(57)【要約】【課題】異なる２つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系を提供する。【解決手段】ＨＤにＨＤのＮＡの範囲の光束を集光し、ＢＤにＢＤのＮＡの範囲の光束を集光する対物レンズ光学系１０に、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＨＤに光束を集光する際の第１の球面収差と、ＢＤに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも、第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第１の非球面形状を有し、ＨＤのＮＡの範囲の外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内において、ＢＤに光束を集光する際の球面収差を低減する第２の非球面形状を有するように構成した。【選択図】図１
2009252254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光ディスクに第１の開口数の範囲の光束を集光し、第２の光ディスクに前記第１の開口数よりも大きい第２の開口数の範囲の光束を集光する対物レンズ光学系であって、
前記第１の開口数の範囲内において、前記第１の光ディスクに光束を集光する際の第１の球面収差と、前記第２の光ディスクに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、前記第１の球面収差の絶対値よりも、前記第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第１の非球面形状を有し、
前記第１の開口数の範囲の外縁側且つ前記第２の開口数の範囲内において、前記第２の光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する第２の非球面形状を有する対物レンズ光学系。
【請求項２】
入射面と出射面の少なくとも一方に、前記第１の非球面形状及び前記第２の非球面形状を有する対物レンズを備え、
前記第１の非球面形状と前記第２の非球面形状との間の段差量ｄは、数式（１）を満たす請求項１に記載の対物レンズ光学系。
｜ｄ｜＜λ／（Ｎ−１）・・・・・・（１）
ただし、λは、光束の波長、Ｎは、前記対物レンズの屈折率である。
【請求項３】
前記第１の球面収差と前記第２の球面収差とを補正する収差補正用素子を備え、
前記収差補正用素子は、複数の輪帯領域を有し、
前記複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、
前記輪帯領域は、前記第１の光ディスクに光束を集光する場合と、前記第２の光ディスクに光束を集光する場合とで、前記位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる請求項１又は２に記載の対物レンズ光学系。
【請求項４】
光軸の半径位置を０％、前記第１の開口数の範囲の外縁の半径位置を１００％とした場合において、８０％以上１００％以内の半径位置に、前記光軸を含む前記輪帯領域を除く前記複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い前記輪帯領域がある請求項３に記載の対物レンズ光学系。
【請求項５】
前記収差補正用素子は、液晶素子と前記液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備え、
前記透明電極は、大きさの異なる複数の円形状に形成され、前記複数の透明電極は、光軸を同心として配置され、
前記複数の輪帯領域は、前記液晶素子が前記透明電極により分割されてなる領域である請求項３又は４に記載の対物レンズ光学系。
【請求項６】
前記第１の光ディスクと前記第２の光ディスクに集光される光束は、同一波長を有する請求項１乃至５の何れか一項に記載の対物レンズ光学系。
【請求項７】
第１の光ディスクに第１の開口数の範囲の光束を集光し、第２の光ディスクに前記第１の開口数よりも大きい第２の開口数の範囲の光束を集光する光ピックアップ光学系であって、
前記第１の開口数の範囲内において、前記第１の光ディスクに光束を集光する際の第１の球面収差と、前記第２の光ディスクに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、前記第１の球面収差の絶対値よりも、前記第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第１の非球面形状を有し、
前記第１の開口数の範囲の外縁側且つ前記第２の開口数の範囲内において、前記第２の光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する第２の非球面形状を有する光ピックアップ光学系。
【請求項８】
入射面と出射面の少なくとも一方に、前記第１の非球面形状及び前記第２の非球面形状を有する対物レンズを備え、
前記第１の非球面形状と前記第２の非球面形状との間の段差量ｄは、数式（１）を満たす請求項７に記載の光ピックアップ光学系。
｜ｄ｜＜λ／（Ｎ−１）・・・・・・（１）
ただし、λは、光束の波長、Ｎは、前記対物レンズの屈折率である。
【請求項９】
前記第１の球面収差と前記第２の球面収差とを補正する収差補正用素子を備え、
前記収差補正用素子は、複数の輪帯領域を有し、
前記複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、
前記輪帯領域は、前記第１の光ディスクに光束を集光する場合と、前記第２の光ディスクに光束を集光する場合とで、前記位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる請求項７又は８に記載の光ピックアップ光学系。
【請求項１０】
光軸の半径位置を０％、前記第１の開口数の範囲の外縁の半径位置を１００％とした場合において、８０％以上１００％以内の半径位置に、前記光軸を含む前記輪帯領域を除く前記複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い前記輪帯領域がある請求項９に記載の光ピックアップ光学系。
【請求項１１】
前記収差補正用素子は、液晶素子と前記液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備え、
前記透明電極は、大きさの異なる複数の円形状に形成され、前記複数の透明電極は、光軸を同心として配置され、
前記複数の輪帯領域は、前記液晶素子が前記透明電極により分割されてなる領域である請求項９又は１０に記載の光ピックアップ光学系。
【請求項１２】
前記第１の光ディスクと前記第２の光ディスクに集光される光束は、同一波長を有する請求項７乃至１１の何れか一項に記載の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、ＢＤ又はＨＤ−ＤＶＤ等の光ディスク装置における対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤと称する。）やＨＤＤＶＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ＤＶＤ；以下、ＨＤと称する。）などの高容量の光ディスクが開発されている。そして、光ディスクの高容量化に伴い、光ディスク装置に用いられる対物レンズ光学系により形成される光ディスク上のスポットの大きさも小さくなってきている。スポットの大きさは、光束の波長λに比例し、開口数（ＮＡ）に反比例する。そのため、ＢＤでは、他の光ディスクに比較してＮＡを大きくすることにより、スポットを小さくしている。例えば、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）のＮＡを表１に示す。
【表１】
2009252254.tif 000003
【０００３】
