JP4088949B2 - 対物レンズおよび光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ及び光ピックアップ装置に関し、例えば透明基板の厚さが異なる２つの光情報記録媒体に情報記録及び／又は情報再生の可能な光ピックアップ装置に好適な対物レンズ及びかかる対物レンズを用いた光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色半導体レーザ実用化に伴い、従来の光ディスクすなわち光情報記録媒体であるＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光ディスクであるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の開発が進んでいる。このような光ディスクなどを媒体とした光情報記録再生装置の光学系において、記録信号の高密度化を図るため、対物レンズが記録媒体上に集光するスポットを小さくすることが要求されている。このため、光源であるレーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化とが図られているという実情がある。
【０００３】
例えば、ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置においては、６３５ｎｍの短波長半導体レーザを光源として使用したとき、かかるレーザ光を集光させる対物レンズの光ディスク側の開口数ＮＡを約０．６としている。なお、ＣＤ、ＤＶＤの中にも、種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ（追記型コンパクトディスク）等があり、ＣＤ、ＤＶＤの他にもＭＤ（ミニディスク）なども商品化されて普及している。
【０００４】
一方、ＣＤ−Ｒに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置においては、波長λ＝７８０ｎｍである光源が必要になるが、他の光ディスクにおいては、特定の光源波長以外の波長の光源を使用することができ、かかる場合、使用する光源波長λに応じて必要開口数ＮＡが変わるようになっている。例えば、ＣＤの場合は必要開口数ＮＡ＝λ（μｍ）／１．７３、ＤＶＤの場合は必要開口数ＮＡ＝λ（μｍ）／１．０６で近似される。本明細書でいう開口数は、光ディスク側から見た集光光学系の開口数のことであり、必要開口数とは光ディスクの記録面上で要求されるスポットサイズｄと使用波長λとから算出される開口数であり、一般的にはＮＡ＝０．８３×λ÷ｄである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように市場には透明基板厚さ、記録密度、使用波長などが異なる様々な光ディスクが存在するが、個々の光ディスクに対して、情報の記録及び／又は再生を行うことができる専用の情報記録再生装置を購入することはユーザーにとって大きな負担となる。そこで、様々な光ディスクに対応できる互換性のある光ピックアップ装置を備えた情報記録再生装置が提案されている。
【０００６】
このような光ピックアップ装置においては、波長の異なる光束を、厚さの異なる基板に入射させたとき、球面収差を所定量以下に補正する必要があると共に、情報の書き込み読み取りを適切なものとすべく、各光束のスポット径も所定の範囲内に収める必要がある。
【０００７】
これに対し、異なる光ディスクそれぞれに対応した別個の集光光学系を備え、再生する光ディスクにより集光光学系を切り換えるようにした光ピックアップ装置が提案されている。かかる光ピックアップ装置によれば、波長の異なる光束を、厚さの異なる基板に入射させたとき、球面収差を所定量以下に補正でき、各光束のスポット径も所定の範囲内に収めることができる。しかしながら、この光ピックアップ装置では、集光光学系が複数必要となるため構成が複雑となり、高コスト化を招くため好ましくない。
【０００８】
このような問題に対し、所定開口数未満の光束についてはスポット光に収斂させると共に、所定開口数以上の光束についてはフレア光とすることができる特性を有する対物レンズが開発されている。かかる対物レンズによれば、例えばＣＤ−ＲやＤＶＤといった異なる光情報記録媒体に対して、情報の記録又は再生に必要な径のスポット光を得ることが出来る。
【０００９】
ところで、通常光ピックアップ装置には、光情報記録媒体から反射した光を受けることによって、トラッキングエラーなどを検出する検出器が設けられている。従来の光ピックアップ装置であれば、光情報記録媒体から反射されるのはスポット光のみであるため、光情報記録媒体上の正しい記録位置にスポット光が照射される限り、検出器において誤検出する恐れは低い。ところが、上述した対物レンズを介すると、所定開口数以上の光束についてはフレア光として光情報記録媒体上に照射されるので、その反射光が検出器に検出されると、誤検出の恐れが生じる。
【００１０】
本発明は、少ない数の対物レンズを使用しているにも関わらず、厚さの異なる光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生（以下、単に記録再生ともいう）を可能とし、しかも誤検出を抑制できる光ピックアップ装置に好適な対物レンズ及びかかる対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の対物レンズは、第１の波長λ１を有する第１の光束を射出する第１の光源を用いて、厚さｔ１を有する第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第１の光情報記録媒体に情報を記録することが可能であるとともに、第２の波長λ２（λ１＜λ２）を有する第２の光束を射出する第２の光源を用いて、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）を有する第２の透明基板を有し且つ前記第１の光情報記録媒体よりも必要開口数が小さい第２の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第２の光情報記録媒体に情報を記録することが可能な光ピックアップ装置に使用され、前記第１の光情報記録媒体に対
して情報を再生または記録する際および前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際に共用される単玉の対物レンズであって、光源側に配置される光学面に、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられると共に、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる内側領域と、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられず、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる、前記内側領域より外側の外側領域と、を備え、前記内側領域は、複数の段差を備えた回折部を有し、前記複数の段差の光軸方向の最小値に対して前記複数の段差の光軸方向の値は１．５倍未満であり、前記外側領域の中に、光軸方向の値が前記最小値に対して１．５倍以上６倍未満を満たす段差を備えた回折部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の対物レンズは、前記内側領域における前記複数の段差により、前記第１の波長を有する第１の光束に対して第１の次数ｎ１（ｎ１≠０）の回折光が最も強く発生する領域が形成されるとともに、前記外側領域における前記段差により、前記第１の波長を有する前記第１の光束に対して第２の次数ｎ２（ｎ２≠０、且つ、｜ｎ１｜≠｜ｎ２｜）の回折光が最も強く発生する領域が形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の対物レンズは、前記第１の次数ｎ１及び前記第２の次数ｎ２は、以下を満たすことを特徴とする。
ｎ１＝１、且つ、ｎ２≧２
但し、回折光の次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときの次数を正とする。
【００１４】
