JP2000028917A - 光情報記録媒体の記録再生用光ピックアップ装置、対物レンズ及び対物レンズの設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの集光光学系で複数の光ディスクを再生
出来、低コストかつ複雑化しないで実現でき、さらに、
高ＮＡの光ディスクにも対応できることを目的とする。 【解決手段】 光ピックアップ装置１０の対物レンズ１
６の光源側の屈折面Ｓ１に３つの分割面Ｓｄ１〜Ｓｄ３
を設け、かつ、第２分割面Ｓｄ２を回折面とする。透明
基板の厚さがｔ１の第１光ディスク再生の際には第１分
割面Ｓｄ１および第３分割面Ｓｄ３を通過する光束およ
び第２分割面Ｓｄ２での０次光を利用し、透明基板の厚
さがｔ２（ｔ２≠ｔ２）の第２光ディスクの再生の際に
は第１分割面Ｓｄ１を通過する光束および第２分割面で
の１次光を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光源から出射した光束を
集光光学系で情報記録面に集光させ、光情報記録媒体上
に情報を記録再生する光情報記録媒体の記録再生方法、
該方法を実施するための光ピックアップ装置及びその対
物レンズ、ならびに該対物レンズの設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、短波長赤色半導体レーザの実用化
に伴い、従来の光情報記録媒体（光ディスクとも云う）
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情報記録媒体であるＤＶＤの
開発がなされた。このＤＶＤでは、６３５ｎｍの短波長
半導体レーザを使用したときの対物レンズの光ディスク
側の開口数ＮＡを０．６としている。なお、ＤＶＤは、
トラックピッチ０．７４μｍ、最短ピット長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、上述したＣＤ、ＤＶＤの他に、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）ＬＤ（レーザディスク）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。
表１に種々の光ディスクの透明基板の厚さと、必要開口
数を示す。

【表１】 光ディスク 透明基板厚（mm） 必要開口数ＮＡ （光源波長λｎｍ） ＣＤ，ＣＤ−Ｒ（再生） １．２０ ０．４５（λ＝７８０） ＣＤ−Ｒ（記録、再生） １．２０ ０．５０（λ＝７８０） ＬＤ １．２５ ０．５０（λ＝７８０） ＭＤ １．２０ ０．４５（λ＝７８０） ＭＯ（3.5インチ,230MB） １．２０ ０．５５（λ＝７８０） ＭＯ（3.5インチ,640MB） １．２０ ０．５５（λ＝６８０） ＤＶＤ ０．６０ ０．６０（λ＝６３５）

【０００３】上記光情報記録媒体中、ＣＤ−Ｒについて
は光源波長λ＝７８０ｎｍである必要があるが、他の光
ディスクにおいては、表１に記載した光源波長以外の波
長の光源を使用することが出来、使用する波長に応じて
必要開口数が変わり、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で近似されることはよく
知られている。

【０００４】このように、サイズ、基板厚、記録密度、
使用波長などが種々異なる様々な光ディスクに対応する
ため、異なる光ディスクそれぞれに対応した集光光学系
を備え、記録再生する光ディスクにより集光光学系を切
替る光ピックアップ装置が提案されている。しかし、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
り、コスト高を招くばかりでなく、集光光学系を切替る
ための駆動機構が必要となり装置が複雑化し、その切替
精度も要求されると云う問題がある。

【０００５】そこで、１つの集光光学系によって複数の
光ディスクを記録再生する光ピックアップ装置が種々提
案されている。その１つとして特開平７−３０２４３７
号公報には、対物レンズの屈折面をリング状の複数領域
に分割し、各々の分割面が厚さの異なる光ディスクのう
ちの１つにビームを結像させることにより、記録再生す
る光ピックアップ装置が開示されている。

【０００６】また、特開平７−５７２７１号公報には、
透明基板の厚さｔ１の第１の光ディスクのときには、集
光されるビームの有する波面収差が０．０７λ以下とな
るように設計した対物レンズを用い、透明基板の厚さｔ
２の第２光ディスクのときには少しデフォーカスした状
態で集光スポットを形成する光ピックアップ装置が開示
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−３０２４３７号公報開示の光ピックアップ装置は、
１つの対物レンズで２つの焦点に入射光量を分割するた
め、レーザ出力を大きくする必要があり、コスト高を招
く。また、特開平７−５７２７１号公報開示の光ピック
アップ装置は、第２光ディスク記録再生時にはサイドロ
ーブによるジッターの増加が起こる。特に、第１の光デ
ィスクで波面収差が０．０７λ以下とされた対物レンズ
で、第２光ディスクをむりやり記録再生しているため、
第２光ディスクの記録再生可能な開口数には限界が生じ
る。

【０００８】本発明は、１つの集光光学系で複数の光情
報記録媒体を記録再生出来、低コストかつ簡素な構成で
実現でき、さらに、高ＮＡの光情報記録媒体にも対応で
きる光情報記録媒体の記録再生方法、該方法を実施する
ための光ピックアップ装置および該ピックアップ装置の
ための対物レンズを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体と
透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の第２光
情報記録媒体とに対して、光源から出射した光束を１つ
の集光光学系で透明基板を介して情報記録面に集光さ
せ、情報記録面上に情報を記録し再生する光ピックアッ
プ装置において、上記集光光学系を構成する少なくとも
１つの光学面を、該光学面の中央に位置する光軸近傍の
第１分割面と、該第１分割面との間に第２分割面を挟ん
で位置する第３分割面とに分割された光学面で構成し、
透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体の記録再生
の際には上記第１分割面および第３分割面を通過した光
束および第２分割面で回折された光束によりビームスポ
ットを形成し、透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠
ｔ１）の第２光情報記録媒体の記録再生の際には上記第
１分割面を通過した光束および第２分割面で回折された
光束によりビームスポットを形成し、その光軸側縁を通
る光束の開口数が０．３５以上であるようにしたことを
特徴とする。

【００１０】上記の記録再生方法を実施するための光ピ
ックアップ装置において、上記集光光学系は、集光光学
系を構成する少なくとも１つの光学面が、光軸近傍の第
１分割面から順に第２ｎ＋１（ただしｎは自然数）分割
面まで分割することが出来、上記第１分割面を通過する
第１光束は、第１光情報記録媒体の記録再生および第２
光情報記録媒体の記録再生に利用すると共に、偶数分割
面を通過する光束は第１光情報記録媒体の記録再生およ
び第２光情報記録媒体の記録再生に利用し、第１分割面
を除く奇数分割面を通過する光束は主に第１光情報記録
媒体の記録再生に利用する

【００１１】

【発明の実施の形態】上記の分割面は、対物レンズに設
けることが出来、光学面の中央に位置する光軸近傍の第
１分割面と、該第１分割面との間に第２分割面を挟んで
位置する第３分割面とに分割された光学面で構成し、透
明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体の記録再生の
際には上記第１分割面および第３分割面を通過した光束
および第２分割面で回折された光束によりビームスポッ
トを形成し、透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ
１）の第２光情報記録媒体の記録再生の際には上記第１
分割面を通過した光束および第２分割面で回折された光
束によりビームスポットを形成するようにすることが出
来る。

