JP2003233928A - 光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準波長と異なる波長を有する光源を用いて
も収差の補正可能な収差補正範囲を光ディスクの基準厚
さについて対称にする。 【解決手段】 波長４５０ｎｍ以下のレーザ光線を射出
する半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１から射出さ
れた光線を集光して光ディスク１００の信号記録面に照
射するＮＡ０．７以下の単玉の対物レンズ１６と、対物
レンズ１６に入射するレーザ光線の平行度を制御して球
面収差を補正する収差補正機構１４と、を有し、対物レ
ンズ１６は、収差補正機構１４により補正された球面収
差が所定値以下となる収差補正範囲が光ディスク１００
の基準厚さについて対称になるような形状を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクにレー
ザ光線を照射して信号の記録又は再生を行う光ピックア
ップ装置及び光ピックアップ装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像データや音声データなど大容
量の情報信号を記録する光学記録媒体として、光ディス
クが提供されている。普及している光ディスクの規格に
は、波長７８０ｎｍ程度、開口数（numerical apertur
e；ＮＡ）０．４５〜０．５を用い、記憶容量６５０Ｍ
Ｂを有するＣＤ（compact disc）がある。また、波長６
５０ｎｍ程度、ＮＡ０．６０程度を用い、記憶容量４．
７ＧＢ（片面）を有するＤＶＤ（digital versatile di
sc / digital video disc）がある。短波長化と高ＮＡ
化により、ＤＶＤの記憶容量はＣＤの約７倍に増加して
いる。

【０００３】近年、光ディスクのさらなる大容量化が図
られている。これは、高密度化により大容量化された光
ディスクとともに、大容量化された光ディスクに対応す
る、短波長の光源と高ＮＡの対物レンズを有する光ピッ
クアップ装置によって実現される。

【０００４】光ディスクの大容量化を実現する次世代の
光ピックアップ装置として、例えば、波長４００ｎｍ程
度の青色レーザの光源、ＮＡ０．８５の対物レンズを有
するものが想定されている。同時に、光ディスクは、高
ＮＡ化による余裕の低下に対処するため、ＣＤの１．２
ｍｍ、ＤＶＤの０．６ｍｍと比較すると薄い、０．１ｍ
ｍの再生透過層を有するものが想定されている。

【０００５】ここで、例えば、論文「ＧａＮ青紫色レー
ザダイオードを用いた光ディスク記録」、イチムラ他、
日本応用物理学学会誌３９巻９３７〜９４２頁２０００
年（I. Ichimura et al., “Optical Disk Recording U
sing GaN Blue-Violet LaserDiode”, Jpn. J. Appl. P
hys. Vol. 39 (2000) pp.937-942）には、２群２枚のレ
ンズで構成したＮＡ０．８５の対物レンズが記載されて
いる。

【０００６】２群２枚で構成した対物レンズを採用する
と、光ピックアップ装置の製造の際、対物レンズ組立の
工程を要するとともに、レンズが２枚必要なことから、
量産性に劣り、コスト的にも不利になる。このため、次
世代の光ピックアップ装置には、単玉の対物レンズを用
いることが望まれる。

【０００７】しかし、次世代ピックアップ装置で想定さ
れるＮＡ０．８５の単玉対物レンズは、例えばＤＶＤに
対応する対物レンズと比較して大きな色収差を発生す
る。すなわち、光源の半導体レーザが射出するレーザ光
線の波長は個体ごとに異なり、この波長は一定のばらつ
きを有して分布している。このため、基準波長に適合す
るように設計した対物レンズと半導体レーザの波長は一
般に整合しないため、前記単玉レンズにおいては半導体
レーザの波長の基準波長からのずれに由来する大きな色
収差が発生する。

【０００８】ここで、色収差は、波長変化に応じた焦点
面の移動による軸上色収差と、この軸上色収差に付随し
て発生する球面収差の色収差との２種類に大別される。
このうち、軸上色収差は焦点面を移動することで補正で
きるが、球面収差の色収差は補正することができない。
この球面収差の色収差により、対物レンズの集光性能が
低下する問題がある。

【０００９】論文「グルーブ記録を採用する再記録可能
な高密度光ディスク」、ケー・イワタ他、日本応用物理
学会誌４０巻１６３７頁２００１年（K. Iwata et al,
“High-density rewritable optical disk using groov
e recording”, Jpn, J. Appl. Phys. Vol. 40, 1637,
(2001) ）には、前述の色収差を補正する色補正素子の
報告がある。

【００１０】一方、論文「青紫色レーザを使用した最記
録可能な２層光ディスクに用いられる相変化材料」、エ
ヌ・ヤマダ他、２００１年光学データ記録に関する会合
（K.Yamada et al, “Phase Change material for use
in rewritable dual-layeroptical disk utilizing a b
lue-violet laser”, Technical digest for optical d
ata strage topical meeting 2001には、前記次世代の
光ピックアップ装置に関して、各層に情報信号を記録す
る信号記録面を有する２層構造をとることにより記憶容
量を増加させた光ディスクが提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のような２層ディ
スクにおいては、一方の層の信号記録面を再生している
際、他方の層の信号記録面で反射した光が光検出系に入
り、フォーカスサーボ検出にオフセットを発生したり、
再生信号の劣化を招くクロストークの現象が知られてい
る。このクロストークを抑制するには、２層にそれぞれ
含まれる信号記録面の間隔をある程度厚くする必要があ
る。例えば、ＤＶＤにおいては、各層に含まれる信号記
録面の間隔は４０μｍ以上に定められている。

【００１２】ところで、対物レンズは、レーザ光を照射
する光ディスクにおいて、設定された基準厚さにおいて
収差が発生しないように設計されている。基準厚さは、
対物レンズからレーザ光線が入射する面から光ディスク
の厚さ方向（深さ方向）に定義する。例えば、ＤＶＤの
場合、基準厚さは規格により０．６ｍｍに設定されてい
る。

