(57)【要約】【課題】要求される性能・スペックを満たす光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法、対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】本発明は、保護基板厚の異なる少なくとも第１と第２の光情報記録媒体に対し、波長が異なる少なくとも２種類の光源を用いて情報の再生等を行う光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法に関する。対物光学素子の光学機能面を、上記２種類の光情報記録媒体に用いる中央領域と、主に第１の光情報記録媒体に対して用いる周辺領域に区分し、中央領域について、式（１）の条件を満たし、かつ最大トラッキング量が０．５ｍｍである場合、発生する３次コマ収差ＣＭ３が条件（イ）を満たすように、第１と第２の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｄ）とｍ（Ｃ）を選択する。式（１）−０．１２＜ｍ（Ｃ）−ｍ（Ｄ）＜０、条件（イ）｜ＣＭ３｜≦０．０５λｒｍｓ【選択図】　　　図２
2004079152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護基板厚の異なる複数種類の光情報記録媒体に対し、前記保護基板厚が薄い第１の光情報記録媒体に対しては波長６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である第１の光源を、前記保護基板厚が厚い第２の光情報記録媒体に対しては波長７５５ｎｍ以上８０５ｎｍ以下である第２の光源を対応させて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法であって、
前記対物光学素子の光学機能面を、全ての種類の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる光軸を含む中央領域と、該中央領域よりも光軸から見て外側であって主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる周辺領域とを有する、光軸を中心とする複数の同心円状に設定し、
前記中央領域について、式（１）の条件を満たし、かつ光ピックアップ装置の最大トラッキング量が０．５ｍｍである場合、発生する３次コマ収差ＣＭ３が条件（イ）を満たすように、前記対物光学素子の前記第１の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｄ）及び前記第２の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｃ）を選択することを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
式（１）　　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　０
条件（イ）　｜ＣＭ３｜　≦　０．０５λｒｍｓ
【請求項２】
保護基板厚の異なる複数種類の光情報記録媒体に対し、前記保護基板厚が薄い第１の光情報記録媒体に対しては波長６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である第１の光源を、前記保護基板厚が厚い第２の光情報記録媒体に対しては波長７５５ｎｍ以上８０５ｎｍ以下である第２の光源を対応させて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法であって、
前記対物光学素子の光学機能面を、全ての種類の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる光軸を含む中央領域と、該中央領域よりも光軸から見て外側であって主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる周辺領域とを有する、光軸を中心とする複数の同心円状に設定し、
前記中央領域について、式（１）の条件を満たすとともに、前記第１の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量と、前記第２の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量とが、各々所定の範囲内に収まる条件を満たすように、前記対物光学素子の前記第１の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｄ）及び前記第２の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｃ）を選択することを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
式（１）　　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　０
【請求項３】
前記倍率ｍ（Ｄ）およびｍ（Ｃ）が式（２）の条件を満たす場合は、
前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に正のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定し、
前記倍率ｍ（Ｄ）およびｍ（Ｃ）が式（３）の条件を満たす場合は、
前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に負のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定す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装置に用いる対物光学素子の設計方法。
式（２）　　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＞　ｍ１
