JP2004220760A - レンズ及びそれを用いた光学系、光ヘッド並びに光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体夫々に対し、高い光利用効率で光ビームを情報記録面に集光させることができるようにする。
【解決手段】
ＤＶＤ基板２の厚さｔ_１が０．６ｍｍであるＤＶＤが光ディスク装置に装着されたときには、波長λ_１＝６５５ｎｍの光ビーム４が開口数ＮＡ＝０．６０の光束として用いられ、ＤＶＤ基板２の情報記録面２ａに集光される。また、この光ディスク装置にＣＤ基板３の厚さｔ_２が１．２ｍｍであるＣＤが装着されたときには、波長λ_２＝７９０ｎｍの光ビーム５が開口数ほぼ０．４５の光束として有効に用いられ、ＣＤ基板３の情報記録面３ａに集光する。ＤＶＤとＣＤとの基板２，３の厚さの違いによる波面収差が発生するが、光ビーム４、５の波長の違いによる色収差の発生によってこれが相殺され、透明基板の厚さに違いがあっても、夫々の情報記録面２ａ、３ａに良好に集光することになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数種類の単色光を用いる多波長用光学系であって、例えばＣＤ（Compact Disc：ＣＤ−ＲなどのＣＤも含む）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）など種類が異なる光記録媒体に対応できる互換型の記録再生装置に用いられうる汎用の多波長用レンズ、多波長用光学系、光ヘッド、及び光ディスク装置に関する。

従来より、ＣＤやＤＶＤ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。レーザビームの波長は、後に述べるようにＣＤにおいて用いられる場合とＤＶＤにおいて用いられる場合とでは異なる。レーザビームを集光させるために、光ディスク装置では、対物レンズが使用されている。ここで、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が異なる。種類が異なる光ディスクを再生する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。また、近年提案されている新しい光ディスク装置は、情報の再生のために波長４００ｎｍ程度の青色レーザを用いることが提案されている。従って、光ディスク装置では、下位互換のためＣＤ及び現行のＤＶＤに加えて、そのような新しい光ディスクも同時に利用できることが期待されている。

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（特開平９−１４５９９５号公報）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、同じ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（特開２０００−８１５６６号公報）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。

レンズ面に輪帯状位相シフタを設けた輪帯位相補正レンズ方式の対物レンズも提案されている（特許文献３：特開２００１−５１１９２号公報）。この対物レンズでは、まず、ＤＶＤに使用する、波長λ₁が640ｎｍのレーザビームによる波面収差をなくすようにしたレンズ面を基準とする。さらに、この対物レンズでは、半径方向に複数の輪帯状の屈折面に区分し、これら屈折面を夫々この基準レンズ面から所定の段差(レンズ中心からｉ番目の段差をｄ_iとする）をもって形成する。かかる段差ｄ_iにより、夫々の屈折面によってＤＶＤのレーザビームが基準レンズ面に対してこの波長λ₁の整数ｍ_i倍だけ位相シフトすることにより、ＣＤ系の波面収差を低減するものである。
特開平９−１４５９９５号公報 特開２０００−８１５６６号公報 特開２００１−５１１９２号公報

上記いずれの従来例でも、ＤＶＤ，ＣＤともに共通の対物レンズを用いることができるから、対物レンズを含めてＤＶＤ，ＣＤ毎に使用部材を交換するための手段などが不要となり、コストの面や構成の簡略化の点で有利となる。

しかしながら、上記特許文献１では、ＤＶＤ、ＣＤ毎に対物レンズでの利用する輪帯状レンズ面が異なるため、入射レーザビームに対して無効となる部分が多く、光利用効率が著しく低いという問題がある。

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、異なる波長の夫々に対する回折効率を同時に100％にすることはできないという問題がある。なお、この回折レンズでは、ＤＶＤに用いる短波長（635ｎｍまたは650ｎｍ）のレーザビームとＣＤに用いる長波長（780ｎｍ）のレーザビームに対し、それらのほぼ中間の波長で回折効率が100％となるようにして、使用したレーザビームに対して回折効率がバランスするようにしている。また、レンズ面に回折レンズ構造を設けるため、微小な段差が必要になるが、製造上の誤差の影響を受け易く、回折構造が設計からずれた場合、回折効率の劣化を招くことになる。このように、回折効率の劣化やそもそも回折効率が100％に達しないということは、入射光の全てを光ディスクの透明基板に設けられた情報記録面に集光することはできないことを意味しており、これが光量損失となる。

さらに、上記特許文献３に開示された輪帯位相補正レンズ方式では、光利用効率は高いが、ＤＶＤのレーザビームに対して波面収差をなくすように設計したレンズ面を基準面とし、これより、ＣＤのレーザビームに対する波面収差を低減するように、この基準面からＤＶＤのレーザビームの波長λ₁の整数ｍ_i倍の段差ｄ_iだけ窪ませて屈折面としている。しかし、もとよりＤＶＤを基準として、単なる段差を設けるだけでは、ＣＤのレーザビームに対して、波面収差を充分に低減することができていない。

また、近時提案されている、さらに短波長の青色レーザを使用するブルーレイ規格があるが、この場合においても下位互換が同様に求められる。この場合、ＤＶＤ−ＣＤ間よりも波長差が大きくなり、また、それに基づきレンズでの屈折率の差も異なってくるため、上記のような従来の方法ではいずれの媒体においても良好な波面収差を確保するのがさらに困難となる。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体夫々に対し、可及的に波面収差が低減された状態で、しかも、高い光利用効率で光ビームを情報記録面に集光させることができるようにしたレンズとそのレンズを用いた光学系、光ヘッド、光ディスク装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の発明者は、透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、光記録媒体側で光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズの設計方法において、光ビームの波長の違いによって発生する色収差で光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差をほぼ打ち消すようにレンズ面を設計した出願を先に行った（特願２００２−４９９３、特願２００２−２６７４５１）。

本発明は、上記設計によるレンズ面を改良するものであって、各単色光ごとに焦点位置が異なることを利用して、複数種類の単色光をそれぞれ屈折作用により集光させる多波長用レンズを含む多波長用光学系で良好なＲＭＳ波面収差を得るための手法として、前記レンズの少なくとも一方のレンズ面が全ての単色光の共通使用領域において屈折力の異なる複数の非球面部に分割されてなり、分割されたいずれの非球面部も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置し、さらに、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｉのほぼ整数倍異なり、前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λｉ）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味し、ｉは１，２・・・の整数である）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比が０．４以上２．５以下である多波長用光学系を初めて提供するものである。

