JP4678462B2 - 光ピックアップ装置用対物レンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置において情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行うために用いられる対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤ等の記録密度や透明基板の厚さの異なる複数の情報記録媒体（例えば光ディスク）に対して、情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置として、少なくとも対物レンズを共通に使用することにより装置の小型化や低価格化を実現することが望まれており、そのための対物レンズや光ピックアップ装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、対物レンズに特殊輪帯として切り欠きをリング状に設けて、対物レンズの一面を複数の分割面（例えば３つの分割面）に構成し、複数の分割面のうちの一部（例えば光軸側の第１分割面）を記録密度や透明基板の厚さの異なる２つの情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生にともに利用可能なようにし、残りの分割面のうちの一部（例えば第１分割面に隣接する第２分割面）を一方の情報記録媒体（例えば必要開口数の小さい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにし、その残り（例えば第２分割面に隣接する第３分割面）を他方の情報記録媒体（例えば必要開口数の大きい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにすることが知られている。その一例として、特開平１１−９６５８５号公報に記載のものが挙げられる。しかし、このようにリング状の切り欠きを設けた対物レンズでは、フォーカス信号に誤検出が生じる場合があった。例えば、対物レンズの一面に設けられた３つの分割面のうちＣＤ用に球面収差が補正された第２分割面により、ＤＶＤの記録または再生時にその第２分割面を通過した光束がセンサ上にデフォーカスして集光し、フォーカス信号として誤検出してしまう場合があった。
【０００４】
また、特開平２０００−８１５６号公報には、レンズ面に光軸を中心とした輪帯状のパターンとして回折構造が形成され、その回折構造は、少なくとも２つの異なる波長の光束による同一次数の回折光が、保護層の厚さの異なる少なくとも２種類の光ディスクに対し、それぞれ良好な波面を形成するよう波長依存性を有するようにした対物レンズが記載されている。
【０００５】
しかし、上記公報のように、回折構造をレンズ面の全面に備えた対物レンズでは、少なくとも２つの波長の光束に対して適した同一次数の回折光を得るように、その回折構造を形成するため、回折構造を備えない屈折面からなる対物レンズよりも、光源からの光量の利用効率が低下するという問題があった。また、回折輪対数も多いため、レンズを成形するための金型の生産性が低下し、金型の製造コストが高くなるという問題もあった。
【０００６】
しかし、上記各公開公報のように、対物レンズに分割面を設けた構成においては、特に、一方の波長では０次光を利用し、他方の波長では１次光を利用するために、回折効率が低くなって光源からの光量を十分に利用することができず、フォーカス信号に誤検出が生じることが場合によっては発生し得る。
【０００７】
また、対物レンズの全面に回折面を設けるのは、その金型製作のコストが高く製造コストの上昇の点で好ましくない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、光源からの光量を十分に利用することができ、製造コストの上昇を抑えることができる光ピックアップ装置用対物レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置用対物レンズは、回折構造を備えない領域の外周側に回折構造を備えた領域をその最外周にまで設けたレンズ面を有し、前記回折構造の少なくとも一部の領域は、互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して最大の回折光量を発生する回折光の次数が同一次数（但し、０次を除く）となる形状であることを特徴とする。なお、「同一次数」とは、正負の符号を含めてその次数が同一であることをいう。また、「最外周」とは、レンズ面の有効光学径を指す。但し、実際に対物レンズが搭載された光ピックアップ装置においては、光源からの光束が全く入射されることがない外周側の領域には、勿論、必ずしも回折構造を備える必要はないので、「最外周」とは、光源からの光束が入射される実効的な有効光学径を意味するものである。
【００１０】
上記回折構造を備えた領域を設ける位置は、前記対物レンズを使用する光ピックアップ装置において使用される光源の波長、情報記録媒体の透明基板の厚さ、及び前記情報記録媒体の情報の記録密度等によって決定され、前記情報記録媒体毎に定められた対物レンズの必要開口数に応じて定められる。
【００１１】
例えば、前記光ピックアップ装置において２つの情報記録媒体について再生または記録を行う際の前記対物レンズに必要な開口数が異なり、その開口数の小さい方の開口数近傍に前記回折構造を備えた領域を設定することが望ましい。これにより、必要な開口数の小さい方の情報記録媒体に対して回折限界性能を備えた適切なスポット径の集光が行い得るようにできるとともに、それによって、逆に、必要な開口数の大きい方の情報記録媒体に対して、通常は使用されずまたデフォーカスにより集光してフォーカス信号の誤検出を生じる虞のあった領域を結像に寄与し得るようにできる。これにより、情報の記録又は再生に寄与する光源からの光量の利用効率が増加でき、更にフォーカス信号の誤検出を防止し得て、光ピックアップ装置の性能向上を図ることができる。
【００１２】
また、上述のように、回折構造を備えた領域の内周側に回折構造を備えない領域を設けたことにより、全面にわたって回折構造を備えた場合よりも光量の利用効率が向上すると共に、回折輪帯数が少ないのでレンズを成形するための金型の加工工数が短縮でき、金型の製作コストを低減できる。
【００１３】
また、前記レンズ面において光軸を含む領域に前記回折構造を備えない領域が屈折面として形成されることが可能であるので、光量の利用効率がより向上する。
【００１４】
また、前記同一次数が１次であることが好ましい。また、前記回折構造を備えた領域を内側領域と外側領域に分割し、前記内側領域は前記同一次数が１次となる形状にし、前記外側領域は前記同一次数が２次以上の次数となる形状とすることが好ましい。
【００１５】
また、前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が、その段差部により屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定されていることが好ましく、これにより、λ１及びλ２のそれぞれの波長で段差部による位相ずれをほぼ０にできる。
【００１６】
具体的には、前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に設けられた段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差であるように回折構造が光軸側の回折構造を備えない領域に対して陥没した形状または突き出た形状にできる。段差部が１μｍ以上であると、第２の光情報記録媒体（例えば、ＣＤ）側のストレール比を高めることができ、１０μｍ以下であると、波面収差に関する温度特性が劣化しない。
【００１７】
また、前記回折構造を備えた領域を内側領域と外側領域に分割し、前記内側領域と前記外側領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有することが好ましい。この段差部が１μｍ以上であると、第２の光情報記録媒体（例えば、ＣＤ）側のストレール比を高めることができ、１０μｍ以下であると、波面収差に関する温度特性が劣化しない。
【００１８】
