JP5170588B2 - 光ピックアップ装置の対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用波長が異なり且つ透明基板厚さの異なる光情報記録媒体の記録／再生を１つの対物レンズで行う光ピックアップ装置に使用される対物光学素子及び光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置に関し、特に異なる波長を発振する光源部がモジュール化された光源（２レーザー１パッケージモジュール）に用いられたり、対物レンズの焦点距離が短く誤差要因に鋭敏な光学系に用いられ、各々の光情報記録媒体の使用時の像高コマ収差特性を改善した対物光学素子及びそれを用いた光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置に関する。

現在、多くの種類の光情報記録媒体が存在しており、これらの光情報記録媒体の規格が［表１］で示されるように決められている。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ―３）を用いて表すものとする。

ここで、記録密度が異なる光情報記録媒体同士の互換性が要求されるものとして、ＤＶＤとＣＤとがある。これらの光情報記録媒体は、［表１］にもあるように、透明基板厚さがそれぞれ異なっている。互換性を確保するためにはこの透明基板厚さの違いによって発生する球面収差を、何らかの手段によって補正する必要がある。更に、ＤＶＤとＣＤとでは、要求開口数が異なるので、これに対しても何らかの対応策が必要となる。

ＤＶＤ／ＣＤの互換性のある光ピックアップ装置を実現するために、回折構造を設けた対物レンズが開発されている。そのような対物レンズとしては、例えば、対物レンズの一方の面において、光軸から特定の高さｈの内外で異なる回折構造を設け、内側の領域では各々の透明基板厚さに対して球面収差を補正し、外側の領域ではＤＶＤでのみ球面収差を補正し、ＣＤに対しては球面収差を補正せずにフレア化させたものがある。このように対物レンズを構成することで、各々の光情報記録媒体上で、それぞれ情報の記録又は再生時に要求される集光スポットを適切に形成することが可能となる。

ところで、このような回折構造を対物レンズに用いることで、ＤＶＤ／ＣＤ双方に対して情報の記録又は再生を行う際における球面収差の補正は、比較的容易に行える。しかし、適切な情報の記録又は再生を妨げる光学特性劣化要因としては、球面収差の他にコマ収差も存在する。コマ収差が大きいと、組み付け誤差などに起因して生じた対物レンズの傾きによって、光軸に対して傾いた光束が入射したような場合、光情報記録媒体上に適切なスポットを形成するのを妨げる恐れがある。しかるに、上述した回折構造を用いることで、ＤＶＤ／ＣＤ双方の使用時における球面収差を共に減少させることができるが、コマ収差に関しては、双方を同時に補正することはできないという問題がある。

特に、ＤＶＤ／ＣＤの互換性を達成する光ピックアップ装置の光源として、いわゆる２レーザ１パッケージと呼ばれる２つの半導体レーザを一つの基板に取り付けて１ユニットとしたものが知られている。このような光源を用いて、ＤＶＤ／ＣＤの双方に対して情報の記録又は再生を行おうとすると、例えばＤＶＤ用の光源を対物レンズの光軸上に配置した場合には、ＣＤ用の光源は、必ず光軸からずれた位置に配置されることとなり、従って、かかる場合には、ＣＤ使用時におけるコマ収差を極力減少させることが望ましいといえる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、コマ収差をバランス良く補正でき、異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物光学素子及び光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供することを目的とする。

尚、コマ収差に関して、波長λの光源からの光束に関して波面収差の３次のコマ収差をΔＷ３（λｒｍｓ）、５次のコマ収差をΔＷ５（λｒｍｓ）、７次のコマ収差をΔＷ７（λｒｍｓ）とすると、コマ収差ＣＯＭＡ（λｒｍｓ）は、以下の式で求められる。
ＣＯＭＡ＝｛（ΔＷ３）²＋（ΔＷ５）²＋（ΔＷ７）²｝^1/2 （１’）