前記多波長用光学系の各単色光の波面収差においては、前記各非球面部の波長λｉの単色光における波面収差の差が０．１４λｉ以下とすることが好ましい。なお、前記複数の波長が二波長である場合、例えば長波長がＣＤにおける７９０ｎｍ付近、短波長が６５５ｎｍ付近の二波長用光学系や、長波長が６５５ｎｍ付近で、短波長が４０５ｎｍ付近の二波長用光学系、長波長が４０５ｎｍ付近で長波長が７９０ｎｍ付近の二波長用光学系、さらにはこれら３つの波長を用いる三波長用光学系にも適用可能であり、特に二波長系の場合はそれらの波面収差の形状がほぼ対称形となるようにするのが良い。前記各単色光を該情報記録面にＲＭＳ波面収差が0.035λ以下に集光させ、各波長、各記録媒体ごとに別々な焦点位置を有することが望ましい。

また、λ_１とλ_２の関係によっては、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と波長λ_１のほぼ２ｍ倍異なる（ｍは整数、すなわちｍ＝...−４，−３，−２，−１，０，１，２，３，４，５，...）ことが好ましい。

さらに、前記において任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長に対して波長λ_１のほぼ２ｍ倍異なり（ｍは整数、すなわちｍ＝...−４，−３，−２，−１，０，１，２，３，４，５，...）、かつ任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長に対して波長λ_２のほぼｍ倍異なる（ｍは整数、すなわちｍ＝...−４，−３，−２，−１，０，１，２，３，４，５，...）ことが望ましい。

前記において好適な実施の形態における前記波長λ_１は３８０〜４３０ｎｍであり、波長λ_２は６３０〜６８０ｎｍである。

また、前記において前記波長λ_１におけるレンズ屈折率とλ_２におけるレンズ屈折率の差が０．０３以上あることが好ましい。

本発明によれば、透明基板の厚さが異なる２種類以上の光ディスクに対して、回折レンズ構造を用いずに、屈折作用によって記録または再生に必要な開口（ＮＡ）で全ての光束を所望とする位置に可及的に少ない収差で集光させることができ、光利用効率をより高めることができる。また、上記説明から分かるように、本発明は複数の単色光を用いる多波長用光学系において、分割されたいずれの非球面も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置することができ、光通信等における光学系においてもその利用が可能である。

いま、厚さｔ₁の透明基板を用いた第１の光ディスクに対し、これを用いる光ディスク装置での対物レンズが良好に収差補正され、この基板に設けられた情報記録面にレーザビームが良好に集光するものとする。かかる光ディスク装置にこの透明基板とは異なる厚さｔ₂の透明基板を用いた第２の光ディスクを使用した場合、この透明基板の厚さｔ₂が厚さｔ₁と異なるために、この対物レンズと厚さｔ₂の透明基板とによって球面収差が生じ、この厚さｔ₂の透明基板に設けられている情報記録面にレーザビームが良好に集光しない。

一方、かかる対物レンズと透明基板からなる光学系に異なる波長のレーザビームを用いると、色収差が生ずる。ここで、色収差とは、波長の異なるレーザビームを対物レンズに照射した場合に各々のレーザビームに対応して生ずる球面収差の差をいう。例えば、波長６５５ｎｍのレーザビームと、波長７９０ｎｍのレーザビームを対物レンズに照射する場合における色収差は、波長６５５ｎｍのレーザビームを対物レンズに照射した場合に生じる球面収差と、波長７９０ｎｍのレーザビームを対物レンズに照射した場合に生じる球面収差の差である。本発明は、かかる色収差を利用して上述した基板の厚みの違いによって生じる球面収差を低減するものである。即ち、基板の厚みが異なる光ディスク毎に異なる波長のレーザビームを用い、基板の厚みが異なることによって生ずる球面収差を、レーザビームの波長の違いによって生ずる色収差でもって相殺し、いずれの厚みの基板に対しても、総合的な収差が許容範囲内になるようにするものである。

つまり、厚みがｔ_１の場合の球面収差をＳ_Ａ（ｔ_１）、厚みがｔ_２の場合の球面収差をＳ_Ａ（ｔ_２）とし、また、波長λ_１のレーザビームに対して生じる球面収差をＳ_Ａ（λ_１）、波長λ_２のレーザビームに対して生じる球面収差をＳ_Ａ（λ_２）とすると、波長が異なることによる色収差は、前記球面収差の差（Ｓ_Ａ（λ_２）−Ｓ_Ａ（λ_１））で表される。このとき、本発明では、次の数式が出来るだけ成り立つようにレンズ面を設計している。

このことは、基板の厚さが異なる光ディスクのいずれに対しても、その基板の厚さに対応する波長のレーザビームを用いた場合、このレーザビームの対物レンズと基板を通った全ての光線がこの基板の情報記録面上で良好に集光するような光路長を経るようにするものである。

なお、この時本発明の一実施形態のレンズは後の実施形態で具体的に説明するように、そのレンズ面が複数の非球面に分割されてなり、分割されたいずれの非球面も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されるよう設計されている。

いま、図３において、対物レンズ１を用いて基板２の情報記録面２ａにレーザビームを集光させる場合について説明する。ここで、対物レンズ１の面Ａは光入射側面、面Ｂは光出射側面であり、基板２の情報記録面２ａは対物レンズ１側とは反対側にある。

図３は、対物レンズ１に入射するレーザビームは平行光とし（従って、図３に示す光学系は、いわゆる無限光学系である）、対物レンズ１の光軸ＯＡからこれに垂直な方向の距離（光線高さ）ｈの位置Ｐ₁を通る光線が光軸ＯＡを横切る点（集光点）Ｐ₅に達するまでの光路を摸式的に示すものである。ここで、かかる光路での対物レンズ１への入射点をＰ₂、対物レンズ１からの出射点をＰ₃、透明基板２への入射点をＰ₄とし、

