光情報記録再生装置用対物光学系、及び光情報記録再生装置
【課題】規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置用対物光学系において、光利用効率の低下を有効に抑えること。
【解決手段】第一と第二の段差を含む少なくとも二種類の段差で規定される位相シフト構造を有し、第一の段差の配置間隔と、第二の段差の配置間隔とが所定の条件を満たすと共に、第一と第二の段差が付与する互いの位相変化が相殺されるように光情報記録再生装置用対物光学系を構成する。
【解決手段】第一と第二の段差を含む少なくとも二種類の段差で規定される位相シフト構造を有し、第一の段差の配置間隔と、第二の段差の配置間隔とが所定の条件を満たすと共に、第一と第二の段差が付与する互いの位相変化が相殺されるように光情報記録再生装置用対物光学系を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、規格の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録又は再生を行うのに適した構成の光情報記録再生装置用対物光学系、及び該対物光学系を搭載した光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光ディスクには、BD(Blu-ray Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、CD(Compact Disc)等の記録密度や保護層厚等の規格の異なる複数種類の光ディスクが存在するため、光情報記録再生装置に搭載された対物光学系には、各光ディスクに対する互換性が要求される。ここで、互換性とは、使用する光ディスクを切り替えたときに部品交換等をすることなく情報の記録又は再生が保証されることである。
【0003】
対物光学系が規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つためには、ディスク保護層の厚さの差により生じる相対的な球面収差を補正すると共に、情報の記録又は再生に使用する対物光学系の開口数(NA)を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットを得る必要がある。光情報記録再生装置は、光ディスクの記録密度毎に、異なる波長のレーザー光を使用するように構成されている。光情報記録再生装置は、例えばCDの記録又は再生を行う場合、約790nmの波長の光(いわゆる近赤外レーザー光)を、DVDの記録又は再生を行う場合、約660nmの波長の光(いわゆる赤色レーザー光)を、BDの記録又は再生を行う場合、約405nmの波長の光(いわゆる青色レーザー光)を、それぞれ使用する。特許文献1には、三種類の規格の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置の具体的構成例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−199707号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の光情報記録再生装置用の対物レンズには、それぞれ異なる光路長変化量を付与する二種類の段差が形成されている。特許文献1に記載の対物レンズにおいて、BD/DVD/CD用の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数は、一方の段差で1次/0次/0次であり、他方の段差で2次/1次/1次である。BD/DVD/CD用の全ての波長の光束においてスポット光量が確保されるように段差を設計すると、後者の段差では各波長の光束における位相ずれが小さいため回折効率が高い一方、前者の段差では各波長の光束における位相ずれが大きいため回折効率が小さい。そのため、対物レンズ全体として光利用効率が低いという欠点がある。
【0006】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置用対物光学系、及び該対物光学系を搭載した光情報記録再生装置において、光利用効率の低下を有効に抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置用対物光学系は、記録密度の異なる第一、第二、第三の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二、第三の波長を持つ光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される、少なくとも一枚の対物レンズからなる光学系である。なお、第一の波長をλ1(単位:nm)と定義し、第二の波長をλ2(単位:nm)と定義し、第三の波長をλ3(単位:nm)と定義した場合に、
λ1≒405nm、λ2≒660nm、λ3≒790nm
である。また、第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA1と定義し、第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA2と定義し、第三の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA3と定義した場合に、
NA1>NA2>NA3
が満たされる。
【0008】
本発明に係る光情報記録再生用対物光学系中の少なくとも一面は、同心状に分割された複数の屈折面で構成され、互いに隣り合う屈折面の境界において入射光束に対して異なる位相差を付与する段差を持つ位相シフト構造を有する位相シフト面である。位相シフト面は、第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる、第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい第一の領域を有している。第一の領域には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されている。
【0009】
位相シフト面は、光軸方向と直交する方向において、第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第一の段差の配置間隔をP1(単位:mm)と定義し、第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第二の段差であって、一方が二つの第一の段差に挟まれて位置する二つの第二の段差の配置間隔をP2(単位:mm)と定義した場合に、第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(1)
0.95<P1/P2<1.05・・・(1)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有する。なお、二つの第一の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差と定義し、二つの第二の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差と定義する。そして、光軸方向と直交する方向において、第一の段差が第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第一の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差として、配置間隔P1を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第二の段差が第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第二の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差として、配置間隔P2を決定する。
【0010】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して光源から光ディスクに向かう光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、第一の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ1(単位:rad)と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、第二の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ2(単位:rad)と定義した場合に、第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(2)
−3.00<Δφ1/Δφ2<−0.10・・・(2)
を満たす。
【0011】
また、位相シフト面は、次の条件(3)
−1.30<Δφ1/Δφ2<−0.35・・・(3)
を満たす構成としてもよい。
【0012】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ1(単位:πrad)と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ2(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(4)及び(5)
2.2<φ1<2.8・・・(4)
1.00<φ2<1.70・・・(5)
を満たす構成としてもよい。
【0013】
また、位相シフト面は、次の条件(6)及び(7)
2.3<φ1<2.6・・・(6)
1.1<φ2<1.5・・・(7)
を満たす構成としてもよい。
【0014】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD1(単位:μm)と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(8)及び(9)
1.10<ΔOPD1/λ1<1.40・・・(8)
0.50<ΔOPD2/λ1<0.85・・・(9)
を満たす構成としてもよい。
【0015】
また、位相シフト面は、次の条件(10)及び(11)
1.15<ΔOPD1/λ1<1.30・・・(10)
0.55<ΔOPD2/λ1<0.75・・・(11)
を満たす構成としてもよい。
【0016】
また、位相シフト面は、近軸に配置された第一の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD1(単位:μm)と定義し、近軸に配置された第二の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(12)及び(13)
0.70<D1<1.10・・・(12)
0.30<D2<0.70・・・(13)
を満たす構成としてもよい。
【0017】
また、位相シフト面は、次の条件(14)及び(15)
0.80<D1<0.95・・・(14)
0.40<D2<0.55・・・(15)
を満たす構成としてもよい。
【0018】
ここで、第一の領域に形成された少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、第一の位相シフト構造は、例えば、第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第一の光路差関数で規定される回折構造であり、第二の位相シフト構造は、例えば、第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次、0次となる第二の光路差関数で規定される回折構造である。
【0019】
また、位相シフト面は、第一の領域の外側に、第一、第二の波長の光束をそれぞれ第一、第二の光ディスクの記録面上に収束させると共に、第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有する構成としてもよい。第二の領域には、例えば、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されている。
【0020】
また、位相シフト面は、光軸方向と直交する方向において、第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第三の段差の配置間隔をP3(単位:mm)と定義し、第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第四の段差であって、一方が二つの第三の段差に挟まれて位置する二つの第四の段差の配置間隔をP4(単位:mm)と定義した場合に、次の条件(16)
0.95<P3/P4<1.05・・・(16)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有する構成としてもよい。なお、二つの第三の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差と定義し、二つの第四の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差と定義する。そして、光軸方向と直交する方向において、第三の段差が第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第三の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差として、配置間隔P3を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第四の段差が第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第四の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差として、配置間隔P4を決定する。
【0021】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して光源から光ディスクに向かう光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、第三の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ3(単位:rad)と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、第四の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ4(単位:rad)と定義した場合に、次の条件(17)
−2.70<Δφ3/Δφ4<−0.05・・・(17)
を満たす構成としてもよい。
【0022】
また、位相シフト面は、次の条件(18)
−1.05<Δφ3/Δφ4<−0.20・・・(18)
を満たす構成としてもよい。
【0023】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ3(単位:πrad)と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ4(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(19)及び(20)
2.1<φ3<2.8・・・(19)
1.00<φ4<1.70・・・(20)
を満たす構成としてもよい。
【0024】
また、位相シフト面は、次の条件(21)及び(22)
2.2<φ3<2.6・・・(21)
1.1<φ4<1.5・・・(22)
を満たす構成としてもよい。
【0025】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD3(単位:μm)と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(23)及び(24)
1.05<ΔOPD3/λ1<1.40・・・(23)
0.50<ΔOPD4/λ1<0.85・・・(24)
を満たす構成としてもよい。
【0026】
また、位相シフト面は、次の条件(25)及び(26)
1.10<ΔOPD3/λ1<1.30・・・(25)
0.55<ΔOPD4/λ1<0.75・・・(26)
を満たす構成としてもよい。
【0027】
また、位相シフト面は、第一の領域との境界に配置された第三の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD3(単位:μm)と定義し、一の領域との境界に配置された第四の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(27)及び(28)
0.85<D3<1.20・・・(27)
0.45<D4<0.85・・・(28)
を満たす構成としてもよい。
【0028】
また、位相シフト面は、次の条件(29)及び(30)
0.95<D3<1.10・・・(29)
0.55<D4<0.75・・・(30)
を満たす構成としてもよい。
【0029】
ここで、第二の領域に形成された少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、第三の位相シフト構造は、例えば、第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第三の光路差関数で規定される回折構造であり、第四の位相シフト構造は、例えば、第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次となる第四の光路差関数で規定される回折構造である
【0030】
また、位相シフト面は、第二の領域の外側に、第一の波長の光束を第一の光ディスクの記録面上に収束させると共に、第二、第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を有する構成としてもよい。
【0031】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置は、記録密度の異なる第一、第二、第三の各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う装置であり、第一の波長(≒405nm)、第二の波長(≒660nm)、第三の波長(≒790nm)の光束を射出する光源と、光源から射出された第一、第二、第三の波長の光束の発散収束度を変換するカップリングレンズと、カップリングレンズによって発散収束度が変換された第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる上記の光情報記録再生装置用対物光学系とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0032】
本発明に係る光情報記録再生用対物光学系、及び光情報記録再生装置は、第一から第三の各波長の光束に対して、第一の領域に形成された複数種類の位相シフト構造による複合的な光学的作用を付与することにより、第一から第三の光ディスクに対する互換性を確保しつつ、条件(1)及び(2)を共に満たすことにより、第一の段差を透過した第一の波長の光束と、第二の段差を透過した第一の波長の光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造による位相ずれが異なる位相変化をもって相殺されるため、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る対物レンズの構成を概略的に示す図である。
【図3】本発明の実施形態において光ディスクを使用する際の対物レンズの側断面を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に係る対物レンズの第一面の非球面形状を平面状に展開したときのレンズ面形状展開図であり、各領域に形成された位相シフト構造単独の形状を示す図である。
【図5】本発明の実施形態に係る対物レンズの第一面の各領域に形成された同種の段差の配置間隔についての説明図である。
【図6】本発明の実施例1に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図7】本発明の実施例2に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図8】本発明の実施例3に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図9】本発明の実施例4に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図10】本発明の実施例5に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図11】本発明の実施例6に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図12】本発明の実施例7に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図13】本発明の実施例8に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図14】本発明の実施例9に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図15】本発明の実施例10に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図16】本発明の実施例11に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下、本発明の実施形態に係る光情報記録再生装置について説明する。本実施形態の光情報記録再生装置は、保護層厚や記録密度等の仕様が異なる三種類の光ディスクに対して互換性を有している。なお、本明細書において、光情報記録再生装置と記した場合には、「情報の記録専用装置」、「情報の再生専用装置」、「情報の記録及び再生兼用装置」の全てを含む。
