JPWO2005064607A1 - 対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 Download PDF

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Abstract

本発明は複数種類の光ディスクに対して互換性を有すると共に、トラッキングにより発生する非点収差及び光源自体が有する非点収差を補正することができる有限共役型の対物レンズ、及びこの対物レンズを備える光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。本発明に係る光ピックアップ装置は、第１光束を出射する第１光源、第２光束を出射する第２光源、第１光束と第２光束を集光させる有限共役型の対物レンズを有する。また、対物レンズは波長λ１の光束に対して非点収差を有し、非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する波長λ１の光束の非点収差を減少させる方向に配置されている。また、対物レンズのトラッキング方向における像高が所定の範囲内で、対物レンズの非点収差が最小値をとる。

Description

本発明は、対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。
ＤＶＤ（デジタルヴァーサタイルディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の光ディスク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用の光学系として、有限共役型の対物レンズを用いる場合がある。有限共役型とすることにより、対物レンズに対して平行光を入射させるためのコリメータ等の光学素子が不要となり、光ピックアップ装置の部品点数の削減及び低コスト化を図ることができる。
ところが、有限共役型の対物レンズを用いる場合、対物レンズを光軸と直交する方向に移動させるトラッキングの際に、軸外光を使用することによる非点収差が発生する。そこで、この非点収差を、対物レンズ自体に持たせた非点収差で相殺する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、光源として用いる半導体レーザ自体が非点隔差を有している場合には、上述したトラッキングにより発生する非点収差と、半導体レーザ自体が有している非点隔差が要因となる非点収差とを合わせた非点収差が発生する。そこで、これら２つの非点収差を、対物レンズ自体に持たせた非点収差で相殺する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、近年、複数の光ディスク、例えば、ＤＶＤとＣＤとの間で互換性を有し、各光ディスクに対して適切に情報を記録／再生できる光ピックアップ装置に関する開発が進められている。
このような互換性を有する光ピックアップ装置について、構成の簡素化や低コスト化を図るには、各光ディスク用の光学部品を共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品の点数を減らす方法が有効である。そこで、各光ディスク用として互いに発振波長が異なる２つのレーザー光源を、一つのチップ内に格納した光源が開発されている。尚、本明細書中では、発振波長が互いに異なる複数の発光点を１つの筐体に収めたレーザ光源を「パッケージ光源ユニット」と呼ぶ。
例えば、特許文献３には、波長６６０ｎｍと波長７８５ｎｍの２種類のレーザ光束を出射する２つの光源からなるパッケージ光源ユニットと、有限共役型の対物レンズを用いる光ピックアップ装置が開示されている。
特許第３１０４７８０号明細書 特許第３１９１２００号明細書 特開２００１−７６３６７号公報 しかしながら、上記特許文献１及び２には、光ピックアップ装置に互換性を持たせる技術については開示されておらず、また、上記特許文献３には、トラッキング時に発生する非点収差を補正する技術について開示されていない。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、複数種類の光ディスクに対して互換性を有すると共に、トラッキングにより発生する非点収差及び光源自体が有する非点収差を補正することができる有限共役型の対物レンズ、及びこの対物レンズを備える光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
以上の課題を解決するために、本発明の光ピックアップ装置は、波長λ１、λ２の光束を集光させる有限共役型の対物レンズを有する。また、対物レンズは波長λ１の光束に対して非点収差を有し、非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する波長λ１の光束の非点収差を減少させる方向に配置されている。また、対物レンズのトラッキング方向における像高が所定の範囲内で、対物レンズの非点収差が最小値をとる。
図１は、光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 図２は、非点隔差及び非点収差を説明するための図面である。 図３は、第１の実施例におけるＤＶＤの像高特性を示すグラフである。 図４は、第１の実施例におけるＣＤの像高特性を示すグラフである。 図５は、従来のＤＶＤの像高特性を示すグラフである。 図６は、従来のＣＤの像高特性を示すグラフである。 図７は、第２の実施例におけるＤＶＤの像高特性を示すグラフである。 図８は、第２の実施例におけるＣＤの像高特性を示すグラフである。 図９は、第３の実施例におけるＤＶＤの像高特性を示すグラフである。 図１０は、第３の実施例におけるＣＤの像高特性を示すグラフである。