【００１２】このとき、対物レンズは、透明基板の厚さ
がｔ１の第１光情報記録媒体の記録再生に必要な光情報
記録媒体側の開口数ＮＡ１の範囲内において、厚さｔ１
の透明基板を介して第１光情報記録媒体に集光させた光
束の最良波面収差が、０．０５λｒｍｓ以下となるよう
に第１非球面と共通屈折面とを設計すると共に、透明基
板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の第２光情報記
録媒体に１次光により集光させた光束の球面収差の発生
量が、第２の光情報記録媒体に第１非球面を介して集光
させたときの球面収差の発生量より少なくなるように、
前記共通屈折面に対する第１回折面を、その光軸側縁の
開口数が０．３５以上であるように設計する。第１光情
報記録媒体の記録再生を行なう場合、回折面によって回
折された第２光情報記録媒体用の光束がフレアとなるの
を避けることは出来ない。対物レンズへの入射光束が、
ガウシアン分布であれば、光軸付近の光強度が大きいの
で、開口数を小さくすればこの強度の大きい部分を回折
することとなり、スポット光量が不足し、一方、ボトム
ジッターが悪化する。従って、第２分割面である回折面
の光軸側縁の開口数は０．３５以上であることが望まし
い。これら第１非球面と第１回折面とを、上記第２光情
報記録媒体の記録再生に必要な対物レンズの情報記録面
側の開口数をＮＡ２（ただし、ＮＡ２＜ＮＡ１）とした
とき、上記第１非球面の上記ＮＡ２近傍の光束が通過す
る部分に上記第１回折面が位置するように合成する。こ
のとき、上記第１非球面の軸上曲率半径と、上記第１回
折面の軸上曲率半径とを同一として設計することが好ま
しく、上記第１非球面は、合成する第１回折面よりも光
軸側に位置する第１非球面を通過し、透明基板の厚さが
ｔ２の第２光情報記録媒体に集光させた光束の最良波面
収差が０．０７λｒｍｓ以下であることが望ましい。対
物レンズの構成は、実施例の説明中でより具体的に記載
にする。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して、実施例によって本発明
をさらに詳細に説明する。実施例に先立ち、本発明を実
施する光ピックアップ装置について説明する。図５は本
発明を実施する光ピックアップ装置の構成を示す概念図
であり、光ピックアップ装置１０は光源である半導体レ
ーザ１１、偏光ビームスプリッタ１２、コリメータレン
ズ１３、１／４λ板１４、絞り１７、対物レンズ１６、
非点収差素子であるシリンドリカルレンズ１８、光検出
器３０、およびフォーカス制御およびトラッキング制御
のための２次元アクチュエータ１５などからなる。

【００１４】光源である半導体レーザ１１からの光束
は、偏光ビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３
および１／４λ板１４を透過して円偏光の平行光束とな
り、絞り１７により絞られ、対物レンズ１６によって光
ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２上
に集光される。情報記録面２２で情報ピットにより変調
された反射光束は、再び対物レンズ１６、１／４λ板１
４、コリメータレンズ１３により収束光となり、偏光ビ
ームスプリッタ１２で反射し、シリンドリカルレンズ１
８を経て光検出器３０に入射する。その出力信号を用い
て光ディスク２０に情報記録された情報の読み取り信号
が得られる。一方、光検出器３０上でのスポットの形状
変化による光量分布変化を検出して合焦検出やトラック
検出を行なう。光検出器３０からの出力を用いて周知の
ように図示しない演算回路によってフォーカスエラー信
号およびトラッキングエラー信号が生成され、このフォ
ーカスエラー信号に基づいて２次元アクチュエータ１５
が、光束を情報記録面２２上に結像するように対物レン
ズ１６を光軸方向に移動させ、同時にトラッキングエラ
ー信号に基づいて光束を所定のトラックに結像するよう
に対物レンズ１６を光軸と垂直な方向に移動させる。

【００１５】このような光ピックアップ装置１０におい
て、透明基板の厚さがｔ１の第１光ディスク、例えばＤ
ＶＤ（ｔ１＝０．６mm）を記録再生する際には、ビーム
スポットが最小錯乱円を形成するよう（ベストフォーカ
ス）に対物レンズ１６を、２次元アクチュエータ１５に
より駆動する。この対物レンズ１６を用いて、透明基板
の厚さがｔ１と異なるｔ２（好ましくはｔ２＞ｔ１）で
情報記録密度が第１光ディスクよりも低い第２光ディス
ク、例えばＣＤ（ｔ２＝１．２mm）を記録再生する際に
は、透明基板の厚さが異なる（好ましくはお大きくな
る）ことで球面収差が発生し、ビームスポットが最小錯
乱円となる位置（近軸焦点位置より後方の位置）では、
スポットサイズが大きく第２光ディスクのピット（情
報）を読むことは出来ない。しかしながら、この最小錯
乱円となる位置より対物レンズ１６に近い前側位置（前
ピン）では、スポット全体の大きさは最小錯乱円よりも
大きいが、中央部に光量が集中した核と、核の周囲に不
要光であるフレアとが形成される。この核を第２光ディ
スクのピット（情報）を読むために利用し、第２光ディ
スク記録再生時には、対物レンズ１６をデフォーカス
（前ピン）状態になるように２次元アクチュエータ１５
を駆動する。

【００１６】次に、上記のような透明基板の厚さが異な
る第１光ディスクと第２光ディスクを１つの光ピックア
ップ装置１０で再生するために、対物レンズ１６に本発
明を実施した例を説明する。図１は、対物レンズ１６を
模式的に示した断面図である。なお、一点鎖線は光軸を
示している。図示の第１光ディスク２０は、その透明基
板の厚さｔ１は、第２の光ディスクの透明基板の厚さｔ
２よりも薄く、情報記録密度は第２光ディスクよりも大
きい。

【００１７】本実施例において、対物レンズ１６は、光
源側の面Ｓ１および光ディスク２０側の屈折面Ｓ２は共
に非球面形状を呈した正の屈折力を有した凸レンズであ
る。また、対物レンズ１６の光源側の面Ｓ１は光軸と同
心状に複数（本実施例では３つ）の第１分割面Ｓｄ１〜
第３分割面Ｓｄ３から構成されている。分割面Ｓｄ１〜
Ｓｄ３の境界は段差を設けて、かつ第２分割面Ｓｄ２に
はホログラムが形成されている。この対物レンズ１６に
おいて、光軸を含む第１分割面Ｓｄ１を通過する光束
（第１光束）は第１光ディスクに記録された情報の再生
および第２光ディスクに記録された情報の再生に利用
し、第１分割面Ｓｄ１より外側の第２分割面Ｓｄ２で回
折される光束（第２光束）は主に０次光が第１光ディス
クおよび１次回折光が第２ディスクに記録された情報の
再生に利用し、第２分割面Ｓｄ２より外側の第３分割面
Ｓｄ３を通過する光束（第３光束）は主に第１光ディス
クに記録された情報の再生に利用するような形状となっ
ている。

【００１８】このように、光源から出射される光束を、
光軸近傍の第１光束を第１光ディスクの再生および第２
光ディスクの再生に利用し、第１光束より外側の第２光
束を第１光ディスクおよび第２光ディスクの再生に利用
し、第２光束より外側の第３光束を主に第１光ディスク
の再生に利用することにより、光源からの光を光量損失
を抑えつつ、１つの集光光学系で複数（本実施例では２
つ）の光ディスクの再生が可能となる。しかもこの場
合、第２光ディスクの再生時には第３光束の大部分は不
要光であるが、この不要光が第２光ディスクの再生には
利用されないので、絞り１７を第１光ディスクの再生に
必要な開口数にしておくだけで、絞り１７の開口数を変
える手段を何ら必要とせずに再生することが出来る。

