(57)【要約】    【課題】  既存および新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生時にも良好なスポットを形成することができる光ピックアップ装置を提供すること。    【解決手段】  光ピックアップ装置は、対物レンズを有し、第一および第二の波長の光束は、該レンズに略平行光が入射し、第三の波長の光束は該レンズに発散光が入射し、第一〜第三の各光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１〜Ｍ３、焦点距離をｆ１〜ｆ３とすると、以下の各式、−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２−０．２９＜ｆ３×Ｍ３＜−０．１９を満たし、かつ、該レンズの少なくとも１面に、第三の波長の光束を第三の光ディスクに収束させる第一の領域において、回折効率が最大となる回折次数が、第一の波長の光束が二次、第二の波長の光束および第三の波長の光束が一次である回折構造を有する構成にした。【選択図】      図２
2005018967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長をもつ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、
対物レンズを備え、
前記第一から第三の波長のうち最も短い第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長よりも長い第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記第一から第三の波長のうち最も長い第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、以下の式（１）から式（３）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（２）
−０．２９＜ｆ３×Ｍ３＜−０．１９・・・（３）
を満たしており、
さらに、前記対物レンズの少なくとも一面には回折構造が設けられ、該回折構造の前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が二次、前記第二の波長の光束および前記第三の波長の光束が一次であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
前記対物レンズの回折構造は、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光ピックアップ装置において、
前記対物レンズは、以下の式（４）、
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（４）
を満たし、
さらに、前記対物レンズの回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束させる第三の領域を有し、
前記第三の領域において、前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光ピックアップ装置において、
前記対物レンズは、以下の式（５）、
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（５）
を満たし、
さらに、前記対物レンズの回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを結像させる第三の領域を有し、
前記第三の領域において、前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、
前記各光束を照射する光源をさらに有し、
前記第一の波長をλ１、前記第三の波長をλ３、前記第一の波長λ１に対する前記対物レンズの屈折率をｎ１、前記第三の波長λ３に対する前記対物レンズの屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）、
λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長をもつ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置における対物レンズであって、
前記第一から第三の波長のうち最も短い第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第一の波長よりも長い第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記第一から第三の波長のうち最も長い第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、以下の式（１）から式（３）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（２）
−０．２９＜ｆ３×Ｍ３＜−０．１９・・・（３）
を満たし、
さらに、対物レンズの少なくとも一面に回折構造を有し、
該回折構造の前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が二次、前記第二の波長の光束および前記第三の波長の光束が一次であることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項７】
請求項６に記載の光ピックアップ用対物レンズにおいて、
前記回折構造は、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項８】
請求項７に記載の光ピックアップ用対物レンズにおいて、
以下の式（４）、
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（４）
を満たし、
さらに、前記回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを収束させる第三の領域を有し、
前記第三の領域において、前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項９】
請求項７に記載の光ピックアップ用対物レンズにおいて、
以下の式（５）、
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（５）
を満たし、
さらに、前記回折構造は、前記第二の領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを結像させる第三の領域を有し、
前記第三の領域において、前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第二の領域において前記第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対するデータの記録または再生を行う光ピックアップ装置および該装置に用いられる対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）よりもＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の記録密度は高く、保護層が薄い。そこで、規格が異なる光ディスクの切り替え時には、保護層の厚みによって変化してしまう球面収差を補正しつつ、情報の記録または再生に使用する光の開口数（ＮＡ）を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるようにする必要がある。
