(57)【要約】【課題】収差補正素子を必要とせず、青色系／ＤＶＤ／ＣＤの３世代（或いは、青色系／ＤＶＤの２世代）において、球面収差が十分に抑制された対物レンズ、光ピックアップを提供する。【解決手段】波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源からの光を光記録媒体上に収束照射する対物レンズが、単レンズとして構成され、両面が非球面かつ凸面であり、ｄ線の材質に対する屈折率：ｎｄ及びアッベ数：νｄ、光源側面の近軸曲率半径：Ｒ１、焦点距離：ｆが、３波長（或いは２波長）の光記録媒体について波面収差最良の状態で光記録媒体上に収束照射するための条件：（１）  νｄ＞３５（２）  １．５８＞ｎｄ（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１（図３参照）を満足することで、収差補正素子を必要とせずに、球面収差を十分に抑制できる。【選択図】        図３
2005024666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１、λ２（λ１＜λ２）の光源からの光を光記録媒体上に収束照射する対物レンズであって、
単レンズとして構成され、両面が非球面かつ凸面であり、ｄ線の材質に対する屈折率：ｎｄ及びアッベ数：νｄ、光源側面の近軸曲率半径：Ｒ１、焦点距離：ｆが、条件：
（１）  νｄ＞３５
（２）  １．５８＞ｎｄ
（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１
を満足することを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１の光源からの光に対しては無限系の入射光束に対して規定され、前記波長λ２の光源からの光に対しては有限系の入射光束に対して規定されていることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１として青色波長帯域、前記波長λ２として赤色波長帯域の入射光束に対して規定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の対物レンズ。
【請求項４】
波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源からの光を光記録媒体上に収束照射する対物レンズであって、
単レンズとして構成され、両面が非球面かつ凸面であり、ｄ線の材質に対する屈折率：ｎｄ及びアッベ数：νｄ、光源側面の近軸曲率半径：Ｒ１、焦点距離：ｆが、条件：
（１）  νｄ＞３５
（２）  １．５８＞ｎｄ
（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１
を満足することを特徴とする対物レンズ。
【請求項５】
前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１の光源からの光に対しては無限系の入射光束に対して規定され、前記波長λ２、λ３の光源からの光に対しては有限系の入射光束に対して規定されていることを特徴とする請求項４記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１として青色波長帯域、前記波長λ２として赤色波長帯域、前記波長λ３として赤外波長帯域の入射光束に対して規定されていることを特徴とする請求項４又は５記載の対物レンズ。
【請求項７】
波長λ１，λ２の光を発する複数の光源と、
これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項１，２又は３記載の対物レンズと、
を備え、
前記波長λ１，λ２の光に対して、各波長λ１，λ２の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２の入射光束径φ１，φ２が、条件：
（４）  ＮＡ（λ１）＝ＮＡ（λ２）
（５）  φ２＞φ１
を満足することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
波長λ１，λ２の光を発する複数の光源と、
これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項１，２又は３記載の対物レンズと、
を備え、
前記波長λ１，λ２の光に対して、各波長λ１，λ２の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２の入射光束径φ１，φ２が、条件：
（６）  ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）
（７）  φ１＝φ２
を満足することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
前記波長λ１、λ２の光に対して使用される前記光記録媒体の基板厚は略同一であることを特徴とする請求項７又は８記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
波長λ１，λ２，λ３の光を発する複数の光源と、
これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項４，５又は６記載の対物レンズと、
を備え、
前記波長λ１，λ２，λ３の光に対して、各波長λ１，λ２，λ３の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２，λ３の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件：
（８）  ＮＡ（λ１）＝ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
（９）  φ２＞φ１＞φ３
を満足することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
波長λ１，λ２，λ３の光を発する複数の光源と、
これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項４，５又は６記載の対物レンズと、
を備え、
前記波長λ１，λ２，λ３の光に対して、各波長λ１，λ２，λ３の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２，λ３の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件：
（１０）  ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
（１１）  φ１＞φ２＞φ３
を満足することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１２】
波長λ１，λ２，λ３の光を発する複数の光源と、
これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項４，５又は６記載の対物レンズと、
を備え、
前記波長λ１，λ２，λ３の光に対して、各波長λ１，λ２，λ３の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２，λ３の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件：
（１２）  ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
（１３）  φ１＝φ２＞φ３
を満足することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１３】
前記波長λ１、λ２の光に対して使用される前記光記録媒体の基板厚は略同一、前記波長λ３の光に対して使用される前記光記録媒体の基板厚は前記波長λ１、λ２で使用される前記光記録媒体の基板厚の略２倍であることを特徴とする請求項１０，１１又は１２記載の光ピックアップ。
【請求項１４】
最大入射光束径と略同一径の開口部を具備し、この開口部は前記対物レンズと一体で可動することを特徴とする請求項７ないし１３の何れか一記載の光ピックアップ。
【請求項１５】
最大入射光束径と略同一径の開口部及び波長選択性の開口切換手段を具備し、これらの開口部及び開口切換手段は前記対物レンズと一体で可動することを特徴とする請求項７，１０，１１又は１２記載の光ピックアップ。
【請求項１６】
前記波長λ１の光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、前記波長λ２の光源点灯時には有限系の入射光束で使用する光ピックアップであって、
入射光束径φ１（＝φ２）と略同一径の開口部を対物レンズ前側主点から光源側へ所定距離：ｔ、