請求項４に記載の対物レンズは、前記第２の次数ｎ２は、ｎ２＝２であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の対物レンズは、前記第２の波長λ２の光束に対して、前記光学面の光軸から所定の距離において球面収差が不連続となることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の対物レンズは、前記第１の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ２としたとき、前記ＮＡ１内を通過した前記第２の波長λ２を有する第２の光束は、前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に、前記ＮＡ１内では波面収差０．０７λ２ｒｍｓ以上の状態で集光することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、少なくとも２種類の光情報記録媒体から情報を再生し、または光情報記録媒体に情報を記録するための光ピックアップ装置であって、第１の波長λ１を有する第１の光束を射出する第１の光源と、第２の波長λ２（λ１＜λ２）を有する第２の光束を射出する第２の光源と、厚さｔ１を有する第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第１の光情報記録媒体に情報を記録する際には、前記第１の光源から射出された前記第１の光束を、前記第１の透明基板を介して前記第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるとともに、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）を有する第２の透明基板を有し且つ前記第１の光情報記録媒体よりも必要開口数が小さい第２の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第２の光情報記録媒体に情報を記録する際には、前記第２の光源から射出された前記第２の光束を、前記第２の透明基板を介して前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズであって、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際および前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際に共用される単玉の対物レンズを含む集光光学系と、を有し、
前記対物レンズは、光源側に配置される光学面に、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられると共に、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる内側領域と、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられず、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる、前記内側領域より外側の外側領域と、を備え、前記内側領域は、複数の段差を備えた回折部を有し、前記複数の段差の光軸方向の最小値に対して前記複数の段差の光軸方向の値は１．５倍未満であり、前記外側領域の中に、光軸方向の値が前記最小値に対して１．５倍以上６倍未満を満たす段差を備えた回折部を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、前記内側領域における前記複数の段差により、前記第１の波長を有する第１の光束に対して第１の次数ｎ１（ｎ１≠０）の回折光が最も強く発生する領域が形成されるとともに、前記外側領域における前記段差により、前記第１の波長を有する前記第１の光束に対して第２の次数ｎ２（ｎ２≠０、且つ、｜ｎ１｜≠｜ｎ２｜）の回折光が最も強く発生する領域が形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の光ピックアップ装置は、前記第１の次数ｎ１及び前記第２の次数ｎ２は、以下を満たすことを特徴とする。
ｎ１＝１、且つ、ｎ２≧２
但し、回折光の次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときの次数を正とする。
【００２０】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、前記第２の次数ｎ２は、ｎ２＝２であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、前記第２の波長λ２の光束に対して、前記光学面の光軸から所定の距離において球面収差が不連続となることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、前記第１の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ２としたとき、前記ＮＡ１内を通過した前記第２の波長λ２を有する第２の光束は、前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に、前記ＮＡ１内では波面収差０．０７λ２ｒｍｓ以上の状態で集光することを特徴とする。
【００２３】
例えば開口数の異なる光束を用いて情報の記録再生を行う光ピックアップ装置において、開口数ＮＡが小さい側の使用状態で所定開口数の外側の光束をフレアとすれば、小さい開口数ＮＡのための開口制限を用いずとも、ビーム径が絞られ過ぎることがなく、比較的大きなスポット径を得ることができる。そこで、本発明の対物レンズを用いれば、いずれの開口数の光束を用いた場合でも、適切なスポットを形成することが出来るため、例えばＣＤとＤＶＤなど異なる複数種の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行う光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
【００２４】
より具体的に説明すると、ブレーズ化した対物レンズを用いて、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う場合、所定開口数以上の絞り径の光束によっても、所定開口数の対物レンズを用いた場合と同様なスポット径が得られるよう、所定開口数以上の光束に球面収差を生じさせてフレア化することができる。ところが、このフレアが狭い範囲に収束していたり、強度が大きいと、検出器によってフォーカス信号やトラッキング信号等として誤って検出される恐れがある。
【００２５】
そこで、例えば光情報記録媒体としてＣＤとＤＶＤとを用いる場合、ＣＤに対する所定開口数以上の部分をＤＶＤ記録又は再生用の光束の波長に対して＋２次回折光を最も強く発生させるよう対物レンズをブレーズ化すれば、＋１次回折光に対してブレーズ化したときに比べ、ＣＤに対して所定開口数以上のフレアとすべき光束が他の次数に分散し、回折効率を低下させることが出来るので、主次数（ここでは＋２次）のフレアの影響を軽減できる。またこの時、＋１次光、＋３次光など他の不要次数の光束は記録面上でより大きなフレアとすることができ影響を小さく抑えることが出来るのである。尚、本発明において複数の領域とは、２つ以上の領域をいう。
【００２６】
本明細書中、光学素子とは、レンズ、プリズム、ミラー、平行平板などをいう。又、輪帯（回折輪帯）は、光軸を含む断面で回折形状を見たときに、ここでは段（ステップ）から段（ステップ）までを一つの輪帯とみなす。
【００２７】
図９は、回折部としての回折輪帯を設けた対物レンズとしてのレンズの例を示す模式図である。図９においては、回折輪帯のピッチ及び段差は、理解しやすいように実際よりも大きく描かれ、その数も、理解しやすいように少なく描かれている。
【００２８】
図９に示すレンズ３の左方の光学面において、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の内側と外側とで、回折輪帯の形状が大きく異なっている。より具体的には、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の内側においては、回折輪帯３ａは、第１の次数（例えば＋１次）の回折光の強度が最も強くなるようなピッチ及び段差を有している。一方、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の外側においては、回折輪帯３ｂは、第１の次数とは異なる第２の次数（例えば＋２次）の回折光の強度が最も強くなるようなピッチ及び段差を有している。ただし、回折次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときを正の次数とする。
【００２９】
ここで、ピッチ及び段差を調整することによって、最も強度が高くなる回折光の次数を決定できる。ちなみに、光束が回折輪帯３ａを通過したときに、＋１次の回折光の強度が最も高くなり、また回折輪帯３ｂを通過したときに、＋２次の回折光の強度が最も高くなる場合には、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の外側の回折輪帯３ｂのピッチｐ２及び段差ｄ２は、１次回折光でブレーズ化する場合に比べ、それぞれ２倍になる。
【００３０】
対物レンズなどの光学素子をブレーズ化することによって回折輪帯を設ける場合、回折輪帯の段差の深さは、最も強度を高めるべき回折次数、入射光束の波長、光束の入射角に基づいて決定される。かかる条件は、一つの光学面上において、例えば＋１次光と＋２次光の如く異なる次数の回折光を発生させる輪帯を併設する場合に必要な条件である。入射光束の波長や光束の入射角が位置によって変わりうるような場合を加味すると、回折輪帯の段差の最大値と最小値との比が１．５倍以上あることが、異なる次数の回折光を適切に発生させる条件の一つといえる。