【0035】
以下においては、説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、例えばBD等の高記録密度の光ディスクを「光ディスクOD1」と記し、BDよりも記録密度の低いDVD等の光ディスクを「光ディスクOD2」と記し、DVDよりも記録密度の低いCD等の光ディスクを「光ディスクOD3」と記す。
【0036】
光ディスクOD1の保護層厚をt1(単位:mm)と定義し、光ディスクOD2の保護層厚をt2(単位:mm)と定義し、光ディスクOD3の保護層厚をt3(単位:mm)と定義した場合、各保護層厚の具体的数値は、次に示される通りである。
t1≒0.1
t2≒0.6
t3≒1.2
なお、各保護層厚は、部品個体差や温度変化等による設計値に対する誤差を考慮して、各式中「≒」としている。
【0037】
光ディスクOD1〜OD3の各々に対して情報の記録又は再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされる開口数(NA)の値を変化させる必要がある。ここで、光ディスクOD1〜OD3の各々に対する情報の記録時又は再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれNA1、NA2、NA3と定義すると、次の関係が成立する。
NA1>NA2>NA3
すなわち、記録密度が最も高い光ディスクOD1使用時には、光ディスクOD2又はOD3使用時よりも小径なスポットの形成が要求されるため、必要なNAが最も高い。これに対して、記録密度が最も低い光ディスクOD3使用時には、光ディスクOD1又はOD2使用時よりも径の大きいスポットの形成が要求されるため、必要なNAが最も低い。
【0038】
更に、記録密度の異なる光ディスクOD1〜OD3を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が使用される。具体的には、光ディスクOD1使用時には、最も小径のビームスポットを光ディスクOD1の記録面上に形成するため、波長λ1(単位:nm)のレーザー光を光源から射出する。光ディスクOD2使用時には、光ディスクOD1使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクOD2の記録面上に形成するため、波長λ1より長い波長λ2(単位:nm)のレーザー光を光源から射出する。光ディスクOD3使用時には、光ディスクOD2使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクOD3の記録面上に形成するため、波長λ2より長い波長λ3(単位:nm)のレーザー光を光源から射出する。各波長の具体的数値は、次に示される通りである。
λ1≒405
λ2≒660
λ3≒790
なお、各使用波長は、部品個体差や温度変化等によって設計基準波長に対して当然に変化する微少な波長範囲も含めるため、各式中「≒」としている。
【0039】
図1は、本実施形態に係る光情報記録再生装置100の構成を概略的に示す図である。光情報記録再生装置100は、波長λ1のレーザー光束を射出する光源1A、波長λ2のレーザー光束を射出する光源1B、波長λ3のレーザー光束を射出する光源1C、回折格子2A〜2C、カップリングレンズ3A〜3C、ビームスプリッタ41、42、ハーフミラー5A〜5C、受光部6A〜6C、対物レンズ10を有している。なお、図1中、一点鎖線は、光情報記録再生装置100の基準軸AXである。また、実線、破線、点線で示される光束はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3のレーザー光束を示す。対物レンズ10の光軸は、通常、基準軸AXと一致する。但し、対物レンズ10は、図示省略された周知のトラッキング機構による光ディスクに対する半径方向の移動によって、光軸が基準軸AXから外れる状態も起こり得る。
【0040】
光情報記録再生装置100では、各光ディスク使用時に必要とされる対物レンズのNAがそれぞれ異なる。そのため、光情報記録再生装置100は、波長λ1〜λ3のレーザー光束それぞれの光束径を規定する開口制限素子(不図示)を有した構成としてもよい。
【0041】
光ディスクOD1〜OD3使用時にはそれぞれ、波長λ1〜λ3のレーザー光束が光源1A〜1Cから射出される。波長λ1〜λ3のレーザー光束はそれぞれ、回折格子2A〜2Cを透過後、ハーフミラー5A〜5Cによって光路が折り曲げられて、カップリングレンズ3A〜3Cに入射する。カップリングレンズ3A〜3Cはそれぞれ、入射した波長λ1〜λ3のレーザー光束を平行光束に変換する。波長λ1又はλ2の平行光束は、ビームスプリッタ41、42を介して対物レンズ10に入射する。波長λ3の平行光束は、ビームスプリッタ42を介して対物レンズ10に入射する。対物レンズ10は、入射した波長λ1〜λ3の平行光束をそれぞれ、光ディスクOD1〜OD3の記録面近傍に収束させる。収束した各レーザー光束は、光ディスクOD1〜OD3の記録面上にスポットを形成する。光ディスクOD1〜OD3の記録面で反射したレーザー光束はそれぞれ、入射時と同一の光路を戻り、ハーフミラー5A〜5Cを透過して受光部6A〜6Cにより検出される。受光部6A〜6Cは、検出信号を図示省略された周知の信号処理回路に出力する。信号処理回路は、受光部6A〜6Cの各出力を基に、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、光ディスクに記録された情報の再生信号等を検出する。
【0042】
上記の通り、各カップリングレンズ3A〜3Cから射出されるレーザー光束は、何れも平行光束である。つまり、各カップリングレンズ3A〜3Cは、コリメートレンズとして機能する。このように、対物レンズ10に平行光束を入射させる構成を採用することにより、対物レンズ10がトラッキングシフトした場合であっても、コマ収差等の軸外収差が発生しない。なお、本発明の範囲は、全ての規格の光ディスクに対して平行光束を入射させる構成に限定されない。当該範囲には、例えば光ディスクOD3等に対して弱発散光を入射させる、いわゆる有限系も含まれる。有限系を採用することにより、例えば光ディスクOD3使用時に残存する球面収差を補正すると共に作動距離を確保しやすくなる。
【0043】
図2(a)は、対物レンズ10の正面図を、図2(b)は、対物レンズ10の側断面図を、それぞれ示す。図3は、光ディスクOD1(又はOD2、OD3)使用時の対物レンズ10の側断面図を示す。対物レンズ10は、上記の通り、規格の異なる複数種類の光ディスクOD1〜OD3に対して互換性を有する光情報記録再生装置100の光ヘッドに適用され、光源である半導体レーザーから射出されたレーザー光束を各光ディスクの記録面に収束させる機能を有している。
【0044】
対物レンズ10は、ビームスプリッタ42に対向する第一面10aと、光ディスクに対向する第二面10bとを有する両凸の単レンズである。第一面10a、第二面10bは共に非球面である。非球面の形状は、光軸からの高さがh(単位:mm)となる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をSAGと定義し、非球面の光軸上での曲率を1/r(但し、r(単位:mm)は曲率半径)と定義し、円錐係数をκと定義し、4次以上の偶数次の非球面係数をA4、A6、・・・と定義した場合に、次の式で表される。対物レンズ10の各レンズ面を非球面にすることにより、球面収差やコマ収差等の諸収差を適切にコントロールすることが可能になる。
【数1】
【0045】
図2(a)に示されるように、対物レンズ10の第一面10aは、光軸を中心とする円形の第一の領域R1と、第一の領域R1の外側に配置された円環状の第二の領域R2と、第二の領域R2の外側に配置された円環状の第三の領域R3を有している。領域R1、R2、R3の有効半径はそれぞれ、NA3(NA3は、波長λ1でのNA0.3より大きい)、NA2、NA1に基づいて定められている。また、領域R1〜R3には、輪帯状の位相シフト構造が設けられている。位相シフト構造は、同心状に分割された複数の屈折面と各屈折面の境界において光軸に沿って延びる複数の微小な段差からなる(図3の拡大図参照)。位相シフト構造は、第二面10bにだけ設けられてもよく、又は第一面10aと第二面10bの両面に分離して設けられてもよい。なお、本実施形態のように、位相シフト構造をより有効径の大きい第一面10aに設けた場合、例えば位相シフト構造の最小輪帯幅をより広く設計することができ、輪帯の段差部分による光量損失を抑えることができるメリットがある。また、対物レンズ10がレンズクリーナーを用いて擦られた場合に位相シフト構造が摩耗しない、などのメリットがある。
【0046】
また、位相シフト構造は、対物レンズ10とは別体の光学素子(不図示)に設けられてもよい。別体の光学素子は、例えば対物レンズ10とビームスプリッタ42との間に配置される。この場合、位相シフト構造は、別体の光学素子の少なくとも一面にだけ設けられてもよく、又は対物レンズ10と別体の光学素子の各面に分離して設けられてもよい。但し、対物レンズ10と別体の光学素子との光軸がずれた場合に収差が発生するという不具合を考えると、トラッキング時において、別体の光学素子と対物レンズが一体でシフトすることが望ましい。
【0047】
位相シフト構造を構成する段差は、各屈折面の境界の内側を透過する光束と外側を透過する光束との間で所定の位相差(別の表現によれば、所定の光路長差)が生じるように設計される。この構造を一般に回折構造と称することもできる。所定の光路長差が特定の波長λαのn倍(nは整数)となるように設計された位相シフト構造は、ブレーズ波長λαのn次回折構造と称することができる。ここで、回折構造に特定の波長λβの光束を透過させた際に最も回折効率が高くなる回折光の回折次数は、波長λβの光束に対して与えられる光路長差を波長λβで割ったときの値に最も近い整数mとして求まる。以下、説明の便宜上、回折構造(位相シフト構造)において波長λ1、λ2、λ3のレーザー光束で回折効率が最大となる回折次数をそれぞれ、便宜上、「BD使用回折次数」、「DVD使用回折次数」、「CD使用回折次数」と記す。
【0048】
回折構造(位相シフト構造)は、第kの領域の第iの光路差関数φik(h)によって表すことができる。なお、k、iは、何れも自然数である。光路差関数φik(h)は、対物レンズ10の回折レンズとしての機能を光軸からの高さhにおける光路長付加量の形で表現した関数であり、位相シフト構造における各段差の設置位置を規定する。光路差関数φik(h)は、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれPik2、Pik4、Pik6、・・・と定義し、使用される(入射する)レーザー光の設計波長をλと定義し、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数をmikと定義した場合に、次の式により表される。
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
【0049】
領域R1及びR2の位相シフト構造は、少なくとも二種類の段差(少なくとも二種類の光路差関数)を組み合わせることで規定される形状を有している。領域R1及びR2の位相シフト構造は、少なくとも二種類の段差(光路差関数)を重ね合わせることにより、入射光束に対して互いに異なる位相差(光路長差)を付与する。これにより、入射光束には、複合的な光学的作用が付与される。
【0050】
領域R1には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を組み合わせることで規定される位相シフト構造(以下、説明の便宜上、「位相シフト構造r1」と記す。)が形成されている。位相シフト構造r1は、波長λ1〜λ3のレーザー光束の何れの収束にも寄与する、すなわち、波長λ1のレーザー光束を光ディスクOD1の記録面上に、波長λ2のレーザー光束を光ディスクOD2の記録面上に、波長λ3のレーザー光束を光ディスクOD3の記録面上に、それぞれ収束させるように構成されている。
【0051】
図4は、対物レンズ10の第一面10aの非球面形状を平面状に展開したときのレンズ面形状展開図であり、各領域R1〜R3に形成された位相シフト構造単独の形状を示す。図4に示されるように、領域R1には、凸形状の輪帯を規定する第一の段差、凹形状の輪帯を規定する第二の段差が略交互に形成されている。
【0052】
位相シフト構造r1は、光軸方向と直交する方向において、第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第一の段差の配置間隔(図3の拡大図中符号P参照)をP1(単位:mm)と定義し、第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第二の段差であって、一方が上記の二つの第一の段差に挟まれて位置する、二つの第二の段差の配置間隔をP2(単位:mm)と定義した場合に、領域R1のうち少なくとも波長λ1でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(1)
0.95<P1/P2<1.05・・・(1)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有するように構成されている。
【0053】
ここで、配置間隔P1を空けて配置されている二つの第一の段差のうち光軸に近い段差を第一の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第一の終点段差と定義し、配置間隔P2を空けて配置されている二つの第二の段差のうち光軸に近い段差を第二の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第二の終点段差と定義する。また、光軸方向と直交する方向において、第一の段差が第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第一の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差として配置間隔P1を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第二の段差が第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第二の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差として配置間隔P2を決定する。
【0054】
図5(a)、(b)を参照して、配置間隔P1及びP2について説明する。なお、図5(a)、(b)の各図とも左側が光軸に近い側である。図5(a)は、第一と第二の段差が交互に現れる段差構成例を示す。図5(a)に示されるように、第二の起点段差を挟んで隣接して位置する第一の起点段差と第一の終点段差との配置間隔がP1であり、第一の終点段差を挟んで隣接して位置する第二の起点段差と第二の終点段差との配置間隔がP2である。また、図5(b)は、第一の段差X、Yが第二の段差を挟まずに連続して配置されている段差構成例を示す。この場合、図5(b)に示されるように、第一の段差X、Yのうち光軸に近い段差Xが第一の起点段差となる。そして、第一の終点段差は、段差Yではなく、第二の終点段差を挟んで最初に位置する第一の段差Zとなる。すなわち、第一の段差XとZとの配置間隔がP1になる。配置間隔P2は、連続する第一の段差X及びYを挟んで隣接して位置する第二の起点段差と第二の終点段差との配置間隔になる。
【0055】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印A方向(光軸方向に沿った方向)に光路長を付与したときの、第一の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ1(単位:rad)と定義し、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印A方向と逆の矢印B方向に光路長を付与したときの、第二の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ2(単位:rad)と定義した場合に、領域R1のうち少なくとも波長λ1でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(2)
−3.00<Δφ1/Δφ2<−0.10・・・(2)
を満たすように構成されている。
【0056】
位相シフト構造r1は、波長λ1〜λ3のレーザー光束に対して第一及び第二の段差による複合的な光学的作用を付与することにより、光ディスクOD1〜OD3に対する互換性を確保しつつ、条件(1)及び(2)を共に満たすことにより、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造r1は、特に高い光利用効率が求められる波長λ1のレーザー光束について、位相シフト構造による位相ずれを異なる位相変化をもって相殺して抑えることによって、位相ずれに起因する光利用効率の低下を有効に抑えている。
【0057】
条件(1)又は条件(2)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果が低いため、大きな位相ずれが残存し、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられない。
【0058】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(3)
−1.30<Δφ1/Δφ2<−0.35・・・(3)
を満たす構成としてもよい。
【0059】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ1(単位:πrad)と定義し、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ2(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(4)及び(5)
2.2<φ1<2.8・・・(4)
1.00<φ2<1.70・・・(5)
を共に満たす構成としてもよい。
【0060】
条件(4)及び(5)が共に満たされる場合、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果によって波面が揃うため、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下が有効に抑えられる。ここで、波長λ1のレーザー光束について70%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(4)の上限が規定されている。また、波長λ3のレーザー光束について40%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(4)の下限が規定されている。また、波長λ2のレーザー光束について50%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(5)の上下限が規定されている。また、条件(4)及び(5)が共に満たされる場合、第一及び第二の段差の段差高さが低いため、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0061】
条件(4)又は条件(5)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第一と第二の段差で付与される位相差の相殺効果が小さいため、波長λ2及びλ3のレーザー光束の光利用効率が著しく低下する。また、条件(4)の上限値を上回る場合は第一の段差の段差高さが高くなり、条件(5)の下限値を下回る場合は第二の段差の段差高さが高くなり、何れの場合においても、転写不良等の製造誤差が生じやすい。そのため、製造誤差による光量損失が大きく発生する虞がある。この種の損失光量は、光ディスクOD1の記録面への集光には寄与せず、スポット近傍にフレアとして現れるため、再生性能を劣化させる原因となる。
【0062】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(6)及び(7)
2.3<φ1<2.6・・・(6)
1.1<φ2<1.5・・・(7)
を共に満たす構成としてもよい。条件(6)が満たされることにより、例えば、波長λ1及び波長λ3のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。また、条件(7)が満たされることにより、例えば、波長λ2のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。
【0063】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD1(単位:μm)と定義し、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD2(単位:μm)と定義した場合に、条件(4)及び(5)に代えて、次の条件(8)及び(9)
1.10<ΔOPD1/λ1<1.40・・・(8)
0.50<ΔOPD2/λ1<0.85・・・(9)
を共に満たす構成としてもよい。
【0064】
また、位相シフト構造r1は、条件(6)及び(7)に代えて、次の条件(10)及び(11)
1.15<ΔOPD1/λ1<1.30・・・(10)
0.55<ΔOPD2/λ1<0.75・・・(11)
を共に満たす構成としてもよい。
【0065】
また、位相シフト構造r1は、近軸に配置された第一の段差の光軸方向の段差高さ(図3の拡大図中符号D参照)の絶対値をD1(単位:μm)と定義し、近軸に配置された第二の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD2(単位:μm)と定義した場合に、条件(4)及び(5)に代えて、次の条件(12)及び(13)
