JP2004326868A - 対物光学素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】少なくとも高密度光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録が可能で、且つ均一な光量を確保できる対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】本発明の対物光学素子５０は、少なくとも波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１光情報記録媒体２０の情報記録面２１上に集光させることにより第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置１０に用いられる単玉の対物光学素子である。そして、物体側の光学面が凸形状であり、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折パワーを有する回折構造が形成され、前記波長λ１の光束に対する、反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形されている。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明の対物光学素子５０は、少なくとも波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１光情報記録媒体２０の情報記録面２１上に集光させることにより第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置１０に用いられる単玉の対物光学素子である。そして、物体側の光学面が凸形状であり、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折パワーを有する回折構造が形成され、前記波長λ１の光束に対する、反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形されている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長（λ）が４００ｎｍ程度の青色レーザー光を用いることにより光情報記録媒体（光ディスク）の記録密度を高め、記憶容量を大きくしたいわゆる高密度光ディスクの研究・開発が進められている。
高密度光ディスクの規格としては、例えば、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、保護基板厚を約０．１ｍｍとするものや、ＮＡ及び保護基板厚を従来のＤＶＤ（デジタルビデオディスク）と同程度の約０．６５及び約０．６ｍｍに抑えたものが知られている。以下の説明においては、ＮＡを０．６５程度、保護基板厚を０．６ｍｍ程度とする高密度光ディスクを「ＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）」と表記する。
【０００３】
そして、このような高密度光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録が可能な光ピックアップ装置に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０３３３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光源からの出射光束は対物レンズを通過して光ディスクの情報記録面上に集光スポットを形成するが、一般に、対物レンズの光学面に形成されている例えば回折構造や入射光の表面反射を抑える反射防止コート等の影響を受けて、入射面のうち高ＮＡ領域（光軸から径方向に遠い領域）を通過する光束の光量が低ＮＡ領域（光軸に近い領域）を通過する光束の光量と比較して低下する、つまり高ＮＡ領域における光量損失が低ＮＡ領域のそれと比較して相対的に大きくなり、対物レンズからの出射光束の光量がばらつく（均一でない）という問題がある。
【０００６】
例えば回折構造として図４に示すような、光軸Ｌを中心とした鋸歯状の回折輪帯１００が対物レンズ１０１の凸形状の入射面に形成されている場合について説明すると、高ＮＡ領域の回折構造を通過した光束Ｐ１が光軸Ｌに対して成す角θ１が、低ＮＡ領域の回折構造を通過した光束Ｐ２が光軸に対して成す角θ２と比較して大きくなる。
通常、回折輪帯１００の表面を通過した光束のうち回折輪帯１００の段差面１０２に至った光束（Ｐ３）は段差面１０２によりその進路を遮断されることから、集光スポットの形成に寄与せず、結果として光量の損失を招く。そして、このような光量の損失は、光束が光軸に対して成す角が大きくなる高ＮＡ領域において顕著となる。
【０００７】
また、反射防止コートは例えば真空蒸着により形成される場合が多いが、高密度光ディスクに用いられるようなＮＡが大きい対物レンズでは、その入射面の曲率が高ＮＡ領域ほど大きくなることから、高ＮＡ領域の反射防止コートの膜厚が厚くなり、コートムラとなる。そして、このコートムラにより高ＮＡ領域における反射防止効果が小さくなり、結果として大きな光量損失を招く。
【０００８】
ここで、上記特許文献１には、第１レンズと第２レンズの２つのレンズを組み合わせて構成された対物レンズを用いて、各レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つに回折輪帯を設けることにより収差を補正し、２種類の光ディスク間での互換を達成する技術が開示されている。
このように、２つのレンズの組み合わせて対物レンズを構成する場合には、回折輪帯を設けることができる光学面は、各レンズの入射面と出射面で計４面存在することになるので、設計の自由度が広がり、上記光量損失が生じにくくなるような光学面を容易に選択できる。
【０００９】
ところが、対物レンズを１つのレンズ（単玉）で構成する場合には、回折輪帯は一つのレンズの入射面と反射面のいずれかに設けなければならないので、設計段階における選択の余地が少なく、上記光量損失を抑えるようなレンズ設計が困難である。
特に、複数の光ディスク間で互換性を有する光ピックアップ装置に単玉の対物レンズを用いる場合には、使用する光束の波長の違いや保護基板厚の違いに起因した収差が発生するため、これら収差を補正し、各光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量を確保し、さらに均一な光量を確保できるレンズの設計は困難であった。
また、上記特許文献１を含む従来の技術では、回折輪帯の段差の影響を受けることによる高ＮＡ領域での光量損失を解消する手段についてなんら考慮されていないことから、対物レンズを構成するレンズが一つかあるいは複数（例えば２つ）であるかによらず上記問題の解消は困難であった。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、少なくとも高密度光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録が可能で、且つ均一な光量を確保できる対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる単玉の対物光学素子であって、物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、前記波長λ１の光束に対する、反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、対物光学素子の物体側の光学面が凸形状であり、また、レンズ材料の内部透過率Ｔ１が９７≦Ｔ１≦９９の範囲内、つまりＴ１が１００ではない。従って、回折輪帯の段差及び反射防止コートの影響を受けずに対物光学素子内部に至った光束であっても、その光量は対物光学素子内部を進行する間に僅かに減少していく。この減少量は、光束が対物レンズ内を通過する距離に比例して大きくなっていくことから、光軸付近で大きく、高ＮＡ領域において小さくなる。
このように、光軸付近を通過する光束の光量が相対的に大きく減少する分、対物レンズの出射面から出射される光束の光量を見た場合には、光軸付近と高ＮＡ領域との差が従来の対物光学素子と比較して小さくなるので、第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量の範囲内において、出射光束の光量を均一にすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる単玉の対物光学素子であって、物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、且つ前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する様に構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、対物光学素子の物体側の光学面が凸形状であり、また、前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する。なお、この「変化」は、光がレンズ材質中を通過する際に材質中に吸収されることにより生じるものである。従って、波長λ１の光束が対物光学素子内を通過する距離が短くなるにつれて光量の変化量は減少し、通過距離が長い場合と比較して、波長λ１の出射光束の光量は相対的に増加することになる。
従って、回折輪帯の段差及び反射防止コートの影響を受けずに対物光学素子内部に至った光束であっても、その光量は対物光学素子内部を進行する間に僅かに減少していく。この減少量は、光束が対物レンズ内を通過する距離に比例して大きくなっていくことから、光軸付近で大きく、高ＮＡ領域において小さくなる。このように、光軸付近を通過する光束の光量が相対的に大きく減少する分、対物レンズの出射面から出射される光束の光量を見た場合には、光軸付近と高ＮＡ領域との差が従来の対物光学素子と比較して小さくなるので、第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量の範囲内において、出射光束の光量を均一にすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくなることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果を得られる。
【００１６】
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光学素子であって、前記波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、前記波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］が、｜Δλ｜≦０．０４０を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、例えばモードホップ等により光源からの出射光束の波長が変動した場合でも、軸上色収差及び球面色収差を回折限界以下に抑えるいわゆる色補正を行なうことができる。
【００１８】
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光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する前記レンズ材料のアッベ数νｄ１が、５０≦νｄ１≦６０を満たすことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、波長依存性を小さく抑えることが可能となり、例えば、光ディスクに情報を記録する際にモードホップが生じた場合でも、屈折率変化を小さく抑え、集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
【００２０】
