JP2009217882A - 光束分割素子、対物レンズ光学系、及び、光ピックアップ光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができ、かつ、レーザ雑音の発生を抑制することができる光束分割素子、対物レンズ光学系、光ピックアップ光学系を提供する。
【解決手段】波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光ディスク２００の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系１００及び対物レンズ光学系１０において、対物レンズ６とともに用いられる光束分割素子５であって、光束分割素子５の入射面は、光ディスク２００の種類毎に、複数の領域に分割され、複数の領域は、垂直な平面以外の形状であって、且つ、透過する光束を、対物レンズ６を介して、対応する光ディスク２００に集光可能な面形状を有するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数種類の異なる厚みを有する光記録媒体に対して情報を記録または再生可能な光束分割素子、対物レンズ光学系、及び、光ピックアップ光学系に関する。

従来より、ＣＤ（Compact Disc：ＣＤ−ＲなどのＣＤを含む）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの種類が異なる光ディスクをともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。ＣＤやＤＶＤなど（以下、これらをまとめて光ディスクという）は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を２枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。

かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビームを光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームは、ＣＤにおいては波長が７８０ｎｍ近傍でＮＡが０．４５〜０．５３で用いられ、ＤＶＤにおいては波長が６５０ｎｍ近傍でＮＡが０．６０〜０．６７で用いられている。また、ＣＤにおいて用いられる透明基板の厚さは１．２ｍｍであるのに対して、ＤＶＤにおいて用いられる透明基板の厚さは０．６ｍｍであり、光ディスクの種類（レーザビームの波長の違い）に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さは異なっている。種類が異なる光ディスクを再生する互換型光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。

このような互換型光ディスク装置としては、ピックアップに光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎にピックアップを設け、使用する光ディスクの種類に応じてピックアップを交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。

かかる対物レンズの一代表例として、特許文献１に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に３以上の輪帯状レンズ面に区分され、１つおきの輪帯状レンズ面と他の１つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同一波長のレーザビームに対し、１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板（０．６ｍｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板（１．２ｍｍ）の光ディスク（ＣＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させる。

また、他の代表例として、特許文献２に記載のものがある。この文献には、薄い透明基板のＤＶＤに対しては、短波長（６３５ｎｍまたは６５０ｎｍ）のレーザビームを使用し、厚い透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造が形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のＤＶＤに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のＣＤに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、ＤＶＤに対して短波長のレーザビームを用いるのは、ＣＤに比べてＤＶＤの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数ＮＡに反比例する。

また、他の代表例として、特許文献３に記載のものがある。この文献には、薄い０．６ｍｍ厚の透明基板に対しては、短波長６８０ｎｍのレーザビームを使用し、厚い１．２ｍｍ厚の透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置の対物レンズが開示されている。この対物レンズにおいてはレンズ面をリング状の複数の領域に分割し、それぞれの領域がいずれかの波長と基板厚の光ディスクに集光する。
特開平９−１４５９９５号公報 特開２０００−８１５６６号公報 特開平７−３０２４３７号公報

近年提案されている新しい光ディスク装置の一つとして、記録密度の向上のために波長４０５ｎｍ程度の青色レーザを用いるブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ；以下、ＢＤと称する。）とＨＤＤＶＤ（以下、ＨＤと称する。）互換の光ディスク装置が提案されている。ＢＤは波長４０５〜４０８ｎｍの光束に対するＮＡは０．８５で透明基板の厚みは２層光ディスクと１層光ディスクの両方を考慮すると０．０７５〜０．１ｍｍである。またＨＤでは波長４０５〜４０８ｎｍの光束に対するＮＡは０．６５で透明基板の厚みは０．６ｍｍである。したがって、同一波長のレーザビームによって記録再生される２種類の厚みの異なる光ディスクを互換する装置が今後必要とされている。

しかしながら、上記特許文献１では、ＤＶＤ、ＣＤについての記述はあるが、ＢＤやＨＤなどについての記述は無い。使用レーザの波長が短いと同一の光線収差(mm)に対する波面収差量は波長に反比例して増加し、またＮＡが大きいと、例えば３次球面収差がＮＡの４乗に比例して増加するため、収差補正は難易度が増す。