以上の課題を解決するために、項１に記載の構成は、第１光源から出射される波長λ１の光束を用いて保護基板厚ｔ１の情報記録面上に厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体及び情報記録面上に厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対して情報の記録及び／または再生を行うことができる光ピックアップ装置において、前記光ピックアップ装置が、波長λ１の第１光束を出射する第１光源、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源、及び第１光学面及び該第１光学面と対向する第２光学面を有する対物レンズであって、発散光として入射する前記第１光束を前記第１保護基板を介して前記第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させるとともに、発散光として入射する前記第２光束を前記第２保護基板を介して前記第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させる対物レンズ、とを有し、前記対物レンズは、前記第１光学面に、前記第１保護基板と前記第２保護基板の間の厚みの違いに起因する球面収差を補正する球面収差補正構造を有するとともに、前記第１光束に対して非点収差を有しており、前記対物レンズは、前記対物レンズが有する前記第１光束に対する非点収差が、前記対物レンズのトラッキングに起因して発生する前記第１光束の非点収差を減少させる方向になるように配置されるとともに、最大トラッキング量における前記対物レンズの像高をＹとしたとき、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記非点収差が最小値を有するように配置されることを特徴とする。
また、項２に記載の構成は、項１に記載の光ピックアップ装置において、前記第１光源の発光点と前記第２光源の発光点との間隔ｄが０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．１５ｍｍを満たすと共に、前記第１光源の発光点から前記第１光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離と、前記第２光源の発光点から前記第２光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離とが等しくなるように、前記第１光源及び前記第２光源が配置されていることを特徴とする。
なお、本明細書においては、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクを総称して「ＤＶＤ」といい、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクを総称して「ＣＤ」という。
また、本明細書中において、「Ａの光軸上の距離とＢの光軸上の距離とが等しい」とは、ＡとＢとの距離の違いが０．１ｍｍより小さい場合を指すものとする。
項１に記載の構成によれば、最大トラッキング量における前記対物レンズの像高をＹとしたとき、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記非点収差が最小値をとるようにレンズ設計を行う。これにより、トラッキングに起因して発生する前記波長λ１の光束の非点収差を、対物レンズ自体が波長λ１の光束に対して有する非点収差で減らすことができ、複数種類の光ディスクに対して互換性を有すると共に、トラッキングにより発生する非点収差を補正できる有限共役型の光ピックアップ装置を得られる。
また、項２に記載の構成によれば、前記第１光源および前記第２光源としてパッケージ光源ユニットが使用可能となるので、光ピックアップ装置の光学部品点数の削減による低コスト化、小型化を実現できる。
項３に記載の構成は、項１または項２に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの前記第１光学面に形成されていることを特徴とする。
項４に記載の構成は、項３に記載の光ピックアップ装置において、前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されていることを特徴とする。
項５に記載の構成は、項４に記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正構造が回折構造であることを特徴とする。
項６に記載の構成は、項５に記載の光ピックアップ装置において、前記回折構造は断面が鋸歯状の回折輪帯であることを特徴とする。
項４〜項６に記載の構成によれば、前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの前記第１光学面に形成されており、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されているので、金型の加工や、対物レンズの成形を容易に行うことができる。
項７に記載の構成は、項３に記載の光ピックアップ装置において、前記非点収差を持たせるための構造が、更に、前記第２光束に対して非点収差を持たせ、更に、前記対物レンズは、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記波長λ２の光束の非点収差を減少させる方向になるように配置されており、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されていることを特徴とする。
項８に記載の構成は、項７に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されていることを特徴とする。
項９に記載の構成は、項８に記載の光ピックアップ装置において、前記非点収差を持たせるための構造が回折構造であることを特徴とする。
項１０に記載の構成は、項９に記載の光ピックアップ装置において、前記回折構造の断面が鋸歯状の回折輪帯であることを特徴とする。
項１１に記載の構成は、項１０に記載の光ピックアップ装置において、前記断面が鋸歯状の回折輪帯が楕円状に形成されていることを特徴とする。
項９〜項１１に記載の構成によれば、前記対物レンズの前記非点収差を持たせるための構造に波長選択性を持たせ、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせることができる。これにより、波長λ２の光束に関する非点収差も効果的に補正することが可能となり、光ピックアップ装置の収差補正性能を向上できる。
項１２に記載の構成は、項１または項２に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの前記第２光学面に形成されていることを特徴とする。
項１３に記載の構成は、項１２に記載の光ピックアップ装置において、前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されていることを特徴とする。
