(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる光源からの光束を光情報記録媒体の記録面に集光するための対物レンズを含む集光光学系と、前記記録面からの反射光を検出するための受光手段とを有し、
透明基板厚さが互いに異なる少なくとも２つの第１及び第２の光情報記録媒体に対して、情報の記録または再生が可能な光ピックアップ装置に使用可能な対物レンズであって、
互いに異なる２つの波長をλ１、λ２（λ１＜λ２）とし、互いに異なる前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さをｔ１、ｔ２（ｔ１＜ｔ２）とし、
前記波長λ１の光束により、透明基板の厚さｔ１の前記第１の光情報記録媒体に記録または再生を行うのに必要な像側の必要開口数をＮＡ１とし、前記波長λ２の光束により、透明基板の厚さｔ２の前記第２の光情報記録媒体に記録または再生を行うのに必要な像側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ１≧ＮＡ２）とした時、
前記対物レンズは一枚のレンズで構成されており、
前記対物レンズは、少なくとも一つの面が、回折輪帯をもつ回折面であり、
前記回折面の光路差関数をφ（ｈ）とするとき（ｈは光軸からの距離）、所定距離ｈの箇所でｄφ（ｈ）／ｄｈが不連続または実質的に不連続な関数であって、
前記透明基板厚ｔ１の前記第１の光情報記録媒体に対し、前記波長λ１の光束を照射した場合、前記必要開口数ＮＡ１では、波面収差が０．０７λ１ｒｍｓ以下であり、
前記透明基板厚ｔ２の前記第２の光情報記録媒体に対し、前記波長λ２の光束を照射した場合、前記所定距離ｈ以下の前記必要開口数ＮＡ２では、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓ以下であることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記所定距離ｈの内側に形成された輪帯のうち最も外側の輪帯における光軸に垂直方向の幅は、前記最も外側の輪帯に隣接し、かつ前記所定距離ｈの外側に形成された輪帯における光軸に垂直方向の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記所定距離ｈの内側を通過する光線の球面収差は、前記所定距離ｈの外側を通過する光線の球面収差に対して、１０λ２〜１００λ２小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記少なくとも一つの回折面の、光軸から周辺方向に数えて、あるｉ番目の回折輪帯が次式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の対物レンズ。
１．２≦ｐｉ＋１／ｐｉ≦１０
ただし、
ｐｉ：光軸から周辺方向に数えてｉ番目の回折輪帯の、光軸に垂直な方向の幅
【請求項５】
ＮＡ０．６０の光線が通る前記回折面の回折輪帯の番号ｍが、
２２≦ｍ≦３２
をみたすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の対物レンズ。ただし、回折輪帯の番号は光軸上の輪帯を１とし、順に外側に数える。
【請求項６】
前記光線は、波長６３０〜６６５ｎｍの範囲内で、略平行な光束で前記対物レンズに入射されることを特徴とする請求項５に記載の対物レンズ。
【請求項７】
波長λ２と透明基板の厚さｔ２の組み合わせに対して所定距離ｈ以上の光束をフレアにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項８】
前記波長λ１は、６３０〜６６５ｎｍの範囲にあり、前記波長λ２は、７５０〜８１０ｎｍの範囲にあり、前記厚さｔ１は、０．６ｍｍであり、前記厚さｔ２は、１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項９】
前記第１の光情報記録媒体はＤＶＤであり、前記第２の光情報記録媒体はＣＤであることを特徴とする請求項８に記載の対物レンズ。
【請求項１０】
前記必要開口数ＮＡ２の波長λ２の光束が前記対物レンズを通過したときに、前記第２の光情報記録媒体の記録面から反射した光束は、前記受光手段の受光面内に含まれるように、前記受光手段に向かって照射され、前記必要開口数ＮＡ２以上の波長λ２の光束が前記対物レンズを通過したときに、前記第２の光情報記録媒体の記録面から反射した光束は、前記受光手段の受光面を除く周囲に照射されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１１】
