(57)【要約】【課題】使用光の波長が略同様で、基板厚が互いに異なる複数の光記録媒体上に、該使用光を効率良く収束させることができる光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置を得る。【解決手段】光源側から順に、屈折力可変素子１８と、少なくとも一方の面に回折光学面を有する回折光学素子Ｌ１と、正の屈折力を有する対物レンズＬ２とから構成されてなる。屈折力可変素子１８は、印加電圧がＯＦＦ状態とされた際には、収束機能を有さない透明平板として機能するが、印加電圧がＯＮ状態とされた際には、収束レンズとして機能する液晶素子から構成される。ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃが選択される場合には、屈折力可変素子１８が屈折力を有さない状態とされ、ＢＤ９ｄが選択される場合には、屈折力可変素子１８が正の屈折力を有する状態とされる。【選択図】          図１
2006134492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される光記録媒体用対物光学系において、
前記少なくとも２種の光記録媒体のうちの所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであり、
前記所定の２種の光記録媒体のうちの、１種の前記光記録媒体が選択される場合とその余の少なくとも１種の前記光記録媒体が選択される場合とで、屈折力を変化させ得る屈折力可変素子と、
所定形状の対物レンズとを、
備えてなることを特徴とする光記録媒体用対物光学系。
【請求項２】
少なくとも４種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される光記録媒体用対物光学系において、
前記少なくとも４種の光記録媒体のうちの所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであり、
前記所定の少なくとも２種の光記録媒体のうちの、１種の前記光記録媒体が選択される場合とその余の少なくとも１種の他方の前記光記録媒体が選択される場合とで、屈折力を変化させ得る屈折力可変素子と、
所定形状の対物レンズとが、
光源側からこの順に配されてなることを特徴とする光記録媒体用対物光学系。
【請求項３】
前記屈折力可変素子は、光軸を中心として同心円状に領域を分割され、印加電圧の切替に応じて該分割された各領域の特性を変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る液晶レンズ素子からなることを特徴とする請求項１または２記載の光記録媒体用対物光学系。
【請求項４】
前記屈折力可変素子は、微細粒子を液体中に分散してなる微細粒子分散液を光軸方向に沿って配された２つの透明媒体で挟持してなり、該微細粒子分散液への印加電圧の切替に応じて該微細粒子分散液中の該微細粒子の電気泳動の状態を変化させて該微細粒子分散液の屈折率を変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る微細粒子電気泳動素子からなることを特徴とする請求項１または２記載の光記録媒体用対物光学系。
【請求項５】
前記屈折力可変素子は、光軸方向の両端面が透明とされた筒状の容器の中に、屈折率が互いに異なる導電性の水溶性液体と非導電性の油性液体を封入してなり、該容器への印加電圧の切替に応じて前記水溶性液体と前記油性液体との境界面形状を表面張力によって変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る２液性レンズ素子からなることを特徴とする請求項１または２記載の光記録媒体用対物光学系。
【請求項６】
前記屈折力可変素子は、光軸方向に隣接して配された２つの媒質からなり、該媒質の少なくとも一方は液晶素子からなり、該液晶素子に対する印加電圧の切替に応じて該一方の液晶領域の屈折率を変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る液晶レンズ素子からなることを特徴とする請求項１または２記載の光記録媒体用対物光学系。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物光学系を搭載されてなることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報の記録または再生がなされる際に、複数種の光記録媒体に対して、使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させることができる光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものであり、特に、略同一の波長の使用光を、互いに特性の異なる複数種の光記録媒体のそれぞれに良好に収束させる場合に好適な光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における種々の光記録媒体の開発に応じて、２種の光記録媒体の記録・再生に共用し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ（コンパクトディスク。−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷを含む。）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録・再生する装置が実用化されている。なお、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば658ｎｍ程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤについては、可視光領域の光に対して感度を有さない光記録媒体も存在するため、784ｎｍ程度の近赤外光を使用する。また、これら２つの光記録媒体においては、各光記録媒体の特性の違いからそれぞれ開口数を異ならせる必要があるが、さらに、基板の厚み（ＰＣ（ポリカーボネート）等からなる保護層の幾何学的厚みを示す。以下も同様である。）が互いに異なる規格とされており、例えばＤＶＤでは0.6ｍｍであるのに対し、ＣＤでは1.2ｍｍとされている。
