JP2004326861A - 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
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Abstract
【課題】ＡＯＤと他の光情報記録媒体との互換性を有し、球面収差を抑えることが可能な対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】本発明の対物光学素子は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより各光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる。そして、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たし、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が−１／２０≦ｍ１≦−１／２００を満たす。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の対物光学素子は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより各光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる。そして、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たし、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が−１／２０≦ｍ１≦−１／２００を満たす。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長４００ｎｍ程度の青色レーザー光を用いることにより光情報記録媒体（光ディスク）の記録密度を高め、記憶容量を大きくしたいわゆる高密度光ディスクの研究・開発が進められている。
高密度光ディスクの規格としては、例えば、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、保護基板厚を約０．１ｍｍとするものや、ＮＡ及び保護基板厚を従来のＤＶＤ（デジタルビデオディスク）と同程度の約０．６５及び約０．６ｍｍに抑えたものが知られている。以下の説明においては、ＮＡを０．６５程度、保護基板厚を０．６ｍｍ程度とする高密度光ディスクを「ＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）」と表記する。
【０００３】
そして、このような高密度光ディスクと、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の従来より広く用いられている光ディスクとの互換性を有する光ピックアップ装置に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ここで、互換性を有する光ピックアップ装置においては、使用する光束の波長が異なることから（例えば、ＡＯＤでは約４００ｎｍ、ＤＶＤでは約６５０ｎｍ）、波長差に起因して生じる球面色収差を実用上支障が無い程度に補正する必要がある。
【０００４】
また、例えば光源からの出射光束のパワーを上昇させる際に、光束の波長が瞬間的に変動するいわゆるモードホップが生じると、光軸上に形成される集光スポットの位置が光ディスクの情報記録面から光軸方向にずれるという問題が生じるので、波長変動前後における集光スポットの光軸方向の変動量を小さくし、軸上色収差を抑える補正を行なう必要がある。
特に、ＡＯＤでは、ＮＡが０．６５程度と比較的大きく、光束の波長が４００ｎｍ程度と短いことに起因して、モードホップ時の波長の変動量が大きくなることから、集光スポットの位置ずれ量が大きくなるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２９８４２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示された対物レンズは、対物レンズの一方の光学面に回折構造（回折レンズ構造）を設けるとともに、短波長側と長波長側とで異なる回折次数光を使用することにより色収差を抑えるものである。
ところが、回折構造を用いる場合には光量が低下するという問題がある。また、回折構造は、加工性に優れるプラスチック製レンズに設ける場合が多いが、プラスチックレンズは温度変化により屈折率が変化するという特性を有するため、温度変化に起因した球面収差が発生するという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、ＡＯＤと他の光情報記録媒体との互換性を有し、球面収差を抑えることが可能な対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１を満たし、且つ前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に形成する集光スポットの開口数ＮＡ１が０．６０≦ＮＡ１≦０．７０を満たす対物光学素子であって、前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たし、且つ前記保護基板厚ｔ２が０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍを満たすことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、第１光情報記録媒体を使用する際に対物光学素子（対物レンズ）に対してほぼ平行光が入射するいわゆる無限系の構成とし、波長λ１の光束の色収差を補正する設計とした場合でも、保護基板厚ｔ２を０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍの範囲内とすることにより、第２光情報記録媒体を使用する際にも無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズをガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズに回折構造を設けることなく２種類の光情報記録媒体で互換性を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子であって、単玉のレンズで構成され、レンズ材料の分散値νｄがνｄ≧５０を満たすことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、単玉の対物レンズの分散値νｄを５０以上とすることにより、波長特性を向上することができる。図７は、分散値が異なる３種類のレンズ材料（Ｍ１〜Ｍ３）に関する、波長と屈折率の関係を示すものである。一般に、レンズ材料（光学材料）の屈折率は波長に対してリニアではなく、また、短波長側で波長変化に対する屈折率変化の割合が大きくなるいわゆる波長依存性が大きく、更に、レンズ材料によって波長依存性が大きく異なる。この点を考慮して、対物レンズを分散値νｄが５０以上のレンズ材料（Ｍ１及びＭ２）により成形することにより、波長依存性を小さく抑えることが可能となり、例えば、光情報記録媒体に情報を記録する際にモードホップが生じた場合でも、屈折率変化を小さく抑え、集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の対物光学素子であって、前記保護基板厚ｔ２が０．７２ｍｍ≦ｔ２≦０．７６ｍｍを満たすことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、一般に保護基板厚が大きいと駆動中の光情報記録媒体が光軸方向に傾斜した場合のコマ収差の発生量が大きくなることから、保護基板厚ｔ２を上記範囲内とすることにより、上記コマ収差の発生量を抑えることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たす対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が−１／２０≦ｍ１≦−１／２００を満たすことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１を−１／２０≦ｍ１≦−１／２００の範囲内とし、光軸に対して僅かに傾斜した発散光を対物光学素子に入射させる構成とすることにより、保護基板厚ｔ２が０．６ｍｍの第２光情報記録媒体を使用する際に無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
ｍ１が上限値（−１／２００）を上回ると波長λ２の光束に関する残留収差が発生し、下限値（−１／２０）を下回ると波長λ１の光束に関する軸外特性が悪化する。
また、対物レンズをガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズに回折構造を設けることなく２種類の光情報記録媒体で互換性を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１を満たす対物光学素子であって、前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が−１／２０≦ｍ２≦−１／２００を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２を−１／２０≦ｍ２≦−１／２００の範囲内とし、光軸に対して僅かに傾斜した発散光を対物光学素子に入射させる構成とすることにより、保護基板厚ｔ１が０．６ｍｍの第１光情報記録媒体を使用する際に無限系の構成で、且つ波長λ１の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
ｍ２が上限値（−１／２００）を上回ると波長λ１の光束に関する残留収差が発生し、下限値（−１／２０）を下回ると波長λ２の光束に関する軸外特性が悪化する。
また、対物レンズをガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズに回折構造を設けることなく２種類の光情報記録媒体で互換性を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の対物光学素子であって、単玉のレンズで構成され、レンズ材料の分散値νｄがνｄ≧５０を満たすことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、単玉の対物レンズの分散値νｄを５０以上とすることにより、波長特性を向上することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１又は６に記載の対物光学素子であって、前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することを特徴とする。
本明細書中において「集光スポット」とは、対物レンズによって集光される光の波面収差が最も小さくなるデフォーカス位置によって形成されるスポットを指す。従って、波長λ２の光束が対物レンズに入射した場合に集光スポットが形成されるデフォーカス位置ｆＢ２と、波長λ２´の光束が対物レンズに入射した場合に集光スポットが形成されるデフォーカス位置ｆＢ２´との差ΔｆＢ＝ｆＢ２´−ｆＢ２が、上記「集光スポット間の光軸方向の距離」となる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、対物光学素子が、波長変動前後の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離ΔｆＢμｍにより定義される値｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有するので、モードホップが生じた場合における集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
