JP2002365533A - 対物レンズ及びそれを用いた光ヘッド装置と収差計測方法と光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１つの対物レンズでＤＶＤとＣＤのような異な
る基材厚を有する光情報記録媒体の記録及び再生を可能
とする光ヘッド用対物レンズ及びそれを用いた光ヘッド
装置と収差計測方法と光情報記録再生装置を提供する。 【解決手段】レンズの入射面または射出面の少なくとも
１つの面が光軸を中心とする同心円によって少なくとも
光軸を含む円状の領域である第１の領域22と、その外周
側の円環状の領域である第２の領域23及びその外側に形
成された円環状の領域である第３の領域24の３つの領域
に分割され、第１の領域22は回転対称非球面であり、第
２の領域23は回折レンズ面であり、第３の領域24が回転
対称非球面である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置に
用いる対物レンズ及び光ヘッドに関し、特にディスク厚
みの異なる媒体の互換再生及び記録を行う光ディスク装
置に適した対物レンズ及びそれを用いた光ヘッド装置と
収差計測方法と光情報記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディス
ク）は高密度記録を達成するためにディスク媒体の厚み
が０．６ｍｍで対物レンズのＮＡ（開口数）が０．６
と、従来のＣＤ（コンパクトディスク）がディスク厚み
１．２ｍｍ、ＮＡ０．４５に対して異なった規格となっ
ている。その為、ＤＶＤ用に最適設計したレンズでＣＤ
を再生しようとした場合には、ディスク厚みの違いによ
り球面収差が発生し、結果として情報の読み出しができ
なくなる。１台の光ディスクドライブ装置で両方の規格
の光ディスクの記録・再生を行うためには、例えば、
１．２ｍｍ厚のディスクに対して最適設計されたＮＡ
０．４５の対物レンズと、０．６ｍｍのディスク厚に対
して最適設計されたＮＡ０．６の対物レンズの両方を取
り付けた光ピックアップとすればよいが、レンズの切り
替え機構が必要となるため、光ピックアップの構成が複
雑となり小型化、低コスト化が困難となる。そのため、
１つのレンズで両規格の光ディスクの情報を記録・再生
する方法が要望されている。

【０００３】１つのレンズで厚みの異なる光ディスクを
再生する方法として、レンズを光軸を中心とした同心円
によって２つまたは３つの領域に分割し、それぞれの領
域を別の非球面形状とするゾーン分割型のレンズが提案
されている（例えば特開平９−１８４９７５公報、特開
平１０−５５５６４号公報、特開平９−２１９０３５号
公報）。

【０００４】別の方法として、回折レンズの使用する波
長による性能変化が屈折レンズに比べて大きいことを利
用して、屈折レンズと回折レンズを一体化した構成とす
ることにより、ＤＶＤ用の光源時にはＤＶＤにとって最
適なスポットを生成し、ＣＤ用の光源の波長で利用した
場合にはＣＤにとって最適なスポットを形成する方法が
提案されている（特開２０００−８１５６６号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】領域分割型の対物レン
ズは、記録や再生に寄与しない領域の光が迷光となるっ
たり、再生に寄与する領域であっても、どちらか一方ま
たは両方のディスクに対して、収差が残ってしまう。ま
た、回折レンズの波長特性を利用する方法は、レンズ全
面に回折レンズを加工するため、回折効率による光量損
失がある。

【０００６】前記の３ゾーン型のレンズの中間ゾーン
に、前記の波長特性を利用した回折レンズを一体化する
ことで、前記両方法の欠点を補うことが考えられる。し
かしながら、この場合には、ＤＶＤ及びＣＤの両方の光
学系において、屈折レンズの像面位置と、屈折回折複合
レンズの像面位置を十分な程度に合致させる必要があ
る。これまでに、知られた文献にはこの手法は開示され
ておらず、これが設計上の課題である。

【０００７】レンズ計測用の干渉計にはHe-Neレーザを
光源として用いていることが多く、ＤＶＤ用の光源波長
及びＣＤ用の光源波長と異なった波長である。中間領域
に回折レンズを配した３ゾーン型の対物レンズを干渉計
で計測する場合、中間領域の像点位置は外周及び内周の
像点位置とずれた箇所となる。そのため、計測された波
面が安定せず、測定値が大きくばらつくという課題があ
る。

【０００８】本発明は、上記の課題に鑑みてなされても
のであって、中間周に回折レンズを有する３ゾーン型の
回折レンズを有する対物レンズを用いることにより、１
つの対物レンズでＤＶＤとＣＤのような異なる基材厚を
有する光情報記録媒体の記録及び再生を可能とする光ヘ
ッド用対物レンズ及びそれを用いた光ヘッド装置と収差
計測方法と光情報記録再生装置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】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の光ディスク用対物レンズは、両
面が非球面からなる単レンズであって、前記単レンズの
入射面または射出面の少なくとも１つの面が光軸を中心
とする同心円によって、少なくとも光軸を含む円状の領
域である第１の領域、前記第１の領域の外周側の円環状
の領域である第２の領域及び前記第２の領域の外側に形
成された円環状の領域である第３の領域の３つの領域に
分割され、前記第１の領域は回転対称非球面であり、前
記第２の領域は回折レンズ面であり、前記第３の領域が
回転対称非球面であることを特徴とする。