【０００３】
一方、ＧａＮ基板をベースにした短波長の半導体レーザ（例えば、波長408ｎｍのレーザ光を射出する）が実用化され、記録容量のさらなる増大に応じて、この短波長の光を照射光として使用する片面１層の容量が20ＧＢ程度のＡＯＤ（アドバンスド・オプティカル・ディスク：ＨＤ−ＤＶＤ）が実用化される状態にある。また、これと前後して、ＡＯＤと同様に短波長の光を照射光として使用するブルーレイディスク（以下ＢＤと称する）も略実用化の状態にある。
【０００４】
上記ＡＯＤの規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤと同程度の値とされ、開口数（ＮＡ）は0.65、基板の厚みは0.6ｍｍとされており、一方、上記ＢＤの規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤおよびＣＤとは全く異なった値（開口数（ＮＡ）は0.85、基板の厚みは0.1ｍｍ）とされている。
このような事情から、上述したＤＶＤおよびＣＤに、ＡＯＤまたはＢＤを加えた３つの光記録媒体に共用し得る工夫が施された光ピックアップ装置の開発も進められている。
【０００５】
上述したように、これらの光記録媒体では、使用光波長および基板厚が光記録媒体の種類に応じて互いに異なるような規格とされていることから、その保護層の厚さの違いに応じ発生する球面収差の量が異なってくる。そのため、このような光ピックアップ装置においては、いずれの光記録媒体についても確実にフォーカシングをなすべく、記録・再生を行なうための各波長の光のいずれについても球面収差量を最適化する必要があることから、このような装置に搭載される光記録媒体用対物レンズとしても、各光記録媒体に対して互いに異なる収束発散作用を有するようなレンズ構成とする工夫を要する。
【０００６】
そこで、本願出願人も、このような光記録媒体用対物レンズとして、種々の提案を既に行っている（下記特許文献１〜５を参照）。
これらの特許文献に開示された技術に代表される光記録媒体用対物レンズにおいては、ＣＤ、ＤＶＤおよびＡＯＤ（またはＢＤ）に使用される光の波長が異なることに着目し、例えば、波長選択性を有する回折光学面と対物レンズを組み合わせることにより、保護層の厚さの違いに応じて発生する球面収差量を最適化するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特願2003-433434号
【特許文献２】特願2003-386293号
【特許文献３】特願2003-365482号
【特許文献４】特願2003-328672号
【特許文献５】特願2003-297756号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記のように、ＡＯＤとＢＤとが略実用化されるようになったことから、ＣＤおよびＤＶＤのほかに、ＡＯＤとＢＤも含めた４種の光記録媒体を１つの光記録媒体用対物レンズによって、記録、再生したいという要望がある。
【０００９】
しかしながら、上述したように、ＡＯＤとＢＤとは、互いに略同様の波長の光（例えば408nm）を使用光としており、使用光の波長の違いに基づいて光収束発散作用を変更するという、上記各特許文献に記載されているような技術によって対処することができない。
したがって、少なくともＡＯＤとＢＤについて共用しうる光記録媒体用対物レンズとするためには、全く新しい発想を採り入れる必要がある。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、使用光の波長が略同様で、基板厚が互いに異なる光記録媒体を含む複数の光記録媒体上に、該使用光を効率良く収束させることができる光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光記録媒体用対物光学系は、
少なくとも２種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される光記録媒体用対物光学系において、
前記少なくとも２種の光記録媒体のうちの所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであり、
前記所定の２種の光記録媒体のうちの、１種の前記光記録媒体が選択される場合とその余の少なくとも１種の前記光記録媒体が選択される場合とで、屈折力を変化させ得る屈折力可変素子と、
所定形状の対物レンズとを、
備えてなることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、「屈折力可変素子」とは、光学上で定義される狭義の意味のものに限定されるものではなく、素子に入射する波面の形状が同じ場合であっても素子から射出する形状が異なるように波面を変化させ得る種々の素子を含むものとする。
【００１３】
また、本発明の他の光記録媒体用対物光学系は、
少なくとも４種の光記録媒体に対して情報の記録または再生をなす際に共用される光記録媒体用対物光学系において、
前記少なくとも４種の光記録媒体のうちの所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであり、
前記所定の少なくとも２種の光記録媒体のうちの、１種の前記光記録媒体が選択される場合とその余の少なくとも１種の他方の前記光記録媒体が選択される場合とで、屈折力を変化させ得る屈折力可変素子と、
所定形状の対物レンズとが、
光源側からこの順に配されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記屈折力可変素子は、光軸を中心として同心円状に領域を分割され、印加電圧の切替に応じて該分割された各領域の特性を変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る液晶レンズ素子からなることが好ましい。
