JP2005004902A - 対物レンズの設計方法、レンズ、及びそれを用いた光学系、光ヘッド並びに光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体夫々に対し、高い光利用効率で光ビームを情報記録面に集光させることができるようにする。
【解決手段】ＤＶＤ基板２の厚さｔ_１が０．６ｍｍであるＤＶＤが光ディスク装置に装着されたときには、波長λ_１＝６５５ｎｍの光ビーム４が開口数ＮＡ＝０．６３の光束として用いられ、ＤＶＤ基板２の情報記録面２ａに集光される。また、この光ディスク装置にＣＤ基板３の厚さｔ_２が１．２ｍｍであるＣＤが装着されたときには、波長λ_２＝７９０ｎｍの光ビーム５が開口数ほぼ０．４５の光束として有効に用いられ、ＣＤ基板３の情報記録面３ａに集光する。ＤＶＤとＣＤとの基板２，３の厚さの違いによる波面収差が発生するが、光ビーム４、５の波長の違いによる色収差の発生によってこれが相殺され、透明基板の厚さに違いがあっても、夫々の情報記録面２ａ、３ａに良好に集光することになる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種類の単色光を用いる多波長用光学系であって、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ：ＣＤ−ＲなどのＣＤも含む）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）など種類が異なる光記録媒体に対応できる互換型の記録再生装置に用いられうる対物レンズの設計方法、対物レンズ、汎用の多波長用レンズ、多波長用光学系、光ヘッド、及び光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＤやＤＶＤなどの種類が異なる光ディスクをともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。ＣＤやＤＶＤなど（以下、これらをまとめて光ディスクという）は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を２枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビームを光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームの波長は、後に述べるようにＣＤにおいて用いられる場合とＤＶＤにおいて用いられる場合とでは異なる。レーザビームを集光させるために、光ディスク装置では、対物レンズが使用されている。ここで、ＣＤにおいて用いられる透明基板の厚さは１．２ｍｍであるのに対して、ＤＶＤにおいて用いられる透明基板の厚さは０．６ｍｍであり、光ディスクの種類（レーザビームの波長の違い）に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さが異なる。種類が異なる光ディスクを再生する光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。また、近年提案されている新しい光ディスク装置は、情報の再生のために波長４００ｎｍ程度の青色レーザを用いることが提案されている。従って、光ディスク装置では、下位互換のためＣＤ及び現行のＤＶＤに加えて、そのような新しい光ディスクも同時に利用できることが期待されている。
【０００３】
このような互換型光ディスク装置としては、ピックアップに光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎にピックアップを設け、使用する光ディスクの種類に応じてピックアップを交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。
【０００４】
かかる対物レンズの一代表例として、特許文献１に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に３以上の輪帯状レンズ面に区分され、１つおきの輪帯状レンズ面と他の１つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同じ波長のレーザビームに対し、１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板（０．６ｍｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板（１．２ｍｍ）の光ディスク（ＣＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させる。
【０００５】
また、他の代表例として、特許文献２あるいは３に記載のものがある。これらの文献には、薄い透明基板のＤＶＤに対しては、短波長（６３５ｎｍまたは６５０ｎｍ）のレーザビームを使用し、厚い透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造が形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のＤＶＤに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のＣＤに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、ＤＶＤに対して短波長のレーザビームを用いるのは、ＣＤに比べてＤＶＤの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数ＮＡに反比例する。
レンズ面に輪帯状位相シフタを設けた輪帯位相補正レンズ方式の対物レンズも提案されている（例えば、特許文献４を参照）。この対物レンズでは、まず、ＤＶＤに使用する、波長λ_１が６４０ｎｍのレーザビームによる波面収差をなくすようにしたレンズ面を基準とする。さらに、この対物レンズでは、半径方向に複数の輪帯状の屈折面に区分し、これら屈折面を夫々この基準レンズ面から所定の段差（レンズ中心からｉ番目の段差をｄ_ｉとする）をもって形成する。かかる段差ｄ_ｉにより、夫々の屈折面によってＤＶＤのレーザビームが基準レンズ面に対してこの波長λ_１の整数ｍ_ｉ倍だけ位相シフトすることにより、ＣＤ系の波面収差を低減するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１４５９９５号公報
【特許文献２】
特開２０００−８１５６６号公報
【特許文献３】
米国特許６１１８５９４号公報
【特許文献４】
特開２００１−５１１９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記いずれの従来例でも、ＤＶＤ，ＣＤともに共通の対物レンズを用いることができるから、対物レンズを含めてＤＶＤ，ＣＤ毎に使用部材を交換するための手段などが不要となり、コストの面や構成の簡略化の点で有利となる。
しかしながら、特許文献１（特開平９−１４５９９５号公報）では、ＤＶＤ、ＣＤ毎に対物レンズでの利用する輪帯状レンズ面が異なるため、入射レーザビームに対して無効となる部分が多く、光利用効率が著しく低いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２あるいは３（特開２０００−８１５６６号公報、米国特許６１１８５９４号公報）では、回折レンズ構造による回折光を利用しているため、異なる波長の夫々に対する回折効率を同時に１００％にすることはできないという問題がある。なお、この回折レンズでは、ＤＶＤに用いる短波長（６３５ｎｍまたは６５０ｎｍ）のレーザビームとＣＤに用いる長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームに対し、それらのほぼ中間の波長で回折効率が１００％となるようにして、使用したレーザビームに対して回折効率がバランスするようにしている。また、レンズ面に回折レンズ構造を設けるため、微小な段差が必要になるが、製造上の誤差の影響を受け易く、回折構造が設計からずれた場合、回折効率の劣化を招くことになる。このように、回折効率の劣化やそもそも回折効率が１００％に達しないということは、入射光の全てを光ディスクの透明基板に設けられた情報記録面に集光することはできないことを意味しており、これが光量損失となる。
【０００９】
さらに、特許文献４（特開２００１−５１１９２号公報）に開示された輪帯位相補正レンズ方式では、光利用効率は高いが、ＤＶＤのレーザビームに対して波面収差をなくすように設計したレンズ面を基準面とし、これより、ＣＤのレーザビームに対する波面収差を低減するように、この基準面からＤＶＤのレーザビームの波長λ_１の整数ｍ_ｉ倍の段差ｄ_ｉだけ窪ませて屈折面としている。また、その際に前記段差の形成により各輪帯域での集光点位置が段差形成でシフトするため、集光点位置がシフトしないように各輪帯域の曲面形状を設計するというものである。しかし文献４の従来例ではＤＶＤの波面収差は充分に低減できているが、ＣＤのレーザビームに対して、波面収差を充分に低減することができていない。波面収差の値としては、ＲＭＳ波面収差値としてマレシャル評価基準の０．０７λＲＭＳ以下とすれば良いことが多数の先行技術に記載されている。しかし、０．０７λＲＭＳ以下というのは、光ディスク装置の場合、光ディスク装置全体としての目標値となるべき値であり、対物レンズ単体での目標値としてはまだ不十分な値である。光ディスク装置全体としては、レーザーの非点隔差やコリメータレンズの収差、反射ミラーや透過ミラーの収差や、光ピックアップと光ディスクとのチルトズレなど、ＲＭＳ波面収差を劣化させる要因は多々あるので、対物レンズ単体としては０．０７λＲＭＳ以下ということではなく、できるだけ小さいＲＭＳ波面収差値とすることが求められている。具体的には対物レンズ単体では、０．０２λＲＭＳ程度のＲＭＳ波面収差値とすることが望ましいが、特許文献４では、実施例１でＤＶＤが０．００１λＲＭＳ、ＣＤが０．０４７λＲＭＳであり、実施例２ではＤＶＤが０．０１９λＲＭＳ、ＣＤが０．０３７λＲＭＳであって、ＤＶＤの波面収差は良好な値であるが、ＣＤにおいて０．０３７λＲＭＳ以上の値にしかなっておらず、ＤＶＤ、ＣＤ共に良好な波面収差値を得るに至ってはいない。
【００１０】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体夫々に対し、可及的に波面収差が低減された状態で、しかも、高い光利用効率で光ビームを情報記録面に集光させることができるようにした対物レンズの設計方法、及びレンズとそのレンズを用いた光学系、光ヘッド，光ディスク装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、光記録媒体側で光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズの設計方法において、光ビームの波長の違いによって発生する色収差で光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差をほぼ打ち消すようにレンズ面を設計するという設計方法を編み出した。
【００１２】
また、これにより、本発明は、透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズであって、光ビームの波長λの違いによって発生する色収差で光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を打ち消すことにより、いずれの種類の光記録媒体に対しても、光ビームを該情報記録面にＲＭＳ波面収差が０．０３５λ以下で、好ましくは０．０３３λ以下で、さらに好ましくは０．０３０λ以下で集光させる、
あるいは、該当する複数の光ビームを該情報記録面にＲＭＳ波面収差が、ｉ番目の光ビームの波長をλ_ｉ（ｉ＝１，２，．．．．．．）として、
【数２】

