(57)【要約】【課題】使用波長が異なる複数種の光ディスクに対し、上限が高い範囲の開口数で波面収差が低減された状態を保証する光ピックアップレンズを提供すること。【解決手段】本発明にかかる光ピックアップレンズは、波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源で、各々厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の基板を有する媒体に情報の記録再生を行うための３波長互換用レンズである。波長λ１の光源で厚さｔ１の基板を有する媒体に記録再生をする場合には０．８以上の実効開口数で使用され、波長λ３の光源で厚さｔ３の基板を有する媒体に記録再生をする場合には０．６以下の実効開口数で使用される。このとき、光源からの光が入射する入射面の曲率半径をｒ１とし、出射面の曲率半径をｒ２としたとき、−０．５７＜ｒ１／ｒ２＜−０．４５を充足する。【選択図】  図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源で、各々厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の基板を有する情報記録媒体に、情報の記録再生を行うための３波長互換用の光ピックアップレンズであって、
波長λ１の光源で厚さｔ１の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．８以上の実効開口数で使用され、かつ、波長λ３の光源で厚さｔ３の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．６以下の実効開口数で使用され、
前記光源からの光が入射する入射面の曲率半径をｒ１とし、出射面の曲率半径をｒ２としたとき、次の式を充足することを特徴とする光ピックアップレンズ。
−０．５７＜ｒ１／ｒ２＜−０．４５
【請求項２】
−０．５４＜ｒ１／ｒ２＜−０．４８を充足することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップレンズ。
【請求項３】
当該光ピックアップレンズは、両面が各々個別の単一の非球面で構成される単玉レンズであることを特徴とする請求項１又は２記載の光ピックアップレンズ。
【請求項４】
当該光ピックアップレンズの球面収差値は、波長λ１の光源で厚さｔ１の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合、及び波長λ２の光源で厚さｔ２の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合、及び波長λ３の光源で厚さｔ３の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合において、各々約７０ｍλｒｍｓ以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光ピックアップレンズ。
【請求項５】
レンズの材料としてガラスを用いたことを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の光ピックアップレンズ。
【請求項６】
レンズの材料であるガラスの波長λ１における屈折率は１．６以下であることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップレンズ。
【請求項７】
波長λ１が略４０５ｎｍ、波長λ２が略６５５ｎｍ、波長λ３が略７８５ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の光ピックアップレンズ。
【請求項８】
基板厚さｔ１が略０．１ｍｍ、基板厚さｔ２が略０．６ｍｍ、基板厚さｔ３が略１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８いずれかに記載の光ピックアップレンズ。
【請求項９】
波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源で、各々厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の基板を有する情報記録媒体に、３波長互換用の光ピックアップレンズを用いて情報の記録再生を行う光ピックアップであって、
前記光ピックアップレンズは、波長λ１の光源で厚さｔ１の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．８以上の実効開口数で使用され、かつ、波長λ３の光源で厚さｔ３の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．６以下の実効開口数で使用され、
前記光ピックアップレンズについて、前記光源からの光が入射する入射面の曲率半径をｒ１とし、出射面の曲率半径をｒ２としたとき、次の式を充足することを特徴とする光ピックアップ。
−０．５７＜ｒ１／ｒ２＜−０．４５
【請求項１０】
波長λ１の光源から発せられるレーザビームは平行光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ２の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ３の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射することを特徴とする請求項９記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
波長λ１の光源から発せられるレーザビームは収斂光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ２の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ３の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射することを特徴とする請求項９記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
波長λ１が略４０５ｎｍ、波長λ２が略６５５ｎｍ、波長λ３が略７８５ｎｍであることを特徴とする請求項９〜１１いずれかに記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
基板厚さｔ１が略０．１ｍｍ、基板厚さｔ２が略０．６ｍｍ、基板厚さｔ３が略１．２ｍｍであることを特徴とする請求項９〜１２いずれかに記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の単色光を用いる多波長用光学系であって、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ：ＣＤ−ＲなどのＣＤも含む）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ブルーレイなど種類が異なる光記録媒体に対応できる互換型の記録再生装置に用いられうるピックアップレンズおよびそれを用いた光ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤやＤＶＤなど、数種の光ディスクを一つの装置で記録あるいは再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。
