(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により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て情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくともＣＤおよびＤＶＤの情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記ＤＶＤ用の波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、
前記ＣＤ用の波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、
前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の前記ＤＶＤまたは前記ＣＤからの反射光を受光する光検出器と、を備え、
前記ＤＶＤを波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＤＶＤ側の必要開口数をＮＡ１とし、
前記ＣＤを波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＣＤ側の必要開口数をＮＡ２(但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、
前記集光光学系の少なくとも１つの面に回折パターンを設けるとともに、
前記第１の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記ＤＶＤを記録および／または再生し、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記ＣＤを記録および／または再生する光ピックアップ装置において、
前記対物レンズは単レンズであり、前記回折パターンは前記単レンズに設けられており、
前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、前記ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分はオーバーであって、その絶対値をＷＳＡ２λ２ｒｍｓとしたときに、０．０２λ２ｒｍｓ≦ＷＳＡ２≦０．０６λ２ｒｍｓであって、
前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分の絶対値をＷＳＡ１λ１ｒｍｓとしたときに、ＷＳＡ１≦０．０４λ１ｒｍｓであって、
前記ｍは０を除く一つの整数であり、ｎ＝ｍであることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差が、ほぼ無収差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。
【請求項３】
前記ＤＶＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＤＶＤ側から見た結像倍率をＭ１とし、前記ＣＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＣＤ側から見た結像倍率をＭ２としたときに、Ｍ２とＭ１はほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記Ｍ１およびＭ２は、ほぼ０であることを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記対物レンズを透過した前記第２光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が５μｍ以上あ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】
前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が１５μｍ以上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。
【請求項７】
前記第２の光源からの光束の前記回折パターンからのｎ次回折光のうちＣＤ側の開口数が略ＮＡ２以下の部分の光束によりビームスポットを形成し前記ＣＤを記録および／または再生し、開口数が略ＮＡ２以上の部分はフレア光となってい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。
【請求項８】
前記第１の光源と前記第２の光源とがユニット化され、前記光検出器は、前記第１の光源及び前記第２の光源に対し共通であ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。
【請求項９】
ＤＶＤ用の波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、ＣＤ用の波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の前記ＤＶＤまたは前記ＣＤからの反射光を受光する光検出器と、を備え、光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により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て情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくともＣＤおよびＤＶＤの情報の記録および／または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、
前記ＤＶＤを波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＤＶＤ側の必要開口数をＮＡ１とし、
前記ＣＤを波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＣＤ側の必要開口数をＮＡ２(但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、
前記対物レンズは単玉であり、
前記対物レンズの少なくとも１つの面に回折パターンが設けられ、