点Ｐ₁〜入射点Ｐ₂：空間距離＝Ｓ_1h 屈折率＝ｎ₁

入射点Ｐ₂〜出射点Ｐ₃：空間距離＝Ｓ_2h 屈折率＝ｎ₂

出射点Ｐ₃〜入射点Ｐ₄：空間距離＝Ｓ_3h 屈折率＝ｎ₃

入射点Ｐ₄〜集光点Ｐ₅：空間距離＝Ｓ_4h 屈折率＝ｎ₄

とすると、点Ｐ₁から集光点Ｐ₅までの光路長Ｌ_hは、

で表わされる。なお、光軸ＯＡ上での光路長Ｌ_hは、この数２において、ｈ＝０の場合である。

この数２は任意の光線高さｈについて該当するものであり、収差補正されている場合には、夫々の光線高さｈに対する集光点Ｐ₅が夫々の許容範囲内で情報記録面２ａ上にある。すなわち、本発明は、例えば厚さが異なる複数の基板夫々毎に異なる波長のレーザビームを用いることにより、色収差と球面収差とが相殺し合って夫々の光線高さｈに対する集光点Ｐ₅が夫々の許容範囲内で情報記録面２ａ上にあるようにするものである。

例えば、ＣＤにおける７９０ｎｍの単色光（λ_１）とＤＶＤにおける６５５ｎｍの単色光（λ_２）が用いられる場合で、これらの両波長が共通して使用される領域を複数の非球面部に分割したレンズ面とする手法では、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｉのほぼ整数倍異ならせ、なおかつ前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λ_１）と△Ｖｄ（λ_２）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味する）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比を０．４以上２．５以下、好ましくは０．５以上２．０以下とすることにより両波長においてレンズ全体として許容範囲のＲＭＳ波面収差を確保することができる。

なお、ここでいう波面収差は光線高さ（ｈ）をｈ＝０の場合の光路長をＬ_０とし、各光線高さにおける光路長をＬｈとすると、波面収差Ｖｈは、数３で表される。

図６は、ＣＤとＤＶＤの波長におけるレンズの波面収差を対比して模式図的に示したものであり、横軸は光線高さ、縦軸は波面収差で、上側がＣＤの各非球面部の波面収差を、下側がＤＶＤの各非球面部の上記式で求められる波面収差を表している。例えば非球面部の第１領域におけるその非球面部内の波面収差の最大値と最小値の差は、△Ｖ₁（λ_１）、△Ｖ₁（λ_２）で定義される。本発明では、後の実施形態で明らかにされているように、いずれの非球面部においても各波長の波面収差の最大値と最小値の差の比は０．４以上２．５以下である。すなわち、本発明はいずれの波長においても各非球面部で波面収差に一定の分布を有する点でも、従来の一方の波長を基準にレンズ面を構成し、他方の波長においてのみ位相ずれを利用して波面収差を補正する方式と異なる。なお、前記整数倍としては少なくとも隣接する非球面部では０倍以外とし、共通使用領域で０倍〜±１０倍とすることが好ましく、０倍〜±５倍とすることが好ましい。

また、本発明の多波長用レンズはいずれの非球面部の各領域においても各波長の前記波面収差の最大値と最小値の差が０．１４λｉ以下（例えば波長が７９０ｎｍである場合には１１０．６ｎｍ以下、波長が６５５ｎｍである場合には９１．７ｎｍ以下、波長が４０５ｎｍである場合は５６．７ｎｍ以下）、好ましくは、０．１２λｉ以下、さらに好ましくは０．１０λｉ以下とすることにより各波長においてさらに良好な光学特性を確保することができる。

さらに、本発明では、二波長用光学系の場合、各波長の波面収差をそれらがほぼ対称形となる多波長用レンズを用いることにより、二波長のバランスが取れ、さらにＲＭＳ（Root Mean Square）波面収差を低減することができる。

なお、ＲＭＳ波面収差を低減することを考えると、ＣＤの場合には図６の光線高さ１．５８ｍｍまでのＤＶＤとＣＤの共通使用領域のみの波面収差からＲＭＳ波面収差が決まってしまうが、ＤＶＤの場合には、前記共通使用領域の外側にＤＶＤ専用領域（図６では光線高さ１．５８〜２．０２ｍｍの範囲）があり、前記共通使用領域と前記専用領域の両方の波面収差からＲＭＳ波面収差値が求まる。よってＤＶＤの場合には、前記共通使用領域の波面収差が多少悪くても、ＤＶＤ専用領域の波面収差については、ＣＤを全く無視してＤＶＤのみを良くするようにすれば、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差を許容値内に十分低減することができる。例えば、図６の模式図では、ＤＶＤとＣＤの共通使用領域においてＤＶＤの波面収差は０〜−０．１０６λであり、ＣＤの波面収差は０〜＋０．０８８であって、ＣＤの波面収差の方がＤＶＤの波面収差よりも小さい。またＤＶＤ専用領域の波面収差は−０．０５２λである。この結果、ＲＭＳ波面収差としては、ＤＶＤは０．０２１２λＲＭＳ、ＣＤは０．０２２２λＲＭＳと、ＲＭＳ波面収差はＤＶＤもＣＤもほぼ等しい値となっている。このように、ＲＭＳ波面収差として、ＤＶＤもＣＤも同一の値としたい場合には、ＤＶＤとＣＤの共通使用領域においてはＣＤの波面収差をＤＶＤの波面収差よりも良くしておき、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差については共通使用領域で劣化している分をＤＶＤ専用領域で補ってやるようにすることが有効である。ＤＶＤとＣＤのＲＭＳ波面収差の比率を変えたい場合にも同様に、ＤＶＤについては、共通使用領域の波面収差が多少悪くても専用領域で補えることを考慮すると良い。

本発明の実施形態により、例えば基板の厚さが異なるいずれの光ディスクに対しても、情報記録面に良好な光スポットを形成することが可能となる。なおこのことは、ディスク基板の厚みが異なっていなくても、つまり、厚みが同じで波長が異なるような場合でも前記集光点Ｐ₅を夫々の許容範囲内にすることにより適用可能である。また、光記録媒体に限らず、光通信などで異なる波長のレーザビームを同一のレンズもしくは光学系を通過させるような場合にも適用可能である。

第１の実施形態．
以下、本発明の実施形態を、透明基板の厚さが異なる２種類の光ディスク、即ち、ＤＶＤとＣＤとを例に、図面を用いて説明する。第１実施形態のレンズはガラスの屈折率のものであるが、レンズ材質をプラスチック樹脂としたい場合にはプラスチック樹脂の屈折率で設計すれば良い。図１は本発明による対物レンズの第１の実施形態の作用を示す図であって、同図（ａ）はＤＶＤに対するもの、同図（ｂ）はＣＤに対するものである。図において、１はこの実施形態の対物レンズ、２はＤＶＤの透明基板（以下、ＤＶＤ基板という）、３はＣＤの透明基板（以下、ＣＤ基板という）、４，５はレーザビームである。