【００１５】
また、前記屈折力可変素子は、微細粒子を液体中に分散してなる微細粒子分散液を光軸方向に沿って配された２つの透明媒体で挟持してなり、該微細粒子分散液への印加電圧の切替に応じて該微細粒子分散液中の該微細粒子の電気泳動の状態を変化させて該微細粒子分散液の屈折率を変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る微細粒子電気泳動素子からなることが好ましい。
ここで、「微細粒子分散液」とは、微細粒子が液体中に溶解しているものではなく、微細粒子が均一に混ざっている状態にある液体を意味するものとする。
【００１６】
また、前記屈折力可変素子は、光軸方向の両端面が透明とされた筒状の容器の中に、屈折率が互いに異なる導電性の水溶性液体と非導電性の油性液体を封入してなり、該容器への印加電圧の切替に応じて前記水溶性液体と前記油性液体との境界面形状を表面張力によって変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る２液性レンズ素子からなることが好ましい。
【００１７】
また、前記屈折力可変素子は、光軸方向に隣接して配された２つの媒質からなり、該媒質の少なくとも一方は液晶素子からなり、該液晶素子に対する印加電圧の切替に応じて該一方の液晶領域の屈折率を変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る液晶レンズ素子からなることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明による光ピックアップ装置は、上記いずれかの光記録媒体用対物光学系を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による光記録媒体用対物光学系によれば、複数の光記録媒体に共用されるものであって、これら複数の光記録媒体のうち、所定の少なくとも２種の光記録媒体は、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるものであり、屈折力可変素子と、対物レンズとを配してなる。そして、前記所定の少なくとも２種の光記録媒体のうちの少なくとも1種の前記光記録媒体が選択される場合と、その余の少なくとも1種の前記光記録媒体が選択される場合とで、屈折力を互いに変化させ得るようになっている。
【００２０】
すなわち、例えば、基板厚が互いに異なる２種の光記録媒体については、一方の光記録媒体についての記録、再生時において球面収差量を小さくするように構成した場合、他方の光記録媒体についての記録、再生時においては、球面収差量が過大となる。そこで、選択される光記録媒体の種類に応じて、それぞれ屈折力を変化させ得る屈折力可変素子を対物レンズ系と組み合わせて設けることにより、上記他方の光記録媒体についての記録、再生時において、この過大な球面収差量が発生するのを抑制している。
【００２１】
これにより、使用光の波長が略同様で、基板厚が互いに異なる光記録媒体を含む複数の光記録媒体上に、該使用光を効率良く収束させることができる。
【００２２】
また、本発明の光ピックアップ装置においては、上記光記録媒体用対物光学系を搭載することにより、簡易な構成で、使用光の波長が略同様で、基板厚が互いに異なる光記録媒体を含む複数の光記録媒体上に、該使用光を効率良く収束させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施例１に係る光記録媒体用対物光学系の構成を模式的に示す図であり、図２は図１に示す屈折力可変素子を説明するための図であり、まず、これらの図を代表として用いて本発明の実施形態を説明する。また、図３は、本発明に係る光ピックアップ装置の構成を示す図であり、本発明に係る光記録媒体用対物光学系を用いた一構成例である。なお、図１および図２の構成図において、屈折力可変素子、回折光学素子および各レンズの形状は全て模式的に表されている。また図３では、図面が煩雑となるのを回避するため、半導体レーザ１ａからの光線軌跡を中心として表し、半導体レーザ１ｂ、１ｃからの光線軌跡はプリズム２ａ、２ｂの接合面に到達するまでの軌跡のみが描かれている。
【００２４】
図３に示す光ピックアップ装置では、半導体レーザ１ａ〜１ｃから出力されたレーザ光１１がハーフミラー６により反射され、コリメータレンズ７により略平行光とされ、光記録媒体用対物光学系８により収束光とされて光記録媒体９の記録領域１０上に照射される。この光ピックアップ装置が対象とする光記録媒体９は、下記３つの条件式（１）〜（３）の条件で使用されるものである。なお、本発明の光ピックアップ装置においては、以下の条件式（１）〜（３）を満足するものに限られないことは勿論である。
λ１＝λ４＜λ２＜λ３・・・  （１）
ＮＡ４＞ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・  （２）
Ｔ４＜Ｔ１≦Ｔ２＜Ｔ３・・・  （３）
ただし、
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
λ４・・・前記第４の光記録媒体に対応する使用光波長（第４波長）
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
ＮＡ４・・・前記第４の光記録媒体に対応する開口数（第４開口数）
Ｔ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
Ｔ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
Ｔ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
Ｔ４・・・前記第４の光記録媒体の基板厚（第４基板厚）
【００２５】