【００１９】さらに詳述すると、本実施例の対物レンズ
１６は、第１光ディスクを再生する際には（図２参照）
第１分割面Ｓｄ１および第３分割面Ｓｄ３を通過する第
１光束および第３光束（斜線で示される光束）および第
２分割面Ｓｄ２の０次回折光は、ほぼ同一の第１結像位
置に結像し、その波面収差（第２分割面Ｓｄ２を通過す
る第２光束を除いた波面収差）は、０．０５λｒｍｓ以
下となっている。ここでλは光源の波長である。これに
より、第１光束、第２光束および第３光束で第１光ディ
スクの再生が行なわれる。

【００２０】このとき、第２分割面Ｓｄ２を通過する第
２光束の１次回折光（破線で示される光束）は、第１結
像位置とは異なった第２結像位置に結像する。この第２
結像位置は第１結像位置を０（零）として、それより対
物レンズ１６側を負、その反対側を正とすると、第１結
像位置から−２７μｍ以上−４μｍ以下の距離にする
（第２結像位置を第１結像位置より対物レンズに近付け
る。）。この下限−２７μｍを越えると、球面収差の補
正し過ぎとなり、第１光ディスクの再生時のスポット状
況が悪くなり、また、上限−４μｍを越えると、第２光
ディスクの再生時のスポット径、サイドローブが大きく
なる。なお、本実施例では、ｔ１＜ｔ２、ＮＡ１＞ＮＡ
２であるので、第２結像位置を第１結像位置から−２７
μｍ〜−４μｍとしたが、ｔ１＞ｔ２、ＮＡ１＜ＮＡ２
の場合は、第２結像位置を第１結像位置から４μｍ〜２
７μｍにする。

【００２１】また、上記の対物レンズ１６を所定の厚さ
（ｔ２＝１．２mm）の透明基板を有する第２光ディスク
の再生に使用する際には、図２に示すように対物レンズ
１６６に入射する所定の光束（平行光束）の場合、第１
光束（右肩上がりの斜線で示す）のうち光軸近傍を通過
する光線が光軸と交わる位置と、光軸と直交する方向で
第１分割面Ｓｄ１の端部（第２分割面Ｓｄ２側）を通過
する光線が光軸と交わる位置との間に、第２光束（右肩
下がりの斜線で示す）の１次回折光が光軸と交わる（結
像する）ようになる。よって、第１光束および第２光束
は、第２光ディスクの情報記録面近傍に集光され、第２
光ディスクの再生が行なわれる。このとき、第３光束
（途中まで破線で示される）はフレアとなるが、第１光
束および第２光束で形成される核により第２光ディスク
の再生が可能となる。

【００２２】換言すると、本発明は、開口数の小さい光
軸近傍を通過する第１光束を、再生できる全ての光ディ
スクの再生に利用し、また、第１分割面より外側を通過
する第２光束を再生する各光ディスクに対応するように
分け、分けられた各光束を各光ディスク（本実施例では
第１、第２光ディスク）の再生に利用する。さらに、光
ディスクの情報を再生するために必要な開口数が大きい
方の光ディスク（本実施例では第１光ディスク）の再生
には分けられた光束のうち第１光束から離れた光束（本
実施例では第３光束）を利用する。

【００２３】このような光学系（本実施例では対物レン
ズ１６）を用いると、透明基板の厚さが異なる複数のデ
ィスクを１つの光学系で再生することが可能となり、ま
た、任意に分割面径を設定できることにより、第２光デ
ィスクの再生に必要な開口数ＮＡ２を大きくすることが
出来る。また、光軸近傍の光束を複数の光ディスクの再
生に利用することで、光源からの光束の光量損失が少な
くなる。しかも、第２光ディスク再生時には、ビームス
ポットのサイドローブを減少させ、ビーム強度の強い核
を形成し、正確な情報が得られる。さらに、絞り１７の
開口数を変更する特別な手段を必要とせずに複数のディ
スクを１つの集光光学系で再生することができる。

【００２４】なお、本実施例では、分割面Ｓｄ１〜Ｓｄ
３および回折面を対物レンズ１６の光源側の面Ｓ１に設
けたが、ディスク２０側の屈折面に設けてもよく、ま
た、他の集光光学系の光学素子（例えば、コリメータレ
ンズ１３など）の１つにこのような機能を持たせてもよ
く、さらに、新たにこのような機能を有する光学素子を
光路上に設けてもよい。また、各分割面Ｓｄ１〜Ｓｄ３
の機能を異なる光学素子に分解して設けてもよい。

【００２５】また、本実施例では、コリメータレンズ１
３を用いた、いわゆる無限系の対物レンズ１６を用いた
が、コリメータレンズ１３がなく、光源からの発散光が
直接または発散光の発散度合いを減じるレンズを介した
発散光が入射するような対物レンズや、光源からの光束
を収斂光に変更するカップリングレンズを用い、その収
斂光が入射するような対物レンズに適用してもよい。

【００２６】また、本実施例では、面Ｓ１を３つの分割
面Ｓｄ１〜Ｓｄ３で構成したが、これに限らず、少なく
とも３つ以上の分割面で構成すればよい。たとえば、面
Ｓ１を５つの分割面Ｓｄ１〜Ｓｄ５で構成したこの場
合、第２および第４分割面をホログラムとし、第３分割
面と第４分割面の境界の開口数をＮＡ３、第４分割面と
第５分割面との境界の開口数をＮＡ４としたとき、０．
６０（ＮＡ２）＜ＮＡ３＜１．３（ＮＡ２）、０．０１
＜ＮＡ４−ＮＡ３＜０．１２の条件を満足することが好
ましい。これにより、第１ディスクに集光させる光スポ
ットの強度を落とすことなく、第２光ディスクとしてよ
り大きな必要開口数のディスクを再生することが出来
る。さらに、ＮＡ３の上限はＮＡ３＜１．１（ＮＡ２）
であることが実用上好ましく、またＮＡ３の下限は０．
８０（ＮＡ２）＜ＮＡ３が好ましく、さらに０．８５
（ＮＡ２）＜ＮＡ３であることが実用上好ましい。ま
た、ＮＡ４−ＮＡ３の上限は、ＮＡ４−ＮＡ３＜０．１
であることが好ましい。

【００２７】また、本実施例では、光源から対物レンズ
１６を見たときに、第２分割面Ｓｄ２を光軸と同心円状
の環形状のホログラムを設けたが、これに限られず、フ
レネルで構成してもよい。なお、０次光と１次光とに分
けた光束の一方を第１光ディスクの再生に利用し、他方
を第２光ディスクの再生に利用する。このとき、第２光
ディスクの再生に利用する光束の光量を大きくしてもよ
い。さらに、主に０次光と１次光とを利用する回折面を
設けたが、１次光と２次光を利用する回折面としたり、
高次光を利用する回折面としてもよい。

【００２８】また、本実施例において、第１ディスクを
再生する際（すなわち、厚さｔ１の透明基板を介したと
き）第１分割面Ｓｄ１および第３分割面Ｓｄ３を通過す
る光束による最良波面収差が０．０５λｒｍｓ（ただ
し、λ（ｎｍ）は第１ディスクを再生する際に使用する
光源の波長）を満たすだけでなく、さらに、第２光ディ
スクを再生する際（すなわち、厚さｔ２の透明基板を介
したとき）第１分割面Ｓｄ１を通過する光束による最良
波面収差が回折限界である０．０７λｒｍｓ（ただし、
λ（ｎｍ）は第２ディスクを再生する際に使用する光源
の波長）を満たすことにより、第２光ディスクの再生信
号を良好にすることが出来る。

