(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の光束を射出する第１の光源と、波長λ２（λ１≠λ２）の光束を射出する第２の光源と、第１の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第１の光源から射出された光束を、前記第１の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させると共に、前記第１の光情報記録媒体とは情報の記録密度が異なる第２の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第２の光源から射出された光束を、前記第２の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させるための少なくとも対物レンズを含む集光光学系と、前記第１及び第２の光情報記録媒体からの反射光又は透過光を受光するための光検出器とを有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
前記第１の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ１と、前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ２とは、ｔ１＜ｔ２なる関係を満たし、
前記対物レンズの少なくとも１面の光学面は、回折構造を備えない中央領域と、前記中央領域に隣接し回折構造を備えた周辺領域とが設けられており、
前記第１の光源を用いて前記第１の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ１、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第１スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｍ次回折光（ｍは、０を除く整数）とし、前記第２の光源を用いて前記第２の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第２スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｎ次回折光（ｎは、０を除く整数）としたとき、
前記第２の光源から射出された光束が、前記第１の光源から射出された光束より大きな発散角で前記対物レンズに入射し、
前記中央領域は、前記開口数ＮＡ２内の光束が通過する領域にほぼ相当し、
前記ｎ次回折光の光束は、前記対物レンズの前記中央領域を通過した光束よりも５μｍ以上隔てた位置で光軸と交わり、
前記ｍ次回折光の光束が前記第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が前記第２スポット内に到達する光量が少なく、且つ、前記ｍ次回折光と前記ｎ次回折光とは、ｍ＝ｎの関係を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項２】
前記回折構造は、光軸を含む面での断面形状が鋸歯状であ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用の対物レンズ。
【請求項３】
前記回折構造は、前記波長λ１でブレーズ化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項４】
前記中央領域は、非球面形状の屈折面であ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用の対物レンズ。
【請求項５】
前記少なくとも１面の光学面が、前記中央領域と前記周辺領域とからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項６】
前記対物レンズに入射する前記第１の光源から射出された光束が、光軸に対して略平行であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項７】
前記第２の光源から射出した光束が、横倍率ｍ２が−１／２０＜ｍ２＜−１／１０となるように前記対物レンズに入射することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項８】
前記ｎ次回折光の光束は、前記第２スポットを形成する前記中央領域を通過した光束よりも対物レンズ側で光軸と交わることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項９】
所定開口数ＮＡ１内の光束が通過する前記周辺領域の前記回折構造は回折輪帯を有し、前記回折輪帯の数は５以上２０以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項１０】
前記ｎ次回折光と前記ｍ次回折光において、ｎ＝ｍ＝＋１の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項１１】
前記開口数ＮＡ２が、０．４５＜ＮＡ２＜０．６の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項１２】
前記波長λ１が、６４０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの関係を満たし、前記波長λ２が、７５０ｎｍ＜λ２＜８１０ｎｍの関係を満たすことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項１３】
前記第１の光情報記録媒体の透明基板厚ｔ１＝０．６ｍｍであり、前記第２の光情報記録媒体の透明基板厚ｔ２＝１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項１４】
前記第１の光源から射出した光束のうち、前記第ｍ次回折光の透過率と、前記中央領域を通過した光束の透過率との差が５％以内であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項１５】