【０００３】
このような互換型光ディスク装置では、ＣＤやＤＶＤなど（以下、これらをまとめて光ディスクという）それぞれの光ディスクに情報を記録あるいは再生するために、光源からのレーザビームをそれぞれの光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。しかしながら、（Ａ）ＣＤの記録あるいは再生時に用いられるレーザビームの波長とＤＶＤの記録あるいは再生時に用いられるレーザビームの波長とは異なるため、（Ｂ）ＣＤの透明基板の厚さは１．２ｍｍであるのに対してＤＶＤの透明基板の厚さは０．６ｍｍであるため、従来から用いられている光ピックアップレンズを、そのまま互換型光ディスク装置においてＣＤとＤＶＤで共用したのでは、前記（Ａ）及び（Ｂ）を起因として発生する収差により、ＣＤとＤＶＤでそれぞれ用いられるレーザビームをそれぞれの光ディスクの情報記録面に回折限界近くまで集光させることができない。
【０００４】
また、近年提案されている超高密度記録の光ディスク（ブルーレイ、ＨＤ  ＤＶＤ）対応の装置は、情報の記録あるいは再生のために波長４０５ｎｍ程度の青色レーザを用いている。したがって、今後の互換型光ディスク装置では、ＣＤやＤＶＤの記録あるいは再生だけではなく、ブルーレイやＨＤ  ＤＶＤといった超高密度記録対応の光ディスクの記録あるいは再生もできることが期待される。すなわち、従来の互換型光ディスク装置では、２種類の光源波長と２種類の厚さが異なる透明基板を考慮していたが、今後の互換型光ディスク装置では、最大３種類の光源波長と最大３種類の厚さが異なる透明基板を考慮する必要があるということになる。
【０００５】
かかる場合、互換型光ディスク装置としては、その構成部品であるピックアップに、光ディスクの種類毎に収差が発生しないような光ピックアップレンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて光ピックアップレンズを交換したり、あるいは光ディスクの種類毎に光ピックアップを設け、使用する光ディスクの種類に応じて光ピックアップを交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、光ピックアップレンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。例えば、特許文献１には、光ディスクのいずれの種類にも対応可能な光ピックアップレンズが提案されている。
【０００６】
また、かかる光ピックアップレンズを有する光ピックアップの他の例として、薄い基板（厚さｔ１）の第１光媒体に情報を記録再生する波長λ１の光源と、第１光媒体よりも厚い基板（厚さｔ２）の第２光媒体に情報を記録再生する波長λ２（λ１＜λ２）の光源と、第１光媒体及び第２光媒体よりも厚い基板（厚さｔ３）の第３光媒体に情報を記録再生する波長λ３（λ２＜λ３）の光源と、各光源からの光束を各光媒体に集光させる１つの光ピックアップレンズとを備え、第１光媒体に記録再生する際には、波長λ１の光束を光ピックアップレンズに平行光として入射し、第２光媒体に記録再生する際には、波長λ２の光束を光ピックアップレンズに発散光として入射し、第３光媒体に記録再生する際には、波長λ３の光束を光ピックアップレンズに発散光として入射することを特徴とするピックアップがある。
【０００７】
この光ピックアップレンズは、平行光束として光ピックアップレンズに入射された（以下、無限系という）波長λ１のレーザビームを、厚さｔ１の基板を有する第１光媒体の情報記録面にできるだけ無収差で集光させるように設計されている。
【０００８】
一方、この光ピックアップレンズは、その設計時において波長λ２あるいはλ３に関してなんら考慮されていないため、波長λ２のレーザビームで第２光媒体に情報を記録再生する場合、あるいは波長λ３のレーザビームで第３光媒体に情報を記録再生する場合には波面収差が発生する。そのため、波長λ２あるいは波長λ３のレーザービームを平行光束にコリメートするのではなく、発散光として光ピックアップレンズへ入射させる（以下、有限系という）。これは、その入射光の発散度合い、すなわち幾何光学的にいう光ピックアップレンズにとっての物体距離を変えることにより球面収差が変化するという性質を用いている。この手法は、特定の波長かつ特定の基板厚で最適化された光ピックアップレンズを、他の波長かつ他の基板厚の光媒体に使用する際に、従来から広く用いられている手法である。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２８７９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記従来例でも、共通の光ピックアップレンズを用いることができるから、光ピックアップレンズを含めて各種光ディスクごとに使用部材を交換するための手段などが不要となり、コストの面や構成の簡略化の点で有利となる。
【００１１】
しかしながら、その光ピックアップレンズの設計時においては、特定の波長λ１と特定の基板厚さｔ１のみが考慮されるのみで、それ以外の条件、例えば波長λ２と基板厚さｔ２、あるいは波長λ３と基板厚さｔ３に関してなんら考慮されていないため、波長λ２あるいはλ３のレーザビームを有限系にして用いても必ずしも十分に収差を低減することができない場合があり、特に光ピックアップレンズに必要とされる開口数が高くなると、その傾向が顕著になる。以下実例を挙げて説明する。
【００１２】
図３６乃至図３８は、従来におけるＨＤ  ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズとディスクのレンズデータであり、図３６はＨＤ  ＤＶＤ、図３７はＤＶＤ、図３８はＣＤの場合に相当する。各開口数の値は、光ディスクがＨＤ  ＤＶＤである場合は約０．６５、光ディスクがＤＶＤである場合は約０．６３、光ディスクがＣＤである場合は約０．５１である。係る場合、光ピックアップレンズに必要とされる開口数は最大でも約０．６５であり、互換が必要とされる開口数の範囲は現行のＤＶＤとＣＤの互換を確保する場合とさほど変わりはない。なお、光ピックアップレンズの材料はプラスチック相当とし、ディスクの透明基板はポリカーボネイト（ＰＣ）とした。これら材料の波長ごとの屈折率は、図３６乃至図３８に示したとおりである。また、「ＡＩＲ」とは面と面との間が空気で満たされていることを意味する。
【００１３】
