JP2006039210A - 光学レンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外光波長から可視光波長領域において、高屈折率で且つ、低光吸収特性を有する光学レンズを提供するとともに、これを用いてニアフィールド光記録再生方式に好適な光学レンズ、集光レンズを提供し、光記録媒体の高密度大容量化に対応する光学ピックアップ装置及び光記録再生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料より光学レンズを構成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、特に近接場光を光記録媒体に照射して記録及び／又は再生を行ういわゆるニアフィールド光記録再生方式に適用して好適な光学レンズ、集光レンズ、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置に関する。

ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）に代表される光記録媒体（光磁気記録媒体を含む）は、音楽情報、映像情報、データ、プログラム等の格納媒体として広く利用されている。しかしながら、更なる音楽情報、映像情報、データ、プログラム等の高音質化、高画質化、長時間化、大容量化により、さらに大容量の光記録媒体及びその記録再生を行う光記録再生装置が望まれている。

そこで、これらに対応するため、光記録再生装置では、その光源、例えば半導体レーザの短波長化や、集光レンズの開口数の増大化が図られ、集光レンズを介して収束する光スポットの小径化が図られている。
例えば、半導体レーザに関しては、発振波長が従来の赤色レーザの６３５ｎｍから４００ｎｍ帯に短波長化されたＧａＮ半導体レーザが実用化され、これにより光スポットの小径化が図られつつある。また、例えばそれ以上の短波長化については、ソニー株式会社製の２６６ｎｍの単一波長の光を連続発振する遠紫外固体レーザＵＷ−１０１０などが発売されており、更なる光スポットの小径化も図られつつある。また、これ以外にもＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍波レーザ（２６６ｎｍ帯）、ダイヤモンドレーザ（２３５ｎｍ帯）、ＧａＮレーザの２倍波レーザ（２０２ｎｍ帯）などの研究、開発が進められている。

また、例えば、ソリッドイマ―ジョンレンズに代表される開口数の大なる光学レンズを使って、例えば開口数１以上の集光レンズを実現するとともに、この集光レンズの対物面を光記録媒体と、その光源波長の１０分の１程度まで近接させることにより記録再生を行う、いわゆるニアフィールド光記録再生方式が検討されている。
このニアフィールド光記録再生方式の高転送レート化では、光記録媒体と集光レンズとの距離を如何にして光学的なコンタクト状態に維持しながら高速にディスクを回転させるかが重要である。

また、光源から出射されて集光レンズに入射する光束径が小になるとともに光記録媒体と集光レンズとの距離も非常に小さくなるため、集光レンズは形状的に大きく制約されることになる。

例えば、上述のソリッドイマージョンレンズを用いたニアフィールド光記録再生方式に適用可能な光学系の概略構成を図８に示す。光記録媒体３０の記録面に対向する対物側から順に、例えば超半球型構成の第１の光学レンズ１１と第２の光学レンズ１２とを配置して、ニアフィールド用の集光レンズ１３が構成される。
この第１の光学レンズ１１は、その曲率半径をｒ、光学レンズ材料の屈折率をｎ、レンズの光軸方向に沿う厚さをｔとすると、
ｔ＝ｒ（１＋１／ｎ）
の関係がある。光学ガラスとして多用されるＳｉＯ_２の屈折率は１．５程度である。

また、図８に示すように、第２の光学レンズ１２と光記録媒体３０との距離をＷＤとすると、この第１の光学レンズ１１の厚さtは、
ｔ＝ｒ（１＋１／ｎ）＜ＷＤ
の条件を満足する必要がある。屈折率が１．５の場合は、
ｔ＝１．６６７ｒ＜ＷＤ
を満たす必要がある。なお、第２の光学レンズ１２と光記録媒体３０との距離ＷＤは、第２の光学レンズ１２の開口数によって決定される。
従って、第１の光学レンズ１１と第２の光学レンズ１２との距離を好適に、且つ容易に実現するためには、できる限り曲率半径ｒを小さく、もしくは光学レンズ材料の屈折率ｎをできる限り大きくする必要がある。
現状では、光学レンズの屈折率は、材質に光学ガラス（ＳｉＯ_２）を使用した場合、１．５程度が限界である（例えば特許文献１参照。）。
特開２００２−２４９３４１号公報

