JP4375107B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクに情報を書き込むまたは光ディスクから情報を読み出す（以下、光ディスクに情報を書き込むまたは光ディスクから情報を読み出すことを、「光ディスクの記録・再生」という。）ための光ピックアップ装置に関し、特に、少なくても２つの異なる使用波長の光束を用いて光ディスクの記録・再生を行うための光ピックアップ装置に関する。

従来、ＣＤ、ＤＶＤ等で知られる光ディスクは、音楽情報、映像情報等の保存、または、コンピュータから出力されるデータの記録等に広く使われている。そして、近年の高度情報化の進展にともない、光ディスクの大容量化、高密度化の要求が益々強まっている。

光ディスクへの記録の高密度化を達成するためには、対物レンズを介して集光される光線のスポットの径（以下、スポット径という。）を小さくする必要がある。一般に、このスポット径は、使用する光束の波長（以下、使用波長という。）に比例し、光学系の開口数（ＮＡ）に反比例することが知られており、上記の高密度化のためには、使用波長を短くするか、光学系の開口数を大きくすればよい。

ＣＤからＤＶＤへの高密度化は、使用波長を、約７８０ｎｍから約６５０ｎｍに短くすると共に、光学系の開口数を、０．４５から０．６０または０．６５に増大することで実現されている。そして、今後の更なる高密度化のために、光源として４４０ｎｍより短い波長の光束を用いた光学装置が検討されている。

これらの光学装置には、従来の光ディスクの記録・再生ができることが求められる。上記の要請、すなわち、複数の使用波長の光束を用いて光ディスクの記録・再生を行うという要請に応えるべく、２つの使用波長のうちの一方の使用波長の光束に対して収差の最小化がなされた対物レンズ以外に、残りの使用波長の光束に対して回折により収差等を補正する別素子（以下、収差補正素子という。）を設けるという方法がとられていた（特許文献１参照）。
特開２００３−１７７２２６号公報

しかし、このような従来の光ディスクの記録・再生を行うための技術では、上記の対物レンズと収差補正素子との間で生じる偏心により新たに収差が発生するという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減することが可能な光ピックアップ装置を提供するものである。

以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、第１の使用波長λ _１ （３８０ｎｍ≦λ _１ ≦４４０ｎｍ）の光束を用いて第１の光ディスクに対して記録・再生が可能であり、第２の使用波長λ _２ （６３０ｎｍ≦λ _２ ≦６８０ｎｍ）の光束を用いて第２の光ディスクに対して記録・再生が可能な光ピックアップ装置であって、前記第１の使用波長λ _１ の光束を出射する第１の光源と、前記第２の使用波長λ _２ の光束を出射する第２の光源と、前記第１の使用波長λ _１ の光束の波面を一定に保ち、前記第２の使用波長λ _２ の光束の波面を変化させる特定波長波面調整素子と、前記特定波長波面調整素子を通過した光束を前記使用波長に応じて予め決められた前記光ディスクに集光させる対物レンズと、前記光ディスクから反射された光束を受光する受光素子と、を備え、前記対物レンズは、その光軸と交わる２つの面が、前記第１の使用波長λ_１の光束を用いて前記第１の光ディスクに対する記録・再生を開口数０．６以上で行う場合に、像高０．０５ｍｍの位置における３次の軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．６λ _１ 以上となるとともに前記光軸上の波面収差がＲＭＳ値で０．０３λ _１ 以下となる非球面の形状を有する構成をなす。