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光学素子であって、前記物体側の光学面において前記波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の焦点距離をｆ１とすると、０．６３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．６７、０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の光軸上を通過する距離Ｌ１［ｍｍ］と、前記物体側の光学面の高さｈｍａｘに入射した前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の領域を通過する距離ΔＬ１［ｍｍ］とが、０．２５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．５を満たすことを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の対物光学素子であって、前記距離Ｌ１が、１．４≦Ｌ１≦２．５を満たすことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が、２．０≦ｆ１≦４．０を満たすことを特徴とする。
請求項６〜９に記載の発明によれば、ＡＯＤを用いた場合における出射光束の光量を均一にする効果をより高めることができる。
【００２２】
請求項１０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光学素子であって、前記物体側の光学面において前記波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の焦点距離をｆ１とすると、０．８３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．８７、０．０９ｍｍ≦ｔ１≦０．１１ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の光軸上を通過する距離Ｌ１［ｍｍ］と、前記物体側の光学面の高さｈｍａｘに入射した前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の領域を通過する距離ΔＬ１［ｍｍ］とが、０．３５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．６を満たすことを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の対物光学素子であって、前記距離Ｌ１が、１．４≦Ｌ１≦２．５を満たすことを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が、１．０≦ｆ１≦２．５を満たすことを特徴とする。
請求項１０〜１３に記載の発明によれば、保護基板厚が０．０９ｍｍ≦ｔ１≦０．１１ｍｍ程度の高密度光ディスクを用いた場合における出射光束の光量を均一にする効果をより高めることができる。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、波長λ２（６４０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２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２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録も行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明によれば、高密度光ディスクとＤＶＤとの互換性を有する光ピックアップ装置に使用される対物光学素子を得ることができる。
【００２５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が前記回折構造により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ（ｎは自然数）とし、前記波長λ２の光束が前記回折構造により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｍ（ｍは自然数）としたときに、ｎ≠ｍを満たすことを特徴とする。
請求項１５に記載の発明によれば、光量の確保と収差の補正を両立できる。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３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３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録も行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明によれば、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの互換性を有する光ピックアップ装置に使用される対物光学素子を得ることができる。
【００２７】
請求項１７に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であって、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、前記光学素子の少なくとも一方の光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、前記波長λ１の光束に対する、反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形されていることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項１と同様の効果を得られる。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であって、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、前記光学素子の少なくとも一方の光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、且つ前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する様に構成されていることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項２と同様の効果を得られる。
【００２９】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくなることを特徴とする。
請求項１９に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項３と同様の効果を得られる。
【００３０】
請求項２０に記載の発明は、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、前記波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］が、｜Δλ｜≦０．０４０を満たすことを特徴とする。
請求項２０に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項４と同様の効果を得られる。
【００３１】
請求項２１に記載の発明は、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する前記レンズ材料のアッベ数νｄ１が、５０≦νｄ１≦６０を満たすことを特徴とする。
【００３２】
請求項２２に記載の発明は、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記レンズ材料が樹脂であることを特徴とする。
【００３３】
請求項２３に記載の発明は、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の対物光学素子を備えることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の対物光学素子（対物レンズ）及び光ピックアップ装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態においては、光ピックアップ装置１０が、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）、波長λ２（６４０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）、波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の各光束を出射する第１〜第３光源１１〜１３を備えている。
【００３５】
そして、これら各光束を利用して、保護基板２１の厚さｔ１（０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＡＯＤ）、保護基板３１の厚さｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２光情報記録媒体３０（本実施の形態においてはＤＶＤ）、保護基板４１の厚さｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３光情報記録媒体４０（本実施の形態においてはＣＤ）に対して情報の記録及び／又は再生を行なう、３種類の光ディスク間での互換性を有する構成となっている。なお、図１には、保護基板厚（ｔ１とｔ２）がほぼ等しいＡＯＤの保護基板２１とＤＶＤの保護基板３１を同じ図で示している。
【００３６】
なお、本発明に係る対物レンズ５０及び光ピックアップ装置１０は、少なくとも高密度光ディスクとしての第１光情報記録媒体２０に対して適用するものである。従って、光ピックアップ装置１０を高密度光ディスク専用として使用する場合には、図１から、第２光源１２、第２ビームスプリッタ１５ｂ、第３ビームスプリッタ１５ｃ、第２コリメートレンズ１４ｂ、凹レンズ１６ａ、第２光検出器１８ｂ、ＤＶＤ、第３光源１３、回折板１７、第３コリメートレンズ１４ｃ、第３光検出器１８ｃ、第４ビームスプリッタ１５ｄ、ＣＤを取り除けばよい。また、光ピックアップ装置１０を高密度光ディスクとＤＶＤとの互換用光ピックアップ装置１０として使用する場合には、図１から、第３光源１３、回折板１７、第３コリメートレンズ１４ｃ、第３光検出器１８ｃ、第４ビームスプリッタ１５ｄ、ＣＤを取り除けばよい。
【００３７】
まず、光ピックアップ装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置１０は、第１〜第３光源１１〜１３、第１〜第３コリメートレンズ１４ａ〜１４ｃ、第１〜第４ビームスプリッタ１５ａ〜１５ｄ、単玉の対物レンズ５０、対物レンズ５０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１６ａ、回折板１７、各光ディスクからの反射光を検出する第１〜第３光検出器１８ａ〜１８ｃ等から概略構成される。
上述のように、本実施の形態においては第１光情報記録媒体２０としてＡＯＤを使用するので、図２に示すように、対物レンズ５０の物体側の光学面（入射面５１）において波長λ１の光束が入射する光軸Ｌからの最大の高さをｈｍａｘ、波長λ１の光束に対する対物レンズ５０の焦点距離をｆ１とすると、０．６３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．６７、０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍを満たすものとなっている。
【００３８】
なお、図示は省略するが、第２光検出器１８ｂと第２光源１２又は第３光検出器１８ｃと第３光源１３とを一体に構成し、ＤＶＤ又はＣＤの情報記録面で反射した波長λ２又はλ３の光束が、復路において往路と同一の光路を辿ってホログラム素子に至り、このホログラム素子によりその進路を変更されて、光検出器に入射するいわゆるホロレーザーユニットを用いても良い。
【００３９】
