JP2004264815A - 対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度特性及び波長特性を良好な状態で両立できる対物レンズ、特に光情報記録媒体の書き込み対応がなされた対物レンズ、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】 本発明の対物レンズは、波長λ１の光束に対する結像倍率ｍ１が−１／４＜ｍ１＜−１／１５を満たす。また、波長λ１と波長λ２の光束の少なくとも一方に対して位相差を付与する位相差付与構造が形成されると共に、光軸を含む同心円状の中央領域と、この中央領域の周囲を覆う周辺領域とを備える。そして、周辺領域を通過する波長λ２の光束は第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光せずにフレア光となる。そして、フレア光により第２の光情報記録媒体の情報記録面上に形成される、光軸を中心とした同心円形状の内径を５μｍ以上１００μｍ以下とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。

近年、ＤＶＤ（デジタルヴァーサタイルディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）などの光情報記録媒体（光ディスクともいう）が広く普及されている。これら光ディスクは使用波長、保護基板厚さが個々に定められている。特に前述のＤＶＤとＣＤとでは保護基板厚さが異なっており、保護基板厚さの違いを補正できる対物レンズ（互換対物レンズ）に関して数多く開示されている。
互換対物レンズの例としては、使用波長の違いを利用して非球面表面に回折構造を設けて保護基板厚さを補正するものが公知となっている。また、プラスチック製の回折対物レンズで互換設計を行うと、通常のプラスチック製の対物レンズよりも温度特性が改善されることも公知である。
しかしながら、回折レンズの場合には、温度特性をより改善しようと回折作用を強めると、結果として波長特性の悪化や、回折ピッチが細くなることによる回折効率の低下などの光量ロスの発生や、温度依存性が高くなるといった不具合も併せ持つことになる。
従って、回折互換レンズの場合には温度特性や波長特性とのバランスが重要となる。
一方で光ディスクの記録や再生を行う光ピックアップ装置に関しては、装置の簡略化や小型化を図るべく、対物レンズに有限光束が入射するタイプや、情報の記録のための対物レンズの高ＮＡ化等の要求があるが、これら要求は温度特性にとって更に負荷をかけることになるため、温度特性と波長特性とのバランス設計がより難しくなる。
このような光ピックアップ装置用の対物レンズとしては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００２−２８８８６７号公報

ところで、特許文献１に開示された対物レンズは、温度変化時に発生する球面収差を抑えるべく、光学材料の温度変化に対する屈折率変化（ｄｎ／ｄＴ）を規定し、上述した対物レンズのバランス設計を達成したものである。
従って、特許文献１の発明とは異なる観点から、あるいは、特許文献１の発明に対してさらなる構成要素を付加することにより、上述した温度特性及び波長特性のバランス設計を実現できる対物レンズが求められている。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、温度特性及び波長特性を良好な状態で両立できる対物レンズ、特に光情報記録媒体の書き込み対応がなされた対物レンズを提供することである。また、この対物レンズを備える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。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、第１の光源から出射される波長λ1の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に第２の光源から出射される波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の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の光情報記録媒体と第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の再生が可能であると共に、少なくとも一方に対して情報の記録が可能な光ピックアップ装置に用いられる対物レンズであって、前記波長λ１の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ１が−１／４＜ｍ１＜−１／１５を満たし、前記対物レンズの少なくとも一方の光学面には、前記波長λ１と波長λ２の光束の少なくとも一方に対して位相差を付与する位相差付与構造が形成されると共に、該光学面が、光軸を含む同心円状の中央領域と、この中央領域の周囲を覆う周辺領域とを備え、前記波長λ１の光束は、前記中央領域及び周辺領域を通過して前記第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記波長λ２の光束のうち、前記中央領域を通過する光束は前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記周辺領域を通過する光束は前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光せずにフレア光となり、前記フレア光により前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に形成される、光軸を中心とした同心円形状の内径が５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする。

ここで、本明細書中において対物レンズとは、光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態で、最も光情報記録媒体に近い位置において、光情報記録媒体と対向して配置される集光作用を有する光学素子を指すが、単一のレンズ（単玉）のみで構成されているものに限定されず、複数のレンズを光軸方向に組み合わせて構成されるレンズ群をまとめたものであってもよく、更に、これら単一のレンズあるいは複数のレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に移動可能な光学素子も含めたものであってもよい。
また、光情報記録媒体とはＣＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ、ＭＤ、ＭＯ、高密度光ディスク等の所定の波長の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう一般的な光ディスクを指す。

