JP2001006202A

JP2001006202A - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2001006202A
Application number: JP11123287A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Akiyama; 洋秋山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、発散光学系でも半導体レーザー光源
からの出射光の楕円形状のファーフィールドパターン
（ＦＦＰ）を円形に近づけるビーム整形効果を持ったカ
ップリングレンズを用い、光源のパワー不足やＦＦＰの
非対称性を補正した、２基板厚対応の光ピックアップ装
置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、半導体レーザー等からなる光源
（１または２）とカップリングレンズ３と対物レンズ６
とを有し、光記録媒体（７または８）に対して情報の記
録もしくは再生あるいは消去を行う光ピックアップ装置
であり、上記カップリングレンズ３として、発散光もし
くは収束光に対し、光軸に垂直な面内の直交する２方向
の焦点距離が異なるレンズ（ビーム形状変換レンズ等）
を用いる構成とした。これにより、発散光束または収束
光束に対しＦＦＰの変形を行うことができ、光源のパワ
ー不足やＦＦＰの非対称性を補正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ディスクドライブ
等の光情報記録再生装置に用いられる光ピックアップ装
置に関するものであり、より詳しくは、発散系に対する
ビーム整形機能を備えた光ピックアップ装置、さらに
は、基板厚さが異なる少なくとも２種の光記録媒体に情
報の記録もしくは再生あるいは消去を行い得る光ピック
アップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク（以下、ＣＤと記
す）等の光ディスクを音楽や文字、画像等の種々の情報
の記録媒体として用いた光情報記録再生装置が知られて
いる。図６に光情報記録再生装置に用いられる一般的な
光ピックアップ装置の構成例を示す。図６において、半
導体レーザー１０１から出射した直線偏光の光は、カッ
プリングレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームス
プリッタ１０３を通過しλ／４板１０４を通過し、円偏
光とされ、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向さ
れ、対物レンズ１０６に入射し、光記録媒体である光デ
ィスク１０７上に微小な光スポットとして集光される。
そして上記光スポットにより、情報の再生、記録あるい
は消去が行われる。

【０００３】光ディスク１０７から反射した光束は往路
とは反対回りの円偏向となり、対物レンズ１０６により
再び略平行光とされ、偏向プリズム１０５で偏向され、
λ／４板１０４を通過し、往路と直交した直線偏向とさ
れ、偏光ビームスプリッタ１０３を反射し、集光レンズ
１０８で収束光とされ、光検出手段である受光素子１０
９に至る。そして受光素子１０９からは、情報信号や、
フォーカス制御、トラッキング制御用のサーボ信号が検
出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、光ディスクで
は、大容量化への要望が強く、それに伴い光源の短波長
化が進められている。一般に、光ディスクのディスク面
に集光される光スポットのスポット径は光源波長λに比
例し、容量は波長の二乗に反比例して拡大する。しか
し、従来の光ディスクの中には、波長依存性の強い光デ
ィスクもあり（例えば、光ディスクの反射率、記録パワ
ーに強い波長依存性があるなど）、短波長の光源では、
従来の光ディスクが再生あるいは記録できないという問
題がある。それ故に、大容量化かつ従来の光ディスクと
の互換性を実現するには、短波長の光源と、それとは異
なる波長の光源の２種類の光源を持つ必要がある。具体
的な事例としては、大容量の光ディスクであるデジタル
バーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと記す）と、追記
型ＣＤであるＣＤ−Ｒとの互換性を実現するには、ＤＶ
Ｄ対応の波長６５０ｎｍと、ＣＤ−Ｒ対応の波長７８５
ｎｍの２つの光源が必要となる。

【０００５】さらに、光ディスクに記録を行うために
は、再生に対して１０倍以上の光源出力が必要となる。
また、高速書き込みを行うほど記録パワーが必要とな
り、例えばＣＤ−Ｒでは記録速度が２倍になれば、記録
パワーは√２倍必要と言われている。したがって、半導
体レーザー（ＬＤ）からの出射光（ガウス強度分布）の
強度の低いところ（例えば中心強度に対し０．１倍の強
度のところ）までカップリングしなければならない。ま
た、ＬＤの強度分布（ファーフィールドパターン：ＦＦ
Ｐ）は楕円なので、その長軸方向と短軸方向とでは対物
レンズの縁における光強度（Ｒｉｍ強度）が大きく異な
ってくる。つまり、強度の低いところまでカップリング
すると、集光スポットがより楕円化し、記録再生能力が
同じパワーの円形スポットに比べて劣ってくる。

【０００６】この課題を解決する最も簡単な方法は、Ｄ
ＶＤ用とＣＤ−Ｒ用の光源波長の異なる２つの光ピック
アップ装置を同一のドライブ装置内に搭載して、光ディ
スクの種類に応じて光ピックアップ装置を選択して使用
するようにし、プリズム等でビーム整形をすればよい
が、これでは装置が大型化し、またコストも高くなる。
光ピックアップ装置の小型・低コスト化を考えると、２
波長の光を１つのカップリングレンズでカップリング
し、１つの対物レンズで基板厚の異なる２種類の光ディ
スクに異なる開口数（ＮＡ）で集光させることが理想で
ある。しかし、記録用として光利用効率を上げるため
に、焦点距離の短いレンズでＬＤ出射光をカップリング
すると、やはり上述したようにＲｉｍ強度が低くなり過
ぎる。そこで、Ｒｉｍ強度を上げるための一つの手段と
してビーム整形が必要となる。通常のビーム整形は、例
えば特開平４−３４７４０号公報に記載されているよう
に、平行光とプリズムの組み合わせにより達成される。

【０００７】一方、光源の短波長化とともに、対物レン
ズの高ＮＡ化が進められている。一般に、対物レンズに
より光ディスクのディスク面に集光された光スポットの
スポット径は光源波長λに比例し、対物レンズの開口数
（ＮＡ）に反比例する。このスポット形状は、光ディス
クが傾くことにより発生するコマ収差により劣化し、そ
のコマ収差は、対物レンズの開口数（ＮＡ）の３乗に比
例し、光ディスクの基板厚に比例する。したがって、従
来メディアであるＣＤに対して大容量タイプであるＤＶ
Ｄの基板厚は、ＣＤの１．２ｍｍに対し０．６ｍｍであ
り、例えば、ＤＶＤ用の光ピックアップ装置では基板厚
の違いから発生する球面収差の影響でＣＤ系の光ディス
クを良好に再生できない。そこで、様々な２基板厚対応
技術が提案されている。

【０００８】最も簡単な方法としては、前述したように
ＤＶＤ用とＣＤ用の２つの光ピックアップ装置をドライ
ブに搭載する方法である。このとき、ＣＤ用の光ピック
アップの光源波長をλ＝７８５ｎｍに設定すればＣＤ−
Ｒの記録再生も可能となる。しかし、小型化、低コスト
化を達成することは難しい。また、１つの光ピックアッ
プ装置に２つの光源と２つの対物レンズを搭載する方法
も提案されているが、２つの対物レンズと、それらを光
記録媒体の種類により切り替えるための特殊なアクチュ
エータ（例えば、”篠田昌久、他、「ツインレンズ方式
ＤＶＤ用光ピックアップ」光技術コンタクト、vol.33，
No.11(1995)P.619”に記載の対物レンズアクチュエータ
等）が必要となり、低コスト化を達成することは難し
い。

【０００９】上記基板厚の差により発生する球面収差
は、１つの対物レンズでも、基板厚によって対物レンズ
入射光の発散傾向を変えてやることによりキャンセルで
きる。例えば、図７（ａ）に示すように、平行光に対し
基板厚０．６ｍｍの光ディスク（ＤＶＤ）７で最適化さ
れている対物レンズ（ＯＬ）で、基板厚１．２ｍｍの光
ディスク（ＣＤ）８に集光する場合は、図７（ｂ）に示
すように、対物レンズ（ＯＬ）に半導体レーザー（Ｌ
Ｄ）からの発散光を入射することにより、回折限界の光
スポットを得ることができる。具体的には、例えば、Ｄ
ＶＤ用の波長：λ₁＝６５０ｎｍ、基板厚：ｔ₁＝０．６
ｍｍに対して焦点距離：ｆ＝３．３ｍｍで開口数：ＮＡ
＝０．６である下記に示す非球面式及び表１の非球面係
数で表されるレンズ面形状の対物レンズ（以下、ＯＬ１
とする）を用いて、ＣＤ用の波長：λ₂＝７８５ｎｍで
基板厚：ｔ₂＝１．２ｍｍに対して開口数：ＮＡ＝０．
５で集光させるためには、物体距離約６５ｍｍの発散光
を入射すればよい。このときの光軸（Ｏ）上の波面収差
は０．０２λであり、回折限界の光スポットを得るには
充分の波面収差である。