例えば光源のモードホップ時のような、波長がλからλ´に短時間で変化した場合、トラッキング追従が間に合わないことから、波長変動前におけるデフォーカス位置で光信号制御を行うことになる。従って、波長変動前後における対物レンズのデフォーカス位置変動が大きい場合、つまり、上記｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値が１．０μｍ／ｎｍ以上の場合、波面収差の劣化が大きくなり、光信号の制御に不都合が生じるおそれがある。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１、４又は５に記載の対物光学素子であって、少なくとも１つの光学面に、通過光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、モードホップにより波長がλ２からλ２´に変動した場合に、これら各光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離が大きくならないように、例えば波長λ２´の光束に対して位相差付与構造が所定の位相差を付与し、その集光位置を調節することが可能となる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の対物光学素子であって、前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能が、前記位相差付与構造により達成されることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、位相差付与構造を設けることで、モードホップが生じた場合における集光スポットの光軸方向の変動量を特に小さくすることができ、波面収差の劣化を特に抑えることができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の対物光学素子を備えることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９と同様の効果を得られる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項４又は５に記載の対物光学素子を備える光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子と、前記光ピックアップ装置の集光光学系を構成する前記対物光学素子以外の光学素子のうち少なくとも一方が、前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束が前記集光光学系を通過することによって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢ´μｍと規定したときの｜ΔｆＢ´／（λ２−λ２´）｜の値を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項１１に記載の発明によれば、対物光学素子と対物光学素子以外の光学素子のうち少なくとも一方が、波長変動前後の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離ΔｆＢμｍにより定義される値｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有するので、モードホップが生じた場合における集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
光学素子としては、入射光束の発散角を変更して出射するコリメータレンズやビームエキスパンダ、あるいは、入射光束の光強度分布を変更して出射するビーム整形素子等が挙げられる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の光ピックアップ装置であって、前記補正機能が、前記光学素子を光軸方向に移動させることにより達成されることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載の光ピックアップ装置であって、前記補正機能が、前記光学素子の少なくとも１つの光学面に、通過光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を設けることにより達成されることを特徴とする。
【００３０】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光ピックアップ装置であって、前記位相差付与構造が回折構造であり、前記波長λ１の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｎ（ｎは自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記波長λ２の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｍ（ｍ≠ｎ、ｍは自然数）次の回折光を前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることを特徴とする。
【００３１】
請求項１４に記載の発明によれば、回折効率が大きくなる波長λ１とλ２の回折光の組み合わせを選択することにより、情報の記録及び／又は再生に十分な光量を確保できる。なお、好ましい回折次数の組み合わせとしては、（ｎ、ｍ）＝（２、３）、（３、５）が挙げられる。
【００３２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１０〜１４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第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の記録と前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に記録された情報の再生と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。
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１０〜１４と同様の効果を得られる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
本発明の対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態においては、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）、波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を出射する第１光源１１、第２光源１２を備えており、これら各光束を利用して、保護基板厚ｔ１（０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＤＶＤ）、保護基板厚ｔ２（０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体３０（本実施の形態においてはＡＯＤ）に対して情報の記録及び／又は再生を行なうことが可能な、互換性を有する構成となっている。
なお、本実施の形態においては、保護基板厚ｔ１とｔ２が等しいので、図１には、ＤＶＤの保護基板２１とＡＯＤの保護基板３１を同じ図で示している。
【００３４】
まず、光ピックアップ装置の構成について説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置は、第１光源１１、第２光源１２、コリメートレンズ１３、第１〜第３ビームスプリッタ１４ａ〜１４ｃ、単玉の対物レンズ４０（対物光学素子）、対物レンズ４０を所定の方向に移動させる２次元アクチュエータ（図示せず）、凹レンズ１５、各光ディスクからの反射光を検出する第１光検出器１６、第２光検出器１７等から概略構成される。
【００３５】
本実施の形態においては、コリメートレンズ１３、第１〜第３ビームスプリッタ１４ａ〜１４ｃ及び対物レンズ４０から集光光学系が構成される。
また、対物レンズ４０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１は−１／２０≦ｍ１≦−１／２００の範囲内であり、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２は｜ｍ２｜＜０．０１０の範囲内、つまりほぼ０となっている。従って、波長λ１の光束は光軸Ｌに対して僅かに傾斜した発散光として対物レンズ４０に入射し、波長λ２の光束は平行光として対物レンズ４０に入射するようになっている。
なお、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１の範囲内であり、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が−１／２０≦ｍ２≦−１／２００の範囲内であってもよい。
【００３６】
光ピックアップ装置１０の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、第１光源１１から出射される波長λ１の発散光束は、第１ビームスプリッタ１４ａを通過して第２ビームスプリッタ１４ｂで反射され、対物レンズ４０に入射する。
そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２で屈折作用を受けて、ＤＶＤの情報記録面２２上に集光し、光軸Ｌ上に集光スポットＰを形成する。そして、波長λ１の光束は情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０を通過して、第２ビームスプリッタ１４ｂで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ１の光束は第１ビームスプリッタ１４ａで反射して分岐され、凹レンズ１５を経て第１光検出器１６に入射する。
そして、第１光検出器１６は入射光のスポットを検出して信号を出力し、その出力された信号を用いてＤＶＤに記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。
【００３７】
また、第１光検出器１６上でのスポットの形状変化や位置変化による光量変化等を検出して合焦検出やトラック検出が行われる。この検出結果に基づいて２次元アクチュエータは波長λ１の光束が情報記録面２２上に正確にスポットを形成するように、対物レンズ４０をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。
【００３８】
次に、第２光源１２から出射された波長λ２の光束は、第３ビームスプリッタ１４ｃを通過してコリメートレンズ１３において平行光化され、第２ビームスプリッタ１４ｂを通過して対物レンズ４０に至る。そして、詳しい説明は後述するが、対物レンズ４０の入射面４１には位相差付与構造５０としての回折構造が形成されており、波長λ２の光束は対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２で屈折作用を受けると共に入射面４１において回折作用を受けて出射される。
【００３９】
