(57)【要約】【課題】複数世代に対して十分に収差補正された光利用効率の高いアクセスができ、規格の異なる複数の光ディスクへのアクセスを高速に安定して行う。【解決手段】対物レンズ１０８は高い透過率が求められ、ブレーズ形状の格子溝深さｄにより、回折面における回折効率に作用する。対物レンズ１０８の硝材にＤ線の屈折率ｎｄ：１.５０、アッベ数νｄ：６０の硝材（５５０.６００）を用いた場合、格子溝深さｄに対する青色（波長４０５ｎｍ）、ＤＶＤ（波長６６０ｎｍ）、ＣＤ（波長７８５ｎｍ）に対して回折効率をスカラー回折理論を用いて求める。各波長に対して発生する１次光や２次光は、各回折光に対する回折効率が変動して、その周期は各波長で異なる。したがって、波長に対して格子溝深さｄをそれらの中から選択することで高い回折効率を確保できる。【選択図】図４
2005100551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報記録媒体の記録面に光束を照射し、前記記録面からの反射光束を受光する光ピックアップ装置であって、種類の異なる複数の情報記録媒体にそれぞれ対応した波長が異なる複数の光源と、前記複数の光源から出射された光束をそれぞれ対応した情報記録媒体の記録面に集光する共通の対物レンズと、前記複数の光源の少なくとも２つの光源から出射された光束の共通光路中において前記光束を回折する回折素子と、前記記録面からの反射光束を受光する光検出器とを備え、前記回折素子において少なくとも互いに異なる２波長の光束に対して、それぞれ求めた回折効率が最大値となる回折光の回折次数が互いに異なり、かつ０次ではないことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記複数の光源から出射される光束の波長を、それぞれλ１，λ２，λ３として各波長の光束に対して回折素子の回折効率が最大値となる回折光の回折次数をｍ１，ｍ２，ｍ３としたとき、次の条件：
３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８２０ｎｍ
ｍ１＝２，ｍ２＝１，ｍ３＝１
を満たすことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記回折素子が、特定波長において最適化した回折格子形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記回折素子が、複数の光源のうち少なくとも１つの光源における波長変動により発生する色収差を対物レンズの各屈折面の屈折作用によって補正する機能を有す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。
【請求項５】
前記回折素子が、複数の光源のうち少なくとも１つの光源における波長変動により発生する色収差を光学系全体の各屈折面の屈折作用によって補正する機能を有す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。
【請求項６】
前記回折素子が、対物レンズと一体となって可動す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。
【請求項７】
前記回折素子が、一方の面に回折格子を有し、他方の面に光束の開口制限する手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記回折素子の回折格子と、光束の開口制限する手段のうちいずれか一方を、対物レンズの少なくとも１面に設けたことを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記回折素子が、複数の輪帯状に分割した回折領域を有し、前記回折領域に開口制限の一部機能を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記回折素子が、複数の輪帯状に分割した回折領域を有し、前記回折領域に開口制限の機能を有することを特徴とする請求項６記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記回折素子が、対物レンズの少なくとも１面に設けられたことを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
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を用いて、情報記録媒体に対する情報の記録、再生、及び消去の少なくともいずれか１以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報記録媒体（以下、光ディスクという）の記録面に光束を照射し、この記録面からの反射光束を受光する光ピックアップ装置及びこれを用いた光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報記録媒体としてＣＤやＤＶＤ等の光ディスクが広く普及しており、これらの光ディスクに記録再生処理（アクセス）するための光ディスク装置の開発が行われている。また、最近ではＢlu-ray Ｄisc やＨＤ−ＤＶＤ等のさらに大容量の光ディスク、及びその光ディスクにアクセスするための光ディスク装置の開発も進められている。これらの光ディスク装置では、光ディスクの記録面にレーザ光の微小スポットの光束を形成することにより情報の記録を行い、記録面からの反射光に基づいて情報の再生などを行っている。そして、光ディスク装置には、記録面にレーザ光を照射するとともに、記録面からの反射光を受光するための装置として光ピックアップ装置が設けられている。