このように波長やＮＡがＤＶＤやＣＤとは異なるＢＤやＨＤについて、すなわち上記特許文献１で述べられていたＤＶＤやＣＤに比べて短波長でしかも大きいＮＡが必要とされるＢＤやＨＤについて同一の対物レンズまたは対物レンズ光学系または光ピックアップ光学系で集光して所望の光スポット形状を得るのは、特許文献１に記載された技術をもって実現するのは困難である。

また、上記特許文献２では、回折レンズ構造による回折光を利用しているため、異なる波長の光束でないと異なる厚みの透明基板に対応できず、同一またはほぼ同一波長で異なる厚みの透明基板の場合には特許文献２の技術は使えない。特許文献３においては、同一波長の光束によって記録再生される２種類の厚みの異なる光ディスクを互換するための技術は開示されていない。

本願の出願人は、このような従来例の問題を解消する対物レンズ光学系を、先願（特願２００６−１３４３１１）において提案した。この先願では、ＢＤ専用の光学系に、ＢＤ専用領域とＨＤ専用領域とにリング状に区分けした収差補正用素子を用いる。そして、ＨＤ専用領域の面形状が、ＨＤに対して良好に光束を集光する非球面に形成されている。これにより、ＢＤとＨＤとの互換を可能にしている。

しかしながら、この先願では、収差補正用素子のＢＤ専用領域の面形状が平面となっている。そのため、入射光が平行光束の場合、収差補正用素子のＢＤ専用領域の平面部での反射により、レーザ光源への戻り光量が増加する。そして、当該戻り光がレーザ共振器内で干渉し、レーザ出力に変動を引き起こす。そのため、レーザ雑音が増大してしまい、良好な記録再生を行えない可能性がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができ、かつ、レーザ雑音の発生を抑制することができる光束分割素子、対物レンズ光学系、光ピックアップ光学系を提供することを目的とする。

本発明にかかる光束分割素子は、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光学系において、対物レンズとともに用いられる光束分割素子であって、前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、前記各領域は、前記光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有するものである。

本発明においては、光束分割素子の各領域は、光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状、即ち、法線が光軸の非平行な平面、球面、非球面の何れかであるので、レーザ光源への戻り光量が低減する。これにより、レーザ光源への戻り光によるレーザ雑音の発生を防ぐことができる。
また、光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、複数の領域は、透過する光束を対応する光記録媒体に集光可能な面形状を有するので、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。

また、前記対物レンズの入射側に設けられることが好ましい。入射光束の光束径の方が大きいため、各領域を広くすることができ、光束分割素子の製造を容易にすることができる。
さらに、前記対物レンズは、ＮＡの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。これにより、光束分割素子に付与する面のパワーを小さくできる。そのため、光束分割素子と対物レンズとの間の偏心による収差の発生を抑制することができる。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。

本発明にかかる対物レンズ光学系は、光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズ光学系であって、前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、前記各領域は、前記対物レンズ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有するものである。
これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができるとともに、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。

また、前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられることが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、ＮＡの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。

本発明にかかる光ピックアップ光学系は、光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、前記各領域は、前記光ピックアップ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有するものである。
これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができるとともに、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができる。

また、前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられることが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、ＮＡの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されていることが好ましい。
さらに、前記波長λの光束は、青色レーザから出射されることが好ましい。

本発明により、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体に対して記録再生を行うことができ、かつ、レーザ雑音の発生を抑制することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００の一例を示したものである。光ピックアップ光学系１００は、レーザ光源１、ビームスプリッタ２、コリメータレンズ３、１／４波長板４、対物レンズ光学系１０、検出レンズ７、光検出器８等を備えている。対物レンズ光学系１０は、光束分割素子５、対物レンズ６等を備えている。
なお、本実施の形態では、光ディスク（光記録媒体）２００として、ＨＤ−ＤＶＤ（以下、ＨＤと称する。）、ブルーレイディスク（以下、ＢＤと称する）を例示して説明する。

レーザ光源１は、ＨＤ及びＢＤ用に用いられる青色レーザーダイオード等を備える青色レーザである。

レーザ光源１から出射されたレーザ光の光路上にビームスプリッタ２が設けられている。

ビームスプリッタ２より出射したレーザ光の光路上にコリメータレンズ３が設けられている。コリメータレンズ３は、レーザ光源１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。

コリメータレンズ３を透過したレーザ光の光路上に１／４波長板４が設けられている。さらに、１／４波長板４を透過したレーザ光の光路上に、光束分割素子５、及び、光束分割素子５の透過光が入射する対物レンズ６が設けられている。そして、円偏向の平行光束が光束分割素子５に入射するようになっている。