ｔ≒Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
ここで、ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
の位置に配置してなることを特徴とする請求項８又は１２記載の光ピックアップ。
【請求項１７】
前記開口切換手段は、波長選択性コーティング或いは波長選択性回折格子であって、前記対物レンズの光源側面或いは媒体側面の何れかに形成されていることを特徴とする請求項１５記載の光ピックアップ。
【請求項１８】
請求項１ないし６の何れか一記載の対物レンズを備える光ピックアップ又は請求項７ないし１７の何れか一記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に情報の記録、再生又は消去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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ、光ピックアップ及び光情報処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像情報、音声情報又はコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０．６５ＧＢのＣＤ、記録容量４．７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上及び大容量化の要求が強くなっている。
【０００３】
このような光記録媒体の記録密度を上げる手段としては、光記録媒体に情報の書き込み又は呼び出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすること、或いは、光源の波長を短くすることにより、対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットの小径化が有効である。
【０００４】
そこで、例えば、「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズの開口数が０．４５〜０．５０、光源の波長が略７８５ｎｍとされているのに対して、「ＣＤ系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「ＤＶＤ系光記録媒体」では、対物レンズの開口数が０．６０〜０．６５、光源の波長が略６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、上述したように、さらなる記録密度の向上及び大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズの開口数を０．６５よりもさらに大きく、或いは、光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。
【０００５】
ところで、このような高ＮＡ化或いは短波長化による新規格が近年提案される一方、利用者の手元には、従来の光記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤが存在する。これらの光記録媒体と近年提案の新規格の光記録媒体とをともに同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。これを実現する最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと、新規格用光ピックアップとの両方の光ピックアップを搭載する方法がある。しかし、この方法では、小型化、低コスト化を達成することは難しい。
【０００６】
そこで、小型化、低コスト化を達成する上では、青色波長帯域の光源を用いた青色系（大容量）光記録媒体と、既存のＤＶＤ或いはＣＤとの互換が可能な光ピックアップとして、図２１に示すように、青色用光源１００、ＤＶＤ用光源１０１、ＣＤ用光源１０２の各々波長の異なる各光源と、これらの各光源１００，１０１，１０２からの出射光を所定の光記録媒体１０３に収束照射させるための単一の対物レンズ１０４を備えた構成が望ましいといえる。
【０００７】
ところで、このように１つの対物レンズ１０４で、青色系、ＤＶＤ或いはＣＤの異なる規格の光記録媒体１０３に集光させるためには、以下のように光記録媒体１０３の使用波長／基板厚みの違いに伴う課題が存在する。即ち、特許文献１には光源波長４０５ｎｍで設計した図２２に示すような対物レンズ１１０を波長４００〜８００ｎｍの範囲で使用した場合に発生する収差量が示されている（図２３）。１１１は光記録媒体である。後述する通り、波面収差は一般に０．０２λｒｍｓ以下程度である必要があるが、図２３によれば、ＤＶＤ系、ＣＤ系で使用される波長６６０ｎｍ、７８５ｎｍ付近では０．１０λｒｍｓ以上となってしまっている。そのため、特許文献１には、対物レンズとして貼り合せレンズを用いることが提案されているが、貼り合せレンズは貼り合せ工程が必要であるとともに、２枚重ねのため重量増加などの問題がある。
【０００８】
また、他の従来例として、非特許文献１や特許文献２がある。これらの提案例では、青色専用の対物レンズでＤＶＤ系光記録媒体、ＣＤ系光記録媒体にビームを集光させると、球面収差が発生する。そこで、ＤＶＤ系、ＣＤ系の各光路を有限系で構成するとともに、青色波長帯域の光に対しては位相分布を変化させず他方のＤＶＤ、ＣＤの光に対しては位相分布を変化させる位相補正素子を具備している。有限系、即ち、対物レンズへの入射光束を発散状態とすることは球面収差を低減する効果がある。それでもなお、球面収差は残留するため位相補正素子によって球面収差と逆位相を加えて、球面収差の補正を行っている。
【０００９】
また、他の課題として、規格の異なる複数種の光記録媒体では使用する開口数：ＮＡが異なる。即ち、ＤＶＤ系光記録媒体では再生系としては０．６０、記録系としては０．６５であり、ＣＤ系の再生系では０．４５、記録系では０．５０が一般的に用いられている。現状、普及している光情報処理装置はＤＶＤ／ＣＤの何れについても記録が行えるものが主流となりつつあり、ＤＶＤ系はＮＡ：０．６５、ＣＤ系はＮＡ：０．５０を用いるのが望ましい。一方、青色系光記録媒体については、ＮＡ０．６５のＨＤ−ＤＶＤ規格が提案されている。このように、記録・再生を行う光記録媒体に応じて、ＮＡを切換る必要がある。そこで、ＤＶＤとＣＤとの２世代互換時には、特許文献３ないし６に記載されている開口切換素子、また、大容量光記録媒体とＤＶＤとの２世代互換時には特許文献７に記載されている開口切換素子、さらには、３世代互換を達成するためには、特許文献８，９に記載されているような３段階の開口切換素子が必要とされている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２―１０７６１７公報
【特許文献２】
特開２００３−６７９７２公報
【特許文献３】
特許第３２４０８４６号公報
【特許文献４】
特許第２７１３２５７号公報
【特許文献５】
特許第２７２５６５３号公報
【特許文献６】
特許第３０３６３１４号公報
【特許文献７】
特開２００１−２１６６７６公報
【特許文献８】
特開２０００−１８７８７０号公報
【特許文献９】
特開２００３−６７９７２号公報
【非特許文献１】
ＩＳＯＭ２００１予稿集「ＢＬＵＥ／ＤＶＤ／ＣＤ  ＣＯＭＰＡＴＩＢＬＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＨＥＡＤ  ＷＩＴＨ  ＴＨＲＥＥ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨＳ  ＡＮＤ  Ａ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＦＩＬＴＥＲ」Ｒｙｕｉｃｈｉ  Ｋａｔａｙａｍａ  ａｎｄ  Ｙｕｉｃｈｉ  Ｋｏｍａｔｓｕ  ｐ３０〜３１
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術に関して、まず、非特許文献１や特許文献２による位相補正素子は、対物レンズと光軸がずれるとコマ収差が発生するため、対物レンズと一体可動される。一方、対物レンズをフォーカス方向、トラック方向へ可動させるアクチュエータとしては、軽量化・組付工数の低減を図るために部品点数の削減が望まれている。また、コマ収差を抑制するために、対物レンズと位相補正素子のアライメント調整が必要となる。
【００１２】
開口切換素子についても同様であり、開口切換素子と対物レンズの光軸がずれると所望のＮＡが得られなくなるため、一体で可動することが要求される。
【００１３】
本発明の目的は、収差補正素子を必要とすることなく、青色系／ＤＶＤの２世代、或いは、青色系／ＤＶＤ／ＣＤの３世代において、球面収差が十分に抑制された対物レンズ及び光ピックアップを提供することである。
