(57)【要約】【課題】同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体につき記録再生を行うことが可能であり、さらに軸外性能に優れた対物レンズ光学系、光束分割素子及び光ピックアップ光学系を提供すること。【解決手段】本発明にかかる光束分割素子１は、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１≠ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズ２の入射側に設けられている。光束分割素子１の入射面と出射面は、ぞれぞれ第１の光記録媒体用領域１１と、第２の光記録媒体用領域１２に分割されている。そして、第２の光記録媒体用領域１２では、入射面と出射面の両方ともが正又は負のパワーを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１≠ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズ光学系であって、
前記光束分割素子の入射面と出射面は、ぞれぞれ第１の光記録媒体用領域と、第２の光記録媒体用領域に分割され、
前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面が正又は負のパワーを有する対物レンズ光学系。
【請求項２】
ｔ１＜ｔ２であり、かつ、前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面の少なくとも一方が負のパワーを有することを特徴とする請求項１記載の対物レンズ光学系。
【請求項３】
前記第２の光記録媒体用領域は、凹レンズとして作用するような曲率半径を有していることを特徴とする請求項２記載の対物レンズ光学系。
【請求項４】
前記第１の光記録媒体用領域は、入射面及び出射面ともに、平面であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の対物レンズ光学系。
【請求項５】
前記光束分割素子の一面に形成された複数の領域は、光軸を中心として同心円状に分割されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の対物レンズ光学系。
【請求項６】
前記波長λの光源は青色レーザであり、かつ０．０７０ｍｍ＜ｔ１＜０．１３０ｍｍ、０．５７ｍｍ＜ｔ２＜０．６３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の対物レンズ光学系。
【請求項７】
前記対物レンズのレンズ面は前記第１の光記録媒体に対して収差補正がなされるよう設計されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の対物レンズ光学系。
【請求項８】
波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１≠ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズの入射側に設けられる光束分割素子であって、
入射面と出射面は、ぞれぞれ第１の光記録媒体用領域と、第２の光記録媒体用領域に分割され、
前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面が正又は負のパワーを有する光束分割素子。
【請求項９】
ｔ１＜ｔ２であり、かつ、前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面の両方ともが負のパワーを有することを特徴とする請求項８記載の光束分割素子。
【請求項１０】
前記第２の光記録媒体用領域は、凹レンズ面として作用するような曲率半径を有していることを特徴とする請求項９記載の光束分割素子。
【請求項１１】
前記第１の光記録媒体用領域は、入射面及び出射面ともに、平面であることを特徴とする請求項８〜１０いずれか１項に記載の光束分割素子。
【請求項１２】
前記光束分割素子の一面に形成された複数の領域は、光軸を中心として同心円状に分割されていることを特徴とする請求項８〜１１いずれか１項に記載の光束分割素子。
【請求項１３】
前記波長λの光源は青色レーザであり、かつ０．０７０ｍｍ＜ｔ１＜０．１３０ｍｍ、０．５７ｍｍ＜ｔ２＜０．６３ｍｍであることを特徴とする請求項８〜１２いずれか１項に記載の光束分割素子。
【請求項１４】