式（３）　　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　ｍ１
ただし、ｍ１は、−０．０８５　≦　ｍ１　≦　−０．０６５を満たす任意の値
【請求項４】
前記対物光学素子の倍率について、前記ｍ（Ｃ）をゼロ、かつ前記ｍ（Ｄ）が式（４）を満たすように設定し、
前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に負のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
式（４）　　ｍ２　＜　ｍ（Ｄ）　＜　０．２６
ただし、ｍ２は、０．０７０　≦　ｍ２　≦　０．０９０を満たす任意の値
【請求項５】
前記対物光学素子の倍率について、前記ｍ（Ｄ）をゼロ、かつ前記ｍ（Ｃ）≠０を満たすように設定し、
前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に負のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項６】
前記対物光学素子の倍率について、前記ｍ（Ｃ）が式（５）を満たすように設定することを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
式（５）　　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　＜　ｍ３
ただし、ｍ３は、−０．０８５　≦　ｍ３　≦　−０．０６５を満たす任意の値
【請求項７】
記憶容量が異なる複数種類の光情報記録媒体に対し、記憶容量の多い第１の光情報記録媒体に対しては波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である第１の光源を、記憶容量の少ない第２の光情報記録媒体に対しては波長６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である第２の光源を対応させて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法であって、
前記対物光学素子の光学機能面について、式（６）の条件を満たすとともに、前記第１の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量と、前記第２の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量とが、各々所定の範囲内に収まる条件を満たすように、前記対物光学素子の前記第１の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｂ）及び前記第２の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｄ）を選択し、
前記光学機能面に、前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に正のパワーを与える回折構造を付与することを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
式（６）　　−０．０３　＜　ｍ（Ｄ）　−　ｍ（Ｂ）　＜　０
【請求項８】
前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体とは、保護基板厚が等しいことを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項９】
前記第１の光情報記録媒体の保護基板厚は、前記第２の光情報記録媒体の保護基板厚よりも薄いことを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項１０】
前記光ピックアップ装置中に、
前記第１の光源及び前記第２の光源と、前記対物光学素子との間に、前記対物光学素子の前記周辺領域に対して前記第２の光源からの光束を通過させない波長選択性を備えた絞り兼用フィルターを有し、かつ
前記第１の光源からの光束が無限平行光、前記第２の光源からの光束が有限発散光（無限平行光に近い有限発散光）で前記対物光学素子に入射する場合、
前記周辺領域について、前記第２の光源からの光束が通過した際、フレア化するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項１１】
前記光ピックアップ装置中、前記第１の光源からの光束が無限平行光、前記第２の光源からの光束が有限発散光で前記対物光学素子に入射する場合、
前記周辺領域について、前記第２の光源からの光束が通過した際、フレア化する光学機能面を設定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項１２】
前記フレア化する光学機能面は非球面屈折面から構成されることを特徴とする請求項１１記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項１３】
前記フレア化する光学機能面は回折構造を有することを特徴とする請求項１１記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項１４】
前記フレア化する光学機能面は位相差付与構造を有することを特徴とする請求項１１記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の設計方法を用いて設計したことを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子。
【請求項１６】
請求項１５に記載の対物光学素子を用いた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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法に関するものであり、より詳しくは、複数の光情報記録媒体（光ディスク）の規格に対応できる対物光学素子の設計方法、対物光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から現在にかけて、ＣＤ、ＤＶＤなどの光情報記録媒体（光ディスク、あるいはメディアともいう）に対して情報の再生・記録を行うための光ピックアップ装置（光ヘッド、光ヘッド装置などともいわれる）が開発・製造され、一般に普及している。