なお、上述の回折構造を備えた領域と備えない領域との境界及び回折構造を備えた領域の内側領域と外側領域との境界において光軸方向に設けられた段差部は、光軸方向に対して傾斜を持って設けられてもよく、この場合でも光軸方向の段差が１μｍ以上１０μｍ以下であればよい。特に、段差部は光軸方向に平行な段差であることが好ましい。
【００１９】
また、参考例による光ピックアップ装置用対物レンズは、光ピックアップ装置が、波長λ１の第１の光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光源とを有し、第１の光源は透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第１の光束を射出し、第２の光源は透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第２の光束を射出し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記対物レンズは少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を回折構造を備えない領域の外周側からその最外周まで備え、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡ１≦ＮＡＨ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００２０】
また、特にＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置において、ＤＶＤに対しては６５５±３０ｎｍの何れかの波長の光源を使用し、ＣＤに対しては７８５±３０ｎｍの何れかの波長の光源を使用する系では、
０．６０≦ＮＡＨ１、かつ、０．３≦ＮＡＬ１＜０．４５
であることが好ましい。
【００２１】
また、前記必要開口数ＮＡ２よりも大きな範囲では前記第２の情報記録媒体に対する光束をフレアにすることが好ましい。これにより、第２の情報記録媒体側に対して適切なスポット径を得ることができる。
【００２２】
また、前記必要開口数ＮＡ２よりも大きな範囲では高次回折光を利用することが好ましい。
【００２３】
また、前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において、前記第１の光源と前記第１の光情報記録媒体を用いて、前記波長λ１の光が前記厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。
【００２４】
具体的な設計としては、例えば、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置においては、ＣＤに対する必要開口数よりも小さい開口数以上に回折構造を備える領域を設け、その小さい開口数以下の領域を回折構造を備えない屈折面とする。その小さい開口数からＣＤに対する必要開口数までの範囲では、ＤＶＤ及びＣＤ共に球面収差を補正し、ＣＤに対する必要開口数以上ではＤＶＤの球面収差を補正するとともに、ＣＤに対してはスポットが絞られすぎないようにフレアとするようにする。また、ＣＤに対して必要な開口数近傍の領域をＤＶＤに対して球面収差の良く補正された非球面形状とは異なる非球面形状の母非球面として、この母非球面のみではＤＶＤに対する球面収差が劣化するところを、この領域に回折構造を設け、ＤＶＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与して球面収差が良く補正され、ＣＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与するよう回折構造を設計することによって作成し得る。勿論、このような設計に限らず、種々の応用により本発明の対物レンズを設計することができる。なお、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置とは、少なくとも１種類のＤＶＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能であって、かつ、少なくとも１種類のＣＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能である光ピックアップ装置である。各種のＣＤとしては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等、ＤＶＤとしては、例えば、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等が挙げられる。
【００２５】
また、前記回折構造を備えた領域が回折輪帯をもつ回折面であり、前記回折面の光路差関数をφ（ｈ）とするとき（ｈは光軸からの距離）、所定距離ｈの箇所でｄφ（ｈ）／ｄｈが不連続または実質的に不連続な関数であるようにできる。
上述のように回折輪帯を設けた対物レンズにより、透明基板の厚さの異なる第１及び第２の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行う光ピックアップ装置において、開口数が小さい側の使用状態で所定開口数の外側の光束をフレアとすれば、小さい開口数のための開口制限を用いずとも、ビーム径が絞られ過ぎることがなく、比較的大きなスポット径を得ることができる。
【００２６】
この場合、前記回折面の、光軸から周辺方向に数えて、あるｉ番目の回折輪帯が次式を満たすことが好ましい。
１．２≦ｐi+1／ｐi≦１０（但し、ｐi：光軸から周辺方向に数えてｉ番目の回折輪帯の、光軸に垂直な方向の幅）
【００２７】
また、参考例による光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、回折構造を備えない領域の外周側に回折構造を備えた領域をその最外周にまで設けたレンズ面を有し、前記回折構造の少なくとも一部の領域は、互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して最大の回折光量を発生する回折光の次数が同一次数（但し、０次を除く）となる形状である対物レンズとを、具備することを特徴とする。
【００２８】
また、参考例による別の光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を回折構造を備えない領域の外周側からその最外周まで備える対物レンズとを具備し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡ１＜ＮＡＨ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００２９】
なお、本発明では、第１及び第２の光情報記録媒体として、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の情報記録媒体が挙げられるが、更に記録密度を高めた新規の高密度情報記録媒体をも含む。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。図１のように、対物レンズ２０は、第１面２０ａに、光軸ｐに近い屈折面２１と、屈折面２１の光軸ｐから離れた外周領域に最外周まで回転対称に設けられた回折輪帯２２とを備えている。
【００３１】
回折輪帯２２は開口数ＮＡＬ１以上の範囲に設け、対物レンズ２０の周辺に回折輪帯２２が位置し、透明基板の厚さの異なる２種の情報記録媒体に対して、光源の波長差を利用して、球面収差を補正するものである。
【００３２】
例として、波長６６０ｎｍでの必要開口数が０．６５のＤＶＤと、波長７８５ｎｍでの必要開口数が０．５のＣＤとに対応する場合には、対物レンズ２０の第１面２０ａのＮＡ０．３７以上の範囲に回折輪帯１３を設ける。
【００３３】
このＮＡ０．３７以下の屈折面２１では回折効率による損失がなく、光量を１００％利用できる。ＮＡが０．３７以下のように小さい範囲では、球面収差を完全に補正しなくても結像性能に必要なスポット径や波面収差への影響は小さく、また、光量が大きいことにより記録／再生の精度が高くなり、フォーカス信号の誤検出を防止できる。
【００３４】
