JP4384549B2 - 光ディスク用光学系 - Google Patents

Description

この発明は、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対するデータの記録または再生を行う光ディスク装置に用いられる光ディスク用光学系に関する。

光ディスクには、記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）よりもＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の記録密度は高く、保護層が薄い。そこで、規格が異なる光ディスクに対しては、各ディスクの保護層の厚みによって変化してしまう球面収差を補正しつつ、情報の記録または再生に使用する光の開口数（ＮＡ）を変化させて記録密度の違いに対応した有効光束径が得られるように構成された光ディスク用光学系を用いる必要がある。

従来の光ディスク用光学系は、光源、カップリングレンズ、対物レンズ等から構成されていた。ここでカップリングレンズとは、光源から照射された光を平行光化するコリメートレンズ、あるいは光束の発散度（倍率）変換作用を持ったレンズなどのことである。カップリングレンズは、記録面上での収差の発生を抑える、あるいは光の利用効率を高めるなどの目的で用いられていた。ここで近年、光ディスク用光学系のコストダウン、およびより一層の小型化を図るために、構成部品の点数を削減することが検討されている。そして、以下の特許文献１〜４のように該カップリングレンズを省略した構成、いわゆる有限共役系（有限系）の光ディスク用光学系が提案されている。

特開平８−６２４９６号公報 特開平８−３３４６８６号公報 特開昭６４−２５１１３号公報 特開平２−２２３９０６号公報

上記の各特許文献１〜４に開示される光ディスク用光学系はどれも、ＣＤやＣＤ−Ｒといった記録密度が低く、保護層厚が厚い光ディスクを使用することを前提とした設計がなされている。つまり、各光学系は、低いＮＡによって比較的大きなスポットを形成することにより情報の記録または再生が行われる構成になっている。具体的には、従来の光ディスク用光学系は、対物レンズをフォーカシングのために光軸方向にシフトさせた場合（フォーカシングシフト）やトラッキング等のために光軸に直交する方向にシフトさせた場合（トラッキングシフト）に発生する軸上の収差（球面収差）や軸外光によって発生する収差（主としてコマ収差や非点収差）を、上記ＣＤやＣＤ−Ｒといった光ディスク使用時に特化して抑えるように構成される。

ここで、ＤＶＤ等の記録密度が高い光ディスクに対する情報の記録または再生は、高いＮＡを持つ対物レンズによって小径なスポットを形成することが要求される。そのため、収差に対する許容度もＣＤに対する情報の記録時または再生時に比べ小さくなる。各特許文献１〜４に開示される光学系と同様の構成を、ＤＶＤに対する情報の記録または再生に使用すると、レンズシフト時に発生する諸収差の影響が無視できなくなるという問題がある。従って、高ＮＡで情報の記録または再生を行う光ディスク用の光学系の場合、カップリングレンズを省略することができなかった。

このことは、近年、多くの光情報記録再生装置に搭載される、ＤＶＤとＣＤに互換性を有する光ディスク用光学系についても同様のことがいえる。すなわち複数種類の光ディスクに互換性ある光ディスク用光学系では、保護層厚の異なる複数種類の光ディスクのどれを使用した場合であっても、レンズシフト時の諸収差を良好に抑えなければならない。しかし、各特許文献１〜４のように一方の光ディスク（特にＣＤ）使用時に発生する収差を抑えることに特化した構成では、上記要求を満足することができない。そのため、従来の互換性ある光ディスク用光学系もカップリングレンズの省略ができなかった。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。

そこで本発明は上記の事情に鑑み、カップリングレンズを省略しても、情報の記録または再生時に発生する諸収差を良好に抑えることができる光ディスク用光学系、特に保護層厚の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録または再生を実現する光ディスク用光学系を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光ディスク用光学系は、光源と対物レンズを有し、該光源と該対物レンズ間においてカップリングレンズを省略した構成の光ディスク用光学系において、物像間距離をＬ（ｍｍ）、該光学系の結像倍率をＭ、対物レンズの厚さをｄ（ｍｍ）としたとき、以下の条件（１）を満たすことを特徴とする。
0.75＜ｄ・（Ｍ−1）／（Ｍ・Ｌ）＜1.0・・・（１）