また、位相差付与構造とは、入射光束に対して所定の位相差を付与することにより、この光束に対して特定の作用を与える構造を指すものであり、必ずしも回折作用に限定されるものではない。
位相差付与構造としては、例えば、光軸を含む平面（子午断面）でその断面をみた場合に鋸歯状あるいは光軸方向に沿った階段状となった構造などを指す。
また、本明細書中において、保護基板とは光情報記録媒体の情報記録面を保護するために、情報記録面の光束入射面側に形成される光学的に透明な平行平板を指す。光源から出射された光束は、対物レンズによって保護基板を介して光情報記録媒体の情報記録面上に集光されることになる。

請求項１に記載の発明によれば、対物レンズの少なくとも一方の面に形成する位相差付与構造（例えば回折構造）により、各々の光情報記録媒体の基板厚補正と、第１の光情報記録媒体に関する温度特性の改善を図るものとする。
また、結像倍率ｍ１が−１／４以下となると、軸外特性の悪化や、温度特性を改善するために回折作用を強めることによる波長特性の悪化が懸念される。また、結像倍率ｍ１が−１／１５以上となると光学系の全長が長くなり、光ピックアップ装置の大型化を招いてしまう。従って、結像倍率ｍ１を上記範囲内とすることで、軸外特性の向上及び光ピックアップ装置の小型化を達成できる。
また、フレア光により第２の光情報記録媒体の情報記録面上に形成される、光軸を中心とした同心円形状の内径（フレア径ｄ１）が１００μｍより大きくなる場合には回折作用が弱すぎるため対物レンズの温度特性を改善できない。また、フレア径ｄ１が５μｍより小さくなると、逆に回折作用が強すぎるため対物レンズの波長特性が悪化し、色収差が発生してしまう。従って、フレア径ｄ１を５μｍ以上１００μｍ以下とすることで、波長特性と温度特性を良好に両立できる。
また、対物レンズに位相差付与構造としての回折構造を形成する場合には、回折光の回折次数を中央領域と周辺領域とでそれぞれ適宜設定することで、光情報記録媒体の種類に応じた十分な光量を得ることができると共に、各種収差（軸上色収差、温度特性収差等）を精度良く補正することができる。

