JP2005044467A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズと光ディスクとの間の作動距離を設定する。
【解決手段】第１光記録媒体と、第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体と、第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、第１〜第３光記録媒体を適宜組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された対物レンズにより選択的に記録又は再生する際、対物レンズは下記の式を満たす。
ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ
但し、ｔ：対物レンズの軸上厚さ、ｆ：対物レンズの焦点距離、ａ：係数、ｂ：定数
とした時に、係数ａ，定数ｂは、ａ＝２．０２，ｂ＝−１．９４、又は、ａ＝２．０８，ｂ＝−１．８４、もしくは、ａ＝２．１１，ｂ＝−１．７７
【選択図】図１０

Description

本発明は、基板厚さの異なる少なくとも２種類以上の光記録媒体を開口数（ＮＡ）が０．７５以上の対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、対物レンズが各光記録媒体に衝突しないように基板厚さがより厚い光記録媒体に対して作動距離を設定した光ピックアップ装置に関するものである。

一般的に、円盤状の光ディスクやカード状の光カードなどの光記録媒体は、映像情報とか音声情報やコンピュータデータなどの情報信号を透明基板上で螺旋状又は同心円状に形成したトラックに高密度に記録し、且つ、記録済みのトラックを再生する際に所望のトラックを高速にアクセスできることから多用されている。

この種の光記録媒体となる光ディスクとして例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などは既に市販されているが、最近になって光ディスクに対してより一層高密度化を図るために、ＣＤ，ＤＶＤよりも情報信号を超高密度に記録又は再生できる超高密度光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）の開発が盛んに行われている。

まず、上記したＣＤは、従来、波長が７８０ｎｍ前後のレーザー光を開口数（ＮＡ）＝０．４５程度の対物レンズで絞り込んだレーザービームをディスク基板に照射して、ディスク基板のレーザービーム入射面から略１．２ｍｍ隔てた信号面上に情報信号を記録又は再生している。

また、上記したＤＶＤは、従来、波長が６５０ｎｍ前後のレーザー光を開口数（ＮＡ）＝０．６程度の対物レンズで絞り込んだレーザービームをディスク基板に照射して、ディスク基板のレーザービーム入射面から略０．６ｍｍ隔てた信号面上に情報信号を記録又は再生している。この際、ＤＶＤの記録容量はＣＤよりも６〜８倍高めてディスク基板の直径が１２ｃｍの時に片面で４．７ＧＢ（ギガバイト）程度である。

また、上記した超高密度光ディスクは、波長が４５０ｎｍ以下のレーザー光を開口数（ＮＡ）＝０．７５以上の対物レンズで絞り込んだレーザービームをディスク基板に照射して、レーザービーム入射面から略０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ隔てた信号面上に情報信号を記録又は再生できるように開発が進められている。この際、超高密度光ディスクの記録容量はディスク基板の直径が１２ｃｍの時に片面で２５ＧＢ（ギガバイト）前後である。

ところで、レーザービーム入射面から信号面までのディスク基板厚さが異なる３種類の光ディスクを記録又は再生する光ピックアップ装置がある（例えば、非特許文献１参照）。
「次世代光ディスク技術を徹底解剖する（第２回）」 日経エレクトロニクス ２００３．５．１２号 １３１頁〜１３３頁

上記した非特許文献１には、ディスク基板厚さが異なる３種類の光ディスクを記録又は再生する光ピックアップ装置の従来例として、対物レンズを２個用いた２レンズ方式（韓国Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｏｎｉｃｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．の例）と、対物レンズを１個用いた１レンズ方式（韓国ＬＧ Ｅｌｅｃｔｏｎｉｃｓ Ｉｎｃ．の例）とが開示されている。

ところで、非特許文献１に開示された上記した２レンズ方式では、ＣＤ／ＤＶＤ兼用対物レンズとＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ用対物レンズとを同じ基台内に並べて配置しており、この例によればＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃに特有の光学的な調整をＣＤ／ＤＶＤ系に対して独立して行えることができるものの、一つのアクチュエーターで両対物レンズをそれぞれフォーカス方向及びトラッキング方向に制御しているので、一つのアクチュエーターの可動部重量が重くなり、高転送レートに対応した高帯域のアクチュエーターを実現することが極めて難しい上に、対物レンズを２個使うために、コスト的にも問題である。

一方、非特許文献１に開示された上記した１レンズ方式では、対物レンズと各光ディスクとの間に設定される作動距離を確保するために１枚構成で開口数（ＮＡ）が０．８５と高い対物レンズを用いているものの、各光ディスクに対する各作動距離についての具体的な数値例が何等示されていない。

そこで、基板厚さの異なる少なくとも２種類以上の光記録媒体を開口数（ＮＡ）が０．７５以上の対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、対物レンズが各光記録媒体に衝突しないように基板厚さがより厚い光記録媒体に対して作動距離を設定した光ピックアップ装置が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体と、前記第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、第１〜第３光記録媒体を適宜組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
前記第１光記録媒体に対応して第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
前記第３光記録媒体に対応して前記第２レーザー光よりも波長が長い第３レーザー光を出射させる第３レーザー光源と、
第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する第１，第２面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、第１〜第３レーザー光を前記第１〜第３光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズとを少なくとも備えてなり、
前記対物レンズは下記の式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置である。
ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ 但し、 ｔ： 対物レンズの軸上厚さ ｆ： 対物レンズの焦点距離 ａ： 係数 ｂ： 定数 とした時に、係数ａ，定数ｂは、ａ＝２．０２，ｂ＝−１．９４、又は、ａ＝２．０８，ｂ＝−１．８４、もしくは、ａ＝２．１１，ｂ＝−１．７７

また、第２の発明は、第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体と、第１，第２光記録媒体を組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
前記第１光記録媒体に対応して第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する第１，第２面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、第１，第２レーザー光を前記第１，第２光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズとを少なくとも備えてなり、
前記対物レンズは下記の式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置である。
ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ 但し、 ｔ： 対物レンズの軸上厚さ ｆ： 対物レンズの焦点距離 ａ： 係数 ｂ： 定数 とした時に、係数ａ，定数ｂは、ａ＝２．１５，ｂ＝−１．６２、又は、ａ＝２．２３，ｂ＝−１．５、もしくは、ａ＝２．２８，ｂ＝−１．４５

本発明に係る光ピックアップ装置において、請求項１記載によると、第１光記録媒体と、第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体と、第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、第１〜第３光記録媒体を適宜組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された対物レンズにより選択的に記録又は再生する際、対物レンズが下記の式を満たして、 ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ 但し、 ｔ： 対物レンズの軸上厚さ ｆ： 対物レンズの焦点距離 ａ： 係数 ｂ： 定数 とした時に、ａ＝２．０２，ｂ＝−１．９４の場合に対物レンズと第３光記録媒体との間に設定される作動距離を０．４ｍｍ以上確保でき、又は、ａ＝２．０８，ｂ＝−１．８４、の場合に対物レンズと第３光記録媒体との間に設定される作動距離を０．３ｍｍ以上確保でき、もしくは、ａ＝２．１１，ｂ＝−１．７７の場合に対物レンズと第３光記録媒体との間に設定される作動距離を０．２５ｍｍ以上確保できるので、対物レンズが第１〜第３光記録媒体に衝突しなくなり、対物レンズ及び第１〜第３光記録媒体を傷付けることなく光ピックアップ装置の品質，信頼性向上に寄与できる。