【０００３】
一般的に光ピックアップ装置は対物レンズを含み、光源から出射される光束を記録面に導くとともに、記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置まで導く光学系、及び受光位置に配置された光検出器などを備えている。この光検出器からは、記録面に記録されているデータの再生情報だけでなく、光ピックアップ装置自体と対物レンズの位置制御に必要な情報（サーボ情報）などを含む信号が出力される。そして、光ディスク装置は、光検出器からの出力信号に基づいて、記録面の所定位置に所定形状の光スポットが形成されるように各種サーボ制御を行っている。
【０００４】
前述したように情報記録媒体には、ＣＤやＤＶＤ、さらに大容量のＢlu-ray Ｄisc やＨＤ−ＤＶＤ等、光源波長や透明基板厚さ、対物レンズのＮＡ（開口数）等の規格が異なる数種類の光ディスクが存在している。これらの光ディスクを同一の光ディスク装置で取り扱えることが望ましいが、それぞれの光ディスクに対応した光ピックアップ装置を複数搭載することは、小型化、低コスト化の観点から好ましくない。そこで、図１２に示すように青色（Ｂlu-ray Ｄisc やＨＤ−ＤＶＤ等）用光源、ＤＶＤ用光源、ＣＤ用光源の各光源と、各光源からの出射光束を所定の光ディスク１０９に集光させるための１つの対物レンズ１０８を備えた構成が望ましい。ところが、このように１つの対物レンズで、青色、ＤＶＤ、あるいはＣＤの異なる規格の光ディスクに集光させるためには、異なる光源波長、及び／または、異なる透明基板厚さに対してほぼ回折限界に収差補正する必要がある。
【０００５】
特許文献１には、光ディスクの基板の厚さに対応した発振波長でレーザ光源から発された光ビームを、光ディスクの信号記録面に集光して記録再生を行う光ヘッドに用いられる屈折型対物レンズと回転対称な位相型回折レンズ構造を持つ球面収差補正素子との組合せからなる複合対物レンズ、光情報記録再生装置が記載されており、また、特許文献２には、互いに異なる少なくとも２つの波長の光を用い、異なる種類の情報記録媒体に適用する場合であっても、大きな球面収差や色収差を発生させることなくそれぞれの異なる情報記録媒体に対して、情報の記録及び／または再生を、１つのピックアップ装置で可能とする光ピックアップ装置、記録再生装置、光学素子、記録再生方法について記載している。
【０００６】
前述した特許文献１，２においては、球面収差補正手段として回折面を設けることにより、異なる光源波長、及び／または、異なる透明基板厚さに対して発生する球面収差を相殺させている。
【特許文献１】特開２０００−２６００５６号公報
【特許文献２】特開２００１−１９５７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の特許文献１，２の記載によれば、異なる光源波長に対して同一の回折次数の回折光を利用して球面収差補正を行っている。しかしながら、青色の光源波長はＣＤの光源波長に対して半分近くとなっているため、同一の回折次数を利用した場合、回折面において両方の光源波長に対して高い回折効率を確保することは非常に困難であり、結果として光利用効率の高い光ピックアップ装置を実現することができない。また、青色の光源波長はＤＶＤの光源波長に対しても６割程度の長さしかないため、同一の回折次数を利用すると回折面において両方の光源波長に対して高い回折効率を確保することは困難であり、結果として光利用効率の高い光ピックアップ装置を実現することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、青色／ＤＶＤの２世代、あるいは青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代等の複数世代に対して十分に収差補正された光利用効率の高いアクセスができ、また、規格の異なる複数の光ディスクへのアクセスを高速に安定して行うことができる光ピックアップ装置及びこれを用いた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載される光ピックアップ装置は、情報記録媒体の記録面に光束を照射し、記録面からの反射光束を受光する光ピックアップ装置であって、種類の異なる複数の情報記録媒体にそれぞれ対応した波長が異なる複数の光源と、複数の光源から出射された光束をそれぞれ対応した情報記録媒体の記録面に集光する共通の対物レンズと、複数の光源の少なくとも２つの光源から出射された光束の共通光路中において光