しかしながら、光学レンズの曲率半径は、その光学ピックアップ装置の組み立て精度から１ミリ程度以下に小さくすることができない。すなわち、上述したように、ニアフィールド光記録再生方式では、集光レンズは一般的に対物側から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズとの２枚の光学レンズの組み合わせにより、開口数１以上を実現しているが、これら第１の光学レンズと第２の光学レンズとの組み立て精度は開口数が大になるほど高精度が求められ、かつ環境の変化に対してもこの精度を維持することが求められるため、あまりにも光学レンズの曲率半径が小さいと、そのニアフィールド集光レンズの組み立て精度を実現できないためである。
また、上述したように、光学ガラスの屈折率は、１．５程度が限界であるため、それ以上、光学レンズの厚さを小さくすることはできなかった。

一方、このニアフィールド光記録再生方式における高密度化を実現するためには、従来の光記録方式と同様に、その光源の出射波長の短波長化や、集光レンズの開口数の増大により、その集光スポットを縮小させる必要がある。ここで集光スポットの面積は、集光レンズの開口数の２乗に半比例するので、ニアフィールド光記録再生方式における高密度化を実現するためには、集光レンズの開口数を増大させることが有効である。

例えば、図８に示すような、第１の光学レンズが超半球光学レンズの場合のニアフィールド集光レンズの開口数ＮＡは、第１の光学レンズの屈折率をｎとすると、
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎ（ｔａｎ^−１（ｎ））
で表される。
従来、この第１と第２の光学レンズ材料は、材質にガラス（ＳｉＯ_２）を使用しているため、その紫外光波長から可視光波長領域における屈折率は１．５程度が限界であり、例えば、超半球光学レンズの場合のニアフィールド集光レンズの開口数ＮＡは、
ＮＡ＝１．５×ｓｉｎ（ｔａｎ^−１（１．５））＝１．２５
となり、それ以上、開口数ＮＡを増大させることができなかった。従って従来のガラス材質を使用したニアフィールド集光レンズでは、その高密度化に限界があった。

以上の問題に鑑みて、本発明は、紫外光波長から可視光波長領域において、少なくとも高屈折率である光学レンズを提供するとともに、これを用いてニアフィールド光記録再生方式に好適な光学レンズ、集光レンズを提供し、光記録媒体の高密度大容量化に対応する光学ピックアップ装置及び光記録再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による光学レンズは、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料より成ることを特徴とする。
更に、本発明は、上述の光学レンズにおいて、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成ることを特徴とする。

また、本発明による集光レンズは、光軸を略合致させ、対物側から順に配置された少なくとも第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成された集光レンズにおいて、少なくとも上記第１の光学レンズを構成する材料が、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料とされたことを特徴とする。
更に、本発明は、上述の集光レンズにおいて、上記第１の光学レンズは、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成ることを特徴とする。

また、本発明による光学ピックアップ装置は、少なくとも、光源と、対物側から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズと、上記光源からの出射光を光記録媒体の所定トラック位置に収束させて光スポットを形成する集光レンズとを有する光学ピックアップ装置において、少なくとも上記第１の光学レンズを構成する材料が、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料とされたことを特徴とする。
更に、本発明は、上述の光学ピックアップ装置において、上記第１の光学レンズは、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成ることを特徴とする。
また、本発明は、上述の各光学ピックアップ装置において、上記集光レンズにより、上記光記録媒体に近接場光が照射されることを特徴とする。

また、本発明による光記録再生装置は、少なくとも、光源と、対物側から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズと、上記光源からの出射光を光記録媒体の所定トラック位置に収束させて光スポットを形成する集光レンズとを有する光学ピックアップ装置と、上記集光レンズを光記録媒体のフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動する制御駆動手段とを少なくとも有する光記録再生装置において、上記第１の光学レンズを構成する材料が、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料とされたことを特徴とする。
更に、本発明は、上述の光記録再生装置において、上記第１の光学レンズは、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成ることを特徴とする。
また、本発明は、上述の各光記録再生装置において、上記集光レンズにより、上記光記録媒体に近接場光が照射されて、記録及び／又は再生がなされることを特徴とする。

上述したように、本発明においては、光学レンズの材料として、立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶で構成することから、従来用いられているガラス材料より成る光学レンズでは得られなかった屈折率１．８以上の光学レンズを実現する。
また、立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶より成る光学レンズは、波長２５０ｎｍから１０００ｎｍまでの広い波長帯域の光に対する光透過性（光透過率）が優れており、光源からの光パワーに対する記録再生の光効率を高めることが可能となる。