また、請求項２記載によると、第１光記録媒体と、第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体と、第１，第２光記録媒体を組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定された対物レンズにより選択的に記録又は再生する際、対物レンズが下記の式を満たして、 ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ 但し、 ｔ： 対物レンズの軸上厚さ ｆ： 対物レンズの焦点距離 ａ： 係数 ｂ： 定数 とした時に、ａ＝２．０２，ｂ＝−１．９４の場合に対物レンズと第２光記録媒体との間に設定される作動距離を０．４ｍｍ以上確保でき、又は、ａ＝２．０８，ｂ＝−１．８４、の場合に対物レンズと第２光記録媒体との間に設定される作動距離を０．３ｍｍ以上確保でき、もしくは、ａ＝２．１１，ｂ＝−１．７７の場合に対物レンズと第２光記録媒体との間に設定される作動距離を０．２５ｍｍ以上確保できるので、対物レンズが第１，第２光記録媒体に衝突しなくなり、対物レンズ及び第１，第２光記録媒体を傷付けることなく光ピックアップ装置の品質，信頼性向上に寄与できる。

以下に本発明に係る光ピックアップ装置の一実施例を図１乃至図１２を参照して詳細に説明する。

本発明に係る光ピックアップ装置では、基板厚さの異なる少なくとも２種類以上の光記録媒体を開口数（ＮＡ）が０．７５以上の対物レンズを用いて選択的に記録又は再生する際に、基板厚さの異なりにより発生する球面収差を補正しながら対物レンズが各光記録媒体に衝突しないように基板厚さがより厚い光記録媒体に対して作動距離を設定したことを特徴とするものである。

図１は本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。

図１に示した如く、本発明に係る光ピックアップ装置１０Ａは、波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１により情報信号を超高密度に記録又は再生する第１光記録媒体（以下、超高密度光ディスクと記す）１と、波長λ２が第１レーザー光Ｌ１の波長λ１より長く６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２により情報信号を高密度に記録又は再生する第２光記録媒体（以下、ＤＶＤと記す）２と、波長λ３が第２レーザー光Ｌ２の波長λ２より長く７８０ｎｍ前後の第３レーザー光Ｌ３により情報信号を記録又は再生する第３光記録媒体（以下、ＣＤと記す）３と、第１〜第３光記録媒体１〜３を適宜組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に適用可能に開発したものである。

尚、第１〜第３光記録媒体１〜３を適宜組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体としては、第１光記録媒体と第２光記録媒体との組み合わせとか、第１光記録媒体と第３光記録媒体との組み合わせとか、第２光記録媒体と第３光記録媒体との組み合わせとかがあり、これらの組み合わせ型光記録媒体は合計のディスク基板厚さが略１．２ｍｍに形成されるものであるが、以下の説明では個々の光記録媒体について詳述し、組み合わせ型光記録媒体の場合はその応用であるので説明は省略する。

また、以下の説明では、第１〜第３光記録媒体１〜３として、円盤状の光ディスクに適用した場合について説明するが、これに限ることなく、カード状の光記録媒体であっても良い。

そして、上記した第１〜第３光記録媒体１〜３は、光ディスク駆動装置５内に回転自在に設けたスピンドルモータ６の軸に固着したターンテーブル７上に選択的に装着されるようになっている。

ここで、上記した超高密度光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）１は、レーザービーム入射面１ａと信号面１ｂとの間のディスク基板厚さｄ１が略０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍに薄く設定されて、この上に補強板を貼り合せて合計厚さが厚く形成されており、この合計厚さは例えば略１．２ｍｍである。

また、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）２は、レーザービーム入射面２ａと信号面２ｂとの間のディスク基板厚さｄ２が超高密度光ディスク１よりも厚く略０．６ｍｍに設定されて、この上に略０．６ｍｍの補強板を貼り合せて合計厚さが略１．２ｍｍに形成されている。

また、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）３は、レーザービーム入射面３ａと信号面３ｂとの間のディスク基板厚さｄ３がＤＶＤ２よりも厚く略１．２ｍｍに設定されている。

尚、この実施例では、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３の各ディスク基板厚さｄ１，ｄ２，ｄ３が、例えば０．１ｍｍ，０．６ｍｍ，１．２ｍｍにそれぞれ設定されているものとする。

また、超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａ又はＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａもしくはＣＤ３のレーザービーム入射面３ａの下方には、本発明に係る光ピックアップ装置１０Ａが各光ディスク１，２，３の径方向に移動自在に設けられている。

上記した本発明に係る光ピックアップ装置１０Ａ内には、超高密度光ディスク１に対応して波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１を出射するための第１レーザー光源（以下、青色半導体レーザーと記す）１１と、ＤＶＤ２に対応して波長λ２が６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２を出射するためにＤＶＤ用集積デバイス３０内の第２レーザー光源（以下、赤色半導体レーザーと記す）３１と、ＣＤ３に対応して波長λ３が７８０ｎｍ前後の第３レーザー光Ｌ３を出射するためにＣＤ用集積デバイス４０内の第３レーザー光源（以下、赤外半導体レーザーと記す）４１とが設けられている。

尚、この実施例では、青色半導体レーザー１１から出射される第１レーザー光Ｌ１の波長λ１は例えば４０５ｎｍに設定され、また、赤色半導体レーザー３１から出射される第２レーザー光Ｌ２の波長λ２は例えば６６０ｎｍに設定され、更に、赤外半導体レーザー４１から出射される第３レーザー光Ｌ３の波長λ３は例えば７８０ｎｍに設定されているものとする。

まず、超高密度光ディスク１に対応する青色半導体レーザー１１側について説明すると、青色半導体レーザー１１から出射した波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１は直線偏光の発散光であり、この発散光が回折格子（グレーティング）１２に入射され、この回折格子１２内に形成された凹凸状格子（図示せず）のピッチと傾斜の角度に応じて０次回折光と±１次回折光とからなる３本のビーム（以下、３ビームと記す）に分離された後に、３ビームが偏光ビームスプリッタ１３に入射される。

尚、この実施例では、回折格子１２により３ビームを生成しているが、回折格子１２を設けない構成もあり、この場合には青色半導体レーザー１１から出射された第１レーザー光Ｌ１を１ビームのままで偏光ビームスプリッタ１３に直接入射させれば良い。

上記した偏光ビームスプリッタ１３は、回折格子１２からの３ビームを透過させ、且つ、後述する超高密度光ディスク１からの反射光を反射させて略９０°方向を転じさせるために偏光性を有する半透過反射膜１３ａが膜付けされている。

この後、偏光ビームスプリッタ１３内の半透過反射膜１３ａを透過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、コリメーターレンズ１４で平行光に変換されて、球面収差補正手段１５に入射される。