【００１３】ここで、多層ディスクにおいて、各層に含
まれる信号記録面は有限の距離離れているので、全ての
信号記録面を厚さの基準値に設定することは不可能であ
る。したがって、対物レンズは、基準厚さと異なる厚さ
に位置する信号記録面に対して記録ないし再生すること
を余儀なくされる。このように基準厚さからの厚さ誤差
があると球面収差が発生するため、スポットが回折限界
の大きさより大きくなり、記録特性、再生特性の劣化を
引き起こす。

【００１４】このような厚さ誤差による特性の劣化を抑
制するため、例えばＤＶＤの２層ディスクの場合、記録
特性を下げることで再生の余裕度を上げるようにされて
いる。これは、ＤＶＤの光学系（λ＝６５０ｎｍ、ＮＡ
＝０．６）においては、前述した球面収差の発生は比較
的緩やかであり、光ピックアップ装置の側で特段の収差
補正措置を取らずとも、容量を少し下げることで球面収
差を十分小さくできるためである。

【００１５】一方、開口数が０.７以上の単玉対物レン
ズと波長が４５０ｎｍ以下の半導体レーザによる光源を
用いた次世代の光ピックアップ装置においては、例えば
ＮＡが０．８５で波長が４００ｎｍの場合、光ディスク
の基準厚さから１μｍずれただけで０．０１λと大きな
収差が発生する。このような大きな収差の発生を防止す
る一つの方策は、信号記録面間の厚さを狭くすることで
あるが、これは前記したクロストークの影響が大きくな
るため不可能である。

【００１６】このため、次世代の光ピックアップ装置に
おいて球面収差を十分に低く抑えるには、球面収差を補
正する光学的な手段を備える必要がある。例えば、前記
した論文（I. Ichimura et al.）には、対物レンズ（２
群レンズ）に入射する光線の平行度を変化させること
で、対物レンズに倍率誤差による球面収差を発生させ、
光ディスクの発生する球面収差とキャンセルする手段が
述べられている。

【００１７】ここで、対物レンズが単玉レンズの場合で
あっても同様な光学的な手段を用いて、倍率誤差による
発生した球面収差とディスクの厚さ誤差による球面収差
を相殺することが期待される。実際、単玉対物レンズの
場合も、対物レンズの設計波長においてはこのような補
正が可能である。なお、収差を十分に補正可能な光ディ
スクの厚さの範囲は有限であり、この範囲を超えると補
正が不十分になる。

【００１８】ところで、単玉対物レンズは、光源の波長
が設計基準値から僅かにずれただけでも、色収差による
球面収差が発生するという特性がある。このような色収
差による球面収差は、前記したディスクの厚さ誤差によ
る球面収差と、その方向に応じて加算されたり減算され
たりする性格を有する。

【００１９】ここで、光源となる半導体レーザの波長
は、半導体レーザの個体間で異なり、一定の分布でばら
ついている。このため、光ピックアップ装置には、常に
設計基準の波長のレーザを光源として使用することはで
きない。基準波長と異なった半導体レーザを光源とした
場合、色収差による球面収差が発生し、対物レンズと光
ディスクを組み合わせた場合に収差が最小になる光ディ
スクの厚さは基準厚さと異なったものとなる。

【００２０】このように基準波長と異なる半導体レーザ
を備える光ピックアップ装置において、前述した光学的
な手段を用いて対物レンズに入射する光線の平行度を変
化させて球面収差補正を行う。この場合、収差が所定値
以下で補正可能な範囲が、基準厚について厚い側と薄い
側で非対称になり、光ピックアップ装置が対象とする光
ディスクによっては、信号記録面が前記範囲外に位置す
るために充分な収差の補正ができなくなるという問題が
あった。

【００２１】本発明は、上述の実情に鑑みて提案される
ものであって、短波長の光源と高ＮＡの単玉対物レンズ
を用いる光ピックアップ装置であって、基準波長と異な
る光源を用いても収差の補正可能な範囲がディスクの基
準厚さについて対称になるような光ピックアップ装置及
び光ピックアップ装置の製造方法を提供することを目的
とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明に係る光ピックアップ装置は、光ディスク
にレーザ光線を照射して情報信号の記録又は再生を行う
ものであって、レーザ光線を射出するレーザ光源と、前
記レーザ光源から射出されたレーザ光線を集光して光デ
ィスクの信号記録面に照射する単玉の対物レンズと、前
記対物レンズの球面収差を補正する収差補正手段と、を
有し、前記対物レンズは、前記レーザ光線の波長に応じ
て、前記収差補正手段により補正された前記対物レンズ
の発生する球面収差が所定値以下となる収差補正範囲が
前記光ディスクの基準厚さに対し、前記光ディスクの厚
さ方向に対称になるように設定されている。

【００２３】好ましくは、前記対物レンズは、前記レー
ザ光源の波長に応じて、前記収差補正手段により補正さ
れた前記対物レンズの発生する球面収差が所定値以下と
なる収差補正範囲が前記光ディスクの基準厚さに対し、
前記光ディスクの厚さ方向に対象となるような球面収差
を与える形状又は残留収差を有する。

【００２４】好ましくは、前記対物レンズの形状は、前
記レーザ光線の波長に応じて、面形状を維持したまま光
軸方向の厚さが設定される。好ましくは、前記対物レン
ズの残留球面収差は、前記レーザ光線の基準波長におけ
る球面収差である。好ましくは、前記対物レンズの形状
又は残留球面収差は、前記球面収差に対応するものであ
る。

