JPH1069675A

JPH1069675A - 光ピックアップ装置、光ピックアップの対物レンズ及び光ディスク装置

Info

Publication number: JPH1069675A
Application number: JP8339545A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Yagi; 克哉八木
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】一つの光ピックアップ装置で異なる基板厚を
有する光ディスクを再生可能とし、相互に互換性を有す
る構造が簡単でコンパクトな光ピックアップ装置を提供
する。【解決手段】レーザ光源からの光束を光ディスクの透
明基板を介して記録面上に集光させ、記録面からの反射
光を光検出器で受け、再生する光ピックアップ装置にお
いて、基板の厚みｔ１、記録密度ｉ１の第１の光ディス
クの情報を読み出せる光スポットを波長λで得るのに必
要な光学系の光ディスク側の開口数をＮＡ１、基板の厚
みｔ２、記録密度ｉ２の第２の光ディスクの情報を読み
出せる光スポットを波長λで得るのに必要な光学系の光
ディスク側の開口数をＮＡ２としたとき、光学系の光デ
ィスク側の開口数ＮＡ０がＮＡ１又はそれ以上、厚みｔ
１の基板による光スポットの最良波面収差が０．０５λ
ｒｍｓ以下で、厚みｔ２の基板による光スポットの最良
波面収差が、ＮＡ２の範囲内で０．０７λｒｍｓ以下と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光などの光
ビームを光情報記録媒体に照射することにより、光情報
を再生する光情報記録媒体の光ピックアップ装置、光ピ
ックアップの対物レンズ及び光ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係わる従来の技術を説明する。

【０００３】なお、以下の説明は光情報記録媒体として
光ディスクを例にとり説明する。

【０００４】近年、短波長赤色半導体レーザ（λ＝６３
５〜６９０ｎｍ）の実用化に伴い、従来のＣＤ（コンパ
クトディスク）と同程度の光ディスクサイズで、より大
容量化させたＤＶＤ（デジタルビデオディスク）の開発
が進んできている。このＤＶＤ方式光ディスクでは、大
容量化の為光ピックアップの対物レンズのＮＡを０．
６、ディスク基板厚みを従来のＣＤの半分の０．６ｍｍ
としている。又、トラックピッチ０．７４μｍ、最短ピ
ット長０．４μｍとＣＤのトラックピッチ１．６μｍ、
最短ピット長０．８６μｍの半分以下に高密度化されて
いる。

【０００５】このようなＤＶＤを再生できる光ディスク
装置で、従来からあるＣＤも再生できるものが、ソフト
資産の活用の為のぞまれている。

【０００６】図１は、従来考えられている光ディスク装
置に使用される光ピックアップ装置の図である。

【０００７】図１において、レーザ光源１から出射した
光束はホログラムビームスプリッタ２を通過してコリメ
ータレンズ３に入射し、平行光束となり絞り５で所定の
光束に制限されて対物レンズ６へ入射する。この対物レ
ンズ６は平行光束が入射したときに或る所定の厚みの基
板７（ここではｔ＝０．６ｍｍ）を通して無収差の光ス
ポットを情報記録面８上へ結像させる。

【０００８】この情報記録面８で情報ピットにより変調
されて反射した光束は、対物レンズ６、コリメータレン
ズ３を介してホログラムビームスプリッタ２に戻り、こ
こでレーザ光源１からの光路から分離され、光検出器９
へ入射する。この光検出器９は多分割されたＰＩＮフォ
トダイオードであり、各素子より、入射した光束の強度
に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検
出回路系に送りここで情報信号、フォーカスエラー信
号、トラックエラー信号を生成する。このフォーカスエ
ラー信号、トラックエラー信号に基づき磁気回路とコイ
ル等で構成される２次元アクチュエータ（図示せず）で
対物レンズ６をフォーカシング方向、トラッキング方向
に制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わ
せる。

【０００９】このような光ピックアップ装置では対物レ
ンズ６で集光される光スポットを小さくする為大ＮＡ
（例えばＮＡ０．６）であるので、このような集光光束
中に置かれる基板７の厚みが所定の厚みからずれると大
きな球面収差を発生させる。

【００１０】図２は、基板厚みと最良波面収差との関係
を示す図である。

【００１１】図２でこれを説明するとＮＡ０．６、レー
ザ光源から出射されるレーザ光の波長６３５ｎｍ、基板
厚み０．６ｍｍ、基板屈折率１．５８の条件で最適化さ
れた対物レンズで、基板の厚みを変えた場合、０．０１
ｍｍずれるごとに０．０１λｒｍｓ程収差が増大する。
基板厚みが±０．０７ｍｍずれると０．０７λｒｍｓの
収差となり、読み取りが正常に行える目安となるマレシ
ャルの限界値に達してしまう。

【００１２】この為０．６ｍｍ厚の基板を有する光ディ
スクにかえて例えば１．２ｍｍ厚の基板を有する光ディ
スクを再生しようとする場合、アクチュエータ部で１．
２ｍｍ厚の基板を通して無収差の光スポットが得られる
ように設計された対物レンズ６１と絞り５１に切り替え
て再生するようにしている。

【００１３】或いは０．６ｍｍ厚の基板用と１．２ｍｍ
厚の基板用の２個の光ピックアップ装置を１台の光ディ
スク装置内につける方法も考えられている。

【００１４】また、光ピックアップ装置中にホログラム
を設け、これを透過する０次光と１次光の夫々を０．６
ｍｍ厚基板と１．２ｍｍ厚基板に対応する光スポットと
して情報記録面に集光させる方法も考えられている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、１台の
光ディスク装置で異なる基板厚を有する光ディスクを再
生可能とする装置とするために、例えば一つの光ピック
アップ装置に光ディスクの基板厚が０．６ｍｍ用と１．
２ｍｍ用それぞれに対応する対物レンズを２個取り付け
たり、光ディスク装置に光ディスクの基板厚が０．６ｍ
ｍ用と１．２ｍｍ用の２個の光ピックアップ装置を用い
る方法では光ピックアップ装置及び光ディスク装置をコ
ンパクトで低コストとすることは出来ない。