【０００３】
また最近では、より高密度の情報記録を可能とした光情報記録媒体の規格についても研究開発が行われている。
そしてこのような光ピックアップ装置は、光源（主にレーザーダイオードが用いられる）から出射された光束を、ビーム整形プリズム、コリメータ、ビームスプリッタ、対物レンズ（対物光学素子ともいう）等の光学素子からなる光学系を介して光ディスクの情報記録面に集光させてスポットを形成し、記録面上の情報記録孔（ピットともいう）からの反射光を、再度光学系を介して今度はセンサー上に集光させ、電気信号に変換することにより情報を再生する。この際、情報記録孔の形状によって反射光の光束も変化するため、これを利用して、「０」「１」の情報を区別する。なお、光ディスクの情報記録面の上には保護基板（プラスティック製の保護層。カバーガラスともいう）が設けられている。
【０００４】
またＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等の記録型メディアに情報の記録を行う場合、記録面上にレーザー光束によるスポットを形成し、記録面上の記録材に熱化学変化を生ぜしめる。これによってたとえばＣＤ−Ｒの場合は熱拡散性色素が不可逆変化することにより、情報記録孔と同様の形状が形成される。ＣＤ−ＲＷの場合は相変化型材料を用いているため、熱化学変化によって結晶状態と非晶質状態との間で可逆変化するので、情報の書き換えが可能である。
【０００５】
そしてＣＤ規格の光ディスクから情報を再生するための光ピックアップ装置は、対物レンズのＮＡが０．４５前後であり、用いられる光源の波長は７８５ｎｍ前後である。また記録用としては、０．５０程度のものが用いられることが多い。なお、ＣＤ規格の光ディスクの保護基板の厚さは１．２ｍｍである。
【０００６】
さて光情報記録媒体としてＣＤが広く普及しているが、ここ数年、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク、あるいはディジタル・ビデオ・ディスクともいう）が普及している。これはＣＤに比べて保護基板厚を薄くし、さらに情報記録孔を小さくすることにより、情報記録量を多くしたもので、ＣＤが約６００〜７００ＭＢ（メガバイト）程度であるのに対し、約４．７ＧＢ（ギガバイト）という大容量の記録容量を有し、映画等の動画像を記録した頒布媒体として用いられることが多い。
【０００７】
またＤＶＤ規格の光ディスクから情報を再生するための光ピックアップ装置は、原理的にはＣＤ用のそれと同じであるが、前述のように情報記録孔が小さくなっていること等から、対物レンズのＮＡが０．６０前後であり、用いられる光源の波長は６５５ｎｍ前後となっている。また記録用としては、０．６５程度のものが用いられることが多い。なお、ＤＶＤ規格の光ディスクの保護基板の厚さは０．６ｍｍである。
【０００８】
またＤＶＤ規格の光ディスクについても記録型のものが既に実用化されており、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷなどの各規格がある。これらに関する技術的原理もまた、ＣＤ規格の場合と同じである。
【０００９】
そして上述の通り、さらに高密度・高容量の光ディスクが提案されつつある。これは主に光源として波長が４０５ｎｍ前後の、いわゆる青紫光のレーザー光源を用いるものである。
【００１０】
このような「高密度な光ディスク」については、使用される波長が決まったとしても、保護基板厚、記憶容量、ＮＡ等は一律には決まらない。
記録密度を大幅に向上させる方向を選択すると、光ディスクの保護基板厚を薄くし、それにともなってＮＡを大きくすることになる。逆に保護基板厚・ＮＡについて、ＤＶＤなどの従来の光ディスクの規格と同じにすることもできる。この際は物理的な記録密度は大幅には増大しないが、光学系として要求される性能が比較的緩やかになる。
【００１１】
具体的には、保護基板の厚さについて、０．１ｍｍと、さらに薄くしたものや、ＤＶＤと同じ０．６ｍｍにしたものなどが提案されている。
さてＣＤ、ＤＶＤおよび「高密度な光ディスク」とも、原理的には同じであるが、情報記録孔の大きさが異なること、さらに場合によっては保護基板厚の厚さが異なることから、単純には同じ光ピックアップ装置を用いて情報の再生・記録を行うことはできない。
【００１２】
そこで、対物光学素子も含めた同一の光ピックアップ装置によって複数種類の光ディスクの規格に対して情報の再生・記録を行う「互換」を達成しようとすると、いくつかの問題点を解決しなければならない。
【００１３】
（１）まず、それぞれはＮＡが異なるため、各々のＮＡをメディアに応じて選択的に用いるための「絞り」機能が必要になる。
（２）また保護基板厚が異なる光ディスク間では、その差によって球面収差が発生するため、これを解消する必要がある。特にＤＶＤでは０．６ｍｍ、ＣＤでは１．２ｍｍであるため、非常に顕著な球面収差が発生する。また「高密度な光ディスク」の保護基板厚を０．１ｍｍにした場合、さらに球面収差を補正するのが困難になる。
【００１４】
これらの課題については、波長選択性のあるダイクロイックフィルターを用いる方法や、対物光学素子に回折構造を設けることによって波長選択性を与える方法が提案され、実現されている。また対物光学素子を特殊な輪帯構造に分割する方法も提案されている。
【００１５】
また次のような課題もある。
（３）保護基板厚・ＮＡが同じで、使用波長が異なる光ディスクの規格の間で「互換」を達成しようとする場合（例えば６５５ｎｍと４０５ｎｍとを使用する場合）、基板厚の差による球面収差は生じないが、波長差による球面収差（＝色収差分の球面収差）の発生は避けられず、これを解消する必要がある。