図３９は、ＨＤ  ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズの非球面形状を数式で表現したものである。一般的に、図４０に表した座標系において、レンズの非球面の形状は、いわゆるサグｚの表現で下記（１）式のように表される。なお、ｃ＝１／Ｒである。
【数１】
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この（１）式のパラメータを用いて、光ピックアップレンズの面を表記すると、図３９で示したようになる。図３９のＲが（１）式のｒ、同じくＣが（１）式のｃ、同じくＫが（１）式のｋに相当する。
【００１４】
光ピックアップレンズは、従来と同様に特定の波長と特定の基板厚さのみを考慮し、ここに示す例では、ＨＤ  ＤＶＤにて使用する無限系の波長４０５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．６ｍｍの基板を有するＨＤ  ＤＶＤの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計した。
【００１５】
係る光ピックアップレンズを用いた場合のＨＤ  ＤＶＤにおける波面収差分布の計算結果を図３３に、ＤＶＤにおける波面収差分布の計算結果を図３４に、ＣＤにおける波面収差分布の計算結果を図３５に示す。図３３乃至図３５の結果に基づいて各波面収差値を計算すると、ＨＤ  ＤＶＤにおける波面収差値は０．２ｍλｒｍｓ、ＤＶＤにおける波面収差値は６．３ｍλｒｍｓ、ＣＤにおける波面収差値は４．０ｍλｒｍｓである。ＨＤ  ＤＶＤについては設計どおり無限系を採用した。ＤＶＤとＣＤについては有限系を採用して球面収差を低減した。
【００１６】
このように、従来における光ピックアップレンズにおいても、ＨＤ  ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤ共にマレシャルの評価基準である波面収差値７０ｍλｒｍｓを十分に下回っており、ＨＤ  ＤＶＤ、ＤＶＤ、ＣＤ全てにおいて光ディスクの情報記録面に回折限界近くまでレーザビームを集光することができる。しかし、この結果は互換が必要とされる開口数が約０．５１から約０．６５程度までと従来のＤＶＤとＣＤの互換を確保する場合と同程度の場合であり、約０．５１から約０．８５程度というさらに上限が高い範囲の開口数で互換が必要とされる場合（例えば、ブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換）には、従来手段では互換を確保することが困難である。以下、従来技術でのブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の実現の問題点について説明する。
【００１７】
図２７乃至図２９は、従来手法に従ってブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換を行った場合の光ピックアップレンズとディスクのレンズデータであり、図２７はブルーレイ、図２８はＤＶＤ、図２９はＣＤの場合に相当する。各開口数の値は、光ディスクがブルーレイである場合は約０．８５、光ディスクがＤＶＤである場合は約０．６５、光ディスクがＣＤである場合は約０．５１である。光ピックアップレンズの材料はガラス相当とし、ディスクの透明基板はポリカーボネイト（ＰＣ）とした。これら材料の波長ごとの屈折率は、図２７乃至図２９に示したとおりである。
【００１８】
図３０は、ブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズの非球面形状を数式で表現したものである。光ピックアップレンズは、従来と同様に特定の波長と特定の基板厚さのみを考慮し、ここではブルーレイにて使用する無限系の波長４０５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．０８７５ｍｍの基板を有するブルーレイの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計した。
【００１９】
係る光ピックアップレンズを用いた場合のブルーレイにおける波面収差分布の計算結果を図２４に、ＤＶＤにおける波面収差分布の計算結果を図２５に、ＣＤにおける波面収差分布の計算結果を図２６に示す。ブルーレイにおける波面収差値は７．４ｍλｒｍｓ、ＤＶＤにおける波面収差値は８０．７ｍλｒｍｓ、ＣＤにおける波面収差値は１２５．４ｍλｒｍｓである。従来と同様にブルーレイについては設計どおり無限系を採用した。ＤＶＤとＣＤについては有限系を採用して球面収差を低減した。
【００２０】
この場合、ブルーレイについてはマレシャルの評価基準である波面収差値７０ｍλｒｍｓを下回っているが、ＤＶＤとＣＤについては当該評価基準を上回ってしまっている。したがって、ブルーレイについては、光ディスクの情報記録面に回折限界近くまでレーザビームを集光することができるが、ＤＶＤとＣＤについては十分にレーザビームを集光することができない。
【００２１】
図３１にブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤにおける波面収差値の成分表を示す。単位はｍλｒｍｓである。これは、図２４乃至図２６に示した波面収差分布をツェルニケ関数で近似して得られた値である。表中、「ｔｏｔａｌ」は、波面収差値を示し、「ＳＡ３」は前記波面収差を構成する３次の球面収差値を示し、「ＳＡ５」は前記波面収差を構成する５次の球面収差値を示し、「ＳＡ７」は前記波面収差を構成する７次の球面収差値を示し、「ＳＡ９」は前記波面収差を構成する９次の球面収差値を示す。
【００２２】
図３１に示したように、ＤＶＤとＣＤについては有限系を最適化してはいるものの、球面収差を十分に低減することができない。これは、ここで用いられた光ピックアップレンズは、ブルーレイにて使用する無限系の波長４０５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．０８７５ｍｍの基板を有するブルーレイの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されているのみであり、その光ピックアップレンズの設計時においてＤＶＤとＣＤの条件についてはなんら考慮されていないためである。
【００２３】
すなわち、互換が必要とされる開口数の値が約０．５１から約０．６５程度までと、従来のＤＶＤとＣＤの互換を確保する場合と同程度であるＨＤ  ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の場合は、従来手法のように、特定の波長と特定の基板厚さのみを考慮して最適化された光ピックアップレンズを用いても互換を確保することができる。しかし、約０．５１から約０．８５程度という上限がさらに高い範囲の開口数で互換が必要とされるブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の場合には、従来手法のように特定の波長と特定の基板厚さのみを考慮して最適化された光ピックアップレンズを用いていたのでは互換を確保できないことを意味する。