また、金型成形により対物レンズを大量生産する場合、生産量が多いと金型自体も多数必要となりその加工工数が増え、特に回折レンズではその回折輪帯に対応した金型加工に時間がかかるのであるが、周辺回折輪帯の構造は、全面回折構造よりも輪帯数が少なく加工工数が短縮できるので、金型コストを低減でき、製造コストを削減できる。
【００３５】
また、図１の回折輪帯２２と屈折面２１との境界において、波長λ１の光源とＤＶＤ（透明基板厚さｔ１）を用いて、波長λ１の光が厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。具体的には、後述の実施例のようなレンズデータをもとに対物レンズに回折輪帯を形成する際に、ＤＶＤにおいて回折輪帯２２と屈折面２１との位相差をほぼ０となるように回折輪帯２２の光軸ｐ方向の位置を微妙に調整して定めることによって、実現できる。即ち、図８のように、ブレーズ化波長と使用波長（λ１）との違いによって回折輪帯２２では波面収差が生じるが、回折輪帯２２の平均波面が屈折面２１の波面と位相ずれを生じないように回折輪帯２２の光軸ｐ方向の位置を定めればよい。図８のように、屈折部（屈折面）の波面収差に対して回折輪帯の平均波面収差がλ１／１０以下になるように調整する。
【００３６】
次に、図５により本発明の実施の形態による別の光ピックアップ装置用対物レンズについて説明する。図５は本実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【００３７】
図５のように、対物レンズ３０は、第１面３０ａに、光軸ｐに近い屈折面３１と、屈折面３１の光軸ｐから離れた外周領域に最外周まで回転対称に設けられた輪帯状の回折輪帯３２とを備えている。回折構造を有する回折輪帯３２と回折構造を有しない屈折面３１との境界には回折輪帯３２の非球面形状に対し光軸ｐの方向にほぼ平行に段差部３３が設けられている。
【００３８】
また、回折輪帯３２は、回折構造を有する内側領域３２ａと同じく回折構造を有する外側領域３３ａに分割されており、輪帯状の内側領域３２ａと外側領域３３ａとの境界には回折輪帯３２の非球面形状に対し光軸ｐの方向にほぼ平行に段差部３４が設けられている。
【００３９】
図５の対物レンズ３０は、図１と同様に回折輪帯３２は開口数ＮＡＬ１以上の範囲に設け、対物レンズ３０の周辺に回折輪帯２２が位置し、透明基板の厚さの異なる２種の情報記録媒体に対して、光源の波長差を利用して、球面収差を補正する。
【００４０】
図６により図５の対物レンズ３０の段差部３３について説明する。段差部３３の寸法（深さ）ａは、その段差部３３により屈折面３１との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定する。即ち、いま、波長λ１が６５５ｎｍである光束が対物レンズ３０の第１面３０ａから入射したとき、図６のように、６λ１の光路差を生じるように段差部３３の深さを定めれば、波長λ２が７８５ｎｍのとき、λ１：λ２がほぼ５：６なので、波長λ２に対しほぼ５λ２の光路差を生じ、λ１、λ２ともに位相差を生じない。また、段差部３３の寸法（深さ）等を適宜設定することにより温度変化時に波面収差の劣化を小さくすることができ、段差部３３の光軸方向に平行な深さａは１μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００４１】
また、図５の回折輪帯３２の内側領域３２ａと外側領域３３ａとの境界の段差部３４は、その寸法（深さ）等を適宜設定することにより温度変化時に波面収差の劣化を小さくすることができ、段差部３４の光軸方向に平行な深さｂは１μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００４２】
なお、図５では、段差部３３，３４は回折輪帯が屈折面３１に対して陥没するように位置しているが、突き出るように位置してもよく、段差部３３，３４の上述の好ましい寸法（深さ）は、絶対値として考えて陥没形状にも突き出し形状にも適用できる。
【００４３】
次に、図２により、上述のような対物レンズを備えた本実施の形態にかかる光ピックアップ装置を具体的に説明する。
【００４４】
図２に示す光ピックアップ装置は、第１の光ディスクの再生用の第１の光源である第１の半導体レーザ１１１と、第２の光ディスク再生用の第２の光源である第２の半導体レーザ１１２とを有している。
【００４５】
まず第１の光ディスクを再生する場合、第１の半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、両半導体レーザ１１１、１１２からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ１９０を透過し、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り１７によって絞られ、対物レンズ２０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４６】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ２０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３を透過して、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８により非点収差が与えられ、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４７】
また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ２０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ２０を移動させる。
【００４８】
第２の光ディスクを再生する場合、第２の半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、上記第１半導体１１１からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４、絞り１７、対物レンズ２０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４９】
そして、情報記録面２２０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２０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３、偏光ビームスプリッタ１２０、シリンドリカルレンズ１８０を介して、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００５０】
また、第１の光ディスクの場合と同様、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ２０を移動させる。
【００５１】
なお、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２をユニット化した２波長半導体レーザを使った光学系や、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２，光検出器をユニット化した光源−検出器モジュールを使用した光ピックアップ装置にも本対物レンズは適する。その他当業者に知られた複数の光源を持ったピックアップ光学系に適用することも可能である。
【００５２】
【実施例】
次に、ＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズの実施例１，２，３を説明する。実施例１，２が、図１に相当するＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズであり、実施例３が図５に相当するＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズであり、図５の段差部３３，３４が設けられている。
【００５３】
〈実施例１〉
【００５４】
図１の対物レンズ２０の第１面２０ａは、開口数ＮＡＬ１以下に相当する中央の領域（２１）が屈折非球面であり、開口数ＮＡＬ１以上ＮＡＨ１以下に相当する周辺の領域（２２）が回折面である。