（但し、ｉ番目の該光ビームの波長をλ_ｉ（ｉ＝１，２，．．．．．．）、全ての波長にわたる個々のＲＭＳ波面収差の二乗の総和をΣＷ_ｉ ^２、波長λ_ｉの光ビームのＲＭＳ波面収差をＷ_ｉ・λ_ｉとする）
好ましくは、前記式の左辺の値が０．０２６以下、より好ましくは０．０２５以下、さらに好ましくは０．０２３以下にて集光させる、または、該当する各光ビームを該情報記録面にＲＭＳ波面収差比が、該光ビームのＲＭＳ波面収差のうちの最大のＲＭＳ波面収差をＷｍａｘ、最小のＲＭＳ波面収差をＷｍｉｎとして、Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎ≦１．８で好ましくは、Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎ≦１．６で、さらに好ましくは、Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎ≦１．４で集光させる対物レンズ、あるいは、複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズであって、いずれの種類の光記録媒体に対しても、該当する光ビームを該情報記録面にＲＭＳ波面収差が０．０３５λ以下に集光させることを特徴とする対物レンズを提供するものである。
また、本発明は、各単色光ごとに焦点位置が異なることを利用して、複数種類の単色光をそれぞれ屈折作用により集光させる多波長用レンズを含む多波長用光学系で良好なＲＭＳ波面収差を得るための手法として、前記レンズの少なくとも一方のレンズ面が全ての単色光の共通使用領域において屈折力の異なる複数の非球面部に分割されてなり、分割されたいずれの非球面部も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置し、さらに、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｉのほぼ整数倍異なり、前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λｉ）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味し、ｉは１，２・・・の整数である）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比が０．４以上２．５以下である多波長用光学系を初めて提供するものである。
また、前記多波長用光学系の各単色光の波面収差においては、前記各非球面部の波長λｉの単色光における波面収差の差が０．１４λｉ以下とすることが好ましい。なお、前記複数の波長が二波長である場合、例えば長波長がＣＤにおける７９０ｎｍ付近、短波長が６５５ｎｍ付近の二波長用光学系や、長波長が６５５ｎｍ付近で、短波長が４０５ｎｍ付近の二波長用光学系、長波長が４０５ｎｍ付近で長波長が７９０ｎｍ付近の二波長用光学系、さらにはこれら３つの波長を用いる三波長用光学系にも適用可能であり、特に二波長系の場合はそれらの波面収差の形状がほぼ対称形となるようにするのが良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
いま、厚さｔ_１の透明基板を用いた第１の光ディスクに対し、これを用いる光ディスク装置での対物レンズが良好に収差補正され、この基板に設けられた情報記録面にレーザビームが良好に集光するものとする。かかる光ディスク装置にこの透明基板とは異なる厚さｔ_２の透明基板を用いた第２の光ディスクを使用した場合、この透明基板の厚さｔ_２が厚さｔ_１と異なるために、この対物レンズと厚さｔ_２の透明基板とによって球面収差が生じ、この厚さｔ_２の透明基板に設けられている情報記録面にレーザビームが良好に集光しない。
【００１４】
一方、かかる対物レンズと透明基板からなる光学系に異なる波長のレーザビームを用いると、色収差が生ずる。ここで、色収差とは、波長の異なるレーザビームを対物レンズに照射した場合に各々のレーザビームに対応して生ずる球面収差の差をいう。例えば、波長６５５ｎｍのレーザビームと、波長７９０ｎｍのレーザビームを対物レンズに照射する場合における色収差は、波長６５５ｎｍのレーザビームを対物レンズに照射した場合に生じる球面収差と、波長７９０ｎｍのレーザビームを対物レンズに照射した場合に生じる球面収差の差である。本発明は、かかる色収差を利用して上述した基板の厚みの違いによって生じる球面収差を低減するものである。即ち、基板の厚みが異なる光ディスク毎に異なる波長のレーザビームを用い、基板の厚みが異なることによって生ずる球面収差を、レーザビームの波長の違いによって生ずる色収差でもって相殺し、いずれの厚みの基板に対しても、総合的な収差が許容範囲内になるようにするものである。
つまり、厚みがｔ_１の場合の球面収差をＳ_Ａ（ｔ_１）、厚みがｔ_２の場合の球面収差をＳ_Ａ（ｔ_２）とし、また、波長λ１のレーザビームに対して生じる球面収差をＳ_Ａ（λ_１）、波長λ_２のレーザビームに対して生じる球面収差をＳ_Ａ（λ_２）とすると、波長が異なることによる色収差は、前記球面収差の差（Ｓ_Ａ（λ_２）−Ｓ_Ａ（λ_１））で表される。このとき、本発明では、次の数式が出来るだけ、成り立つようにレンズ面を設計している。
【数３】