前記第１の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記ＤＶＤを記録および／または再生可能とし、前記第２の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記ＣＤを記録および／または再生可能とし、
前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、前記ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分はオーバーであって、その絶対値をＷＳＡ２λ２ｒｍｓとしたときに、０．０２λ２ｒｍｓ≦ＷＳＡ２≦０．０６λ２ｒｍｓであって、
前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分の絶対値をＷＳＡ１λ１ｒｍｓとしたときに、ＷＳＡ１≦０．０４λ１ｒｍｓであって、
前記ｍは０を除く一つの整数であり、ｎ＝ｍであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１０】
前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差が、ほぼ無収差であることを特徴とする請求項９に記載の対物レンズ。
【請求項１１】
前記ＤＶＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＤＶＤ側から見た結像倍率をＭ１とし、前記ＣＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＣＤ側から見た結像倍率をＭ２としたときに、Ｍ２とＭ１はほぼ等しいことを特徴とする請求項９または１０に記載の対物レンズ。
【請求項１２】
前記Ｍ１およびＭ２は、ほぼ０であることを特徴とする請求項１１に記載の対物レンズ。
【請求項１３】
前記対物レンズを透過した前記第２光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が５μｍ以上あることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項１４】
前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が１５μｍ以上あることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項１５】
前記第２の光源からの光束の前記対物レンズの前記回折パターンからのｎ次回折光のうちＣＤ側の開口数が略ＮＡ２以下の部分の光束によりビームスポットを形成し前記ＣＤを記録および／または再生し、開口数が略ＮＡ２以上の部分はフレア光となっていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明基板の厚さの異なる複数の光情報記録媒体を対物レンズを含む集光光学系で記録および／または再生することができる光ピックアップ装置及び対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色レーザの実用化に伴い、ＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体（「光ディスク」ともいう）であるＤＶＤが製品化されている。ＤＶＤ用記録再生装置では、６５０ｎｍの半導体レーザを使用したときの対物レンズの光デイスク側の開口数ＮＡを０．６〜０．６５としている。ＤＶＤはトラックピッチ０．７４μｍ、最短ビット長０．４μｍであり、ＣＤのトラックピッチ１．６μｍ、最短ピット長０．８３μｍに対して半分以下に高密度化されている。また、ＤＶＤにおいては、光ディスクが光軸に対して傾いたときに生じるコマ収差を小さく抑えるために、透明基板厚は０．６ｍｍとＣＤの透明基板厚（１．２ｍｍ）の半分になっている。
【０００３】
また、上述したＣＤ、ＤＶＤの他に、光源波長や透明基板厚さが異なるなど種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ，ＲＷ（追記型コンパクトディスク）、ＶＤ（ビデオディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）なども商品化されて普及している。さらに半導体レーザの短波長化が進み、発振波長４００ｎｍ程度の短波長青色レーザが実用化されようとしている。波長が短くなることでたとえＤＶＤと同じ開口数を用いても光情報記録媒体の更なる大容量化が可能となる。
【０００４】
また、上述のような従来の光情報記録媒体であるＣＤと同程度の大きさで、記録再生が可能なＣＤ−Ｒや、記録密度を高めたＤＶＤなど、記録面の透明基板の厚みや記録再生用レーザ光の波長の異なる複数の光情報記録媒体の開発が進み、これらの光情報記録媒体に対して、同一の光ピックアップでの記録再生を可能とすることが求められている。このため、使用波長に応じた複数のレーザ光源を備えながら、同一の対物レンズで記録面へ必要な開口数でレーザ光を収束する光ピックアップが、各種提案されている（例えば、特開平９−５４９７３号公報、特開平１１−９６５８５号公報、特開平１１−８６３１９号公報等）。
【０００５】
これらのうち、特開平９−５４９７３号公報には、６３５ｎｍを透過光（０次回折光）、７８５ｎｍは−１次回折光を利用したホログラム光学素子を用いた光学系および６３５ｎｍを＋１次回折光、７８５ｎｍは透過光（０次回折光）を利用したホログラム光学素子を用いた光学系が開示されている。しかし、このホログラム光学素子によれば、ホログラムの段差が深く、対物レンズとの一体化が困難である。
【０００６】
また、特開平１１−９６５８５号公報には、対物レンズの光源側の屈折面に３つの分割面を設け、第１の光ディスクの再生の際には第１の分割面及び第３の分割面を通過する光束を利用し、透明基板の厚さが第１の光ディスクと異なる第２光ディスクの再生の際には第１の分割面及び第２の分割面を通過する光束を利用する光ピックアップ装置が開示されている。しかし、この対物レンズによれば、透明基板の厚い方の光ディスク（例えば、ＣＤ）で残留収差が大きくなってしまう。
【０００７】