【００１０】ここで、ＤＶＤ系の光ディスク（基板厚：
ｔ₁＝０．６ｍｍ）とＣＤ系の光ディスク（基板厚：ｔ₂
＝１．２ｍｍ）とも、基板の材質の屈折率は、波長：λ
₁＝６５０ｎｍに対してｎ₆₅₀＝１．５８０、波長：λ₂
＝７８５ｎｍに対してｎ₇₈₅＝１．５７３である。そし
て、上述の共通に用いられる対物レンズ（ＯＬ１）は両
面が非球面の単レンズであり、対物レンズの材質の屈折
率は、波長：λ₁＝６５０ｎｍに対してＮ₆₅₀＝１．５８
６、波長：λ₂＝７８５ｎｍに対してＮ₇₈₅＝１．５８２
である。また対物レンズの光軸（Ｏ）上の中心肉厚（面
間隔）は１．８ｍｍである。

【００１１】対物レンズ（ＯＬ１）の非球面は、Ｘ，
Ｙ，Ｚ座標でＺをレンズの光軸（Ｏ）方向とし、Ｙ（及
びＸ）を光軸方向（Ｚ方向）に垂直な方向とするとき、
近軸曲率半径をＲ、円錐定数をＫ、高次の係数をＡ₄，
Ａ₆，Ａ₈，Ａ₁₀・・・として、Ｚ＝(Ｙ²／Ｒ)／[１＋√{１−(１＋Ｋ)(Ｙ／Ｒ)²}] ＋Ａ₄・Ｙ⁴＋Ａ₆・Ｙ⁶＋Ａ₈・Ｙ⁸＋Ａ₁₀・Ｙ¹⁰・・・（１）なる非球面式で表され、上記（１）式におけるＲ，Ｋ，
Ａ₄，Ａ₆，Ａ₈，Ａ₁₀を下記の表１のように与えて特定
される曲線形状をＺ軸（光軸）の回りに回転して得られ
る曲面である。尚、表１において例えば「Ｅ−３」は、
「×１０~³」を意味している。

【００１２】

【表１】

【００１３】ここで、対物レンズがトラッキングにより
光ディスクの半径方向（ラジアル方向）にシフトした場
合を考える。ＣＤ−ＲではＤＶＤに比べ偏心の規格が緩
く、０．４ｍｍ程度の軸ずれを考慮する必要がある。図
７（ｂ）の発散系の場合、対物レンズ（ＯＬ）が光軸
（Ｏ）から０．４ｍｍずれると、光スポットにおける波
面収差が０．０６λまで劣化する。これは、回折限界性
能の基準であるマレシャル（Ｍarechal）限界（０．０
７λ）以下であるが、光ピックアップとして光学系を組
み付けた場合の公差を考慮すると、マレシャル限界を越
えてしまう。設計値では、公差を考慮してできるだけ波
面収差を抑える必要がある。また、マレシャル限界程度
の波面収差（０．０７λ）では、光スポットの光強度分
布のピーク値（ピークパワー）が約８０％に低下する。
つまり、偏心があると、それに追従するために対物レン
ズが軸ずれ（トラッキング）し、その対物レンズの軸ず
れによって波面収差が劣化すると、それに伴い光スポッ
トのピークパワーが変動することになり、ＣＤ−Ｒ等の
記録時に問題となる。さらに、図７（ｂ）のように、対
物レンズだけでＣＤ−ＲにＮＡ＝０．５で集光した場合
の倍率は約０．０５５倍で、カップリング効率が非常に
低く、記録時には莫大な光源パワーを必要とし、現状で
は現実的ではない。現状の半導体レーザー（ＬＤ）の光
強度を考えると、ＣＤ−Ｒの記録系では、０．２８倍程
度の倍率を必要とする。

【００１４】以上のように、ＤＶＤ系とＣＤ系とで対物
レンズを共通化する場合、ＤＶＤに対して所望の光学性
能を発揮するように設計された対物レンズをＣＤ−Ｒ用
に用いると、使用波長の違いや基板厚の違いにより、波
面収差が劣化してＣＤ−Ｒに対する情報の記録・再生等
を良好に行うことができない。そこでこの問題を解決す
る方法として、選択された光ディスクに応じて光源側か
ら対物レンズに入射する光束の物体距離を異ならせる方
法が提案されている（特開平８−５５３６３号公報）。
すなわち、ＤＶＤに対して情報の記録等を行うときに
は、光源側から対物レンズに平行光束を入射させるよう
にカップリングレンズに対する光源の位置を設定し、Ｃ
Ｄ−Ｒを選択したときは、光源側から対物レンズに発散
性の光束を入射させるようにカップリングレンズに対す
る光源の位置を設定する。このように、ＤＶＤ系用とＣ
Ｄ系用の２つの波長の異なる光源の光軸方向の位置を変
えて、１つのカップリングレンズで異なる２波長の光束
をカップリングすることにより、２種類の基板厚及び波
長に対応することは可能である。

【００１５】しかし、この場合、ＤＶＤ系用のカップリ
ングレンズは、より小さく安定した光スポットを得るた
めに、高いＲｉｍ強度（対物レンズに入射する光束の端
部強度）が要求され、焦点距離の長いレンズが用いられ
ている。そのため、ＣＤ系のカップリング効率を高くす
ることは不可能であり、記録するためには大きな光源出
力が必要となり、現実的ではない。例えば、特開平８−
５５３６３号公報記載の光ヘッドのように、２つの光
源、１つのカップリングレンズ、１つの対物レンズから
なるＤＶＤ／ＣＤ互換光学系を考える。カップリングレ
ンズはＤＶＤ用（λ₁＝６５０ｎｍ）に設計された一般
的なレンズとする。前述の非球面式（１）及び表１の非
球面係数で表されるレンズ面形状の対物レンズ（ＯＬ
１）と、ＤＶＤ用のカップリングレンズ（ＣＬ）を組み
合わせた場合の光学系倍率と、そのカップリングレンズ
から対物レンズまでの距離（ＣＬ−ＯＬ間距離）の関係
を図８に示す。図８から明らかなように、光学系倍率が
高くなるに従って、カップリングレンズと対物レンズの
間隔が狭くなる。カップリングレンズと対物レンズの距
離を１０ｍｍとしても倍率は０．２倍未満であり、記録
するためには不十分であることが判る。また、光軸上の
波面収差は０．０１λと良好であるが、対物レンズが光
軸から０．４ｍｍシフトした場合、波面収差は０．０６
λとなり、前述した理由により適当ではない。

【００１６】そこで、ＣＤ系の光ディスクのカップリン
グ効率を高くするために、ＣＤ系専用のカップリングレ
ンズを設置することが考えられるが、このとき、単体と
して最適化された（無収差に近い）カップリングレンズ
を用いると、光スポット性能はＤＶＤ系用カップリング
レンズを用いたときと同等となり、対物レンズがトラッ
キングした場合に光スポットが劣化するという同様の問
題を生じる。ここで、一例として物体距離６５ｍｍの収
束光で設計した焦点距離：ｆ＝１１ｍｍのカップリング
レンズ（以下ＣＬ１とする）の面データを下記の表２に
示す。これは、前述の対物レンズ（ＯＬ１）が基板厚
１．２ｍｍのＣＤ系光ディスクに集光する場合のバック
フォーカスが約６５ｍｍであることから、同等の発散光
を発生させるカップリングレンズとして物体距離６５ｍ
ｍとした（すなわち、カップリングレンズによりカップ
リングされた光束の虚光源の、対物レンズに対する物体
距離が６５ｍｍとなるように設計されている）。尚、こ
のカップリングレンズ（ＣＬ１）は、両面とも非球面
で、各面の形状を表す非球面式は（１）式と同じであ
り、（１）式における各面係数Ｒ，Ｋ，Ａ₄，Ａ₆，
Ａ₈，Ａ₁₀を下記の表２のように与えて特定される曲線
形状をＺ軸（光軸（Ｏ））の回りに回転して得られる曲
面である。また、カップリングレンズ（ＣＬ１）の中心
肉厚は２．０ｍｍであり、材料の屈折率は波長７８５ｎ
ｍに対し、ｎ＝１．５８２である。

