JP2005276418A - 対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光ディスクへの互換性を有し、使用波長の全てに対して性能の良いものを効率良く且つ低コストで製造できる、位相構造を有する２群構成の対物光学系等を提供する。
【解決手段】対物光学系ＯＢＪが第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２から構成され、第１レンズ群は位相構造を有し、波長λ₁の平行光束に対する第１レンズ群の波面収差Ｗ_L1λ₁、波長λ₁の光束に対する第２レンズ群の波面収差が最小値Ｗ_L2λ₁となる場合の、第２レンズ群の倍率Ｍ、倍率Ｍでの波長λ₂の光束に対する第２レンズ群の波面収差をＷ_L2λ₂、波長λ₁の平行光束に対する対物光学系の波面収差Ｗ_OBJλ₁、波長λ₂の平行光束に対する対物光学系の波面収差Ｗ_OBJλ₂が所定の式（（１）〜（６）式）を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。

近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザや、第２高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青紫色ＳＨＧレーザ等の波長４０５ｎｍのレーザ光源が実用化されつつある。
これら青紫色レーザ光源を使用すると、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物レンズのＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３〜２５ＧＢの情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」という。

尚、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する高密度光ディスクでは、光ディスクの傾き（スキュー）に起因して発生するコマ収差が増大するため、ＤＶＤにおける場合よりも保護層を薄く設計し（ＤＶＤの０．６ｍｍに対して、０．１ｍｍ）、スキューによるコマ収差量を低減している。
ところで、このような高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダの製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。

高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、また、コストが増大する。

従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学系を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。尚、記録／再生波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通な対物光学系を得るためには、球面収差の波長依存性を有する位相構造を対物光学系に形成する必要がある。

特許文献１には、位相構造としての回折構造を有する２群構成であり、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して共通に使用可能な対物光学系、及びこの対物光学系を搭載した光ピックアップ装置が記載されている。
特許文献１に記載されている２群構成の対物光学系は、光ディスク側の集光素子に近軸パワーの殆どを負担させることで、ＤＶＤやＣＤのごとき保護層厚みの大きい光ディスクに対する作動距離を確保するとともに、光源側の収差補正素子に位相構造としての回折構造を形成することで、回折構造の段差部分による光線のけられを防止し透過率を向上させる構成を有する。
欧州特許出願公開第１３０４６８９号明細書

性能の良い２群構成の互換対物光学系を効率良く製造するためには、ある程度の収差範囲内に抑えられた個々のレンズを得た後に、これらのレンズ群を組立ることが必要である。個々のレンズ群の収差が大きい場合には、組立の工程において以下に述べるような問題が発生する。
例えば、コマ収差が個々のレンズ群に大きく残留している場合、互換対物光学系として使用できるようにするためには、組立調整によりこれらのコマ収差を取り除く必要がある。然るに、この組立調整により、一方の波長に対してコマ収差を補正した場合でも、他方の波長では、コマ収差が残留したままの状態となり、互換対物光学系として使用出来ない可能性が高い。

また、上述のように、使用波長の全てに対する収差を確認しながら個々のレンズ群の組立を行うことは製造効率を著しく低下させるため、製造コストの増加につながるとともに、量産として成り立たない虞がある。
上記の特許文献１に記載されている対物光学系は、上述の問題に対する解決策を何ら開示していないため、複数の使用波長に対して十分な性能を有する２群構成の互換対物光学系を効率良く、且つ低コストで製造することは出来ない。

本発明の課題は、位相構造を有し、記録密度が異なる複数の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行うことが出来る２群構成の対物光学系において、使用波長の全てに対して性能の良いものを効率良く、且つ低コストで製造することが可能な対物光学系及びこの対物光学系を搭載する光ピックアップ装置、光情報記録再生装置を提供することである。

本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ブルーレイディスク）の他に、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ ＤＶＤ）も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さが０の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。
また、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束を、厚さｔ₁の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₁内で集光させ、光束径φ₂（φ₂＜φ₁）の第２波長λ₂（λ₂＞λ₁）の平行光束を、厚さｔ₂（ｔ₂＞ｔ₁）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₂（ＮＡ₂＜ＮＡ₁）内で集光させる光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記対物光学系は、共役距離の長い方から順に配置された第１レンズ群と、第２レンズ群とから構成され、前記第１レンズ群は位相構造を有し、前記光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束が入射した場合の、前記第１レンズ群の波面収差をＷ_L1λ₁、前記第１波長λ₁の光束に対する前記第２レンズ群の前記開口数ＮＡ₁内での波面収差が最小値Ｗ_L2λ₁となる場合の、前記第２レンズ群の倍率をＭ、前記倍率Ｍにおける前記第２波長λ₂の光束に対する前記第２レンズ群の前記開口数ＮＡ₂内での波面収差をＷ_L2λ₂、前記光束径φ₂の第２波長λ₂の平行光束が入射した場合の、前記対物光学系の前記開口数ＮＡ₂内での波面収差をＷ_OBJλ₂、としたとき、以下の（１）乃至（５）式を満たすことを特徴とする。
Ｗ_L1λ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （１）
Ｗ_L2λ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （２）
−０．０３≦Ｍ≦０．１３ （３）
Ｗ_L2λ₂＞０．３０λＲＭＳ（λ＝λ₂） （４）
Ｗ_OBJλ₂≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₂） （５）
但し、前記Ｗ_L2λ₁、Ｗ_L2λ₂及びＷ_OBJλ₂はデフォーカス成分を除いた波面収差であり、前記Ｗ_L2λ₁は前記厚さｔ₁の保護層込みで測定するものとし、前記Ｗ_L2λ₂及び前記Ｗ_OBJλ₂は前記厚さｔ₂の保護層込みで測定するものとする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束が入射した場合の、前記対物光学系の前記開口数ＮＡ₁内での波面収差をＷ_OBJλ₁としたとき、以下の（６）式を満たすことを特徴とする。
Ｗ_OBJλ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （６）
但し、前記Ｗ_OBJλ₁はデフォーカス成分を除いた波面収差であり、前記Ｗ_OBJλ₁は前記厚さｔ₁の保護層込みで測定するものとする。