【００２９】次に、第２の実施例について、対物レンズ
１６の球面収差図を模式的に示した図である図３を参照
して説明する。図３において（ａ）は第１ディスクを再
生、すなわち厚さｔ１の透明基板を介したときの球面収
差であり、（ｂ）は第２ディスクを再生、すなわち、厚
さｔ２（本実施例ではｔ２＞ｔ１）の透明基板を介した
ときの球面収差である。ここで、第１光ディスクの情報
を再生するために必要な集光光学系の光ディスク側の必
要開口数をＮＡ１、第２光ディスクの情報を再生するた
めに必要な集光光学系の光ディスク側の必要開口数をＮ
Ａ２（ただし、ＮＡ２＜ＮＡ１）、対物レンズ１６の分
割面Ｓｄ１とＳｄ２との境界を通過する光束の光ディス
ク側の開口数をＮＡＬ、対物レンズ１６の分割面Ｓｄ２
とＳｄ３との境界を通過する光束の光ディスク側の開口
数をＮＡＨとする。

【００３０】なお、第２の実施例は上記の第１実施例と
して記載した対物レンズ１６を別の観点（球面収差、形
状、波面収差など）から見たものであって、以下に記載
しない部分は上記実施例と同様である。

【００３１】上記第１実施例のような対物レンズ１６
は、まず、透明基板の厚さがｔ１の第１光ディスクに集
光させた光束の最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以下と
なるように第１屈折面Ｓ１の第１非球面（輪帯状分割
面）と第２屈折面Ｓ２（共通屈折面）を設計する。この
設計により得られたレンズの球面収差が図３（ａ）であ
る。そして、０次光は第１光ディスク使用時には球面収
差に影響を与えず、１次回折光はこの第１非球面を有す
るレンズを介して透明基板の厚さがｔ２（ｔ２≠ｔ１）
の第２光ディスクに集光させたときの球面収差の発生量
（図３（ｃ））よりも、少ない球面収差となるように第
２屈折面Ｓ２（共通屈折面）はそのままで第１回折面を
設計する。このとき第１回折面の近軸曲率半径と第１非
球面の近軸曲率半径とは同じにすることが、デフォーカ
ス状態で再生を行なう第２光ディスクの再生を良好に行
なうために好ましい。この設計により得られたレンズの
第２光ディスクに集光させたときの球面収差が図３
（ｄ）であり、また、このレンズで第１光ディスクに集
光させたときのレンズの収差図が図３（ａ）である。そ
して、この第１非球面の第２光ディスクの必要開口数Ｎ
Ａ２近傍で第１回折面を合成する。

【００３２】従って、この対物レンズ１６の屈折面Ｓ１
における面形状としては、光軸を含む第１分割面Ｓｄ１
と第１分割面Ｓｄ１より外側の第３分割面Ｓｄ３とは同
じ非球面形状（第１非球面）となり、その第１分割面Ｓ
ｄ１と第３分割面Ｓｄ３との間（第２光ディスクの再生
に必要な開口数ＮＡ２近傍、すなわち、ＮＡＬ〜ＮＡ
Ｈ）の第２分割面Ｓｄ２は、第１分割面Ｓｄ１および第
３分割面Ｓｄ３とは異なる面形状となる。得られたレン
ズが本実施例の対物レンズ１６となり、この対物レンズ
１６を用いて第１光ディスクに集光させたときの球面収
差図は図３（ａ）となり、第２光ディスクに集光させた
ときの球面収差図は図３（ｂ）となる。

【００３３】上述したように、本実施例において得られ
た対物レンズ１６は、開口数ＮＡ２の近傍の少なくとも
２つの開口位置（ＮＡＬとＮＡＨ）で、透明基板の厚さ
が異なる複数のディスクを１つの集光光学系で再生でき
るように、球面収差が不連続に変化するように構成して
いる。このように球面収差が不連続に変化するようにし
たので、各々の開口数の範囲（本実施例では光軸〜ＮＡ
Ｌの第１分割面、ＮＡＬからＮＡＨの第２分割面、ＮＡ
Ｈ〜ＮＡ１の第３分割面）を通過する光束（本実施例で
は第１光束〜第３光束）を任意に構成することが出来、
第１光束を再生する複数の光ディスク全ての再生に利用
し、第２光束および第３光束をそれぞれ複数の光ディス
クのうち所定の光ディスクの再生に利用することが可能
となり、１つの集光光学系（本実施例では対物レンズ１
６）で複数の光ディスクを再生出来、低コストかつ複雑
化しないで実施出来、さらに、高ＮＡの光ディスクにも
対応できる。しかも絞り１７は、高ＮＡであるＮＡ１に
対応するように設けるだけでよく、光ディスク再生に必
要な開口数が変化（ＮＡ１或いはＮＡ２に）したとして
も、絞り１７を変化させる手段を何ら設ける必要もな
い。なお、「球面収差が不連続に変化する」とは、球面
収差図で見たときに急激な球面収差の変化が見られるこ
とを云う。

【００３４】さらに、球面収差の不連続に変化する方向
は、小さい開口数から大きい開口数へと見たときに、開
口数ＮＡＬでは球面収差が負の方向に、開口数ＮＡＨで
は球面収差が正の方向になっている。これにより、薄い
透明基板の厚さｔ１の光ディスクの再生が良好になると
ともに、これより厚い透明基板の厚さｔ２の光ディスク
の再生が良好に行なうことが出来る。なお、本実施例で
はｔ２＞ｔ１、ＮＡ１＞ＮＡ２であるために、上述した
ように球面収差は、開口数ＮＡＬでは負の方向に、開口
数ＮＡＨでは正の方向に不連続に変化するが、ｔ２＜ｔ
１、ＮＡ１＞ＮＡ２の場合は、開口数ＮＡＬでは正の方
向に、開口数ＮＡＨでは負の方向に球面収差が不連続に
変化することになる。

【００３５】さらに、透明基板の厚さｔ２の第２光ディ
スクを再生する際には、開口数ＮＡＬから開口数ＮＡＨ
までの間の球面収差（第２分割面Ｓｄ２により回折され
た光束による球面収差）が正となるようにすることによ
り、光ピックアップ装置１０のＳ字特性が向上する。な
お、本実施例ではｔ２＜ｔ１、ＮＡ１＞ＮＡ２であるた
めに、開口数ＮＡＬから開口数ＮＡＨまでの間の球面収
差が正となるようにしたが、ｔ２＜ｔ１、ＮＡ１＞ＮＡ
２の場合は、負とするとよい。

【００３６】また、本実施例の対物レンズ１６の波面収
差を図４に示す。図４は縦軸に波面収差（λ）、横軸に
開口数をとった波面収差曲線であり、（ａ）は第１光デ
ィスクの透明基板（厚さｔ１）を介したときを、（ｂ）
は第２光ディスクの透明基板（厚さｔ２）を介したとき
の波面収差を実線で表している。なお、この波面収差
は、それぞれの透明基板を介したときに最良の波面収差
となる状態で干渉計などを用いて波面収差を測定して得
る。

