(57)【要約】【課題】透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体夫々に対し、良好な波動光学的な光スポット形状で集光させることができるようにする。【解決手段】収差補正板の少なくとも１面を５つ以上の区間に分け、光軸に近い第１区間は共通使用領域とし第２区間以降はそれぞれの各透明基板の厚みに対応したレンズ面形状とした区間を４つ以上設ける。【選択図】図１５
2007305256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有する光情報記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面にそれぞれ光ビームを集光させる対物レンズ光学系において、光学素子を構成する２面のうち少なくとも一方の面が半径方向に区分された複数の少なくとも５つ以上の区間に分割されてなり、前記少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有するいずれの光記録媒体の情報記録面上にも前記光ビームを集光させる共用区間を少なくとも１つ以上有し、前記異なる厚みの透明基板の光情報記録媒体のうちいずれかの厚みに対して前記光ビームを集光させる専用区間を少なくとも４つ以上有する光学素子を有することを特徴とする対物レンズ光学系。
【請求項２】
対物レンズと収差補正板とから構成される請求項１記載の対物レンズ光学系
【請求項３】
ガラス製対物レンズとプラスチック製の収差補正板から構成される請求項２記載の対物レンズ光学系
【請求項４】
前記光ビームにおいて、波長４０５ｎｍ付近の光ビームを含むことを特徴とする請求項１ないし３記載の対物レンズ光学系
【請求項５】
前記情報記録面に集光する光ビームにおいて、ＮＡ０．８〜ＮＡ０．９の光ビームを含むことを特徴とする請求項１ないし４記載の対物レンズ光学系
【請求項６】
前記情報記録面に集光する光ビームにおいて、少なくとも２種類の異なる厚みの透明基板に設けられた情報記録面に集光する光ビームは２種類共ＮＡ０．６０以上であることを特徴とする請求項１ないし５記載の対物レンズ光学系
【請求項７】
前記情報記録面に集光する光ビームにおいて、少なくとも２種類の異なる厚みの透明基板に設けられた情報記録面に集光する光ビームはそれぞれＮＡ０．８〜ＮＡ０．９とＮＡ０．６〜ＮＡ０．７であることを特徴とする請求項１ないし６記載の対物レンズ光学系
【請求項８】
前記いずれの種類の光記録媒体の情報記録面上に集光された光ビームの光スポットにおいて、各光記録媒体におけるサイドローブ値の平均値が２％以下であることを特徴とする請求項１ないし７記載の対物レンズ光学系
【請求項９】
前記各光記録媒体におけるサイドローブ値の平均値が１．７％以下であることを特徴とする請求項８記載の対物レンズ光学系
【請求項１０】
少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有する光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に光ビームを集光させる光ピックアップ光学系において、光学素子を構成する２面のうち少なくとも一方の面が半径方向に区分された複数の少なくとも５つ以上の区間に分割されてなり、前記少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有するいずれの光記録媒体の情報記録面上にも対応する光ビームを集光させる区間を少なくとも１つ以上有し、前記異なる厚みの透明基板の光情報記録媒体のうちいずれかの厚みに対して対応する光ビームを集光させる区間を少なくとも４つ以上有する光学素子を有することを特徴とする光ピックアップ光学系。
【請求項１１】
前記いずれかの光情報記録媒体の専用領域を透過した光ビーム及び共用領域を透過した光ビームのいずれもが、対応する光情報記録媒体の情報記録面に、０以上の波面収差あるいは０以下の波面収差で集光することを特徴とする請求項１ないし３記載の対物レンズ光学系。
【請求項１２】
前記いずれかの光情報記録媒体の専用領域を透過した光ビーム及び共用領域を透過した光ビームのいずれもが、対応する光情報記録媒体の情報記録面に、０以上０．４λ以下の波面収差あるいは０以下−０．４λ以上の波面収差で集光することを特徴とする請求項１ないし３記載の対物レンズ光学系。
【請求項１３】
厚さｔ1の透明基板を有する第１の光情報記録媒体と厚さｔ2の透明基板を有する第２の光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面に波長λの光ビームを集光させる対物レンズと収差補正板とから構成される対物レンズ光学系において、
前記対物レンズは、前記光ビームが良好に収差補正された状態で前記第１の光ディスクの厚さｔ1の透明基板に設けられた情報記録面に集光されるように構成され、