【０００３】
例えば、ＤＶＤの記録または再生には、ＣＤ専用の光学系より高ＮＡの光学系を用いてビームスポットを絞る必要がある。スポット径は波長が短いほど小さくなるため、ＤＶＤを利用する光学系では、ＣＤ専用の光学系で用いられていた約７８０ｎｍより短い約６６０ｎｍの発振波長のレーザー光源を用いる。そのため近年、光情報記録再生装置には、波長の異なるレーザー光を発振可能な光源部を有する光ピックアップ装置が使用されている。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。
【０００４】
また、ＣＤとＤＶＤの各光ディスクに対して、それぞれ良好な状態で各光ディスクの記録面位置にレーザー光を収束させる手段の一つとして、対物レンズの一面に輪帯状の微細な段差を有する回折構造を設けた対物レンズを光ピックアップ装置に搭載する技術が実用化されている。上記のような対物レンズは、該回折構造によって発生する球面収差が入射光束の波長に依存して変化する特徴を利用して、保護層厚の異なる各光ディスクに対応して、常に記録面上にレーザー光が良好な状態で収束するようにしている。
【０００５】
該対物レンズの回折構造が設けられた面は、詳しくは光軸近傍に位置する内側領域と、該内側領域の外側にある外側領域とに分けられる。内側領域は、ＣＤに対する情報の記録または再生用の光が該ＣＤの記録面において良好に収束し、かつＤＶＤに対する情報の記録または再生用の光が該ＤＶＤの記録面において良好に収束するような回折構造を備えている。外側領域は、ＣＤに対する情報の記録または再生用の光がＣＤの記録面において収束に寄与せず、ＤＶＤに対する情報の記録または再生用の光のみが該ＤＶＤの記録面において良好に収束するような回折構造を備えている。
【０００６】
上記のような構造により、ＣＤに対する情報の記録または再生用の光のうち、外側領域を透過した光束は、大きな球面収差を有するため記録面上では拡散してしまい、内側領域を透過した光束のみが記録面上で収束し、比較的大径のスポットを形成する。また、ＤＶＤに対する情報の記録または再生用の光は、外側領域を透過する光束も収差を持たずに収束するためＮＡが大きくなり、記録密度の高いＤＶＤに対する情報の記録または再生に適した小径のスポットを形成する。
【０００７】
ＤＶＤとＣＤのような対応波長の異なる光ディスクに互換性を有する対物レンズおよび該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置は、例えば以下の特許文献１に開示される。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−８１５６６号公報
【０００９】
近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、より一層記録密度の高い新規格の光ディスクが実用化されつつある。該光ディスクとしては、例えばＨＤ  ＤＶＤ等がある。このような光ディスクは、ＤＶＤの保護層厚と同等もしくはそれ以下の保護層厚を有する。また、該光ディスクに対する情報の記録または再生時には、その記録密度の高さからＤＶＤに対する情報の記録または再生時に用いられる波長よりもさらに短波長な光束（例えば４０５ｎｍあたりのいわゆる青色レーザー光）を使用することが要求される。
【００１０】
ＨＤ  ＤＶＤ等の新規格の光ディスクの実用化に伴い、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生に互換性を持つ新たな光情報記録再生装置の早期実現が望まれている。該装置の早期実現には、上記のどの光ディスクを使用した場合でも、入射光束を各光ディスクの記録面上に良好に収束させる対物レンズが必要となる。しかしながら、上述したように、特許文献１に例示されるような従来の対物レンズは、あくまでＣＤとＤＶＤに対して情報の記録または再生を行うとき好適となるように設計されている。つまり、従来の対物レンズは、新規格の光ディスクを使用することは全く想定されていない。そのため、従来の対物レンズに青色レーザー光を入射させると、新規格の光ディスクの記録面上において球面収差を始めとする諸収差が発生してしまい、該新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生に適したスポットを形成することができなかった。
【００１１】
また、新規格のディスクとＤＶＤに対して情報の記録または再生を行うとき好適な対物レンズ及び該対物レンズを搭載した光ピックアップ装置は、例えば以下の特許文献２に開示されている。
【００１２】
【特許文献２】特開２００１−９３１７９号公報
【００１３】
しかし、特許文献２に例示される対物レンズは、あくまで新規格のディスクとＤＶＤに対して情報の記録または再生を行うとき好適となるよう設計されているが、ＣＤを使用することは全く想定されていない。
【００１４】
以上より、既存のディスクであるＣＤやＤＶＤおよび新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生に互換性を持つように、対物レンズのさらなる改善が望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生時にも各ディスクの記録面上において球面収差を抑えて良好なスポットを形成することができる光ピックアップ用対物レンズおよび該対物レンズを搭載する光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長をもつ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置であって、対物レンズを備え、上記の第一から第三の波長のうち最も短い第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、第一の波長よりも長い第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、第一から第三の波長のうち最も長い第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
であり、第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、以下の式（１）から式（３）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（２）
−０．２９＜ｆ３×Ｍ３＜−０．１９・・・（３）
を満たしており、さらに、対物レンズの少なくとも一面には回折構造が設けられ、該回折構造の前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、各光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、前記第一の波長の光束が二次、前記第二の波長の光束および前記第三の波長の光束が一次であることを特徴とする。
【００１７】
ここで、第一の光ディスクとは、上述した新規格の光ディスク、より詳しくはＤＶＤよりも高容量の情報記録が可能で、情報の記録または再生には青色レーザー光を用いる光ディスクが該当する。また、第二の光ディスクとは例えばＤＶＤが該当する。第三の光ディスクとは、例えばＣＤやＣＤ−Ｒが該当する。
【００１８】
請求項１に記載の光ピックアップ装置における対物レンズは、第一の波長、及び、第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が入射し、かつ、少なくとも１面に上記のような回折構造を有している。これにより、第一から第三の波長の光束が、各光ディスク面上に良好に収束され、かつ、各光束の利用効率を高めている。