項１３に記載の構成によれば、前期球面収差補正構造と前記非点収差を持たせるための構造が、対物レンズの異なる面に配置されており、前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されているため、金型加工や対物レンズの成形を特に容易に行うことができる。
項１４に記載の構成は、項１２に記載の光ピックアップ装置において、前記非点収差を持たせるための構造が、更に、前記第２光束に対して非点収差を持たせ、更に、前記対物レンズは、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記波長λ２の光束の非点収差を減少させる方向になるように配置されており、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されることを特徴とする。
項１５に記載の構成は、項１４に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されていることを特徴とする。
項１４〜項１５に記載の構成によれば、前記対物レンズの前記非点収差を持たせるための構造に波長選択性を持たせ、前記波長λ１の光束と前記波長λ２の光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせることができる。これにより、波長λ２の光束に関する非点収差も効果的に補正することが可能となり、光ピックアップ装置の収差補正性能を向上できる。
また、前記球面収差補正構造と前記非点収差を持たせるための構造が、対物レンズの異なる面に配置されているので、金型加工や対物レンズの成形も容易に行うことができる。
項１６に記載の構成は、項１５に記載の光ピックアップ装置において、前記非点収差を持たせるための構造が回折構造であることを特徴とする。
項１７に記載の構成は、項１６に記載の光ピックアップ装置において、前記回折構造が直線状の回折構造であることを特徴とする。
項１８に記載の発明は、項１〜項１７のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、前記球面収差補正構造が回折構造であることを特徴とする。
項１９に記載の発明は、項１〜１８に記載の光ピックアップ装置において、前記回折構造の断面が鋸歯状の回折輪帯であることを特徴とする。
項２０に記載の構成は、項１〜項１９のいずれかに記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズが、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記波長λ１の光束の非点収差及び前記第１光源が有する非点隔差に起因して発生する非点収差を減少させる方向になるように配置されていることを特徴とする。
項２０に記載の構成によれば、トラッキングに起因して発生する前記波長λ１の光束の非点収差だけでなく、前記第１光源が有する非点隔差に起因して発生する非点収差も、対物レンズ自体が波長λ１の光束に対して有する非点収差で減少させることができるので、光ピックアップ装置の収差補正性能を向上できる。
項２１に記載の構成は、第１光源から出射される波長λ１の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ１＜ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物レンズにおいて、第１光学面及び該第１光学面と対向する第２光学面を有し、前記第１光学面に、前記第１保護基板と前記第２保護基板の間の厚みの違いに起因する球面収差を補正する球面収差補正構造を有するとともに、前記第１光束に対して非点収差を有しており、発散光として入射する前記第１光束を前記第１保護基板を介して前記第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させるとともに、発散光として入射する前記第２光束を前記第２保護基板を介して前記第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させる対物レンズであって、前記対物レンズは、前記対物レンズが有する前記第１光束に対する非点収差が、前記対物レンズのトラッキングに起因して発生する前記第１光束の非点収差を減少させる方向になるように配置されるとともに、前記光ピックアップ装置において、最大トラッキング量における前記対物レンズの像高をＹとしたとき、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記非点収差が最小値を有するように配置されることを特徴とする。
項２１に記載の構成によれば、項１と同様の効果を得られる。
項２２に記載の構成は、項２１に記載の対物レンズにおいて、前記光ピックアップ装置の第１光源の発光点と前記第２光源の発光点との間隔ｄが０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．１５ｍｍを満たすと共に、前記第１光源の発光点から前記第１光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離と、前記第２光源の発光点から前記第２光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離とが等しくなるように、前記第１光源及び前記第２光源が配置されている光ピックアップ装置に配置されていることを特徴とする。
項２２に記載の構成によれば、項２と同様の効果を得られる。
項２３に記載の構成は、項２１または項２２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの前記第１光学面に形成されていることを特徴とする。
項２４に記載の構成は、項２３に記載の対物レンズにおいて、前記非点収差を持たせるための構造は、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されていることを特徴とする。
項２５に記載の構成は、項２４に記載の対物レンズにおいて、前記球面収差補正構造が回折構造であることを特徴とする。
項２６に記載の構成は、項２５に記載の対物レンズにおいて、前記回折構造の断面が鋸歯状の回折輪帯であることを特徴とする。
項２４〜項２６に記載の構成によれば、項４〜項６と同様の効果を得られる。