【００１０】本発明の第２番目の光ディスク用対物レン
ズは、第１の光源からの光束を所定の厚みを有する第１
の情報記録媒体に集光し、前記第１の光源とは波長が異
なる第２の光源からの光束を前記第１の情報記録媒体よ
りも厚みが厚い第２の情報記録媒体に集光するための凸
状のレンズであって、前記レンズの入射面または射出面
の少なくとも１つの面が光軸を中心とする同心円によっ
て、少なくとも光軸を含む円状の領域である第１の領
域、前記第１の領域の外周側の円環状の領域である第２
の領域及び前記第２の領域の外側に形成された円環状の
領であるを第３の領域の３つの領域に分割され、前記第
１の領域は回転対称非球面であって、前記第２の領域は
回折レンズ面であって、前記第３の領域が回転対称非球
面であることを特徴とする。

【００１１】次に本発明の第１番目の収差計測方法は、
干渉計をもちいて、前記のいずれかに記載の光ディスク
用対物レンズを計測するための計測方法であって、取得
した干渉縞データを処理する際に、前記第１の領域のデ
ータと前記第３の領域の干渉縞からレンズの収差情報を
計算することを特徴とする。

【００１２】次に本発明の第２番目の収差計測方法は、
前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の波長
を射出するレーザ光源と、光波面干渉手段と、干渉縞画
像の入力手段と、干渉縞の解析手段とを有する干渉計装
置であって、前記干渉縞解析手順において、前記第２の
領域の干渉縞データを無視するためのデータ除去手段を
有し、前記第１及び第３の領域から得られた干渉縞だけ
を用いてレンズの収差を計算出力することを特徴とす
る。

【００１３】次に本発明の光ヘッド装置は、第１の光源
からの光束を所定の厚みを有する第１の情報記録媒体に
収束させ、前記第１の光源とは波長が異なる第２の光源
からの光束を前記第１の情報記録媒体と異なる厚みを有
する第２の情報記録媒体に収束させる凸状のレンズと、
前記第１及び第２の情報記録媒体からの反射光を受光
し、電気信号に変換する受光手段を具備した光ヘッド装
置であって、前記凸状のレンズとして、前記いずれかの
光ディスク用対物レンズを用いたことを特徴とする。

【００１４】次に本発明の光情報記録再生装置は、前記
いずれかの第１情報記録媒体と前記第２情報記録媒体と
を区別し、選択的に前記電気信号から情報を読みとる回
路を備えたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１番目の光ディスク用
対物レンズにおいては、前記第２の領域に形成された回
折レンズは、光軸近傍のパワーが負で、レンズの周辺領
域のパワーが正である、回折レンズの一部分であること
が好ましい。これにより、内周面と中間周面の焦点距離
を一致させ、輪帯数を減らすことができる。

【００１６】前記第２の領域は、屈折レンズの焦点距離
をｆｒ、回折レンズと屈折レンズの合成焦点距離をｆと
するとき、０．９８＜ｆｒ／ｆ＜１の式を満足する回折
一体型レンズの一部分と等価な形状であることが好まし
い。これにより、内周面と中間周面の焦点距離を一致さ
せることができる。

【００１７】前記第２の領域に含まれる回折レンズの輪
帯の数をｋとするとき、前記ｋが、２≦ｍ≦６の式を満
足することが好ましい。これにより、前記の条件で設計
した場合、レリーフ数はおおむねこの式を満足すること
になる。ｍが２未満または６を越えると、良好な設計に
はなりにくい。

【００１８】前記第２の領域の回折レンズは、そのレリ
ーフ形状が略鋸歯状であることが好ましい。これによ
り、どのような作用・効果があるのかを説明ください。
これにより、回折率を向上できる。

【００１９】前記第２の領域の回折レンズは、そのレリ
ーフ形状が、略鋸歯状の頂点を５〜１０μｍの曲率半径
で丸めらた形状であることが好ましい。これにより、略
鋸歯状の設計をバイトにより切削した場合、先端にバイ
トの曲率半径に応じた丸みを形成できる。

【００２０】本発明の第２番目の光ディスク用対物レン
ズにおいては、前記第２の領域に含まれる回折レンズの
輪帯の数をｍとするとき、２≦ｍ≦６を満足することが
好ましい。

【００２１】前記第１の波長で第１の情報記録媒体に集
光したときに、前記第１及び第２及び第３の領域の最良
像点位置が略一致し、前記第２の波長で前記第２の情報
記録媒体に集光したときに、前記第１及び第２の領域の
最良像点位置が略一致することが好ましい。ＤＶＤでは
全開口を用いて集光し、ＣＤでは内周と中間周を用いて
集光す。そのため、ＤＶＤ用に用いた場合、（第１の波
長で第１の情報記録媒体に集光する）には、内周、中間
周、外周の最良像点位置が略合致することが好ましい。
一方、ＣＤ用に用いる場合、（第２の波長で第２の情報
記録媒体に集光する）には、外周は使わないので、内周
及び中間周の最良像点位置のみ合致していればよい。