【００３７】図４（ｂ）からわかるように、本実施例の
対物レンズ１６は、波面収差曲線でみると、開口数ＮＡ
２近傍の２か所（具体的にはＮＡＬとＮＡＨ）で波面収
差が不連続となっている。また、不連続となっている部
分に発生する最大の波面収差の不連続量は、長さの単位
（ｍｍ）で表すと、０．０５（ＮＡ２）²（ｍｍ）以
下、位相の単位（ｒａｄ）で表すと、２π｛０．０５
（ＮＡ２）²｝／λ（ｒａｄ）以下（ただし、この場合
λは使用波長で単位はｍｍ）とすることが望ましい。こ
れ以上では、波長変動による波面収差の変動が大きくな
り、半導体レーザの波長のバラツキを吸収出来なくな
る。さらに、この不連続の部分（ＮＡＬとＮＡＨの間）
の波面収差の傾きは、不連続となっている部分の両側の
曲線の端部を結ぶ曲線（図４（ａ）の破線）の傾きとは
異なっている。なお、本実施例では分割面Ｓｄ１〜ＳＤ
３を対物レンズ１６の光源側の面Ｓ１に設けたが、光デ
ィスク２０側の屈折面に設けてもよい。

【００３８】また、本実施例では、コリメータレンズ１
３を用いた、いわゆる無限系の対物レンズ１６を用いた
が、コリメータレンズ１３がなく、光源からの発散光が
直接または発散光の発散度合いを減じるレンズを介した
発散光が入射するような対物レンズや、光源からの光束
を収斂光に変更するカップリングレンズを用い、その収
斂光が入射するような対物レンズによってもよい。

【００３９】本実施例において、第１非球面を設計する
際には、前述のように厚さｔ１の透明基板を介したとき
第１分割面Ｓｄ１と第３分割面Ｓｄ３を通過する光束に
よる最良波面収差が０．０５λｒｍｓ（ただし、λ（ｎ
ｍ）は第１ディスクを再生する際に使用する光源の波
長）以下とするだけでなく、厚さｔ２の透明基板を介し
たとき第１分割面Ｓｄ１を通過する光束による最良波面
収差が回折限界である０．０７λｒｍｓ（ただし、λ
（ｎｍ）は第２ディスクを再生する際に使用する光源の
波長）を満たすように設計を行なうことにより、第２光
ディスク再生信号を良好にすることができる。

【００４０】次に、波長の異なる２つの光源を有する光
ピックアップ装置における実施例を示す。図５の光ピッ
クアップ装置は１つの光源１１１を用いるものであった
が、図６に示す光ピックアップ装置１０は光源１１１と
１１２の２つを用いる。図５中の素子と同じ素子は同じ
符号で示す。第１光ディスクの再生用に、第１光源であ
る第１半導体レーザ１１１（波長λ１＝６１０ｎｍ〜６
７０ｎｍ）と、第２光ディスクの再生用に第２光源であ
る第２半導体レーザ１１２（波長λ１＝７４０ｎｍ〜８
７０ｎｍ）とを有している。また、合成手段１９は、第
１半導体レーザ１１１から出射された光束と第２半導体
レーザ１１２から出射された光束とを合成することが可
能な手段であって、両光束を１つの集光光学系を介して
光ディスク２０に集光させるために、同一光路とする手
段である。

【００４１】まず、第１ディスクを再生する場合、第１
半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光
束は合成手段１９、偏光ビームスプリッタ１２、コリメ
ータレンズ１３、１／４波長板１４を透過して円偏光の
平行光束となる。この光束は、絞り１７によって絞ら
れ、対物レンズ１６により第１光ディスク２０の透明基
板２１を介して情報記録面２２上に集光される。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、１／４波長板１４、コリ
メータレンズ１３を透過して偏光ビームスプリッタ１２
に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８に
より非点収差が与えられ光検出器３０上へ入射し、光検
出器３０から出力される信号を用いて第１光ディスク２
０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による光量分布
変化を検出して合焦検出やトラック検出を行なう。この
検出に基づいて２次元アクチュエータ１５が、半導体レ
ーザ１１１からの光束を第１光ディスクの情報記録面２
２上に結像するように対物レンズ１６を光軸方向に移動
させるとともに、光束を所定のトラックに結像するよう
に対物レンズ１６を光軸と垂直な方向に移動させる。

【００４２】一方、第２ディスクを再生する場合、第２
半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光
束は合成手段１９により光路を変更され、その後、偏光
ビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３、１／４
波長板１４、絞り１７、対物レンズ１６を介して第２光
ディスク２０上に集光される。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、１／４波長板１４、コリメータレンズ１
３、偏光ビームスプリッタ１２、シリンドリカルレンズ
１８を介して光検出器３０上へ入射し、光検出器３０か
ら出力される信号を用いて第２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３
０上でのスポットの形状変化による光量分布変化を検出
して合焦検出やトラック検出を行なう。この検出に基づ
いて２次元アクチュエータ１５が、半導体レーザ１１２
からの光束を第１光ディスクの情報記録面２２上にデフ
ォーカス状態で結像するように対物レンズ１６を光軸方
向に移動させるとともに、光束を所定のトラックに結像
するように対物レンズ１６を光軸と垂直な方向に移動さ
せる。

【００４３】このような光ピックアップ装置１０の集光
光学系の１つである対物レンズ１６に、先の実施例のよ
うな対物レンズを用いる。すなわち、対物レンズ１６
は、光源側の面Ｓ１および光ディスク側の屈折面Ｓ２は
共に非球面形状を呈した正の屈折力を有する凸レンズで
あり、光源側の面Ｓ１は、光軸と同心上に複数（本実施
例では３つ）の第１分割面Ｓｄ１〜第３分割面Ｓｄ３か
ら構成され、分割面Ｓｄ１〜Ｓｄ３の境界は段差を設け
る。そして、第１分割面Ｓｄ１および第３分割面Ｓｄ３
は、第１光源１１１から出射して第１光ディスクに集光
させた光束の最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以下とな
るような第１非球面で形成し、また、第２分割面は、第
１非球面を有するレンズを介して第２光源１１２の光束
を透明基板の厚さがｔ２（ｔ２≠ｔ１）の第２光ディス
クに集光させたときの球面収差の発生量よりも少ない球
面収差となるように回折面で形成し、この第１非球面の
第２光ディスクの必要開口数ＮＡ２近傍であるＮＡＬ〜
ＮＡＨに、回折面を合成した対物レンズとする。得られ
た対物レンズ１６は、以下の点を除き先の実施例と同様
の構成、作用、効果を持つこととなり、さらに、２つの
光源を用いるので、複数の光ディスクを再生するに際し
て自由度が大きくなる。

【００４４】本実施例では、２つの光源１１１、１１２
を用いるので、以下の好ましい範囲が先の実施例と異な
る。すなわち、ｔ１＝０．６ｍｍ、ｔ２＝１．２ｍｍ、
６１０ｎｍ＜λ１＜６７０ｎｍ、７４０ｎｍ＜λ２＜８
７０ｎｍ、０．４＜ＮＡ２＜０．５１としたき、０．６
０（ＮＡ２）＜ＮＡＬ＜１．１（ＮＡ２）の条件（この
下限０．６０（ＮＡ２）は実用上、０．８０（ＮＡ２）
が好ましく、さらに０．８５（ＮＡ２）であることが好
ましい。）を満たすことが好ましい。この下限を超すと
サイドローブが大きくなり、情報の正確な再生が出来
ず、上限を超すと波長λ２とＮＡ２において想定される
回折限界スポット径以上に絞られ過ぎる。なお、ここで
云うＮＡＬは第２光源１１２を用いたときの第２分割面
Ｓｄ２上でのＮＡＬを指す。