また、本発明者等は、先に、特願平１１−３１２７０１号において、屈折面上に回折輪帯を設けた対物レンズにより、波長の異なる複数の光源に対して回折面と屈折面との作用を相殺させて球面収差を補正するようにした光ピックアップ装置を提案した。この場合、波長の短い方の光源において波長が変わると色収差が発生してしまうことがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、互いに異なる少なくとも２つの波長の光源により厚さの異なる透明基板を有する少なくとも２種類の光情報記録媒体を再生または記録でき、透明基板の薄い光情報記録媒体について色収差を低減させると同時に透明基板の厚い光情報記録媒体について残留収差を半減できるようにした対物レンズ、及びかかる対物レンズを含む集光光学系を有する光ピックアップ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置は、光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により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て情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくともＣＤおよびＤＶＤの情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置であって、前記ＤＶＤ用の波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、前記ＣＤ用の波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の前記ＤＶＤまたは前記ＣＤからの反射光を受光する光検出器と、を備え、前記ＤＶＤを波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＤＶＤ側の必要開口数をＮＡ１とし、前記ＣＤを波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＣＤ側の必要開口数をＮＡ２(但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記集光光学系の少なくとも１つの面に回折パターンを設けるとともに、前記第１の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記ＤＶＤを記録および／または再生し、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記ＣＤを記録および／または再生する光ピックアップ装置において、前記対物レンズは単レンズであり、前記回折パターンは前記単レンズに設けられており、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、前記ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分はオーバーであって、その絶対値をＷＳＡ２λ２ｒｍｓとしたときに、０．０２λ２ｒｍｓ≦ＷＳＡ２≦０．０６λ２ｒｍｓであって、前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分の絶対値をＷＳＡ１λ１ｒｍｓとしたときに、ＷＳＡ１≦０．０４λ１ｒｍｓであって、前記ｍは０を除く一つの整数であり、ｎ＝ｍであることを特徴とする。
【００１０】
この光ピックアップ装置によれば、回折パターンがあっても色収差を低減できるとともに、透明基板の厚いＣＤにおける球面収差を低減する。
【００１１】
前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差が、ほぼ無収差であることが好ましい。
【００１２】
また、前記ＤＶＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＤＶＤ側から見た結像倍率をＭ１とし、前記ＣＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＣＤ側から見た結像倍率をＭ２としたときに、Ｍ２とＭ１はほぼ等しいことが好ましい。これによれば、受光器の単一化及び第１の光源と第２の光源との１パッケージ化が可能となり、装置をコンパクトに構成できる。また、前記Ｍ１およびＭ２は、ほぼ０であることが好ましく、これによれば、光源の位置調整等が容易となる。
【００１３】
また、前記対物レンズを透過した前記第２光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が５μｍ以上あることが好ましい。差が５μｍ以上あると、第２の光源からの光束のうち、開口数がＮＡ１近傍の光束の収差が大きくなるため、ビームスポットが対物レンズにより絞られすぎることはなくなる。
【００１４】
また、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が１５μｍ以上あることが更に好ましい。差が１５μｍ以上あると、第２の光源からの光束のうち、開口数が略ＮＡ２より大きい光束がフレアとなるため、ビームスポットが対物レンズにより絞られすぎることがないだけでなく、開口制限等が不要となり、集光光学系が簡単となる。
【００１８】
なお、前記回折パターンの輪帯数が７から３０であることが好ましく、球面収差を回折により完全補正する場合よりも輪帯数を減らすことができ、製造が容易となる。
【００２７】
また、前記第２の光源からの光束の前記集光光学系の前記回折パターンからのｎ次回折光のうちＣＤ側の開口数が略ＮＡ２以下の部分の光束によりビームスポットを形成し前記ＣＤを記録および／または再生し、開口数が略ＮＡ２以上の部分はフレア光となっているようにできる。
【００２８】
また、前記第１の光源と前記第２の光源とがユニット化され、前記光検出器は、前記第１の光源及び前記第２の光源に対し共通であることが好ましい。
【００２９】