ここでは、光記録媒体９は、第１の光記録媒体としてのＡＯＤ９ａ（開口数ＮＡ１＝0.65、使用光波長λ１＝408ｎｍ、基板厚ｄ１＝0.6ｍｍ）、第２の光記録媒体としてのＤＶＤ９ｂ（開口数ＮＡ２＝0.65、使用光波長λ２＝658ｎｍ、基板厚ｄ２＝0.6ｍｍ）、第３の光記録媒体としてのＣＤ９ｃ（開口数ＮＡ３＝0.50、使用光波長λ３＝784ｎｍ、基板厚ｄ３＝1.2ｍｍ）および第４の光記録媒体としてのＢＤ９ｄ（開口数ＮＡ４＝0.85、使用光波長λ４＝408ｎｍ、基板厚ｄ４＝0.1ｍｍ）を総称するものとして説明する。
【００２６】
半導体レーザ１ａは、ＡＯＤ用およびＢＤ用の、波長408ｎｍ（λ１、λ４）の可視域のレーザ光を出力する光源である。また、半導体レーザ１ｂは、ＤＶＤ用の、波長658ｎｍ（λ２）の可視域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１ｃは、ＣＤ−Ｒ（追記型光記録媒体）等のＣＤ系用の（以下、これを代表してＣＤとして説明する）、波長784ｎｍ（λ３）の近赤外域のレーザ光を出力する光源である。
【００２７】
また、半導体レーザ１ａ〜１ｃは、重複して出力されることを排除するものではないが、光記録媒体９がＡＯＤ９ａであるか、ＤＶＤ９ｂであるか、ＣＤ９ｃであるか、ＢＤ９ｄであるかに応じて、択一的に出力されることが好ましい。半導体レ−ザ１ａから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ａ、２ｂを介して、また、半導体レ−ザ１ｂから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ａ、２ｂを介して、さらに、半導体レ−ザ１ｃから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ｂを介して、ハ−フミラ−６に照射されるようになっている。
【００２８】
また、コリメータレンズ７は、図３において模式的に示されたものであって１枚構成のものとは限られず、むしろ上記各波長の光について色収差が良好に補正されたものとすることが好ましい。
【００２９】
本実施形態の光ピックアップ装置では、所定位置（ターンテーブル上）に配される光記録媒体９として、ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃおよびＢＤ９ｄのいずれの光記録媒体９が選択される場合にも、対物光学系８に対しては使用光が平行光として入射される。対物光学系８は無限共役の光学系とされている。屈折力可変素子１８、回折光学素子Ｌ１および対物レンズＬ２の回折作用および屈折作用により、各使用光は、図１（Ａ）に示すＡＯＤ９ａ、図１（Ｂ）に示すＤＶＤ９ｂ、図１（Ｃ）に示すＣＤ９ｃ、図１（Ｄ）に示すＢＤ９ｄの、各々情報の記録または再生をなす前記光記録媒体の所定位置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ（以下、これらを総称して記録領域１０と称することがある）に集光せしめられる。
【００３０】
記録領域１０には信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域１０からの上記レーザ光１１の反射光は信号情報を担持した状態で対物光学系８およびコリメータレンズ７を介してハーフミラー６に入射し、このハーフミラー６を透過して４分割のフォトダイオード１３に入射する。このフォトダイオード１３では、分割された４つのダイオード位置の各受光量が電気信号の形態で得られるから、この受光量に基づき図示されない演算手段において所定の演算がなされ、データ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得られることになる。
【００３１】
なお、ハーフミラー６は光記録媒体９からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー６を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード１３上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、半導体レーザ１ａ〜１ｃとハーフミラー６との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００３２】
ところで、本実施形態の対物光学系８は、図１に示すように、光源側から順に、屈折力可変素子１８と、少なくとも一方の面に回折光学面を有する回折光学素子Ｌ１と、正の屈折力を有する対物レンズＬ２とから構成されてなる。この屈折力可変素子１８は、使用光に応じて屈折力を変化させ得るものであるが、これは、図２に示すごとく、印加電圧がＯＮ状態とされた際には、輪帯状の収束レンズとして機能する液晶素子から構成される。なお、印加電圧がＯＦＦ状態とされた際には、収束機能を有さない透明平板として機能する。
【００３３】
すなわち、例えば図１に示すように、ＡＯＤ９ａが選択される場合には屈折力可変素子１８の印加電圧がＯＦＦ状態とされ、屈折力可変素子１８が屈折力を有さない状態とされるのに対し、ＢＤ９ｄが選択される場合には、屈折力可変素子１８の印加電圧がＯＮ状態とされ、屈折力可変素子１８が正の屈折力を有する状態とされる。そして、屈折力可変素子１８から出力された使用光を、それぞれの記録領域１０上に収束せしめることが可能となるから、互いに略同一の波長の光であっても、基板厚が0.6mmとされたＡＯＤ９ａと、基板厚が0.1mmとされたＢＤ９ｄの各記録領域１０上に、球面収差の発生を抑制しつつ良好に収束させることができる。
【００３４】
ＡＯＤ９ａとＢＤ９ｄは、前述したように使用光の波長が互いに同一とされており、この使用光波長に応じて光記録媒体用対物光学系の屈折作用や回折作用を変えて収束位置を変更するという従来の手法を採ることが困難であるため、使用光波長の変化に依存しない本実施形態による手法は極めて有効である。
【００３５】
ただし、本実施形態による手法は、使用光の波長が互いに同一とされる複数の光記録媒体に対してのみならず、使用光の波長が互いに異なる複数の光記録媒体に対しても適用することができる。