レンズシフトによって発生する非点収差は、対物レンズの厚さを厚く設計することにより抑えることができる。但し、レンズ厚を厚くしすぎると、レンズ自体が重くなったり、十分な作動距離が確保できなくなってしまったりするおそれがある。そこで、上記条件（１）を満たすように光ディスク用光学系を構成することにより、作動距離を確保しつつ非点収差を抑える効果が得られる。

条件（１）において、ｄを大きくしすぎて上限を超えると、対物レンズ自体が重くなる、あるいは十分な作動距離が確保できないといった問題が生じて好ましくない。また条件（１）において、ｄを小さくしすぎて下限を下回ると、レンズ厚による非点収差抑制効果が十分に発揮されないため好ましくない。

本発明によれば、上記対物レンズのディスク側の開口数ＮＡが０．５５より高いときには、以下の条件（２）を満たすことが望ましい。
−０．００１６＜Ｍ・ＮＡ^２／Ｌ＜−０．０００７・・・（２）

条件（２）の上限を超えると、光利用効率が低くなりすぎ、または、物像間距離が大きくなるため実用的ではなくなり、条件（２）の下限を超えるとトラッキングシフト時に非点収差の発生量が大きくなりすぎて良好なスポットが得られない。

また、本発明によれば、物像間距離Ｌは以下の条件（３）を満たし、結像倍率Ｍは以下の条件（４）を満たすことが望ましい。
３０＜Ｌ＜５０・・・（３）
−１／１０＜Ｍ＜−１／１２．５・・・（４）

なお、より好ましくは、上記の物像間距離Ｌは、さらに以下の条件（５）も満たすと良い。
３０＜Ｌ＜４５・・・（５）

非点収差の発生量は、倍率Ｍを０（無限遠）に近くするとともに、物像間距離Ｌを長くすることにより、小さく抑えられる。但し、倍率Ｍを０に近づけると、光の利用効率が低下してかつ作動距離が短くなるという問題がある。また物像間距離Ｌを長く取ると光学系全体が大型化してしまう問題もある。そこで物像間距離および結像倍率は、上記各条件で指定した範囲内に設定することが好ましい。具体的には、条件（３）において、物像間距離Ｌが上限を超えると、収差補正という観点からは問題ないが、光学系全体が大型化してしまい好ましくない。条件（３）において、物像間距離Ｌが下限を下回ると、収差を抑えにくくなり好ましくない。また、条件（４）において結像倍率Ｍが、上限を超えると光の利用効率が下がってしまい、下限を下回ると許容量を超える収差が発生してしまう。

２種類の異なる保護層厚の光ディスクに対して、各光ディスクに対する情報の記録または再生に対応した波長の光を発振する複数の発光部を備える光源部と、２種類の波長の光をそれぞれ対応する光ディスクの記録面上に良好に結像させる対物レンズとを有し、光源部と対物レンズ間においてカップリングレンズを省略し、第１の光ディスクの記録密度は、第２の光ディスクの記録密度よりも高く、対物レンズの少なくとも１面に、光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の回折構造があり、回折構造は、第１および第２の光ディスクの保護層の違いにより発生する球面収差を補正する構成の光ディスク用光学系においても、上記の各条件（１）〜（５）を満足することにより、光学系の小型化を図りつつも収差を良好に抑えることが可能となる。但し、このように複数規格の光ディスクに対して互換性を有する光ディスク用光学系の場合、上記の各条件（１）〜（５）は、次のように書き換えられる。

すなわち、条件（１）は、次の条件（６）に書き換えられる。
０．７５＜ｄ・（Ｍｉ−１）／（Ｍｉ・Ｌｉ）＜１．０・・・（６）
また、条件（２）は、次の条件（７）に書き換えられる。
−０．００１６＜Ｍｋ・ＮＡｋ^２／Ｌｋ＜−０．０００７・・・（７）
条件（３）および条件（４）は、それぞれ次の条件（８）、条件（９）に書き換えられる。
３０＜Ｌ_ｉ＜５０・・・（８）
−１／１０＜Ｍ_ｉ＜−１／１２．５・・・（９）
条件（５）は、次の条件（１０）に書き換えられる。
３０＜Ｌ_ｉ＜４５・・・（１０）
但し、ｉは、１または２である。またＮＡ_ｋ、ｍ_ｋ、Ｌ_ｋはそれぞれ、情報の記録時または再生時に０．５５より大きな開口数が必要となる光ディスク（第ｋの光ディスク）の該開口数、結像倍率、物像間距離、を表す。但し、ｋは、１または２である。