項２７に記載の構成は、項２３の対物レンズにおいて、前記非点収差を持たせるための構造は、更に、前記第２光束に対して非点収差を持たせ、更に、前記対物レンズは、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記波長λ２の光束の非点収差を減少させる方向になるように配置されており、
前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されていることを特徴とする。
項２８に記載の構成は、項２７に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されることを特徴とする。
項２９に記載の構成は、項２８に記載の対物レンズにおいて、前記非点収差を持たせるための構造が回折構造であることを特徴とする。
項３０に記載の構成は、項２９に記載の対物レンズにおいて、前記回折構造の断面が鋸歯状の回折輪帯であることを特徴とする。
項３１に記載の構成は、項３０に記載の対物レンズにおいて、前記断面が鋸歯状の回折輪帯が楕円状に形成されていることを特徴とする。
項２９〜項３１に記載の構成によれば、項９〜項１１に記載の構成と同様の効果を得られる。
項３２に記載の構成は、項２１または項２２に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの第２光学面に形成されていることを特徴とする。
項３３に記載の構成は、項３２に記載の対物レンズにおいて、前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されていることを特徴とする。
項３３に記載の構成によれば、項１３と同様の効果を得られる。
項３４に記載の構成は、項３２に記載の対物レンズにおいて、前記非点収差を持たせるための構造が、更に、前記第２光束に対して非点収差を有しており、更に、前記対物レンズは、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記波長λ２の光束の非点収差を減少させる方向になるように配置されており、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されていることを特徴とする。
項３５に記載の構成は、項３４に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されたことを特徴とする。
項３４〜項３５に記載の構成によれば、項１４〜項１５に記載の構成と同様の効果を得られる。
項３６に記載の構成は、項３５に記載の対物レンズにおいて、前記非点収差を持たせるための構造が回折構造であることを特徴とする。
項３７に記載の構成は、項３６に記載の対物レンズにおいて、前記回折構造が直線状の回折構造であることを特徴とする。
項３８に記載の構成は、項２１〜項３７のいずれかに記載の対物レンズにおいて、前記球面収差補正構造が回折構造であることを特徴とする。
項３９に記載の構成は、項２１〜項３８のいずれかに記載の対物レンズにおいて、前記回折構造の断面が鋸歯状の回折輪帯であることを特徴とする。
項４０に記載の構成は、項２１〜項３９のいずれかに記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズは、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記第１光束の非点収差及び前記第１光源が有する非点隔差に起因して発生する非点収差を減少させる方向になるように配置されていることを特徴とする。
項４０に記載の構成によれば、項２０と同様の効果を得られる。
項４１に記載の構成は、項１〜項２０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置を搭載して、前記光情報記録媒体に対する情報の記録及び前記光情報記録媒体に記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする。
項４１に記載の構成によれば、項１〜項２０のいずれか一項と同様の効果を有する光情報記録再生装置を得られる。
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、ＤＶＤ（第１光情報記録媒体）とＣＤ（第２光情報記録媒体）との何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ１＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ２＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．４７である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
光ピックアップ装置ＰＵは、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ１（第１光源）とＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する赤外半導体レーザＬＤ２（第２光源）とが一体化されたパッケージ光源ユニットＬＵ、第１光束及び第２光束共通の光検出器ＰＤ、各光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２上に集光させる機能を有する対物レンズＯＢＪ、ビームスプリッタＢＳ、絞りＳＴＯ等から構成されている。
パッケージ光源ユニットＬＵにおいて、第１光源の発光点と第２光源の発光点との間隔ｄは０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．１５ｍｍの範囲内となっている。また、第１光源の発光点からＤＶＤの対物レンズＯＢＪ側の表面までの光軸上の距離と、第２光源の発光点からＣＤの対物レンズＯＢＪ側の表面までの光軸上の距離とが等しくなるように、パッケージ光源ユニットＬＵは光学系中に配置されている。そして、第１光束と第２光束が共に発散光として対物レンズＯＢＪに入射する有限共役系の構成となっている。
対物レンズＯＢＪは、保護基板厚ｔ１とｔ２との差によって生じる球面収差を補正する球面収差補正構造を有している。球面収差補正構造としては、例えば、断面が鋸歯状の回折輪帯や回折格子などの回折構造が挙げられる。