前記対物レンズのレンズ面は前記第１の光記録媒体に対して収差補正がなされるよう設計されていることを特徴とする請求項８〜１３いずれか１項に記載の光束分割素子。
【請求項１５】
光束分割素子及び光ピックアップレンズを有し、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１≠ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、
前記光束分割素子の入射面と出射面は、ぞれぞれ第１の光記録媒体用領域と、第２の光記録媒体用領域に分割され、
前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面が正又は負のパワーを有する光ピックアップ光学系。
【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有する光記録媒体に対して情報を記録または再生可能な対物レンズ光学系、光束分割素子及び光ピックアップ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤ（Compact Disc：ＣＤ−ＲなどのＣＤを含む）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）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。この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。
【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
【特許文献３】特開平７−３０２４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年提案されている新しい光ディスク装置の一つとして、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（Ｂｌｕ−ｒａｙ）とＨＤＤＶＤ互換の光ディスク装置が提案されている。ブルーレイは波長４０５〜４０８ｎｍの光束に対する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の光束に対するＮＡは０．６５で透明基板の厚みは０．６ｍｍである。したがって、同一波長のレーザービームによって記録再生される２種類の厚みの異なる光ディスクを互換する装置が今後必要とされている。
【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。
【００１０】
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、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。
【００１１】
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、異なる波長の光束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。特許文献３においては、同一波長の光束によって記録再生される２種類の厚みの異なる光ディスクを互換するための技術は開示されていない。
【００１２】
本願の出願人は、このような従来例の問題を解消する対物レンズ光学系を、先願（特願２００６−１３４３１１）において提案した。しかしながら、この先願では、位相板はパワーを有しないため、ブルーレイ用領域と、ＨＤＤＶＤ用領域の焦点距離は等しい。このとき、ブルーレイに対してＨＤＤＶＤは、透明基板厚が大きいため、必然的にＨＤＤＶＤの方がワーキングディスタンスが短くなるため、ＨＤＤＶＤを記録再生する際に、対物レンズとディスクが接触するという問題があった。
【００１３】
さらに、本願の出願人は、ワーキングディスタンスを確保しつつ、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体につき記録再生を行うことが可能な対物レンズ光学系、光束分割素子及び光ピックアップ光学系を提供することを目的として、ＨＤＤＶＤ用領域に、負のパワーを持たせることを特徴とする発明を、先願（特願２００６−２９９６４４）において提案した。
【００１４】
この先願（特願２００６−２９９６４４）に示す実施例では、光束分割素子の片面をブルーレイ用領域とＨＤＤＶＤ用領域に分割したが、本願の発明者らは、このような構成では、軸外性能を確保することが困難であり、斜入射に対して収差が発生してしまうという課題を見出した。
