JP4577533B2 - 光ピックアップ装置及び対物レンズ - Google Patents

Description

本発明は、透明基板の厚さの異なる複数の光情報記録媒体を対物レンズを含む集光光学系で記録および／または再生することができる光ピックアップ装置及び対物レンズに関する。

近年、短波長赤色レーザの実用化に伴い、ＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体（「光ディスク」ともいう）であるＤＶＤが製品化されている。ＤＶＤ用記録再生装置では、６５０ｎｍの半導体レーザを使用したときの対物レンズの光デイスク側の開口数ＮＡを０．６〜０．６５としている。ＤＶＤはトラックピッチ０．７４μｍ、最短ビット長０．４μｍであり、ＣＤのトラックピッチ１．６μｍ、最短ピット長０．８３μｍに対して半分以下に高密度化されている。また、ＤＶＤにおいては、光ディスクが光軸に対して傾いたときに生じるコマ収差を小さく抑えるために、透明基板厚は０．６ｍｍとＣＤの透明基板厚（１．２ｍｍ）の半分になっている。

また、上述したＣＤ、ＤＶＤの他に、光源波長や透明基板厚さが異なるなど種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ，ＲＷ（追記型コンパクトディスク）、ＶＤ（ビデオディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）なども商品化されて普及している。さらに半導体レーザの短波長化が進み、発振波長４００ｎｍ程度の短波長青色レーザが実用化されようとしている。波長が短くなることでたとえＤＶＤと同じ開口数を用いても光情報記録媒体の更なる大容量化が可能となる。

また、上述のような従来の光情報記録媒体であるＣＤと同程度の大きさで、記録再生が可能なＣＤ−Ｒや、記録密度を高めたＤＶＤなど、記録面の透明基板の厚みや記録再生用レーザ光の波長の異なる複数の光情報記録媒体の開発が進み、これらの光情報記録媒体に対して、同一の光ピックアップでの記録再生を可能とすることが求められている。このため、使用波長に応じた複数のレーザ光源を備えながら、同一の対物レンズで記録面へ必要な開口数でレーザ光を収束する光ピックアップが、各種提案されている（例えば、特開平９−５４９７３号公報、特開平１１−９６５８５号公報、特開平１１−８６３１９号公報等）。

これらのうち、特開平９−５４９７３号公報には、６３５ｎｍを透過光（０次回折光）、７８５ｎｍは−１次回折光を利用したホログラム光学素子を用いた光学系および６３５ｎｍを＋１次回折光、７８５ｎｍは透過光（０次回折光）を利用したホログラム光学素子を用いた光学系が開示されている。しかし、このホログラム光学素子によれば、ホログラムの段差が深く、対物レンズとの一体化が困難である。

また、特開平１１−９６５８５号公報には、対物レンズの光源側の屈折面に３つの分割面を設け、第１の光ディスクの再生の際には第１の分割面及び第３の分割面を通過する光束を利用し、透明基板の厚さが第１の光ディスクと異なる第２光ディスクの再生の際には第１の分割面及び第２の分割面を通過する光束を利用する光ピックアップ装置が開示されている。しかし、この対物レンズによれば、透明基板の厚い方の光ディスク（例えば、ＣＤ）で残留収差が大きくなってしまう。

また、本発明者等は、先に、特願平１１−３１２７０１号において、屈折面上に回折輪帯を設けた対物レンズにより、波長の異なる複数の光源に対して回折面と屈折面との作用を相殺させて球面収差を補正するようにした光ピックアップ装置を提案した。この場合、波長の短い方の光源において波長が変わると色収差が発生してしまうことがある。