１つの対物レンズ光学系で異なる光ディスクに対応するためには、光ディスク間で発生する球面収差の差分を補正する必要がある。そこで、例えば、特許文献１には、対物レンズのレーザ光源側に液晶光学素子を設け、液晶光学素子により、異なる光ディスク間の球面収差の差分を補正する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−３３００８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、球面収差は、ＮＡの４乗と波長の−１乗、基板厚さの１乗に比例する。そのため、光ディスクの種類によっては、補正すべき球面収差の差分の増大を招く場合がある。その場合、特許文献１に記載の液晶光学素子により補正を行うと、高性能な液晶光学素子が必要となる。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、異なる２つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる対物レンズ光学系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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系は、第１の光ディスクに第１の開口数の範囲の光束を集光し、第２の光ディスクに前記第１の開口数よりも大きい第２の開口数の範囲の光束を集光する対物レンズ光学系であって、前記第１の開口数の範囲内において、前記第１の光ディスクに光束を集光する際の第１の球面収差と、前記第２の光ディスクに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、前記第１の球面収差の絶対値よりも、前記第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する第１の非球面形状を有し、前記第１の開口数の範囲の外縁側且つ前記第２の開口数の範囲内において、前記第２の光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する第２の非球面形状を有するものである。
【０００７】
本発明においては、第１の開口数の範囲内において、第１の球面収差と第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも、第２の球面収差の方が大きくなるような第１の非球面形状を有する。換言すれば、第１の開口数の範囲内では、第１の開口数の範囲内において、第２の光ディスクよりも第１の光ディスクに対してより良好に光束を集光する第１の非球面形状を有する。一方で、第１の開口数より外縁側且つ第２の開口数の範囲内において、第２の光ディスクに良好に光束を集光する第２の非球面形状を有する。これにより、第１の開口数の範囲内において、第２の球面収差が第１の球面収差より大きくなってしまった分を、第１の開口数の外縁側且つ第２の開口数の範囲内において補っている。したがって、本発明の対物レンズ光学系では、第１の開口数の範囲内と第１の開口数の外縁側且つ第２の開口数の範囲内との間で、第２の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第１の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる２つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
また、第１の開口数の外縁側且つ第２の開口数の範囲内を透過した光束は、第１の光ディスクにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、第１の光ディスク用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系及び光ピックアップ光学系の小型化を図ることができる。
【０００８】
また、入射面と出射面の少なくとも一方に、前記第１の非球面形状及び前記第２の非球面形状を有する対物レンズを備え、前記第１の非球面形状と前記第２の非球面形状との間の段差量ｄは、数式（１）を満たすことが好ましい。
｜ｄ｜＜λ／（Ｎ−１）・・・・・・（１）
ただし、λは、光束の波長、Ｎは、前記対物レンズの屈折率である。
これにより、第１の非球面形状と第２の非球面形状との間の段差量を低減することができ、対物レンズの製造を容易にすることができる。
【０００９】
さらに、前記第１の球面収差と前記第２の球面収差とを補正する収差補正用素子を備え、前記収差補正用素子は、複数の輪帯領域を有し、前記複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、前記輪帯領域は、前記第１の光ディスクに光束を集光する場合と、前記第２の光ディスクに光束を集光する場合とで、前記位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させることが好ましい。
【００１０】
これにより、輪帯領域は、一の輪帯領域を透過する光束と当該一の輪帯領域に隣接する他の輪帯領域を透過する光束との間に位相差を発生させる。そして、当該位相差により、異なる２つの光ディスクに発生する球面収差を低減することができる。
また、輪帯領域は、第１の光ディスクに光束を集光する場合と、第２の光ディスクに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。これにより、符号が反対である第１の球面収差と第２の球面収差とを好適に低減することができる。
【００１１】
さらに、また、光軸の半径位置を０％、前記第１の開口数の範囲の外縁の半径位置を１００％とした場合において、８０％以上１００％以内の半径位置に、前記光軸を含む前記輪帯領域を除く前記複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い前記輪帯領域があることが好ましい。
また、前記収差補正用素子は、液晶素子と前記液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備え、前記透明電極は、大きさの異なる複数の円形状に形成され、前記複数の透明電極は、光軸を同心として配置され、前記複数の輪帯領域は、前記液晶素子が前記透明電極により分割されてなる領域であることが好ましい。
【００１２】
球面収差を含む波面収差の形状（Ｗ（ρ））は、Ｗ（ρ）＝Ｗ４０ρ４＋Ｗ２０ρ２で表される。ここで、ρは、対物レンズの有効径を「１」として規格化した動径半径座標である。また、Ｗ４０は、球面収差を表すサイデルの収差係数である。また、Ｗ２０は、デフォーカス量を表すサイデルの収差係数である。デフォーカス量は、光ディスクに集光するスポットの焦点位置を変えることにより変化する。そのため、デフォーカス量は、実際上、フォーカスサーボのオフセットを可変させることにより制御することができる。
【００１３】
そして、液晶光学素子（収差補正用素子）により上述の波面収差の形状を有する波面収差を補正する場合、光軸を中心として同心円状に区分された輪帯毎に異なる位相シフト量を透過光に与える。これにより、所望するＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値（以下、Ｐ−Ｐ値と称する。）のＷｌｉｍｉｔの範囲内となるように波面収差の形状が折りたたまれるように、波面収差を補正する。このとき、波面収差の形状の傾きが大きいほど、液晶光学素子に形成する透明電極間の幅（即ち、輪帯領域の幅）が狭くなる。透明電極間の幅が狭いと、液晶光学素子に透明電極を形成するのが難しくなる。また、透明電極からの漏れ電界によって、所望の位相分布からの誤差が発生しやすくなる。
【００１４】
そこで、波面収差の形状の傾きの最大値が最も小さくなるように、デフォーカス量を制御することが望ましい。これにより、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。波面収差の形状の傾きは、上述のＷ（ρ）を１次微分することにより得られる。従って、上述のＷ（ρ）の１次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となるデフォーカス量において、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。そして、Ｗ（ρ）の１次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる場合、波面収差の形状は、光軸の半径位置を０％、第１の開口数の範囲の外縁の半径位置を１００％とした場合において、８０％以上１００％以内の半径位置に極値がある形状となる。波面収差が極値となる位置において、波面収差の形状の傾きが最も小さい。そのため、波面収差が極値となる位置において、透明電極間の幅も当該位置近傍で最も広く、極大となる。換言すれば、８０％以上１００％以内の半径位置に、隣接する内側の輪帯領域より幅の広い輪帯領域が少なくとも１つ存在することになる。従って、８０％以上１００％以内の半径位置に隣接輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