また、この課題についても、対物レンズの光源側の面全域、あるいは、光軸を中心とした一定の領域に回折構造を設け、これら領域を通過する各波長の光束に対して回折作用を与えることで、所定の回折次数光を利用した上記球面収差を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−１９５７６９号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
光ピックアップ装置自体も小型化、軽量化、特に薄型化が要望されているため、要素部品、特に光学素子について、非常に厳しい性能が要求されている。
【００１８】
特に薄型化することにより、作動距離（対物光学素子と光ディスクとの距離のこと。ワーキングディスタンスともいう）が短くなる。倍率をあげて、ワーキングディスタンスを大きくしても、像高特性を悪化させるので好ましくない。またワーキングディスタンスの差が大きくなると、アクチュエーターへの負担が大きくなり、消費電力も増大してしまう。
また、上記特許文献１にも開示されているように、複数の光ディスクに対して互換性を有する光ピックアップ装置が求められているが、現段階において、互換を行なう各光ディスクに対する光学系倍率が指定（決定）された場合における、統一的な対物レンズ（対物光学素子）の設計手法が確立されていないという問題があり、設計作業の作業性向上が求められている。
【００１９】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、要求される性能・スペックを満たす光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法、対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
（１）保護基板厚の異なる複数種類の光情報記録媒体に対し、前記保護基板厚が薄い第１の光情報記録媒体に対しては波長６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である第１の光源を、前記保護基板厚が厚い第２の光情報記録媒体に対しては波長７５５ｎｍ以上８０５ｎｍ以下である第２の光源を対応させて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法であって、前記対物光学素子の光学機能面を、全ての種類の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる光軸を含む中央領域と、該中央領域よりも光軸から見て外側であって主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる周辺領域とを有する、光軸を中心とする複数の同心円状に設定し、前記中央領域について、式（１）の条件を満たし、かつ光ピックアップ装置の最大トラッキング量が０．５ｍｍである場合、発生する３次コマ収差ＣＭ３が条件（イ）を満たすように、前記対物光学素子の前記第１の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｄ）及び前記第２の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｃ）を選択することを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２１】
式（１）　　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　０
条件（イ）　｜ＣＭ３｜　≦　０．０５λｒｍｓ
（２）保護基板厚の異なる複数種類の光情報記録媒体に対し、前記保護基板厚が薄い第１の光情報記録媒体に対しては波長６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である第１の光源を、前記保護基板厚が厚い第２の光情報記録媒体に対しては波長７５５ｎｍ以上８０５ｎｍ以下である第２の光源を対応させて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法であって、前記対物光学素子の光学機能面を、全ての種類の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる光軸を含む中央領域と、該中央領域よりも光軸から見て外側であって主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録に用いられる周辺領域とを有する、光軸を中心とする複数の同心円状に設定し、前記中央領域について、式（１）の条件を満たすとともに、前記第１の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量と、前記第２の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量とが、各々所定の範囲内に収まる条件を満たすように、前記対物光学素子の前記第１の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｄ）及び前記第２の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｃ）を選択することを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２２】
式（１）　　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　０
（３）前記倍率ｍ（Ｄ）およびｍ（Ｃ）が式（２）の条件を満たす場合は前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に正のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定し、前記倍率ｍ（Ｄ）およびｍ（Ｃ）が式（３）の条件を満たす場合は、前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に負のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定することを特徴とする（１）又は（２）記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２３】