また、請求項１の構成において、例えば波長λ２の光束に対する対物レンズの結像倍率ｍ２を上記結像倍率ｍ１とほぼ等しくすることにより、各々の光情報記録媒体の基板厚補正が容易となる。また、同時に第１の光情報記録媒体での温度特性の改善が図れる。特に、第１の光情報記録媒体として現行のＤＶＤを用い、第２の光情報記録媒体として現行のＣＤを用いる場合には、ＤＶＤとＣＤの結像倍率（ｍ１とｍ２）を揃えておくことで、基板厚補正と、高い開口数が要求されるＤＶＤ側の温度特性の改善との両立が可能となる。従って、第１の光情報記録媒体と第２の光情報記録媒体の少なくとも一方に対する情報の記録を可能とする、いわゆる書き込み対応のために対物レンズの開口数を大きくした場合には、このように結像倍率を揃えた設定とすることが好ましい。
また、請求項１に記載の構成において、結像倍率ｍ１とｍ２とを異なる値（例えばｍ１＞ｍ２）とした場合、第２の光情報記録媒体におけるワーキングディスタンスＷＤを、ｍ１＝ｍ２とした場合のＷＤよりも長くすることができ、対物レンズと第２の光情報記録媒体の情報記録面との干渉を防止できる。また、対物レンズ側のＮＡが大きくなり、結果として対物レンズに入射する波長λ２の光束の光量を多くすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の対物レンズであって、前記結像倍率ｍ１、前記波長λ１の光束による前記対物レンズの像側の開口数ＮＡ１、前記波長λ２の光束による前記対物レンズの像側の開口数ＮＡ２が、−１／４＜ｍ１＜−１／１０、０．６０＜ＮＡ１＜０．７０、０．４５＜ＮＡ２＜０．５５を満たすことを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、対物レンズをＣＤとＤＶＤの互換用として好適に用いることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の対物レンズであって、プラスチック材料により構成され、前記フレア光により前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に形成される、光軸を中心とした同心円形状の内径が５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、温度変化による特性の変化量が大きいプラスチック製の対物レンズであっても、上記フレア径ｄ１を５μｍ以上５０μｍ以下に抑えて、波長特性と温度特性を良好に両立できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の対物レンズであって、前記波長λ２の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ２が−１／４＜ｍ２＜−１／１５を満たすことを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、第２の光情報記録媒体に対する温度特性と波長特性とをバランスさせたレンズ設計を行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の対物レンズであって、前記結像倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ２とがほぼ等しいことを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、第１の光情報記録媒体と第２の光情報記録媒体の両者に対する温度特性と波長特性とをバランスさせたレンズ設計を行うことができる。つまり、結像倍率ｍ１とｍ２をほぼ等しくすることにより、各々の光情報記録媒体の基板厚補正が容易となる。また、同時に第１の光情報記録媒体での温度特性の改善が図れる。特に、第１の光情報記録媒体として現行のＤＶＤを用い、第２の光情報記録媒体として現行のＣＤを用いる場合には、ＤＶＤとＣＤの結像倍率（ｍ１とｍ２）を揃えておくことで、基板厚補正と、高い開口数が要求されるＤＶＤ側の温度特性の改善との両立が可能となる。従って、第１の光情報記録媒体と第２の光情報記録媒体の少なくとも一方に対する情報の記録を可能とする、いわゆる書き込み対応のために対物レンズの開口数を大きくした場合には、このように結像倍率を揃えた設定とすることが特に重要となる。
また、第１の光源と第２の光源とが一体化された光源を使用する場合には、共役点の関係上、光情報記録媒体からの反射光を感知するセンサーの共通化が可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズであって、前記位相差付与構造としての回折構造が前記周辺領域に形成され、該回折構造により回折作用を受ける前記波長λ１の光束の２次〜６次回折光のいずれかを利用して情報の再生及び／又は記録を行ない、該回折構造に関するブレーズ化波長λＢ２がλ１とほぼ等しいことを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、第１の光情報記録媒体にのみ利用する周辺領域においては、ブレーズ化波長λＢ２は波長λ１と等しくする方が第１の光情報記録媒体における光量の確保には有利である。また、高回折次数とした場合には波長依存性が強まるという弱点がある一方で、回折構造のピッチが広がるので回折効率が高くなり、光量の確保の観点では有利となる。従って、トータルバランスを考えると波長λ１の光束の２次〜４次回折光が好ましく、光量を高めたい場合には５又は６次回折光が好ましい。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の対物レンズであって、前記位相差付与構造としての回折構造が前記中央領域に形成され、該回折構造により回折作用を受ける前記波長λ１の光束と波長λ２の光束それぞれの１次回折光を利用して情報の再生及び／又は記録を行ない、該回折構造に関するブレーズ化波長λＢ１が、λ１＜λＢ１＜λ２を満たすことを特徴とする。
請求項７に記載の発明によれば、波長λ１及び波長λ２の光束の１次回折光を利用するので、光量を確保でき、また、波長依存性を回避できる。
さらに、波長λ１及び波長λ２の光束の１次回折光を利用する場合に、中央領域に形成する回折構造に関するブレーズ化波長λＢ１を、λ１＜λＢ１＜λ２の範囲内とする。ここで、例えば、λＢ１＜λ１とした場合、λ２の回折効率がλ１と比較して極端に低くなり、また、λＢ１＞λ２とした場合、λ１の回折効率がλ２と比較して極端に低くなってしまう。従って、十分な光量の確保が可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の対物レンズであって、前記周辺領域を通過した前記波長λ２の光束による、前記対物レンズの近軸像点を基準とした場合の球面収差量の絶対値が５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明によれば、球面収差量ｄ２の絶対値が１００μｍより大きくなると、対物レンズの温度特性が悪化してしまう。また、球面収差量ｄ２の絶対値が５μｍより小さくなると、対物レンズの波長特性が悪化し、色収差が発生してしまう。また、光検出器による合焦検出やトラック検出時に、集光スポットを光軸上のフレア光から分離できず、合焦検出及びトラック検出の精度が低下してしまう。
従って、フレア光による光軸上の球面収差量ｄ２の絶対値を５μｍ以上１００μｍ以下とすることにより、波長特性と温度特性を良好に両立でき、さらに、合焦検出及びトラック検出の精度低下を防止できる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の対物レンズを備えることを特徴とする。
請求光１０に記載の発明は、請求項９に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ２の光束に対する前記第２の光源から前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上までの光学系倍率Ｍ２と、前記波長λ２の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ２とが、Ｍ２＜ｍ２を満たすことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、第２の光源から第２の光情報記録媒体の情報記録面上までの光学系中に、例えば正の屈折力を有するカップリングレンズ等の光学素子を配置してＭ２＜ｍ２を満たす構成にすることにより、この光学素子を配置しない場合と比較して、第２の光源から出射される波長λ２の光束のうち、第２の光情報記録媒体の情報記録面上における集光スポットの形成に寄与する光束の光量を多くすることができる。
請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の光ピックアップ装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温度特性及び波長特性を良好な状態で両立できる対物レンズ、特に光情報記録媒体の書き込み対応がなされた対物レンズ、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。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置１は、光源としての半導体レーザ２、半導体レーザ２から出射された波長λ１とλ２の発散光を通過させると共に光情報記録媒体１０（本実施の形態においてはＤＶＤ又はＣＤ）で反射した光束を分岐するビームスプリッタ３、光束をＤＶＤ又はＣＤの情報記録面１２上に集光させる対物レンズ２０、対物レンズ２０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４、ＤＶＤ又はＣＤからの反射光を検出する光検出器５等から概略構成される。
さらに、光源（半導体レーザ２）は、波長λ１の光束を出射する第１の光源（図示せず）と波長λ２の光束を出射する第２の光源（図示せず）とを一体化したものであり、発光点から光情報記録媒体の表面までの距離を第１の光情報記録媒体と第２の光情報記録媒体とで等しくしている。また、光検出器５の位置は、発光点位置の戻り光学系位置と共役であるため、第１の光情報記録媒体と第２の光情報記録媒体とで共通化している。対物レンズ２０は２次元アクチュエータにより各々デフォーカス制御が行なわれる。