【００１５】
通常、収差補正量をなるべく小さくするため、波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値が最小となるようにデフォーカス量を制御する。このとき、Ｗ２０＝−Ｗ４０であり、ρ＝（√２）／２≒０．７より、波面収差のＲＭＳ値が最小となるデフォーカス量が得られる場合の波面収差が極値となる位置は、約７０％の半径位置である。従って、波面収差のＲＭＳ値が最小となる場合、約７０％の半径位置に、幅が極大の輪帯領域が位置する。
よって、７０％の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合よりも、８０％以上１００％未満の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合の方が、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
【００１６】
また、液晶光学素子と対物レンズとの間の軸ずれに対する残留収差は、波面収差の１次微分と軸ずれとの積に比例する。透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量では、波面収差の１次微分の最大値が最小となっている。従って、そのため、透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量において、軸ずれに対する残留収差は最小となる。従って、透明電極間の幅を広くすると、液晶光学素子と対物レンズとの間に軸ずれが生じた場合のコマ収差の発生を最小限に抑えることができる。換言すれば、８０％以上１００％未満の半径位置に隣接内側の輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、軸ずれによる残留収差の発生を低減することができる。
【００１７】
さらに、前記第１の光ディスクと前記第２の光ディスクに集光される光束は、同一波長を有することが好ましい。
これにより、同一波長の光束を異なる２つの光ディスクに集光する場合においても球面収差をより好適に補正することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、異なる２つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明の実施の形態では、第１の光ディスクとして、ＨＤを例示し、第２の光ディスクとしてＢＤを例示して説明する。
本発明の実施の形態にかかる対物レンズ光学系１０を図１に示す。対物レンズ光学系１０は、図１に示すように、液晶光学素子（収差補正用素子）１、対物レンズ２等を備えている。
また、対物レンズ２は、液晶光学素子１と光ディスク３との間に配置されている。
【００２０】
対物レンズ光学系１０は、ＨＤのＮＡ（第１の開口数）の範囲の光束をＨＤに集光し、ＢＤのＮＡ（第２の開口数）の範囲の光束をＢＤに集光する。なお、ＢＤのＮＡはＨＤのＮＡよりも大きい。具体的には、ＢＤのＮＡは０．８５であり、ＨＤのＮＡは０．６５である。
そして、対物レンズ光学系１０は、ＨＤのＮＡの範囲内において第１の非球面形状を有し、ＨＤのＮＡの範囲の外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内において第２の非球面形状を有している。
【００２１】
第１の非球面形状は、ＨＤに光束を集光する際の第１の球面収差とＢＤに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状である。
第２の非球面形状は、ＢＤに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状である。
具体的には、対物レンズ光学系１０における対物レンズ２の入射面と出射面の少なくとも一方に第１の非球面形状及び第２の非球面形状が形成されている。
【００２２】
図２に、ＢＤ専用対物レンズを用いてＢＤ及びＨＤに光束を集光する際に発生する球面収差を示す。また、図３に、ＨＤのＮＡの範囲内においてＢＤの基板厚とＨＤの基板厚との中間の基板厚を有する光ディスクに光束を良好に集光し、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内においてＢＤに光束を良好に集光する折衷対物レンズを用いてＢＤ及びＨＤに光束を集光する際に発生する球面収差を示す。図２及び図３において、太い実線がＢＤに光束を集光する際の球面収差を表し、細い実線がＨＤに光束を集光する際の球面収差を表す。また、図２及び図３において、縦軸が波面収差を示し、横軸がＮＡを示す。
【００２３】
図２に示すように、ＢＤ専用対物レンズを用いてＨＤに光束を集光すると、４λ以上の大きな球面収差が発生する。一方、折衷対物レンズを用いてＨＤ及びＢＤに光束を集光すると、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＨＤとＢＤの両方で、絶対値が約２λで符号が反対の球面収差が発生する。
液晶光学素子を用いて折衷対物レンズを用いてＨＤに光束を集光する際の球面収差を補正する場合、折衷対物レンズを用いてＢＤに光束を集光する際の球面収差を補正する際に透明電極に印加する電圧と符号が反対で絶対値が等しい電圧を透明電極に印加すればよい。従って、折衷対物レンズを用いることにより、液晶光学素子の透明電極に印加する電圧の絶対値を、ＢＤ専用対物レンズを用いる場合の約半分に低減することができる。これにより、液晶光学素子に形成する透明電極間の幅を広くすることができる。そのため、液晶光学素子の製造をより容易にすることができる。
【００２４】
しかし、当該折衷対物レンズを用いてＨＤに光束を集光した際に発生する球面収差は液晶光学素子を用いても十分に低減することができない。例えば、液晶光学素子を用いて、当該折衷対物レンズを用いてＢＤに光束を集光した際に発生する球面収差を低減させると、ＲＭＳ波面収差は約２５ｍλとなり、十分に球面収差を低減することができる。一方、液晶光学素子を用いて、当該折衷対物レンズを用いてＨＤに光束を集光した際に発生する球面収差を低減させると、ＲＭＳ波面収差は約３３ｍλとなり、十分に球面収差を低減することができない。
【００２５】
そこで、本発明にかかる対物レンズ２において、第１の非球面形状は、ＨＤの基板厚（０．６ｍｍ）とＢＤの基板厚（０．１ｍｍ）との間の所定の基板厚を有する光ディスクに対して光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状とした。より具体的には、所定の基板厚とは、ＨＤの基板厚とＢＤの基板厚との中間の基板厚（０．３５ｍｍ）よりもＨＤの基板厚に近い基板厚である。
即ち、第１の非球面形状は、ＨＤとＢＤとの中間の基板厚よりもＨＤの基板厚に近い基板厚を有する光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状である。これは、第１の非球面形状が、ＨＤに光束を集光する際の第１の球面収差とＢＤに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状であることと同じである。
【００２６】
これにより、ＨＤのＮＡの範囲内において、第２の球面収差が第１の球面収差より大きくなってしまった分を、ＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内において補っている。したがって、対物レンズ光学系１０では、ＨＤのＮＡの範囲内と、ＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内との間で、第２の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第１の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる２つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