【００５５】
回折面は開口数ＮＡＬ１以上ＮＡ２以下に相当する領域と、開口数ＮＡ２以上ＮＡＨ１以下に相当する領域とで、光路差関数および母非球面の係数が異なる。前者の領域ではＤＶＤ，ＣＤ両方での球面収差をほぼ無収差に補正し、後者の領域ではＤＶＤでの球面収差をほぼ無収差に補正しＣＤでの球面収差をフレア化している。第２面は屈折非球面である。
【００５６】
回折面は回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差函数とで表す。光路差関数は基準波長の回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設ける。
【００５７】
光路差関数Φ（ｈ）は次式で表す。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・（ｍｍ）
但し、ｈ：光軸からの距離、ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数である。
【００５８】
また、非球面は次式で表す。
ｘ＝(ｈ2／ｒ)／(１＋√(１−（１＋ｋ)ｈ2／ｒ2))＋Ａ０＋Ａ２ｈ2＋Ａ４ｈ4＋Ａ６ｈ6＋・・・
但し、Ａ０、Ａ２，Ａ４，Ａ６，・・・：非球面係数、ｋ：円錐係数、ｒ：近軸曲率半径であり、ｒ、ｄ、ｎ、はレンズの曲率半径、面間隔、屈折率を表す。
【００５９】
光源波長λ１＝６６０ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．２０、像側開口数＝０．６５（必要開口数ＮＡ１＝０．６５）である。
【００６０】
光源波長λ２＝７８５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．２２、像側開口数＝０．６５（必要開口数ＮＡ２＝０．５０）である。
【００６１】
レンズデータは次の表１の通りである。
【００６２】
【表１】
【００６３】
また、この対物レンズの断面図を図３に示し、その球面収差図をＤＶＤの場合を図４（ａ）に、ＣＤの場合を図４（ｂ）に示す。
【００６４】
また、金型の回折輪帯に対応する金型面を刃先半径４μｍのバイトで加工し、１次回折光を用いたときの第１面における回折効率を次の表２に示す。
【００６５】
【表２】
【００６６】
比較例として、第１面を同様の仕様で全面を回折面とした場合の回折効率は、ＤＶＤ８８％、ＣＤ８９％であり、この比較例の全面回折レンズと比較すると、本実施例は回折効率が高く、光量をより利用可能であることが分かる。特に、ＤＶＤでは、ストレール比が１００％であり、レーザ利用効率が優れていることが分かる。
【００６７】
また、９番目（ｉ＝）の回折輪帯のピッチｐｉについて、ｐi＝２８μｍ、ｐi+1＝４１μｍ、ｐi+1／ｐi＝１．５であり、上述の式を満たす。
【００６８】
なお、０．５０≦ＮＡ≦０．６５の領域において２次回折光を用いると、表２の結果よりも更にＤＶＤの回折効率が高くなる。
【００６９】
〈実施例２〉
【００７０】
実施例２の対物レンズに関するレンズデータは次の表３の通りである。
【００７１】
【表３】
【００７２】
実施例２の対物レンズの断面図は図３と同様であり、ＤＶＤの場合の球面収差図は図４（ａ）と、ＣＤの場合は図４（ｂ）と同様である。
【００７３】
〈実施例３〉
【００７４】
実施例３の対物レンズに関するレンズデータは次の表４の通りである。
【００７５】
【表４】
【００７６】
実施例３の対物レンズの球面収差図をＤＶＤの場合を図７（ａ）に、ＣＤの場合を図７（ｂ）に示し、対物レンズの断面図は図３とほぼ同様である。
【００７７】
また、実施例３の対物レンズにおいて、図５の間の段差部３３の深さａに相当する段差の光軸方向の寸法は、−１．３８μｍであり、段差部３４の深さｂに相当する段差の光軸方向の寸法は、６．８６μｍであった。
【００７８】
なお、段差部の寸法（深さ）の符号は、その境界部において外側の部分が内側の部分よりも像側（光情報記録媒体側）に変位しているときを正とする。また、各表では１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０−２）のように表している場合がある。
【００７９】
以上の実施例においては、対物レンズの１つの面を３つの分割面（領域）に構成し、中間領域と外側領域に回折構造を備えた分割面としたが、分割面数はこれに限定されることなく、更に３以上の分割面を設けた構成としてもよく、例えば、回折構造を備えた中間領域及び／または外側領域が更に複数の分割面に構成されてもよく、また中心領域等の回折構造を備えていない屈折面の領域が更に分割面に構成されていてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の光ピックアップ装置用対物レンズによれば、光源からの光量を十分に利用することができ、情報記録媒体からの光の誤検出も生ぜず、製造コストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図２】図１の対物レンズを備える本実施の形態の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図４】実施例１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、及びＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図５】本実施の形態の別の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図６】図５の対物レンズに設けた段差部を拡大して示す断面図である。
【図７】実施例３の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、及びＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図８】図１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差を模式的に示す図である。
【符号の説明】
２０、３０ 対物レンズ
２０ａ、３０ａ 第１面
２１、３１ 屈折面
２２、３２ 回折輪帯
３２ａ 回折輪帯３２の内側領域
３２ｂ 回折輪帯３２の外側領域
３３ 屈折面３１と回折輪帯３２との境界の段差部
３４ 内側領域３２ａと外側領域３２ｂとの境界の段差部
ａ 段差部３３の光軸方向に平行な深さ
ｂ 段差部３４の光軸方向に平行な深さ
ｐ 対物レンズ２０，３０の光軸
１１１ 第１の半導体レーザ
１１２ 第２の半導体レーザ
２００ 光ディスク（情報記録媒体）
３００ 光検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置において情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行うために用いられる対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤ等の記録密度や透明基板の厚さの異なる複数の情報記録媒体（例えば光ディスク）に対して、情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置として、少なくとも対物レンズを共通に使用することにより装置の小型化や低価格化を実現することが望まれており、そのための対物レンズや光ピックアップ装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、対物レンズに特殊輪帯として切り欠きをリング状に設けて、対物レンズの一面を複数の分割面（例えば３つの分割面）に構成し、複数の分割面のうちの一部（例えば光軸側の第１分割面）を記録密度や透明基板の厚さの異なる２つの情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生にともに利用可能なようにし、残りの分割面のうちの一部（例えば第１分割面に隣接する第２分割面）を一方の情報記録媒体（例えば必要開口数の小さい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにし、その残り（例えば第２分割面に隣接する第３分割面）を他方の情報記録媒体（例えば必要開口数の大きい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにすることが知られている。その一例として、特開平１１−９６５８５号公報に記載のものが挙げられる。しかし、このようにリング状の切り欠きを設けた対物レンズでは、フォーカス信号に誤検出が生じる場合があった。例えば、対物レンズの一面に設けられた３つの分割面のうちＣＤ用に球面収差が補正された第２分割面により、ＤＶＤの記録または再生時にその第２分割面を通過した光束がセンサ上にデフォーカスして集光し、フォーカス信号として誤検出してしまう場合があった。