なお、上記複数の発光部は、対物レンズのトラッキングシフト対応方向およびフォーカシングシフト対応方向の双方と直交する方向に並んで配設することが好ましい。このように配設することにより、発光部の並びが対物レンズのトラッキングシフトによる像高成分に一致しなくなる。従って、対物レンズがトラッキングシフトした場合に像高が必要以上に高くなって収差が大きく発生するといった現象を防ぐことができる。さらに、第１の光ディスクの物像間距離と第２の光ディスクの物像間距離との差が、０．３８または０．３９であることが望ましい。

以上のように本発明によれば、物像間距離、対物レンズの結像倍率、該レンズの厚さをそれぞれ好適な値に設定することにより、カップリングレンズを省略しても、情報の記録時または再生時に発生する諸収差を良好に抑えることができる光ディスク用光学系を提供することができる。しかも、該光ディスク用光学系は、高ＮＡで情報の記録または再生を行う光ディスクのみ使用可能な構成にすることもできるし、保護層厚の異なる複数規格の光ディスクに互換性を有する構成にすることもできる。

以下、この発明に係る光ディスク用光学系の実施形態を２つ説明する。図１は、第一実施形態に係る光ディスク用光学系１０αと第一の光ディスク２０Ａを表す図である。光ディスク用光学系１０αは、光源１１、対物レンズ１２を有する。第一の光ディスク２０Ａは、保護層が薄く記録密度が高い光ディスク（例えばＤＶＤ）を意味する。つまり、光ディスク用光学系１０αは、記録密度が高い第一の光ディスク２０Ａに対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に搭載される光学系である。なお第一の光ディスク２０Ａは、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。

また図１に示すように、光ディスク用光学系１０αは、光源１１と対物レンズ１２の間にカップリングレンズを有しない有限系である。つまり、光源１１から照射されたレーザー光は、対物レンズ１２のみによって収束される。このことは、以下に述べる第二実施形態の光ディスク用光学系１０βも同様である。

光源１１は、比較的波長の短いレーザー光を発振する。光源１１から照射されたレーザー光は、対物レンズ１２を介して第一の光ディスク２０Ａの記録面上において小径のスポットを形成する。

対物レンズ１２は、光源１１側の面（面１２ａ）および第一の光ディスク２０Ａ側の面（面１２ｂ）がともに非球面である。また、対物レンズ１２の少なくとも一方の面は、光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の回折構造が設けられている。

回折構造は、環境温度が変化した場合に対物レンズ材料の線膨張および屈折率変化によって発生する球面収差を、温度変化による光源１１の発振波長の変化に伴い回折構造で発生する球面収差が変化することで相殺し、幅広い温度範囲に対して第一の光ディスク２０Ａの記録面上に良好なスポットを形成するために設けられている。

トラッキングシフトにより発生する軸外収差のうち、非点収差はレンズ厚を調整することにより補正することが可能である。そこで光ディスク用光学系１０αは、物像間距離をＬ、該光学系の結像倍率をＭ、対物レンズ１２の厚さをｄとすると、以下の条件（１）を満たすように構成される。
0.75＜ｄ・（Ｍ−1）／（Ｍ・Ｌ）＜1.0・・・（１）
なおＬは、詳しくは、空気換算の物像間距離であり、媒質の厚さをｔ（ｍｍ）、媒質の設計波長での屈折率をｎとすると、Σ（ｔ／ｎ）で求まる。条件（１）を満たすように対物レンズの厚さｄを設計することにより、作動距離を確保しつつも非点収差を十分に抑える効果が得られる。