【００１４】
さらに、他の目的は、収差補正素子及び開口切換素子を必要とすることなく、部品点数の削減によるコストダウン、組付工数の削減を図れる対物レンズ及び光ピックアップを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、波長λ１、λ２（λ１＜λ２）の光源からの光を光記録媒体上に収束照射する対物レンズであって、単レンズとして構成され、両面が非球面かつ凸面であり、ｄ線の材質に対する屈折率：ｎｄ及びアッベ数：νｄ、光源側面の近軸曲率半径：Ｒ１、焦点距離：ｆが、条件：
（１）  νｄ＞３５
（２）  １．５８＞ｎｄ
（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１
を満足する。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光源からの光を光記録媒体上に収束照射する対物レンズであって、単レンズとして構成され、両面が非球面かつ凸面であり、ｄ線の材質に対する屈折率：ｎｄ及びアッベ数：νｄ、光源側面の近軸曲率半径：Ｒ１、焦点距離：ｆが、条件：
（１）  νｄ＞３５
（２）  １．５８＞ｎｄ
（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１
を満足する。
【００１７】
即ち、対物レンズは、光源側から入射する平行光束を集光させる正レンズであり、本発明の光ピックアップ用の対物レンズは、単レンズ構成で両面が非球面であるところから、レンズの形態としては両凸レンズ、メニスカスレンズが可能であるが、両凸レンズは光源側の曲率を緩められるため、製造実現性の観点から、両凸レンズがよい。そして、条件（１）（２）（３）は、２波長或いは３波長の光記録媒体について波面収差最良の状態で光記録媒体上に収束照射するための条件である。例えば、条件（２）が満足されない場合、対物レンズの屈折率が小さすぎ、所望のＮＡを実現する場合、特に光源側のレンズ面の曲率を大きくせざるを得ず、対物レンズ面を高精度に形成するのが困難になり、対物レンズとしてのコストも高くなってしまう。また、屈折率：ｎｄ、アッベ数：νｄに対する条件（１）（２）が満足されないと、波長の異なる光を通した場合の色収差が大きくなりすぎてしまい、２波長或いは３波長の互換が困難となる。対物レンズの光源側の面が「光源側に凸」であるとすると、近軸曲率半径：Ｒ１が大きくなることは、この面における正の屈折力を小さくすることを意味する。光ピックアップ用の対物レンズは開口数ＮＡ０．６５程度と大きいためレンズにおける正の屈折力を大きくしなければならない。従って、上記の如く近軸曲率半径：Ｒ１を大きくしてなおかつ大きな開口数にしようとすれば、レンズ材質の屈折率を大きくしなければならず、「レンズ材質の屈折率：ｎｄは、近軸曲率半径：Ｒ１の増大に伴って増大する」関係にある。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の対物レンズにおいて、前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１の光源からの光に対しては無限系の入射光束に対して規定され、前記波長λ２の光源からの光に対しては有限系の入射光束に対して規定されている。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の対物レンズにおいて、前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１として青色波長帯域、前記波長λ２として赤色波長帯域の入射光束に対して規定されている。請求項５記載の発明は、請求項３記載の対物レンズにおいて、前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１の光源からの光に対しては無限系の入射光束に対して規定され、前記波長λ２、λ３の光源からの光に対しては有限系の入射光束に対して規定されている。請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の対物レンズにおいて、前記条件（１）（２）（３）は、前記波長λ１として青色波長帯域、前記波長λ２として赤色波長帯域、前記波長λ３として赤外波長帯域の入射光束に対して規定されている。
【００１９】
即ち、これらの発明の対物レンズは、長波長の光に対しては有限系の入射光束で使用される。青色波長帯域で無限系の対物レンズとして、ＤＶＤ、ＣＤの使用波長・基板厚条件で使用した場合、基板厚の違い（０．６ｍｍ、０．６ｍｍ、１．２ｍｍ）、波長の違い（４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍ）に伴う球面収差が発生する。この球面収差を抑制するためには、ＤＶＤ或いはＣＤへの記録、再生又は消去を行うときには、対物レンズへの入射光束を発散光とすることにより補正可能である。即ち、ＤＶＤ或いはＣＤへの記録、再生又は消去を行うときは有限系の対物レンズとして使用する。
【００２０】
これらの発明について考察する。まず、所定波長の光源及び所定厚みの基板を介して、記録面に光スポットを「所望のスポット径」で形成するに際し、「良好な光スポットを形成するために許容される波面収差の上限値」を０．０４λｒｍｓ（λ：波長）以下に抑える必要がある。０．０４λｒｍｓの中には、レンズの第１面、第２面の曲率半径ずれ、厚みずれ、非球面形状ずれ、各面のシフト、各面のチルトなどの製造誤差による波面劣化分が含まれる。従って、波面劣化量の中央値目安としては０．０２λｒｍｓ程度である。以下、中央値目安０．０２λｒｍｓ以下を用いて説明する。本発明では、上述の通り青色系、ＤＶＤ、ＣＤの３世代において記録、再生又は消去を行うものであるため、各波長において波面収差：０．０２λｒｍｓ以下を実現する必要がある。レンズ材料を、屈折率：ｎｄとアッベ数：νｄとで表して、「基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．６５〜０．７０、使用波長４０５ｎｍの光記録媒体に対して無限系入射の青色光学系」、「基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．６５、使用波長６６０ｎｍの光記録媒体に対して有限系入射のＤＶＤ光学系」、「基板厚：１．２ｍｍ、開口数ＮＡ：０．５０、使用波長７８５ｎｍの光記録媒体に対して有限系入射のＣＤ光学系」の波面収差を求めると、図１（ａ）〜（ｃ）に示すようになり、青色系、ＤＶＤ、ＣＤ何れもが０．０２λｒｍｓ以下となるのは図２のハッチングで示す条件（１）（２）の範囲である。なお、図２中、破線の範囲は一般に硝子が量産されている領域に相当する。これらの条件（１）（２）が満足されないと、特にＤＶＤ系の波長帯域の違いによる色収差が大きくなりすぎてしまい、収差０．０２λｒｍｓ以下が満足できないことが図１（ｂ）より分かる。
【００２１】
また、同時に「波面収差：０．０２λｒｍｓ以下」を達成できるという条件のもとで、近軸曲率半径：Ｒ１と屈折率：ｎｄとが満足する関係を、「曲率の強い面を光源側に向けた両凸レンズ」として形成される光ピックアップ用の対物レンズの焦点距離：ｆ＝３．０５ｍｍ、開口数：ＮＡ０．６５のもとで求めて見ると、図３における印（●■△×＊○＋）のようになる。印（●■△×＊○＋）はアッベ数：νｄを示し、順に６５，６０，５５，５０，４５，４０，３５であり、直線ａ，ｂの範囲に収まる。材質の屈折率は、ｄ線の屈折率ｎｄ以外にアッベ数νｄにも依存するため、近軸曲率半径：Ｒ１と屈折率：ｎｄの関係は一意には決まらないが、直線ａ，ｂの範囲で定まる近軸曲率半径：Ｒ１と屈折率：ｎｄの条件（３）を満足し、かつ条件（１）で定められた屈折率：ｎｄを満足することにより、「波面収差：０．０２λｒｍｓ以下」を達成できる。
【００２２】
以上のような請求項１〜６記載の発明の対物レンズによれば、従来技術の貼り合せレンズや、位相補正素子付加などを行うことなく、青色系、ＤＶＤ、ＣＤのうちの２波長或いは３波長についての互換が可能となる。
【００２３】
次に、光ピックアップを構成する上で、青色光記録媒体、ＤＶＤ系光記録媒体、ＣＤ系光記録媒体では各々最適なＮＡは異なる。そのため適宜、入射光束径を切換える必要がある。
【００２４】
まず、請求項７記載の発明の光ピックアップは、波長λ１，λ２の光を発する複数の光源と、これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項１，２又は３記載の対物レンズと、を備え、前記波長λ１，λ２の光に対して、各波長λ１，λ２の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２の入射光束径φ１，φ２が、条件：
（４）  ＮＡ（λ１）＝ＮＡ（λ２）
（５）  φ２＞φ１
を満足する。
【００２５】