本実施の形態においては、第１〜第３コリメートレンズ１４ａ〜１４ｃ、第１〜第４ビームスプリッタ１５ａ〜１５ｄ、対物レンズ５０から集光光学系が構成される。
また、波長λ１〜λ３の各光束が、第１〜第３コリメートレンズ１４ａ〜１４ｃで平行光とされて対物レンズ５０に入射する、つまり、対物レンズ５０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０となる、いわゆる無限系の構成となっている。
【００４０】
なお、波長λ１〜λ３の各光束を発散光として対物レンズ５０に入射させるか、あるいは平行光として対物レンズ５０に入射させるかは設計により適宜変更可能であり、例えば波長λ２とλ３の光束を発散光として対物レンズ５０に入射させる構成や、あるいは、波長λ３の光束のみを発散光として対物レンズ５０に入射させる構成であってもよい。
【００４１】
このように構成された光ピックアップ装置１０の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、第１光源１１から出射された波長λ１の光束は、第１ビームスプリッタ１５ａを通過して第１コリメートレンズ１４ａにおいて平行光化され、第３、第４ビームスプリッタ１５ｃ、１５ｃを通過する。そして、詳しい説明は後述するが、対物レンズ５０の入射面５１には回折構造６０が形成されており、波長λ１の光束は入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受けて出射される。
【００４２】
そして、回折構造６０により回折作用を受けた波長λ１の光束のうち、最大の回折効率となる回折光はＡＯＤの情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ１の光束は情報記録面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５０、第４、第３ビームスプリッタ１５ｄ、１５ｃ、第１コリメートレンズ１４ａを通過して、第１ビームスプリッタ１５ａで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ１の光束は凹レンズ１６ａを経て第１光検出器１８ａに入射する。第１光検出器１８ａ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ＡＯＤに記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。
【００４３】
また、第１光検出器１８ａ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２次元アクチュエータは波長λ１の光束が情報記録面上に正確にスポットを形成するように、対物レンズ５０をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。
【００４４】
第２光源１２から出射される波長λ２の光束は、第２ビームスプリッタ１５ｂを通過して第２コリメートレンズ１４ｂにおいて平行光化され、第３ビームスプリッタ１５ｃで反射され、第４ビームスプリッタ１５ｄを通過して、対物レンズ５０に至る。そして、対物レンズ５０の入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受け出射される。
【００４５】
そして、回折構造６０により回折作用を受けた波長λ２の光束のうち、最大の回折効率となる回折光はＤＶＤの情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ２の光束は情報記録面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５０、第４ビームスプリッタ１５ｄを通過して、第３ビームスプリッタ１５ｃで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ２の光束は第２コリメートレンズ１４ｂを通過して、第２ビームスプリッタ１５ｂで反射して分岐され、凹レンズ１６ａを経て第２光検出器１８ｂに入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。
【００４６】
第３光源１３から出射された波長λ３の光束は、ビームスプリッタの代わりに設けられた回折板１７を通過して、第３コリメートレンズ１４ｃにおいて平行光化され、第４ビームスプリッタ１５ｄで反射され、対物レンズ５０に至る。そして、対物レンズ５０の入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受けて出射される。
【００４７】
そして、回折構造６０により回折作用を受けた波長λ３の光束のうち、最大の回折効率となる回折光はＤＶＤの情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ３の光束は情報記録面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５０を通過して、第４ビームスプリッタ１５ｄで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ３の光束は第３コリメートレンズ１４ｃを通過して、回折板１７を通過する際に進路を変更され、第３光検出器１８ｃに入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。
【００４８】
図２に示すように、対物レンズ５０は入射面５１と出射面５２の両面が非球面のプラスチック樹脂製の単レンズであり、入射面５１側が凸形状となっている。なお、対物レンズ５０を複数の光学素子を組み合わせて構成してもよい。この場合、複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一つに後述する回折構造６０を設けるものとすればよい。
入射面５１の全域には、入射光束に対して回折作用を付与する回折構造６０が形成されている。
本実施の形態においては、回折構造６０は、光軸Ｌを中心としたほぼ同心円状に形成されて入射光束を回折させる作用を有する複数の回折輪帯６１により構成されている。
【００４９】
各回折輪帯６１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６１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正の回折作用を与えるようになっている。
なお、「正の回折作用」とは、例えば、波長が長くなったことに起因してオーバー方向に発生した球面収差を相殺すべく、通過光束に対して球面収差がアンダー方向に発生させる際に付与する回折作用を指す。
【００５０】
各回折輪帯６１の始点６１ａと終点６１ｂ（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６１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。符合６２（図２に一箇所だけ示す）は段差面を示す。
また、母非球面Ｓは光軸Ｌを回転中心とする光軸Ｌからの距離に関する関数で規定することができる。なお、回折輪帯６１の設計手法については周知であるため説明を省略する。また、このような位相差付与構造を出射面５２のみに設けても良く、あるいは、入射面５１と出射面５２の両面に設けても良い。
【００５１】
本実施の形態に示す対物レンズ５０は、回折構造６０を設けることにより、波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］を、｜Δλ｜≦０．０４０の範囲内に抑える機能を有する。これにより、例えばモードホップ等により光源１１からの出射光束の波長が変動した場合でも、軸上色収差及び球面色収差を回折限界以下に抑えるいわゆる色補正を行なうことができる。
また、波長λ１の光束が回折構造６０により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ（ｎは自然数）とし、波長λ２の光束が回折構造６０により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｍ（ｍは自然数）としたときにｎ≠ｍを満たすように各回折光を選択することにより、光量の確保と収差の補正を両立できる。
【００５２】
対物レンズ５０は、その厚さ１ｍｍに対する反射損失を含まない波長λ１の光束の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］（以下、「内部透過率」ともいう。）が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすようなレンズ材料により成形されている。
なお、「反射損失」とは、光学的に密度の異なる媒質の境界において、入射光の一部が透過せずに反射されてしまうために生じる透過光の損失を指す。よって、平板に光が入射する場合、光はまず入射面で反射損失を生じ、次にレンズ材質中を通過する際に材質中に吸収されることで光量を損失し、出射面で再度反射損失を受ける。
また、「反射損失を含まない光の透過率（内部透過率）」とは、吸収による光量の損失のみを表している。
波長λ１の光束に対する内部透過率は、以下の式（数１）により規定される。
【００５３】
【数１】
ここで、対物レンズ５０を形成しているレンズ材料と同じ材質の平板テストピースを使用して、レンズ反射率測定機により波長λ１の光束に対する反射率Ｔｄを測定し、分光光度計により波長λ１の光束に対する透過率Ｒを測定することができる。なお、反射率Ｔｄ及び透過率Ｒの測定方法はあくまでも例示であり、この方法以外の方法により測定を行なってもよい。
なお、Ｔｉｄはテストピースの厚みがｄのときの内部透過率を指す。
【００５４】
次に、波長λ１の光束に対する上記内部透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料を用いて対物レンズ５０を成形することによる効果について説明する。
【００５５】
図３は、内部透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形した対物レンズ５０の波長λ１の光束に対する透過率Ｒと開口数ＮＡとの関係を示すグラフであり、Ｌ１は回折輪帯６１の段差面６２の影響のみを考慮した場合の透過率Ｒと開口数ＮＡとの関係を示す。また、Ｌ２は対物レンズ５０の厚みがｄのときの内部透過率Ｔｉｄと開口数ＮＡとの関係を示している。
Ｌ１から、高ＮＡ領域において回折輪帯６１の段差面の影響を強く受けるので、高ＮＡ領域において透過率が低下し、光量の低下を招くことが分かる。
ところが、入射面５１が凸形状となる対物レンズ５０の場合、出射面５２の形状によらず、光軸Ｌから離れるに従ってレンズ厚（光軸Ｌ方向の長さ）が薄くなっていく傾向があることから、Ｌ２に示すように、上記内部透過率Ｔｉｄは高ＮＡ領域ほど大きくなることが分かる。
ここで、内部透過率Ｔ１がほぼ１００％のレンズ材料により形成される従来の対物レンズでは、光量の損失は、回折輪帯の段差によるものと反射防止コートによるものとを足し合せたものとなる。また、回折輪帯の段差及び反射防止コートの影響を受けずに対物レンズ内部に至った光束はほぼ１００％の割合で出射面に至る。従って、低ＮＡ領域からの出射光束の光量に対する高ＮＡ領域からの出射光束の光量の割合が小さくなり、出射面全体で光量にばらつきが生じることになる。
【００５６】
一方、本発明の対物レンズ５０は、波長λ１の光束の内部透過率が、波長λ１の光束が対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくすることになり、高ＮＡ領域における出射光束の光量低下を、上記内部透過率Ｔｉｄの増加により補うことができるので、低ＮＡ領域からの出射光束の光量に対する高ＮＡ領域からの出射光束の光量の割合が従来の対物レンズ５０と比較して小さくならず、出射面５２全体での光量のばらつきを抑えることができる。
【００５７】
特に、レンズ材料の内部透過率Ｔ１を９７≦Ｔ１≦９９の範囲内とすることにより、ＡＯＤに対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量の確保、つまり光利用効率を高い状態で維持しつつ、出射面５２全体での光量のばらつきを抑えることができる。