【００４５】また、０．０１＜ＮＡＨ−ＮＡＬ＜０．１
２（この上限０．１２は、実用上、０．１であることが
さらに好ましい。）の条件を満たすことが好ましい。こ
の下限を超すと第２光ディスクの再生時のスポット形状
が悪化し、サイドローブ・スポット径が大きくなり、上
限を超すと第１光ディスクの再生時のスポット形状が乱
れ、光量低下を引き起こす。なお、ここでいうＮＡＨお
よびＮＡＬは、第２光源１１２を用いたときの第２分割
面Ｓｄ２上でのＮＡＨおよびＮＡＬを指す。

【００４６】また、第２光ディスクの再生時（ｔ２の厚
さの透明基板を介した際）に、開口数ＮＡＬから開口数
ＮＡＨの間の球面収差が、−２（λ２）／（ＮＡ２）²
以上、５（λ２）／（ＮＡ２）²以下の条件を満たすこ
とが好ましい。さらに、この条件は、再生の場合は３
（λ２）／（ＮＡ２）²以下が好ましく、或いは、記録
をも考慮すると（もちろん、再生もできる。）０（零）
より大きいことが好ましい。この下限を超すと球面収差
の補正し過ぎとなり第１光ディスク再生時のスポット形
状が悪化し、上限を超すと第２光ディスクの再生時のス
ポット形状が悪化し、サイドローブ・スポット径が大き
くなる。特に、この条件は、０〜２（λ２）／（ＮＡ
２）²の範囲を満足することがさらに好ましく、この場
合、フォーカスエラー信号が良好に得られる。

【００４７】また、別の観点から見ると、０．６０（Ｎ
Ａ２）＜ＮＡ３＜１．１（ＮＡ２）の条件（この下限
０．６０（ＮＡ２）は実用上０．８０（ＮＡ２）が好ま
しく、さらに０．８５（ＮＡ２）であることが好まし
い。）を満足すると共に、０．０１＜ＮＡ４−ＮＡ３＜
０．１２（好ましくは０．１）の条件を満足する対物レ
ンズ１６の光ディスク側の開口数ＮＡ３と開口数ＮＡ４
の間に、前述したＮＡＬとＮＡＨとを設ける（すなわ
ち、主に第２光ディスクの再生に利用する分割面を設け
る。）ことである。これにより、第１光ディスクに集光
させる光スポットの強度を落とすことなく、第２光ディ
スクとしてより大きな必要開口数の光ディスクを再生す
ることが出来る。

【００４８】特に、ｔ２＞ｔ１、ＮＡ１＞ＮＡ２で、光
軸から円周方向へとみたとき、開口数ＮＡＬでは、屈折
面の法線と光軸との交点が、光源側の屈折面に近づく方
向に不連続に変化し、開口数ＮＡＨでは、屈折面の法線
と光軸との交点が、光源側の屈折面から遠のく方向に不
連続に変化している。これにより、薄い透明基板の厚さ
ｔ１の光ディスクの再生が良好になると共に、これより
厚い透明基板の厚さｔ２の光ディスクの再生が良好に行
なうことが出来る。

【００４９】また、先の実施例と同様に、別の観点から
本実施例を見ると、少なくとも一方の面を光軸と同心状
に分割された複数の分割面（本実施例では３つの分割
面）を有する対物レンズ１６において、第１分割面Ｓｄ
１を透過した光と、第３分割面Ｓｄ３を透過した光と
が、所定の厚さ（第１光ディスク）の透明基板を介し
て、ほぼ同じ位相となるようにしたとき、第１分割面Ｓ
ｄ１を透過し透明基板を介した光と、第２分割面Ｓｄ２
のほぼ中央位置より光軸側の第２分割面Ｓｄ２を透過し
透明基板を介した光と、の位相差を（△１Ｌ）π（ｒａ
ｄ）とし、第３分割面Ｓｄ３を透過し透明基板を介した
光と、前記中央位置より光軸側とは反対側の第２分割面
Ｓｄ２を透過し透明基板を介した光と、の位相差を（△
１Ｈ）π（ｒａｄ）とすると、（△１Ｈ）＞（△１Ｌ）
を満足する。この場合も上記と同様に、ｔ１＞ｔ２、Ｎ
Ａ１＞ＮＡ２の場合は、（△１Ｈ）＜（△１Ｌ）とす
る。したがって、（△１Ｈ）≠（△１Ｌ）とする。

【００５０】なお、先の実施例と同様、分割面Ｓｄ１〜
Ｓｄ３を対物レンズ１６の屈折面Ｓ１に設けること、無
限系の対物レンズを用いること、分割面に段差を設ける
こと、分割面の数、第２分割面の面形状など、本実施例
についての記述に限られるものではない。また、第１光
源１１１と第２光源１１２とを合成手段１９により合成
するようにしたが、これに限られず、図１に示した光ピ
ックアップ装置において光源１１を第１光源１１１と第
２光源１１２とに切り替わるようにしてもよい。

【００５１】また、本実施例において、第１光ディスク
を再生する際（すなわち、厚さｔ１の透明基板を介した
とき）第１分割面Ｓｄ１および第３分割面Ｓｄ３を通過
する光束による最良波面収差が０．０５λｒｍｓ（ただ
し、λ（ｎｍ）は第１光ディスクを再生する際に使用す
る光源の波長）を満たすだけでなく、さらに、第２光デ
ィスクを再生する際（すなわち、厚さｔ２の透明基板を
介したとき）第１分割面Ｓｄ１を通過する光束による最
良波面収差が回折限界である０．０７λｒｍｓ（ただ
し、λ（ｎｍ）は第２光ディスクを再生する際に使用す
る光源の波長）を満たすことにより、第２光ディスクの
再生信号を良好にすることが出来る。

【００５２】なお、この実施例における対物レンズ１６
においては、本特許出願人が先の実施例に示す光ピック
アップ装置に用いたところ、第１光ディスクとしてＤＶ
Ｄの再生は勿論のこと、同じ波長の光源で第２光ディス
クとしてのＣＤの再生も可能であった。すなわち、本実
施例の対物レンズ１６は、波長λ１の光源を用いて透明
基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体および透明基板
の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の第２光情報記録
媒体の情報記録面上に集光させることが出来ると共に、
波長λ２（ただし、λ２≠λ１）の光源を用いた場合で
あっても第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光する
ことができるものである。このことにより、波長の異な
る２つの光源を使用しＤＶＤとＣＤ−Ｒの再生をする光
ピックアップ装置（ＤＶＤ用に波長６１０ｎｍ〜６７０
ｎｍの光源とＣＤ−Ｒ用に必須な波長７８０ｎｍの光源
に対応）に用いる対物レンズと、１つの光源でＤＶＤや
ＣＤの再生をする光ピックアップ装置（波長６１０ｎｍ
〜６７０ｎｍの光源に対応）に用いる対物レンズとを共
通化することが出来、大量生産に伴う低コスト化を実現
することが出来る。なお、このように共通化できるの
は、光源の波長がλ２からλ１に変えたとしても、先の
実施例に記載したＮＡＬやＮＡＨの条件を満足すること
が必要である。