【００１５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体につき記録再生を行うことが可能であり、さらに軸外性能に優れた対物レンズ光学系、光束分割素子及び光ピックアップ光学系を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明にかかる対物レンズ光学系は、光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１≠ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズ光学系であって、前記光束分割素子の入射面と出射面は、ぞれぞれ第１の光記録媒体用領域と、第２の光記録媒体用領域に分割され、前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面が正又は負のパワーを有するものである。
【００１７】
好ましくは、ｔ１＜ｔ２であり、かつ、前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面の少なくとも一方が負のパワーを有する。特に、前記第２の光記録媒体用領域は、凹レンズ面となるような曲率半径を有しているとよい。
【００１８】
また、前記第１の光記録媒体用領域は、入射面及び出射面ともに、平面であることが好ましい。
【００１９】
好適な実施の形態において、前記光束分割素子の一面に形成された複数の領域は、光軸を中心として同心円状に分割されている。また、前記波長λの光源は青色レーザであり、かつ０．０７０ｍｍ＜ｔ１＜０．１３０ｍｍ、０．５７ｍｍ＜ｔ２＜０．６３ｍｍである。さらに、前記対物レンズのレンズ面は前記第１の光記録媒体に対して収差補正がなされるよう設計されている。
【００２０】
本発明にかかる光束分割素子は、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１≠ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズの入射側に設けられる光束分割素子であって、入射面と出射面は、ぞれぞれ第１の光記録媒体用領域と、第２の光記録媒体用領域に分割され、前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面が正又は負のパワーを有するものである。
【００２１】
好ましくは、ｔ１＜ｔ２であり、かつ、前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面の少なくとも一方が負のパワーを有する。特に、前記第２の光記録媒体用領域は、凹レンズ面となるような曲率半径を有しているとよい。
【００２２】
また、前記第１の光記録媒体用領域は、入射面及び出射面ともに、平面であることが好ましい。
【００２３】
好適な実施の形態において、前記光束分割素子の一面に形成された複数の領域は、光軸を中心として同心円状に分割されている。また、前記波長λの光源は青色レーザであり、かつ０．０７０ｍｍ＜ｔ１＜０．１３０ｍｍ、０．５７ｍｍ＜ｔ２＜０．６３ｍｍである。さらに、前記対物レンズのレンズ面は前記第１の光記録媒体に対して収差補正がなされるよう設計されている。
【００２４】
本発明にかかる光ピックアップ光学系は、光束分割素子及び光ピックアップレンズを有し、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１≠ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、前記光束分割素子の入射面と出射面は、ぞれぞれ第１の光記録媒体用領域と、第２の光記録媒体用領域に分割され、前記第２の光記録媒体用領域では、入射面と出射面が正又は負のパワーを有する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体につき記録再生を行うことが可能であり、さらに軸外性能に優れた対物レンズ光学系、光束分割素子及び光ピックアップ光学系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】
【００２６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図３に、本実施の形態にかかる対物レンズ光学系のブルーレイ、ＨＤＤＶＤそれぞれの仕様を示す。図３に示されるように、ブルーレイとＨＤＤＶＤは、波長は同じであるが、基板厚が異なるため、一方の光ディスクに対して最適化された対物レンズを他方の光ディスクに対して使用した場合には、基板厚さの違いによる球面収差が発生し、良好な記録再生を実現できない。本実施の形態にかかる対物レンズ光学系では、このような球面収差の発生を抑制するために、光束分割素子を設けることとした。