ここで、図２に示すように、第１光束を出射する赤色半導体レーザＬＤ１自体が有している非点隔差に起因して非点収差が発生すると共に、トラッキングに起因しても非点収差が発生するので、本発明においては、これら非点収差を減らすべく、対物レンズＯＢＪ自体が所定の非点収差を有するように対物レンズＯＢＪが設計されている。
なお、本実施の形態及び後述する実施例においては、図２に示すθ＝０°の方向をトラッキング方向とする。
具体的には、最大トラッキング量における対物レンズＯＢＪの像高をＹと規定したとき、対物レンズＯＢＪのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、対物レンズＯＢＪ自体が有する波長λ１の第１光束に対する非点収差が最小値となるように、対物レンズＯＢＪが設計されている。対物レンズＯＢＪに非点収差を持たせる構造としては、例えば、対物レンズＯＢＪの出射面の母非球面の曲率を、水平方向と鉛直方向とで異なる値にしたものや、あるいは樹脂成形によって対物レンズＯＢＪに配向歪みを生じさせたものが挙げられる。なお、対物レンズＯＢＪの出射面の母非球面の曲率を水平方向と鉛直方向とで異なる値とすることにより対物レンズＯＢＪに非点収差を持たせる場合には、対物レンズＯＢＪの入射面または出射面に上記球面収差補正構造を形成することが好ましい。これにより、対物レンズＯＢＪの設計を容易化できる。
さらに、対物レンズＯＢＪ自体が有する非点収差の方向が、ＤＶＤの対物レンズＯＢＪ側の表面の法線と半径方向とで形成される面の光線の収束点が、それに直交する面内の光線の収束点の後方にできるように、対物レンズＯＢＪを光学系中に配置している。
これにより、赤色半導体レーザＬＤ１を起因とする非点収差とトラッキングによる非点収差を打ち消し、光学系全体としてはトラッキング時に対物レンズＯＢＪが光軸から移動した場合でも、非点収差を良好に補正するようになっている。
なお、半導体レーザを要因とする非点収差とトラッキングによる非点収差とが合成されて生じる非点収差及び、これら非点収差を補正するための対物レンズＯＢＪの設計手法については、特許第３１９１２００号明細書（特許文献２）に記載されているので、その説明を省略する。
また、上記のように、本発明においては、トラッキングに起因して発生する波長λ１の第１光束の非点収差及び第１光束を出射する第１光源が有する非点隔差に起因して発生する非点収差（以下、これら２つの非点収差を、「第１光束に関する非点収差」と表記する。）を、対物レンズＯＢＪ自体が第１光束に対して有する非点収差で減少させるものである。
従って、トラッキングに起因して発生する波長λ２の第２光束の非点収差及び第２光束を出射する第２光源が有する非点隔差に起因して発生する非点収差（以下、これら２つの非点収差を、「第２光束に関する非点収差」と表記する。）に関しては、上記第１光束に関する非点収差と同程度に補正されるものではない。
しかし、第２光束に関する非点収差の発生方向は、第１光束に関する非点収差の発生方向とほぼ一致するため、対物レンズＯＢＪ自体が波長λ１の第１光束に対して有する非点収差によっても、第２光束に関する非点収差の発生量を、実用上支障が生じない程度に補正することは可能である。
従って、光ピックアップ装置に対して要求される仕様に応じて、第２光束に関する非点収差も積極的に補正できる波長選択機能を持つ光学素子を、上記光ピックアップ装置の光学系中に光学素子を付加したり、あるいは、対物レンズＯＢＪ自体に波長選択機能を付加してもよい。
波長λ１の第１光束と波長λ２の第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせる波長選択機能を対物レンズＯＢＪに持たせるには、例えば、対物レンズＯＢＪの光学面に、楕円状や直線状の回折構造を形成する方法が挙げられる。
なお、トラッキングに起因して発生する波長λ１の第１光束の非点収差のみを対物レンズＯＢＪ自体が第１光束に対して有する非点収差で減らす構成としても良い。
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ１を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビームスプリッタＢＳで反射されて対物レンズＯＢＪに至る。
そして、対物レンズＯＢＪの入射面に形成された球面収差補正構造としての回折構造から回折作用を受けることにより生じる第１光束の所定次数の回折光が、ＤＶＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に集光することでスポットを形成する。
そして、対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ（図示せず）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、再び対物レンズＯＢＪを通過して、ビームスプリッタＢＳを通過し、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ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。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において点線でその光線経路を描いたように、まず、赤外半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、ビームスプリッタＢＳで反射されて対物レンズＯＢＪに至る。
そして、対物レンズＯＢＪの入射面に形成された球面収差補正構造としての回折構造から回折作用を受けることにより生じる第２光束の所定次数の回折光が、ＣＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に集光することでスポットを形成する。
そして、対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ（図示せず）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、再び対物レンズＯＢＪを通過して、ビームスプリッタＢＳを通過し、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