0.70<D1<1.10・・・(12)
0.30<D2<0.70・・・(13)
を共に満たす構成としてもよい。
【0066】
また、位相シフト構造r1は、条件(6)及び(7)に代えて、次の条件(14)及び(15)
0.80<D1<0.95・・・(14)
0.40<D2<0.55・・・(15)
を共に満たす構成としてもよい。
【0067】
第一の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数、CD使用回折次数が共に1次となる第一の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。また、第二の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数、CD使用回折次数がそれぞれ1次、0次、0次となる第二の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。各使用回折次数を低次にすることにより、第一及び第二の段差の段差高さを低くすることができ、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0068】
領域R2には、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を組み合わせることで規定される位相シフト構造(以下、説明の便宜上、「位相シフト構造r2」と記す。)が形成されている。位相シフト構造r2は、波長λ1、λ2のレーザー光束の収束にのみ寄与する、すなわち、波長λ1のレーザー光束を光ディスクOD1の記録面上に、波長λ2のレーザー光束を光ディスクOD2の記録面上に、それぞれ収束させると共に、波長λ3のレーザー光束を光ディスクOD1〜OD3の何れの記録面上にも収束させないように構成されている。図4に示されるように、領域R2には、凸形状の輪帯を規定する第三の段差、凹形状の輪帯を規定する第四の段差が略交互に形成されている。
【0069】
位相シフト構造r2は、光軸方向と直交する方向において、第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第三の段差の配置間隔をP3(単位:mm)と定義し、第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第四の段差であって、一方が上記の二つの第三の段差に挟まれて位置する、二つの第四の段差の配置間隔をP4(単位:mm)と定義した場合に、次の条件(16)
0.95<P3/P4<1.05・・・(16)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有するように構成されている。
【0070】
ここで、配置間隔P3を空けて配置されている二つの第三の段差のうち光軸に近い段差を第三の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第三の終点段差と定義し、配置間隔P4を空けて配置されている二つの第四の段差のうち光軸に近い段差を第四の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第四の終点段差と定義する。また、光軸方向と直交する方向において、第三の段差が第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第三の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差として配置間隔P3を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第四の段差が第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第四の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差として配置間隔P4を決定する。
【0071】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印A方向に光路長を付与したときの、第三の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ3(単位:rad)と定義し、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印B方向に光路長を付与したときの、第四の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ4(単位:rad)と定義した場合に、次の条件(17)
−2.70<Δφ3/Δφ4<−0.05・・・(17)
を満たすように構成されている。
【0072】
位相シフト構造r2は、波長λ1及びλ2のレーザー光束に対して第三及び第四の段差による複合的な光学的作用を付与することにより、光ディスクOD1及びOD2に対する互換性を確保しつつ、条件(16)及び(17)を共に満たすことにより、第三の段差を透過した波長λ1のレーザー光束と、第四の段差を透過した波長λ1のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造r2は、特に高い光利用効率が求められる波長λ1のレーザー光束について、位相シフト構造による位相ずれを異なる位相変化をもって相殺して抑えることによって、位相ずれに起因する光利用効率の低下を有効に抑えている。
【0073】
条件(16)又は条件(17)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第三の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第四の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果が低いため、大きな位相ずれが残存し、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられない。
【0074】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第四の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(18)
−1.05<Δφ3/Δφ4<−0.20・・・(18)
を満たす構成としてもよい。
【0075】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ3(単位:πrad)と定義し、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ4(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(19)及び(20)
2.1<φ3<2.8・・・(19)
1.00<φ4<1.70・・・(20)
を共に満たす構成としてもよい。
【0076】
条件(19)及び(20)が共に満たされる場合、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果によって波面が揃うため、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下が有効に抑えられる。ここで、波長λ1のレーザー光束について70%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(19)の上限が規定されている。また、波長λ2のレーザー光束について50%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(19)の下限が規定されている。また、波長λ2のレーザー光束について50%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(20)の上下限が規定されている。また、条件(19)及び(20)が共に満たされる場合、第三及び第四の段差の段差高さが低いため、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0077】
条件(19)又は条件(20)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第三と第四の段差で付与される位相差の相殺効果が小さいため、波長λ2のレーザー光束の光利用効率が著しく低下する。また、条件(19)の上限値を上回る場合は第三の段差の段差高さが高くなり、条件(20)の下限値を下回る場合は第四の段差の段差高さが高くなり、何れの場合においても、転写不良等の製造誤差が生じやすい。そのため、製造誤差による光量損失が大きく発生する虞がある。この種の損失光量は、光ディスクOD1の記録面への集光には寄与せず、スポット近傍にフレアとして現れるため、再生性能を劣化させる原因となる。
【0078】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(21)及び(22)
2.2<φ3<2.6・・・(21)
1.1<φ4<1.5・・・(22)
を共に満たす構成としてもよい。条件(21)が満たされることにより、例えば、波長λ1及び波長λ3のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。また、条件(22)が満たされることにより、例えば、波長λ2のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。
【0079】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD3(単位:μm)と定義し、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD4(単位:μm)と定義した場合に、条件(19)及び(20)に代えて、次の条件(23)及び(24)
1.05<ΔOPD3/λ1<1.40・・・(23)
0.50<ΔOPD4/λ1<0.85・・・(24)
を共に満たす構成としてもよい。
【0080】
また、位相シフト構造r2は、条件(21)及び(22)に代えて、次の条件(25)及び(26)
1.10<ΔOPD3/λ1<1.30・・・(25)
0.55<ΔOPD4/λ1<0.75・・・(26)
を共に満たす構成としてもよい。
【0081】
また、位相シフト構造r2は、近軸に配置された第三の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD3(単位:μm)と定義し、近軸に配置された第四の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD4(単位:μm)と定義した場合に、条件(19)及び(20)に代えて、次の条件(27)及び(28)
0.85<D3<1.20・・・(27)
0.45<D4<0.85・・・(28)
を共に満たす構成としてもよい。
【0082】
また、位相シフト構造r2は、条件(21)及び(22)に代えて、次の条件(29)及び(30)
0.95<D3<1.10・・・(29)
0.55<D4<0.75・・・(30)
を共に満たす構成としてもよい。
【0083】
第三の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数が共に1次となる第三の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。また、第四の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数がそれぞれ1次、0次となる第四の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。各使用回折次数を低次にすることにより、第三及び第四の段差の段差高さを低くすることができ、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0084】
なお、領域R3は、波長λ1のレーザー光束の収束にのみ寄与する、すなわち、波長λ1のレーザー光束を光ディスクOD1の記録面上に収束させると共に、波長λ2、λ3のレーザー光束を光ディスクOD1〜OD3の何れの記録面上にも収束させないように構成されている。図4に示されるように、領域R3には、一種類の鋸歯状の輪帯構造が形成されている。
【0085】
次に、これまで説明した対物レンズ10を搭載する光情報記録再生装置100の具体的実施例を11例説明する。各実施例1〜11の光情報記録再生装置100は、図1に示される概略構成を有する。実施例1〜11の対物レンズ10は、図2及び図3に示される概略構成を有する。実施例1〜11の各数値データから再現される各光学素子の形状の違いは、本件願書に添付可能な図面の縮尺では現れない微差に過ぎない。よって、各実施例1〜11の光情報記録再生装置100の全体構成は図1を、各実施例1〜11の対物レンズ10の構成図は図3を、それぞれ参照し、本件願書への添付を省略する。
【実施例1】
【0086】
実施例1の光情報記録再生装置100に搭載される対物レンズ10の仕様、具体的には、設計(使用)波長(単位:nm)、焦点距離(単位:mm)、NA、倍率は、表1に示される。なお、実施例1の各表又は各図面についての説明は、以降の各実施例で提示される各表又は各図面においても適用する。
【0087】
【表1】
【0088】
表1中、倍率の値が示すように、実施例1の光情報記録再生装置100では、レーザー光束は、何れの光ディスク使用時であっても平行光束として対物レンズ10に入射する。これにより、トラッキングした際における軸外収差が発生しない。光情報記録再生装置100における対物レンズ10以降の各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成は、表2に示される。
【0089】
【表2】
【0090】
表2において、面番号1−1、1−2、1−3はそれぞれ、対物レンズ10の第一面10aの領域R1、R2、R3を示す。面番号2は、対物レンズ10の第二面10bを、面番号3は、対象となる光ディスクの保護層表面を、面番号4は、対象となる光ディスクの記録面を、それぞれ示す。「r」は、光学部材の各面の曲率半径(単位:mm)を示す。「d(@405nm)」、「d(@660nm)」、「d(@790nm)」はそれぞれ、各光ディスクOD1〜OD3使用時における光学部材厚又は光学部材間隔(単位:mm)を示す。「n(@405nm)」、「n(@660nm)」、「n(@790nm)」はそれぞれ、括弧書き内の波長に対する光学部材の屈折率を示す。
【0091】
対物レンズ10の第一面10a(面番号1−1、1−2、1−3)、第二面10b(面番号2)は、非球面である。各非球面形状は、光ディスクOD1〜OD3の記録又は再生に最適に設計されている。各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数A4、A6、・・・は、表3に示される。各表における表記Eは、10を基数、Eの右の数字を指数とする累乗を表している。
【0092】
【表3】
【0093】
領域R1〜R3の各領域は、独自の位相シフト構造(別の表現によれば、回折構造)を有している。第一面10aの各領域における位相シフト構造(回折構造)を規定するための光路差関数における各光路差関数係数、及び各位相シフト構造における使用回折次数は、表4及び表5に示される。表4中「1−1」、表5中「1−1」はそれぞれ、領域R1の位相シフト構造r1を構成する第一、第二の位相シフト構造におけるBD使用回折次数/DVD使用回折次数/CD使用回折次数(第一の位相シフト構造では1/1/1、第二の位相シフト構造では1/0/0)、及び第一、第二の位相シフト構造の光路差関数係数を示す。表4中「1−2」、表5中「1−2」はそれぞれ、領域R2の位相シフト構造r2を構成する第三、第四の位相シフト構造におけるBD使用回折次数/DVD使用回折次数(第三の位相シフト構造では1/1/−、第四の位相シフト構造では1/0/−)、及び第三、第四の位相シフト構造の光路差関数係数を示す。表5中「1−3」は、領域R3に形成された位相シフト構造におけるBD使用回折次数(2/−/−)、及び当該位相シフト構造の光路差関数係数を示す。
【0094】
【表4】
【0095】
【表5】
【0096】
領域R1〜R3に形成される位相シフト構造の具体的構成は、列記する数値が多く一頁に収まらないため、表6A〜6Cに分割して示される。表6Aの番号60の続きは、表6Bの番号61であり、表6Bの番号120の続きは、表6Cの番号121である。表6A〜6C中、位相シフト構造を構成する各輪帯の番号は、光軸側から順に振られており、各輪帯の範囲は、図中「輪帯開始位置」〜「輪帯終了位置」で表されている。また、表6A〜6Cには、各輪帯(段差)間における位相差φ1〜φ4、光路長差ΔOPD1/λ1〜ΔOPD4/λ1、段差高さD1〜D4、及び領域R3の位相シフト構造の各段差が付与する位相差、光路長差、各段差の段差高さも示される。
【0097】
【表6A】
【表6B】
【表6C】
【0098】
図6(a)、(b)、(c)はそれぞれ、実施例1の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差図である。図6(a)、(b)、(c)の各図の縦軸は波面収差量を、横軸は入射瞳座標をそれぞれ表す。
【実施例2】
【0099】
実施例2の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表7〜11、12A〜12Cに順に示される。また、実施例2の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図7(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0100】
【表7】
【0101】
【表8】
【0102】
【表9】
【0103】
【表10】
【0104】
【表11】
【0105】
【表12A】
【表12B】
【表12C】
【実施例3】
【0106】
実施例3の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表13〜17、18A〜18Cに順に示される。また、実施例3の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図8(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0107】
【表13】
【0108】
【表14】
【0109】
【表15】
【0110】
【表16】
【0111】
【表17】
【0112】
【表18A】
【表18B】
【表18C】
【実施例4】
【0113】
実施例4の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表19〜23、24A〜24Cに順に示される。また、実施例4の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図9(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0114】
【表19】
【0115】
【表20】
【0116】
【表21】
【0117】
【表22】
【0118】
【表23】
【0119】
【表24A】
【表24B】
【表24C】
【実施例5】
【0120】
実施例5の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表25〜29、30A、30Bに順に示される。また、実施例5の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図10(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0121】
【表25】
【0122】
【表26】
【0123】
【表27】
【0124】
【表28】
【0125】
【表29】
【0126】
【表30A】
【表30B】
【実施例6】
【0127】
実施例6の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表31〜35、36A〜36Cに順に示される。また、実施例6の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図11(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0128】
【表31】
【0129】
【表32】
【0130】
【表33】
【0131】
【表34】
【0132】
【表35】
【0133】
【表36A】
【表36B】
【表36C】
【実施例7】
【0134】
実施例7の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表37〜41、42A〜42Cに順に示される。また、実施例7の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図12(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0135】
【表37】
【0136】
【表38】
【0137】
【表39】
【0138】
【表40】
【0139】
【表41】
【0140】
【表42A】
【表42B】
【表42C】
【実施例8】
【0141】
実施例8の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表43〜47、48A〜48Eに順に示される。また、実施例8の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図13(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0142】
【表43】
【0143】
【表44】
【0144】
【表45】
【0145】
【表46】
【0146】
【表47】
【0147】
【表48A】