【００２８】
図１及び図２を用いて、本実施の形態にかかる対物レンズ光学系の構成について説明する。図１は、ブルーレイディスク２０１を記録再生している場合を示し、図２は、ＨＤＤＶＤ２０２を記録再生している場合を示す。本実施の形態にかかる対物レンズ光学系１００は、光束分割素子１と対物レンズ２が鏡筒３内に紫外線硬化性の接着剤等により固定されて構成されている。ここで、鏡筒３は、例えば、プラスチックにより構成される。
【００２９】
光束分割素子１の入射面及び出射面は、光軸を中心とした同心円状の複数の領域に分割されている。かかる複数の領域は５以上であることが好ましい。なお、ここでいう領域は、面形状が異なっていたり、隣り合う領域間に段差が設けられていたりと形状的に区別される。
【００３０】
各領域をブルーレイ、ＨＤＤＶＤのいずれかに対して収差補正を行う面形状としたため、それぞれのディスクに対応したレンズを複数個設けることなく、ブルーレイ、ＨＤＤＶＤの互換を実現することができる。これにより、光ピックアップに光路の切り替えを行う機構を設ける必要がなくなり、光ピックアップの小型化、低コスト化が可能となる。
【００３１】
より具体的には、図１、図２に示されるように、光束分割素子１の入射面では、ブルーレイ用領域１１ａ及びＨＤＤＶＤ用領域１２ａの２種類の同心円状の領域に分割されており、ブルーレイ用領域１１ａ、ＨＤＤＶＤ用領域１２ａが光軸から外側に向かって交互に配置されている。当該光束分割素子１の最外周の領域は、必然的にＮＡの大きいブルーレイ用領域１１ａである。本実施の形態にかかる光束分割素子１のブルーレイ用領域１１ａは平面であり、ＨＤＤＶＤ用領域１２ａは負のパワーを有し、全体として凹レンズとなるような曲率半径を有する。即ち、ＨＤＤＶＤ用領域１２ａを通過することにより、平行光は発散光に変換される。
【００３２】
光束分割素子１の出射面では、入射面と同様にブルーレイ用領域１１ｂ及びＨＤＤＶＤ用領域１２ｂの２種類の同心円状の領域に分割されており、平面であるブルーレイ用領域１１ｂ、ＨＤＤＶＤ用領域１２ｂが光軸から外側に向かって交互に配置されている。ＨＤＤＶＤ用領域はＲ１面側の領域１２ａとＲ２面側の領域１２ｂが全体として発散光を出射すればよいので、ＨＤＤＶＤ領域１２の全体形状は、両面が凹形状、一方の面が凹形状で他方の面が平面の平凹形状、若しくは、一方が凸形状で他方が凹形状の負メニスカス形状（凸形状の曲率が小さく、凹形状の曲率が大きい）のいずれかである必要がある。ここで、ブルーレイ用領域１１ａ或いは１１ｂは、平面でなくとも凸レンズ面であってもよい。さらには、ブルーレイ用領域１１ａ或いは１１ｂは、ＨＤＤＶＤ用領域１２の負のパワーよりも小さければ、負のパワーを有する凹レンズ面であってもよい。レーザーへ反射という観点からは入射面１１aは平面でなく曲率を有しているのが望ましい。
【００３３】
入射面のブルーレイ用領域１１ａに入射した光束は、出射面のブルーレイ用領域１１ｂより出射し、同様に入射面のＨＤＤＶＤ用領域１２ａに入射した光束は、出射面のＨＤＤＶＤ用領域１２ｂより出射するように、入射面と出射面の各領域が配置されている。
【００３４】
複数のブルーレイ用領域１１のうち、いずれかの領域の光軸方向の厚みは、他の領域の厚みと異なるように形成するようにしてもよい。即ち、複数のブルーレイ用領域１１は相互に光軸方向の厚みが異なるようにしてもよい。例えば、凹レンズ面とされたＨＤＤＶＤ領域１２では外側に近づくほど光軸方向の厚みが厚くなるため、ブルーレイ用領域１１も同様に外側に近づくほど光軸方向の厚みを厚くし、ＨＤＤＶＤ領域１２との段差量が少なくなるようにする。但し、ブルーレイ用領域１１において異ならせる厚みの差は、位相ずれが生じないようにｍλ（ｍは整数）とする必要がある。このような構成とすることにより、ブルーレイ用領域１１とＨＤＤＶＤ用領域との境界で発生する段差量を少なくすることができるため、金型加工が容易であり、成型性も良くなる。ここで、ブルーレイ用領域１１について厚みをｍλ分だけ変えたとしても、環境温度の変化によって入射光束の波長変動や光束分割素子１の屈折率の変動が生じると、ｍλ分だけ変えた部分に収差が発生しうる。かかる収差発生を抑制するという観点からすれば、ブルーレイ用領域１１における光束分割素子１の厚さを変えずに、光線方向に平行移動することによって、当該段差量を少なくすることも可能である。