【００１７】

【表２】

【００１８】このカップリングレンズ（ＣＬ１）は単体
での性能は非常に良好で、画角１度（入射瞳径２．５ｍ
ｍ）に対する波面収差は０．００６λである。このカッ
プリングレンズ（ＣＬ１）を対物レンズ（ＯＬ１）と組
み合わせて倍率０．２８（対物レンズの開口数：ＮＡ＝
０．５）の最適なＣＤ−Ｒ用光学系を構成すると、図９
のようになる。このときも、光軸上の波面収差は０．０
１λであるが、対物レンズが光軸（Ｏ）から０．４ｍｍ
シフトした時の波面収差は０．０６λとなり、対物レン
ズが光軸からずれたときの波面収差の劣化が大きく、現
実に使用するには問題がある。

【００１９】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、発散光学系でも半導体レーザー光源からの出射光
の楕円形状のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）を円
形に近づけるビーム整形効果を持ったカップリングレン
ズを用い、光源のパワー不足やＦＦＰの非対称性を補正
することができる光ピックアップ装置を提供することを
目的とする（請求項１，４）。また、本発明は、上記カ
ップリングレンズを用いて、１つの対物レンズと２つの
光源を用いた、２基板厚対応の光ピックアップ装置を提
供することを目的とし（請求項２〜８）、特にカップリ
ング効率が高く（請求項７）、対物レンズが軸ずれした
場合にも光スポットの劣化が低く抑えられる光学系を備
えた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、半導体レーザー等からな
る光源とカップリングレンズと対物レンズとを有し、光
記録媒体（例えば、ＤＶＤ系やＣＤ系の光ディスク等）
に対して情報の記録もしくは再生あるいは消去を行う光
ピックアップ装置であり、上記カップリングレンズとし
て、発散光もしくは収束光に対し、光軸に垂直な面内の
直交する２方向の焦点距離が異なるレンズ（ビーム形状
変換レンズ等）を用いる構成としたものである。

【００２１】請求項２に記載の発明は、基板厚ｔ₁ の第
１の光記録媒体（例えば、ＤＶＤ系の光ディスク等）
と、該第１の光記録媒体とは異なる基板厚ｔ₂ （ｔ₁＜
ｔ₂）の第２の光記録媒体（例えば、ＣＤ系の光ディス
ク等）に対して、情報の記録もしくは再生あるいは消去
を行う光ピックアップ装置であり、基板厚ｔ₁ の第１の
光記録媒体に対して情報の記録もしくは再生あるいは消
去を行うための波長λ₁ の第１の光源（例えば、発光波
長６５０ｎｍの半導体レーザー等）と、基板厚ｔ₂の第
２の光記録媒体に対して情報の記録もしくは再生あるい
は消去を行うための波長λ₂ の第２の光源（例えば、発
光波長７８５ｎｍの半導体レーザー等）と、上記第１の
光源あるいは第２の光源からの波長λ₁ あるいは波長λ
₂ の光束を第１の光記録媒体あるいは第２の光記録媒体
の記録面に集光する１つの対物レンズとを用い、少なく
とも上記第２の光源からの光束をカップリングするカッ
プリングレンズを有しており、上記カップリングレンズ
として、発散光もしくは収束光に対し、光軸に垂直な面
内の直交する２方向の焦点距離が異なるレンズ（ビーム
形状変換レンズ等）を用いる構成としたものである。

【００２２】請求項３に記載の発明は、基板厚ｔ₁ の第
１の光記録媒体（例えば、ＤＶＤ系の光ディスク等）
と、該第１の光記録媒体とは異なる基板厚ｔ₂ （ｔ₁＜
ｔ₂）の第２の光記録媒体（例えば、ＣＤ系の光ディス
ク等）に対して、情報の記録もしくは再生あるいは消去
を行う光ピックアップ装置であり、基板厚ｔ₁ の第１の
光記録媒体に対して情報の記録もしくは再生あるいは消
去を行うための波長λ₁ の第１の光源（例えば、発光波
長６５０ｎｍの半導体レーザー等）と、上記第１の光記
録媒体からの反射光束を検出する第１の光検出手段と、
上記第１の光源から射出する光束の光路と上記第１の光
検出手段へ向かう反射光束の光路とを分離する第１の光
路分離手段（例えば、第１のホログラム素子等）とを、
単一のユニットとして一体化した第１の光源・受光部ユ
ニットと、基板厚ｔ₂ の第２の光記録媒体に対して情報
の記録もしくは再生あるいは消去を行うための波長λ₂
の第２の光源（例えば、発光波長７８５ｎｍの半導体レ
ーザー等）と、上記第２の光記録媒体からの反射光を受
光する第２の光検出手段と、上記第２の光源から射出す
る光束の光路と上記第２の光検出手段へ向かう反射光束
の光路とを分離する第２の光路分離手段（例えば、第２
のホログラム素子等）とを、単一のユニットとして一体
化した第２の光源・受光部ユニットと、上記第１の光源
あるいは第２の光源からの波長λ₁ あるいは波長λ₂ の
光束を第１の光記録媒体あるいは第２の光記録媒体の記
録面に集光する、少なくとも第１の光記録媒体に対して
波長λ₁ においてその光学特性が最適化されている１つ
の対物レンズと、少なくとも上記第２の光源からの光束
をカップリングするカップリングレンズとを有し、上記
カップリングレンズとして、発散光もしくは収束光に対
し、光軸に垂直な面内の直交する２方向の焦点距離が異
なるレンズ（ビーム形状変換レンズ等）を用いる構成と
したものである。

【００２３】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２または３に記載の光ピックアップ装置において、カッ
プリングレンズの両面のレンズ面形状を非球面としたも
のである。

【００２４】請求項５に記載の発明では、請求項２また
は３または４に記載の光ピックアップ装置において、カ
ップリングレンズの単体としての性能が画角に略比例す
る波面収差を持つ構成としたものである。

【００２５】請求項６に記載の発明は、請求項２〜５の
いずれかに記載の光ピックアップ装置において、第１の
光記録媒体の基板厚をｔ₁＝０．６（ｍｍ）（例えば、
ＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ等のＤＶＤ系の光デ
ィスク）、第２の光記録媒体の基板厚をｔ₂＝１．２
（ｍｍ）（例えば、ＣＤやＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等のＣ
Ｄ系の光ディスク）としたものである。

【００２６】請求項７に記載の発明は、請求項２〜６の
いずれかに記載の光ピックアップ装置において、基板厚
ｔ₂ の第２の光記録媒体に対する光学系の倍率が０．２
以上となるようにしたものである。