【００２２】前記第１の情報記録媒体の厚みが略0.6mm
であって、前記第２の情報記録媒体の厚みが略1.2mmで
あることが好ましい。ＤＶＤのディスク厚みは通常略0.
6mmであり、ＣＤのディスク厚みは通常略1.2mmであるこ
とに対応させたものである。

【００２３】前記第１の波長をλ１、第２の波長をλ２
とするとき、６４０＜λ１＜６８０、７６０＜λ２＜８
１０であることが好ましい。ＤＶＤの波長が６５０ｎｍ
近傍であり、ＣＤの波長が７９０ｎｍ近傍であることに
対応させたものである。

【００２４】前記第２の領域に形成された回折レンズ
は、光軸近傍のパワーが負で、レンズの周辺領域のパワ
ーが正である、回折レンズの一部分であることが好まし
い。内周部と中間周部の焦点を合致させるためである。

【００２５】前記第２の領域は、屈折レンズの焦点距離
をｆｒ、回折レンズと屈折レンズの合成焦点距離をｆと
するとき、０．９８＜ｆｒ／ｆ＜１の式を満足する回折
一体型レンズの一部分と等価な形状であることが好まし
い。内周部と中間周部の焦点を合致させるためである。

【００２６】前記第２の領域が、前記第２の光源を用い
た光学系に於いてＮＡ０．３９±０．０２〜ＮＡ０．４
７±０．０２であることが好ましい。ＣＤ光学系におい
て、収差を良好に除去するためである。

【００２７】次に本発明の第１〜２番目の収差計測方法
は、米国ザイゴ社製市販ソフト（干渉計に付属のソフ
ト）で行う。本発明は、レンズを計測する際の適正なマ
スクかけの範囲を提供する。

【００２８】前記収差計測方法においては、ドーナッツ
状のマスクを用いて第２の領域の波面データを収差解析
から除外することが好ましい。安定して収差計測するた
めである。前記マスクの領域が、ＮＡ０．３８±０．０
１〜ＮＡ０．４８±０．０１の数を満足することが好ま
しい。

【００２９】次に本発明の光ヘッド装置においては、前
記第１の情報記録媒体の厚みが略0.6mmであって、前記
第２の情報記録媒体の厚みが略1.2mmであることが好ま
しい。

【００３０】また、前記第１の波長をλ１、第２の波長
をλ２とするとき、６４０＜λ１＜６８０、７６０＜λ
２＜８１０であることか好ましい。

【００３１】以下に本発明の好適な実施の形態につい
て、図面を参照しながら具体的に説明する。

【００３２】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施の形態に係る対物レンズの概略形状図面である。レ
ンズの第１の面２１は３つの領域から構成されており、
光軸近傍を含む円状の領域である内周部２２及びレンズ
の外周の円環領域である外周部２４及び前記内周部２２
と前記外周部２４の間に挟まれた円環領域である中間周
部２３の３つの領域によって構成されている。前記内周
領域２２及び前記外周領域２４及びレンズの第２の面２
５は、光軸からの高さｈの箇所におけるサグ量ｓが下記
式（数１）にて表現することが可能な非球面形状であ
る。

【００３３】

【数１】

【００３４】前記円環領域３は前記（数１）で表現可能
な非球面上に略１〜２μｍ程度の略鋸歯状の起伏である
回折レンズ面とが複合された形状として構成されてい
る。ここで、ｒは頂点曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ０〜
Ａ１０は非球面係数である。本レンズの内周及び外周領
域は、ディスク厚みが０．６ｍｍ、波長が６６０ｎｍの
ＤＶＤ用の光学系に対して、良好に収差が補正されるよ
うに設計されている。中間周は、ＤＶＤ用の波長の光源
を用いた場合にはＤＶＤのディスク厚みに対して良好に
収差が補正され、ＣＤ用の光源の波長で用いた場合には
ＣＤのディスク厚みに対して良好に収差が補正されるよ
うに設計された回折レンズと屈折レンズの複合面として
構成されている。

【００３５】また、本レンズの内周と中間周の間には、
ＤＶＤの波長に対しては内周及び中間周レンズをそれぞ
れ透過した光の位相差が波長の略整数倍であって、ＣＤ
の波長に対しては内周レンズによる３次球面収差を補正
する位相差を与える段差６を設けてある。

【００３６】本レンズにＤＶＤ用の光が入射した場合に
は、内周、中間周、外周共にＤＶＤに対して良好に収差
補正がされているため、レンズ全体として良好なスポッ
トを形成し、情報の読み出しを行うことが出来る。この
とき、レンズに入射した光で、結像に寄与せず損失とな
るのは表面反射や、レンズ材料による吸収を無視すれ
ば、中間周の回折効率による損失だけとなる。中間周は
レンズ全体の面積に対して一部であるため、レンズ全体
としての損失は少なくなる。