【００１９】
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、回折構造を有する対物レンズに前記第一〜第三の波長の各光束が入射したときの回折効率が、該回折構造の輪帯の段差の量によりどのように変化するかを示すグラフである。図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、順に、０次回折光、１次回折光、２次回折光、３次回折光における第一〜第三の波長の回折効率を示す。各グラフにおいて、第一の波長は実線、第二の波長は点線、第三の波長は一点鎖線で示している。また、各グラフにまたがる三本の線分のうち、線分Ｌ１は第一の波長で１λ分の輪帯高さを、線分Ｌ２は第一の波長で２λ分の輪帯高さを、線分Ｌ３は第一の波長で３λ分の輪帯高さを表す。なお、回折構造を有する対物レンズの材料は、ｄ線の屈折率が１．５４３４、アッベ数が５６のものを想定する。図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示すように、第一の領域において、最も回折効率が高くなる回折次数を第一の波長で２次に設定した場合、線分Ｌ２に示すように、第二および第三の波長において、最も回折効率が高くなる回折次数は１次であることがわかる。
【００２０】
つまり、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、対物レンズは、第一の領域において最も回折効率が高くなる回折次数を、第一の波長の光束は二次、第二の波長及び第三の波長の光束は一次に設定することにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生時に十分な光量のスポットを各記録面上において確保している。
【００２１】
従来のＣＤとＤＶＤに対する情報の記録または再生にのみ対応した対物レンズでは、回折構造を持たせることで、異なる２つの波長に対して球面収差を補正することはできる。しかし、本特許のように、異なる３つの波長の場合、設計自由度が不足するために球面収差を補正することはできない。そこで、異なる３つの波長のうち、２つの波長に対しては回折構造により球面収差を補正し、残りの１つの波長に対しては対物レンズに入射する光束の発散度を異ならせることにより球面収差を補正している。
【００２２】
請求項１に記載の光ピックアップ装置は、上記のように第一の波長の光束の回折次数を二次に、第二の波長及び第三の波長の光束の回折次数を一次に設定している。本発明においては、第一の波長は４０５ｎｍ相当、第三の波長は７８０ｎｍ相当を想定しており、回折構造により第一の波長と第三の波長の相対的な球面収差を補正することはできない。これは、回折レンズ（回折構造）のパワーが、回折次数をｍ、波長をλ、格子ピッチをｄとすると、ｍ×λ／ｄで表されるため、第一の波長に対する二次回折光と第三の波長に対する一次回折光は、回折レンズよりほぼ同じパワーを受けるからである。
【００２３】
有限系を利用した場合、軸外コマ収差により、トラッキング動作時の収差悪化が避けられない。情報の記録または再生に高いＮＡが要求されればされるほど、収差許容量が小さくなる。従って、請求項１に記載の光ピックアップ装置は、情報の記録または再生に高いＮＡが要求される第一および第二の光ディスク使用時には、対物レンズには略平行光束が入射し、比較的低いＮＡの第三の光ディスク使用時には、対物レンズには発散光束が入射するようになっている。これにより、該対物レンズがトラッキングシフトした場合であっても、第一及び第二の光ディスク使用時には、コマ収差や非点収差の発生量は、ほぼ無視できるほど小さくできる。なお、第一の領域は、上記の通り、第一から第三の波長の光束を、それぞれ第一から第三の光ディスクの記録面上に収束させるための領域で、対物レンズの光軸近傍に設けられる。
【００２４】
各光源と光ディスクとの間に配設されるカップリングレンズの焦点距離は、波長差による屈折率により異なる。従って、各光源から照射された光束を共通のカップリングレンズを介して記録面に導く構成において、第一の波長の光束を照射する光源と第二の波長の光束を照射する光源が同一基板上にある場合、つまり各光源がカップリングレンズから同距離にある場合、対物レンズに入射する光束のうち第一及び第二の波長の少なくとも一方は、収束光、もしくは発散光にならざるを得ない。そこで、請求項１に記載の光ピックアップ装置では、第一、または第二の光ディスク使用時、上記の式（１）および式（２）を満たすように結像倍率が極力小さくなるように対物レンズを配置することが望ましい。これにより、トラッキング動作時の収差の発生量を小さくすることができる。
【００２５】
また、請求項１に記載の光ピックアップ装置では、第三の光ディスク使用時、上記の式（３）を満たすように構成される。式（３）の上限を超えると、オーバーな球面収差が残存してしまい好ましくない。また、式（３）の下限を下回ると、アンダーな球面収差が発生してしまい好ましくない。
【００２６】
このように本発明によれば、既存の光ディスク（第二の光ディスク、第三の光ディスク）に対する情報の記録または再生時のみならず、新たな規格の光ディスク（第一の光ディスク）に対する情報の記録または再生時においても球面収差を抑えて記録面上に良好なスポットを形成することができる。
【００２７】
請求項２に記載の光ピックアップ装置によれば、上記対物レンズの回折構造には、第一の波長の光束および第二の波長の光束をそれぞれ第一の光ディスクおよび第二の光ディスクの記録面上に収束させ、かつ第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を設けることが好ましい。また該第二の領域の回折効率が最大になる回折次数は、第一の波長の光束が三次、前記第二の波長の光束が二次であることが好ましい。
【００２８】
このような第二の領域を設けることにより、第三の波長の光束を拡散することができる。なお、第二の領域は、第一の領域よりも外側に設けられる。
【００２９】
具体的には、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示すように、第二の領域において、最も回折効率が高くなる回折次数を第一の波長で３次に設定した場合、線分Ｌ３に示すように、第三の波長において１次回折光と２次回折光に分散させることができる。従って、第二の領域を透過した第三の波長の光束は、第三のディスク上への収束に対する寄与は小さくなる。
【００３０】
また第二の領域を設けることにより、特に第一の波長、及び第二の波長の光束に対する温度変化による波面収差の劣化を抑えることもできる。すなわち、基準の所定温度（基準温度）で略無収差のプラスチックの屈折レンズは、温度が高くなるとレーザーの発振波長が長くなるため、屈折率が低くなり、結果としてオーバーの球面収差が生じる。該オーバーの球面収差を回折構造で補正するには、アンダーの球面収差を与える必要がある。
【００３１】
請求項１に記載の光ピックアップ装置において、対物レンズは、第一の領域において、回折効率が最大となる回折次数が、第一の波長の光束で二次、第二の波長の光束で一次に設定されている。この場合、回折構造のパワーは、第一の波長の光束使用時の方が大きくなる。この回折構造は、第一の波長の光束使用時と第二の波長の光束使用時とで屈折レンズで発生する球面収差をキャンセルするためには、第一の波長の光束使用時に第二の波長の光束使用時よりオーバーな球面収差を発生させるように設定する必要がある。しかし、このような回折構造では、使用する波長が長波長側に変化すると球面収差がオーバー側に変化する特性があるため、温度が高くなった場合に、上記のように屈折レンズ自体に起因して発生する、基準温度時よりオーバーの球面収差に対して、さらにオーバーな球面収差を与えてしまう。よって、温度変化による収差劣化が大きくなる。