一般に、実効的開口数ＮＡは、対物レンズへの入射光束径をφ、焦点距離をｆとしたとき、
ＮＡ＝φ／２／ｆ
で表される。焦点距離：ｆは長波長ほど長くなる。よって、条件（４）（５）を満足すれば、近年規格化が検討されているＮＡ０．６５の青色系光記録媒体ＨＤ−ＤＶＤ、ＮＡ０．６５のＤＶＤ系光記録媒体の互換が可能となる。
【００２６】
請求項９記載の発明の光ピックアップは、波長λ１，λ２の光を発する複数の光源と、これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項１，２又は３記載の対物レンズと、を備え、前記波長λ１，λ２の光に対して、各波長λ１，λ２の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２の入射光束径φ１，φ２が、条件：
（６）  ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）
（７）  φ１＝φ２
を満足する。
【００２７】
例えばＮＡ０．６７などのように青色系の開口数ＮＡを若干大きくすれば、入射光束径φ１、φ２を共通化することが可能となり、開口切換えが不要となる。一般に、光記録媒体の透明基板の厚み誤差による波面劣化はＮＡの４乗、透明基板のチルト誤差による波面劣化はＮＡの３乗に比例するため、ＮＡを単純に挙げて大容量化することはできない。しかしながらＨＤ−ＤＶＤのＮＡ０．６５をＮＡ０．６７程度で使用するレベルであれば、これらのマージンの劣化は非常に小さく問題なく使用できる。
【００２８】
請求項１１記載の発明の光ピックアップは、波長λ１，λ２，λ３の光を発する複数の光源と、これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項４，５又は６記載の対物レンズと、を備え、前記波長λ１，λ２，λ３の光に対して、各波長λ１，λ２，λ３の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２，λ３の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件：
（８）  ＮＡ（λ１）＝ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
（９）  φ２＞φ１＞φ３
を満足する。
【００２９】
これにより青色系、ＤＶＤ、ＣＤの３世代各々について最適ＮＡを得ることが可能となる。
【００３０】
請求項１２記載の発明の光ピックアップは、波長λ１，λ２，λ３の光を発する複数の光源と、これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項４，５又は６記載の対物レンズと、を備え、前記波長λ１，λ２，λ３の光に対して、各波長λ１，λ２，λ３の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２，λ３の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件：
（１０）  ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
（１１）  φ１＞φ２＞φ３
を満足する。
【００３１】
これにより青色系、ＤＶＤ、ＣＤの３世代各々について最適ＮＡを得ることが可能となる。
【００３２】
請求項１３記載の発明の光ピックアップは、波長λ１，λ２，λ３の光を発する複数の光源と、これらの光源からの光を光記録媒体上に収束照射する単一の請求項４，５又は６記載の対物レンズと、を備え、前記波長λ１，λ２，λ３の光に対して、各波長λ１，λ２，λ３の実効的開口数ＮＡ（λ１），ＮＡ（λ２），ＮＡ（λ３）、及び前記対物レンズへ入射する各波長λ１，λ２，λ３の入射光束径φ１，φ２，φ３が、次の条件：
（１２）  ＮＡ（λ１）＞ＮＡ（λ２）＞ＮＡ（λ３）
（１３）  φ１＝φ２＞φ３
を満足する。
【００３３】
これにより青色系、ＤＶＤ、ＣＤの３世代各々について最適ＮＡを得ることが可能となる。
【００３４】
これらの請求項７ないし１５記載の発明の光束径は、対物レンズと一体に可動する開口部或いは波長選択性開口切換手段によって規定される。即ち、請求項１４記載の発明は、請求項７ないし１３の何れか一記載の光ピックアップにおいて、最大入射光束径と略同一径の開口部を具備し、この開口部は前記対物レンズと一体で可動する。また、請求項１５記載の発明は、請求項７，１０，１１又は１２記載の光ピックアップにおいて、最大入射光束径と略同一径の開口部及び波長選択性の開口切換手段を具備し、これらの開口部及び開口切換手段は前記対物レンズと一体で可動する。
【００３５】
請求項１６記載の発明は、請求項８又は１２記載の光ピックアップにおいて、前記波長λ１の光源点灯時には無限系の入射光束で使用し、前記波長λ２の光源点灯時には有限系の入射光束で使用する光ピックアップであって、入射光束径φ１（＝φ２）と略同一径の開口部を対物レンズ前側主点から光源側へ所定距離：ｔ、
ｔ≒Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
ここで、ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１の光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２の光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２の光源点灯時の物体距離
の位置に配置してなる。
【００３６】
従って、開口部のみ（開口切換手段なし）で２世代、開口部と１段階の切換のみで（２段階切換手段でなく）３世代各々について最適ＮＡを得ることが可能となる。
【００３７】
請求項１７記載の発明は、請求項１５記載の光ピックアップにおいて、前記開口切換手段は、波長選択性コーティング或いは波長選択性回折格子であって、前記対物レンズの光源側面或いは媒体側面の何れかに形成されている。
【００３８】
従って、開口切換用の専用素子を設けずに済み、アクチュエータの軽量化、組付工数の削減が可能となる。
【００３９】
請求項１８記載の発明の光情報処理装置は、請求項１ないし６の何れか一記載の対物レンズを備える光ピックアップ又は請求項７ないし１７の何れか一記載の光ピックアップを用いて、光記録媒体に情報の記録、再生又は消去を行う。
【００４０】
従って、請求項１ないし１７の発明と同様の作用を奏する。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の対物レンズ、当該対物レンズを用いた光ピックアップ、並びに当該光ピックアップを備える光情報処理装置の実施の形態を示す。なお、以下の説明は青色系／ＤＶＤ／ＣＤの３世代互換の場合について説明するが、青色系／ＤＶＤ或いは青色系／ＣＤのような３世代のうちの２世代を選択してもよい。
【００４２】
［対物レンズの実施の形態］
＜対物レンズの第１の実施の形態＞
本実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。本実施の形態は、使用波長λ１：４０５ｎｍ、基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．６５の青色系光記録媒体と、使用波長λ２：６６０ｎｍ、基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．６５のＤＶＤ系光記録媒体と、使用波長λ３：７８５ｎｍ、基板厚：１．２ｍｍ、開口数ＮＡ：０．５０のＣＤ系光記録媒体の３種類の光記録媒体について記録、再生又は消去を行う光ピックアップに用いられる対物レンズに関する。
【００４３】
まず、図４（ａ）、表１（ａ）を用いて、使用波長λ１：４０５ｎｍの青色系光記録媒体１ａに対して使用した場合の対物レンズ２Ａの光学的性能を示す。本実施の形態の対物レンズ２Ａは、開口数ＮＡ：０．６５、焦点距離ｆ：３．０５ｍｍ、ｄ線の屈折率ｎｄ：１．５０、アッベ数νｄ：６０の硝種（５０００００．６０００００）を用いている。
【００４４】
また、本実施の形態の対物レンズ２Ａは、そのレンズ面の非球面形状は、光軸方向の座標：Ｘ、光軸直交方向の座標：Ｙ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，…を用いて、以下の周知の非球面式：
Ｘ＝（Ｙ２／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ／Ｒ２｝＋ＡＹ４＋ＢＹ６＋ＣＹ８＋ＤＹ１０＋ＥＹ１２＋ＦＹ１４＋ＧＹ１６＋ＨＹ１８＋ＪＹ２０＋…
で表し、Ｒ，Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，…を与えて形状を特定する。
【００４５】