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ＰＵ、光情報記録媒体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、光情報記録媒体に対する情報の記録及び光情報記録媒体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、上記実施の形態で示した対物レンズ及び光ピックアップ装置の第１の実施例について説明する。
表１、表２に各光学素子のレンズデータを示す。
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、焦点距離ｆ＝２．２９ｍｍ、像側開口数ＮＡ＝０．６０、光学系倍率ｍ＝−１／７に設定されている。表１中、ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
本実施例においては、ＤＶＤ用の第１光源及びＣＤ用の第２光源は共に非点隔差を有していない（表１中に、「非点隔差 ＤＶＤ＝０μｍ、ＣＤ＝０μｍ」と表記する）。
対物レンズの入射面は、光軸からの高さｈが１．２４５ｍｍ未満の第４面と、光軸からの高さｈが１．２４５ｍｍ以上の第４´面に区分されている。また、対物レンズの出射面は、光軸からの高さｈが０．９５５ｍｍ未満の第５面と、光軸からの高さｈが０．９５５ｍｍ以上の第５´面に区分されている。
第４´面及び第５´面はＤＶＤ用として利用される第１光束の専用領域となっており、第４´面及び第５´面を通過した第２光束はＣＤに対する情報の記録／再生には使用されない。
第４面、第４´面は、それぞれ次式（数１）に表１及び表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数である。
また、第４面と第４´面には球面収差補正構造としての鋸歯状の回折輪帯が形成されている。回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表２に示す係数を代入した数式で規定される。
ここで、Ｂ2iは光路差関数の係数、λは使用波長、λＢは回折のブレーズ化波長、ｎは回折次数である。
また、第５面及び第５´面は、それぞれ次式（数３）に表２に示す係数を代入した数式で規定される、非回転対称非球面に形成されている。
図３及び図４は、本実施例における対物レンズ及び光ピックアップ装置を使用した場合における、ＤＶＤ及びＣＤの像高特性を示すグラフである。
グラフの縦軸は波面収差量を示し、グラフの横軸は、物体高と像高の和が０．４５ｍｍとなる時を１とした相対像高を示す。本発明における「最大トラッキング量における対物レンズの像高Ｙ」は、相対像高＝１に相当する。また、トラッキング（像高）の方向はθ＝０°の方向となる。
また、ＳＡは球面収差、ＣＭはコマ収差、ＡＳは非点収差、ＲＭＳはこれら収差を合計した値を示す。
図３から分かるように、本実施例においては、対物レンズ自体が波長λ１の第１光束に対して約０．０１５λｒｍｓの非点収差を持っており、トラッキング方向における像高が０．６Ｙ付近で非点収差が最小値となるように設計されている。
図５及び図６は、従来の対物レンズ及び光ピックアップ装置の構成、つまり、対物レンズ自体が非点収差を持っていない場合におけるＤＶＤ及びＣＤの像高特性を示すグラフである。
図３と図５、図４と図６を比較すると、本実施例における対物レンズ及び光ピックアップ装置によれば、相対像高が０〜１までの全領域において波面収差が低い値で抑えられていることが分かる。
次に、上記実施の形態で示した対物レンズ及び光ピックアップ装置の第２の実施例について説明する。
表３、表４に各光学素子のレンズデータを示す。
表３に示すように、本実施例の対物レンズは、焦点距離ｆ＝２．２９ｍｍ、像側開口数ＮＡ＝０．６０、光学系倍率ｍ＝−１／７に設定されている。
本実施例においても、ＤＶＤ用の第１光源及びＣＤ用の第２光源は共に非点隔差を有していない（表３中に、「非点隔差 ＤＶＤ＝０μｍ、ＣＤ＝０μｍ」と表記する）。
対物レンズの入射面は、光軸からの高さｈが１．２４５ｍｍ未満の第４面と、光軸からの高さｈが１．２４５ｍｍ以上の第４´面に区分されている。また、対物レンズの出射面は、光軸からの高さｈが０．９５５ｍｍ未満の第５面と、光軸からの高さｈが０．９５５ｍｍ以上の第５´面に区分されている。
第４´面及び第５´面はＤＶＤ用として利用される第１光束の専用領域となっており、第４´面及び第５´面を通過した第２光束はＣＤに対する情報の記録／再生には使用されない。
第４面、第４´面は、それぞれ数１に表３及び表４に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
また、第４面と第４´面には球面収差補正構造としての鋸歯状の回折輪帯が形成されている。回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表４に示す係数を代入した数式で規定される。
また、第５面及び第５´面は、それぞれ数３に表４に示す係数を代入した数式で規定される、非回転対称非球面に形成されている。
図７及び図８は、本実施例における対物レンズ及び光ピックアップ装置を使用した場合における、ＤＶＤ及びＣＤの像高特性を示すグラフである。
図７から分かるように、本実施例においては、対物レンズ自体が波長λ１の第１光束に対して約０．０３λｒｍｓの非点収差を持っており、トラッキング方向における像高が０．８Ｙ付近で非点収差が最小値となるように設計されている。
図７と図５、図８と図６を比較すると、本実施例における対物レンズ及び光ピックアップ装置によれば、相対像高が０〜１までの全領域において波面収差が低い値で抑えられていることが分かる。
次に、上記実施の形態で示した対物レンズ及び光ピックアップ装置の第３の実施例について説明する。
表５、表６に各光学素子のレンズデータを示す。
なお、本実施例は、上記実施例２と比較して、ＤＶＤ用の第１光源及びＣＤ用の第２光源が共に１０μｍの非点隔差を有している点のみが異なる（表５中に、「非点隔差 ＤＶＤ＝１０μｍ、ＣＤ＝１０μｍ」と表記する）。
図９及び図１０は、本実施例における対物レンズ及び光ピックアップ装置を使用した場合における、ＤＶＤ及びＣＤの像高特性を示すグラフである。
図９から分かるように、本実施例においては、対物レンズ自体が波長λ１の第１光束に対して約０．０２λｒｍｓの非点収差を持っており、トラッキング方向における像高が０．６Ｙ付近で非点収差が最小値となるように設計されている。
図９と図５、図１０と図６を比較すると、本実施例における対物レンズ及び光ピックアップ装置によれば、相対像高が０〜１までの全領域において波面収差が低い値で抑えられていることが分かる。