【００１５】
このことは、基板の厚さが異なる光ディスクのいずれに対しても、その基板の厚さに対応する波長のレーザビームを用いた場合、このレーザビームの対物レンズと基板を通った全ての光線がこの基板の情報記録面上で良好に集光するような光路長を経るようにするものである。
なお、この時本発明の一実施形態のレンズは後の実施例で具体的に説明するように、そのレンズ面が複数の非球面に分割されてなり、分割されたいずれの非球面も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されるよう設計されている。
【００１６】
いま、図３において、対物レンズ１を用いて基板２の情報記録面２ａにレーザビームを集光させる場合について説明する。ここで、対物レンズ１の面Ａは光入射側面、面Ｂは光出射側面であり、基板２の情報記録面２ａは対物レンズ１側とは反対側にある。
【００１７】
図３は、対物レンズ１に入射するレーザビームは平行光とし（従って、図３に示す光学系は、いわゆる無限光学系である）、対物レンズ１の光軸ＯＡからこれに垂直な方向の距離（光線高さ）ｈの位置Ｐ_１を通る光線が光軸ＯＡを横切る点（集光点）Ｐ_５に達するまでの光路を摸式的に示すものである。ここで、かかる光路での対物レンズ１への入射点をＰ_２、対物レンズ１からの出射点をＰ_３、透明基板２への入射点をＰ_４とし、
点Ｐ_１〜入射点Ｐ_２：空間距離＝Ｓ_１ｈ 屈折率＝ｎ_１
入射点Ｐ_２〜出射点Ｐ_３：空間距離＝Ｓ_２ｈ 屈折率＝ｎ_２
出射点Ｐ_３〜入射点Ｐ_４：空間距離＝Ｓ_３ｈ 屈折率＝ｎ_３
入射点Ｐ_４〜集光点Ｐ_５：空間距離＝Ｓ_４ｈ 屈折率＝ｎ_４
とすると、点Ｐ_１から集光点Ｐ_５までの光路長Ｌ_ｈは、
【数４】

で表わされる。なお、光軸ＯＡ上での光路長Ｌ_ｈは、この数４において、ｈ＝０の場合である。
【００１８】
この数４は任意の光線高さｈについて該当するものであり、収差補正されている場合には、夫々の光線高さｈに対する集光点Ｐ_５が夫々の許容範囲内で情報記録面２ａ上にある。すなわち、本発明は、例えば厚さが異なる複数の基板夫々毎に異なる波長のレーザビームを用いることにより、色収差と球面収差とが相殺し合って夫々の光線高さｈに対する集光点Ｐ_５が夫々の許容範囲内で情報記録面２ａ上にあるようにするものである。
例えば、ＣＤにおける７９０ｎｍの単色光（λ_１）とＤＶＤにおける６５５ｎｍの単色光（λ_２）が用いられる場合で、これらの両波長が共通して使用される領域を複数の非球面部に分割したレンズ面とする手法では、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｉのほぼ整数倍異ならせ、なおかつ前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λ_１）と△Ｖｄ（λ_２）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味する）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比を０．４以上２．５以下、好ましくは０．５以上２．０以下とすることにより両波長においてレンズ全体として許容範囲のＲＭＳ波面収差を確保することができる。なお、ここでいう波面収差は光線高さ（ｈ）をｈ＝０の場合の光路長をＬ_０とし、各光線高さにおける光路長をＬｈとすると、波面収差Ｖｈは、数５で表される。
【数５】

図１０は、ＣＤとＤＶＤの波長におけるレンズの波面収差を対比して模式図的に示したものであり、横軸は光線高さ、縦軸は波面収差で、上側がＣＤの各非球面部の波面収差を、下側がＤＶＤの各非球面部の上記式で求められる波面収差を表している。例えば非球面部の第１領域におけるその非球面部内の波面収差の最大値と最小値の差は、△Ｖ_１（λ_１）、△Ｖ_１（λ_２）で定義される。本発明では、後の実施例で明らかにされているように、いずれの非球面部においても各波長の波面収差の最大値と最小値の差の比は０．４以上２．５以下である。すなわち、本発明はいずれの波長においても各非球面部で波面収差に一定の分布を有する点でも、従来の一方の波長を基準にレンズ面を構成し、他方の波長においてのみ位相ずれを利用して波面収差を補正する方式と異なる。なお、前記整数倍としては分割する非球面の数にもよるが０倍〜±１０倍とすることが好ましく、０倍〜±５倍とすることが好ましい。
また、本発明の多波長用レンズはいずれの非球面部の各領域においても各波長の前記波面収差の最大値と最小値の差が０．１４λｉ以下（例えば波長が７９０ｎｍである場合には±１１０．６ｎｍ以下、波長が６５５ｎｍである場合には±９１．７ｎｍ以下）、好ましくは、０．１２λｉ以下、さらに好ましくは０．１０λｉ以下とすることにより各波長においてさらに良好な光学特性を確保することができる。
さらに、本発明では、二波長用光学系の場合、各波長の波面収差をそれらがほぼ対称形となる多波長用レンズを用いることにより、二波長のバランスが取れ、さらにＲＭＳ波面収差を低減することができる。
なお、ＲＭＳ波面収差を低減することを考えると、ＣＤの場合には図１０の光線高さ１．５８ｍｍまでのＤＶＤとＣＤの共通使用領域のみの波面収差からＲＭＳ波面収差が決まってしまうが、ＤＶＤの場合には、前記共通使用領域の外側にＤＶＤ専用領域（図１０では光線高さ１．５８〜２．０２ｍｍの範囲）があり、前記共通使用領域と前記専用領域の両方の波面収差からＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）波面収差値が求まる。よってＤＶＤの場合には、前記共通使用領域の波面収差が多少悪くても、ＤＶＤ専用領域の波面収差については、ＣＤを全く無視してＤＶＤのみを良くするようにすれば、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差を許容値内に十分低減することができる。例えば、図１０の模式図では、ＤＶＤとＣＤの共通使用領域においてＤＶＤの波面収差は０〜−０．１０６λであり、ＣＤの波面収差は０〜＋０．０８８であって、ＣＤの波面収差の方がＤＶＤの波面収差よりも小さい。またＤＶＤ専用領域の波面収差は−０．０５２λである。この結果、ＲＭＳ波面収差としては、ＤＶＤは０．０２１２λＲＭＳ、ＣＤは０．０２２２λＲＭＳと、ＲＭＳ波面収差はＤＶＤもＣＤもほぼ等しい値となっている。このように、ＲＭＳ波面収差として、ＤＶＤもＣＤも同一の値としたい場合には、ＤＶＤとＣＤの共通使用領域においてはＣＤの波面収差をＤＶＤの波面収差よりも良くしておき、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差については共通使用領域で劣化している分をＤＶＤ専用領域で補ってやるようにすることが有効である。ＤＶＤとＣＤのＲＭＳ波面収差の比率を変えたい場合にも同様に、ＤＶＤについては、共通使用領域の波面収差が多少悪くても専用領域で補えることを考慮すると良い。
本発明の実施形態により、例えば基板の厚さが異なるいずれの光ディスクに対しても、情報記録面に良好な光スポットを形成することが可能となる。なおこのことは、ディスク基板の厚みが異なっていなくても、つまり、厚みが同じで波長が異なるような場合でも前記集光点Ｐ_５を夫々の許容範囲内にすることにより適用可能である。また、光記録媒体に限らず、光通信などで異なる波長のレーザビームを同一のレンズもしくは光学系を通過させるような場合にも適用可能である。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、透明基板の厚さが異なる２種類の光ディスク、即ち、ＤＶＤとＣＤとを例に、図面を用いて説明する。なお、本発明の第１実施形態のレンズは製造上の容易さから非晶質ポリオレフィンからなる樹脂を射出成形により作成したものである。第２実施形態のレンズはガラスの屈折率のものであるが、レンズ材質をプラスチック樹脂としたい場合にはプラスチック樹脂の屈折率で設計すれば良い。
【００２０】
図１は本発明による対物レンズの第１の実施形態の作用を示す図であって、同図（ａ）はＤＶＤに対するもの、同図（ｂ）はＣＤに対するものである。図において、１はこの実施形態の対物レンズ、２はＤＶＤの透明基板（以下、ＤＶＤ基板という）、３はＣＤの透明基板（以下、ＣＤ基板という）、４，５はレーザビームである。
【００２１】
まず、図１（ａ）において、対物レンズ１が図示しない光ディスク装置の光ヘッドに設けられている。そして、ＤＶＤがこの光ディスク装置に装着されて、対物レンズ１によって平行光として入射されるレーザビーム４が集光されることにより、記録再生が行なわれる。ここで、ＤＶＤ基板２の厚さｔ_１は０．６ｍｍであり、このときのレーザビーム４としては、波長λ_１＝６５５ｎｍのレーザビームが開口数ＮＡ＝０．６３の光束として用いられる。かかる条件のもとに、かかるレーザビームは、ＤＶＤ基板２の対物レンズ１側とは反対側の面の情報記録面２ａに集光される。
【００２２】
図１（ｂ）は上記と同じ光ディスク装置にＣＤが装着され、同じ対物レンズ１を用いて記録再生が行なわれる場合を示す。ここで、ＣＤ基板３の厚さｔ_２は１．２ｍｍであり、このときのレーザビーム５としては、波長λ_２＝７９０ｎｍのレーザビームがほぼ開口数ＮＡ＝０．６３の光束として用いられるが、実質的には、開口数ＮＡ＝０．４７の光束がＣＤ基板３の情報記録面３ａに集光し、ハッチングして示すほぼＮＡ＝０．４７〜０．６３の対物レンズ１の光軸ＯＡから離れた部分を通る光束はこの情報記録面３ａで集光しない。このように、この開口数ＮＡがほぼ０．４７までの上記のレンズ領域は、ＤＶＤ，ＣＤの共通使用領域となる。
【００２３】
このように、この第１の実施形態は、ＤＶＤ，ＣＤともに収差が良好に低減されて、情報記録面２ａ，３ａで良好な光スポットが得られるようにするものであるが、このために、ＤＶＤ，ＣＤの両方共に、任意の光線高さｈに対して上記数４で示す光路長Ｌ_ｈが収差を低減して許容値内とするような値とするように、対物レンズ１のレンズ面形状を設定するものである。以下、かかるレンズ面形状の一具体例を図２により説明する。
【００２４】
図２において、対物レンズ１の光出射側面Ｂについて、光線高さｈの点をｃ、この点ｃから光軸ＯＡに平行な方向での光出射側面Ｂ上の点をｄとすると、この光出射側面Ｂの面形状は、任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離Ｚ_Ｂにより、
【数６】