【００２７】
また、ＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内を透過した光束は、ＨＤにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、ＨＤ用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系１０及び光ピックアップ光学系１００の小型化を図ることができる。
通常、開口制限は、光束の波長の違いに基づいて、ダイクロックフィルターを用いて行う。しかし、ＢＤとＨＤとでは、光束の波長が同じであるため、ダイクロックフィルターを用いて開口制限を行うことができない。そのため、開口制限を行う素子をＨＤに光束を集光させる場合にのみ光学系に挿入する駆動装置を用いる必要がある。しかし、対物レンズ２のＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内の面形状をＢＤに光束を良好に集光する非球面形状とすることにより、開口制限を行う必要がなくなる。従って、対物レンズ２を用いる当該効果は、ＢＤ及びＨＤに光束を集光する対物レンズ光学系１０及び光ピックアップ光学系１００の小型化において、特に有効である。
【００２８】
図４に、折衷対物レンズの半分の部分の側面図を示す。図４に示すように、通常、対物レンズに、第１の非球面形状及び第２の非球面形状を形成すると、第１の非球面形状と第１の非球面形状との間に段差部が生じる。この段差部の段差量が大きいと、段差部に光束が入射するため、光束の利用効率が低下する。また、対物レンズの製造が困難となる。対物レンズの材料としてガラス素材を用いた場合、段差部が割れ等の原因となり、製造の困難性は顕著となる。また、製造誤差により段差部が丸まった形状となると、当該段差部に光束が入射することによって光量が低下する。また、当該段差部に光束が入射すると不要光が発生し、光ピックアップ装置の信号性能（Ｓ／Ｎ）が劣化してしまう。
【００２９】
そのため、対物レンズ２において、第１の非球面形状と第２の非球面形状との間の段差量ｄは、数式（１）を満たすことが好ましい。
｜ｄ｜＜λ／（Ｎ−１）・・・・・・（１）
ここで、λは、ＮＡがより大きい光ディスクに用いられる光束の波長であり、本実施形態では、４０５ｎｍである。また、Ｎは、ＮＡがより大きい光ディスクに用いられる光束の波長における対物レンズ２の屈折率である。
【００３０】
通常、第１の非球面形状と第２の非球面形状とを対物レンズ２に形成すると、段差量ｄの絶対値は、λ／（Ｎ−１）より大きくなる。段差量がλ／（Ｎ−１）である段差部は、段差部の内側を透過した光束の位相と段差部の外側を透過した光束の位相を１λ変化させる。従って、段差部の段差量を変化させることは、ＨＤのＮＡの範囲内を透過する光束と、ＨＤのＮＡの範囲外を透過する光束との位相差を変化させることになる。
【００３１】
ここで、像面上の光量分布と、瞳面上の波面収差の位相成分との関係について説明する。
像面上の光量分布は、像面上の光波の振幅Ｅ（ｘ、ｙ）の２乗で表される。そして、像面上の光波の振幅Ｅ（ｘ、ｙ）は、瞳関数Ｐ（ｘ、ｙ）のフーリエ変換で表される。具体的には、像面上の光波の振幅Ｅ（Ｘ、Ｙ）は、数式（２）で表される。
E（Ｘ、Ｙ）＝∬P（ｘ、ｙ）×exp｛−iｋ（ｘX+ｙY）｝ｄXｄY
・・・・・・（２）
数式（２）において、ｉは虚数、ｋは波数、（ｘ、ｙ）は瞳面上の座標、（Ｘ、Ｙ）は像面上の座標である。なお、数式（２）において、定数項は省略している。
【００３２】
また、瞳関数Ｐ（ｘ、ｙ）は、波面収差Ｗ（ｘ、ｙ）を用いて表される。具体的には、瞳関数Ｐ（ｘ、ｙ）は、数式（３）で表される。
P（ｘ、ｙ）＝A（ｘ、ｙ）×exp｛i2π／λ×W（ｘ、ｙ）｝・・・・・・（３）
数式（３）において、Ａ（ｘ、ｙ）は瞳面の振幅透過率、Ｗ（ｘ、ｙ）は波面収差、λは波長である。
即ち、瞳関数Ｐ（ｘ、ｙ）のexp｛i2π／λ×W（ｘ、ｙ）｝は、波面収差Ｗ（ｘ、ｙ）の位相成分と関係がある。例えば、W（ｘ、ｙ）＝ｍλ＋Δλ（ｍは整数、｜Δλ｜＜０．５λ）と置くと、W（ｘ、ｙ）＝ｍλ＋Δλ＝Δλとなる。即ち、波面収差の位相成分は、±０．５λの範囲内で表すことができる。従って、瞳関数Ｐ（ｘ、ｙ）は、数式（４）、（５）で表すことができる。
P（ｘ、ｙ）＝A（ｘ、ｙ）×exp｛i2π（ｍλ+Δλ）／λ｝・・・・・・（４）
P（ｘ、ｙ）＝A（ｘ、ｙ）×exp｛i2πΔλ／λ｝・・・・・・（５）
【００３３】
即ち、波面収差の位相成分をｍλ変化させても、瞳関数Ｐ（ｘ、ｙ）は変化しない。波面収差の位相成分をｍλ変化させると、波面収差の位相成分は、±０．５λの範囲内となる。これは、数式（１）を満たすように段差量ｄを変化させることと等しい。従って、数式（１）を満たすように段差量ｄを変化させても、瞳関数Ｐ（ｘ、ｙ）は変化しない。換言すれば、数式（１）を満たすように段差量を変化させても、像面上の光量分布は変化しない。
【００３４】
また、液晶光学素子１は、液晶素子と当該液晶素子を駆動する複数の透明電極とを備えている。複数の透明電極は、大きさの異なる円形状に形成されている。また、複数の透明電極は、液晶光学素子１の光軸を同心として配置されている。そして、液晶素子は、当該複数の透明電極により、複数の輪帯領域に分割されている。
【００３５】
液晶光学素子１のＨＤのＮＡの範囲内に形成された複数の輪帯領域は、一の輪帯領域を透過する光束と、当該一の輪帯領域に隣接する他の輪帯領域を透過する光束との間に、位相差を発生させる。
また、液晶光学素子１のＨＤのＮＡの範囲内に形成された複数の輪帯領域は、ＨＤに光束を集光する場合と、ＢＤに光束を集光する場合とで、当該位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。
【００３６】
ここで、液晶光学素子１の光軸の半径位置を０％とし、ＨＤのＮＡの外縁の半径位置を１００％とする。そして、液晶光学素子１において、光軸を含む輪帯領域を除く複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い輪帯領域が、８０％以上１００％以内の半径位置に位置する。
球面収差を含む波面収差の形状（Ｗ（ρ））は、Ｗ（ρ）＝Ｗ４０ρ４＋Ｗ２０ρ２で表される。ここで、ρは、対物レンズの有効径を「１」として規格化した動径半径座標である。また、Ｗ４０は、球面収差を表すサイデルの収差係数である。また、Ｗ２０は、デフォーカス量を表すサイデルの収差係数である。デフォーカス量は、光ディスクに集光するスポットの焦点位置を変えることにより変化する。そのため、デフォーカス量は、実際上、フォーカスサーボのオフセットを可変させることにより制御することができる。
【００３７】
そして、液晶光学素子１により上述の波面収差の形状を有する波面収差を補正する場合、光軸を中心として同心円状に区分された輪帯毎に異なる位相シフト量を透過光に与える。これにより、所望するＰｅａｋ  ｔｏ  Ｐｅａｋ値（以下、Ｐ−Ｐ値と称する。）のＷｌｉｍｉｔの範囲内となるように波面収差の形状が折りたたまれるように、波面収差を補正する。このとき、波面収差の形状の傾きが大きいほど、液晶光学素子１に形成する透明電極間の幅（即ち、輪帯領域の幅）が狭くなる。透明電極間の幅が狭いと、液晶光学素子１に透明電極を形成するのが難しくなる。また、透明電極からの漏れ電界によって、所望の位相分布からの誤差が発生しやすくなる。
【００３８】