【００１６】光ピックアップ装置の集光光学系の光路中
にホログラムを設け、これを透過する０次光と１次光の
夫々を０．６ｍｍ厚基板と１．２ｍｍ厚基板に対応する
光スポットとして情報記録面に対物レンズで集光させる
方法では、常に光ディスクの情報記録面に向け２つの光
束が出射されるため、一方の光束による光スポットでの
情報読み出しを行うときは他方の光束は読み出しには寄
与しない不要光となり、ノイズ増大要因となる。又、レ
ーザー光強度を分割して用いる事になるため、光検出器
に戻る光量低下によるＳ／Ｎ比低下が発生したり、この
光量低下を抑える為レーザ発光量を増大させた場合には
レーザー寿命が低下してしまう。更に記録を行う方式と
するときは出射ロス分が増大することにより、より高い
出力のレーザーが必要となりコストが高くなる。

【００１７】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものである。すなわち、一つの光ピックアップ装
置で異なる基板厚を有する光ディスクを再生可能とし、
構造が簡単でコンパクトな光ピックアップ装置、光ピッ
クアップの対物レンズ及び光ディスク装置を提供するこ
とを目的としたものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成を採ることによって達成される。

【００１９】（１）レーザ光源から出射した光束を、
集光光学系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記
録面上に光スポットとして集光させ、この情報記録面か
らの反射光を光検出器で受け、情報を再生する光ピック
アップ装置において、透明基板の厚みｔ１、情報記録密
度ｉ１の第１の光情報記録媒体の情報を読み出せる光ス
ポットを波長λで得る為の集光光学系の光情報記録媒体
側の必要開口数をＮＡ１、透明基板の厚みｔ２、情報記
録密度ｉ２の第２の光情報記録媒体の情報を読み出せる
光スポットを波長λで得る為の集光光学系の光情報記録
媒体側の必要開口数をＮＡ２としたとき、前記集光光学
系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ０がＮＡ１もしくは
それ以上で、厚みｔ１の透明基板を介したときの光スポ
ットの最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以下であり、か
つ厚みｔ２の透明基板を介したときの光スポットの最良
波面収差が、ＮＡ２の範囲内で０．０７λｒｍｓ以下と
したことを特徴とする光ピックアップ装置。但しｔ１＜
ｔ２，ｉ１＞ｉ２，ＮＡ１＞ＮＡ２，λはレーザ光源の
波長。

【００２０】（２）レーザ光源から出射した光束を、
集光光学系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記
録面上に光スポットとして集光させ、この情報記録面か
らの反射光を光検出器で受け、情報を再生する光ピック
アップ装置において、透明基板の厚みｔ１、情報記録密
度ｉ１の第１の光情報記録媒体の情報を読み出せる光ス
ポットを波長λで得る為の集光光学系の光情報記録媒体
側の必要開口数をＮＡ１、透明基板の厚みｔ２、情報記
録密度ｉ２の第２の光情報記録媒体の情報を読み出せる
光スポットを波長λで得る為の集光光学系の光情報記録
媒体側の必要開口数をＮＡ２としたとき、前記集光光学
系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ０がＮＡ１もしくは
それ以上で、厚みｔ１の透明基板を介したときの光スポ
ットの最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以下であり、レ
ーザ光源から集光光学系を経て光検出器に向かうまでの
光路中に、ＮＡ２より大きくＮＡ１より小さいリング状
の光束遮蔽部を設けたことを特徴とする光ピックアップ
装置。但しｔ１＜ｔ２，ｉ１＞ｉ２，ＮＡ１＞ＮＡ２，
λはレーザ光源の波長。

【００２１】（３）レーザ光源から出射した光束を、
集光光学系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記
録面上に光スポットとして集光させ、この情報記録面か
らの反射光を光検出器で受け、情報を再生する光ピック
アップ装置において、透明基板の厚みｔ１、情報記録密
度ｉ１の第１の光情報記録媒体の情報を読み出せる光ス
ポットを波長λで得る為の集光光学系の光情報記録媒体
側の必要開口数をＮＡ１、透明基板の厚みｔ２、情報記
録密度ｉ２の第２の光情報記録媒体の情報を読み出せる
光スポットを波長λで得る為の集光光学系の光情報記録
媒体側の必要開口数をＮＡ２としたとき、前記集光光学
系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ０がＮＡ１もしくは
それ以上で、厚みｔ１の透明基板を介したときの光スポ
ットの最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以下であり、前
記光検出器は複数の領域に分割され、第１、第２の光情
報記録媒体とで情報信号を再生する領域を異ならせたこ
とを特徴とする光ピックアップ装置。但しｔ１＜ｔ２，
ｉ１＞ｉ２，ＮＡ１＞ＮＡ２，λはレーザ光源の波長。

【００２２】（４）第２の光情報記録媒体の情報信号
を再生する光検出器の領域は、前記ＮＡ２の範囲に対応
する領域であることを特徴とする（３）記載の光ピック
アップ装置。

【００２３】（５）前記レーザ光源から集光光学系を
経て光検出器に向かうまでの光路上に、ＮＡ２より大き
くＮＡ１より小さいリング状の光束遮蔽部を設けたこと
を特徴とする（３）又は（４）記載の光ピックアップ装
置。

【００２４】（６）厚みｔ１の透明基板を介したとき
の集光光学系が有する球面収差は、ＮＡ２の光束より
（１／２）ＮＡ２の光束の方が補正過剰（オーバー）で
あることを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項記載
の光ピックアップ装置。但し、（１／２）ＮＡ２はＮＡ
２の１／２を表すものとする。