なお、説明の便宜上、ＤＶＤとＣＤを一つの図で表している。また、符合１１は、情報記録面１２を保護するために情報記録面１２上に形成される保護基板を指す。また、本実施の形態においては、波長λ１の光束はＤＶＤ用、波長λ２の光束はＣＤ用として用いるものとする。

図２に示すように、対物レンズ２０は光源側の光学機能面（入射面２１）と光情報記録媒体１０側の光学機能面（出射面２２）の両面が非球面の単レンズである。
入射面２１上であって、光軸Ｌを中心とした一定高さ（光軸からの距離ｈ＝ｈ₀）以下の中央領域Ａ１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３０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３０は光軸Ｌを中心としたほぼ同心円状に形成され、入射光束を回折させる作用を有する回折輪帯３１により構成されている。

各回折輪帯３１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３１に入射する波長λ１とλ２の光束に対して所定の光路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。
本実施の形態においては、回折構造により回折作用を受ける波長λ１及び波長λ２の光束それぞれの１次回折光を利用して、情報の記録及び／又は記録を行なうものとする。なお、回折構造による回折光の発生原理については周知であるため説明を省略する。
各回折輪帯３１の始点３１ａと終点３１ｂ（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３１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。なお、回折輪帯３１の設計手法については周知であるため説明を省略する。

入射面２１上であって、中央領域Ａ１の周囲を覆う位置には周辺領域Ａ２が形成されており、本実施の形態においては、周辺領域Ａ２にも位相差付与構造としての回折構造３２（回折輪帯）が形成されている。
また、波長λ１の光束に対する結像倍率ｍ１と波長λ２の光束に対する結像倍率ｍ２はほぼ等しく、かつ、−１／４＜ｍ１＜−１／１５を満たすように設計されている。
このように、結像倍率ｍ１とｍ２をほぼ等しくすることにより、ＤＶＤとＣＤの基板厚補正と、高い開口数が要求されるＤＶＤ側の温度特性の改善との両立が可能となる。従って、書き込み対応のために対物レンズの開口数を大きくした場合には、このように結像倍率を揃えた設定とすることが特に重要となる。

なお、結像倍率ｍ１とｍ２とを異なる値（例えばｍ１＞ｍ２）としてもよい。この場合、第２の光情報記録媒体におけるワーキングディスタンスＷＤを、ｍ１＝ｍ２とした場合のＷＤよりも長くすることができ、対物レンズと第２の光情報記録媒体の情報記録面との干渉を防止できる。また、対物レンズ側のＮＡが大きくなり、結果として対物レンズに入射する波長λ２の光束の光量を多くすることができる。
また、結像倍率ｍ１（ｍ２も同様）が−１／４以下となると軸外特性の悪化を招き、−１／１５以上となると光学系の全長が長くなり光ピックアップ装置の大型化を招いてしまう。
特に、波長λ１の光束に対する結像倍率ｍ１が−１／４＜ｍ２＜−１／１０を満たし、波長λ１の光束による対物レンズの像側の開口数ＮＡ１が０．６０＜ＮＡ１＜０．７０を満たし、さらに、波長λ２の光束による対物レンズの像側の開口数ＮＡ２が、０．４５＜ＮＡ２＜０．５５を満たすように対物レンズを設計することにより、対物レンズ及び光ピックアップ装置をＣＤとＤＶＤの互換用として好適に用いることができる。

次に、上述のように構成された対物レンズ２０を備える光ピックアップ装置１の動作について説明する。
まず半導体レーザ２光源から出射された波長のλ１とλ２の光束はビームスプリッタ３及び絞りを通過して対物レンズ２０の入射面２１に至る。
そして、図２に示すように、入射面２１に入射する光束のうち、中央領域Ａ１を通過する波長λ１とλ２の光束は回折輪帯３１により回折作用を受けて出射される。そして、これら波長λ１の光束と波長λ２の光束の１次回折光が、それぞれＤＶＤとＣＤの情報記録面１２上に収束し、光軸Ｌ上にスポットＰを形成する。