請求項１に記載のように、第１レンズ群と第２レンズ群とを組み合わせる前の状態で、第１レンズ群のみに対して光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束を入射させた場合に発生する波面収差Ｗ_L1λ₁を０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑え、更に、第２レンズ群のみに対して光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束を入射させた場合に発生する波面収差Ｗ_L2λ₁を０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑えることで、第１レンズ群と第２レンズ群とを組み合わせて対物光学系ＯＢＪを形成した場合の、当該対物光学系ＯＢＪに光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束が入射した場合の開口数ＮＡ₁内での波面収差Ｗ_OBJλ₁を請求項２に記載のように０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑える構成となっている。

一方、波面収差が最小値Ｗ_L2λ₁となる場合の第２レンズ群の倍率をＭとし、この倍率Ｍで第２波長λ₂の光束が第２レンズ群のみに入射した場合の当該第２レンズ群の開口数ＮＡ₂内での波面収差Ｗ_L2λ₂は０．３０λＲＭＳより大と大きいものになる。この収差は、第１光ディスクと第２光ディスクとの保護層厚の差に起因して発生するものであり、この収差を第１レンズ群に設けた位相構造により補正することで、対物光学系ＯＢＪに光束径φ₂の第２波長λ₂の平行光束が入射した場合の開口数ＮＡ₂内での波面収差Ｗ_OBJλ₂を０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑えることができる。

一般的に、光学素子の持つ収差は使用波長に逆比例して大きくなるので、波長が短くなるほど光学素子の特性を出すのは難しくなる。本発明による対物光学系のように、第１レンズ群と第２レンズ群を、使用波長のうち、短波長である第１波長λ₁に対して収差がほぼゼロとなるように設計しておくことで（即ち、（１）式乃至（３）式を満たすように設計しておくことで）、第１波長λ₁に対する個々のレンズ群の性能出しを効率良く行うことが出来る。
また、本発明による対物光学系では、第１光ディスクの保護層と第２光ディスクの保護層の厚みの差に起因して発生する球面収差を、第１レンズ群の位相構造により補正する構成となっているので、第１レンズ群を通過した第２波長λ₂の光束には、上記の球面収差を相殺するような球面収差が付加される。そのため、第２レンズ群が第１レンズ群に対して偏芯した場合、第２波長λ₂に対して発生する収差は非常に大きくなる。

本発明による対物光学系においては、個々のレンズ群の性能出しが第１波長λ₁に対して行われているので、第２レンズ群が第１レンズ群に対して偏芯した場合に第１波長λ₁に対して発生する収差は非常に小さくなり、組立時には第１波長λ₁に対する収差を確認する必要はなく、対物光学系としての第１波長λ₁に対する収差である（６）式を容易に満たすことが出来る。従って、組立時には第２波長λ₂に対する収差（特に、コマ収差）のみを確認しながら組立を行えばよく、（５）式を満たすように組立を行うことで、対物光学系としての第２波長λ₂に対する特性を出すことが容易に行える。
このように、本発明によると使用波長の全てに対して性能の良い互換対物光学系を効率良く、且つ低コストで製造することが可能となる。

第１レンズ群に形成する位相構造は、主に第１光ディスクの保護層と第２光ディスクの保護層の厚みの差に起因する球面収差を補正するために用いられるが、更に、第１波長λ１と第２波長λ₂の波長差に起因する色収差も補正するものとしてもよい。なお、ここでいう色収差とは、波長差に起因する近軸像点位置の差（軸上色収差）、及び／又は、波長差に起因する球面収差を指す。
上述の位相構造は、回折構造、光路差付与構造の何れであっても良い。回折構造としては、図１に模式的に示すように、複数の輪帯１００から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であるものや、図２に模式的に示すように、段差１０１の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１０２から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものや、図４に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものや、図３に模式的に示すように、内部に階段構造が形成された複数の輪帯１０３から構成されるものがある。また、光路差付与構造としては、図４に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものがある。尚、図１乃至図４は、各位相構造を平面上に形成した場合を模式的に示したものであるが、各位相構造を球面或いは非球面上に形成しても良い。また、回折構造或いは光路差付与構造の何れであっても、図４に模式的に示したような構造となる場合がある。

また、本明細書において、「対物光学系」とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された波長が互いに異なる光束を、記録密度が互いに異なる光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光する機能を有する集光素子と、該集光素子と一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシング駆動される光学素子とから構成されるレンズ群を指すものとする。
また、本明細書において開口数とは、光ディスクの規格で規定されている開口数、或いは、光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うために必要なスポット径を得ることができる、回折限界性能を有する対物光学系の像側開口数を指すものとする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記第１波長λ₁の光束に対する前記第１レンズ群の近軸パワーＰ_L1と、前記第１波長λ₁の光束に対する前記第２レンズ群の近軸パワーＰ_L2との比が以下の（７）式を満たすことを特徴とする。
｜Ｐ_L1／Ｐ_L2｜≦０．２ （７）

請求項３に記載のように、波長λ₁の入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される第２レンズ群に持たせることで、第２光ディスクに対する作動距離を十分に確保することが可能となる。更に、第１レンズ群に位相構造として光軸方向の段差を有する回折構造を形成する場合には、段差部分によりその進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、透過率の低下を防止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C1とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を１０μｍシフトさせて配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C2とし、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C3とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を１０μｍシフトさせて配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C4としたとき、以下の（８）及び（９）式を満たすことを特徴とする。
Ｗ_S1＝Ｗ_C2−Ｗ_C1＜０．０１λＲＭＳ （λ＝λ₁） （８）
Ｗ_S2＝Ｗ_C4−Ｗ_C3＞０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （９）