光束分割素子５は、対物レンズ６のレーザ光源１側に配置される平板状の素子である。また、光束分割素子５は、入射面、出射面の一方、或いは、両方が、複数の領域５１（後述）に分割されている。また、光束分割素子５は、ガラス素材から形成されてもよいし、プラスティック素材から形成されてもよい。しかし、成形がより容易なプラスティック素材から形成されるのが好ましい。

ＢＤとＨＤでは、使用されるレーザ光源１の波長は同じである。しかし、ＢＤとＨＤでは、透明基板の厚さが異なるため、ディスクの基板厚みが異なる。一方の光ディスク２００に対して最適化された対物レンズ６を他方の光ディスク２００の記録再生に用いる場合、基板厚みの違いによる球面収差が発生する。そのため、良好な光スポットを形成することができない。基板厚みの違いにより発生する球面収差量は、対物レンズ６の像側開口数（以下、ＮＡと称する。）の４乗に比例する。そして、ＢＤ及びＨＤのＮＡは、それぞれ、０．８５、０．６５であり、ＤＶＤ（ＮＡ＝０．６０）に比べて大きい。そのため、ＢＤ及びＨＤの基板厚みの違いにより発生する球面収差量は、ＤＶＤなどの他の光ディスク２００に比べて大きい。そこで、本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００では、基板厚みの差による球面収差の発生を抑制するため、光束分割素子５を設けている。

対物レンズ６は、入射された光を光ディスク２００の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。対物レンズ６は、さらに、光ディスク２００の情報記録面で反射されたレーザ光を検出レンズ７及び光検出器８に導く機能も有する。
対物レンズ６は、両面非球面レンズであり、ＢＤ又はＨＤのディスク厚、或いは、ＢＤとＨＤとの中間のディスク厚を有する光ディスク２００に良好に集光するように設計される。また、対物レンズ６は、ガラス素材、プラスティック素材の何れによっても形成されてよい。しかし、対物レンズ６は、温度による屈折率変化、形状変化がより小さいガラス素材により形成されることが好ましい。

フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、対物レンズ６と光束分割素子５とが一体となって図示されないアクチュエータにより動作される。

次に、レーザ光源１から出射されたレーザ光が光ディスク２００の情報記録面で反射され光検出器８に検出されるまでの挙動について説明する。レーザ光源１から出射されたレーザ光はビームスプリッタ２を透過してコリメータレンズ３に入射する。

コリメータレンズ３は、レーザ光源１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。

コリメータレンズ３を透過したレーザ光は１／４波長板４を透過して、光束分割素子５に入射される。ここで、本実施の形態においては、光束分割素子５は、ＢＤとＨＤの基板厚みの違いによって発生する球面収差を低減するようにレーザ光の位相を補正する。そして、補正後のレーザ光は対物レンズ６に入射される。対物レンズ６は、入射されたレーザ光を光ディスク２００の情報記録面に回折限界まで集光させる。

光ディスク２００の情報記録面で反射されたレーザ光は、対物レンズ６、１／４波長板４、コリメータレンズ３、ビームスプリッタ２、検出レンズ７を介して光検出器８に入射し、検出される。光検出器８は、当該レーザ光を検出し、光電変換することによって、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号、再生信号などを生成する。

次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００の対物レンズ光学系１０において用いられる光束分割素子５及び対物レンズ６について詳細に説明する。図２は、本実施の形態にかかる対物レンズ光学系１０を示す図である。図２（ａ）は、光束分割素子５の入射面側の正面図、図２（ｂ）は、対物レンズ光学系１０の断面図を示している。

図２（ｂ）に示すように、光束分割素子５と対物レンズ６とは、鏡筒９内に固定されて構成されている。また、光束分割素子５は、入射面、出射面の一方、或いは、両方が、対物レンズ光学系１０の光軸を中心とした同心円状の複数の領域５１に分割されている。
ここで、各領域５１は、面形状が異なっていたり、隣り合う領域５１間に段差が設けていたりすることにより、形状的に区別されている。各領域５１は、透過する光束をＢＤ及びＨＤの少なくとも一方の光ディスク２００の情報記録面上に収束する。換言すれば、各領域５１は、ＢＤ及びＨＤの少なくとも一方に対して収差を補正する形状を有している。
特に、本実施の形態においては、各領域５１の面形状は、対物レンズ光学系１０の光軸に対して垂直な平面以外の面形状、即ち、法線が光軸の非平行な平面、球面、非球面の何れかを有している。即ち、各領域５１の面形状は、光軸に対して垂直な平面を有さない。そして、各領域５１の面形状は、透過する光束を、ＢＤ及びＨＤの少なくとも一方に対して集光可能な面形状を有している。即ち、各領域５１の面形状は、ＢＤ及びＨＤの少なくとも一方に対して収差を補正する面形状を有している。