但し、 Ｃ＝−０．１２３０１、Ｋ＝３．３１２１３８、Ａ_４＝０．０１６２８１５１、Ａ_６＝−０．００４３１１７１７、Ａ_８＝０．０００６８２３１６、Ａ_１０＝−０．００００４１５７４６９で表わされるようにする。
【００２５】
なお、数６において、上記係数Ｃ，Ｋ，Ａ_４，Ａ_６，Ａ_８，Ａ_１０の値を代入して任意の光線高さｈ（≠０）に対する距離Ｚ_Ｂを求めると、その値は負の値となるが、これは光出射側面Ｂ上の点ｄが点ｃ、従って、この光出射側面Ｂの光軸ＯＡが通る面頂点ｅよりも出射面側（図２での左側）に位置することを示している。距離Ｚ_Ｂが正の値である場合には、逆の右側に位置することを示している。
【００２６】
次に、対物レンズ１の光入射側面Ａについて、光線高さｈの点をａ、この点ａから光軸ＯＡに平行な方向での光入射側面Ａ面上の点をｂとすると、光入射側面Ａの面形状は、光線高さｈ（ｍｍ）とこの光線高さｈに対する点ａ，ｂ間の距離Ｚ_Ａ（ｍｍ）とが次の表１に示す関係となるレンズ面形状に設定される。
【００２７】
【表１】

対物レンズ１の上記数６で表わされる光出射側面Ｂも、また、上記表１の点列データで表わされる光入射側面Ａも、連続した非球面をなすものである。また、対物レンズ１の光軸上の面頂点ｆ，ｅ間の距離、即ち、中心厚ｔ_０は２．２ｍｍであって、波長λ_１＝６５５ｎｍ（ＤＶＤ）での屈折率ｎは１．５４０１４であり、波長λ_２＝７９０ｎｍ（ＣＤ）での屈折率ｎは１．５３６５である。
【００２８】
（ｉ）ここで、収差を評価するための上記の収差の許容値としては、対物レンズ１への入射レーザビームが入射角０゜である場合（即ち、光軸ＯＡに平行な平行光）について、ＤＶＤ（波長λ_１＝６５５ｎｍ），ＣＤ（波長λ_２＝７９０ｎｍ）ともに、ＲＭＳ波面収差で０．０３５λ、好ましくは、０．０３３λ、さらに好ましくは、０．０３０λとする。この第１の実施形態では、ＤＶＤ，ＣＤの波面収差がかかる許容値以下となるように、光出射面Ｂと光入射面Ａを上記の面形状に設定しているものである。
【００２９】
この第１の実施形態では、２種類の異なる波長λ_１，λ_２を用いた場合を示しているが、一般に、ｎ種類（但し、ｎは２以上の整数）の異なる波長λ_ｉ（但し、ｉ＝１，２，．．．．．．，ｎ）を用いる場合も、同様である。
【００３０】
（ｉｉ）また、このようにｎ種類の波長λ_ｉを用いた場合について、これら波長λ_ｉの入射レーザビームが入射角０゜である場合の夫々のＲＭＳ波面収差をＷ_ｉ・λ_ｉとすると、これら収差は、
【数７】

（但し、ｉ番目の該光ビームの波長をλ_ｉ（ｉ＝１，２，．．．．．．）、全ての波長にわたる個々のＲＭＳ波面収差の二乗の総和をΣＷ_ｉ ^２、波長λ_ｉの光ビームのＲＭＳ波面収差をＷ_ｉ・λ_ｉとする）
を満足するようにする。このときの許容値Ｗ_０としては、０．０２８、好ましくは０．０２６，さらに好ましくは０．０２５、さらに好ましくは０．０２３とする。上記第１の実施形態では、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差をＷ_１、ＣＤのＲＭＳ波面収差をＷ_２とし、かつｉ＝１，２であるから、上記数７は、
【数８】