束を回折する回折素子と、記録面からの反射光束を受光する光検出器とを備え、回折素子において少なくとも互いに異なる２波長の光束に対して、それぞれ求めた回折効率が最大値となる回折光の回折次数が互いに異なり、かつ０次ではない構成によって、青色／ＤＶＤの２世代、あるいは青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代等の複数世代に対して十分に収差補正された光利用効率を高く光ピックアップ装置とすることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載される光ピックアップ装置は、請求項１の光ピックアップ装置において、複数の光源から出射される光束の波長を、それぞれλ１，λ２，λ３として各波長の光束に対して回折素子の回折効率が最大値となる回折光の回折次数をｍ１，ｍ２，ｍ３としたとき、次の条件：
３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ３＜８２０ｎｍ
ｍ１＝２，ｍ２＝１，ｍ３＝１
を満たす構成によって、青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代に対して十分に収差補正された光利用効率の高い光ピックアップ装置とすることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載される光ピックアップ装置は、請求項１，２の光ピックアップ装置において、回折素子が、特定波長において最適化した回折格子形状を有する構成によって、回折素子における回折効率を飛躍的に高めることができる。
【００１２】
また、請求項４，５に記載される光ピックアップ装置は、請求項１〜３の光ピックアップ装置において、回折素子が、複数の光源のうち少なくとも１つの光源における波長変動により発生する色収差を対物レンズの各屈折面の屈折作用によって補正する機能を有すること、または回折素子が、複数の光源のうち少なくとも１つの光源における波長変動により発生する色収差を光学系全体の各屈折面の屈折作用によって補正する機能を有する構成によって、光源における温度変化や出力変化等に伴う波長変動により対物レンズまたは光学系全体の各屈折面で発生する色収差による記録面の集光スポットの劣化を防ぐことができる。
【００１３】
また、請求項６に記載される光ピックアップ装置は、請求項１〜５の光ピックアップ装置において、回折素子が、対物レンズと一体となって可動する構成によって、対物レンズと回折素子の光軸がずれないために余分な収差が発生を防ぐことができる。
【００１４】
また、請求項７〜１１に記載される光ピックアップ装置は、請求項６の光ピックアップ装置において、回折素子が、一方の面に回折格子を有し、他方の面に光束の開口制限する手段を設けたこと、さらに、回折素子の回折格子と、光束の開口制限する手段のうちいずれか一方を、対物レンズの少なくとも１面に設けたこと、さらに、回折素子が、複数の輪帯状に分割した回折領域を有し、回折領域に開口制限の一部機能を有すること、また、回折素子が、複数の輪帯状に分割した回折領域を有し、回折領域に開口制限の機能を有すること、さらに、回折素子が、対物レンズの少なくとも１面に設けられた構成によって、部品点数を減し、対物レンズを可動させるアクチュエータにおける可動部の軽量化、組み付け工数の低減ができ、また、開口制限を設ける手段が増えて、設計の自由度を高くすることができる。
【００１５】
また、請求項１２に記載される光情報処理装置は、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を用いて、情報記録媒体に対する情報の記録、再生、及び消去の少なくともいずれか１以上を行う構成によって、規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを高速で安定して行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、青色／ＤＶＤの２世代、あるいは青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代等の複数世代に対して十分に収差補正でき、かつ光利用効率を向上することができ、規格の異なる複数の光ディスクへのアクセスを高速に安定して行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、青色光学系として、青色波長帯域の半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８、検出レンズ１１０、光束分割手段１１１、光検出器１１２より構成される。
【００１９】
また、ＤＶＤ光学系として、ホログラムユニット２０１、カップリングレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８から構成される。また、ＣＤ光学系として、ホログラムユニット３０１、カップリングレンズ３０２、ダイクロイックプリズム３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８から構成される。