【００３５】
なお、ここでは、ブルーレイ用領域１１とＨＤＤＶＤ用領域１２とを交互に配置したが、交互でなくてもよい。前述したように領域は形状的に区別されるものであり、例えば各領域内に色収差を補正するような位相差構造、回折を引き起こす輪帯段差構造を設けることも可能である。また、ブルーレイ用領域１１とＨＤＤＶＤ用領域１２を同心円状ではなく、光軸を中心として放射状に分割するようにしてもよい。
【００３６】
また、光束分割素子１の両面には、ブルーレイディスク２０１に対して記録再生する場合とＨＤＤＶＤディスク２０２に対して記録再生する場合とで集光位置を大きくずらすために、ブルーレイ用領域１１とＨＤＤＶＤ用領域１２の専用領域のみで構成することが好ましいが、光軸近傍にブルーレイとＨＤＤＶＤの共通領域を設けることを妨げるものではない。
【００３７】
光束分割素子１は、ガラスやプラスチックによって構成することが可能であるが、各領域の成形性の観点からすると、プラスチックであることが好ましい。
【００３８】
対物レンズ２は、基板厚の薄いディスクであるブルーレイディスクに対して収差補正がなされている。即ち、この対物レンズ２は、ブルーレイディスク専用レンズである。ブルーレイディスク専用レンズは、ＨＤＤＶＤ用レンズよりＮＡが大きいため、収差補正が困難な外側領域にブルーレイ用の専用領域を設けることができる点において、ＨＤＤＶＤ専用レンズを用いる場合に比べて有利である。
【００３９】
対物レンズ２は、例えば、ガラスやプラスチックによって構成することが可能であるが、温度変化時の屈折率変化が小さく、発生する収差量が少ないという利点を有するガラスの方がより好ましい。当該対物レンズ２としては、さらに好ましくはレーザ波長変化時の屈折率変化が小さく、発生する収差量が小さいアッベ数νd＞４０以上のガラスがよい。
【００４０】
図１，２に示す対物レンズ光学系に対して入射した光束の挙動について説明する。図示しない光源から出射された光束（レーザ光）は、ビームスプリッタやコリメータレンズを経て対物レンズ光学系に入射する。この対物レンズ光学系１００に入射する光は略平行光である。
【００４１】
図１に示されるように、ブルーレイディスク２０１を所定位置に配置し、これを再生記録する場合に、光源からの光束はブルーレイディスク２０１の入射面に配置されたブルーレイ用領域１１ａ及びＨＤＤＶＤ用領域１２ａの双方に入射する。ブルーレイ用領域１１ａに入射した光束は、当該ブルーレイディスク２０１の出射面に配置されたブルーレイ用領域１１ｂから出射し、対物レンズ２に入射する。このとき、ブルーレイ用領域１１ａ，ｂは、いずれも平面であるために、光源からの光束は屈折せずに対物レンズ２に入射する。対物レンズ２は、上述のように、ブルーレイディスク２０１に対して収差補正されているため、この対物レンズ２に入射した光束は、ブルーレイディスク２０１の情報記録面に集光する。
【００４２】
他方で、ブルーレイディスク２０１を再生記録する場合に、ＨＤＤＶＤ用領域１２に入射した光束は、当該ＨＤＤＶＤ用領域１２ａ，１２ｂが凹レンズとして作用するため発散光に変換された後に、対物レンズ２に入射する。対物レンズ２に入射した光束は、発散光であるため大きな球面収差を発生し、ブルーレイディスク２０１の情報記録面には集光しない。したがって、光源から出射され、対物レンズ光学系１００に入射した光束のうち、ブルーレイ用領域１１を通過した光のみがブルーレイディスク２０１の情報記録面に集光することになる。
【００４３】
次に、ＨＤＤＶＤディスク２０２を所定位置に配置し、これを再生記録する場合に、光源からの光束はブルーレイ用領域１１ａ及びＨＤＤＶＤ用領域１２ａの双方に入射する。ＨＤＤＶＤ用領域１２ａに入射した光束は、当該ＨＤＤＶＤ用領域１２ａ，１２ｂが凹レンズ面であるため発散光に変換された後に、ＨＤＤＶＤ用領域１２ｂから対物レンズ２に入射する。対物レンズ２に入射した光束は、発散光であるので集光位置が遠くなるため、作動距離（ワーキングディスタンス）を長くした状態のままで、基板厚さが厚いＨＤＤＶＤディスク２０２の情報記録面に集光させることが可能となる。
【００４４】
他方で、ＨＤＤＶＤディスク２０２を再生記録する場合に、ブルーレイ用領域１１ａに入射した光束は、当該ブルーレイ用領域１１ａ，１１ｂは平面であるため屈折せずに対物レンズ２に入射する。対物レンズ２は、上述のように、ブルーレイディスク２０１に対して収差補正されているため、基板厚さの異なるＨＤＤＶＤディスク２０２に対しては大きな球面収差を発生し、この対物レンズ２に入射した光束は、ＨＤＤＶＤディスク２０２の情報記録面には集光しない。したがって、光源から出射され、対物レンズ光学系１００に入射した光束のうち、ＨＤＤＶＤ用領域１２を通過した光のみがＨＤＤＶＤディスク２０２の情報記録面に集光することになる。
