(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光情報記録媒体の情報記録面上にレーザー光源からの光束を透明基板を介して光スポットとして集光させ、前記情報記録面上に情報を記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置において、
第１の透明基板の厚みをｔ1、第２の透明基板の厚みをｔ2、第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための集光光学系の光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ１、第２の透明基板を有する第２の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための集光光学系の光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ２として、ｔ1＜ｔ2、ＮＡ１＞ＮＡ２のとき、
前記開口数ＮＡ２と等しい又は前記開口数ＮＡ２より大きく、前記開口数ＮＡ１より小さい開口数ＮＡ３で球面収差を不連続とする面を少なくとも１つ有する集光光学系を備え、
前記集光光学系に入射する光束の発散度を光情報記録媒体の種類に応じて変更し、
厚みｔ1の第１の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ１の範囲で光スポットの波面収差が０．０５λｒｍｓ以下であり、
厚みｔ2の第２の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ３の範囲で光スポットの波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
第１の透明基板の厚みｔ1は０．６ｍｍ、第１の光情報記録媒体の情報読み出しに用いる光源の波長をλとしたとき、開口数ＮＡ１はλ（μｍ）／１．１４（μｍ）以上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】
第２の透明基板の厚みｔ2は１．２ｍｍ、第２の光情報媒体の情報読み出しに用いる光源の波長をλとしたとき、開口数ＮＡ２はλ（μｍ）／１．７５（μｍ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
第２の透明基板の厚みｔ2は１．２ｍｍ、第２の光情報媒体の情報読み出しに用いる光源の波長をλとしたとき、開口数ＮＡ２はλ（μｍ）／２．４６（μｍ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
光情報記録媒体の情報記録面上にレーザー光源からの光束を透明基板を介して光スポットとして集光させ、前記情報記録面上に情報を記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置用対物レンズにおいて、
第１の透明基板の厚みをｔ1、第２の透明基板の厚みをｔ2、第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ１、第２の透明基板を有する第２の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ２として、ｔ1＜ｔ2、ＮＡ１＞ＮＡ２のとき、
前記開口数ＮＡ２と等しい又は前記開口数ＮＡ２より大きく、前記開口数ＮＡ１より小さい開口数ＮＡ３で球面収差を不連続とする面を少なくとも１つ有し、
前記対物レンズに入射する光束の発散度は光情報記録媒体の種類に応じて変更され、
厚みｔ1の第１の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ１の範囲で光スポットの波面収差が０．０５λｒｍｓ以下であり、
厚みｔ2の第２の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ３の範囲で光スポットの波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置用対物レンズ。
【請求項６】
第１の透明基板の厚みｔ1は０．６ｍｍ、第１の光情報記録媒体の情報読み出しに用いる光源の波長をλとしたとき、開口数ＮＡ１はλ（μｍ）／１．１４（μｍ）以上であることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
【請求項７】
第２の透明基板の厚みｔ2は１．２ｍｍ、第２の光情報媒体の情報読み出しに用いる光源の波長をλとしたとき、開口数ＮＡ２はλ（μｍ）／１．７５（μｍ）であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
【請求項８】
第２の透明基板の厚みｔ2は１．２ｍｍ、第２の光情報媒体の情報読み出しに用いる光源の波長をλとしたとき、開口数ＮＡ２はλ（μｍ）／２．４６（μｍ）であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ピックアップ装置及び該対物レンズに係わり、更に詳しくは、光情報記録媒体の情報記録面上にレーザー光源からの光束を透明基板を介して光スポットとして集光させ、前記情報記録面上に情報を記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置、及びその装置に用いられる対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光情報記録媒体の情報記録面上にレーザー光源からの光束を透明基板を介して光スポットとして集光させ、情報記録面上に情報を記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置が知られている。前記光情報記録媒体としては、種々のものがあり、第２の光情報記録媒体として例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）、第１の光情報記録媒体として例えば、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）がある。