【００３６】
なお、図１に示す態様においては、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの使用光についても、ＡＯＤ９ａと同様に屈折力可変素子１８の印加電圧がＯＦＦ状態とされて、該屈折力可変素子１８が屈折力を有さない状態とされており、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃについての情報の記録および再生が行われる場合にも、各使用光が各々の記録領域１０上に良好に収束せしめられるように構成されている。
【００３７】
なお、本発明の光記録媒体用対物光学系の屈折力可変素子としては、光記録媒体の種類に応じて屈折力を変化させ得る種々の手段を採用し得るが、そのうちのいくつかの態様については後述する実施例や変更の態様において具体的に説明する。
【００３８】
また、本実施形態の対物光学系８では、屈折力可変素子１８が屈折力を有さない状態で用いられる３つの光記録媒体９において、ＡＯＤ９ａについて情報の記録および再生を行なう場合（図１（Ａ）参照）に対して、記録媒体の基板厚が0.6mmと厚みが同じとされたＤＶＤ９ｂについて情報の記録および再生を行なう場合（図１（Ｂ）参照）には、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔Ｄ２が略等しく設定されているが、記録媒体の基板厚が1.2mmと厚みが大とされたＣＤ９ｃについて情報の記録および再生を行なう場合（図１（Ｃ）参照）には、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との空気間隔Ｄ２が小さく設定されている。
【００３９】
すなわち、本実施形態によれば、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との間隔を記録媒体の種類に応じて変更する手法も採用することにより、全ての光記録媒体９について使用光を平行な状態で入射させつつ良好な収差補正が行なわれる状態で各所定位置に集光させるようにしている。
【００４０】
このように本実施形態の対物光学系８によれば、いずれの光記録媒体（ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃ、ＢＤ９ｄ）について情報の記録、再生を行なう場合にも、この対物光学系８に平行光の状態で使用光を入射せしめることができるので、光学系の配置選択の自由度を高めて装置のコンパクト化を図ることができるとともにトラッキングの安定性の向上を図ることができる。
【００４１】
さらに、回折光学素子Ｌ１は、全体として正の屈折力を有するものとすることにより、正の屈折力を有する対物レンズＬ２を小さくすることができ、装置の小型化ができるという効果がある。
【００４２】
また、回折光学素子Ｌ１を、全体として負の屈折力を有するものとした場合には、作動距離を長くすることができ、対物レンズＬ２とディスクの衝突を防ぐ効果がある。
【００４３】
また、この対物光学系８において回折光学素子Ｌ１の回折光学面は、前記第１波長（および第４波長）の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第２波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、かつ、前記第１波長（および第４波長）の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第３波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、作用する形状とされていることが好ましい。各使用光について回折光の光量が最大となる回折次数を上記のように設定することにより、いずれの使用光についても、高い利用効率で所望の位置に収束させることができる。
【００４４】
また、本発明に係る対物光学系８の回折光学面は、仮想平面上に回折光学素子構造を形成されてなることが好ましく、その回折光学素子構造は断面形状が鋸歯状のものとされていることが好ましい。「鋸歯状」とはいわゆるキノフォームと称される形状である。回折光学面による位相差は、下記に示す位相差関数により表される。波長をλ、回折光学面位相差関数をφとすると、この回折光学面により、回折光にｍλ×φ／（２π）の光路長が付加される。ここでｍは回折次数を表す。
【００４５】
【数１】
2006134492.tif 000003
【００４６】
なお、回折光学面の具体的な鋸歯形状のステップの高さは、使用する各波長の光に対する各次数の回折光の割合を考慮して設定されることになる。また、回折光学面の最外径は、入射する３つの波長のレーザ光１１のビーム径と対物光学系８の開口数を勘案して適宜設定し得る。
【００４７】
後述する実施例１に係る光記録媒体用対物光学系８の回折光学面は、いずれも仮想平面上に回折光学素子構造が形成されてなる。ただし、図１の構成図においては、回折光学面であることを示すために、実際の回折光学面の鋸歯形状よりも誇張して示している。
【００４８】
また、本発明の対物光学系８において対物レンズＬ２は、少なくとも１面が非球面からなることが好ましい。この非球面は、下記に示す非球面式により表される回転対称な非球面からなることがより好ましい。このような回転対称非球面を形成することにより、いずれの光記録媒体９についても収差補正を良好とし、確実にフォーカシングをなし記録・再生が良好に行われるように構成することができる。
【００４９】
【数２】
2006134492.tif 000004
【００５０】
回折光学素子Ｌ１および対物レンズＬ２に形成される回折光学面および回転対称非球面等の面形状は、その面が作用する波長の光が、対応する記録領域１０に良好に収差補正されて収束されるように、適宜設定されることが好ましい。
【００５１】