波長λ１の光束を射出する第１の光源と、波長λ２（λ１≠λ２）の光束を射出する第２の光源と、第１の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第１の光源から射出された光束を、前記第１の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させると共に、前記第１の光情報記録媒体とは情報の記録密度が異なる第２の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第２の光源から射出された光束を、前記第２の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させるための少なくとも対物レンズを含む集光光学系と、前記第１及び第２の光情報記録媒体からの反射光又は透過光を受光するための光検出器とを有する光ピックアップ装置であって、
前記第１の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ１と、前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ２とは、ｔ１＜ｔ２なる関係を満たし、
前記対物レンズの少なくとも１面の光学面は、回折構造を備えない中央領域と、前記中央領域に隣接し回折構造を備えた周辺領域とが設けられており、
前記第１の光源を用いて前記第１の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ１、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第１スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｍ次回折光（ｍは、０を除く整数）とし、前記第２の光源を用いて前記第２の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第２スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｎ次回折光（ｎは、０を除く整数）としたとき、
前記第２の光源から射出された光束が、前記第１の光源から射出された光束より大きな発散角で前記対物レンズに入射し、
前記中央領域は、前記開口数ＮＡ２内の光束が通過する領域にほぼ相当し、
前記ｎ次回折光の光束は、前記対物レンズの前記中央領域を通過した光束よりも５μｍ以上隔てた位置で光軸と交わり、
前記ｍ次回折光の光束が前記第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が前記第２スポット内に到達する光量が少なく、且つ、前記ｍ次回折光と前記ｎ次回折光とは、ｍ＝ｎの関係を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１６】
少なくとも１つのレンズ面に、回折構造を備えない中央領域と、回折構造を備えた周辺領域とを備えた光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
波長λ１の第１レーザ光による平行光束を入射させた際に、前記中央領域を通過し、第１の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た光束の波面収差の球面収差成分が最小となる位置での、前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第１スポットとし、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｍ次回折光（ｍは、０を除く整数）とし、
波長λ２（λ２≠λ１）の第２レーザ光による平行光束よりも所定の発散された光束を入射させた際に、前記中央領域を通過し、第２の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た光束の波面収差の球面収差成分が最小となる位置での、前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第２スポットとし、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｎ次回折光（ｎは、０を除く整数）としたとき、
前記第１の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ１と、前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ２とは、ｔ１＜ｔ２なる関係を満たし、
前記ｎ次回折光の光束は、前記第２スポットを形成する前記中央領域を通過した光束よりも５μｍ以上隔てた位置で光軸と交わり、
前記ｍ次回折光の光束が前記第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が前記第２スポット内に到達する光量が少なく、且つ、前記ｍ次回折光と前記ｎ次回折光とは、ｍ＝ｎの関係を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【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用の対物レンズ及び光ピックアップ装置に関し、例えば情報記録密度が異なる光情報記録媒体に情報記録及び／又は情報再生の可能な光ピックアップ装置用の対物レンズ及びその光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色半導体レーザ実用化に伴い、従来の光ディスクすなわち光情報記録媒体であるＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで、より大容量化を図った高密度の光ディスクであるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の開発が進んでいる。このような光ディスクなどを媒体とした光情報記録再生装置の光学系において、記録信号の高密度化を図るため、対物レンズが記録媒体上に集光するスポットを小さくすることが要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように市場には、記録密度が異なる様々な光ディスクが存在するが、個々の光ディスクに対して、情報の記録及び／又は再生を行うことができる専用の情報記録再生装置を購入することはユーザーにとって大きな負担となる。そこで、例えばＤＶＤに対して情報の記録又は再生を行う光学系を用いて、ＣＤに対して情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置を備えた情報記録再生装置が開発されている。