具体的には、光束分割素子５の各領域５１の面形状が非球面である場合、当該領域５１の面形状は、以下に示す数式（１）により規定される。

・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｚｊ（ｈ）は、光軸からの高さｈとなる非球面上の座標点と、当該非球面を光軸まで延長した場合における光軸上での接平面との距離（サグ量）、Ｃは、当該非球面の光軸上における曲率（１／（曲率半径））、Ｋは、コーニック係数、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２、Ａ_１４、Ａ_１６は、４次から１６次までの非球面係数である。
また、対物レンズ６は、両面非球面レンズである。対物レンズ６の非球面形状は、数式（１）により規定される。

次に、ＢＤとＨＤとの切り替えにおける開口の切り替えについて説明する。ＢＤのＮＡ（０．８５）とＨＤのＮＡ（０．６５）とはそれぞれ異なるため、対物レンズ光学系１０の有効径が異なる。本実施の形態では、光束分割素子５に設けた領域５１を透過した光束がそれぞれＢＤ、ＨＤに集光する。そして、外周側の一方の光ディスク２００に光束を集光させる領域５１を透過した光束は、他方の光ディスク２００に対して、基板厚さの違いによる大きな球面収差を有している。そのため、外周側の一方の光ディスク２００に集光する領域５１を透過した光束は、他方の光ディスク２００上では、フレア光となり、光スポットへの形成に対してほとんど寄与がない。従って、ＨＤの有効径を境に、内側の領域５１をＨＤ専用領域５２、外側の領域をＢＤ専用領域５３とすると、ＢＤ専用領域５３を透過した光束は、ＨＤ上における光スポットの形成に寄与しない。そのため、ＨＤ用の絞りが不要となる。そして、本実施の形態では、ＢＤ用の絞り（図示省略）のみを設けた。これにより、光ピックアップ光学系１００における部品点数を削減することができ、小型化、低コスト化を図ることができる。

以上に説明した本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００、対物レンズ光学系１０、及び、光束分割素子５によれば、光束分割素子５の複数の領域５１の面形状は、光ピックアップ光学系１００及び対物レンズ光学系１０の光軸に対して垂直な平面以外の面形状、即ち、法線が光軸の非平行な平面、球面、非球面の何れかであるので、レーザ光源１への戻り光量が低減する。これにより、レーザ雑音の発生を防ぐことができる。
具体的には、光束分割素子が光軸に垂直な平面を有すると、図３に示すように、光束分割素子のおける反射光がレーザ光源へと戻ってしまう。一方、光束分割素子５が光軸に垂直である平面を有しない場合、図４に示すように、光束分割素子５における反射光は入射光と平行ではなくなる。そのため、光束分割素子５における反射光がレーザ光源１に戻ることを防ぐことができ、戻り光量を低減することができる。
また、光束分割素子５の入射面と出射面の少なくとも一方は、光ディスク２００の種類毎に、複数の領域５１に分割され、複数の領域５１の面形状は、透過する光束を対応する光ディスク２００に集光可能な面形状を有するので、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光ディスク２００に対して記録再生を行うことができる。

[実施例１]
次に、本発明の実施例１について説明する。図５の表に、実施例１にかかる対物レンズ光学系１０の設計結果を示す。また、図６の表に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００のレンズデータを示す。また、図７の表に、実施例１にかかる対物レンズ６の面形状データを示す。また、図８の表に、実施例１にかかる光束分割素子５の入射面の面形状データを示す。また、図９に、光束分割素子５における領域分割位置を示す。

図５に示すように、実施例１にかかる対物レンズ光学系１０の結像倍率は０．００であり、対物レンズ光学系１０に平行光の光束が入射する。また、入射光束径は、ＢＤ、ＨＤともに、３．０２０であり、ＢＤ用の絞りのみを用いている。
また、光源波長（設計波長）を４０５ｎｍ、ＢＤのＮＡを０．８５、ＨＤのＮＡを０．６５として設計した。