【００２４】
本発明の目的は、前記問題を解消することにあり、使用波長が異なる複数種の光ディスク夫々に対し、従来よりも上限が高い範囲の開口数で、できるだけ波面収差が低減された状態を保証する光ピックアップレンズ、およびそれを用いた光ピックアップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明にかかる光ピックアップレンズは、波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源で、各々厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の基板を有する情報記録媒体に、情報の記録再生を行うための３波長互換用の光ピックアップレンズであって、波長λ１の光源で厚さｔ１の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．８以上の実効開口数で使用され、かつ、波長λ３の光源で厚さｔ３の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．６以下の実効開口数で使用され、前記光源からの光が入射する入射面の曲率半径をｒ１とし、出射面の曲率半径をｒ２としたとき、−０．５７＜ｒ１／ｒ２＜−０．４５を充足するものである。
【００２６】
さらに、−０．５４＜ｒ１／ｒ２＜−０．４８を充足することが望ましい。
【００２７】
また、当該光ピックアップレンズは、両面が各々個別の単一の非球面で構成される単玉レンズであることが望ましい。
【００２８】
好適な実施の形態では、当該光ピックアップレンズの球面収差値は、波長λ１の光源で厚さｔ１の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合、及び波長λ２の光源で厚さｔ２の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合、及び波長λ３の光源で厚さｔ３の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合において、各々約７０ｍλｒｍｓ以下である。
【００２９】
ここで、レンズの材料としてガラスを用いることができ、さらに、レンズの材料であるガラスの波長λ１における屈折率は１．６以下であることが望ましい。
【００３０】
好適な実施の形態においては、波長λ１が略４０５ｎｍ、波長λ２が略６５５ｎｍ、波長λ３が略７８５ｎｍである。また、基板厚さｔ１が略０．１ｍｍ、基板厚さｔ２が略０．６ｍｍ、基板厚さｔ３が略１．２ｍｍである。
【００３１】
本発明にかかる光ピックアップは、波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源で、各々厚さｔ１、ｔ２、ｔ３（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の基板を有する情報記録媒体に、３波長互換用の光ピックアップレンズを用いて情報の記録再生を行う光ピックアップであって、前記光ピックアップレンズは、波長λ１の光源で厚さｔ１の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．８以上の実効開口数で使用され、かつ、波長λ３の光源で厚さｔ３の基板を有する情報記録媒体に記録再生をする場合には０．６以下の実効開口数で使用され、前記光ピックアップレンズについて、前記光源からの光が入射する入射面の曲率半径をｒ１とし、出射面の曲率半径をｒ２としたとき、−０．５７＜ｒ１／ｒ２＜−０．４５を充足するものである。
【００３２】
ここで、波長λ１の光源から発せられるレーザビームは平行光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ２の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ３の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射することが望ましい。
【００３３】
また、波長λ１の光源から発せられるレーザビームは収斂光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ２の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射し、波長λ３の光源から発せられるレーザビームは発散光束で光ピックアップレンズに入射するようにしてもよい。
【００３４】
好適な実施の形態においては、波長λ１が略４０５ｎｍ、波長λ２が略６５５ｎｍ、波長λ３が略７８５ｎｍである。また、基板厚さｔ１が略０．１ｍｍ、基板厚さｔ２が略０．６ｍｍ、基板厚さｔ３が略１．２ｍｍである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、使用波長が異なる複数種の光ディスク夫々に対し、従来よりも上限が高い範囲の開口数で、できるだけ波面収差が低減された状態を保証する光ピックアップレンズ、およびそれを用いた光ピックアップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
発明の実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に従う光ピックアップの一例を示したものである。概説すると、本光ピックアップは、ブルーレイ用の光源１００（波長λ１＝４０５ｎｍ）、ＤＶＤ用の光源１０１（λ２＝６５５ｎｍ）、ＣＤ用の光源１０２（λ３＝７８５ｎｍ）を備える。
【００３７】
光源１００から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１０７及び１０８を通過して、コリメータレンズ１０３によって略平行光に変換される。その平行光が制限開口１０５を通じて本発明の特徴である光ピックアップレンズ１０４に供給されて、光ディスク１０６の情報記録面に回折限界近くまで集光される。
【００３８】
一方、光源１０１から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１０７及び１０８を通過して、コリメータレンズ１０３によって発散角が変換される。その発散光が制限開口１０５を通じて本発明の特徴である光ピックアップレンズ１０４に供給されて、光ディスク１０６の情報記録面に回折限界近くまで集光される。
【００３９】
さらに、光源１０２から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１０８を通過して、コリメータレンズ１０３によって発散角が変換される。その発散光が制限開口１０５を通じて本発明の特徴である光ピックアップレンズ１０４に供給されて、光ディスク１０６の情報記録面に回折限界近くまで集光される。
【００４０】