【００３２】
一方、回折効率が最大となる回折次数が、第一の波長の光束で三次、第二の波長の光束で二次となるような第二の領域の回折構造のパワーは、第二の波長の光束使用時の方が大きくなる。そのため、この回折構造は、第二の波長の光束使用時に第一の波長の光束使用時よりアンダーな球面収差を発生させるように設定すると、使用する波長が長波長側に変化すると球面収差がアンダー側に変化する特性を持ち、温度が高くなった場合に生じる、基準温度時よりオーバーな球面収差を補正することができる。結果として、第二の領域により第一の波長、及び第二の波長の光束に対する波面収差の劣化を抑えることができる。
【００３３】
さらに次の（４）式、
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（４）
を満たす場合、上記回折構造には、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを効率よく収束させる第三の領域を設けることが望ましい。該第三の領域において、第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、第二の領域において第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なるように設定される（請求項３）。このような第三の領域を設けることにより、該第三の領域を透過する第二及び第三の波長の光束を拡散することができる。
【００３４】
具体的には、例えば第三の領域において、第一の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数を１次に設定した場合、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）中、線分Ｌ１に示すように、第二及び第三の波長の光束は、ともに０次回折光と１次回折光に分散することができる。従って、第三の領域を透過した第二及び第三の波長の光束は、第二及び第三のディスク上への収束に対する寄与は小さくなる。
【００３５】
また、次の（５）式、
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（５）
を満たす場合、上記回折構造には、前記第二の領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを効率よく収束させる第三の領域を設けることが望ましい。該第三の領域において、第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数は、第二の領域において第二の波長の光束に対する回折効率が最大になる回折次数とは異なるように設定される（請求項４）。このような第三の領域を設けることにより、該第三の領域を透過する第一及び第三の波長の光束を拡散することができる。
【００３６】
また、第一の波長をλ１、第三の波長をλ３、第一の波長λ１に対する対物レンズの屈折率をｎ１、第三の波長λ３に対する対物レンズの屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）、
λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
を満たすような三種類の光束を照射する光源を備える光ピックアップ装置に搭載される（請求項５）。このような光ピックアップ装置は、少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクのいずれに対しても、情報の記録または再生を行うことができる。
【００３７】
また、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、少なくとも二種類の保護層厚を持つ複数の光ディスクに対して第一から第三の波長をもつ三種類の光束を使い分けることにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置における対物レンズであって、第一から第三の波長のうち最も短い第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、第一の波長よりも長い第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、第一から第三の波長のうち最も長い第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
であり、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
であり、第一の波長および第二の波長の光束は略平行光が、第三の波長の光束は発散光が対物レンズに入射し、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時における、結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、以下の式（１）から式（３）、
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（２）
−０．２９＜ｆ３×Ｍ３＜−０．１９・・・（３）
を満たし、さらに、対物レンズの少なくとも一面に回折構造を有し、該回折構造の前記第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる第一の領域において、回折効率が最大になる回折次数は、第一の波長の光束が二次、第二の波長の光束および第三の波長の光束が一次であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、回折構造の回折次数を適切に設定すると共に、該回折構造で除去しきれない収差を結像倍率の調整によって良好に抑えることにより、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生時にも各ディスクの記録面上において球面収差を抑えて良好なスポットを形成可能な光ピックアップ用対物レンズおよび該対物レンズを搭載する光ピックアップ装置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】
【００３９】
以下、この発明に係る光ピックアップ用対物レンズ３０および該対物レンズ３０を搭載する光ピックアップ装置１００の実施形態を説明する。光ピックアップ装置１００は、保護層の厚みや記録密度が異なる第一から第三の光ディスクＤ１〜Ｄ３に対して互換性を有する光情報記録再生装置に搭載される。
【００４０】
図２は、光ピックアップ装置の概略構成を表す模式図である。光ピックアップ装置は、第一〜第三光源１０Ａ〜１０Ｃ、カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃ、対物レンズ３０、ビームスプリッタ４１、４２を有する。図２に示すように、各光源１０Ａ〜１０Ｃから照射され各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃを透過した各光束は、二つのビームスプリッタ４１、４２によって共通の光路に導かれ、対物レンズ３０に入射する。対物レンズを透過した光束は、情報の記録または再生の対象となる光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面上に収束する。