となる。
【００３１】
（ｉｉｉ）あるいはまた、異なるｎ種類の波長λ_ｉのレーザビームを用いる場合、夫々の波長λ_ｉのうちで最大のＲＭＳ波面収差をＷｍａｘ、最小のＲＭＳ波面収差をＷｍｉｎとすると、
１≦Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎ＜Ｗ_ｔｈ
とする。この場合の許容値Ｗ_ｔｈとしては、１．８、好ましくは１．６、さらに好ましくは１．４とする。上記第１の実施形態の場合には、ＤＶＤのＲＭＳ波面収差Ｗ_１とＣＤのＲＭＳ波面収差Ｗ_２とのいずれか一方が最大のＲＭＳ波面収差Ｗｍａｘとなり、他方が最小のＲＭＳ波面収差Ｗｍｉｎとする。
【００３２】
図４はこの第１の実施形態でのＲＭＳ波面収差の計算結果を示すものであって、横軸に像高（ｍｍ）を取り、縦軸にＲＭＳ波面収差を取っている。
【００３３】
図４（ａ）はＤＶＤ（波長λ_１＝６５５ｎｍ）に対するＲＭＳ波面収差を示しており、像高＝０ｍｍのときには、ＲＭＳ波面収差＝０．０２１３０λ_１である。また、図４（ｂ）はＣＤ（波長λ_２＝７９０ｎｍ）に対するＲＭＳ波面収差を示しており、像高＝０ｍｍのときには、ＲＭＳ波面収差＝０．０２４１０λ_２である。
【００３４】
かかる数値を評価するために、上記の各条件式に挿入すると、
（ｉ）まず、ＤＶＤ，ＣＤについて、ＲＭＳ波面収差が０．０２１３０λ，０．０２４１０λと上記の許容値０．０３５λ、好ましくは、０．０３３λ、さらに好ましくは、０．０３０λよりも小さい。
【００３５】
（ｉｉ）ＤＶＤ，ＣＤについて、上記数８により、
【数９】

であるから、上記の許容値０．０２８、好ましくは０．０２６、さらに好ましくは０．０２５、さらに好ましくは０．０２３以下となっている。
【００３６】
（ｉｉｉ）ＤＶＤ，ＣＤについて、Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎをみると、
Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎ＝０．０２４１０／０．０２１３０＝１．１３１５
となるから、上記の許容値１．８、好ましくは１．６、さらに好ましくは１．４以下となっている。
【００３７】
図５は上記数６で示す面形状の光出射側面Ｂと上記表１で示す面形状の入射側面Ａとを有する対物レンズ１を用いたことによるＤＶＤ，ＣＤの情報記録面上での光スポットの計算結果を示す図であって、横軸は情報記録面での光軸を基準点とした光軸に垂直方向の位置を距離（ｍｍ）で表わしたものであり、縦軸はこの基準点（＝０ｍｍ）での光強度を１としたときの各位置の相対的光強度を表わしている。
【００３８】
図５（ａ）はＤＶＤに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が１／ｅ^２（＝１３．５％）となる光スポット直径φ_Ｄは０．８５μｍである。また、図５（ｂ）はＣＤに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が１／ｅ^２となる光スポット直径φ_Ｃは１．３７μｍである。このように、ＤＶＤ，ＣＤともに、情報記録面に良好な光スポットが得られる。
【００３９】
次に、本発明による対物レンズの第２の実施形態について説明する。
【００４０】
この第２の実施形態は、その基本的構成は上記の第１の実施形態と同様であるが、光入射面Ａを光軸から半径方向に複数の区間に区分し、夫々の区間の面形状を、ＤＶＤ，ＣＤともに収差が許容値内に良好に低減されるように、設定するものである。
【００４１】
この第２の実施形態の光入射面Ａの面形状を図２を用いて説明する。いま、この光入射面Ａの光線高さｈ方向（半径方向）の光軸ＯＡ側からｊ番目の区間での点ａ，ｂ間の距離を次の関数Ｚ_Ａｊで、即ち、
【数１０】

で表わされる。なお、数１０での光源高さｈは、ｊ番目の区間でのものである。
【００４２】
そして、ＤＶＤ，ＣＤともに収差を許容値内に良好に低減するための数１０での区間毎に、その範囲（ｈの範囲）とその各定数Ｂ，Ｃ，Ｋ，Ａ_４，Ａ_６，Ａ_８，Ａ_１０，Ａ_１２，Ａ_１４，Ａ_１６を示すと、次の表２に示すようになる。
【００４３】
【表２】

また、この第２の実施形態での光出射面Ｂの面形状Ｚ_Ｂは、次の数１１で表わされる。
【００４４】
【数１１】

但し、 Ｃ＝−０．０７４７７９２、Ｋ＝１５．７３９８、Ａ_４＝０．０１２３０８、Ａ_６＝−０．００３７６５２、Ａ_８＝０．０００６８５７１、Ａ_１０＝−０．００００４８２８４
また、対物レンズ１の光軸上の面頂点ｆ，ｅ間の距離、即ち、中心厚さｔ_０は２．２ｍｍであって、波長λ_１＝６５５ｎｍ（ＤＶＤ）での屈折率ｎは１．６０４１９４であり、波長λ_２＝７９０ｎｍ（ＣＤ）での屈折率ｎは１．５９９９０６である。
【００４５】
ここで、収差を評価するための上記収差の許容値としては、上記第１の実施形態と同様である。
【００４６】
図６はこの第２の実施形態でのＲＭＳ波面収差の計算結果を示すものであって、横軸、縦軸は図４と同様である。
【００４７】
図６（ａ）はＤＶＤ（波長λ_１＝６５５ｎｍ）に対するＲＭＳ波面収差を示しており、像高＝０ｍｍのときには、ＲＭＳ波面収差＝０．０１９４５λ_１である。また、図６（ｂ）はＣＤ（波長λ_２＝７９０ｎｍ）に対するＲＭＳ波面収差を示しており、像高＝０ｍｍのときには、ＲＭＳ波面収差＝０．０２５２５λ_２である。
図１１に上記のレンズの共通使用領域の波面収差を計算した結果を、各非球面部における波面収差の差及びその比を表３に示す。
【表３】