本発明による対物光学系では、上述したように個々のレンズ群の性能出しが第１波長λ₁に対して行われているので、レンズ群同士のシフトによる第１波長λ₁に対して発生するコマ収差は小さい。一方、位相構造により保護層の厚みの差による球面収差を補正する構成であるので、レンズ群同士のシフトによる第２波長λ₂に対して発生するコマ収差は大きくなる。従って、請求項４に記載のように、（８）式及び（９）式を満たせば、個々のレンズ群が（１）乃至（３）式を満たすように製造されたと判断することが出来る。
Ｗ_S1＝Ｗ_C2−Ｗ_C1＜０．０１λＲＭＳ （λ＝λ₁） （８）
Ｗ_S2＝Ｗ_C4−Ｗ_C3＞０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （９）

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C1とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を５分ティルトさせて配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C5とし、前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C3とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を５分ティルトさせて配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C6としたとき、以下の（１０）及び（１１）式を満たすことを特徴とする。
Ｗ_T1＝Ｗ_C5−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₁） （１０）
Ｗ_T2＝Ｗ_C6−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （１１）

請求項５に記載のように、本発明による対物光学系では、保護層の厚い第２光ディスクに対する作動距離を十分に確保するために、光ディスク側の第２レンズ群に近軸パワーの殆どを負担させる構成を有するので、第１レンズ群の近軸パワーは小さいものとなる。そのため、レンズ群同士のチルトにより発生するコマ収差は、何れの波長に対しても小さくなる。従って、（１０）式及び（１１）式を満たせば、個々のレンズ群が（１）乃至（３）式を満たすように製造されたと判断することが出来る。
Ｗ_T1＝Ｗ_C5−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₁） （１０）
Ｗ_T2＝Ｗ_C6−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （１１）

また、２群構成の互換対物光学系では組立時に、少なくとも４種類の偏芯誤差による収差が発生する。即ち、第１波長λ₁及び第２波長λ₂に対するレンズ群同士のシフトによる収差、及び、第１波長λ₁及び第２波長λ₂に対するレンズ群同士のチルトによる収差である。これら４種類の偏芯収差を確認しながら組立を行うことは、製造効率を著しく低下させるため、製造コストの増加につながるとともに、量産として成り立たない虞がある。
本発明による対物光学系は、（８）式乃至（１１）式を満たすことで、上記の４種類の偏芯収差のうち、第２波長λ₂に対するレンズ群同士のシフトによる収差のみを確認しながら組立を行えば良く、複数の使用波長に対して十分な性能を有する２群構成の互換対物光学系を効率良く、且つ低コストで製造することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群には、光軸合わせ用の位置決めマークが形成されているとともに、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は、前記位置決めマークによって互いの位置決めがなされていることを特徴とする。

請求項６に記載のように、第１レンズ群と第２レンズ群に、光軸合わせ用の位置決めマークを形成することにより、光軸が一致した状態で第１レンズ群と第２レンズ群とを容易に固定することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記位相構造は、前記第１光ディスクの保護層の厚さｔ₁と前記第２光ディスクの保護層の厚さｔ₂との違いに起因して、前記第２レンズ群で発生する球面収差を補償する機能を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記位相構造は、回折構造又は光路差付与構造であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系において、前記第１波長λ₁、前記第２波長λ₂、前記第１光ディスクの保護層の厚さｔ₁、前記第２光ディスクの保護層の厚さｔ₂、前記開口数ＮＡ₁、前記開口数ＮＡ₂が以下の（１２）乃至（１７）式を満たすことを特徴とする。
３５０ｎｍ＜λ₁＜４２０ｎｍ （１２）
６３０ｎｍ＜λ₂＜６８０ｎｍ （１３）
０ｍｍ≦ｔ₁≦０．２ｍｍ （１４）
０．５５ｍｍ≦ｔ₂≦０．６５ｍｍ （１５）
０．８＜ＮＡ₁＜０．９ （１６）
０．５５＜ＮＡ₂＜０．７ （１７）

請求項１０に記載の発明は、光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束を、厚さｔ₁の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₁内で集光させ、光束径φ₂（φ₂＜φ₁）の第２波長λ₂（λ₂＞λ₁）の平行光束を、厚さｔ₂（ｔ₂＞ｔ₁）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₂（ＮＡ₂＜ＮＡ₁）内で集光させる光ピックアップ装置であって、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系を具備することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、位相構造を有し、記録密度が異なる複数の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行うことが出来る２群構成の対物光学系において、使用波長の全てに対して性能の良いものを効率良く、且つ低コストで製造することが可能な対物光学系及びこの対物光学系を搭載する光ピックアップ装置、光情報記録再生装置を提供することが出来る。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図５は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）の何れに対しても、簡略な構成で適切に情報の記録／再生を行える第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、第１波長λ₁＝４０８ｎｍ、第１保護層ＰＬ１の厚さｔ₁＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ₁＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ₂＝６５８ｎｍ、第２保護層ＰＬ２の厚さｔ₂＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ₂＝０．６０である。

第１光ディスク及び第２光ディスクの記録密度（ρ１及びρ２）は、ρ２＜ρ１となっており、第１光ディスク及び第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物光学系ＯＢＪの倍率（第１倍率Ｍ₁及び第２倍率Ｍ₂）は、Ｍ₁＝Ｍ₂＝０となっている。但し、波長、保護層の厚さ、開口数、記録密度及び倍率の組合せはこれに限られない。