【００４５】
ここで、対物レンズ２からディスク２００の表面までの作動距離（ワーキングディスタンス）は、ブルーレイよりもＨＤＤＶＤの方が、基板厚が厚い分だけ不利となる。特に、対物レンズ光学系を薄型ドライブに適用する場合、対物レンズ光学系の焦点距離が短くなるため、対物レンズ２とディスク２００の衝突が発生する恐れがあるのでワーキングディスタンスの確保が重要となる。そこで、本実施の形態に係る対物レンズ光学系１００では基板厚が厚いＨＤＤＶＤディスク２０２の焦点距離を長くするようＨＤＤＶＤ用領域１２を凹レンズ面となる曲率半径で構成し、ＨＤＤＶＤのワーキングディスタンスを確保することとした。
【００４６】
なお、ここでの焦点距離の差が大きいほど、ブルーレイ用領域１１ａ，１１ｂ、ＨＤＤＶＤ用領域１２ａ、１２ｂからの光束の集光位置が離れるため、不要光の影響が軽減され、光スポットの形成に有利となる。
【００４７】
ここで、ブルーレイディスク２０１及びＨＤＤＶＤディスク２０２は高記録密度を実現するために、情報記録面が２面ある２層タイプのディスクも検討され、実用化されている。このような２層タイプのディスクにおける各層の間隔は２５±５μmあるいは２０±５μｍである。
【００４８】
なお、上述の例では、光束分割素子１の少なくとも１面の一部の領域に凹レンズ面となるような曲率半径を有するようにしたが、これに限らず、回折光を発生しうる輪帯段差構造を形成することによって、負のパワーを発生させてもよい。
【００４９】
また、上述の例では、光束分割素子１に対して平行光が入射することを前提として設計したが、これに限らず、発散光又は収束光が当該光束分割素子１に入射するようにし、出射光が対物レンズ２で集光するように、光束分割素子１及び対物レンズ２の面形状を設計するようにしてもよい。
【００５０】
実施例．
本実施例の対物レンズ光学系の設計結果を図３に、レンズデータを図４にそれぞれ示す。また、本実施例の対物レンズの面形状データを図５に、同光束分割素子の入射面における面形状データを図６に、同光束分割素子の出射面における面形状データを図７に、同光束分割素子における領域の位置を図８に示す。図３に示されるように、ブルーレイの焦点距離はｆ＝１．４１２mm 、ＨＤＤＶＤの焦点距離はｆ＝１．５０８mmと、ＨＤＤＶＤの焦点距離の方がブルーレイのそれよりも長くなっている。本実施例における光束分割素子は、ブルーレイ領域でＲ１面が凹レンズ、Ｒ２面が凸レンズ形状で、ＨＤＤＶＤ領域は全体として凹レンズとして作用するようなＲ１面、Ｒ２面に設定し、焦点距離をブルーレイより長くなるようにした。その結果ＨＤＤＶＤ領域を平面、凸レンズ面で構成した時よりもワーキングディスタンスをより確保できている。
【００５１】
図３に示されるように、ブルーレイ、 ＨＤＤＶＤでは、それぞれ像側開口数ＮＡが０．８， ０．６３と異なるためレンズの有効径が異なる。従来のＤＶＤ，ＣＤ等の互換では波長が異なるため、波長選択フィルタ等で利用した開口制限素子を使用し、波長に応じてこの有効径の切り替えを行うことが可能であった。
【００５２】
しかし、本発明では同一波長での互換を対象としているため、波長選択フィルタ等は使用できない。そこで本実施例においては、ＨＤＤＶＤの有効径外のブルーレイ領域をＨＤＤＶＤで使用時、球面収差を発生させるような形状とし、さらにブルーレイとＨＤＤＶＤの焦点距離をずらしたことでのデフォーカス効果を利用し、大きな波面収差が発生させることで、開口制限の役割を持たせた構造とした。これにより光ピックアップ内に開口制限素子を別途設けることなく有効径の切り替えを実現している。
【００５３】
また、図５〜７に示される面形状データは、下記の式で表している。
【数１】
2009015967.tif 000003
・・・・・式（１）
図８の表に示されるように、Ｒ１面及びＲ２面の領域分割位置は同じとし、ブルーレイ用領域での光量損失を少なくするようにしているが、ＨＤＤＶＤ用領域での光線の曲がりを考慮して、Ｒ２面での分割位置を変更して、ＨＤＤＶＤの光量損失を抑えるようにしてもよい。
【００５４】