【表48B】
【表48C】
【表48D】
【表48E】
【実施例9】
【0148】
実施例9の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表49〜53、54A〜54Cに順に示される。また、実施例9の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図14(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0149】
【表49】
【0150】
【表50】
【0151】
【表51】
【0152】
【表52】
【0153】
【表53】
【0154】
【表54A】
【表54B】
【表54C】
【実施例10】
【0155】
実施例10の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表55〜59、60A〜60Cに順に示される。また、実施例10の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図15(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0156】
【表55】
【0157】
【表56】
【0158】
【表57】
【0159】
【表58】
【0160】
【表59】
【0161】
【表60A】
【表60B】
【表60C】
【実施例11】
【0162】
実施例11の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表61〜65、66A〜66Cに順に示される。また、実施例11の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図16(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0163】
【表61】
【0164】
【表62】
【0165】
【表63】
【0166】
【表64】
【0167】
【表65】
【0168】
【表66A】
【表66B】
【表66C】
【0169】
(実施例のまとめ)
表67は、実施例1〜11の各例において、条件(2)〜(15)、(17)〜(30)のそれぞれを適用したときに算出される値の一覧を示す(条件(1)、(16)の各配置間隔P1〜P4については、各実施例の位相シフト構造の具体的構成を示す表を参照)。また、表68は、実施例1〜11の各例における各光ディスクOD1〜OD3使用時における光利用効率(回折効率)の一覧を示す。
【0170】
【表67】
【0171】
【表68】
【0172】
各実施例1〜11の対物レンズ10は、表67に示されるように、少なくとも条件(1)及び(2)を共に満たす。これにより、各実施例の波面収差図(図6〜図16)に示されるように、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化が付与されて、互いの位相変化が相殺されることによって波面のうねりが抑えられている。そのため、波面収差の発生量が少ない。すなわち、各実施例1〜11の対物レンズ10は、波長λ1〜λ3のレーザー光束に対して第一及び第二の段差による複合的な光学的作用を付与しつつも波面の乱れを抑えている。そのため、表68に示されるように、位相シフト構造による位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられる。また、各実施例1〜11の対物レンズ10では、条件(1)及び(2)以外の条件を満たすことによる効果も重畳的に奏される。
【0173】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【0174】
1A、2A、3A 光源
10 対物レンズ
OD1〜OD3 光ディスク
100 光情報記録再生装置
【技術分野】
【0001】
本発明は、規格の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録又は再生を行うのに適した構成の光情報記録再生装置用対物光学系、及び該対物光学系を搭載した光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光ディスクには、BD(Blu-ray Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、CD(Compact Disc)等の記録密度や保護層厚等の規格の異なる複数種類の光ディスクが存在するため、光情報記録再生装置に搭載された対物光学系には、各光ディスクに対する互換性が要求される。ここで、互換性とは、使用する光ディスクを切り替えたときに部品交換等をすることなく情報の記録又は再生が保証されることである。
【0003】
対物光学系が規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つためには、ディスク保護層の厚さの差により生じる相対的な球面収差を補正すると共に、情報の記録又は再生に使用する対物光学系の開口数(NA)を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットを得る必要がある。光情報記録再生装置は、光ディスクの記録密度毎に、異なる波長のレーザー光を使用するように構成されている。光情報記録再生装置は、例えばCDの記録又は再生を行う場合、約790nmの波長の光(いわゆる近赤外レーザー光)を、DVDの記録又は再生を行う場合、約660nmの波長の光(いわゆる赤色レーザー光)を、BDの記録又は再生を行う場合、約405nmの波長の光(いわゆる青色レーザー光)を、それぞれ使用する。特許文献1には、三種類の規格の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置の具体的構成例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2009−199707号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載の光情報記録再生装置用の対物レンズには、それぞれ異なる光路長変化量を付与する二種類の段差が形成されている。特許文献1に記載の対物レンズにおいて、BD/DVD/CD用の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数は、一方の段差で1次/0次/0次であり、他方の段差で2次/1次/1次である。BD/DVD/CD用の全ての波長の光束においてスポット光量が確保されるように段差を設計すると、後者の段差では各波長の光束における位相ずれが小さいため回折効率が高い一方、前者の段差では各波長の光束における位相ずれが大きいため回折効率が小さい。そのため、対物レンズ全体として光利用効率が低いという欠点がある。
【0006】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、規格の異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を持つ光情報記録再生装置用対物光学系、及び該対物光学系を搭載した光情報記録再生装置において、光利用効率の低下を有効に抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置用対物光学系は、記録密度の異なる第一、第二、第三の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二、第三の波長を持つ光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される、少なくとも一枚の対物レンズからなる光学系である。なお、第一の波長をλ1(単位:nm)と定義し、第二の波長をλ2(単位:nm)と定義し、第三の波長をλ3(単位:nm)と定義した場合に、
λ1≒405nm、λ2≒660nm、λ3≒790nm
である。また、第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA1と定義し、第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA2と定義し、第三の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA3と定義した場合に、
NA1>NA2>NA3
が満たされる。
【0008】
本発明に係る光情報記録再生用対物光学系中の少なくとも一面は、同心状に分割された複数の屈折面で構成され、互いに隣り合う屈折面の境界において入射光束に対して異なる位相差を付与する段差を持つ位相シフト構造を有する位相シフト面である。位相シフト面は、第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる、第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい第一の領域を有している。第一の領域には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されている。
【0009】
位相シフト面は、光軸方向と直交する方向において、第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第一の段差の配置間隔をP1(単位:mm)と定義し、第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第二の段差であって、一方が二つの第一の段差に挟まれて位置する二つの第二の段差の配置間隔をP2(単位:mm)と定義した場合に、第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(1)
0.95<P1/P2<1.05・・・(1)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有する。なお、二つの第一の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差と定義し、二つの第二の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差と定義する。そして、光軸方向と直交する方向において、第一の段差が第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第一の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差として、配置間隔P1を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第二の段差が第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第二の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差として、配置間隔P2を決定する。
【0010】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して光源から光ディスクに向かう光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、第一の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ1(単位:rad)と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、第二の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ2(単位:rad)と定義した場合に、第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(2)
−3.00<Δφ1/Δφ2<−0.10・・・(2)
を満たす。
【0011】
また、位相シフト面は、次の条件(3)
−1.30<Δφ1/Δφ2<−0.35・・・(3)
を満たす構成としてもよい。
【0012】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ1(単位:πrad)と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ2(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(4)及び(5)
2.2<φ1<2.8・・・(4)
1.00<φ2<1.70・・・(5)
を満たす構成としてもよい。
【0013】
また、位相シフト面は、次の条件(6)及び(7)
2.3<φ1<2.6・・・(6)
1.1<φ2<1.5・・・(7)
を満たす構成としてもよい。
【0014】
また、位相シフト面は、第一の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD1(単位:μm)と定義し、第二の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(8)及び(9)
1.10<ΔOPD1/λ1<1.40・・・(8)
0.50<ΔOPD2/λ1<0.85・・・(9)
を満たす構成としてもよい。
【0015】
また、位相シフト面は、次の条件(10)及び(11)
1.15<ΔOPD1/λ1<1.30・・・(10)
0.55<ΔOPD2/λ1<0.75・・・(11)
を満たす構成としてもよい。
【0016】
また、位相シフト面は、近軸に配置された第一の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD1(単位:μm)と定義し、近軸に配置された第二の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(12)及び(13)
0.70<D1<1.10・・・(12)
0.30<D2<0.70・・・(13)
を満たす構成としてもよい。
【0017】
また、位相シフト面は、次の条件(14)及び(15)
0.80<D1<0.95・・・(14)
0.40<D2<0.55・・・(15)
を満たす構成としてもよい。
【0018】
ここで、第一の領域に形成された少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、第一の位相シフト構造は、例えば、第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第一の光路差関数で規定される回折構造であり、第二の位相シフト構造は、例えば、第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次、0次となる第二の光路差関数で規定される回折構造である。
【0019】
また、位相シフト面は、第一の領域の外側に、第一、第二の波長の光束をそれぞれ第一、第二の光ディスクの記録面上に収束させると共に、第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有する構成としてもよい。第二の領域には、例えば、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されている。
【0020】
また、位相シフト面は、光軸方向と直交する方向において、第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第三の段差の配置間隔をP3(単位:mm)と定義し、第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第四の段差であって、一方が二つの第三の段差に挟まれて位置する二つの第四の段差の配置間隔をP4(単位:mm)と定義した場合に、次の条件(16)
0.95<P3/P4<1.05・・・(16)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有する構成としてもよい。なお、二つの第三の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差と定義し、二つの第四の段差のうち光軸に近い段差、光軸から遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差と定義する。そして、光軸方向と直交する方向において、第三の段差が第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第三の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差として、配置間隔P3を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第四の段差が第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合、連続して配置された第四の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差として、配置間隔P4を決定する。
【0021】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して光源から光ディスクに向かう光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、第三の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ3(単位:rad)と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、第四の段差による第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ4(単位:rad)と定義した場合に、次の条件(17)
−2.70<Δφ3/Δφ4<−0.05・・・(17)
を満たす構成としてもよい。
【0022】
また、位相シフト面は、次の条件(18)
−1.05<Δφ3/Δφ4<−0.20・・・(18)
を満たす構成としてもよい。
【0023】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ3(単位:πrad)と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ4(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(19)及び(20)
2.1<φ3<2.8・・・(19)
1.00<φ4<1.70・・・(20)
を満たす構成としてもよい。
【0024】
また、位相シフト面は、次の条件(21)及び(22)
2.2<φ3<2.6・・・(21)
1.1<φ4<1.5・・・(22)
を満たす構成としてもよい。
【0025】
また、位相シフト面は、第三の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD3(単位:μm)と定義し、第四の段差が第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(23)及び(24)
1.05<ΔOPD3/λ1<1.40・・・(23)
0.50<ΔOPD4/λ1<0.85・・・(24)
を満たす構成としてもよい。
【0026】
また、位相シフト面は、次の条件(25)及び(26)
1.10<ΔOPD3/λ1<1.30・・・(25)
0.55<ΔOPD4/λ1<0.75・・・(26)
を満たす構成としてもよい。
【0027】
また、位相シフト面は、第一の領域との境界に配置された第三の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD3(単位:μm)と定義し、一の領域との境界に配置された第四の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(27)及び(28)
0.85<D3<1.20・・・(27)
0.45<D4<0.85・・・(28)
を満たす構成としてもよい。
【0028】
また、位相シフト面は、次の条件(29)及び(30)
0.95<D3<1.10・・・(29)
0.55<D4<0.75・・・(30)
を満たす構成としてもよい。
【0029】
ここで、第二の領域に形成された少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、第三の位相シフト構造は、例えば、第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第三の光路差関数で規定される回折構造であり、第四の位相シフト構造は、例えば、第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次となる第四の光路差関数で規定される回折構造である
【0030】
また、位相シフト面は、第二の領域の外側に、第一の波長の光束を第一の光ディスクの記録面上に収束させると共に、第二、第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を有する構成としてもよい。
【0031】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置は、記録密度の異なる第一、第二、第三の各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う装置であり、第一の波長(≒405nm)、第二の波長(≒660nm)、第三の波長(≒790nm)の光束を射出する光源と、光源から射出された第一、第二、第三の波長の光束の発散収束度を変換するカップリングレンズと、カップリングレンズによって発散収束度が変換された第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる上記の光情報記録再生装置用対物光学系とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0032】