【０００４】
このような光ピックアップ装置においては、ＤＶＤに対しては、対物レンズに平行光を入射させることで、記録面にスポット光を集光させ、一方、平行光を入射させると透明基板厚の差から収差の生じるＣＤに対しては、発散光を入射させることで、適切なスポット光をその記録面に集光させるようにしている。
【０００５】
尚、ＤＶＤとＣＤとでは必要開口数が異なることから、これを調整すべく、ダイクロイックフィルタを用いることも行われている。ダイクロイックフィルタは、ＤＶＤに対して情報の記録又は再生を行う波長の光束については、そのまま通過させ、一方、ＣＤに対して情報の記録又は再生を行う波長の光束については、ＣＤに必要な開口数になるよう遮光するという機能を有する。このようなダイクロイックフィルタを設けることなく、情報記録密度が異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生が行われると、コスト面から好ましい。
【０００６】
本発明は、異なる情報記録密度の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生（以下、単に記録再生ともいう）を可能とする光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、波長λ１の光束を射出する第１の光源と、波長λ２（λ１≠λ２）の光束を射出する第２の光源と、第１の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第１の光源から射出された光束を、前記第１の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させると共に、前記第１の光情報記録媒体とは情報の記録密度が異なる第２の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第２の光源から射出された光束を、前記第２の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させるための少なくとも対物レンズを含む集光光学系と、前記第１及び第２の光情報記録媒体からの反射光又は透過光を受光するための光検出器とを有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
前記第１の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ１と、前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ２とは、ｔ１＜ｔ２なる関係を満たし、
前記対物レンズの少なくとも１面の光学面は、回折構造を備えない中央領域と、前記中央領域に隣接し回折構造を備えた周辺領域とが設けられており、
前記第１の光源を用いて前記第１の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ１、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第１スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｍ次回折光（ｍは、０を除く整数）とし、前記第２の光源を用いて前記第２の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第２スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｎ次回折光（ｎは、０を除く整数）としたとき、
前記第２の光源から射出された光束が、前記第１の光源から射出された光束より大きな発散角で前記対物レンズに入射し、
前記中央領域は、前記開口数ＮＡ２内の光束が通過する領域にほぼ相当し、
前記ｎ次回折光の光束は、前記対物レンズの前記中央領域を通過した光束よりも５μｍ以上隔てた位置で光軸と交わり、
前記ｍ次回折光の光束が前記第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が前記第２スポット内に到達する光量が少なく、且つ、前記ｍ次回折光と前記ｎ次回折光とは、ｍ＝ｎの関係を満たすことを特徴とする。
【０００８】
すなわち、前記回折構造の前記周辺領域を通過した光束が、前記中央領域を通過した光束により形成されたスポット内に到達すると、前記周辺領域を通過した光束は開口数ＮＡが大きいため、スポット径は小さくなる。請求項１に記載の対物レンズによれば、前記ｍ次回折光の光束が第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が第２スポット内に到達する光量を少なくすることで、前記波長λ１の光束を対物レンズに入射させた場合はスポット径が小さくなり、それにより記録密度の高い光情報記録媒体に対して記録又は再生を行うことが出来、一方、前記波長λ２（λ２＞λ１）の光束を対物レンズに入射させた場合はスポット径が大きくなり、それにより記録密度の低い光情報記録媒体に対して記録又は再生を行うことが出来る。特に、前記第２の光情報記録媒体の記録又は再生を行う際に必要な前記第２スポットのスポット径に実質的に影響がないよう（スポット径が小さくなりすぎない程度）に、前記第２スポット内に到達する前記ｎ次回折光の光束の光量が少ないことが望ましく、更に、前記ｎ次回折光の光束を含む、前記開口数ＮＡ１より外側の光束の全てが、そのスポット径の大きさを実質的に変えない程度に、前記第２スポット内に到達する光量が少ないことが好ましい。
【０００９】