【０００３】
このＤＶＤでは、大容量化のため光ピックアップ装置の光源として波長λが６３５から６９０ｎｍの赤色半導体レーザー、対物レンズの開口数ＮＡとして０．６、更に透明基板の厚みを従来のＣＤの半分の０．６ｍｍとしている。又トラックピッチ０．７４μｍ、最短ピット長０．４μｍと従来のＣＤのトラックピッチ１．６μｍ、最短ピット長０．８７μｍの半分以下に高密度化されている。
【０００４】
（１）一つの集光光学系で異なる厚みの透明基板を有する光情報記録媒体の記録及び／又は再生できる光ピックアップ装置及び光ピックアップ用対物レンズについて、本出願人はすでに、特願平８−２１２２５号で出願している。この出願を例示すると、第１の光情報記録媒体（例えばＤＶＤ）用光ピックアップ装置で従来の第２の光情報記録媒体（例えばＣＤ）等を再生するとき、レーザー光源がＣＤ用の７８０ｎｍに比べ短波長の６３５ｎｍ〜６９０ｎｍであって、この分だけ読み取りに必要な対物レンズの有効な開口数ＮＡが小さく（０．２６〜０．４０）、この範囲内の光束でＤＶＤ再生用の集光光学系のままで読み出しを行うものである。更に詳しく図面に基づき説明すると、図１２は光ピックアップ装置の集光光学系を示す図で、図１２（Ａ）は第１の光情報記録媒体に対応する配置で、図１２（Ｂ）は第２の光情報記録媒体に対応する配置である。図１２（Ａ）で、レーザー光源１２から出射した光束は、コリメータレンズ３２を通って略平行光束となり、絞り３３で所定の光束に制限されて、後述する対物レンズ３１に入射する。対物レンズ３１に入射した光束は集光され、第１の光情報記録媒体５１（ＤＶＤ）の透明基板５２を通して情報記録面５３上に集光される。同様にして、図１２（Ｂ）では第２の光情報記録媒体５４（ＣＤ）の透明基板５５を通して情報記録面５６上に集光される。なお、図で点線の光束が有効な読み取りに寄与する。図１３は図１２の対物レンズの球面収差図で、図１３（Ａ）は第１の透明基板を介したときの対物レンズの球面収差図で、図１３（Ｂ）は第２の透明基板を介したときの対物レンズの球面収差図である。この対物レンズは平行光束が入射したときに第１の光情報記録媒体の透明基板（厚みｔ1）を通して開口数ＮＡ１の光スポットを情報記録面上へ結像させるようになっている。更に、この対物レンズは開口数ＮＡ２の光束より（１／２）ＮＡ２の光束の方が球面収差が補正過剰（オーバー）となっている。このことにより、厚みｔ2の透明基板を介した時のＮＡ２の範囲内での波面収差を小さくしている。また、このような光ピックアップ装置では光検出器として多分割された受光素子により、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号等を検出する方式を用いている。
【０００５】
更に、（２）一つの集光光学系で異なる厚みの透明基板を有する光情報記録媒体の記録及び／又は再生ができる他の光ピックアップ装置を図面に基づき説明する。図１４は本出願人が特願平７−１０５４６３号で出願した光ピックアップ装置の構成図で、図１４（Ａ）は第１の光情報記録媒体に対応する配置で、図１４（Ｂ）は第２の光情報記録媒体に対応する配置である。図１４（Ａ）で、レーザー光源１２から出射した光束は、ホログラムビームスプリッタ３４を通過して光軸方向に移動可能な枠４４で保持されたコリメータレンズ３２を通って略平行光束となり、絞り３３で所定の光束に制限されて対物レンズ３１に入射する。対物レンズ３１に入射した光束は集光され透明基板５２を通して情報記録面５３上に集光される。この情報記録面５３で情報ピットにより変調されて反射した光束は、対物レンズ３１、コリメータレンズ３２を介してホログラムビームスプリッタ３４に戻り、ここでレーザー光源１２の光路から分離され、光検出器１３へ入射する。この光検出器１３は多分割されたＰＩＮフォトダイオードで構成され、各素子より、入射した光束の強度に比例した電流を出力し、この電流を図示しない検出回路系に送り、情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号を得る。また磁気回路とコイル等で構成される図示しない２次元アクチュエータで一体的に設けられている対物レンズ３１と絞り３３を制御して常に、情報トラック上に光スポット位置を合わせるように構成されている。図１４（Ｂ）で、第２の光情報記録媒体の読み取り時はレンズ移動機構４１によりコリメータレンズ３２を光軸方向レーザー光源側の所定位置へ移動させ、開口数ＮＡを調節するため、絞り部材４２で第２の絞り４３を光路中に挿入する。このようにコリメータレンズ３２を光軸上で移動させることで対物レンズに入射する光束の発散度を変化させ、基板の厚みの違いによる球面収差を打ち消すことができ、基板厚みの異なる光情報記録媒体の情報を読み出すことができるようになっている。なお、コリメータレンズ３２は少なくとも１面に非球面を用いることにより略無収差とでき、対物レンズ３１へは無収差の平行光線を入射させることができる。対物レンズ３１も同様に少なくとも１面に非球面を用いることにより球面収差をゼロに補正できる。２面に非球面を用いることにより更にコマ収差も良好に補正出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の（１）に記載の例示の光ピックアップ装置（図１２）では、集光光学系の対物レンズ３１の球面収差を小さく、かつ、第２の厚みの光情報記録媒体の読み取り時に有効なＮＡの範囲を越える光が検出器に戻るのを抑制する必要がある。また、この光ピックアップ装置に用いる対物レンズにおいて、１つの集光光学系で光情報記録媒体の異なる透明基板を介しても、球面収差が少なく、またノイズ光が光検出器に戻るのを抑制できる対物レンズが望まれる。