また、入射面２１に入射する光束のうち、周辺領域Ａ２を通過する波長λ１の光束は、回折輪帯３１により回折作用を受けて出射される。そして、波長λ１の光束の１次回折光が、ＤＶＤの情報記録面１２上に収束し、光軸Ｌ上にスポットＰを形成する。
また、周辺領域を通過する波長λ２の光束は、回折輪帯３２により回折作用を受けて出射される。
ところが、この出射光は上記スポットＰには収束せず、ＣＤの情報記録面１２上であってスポットＰが形成されている位置から光軸Ｌに対して垂直な方向に僅かにずれた位置に到達する。
このように、周辺領域Ａ２に入射する光束はフレア光となり情報記録面１２上のスポットＰに収束しないことから、対物レンズ２０が絞りとしての機能も有することになる。

次に、スポットＰに集光した波長λ１とλ２の光束はそれぞれ情報記録面１２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２０を通過して、ビームスプリッタ３で反射して分岐される。
分岐された光束は凹レンズ４を経て光検出器５に入射する。光検出器５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又はＣＤに記録された情報の読み取り信号を得る。
また、光検出器５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図示しない２次元アクチュエータは各光束がスポットとして情報記録面１２上に結像するように、対物レンズ２０をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。

ここで、本発明においては、図２及び図３に示すように、上記波長λ２の光束のフレア光により情報記録面１２上に形成される、光軸Ｌを中心とした同心円４０の内径ｄ１（以下、「フレア径ｄ１」という）が、５μｍ以上で１００μｍ以下となるように対物レンズが設計されている。なお、この条件を満たす対物レンズ及び光ピックアップ装置の設計手法は、当業者にとって周知の技術であるため、説明を省略する。
フレア径ｄ１が１００μｍより大きくなると、対物レンズの温度特性が悪化してしまう。また、フレア径ｄ１が５μｍより小さくなると、対物レンズの波長特性が悪化し、色収差が発生してしまう。

従って、フレア径ｄ１を５μｍ以上１００μｍ以下とすることで、波長特性と温度特性を良好に両立できる。
なお、対物レンズをプラスチック材料で構成する場合には、プラスチック製の対物レンズは温度変化による特性の変化量が大きいことを考慮して、上記フレア径ｄ１を５μｍ以上５０μｍ以下に抑えることがより好ましい。
また、図２に示すように、合焦位置を基準として、フレア光による光軸Ｌ上の球面収差量ｄ２の絶対値が５μｍ以上１００μｍ以上となるように対物レンズを設計することがより好ましい。なお、球面収差がオーバーとなる方向を正とする。

球面収差量ｄ２の絶対値が１００μｍより大きくなると、対物レンズの温度特性が悪化してしまう。また、球面収差量ｄ２の絶対値が５μｍより小さくなると、対物レンズの波長特性が悪化し、色収差が発生してしまい、また、光検出器５による合焦検出やトラック検出時に、上記スポットＰを光軸Ｌ上のフレア光から分離できず、合焦検出及びトラック検出の精度が低下してしまう。
従って、フレア光による光軸Ｌ上の球面収差量ｄ２の絶対値を５μｍ以上１００μｍ以下とすることにより、波長特性と温度特性を良好に両立でき、さらに、合焦検出及びトラック検出の精度低下を防止できる。
また、上述のように、本実施の形態においては、回折構造により回折作用を受ける波長λ１及び波長λ２の光束それぞれの１次回折光を利用して、情報の記録及び／又は再生を行なうものとしている。

図４は、本発明に係る対物レンズに形成した回折構造により、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍの各光束に回折作用を与えた場合の、回折次数と回折効率との関係を示すものである。
図４より、波長６００ｎｍ〜８００ｎｍのいずれの光束であっても、１次回折光の回折効率が最も高いことが分かる。また、１次回折光以外の回折光では、波長の変化量に対する回折効率の変化量が大きい、いわゆる波長依存性が高くなるため波長特性が悪化してしまう。
従って、波長λ１及び波長λ２の光束共に１次回折光を利用して情報の記録及び／又は再生を行なうことが、光量の確保及び波長依存性の回避の観点から最も好ましいと判断できる。

また、波長λ１及び波長λ２の光束の１次回折光を利用する場合には、中央領域に形成する回折構造に関するブレーズ化波長λＢ１を、λ１＜λＢ１＜λ２の範囲内とすることが好ましい。これは、図４から分かるように、例えば、λＢ１＜λ１とした場合、λ２の回折効率がλ１と比較して極端に低くなり、また、λＢ１＞λ２とした場合、λ１の回折効率がλ２と比較して極端に低くなってしまうからである。
また、周辺領域に形成する回折構造に関するブレーズ化波長λＢ２を波長λ１とほぼ等しい値とし、この回折構造により回折作用を受ける波長λ１の光束に関しては２次〜６次の回折光を利用して情報の記録及び／又は再生を行なうこととしてもよい。