また、実施例１にかかる対物レンズ光学系１０の焦点距離を、ＢＤ、ＨＤともに、１．７７７ｍｍとした。換言すれば、ＢＤに対する対物レンズ光学系１０の焦点距離と、ＨＤに対する対物レンズ光学系１０の焦点距離とは、略同じである。そのため、光束分割素子５におけるＢＤ専用領域５３とＨＤ専用領域５２とのパワー差が小さくなる。これにより、ＢＤ専用領域５３とＨＤ専用領域５２との間とのサグ量の差が生じにくくなる。よって、ＢＤ専用領域５３とＨＤ専用領域５２との間に生じる段差量が小さくなる。そのため、光束分割素子５の金型加工、成形がより容易となる。

なお、ＢＤ専用領域５３とＨＤ専用領域５２とが異なるパワーを有する場合には、ＢＤとＨＤとで、対物レンズ光学系１０の焦点距離が異なっていてもよい。この場合、一方の光ディスク２００に集光する領域５１を透過した光束は、他方の光ディスク２００に対して、基板厚さの違いによる大きな球面収差にデフォーカスの効果が付加された収差を有している。そのため、一方の光ディスク２００に集光する領域５１を透過した光束は、他方の光ディスク２００上では、より広いフレア光となり、光スポットへの形成に対する影響をさらに低減することができる。従って、ＢＤ専用領域５３とＨＤ専用領域５２との間のパワー差を大きくするとともに、ＢＤとＨＤとの焦点距離差を大きくすることにより、一方の光ディスク２００に集光する領域５１を透過した光束による他方の光ディスク２００上の光スポット形成への影響をより低減することができる。

また、ＢＤの基板厚さを０．１０ｍｍ、ＨＤの基板厚さを０．６ｍｍとして設計を行った。なお、情報記録層を２層有するディスクの場合は、２層の中間程度に対応する基板厚さを設定して設計すればよい。例えば、情報記録層を２層有するＢＤの場合は、基板厚さを０．１０ｍｍと０．０７５ｍｍとの中間程度の０．０８７５ｍｍとして設計すればよい。

また、図６の表において、面番号１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０は、それぞれ、物体面、絞り面、光束分割素子５の入射面（光束分割素子面１）、光束分割素子５の出射面（光束分割素子面２）、光束分割素子５と対物レンズ６との間（Ａｉｒ）、対物レンズ６の入射面（対物レンズＲ１面）、対物レンズ６の出射面（対物レンズＲ２面）、対物レンズ６と光ディスク２００との間（Ａｉｒ）、光ディスク２００の基板面、情報記録面である。そして、図６では、各面における面形状、曲率半径、面間距離、屈折率を示している。
実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００では、対物レンズ６はＢＤ専用の対物レンズである。また、図６に示すように、対物レンズ６の屈折率としては、ガラスの屈折率を使用した。光束分割素子５の屈折率としてはプラスティックの屈折率を使用した。即ち、対物レンズ６はガラス素材より形成され、光束分割素子５はプラスティック素材より形成されている。なお、対物レンズ６をプラスティック素材により形成しても良い。しかし、プラスティックの場合、温度変化による屈折率変化量が大きいため、温度変化時に発生する球面収差が大きくなってしまう。球面収差量はＮＡの４乗、焦点距離、プラスティック素材の温度変化による屈折率変化量に比例する。そのため、ＮＡを低くする、焦点距離を短くすることにより、球面収差を小さくすることができ、対物レンズ６をプラスティック素材により形成することが可能となる。また、光ピックアップ光学系１００において、コリメータレンズ３の稼動調整による球面収差補正や液晶素子を用いた球面収差補正を行うことが可能である。

図６に示すように、光束分割素子５の入射面は複数の領域５１に分割されており、光束分割素子５の出射面は分割されていない球面となっている。なお、光束分割素子５の入射面を分割されていない単一形状として、光束分割素子５の出射面を複数の領域５１に分割された形状としてもよい。また、光束分割素子５の入射面及び出射面ともに複数の領域５１に分割された形状としてもよい。光束分割素子５の入射面及び出射面の両方を複数の領域５１に分割した場合、ＢＤ及びＨＤともに収差補正に使用できる面が増えるため、収差補正の観点からは好ましい。