そして、この光学レンズを用いて対物側とは反対側の面に凸球面が設けられる例えばソリッドイマージョンレンズ型構成の光学レンズを構成し、これを第１の光学レンズとして、第２の光学レンズと組み合わせることによって、紫外光波長から可視光波長領域において、開口数が１．５以上の集光レンズを容易に得ることが可能となる。
そして、この集光レンズを用いて構成される光学ピックアップ装置および、光記録再生装置では集光レンズを構成する第２の光学レンズに入射する光束の径を小とすることが可能になり、光記録媒体のフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの小型軽量化を図ることができて、フォーカシングサーボやトラッキングサーボやシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明による光学レンズによれば、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料により構成することから、波長２５０ｎｍ以上の光に対して適用可能な屈折率１．８以上の光学レンズを提供することができる。
更にこの光学レンズを、少なくとも対物側とは反対側に凸球面を設ける構成とすることによって、これを用いて開口数の大なる集光レンズを構成することができる。
また、本発明の集光レンズによれば、屈折率の大なる第１の光学レンズを用いることにより、開口数の大なる集光レンズを提供することができる。
更に、本発明の集光レンズにおいて、第１のレンズを、少なくとも対物側とは反対側に凸球面を設ける構成とすることによって、開口数１．５以上の集光レンズを提供することができる。

また、本発明の光学ピックアップ装置及び光記録再生装置によれば、開口数を大とすることができ、記録再生特性の向上を図ることができる。
更に、この光学ピックアップ装置及び光記録再生装置において、第１のレンズを、対物側とは反対側に凸球面を設ける構成とすることによって、集光レンズの開口数を１．５以上とすることができ、記録再生特性の向上を図ることができる。
また、本発明の光学ピックアップ装置及び光記録再生装置において、近接場光を照射する構成とすることにより、ニアフィールド記録再生を良好に行うことが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。

本発明は、光学レンズ、この光学レンズを第１の光学レンズとして、対物側から順に配置された第１の光学レンズ及び第２の光学レンズで構成された集光レンズ、更に、この集光レンズを用いて構成され、いわゆるニアフィールド光記録再生方式を採用する光学ピックアップ装置と、この光学ピックアップ装置を具備する光記録再生装置に適用することができる。以下、本発明を適用した実施の形態例について図１から図５を参照して説明する。なお、図中の構成要素で従来の技術と同様の構造を成しているものについては、同一の参照符号を付するものとする。

図１は、本発明による光学レンズを用いた集光レンズの一例を示す概略構成図である。レンズの対象物の例えば光記録媒体３０に対し、本発明構成による、すなわち立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶より成る第1の光学レンズ１１と、第２の光学レンズ１２とをこの順に光軸を略合致させて配置して構成する。この例においては、第1の光学レンズ１１をソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）型構成とし、半径ｒの例えば超半球状として、すなわち対物側とは反対側を凸球面により構成する。この場合、その光軸に沿う厚さは、ｒ（１＋１／ｎ）とされる。このような構成とすることによって、光学レンズ１２の開口数ＮＡを超える高開口数をもって、光Ｌを光記録媒体３０に集光できる集光レンズ１３を提供することができる。
なお、実際にはＳＩＬ型の光学レンズ１１と光記録媒体３０とは互いに接触してはいないが、この第1の光学レンズ１１と光記録媒体３０との間隔は、第1の光学レンズ１１の厚さと比較して十分に小さいため、図１〜図５においてはその間隔を省略して示す。

図２は、図１に示す本発明構成の集光レンズを用いた光学ピックアップ装置の光学系の構成の一形態を示す概略構成図である。図示しない光源及びフォトディテクタと、第1及び第２の光学レンズ１１及び１２より成る集光レンズ１３との間に、例えば第１及び第２のビームスプリッタ１４及び１５が配置される。光記録媒体３０は、例えばディスク状であれば、図示を省略するスピンドルモータに装着され、所定の回転数で回転される。