【００２０】
以上のように、光ピックアップ装置は、青色光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系から構成されている。各光学系のうち、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８は複数の光学系の共通部品である。
【００２１】
また、光ディスク１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃはそれぞれ光源波長が異なる光ディスクで、光ディスク１０９ａは透明基板厚さが０.６ｍｍの青色系光ディスク、光ディスク１０９ｂは透明基板厚さが０.６ｍｍのＤＶＤ系光ディスク、光ディスク１０９ｃは透明基板厚さが１.２ｍｍのＣＤ系光ディスクである。
【００２２】
なお、開口部１０６は、対物レンズ１０８をフォーカス方向，トラック方向に可動させるアクチュエータ上の対物レンズ１０８を保持するボビン上で規制することが可能であり、具体的な光学部品を用いる必要はない。
【００２３】
以下、図１を参照して青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光学系の動作について説明する。まず、青色光学系の動作について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３を透過し、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、１／４波長板１０５を通過し円偏光とされ、開口部１０６を透過し、開口制限手段１０７においてＮＡ０.６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光ディスク１０９ａの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録，再生あるいは消去が行われる。
【００２４】
さらに、光ディスク１０９ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズ１０８で再び略平行光とされ、１／４波長板１０５を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されて、検出レンズ１１０で収束光とされ、光束分割手段１１１により複数の光路に偏向分割され光検出器１１２に至る。光検出器１１２からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００２５】
次に、ＤＶＤ光学系の動作について説明する。図１において、ホログラムユニット２０１は、半導体レーザ２０１ａ，ホログラム２０１ｂ及び光検出器２０１ｃを一体化して構成されたユニットである。このホログラムユニット２０１内に実装された波長６６０ｎｍの半導体レーザ２０１ａのチップから出射した直線偏光の発散光は、ホログラム２０１ｂを透過し、カップリングレンズ２０２で所定の発散光とされ、ダイクロイックプリズム２０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、１／４波長板１０５を通過し円偏光とされ、開口部１０６においてＮＡ０.６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光ディスク１０９ｂの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録，再生あるいは消去が行われる。
【００２６】
光ディスク１０９ｂから反射した光は、偏光プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム２０３で反射され、カップリングレンズ２０２で収束光とされ、ホログラム２０１ｂにより複数の光路に分割・回折されてホログラムユニット２０１内の光検出器２０１ｃに至る。光検出器２０１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００２７】
次に、ＣＤ光学系の動作について説明する。図１において、ホログラムユニット３０１は、半導体レーザチップ３０１ａ，ホログラム３０１ｂ及び光検出器３０１ｃを一体化して構成されたユニットである。このホログラムユニット３０１内に実装された波長７８５ｎｍの半導体レーザ３０１ａのチップから出射した直線偏光の発散光は、ホログラム３０１ｂを透過し、カップリングレンズ３０２で所定の発散光とされ、ダイクロイックプリズム３０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、１／４波長板１０５を通過し楕円偏光あるいは円偏光とされ、開口部１０６を通過し、開口制限手段１０７においてＮＡ０.５０に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光ディスク１０９ｃの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録、再生あるいは消去が行われる。