また、光束分割素子５のＢＤ専用領域（Ｂｌｕ−ｒａｙ領域）５３の面形状は球面であり、ＨＤ専用領域（ＨＤＤＶＤ領域）５２の面形状は非球面となっている。対物レンズ６がＢＤ専用の対物レンズであるため、当該対物レンズ６を透過する光束はＨＤに良好に収束できず、ＢＤとＨＤとの基板厚みの違いによる球面収差が発生する。そのため、ＨＤ専用領域５２は、当該球面収差を低減する非球面形状となっている。一方、ＢＤ専用領域５３は、ＨＤ専用領域５２と同様な収差補正機能は必要ない。そのため、ＢＤ専用領域５３は、球面形状となっている。なお、ＢＤ専用領域５３を他の収差を補正するための非球面形状としてもよい。また、対物レンズ６としてＨＤ専用の対物レンズを使用する場合は、ＨＤ専用領域５２を球面形状としてもよい。

また、実施例１では、対物レンズ６としてＢＤ専用の対物レンズを使用しているので、ＢＤ専用領域５３を平面形状とすることも可能である。しかし、ＢＤ専用領域５３を光軸に垂直な平面形状とすると、レーザ光源１への戻り光量が多くなってしまう。そのため、ＢＤ専用領域５３は、光軸に対して垂直でない平面、球面、非球面の何れかの形状であることが好ましい。しかし、ＢＤとＨＤとの互換において補正すべき収差量が大きく、光ピックアップ光学系１００の組立調整精度の点から、ＢＤ専用領域５３は、球面形状又は非球面形状であることが好ましい。

実施例１にかかる対物レンズ６の入射面（面Ｒ１）及び反射面（面Ｒ２）は、数式（１）と、図６及び図７に示すデータに基づいて規定される。また、光束分割素子５のＨＤ専用領域５２の面形状は、数式（１）と、図８に示すデータに基づいて規定される。また、図９において、領域分割位置は、光軸からの距離により表されている。光束分割素子５の入射面は、図９に示すように、５つの領域５１に分割されている。
なお、光束分割素子５の各領域５１の面形状は２種類に限られるものではない。例えば、各領域５１毎に、非球面係数、曲率などを変えることにより、各領域５１毎に異なる面形状を設定しても良い。また、光束分割素子５の入射面に設けられる領域数は５つに限られるものではない。各領域５１の面形状及び領域数を変化させることにより、光スポットの強度分布などを制御することが可能となる。

図１０のグラフに、実施例１における光スポットの強度分布を示す。図１０（ａ）は、ＢＤ上における光スポットの強度分布を示す。図１０（ｂ）は、ＨＤ上における光スポットの強度分布を示す。図１０（ａ）より、ＢＤにおける光スポットの１／ｅ^２スポット径は０．３７３μｍであり、ＢＤにおけるサイドローブは１．９％であった。また、図１０（ｂ）より、ＨＤにおける光スポットの１／ｅ^２スポット径は０．５２５μｍであり、ＨＤにおけるサイドローブは１．３％であった。従って、ＢＤ、ＨＤともに使用上問題のない光スポットが得られた。よって、実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００によりＢＤとＨＤとの互換が可能である。

[比較例１]
次に、比較例１について説明する。比較例１にかかる光ピックアップ光学系では、光束分割素子の構成のみが実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００と異なる。そのため、同一の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
図１１の表に、比較例１にかかる対物レンズ光学系の設計結果を示す。また、図１２の表に、比較例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す。また、図１３の表に、対物レンズ６の面形状データを示す。また、図８の表に、比較例１にかかる光束分割素子の入射面の面形状データを示す。また、図９に、光束分割素子における領域分割位置を示す。

図１１に示すように、比較例１にかかる対物レンズ光学系の結像倍率は０．００であり、実施例１と同様に、比較例１にかかる対物レンズ光学系に平行光の光束が入射する。また、入射光束径は、ＢＤ、ＨＤともに、３．０００であり、ＢＤ用の絞りのみを用いている。
また、光源波長（設計波長）を４０５ｎｍ、ＢＤのＮＡを０．８５、ＨＤのＮＡを０．６５として設計した。