光ディスク１０６の情報記録面で反射された光源１００乃至１０２から発せられたレーザ光はさらに光ピックアップレンズ１０４を通じて従来の検出系（図示せず）により検出されて、光電変換されることによりフォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号、及び再生信号などを生成する。
【００４１】
なお、ブルーレイ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の光ディスク１０６の透明基板はポリカーボネイトとし、ブルーレイ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の光ディスク１０６の透明基板厚は、それぞれ０．０８７５ｍｍ、０．６ｍｍ、１．２ｍｍとした。また、フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、光ピックアップレンズ１０４と制限開口１０５とが一体となって図示されないアクチュエータにより動作する。
【００４２】
制限開口１０５は、従来から用いられている素子であり、光ピックアップレンズ１０４の実効開口数を決定する。すなわち、光ディスク１０６がブルーレイである場合は、光ピックアップレンズ１０４の実効開口数が約０．８５となるように制限開口１０５が動作し、光ディスク１０６がＤＶＤである場合は、光ピックアップレンズ１０４の実効開口数が約０．６５となるように制限開口１０５が動作し、光ディスク１０６がＣＤである場合は、光ピックアップレンズ１０４の実効開口数が約０．５１となるように制限開口１０５が動作する。制限開口１０５としては、例えば特開平９−５４９７７公報記載の波長選択フィルタを応用すればよい。
【００４３】
次に、実施の形態１における本発明の特徴である光ピックアップレンズの詳細な設計例を示す。
【００４４】
図６乃至図８は、発明の実施の形態１におけるブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズ１０４とディスク１０６のレンズデータであり、図６はブルーレイ、図７はＤＶＤ、図８はＣＤの場合に相当する。各開口数の値は、光ディスク１０６がブルーレイである場合は約０．８５、光ディスク１０６がＤＶＤである場合は約０．６５、光ディスク１０６がＣＤである場合は約０．５１である。光ピックアップレンズ１０４の材料はガラス相当とし、光ディスク１０６の透明基板はポリカーボネイト（ＰＣ）とした。これら材料の波長ごとの屈折率は、図６乃至図８に示したとおりである。また、「ＡＩＲ」とは面と面との間が空気で満たされていることを意味する。
【００４５】
図９は、発明の実施の形態１におけるブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズの非球面形状を数式で表現したものである。
【００４６】
本発明の実施の形態１における光ピックアップレンズ１０４は、ブルーレイにて使用する無限系の波長４０５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．０８７５ｍｍの基板を有するブルーレイの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されており、かつ、ＤＶＤにて使用する発散光束の有限系の波長６５５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．６ｍｍの基板を有するＤＶＤの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されており、かつ、ＣＤにて使用する発散光束の有限系の波長７８５ｎｍのレーザビームを、厚さ１．２ｍｍの基板を有するＣＤの光ディスクの情報記録面にできるだけ無収差で集光させるように設計されている。この点で、特定の波長と特定の基板厚のみを考慮して設計されていた従来の光ピックアップレンズとは異なる。
【００４７】
係る光ピックアップレンズを用いた場合のブルーレイにおける波面収差分布の計算結果を図３に、ＤＶＤにおける波面収差分布の計算結果を図４に、ＣＤにおける波面収差分布の計算結果を図５に示す。図３乃至図５の結果に基づいて各波面収差値を計算すると、図１０に示したように、ブルーレイにおける波面収差値は５．６ｍλｒｍｓ、ＤＶＤにおける波面収差値は２２．３ｍλｒｍｓ、ＣＤにおける波面収差値は９．６ｍλｒｍｓである。
【００４８】
このように、発明の実施の形態１における光ピックアップレンズ１０４においては、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤ共にマレシャルの評価基準である波面収差値７０ｍλｒｍｓを下回っており、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤ全てにおいて光ディスクの情報記録面に回折限界近くまでレーザビームを集光することができる。この点で、図２７から図３０において示した従来例のブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズとは異なる。
【００４９】
図１０に発明の実施の形態１における光ピックアップレンズ１０４のブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤにおける波面収差値の成分表を示す。単位はｍλｒｍｓである。これは、図３乃至図５に示した波面収差分布をツェルニケ関数で近似して得られた値である。表中、「ｔｏｔａｌ」は、波面収差値を示し、「ＳＡ３」は前記波面収差を構成する３次の球面収差値を示し、「ＳＡ５」は前記波面収差を構成する５次の球面収差値を示し、「ＳＡ７」は前記波面収差を構成する７次の球面収差値を示し、「ＳＡ９」は前記波面収差を構成する９次の球面収差値を示す。図１０に示したように、ＤＶＤとＣＤについても有限系を最適化することにより球面収差を十分に低減できることがわかる。これは、従来とは異なり、光ピックアップレンズは、ブルーレイにて使用する無限系の波長４０５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．０８７５ｍｍの基板を有するブルーレイの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されているだけでなく、ＤＶＤにて使用する有限系の波長６５５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．６ｍｍの基板を有するＤＶＤの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されているとともに、ＣＤにて使用する有限系の波長７８５ｎｍのレーザビームを、厚さ１．２ｍｍの基板を有するＣＤの光ディスクの情報記録面にできるだけ無収差で集光させるように設計されているからである。
【００５０】