本発明の目的は、互いに異なる少なくとも２つの波長の光源により厚さの異なる透明基板を有する少なくとも２種類の光情報記録媒体を再生および／または記録でき、透明基板の厚い光情報記録媒体について結像性能を向上できるようにした対物レンズ、及びかかる対物レンズを含む集光光学系を有する光ピックアップ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置は、光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光して情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置であって、波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、を備え、透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体を波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、透明基板の厚さがｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）の第２光情報記録媒体を波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記集光光学系の少なくとも１つの光学面に回折パターンを設けるとともに、前記第１の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記第１光情報記録媒体を記録および／または再生し、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記第２光情報記録媒体を記録および／または再生し、前記対物レンズは、単レンズであり、前記回折パターンは前記単レンズの一つの光学面の有効径全面に設けられており、前記単レンズの他方の光学面は連続面であり、前記回折パターンが設けられている光学面は、光軸から外に向かって順に、第１分割面、第２分割面及び第３分割面を有しており、前記第１分割面の非球面形状及び前記回折パターンと、前記第２分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なっており、前記第２の光源からの光束に対して、前記第１分割面と前記第２分割面との境界、及び、前記第２分割面と前記第３分割面との境界で球面収差が不連続であり、前記第１分割面と前記第２分割面の境界に相当する開口数がＮＡ２であることを特徴とする。

この光ピックアップ装置によれば、第２の光源からの光束に対して球面収差が２ヶ所以上で不連続であることで、透明基板の厚い第２の光情報記録媒体における結像性能を向上できる。

上記光ピックアップ装置において、前記第１分割面の前記非球面形状及び前記回折パターンと、前記第３分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なることが好ましい。前記第３分割面を通過した前記第２の光源からの光束は、球面収差がオーバーであることが好ましい。また、前記対物レンズは、オレフィン系樹脂からなることが好ましい。

また、前記第１の光情報記録媒体の情報の記録又は再生時における前記対物レンズの光情報媒体側から見た結像倍率をＭ１とし、前記第２の光情報記録媒体の情報の記録又は再生時における前記対物レンズの光情報記録媒体側から見た結像倍率をＭ２としたときに、Ｍ２とＭ１はほぼ等しいことが好ましい。これによれば、受光器の単一化及び第１の光源と第２の光源との１パッケージ化が可能となり、装置をコンパクトに構成できる。また、前記Ｍ１およびＭ２は、ほぼ０であることが好ましく、これによれば、光源の位置調整等が容易となる。

また、前記対物レンズを透過した前記第２光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、光情報記録媒体側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が５μｍ以上あることが好ましい。差が５μｍ以上あると、第２の光源からの光束のうち、開口数がＮＡ１近傍の光束の収差が大きくなるため、ビームスポットが対物レンズにより絞られすぎることはなくなる。

また、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、光情報記録媒体側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記第２の光情報記銀媒体の透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が１５μｍ以上あることが更に好ましい。差が１５μｍ以上あると、第２の光源からの光束のうち、開口数が略ＮＡ２より大きい光束がフレアとなるため、ビームスポットが対物レンズにより絞られすぎることがないだけでなく、開口制限等が不要となり、集光光学系が簡単となる。

また、参考例の光ピックアップ装置は、光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光して情報の記録または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備え、透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体を波長λ１で記録または再生するために必要な前記集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、透明基板の厚さがｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）の第２光情報記録媒体を波長λ２で記録または再生するために必要な前記集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記集光光学系の対物レンズの少なくとも１つの面に略輪帯状の回折パターンを設けるとともに、前記第１の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体を記録および／または再生し、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、透明基板の厚さがｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）の第２の光情報記録媒体を記録および／または再生する光ピックアップ装置において、光軸を含む前記略輪帯状の回折パターンの周縁を通る光線の光情報記録媒体側の開口数をＮＡＸとしたときに、
０．２≦ＮＡＸ／ＮＡ２≦０．９
であることを特徴とする。

この場合、前記ｍは０を除く一つの整数であり、ｎ＝ｍであることが好ましい。また、前記対物レンズは単レンズであることが好ましい。

また、前記第１の光情報記録媒体の情報の記録又は再生時における前記対物レンズの光情報記録媒体側から見た結像倍率をＭ１とし、前記第２の光情報媒体の情報の記録又は再生時における前記対物レンズの光情報媒体側から見た結像倍率をＭ２としたときに、Ｍ２とＭ１はほぼ等しいことが好ましい。また、前記Ｍ１およびＭ２は、ほぼ０であることが好ましい。