【００２５】好ましくは、前記収差補正手段は、前記対
物レンズへの入射光の平行度を変化させ、対物レンズに
倍率誤差を起こさせることで、前記基準厚さから厚さ誤
差がある信号記録面に対して、球面収差が最小になるよ
うに補正する。

【００２６】好ましくは、前記光ピックアップ装置は、
前記対物レンズの色収差を補正する色補正素子をさらに
有する。

【００２７】好ましくは、前記レーザ光源は、波長４５
０ｎｍ以下の半導体レーザであり、前記対物レンズは、
ＮＡ０．７以上である。

【００２８】本発明に係る光ピックアップ装置は、前述
のような構成を有するので、前記レーザ光源が短波長
で、前記対物レンズが高ＮＡの単玉レンズであっても、
前記信号記録面の基準厚さについて収差補正範囲を対称
にできる。すなわち、前記基準厚さについて、収差補正
範囲の厚い側と薄い側の非対称を低減することができ
る。

【００２９】本発明に係る光ピックアップの製造方法
は、光ディスクにレーザ光線を照射して情報信号の記録
又は再生を行うものであって、複数の単玉の対物レンズ
を測定するステップと、前記複数の対物レンズを前記測
定に応じて分類するステップと、レーザ光線を射出する
レーザ光源の波長を測定するステップと、前記測定した
波長に対して、対物レンズの球面収差を補正する収差補
正手段により補正された前記対物レンズの発生する球面
収差が所定値以下となる収差補正範囲が前記光ディスク
の基準厚さについて、前記光ディスクの厚さ方向に対称
となるような対物レンズを求めるステップと、前記求め
た対物レンズを、前記分類した複数の対物レンズから選
択するステップと、前記レーザ光源、前記収差補正手段
及び前記選択した対物レンズを組み合わせるステップ
と、を有する。

【００３０】好ましくは、前記対物レンズは、前記レー
ザ光源の波長に応じて、前記収差補正手段により補正さ
れた前記対物レンズの発生する球面収差が所定値以下と
なる収差補正範囲が前記光ディスクの基準厚さに対し、
前記光ディスクの厚さ方向に対象となるような球面収差
を与える形状又は残留球面収差を有する。

【００３１】好ましくは、前記複数の対物レンズは、形
状として面形状を維持したまま光軸方向の厚さにばらつ
きがあるか、又は残留球面収差にばらつきがある。好ま
しくは、前記対物レンズの残留球面収差は、前記レーザ
光線の基準波長における球面収差である。好ましくは、
前記対物レンズの形状又は残留球面収差は、前記球面収
差に対応するものである。

【００３２】好ましくは、前記収差補正手段は、前記対
物レンズへの入射光の平行度を変化させ、対物レンズに
倍率誤差を起こさせることで、前記基準厚さから厚さ誤
差がある信号記録面に対して、球面収差が最小になるよ
うに補正する。

【００３３】好ましくは、前記複数の対物レンズは光軸
方向の厚さ又は残留球面収差にばらつきがあり、前記複
数の対物レンズを光軸方向の厚さ又は残留球面収差に応
じて分類し、前記厚さ基準値について収差補正範囲を対
称にするような、前記収差補正手段で球面収差を補正し
た対物レンズの光軸方向の厚さ又は残留球面収差を求め
る。

【００３４】好ましくは、前記レーザ光源は、波長４５
０ｎｍ以下の半導体レーザであり、前記対物レンズは、
ＮＡ０．７以上である。

【００３５】本発明に係る光ピックアップ装置の製造方
法は、前述のような構成を有するので、前記レーザ光源
が短波長で、前記対物レンズが高ＮＡの単玉レンズであ
っても、前記信号記録面の厚さ基準値について収差補正
範囲を対称にできる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光ピックアッ
プ装置及び光ピックアップ装置の製造方法の実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。

【００３７】図１は、本発明を適用した光ピックアップ
装置の概略的な構成を示すブロック図である。この光ピ
ックアップ装置１０は、光ディスク１００にレーザ光線
を照射して情報信号の記録又は再生を行う。本実施の形
態の光ピックアップ装置１０は、光ディスク１００の厚
さ０．１ｍｍを基準厚さとして、この基準厚さにおいて
収差を発生しないように設定されている。

【００３８】光ピックアップ装置１０は、波長４５０ｎ
ｍ以下の一定波長のレーザ光線を射出するレーザ光源と
なる半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１から射出さ
れたレーザ光線を集光して光ディスク１００の信号記録
面に照射するＮＡ０．７以上の単玉の対物レンズ１６
と、前記対物レンズ１６の球面収差を補正する収差補正
機構１４とを有する。本実施の形態では、基準波長は４
０５ｎｍとする。

【００３９】対物レンズ１６は、基準波長４０５ｎｍを
設計波長とし、半導体レーザ１１の波長λに応じて、収
差補正機構１４により補正された対物レンズ１６の発生
する球面収差が０．０２λ（ｒｍｓ）となる収差補正範
囲が光ディスク１００の所定の基準厚さ０．１ｍｍに対
して、光ディスクの厚さ方向に対称となるように設定さ
れている。収差補正範囲においては、光ピックアップ装
置１０は光ディスク１００について記録又は再生特性を
確保することができる。

【００４０】図２は、収差補正機構１４の具体例を示す
図である。収差補正機構１４は、凹レンズ２１と凸レン
ズ２２を有し、これらのレンズの間隔を制御することで
対物レンズ１６に入射する光線の平行度を調整する。こ
れによって、収差補正機構１４は、対物レンズ１６にお
いて倍率誤差による球面収差を発生させて他の球面収差
と相殺する。

【００４１】なお、収差補正機構１４は、例えばコリメ
ータレンズ１３と立ち上げミラー１５間の光路、又は立
ち上げミラー１５と対物レンズ１６間の光路に設けるこ
とができる。