すなわち、本発明に従えば、例えば約０．５１から約０．８５程度という広い範囲の開口数で互換が必要とされるブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズにおいても十分な互換性を確保できることがわかる。
【００５１】
発明の実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に従う光ピックアップの一例を示したものである。概説すると、本光ピックアップは、ブルーレイ用の光源１００（波長λ１＝４０５ｎｍ）、ＤＶＤ用の光源１０１（λ２＝６５５ｎｍ）、ＣＤ用の光源１０２（λ３＝７８５ｎｍ）を備える。
【００５２】
光源１００から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１０７及び１０８を通過して、コリメータレンズ１０３によって収斂光に変換される。収斂光の入射角は、光ピックアップレンズ１０４の光軸方向に対して１．７度（deg）である。その収斂光が制限開口１０５を通じて本発明の特徴である光ピックアップレンズ１０４に供給されて、光ディスク１０６の情報記録面に回折限界近くまで集光される。本実施の形態２は、実施の形態１と比較して光源１００から出射されたブルーレイ用のレーザ光が収斂光として光ピックアップレンズ１０４に供給されることに違いがある。
【００５３】
一方、光源１０１と光源１０２から出射された各レーザ光は、コリメータレンズ１０３によって発散角が変換され、制限開口１０５を通じて本発明の特徴である光ピックアップレンズ１０４に供給されるので、これらは、実施の形態１と同様である。なお、その他の事項も実施の形態１と同等であるので、詳細な記載は省略する。
【００５４】
次に、実施の形態２における本発明の特徴である光ピックアップレンズの詳細な設計例を示す。
【００５５】
図１５乃至図１７は、発明の実施の形態２におけるブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズ１０４とディスク１０６のレンズデータであり、図１５はブルーレイ、図１６はＤＶＤ、図１７はＣＤの場合に相当する。各開口数の値は、光ディスク１０６がブルーレイである場合は約０．８５、光ディスク１０６がＤＶＤである場合は約０．６５、光ディスク１０６がＣＤである場合は約０．５１である。光ピックアップレンズ１０４の材料はガラス相当とし、光ディスク１０６の透明基板はポリカーボネイト（ＰＣ）とした。これら材料の波長ごとの屈折率は、図１５乃至図１７に示したとおりである。
【００５６】
図１８は、発明の実施の形態２におけるブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズの非球面形状を数式で表現したものである。
【００５７】
発明の実施の形態２における光ピックアップレンズ１０４は、ブルーレイにて使用する収斂光束の有限系の波長４０５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．０８７５ｍｍの基板を有するブルーレイの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されており、かつ、ＤＶＤにて使用する発散光束の有限系の波長６５５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．６ｍｍの基板を有するＤＶＤの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されており、かつ、ＣＤにて使用する発散光束の有限系の波長７８５ｎｍのレーザビームを、厚さ１．２ｍｍの基板を有するＣＤの光ディスクの情報記録面にできるだけ無収差で集光させるように設計されている。すなわち、発明の実施の形態２における光ピックアップレンズ１０４は、発明の実施の形態１における光ピックアップレンズ１０４と比べて、その光学面の設計を行う際に、波長４０５ｎｍのレーザビームが無限系であるか収斂光束の有限系であるかという点で異なっている。
【００５８】
係る光ピックアップレンズを用いた場合のブルーレイにおける波面収差分布の計算結果を図１２に、ＤＶＤにおける波面収差分布の計算結果を図１３に、ＣＤにおける波面収差分布の計算結果を図１４に示す。図１２乃至図１４の結果に基づいて各波面収差値を計算すると、図１９に示したように、ブルーレイにおける波面収差値は３．４ｍλｒｍｓ、ＤＶＤにおける波面収差値は２１．７ｍλｒｍｓ、ＣＤにおける波面収差値は６．１ｍλｒｍｓである。
【００５９】
このように、発明の実施の形態２における光ピックアップレンズ１０４においては、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤ共にマレシャルの評価基準である波面収差値７０ｍλｒｍｓを下回っており、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤ全てにおいて光ディスクの情報記録面に回折限界近くまでレーザビームを集光することができる。この点で、図２４乃至図２７において示した従来例のブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズとは異なる。
【００６０】
図１９に発明の実施の形態２における光ピックアップレンズ１０４のブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤにおける波面収差値の成分表を示す。単位はｍλｒｍｓである。ＤＶＤとＣＤについても有限系を最適化することにより球面収差を十分に低減できることがわかる。これは、従来とは異なり、光ピックアップレンズは、ブルーレイにて使用する収斂光束の有限系の波長４０５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．０８７５ｍｍの基板を有するブルーレイの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されているだけでなく、ＤＶＤにて使用する有限系の波長６５５ｎｍのレーザビームを、厚さ０．６ｍｍの基板を有するＤＶＤの光ディスクの情報記録面に、できるだけ無収差で集光させるように設計されているとともに、ＣＤにて使用する有限系の波長７８５ｎｍのレーザビームを、厚さ１．２ｍｍの基板を有するＣＤの光ディスクの情報記録面にできるだけ無収差で集光させるように設計されているからである。
【００６１】
すなわち、本発明に従えば、例えば約０．５１から約０．８５程度という広い範囲の開口数で互換が必要とされるブルーレイ／ＤＶＤ／ＣＤ互換の光ピックアップレンズにおいても十分な互換性を確保できることがわかる。
【００６２】