【００２８】
さらに、光ディスク１０９ｃから反射した光は、偏向プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム３０３で反射され、カップリングレンズ３０２で収束光とされ、ホログラム３０１ｂにより複数の光路に分割・回折されてホログラムユニット３０１内の光検出器３０１ｃに至る。光検出器３０１ｃからは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００２９】
ここで、図１に示す開口制限手段１０７について、図２を用いて詳細に説明する。青色光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系で、光学系の倍率や制限されるＮＡが異なるため、必ずしも対物レンズ１０８に入射する入射瞳径φ１，φ２，φ３は等しくならない。そこで、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すような開口制限手段１０７が必要である。
【００３０】
開口制限手段１０７は一例として波長選択性膜１，２を有するような構成がある。すなわち、波長選択性膜１は青色，ＤＶＤの光源波長帯域の光束は透過し、ＣＤの光源波長帯域の光束は反射するような膜となっていて、ＣＤのＮＡを制限する。また、波長選択性膜２は青色，ＣＤの光源波長帯域の光束は反射し、ＤＶＤの光源波長帯域の光束は透過するような膜となっていて、青色のＮＡを制限する。また、開口制限手段１０７は対物レンズ１０８に入射する入射瞳径を制限するため、対物レンズと一体となって稼動することが望ましく、図１に示すように対物レンズ１０８を可動させるアクチュエータに搭載させることが望ましい。また、アクチュエータにおける可動部の軽量化、組み付け工数の低減を考慮すると、上述した波長選択性膜１，２を対物レンズ１０８のレンズ面に構成することがより好ましい。なお、開口制限手段１０７の他の構成としては、波長選択性の回折格子として、波長選択的に反射するのではなく、回折するような構成でも良い。
【００３１】
次に、以上に述べたような光ピックアップ装置の光学系において複数の光学系に対して共通部品となっている本発明に係る対物レンズ１０８について詳細に説明する。図３は対物レンズの概略図であるが、対物レンズ１０８の光源側の表面には図４に示すようなある波長において最適化（ブレーズ化）された形状の回折面が形成されている。回折素子で理想的な形状とされたキノフォーム形状（鋸歯状）では、ある波長で最適化（ブレーズ化）されると、その波長での回折効率は理論的に１００％になり、またこれを階段近似した形状であっても９０％以上の回折効率が得られる。
【００３２】
図４に示す符号ｄはブレーズ形状の格子溝深さであって、回折面における回折効率に作用する。対物レンズ１０８は高い透過率が求められるため、回折面における回折効率が高い方が望ましい。図５は対物レンズの硝材にＤ線の屈折率ｎｄ：１.５０、アッベ数νｄ：６０の硝材（５５０.６００）を用いた場合の格子溝深さｄに対する青色（波長４０５ｎｍ）、ＤＶＤ（波長６６０ｎｍ）、ＣＤ（波長７８５ｎｍ）に対する回折効率をスカラー回折理論を用いて求めた結果を示す図である。
【００３３】
格子溝深さｄを様々な深さにすることによって、各波長に対して、１次光や２次光が発生し、各回折光に対する回折効率が変動しており、その周期は各波長で互いに異なっている。したがって、図５に示す結果によれば、波長４０５ｎｍに対しては２次光、波長６６０ｎｍに対しては１次光、波長７８５ｎｍに対しては１次光が発生するような格子溝深さにすることにより、高い回折効率を確保できることがわかる。
【００３４】
具体的には、図５に示すように、格子溝深さｄは１.３〜１.４ｍｍ程度が望ましい。前述した周期は対物レンズの硝材の屈折率によって異なるが、ＣＤ／ＤＶＤの波長比と比べて、ＣＤ／青色、ＤＶＤ／青色の波長比が非常に大きいため、青色に対する周期はＣＤやＤＶＤと比べて短くなり、青色／ＤＶＤ、青色／ＣＤ、青色／ＤＶＤ／ＣＤのような組合せの光学系に対して共通部品とするには少なくとも青色に対しては他と異なる回折次数が発生するような格子溝深さにすることが望ましい。
【００３５】
以下、本実施の形態１における実施例１として具体的な例を挙げ説明する。本実施例１の対物レンズ（以下、第１対物レンズという）は、光源波長４０５ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５の青色系光ディスクと、光源波長６６０ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５のＤＶＤ系光ディスクと、光源波長７８５ｎｍ、透明基板厚さ１.２ｍｍ、ＮＡ０.５０のＣＤ系光ディスクの３種類の規格の光ディスクについて記録、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る。
【００３６】