また、前記回折パターンの輪帯数が７から３０であることが好ましく、球面収差を回折により完全補正する場合よりも輪帯数を減らすことができ、製造が容易となる。

また、前記情報記録面に入射する光束は、光軸近傍の第１の光束、前記第１の光束より外側の第２の光束、及び前記第２の光束より外側の第３の光束の少なくとも３つに分割されており、前記第２の光束は、遮蔽手段によって前記情報記録面近傍には到達しないようにされ、前記第１の光源からの光束の前記集光光学系の前記回折パターンからのｍ次回折光のうち、主に前記第１の光束及び前記第３の光束によりビームスポットを形成して前記第１の光情報記録媒体を記録および／または再生し、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の前記回折パターンからのｎ次回折光のうち、主に前記第１の光束によりビームスポットを形成して前記第２の光情報記録媒体を記録および／または再生することが好ましい。

また、前記対物レンズは単レンズであり、前記回折パターンは前記単レンズに設けられていることが好ましい。

また、前記対物レンズは単レンズであり、前記遮蔽手段は前記単レンズに設けられていることが好ましい。

また、前記情報記録面に入射する光束は、光軸近傍の第１の光束、前記第１の光束より外側の第２の光束、及び前記第２の光束より外側の第３の光束の少なくとも３つに分割されており、前記第１の光源からの光束のうち前記第１の光束および前記第３の光束は前記集光光学系の前記回折パターンからのｍ次回折光を少なくとも利用することによりビームスポットを形成し前記第１の光情報記録媒体を記録および／または再生し、前記第２の光源からの光束の前記第１の光束の前記集光光学系の前記回折パターンからのｎ次回折光および前記第２の光束を少なくとも利用することによりビームスポットを形成し前記第２の光情報記録媒体を記録および／または再生することが好ましい。

また、前記第２の光源からの光束の前記第１の光束のうち光軸から最も離れた部分の収束位置が、前記第２の光束の収束位置と異なることが好ましい。

また、前記対物レンズは単レンズであり、前記回折パターンは前記単レンズに設けられていることが好ましく、また、前記第２の光束は前記回折パターンにて回折されることが好ましい。

また、前記第２の光束は前記回折パターンがない部分を通過するようにできる。また、前記第２の光源からの光束のうち、光情報記録媒体側の開口数がＮＡ３（ＮＡ２≦ＮＡ３＜ＮＡ１）以上の光束を遮蔽手段によって前記情報記録面の近傍には到達しないようにできる。

また、前記遮蔽手段は、波長λ１の光束を透過しかつ波長λ２の光束を反射する輪帯ダイクロフィルタであることが好ましい。

また、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の前記回折パターンからのｎ次回折光のうち光情報記録媒体側の開口数が略ＮＡ２以下の部分の光束によりビームスポットを形成し前記第２の光情報記録媒体を記録および／または再生し、開口数が略ＮＡ２以上の部分はフレア光となっているようにできる。

また、前記第１の光源と前記第２の光源とがユニット化され、前記光検出器は、前記第１の光源及び前記第２の光源に対し共通であることが好ましい。

また、本発明による対物レンズは、波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、を備え、光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光して情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物レンズであって、透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体を波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、透明基板の厚さがｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）の第２光情報記録媒体を波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記対物レンズは、単レンズであり、回折パターンが前記単レンズの一つの光学面の有効径全面に設けられており、前記単レンズの他方の光学面は連続面であり、前記第１の光源からの光束の前記回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記第１光情報記録媒体を記録および／または再生可能とし、前記第２の光源からの光束の前記回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記第２光情報記録媒体を記録および／または再生可能とし、前記回折パターンが設けられている光学面は、光軸から外に向かって順に、第１分割面、第２分割面及び第３分割面を有しており、前記第１分割面の非球面形状及び前記回折パターンと、前記第２分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なっており、前記第２の光源からの光束に対して、前記第１分割面と前記第２分割面との境界、及び、前記第２分割面と前記第３分割面との境界で球面収差が不連続であり、前記第１分割面と前記第２分割面の境界に相当する開口数がＮＡ２であることを特徴とする。