【００４２】半導体レーザ１０から射出されたレーザ光
線は、ビームスプリッタ１２で反射されてほぼ９０°方
向を転じられ、コリメータレンズ１３で収束され、収差
補正機構１４で平行度を調整され、立ち上げミラー１５
によってほぼ９０°角度を転じられた後、対物レンズ１
６によって光ディスク１００の信号記録面に集光して照
射される。

【００４３】光ディスク１００からの戻り光は、対物レ
ンズ１６によって集光され、立ち上げミラー１５によっ
て略９０°方向を転じられ、収差補正機構１４及びコリ
メータレンズ１３を通った後、ビームスプリッタ１２を
透過し、シリンドリカルレンズ１６を通って光検出器１
７に達して検出される。

【００４４】なお、光ピックアップ装置１０は、対物レ
ンズ１５による色収差を補正する色補正素子を備えるこ
ともある。色補正素子は、例えばコリメータレンズ１３
と立ち上げミラー１５間の光路、又は立ち上げミラー１
５と対物レンズ１６間の光路に設けることができる。

【００４５】本実施の形態の光ピックアップ装置１０
は、半導体レーザ１１、収差補正機構１４、対物レンズ
１６及び色補正素子（以下、これらを要部と称する。）
に特徴を有する。したがって、以下では、これら要部に
着目して説明し、他の部分の説明は省略する。

【００４６】図３は、第１の実施の形態の光ピックアッ
プ装置の要部を示す図である。図中には、光ピックアッ
プ装置１０の要部となる対物レンズ３１が示されてい
る。この対物レンズ３１は、光ピックアップ装置１０の
対物レンズ１６に相当するものである。この第１の実施
の形態の光ピックアップ装置１０は、色補正素子を有し
ない。

【００４７】対物レンズ３１は、非球面の第１面１と第
２面２を有し、半導体レーザ１１から入射される光線Ｌ
を集光し、光ディスク１００の第３面３を介して像面と
なる信号記録面４に照射する。対物レンズ３１を規定す
るデータを以下に示す。

【００４８】表１は、対物レンズ３１の仕様を示す。

【表１】

【００４９】表２は、対物レンズ３１の設計値を示す。

【表２】

【００５０】表３は、対物レンズ３１の第１面１の非球
面係数を示す。

【表３】

【００５１】表４は、対物レンズ３１の第２面２の非球
面係数を示す。

【表４】

【００５２】表５は、対物レンズ３１の光学材料の屈折
率を示す。

【表５】

【００５３】基準波長の４０５ｎｍに対する光ピックア
ップ装置１０の縦収差図を図４に、非点収差図を図５に
示す。対物レンズ３１は、基準波長４０５ｎｍを設計波
長としており、収差補正機構１４による補正がなく入射
光が平行光（倍率がゼロ倍）の時、光ディスク１００の
基準厚さ０．１ｍｍにおいて収差が完全に補正される。

【００５４】一般の光ディスク１０１においては、レー
ザ光を集光して照射する信号記録面の位置は基準厚さと
異なり、基準厚さから信号記録面までの厚さ誤差が存在
する。このような場合、収差補正機構１４により対物レ
ンズ３１に入射する光線の平行度を変化させて補正を行
う。収差補正機構１４は、光ディスク１００の厚さ誤差
により発生する球面収差を、入射光の平行度の変化によ
り対物レンズ３１で生じる倍率誤差により発生する球面
収差で相殺する。

【００５５】本実施の形態では、収差補正機構１４によ
り球面収差を補正した後の収差の量が、λを半導体レー
ザ１の波長として０．０２λ（ｒｍｓ）以下の範囲を収
差の補正が可能な収差補正範囲と定義する。この収差補
正範囲内においては、十分な記録又は再生の特性を確保
することができる。

【００５６】表６は、基準波長の場合の収差補正範囲と
対物レンズ３１に入射する光線の平行度の関係を示す。
前述したように、入射光線の平行度は、収差補正機構１
４によって連続的に調整される。

【表６】

【００５７】収差補正機構１４は、入射光線を８００ｍ
ｍの収束光から平行光を経て８００ｍｍの拡散光に連続
的に変化させる。すなわち、収差補正機構１４は、入射
光線を８００ｍｍの収束光から無限大の収束光すなわち
平行光に単調に変化させ、平行光すなわち無限大の拡散
光から８００ｍｍの拡散光に単調に変化させる。なお、
以下でも収差補正機構１４は、入射光線の平行度につい
ては、このように収束光と拡散光を平行光を経て連続的
に変化させるものとする。また、表に記載する２つの平
行度は、収差補正範囲の両端に対応するものとする。

【００５８】このような入射光線の平行度に応じて、光
ディスク１００の厚さは０．０８９ｍｍ〜０．１１ｍｍ
まで連続的に変化する。収差補正範囲は０．０８９ｍｍ
〜０．１１ｍｍであり、光ディスク１００の基準厚さ
０．１ｍｍについて対称に、１０μｍの範囲で補正が可
能である。

【００５９】次に、半導体レーザ１１の波長が４００ｎ
ｍの場合を検討する。半導体レーザ１１の波長は、個体
ごとに異なり、一定の分布によるばらつきを有してい
る。基準波長が４０５ｎｍの場合、４００ｎｍは十分あ
り得る波長である。

【００６０】表７は、波長４００ｎｍの場合の収差補正
範囲と対物レンズ３１に入射する光線の平行度の関係を
示す。収差補正範囲は０．０９６ｍｍ〜０．１１６ｍｍ
であり、光ディスク１００の基準厚さ０．１ｍｍに対し
て、厚い側は約１６μｍ、薄い側では約４μｍと非対称
である。このため、市場に供給されている全ての光ディ
スク１００を良好に再生できない可能性がある。