本発明に係る光情報記録再生用対物光学系、及び光情報記録再生装置は、第一から第三の各波長の光束に対して、第一の領域に形成された複数種類の位相シフト構造による複合的な光学的作用を付与することにより、第一から第三の光ディスクに対する互換性を確保しつつ、条件(1)及び(2)を共に満たすことにより、第一の段差を透過した第一の波長の光束と、第二の段差を透過した第一の波長の光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造による位相ずれが異なる位相変化をもって相殺されるため、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の実施形態に係る光情報記録再生装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る対物レンズの構成を概略的に示す図である。
【図3】本発明の実施形態において光ディスクを使用する際の対物レンズの側断面を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に係る対物レンズの第一面の非球面形状を平面状に展開したときのレンズ面形状展開図であり、各領域に形成された位相シフト構造単独の形状を示す図である。
【図5】本発明の実施形態に係る対物レンズの第一面の各領域に形成された同種の段差の配置間隔についての説明図である。
【図6】本発明の実施例1に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図7】本発明の実施例2に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図8】本発明の実施例3に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図9】本発明の実施例4に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図10】本発明の実施例5に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図11】本発明の実施例6に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図12】本発明の実施例7に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図13】本発明の実施例8に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図14】本発明の実施例9に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図15】本発明の実施例10に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【図16】本発明の実施例11に係る光情報記録再生装置において各規格の光ディスク使用時に発生する波面収差図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
以下、本発明の実施形態に係る光情報記録再生装置について説明する。本実施形態の光情報記録再生装置は、保護層厚や記録密度等の仕様が異なる三種類の光ディスクに対して互換性を有している。なお、本明細書において、光情報記録再生装置と記した場合には、「情報の記録専用装置」、「情報の再生専用装置」、「情報の記録及び再生兼用装置」の全てを含む。
【0035】
以下においては、説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、例えばBD等の高記録密度の光ディスクを「光ディスクOD1」と記し、BDよりも記録密度の低いDVD等の光ディスクを「光ディスクOD2」と記し、DVDよりも記録密度の低いCD等の光ディスクを「光ディスクOD3」と記す。
【0036】
光ディスクOD1の保護層厚をt1(単位:mm)と定義し、光ディスクOD2の保護層厚をt2(単位:mm)と定義し、光ディスクOD3の保護層厚をt3(単位:mm)と定義した場合、各保護層厚の具体的数値は、次に示される通りである。
t1≒0.1
t2≒0.6
t3≒1.2
なお、各保護層厚は、部品個体差や温度変化等による設計値に対する誤差を考慮して、各式中「≒」としている。
【0037】
光ディスクOD1〜OD3の各々に対して情報の記録又は再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされる開口数(NA)の値を変化させる必要がある。ここで、光ディスクOD1〜OD3の各々に対する情報の記録時又は再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれNA1、NA2、NA3と定義すると、次の関係が成立する。
NA1>NA2>NA3
すなわち、記録密度が最も高い光ディスクOD1使用時には、光ディスクOD2又はOD3使用時よりも小径なスポットの形成が要求されるため、必要なNAが最も高い。これに対して、記録密度が最も低い光ディスクOD3使用時には、光ディスクOD1又はOD2使用時よりも径の大きいスポットの形成が要求されるため、必要なNAが最も低い。
【0038】
更に、記録密度の異なる光ディスクOD1〜OD3を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が使用される。具体的には、光ディスクOD1使用時には、最も小径のビームスポットを光ディスクOD1の記録面上に形成するため、波長λ1(単位:nm)のレーザー光を光源から射出する。光ディスクOD2使用時には、光ディスクOD1使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクOD2の記録面上に形成するため、波長λ1より長い波長λ2(単位:nm)のレーザー光を光源から射出する。光ディスクOD3使用時には、光ディスクOD2使用時よりも径の大きいビームスポットを光ディスクOD3の記録面上に形成するため、波長λ2より長い波長λ3(単位:nm)のレーザー光を光源から射出する。各波長の具体的数値は、次に示される通りである。
λ1≒405
λ2≒660
λ3≒790
なお、各使用波長は、部品個体差や温度変化等によって設計基準波長に対して当然に変化する微少な波長範囲も含めるため、各式中「≒」としている。
【0039】
図1は、本実施形態に係る光情報記録再生装置100の構成を概略的に示す図である。光情報記録再生装置100は、波長λ1のレーザー光束を射出する光源1A、波長λ2のレーザー光束を射出する光源1B、波長λ3のレーザー光束を射出する光源1C、回折格子2A〜2C、カップリングレンズ3A〜3C、ビームスプリッタ41、42、ハーフミラー5A〜5C、受光部6A〜6C、対物レンズ10を有している。なお、図1中、一点鎖線は、光情報記録再生装置100の基準軸AXである。また、実線、破線、点線で示される光束はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3のレーザー光束を示す。対物レンズ10の光軸は、通常、基準軸AXと一致する。但し、対物レンズ10は、図示省略された周知のトラッキング機構による光ディスクに対する半径方向の移動によって、光軸が基準軸AXから外れる状態も起こり得る。
【0040】
光情報記録再生装置100では、各光ディスク使用時に必要とされる対物レンズのNAがそれぞれ異なる。そのため、光情報記録再生装置100は、波長λ1〜λ3のレーザー光束それぞれの光束径を規定する開口制限素子(不図示)を有した構成としてもよい。
【0041】
光ディスクOD1〜OD3使用時にはそれぞれ、波長λ1〜λ3のレーザー光束が光源1A〜1Cから射出される。波長λ1〜λ3のレーザー光束はそれぞれ、回折格子2A〜2Cを透過後、ハーフミラー5A〜5Cによって光路が折り曲げられて、カップリングレンズ3A〜3Cに入射する。カップリングレンズ3A〜3Cはそれぞれ、入射した波長λ1〜λ3のレーザー光束を平行光束に変換する。波長λ1又はλ2の平行光束は、ビームスプリッタ41、42を介して対物レンズ10に入射する。波長λ3の平行光束は、ビームスプリッタ42を介して対物レンズ10に入射する。対物レンズ10は、入射した波長λ1〜λ3の平行光束をそれぞれ、光ディスクOD1〜OD3の記録面近傍に収束させる。収束した各レーザー光束は、光ディスクOD1〜OD3の記録面上にスポットを形成する。光ディスクOD1〜OD3の記録面で反射したレーザー光束はそれぞれ、入射時と同一の光路を戻り、ハーフミラー5A〜5Cを透過して受光部6A〜6Cにより検出される。受光部6A〜6Cは、検出信号を図示省略された周知の信号処理回路に出力する。信号処理回路は、受光部6A〜6Cの各出力を基に、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、光ディスクに記録された情報の再生信号等を検出する。
【0042】
上記の通り、各カップリングレンズ3A〜3Cから射出されるレーザー光束は、何れも平行光束である。つまり、各カップリングレンズ3A〜3Cは、コリメートレンズとして機能する。このように、対物レンズ10に平行光束を入射させる構成を採用することにより、対物レンズ10がトラッキングシフトした場合であっても、コマ収差等の軸外収差が発生しない。なお、本発明の範囲は、全ての規格の光ディスクに対して平行光束を入射させる構成に限定されない。当該範囲には、例えば光ディスクOD3等に対して弱発散光を入射させる、いわゆる有限系も含まれる。有限系を採用することにより、例えば光ディスクOD3使用時に残存する球面収差を補正すると共に作動距離を確保しやすくなる。
【0043】
図2(a)は、対物レンズ10の正面図を、図2(b)は、対物レンズ10の側断面図を、それぞれ示す。図3は、光ディスクOD1(又はOD2、OD3)使用時の対物レンズ10の側断面図を示す。対物レンズ10は、上記の通り、規格の異なる複数種類の光ディスクOD1〜OD3に対して互換性を有する光情報記録再生装置100の光ヘッドに適用され、光源である半導体レーザーから射出されたレーザー光束を各光ディスクの記録面に収束させる機能を有している。
【0044】
対物レンズ10は、ビームスプリッタ42に対向する第一面10aと、光ディスクに対向する第二面10bとを有する両凸の単レンズである。第一面10a、第二面10bは共に非球面である。非球面の形状は、光軸からの高さがh(単位:mm)となる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をSAGと定義し、非球面の光軸上での曲率を1/r(但し、r(単位:mm)は曲率半径)と定義し、円錐係数をκと定義し、4次以上の偶数次の非球面係数をA4、A6、・・・と定義した場合に、次の式で表される。対物レンズ10の各レンズ面を非球面にすることにより、球面収差やコマ収差等の諸収差を適切にコントロールすることが可能になる。
【数1】
【0045】
図2(a)に示されるように、対物レンズ10の第一面10aは、光軸を中心とする円形の第一の領域R1と、第一の領域R1の外側に配置された円環状の第二の領域R2と、第二の領域R2の外側に配置された円環状の第三の領域R3を有している。領域R1、R2、R3の有効半径はそれぞれ、NA3(NA3は、波長λ1でのNA0.3より大きい)、NA2、NA1に基づいて定められている。また、領域R1〜R3には、輪帯状の位相シフト構造が設けられている。位相シフト構造は、同心状に分割された複数の屈折面と各屈折面の境界において光軸に沿って延びる複数の微小な段差からなる(図3の拡大図参照)。位相シフト構造は、第二面10bにだけ設けられてもよく、又は第一面10aと第二面10bの両面に分離して設けられてもよい。なお、本実施形態のように、位相シフト構造をより有効径の大きい第一面10aに設けた場合、例えば位相シフト構造の最小輪帯幅をより広く設計することができ、輪帯の段差部分による光量損失を抑えることができるメリットがある。また、対物レンズ10がレンズクリーナーを用いて擦られた場合に位相シフト構造が摩耗しない、などのメリットがある。
【0046】
また、位相シフト構造は、対物レンズ10とは別体の光学素子(不図示)に設けられてもよい。別体の光学素子は、例えば対物レンズ10とビームスプリッタ42との間に配置される。この場合、位相シフト構造は、別体の光学素子の少なくとも一面にだけ設けられてもよく、又は対物レンズ10と別体の光学素子の各面に分離して設けられてもよい。但し、対物レンズ10と別体の光学素子との光軸がずれた場合に収差が発生するという不具合を考えると、トラッキング時において、別体の光学素子と対物レンズが一体でシフトすることが望ましい。
【0047】
位相シフト構造を構成する段差は、各屈折面の境界の内側を透過する光束と外側を透過する光束との間で所定の位相差(別の表現によれば、所定の光路長差)が生じるように設計される。この構造を一般に回折構造と称することもできる。所定の光路長差が特定の波長λαのn倍(nは整数)となるように設計された位相シフト構造は、ブレーズ波長λαのn次回折構造と称することができる。ここで、回折構造に特定の波長λβの光束を透過させた際に最も回折効率が高くなる回折光の回折次数は、波長λβの光束に対して与えられる光路長差を波長λβで割ったときの値に最も近い整数mとして求まる。以下、説明の便宜上、回折構造(位相シフト構造)において波長λ1、λ2、λ3のレーザー光束で回折効率が最大となる回折次数をそれぞれ、便宜上、「BD使用回折次数」、「DVD使用回折次数」、「CD使用回折次数」と記す。
【0048】
回折構造(位相シフト構造)は、第kの領域の第iの光路差関数φik(h)によって表すことができる。なお、k、iは、何れも自然数である。光路差関数φik(h)は、対物レンズ10の回折レンズとしての機能を光軸からの高さhにおける光路長付加量の形で表現した関数であり、位相シフト構造における各段差の設置位置を規定する。光路差関数φik(h)は、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれPik2、Pik4、Pik6、・・・と定義し、使用される(入射する)レーザー光の設計波長をλと定義し、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数をmikと定義した場合に、次の式により表される。
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
【0049】
領域R1及びR2の位相シフト構造は、少なくとも二種類の段差(少なくとも二種類の光路差関数)を組み合わせることで規定される形状を有している。領域R1及びR2の位相シフト構造は、少なくとも二種類の段差(光路差関数)を重ね合わせることにより、入射光束に対して互いに異なる位相差(光路長差)を付与する。これにより、入射光束には、複合的な光学的作用が付与される。
【0050】
領域R1には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を組み合わせることで規定される位相シフト構造(以下、説明の便宜上、「位相シフト構造r1」と記す。)が形成されている。位相シフト構造r1は、波長λ1〜λ3のレーザー光束の何れの収束にも寄与する、すなわち、波長λ1のレーザー光束を光ディスクOD1の記録面上に、波長λ2のレーザー光束を光ディスクOD2の記録面上に、波長λ3のレーザー光束を光ディスクOD3の記録面上に、それぞれ収束させるように構成されている。
【0051】
図4は、対物レンズ10の第一面10aの非球面形状を平面状に展開したときのレンズ面形状展開図であり、各領域R1〜R3に形成された位相シフト構造単独の形状を示す。図4に示されるように、領域R1には、凸形状の輪帯を規定する第一の段差、凹形状の輪帯を規定する第二の段差が略交互に形成されている。
【0052】
位相シフト構造r1は、光軸方向と直交する方向において、第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第一の段差の配置間隔(図3の拡大図中符号P参照)をP1(単位:mm)と定義し、第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第二の段差であって、一方が上記の二つの第一の段差に挟まれて位置する、二つの第二の段差の配置間隔をP2(単位:mm)と定義した場合に、領域R1のうち少なくとも波長λ1でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(1)
0.95<P1/P2<1.05・・・(1)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有するように構成されている。
【0053】
ここで、配置間隔P1を空けて配置されている二つの第一の段差のうち光軸に近い段差を第一の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第一の終点段差と定義し、配置間隔P2を空けて配置されている二つの第二の段差のうち光軸に近い段差を第二の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第二の終点段差と定義する。また、光軸方向と直交する方向において、第一の段差が第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第一の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差として配置間隔P1を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第二の段差が第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第二の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差として配置間隔P2を決定する。
【0054】
図5(a)、(b)を参照して、配置間隔P1及びP2について説明する。なお、図5(a)、(b)の各図とも左側が光軸に近い側である。図5(a)は、第一と第二の段差が交互に現れる段差構成例を示す。図5(a)に示されるように、第二の起点段差を挟んで隣接して位置する第一の起点段差と第一の終点段差との配置間隔がP1であり、第一の終点段差を挟んで隣接して位置する第二の起点段差と第二の終点段差との配置間隔がP2である。また、図5(b)は、第一の段差X、Yが第二の段差を挟まずに連続して配置されている段差構成例を示す。この場合、図5(b)に示されるように、第一の段差X、Yのうち光軸に近い段差Xが第一の起点段差となる。そして、第一の終点段差は、段差Yではなく、第二の終点段差を挟んで最初に位置する第一の段差Zとなる。すなわち、第一の段差XとZとの配置間隔がP1になる。配置間隔P2は、連続する第一の段差X及びYを挟んで隣接して位置する第二の起点段差と第二の終点段差との配置間隔になる。
【0055】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印A方向(光軸方向に沿った方向)に光路長を付与したときの、第一の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ1(単位:rad)と定義し、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印A方向と逆の矢印B方向に光路長を付与したときの、第二の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ2(単位:rad)と定義した場合に、領域R1のうち少なくとも波長λ1でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(2)
−3.00<Δφ1/Δφ2<−0.10・・・(2)
を満たすように構成されている。
【0056】
位相シフト構造r1は、波長λ1〜λ3のレーザー光束に対して第一及び第二の段差による複合的な光学的作用を付与することにより、光ディスクOD1〜OD3に対する互換性を確保しつつ、条件(1)及び(2)を共に満たすことにより、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造r1は、特に高い光利用効率が求められる波長λ1のレーザー光束について、位相シフト構造による位相ずれを異なる位相変化をもって相殺して抑えることによって、位相ずれに起因する光利用効率の低下を有効に抑えている。
【0057】
条件(1)又は条件(2)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果が低いため、大きな位相ずれが残存し、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられない。
【0058】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(3)
−1.30<Δφ1/Δφ2<−0.35・・・(3)
を満たす構成としてもよい。
【0059】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ1(単位:πrad)と定義し、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ2(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(4)及び(5)
2.2<φ1<2.8・・・(4)
1.00<φ2<1.70・・・(5)
を共に満たす構成としてもよい。
【0060】