上記した球面収差補正手段１５は、超高密度光ディスク１のディスク基板厚さｄ１のバラツキなどに伴って青色半導体レーザー１１と超高密度光ディスク１の信号面１ｂとの間に配置された光学系によって発生する球面収差を補正するものであり、青色半導体レーザー１１側に設けた凹レンズ（負レンズ）１５Ａと、後述の対物レンズ２０側に設けた凸レンズ（正レンズ）１５Ｂと、凸レンズ１５Ｂを光軸方向に沿って変位させるアクチュエータ１５Ｃとから構成されている。そして、凸レンズ１５Ｂをアクチュエータ１５Ｃによって凹レンズ１５Ａに対して光軸方向に変位させ、凹レンズ１５Ａと凸レンズ１５Ｂとの間隔を制御して、対物レンズ２０に入射する３ビームの平行度を調整して、対物レンズ２０の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ことで球面収差が零になるように補正するものである。尚、凹レンズ（負レンズ）１５Ａを凸レンズ１５Ｂに対して光軸方向に変位させる方法でも良い。

尚更に、球面収差補正手段として、この実施例では凹レンズ１５Ａと凸レンズ１５Ｂとアクチュエータ１５Ｃとの組み合わせを用いたが、これに代えて液晶素子などを用いた波面変調素子を適用することも可能である。

この後、球面収差補正手段１５を通った第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、波長板１６，第１ダイクロイックプリズム１７を順に通過する。上記した波長板１６は、第１レーザー光Ｌ１による３ビームに対して略１／４波長（９０°）の位相差を与えるものである。また、上記した第１ダイクロイックプリズム１７は、青色半導体レーザー１１から出射された波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１を透過させる一方、赤色半導体レーザー３１から出射された波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２及び赤外半導体レーザー４１から出射された波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対して反射させて略９０°方向を転じさせるために波長選択性を有する半透過反射膜１７ａが膜付けされている。

この後、第１ダイクロイックプリズム１７内の半透過反射膜１７ａを透過した第１レーザー光Ｌ１による３ビームは、レンズホルダ１８内の下方部位に取り付けた波面変換素子１９で回折されることなく平行光のままで直進してレンズホルダ１８内の上方部位に取り付けた対物レンズ２０に入射し、この対物レンズ２０で絞り込んだ第１レーザービーム（３ビーム）が超高密度光ディスク１のレーザー入射面１ａから入射して信号面１ｂに集光される。

上記した波面変換素子１９は、内部に回折構造（図示せず）が形成され且つレンズホルダ１８内で対物レンズ２０と光軸を一致させて取り付けられており、青色半導体レーザー１１から出射された波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１を回折せずに平行光のまま直進して対物レンズ２０に入射させる一方、赤色半導体レーザー３１から出射された波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対して対物レンズ２０への開口数（ＮＡ）を０．６程度に制限しながら回折した拡散光を対物レンズ２０に入射させ、更に、赤外半導体レーザー４１から出射された波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対して対物レンズ２０への開口数（ＮＡ）を０．４５程度に制限しながら回折して第２レーザー光Ｌ２よりも強い拡散度を持った拡散光を対物レンズ２０に入射させるものである。

ここで、上記した波面変換素子１９は、フレネルレンズに近い効果を有する素子であるが、通常のレンズ作用に加えて、球面収差を補正する作用を付随的に持つように設計することもできる。波面変換素子１９の構造としては、バイナリー型の構造、あるいは、階段状回折構造として、階段の１ステップを波長が４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１の整数倍の光路長の差に近い深さにし、波長が６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２においては、レンズ作用を有するような構造を持つもので構成することができる。

この際、波長が６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２及び波長が７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３は波面変換素子１９に平行光で入射させられるのみならず、拡散光で入射するように設定することも可能である。拡散光で入射させた場合は、素子の回折構造のピッチを広げる効果がある。また、６５０ｎｍと７８０ｎｍで各々適切な光束の拡散度に設定するために、両者の素子への入射光を異ならせることが有効である。

また、波長違いを用いた回折構造の機能の差を用いた波面変換素子に加えて、各波長での偏光方向の違いを用いた、偏光依存性の素子（例えば液晶）を用いた素子を適用することも可能である。

また、上記した対物レンズ２０は、超高密度光ディスク用として開口数が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する第１，第２面２０ａ，２０ｂのうち少なくとも一方の面が非球面に形成されているものであるが、この実施例では開口数（ＮＡ）が０．８５でアプラナートな特性、又は、アプラナートに近い特性を持った単玉レンズを用いている。尚、ここで言うアプラナートとは、軸上の球面収差を完全に補正しつつ正弦条件（軸外でコマ収差を発生しない条件）を満足したものである。

また、レンズホルダ１８の外周にはフォーカスコイル２１とトラッキングコイル２２とが一体的に取り付けられ、且つ、レンズホルダ１８の外周に固着させた不図示の複数本のサスペンションワイヤを介してレンズホルダ１８と一体に対物レンズ２０を超高密度光ディスク１又はＤＶＤ２もしくはＣＤ３に対してフォーカス方向とトラッキング方向とに制御可能になっている。

この後、対物レンズ２０で絞り込んだ第１レーザービーム（３ビーム）を超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａから入射させて信号面１ｂ上に集光し、第１レーザービームによって信号面１ｂへの再生、記録、または消去が行われる。

更にこの後、超高密度光ディスク１の信号面１ｂで反射された第１レーザービームによる戻りの第１反射光は、上記とは逆に対物レンズ２０に再入射して、波面変換素子１９，第１ダイクロイックプリズム１７，波長板１６，球面収差補正手段１５，コリメーターレンズ１４を順に通過して、偏光ビームスプリッタ１６内の偏光性を有する半透過反射膜１６ａで反射されて略９０°方向を転じた後にシリンドリカルレンズ２３を介して第１光検出器２４に集光する。そして、第１光検出器２４で超高密度光ディスク１の信号面１ｂを再生した時のトラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を検出している。

次に、ＤＶＤ２に対応する赤色半導体レーザー３１側について説明すると、ＤＶＤ用集積デバイス３０内の赤色半導体レーザー３１から出射した波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２は直線偏光の発散光であり、この発散光がホログラム素子３２を通過する。この際、ＤＶＤ用集積デバイス３０は、赤色半導体レーザー３１と、この赤色半導体レーザー３１の上方に設置したホログラム素子３２と、赤色半導体レーザー３１の右方に設置した第２光検出器３３とを不図示の半導体基板上で一体化したものである。

この後、ホログラム素子３２を通過した第２レーザー光Ｌ２は、第２ダイクロイックプリズム２５を透過してコリメータレンズ２６で平行光となる。この際、第２ダイクロイックプリズム２５は、赤色半導体レーザー３１から出射された波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２を透過させる一方、赤外半導体レーザー４１から出射された波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対して反射させて略９０°方向を転じさせるために波長選択性を有する半透過反射膜２５ａが膜付けされている。