【０００４】
また、特開平２０００−８１５６号公報には、レンズ面に光軸を中心とした輪帯状のパターンとして回折構造が形成され、その回折構造は、少なくとも２つの異なる波長の光束による同一次数の回折光が、保護層の厚さの異なる少なくとも２種類の光ディスクに対し、それぞれ良好な波面を形成するよう波長依存性を有するようにした対物レンズが記載されている。
【０００５】
しかし、上記公報のように、回折構造をレンズ面の全面に備えた対物レンズでは、少なくとも２つの波長の光束に対して適した同一次数の回折光を得るように、その回折構造を形成するため、回折構造を備えない屈折面からなる対物レンズよりも、光源からの光量の利用効率が低下するという問題があった。また、回折輪対数も多いため、レンズを成形するための金型の生産性が低下し、金型の製造コストが高くなるという問題もあった。
【０００６】
しかし、上記各公開公報のように、対物レンズに分割面を設けた構成においては、特に、一方の波長では０次光を利用し、他方の波長では１次光を利用するために、回折効率が低くなって光源からの光量を十分に利用することができず、フォーカス信号に誤検出が生じることが場合によっては発生し得る。
【０００７】
また、対物レンズの全面に回折面を設けるのは、その金型製作のコストが高く製造コストの上昇の点で好ましくない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、光源からの光量を十分に利用することができ、製造コストの上昇を抑えることができる光ピックアップ装置用対物レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置用対物レンズは、回折構造を備えない領域の外周側に回折構造を備えた領域をその最外周にまで設けたレンズ面を有し、前記回折構造の少なくとも一部の領域は、互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して最大の回折光量を発生する回折光の次数が同一次数（但し、０次を除く）となる形状であることを特徴とする。なお、「同一次数」とは、正負の符号を含めてその次数が同一であることをいう。また、「最外周」とは、レンズ面の有効光学径を指す。但し、実際に対物レンズが搭載された光ピックアップ装置においては、光源からの光束が全く入射されることがない外周側の領域には、勿論、必ずしも回折構造を備える必要はないので、「最外周」とは、光源からの光束が入射される実効的な有効光学径を意味するものである。
【００１０】
上記回折構造を備えた領域を設ける位置は、前記対物レンズを使用する光ピックアップ装置において使用される光源の波長、情報記録媒体の透明基板の厚さ、及び前記情報記録媒体の情報の記録密度等によって決定され、前記情報記録媒体毎に定められた対物レンズの必要開口数に応じて定められる。
【００１１】
例えば、前記光ピックアップ装置において２つの情報記録媒体について再生または記録を行う際の前記対物レンズに必要な開口数が異なり、その開口数の小さい方の開口数近傍に前記回折構造を備えた領域を設定することが望ましい。これにより、必要な開口数の小さい方の情報記録媒体に対して回折限界性能を備えた適切なスポット径の集光が行い得るようにできるとともに、それによって、逆に、必要な開口数の大きい方の情報記録媒体に対して、通常は使用されずまたデフォーカスにより集光してフォーカス信号の誤検出を生じる虞のあった領域を結像に寄与し得るようにできる。これにより、情報の記録又は再生に寄与する光源からの光量の利用効率が増加でき、更にフォーカス信号の誤検出を防止し得て、光ピックアップ装置の性能向上を図ることができる。
【００１２】
また、上述のように、回折構造を備えた領域の内周側に回折構造を備えない領域を設けたことにより、全面にわたって回折構造を備えた場合よりも光量の利用効率が向上すると共に、回折輪帯数が少ないのでレンズを成形するための金型の加工工数が短縮でき、金型の製作コストを低減できる。
【００１３】
また、前記レンズ面において光軸を含む領域に前記回折構造を備えない領域が屈折面として形成されることが可能であるので、光量の利用効率がより向上する。
【００１４】
また、前記同一次数が１次であることが好ましい。また、前記回折構造を備えた領域を内側領域と外側領域に分割し、前記内側領域は前記同一次数が１次となる形状にし、前記外側領域は前記同一次数が２次以上の次数となる形状とすることが好ましい。
【００１５】
また、前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が、その段差部により屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定されていることが好ましく、これにより、λ１及びλ２のそれぞれの波長で段差部による位相ずれをほぼ０にできる。
【００１６】
具体的には、前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に設けられた段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差であるように回折構造が光軸側の回折構造を備えない領域に対して陥没した形状または突き出た形状にできる。段差部が１μｍ以上であると、第２の光情報記録媒体（例えば、ＣＤ）側のストレール比を高めることができ、１０μｍ以下であると、波面収差に関する温度特性が劣化しない。
【００１７】
また、前記回折構造を備えた領域を内側領域と外側領域に分割し、前記内側領域と前記外側領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有することが好ましい。この段差部が１μｍ以上であると、第２の光情報記録媒体（例えば、ＣＤ）側のストレール比を高めることができ、１０μｍ以下であると、波面収差に関する温度特性が劣化しない。
【００１８】
なお、上述の回折構造を備えた領域と備えない領域との境界及び回折構造を備えた領域の内側領域と外側領域との境界において光軸方向に設けられた段差部は、光軸方向に対して傾斜を持って設けられてもよく、この場合でも光軸方向の段差が１μｍ以上１０μｍ以下であればよい。特に、段差部は光軸方向に平行な段差であることが好ましい。
【００１９】
また、参考例による光ピックアップ装置用対物レンズは、光ピックアップ装置が、波長λ１の第１の光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光源とを有し、第１の光源は透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第１の光束を射出し、第２の光源は透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第２の光束を射出し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記対物レンズは少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を回折構造を備えない領域の外周側からその最外周まで備え、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡ１≦ＮＡＨ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００２０】