【００５３】なお、本実施例においては、第１光源１１
１と第２光源１１２とをほぼ同じ倍率で使用しているの
で、１つの光検出器３０とすることができ、構成を簡単
にすることが出来るが、各々の光源１１１、１１２に対
応させて２つの光検出器を設けてもよく、さらに倍率を
異ならせてもよい。

【００５４】以下、本発明を対物レンズ１６の光源側の
屈折面に適用した場合の１例のレンズデータを示す。第
１光ディスクとしてＤＶＤ（透明基板の厚さｔ１＝０．
６ｍｍ、必要な開口数ＮＡ１＝０．６０（λ＝６３５ｎ
ｍ））を用い、第２光ディスクとしてＣＤ（透明基板の
厚さｔ２＝１．２ｍｍ、必要な開口数ＮＡ２＝０．３６
６（λ＝６３５ｎｍ）あるいはＮＡ２＝０．４５（λ＝
７８０ｎｍ））或いはＣＤ−Ｒ（透明基板の厚さｔ２＝
１．２ｍｍ、必要な開口数ＮＡ２＝０．５０（λ＝７８
０ｎｍ）（ただし、再生のみの場合は、ＮＡ２＝０．４
５（λ＝７８０ｎｍ））を用いることにする。なお、以
下の対物レンズ１６の例においては、コリメータレンズ
１３は、設計を最適にすることにより対物レンズ１６へ
はほぼ無収差の平行光束を入射させることができるた
め、以下の例においては対物レンズ１６へ平行光束が入
射して以降の構成を示す。また、対物レンズ１６の光源
側に配置される絞りを第１面として、ここから順に第ｉ
番目のレンズ面の曲率半径をｒｉ、ＤＶＤ再生時の第ｉ
番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の距離をｄｉ（ＣＤ
再生時は、ｄｉ’に記載がある場合はその数値に変わ
り、記載がない場合はｄｉと同じである。）、その間隔
のレーザ光源の光束の波長での屈折率をｎｉで表してい
る。また、光学面に非球面を用いた場合は、上述した非
球面の式に基づくものとする。

【００５５】（実施例１）実施例１は上述した先の実施
例の１光源の光ピックアップ装置１０に搭載する対物レ
ンズ１６であって、第１分割面Ｓｄ１〜第３分割面Ｓｄ
３の境界に段差を設けた対物レンズ１６に本発明を実施
した例である。本実施例において、非球面は次式に基づ
くものとする。

【数１】 但しＸは光軸方向の軸、Ｈは光軸と垂直方向の軸、光の
進行方向を正とし、ｒは近軸曲率半径、κは円錐形数、
Ａｊは非球面係数、Ｐｊは非球面のべき数（ただし、Ｐ
ｊ≧３）である。なお、上式以外の他の非球面の式を用
いてもよい。非球面形状から非球面の式を求める際に
は、上式を用い、Ｐｊを１０≧ Ｐｊ≧３の自然数と
し、κ＝０として求める。また、第１回折面は高屈折率
の薄膜として表すものとする。光路差関数は Φ（ｈ）＝Ｃ₁ｈ²＋Ｃ₂ｈ⁴＋Ｃ₂ｈ⁶＋Ｃ₄ｈ⁸＋Ｃ₅ｈ¹⁰ で表し、基板面からの削り量は Ｌ＝｛Φ（ｈ）＋ｉλ｝／（ｎ−１） ｉ＝０，
１，２・・・ である。

【００５６】

【表２】 波長 ６５０ｎｍ ７８０ｎｍ 焦点距離 ３．３６ ３．３９ 絞り径 φ＝４．０４ｍｍ 対物レンズ横倍率 ０ ｉ ｒｉ ｄｉ ｄｉ’ ｎｉ ｎｉ’ １ ∞ ０ １ １ ２ ２．１１４ ２．２ １．５３７７ １．５３３７ ３ −７．９６３ １．７５７ １ １ ４ ∞ ０．６ １．２ １．５８ １．５８ ５ ∞

【表３】 非球面データ 第２面 非球面部 ０≦Ｈ≦１．３２１（第１分割面） １．５３２≦Ｈ （第３分割面） （非球面係数） κ ＝−１．１３７２ Ａ１＝−０．３００７４×１０^-3 Ｐ１＝ ３．０ Ａ２＝ ０．４３６３３×１０^-2 Ｐ２＝ ４．０ Ａ３＝ ０．７９００５×１０^-2 Ｐ３＝ ５．０ Ａ４＝−０．４９４２２×１０^-2 Ｐ４＝ ６．０ Ａ５＝ ０．１２０１８×１０^-2 Ｐ５＝ ７．０ Ａ６＝ ０．２５０１２×１０^-4 Ｐ６＝ ８．０ Ａ７＝−０．１８４４６×１０^-4 Ｐ７＝１０．０ ホログラム部 １．３２１≦Ｈ≦１．５３２（第２分割面） （非球面係数） κ ＝−１．１３７２ Ａ１＝−０．３００７４×１０^-3 Ｐ１＝ ３．０ Ａ２＝ ０．４３６３３×１０^-2 Ｐ２＝ ４．０ Ａ３＝ ０．７９００５×１０^-2 Ｐ３＝ ５．０ Ａ４＝−０．４９４２２×１０^-2 Ｐ４＝ ６．０ Ａ５＝ ０．１２０１８×１０^-2 Ｐ５＝ ７．０ Ａ６＝ ０．２５０１２×１０^-4 Ｐ６＝ ８．０ Ａ７＝−０．１８４４６×１０^-4 Ｐ７＝１０．０ （光路差係数） Ｃ１＝−０．１０４２３×１０^-3 Ｃ２＝ ０．２５７５７×１０^-3 Ｃ３＝−０．２０２３５×１０^-3 Ｃ４＝ ０．４４４５３×１０^-4 Ｃ５＝−０．３９３３６×１０^-5 第３面（非球面係数） κ ＝−０．２３９８４×１０² Ａ１＝−０．２５０８３×１０^-2 Ｐ１＝ ３．０ Ａ２＝ ０．１０５９８×１０^-1 Ｐ２＝ ４．０ Ａ３＝ ０．４５１３６×１０^-2 Ｐ３＝ ５．０ Ａ４＝−０．７２６１７×１０^-2 Ｐ４＝ ６．０ Ａ５＝−０．１５１３３×１０^-3 Ｐ５＝ ７．０ Ａ６＝ ０．１３３８１×１０^-2 Ｐ６＝ ８．０ Ａ７＝−０．１１１１ ×１０^-3 Ｐ７＝１０．０