更に、コリメータレンズ２６を通った第２レーザー光Ｌ２は、第１ダイクロイックプリズム１７内の波長選択性を有する半透過反射膜１７ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、波面変換素子１９によって第２レーザー光Ｌ２に対して対物レンズ２０への開口数（ＮＡ）が０．６相当になるように開口を制限され且つ第２レーザー光Ｌ２を回折して、１次回折光が拡散光となって対物レンズ２０に入射され、第２レーザー光Ｌ２を対物レンズ２０で絞り込んだ第２レーザービームをＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａから入射させて信号面２ｂ上に集光し、第２レーザービームによってＤＶＤ２の信号面２ｂへの再生、記録、または消去が行われる。

更にこの後、ＤＶＤ２の信号面２ｂで反射された第２レーザービームによる戻りの第２反射光は、上記とは逆に対物レンズ２０に再入射し、波面変換素子１９を経て第１ダイクロイックプリズム１７内の半透過反射膜１７ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、コリメータレンズ２６，第２ダイクロイックプリズム２５内の半透過反射膜２５ａを順に通過して、ホログラム素子３２によって回折されて、第２光検出器３３に集光する。そして、第２光検出器３３でＤＶＤ２の信号面２ｂを再生した時のトラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を検出している。

次に、ＣＤ３に対応する赤外半導体レーザー４１側について説明すると、ＣＤ用集積デバイス４０内の赤外半導体レーザー４１から出射した波長λ３＝７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３は直線偏光の発散光であり、この発散光がホログラム素子４２を通過する。この際、ＣＤ用集積デバイス４０は、前記したＤＶＤ用集積デバイス３０と同様な構成であり、赤外半導体レーザー４１と、この赤外半導体レーザー４１の上方に設置したホログラム素子４２と、赤外半導体レーザー４１の右方に設置した第３光検出器４３とを不図示の半導体基板上で一体化したものである。

この後、ホログラム素子４２を通過した第３レーザー光Ｌ３は、第２ダイクロイックプリズム２５内の波長選択性を有する半透過反射膜２５ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、コリメータレンズ２６で平行光とされ、更に、第１ダイクロイックプリズム１７内の半透過反射膜１７ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、波面変換素子１９によって第３レーザー光Ｌ３に対して対物レンズ２０への開口数（ＮＡ）が０．４５相当になるように開口を制限され且つ第３レーザー光Ｌ３を回折して、１次回折光が第２レーザー光Ｌ２よりも強い拡散度を持った拡散光となって対物レンズ２０に入射され、第３レーザー光Ｌ３を対物レンズ２０で絞り込んだ第３レーザービームをＣＤ３のレーザービーム入射面３ａから入射させて信号面３ｂ上に集光し、第３レーザービームによってＣＤ３の信号面３ｂへの再生、記録、または消去が行われる。

更にこの後、ＣＤ３の信号面３ｂで反射された第３レーザービームによる戻りの第３反射光は、上記とは逆に対物レンズ２０に再入射し、波面変換素子１９を経て第２ダイクロイックプリズム１７内の半透過反射膜１７ａで反射されて略９０°光線方向を転じた後、コリメータレンズ２６を経て、第２ダイクロイックプリズム２５の波長選択性を有する半透過反射膜２５ａで反射されて９０°光線方向を転じ、ホログラム素子４２によって回折されて、第３光検出器４３に集光する。そして、第３光検出器４３でＣＤ３の信号面３ｂを再生した時のトラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を検出している。

次に、本発明に係る光ピックアップ装置１０Ａを一部変形させた変形例について図２を用いて簡略に説明する。 図２は本発明に係る光ピックアップ装置を一部変形させた変形例の光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。

図２に示した変形例の光ピックアップ装置１０Ｂは、先に図１を用いて説明した光ピックアップ装置１０Ａの構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付して図示し、光ピックアップ装置１０Ａに対して異なる点のみについて説明する。

図２に示した如く、変形例の光ピックアップ装置１０Ｂでは、波長λ１が４５０ｎｍ以下の第１レーザー光Ｌ１により情報信号を超高密度に記録又は再生する第１光記録媒体（以下、超高密度光ディスクと記す）１と、波長λ２が第１レーザー光Ｌ１の波長λ１より長く６５０ｎｍ前後の第２レーザー光Ｌ２により情報信号を高密度に記録又は再生する第２光記録媒体（以下、ＤＶＤと記す）２と、第１，第２光記録媒体１，２を組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に適用可能に開発したものである。尚、第１，第２光記録媒体を組み合わせた組み合わせ型光記録媒体は合計のディスク基板厚さが略１．２ｍｍに形成されているものである。

上記した変形例の光ピックアップ装置１０Ｂ内には、超高密度光ディスク１と、ＤＶＤ２とを選択的に記録又は再生するために、青色半導体レーザー１１と赤色半導体レーザー３１とが設けられているものの、ＣＤ３には対応していないために、これに伴って、図１に示したＣＤ用集積デバイス４０と、第２ダイクロイックプリズム２５が削除されている。また、第１ダイクロイックプリズム１７内に膜付けした波長選択性を有する半透過反射膜１７ａは、青色半導体レーザー１１から出射された波長λ１＝４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１を透過させる一方、赤色半導体レーザー３１から出射された波長λ２＝６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対して反射させて略９０°方向を転じさせるようになっている。

従って、ＤＶＤ用集積デバイス３０内に設けた赤色半導体レーザー３１からの第２レーザー光Ｌ２は、コリメータレンズ２６に直接入射するようになっている点が前記した光ピックアップ装置１０Ａに対して異なっている。

上記した変形例では２種類の光ディスク１，２だけに対応しているために、３種類の光ディスク１，２，３に対応するよりコスト的に安価に構成できる。

ここで、上記構成による光ピックアップ装置１０Ａ（又は１０Ｂ）を用いて、ディスク基板厚さが異なる３種類（又は２種類）の光ディスク１〜３（又は１〜２）を下位互換性を保って選択的に記録又は再生するにあたって、検討すべき課題は２つあり、第１の課題は、ディスク基板厚さの違いにより発生する球面収差に対応することであり、また、第２の課題は、ディスク基板厚さがより厚い光ディスクを記録又は再生する場合に一つの対物レンズと光ディスクとの間に設定される作動距離が短くなることである。

まず、上記した第１の課題となる球面収差について説明すると、３種類（又は２種類）の光ディスク１〜３（又は１〜２）に対して下位互換性を保って球面収差を補正する方法には、有限補正法と、波面補正法と、有限補正法と波面補正法とを組み合わせた方法とがある。

上記した有限補正法は、先に図１で説明した球面収差補正手段１５により対物レンズ２０の結像倍率を変えて倍率誤差による球面収差を発生させて相殺させるものである。

また、上記した波面補正法は、光ディスクによる球面収差を相殺するか又は減じることができる波面を液晶などにより発生させて補正を行うものである。

また、上記した組み合わせた方法は、有限補正法において残留した球面収差を更に波面補正法により補正を行うものである。

この際、下位互換においては、レーザー光の波長も異なっているのが通例であるから、レーザー光の波長の違いによる球面収差も考慮の上、実際の光学系は設計される。更に、下位互換の場合は、光ディスクの種類に応じて対物レンズ２０への開口数（ＮＡ）が異なっている。従って、波長選択性の開口制限手段などにより、超高密度光ディスク１よりも記録密度が低いＤＶＤ２，ＣＤ３を記録又は再生する場合に開口数を小さく設定している。また更に、球面収差の補正の程度は、完全に補正をする場合から、レーザー光の波長をλとした時にマレシャルの基準値（０．０７λ・ｒｍｓ）以上の収差が残留する場合まで、様々である。