そこで、波面収差の形状の傾きの最大値が最も小さくなるように、デフォーカス量を制御することが望ましい。これにより、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。波面収差の形状の傾きは、上述のＷ（ρ）を１次微分することにより得られる。従って、上述のＷ（ρ）の１次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となるデフォーカス量において、透明電極間の幅をなるべく広くすることができる。そして、Ｗ（ρ）の１次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる場合、波面収差の形状は、光軸の半径位置を０％、ＨＤのＮＡの外縁の半径位置を１００％とした場合において、８０％以上１００％以内の半径位置に極値がある形状となる。波面収差が極値となる位置において、波面収差の形状の傾きが最も小さい。そのため、波面収差が極値となる位置において、透明電極間の幅も当該位置近傍で最も広く、極大となる。換言すれば、８０％以上１００％以内の半径位置に、隣接する内側の輪帯領域より幅の広い輪帯領域が少なくとも１つ存在することになる。従って、８０％以上１００％以内の半径位置に隣接輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
【００３９】
通常、収差補正量をなるべく小さくするため、波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値が最小となるようにデフォーカス量を制御する。このとき、Ｗ２０＝−Ｗ４０であり、ρ＝（√２）／２≒０．７より、波面収差のＲＭＳ値が最小となるデフォーカス量が得られる場合の波面収差が極値となる位置は、約７０％の半径位置である。従って、波面収差のＲＭＳ値が最小となる場合、約７０％の半径位置に、幅が極大の輪帯領域が位置する。
よって、７０％の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合よりも、８０％以上１００％未満の半径位置に幅が極大の輪帯領域が位置する場合の方が、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
【００４０】
次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００について図５を参照しながら説明する。
図５に示すように、光ピックアップ光学系１００は、レーザ光源１０１、コリメータレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、対物レンズ光学系１０、アクチュエータ１０４、ホログラム光学素子１０５、検出用集光レンズ１０６、光検出器１０７、オートフォーカス／トラッキング回路１０８、ＲＦ回路１０９、液晶駆動回路１１０等を有している。
【００４１】
図５に示すように、対物レンズ光学系１０は、液晶光学素子１、対物レンズ２などを有している。また、液晶光学素子１と対物レンズ２とは、アクチュエータ１０４により一体的に保持されている。そして、液晶光学素子１と対物レンズ２とは、アクチュエータ１０４により一体的に駆動される。
【００４２】
アクチュエータ１０４は、対物レンズ光学系１０を高速且つ高精度に駆動するための機構を有している。また、アクチュエータ１０４は、対物レンズ２の光軸方向と、当該光軸方向に対して垂直な方向との２軸に沿って、対物レンズ光学系１０を移動させる。これにより、アクチュエータ１０４は、対物レンズ光学系１０をデフォーカスさせる。また、アクチュエータ１０４は、対物レンズ２によって形成される光スポットの光ディスク３上における位置を制御する。
【００４３】
レーザ光源１０１から出射された光束（入射光）は、コリメータレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、液晶光学素子１、対物レンズ２を透過して、光ディスク３に入射する。また、光ディスク３から反射された光束（反射光）は、対物レンズ２及び液晶光学素子１を透過した後、ホログラム光学素子１０５に入射する。
【００４４】
ホログラム光学素子１０５は、光ディスク３から反射された反射光を、オートフォーカス／トラッキングサーボ成分とＲＦ成分とに分離する。
ホログラム光学素子１０５を透過した反射光は、検出用集光レンズ１０６により集光され、光検出器１０７において検出され、電気信号に変換される。
光検出器１０７により検出されたオートフォーカス／トラッキング成分信号は、オートフォーカス／トラッキング回路１０８に入力される。オートフォーカス／トラッキング回路１０８は、オートフォーカス／トラッキング成分信号に基づいて制御信号を出力する。そして、オートフォーカス／トラッキング回路１０８から出力された制御信号に基づいて、アクチュエータ１０４が制御される。例えば、オートフォーカス／トラッキング回路１０８は、上述のＷ（ρ）の１次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となるように、アクチュエータ１０４を制御する。
【００４５】
光検出器１０７により検出されたＲＦ成分信号は、ＲＦ回路１０９に入力される。ＲＦ回路１０９は、ＲＦ成分信号に基づいてＲＦ信号を出力する。
また、液晶駆動回路１１０は、液晶光学素子１の透明電極に駆動信号を入力する。
【００４６】
以上に説明した本発明の実施の形態にかかる対物レンズ光学系１０及び光ピックアップ光学系１００によれば、ＨＤのＮＡの範囲内において、第１の球面収差と第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも、第２の球面収差の方が大きくなるような第１の非球面形状を有する。換言すれば、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＢＤよりもＨＤに対してより良好に光束を集光する第１の非球面形状を有する。一方で、ＨＤのＮＡより外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内において、ＢＤに良好に光束を集光する第２の非球面形状を有する。これにより、ＨＤのＮＡの範囲内において、第２の球面収差が第１の球面収差より大きくなってしまった分を、ＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内において補っている。したがって、本実施形態にかかる対物レンズ光学系１０では、ＨＤのＮＡの範囲内とＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内との間で、第２の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第１の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる２つの光ディスク３に対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
また、ＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内を透過した光束は、ＨＤにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、ＨＤ用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系１０及び光ピックアップ光学系１００の小型化を図ることができる。
【００４７】
また、第１の非球面形状と第２の非球面形状との間の段差量ｄは、数式（１）を満たすことが好ましい。
｜ｄ｜＜λ／（Ｎ−１）・・・・・・（１）
ただし、λは、光束の波長、Ｎは、対物レンズ２の屈折率である。
これにより、第１の非球面形状と第２の非球面形状との間の段差量を低減することができ、対物レンズ２の製造を容易にすることができる。
【００４８】
さらに、複数の輪帯領域は、隣接する輪帯領域を透過する光束に位相差を発生させ、輪帯領域は、ＨＤに光束を集光する場合と、ＢＤに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。
これにより、輪帯領域は、一の輪帯領域を透過する光束と当該一の輪帯領域に隣接する他の輪帯領域を透過する光束との間に位相差を発生させる。そして、当該位相差により、異なる２つの光ディスク３に発生する球面収差を低減することができる。
また、輪帯領域は、ＨＤに光束を集光する場合と、ＢＤに光束を集光する場合とで、位相差の符号を変えて、当該位相差を発生させる。これにより、符号が反対である第１の球面収差と第２の球面収差とを好適に低減することができる。
【００４９】
さらに、また、光軸の半径位置を０％、ＨＤのＮＡの範囲の外縁の半径位置を１００％とした場合において、８０％以上１００％以内の半径位置に、光軸を含む輪帯領域を除く複数の輪帯領域のうち、最も輪帯幅が広い輪帯領域がある。