まず、光源波長４０５ｎｍの青色系光ディスクに対して使用した場合について、図３（ａ），（表１）（ａ）を用いて説明する。図３（ａ）は対物レンズの概略図である。硝材にはＤ線の屈折率ｎｄ：１.５０、アッベ数νｄ：６０の硝材（５５０.６００）を用いている。また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の軸Ｘ、光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ）Ｙ、近軸曲率半径Ｒ、円錐係数Ｋ、非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・を用いて、（数１）で表される。
【００３７】
【数１】
2005100551.tif 000003
また、レンズ面に形成される回折面は、光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ）Ｙ、回折面係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５・・・を用いて、（数２）の光路差関数Φで表される。
【００３８】
【数２】
2005100551.tif 000004
さらに、（表１）（ａ）中の記号について説明する。ＯＢＪは物点（光源位置）を意味するが、青色光学系に対しては無限系であり、曲率半径ＲＤＹ及び厚さＴＨＩをＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）としている。また、ＳＴＯは入射瞳面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹ、厚さＴＨＩを設計上０としている。Ｓ２は対物レンズの光源側の面、Ｓ３は対物レンズの光ディスク側の面である。対物レンズの肉厚は１.８７であり、Ｓ３の厚さＴＨＩ：１.５９４５ｍｍはワーキングディスタンスを表す。Ｓ４は光ディスクの光束入射面、ＩＭＧは光ディスクの記録面であり、これらの面間隔、すなわち透明基板厚さは０.６ｍｍである。ＥＰＤは入射瞳径を表し、３.９２ｍｍである。なお、回折面における回折光としては２次光を用いている。
【００３９】
次に、光源波長６６０ｎｍのＤＶＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図３（ｂ），（表１）（ｂ）を用いて説明する。（表１）（ｂ）中の記号は前述した通りであるが、ＤＶＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離を約１５９ｍｍとしている。ワーキングディスタンスは１.７２９４７ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
【００４０】
次に、光源波長７８５ｎｍのＣＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図３（ｃ），（表１）（ｃ）を用いて説明する。ＣＤ光学系に対してもＤＶＤ光学系と同様に有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約４８ｍｍである。ワーキングディスタンスは１.５２３８１ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。
【００４１】
図６は（表１）（ａ），（ｂ），（ｃ）により構成した第１対物レンズを用いたときの、青色系光ディスク、ＤＶＤ系光ディスク、ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図である。各光ディスクに対して波面収差は０.０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。
【００４２】
【表１】
2005100551.tif 000005
次に、本実施の形態１の実施例２における対物レンズ（以下、第２対物レンズという）として、前述の実施例１の第１対物レンズと同様に、光源波長４０５ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５の青色系光ディスクと、光源波長６６０ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５のＤＶＤ系光ディスクと、光源波長７８５ｎｍ、透明基板厚さ１.２ｍｍ、ＮＡ０.５０のＣＤ系光ディスクの３種類の規格の光ディスクについて記録、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るが、光源における波長変動が原因で対物レンズの各屈折面の屈折作用により発生する色収差を補正する機能をさらに有した対物レンズである。光ディスクのアクセス動作において、再生と記録とが切り替わる場合には、光源の出力変化に伴う波長変動が発生し、収差の劣化が生じる。この収差劣化はアクチュエータの動作により補正可能であるが、再生と記録とが切り替わる一瞬においてはアクチュエータが追従できずに、記録、再生特性が劣化してしまうため、前述したような色収差補正が必要である。
【００４３】