また、特にＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置において、ＤＶＤに対しては６５５±３０ｎｍの何れかの波長の光源を使用し、ＣＤに対しては７８５±３０ｎｍの何れかの波長の光源を使用する系では、
０．６０≦ＮＡＨ１、かつ、０．３≦ＮＡＬ１＜０．４５
であることが好ましい。
【００２１】
また、前記必要開口数ＮＡ２よりも大きな範囲では前記第２の情報記録媒体に対する光束をフレアにすることが好ましい。これにより、第２の情報記録媒体側に対して適切なスポット径を得ることができる。
【００２２】
また、前記必要開口数ＮＡ２よりも大きな範囲では高次回折光を利用することが好ましい。
【００２３】
また、前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において、前記第１の光源と前記第１の光情報記録媒体を用いて、前記波長λ１の光が前記厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。
【００２４】
具体的な設計としては、例えば、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置においては、ＣＤに対する必要開口数よりも小さい開口数以上に回折構造を備える領域を設け、その小さい開口数以下の領域を回折構造を備えない屈折面とする。その小さい開口数からＣＤに対する必要開口数までの範囲では、ＤＶＤ及びＣＤ共に球面収差を補正し、ＣＤに対する必要開口数以上ではＤＶＤの球面収差を補正するとともに、ＣＤに対してはスポットが絞られすぎないようにフレアとするようにする。また、ＣＤに対して必要な開口数近傍の領域をＤＶＤに対して球面収差の良く補正された非球面形状とは異なる非球面形状の母非球面として、この母非球面のみではＤＶＤに対する球面収差が劣化するところを、この領域に回折構造を設け、ＤＶＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与して球面収差が良く補正され、ＣＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与するよう回折構造を設計することによって作成し得る。勿論、このような設計に限らず、種々の応用により本発明の対物レンズを設計することができる。なお、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置とは、少なくとも１種類のＤＶＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能であって、かつ、少なくとも１種類のＣＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能である光ピックアップ装置である。各種のＣＤとしては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等、ＤＶＤとしては、例えば、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等が挙げられる。
【００２５】
また、前記回折構造を備えた領域が回折輪帯をもつ回折面であり、前記回折面の光路差関数をφ（ｈ）とするとき（ｈは光軸からの距離）、所定距離ｈの箇所でｄφ（ｈ）／ｄｈが不連続または実質的に不連続な関数であるようにできる。
上述のように回折輪帯を設けた対物レンズにより、透明基板の厚さの異なる第１及び第２の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行う光ピックアップ装置において、開口数が小さい側の使用状態で所定開口数の外側の光束をフレアとすれば、小さい開口数のための開口制限を用いずとも、ビーム径が絞られ過ぎることがなく、比較的大きなスポット径を得ることができる。
【００２６】
この場合、前記回折面の、光軸から周辺方向に数えて、あるｉ番目の回折輪帯が次式を満たすことが好ましい。
１．２≦ｐi+1／ｐi≦１０（但し、ｐi：光軸から周辺方向に数えてｉ番目の回折輪帯の、光軸に垂直な方向の幅）
【００２７】
また、参考例による光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、回折構造を備えない領域の外周側に回折構造を備えた領域をその最外周にまで設けたレンズ面を有し、前記回折構造の少なくとも一部の領域は、互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して最大の回折光量を発生する回折光の次数が同一次数（但し、０次を除く）となる形状である対物レンズとを、具備することを特徴とする。
【００２８】
また、参考例による別の光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を回折構造を備えない領域の外周側からその最外周まで備える対物レンズとを具備し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた少なくとも一部の領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からの最大の回折光量を発生する次数の回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡ１＜ＮＡＨ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００２９】
なお、本発明では、第１及び第２の光情報記録媒体として、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の情報記録媒体が挙げられるが、更に記録密度を高めた新規の高密度情報記録媒体をも含む。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。図１のように、対物レンズ２０は、第１面２０ａに、光軸ｐに近い屈折面２１と、屈折面２１の光軸ｐから離れた外周領域に最外周まで回転対称に設けられた回折輪帯２２とを備えている。
【００３１】
回折輪帯２２は開口数ＮＡＬ１以上の範囲に設け、対物レンズ２０の周辺に回折輪帯２２が位置し、透明基板の厚さの異なる２種の情報記録媒体に対して、光源の波長差を利用して、球面収差を補正するものである。
【００３２】
例として、波長６６０ｎｍでの必要開口数が０．６５のＤＶＤと、波長７８５ｎｍでの必要開口数が０．５のＣＤとに対応する場合には、対物レンズ２０の第１面２０ａのＮＡ０．３７以上の範囲に回折輪帯１３を設ける。
【００３３】
このＮＡ０．３７以下の屈折面２１では回折効率による損失がなく、光量を１００％利用できる。ＮＡが０．３７以下のように小さい範囲では、球面収差を完全に補正しなくても結像性能に必要なスポット径や波面収差への影響は小さく、また、光量が大きいことにより記録／再生の精度が高くなり、フォーカス信号の誤検出を防止できる。
【００３４】
また、金型成形により対物レンズを大量生産する場合、生産量が多いと金型自体も多数必要となりその加工工数が増え、特に回折レンズではその回折輪帯に対応した金型加工に時間がかかるのであるが、周辺回折輪帯の構造は、全面回折構造よりも輪帯数が少なく加工工数が短縮できるので、金型コストを低減でき、製造コストを削減できる。
【００３５】
また、図１の回折輪帯２２と屈折面２１との境界において、波長λ１の光源とＤＶＤ（透明基板厚さｔ１）を用いて、波長λ１の光が厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。具体的には、後述の実施例のようなレンズデータをもとに対物レンズに回折輪帯を形成する際に、ＤＶＤにおいて回折輪帯２２と屈折面２１との位相差をほぼ０となるように回折輪帯２２の光軸ｐ方向の位置を微妙に調整して定めることによって、実現できる。即ち、図８のように、ブレーズ化波長と使用波長（λ１）との違いによって回折輪帯２２では波面収差が生じるが、回折輪帯２２の平均波面が屈折面２１の波面と位相ずれを生じないように回折輪帯２２の光軸ｐ方向の位置を定めればよい。図８のように、屈折部（屈折面）の波面収差に対して回折輪帯の平均波面収差がλ１／１０以下になるように調整する。
【００３６】