【００５７】また、図３（ａ）に厚さｔ１（＝０．６ｍ
ｍ）の透明基板を介したとき（以下、ＤＶＤ再生時とい
う）の球面収差図を、図３（ｂ）に厚さｔ２（＝１．２
ｍｍ）の透明基板を介したとき（以下、ＣＤ再生時とい
う）の球面収差図を示している。また、図４（ａ）にＤ
ＶＤ再生時の最良波面収差が得られる位置にデフォーカ
スした状態で見たときの波面収差図を、図４（ｂ）にＣ
Ｄ再生時の最良波面収差が得られる位置にデフォーカス
した状態で見たときの波面収差図を示している。ＤＶＤ
使用時のＮＡ１での波面収差量は０．０２５λｒｍｓ、
ＣＤ使用時の第１分割面内での波面収差量は０．０５４
λｒｍｓである。また、図７（ａ）にＤＶＤ再生時の最
良スポット形状が得られたときの集光スポットの相対強
度分布図を示し、図７（ｂ）にＣＤ再生時に最良のスポ
ット形状が得られたときの集光スポットの相対強度分布
図を示す。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明において
は、１つの集光光学系で複数の光情報記録媒体の記録再
生が出来、低コストかつ複雑化しないで実現出来、さら
に、高ＮＡの光情報記録媒体にも対応できる。さらに、
本発明では、球面収差の発生を積極的に利用し、複数の
光情報記録媒体の記録再生を１つの集光光学系で行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ピックアップ装置用対物レンズの断
面模式図であり、第１光情報記録媒体への集束状況を示
す。

【図２】本発明の光ピックアップ装置用対物レンズの断
面模式図であり、第２光情報記録媒体への集束状況を示
す。

【図３】本発明の対物レンズの各分割面の球面収差の補
正状況を示す説明図である。

【図４】本発明の対物レンズの各分割面の波面収差の補
正状況を示す収差図である。

【図５】本発明を実施する光ピックアップ装置の構成の
一例を示す概念図である。

【図６】本発明を実施する光ピックアップ装置の構成の
他の例を示す概念図である。

【図７】本発明の対物レンズの最良のスポット形状の相
対強度分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ 半導体レーザ １２ 偏向ビームス
プリッタ １３ コリメータレンズ １４ １／４λ板 １５ アクチュエータ １６ 対物レンズ １７ 絞り １８ シリンドリカ
ルレンズ １９ 光束合成手段 ２０ 光ディスク ２１ 透明版 ２２ 情報記録面 ３０ 光検出器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録
   媒体と透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の
   第２光情報記録媒体とに対して、光源から出射した光束
   を１つの集光光学系で透明基板を介して情報記録面に集
   光させ、情報記録面上に情報を記録し再生する光ピック
   アップ装置において、 上記集光光学系を構成する少なくとも１つの光学面を、
   該光学面の中央に位置する光軸近傍の第１分割面と、該
   第１分割面との間に第２分割面を挟んで位置する第３分
   割面とに分割された光学面で構成し、 透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体の記録再生
   の際には上記第１分割面および第３分割面を通過した光
   束および第２分割面で回折された光束によりビームスポ
   ットを形成し、 透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の第２光
   情報記録媒体の記録再生の際には上記第１分割面を通過
   した光束および第２分割面で回折された光束によりビー
   ムスポットを形成し、 上記第２分割面の光軸側縁を通る光束の光情報記録媒体
   側の開口数が０．３５以上であるすることを特徴とする
   光ピックアップ装置
2. 【請求項２】 透明基板の厚さが異なる複数の光情報記
   録媒体に、波長λの光源から出射した光束を集光させる
   光ピックアップ装置の対物レンズの設計方法において、 透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体の記録再生
   に必要な対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ１
   の範囲内において、厚さｔ１の透明基板を介して第１光
   情報記録媒体に集光させた光束の最良波面収差が、０．
   ０５λｒｍｓ以下となるように第１非球面と共通屈折面
   とを設計すると共に、 透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の第２光
   情報記録媒体に１次光により集光させた光束の球面収差
   の発生量が、第２の光情報記録媒体に第１非球面を介し
   て集光させたときの球面収差の発生量より少なくなるよ
   うに、前記共通屈折面に対する第１回折面を、その光軸
   側縁の開口数が０．３５以上であるように設計し、 これら第１非球面と第１回折面とを、上記第２光情報記
   録媒体の記録再生に必要な対物レンズの情報記録面側の
   開口数をＮＡ２（ただし、ＮＡ２＜ＮＡ１）としたと
   き、上記第１非球面の上記ＮＡ２近傍の光束が通過する
   部分に上記第１回折面が位置するように合成することに
   より、上記対物レンズの少なくとも１つの面を設計する
   ことを特徴とする対物レンズの設計方法
3. 【請求項３】 上記第１非球面の軸上曲率半径と、上記
   第１回折面の軸上曲率半径とを同一として設計すること
   を特徴とする請求項２の対物レンズの設計方法
4. 【請求項４】 上記第１非球面は、合成する第１回折面
   よりも光軸側に位置する第１非球面を通過し、透明基板
   の厚さがｔ２の第２光情報記録媒体に集光させた光束の
   最良波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であるように設計
   することを特徴とする請求項２または３の対物レンズ
5. 【請求項５】 透明基板の厚さが異なる複数の光情報記
   録媒体に、光源から出射した光束を集光させる対物レン
   ズにおいて、 少なくともその１つの屈折面を、 透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録媒体の記録再生
   に必要な対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ１
   の範囲内において、厚さｔ１の透明基板を介して集光さ
   せた光束の最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以下となる
   ような第１非球面と、 透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の第２光
   情報記録媒体に集光させた光束の球面収差の発生量が、
   第２光情報記録媒体上に上記第１非球面を介して集光さ
   せたときの球面収差の発生量より少なくなるような第１
   回折面とを上記第１非球面のＮＡ２近傍の光束が通過す
   る部分に前記第１回折面が位置するように合成した面で
   構成したことを特徴とする対物レンズ ただし、ＮＡ２は、上記第２光情報記録媒体の記録再生
   に必要な対物レンズの情報記録面側の開口数（ＮＡ２＜
   ＮＡ１）である。
6. 【請求項６】 透明基板の厚さがｔ１の第１光情報記録
   媒体と透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ２≠ｔ１）の
   第２光情報記録媒体とに対して、光源から出射した光束
   を１つの集光光学系で透明基板を介して情報記録面に集
   光させ、情報の記録再生を行なう光ピックアップ装置の
   対物レンズにおいて、 上記対物レンズは、少なくともその１面が、光軸近傍の
   第１分割面から順に第２ｎ＋１（ただしｎは自然数）分
   割面まで分割さており、 上記第１分割面を通過する第１光束は、第１光情報記録
   媒体の記録再生および第２光情報記録媒体の記録再生に
   利用すると共に、 偶数分割面を通過する光束は第１光情報記録媒体の記録
   再生および第２光情報記録媒体の記録再生に利用し、 第１分割面を除く奇数分割面を通過する光束は主に第１
   光情報記録媒体の記録再生に利用することを特徴とする
   光ピックアップ装置の対物レンズ
7. 【請求項７】 光情報記録媒体上に情報を記録再生する
   ために、光情報記録媒体の情報記録面上に光源からの光
   束を光情報記録媒体の透明基板を介して光スポットとし
   て集光させる光ピックアップ装置の対物レンズにおい
   て、 波長λ１の光源を用いて透明基板の厚さがｔ１の第１光
   情報記録媒体および透明基板の厚さがｔ２（ただし、ｔ
   ２≠ｔ１）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光
   させることができるとともに、波長λ２（ただし、λ２
   ≠λ１）の光源を用いた場合であっても第２光情報記録
   媒体の情報記録面上に集光することが可能なように、上
   記対物レンズの少なくとも１面を複数の分割面で構成
   し、かつ、上記分割面の少なくとも１つを回折面とし、
   その光軸側縁の開口数が０．３５以上であるようにした
   ことを特徴とする光ピックアップ装置の対物レンズ