前記受光手段は、１個ないし３個のほぼ矩形状の受光面を有しており、前記必要開口数ＮＡ２以上の光束の記録面上でのスポット径は５μｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の対物レンズ。
【請求項１２】
前記受光手段は、略一直線上に並べた３個の矩形状の受光面を有し、前記必要開口数ＮＡ２以上の光束の記録面上でのスポット径は２５μｍ以上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】
前記受光手段は、中央受光面と周辺受光面とを有し、
前記必要開口数ＮＡ２以上の波長λ２の光束が前記対物レンズを通過したときに、前記第２の光情報記録媒体の記録面から反射した光束は、前記周辺受光面のみを含むように、前記受光手段に向かって照射されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１４】
前記受光手段は、少なくとも２個のストライプ状の受光面を有し、前記必要開口数ＮＡ２以上の光束の記録面上でのスポット径は２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１３に記載の対物レンズ。
【請求項１５】
前記受光手段は、少なくとも４個のストライプ状の受光面を有し、前記必要開口数ＮＡ２以上の光束の記録面上でのスポット径は５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の対物レンズ。
【請求項１６】
前記波長λ１と前記透明基板の厚さｔ１の組み合わせに対する前記対物レンズの物点と、前記波長λ２と前記透明基板の厚さｔ２の組み合わせに対する前記対物レンズの物点とが、光学的に等しい距離にあることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の対物レンズを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置及び光学素子並びに対物レンズに関し、特に透明基板の厚さが異なる２つの光情報記録媒体に情報記録及び／又は透明基板の厚さが異なる２つの光情報記録媒体に情報再生の可能な光ピックアップ装置及びそれに用いる光学素子並びに対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色半導体レーザ実用化に伴い、従来の光ディスクすなわち光情報記録媒体である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ディスクであるＤＶＤ（デジタルビデオディスク）の開発が進んでいる。このような光ディスクなどを媒体とした光情報記録再生装置の光学系において、記録信号の高密度化を図るため、対物レンズが記録媒体上に集光するスポットを小さくすることが要求されている。このため、光源であるレーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化とが図られているという実情がある。
【０００３】
例えば、ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置においては、６３５ｎｍの短波長半導体レーザを光源として使用したとき、かかるレーザ光を集光させる対物レンズの光ディスク側の開口数ＮＡを約０．６としている。なお、ＣＤ、ＤＶＤの中にも、種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ（追記型コンパクトディスク）等があり、ＣＤ、ＤＶＤの他にもＭＤ（ミニディスク）なども商品化されて普及している。
【０００４】
一方、ＣＤ−Ｒに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置においては、波長λ＝７８０ｎｍである光源が必要になるが、他の光ディスクにおいては、特定の光源波長以外の波長の光源を使用することができ、かかる場合、使用する光源波長λに応じて必要開口数ＮＡが変わるようになっている。例えば、ＣＤの場合は必要開口数ＮＡ＝λ（μｍ）／１．７３、ＤＶＤの場合は必要開口数ＮＡ＝λ（μｍ）／１．０６で近似される。本明細書でいう開口数は、光ディスク側から見た集光光学系の開口数のことであり、必要開口数とは光ディスクの記録面上で要求されるスポットサイズｄと使用波長λとから算出される開口数であり、一般的にはＮＡ＝０．８３×λ÷ｄである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように市場には透明基板厚さ、記録密度、使用波長などが異なる様々な光ディスクが存在するが、個々の光ディスクに対して、情報の記録及び／又は再生を行うことができる専用の情報記録再生装置を購入することはユーザーにとって大きな負担となる。そこで、様々な光ディスクに対応できる互換性のある光ピックアップ装置を備えた情報記録再生装置が提案されている。