以上説明した光ピックアップ装置１０Ａ（又は１０Ｂ）は一例であって、具体的には異なった構成であっても、同様な機能を付与させた光ピックアップ装置を構成できる。また、各波長の分離は、波長の差に加えて、偏光の違いを利用することも可能である。

対物レンズ２０への開口制限に関しては、必要な開口数（ＮＡ）の内側のみに回折構造をつけることで実現できるが、この他に、不要な外側には、波長により透過率が実質的に変化するコーティングあるいは回折構造で実現することもできる。

次に、第２の課題となる作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）について図３〜図１２を用いて説明する。

図３は、超高密度光ディスク１の差動距離ＷＤ１と、ＤＶＤ２の差動距離ＷＤ２と、ＣＤ３の差動距離ＷＤ３とを説明するために模式的に示した図、
図４は球面収差に対して波面補正法を適用して差動距離を算出する方法を説明するために模式的に示した図、
図５は有限補正法の場合のように、有限距離になる物点を有限倍率で結像した時の対物レンズ単体の結像関係を模式的に示した図、
図６は球面収差に対して有限補正法を適用して差動距離を算出する方法を説明するために模式的に示した図、
図７は対物レンズの厚さと焦点距離とを可変した時に、有限補正法を適用して超高密度光ディスクに対する差動距離を計算した結果を示した図、
図８は対物レンズの厚さと焦点距離とを可変した時に、有限補正法を適用してＤＶＤに対する差動距離を計算した結果を示した図、
図９は対物レンズの厚さと焦点距離とを可変した時に、有限補正法を適用してＣＤに対する差動距離を計算した結果を示した図、
図１０はＤＶＤに対する差動距離の確保条件を示した図、
図１１はＣＤに対する差動距離の確保条件を示した図、
図１２は対物レンズをメニスカス形状に形成した場合を示した図である。

上記した作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）は、一つの対物レンズ２０を超高密度光ディスク用として設計する際に重要なファクターとなるものであり、とくに、超高密度光ディスク用としてアプラナートな特性を持って設計した一つの対物レンズ２０を用いて複数の光ディスク１〜３を記録又は再生する際に、ディスク基板厚さが厚くなるに従って作動距離が短くなるので、これに伴って対物レンズ２０がディスク基板厚さがより厚い光ディスクに衝突する危険性が増加するという問題が生じる。

即ち、図３に示した如く、レーザービーム入射面１ａから信号面１ｂまでのディスク基板厚さｄ１が０．１ｍｍである超高密度光ディスク１と、レーザービーム入射面２ａから信号面２ｂまでのディスク基板厚さｄ２が０．６ｍｍであるＤＶＤ２と、レーザービーム入射面３ａから信号面３ｂまでのディスク基板厚さｄ３が１．２ｍｍであるＣＤ３とをタンーンテーブル７上に選択的にそれぞれ装着した場合、超高密度光ディスク用として設計した対物レンズ２０の第２面２０ｂと超高密度光ディスク１のレーザービーム入射面１ａとの間に設定される作動距離はＷＤ１となり、また、対物レンズ２０の第２面２０ｂとＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａとの間に設定される作動距離はＷＤ２となり、更に、対物レンズ２０の第２面２０ｂとＣＤ３のレーザービーム入射面３ａとの間に設定される作動距離はＷＤ３となり、且つ、各作動距離の寸法関係はＷＤ１＞ＷＤ２＞ＷＤ３の順となる。

ここで、作動距離は、光ディスク（１，２，３）をターンテーブル７上にチャッキングした時に生じる厚み方向の取り付け誤差と、光ディスクの面ぶれとを足し合わせた量よりも充分に長いことが理想である。しかしながら、現実には、光学設計的制約により作動距離を長く設定することは困難であり、さらに、小型化（大きくすれば、当然作動距離は長くなる）の要請からも限度がある。そこで、実用上、ディスク基板厚さの異なる各光ディスク１，２，３に対して問題を生じ得ない、最小限の長さの作動距離を明確にすることが重要である。

まず、光ディスクの規格数値から見ると、ＣＤでの最大の面ぶれは約０．６ｍｍであり、ＤＶＤでの最大の面ぶれは約０．３５ｍｍ程度である。

この際、対物レンズ２０が光ディスク（１，２，３）に対して最も衝突する危険性が高いのは、フォーカスサーボの引き込み時である。フォーカスサーボの引き込みを、リードイン信号の存在する光ディスクの最内周付近で行うことを考えると、最内周では光ディスクの面ぶれは小さく、ほとんどの場合０．２５ｍｍ以下である。光ディスクのターンテーブル７へのチャッキングによる取り付け誤差の増加分を含んでも、０．３ｍｍ以下に収まる。更に、ターンテーブル７の光ディスク取り付け面７ａとの間の機械的寸法公差に対して０．１ｍｍの余裕を取ったとしても、０．４ｍｍ以下に収まる。

そこで、作動距離としては、複数の光ディスク（１〜３）のうちでディスク基板厚さがより厚い光ディスクの内周領域において、少なくとも０．２５ｍｍ以上が望まれ、望ましくは０．３ｍｍ以上、より望ましくは０．４ｍｍ以上を確保することが目標となる。

一方、光ディスクの外周領域における面ぶれは、内周領域の値より大きくなるが、フォーカスサーボが作動している限り、対物レンズ２０が光ディスクの外周領域に衝突することは無いので、問題は生じない。

ここで、ディスク基板厚さがより厚い光ディスクを記録又は再生する場合の作動距離の減少について述べる。

一般的に、作動距離の減少は、前記した波面補正法で大きく、前記した有限補正法において小さい。この理由は、波面補正法の場合、対物レンズ２０への入射光は図４に示したように常に略平行光である。従って、球面収差に対して波面補正法を適用した作動距離ＷＤは、光ディスクのディス基板厚さｄと、光ディスクの屈折率ｎに対応した光学長ｄ／ｎにより、下記の（１）式に従って短くなり、この様子を図４に示す。
作動距離ＷＤ＝（バックフォーカス距離ＢＦＤ）−（光学長ｄ／ｎ） ……（１）

上記した（１）式に基づいて波面補正法の場合の具体例を説明すると、ディスク基板厚さｄ１＝０．１ｍｍ，屈折率ｎ＝１．６の超高密度光ディスク１で、図３に示した作動距離ＷＤ１が０．８ｍｍの対物レンズ２０を用いた場合に、ディスク基板厚さｄ２＝０．６ｍｍ，屈折率ｎ＝１．５８のＤＶＤ２では図３に示した作動距離ＷＤ２が０．４８３ｍｍとなり、また、ディスク基板厚さｄ３＝１．２ｍｍ，屈折率ｎ＝１．５７のＣＤ３では図３に示した作動距離ＷＤ３が０．０９８ｍｍとなる。この例でわかるように、ＤＶＤ２，ＣＤ２とディスク基板厚さが厚くなるに従い、急激に作動距離は短くなる。