ＤＶＤにのみ利用する周辺領域においては、ブレーズ化波長λＢ２は波長λ１と等しくする方が第１の光情報記録媒体における光量の確保には有利である。また、回折次数に関しても高回折次数とした場合には波長依存性が強まるという弱点がある一方で、回折構造のピッチが広がるので回折効率が高くなり、光量の確保の観点では有利となる。従って、トータルバランスを考えると波長λ１の光束の２次〜４次回折光が好ましく、光量を高めたい場合には５又は６次回折光が好ましい。
また、本実施の形態においては、中央領域と周辺領域に回折輪帯が形成されるものとしたが、本発明に係る対物レンズはこれに限定されるものではなく、例えば、図５〜図７に示すような対物レンズであっても良い。

図５に示す対物レンズ５０は、中央領域Ａ１に位相差付与構造としての回折輪帯５１を備え、周辺領域Ａ２が屈折面５２で構成されたものである。
図６に示す対物レンズ６０は、中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２共に位相差付与構造を備えるが、中央領域Ａ１の位相差付与構造は、光軸Ｌを中心として同心円状に形成された階段状の段差６１からなる。
各段差は光軸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、各段差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と同様の作用を与えるようになっている。また、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。
周辺領域Ａ２の位相差付与構造は光軸Ｌを中心とした鋸歯状の回折輪帯６２で構成されている。

図７に示す対物レンズ７０は、中央領域Ａ１に位相差付与構造を備え、周辺領域Ａ２に屈折面７１を備える。
中央領域Ａ１の位相差付与構造は、光軸Ｌを中心として同心円状に形成された階段状の段差７２からなり、各段差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と同様の作用を与えるようになっている。
なお、本実施の形態においては、対物レンズ２０の入射面２１に中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２を設けるものとしたが、これに限らず、例えばこれら領域Ａ１、Ａ２を出射面２２に設けても良く、あるいは、これら領域Ａ１、Ａ２を入射面２１と出射面２２の両方に設けても良い。

また、光ピックアップ装置を、図８に示すような構成としてもよい。
この光ピックアップ装置８０は、第１の光源８１と第２の光源８２とを別体に配置し、第２の光源８２と第１のビームスプリッタ８３の間に、正の屈折力を有するカップリングレンズ８４を配置し、更に第１の光源８１からの出射光を反射して対物レンズ２０に入射させる第２のビームスプリッタ８５を備える点が上記光ピックアップ装置１と異なる点である。

このように、第２の光源８２とビームスプリッタ８３の間に、正の屈折力を有するカップリングレンズ８４を配置し、波長λ２の光束に関する第２の光源８２から第２の光情報記録媒体の情報記録面１２上までの光学系倍率Ｍ２が対物レンズ１０単体の結像倍率ｍ２よりも小さくなる、つまりＭ２＜ｍ２を満たす構成とすることにより、カップリングレンズ８４を配置しない光ピックアップ装置１の構成と比較して、第２の光源８２から出射される波長λ２の光束のうち、第２の光情報記録媒体の情報記録面１２上における集光スポットの形成に寄与する光束の光量を多くすることができる。
なお、カップリングレンズ８４は、第２の光源８２から第２の光情報記録媒体の情報記録面１２上までの光学系中に配置されていればよく、また、図１に示したような、第１の光源と第２の光源とを一体化した光源２を用いてもよい。

なお、図示は省略するが、上述した光ピックアップ装置１０及び８０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光情報記録再生装置を得ることができる。

[実施例１]
次に、対物レンズ及び光ピックアップ装置の第１の実施例について説明する。
本実施例においては、回折構造により回折作用を受ける波長λ１（ＤＶＤ）及び波長λ２（ＣＤ）の光束それぞれの１次回折光を利用する。そして、ＤＶＤでは情報の再生のみを行ない、ＣＤでは情報の再生と記録（書き込み）を行なうようになっている。
本実施例においては、図２に示したものと同様に、両面非球面の単レンズである対物レンズの一方の光学面（入射面）上であって、光軸Ｌからの高さｈが１．４８９ｍｍ以下の中央領域Ａ１と１．４８９ｍｍ以上の周辺領域にそれぞれ位相変調手段としての回折輪帯を備えるものである。
なお、図２は本実施例で使用する対物レンズの概略図を示すものである。従って、回折輪帯の数や、レンズ径に対する中央領域と周辺領域が径方向に占める割合などは、本実施例の対物レンズと必ずしも一致するものではない。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。