【０００６】
このような光ピックアップ装置においては、波長の異なる光束を、厚さの異なる基板に入射させたとき、球面収差を所定量以下に補正する必要があると共に、情報の書き込み読み取りを適切なものとすべく、各光束のスポット径も所定の範囲内に収める必要がある。
【０００７】
これに対し、異なる光ディスクそれぞれに対応した別個の集光光学系を備え、再生する光ディスクにより集光光学系を切り換えるようにした光ピックアップ装置が提案されている。かかる光ピックアップ装置によれば、波長の異なる光束を、厚さの異なる基板に入射させたとき、球面収差を所定量以下に補正でき、各光束のスポット径も所定の範囲内に収めることができる。しかしながら、この光ピックアップ装置では、集光光学系が複数必要となるため構成が複雑となり、高コスト化を招くため好ましくない。
【０００８】
本発明は、少ない数の光学素子又は対物レンズを使用しているにも関わらず、厚みの異なる情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生（以下、単位記録再生ともいう）を可能とする光ピックアップ装置及びそれに用いる対物レンズ並びに光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の対物レンズは、波長の異なる光源からの光束を光情報記録媒体の記録面に集光するための対物レンズを含む集光光学系と、前記記録面からの反射光を検出するための受光手段とを有し、
透明基板厚さが互いに異なる少なくとも２つの第１及び第２の光情報記録媒体に対して、情報の記録または再生が可能な光ピックアップ装置に使用可能な対物レンズであって、
互いに異なる２つの波長をλ１、λ２（λ１＜λ２）とし、互いに異なる前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板の厚さをｔ１、ｔ２（ｔ１＜ｔ２）とし、
前記波長λ１の光束により、透明基板の厚さｔ１の前記第１の光情報記録媒体に記録または再生を行うのに必要な像側の必要開口数をＮＡ１とし、前記波長λ２の光束により、透明基板の厚さｔ２の前記第２の光情報記録媒体に記録または再生を行うのに必要な像側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ１≧ＮＡ２）とした時、
前記対物レンズは一枚のレンズで構成されており、
前記対物レンズは、少なくとも一つの面が、回折輪帯をもつ回折面であり、
前記回折面の光路差関数をφ（ｈ）とするとき（ｈは光軸からの距離）、所定距離ｈの箇所でｄφ（ｈ）／ｄｈが不連続または実質的に不連続な関数であって、
前記透明基板厚ｔ１の前記第１の光情報記録媒体に対し、前記波長λ１の光束を照射した場合、前記必要開口数ＮＡ１では、波面収差が０．０７λ１ｒｍｓ以下であり、
前記透明基板厚ｔ２の前記第２の光情報記録媒体に対し、前記波長λ２の光束を照射した場合、前記所定距離ｈ以下の前記必要開口数ＮＡ２では、波面収差が０．０７λ２ｒｍｓ以下であることを特徴とする。
【００１０】
厚さの異なる複数種の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行う光ピックアップ装置の光学系において、開口数ＮＡが小さい側の使用状態で所定開口数の外側の光束をフレアとすれば、小さい開口数ＮＡのための開口制限を用いずとも、ビーム径が絞られ過ぎることがなく、比較的大きなスポット径を得ることができる。そこで、本発明の如く回折輪帯を設けた光学素子を用いることにより、厚さの異なる複数種の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行う光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
【００１１】
尚、かかるフレアは、所定開口数の外側で十分に大きなフレアであることが望ましく、フレア量が不十分だと、情報記録又は再生のために必要な部分のスポットに悪影響を与える。これに対し、本発明によれば、開口数ＮＡが小さい側の使用状態で、所定開口数の外側の球面収差を十分に大きなフレアとすることができる。すなわち、ＮＡが小さい側の使用状態で球面収差を実質的に不連続とし、所定開口数の内側では良好に絞られたスポットを得、その外側の光束は大きなフレアとなって記録再生のために必要なスポットに影響を与えないようにしている。
【００１２】
光路差関数φ（ｈ）は基準波長の１次回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設ける。基準波長は回折効率が最大となる波長とする。