この構成により、特定波長波面調整素子が第１の使用波長の光束の波面を変化させずに第２の使用波長の光束の波面を変化させ、対物レンズの光軸と交わる２つの面の形状を、光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高０．０５ｍｍの位置における軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．６波長以上となるようにして偏心の影響を低減するようにしたため、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。
また、対物レンズは、その光軸と交わる２つの面が、第１の使用波長の光束を用いて第１の光ディスクの記録・再生を開口数０．６以上で行う場合に、光軸上の波面収差がＲＭＳ値で０．０３波長以下となる非球面の形状を有しているため、第１の使用波長の光束を用いて第１の光ディスクの記録・再生を行う際の軸上の収差の最適化を図ることができる、すなわち回折限界性能を有する光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記特定波長波面調整素子は、光軸を中心軸とする複数の円筒形状の段差部のうち最も内側にある前記段差部に囲まれた円形部と、隣り合う前記段差部に挟まれた輪帯部とを有し、前記段差部および前記輪帯部は前記光軸に垂直な平面を有し、前記第１の使用波長λ_１の光束に対して、前記第１の使用波長λ_１の整数倍に０．９〜１．１をかけた値の位相差を生じさせ、前記対物レンズで発生する前記第２の使用波長λ _２ の波面収差を低減する位相補正素子である構成を有している。

この構成により、請求項１の効果に加え、特定波長波面調整素子を、第１の使用波長λ_１の光束に対して、第１の使用波長λ_１の整数倍に０．９〜１．１をかけた値の位相差を生じさせる位相補正素子としたため、実質的な波面の変化を生じさせず、他の使用波長の光束の波面を変化させることができる光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１において、前記特定波長波面調整素子が、前記第２の使用波長λ_２の光束に対して、回折を生じさせる回折格子である構成を有している。

この構成により、請求項１の効果に加え、特定波長波面調整素子を、第２の使用波長λ_２の光束に対して回折を生じさせる回折格子としたため、第１の使用波長λ_１で実質的な波面の変化を生じさせず、第２の使用波長λ_２の光束の波面を変化させることができる光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記対物レンズの前記２つの面は、前記第１の使用波長λ_１の光束を用いて前記第１の光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高０．０５ｍｍの位置における３次の軸外コマ収差がＲＭＳ値で１．０λ _１ から１．６λ _１ の間にある構成を有する。

この構成により、請求項１ないし３のいずれか１項の効果に加え、偏心により発生する収差をさらに低減することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

本発明は、特定波長波面調整素子が第１の使用波長の光束の波面を変化させずに第２の使用波長の光束の波面を変化させ、対物レンズの光軸と交わる２つの面の形状を、光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高０．０５ｍｍの位置における軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．６波長以上となるようにして偏心の影響を低減するようにしたため、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減できるという効果を有する光ピックアップ装置を提供できる。このことにより、両者を一体化して用いる場合、両者の光軸合わせが容易となり、もって組み立てコストの低減が図れる。また、両者を別体で装置に組み込むことも可能であり、その場合、オートフォーカスまたはトラッキングサーボは、対物レンズに対してのみ作用させればよく、両者一体化された部材に作用させる場合に比し、収差補正素子の重量分だけ負荷が軽減されることになり、装置の高速化、低電力化が図れる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置のブロック構成を示す図である。図１において、光ピックアップ装置１００は、使用波長λ_１の光束を発する第１の光源１、使用波長λ_２の光束を発する第２の光源２、第１のビームスプリッタ３、第２のビームスプリッタ４、コリメータ５、反射板６、特定波長波面調整素子７、対物レンズ８、および、受光素子１１を備える。

光ピックアップ装置１００は、光ディスク９、１０に情報を書き込み、光ディスク９、１０から情報を読み出す「光ディスクの記録・再生」を、２つの使用波長λ_１、λ_２の光束を用いて複数種類の光ディスク（以下、光ディスクの種類は２種類とし、それぞれ、第１の光ディスクおよび第２の光ディスクとする。）に対して行う。なお、光ディスクの記録・再生に用いる光束の使用波長λ_１、λ_２は、光ディスク９、１０の種類に応じて予め決められているものとする。

第１の光源１は、例えば、半導体レーザで構成され、４０５ｎｍ近傍の波長λ_１（３８０ｎｍ≦λ_１≦４４０ｎｍ）で発散光束を直線偏光で出射するようになっている。同様に、第２の光源２は、例えば、半導体レーザで構成され、６５５ｎｍ近傍の波長λ_２（６３０ｎｍ≦λ_２≦６８０ｎｍ）で発散光束を直線偏光で出射するようになっている。ここで、第１の光源１からの光束の偏光方向と、第２の光源２からの光束の偏光方向とは、互いに直交するように第１の光源１と第２の光源２とが配置されている。また、第２の使用波長の値は、従来のＤＶＤ等への互換性を考慮したものである。