前記収差補正板は、少なくとも一方の面が半径方向に区分された複数の少なくとも５つ以上の区間に分割されてなり、前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体のいずれの情報記録面上にも前記光ビームを集光させる共用区間を少なくとも１つ以上有し、前記第１あるいは第２の光情報記録媒体のうちいずれかに対して前記光ビームを集光させる専用区間を少なくとも４つ以上有することを特徴とする対物レンズ光学系。
【請求項１４】
前記いずれかの光情報記録媒体の専用領域を透過した光ビーム及び共用領域を透過した光ビームのいずれもが、対応する光情報記録媒体の情報記録面に、０以上０．４λ以下の波面収差あるいは０以下−０．４λ以上の波面収差で集光することを特徴とする請求項１３記載の対物レンズ光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の異なる厚みを記録または再生可能な対物レンズ光学系または光ピックアップ光学系であって、例えばＣＤ（Compact Disc：ＣＤ−ＲなどのＣＤも含む）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やブルーレイやＨＤＤＶＤなど種類が異なる光記録媒体に対応できる互換型の記録再生装置に用いられうる汎用のレンズ、光学素子、光学系、光ヘッド、及び光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤやＤＶＤなどの種類が異なる光ディスクをともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。ＣＤやＤＶＤなど（以下、これらをまとめて光ディスクという）は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を２枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。
【０００３】
かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビームを光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームは、ＣＤにおいては波長が780nm近傍でＮＡが0.45〜0.53で用いられ、ＤＶＤにおいては波長が650nm近傍でＮＡが0.60〜0.67で用いられている。また、ＣＤにおいて用いられる透明基板の厚さは1.2ｍｍであるのに対して、ＤＶＤにおいて用いられる透明基板の厚さは0.6ｍｍであり、光ディスクの種類（レーザビームの波長の違い）に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さは異なっている。種類が異なる光ディスクを再生する互換型光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。
【０００４】
このような互換型光ディスク装置としては、ピックアップに光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎にピックアップを設け、使用する光ディスクの種類に応じてピックアップを交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。
【０００５】
かかる対物レンズの一代表例として、特許文献１（特開平９−１４５９９５号公報）に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に３以上の輪帯状レンズ面に区分され、１つおきの輪帯状レンズ面と他の１つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同一波長のレーザビームに対し、１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板（0.6ｍｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板（1.2ｍｍ）の光ディスク（ＣＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させる。
【０００６】
また、他の代表例として、特許文献２（特開２０００−８１５６６号公報）に記載のものがある。この文献には、薄い透明基板のＤＶＤに対しては、短波長（635ｎｍまたは650ｎｍ）のレーザビームを使用し、厚い透明基板のＣＤに対しては、長波長（780ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造が形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のＤＶＤに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のＣＤに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、ＤＶＤに対して短波長のレーザビームを用いるのは、ＣＤに比べてＤＶＤの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数ＮＡに反比例する。
【０００７】