また、本発明による対物レンズは、ＤＶＤ用の波長λ１（ｎｍ）の第１の光源と、ＣＤ用の波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２の光源と、前記第１の光源および前記第２の光源からの出射光束の前記ＤＶＤまたは前記ＣＤからの反射光を受光する光検出器と、を備え、光源からの光束を対物レンズを含む集光光学系により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て情報の記録および／または再生を行うように構成され、透明基板の厚みおよび記録密度が異なる少なくともＣＤおよびＤＶＤの情報の記録および／または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、前記ＤＶＤを波長λ１で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＤＶＤ側の必要開口数をＮＡ１とし、前記ＣＤを波長λ２で記録および／または再生するために必要な前記集光光学系の前記ＣＤ側の必要開口数をＮＡ２(但し、ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記対物レンズは単玉であり、前記対物レンズの少なくとも１つの面に回折パターンが設けられ、前記第１の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンからのｍ次回折光（但し、ｍは１つの整数）を少なくとも利用することにより、前記ＤＶＤを記録および／または再生可能とし、前記第２の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンからのｎ次回折光（但し、ｎは１つの整数で、ｎ＝ｍ＝０を除く）を少なくとも利用することにより、前記ＣＤを記録および／または再生可能とし、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、前記ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分はオーバーであって、その絶対値をＷＳＡ２λ２ｒｍｓとしたときに、０．０２λ２ｒｍｓ≦ＷＳＡ２≦０．０６λ２ｒｍｓであって、前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分の絶対値をＷＳＡ１λ１ｒｍｓとしたときに、ＷＳＡ１≦０．０４λ１ｒｍｓであって、前記ｍは０を除く一つの整数であり、ｎ＝ｍであることを特徴とする。
【００３０】
上記対物レンズにおいて前記ＤＶＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＤＶＤ側から見た結像倍率をＭ１とし、前記ＣＤの情報の記録および／または再生時における前記対物レンズの前記ＣＤ側から見た結像倍率をＭ２としたときに、Ｍ２とＭ１はほぼ等しいことが好ましい。また、前記Ｍ１およびＭ２は、ほぼ０であることが好ましい。
【００３１】
また、前記対物レンズを透過した前記第２光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が５μｍ以上あることが好ましい。
【００３２】
前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、もっとも光軸から離れた光線が前記ＣＤの透明基板を介して収束する位置が、前記対物レンズを透過した前記第２の光源からの光束のうち、ＣＤ側の開口数がＮＡ２以下の部分の前記ＣＤの透明基板を介したときの波面収差が最小となる位置より前記対物レンズより遠く、その差が１５μｍ以上あることが更に好ましい。
【００３３】
前記第２の光源からの光束の前記対物レンズの前記回折パターンからのｎ次回折光のうちＣＤ側の開口数が略ＮＡ２以下の部分の光束によりビームスポットを形成し前記ＣＤを記録および／または再生し、開口数が略ＮＡ２以上の部分はフレア光となっているようにできる。
【００３４】
また、前記対物レンズを透過した前記第１の光源からの光束のうち、前記ＤＶＤ側の開口数がＮＡ１以下の部分の前記ＤＶＤの透明基板を介したときの波面収差が、ほぼ無収差であることが好ましい。
【００３６】
なお、本発明における集光光学系とは、例えばＣＤとＤＶＤとを記録又は再生可能とするような光学系の１以上の集合であって、情報記録媒体上への情報の記録及び／又は情報記録媒体上の情報を再生可能とするための光学系全体のみならず、その光学系の一部を意味するものであってもよく、対物レンズを含むものである。
【００３７】
また、本発明における情報記録媒体には、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の情報記録媒体が挙げられる。一般に、情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。
【００３８】
また、情報記録媒体に対する情報の記録および再生とは、上記のような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。本発明における集光光学系は、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。
【００３９】
また、本発明において、第１の光源（波長λ１）と第２の光源（波長λ２）は、λ２＞λ１であって、互いに十分な波長差を有する波長の光をそれぞれ出射する。このような第１及び第２の光源からの異なる波長の光は、上記した情報記録媒体の種類や記録密度の相違のほかに、例えば、情報記録媒体の透明基板の厚さの相違や記録と再生との相違等のために用いられる。
【００４０】
また、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１枚のレンズを指し、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、かかるレンズ群には、少なくとも１枚以上のレンズを指すものであり、単玉レンズのみからなるものも含む。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の開口数ＮＡを指すものである。また、この開口数ＮＡは、光ピックアップ装置に設けられた絞りやフィルタ等の絞り機能を有する部品又は部材によって、光源からの光束が制限された結果として定義される開口数ＮＡである。
【００４１】
また、回折パターンとは、例えばレンズの表面に、レリーフを設けて、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせたパターンをいい、同一光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折を生じる領域をいう。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が知られているが、そのような形状を含むものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による好適な実施の形態の光ピックアップ装置について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態の対物レンズ及びこれを含む光ピックアップ装置の概略構成を示す図である。