【００５８】
特に、高密度光ディスクとしてＡＯＤを用いる場合に、図２に示すように、波長λ１の光束Ｐ４が対物レンズ５０内の光軸Ｌ上を通過する距離をＬ１［ｍｍ］とし、入射面において波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、波長λ１の光束に対する対物レンズ５０の焦点距離をｆ１とした場合のｈｍａｘ／ｆ１を０．６３〜０．６７の範囲内、波長λ１の光束Ｐ５が上記ｈｍａｘに入射した後対物レンズ５０内を通過する距離をΔＬ１［ｍｍ］とした場合に、ΔＬ１／Ｌ１を、０．２５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．５の範囲内となるようなレンズ形状にすることにより、上述したような出射光束の光量を均一にする効果をより高めることができる。
また、距離Ｌ１が１．４≦Ｌ１≦２．５の範囲内、波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が２．０≦ｆ１≦４．０の範囲内となるような対物レンズ５０を設計することにより、上記効果をより高めることができる。
【００５９】
また、レンズ材料の波長λ１の光束に対するアッベ数νｄ１は、５０≦νｄ１≦６０の範囲内とすることが好ましい。一般に、レンズ材料の屈折率は波長に対してリニアではなく、また、短波長側で波長変化に対する屈折率変化の割合が大きくなるいわゆる波長依存性が大きく、更に、レンズ材料によって波長依存性が大きく異なる。この点を考慮して、対物レンズ５０をアッベ数νｄが５０以上のレンズ材料により成形することにより、波長依存性を小さく抑えることが可能となり、例えば、光ディスクに情報を記録する際にモードホップが生じた場合でも、屈折率変化を小さく抑え、集光スポットの光軸Ｌ方向の変動量を小さくすることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、高密度光ディスクとして、ＡＯＤを用いるものとしたが、これに限らず、０．８３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．８７、０．０９ｍｍ≦ｔ１≦０．１１ｍｍを満たす高密度光ディスクを用いても良い。
この場合、ΔＬ１／Ｌ１は、０．３５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．６の範囲内、距離Ｌ１が、１．４≦Ｌ１≦２．５の範囲内、焦点距離ｆ１［ｍｍ］が１．０≦ｆ１≦２．５を満たすような対物レンズ５０を用いることにより、上記効果をより高めることができる。
【００６１】
【実施例】
［実施例１］
次に、第１の実施例について説明する。
本実施例においては、図２に示したものと同様に、対物レンズの入射面及び出射面が非球面形状とされ、対物レンズの入射面に、回折構造としての光軸を中心とした鋸歯状の複数の回折輪帯が形成されている。そして、波長λ１（４０７ｎｍ）の光束と波長λ２（６５５ｎｍ）の光束を用いる、ＡＯＤとＤＶＤの２種類の光ディスク間で互換性を有する対物レンズの構成となっている。
また、対物レンズは、波長λ１の光束に対する反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］＝９７．８のレンズ材料により成形されている。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【００６２】
【表１】
【表２】
【００６３】
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１（ｈｍａｘ／ｆ１に相当する。）＝０．６５、結像倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．０８ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。また、波長λ１の光束に関する最大の回折効率を有する回折光の次数ｎ１＝３、波長λ２の光束に関する最大の回折効率を有する回折光の次数ｎ２＝２、距離Ｌ１＝１．８８、距離ΔＬ１＝０．８２５（ΔＬ１／Ｌ１＝０．４４）に設定されている。
表１中の面番号２と３はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。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。
【００６４】
第２面、第３面は、それぞれ次式（数２）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。
【００６５】
【数２】
【００６６】
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。
【００６７】
また、第２面に形成される回折輪帯による、各波長の光束に対して与えられる光路長は次式（数３）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。
【００６８】
【数３】
ここで、Ｂ２ｉは光路差関数の係数である。また、第２面の回折輪帯に関するブレーズ化波長λＢは４０７ｎｍである。
【００６９】
なお、図示は省略するが、本実施例に示した対物レンズでは、波面収差の変動量は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有している。
【００７０】
［実施例２］
次に、第２の実施例について説明する。
本実施例においても、図２に示したものと同様に、対物レンズの入射面及び出射面が非球面形状とされ、対物レンズの入射面に、回折構造としての光軸を中心とした鋸歯状の複数の回折輪帯が形成されている。そして、波長λ１（４０５ｎｍ）の光束を用い、保護基板厚さｔ１が０．１ｍｍで、像側開口数ＮＡ１が０．８５の高密度光ディスクを用いる対物レンズの構成となっている。
また、対物レンズは、波長λ１の光束に対する反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］＝９７．８のレンズ材料により成形されている。
表３、表４に対物レンズのレンズデータを示す。
【００７１】
【表３】
【表４】
【００７２】
表３に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される波長λ１＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝１．４７ｍｍ、像側開口数ＮＡ１（ｈｍａｘ／ｆ１に相当する。）＝０．８５、結像倍率ｍ１＝０に設定されている。また、波長λ１の光束に関する最大の回折効率を有する回折光の次数ｎ１＝２、距離Ｌ１＝１．８５ｍｍ、距離ΔＬ１＝０．９５９ｍｍ（ΔＬ１／Ｌ１＝０．５２）に設定されている。
表１中の面番号２と３はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。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。
【００７３】
第２面、第３面は、それぞれ上記（数２）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。
【００７４】
また、第２面に形成される回折輪帯による、各波長の光束に対して与えられる光路長は上記数３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。第２面の回折輪帯に関するブレーズ化波長λＢは４０５ｎｍである。
【００７５】
なお、図示は省略するが、本実施例に示した対物レンズでは、波面収差の変動量は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有している。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも高密度光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録が可能で、且つ均一な光量を確保できる対物光学素子及び光ピックアップ装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図２】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図３】透過率と開口数との関係を示すグラフである。
【図４】回折輪帯の段差面による光量損失を説明するための対物レンズ要部横断面図である。
【符号の説明】
１０ 光ピックアップ装置
２０ 第１光情報記録媒体
２１ 情報記録面
３０ 第２光情報記録媒体
３１ 情報記録面
４０ 第３光情報記録媒体
４１ 情報記録面
５０ 対物光学素子
６０ 回折構造
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長（λ）が４００ｎｍ程度の青色レーザー光を用いることにより光情報記録媒体（光ディスク）の記録密度を高め、記憶容量を大きくしたいわゆる高密度光ディスクの研究・開発が進められている。
高密度光ディスクの規格としては、例えば、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、保護基板厚を約０．１ｍｍとするものや、ＮＡ及び保護基板厚を従来のＤＶＤ（デジタルビデオディスク）と同程度の約０．６５及び約０．６ｍｍに抑えたものが知られている。以下の説明においては、ＮＡを０．６５程度、保護基板厚を０．６ｍｍ程度とする高密度光ディスクを「ＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）」と表記する。
【０００３】
そして、このような高密度光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録が可能な光ピックアップ装置に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０３３３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光源からの出射光束は対物レンズを通過して光ディスクの情報記録面上に集光スポットを形成するが、一般に、対物レンズの光学面に形成されている例えば回折構造や入射光の表面反射を抑える反射防止コート等の影響を受けて、入射面のうち高ＮＡ領域（光軸から径方向に遠い領域）を通過する光束の光量が低ＮＡ領域（光軸に近い領域）を通過する光束の光量と比較して低下する、つまり高ＮＡ領域における光量損失が低ＮＡ領域のそれと比較して相対的に大きくなり、対物レンズからの出射光束の光量がばらつく（均一でない）という問題がある。
【０００６】
例えば回折構造として図４に示すような、光軸Ｌを中心とした鋸歯状の回折輪帯１００が対物レンズ１０１の凸形状の入射面に形成されている場合について説明すると、高ＮＡ領域の回折構造を通過した光束Ｐ１が光軸Ｌに対して成す角θ１が、低ＮＡ領域の回折構造を通過した光束Ｐ２が光軸に対して成す角θ２と比較して大きくなる。
通常、回折輪帯１００の表面を通過した光束のうち回折輪帯１００の段差面１０２に至った光束（Ｐ３）は段差面１０２によりその進路を遮断されることから、集光スポットの形成に寄与せず、結果として光量の損失を招く。そして、このような光量の損失は、光束が光軸に対して成す角が大きくなる高ＮＡ領域において顕著となる。
【０００７】
また、反射防止コートは例えば真空蒸着により形成される場合が多いが、高密度光ディスクに用いられるようなＮＡが大きい対物レンズでは、その入射面の曲率が高ＮＡ領域ほど大きくなることから、高ＮＡ領域の反射防止コートの膜厚が厚くなり、コートムラとなる。そして、このコートムラにより高ＮＡ領域における反射防止効果が小さくなり、結果として大きな光量損失を招く。
【０００８】
ここで、上記特許文献１には、第１レンズと第２レンズの２つのレンズを組み合わせて構成された対物レンズを用いて、各レンズの入射面と出射面のうち少なくとも一つに回折輪帯を設けることにより収差を補正し、２種類の光ディスク間での互換を達成する技術が開示されている。