【０００７】
また、前述の（１）に記載の光ピックアップ装置において、１つの集光光学系で光情報記録媒体の異なる厚みの透明基板を介してもフォーカスエラー信号、トラックエラー信号等の検出精度のよい光ピックアップ装置が望まれる。
【０００８】
更に、前述の（２）に例示の光ピックアップ装置（図１４）では、コリメータレンズの移動量を小さく、また第２の絞りを不要として、小型で安価な光ピックアップ装置が望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、上記の課題に鑑みなされたもので、異なる透明基板の厚みを有する光情報記録媒体を一つの集光光学系で精度よく記録及び／又は再生できる光ピックアップ装置を提供することにあり、また、本発明の他の目的は前記光ピックアップ装置に用いられる異なる透明基板の厚みを有する光情報記録媒体の相方を良好に再生できる対物レンズを提供することにあり、更に、異なる透明基板の厚みを有する光情報記録媒体をより少ないコリメータレンズ移動量で良好に記録及び／又は再生できる光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は下記のような手段により達成される。即ち、
（１）光情報記録媒体の情報記録面上にレーザー光源からの光束を透明基板を介して光スポットとして集光させ、前記情報記録面上に情報を記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置において、第１の透明基板の厚みをｔ1、第２の透明基板の厚みをｔ2、第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための集光光学系の光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ１、第２の透明基板を有する第２の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための集光光学系の光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ２として、ｔ1＜ｔ2、ＮＡ１＞ＮＡ２のとき、前記開口数ＮＡ２と等しい又は前記開口数ＮＡ２より大きく、前記開口数ＮＡ１より小さい開口数ＮＡ３で球面収差を不連続とする面を少なくとも１つ有する集光光学系を備え、前記対物レンズに入射する光束の発散度を光情報記録媒体の種類に応じて変更され、厚みｔ1の第１の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ１の範囲で光スポットの波面収差が０．０５λｒｍｓ以下であり、厚みｔ2の第２の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ３の範囲で光スポットの波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【００１２】
（２）光情報記録媒体の情報記録面上にレーザー光源からの光束を透明基板を介して光スポットとして集光させ、前記情報記録面上に情報を記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置用対物レンズにおいて、第１の透明基板の厚みをｔ1、第２の透明基板の厚みをｔ2、第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ１、第２の透明基板を有する第２の光情報記録媒体の情報を読み出せる光スポットをレーザー光源の波長で得るための前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要な開口数をＮＡ２として、ｔ1＜ｔ2、ＮＡ１＞ＮＡ２のとき、前記開口数ＮＡ２と等しい又は前記開口数ＮＡ２より大きく、前記開口数ＮＡ１より小さい開口数ＮＡ３で球面収差を不連続とする面を少なくとも１つ有し、前記対物レンズに入射する光束の発散度は光情報記録媒体の種類に応じて変更され、厚みｔ1の第１の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ１の範囲で光スポットの波面収差が０．０５λｒｍｓ以下であり、厚みｔ2の第２の透明基板を介したとき、前記開口数がＮＡ３の範囲で光スポットの波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置用対物レンズ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の光ピックアップ装置、及び光ピックアップ装置用対物レンズについて図面に基づき説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の光ピックアップ装置の要部構成図である。図で、レーザー光源１２から出射した光束は、ホログラムビームスプリッタ３４を通過してコリメータレンズ３２を通ってほぼ平行光束となり、絞り３３で所定の光束に制限されて後述（図２（Ａ））の第１面３１１で球面収差が不連続の対物レンズ３１に入射する。