図３は、光記録再生装置の一例の要部を示す概略構成図である。光記録媒体は、例えばディスク状であれば、図示を省略するスピンドルモータに装着され、所定の回転数で回転される。光記録媒体３０側から順に第１の光学レンズと第２の光学レンズ１１及び１２で構成された集光レンズ１３は、例えばフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動されるトラッキングコイル１７及びフォーカシングコイル１７より成る２軸アクチュエータ１６に保持体２０を介して固着されている。この２軸アクチュエータ１６は、光記録媒体３０と第１の光学レンズ１１との距離を制御可能とされる。すなわち例えばその戻り光量をモニタし、距離情報をフィードバックすることにより、第１の光学レンズ１１と光記録媒体３０との距離を一定に保つことが可能であり、且つ第１のレンズ１１と光記録媒体３０との衝突を避ける制御機構が設けられる。また、この２軸アクチュエータ１６は、トラッキング方向に戻り光量をモニタし、その位置情報をフィードバックすることにより、集光スポットを所望の記録トラックに移動せしめることが可能とされる。

また、図４の概略構成図に示すように、光記録媒体３０側から順に第１の光学レンズ１１と第２の光学レンズ１２で構成された集光レンズ１３は、トラッキング方向に制御駆動されるスライダ２１に固着される構成とすることもできる。このスライダ２１は、例えば光記録媒体３０の面触れ方向にのみ弾性を有するジンバル２２や、図示を省略する他の弾性体を介して、光学ピックアップ装置を構成してトラッキング方向に移動可能とされた可動光学部に支持されている。この可動光学部はリニアモータ等で構成された制御駆動手段によりトラッキング方向に制御駆動される。そして、光記録媒体３０の回転に伴い発生する気体流が光記録媒体３０とスライダ２１との間に流れ込むとともに、弾性体の光記録媒体３０側への押圧力と釣り合う気体薄膜が形成され、スライダ２１が光記録媒体に対して一定の距離、たとえば５０ｎｍの距離を保ちつつ浮上するように構成されている。すなわち、光記録媒体３０を所定の回転数で回転させて光記録媒体３０からの情報の再生時あるいは、光記録媒体３０への情報の記録時において、集光レンズ１３を構成する第１の光学レンズ１１と光記録媒体３０との距離はスライダ２１によりほぼ一定距離に保たれた状態となっている。

以下、光学ピックアップ装置の概略構成について、再び図２を参照して説明する。光源、たとえば半導体レーザから出射された往路光はコリメータレンズ（図示せず）により平行光Ｌ１に変換され、第１のビームスプリッタ１４を透過し、集光レンズ１３を介して光記録媒体３０の情報記録面に集光される。情報記録面で反射された復路光は、集光レンズ１３を透過し、第１のビームスプリッタ１４で反射されて第２のビームスプリッタ１５に入射する。第２のビームスプリッタ１５を通過した復路光Ｌ２は、フォーカシング用光検出器に集光され、フォーカシングエラー信号および再生ピット信号等が検出される。また、第２のビームスプリッタ１５で反射された復路光は、トラッキング用光検出器に集光され、トラッキングエラー信号が検出される。なお、必要に応じてこの光学ピックアップ装置には、光記録媒体３０の面振れに対して、集光レンズ１３を固着する２軸アクチュエータ、もしくはスライダが追従した残りのフォーカスエラー成分および集光レンズの組み立て工程時に発生した誤差成分を補正し、２枚のレンズの間隔を変えることで、補正することができるリレーレンズを第１のビームスプリッタ１４と第２の光学レンズ１２の間に挿入し構成してもよい。また、スライダ２１に第１の光学レンズ１１と第２の光学レンズ１２が固着されている場合、スライダ２１が追従した残りのフォーカスエラー成分および集光レンズ１３の組み立て工程時に発生した誤差成分を補正する手段として、集光レンズ１３を構成する第１の光学レンズ１１をスライダ２１に固定し、第２の光学レンズ１２を例えば圧電素子等により光軸方向に可動するように構成してもよい。

また、スピンドルモータが複数の光記録媒体を装着する手段を有する光記録再生装置の場合では、図５の概略構成図に示すように、光軸をほぼ９０度曲げるミラー２３をスライダ２１に設ける構成が好適である。このような構成の光記録再生装置は光記録媒体間の間隔を小とすることができるので、結果的に装置の小型化、薄型化を図ることができる。図５において、図４と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

なお、上記した光学ピックアップ装置は、再生のみを行う再生専用、記録のみを行う記録専用、記録と再生の両方を行うことができる記録再生用を含むものである。また、上述した各光学ピックアップ装置及びこれを具備する光記録再生装置は、光磁気記録方式と、ニアフィールド光再生方式を組み合わせることにより、その光ピックアップ装置の一部に磁気コイル等を組み込んだものを含む構成とすることもできる。また、光記録再生装置は、再生のみを行う再生専用装置、記録のみを行う記録専用装置、記録と再生の両方を行うことができる記録再生用装置を含むものである。