本発明者らは、鋭意研究の結果、対物レンズ設計、特に正弦条件不満足量設計を見直すことで、これらの問題を解決できることを見出した。また、前記第１の光情報記録媒体（例えばＤＶＤ）と前記第２の光情報記録媒体（例えばＣＤ）の共用領域について、前記第１の光情報記録媒体の正弦条件不満足量の状態を工夫することにより、前記第１の光情報記録媒体専用領域の正弦条件不満足量のより好ましい設計を見出した。さらにまた、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体使用時（情報の記録又は再生時ともいう）に発生するコマ収差の波面収差量を抑えることで、２レーザー１パッケージモジュールの配置誤差に強く、必ず軸外使用となるいずれの光情報記録媒体に対してもコマ収差の発生を抑えることができることを見出した。この技術は２レーザー１パッケージモジュール光源を使用しない光ピックアップ装置でも、小型化を図ろうとすることで焦点距離を短かくした対物光学素子にも有効である。

ここに正弦条件とは図１に示すように、光軸からの高さｈ₁の光線が、レンズに対して光軸平行入射時に、かかる光線がレンズから出射した際の射出角度がＵである時にｈ₁／ｓｉｎＵが一定値を満たすことである。これが光軸からの高さｈ₁からの高さに関わらず一定値である場合には、正弦条件が満たされて有効径内の各光線の横倍率が一定であると見なせる。この正弦条件は軸上での計算値であるが、軸外の横倍率誤差（すなわち軸外コマ収差）補正を行う上では有効である。

ただし本発明が、かかる技術分野の範囲内にある光情報記録媒体の保護基板の厚さが異なる場合には、次のような課題が存在する。一方の（第１の）光情報記録媒体（例えば厚さｔ１）使用時に正弦条件を完全に補正してしまうと、他方の厚さｔ２の（第２の）光情報記録媒体の使用時での正弦条件が、一定値からのズレ量が大きくなり結果として軸外のコマ収差が大きくなってしまうという特性がある。かかる場合における正弦条件不満足量をＳＣ＝ｈ₁／ｓｉｎＵ−ｆと定義した場合に、有効径内の光線高さｈ₁における正弦条件不満足量を前記第１の光情報記録媒体、前記第２の光情報記録媒体の使用時でそれぞれ振り分け設計を行うことで、結果として各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることが可能であることを、本発明者らは見出したのである。より具体的には、（１）式を満たすことで、以上の効果を得ることができる。

一方、正弦条件不満足量の絶対値を大きくしすぎると、次のような不具合が生じる。光情報記録媒体毎に必要開口数が定められているが、それは光情報記録媒体面上のスポットサイズにも関連がある。ここで、正弦条件不満足量がプラスとなると対物光学素子（後述する実施例では対物レンズ、以下同じ）出射後の光線傾角が小さくなるため、正弦条件不満足量を補正した同じ焦点距離の対物光学素子に同じ有効径光束が入射しても光情報記録媒体面上に形成されるスポット径が絞りきれなくなる。このスポット径を所望のものを得ようとすると絞り径を大きくする必要があり、トラッキングマージンが狭くなる。よって、理想対物光学素子の焦点距離と有効径とから求められるスポット径を光情報記録媒体面上に形成することが好ましい。

ここで、「光学機能面」とは、各光源からの光束が通過する前記対物光学素子のレンズ面のことを意味する。本明細書では、前記第１光情報記録媒体使用時の絞り開口径で制限される光束が通過するレンズ面の範囲とする。

又、「主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる」における、「主に」の意義ついて説明する。前記第１の光情報記録媒体使用時に専用領域を通過する光束は、光情報記録媒体面上で対物レンズの合焦デフォーカス時に結像させている。ここで、前記第２の光情報記録媒体使用時で専用領域を通過する光束は、前記第２の光情報記録媒体面上では前記対物レンズの合焦デフォーカス時にはスポット光から離れた場所でフレアー光となる。ここで、「主に」という言葉を使用しているのは、次の2点の理由からによる。まず、第１の理由としては、光ピックアップ装置に通常設けられている信号検出用のセンサーに着目すると、センサーの開口サイズによっては、このフレアー光がセンサー開口内に入射する場合も生じる。この場合はフレアー光も含めた上で前記対物レンズのデフォーカス制御を実用上行うことになり、広義な意味では第２の光情報記録媒体使用時でも、この専用領域を通過する光束の影響を実使用上受けることがある。また、第２の理由としては、波動光学的には光情報記録媒体でのフレアー光とスポット光との位相差を制御することでスポット光のエアリーディスクのピーク強度を高めることも可能になることがある。このような理由から、本発明では無用な限定を避けるべく、「主に」という語句を用いたものである。