また、光ディスク用光学系１０αは、第一の光ディスク２０Ａに対して情報の記録または再生を実行するために、対物レンズ１２のディスク側のＮＡが０．５５より大きく構成される。この場合、光ディスク用光学系１０αは以下の条件（２）を満たすように構成される。
−0.0016＜Ｍ・ＮＡ²／Ｌ＜−0.0007・・・（２）
条件（２）は、発生する非点収差の量を規定する条件である。非点収差の発生量が条件（２）に示す範囲内に収まるように倍率および物像間距離を設定することにより、非点収差を良好に抑えつつも光学系１０αのコストダウンと小型化が達成される。

さらに、光ディスク用光学系１０αは、物像間距離Ｌが条件（３）を、結像倍率Ｍが条件（４）をそれぞれ満たすように構成される。
30＜Ｌ＜50・・・（３）
−1／10＜Ｍ＜−1／12.5・・・（４）
条件（３）および条件（４）を満たすように物像間距離Ｌや結像倍率Ｍを適宜設定することにより、収差、特にコマ収差を良好に抑制して光の利用効率を高めつつ、光学系全体の小型化を図ることができる。なお物像間距離Ｌが条件（５）も満たすように構成された光ディスク用光学系は、より効果的に光学系全体の小型化を図ることができる。
30＜Ｌ＜45・・・（５）

以上が第一実施形態の光ディスク用光学系１０αの説明である。続いて第二実施形態の光ディスク用光学系１０βの説明をする。図２は、光ディスク用光学系１０βと光ディスク２０Ａ、２０Ｂを表す図である。図２において、上述した光ディスク用光学系１０αと同一の構成部材は、同一符号を付してここでの説明は省略する。

図２に示す第二の光ディスク２０Ｂは、第一の光ディスク２０Ａよりも保護層が厚く記録密度が低い光ディスク（例えばＣＤ）を意味する。つまり、光ディスク用光学系１０βは、保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスク（ここでは二種類の光ディスク２０Ａ、２０Ｂ）に対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に搭載される光学系である。なお第一実施形態と同様に、各光ディスク２０Ａ、２０Ｂは、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。

光源１１は、対物レンズ１２のトラッキングシフト方向（図中、Ｙ方向）およびフォーカシングシフト方向（Ｘ方向）の双方に直交する方向（Ｚ方向）に沿って配設された二つの発光部１１Ａ、１１Ｂを有する。このように配設することにより、トラッキングのために対物レンズ１２がシフトした場合でも、像高が無用に高くなるのを抑えている。

記録密度の高い第一の光ディスク２０Ａに対して記録または再生を行う際には、記録面上において小径のスポットを形成するために、比較的短い第一の波長のレーザー光（以下、第一のレーザー光という）が光源１１の発光部１１Ａから照射される。また、第二の光ディスク２０Ｂに対して情報の記録または再生を行う際には、比較的大きな径のビームスポットを形成するために第一の波長よりも長い第二の波長のレーザー光（以下、第二のレーザー光という）が光源１１の発光部１１Ｂから照射される。

対物レンズ１２は、第一実施形態と同様に各面１２ａ、１２ｂがともに非球面である。また、対物レンズ１２の少なくとも一方の面は、光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の回折構造が設けられる。

上述した通り、第二の光ディスク２０Ｂと第一の光ディスク２０Ａでは、保護層の厚さが異なる。このため、使用されるディスクによって球面収差が変化する。そこで、本実施形態においては、対物レンズ１２の少なくとも一方の面（面１２ａ）に光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の回折構造を設ける。そして、回折作用を利用して、各ディスク２０Ａ、２０Ｂの保護層の違いにより発生する球面収差を補正する。

図４は、対物レンズ１２の光軸ＡＸを含む面での断面形状の第一面１２ａ近傍の拡大図である。対物レンズ１２における第一面１２ａは、以下のように形成される。第一面１２ａは、光軸の周囲に位置する内側領域１１０と、内側領域１１０の周囲に位置する外側領域１２０とを有する。上記のとおり、内側領域１１０および外側領域１２０は、複数の微細な輪帯状の段差を有している。そして、各輪帯状の段差は、面１２ａの内側から外側に向かって、換言すれば光軸ＡＸから離れるにつれて、レンズの厚みが増すように形成される。