条件(4)及び(5)が共に満たされる場合、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果によって波面が揃うため、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下が有効に抑えられる。ここで、波長λ1のレーザー光束について70%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(4)の上限が規定されている。また、波長λ3のレーザー光束について40%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(4)の下限が規定されている。また、波長λ2のレーザー光束について50%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(5)の上下限が規定されている。また、条件(4)及び(5)が共に満たされる場合、第一及び第二の段差の段差高さが低いため、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0061】
条件(4)又は条件(5)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第一と第二の段差で付与される位相差の相殺効果が小さいため、波長λ2及びλ3のレーザー光束の光利用効率が著しく低下する。また、条件(4)の上限値を上回る場合は第一の段差の段差高さが高くなり、条件(5)の下限値を下回る場合は第二の段差の段差高さが高くなり、何れの場合においても、転写不良等の製造誤差が生じやすい。そのため、製造誤差による光量損失が大きく発生する虞がある。この種の損失光量は、光ディスクOD1の記録面への集光には寄与せず、スポット近傍にフレアとして現れるため、再生性能を劣化させる原因となる。
【0062】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(6)及び(7)
2.3<φ1<2.6・・・(6)
1.1<φ2<1.5・・・(7)
を共に満たす構成としてもよい。条件(6)が満たされることにより、例えば、波長λ1及び波長λ3のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。また、条件(7)が満たされることにより、例えば、波長λ2のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。
【0063】
また、位相シフト構造r1は、第一の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD1(単位:μm)と定義し、第二の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD2(単位:μm)と定義した場合に、条件(4)及び(5)に代えて、次の条件(8)及び(9)
1.10<ΔOPD1/λ1<1.40・・・(8)
0.50<ΔOPD2/λ1<0.85・・・(9)
を共に満たす構成としてもよい。
【0064】
また、位相シフト構造r1は、条件(6)及び(7)に代えて、次の条件(10)及び(11)
1.15<ΔOPD1/λ1<1.30・・・(10)
0.55<ΔOPD2/λ1<0.75・・・(11)
を共に満たす構成としてもよい。
【0065】
また、位相シフト構造r1は、近軸に配置された第一の段差の光軸方向の段差高さ(図3の拡大図中符号D参照)の絶対値をD1(単位:μm)と定義し、近軸に配置された第二の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD2(単位:μm)と定義した場合に、条件(4)及び(5)に代えて、次の条件(12)及び(13)
0.70<D1<1.10・・・(12)
0.30<D2<0.70・・・(13)
を共に満たす構成としてもよい。
【0066】
また、位相シフト構造r1は、条件(6)及び(7)に代えて、次の条件(14)及び(15)
0.80<D1<0.95・・・(14)
0.40<D2<0.55・・・(15)
を共に満たす構成としてもよい。
【0067】
第一の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数、CD使用回折次数が共に1次となる第一の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。また、第二の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数、CD使用回折次数がそれぞれ1次、0次、0次となる第二の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。各使用回折次数を低次にすることにより、第一及び第二の段差の段差高さを低くすることができ、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0068】
領域R2には、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を組み合わせることで規定される位相シフト構造(以下、説明の便宜上、「位相シフト構造r2」と記す。)が形成されている。位相シフト構造r2は、波長λ1、λ2のレーザー光束の収束にのみ寄与する、すなわち、波長λ1のレーザー光束を光ディスクOD1の記録面上に、波長λ2のレーザー光束を光ディスクOD2の記録面上に、それぞれ収束させると共に、波長λ3のレーザー光束を光ディスクOD1〜OD3の何れの記録面上にも収束させないように構成されている。図4に示されるように、領域R2には、凸形状の輪帯を規定する第三の段差、凹形状の輪帯を規定する第四の段差が略交互に形成されている。
【0069】
位相シフト構造r2は、光軸方向と直交する方向において、第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第三の段差の配置間隔をP3(単位:mm)と定義し、第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの第四の段差であって、一方が上記の二つの第三の段差に挟まれて位置する、二つの第四の段差の配置間隔をP4(単位:mm)と定義した場合に、次の条件(16)
0.95<P3/P4<1.05・・・(16)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有するように構成されている。
【0070】
ここで、配置間隔P3を空けて配置されている二つの第三の段差のうち光軸に近い段差を第三の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第三の終点段差と定義し、配置間隔P4を空けて配置されている二つの第四の段差のうち光軸に近い段差を第四の起点段差と定義し、光軸から遠い段差を第四の終点段差と定義する。また、光軸方向と直交する方向において、第三の段差が第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第三の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差として配置間隔P3を決定する。また、光軸方向と直交する方向において、第四の段差が第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合は、連続して配置された第四の段差の群のうち光軸に最も近い段差、光軸から最も遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差として配置間隔P4を決定する。
【0071】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印A方向に光路長を付与したときの、第三の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ3(単位:rad)と定義し、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して図2中矢印B方向に光路長を付与したときの、第四の段差による波長λ1のレーザー光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ4(単位:rad)と定義した場合に、次の条件(17)
−2.70<Δφ3/Δφ4<−0.05・・・(17)
を満たすように構成されている。
【0072】
位相シフト構造r2は、波長λ1及びλ2のレーザー光束に対して第三及び第四の段差による複合的な光学的作用を付与することにより、光ディスクOD1及びOD2に対する互換性を確保しつつ、条件(16)及び(17)を共に満たすことにより、第三の段差を透過した波長λ1のレーザー光束と、第四の段差を透過した波長λ1のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化を付与し、互いの位相変化を相殺させることによって波面を揃える。すなわち、位相シフト構造r2は、特に高い光利用効率が求められる波長λ1のレーザー光束について、位相シフト構造による位相ずれを異なる位相変化をもって相殺して抑えることによって、位相ずれに起因する光利用効率の低下を有効に抑えている。
【0073】
条件(16)又は条件(17)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第三の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第四の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果が低いため、大きな位相ずれが残存し、位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられない。
【0074】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化と、第四の段差を透過した波長λ1のレーザー光束に付与された位相変化との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(18)
−1.05<Δφ3/Δφ4<−0.20・・・(18)
を満たす構成としてもよい。
【0075】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ3(単位:πrad)と定義し、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差の絶対値をφ4(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(19)及び(20)
2.1<φ3<2.8・・・(19)
1.00<φ4<1.70・・・(20)
を共に満たす構成としてもよい。
【0076】
条件(19)及び(20)が共に満たされる場合、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果によって波面が揃うため、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下が有効に抑えられる。ここで、波長λ1のレーザー光束について70%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(19)の上限が規定されている。また、波長λ2のレーザー光束について50%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(19)の下限が規定されている。また、波長λ2のレーザー光束について50%以上の光利用効率が確保されるよう、条件(20)の上下限が規定されている。また、条件(19)及び(20)が共に満たされる場合、第三及び第四の段差の段差高さが低いため、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0077】
条件(19)又は条件(20)の少なくとも一方の条件が満たされない場合、第三と第四の段差で付与される位相差の相殺効果が小さいため、波長λ2のレーザー光束の光利用効率が著しく低下する。また、条件(19)の上限値を上回る場合は第三の段差の段差高さが高くなり、条件(20)の下限値を下回る場合は第四の段差の段差高さが高くなり、何れの場合においても、転写不良等の製造誤差が生じやすい。そのため、製造誤差による光量損失が大きく発生する虞がある。この種の損失光量は、光ディスクOD1の記録面への集光には寄与せず、スポット近傍にフレアとして現れるため、再生性能を劣化させる原因となる。
【0078】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差と、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する位相差との相殺効果を高めることによって、波長λ1のレーザー光束の光利用効率の低下をより一層抑えるため、次の条件(21)及び(22)
2.2<φ3<2.6・・・(21)
1.1<φ4<1.5・・・(22)
を共に満たす構成としてもよい。条件(21)が満たされることにより、例えば、波長λ1及び波長λ3のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。また、条件(22)が満たされることにより、例えば、波長λ2のレーザー光束の光利用効率が更に10%ほど向上する。
【0079】
また、位相シフト構造r2は、第三の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD3(単位:μm)と定義し、第四の段差が波長λ1のレーザー光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD4(単位:μm)と定義した場合に、条件(19)及び(20)に代えて、次の条件(23)及び(24)
1.05<ΔOPD3/λ1<1.40・・・(23)
0.50<ΔOPD4/λ1<0.85・・・(24)
を共に満たす構成としてもよい。
【0080】
また、位相シフト構造r2は、条件(21)及び(22)に代えて、次の条件(25)及び(26)
1.10<ΔOPD3/λ1<1.30・・・(25)
0.55<ΔOPD4/λ1<0.75・・・(26)
を共に満たす構成としてもよい。
【0081】
また、位相シフト構造r2は、近軸に配置された第三の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD3(単位:μm)と定義し、近軸に配置された第四の段差の光軸方向の段差高さの絶対値をD4(単位:μm)と定義した場合に、条件(19)及び(20)に代えて、次の条件(27)及び(28)
0.85<D3<1.20・・・(27)
0.45<D4<0.85・・・(28)
を共に満たす構成としてもよい。
【0082】
また、位相シフト構造r2は、条件(21)及び(22)に代えて、次の条件(29)及び(30)
0.95<D3<1.10・・・(29)
0.55<D4<0.75・・・(30)
を共に満たす構成としてもよい。
【0083】
第三の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数が共に1次となる第三の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。また、第四の位相シフト構造は、BD使用回折次数、DVD使用回折次数がそれぞれ1次、0次となる第四の光路差関数で規定される回折構造として表現することができる。各使用回折次数を低次にすることにより、第三及び第四の段差の段差高さを低くすることができ、金型加工や成形が容易である。そのため、例えば転写不良等の製造誤差による光量損失が有効に抑えられる。
【0084】
なお、領域R3は、波長λ1のレーザー光束の収束にのみ寄与する、すなわち、波長λ1のレーザー光束を光ディスクOD1の記録面上に収束させると共に、波長λ2、λ3のレーザー光束を光ディスクOD1〜OD3の何れの記録面上にも収束させないように構成されている。図4に示されるように、領域R3には、一種類の鋸歯状の輪帯構造が形成されている。
【0085】
次に、これまで説明した対物レンズ10を搭載する光情報記録再生装置100の具体的実施例を11例説明する。各実施例1〜11の光情報記録再生装置100は、図1に示される概略構成を有する。実施例1〜11の対物レンズ10は、図2及び図3に示される概略構成を有する。実施例1〜11の各数値データから再現される各光学素子の形状の違いは、本件願書に添付可能な図面の縮尺では現れない微差に過ぎない。よって、各実施例1〜11の光情報記録再生装置100の全体構成は図1を、各実施例1〜11の対物レンズ10の構成図は図3を、それぞれ参照し、本件願書への添付を省略する。
【実施例1】
【0086】
実施例1の光情報記録再生装置100に搭載される対物レンズ10の仕様、具体的には、設計(使用)波長(単位:nm)、焦点距離(単位:mm)、NA、倍率は、表1に示される。なお、実施例1の各表又は各図面についての説明は、以降の各実施例で提示される各表又は各図面においても適用する。
【0087】
【表1】
【0088】
表1中、倍率の値が示すように、実施例1の光情報記録再生装置100では、レーザー光束は、何れの光ディスク使用時であっても平行光束として対物レンズ10に入射する。これにより、トラッキングした際における軸外収差が発生しない。光情報記録再生装置100における対物レンズ10以降の各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成は、表2に示される。
【0089】
【表2】
【0090】
表2において、面番号1−1、1−2、1−3はそれぞれ、対物レンズ10の第一面10aの領域R1、R2、R3を示す。面番号2は、対物レンズ10の第二面10bを、面番号3は、対象となる光ディスクの保護層表面を、面番号4は、対象となる光ディスクの記録面を、それぞれ示す。「r」は、光学部材の各面の曲率半径(単位:mm)を示す。「d(@405nm)」、「d(@660nm)」、「d(@790nm)」はそれぞれ、各光ディスクOD1〜OD3使用時における光学部材厚又は光学部材間隔(単位:mm)を示す。「n(@405nm)」、「n(@660nm)」、「n(@790nm)」はそれぞれ、括弧書き内の波長に対する光学部材の屈折率を示す。
【0091】
対物レンズ10の第一面10a(面番号1−1、1−2、1−3)、第二面10b(面番号2)は、非球面である。各非球面形状は、光ディスクOD1〜OD3の記録又は再生に最適に設計されている。各非球面形状を規定する円錐係数κ、非球面係数A4、A6、・・・は、表3に示される。各表における表記Eは、10を基数、Eの右の数字を指数とする累乗を表している。
【0092】
【表3】
【0093】
領域R1〜R3の各領域は、独自の位相シフト構造(別の表現によれば、回折構造)を有している。第一面10aの各領域における位相シフト構造(回折構造)を規定するための光路差関数における各光路差関数係数、及び各位相シフト構造における使用回折次数は、表4及び表5に示される。表4中「1−1」、表5中「1−1」はそれぞれ、領域R1の位相シフト構造r1を構成する第一、第二の位相シフト構造におけるBD使用回折次数/DVD使用回折次数/CD使用回折次数(第一の位相シフト構造では1/1/1、第二の位相シフト構造では1/0/0)、及び第一、第二の位相シフト構造の光路差関数係数を示す。表4中「1−2」、表5中「1−2」はそれぞれ、領域R2の位相シフト構造r2を構成する第三、第四の位相シフト構造におけるBD使用回折次数/DVD使用回折次数(第三の位相シフト構造では1/1/−、第四の位相シフト構造では1/0/−)、及び第三、第四の位相シフト構造の光路差関数係数を示す。表5中「1−3」は、領域R3に形成された位相シフト構造におけるBD使用回折次数(2/−/−)、及び当該位相シフト構造の光路差関数係数を示す。
【0094】
【表4】
【0095】
【表5】
【0096】
領域R1〜R3に形成される位相シフト構造の具体的構成は、列記する数値が多く一頁に収まらないため、表6A〜6Cに分割して示される。表6Aの番号60の続きは、表6Bの番号61であり、表6Bの番号120の続きは、表6Cの番号121である。表6A〜6C中、位相シフト構造を構成する各輪帯の番号は、光軸側から順に振られており、各輪帯の範囲は、図中「輪帯開始位置」〜「輪帯終了位置」で表されている。また、表6A〜6Cには、各輪帯(段差)間における位相差φ1〜φ4、光路長差ΔOPD1/λ1〜ΔOPD4/λ1、段差高さD1〜D4、及び領域R3の位相シフト構造の各段差が付与する位相差、光路長差、各段差の段差高さも示される。
【0097】
【表6A】
【表6B】
【表6C】
【0098】
図6(a)、(b)、(c)はそれぞれ、実施例1の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差図である。図6(a)、(b)、(c)の各図の縦軸は波面収差量を、横軸は入射瞳座標をそれぞれ表す。
【実施例2】
【0099】
実施例2の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表7〜11、12A〜12Cに順に示される。また、実施例2の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図7(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0100】
【表7】
【0101】
【表8】
【0102】
【表9】
【0103】
【表10】
【0104】
【表11】
【0105】
【表12A】
【表12B】
【表12C】
【実施例3】
【0106】
実施例3の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表13〜17、18A〜18Cに順に示される。また、実施例3の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図8(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0107】
【表13】
【0108】