また、本発明の対物光学系８において回折光学素子Ｌ１および対物レンズＬ２は、各々プラスチックからなるものとすることができる。プラスチック材料を用いることによる利点としては、製造コストの低減、軽量化され高速での記録および読取が可能になること、金型の加工性が向上すること、が挙げられる。特に、回折光学面の型の加工にはプラスチック材料を用いることが有利である。
【００５２】
また、回折光学素子Ｌ１および対物レンズＬ２は、各々ガラスからなるものとすることができる。ガラス材料を用いることによる利点としては、温度や湿度の影響を受けにくいこと、短波長の光で長い時間回折光学素子や正レンズを使用しても透過率の劣化が少ない材料の入手が容易であること、が挙げられる。
【００５３】
また、光記録媒体用対物光学系８のうち、屈折力可変素子１８を除く対物レンズ系としては、1群で構成してもよいし、３群以上で構成することもできる。例えば、図４（（Ａ）はＡＯＤ使用時、（Ｂ）はＢＤ使用時）に示す対物レンズ系Ｌ３は回折光学部材１９と対物レンズ２０とを一体化してなる。このような１群レンズ構成によっても、各使用光をそれぞれの光記録媒体９の記録領域１０に良好に収束せしめることができる。
【００５４】
以下、本発明の光記録媒体用対物光学系８について、実施例１を示してさらに具体的に説明する。
【００５５】
＜実施例１＞
実施例１の光記録媒体用対物光学系８は、図１に示すように、光源側から順に、屈折力可変素子１８と、回折光学素子Ｌ１と、対物レンズＬ２とを配列されてなる。
【００５６】
該屈折力可変素子１８は、図２に示すごとく、光軸を中心とした複数の同心円状輪帯部Ｚ１〜Ｚ５からなる液晶領域を有しており、印加電圧がＯＮ状態となると、全体として正の屈折力を有するように液晶領域の特性が変化するため、この屈折力可変素子１８は収束レンズとして機能する。また、印加電圧がＯＦＦ状態となると、屈折力を有さない単なる透明平板として機能する。
【００５７】
すなわち、ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃの情報の記録または再生がなされる際には、印加電圧がＯＦＦ状態とされて屈折力を有さない透明平板として機能し、ＢＤ９ｄの情報の記録または再生がなされる際には、印加電圧がＯＮ状態とされて収束レンズとして機能する。
このように、屈折力可変素子１８では、この液晶領域の特性の変化を利用して、ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃの使用光が入射した場合と、ＢＤ９ｄの使用光が入射した場合とで、光収束作用を変化させるようにしている。
【００５８】
また、上記回折光学素子Ｌ１は全体として正の屈折力を有し、光源側の面は、仮想平面上に回折光学素子構造が形成された回折光学面とされ、またその光記録媒体側の面は凸状の回転対称非球面とされている。さらに、上記対物レンズＬ２は正の屈折力を有する両凸レンズとされ、光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが、回転対称非球面とされている。
また、回折光学面および回転対称非球面は、上述した位相差関数および非球面式により規定される。また、回折光学面は断面形状が鋸歯形状の同心円格子からなる。
【００５９】
この対物光学系８は、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、光記録媒体９としてのＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃおよびＢＤ９ｄの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに、各使用光λ＝408ｎｍ（λ１、λ４）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）を良好に収束させるものである。なお、図１（Ｂ）〜（Ｄ）においては、図が煩雑となることを避けるため、図１（Ａ）と同様のものを示す曲率半径Rおよび面間隔Dの記載を省略している（図５においても同じ）。
【００６０】
また、対物光学系８は、これら各使用光がいずれも略平行光として入射される無限共役の光学系とされている。また、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
また、この対物光学系８は、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２との間隔Ｄ２がＣＤ９ｃの情報の記録および再生を行う際にのみ小となるように可変とされている。
この実施例１に係る対物光学系８は４種の光記録媒体９のそれぞれに対して、使用光を球面収差の発生を抑制しつつ所望の位置に収束させることができる。
【００６１】
＜実施例２＞
実施例２の光記録媒体用対物光学系８は、図５に示すように、光源側から順に、屈折力可変素子２８と、回折光学素子Ｌ１と、対物レンズＬ２とを配列されてなる。なお、図５において、実施例１の光記録媒体用対物光学系を表す図１の部材と対応する部材については、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６２】
上記屈折力可変素子２８は、微細な粒子（粒子径が数nm程度以下、ナノ粒子と称する）を所定の液体中に分散せしめてなるナノ粒子分散液２８ａを光軸方向から２つの透明媒体２８ｂで挟持してなり、ナノ粒子分散液２８ａへの印加電圧の切替に応じて、ナノ粒子分散液２８ａ中のナノ粒子の電気泳動の状態を変化させてナノ粒子分散液２８ａの屈折率を変化させ、屈折力を変化させるようにしたものである。
【００６３】
屈折力可変素子２８は、ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃの使用光が入射した際には、屈折力可変素子２８の印加電圧がＯＦＦ状態とされることでナノ粒子分散液２８ａの屈折率は変化せず、ナノ粒子分散液２８ａと透明媒体２８ｂの屈折率差が略０となるため、入射した使用光は略直進する。一方、ＢＤ９ｄの使用光が入射した際には、屈折力可変素子２８の印加電圧がＯＮ状態とされることでナノ粒子分散液２８ａの屈折率が上昇し、このナノ粒子分散液２８ａと透明媒体２８ｂの間で屈折率差が生じ、入射した使用光は収束光とされる。