【００３７】ＣＤ用の光が入射した場合には、中間周
は、良好に収差の補正された波面を形成するが、内周部
及び外周部はＣＤ用の光に対しては球面収差を発生す
る。ここで、外周部はＮＡが大きいため、発生する球面
収差の量が大きくなり、ＣＤの情報記録面上では光束が
拡がって集光作用に寄与しなくなる。また、内周部は、
ＮＡが小さいことから、発生する球面収差の量は小さ
い。また、内周部と中間周部に適切な位相段差を設けて
あるため、レンズの内周から中間周までをレンズの瞳と
して収差解析した場合に、３次球面収差が良好に補正さ
れ、内周部で発生した球面収差は、５次の球面収差的な
振る舞いとなる。このため、ＣＤ光に対しては、レンズ
全体でＮＡ０．４７程度のレンズとして３次の球面収差
が良好に補正されたレンズとして作用する。この場合
も、反射や吸収意外の光の損失は回折レンズ部の回折損
失であり、これも、レンズの一部分だけに構成してある
ので、レンズ全体として考えた場合には損失が十分に少
なくなる。

【００３８】以上に述べたように、本構成とする事によ
って、ＤＶＤとＣＤの互換を保ちつつ、光利用効率に優
れるレンズを実現することが出来る。

【００３９】本発明のレンズはたとえば下記のような手
順によって設計できる。ここでは、レンズの第１の面を
３つの領域にわけた面として構成するものとして説明す
る。まず、中間周に配置するためのレンズを、ＤＶＤの
光学系（波長、ディスク厚みなど）に対してはＤＶＤ用
のディスクに対して良好に収差が補正され、ＣＤの光学
系に対してはＣＤ用のディスクに対して良好に収差が補
正されるように設計する。レンズの第１面側を回折／屈
折の複合面として、たとえば高屈折率法などの手法を用
いて設計する。続いて、上記レンズの第２の面は変更す
ることなく、ＤＶＤ用のディスクに対して良好に収差補
正され、かつ、最良像点位置が上記の複合レンズと同じ
で、かつ、中間周部のレンズとの境界位置での段差が、
所定の値となる条件で第１の面を回転対称非球面として
最適設計を行う。外周部に対しても、同様の設計の回転
対称非球面を設計する。こうすることによってレンズの
第２の面は共通で、第１の面とレンズ厚みが異なる３つ
のレンズが設計できる。レンズの第１の面はこの３つの
レンズのレンズデータをそれぞれの領域毎に使い分ける
形として設計が出来る。

【００４０】ここで、ＤＶＤとＣＤのそれぞれの波長に
対してそれぞれのディスクに良好に集光する回折／屈折
複合レンズは、屈折レンズと回折レンズのパワー比が任
意に選択可能であることが知られている。しかしなが
ら、上記の設計法において、ＣＤの光学系で用いたとき
に、内周の最良像点位置と、中間周の最良像点位置をほ
ぼ焦点深度内に一致させるためには、回折レンズと屈折
レンズのパワー配置が特定の条件を満足する必要があ
る。前記式（数１）はそのための条件式であり、式の上
限を越えても、下限未満でも、ＣＤでの最良像点位置を
一致した設計解を得ることが出来ない。

【００４１】以下、本実施の形態に係る対物レンズの具
体的な設計について、好適な数値実施例をあげてさらに
説明する。

【００４２】（数値実施例１）以下の数値実施例におい
ては、回折レンズの設計に、高屈折率法を用いて説明す
る。これは、仮想の高屈折率の硝材で厚みが限りなく薄
いレンズを用いることが数学的に回折レンズと等価にな
るという手法であり、回折レンズの設計に一般に用いら
れる手法である。

【００４３】表１は本発明の対物レンズの中間周に配す
るレンズの設計データである。また、ＤＶＤの時の光路
図を図２に示す。対物レンズの焦点距離は３．０ｍｍ、
ＤＶＤの設計波長は６６０ｎｍ、ＣＤの設計波長は７８
０ｎｍであって、ＣＤ、ＤＶＤともに物点は無限遠であ
る。下記に示す表中、面番号１及び２の面が対物レンズ
の入射面、面番号３が対物レンズの射出面、面番号４が
ディスクの入射面で、面番号５がディスクの情報記録面
である。なお、面番号１の面は、高屈折率法で表現した
回折レンズ面である。面番号２の面の口径は直径（φ）
２．８１ｍｍとして設計した。

【００４４】

【表１】

【００４５】なお、レンズ面１、２、３は（数１）に示
す非球面であって、その係数は下記表２に示すとおりで
ある。

【００４６】

【表２】

【００４７】内周及び外周のレンズの非球面係数は、上
記レンズをスタートデータとして設計する。いずれも、
射出面側の非球面係数を共通とし、入射面側は、中間周
との接続部分で適切な位相差となり、かつ、ＤＶＤの光
学構成に対して収差を良好に補正するように非球面係数
を最適設計する。口径２．３４８ｍｍで設計した内周用
レンズの入射面のレンズデータは下表３となる。

【００４８】

【表３】

【００４９】なお、面番号２の面の非球面係数は下表４
となる。

【００５０】

【表４】

【００５１】また、外周部のレンズデータは下表５とな
る。レンズの口径はＤＶＤの時にNAが０．６となる口径
である。

【００５２】

【表５】

【００５３】なお、面番号２の面の非球面係数は下表６
となる。

【００５４】

【表６】

【００５５】つまり、本実施例のレンズは、半径が１．
１７４ｍｍ未満の範囲においては入射面側（レンズデー
タで第１、第２面）のデータとして、表３及び表４を用
い、１．４０５ｍｍ以上時には表５及び表６のデータを
用いる。