また、他の代表例として、特許文献３（特開平７−３０２４３７号公報）に記載のものがある。この文献には、薄い０．６ｍｍ厚の透明基板に対しては、短波長６８０ｎｍのレーザビームを使用し、厚い１．２ｍｍ厚の透明基板のＣＤに対しては、長波長（780ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置の対物レンズが開示されている。前記対物レンズにおいてはレンズ面をリング状の複数の領域に分割し、それぞれの領域がいずれかの波長と基板厚の光ディスクに集光するというものである。
【特許文献１】特開平９−１４５９９５号公報
【特許文献２】特開２０００−８１５６６号公報
【０００８】
近年提案されている新しい光ディスク装置は、記録密度の向上のために波長４０５ｎｍ程度の青色レーザを用いるブルーレイとＨＤＤＶＤが提案されている。ブルーレイは波長４０５〜４０８ｎｍでＮＡは０．８５で透明基板の厚みは２層光ディスクと１層光ディスクの両方を考慮すると０．０７５〜０．１ｍｍである。またＨＤＤＶＤでは波長４０５〜４０８ｎｍでＮＡは０．６５で透明基板の厚みは０．６ｍｍである。なお前記の数値については規格書などに掲載されている誤差範囲も当然含むものである。したがって、今後一つのシステムで上記二種類の光ディスクを互換する装置が必要されている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１では、ＤＶＤ、ＣＤについての記述はあるが、ブルーレイやＨＤＤＶＤなどについての記述は無い。使用レーザーの波長が短いと同一の光線収差(mm)に対する波面収差量は波長に反比例して増加し、またＮＡが大きいと、例えば３次球面収差がＮＡの４乗に比例して増加するため、収差補正は難易度が増す。このように波長やＮＡがＤＶＤやＣＤとは異なるブルーレイやＨＤＤＶＤについて、すなわち上記特許文献１で述べられていたＤＶＤやＣＤに比べて短波長でしかも大きいＮＡが必要とされるブルーレイやＨＤＤＶＤについて同一の対物レンズまたは対物レンズ光学系または光ピックアップ光学系で集光して所望の光スポット形状を得るのは、本件特許文献1に記載された技術をもって実現するのは困難である。
【００１０】
また、上記特許文献２では、回折レンズ構造による回折光を利用しているため、異なる波長の光ビームでないと異なる厚みの透明基板に対応できず、同一またはほぼ同一波長で異なる厚みの透明基板の場合には特許文献２の技術は使えない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、複数種の光情報記録媒体夫々に対し、光ビームを情報記録面に良好な波動光学的な光スポット形状で集光させることができるようにした光学素子、その光学素子を用いた光学系、光ヘッド、光ディスク装置を提供することにある。
より詳細にいえば、使用光の波長が同一であり、情報記録媒体の厚さ及び対物レンズのＮＡが異なる二つの相異なる規格の情報記録媒体を互換でき、各光ビームを情報記録面に良好な波動光学的な光スポット形状で集光させることができるようにした光学素子、その光学素子を用いた光学系、光ヘッド、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】
【００１２】
本発明による対物レンズ光学系は、少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有する光情報記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面にそれぞれ略同一の波長の光ビームを集光させる対物レンズ光学系において、光学素子を構成する２面のうち少なくとも一方の面が半径方向に区分された複数の少なくとも５つ以上の区間に分割されてなり、前記少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有するいずれの光記録媒体の情報記録面上に集光する光ビームとなる区間を少なくとも１つ以上有し、前記異なる厚みの透明基板の光情報記録媒体のうちいずれかの厚みに対して集光する光ビームとなる区間を少なくとも４つ以上有する光学素子を有することを特徴とするものである。
【００１３】
前記対物レンズ光学系は、対物レンズと収差補正板とから構成されるのが望ましい。
また、前記対物レンズ光学系は）ガラス製対物レンズとプラスチック製の収差補正板から構成されるのが望ましい。
【００１４】
また、前記対物レンズ光学系において前記光ビームの波長が、波長４０５ｎｍ付近の光ビームであることを特徴とする。
【００１５】
また、前記対物レンズ光学系において前記情報記録面に集光する光ビームは、ＮＡ０．８〜ＮＡ０．９の光ビームを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、前記対物レンズ光学系において、少なくとも２種類の異なる厚みの透明基板に設けられた情報記録面に集光する光ビームは２種類共ＮＡ０．６０以上であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記対物レンズ光学系において、少なくとも２種類の異なる厚みの透明基板に設けられた情報記録面に集光する光ビームはそれぞれＮＡ０．８〜ＮＡ０．９とＮＡ０．６〜ＮＡ０．７であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記対物レンズ光学系において前記いずれの種類の光記録媒体の情報記録面上に集光された光ビームの光スポットにおいて、各光記録媒体におけるサイドローブ値の平均値が２％以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記対物レンズ光学系において前記各光記録媒体におけるサイドローブ値の平均値が１．７％以下であることを特徴とする。