まず、図１（ａ）において、対物レンズ１が図示しない光ディスク装置の光ヘッドに設けられている。そして、ＤＶＤがこの光ディスク装置に装着されて、対物レンズ１によって平行光として入射されるレーザビーム４が集光されることにより、記録再生が行なわれる。ここで、ＤＶＤ基板２の厚さｔ₁は0．6ｍｍであり、このときのレーザビーム４としては、波長λ₁＝655ｎｍのレーザビームが開口数ＮＡ＝0.60の光束として用いられる。かかる条件のもとに、かかるレーザビームは、ＤＶＤ基板２の対物レンズ１側とは反対側の面の情報記録面２ａに集光される。

図１（ｂ）は上記と同じ光ディスク装置にＣＤが装着され、同じ対物レンズ１を用いて記録再生が行なわれる場合を示す。ここで、ＣＤ基板３の厚さｔ₂は1.2ｍｍであり、このときのレーザビーム５としては、波長λ₂＝790ｎｍのレーザビームがほぼ開口数ＮＡ＝0.60の光束として用いられるが、実質的には、開口数ＮＡ＝0.47の光束がＣＤ基板３の情報記録面３ａに集光し、ハッチングして示すほぼＮＡ＝0.47〜0.60の対物レンズ１の光軸ＯＡから離れた部分を通る光束はこの情報記録面３ａで集光しない。このように、この開口数ＮＡがほぼ0.47までの上記のレンズ領域は、ＤＶＤ，ＣＤの共通使用領域となる。

このように、この第１の実施形態は、ＤＶＤ，ＣＤともに収差が良好に低減されて、情報記録面２ａ，３ａで良好な光スポットが得られるようにするものであるが、このために、ＤＶＤ，ＣＤの両方共に、任意の光線高さｈに対して上記数２で示す光路長Ｌ_hが収差を低減して許容値内とするような値とするように、対物レンズ１のレンズ面形状を設定するものである。

第１の実施形態は、光入射面Ａを光軸から半径方向に複数の区間に区分し、夫々の区間の面形状を、ＤＶＤ，ＣＤともに収差が許容値内に良好に低減されるように設定している。

第１の実施形態の光入射面Ａの面形状を図２を用いて説明する。いま、この光入射面Ａの光線高さｈ方向（半径方向）の光軸ＯＡ側からｊ番目の区間での点ａ，ｂ間の距離を次の関数Ｚ_Ajで、即ち、

で表わされる。なお、数４での光源高さｈは、ｊ番目の区間でのものである。

そして、ＤＶＤ，ＣＤともに収差を許容値内に良好に低減するための数４での区間毎に、その範囲(ｈの範囲）とその各定数B，C，K，A₄，A₆，A₈，A₁₀，A₁₂，A₁₄，A₁₆を示すと、次の表１に示すようになる。

図２において、対物レンズ１の光出射側面Ｂについて、光線高さｈの点をｃ、この点ｃから光軸ＯＡに平行な方向での光出射側面Ｂ上の点をｄとすると、この光出射側面Ｂの面形状は、任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離Ｚ_Bにより、次式で表わされるようにする。

但し、 C=-0.0747792 K=15.7398 A₄=0.012308

A₆=-0.0037652 A₈=0.00068571 A₁₀=-0.000048284

また、対物レンズ１の光軸上の面頂点ｆ，ｅ間の距離、即ち、中心厚さｔ₀は2.2ｍｍであって、波長λ₁＝655ｎｍ（ＤＶＤ）での屈折率ｎは1.604194であり、波長λ₂＝790ｎｍ（ＣＤ）での屈折率ｎは1.599906である。

なお、数５において、上記係数Ｃ，Ｋ，Ａ₄，Ａ₆，Ａ₈，Ａ₁₀の値を代入して任意の光線高さｈ（≠０）に対する距離Ｚ_Bを求めると、その値は負の値となるが、これは光出射側面Ｂ上の点ｄが点ｃ、従って、この光出射側面Ｂの光軸ＯＡが通る面頂点ｅよりも出射面側（図２での左側）に位置することを示している。距離Ｚ_Bが正の値である場合には、逆の右側に位置することを示している。

対物レンズ１の上記数４及び表１で表わされる光入射側面Ａも、また、上記数５で表わされる光出射側面Ｂも、連続した非球面をなすものである。また、対物レンズ１の光軸上の面頂点ｆ，ｅ間の距離、即ち、中心厚ｔ₀は２.２ｍｍであって、波長λ₁＝655ｎｍ(ＤＶＤ）での屈折率ｎは1.54014であり、波長λ₂＝790ｎｍ（ＣＤ）での屈折率ｎは1.5365である。

（ｉ）ここで、収差を評価するための上記の収差の許容値としては、対物レンズ１への入射レーザビームが入射角０゜である場合（即ち、光軸ＯＡに平行な平行光）について、ＤＶＤ（波長λ₁＝655ｎｍ），ＣＤ（波長λ₂＝790ｎｍ）ともに、ＲＭＳ波面収差で0.035λ、好ましくは、0.033λ、さらに好ましくは、0.030λとする。この第１の実施形態では、ＤＶＤ，ＣＤの波面収差がかかる許容値以下となるように、光出射面Ｂと光入射面Ａを上記の面形状に設定しているものである。

この第１の実施形態では、２種類の異なる波長λ₁，λ₂を用いた場合を示しているが、一般に、ｎ種類（但し、ｎは２以上の整数）の異なる波長λ_i（但し、ｉ＝１，２，......，ｎ）を用いる場合も、同様である。

(ii)また、このようにｎ種類の波長λ_iを用いた場合について、これら波長λ_iの入射レーザビームが入射角０゜である場合の夫々のＲＭＳ波面収差をＷ_i・λ_iとすると、これら収差は、

（但し、ｉ番目の該光ビームの波長をλ_i（ｉ＝１，２，......）、全ての波長にわたる個々のＲＭＳ波面収差の二乗の総和をΣＷ_i ²、波長λ_iの光ビームのＲＭＳ波面収差をＷ_i・λ_iとする）

を満足するようにする。このときの許容値Ｗ₀としては、0.028、好ましくは0.026，さらに好ましくは0.025、さらに好ましくは0.023とする。上記第１の実施形態では、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差をＷ₁、ＣＤのＲＭＳ波面収差をＷ₂とし、かつｉ＝１，２で