【００４１】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、図２を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて図示した光ピックアップ装置１００の概略構成を表す図である。すなわち、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、順に、第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における構成図である。図２、図３において、光ピックアップ装置１００の基準軸は、図中一点鎖線で表示されている。また、第一光源１０Ａから照射された光束は実線で、第二光源１０Ｂから照射された光束は破線で、第三光源１０Ｃから照射された光束は点線で、それぞれ描かれている。図２、図３に示す状態では、対物レンズの光軸は光学系の基準軸と一致しているが、トラッキング動作などにより対物レンズの光軸が光学系の基準軸から外れる状態もある。
【００４２】
なお本実施形態では、記録密度が最も高い光ディスク（例えばＨＤ  ＤＶＤ等の新規格の光ディスク）を第一の光ディスクＤ１、第一の光ディスクＤ１に比べて相対的に記録密度が低い（例えばＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ等）を第二の光ディスクＤ２、記録密度が最も低い光ディスク（例えばＣＤやＣＤ−Ｒ等）を第三の光ディスクＤ３と記す。また、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、各保護層厚には、以下のような関係がある。
ｔ１≒０．６ｍｍ
ｔ２≒０．６ｍｍ
ｔ３≒１．２ｍｍ
なお、どの光ディスクも情報の記録または再生時は、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。
【００４３】
各光ディスクＤ１〜Ｄ３のそれぞれに対して情報の記録または再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされるＮＡの値を変化させる必要がある。ここで、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に必要とされるＮＡを、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とすると、各ＮＡには以下のような関係がある。
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３
つまり、最も記録密度の高い第一の光ディスクＤ１に対する情報の記録または再生時には、より小径なビームスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが高くなる。
【００４４】
第一光源１０Ａは、第一の光ディスクＤ１に対して情報の記録または再生を行う際に用いられる。つまり、第一光源１０Ａは、第一の光ディスクＤ１の記録面上において最も小径のビームスポットを形成するために、三つの光源のうち最も短波長（第一の波長）であるレーザー光（以下、第一のレーザー光という）を照射する。第三光源１０Ｃは、第三の光ディスクＤ３に対して情報の記録または再生を行う際に用いられる。つまり、第三光源１０Ｃは、第三の光ディスクＤ３の記録面上において最も大径のビームスポットを形成するために、三つの光源のうち最も長波長（第三の波長）であるレーザー光（以下、第三のレーザー光という）を照射する。第二光源１０Ｂは、記録密度の高い第二の光ディスクＤ２に対して情報の記録または再生を行う際に用いられる。つまり、第二光源１０Ｂは、第二の光ディスクＤ２の記録面上において比較的小径のビームスポットを形成するために、第一のレーザー光よりは長波長であってかつ第三のレーザー光よりは短波長（第二の波長）であるレーザー光（以下、第二のレーザー光という）を照射する。
【００４５】
なお、各光源１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれ独立して異なる場所に配設されていてもよいし、単一の基板上に所定方向に並べて配設されていてもよい。各光源１０Ａ〜１０Ｃを独立して異なる場所に配設する場合、各光源１０Ａ〜１０Ｃから照射されたレーザー光は、図２に示すように、各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃを透過した後、各ビームスプリッタ４１、４２によって合成され、対物レンズ３０に導かれる。
【００４６】
対物レンズ３０は、各光源側から順に第一面３０ａと第二面３０ｂを有する。対物レンズ３０は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように両面３０ａ、３０ｂとも非球面である両凸のプラスチック製単レンズである。上述した通り、各光ディスクＤ１〜Ｄ３は、Ｄ１またはＤ２とＤ３で保護層の厚さが異なり、各ディスク使用時に用いる光束の波長も異なるので、対物レンズ３０の屈折率も異なる。このため、情報の記録または再生に使用される光ディスクによって球面収差が変化する。そこで、本実施形態においては、対物レンズ３０の少なくとも一方の面（本実施形態では面３０ａ）に光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の回折構造を設ける。
【００４７】
図４は、対物レンズ３０の光軸ＡＸを含む面での断面形状の第一面３０ａ近傍の拡大図である。対物レンズ３０の第一面３０ａは、以下のように形成される。第一面３０ａは、光軸の周囲に位置する第一の領域３１と、第一の領域３１の周囲に位置する第二の領域３２と、第二の領域３３の最外周からレンズ外周部（不図示）までの第三の領域３３と、を有する。第一から第三の各領域３１〜３３に形成される各輪帯状の段差は、面３０ａの内側から外側に向かって、隣接する輪帯に対して光路長差が特定の波長の略整数倍となるように形成される。
【００４８】
第一の領域３１は、第一から第三の各レーザー光がそれぞれ対応する光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面において良好に収束するような回折構造を備える。具体的には、該回折構造は、第一と第二のレーザー光の波長差により対物レンズ１０の屈折レンズ部分で生じる球面収差の変化をキャンセルするような球面収差の波長特性を有し、かつ、回折効率が最大となる回折次数が、第一のレーザー光は二次、それ以外は一次となるように設計される。つまり、第一の領域３１は、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）中、線分Ｌ２に対応する段差量を持つ。このように、第一のレーザー光における二次光の回折効率が最大となるように設計された第一の領域３１は、第一の波長の該回折構造の輪帯によって与えられる光路長差が第三の波長に略等しくなる。つまり、本実施形態の第一の領域３１は、第三の光ディスクＤ３使用時における第三のレーザー光の利用効率も高いという利点がある。
【００４９】
第二の領域３２は、第一のレーザー光および第二のレーザー光がそれぞれ対応する光ディスクＤ１、Ｄ２の記録面において略無収差で良好に収束するような回折構造を有する。具体的には、該回折構造は、第一のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が三次、第二のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が二次となるように設計される。つまり、第二の領域３２は、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）中、線分Ｌ３に対応する段差量を持つ。このように設計された第二の領域３２を透過した第三のレーザー光は、第一の領域３１を透過した第三のレーザー光と波面の位相が揃わない。つまり、第二の領域３２は、第三のレーザー光の収束には寄与しない。