第２対物レンズの具体的な例として、硝材にはＤ線の屈折率ｎｄ：１.５０、アッベ数νｄ：６０の硝材（５５０.６００）を用いている。また、第２対物レンズは第１対物レンズと同様に、青色系光ディスクに対しては無限系で使用し、ＤＶＤ、ＣＤ系光ディスクに対しては有限系で使用される対物レンズであって、詳細は（表２）（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す通りである。
【００４４】
【表２】
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図７は（表２）（ａ），（ｂ），（ｃ）により構成した第２対物レンズを用いたときの、青色系光ディスク、ＤＶＤ系光ディスク、ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図である。各光ディスクに対して波面収差は０.０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。
【００４５】
また、図８は光源波長が変動したときの、中心波長（４０５ｎｍ）におけるベストフォーカス位置での波面収差特性を示す図である。第１対物レンズと比較して良好に収差が補正されている。なお、ここでは青色光源における波長変動が原因で発生する対物レンズでの各屈折面の屈折作用により発生する色収差を補正するようにしたが、ＤＶＤ光源における波長変動に対応するようにしても良いし、波長変動が原因で発生する光学系全体で発生する色収差を補正するようにしても良い。
【００４６】
また、本実施の形態１における実施例３として、対物レンズ（以下、第３対物レンズという）は、実施例２の第２対物レンズと同様、光源波長４０５ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５の青色系光ディスクと、光源波長６６０ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５のＤＶＤ系光ディスクと、光源波長７８５ｎｍ、透明基板厚さ１.２ｍｍ、ＮＡ０.５０のＣＤ系光ディスクの３種類の規格の光ディスクについて記録、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、光源における波長変動が原因で対物レンズの各屈折面の屈折作用により発生する色収差を補正する機能を有している対物レンズであるが、ＤＶＤ光学系における画角特性がさらに改善された対物レンズである。
【００４７】
画角特性が悪いと、光ピックアップ装置の組み付け精度が厳しくなるため、画角を振ったときに発生する収差はなるべく抑えられていることが望ましい。第３対物レンズの硝材にはＤ線の屈折率ｎｄ：１.５０、アッベ数νｄ：６０の硝材（５５０.６００）を用いている。第３対物レンズは第１，第２対物レンズと同様に、青色系光ディスクに対しては無限系で使用し、ＤＶＤ，ＣＤ系光ディスクに対しては有限系で使用される対物レンズであって、詳細は（表３）（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す通りである。第２対物レンズと比較して、ＤＶＤ光学系における物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離を長くしたことにより画角特性を改善した（（表２）（ｂ），（表３）（ｂ）参照）。
【００４８】
【表３】
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図９は（表３）（ａ），（ｂ），（ｃ）により構成した第３対物レンズを用いたときの、青色系光ディスク，ＤＶＤ系光ディスク，ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図である。各光ディスクに対して波面収差は０.０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。また、図８は光源波長が変動したときの中心波長（４０５ｎｍ）におけるベストフォーカス位置での波面収差特性を示す図である。第１対物レンズと比較して良好に収差が補正されている。さらに、図１０はＤＶＤ光学系における画角特性を示す図である。第１，第２対物レンズと比較して画角特性が改善されている。
【００４９】
以上に述べた対物レンズ面上に形成される回折面を輪帯状に領域分割し、各領域において最適化するパラメータを変えることにより、開口制限手段の機能をさらに持たせても良い。すなわち、例えばＣＤのＮＡ内外で回折面を輪帯状に領域分割し、各領域でＣＤのワーキングディスタンスを変えて設計することによって、ＮＡ内外で集光点が異なり、結果として開口制限の機能を持たせることができる。
【００５０】
この場合において、ＣＤのＮＡ外の回折面については、青色に対しては３次光、ＤＶＤに対しては２次光となるような格子溝深さ、具体的には図５に示すようにｄ：２.２〜２.３ｍｍ程度とすると、青色、ＤＶＤに対しては高い回折効率が得られ、またＣＤに対しては１次光と２次光が生じて集光スポットのエネルギーが分散されるのでフレア光の懸念が低減されて好ましい。