【００２５】（７）透明基板の厚みｔ１は０．６ｍ
ｍ、開口数ＮＡ０はλ（μｍ）／１．１４（μｍ）以上
であり、透明基板の厚みｔ２は１．２ｍｍ、開口数ＮＡ
２がλ（μｍ）／１．７５（μｍ）ないしはλ（μｍ）
／２．４６（μｍ）であることを特徴とする（１）〜
（６）の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。

【００２６】（８）光情報記録媒体の情報記録面上に
レーザ光源からの光束を透明基板を介して光スポットと
して集光させ、該情報記録面上に記録された情報を読み
だす為の光ピックアップの対物レンズにおいて、透明基
板の厚みｔ１、情報記録密度ｉ１の第１の光情報記録媒
体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る為の対
物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１、透
明基板の厚みｔ２、情報記録密度ｉ２の第２の光情報記
録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る為
の対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２
としたとき、前記光ピックアップの対物レンズは、厚み
ｔ１の透明基板を介したときの最良波面収差が０．０５
λｒｍｓ以下であり、ＮＡ２の光束より（１／２）ＮＡ
２の光束の方が補正過剰（オーバー）の球面収差を有
し、ＮＡ２より大きくＮＡ１より小さい領域の入射面も
しくは出射面にリング状の光束遮蔽部を設けたことを特
徴とする光ピックアップの対物レンズ。但しｔ１＜ｔ
２，ｉ１＞ｉ２，ＮＡ１＞ＮＡ２，λはレーザ光源の波
長とし、（１／２）ＮＡ２はＮＡ２の１／２を表すもの
とする。

【００２７】（９）レーザ光源から出射した光束を集
光光学系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録
面上に光スポットとして集光させ、この情報記録面から
の反射光を光検出器で受け、情報を再生する光ピックア
ップ装置において、前記透明基板の厚みがｔ１の光情報
記録媒体の情報を波長λの光で再生するのに必要な前記
集光光学系の光情報記録媒体側の開口数をＮＡ１、前記
透明基板の厚みが前記ｔ１よりも厚いｔ２の光情報記録
媒体の情報を前記波長λの光で再生するのに必要な前記
集光光学系の光情報記録媒体側の開口数をＮＡ２（＜Ｎ
Ａ１）、前記ＮＡ２より大きくＮＡ１よりも小さい前記
集光光学系の光情報記録媒体側の開口数をＮＡ３とした
とき、前記集光光学系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ
０は、前記ＮＡ１もしくはそれ以上で、厚みｔ１の透明
基板を介したときの光スポットの最良波面収差が０．０
７λｒｍｓ以下であり、前記光情報記録媒体の情報記録
面により反射されて前記光検出器に達する反射光のう
ち、前記集光光学系の最も光情報記録媒体側のレンズ面
の前記ＮＡ３からＮＡ２の範囲を通過して前記光検出器
に達するリング状の光束の少なくとも一部を遮光する光
束遮光部を、光情報記録媒体と前記光検出器との間の光
路中に設けたことを特徴とする光ピックアップ装置。

【００２８】（１０）前記遮光部は、集光光学系の対
物レンズのレーザ光源側の面に形成されていることを特
徴とする（９）記載の光ピックアップ装置。

【００２９】（１１）前記ＮＡ２はλ（μｍ）／１．
７５（μｍ）であることを特徴とする（９）又は（１
０）記載の光ピックアップ装置。

【００３０】（１２）前記ＮＡ２はλ（μｍ）／２．
４６（μｍ）であることを特徴とする（９）又は（１
０）記載の光ピックアップ装置。

【００３１】（１３）前記ＮＡ３は１．１ＮＡ２〜
１．２ＮＡ２であることを特徴とする（９）〜（１２）
の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。

【００３２】（１４）（１）〜（１３）の何れか１項
に記載した、光ピックアップ装置又は光ピックアップの
対物レンズ又は光ピックアップの集光光学系と、前記透
明基板の厚みがｔ２の光情報記録媒体の情報を波長λの
光で再生する際、前記集光光学系の対物レンズを、近軸
焦点よりも遠方に焦点が合うようにフォーカシング制御
するフォーカシング制御手段を有することを特徴とする
光ディスク装置。

【００３３】なお、本発明でいう「最良波面収差」と
は、デフォーカス成分、チルト成分を補正した波面収差
であり、その値は根２乗平均（ｒｍｓ）で表す。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明は、例えばＤＶＤ再生用光
ピックアップ装置で従来のＣＤ等の１．２ｍｍ厚基板の
光ディスクを再生するとき、光源がＣＤ用の７８０ｎｍ
に比べ短波長の６３５ｎｍ〜６９０ｎｍであって、この
分読み取りに必要な対物レンズの有効なＮＡが小さく
（０．２６〜０．４０）、この範囲内の光束でＤＶＤ再
生用の集光光学系のままで読み出しを行うものである。

【００３５】以下に、本発明の実施の形態例を説明す
る。

【００３６】各実施の形態例において、集光光学系数値
例は、レーザー光源を第０面とし、ここから順に第ｉ番
目の面（絞り面を含む）の曲率半径をｒｉ、第ｉ番目の
面と第ｉ＋１番目の面の間の媒質のレーザー光源の光束
の波長での屈折率をｎｉで表す。また空気の屈折率を１
とする。

【００３７】また、レンズ面に非球面を用いている場合
においては、その非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と
垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、ｒを近軸曲率
半径、Ｋを円錐係数、Ａｊを非球面係数、Ｐｊを非球面
のべき数（但し、Ｐｊ≧３）としたとき、