【００５０】
第三の領域３３は、対物レンズ３０が、以下の式（４）または式（５）、
ｆ１×ＮＡ１＞ｆ２×ＮＡ２・・・（４）
ｆ１×ＮＡ１＜ｆ２×ＮＡ２・・・（５）
を満たす場合に設けられる領域である。
【００５１】
対物レンズ３０が式（４）を満たすときに設けられる第三の領域３３は、第一のレーザー光が第一の光ディスクＤ１の記録面において略無収差で良好に結像するような回折構造を有する。ここで、第三の領域３３は、第二の領域３２とは異なり、第二のレーザー光の収束には寄与しない。そのため、該回折構造は、第一のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が第二の領域３２における第一のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数とは異なるように設計される。該設計時には、第三の領域３３は、第一のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。
【００５２】
対物レンズ３０が式（５）を満たすときに設けられる第三の領域３３は、第二のレーザー光が第二の光ディスクＤ２の記録面において略無収差で良好に収束するような回折構造を有する。ここで、第三の領域３３は、第二の領域３２とは異なり、第一のレーザー光の収束には寄与しない。そのため、該回折構造は、第二のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数が第二の領域３２における第二のレーザー光について回折効率が最大となる回折次数とは異なるように設計される。該設計時には、第三の領域３３は、第二のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。
【００５３】
上記のように各領域３１〜３３の回折構造を設計することにより、上述した各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に好適なＮＡ（ＮＡ１〜ＮＡ３）が得られる。
【００５４】
また上記のような回折構造をもつ対物レンズ３０が装置１００の基準軸上にある場合、第一の光ディスクＤ１または第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時、対物レンズ３０を透過したレーザー光は、略無収差で各光ディスクの記録面上に収束する。しかし、対物レンズ３０がトラッキングによって該基準軸上からずれた場合、対物レンズ３０には軸外光が入射する。この際、対物レンズへ発散光が入射した場合、コマ収差等が発生してしまう。一般に、情報の記録または再生に高ＮＡが要求される光ディスクほど、収差に対する許容範囲が狭い。従って、第一の光ディスクＤ１または第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時、対物レンズ３０がトラッキングシフトした場合であっても、軸外光による諸収差の発生を抑えるために、対物レンズ３０には略平行光束を入射させる。具体的には、第一の光ディスクＤ１使用時における対物レンズ３０の結像倍率をＭ１、焦点距離をｆ１、第二の光ディスクＤ２使用時における対物レンズ３０の結像倍率をＭ２、焦点距離をｆ２、とすると、対物レンズ３０は、以下の式（１）及び式（２）を満たすように配置される。
−０．０２＜ｆ１×Ｍ１＜０．０２・・・（１）
−０．０２＜ｆ２×Ｍ２＜０．０２・・・（２）
【００５５】
式（１）および式（２）を満たすように対物レンズ３０を配置することにより、第一の光ディスクＤ１、及び第二の光ディスクＤ２使用時に、トラッキング動作時に発生するコマ収差や非点収差を良好に抑えることができる。
【００５６】
本実施形態では、第一光源１０Ａと第二光源１０Ｂを、各光源１０Ａ、１０Ｂから照射されたレーザー光が各カップリングレンズ２０Ａ、２０Ｂによって平行光束に変換されるような位置に配設することにより、対物レンズ３０の結像倍率を０にしている。すなわち本実施形態の各カップリングレンズ２０Ａ、２０Ｂは、第一のレーザー光および第二のレーザー光に対して、コリメートレンズとして機能する。
【００５７】
上記のように、収差に対する許容範囲が狭い各光ディスクＤ１、Ｄ２使用時の収差を有効に抑えるように対物レンズ３０を設計すると、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に発生する球面収差が十分に抑えきれない。そこで、第三の光ディスクＤ３使用時に発生する球面収差は、図３（Ｃ）に示すように対物レンズ３０に入射する光束を発散光にすることにより補正する。具体的には、第三の光ディスクＤ３使用時における対物レンズ３０の結像倍率をＭ３、焦点距離をｆ３とすると、対物レンズ３０は、以下の式（３）を満たすように配置される。
−０．２９＜ｆ３×Ｍ３＜−０．１９・・・（３）
【００５８】
式（３）を満たすように対物レンズ３０を配置することにより、第三の光ディスクＤ３使用時に発生する球面収差を良好に抑えることができる。
【００５９】
なお、上述したように、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時に光束の収束に寄与する領域は、第一の領域３１のみである。従って、第一の領域３１の回折構造は、第三のレーザーの利用効率を高くするような輪帯構造にすることが望ましい。本実施形態では、第一のレーザーの波長は二次回折光を利用するため、第一のレーザーの波長の該回折構造の輪帯によって与えられる光路長差が第三のレーザーの波長と略等しくなる。従って、第一の領域３１は、第一のレーザーの波長の約二倍の波長でブレーズ化することで、第一、および第三のレーザー光の利用効率を高くすることができる。また、第二の光ディスクＤ２使用時に第二のレーザー光の利用効率を高めるために、第一の領域３１の光軸近傍の輪帯は、第二の波長に近い波長でブレーズ化しても良い。
【００６０】
上記のような構成により、図３（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示すように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時、使用する光ディスクに対応する光源から照射されたレーザー光は、各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃと各ビームスプリッタ４１、４２と対物レンズ３０を介して光ディスクの記録面近傍に収束し、情報の記録または再生に好適なスポットを形成する。
【００６１】
以上説明した、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示す光ピックアップ装置１００は、使用する各レーザー光の波長が対物レンズ３０の屈折率を考慮しつつ比較した場合、回折レンズ構造による収差補正が困難な関係にあっても、各光ディスクの記録面に良好なスポットを形成し、情報の記録または再生を可能にしている。該関係とは、具体的には、第一のレーザー光の波長をλ１、第三のレーザー光の波長をλ３、第一の波長λ１に対する対物レンズ３０の屈折率をｎ１、第三の波長λ３に対する対物レンズ３０の屈折率をｎ３、とすると、以下の式（６）のような関係をいう。
λ１／（ｎ１−１）：λ３／（ｎ３−１）≒１：２・・・（６）
【００６２】