【００１３】
ここで、光軸からのある距離ｈの箇所でｄφ（ｈ）／ｄｈが実質的に不連続とは、ｄφ（ｈ）／ｄｈが連続関数であったとしても、光路差関数から回折輪帯のピッチを求めた時に、回折輪帯のピッチが急激に変わっている状態をいい、好ましくは、｜ｄ2φ（ｈ）／ｄｈ2｜が０．２０以上を満たす程度に十分大きいものである。
【００１４】
本明細書中、光学素子とは、レンズ、プリズム、ミラー、平行平板などをいう。又、輪帯（回折輪帯）は、光軸方向と平行な断面で回折形状を見たときに、ここでは段（ステップ）から段（ステップ）からまでを一つの輪帯とみなす。
【００１５】
請求項２に記載の対物レンズは、前記所定距離ｈの内側に形成された輪帯のうち最も外側の輪帯における光軸に垂直方向の幅は、前記最も外側の輪帯に隣接し、かつ前記所定距離ｈの外側に形成された輪帯における光軸に垂直方向の幅より小さいことを特徴とする。
【００１６】
図９は、回折輪帯を設けた光学素子としてのレンズの例を示す模式図である。図９においては、回折輪帯のピッチ及び段差は、理解しやすいように実際よりも大きく描かれ、その数も、理解しやすいように少なく描かれている。
【００１７】
図９に示すレンズ３の左方の光学面は、光軸Ｘからの距離をｈとして光路差関数をφ（ｈ）で表したとき、所定距離ｈの箇所で前記光路差関数φ（ｈ）を微分した関数ｄφ（ｈ）／ｄｈが不連続または実質的に不連続となる点Ｈを有している。点Ｈの内側の面には、母非球面Ｂに沿うような形で、回折輪帯３ａ〜３ｆが漸次ピッチ（光軸に直角な方向の幅）を減少するようにして設けられ、変曲点Ｈの外側の面には、母非球面Ｂに沿うような形で、回折輪帯３ｇ〜３ｉが漸次ピッチを減少するようにして設けられている。又、母非球面Ｂも点Ｈにおいて折れ曲がる、または実質的に折れ曲がる形状である。
【００１８】
ここで、点Ｈを境にして、回折輪帯のピッチが変わる。より具体的には、回折輪帯３ａ〜３ｆまでは漸次ピッチが減少するが、点Ｈの内側における、その点Ｈに最も近い回折輪帯３ｆのピッチＰ１は、回折輪帯３ｆに接し、かつ点Ｈの外側の回折輪帯３ｇのピッチＰ２よりも、小さくなっている。このようにすれば、点Ｈの外側を通過する所定の波長の光を、効果的にフレア光に変換させることが出来る。
【００１９】
請求項３に記載の対物レンズは、前記所定距離ｈの内側を通過する光線の球面収差は、前記所定距離ｈの外側を通過する光線の球面収差に対して、１０λ２〜１００λ２小さいことを特徴とする。
【００２０】
このように、前記所定距離ｈの内側を通過する光線の球面収差が、前記所定距離ｈの外側を通過する光線の球面収差に対して、１０λ２〜１００λ２小さければ、前記所定距離ｈの外側を通過する光線はフレアと見なせ、小さい開口数ＮＡのための開口制限を用いずとも、ビーム径が絞られ過ぎることがなく、比較的大きなスポット径を得ることができるため好ましい。
【００２１】
請求項４に記載の対物レンズは、少なくとも一つの面が、回折輪帯をもつ回折面であり、前記少なくとも一つの回折面の、光軸から周辺方向に数えて、あるｉ番目の回折輪帯が次式を満たすことを特徴とする。
１．２≦ｐｉ＋１／ｐｉ≦１０                                          （１）
ただし、
ｐｉ：光軸から周辺方向に数えてｉ番目の回折輪帯の、光軸に垂直な方向の幅
【００２３】
尚、上述のｉ番目の回折輪帯としては、光軸上の輪帯を１としたとき、第１４番目〜第２２番目の輪帯であることが望ましい。
【００２４】
請求項４，５の本発明によれば、開口数ＮＡが小さい側の使用状態で、所定開口数の外側の球面収差を十分に大きなフレアとすることができる。すなわち、ＮＡが小さい側の使用状態で球面収差を実質的に不連続とし、所定開口数の内側では良好に絞られたスポットを得、その外側の光束は大きなフレアとなって記録再生のために必要な部分のスポットに影響を与えないようにしている。値ｐi+1／ｐiが、式（１）の下限値以上であれば、十分なフレアを得ることができる。一方、値ｐi+1／ｐiが、式（１）の上限値以下であれば、輪帯ピッチが小さすぎることがなく、回折面の製造が容易となる。
【００２５】
請求項５に記載の対物レンズは、光ピックアップ装置に使用可能な対物レンズにおいて、ＮＡ０．６０の光線が通る前記回折面の回折輪帯の番号ｍが、
２２≦ｍ≦３２                                                （２）
をみたすことを特徴とする。
ただし、回折輪帯の番号は光軸上の輪帯を１とし、順に外側に数える。
【００２７】
請求項６に記載の対物レンズは、前記光線は、波長６３０〜６６５ｎｍの範囲内で、略平行な光束で前記対物レンズに入射されることを特徴とする。
【００２９】