そして、ＡＯＤの情報記録面３２上に集光して光軸Ｌ上にスポットＰを形成する。そして、スポットＰに集光した波長λ２の光束は情報記録面３２で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０、第２ビームスプリッタ１４ｂ及びコリメートレンズ１３を通過して、第３ビームスプリッタ１４ｃで反射して分岐される。以下は、上記波長λ１の光束と同様である。
【００４０】
図２に示すように、対物レンズ４０は入射面４１と出射面４２の両面が非球面の単レンズであり、レンズ材料の分散値νｄが５０以上となっている。分散値νｄを５０以上とすることにより対物レンズ４０の波長特性を向上することができる。
また、入射面４１の全域には、入射光束に対して所定の位相差を付与する位相差付与構造５０が形成されている。
本実施の形態においては、位相差付与構造５０は、光軸Ｌを中心としたほぼ同心円状に形成されて入射光束を回折させる作用を有する複数の回折輪帯５１により構成されている。
【００４１】
各回折輪帯５１は光軸Ｌに沿った平面（子午断面）でみた場合に鋸歯状に形成されており、各回折輪帯５１に入射する特定波長の光束に対して所定の位相差を付与することにより光束に回折作用を与えるようになっている。
各回折輪帯の始点５１ａと終点５１ｂ（図２に一箇所だけ示す）は図２に示す所定の非球面Ｓ（以下、「母非球面」という。）上に位置しており、各回折輪帯５１の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。
【００４２】
また、母非球面Ｓは光軸Ｌを回転中心とする光軸Ｌからの距離に関する関数で規定することができる。なお、回折輪帯５１の設計手法については周知であるため説明を省略する。また、このような位相差付与構造５０を出射面４２のみに設けても良く、あるいは、入射面４１と出射面４２の両面に設けても良い。
また、図２の対物レンズ４０は、１つの光学素子で構成されたいわゆる単玉の対物レンズ４０であるが、２つ以上の光学素子を組み合わせて対物レンズ４０を構成する場合であっても、位相差付与構造５０を設ける光学面（入射面４１及び出射面４２）は適宜選択可能である。
【００４３】
以上のように、本実施の形態の対物レンズ４０及び光ピックアップ装置１０によれば、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１を−１／２０≦ｍ１≦−１／２００の範囲内とし、光軸Ｌに対して僅かに傾斜した発散光を対物レンズ４０に入射させる構成とすることにより、保護基板厚ｔ２が０．６ｍｍの第２光情報記録媒体３０を使用する際に無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４４】
また、対物レンズ４０に形成された位相差付与構造５０により、波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポットＰ間の光軸Ｌ方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値（以下、「ベストフォーカス位置変動量」という。）を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することができる。
なお、本実施の形態においては対物レンズ４０に位相差付与構造５０を設けるものとしたが、対物レンズ４０に位相差付与構造５０を設けない場合でも、上記ベストフォーカス位置変動量を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑えることが可能であり、ＤＶＤとＡＯＤの２種類の光情報記録媒体での互換性を十分確保できる。また、位相差付与構造５０を対物レンズ４０に設けない場合には、対物レンズ４０をガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４５】
また、位相差付与構造５０を集光光学系を構成する対物光学素子以外の光学素子（本実施の形態においては例えばコリメートレンズ１３）に設けることとしても、ベストフォーカス位置変動量を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有する光ピックアップ装置を得ることができる。また、この構成でさらに対物レンズ４０にも位相差付与構造５０を設けても良い。
また、この光学素子に位相差付与構造５０を設けずに、この光学素子を光軸Ｌ方向に所定量移動させることによっても、上記補正機能を得ることは可能である。
【００４６】
また、図示は省略するが、上述した光ピックアップ装置１０に、光情報記録媒体を回転自在に保持する回転駆動装置やこれら各種装置の駆動を制御する制御装置等を組み合わせることで、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互換性を有する光情報記録再生装置を得ることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態においては、位相差付与構造５０として回折輪帯５１を複数形成した構造について説明したが本発明に係る位相差付与構造５０はこれに限定されるものではなく、例えば、図３、図４に示すようなものであっても良い。
【００４８】
図３に示す対物レンズ４０は、位相差付与構造５０が、光軸Ｌを中心とした複数の輪帯面５２を、光軸Ｌにほぼ平行な段差５３を介して連続させて構成されている。
各輪帯面５２は光軸Ｌから離れるに従って光源側に突出するように形成されており、各輪帯面５２に入射する波長λの光束に対して所定の光路差を付与することにより、各光束に位相差が生じ、結果として各輪帯を通過した光束の位相が、情報記録面２２、３２上でほぼ揃うようになっている。なお、各段差の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。
【００４９】
図４に示す対物レンズ４０は、位相差付与構造５０が、光軸Ｌを中心とした複数の回折輪帯５４と、これら回折輪帯５４の光学面に形成される光軸Ｌ方向に沿った階段状の不連続面５５とから構成されている。
【００５０】
具体的には、対物レンズ４０には、光軸Ｌを中心とした、所定の非球面形状の光学面（母非球面Ｓ）に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯５４が形成されており、さらに、各回折輪帯５４の光学面上には、これら回折輪帯５４を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸Ｌに沿った階段状の不連続面５５が形成されている。
【００５１】
図５（ａ）、（ｂ）中に一点鎖線で示す線は、各回折輪帯５４の始点５４ａを結んでできる仮想の非球面形状からなる光学面（母非球面Ｓ）を表すものであり、二点鎖線で示す線は、光軸Ｌを中心として光軸Ｌから離れるにしたがってその厚みが増すように形成された、従来より周知の同心円状の鋸歯状の回折輪帯の外形を表すものである。
【００５２】
図５（ａ）、（ｂ）中に実線で示す線は、各回折輪帯５４の光学面上に形成されている、各回折輪帯５４を通過する光束に対して所定の光路差を付与する階段状の不連続面５５の外形を含む、実際のレンズ形状を表すものである。
各不連続面５５の深さｄ１（光軸Ｌ方向の長さ）は、波長λの光束に対する対物レンズ４０の屈折率をｎとした場合に、λ／（ｎ−１）で表される値とほぼ等しくなっており、一つの不連続面５５を通過する波長λの光束と、その隣の不連続面５５を通過する波長λの光束との間に、ほぼ１波長（λ）に相当する光路差が生じ、かつ波面のずれが生じない長さに設定されている。
また、各不連続面５５の形状は、図５中に二点鎖線で示した鋸歯状の回折輪帯５４の表面の形状を、各不連続面５５に対応する区間で分割して、光軸Ｌ方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
【００５３】
［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態においては、第１光情報記録媒体２０（ＤＶＤ）の保護基板厚ｔ１が０．６ｍｍであり、第２光情報記録媒体３０（ＡＯＤ）の保護基板厚ｔ２が０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍの範囲内となっている。また、対物レンズ４０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１で波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２も｜ｍ２｜＜０．０１を満たす、つまりｍ１とｍ２がほぼ０となっている。これにより、波長λ１とλ２の光束は共に平行光として対物レンズ４０に入射する。
【００５４】
なお、波長λ１の光束を平行光化させるコリメートレンズ６０を備える点が、上記第１の実施の形態の光ピックアップ装置１０との主な相違点であり、対物レンズ４０の形状や、対物レンズ４０に位相差付与構造５０を設ける点などは一致するため、光ピックアップ装置７０の動作の説明は省略する。
本実施の形態の対物レンズ４０及び光ピックアップ装置７０によれば、ＤＶＤを使用する際に対物レンズ４０に対してほぼ平行光が入射するいわゆる無限系の構成とし、波長λ１の光束の色収差を補正する設計とした場合でも、保護基板厚ｔ２を０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍの範囲内とすることにより、ＡＯＤを使用する際にも無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
なお、保護基板厚ｔ２を０．７２ｍｍ≦ｔ２≦０．７６ｍｍの範囲内とすることが好ましい。これにより、光情報記録媒体が光軸Ｌ方向に傾斜した場合のコマ収差の発生量を抑えることができる。
【００５５】
【実施例】
［実施例１］
次に、本発明に係る対物レンズの第１の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝５８．８のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のプラスチックレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【００５６】
【表１】
【表２】
【００５７】
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７５５ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．９０４ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６７、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
表１中の面番号２と３はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。また、ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【００５８】
第２面及び第３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。
【００５９】
【数１】
【００６０】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸Ｌ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。
【００６１】
表１に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．６μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００６２】