式（６）のような関係がある場合、第一の波長λ１の光束の回折次数を二次、第三の波長λ３の光束の回折次数を一次に設定すると、第一の波長λ１に対する二次回折光と第三の波長λ３に対する一次回折光は、回折レンズよりほぼ同じパワーを受けるため、第一および第三の波長差による屈折率変化とディスク保護層厚の差による相対的な球面収差を回折構造で補正することはできない。従って、本実施形態の対物レンズ３０は、記録密度が高く収差の許容範囲が狭い第一および第二の光ディスク使用時には、面３０ａに設けられた回折構造によって収差を略完全に補正し、第三の光ディスク使用時には、回折構造と対物レンズの結像倍率によって収差を補正している。つまり光ピックアップ対物レンズ３０や装置１００は、式（６）のような関係がある複数の光ディスクに互換性を持つレンズもしくは装置といえる。
【００６３】
以上説明した実施形態に基づく具体的な実施例２例を提示する。各実施例は、いずれも保護層厚が０．６ｍｍの第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスクＤ２と、保護層厚が１．２ｍｍの第三の光ディスクＤ３との互換性を有する光ピックアップ用対物レンズ３０を搭載する光ピックアップ装置１００に関するものである。
【実施例１】
【００６４】
実施例１の光ピックアップ装置１００を表す概略図は図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示される。実施例１の対物レンズ３０の具体的な仕様は、表１に示されている。
【００６５】
【表１】
2005018967.tif 000003
【００６６】
表１中、設計波長とは、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生の際に最も適した波長のことである。後に示す表１０においても同様である。表１に示す対物レンズ３０を備える光ピックアップ装置１００の具体的数値構成は表２〜表４に示される。
【００６７】
【表２】
2005018967.tif 000004
【表３】
2005018967.tif 000005
【表４】
2005018967.tif 000006
【００６８】
表２〜表４は、順に、第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における光ピックアップ装置１００の具体的数値構成である。
【００６９】
表２〜表４中の備考に示すように、面番号０が各光源１０Ａ〜１０Ｃ、面番号１、２が各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃ、表２〜表３の面番号３、４がビームスプリッタ４１、表２〜３の面番号５、６及び表４の面番号３、４がビームスプリッタ４２、表２〜３の面番号７、８及び表４の面番号５、６が対物レンズ３０、表２〜３の面番号９、１０及び表４の面番号７、８が媒体である各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層および記録面を示している。表２〜表４中、ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎ（Ｘｎｍ）は波長Ｘｎｍでの屈折率である。後述の実施例２で示す各表についても同様である。
【００７０】
表２〜表４に示すように対物レンズ３０の第一面３０ａは、第一から第三の三つの領域からなっている。それぞれ第一から第三の各領域３１〜３３の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一の領域３１…ｈ≦１．５３、
第二の領域３２…１．５３＜ｈ≦１．８７、
第三の領域３３…１．８７＜ｈ≦１．９５、となる。
【００７１】
また、各カップリングレンズ２０Ａ〜２０Ｃの第二面、および対物レンズ３０の両面３０ａ、３０ｂは非球面である。その形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をＡ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２として、以下の式で表される。
【数１】
2005018967.tif 000007
【００７２】
第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表５〜７に示される。
【００７３】
【表５】
2005018967.tif 000008
【表６】
2005018967.tif 000009
【表７】
2005018967.tif 000010
【００７４】
なお各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。以下に示す各表においても同様である。
【００７５】
さらに、対物レンズ３０の第一面３０ａに形成された回折構造は、以下の光路差関数φ（ｈ）により表される。
【数２】
2005018967.tif 000011
【００７６】
光路差関数φ（ｈ）は、回折レンズの機能を光軸からの高さｈでの光路長付加量の形で表現したものである。Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、…はそれぞれ２次、４次、６次、…の係数である。該回折構造を規定する光路差関数係数Ｐ２、…は、表８に示される。ｍは第一から第三の各領域３１〜３３において各レーザー光の回折効率が最大となる回折次数を表す。回折次数ｍは使用するレーザー光によって領域ごとに異なる値が設定されており、詳しくは表９に示される。
【００７７】
【表８】
2005018967.tif 000012
【表９】
2005018967.tif 000013
【００７８】
実施例１の光ピックアップ装置１００の対物レンズ３０は、ｆ１×Ｍ１が０．０００、ｆ２×Ｍ２が０．０００、ｆ３×Ｍ３が−０．２３２であり、式（１）から式（３）を満たす。また、ｆ１×ＮＡ１が１．９５、ｆ２×ＮＡ２が１．８７であり、式（４）を満たす。従って対物レンズ３０は、第二の領域３２において第一のレーザー光に対する回折効率が最大になる回折次数（３次）とは異なる最大回折次数（１次）の第三の領域３３がある。また、表１に示すように実施例１の光ピックアップ装置１００は、式（６）が１：２となる。
【００７９】
図５は、光ピックアップ用装置１００において、第一のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す収差図である。同様に、図６は、第二のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表し、図７は、第三のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す。図５〜７に示すように、式（６）の関係を持つ光ピックアップ装置１００は、式（１）から式（３）を満たすことにより、どの光ディスクに対する情報の記録または再生時であっても球面収差を良好に補正して、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。以上が実施例１の光ピックアップ装置１００の説明である。
【実施例２】
【００８０】
次に実施例２の光ピックアップ装置１００を説明する。実施例２の光ピックアップ装置１００は、書き込み可能な第三の光ディスク（例えばＣＤ−Ｒ等）使用時に必要とされる比較的高いＮＡ（ここでは０．５０を想定）を該光ディスクＤ３に対応する設計開口数としている。実施例２の光ピックアップ装置１００を表す概略図は、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示される。図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、実施例２の光ピックアップ装置１００は、第二のレーザー光を平行光束に変換するための光学部材として、第一のレーザー光を平行光束に変換するコリメートレンズ２００Ａと同一構成のコリメートレンズ２００Ａ’を使用している。その他の構成は、実施例１と同一であるため、ここでの説明は省略する。実施例２の光ピックアップ装置１００の対物レンズ３０の具体的な仕様は、表１０に示されている。また表１０に示す対物レンズ３０を備える光ピックアップ装置１００の具体的数値構成を表１１〜表１３に示す。