式（１）において、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点における非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＺｊ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／曲率半径）をＣ、コーニック係数をＫ、４次から１６次までの非球面係数をそれぞれＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６としている。
【００５５】
図９、図１０に本実施例の対物レンズ光学系のブルーレイ、ＨＤＤＶＤそれぞれでの光スポット図を示す。１／ｅ２スポット径はブルーレイで０．３８８μｍ、ＨＤＤＶＤで０．４８３μｍ、サイドローブはブルーレイで２．５１％、ＨＤＤＶＤで２．３７％である。
【００５６】
ブルーレイ、ＨＤＤＶＤそれぞれでの１／ｅ２スポット径の理論値はブルーレイで０．３９μｍ以下 、ＨＤＤＶＤで０．５１μｍ以下であるから、本実施例の対物レンズ光学系は実使用上問題ない光スポットが得られているのが分かる。なお、本発明においては光束分割素子の各領域の面形状、領域数および領域幅を変化させることで、１／ｅ２スポット径、サイドローブの制御が可能である。
【００５７】
ここで、ブルーレイの有効径と光スポットに関係について説明する。図１１は、ブルーレイの有効径と光スポットの関係を示す。図１１の表において、上段が有効径２．２５ｍｍの場合、下段が有効径２．４ｍｍの場合を示す。ブルーレイディスクを記録再生する場合の規格を満たすためには、通常、図１１の表下段に示されるように、有効径が２．４ｍｍでＮＡが０．８５であることが求められる。この場合の１／ｅ２スポット径の理論値は、次の式より０．３９１（μｍ）である。
【００５８】
Ｋ×λ／ＮＡ＝０．８２×０．４０５／０．８５
＝０．３９１
（ここで、Ｋ：定数、λ：波長、ＮＡ：像側開口数）
【００５９】
しかしながら、本発明の実施例においては、領域を複数分割しているので、これによって生じる光の干渉効果（いわゆる超解像現象）を利用することができる。即ち、図１１の表の上段に示されるように、ＮＡは０．８０と小さくても前記１／ｅ２スポット径の理論値を得ることができる。よって対物レンズ光学系の小型化、軽量化が可能となる。
【００６０】
ここで、光束分割素子による光スポットは、輪帯開口による収束計算によって求めることができる。光束分割を行った場合の焦点位置における光スポット強度は次の式（２）によって求めることができる。図１２は、ブルーレイのスポットの場合を示す。ＨＤＤＶＤの場合は逆にして同様に考えればよい。
【００６１】
【数２】
2009015967.tif 000004
【００６２】
比較例．
この比較例の対物レンズ光学系において光束分割素子は、出射面のみがブルーレイ用領域とＨＤＤＶＤ用領域に分割され、入射面は平面である。本比較例の対物レンズ光学系のレンズデータを図１３に示す。なお、仕様値は実施例の図３と同じである。また、本比較例の対物レンズの面形状データを図１４に、同光束分割素子の出射面における面形状データを図１５に、同光束分割素子における領域の位置を図１６に示す。
【００６３】
図１７，図１８に比較例の対物レンズ光学系におけるブルーレイ、ＨＤＤＶＤでの光スポット図を示す。１／ｅ２スポット径はブルーレイで０．３７７μm、ＨＤＤＶＤで０．４８７μｍである。また、サイドローブは、ブルーレイで３．１８％、ＨＤＤＶＤで２．３９％である。
【００６４】
実施例と比較例の比較．
図１９にブルーレイに関し、画角特性と相対スポット径の関係について示す。図においては、画角０度のときの光スポット径を基準とし、画角を変化させた場合の、基準に対する相対的な値を相対スポット径として示している。図１９に示されるように、ブルーレイ用領域は平面であるため、画角が大きくなっても、両面光束分割素子である実施例も片面光束分割素子である比較例も相対スポット径の変化は少ない。
【００６５】
図２０にＨＤＤＶＤに関し、画角特性と相対スポット径の関係について示す。図に示されるように、片面光束分割素子である比較例においては、画角が大きくなると、相対スポット径が著しく増加している。これに対して、両面光束分割素子である実施例では、画角が大きくなっても相対スポット径はほとんど変化しておらず、比較例よりも遥かに画角特性が改善されていることがわかる。なお、実施例と比較例のワーキングディスタンスは、等しくなるように設計されている。
【００６６】