更に、「対物光学素子」とは、前記対物レンズの光学面に前記光学機能面を設けたものであっても良く、前記対物レンズの他に、前記光学機能面を設けた光学素子を別個に設けても良い。

図２は、光軸からの高さを横軸（ｘ）にとり、前記第２の光情報記録媒体（例えばＣＤ）の使用時における正弦条件不満足量を縦軸（ｙ）にとり、前記共用領域と前記専用領域において、前記正弦条件不満足量を示す曲線ｆ２を求めた例を示す図である。ここで、曲線ｆ２は、常に負であって、且つ光軸から離れるにつれ負値が増大している。又、第１の高さｘ１において、その微分値を傾きとする直線ｄ１をひいたときに（第１の高さｘ１で曲線ｆ２に接線を引くことを意味する）、第１の高さｘ１より光軸から遠い側で、曲線ｆ２は直線（接線）ｄ１より正側に存在する領域Ｒ１を有する。尚、ｘ１と領域Ｒ１との間には、直線ｄ１より負側に存在する別な領域も有する。このような特性によれば、各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることが可能になるという、請求項１に記載の発明と同様な効果を得ることができる。

尚、第４の高さｘ４において、その微分値を傾きとする直線（第４の高さｘ４で曲線ｆ２にひいた接線）をひいたとき、第１の高さｘ１より光軸から近い側で、曲線ｆ２は直線（接線）ｄ４より正側に存在する領域Ｒ４を有する。

図３は、光軸からの高さを横軸（ｘ）にとり、前記第１の光情報記録媒体（例えばＤＶＤ）の使用時における正弦条件不満足量を縦軸（ｙ）にとり、前記共用領域と前記専用領域において、前記正弦条件不満足量を示す曲線ｆ１を求めた例を示す図である。ここで、ある高さｘ２において、その微分値を傾きとする直線ｄ２をひいたときに（ある高さｘ２で曲線ｆ１に接線を引くことを意味する）、ある高さｘ２より光軸から遠い側で、曲線ｆ１は直線（接線）ｄ２より正側に存在する領域Ｒ２を有する。尚、ｘ２と領域Ｒ２との間には、直線ｄ２より負側に存在する別な領域も有する。このような特性を有すれば、請求項５に記載の発明と同様な効果を得ることができる。

請求項１に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子は、透明基板の厚さがｔ１である第１の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ１の第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）である第２の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ２（λ１＜λ２）である第２の光源と、前記第１及び前記第２の光源から出射された光束を、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面に集光させる対物光学素子を含む集光光学系と、を有する光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ₀、正弦条件不満足量をＳＣ１_out（ｈ₀）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
ＳＣ１（ｈ₀／２）≦ＳＣ１_out（ｈ₀） （１２）
ＳＣ１（ｈ₀／２）≦０ （１３）
を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であることを特徴とする。

（１２）〜（１４）式の関係は、図２及び後述する実施例より明らかであり、このように正弦条件不満足量を設定することで、各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることが可能になるという、請求項１に記載の発明と同様な効果を得ることができる。

請求項２に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記共用領域の最外周部を通過する光線の正弦条件不満足量の符号が正であることを特徴とする。

請求項３に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子は、前記対物光学素子の光学機能面上において、光軸を回転中心とした回折構造と、該光学機能面上の光情報記録媒体側の面において、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、前記共用領城と前記専用領域に隣接し、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部が設けられていることを特徴とする。