更に、次数ｍ＝ｎの関係を満たすような回折構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯状に近い形状となり、光軸方向の段差量も比較的小さくすることが出来るので、旋盤による金型加工が比較的容易であるというメリットがある。更に、このような回折構造を用いることで、ダイクロイックフィルタを用いることなく、情報記録密度が異なる光情報記録媒体に対して、それぞれ適切に情報の記録又は再生を行うことができる。尚、本明細書において「ほぼ相当する」とは、両者の領域が完全に一致していなくてもよく、発明の効果を逸脱しない範囲（前記第２の光情報記録媒体に記録又は再生を行う際のスポット径に実質的な影響がない程度）で、わずかに大小の関係があっても良いことを意味する。ｍ、ｎの整数が、正負の符号にかかる数を含んでいるものであるのは勿論のことである。更に又、前記中央領域に回折構造を備えていないので、回折構造を備えた場合に比較して、そこに入射される光の利用効率を簡単な構成で高くすることができる。本明細書中、回折光の次数が正であるとは、回折の効果が光束を光軸方向に向ける収束のパワーを持つことを意味する。
また、例えば、ＤＶＤとＣＤのような透明基板厚が異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う場合、薄い透明基板厚の第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）に対して球面収差が補正された光束を用いて、厚い透明基板厚の第２の光情報記録媒体（ＣＤ）に対して情報の記録又は再生を行うと、球面収差が補正過剰となってしまう。これに対し、前記対物レンズに入射する光束の発散角を大きくすることで、球面収差を補正不足側に戻すことができる。すなわち、ＣＤに対して情報の記録又は再生を行う際には、ＤＶＤに対して情報の記録又は再生を行う際より入射する光束の発散角を大きくすることで、球面収差を適切に補正できる。尚、本明細書において、発散角とは、前記対物レンズの光源側の面における、光軸からの高さが同じ位置に入射する光線が、光軸に対して持つ発散角のことを意味する。
【００１０】
請求項２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記回折構造が、光軸を含む面での断面形状が鋸歯状であるので、前記対物レンズの透過率減少を極力抑制することができる。又、凹凸の矩形状の断面形状の場合と比較して、前述のように、レンズ成形する際の金型を加工するときの製造も容易に行うことができる。
【００１２】
請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記回折構造が、前記波長λ１でブレーズ化されているので、波長λ１の光束に対して、その回折構造での光利用効率を極めて高くすることができる。即ち、波長λ１でブレーズ化することにより、波長λ１の光束に対して、前記周辺領域の回折構造により発生する回折光の中で、特定次数の回折光の効率を他の次数の回折光の効率より高めることができる。
【００１５】
請求項４に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記中央領域は、非球面形状の屈折面であるので、光の利用効率を高くすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記少なくとも１面の光学面が、前記中央領域と前記周辺領域とからなるので、光学面を２つの領域からなる簡単な構成にでき、容易に製造することができる。
【００１９】
請求項６に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記対物レンズに入射する前記第１の光源から射出された光束が、光軸に対して略平行であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記第２の光源から射出した光束が、横倍率ｍ２が−１／２０＜ｍ２＜−１／１０となるように前記対物レンズに入射することを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記ｎ次回折光の光束は、前記第２スポットを形成する前記中央領域を通過した光束よりも対物レンズ側で光軸と交わることを特徴とする。
【００２２】
回折の効果により収束のパワーを持たせると、前記対物レンズの屈折による収束のパワーを小さくできるので、屈折率の温度変化に起因する波面収差の球面収差の変化を小さくできる。又、波長の変化に起因する波面収差の球面収差の変化は、回折が収束のパワーを持っている場合、屈折率の温度変化に起因する変化と逆符号なので、更に温度変化による波面収差の球面収差成分の変化を軽減できる。ｎ次回折光が第２スポットを形成する中央領域を通過した光束よりも対物レンズ側で交わるようにすると、回折の収束のパワーが大きくなり、波面収差の球面収差成分の温度変化をより小さくすることができる。特に、対物レンズに発散光が入射する場合、ｎ次回折光が第２スポットを形成する中央領域を通過した光束と比べて、対物レンズよりも遠い側で光軸と交わるようにすると、回折の収束のパワーを大きくすることが難しくなるので、対物レンズ側で交わるようにするのが望ましい。
【００２３】
請求項９に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、所定開口数ＮＡ１内の光束が通過する前記周辺領域の前記回折構造は回折輪帯を有し、前記回折輪帯の数は５以上２０以下であることを特徴とする。
【００２４】
対物レンズの径が決まっている場合、輪帯数が多いと、輪帯の幅が狭くなり、金型の加工や成形によって起こる回折輪帯形状のいわゆるダレの影響が大きくなり、最大回折光量となる次数の回折光率が小さくなる。それにより、波長λ１の光束に対しては、前記中央領域を通過した光束の透過率に比べて、前記周辺領域を通過したｍ次回折光の透過率が小さくなり、アポダイゼーションの効果によりスポット径が大きくなる。また、輪帯数が少ないと、回折の効果が小さくなる。よって、所定開口数ＮＡ１内の光束が通過する前記周辺領域の前記回折構造の回折輪帯数が、５以上２０以下であることが望ましい。
【００２８】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記ｎ次回折光と前記ｍ次回折光において、ｎ＝ｍ＝＋１の関係を満たすことを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記開口数ＮＡ２が、０．４５＜ＮＡ２＜０．６の関係を満たすことを特徴とする。