表１（ａ）に、具体的データを示す。表中の記号は、以下の通りである。「ＯＢＪ」は物点（光源としての半導体レーザ）を意味するが、対物レンズ２Ａは「無限系」であり、曲率半径：ＲＤＹ及び厚さ：ＴＨＩの「ＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）」は光源が無限遠にあることを意味する。また、「ＳＴＯ」は入射瞳面であり、その曲率半径は「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」で、厚さは設計上「０」としている。ここで、特に断らない限り、長さの次元をもつ量の単位は「ｍｍ」である。
【００４６】
「Ｓ２」は対物レンズ２Ａの「光源側面」、「Ｓ３」は「光記録媒体側面」を意味する。対物レンズ２Ａの肉厚は１．８５ｍｍであり、Ｓ３の欄の「曲率半径の右側」に記載された厚さ：１．６５１１９３ｍｍは「ワーキングディスタンス」を示す。「Ｓ４」は光記録媒体１の光照射側基板の光源側面、「ＩＭＧ」は同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ４，ＩＭＧの間隔、即ち、光照射側基板厚は０．６ｍｍ、ｎ：１．６２である。
【００４７】
「ＥＰＤ：入射瞳径」は入射光束径（３．９６５ｍｍ）を表し、「ＷＬ：波長」は使用波長（４０５ｎｍ）を表す。なお、非球面係数の表示において、例えば「Ｄ：０．３０６７９０Ｅ−０５」とあるのは、「Ｄ＝０．３０６７９０×１０−５」を意味する。
【００４８】
また、本実施の形態の対物レンズ２Ａは、以下の条件
（１）  νｄ＞３５
（２）  １．５８＞ｎｄ
（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１
を満足している。
【００４９】
次に、使用波長６６０ｎｍのＤＶＤ系光記録媒体１ｂに適用する場合について、図４（ｂ）及び表１（ｂ）を用いて説明する。対物レンズ２Ａの形状は、図１（ａ）、表１（ａ）の場合と同じであるが、屈折率、ワーキングディスタンスは異なる。また、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂに対しては有限系入射で使用するものであり、物点「ＯＢＪ」（光源としての半導体レーザ）から第１面「ＳＴＯ」の単一の開口部までの距離１３７ｍｍにしている。これは、波面収差が最小となるように選択された値である。
【００５０】
また、使用波長７８５ｎｍのＣＤ系光記録媒体１ｃに適用する場合について、図４（ｃ）及び表１（ｃ）を用いて説明する。対物レンズ２Ａの形状は、図１（ａ）、表１（ａ）の場合と同じであるが、屈折率、ワーキングディスタンス、光照射側基板の厚みは異なる。また、ＣＤ系光記録媒体１ｃに対しては有限系入射で使用するものであり、物点「ＯＢＪ」（光源としての半導体レーザ）から第１面「ＳＴＯ」の単一の開口部までの距離４５．０ｍｍにしている。ＤＶＤ系の場合と同様に波面収差が最小となるように選択された値である。
【００５１】
【表１】
2005024666.tif 000003
【００５２】
図５は、本実施の形態の対物レンズ２Ａを用いて、青色系光記録媒体１ａ、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂ、ＣＤ系光記録媒体１ｃの各々について所定の波長を用いて使用したときに発生する波面収差特性を示す特性図である。横軸は各光記録媒体１ａ，１ｂ，１ｃ、縦軸は最良像点での軸上波面収差を表す。各光記録媒体１ａ，１ｂ，１ｃについて、波面収差０．０２λｒｍｓ以下と良好な収差特性を有している。
【００５３】
＜対物レンズの第２の実施の形態＞
本実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。本実施の形態は、使用波長λ１：４０５ｎｍ、基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．７０の青色系光記録媒体１ａと、使用波長λ２：６６０ｎｍ、基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．６５のＤＶＤ系光記録媒体１ｂと、使用波長λ３：７８５ｎｍ、基板厚：１．２ｍｍ、開口数ＮＡ：０．５０のＣＤ系光記録媒体１ｃの３種類の光記録媒体について記録、再生又は消去を行う光ピックアップに用いられる対物レンズ２Ｂに関する。
【００５４】
本実施の形態の対物レンズ２Ｂは、焦点距離ｆ：３．０５ｍｍ、ｄ線の屈折率ｎｄ：１．５５、アッベ数νｄ：６０の硝種（５５００００．６０００００）を用いている。また、本実施の形態の対物レンズ２Ｂは、第１の実施の形態の場合と同じく、青色系光記録媒体１ａに対しては無限系で使用し、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂ、ＣＤ系光記録媒体１ｃについては有限系で使用されるレンズである。
【００５５】
青色系光記録媒体１ａでの使用構成を図６（ａ）、表２（ａ）に、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂでの使用構成を図６（ｂ）、表２（ｂ）に、ＣＤ系光記録媒体１ｃでの使用構成を図６（ｃ）、表２（ｃ）に示す。対物レンズ２Ｂの非球面形状、表２の記載項目は第１の実施の形態の場合と同様である。
【００５６】
また、本実施の形態の対物レンズ２Ｂも、以下の条件
（１）  νｄ＞３５
（２）  １．５８＞ｎｄ
（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１
を満足している。
【００５７】
【表２】
2005024666.tif 000004
【００５８】
図７は、本実施の形態の対物レンズ２Ｂを用いて、青色系光記録媒体１ａ、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂ、ＣＤ系光記録媒体１ｃの各々について所定の波長を用いて使用したときに発生する波面収差特性を示す特性図である。横軸は各光記録媒体１ａ，１ｂ，１ｃ、縦軸は最良像点での軸上波面収差を表す。各光記録媒体１ａ，１ｂ，１ｃについて、波面収差０．０２λｒｍｓ以下と良好な収差特性を有している。
【００５９】
＜対物レンズの第３の実施の形態＞
本実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。本実施の形態は、使用波長λ１：４０５ｎｍ、基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．６７の青色系光記録媒体１ａと、使用波長λ２：６６０ｎｍ、基板厚：０．６ｍｍ、開口数ＮＡ：０．６５のＤＶＤ系光記録媒体１ｂと、使用波長λ３：７８５ｎｍ、基板厚：１．２ｍｍ、開口数ＮＡ：０．５０のＣＤ系光記録媒体１ｃの３種類の光記録媒体について記録、再生又は消去を行う光ピックアップに用いられる対物レンズ２Ｃに関する。
【００６０】
本実施の形態の対物レンズ２Ｃは、焦点距離ｆ：３．０５ｍｍ、ｄ線の屈折率ｎｄ：１．５５、アッベ数νｄ：５５の硝種（５５００００．６０００００）を用いている。また、本実施の形態の対物レンズ２Ｃは、第１の実施の形態の場合と同じく、青色系光記録媒体１ａに対しては無限系で使用し、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂ、ＣＤ系光記録媒体１ｃについては有限系で使用されるレンズである。
【００６１】
青色系光記録媒体１ａでの使用構成を図８（ａ）、表３（ａ）に、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂでの使用構成を図８（ｂ）、表３（ｂ）に、ＣＤ系光記録媒体１ｃでの使用構成を図８（ｃ）、表３（ｃ）に示す。対物レンズ２Ｃの非球面形状、表３の記載項目は第１の実施の形態の場合と同様である。
【００６２】
また、本実施の形態の対物レンズ２Ｃも、以下の条件
（１）  νｄ＞３５
（２）  １．５８＞ｎｄ
（３）  ０．５８ｎｄ−０．２９≦Ｒ１／ｆ≦０．６２ｎｄ−０．３１
を満足している。
【００６３】
【表３】
2005024666.tif 000005
【００６４】
図９は、本実施の形態の対物レンズ２Ｃを用いて、青色系光記録媒体１ａ、ＤＶＤ系光記録媒体１ｂ、ＣＤ系光記録媒体１ｃの各々について所定の波長を用いて使用したときに発生する波面収差特性を示す特性図である。横軸は各光記録媒体１ａ，１ｂ，１ｃ、縦軸は最良像点での軸上波面収差を表す。各光記録媒体１ａ，１ｂ，１ｃについて、波面収差０．０２λｒｍｓ以下と良好な収差特性を有している。
【００６５】
［光ピックアップの実施の形態］
＜光ピックアップの第１の実施の形態＞
本実施の形態の光ピックアップは、ＮＡ０．６５青色系／ＤＶＤ／ＣＤへの適用例を示す。
【００６６】