【００３１】
一方、前記段差の最大値と前記段差の最小値とは、６倍以上異ならないことを特徴とする。あまり高い次数の回折光に適合するようブレーズ化されると、情報記録又は再生に必要な次数の回折光の近くに、不要な次数の回折光が結像して悪影響を与える恐れがるからである。
【００３２】
ここで、ブレーズ化するとは、光学素子の母非球面の表面に、所定の次数の回折効率が最大となるよう断面形状が鋸歯状の回折輪帯を形成することをいう。
【００３３】
本明細書中で用いる回折部とは、回折によって光束を偏向させる作用を持たせた領域のことをいい、回折面とは、回折部を有する光学面をいう。本発明では、回折部は、レリーフ状の回折輪帯を有し、このレリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とする略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。
【００３４】
本明細書中において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。ここで、かかるレンズ群とは、少なくとも１枚以上のレンズを指すものである。従って、本明細書中において、対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡとは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数ＮＡを指すものである。また、本明細書中では開口数ＮＡは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をする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の対物レンズの開口数を示す。
【００３５】
本明細書中において、光情報記録媒体（光ディスク）としては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW,DVD-Video等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の現在の光情報記録媒体および次世代の記録媒体なども含まれる。多くの光情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。しかしながら、透明基板の厚さが殆どゼロに近いもの、あるいは透明基板が全くないものも存在もしくは提案されている。説明の都合上、本明細書中「透明基板を介して」と記載することがあるが、かかる透明基板は厚さがゼロである、すなわち透明基板が全くない場合も含むものである。
【００３６】
本明細書中において、情報の記録および再生とは、上記のような情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の光ピックアップ装置は、記録だけ或いは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、或る情報記録媒体に対しては記録を行い、別の情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、或る情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の情報記録媒体に対しては記録及び再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
【００３７】
本発明の光ピックアップ装置は、各種のプレーヤまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録および／または再生装置に搭載することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
回折面は回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差函数とで表す。光路差関数は、所定の製造波長の所定次数の回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設ける。
【００３９】
本発明の実施例では、回折面の母非球面および光路差関数を、光軸からの距離ｈｂを境界として、その内側（光軸側）と外側（周辺側）とでそれぞれ別の関数で表す。
【００４０】
このとき母非球面および光路差関数が、境界ｈｂで実質的に連続とするために、外側の母非面および外側の光路差関数には定数項を設けた。光路差関数Φ（ｈ）は次式で表す。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・ （４）
ただし、
ｈ：光軸からの距離
ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数
【００４１】
一方、非球面は次式で表す。
ｘ＝（ｈ2／ｒ）／（１＋√（１−（１＋ｋ）ｈ2／ｒ2））＋Ａ０＋Ａ２＊ｈ2＋
Ａ４＊ｈ4＋Ａ６＊ｈ6＋・・・ （５）
ただし、
Ａ０、Ａ２、Ａ４、Ａ６、・・・：非球面係数
ｋ：円錐係数
ｒ：近軸曲率半径
【００４２】
上記の定義を基にした場合、光路差関数の２次係数を零でない値とすることにより、レンズにパワーを持たせることができる。また、光路差関数の２次以外の係数、例えば、４次係数、６次係数、８次係数、１０次係数等を零でない値とすることにより、球面収差を制御することができる。尚、ここで、制御するということは、屈折パワーを有する部分が持つ球面収差を、逆の球面収差を発生させて補正したり、全体の球面収差を所望な値にすることを意味する。
【００４３】
図１は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。図１において、第１の光情報記録媒体（光ディスク、例えばＤＶＤ）に対して記録および／または再生を行う第１光源１１と、第２の光情報記録媒体（光ディスク、例えばＣＤ）に対して記録および／または再生を行う第１光源１１とは波長の異なる第２光源１２とを備え、それぞれの光源から射出される発散光束の発散角を所望の発散角に変換するカップリングレンズ２１，２２と、上記光束をほぼ一つの方向に進むように合成する光合成手段であるビームスプリッタ６２と、ビームスプリッタ６２からの光束を光情報記録媒体の情報記録面５に集光する対物レンズ３と、光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器４１、４２とを備えている。図中、８は絞り、９はシリンドリカルレンズ、７１，７２は１／４波長板、１５は光源１１からの発散光速の発散度を小さくするためのカップリングレンズ、１６は凹レンズ、１７は反射光束を分離するためのホログラムである。対物レンズ３は、後述の実施例１、２を用いる。
【００４４】
第１光源１１は波長λ１＝６５０ｎｍ程度のレーザ光を射出し、このとき透明基板厚ｔ１＝０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＤＶＤ）に対して記録および／または再生を行うのに必要な対物レンズの開口数をＮＡ１＝０．６３とする。第２光源１２は波長λ２＝７８０ｎｍ程度のレーザ光を射出し、このとき透明基板厚ｔ２＝１．２ｍｍの光情報記録媒体（ＣＤ）に対して記録および／または再生を行うのに必要な対物レンズの開口数をＮＡ２＝０．５とする。
【００４５】
（実施例１）
図２は、実施例１の対物レンズの断面図であり、図３、４は、実施例１の対物レンズにおける球面収差図である。［表１］に、実施例１の対物レンズにおけるレンズデータを示す。Ｒ、ｄ、ｎはレンズの曲率半径、面間隔、基準波長での屈折率を表す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
（実施例２）
図５は、実施例２の対物レンズの断面図であり、図６，７は、実施例２の対物レンズにおける球面収差図である。［表２］に、実施例２の対物レンズにおけるレンズデータを示す。Ｒ、ｄ、ｎはレンズの曲率半径、面間隔、基準波長での屈折率を表す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
尚、実施例１，２の対物レンズにおいてブレーズ化されてなる回折輪帯の段差の最大値と最小値とを［表３］に示す。
［表３］
実施例１ 実施例２
段差の最大値（μｍ） ３．２９ ３．３１
段差の最小値（μｍ） １．３６ １．３７
比 ２．４ ２．４
【００５０】
実施例１，２の対物レンズに基づいて、更に詳細に説明する。実施例１，２の対物レンズは、波長６５０ｎｍの光源からの光束で、基板厚０．６ｍｍである第１の光情報記録媒体としてのＤＶＤの情報記録又は再生に用いることができ、又波長７８０ｎｍの光源からの光束で、基板厚１．２ｍｍである第２の情報記録媒体としてのＣＤの情報記録又は再生に用いることができる。最大開口数ＮＡは０．６３であり、波長７８０ｎｍでＣＤに対する必要開口数ＮＡを０．５０とする。
【００５１】