【表７】

【００６１】ここで、半導体レーザ１１の波長に応じ
て、対物レンズ３１の形状を適切に設定することで、収
差補正範囲を基準厚さについて対称にすることが可能で
ある。これは、例えば適切な球面収差を有する対物レン
ズ３１を選択することによりなされる。最も簡単には、
基準波長に対応して設定された対物レンズ３１と面形状
が同じで、光軸方向の厚さ（軸上厚さ）の異なった対物
レンズ３１を用いる。

【００６２】このような適切な球面収差を有する対物レ
ンズ３１は、例えば実験やシミュレーションにより求め
ることができる。基準厚さについて収差補正範囲を対称
にするような対物レンズ３１の例えば軸上厚さの形状と
半導体レーザ１１の波長の関係は、テーブルを作成して
格納しておくこともできる。

【００６３】本実施の形態の光ピックアップ１０におい
て、波長４００ｎｍの半導体レーザ１１に対しては、設
計値より軸上厚さが３．５μｍ厚い３．１０７１ｍｍの
対物レンズ３１を用いると最良の結果が得られる。

【００６４】表８は、波長４００ｎｍに厚さ３．１０７
１ｍｍの対物レンズを組み合わせた場合の収差補正範囲
と対物レンズ３１に入射する光線の平行度の関係を示
す。収差補正範囲は、０．０９ｍｍ〜０．１１ｍｍのよ
うに基準厚さ０．１ｍｍについて対称になる。

【表８】

【００６５】なお、４００ｎｍにおいて、基準厚さで収
差を最小にする対物レンズ３１の厚さは、上記した値よ
り薄い３．１０６ｍｍである。しかしながら、この対物
レンズ３１による収差補正範囲は、０．０９２ｍｍから
０．１１３ｍｍと、基準厚さ０．１ｍｍについて非対称
である。このように、基準厚さで収差を最小にする対物
レンズ３１の形状と、基準厚さについて収差補正範囲を
対称にする対物レンズ３１の形状は一般に異なる。

【００６６】本実施の形態では、半導体レーザ１１が基
準波長４０５ｎｍより短い４００ｎｍの波長を有する場
合を検討したが、半導体レーザ１１の基準波長より長い
波長を有する場合も同様に、基準厚さについて収差補正
範囲を対称にするような対物レンズ３１の形状を設定す
ることができる。この場合、最も簡単には、基準波長に
対応して設定された対物レンズ３１と面形状が同じで、
軸上厚さが薄い対物レンズ３１を使用することができ
る。

【００６７】図６は、本実施の形態における対物レンズ
３１の軸上厚さの波長に対する依存性を示す図である。
この図では、基準波長４０５ｎｍに対応する対物レンズ
３１の軸上厚さ３．１０４ｍｍを基準としている。前述
したように、波長４００ｎｍに対応する対物レンズ３１
の軸上厚さは、基準波長に対応する対物レンズ３１から
３．５μｍだけ増加する。図に示すように、収差補正範
囲が基準波長に対して対称になるような対物レンズ３１
の軸上厚さは、半導体レーザ１１の波長が大きくなるほ
ど減少する。

【００６８】なお、図に示すような対物レンズ３１と軸
上厚さと波長は、例えば実験やシミュレーションによっ
て予め算出し、テーブルとして関係を記載しておくこと
ができる。例えば、光ピックアップ装置１０を製造する
場合、半導体レーザ１１の波長に対応する対物レンズ３
１の厚さについて前記テーブルを参照して求めることが
できる。

【００６９】図７は、第２の実施の形態の光ピックアッ
プ装置の要部を示す図である。図中には、光ピックアッ
プ装置１０の要部となる対物レンズ３２と色補正素子３
３が示されている。この対物レンズ３２は、光ピックア
ップ装置１０の対物レンズ１６に相当するものであり、
第１の対物レンズ３１と同一である。また、貼り合わせ
型の色補正素子３３は、対物レンズ３２による色収差を
補正するものであり、光ピックアップ装置１０におい
て、例えばコリメータレンズ１３と対物レンズ１６間の
光路に設けられる。

【００７０】色補正素子３３は、第１面１、第２面２及
び第３面を有している。対物レンズ３２は、第４面４と
第５面５を有している。対物レンズ３２は、色補正素子
３３を透過した光線Ｌを収束し、光ディスク１００の第
６面を介して像面となる信号記録面７に照射する。対物
レンズ３２及び色補正素子３３を規定するデータを以下
に示す。

【００７１】表９は、対物レンズ３２及び色補正素子３
３の仕様を示す。

【表９】

【００７２】表１０は、対物レンズ３２及び色補正素子
３３の設計値を示す。

【表１０】

【００７３】表１１は、対物レンズ３２の第４面４の非
球面係数を示す。

【表１１】

【００７４】表１２は、対物レンズ３２の第５面５の非
球面係数を示す。

【表１２】

【００７５】表１３は、対物レンズ３２及び色補正素子
３３の各光学材料の屈折率を示す。

【表１３】

【００７６】基準波長の４０５ｎｍに対する縦収差図を
図８に、非点収差図を図９に示す。色補正素子３３は、
基準波長において僅かにレンズパワーを有するため、こ
れらの収差図は、第１の実施の形態の縦収差図（図４）
及び非点収差図（図５）から僅かに変化している。

【００７７】対物レンズ３２は、設計波長である基準波
長４０５ｎｍにおいて、光ディスク１００の基準厚さ
０．１ｍｍに対し、入射光が平行光（倍率がゼロ倍）の
時、収差が完全に補正される。しかし、色補正素子３３
が基準波長４０５ｎｍで僅かにレンズパワーを持ってい
るため、光ピックアップ装置１０全体としては、基準波
長において僅かに球面収差の発生がある。