式（２）　　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＞　ｍ１
式（３）　　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　ｍ１
ただし、ｍ１は、−０．０８５　≦　ｍ１　≦　−０．０６５を満たす任意の値（４）前記対物光学素子の倍率について、前記ｍ（Ｃ）をゼロ、かつ前記ｍ（Ｄ）が式（４）を満たすように設定し、前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に負のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２４】
式（４）　　ｍ２　＜　ｍ（Ｄ）　＜　０．２６
ただし、ｍ２は、０．０７０　≦　ｍ２　≦　０．０９０を満たす任意の値
（５）前記対物光学素子の倍率について、前記ｍ（Ｄ）をゼロ、かつ前記ｍ（Ｃ）≠０を満たすように設定し、前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に負のパワーを与える回折構造を前記中央領域に設定することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２５】
（６）前記対物光学素子の倍率について、前記ｍ（Ｃ）が式（５）を満たすように設定することを特徴とする（５）に記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
式（５）　　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　＜　ｍ３
ただし、ｍ３は、−０．０８５　≦　ｍ３　≦　−０．０６５を満たす任意の値
【００２６】
（７）記憶容量が異なる複数種類の光情報記録媒体に対し、記憶容量の多い第１の光情報記録媒体に対しては波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である第１の光源を、記憶容量の少ない第２の光情報記録媒体に対しては波長６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である第２の光源を対応させて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる対物光学素子の設計方法であって、前記対物光学素子の光学機能面について、式（６）の条件を満たすとともに、前記第１の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量と、前記第２の光情報記録媒体に対する正弦条件違反量とが、各々所定の範囲内に収まる条件を満たすように、前記対物光学素子の前記第１の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｂ）及び前記第２の光情報記録媒体に対する倍率ｍ（Ｄ）を選択し、前記光学機能面に、前記第２の光源からの光束が通過した際に、光束に正のパワーを与える回折構造を付与することを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２７】
式（６）　　−０．０３　＜　ｍ（Ｄ）　−　ｍ（Ｂ）　＜　０
（８）前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体とは、保護基板厚が等しいことを特徴とする（７）記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２８】
（９）前記第１の光情報記録媒体の保護基板厚は、前記第２の光情報記録媒体の保護基板厚よりも薄いことを特徴とする（７）記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００２９】
（１０）前記光ピックアップ装置中に、前記第１の光源及び前記第２の光源と、前記対物光学素子との間に、前記対物光学素子の前記周辺領域に対して前記第２の光源からの光束を通過させない波長選択性を備えた絞り兼用フィルターを有し、かつ前記第１の光源からの光束が無限平行光、前記第２の光源からの光束が有限発散光（無限平行光に近い有限発散光）で前記対物光学素子に入射する場合、前記周辺領域について、前記第２の光源からの光束が通過した際、フレア化するように構成されていることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００３０】
（１１）前記光ピックアップ装置中、前記第１の光源からの光束が無限平行光、前記第２の光源からの光束が有限発散光で前記対物光学素子に入射する場合、前記周辺領域について、前記第２の光源からの光束が通過した際、フレア化する光学機能面を設定することを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００３１】
（１２）前記フレア化する光学機能面は非球面屈折面から構成されることを特徴とする（１１）記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
（１３）前記フレア化する光学機能面は回折構造を有することを特徴とする（１１）記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
【００３２】
（１４）前記フレア化する光学機能面は位相差付与構造を有することを特徴とする（１１）記載の光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の設計方法。
（１５）（１）乃至（１４）のいずれかに記載の設計方法を用いて設計したことを特徴とする光ピックアップ装置に用いる対物光学素子。
【００３３】