光ピックアップ装置ＰＵ１は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１（第１光源）と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２（第２光源）と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光部ＤＳ２と、プリズムＰＳとから構成された高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ１、その光学面上に位相構造としての回折構造が形成された収差補正素子Ｌ１（第１レンズ群）と、この収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２（第２レンズ群）とを、共役距離の長い方から順に配置して構成された対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、２軸アクチュエータＡＣ１、１軸アクチュエータＡＣ２、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴＯ、コリメートレンズＣＯＬ（可動素子）、ビーム整形素子ＳＨとから構成されている。

光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ１を作動させて第１の発光点ＥＰ１を発光させる。第１の発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図５において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、絞りＳＴＯにより光束径がφ₁に規制され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物光学系ＯＢＪによって第１保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、ビーム整形素子ＳＨを透過した後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。

また、光ピックアップ装置ＰＵ１においてＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束が平行光束の状態でコリメートレンズＣＯＬから射出されるように、対物光学系ＯＢＪとコリメートレンズＣＯＬとの間の距離が、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合よりも小さくなるように１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメートレンズＣＯＬを移動させる。その後、対物光学系ＯＢＪと第１高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭ１を作動させて第２の発光点ＥＰ２を発光させる。第２の発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図５において点線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射され、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、開口制限素子ＡＰを透過する際に光束径がφ₂（φ₂＜φ₁）に規制され、対物光学系ＯＢＪによって第２保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、ビーム整形素子ＳＨを透過した後、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。

次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。収差補正素子Ｌ１は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．５のプラスチックレンズであり、λ₁に対する屈折率は１．５２４２、λ₂に対する屈折率は１．５０６４である。また、集光素子Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．３のプラスチックレンズである。また、それぞれの光学機能部（第１光束が通過する、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。
尚、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とを一体化する場合には、別部材の鏡枠を介して両者を一体化してもよい。

そして、光束径φ₁の第１光束の平行光束が収差補正素子Ｌ１に入射した場合の、当該収差補正素子Ｌ１の波面収差をＷ_L1λ₁、第１光束に対する集光素子Ｌ２の開口数ＮＡ₁内での波面収差が最小値Ｗ_L2λ₁となる場合の、集光素子Ｌ２の倍率をＭ、倍率Ｍにおける第２光束に対する集光素子Ｌ２の開口数ＮＡ₂内での波面収差をＷ_L2λ₂、光束径φ₁の第１光束の平行光束が対物光学系ＯＢＪに入射した場合の、当該対物光学系ＯＢＪの開口数ＮＡ₁内での波面収差をＷ_OBJλ₁、光束径φ₂の第２光束の平行光束が対物光学系ＯＢＪに入射した場合の、当該対物光学系ＯＢＪの開口数ＮＡ₂内での波面収差をＷ_OBJλ₂、としたとき、以下の（１）乃至（６）式を満たすようにレンズ設計が行なわれている。
Ｗ_L1λ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （１）
Ｗ_L2λ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （２）
−０．０３≦Ｍ≦０．１３ （３）
Ｗ_L2λ₂＞０．３０λＲＭＳ（λ＝λ₂） （４）
Ｗ_OBJλ₂≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₂） （５）
Ｗ_OBJλ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （６）
但し、前記Ｗ_L2λ₁、Ｗ_OBJλ₁、Ｗ_L2λ₂及びＷ_OBJλ₂はデフォーカス成分を除いた波面収差であり、前記Ｗ_L2λ₁及びＷ_OBJλ₁は前記厚さｔ₁の保護層込みで測定するものとし、前記Ｗ_L2λ₂及び前記Ｗ_OBJλ₂は前記厚さｔ₂の保護層込みで測定するものとする。

具体的には、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とを組み合わせる前の状態で、収差補正素子Ｌ１のみに対して光束径φ₁の第１光束の平行光束を入射させた場合に発生する波面収差Ｗ_L1λ₁を０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑え、更に、集光素子Ｌ２のみに対して光束径φ₁の第１光束の平行光束を入射させた場合に発生する波面収差Ｗ_L2λ₁を０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑えることで、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とを組み合わせて対物光学系ＯＢＪを形成した場合の、当該対物光学系ＯＢＪに光束径φ₁の第１光束の平行光束が入射した場合の開口数ＮＡ₁内での波面収差Ｗ_OBJλ₁を０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑える構成となっている。

一方、波面収差が最小値Ｗ_L2λ₁となる場合の集光素子Ｌ２の倍率をＭとし、この倍率Ｍで第２光束が集光素子Ｌ２のみに入射した場合の当該集光素子Ｌ２の開口数ＮＡ₂内での波面収差Ｗ_L2λ₂は０．３０λＲＭＳより大と大きいものになる。この収差は、高密度光ディスクＨＤのＤＶＤとの保護層厚の差（第１保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、第２保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ）に起因して発生するものであり、この収差を補正し、対物光学系ＯＢＪに光束径φ₂の第２光束の平行光束が入射した場合の開口数ＮＡ₂内での波面収差Ｗ_OBJλ₂を０．０５λＲＭＳ以下、即ちほぼゼロに抑えるために、収差補正素子Ｌ１に位相構造としての回折構造が設けられている。

具体的には、収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１は、図６に示すように、ＮＡ₂内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１と、ＮＡ₂からＮＡ₁までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２とに分割されており、第１領域ＡＲＥＡ１には、図３に示したような、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である回折構造（以下、この回折構造を「回折構造ＨＯＥ」という。）が形成されている。