【００３１】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記波長λ１が、６４０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの関係を満たし、前記波長λ２が、７５０ｎｍ＜λ２＜８１０ｎｍの関係を満たすことを特徴とする。
【００３３】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記第１の光情報記録媒体の透明基板厚ｔ１＝０．６ｍｍであり、前記第２の光情報記録媒体の透明基板厚ｔ２＝１．２ｍｍであることを特徴とする。
【００３４】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記第１の光源から射出した光束のうち、前記第ｍ次回折光の透過率と、前記中央領域を通過した光束の透過率との差が５％以内であることを特徴とする。
【００３５】
ｍ次回折光の透過率が、前記中央領域の透過率と比べて小さい場合、アポダイゼーションの効果により、スポット系が大きくなる。所定開口数のスポット径となるようにするには、ｍ次回折光の透過率と、前記中央領域を通過した光束の透過率との差が５％以内であることが望ましい。尚、本明細書において、透過率とは、対物レンズに入射した光束の光量に対する出射した光束の光量の比を意味する。
【００３６】
請求項１５に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１の光束を射出する第１の光源と、波長λ２（λ１≠λ２）の光束を射出する第２の光源と、第１の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第１の光源から射出された光束を、前記第１の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させると共に、前記第１の光情報記録媒体とは情報の記録密度が異なる第２の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、前記第２の光源から射出された光束を、前記第２の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させるための少なくとも対物レンズを含む集光光学系と、前記第１及び第２の光情報記録媒体からの反射光又は透過光を受光するための光検出器とを有する光ピックアップ装置であって、
前記第１の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ１と、前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ２とは、ｔ１＜ｔ２なる関係を満たし、
前記対物レンズの少なくとも１面の光学面は、回折構造を備えない中央領域と、前記中央領域に隣接し回折構造を備えた周辺領域とが設けられており、
前記第１の光源を用いて前記第１の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ１、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第１スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｍ次回折光（ｍは、０を除く整数）とし、前記第２の光源を用いて前記第２の光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生をする際に必要な前記対物レンズの像側の所定開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）、その際に前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第２スポット、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｎ次回折光（ｎは、０を除く整数）としたとき、
前記第２の光源から射出された光束が、前記第１の光源から射出された光束より大きな発散角で前記対物レンズに入射し、
前記中央領域は、前記開口数ＮＡ２内の光束が通過する領域にほぼ相当し、
前記ｎ次回折光の光束は、前記対物レンズの前記中央領域を通過した光束よりも５μｍ以上隔てた位置で光軸と交わり、
前記ｍ次回折光の光束が前記第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が前記第２スポット内に到達する光量が少なく、且つ、前記ｍ次回折光と前記ｎ次回折光とは、ｍ＝ｎの関係を満たすことを特徴とする。
【００３７】
すなわち、前記回折構造の前記周辺領域を通過した光束が、前記中央領域を通過した光束により形成されたスポット内に到達すると、前記周辺領域を通過した光束は開口数ＮＡが大きいため、スポット径は小さくなる。請求項２２に記載の光ピックアップ装置によれば、前記ｍ次回折光の光束が第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が第２スポット内に到達する光量を少なくすることで、前記波長λ１の光束を対物レンズに入射させた場合はスポット径が小さくなり、それにより記録密度の高い光情報記録媒体に対して記録又は再生を行うことが出来、一方、前記波長λ２（λ２＞λ１）の光束を対物レンズに入射させた場合はスポット径が大きくなり、それにより記録密度の低い光情報記録媒体に対して記録又は再生を行うことが出来る。
【００３８】
更に、次数ｍ＝ｎの関係を満たすような回折構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯状に近い形状となり、光軸方向の段差量も比較的小さくすることが出来るので、旋盤による金型加工が比較的容易であるというメリットがある。更に、このような回折構造を用いることで、ダイクロイックフィルタを用いることなく、情報記録密度が異なる光情報記録媒体に対して、それぞれ適切に情報の記録又は再生を行うことができる。
【００６０】
請求項１６に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、少なくとも１つのレンズ面に、回折構造を備えない中央領域と、回折構造を備えた周辺領域とを備えた光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