（１６）（１５）に記載の対物光学素子を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に関わるＣＤ・ＤＶＤ互換光ピックアップ装置に用いる対物レンズを光軸方向から見た概観図である。このレンズはプラスティック樹脂により成形されているが、ガラスモールドによって構成されるものであってもよい。
【００３６】
図示しない光ピックアップ装置は２つの光源を有し、それぞれ異なった波長の光束を出射する。片方は６５５ｎｍ、他方は７８５ｎｍであり、それぞれ請求項１乃至６の発明でいうところの「第１の光源」「第２の光源」に相当する。
【００３７】
図１のレンズは光軸を中心とした２領域に分割されており、中央領域はＮＡ０．４５、周辺領域はＮＡ０．６０となっており、中央領域はＣＤとＤＶＤの両方に用いられ、周辺領域は主にＤＶＤに用いられる光学機能面である。また中央領域には同心円状・輪帯状の回折構造が形成されている。
【００３８】
なお特許請求の範囲でいうところの「第１の光情報記録媒体」はＤＶＤに相当し、「第２の光情報記録媒体」はＣＤに相当する。
またＣＤメディアに対して、周辺領域を通過した光束が入射すると、スポット径が小さくなり、ＣＤのピットから情報を再生する、又は記録するのに好適なサイズの集光スポット径が得られない。そのため、ＣＤに対する情報の再生・記録時には、波長７８５ｎｍの光束がＣＤメディアに集光しないような工夫がされている。
【００３９】
この例では、光ピックアップ装置中、対物光学素子の光源側に隣接してダイクロイックフィルターを設ける。このフィルターは波長選択性があり、波長７８５ｎｍの光束は反射し、波長６５５ｎｍの光束は透過させる。また形状は対物光学素子の周辺領域に対応したリング状の絞り形状になっている（請求項１２の方法）。このため、周辺領域についてのみ、波長選択性を有する。また、光源の近傍に配置したコリメータなどの光学素子によって、ＤＶＤ用の光源からの光束は無限平行光、ＣＤ用の光源からの光束は有限発散光で対物レンズに入射するようになっている。
【００４０】
このような、「対物光学素子の周辺領域を通過する波長７８５ｎｍの光束をＣＤメディアに対して集光させない工夫」については、他の方法を採用することもできる。
【００４１】
たとえば請求項１３の方法のように、光源からの光束をコリメータによって調整しておき、ダイクロイックフィルターを有していなくても、対物光学素子の周辺領域に入射したＣＤ用の７８５ｎｍの光束をフレア化させ、ＣＤメディアに対してスポットを形成させない方法もある。
【００４２】
光束がフレア化した状態、つまり焦点位置が連続的な領域に分布した状態では、入射した光束がスポットを形成しないため、ＣＤメディアに対して集光することがない。
【００４３】
この場合、波長７８５ｎｍの光束の発散度合によっては、対物レンズの周辺領域について、特に工夫を設けておかなくてもよいが、そうでない場合は、周辺領域に回折構造や位相差付与構造（位相シフト構造、ＮＰＳ、ＮｏｎＰｅｒｅｏｄｉｃＳｕｒｆａｃｅともいう）を設けておく（請求項１４、１５、１６の方法）。
【００４４】
このようにすることにより、対物レンズの周辺領域に入射した波長７８５ｎｍの光束はフレア化し、中央領域を通過した光束を用いて、ＣＤ用のスポット形状を好適に形成できる。
【００４５】
図２は、光ピックアップ装置におけるＣＤの倍率ｍ（Ｃ）を縦軸、ＤＶＤの倍率ｍ（Ｄ）を横軸にとったグラフである。
ＣＤ・ＤＶＤいずれかの機能のみを有する光ピックアップ装置を実現する場合はもとより、ＣＤ・ＤＶＤ互換の光ピックアップ装置を実現する場合は、実用上可能な倍率の範囲がある。
【００４６】
たとえばＣＤ・ＤＶＤの互換の光ピックアップ装置である場合、特に単一の基板上にごく短い間隙を介して２つの発光素子を実装した、いわゆる「２レーザー１パッケージ」の光源ユニットを採用する場合は、ＣＤとＤＶＤとで同じ倍率を実現しなければならず、これが一方の限界である。
【００４７】
そしてワーキングディスタンスの差がゼロである状態が他方の限界となる。
つまり、図２において、
・ｍ（Ｃ）＝ｍ（Ｄ）のラインよりも下方
かつ、
・ｍ（Ｃ）＝ｍ（Ｄ）＋Ｔのラインよりも上方
の領域に入っている必要があり、すなわち、次の条件を満たしていなければならない。
【００４８】
Ｔ　＜　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　０
上述の通り、ｍ１はワーキングディスタンスの差がゼロである状態に基づいて定められ、算出すると、−０．１２　≦　Ｔ　≦　−０．１０の範囲である。
【００４９】
つまり
式（１）　　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　０
の条件を満たせば良い。
【００５０】
つまり、この図２において、帯状の領域に入る条件である。
しかし、この帯状の領域のどこでも良いわけではなく、光ピックアップ装置として必要な条件を考慮して、上限・下限を定める必要がある。
【００５１】
ここで、請求項１の方法について説明すると、光ピックアップ装置の最大トラッキング量に対して発生する３次コマ収差の量を考慮する。
つまり、光ピックアップ装置がトラッキングすることにより、３次コマ収差が発生するが、これによってセンサーにて検出される信号にノイズが含まれてしまう。
【００５２】
そこで、光ピックアップ装置として要求されるスペック、採用されるセンサーの性能、その他の要因を総合的に考慮した結果、最大トラッキング量を０．５ｍｍとした場合、許容範囲となる３次コマ収差は次の条件であることが判った。
【００５３】
条件（イ）　｜ＣＭ３｜　≦　０．０５λｒｍｓ
したがって、対物光学素子を設計する際は、最大トラッキング量に対して発生する３次コマ収差の絶対値が０．０５λｒｍｓ以下であれば良い。
【００５４】
このような条件を考慮して倍率を選択して、対物レンズを設計することにより、ＣＤ・ＤＶＤ互換の光ピックアップ装置の対物光学素子を好適に設計することができる。
【００５５】
つぎに請求項２の方法では、光ピックアップ装置の像高特性を考慮する。特に単一の基板上にごく短い間隙を介して２つの発光素子を実装した、いわゆる「２レーザー１パッケージ」の光源ユニットを採用する場合に好適な方法である。
【００５６】