［実施例２］
次に、本発明に係る対物レンズの第２の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝７０．２のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表３、表４に対物レンズのレンズデータを示す。
【００６３】
【表３】
【表４】
【００６４】
表３に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７５ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．９２７ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６７、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００６５】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（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。
【００６６】
表３に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．４μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００６７】
［実施例３］
次に、本発明に係る対物レンズの第３の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝８１．６のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表５、表６に対物レンズのレンズデータを示す。
【００６８】
【表５】
【表６】
【００６９】
表５に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７３ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．０７ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６３６、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００７０】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（数１）に表５及び表６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。
【００７１】
表５に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．３μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００７２】
［実施例４］
次に、本発明に係る対物レンズの第４の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝６４．１のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表７、表８に対物レンズのレンズデータを示す。
【００７３】
【表７】
【表８】
【００７４】
表７に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．６ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．１４ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６２２、光学系倍率ｍ１＝−０．０２に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００７５】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（数１）に表５及び表６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。
【００７６】
表７に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．５μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００７７】
［比較例１］
次に、対物レンズの比較例について説明する。
表９に示すように、本比較例における対物レンズは、分散値νｄ＝３３．８のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
表９、表１０に対物レンズのレンズデータを示す。
【００７８】
【表９】
【表１０】
【００７９】
表９に示すように、本比較例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７８ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．１８ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６１３、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００８０】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（数１）に表９及び表１０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。
【００８１】
表９に示すように、本比較例においてはベストフォーカス位置変動量が１．２μｍ／ｎｍ（＞１．０μｍ／ｎｍ）となり、十分な補正機能を持たないことが分かる。
【００８２】
［実施例５］
次に、本発明に係る光ピックアップ装置の実施例について説明する。
本実施例の光ピックアップ装置は、その集光光学系中に、上記実施例２の対物レンズと、位相差付与構造としての回折構造（回折輪帯）を備えたカップリングレンズを有している。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表１１、表１２にカップリングレンズ及び対物レンズのデータを示す。
【００８３】
【表１１】
【表１２】
【００８４】
なお、表１１は、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍの光束が、モードホップによりλ２´＝４１０ｎｍに変動した場合におけるデータを示している。
表１１中の面番号２はカップリングレンズの入射面を示し、面番号４と５はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。
【００８５】
第２面、第４面及び第５面は、それぞれ上記（数１）に表１１及び表１２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。
【００８６】
また、第２面に形成される回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表１２に示す係数を代入した数式で規定される。
【００８７】
【数２】
ここで、Ｂ２ｉは光路差関数の係数である。また、回折輪帯に関するブレーズ化波長は４０５ｎｍである。
また、表１２に示すように波長λ２の光束の３次回折光を用いるものとした。
【００８８】
本実施例においてはベストフォーカス位置変動量は０．１μｍ／ｎｍ以下になった。これは、上記第２実施例に示した対物レンズと、回折構造が形成されたカップリングレンズとの協働により、ベストフォーカス位置変動量を抑える機能が高められたことによるものと考えられる。
なお、本実施例においてはカップリングレンズに波長変化時のデフォーカス変動抑制用の上記回折構造を設けたが、対物レンズに回折構造を設けても同様の効果が得られるし、また、カップリングレンズ、対物レンズ以外に別体の回折素子を設けても良い。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＡＯＤと他の光情報記録媒体との互換性を有し、球面収差を抑えることが可能な対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図２】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図３】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図４】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図５】対物レンズの構造を示す要部横断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図６】第２の実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図７】分散値が異なる３種類のレンズ材料に関する、波長と屈折率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 光ピックアップ装置
２０ 第１光情報記録媒体
２２ 情報記録面
３０ 第２光情報記録媒体
３２ 情報記録面
４０ 対物光学素子
５０ 位相差付与構造
７０ 光ピックアップ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長４００ｎｍ程度の青色レーザー光を用いることにより光情報記録媒体（光ディスク）の記録密度を高め、記憶容量を大きくしたいわゆる高密度光ディスクの研究・開発が進められている。
高密度光ディスクの規格としては、例えば、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、保護基板厚を約０．１ｍｍとするものや、ＮＡ及び保護基板厚を従来のＤＶＤ（デジタルビデオディスク）と同程度の約０．６５及び約０．６ｍｍに抑えたものが知られている。以下の説明においては、ＮＡを０．６５程度、保護基板厚を０．６ｍｍ程度とする高密度光ディスクを「ＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）」と表記する。
【０００３】
そして、このような高密度光ディスクと、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の従来より広く用いられている光ディスクとの互換性を有する光ピックアップ装置に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ここで、互換性を有する光ピックアップ装置においては、使用する光束の波長が異なることから（例えば、ＡＯＤでは約４００ｎｍ、ＤＶＤでは約６５０ｎｍ）、波長差に起因して生じる球面色収差を実用上支障が無い程度に補正する必要がある。
【０００４】
また、例えば光源からの出射光束のパワーを上昇させる際に、光束の波長が瞬間的に変動するいわゆるモードホップが生じると、光軸上に形成される集光スポットの位置が光ディスクの情報記録面から光軸方向にずれるという問題が生じるので、波長変動前後における集光スポットの光軸方向の変動量を小さくし、軸上色収差を抑える補正を行なう必要がある。