一方、発明の実施の形態１との比較では、発明の実施の形態２ではブルーレイにて使用する波長４０５ｎｍのレーザビームを収斂光束の有限系とすることにより、ＤＶＤあるいはＣＤの有限系の物体距離が拡大されている。この結果、ＤＶＤあるいはＣＤにおけるレンズシフト特性が改善される。一般的に、レーザビームを発散光として光ピックアップレンズに入射して、当該光ピックアップレンズをアクチュエータに搭載してトラッキングサーボを行った場合には、光ピックアップレンズの光軸と入射光の光軸のずれに起因する有限系特有の収差が発生してしまい、光ディスクの情報記録面にレーザービームを十分に集光しにくくなるといった問題がある。ＤＶＤあるいはＣＤの有限系の物体距離が拡大できるならば、無限系に近い有限系である弱有限系を採用できるため、トラッキングサーボを行った場合でも、有限系特有の収差が発生しにくく、光ディスクの情報記録面にレーザービームを十分に集光できるといった利点がある。
【００６３】
図１１は、発明の実施の形態１における光ピックアップレンズ１０４においてレンズシフトが０．２ｍｍ発生した場合の、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤにおける波面収差値の成分表を示す。単位はｍλｒｍｓである。ＤＶＤとＣＤにおいては、マレシャルの評価基準である波面収差値７０ｍλｒｍｓを上回っており、レンズシフトが０．２ｍｍ発生した場合には光ディスクの情報記録面に回折限界近くまでレーザビームを集光することができない。
【００６４】
一方、図２０は、発明の実施の形態２における光ピックアップレンズ１０４においてレンズシフトが０．２ｍｍ発生した場合の、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤにおける波面収差値の成分表を示す。単位はｍλｒｍｓである。係る場合には、ＤＶＤとＣＤにおいてもマレシャルの評価基準である波面収差値７０ｍλｒｍｓを下回っており、レンズシフトが０．２ｍｍ発生した場合でも光ディスクの情報記録面に回折限界近くまでレーザビームを集光することができる。これは、ブルーレイにて使用する波長４０５ｎｍのレーザビームを収斂光束の有限系とすることにより、ＤＶＤあるいはＣＤの有限系の物体距離を拡大することができる。その結果、有限系が無限系に近い弱有限系となることから、ＤＶＤあるいはＣＤにおけるレンズシフト特性が改善される。
【００６５】
また、比較のため図２４乃至図３０に示した従来例における光ピックアップレンズ１０４において、レンズシフトが０．２ｍｍ発生した場合の、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤにおける波面収差値の成分表も図３３に示した。単位はｍλｒｍｓである。図２０と図３３の比較から、発明の実施の形態２におけるレンズシフト特性が従来例よりも改善されることは明らかである。
【００６６】
なお、以上の実施の形態１及び実施の形態２では、ブルーレイの光ディスクの基板厚を０．０８７５ｍｍと仮定したが、規格書に記載されているとおりに基板厚を０．１ｍｍとしても同等の本発明による結果を得ることができる。
【００６７】
発明の実施の形態３．
上記発明の実施の形態１及び２において説明した例について、波面収差を改善するための条件についてさらに分析を行った。この結果を以下に発明の実施の形態３として説明する。
【００６８】
図２１は、発明の実施の形態１、発明の実施の形態２及び図２４乃至図３０に示した従来例にかかる光ピックアップレンズの焦点距離、レーザ光の入射面である第１面の曲率半径ｒ１、レーザ光の出射面である第２面の曲率半径ｒ２、ｒ１／ｒ２を示した表である。ここで、焦点距離は、ブルーレイのレーザ光が入射した場合の焦点距離である。また、曲率半径は、非球面形状を有するレンズにおいて最終的な光学性能に大きな影響を及ぼすことが一般的に知られていることから、このパラメータに着目した。
【００６９】
図２１に示されるように、波面収差について改善された本発明の実施の形態１，２では、ｒ１／ｒ２の値が約０．５であったのに対して従来例では約０．８であった。このため、ｒ１／ｒ２を変化させた場合の波面収差値の変化について検討することにした。
【００７０】
図２２にその条件及び結果を示す。図に示されるように、発明の実施の形態１におけるｒ１を１．２２〜１．４５まで変化させた。このうち、ｒ１＝１．３７８３２９が発明の実施の形態１におけるｒ１の値である。他方、ｒ２については、ｒ１を変化させた場合にレンズの瞳面での波面収差値が最低になるようにシュミレータによって算出された最適値である。このようにして、ｒ１／ｒ２の値を−０．３７３６１から−０．６５４１６まで変化させた。図２３に、横軸にｒ１／ｒ２の値を、縦軸に波面収差値をプロットしたグラフを示す。
【００７１】
図２３に示されるように、ブルーレイ、ＤＶＤ、ＣＤについて、ｒ１／ｒ２が約０．５１付近で波面収差値が低くなっていることがわかる。さらに詳細には、マレシャルの基準値７０ｍλｒｍｓを満たす範囲は、−０．５７＜ｒ１／ｒ２＜−０．４５であることがわかった。好適な範囲は、−０．５４＜ｒ１／ｒ２＜−０．４８であり、さらには、−０．５２＜ｒ１／ｒ２＜−０．５０である。
【００７２】
図２２及び図２３の結果は、ブルーレイについて無限系である発明の実施の形態１に関するものであるが、図２１で示されるように、ブルーレイについて弱有限系である発明の実施の形態２にかかるｒ１／ｒ２の値は、発明の実施の形態１にかかるｒ１／ｒ２の値と近似していることからすると同様の結果を示すものと考えられる。ここで、当業者をすれば、発明の実施の形態２における入射角は、光ピックアップレンズの光軸に対して１．７度（deg）であるが、３度（deg）以内の弱有限系であれば発明の実施の形態１にかかるｒ１／ｒ２と同じ最適範囲が適用可能であると考えられる。
【００７３】
その他の実施の形態．
本発明にかかる光ピックアップレンズは、両面が各々個別の単一の非球面で構成される単玉レンズに対して適用することができるが、それぞれの面の全域である必要はなく、一部の面において非球面である場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に従う光ピックアップの概略図である。
【図２】本発明に従う光ピックアップの概略図である。
【図３】本発明に従う光ピックアップでブルーレイを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図４】本発明に従う光ピックアップでＤＶＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図５】本発明に従う光ピックアップでＣＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図６】本発明に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがブルーレイの場合を示す図である。
【図７】本発明に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＤＶＤの場合を示す図である。
【図８】本発明に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＣＤの場合を示す図である。
【図９】本発明に従う光ピックアップの面形状を示す図である。