【００２７】請求項８に記載の発明は、請求項３に記載
の光ピックアップ装置において、第１の光路分離手段
が、波長λ₁の光束の偏光状態を利用して、第１の光源
から射出する光束の光路と第１の光検出手段へ向かう反
射光束の光路とを分離するもの（例えば、偏光ホログラ
ム等）とし、第２の光路分離手段が、波長λ₂の光束の
偏光状態を利用して、第２の光源から射出する光束の光
路と第２の光検出手段へ向かう反射光束の光路とを分離
するもの（例えば、偏光ホログラム等）としたものであ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作及び作
用について図面を参照して詳細に説明する。まず、本発
明の一実施形態としては、図６に示したような一般的な
構成の光ピックアップ装置にも適用し得るものであり、
このような光ピックアップ装置において、発散光を対物
レンズに入射して光ディスク上に光スポットを形成する
場合にも、半導体レーザー光源からの出射光の楕円形状
のファーフィールドパターン（ＦＦＰ）を円形に近づけ
るビーム整形効果を持ったカップリングレンズを用い、
光源のパワー不足やＦＦＰの非対称性を補正することが
できるようにするものである。より具体的には、カップ
リングレンズとして、発散光もしくは収束光に対し、光
軸に垂直な面内の直交する２方向の焦点距離が異なるレ
ンズ（ビーム形状変換レンズ）を用いる構成とし（尚、
カップリングレンズの具体的な形状に関しては後述の実
施例で説明する）、該ビーム形状変換レンズにより半導
体レーザー光源からの出射光の楕円形状のＦＦＰを円形
にビーム整形するものであり、これにより発散光を対物
レンズに入射して光ディスク上に光スポットを形成する
場合にも、波面収差の劣化を抑えて良好な光スポットを
形成することが可能となる。

【００２９】そして、このようなビーム整形機能を持っ
たカップリングレンズ（ビーム形状変換レンズ）を用い
ることにより、１つの対物レンズと２つの異なる波長の
半導体レーザー光源を用いた、２基板厚対応の光ピック
アップ装置を実現することができる。図１はその一例を
示すものであり、同図（ａ）は第１の光源である波長：
λ₁＝６５０ｎｍの半導体レーザー１からの射出光束を
カップリングレンズ３により平行光束としてカップリン
グし対物レンズ６に入射し、基板厚：ｔ₁＝０．６ｍｍ
の光ディスク７（例えば、ＤＶＤ）の記録面上に光スポ
ットを形成する状態を示し、同図（ｂ）は第２の光源で
ある波長：λ₂＝７８５ｎｍの半導体レーザー２からの
射出光束をカップリングレンズ３により発散光束として
カップリングし対物レンズ６に入射し、基板厚：ｔ₂＝
１．２ｍｍの光ディスク８（例えば、ＣＤ−Ｒ）の記録
面上に光スポットを形成する状態を示している。

【００３０】この場合、対物レンズ６には、図１（ａ）
のような平行光に対し基板厚０．６ｍｍの光ディスク７
で最適化されている対物レンズ（例えば、前述した式
（１）及び表１に示すレンズ面形状の対物レンズ（ＯＬ
１））が用いられ、この対物レンズ６で、基板厚１．２
ｍｍの光ディスク８に集光する場合は、図１（ｂ）に示
すように、対物レンズ６に対してカップリングレンズ３
を介して半導体レーザー２からの発散光を入射すること
により光スポットを得ることができる。この際、カップ
リングレンズが前述の表２に示したレンズ面形状の単体
として最適化された（無収差に近い）レンズの場合に
は、既に課題のところで述べたように、対物レンズ６に
０．４ｍｍ程度の軸ずれが生じた場合に、光スポットに
おける波面収差が約０．０６λまで劣化するという問題
が生じる。

【００３１】しかしながら、本発明では、カップリング
レンズ３として、発散光に対し、光軸Ｏに垂直な面内の
直交する２方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標で光軸をＺ軸とした場
合、Ｚ軸に垂直で互いに直交するＸ，Ｙ方向）の焦点距
離が異なるビーム形状変換レンズを用いる構成としてい
るので、カップリングレンズ３により半導体レーザー２
からの出射光の楕円形状のファーフィールドパターン
（ＦＦＰ）を円形にビーム整形して対物レンズ６に入射
することができ、これにより発散光を対物レンズ６に入
射して光ディスク８上に光スポットを形成する場合に
も、波面収差の劣化を抑えて良好な光スポットを形成す
ることができる。したがって、本発明に係るカップリン
グレンズ３を搭載することにより、２つの波長の異なる
光源と１つの対物レンズを用い、該２つの光源を切り替
えて使用することにより、２基板厚対応の光ピックアッ
プ装置を実現することができる。

【００３２】また、本発明に係るカップリングレンズ
は、両面のレンズ面形状を非球面とすることにより、単
体レンズとしてより良好に球面収差が補正できる。ま
た、非球面形状とすることにより、Ｘ方向とＹ方向の焦
点距離の差が大きなレンズを設計することができ、ＦＦ
Ｐをより大きく変換することが可能となる（尚、本発明
に係るカップリングレンズの具体例については後述の実
施例で説明する）。

【００３３】次に、本発明の別の実施形態を図２〜５を
参照して説明する。図２は本発明に係る２基板厚対応の
光ピックアップ装置の概略構成図である。図２におい
て、符号７は基板厚ｔ₁の光記録媒体であり、例えば、
基板厚：ｔ₁＝０．６ｍｍのＤＶＤ系（ＤＶＤ，ＤＶＤ
−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ等）の光ディスクであり、符号８は
基板厚ｔ₂（ｔ₁＜ｔ₂）の光記録媒体であり、例えば、
基板厚：ｔ₂＝１．２ｍｍのＣＤ系の光ディスク（Ｃ
Ｄ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等）である。また、符号１１
は第１の光源である発光波長：λ₁＝６５０ｎｍの半導
体レーザーチップ、１２は第２の光源である発光波長：
λ₂＝７８５ｎｍの半導体レーザーチップである。さら
に符号２１は第１の光路分離手段、２２は第２の光路分
離手段、９１は第１の光検出器、９２は第２の光検出
器、３１は第１の光源用のカップリングレンズ、３２は
第２の光源用のカップリングレンズを示している。さら
にまた、符号４は第１の光源１１からの光束の光路と第
２の光源からの光束の光路を合流するビームスプリッタ
（ＢＳ）、５は偏向プリズム、６は対物レンズを示して
いる。

【００３４】上記第１、第２の光路分離手段２１，２２
としては、通常のホログラム素子や、あるいは偏光性ホ
ログラム（偏光性回折格子）等が用いられるが、ここで
は偏光性ホログラムを用いた場合で説明する。図３は、
光路分離手段の一例を説明図的に示しており、この光路
分離手段は、偏光性ホログラム２１１と１／４波長板
（以下、λ／４板）２１２とで構成されている。偏光性
ホログラム（偏光性回折格子）２１１は、格子構造によ
るホログラムを有し、ホログラム（回折）作用が、格子
と平行な偏光成分にのみ作用し、格子と直交する偏光成
分の光は透過させるような光学素子であり、例えば、文
献”小野雄三「偏光性ホログラム光学素子」ＯＰｌｕ
ｓＥ１９９１年３月ｐｐ．８６〜９０”に示される
ような、材料にＬｉＮｂＯ₃ を用いた偏光性ホログラム
でも、文献”前田英男、他「光磁気ヘッド用高密度デュ
アルグレーティング」光学第２０巻第８号（１９９１
年８月）”に示されるような、狭ピッチ（波長λの１／
２程度）、深溝の回折格子でもよい。また、最近では複
屈折性を有する薄膜を用いた偏光性ホログラムも開発さ
れている。この偏光性ホログラム２１１を用いる場合
は、偏光性ホログラム２１１から光ディスクに至る光路
中にλ／４板が必要となるが、特に、第１の半導体レー
ザー１１と第２の半導体レーザー１２の波長が異なる場
合は、２つの波長に対してλ／４板となるように設計し
たものを用いることがよい。また、λ／４板は、水晶な
どの複屈折材料によるものでも、蒸着膜で構成したもの
でも良い。尚、図３の例は、偏光性ホログラム２１１に
λ／４板２１２を一体的に構成した例を示している。