波長λ１の第１レーザ光による平行光束を入射させた際に、前記中央領域を通過し、第１の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た光束の波面収差の球面収差成分が最小となる位置での、前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第１スポットとし、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｍ次回折光（ｍは、０を除く整数）とし、
波長λ２（λ２≠λ１）の第２レーザ光による平行光束よりも所定の発散された光束を入射させた際に、前記中央領域を通過し、第２の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た光束の波面収差の球面収差成分が最小となる位置での、前記中央領域を通過した光束により形成されるスポットを第２スポットとし、前記周辺領域を通過した光束が、その前記回折構造により発生される回折光（０次回折光を発生する場合は、その０次回折光を含む）のうち、最大の回折光量である回折光をｎ次回折光（ｎは、０を除く整数）としたとき、
前記第１の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ１と、前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さｔ２とは、ｔ１＜ｔ２なる関係を満たし、
前記ｎ次回折光の光束は、前記第２スポットを形成する前記中央領域を通過した光束よりも５μｍ以上隔てた位置で光軸と交わり、
前記ｍ次回折光の光束が前記第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が前記第２スポット内に到達する光量が少なく、且つ、前記ｍ次回折光と前記ｎ次回折光とは、ｍ＝ｎの関係を満たすことを特徴とする。
【００６１】
すなわち、前記回折構造の前記周辺領域を通過した光束が、前記中央領域を通過した光束により形成されたスポット内に到達すると、前記周辺領域を通過した光束は開口数が大きいため、スポット径は小さくなる。請求項４４に記載の対物レンズによれば、前記ｍ次回折光の光束が第１スポット内に到達する光量に対して、前記ｎ次回折光の光束が第２スポット内に到達する光量を少なくすることで、前記波長λ１の光束を対物レンズに入射させた場合はスポット径が小さくなり、それにより記録密度の高い光情報記録媒体に対して記録又は再生を行うことが出来、一方、前記波長λ２（λ２＞λ１）の光束を対物レンズに入射させた場合はスポット径が大きくなり、それにより記録密度の低い光情報記録媒体に対して記録又は再生を行うことが出来る。特に、前記第２の光情報記録媒体の記録又は再生を行う際に必要な前記第２スポットのスポット径に実質的に影響がないよう（スポット径が小さくなりすぎない程度）に、前記第２スポット内に到達する前記ｎ次回折光の光束の光量が少ないことが好ましい。
【００６２】
更に、次数ｍ＝ｎの関係を満たすような回折構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯状に近い形状となり、光軸方向の段差量も比較的小さくすることが出来るので、旋盤による金型加工が比較的容易であるというメリットがある。更に又、前記中央領域に回折構造を備えていないので、回折構造を備えた場合に比較して、そこに入射される光の利用効率を簡単な構成で高くすることができる。
【００８０】
本明細書中で用いる回折構造とは、光学素子の表面、例えばレンズの表面に、レリーフを設けて、回折によって光線の角度を変える作用を持たせた形態（又は面）のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とする略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となっているものである。
【００８１】
本明細書中において、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、かかるレンズ群とは、少なくとも１枚以上のレンズを指すものである。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から光情報記録媒体側に出射した光束の開口数ＮＡを指すものである。また、本明細書中において光情報記録媒体に対して情報を記録又は再生する際に必要な所定開口数とは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対物レンズの開口数を示す。
【００８２】
本明細書中において、光情報記録媒体（光ディスク）としては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW,DVD+RW,DVD-Video等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の現在の光情報記録媒体および次世代の記録媒体なども含まれる。多くの光情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。しかしながら、透明基板の厚さが殆どゼロに近いもの、あるいは透明基板が全くないものも存在もしくは提案されている。説明の都合上、本明細書中「透明基板を介して」と記載することがあるが、かかる透明基板は厚さがゼロである、すなわち透明基板が全くない場合も含むものである。
【００８３】
本明細書中において、情報の記録再生とは、上記のような光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。本発明の光ピックアップ装置は、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。
【００８４】
本発明の光ピックアップ装置は、各種のプレーヤまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録および／または再生装置に搭載することができる。