【００７８】色補正素子３３に用いる２種類のガラス
は、波長が４０２．７ｎｍにおいて屈折率が等しくな
る。したがって、この波長において、色補正素子３３は
何ら光学的作用を有せず、光ピックアップ装置１０は色
補正素子３３がない場合と同じ特性になる。なお、これ
以外の波長では、色補正素子３３はレンズパワーを有
し、光ピックアップ装置１０全体としては、波長につい
ての収差特性は、対物レンズ３２単体を用いた場合とは
異なる。

【００７９】図１０は、球面収差の波長に対する依存性
を示す図である。図中の符号□は、色補正素子３３を有
する第２の実施の形態における波長と球面収差との関係
を示している。図中の符号△は、色補正素子３３を有し
ない第１の実施の形態における関係を示している。

【００８０】色補正素子３３を有する本実施の形態で
は、球面収差は基準波長近くで低下するが、これ以外で
は増加している。なお、本実施の形態の球面収差の値
は、個々の波長における最良な像面で収差を計算したた
め多少大きな値になっているが、像面の特定の波長の最
良像面に固定して他の波長の収差を計算した場合は、色
補正素子３３を有する本実施の形態の方が第１の実施の
形態より優れた結果になることはいうまでもない。

【００８１】本実施の形態の光ピックアップ１０におい
て、光ディスク１００に厚さ誤差がある場合の球面収差
の補正を行う。これは、収差補正機構１４により対物レ
ンズ３２に入射する光の平行度を変化させて行う。前述
したように、補正後の収差が０．０２λ（ｒｍｓ）以下
となる範囲を収差補正範囲と定義する。

【００８２】表１４は、基準波長４０５ｎｍの場合の収
差補正範囲と対物レンズ１６の入射光線の平行度を示
す。この場合、収差補正範囲は０．０８９ｍｍ〜０．１
ｍｍであり、基準厚さ０．１ｍｍについて対称にほぼ１
０μｍである。

【表１４】

【００８３】次に、ピックアップ装置１０の半導体レー
ザ１１が波長４００ｎｍを有する場合を検討する。前述
したように、半導体レーザ１１は、射出するレーザ光線
の波長が個体ごとに異なり、波長は一定の分布でばらつ
いている。基準波長が４０５ｎｍの半導体レーザ１１の
場合、４００ｎｍは充分あり得る波長である。

【００８４】表１５は、波長４００ｎｍの場合の収差補
正範囲と対物レンズ３２の入射光線の平行度を示す。こ
の場合、収差補正範囲は０．０９５ｍｍ〜０．１１５ｍ
ｍであり、基準厚さ０．１ｍｍについて、厚い側は約１
６μｍ、薄い側では約４μｍと非対称になっている。こ
のように収差補正範囲が非対称であるため、市場に供給
されている全ての光ディスク１００を良好に再生できな
い可能性がある。

【表１５】

【００８５】ここで、半導体レーザ１１の波長に応じ
て、対物レンズ３２の形状を適切に設定することによ
り、光ディスク１００の基準厚さについて収差補正範囲
を対称にすることが可能である。これは、光ピックアッ
プ装置１０に適切な球面収差を有する対物レンズ３２を
使用することでなされる。最も簡単には、基準波長に対
応して設定された対物レンズ３２と面形状が同じで軸上
厚さの異なった対物レンズ３２を用いる。

【００８６】波長４００ｎｍの半導体レーザ１１を用い
た場合、基準波長に対する対物レンズ３２より軸上厚さ
が３μｍ厚い、３．１０７ｍｍの対物レンズ３２を用い
ると最良の結果が得られる。対物レンズ３２の軸上厚さ
は、例えば実験やシミュレーションによって求める。表
１６は、波長４００ｎｍの場合に軸上厚さ３．１０７ｍ
ｍの対物レンズ３２を使用した場合の収差補正範囲と入
射光線の平行度の関係を示す。収差補正範囲は０．０９
ｍｍ〜０．１１ｍｍのように、基準厚さ０．１ｍｍにつ
いて対称である。

【表１６】

【００８７】なお、ここで示した第２の実施の形態にお
いては、前述の第１の実施の形態における波長４１０ｎ
ｍに対応する対物レンズ３１に比較的近い対物レンズ３
２の軸上厚さで同等の性能が得られるが、対物レンズ３
２の最適な設定は、収差補正機構１４の設計によっても
変化するため、常に対物レンズ３２単体での最適な設定
と一致するという訳ではない。

【００８８】次に、光ピックアップ装置の製造方法の実
施の形態について説明する。

【００８９】光ピックアップ装置の製造方法は、光ディ
スク１００にレーザ光線を照射して情報信号の記録又は
再生を行う光ピックアップ装置１０を製造する一連のス
テップから構成される。

【００９０】すなわち、光ピックアップ装置の製造方法
は、複数の単玉の対物レンズを測定するステップと、前
記複数の対物レンズを測定に応じて分類するステップ
と、半導体レーザ１１の波長を測定するステップと、前
記測定した波長に対して、対物レンズ１６の球面収差を
補正する収差補正機構１４により補正された前記対物レ
ンズ１６の発生する球面収差が所定値以下となる収差補
正範囲が前記光ディスク１００の基準厚さについて対称
となるような対物レンズ１６を求めるステップと、前記
求めた対物レンズ１６を、前記分類した複数の対物レン
ズから選択するステップと、前記半導体レーザ１１、前
記収差補正機構１４及び前記選択した対物レンズ１６を
組み合わせるステップと、を有する。

【００９１】前記対物レンズ１６は、半導体レーザ１１
の波長に応じて、対物レンズ１６の球面収差を補正する
収差補正機構１４により測定された前記対物レンズ１６
の発生する球面収差が所定値以下となる収差補正範囲が
前記光ディスク１００の基準厚さについて対称となるよ
うな球面収差を与える形状を有する。