しかしながら、上記した波面補正法の例では、超高密度光ディスク１の作動距離ＷＤ１に対してＣＤ３の作動距離ＷＤ３は略０．７ｍｍと大きな差があり、これを実現するためには、かなり大型のアクチュエーターが必要であり性能（周波数特性、動作の直進性）を確保するのはかなり難しい。さらに、上記の例で明白なように、特にＣＤ３の作動距離ＷＤ３は、かなり短くなり、実用上での問題点は大きい。

尚、ここで、厳密に言うと、レーザー光の波長により対物レンズ２０の焦点距離も変化するが、この変化量は数十μｍ以下であり、作動距離として期待される距離に比べて小さいと言える。

一方、有限補正法においては、ディスク基板厚さが厚くなった場合は、対物レンズ２０に対して図５及び図６に示したように拡散光を入射させることで、球面収差を補正する。拡散光入射であるから、バックフォーカス距離が平行光入射の場合より広くなる。このため、作動距離の減少を抑圧して長く取ることができる。

ここで、球面収差を補正するに最適な拡散度がある。より作動距離の減少を抑圧したい場合は、より強い拡散度の光を入射させればよい。この場合は、球面収差の補正は適正量を超える。従って、波面補正法と組み合わせることが望ましい。但し、このように強い拡散光を入射させた場合は、拡散光の光軸と、対物レンズの光軸の間の偏芯公差が厳しくなると言う弊害もある。これに対して、適正な拡散度で入射させた場合、両者の光軸の偏芯公差は大きくなる。

ここで、補正方法の如何に関わらず、適切に球面収差が補正されている必要がある。この収差補正は、対物レンズへの必要な開口数の内側の光束にて球面収差を補正し、一方、開口数の外側の光束は例えば波長選択性の開口制限アパーチャーにより結像に寄与しない等の技術が盛り込まれる。

さて、有限補正法についてであるが、本発明者らの検討によって下記のことが明らかになった。

超高密度光ディスク用としてアプラナートな特性を持って設計した一つの対物レンズ２０を用いた時に、ディスク基板厚さが０．６ｍｍのＤＶＤ２，ディスク基板厚さが１．２ｍｍのＣＤ３の各球面収差を最適に補正できる各倍率αに対して下記の（２），（３）式の関係がある。
ＤＶＤ２に対する最適倍率： −０．１４８／ｆｄ （ｍｍ） ……（２） ＣＤ３に対する最適倍率 ： −０．２６６／ｆｃ （ｍｍ） ……（３） 但し、 ｆｄ：開口数を０．６に開口制限した対物レンズ２０に波長が６５０ｎｍのレーザー 光を入射した時の焦点距離、 ｆｃ：開口数を０．４５に開口制限した対物レンズ２０に波長が７８０ｎｍのレーザ ー光を入射した時の焦点距離。

この際、焦点距離ｆｄと焦点距離ｆｃは略同じ値となるので、上記した（２），（３）式からＣＤ３に対する最適倍率の絶対値は、ＤＶＤ２に対する最適倍率の絶対値より大きくなり、より強い拡散度を持った光束が対物レンズ２０に入射され、この時に対物レンズ２０単体の結像関係は図５に示した如くになる。

そして、図５に示した状態から対物レンズ２０で絞り込んだレーザービームを光ディスク（１〜３）に照射した時に、球面収差に対して有限補正法を適用した作動距離ＷＤは、下記の（４）式に従って計算でき、この様子を図６に示す。
作動距離ＷＤ＝（Ｂ＋Ｐ）−（光学長ｄ／ｎ） ……（４） 但し、 α： 結像倍率、 Ｂ： 像側主点から像面までの距離 ：Ｂ＝ｆ（１−α）、 Ｐ： 像側主点Ｈ２から対物レンズ２０の第２面２０ｂまでの軸上距離 Ｐ＝−ｆ（Ｎ−１）ｔ／Ｎ／Ｒ１、 ｆ： 対物レンズ２０の焦点距離、 Ｎ： 対物レンズ２０の屈折率、 Ｒ１： 対物レンズ２０の第１面２０ａの曲率半径、 ｔ： 対物レンズ２０の厚さ。

次に、具体的な対物レンズ２０について、球面収差に対して有限補正法を適用した時に作動距離ＷＤがどのように変化するかを計算した。

以下の計算は、対物レンズ２０として、下記の条件を満たすものを用いて、超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３に対して作動距離ＷＤの変化を比較した。

（対物レンズの設計条件） 対物レンズ２０は、ディスク基板厚さｄ１が０．０８７５ｍｍである超高密度光ディスク１に対応してアプラナートに設計されている。また、対物レンズ２０に波長が４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ１を入射させて、対物レンズ２０で絞り込んだ第１レーザービームを超高密度光ディスク１に照射した時に超高密度光ディスク１の屈折率ｎは１．６２２であり、一方、対物レンズ２０の屈折率Ｎは１．７５である。

この際、対物レンズ２０の軸上厚さ（以下、対物レンズ２０の厚さと記す）ｔと、対物レンズ２０の焦点距離ｆを決めると、対物レンズ２０の第１面２０ａが特定の半径を有する際に、特定の半径で第１，第２面２０ａ，２０ｂ間の偏芯交差が最大になると共に、面間偏芯時の収差増加が最小となる。このような対物レンズ２０は、ＭＤＣＴ（Ｍａｘｍｕｍ Ｄｅ−Ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）アプラナートとも呼称されている。

ＭＤＣＴアプラナートの解説と、この対物レンズの厚さ、屈折率、焦点距離、開口数（ＮＡ）、ディスク厚さの関係は、下記の論文に詳述されている。 M. Itonaga, F. Ito, E. Tanaka, and T. Tomita “ Investigation of the General Design Principle of a Single Lens and the Development of a new NA=0.85 Single Lens “ Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) 頁875-頁879。

前記論文に記載されている関係式を用いて、ここでは、対物レンズ２０を超高密度光ディスク用として設計するために、ＭＤＣＴアプラナートな対物レンズ２０の厚さｔを１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内で可変させ、且つ、対物レンズ２０の焦点距離ｆを１．５ｍｍ〜２．７５ｍｍの範囲内で可変させて、図７に示したように超高密度光ディスク１に対する作動距離ＷＤ１を計算した。

更に、前記論文によれば、前記した条件の場合の対物レンズ２０の第１面２０ａの頂点半径と第２面２０ｂの頂点半径が一義的に決まる。ここでは更にその値を用いて、ＤＶＤ２，ＣＤ３に関して、有限補正した場合の前記した有限の倍率の時の作動距離を研鑽する。

その結果は、図８に示したようにＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２と、図９に示したようにＣＤ３に対する作動距離ＷＤ２とをそれぞれ計算した。