【００３５】図２において、光記録媒体として基板厚：
ｔ₁＝０．６ｍｍのＤＶＤ系の光ディスク７がセットさ
れているときは、第１の光源である発光波長：λ₁＝６
５０ｎｍの半導体レーザー１１が用いられる。第１の光
路分離手段２１の偏光性ホログラム２１１は、第１の半
導体レーザー１１からのレーザ光束を、そのまま透過さ
せるようにホログラムの格子方向を定められている。偏
光性ホログラム２１１を透過した光束は、λ／４板２１
２により円偏光となり、第１の半導体レーザー用のカッ
プリングレンズ３１により、以下の光路上にある光学系
にカップリングされる。この実施の形態において、カッ
プリングレンズ３１のカップリング作用はコリメート作
用であり、半導体レーザー側からの光束を略平行光束と
する。カップリングされた光束はビームスプリッタ４を
透過し、偏向プリズム５により光路を偏向されて対物レ
ンズ６に入射し、対物レンズ６の作用により光ディスク
７に向かって集光され、厚み：０．６ｍｍの基板を透過
して記録面上に光スポットとして集光する。記録面によ
る反射光束は、往路と同じ光路を逆方向にたどり、対物
レンズ６、偏向プリズム５を介してビームスプリッタ４
を透過すると、カップリングレンズ３１を透過して集束
光束となる。この集束光束は、第１の光路分離手段２１
のλ／４板２１２を透過して、往路とは偏光面が９０度
異なる直線偏光となり、偏光性ホログラム２１１のホロ
グラム作用（回折作用）を受ける。

【００３６】偏光性ホログラム２１１には、図４に示す
ように３種のホログラムＡ，Ｂ，Ｃが形成されており、
これらホログラムＡ，Ｂ，Ｃに入射した光ディスクから
の反射光束が、それぞれ異なる方向へ偏向され、往路の
光束光路と光路分離される。第１の光検出器９１には、
図５に示すように、受光領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈが形成され
ている。偏光性ホログラム２１２のホログラムＡに入射
した反射光束部分は、偏向されて受光領域Ｅ，Ｆの境界
部分に集光し、ホログラムＡとホログラムＢ，Ｃとの境
界部をナイフエッジとする、ナイフエッジ法によるフォ
ーカス誤差信号（受光領域Ｅ，Ｆの出力：ｅ，ｆの差：
ｅ−ｆ）を発生させる。ホログラムＢ，Ｃに入射した反
射光束部分は、それぞれ受光領域Ｇ，Ｈに集光し、これ
らの出力：ｇ，ｈの差：ｇ−ｈは、プッシュプル法によ
るトラック誤差信号となる。また、記録面に記録された
情報を再生する再生信号としては、例えば、信号：ｅ＋
ｆ＋ｇ＋ｈあるいはその一部を用いることができる。

【００３７】図２において、光ディスク７に代えて、光
記録媒体として基板厚：ｔ₂＝１．２ｍｍのＣＤ系の光
ディスク８がセットされるときは、第２の光源である発
光波長：λ₂＝７８５ｎｍの半導体レーザー１２が用い
られる。第２の光路分離手段２２も、上に説明した第１
の偏光性ホログラム２１と同様の構成であり、偏光性ホ
ログラムとλ／４板で形成され、偏光性ホログラムは第
２の半導体レーザー１２からのレーザ光束を、そのまま
透過させるようにホログラムの格子方向を定められてい
る。この偏光性ホログラムを透過した光束はλ／４板に
より円偏光となり、第２の半導体レーザー用のカップリ
ングレンズ３２により、半導体レーザー１２からの光束
の発散性を弱められて、所望の発散性を持った光束とな
り、ビームスプリッタ４により反射され、偏向プリズム
５を介して対物レンズ６に入射し、光ディスク８に向か
って集光され、厚み：１．２ｍｍの基板を透過して記録
面上に光スポットとして集光する。記録面による反射光
束は、往路と同じ光路を逆方向にたどり、対物レンズ
６、偏向プリズム５を介してビームスプリッタ４に戻
り、ビームスプリッタ４により反射され、カップリング
レンズ３２を透過して集束光束となる。この集束光束
は、第２の光路分離手段２２のλ／４板を透過して、往
路とは偏光面が９０度異なる直線偏光となり、偏光性ホ
ログラムのホログラム作用（回折作用）を受ける。第２
の光路分離手段の偏光性ホログラムも、前記偏光性ホロ
グラム２１１と同様の構成（図４）となっており、第１
の光検出器９１と同様の構成（図５）の第２の光検出器
９２の出力により、フォーカス誤差信号およびトラック
誤差信号、あるいはこれら誤差信号と共に再生信号が得
られる。

【００３８】尚、ビームスプリッタ４は、分離膜として
通常の半透鏡を用いたものでもよいが、半透鏡によるビ
ームスプリッタであると、半導体レーザー１１，１２か
らの光束の１／２しか書込み等に使用できず、戻り光束
の強度は、発光強度の１／４に落ちてしまい光の利用効
率が低い。この問題を解消するには、ビームスプリッタ
４として、第１の半導体レーザー１１からの光束を実質
的に１００％透過させ、第２の半導体レーザー１２から
の光束を実質的に１００％反射させるものを用いれば良
い。第１の半導体レーザー１１からの光束と、第２の半
導体レーザー１２からの光束とは、互いに波長が異なる
ので、このことを利用できる。即ち、ビームスプリッタ
４として、波長６５０ｎｍの光を１００％透過させ、波
長７８５ｎｍの光を１００％反射させるような光学特性
をもったダイクロイックフィルタ膜等を、分離膜として
有するものを用いれば良い。このようにすれば、ビーム
スプリッタ４の使用に起因する光損失を実質的になくす
ことができる。尚、ビームスプリッタ４は、波長により
分離する方式の他に、偏光により分離する方式のもの
（偏光ビームスプリッタ等）でもよい。

【００３９】対物レンズ６は、通常、第１の半導体レー
ザー１１からの光束に適合して最適化されているが、基
板厚が１．２ｍｍの光ディスク８に対しても、ある条件
のもとで球面収差が補正されるように設計することもで
きる。また、第１の半導体レーザー１１用のカップリン
グレンズ３１は、対物レンズ６と共働して基板厚が０．
６ｍｍの光ディスク７の記録面上に良好な光スポットを
形成するように設計されている。一方、第２の半導体レ
ーザー１２用のカップリングレンズ３２は、該カップリ
ングレンズ３２からの発散光が、光ディスク７，８の基
板厚差による球面収差を補正し、対物レンズ６の軸ずれ
に対しても波面劣化が抑制されるように設計されてい
る。より具体的には、カップリングレンズ３２として、
発散光に対し、光軸に垂直な面内の直交する２方向の焦
点距離が異なるレンズ（ビーム形状変換レンズ）を用い
る構成とし（尚、カップリングレンズの具体的な形状に
関しては後述の実施例で説明する）、該ビーム形状変換
レンズにより第２の半導体レーザー１２からの出射光の
楕円形状のＦＦＰを円形にビーム整形するものであり、
これにより発散光を対物レンズ６に入射して光ディスク
８上に光スポットを形成する場合にも、波面収差の劣化
を抑えて良好な光スポットを形成することが可能とな
る。さらに、カップリングレンズ３２は、単体での性能
として、画角に略比例する波面収差を持つように設計さ
れる。

【００４０】図２に示す構成の光ピックアップ装置で
は、光路分離手段に偏光性ホログラムとλ／４板の組合
せを用いており、半導体レーザーからの光束と、光ディ
スクからの反射光束の分離を極めて高効率で行うことが
できる。しかし、半導体レーザーからの光束と反射光束
との光路分離は、通常のホログラムを用いて行うことも
できる。例えば、第１、第２の光路分離手段２１，２２
として、図４に示す如きホログラムを、偏光性でない通
常のホログラムとして形成されたものを用いても良い。
このようにすると、半導体レーザーからの光束のうち、
ホログラム作用の影響を受けずにホログラムを透過する
０次光が光ディスクに照射され、戻り光束のうち、ホロ
グラムでホログラム作用（回折作用）により偏向された
光束が第１、第２の光検出器に受光される。このように
すると、上に説明した偏光性ホログラムを用いる光路分
離の場合に比して、光の利用効率は若干悪くなるが、実
用上十分な信号検出が可能であり、光路分離手段にλ／
４板が不要となるので、その分だけ光ピックアップのコ
ストを低減できる。