図４に模式的に示すように、面１２ａの内側領域１１０に形成された回折構造は、第一のレーザー光が第一の光ディスク２０Ａの記録面において略無収差で良好に結像し、かつ第二のレーザー光が第二の光ディスク２０Ｂの記録面において略無収差で良好に結像するような回折構造を備えている。

また、面１２ａの外側領域１２０に形成された回折構造は、第一のレーザー光が第一の光ディスク２０Ａの記録面において良好に結像するような回折構造を備えている。具体的には、外側領域１２０は、該領域１２を透過した第一のレーザー光２０Ａの波面が、内側領域１１０を透過した第一のレーザー光２０Ａの波面と略連続するように構成される。これにより、内側領域１１０および外側領域１２０を透過する第一のレーザー光は、高ＮＡとなって、第二の光ディスク２０Ｂの記録面上において小径のスポットを形成する。なお、外側領域を透過した第二のレーザー光２０Ｂは、大きな球面収差が発生するため記録面上では拡散してしまう。すなわち第二のレーザー光２０Ｂは、内側領域を透過した光束のみが記録面上で結像し、比較的大きな径のスポットを形成する。

第二実施形態の光ディスク用光学系１０βも第一実施形態の光学系１０αと同様に、上述した各条件（１）〜（５）を満たすように構成される。これにより、カップリングレンズを省略した構成であっても、収差、特に軸外光によって発生する収差を良好に抑えることができる。但し、光学系１０αが単一規格の光ディスクに対してのみ情報の記録または再生が可能な構成であるのに対して、本実施形態の光学系１０βは、複数種類の光ディスクに対する情報の記録または再生が可能である。そのため、光ディスク用光学系１０βで使用可能な光ディスクを保護層厚が薄い方から順に第１のディスク、…第ｊのディスクとすると、上記各条件（１）〜（５）は、それぞれ以下の条件（６）〜（１０）に書き換えられる。

0.75＜d・（Ｍ_ｉ−1）／（Ｍ_ｉ・Ｌ_ｉ）＜1.0・・・（６）
−0.0016＜Ｍ_ｋ・ＮＡ_ｋ ²／Ｌ_ｋ＜−0.0007・・・（７）
30＜Ｌ_ｉ＜50・・・（８）
−1／10＜Ｍ_ｉ＜−1／12.5・・・（９）
30＜Ｌ_ｉ＜45・・・（１０）
但し、ｉは、１、…、ｊまでのいずれかの数である。つまり、本実施形態では、ｊ＝２となり、ｉは１か２のいずれかの値をとる。またＮＡ_ｋ、ｍ_ｋ、Ｌ_ｋはそれぞれ、情報の記録時または再生時に０．５５より大きな開口数が必要となる光ディスク（第ｋの光ディスク）の該開口数、結像倍率、物像間距離、を表す。但し、１≦ｋ≦ｊである。つまり本実施形態における第ｋの光ディスクは、第一の光ディスクが該当する。

カップリングを省略した光ディスク用光学系１０βは、条件（６）〜（１０）を満たすことにより、諸収差、特に第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録時または再生時に軸外光によって発生するコマ収差や非点収差を良好に補正して、記録面に小径なスポットを形成することができる。

以下、第一実施形態に基づく具体的実施例を１例、第二実施形態に基づく具体的実施例を３例、順に説明する。

第一実施形態の光ディスク用光学系１０αは実施例１に具体的に示される。実施例１の光ディスク用光学系１０αの概略構成は、図１に示される。実施例１の光ディスク用光学系１０αの具体的な数値構成は、表１および表２に示されている。

表１中、Ｍは結像倍率、設計波長は情報の記録または再生に用いられる光ディスク（ここでは、第一の光ディスク２０Ａ）に最も適した波長、ＮＡはディスク側の開口数、Ｌは物像間距離である。表２中備考に示すように、面番号０が光源１１、面番号１、２が対物レンズ１２、面番号３、４が媒体である第一の光ディスクの保護層および記録面を示している。表２中、ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄ１は第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録時または再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎはｄ線（５８８ｎｍ）での屈折力、νはｄ線でのアッベ数である。

また、対物レンズ１２の第一面１２ａ（面番号１）および第二面１２ｂ（面番号２）は非球面である。その形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をＡ_４，Ａ_６，Ａ_８，Ａ_１０，Ａ_１２として、以下の式で表される。