【００９２】本実施の形態では、対物レンズを球面収差
に応じて分類し、前記測定した波長に応じて、適切な球
面収差を有する対物レンズ１６を選択する。本実施の形
態では、球面収差に対する主要な寄与が対物レンズ１６
の厚さ誤差による光軸方向の厚さ（軸上厚さ）によるも
のであることに着目し、対物レンズ１６の軸上厚さに基
づいて分類や選択を行うことにする。なお、例えば基準
波長における残留収差を干渉計などで測定し、この残留
収差から球面収差を測定し、この球面収差によって分類
することもできる。

【００９３】すなわち、前記複数の対物レンズは軸上厚
さにばらつきがあり、前記複数の対物レンズを軸上厚さ
に応じて分類し、前記厚さ基準値について収差補正範囲
を光ディスク１００の厚さ方向に対称にするような、前
記収差補正機構１４で球面収差を補正した対物レンズ１
６の軸上厚さを求める。

【００９４】図１１は、本発明を適用した光ピックアッ
プ装置の製造方法の一連のステップを示すフローチャー
トである。

【００９５】最初のステップＳ１１において、光ピック
アップ装置１０の製造に用いる半導体レーザ１１の波長
を測定する。半導体レーザ１１の射出するレーザ光線
は、個別の半導体レーザ１１ごとに異なるので、それぞ
れの半導体レーザ１１の波長を個体ごとに測定する。

【００９６】ステップＳ１２においては、ステップＳ１
１において測定した半導体レーザ１１の波長に対応する
対物レンズ１５の厚さを求める。すなわち、当該波長に
対して基準厚さについて前記収差補正範囲が対称になる
ような対物レンズ１６の軸上厚さを算出する。対物レン
ズ１６の厚さは、例えば図６に示したように、半導体レ
ーザ１１の波長と、それぞれの波長に対応する対物レン
ズ１６の厚さの関係が記載されたテーブルを参照するこ
とで行う。なお、このようなテーブルは、例えば実験や
シミュレーションによって予め作成しておく。

【００９７】ステップＳ１３においては、ステップＳ１
２で求めた厚さを有する対物レンズ１６を選択する。こ
の対物レンズ１５は、予め厚さが測定され、厚さに基づ
いて分類されている複数の対物レンズの中から選択す
る。

【００９８】図１２は、複数の対物レンズを厚さによっ
て分類する一連のステップを示すフローチャートであ
る。

【００９９】最初のステップＳ２１においては、複数の
対物レンズの軸上厚さを個別の対物レンズごとに測定す
る。

【０１００】複数の対物レンズは、製造上の公差を有す
るので軸上厚さにばらつきを有する。複数の対物レンズ
の軸上厚さのばらつきは、対物レンズの製造誤差におい
て支配的な厚み誤差によるものである。

【０１０１】なお、対物レンズの製造誤差としては、面
形状又はガラスの屈折率の製造誤差も考えられるが、こ
れらは次のような理由によって影響が少ない。すなわ
ち、面形状の誤差は、球面収差以外の収差を発生するた
め、本実施の形態では、面形状は非常に高精度に形成す
るものとする。また、本実施の形態のような高ＮＡの対
物レンズの材料には光学ガラスを用いるが、光学ガラス
の屈折率のばらつきは小さい。

【０１０２】これに対して対物レンズの厚さ誤差は、製
造時に抑制することが難しい。対物レンズの厚さは、光
軸に対して回転対称形であるから、球面収差以外の不要
な収差の発生はない。なお、厚みにばらつきを有する対
物レンズを意図的に製造することもできる。

【０１０３】ステップＳ２２においては、ステップＳ２
１で測定した軸上厚さに基づいて対物レンズを分類す
る。例えば、対物レンズを１μｍを単位で分類する。

【０１０４】図１１のステップＳ１４においては、ステ
ップＳ１１で波長を測定した半導体レーザ１１とステッ
プＳ１３で選択した前記波長に対応する対物レンズ１５
を組み合わせる。

【０１０５】本実施の形態の一連のステップは、所定の
プログラムに基づいて制御された製造ラインにおいて自
動的に実行することができる。また、この一連のステッ
プは、プログラムとして記録媒体に記録して配布するこ
とができる。

【０１０６】次に、本実施の形態の変形例を説明する。
光ピックアップ装置の製造方法の実施の形態では、対物
レンズ１６の基準波長における面形状を維持したまま厚
さを変化させて形状を設定した。これに対し、本変形例
では、対物レンズ１６の面形状を変化させることで形状
を設定する。具体的には、対物レンズ１６の面形状を規
定する非球面パラメータが異なる複数の対物レンズの内
から半導体レーザ１１の波長に応じて、収差補正機構１
４により球面収差が補正された対物レンズ１６の発生す
る球面収差が所定値以下となる収差補正範囲が光ディス
ク１００の基準厚さについて対称となるような対物レン
ズ１６を選択する。半導体レーザ１１にの波長に対応す
る対物レンズ１６の非球面パラメータは、例えば前述の
ように波長と非球面パラメータの関係を記載したテーブ
ルを参照して求める。なお、この変形例では、対物レン
ズ１６の厚さを一定に維持するか、又は同時に変化させ
る。

【０１０７】なお、前述の光ピックアップ装置及び光ピ
ックアップ装置の製造方法の実施の形態においては、軸
上厚さ又は面形状という対物レンズの形状が球面収差に
寄与をなすことに着目したが、対物レンズの残留球面収
差も球面収差に寄与をなす。

【０１０８】このことに着目すると、前記光ピックアッ
プ装置は、半導体レーザの波長において、収差補正機構
により補正された対物レンズの発生する球面収差が所定
値以下となる収差補正範囲が光ディスクの基準厚さに対
して対象となるような残留収差を有する対物レンズを含
むものとすることができる。