【００４１】尚、上記第１及び第２の光路分離手段２
１，２２と、第１及び第２の光検出器９１，９２とは、
信号検出手段を構成する。また、ＣＤ−Ｒ用の第２のカ
ップリングレンズ３２と対物レンズ６とによる光学系の
倍率は、０．２以上に設定される。

【００４２】即ち、図２に即して説明した光ピックアッ
プ装置は、基板厚ｔ₁（＝０．６ｍｍ）の光ディスク７
と、基板厚ｔ₂（＝１．２ｍｍ）の光ディスク８の双方
に対して、情報の記録もしくは再生あるいは消去を行い
得る光ピックアップ装置であって、光ディスク７用に用
いられる、発光波長λ₁（＝６５０ｎｍ）の第１の半導
体レーザー１１と、光ディスク８用に用いられる、発光
波長λ₂（＝７８５ｎｍ）の第２の半導体レーザー１２
と、セットされた光ディスクに応じた半導体レーザーか
らの光束を上記光ディスクに集光照射する、各光束に共
通の対物レンズ６と、第１及び第２の半導体レーザー１
１，１２からの各光束の光路を対物レンズ６に向けて合
流させるビームスプリッタ４と、セットされた光ディス
クからの反射光束により制御用信号または制御用信号と
情報信号を検出する信号検出手段２１，９１，２２，９
２とを有し、対物レンズ６は、基板厚ｔ₁（＝０．６ｍ
ｍ）の光ディスク７に対する情報の記録もしくは再生あ
るいは消去に適合するように設計され、第２の半導体レ
ーザー１２からの光束をカップリングする第２の半導体
レーザー用のカップリングレンズ３２を有し、第２の半
導体レーザー用のカップリングレンズ３２として、発散
光に対し、光軸に垂直な面内の直交する２方向の焦点距
離が異なるレンズ（ビーム形状変換レンズ）を用い、そ
のカップリングレンズ３２は、単体での性能として、画
角に略比例する波面収差を持つ構成となっている。

【００４３】また上記の実施の形態では、第１の半導体
レーザー１１と、基板厚ｔ₁の光ディスク７からの反射
光束を受光する第１の光検出器９１と、波長：λ₁（＝
６５０ｎｍ）の光束の偏光状態を利用して、第１の半導
体レーザー１１から射出する光束の光路と第１の光検出
器９１へ向かう反射光束の光路とを分離する第１の光路
分離手段２１とが、第１の光源・受光部一体ユニットと
してユニット化され、第２の半導体レーザー１２と、基
板厚ｔ₂の光ディスク８からの反射光束を受光する第２
の光検出器９２と、波長：λ₂（＝７８５ｎｍ）の光束
の偏光状態を利用して、第２の半導体レーザー１２から
射出する光束の光路と第２の光検出器９２へ向かう反射
光束の光路とを分離する第２の光路分離手段２２とが、
第２の光源・受光部一体ユニットとしてユニット化され
ている。

【００４４】尚、図２の実施の形態においては、第１お
よび第２の光路分離手段２１，２２内にそれぞれλ／４
板を設けたが、λ／４板は偏光性ホログラムと光ディス
クの間の光路上の別の位置にあってもよく、特に、ビー
ムスプリッタ４から対物レンズ６に至る光路上に、第
１、第２の半導体レーザー１１，１２からの光束に共通
したλ／４板を配備してもよい。各半導体レーザー１
１，１２からの光束は波長が異なるが、上記波長：
λ₁，λ₂に対して屈折率の異なる複屈折性材料で薄膜を
形成し、薄膜の厚さを適当に調整することにより、波
長：λ₁，λ₂の光束に対して共通したλ／４板を構成す
ることができる。

【００４５】図２に示す実施形態の光ピックアップ装置
における光スポット形成状態を平面に展開して示した場
合、図１と同様の状態となる。すなわち、光源、カップ
リングレンズ、対物レンズのみで集光状態を示した場
合、第１の半導体レーザー１１からの光束を基板厚ｔ₁
の光ディスク７に集光して光スポットを形成する場合に
は、図１（ａ）と同様に、第１の半導体レーザー１１か
らの光束はカップリングレンズ３１により平行光束とし
てカップリングされて対物レンズ６に入射し、光ディス
ク７の記録面上に光スポットを形成する。そしてこのと
き形成される光スポットが適正なものとなるように、対
物レンズ６及びカップリングレンズ３１が設計されるこ
とは前述した通りである。また、第２の半導体レーザー
１２からの光束を基板厚ｔ₂（ｔ₁＜ｔ₂）の光ディスク
８に集光して光スポットを形成する場合には、図１
（ｂ）と同様に、第２の半導体レーザー１２からの光束
が、第２の半導体レーザー用のカップリングレンズ３２
により所定のビーム形状の発散光束となるようにカップ
リングされて対物レンズ６に入射し、光ディスク８の記
録面に光スポットを形成する。このとき形成される光ス
ポットは、カップリングレンズ３２のビーム形状変換機
能により、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）の非対
称性や半導体レーザーのパワー不足が補正されるので、
対物レンズが軸ずれした場合にも光スポットの劣化が低
く抑えられる。したがって、図２に示す実施形態によ
り、２基板厚・２波長対応の光ピックアップ装置が実現
される。

【００４６】

【実施例】次に、本発明の光ピックアップ装置に用いら
れるカップリングレンズの具体的な実施例を説明する。
各実施例は、図１の実施形態におけるカップリングレン
ズ３や、図２の実施形態における第２の光源用のカップ
リングレンズ３２の具体例である。

【００４７】（実施例１）第１の実施例として、図１
（ｂ）に示すように、光軸方向をＺ方向、光軸に直交す
る方向をＸ，Ｙ方向とした場合に、カップリングレンズ
の光軸に直交する面内のＸ方向の焦点距離をｆ_x＝１
５．７５ｍｍ、それに直交するＹ方向の焦点距離をｆ_y
＝１６．００ｍｍ、物体距離を６５ｍｍとして、第１面
（光ディスク側の面）が非球面、第２面（光源側の面）
が球面という条件で最適設計したレンズ（以下、ＣＬ２
とする）の面形状は、第１面の非球面を表す非球面式
を、Ｚ＝(Ｘ²/Ｒ_x+Ｙ²/Ｒ_y)／[１+√{１-(１+Ｋ_x)(Ｘ/Ｒ_x)²-(１+Ｋ_y)(Ｙ/Ｒ_y)²}] ＋ＡＲ[(１−ＡＰ)Ｘ²＋(１＋ＡＰ)Ｙ²］² ＋ＢＲ[(１−ＢＰ)Ｘ²＋(１＋ＢＰ)Ｙ²］³ ＋ＣＲ[(１−ＣＰ)Ｘ²＋(１＋ＣＰ)Ｙ²］⁴ ＋ＤＲ[(１−ＤＰ)Ｘ²＋(１＋ＤＰ)Ｙ²］⁵ ・・・（２）とし、Ｚ：Ｚ軸に平行な面のサグ、Ｒ_x，Ｒ_y：Ｘ方向とＹ方向の曲率半径、Ｋ_x，Ｋ_y：Ｘ方向とＹ方向の円錐係数、ＡＲ，ＢＲ，ＣＲ，ＤＲ：円錐からの４次，６次，８
次，１０次の変形係数の回転対称成分、ＡＰ，ＢＰ，ＣＰ，ＤＰ：円錐からの４次，６次，８
次，１０次の変形係数の非回転対称成分、として、上記（２）式における係数Ｒ_x，Ｒ_y，Ｋ_x，
Ｋ_y，ＡＲ，ＢＲ，ＣＲ，ＤＲ，ＡＰ，ＢＰ，ＣＰ，Ｄ
Ｐを、下記の表３のように与えて特定される曲面であ
る。また、カップリングレンズ（ＣＬ２）の中心肉厚は
３．０ｍｍであり、材料の屈折率は波長：λ₂＝７８５
ｎｍに対し、ｎ＝１．５８２である。また、下記の表４
にカップリングレンズ（ＣＬ２）の画角（入射瞳径２．
０ｍｍ）に対する波面収差を示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】