【００２０】
さらに、少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有する光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に略同一波長の光ビームを集光させる光ピックアップ光学系において、光学素子を構成する２面のうち少なくとも一方の面が半径方向に区分された複数の少なくとも５つ以上の区間に分割されてなり、前記少なくとも２種類以上の異なる厚みの透明基板を有するいずれの光記録媒体の情報記録面上に集光する光ビームとなる区間を少なくとも１つ以上有し、前記異なる厚みの透明基板の光情報記録媒体のうちいずれかの厚みに対して集光する光ビームとなる区間を少なくとも４つ以上有する光学素子を有することを特徴とする。
【００２１】
また、前記いずれかの光情報記録媒体の専用領域を透過した光ビーム及び共用領域を透過した光ビームのいずれもが、対応する光情報記録媒体の情報記録面に、０以上０．４λ以下の波面収差あるいは０以下−０．４λ以上の波面収差で集光することを特徴とする。
【００２２】
さらに、厚さｔ1の透明基板を有する第１の光情報記録媒体と厚さｔ2の透明基板を有する第２の光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面に波長λの光ビームを集光させる対物レンズと収差補正板とから構成される対物レンズ光学系において、前記対物レンズは、前記光ビームが良好に収差補正された状態で前記第１の光ディスクの厚さｔ1の透明基板に設けられた情報記録面に集光されるように構成され、前記収差補正板は、少なくとも一方の面が半径方向に区分された複数の少なくとも５つ以上の区間に分割されてなり、前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体のいずれの情報記録面上にも前記光ビームを集光させる共用区間を少なくとも１つ以上有し、前記第１あるいは第２の光情報記録媒体のうちいずれかに対して前記光ビームを集光させる専用区間を少なくとも４つ以上有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、複数種の光情報記録媒体夫々に対し、光ビームを情報記録面に良好な波動光学的な光スポット形状で集光させることができるようにした光学素子、その光学素子を用いた光学系、光ヘッド、光ディスク装置を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
いま、厚さｔ1の透明基板を有する第１の光ディスクを光ディスク装置に装着した際、波長λのレーザービームが対物レンズによって良好に収差補正された状態で透明基板に設けられた情報記録面に良好に集光するものとする。かかる光ディスク装置に厚さｔ2の透明基板を有する第２の光ディスクを装着し、波長λのレーザービームを集光しようとした場合、透明基板の厚さの違いにより情報記録面にレーザビームが良好に集光しない。
【００２５】
本発明は、レンズ光軸を含むレンズ光軸に最も近いレンズ面領域の外側のレンズ面領域を、異なる透明基板厚の光ディスクに対してそれぞれ使用するレンズ面領域を分け、なおかつ最適なレンズ面形状とした区間を少なくとも４つ設けることによりサイドローブの少ない良好な波動光学的光スポット形状を異なる厚みの光ディスクそれぞれに対して得るものである。
【００２６】
まず図１に示すブルーレイ専用対物レンズ１はブルーレイディスクについて、正確には２層ブルーレイディスクの基板厚み０．０７５ｍｍと０．１ｍｍの中間の基板厚み０．０８７５ｍｍのときに波面収差が最も小さくなるようにレンズ面形状が設定されている。実際のブルーレイディスクを記録または再生するときには、別途設けられている（図示しない）収差補正素子などにより、基板厚み０．１００ｍｍや０．０７５ｍｍなどのブルーレイディスクの記録または再生を可能にしている。つまり対物レンズ１はブルーレイディスクの厚みのセンター値である０．０８７５ｍｍの基板厚さに対応したものとなっており、現実の基板厚みに対しては、ビームエキスパンダーなどの別途設けられている収差補正素子により、各ブルーレイディスクごとに補正しているものである。なお前記の別途設けられている収差補正素子は基板厚の差がせいぜい数十μｍ程度までは収差補正可能であるが、たとえばブルーレイディスクの中心的厚みである０．０８７５ｍｍとＨＤＤＶＤの厚み０．６ｍｍとの、０．５１２５ｍｍもの基板厚の差の収差補正をすることは不可能な収差補正素子である。
【００２７】