【表14】
【0109】
【表15】
【0110】
【表16】
【0111】
【表17】
【0112】
【表18A】
【表18B】
【表18C】
【実施例4】
【0113】
実施例4の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表19〜23、24A〜24Cに順に示される。また、実施例4の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図9(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0114】
【表19】
【0115】
【表20】
【0116】
【表21】
【0117】
【表22】
【0118】
【表23】
【0119】
【表24A】
【表24B】
【表24C】
【実施例5】
【0120】
実施例5の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表25〜29、30A、30Bに順に示される。また、実施例5の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図10(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0121】
【表25】
【0122】
【表26】
【0123】
【表27】
【0124】
【表28】
【0125】
【表29】
【0126】
【表30A】
【表30B】
【実施例6】
【0127】
実施例6の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表31〜35、36A〜36Cに順に示される。また、実施例6の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図11(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0128】
【表31】
【0129】
【表32】
【0130】
【表33】
【0131】
【表34】
【0132】
【表35】
【0133】
【表36A】
【表36B】
【表36C】
【実施例7】
【0134】
実施例7の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表37〜41、42A〜42Cに順に示される。また、実施例7の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図12(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0135】
【表37】
【0136】
【表38】
【0137】
【表39】
【0138】
【表40】
【0139】
【表41】
【0140】
【表42A】
【表42B】
【表42C】
【実施例8】
【0141】
実施例8の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表43〜47、48A〜48Eに順に示される。また、実施例8の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図13(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0142】
【表43】
【0143】
【表44】
【0144】
【表45】
【0145】
【表46】
【0146】
【表47】
【0147】
【表48A】
【表48B】
【表48C】
【表48D】
【表48E】
【実施例9】
【0148】
実施例9の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表49〜53、54A〜54Cに順に示される。また、実施例9の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図14(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0149】
【表49】
【0150】
【表50】
【0151】
【表51】
【0152】
【表52】
【0153】
【表53】
【0154】
【表54A】
【表54B】
【表54C】
【実施例10】
【0155】
実施例10の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表55〜59、60A〜60Cに順に示される。また、実施例10の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図15(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0156】
【表55】
【0157】
【表56】
【0158】
【表57】
【0159】
【表58】
【0160】
【表59】
【0161】
【表60A】
【表60B】
【表60C】
【実施例11】
【0162】
実施例11の対物レンズ10の仕様、各光ディスクOD1〜OD3使用時における具体的数値構成、各非球面形状、各光路差関数係数、各使用回折次数、及び位相シフト構造の具体的構成は、表61〜65、66A〜66Cに順に示される。また、実施例11の光情報記録再生装置100において光ディスクOD1、OD2、OD3使用時に発生する波面収差は、図16(a)、(b)、(c)にそれぞれ示される。
【0163】
【表61】
【0164】
【表62】
【0165】
【表63】
【0166】
【表64】
【0167】
【表65】
【0168】
【表66A】
【表66B】
【表66C】
【0169】
(実施例のまとめ)
表67は、実施例1〜11の各例において、条件(2)〜(15)、(17)〜(30)のそれぞれを適用したときに算出される値の一覧を示す(条件(1)、(16)の各配置間隔P1〜P4については、各実施例の位相シフト構造の具体的構成を示す表を参照)。また、表68は、実施例1〜11の各例における各光ディスクOD1〜OD3使用時における光利用効率(回折効率)の一覧を示す。
【0170】
【表67】
【0171】
【表68】
【0172】
各実施例1〜11の対物レンズ10は、表67に示されるように、少なくとも条件(1)及び(2)を共に満たす。これにより、各実施例の波面収差図(図6〜図16)に示されるように、第一の段差を透過した波長λ1のレーザー光束と、第二の段差を透過した波長λ1のレーザー光束とに周期が略等しい逆方向の位相変化が付与されて、互いの位相変化が相殺されることによって波面のうねりが抑えられている。そのため、波面収差の発生量が少ない。すなわち、各実施例1〜11の対物レンズ10は、波長λ1〜λ3のレーザー光束に対して第一及び第二の段差による複合的な光学的作用を付与しつつも波面の乱れを抑えている。そのため、表68に示されるように、位相シフト構造による位相ずれに起因する光利用効率の低下が有効に抑えられる。また、各実施例1〜11の対物レンズ10では、条件(1)及び(2)以外の条件を満たすことによる効果も重畳的に奏される。
【0173】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【0174】
1A、2A、3A 光源
10 対物レンズ
OD1〜OD3 光ディスク
100 光情報記録再生装置
【特許請求の範囲】
【請求項1】
記録密度の異なる第一、第二、第三の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二、第三の波長を持つ光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される、少なくとも一枚の対物レンズからなる光情報記録再生装置用対物光学系において、
前記第一の波長をλ1(単位:nm)と定義し、前記第二の波長をλ2(単位:nm)と定義し、前記第三の波長をλ3(単位:nm)と定義した場合に、
λ1≒405nm、λ2≒660nm、λ3≒790nm
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA1と定義し、前記第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA2と定義し、前記第三の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA3と定義した場合に、
NA1>NA2>NA3
であり、
前記対物光学系中の少なくとも一面が、同心状に分割された複数の屈折面で構成され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して異なる位相差を付与する段差を持つ位相シフト構造を有する位相シフト面であり、
前記位相シフト面は、
前記第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域を有し、
前記第一の領域は、第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きく、
前記第一の領域には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されており、
光軸方向と直交する方向において、前記第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの前記第一の段差の配置間隔をP1(単位:mm)と定義し、該第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの該第二の段差であって、一方が該二つの第一の段差に挟まれて位置する二つの該第二の段差の配置間隔をP2(単位:mm)と定義した場合に、前記第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(1)
0.95<P1/P2<1.05・・・(1)
(但し、前記二つの第一の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第一の段差が前記第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第一の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第一の起点段差、前記第一の終点段差として、前記配置間隔P1を決定し、
前記二つの第二の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第二の段差が前記第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第二の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第二の起点段差、前記第二の終点段差として、前記配置間隔P2を決定する。)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有し、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して前記光源から前記光ディスクに向かう該光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、該第一の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ1(単位:rad)と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して該光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、該第二の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ2(単位:rad)と定義した場合に、前記第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(2)
−3.00<Δφ1/Δφ2<−0.10・・・(2)
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項2】
前記位相シフト面は、次の条件(3)
−1.30<Δφ1/Δφ2<−0.35・・・(3)
を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項3】
前記位相シフト面は、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ1(単位:πrad)と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ2(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(4)及び(5)
2.2<φ1<2.8・・・(4)
1.00<φ2<1.70・・・(5)
を満たすことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項4】
前記位相シフト面は、次の条件(6)及び(7)
2.3<φ1<2.6・・・(6)
1.1<φ2<1.5・・・(7)
を満たすことを特徴とする、請求項3に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項5】
前記位相シフト面は、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD1(単位:μm)と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(8)及び(9)
1.10<ΔOPD1/λ1<1.40・・・(8)
0.50<ΔOPD2/λ1<0.85・・・(9)
を満たすことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項6】
前記位相シフト面は、次の条件(10)及び(11)
1.15<ΔOPD1/λ1<1.30・・・(10)
0.55<ΔOPD2/λ1<0.75・・・(11)
を満たすことを特徴とする、請求項5に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項7】
前記位相シフト面は、
近軸に配置された前記第一の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD1(単位:μm)と定義し、近軸に配置された前記第二の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(12)及び(13)
0.70<D1<1.10・・・(12)
0.30<D2<0.70・・・(13)
を満たすことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項8】
前記位相シフト面は、次の条件(14)及び(15)
0.80<D1<0.95・・・(14)
0.40<D2<0.55・・・(15)
を満たすことを特徴とする、請求項7に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項9】
前記第一の領域に形成された前記少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、前記入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、
前記第一の位相シフト構造は、前記第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第一の光路差関数で規定される回折構造であり、
前記第二の位相シフト構造は、前記第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次、0次となる第二の光路差関数で規定される回折構造であることを特徴とする、請求項1から請求項8の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項10】
前記位相シフト面は、
前記第一の領域の外側に、前記第一、第二の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二の光ディスクの記録面上に収束させると共に、前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域には、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されており、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの前記第三の段差の配置間隔をP3(単位:mm)と定義し、該第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの該第四の段差であって、一方が該二つの第三の段差に挟まれて位置する二つの該第四の段差の配置間隔をP4(単位:mm)と定義した場合に、次の条件(16)
0.95<P3/P4<1.05・・・(16)
(但し、前記二つの第三の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第三の段差が前記第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第三の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第三の起点段差、前記第三の終点段差として、前記配置間隔P3を決定し、
前記二つの第四の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第四の段差が前記第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第四の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第四の起点段差、前記第四の終点段差として、前記配置間隔P4を決定する。)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有し、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して前記光源から前記光ディスクに向かう該光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、該第三の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ3(単位:rad)と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して該光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、該第四の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ4(単位:rad)と定義した場合に、次の条件(17)
−2.70<Δφ3/Δφ4<−0.05・・・(17)
を満たすことを特徴とする、請求項1から請求項9の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項11】
前記位相シフト面は、次の条件(18)
−1.05<Δφ3/Δφ4<−0.20・・・(18)
を満たすことを特徴とする、請求項10に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項12】
前記位相シフト面は、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ3(単位:πrad)と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ4(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(19)及び(20)
2.1<φ3<2.8・・・(19)
1.00<φ4<1.70・・・(20)
を満たすことを特徴とする、請求項10又は請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項13】
前記位相シフト面は、次の条件(21)及び(22)
2.2<φ3<2.6・・・(21)
1.1<φ4<1.5・・・(22)
を満たすことを特徴とする、請求項12に記載の光情報記録再生装置用対物光学
【請求項14】
前記位相シフト面は、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD3(単位:μm)と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(23)及び(24)
1.05<ΔOPD3/λ1<1.40・・・(23)
0.50<ΔOPD4/λ1<0.85・・・(24)
を満たすことを特徴とする、請求項10又は請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項15】
前記位相シフト面は、次の条件(25)及び(26)
1.10<ΔOPD3/λ1<1.30・・・(25)
0.55<ΔOPD4/λ1<0.75・・・(26)
を満たすことを特徴とする、請求項14に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項16】
前記位相シフト面は、
前記第一の領域との境界に配置された前記第三の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD3(単位:μm)と定義し、該一の領域との境界に配置された前記第四の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(27)及び(28)
0.85<D3<1.20・・・(27)
0.45<D4<0.85・・・(28)