【図１０】本発明に従う光ピックアップにおける波面収差値を示す図である。
【図１１】本発明に従う光ピックアップにおける波面収差値を示す図である。
【図１２】本発明に従う光ピックアップでブルーレイを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図１３】本発明に従う光ピックアップでＤＶＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図１４】本発明に従う光ピックアップでＣＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図１５】本発明に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがブルーレイの場合を示す図である。
【図１６】本発明に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＤＶＤの場合を示す図である。
【図１７】本発明に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＣＤの場合を示す図である。
【図１８】本発明に従う光ピックアップの面形状を示す図である。
【図１９】本発明に従う光ピックアップにおける波面収差値を示す図である。
【図２０】本発明に従う光ピックアップにおける波面収差値を示す図である。
【図２１】本発明及び従来例にかかる光ピックアップレンズにおける焦点距離、曲率半径及び曲率半径の比を示す表である。
【図２２】本発明に従う光ピックアップにおける波面収差値を示す図である。
【図２３】本発明に従う光ピックアップにおいて、波面収差値と曲率半径比の関係を示すグラフである。
【図２４】従来例に従う光ピックアップでブルーレイを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図２５】従来例に従う光ピックアップでＤＶＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図２６】従来例に従う光ピックアップでＣＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図２７】従来例に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがブルーレイの場合を示す図である。
【図２８】従来例に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＤＶＤの場合を示す図である。
【図２９】従来例に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＣＤの場合を示す図である。
【図３０】従来例に従う光ピックアップの面形状を示す図である。
【図３１】従来例に従う光ピックアップにおける波面収差値を示す図である。
【図３２】従来例に従う光ピックアップにおける波面収差値を示す図である。
【図３３】従来例に従う光ピックアップでＨＤ ＤＶＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図３４】従来例に従う光ピックアップでＤＶＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図３５】従来例に従う光ピックアップでＣＤを記録あるいは再生した場合の波面収差分布を示す図である。
【図３６】従来例に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＨＤ ＤＶＤの場合を示す図である。
【図３７】従来例に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＤＶＤの場合を示す図である。
【図３８】従来例に従う光ピックアップのレンズデータで、ディスクがＣＤの場合を示す図である。
【図３９】従来例に従う光ピックアップの面形状を示す図である。
【図４０】レンズ座標軸を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００・・・波長４０５ｎｍの光源
１０１・・・波長６５５ｎｍの光源
１０２・・・波長７８５ｎｍの光源
１０３・・・コリメータレンズ
１０４・・・集光レンズ
１０５・・・制限開口
１０６・・・光ディスク
１０７・・・ビームスプリッタ
１０８・・・ビームスプリッタ
【図１】
2008123583.tif 000004
【図２】
2008123583.tif 000005
【図３】
2008123583.tif 000006
【図４】
2008123583.tif 000007
【図５】
2008123583.tif 000008
【図６】
2008123583.tif 000009
【図７】
2008123583.tif 000010
【図８】
2008123583.tif 000011
【図９】
2008123583.tif 000012
【図１０】
2008123583.tif 000013
【図１１】
2008123583.tif 000014
【図１２】
2008123583.tif 000015
【図１３】
2008123583.tif 000016
【図１４】
2008123583.tif 000017
【図１５】
2008123583.tif 000018
【図１６】
2008123583.tif 000019
【図１７】
2008123583.tif 000020
【図１８】
2008123583.tif 000021
【図１９】
2008123583.tif 000022
【図２０】
2008123583.tif 000023
【図２１】
2008123583.tif 000024
【図２２】
2008123583.tif 000025
【図２３】
2008123583.tif 000026
【図２４】
2008123583.tif 000027
【図２５】
2008123583.tif 000028
【図２６】
2008123583.tif 000029
【図２７】
2008123583.tif 000030
【図２８】
2008123583.tif 000031
【図２９】
2008123583.tif 000032
【図３０】
2008123583.tif 000033
【図３１】
2008123583.tif 000034
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2008123583.tif 000038
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2008123583.tif 000041
【図３９】
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【図４０】
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