第１のビームスプリッタ３は、第１の光源１からの光束を透過させ、第２の光源２からの光束を反射させ、それぞれを同一の光軸上に導く役割を持つ。第２のビームスプリッタ４は、第１の光源１および第２の光源２からの光束を透過させると共に、第１の光ディスク９の情報記録面および第２の光ディスク１０の情報記録面からの反射光束を反射させ、受光素子１１に導く役割を有する。なお、ビームスプリッタ３、４の代わりにハーフミラーを用いるのでもよい。

コリメータ５は、第１の光源１および第２の光源２からの光束をほぼ平行光に変換する役割を持ち、ガラス、合成樹脂等からなり焦点距離が１０ｍｍから２０ｍｍ程度のレンズを用いることが好適である。また、反射板６として、反射鏡、プリズム等を用いることができる。

特定波長波面調整素子７は、２つの使用波長λ_１、λ_２のうちの特定の使用波長（以下、この使用波長を第１の使用波長λ_１とする。）の光束の波面を一定に保ち位相を波長の整数倍、変化させ、位相を実質的に変化させないようになっている。すなわち、第１の使用波長λ_１の光束に対しては、特定波長波面調整素子７があたかも存在しないかのように作用するようになっている。

一方、第２の使用波長λ_２の光束に対しては、位相の変化を可能とし、第２の使用波長λ_２の光束の波面を調整できるようになっている。このため、特定波長波面調整素子７は、第２の使用波長λ_２の光束の波面を変え、光ディスク１０に入射する光束の収差を補正でき、第１の使用波長λ_１の光束に対しては、特定波長波面調整素子７があたかも存在しないかのように作用するようになっている。特定波長波面調整素子７としては、位相補正素子、波長λ_１の光束を回折させず波長λ_２の光束を回折させる回折素子等を用いるのが好適である。

また、対物レンズ８は、特定波長波面調整素子７を通過した光束を使用波長λ_１、λ_２に応じて予め決められた光ディスクに集光させる（本実施の形態では、第１の使用波長λ_１の光束を第１の光ディスクに集光させ、第２の使用波長λ_２の光束を第２の光ディスクに集光させる。）ようになっている。具体的には、焦点距離が１ｍｍから５ｍｍ程度、開口数が０．６以上、第１の使用波長λ_１の光束に対して軸上の波面収差がＲＭＳ値で０．０３λ_１以下、軸外像高０．０５ｍｍのおける波面収差の３次のコマ収差成分がＲＭＳ値で０．６λ_１より大きい特性を有する、ガラス、合成樹脂等からなるレンズを用いるのが好適である。

第１の光源１によって発せられた光束は、第１のビームスプリッタ３、第２のビームスプリッタ４およびコリメータ５を順に透過し、反射板６で反射し、特定波長波面調整素子７および対物レンズ８を透過して第１の光ディスク９の情報記録面に集光する。同様に、第２の光源２によって発せられた光束は、第２の光ディスク１０の情報記録面に集光させられる。第１の光ディスク９または第２の光ディスク１０の情報記録面に集光させられた光束は、それぞれ、各情報記録面で反射され、対物レンズ８および特定波長波面調整素子７を順に透過し、反射板６で反射され、コリメータ５を透過し、第２のビームスプリッタ４で反射されて受光素子１１に入る。

受光素子１１からの出力信号を用いて、第１の光ディスク９の情報記録面、または、第２の光ディスク１０の情報記録面に記録された情報の読み取り信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が得られるようになっている。なお、光ピックアップ装置１００には、上記フォーカスエラー信号に基づいて、レンズを光軸方向に移動する機構（フォーカスサーボ）、及び上記トラッキングエラー信号に基づいて、レンズを光軸にほぼ垂直の方向に移動する機構（トラッキングサーボ）が含まれるが、図１に示す構成では省略されている。