図２１は、片面光束分割素子をブルーレイ専用レンズとともに用い、焦点距離を固定した場合における、ＨＤＤＶＤについての軸上球面収差と、軸外コマ収差性能を示すグラフである。図において、白丸で示すデータは画角が０．３度のときのコマ収差であり、白四角で示すデータは軸上の球面収差を示す。このように、ブルーレイ専用レンズに対して片面光束分割素子を使用し、互換を実現する、即ち基板厚差による球面収差を補正する場合には、同時に軸外性能（画角特性）を満足させようとすると、ワーキングディスタンスが短くなってしまうという問題が発生する。
【００６７】
これに対して、本発明においては、両面ともパワーを有する光束分割素子を採用することにしたので、ワーキングディスタンスを確保しつつ、画角特性を高めることによって光ピックアップの取り付け誤差のマージンを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施の形態にかかる対物レンズ光学系の概略構成図であり、特にブルーレイディスクを記録再生する場合を示す。
【図２】本実施の形態にかかる対物レンズ光学系の概略構成図であり、特にＨＤＤＶＤを記録再生する場合を示す。
【図３】本実施例にかかる対物レンズ光学系の設計データを示す表である。
【図４】本実施例にかかる対物レンズ光学系のレンズデータを示す表である。
【図５】本実施例にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。
【図６】本実施例にかかる光束分割素子の入射面における面形状データを示す表である。
【図７】本実施例にかかる光束分割素子の出射面における面形状データを示す表である。
【図８】本実施例にかかる光束分割素子における領域位置を示す表である。
【図９】本実施例にかかる対物レンズ光学系に対してブルーレイ用の光束を照射した場合の光スポット図である。
【図１０】本実施例にかかる対物レンズ光学系に対してＨＤＤＶＤ用の光束を照射した場合の光スポット図である。
【図１１】本実施例におけるブルーレイの有効径と光スポット径の関係を示す表である。
【図１２】光スポット強度の計算について説明するための図である。
【図１３】本比較例にかかる対物レンズ光学系のレンズデータを示す表である。
【図１４】本比較例にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。
【図１５】本比較例にかかる光束分割素子の面形状データを示す表である。
【図１６】本比較例にかかる光束分割素子における領域位置を示す表である。
【図１７】本比較例にかかる対物レンズ光学系に対してブルーレイ用の光束を照射した場合の光スポット図である。
【図１８】本比較例にかかる対物レンズ光学系に対してＨＤＤＶＤ用の光束を照射した場合の光スポット図である。
【図１９】実施例と比較例において、ブルーレイに関する画角と相対スポット径の関係を示すグラフである。
【図２０】実施例と比較例において、ＨＤＤＶＤに関する画角と相対スポット径の関係を示すグラフである。
【図２１】片面光束分割素子において、ＨＤＤＶＤに関するワーキングディスタンスと波面収差の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１  光束分割素子
２  対物レンズ
３  鏡筒
１１  ブルーレイ用領域
１２  ＨＤＤＶＤ用領域
１００  対物レンズ光学系
２００  ディスク
２０１  ブルーレイディスク
２０２  ＨＤＤＶＤディスク
【図１】
2009015967.tif 000005
【図２】
2009015967.tif 000006
【図３】
2009015967.tif 000007
【図４】
2009015967.tif 000008
【図５】
2009015967.tif 000009
【図６】
2009015967.tif 000010
【図７】
2009015967.tif 000011
【図８】
2009015967.tif 000012
【図９】
2009015967.tif 000013
【図１０】
2009015967.tif 000014
【図１１】
2009015967.tif 000015
【図１２】
2009015967.tif 000016
【図１３】
2009015967.tif 000017
【図１４】
2009015967.tif 000018
【図１５】
2009015967.tif 000019
【図１６】
2009015967.tif 000020
【図１７】
2009015967.tif 000021
【図１８】
2009015967.tif 000022
【図１９】
2009015967.tif 000023
【図２０】
2009015967.tif 000024
【図２１】
2009015967.tif 000025