あるから、上記数６は、

となる。

(iii）あるいはまた、異なるｎ種類の波長λ_iのレーザビームを用いる場合、夫々の波長λ_iのうちで最大のＲＭＳ波面収差をＷmax、最小のＲＭＳ波面収差をＷminとすると、

とする。この場合の許容値Ｗ_thとしては、1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4とする。上記第１の実施形態の場合には、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差Ｗ₁とＣＤのＲＭＳ波面収差Ｗ₂とのいずれか一方が最大のＲＭＳ波面収差Ｗmaxとなり、他方が最小のＲＭＳ波面収差Ｗminとする。

図４はこの第１の実施形態でのＲＭＳ波面収差の計算結果を示すものであって、横軸に像高（ｍｍ）を取り，縦軸にＲＭＳ波面収差をとっている。

図４（ａ）はＤＶＤ（波長λ₁＝655ｎｍ）に対するＲＭＳ波面収差を示しており、像高＝０ｍｍのときには、ＲＭＳ波面収差＝0.01945λ₁である。また、図４（ｂ）はＣＤ（波長λ₂＝790ｎｍ）に対するＲＭＳ波面収差を示しており、像高＝０ｍｍのときには、ＲＭＳ波面収差＝0.02525λ₂である。

図７に上記のレンズの共通使用領域の波面収差を計算した結果を、各非球面部における波面収差の差及びその比を表２に示す。

表２に示すように、７９０ｎｍと６５５ｎｍの共通使用領域において各波面収差の差の比ΔＶｄ(λ790)／ΔＶｄ(λ655)は、１．００〜１．０４の間に入っている。また、比ΔＶｄ(λ655)／ΔＶｄ(λ790)は、０．９６〜１．００の間に入っている。そして、その各領域の波面収差自体も両波長において０．１４λ以下となっている。また、このレンズでは波面収差が７９０ｎｍの波長において＋側に、６５５ｎｍの波長において−側に現れるようにしていて、両波面収差がほぼ対称形となる。

なお、光軸を中心に分割された隣接する各非球面部で光路長の差が生じているが、その差は各波長に対応してほぼ整数倍になるように設計されていて、またこの実施形態では偶数の分割された非球面部からなっている。表３に、第１区間の概略の光路長を基準とした時に、ＤＶＤ／ＣＤ共通使用領域の各非球面部の概略光路長がそれぞれ概略で波長λの何倍ずれているかを示す。表３において第１〜第６区間はＤＶＤ／ＣＤ共通使用領域であり、また、第７、第８区間はＤＶＤ専用使用領域である。

第２〜８区間の概略光路長と第１区間の概略光路長との差は、波長６５５ｎｍのＤＶＤ及び波長７９０ｎｍのＣＤに対して、それぞれｍλ（ｍは整数）となっている。

かかるレンズを評価するために、上記の各条件式に挿入すると、

（ｉ）まず、ＤＶＤ，ＣＤについて、ＲＭＳ波面収差が0.01945λ₁，0.02525λ₂と上記の許容値0.035λ、好ましくは、0.033λ、さらに好ましくは、0.030λよりも小さい。

（ii）ＤＶＤ，ＣＤについて、上記数７により、

であるから、上記の許容値0.028、好ましくは0.026，さらに好ましくは0.025、さらに好ましくは0.023以下となっている。

(iii)ＤＶＤ，ＣＤについて、Ｗmax／Ｗminをみると、

となるから、上記の許容値1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4以下となっている。

図５は上記数５で示す面形状の光出射側面Ｂと上記数４及び表１で示す面形状の入射側面Ａとを有する対物レンズ１を用いたことによるＤＶＤ，ＣＤの情報記録面上での光スポットの計算結果を示す図であって、横軸は情報記録面での光軸を基準点とした光軸に垂直方向の位置を距離（ｍｍ）で表わしたものであり、縦軸はこの基準点（＝0ｍｍ）での光強度を１としたときの各位置の相対的光強度を表わしている。

図５（ａ）はＤＶＤに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が1／e²（＝13.5％）となる光スポット直径φ_Dは0.89μｍである。また、図５（ｂ）はＣＤに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が1／e²となる光スポット直径φ_Cは1.30μｍである。このように、ＤＶＤ，ＣＤともに、情報記録面に良好な光スポットが得られる。

なお、本実施形態１では、前記の表２において前記比が０．９６〜１．０４であって、ＲＭＳ波面収差としてはＤＶＤが0.01945λ₁でＣＤが0.02525λ₂であるが、共通使用領域におけるＤＶＤの波面収差をもう少し劣化させて、ＣＤの波面収差を良くすれば、ＤＶＤ、ＣＤ共にＲＭＳ波面収差として０．０２２〜０．０２３λ程度の同等のＲＭＳ波面収差とすることも可能である。

なお、一例として、先の特許文献３（特開２００１−５１１９２号公報）に記載のＤＶＤとＣＤとのＲＭＳ波面収差をみると、

例１） ＤＶＤ：0.001λ₁ ＣＤ：0.047λ₂

例２） ＤＶＤ：0.019λ₁ ＣＤ：0.037λ₂

但し、λ₁＝640ｎｍ λ₂＝780ｎｍ

の２つの例が挙げられているが、いずれにおいても、ＣＤについては、上記の許容値0.035λを越えるものである。

また、この例２）のレンズの各波長における波面収差を公報記載のレンズデ−タを用いて計算により求めると下記表４及び図８に示すように、その比ΔＶｄ(λ655)／ΔＶｄ(λ790)が０．２１〜３３．４４、ΔＶｄ(λ790)／ΔＶｄ(λ655)が０．０３〜４．７２と本発明の範囲外であり、そのため両者のバランスがずれている。さらにＤＶＤ側の波面収差は０．１４λ以下となるが、ＣＤ側の波面収差が大きくなり、レンズ全体のＲＭＳ波面収差も大きくなってしまう。

また、これらの

は、上記夫々について、0.0332，0.0294となり、いずれも上記の許容値0.028、好ましくは0.026，さらに好ましくは0.025、さらに好ましくは0.023を越えているし、さらに、これらのＷ_max／Ｗ_minも夫々、47，1.847となり、いずれも上記の許容値1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4を越えている。