次に、第１の光学レンズの形状について説明する。第１の光学レンズの構成は、図１〜図５に示したように、対物側とは反対側に凸球面を設ける構成とする。また周側面は２軸アクチュエータ、もしくはスライダとの固着面となる。
またこの第１の光学レンズは、図示の例のように、その厚さがｒ（１＋１／ｎ）の超半球形状の光学レンズでもよく、また半球状のレンズとすることもできる。

また、ニアフィールド光記録再生方式においては、光記録媒体３０と第１の光学レンズ１１との距離が数十ｎｍ程度と非常に近接していることから、光記録媒体３０、もしくは第１の光学レンズ１１の傾きに対する許容度を拡大するため、第１の光学レンズ１１の対物面を、図示の例のように、円錐状等に加工することもできる。
また、光磁気記録媒体に対するニアフィールド光記録再生方式においては、記録時及び／又は再生時に磁界が必要になることから、第１の光学レンズ１１の対物面の一部に磁気コイル等を取り付けて構成してもよい。

ところで、本発明は、少なくとも第１の光学レンズ１１を立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶とすることを特徴とする。ここで、この材料は、単結晶のことであり、多結晶材料のような粒界や、ガラス材料のような脈理がないために、入射光の散乱や吸収を起こさずにすみ、光学レンズ材料として好適である。
また、立方晶であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶は、その結晶構造が立方晶であるため、半導体デバイスの製造プロセスと高い親和性を持ち、光学レンズ作製のためのエッチングプロセスやポリッシングプロセスを容易に適用できる。

これら立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶とする光学レンズ材料は、波長２５０ｎｍから１５００ｎｍの波長域で、従来のガラス材質に対して屈折率が高く、たとえば、紫外線レーザの発振波長である２５０ｎｍから３５０ｎｍに対して、屈折率１．８以上を有している。したがって、光源に紫外線レーザを使用し、その光学レンズ材料として立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶とした光学レンズは、光記録再生方式にとって、集光レンズの高開口数化に対して非常に有効な手段であり、光記録媒体の高密度化大容量化に寄与することができる。

また、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶の結晶構造を、立方晶に選択することにより、その結晶軸によらず屈折率が一定である光学的等方性を有しており、例えば第１の光学レンズを作製する際の工程として、真球状の光学レンズを作製する際に、その結晶軸方向を気にせずに切断、加工、研磨が可能な材料であり、ガラス材料と同程度なコストで加工が可能である。
また、立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶とする光学レンズ材料の製造法は、例えば、チョクラルスキー成長方法で作製できる。

また、高い屈折率を有することから後述する実施例において詳細に説明するように、ＳＩＬ型構成の光学レンズを用いて集光レンズを構成する場合に、その厚さｔを低減化でき、光学レンズの小型化薄型化を図り、比較的低コストで光学ピックアップ装置や光記録再生装置等への搭載が可能である。

また、立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶とする光学レンズ材料は、その屈折率の増大する波長２５０ｎｍから１５００ｎｍに対して、吸収係数を、たとえば欠陥濃度や、不純物濃度を制御・最適化してやることで、１ｃｍ^−１以下に制御することが可能で、好適には０．１ｃｍ^−１以下にすることで、第１の光学レンズの厚さが５ミリメートルのときでも、９５％以上の透過率を有する光学レンズを実現できる。

次に、実施例１として、立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料を、比較例１として合成石英ＳｉＯ_２材料を使用した光学レンズについて考察する。
図６及び図７においては、実施例１の立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶と、比較例１のＳｉＯ_２より成る試料とにおいて、それぞれ波長２５０ｎｍから１０００ｎｍまでの屈折率と吸収係数の波長依存性を比較して示す。

図６から明らかなように、実施例１による立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料は、波長２５０ｎｍから１５００ｎｍまでのすべての波長範囲で、屈折率１．８以上に達する。
一方、図７からわかるように、比較例１によるＳｉＯ_２材料は、波長２５０ｎｍから１０００ｎｍまでのすべての波長範囲で、屈折率が１．５程度であった。

また、実施例１の立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶の吸収係数は、波長２５０ｎｍから長波長で、すべて０．１ｃｍ^−１以下であり、光透過性（光透過率）が優れており、光源からの光パワーに対する記録再生の光効率を高めることが可能であることがわかる。