【００６４】
このように、ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂ、ＣＤ９ｃの使用光が入射した場合とＢＤ９ｄの使用光が入射した場合とでは屈折力可変素子２８の光屈折作用が変化することとなり、この変化を利用して各使用光をそれぞれの光記録媒体９の記録領域１０に良好に収束せしめるようにしている。
この実施例２に係る対物光学系８は４種の光記録媒体９のそれぞれに対して、使用光を良好に所望の位置に収束させることができる。
【００６５】
なお、本発明の光記録媒体用対物光学系としては上述したものに限られず種々の態様の変更が可能である。また、本発明の光ピックアップ装置としても、同様に種々の態様の変更が可能である。
【００６６】
例えば、本発明の光記録媒体用対物光学系については、互いに略同一の波長の光によって情報の記録または再生がなされるとともに、基板厚が互いに異なるように構成されてなる少なくとも２種の光記録媒体に対して適用されるものであって、このような光記録媒体が３種以上であっても、屈折力可変素子の屈折力の強さを多段階で変更することにより適用しうる。また、それ以外に、使用光の波長が互いに異なる光記録媒体についても適用する場合には、その種類の数は特に限定されるものではない。
【００６７】
また、上記実施形態においては、全ての種類の光記録媒体に対して、使用光が平行光の状態で入射する場合について説明しているが、そのうち1種または複数種の光記録媒体に対して、使用光が発散光または収束光の状態で入射するようにしてもよい。
【００６８】
また、上記実施例２においては、屈折力可変素子２８は、光源側から、光記録媒体側に凹面を向けた平凹形状の透明媒体２８ｂと、全体として両凸形状をなすナノ粒子分散液２８ａと、光源側に凹面を向けた平凹形状の透明媒体２８ｂとを配列しているが、勿論これに限られるものではない。例えば、光源側から、光記録媒体側に凸面を向けた平凸形状の透明媒体と、全体として両凹形状をなすナノ粒子分散液と、光源側に凸面を向けた平凸形状の透明媒体とを配列してもよい。また、これらの境界面は球面に限らず非球面とされていてもよい。また、光源側と光記録媒体側の透明媒体は異なる形状、異なる材質であってもよい。さらに、屈折力可変素子２８の印加電圧がＯＮ状態とされた際にナノ粒子分散液と透明媒体の屈折率差が略０となるようにしてもよい。
【００６９】
また、上記ナノ粒子分散液２８ａは、印加電圧がＯＮ状態とされることで屈折率が下降する（低くなる）ナノ粒子分散液であってもよい。
【００７０】
また、上述した屈折力可変素子２８の光入射面および/または光出射面を曲面に変更することも可能である。
【００７１】
また、本発明の光記録媒体用対物光学系の屈折力可変素子としては、上述した各実施例のもの以外にも種々の態様のものを採用し得る。例えば、図６に示すように、光軸方向の両端面が透明とされた筒状の容器３９の中に、屈折率が互いに異なる導電性の水溶性液体３８ａ（屈折率ｎ１）と、非導電性の油性液体３８ｂ（屈折率ｎ２）を封入してなり、該容器３９への印加電圧の切替に応じて、水溶性液体３８ａと油性液体３８ｂとの境界面形状を表面張力により変化させて、屈折力を変化させ得る２液性レンズ素子からなる屈折力可変素子３８を採用し得る。この種の屈折力可変素子３８は、例えば、オランダ
フィリップス社製のFluid Focusレンズとして知られているものを用いてもよい。
【００７２】
すなわち、例えば、ＡＯＤ９ａとＢＤ９ｄのように使用光波長が略同一のものについて、一方の情報の記録または再生がなされる際には、印加電圧を大として、屈折力可変素子３８を図６（ａ）の状態で用いるようにし、他方の情報の記録または再生がなされる際には、印加電圧を小として、屈折力可変素子３８を図６（ｂ）の状態で用いるようにする。図６（ａ）、（ｂ）において、図中左方から使用光が入射し、屈折率ｎ１＜屈折率ｎ２となるように設定すれば、印加電圧が大とされた図６（ａ）のものでは屈折力可変素子３８において光束が収束されるのに対し、印加電圧が小とされた図６（ｂ）のものでは屈折力可変素子３８において光束が略直進することになる。
【００７３】
このような、光学部材の形状変化に伴う屈折力差を利用して、各使用光をそれぞれの光記録媒体９の記録領域１０に良好に収束せしめることができる。なお、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃ等の他の光記録媒体９についても、上述した実施例のものと同様に、各使用光をそれぞれの光記録媒体９の記録領域１０に良好に収束せしめることができる。
なお、水溶性液体３８ａと油性液体３８ｂとの境界面形状や、これら両者の屈折率の大小関係は適宜変更し得る。
【００７４】
また、例えば、図７に示すように、２つの液晶領域４８ａ、４８ｂが、光軸について軸対称な曲面を介して光軸方向に隣接して配され、一方の液晶領域４８ａ、４８ｂに対する印加電圧のON/OFFの切替に応じて該一方の液晶領域４８ａ、４８ｂの屈折率を変化せしめることにより、使用光に対する屈折力を変化させ得る液晶レンズ素子からなる屈折力可変素子４８を採用することもできる。
【００７５】
すなわち、例えば、ＡＯＤ９ａとＢＤ９ｄのように使用光波長が略同一のものについて、一方の情報の記録または再生がなされる際には、印加電圧をＯＮ状態として、屈折力可変素子４８を図７（ａ）の状態で用いるようにし、他方の情報の記録または再生がなされる際には、印加電圧をＯＦＦ状態として、屈折力可変素子４８を図７（ｂ）の状態で用いるようにする。ここで、図７（ａ）、（ｂ）において、図中左方から使用光が入射し、両液晶領域４８ａ、４８ｂの境界面を光源側に凸とし、印加電圧がＯＦＦ状態とされた場合には、いずれの液晶領域４８ａ、４８ｂの屈折率もｎ３とし、印加電圧がＯＮ状態とされた場合には、電圧が印加された液晶領域４８ｂの屈折率のみが上昇してｎ４に変化するように設定すれば、印加電圧がＯＮ状態とされた図７（ａ）のものでは屈折力可変素子４８において光束が収束されるのに対し、印加電圧がＯＦＦ状態とされた図７（ｂ）のものでは屈折力可変素子４８において光束が略直進することになる。