図９は、前記光情報記録媒体側の前記光学機能面上に形成される段差及び回折輪帯を誇張して示した対物光学素子（たとえば対物レンズ）の断面図である。図９に示すように、共用領城と専用領域とに隣接して、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部Ｔ２が設けられている。かかる段差部Ｔ２を設けることで、請求項１に記載の発明に関連して説明したように、各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることができる。尚、前記共用領域及び前記専用領域の少なくとも一方（この例では光源側）に回折構造Ｄが設けられている場合、図１０に示すように、前記段差部（Ｔ１，Ｔ２）の段差量（ｄ１，ｄ２）は、母非球面の位置と、母非球面に設けられた回折構造の段差量とにより決まるものである。

請求項４に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子において、前記段差部の段差量ｄ２（図９参照）は、
０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
であることを特徴とする。

請求項５に記載の光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１である第１の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ１の第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）である第２の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ２（λ１＜λ２）である第２の光源と、前記第１及び前記第２の光源から出射された光束を、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面に集光させる対物光学素子を含む集光光学系と、を有する光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ₀、正弦条件不満足量をＳＣ１_out（ｈ₀）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
ＳＣ１（ｈ₀／２）≦ＳＣ１_out（ｈ₀） （１２）
ＳＣ１（ｈ₀／２）≦０ （１３）
を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であるので、請求項１に記載の発明と同様な作用効果を達成できる。

請求項６に記載の光ピックアップ装置は、前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記共用領域の最外周部を通過する光線の正弦条件不満足量の符号が正であ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は、前記対物光学素子の光学機能面上において、光軸を回転中心とした回折構造と、該光学機能面上の光情報記録媒体側の面において、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、前記共用領城と前記専用領域に隣接し、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部が設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記段差部の段差量ｄ２は、
０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
であることを特徴とする。

本明細書中で用いる「回折構造」とは、対物レンズの表面に、レリーフを設けて、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせた部分のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、対物レンズの表面に、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り、そのような形状を特に「回折輪帯」という。

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（例えば２枚）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（像側）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、本明細書中では必要開口数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。

本明細書中において、第２の光情報記録媒体とは、例えば、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ，ＣＤ−ＲＯＭ等の各種ＣＤ系の光ディスクをいい、第１の光情報記録媒体とは、ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ等の各種ＤＶＤ系の光ディスクを意味するものである。更に、本明細書中で透明基板の厚さｔといった時は、ｔ＝０を含むものである。

本発明によれば、コマ収差をバランス良く補正でき、異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物光学素子及び光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供することができる。

正弦条件を説明するための図である。 第２の光情報記録媒体使用時の正弦条件不満足量を説明するための図である。 第１の光情報記録媒体使用時の正弦条件不満足量を説明するための図である。 本実施の形態にかかる光情報記録再生装置又は光ピックアップ装置（２レーザ１パッケージモジュールタイプの光源を含む）の概略構成図である。 参考例１の対物レンズにかかる球面収差図（縦球面収差量で示す）を、ＤＶＤ（ａ）とＣＤ（ｂ）についてそれぞれ示す図である。 参考例１の対物レンズにかかる正弦条件不満足量を、ＤＶＤ（ａ）とＣＤ（ｂ）についてそれぞれ示す図である。 参考例２の対物レンズにかかる球面収差図（縦球面収差量で示す）を、ＤＶＤ（ａ）とＣＤ（ｂ）についてそれぞれ示す図である。 参考例２の対物レンズにかかる正弦条件不満足量を、ＤＶＤ（ａ）とＣＤ（ｂ）についてそれぞれ示す図である。 光情報記録媒体側の光学機能面上に形成される段差及び回折輪帯を誇張して示した対物レンズの断面図である。 光学機能面における段差部（Ｔ１，Ｔ２）の段差量（ｄ１，ｄ２）の例を示す図である。 実施例１の対物レンズにかかる正弦条件不満足量を、ＤＶＤについて示す図である。 実施例１の対物レンズにかかる正弦条件不満足量を、ＣＤについて示す図である。 実施例１の対物レンズにかかる球面収差図（縦球面収差量で示す）を、ＤＶＤについて示す図である。 実施例１の対物レンズにかかる球面収差図（縦球面収差量で示す）を、ＣＤについて示す図である。 実施例２の対物レンズにかかる正弦条件不満足量を、ＤＶＤについて示す図である。 実施例２の対物レンズにかかる正弦条件不満足量を、ＣＤについて示す図である。 実施例２の対物レンズにかかる球面収差図（縦球面収差量で示す）を、ＤＶＤについて示す図である。 実施例２の対物レンズにかかる球面収差図（縦球面収差量で示す）を、ＣＤについて示す図である。