対物レンズ１の具体的な数値例を以下の図１８に、配置図、光線図を図１に示す。
図１８においてＺ(サグ量)とは、各面での光軸直角方向の高さがｈである光軸と平行な直線が各面と交わった点と、各面が光軸と交わっているレンズ面頂点との、光軸に平行な方向の距離のことをいい、前記交わった点が前記レンズ面頂点よりも光ディスク側（図１でいうと右側）にあるときにＺ(サグ量)の符号を正としレーザー側（図１でいうと左側）にあるときには負とする。また、Ｚ(サグ量)と高さｈとの関係は、非球面の光軸上での曲率(1/R)をＣ、円錐係数をＫ、ｉ次(偶数次)の非球面係数をAiとして、（数１）で表される。なお、このＺ(サグ量)と高さｈとの関係式は後述の実施例等でも用いられるものである。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
図１８、図１においてブルーレーザー(図示しない)を発した波長４０５ｎｍの光がコリメートレンズ(図示しない)を通り平行光となって、絞り３を通って対物レンズ１に入射し、集光されてブルーレイディスク４の厚み０．０８７５ｍｍのカバーガラスを通って集光する。  絞り３はφ２．４ｍｍの直径の円の穴が開いており、φ２．４より内側の光線が対物レンズ１に入射可能である。対物レンズ１の焦点距離は１．４１２ｍｍであるので
ＮＡ＝（2.4/2）/1.412＝0.85  よりＮＡ０．８５である。
また図１９に前記対物レンズ１の波面収差の画角像高特性を示す。画角０．３度では０．００９３λrmsと０．０１λrms未満であり画角０．５度でも０．０１９６λrmsと０．０２λrms未満で良好な波面収差特性を有していることがわかる。また図１４にそれぞれ縦軸のスケールを変えた光スポットの光強度分布図を示す。また以下の説明で用いている他の図の光スポットの光強度分布図も上下の図では縦軸のスケールが異なっているだけである。この図１４によると、位置０．３９μmのサイドローブの光強度は中心の１．７％である。
【００３０】
なおこの対物レンズ１は図１８に示すように、屈折率１．５５であり、中心厚は焦点距離の１．１８６９７倍の１．６７６ｍｍで、レンズからカバーガラスまでのワーキングディスタンスはこの場合は両凸レンズなのでバックフォーカス＝ワーキングディスタンスとなり０．４５９６ｍｍ確保できている。また対物レンズのレンズ面形状を示すサグ表は図１８の右側に示されている。ここで第２面に着目してみるとＺ(サグ量)の極大値は高さ０．８３８mmのところにある。なおＮＡ０．８５で像高０ｍｍに到達するマージナル光線は第１面を高さ１．２ｍｍで第２面を０．８４５４ｍｍで通過する。すなわち第２面の面形状としては光学有効径内にサグ量の極大値、変曲点を有する特徴を持っている。  また第１面について見ると、高さ１．２ｍｍまでがＮＡ０．８５の光学有効径となるが、ＮＡの若干の余裕量や構造的な余裕量などのために半径で数十μｍ程度のレンズ面径の余裕量を持たせる設計をすることが多い。たとえば半径で６０μｍの余裕量を持たせてみると、レンズ面の高さｈは１．２６ｍｍまでとなり高さ１．２６ｍｍでのサグ量は１．２７１９３ｍｍであり、レンズ面半径１．２６ｍｍよりもサグ量１．２７１９３ｍｍの方が大きい。ＮＡ０．８５などの高いＮＡのレンズの場合には、光源側の面のサグ量を光源側の面の面半径よりも大きい値にしたり、光ディスク側（光源側と反対）の面を変曲点を有するようにすると、図１９に示すように良好な波面収差特性を得るのに好ましい。
【００３１】
次に前記のブルーレイ用の対物レンズをＨＤＤＶＤディスクに対応させることを考えて見る。その場合例えば図２に示すような収差補正板２と絞り５を対物レンズのレーザー側に挿入してやるとＨＤＤＶＤの基板厚０．６ｍｍに対応した、絞り５と収差補正板２と対物レンズ１とからなる対物レンズ光学系となる。  収差補正板２の具体的な数値例を以下の図２０に、配置図、光線図を図２に示す。収差補正板は曲率半径Ｒは両面とも∞のいわゆるノーパワーの光学素子であるため全体の焦点距離はブルーレイのときと同じ１．４１２ｍｍのまま変わらない。また図２０の第３面と第４面から構成される対物レンズ１は図１８の第１面と第２面に示す対物レンズ１と同じである。ＮＡは０．６５なので第１面有効直径はφ１．８３５６ｍｍである。第２面は平面であり、第１面はＡ４〜Ａ１８により表わされる非球面で、光学有効半径の０．９１７８ｍｍでのサグ量は０．０１１６４３ｍｍ、約１０μｍ程度のサグ量の非球面となっている。また図２１に図２０に示す光学系の波面収差の画角像高特性を示す。また図１３に光スポットの光強度分布図を示す。位置０．５１μmでのサイドローブは１．８％である。
【００３２】
以上述べてきたように絞り５と収差補正板２を挿入してやると、ブルーレイ用対物レンズにてＨＤＤＶＤのカバーガラス厚０．６ｍｍで図２１に示すような０．０１λrms以下の良好な波面収差の光学系を∞系のまま得ることができる。なお収差補正板を挿入するのが困難なときには、絞りを挿入し、かつ有限系としてやればよい。図１８に示す構成で物体面から対物レンズ１までの距離を１４．９５ｍｍとしてやればＮＡ０．６５で０．０５２４λrmsの波面収差と、０．０１λrms以下という訳にはいかないが、マレーシャル限界の０．０７λrms以下の波面収差とすることができる。なお、本方式でブルーレイとＨＤＤＶＤの互換をとる場合には光ディスク装置の中に収差補正板２と絞り５の挿抜機構が必要となる。