これにより、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
【００５０】
また、液晶光学素子と対物レンズとの間の軸ずれに対する残留収差は、波面収差Ｗ（ρ）の１次微分と軸ずれとの積に比例する。透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量では、波面収差の１次微分の最大値が最小となっている。従って、そのため、透明電極間の幅をなるべく広くするデフォーカス量において、軸ずれに対する残留収差は最小となる。従って、透明電極間の幅を広くすると、液晶光学素子と対物レンズとの間に軸ずれが生じた場合のコマ収差の発生を最小限に抑えることができる。換言すれば、８０％以上１００％未満の半径位置に隣接内側の輪帯領域より幅が広い輪帯領域が位置する場合、軸ずれによる残留収差の発生を低減することができる。
【００５１】
なお、液晶光学素子１は、所定の偏光方向にのみ作用するように配置される。従って、光ディスク３上の円偏光の光スポットを形成するために、液晶光学素子１の光ディスク３との間に１／４波長板を配置してもよい。また、光ディスク３上で入射光が反射される際、偏光方向が９０°回転する。そのため、入射光の偏光方向に対して作用する液晶光学素子１は、反射光の偏光方向に対して作用することができない。そのため、液晶素子の配向方向が互いに直交するように、液晶光学素子１を２つ配置してもよい。また、液晶光学素子１に、液晶素子の配向方向が互いに直交する液晶層を２層備えてもよい。
また、それぞれの輪帯領域内において光束に与える位相シフト量を同一としたが、輪帯領域内において光束に与える位相シフト量を変化させてもよい。例えば、高抵抗の透明電極を用いることにより、当該透明電極の抵抗の電圧降下を利用して、輪帯領域内において光束に与える位相シフト量に勾配をもたせてもよい。
【００５２】
［実施例１］
実施例１にかかる光ピックアップ光学系は、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対して光束を集光する。図６に示す表に、各光ディスクの使用波長、ＮＡ、透明基板厚、透明基板の屈折率を示す。また、図７に示す表に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す。図７に示す表おいて、対物レンズ面１とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、対物レンズ面２とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図８に示す表に、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤに用いられる光束に対する実施例１にかかる対物レンズの屈折率と、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの透明基板の屈折率とを示す。また、図９に示す表に、実施例１にかかる対物レンズの面形状データを示す。図９に示す表において、Ｒ１とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、Ｒ２とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図９に示す表において、Ｒ１の欄の紙面に向かって左側の列は、ＨＤのＮＡ（０．６５）の範囲内の非球面形状（第１の非球面形状）を規定する面形状データであり、右側の列は、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の非球面形状（第２の非球面形状）を規定する面形状データである。
【００５３】
実施例１にかかる対物レンズの面形状は、以下の数式（６）と図９に示す面形状データによって規定される。
【数６】
2009252254.tif 000004
数式（６）において、ｚは非球面サグ量、ｋはコーニックコンスタント、ｃは曲率、ｒは光軸からの光線高さ、α１、α２、・・・α８は１次から１６次までの非球面係数、Ｚｓｈｉｆｔは各非球面を光軸まで延長した場合における当該非球面と光軸との交点と、最も内側の非球面と光軸との交点との距離（光軸上シフト量）である。
【００５４】
そして、実施例１にかかる対物レンズは、数式（６）と図９に示す面形状データによって規定されることにより、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＨＤとＢＤとの中間の基板厚よりもＨＤの基板厚に近い基板厚を有する光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状を有する。
換言すれば、実施例１にかかる対物レンズは、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＨＤに光束を集光する際の第１の球面収差とＢＤに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状（第１の非球面形状）を有する。
また、実施例１にかかる対物レンズは、数式（６）と図９に示す面形状データによって規定されることにより、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内において、ＢＤに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状（第２の非球面形状）を有する。
【００５５】
図１０、図１１に、液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ（図１０（ａ））、ＨＤ（図１０（ｂ））、ＤＶＤ（図１１（ａ））、ＣＤ（図１１（ｂ））に光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図１０、図１１において、縦軸に波面収差を示し、横軸にＮＡを示す。
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１にかかる対物レンズのレーザ光源側の面は、ＨＤのＮＡ（０．６５）の範囲内において、ＨＤに光束を集光する際の第１の球面収差とＢＤに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状を有していることがわかる。
【００５６】
なお、通常、球面収差のＲＭＳ波面収差が最小となる位置にデフォーカスを行うが、実施例１では、Ｗ（ρ）の１次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる位置にデフォーカスされている。
【００５７】
図１２に示す表に、実施例１にかかる液晶光学素子に形成される輪帯領域の位置（輪帯位置）を示す。図１２に示す表において、輪帯の光線高さの低い方の輪帯位置を「内側」とし、輪帯の光線高さの高い方の輪帯位置を「外側」とする。また、図１３、図１４に、図１０、図１１に示す球面収差を補正するために、液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示す。図１３、図１４において、縦軸が位相シフト量を示し、横軸にＮＡを示す。また、図１５、図１６に、液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ（図１５（ａ））、ＨＤ（図１５（ｂ））、ＤＶＤ（図１６（ａ））、ＣＤ（図１６（ｂ））に光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図１５、図１６において、縦軸に波面収差を示し、横軸にＮＡを示す。また、図１７に示す表に、液晶光学素子による補正を行なって、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤに光束を集光した際のＲＭＳ波面収差を示す。
【００５８】
図１２、図１３、図１４に示すように、実施例１にかかる液晶光学素子では、光軸を含む輪帯領域及びＨＤのＮＡの範囲外の輪帯領域を除いて、輪帯Ｎｏ．４４の輪帯領域の幅が最も広くなっている。また、輪帯Ｎｏ．４４の輪帯領域は、ＨＤのＮＡに対して８３−９５％の位置に配置されている。換言すれば、光軸の半径位置を０％とし、ＨＤのＮＡの外縁の半径位置を１００％とした場合に、光軸を含む輪帯領域を除いて、８０％以上１００％以内の半径位置に位置する輪帯領域の幅が最も広くなっている。これにより、透明電極間の最短幅をなるべく広くすることができる。