また、実施例１と同様に、比較例１においても、ＢＤに対する対物レンズ光学系の焦点距離と、ＨＤに対する対物レンズ光学系の焦点距離とは、略同じとなっている。

また、実施例１と同様に、比較例１においても、ＢＤの基板厚さを０．１０ｍｍ、ＨＤの基板厚さを０．６ｍｍとして設計を行った。

また、図１２の表は、実施例１の図６の表に対応するものである。
比較例１にかかる光ピックアップ光学系では、実施例１と同様に、対物レンズ６として、ガラス素材より形成されたＢＤ専用の対物レンズを用いた。

また、図１２に示すように、比較例１にかかる光束分割素子の入射面は複数の領域に分割されており、光束分割素子の出射面は分割されていない平面（曲率半径が無限大の球面）となっている。

また、比較例１にかかる光束分割素子のＢＤ専用領域（Ｂｌｕ−ｒａｙ領域）の面形状は平面（曲率半径が無限大の球面）であり、ＨＤ専用領域（ＨＤＤＶＤ領域）の面形状は非球面となっている。具体的には、比較例１にかかる光束分割素子のＨＤ専用領域は、ＢＤとＨＤとの基板厚みの違いによる球面収差を低減する非球面形状となっている。一方、ＢＤ専用領域は、ＨＤ専用領域と同様な収差補正機能は必要ない。そのため、比較例１にかかるＢＤ専用領域は、平面形状となっている。

対物レンズ６の入射面（面Ｒ１）及び反射面（面Ｒ２）は、数式（１）と、図１２及び図１３に示すデータに基づいて規定される。また、比較例１にかかる光束分割素子のＨＤ専門領域の面形状は、数式（１）と、図１４に示すデータに基づいて規定される。また、図１５において、領域分割位置は、光軸からの距離により表されている。そして、比較例１にかかる光束分割素子の入射面は、図１５に示すように、５つの領域に分割されている。

図１６のグラフに、比較例１における光スポットの強度分布を示す。図１６（ａ）は、ＢＤ上における光スポットの強度分布を示す。図１６（ｂ）は、ＨＤ上における光スポットの強度分布を示す。図１６（ａ）より、ＢＤにおける光スポットの１／ｅ^２スポット径は０．３７３μｍであり、ＢＤにおけるサイドローブは２．０％であった。また、図１６（ｂ）より、ＨＤにおける光スポットの１／ｅ^２スポット径は０．５１１μｍであり、ＨＤにおけるサイドローブは１．０％であった。従って、ＢＤ、ＨＤともに使用上問題のない光スポットが得られた。

次に、実施例１にかかる光束分割素子５と、比較例１にかかる光束分割素子とで、レーザ光源１への戻り光量を比較する。光束分割素子５の入射面と反射面のそれぞれで比較を行った。図１７に、戻り光量の比較を行った光学系の構成を示す。図１７に示すように、戻り光量の比較を行った光学系では、通常の光ピックアップ光学系の構成要素である素子、例えば、回折格子やビームスプリッタ等は省略した。具体的には、戻り光量の比較を行った光学系は、レーザ光源１、コリメータレンズ３を備え、実施例１にかかる対物レンズ光学系１０、又は、比較例１にかかる対物レンズ光学系を搭載する。
図１８の表に、戻り光量の比較を行った光学系のレンズデータを示す。図１８の表において、面番号１、２、３、４、５、６、７、８は、それぞれ、レーザ発光点、レーザ発光点とレーザガラス窓との間（Ａｉｒ）、レーザガラス窓、レーザガラス窓とコリメータレンズ３の入射面（コリメータレンズＲ１面）との間（Ａｉｒ）、コリメータレンズ３の入射面、コリメータレンズ３の出射面（コリメータレンズＲ２面）、コリメータレンズ３と光束分割素子との間（Ａｉｒ）、光束分割素子の入射面（光束分割素子Ｒ１面）である。そして、図１８では、各面における面形状、曲率半径、面間距離、屈折率を示している。

図１８に示すように、戻り光量の比較を行った光学系のコリメータレンズ３の入射面は平面（曲率半径無限大の球面）であり、コリメータレンズ３の出射面は非球面である。図１９の表に、コリメータレンズ３の面形状データを示す。戻り光量の比較を行った光学系のコリメータレンズ３の出射面の面形状は、数式（１）と、図１９のデータによって規定される。