このように、２つのレンズの組み合わせて対物レンズを構成する場合には、回折輪帯を設けることができる光学面は、各レンズの入射面と出射面で計４面存在することになるので、設計の自由度が広がり、上記光量損失が生じにくくなるような光学面を容易に選択できる。
【０００９】
ところが、対物レンズを１つのレンズ（単玉）で構成する場合には、回折輪帯は一つのレンズの入射面と反射面のいずれかに設けなければならないので、設計段階における選択の余地が少なく、上記光量損失を抑えるようなレンズ設計が困難である。
特に、複数の光ディスク間で互換性を有する光ピックアップ装置に単玉の対物レンズを用いる場合には、使用する光束の波長の違いや保護基板厚の違いに起因した収差が発生するため、これら収差を補正し、各光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量を確保し、さらに均一な光量を確保できるレンズの設計は困難であった。
また、上記特許文献１を含む従来の技術では、回折輪帯の段差の影響を受けることによる高ＮＡ領域での光量損失を解消する手段についてなんら考慮されていないことから、対物レンズを構成するレンズが一つかあるいは複数（例えば２つ）であるかによらず上記問題の解消は困難であった。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、少なくとも高密度光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録が可能で、且つ均一な光量を確保できる対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる単玉の対物光学素子であって、物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、前記波長λ１の光束に対する、反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、対物光学素子の物体側の光学面が凸形状であり、また、レンズ材料の内部透過率Ｔ１が９７≦Ｔ１≦９９の範囲内、つまりＴ１が１００ではない。従って、回折輪帯の段差及び反射防止コートの影響を受けずに対物光学素子内部に至った光束であっても、その光量は対物光学素子内部を進行する間に僅かに減少していく。この減少量は、光束が対物レンズ内を通過する距離に比例して大きくなっていくことから、光軸付近で大きく、高ＮＡ領域において小さくなる。
このように、光軸付近を通過する光束の光量が相対的に大きく減少する分、対物レンズの出射面から出射される光束の光量を見た場合には、光軸付近と高ＮＡ領域との差が従来の対物光学素子と比較して小さくなるので、第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量の範囲内において、出射光束の光量を均一にすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる単玉の対物光学素子であって、物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、且つ前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する様に構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、対物光学素子の物体側の光学面が凸形状であり、また、前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する。なお、この「変化」は、光がレンズ材質中を通過する際に材質中に吸収されることにより生じるものである。従って、波長λ１の光束が対物光学素子内を通過する距離が短くなるにつれて光量の変化量は減少し、通過距離が長い場合と比較して、波長λ１の出射光束の光量は相対的に増加することになる。
従って、回折輪帯の段差及び反射防止コートの影響を受けずに対物光学素子内部に至った光束であっても、その光量は対物光学素子内部を進行する間に僅かに減少していく。この減少量は、光束が対物レンズ内を通過する距離に比例して大きくなっていくことから、光軸付近で大きく、高ＮＡ領域において小さくなる。このように、光軸付近を通過する光束の光量が相対的に大きく減少する分、対物レンズの出射面から出射される光束の光量を見た場合には、光軸付近と高ＮＡ領域との差が従来の対物光学素子と比較して小さくなるので、第１光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量の範囲内において、出射光束の光量を均一にすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくなることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果を得られる。
【００１６】
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光学素子であって、前記波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、前記波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］が、｜Δλ｜≦０．０４０を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、例えばモードホップ等により光源からの出射光束の波長が変動した場合でも、軸上色収差及び球面色収差を回折限界以下に抑えるいわゆる色補正を行なうことができる。
【００１８】
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光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する前記レンズ材料のアッベ数νｄ１が、５０≦νｄ１≦６０を満たすことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、波長依存性を小さく抑えることが可能となり、例えば、光ディスクに情報を記録する際にモードホップが生じた場合でも、屈折率変化を小さく抑え、集光スポットの光軸方向の変動量を小さくすることができる。
【００２０】
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光学素子であって、前記物体側の光学面において前記波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の焦点距離をｆ１とすると、０．６３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．６７、０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の光軸上を通過する距離Ｌ１［ｍｍ］と、前記物体側の光学面の高さｈｍａｘに入射した前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の領域を通過する距離ΔＬ１［ｍｍ］とが、０．２５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．５を満たすことを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の対物光学素子であって、前記距離Ｌ１が、１．４≦Ｌ１≦２．５を満たすことを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が、２．０≦ｆ１≦４．０を満たすことを特徴とする。
請求項６〜９に記載の発明によれば、ＡＯＤを用いた場合における出射光束の光量を均一にする効果をより高めることができる。
【００２２】
請求項１０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光学素子であって、前記物体側の光学面において前記波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の焦点距離をｆ１とすると、０．８３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．８７、０．０９ｍｍ≦ｔ１≦０．１１ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の光軸上を通過する距離Ｌ１［ｍｍ］と、前記物体側の光学面の高さｈｍａｘに入射した前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の領域を通過する距離ΔＬ１［ｍｍ］とが、０．３５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．６を満たすことを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の対物光学素子であって、前記距離Ｌ１が、１．４≦Ｌ１≦２．５を満たすことを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が、１．０≦ｆ１≦２．５を満たすことを特徴とする。
請求項１０〜１３に記載の発明によれば、保護基板厚が０．０９ｍｍ≦ｔ１≦０．１１ｍｍ程度の高密度光ディスクを用いた場合における出射光束の光量を均一にする効果をより高めることができる。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、波長λ２（６４０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２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２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録も行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明によれば、高密度光ディスクとＤＶＤとの互換性を有する光ピックアップ装置に使用される対物光学素子を得ることができる。
【００２５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が前記回折構造により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ（ｎは自然数）とし、前記波長λ２の光束が前記回折構造により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｍ（ｍは自然数）としたときに、ｎ≠ｍを満たすことを特徴とする。
請求項１５に記載の発明によれば、光量の確保と収差の補正を両立できる。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３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３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録も行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明によれば、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの互換性を有する光ピックアップ装置に使用される対物光学素子を得ることができる。
【００２７】