本発明は、軸外の像高０．０５ｍｍにおける波面収差の３次のコマ収差成分がＲＭＳ値で０．６λ_１より大きい軸外特性を有するレンズを使用するものであり、これにより、後述するように、対物レンズ８と特定波長波面調整素子７との偏心が原因で発生する収差の大きさを低減できる。以下の実施例では、軸外コマ収差を有する対物レンズの具体的な形状と、この対物レンズに応じて使用する特定波長波面調整素子７の素子形状と、両者の偏心に応じて発生する収差量と、を示す。以下では、特定波長波面調整素子７が位相補正素子であるものとする。

また、比較対象として、軸外コマ収差のない対物レンズと、この対物レンズに応じて使用する位相補正素子を用いた構成例（以下、比較例という。）を取り上げ、対物レンズの形状と、位相補正素子の形状と、両者の偏心によって発生する収差量と、を示し、比較する。この実施例と比較例との比較によって、軸外コマ収差の大きさに依存して偏心が原因で発生する収差の大きさが異なることを示す。

以下、特定波長波面調整素子７および対物レンズ８についての具体的な実施例、および、その比較例について説明する。

本発明の実施例に係る対物レンズ８を具体的な数値をあげて説明する。対物レンズ８は、軸外像高０．０５ｍｍにおける波面収差の３次のコマ収差成分がＲＭＳ値で０．６λ_１となるように設計されている（図２参照）。表１は、使用波長λ_１、λ_２の、対物レンズ８の焦点距離ｆと、対物レンズ８のレンズ材料の屈折率ｎとを示す表である。

ここで、λは使用波長の中心波長（第１の使用波長４０５ｎｍ、第２の使用波長６６０ｎｍ）であり、焦点距離ｆは、第１の使用波長および第２の使用波長に対して、それぞれ、３．００ｍｍ、３．０９ｍｍであり、屈折率ｎは、第１の使用波長および第２の使用波長に対して、それぞれ、１．５２０８、１．５０５７である。また、対物レンズ８は両面非球面単レンズであり、レンズ中心厚は１．８４ｍｍである。

対物レンズ８の非球面形状は、以下の式（１）基づいて決定されるものとした。

ここで、記号ｉは非球面次数であり、２、４、６、８、１０のいずれかをとる。また、記号ｊは面番号であり、光源側の面を面番号１、光ディスク側の面を面番号２とした。さらに、記号ｈは光軸からの距離（以下、高さという。）であり、記号ｚ_ｊは第ｊ面非球面の頂点の接平面（一般に、光軸近傍で非球面に接し、光軸に垂直な面。）からその非球面上の高さｈの点までの光軸方向の距離であり、ｒ_ｊ、ｋ_ｊ、ａ_ｉ，ｊ、およびｊは第ｊ面の決定に係る各係数である。

表２に上記の式（１）で用いる各係数の値を示す。

表２において、「Ｅ−ｐ（ｐは整数）」は、「×１０^−ｐ」を意味する。

次に、この対物レンズの軸外特性について説明する。図２は、対物レンズ８の第１の使用波長（４０５ｎｍ）に対する軸外特性を示すグラフである。図２に示すグラフの横軸は、軸上からの距離を示す像高（ｍｍ単位）であり、縦軸は、波面収差を波長λ単位かつＲＭＳ値で表したものである。図２において、実線はすべての種類の収差を含む波面収差（以下、トータル波面収差と称する）を示し、破線は３次のコマ収差を示す。以下、特に断る場合を除き、他の図についても同様とする。対物レンズ８は、図２に示す横軸（像高）が０ｍｍの位置すなわち軸上では、トータル波面収差の値がほぼ０であり、像高０．０５ｍｍの軸外で３次のコマ収差がＲＭＳ値でほぼ０．６λ_１となるように設計されている。

図３は、第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）における対物レンズ８の軸外特性を示すグラフである。図３に示す軸上のトータル波面収差は、トータル波面収差がＲＭＳ値で０．１２４λ_２あり、光ディスクの記録・再生を行うことができるまでの小さい収差にはなっていない。図４は、対物レンズ８に第２の使用波長の光束を通過させたときに瞳の位置（以下、瞳位置という。）で発生する波面収差の分布形状を示す図である。横軸は、瞳の半径を１．０に正規化したときの動径方向の座標を示し、縦軸は、波面収差を波長で規格化したときの値を示す。