対物レンズの回折面は第１面に設けられており、ＮＡ０．５以下の範囲では＋１次回折光に対してブレーズ化され、すなわち＋１次回折光の強度が最も高くなるようにしている。＋１次回折光の方向は、０次光よりも光束を収束させる方向である。ブレーズ化するに当たっての光源の製造波長は７８０ｎｍであり、すなわち７８０ｎｍの波長の光源からの光束に対して回折効率が最大となるようにしている。
【００５２】
また開口数ＮＡ０．５以上の範囲では＋２次回折光に対してブレーズ化されており、すなわち＋２次回折光の強度が最も高くなるようにしている。＋１次回折光でブレーズ化されている場合に比べて、輪帯間隔は約２倍であり、輪帯間の段差の深さも約２倍である。このようにブレース化するに当たっての光源の製造波長は６５０ｎｍである。
【００５３】
この対物レンズは開口数ＮＡ０．６３の絞り径の光束によっても、ＣＤ側で開口数ＮＡ０．５の回折限界レンズと同等のスポット径が得られるよう、ＣＤ側の開口数ＮＡ０．５以上の光束に球面収差を生じさせてフレア化している。このフレアが狭い範囲に収束していたり、強度が大きいと、検出器によってフォーカス信号やトラッキング信号等として誤って検出される恐れがある。
【００５４】
＋１次回折光に最適なブレーズ化を行う場合において、光源波長６５０ｎｍで回折効率１００％の理想的なブレーズ形状とすると、光源波長７８０ｎｍでの回折効率は９１％である。同様に＋２次回折光で最適にブレーズ化する場合において、光源波長７８０ｎｍでの回折効率は６８％となる。したがって 開口数ＮＡ０．５以上の部分に＋２次回折光を用いると、ＣＤの情報記録又は再生時にフレアとする光束が他の次数に分散し、回折効率が低下するので、主次数（＋２次）のフレアの影響を軽減できる。またこの時、＋１次光、＋３次光など他の不要次数の光束は記録面上でより大きなフレアとすることができ影響を小さく抑えることが出来る。
【００５５】
図８に実施例１の対物レンズで、ＣＤに対して情報記録又は再生を行う際の、開口ＮＡ０．５以上の光束のスポットダイアグラムを示す。かかるスポットダイアグラムによれば、ＤＶＤに対して情報記録又は再生を行う場合には、開口数ＮＡ０．５〜０．６３を通過する＋２次回折光が、スポット光として情報記録面に形成されることがわかる。従って、強度の高い光を用いて良好な情報記録又は再生が出来る。一方、ＣＤに対して情報記録又は再生を行う場合には、開口数ＮＡ０．５〜０．６３を通過する＋１次回折光が広範囲なフレア光として情報記録面に形成されることがわかり、それにより検出器の誤検出を防止することが出来る。又、ＣＤ、ＤＶＤ両方に対して、１次回折光、３次回折光も広範囲なフレア光として形成される。
【００５６】
更に、光ピックアップ装置の対物レンズは一般にプラスチックあるいはガラスを型で成形して製造され、この型は超精密旋盤を用いた切削により加工される。回折輪帯を有する回折レンズでは、図９に示すように、光軸を含む断面形状が鋸歯のような形状となるが、この型を加工するとき、切削用の刃先がある程度の大きさの丸みを持つため、輪帯間の段差の部分で、この丸みの大きさに応じて鋸歯のエッジが崩れてしまう。この形状が崩れた部分は有効な光量を損失させるが、輪帯間の間隔（ピッチ）が狭いとこの損失が大きくなる。
【００５７】
例えば、実施例１の対物レンズでこの損失を求めると、最周辺の輪帯（輪帯間隔２２μｍ）を半径４μｍの丸みを持つ刃先によって＋1次回折光でブレーズ化したとき、この輪帯での透過光量損失の計算値は１６．４％であった。これに対し、上述した実施の形態の如く、開口数ＮＡ０．５以上で＋２次回折光の光強度が最も高くなるようにブレーズ化すると、回折輪帯の間隔が４４μｍで、この輪帯での透過光量損失の計算値は１４．９％であった。従って、本実施の形態によれば、透過光量の向上を図ることも出来る。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によると、少ない数の対物レンズを使用しているにも関わらず、厚さの異なる光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生（以下、単に記録再生ともいう）を可能とし、しかも誤検出を抑制できる光ピックアップ装置に好適な対物レンズ及びかかる対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】 実施例１の対物レンズの断面図である。
【図３】 実施例１の対物レンズにおけるＤＶＤ仕様の球面収差図である。
【図４】 実施例１の対物レンズにおけるＣＤ仕様の球面収差図である。
【図５】 実施例２の対物レンズの断面図である。
【図６】 実施例２の対物レンズにおけるＤＶＤ仕様の球面収差図である。
【図７】 実施例２の対物レンズにおけるＣＤ仕様の球面収差図である。
【図８】 実施例１の対物レンズで、ＣＤに対して情報記録又は再生を行う際の、開口ＮＡ０．５以上の光束のスポットダイアグラムである。
【図９】 回折輪帯を設けた対物レンズとしてのレンズの例を示す模式図である。
【符号の説明】
３ 対物レンズ
８ 絞り
９ シリンドリカルレンズ
１１ 第１光源
１２ 第２光源
１５ カップリングレンズ
１６ 凹レンズ
１７ ホログラム
２１、２２ カップリングレンズ
４１，４２ 光検出器
６２ ビームスプリッタ
７１，７２ １／４波長板
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ及び光ピックアップ装置に関し、例えば透明基板の厚さが異なる２つの光情報記録媒体に情報記録及び／又は情報再生の可能な光ピックアップ装置に好適な対物レンズ及びかかる対物レンズを用いた光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色半導体レーザ実用化に伴い、従来の光ディスクすなわち光情報記録媒体であるＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光ディスクであるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の開発が進んでいる。このような光ディスクなどを媒体とした光情報記録再生装置の光学系において、記録信号の高密度化を図るため、対物レンズが記録媒体上に集光するスポットを小さくすることが要求されている。このため、光源であるレーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化とが図られているという実情がある。
【０００３】
例えば、ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置においては、６３５ｎｍの短波長半導体レーザを光源として使用したとき、かかるレーザ光を集光させる対物レンズの光ディスク側の開口数ＮＡを約０．６としている。なお、ＣＤ、ＤＶＤの中にも、種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ（追記型コンパクトディスク）等があり、ＣＤ、ＤＶＤの他にもＭＤ（ミニディスク）なども商品化されて普及している。
【０００４】
一方、ＣＤ−Ｒに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置においては、波長λ＝７８０ｎｍである光源が必要になるが、他の光ディスクにおいては、特定の光源波長以外の波長の光源を使用することができ、かかる場合、使用する光源波長λに応じて必要開口数ＮＡが変わるようになっている。例えば、ＣＤの場合は必要開口数ＮＡ＝λ（μｍ）／１．７３、ＤＶＤの場合は必要開口数ＮＡ＝λ（μｍ）／１．０６で近似される。本明細書でいう開口数は、光ディスク側から見た集光光学系の開口数のことであり、必要開口数とは光ディスクの記録面上で要求されるスポットサイズｄと使用波長λとから算出される開口数であり、一般的にはＮＡ＝０．８３×λ÷ｄである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように市場には透明基板厚さ、記録密度、使用波長などが異なる様々な光ディスクが存在するが、個々の光ディスクに対して、情報の記録及び／又は再生を行うことができる専用の情報記録再生装置を購入することはユーザーにとって大きな負担となる。そこで、様々な光ディスクに対応できる互換性のある光ピックアップ装置を備えた情報記録再生装置が提案されている。
【０００６】
このような光ピックアップ装置においては、波長の異なる光束を、厚さの異なる基板に入射させたとき、球面収差を所定量以下に補正する必要があると共に、情報の書き込み読み取りを適切なものとすべく、各光束のスポット径も所定の範囲内に収める必要がある。
【０００７】
これに対し、異なる光ディスクそれぞれに対応した別個の集光光学系を備え、再生する光ディスクにより集光光学系を切り換えるようにした光ピックアップ装置が提案されている。かかる光ピックアップ装置によれば、波長の異なる光束を、厚さの異なる基板に入射させたとき、球面収差を所定量以下に補正でき、各光束のスポット径も所定の範囲内に収めることができる。しかしながら、この光ピックアップ装置では、集光光学系が複数必要となるため構成が複雑となり、高コスト化を招くため好ましくない。
【０００８】