請求項１７に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であって、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、前記光学素子の少なくとも一方の光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、前記波長λ１の光束に対する、反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形されていることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項１と同様の効果を得られる。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であって、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、前記光学素子の少なくとも一方の光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、且つ前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する様に構成されていることを特徴とする。
請求項１８に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項２と同様の効果を得られる。
【００２９】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくなることを特徴とする。
請求項１９に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項３と同様の効果を得られる。
【００３０】
請求項２０に記載の発明は、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、前記波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］が、｜Δλ｜≦０．０４０を満たすことを特徴とする。
請求項２０に記載の発明によれば、２つ以上の光学素子を組み合わせて構成されている対物光学素子であっても、上記請求項４と同様の効果を得られる。
【００３１】
請求項２１に記載の発明は、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する前記レンズ材料のアッベ数νｄ１が、５０≦νｄ１≦６０を満たすことを特徴とする。
【００３２】
請求項２２に記載の発明は、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記レンズ材料が樹脂であることを特徴とする。
【００３３】
請求項２３に記載の発明は、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の対物光学素子を備えることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の対物光学素子（対物レンズ）及び光ピックアップ装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態においては、光ピックアップ装置１０が、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）、波長λ２（６４０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）、波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の各光束を出射する第１〜第３光源１１〜１３を備えている。
【００３５】
そして、これら各光束を利用して、保護基板２１の厚さｔ１（０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＡＯＤ）、保護基板３１の厚さｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２光情報記録媒体３０（本実施の形態においてはＤＶＤ）、保護基板４１の厚さｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３光情報記録媒体４０（本実施の形態においてはＣＤ）に対して情報の記録及び／又は再生を行なう、３種類の光ディスク間での互換性を有する構成となっている。なお、図１には、保護基板厚（ｔ１とｔ２）がほぼ等しいＡＯＤの保護基板２１とＤＶＤの保護基板３１を同じ図で示している。
【００３６】
なお、本発明に係る対物レンズ５０及び光ピックアップ装置１０は、少なくとも高密度光ディスクとしての第１光情報記録媒体２０に対して適用するものである。従って、光ピックアップ装置１０を高密度光ディスク専用として使用する場合には、図１から、第２光源１２、第２ビームスプリッタ１５ｂ、第３ビームスプリッタ１５ｃ、第２コリメートレンズ１４ｂ、凹レンズ１６ａ、第２光検出器１８ｂ、ＤＶＤ、第３光源１３、回折板１７、第３コリメートレンズ１４ｃ、第３光検出器１８ｃ、第４ビームスプリッタ１５ｄ、ＣＤを取り除けばよい。また、光ピックアップ装置１０を高密度光ディスクとＤＶＤとの互換用光ピックアップ装置１０として使用する場合には、図１から、第３光源１３、回折板１７、第３コリメートレンズ１４ｃ、第３光検出器１８ｃ、第４ビームスプリッタ１５ｄ、ＣＤを取り除けばよい。
【００３７】
まず、光ピックアップ装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置１０は、第１〜第３光源１１〜１３、第１〜第３コリメートレンズ１４ａ〜１４ｃ、第１〜第４ビームスプリッタ１５ａ〜１５ｄ、単玉の対物レンズ５０、対物レンズ５０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１６ａ、回折板１７、各光ディスクからの反射光を検出する第１〜第３光検出器１８ａ〜１８ｃ等から概略構成される。
上述のように、本実施の形態においては第１光情報記録媒体２０としてＡＯＤを使用するので、図２に示すように、対物レンズ５０の物体側の光学面（入射面５１）において波長λ１の光束が入射する光軸Ｌからの最大の高さをｈｍａｘ、波長λ１の光束に対する対物レンズ５０の焦点距離をｆ１とすると、０．６３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．６７、０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍを満たすものとなっている。
【００３８】
なお、図示は省略するが、第２光検出器１８ｂと第２光源１２又は第３光検出器１８ｃと第３光源１３とを一体に構成し、ＤＶＤ又はＣＤの情報記録面で反射した波長λ２又はλ３の光束が、復路において往路と同一の光路を辿ってホログラム素子に至り、このホログラム素子によりその進路を変更されて、光検出器に入射するいわゆるホロレーザーユニットを用いても良い。
【００３９】
本実施の形態においては、第１〜第３コリメートレンズ１４ａ〜１４ｃ、第１〜第４ビームスプリッタ１５ａ〜１５ｄ、対物レンズ５０から集光光学系が構成される。
また、波長λ１〜λ３の各光束が、第１〜第３コリメートレンズ１４ａ〜１４ｃで平行光とされて対物レンズ５０に入射する、つまり、対物レンズ５０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０となる、いわゆる無限系の構成となっている。
【００４０】
なお、波長λ１〜λ３の各光束を発散光として対物レンズ５０に入射させるか、あるいは平行光として対物レンズ５０に入射させるかは設計により適宜変更可能であり、例えば波長λ２とλ３の光束を発散光として対物レンズ５０に入射させる構成や、あるいは、波長λ３の光束のみを発散光として対物レンズ５０に入射させる構成であってもよい。
【００４１】
このように構成された光ピックアップ装置１０の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、第１光源１１から出射された波長λ１の光束は、第１ビームスプリッタ１５ａを通過して第１コリメートレンズ１４ａにおいて平行光化され、第３、第４ビームスプリッタ１５ｃ、１５ｃを通過する。そして、詳しい説明は後述するが、対物レンズ５０の入射面５１には回折構造６０が形成されており、波長λ１の光束は入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受けて出射される。
【００４２】
そして、回折構造６０により回折作用を受けた波長λ１の光束のうち、最大の回折効率となる回折光はＡＯＤの情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ１の光束は情報記録面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５０、第４、第３ビームスプリッタ１５ｄ、１５ｃ、第１コリメートレンズ１４ａを通過して、第１ビームスプリッタ１５ａで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ１の光束は凹レンズ１６ａを経て第１光検出器１８ａに入射する。第１光検出器１８ａ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ＡＯＤに記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。
【００４３】
また、第１光検出器１８ａ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２次元アクチュエータは波長λ１の光束が情報記録面上に正確にスポットを形成するように、対物レンズ５０をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。
【００４４】
第２光源１２から出射される波長λ２の光束は、第２ビームスプリッタ１５ｂを通過して第２コリメートレンズ１４ｂにおいて平行光化され、第３ビームスプリッタ１５ｃで反射され、第４ビームスプリッタ１５ｄを通過して、対物レンズ５０に至る。そして、対物レンズ５０の入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受け出射される。
【００４５】
そして、回折構造６０により回折作用を受けた波長λ２の光束のうち、最大の回折効率となる回折光はＤＶＤの情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ２の光束は情報記録面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５０、第４ビームスプリッタ１５ｄを通過して、第３ビームスプリッタ１５ｃで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ２の光束は第２コリメートレンズ１４ｂを通過して、第２ビームスプリッタ１５ｂで反射して分岐され、凹レンズ１６ａを経て第２光検出器１８ｂに入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。
【００４６】
第３光源１３から出射された波長λ３の光束は、ビームスプリッタの代わりに設けられた回折板１７を通過して、第３コリメートレンズ１４ｃにおいて平行光化され、第４ビームスプリッタ１５ｄで反射され、対物レンズ５０に至る。そして、対物レンズ５０の入射面５１及び出射面５２で屈折作用を受けると共に入射面５１において回折作用を受けて出射される。
【００４７】
そして、回折構造６０により回折作用を受けた波長λ３の光束のうち、最大の回折効率となる回折光はＤＶＤの情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットを形成する。そして、スポットに集光した波長λ３の光束は情報記録面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５０を通過して、第４ビームスプリッタ１５ｄで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ３の光束は第３コリメートレンズ１４ｃを通過して、回折板１７を通過する際に進路を変更され、第３光検出器１８ｃに入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。
【００４８】