表１に示すように、本実施例の対物レンズは、第１の光源から出射される波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ₁＝２．５０ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ１＝−１／７に設定されており、第２の光源から出射される波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ₂＝２．５１ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．５１、結像倍率ｍ２＝−１／７．１に設定されている。
表１中の面番号２、２´はそれぞれ対物レンズの入射面のうち光軸Ｌからの高さｈが１．４８９ｍｍ以下の中央領域Ａ１、ｈが１．４８９ｍｍ以上の周辺領域Ａ２、面番号３は出射面を示している。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。
対物レンズの第２面、第２´面、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。
また、第２面の回折構造に関するブレーズ化波長λＢ１は７３０ｎｍ、第２´面の回折構造に関するブレーズ化波長λＢ２は６５５ｎｍである。

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。
また、回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表２に示す係数を代入した数式で規定される。

ここで、Ｂ_2iは光路差関数の係数である。

図９（ａ）は、波長λ１＝６５５ｎｍの光束と保護基板厚が０．６ｍｍ、即ち、ＤＶＤにおける球面収差量と瞳座標（縦軸の１がＮＡ０．６０に相当する。）を示すグラフであり、図９（ｂ）は、波長λ２＝７８５ｎｍの光束と保護基板厚が１．２ｍｍ、即ち、ＣＤにおける球面収差量と瞳座標（縦軸の１がＮＡ０．６０に相当する。）を示すグラフである。
図９(ａ)、（ｂ）から、ＤＶＤとＣＤ共に必要開口数内において球面収差が良好に補正されていることが分かる。

図１０は、温度特性及び波長特性を示すものである。
ＤＶＤ使用時における温度特性について検証すると、温度上昇が＋３０度、波長λ１の変化量が＋６ｎｍの時に、球面収差は０．０２９λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。
また、ＤＶＤ使用時における波長特性について検証すると、波長λ１の変化量が−１０ｎｍの時に、球面収差は０．０２９λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。

ＣＤ使用時における温度特性について検証すると、温度上昇が＋３０度、波長λ１の変化量が＋８．１ｎｍの時に、球面収差は０．００７λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。
また、ＣＤ使用時における波長特性について検証すると、波長λ１の変化量が−１０ｎｍの時に、球面収差は０．０１９λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。

[実施例２]
次に、対物レンズ及び光ピックアップ装置の第２の実施例について説明する。
本実施例においても、実施例１と同様に、回折構造により回折作用を受ける波長λ１（ＤＶＤ）及び波長λ２（ＣＤ）の光束それぞれの１次回折光を利用するものである。そして、ＤＶＤとＣＤ共に情報の再生と記録（書き込み）を行なうようになっている。
本実施例においては、図２に示した、両面非球面の単レンズである対物レンズの一方の光学面（入射面）上であって、光軸Ｌからの高さｈが１．４８９ｍｍ以下の中央領域Ａ１と１．４８９ｍｍ以上の周辺領域にそれぞれ位相変調手段としての回折輪帯を備えるものである。
表３、表４に対物レンズのレンズデータを示す。

表３に示すように、本実施例の対物レンズは、第１の光源から出射される波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ₁＝２．５０ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ１＝−１／７に設定されており、第２の光源から出射される波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ₂＝２．５２ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．５１、結像倍率ｍ２＝−１／７．１に設定されている。
表３中の面番号２、２´はそれぞれ対物レンズの入射面のうち光軸Ｌからの高さｈが１．４８９ｍｍ以下の中央領域Ａ１、ｈが１．４８９ｍｍ以上の周辺領域Ａ２、面番号３は出射面を示している。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。
対物レンズの第２面、第２´面、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。

また、第２面の回折構造に関するブレーズ化波長λＢ１は７３０ｎｍ、第２´面の回折構造に関するブレーズ化波長λＢ２は６５５ｎｍである。
また、回折輪帯のピッチは上記数２の光路差関数に、表４に示す係数を代入した数式で規定される。

図１１（ａ）は、波長λ１＝６５５ｎｍの光束と保護基板厚が０．６ｍｍ、即ち、ＤＶＤにおける球面収差量と瞳座標（縦軸の１がＮＡ０．６５に相当する。）を示すグラフであり、図１１（ｂ）は、波長λ２＝７８５ｎｍの光束と保護基板厚が１．２ｍｍ、即ち、ＣＤにおける球面収差量と瞳座標（縦軸の１がＮＡ０．６５に相当する。）を示すグラフである。
図１１(ａ)、（ｂ）から、ＤＶＤとＣＤ共に、必要開口数内において球面収差が良好に補正されていることが分かる。

図１２は、温度特性及び波長特性を示すものである。
ＤＶＤ使用時における温度特性について検証すると、温度上昇が＋３０度、波長λ１の変化量が＋６ｎｍの時に、球面収差は０．０４５λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。
また、ＤＶＤ使用時における波長特性について検証すると、波長λ１の変化量が−１０ｎｍの時に、球面収差は０．０３５λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。