図５は、図４に示す波面収差を低減するための特定波長波面調整素子７の断面構造の一例を示す断面図であり、特定波長波面調整素子７の光軸５１を含む面を断面とする。図５に示す特定波長波面調整素子７は、位相補正素子であり、第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）の光束に対して生ずる波面収差を低減でき、第１の使用波長（４０５ｎｍ）の光束については、第１の使用波長（４０５ｎｍ）の整数倍の位相差を発生させるものである。具体的には、第１の使用波長λ_１の整数倍に０．９〜１．１をかけた値の位相差を生じさせるようにするのでもよい。

図５において、符号δ_ｉ（ｉ＝５１、５２、５３）は、それぞれ光軸５１を中心軸とする輪状の段差部であり、符号φ_ｉ（ｉ＝５１、５２、５３）は、上記の段差部δ_ｉ（ｉ＝５１、５２、５３）の直径である。すなわち、段差部δ_ｉ（ｉ＝５１、５２、５３）は、光軸を中心軸とする円筒形状をなす。また、符号Ｓ_ｋ（ｋ＝５２、５３）は隣り合う段差部δ_ｋと段差部δ_ｋ−１で挟まれた輪帯部である。なお、符号Ｓ_５１は段差部δ_５１に囲まれた円形部、符号Ｓ_５４は段差部δ_５３より外側の輪帯部であり、Ｓ_５１からＳ_５４までの符号で示される面は、すべて光軸に垂直な平面である。

Ｓ_５１からＳ_５４までの符号で示される面が、光軸方向にそれぞれ異なる位置になるように位相補正素子としての特定波長波面調整素子７を形成し、第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）の光束に対して位相補正し、第１の使用波長（４０５ｎｍ）の光束に対しては、位相が実質上変化しないようになっている。図５において、符号５２によって特定される面は、対物レンズ側の面であり、平面とした。

表３に、円形部δ_５１の光軸上の位置を基準位置（原点とする。）としたときの輪帯部Ｓ_ｋ（ｋ＝５２、５３、５４）の光軸方向の距離と、直径φｋ（ｋ＝５１、５２、５３）の数値を示す。

なお、表３において、輪帯部Ｓ_ｋ（ｋ＝５２、５３、５４）の光軸方向の距離の符号は、対物レンズ側の面５２を向く方向を正とした。なお、位相補正素子としての特定波長波面調整素子７に用いた材料の屈折率を表４に示す。

図６は、上記の式（１）および表３、４によって特定される特定波長波面調整素子（位相補正素子）７を用いたときに、第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）に対して瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図である。図６に示すグラフの横軸と縦軸は、図４に示すグラフの場合と同様である。

位相補正素子としての特定波長波面調整素子７を設けたことにより、トータルの波面収差がＲＭＳ値で０．０４８λ_２と、位相補正素子の無いときの０．１２４λ_２に比して充分小さくすることができ、位相補正素子により第２の使用波長（６６０ｎｍ）でも光ディスクの記録・再生が良好に行える程度まで収差を低減できる。

また、対物レンズ８と特定波長波面調整素子（位相補正素子）７との偏心の程度を表す偏心量に対する、上記の偏心により発生する波面収差の大きさを図７に示す。図７において、横軸は対物レンズ８と特定波長波面調整素子７との偏心量（単位はｍｍ）、縦軸は波面収差のＲＭＳ値（単位は波長）である。また、実線はトータルの波面収差であり、破線は３次のコマ収差である。

図７に基づいて、対物レンズ８と特定波長波面調整素子（位相補正素子）７の偏心が光軸に垂直方向に０．０５ｍｍであるとき、この偏心によって発生する３次のコマ収差成分はＲＭＳ値で０．０２４λ_２となっている。コマ収差成分がＲＭＳ値で０．０２４λであるという値が、従来の構成よりも充分小さくなっていることを、以下に比較例を示し説明する。