特に、ＡＯＤでは、ＮＡが０．６５程度と比較的大きく、光束の波長が４００ｎｍ程度と短いことに起因して、モードホップ時の波長の変動量が大きくなることから、集光スポットの位置ずれ量が大きくなるという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２９８４２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示された対物レンズは、対物レンズの一方の光学面に回折構造（回折レンズ構造）を設けるとともに、短波長側と長波長側とで異なる回折次数光を使用することにより色収差を抑えるものである。
ところが、回折構造を用いる場合には光量が低下するという問題がある。また、回折構造は、加工性に優れるプラスチック製レンズに設ける場合が多いが、プラスチックレンズは温度変化により屈折率が変化するという特性を有するため、温度変化に起因した球面収差が発生するという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、ＡＯＤと他の光情報記録媒体との互換性を有し、球面収差を抑えることが可能な対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１を満たし、且つ前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に形成する集光スポットの開口数ＮＡ１が０．６０≦ＮＡ１≦０．７０を満たす対物光学素子であって、前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たし、且つ前記保護基板厚ｔ２が０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍを満たすことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、第１光情報記録媒体を使用する際に対物光学素子（対物レンズ）に対してほぼ平行光が入射するいわゆる無限系の構成とし、波長λ１の光束の色収差を補正する設計とした場合でも、保護基板厚ｔ２を０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍの範囲内とすることにより、第２光情報記録媒体を使用する際にも無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズをガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズに回折構造を設けることなく２種類の光情報記録媒体で互換性を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子であって、単玉のレンズで構成され、レンズ材料の分散値νｄがνｄ≧５０を満たすことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、単玉の対物レンズの分散値νｄを５０以上とすることにより、波長特性を向上することができる。図７は、分散値が異なる３種類のレンズ材料（Ｍ１〜Ｍ３）に関する、波長と屈折率の関係を示すものである。一般に、レンズ材料（光学材料）の屈折率は波長に対してリニアではなく、また、短波長側で波長変化に対する屈折率変化の割合が大きくなるいわゆる波長依存性が大きく、更に、レンズ材料によって波長依存性が大きく異なる。この点を考慮して、対物レンズを分散値νｄが５０以上のレンズ材料（Ｍ１及びＭ２）により成形することにより、波長依存性を小さく抑えることが可能となり、例えば、光情報記録媒体に情報を記録する際にモードホップが生じた場合でも、屈折率変化を小さく抑え、集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の対物光学素子であって、前記保護基板厚ｔ２が０．７２ｍｍ≦ｔ２≦０．７６ｍｍを満たすことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、一般に保護基板厚が大きいと駆動中の光情報記録媒体が光軸方向に傾斜した場合のコマ収差の発生量が大きくなることから、保護基板厚ｔ２を上記範囲内とすることにより、上記コマ収差の発生量を抑えることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たす対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が−１／２０≦ｍ１≦−１／２００を満たすことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１を−１／２０≦ｍ１≦−１／２００の範囲内とし、光軸に対して僅かに傾斜した発散光を対物光学素子に入射させる構成とすることにより、保護基板厚ｔ２が０．６ｍｍの第２光情報記録媒体を使用する際に無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
ｍ１が上限値（−１／２００）を上回ると波長λ２の光束に関する残留収差が発生し、下限値（−１／２０）を下回ると波長λ１の光束に関する軸外特性が悪化する。
また、対物レンズをガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズに回折構造を設けることなく２種類の光情報記録媒体で互換性を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１を満たす対物光学素子であって、前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が−１／２０≦ｍ２≦−１／２００を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２を−１／２０≦ｍ２≦−１／２００の範囲内とし、光軸に対して僅かに傾斜した発散光を対物光学素子に入射させる構成とすることにより、保護基板厚ｔ１が０．６ｍｍの第１光情報記録媒体を使用する際に無限系の構成で、且つ波長λ１の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
ｍ２が上限値（−１／２００）を上回ると波長λ１の光束に関する残留収差が発生し、下限値（−１／２０）を下回ると波長λ２の光束に関する軸外特性が悪化する。
また、対物レンズをガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
また、対物レンズに回折構造を設けることなく２種類の光情報記録媒体で互換性を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の対物光学素子であって、単玉のレンズで構成され、レンズ材料の分散値νｄがνｄ≧５０を満たすことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、単玉の対物レンズの分散値νｄを５０以上とすることにより、波長特性を向上することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１又は６に記載の対物光学素子であって、前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することを特徴とする。
本明細書中において「集光スポット」とは、対物レンズによって集光される光の波面収差が最も小さくなるデフォーカス位置によって形成されるスポットを指す。従って、波長λ２の光束が対物レンズに入射した場合に集光スポットが形成されるデフォーカス位置ｆＢ２と、波長λ２´の光束が対物レンズに入射した場合に集光スポットが形成されるデフォーカス位置ｆＢ２´との差ΔｆＢ＝ｆＢ２´−ｆＢ２が、上記「集光スポット間の光軸方向の距離」となる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、対物光学素子が、波長変動前後の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離ΔｆＢμｍにより定義される値｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有するので、モードホップが生じた場合における集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
例えば光源のモードホップ時のような、波長がλからλ´に短時間で変化した場合、トラッキング追従が間に合わないことから、波長変動前におけるデフォーカス位置で光信号制御を行うことになる。従って、波長変動前後における対物レンズのデフォーカス位置変動が大きい場合、つまり、上記｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値が１．０μｍ／ｎｍ以上の場合、波面収差の劣化が大きくなり、光信号の制御に不都合が生じるおそれがある。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１、４又は５に記載の対物光学素子であって、少なくとも１つの光学面に、通過光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、モードホップにより波長がλ２からλ２´に変動した場合に、これら各光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離が大きくならないように、例えば波長λ２´の光束に対して位相差付与構造が所定の位相差を付与し、その集光位置を調節することが可能となる。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の対物光学素子であって、前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能が、前記位相差付与構造により達成されることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、位相差付与構造を設けることで、モードホップが生じた場合における集光スポットの光軸方向の変動量を特に小さくすることができ、波面収差の劣化を特に抑えることができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の対物光学素子を備えることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９と同様の効果を得られる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項４又は５に記載の対物光学素子を備える光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子と、前記光ピックアップ装置の集光光学系を構成する前記対物光学素子以外の光学素子のうち少なくとも一方が、前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束が前記集光光学系を通過することによって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢ´μｍと規定したときの｜ΔｆＢ´／（λ２−λ２´）｜の値を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項１１に記載の発明によれば、対物光学素子と対物光学素子以外の光学素子のうち少なくとも一方が、波長変動前後の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離ΔｆＢμｍにより定義される値｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有するので、モードホップが生じた場合における集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