【００３８】

【数１】

【００３９】で表す。

【００４０】（実施の形態例１）図３において、レーザ
光源１から出射した光束は、ホログラムビームスプリッ
タ２を通過してコリメータレンズ３を通ってほぼ平行光
束となり、絞り５で所定の光束に制限されて対物レンズ
６に入射する。対物レンズ６に入射した光束は厚み０．
６ｍｍの基板７を通して情報記録面８上に集光される。
この情報記録面８で情報ピットにより変調されて反射し
た光束は、対物レンズ６、コリメータレンズ３を介して
ホログラムビームスプリッタ２に戻り、ここでレーザー
光源１の光路から分離され、光検出器９へ入射する。

【００４１】この光検出器９は多分割されたＰＩＮフォ
トダイオードで構成され、各素子より、入射した光束の
強度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さな
い検出回路系に送り、ここで情報信号、フォーカスエラ
ー信号、トラックエラー信号を生成する。このフォーカ
スエラー信号、トラックエラー信号に基づき磁気回路と
コイル等で構成される２次元アクチュエータ（図示せ
ず）で一体的に設けられている対物レンズ６と絞り５を
フォーカシング方向、トラッキング方向へ制御し、常に
情報トラック上に光スポット位置を合わせるように構成
されている。

【００４２】次にこの図３に示した例における集光光学
系の光学データを表１及び表２に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】本例では光源波長６３５ｎｍ、軸上での最
良波面収差はＮＡ０＝０．６のとき０．００１λｒｍｓ
である。

【００４６】回折限界の目安とされる波面収差は０．０
７λｒｍｓ以内であり、回折限界以下であれば情報を再
生することが可能である。なお、光スポットサイズに対
し情報記録密度ｉ１がＣＤ等従来の光ディスクと比べて
高いＤＶＤの再生用としては、０．０５λｒｍｓ以内と
するのが望ましい。

【００４７】図４は、この集光光学系で、第２の基板厚
みｔ＝１．２ｍｍを介して光スポットを集光したとき
の、ＮＡと最良波面収差及び最適デフォーカス量の関係
を示す図である。

【００４８】図４において、ＮＡ０＝０．６の全開口で
の最良波面収差は０．６０λｒｍｓであり、このときの
スポット位置は近軸焦点より空気中換算で２３μｍ後ろ
にある。このときの波面収差は主に球面収差成分であ
り、この収差はＮＡが小さくなると急減する。ＮＡが
０．３７のところで最良波面収差はほぼ０．０７λｒｍ
ｓとなりマレシャルの限界内となる。このときのスポッ
ト位置は近軸焦点より空気中換算で約８μｍ後ろにあ
る。ＮＡが０．３のところでは最良波面収差はほぼ０．
０３λｒｍｓとなりスポット位置は近軸焦点より空気中
換算で約５μｍ後方である。

【００４９】基板厚み１．２ｍｍの光ディスクでＣＤ方
式の場合、λ／ＮＡ＝１．７５（μｍ）以上で充分な読
み取り性能が得られる。λ＝７８０ｎｍの場合、ＮＡ＝
０．４５であり、ＮＡ＝０．３７ではλ＝６４８ｎｍ、
ＮＡ＝０．３０ではλ＝５２５ｎｍである。よって、λ
＝６３５ｎｍのレーザを用い、ＮＡ０．３７で最良波面
収差を与える近軸焦点より空気中換算で約８μｍ後ろと
なるように対物レンズを情報記録面に対し２次元アクチ
ュエータで駆動してフォーカシング制御することによ
り、基板厚み１．２ｍｍの光ディスクの情報を読み出す
ことができる。

【００５０】信号処理系にイコライザを用いて符号間干
渉を減少させ、情報記録密度に対するスポットサイズの
比率をＤＶＤの場合と同程度として更にＮＡを小さくし
てＣＤ方式の光ディスクを再生することも可能である。
このときのＮＡ２＝λ（μｍ）／２．４６（μｍ）≒
０．２６となり、最良波面収差は０．０１６λｒｍｓと
充分に小さくなる。

【００５１】このときＮＡ２（０．３７もしくは０．２
６）以上、ＮＡ０（０．６０）以下の領域を通過する光
束は情報読み取りには寄与せず、不要光となる。この領
域の光束は大きな球面収差を持つことにより情報記録面
より更に後ろ側に集光しており、情報記録面で反射した
光束は基板及び対物レンズ、コリメータレンズを介して
更に球面収差を与えられて光検出器に向かい、光検出器
上ではフレア光となる。この為、光検出器の受光領域
は、このフレア光がカットされるよう必要最小限の面積
とするのが良い。

【００５２】（実施の形態例２）図５は、実施の形態例
２の光ピックアップ装置を示す図である。

【００５３】図５において、レーザ光源１１（λ＝６８
０ｎｍ）から出射した光束は偏光ビームスプリッタ１
２、コリメータレンズ１３、１／４波長板１４を透過し
て円偏光の平行光束となる。この光束は図示せぬ２次元
アクチュエータによりフォーカシング方向とトラッキン
グ方向に駆動される対物レンズ６により光ディスクの基
板７を介して情報記録面８上に集光される。この情報記
録面８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６、１／４波長板１４、コリメータレン
ズ１３を透過して偏光ビームスプリッタ１２に入射し、
ここで反射して光検出器１９へ向かう。光検出器１９へ
の光路上に配置されたシリンドリカルレンズ１０により
非点収差が与えられ、凹レンズ１６により倍率を拡大さ
れる。

【００５４】図６は、光検出器の素子構成を示す図であ
る。

【００５５】図６において、光検出器１９は図に示すよ
うにＡ〜Ｄの４つに分割された素子で構成されており、
分割線Ｓは光ディスクの情報記録面の情報トラックの写
像と略方向が一致するように配置されており、シリンド
リカルレンズ１０の母線に対しては略４５°の方向とな
っている。フォーカスエラー信号の検出には非点収差法
により、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の演算により、トラッ
クエラー信号の検出には例えばプッシュプル法では、
（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）の演算により、位相差検出法で
は（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の演算により求められ、情報
信号は（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で求められる。これらの検出
方法は、何れもよく知られており、詳しい説明は省略す
る。