次に、図５により本発明の実施の形態による別の光ピックアップ装置用対物レンズについて説明する。図５は本実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【００３７】
図５のように、対物レンズ３０は、第１面３０ａに、光軸ｐに近い屈折面３１と、屈折面３１の光軸ｐから離れた外周領域に最外周まで回転対称に設けられた輪帯状の回折輪帯３２とを備えている。回折構造を有する回折輪帯３２と回折構造を有しない屈折面３１との境界には回折輪帯３２の非球面形状に対し光軸ｐの方向にほぼ平行に段差部３３が設けられている。
【００３８】
また、回折輪帯３２は、回折構造を有する内側領域３２ａと同じく回折構造を有する外側領域３３ａに分割されており、輪帯状の内側領域３２ａと外側領域３３ａとの境界には回折輪帯３２の非球面形状に対し光軸ｐの方向にほぼ平行に段差部３４が設けられている。
【００３９】
図５の対物レンズ３０は、図１と同様に回折輪帯３２は開口数ＮＡＬ１以上の範囲に設け、対物レンズ３０の周辺に回折輪帯２２が位置し、透明基板の厚さの異なる２種の情報記録媒体に対して、光源の波長差を利用して、球面収差を補正する。
【００４０】
図６により図５の対物レンズ３０の段差部３３について説明する。段差部３３の寸法（深さ）ａは、その段差部３３により屈折面３１との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定する。即ち、いま、波長λ１が６５５ｎｍである光束が対物レンズ３０の第１面３０ａから入射したとき、図６のように、６λ１の光路差を生じるように段差部３３の深さを定めれば、波長λ２が７８５ｎｍのとき、λ１：λ２がほぼ５：６なので、波長λ２に対しほぼ５λ２の光路差を生じ、λ１、λ２ともに位相差を生じない。また、段差部３３の寸法（深さ）等を適宜設定することにより温度変化時に波面収差の劣化を小さくすることができ、段差部３３の光軸方向に平行な深さａは１μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００４１】
また、図５の回折輪帯３２の内側領域３２ａと外側領域３３ａとの境界の段差部３４は、その寸法（深さ）等を適宜設定することにより温度変化時に波面収差の劣化を小さくすることができ、段差部３４の光軸方向に平行な深さｂは１μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００４２】
なお、図５では、段差部３３，３４は回折輪帯が屈折面３１に対して陥没するように位置しているが、突き出るように位置してもよく、段差部３３，３４の上述の好ましい寸法（深さ）は、絶対値として考えて陥没形状にも突き出し形状にも適用できる。
【００４３】
次に、図２により、上述のような対物レンズを備えた本実施の形態にかかる光ピックアップ装置を具体的に説明する。
【００４４】
図２に示す光ピックアップ装置は、第１の光ディスクの再生用の第１の光源である第１の半導体レーザ１１１と、第２の光ディスク再生用の第２の光源である第２の半導体レーザ１１２とを有している。
【００４５】
まず第１の光ディスクを再生する場合、第１の半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、両半導体レーザ１１１、１１２からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ１９０を透過し、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り１７によって絞られ、対物レンズ２０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４６】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ２０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３を透過して、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８により非点収差が与えられ、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４７】
また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ２０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ２０を移動させる。
【００４８】
第２の光ディスクを再生する場合、第２の半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、上記第１半導体１１１からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４、絞り１７、対物レンズ２０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４９】
そして、情報記録面２２０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２０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３、偏光ビームスプリッタ１２０、シリンドリカルレンズ１８０を介して、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００５０】
また、第１の光ディスクの場合と同様、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ２０を移動させる。
【００５１】
なお、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２をユニット化した２波長半導体レーザを使った光学系や、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２，光検出器をユニット化した光源−検出器モジュールを使用した光ピックアップ装置にも本対物レンズは適する。その他当業者に知られた複数の光源を持ったピックアップ光学系に適用することも可能である。
【００５２】
【実施例】
次に、ＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズの実施例１，２，３を説明する。実施例１，２が、図１に相当するＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズであり、実施例３が図５に相当するＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズであり、図５の段差部３３，３４が設けられている。
【００５３】
〈実施例１〉
【００５４】
図１の対物レンズ２０の第１面２０ａは、開口数ＮＡＬ１以下に相当する中央の領域（２１）が屈折非球面であり、開口数ＮＡＬ１以上ＮＡＨ１以下に相当する周辺の領域（２２）が回折面である。
【００５５】
回折面は開口数ＮＡＬ１以上ＮＡ２以下に相当する領域と、開口数ＮＡ２以上ＮＡＨ１以下に相当する領域とで、光路差関数および母非球面の係数が異なる。前者の領域ではＤＶＤ，ＣＤ両方での球面収差をほぼ無収差に補正し、後者の領域ではＤＶＤでの球面収差をほぼ無収差に補正しＣＤでの球面収差をフレア化している。第２面は屈折非球面である。
【００５６】
回折面は回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差函数とで表す。光路差関数は基準波長の回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設ける。
【００５７】
光路差関数Φ（ｈ）は次式で表す。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・（ｍｍ）
但し、ｈ：光軸からの距離、ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数である。
【００５８】
また、非球面は次式で表す。
ｘ＝(ｈ2／ｒ)／(１＋√(１−（１＋ｋ)ｈ2／ｒ2))＋Ａ０＋Ａ２ｈ2＋Ａ４ｈ4＋Ａ６ｈ6＋・・・