【００５６】このレンズデータを用いてＤＶＤ用光学系
において光学系の透過波面の干渉縞を計算した結果は図
２であって、レンズ全面にわたって良好に収差が補正さ
れていることが判る。また、同様の計算をＣＤに対して
行ったのは図３である。この場合はレンズの中間周以内
の領域（ＮＡが略０．４７の領域）には若干収差をもっ
た波面が形成されており、その外部は完全にデフォーカ
スした状態となっていることが確認できる。

【００５７】本レンズの、中間周のレンズは、その合成
焦点距離が、３．０ｍｍであるが、このうち、屈折レン
ズの焦点距離は２．９６１ｍｍである。このとき、表３
に示した内周部の非球面レンズとの最良像点位置の差は
0.34μｍであって、十分に小さくなっている。

【００５８】回折レンズは、高屈折率層による位相遅れ
の量に応じてそのレリーフ形状を設定するが、中間周用
のレンズにおける高屈折率層の位相遅れは図４のように
なる。位相差は一旦負側に増えた後、途中から正へと転
じる。つまり、中間周用の回折レンズは光軸近傍では負
レンズであるが、光軸から離れた箇所では正レンズとな
っている。中間輪帯として用いるのは図５に示した範囲
である。このとき、中間輪帯部に形成する回折輪帯の数
は4本で、最小ピッチは約４３μｍとなる。

【００５９】このようなレンズは、バイト先端のノーズ
Ｒが１０μｍ程度のダイヤモンドバイトを用いて金型加
工を行うことが出来る。このときレリーフの頂点の箇所
がバイトのノーズＲに応じて丸められた形状となるが、
ピッチが十分に広いため、頂点が丸まった事による回折
効率の低下は十分に小さい。

【００６０】（数値実施例２）本実施例では、ＤＶＤ光
学系が無限共役で、ＣＤ光学系が、対物レンズへの入射
光が発散光束となる場合である。

【００６１】ＤＶＤ及びＣＤの光学系はそれぞれ図６及
び７のようになる。面番号８〜１０が対物レンズであ
り、１１〜１２がディスクである。ＣＤ光学系におい
て、２〜３、４〜５、６〜７はそれぞれ光路中に配され
た光学素子である。対物レンズの入射面の有効径は２．
９３２ｍｍである。これは、ＣＤの構成で用いたときに
ＮＡが約０．４８となる口径である。この設計データを
下記表７に示す。

【００６２】

【表７】

【００６３】なお、５、８、９、１０面は前記式（数
１）に示す非球面であって、その係数は下記の表８のと
おりである。

【００６４】

【表８】

【００６５】このレンズに好適な内周レンズのレンズデ
ータは下表９となる。なお、対物レンズの入射面以外は
同一であるためその部分だけを表に示した。このレンズ
の第８面における有効径２．３４ｍｍであり、これは、
ＣＤの構成で用いたときにＮＡが約０．３９となる口径
である。

【００６６】

【表９】

【００６７】なお、面番号９の面の非球面係数は下表１
０となる。

【００６８】

【表１０】

【００６９】また、外周部のレンズデータは下表１１と
なる。レンズのＮＡはＤＶＤの時に０．６となる口径で
ある。

【００７０】

【表１１】

【００７１】なお、面番号９の面の非球面係数は下表１
２となる。

【００７２】

【表１２】

【００７３】本レンズの、中間周のレンズは、その合成
焦点距離が、３．０ｍｍであるが、このうち、屈折レン
ズの焦点距離は２．９６１ｍｍである。このとき、表３
に示した非球面レンズとの最良像点位置の差は0.01μｍ
であって、十分に小さくなっている。このレンズをＤＶ
Ｄ及びＣＤの光学系で使用したときの透過波面の干渉縞
はそれぞれ図８及び図９となる。ＤＶＤではレンズの全
領域にわたって良好に収差が補正されており、ＣＤでは
中間周以内の領域が若干収差が残るもののほぼ良好な特
性であって、外周部はデフォーカスされた状態となって
いる。

【００７４】中間周のレンズの高屈折率層による位相遅
れ量をプロットしたものが図１０である。図１０中に示
す範囲が中間周のレンズとして用いる範囲である。この
とき、中間周の回折輪帯の数は、3本、最小のピッチは
６８μｍとなる。このようなレンズは、バイト先端のノ
ーズＲが１０μｍ程度のダイヤモンドバイトを用いて金
型加工を行うことが出来る。このときレリーフの頂点の
箇所がバイトのノーズＲに応じて丸められた形状となる
が、ピッチが十分に広いため、頂点が丸まった事による
回折効率の低下は十分に小さい。

【００７５】なお、本実施例においては、レンズの入射
面側を３つの領域に分割するレンズ構成としたが、これ
を射出面側に設けても、本発明に開示した手法で設計で
きることは言うまでもない。また、上記数値実施例にお
いては、回折レンズの設計法として高屈折率法を用いて
説明したが他の手法でも本発明の考えに則って設計すれ
ば好適な設計解を得られる。