【００７６】
このような、屈折力可変素子４８の一部構成要素の屈折率変化に伴う、屈折力可変素子４８の屈折力変化を利用して、各使用光をそれぞれの光記録媒体９の記録領域１０に良好に収束せしめることができる。なお、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃ等の他の光記録媒体９についても、上述した実施例のものと同様に、各使用光をそれぞれの光記録媒体９の記録領域１０に良好に収束せしめることができる。
【００７７】
なお、両液晶領域４８ａ、４８ｂの境界面形状や、これら両者の屈折率の大小関係は適宜変更し得る。
また、液晶領域４８ａ、４８ｂのどちらか一方を液晶以外の透明部材とすることができる。
【００７８】
また、本発明の光記録媒体用対物光学系においては、回折光学面をいずれのレンズ面に設けてもよい。
【００７９】
また、この回折光学面は、凸状または凹状の屈折力を有する面上に形成されてもよいし、非球面上に形成されていてもよい。また、実施例の回折光学素子では回折光学面でない方の面に回転対称な非球面が用いられていたが、これに変えて平面や球面または非回転対称な非球面としてもよい。例えば、屈折力を有する面に回折光学面を形成し、他方の面を平面とすることも可能である。また、回折光学素子の両面が回折光学面とされていてもよい。
【００８０】
また、対物光学系の回折光学面は、理想的には、その光量がそれぞれほぼ100％となれば最も効果が高い。また、回折光学面の素子構造としては鋸歯状のものに限られず、例えば階段状のものを用いるようにしてもよい。
さらに、全てのレンズ群が回折光学面を有していない構成としてもよい。
【００８１】
また、対物光学系の対物レンズとしても、実施例のもののように光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが回転対称な非球面とされている構成に限られるものではない。例えば、平面、球面、非球面を適宜用いることができる。
【００８２】
また、今後、光記録媒体として上記以外の、例えば使用光波長がさらに短波長化した規格のものが開発されることも想定されるが、その場合にも勿論、本発明を適用することが可能である。この場合、レンズ材料として、使用光波長において良好な透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、本発明の光記録媒体用対物光学系のレンズ材料として蛍石や石英を用いることも可能である。
【００８３】
また、本発明の光記録媒体用対物光学系では、屈折力可変素子と対物レンズ系の配列順序は必ずしも限定されるものではなく、屈折力可変素子を、対物レンズ系のレンズ間に配したり、対物レンズ系の光記録媒体側に配することが排除されるものではない。
【００８４】
また、上記実施形態に係る光ピックアップ装置では互いに異なる波長の光を出力する３つの光源を設けているが、光源として、２つの異なる波長の光を近接した出力口から出力し得る1つの光源を用いるようにしてもよい。この場合には、例えば図３のプリズム２ａ、２ｂに替えて、１つのプリズムを配した構成としてもよい。また、使用される全ての波長の光を出力する１つの光源を用いてもよい。この場合には、例えば図３のプリズム２ａ、２ｂは不要となる。
【００８５】
また、互いに同一の波長の使用光を用いる光記録媒体９、例えばＡＯＤ９ａとＢＤ９ｄについての光源を互いに独立して設けることも可能である。
また、例えば、ＡＯＤ９ａおよびＢＤ９ｄの各使用光を出力する光源を、互いに独立の光源とした場合に、各光源から出力された使用光の波長は、略同様であればよく、厳密に一致している必要はない。
【００８６】
また、この光ピックアップ装置において、対物光学系の光源側に絞りや波長選択性のある開口制限素子が配設されていてもよいし、屈折力可変素子１８、２８、３８、４８、回折光学素子Ｌ１または対物レンズＬ２に開口制限の機能を持たせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施例１に係る光記録媒体用対物光学系とその作用を模式的に示す断面図
【図２】図１に示す屈折力可変素子を説明するための概略図
【図３】本発明の実施形態に係る光記録媒体用対物光学系を用いた光ピックアップ装置を示す概略図
【図４】図１に示す光記録媒体用対物光学系の変更態様を示す概略図
【図５】本発明の実施例２に係る光記録媒体用対物光学系とその作用を模式的に示す断面図
【図６】図１に示す光記録媒体用対物光学系の屈折力可変素子の別の態様を示す概略図
【図７】図１に示す光記録媒体用対物光学系の屈折力可変素子のさらに別の態様を示す概略図
【符号の説明】
【００８８】
１ａ、１ｂ、１ｃ  半導体レーザ
２ａ、２ｂ  プリズム
６  ハーフミラー
７  コリメータレンズ
８  対物光学系
９  光記録媒体
９ａ  ＡＯＤ
９ｂ  ＤＶＤ
９ｃ  ＣＤ
９ｄ  ＢＤ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  記録領域
１１  レーザ光
１３  フォトダイオード
１８、２８、３８、４８  屈折力可変素子
２８ａ  ナノ粒子分散液
２８ｂ  透明媒体
３８ａ  水溶性液体
３８ｂ  油性液体
４８ａ、４８ｂ  液晶領域
Ｌ１  回折光学素子
Ｌ２  対物レンズ
Ｒ１〜Ｒ５  レンズ面（ただし、Ｒ５は光記録媒体の保護層表面）の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ５  軸上面間隔
【図１】
2006134492.tif 000005
【図２】
2006134492.tif 000006
【図３】
2006134492.tif 000007
【図４】
2006134492.tif 000008
【図５】
2006134492.tif 000009
【図６】
2006134492.tif 000010
【図７】
2006134492.tif 000011