第１領域ＡＲＥＡ１に形成された回折構造ＨＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造の深さＤは、
Ｄ・（Ｎλ₁−１）／λ₁＝２
で算出される値に設定され、各輪帯内の分割数Ｐは５に設定されている。但し、λ₁は第１の発光点ＥＰ１から射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ₁＝０．４０８μｍ）、Ｎλ₁は第１波長λ₁に対する収差補正素子Ｌ１の屈折率である（ここでは、Ｎλ₁＝１．５２４２）。

光軸方向の深さＤがこのように設定された階段構造に対して、第１波長λ₁の第１光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×λ₁（μｍ）の光路差が発生し、第１光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（本明細書においては「０次回折光」という。）。

一方、この階段構造に対して、第２波長λ₂（ここでは、λ₂＝０．６５８μｍ）の第２光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×０．４０８×（１．５０６４−１）／（１．５２４２−１）−０．６５８＝０．１３（μｍ）の光路差が発生する。各輪帯内の分割数Ｐは５に設定されているため、隣接する輪帯同士で第２波長λ₂の１波長分の光路差が生じることになり（０．１３×５＝０．６５≒１×０．６５８）、第２光束は＋１次の方向に回折する（＋１次回折光）。このときの第２光束の＋１次回折光の回折効率は、８７．５％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。尚、上記の１．５０６４という値は、第２波長λ₂に対する収差補正素子Ｌ１の屈折率である。

上述のように、集光素子Ｌ２は、第１波長λ₁と倍率Ｍと第１保護層ＰＬ１との組合せに対して波面収差が最小となるように設計されており、第１保護層ＰＬ１と、第２保護層ＰＬ２の厚さの違いにより、集光素子Ｌ２と第２保護層ＰＬ２とを透過した第２光束の球面収差は補正過剰方向となってしまう。

そこで、回折構造ＨＯＥの各輪帯の幅は、第２光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して補正不足方向の球面収差が付加されるように設定し、回折構造ＨＯＥによる球面収差の付加量と、第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２との厚みの差により発生する補正過剰方向の球面収差とが互いに相殺することで、回折構造ＨＯＥと第２保護層ＰＬ２とを透過した第２光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上で良好なスポットを形成するようになっている。

更に、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２は、図６に示すように、ＮＡ₂内の領域に相当する光軸を含む第３領域ＡＲＥＡ３と、ＮＡ₂からＮＡ₁までの領域に相当する第４領域ＡＲＥＡ４とに分割されており、図２（ａ）に示したような、光軸を含む断面形状が階段形状の複数の輪帯から構成された回折構造（以下、この回折構造を「回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２」という。）が、それぞれ、第３領域ＡＲＥＡ３と第４領域ＡＲＥＡ４に形成されている。
回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの軸上色収差と、入射波長変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造である。これらの回折構造は、青紫色領域において、入射光束の波長が長くなった場合に、球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなった場合に、球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有する。これにより、入射波長変化に伴い集光素子Ｌ２で発生する球面収差変化を相殺することで、第１光源ＥＰ１の波長誤差に対する公差を広げている。

回折構造ＤＯＥ１において、光軸に最も近い段差の高さｄ１は、波長３９０ｎｍ（収差補正素子Ｌ１の、波長３９０ｎｍに対する屈折率は１．５２７３である）に対して回折効率が１００％となるように設計されている。このように段差の深さが設定された回折構造ＤＯＥ１に対して、第１光束が入射すると、＋２次回折光が９６．８％の回折効率で発生し、第２光束が入射すると、＋１次回折光が９３．９％の回折効率で発生し、第３光束が入射すると、＋１次回折光が９９．２％の回折効率で発生するので、何れの波長領域において十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差を補正した場合でも、第２光束の波長領域における色収差補正が過剰になりすぎない。

一方、回折構造ＤＯＥ２は、第１波長λ₁に対して最適化されているため、回折構造ＤＯＥ２に対して、第１光束が入射すると、＋２次回折光が１００％の回折効率で発生する。
本実施の形態における対物光学系ＯＢＪでは、回折構造ＤＯＥ１を波長３９０ｎｍに対して最適化することで、第１光束及び第２光束に対して回折効率を振り分けるようにしたが、回折構造ＤＯＥ１においても回折構造ＤＯＥ２と同様に、第１波長λ₁に対して最適化することで、第１光束の回折効率を重視した構成としても良い。

以上のように、対物光学系ＯＢＪを収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とによる２群構成とする場合に、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２それぞれの波面収差量が上記（１）、（２）及び（３）式を満たす範囲内となるようにレンズ設計を行うことにより、波面収差量が（５）及び（６）式の範囲内、つまり、ほぼゼロになるような対物光学系ＯＢＪを容易に得ることが可能となる。

また、収差補正素子Ｌ１、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₁の保護層を同軸に配置した状態で測定した第１光束に対する開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C1とし、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₁の保護層を同軸に配置し、且つ、集光素子Ｌ２の光軸に対して収差補正素子Ｌ１の光軸を１０μｍシフトさせて配置した状態で測定した第１光束に対する開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C2とし、収差補正素子Ｌ１、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₂の保護層を同軸に配置した状態で測定した第２光束に対する開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C3とし、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₂の保護層を同軸に配置し、且つ、集光素子Ｌ２の光軸に対して収差補正素子Ｌ１の光軸を１０μｍシフトさせて配置した状態で測定した第２光束に対する開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C4としたとき、以下の（８）及び（９）式を満たす場合には、波面収差量が上記（１）、（２）及び（３）式を満たすように収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２が設計されたと判断することができる。
Ｗ_S1＝Ｗ_C2−Ｗ_C1＜０．０１λＲＭＳ （λ＝λ₁） （８）
Ｗ_S2＝Ｗ_C4−Ｗ_C3＞０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （９）