【００７６】（第２の実施形態）図１１は第２の実施形
態に係る、レンズ計測装置の図を示す。図１１で、２１
１はフィゾー型干渉計本体、２１２は透過球面原器、２
１３は被検レンズ、２１４は平行平板ガラス板、２１５
は参照球面原器、２１６は計算機である。干渉計本体内
部に具備された光源はHe-Neレーザであり、その波長は
６３２．８ｎｍである。この干渉計で第１の実施の形態
にて説明したレンズを計測するものとする。このとき、
レンズの設計波長はDVDが６６０ｎｍであって、ＣＤが
７９０ｎｍである。レンズの中間領域は回折レンズが屈
折レンズに一体化された構成となっており、入射する波
長によって最適となるディスク厚みが異なる設計となっ
ている。即ち、６６０ｎｍに対しては０．６ｍｍで、７
９０ｎｍに対しては１．２ｍｍのディスク厚みに対して
設計されているため、干渉計の光源波長である６３２．
８ｎｍの光に対しては、０．４７４ｍｍが最適なディス
ク厚みとなる。また、内周と中間周の間の段差は、ＤＶ
Ｄの波長に対して略整数倍の位相差となるように設定し
てある。干渉計の光源波長に対しては、波長の整数倍か
らずれた位相差となる。この状況で波面を計測した場
合、図１２に示すような干渉縞が計測される。内周及び
外周の干渉縞に対して焦点を調節したとき、中間周はデ
フォーカスした状態となる。この状態で計測した場合、
干渉計によって測定される波面が安定しない。図１３
で、（ａ）（ｂ）は共に同じレンズを計測条件を若干変
えて計測した結果であるが、明らかに測定結果が異な
る。このように計測が安定しないのは、前記のようにデ
フォーカスした状態の中間周を測定波面に含めることに
起因する。即ち、中間周領域をデータ処理時に無視する
ようにすることによって、安定して（ａ）の波面を得る
ことが可能となる。

【００７７】干渉計測定において、一部の領域を無視す
る方法として、波面データを処理するデータ処理ソフト
上で、無視する領域を設定する手法（マスク処理）が知
られている。本レンズを計測する場合には、図１４に示
すようなドーナッツ状のマスクを用いて、中間周のデー
タを無視する。このとき、マスクの範囲は０．３７５＜
ＮＡ＜０．４７５の範囲で設定することが望ましい。こ
のとき、干渉縞は図１５のようになる。マスクの範囲が
上記より狭くなると、位置あわせのわずかなずれによっ
て中間周と内周及び外周部の境界の部分を計測範囲に含
んでしまうため波面データが安定しない。逆に、マスク
の範囲を大きく取りすぎると、計測するレンズの領域が
狭くなるため、レンズの特性を把握できなくなる。

【００７８】（第３の実施形態）図１６は本発明の第３
の実施形態に係る光ヘッドの構成を示す図である。半導
体レーザ光源３１１は波長が６６０ｎｍの光源であり、
これからの射出光束３１２はビームスプリッタ３１３に
入射し、ビームスプリッタを透過する。また、半導体レ
ーザ光源３１４は波長が７８０ｎｍの光源であり、この
射出光束３１５はビームスプリッタ３１３に入射し、光
路を折り返されて、ビームスプリッタ３１３から射出さ
れる。

【００７９】ビームスプリッタ３１３からの射出光束
は、コリメートレンズ３１６によってそれぞれ平行光束
となり、ビームスプリッタ３１７へと入射する。ビーム
スプリッタ３１７からの射出光はミラー３１８で折り返
されて対物レンズ３１９によって光ディスク３２０の情
報記録面へと集光される。対物レンズ３１９は本発明の
対物レンズを用いている。光ディスクから３２０からの
反射光は対物レンズ３１９によって平行光束となり、ミ
ラー３１８で折り返され、ビームスプリッタ３１７によ
って検出光学系３２１へと導かれ、光検出器３２２に集
光される。

【００８０】光検出器３２２は光ディスク３２０からの
反射光を受光し電気信号に変換する手段である。光検出
器３２２からの信号出力は信号再生回路３２３に入力さ
れる。信号再生回路３２３ではディスク判別回路３２４
からの信号に応じて、光ディスク３２０の種類を判別
し、選択的に前記信号から情報を読みとる。また、ＡＣ
Ｔ駆動回路３２５はディスク判別回路３２４にようディ
スクの判別結果に応じて、対物レンズアクチュエータを
適切に駆動させる。この光ヘッド装置において、光学系
は（実施の形態１）に示した数値実施例１の光学系であ
る。

【００８１】ここで、ＤＶＤを再生するときには、光源
３１１を用い、ＣＤを再生する場合には光源３１４を用
いる。既に、（実施の形態１）で示したように、対物レ
ンズ３１９はＣＤ及びＤＶＤのいずれのディスクに対し
ても良好なスポットを形成する。また、レンズの一部の
領域だけに回折レンズを形成してあるため、光利用効率
の点でも優れる。これは、半導体レーザ３１１、３１２
の出力を弱く設定することが可能となり、レーザの寿命
や消費電力などの点で、従来のものよりも優れた光ヘッ
ドとなる。

【００８２】なお、本実施の形態においては、光学構成
をＤＶＤ側、ＣＤ側ともに無限共役系の構成で示した
が、有限共役の構成としても同様の効果を有することは
言うまでもない。