本発明によれば、複数種類の光ディスクに対して互換性を有すると共に、トラッキングにより発生する非点収差及び光源自体が有する非点収差を補正することができる有限共役型の対物レンズ、及びこの対物レンズを備える光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を得られる。

Claims (41)

  1. 情報記録面上に厚さｔ１の第１保護基板を有する第１光情報記録媒体及び情報記録面上に厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の第２保護基板を有する第２光情報記録媒体に対して情報の記録及び／または再生を行うことができる光ピックアップ装置において、
    前記光ピックアップ装置が：
    波長λ１の第１光束を出射する第１光源；
    波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源；及び
    第１光学面及び該第１光学面と対向する第２光学面を有する対物レンズであって、発散光として入射する前記第１光束を前記第１保護基板を介して前記第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させるとともに、発散光として入射する前記第２光束を前記第２保護基板を介して前記第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させる対物レンズ、とを有し、
    前記対物レンズは、前記第１光学面に、前記第１保護基板と前記第２保護基板の間の厚みの違いに起因する球面収差を補正する球面収差補正構造を有するとともに、前記第１光束に対して非点収差を有しており、
    前記対物レンズは、最大トラッキング量における前記対物レンズの像高をＹとしたとき、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記非点収差が最小値を有するように配置されることを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 前記第１光源の発光点と前記第２光源の発光点との間隔ｄが０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．１５ｍｍを満たすと共に、前記第１光源の発光点から前記第１光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離と、前記第２光源の発光点から前記第２光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離とが等しくなるように、前記第１光源及び前記第２光源が配置されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置。
  3. 前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの前記第１光学面に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置。
  4. 前記非点収差を持たせるための構造は、前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されている、請求の範囲第３項に記載の光ピックアップ装置。
  5. 前記球面収差補正構造は回折構造である、請求の範囲第４項に記載の光ピックアップ装置。
  6. 前記回折構造は断面が鋸歯状の回折輪帯である、請求の範囲第５項に記載の光ピックアップ装置。
  7. 前記非点収差を持たせるための構造は、更に、前記第２光束に対して非点収差を持たせ、
    前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の光ピックアップ装置。
  8. 前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１の光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の光ピックアップ装置。
  9. 前記非点収差を持たせるための構造は回折構造である、請求の範囲第８項に記載の光ピックアップ装置。
  10. 前記回折構造は断面が鋸歯状の回折輪帯である、請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置。
  11. 前記断面が鋸歯状の回折輪帯は楕円状に形成されている、請求の範囲第１０項に記載の光ピックアップ装置
  12. 前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの前記第２光学面に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置。
  13. 前記非点収差を持たせるための構造は、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されている、請求の範囲第１２項に記載の光ピックアップ装置。
  14. 前記非点収差を持たせるための構造は、更に、前記第２光束に対して非点収差を持たせ、
    前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の光ピックアップ装置。
  15. 前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されていることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の光ピックアップ装置。
  16. 前記非点収差を持たせるための構造は回折構造である、請求の範囲第１５項に記載の光ピックアップ装置。
  17. 前記回折構造は直線状の回折構造である、請求の範囲第１６項に記載の光ピックアップ装置。
  18. 前記球面収差補正構造は回折構造である、請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置。
  19. 前記回折構造は断面が鋸歯状の回折輪帯である、請求の範囲第１８項に記載の光ピックアップ装置。