先の方法では３次コマ収差について考慮したが、倍率（の絶対値）が大きくなると、光ピックアップ装置の像高特性が悪化する。
そこで、式（１）の条件を守りつつ、像高特性がともに良好な倍率を選択しなければならない。ここで、像高特性を考慮する際の指標として、正弦条件違反量を用いる。
【００５７】
実際に対物光学素子の設計を行う際には、式（１）の条件を満たすｍ（Ｃ）、ｍ（Ｄ）であって、かつ正弦条件違反量が上述の所定の範囲を越えないようなｍ（Ｃ）、ｍ（Ｄ）を決定する。
【００５８】
次いで請求項３の設計方法について説明する。
図２における帯状の領域のうち、上限（右上方向）、下限（左下方向）については上述の方法によって制限を設けるが、さらに光ピックアップ装置全体の構成を考慮した上で、好適な対物光学素子の倍率を設定する必要がある。
【００５９】
図２における直線Ａは、次の関係式を満たす直線である。
式（２）　　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＝　ｍ１
ただし、ｍ１は、−０．０８５　≦　ｍ１　≦　−０．０６５を満たす任意の値である。
【００６０】
この直線上に乗る倍率の条件である場合は、対物光学素子の中央領域は、屈折面のみで構成しても、ＣＤ光ディスクとＤＶＤ光ディスクとで基板厚の差に基づく球面収差が発生しない。
【００６１】
しかし、この直線上から外れた場合、中央領域を通過した光束について、基板厚の差に基づく球面収差が発生するため、これを補正する必要がある。
ここで、図２の帯状の領域中、直線Ａより上側の領域で倍率が設定された場合、つまり倍率が式（２）の条件を満たす場合は、対物光学素子に正のパワーを与える回折構造を付与することにより、発生する球面収差を補正することができる。
【００６２】
式（２）　　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＞　ｍ１
逆に、図２の帯状の領域中、直線Ａより下側の領域で倍率が設定された場合、つまり倍率が式（３）の条件を満たす場合は、対物光学素子に負のパワーを与える回折構造を付与することにより、発生する球面収差を補正することができる。
【００６３】
式（３）　　ｍ（Ｃ）　−　ｍ（Ｄ）　＜　ｍ１
次いで請求項４の設計方法について説明する。
たとえば上述の設計方法による倍率選択を行うにしても、ＣＤの倍率ｍ（Ｃ）をゼロに設定した場合は、ＤＶＤの倍率ｍ（Ｄ）のみ、選択の自由度が残る。
【００６４】
この場合、光ピックアップ装置のコンパクト性を追求すると、ＤＶＤの倍率ｍ（Ｄ）が負の方向にふれるが、そうするとワーキングディスタンスがＣＤ、ＤＶＤともに小さくなり、トラッキング特性を維持するのが困難になる。
【００６５】
そこで、ＣＤの倍率ｍ（Ｃ）をゼロに設定した場合は、対物光学素子の中央領域に、光束に負のパワーを与える回折構造を形成する。
つまり図２のｍ（Ｄ）軸が直線Ａと交わった点より、プラス側の領域中から倍率を選択し、かつ対物光学素子の中央領域に、光束に負のパワーを与える回折構造を形成する。
【００６６】
このプラス側の領域は、式（４）を満たす領域である。
式（４）　ｍ２　＜　ｍ（Ｄ）　＜　０．２６
ただし、ｍ２は、０．０７０　≦　ｍ２　≦　０．０９０を満たす任意の値である。
【００６７】
これによって上述の問題は解決でき、さらにＣＤ側の像高特性を向上させるのにも好適である。
さらに、請求項５及び６の設計方法について説明する。
【００６８】
請求項４の設計方法とは逆に、ＤＶＤの倍率ｍ（Ｄ）をゼロに設定した場合は、ＣＤの倍率ｍ（Ｃ）のみ、選択の自由度が残る。
さて互換の光ピックアップ装置については、一般的に、ＤＶＤのワーキングディスタンスはＣＤのそれより長い。しかし省電力や位置精度向上の観点から、ワーキングディスタンス（対物光学素子と光ディスクとの距離のこと、作動距離ともいう）の差が小さいことが好ましい。
【００６９】
そこでＣＤのワーキングディスタンスが長くなるように工夫することにより、作動距離の差を小さく出来る。
よって特にＤＶＤの倍率ｍ（Ｄ）をゼロに設定した場合は、対物光学素子の中央領域に、光束に負のパワーを与える回折構造を形成する。
【００７０】
つまり図２のｍ（Ｃ）軸が直線Ａと交わった点より、マイナス側の領域中から倍率を選択し、かつ対物光学素子の中央領域に、光束に負のパワーを与える回折構造を形成する。
【００７１】
このマイナス側の領域は、式（５）を満たす領域である。
式（５）　−０．１２　＜　ｍ（Ｃ）　＜　ｍ３
ただし、ｍ３は、−０．０８５　≦　ｍ３　≦　−０．０６５を満たす任意の値である。
【００７２】
これによってワーキングディスタンスの差を小さくすることが出来る。
上述の請求項４乃至６に関わる設計方法は、光源光束の片方が無限光束（平行光束）であるので、その光束については像高特性が良好であるので、対物光学素子の設計において両方の光束について像高特性を向上させる工夫が必要なくなり、考慮する要因が減るため、設計の効率化を図ることができる。
【００７３】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について述べる。この形態は、光源にいわゆる青紫レーザーを用いた「高密度な光ディスク」と、ＤＶＤとの互換を達成する光ピックアップ装置である。
【００７４】
この例では、「高密度な光ディスク」の保護基板厚を、ＤＶＤのそれと同じ厚さにしている（ともに０．６ｍｍにしている）。「高密度な光ディスク」は単層で約１５ＧＢ程度、多層化することによって３０〜４０ＧＢ程度の情報記録が可能なものである。そのため、対物レンズのＮＡを等しくすることが出来る。
【００７５】
図３は本発明に関わる「高密度な光ディスク」・ＤＶＤ互換光ピックアップ装置に用いる対物レンズを光軸方向から見た概観図である。このレンズはプラスティック樹脂により成形されているが、ガラスモールドによって構成されるものであってもよい。
【００７６】
図示しない光ピックアップ装置は２つの光源を有し、それぞれ異なった波長の光束を出射する。片方は４０５ｎｍ、他方は６５５ｎｍであり、それぞれ請求項７乃至１１の発明でいうところの「第１の光源」「第２の光源」に相当する。