光学素子としては、入射光束の発散角を変更して出射するコリメータレンズやビームエキスパンダ、あるいは、入射光束の光強度分布を変更して出射するビーム整形素子等が挙げられる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の光ピックアップ装置であって、前記補正機能が、前記光学素子を光軸方向に移動させることにより達成されることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載の光ピックアップ装置であって、前記補正機能が、前記光学素子の少なくとも１つの光学面に、通過光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を設けることにより達成されることを特徴とする。
【００３０】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の光ピックアップ装置であって、前記位相差付与構造が回折構造であり、前記波長λ１の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｎ（ｎは自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記波長λ２の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｍ（ｍ≠ｎ、ｍは自然数）次の回折光を前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることを特徴とする。
【００３１】
請求項１４に記載の発明によれば、回折効率が大きくなる波長λ１とλ２の回折光の組み合わせを選択することにより、情報の記録及び／又は再生に十分な光量を確保できる。なお、好ましい回折次数の組み合わせとしては、（ｎ、ｍ）＝（２、３）、（３、５）が挙げられる。
【００３２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１０〜１４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第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の記録と前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に記録された情報の再生と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。
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１０〜１４と同様の効果を得られる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
本発明の対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態においては、波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）、波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を出射する第１光源１１、第２光源１２を備えており、これら各光束を利用して、保護基板厚ｔ１（０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＤＶＤ）、保護基板厚ｔ２（０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体３０（本実施の形態においてはＡＯＤ）に対して情報の記録及び／又は再生を行なうことが可能な、互換性を有する構成となっている。
なお、本実施の形態においては、保護基板厚ｔ１とｔ２が等しいので、図１には、ＤＶＤの保護基板２１とＡＯＤの保護基板３１を同じ図で示している。
【００３４】
まず、光ピックアップ装置の構成について説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置は、第１光源１１、第２光源１２、コリメートレンズ１３、第１〜第３ビームスプリッタ１４ａ〜１４ｃ、単玉の対物レンズ４０（対物光学素子）、対物レンズ４０を所定の方向に移動させる２次元アクチュエータ（図示せず）、凹レンズ１５、各光ディスクからの反射光を検出する第１光検出器１６、第２光検出器１７等から概略構成される。
【００３５】
本実施の形態においては、コリメートレンズ１３、第１〜第３ビームスプリッタ１４ａ〜１４ｃ及び対物レンズ４０から集光光学系が構成される。
また、対物レンズ４０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１は−１／２０≦ｍ１≦−１／２００の範囲内であり、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２は｜ｍ２｜＜０．０１０の範囲内、つまりほぼ０となっている。従って、波長λ１の光束は光軸Ｌに対して僅かに傾斜した発散光として対物レンズ４０に入射し、波長λ２の光束は平行光として対物レンズ４０に入射するようになっている。
なお、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１の範囲内であり、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が−１／２０≦ｍ２≦−１／２００の範囲内であってもよい。
【００３６】
光ピックアップ装置１０の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、第１光源１１から出射される波長λ１の発散光束は、第１ビームスプリッタ１４ａを通過して第２ビームスプリッタ１４ｂで反射され、対物レンズ４０に入射する。
そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２で屈折作用を受けて、ＤＶＤの情報記録面２２上に集光し、光軸Ｌ上に集光スポットＰを形成する。そして、波長λ１の光束は情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０を通過して、第２ビームスプリッタ１４ｂで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ１の光束は第１ビームスプリッタ１４ａで反射して分岐され、凹レンズ１５を経て第１光検出器１６に入射する。
そして、第１光検出器１６は入射光のスポットを検出して信号を出力し、その出力された信号を用いてＤＶＤに記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。
【００３７】
また、第１光検出器１６上でのスポットの形状変化や位置変化による光量変化等を検出して合焦検出やトラック検出が行われる。この検出結果に基づいて２次元アクチュエータは波長λ１の光束が情報記録面２２上に正確にスポットを形成するように、対物レンズ４０をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。
【００３８】
次に、第２光源１２から出射された波長λ２の光束は、第３ビームスプリッタ１４ｃを通過してコリメートレンズ１３において平行光化され、第２ビームスプリッタ１４ｂを通過して対物レンズ４０に至る。そして、詳しい説明は後述するが、対物レンズ４０の入射面４１には位相差付与構造５０としての回折構造が形成されており、波長λ２の光束は対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２で屈折作用を受けると共に入射面４１において回折作用を受けて出射される。
【００３９】
そして、ＡＯＤの情報記録面３２上に集光して光軸Ｌ上にスポットＰを形成する。そして、スポットＰに集光した波長λ２の光束は情報記録面３２で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０、第２ビームスプリッタ１４ｂ及びコリメートレンズ１３を通過して、第３ビームスプリッタ１４ｃで反射して分岐される。以下は、上記波長λ１の光束と同様である。
【００４０】
図２に示すように、対物レンズ４０は入射面４１と出射面４２の両面が非球面の単レンズであり、レンズ材料の分散値νｄが５０以上となっている。分散値νｄを５０以上とすることにより対物レンズ４０の波長特性を向上することができる。
また、入射面４１の全域には、入射光束に対して所定の位相差を付与する位相差付与構造５０が形成されている。
本実施の形態においては、位相差付与構造５０は、光軸Ｌを中心としたほぼ同心円状に形成されて入射光束を回折させる作用を有する複数の回折輪帯５１により構成されている。
【００４１】
各回折輪帯５１は光軸Ｌに沿った平面（子午断面）でみた場合に鋸歯状に形成されており、各回折輪帯５１に入射する特定波長の光束に対して所定の位相差を付与することにより光束に回折作用を与えるようになっている。
各回折輪帯の始点５１ａと終点５１ｂ（図２に一箇所だけ示す）は図２に示す所定の非球面Ｓ（以下、「母非球面」という。）上に位置しており、各回折輪帯５１の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。
【００４２】
また、母非球面Ｓは光軸Ｌを回転中心とする光軸Ｌからの距離に関する関数で規定することができる。なお、回折輪帯５１の設計手法については周知であるため説明を省略する。また、このような位相差付与構造５０を出射面４２のみに設けても良く、あるいは、入射面４１と出射面４２の両面に設けても良い。
また、図２の対物レンズ４０は、１つの光学素子で構成されたいわゆる単玉の対物レンズ４０であるが、２つ以上の光学素子を組み合わせて対物レンズ４０を構成する場合であっても、位相差付与構造５０を設ける光学面（入射面４１及び出射面４２）は適宜選択可能である。
【００４３】
以上のように、本実施の形態の対物レンズ４０及び光ピックアップ装置１０によれば、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１を−１／２０≦ｍ１≦−１／２００の範囲内とし、光軸Ｌに対して僅かに傾斜した発散光を対物レンズ４０に入射させる構成とすることにより、保護基板厚ｔ２が０．６ｍｍの第２光情報記録媒体３０を使用する際に無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４４】
また、対物レンズ４０に形成された位相差付与構造５０により、波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポットＰ間の光軸Ｌ方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値（以下、「ベストフォーカス位置変動量」という。）を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することができる。
なお、本実施の形態においては対物レンズ４０に位相差付与構造５０を設けるものとしたが、対物レンズ４０に位相差付与構造５０を設けない場合でも、上記ベストフォーカス位置変動量を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑えることが可能であり、ＤＶＤとＡＯＤの２種類の光情報記録媒体での互換性を十分確保できる。また、位相差付与構造５０を対物レンズ４０に設けない場合には、対物レンズ４０をガラスで成形することができるので、温度変化による影響を受けにくい温度特性に優れた光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４５】