対物レンズ３１に入射した光束は第１の光情報記録媒体５１の透明基板５２を通して情報記録面５３上に集光される。この情報記録面５３で情報ピットにより変調されて反射した光束は、対物レンズ３１、コリメータレンズ３２を介してホログラムビームスプリッタ３４に戻り、ここでレーザー光源１２の光路から分離され、光検出器１３へ入射する。この光検出器１３は多分割されたＰＩＮフォトダイオードで構成され、各素子より、入射した光束の強度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検出回路系に送り、ここで情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号を生成する。このフォーカスエラー信号、トラックエラー信号に基づき磁気回路とコイル等で構成される２次元アクチュエータ（図示せず）で一体的に設けられている対物レンズ３１と絞り３３をフォーカシング方向、トラッキング方向へ制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わせるように構成されている。
【００１９】
ここで、前述のレーザー光源の波長λが６３５ｎｍのとき、第１の光情報記録媒体５１の読み出しに必要な開口数ＮＡ１は０．５６であり、この値以上の開口数（例えば０．５８）であれば充分に情報の読み出しが可能である。なお、回折限界の目安とされる波面収差は０．０７λｒｍｓ以内（マレシャルの限界）であるが、第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）の読み出しのときは高密度の情報記録密度のため０．０５λｒｍｓ以内とすることが望ましい。
【００２０】
第２の光情報記録媒体（ＣＤ）の場合、開口数と波長の比はλ／ＮＡ＝１．７５（μｍ）で充分な読み取り性能が得られる。レーザー光線の波長λが７８０ｎｍの場合は、開口数ＮＡ２＝０．４５であり、レーザー光線の波長λが６３５ｎｍの場合は開口数ＮＡ２＝０．３６である。
【００２１】
また、信号処理系にイコライザを用いて、情報記録密度に対するスポットサイズの比率を第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）の場合と同程度として更に読み取りに必要なＮＡを小さくして再生することも可能である。このときの開口数ＮＡ２はλ（μｍ）／２．４６（μｍ）であり、レーザー光線の波長λが６３５ｎｍの場合は、開口数ＮＡ２は約０．２６で良い。
【００２２】
そこで、第２の光情報記録媒体５４の再生の際は、ＮＡ２もしくはそれ以上の開口数ＮＡ３の範囲で、透明基板５５の厚みが厚くなっても良好な光スポットが集光できるように、このＮＡ３を越える領域では、光検出器１３への戻り光を低減できるような収差特性を集光光学系に持たせる。
【００２３】
これには、レーザー光源から光情報記録面までの光路中の光学部材（ビームスプリッター、コリメータレンズ、対物レンズ）に、この開口数ＮＡ３に対応する開口上に、特定の特性を与えることによって、出射光束の球面収差を不連続にすることが可能である。具体的には面形状によって与えることが容易であり、対物レンズによって与えるのがトラッキングによって対物レンズがシフトしても集光特性が変わらず好ましい。
【００２４】
また、ＤＶＤ，ＣＤのみならず、ＣＤ−Ｒの再生を行う光ピックアップ装置とするため、図１の光ピックアップ装置において、短波長（λ＝６３５−６９０ｎｍ）のレーザ光源と共に長波長（λ＝７７０−８３０ｎｍ）のレーザー光源を併設し、ＤＶＤの再生時は、短波長で行い、ＣＲ−Ｒの再生は長波長レーザ光源で行う。この場合、開口数ＮＡ３はλ＝７８０ｎｍとして、０．４５以上となる。なお、この場合において、ＣＤの再生は、どちらの光源で行っても良い。
【００２５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態１で説明した面形状によって出射光束の球面収差を不連続とした本発明の集光光学系の対物レンズを図面に基づき原理も含めて説明すると、図２は、対物レンズの模擬的光軸断面図（Ａ）、模擬的球面収差図（Ｂ）−１，（Ｂ）−２，模擬的干渉縞（Ｃ），（Ｄ）である。図２（Ａ）で対物レンズ３１は入射面の第１面３１１と射出面の第２面３１２で構成されている。第１面３１１には窪みが設けられている。なお、破線で示す理想面３１３は透明基板厚みｔ1の第１の光情報記録媒体５１を介した時に球面収差がゼロとなる理想面を示す。第１面３１１はＮＡ３の高さまで理想形状に対しより傾斜のきつくなる形状で、ＮＡ３の高さより上ではより傾斜の緩くなる形状となっている。次に図２（Ｂ）−１は第１の光情報記録媒体５１を介したときの模擬的球面収差図である。軸上よりＮＡ３までの領域が第２の光情報記録媒体の情報読み取りに有効な光束である。開口数ＮＡ３で球面収差は不連続となっている。対物レンズ３１の開口数ＮＡ３より内側の領域で球面収差をアンダーとすることにより、第２の光情報記録媒体の透明基板が厚くなることによって発生するオーバーの球面収差を減少させ光スポットを良好に結像でき、情報再生の性能を向上できる。図２（Ｂ）−２は第２の透明基板を介した時の模擬的球面収差図で、ＮＡ３以上では大きくオーバー傾向となっている。ＮＡ３の外側の領域は読み取りに寄与せずノイズ成分となる光束である。この光束中ＮＡ１に近い部分は極めて大きな球面収差を持つことにより情報記録面よりデフォーカスした状態となっており、大きなノイズ要因とはならない。しかし、ＮＡ３に近い部分は読取りに有効な光束に隣接したフレア光となり、光検出器に入射すると大きなノイズとなり、ジッター劣化を招くことになる。ＮＡ３より外側の一定の開口領域を球面収差オーバー方向としておくことにより、この領域を往復する光束を光検出器に戻らなくさせることができ、ノイズを減少させることができる。なお、対物レンズの凸面では理想形状に対し低い開口側では曲率半径が強く、高い開口側では曲率半径がゆるくなる。凹面ではその逆となる。