【００４３】
図１の光ピックアップ装置は、例えば光情報記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤの両方について第１及び第２の光源からの各波長が６５０ｎｍと７８０ｎｍの光によりその情報記録面から情報を読み取るように構成されている。
【００４４】
図１のように、光ピックアップ装置は、ＤＶＤ用として波長６５０ｎｍの光を出射する第１の半導体レーザ１１１と、ＣＤ用として波長７８０ｎｍの光を出射する第２の半導体レーザ１１２が光源としてユニット化されている。コリメータ１３と対物レンズ１６との間にビームスプリッタ１２０が配置され、コリメータ１３でほぼ平行にされた光がビームスプリッタ１２０を通過し対物レンズ１６へ向かう。また、透明基板２１を有する光ディスク２０の情報記録面２２から反射した光束が光路変更手段としてのビームスプリッタ１２０で光検出器３０に向かうように光路を変える。対物レンズ１６はその外周にフランジ部１６ａを有し、このフランジ部１６ａにより対物レンズ１６を光ピックアップ装置に容易に取り付けることができる。また、フランジ部１６ａは対物レンズ１６の光軸に対し略垂直方向に延びた面を有するから、更に精度の高い取付が容易にできる。
【００４５】
第１の光ディスク（ＤＶＤ）を再生する場合、図の実線のように、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、コリメータ１３を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ１２０を経て絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第１の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２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１６、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、凹レンズ５０を経て、光検出器３０上ヘ入射し、光検出器３０から出カされる信号を用いて、第１の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４６】
また、光検出器３０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からの光束を第１の光ディスク２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、第１の半導体レ―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１６を移動させる。
【００４７】
次に、第２の光ディスク（ＣＤ）を再生する場合、図の破線のように、第２の半導体レーザ１１２から出射された光束は、コリメータ１３を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ１２０を経て絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第２の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。そして、情報記録面２２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１６、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、凹レンズ５０を経て、光検出器３０上ヘ入射し、光検出器３０から出力される信号を用いて、第２の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器３０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１５か第１の半導体レーザ１１２からの光束を第２光ディスク２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させるとともに、第２の半導体レーサ１１２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１６を移動させる。
【００４８】
図１の対物レンズ１６は、回折パターンが設けられた単レンズであり、対物レンズ１６を透過した第２の半導体レーサ１１２からの光束のうち、光ディスク側の開口数がＮＡ２以下の部分の第２の光ディスクの透明基板を介したときの波面収差の３次球面収差成分はオーバー（補正過剰）とされており、その絶対値をＷＳＡ２λ２ｒｍｓとしたときに、
０．０２λ２ｒｍｓ≦ＷＳＡ２≦０．０６λ２ｒｍｓ
であるように設計され、この範囲だけ残留収差がある。なお、ＮＡ１は第１の光ディスク側の必要開口数であり、ＮＡ２は第２の光ディスク側の必要開口数である。
【００４９】
また、第１の半導体レーザ１１１及び第２の半導体レーザ１１２からの光束が回折パターンを通過することにより発生する各回折光は、０次以外の同次数の回折光である。第１の光ディスクの再生時における対物レンズ１６の光ディスク側の結像倍率Ｍ１と、第２の光ディスクの再生時における対物レンズ１６の光ディスク側の結像倍率Ｍ２とはほぼ等しく、ほぼ零である。このため、図１の光ピックアップ装置では光検出器が１個で済み、また、第１の半導体レーザ１１１及び第２の半導体レーザ１１２は一体の部品として構成でき、ユニット化が可能となっている。
【００５０】
なお、図１では、第１の光ディスクをＤＶＤ（光源波長６５０ｎｍ）、第２の光ディスクをＣＤ（光源波長７８０ｎｍ）としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１の光ディスクを次世代高密度光ディスク（光源波長４００ｎｍ）、第２の光ディスクをＤＶＤ（光源波長６５０ｎｍ）等であってもよい。
【００５１】