以下、図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図４は、本実施の形態にかかる光情報記録再生装置又は光ピックアップ装置（２レーザ１パッケージモジュールタイプの光源を含む）の概略構成図である。図４においては、第１光源としての第１半導体レーザ１１１と第２光源としての第２半導体レーザ１１２とが、光軸に対して直交する同一基板の面上に取り付けられ１ユニットとして構成されている。第１半導体レーザ１１１（波長λ１＝６１０ｎｍ〜６７０ｎｍ）から出射されたビームは、光合波手段であるビームスプリッタ１２０を透過し、さらに絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第１の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。

そして情報記録面２２で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７を透過して、ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ１８０で非点収差が与えられ、凹レンズ５０を介して光検出器３０上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２０に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。

また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ（不図示）が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２０の記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。

第２半導体レーザ１１２（波長λ１＝７４０ｎｍ〜８７０ｎｍ）から出射されたビームは、光合波手段であるビームスプリッタ１２０を透過し、さらに絞り１７、対物レンズ１６を介して第２の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。

そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０で非点収差が与えられ、凹レンズ５０を介して光検出器３０上へ入射して、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。

また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ（不図示）により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６を移動させるようになっている。

尚、図４では対物レンズに発散光束が入射する光ピックアップ装置が示されているが、以下の実施例では対物レンズにＤＶＤ、ＣＤ各使用時において平行光束が入射する例を示す。従って第０面と第１面との面間隔は∞となっている。各半導体レーザ１１１，１１２とビームスプリッタ１２０との間にコリメートレンズが存在するケースを想定している。

以下、上述の実施の形態に好適な実施例について説明する。
対物レンズの両面は［数１］で示される非球面である。ただし、Ｚは光軸方向の軸で、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ_2iは非球面係数である。

又、本明細書中で用いる局所曲率Ｒ（ｈ）については、［数２］で定義する。

更に、対物レンズの光源側非球面の表面には回折構造が一体で形成されている。この回折構造は、ブレーズ化波長λＢに対する光路差関数Φにより単位をｍｍとして［数３］で表される。この２次係数が回折部分の近軸的なパワーが表される。また、２次以外の係数、例えば４次、６次係数等で球面収差を制御できる。ここで制御できるとは、屈折部分が有する球面収差を回折部分で逆特性の球面収差を持たせてトータルとして球面収差を補正したり、回折部分の球面収差を操作してトータルの球面収差を所望のフレア量にすることを意味する。この場合、温度変化時の球面収差も、屈折部分の球面収差の温度変化と回折部分の球面収差変化のトータルと考えることが出来る。

（参考例１）
本参考例１においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側の面に２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。表２に、本参考例１にかかる対物レンズのレンズデータを示す。

なお、本参考例１の対物レンズでは前述の設計をしているため、ＤＶＤとＣＤとで絞り径は同一でも光情報記録媒体面上では必要とされるメインスポット径が得られる。ＣＤ軸外コマ収差値に関しては、メインスポット光と専用領域とに形成されるフレアー光の距離のオーダーがスポット径の１０倍程度あるので、共用領域のみの光束に対して評価を行っている。