【００２６】
このような対物レンズは対物レンズの面の形状値より金型を製作し、この金型を使用して種々の方法によりプラスチック素材、ガラス素材を用いて成形で作ることができ、通常の対物レンズの成形と同様である。
【００２７】
対物レンズの評価は例えば干渉計を用い、干渉縞を観察してできる。波面収差（球面収差成分）を持った波面を干渉計で測定する場合には、干渉計の種類やデフォーカス、ティルトの加え方、その干渉縞のできかたは様々であるが、対物レンズの評価は可能である。この詳細については「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｈｏｐ  Ｔｅｓｔｉｎｇ」Ｊｅｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃ．に記載されている。
【００２８】
また、光ピックアップ装置の射出光の波面の観察には、シェアリング干渉計を用いれば可能である。この種の干渉計はＺＹＧＯ社製のＭｏｄｅＩ８１００が販売されている。
【００２９】
軸上縦収差と波面収差の関係は例えば「波面光学」草川著書の頁９に下記の記載がある。軸上縦収差（球面収差）ΔｓとＷの関係を求めるとΔｓと横収差ｙとの関係は下記の「数１」となる。
【００３０】
【数１】
0003840737.tif 000002
【００３１】
従って、下記の「数２」となる。
【００３２】
【数２】
0003840737.tif 000003
【００３３】
但し、ΔｓとしてＳｅｉｄｅｌ収差はΔｓ＝ｐｈ2を考えれば、Ｗ（ｈ）＝ｐｈ4／６４となる。このように、干渉縞の解析より軸対称成分を抽出し、縦球面収差を求めることが可能である。
【００３４】
次に、縦球面収差の模擬的な干渉縞Ｋを図２（Ｃ），（Ｄ）に示す。対物レンズ３１で厚みｔ1の光情報記録媒体もしくはそれと等価な基板を通過した光束と、理想的球面参照波との間でティルトを加えることにより等間隔平行な縞からの曲がりとして、開口数ＮＡ３の内側と外側で位相進み、遅れが反転したＶ字状に屈曲した曲がりとなった波面が観察される。この内側と外側で位相が２ｎπ（ｎ＝±１，±２，−−）ずれる場合、計算上の波面収差は大きくなるが、実質的な集光特性は維持される。この場合、この位相飛びの整数成分を無視して波面収差を計算し、その値が０．０７λｒｍｓ，好ましくは０．０５λｒｍｓとなっていれば良い。第２の厚み（ｔ2）の透明基板を介したときの波面収差を求める際は、開口数ＮＡ３に対応する干渉縞の不連続部分の内側の領域の範囲内で収差を計算する。即ち、図２（Ｄ）においては、傾斜の範囲内が最良波面収差の観察領域となる。なお、図２（Ｃ）においては、全範囲が第１の厚み（ｔ1）の透明基板を介した場合の最良波面収差の観察領域となっている。
【００３５】
（実施の形態３）
次に、対物レンズの複数の他の例について説明する。なお、図２の対物レンズと同一の部材には同一符号を付すと共に、構成的、機能的に変わらないものについてはその説明を省略する。図３は他の対物レンズの模擬的光軸断面（Ａ）、厚みｔ1を介したときの模擬的球面収差図（Ｂ）、模擬的干渉縞（Ｃ）をそれぞれ示している。対物レンズ３１の第１面３１１の開口数ＮＡ３の高さで図示のような球面収差を与える不連続となる部分がある。破線で示す理想面３１３は第１の光情報記録媒体の厚みｔ1の透明基板を介した時に球面収差がゼロとなる理想面３１３を示す。この時の模擬的干渉縞は図３（Ｃ）のようになる。
【００３６】
ＮＡ３の値が例えば０．３と小さい場合や、第１の光情報記録媒体の厚みがｔ1＝０．６ｍｍ、第２の光情報記録媒体の厚みがｔ2＝０．８ｍｍといった２つの厚みの差が小さい場合、ＮＡ３の範囲では第２の光情報記録媒体の厚みｔ2の透明基板を介したときの最良波面収差は、ｔ1の透明基板を介して球面収差を完全補正とした場合でも、０．０７λｒｍ以内とすることができる。しかし、ＮＡ３に隣接する外側の領域の光束が光検出器に戻ると情報信号検出時にノイズが増大し、フォーカスエラー信号のリニアーレンジも狭くなってしまう。本例では、ＮＡ３の外側の一定の開口領域のみの球面収差をオーバー方向に残留させている。これにより、この領域の光束の光検出器へ戻るのを低減させることができる。
【００３７】
また、同様にして、図４は他の対物レンズの模擬的光軸断面（Ａ）、厚みｔ1を介したときの模擬的球面収差図（Ｂ）、模擬的干渉縞（Ｃ）をそれぞれ示している。対物レンズ３１は第１面３１１の開口数ＮＡ３の高さで図のような球面収差をなだらかな曲線の不連続となる部分がある。この時の模擬的干渉縞は図（Ｃ）のようになる。このようにすることでレンズ面金型を切削加工するバイトの刃先の曲率半径がゆるいものが使用できる。
【００３８】
また、同様にして、図５は他の対物レンズの模擬的光軸断面図（Ａ）、（Ｂ）で、図５（Ａ）は対物レンズ３１は第１面３１１と第２面３１２があり、第２面３１２に不連続部分を設けたものである。この例の場合でも第２面は凸面のため、ＮＡ３の光束に対応する位置にくぼみ状の形状を与えることで図２の対物レンズと同様の球面収差とすることができる。図５（Ｂ）は対物レンズ３１の第１面３１１に２個所の不連続部分を設けたものである。これは３つの異なる厚みの透明基板等を有する光情報記録媒体からの情報の読み出し等に応用できる。
【００３９】