  20. 前記対物レンズは、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記第１光束の非点収差及び前記第１光源が有する非点隔差に起因して発生する非点収差を減少させる方向になるように配置されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置。
  21. 第１光源から出射される波長λ１の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、第２光源から出射される波長λ２（λ１＜λ２）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ１＜ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物レンズにおいて、
    第１光学面及び該第１光学面と対向する第２光学面を有し、
    前記第１光学面に、前記第１保護基板と前記第２保護基板の間の厚みの違いに起因する球面収差を補正する球面収差補正構造を有するとともに、前記第１光束に対して非点収差を有しており、
    発散光として入射する前記第１光束を前記第１保護基板を介して前記第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させるとともに、発散光として入射する前記第２光束を前記第２保護基板を介して前記第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させる対物レンズであって、
    前記光ピックアップ装置において、最大トラッキング量における前記対物レンズの像高をＹとしたとき、前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記非点収差が最小値を有するように配置されることを特徴とする対物レンズ。
  22. 前記光ピックアップ装置の第１光源の発光点と前記第２光源の発光点との間隔ｄが０．０５ｍｍ≦ｄ≦０．１５ｍｍを満たすと共に、前記第１光源の発光点から前記第１光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離と、前記第２光源の発光点から前記第２光情報記録媒体の前記対物レンズ側の表面までの光軸上の距離とが等しくなるように、前記第１光源及び前記第２光源が配置されている光ピックアップ装置に配置されていることを特徴とする、請求の範囲第２１項に記載の対物レンズ。
  23. 前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの前記第１光学面に形成されていることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の対物レンズ。
  24. 前記非点収差を持たせるための構造は、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されている、請求の範囲第２３項に記載の対物レンズ。
  25. 前記球面収差補正構造は回折構造である、請求の範囲第２４項に記載の対物レンズ。
  26. 前記回折構造は断面が鋸歯状の回折輪帯である、請求の範囲第２５項に記載の対物レンズ。
  27. 前記非点収差を持たせるための構造は、更に、前記第２光束に対して非点収差を持たせ、
    前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されていることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の対物レンズ。
  28. 前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されることを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の対物レンズ。
  29. 前記非点収差を持たせるための構造は回折構造である、請求の範囲第２８項に記載の対物レンズ。
  30. 前記回折構造は断面が鋸歯状の回折輪帯である、請求の範囲第２９項に記載の対物レンズ。
  31. 前記断面が鋸歯状の回折輪帯は楕円状に形成されている、請求の範囲第３０項に記載の対物レンズ
  32. 前記対物レンズに前記第１光束に対して前記非点収差を持たせるための構造が、前記対物レンズの第２光学面に形成されていることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の対物レンズ。
  33. 前記非点収差を持たせるための構造は、前記対物レンズの母非球面の形状により形成されている、請求の範囲第３２項に記載の対物レンズ。
  34. 前記非点収差を持たせるための構造は、更に、前記第２光束に対して非点収差を有しており、
    前記対物レンズのトラッキング方向における像高が０．３０Ｙから０．９５Ｙの範囲内において、前記対物レンズが有する前記第２光束の非点収差が最小値をとるよう配置されていることを特徴とする請求の範囲第３２項に記載の対物レンズ。
  35. 前記対物レンズに前記非点収差を持たせるための構造が、前記第１光束と前記第２光束に対して、それぞれ任意の非点収差量を持たせるよう配置されたことを特徴とする請求の範囲第３４項に記載の対物レンズ。
  36. 前記非点収差を持たせるための構造は回折構造である、請求の範囲第３５項に記載の対物レンズ。
  37. 前記回折構造は直線状の回折構造である、請求の範囲第３６項に記載の対物レンズ。
  38. 前記球面収差補正構造は回折構造である、請求の範囲第２１項に記載の対物レンズ。
  39. 前記回折構造は断面が鋸歯状の回折輪帯である、請求の範囲第３８項に記載の対物レンズ。
  40. 前記対物レンズは、前記非点収差の発生方向が、トラッキングに起因して発生する前記第１光束の非点収差及び前記第１光源が有する非点隔差に起因して発生する非点収差を減少させる方向になるように配置されていることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の対物レンズ。
  41. 請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置を搭載して、前記光情報記録媒体に対する情報の記録及び前記光情報記録媒体に記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置。
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