【０１０９】一方、前記光ピックアップ装置の製造方法
は、対物レンズを基準波長における球面収差（残留収
差）によって分類するステップと、収差補正機構により
補正された対物レンズの発生する球面収差が所定値以下
となる収差補正範囲が光ディスクの基準厚さについて対
称となるような残留球面収差を求めるステップとを含む
ものとすることができる。

【０１１０】また、前述の実施の形態は、本発明の具体
例を述べたものであり、本発明はこれに限定されない。
例えば、光ピックアップ装置１０の対物レンズ１６及び
色補正素子は、前述の第１及び第２の実施の形態で示し
たものに限られず、他の設計によっても実現することが
できる。また、半導体レーザ１１の基準波長は４０５ｎ
ｍに限らず、光ディスク１００の基準厚さは０．１ｍｍ
に限らず、他の量に設定することもできる。

【０１１１】さらに、前述の実施の形態においては、２
層の光ディスク１００を示したが、本発明は２層に限ら
れず単層又は２層以上の光ディスク、例えば単層、２
層、３層、４層の光ディスク１００に対して適用するこ
とができる。ここで、単層又は２層以上の光ディスク１
００とは、各層に信号記録面を含むものである。

【０１１２】

【発明の効果】前述のように、本発明によると、短波長
の光源と高ＮＡの単玉対物レンズを用いる光ピックアッ
プ装置であって、基準波長と異なる光源を用いても収差
の補正可能な範囲が光ディスクの基準厚さについて対称
にすることで、１層又は２層以上の光ディスクに対する
記録又は再生の特性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光ピックアップ装置の概略的
な構成を示すブロック図である。

【図２】収差補正機構の構成を示す断面図である。

【図３】第１の実施の形態の光ピックアップ装置の要部
を示す断面図である。

【図４】第１の実施の形態の光ピックアップ装置の縦収
差図である。

【図５】第１の実施の形態の光ピックアップ装置の非点
収差図である。

【図６】対物レンズの軸上厚さの波長に対する依存性を
示す図である。

【図７】第２の実施の形態の光ピックアップ装置の要部
を示す図である。

【図８】第２の実施の形態の光ピックアップ装置の縦収
差図である。

【図９】第２の実施の形態の光ピックアップ装置の非点
収差図である。

【図１０】球面収差の波長に対する依存性を示す図であ
る。

【図１１】光ピックアップ装置の製造方法の一連のステ
ップを示すフローチャートである。

【図１２】対物レンズを分類する一連のステップを示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１０ 光ピックアップ装置 １１ 半導体レーザ １２ ビームスプリッタ １３ コリメータレンズ １４ 収差補正機構 １５ 立ち上げミラー １６ 対物レンズ １７ シリンドリカルレンズ １８ 光検出器 １００ 光ディスク

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 LA21 LA26 NA01 NA14 PA01 PA02 PA17 PA18 PB01 PB02 QA02 QA07 QA14 QA16 QA18 QA21 QA31 QA33 QA34 QA42 RA05 RA12 RA13 RA42 5D119 AA11 AA22 BA01 BB01 BB02 BB03 BB13 DA01 DA05 EB02 EC01 EC03 FA05 JA09 JA44 JB01 JB02 JB03 NA02 5D789 AA11 AA22 BA01 BB01 BB02 BB03 BB13 DA01 DA05 EB02 EC01 EC03 FA05 JA09 JA44 JB01 JB02 JB03 NA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ディスクにレーザ光線を照射して情報
   信号の記録又は再生を行う光ピックアップ装置におい
   て、 レーザ光線を射出するレーザ光源と、 前記レーザ光源から射出されたレーザ光線を集光して光
   ディスクの信号記録面に照射する単玉の対物レンズと、 前記対物レンズの球面収差を補正する収差補正手段と、 を有し、 前記対物レンズは、前記レーザ光線の波長に応じて、前
   記収差補正手段により補正された前記対物レンズの発生
   する球面収差が所定値以下となる収差補正範囲が前記光
   ディスクの基準厚さに対して対称になるように設定され
   たことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 【請求項２】 前記対物レンズの色収差を補正する色補
   正素子をさらに有することを特徴とする請求項１記載の
   光ピックアップ装置。
3. 【請求項３】 前記対物レンズは、前記レーザ光線の波
   長に応じて形状又は残留球面収差が設定されることを特
   徴とする請求項１又は２記載の光ピックアップ装置。
4. 【請求項４】 光ディスクにレーザ光線を照射して情報
   信号の記録又は再生を行う光ピックアップ装置の製造方
   法において、 複数の単玉の対物レンズを測定するステップと、 前記複数の対物レンズを前記測定に応じて分類するステ
   ップと、 レーザ光線を射出するレーザ光源の波長を測定するステ
   ップと、 前記測定した波長に対して、対物レンズの球面収差を補
   正する収差補正手段により補正された前記対物レンズの
   発生する球面収差が所定値以下となる収差補正範囲が前
   記光ディスクの基準厚さについて対称となるような対物
   レンズを求めるステップと、 前記求めた対物レンズを、前記分類した複数の対物レン
   ズから選択するステップと、 前記レーザ光源、前記収差補正手段及び前記選択した対
   物レンズを組み合わせるステップと、 を有することを特徴とする光ピックアップ装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記複数の対物レンズは球面収差にばら
   つきがあり、前記複数の対物レンズを形状又は残留収差
   に応じて分類し、前記厚さ基準値について収差補正範囲
   を対称にするような、前記収差補正手段で球面収差を補
   正した対物レンズの形状又は残留収差を求めることを特
   徴とする請求項４記載の光ピックアップ装置の製造方
   法。