更に、同様にして、図６は他の対物レンズの模擬的球面収差図で、第１の透明基板を介した時の対物レンズの模擬的球面収差図を示す。それぞれ開口数ＮＡ３で図の様な不連続な球面収差曲線となっている。図６（Ａ）は、図２の例の対物レンズによる球面収差と同じであり、図６（Ｂ）、６（Ｃ）はＮＡ３の範囲内で別の形の球面収差補正としたものである。これらは共にＮＡ３の１／２の光束はＮＡ３の光束より球面収差がオーバーとなっており、第２の透明基板の時良好なスポットを結像できる。なお、この曲線に限定されるものではない。
【００４０】
ＮＡ３の値が例えば０．４５と大きい場合は、ＮＡ３より外側の領域をオーバー方向とすると、第１の記録媒体を介したときの波面収差が増大し、集光特性が低下する。しかしＮＡ３が大きくなることにより、もともと第２の記録媒体を介したときのオーバー方向の収差が大であり、この領域の光束の光検出器への戻り光は小さくなっている。
【００４１】
このような場合、図７の他の対物レンズの模擬的球面収差図に示すように、ＮＡ３の内側のみの球面収差残留とするのが良い。ここで、図７（Ｂ）の収差図の対物レンズの例を下記に示す。ここで、本発明の実施例の光学系の代表例として、レーザ光源からの発散光をほぼ平行光に変換するコリメータレンズを通過した平行光を情報記録面上に集光する無限共役型の対物レンズで構成される光情報記録媒体の記録及び／又は再生用光学系について説明する。
【００４２】
最初に、使用する符号について説明すると、光学系の面番号はｓ，各光学面の曲率半径はｒ，各光学面間の厚み又は間隔はｄ，ｄ′，各光学媒質の屈折率はｎである。また、レンズ面及び光学面に非球面を用いている場合の非球面形状の式を「数１」に示す。
【００４３】
【数３】
0003840737.tif 000004
【００４４】
但し、Ｘは光軸方向の軸、Ｈは光軸と垂直方向の軸、光の進行方向を正とする。また、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａｊは非球面係数は、Ｐｊは非球面のべき数をそれぞれ示す。
【００４５】
ｆ＝３．３６ｍｍ，λ＝６３５ｎｍ，ＮＡ＝０．６０，ＮＡ３＝０．３７である。０．６ｍｍ厚基板を介したときのＮＡ＝０．６０での最良波面収差は０．０５λｒｍｓである。また、１．２ｍｍ厚基板を介したときのＮＡ３での最良波面収差は０．０１λｒｍｓである。実施例の数値データを「表１」、「表２」にそれぞれ次に示す。
【００４６】
【表１】
0003840737.tif 000005
【００４７】
【表２】
0003840737.tif 000006
【００４８】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態２で説明した対物レンズを使用した他の光ピックアップ装置について図に基づき説明する。図８は本発明の他の光ピックアップ装置の要部構成図で、図９は図８の光検出器の構成図で、更に図１０は実効開口数の説明図である。なお、この対物レンズ３１は実施の形態２で説明した対物レンズである。
【００４９】
図８で、波長λが６８０ｎｍのレーザー光源１２から出射した光束は偏光ビームスプリッタ１４、コリメータレンズ３２、１／４波長板３６を透過して円偏光の平行光束となる。この平行光束は後述する対物レンズ３１より第１の光情報記録媒体５１の透明基板５２を介して情報記録面５３の上に集光される。この情報記録面５３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３１、１／４波長板３６、コリメータレンズ３２を透過して偏光ビームスプリッタ１４に入射する。光路上に配置されたシリンドリカルレンズ３５により非点収差が与えられ、光軸方向に初期位置調整可能な凹レンズ３７により倍率が拡大され後述する光検出器１３へ向かう。この光検出器１３は多分割されたＰＩＮフォトダイオードで構成され、各素子より、入射した光束の強度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検出回路系に送り、ここで情報信号（ＨＦＳ）、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）、トラックエラー信号（ＴＥＳ）を生成する。このフォーカスエラー信号、トラックエラー信号に基づき磁気回路とコイル等で構成される２次元アクチュエーターで対物レンズをフォーカシング方向、トラッキング方向へ制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わせるように構成されている。
【００５０】
ここで、図９で、前述の光検出器１３を詳しく説明すると、光検出器１３は４つに分割された受光素子で構成され、受光素子の一辺の大きさはＬとなっている。光検出器１３は受光素子ａからｄの素子で光スポット３８を受光している。光検出器１３の分割線Ｓはシリンドリカルレンズ３５の母線と略４５°の方向に配置される。フォーカスエラー信号の検出には非点収差法により、（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）の演算で、トラッキングエラー信号の検出は、例えばプッシュプル法では（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）の演算により、また位相差検出法では（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）の演算により求められる。また、情報信号は（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）で求められる。これらの検出方法については公知であり詳しい説明は省略する。なお、実施形態例の光源波長λ＝６８０ｎｍにおいては、第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）の読み出しに必要な開口数ＮＡ１は０．６０で、第２の光情報記録媒体（ＣＤ）の読み出しに必要な開口数ＮＡ２は０．３９である。