図２に示すように、対物レンズ５０は入射面５１と出射面５２の両面が非球面のプラスチック樹脂製の単レンズであり、入射面５１側が凸形状となっている。なお、対物レンズ５０を複数の光学素子を組み合わせて構成してもよい。この場合、複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一つに後述する回折構造６０を設けるものとすればよい。
入射面５１の全域には、入射光束に対して回折作用を付与する回折構造６０が形成されている。
本実施の形態においては、回折構造６０は、光軸Ｌを中心としたほぼ同心円状に形成されて入射光束を回折させる作用を有する複数の回折輪帯６１により構成されている。
【００４９】
各回折輪帯６１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６１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正の回折作用を与えるようになっている。
なお、「正の回折作用」とは、例えば、波長が長くなったことに起因してオーバー方向に発生した球面収差を相殺すべく、通過光束に対して球面収差がアンダー方向に発生させる際に付与する回折作用を指す。
【００５０】
各回折輪帯６１の始点６１ａと終点６１ｂ（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６１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。符合６２（図２に一箇所だけ示す）は段差面を示す。
また、母非球面Ｓは光軸Ｌを回転中心とする光軸Ｌからの距離に関する関数で規定することができる。なお、回折輪帯６１の設計手法については周知であるため説明を省略する。また、このような位相差付与構造を出射面５２のみに設けても良く、あるいは、入射面５１と出射面５２の両面に設けても良い。
【００５１】
本実施の形態に示す対物レンズ５０は、回折構造６０を設けることにより、波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］を、｜Δλ｜≦０．０４０の範囲内に抑える機能を有する。これにより、例えばモードホップ等により光源１１からの出射光束の波長が変動した場合でも、軸上色収差及び球面色収差を回折限界以下に抑えるいわゆる色補正を行なうことができる。
また、波長λ１の光束が回折構造６０により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ（ｎは自然数）とし、波長λ２の光束が回折構造６０により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｍ（ｍは自然数）としたときにｎ≠ｍを満たすように各回折光を選択することにより、光量の確保と収差の補正を両立できる。
【００５２】
対物レンズ５０は、その厚さ１ｍｍに対する反射損失を含まない波長λ１の光束の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］（以下、「内部透過率」ともいう。）が、９７≦Ｔ１≦９９を満たすようなレンズ材料により成形されている。
なお、「反射損失」とは、光学的に密度の異なる媒質の境界において、入射光の一部が透過せずに反射されてしまうために生じる透過光の損失を指す。よって、平板に光が入射する場合、光はまず入射面で反射損失を生じ、次にレンズ材質中を通過する際に材質中に吸収されることで光量を損失し、出射面で再度反射損失を受ける。
また、「反射損失を含まない光の透過率（内部透過率）」とは、吸収による光量の損失のみを表している。
波長λ１の光束に対する内部透過率は、以下の式（数１）により規定される。
【００５３】
【数１】
なお、Ｔｉｄはテストピースの厚みがｄのときの内部透過率を指す。
【００５４】
次に、波長λ１の光束に対する上記内部透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料を用いて対物レンズ５０を成形することによる効果について説明する。
【００５５】
図３は、内部透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が９７≦Ｔ１≦９９を満たすレンズ材料により成形した対物レンズ５０の波長λ１の光束に対する透過率Ｒと開口数ＮＡとの関係を示すグラフであり、Ｌ１は回折輪帯６１の段差面６２の影響のみを考慮した場合の透過率Ｒと開口数ＮＡとの関係を示す。また、Ｌ２は対物レンズ５０の厚みがｄのときの内部透過率Ｔｉｄと開口数ＮＡとの関係を示している。
Ｌ１から、高ＮＡ領域において回折輪帯６１の段差面の影響を強く受けるので、高ＮＡ領域において透過率が低下し、光量の低下を招くことが分かる。
ところが、入射面５１が凸形状となる対物レンズ５０の場合、出射面５２の形状によらず、光軸Ｌから離れるに従ってレンズ厚（光軸Ｌ方向の長さ）が薄くなっていく傾向があることから、Ｌ２に示すように、上記内部透過率Ｔｉｄは高ＮＡ領域ほど大きくなることが分かる。
ここで、内部透過率Ｔ１がほぼ１００％のレンズ材料により形成される従来の対物レンズでは、光量の損失は、回折輪帯の段差によるものと反射防止コートによるものとを足し合せたものとなる。また、回折輪帯の段差及び反射防止コートの影響を受けずに対物レンズ内部に至った光束はほぼ１００％の割合で出射面に至る。従って、低ＮＡ領域からの出射光束の光量に対する高ＮＡ領域からの出射光束の光量の割合が小さくなり、出射面全体で光量にばらつきが生じることになる。
【００５６】
一方、本発明の対物レンズ５０は、波長λ１の光束の内部透過率が、波長λ１の光束が対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくすることになり、高ＮＡ領域における出射光束の光量低下を、上記内部透過率Ｔｉｄの増加により補うことができるので、低ＮＡ領域からの出射光束の光量に対する高ＮＡ領域からの出射光束の光量の割合が従来の対物レンズ５０と比較して小さくならず、出射面５２全体での光量のばらつきを抑えることができる。
【００５７】
特に、レンズ材料の内部透過率Ｔ１を９７≦Ｔ１≦９９の範囲内とすることにより、ＡＯＤに対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量の確保、つまり光利用効率を高い状態で維持しつつ、出射面５２全体での光量のばらつきを抑えることができる。
【００５８】
特に、高密度光ディスクとしてＡＯＤを用いる場合に、図２に示すように、波長λ１の光束Ｐ４が対物レンズ５０内の光軸Ｌ上を通過する距離をＬ１［ｍｍ］とし、入射面において波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、波長λ１の光束に対する対物レンズ５０の焦点距離をｆ１とした場合のｈｍａｘ／ｆ１を０．６３〜０．６７の範囲内、波長λ１の光束Ｐ５が上記ｈｍａｘに入射した後対物レンズ５０内を通過する距離をΔＬ１［ｍｍ］とした場合に、ΔＬ１／Ｌ１を、０．２５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．５の範囲内となるようなレンズ形状にすることにより、上述したような出射光束の光量を均一にする効果をより高めることができる。
また、距離Ｌ１が１．４≦Ｌ１≦２．５の範囲内、波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が２．０≦ｆ１≦４．０の範囲内となるような対物レンズ５０を設計することにより、上記効果をより高めることができる。
【００５９】
また、レンズ材料の波長λ１の光束に対するアッベ数νｄ１は、５０≦νｄ１≦６０の範囲内とすることが好ましい。一般に、レンズ材料の屈折率は波長に対してリニアではなく、また、短波長側で波長変化に対する屈折率変化の割合が大きくなるいわゆる波長依存性が大きく、更に、レンズ材料によって波長依存性が大きく異なる。この点を考慮して、対物レンズ５０をアッベ数νｄが５０以上のレンズ材料により成形することにより、波長依存性を小さく抑えることが可能となり、例えば、光ディスクに情報を記録する際にモードホップが生じた場合でも、屈折率変化を小さく抑え、集光スポットの光軸Ｌ方向の変動量を小さくすることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、高密度光ディスクとして、ＡＯＤを用いるものとしたが、これに限らず、０．８３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．８７、０．０９ｍｍ≦ｔ１≦０．１１ｍｍを満たす高密度光ディスクを用いても良い。
この場合、ΔＬ１／Ｌ１は、０．３５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．６の範囲内、距離Ｌ１が、１．４≦Ｌ１≦２．５の範囲内、焦点距離ｆ１［ｍｍ］が１．０≦ｆ１≦２．５を満たすような対物レンズ５０を用いることにより、上記効果をより高めることができる。
【００６１】
【実施例】
［実施例１］
次に、第１の実施例について説明する。
本実施例においては、図２に示したものと同様に、対物レンズの入射面及び出射面が非球面形状とされ、対物レンズの入射面に、回折構造としての光軸を中心とした鋸歯状の複数の回折輪帯が形成されている。そして、波長λ１（４０７ｎｍ）の光束と波長λ２（６５５ｎｍ）の光束を用いる、ＡＯＤとＤＶＤの２種類の光ディスク間で互換性を有する対物レンズの構成となっている。
また、対物レンズは、波長λ１の光束に対する反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］＝９７．８のレンズ材料により成形されている。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【００６２】
【表１】
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１（ｈｍａｘ／ｆ１に相当する。）＝０．６５、結像倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源から出射される波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．０８ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されている。また、波長λ１の光束に関する最大の回折効率を有する回折光の次数ｎ１＝３、波長λ２の光束に関する最大の回折効率を有する回折光の次数ｎ２＝２、距離Ｌ１＝１．８８、距離ΔＬ１＝０．８２５（ΔＬ１／Ｌ１＝０．４４）に設定されている。
表１中の面番号２と３はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。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。
【００６４】
第２面、第３面は、それぞれ次式（数２）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。
【００６５】
【数２】
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。
【００６７】
また、第２面に形成される回折輪帯による、各波長の光束に対して与えられる光路長は次式（数３）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。
【００６８】
【数３】
【００６９】
なお、図示は省略するが、本実施例に示した対物レンズでは、波面収差の変動量は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有している。
【００７０】
［実施例２］
次に、第２の実施例について説明する。
本実施例においても、図２に示したものと同様に、対物レンズの入射面及び出射面が非球面形状とされ、対物レンズの入射面に、回折構造としての光軸を中心とした鋸歯状の複数の回折輪帯が形成されている。そして、波長λ１（４０５ｎｍ）の光束を用い、保護基板厚さｔ１が０．１ｍｍで、像側開口数ＮＡ１が０．８５の高密度光ディスクを用いる対物レンズの構成となっている。