このように、透明基板厚さ時の各正弦条件不満足量を両方ともゼロにすることが原理的に不可能な中で、ＤＶＤ／ＣＤそれぞれの軸外コマ収差のバランスを取った設計とすることが出来た。図６にもあるように、ＣＤ正弦条件不満足量設計に着目すると、共用領域内では正弦条件不満足量自体は概ね大きいが、そのカーブ設計自体を制御し軸外コマ収差を比較的小さくできた。ＤＶＤにおける正弦条件不満足量が本参考例１では完全にゼロを目指したものでは無いが、結果としてのＤＶＤ軸外コマ収差も実用上問題ないレベルで抑えることが出来た。尚、図６中、ｈ、ｈ１，ｈ２，ｈｍａｘは請求の範囲で用いた符号に対応する。また、請求項に定義した値は参考例１では、以下の通りである。
SC1max 0.006mm
SC2max 0.024mm
SC1(hmax) 0.007mm
SC1(h0) 0.004mm
SC1(h0/2) -0.006mm
SC2(h0) -0.024mm
SC2(h0/2) -0.012mm

（参考例２）
本参考例２においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側と光情報記録媒体側の両方の面に、２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。また共用領域と専用領域との間には、図９に示すような段差部が設けられている。表３に、本参考例２にかかる対物レンズのレンズデータを示す。

図７、図８に、参考例２についてそれぞれ球面収差図と正弦条件不満足量の図を示す。横軸の単位はｍｍである。

本参考例２では、ＤＶＤ軸外コマ収差の劣化を抑えつつ、ＣＤ軸外コマ収差を改善する対物レンズ設計を行った。本参考例２ではこの要件を満たす図８に示した正弦条件不満足量を見出した。その結果、画角１°で平行光束が入射する場合のＤＶＤ使用時におけるコマ収差（ＣＯＭＡ１）は０．００６λ１ｒｍｓ、ＣＤ使用時におけるコマ収差（ＣＯＭＡ２）は０．００８λ２ｒｍｓとすることが出来た。尚、請求項に定義した値は参考例２では、以下の通りである。
SC1max ０．０１２mm
SC2max ０．０１５mm
SC1(hmax) −０．００１mm
SC1(h0) ０．０１２mm
SC1(h0/2) −０．００１mm
SC2(h0) −０．０１４mm
SC2(h0/2) −０．００６mm
ＳＣ１Dmin −０．００２mm
ＳＣ１Smin −０．００１mm
ＳＣ１out（ｈ０） −０．００１mm
ｄ１ ０．００１mm
ｄ２ ０．００２mm
ｈCDNA １．５８９mm

（実施例１）
本実施例においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側と光情報記録媒体側の両方の面に、２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ（光源波長６５５ｎｍ)、ＣＤ（光源波長７８５ｎｍ）それぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。表４に、本実施例にかかる対物レンズのレンズデータを示す。

図１１及び１２に、実施例１についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における正弦条件不満足量の図を示す。又、図１３及び１４に、実施例１についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における球面収差図を示す。横軸の単位はｍｍである。

本実施例１では、ＤＶＤ使用時には対物レンズに無限光束が入射するようにし、ＣＤ使用時には発散有限光束を入射するようにしている。ＤＶＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、無限倍率であり、ＣＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、ｍ＝−１／１５．３である。尚、請求項に定義した値は、本実施例１では、以下の通りである。
SC1max ０．００５
SC2max ０．０５３
SC1(hmax) −０．００１
SC1(h0) ０．００１
SC1(h0/2) −０．００４
SC2(h0) −０．０５３
SC2(h0/2) −０．０１４

（実施例２）
本実施例においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側と光情報記録媒体側の両方の面に、２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ（光源波長６６０ｎｍ）、ＣＤ（光源波長７８８ｎｍ）それぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。表５に、本実施例にかかる対物レンズのレンズデータを示す。

図１５及び１６に、実施例２についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における正弦条件不満足量の図を示す。又、図１７及び１８に、実施例２についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における球面収差図を示す。横軸の単位はｍｍである。