各非球面を規定する円錐係数と非球面係数は、表３に示される。なお、表３における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。以下に示す各表においても同様である。

さらに、対物レンズ１２の第一面１２ａ（面番号１）には、回折構造が形成される。該回折構造は、以下の光路差関数φ（ｈ）により表される。

光路差関数φ（ｈ）は、回折レンズの機能を光軸からの高さｈでの光路長付加量の形で表現したものである。Ｐ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、…はそれぞれ２次、４次、６次、…の係数である。該回折構造を規定する光路差関数係数Ｐ_２、…は、表４に示される。ｍは利用する回折光の次数を表し、本実施例ではｍ＝1としている。

上記のように構成された実施例１の光ディスク用光学系１０αは、ｄ・（Ｍ−１）／（Ｍ・Ｌ）が０．９４であるため条件（１）を満たす。また実施例１の光ディスク用光学系１０αは、上記の数値構成より、Ｍ・ＮＡ²／Ｌが−０.０００８９と求められるため、条件（２）も満たす。また実施例１の光ディスク用光学系１０αは、表１より、条件（３）〜（５）を同時に満たす。

図５は、光ディスク用光学系１０αにおいて、レーザー光が対物レンズ１２を透過することにより発生する球面収差および正弦条件を表す収差図である。図５において、実線が球面収差（ＳＡ）を表し、破線が正弦条件（ＳＣ）を表す。後述する各実施例２〜４での球面収差／正弦条件に関する収差図においても同様である。図５に示すように、光ディスク用光学系１０αは、球面収差が良好に補正されている。

また、図６は、光ディスク用光学系１０αにおいて、レーザー光が対物レンズ１２を透過することにより発生する波面収差を表す横収差図である。図６中、（Ａ）、（Ｃ）が図２中Ｙ方向（メリディオナル方向）、（Ｂ）、（Ｄ）が図２中Ｚ方向（サジタル方向）の収差を表す。図６において横軸は瞳座標、縦軸は波面収差発生量を表す。また、図６（Ａ）、（Ｂ）は、対物レンズ１２が初期位置、換言すれば軸上にあるときの場合を示し、図６（Ｃ）、（Ｄ）は対物レンズ１２が０．４ｍｍトラッキングシフトした場合を示す。後述する各実施例２〜４での波面収差図も同様である。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、対物レンズ１２が初期位置にある場合は、波面収差がほとんど発生しない。また図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、対物レンズ１２がトラッキングシフトした場合、メリディオナル、サジタルいずれの方向についてもコマ収差が良好に抑えられている。

つまり、実施例１の光ディスク用光学系１０αは、カップリングレンズを使用しない構成にすることにより、コストダウンと小型化を実現するとともに、条件（１）〜（５）を全て満たすことにより、トラッキングシフト時において発生するコマ収差や非点収差を始めとする諸収差を効果的に抑えている。以上より、光ディスク用光学系１０αは、第一の光ディスク２０Ａの記録面において情報の記録または再生に好適な小径のビームスポットを形成することができる。

第二実施形態の光ディスク用光学系１０βは実施例２〜実施例４に具体的に示される。実施例２の光ディスク用光学系１０βの概略構成は、図２に示される。また、実施例３、実施例４の光ディスク用光学系１０βの概略構成は図３に示される。実施例３、実施例４の光ディスク用光学系１０βの概略構成は光源１１の近傍にカバーガラス１３がある以外は図２に示す構成と略同一である。実施例２の光ディスク用光学系１０αの具体的な数値構成は、表５および表６に示されている。

表６中、ｄ２は第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録時または再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）である。実施例２の光ディスク用光学系１０βにおいて、対物レンズ１２の各面（面番号１、２）は非球面である。各非球面を規定する円錐係数と非球面係数は、表７に示される。また、対物レンズ１２の第一面１２ａ（面番号１）には、回折構造が形成される。該回折構造を規定する各係数は表８に示される。なお、表６〜表８に示すように、対物レンズ１２の第一面１２ａ（面番号１）は、レンズの内側領域（ｈ＜１．７０）と外側領域（ｈ≧１．７０）とによって曲率半径ｒや非球面の形状、回折構造が異なっている。