上記対物レンズにおいて、前記第１分割面の前記非球面形状及び前記回折パターンと、前記第３分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なることが好ましい。前記第３分割面を通過した前記第２の光源からの光束は、球面収差がオーバーであることが好ましい。また、前記対物レンズは、オレフィン系樹脂からなることが好ましい。

なお、本発明における集光光学系とは、例えばＣＤとＤＶＤとを記録又は再生可能とするような光学系の１以上の集合であって、情報記録媒体上への情報の記録及び／又は情報記録媒体上の情報を再生可能とするための光学系全体のみならず、その光学系の一部を意味するものであってもよく、対物レンズを含むものである。

また、本発明における情報記録媒体には、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の情報記録媒体が挙げられる。一般に、情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。

また、情報記録媒体に対する情報の記録および再生とは、上記のような情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明における集光光学系は、記録だけ或いは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、或る情報記録媒体に対しては記録を行い、別の情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、或る情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の情報記録媒体に対しては記録及び再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。

また、本発明において、第１の光源（波長λ１）と第２の光源（波長λ２）は、λ２＞λ１であって、互いに十分な波長差を有する波長の光をそれぞれ出射する。このような第１及び第２の光源からの異なる波長の光は、上記した情報記録媒体の種類や記録密度の相違のほかに、例えば、情報記録媒体の透明基板の厚さの相違や記録と再生との相違等のために用いられる。

また、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有する１枚のレンズを指し、広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。ここで、かかるレンズ群には、少なくとも１枚以上のレンズを指すものであり、単玉レンズのみからなるものも含む。従って、本明細書中において、対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡとは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数ＮＡを指すものである。また、この開口数ＮＡは、光ピックアップ装置に設けられた絞りやフィルタ等の絞り機能を有する部品又は部材によって、光源からの光束が制限された結果として定義される開口数ＮＡである。

また、回折パターンとは、例えばレンズの表面に、レリーフを設けて、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせたパターンをいい、同一光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折を生じる領域をいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とする同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。

本発明によれば、互いに異なる少なくとも２つの波長の光源により厚さの異なる透明基板を有する少なくとも２種類の光情報記録媒体を再生および／または記録でき、透明基板の厚い光情報記録媒体について結像性能を向上できるようにした対物レンズ、及びかかる対物レンズを含む集光光学系を有する光ピックアップ装置を提供できる。

本発明による実施の形態の光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。 本発明の実施の形態にかかる参考例１の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。 参考例１の対物レンズの図２の場合の光路図である。 参考例１の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。 参考例１の対物レンズの図４の場合の光路図である。 本発明の実施の形態にかかる参考例２の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。 参考例２の対物レンズの図６の場合の光路図である。 参考例２の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。 本発明の実施の形態にかかる参考例３の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。 参考例３の対物レンズの図９の場合の光路図である。 参考例３の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。 本発明の実施の形態にかかる実施例１の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。 実施例１の対物レンズの図１２の場合の光路図である。 実施例１の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。

以下、本発明による好適な実施の形態の光ピックアップ装置について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態の対物レンズ及びこれを含む光ピックアップ装置の概略構成を示す図である。

図１の光ピックアップ装置は、例えば光情報記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤの両方について第１及び第２の光源からの各波長が６５０ｎｍと７８０ｎｍの光によりその情報記録面から情報を読み取るように構成されている。

図１のように、光ピックアップ装置は、ＤＶＤ用として波長６５０ｎｍの光を出射する第１の半導体レーザ１１１と、ＣＤ用として波長７８０ｎｍの光を出射する第２の半導体レーザ１１２が光源としてユニット化されている。コリメータ１３と対物レンズ１６との間にビームスプリッタ１２０が配置され、コリメータ１３でほぼ平行にされた光がビームスプリッタ１２０を通過し対物レンズ１６へ向かう。また、透明基板２１を有する光ディスク２０の情報記録面２２から反射した光束が光路変更手段としてのビームスプリッタ１２０で光検出器３０に向かうように光路を変える。対物レンズ１６はその外周にフランジ部１６ａを有し、このフランジ部１６ａにより対物レンズ１６を光ピックアップ装置に容易に取り付けることができる。また、フランジ部１６ａは対物レンズ１６の光軸に対し略垂直方向に延びた面を有するから、更に精度の高い取付が容易にできる。