表３に示すように、７９０ｎｍと６５５ｎｍの共通使用領域において各波面収差の差の比ΔＶｄ（λ７９０）／ΔＶｄ（λ６５５）は、１．００〜１．０４の間に入っている。また、比ΔＶｄ（λ６５５）／ΔＶｄ（λ７９０）は、０．９６〜１．００の間に入っている。そして、その各領域の波面収差自体も両波長において０．１４λ以下となっている。また、このレンズでは波面収差が７９０ｎｍの波長において＋側に、６５５ｎｍの波長において−側に現れるようにしていて、両波面収差がほぼ対称形となる。
なお、光軸を中心に分割された隣接する各非球面部で光路長の差が生じているが、その差は各波長に対応してほぼ整数倍になるように設計されていて、またこの実施例では偶数の分割された非球面部からなっている。
【００４８】
かかる数値を評価するために、第１の実施形態と同様、上記の各条件式に挿入すると、
（ｉ）まず、ＤＶＤ，ＣＤについて、ＲＭＳ波面収差が０．０１９４５λ_１，０．０２５２５λ_２と上記の許容値０．０３５λ、好ましくは、０．０３３λ、さらに好ましくは、０．０３０λよりも小さい。
【００４９】
（ｉｉ）ＤＶＤ，ＣＤについて、上記数８により、
【数１２】

であるから、上記の許容値０．０２８、好ましくは０．０２６，さらに好ましくは０．０２５、さらに好ましくは０．０２３以下となっている。
【００５０】
（ｉｉｉ）ＤＶＤ，ＣＤについて、Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎをみると、
Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎ＝０．０２５２５／０．０１９４５＝１．２９８
となるから、上記の許容値１．８、好ましくは１．６、さらに好ましくは１．４以下となっている。
【００５１】
図７は上記数１１で示す面形状の光出射側面Ｂと上記数１０及び表２で示す面形状の入射側面Ａとを有する対物レンズ１を用いたことによるＤＶＤ，ＣＤの情報記録面上での光スポットの計算結果に示す図であって、横軸，縦軸は図５と同様である。
【００５２】
図７（ａ）はＤＶＤに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が１／ｅ^２（＝１３．５％）となる光スポット直径φ_Ｄは０．８９μｍである。また、図７（ｂ）はＣＤに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が１／ｅ^２となる光スポット直径φ_Ｃは１．３０μｍである。このように、ＤＶＤ，ＣＤともに、情報記録面に良好な光スポットが得られる。
なお、本実施形態２では、前記の表３において前記比が０．９６〜１．０４であって、ＲＭＳ波面収差としてはＤＶＤが０．０１９４５λ_１でＣＤが０．０２５２５λ_２であるが、前記図１０の説明で述べたように、共通使用領域におけるＤＶＤの波面収差をもう少し劣化させて、ＣＤの波面収差を良くすれば、ＤＶＤ、ＣＤ共にＲＭＳ波面収差として０．０２２〜０．０２３λ程度の同等のＲＭＳ波面収差とすることも可能である。
【００５３】
なお、一例として、先の特開２００１−５１１９２号公報に記載のＤＶＤとＣＤとのＲＭＳ波面収差をみると、
例１） ＤＶＤ：０．００１λ_１ ＣＤ：０．０４７λ_２
例２） ＤＶＤ：０．０１９λ_１ ＣＤ：０．０３７λ_２
但し、λ_１＝６４０ｎｍ λ_２＝７８０ｎｍ
の２つの例が挙げられているが、いずれにおいても、ＣＤについては、上記の許容値０．０３５λを越えるものである。
また、この例２）のレンズの各波長における波面収差を公報記載のレンズデ−タを用いて計算による求めると下記表４及び図１２に示すように、その比が０．０３〜３３．４４と本発明の範囲外であり、そのため両者のバランスがずれている。さらにＤＶＤ側の波面収差は０．１４λ以下となるが、ＣＤ側の波面収差が大きくなり、レンズ全体のＲＭＳ波面収差も大きくなってしまう。
【表４】