尚、この計算において、超高密度光ディスク１に対しては上記した設計条件を満たしている一方、ディスク基板厚さｄ２が０．６ｍｍであるＤＶＤ２に対応して波長が６５０ｎｍの第２レーザー光Ｌ２に対して対物レンズ２０の屈折率Ｎが１．７１８となり、ＤＶＤ２の屈折率ｎは１．５８となり、また、ディスク基板厚さｄ３が１．２ｍｍであるＣＤ３に対応して波長が７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ３に対して対物レンズ２０の屈折率Ｎは１．７１２となり、ＣＤ３の屈折率ｎは１．５７３となるものとして計算した。

このように第１〜第３レーザー光Ｌ１〜Ｌ３の各波長に対して対物レンズ２０の屈折率Ｎ及びディスク基板の屈折率ｎが各々変化するものとし、且つ、対物レンズ２０の焦点距離ｆも各波長により変化するものとして、対物レンズ２０の厚さｔと、対物レンズ２０の焦点距離ｆとを可変した時に、超高密度光ディスク１の作動距離ＷＤ１と、ＤＶＤ２の作動距離ＷＤ２と、ＣＤ３の作動距離ＷＤ３とをそれぞれ計算により求めて上記順に図７〜図９に示した。

そして、図７〜図９に示した結果は、対物レンズ２０の厚さｔが薄く、且つ、対物レンズ２０の焦点距離ｆが長い方が、作動距離が長いことを示していると共に、対物レンズ２０の厚さｔと対物レンズ２０の焦点距離ｆとが同じ条件であれば、超高密度光ディスク１に対する作動距離ＷＤ１＞ＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２＞ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３の順になる。

さて、上記から３種類の超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２，ＣＤ３に対応できる本発明に係る光ピックアップ装置１０Ａ（図１）の場合には、対物レンズ２０がＣＤ３のレーザービーム入射面３ａに衝突しないようにＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３を設定すれば、対物レンズ２０が超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２に衝突しない。従って、ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３としては、前述したように少なくとも０．２５ｍｍ以上が望まれ、望ましくは０．３ｍｍ以上、より望ましくは０．４ｍｍ以上を確保することが目標となる。

また、２種類の超高密度光ディスク１，ＤＶＤ２に対応できる変形例の光ピックアップ装置１０Ｂ（図２）の場合には、対物レンズ２０がＤＶＤ２のレーザービーム入射面２ａに衝突しないようにＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２を設定すれば、対物レンズ２０が超高密度光ディスク１に衝突しない。従って、この場合も上記と同様に、ＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２としては、少なくとも０．２５ｍｍ以上が望まれ、望ましくは０．３ｍｍ以上、より望ましくは０．４ｍｍ以上を確保することが目標となる。

そこで、ＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２と、ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３とがそれぞれ０．４ｍｍ以上，０．３ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以上を確保できる条件を求めるために、図８に示したＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２の計算結果と、図９に示したＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３の計算結果とをそれぞれ用いて、横軸に対物レンズの焦点距離ｆを表示し且つ縦軸に対物レンズの厚さｆを表示するように変形して、０．４ｍｍ以上，０．３ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以上の各作動距離ＷＤ２，ＷＤ３をプロットすることで、図１０及び図１１に示したようなＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２の確保条件と、ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３の確保条件とが得られる。

そして、図１０，図１１から明らかなように、プロットした点を結ぶと、０．４ｍｍ以上，０．３ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以上の各作動距離ＷＤ２，ＷＤ３が略直線になり、略リニアな関係になっていることがわかった。

さて、０．４５ｍｍ以上，０．３ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以上の各作動距離ＷＤ２，ＷＤ３を有限補正法により得るために、対物レンズ２０の厚さｔと焦点距離ｆとが満たすべき関係を、図１０，図１１を基にして回帰式を導いて求めると、下記の５式による一次方程式が成立し、この５式中の係数ａ，定数ｂをＤＶＤ２，ＣＤ３に対する各作動距離ＷＤ２，ＷＤ３の目標値（０．４５ｍｍ以上，０．３ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以上）ごとにそれぞれ求めた。

ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ ……（５式） 但し、 ｔ： 対物レンズ２０の軸上厚さ、 ｆ： 対物レンズ２０の焦点距離、 ａ： 係数、 ｂ： 定数。

（１）ＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２＞０．４ｍｍ以上の条件…図１０中の◇印 ａ＝２．１５ ｂ＝−１．６２
（２）ＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２＞０．３ｍｍ以上の条件…図１０中の□印 ａ＝２．２３ ｂ＝−１．５
（３）ＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２＞０．２５ｍｍ以上の条件…図１０中の△印 ａ＝２．２８ ｂ＝−１．４５
（４）ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３＞０．４ｍｍ以上の条件…図１１中の◇印 ａ＝２．０２ ｂ＝−１．９４
（５）ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３＞０．３ｍｍ以上の条件…図１１中の□印 ａ＝２．０８ ｂ＝−１．８４
（６）ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３＞０．２５ｍｍ以上の条件…図１１中の△印 ａ＝２．１１ ｂ＝−１．７７
以上において、各作動距離ＷＤ２，ＷＤ３を求める条件式より、明らかなように、有限補正法を適用した場合に、ＤＶＤ２に対する作動距離ＷＤ２の方が、ＣＤ３に対する作動距離ＷＤ３より長くなるので、上記した（４）〜（６）の条件においては、ＣＤ３が狙いの作動距離ＷＤ３を満足することで、ＤＶＤ２では充分な作動距離ＷＤ２を確保することができる。

ところで、上記の議論は近似的な議論であり、下記に説明するようにいくつかの補足が望ましい。

（ａ）対物レンズ２０の焦点位置について 上記議論は像点が近軸焦点面にあるとして考察している。実際には球面収差が最小になるのは最良像面位置である。この両者には多少の隔たりがあるが、大きくても１０ミクロン程度である。従って、今議論している作動距離に比べて小さな量であり、無視し得る。

（ｂ）対物レンズ２０の屈折率の波長分散 上記議論は、第１〜第３レーザー光Ｌ１〜Ｌ３の各波長で設定された屈折率になるとして行っている。屈折率自体が異なる場合でも、ＭＤＣＴアプラナートに設計した対物レンズ２０では作動距離は一定であり結果に影響を与えない。しかし、波長による変化については対物レンズ２０の硝材により異なる。当然、硝材により数値は変化するのであるが、これによる影響は大きくても１０ミクロン程度である。従って、今議論している作動距離に比べて小さな量であり、無視し得る。

（ｃ）対物レンズ２０がＭＤＣＴアプラナート以外の場合 この場合、作動距離自体が変化する。しかし、有限補正により球面収差を補正できる程度は、対物レンズ２０がアプラナートである場合と略同等である。対物レンズ２０をアプラナートでなく設計した場合は、補正力が変化するが、アプラナート特性から著しく異なった対物レンズ２０とすることは、対物レンズ２０の軸外特性上許されない。従って、対物レンズ２０への設計の違いによる作動距離の変化を大きくすることは難しく、上記した条件式の範囲を満たすことが、作動距離を確保する必須条件であることは変わらない。