第１の光ディスク（ＤＶＤ）を再生する場合、図の実線のように、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、コリメータ１３を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ１２０を経て絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第１の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、凹レンズ５０を経て、光検出器３０上ヘ入射し、光検出器３０から出カされる信号を用いて、第１の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。

また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、第１の半導体レ―ザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。

次に、第２の光ディスク（ＣＤ）を再生する場合、図の破線のように、第２の半導体レーザ１１２から出射された光束は、コリメータ１３を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ１２０を経て絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第２の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、凹レンズ５０を経て、光検出器３０上ヘ入射し、光検出器３０から出力される信号を用いて、第２の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５か第１の半導体レーザ１１２からの光束を第２光ディスク２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、第２の半導体レーサ１１２からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。

図１の対物レンズ１６は、回折パターンが設けられた単レンズであり、対物レンズ１６を透過した第２の半導体レーサ１１２からの光束のうち、光ディスク側の開口数がＮＡ２以下の部分の第２の光ディスクの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分はオーバー（補正過剰）とされており、その絶対値をＷＳＡ２λ２ｒｍｓとしたときに、
０．０２λ２ｒｍｓ≦ＷＳＡ２≦０．０６λ２ｒｍｓ
であるように設計され、この範囲だけ残留収差がある。なお、ＮＡ１は第１の光ディスク側の必要開口数であり、ＮＡ２は第２の光ディスク側の必要開口数である。

また、第１の半導体レーザ１１１及び第２の半導体レーザ１１２からの光束が回折パターンを通過することにより発生する各回折光は、０次以外の同次数の回折光である。第１の光ディスクの再生時における対物レンズ１６の光ディスク側の結像倍率Ｍ１と、第２の光ディスクの再生時における対物レンズ１６の光ディスク側の結像倍率Ｍ２とはほぼ等しく、ほぼ零である。このため、図１の光ピックアップ装置では光検出器が１個で済み、また、第１の半導体レーザ１１１及び第２の半導体レーザ１１２は一体の部品として構成でき、ユニット化が可能となっている。

なお、図１では、第１の光ディスクをＤＶＤ（光源波長６５０ｎｍ）、第２の光ディスクをＣＤ（光源波長７８０ｎｍ）としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１の光ディスクを次世代高密度光ディスク（光源波長４００ｎｍ）、第２の光ディスクをＤＶＤ（光源波長６５０ｎｍ）等であってもよい。

次に、上述の対物レンズについて説明する。本実施の形態における集光光学系は、両面非球面の単玉レンズであり、一方の非球面上には回折パターンとして回折輪帯（輪帯状の回折面）を設けている。

即ち、対物レンズの屈折面は、次の〔数１〕で表される非球面形状に形成されている。

ただし、Ｚは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ：光の進行方向を正とする）、Ｒ0は近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａｉは非球面係数、Ｐｉは非球面のべき数である。

また、一般に、回折輪帯のピッチは、位相差関数若しくは光路差関数を使って定義される。具体的には、位相差関数ΦBは単位をラジアンとして以下の〔数２〕で表され、光路差関数Φbは単位をｍｍとして〔数３〕で表わされる。なお、光路差関数は第１の基準波長λ１についてのものである。

これら２つの表現方法は、単位が異なるが、回折輪帯のピッチを表わす意味では同等である。即ち、主波長λ（単位ｍｍ）に対し、位相差関数の係数Ｂに、λ／２πを掛ければ光路差関数の係数ｂに換算でき、また逆に光路差関数の係数ｂに、２π／λを掛ければ位相差関数の係数Ｂに換算できる。

次に、本実施の形態に係わる対物レンズの具体例として参考例１，２，３及び実施例１を説明する。各実施例・参考例は単レンズであり、各単レンズは、第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６、第１の光ディスクの透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、及び第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、開口数ＮＡ２＝０．４５、第２の光ディスクの透明基板の厚さｔ２＝１．２ｍｍに対して、充分な結像性能を有する。また、短波長の第１の基準波長λ１，透明基板厚さｔ１に対してはほぼ無収差になっている。なお、以下において像側とは光情報記録媒体側の意味である。