【００７７】
図３のレンズは光学機能面がＮＡ０．６５となっており、全ての面がＤＶＤと「高密度な光ディスク」の両方に用いられる。また光学機能面の全面に同心円状・輪帯状の回折構造が形成されている。
【００７８】
なお「第１の光情報記録媒体」は「高密度な光ディスク」に相当し、「第２の光情報記録媒体」はＤＶＤに相当する。
この例では、第１の実施の形態とは異なり、光ディスクの規格毎に保護基板厚の厚さが変わらないので、基板厚の差による球面収差は生じない。
【００７９】
そのため、光学機能面を複数の領域に分割したり、入射する光束について、波長毎にＮＡを区別する必要が無いという利点がある。
しかし、波長差による球面収差（＝色収差分の球面収差）の発生は避けられず、これを解消する必要がある。
【００８０】
そのため、本実施の形態では、光学機能面全面に回折構造を設けて、少なくとも上記の波長差による球面収差（＝色収差分の球面収差）について補正するようにしている。これは、常に対物光学素子に正のパワーを与える回折構造である。
【００８１】
さらにまたこの回折構造には、温度変化に伴う波長変化及び対物レンズ素材の屈折率変化によって生じる焦点位置変動を低減させる、いわゆる温度補償の機能を持たせることもできる。また、光路中に別の光学素子を設け、その素子に温度補償の機能を持たせることも出来る。このような補正機能としては、色収差を低減させるといったものもある。
【００８２】
ところで、使用する波長の関係から、４０５ｎｍの波長を光源に用いる「高密度な光ディスク」と、６５５ｎｍの波長を光源に用いるＤＶＤとでは、それぞれに用いる回折光の次数が異なる（＝最大回折効率を有する回折光の次数が波長によって異なる）。この「回折次数が異なる」点は、４０５ｎｍの光源と６５５ｎｍの光源を用いる限り、保護基板厚の厚さが同じであるか、異なっているかを問わない。
【００８３】
さて図４は、光ピックアップ装置におけるＤＶＤの倍率ｍ（Ｄ）を縦軸、「高密度な光ディスク」の倍率ｍ（Ｂ）を横軸にとったグラフである。
ＤＶＤ・「高密度な光ディスク」いずれかの機能のみを有する光ピックアップ装置を実現する場合はもとより、ＤＶＤ・「高密度な光ディスク」互換の光ピックアップ装置を実現する場合は、実用上可能な倍率の範囲がある。
【００８４】
また上記の異次回折光を用いるといった点や、「２レーザー１パッケージ」の光源ユニットを採用する可能性も考慮すると、実用上選択可能な倍率の範囲は、次の条件を満たしていなければならない。
【００８５】
Ｕ　＜　ｍ（Ｄ）　−　ｍ（Ｂ）　＜　０
つまり、図４において、
・ｍ（Ｄ）＝ｍ（Ｂ）のラインよりも下方
かつ、
・ｍ（Ｄ）＝ｍ（Ｂ）＋Ｕのライン（直線Ｂ）よりも上方
の領域に入っている必要があり、すなわち、次の条件を満たしていなければならない。
【００８６】
この場合Ｕは回折構造を用いず、屈折面を用いる場合に基づいて定められ、これを算出すると、−０．０３　≦　Ｕ　　≦　−０．０１の範囲である。
つまり
式（６）　　−０．０３　＜　ｍ（Ｄ）　−　ｍ（Ｂ）　＜　０
の条件を満たせば良い。
【００８７】
つまり、この図４において、帯状の領域に入る条件である。
しかし、この帯状の領域のどこでも良いわけではなく、光ピックアップ装置として必要な条件を考慮して、上限・下限を定める必要がある。
【００８８】
請求項７の方法では、光ピックアップ装置の像高特性を考慮する。特に単一の基板上にごく短い間隙を介して２つの発光素子を実装した、いわゆる「２レーザー１パッケージ」の光源ユニットを採用する場合に好適な方法である。
【００８９】
選択する倍率（の絶対値）が大きくなると、光ピックアップ装置の像高特性が悪化する。
そこで、式（６）の条件を守りつつ、像高特性がともに良好な倍率を選択しなければならない。ここで、像高特性を考慮する際の指標として、正弦条件違反量を用いる。
【００９０】
実際に対物光学素子の設計を行う際には、式（６）の条件を満たすｍ（Ｄ）、ｍ（Ｂ）であって、かつ正弦条件違反量が上述の所定の範囲を越えないようなｍ（Ｄ）、ｍ（Ｂ）を決定する。
【００９１】
さて、この例では保護基板厚の同じディスクについて説明したが、保護基板厚が異なる規格に対しても設計が可能である。
これは第１の実施の形態と同じように、光学機能面を複数の領域に分ける工夫、対物レンズに入射する光束に対して波長選択性を有する絞り兼用フィルターを設ける等の工夫を行い、さらに基板厚さに基づく球面収差の補正を行うことを考慮する。
【００９２】
この場合も第１の実施の形態と同様、球面収差補正のための回折構造を設けたり、そのための光学素子を設けることによって対応が可能である。
【００９３】
【発明の効果】
以上、本発明に関わる設計方法によれば、複数のフォーマット互換の光ピックアップ装置のスペックや要求に応じた対物光学素子を設計するにあたり、所望かつ好適な倍率を、効率的に求めることができ、また状況に応じて中央領域に付与する回折構造の性格も決定できる。
【００９４】
そしてその結果得られた対物光学素子を用いることにより、コンパクトで作動距離差が小さく、かつその他の光学特性に優れた光ピックアップ装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わり、中央領域に回折構造を有する対物レンズを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に関わり、ＣＤとＤＶＤとの互換光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の倍率を示す図である。
【図３】本発明に関わり、全光学機能面に回折構造を有する対物レンズを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に関わり、ＤＶＤと「高密度な光ディスク」との互換光ピックアップ装置に用いる対物光学素子の倍率を示す図である。
【図１】
2004079152.tif 000003
【図２】
2004079152.tif 000004
【図３】
2004079152.tif 000005
【図４】
2004079152.tif 000006