【００８１】
【表１０】
2005018967.tif 000014
【表１１】
2005018967.tif 000015
【表１２】
2005018967.tif 000016
【表１３】
2005018967.tif 000017
【００８２】
表１１〜表１３は、順に、第一の光ディスクＤ１、第二の光ディスクＤ２、第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時における光ピックアップ装置１００の具体的数値構成である。
【００８３】
表１１〜表１３中の備考に示すように、面番号０が各光源１０Ａ〜１０Ｃ、面番号１、２が各カップリングレンズ２００Ａ、２００Ａ’、２００Ｃ、表１１と表１２の面番号３、４がビームスプリッタ４１、表２〜３の面番号５、６及び表４の面番号３、４がビームスプリッタ４２、表１１と表１２の面番号７、８及び表１３の面番号５、６が対物レンズ３０、表１１と表１２の面番号９、１０及び表４の面番号７、８が媒体である各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層および記録面を示している。
【００８４】
表１０に示すように、第一の光ディスクＤ１使用時と第二の光ディスクＤ２使用時における、対物レンズ３０での有効径が同一になる。従って、実施例２の光ピックアップ装置１００に配設される対物レンズ３０の第一面３０ａは、第三の領域は設けられず、表１１〜表１３に示すように第一の領域３１と第二の領域３２からなっている。各領域３１、３２の範囲を光軸ＡＸからの高さｈで表すと、
第一の領域３１…ｈ≦１．７０、
第二の領域３２…１．７０＜ｈ≦１．９５、となる。
【００８５】
また、各カップリングレンズ２００Ａ、２００Ａ’、２００Ｃの第二面、および対物レンズ３０の両面３０ａ、３０ｂは上記数１の式によって形状が規定される非球面である。第一の光ディスクＤ１または第二の光ディスクＤ２使用時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は表１４に、第三の光ディスクＤ３使用時における各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は表１５に、それぞれ示される。
【００８６】
【表１４】
2005018967.tif 000018
【表１５】
2005018967.tif 000019
【００８７】
さらに、対物レンズ３０の第一面３０ａには、各領域３１、３２で異なる回折構造が形成される。該回折構造は、上記数２の式により表される。該回折構造を規定する光路差関数係数Ｐ２、…は、表１６に示される。各領域３１、３２において各レーザー光の回折効率が最大となる回折次数ｍは、表１７に示される。
【００８８】
【表１６】
2005018967.tif 000020
【表１７】
2005018967.tif 000021
【００８９】
実施例２の光ピックアップ装置１００の対物レンズ３０は、ｆ１×Ｍ１が０．０００、ｆ２×Ｍ２が０．０００、ｆ３×Ｍ３が−０．２３７であり、式（１）から式（３）を満たす。また、表１に示すように実施例１の光ピックアップ装置１００は、式（６）が１：２となる。
【００９０】
図９は、光ピックアップ用装置１００において、第一のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す収差図である。同様に、図１０は、第二のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表し、図１１は、第三のレーザー光が対物レンズ３０を透過することにより発生する球面収差を表す。図９〜１１に示すように、式（６）の関係を持つ光ピックアップ装置１００は、式（１）から式（３）を満たすことにより、どの光ディスクに対する情報の記録または再生時であっても球面収差を良好に補正して、記録面上には情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。
【００９１】
以上が本発明の具体的な実施例である。なお、上記の各実施例はあくまでも本発明に係る対物レンズの一例である。つまり本発明に係る対物レンズは、各実施例の具体的数値構成に限定されるものではない。例えば回折構造を設ける面は、第一面３０ａではなく、第二面３０ｂであってもよい。また、第一面と第二面の両方に回折構造を設けても良い。
【００９２】
また、各実施例で提示した設計開口数も例示である。つまり本発明に係る対物レンズは、第二の光ディスクＤ２に必要な高いＮＡ（約０．６５程度）を該ディスクＤ２に対応する設計開口数とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第一〜第三の波長をもつ各光束が、回折構造を備えた対物レンズに入射したとき、その回折効率が、輪帯の段差の量によりどのように変化するかを示したグラフである。
【図２】光ピックアップ用対物レンズを搭載する光ピックアップ装置の概略構成を表す模式図である。
【図３】本発明の実施形態の光ピックアップ装置を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示している。
【図４】本発明の実施形態の光ディスク用対物レンズの光軸を含む面での断面形状の第一面近傍の拡大図である。
【図５】第一のレーザー光透過時に実施例１の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。
【図６】第二のレーザー光透過時に実施例１の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。
【図７】第三のレーザー光透過時に実施例１の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。
【図８】実施例２の光ピックアップ装置を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示している。
【図９】第一のレーザー光透過時に実施例２の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。
【図１０】第二のレーザー光透過時に実施例２の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。
【図１１】第三のレーザー光透過時に実施例２の対物レンズで発生する球面収差を表す収差図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０Ａ〜１０Ｃ  光源
２０Ａ〜２０Ｃ  カップリングレンズ
３０  対物レンズ
３１  第一の領域
３２  第二の領域
３３  第三の領域
４１、４２  ビームスプリッタ
Ｄ１〜Ｄ３  光ディスク
１００  光ピックアップ装置
２００Ａ、２００Ａ’、２００Ｃ  カップリングレンズ
【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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