〈参考例１〉
表１に参考例１のレンズデータを示す。なお、以下の表１〜表４において例えば「２．２Ｅ−０２」は「２．２×１０^-2」を意味する。

図２は、参考例１のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図３はこの場合の参考例１のレンズの光路図である。図２から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。同様に、図４は、参考例１のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図であり、図５はこの場合の参考例１のレンズの光路図である。図４から分かるように、第２の基準波長λ２では球面収差は残留しているが、通常の屈折レンズで発生する透明基板の厚さの差による球面収差と波長差で発生する色球面収差を加えた球面収差に比べ、回折輪帯による回折効果によりある程度収差補正がされている。

このレンズは、図１において、図示しない輪帯ダイクロフィルタを絞り１７と対物レンズ１６との間に光軸に垂直に配置することで、第２の基準波長λ２の光を出射する第２の光源からの光束のうち像側の開口数ＮＡ３（ＮＡ２≦ＮＡ３＜ＮＡ１）以上の光束を反射することによって情報記録面２２には到達しないようにすることが好ましい。遮蔽部１０（図７）のような遮蔽手段によって情報記録面２２には到達しないようにすることが好ましい。遮蔽手段として、波長λ１の光束を透過しかつ波長λ２の反射する輪帯ダイクロフィルタが好ましい。

〈参考例２〉
表２に参考例２のレンズデータを示す。

図６は、参考例２のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図７はこの場合の参考例２のレンズの光路図である。図６から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。図８は、参考例２のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図である。図８から分かるように、第２の基準波長λ２では球面収差が残留しているが、参考例１と同様に、回折効果によりある程度収差補正がされている。また、図７に示すようにレンズ面に輪帯状の遮蔽部１０を設けることにより、必要な結像性能を得ることができる。この遮蔽部１０は、例えばレンズ面に輪帯状の切り欠き部や輪帯ダイクロフィルタを形成することにより構成できる。なお、遮蔽部１０は第１の基準波長λ１の光の結像性能に対しては影響が少ない。

〈参考例３〉
表３に参考例３のレンズデータを示す。

図９は、参考例３のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図１０はこの場合の参考例３のレンズの光路図である。図９から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。図１１は、参考例３のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図である。図１１から分かるように、参考例３では第２の基準波長λ２において必要な結像性能を得るために、開口数の大きいところ（ＮＡ０．４５以上）で球面収差をオーバー（補正過剰）にしている。

また、像側の開口数がほぼＮＡ２以下の部分の光束により情報記録面２２にビームスポットを形成し、開口数がほぼＮＡ２以上の部分をフレア光とすることが好ましい。

〈実施例１〉
表４に実施例１のレンズデータを示す。

図１２は、実施例１のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図１３はこの場合の実施例１のレンズの光路図である。図１２から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。図１４は、実施例１のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図である。図１４から分かるように、参考例３と同様に、実施例１では第２の基準波長λ２において必要な結像性能を得るために、開口数の大きいところで球面収差をオーバー（補正過剰）にしている。本実施例１では、更に、レンズの一面を３分割し、光束を光軸から第１の光束、第２の光束、第３の光束を得ており、図１４に示すように、第２の基準波長λ２において球面収差の不連続な部分を設けることにより、参考例３に比べて一層よい結像性能を得ている。

また、第１の光束のうち光軸から最も離れた部分の収束位置が、第２の光束の収束位置と一致せず、残留収差を少なくすることができる。

なお、本実施例では、第１の分割面と第３の分割面は、同じ面形状データであるが、同じでなくてもよい。

また、各実施例のレンズ材料にはオレフィン系樹脂を使用し、透明基板にはポリカーボネート樹脂（ＰＣ）を使用したが、各材料の屈折率を各基準波長につき表５に示す。

次に、上述の実施例・参考例の各レンズに設けた複数の輪帯について説明する。レンズ面に複数の輪帯が光軸を中心としたほぼ同心円状に形成されており、レンズの像側の最大開口数に対応する輪帯のピッチＰＨ、最大開口数の１／２の開口数に対応する輪帯のピッチＰＨの実施例を、残留収差のない場合の比較例とともに示す。