また、位相差付与構造５０を集光光学系を構成する対物光学素子以外の光学素子（本実施の形態においては例えばコリメートレンズ１３）に設けることとしても、ベストフォーカス位置変動量を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有する光ピックアップ装置を得ることができる。また、この構成でさらに対物レンズ４０にも位相差付与構造５０を設けても良い。
また、この光学素子に位相差付与構造５０を設けずに、この光学素子を光軸Ｌ方向に所定量移動させることによっても、上記補正機能を得ることは可能である。
【００４６】
また、図示は省略するが、上述した光ピックアップ装置１０に、光情報記録媒体を回転自在に保持する回転駆動装置やこれら各種装置の駆動を制御する制御装置等を組み合わせることで、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互換性を有する光情報記録再生装置を得ることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態においては、位相差付与構造５０として回折輪帯５１を複数形成した構造について説明したが本発明に係る位相差付与構造５０はこれに限定されるものではなく、例えば、図３、図４に示すようなものであっても良い。
【００４８】
図３に示す対物レンズ４０は、位相差付与構造５０が、光軸Ｌを中心とした複数の輪帯面５２を、光軸Ｌにほぼ平行な段差５３を介して連続させて構成されている。
各輪帯面５２は光軸Ｌから離れるに従って光源側に突出するように形成されており、各輪帯面５２に入射する波長λの光束に対して所定の光路差を付与することにより、各光束に位相差が生じ、結果として各輪帯を通過した光束の位相が、情報記録面２２、３２上でほぼ揃うようになっている。なお、各段差の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。
【００４９】
図４に示す対物レンズ４０は、位相差付与構造５０が、光軸Ｌを中心とした複数の回折輪帯５４と、これら回折輪帯５４の光学面に形成される光軸Ｌ方向に沿った階段状の不連続面５５とから構成されている。
【００５０】
具体的には、対物レンズ４０には、光軸Ｌを中心とした、所定の非球面形状の光学面（母非球面Ｓ）に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯５４が形成されており、さらに、各回折輪帯５４の光学面上には、これら回折輪帯５４を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸Ｌに沿った階段状の不連続面５５が形成されている。
【００５１】
図５（ａ）、（ｂ）中に一点鎖線で示す線は、各回折輪帯５４の始点５４ａを結んでできる仮想の非球面形状からなる光学面（母非球面Ｓ）を表すものであり、二点鎖線で示す線は、光軸Ｌを中心として光軸Ｌから離れるにしたがってその厚みが増すように形成された、従来より周知の同心円状の鋸歯状の回折輪帯の外形を表すものである。
【００５２】
図５（ａ）、（ｂ）中に実線で示す線は、各回折輪帯５４の光学面上に形成されている、各回折輪帯５４を通過する光束に対して所定の光路差を付与する階段状の不連続面５５の外形を含む、実際のレンズ形状を表すものである。
各不連続面５５の深さｄ１（光軸Ｌ方向の長さ）は、波長λの光束に対する対物レンズ４０の屈折率をｎとした場合に、λ／（ｎ−１）で表される値とほぼ等しくなっており、一つの不連続面５５を通過する波長λの光束と、その隣の不連続面５５を通過する波長λの光束との間に、ほぼ１波長（λ）に相当する光路差が生じ、かつ波面のずれが生じない長さに設定されている。
また、各不連続面５５の形状は、図５中に二点鎖線で示した鋸歯状の回折輪帯５４の表面の形状を、各不連続面５５に対応する区間で分割して、光軸Ｌ方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
【００５３】
［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態においては、第１光情報記録媒体２０（ＤＶＤ）の保護基板厚ｔ１が０．６ｍｍであり、第２光情報記録媒体３０（ＡＯＤ）の保護基板厚ｔ２が０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍの範囲内となっている。また、対物レンズ４０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１で波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２も｜ｍ２｜＜０．０１を満たす、つまりｍ１とｍ２がほぼ０となっている。これにより、波長λ１とλ２の光束は共に平行光として対物レンズ４０に入射する。
【００５４】
なお、波長λ１の光束を平行光化させるコリメートレンズ６０を備える点が、上記第１の実施の形態の光ピックアップ装置１０との主な相違点であり、対物レンズ４０の形状や、対物レンズ４０に位相差付与構造５０を設ける点などは一致するため、光ピックアップ装置７０の動作の説明は省略する。
本実施の形態の対物レンズ４０及び光ピックアップ装置７０によれば、ＤＶＤを使用する際に対物レンズ４０に対してほぼ平行光が入射するいわゆる無限系の構成とし、波長λ１の光束の色収差を補正する設計とした場合でも、保護基板厚ｔ２を０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍの範囲内とすることにより、ＡＯＤを使用する際にも無限系の構成で、且つ波長λ２の光束に対して色収差が補正された光ピックアップ装置を得ることができる。
なお、保護基板厚ｔ２を０．７２ｍｍ≦ｔ２≦０．７６ｍｍの範囲内とすることが好ましい。これにより、光情報記録媒体が光軸Ｌ方向に傾斜した場合のコマ収差の発生量を抑えることができる。
【００５５】
【実施例】
［実施例１］
次に、本発明に係る対物レンズの第１の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝５８．８のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のプラスチックレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【００５６】
【表１】
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７５５ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．９０４ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６７、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
表１中の面番号２と３はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。また、ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【００５８】
第２面及び第３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。
【００５９】
【数１】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸Ｌ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。
【００６１】
表１に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．６μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００６２】
［実施例２］
次に、本発明に係る対物レンズの第２の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝７０．２のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表３、表４に対物レンズのレンズデータを示す。
【００６３】
【表３】
表３に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７５ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．９２７ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６７、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００６５】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（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。
【００６６】
表３に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．４μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００６７】
［実施例３］
次に、本発明に係る対物レンズの第３の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝８１．６のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表５、表６に対物レンズのレンズデータを示す。
【００６８】
【表５】
表５に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７３ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．０７ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６３６、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００７０】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（数１）に表５及び表６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。
【００７１】
表５に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．３μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００７２】
［実施例４］
次に、本発明に係る対物レンズの第４の実施例について説明する。
本実施例における対物レンズは、分散値νｄ＝６４．１のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表７、表８に対物レンズのレンズデータを示す。
【００７３】
【表７】
表７に示すように、本実施例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．６ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．１４ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６２２、光学系倍率ｍ１＝−０．０２に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００７５】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（数１）に表５及び表６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。