請求項７に記載の対物レンズは、波長λ２と透明基板の厚さｔ２の組み合わせに対して所定距離ｈ以上の光束をフレアにすることを特徴とする。
【００４０】
請求項８に記載の対物レンズは、前記波長λ１が、６３０〜６６５ｎｍの範囲にあり、好ましくは６３５ｎｍ又は６５０ｎｍであり、前記波長λ２は、７５０〜８１０ｎｍの範囲にあり、好ましくは７８０ｎｍであり、前記厚さｔ１は、０．６ｍｍであり、前記厚さｔ２は、１．２ｍｍであるので、ＤＶＤとＣＤの双方に対して情報の記録及び／又は再生可能な光ピックアップ装置に好適である。
【００４１】
請求項９に記載の対物レンズは、前記第１の光情報記録媒体がＤＶＤであり、前記第２の光情報記録媒体がＣＤであるので、ＤＶＤとＣＤの双方に対して情報の記録及び／又は再生可能な光ピックアップ装置に好適な対物レンズを提供できる。
請求項１０に記載の対物レンズは、前記必要開口数ＮＡ２の波長λ２の光束が前記対物レンズを通過したときに、前記第２の光情報記録媒体の記録面から反射した光束は、前記受光手段の受光面内に含まれるように、前記受光手段に向かって照射され、前記必要開口数ＮＡ２以上の波長λ２の光束が前記対物レンズを通過したときに、前記第２の光情報記録媒体の記録面から反射した光束は、前記受光手段の受光面を除く周囲に照射されることを特徴とする。
【００６０】
請求項１１に記載の対物レンズの如く、前記受光手段が、１個ないし３個のほぼ矩形状の受光面を有している場合、開口数ＮＡがＮＡ２以上の光束の光情報記録面上でのスポット径は５μｍ以上であれば、別体型受光手段において、中央受光面ＣＳに不要な光が入りづらくなり、誤検出を防止することが出来る。
【００６１】
請求項１２に記載の対物レンズのごとく、前記受光手段が、略一直線上に並べた３個の矩形状の受光面を有し、開口数ＮＡがＮＡ２以上の光束の光情報記録面上でのスポット径は２５μｍ以上であれば、別体型受光手段において、さらに周辺受光面ＰＳに不要な光が入りづらくなり、誤検出を更に防止できる。
【００６２】
請求項１３に記載の対物レンズは、前記受光手段は、中央受光面と周辺受光面とを有し、前記必要開口数ＮＡ２以上の波長λ２の光束が前記対物レンズを通過したときに、前記第２の光情報記録媒体の記録面から反射した光束は、前記周辺受光面のみを含むように、前記受光手段に向かって照射されることを特徴とする。
【００６３】
図８（ａ）に示すように、一体型受光手段は、少なくとも２個以上、通常は４個以上のストライプ状の受光面から成り立っている。開口数ＮＡがＮＡ２未満の波長λの光束は、中央受光面群ＣＳの間にスポットを形成するが、開口数ＮＡがＮＡ２以上の波長λの光束は、内径φ１のフレア光となって照射される。このときに、内径φ１が十分大きく、中央受光面群ＣＳを完全に内包するようであれば、開口数ＮＡがＮＡ２以上の波長λの光束が周辺受光面ＰＳのみに照射されることとなり、本発明でいう受光面としての中央受光面群ＣＳにおいて不要な光が検出されることが防止され、誤検出を防止することが出来る。
【００６４】
請求項１４に記載の対物レンズの如く、少なくとも２個のストライプ状の受光面を有し、開口数ＮＡがＮＡ２以上の光束の光情報記録面上でのスポット径は２０μｍ以上であれば、一体型受光手段において、中央受光面ＣＳに不要な光が入りづらくなり、誤検出を防止することが出来る。
【００６５】
更に、請求項１５に記載の対物レンズの如く、少なくとも４個のストライプ状の受光面を有し、開口数ＮＡがＮＡ２以上の光束の光情報記録面上でのスポット径は５０μｍ以上であれば、一体型受光手段において、さらに周辺受光面ＰＳに不要な光が入りづらくなり、誤検出を更に防止できる。
請求項１６に記載の対物レンズは、前記波長λ１と前記透明基板の厚さｔ１の組み合わせに対する前記対物レンズの物点と、前記波長λ２と前記透明基板の厚さｔ２の組み合わせに対する前記対物レンズの物点とが、光学的に等しい距離にあることを特徴とする。
請求項１７に記載の光ピックアップ装置は、上記のいずれかに記載の対物レンズを有することを特徴とする。
【００７２】
本明細書中で用いる回折パターン（又は回折面）とは、光学素子の表面、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形態（又は面）のことをいい、一つの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、光軸を中心とする略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。
【００７３】