まず、本実施の形態の光ピックアップ１１の光学系全体の構成例を図１０を参照して説明する。本実施の形態の光ピックアップ１１は、青色波長帯域の使用波長λ１＝４０５ｎｍの光源１２、赤色波長帯域の使用波長λ２＝６６０ｎｍの光源１３、及び、赤外波長帯域の使用波長λ３＝７８５ｎｍの光源１４を備え、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体１ａと、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１ｂと、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１ｃとの各々に対して、記録、再生又は消去が可能な光ピックアップである。
【００６７】
本実施の形態の光ピックアップ１１は、青色波長帯域の半導体レーザ（光源）１２、コリメートレンズ１５、偏光ビームスプリッタ１６、ダイクロイックプリズム１７，１８、偏向プリズム１９、１／４波長板２０、開口部２１、開口切換手段２２、対物レンズ２（本実施の形態では、２Ａ）、検出レンズ２３、光束分割手段２４、受光素子２５より構成される青色波長帯域の光が通過する青色光学系２６と、ホログラムユニット２７、カップリングレンズ２８、ダイクロイックプリズム１７，１８、偏向プリズム１９、１／４波長板２０、開口部２１、開口切換手段２２、対物レンズ２Ａから構成される赤色波長帯域の光が通過するＤＶＤ系の赤色光学系２９と、ホログラムユニット３０、カップリングレンズ３１、ダイクロイックプリズム１８、偏向プリズム１９、１／４波長板２０、開口部２１、開口切換手段２２、対物レンズ２Ａから構成される赤外波長帯域の光が通過するＣＤ系の赤外光学系３２から構成されている。即ち、ダイクロイックプリズム１７，１８、偏向プリズム１９、１／４波長板２０、開口部２１、開口切換手段２２、対物レンズ２Ａは２乃至３つの光学系の共通部品である。
【００６８】
また、ホログラムユニット２７は、半導体レーザ（光源）１３のチップ、ホログラム３３及び受光素子３４を一体化して構成されたものである。同様に、ホログラムユニット３０は、半導体レーザ（光源）１４のチップ、ホログラム３５及び受光素子３６を一体化して構成されたものである。
【００６９】
また、光記録媒体１ａ，１ｂ，１ｃは前述したように各々使用波長が異なる光記録媒体で、光記録媒体１ａは基板厚さが０．６ｍｍの青色系光記録媒体、光記録媒体１ｂは基板厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体、光記録媒体１ｃは基板厚さが１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体である。記録、再生又は消去時には何れかの光記録媒体１ａ，１ｂ又は１ｃのみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【００７０】
また、開口部２１は、対物レンズ２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当該対物レンズ２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。
【００７１】
このような構成において、各波長帯域毎の光学系動作例について説明する。まず、青色波長帯域の使用波長λ１＝４０５ｎｍの光源１２、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体１ａに記録、再生又は消去を行う場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１２から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１５で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１６、ダイクロイックプリズム１７，１８を透過し、偏向プリズム１９で光路を９０度偏向され、１／４波長板２０を通過し円偏光とされ、開口部２１を透過し、開口切換手段２２においてＮＡ０．６５に制限され、対物レンズ２Ａに入射し、光記録媒体１ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録又は消去が行われる。
【００７２】
光記録媒体１ａで反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板２０を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏向プリズム１９、ダイクロイックプリズム１８，１７を通過し偏光ビームスプリッタ１６で反射されて、検出レンズ２３で収束光とされ、光束分割手段２４により複数の光路に偏向分割され受光素子２５に至る。受光素子２５からは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００７３】
次に、赤色波長帯域の使用波長６６０ｎｍの光源１３、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１ｂに記録、再生又は消去を行う場合について説明する。ホログラムユニット２７の半導体レーザ１３のチップから出射された６６０ｎｍの光は、ホログラム３３を透過し、カップリングレンズ２８で所定の発散光とされ、青色波長帯域の光は透過し赤色波長帯域の光は反射させるダイクロイックプリズム１７によって偏向プリズム１９の方向に反射され、ダイクロイックプリズム１８通過後、偏向プリズム１９によって光路が９０度偏向され、１／４波長板２０を通過し円偏光とされ、開口部２１においてＮＡ０．６５に制限され、対物レンズ１Ａに入射し、光記録媒体１Ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録又は消去が行われる。
【００７４】
光記録媒体１Ａで反射した光は、偏向プリズム１９で偏向され、ダイクロイックプリズム１８通過後、ダイクロイックプリズム１７で反射され、カップリングレンズレンズ２８で収束光とされ、ホログラム３３により半導体レーザ１３と同一キャン内にある受光素子３４方向に回折されて受光素子３４に受光される。受光素子３４からは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００７５】
さらに、赤外波長帯域の使用波長７８５ｎｍの光源１４、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１ｃに記録、再生又は消去を行う場合について説明する。ホログラムユニット３０の半導体レーザ１４から出射された７８５ｎｍの光は、ホログラム３５を透過し、カップリングレンズ３１で所定の発散状ビームに変換され、青色と赤色波長域の光は透過し赤外波長域の光は反射させるダイクロイックプリズム１８によって偏向プリズム１９の方向に反射され、偏向プリズム１９によって光路が９０度偏向され、波長板２０を通過し楕円偏光或いは円偏光とされ、開口部２１を通過し、開口切換手段２２でＮＡ０．５０に制限され、対物レンズ２Ａに入射し、光記録媒体１ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録或いは消去が行われる。
【００７６】
光記録媒体１ｃで反射した光は、偏向プリズム１９で偏向され、ダイクロイックプリズム１８で反射され、カップリングレンズ３１で収束光とされ、ホログラム３５により半導体レーザ１４と同一キャン内にある受光素子３６方向に回折されて受光素子３６に受光される。受光素子３６からは、情報信号、サーボ信号が検出される。
【００７７】
ここで、対物レンズ２Ａ付近における開口切換部分について説明する。
【００７８】
まず、ＤＶＤ入射光束径について説明する。青色波長帯域で最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の赤色帯域の光を入射させた場合、屈折力が低下し、開口数ＮＡが低くなる。そのため、本実施の形態では赤色波長帯域については、青色波長帯域での入射光束径φ１に比べ、より大きな光束径φ２で入射させる。
【００７９】
図１１は、青色波長帯域において以下の特性
入射光束径φ：３．９６５ｍｍ
開口数（ＮＡ）：０．６５
焦点距離（ｆ）：３．０５ｍｍ
硝種          ：５０００００．６０００００
を有する対物レンズ２Ａにおいて、異なる波長帯域使用時のＮＡ０．６５となる有効径と波長の関係を示すものである。この図１１から、波長６６０ｎｍを使用するＤＶＤ系光記録媒体１ｂの記録、再生又は消去時には光束径φ２を４．０９５ｍｍ程度にする必要があることが分る。なお、波長４０５ｎｍ以外では、適宜物体距離を変更して波面収差最良の状態としている。
【００８０】
また、ＣＤ入射光束径について説明する。ＣＤ系光記録媒体１ｃに対する記録、再生又は消去時の最適な開口数ＮＡは０．５程度であるが、図１１の場合と同様の方法により、その最適な有効径φ３を見積もると、φ３＝３．２８ｍｍ程度とすればよいことが分る。