【００５６】次に、図５の光ピックアップ装置に用いら
れる集光光学系の光学データを表３及び表４に示す。

【００５７】なお、コリメータレンズ１３は、設計を最
適にすることにより対物レンズへは略無収差の平行光束
を入射させることができるため、以下の数値例において
は略無収差の平行光束を出射できるコリメータレンズを
使用することを前提として、対物レンズへ光束が入射し
て以降の構成を示す。なお、この例においては、対物レ
ンズの光源側に配置される絞りを第１面として、ここか
ら順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径をｒｉ、第ｉ番目
の面と第ｉ＋１番目の面の間の媒質のレーザ光源の光束
の波長での屈折率ｎｉで表している。

【００５８】

【表３】

【００５９】

【表４】

【００６０】ｆ＝３．１７ｍｍＮＡ０＝０．６３本実施の形態例の光源波長λ＝６８０ｎｍにおいては、
第１の光ディスク（例えばＤＶＤ）の読み出しに必要な
ＮＡすなわちＮＡ１は０．６０、第２の光ディスク（例
えばＣＤ）の読み出しに必要なＮＡすなわちＮＡ２はイ
コライザを併用しない場合０．３９である。

【００６１】図７（ａ）は、本実施の形態例の対物レン
ズの基板厚みｔ１＝０．６ｍｍ（第１の光ディスクの基
板厚に対応）のときの球面収差を示す図である。

【００６２】図７（ａ）において、この対物レンズで
は、基板厚みｔ１＝０．６ｍｍのときに、球面収差を
（１／２）ＮＡ２付近すなわちＮＡが０．２の高さで補
正過剰（オーバー）、ＮＡ２付近すなわちＮＡが０．４
０の高さでは、完全に補正している。球面収差カーブで
は、（１／２）ＮＡ２よりＮＡ２の高さにかけて補正不
足（アンダー）の方向となっている。このときのＮＡ０
（０．６３）の範囲内での最良波面収差は約０．０２λ
ｒｍｓである。

【００６３】この対物レンズについて、基板厚みｔ１＝
０．６ｍｍの透明基板を介して集光状態にある光スポッ
トを、干渉計を用いて干渉縞をほぼ直線状となるように
たてて観察すると図７（ｂ）のようになる。

【００６４】球面収差が完全に補正されている対物レン
ズにおいては、平行な直線状の干渉縞として観察される
が、この例の対物レンズにおいては、球面収差が（１／
２）ＮＡ２付近すなわちＮＡが０．２の高さで補正過剰
（オーバー）、ＮＡ２付近すなわちＮＡが０．４の高さ
で完全に補正された状態となるため、図７（ｂ）のよう
に（１／２）ＮＡ２付近すなわちＮＡが０．２よりも大
きくＮＡ１（又はＮＡ０）よりも小さい開口数ＮＡ４
（この例においてはＮＡ４＝ＮＡ２＝０．３９）付近で
Ｖ字状に屈曲する部分を有する干渉縞となる。即ち、こ
の例の対物レンズはこのような干渉縞が観察される最良
波面収差を有している。

【００６５】なお、ＮＡ４は、（１／２）ＮＡ２＜ＮＡ４＜（１／２）（ＮＡ１＋ＮＡ
２）となるように構成するのが望ましい（上式において、実
用上、ＮＡ１をＮＡ０としてもよい）。

【００６６】図８は、この対物レンズで基板厚みｔ２＝
１．２ｍｍ（第２の光ディスクの基板厚に対応）のとき
の、ＮＡと最良波面収差及びそのときのデフォーカス量
の関係を示す図である。

【００６７】図８において、対物レンズの（１／２）Ｎ
Ａ２の高さの光束をＮＡ２の高さの光束より過剰に補正
しておくことにより、ＮＡ２の高さの光束は（１／２）
ＮＡ２の高さの光束よりアンダーとなっており、基板厚
みが厚くなることによって発生するオーバーの球面収差
を減少させることができる。ＮＡ＝０．４１のときに大
凡０．０７λｒｍｓとなり、マレシャルの限界内とな
る。ＮＡ２（ＮＡ＝０．３９）での最良波面収差は０．
０５λｒｍｓとなり本対物レンズで充分ＣＤ方式の光デ
ィスクを読み取ることができる。又、ｔ１＝０．６ｍｍ
のＤＶＤ方式の光ディスクの読み取りもＮＡ０＝０．６
３で最良波面収差０．０２λｒｍｓと充分に小さく良好
に行える。この例では、対物レンズにより球面収差をｔ
２＝０．６ｍｍの基板厚みのときに、（１／２）ＮＡ２
の高さの光束をＮＡ２の高さの光束より補正過剰（オー
バー）となるようにしたが、これは例えばコリメーター
レンズによってでも良く、要はレーザ光源を発した光束
がｔ１＝０．６ｍｍの基板を介して光ディスクの情報記
録面上に集光されたときに、トータルとして（１／２）
ＮＡ２の高さの光束がＮＡ２の高さの光束より補正過剰
（オーバー）になっていれば良い。

【００６８】本構成によると、光学系によるロスが少な
く出射効率が高くでき、書き込み可能な光ディスクに対
して記録を行う光ピックアップ装置として適している。

【００６９】（実施の形態例３）図９は、実施の形態例
３の光ピックアップ装置を示す図である。図１０は、リ
ング状の光束遮蔽部を有するマスクの図である。

【００７０】図９は、実施の形態例２の図５において１
／４波長板１４と対物レンズ６の間の光路上に、図１０
のようなリング状の光束遮蔽部を有するマスクを設けた
もので、第２の光ディスクの情報読み出し時有害となる
光束の領域をカットしてやることにより、更に読み出し
性能を向上させるようにしたものである。