【表４】

【００５０】上記のカップリングレンズ（ＣＬ２）と前
述の（１）式及び表１に示されるレンズ面形状のＤＶＤ
用の対物レンズ（ＯＬ１）を組み合わせ、基板厚：ｔ₂
＝１．２ｍｍのＣＤ系の光ディスクに集光させたときの
波面収差は光軸上で０．０２λであり、回折限界の光ス
ポットを得るには十分の波面収差である。このとき、Ｘ
方向の倍率は０．１８０であり、Ｙ方向の倍率は０．１
７７である。つまり、発散光に対しビーム整形が成され
ているので、前述した２基板厚対応の光学系を構成する
ことができる。

【００５１】（実施例２）次に第２の実施例として、第
１面、第２面の両面が非球面で、そのレンズ面形状が上
記（２）式及び下記の表５の非球面係数で表されるカッ
プリングレンズ（以下、ＣＬ３とする）を形成した。こ
のカップリングレンズ（ＣＬ３）は、光軸（Ｚ方向）に
直交する面内のＸ方向の焦点距離がｆ_x＝１０．００ｍ
ｍ、それに直交するＹ方向の焦点距離がｆ_y＝１６．０
０ｍｍ、物体距離が６５ｍｍ、という３つの条件のもと
で設計したレンズである。また、カップリングレンズ
（ＣＬ３）の中心肉厚は４．０ｍｍであり、材料の屈折
率は波長：λ₂＝７８５ｎｍに対し、ｎ＝１．５８２で
ある。また、下記の表６にＣＬ３の画角（入射瞳径３．
０ｍｍ）に対する波面収差を示す。

【００５２】

【表５】

【００５３】

【表６】

【００５４】上記のカップリングレンズ（ＣＬ３）のよ
うに両面を非球面とすることにより、実施例１で示した
片面球面のカップリングレンズ（ＣＬ２）よりも良好に
波面収差が補正されている。また、ビーム整形機能（Ｘ
方向の焦点距離ｆ_xとＹ方向の焦点距離ｆ_yの差）も増大
させることができる。上記のカップリングレンズ（ＣＬ
３）と前述のＤＶＤ用の対物レンズ（ＯＬ１）を組み合
わせ、基板厚：ｔ₂＝１．２ｍｍのＣＤ系の光ディスク
に集光させたときの波面収差は光軸上で０．０３λであ
り、回折限界の光スポットを得るには十分の波面収差で
ある。このとき、Ｘ方向の倍率は０．３８であり、Ｙ方
向の倍率は０．２８である。つまり、発散光に対しビー
ム整形が成されているので、前述した２基板厚対応の光
学系を構成することができる。

【００５５】（実施例３）次に第３の実施例として、第
１面、第２面の両面が非球面で、そのレンズ面形状が上
記（２）式及び下記の表７の非球面係数で表されるカッ
プリングレンズ（以下、ＣＬ４とする）を形成した。こ
のカップリングレンズ（ＣＬ４）は、光軸（Ｚ方向）に
直交する面内のＸ方向の焦点距離がｆ_x＝１０．００ｍ
ｍ、それに直交するＹ方向の焦点距離がｆ_y＝１４．０
０ｍｍ、物体距離が−３０ｍｍ、という３つの条件のも
とで設計したレンズである。また、カップリングレンズ
（ＣＬ４）の中心肉厚は３．１７５ｍｍであり、材料の
屈折率は波長：λ₂＝７８５ｎｍに対し、ｎ＝１．５８
２である。また、下記の表８にＣＬ４の画角（入射瞳径
３．０ｍｍ）に対する波面収差を示す。

【００５６】

【表７】

【００５７】

【表８】

【００５８】上記のカップリングレンズ（ＣＬ４）と、
前述の（１）式及び下記の表９に示される非球面係数を
持つレンズ面形状のＤＶＤ用の対物レンズ（以下、ＯＬ
２とする）（波長：６３５ｎｍのときの屈折率：Ｎ₆₃₅
＝１．７２６９、中心肉厚：１．５ｍｍ）を組み合わ
せ、基板厚：ｔ₂＝１．２ｍｍのＣＤ系の光ディスクに
集光させたときの波面収差は光軸上で０．０２λであ
り、回折限界の光スポットを得るには十分の波面収差で
ある。このとき、Ｘ方向の倍率は０．２８であり、Ｙ方
向の倍率は０．２４である。つまり、発散光に対しビー
ム整形が成されているので、前述した２基板厚対応の光
学系を構成することができる。

【００５９】

【表９】

【００６０】尚、以上の実施例１〜３に示したカップリ
ングレンズ（ＣＬ２〜ＣＬ４）は、カップリングレンズ
単体として画角に略比例する波面収差（コマ収差）が残
存するように設計されているので、対物レンズが軸ずれ
したときの波面劣化を補正することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、カップリングレンズとして、発散光もし
くは収束光に対し、光軸に垂直な面内の直交する２方向
の焦点距離が異なるレンズ（ビーム形状変換レンズ等）
を用いる構成としたので、発散光束または収束光束に対
しファーフィールパターン（ＦＦＰ）の変形を行うこと
ができ、従来不可能であった、発散系に対するビーム整
形機能を搭載した光ピックアップアップ装置が可能にな
り、半導体レーザー光源のパワー不足やＦＦＰの非対称
性を補正することができる。

【００６２】請求項２に記載の発明によれば、１つの対
物レンズと２つの異なる波長の光源を用いて２種類の基
板厚の光記録媒体に対応する光ピックアップ装置におい
て、第２の光源からの光束をカップリングするカップリ
ングレンズとして、発散光もしくは収束光に対し、光軸
に垂直な面内の直交する２方向の焦点距離が異なるレン
ズ（ビーム形状変換レンズ等）を用いる構成としたの
で、発散光束または収束光束に対しファーフィールパタ
ーン（ＦＦＰ）の変形を行うことができ、基板厚の影響
を補正するために発散系となる光学系において、半導体
レーザー光源のパワー不足やＦＦＰの非対称性を補正す
ることができる。

【００６３】請求項３に記載の発明によれば、１つの対
物レンズと２つの異なる波長の光源を用いて２種類の基
板厚の光記録媒体に対応する光ピックアップ装置におい
て、第２の光源からの光束をカップリングするカップリ
ングレンズとして、発散光もしくは収束光に対し、光軸
に垂直な面内の直交する２方向の焦点距離が異なるレン
ズ（ビーム形状変換レンズ等）を用いる構成としたの
で、発散光束または収束光束に対しファーフィールパタ
ーン（ＦＦＰ）の変形を行うことができ、基板厚の影響
を補正するために発散系となる光学系において、半導体
レーザー光源のパワー不足やＦＦＰの非対称性を補正す
ることができる。また、部品の集積化（ユニット化）に
より、小型化、低コスト化が図れる。

【００６４】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
または２または３に記載の光ピックアップ装置におい
て、カップリングレンズの両面のレンズ面形状を非球面
としたことにより、単体レンズとしてより良好に球面収
差を補正できるカップリングレンズを備えた光ピックア
ップ装置を提供することができる。

【００６５】請求項５に記載の発明によれば、請求項２
または３または４に記載の光ピックアップ装置におい
て、カップリングレンズの単体としての性能が画角に略
比例する波面収差を持つ構成としたので、光源のカップ
リング効率が高く、対物レンズが軸ずれした場合の光ス
ポットの劣化が低く抑えられる光学系を備えた光ピック
アップ装置を提供することができる。

【００６６】請求項６に記載の発明によれば、請求項２
〜５のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、
第１の光記録媒体の基板厚をｔ₁＝０．６（ｍｍ）（例
えば、ＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ等のＤＶＤ系
の光ディスク）、第２の光記録媒体の基板厚をｔ₂＝
１．２（ｍｍ）（例えば、ＣＤやＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ
等のＣＤ系の光ディスク）としたので、ＤＶＤ系の光デ
ィスクとＣＤ系の光ディスクの互換が可能となり、いず
れの光ディスクに対しても、情報の記録もしくは再生あ
るいは消去を極めて良好に行うことが可能となる。