【００８１】
以上のように対物レンズ２Ａに対する入射光束径φ１、φ２、φ３に関して３段階の開口切換えが必要である。本実施の形態では、入射光束径φ２をアクチュエータ部に設けられた開口部２１で制限し、入射光束径φ１、φ３を切換える開口切換手段２２としては、光源から出射される光束の波長に応じて、例えば、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように回折によって光束径を切換える波長選択性回折パターンが形成された波長選択性回折素子４１を用いる。
【００８２】
図１２（ａ）の青色波長帯域の光束、図１２（ｂ）の赤色波長帯域の光束、図１２（ｃ）の赤外波長帯域の光束における各光束の透過特性は、波長選択性回折素子４１が施されていない中心部領域の入射光束径φ３以内では青色波長帯域、赤色波長帯域、赤外波長帯域の何れの光に対しても透過し、周辺部領域の入射光束径φ３の外周から入射光束径φ１までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させ、周辺部領域の入射光束径φ１の外周から入射光束径φ２までの領域では、赤色波長帯域の光に対しては作用せず、青色波長帯域と赤外波長帯域の光は回折させる。
【００８３】
なお、本実施の形態のような波長選択性回折素子４１に限定されるものでなく、波長選択性の透過／反射特性を持つコーティングを施した素子であってもよい。
【００８４】
＜光ピックアップの第２の実施の形態＞
本実施の形態の光ピックアップは、ＮＡ０．７０青色系／ＤＶＤ／ＣＤへの適用例を示す。
【００８５】
本実施の形態の光ピックアップは、青色波長帯域の使用波長λ１＝４０５ｎｍの光源１２、赤色波長帯域の使用波長λ２＝６６０ｎｍの光源１３、及び、赤外波長帯域の使用波長λ３＝７８５ｎｍの光源１４を備え、ＮＡ０．７０、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体１ａと、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１ｂと、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１ｃとの各々に対して、記録、再生又は消去が可能な光ピックアップである。
【００８６】
前述の第１の実施の形態と異なる点は、青色系の開口数がＮＡ０．６５でなくＮＡ０．７０となり、必要入射ビーム径がＤＶＤに比べ青色の方が大きくなった点である。従って、全体構成は、図１０に示したものと同様であるが、本実施の形態では対物レンズとして１Ａに代えて１Ｂが用いられている。ＮＡ０．７０程度であれば、前述の各種変動に伴うマージンの劣化は小さく、また、容量も増やせる。ＮＡ０．７０を用いればＮＡ０．６５に対して、約１５％の容量増加が可能である。
【００８７】
この場合、入射光束径φ１をアクチュエータ部に設けられた開口部２１で制限し、入射光束径φ２、φ３の開口切換手段２２としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように回折によって光束径を切換える波長選択性回折パターンが形成された波長選択性回折素子４２を用いる。
【００８８】
図１３（ａ）の青色波長帯域の光束、図１３（ｂ）の赤色波長帯域の光束、図１３（ｃ）の赤外波長帯域の光束における各光束の透過特性は、波長選択性回折素子４２が施されていない中心部領域の入射光束径φ３では青色波長帯域、赤色波長帯域、赤外波長帯域の何れの光に対しても透過し、周辺部領域の入射光束径φ３の外周から入射光束径φ２までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させ、周辺部領域の入射光束径φ２の外周から入射光束径φ１までの領域では、青色波長帯域の光に対しては作用せず、赤色波長帯域と赤外波長帯域の光は回折させる。
【００８９】
＜光ピックアップの第３の実施の形態＞
本実施の形態の光ピックアップは、ＮＡ０．６７青色系／ＤＶＤ／ＣＤへの適用例を示す。
【００９０】
本実施の形態の光ピックアップは、青色波長帯域の使用波長λ１＝４０５ｎｍの光源１２、赤色波長帯域の使用波長λ２＝６６０ｎｍの光源１３、及び、赤外波長帯域の使用波長λ３＝７８５ｎｍの光源１４を備え、ＮＡ０．６７、光照射側基板厚０．６ｍｍの青色系光記録媒体１ａと、ＮＡ０．６５、光照射側基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１ｂと、ＮＡ０．５０、光照射側基板厚１．２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１ｃとの各々に対して、記録、再生又は消去が可能な光ピックアップである。
【００９１】
前述の第１の実施の形態と異なる点は、青色系の開口数がＮＡ０．６５でなくＮＡ０．６７となり、必要入射ビーム径がＤＶＤに比べ青色の方が大きくなった点である。従って、全体構成は、図１０に示したものと同様であるが、本実施の形態では対物レンズとして１Ａに代えて１Ｃが用いられている。
【００９２】
一般に、青色波長帯域で最良の波面を有する対物レンズに、同一光束径の赤色帯域の光を入射させた場合、屈折力が低下し、開口数が低くなる。逆に言うと、赤色波長帯域の光を通過させた場合に比べ、青色波長帯域の光を通過させたときの方が、ＮＡが高くなり、短波長化と加えて大容量の光ピックアップが実現できる。一方、ＤＶＤ世代は、ＮＡが０．６５近傍と定められている。図１４は、以下の特性
青色での焦点距離：３．０５ｍｍ
硝種            ：５５００００．５５００００
光記録媒体基板厚：０．６ｍｍ
を有する対物レンズを例として、青色波長４０５ｎｍと赤色波長６６０ｎｍの光を透過させたときの開口数ＮＡの関係を示すものである。図１４から、例えば、ＤＶＤ系の赤色波長の光でＮＡ０．６５のとき、同一入射光束径の青色波長の光に対しては、ＮＡ０．６７程度になることを意味する。このような関係を用いれば、第１，２の実施の形態のような３段階の開口切換えでなく、ＤＶＤ、ＣＤ世代同様の２段階の開口切換えとなり、素子の簡素化が図れる。
【００９３】
そして、本実施の形態の開口切換手段２２部分としては、光源から出射される光束の波長に応じて、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように回折によって光束径を切り換える波長選択性回折パターンが形成された波長選択性回折素子４３を用いる。
【００９４】
図１５（ａ）の青色波長帯域の光束、図１５（ｂ）の赤色波長帯域の光束、図１５（ｃ）の赤外波長帯域の光束における各光束の透過特性は、波長選択性回折素子４３が施されていない中心部領域の入射光束径φ３では青色波長帯域、赤色波長帯域、赤外波長帯域の何れの光に対しても透過し、周辺部領域の入射光束径φ３の外周から入射光束径φ１（＝φ２）までの領域では、青色波長帯域と赤色波長帯域の光に対しては作用せず、赤外波長帯域の光についてのみ回折させる。
【００９５】
ところで、図１６は、本実施の形態の対物レンズ２Ｃについて、赤色波長帯域６６０ｎｍの光を通過させたときの入射光束径（Ｘ軸）と、その入射光束径でＤＶＤ系光路がＮＡ０．６５を得るための開口切換手段２２−対物レンズ２Ｃの前側主点の間隔条件（Ｙ軸）の関係を示したものである。また、図１６の第２Ｙ軸には青色波長帯域４０５ｎｍの光を通過させたときの入射光束径（Ｘ軸）に対する開口数：ＮＡを示している。特に、本実施の形態における青色系光記録媒体１ａへの記録再生時の使用開口数はＮＡ０．６７であり、図１６より最適な入射光束径：φと、開口切換手段２２−対物レンズ２Ｃの前側主点間距離：ｔは、
最適な入射光束径：φ＝４．１ｍｍ
最適な開口−対物レンズ前側主点間距離：ｔ＝０ｍｍ
となる。
【００９６】
ここで、図１６の関係について説明する。本実施の形態では、波長λ１＝４０５ｎｍ、波長λ２＝６６０ｎｍの光源と、光源光を光記録媒体１に集光照射する単一の対物レンズ２Ｃとを備え、波長４０５ｎｍの光源１２点灯時には無限系の入射光束で使用し、波長６６０ｎｍの光源１３点灯時には有限系の入射光束で使用するものであって、一定の開口を対物レンズ前側主点から光源側へ所定距離：ｔ、
ｔ≒Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
ここで、ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：波長λ１＝４０５ｎｍの光源点灯時の像面側開口数
ＮＡ２ｏｂｊ：波長λ２＝６６０ｎｍの光源点灯時の光源側開口数
Ｌ：波長λ２＝６６０ｎｍの光源点灯時の物体距離
の位置に配置しているため、波長４０５ｎｍと波長６６０ｎｍの開口切換えは不要となっている。
【００９７】