【００８３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、レンズ面が内周、中間周、外周の３つの領域に分け
られ、かつ、中間周に回折レンズを設けた構成のレンズ
において、中間周と内周の最良像点位置をDVD、ＣＤい
ずれの光学構成においても十分に一致させる事が出来
る。また、回折レンズの輪帯数を少なくすることによ
り、回折による光量の損失を少なくすることが可能とな
る。

【００８４】また、別の本発明は、レンズ面が内周、レ
ンズ面が内周、中間周、外周の３つの領域に分けられ、
かつ、中間周に回折レンズを設けた構成のレンズを計測
する際に、内周と外周のデータだけを用いるため、計測
される波面が安定する。

【００８５】また、別の本発明は、本発明のレンズを搭
載した構成の光ピックアップであるため、光の利用効率
を向上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における対物レンズの
断面図

【図２】本発明の第１の数値実施例における光路図

【図３】同、レンズのDVD光学系での干渉縞

【図４】同、レンズのＣD光学系での干渉縞

【図５】同、レンズの中間周用レンズの高屈折率層によ
る位相遅れのグラフ

【図６】本発明の第２の数値実施例のＤＶＤ光学系の光
路図

【図７】同、レンズのＣＤ光学系の光路図

【図８】同、レンズのDVD光学系での干渉縞

【図９】同、レンズのＣD光学系での干渉縞

【図１０】同、レンズの中間周用レンズの高屈折率層に
よる位相遅れのグラフ

【図１１】本発明の第２の実施形態におけるレンズ計測
装置の構成図

【図１２】同、He-Neを光源とする干渉計で計測される
干渉縞

【図１３】（ａ）同、干渉計装置によって計測される波
面、（ｂ）同、干渉計装置によって計測される波面

【図１４】同、ドーナッツ状のマスク

【図１５】同、マスクによって中間周を除去した干渉縞

【図１６】本発明の第３の実施形態における光ヘッドの
構成図

【符号の説明】

２１ レンズの第１の面 ２２ 第１の面の内周領域 ２３ 第１の面の中間周領域 ２４ 第１の面の外周領域 ２５ レンズの第２の面 ２６ 段差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/18 Ｇ０２Ｂ 5/18 13/18 13/18 Ｇ１１Ｂ 7/005 Ｇ１１Ｂ 7/005 Ｚ 7/135 7/135 Ａ (72)発明者 笹埜 智彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G086 HH06 2H049 AA03 AA18 AA39 AA57 AA64 2H087 KA13 NA00 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA05 RA12 RA13 RA46 5D090 AA01 BB02 BB05 CC04 CC16 CC18 JJ11 LL01 5D119 AA41 BA01 BB01 BB04 EC45 EC47 FA08 JA44 JB01 JB02 JB06