但し、Ａ０、Ａ２，Ａ４，Ａ６，・・・：非球面係数、ｋ：円錐係数、ｒ：近軸曲率半径であり、ｒ、ｄ、ｎ、はレンズの曲率半径、面間隔、屈折率を表す。
【００５９】
光源波長λ１＝６６０ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．２０、像側開口数＝０．６５（必要開口数ＮＡ１＝０．６５）である。
【００６０】
光源波長λ２＝７８５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．２２、像側開口数＝０．６５（必要開口数ＮＡ２＝０．５０）である。
【００６１】
レンズデータは次の表１の通りである。
【００６２】
【表１】
また、この対物レンズの断面図を図３に示し、その球面収差図をＤＶＤの場合を図４（ａ）に、ＣＤの場合を図４（ｂ）に示す。
【００６４】
また、金型の回折輪帯に対応する金型面を刃先半径４μｍのバイトで加工し、１次回折光を用いたときの第１面における回折効率を次の表２に示す。
【００６５】
【表２】
比較例として、第１面を同様の仕様で全面を回折面とした場合の回折効率は、ＤＶＤ８８％、ＣＤ８９％であり、この比較例の全面回折レンズと比較すると、本実施例は回折効率が高く、光量をより利用可能であることが分かる。特に、ＤＶＤでは、ストレール比が１００％であり、レーザ利用効率が優れていることが分かる。
【００６７】
また、９番目（ｉ＝）の回折輪帯のピッチｐｉについて、ｐi＝２８μｍ、ｐi+1＝４１μｍ、ｐi+1／ｐi＝１．５であり、上述の式を満たす。
【００６８】
なお、０．５０≦ＮＡ≦０．６５の領域において２次回折光を用いると、表２の結果よりも更にＤＶＤの回折効率が高くなる。
【００６９】
〈実施例２〉
【００７０】
実施例２の対物レンズに関するレンズデータは次の表３の通りである。
【００７１】
【表３】
実施例２の対物レンズの断面図は図３と同様であり、ＤＶＤの場合の球面収差図は図４（ａ）と、ＣＤの場合は図４（ｂ）と同様である。
【００７３】
〈実施例３〉
【００７４】
実施例３の対物レンズに関するレンズデータは次の表４の通りである。
【００７５】
【表４】
実施例３の対物レンズの球面収差図をＤＶＤの場合を図７（ａ）に、ＣＤの場合を図７（ｂ）に示し、対物レンズの断面図は図３とほぼ同様である。
【００７７】
また、実施例３の対物レンズにおいて、図５の間の段差部３３の深さａに相当する段差の光軸方向の寸法は、−１．３８μｍであり、段差部３４の深さｂに相当する段差の光軸方向の寸法は、６．８６μｍであった。
【００７８】
なお、段差部の寸法（深さ）の符号は、その境界部において外側の部分が内側の部分よりも像側（光情報記録媒体側）に変位しているときを正とする。また、各表では１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０−２）のように表している場合がある。
【００７９】
以上の実施例においては、対物レンズの１つの面を３つの分割面（領域）に構成し、中間領域と外側領域に回折構造を備えた分割面としたが、分割面数はこれに限定されることなく、更に３以上の分割面を設けた構成としてもよく、例えば、回折構造を備えた中間領域及び／または外側領域が更に複数の分割面に構成されてもよく、また中心領域等の回折構造を備えていない屈折面の領域が更に分割面に構成されていてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の光ピックアップ装置用対物レンズによれば、光源からの光量を十分に利用することができ、情報記録媒体からの光の誤検出も生ぜず、製造コストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図２】図１の対物レンズを備える本実施の形態の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図４】実施例１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、及びＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図５】本実施の形態の別の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図６】図５の対物レンズに設けた段差部を拡大して示す断面図である。
【図７】実施例３の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、及びＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図８】図１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差を模式的に示す図である。
【符号の説明】
２０、３０ 対物レンズ
２０ａ、３０ａ 第１面
２１、３１ 屈折面
２２、３２ 回折輪帯
３２ａ 回折輪帯３２の内側領域
３２ｂ 回折輪帯３２の外側領域
３３ 屈折面３１と回折輪帯３２との境界の段差部
３４ 内側領域３２ａと外側領域３２ｂとの境界の段差部
ａ 段差部３３の光軸方向に平行な深さ
ｂ 段差部３４の光軸方向に平行な深さ
ｐ 対物レンズ２０，３０の光軸
１１１ 第１の半導体レーザ
１１２ 第２の半導体レーザ
２００ 光ディスク（情報記録媒体）
３００ 光検出器
Claims (9)
- 回折構造を備えない領域の外周側に回折構造を備えた領域をその最外周にまで設けたレンズ面を有し、前記回折構造の少なくとも一部の領域は、互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して最大の回折光量を発生する回折光の次数が同一次数（但し、０次を除く）となる形状であることを特徴とする光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記レンズ面において光軸を含む領域に前記回折構造を備えない領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記同一次数が１次であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、前記段差部は、その段差部により前記境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定された段差を有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、前記段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域と前記回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、前記段差部は、その段差部により前記境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定された段差を有し、前記段差が光軸方向に１μｍ以上１０μｍ以下の寸法を有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域を内側領域と外側領域に分割し、前記内側領域は前記同一次数が１次となる形状にし、前記外側領域は前記同一次数が２次以上の次数となる形状としたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域を内側領域と外側領域に分割し、前記内側領域と前記外側領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、前記段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域を内側領域と外側領域に分割し、前記内側領域は前記同一次数が１次となる形状にし、前記外側領域は前記同一次数が２次以上の次数となる形状とし、前記内側領域と前記外側領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、前記段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
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