ここで、図１７を参照して、上式ｔ≒Ｌ−ＮＡ１・ｆ／ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））について説明する。まず、波長λ１、開口数ＮＡ１、無限系の光路は図中一点鎖線の如く描かれる。また、対物レンズ１Ｃの焦点距離：ｆと入射光束径：φ、開口数：ＮＡ１は一般に、次式
ＮＡ１＝Φ／２／ｆ
の関係が知られている。一方、波長λ２、開口数ＮＡ２、物体距離Ｌ、物体側開口数ＮＡ２ｏｂｊの有限系光路は図中実線の如く描かれる。ここで、開口の位置は対物レンズ前側主点から光源側に距離：ｔだけ離れた位置で、波長λ２の光束径がφとなるように設置すると、次式
φ／２＝（Ｌ−ｔ）×ｔａｎ（ａｓｉｎ（ＮＡ２ｏｂｊ））
の関係が得られる。
【００９８】
この式を、ＮＡ１に関する式に代入することにより、ｔに関する上式が得られる。ちなみに、本実施の形態では、
青色波長帯域の光路条件：λ１＝４０５ｎｍ、ＮＡ１＝０．６７
赤色波長帯域の光路条件：λ２＝６６０ｎｍ、ＮＡ２＝０．６５、Ｌ＝１４２ｍｍ、ＮＡ２ｏｂｊ＝０．０１５
で、φ＝４．１ｍｍ、ｔ＝０．０ｍｍという構成例を示している。
【００９９】
また、これらの実施の形態では、特に説明しなかったが、ＤＶＤ系やＣＤ系で有限系の構成にする際、その物体距離として波面収差最小となる位置の事例について説明する。例えば、対物レンズの第３の実施の形態の場合は、ＤＶＤ系の波長６６０ｎｍの光を通過させたときの物体距離と波面収差の関係が図１８の如く表されるため、波面収差が最小となる物体距離１４２ｍｍの位置を選択している。
【０１００】
なお、開口切換手段２２としては、回折特性を利用したものに限らず、例えば、反射特性や吸収特性、さらには、偏光を利用したものであってもよい。例えば、反射特性を利用する場合、波長選択性を有する誘電体光学多層膜を波長選択性回折素子４３の場合と同様に設ければよい。より具体的には、当該誘電体光学多層膜が施されていない中心部領域では青色波長帯域、赤色波長帯域、赤外波長帯域の何れの光に対しても高透過率で、周辺部領域φ２より外側領域では青色波長帯域、赤色波長帯域の光に対してのみ高透過率で、赤外波長帯域の光に対しては低透過率となるようにすればよい。吸収特性を利用する場合も、これらの場合と同様に光源側から出射される光の波長に応じてその吸収の如何によって光束径を切換えるように構成すればよい。さらに、偏光を利用する場合、赤色波長帯域と赤外波長帯域の光の偏光方向が直交するように光源を配置し、直交する偏光方向に応じて開口を切換えるようにすればよい。
【０１０１】
なお、開口切換手段２２としては、図１２等に示したように別素子として設けずに、対物レンズ２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）面にコーティング或いは回折格子を設けた構成であってもよい。例えば、図１９では波長選択性の透過／反射のコーティング４４を対物レンズ２の光源側面に形成したものであって、図１９（ａ）は波長４０５ｎｍの光で青色系光記録媒体１ａに収束照射している場合、図１９（ｂ）は波長６６０ｎｍの光でＤＶＤ系光記録媒体１ｂに収束照射している場合、図１９（ｃ）は波長７８５ｎｍの光でＣＤ系光記録媒体１ｃに収束照射している場合を示す。コーティング４４は波長７８５ｎｍの光に対してのみ反射するものであって、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍの光については透過する特性を有する。
【０１０２】
［光情報処理装置の実施の形態］
本実施の形態の光情報処理装置の構成例を図２０の概略斜視図を参照して説明する。本実施の形態の光情報処理装置５１は、適用波長、開口数ＮＡの異なる複数種類の光記録媒体１ａ，１ｂ又は１ｃに対して、図１０に示したような構成の光ピックアップ５２を用いて情報の記録、再生又は消去を互換性を持って行う装置である。本実施の形態において、光記録媒体１（１ａ，１ｂ又は１ｃ）はディスク状であって、保護ケース５３内に格納されている。光記録媒体１（１ａ，１ｂ又は１ｃ）は保護ケース５３ごと、挿入口５４から当該光情報処理装置５１内に対して矢印「入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ５５により回転され、光ピックアップ５２により情報の記録や再生、或いは消去が行われる。なお、光記録媒体１（１ａ，１ｂ又は１ｃ）は保護ケース５３に入れられている必要はなく裸の状態であってもよい。
【０１０３】
対物レンズや光ピックアップ５２として、前述の実施の形態で説明したものを用いることにより、収差補正素子を必要とすることなく、青色系／ＤＶＤ／ＣＤの３世代（或いは、青色系／ＤＶＤの２世代）において、球面収差が十分に抑制された対物レンズ及び光ピックアップを備える光情報処理装置５１が提供される。
【０１０４】
【発明の効果】
請求項１ないし６記載の発明の対物レンズによれば、使用波長との関係から、当該対物レンズの硝種条件、形状条件、使用波長と基板厚条件等を適正に規定したので、従来技術の貼り合せレンズや、位相補正素子付加などを行うことなく、青色系、ＤＶＤ、ＣＤのうちの２波長或いは３波長について互換性を持たせることができる。
【０１０５】
請求項７，９記載の発明の光ピックアップによれば、条件（４）（５）を満足することにより、近年規格化が検討されているＮＡ０．６５の青色系光記録媒体ＨＤ−ＤＶＤ、ＮＡ０．６５のＤＶＤ系光記録媒体の互換が可能となる。
【０１０６】
請求項８，９記載の発明の光ピックアップによれば、例えばＮＡ０．６７などのように青色系の開口数ＮＡを若干大きくすれば、入射光束径φ１、φ２を共通化することが可能となり、開口切換えを不要にすることができる。
【０１０７】
請求項１０ないし１３記載の発明の光ピックアップによれば、いわゆる青色系、ＤＶＤ、ＣＤの３世代各々について最適ＮＡを得ることができる。
【０１０８】
請求項１４，１５記載の発明の光ピックアップによれば、これらの請求項７ないし１３記載の発明の光束径を、対物レンズと一体に可動する開口部或いは波長選択性開口切換手段によって規定することができる。
【０１０９】
請求項１６記載の発明の光ピックアップによれば、開口部のみ（開口切換手段なし）で２世代、開口部と１段階の切換のみで（２段階切換手段でなく）３世代各々について最適ＮＡを得ることができる。
【０１１０】
請求項１７記載の発明の光ピックアップによれば、開口切換用の専用素子を設けずに済み、アクチュエータの軽量化、組付工数の削減が可能となる。
【０１１１】
請求項１８記載の発明の光情報処理装置によれば、請求項１ないし１７の発明と同様の作用・効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】青色系、ＤＶＤ系、ＣＤ系各々の光記録媒体での屈折率とアッベ数とに応じた波面収差の分布を示す特性図である。
【図２】アッベ数と屈折率との関係で硝種条件を示す特性図である。
【図３】屈折率と第１面曲率半径との関係を示す特性図である。
【図４】対物レンズの第１の実施の形態を示す説明図である。
【図５】その波面収差特性図である。
【図６】対物レンズの第２の実施の形態を示す説明図である。
【図７】その波面収差特性図である。
【図８】対物レンズの第３の実施の形態を示す説明図である。
【図９】その波面収差特性図である。
【図１０】光ピックアップの実施の形態を示す光学系構成図である。
【図１１】波長とＮＡ０．６５にするための有効径との関係を示す特性図である。
【図１２】光ピックアップの第１の実施の形態における開口切換えを示す構成図である。
【図１３】光ピックアップの第２の実施の形態における開口切換えを示す構成図である。
【図１４】青色波長と赤色波長とのＮＡ相関を示す特性図である。
【図１５】光ピックアップの第３の実施の形態における開口切換えを示す概略構成図である。
【図１６】対物レンズの入射光束径−対物レンズ間隔の特性図である。
【図１７】開口位置に関する算術式を説明するための原理図である。
【図１８】対物レンズの波長６６０ｎｍでの物体距離と波面収差との関係を示す特性図である。
【図１９】対物レンズに対するコーティング例を示す概略構成図である。
【図２０】光情報処理装置の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図２１】一般に想定される青色系／ＤＶＤ／ＣＤ互換光ピックアップのブロック構成図である。
【図２２】対物レンズの従来例を示す構成図である。
【図２３】従来の光源波長−波面収差特性図である。
【符号の説明】
１      光記録媒体
２      対物レンズ
１１      光ピックアップ
１２〜１４      光源
２１      開口部
２２      開口切換手段
４１〜４３      波長選択性回折素子
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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