また、収差補正素子Ｌ１、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₁の保護層を同軸に配置した状態で測定した第１光束に対する開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C1とし、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₁の保護層を同軸に配置し、且つ、集光素子Ｌ２の光軸に対して収差補正素子Ｌ１の光軸を５分ティルトさせて配置した状態で測定した第１光束に対する開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C5とし、収差補正素子Ｌ１、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₂の保護層を同軸に配置した状態で測定した第２光束に対する開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C3とし、集光素子Ｌ２及び厚さｔ₂の保護層を同軸に配置し、且つ、集光素子Ｌ２の光軸に対して収差補正素子Ｌ１の光軸を５分ティルトさせて配置した状態で測定した第２光束に対する開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C6としたとき、以下の（１０）及び（１１）式を満たす場合には、波面収差量が上記（１）、（２）及び（３）式を満たすように収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２が設計されたと判断することができる。
Ｗ_T1＝Ｗ_C5−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₁） （１０）
Ｗ_T2＝Ｗ_C6−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （１１）

また、第１光束に対する収差補正素子Ｌ１の近軸パワーＰ_L1と、第１光束に対する集光素子Ｌ２の近軸パワーＰ_L2との比が以下の（７）式を満たすようにレンズ設計が行なわれている。
｜Ｐ_L1／Ｐ_L2｜≦０．２ （７）
このように、波長λ₁の入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される集光素子Ｌ２に持たせることで、ＤＶＤに対する作動距離を十分に確保することが可能となる。更に、収差補正素子Ｌ１の光学面上に、光軸方向の段差を有する回折構造を形成しているので、段差部分によりその進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、透過率の低下を防止できる。

また、図７（ａ）に示すように、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２には、光軸合わせ用の位置決めマークＭ１とＭ２が形成されている。
具体的には、収差補正素子Ｌ１の出射面Ｓ２の光軸ｌ１上と、集光素子Ｌ２の入射面Ｓ１の光軸ｌ２上に、位置決めマークとしての突部Ｍ１、Ｍ２が形成されており、そして、例えば、側面から光を照射した状態で、集光素子Ｌ２の出射面Ｓ２側から集光素子Ｌ２を介して２つの突部Ｍ１、Ｍ２を目視により確認しながら、集光素子Ｌ２を収差補正素子Ｌ１に対して相対的に移動させ、突出部Ｍ２を突出部Ｍ１に重なり合わせることで、光軸ｌ１とｌ２とが一致した状態で収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とを容易に位置決めすることができる。なお、光軸上に形成した位置決めマークＭ１、Ｍ２は、各光学素子の光学的機能に影響を与えない程度の大きさとなっている。

また、図７（ｂ）に示すように、位置決めマークＭ１、Ｍ２を収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２それぞれの側面に複数設けてもよい。この場合、収差補正素子Ｌ１の光軸ｌ１と集光素子Ｌ２の光軸ｌ２とを一致させることができるだけでなく、光軸を中心とした円周方向の相対的な位置決めも可能となる。
なお、本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１に回折構造ＨＯＥを形成し、光ディスク側の光学面Ｓ２に回折構造ＤＯＥを形成した構成としたが、これとは、逆に、光学面Ｓ１に回折構造ＤＯＥを形成し、光学面Ｓ２に回折構造ＨＯＥを形成した構成としてもよい。

コリメートレンズＣＯＬは、１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されており、第１波長λ１と第２波長λ₂との間の色収差を吸収し、何れの波長の光束も平行光束の状態でコリメートレンズＣＯＬから射出することが出来る。更に、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生時にコリメートレンズＣＯＬを光軸方向に変移させることで、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、高密度光ディスクＨＤに対して常に良好な記録／再生特性を維持することができる。

コリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系ＯＢＪの屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクに対する記録／再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
以上の説明では、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正する場合について説明したが、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差をコリメートレンズＣＯＬの位置調整により補正するようにしても良い。

なお、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵ１、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光情報記録再生装置を得ることが出来る。

次に、上述した実施の形態に用いることができる対物光学系の実施例について説明する。なお、以下の実施例における対物光学系の光学面が非球面に構成される場合には、各々の非球面は次の数１で表される非球面形状を有している。ただし、Ｘ（ｍｍ）はその光学面の頂点に接する平面からの変形量で、ｈ（ｍｍ）は光軸に垂直な方向の高さ、ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ_2iは非球面係数である。

また、収差補正素子に形成される回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、Ｂ_2jを光路差関数係数、入射光束の波長をλ（ｎｍ）、製造波長をλ_B（ｎｍ）、波長λの光束が入射した際にこの回折構造で発生する回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｄｏｒとするとき、次の数２で定義される光路差関数Φ_b（ｍｍ）で表される。

［実施例１］
本実施例は、収差補正素子と集光素子とから構成された高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに互換性を有する対物レンズユニットである。収差補正素子と集光素子は共にプラスチックレンズである。尚、集光素子は、高密度光ディスクＨＤ専用の集光素子である。本実施例にかかるレンズデータを表１に、そのレンズ断面図を図８に示す。

尚、表１において、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０^-03）を、Ｅ（例えば ２．５Ｅ―０３）を用いて表すものとする。

また、表１において、ＮＡ₁は高密度光ディスクＨＤの開口数、ＮＡ₂はＤＶＤの開口数、ｆ₁（ｍｍ）は第１波長λ₁に対する焦点距離、ｆ₂（ｍｍ）は第２波長λ₂に対する焦点距離、λ₁（ｎｍ）は高密度光ディスクＨＤの使用波長、λ₂（ｎｍ）はＤＶＤの使用波長、Ｍ₁は第１波長λ₁に対する倍率、Ｍ₂は第２波長λ₂に対する倍率、ｔ₁（ｍｍ）は高密度光ディスクＨＤの保護層厚み、ｔ₂（ｍｍ）はＤＶＤの保護層厚み、ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径、ｄ₁（ｍｍ）は第１波長λ₁に対する面間隔、ｄ₂（ｍｍ）は第２波長λ₂に対する面間隔、Ｎλ₁は第１波長λ₁に対する屈折率、Ｎλ₂は第２波長λ₂に対する屈折率、νｄはアッベ数、ｄｏｒは回折次数を表す。