【００７６】
表７に示すように、ベストフォーカス位置変動量は０．５μｍ／ｎｍ（＜１．０μｍ／ｎｍ）となり、本実施例の対物レンズは十分な補正機能を有することが分かる。
【００７７】
［比較例１］
次に、対物レンズの比較例について説明する。
表９に示すように、本比較例における対物レンズは、分散値νｄ＝３３．８のレンズ材料により成形された、入射面及び出射面がそれぞれ非球面のガラスレンズである。
表９、表１０に対物レンズのレンズデータを示す。
【００７８】
【表９】
表９に示すように、本比較例の対物レンズは、ＤＶＤの保護基板厚ｔ１＝０．６ｍｍ、ＡＯＤの保護基板厚ｔ２＝０．７８ｍｍ、第１光源から出射される波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．１８ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６１３、光学系倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。
【００８０】
対物レンズの第２面及び第３面は、それぞれ上記（数１）に表９及び表１０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。
【００８１】
表９に示すように、本比較例においてはベストフォーカス位置変動量が１．２μｍ／ｎｍ（＞１．０μｍ／ｎｍ）となり、十分な補正機能を持たないことが分かる。
【００８２】
［実施例５］
次に、本発明に係る光ピックアップ装置の実施例について説明する。
本実施例の光ピックアップ装置は、その集光光学系中に、上記実施例２の対物レンズと、位相差付与構造としての回折構造（回折輪帯）を備えたカップリングレンズを有している。
なお、図示は省略するが、本実施例においては、ＤＶＤとＡＯＤ共に必要開口数内において収差は実用上支障が無い程度に良好に補正されている。
表１１、表１２にカップリングレンズ及び対物レンズのデータを示す。
【００８３】
【表１１】
なお、表１１は、第２光源から出射される波長λ２＝４０５ｎｍの光束が、モードホップによりλ２´＝４１０ｎｍに変動した場合におけるデータを示している。
表１１中の面番号２はカップリングレンズの入射面を示し、面番号４と５はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。
【００８５】
第２面、第４面及び第５面は、それぞれ上記（数１）に表１１及び表１２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。
【００８６】
また、第２面に形成される回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表１２に示す係数を代入した数式で規定される。
【００８７】
【数２】
また、表１２に示すように波長λ２の光束の３次回折光を用いるものとした。
【００８８】
本実施例においてはベストフォーカス位置変動量は０．１μｍ／ｎｍ以下になった。これは、上記第２実施例に示した対物レンズと、回折構造が形成されたカップリングレンズとの協働により、ベストフォーカス位置変動量を抑える機能が高められたことによるものと考えられる。
なお、本実施例においてはカップリングレンズに波長変化時のデフォーカス変動抑制用の上記回折構造を設けたが、対物レンズに回折構造を設けても同様の効果が得られるし、また、カップリングレンズ、対物レンズ以外に別体の回折素子を設けても良い。
【００８９】
【発明の効果】
本発明によれば、ＡＯＤと他の光情報記録媒体との互換性を有し、球面収差を抑えることが可能な対物光学素子、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図２】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図３】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図４】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図５】対物レンズの構造を示す要部横断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図６】第２の実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図７】分散値が異なる３種類のレンズ材料に関する、波長と屈折率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 光ピックアップ装置
２０ 第１光情報記録媒体
２２ 情報記録面
３０ 第２光情報記録媒体
３２ 情報記録面
４０ 対物光学素子
５０ 位相差付与構造
７０ 光ピックアップ装置
Claims (15)
- 波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１を満たし、且つ前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に形成する集光スポットの開口数ＮＡ１が０．６０≦ＮＡ１≦０．７０を満たす対物光学素子であって、
前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たし、且つ前記保護基板厚ｔ２が０．７０ｍｍ≦ｔ２≦０．７７ｍｍを満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１に記載の対物光学素子であって、
単玉のレンズで構成され、レンズ材料の分散値νｄがνｄ≧５０を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１又は２に記載の対物光学素子であって、
前記保護基板厚ｔ２が０．７２ｍｍ≦ｔ２≦０．７６ｍｍを満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が｜ｍ２｜＜０．０１を満たす対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が−１／２０≦ｍ１≦−１／２００を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 波長λ１（６４０ｎｍ≦λ１≦６７０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（ｔ１＝０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に波長λ２（４００ｎｍ≦λ２≦４１５ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＝０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１が｜ｍ１｜＜０．０１を満たす対物光学素子であって、
前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が−１／２０≦ｍ２≦−１／２００を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項４又は５に記載の対物光学素子であって、
単玉のレンズで構成され、レンズ材料の分散値νｄがνｄ≧５０を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１又は６に記載の対物光学素子であって、
前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値を１．０μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１、４又は５に記載の対物光学素子であって、
少なくとも１つの光学面に、通過光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を有することを特徴とする対物光学素子。 - 請求項８に記載の対物光学素子であって、
前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束によって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢμｍと規定したときの｜ΔｆＢ／（λ２−λ２´）｜の値を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能が、前記位相差付与構造により達成されることを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜９のいずれか一項に記載の対物光学素子を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
- 請求項４又は５に記載の対物光学素子を備える光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子と、前記光ピックアップ装置の集光光学系を構成する前記対物光学素子以外の光学素子のうち少なくとも一方が、前記波長がλ２からλ２´に変動した場合において、これら波長λ２とλ２´の光束が前記集光光学系を通過することによって形成される２つの集光スポット間の光軸方向の距離をΔｆＢ´μｍと規定したときの｜ΔｆＢ´／（λ２−λ２´）｜の値を０．１μｍ／ｎｍ以下に抑える補正機能を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項１１に記載の光ピックアップ装置であって、
前記補正機能が、前記光学素子を光軸方向に移動させることにより達成されることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項１１に記載の光ピックアップ装置であって、
前記補正機能が、前記光学素子の少なくとも１つの光学面に、通過光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を設けることにより達成されることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項１３に記載の光ピックアップ装置であって、
前記位相差付与構造が回折構造であり、前記波長λ１の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｎ（ｎは自然数）次の回折光を前記第１光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記波長λ２の光束が該位相差付与構造により位相差を付与されることにより生じるｍ（ｍ≠ｎ、ｍは自然数）次の回折光を前記第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項１０〜１４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第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に対する情報の記録と前記第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体に記録された情報の再生と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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