このような問題に対し、所定開口数未満の光束についてはスポット光に収斂させると共に、所定開口数以上の光束についてはフレア光とすることができる特性を有する対物レンズが開発されている。かかる対物レンズによれば、例えばＣＤ−ＲやＤＶＤといった異なる光情報記録媒体に対して、情報の記録又は再生に必要な径のスポット光を得ることが出来る。
【０００９】
ところで、通常光ピックアップ装置には、光情報記録媒体から反射した光を受けることによって、トラッキングエラーなどを検出する検出器が設けられている。従来の光ピックアップ装置であれば、光情報記録媒体から反射されるのはスポット光のみであるため、光情報記録媒体上の正しい記録位置にスポット光が照射される限り、検出器において誤検出する恐れは低い。ところが、上述した対物レンズを介すると、所定開口数以上の光束についてはフレア光として光情報記録媒体上に照射されるので、その反射光が検出器に検出されると、誤検出の恐れが生じる。
【００１０】
本発明は、少ない数の対物レンズを使用しているにも関わらず、厚さの異なる光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生（以下、単に記録再生ともいう）を可能とし、しかも誤検出を抑制できる光ピックアップ装置に好適な対物レンズ及びかかる対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の対物レンズは、第１の波長λ１を有する第１の光束を射出する第１の光源を用いて、厚さｔ１を有する第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第１の光情報記録媒体に情報を記録することが可能であるとともに、第２の波長λ２（λ１＜λ２）を有する第２の光束を射出する第２の光源を用いて、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）を有する第２の透明基板を有し且つ前記第１の光情報記録媒体よりも必要開口数が小さい第２の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第２の光情報記録媒体に情報を記録することが可能な光ピックアップ装置に使用され、前記第１の光情報記録媒体に対
して情報を再生または記録する際および前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際に共用される単玉の対物レンズであって、光源側に配置される光学面に、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられると共に、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる内側領域と、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられず、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる、前記内側領域より外側の外側領域と、を備え、前記内側領域は、複数の段差を備えた回折部を有し、前記複数の段差の光軸方向の最小値に対して前記複数の段差の光軸方向の値は１．５倍未満であり、前記外側領域の中に、光軸方向の値が前記最小値に対して１．５倍以上６倍未満を満たす段差を備えた回折部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の対物レンズは、前記内側領域における前記複数の段差により、前記第１の波長を有する第１の光束に対して第１の次数ｎ１（ｎ１≠０）の回折光が最も強く発生する領域が形成されるとともに、前記外側領域における前記段差により、前記第１の波長を有する前記第１の光束に対して第２の次数ｎ２（ｎ２≠０、且つ、｜ｎ１｜≠｜ｎ２｜）の回折光が最も強く発生する領域が形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の対物レンズは、前記第１の次数ｎ１及び前記第２の次数ｎ２は、以下を満たすことを特徴とする。
ｎ１＝１、且つ、ｎ２≧２
但し、回折光の次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときの次数を正とする。
【００１４】
請求項４に記載の対物レンズは、前記第２の次数ｎ２は、ｎ２＝２であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の対物レンズは、前記第２の波長λ２の光束に対して、前記光学面の光軸から所定の距離において球面収差が不連続となることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の対物レンズは、前記第１の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ２としたとき、前記ＮＡ１内を通過した前記第２の波長λ２を有する第２の光束は、前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に、前記ＮＡ１内では波面収差０．０７λ２ｒｍｓ以上の状態で集光することを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、少なくとも２種類の光情報記録媒体から情報を再生し、または光情報記録媒体に情報を記録するための光ピックアップ装置であって、第１の波長λ１を有する第１の光束を射出する第１の光源と、第２の波長λ２（λ１＜λ２）を有する第２の光束を射出する第２の光源と、厚さｔ１を有する第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第１の光情報記録媒体に情報を記録する際には、前記第１の光源から射出された前記第１の光束を、前記第１の透明基板を介して前記第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるとともに、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）を有する第２の透明基板を有し且つ前記第１の光情報記録媒体よりも必要開口数が小さい第２の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第２の光情報記録媒体に情報を記録する際には、前記第２の光源から射出された前記第２の光束を、前記第２の透明基板を介して前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズであって、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際および前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際に共用される単玉の対物レンズを含む集光光学系と、を有し、
前記対物レンズは、光源側に配置される光学面に、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられると共に、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる内側領域と、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられず、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる、前記内側領域より外側の外側領域と、を備え、前記内側領域は、複数の段差を備えた回折部を有し、前記複数の段差の光軸方向の最小値に対して前記複数の段差の光軸方向の値は１．５倍未満であり、前記外側領域の中に、光軸方向の値が前記最小値に対して１．５倍以上６倍未満を満たす段差を備えた回折部を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、前記内側領域における前記複数の段差により、前記第１の波長を有する第１の光束に対して第１の次数ｎ１（ｎ１≠０）の回折光が最も強く発生する領域が形成されるとともに、前記外側領域における前記段差により、前記第１の波長を有する前記第１の光束に対して第２の次数ｎ２（ｎ２≠０、且つ、｜ｎ１｜≠｜ｎ２｜）の回折光が最も強く発生する領域が形成されることを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の光ピックアップ装置は、前記第１の次数ｎ１及び前記第２の次数ｎ２は、以下を満たすことを特徴とする。
ｎ１＝１、且つ、ｎ２≧２
但し、回折光の次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときの次数を正とする。