以下の表１に紫外線レーザの発振波長２６６ｎｍでの実施例１の結晶の屈折率と、比較例１の試料の屈折率と、第１の光学レンズに実施例１と比較例１の材料を使用して、図１のような形態の集光レンズを組み立てたときの集光レンズの各開口数を示す。

表１から明らかなように、従来のＳｉＯ_２材料に比較して、立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶の屈折率と、これらの材料を使用して作製した集光レンズの開口数は、明らかにＳｉＯ_２材料よりも大きい。
したがって、これらの材料より作製された集光レンズを用いて光記録媒体に光スポットを集光すると、その光スポット面積は、開口数の２乗に反比例して縮小できるので、例えば立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶はＳｉＯ_２に比べて、約１．９倍も高密度な光記録媒体の記録再生が可能となる光ピックアップ装置を実現できる。

次に、立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶を使用した集光レンズの構成について、集光レンズの概略断面図である図１を参照して説明する。例えば、図１において、光記録媒体３０側から順に、何れも波長２６６ｎｍに対して屈折率１．９４０の立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶で構成された第１の光学レンズ１１と第２の光学レンズと１２を配置して、第１の光学レンズ１１を超半球型ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）として集光レンズ１３を構成する。このとき、集光レンズ１３の開口数は１．７２となる。
この集光レンズ１３を用いて、第１の光学レンズ１１と光記録媒体３０とを、例えば２５ｎｍの距離に保ちつつ二アフィールド記録再生を行う場合について、第２の光学レンズ１２と光記録媒体３０との距離ＷＤについて検討する。

前述の図８において説明したように、図１に示すニアフィールド記録方式に適用した集光レンズ１３において、第２の光学レンズ１２の開口数によって決定される第２の光学レンズ１２と光記録媒体３０との距離をＷＤ、第１の光学レンズ１１の厚さをｔ、第１の光学レンズ１１の凸球面の曲率半径をｒとした場合、第１の光学レンズの厚さｔは、
ｔ＝ｒ（１＋１／ｎ）＜ＷＤ
の条件を満たす必要がある。

ここで、上述したように、実施例１及び比較例１における屈折率が異なることから、ＳＩＬ型構成の光学レンズを含む集光レンズを構成する場合の１＋１／ｎの値について、比較した結果を以下の表２に示す。

表２から明らかなように、実施例１による本発明構成の光学ガラスを図１に示す構成の第１及び第２の光学レンズに適用した場合、実施例１では（１＋１／ｎ）の数値が、１．５１５であり、比較例１では（１＋１／ｎ）の数値が、１．６６５となる。
つまり、この比較から明らかなように、屈折率１．９４０の立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料の事例では屈折率が大であることにより、第１の光学レンズの厚さを約９％小さくすることができることがわかる。
したがって、従来の光学レンズと比較すると、より厚さを小さく、半球レンズに近い厚さにおいて超半球ニアフィールド記録再生が実現できることがわかる。このため、図８において説明した第２の光学レンズと光記録媒体との距離ＷＤを十分に確保することができるとともに、第２の光学レンズに入射する光束の径を容易に小とすることができるという利点を有する。

また、このように、第１の光学レンズの厚さを小さくできることから、集光レンズの重量が従来に比して低減化される。したがって、光記録媒体のフォーカス方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動される集光レンズの重量が小となるため、フォーカスサーボやトラッキングサーボやシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることができ、光学ピックアップ装置および光記録再生装置の小型化薄型化を図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明の光学レンズによれば、紫外光波長から可視光波長領域において、従来の材質がガラス、例えば、ＳｉＯ_２である光学レンズでは限界であった屈折率１．８以上に大なるレンズを提供することが可能となる。そして、対物側から順に第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成された集光レンズにおいて、少なくとも第１の光学レンズが立方晶構造であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶の材質で構成すれば、開口数１．５以上で、且つ小型軽量の集光レンズを容易に得ることが可能になる。したがって、この材料で作製された集光レンズで集光された光スポット面積は、開口数の２乗に反比例して縮小できるので、ガラス材料のそれに比べて、約１．９倍以上も高密度な光記録媒体の記録再生が可能となる光ピックアップ装置、光記録再生装置を実現できる。