このように第１の実施形態は、収差を上記の許容値内に抑えることができるものであるが、これは、収差がかかる許容値内に収まるように、基板厚の差による球面収差と色収差とがキャンセルし合うレンズ面形状としていることによるものである。これに対し、先の特許文献３（特開２００１−５１１９２号公報）では、単に入射レーザビームをＤＶＤレーザビームの波長の整数倍分位相シフトすることにより、ＣＤの収差低減を図るようにしたものであるから、いずれか１つの波長に対しては、収差を充分小さく抑えることができるとしても、全ての波長に対して、上記のような小さい値の許容値内に収差を同時に納めることができないのである。

また、対物レンズの光軸上の面頂点ｆ，ｅ間の距離、即ち、中心厚さｔ0は２．２ｍｍである。透明基板の厚さと屈折率は、波長λ1＝６５５ｎｍ（ＤＶＤ）では、厚み０．６ｍｍで屈折率１．５８であり、波長λ２＝７９０ｎｍ（ＣＤ）では厚み１．２ｍｍで屈折率は１．５７である。

また、波長６５５ｎｍのＤＶＤの時のＮＡは０．６０、焦点距離は３．３６ｍｍで、波長７９０ｎｍのＣＤの時のＮＡは０．４７で、焦点距離は３．３８３３ｍｍである。Ａ面側の有効直径＝焦点距離×ＮＡ×２である。また、前記ＮＡと焦点距離の値からわかるように、波長６５５ｎｍのＤＶＤの時は、Ａ面側有効直径＝３．３６×０．６×２＝φ４．０３２であり、波長７９０ｎｍのＣＤの時は、Ａ面側有効直径＝３．３８３３×０．４７×２＝φ３．１８０である。

Ａ面側の有効直径φ３．１８まで、すなわちｈの範囲で０〜１．５８９３６６まで、すなわち表２に示す区間１〜６までがＣＤでもＤＶＤでも使用する共通使用領域であり、φ３．１８よりも外側の区間、すなわち区間７と８はＤＶＤ専用使用領域である。しかし前記ＤＶＤ専用使用領域にもＣＤの時に入射レーザービーム光は入射し、その光はＣＤの情報記録面上で収差が非常に大きいいわゆるフレア光となり、有害な影響を与えないものとなっている。このことは図５の光スポット図からも説明される。

第１の実施形態では、ＤＶＤとＣＤとで基板厚さが夫々0.6ｍｍと1.2ｍｍと異なることによる球面収差が655ｎｍと790ｎｍとの波長の差による色収差により打ち消して総合的な収差が低減されていることが、図５に示す光スポット及び図４に示す波面収差のグラフから明らかである。また、第１の実施形態では、対物レンズ１の光入射側面Ａの面形状は数４及び表１で与えられ、光出射側面Ｂの面形状は上記数５に示す非球面の式により与えられるので、先の従来例のような回折レンズ構造を用いておらず、また、記録または再生に必要な開口（ＮＡ）に対してほぼ全ての光束を集光することができるので、高い光利用効率が得られることになる。

なお、第１の実施形態では、図１に示すように、ほぼ開口数ＮＡ＝0.47から開口数ＮＡ＝0.60までの対物レンズ１の外側領域はＤＶＤのみに使用され、ＣＤでは使用しないので、かかる外側領域での光入射側面Ａ，光出射側面Ｂのいずれか一方または双方にＤＶＤのときの波長655ｎｍの光を透過し、ＣＤのときの波長790ｎｍの光を透過しない薄膜処理を施したり、あるいは、かかる外側領域での光入射側面Ａ，光出射側面Ｂのいずれか一方または双方二波長655ｎｍの光には作用しないが、波長790ｎｍの光に作用するような回折格子を形成して、波長655ｎｍの光利用効率を落とさず二波長790ｎｍの光利用効率を落とすようにしてもよい。

即ち、第１の実施形態のごとく、異なる開口数の系に共用する際に、開口数に応じた絞りを設定できない場合には、開口数の小さな光学系においては、余分の光束をも受容することになるので、開口数の大きな光学系に合致して設計されたレンズの外側領域部分を通過する光が、開口数が小さな光学系に悪影響を及ぼさないような配慮をすることが望ましい。例えば、レンズの外側領域を通過した光がディスク面には集光しないように、横収差量が0.015ｍｍ以上となるようにするのが望ましい。

また、第１の実施形態では、ＤＶＤとＣＤとの２種類の光ディスクを例としたが、本発明は、これに限らず、これら以外の種類が異なる光ディスクであってもよいし、また、基板の厚みが異なる３種類以上の光ディスクに対しても、適用可能であり、夫々毎に使用するレーザビームの波長を異ならせ、これらに応じて、色収差が波面収差を打ち消すように、レンズ面形状を設定すればよい。

またさらに、基板厚みが同じでも使用する波長が異なるために従来の通常のレンズでは大きな収差が発生してしまうような場合にも本発明を適用することにより収差低減をすることができる。

第２の実施形態．
第２の実施形態は、基板厚が異なり波長が４０５ｎｍと６５５ｎｍと異なっている。いわゆるブルーレイ、ブルーレーザー使用の波長４０５ｎｍで基板厚０．１ｍｍの場合と、いわゆるＤＶＤ、波長６５５ｎｍで基板厚０．６ｍｍの場合である。

第２の実施形態では、基本的なレンズ構成は図２に示す第１の実施形態と同じであり、Ａ面側より平行光を入射させてＢ面側にあるディスク基板（図示しない）の記録面上に良好な光スポットを形成するものである。

光源側のＡ面は数４によりＺ_Aとhの関係が表される。その具体的な数値を表５の区間１〜２２に示す。また光源と反対側、ディスク側のＢ面は数５でＺ_Bとhの関係が表される。その具体的な数値は、表５に示す。

また、対物レンズの光軸上の面頂点ｆ，ｅ間の距離、即ち、中心厚さｔ₀は２．０７６ｍｍであって、波長λ₁＝４０５ｎｍ（ブルー）での屈折率ｎは１．８３１６４であり、波長λ₂＝６５５ｎｍ（ＤＶＤ）での屈折率ｎは１．７９１１である。透明基板の厚さと屈折率は、波長λ₁＝４０５ｎｍ（ブルー）では、厚み０．６ｍｍで屈折率１．６２３５であり、波長λ_２＝６５５ｎｍ（ＤＶＤ）では厚み０．６ｍｍで屈折率は１．５８である。すなわち、波長λ₁＝４０５ｎｍ（ブルー）と波長λ_２＝６５５ｎｍ（ＤＶＤ）のそれぞれの屈折率の差は０．０３以上ある。表5においてＲは曲率半径を、「小」は光軸側を、「大」は光軸から離れた側をそれぞれ示す。