【００２０】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、前記第２の次数ｎ２は、ｎ２＝２であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、前記第２の波長λ２の光束に対して、前記光学面の光軸から所定の距離において球面収差が不連続となることを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、前記第１の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ２としたとき、前記ＮＡ１内を通過した前記第２の波長λ２を有する第２の光束は、前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に、前記ＮＡ１内では波面収差０．０７λ２ｒｍｓ以上の状態で集光することを特徴とする。
【００２３】
例えば開口数の異なる光束を用いて情報の記録再生を行う光ピックアップ装置において、開口数ＮＡが小さい側の使用状態で所定開口数の外側の光束をフレアとすれば、小さい開口数ＮＡのための開口制限を用いずとも、ビーム径が絞られ過ぎることがなく、比較的大きなスポット径を得ることができる。そこで、本発明の対物レンズを用いれば、いずれの開口数の光束を用いた場合でも、適切なスポットを形成することが出来るため、例えばＣＤとＤＶＤなど異なる複数種の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行う光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
【００２４】
より具体的に説明すると、ブレーズ化した対物レンズを用いて、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う場合、所定開口数以上の絞り径の光束によっても、所定開口数の対物レンズを用いた場合と同様なスポット径が得られるよう、所定開口数以上の光束に球面収差を生じさせてフレア化することができる。ところが、このフレアが狭い範囲に収束していたり、強度が大きいと、検出器によってフォーカス信号やトラッキング信号等として誤って検出される恐れがある。
【００２５】
そこで、例えば光情報記録媒体としてＣＤとＤＶＤとを用いる場合、ＣＤに対する所定開口数以上の部分をＤＶＤ記録又は再生用の光束の波長に対して＋２次回折光を最も強く発生させるよう対物レンズをブレーズ化すれば、＋１次回折光に対してブレーズ化したときに比べ、ＣＤに対して所定開口数以上のフレアとすべき光束が他の次数に分散し、回折効率を低下させることが出来るので、主次数（ここでは＋２次）のフレアの影響を軽減できる。またこの時、＋１次光、＋３次光など他の不要次数の光束は記録面上でより大きなフレアとすることができ影響を小さく抑えることが出来るのである。尚、本発明において複数の領域とは、２つ以上の領域をいう。
【００２６】
本明細書中、光学素子とは、レンズ、プリズム、ミラー、平行平板などをいう。又、輪帯（回折輪帯）は、光軸を含む断面で回折形状を見たときに、ここでは段（ステップ）から段（ステップ）までを一つの輪帯とみなす。
【００２７】
図９は、回折部としての回折輪帯を設けた対物レンズとしてのレンズの例を示す模式図である。図９においては、回折輪帯のピッチ及び段差は、理解しやすいように実際よりも大きく描かれ、その数も、理解しやすいように少なく描かれている。
【００２８】
図９に示すレンズ３の左方の光学面において、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の内側と外側とで、回折輪帯の形状が大きく異なっている。より具体的には、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の内側においては、回折輪帯３ａは、第１の次数（例えば＋１次）の回折光の強度が最も強くなるようなピッチ及び段差を有している。一方、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の外側においては、回折輪帯３ｂは、第１の次数とは異なる第２の次数（例えば＋２次）の回折光の強度が最も強くなるようなピッチ及び段差を有している。ただし、回折次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときを正の次数とする。
【００２９】
ここで、ピッチ及び段差を調整することによって、最も強度が高くなる回折光の次数を決定できる。ちなみに、光束が回折輪帯３ａを通過したときに、＋１次の回折光の強度が最も高くなり、また回折輪帯３ｂを通過したときに、＋２次の回折光の強度が最も高くなる場合には、光軸Ｘから所定距離Ｈ離れた点の外側の回折輪帯３ｂのピッチｐ２及び段差ｄ２は、１次回折光でブレーズ化する場合に比べ、それぞれ２倍になる。
【００３０】
対物レンズなどの光学素子をブレーズ化することによって回折輪帯を設ける場合、回折輪帯の段差の深さは、最も強度を高めるべき回折次数、入射光束の波長、光束の入射角に基づいて決定される。かかる条件は、一つの光学面上において、例えば＋１次光と＋２次光の如く異なる次数の回折光を発生させる輪帯を併設する場合に必要な条件である。入射光束の波長や光束の入射角が位置によって変わりうるような場合を加味すると、回折輪帯の段差の最大値と最小値との比が１．５倍以上あることが、異なる次数の回折光を適切に発生させる条件の一つといえる。
【００３１】
一方、前記段差の最大値と前記段差の最小値とは、６倍以上異ならないことを特徴とする。あまり高い次数の回折光に適合するようブレーズ化されると、情報記録又は再生に必要な次数の回折光の近くに、不要な次数の回折光が結像して悪影響を与える恐れがるからである。
【００３２】
ここで、ブレーズ化するとは、光学素子の母非球面の表面に、所定の次数の回折効率が最大となるよう断面形状が鋸歯状の回折輪帯を形成することをいう。
【００３３】
本明細書中で用いる回折部とは、回折によって光束を偏向させる作用を持たせた領域のことをいい、回折面とは、回折部を有する光学面をいう。本発明では、回折部は、レリーフ状の回折輪帯を有し、このレリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とする略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。
【００３４】
本明細書中において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。ここで、かかるレンズ群とは、少なくとも１枚以上のレンズを指すものである。従って、本明細書中において、対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡとは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数ＮＡを指すものである。また、本明細書中では開口数ＮＡは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をする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の対物レンズの開口数を示す。
【００３５】
本明細書中において、光情報記録媒体（光ディスク）としては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW,DVD-Video等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の現在の光情報記録媒体および次世代の記録媒体なども含まれる。多くの光情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。しかしながら、透明基板の厚さが殆どゼロに近いもの、あるいは透明基板が全くないものも存在もしくは提案されている。説明の都合上、本明細書中「透明基板を介して」と記載することがあるが、かかる透明基板は厚さがゼロである、すなわち透明基板が全くない場合も含むものである。
【００３６】
本明細書中において、情報の記録および再生とは、上記のような情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の光ピックアップ装置は、記録だけ或いは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、或る情報記録媒体に対しては記録を行い、別の情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、或る情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の情報記録媒体に対しては記録及び再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
【００３７】
本発明の光ピックアップ装置は、各種のプレーヤまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録および／または再生装置に搭載することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
回折面は回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差函数とで表す。光路差関数は、所定の製造波長の所定次数の回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設ける。