実施例３の光ディスク用光学系１０βの具体的数値構成は、表９および表１０に示される。光源１１（面番号０）から順に、光源１１のカバーガラス１３（面番号１、２）、対物レンズ１２（面番号３、４）、光ディスクの保護層（面番号５、６）、記録面（面番号７）が配列されている。実施例１、２と同様に、対物レンズ１２の各面（面番号３、４）は非球面である。各非球面を規定する円錐係数と非球面係数は、表１１に示される。また、対物レンズ１２の第一面１２ａ（面番号３）には、回折構造が形成される。該回折構造を規定する各係数は表１２に示される。なお、表１０〜表１２に示すように、対物レンズ１２の第一面１２ａ（面番号３）は、レンズの内側領域（ｈ＜１．６３）と外側領域（ｈ≧１．６３）とによって曲率半径ｒや非球面の形状、回折構造が異なっている。

実施例４の光ディスク用光学系１０βの具体的数値構成は、表１３および表１４に示される。また、対物レンズ１２の各非球面を規定する円錐係数および非球面係数は表１５に、該レンズ１２の第一面１２ａに設けられる回折構造を規定する各係数は表１６にそれぞれ示される。なお、表１４〜表１６に示すように、対物レンズ１２の第一面１２ａ（面番号３）は、レンズの内側領域（ｈ＜１．３４）と外側領域（ｈ≧１．３４）とによって曲率半径ｒや非球面の形状、回折構造が異なっている。

表１７は、実施例２から実施例４までの光ディスク用光学系１０βにおける条件（６）および条件（７）の値をまとめた表である。表１７に示すように、どの実施例の光ディスク用光学系１０βも、条件（６）および条件（７）を満たす。また各実施例２、４の光ディスク用光学系１０αは、それぞれの具体的数値構成より、条件（７）〜（９）を同時に満たす。実施例３は条件（７）、（８）を同時に満たす。

図７から図１０は、実施例２の光学系１０βで発生する諸収差を表す図である。図１１から図１４は、実施例３の光学系１０βで発生する諸収差を表す図である。図１５から図１８は、実施例４の光学系１０βで発生する諸収差を表す図である。図７、１１、１５、は、第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録時または再生時に発生する球面収差および正弦条件を示す。図８、１２、１６は、第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録時または再生時に発生する波面収差を表す。図９、１３、１７は、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録時または再生時に発生する球面収差および正弦条件を示す。図１０、１４、１８は、第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録時または再生時に発生する波面収差を表す。

実施例２〜実施例４の光ディスク用光学系１０βは、カップリングレンズを使用しない構成にすることにより、コストダウンと系全体の小型化を実現している。さらに各実施例２〜実施例４の光ディスク用光学系１０βは、条件（６）〜（８）を全て満たし、実施例２、実施例４は条件（９）も満足することにより、各図に示すように、収差に対する許容量が小さい第一の光ディスク２０Ａ使用時は、球面収差だけでなく、トラッキングシフト時において発生するコマ収差や非点収差も効果的に抑えている。つまり、各実施例２〜実施例４の光ディスク用光学系１０βは、第一の光ディスク２０Ａの記録面において情報の記録または再生に好適な小径のビームスポットを形成することができる。なお、第一の光ディスク２０Ａに比べ記録密度の低い第二の光ディスク２０Ｂに対する収差の許容量は比較的大きい。そのため実施例２〜実施例４の光学系１０βは、図１０等に示すように第二の光ディスク２０Ｂ使用時にコマ収差が発生しているが、該コマ収差は第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録または再生に対して特に問題とはならない。