本明細書中において、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、かかるレンズ群とは、少なくとも１枚以上（例えば２枚）のレンズを指すものである。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、本明細書中では開口数ＮＡは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対物レンズの開口数を示す。
【００７４】
本明細書中において、光情報記録媒体（光ディスク）としては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW,DVD-Video等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の現在の光情報記録媒体および次世代の記録媒体なども含まれる。多くの光情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。しかしながら、透明基板の厚さが殆どゼロに近いもの、あるいは透明基板が全くないものも存在もしくは提案されている。説明の都合上、本明細書中「透明基板を介して」と記載することがあるが、かかる透明基板は厚さがゼロである、すなわち透明基板が全くない場合も含むものである。
【００７５】
本明細書中において、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。本発明の光ピックアップ装置は、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。
【００７６】
本発明の光ピックアップ装置は、各種のプレーヤまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録および／または再生装置に搭載することができる。
【００７７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
回折面は回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差函数とで表す。光路差関数は、基準波長の１次回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設ける。
【００７８】
本発明の実施例では、回折面の母非球面および光路差関数を、光軸からの距離ｈｂを境界として、その内側（光軸側）と外側（周辺側）とでそれぞれ別の関数で表す。
【００７９】
このとき母非球面および光路差関数が、境界ｈｂで実質的に連続とするために、外側の母非面および外側の光路差関数には定数項を設けた。
光路差関数Φ（ｈ）は次式で表す。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・      （５）
ただし、
ｈ：光軸からの距離
ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数
【００８０】
一方、非球面は次式で表す。
ｘ＝（ｈ2／ｒ）／（１＋√（１−（１＋ｋ）ｈ2／ｒ2））＋Ａ０＋Ａ２＊ｈ2＋Ａ４＊ｈ4＋Ａ６＊ｈ6＋・・・                                    （６）
ただし、
Ａ０、Ａ２、Ａ４、Ａ６、・・・：非球面係数
ｋ：円錐係数
ｒ：近軸曲率半径
ｒ、ｄ、ｎ、νｄはレンズの曲率半径、面間隔、基準波長での屈折率、アッベ数を表す。
【００８１】
上記の定義を基にした場合、光路差関数の２次係数を零でない値とすることにより、レンズにパワーを持たせることができる。また、光路差関数の２次以外の係数、例えば、４次係数、６次係数、８次係数、１０次係数等を零でない値とすることにより、球面収差を制御することができる。尚、ここで、制御するということは、屈折パワーを有する部分が持つ球面収差を、逆の球面収差を発生させて補正したり、全体の球面収差を所望な値にすることを意味する。
【００８２】
図１は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。図１において、第１の光情報記録媒体（光ディスク、例えばＣＤ）に対して記録および／または再生を行う第１光源１１と、第２の光情報記録媒体（光ディスク、例えばＤＶＤ）に対して記録および／または再生を行う第１光源１１とは波長の異なる第２光源１２とを備え、それぞれの光源から射出される発散光束の発散角を所望の発散角に変換するカップリングレンズ２１，２２と、上記光束をほぼ一つの方向に進むように合成する光合成手段であるビームスプリッタ６２と、ビームスプリッタ６２からの光束を光情報記録媒体の情報記録面５に集光する対物レンズ３と、光情報記録媒体からの反射光を受光する受光手段としての光検出器４１、４２とを備えている。図中、８は絞り、９はシリンドリカルレンズ、７１，７２は１／４波長板、１５は光源１１からの発散光速の発散度を小さくするためのカップリングレンズ、１６は凹レンズ、１７は反射光束を分離するためのホログラムである。対物レンズ３は、後述の実施例１〜３を用いる。