また、この集光レンズを用いた光学ピックアップ装置及びこの光学ピックアップ装置を具備する光記録再生装置では、第２の光学レンズに入射する光束の径を小とすることが可能となり、結果的に光記録媒体のフォーカシング方向や、トラッキング方向に制御駆動される集光レンズの小型軽量化を図ることができるとともにフォーカスサーボやトラッキングサーボやシーク時間等のサーボ特性の向上を図ることが可能となり、ニアフィールド記録再生方式を採用して光記録媒体の高密度化高容量化に対応することが可能となった。したがって、今後の光記録媒体の高密度化大容量化とともに予想される光源の波長２５０ｎｍから１０００ｎｍ、例えば波長２６６ｎｍ、２９２ｎｍ、４０５ｎｍ、６３５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍに対応する光学ピックアップ装置及び光記録再生装置の提供が可能となる。

なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、その他各種形状、各種用途の光学レンズ、集光レンズに適用することができることはいうまでもない。
また、光学ピックアップ装置、光記録再生装置に適用する場合において、上述の例に限定されることなく、各種の形状を採り得るものである。例えば第１の光学レンズとしてＳＩＬ型構成とする場合において、その先端を上述の円錐形状、平面状とする他、凸状部、曲面部、粗面部を設ける場合など、各種形状とするなど、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

本発明による光学レンズを有する集光レンズの一例の概略構成図である。 本発明による光学ピックアップ装置の一例の要部の概略構成図である。 本発明による光記録再生装置及び光学ピックアップ装置の一例の要部の概略構成図である。 本発明による光記録再生装置及び光学ピックアップ装置の一例の要部の概略構成図である。 本発明による光記録再生装置及び光学ピックアップ装置の一例の要部の概略構成図である。 本発明による光学レンズの屈折率の波長依存性を示す図である。 従来の光学レンズの屈折率の波長依存性を示す図である。 集光レンズの一例の概略構成図である。

符号の説明

１１．第1の光学レンズ、１２．第２の光学レンズ、１３．集光レンズ、１４．第１のビームスプリッタ、１５．第２のビームスプリッタ、１６．２軸アクチュエータ、１７．トラッキング用コイル、１８．フォーカシング用コイル、２０．保持体、２１． スライダ、２２．ジンバル

Claims (12)

1. 立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料より成る
   ことを特徴とする光学レンズ。
2. 上記光学レンズは、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の光学レンズ。
3. 光軸を略合致させ、対物側から順に配置された少なくとも第１の光学レンズと第２の光学レンズとで構成された集光レンズにおいて、
   少なくとも上記第１の光学レンズを構成する材料が、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料とされた
   ことを特徴とする集光レンズ。
4. 上記第１の光学レンズは、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成る
   ことを特徴とする請求項３記載の集光レンズ。
5. 少なくとも、光源と、対物側から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズと、上記光源からの出射光を光記録媒体の所定トラック位置に収束させて光スポットを形成する集光レンズとを有する光学ピックアップ装置において、
   少なくとも上記第１の光学レンズを構成する材料が、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料とされた
   ことを特徴とする光学ピックアップ装置。
6. 上記第１の光学レンズは、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成る
   ことを特徴とする請求項５記載の光学ピックアップ装置。
7. 上記集光レンズにより、上記光記録媒体に近接場光が照射される
   ことを特徴とする請求項５記載の光学ピックアップ装置。
8. 上記集光レンズにより、上記光記録媒体に近接場光が照射される
   ことを特徴とする請求項６記載の光学ピックアップ装置。
9. 少なくとも、光源と、対物側から順に配置された第１の光学レンズと第２の光学レンズと、上記光源からの出射光を光記録媒体の所定トラック位置に収束させて光スポットを形成する集光レンズとを有する光学ピックアップ装置と、上記集光レンズを光記録媒体のフォーカシング方向及び／又はトラッキング方向に制御駆動する制御駆動手段とを少なくとも有する光記録再生装置において、
   上記第１の光学レンズを構成する材料が、立方晶構造のＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２単結晶材料とされた
   ことを特徴とする光記録再生装置。
10. 上記第１の光学レンズは、少なくとも対物面とは反対側に、凸球面の一部が形成されて成る
    ことを特徴とする請求項９記載の光記録再生装置。
11. 上記集光レンズにより、上記光記録媒体に近接場光が照射されて、記録及び／又は再生がなされる
    ことを特徴とする請求項９記載の光記録再生装置。
12. 上記集光レンズにより、上記光記録媒体に近接場光が照射されて、記録及び／又は再生がなされる
    ことを特徴とする請求項１０記載の光記録再生装置。

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