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面が非球面からなる単レンズであっ
   て、前記単レンズの入射面または射出面の少なくとも１
   つの面が光軸を中心とする同心円によって、少なくとも
   光軸を含む円状の領域である第１の領域、前記第１の領
   域の外周側の円環状の領域である第２の領域及び前記第
   ２の領域の外側に形成された円環状の領域である第３の
   領域の３つの領域に分割され、 前記第１の領域は回転対称非球面であり、 前記第２の領域は回折レンズ面であり、 前記第３の領域が回転対称非球面であることを特徴とす
   る光ディスク用対物レンズ。
2. 【請求項２】 前記第２の領域に形成された回折レンズ
   は、光軸近傍のパワーが負で、レンズの周辺領域のパワ
   ーが正である、回折レンズの一部分である請求項１に記
   載の光ディスク用対物レンズ。
3. 【請求項３】 前記第２の領域は、屈折レンズの焦点距
   離をｆｒ、回折レンズと屈折レンズの合成焦点距離をｆ
   とするとき、下記式を満足する回折一体型レンズの一部
   分と等価な形状である請求項１に記載の光ディスク用対
   物レンズ。 ０．９８＜ｆｒ／ｆ＜１
4. 【請求項４】 前記第２の領域に含まれる回折レンズの
   輪帯の数をｋとするとき、前記ｋが下記式を満足する請
   求項１に記載の光ディスク用対物レンズ。 ２≦ｍ≦６
5. 【請求項５】 前記第２の領域の回折レンズは、そのレ
   リーフ形状が略鋸歯状である請求項１に記載の光ディス
   ク用対物レンズ。
6. 【請求項６】 前記第２の領域の回折レンズは、そのレ
   リーフ形状が、略鋸歯状の頂点を５〜１０μｍの曲率半
   径で丸められた形状である請求項１に記載の光ディスク
   用対物レンズ。
7. 【請求項７】 第１の光源からの光束を所定の厚みを有
   する第１の情報記録媒体に集光し、前記第１の光源とは
   波長が異なる第２の光源からの光束を前記第１の情報記
   録媒体よりも厚みが厚い第２の情報記録媒体に集光する
   ための凸状のレンズであって、 前記レンズの入射面または射出面の少なくとも１つの面
   が光軸を中心とする同心円によって、少なくとも光軸を
   含む円状の領域である第１の領域、前記第１の領域の外
   周側の円環状の領域である第２の領域及び前記第２の領
   域の外側に形成された円環状の領であるを第３の領域の
   ３つの領域に分割され、 前記第１の領域は回転対称非球面であって、 前記第２の領域は回折レンズ面であって、 前記第３の領域が回転対称非球面であることを特徴とす
   る光ディスク用対物レンズ。
8. 【請求項８】 前記第２の領域に含まれる回折レンズの
   輪帯の数をｋとするとき、前記ｋが下記式を満足する請
   求項７に記載の光ディスク用対物レンズ。 ２≦ｍ≦６
9. 【請求項９】 前記第１の波長で第１の情報記録媒体に
   集光したときに、前記第１及び第２及び第３の領域の最
   良像点位置が略一致し、前記第２の波長で前記第２の情
   報記録媒体に集光したときに、前記第１及び第２の領域
   の最良像点位置が略一致する請求項７に記載の光ディス
   ク用対物レンズ。
10. 【請求項１０】 前記第１の情報記録媒体の厚みが略0.
    6mmであって、前記第２の情報記録媒体の厚みが略1.2mm
    である請求項７に記載の光ディスク用対物レンズ。
11. 【請求項１１】 前記第１の波長をλ１、第２の波長を
    λ２とするとき ６４０＜λ１＜６８０ ７６０＜λ２＜８１０ である請求項７に記載の光ディスク用対物レンズ。
12. 【請求項１２】 前記第２の領域に形成された回折レン
    ズは、光軸近傍のパワーが負で、レンズの周辺領域のパ
    ワーが正である、回折レンズの一部分である請求項７に
    記載の光ディスク用対物レンズ。
13. 【請求項１３】 前記第２の領域は、屈折レンズの焦点
    距離をｆｒ、回折レンズと屈折レンズの合成焦点距離を
    ｆとするとき、下記式を満足する回折一体型レンズの一
    部分と等価な形状である請求項７に記載の光ディスク用
    対物レンズ。 ０．９８＜ｆｒ／ｆ＜１
14. 【請求項１４】 前記第２の領域の回折レンズは、その
    レリーフ形状が略鋸歯状である請求項７に記載の光ディ
    スク用対物レンズ。
15. 【請求項１５】 前記第２の領域の回折レンズは、その
    レリーフ形状が、略鋸歯状の頂点を５〜１０μｍの曲率
    半径で丸められた形状である請求項７に記載の光ディス
    ク用対物レンズ。
16. 【請求項１６】 前記第２の領域が、前記第２の光源を
    用いた光学系に於いてＮＡ０．３９±０．０２〜ＮＡ
    ０．４７±０．０２である請求項７に記載の光ディスク
    用対物レンズ。
17. 【請求項１７】 干渉計をもちいて、請求項１〜請求項
    １６のいずれかに記載の光ディスク用対物レンズを計測
    するための計測方法であって、取得した干渉縞データを
    処理する際に、前記第１の領域のデータと前記第３の領
    域の干渉縞からレンズの収差情報を計算することを特徴
    とする収差計測方法。
18. 【請求項１８】 ドーナッツ状のマスクを用いて第２の
    領域の波面データを収差解析から除外する請求項１７に
    記載の収差計測方法。
19. 【請求項１９】 前記マスクの領域が下記の数を満足す
    ることを特徴とする請求項１８に記載の収差計測方法。 ＮＡ０．３８±０．０１〜ＮＡ０．４８±０．０１
20. 【請求項２０】 請求項１〜請求項１６のいずれかに記
    載の前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の
    波長を射出するレーザ光源と、光波面干渉手段と、干渉
    縞画像の入力手段と、干渉縞の解析手段とを有する干渉
    計装置であって、前記干渉縞解析手順において、前記第
    ２の領域の干渉縞データを無視するためのデータ除去手
    段を有し、前記第１及び第３の領域から得られた干渉縞
    だけを用いてレンズの収差を計算出力することを特徴と
    する収差計測装置。
21. 【請求項２１】 第１の光源からの光束を所定の厚みを
    有する第１の情報記録媒体に収束させ、前記第１の光源
    とは波長が異なる第２の光源からの光束を前記第１の情
    報記録媒体と異なる厚みを有する第２の情報記録媒体に
    収束させる凸状のレンズと、前記第１及び第２の情報記
    録媒体からの反射光を受光し、電気信号に変換する受光
    手段を具備した光ヘッド装置であって、前記凸状のレン
    ズとして、前記請求項１〜１６のいずれかに記載の光デ
    ィスク用対物レンズを用いたことを特徴とする光ヘッド
    装置。
22. 【請求項２２】 前記第１の情報記録媒体の厚みが略0.
    6mmであって、前記第２の情報記録媒体の厚みが略1.2mm
    である請求項２１に記載の光ヘッド装置。
23. 【請求項２３】 前記第１の波長をλ１、第２の波長を
    λ２とするとき６４０＜λ１＜６８０７６０＜λ２＜８
    １０である請求項２１に記載の光ヘッド装置。
24. 【請求項２４】 前記請求項１〜請求項１６のいずれか
    に記載の第１情報記録媒体と前記第２情報記録媒体とを
    区別し、選択的に前記電気信号から情報を読みとる回路
    を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。