【００５９】
また、図１５、図１６、図１７に示すように、実施例１にかかる光ピックアップ光学系は、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの全てに対して光束を良好に集光することができる。具体的には、実施例１にかかる光ピックアップ光学系は、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤのＲＭＳ波面収差を３１ｍλ以下に低減することができた。即ち、実施例１にかかる光ピックアップ光学系は、マレシャルの評価基準であるＲＭＳ波面収差７０ｍλ以下を十分に達成することができ、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの互換を実現することができた。
【００６０】
実施例１にかかる対物レンズは、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＢＤよりもＨＤに対してより良好に光束を集光する非球面形状を有し、ＨＤのＮＡより外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内において、ＢＤに良好に光束を集光する非球面形状を有する。これにより、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＢＤに光束を集光させる際に発生する球面収差（第２の球面収差）がＨＤに光束を集光させる際に発生する球面収差（第１の球面収差）より大きくなってしまった分を、ＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内において補っている。従って、実施例１にかかる対物レンズは、ＨＤのＮＡの範囲内とＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内との間で、第２の球面収差の発生のバランスを取ることにより、第１の球面収差をさらに低減することができる。これにより、異なる２つの光ディスクに対して光束を集光する際に発生する球面収差をより好適に補正できる。
【００６１】
また、ＨＤのＮＡの外縁側且つＢＤのＮＡの範囲内を透過した光束は、ＨＤにおいて大きな球面収差を有するため、フレア化した光束となる。そのため、ＨＤ用の開口制限を行う部品を省略することができる。これにより、部品点数を削減することができ、対物レンズ光学系１０及び光ピックアップ光学系の小型化を図ることができる。
【００６２】
［実施例２］
実施例２にかかる光ピックアップ光学系は、液晶光学素子により光束に与える位相シフト量のみが、実施例１にかかる光ピックアップ光学系と異なる。従って、実施例２にかかる光ピックアップ光学系は、実施例１にかかる光ピックアップ光学系１と同一の構成を有する。
図１８、図１９に、図１０、図１１に示す球面収差を補正するために、実施例２にかかる液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示す。図１８、図１９において、縦軸が位相シフト量を示し、横軸にＮＡを示す。
【００６３】
図１８、図１９に示すように、実施例２にかかる液晶光学素子では、光束に与える位相シフト量が−０．５λ〜０．５λとなるように、実施例１にかかる液晶光学素子により光束に与えた位相シフト量からｍλ（ｍは整数）を差し引いた。
液晶光学素子により光束に与える位相シフト量は、液晶層の厚さが大きいほど、大きくなる。従って、実施例２にかかる液晶光学素子では、光束に与える位相シフト量が−０．５λ以上０．５λ以下となるように抑えられているため、液晶光学素子の液晶層を薄くすることができる。これにより、液晶光学素子の低重量化、低コスト化を図ることができる。
また、液晶光学素子の応答速度は、液晶層の厚さが厚いと、遅くなる。液晶層の厚さが厚いと、特に、低温時の動作環境が悪化する。従って、実施例２にかかる液晶光学素子の液晶層は薄くすることができ、液晶光学素子の高性能化を図ることができる。
【００６４】
［実施例３］
実施例３にかかる光ピックアップ光学系は、対物レンズのＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の面形状のみが、実施例１及び２にかかる光ピックアップ光学系と異なる。
図２０に示す表に、実施例３にかかる対物レンズの面形状データを示す。図２０に示す表において、Ｒ１とは、対物レンズのレーザ光源側の面であり、Ｒ２とは、対物レンズの光ディスク側の面である。また、図２０に示す表において、Ｒ１の欄の紙面に向かって左側の列は、ＨＤのＮＡ（０．６５）の範囲内の非球面形状（第１の非球面形状）を規定する面形状データであり、右側の列は、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の非球面形状（第２の非球面形状）を規定する面形状データである。
実施例３にかかる対物レンズの面形状は、数式（６）と図２０に示す面形状データによって規定される。
【００６５】
実施例３にかかる対物レンズは、数式（６）と図２０に示す面形状データによって規定されることにより、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＨＤとＢＤとの中間の基板厚よりもＨＤの基板厚に近い基板厚を有する光ディスクに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状を有する。
換言すれば、実施例３にかかる対物レンズは、ＨＤのＮＡの範囲内において、ＨＤに光束を集光する際の第１の球面収差とＢＤに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状（第１の非球面形状）を有する。
また、実施例３にかかる対物レンズは、数式（６）と図２０に示す面形状データによって規定されることにより、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内において、ＢＤに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状（第２の非球面形状）を有する。
【００６６】
実施例１及び２にかかる対物レンズのレーザ光源側の面には、ＨＤのＮＡに相当する位置に段差部が形成されてしまう。換言すれば、実施例１及び２にかかる対物レンズでは、ＨＤのＮＡの範囲内の非球面形状（第１の非球面形状）と、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の非球面形状（第２の非球面形状）との間に段差部が生じてしまう。実施例１及び実施例２において、当該段差部の段差量は、４．６６μｍである。数式（１）より、λ／（Ｎ−１）＝０．７３２μｍであるため、この段差量は、位相１λに相当する段差量より大きい。段差量が大きいと、対物レンズの製造が困難となったり、破損しやすくなったりする。また、段差部において光量損失が生じるため、好ましくない。
【００６７】
これに対し、実施例３にかかる対物レンズでは、ＨＤのＮＡの範囲内の非球面形状（第１の非球面形状）と、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の非球面形状（第２の非球面形状）との間の段差部の段差量が小さくなるように、対物レンズの面形状を設計した。具体的には、第１の非球面形状と第２の非球面形状との間の段差部の段差量をｄとすると、以下の数式（１）を満たすように、実施例３にかかる対物レンズの面形状を設計した。
｜ｄ｜＜λ／（Ｎ−１）・・・・・・（１）
【００６８】
具体的には、図９に示すように、実施例１及び２にかかる対物レンズでは、光線高さ１．１５〜１．５ｍｍの部分（ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の部分）のＺｓｈｉｆｔが０となっている。これに対し、図２０に示すように、実施例３にかかる対物レンズでは、光線高さ１．１５〜１．５ｍｍの部分（ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の部分）のＺｓｈｉｆｔが約０．０１７ｍｍとなっている。これにより、実施例３にかかる対物レンズでは、第１の非球面形状と第２の非球面形状との間の段差部の段差量を略０としている。