【００８５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。
【００８６】
図１に示す光ピックアップ装置は、第１の光情報記録媒体（ここではＤＶＤの光ディスク）の記録再生用の第１の光源である第１の半導体レーザ１１１と、第２の光情報記録媒体（ここではＣＤの光ディスク）の記録再生用の第２の光源である第２の半導体レーザ１１２とを有している。
【００８７】
まず第１の光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行う場合、第１の半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、ビームスプリッタ１９０を透過し、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り１７によって絞られ、対物レンズ２０により第１の光情報記録媒体２００の透明基板２１０（ｔ１＝０．６ｍｍ）を介して情報記録面２２０に集光される。尚、第１スポットとは、対物レンズ２０の中央領域を通過する光束によって情報記録面２２０上に形成されるスポットをいう。また、第１の光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行う際に、情報記録面上に形成される実際のスポットは、中央領域を通過した光束及び周辺領域の回折構造による＋１次の光束によって形成される。
【００８８】
そして第１の光情報記録媒体の情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ２０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３を透過して、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光情報記録媒体２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００８９】
また、光検出器３００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からの光束により、第１の光情報記録媒体２００の記録面２２０上に第１のスポットを結像するように対物レンズ２０を移動させると共に、半導体レーザ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２０を移動させる。
【００９０】
第２の光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行う場合、第２の半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、上記第１半導体レーザ１１１からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４、絞り１７、対物レンズ２０を介し、その中央の領域を通過した光束が、第２の光情報記録媒体２００の透明基板２１０（ｔ２＝１．２ｍｍ）を介して、情報記録面２２０上に集光され、第２のスポットを形成する。一方、後述するごとく対物レンズ２０の回折構造Ｄが形成された周辺領域を通過した光束は、第２のスポットに比べて単位面積当たりの光量が低いフレア光となる。また、前述のように第１の半導体レーザ１１１による＋１次回折光の光束が第１スポットに到達して寄与する光量に対して、第２の半導体レーザ１１２による＋１次回折光の光束が第２のスポット内に到達して寄与する光量は少なくなっている。後述する対物レンズの実施例においては、前者の＋１次回折光の光束はほぼ１００％到達し、後者の＋１次回折光は実質的に到達していない。ここで、＋１次回折光の光束は、第２スポットを形成する中央領域を通過した光束よりも対物レンズ側で、好ましくは５μｍ以上隔てた位置で交わっている。尚、コリメータ１３を通過した光束は、発散光となるように、第２の半導体レーザ１１２の位置が決められている。かかる場合、横倍率ｍ２が−１／２０より大きく、又−１／１０より小さい範囲で対物レンズ２０に入射すると好ましい。
【００９１】
ただし、半導体レーザ１１２のレーザ光のうち、対物レンズ２０の周辺領域における最も中央領域寄り、すなわちそれらの境界を通過する光束は、対物レンズ２０の中央領域を通過した光束よりも５μｍ以上隔てた位置で光軸と交わっている。尚、第２の光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行う際に、情報記録面上に形成される実際のスポットは、実質的に中央領域を通過した光束によって形成される。
【００９２】
第２の光情報記録媒体の情報記録面２２０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２０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３、偏光ビームスプリッタ１２０、シリンドリカルレンズ１８０を介して、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光情報記録媒体２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００９３】
また、第１の光情報記録媒体の場合と同様、光検出器３００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い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ２０を移動させる。
【００９４】
なお、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２をユニット化した２波長半導体レーザを使った光学系や、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２，光検出器をユニット化した光源−検出器モジュールを使用した光ピックアップ装置にも本対物レンズは適する。その他当業者に知られた複数の光源を持ったピックアップ光学系に適用することも可能である。又、周辺領域の回折構造による回折光の内、最大の光量の回折光を、後述の対物レンズの実施例と整合させて、＋１次回折光としたが、０次回折光を除く他の回折光とすることもできる。次に、上述した本実施の形態に好適な対物レンズについて説明する。まず、回折構造を設けた対物レンズの上半部光軸方向断面を模式的に示す図を、図２に示す。図２の対物レンズは、ＤＶＤとＣＤの双方に対して情報の記録再生が可能となっている。