次に、上述の対物レンズについて説明する。本実施の形態における集光光学系は、両面非球面の単玉レンズであり、一方の非球面上には回折パターンとして回折輪帯（輪帯状の回折面）を設けている。
【００５２】
即ち、対物レンズの屈折面は、次の〔数１〕で表される非球面形状に形成されている。
【００５３】
【数１】
0004324894.tif 000002
ただし、Ｚは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ：光の進行方向を正とする）、Ｒ0は近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａｉは非球面係数、Ｐｉは非球面のべき数である。
【００５４】
また、一般に、回折輪帯のピッチは、位相差関数若しくは光路差関数を使って定義される。具体的には、位相差関数ΦBは単位をラジアンとして以下の〔数２〕で表され、光路差関数Φbは単位をｍｍとして〔数３〕で表わされる。なお、光路差関数は第１の基準波長λ１についてのものである。
【００５５】
【数２】
0004324894.tif 000003
【数３】
0004324894.tif 000004
これら２つの表現方法は、単位が異なるが、回折輪帯のピッチを表わす意味では同等である。即ち、主波長λ（単位ｍｍ）に対し、位相差関数の係数Ｂに、λ／２πを掛ければ光路差関数の係数ｂに換算でき、また逆に光路差関数の係数ｂに、２π／λを掛ければ位相差関数の係数Ｂに換算できる。
【００５６】
次に、本実施の形態に係わる対物レンズの具体例として実施例１，２，３，４を説明する。各実施例は単レンズであり、各単レンズは、第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、焦点距離ｆ＝３．３ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６、第１の光ディスクの透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、及び第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、開口数ＮＡ２＝０．４５、第２の光ディスクの透明基板の厚さｔ２＝１．２ｍｍに対して、充分な結像性能を有する。また、短波長の第１の基準波長λ１，透明基板厚さｔ１に対してはほぼ無収差になっている。なお、以下において像側とは光情報記録媒体側の意味である。
【００５７】
〈実施例１〉
【００５８】
表１に実施例１のレンズデータを示す。なお、以下の表１〜表４において例えば「２．２Ｅ−０２」は「２．２×１０-2」を意味する。
【００５９】
【表１】
0004324894.tif 000005
【００６０】
図２は、実施例１のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図３はこの場合の実施例１のレンズの光路図である。図２から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。同様に、図４は、実施例１のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図であり、図５はこの場合の実施例１のレンズの光路図である。図４から分かるように、第２の基準波長λ２では球面収差は残留しているが、通常の屈折レンズで発生する透明基板の厚さの差による球面収差と波長差で発生する色球面収差を加えた球面収差に比べ、回折輪帯による回折効果によりある程度収差補正がされている。
【００６１】
このレンズは、図１において、図示しない輪帯ダイクロフィルタを絞り１７と対物レンズ１６との間に光軸に垂直に配置することで、第２の基準波長λ２の光を出射する第２の光源からの光束のうち像側の開口数ＮＡ３（ＮＡ２≦ＮＡ３＜ＮＡ１）以上の光束を反射することによって情報記録面２２には到達しないようにすることが好ましい。遮蔽部１０（図７）のような遮蔽手段によって情報記録面２２には到達しないようにすることが好ましい。遮蔽手段として、波長λ１の光束を透過しかつ波長λ２の反射する輪帯ダイクロフィルタが好ましい。
【００６２】
〈実施例２〉
【００６３】
表２に実施例２のレンズデータを示す。
【００６４】
【表２】
0004324894.tif 000006
【００６５】
図６は、実施例２のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図７はこの場合の実施例２のレンズの光路図である。図６から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。図８は、実施例２のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図である。図８から分かるように、第２の基準波長λ２では球面収差が残留しているが、実施例１と同様に、回折効果によりある程度収差補正がされている。また、図７に示すようにレンズ面に輪帯状の遮蔽部１０を設けることにより、必要な結像性能を得ることができる。この遮蔽部１０は、例えばレンズ面に輪帯状の切り欠き部や輪帯ダイクロフィルタを形成することにより構成できる。なお、遮蔽部１０は第１の基準波長λ１の光の結像性能に対しては影響が少ない。
【００６６】
〈実施例３〉
【００６７】
表３に実施例３のレンズデータを示す。
【００６８】
【表３】
0004324894.tif 000007
【００６９】
図９は、実施例３のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図１０はこの場合の実施例３のレンズの光路図である。図９から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。図１１は、実施例３のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図である。図１１から分かるように、実施例３では第２の基準波長λ２において必要な結像性能を得るために、開口数の大きいところ（ＮＡ０．４５以上）で球面収差をオーバー（補正過剰）にしている。
【００７０】
また、像側の開口数がほぼＮＡ２以下の部分の光束により情報記録面２２にビームスポットを形成し、開口数がほぼＮＡ２以上の部分をフレア光とすることが好ましい。
【００７１】
〈実施例４〉