上記実施例と比較するために、軸外像高０．０５ｍｍにおける波面収差の３次コマ収差成分がＲＭＳ値で０．０λ_１である対物レンズを用いた場合を以下に示す。ここで、使用する光源１、２の中心波長、対物レンズの焦点距離ｆと、対物レンズのレンズ材料の屈折率ｎは、表１に示すものとし、実施例で用いたものと同じものとした。また、対物レンズは両面非球面単レンズであり、レンズ中心厚は１．８４ｍｍである。

レンズの非球面形状は、式（１）および以下の表５に示す各係数に基づいて特定されるものとする。

表５において、「Ｅ−ｐ（ｐは整数）」は、「×１０^−ｐ」を意味する。

図８は、比較例に係る対物レンズの第１の使用波長（４０５ｎｍ）に対する軸外特性を示すグラフである。対物レンズは、図８に示す横軸（像高）が０ｍｍの位置すなわち軸上では、トータル波面収差の値がほぼ０であり、像高０．０５ｍｍの軸外で３次のコマ収差がＲＭＳ値でほぼ０．０λ_１となるように設計されている。

図９は、比較例に係る対物レンズの第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）に対する軸外特性を示すグラフである。図９に示す軸上のトータル波面収差は、トータル波面収差のＲＭＳ値が０．２７２λ_２あり、光ディスクの記録・再生を行うことができるまでの小さい収差にはなっていない。図１０は、比較例に係る対物レンズに第２の使用波長の光束を通過させたときに瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図である。

第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）で光ディスクの記録・再生を可能とするために、第１の使用波長（４０５ｎｍ）の整数倍の位相差を発生させる位相補正素子を用いて、上記の図１０で示した波面収差を低減する。図１１は、比較例に係る位相補正素子の断面図であり、光軸１１１を含む面を断面とする。

図１１において、符号δ_ｉ（ｉ＝１１１、１１２、・・・、１１８）は、それぞれ光軸１１１を中心軸とする輪状の段差部であり、符号φ_ｉ（ｉ＝１１１、１１２、・・・、１１８）は、上記の段差部δ_ｉ（ｉ＝１１１、１１２、・・・、１１８）の直径である。すなわち、段差部δ_ｉ（ｉ＝１１１、１１２、・・・、１１８）は、光軸を中心軸とする円筒形状をなす。また、符号Ｓ_ｋ（ｋ＝１１２、１１３、・・・、１１８）は隣り合う段差部δ_ｋと段差部δ_ｋ−１で挟まれた輪帯部である。なお、符号Ｓ_１１１は段差部δ_１１１に囲まれた円形部、符号Ｓ_１１９は段差部δ_１１８より外側の輪帯部であり、Ｓ_１１１からＳ_１１９までの符号で示される面は、すべて光軸に垂直な平面である。

Ｓ_１１１からＳ_１１９までの符号で示される面が、光軸方向にそれぞれ異なる位置になるように位相補正素子を形成し、第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）に対して位相補正し、第１の使用波長（４０５ｎｍ）に対しては、位相が実質上変化しないようになっている。図１１において、符号１１２によって特定される面は、対物レンズ側の面であり、平面とした。

表６に、円形部Ｓ_１１１の光軸上の位置を基準（原点とする。）としたときの輪帯部Ｓ_ｋ（ｋ＝１１２、１１３、・・・、１１９）の光軸方向の距離と、直径φｋ（ｋ＝１１１、１１２、・・・、１１８）の数値を示す。

なお、表６において、輪帯部Ｓ_ｋ（ｋ＝１１２、１１３、・・・、１１９）の光軸方向の距離の符号は、対物レンズ側の面１１２を向く方向を正とした。また、位相補正素子に用いた材料の屈折率を表４に示すものとし、上記の実施例の場合と同様にした。