また、本実施例の対物光学系の（１）乃至（１１）式に対応する値を以下に示す。但し、これらの波面収差値を算出する際には、第１波長λ₁の平行光束は光束径φ₁＝３．４ｍｍで入射させ、第２波長λ₂の平行光束は光束径φ₂＝２．５ｍｍで入射させた。
（１）Ｗ_L1λ₁＝０．０００λＲＭＳ（λ＝４０８ｎｍ）
（２）Ｗ_L2λ₁＝０．００２λＲＭＳ（λ＝４０８ｎｍ）
（３）Ｍ＝０
（４）Ｗ_L2λ₂＝０．６１８λＲＭＳ（λ＝６５８ｎｍ）
（５）Ｗ_OBJλ₂＝０．０００λＲＭＳ（λ＝６５８ｎｍ）
（６）Ｗ_OBJλ₁＝０．０００λＲＭＳ（λ＝４０８ｎｍ）
（７）｜Ｐ_L1／Ｐ_L2｜＝０
（８）Ｗ_S1＝０．０００λＲＭＳ（λ＝４０８ｎｍ）
（９）Ｗ_S2＝０．０２８λＲＭＳ（λ＝６５８ｎｍ）
（１０）Ｗ_T1＝０．００８λＲＭＳ（λ＝４０８ｎｍ）
（１１）Ｗ_T2＝０．００２λＲＭＳ（λ＝６５８ｎｍ）

［実施例２］
本実施例は、収差補正素子と集光素子とから構成された高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとに互換性を有する対物レンズユニットである。収差補正素子はプラスチックレンズであり、集光素子はガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製「ＢＡＣＤ５」）である。尚、集光素子は、高密度光ディスクＨＤ専用の集光素子である。本実施例にかかるレンズデータを表２に示す。

尚、表２において、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０^-03）を、Ｅ（例えば ２．５Ｅ―０３）を用いて表すものとする。

また、表２において、ＮＡ₁は高密度光ディスクＨＤの開口数、ＮＡ₂はＤＶＤの開口数、ＮＡ₃はＣＤの開口数、ｆ₁（ｍｍ）は第１波長λ₁に対する焦点距離、ｆ₂（ｍｍ）は第２波長λ₂に対する焦点距離、ｆ₃（ｍｍ）は第３波長λ₃に対する焦点距離、λ₁（ｎｍ）は高密度光ディスクＨＤの使用波長、λ₂（ｎｍ）はＤＶＤの使用波長、λ₃（ｎｍ）はＣＤの使用波長、Ｍ₁は第１波長λ₁に対する倍率、Ｍ₂は第２波長λ₂に対する倍率、Ｍ₃は第３波長λ₃に対する倍率、ｔ₁（ｍｍ）は高密度光ディスクＨＤの保護層厚み、ｔ₂（ｍｍ）はＤＶＤの保護層厚み、ｔ₃（ｍｍ）はＣＤの保護層厚み、ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径、ｄ₁（ｍｍ）は第１波長λ₁に対する面間隔、ｄ₂（ｍｍ）は第２波長λ₂に対する面間隔、ｄ₃（ｍｍ）は第３波長λ₃に対する面間隔、Ｎλ₁は第１波長λ₁に対する屈折率、Ｎλ₂は第２波長λ₂に対する屈折率、Ｎλ₃は第３波長λ₃に対する屈折率、νｄはアッベ数、ｄｏｒは回折次数を表す。

また、本実施例の対物光学系の（１）乃至（１１）式に対応する値を以下に示す。但し、これらの波面収差値を算出する際には、第１波長λ₁の平行光束は光束径φ₁＝３．７４ｍｍで入射させ、第２波長λ₂の平行光束は光束径φ₂＝２．７７ｍｍで入射させた。
（１）Ｗ_L1λ₁＝０．０００λＲＭＳ（λ＝４０５ｎｍ）
（２）Ｗ_L2λ₁＝０．００３λＲＭＳ（λ＝４０５ｎｍ）
（３）Ｍ＝０
（４）Ｗ_L2λ₂＝０．６２３λＲＭＳ（λ＝６５５ｎｍ）
（５）Ｗ_OBJλ₂＝０．００２λＲＭＳ（λ＝６５５ｎｍ）
（６）Ｗ_OBJλ₁＝０．００３λＲＭＳ（λ＝４０５ｎｍ）
（７）｜Ｐ_L1／Ｐ_L2｜＝０
（８）Ｗ_S1＝０．０００λＲＭＳ（λ＝４０５ｎｍ）
（９）Ｗ_S2＝０．０３１λＲＭＳ（λ＝６５５ｎｍ）
（１０）Ｗ_T1＝０．００１λＲＭＳ（λ＝４０５ｎｍ）
（１１）Ｗ_T2＝０．００３λＲＭＳ（λ＝６５５ｎｍ）

回折構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 回折構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 回折構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 回折構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 収差補正素子の正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。 位置決めマークの構造を説明するための側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 実施例におけるレンズ断面図である。

符号の説明

ＰＵ 光ピックアップ装置
Ｌ１ 収差補正素子
Ｌ２ 集光素子
ＨＯＥ 回折構造
ＤＯＥ 回折構造
ＮＰＳ 光路差付与構造
ＯＢＪ 対物光学系

Claims (11)