【数１３】

は、上記夫々について、０．０３３２，０．０２９４となり、いずれも上記の許容値０．０２８、好ましくは０．０２６，さらに好ましくは０．０２５、さらに好ましくは０．０２３を越えているし、さらに、これらのＷ_ｍａｘ／Ｗ_ｍｉｎも夫々、４７，１．８４７となり、いずれも上記の許容値１．８、好ましくは１．６、さらに好ましくは１．４を越えている。
【００５４】
このように、上記第１，第２の実施例とも、収差を上記の許容値内に抑えることができるものであるが、これは、収差がかかる許容値内に収まるように、基板厚の差による球面収差と色収差とがキャンセルし合うレンズ面形状としていることによるものである。これに対し、先の特開２００１−５１１９２号公報では、単に入射レーザビームをＤＶＤレーザビームの波長の整数倍分位相シフトすることにより、ＣＤの収差低減を図るようにしたものであるから、いずれか１つの波長に対しては、収差を充分小さく抑えることができるとしても、全ての波長に対して、上記のような小さい値の許容値内に収差を同時に納めることができないのである。
【００５５】
以上の実施形態では、ＤＶＤとＣＤとで基板厚さが夫々０．６ｍｍと１．２ｍｍと異なることによる球面収差が６５５ｎｍと７９０ｎｍとの波長の差による色収差により打ち消して総合的な収差が低減されていることが、図５及び図７に示す光スポット及び図４，図６に示す波面収差のグラフから明らかである。また、以上の実施形態では、対物レンズ１の光入射側面Ａの面形状は上記表１に示す点列データ，数１０及び表２で与えられ、光出射側面Ｂの面形状は上記数６，数１１に示す非球面の式により与えられるので、先の従来例のような回折レンズ構造を用いておらず、また、記録または再生に必要な開口（ＮＡ）に対してほぼ全ての光束を集光することができるので、高い光利用効率が得られることになる。
【００５６】
なお、以上の実施形態では、図１に示すように、ほぼ開口数ＮＡ＝０．４７から開口数ＮＡ＝０．６３までの対物レンズ１の外側領域はＤＶＤのみに使用され、ＣＤでは使用しないので、かかる外側領域での光入射側面Ａ，光出射側面Ｂのいずれか一方または双方にＤＶＤのときの波長６５５ｎｍの光を透過し、ＣＤのときの波長７９０ｎｍの光を透過しない薄膜処理を施したり、あるいは、かかる外側領域での光入射側面Ａ，光出射側面Ｂのいずれか一方または双方二波長６５５ｎｍの光には作用しないが、波長７９０ｎｍの光に作用するような回折格子を形成して、波長６５５ｎｍの光利用効率を落とさず二波長７９０ｎｍの光利用効率を落とすようにしてもよい。
【００５７】
即ち、以上の実施形態のごとく、異なる開口数の系に共用する際に、開口数に応じた絞りを設定できない場合には、開口数の小さな光学系においては、余分の光束をも受容することになるので、開口数の大きな光学系に合致して設計されたレンズの外側領域部分を通過する光が、開口数が小さな光学系に悪影響を及ぼさないような配慮をすることが望ましい。例えば、レンズの外側領域を通過した光がディスク面には集光しないように、横収差量が０．０１５ｍｍ以上となるようにするのが望ましい。
【００５８】
また、以上の実施形態では、ＤＶＤとＣＤとの２種類の光ディスクを例としたが、本発明は、これに限らず、これら以外の種類が異なる光ディスクであってもよいし、また、基板の厚みが異なる３種類以上の光ディスクに対しても、適用可能であり、夫々毎に使用するレーザビームの波長を異ならせ、これらに応じて、色収差が波面収差を打ち消すように、レンズ面形状を設定すればよい。
またさらに、基板厚みが同じでも使用する波長が異なるために従来の通常のレンズでは大きな収差が発生してしまうような場合にも本発明を適用することにより収差低減をすることができる。
【００５９】
図８は本発明による対物レンズを用いた光ヘッドの一実施形態を示す構成図であって、１１はＤＶＤレーザ、１２はＣＤレーザ、１３，１４はハーフプリズム、１５はコリメータレンズ、１６は検出レンズ、１７は光検出器、１８は回析格子、１９はアクチュエータであり、図１に対応する部分には同一符号をつけている。
【００６０】
同図において、ＤＶＤディスク２を記録または再生する場合には、ＤＶＤレーザ１１を駆動する。ＤＶＤレーザ１１から発生される波長６５５ｎｍのレーザビームが、ハーフプリズム１３で反射し、ハーフプリズム１４を透過してコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となってレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＤＶＤディスク２の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＤＶＤディスク２で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は信号処理回路（図示せず）に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。図示しないシステム制御回路は、得られたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号をもとに、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ駆動回路（図示せず）を制御してアクチュエータ１９を駆動する。
【００６１】
ＣＤディスク３を記録または再生する場合には、ＣＤレーザ１２を駆動する。ＣＤレーザ１２から発生される波長７９０ｎｍのレーザビームが回折格子１８を通り、ハーフプリズム１４で反射されてコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となったレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＣＤディスク３の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＣＤディスク３で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は図示しない信号処理回路に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。
【００６２】
なお、ＣＤディスク３の場合のトラッキング誤差信号は、ＣＤレーザ１２からのレーザビームを、回折格子１８により、０次光と土１次光の３ビームに分岐し、これら±１次光によりトラッキング誤差信号を得るようにしている。
【００６３】
このようにして得られたトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とにより、ＤＶＤディスク２と同様にして、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ１９を駆動する。
【００６４】
なお、本発明において、対物レンズ１の代わりに、コリメータレンズ１５あるいはハーフプリズム１４など両ディスクに共通する光学系において、本発明における対物レンズと同様の機能を持つように光学設計することもできる。また、図示しないが、本発明の対物レンズと同等の機能を有する他の光学要素をハーフプリズム１４からディスク２またはディスク３に至る光路に配置することによってもよい。
【００６５】
なお、コリメータレンズ１５は必ずしも必要ではなく、いわゆる有限系の光学系でも、本発明は適用可能である。
【００６６】
図９は本発明による対物レンズを用いた光ディスク装置の一実施形態を示す構成図であって、２０はアクチュエータ駆動回路、２１は信号処理回路、２２はレーザ駆動回路、２３はシステム制御回路、２４はディスク判別手段であり、図８に対応する部分には同一符号をつけている。
【００６７】
同図において、光ピックアップ装置部分については、図８に示す構成と同様である。
【００６８】
まず、装着されたディスクの種類をディスク判別手段２４により判別する。そのディスク判別方法としては、ディスクの基板の厚さを光学的もしくは機械的な方法で検出する方法、ディスクまたはディスクのカートリッジに予め記録された識別マークを検出する方法などが考えられる。もしくは、ディスクの厚さ，種類を仮定してディスクの信号を再生し、正常な信号が得られなければ、別の厚さ，種類のディスクであると判断する方法でもよい。ディスク判別結果は、ディスク判別手段２４からシステム制御回路２３に伝達される。
【００６９】
ＤＶＤディスクであると判別された場合には、システム制御回路２３よりレーザ駆動回路２２に対してＤＶＤレーザを点灯させるような信号が伝達され、レーザ駆動回路２２によりＤＶＤレーザ１１が点灯される。これにより、光ヘッドでは、図８に示した実施形態と同様二波長６５５ｎｍのレーザビームが光検出器１７に到達する。この光検出器１７からの検出信号が信号処理回路２１に送られて情報記録再生信号とフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とが生成され、システム制御回路２３に送られる。システム制御回路２３では、これらフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づいて、アクチュエータ駆動回路２０を制御し、この制御に基づいてアクチュエータ駆動回路２０がアクチュエータ１９を駆動して対物レンズ１をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる、いわゆるサーボ回路の動作により、フォーカス制御及びトラッキング制御が正規に行なわれて、対物レンズ１がＤＶＤディスク２に対して正しい位置に位置するように、上記の各回路及びアクチュエータ１９が動作するものとし、その結果、情報記録再生信号が良好に得られる。
【００７０】
装着されたディスクがＣＤディスク３であると判別された場合には、システム制御回路２３より、レーザ駆動回路２２に対してＣＤレーザ１２を点灯させるような信号が伝達される。これにより、ＣＤレーザ１２から波長７９０ｎｍのレーザビームが発生する。これ以降の動作は図８に光ヘッドの場合と同様であり、このレーザビームが光検出器１７に到達し、上記のＤＶＤディスク２の場合と同様に、各回路やアクチュエータ１９が作動してサーボ動作が行なわれ、情報記録再生信号が良好に得られる。
【００７１】
第２の実施の形態について、次のような点を見出すことができた。即ち、前述した波面収差を得るためのレンズ面形状としては、ＤＶＤ、ＣＤ複数種類の単色光をそれぞれの屈折作用により集光させる多波長用のレンズにおける少なくとも一方のレンズ面のうちの全ての単色光での共通使用領域において屈折率の異なる複数の非球面部同士の隣接段差量をレンズ光軸に近い順にＤ１２、Ｄ２３、Ｄ３４、Ｄ４５、・・・・、隣接部のＤＶＤ時のＮＡをレンズ光軸の近い順にＮＡ１２、ＮＡ２３、ＮＡ３４、ＮＡ４５、・・・・、隣接部のＣＤ時のＮＡをレンズ光軸に近い順にＣＮＡ１２、ＣＮＡ２３、ＣＮＡ３４、ＣＮＡ４５、・・・・、としたときに、下記数１４の式を満足するようなレンズ面形状とするのが良い。
【００７２】
【数１４】

【００７３】
数１４において、λ１は短い方の波長（ｍｍ）、λ２は長い方の波長（ｍｍ）、ｎ１は波長λ１におけるレンズの屈折率、ｎ２は波長λ２におけるレンズの屈折率である。数式におけるｍａは、ａｉｊに最も近い整数である。また、ｍｂは、ｂｉｊに最も近い整数である。換言すると、ｍａは、ｍａ−ａｉｊの絶対値が最小となる整数であり、また、ｍｂは、ｍｂ−ｂｉｊの絶対値が最小となる整数である。例えば、１．１０４の場合には「１」であり、０．４９の場合には「０」である。数１４において用いられている記号を図１３に示す。図１３に示されるように、この例では、レンズは、ＤＶＤ／ＣＤ共通使用領域と、ＤＶＤ専用領域を有している。そして、ＤＶＤ／ＣＤ共通使用領域は、▲１▼乃至▲６▼の６面の非球面部を有している。そして、これらの非球面部の段差をＤ１２、Ｄ２３・・・・として表している。ＤＶＤの場合における段差Ｄ１２間のＮＡをＮＡ１２と、段差Ｄ２３間のＮＡをＮＡ２３としている。ＣＤの場合における段差Ｄ１２間のＮＡをＣＮＡ１２と、段差Ｄ２３間のＮＡをＣＮＡ２３としている。数１４では、Ａｉｊ／Ｂｉｊは、０．３３３から３の範囲内にあるが、さらに好ましい範囲は、０．５から２の範囲である。
【００７４】
尚、この例における具体的な数値を表５に纏める。
【００７５】
【表５】