【００７１】図９において、レーザ光源１１（λ＝６８
０ｎｍ）から出射した光束は、偏光ビームスプリッタ１
２、コリメータレンズ１３、１／４波長板１４を透過し
て円偏光の平行光束となる。この光束はリング状マスク
１５を透過してマスク部の光束がカットされ、対物レン
ズ６により光ディスクの基板７を介して情報記録面８上
に集光される。この情報記録面８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６、リング状
マスク１５、１／４波長板１４、コリメータレンズ１３
を透過して偏光ビームスプリッタ１２に入射し、ここで
反射して光検出器１９へ向かう。光検出器１９への光路
上に配置されたシリンドリカルレンズ１０により非点収
差が与えられ、凹レンズ１６により倍率を拡大される。
光検出器の構成やフォーカスエラー信号、トラックエラ
ー信号、情報信号の検出は実施の形態例２と同様であ
る。

【００７２】図１１は、本実施の形態例の集光光学系で
基板厚みｔ２＝１．２ｍｍの基板を介したとき、第２の
光ディスク（例えばＣＤ）の情報読み取りに必要なＮＡ
２の範囲で、最良波面収差となる位置でのデフォーカス
を含んだ球面収差図である。

【００７３】図１１において、軸上よりＮＡ２までの領
域が情報読み取りに有効な光束であり、その外側のＮＡ
２〜ＮＡ０までの領域は読み取りに寄与せずノイズ成分
となる光束である。この光束中ＮＡ０に近い部分は極め
て大きな球面収差を持つことにより情報記録面上ではデ
フォーカスした状態となっており、大きなノイズ要因と
はならない。ＮＡ２に近い部分は、読み取りに有効な光
束に隣接したフレア光となりこの光束が情報記録面で情
報ピットで変調され、光検出器に入射すると大きなノイ
ズとなりジッター劣化をまねく。この為、ＮＡ２の領域
より大きくＮＡ１（又はＮＡ０）より小さい開口中に光
束を遮蔽するリング状のマスクを設けてやることによ
り、ノイズ増大要因となる光束の光検出器への入射を防
ぐことができる。

【００７４】このマスク部の外径は、大き過ぎると光量
ロスの増大、第１の光ディスク（例えばＤＶＤ）からの
情報読み出し性能の劣化をまねく。よって、ノイズ成分
となる光束の遮蔽は必要最低限となるのが良く、具体的
にはＮＡ２の範囲で最良波面収差となる焦点位置より、
焦点深度の１〜２倍後方に焦点を結ぶ光束までをカット
してやる。焦点深度はλ／（２×ＮＡ²）で与えられ、
λ＝６８０ｎｍ，ＮＡ＝０．３９のとき約２．２μｍで
あり、本集光光学系ではＮＡ＝０．４２の光束に相当す
る。又、ＮＡ＝０．４７で約４．７μｍ後方となり、焦
点深度の２倍となる。よって、光束遮蔽リングの内側は
ＮＡ＝０．３９、外側はＮＡ＝０．４２〜０．４７とし
てやるのが良い。

【００７５】このマスクは必ずしも光束を吸収させるこ
とによる遮蔽でなく、反射、散乱、屈折、回折等の作用
に基づいたものでも良く、光検出器に戻る光束をカット
できれば良い。又、このマスクは独立した１部品として
ではなく、コリメータレンズ、対物レンズ、ビームスプ
リッタ等他の光学素子と一体化させても良い。

【００７６】特に対物レンズの入射側光学面若しくは出
射側光学面に一体に設けるのが、トラッキングにより対
物レンズがシフトしても情報記録面に入射する光束中の
遮蔽部分がシフトせず好ましい。

【００７７】又、このマスクはレーザ光源から対物レン
ズを経て情報記録面で反射され、光検出器に向かう光路
中のどの場所であっても良い。特にビームスプリッター
より光検出器への光路中に配置した場合、レーザ光源か
らの光束をより有効に情報記録面上に導くことができ好
ましい。

【００７８】なお、以上の例においてはマスクの形状が
リング状となっているものを示したが、図１０に示すリ
ング状の光束遮蔽部のうち図６に示した光検出器のシリ
ンドリカルレンズの母線と同方向の対角位置にある受光
部ＡとＣ（又はＢとＤ）の領域に対応する部分を残し、
他の部分については光を透過するようにした光束遮光部
を有するようなマスクとしても良い。このようにするこ
とで、第１の光ディスクの読み取りや書き込み時におけ
る光量ロスを少なくして、しかも第２の光ディスク読み
取り時に光検出器に入射するノイズ増大要因となる光束
を減じることができる。

【００７９】（実施の形態例４）図１２は、８分割の光
検出器の素子構成を示す図で、（ａ）は素子構成を示す
図、（ｂ）は透明基板の厚みｔ＝０．６ｍｍの第１の光
ディスク（例えばＤＶＤ）からの光束の集光状態を示す
図、（ｃ）は透明基板の厚みｔ＝１．２ｍｍの第２の光
ディスク（例えばＣＤ）からの光束の集光状態を示す図
である。

【００８０】実施の形態例２の図５において、４分割光
検出器に代えて図１２（ａ）のような８分割光検出器と
し、光ディスクの種類に応じて情報信号を検出する素子
を切り替えることにより更に再生性能を向上させること
ができる。

【００８１】図１２（ｂ）は、透明基板の厚みｔ＝０．
６ｍｍの第１の光ディスクからの光束が８分割光検出器
上へ集光している状態を表す。

【００８２】分割線Ｓは光ディスクの情報記録面の情報
トラックの写像と略方向が一致するようにしており、分
割線Ｒにより内側の４分割された領域と、外側の４分割
された領域に分離される。