1. 光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束を、厚さｔ₁の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₁内で集光させ、光束径φ₂（φ₂＜φ₁）の第２波長λ₂（λ₂＞λ₁）の平行光束を、厚さｔ₂（ｔ₂＞ｔ₁）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₂（ＮＡ₂＜ＮＡ₁）内で集光させる光ピックアップ装置用の対物光学系において、
   前記対物光学系は、共役距離の長い方から順に配置された第１レンズ群と、第２レンズ群とから構成され、前記第１レンズ群は位相構造を有し、
   前記光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束が入射した場合の、前記第１レンズ群の波面収差をＷ_L1λ₁、
   前記第１波長λ₁の光束に対する前記第２レンズ群の前記開口数ＮＡ₁内での波面収差が最小値Ｗ_L2λ₁となる場合の、前記第２レンズ群の倍率をＭ、
   前記倍率Ｍにおける前記第２波長λ₂の光束に対する前記第２レンズ群の前記開口数ＮＡ₂内での波面収差をＷ_L2λ₂、
   前記光束径φ₂の第２波長λ₂の平行光束が入射した場合の、前記対物光学系の前記開口数ＮＡ₂内での波面収差をＷ_OBJλ₂、としたとき、
   以下の（１）乃至（５）式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用の対物光学系。
   Ｗ_L1λ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （１）
   Ｗ_L2λ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （２）
   −０．０３≦Ｍ≦０．１３ （３）
   Ｗ_L2λ₂＞０．３０λＲＭＳ（λ＝λ₂） （４）
   Ｗ_OBJλ₂≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₂） （５）
   但し、前記Ｗ_L2λ₁、Ｗ_L2λ₂及びＷ_OBJλ₂はデフォーカス成分を除いた波面収差であり、前記Ｗ_L2λ₁は前記厚さｔ₁の保護層込みで測定するものとし、前記Ｗ_L2λ₂及び前記Ｗ_OBJλ₂は前記厚さｔ₂の保護層込みで測定するものとする。
2. 前記光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束が入射した場合の、前記対物光学系の前記開口数ＮＡ₁内での波面収差をＷ_OBJλ₁としたとき、
   以下の（６）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
   Ｗ_OBJλ₁≦０．０５λＲＭＳ （λ＝λ₁） （６）
   但し、前記Ｗ_OBJλ₁はデフォーカス成分を除いた波面収差であり、前記Ｗ_OBJλ₁は前記厚さｔ₁の保護層込みで測定するものとする。
3. 前記第１波長λ₁の光束に対する前記第１レンズ群の近軸パワーＰ_L1と、前記第１波長λ₁の光束に対する前記第２レンズ群の近軸パワーＰ_L2との比が以下の（７）式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
   ｜Ｐ_L1／Ｐ_L2｜≦０．２ （７）
4. 前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C1とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を１０μｍシフトさせて配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C2とし、
   前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C3とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を１０μｍシフトさせて配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C4としたとき、
   以下の（８）及び（９）式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
   Ｗ_S1＝Ｗ_C2−Ｗ_C1＜０．０１λＲＭＳ （λ＝λ₁） （８）
   Ｗ_S2＝Ｗ_C4−Ｗ_C3＞０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （９）
5. 前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C1とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₁の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を５分ティルトさせて配置した状態で測定した前記第１波長λ₁の光束に対する前記開口数ＮＡ₁内でのコマ収差をＷ_C5とし、
   前記第１レンズ群、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C3とし、前記第２レンズ群及び前記厚さｔ₂の保護層を同軸に配置し、且つ、前記第２レンズ群の光軸に対して前記第１レンズ群の光軸を５分ティルトさせて配置した状態で測定した前記第２波長λ₂の光束に対する前記開口数ＮＡ₂内でのコマ収差をＷ_C6としたとき、
   以下の（１０）及び（１１）式を満たすことを特徴とする請求項３又は４に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
   Ｗ_T1＝Ｗ_C5−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₁） （１０）
   Ｗ_T2＝Ｗ_C6−Ｗ_C1＜０．０２λＲＭＳ （λ＝λ₂） （１１）
6. 前記第１レンズ群と前記第２レンズ群には、光軸合わせ用の位置決めマークが形成されているとともに、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群は、前記位置決めマークによって互いの位置決めがなされていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
7. 前記位相構造は、前記第１光ディスクの保護層の厚さｔ₁と前記第２光ディスクの保護層の厚さｔ₂との違いに起因して、前記第２レンズ群で発生する球面収差を補償する機能を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
8. 前記位相構造は、回折構造又は光路差付与構造であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
9. 前記第１波長λ₁、前記第２波長λ₂、前記第１光ディスクの保護層の厚さｔ₁、前記第２光ディスクの保護層の厚さｔ₂、前記開口数ＮＡ₁、前記開口数ＮＡ₂が以下の（１２）乃至（１７）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系。
   ３５０ｎｍ＜λ₁＜４２０ｎｍ （１２）
   ６３０ｎｍ＜λ₂＜６８０ｎｍ （１３）
   ０ｍｍ≦ｔ₁≦０．２ｍｍ （１４）
   ０．５５ｍｍ≦ｔ₂≦０．６５ｍｍ （１５）
   ０．８＜ＮＡ₁＜０．９ （１６）
   ０．５５＜ＮＡ₂＜０．７ （１７）
10. 光束径φ₁の第１波長λ₁の平行光束を、厚さｔ₁の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₁内で集光させ、光束径φ₂（φ₂＜φ₁）の第２波長λ₂（λ₂＞λ₁）の平行光束を、厚さｔ₂（ｔ₂＞ｔ₁）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に開口数ＮＡ₂（ＮＡ₂＜ＮＡ₁）内で集光させる光ピックアップ装置であって、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物光学系を具備することを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項１０に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする光情報記録再生装置。

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