【００９５】
図２の対物レンズ２０の第１面Ｓ１は、開口数ＮＡ１以下に相当する中央領域が屈折非球面であり、開口数ＮＡ１以上ＮＡ２以下に相当する周辺領域が、複数の鋸歯状の輪帯ｒ１，ｒ２、・・・からなる回折構造Ｄを有している。尚、鋸歯状とは、光軸を含む断面形状が鋸歯状であることを意味し、かかる形状により光透過率を良好に維持することができる。又、本実施の形態では、その段差部を光軸と平行な円筒面にすることで、成形性を高め且つ光透過率を良好としている。回折輪帯の数は、５以上２０以下が好ましい。
【００９６】
回折面は回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差関数とで表す。光路差関数は基準波長の回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設ける。
【００９７】
光路差関数Φ（ｈ）は次式で表せる。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・（ｍｍ）
但し、ｈ：光軸からの距離、
ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数である。
【００９８】
また、非球面は次式で表せる。
ｘ＝(ｈ2／ｒ)／(１＋√(１−（１＋ｋ)ｈ2／ｒ2)）＋Ａ０＋Ａ２ｈ2＋Ａ４ｈ4
＋Ａ６ｈ6＋・・・
但し、Ａ０、Ａ２，Ａ４，Ａ６，・・・：非球面係数、
ｋ：円錐係数、
ｒ：近軸曲率半径、
ｎ：屈折率である。
【００９９】
本実施例にかかるレンズデータを、表１に示す。但し、ｄは面間隔である。
【表１】
0004716239.tif 000002
【０１００】
本実施例では、かかる回折構造Ｄは第１の光源すなわち半導体レーザ１１１の波長λ１でブレーズ化されているが、第１の光源からの光束も、第２の光源すなわち半導体レーザ１１２からの光束も＋１次回折光が最も光量が大きくなる（全次数の回折光の光量に対し、第１の光源については９５％以上、第２の光源については９０％以上である）ように設計されている。また、第１の光源から射出した光束のうち、かかる回折構造により最大の回折光量を発生する回折次数（ここでは＋１次）の回折光の透過率と、中央領域を通過した光束の透過率との差が５％以内であるように設計されている。
【０１０１】
第１の光源の波長λ１＝６５５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．０５、像側開口数＝０．６（必要開口数ＮＡ１＝０．６）である。ただし、これに限ることはないが、波長λ１が、６４０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの関係を満たす範囲であれば好ましい。
【０１０２】
第２の光源の波長λ２＝７８５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．０７、像側開口数＝０．４５（必要開口数ＮＡ２＝０．４５）である。ただし、この開口数ＮＡ２は、０．４５でなくても、０．４５＜ＮＡ２＜０．６の関係を満たす範囲であれば好ましく、更に０．４５＜ＮＡ２＜０．５の関係を満たす範囲であれば、より好ましい。又、波長λ２も、７８５ｎｍにこだわらないが、７５０ｎｍ＜λ２＜８１０ｎｍの関係を満たす範囲であれば好ましい。
【０１０３】
本実施例では、第１の光情報記録媒体すなわちＤＶＤの透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍであり、第２の光情報記録媒体即ちＣＤの透明基板の厚さｔ２＝１．２ｍｍであって、ｔ１＜ｔ２なる関係を満たしているが、ｔ１＝ｔ２であっても本発明は適用可能である。
【０１０４】
この対物レンズの断面図を図３（ＤＶＤ使用時）、図４（ＣＤ使用時）に示し、その球面収差図をＤＶＤの場合を図５に、ＣＤの場合を図６に示す。図５，６から明らかなように、ＤＶＤに対して情報の記録再生を行う光源波長λ１（６５５ｎｍ）の光束に対して、回折構造Ｄ（図１）により最大の回折光量を発生する回折光は、対物レンズの中央領域を通過する光の焦点近傍に集光させ、一方、ＣＤに対して光源波長λ２（７８５ｎｍ）の光束に対して、回折構造Ｄにより最大の回折光量を発生する回折光が、フレア化するような球面収差を持たせることで、実質的に開口数が小さくなるようにし、それにより異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録再生を行うことができる。又、回折構造Ｄは、断面が鋸歯状の輪帯ｒ１，ｒ２、・・を有しており、光源波長λ１の光束を効率的に集光させることができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明によると、コストを低く抑えながらも、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生（以下、単に記録再生ともいう）を可能とする光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】回折構造を設けた対物レンズの上半部光軸方向断面を模式的に示す図である。
【図３】本実施例の対物レンズの断面図である。
【図４】本実施例の対物レンズの断面図である。
【図５】本実施例の対物レンズの球面収差図である。
【図６】本実施例の対物レンズの球面収差図である。
【符号の説明】
２０              対物レンズ
１１１            第１の半導体レーザ
１１２            第２の半導体レーザ
２００            光ディスク（光情報記録媒体）
３００            光検出器
【図１】
0004716239.tif 000003
【図２】
0004716239.tif 000004
【図３】
0004716239.tif 000005
【図４】
0004716239.tif 000006
【図５】
0004716239.tif 000007
【図６】
0004716239.tif 000008