【００８３】フォーカスエラー信号は非点収差法により（Ａ１＋Ａ２＋Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｂ１＋Ｂ２＋Ｄ１＋Ｄ
２）トラックエラー信号はプッシュプル法により（Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２）−（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｄ１＋Ｄ
２）で検出される。

【００８４】又、情報信号は全素子の総和（Ａ１＋Ａ２
＋Ｂ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｄ１＋Ｄ２）、若しくは外
周部のみの（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）で検出される。
外周部のみからの信号検出とすると、高周波成分が強調
され、最短ピットの変調度を向上させることができる。

【００８５】図１２（ｃ）は、透明基板の厚みｔ＝１．
２ｍｍの第２の光ディスクからの光束が８分割光検出器
上へ集光している状態を表す。

【００８６】中心部に高い光強度を持ち、その外側はフ
レヤー状の集光となり、この中心部を主に受光する（Ａ
１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）で情報信号を検出する。この受
光範囲は前記ＮＡ２の光束内となるのが望ましい。

【００８７】フォーカスエラー信号は非点収差法により
（Ａ１＋Ａ２＋Ｃ１＋Ｃ２）−（Ｂ１＋Ｂ２＋Ｄ１＋Ｄ
２）若しくは（Ａ１＋Ｃ１）−（Ｂ１＋Ｄ１）トラックエラー信号はプッシュプル法により（Ａ１＋Ａ
２＋Ｂ１＋Ｂ２）−（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｄ１＋Ｄ２）若しく
は（Ａ１＋Ｂ１）−（Ｃ１＋Ｄ１）で検出される。

【００８８】このように光検出器を、情報信号を検出す
る領域で分割することにより、ＣＤ等ｔ＝１．２ｍｍの
基板により発生する球面収差によるフレア光のない領域
での信号検出が可能となり、再生性能が向上する。又、
前記ＮＡ２以上ＮＡ１（又はＮＡ０）以下、望ましくは
１．２ＮＡ２以下のリング状光束遮蔽部を光路中に設け
ることにより、更にノイズ成分となる光束をカットして
ジッターを減少させることができる。

【００８９】

【発明の効果】本発明により、基板厚み及び情報記録密
度が大きく異なるＣＤ方式光ディスクの読み取りを、構
造が簡単でコンパクトなＤＶＤ再生用光ピックアップ装
置で行うことができる。記録を行う方式では出射効率が
よく、より低いレーザーパワーで書き込みが可能となる
光ピックアップ装置、光ピックアップの対物レンズ及び
光ディスク装置が提供されることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来考えられている光ピックアップ装置の図で
ある。