図１２は、上記の式（１）および表４、６によって特定される位相補正素子（比較例にかかる位相補正素子）を用いたときの、第２の使用波長λ_２（６６０ｎｍ）に対する瞳位置での波面収差の分布形状を示す図である。図１２に示すグラフの横軸と縦軸は、図４に示すグラフの場合と同様である。位相補正素子を設けたことにより、トータルの波面収差がＲＭＳ値で０．０５１λ_２と、位相補正素子の無いときの０．２７２λ_２に比して充分小さくすることができ、位相補正素子により第２の使用波長（６６０ｎｍ）でも光ディスクの記録・再生が良好に行える程度まで収差を低減できる。

また、対物レンズと位相補正素子との偏心量に対する、上記の偏心により発生する波面収差の大きさを図１３に示す。図１３において、横軸は対物レンズと位相補正素子との偏心量（単位はｍｍ）、縦軸は波面収差のＲＭＳ値（単位は波長）である。また、実線はトータルの波面収差であり、破線は３次のコマ収差である。

図１３に基づいて、比較例に係る対物レンズと位相補正素子の偏心が光軸に垂直方向に０．０５ｍｍであるとき、この偏心によって発生する３次のコマ収差成分はＲＭＳ値で０．０４９λ_２となっている。上記の実施例では、コマ収差成分がＲＭＳ値で０．０２４λ_２であり、比較例について得られる値の約半分になっている。これは、本発明の対物レンズ８が、軸外コマ収差を有するように設計したことによる。

図１４は、本発明に係る特定波長波面調整素子７および対物レンズ８を用いたときの、像高０．０５ｍｍにおける対物レンズの３次コマ収差のＲＭＳ値と、偏心０．０５ｍｍで発生する３次コマ収差のＲＭＳ値との関係を示す図である。図１４に示すグラフに基づいて、対物レンズ８の軸外特性として、像高０．０５ｍｍのおける３次コマ収差がＲＭＳ値で０．６λ以上あれば、偏心に対する感度が軸外コマ収差のないレンズの場合（比較例）と比較しての半分以下となることがしめされる。また、図１４に基づいて、像高０．０５ｍｍのおける３次コマ収差がＲＭＳ値で１．０λから１．６λである対物レンズを用いることが、偏心により発生する収差を低減するため、さらに好適である。

上記では、特定波長波面調整素子７として位相補正素子を例に取り上げて説明したが、第１の使用波長の光束の波面を実質的に変化させず、第２の使用波長の光束を回折させる回折格子を用いるのでもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置は、特定波長波面調整素子が第１の使用波長の光束の波面を変化させずに位相を変化させ、対物レンズの光軸と交わる２つの面の形状を、光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高０．０５ｍｍの位置における軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．６波長以上となるようにして偏心の影響を低減するようにしたため、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減できる。

また、特定波長波面調整素子を、第１の使用波長λ_１の光束に対して、第１の使用波長λ_１の整数倍に０．９〜１．１をかけた値の位相差を生じさせる位相補正素子としたため、実質的な波面の変化を生じさせず、他の使用波長の光束の波面を変化させることができる。

また、特定波長波面調整素子を、第１の使用波長λ_１の光束に対して回折を生じさせる回折格子としたため、実質的な波面の変化を生じさせず、他の使用波長の光束の波面を変化させることができる。

また、対物レンズの光軸と交わる２つの面が、第１の使用波長の光束を用いて第１の種類の光ディスクの記録・再生を開口数０．６以上で行う場合に、光軸上の波面収差がＲＭＳ値で０．０３波長以下となる非球面の形状を有しているため、第１の使用波長の光束を用いて光ディスクの記録・再生を行う際の光軸での収差の最適化を図ることができる。