【００５１】
第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）で情報信号検出が最大となるように凹レンズを光軸方向に位置調節し、４分割検出器の中心に円形の光スポットが結ぶよう初期調節される。フォーカシング制御は受光素子ａからｄよりの出力（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）＝０となるように対物レンズをアクチュエーターで駆動する。
【００５２】
このように、第１の光情報記録媒体（ＤＶＤ）に対して最適に調節された状態で第２の光情報記録媒体（ＣＤ）を再生する際、この４分割光検出器で検出されるフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）のゼロ点と、情報記録面上での読み取りスポットのデフォーカス点とが読み取りに適した範囲で対応している必要がある。即ち、フォーカスエラー信号ＦＥＳ＝０となるよう対物レンズ３１の位置を制御した時、前記デフォーカス点で最適波面収差を与える図１０で後述する実効ＮＡがＮＡ２以上、ＮＡ３以内となる必要がある。特願平８−２１２２５号で提案した図１３に示すような球面収差を有する対物レンズを用いた場合には実効ＮＡがＮＡ２以上で波面収差量が０．０７λｒｍｓ以内のＮＡとなる必要がある。このデフォーカス点は対物レンズから光検出器までの集光光学系の倍率、光検出器の大きさで変化する。
【００５３】
更に、図１０で前述の実効開口数について説明する。図は横軸に換算受光面サイズを、縦軸に実効開口数をとっている。換算受光面サイズ＝フォーカスエラー信号検出用受光素子サイズ／（情報記録面と光検出器との間の倍率）である。
【００５４】
例えば、光検出器１３の一辺が１５０μｍ（１５０μｍは一辺が７５μｍの受光素子が４つの合計）、対物レンズ焦点距離３．１７ｍｍ、コリメータレンズ、シリンドリカルレンズ、凹レンズの合成焦点距離３１．７ｍｍとすると、情報記録面と光検出器間の倍率は１０倍であり、換算受光面サイズは１５μｍとなる。換算受光面サイズは大きくなる程、フォーカシング制御されるデフォーカス点での実効開口数は大きくなる。開口数ＮＡ３（もしくは波面収差０．０７λｒｍｓ）以内の範囲で、換算受光面サイズとしてはおおよそ１８μｍがこれに相当する。この実効ＮＡが大きい方が再生情報信号の振幅が大きく、分解能が高くなる。これ以上大きくなると波面収差増大によるスポットサイズ劣化によるジッター劣化、フレア光によるノイズが大きくなる。また、フォーカスエラー信号ＦＥＳのリニアレンジが狭く、フォーカシング制御の安定性が低下する。逆に換算受光面サイズが小さくなると、フォーカシング制御されるデフォーカス点の実効開口数が小さくなり、波面収差は低減する。またフレア光によるノイズが小さくなり、フォーカスエラー信号ＦＥＳのリニアレンジも拡大し、フォーカシング制御の安定性が向上する。換算受光面サイズとしてはおおよそ６μｍがこれに相当する。これ以下になると、再生情報信号の振幅は小さくなり分解能も低下する。
【００５５】
従って、情報記録面と光検出器間の倍率をＭと、光検出器のフォーカスエラー信号を検出する受光部の一辺の大きさＬを６（μｍ）＜｜Ｌ／Ｍ｜＜１８（μｍ）の条件を満足するように設定することで良好な信号の再生を行うことができる。なお、光検出器の受光部の形状を正方形でなく、長方形や円形等としても良い。この場合、一辺の大きさは長方形や円形とそれぞれ面積の等しい正方形を想定し、その想定した正方形の一辺をＬと見做す。
【００５６】
（実施の形態５）
本発明の他の光ピックアップ装置を図に基づき説明する。図１１は他の光ピックアップ装置の要部構成図で、更に詳しくは、図１１（Ａ）は第１の光情報記録媒体の厚みｔ1の透明基板に対応するときの構成で、図１１（Ｂ）は第２の光情報記録媒体の厚みｔ2の透明基板に対応するときの構成を示す。なお、前述の図１４と機能的、機構的に同じものは同一符号を付け説明を省略する。図１１（Ａ）でレーザー光源１２から出射した光束は、ホログラムビームスプリッタ３４を通過して光軸方向に移動可能な枠４４で保持されたコリメータレンズ３２を通って略平行光束となり、絞り３３で所定の光束に制限されて対物レンズ３１に入射する。対物レンズ３１に入射した光束は対物レンズ３１で集光され第１の光情報記録媒体の透明基板５２を通して情報記録面５３上に集光される。この情報記録面５３で情報ピットにより変調されて反射した光束は、対物レンズ３１、コリメータレンズ３２を介してホログラムビームスプリッタ３４に戻り、ここでレーザー光源１２の光路から分離され、光検出器１３へ入射する。この光検出器１３は多分割されたＰＩＮフォトダイオードで構成され、各素子より、入射した光束の強度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検出回路系に送りここで情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号を生成する。このフォーカスエラー信号、トラックエラー信号に基づき磁気回路とコイル等で構成される図示しない２次元アクチュエータで一体的に設けられている対物レンズ３１を制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わせるように構成されている。なお、レンズ移動機構４１はモータを用いコリメータレンズ３２を保持している枠４４を機械的に２点突き当て固定されるようになっている。