【００３３】
次にブルーレイとＨＤＤＶＤの互換を取る他の方式につき検討する。上述のように、図２０における収差補正板２は第１面の非球面により収差補正の機能を為し、ブルーレイ用光学系をＨＤＤＶＤ用光学系とする役目を果たしている。図２０における収差補正板２の第１面が非球面ではなく平面であった場合には収差補正板２は収差補正の機能をせずＨＤＤＶＤではなくブルーレイ用の光学系となる。そこで収差補正板２の第１面を平面と非球面とに半径方向の区間ごとに分けてやることが考えられ、その例を図２２に示す。図２２に５つの光軸を中心としたリング状の区間に区分された収差補正板７が記載されている。図２２に示す光学系のカバーガラス厚０．６mmのときの波面収差図を図３に、カバーガラス厚０．０８７５mmのときの波面収差図を図４に示す。図３、図４共に、上下の図は縦軸のスケールが異なるだけである。また以下の説明で用いている他の図の波面収差図も上下の図では縦軸のスケールが異なっているだけである。第１区間の高さ０〜０．４２mmに相当するのがＮＡ０〜ＮＡ０．２９７であり、図４に示すカバーガラス０．０８７５ｍｍのときは０λと良好な波面収差であり、図３のカバーガラス０．６ｍｍのときは０〜−０．４５λの波面収差となっている。第２と第４区間では図３のカバーガラス０．６ｍｍのときには０λと良好な波面収差であり、第３と第５区間では図４のカバーガラス０．０８７５ｍｍのときに０λと良好な波面収差である。なお区間の数は設計上はいくらでも、数十とか増やすことも可能であるが、後述する表に示すように区間の境界線には隣接段差が数ミクロンから１０ミクロン程度生じていることもあり、形状が複雑化してきて製造しづらくなってきてしまうので、少ない区間数で設計するのが望ましい。そうすると第２区間をＨＤＤＶＤ用の面形状でＮＡ０．６５まで設定し第３区間をＮＡ０．６５〜０．８５の範囲でブルーレイ用の面とした３つの区間で構成することも考えられるが、ＨＤＤＶＤもブルーレイもＮＡが０．６５と０．８５と大きいこともあって良好な光スポット形状が得られにくい。よってＨＤＤＶＤとブルーレイ用の区間をあと１つずつ追加した５つの区間としてある。最外周の区間はＮＡの大きなブルーレイ用の区間としている。
【００３４】
また本参考例の波動光学的な光スポット図を図１１と図１２に示す。図１２に示すのはブルーレイの光スポットの光強度分布であり、上図下図共に横軸は像面上の位置、レンズ光軸からどれだけ離れているかを表わしており、縦軸は相対光強度を表わしている。下図は上図の縦軸スケールを１／１０倍にしたものであり、相対光強度が２００以下位の低い光強度について見やすくしたものである。以下この光スポット図の書式は図１１、１３、１４、７、８、９、１０でも同じである。図１２の光スポット図をみてみると最大のサイドローブとしては位置０．３９μｍで光強度が中心の１．８％であり、図１４のブルーレイ専用レンズの１．７％とほぼ同等の値となっている。しかし図１１のＨＤＤＶＤ光学系の光スポットで見てみると位置１．８μmで２．３％とやや大きい値となっている。ちなみに前述したがＨＤＤＶＤ専用光学系としての図１３での光スポットではサイドローブは１．８％であった。
【００３５】
ここでこのＨＤＤＶＤのサイドローブを低減してやるにはどうすれば良いかについて検討する。ここで図４からあきらかなように第１、３、５区間はブルーレイの平均的厚みのカバーガラス厚０．０８７５ｍｍに対して無収差となっているためブルーレイに対するレンズ面使用領域であるといえる。一方ＨＤＤＶＤのカバーガラス０．６ｍｍについてどうかというと図３の下側図をよくみてみると、第１区間はブルーレイについて無収差であるにもかかわらず、ＨＤＤＶＤについてもＮＡ０〜０．２の領域では波面収差は０〜−０．１λと比較的良好であり、ＮＡ０．２〜０．２９７でも波面収差は−０．１〜−０．４５λの値とはなってしまうが、第３区間の−２〜−８λに比べれば良好な値である。すなわちＨＤＤＶＤについては第２、第４区間は無収差なので当然ＨＤＤＶＤに対するレンズ面使用領域であると言えるが、第１区間もある程度使用している領域である。よってＨＤＤＶＤについては第１、２、４区間がレンズ面使用領域であり、第２、第４区間のみで無収差とするのではなく第１区間も含めてベストな性能を得ることができるレンズ面形状とするのが好ましい。
【００３６】