（ｄ）対物レンズ２０がメニスカス形状の場合 上記の議論は、対物レンズ２０の軸上の作動距離で行っている。ところで、対物レンズ２０を薄くすると、ＭＤＣＴアプラナートとなるレンズ形状は図１２に示したようにメニスカス形状になる場合がある。対物レンズ２０がメニスカス形状の場合は、第１面２０ａが凸面となり、一方、第２面２０ｂが凹面となると共に、第２面２０ｂの内周部２０ｂ１に対して外周部２０ｂ２が、例えば超高密度光ディスク１側に出っ張るため、実効的な作動距離は短くなる。従って、軸上の作動距離は上記した条件よりも長めにする必要がある。この場合でも、少なくとも上記した条件式の範囲を満たすことが、作動距離を確保する必須条件である。

（ｅ）球面収差に対して波面収差補正法と有限補正法とを組み合わせた方法の場合 この場合は、両者の球面収差の寄与率により作動距離が変化する。この場合でも、少なくとも上記の範囲を満たさない限り、必要な作動距離を確保できないのは言うまでもない。

ところで、対物レンズ２０の厚さの下限であるが、第一義的にこれを決めるのは、加工の可能性である。この意味からすると、少なくともゼロ以上の有限な値で有れば、設計的には成立する可能性があり、対物レンズ２０の第１面２０ａと第２面２０ｂとが交差しなければ加工性はともかくとして成立する。対物レンズ２０の第１面２０ａと第２面２０ｂとの関係は、当然レンズの焦点距離、屈折率によって変わってくる。従って、対物レンズ２０の厚さの下限は、理論上ではゼロと言える。

本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。 本発明に係る光ピックアップ装置を一部変形させた変形例の光ピックアップ装置の全体構成を示した図である。 超高密度光ディスク１の差動距離ＷＤ１と、ＤＶＤ２の差動距離ＷＤ２と、ＣＤ３の差動距離ＷＤ３とを説明するために模式的に示した図である。 球面収差に対して波面補正法を適用して差動距離を算出する方法を説明するために模式的に示した図である。 有限補正法の場合のように、有限距離になる物点を有限倍率で結像した時の対物レンズ単体の結像関係を模式的に示した図である。 球面収差に対して有限補正法を適用して差動距離を算出する方法を説明するために模式的に示した図である。 対物レンズの厚さと焦点距離とを可変した時に、有限補正法を適用して超高密度光ディスクに対する差動距離を計算した結果を示した図である。 対物レンズの厚さと焦点距離とを可変した時に、有限補正法を適用してＤＶＤに対する差動距離を計算した結果を示した図である。 対物レンズの厚さと焦点距離とを可変した時に、有限補正法を適用してＣＤに対する差動距離を計算した結果を示した図である。 ＤＶＤに対する差動距離の確保条件を示した図である。 ＣＤに対する差動距離の確保条件を示した図である。 対物レンズをメニスカス形状に形成した場合を示した図である。

符号の説明

１…第１光記録媒体（超高密度光ディスク…Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）
１ａ…レーザービーム入射面、１ｂ…信号面、
２…第２光記録媒体（ＤＶＤ）、２ａ…レーザービーム入射面、２ｂ…信号面、
３…第３光記録媒体（ＣＤ）、３ａ…レーザービーム入射面、３ｂ…信号面、
５…光ディスク駆動装置、６…スピンドルモータ、７…ターンテーブル、
１０Ａ…光ピックアップ装置、
１０Ｂ…変形例の光ピックアップ装置、
１１…第１レーザー光源（青色半導体レーザー）、
１２…回折格子（グレーティング）、１３…偏光ビームスプリッタ、
１４…コリメーターレンズ、１５…球面収差補正手段、
１６…波長板、１７…第１ダイクロイックプリズム、
１８…レンズホルダ、１９…波面変換素子、
２０…対物レンズ、２０ａ…第１面、２０ｂ…第２面、
２１…フォーカスコイル、２２…トラッキングコイル、
２３…シリンドリカルレンズ、２４…第１光検出器、
２５…第２ダイクロイックプリズム、２６…コリメータレンズ、
３０…ＤＶＤ用集積デバイス、３１…第２レーザー光源（赤色半導体レーザー）、
３２…ホログラム素子、３３…第２光検出器、
４０…ＣＤ用集積デバイス、４１…第３レーザー光源（赤外半導体レーザー）、
４２…ホログラム素子、４３…第２光検出器、
Ｌ１〜Ｌ３…第１〜第３レーザー光、
λ１〜λ３…第１〜第３レーザー光の各波長、
ｄ１〜ｄ３…第１〜第３光記録媒体の基板厚さ、
ｆ…対物レンズの焦点距離、
ｔ…対物レンズの軸上厚さ、
ＷＤ１…超高密度光ディスクに対する作動距離、
ＷＤ２…ＤＶＤに対する作動距離、
ＷＤ３…ＣＤに対する作動距離。

Claims (2)

1. 第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体と、前記第２光記録媒体よりも記録密度が低い第３光記録媒体と、第１〜第３光記録媒体を適宜組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
   前記第１光記録媒体に対応して第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
   前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
   前記第３光記録媒体に対応して前記第２レーザー光よりも波長が長い第３レーザー光を出射させる第３レーザー光源と、
   第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する第１，第２面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、第１〜第３レーザー光を前記第１〜第３光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズとを少なくとも備えてなり、
   前記対物レンズは下記の式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
   ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ 但し、 ｔ： 対物レンズの軸上厚さ ｆ： 対物レンズの焦点距離 ａ： 係数 ｂ： 定数 とした時に、係数ａ，定数ｂは、ａ＝２．０２，ｂ＝−１．９４、又は、ａ＝２．０８，ｂ＝−１．８４、もしくは、ａ＝２．１１，ｂ＝−１．７７
2. 第１光記録媒体と、前記第１光記録媒体よりも記録密度が低い第２光記録媒体と、第１，第２光記録媒体を組み合わせて一体的に積層した組み合わせ型光記録媒体とを選択的に記録又は再生する光ピックアップ装置において、
   前記第１光記録媒体に対応して第１レーザー光を出射させる第１レーザー光源と、
   前記第２光記録媒体に対応して前記第１レーザー光よりも波長が長い第２レーザー光を出射させる第２レーザー光源と、
   第１光記録媒体用として開口数（ＮＡ）が０．７５以上に設定され、且つ、互いに対向する第１，第２面のうち少なくとも一方の面が非球面に形成されて、第１，第２レーザー光を前記第１，第２光記録媒体の各信号面に集光させる対物レンズとを少なくとも備えてなり、
   前記対物レンズは下記の式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
   ｔ ＜ ａ・ｆ＋ｂ 但し、 ｔ： 対物レンズの軸上厚さ ｆ： 対物レンズの焦点距離 ａ： 係数 ｂ： 定数 とした時に、係数ａ，定数ｂは、ａ＝２．１５，ｂ＝−１．６２、又は、ａ＝２．２３，ｂ＝−１．５、もしくは、ａ＝２．２８，ｂ＝−１．４５
   

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