本実施例２では、ＤＶＤ使用時には対物レンズに無限光束が入射するようにし、ＣＤ使用時には発散有限光束を入射するようにしている。ＤＶＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、無限倍率であり、ＣＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、ｍ＝−１／１３．２である。尚、請求項に定義した値は、本実施例２では、以下の通りである。
SC1max ０．０１６
SC2max ０．０８０
SC1(hmax) ０．００１
SC1(h0) −０．００３
SC1(h0/2) −０．０１１
SC2(h0) −０．０８０
SC2(h0/2) −０．０２６

なお、本発明は上記実施の形態に限定されない。対物レンズの光源側の面を回折構造としたが、これに限らずに回折構造を設けなくとも良く、例えばＤＶＤの正弦条件不満足量を実施例のように設定すれば良い。また、２レーザー１パッケージモジュール光源としたが、モジュールされていないディスクリート光ピックアップ装置についても適用は可能である。更に、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面を同一の非球面で構成しているが、これに限らない。この面も２つの光学機能面を設けて、専用領域共用領域それぞれの球面収差設計、正弦条件不満足量設計を行っても良い。

以上、対物レンズの設計における正弦条件不満足量を述べてきた。これに対し、実際の対物レンズ作成時には作成誤差が生じるため、例えば対物レンズの面シフトが生じると、軸上光束に対してもコマ収差成分が発生する。この場合でも、ＤＶＤとＣＤとの軸外コマ収差のバランス設計という意味では、本発明の要件を満たす設計が好ましいことは言うまでもない。また回折設計次数はＤＶＤ、ＣＤ及び専用領域、共用領域共に回折次数を１次回折光を利用する設計としたが、これに限らない。高次の回折次数を用いてもよいし、あるいは／及びＤＶＤとＣＤとで異次回折次数光を利用する設計としても良い。

１１１ 第１半導体レーザ
１１２ 第２半導体レーザ
１６ 対物レンズ
１７ 絞り
２０ 光情報記録媒体（ＤＶＤ又はＣＤ）
３０ 光検出器

Claims (8)

1. 透明基板の厚さがｔ１である第１の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ１の第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）である第２の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ２（λ１＜λ２）である第２の光源と、前記第１及び前記第２の光源から出射された光束を、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面に集光させる対物光学素子を含む集光光学系と、を有する光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
   前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
   前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
   前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
   前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ₀、正弦条件不満足量をＳＣ１_out（ｈ₀）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
   ＳＣ１（ｈ₀／２）≦ＳＣ１_out（ｈ₀） （１２）
   ＳＣ１（ｈ₀／２）≦０ （１３）
   を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置の対物光学素子。
2. 前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記共用領域の最外周部を通過する光線の正弦条件不満足量の符号が正である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の対物光学素子。
3. 前記対物光学素子の光学機能面上において、光軸を回転中心とした回折構造と、該光学機能面上の光情報記録媒体側の面において、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、前記共用領城と前記専用領域に隣接し、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の光ピックアップ装置の対物光学素子。
4. 前記段差部の段差量ｄ２は、
   ０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
   である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の対物光学素子。
5. 透明基板の厚さがｔ１である第１の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ１の第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）である第２の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ２（λ１＜λ２）である第２の光源と、前記第１及び前記第２の光源から出射された光束を、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面に集光させる対物光学素子を含む集光光学系と、を有する光ピックアップ装置であって、
   前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
   前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
   前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
   前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ₀、正弦条件不満足量をＳＣ１_out（ｈ₀）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
   ＳＣ１（ｈ₀／２）≦ＳＣ１_out（ｈ₀） （１２）
   ＳＣ１（ｈ₀／２）≦０ （１３）
   を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記共用領域の最外周部を通過する光線の正弦条件不満足量の符号が正であることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記対物光学素子の光学機能面上において、光軸を回転中心とした回折構造と、該光学機能面上の光情報記録媒体側の面において、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、前記共用領城と前記専用領域に隣接し、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部が設けられていることを特徴とする請求項５又は６のいずれかに記載の光ピックアップ装置の対物光学素子。
8. 前記段差部の段差量ｄ２は、
   ０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
   であ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。