【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透明基板の厚さが異なる２種類以上の光ディスクに対して、回折レンズ構造を用いずに、屈折作用によって記録または再生に必要な開口（ＮＡ）で全ての光束を所望とする位置に可及的に少ない収差で集光させることができ、光利用効率をより高めることができる。また、上記説明から分かるように、本発明は複数の単色光を用いる多波長用光学系において、分割されたいずれの非球面も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置することができ、光通信等における光学系においてもその利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による対物レンズの第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態のレンズ面形状の一具体例を示す図である。
【図３】対物レンズと光ディスクの透明基板とからなる光学系での光路長を説明するための図である。
【図４】図１に示す第１の実施形態の第１の実施形態の波面収差の測定結果の一具体例を示すグラフ図である。
【図５】図１に示す第１の実施形態を用いた光ディスク装置での種類が異なる光ディスクに対する光スポットの計算結果を示す図である。
【図６】本発明による対物レンズの第２の実施形態の波面収差の測定結果の一具体例を示すグラフ図である。
【図７】本発明による対物レンズの第２の実施形態を用いた光ディスク装置での種類が異なる光ディスクに対する光スポットの計算結果を示す図である。
【図８】本発明による光ヘッドの一実施形態を示す図である。
【図９】本発明による光ディスク装置の一実施形態を示す図である。
【図１０】光線高さに対する各波長の波面収差を示す模式図である。
【図１１】実施例２における光線高さに対する各波長の波面収差を示す図である。
【図１２】特開２００１−５１１９２号に記載のレンズを用いた場合の光線高さに対する各波長の波面収差を示す図である。
【図１３】実施例２における数式を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 実施形態の対物レンズ
２ ＤＶＤの透明基板
２ａ 情報記録面
３ ＣＤの透明基板
３ａ 情報記録面
４，５ レーザビーム
１１ ＤＶＤレーザ
１２ ＣＤレーザ
１３，１４ ハーフプリズム
１５ コリメータレンズ
１６ 検出レンズ
１７ 光検出器
１８ 回析格子
１９ アクチュエータ
２０ アクチュエータ駆動回路
２１ 信号処理回路
２２ レーザ駆動回路
２３ システム制御回路
２４ ディスク判別手

Claims (15)

1. 透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズの設計方法であって、光ビームの波長の違いによって発生する色収差が該光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差をほぼ打ち消すようにレンズ面を設計する対物レンズの設計方法。
2. 請求項１記載の対物レンズの設計方法において、
   レンズ面をその半径方向に区分した区間毎に分けることによりレンズ面を設計することを特徴とする対物レンズの設計方法。
3. 透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズを構成するレンズであって、該光ビームの波長λの違いによって発生する色収差で該光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を打ち消すことにより、いずれの種類の光記録媒体に対しても、該当する光ビームを該情報記録面にＲＭＳ波面収差が０．０３５λ以下に集光させることを特徴とするレンズ。
4. 透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズを構成するレンズであって、該光ビームの波長λの違いによって発生する色収差で該光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を打ち消すことにより、いずれの種類の光記録媒体に対しても、該複数の光ビームを該情報記録面に次の数式で表されるＲＭＳ波面収差が、
   

   

   （但し、ｉ番目の該光ビームの波長をλ_ｉ（ｉ＝１，２，．．．．．．）、全ての波長にわたる個々のＲＭＳ波面収差の二乗の総和をΣＷ_ｉ ^２、波長λ_ｉの光ビームのＲＭＳ波面収差をＷ_ｉ・λ_ｉとする）となるように集光させることを特徴とするレンズ。
5. 透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズを構成するレンズであって、該光ビームの波長の違いによって発生する色収差で該光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を打ち消すことにより、いずれの種類の光記録媒体に対しても、該当する光ビームを該情報記録面にＲＭＳ波面収差比が、該光ビームのＲＭＳ波面収差のうちの最大のＲＭＳ波面収差をＷ_ｍａｘ、最小のＲＭＳ波面収差をＷ_ｍｉｎとして、
   １≦Ｗ_ｍａｘ／Ｗ_ｍｉｎ＜１．８
   で集光させることを特徴とするレンズ。
6. 複数種類の単色光をそれぞれ屈折作用により集光させる多波長用のレンズであって、前記レンズは少なくとも一方のレンズ面が全ての単色光での共通使用領域において屈折力の異なる複数の非球面部に分割されてなり、前記分割されたいずれの非球面部も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されていて、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｉのほぼ整数倍異なり、前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λｉ）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味し、ｉは１，２・・・の整数である）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比が０．４以上２．５以下であることを特徴とするレンズ。
7. 前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差（△Ｖｄ（λｉ））が０．１４λｉ（ｉは１，２・・・の整数）以下であることを特徴とする請求項６記載のレンズ。
8. 二種類の単色光をそれぞれ屈折作用により集光させる多波長用のレンズあって、前記レンズは少なくとも一方のレンズ面が全ての単色光での共通使用領域において屈折力の異なる複数の非球面部に分割されてなり、分割されたいずれの非球面部も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されていて、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λｐのほぼ整数倍異なり、前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差を△Ｖｄ（λｐ）（ｄは１，２・・・・の整数で各非球面部を意味し、ｐは１または２の整数である）とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比が０．４以上２．５以下であることを特徴とするレンズ。
9. 前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差（△Ｖｄ（λｐ））が０．１４λｐ（ｐは１または２の整数である）以下であることを特徴とする請求項８記載のレンズ。
10. 前記各非球面部内における前記各単色光の波面収差の分布が各非球面部において収差をみたときにほぼ対称形であることを特徴とする請求項８に記載のレンズ。
11. 透明基板の厚さが異なる複数種の光記録媒体毎に異なる波長の光ビームが入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該光ビームを屈折作用により集光させる正のパワーを有する対物レンズを構成するレンズであって、該光ビームの波長λの違いによって発生する色収差で該光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を打ち消し、各波長、各記録媒体ごとに別々な焦点位置を有することを特徴とするレンズ。
12. 前記各光ビームを該情報記録面にＲＭＳ波面収差が０．０３５λ以下に集光させ、各波長、各記録媒体ごとに別々な焦点位置を有することを特徴とする請求項１１に記載のレンズ。
13. 請求項３〜１２のいずれかに記載のレンズを用いた光学系。
14. 請求項３〜１２のいずれかに記載のレンズを用いた光学ヘッド。
15. 請求項３〜１２いずれかに記載のレンズを用いた光ディスク装置。

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