そこで、まず第２区間についてＨＤＤＶＤのときに波面収差を図３に示すようにゼロにするのではなく、第１区間がマイナスとなっていることから第２区間もマイナスとした方がＨＤＤＶＤにおける平均的な波面収差が良くなると考えられる。また、第１区間はＨＤＤＶＤの図３では０〜−０．４５λの波面収差となっているが−０．４５λを少しでもプラスの方にしてやった方が平均的な波面収差が良くなり望ましい状態となり、−０．４０λを上回るのが好ましい。以上第１区間と第２区間について変更した収差補正板９とした本発明の第１実施例の第１実施例の光学系の構成やレンズデータを図２３に、波面収差図を図５と図６に、光スポット図を図７と図８に、光学系の配置図を図１５に示す。図１５は本発明の第１実施例の構成を示す図で下図（ｂ）のブルーレイのときはＮＡ０．８５の光スポットを形成している。絞り直径は図２３に示している通りφ２．４ｍｍである。本実施例においては、第１区間がブルーレイとＨＤＤＶＤの双方についてそれぞれの良好に光ディスク上に集光させる共通領域、第２区間と第４区間がＨＤＤＶＤについて良好に集光させるＨＤＤＶＤ専用領域、第３領域と第５領域がブルーレイについて良好に集光させるブルーレイ専用領域という構成になっている。図１５の上図（ａ）はＨＤＤＶＤのときの光線図でＮＡ０．６５の光スポットを形成し、ＮＡ０．６５〜ＮＡ０．８５の光線はいわゆるフレアとなって光スポットには寄与しない面形状となっている。図５と図６の波面収差図では、図６のブルーレイについては第１区間の収差がＮＡ０．３のところで０．１１λあるが平均的にみればさほどの劣化ではない、このことは図８の光スポット図からも説明できる。図５のＨＤＤＶＤについては第１区間の波面収差が−０．３８λまで改善しており−０．４０λを上回っている、また第２区間の波面収差は−０．０７〜−０．１２λと第１区間に合わせる方向となっている。なお第２区間と第４区間は波面収差が平均的にみると０．０９λ異なっている。図８のブルーレイの光スポットではサイドローブは位置０．３６μｍで２．１％であり、図７のＨＤＤＶＤの光スポットではサイドローブは位置０．７４μｍで１．６％である。図２２の参考例ではブルーレイスポットのサイドローブ１．８％でＨＤＤＶＤのサイドローブ２．３％であったのがそれぞれ第１実施例では２．１％と１．６％となっておりブルーレイでは０．３％劣化したがＨＤＤＶＤでは０．７％向上しており、悪い方の値では２．３％が２．１％に改善したと言える。これは図５、図６で示される波面収差を改善する方向に収差補正板の第１面の面形状を変更したことによる効果である。
【００３７】
また図５のＨＤＤＶＤ波面収差において第４区間をゼロとしているが、これもマイナス方向にシフトさせてＨＤＤＶＤの平均的波面収差を更に良くすることが考えられる。そのように第４区間の面形状を最適化した例を本発明の第２実施例として、光学系の構成やレンズデータを図２４に、波面収差図を図１６と図１７に、光スポット図を図９と図１０に示す。本実施例においても、第１区間がブルーレイとＨＤＤＶＤの双方についてそれぞれの良好に光ディスク上に集光させる共通領域、第２区間と第４区間がＨＤＤＶＤについて良好に集光させるＨＤＤＶＤ専用領域、第３領域と第５領域がブルーレイについて良好に集光させるブルーレイ専用領域という構成になっている。なお光学系の配置図は図１５の収差補正板９が収差補正板１０に変わっただけであとは同じである。図１６と図１７の波面収差図では、図１６のＨＤＤＶＤについては第４区間の波面収差がゼロではなく−０．１０λとするように第４区間の面形状を設定している。前記第４区間の波面収差は−０．１０λとなっているために、第２区間の波面収差−０．０７〜−０．１２λ、第１区間の波面収差０〜−０．３９λに第１実施例よりも更に合わせる方向となっている。このことにより図９に示すＨＤＤＶＤの光スポットではサイドローブが中心光強度に対して１．０％にまで改善している。一方ブルーレイでは第４区間の波面収差が図１７の上図で０．１λだけ図６に比べて下がっているのが良く注意してみるとわかる。もともと８〜１５λズレているので０．１λ変化しても関係ないと考えられるが、そのことが図１０のブルーレイの光スポット図からわかる。サイドローブは２．１％で第１実施例と同じである。
【００３８】
サイドローブの値についてまとめてみると図２５に示す通りになる。第１、第２実施例でブルーレイ、ＨＤＤＶＤ共にサイドローブ２．１％以下を達成できている。また第２実施例ではＨＤＤＶＤのサイドローブを１．０％にまで低減できている。もともとブルーレイとＨＤＤＶＤの互換レンズというのはそれぞれの専用レンズと同等以上の性能を有するというのが性能の目標値となっているものであり、それぞれ専用レンズのサイドローブ値は項＃１と項＃２の平均値で１．７５％となる。目安としては２％以下となっていれば良い。また好ましくは専用レンズ以上の１．７％以下である。そこで図２５の項＃３、４、５についてみてみると、項＃３の参考例のサイドローブ平均値は２．０５％であり目標値を満足していない。一方第１実施例でのサイドローブ平均値は１．８５％であり目標値２％以下を満足し、第２実施例では１．５５％で目標値以上の好ましい値の１．７％以下をも満足している。
【００３９】