【００７２】
表４に実施例４のレンズデータを示す。
【００７３】
【表４】
0004324894.tif 000008
【００７４】
図１２は、実施例４のレンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝０．６ｍｍにおける球面収差図であり、図１３はこの場合の実施例４のレンズの光路図である。図１２から第１の基準波長λ１では充分に球面収差補正がされていることが分かる。図１４は、実施例４のレンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍ、透明基板の厚さｔ１＝１．２ｍｍにおける球面収差図である。図１４から分かるように、実施例３と同様に、実施例４では第２の基準波長λ２において必要な結像性能を得るために、開口数の大きいところで球面収差をオーバー（補正過剰）にしている。本実施例４では、更に、レンズの一面を３分割し、光束を光軸から第１の光束、第２の光束、第３の光束を得ており、図１４に示すように、第２の基準波長λ２において球面収差の不連続な部分を設けることにより、実施例３に比べて一層よい結像性能を得ている。
【００７５】
また、第１の光束のうち光軸から最も離れた部分の収束位置が、第２の光束の収束位置と一致せず、残留収差を少なくすることができる。
【００７６】
なお、本実施例では、第１の分割面と第３の分割面は、同じ面形状データであるが、同じでなくてもよい。
【００７７】
また、各実施例のレンズ材料にはオレフィン系樹脂を使用し、透明基板にはポリカーボネート樹脂（ＰＣ）を使用したが、各材料の屈折率を各基準波長につき表５に示す。
【００７８】
【表５】
0004324894.tif 000009
【００７９】
次に、上述の実施例の各レンズに設けた複数の輪帯について説明する。レンズ面に複数の輪帯が光軸を中心としたほぼ同心円状に形成されており、レンズの像側の最大開口数に対応する輪帯のピッチＰＨ、最大開口数の１／２の開口数に対応する輪帯のピッチＰＨの実施例を、残留収差のない場合の比較例とともに示す。
【００８０】
（実施例）
第１輪帯：  ９９０．７μｍ
最小ピッチ：２２．０μｍ
ＰＨ：      ９９０．７μｍ
ＰＦ：      ２２．０μｍ
輪帯数：    ２０
【００８１】
（比較例）
第１輪帯：  ８５０．２μｍ
最小ピッチ：１１．５μｍ
ＰＨ：      ５５．６μｍ
ＰＦ：      １１．５μｍ
輪帯数：    ３８
【００８２】
以上のように、本実施例では、第２の基準波長λ２（７８０ｎｍ）に対し球面収差は残留するものの、輪帯数を、残留収差なしの比較例のレンズに比べて減少させることができるので、レンズの回折パターンを形成し易く、レンズの製造コストを低減できる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、互いに異なる少なくとも２つの波長の光源により厚さの異なる透明基板を有するＣＤ及びＤＶＤを再生または記録でき、透明基板の薄いＤＶＤについて色収差を低減させると同時に透明基板の厚いＣＤについて残留収差を半減できるようにした対物レンズ、及びかかる対物レンズを含む集光光学系を有する光ピックアップ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態の光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる実施例１の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図３】実施例１の対物レンズの図２の場合の光路図である。
【図４】実施例１の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。
【図５】実施例１の対物レンズの図４の場合の光路図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる実施例２の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図７】実施例２の対物レンズの図６の場合の光路図である。
【図８】実施例２の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる実施例３の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図１０】実施例３の対物レンズの図９の場合の光路図である。
【図１１】実施例３の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる実施例４の対物レンズの第１の基準波長λ１＝６５０ｎｍに対する球面収差図である。
【図１３】実施例４の対物レンズの図１２の場合の光路図である。
【図１４】実施例４の対物レンズの第２の基準波長λ２＝７８０ｎｍに対する球面収差図である。
【符号の説明】
１０            遮蔽部（遮蔽手段）
１３            コリメータ
１６            対物レンズ
１７            絞り（開口制限手段）
２０            光ディスク
２１            透明基板
２２            情報記録面
３０            光検出器
１１１          半導体レーザ（第１の光源）
１１２          半導体レーザ（第２の光源）
１２０          偏光ビームスプリッタ
１５０          ２次元アクチュエータ
【図１】
0004324894.tif 000010
【図２】
0004324894.tif 000011
【図３】
0004324894.tif 000012
【図４】
0004324894.tif 000013
【図５】
0004324894.tif 000014
【図６】
0004324894.tif 000015
【図７】
0004324894.tif 000016
【図８】
0004324894.tif 000017
【図９】
0004324894.tif 000018
【図１０】
0004324894.tif 000019
【図１１】
0004324894.tif 000020
【図１２】
0004324894.tif 000021
【図１３】
0004324894.tif 000022
【図１４】
0004324894.tif 000023