これにより、実施例３にかかる光ピックアップ光学系では、対物レンズの製造をより容易にするとともに、段差部に光束が入射することによる光量損失を防止している。
【００６９】
また、図２０に示すように、実施例３にかかる対物レンズでは、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の部分のＺｓｈｉｆｔを変化させたことに伴って、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内の面形状データも、実施例１及び実施例２にかかる対物レンズと異なっている。具体的には、実施例３にかかる対物レンズは、ＨＤのＮＡの範囲外且つＢＤのＮＡの範囲内において、ＢＤに光束を集光する際の球面収差を低減する非球面形状を有する。
【００７０】
図２１、図２２に、液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例３にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ（図２１（ａ））、ＨＤ（図２１（ｂ））、ＤＶＤ（図２２（ａ））、ＣＤ（図２２（ｂ））に光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図２１、２２において、縦軸に波面収差を示し、横軸にＮＡを示す。
図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例３にかかる対物レンズのレーザ光源側の面は、ＨＤのＮＡ（０．６５）の範囲内において、ＨＤに光束を集光する際の第１の球面収差とＢＤに光束を集光する際の第２の球面収差との符号が異なり、第１の球面収差の絶対値よりも第２の球面収差の絶対値の方が大きくなるように光束を集光する非球面形状を有していることがわかる。
なお、実施例１及び２と同様に、実施例３では、Ｗ（ρ）の１次微分により得られる値の絶対値の最大値が最小となる位置にデフォーカスされている。
【００７１】
図２３、２４に、液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例３にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示す。また、図２３、２４において、縦軸に波面収差を示し、横軸にＮＡを示す。
図２３、２４に示すように、実施例３にかかる光ピックアップ光学系は、実施例１及び実施例２と同様に、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの全てに対して光束を良好に集光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明にかかる対物レンズ光学系の一例を示したものである。
【図２】ＢＤ専用対物レンズを用いてＢＤ及びＨＤに光束を集光する際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図３】折衷対物レンズを用いてＢＤ及びＨＤに光束を集光する際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図４】折衷対物レンズの半分の部分の側面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系の一例を示したものである。
【図６】各光ディスクの使用波長、ＮＡ、透明基板厚、透明基板の屈折率を示す表である。
【図７】実施例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す表である。
【図８】実施例１にかかる対物レンズの屈折率と、ＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの透明基板の屈折率とを示す表である。
【図９】実施例１にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。
【図１０】液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ、ＨＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図１１】液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＤＶＤ、ＣＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図１２】実施例１にかかる液晶光学素子に形成される輪帯領域の位置（輪帯位置）を示す表である。
【図１３】図１０に示す球面収差を補正するために、液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示すグラフである。
【図１４】図１１に示す球面収差を補正するために、液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示すグラフである。
【図１５】液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ、ＨＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図１６】液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＤＶＤ、ＣＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図１７】、液晶光学素子による補正を行なって、実施例１にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ、ＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤに光束を集光した際のＲＭＳ波面収差を示す表である。
【図１８】図１０に示す球面収差を補正するために、実施例２にかかる液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示すグラフである。
【図１９】図１１に示す球面収差を補正するために、実施例２にかかる液晶光学素子において、当該液晶光学素子を透過する光束に与える位相シフト量を示すグラフである。
【図２０】実施例３にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。
【図２１】液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例３にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ、ＨＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図２２】液晶光学素子による補正を行なっていない場合に、実施例３にかかる光ピックアップ光学系によってＤＶＤ、ＣＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図２３】液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例３にかかる光ピックアップ光学系によってＢＤ、ＨＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【図２４】液晶光学素子による補正を行なった場合に、実施例３にかかる光ピックアップ光学系によってＤＶＤ、ＣＤに光束を集光した際に発生する球面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１  液晶光学素子（収差補正用素子）
２  対物レンズ
１０  対物レンズ光学系
１００  光ピックアップ光学系
【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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