（実施例）
第１輪帯： ９９０．７μｍ
最小ピッチ：２２．０μｍ
ＰＨ： ９９０．７μｍ
ＰＦ： ２２．０μｍ
輪帯数： ２０

（比較例）
第１輪帯： ８５０．２μｍ
最小ピッチ：１１．５μｍ
ＰＨ： ５５．６μｍ
ＰＦ： １１．５μｍ
輪帯数： ３８

以上のように、本実施例では、第２の基準波長λ２（７８０ｎｍ）に対し球面収差は残留するものの、輪帯数を、残留収差なしの比較例のレンズに比べて減少させることができるので、レンズの回折パターンを形成し易く、レンズの製造コストを低減できる。

１０ 遮蔽部（遮蔽手段）
１３ コリメータ
１６ 対物レンズ
１７ 絞り（開口制限手段）
２０ 光ディスク
２１ 透明基板
２２ 情報記録面
３０ 光検出器
１１１ 半導体レーザ（第１の光源）
１１２ 半導体レーザ（第２の光源）
１２０ 偏光ビームスプリッタ
１５０ ２次元アクチュエータ

Claims (8)

1. 光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光して情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置であって、
   波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、
   波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、
   前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、を備え、
   透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体を波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、
   透明基板の厚さがｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）の第２光情報記録媒体を波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、
   前記集光光学系の少なくとも１つの光学面に回折パターンを設けるとともに、
   前記第１の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記第１光情報記録媒体を記録および／または再生し、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記第２光情報記録媒体を記録および／または再生し、
   前記対物レンズは、単レンズであり、前記回折パターンは前記単レンズの一つの光学面の有効径全面に設けられており、
   前記単レンズの他方の光学面は連続面であり、
   前記回折パターンが設けられている光学面は、光軸から外に向かって順に、第１分割面、第２分割面及び第３分割面を有しており、
   前記第１分割面の非球面形状及び前記回折パターンと、前記第２分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なっており、
   前記第２の光源からの光束に対して、前記第１分割面と前記第２分割面との境界、及び、前記第２分割面と前記第３分割面との境界で球面収差が不連続であり、
   前記第１分割面と前記第２分割面の境界に相当する開口数がＮＡ２であることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記第１分割面の前記非球面形状及び前記回折パターンと、前記第３分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記第３分割面を通過した前記第２の光源からの光束は、球面収差がオーバーであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記対物レンズは、オレフィン系樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
5. 波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器と、を備え、光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光して情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物レンズであって、
   透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体を波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、
   透明基板の厚さがｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）の第２光情報記録媒体を波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、
   前記対物レンズは、単レンズであり、回折パターンが前記単レンズの一つの光学面の有効径全面に設けられており、
   前記単レンズの他方の光学面は連続面であり、
   前記第１の光源からの光束の前記回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記第１光情報記録媒体を記録および／または再生可能とし、前記第２の光源からの光束の前記回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記第２光情報記録媒体を記録および／または再生可能とし、
   前記回折パターンが設けられている光学面は、光軸から外に向かって順に、第１分割面、第２分割面及び第３分割面を有しており、
   前記第１分割面の非球面形状及び前記回折パターンと、前記第２分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なっており、
   前記第２の光源からの光束に対して、前記第１分割面と前記第２分割面との境界、及び、前記第２分割面と前記第３分割面との境界で球面収差が不連続であり、
   前記第１分割面と前記第２分割面の境界に相当する開口数がＮＡ２であることを特徴とする対物レンズ。
6. 前記第１分割面の前記非球面形状及び前記回折パターンと、前記第３分割面の非球面形状及び前記回折パターンとが異なることを特徴とする請求項５に記載の対物レンズ。
7. 前記第３分割面を通過した前記第２の光源からの光束は、球面収差がオーバーであることを特徴とする請求項５または６に記載の対物レンズ。
8. 前記対物レンズは、オレフィン系樹脂からなることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の対物レンズ。

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