また、波長４０５ｎｍのブルーの時のＮＡは０．８５、焦点距離は１．７６５ｍｍで、波長６５５ｎｍのＤＶＤの時のＮＡは０．６０で、焦点距離は１．８５６４ｍｍである。Ａ面側の有効直径＝焦点距離×ＮＡ×２であり、前記ＮＡと焦点距離の値からわかるように、波長４０５ｎｍのブルーレイの時は、Ａ面側有効直径＝１．７６５×０．８５×２＝φ３．００であり、波長６５５ｎｍのＤＶＤの時は、Ａ面側有効直径＝１．８５６４×０．６０×２＝φ２．２２８である。

表５からもわかるように、Ａ面側の有効直径φ２．２２８まで、すなわちｈの範囲で０〜１．１１４まで、すなわち表５に示す区間１〜２１までがＤＶＤでもブルーレイでも使用する共通使用領域であり、φ２．２２８よりも外側の区間、すなわちｈの範囲で１．１１４よりも大きい区間、すなわち区間２２はブルーレイ専用使用領域である。しかし前記ブルーレイ専用使用領域にもＤＶＤの時に入射レーザービーム光は入射し、その光はＤＶＤの情報記録面上で収差が非常に大きいいわゆるフレア光となり、有害な影響を与えないものとなっている。このことは後述の図１０の光スポット図からも説明される。

図９に第２の実施形態の波面収差図を示す。なお、ＲＭＳ波面収差値としては、ブルーレイのＲＭＳ波面収差が０．０２４１０λrmsであり、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差が０．０２７５３λrmsで、ブルーもDVDも０．０３５λｒms以下となっている。

また表５に示す各非球面部において、第１区間の概略の光路長を基準とした時にブルーレイ／ＤＶＤ共通使用領域第２〜２１区間の概略光路長がそれぞれ概略で波長λの何倍ずれているかを表６に示す。

表６よりわかるように、第２〜２１区間が波長４０５ｎｍのブルーレイに対しては２ｍλの差、波長６５５ｎｍのＤＶＤに対してはｍλの差（ｍは整数）となっている。これは、短い方の波長λ_１が３８０〜４３０ｎｍの間にあり、長い方の波長λ_２が波長６３０〜６８０ｎｍの間にあることにより前記の概略光路長の差の関係を満足しやすく、また図９に示す良好な波面収差を得やすくなっている。またレンズの屈折率が前記に示す値、つまり４０５ｎｍ時の屈折率と６５５ｎｍ時の屈折率との差が０．０４０５４と０．０３よりも大きいことからも前記概略光路長の差や良好な波面収差を得やすくなっている。

また表６に示す各非球面部における波面収差の差及びその比を表７に示す。

表７に示すように、６５５ｎｍと４０５ｎｍの共通使用領域において各波面収差の差の比ΔＶｄ(λ655)／ΔＶｄ(λ405)は、０．９０〜１．６５の間に入っている。また、比ΔＶｄ(λ405)／ΔＶｄ(λ655)は、０．６０〜１．１１の間に入っている。そして、その各領域の波面収差自体も両波長において０．１４λ以下となっている。また第２の実施形態の光スポット図を図１０に示す。1/e²（＝0.135）の相対光強度となる光スポット直径は、４０５ｎｍのブルーレイのときで０．３８３６μｍで、６５５ｎｍのＤＶＤで０．８５７０μｍとなっており、問題ない光スポット形状となっている。

尚、第２の実施形態では、一方の単色光の波長が４０５ｎｍ、他方が６５５ｎｍであったが、一方が３８０〜４３０ｎｍ、他方が６３０〜６８０ｎｍでもよい。

光ヘッドの構成．
図１１は本発明による対物レンズを用いた光ヘッドの一実施形態を示す構成図であって、１１はＤＶＤレーザ、１２はＣＤレーザ、１３，１４はハーフプリズム、１５はコリメータレンズ、１６は検出レンズ、１７は光検出器、１８は回析格子、１９はアクチュエータであり、図１に対応する部分には同一符号をつけている。

同図において、ＤＶＤディスク２を記録または再生する場合には、ＤＶＤレーザ１１を駆動する。ＤＶＤレーザ１１から発生される波長655ｎｍのレーザビームが、ハーフプリズム１３で反射し、ハーフプリズム１４を透過してコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となってレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＤＶＤディスク２の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＤＶＤディスク２で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は信号処理回路（図示せず）に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。図示しないシステム制御回路は、得られたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号をもとに、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ駆動回路（図示せず）を制御してアクチュエータ１９を駆動する。

ＣＤディスク３を記録または再生する場合には、ＣＤレーザ１２を駆動する。ＣＤレーザ１２から発生される波長790ｎｍのレーザビームが回折格子１８を通り、ハーフプリズム１４で反射されてコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となったレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＣＤディスク３の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＣＤディスク３で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は図示しない信号処理回路に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。

なお、ＣＤディスク３の場合のトラッキング誤差信号は、ＣＤレーザ１２からのレーザビームを、回折格子１８により、０次光と土１次光の３ビームに分岐し、これら±１次光によりトラッキング誤差信号を得るようにしている。

このようにして得られたトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とにより、ＤＶＤディスク２と同様にして、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ１９を駆動する。

なお、本発明において、対物レンズ１の代わりに、コリメータレンズ１５あるいはハーフプリズム１４など両ディスクに共通する光学系において、本発明における対物レンズと同様の機能を持つように光学設計することもできる。また、図示しないが、本発明の対物レンズと同等の機能を有する他の光学要素をハーフプリズム１４からディスク２またはディスク３に至る光路に配置することによってもよい。

なお、コリメータレンズ１５は必ずしも必要ではなく、いわゆる有限系の光学系でも、本発明は適用可能である。

光ディスク装置の構成．
図１２は本発明による対物レンズを用いた光ディスク装置の一実施形態を示す構成図であって、２０はアクチュエータ駆動回路、２１は信号処理回路、２２はレーザ駆動回路、２３はシステム制御回路、２４はディスク判別手段であり、図１１に対応する部分には同一符号をつけている。

同図において、光ピックアップ装置部分については、図１１に示す構成と同様である。

まず、装着されたディスクの種類をディスク判別手段２４により判別する。そのディスク判別方法としては、ディスクの基板の厚さを光学的もしくは機械的な方法で検出する方法、ディスクまたはディスクのカートリッジに予め記録された識別マークを検出する方法などが考えられる。もしくは、ディスクの厚さ，種類を仮定してディスクの信号を再生し、正常な信号が得られなければ、別の厚さ，種類のディスクであると判断する方法でもよい。ディスク判別結果は、ディスク判別手段２４からシステム制御回路２３に伝達される。