【００８３】
第１光源１１は波長λ１＝６３５又は６５０ｎｍ程度のレーザ光を射出し、このとき透明基板厚ｔ１＝０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＤＶＤ）に対して記録および／または再生を行うのに必要な対物レンズの開口数をＮＡ１＝０．６〜０．６５とする。第２光源１２は波長λ２＝７８０ｎｍ程度のレーザ光を射出し、このとき透明基板厚ｔ２＝１．２ｍｍの光情報記録媒体（ＣＤ）に対して記録および／または再生を行うのに必要な対物レンズの開口数をＮＡ２＝０．５とする。
【００８４】
本実施の形態における２枚構成の高ＮＡ対物レンズで、厚みの異なる情報記録媒体に対応できる対物レンズを得るための、回折面の役割は、球面収差の補正であるが、球面収差の補正について、以下のようにする。
【００８５】
本実施例においては、透明基板の厚さｔ１の記録媒体に対する物点の位置と、透明基板の厚さｔ２の記録媒体に対する物点の位置とが等しくなっており、例えば対物レンズにはいずれもコリメートされた平行光が入射するので、回折面だけの作用によって基板厚の違いによる球面収差を補正する。本実施例では、透明基板の厚さｔ２の記録媒体に対して必要な開口数ＮＡ２の範囲まで球面収差を小さくし、開口数ＮＡ１から開口数ＮＡ２までの範囲は球面収差を大きくしている。
【００８６】
（実施例１）
図２は、実施例１の対物レンズの断面図であり、図３は、実施例１の対物レンズにおける球面収差図である。［表１］及び［表２］に、実施例１の対物レンズにおけるレンズデータを示す。
【００８７】
【表１】
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【表２】
0004905748.tif 000003
【００８８】
（実施例２）
図４は、実施例２の対物レンズの断面図であり、図５は、実施例２の対物レンズにおける球面収差図である。［表３］及び［表４］に、実施例２の対物レンズにおけるレンズデータを示す。
【００８９】
【表３】
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【表４】
0004905748.tif 000005
【００９０】
図６は、実施例３の対物レンズの断面図であり、図７は、実施例３の対物レンズにおける球面収差図であり、図７（ａ）は、ＤＶＤの情報記録／再生条件における収差図で、図７（ｂ）は、ＣＤの情報記録／再生条件における収差図である。［表５］及び［表６］に、実施例３の対物レンズにおけるレンズデータを示す。
【００９１】
【表５】
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【表６】
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【００９２】
［表７］に、上述した各条件式を満足している実施例１，２及び３の各データを、まとめて示す。尚、表中において、例えばｐiはｉ番目の輪帯におけるピッチを示す。
【表７】
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【００９３】
【発明の効果】
本発明によると、少ない数の光学素子又は対物レンズを使用しているにも関わらず、厚みの異なる情報記録媒体に情報の記録再生を可能とする光ピックアップ装置及びそれに用いる対物レンズ並びに光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図３】実施例１の対物レンズにおける球面収差図である。
【図４】実施例２の対物レンズの断面図である。
【図５】実施例２の対物レンズにおける球面収差図である。
【図６】実施例３の対物レンズの断面図である。
【図７】実施例３の対物レンズにおける球面収差図である。
【図８】図８（ａ）は一体型受光手段の受光面を示し、図８（ｂ）は別体型受光手段の受光面を示す模式図である。
【図９】回折輪帯を設けた光学素子としてのレンズの例を示す模式図である。
【符号の説明】
８  絞り
９  シリンドリカルレンズ
１１  第１光源
１２  第２光源
１５  カップリングレンズ
１６  凹レンズ
１７  ホログラム
２１、２２  カップリングレンズ
４１，４２  光検出器
６２  ビームスプリッタ
７１，７２  １／４波長板
【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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