本発明に係る光ピックアップ装置は、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減できるという効果が有用な光ピックアップ装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置の概念的なブロック構成を示す図 本発明の実施例に係る対物レンズの第１の使用波長に対する軸外特性を示すグラフ 本発明の実施例に係る対物レンズの第２の使用波長に対する軸外特性を示すグラフ 本発明の実施例に係る対物レンズに第２の使用波長の光束を通過させたときに瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図 本発明の実施例に係る光ピックアップ装置を構成する特定波長波面調整素子の断面構造を示す断面図 本発明の実施例に係る特定波長波面調整素子（位相補正素子）を用いたときに、第２の使用波長に対して瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図 本発明の実施例に係る対物レンズと特定波長波面調整素子（位相補正素子）との偏心量に対する、偏心により発生する波面収差の大きさを示す図 比較例に係る対物レンズの第１の使用波長に対する軸外特性を示すグラフ 比較例に係る対物レンズの第２の使用波長に対する軸外特性を示すグラフ 比較例に係る対物レンズに第２の使用波長の光束を通過させたときに瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図 比較例に係る位相補正素子の断面構造を示す断面図 比較例に係る位相補正素子を用いたときに、第２の使用波長に対して瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図 比較例に係る対物レンズと位相補正素子との偏心量に対する、偏心により発生する波面収差の大きさを示す図 本発明に係る特定波長波面調整素子および対物レンズを用いたときの、像高０．０５ｍｍにおける対物レンズの３次コマ収差のＲＭＳ値と、偏心０．０５ｍｍで発生する３次コマ収差のＲＭＳ値との関係を示す図

符号の説明

１、２ 光源
３、４ ビームスプリッタ
５ コリメータ
５１、１１１ 光軸
５２、１１２ 対物レンズ側の面
６ 反射板
７ 特定波長波面調整素子
８ 対物レンズ
９、１０ 光ディスク
１１ 受光素子
１００ 光ピックアップ装置
δ_ｉ（ｉ＝５１、５２、５３、１１１、１１２、・・・、１１８） 段差部
φ_ｉ（ｉ＝５１、５２、５３、１１１、１１２、・・・、１１８） 段差部の直径
Ｓ_ｉ（ｉ＝５１、１１１） 円形部
Ｓ_ｉ（ｉ＝５２、５３、５４、１１２、１１３、・・・、１１９） 輪帯部

Claims (4)

1. 第１の使用波長λ _１ （３８０ｎｍ≦λ _１ ≦４４０ｎｍ）の光束を用いて第１の光ディスクに対して記録・再生が可能であり、第２の使用波長λ _２ （６３０ｎｍ≦λ _２ ≦６８０ｎｍ）の光束を用いて第２の光ディスクに対して記録・再生が可能な光ピックアップ装置であって、
   前記第１の使用波長λ _１ の光束を出射する第１の光源と、
   前記第２の使用波長λ _２ の光束を出射する第２の光源と、
   前記第１の使用波長λ _１ の光束の波面を一定に保ち、前記第２の使用波長λ _２ の光束の波面を変化させる特定波長波面調整素子と、
   前記特定波長波面調整素子を通過した光束を前記使用波長に応じて予め決められた前記光ディスクに集光させる対物レンズと、
   前記光ディスクから反射された光束を受光する受光素子と、を備え、
   前記対物レンズは、その光軸と交わる２つの面が、前記第１の使用波長λ_１の光束を用いて前記第１の光ディスクに対する記録・再生を開口数０．６以上で行う場合に、像高０．０５ｍｍの位置における３次の軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．６λ _１ 以上となるとともに前記光軸上の波面収差がＲＭＳ値で０．０３λ _１ 以下となる非球面の形状を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記特定波長波面調整素子は、光軸を中心軸とする複数の円筒形状の段差部のうち最も内側にある前記段差部に囲まれた円形部と、隣り合う前記段差部に挟まれた輪帯部とを有し、前記段差部および前記輪帯部は前記光軸に垂直な平面を有し、前記第１の使用波長λ_１の光束に対して、前記第１の使用波長λ_１の整数倍に０．９〜１．１をかけた値の位相差を生じさせ、前記対物レンズで発生する前記第２の使用波長λ _２ の波面収差を低減する位相補正素子である請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記特定波長波面調整素子は、前記第２の使用波長λ_２の光束に対して、回折を生じさせる回折格子である請求項１に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記対物レンズの前記２つの面は、前記第１の使用波長λ_１の光束を用いて前記第１の光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高０．０５ｍｍの位置における３次の軸外コマ収差がＲＭＳ値で１．０λ _１ から１．６λ _１ の間にある請求項１から３までのいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。

Images