【００３９】
本発明の実施例では、回折面の母非球面および光路差関数を、光軸からの距離ｈｂを境界として、その内側（光軸側）と外側（周辺側）とでそれぞれ別の関数で表す。
【００４０】
このとき母非球面および光路差関数が、境界ｈｂで実質的に連続とするために、外側の母非面および外側の光路差関数には定数項を設けた。光路差関数Φ（ｈ）は次式で表す。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・ （４）
ただし、
ｈ：光軸からの距離
ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数
【００４１】
一方、非球面は次式で表す。
ｘ＝（ｈ2／ｒ）／（１＋√（１−（１＋ｋ）ｈ2／ｒ2））＋Ａ０＋Ａ２＊ｈ2＋
Ａ４＊ｈ4＋Ａ６＊ｈ6＋・・・ （５）
ただし、
Ａ０、Ａ２、Ａ４、Ａ６、・・・：非球面係数
ｋ：円錐係数
ｒ：近軸曲率半径
【００４２】
上記の定義を基にした場合、光路差関数の２次係数を零でない値とすることにより、レンズにパワーを持たせることができる。また、光路差関数の２次以外の係数、例えば、４次係数、６次係数、８次係数、１０次係数等を零でない値とすることにより、球面収差を制御することができる。尚、ここで、制御するということは、屈折パワーを有する部分が持つ球面収差を、逆の球面収差を発生させて補正したり、全体の球面収差を所望な値にすることを意味する。
【００４３】
図１は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。図１において、第１の光情報記録媒体（光ディスク、例えばＤＶＤ）に対して記録および／または再生を行う第１光源１１と、第２の光情報記録媒体（光ディスク、例えばＣＤ）に対して記録および／または再生を行う第１光源１１とは波長の異なる第２光源１２とを備え、それぞれの光源から射出される発散光束の発散角を所望の発散角に変換するカップリングレンズ２１，２２と、上記光束をほぼ一つの方向に進むように合成する光合成手段であるビームスプリッタ６２と、ビームスプリッタ６２からの光束を光情報記録媒体の情報記録面５に集光する対物レンズ３と、光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器４１、４２とを備えている。図中、８は絞り、９はシリンドリカルレンズ、７１，７２は１／４波長板、１５は光源１１からの発散光速の発散度を小さくするためのカップリングレンズ、１６は凹レンズ、１７は反射光束を分離するためのホログラムである。対物レンズ３は、後述の実施例１、２を用いる。
【００４４】
第１光源１１は波長λ１＝６５０ｎｍ程度のレーザ光を射出し、このとき透明基板厚ｔ１＝０．６ｍｍの光情報記録媒体（ＤＶＤ）に対して記録および／または再生を行うのに必要な対物レンズの開口数をＮＡ１＝０．６３とする。第２光源１２は波長λ２＝７８０ｎｍ程度のレーザ光を射出し、このとき透明基板厚ｔ２＝１．２ｍｍの光情報記録媒体（ＣＤ）に対して記録および／または再生を行うのに必要な対物レンズの開口数をＮＡ２＝０．５とする。
【００４５】
（実施例１）
図２は、実施例１の対物レンズの断面図であり、図３、４は、実施例１の対物レンズにおける球面収差図である。［表１］に、実施例１の対物レンズにおけるレンズデータを示す。Ｒ、ｄ、ｎはレンズの曲率半径、面間隔、基準波長での屈折率を表す。
【００４６】
【表１】
（実施例２）
図５は、実施例２の対物レンズの断面図であり、図６，７は、実施例２の対物レンズにおける球面収差図である。［表２］に、実施例２の対物レンズにおけるレンズデータを示す。Ｒ、ｄ、ｎはレンズの曲率半径、面間隔、基準波長での屈折率を表す。
【００４８】
【表２】
尚、実施例１，２の対物レンズにおいてブレーズ化されてなる回折輪帯の段差の最大値と最小値とを［表３］に示す。
［表３］
実施例１ 実施例２
段差の最大値（μｍ） ３．２９ ３．３１
段差の最小値（μｍ） １．３６ １．３７
比 ２．４ ２．４
【００５０】
実施例１，２の対物レンズに基づいて、更に詳細に説明する。実施例１，２の対物レンズは、波長６５０ｎｍの光源からの光束で、基板厚０．６ｍｍである第１の光情報記録媒体としてのＤＶＤの情報記録又は再生に用いることができ、又波長７８０ｎｍの光源からの光束で、基板厚１．２ｍｍである第２の情報記録媒体としてのＣＤの情報記録又は再生に用いることができる。最大開口数ＮＡは０．６３であり、波長７８０ｎｍでＣＤに対する必要開口数ＮＡを０．５０とする。
【００５１】
対物レンズの回折面は第１面に設けられており、ＮＡ０．５以下の範囲では＋１次回折光に対してブレーズ化され、すなわち＋１次回折光の強度が最も高くなるようにしている。＋１次回折光の方向は、０次光よりも光束を収束させる方向である。ブレーズ化するに当たっての光源の製造波長は７８０ｎｍであり、すなわち７８０ｎｍの波長の光源からの光束に対して回折効率が最大となるようにしている。
【００５２】
また開口数ＮＡ０．５以上の範囲では＋２次回折光に対してブレーズ化されており、すなわち＋２次回折光の強度が最も高くなるようにしている。＋１次回折光でブレーズ化されている場合に比べて、輪帯間隔は約２倍であり、輪帯間の段差の深さも約２倍である。このようにブレース化するに当たっての光源の製造波長は６５０ｎｍである。
【００５３】
この対物レンズは開口数ＮＡ０．６３の絞り径の光束によっても、ＣＤ側で開口数ＮＡ０．５の回折限界レンズと同等のスポット径が得られるよう、ＣＤ側の開口数ＮＡ０．５以上の光束に球面収差を生じさせてフレア化している。このフレアが狭い範囲に収束していたり、強度が大きいと、検出器によってフォーカス信号やトラッキング信号等として誤って検出される恐れがある。
【００５４】
＋１次回折光に最適なブレーズ化を行う場合において、光源波長６５０ｎｍで回折効率１００％の理想的なブレーズ形状とすると、光源波長７８０ｎｍでの回折効率は９１％である。同様に＋２次回折光で最適にブレーズ化する場合において、光源波長７８０ｎｍでの回折効率は６８％となる。したがって 開口数ＮＡ０．５以上の部分に＋２次回折光を用いると、ＣＤの情報記録又は再生時にフレアとする光束が他の次数に分散し、回折効率が低下するので、主次数（＋２次）のフレアの影響を軽減できる。またこの時、＋１次光、＋３次光など他の不要次数の光束は記録面上でより大きなフレアとすることができ影響を小さく抑えることが出来る。
【００５５】
図８に実施例１の対物レンズで、ＣＤに対して情報記録又は再生を行う際の、開口ＮＡ０．５以上の光束のスポットダイアグラムを示す。かかるスポットダイアグラムによれば、ＤＶＤに対して情報記録又は再生を行う場合には、開口数ＮＡ０．５〜０．６３を通過する＋２次回折光が、スポット光として情報記録面に形成されることがわかる。従って、強度の高い光を用いて良好な情報記録又は再生が出来る。一方、ＣＤに対して情報記録又は再生を行う場合には、開口数ＮＡ０．５〜０．６３を通過する＋１次回折光が広範囲なフレア光として情報記録面に形成されることがわかり、それにより検出器の誤検出を防止することが出来る。又、ＣＤ、ＤＶＤ両方に対して、１次回折光、３次回折光も広範囲なフレア光として形成される。
【００５６】
更に、光ピックアップ装置の対物レンズは一般にプラスチックあるいはガラスを型で成形して製造され、この型は超精密旋盤を用いた切削により加工される。回折輪帯を有する回折レンズでは、図９に示すように、光軸を含む断面形状が鋸歯のような形状となるが、この型を加工するとき、切削用の刃先がある程度の大きさの丸みを持つため、輪帯間の段差の部分で、この丸みの大きさに応じて鋸歯のエッジが崩れてしまう。この形状が崩れた部分は有効な光量を損失させるが、輪帯間の間隔（ピッチ）が狭いとこの損失が大きくなる。
【００５７】
例えば、実施例１の対物レンズでこの損失を求めると、最周辺の輪帯（輪帯間隔２２μｍ）を半径４μｍの丸みを持つ刃先によって＋1次回折光でブレーズ化したとき、この輪帯での透過光量損失の計算値は１６．４％であった。これに対し、上述した実施の形態の如く、開口数ＮＡ０．５以上で＋２次回折光の光強度が最も高くなるようにブレーズ化すると、回折輪帯の間隔が４４μｍで、この輪帯での透過光量損失の計算値は１４．９％であった。従って、本実施の形態によれば、透過光量の向上を図ることも出来る。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によると、少ない数の対物レンズを使用しているにも関わらず、厚さの異なる光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生（以下、単に記録再生ともいう）を可能とし、しかも誤検出を抑制できる光ピックアップ装置に好適な対物レンズ及びかかる対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】 実施例１の対物レンズの断面図である。
【図３】 実施例１の対物レンズにおけるＤＶＤ仕様の球面収差図である。
【図４】 実施例１の対物レンズにおけるＣＤ仕様の球面収差図である。