ＤＶＤディスクであると判別された場合には、システム制御回路２３よりレーザ駆動回路２２に対してＤＶＤレーザを点灯させるような信号が伝達され、レーザ駆動回路２２によりＤＶＤレーザ１１が点灯される。これにより、光ヘッドでは、図１１に示した実施形態と同様二波長655ｎｍのレーザビームが光検出器１７に到達する。この光検出器１７からの検出信号が信号処理回路２１に送られて情報記録再生信号とフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とが生成され、システム制御回路２３に送られる。システム制御回路２３では、これらフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づいて、アクチュエータ駆動回路２０を制御し、この制御に基づいてアクチュエータ駆動回路２０がアクチュエータ１９を駆動して対物レンズ１をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる、いわゆるサーボ回路の動作により、フォーカス制御及びトラッキング制御が正規に行なわれて、対物レンズ１がＤＶＤディスク２に対して正しい位置に位置するように、上記の各回路及びアクチュエータ１９が動作するものとし、その結果、情報記録再生信号が良好に得られる。

装着されたディスクがＣＤディスク３であると判別された場合には、システム制御回路２３より、レーザ駆動回路２２に対してＣＤレーザ１２を点灯させるような信号が伝達される。これにより、ＣＤレーザ１２から波長790ｎｍのレーザビームが発生する。これ以降の動作は図１１に光ヘッドの場合と同様であり、このレーザビームが光検出器１７に到達し、上記のＤＶＤディスク２の場合と同様に、各回路やアクチュエータ１９が作動してサーボ動作が行なわれ、情報記録再生信号が良好に得られる。

本発明による対物レンズの実施形態を示す図である。 本発明の実施形態のレンズ面形状の一具体例を示す図である。 対物レンズと光ディスクの透明基板とからなる光学系での光路長を説明するための図である。 第１の実施形態の波面収差の測定結果の一具体例を示すグラフ図である。 第１の実施形態を用いた光ディスク装置での種類が異なる光ディスクに対する光スポットの計算結果を示す図である。 光線高さに対する各波長の波面収差を示す模式図である。 第１の実施形態における光線高さに対する各波長の波面収差を示す図である。 特開２００１−５１１９２号に記載のレンズを用いた場合の光線高さに対する各波長の波面収差を示す図である。 第２の実施形態の波面収差の測定結果の一具体例を示すグラフ図である。 第２の実施形態を用いた光ディスク装置での種類が異なる光ディスクに対する光スポットの計算結果を示す図である。 本発明による光ヘッドの一実施形態を示す図である。 本発明による光ディスク装置の一実施形態を示す図である。

符号の説明

１ 対物レンズ
２ ＤＶＤの透明基板
２ａ 情報記録面
３ ＣＤの透明基板
３ａ 情報記録面
４，５ レーザビーム
１１ ＤＶＤレーザ
１２ ＣＤレーザ
１３，１４ ハーフプリズム
１５ コリメータレンズ
１６ 検出レンズ
１７ 光検出器
１８ 回析格子
１９ アクチュエータ
２０ アクチュエータ駆動回路
２１ 信号処理回路
２２ レーザ駆動回路
２３ システム制御回路
２４ ディスク判別手段

Claims (14)

1. 複数種類の単色光をそれぞれ屈折作用により集光させる多波長用のレンズであって、前記レンズは少なくとも一方のレンズ面が全ての単色光での共通使用領域において屈折力の異なる複数の非球面部に分割されてなり、前記分割されたいずれの非球面部も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されていて、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｉのほぼ整数倍異なり、前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λｉ）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味し、ｉは１，２・・・の整数である）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比が０．４以上２．５以下であることを特徴とするレンズ。
2. 前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差（△Ｖｄ（λｉ））が０．１４λｉ（ｉは１，２・・・の整数）以下であることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
3. 二種類の単色光をそれぞれ屈折作用により集光させる多波長用のレンズあって、前記レンズは少なくとも一方のレンズ面が全ての単色光での共通使用領域において屈折力の異なる複数の非球面部に分割されてなり、分割されたいずれの非球面部も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されていて、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｐのほぼ整数倍異なり、前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λｐ）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味し、ｐは１または２の整数であり、λ_１＜λ_２）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比が０．４以上２．５以下であることを特徴とするレンズ。
4. 前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差（△Ｖｄ（λｐ））が０．１４λｐ（ｐは１または２の整数である）以下であることを特徴とする請求項３記載のレンズ。
5. 前記各非球面部内における前記各単色光の波面収差の分布が各非球面部において収差をみたときにほぼ対称形であることを特徴とする請求項３に記載のレンズ。
6. 前記非球面部における任意の光線高さにおいて各単色光の前記差の比が０．４以上２．５以下であることを特徴とする請求項１又は３記載のレンズ。
7. 前記各単色光を該情報記録面にＲＭＳ波面収差が0.035λ以下に集光させ、各波長、各記録媒体ごとに別々な焦点位置を有することを特徴とする請求項１又は３に記載のレンズ。
8. 任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と波長λ_１のほぼ２ｍ倍異なる（ｍは整数、すなわちｍ＝...−４，−３，−２，−１，０，１，２，３，４，５，...）ことを特徴とする請求項３記載のレンズ。
9. 任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長に対して波長λ_１のほぼ２ｍ倍異なり（ｍは整数、すなわちｍ＝...−４，−３，−２，−１，０，１，２，３，４，５，...）、かつ任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長に対して波長λ_２のほぼｍ倍異なる（ｍは整数、すなわちｍ＝...−４，−３，−２，−１，０，１，２，３，４，５，...）ことを特徴とする請求項３記載のレンズ。
10. 前記波長λ_１は３８０〜４３０ｎｍであり、波長λ_２は６３０〜６８０ｎｍであることを特徴とする請求項３、８又は９記載のレンズ。
11. 前記波長λ_１におけるレンズ屈折率とλ_２におけるレンズ屈折率の差が０．０３以上あることを特徴とする、請求項３乃至１０いずれかに記載のレンズ。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のレンズを用いた光学系。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載のレンズを用いた光学ヘッド。
14. 請求項１〜１１いずれかに記載のレンズを用いた光ディスク装置。

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