を満たすことを特徴とする、請求項10又は請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項17】
前記位相シフト面は、次の条件(29)及び(30)
0.95<D3<1.10・・・(29)
0.55<D4<0・75・・・(30)
を満たすことを特徴とする、請求項16に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項18】
前記第二の領域に形成された前記少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、前記入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、
前記第三の位相シフト構造は、前記第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第三の光路差関数で規定される回折構造であり、
前記第四の位相シフト構造は、前記第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次となる第四の光路差関数で規定される回折構造であることを特徴とする、請求項10から請求項17の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項19】
前記位相シフト面は、
前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に収束させると共に、前記第二、第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を有することを特徴とする、請求項10から請求項18の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項20】
記録密度の異なる第一、第二、第三の各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置において、
第一の波長(≒405nm)、第二の波長(≒660nm)、第三の波長(≒790nm)の光束を射出する光源と、
前記射出された第一、第二、第三の波長の光束の発散収束度を変換するカップリングレンズと、
前記発散収束度が変換された第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる、請求項1から請求項19の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、
を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項1】
記録密度の異なる第一、第二、第三の光ディスクの各々に対して、所定の光源から射出された第一、第二、第三の波長を持つ光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置に搭載される、少なくとも一枚の対物レンズからなる光情報記録再生装置用対物光学系において、
前記第一の波長をλ1(単位:nm)と定義し、前記第二の波長をλ2(単位:nm)と定義し、前記第三の波長をλ3(単位:nm)と定義した場合に、
λ1≒405nm、λ2≒660nm、λ3≒790nm
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA1と定義し、前記第二の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA2と定義し、前記第三の光ディスクに対する情報の記録又は再生に必要な開口数をNA3と定義した場合に、
NA1>NA2>NA3
であり、
前記対物光学系中の少なくとも一面が、同心状に分割された複数の屈折面で構成され、互いに隣り合う該屈折面の境界において入射光束に対して異なる位相差を付与する段差を持つ位相シフト構造を有する位相シフト面であり、
前記位相シフト面は、
前記第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域を有し、
前記第一の領域は、第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きく、
前記第一の領域には、第一の段差を持つ第一の位相シフト構造と、第二の段差を持つ第二の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されており、
光軸方向と直交する方向において、前記第二の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの前記第一の段差の配置間隔をP1(単位:mm)と定義し、該第一の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの該第二の段差であって、一方が該二つの第一の段差に挟まれて位置する二つの該第二の段差の配置間隔をP2(単位:mm)と定義した場合に、前記第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(1)
0.95<P1/P2<1.05・・・(1)
(但し、前記二つの第一の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第一の起点段差、第一の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第一の段差が前記第二の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第一の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第一の起点段差、前記第一の終点段差として、前記配置間隔P1を決定し、
前記二つの第二の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第二の起点段差、第二の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第二の段差が前記第一の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第二の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第二の起点段差、前記第二の終点段差として、前記配置間隔P2を決定する。)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有し、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して前記光源から前記光ディスクに向かう該光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、該第一の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ1(単位:rad)と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して該光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、該第二の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ2(単位:rad)と定義した場合に、前記第一の領域のうち少なくとも第一の波長でのNA0.3よりも有効径が大きい領域において、次の条件(2)
−3.00<Δφ1/Δφ2<−0.10・・・(2)
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項2】
前記位相シフト面は、次の条件(3)
−1.30<Δφ1/Δφ2<−0.35・・・(3)
を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項3】
前記位相シフト面は、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ1(単位:πrad)と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ2(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(4)及び(5)
2.2<φ1<2.8・・・(4)
1.00<φ2<1.70・・・(5)
を満たすことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項4】
前記位相シフト面は、次の条件(6)及び(7)
2.3<φ1<2.6・・・(6)
1.1<φ2<1.5・・・(7)
を満たすことを特徴とする、請求項3に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項5】
前記位相シフト面は、
前記第一の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD1(単位:μm)と定義し、前記第二の段差が該第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(8)及び(9)
1.10<ΔOPD1/λ1<1.40・・・(8)
0.50<ΔOPD2/λ1<0.85・・・(9)
を満たすことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項6】
前記位相シフト面は、次の条件(10)及び(11)
1.15<ΔOPD1/λ1<1.30・・・(10)
0.55<ΔOPD2/λ1<0.75・・・(11)
を満たすことを特徴とする、請求項5に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項7】
前記位相シフト面は、
近軸に配置された前記第一の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD1(単位:μm)と定義し、近軸に配置された前記第二の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD2(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(12)及び(13)
0.70<D1<1.10・・・(12)
0.30<D2<0.70・・・(13)
を満たすことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項8】
前記位相シフト面は、次の条件(14)及び(15)
0.80<D1<0.95・・・(14)
0.40<D2<0.55・・・(15)
を満たすことを特徴とする、請求項7に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項9】
前記第一の領域に形成された前記少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、前記入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、
前記第一の位相シフト構造は、前記第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第一の光路差関数で規定される回折構造であり、
前記第二の位相シフト構造は、前記第一、第二、第三の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次、0次となる第二の光路差関数で規定される回折構造であることを特徴とする、請求項1から請求項8の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項10】
前記位相シフト面は、
前記第一の領域の外側に、前記第一、第二の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二の光ディスクの記録面上に収束させると共に、前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域には、第三の段差を持つ第三の位相シフト構造と、第四の段差を持つ第四の位相シフト構造を含む少なくとも二種類の位相シフト構造が形成されており、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第四の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの前記第三の段差の配置間隔をP3(単位:mm)と定義し、該第三の段差を少なくとも一つ挟んで隣接して位置する二つの該第四の段差であって、一方が該二つの第三の段差に挟まれて位置する二つの該第四の段差の配置間隔をP4(単位:mm)と定義した場合に、次の条件(16)
0.95<P3/P4<1.05・・・(16)
(但し、前記二つの第三の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第三の起点段差、第三の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第三の段差が前記第四の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第三の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第三の起点段差、前記第三の終点段差として、前記配置間隔P3を決定し、
前記二つの第四の段差のうち前記光軸に近い段差、該光軸から遠い段差をそれぞれ、第四の起点段差、第四の終点段差と定義し、
前記光軸方向と直交する方向において、前記第四の段差が前記第三の段差を挟まずに連続して配置されている場合、該連続して配置された該第四の段差の群のうち該光軸に最も近い段差、該光軸から最も遠い段差をそれぞれ、前記第四の起点段差、前記第四の終点段差として、前記配置間隔P4を決定する。)
を満たす輪帯の組み合わせを複数有し、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して前記光源から前記光ディスクに向かう該光軸に沿った方向に光路長を付与したときの、該第三の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ3(単位:rad)と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して該光軸に沿った方向と逆方向に光路長を付与したときの、該第四の段差による該第一の波長の光束に対する位相変化の絶対値と2πとの差をΔφ4(単位:rad)と定義した場合に、次の条件(17)
−2.70<Δφ3/Δφ4<−0.05・・・(17)
を満たすことを特徴とする、請求項1から請求項9の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項11】
前記位相シフト面は、次の条件(18)
−1.05<Δφ3/Δφ4<−0.20・・・(18)
を満たすことを特徴とする、請求項10に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項12】
前記位相シフト面は、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ3(単位:πrad)と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して付与する位相差の絶対値をφ4(単位:πrad)と定義した場合に、次の条件(19)及び(20)
2.1<φ3<2.8・・・(19)
1.00<φ4<1.70・・・(20)
を満たすことを特徴とする、請求項10又は請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項13】
前記位相シフト面は、次の条件(21)及び(22)
2.2<φ3<2.6・・・(21)
1.1<φ4<1.5・・・(22)
を満たすことを特徴とする、請求項12に記載の光情報記録再生装置用対物光学
【請求項14】
前記位相シフト面は、
前記第三の段差が前記第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD3(単位:μm)と定義し、前記第四の段差が該第一の波長の光束に対して付与する光路長差の絶対値をΔOPD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(23)及び(24)
1.05<ΔOPD3/λ1<1.40・・・(23)
0.50<ΔOPD4/λ1<0.85・・・(24)
を満たすことを特徴とする、請求項10又は請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項15】
前記位相シフト面は、次の条件(25)及び(26)
1.10<ΔOPD3/λ1<1.30・・・(25)
0.55<ΔOPD4/λ1<0.75・・・(26)
を満たすことを特徴とする、請求項14に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項16】
前記位相シフト面は、
前記第一の領域との境界に配置された前記第三の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD3(単位:μm)と定義し、該一の領域との境界に配置された前記第四の段差の該光軸方向の段差高さの絶対値をD4(単位:μm)と定義した場合に、次の条件(27)及び(28)
0.85<D3<1.20・・・(27)
0.45<D4<0.85・・・(28)
を満たすことを特徴とする、請求項10又は請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項17】
前記位相シフト面は、次の条件(29)及び(30)
0.95<D3<1.10・・・(29)
0.55<D4<0・75・・・(30)
を満たすことを特徴とする、請求項16に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項18】
前記第二の領域に形成された前記少なくとも二種類の位相シフト構造を、次の数式
φik(h)=(Pik2×h2+Pik4×h4+Pik6×h6+Pik8×h8+Pik10×h10+Pik12×h12)mikλ
(但し、hは、光軸からの高さを、Pik2、Pik4、Pik6・・・はそれぞれ、第kの領域の第iの光路差関数(k、iは何れも自然数)における二次、四次、六次・・・の光路差関数係数を、mikは、入射光束の回折効率が最大となる第kの領域の第iの光路差関数における回折次数を、λは、前記入射光束の使用波長を、それぞれ示す。)
の形に光路差関数を展開した場合に規定される回折構造で表現した場合、
前記第三の位相シフト構造は、前記第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数が共に1次となる第三の光路差関数で規定される回折構造であり、
前記第四の位相シフト構造は、前記第一、第二の波長の光束で回折効率が最大となる回折次数がそれぞれ1次、0次となる第四の光路差関数で規定される回折構造であることを特徴とする、請求項10から請求項17の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項19】
前記位相シフト面は、
前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束を前記第一の光ディスクの記録面上に収束させると共に、前記第二、第三の波長の光束の収束には寄与しない第三の領域を有することを特徴とする、請求項10から請求項18の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系。
【請求項20】
記録密度の異なる第一、第二、第三の各光ディスクに対する情報の記録又は再生を行う光情報記録再生装置において、
第一の波長(≒405nm)、第二の波長(≒660nm)、第三の波長(≒790nm)の光束を射出する光源と、
前記射出された第一、第二、第三の波長の光束の発散収束度を変換するカップリングレンズと、
前記発散収束度が変換された第一、第二、第三の波長の光束をそれぞれ前記第一、第二、第三の光ディスクの記録面上に収束させる、請求項1から請求項19の何れか一項に記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、
を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
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【図10】
【図11】
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【図14】
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【図16】
【公開番号】特開2013−41659(P2013−41659A)
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−156989(P2012−156989)
【出願日】平成24年7月12日(2012.7.12)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.BLU−RAY DISC
【出願人】(000113263)HOYA株式会社 (3,820)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年7月12日(2012.7.12)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.BLU−RAY DISC
【出願人】(000113263)HOYA株式会社 (3,820)
【Fターム(参考)】
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