本実施の形態では、戻り光量を、レーザチップの出射端面に入射する光量とする。また、レーザチップのサイズを０．２ｍｍとした。
曲率半径５０．００ｍｍにおいて、比較例１にかかる光束分割素子の入射面のＢＤ専用領域からの戻り光量を１００％とした場合、実施例１にかかる光束分割素子５の入射面のＢＤ専用領域５３からの戻り光量は３％となった。即ち、光束分割素子５のＢＤ専用領域５３の面形状を球面又は非球面とすることにより、戻り光量を低減することができる。

本実施の形態では、光束分割素子５と対物レンズ６とから構成される対物レンズ光学系１０を例示して説明したが、図２０に示すように、光束分割素子５の入射面に形成される複数の領域５１を、対物レンズ６の入射面の出射面一方或いは両方に設けて、光束分割素子５を省略してもよい。その場合にも、各領域５１の面形状を、光軸に平行ではない平面、球面、非球面の何れかの形状とすればよい。

本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系の一例を示す図である。 本発明にかかる光束分割素子の入射面側の正面図（図２（ａ））、対物レンズ光学系の断面図（図２（ｂ））である。 従来の光ピックアップ光学系における戻り光を説明する図である。 本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系における戻り光の低減を説明する図である。 実施例１にかかる対物レンズ光学系の設計結果を示す表である。 実施例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す表である。 実施例１にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。 実施例１にかかる光束分割素子の入射面の面形状データを示す表である。 実施例１にかかる光束分割素子における領域分割位置を示す表である。 実施例１におけるＢＤ上の光スポットの強度分布を示すグラフ（図１０（ａ））、実施例１におけるＨＤ上の光スポットの強度分布を示すグラフ（図１０（ｂ））である。 比較例１にかかる対物レンズ光学系の設計結果を示す表である。 比較例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す表である。 比較例１に用いた対物レンズの面形状データを示す表である。 比較例１にかかる光束分割素子の入射面の面形状データを示す表である。 比較例１にかかる光束分割素子における領域分割位置を示す表である。 比較例１におけるＢＤ上の光スポットの強度分布を示すグラフ（図１６（ａ））、比較例１におけるＨＤ上の光スポットの強度分布を示すグラフ（図１６（ｂ））である。 戻り光量の比較を行った光学系の構成を示す図である。 戻り光量の比較を行った光学系のレンズデータを示す表である。 戻り光量の比較を行った光学系に用いたコリメータレンズの面形状データを示す表である。 光束分割素子と同様に複数の領域を入射面に形成した対物レンズを模式的に示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源
５ 光束分割素子
５１ 領域
５２ ＨＤ専用領域（領域）
５３ ＢＤ専用領域（領域）
６ 対物レンズ
１０ 対物レンズ光学系
１００ ピックアップ光学系
２００ 光ディスク（光記録媒体）

Claims (12)

1. 波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光学系において、対物レンズとともに用いられる光束分割素子であって、
   前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、
   前記各領域は、前記光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有する光束分割素子。
2. 前記対物レンズの入射側に設けられる請求項１に記載の光束分割素子。
3. 前記対物レンズは、ＮＡの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されている請求項１又は２に記載の光束分割素子。
4. 前記波長λの光束は、青色レーザから出射される請求項１乃至３の何れか一項に記載の光束分割素子。
5. 光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズ光学系であって、
   前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、
   前記各領域は、前記対物レンズ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有する対物レンズ光学系。
6. 前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられる請求項５に記載の対物レンズ光学系。
7. 前記対物レンズは、ＮＡの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されている請求項５又は６に記載の対物レンズ光学系。
8. 前記波長λの光束は、青色レーザから出射される請求項５乃至７の何れか一項に記載の対物レンズ光学系。
9. 光束分割素子及び対物レンズを有し、波長λの光束を厚さの異なる透明基板を有する複数種類の光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、
   前記光束分割素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、前記光記録媒体の種類毎に、複数の領域に分割され、
   前記各領域は、前記光ピックアップ光学系の光軸に対して垂直な平面以外の面形状であって、且つ、透過する光束を、前記対物レンズを介して、対応する前記光記録媒体に集光可能な面形状を有する光ピックアップ光学系。
10. 前記光束分割素子は、前記対物レンズの入射側に設けられる請求項９に記載の光ピックアップ光学系。
11. 前記対物レンズは、ＮＡの最も大きい光記録媒体の情報記録面に対して収差が補正されている請求項９又は１９に記載の光ピックアップ光学系。
12. 前記波長λの光束は、青色レーザから出射される請求項９乃至１１の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。

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