
有する。このマルチレンズ１２を射出した光束は、フォ
トダイオードの如き光検出器１３の受光面部上に集光さ
れる。

【００５０】上記光検出器１３は、それぞれが独立的に
光検出出力を出力する複数の領域に分割された受光面部
を有している。この光検出器１３よりの光検出出力につ
いて演算処理することにより、上記各光ディスク１０１
ａ，１０１ｂよりの情報信号の読取信号や、フォーカス
エラー信号やトラッキングエラー信号の如き種々のエラ
ー信号を生成することができる。

【００５１】なお、本発明に係る光学素子は、上述した
ような対物レンズに限定されることなく、透過させる光
束の波長に応じて開口面積を変化させる必要のある種々
の光学素子として構成することができる。

【００５２】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る光学ピック
アップ装置においては、入射面及び出射面の少なくとも
一方に少なくとも１種類の波長選択性膜を有し一の波長
の光束が透過できる領域と他の波長の光束が透過できる
領域とが互いに面積が異なっており光束の波長に応じて
開口数が選択される対物レンズと、一の波長の光束を発
する第１の光源及び他の波長の光束を発する第２の光源
の少なくも２以上の光源とを備えている。

【００５３】この光学ピックアップ装置においては、上
記波長選択性膜の作用により、上記一の波長の光束及び
上記他の波長の光束について、対物レンズの開口数が異
なることとなる。対物レンズの開口数が変わることによ
り、透明基板の厚さが異なる複数種類の光学記録媒体に
対して、情報信号の記録及び再生を良好に行うことがで
きる。

【００５４】すなわち、本発明は、装置構成の複雑化、
大型化を招来することなく、透明基板の厚さが異なる複
数種類の光学記録媒体に対して、情報信号の記録及び再
生が良好に行えるようになされた光学ピックアップ装置
を提供することができるものである。

【００５５】また、本発明は、上述のように透明基板の
厚さが異なる光学記録媒体に対して情報信号の記録及び
再生が行える光学ピックアップ装置等を構成するのに好
適な光学素子を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学素子であって対物レンズとし
て構成されたものの形状を示す縦断面図である。

【図２】上記光学素子における反射防止膜及び波長選択
性膜の構成を示す縦断面図である。

【図３】上記光学素子における反射防止膜（Ａ膜）の分
光透過特性を示すグラフである。

【図４】上記光学素子における波長選択性膜（Ｂ膜）の
分光透過特性を示すグラフである。

【図５】本発明に係る光学ピックアップ装置の構成を示
す側面図である。

【符号の説明】

１レンズ母材、３波長選択性膜、５第１の光源、
６第２の光源

フロントページの続き (72)発明者上田博之東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光束の透過面上に少なくとも１種類の波
長選択性膜を有し、一の波長の光束が透過できる領域と
他の波長の光束が透過できる領域とが、互いに面積が異
なっており、光束の波長に応じて開口面積が選択される
こととした光学素子。
【請求項２】対物レンズとして構成された請求項１記
載の光学素子。
【請求項３】入射面及び出射面の少なくとも一方に少
なくとも１種類の波長選択性膜を有し、一の波長の光束
が透過できる領域と他の波長の光束が透過できる領域と
が、互いに面積が異なっており、光束の波長に応じて開
口数が選択される対物レンズと、上記一の波長の光束を
発する第１の光源及び上記他の波長の光束を発する第２
の光源の少なくも２以上の光源とを備えた光学ピックア
ップ装置。