【００５７】
この集光光学系に厚みｔ1の透明基板を介したときに開口数ＮＡ２の光束より開口数ＮＡ２の１／２の高さの光束の方が球面収差補正過剰としておくことにより、このままで第２の光情報記録媒体からの情報再生が可能となる。更に、図１１（Ｂ）に示すように、レンズ移動機構４１によりコリメータレンズ３２を光軸方向レーザー光源側の所定位置へ移動させ、対物レンズへ入射する光束発散光とし透明基板の厚みの違いによる球面収差を打ち消し、より大口径でも良好な光スポットとし、厚みｔ2の光情報記録媒体に書き込みを行ったり、ＣＤと比べ情報記録密度の高い、例えばＭＯ方式の光情報記録媒体の再生を行うことができる。又、コリメータレンズ３２の移動量は予め与えられた収差分小さくできる。
【００５８】
また、この集光光学系として、厚みｔ1の透明基板を介したときに開口数ＮＡ２以上のＮＡ３の開口で球面収差を不連続とするようにし、第２の光情報記録媒体の読み取り時、レンズ移動機構４１により、コリメータレンズ３２を光軸方向レーザー光源側の所定位置へ移動させ対物レンズへ入射する光束を発散光とし、透明基板の厚みの違いによる球面収差をより良好に補正すると共に、予め与えられた球面収差の不連続点の外側の光束はその内側とは逆方向の収差をもつことにより絞り効果を有するようにすることができる。
【００５９】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置によればコリメータレンズ３２の移動量を図１４に示す量に比べ短くする事ができ、第２の光情報記録媒体の再生時設けていた第２の絞り（図１４の第２の絞り４３）が廃止でき構造が簡単となる。なお、コリメータレンズの移動でなくレーザー光源を移動させても同様の効果が得られる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように構成したので下記の効果を奏する。
【００６１】
本発明の光ピックアップ装置によれば、不連続な球面収差を与える面を設けたので、一つの集光光学系で異なる透明基板の厚みを有する光情報記録媒体を精度良く記録及び／又は再生可能な光ピックアップ装置となる。
【００６２】
また、本発明の光ピックアップ用対物レンズによれば、本発明の光ピックアップ装置に最適な高精度な光ピックアップ用対物レンズとなる。
【００６４】
また、本発明によれば、異なる透明基板の厚みを有する光情報記録媒体をより少ないコリメータレンズ移動量で良好に記録及び／又は再生できる光ピックアップ装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の要部構成図である。
【図２】対物レンズの模擬的光軸断面図（Ａ）、模擬的球面収差図（Ｂ）−１、（Ｂ）−２、模擬的干渉縞（Ｃ）、（Ｄ）である。
【図３】他の対物レンズの模擬的光軸断面（Ａ）、厚みｔ1を介したときの模擬的球面収差図（Ｂ）、模擬的干渉縞（Ｃ）である。
【図４】他の対物レンズの模擬的光軸断面（Ａ）、厚みｔ1を介したときの模擬的球面収差図（Ｂ）、模擬的干渉縞（Ｃ）である。
【図５】他の対物レンズの模擬的光軸断面図である。
【図６】他の対物レンズの模擬的球面収差図である。
【図７】他の対物レンズの模擬的球面収差図である。
【図８】本発明の他の光ピックアップ装置の要部構成図である。
【図９】図８の光検出器の構成図である。
【図１０】実効開口数の説明図である。
【図１１】他の光ピックアップ装置の要部構成図である。
【図１２】光ピックアップ装置の集光光学系を示す図である。
【図１３】図１２の対物レンズの球面収差図である。
【図１４】光ピックアップ装置の構成図である。
【符号の説明】
１２  レーザー光源
１３  光検出器
１４  偏光ビームスプリッタ
３１  対物レンズ
３１１  第１面
３１２  第２面
３１３  理想面
３２  コリメータレンズ
３３  絞り
３４  ホログラムビームスプリッタ
３５  シリンドリカルレンズ
３６  １／４波長板
３７  凹レンズ
３８  光スポット
４１  レンズ移動機構
４２  絞り部材
４３  第２の絞り
４４  枠
５１  第１の光情報記録媒体
５２  透明基板（第１の透明基板）
５３  情報記録面
５４  第２の光情報記録媒体
５５  透明基板（第２の透明基板）
５６  情報記録面
ａ，ｂ，ｃ，ｄ  受光素子
Ｋ  干渉縞
ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３  開口数
Ｌ  受光部の一辺の大きさ
Ｓ  分割線
ｔ1  第１の透明基板厚み（厚み）
ｔ2  第２の透明基板厚み（厚み）
【図１】
0003840737.tif 000007
【図２】
0003840737.tif 000008
【図３】
0003840737.tif 000009
【図４】
0003840737.tif 000010
【図５】
0003840737.tif 000011
【図６】
0003840737.tif 000012
【図７】
0003840737.tif 000013
【図８】
0003840737.tif 000014
【図９】
0003840737.tif 000015
【図１０】
0003840737.tif 000016
【図１１】
0003840737.tif 000017
【図１２】
0003840737.tif 000018
【図１３】
0003840737.tif 000019
【図１４】
0003840737.tif 000020