次に、中心に対する相対光強度が１３．５％以上の範囲のスポット直径、いわゆる１／（ｅの２乗）のスポット径について図２６にまとめた。第１、第２実施例共にブルーレイではＳＰＯＴ径が小さく、ＨＤＤＶＤでは大きくなる傾向がでているが、例えば絞り直径φ２．４ｍｍを小さくしてブルーレイのＮＡを小さく設定し、収差補正板の第４区間の外側の方の半径を０．９１７８ｍｍよりも大きくしてＨＤＤＶＤのＮＡを大きめに設定してやればブルーレイではＮＡ０．８５相当のＨＤＤＶＤではＮＡ０．６５相当のスポット径を得ることも可能である。以上の第１、第２実施例及び参考例において、絞りはブルーレイのＮＡ０．８５用のもののみで良く、ＨＤＤＶＤにしたときに絞りの切り替えを行なわなくても良い。このことは簡易な構造で光ピックアップを構成するのにきわめて有効なことである。これはＮＡ０．６５〜０．８５のブルーレイ専用領域を通った光が図１５に示すフレア光となってＨＤＤＶＤには寄与しないためにＨＤＤＶＤの絞りが不要となっている。ブルーレイもＨＤＤＶＤもＮＡが０．６以上で高いＮＡのために不要な光ビームを光スポットに寄与しないフレア光にしやすい。また、光の波長がブルーの４０５ｎｍと、今までよく使われてきたＤＶＤの６３５〜６６０ｎｍやＣＤの７８０〜７９０ｎｍに比べると０．６４〜０．５１倍の波長であるために、不要な光をフレア化させるためにある光線収差をもたせたときに、その光線収差量が波長の何倍に相当するかということについては波長に反比例するのでブルーの短波長では波長の何倍もの収差量が得やすいために不要な光を光スポットに寄与しないフレア光にしやすい。そのため、４０５ｎｍという短波長であるということと、ＮＡが０．６以上という大きいＮＡであるということは、光スポットに寄与しないフレア光へのしやすさについて、メリットがある。またブルーレイもＨＤＤＶＤも距離∞からの入射光、すなわちコリメータレンズなどで平行になった光を入射すればよいので、入射光の距離を変えるための切り替え機構も不要であり、レーザーや光検出器の位置も共通化することが可能であり、また対物レンズ光学系がシフトしたときに入射光が斜入射になってしまって結像位置が像高をもってしまうことによる収差劣化も無い、というメリットがある。
【００４０】
また、区間数については５つ以上に増やして設計を行ない、より良好な光スポット形状を得ることも有効である。また本発明の前述した実施例では収差補正板に５つ以上の複数の区間を設けている。ＮＡ０．８５の対物レンズとなると温度変化時の性能安定性などのために温度で寸法や屈折率の変化がプラスチックよりも少ないガラスが用いられることが多い。前述の複数の区間は対物レンズ上に設けることも可能ではあるが、ガラスレンズに段差を持った複数の区間を設けることは製造技術上難易度が高い。一方プラスチックの方が複数の区間を設けるには好都合である。よって収差補正板をプラスチック製にして複数の区間を設けてやり、対物レンズはガラス製で段差のない単一の非球面形状としてやるのが好ましい。また本発明の対物レンズと収差補正板は同一のアクチュエータ上に搭載するのがレンズシフト時に双方が偏心しないので望ましい。
以上説明したように、本実施例によれば、異なる厚みの光ディスクに対して、絞り切り替え機構やレンズ切り替え機構無しで光ビームを情報記録面に低いサイドローブ値で集光させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ブルーレイ専用対物レンズ１の光学系を示す図である。
【図２】ブルーレイ専用対物レンズ１と収差補正板２からなるＨＤＤＶＤ光学系を示す図である。
【図３】図２２に示す光学系のカバーガラス厚０．６ｍｍのときの波面収差図。
【図４】図２２に示す光学系のカバーガラス厚０．０８７５ｍｍのときの波面収差図
【図５】第１実施例のカバーガラス厚０．６ｍｍのときの波面収差図。
【図６】第１実施例のカバーガラス厚０．０８７５ｍｍのときの波面収差図
【図７】第１実施例のＨＤＤＶＤでの光スポット図。
【図８】第１実施例のブルーレイでの光スポット図。
【図９】第２実施例のＨＤＤＶＤでの光スポット図。
【図１０】第２実施例のブルーレイでの光スポット図。
【図１１】図２２の光学系のＨＤＤＶＤでの光スポット図。
【図１２】図２２の光学系のブルーレイでの光スポット図。
【図１３】ＨＤＤＶＤ光学系での光スポット図。
【図１４】ブルーレイ専用レンズでの光スポット図。
【図１５】本発明の第１実施例の光学系の配置図。
【図１６】第２実施例のカバーガラス厚０．６ｍｍのときの波面収差図。
【図１７】第２実施例のカバーガラス厚０．０８７５ｍｍのときの波面収差図
【図１８】対物レンズ１（ブルーレイ専用レンズ）のレンズ配置や非球面係数に関する表
【図１９】対物レンズ１の波面収差画角像高特性に関する表
【図２０】収差補正板２＋対物レンズ１によるＨＤＤＶＤ光学系のレンズ配置と非球面係数に関する表
【図２１】図２０に示すＨＤＤＶＤ光学系の波面収差画角像高特性に関する表
【図２２】収差補正板７＋対物レンズ１による比較例のレンズ配置や非球面係数に関する表
【図２３】第１実施例、収差補正板９＋対物レンズ１のレンズ配置や非球面係数に関する表
【図２４】第２実施例、収差補正板１０＋対物レンズ１のレンズ配置や非球面係数に関する表
【図２５】サイドローブ値のまとめ表
【図２６】光スポット直径（相対光強度13.5%以上の範囲）のまとめ表
【符号の説明】
【００４２】
１  対物レンズ
２  収差補正板
３  絞り
４  カバーガラス
５  絞り
６  カバーガラス
７  収差補正板
８  絞り
９  収差補正板
１０  収差補正板
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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