【図２】基板厚みと最良波面収差との関係を示す図であ
る。

【図３】実施の形態例１の光ピックアップ装置を示す図
である。

【図４】実施の形態例１のｔ＝１．２ｍｍ基板のときの
ＮＡと最良波面収差及び最適デフォーカスの関係を示す
図である。

【図５】実施の形態例２の光ピックアップ装置を示す図
である。

【図６】実施の形態例２の光検出器の素子構成を示す図
である。

【図７】実施の形態例２の対物レンズの球面収差を示す
図及び光スポットの干渉縞である。

【図８】実施の形態例２の対物レンズでｔ２＝１．２ｍ
ｍ基板のときの、ＮＡと最良波面収差及び最適デフォー
カスの関係を示す図である。

【図９】実施の形態例３の光ピックアップ装置を示す図
である。

【図１０】実施の形態例３のリング状の光束遮蔽部を有
するマスクの図である。

【図１１】実施の形態例３の光ピックアップの対物レン
ズの球面収差を示す図である。

【図１２】実施の形態例４の８分割の光検出器の素子構
成を示す図である。

【符号の説明】

１，１１レーザ光源２ホログラムビームスプリッタ３，１３コリメータレンズ５，５１絞り６，６１対物レンズ７基板８情報記録面９，１９光検出器１０シリンドリカルレンズ１２偏光ビームスプリッタ１４１／４波長板１５リング状マスク１６凹レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から出射した光束を、集光光
学系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上
に光スポットとして集光させ、この情報記録面からの反
射光を光検出器で受け、情報を再生する光ピックアップ
装置において、透明基板の厚みｔ１、情報記録密度ｉ１の第１の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
１、透明基板の厚みｔ２、情報記録密度ｉ２の第２の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
２としたとき、前記集光光学系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ０がＮ
Ａ１もしくはそれ以上で、厚みｔ１の透明基板を介した
ときの光スポットの最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以
下であり、かつ厚みｔ２の透明基板を介したときの光スポットの最
良波面収差が、ＮＡ２の範囲内で０．０７λｒｍｓ以下
としたことを特徴とする光ピックアップ装置。但しｔ１
＜ｔ２，ｉ１＞ｉ２，ＮＡ１＞ＮＡ２，λはレーザ光源
の波長。
【請求項２】レーザ光源から出射した光束を、集光光
学系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上
に光スポットとして集光させ、この情報記録面からの反
射光を光検出器で受け、情報を再生する光ピックアップ
装置において、透明基板の厚みｔ１、情報記録密度ｉ１の第１の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
１、透明基板の厚みｔ２、情報記録密度ｉ２の第２の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
２としたとき、前記集光光学系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ０がＮ
Ａ１もしくはそれ以上で、厚みｔ１の透明基板を介した
ときの光スポットの最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以
下であり、レーザ光源から集光光学系を経て光検出器に
向かうまでの光路中に、ＮＡ２より大きくＮＡ１より小
さいリング状の光束遮蔽部を設けたことを特徴とする光
ピックアップ装置。但しｔ１＜ｔ２，ｉ１＞ｉ２，ＮＡ
１＞ＮＡ２，λはレーザ光源の波長。
【請求項３】レーザ光源から出射した光束を、集光光
学系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上
に光スポットとして集光させ、この情報記録面からの反
射光を光検出器で受け、情報を再生する光ピックアップ
装置において、透明基板の厚みｔ１、情報記録密度ｉ１の第１の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
１、透明基板の厚みｔ２、情報記録密度ｉ２の第２の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の集光光学系の光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
２としたとき、前記集光光学系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ０がＮ
Ａ１もしくはそれ以上で、厚みｔ１の透明基板を介した
ときの光スポットの最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以
下であり、前記光検出器は複数の領域に分割され、第
１、第２の光情報記録媒体とで情報信号を再生する領域
を異ならせたことを特徴とする光ピックアップ装置。但
しｔ１＜ｔ２，ｉ１＞ｉ２，ＮＡ１＞ＮＡ２，λはレー
ザ光源の波長。
【請求項４】第２の光情報記録媒体の情報信号を再生
する光検出器の領域は、前記ＮＡ２の範囲に対応する領
域であることを特徴とする請求項３記載の光ピックアッ
プ装置。
【請求項５】前記レーザ光源から集光光学系を経て光
検出器に向かうまでの光路上に、ＮＡ２より大きくＮＡ
１より小さいリング状の光束遮蔽部を設けたことを特徴
とする請求項３又は４記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】厚みｔ１の透明基板を介したときの集光
光学系が有する球面収差は、ＮＡ２の光束より（１／
２）ＮＡ２の光束の方が補正過剰（オーバー）であるこ
とを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の光ピッ
クアップ装置。但し、（１／２）ＮＡ２はＮＡ２の１／
２を表すものとする。
【請求項７】透明基板の厚みｔ１は０．６ｍｍ、開口
数ＮＡ０はλ（μｍ）／１．１４（μｍ）以上であり、透明基板の厚みｔ２は１．２ｍｍ、開口数ＮＡ２がλ
（μｍ）／１．７５（μｍ）ないしはλ（μｍ）／２．
４６（μｍ）であることを特徴とする請求項１〜６の何
れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】光情報記録媒体の情報記録面上にレーザ
光源からの光束を透明基板を介して光スポットとして集
光させ、該情報記録面上に記録された情報を読みだす為
の光ピックアップの対物レンズにおいて、透明基板の厚みｔ１、情報記録密度ｉ１の第１の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
１、透明基板の厚みｔ２、情報記録密度ｉ２の第２の光情報
記録媒体の情報を読み出せる光スポットを波長λで得る
為の対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ
２としたとき、前記光ピックアップの対物レンズは、厚みｔ１の透明基
板を介したときの最良波面収差が０．０５λｒｍｓ以下
であり、ＮＡ２の光束より（１／２）ＮＡ２の光束の方
が補正過剰（オーバー）の球面収差を有し、ＮＡ２より
大きくＮＡ１より小さい領域の入射面もしくは出射面に
リング状の光束遮蔽部を設けたことを特徴とする光ピッ
クアップの対物レンズ。但しｔ１＜ｔ２，ｉ１＞ｉ２，
ＮＡ１＞ＮＡ２，λはレーザ光源の波長とし、（１／
２）ＮＡ２はＮＡ２の１／２を表すものとする。
【請求項９】レーザ光源から出射した光束を集光光学
系で光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に
光スポットとして集光させ、この情報記録面からの反射
光を光検出器で受け、情報を再生する光ピックアップ装
置において、前記透明基板の厚みがｔ１の光情報記録媒
体の情報を波長λの光で再生するのに必要な前記集光光
学系の光情報記録媒体側の開口数をＮＡ１、前記透明基板の厚みが前記ｔ１よりも厚いｔ２の光情報
記録媒体の情報を前記波長λの光で再生するのに必要な
前記集光光学系の光情報記録媒体側の開口数をＮＡ２
（＜ＮＡ１）、前記ＮＡ２より大きくＮＡ１よりも小さい前記集光光学
系の光情報記録媒体側の開口数をＮＡ３としたとき、前記集光光学系の光情報記録媒体側の開口数ＮＡ０は、
前記ＮＡ１もしくはそれ以上で、厚みｔ１の透明基板を
介したときの光スポットの最良波面収差が０．０７λｒ
ｍｓ以下であり、前記光情報記録媒体の情報記録面により反射されて前記
光検出器に達する反射光のうち、前記集光光学系の最も
光情報記録媒体側のレンズ面の前記ＮＡ３からＮＡ２の
範囲を通過して前記光検出器に達するリング状の光束の
少なくとも一部を遮光する光束遮光部を、光情報記録媒
体と前記光検出器との間の光路中に設けたことを特徴と
する光ピックアップ装置。
【請求項１０】前記遮光部は、集光光学系の対物レン
ズのレーザ光源側の面に形成されていることを特徴とす
る請求項９記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】前記ＮＡ２はλ（μｍ）／１．７５
（μｍ）であることを特徴とする請求項９又は１０記載
の光ピックアップ装置。
【請求項１２】前記ＮＡ２はλ（μｍ）／２．４６
（μｍ）であることを特徴とする請求項９又は１０記載
の光ピックアップ装置。
【請求項１３】前記ＮＡ３は１．１ＮＡ２〜１．２Ｎ
Ａ２であることを特徴とする請求項９〜１２の何れか１
項記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】請求項１〜１３の何れか１項に記載し
た、光ピックアップ装置又は光ピックアップの対物レン
ズ又は光ピックアップの集光光学系と、前記透明基板の
厚みがｔ２の光情報記録媒体の情報を波長λの光で再生
する際、前記集光光学系の対物レンズを、近軸焦点より
も遠方に焦点が合うようにフォーカシング制御するフォ
ーカシング制御手段を有することを特徴とする光ディス
ク装置。