【００５１】
同様に、青色のＮＡ内外で回折面を輪帯状に領域分割し、各領域で青色のワーキングディスタンスを変えて設計することによって、青色の開口制限の機能を持たせることもできる。このようなＣＤと青色の開口制限の機能を同時に実現しても良いし、どちらか一方の開口制限の機能を回折面に持たせ、もう一方は前述の波長選択性膜によって実現しても良い。
【００５２】
図１１は本発明の実施の形態２における光情報処理装置である光ディスク装置の概略構成を示す透過斜視図である。図１１に示すように、光ディスク装置２０は、光ディスク１０９の半径方向に対してキャリッジ２４によって移動される光ピックアップ装置２１を用いて、情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う装置である。本実施の形態２において、光ディスク１０９は、保護ケースのカートリッジ２５内に格納されている。光ディスク１０９はカートリッジ２５ごと、挿入口２２から光ディスク装置２０に矢印「ディスク挿入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ２３により回転駆動され、光ピックアップ装置２１により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。
【００５３】
図１１に示す光ディスク装置２０に前述したような光ピックアップ装置を適宜用いることができ、その光ピックアップ装置からの信号により情報の記録，再生及び消去の少なくともいずれか１つを行う光ディスク装置によれば、規格の異なる複数の光ディスクへのアクセスを高速に安定して行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る光ピックアップ装置及びこれを用いた光情報処理装置は、複数世代の光ディスクに対して十分に収差補正でき、かつ光利用効率を向上して、規格の異なる複数の光ディスクへのアクセスを高速に安定して行うことができ、光ディスクの記録面に光束を照射し、記録面からの反射光束を受光する光ピックアップ装置や光情報処装置等に用いて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置の構成を示す概略図
【図２】本実施の形態における開口制限手段の（ａ）は青色、（ｂ）はＤＶＤ、（ｃ）はＣＤについて説明する図
【図３】本実施の形態１における対物レンズの概略図
【図４】本実施の形態１における対物レンズの光源側の表面に形成された回折面を示す図
【図５】格子溝深さｄに対する青色（波長４０５ｎｍ），ＤＶＤ（波長６６０ｎｍ），ＣＤ（波長７８５ｎｍ）に対する回折効率をスカラー回折理論で求めた結果を示す図
【図６】本実施の形態１の実施例１の対物レンズを用いた青色系光ディスク，ＤＶＤ系光ディスク，ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図
【図７】本実施の形態１の実施例２の対物レンズを用いた青色系光ディスク，ＤＶＤ系光ディスク，ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図
【図８】光源波長が変動したときの中心波長（４０５ｎｍ）におけるベストフォーカス位置での波面収差特性を示す図
【図９】本実施の形態１の実施例３の対物レンズを用いた青色系光ディスク，ＤＶＤ系光ディスク，ＣＤ系光ディスクに対する軸上波面収差特性を示す図
【図１０】ＤＶＤ光学系における画角特性を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２における光情報処理装置である光ディスク装置の概略構成を示す透過斜視図
【図１２】青色用光源，ＤＶＤ用光源，ＣＤ用光源の各光源と光ディスクに集光させる１つの対物レンズ１０８を備えた構成を示す図
【符号の説明】
【００５６】
１，２  波長選択性膜
２０  光ディスク装置
２１  光ピックアップ装置
２２  挿入口
２３  スピンドルモータ
２４  キャリッジ
２５  カートリッジ
１００  青色用光源
１０１，２０１ａ，３０１ａ  半導体レーザ
１０２  コリメートレンズ
１０３  偏光ビームスプリッタ
１０４  偏向プリズム
１０５  １／４波長板
１０６  開口部
１０７  開口制限手段
１０８  対物レンズ
１０９，１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ  光ディスク
１１０  検出レンズ
１１１  光束分割手段
１１２，２０１ｃ，３０１ｃ  光検出器
２００  ＤＶＤ用光源
２０１，３０１  ホログラムユニット
２０１ｂ，３０１ｂ  ホログラム
２０２，３０２  カップリングレンズ
２０３，３０３  ダイクロイックプリズム
３００  ＣＤ用光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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