また、対物レンズは、波長λ１の光束に対する反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］＝９７．８のレンズ材料により成形されている。
表３、表４に対物レンズのレンズデータを示す。
【００７１】
【表３】
表３に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される波長λ１＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝１．４７ｍｍ、像側開口数ＮＡ１（ｈｍａｘ／ｆ１に相当する。）＝０．８５、結像倍率ｍ１＝０に設定されている。また、波長λ１の光束に関する最大の回折効率を有する回折光の次数ｎ１＝２、距離Ｌ１＝１．８５ｍｍ、距離ΔＬ１＝０．９５９ｍｍ（ΔＬ１／Ｌ１＝０．５２）に設定されている。
表１中の面番号２と３はそれぞれ対物レンズの入射面と出射面を示す。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。
【００７３】
第２面、第３面は、それぞれ上記（数２）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。
【００７４】
また、第２面に形成される回折輪帯による、各波長の光束に対して与えられる光路長は上記数３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。第２面の回折輪帯に関するブレーズ化波長λＢは４０５ｎｍである。
【００７５】
なお、図示は省略するが、本実施例に示した対物レンズでは、波面収差の変動量は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有している。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも高密度光ディスクに対する情報の再生及び／又は記録が可能で、且つ均一な光量を確保できる対物光学素子及び光ピックアップ装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図２】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図３】透過率と開口数との関係を示すグラフである。
【図４】回折輪帯の段差面による光量損失を説明するための対物レンズ要部横断面図である。
【符号の説明】
１０ 光ピックアップ装置
２０ 第１光情報記録媒体
２１ 情報記録面
３０ 第２光情報記録媒体
３１ 情報記録面
４０ 第３光情報記録媒体
４１ 情報記録面
５０ 対物光学素子
６０ 回折構造
Claims (23)
- 少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる単玉の対物光学素子であって、
物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、
厚さ１ｍｍに対する、反射損失を含まない前記波長λ１の光束の光透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、
９７≦Ｔ１≦９９
を満たすレンズ材料により成形されていることを特徴とする対物光学素子。 - 少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる単玉の対物光学素子であって、
物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、且つ前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する様に構成されていることを特徴とする対物光学素子。 - 請求項２に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくなることを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、前記波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］が、
｜Δλ｜≦０．０４０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する前記レンズ材料のアッベ数νｄ１が、
５０≦νｄ１≦６０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記物体側の光学面において前記波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の焦点距離をｆ１とすると、
０．６３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．６７
０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項６に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の光軸上を通過する距離Ｌ１［ｍｍ］と、前記物体側の光学面の高さｈｍａｘに入射した前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の領域を通過する距離ΔＬ１［ｍｍ］とが、
０．２５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．５
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項７に記載の対物光学素子であって、
前記距離Ｌ１が、
１．４≦Ｌ１≦２．５
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項６〜８のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が、
２．０≦ｆ１≦４．０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記物体側の光学面において前記波長λ１の光束が入射する光軸からの最大の高さをｈｍａｘ、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の焦点距離をｆ１とすると、
０．８３≦ｈｍａｘ／ｆ１≦０．８７
０．０９ｍｍ≦ｔ１≦０．１１ｍｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１０に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の光軸上を通過する距離Ｌ１［ｍｍ］と、前記物体側の光学面の高さｈｍａｘに入射した前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内の領域を通過する距離ΔＬ１［ｍｍ］とが、
０．３５≦ΔＬ１／Ｌ１≦０．６
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１１に記載の対物光学素子であって、
前記距離Ｌ１が、
１．４≦Ｌ１≦２．５
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１［ｍｍ］が、
１．０≦ｆ１≦２．５
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
波長λ２（６４０ｎｍ≦λ２≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）の第２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２光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録も行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１４に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束が前記回折構造により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｎ（ｎは自然数）とし、前記波長λ２の光束が前記回折構造により回折作用を受けて生じる回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｍ（ｍは自然数）としたときに、
ｎ≠ｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ３（１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）の第３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３光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録も行うことが可能な光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする対物光学素子。 - 少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であって、
２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、
前記光学素子の少なくとも一方の光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、
前記波長λ１の光束に対する、反射損失を含まない光の透過率Ｔ１［％／ｍｍ］が、
９７≦Ｔ１≦９９
を満たすレンズ材料により成形されていることを特徴とする対物光学素子。 - 少なくとも、波長λ１（３８０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１（０ｍｍ＜ｔ１≦０．７ｍｍ）の第１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光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子であって、
２つ以上の光学素子を組み合わせて構成され、
前記光学素子の少なくとも一方の光学素子の物体側に凸の光学面を有し、且つ物体側と像側の光学面のうち少なくとも一方に正の回折作用を有する回折構造が形成され、且つ前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離に応じて変化する様に構成されていることを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１８に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束の内部透過率が、前記波長λ１の光束が前記対物光学素子内を通過する距離が小さくなるにつれて、大きくなることを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束が入射した場合に波面収差が最小となる集光スポット位置における、前記波長がλ１から１ｎｍ変動した状態での集光スポットの波面収差Δλ［λｒｍｓ］が、
｜Δλ｜≦０．０４０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する前記レンズ材料のアッベ数νｄ１が、
５０≦νｄ１≦６０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜２１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記レンズ材料が樹脂であることを特徴とする対物光学素子。 - 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の対物光学素子を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
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