ＣＤ使用時における温度特性について検証すると、温度上昇が＋３０度、波長λ１の変化量が＋８．１ｎｍの時に、球面収差は０．００９λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。
また、ＣＤ使用時における波長特性について検証すると、波長λ１の変化量が−１０ｎｍの時に、球面収差は０．０１９λｒｍｓ程度の増加に留まった。これより、温度特性について実用上問題がないことが分かった。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。

本実施の形態に係る光ピックアップ装置及び対物レンズを示す平面図である。 対物レンズの構造を示す縦断面図である。 情報記録面上のスポットとフレア光による光軸を中心とした同心円形状を示す正面図である。 波長６００ｎｍ〜８００ｎｍの各光束に回折作用を与えた場合の、回折次数と回折効率との関係を示すグラフである。 対物レンズの構造を示す縦断面図である。 対物レンズの構造を示す縦断面図である。 対物レンズの構造を示す縦断面図である。 光ピックアップ装置の他の構成を示す平面図である。 球面収差量を示すグラフ（ａ）、（ｂ）である。 温度特性と波長特性を示す表である。 球面収差量を示すグラフ（ａ）、（ｂ）である。 温度特性と波長特性を示す表である。

符号の説明

Ａ１ 中央径領域
Ａ２ 周辺領域
１ 光ピックアップ装置
２ 光源
１０ 光情報記録媒体
１２ 情報記録面
２０ 対物レンズ
２１ 光学機能面（入射面）
２２ 光学機能面（出射面）
３０ 位相差付与構造

Claims (11)

1. 第１の光源から出射される波長λ1の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させると共に第２の光源から出射される波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の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の光情報記録媒体と第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の再生が可能であると共に、少なくとも一方に対して情報の記録が可能な光ピックアップ装置に用いられる対物レンズであって、
   前記波長λ１の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ１が−１／４＜ｍ１＜−１／１５を満たし、
   前記対物レンズの少なくとも一方の光学面には、前記波長λ１と波長λ２の光束の少なくとも一方に対して位相差を付与する位相差付与構造が形成されると共に、該光学面が、光軸を含む同心円状の中央領域と、この中央領域の周囲を覆う周辺領域とを備え、
   前記波長λ１の光束は、前記中央領域及び周辺領域を通過して前記第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、
   前記波長λ２の光束のうち、前記中央領域を通過する光束は前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記周辺領域を通過する光束は前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光せずにフレア光となり、
   前記フレア光により前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に形成される、光軸を中心とした同心円形状の内径が５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする対物レンズ。
2. 請求項１記載の対物レンズであって、
   前記結像倍率ｍ１、前記波長λ１の光束による前記対物レンズの像側の開口数ＮＡ１、前記波長λ２の光束による前記対物レンズの像側の開口数ＮＡ２が、
   −１／４＜ｍ１＜−１／１０
   ０．６０＜ＮＡ１＜０．７０
   ０．４５＜ＮＡ２＜０．５５
   を満たすことを特徴とする対物レンズ。
3. 請求項１又は２記載の対物レンズであって、
   プラスチック材料により構成され、
   前記フレア光により前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上に形成される、光軸を中心とした同心円形状の内径が５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする対物レンズ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の対物レンズであって、
   前記波長λ２の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ２が−１／４＜ｍ２＜−１／１５を満たすことを特徴とする対物レンズ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の対物レンズであって、
   前記結像倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ２とがほぼ等しいことを特徴とする対物レンズ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズであって、
   前記位相差付与構造としての回折構造が前記周辺領域に形成され、該回折構造により回折作用を受ける前記波長λ１の光束の２次〜６次回折光のいずれかを利用して情報の再生及び／又は記録を行ない、該回折構造に関するブレーズ化波長λＢ２がλ１とほぼ等しいことを特徴とする対物レンズ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の対物レンズであって、
   前記位相差付与構造としての回折構造が前記中央領域に形成され、該回折構造により回折作用を受ける前記波長λ１の光束と波長λ２の光束それぞれの１次回折光を利用して情報の再生及び／又は記録を行ない、該回折構造に関するブレーズ化波長λＢ１が、
   λ１＜λＢ１＜λ２
   を満たすことを特徴とする対物レンズ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の対物レンズであって、
   前記周辺領域を通過した前記波長λ２の光束による、前記対物レンズの近軸像点を基準とした場合の球面収差量の絶対値が５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする対物レンズ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の対物レンズを備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
10. 請求項９に記載の光ピックアップ装置であって、
    前記波長λ２の光束に対する前記第２の光源から前記第２の光情報記録媒体の情報記録面上までの光学系倍率Ｍ２と、前記波長λ２の光束に対する前記対物レンズの結像倍率ｍ２とが、Ｍ２＜ｍ２を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項９又は１０に記載の光ピックアップ装置を備えることを特徴とする光情報記録再生装置。

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