【図５】 実施例２の対物レンズの断面図である。
【図６】 実施例２の対物レンズにおけるＤＶＤ仕様の球面収差図である。
【図７】 実施例２の対物レンズにおけるＣＤ仕様の球面収差図である。
【図８】 実施例１の対物レンズで、ＣＤに対して情報記録又は再生を行う際の、開口ＮＡ０．５以上の光束のスポットダイアグラムである。
【図９】 回折輪帯を設けた対物レンズとしてのレンズの例を示す模式図である。
【符号の説明】
３ 対物レンズ
８ 絞り
９ シリンドリカルレンズ
１１ 第１光源
１２ 第２光源
１５ カップリングレンズ
１６ 凹レンズ
１７ ホログラム
２１、２２ カップリングレンズ
４１，４２ 光検出器
６２ ビームスプリッタ
７１，７２ １／４波長板
Claims (12)
- 第１の波長λ１を有する第１の光束を射出する第１の光源を用いて、厚さｔ１を有する第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第１の光情報記録媒体に情報を記録することが可能であるとともに、第２の波長λ２（λ１＜λ２）を有する第２の光束を射出する第２の光源を用いて、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）を有する第２の透明基板を有し且つ前記第１の光情報記録媒体よりも必要開口数が小さい第２の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第２の光情報記録媒体に情報を記録することが可能な光ピックアップ装置に使用され、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際および前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際に共用される単玉の対物レンズであって、
光源側に配置される光学面に、
前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられると共に、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる内側領域と、
前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられず、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる、前記内側領域より外側の外側領域と、
を備え、
前記内側領域は、複数の段差を備えた回折部を有し、前記複数の段差の光軸方向の最小値に対して前記複数の段差の光軸方向の値は１．５倍未満であり、
前記外側領域の中に、光軸方向の値が前記最小値に対して１．５倍以上６倍未満を満たす段差を備えた回折部を有することを特徴とする対物レンズ。 - 前記内側領域における前記複数の段差により、前記第１の波長を有する第１の光束に対して第１の次数ｎ１（ｎ１≠０）の回折光が最も強く発生する領域が形成されるとともに、前記外側領域における前記段差により、前記第１の波長を有する前記第１の光束に対して第２の次数ｎ２（ｎ２≠０、且つ、｜ｎ１｜≠｜ｎ２｜）の回折光が最も強く発生する領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
- 前記第１の次数ｎ１及び前記第２の次数ｎ２は、以下を満たすことを特徴とする請求項２に記載の対物レンズ。
ｎ１＝１、且つ、ｎ２≧２
但し、回折光の次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときの次数を正とする。 - 前記第２の次数ｎ２は、ｎ２＝２であることを特徴とする請求項３に記載の対物レンズ。
- 前記第２の波長λ２の光束に対して、前記光学面の光軸から所定の距離において球面収差が不連続となることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の対物レンズ。
- 前記第１の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ２としたとき、前記ＮＡ１内を通過した前記第２の波長λ２を有する第２の光束は、前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に、前記ＮＡ１内では波面収差０．０７λ２ｒｍｓ以上の状態で集光することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の対物レンズ。
- 少なくとも２種類の光情報記録媒体から情報を再生し、または光情報記録媒体に情報を記録するための光ピックアップ装置であって、
第１の波長λ１を有する第１の光束を射出する第１の光源と、
第２の波長λ２（λ１＜λ２）を有する第２の光束を射出する第２の光源と、
厚さｔ１を有する第１の透明基板を有する第１の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第１の光情報記録媒体に情報を記録する際には、前記第１の光源から射出された前記第１の光束を、前記第１の透明基板を介して前記第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるとともに、厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）を有する第２の透明基板を有し且つ前記第１の光情報記録媒体よりも必要開口数が小さい第２の光情報記録媒体から情報を再生し、または前記第２の光情報記録媒体に情報を記録する際には、前記第２の光源から射出された前記第２の光束を、前記第２の透明基板を介して前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズであって、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際および前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際に共用される単玉の対物レンズを含む集光光学系と、
を有し、
前記対物レンズは、光源側に配置される光学面に、
前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられると共に、前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる内側領域と、
前記第２の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられず、前記第１の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際のスポットを形成するために用いられる、前記内側領域より外側の外側領域と、
を備え、
前記内側領域は、複数の段差を備えた回折部を有し、前記複数の段差の光軸方向の最小値に対して前記複数の段差の光軸方向の値は１．５倍未満であり、
前記外側領域の中に、光軸方向の値が前記最小値に対して１．５倍以上６倍未満を満たす段差を備えた回折部を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記内側領域における前記複数の段差により、前記第１の波長を有する第１の光束に対して第１の次数ｎ１（ｎ１≠０）の回折光が最も強く発生する領域が形成されるとともに、前記外側領域における前記段差により、前記第１の波長を有する前記第１の光束に対して第２の次数ｎ２（ｎ２≠０、且つ、｜ｎ１｜≠｜ｎ２｜）の回折光が最も強く発生する領域が形成されることを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第１の次数ｎ１及び前記第２の次数ｎ２は、以下を満たすことを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
ｎ１＝１、且つ、ｎ２≧２
但し、回折光の次数の符号は、回折によって収束する方向に光束が偏向されるときの次数を正とする。 - 前記第２の次数ｎ２は、ｎ２＝２であることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第２の波長λ２の光束に対して、前記光学面の光軸から所定の距離において球面収差が不連続となることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記第１の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体に対する必要開口数をＮＡ２としたとき、前記ＮＡ１内を通過した前記第２の波長λ２を有する第２の光束は、前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に、前記ＮＡ１内では波面収差０．０７λ２ｒｍｓ以上の状態で集光することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
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