本発明の第一実施形態の光ディスク用光学系を表す概略図である。 本発明の第二実施形態の光ディスク用光学系を表す概略図である。 本発明の第二実施形態の光ディスク用光学系を表す概略図である。 対物レンズの光軸を含む面での断面形状の第一面近傍の拡大図である。 実施例１の光ディスク用光学系の球面収差を表す収差図である。 実施例１の光ディスク用光学系の波面収差を表す収差図である。 実施例２の光ディスク用光学系の第一の光ディスク使用時の球面収差を表す収差図である。 実施例２の光ディスク用光学系の第一の光ディスク使用時の波面収差を表す収差図である。 実施例２の光ディスク用光学系の第二の光ディスク使用時の球面収差を表す収差図である。 実施例２の光ディスク用光学系の第二の光ディスク使用時の波面収差を表す収差図である。 実施例３の光ディスク用光学系の第一の光ディスク使用時の球面収差を表す収差図である。 実施例３の光ディスク用光学系の第一の光ディスク使用時の波面収差を表す収差図である。 実施例３の光ディスク用光学系の第二の光ディスク使用時の球面収差を表す収差図である。 実施例３の光ディスク用光学系の第二の光ディスク使用時の波面収差を表す収差図である。 実施例４の光ディスク用光学系の第一の光ディスク使用時の球面収差を表す収差図である。 実施例４の光ディスク用光学系の第一の光ディスク使用時の波面収差を表す収差図である。 実施例４の光ディスク用光学系の第二の光ディスク使用時の球面収差を表す収差図である。 実施例４の光ディスク用光学系の第二の光ディスク使用時の波面収差を表す収差図である。

符号の説明

１０α、１０β 光ディスク用光学系
１１ 光源
１２ 対物レンズ
２０Ａ 第一の光ディスク
２０Ｂ 第二の光ディスク

Claims (6)

1. ２種類の異なる保護層厚の光ディスクに対して、各光ディスクに対する情報の記録または再生に対応した波長の光を発振する複数の発光部を備える光源部と、前記光源部から射出された２種類の波長の光をそれぞれ対応する光ディスクの記録面上に良好に結像させる対物レンズとを有し、前記光源部と前記対物レンズ間においてカップリングレンズを省略した構成の光ディスク用光学系において、
   前記保護層厚が薄い方から順に第１の光ディスク、第２の光ディスクとし、
   前記第１の光ディスクの記録密度は、前記第２の光ディスクの記録密度よりも高く、
   前記対物レンズの少なくとも１面に、光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の回折構造があり、
   前記回折構造は、前記第１および第２の光ディスクの保護層の違いにより発生する球面収差を補正し、
   前記２種類の波長の光がそれぞれ対応する光ディスクの記録面上に良好に結像した状態における物像間距離をＬ１、Ｌ２（ｍｍ）、結像倍率をＭ１、Ｍ２としたとき、以下の条件（１）、（２）
   ０．７５＜ｄ・（Ｍｉ−１）／（Ｍｉ・Ｌｉ）＜１．０・・・（１）
   ３０＜Ｌｉ＜５０・・・（２）
   但し、ｉは、１または２、
   を満たすことを特徴とする光ディスク用光学系。
2. 請求項１に記載の光ディスク用光学系において、
   前記対物レンズの前記光ディスク側の開口数ＮＡが０．５５より高いときに、以下の条件（３）、
   −０．００１６＜Ｍｋ・ＮＡｋ^２／Ｌｋ＜−０．０００７・・・（３）
   但し、ＮＡｋ、Ｍｋ、Ｌｋはそれぞれ、情報の記録時または再生時に０．５５より高い開口数が必要となる第ｋの光ディスク（但し、ｋは、１または２）の該開口数、結像倍率、物像間距離、を表す。
   を満たすことを特徴とする光ディスク用光学系。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ディスク用光学系において、
   前記結像倍率Ｍｉは以下の条件（４）、
   −１／１０＜Ｍｉ＜−１／１２．５・・・（４）
   を満たすことを特徴とする光ディスク用光学系。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ディスク用光学系において、
   前記物像間距離Ｌｉは、さらに以下の条件（５）、
   ３０＜Ｌｉ＜４５・・・（５）
   を満たすことを特徴とする光ディスク用光学系。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ディスク用光学系において、
   前記複数の発光部は、前記対物レンズのトラッキングシフト対応方向およびフォーカシングシフト対応方向の双方と直交する方向に並んで配設されていることを特徴とする光ディスク用光学系。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ディスク用光学系において、
   前記第１の光ディスクの物像間距離と前記第２の光ディスクの物像間距離との差が、０．３８または０．３９であることを特徴とする光ディスク用光学系。

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