【００６７】請求項７に記載の発明によれば、請求項２
〜６のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、
基板厚ｔ₂ の第２の光記録媒体に対する光学系の倍率が
０．２以上となるようにしたので、例えば基板厚：ｔ₂
＝１．２（ｍｍ）の第２の光記録媒体（例えば、ＣＤや
ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系の光ディスク）に対
し、莫大な光源パワーを必要とせず、従来の記録用ドラ
イブ程度の光源（半導体レーザー等）の出射パワーで記
録可能になる。

【００６８】請求項８に記載の発明によれば、請求項３
に記載の光ピックアップ装置において、第１の光路分離
手段が、波長λ₁の光束の偏光状態を利用して、第１の
光源から射出する光束の光路と第１の光検出手段へ向か
う反射光束の光路とを分離するもの（例えば、偏光性ホ
ログラム等）とし、第２の光路分離手段が、波長λ₂の
光束の偏光状態を利用して、第２の光源から射出する光
束の光路と第２の光検出手段へ向かう反射光束の光路と
を分離するもの（例えば、偏光性ホログラム等）とした
ので、特に、高効率の偏光性ホログラムを用いることに
より、光ピックアップの往路、復路とも光利用効率を向
上させることができ、これにより、光源（半導体レーザ
ー等）の出射パワーを下げることができる。また、光検
出器の受光量が増加し、信頼性の高い信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す光ピックアップ装置
の構成説明図であって、（ａ）は第１の光源からの光束
をカップリングレンズにより略平行光束として対物レン
ズに入射し、基板厚ｔ₁の第１の光記録媒体の記録面に
集光させた状態を示す図、（ｂ）は第２の光源からの光
束をカップリングレンズによりビーム整形した発散光束
として対物レンズに入射し、基板厚ｔ₂（ｔ₁＜ｔ₂）の
第２の光記録媒体の記録面に集光させた状態を示す図で
ある。

【図２】本発明の別の実施形態を示す光ピックアップ装
置の概略構成図である。

【図３】図２に示す光ピックアップ装置の光路分離手段
の一例を示す概略要部断面図である。

【図４】図２に示す光ピックアップ装置の光路分離手段
として用いられるホログラム素子の面形状の一例を示す
概略平面図である。

【図５】図２に示す光ピックアップ装置の光検出器の受
光部の一例を示す概略平面図である。

【図６】一般的な光ピックアップ装置の一例を示す概略
構成図である。

【図７】共通の対物レンズを用いて基板厚の薄い光記録
媒体と基板厚の厚い光記録媒体に光スポットを形成する
場合の説明図である。

【図８】ＤＶＤ用のカップリングレンズと対物レンズを
組み合わせた場合の光学系倍率と、カップリングレンズ
から対物レンズまでの距離（ＣＬ−ＯＬ距離）の関係を
示す図である。

【図９】光源からの光束をカップリングレンズにより弱
い発散光束として対物レンズに入射し、基板厚が厚い光
記録媒体の記録面に集光させた状態を示す図である。

【符号の説明】

１，１１：第１の光源（半導体レーザー）２，１２：第２の光源（半導体レーザー）３：カップリングレンズ（ビーム形状変換レンズ）６：対物レンズ７：基板厚ｔ₁の光記録媒体（光ディスク）８：基板厚ｔ₂の光記録媒体（光ディスク）２１：第１の光路分離手段２２：第２の光路分離手段３１：第１の光源用のカップリングレンズ３２：第２の光源用のカップリングレンズ（ビーム形状
変換レンズ）９１：第１の光検出器９２：第２の光検出器２１１：偏光性ホログラム２１２：１／４波長板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源とカップリングレンズと対物レンズと
を有し、光記録媒体に対して情報の記録もしくは再生あ
るいは消去を行う光ピックアップ装置において、上記カップリングレンズとして、発散光もしくは収束光
に対し、光軸に垂直な面内の直交する２方向の焦点距離
が異なるレンズを用いることを特徴とする光ピックアッ
プ装置。
【請求項２】基板厚ｔ₁ の第１の光記録媒体と、該第１
の光記録媒体とは異なる基板厚ｔ₂（ｔ₁＜ｔ₂）の第２
の光記録媒体に対して、情報の記録もしくは再生あるい
は消去を行う光ピックアップ装置において、基板厚ｔ₁ の第１の光記録媒体に対して情報の記録もし
くは再生あるいは消去を行うための波長λ₁ の第１の光
源と、基板厚ｔ₂ の第２の光記録媒体に対して情報の記録もし
くは再生あるいは消去を行うための波長λ₂ の第２の光
源と、上記第１の光源あるいは第２の光源からの波長λ₁ ある
いは波長λ₂ の光束を第１の光記録媒体あるいは第２の
光記録媒体の記録面に集光する１つの対物レンズとを用
い、少なくとも上記第２の光源からの光束をカップリングす
るカップリングレンズを有し、上記カップリングレンズとして、発散光もしくは収束光
に対し、光軸に垂直な面内の直交する２方向の焦点距離
が異なるレンズを用いることを特徴とする光ピックアッ
プ装置。
【請求項３】基板厚ｔ₁ の第１の光記録媒体と、該第１
の光記録媒体とは異なる基板厚ｔ₂（ｔ₁＜ｔ₂）の第２
の光記録媒体に対して、情報の記録もしくは再生あるい
は消去を行う光ピックアップ装置において、基板厚ｔ₁ の第１の光記録媒体に対して情報の記録もし
くは再生あるいは消去を行うための波長λ₁ の第１の光
源と、上記第１の光記録媒体からの反射光束を検出する
第１の光検出手段と、上記第１の光源から射出する光束
の光路と上記第１の光検出手段へ向かう反射光束の光路
とを分離する第１の光路分離手段とを、単一のユニット
として一体化した第１の光源・受光部ユニットと、基板厚ｔ₂ の第２の光記録媒体に対して情報の記録もし
くは再生あるいは消去を行うための波長λ₂ の第２の光
源と、上記第２の光記録媒体からの反射光を受光する第
２の光検出手段と、上記第２の光源から射出する光束の
光路と上記第２の光検出手段へ向かう反射光束の光路と
を分離する第２の光路分離手段とを、単一のユニットと
して一体化した第２の光源・受光部ユニットと、上記第１の光源あるいは第２の光源からの波長λ₁ ある
いは波長λ₂ の光束を第１の光記録媒体あるいは第２の
光記録媒体の記録面に集光する、少なくとも第１の光記
録媒体に対して波長λ₁ においてその光学特性が最適化
されている１つの対物レンズと、少なくとも上記第２の光源からの光束をカップリングす
るカップリングレンズとを有し、上記カップリングレンズとして、発散光もしくは収束光
に対し、光軸に垂直な面内の直交する２方向の焦点距離
が異なるレンズを用いることを特徴とする光ピックアッ
プ装置。
【請求項４】請求項１または２または３に記載の光ピッ
クアップ装置において、カップリングレンズは、両面が
非球面であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】請求項２または３または４に記載の光ピッ
クアップ装置において、カップリングレンズの単体とし
ての性能が画角に略比例する波面収差を持つことを特徴
とする光ピックアップ装置。
【請求項６】請求項２〜５のいずれかに記載の光ピック
アップ装置において、第１の光記録媒体の基板厚はｔ₁
＝０．６（ｍｍ）、第２の光記録媒体の基板厚はｔ₂＝
１．２（ｍｍ）であることを特徴とする光ピックアップ
装置。
【請求項７】請求項２〜６のいずれかに記載の光ピック
アップ装置において、基板厚ｔ₂ の第２の光記録媒体に
対する光学系の倍率が０．２以上であることを特徴とす
る光ピックアップ装置。
【請求項８】請求項３に記載の光ピックアップ装置にお
いて、第１の光路分離手段が、波長λ₁の光束の偏光状
態を利用して、第１の光源から射出する光束の光路と第
１の光検出手段へ向かう反射光束の光路とを分離するも
のであり、第２の光路分離手段が、波長λ₂の光束の偏
光状態を利用して、第２の光源から射出する光束の光路
と第２の光検出手段へ向かう反射光束の光路とを分離す
るものであることを特徴とする光ピックアップ装置。