JP2005050433A - 対物レンズ及び光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 それぞれ厚さの異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクを記録又は再生するとき、軸上、軸外の収差とも良好に補正し、かつ樹脂成形時に転写不良となるのを回避して生産性を向上させることのできる対物レンズ及び光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】 対物レンズにおいて、光軸により近い第１の輪帯状非球面１１ａが、光軸４からより遠い第２の輪帯状非球面１２ａよりも突き出ているとき、光軸４から第１の輪帯状非球面１１ａの外周までの距離と、光軸４から第２の輪帯状非球面１２ａの内周までの距離との差ｗが、０μmより大きく、２０μm以下であるように設定し、段差部１１を光軸に対して傾ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、保護用の透明基板厚さの異なる２つの光ディスク等の記録又は再生に適し、回折限界性能を有する対物レンズ及び光ヘッド装置に関する。

従来の対物レンズは、それぞれ厚さの異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクを記録又は再生するために、第１の光ディスクの記録又は再生には第１の波長λ_１の光源からの光を用い、第２の光ディスクの記録又は再生には第２の波長λ_２の光源からの光を用いる場合、対物レンズの片面には、光軸を中心とする輪状の段差部を有する第１の位相シフタを設け、対物レンズの残る片面には、光軸を中心とする輪状の段差部を有する第２の位相シフタを設け、第１の位相シフタが、第１の波長の光に対して第１の光ディスクの記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせ、第２の位相シフタが、第２の波長の光に対して第２の光ディスクの記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせるようにしている。また、前記段差部は、光軸と平行にしているが、なだらかな傾斜があってもよいとしている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１‐３４４７９８号公報（第８頁から第１９頁まで、図１、図５等）

しかしながら、従来の対物レンズにおいては、樹脂成形時に前記段差部の転写性を損なわずに成形時間を短縮する点についてさらに改善の余地がある。

例えば、特許文献１の対物レンズのように、前記段差部が光軸と平行である場合には、前記段差部において樹脂成形時の転写不良が生じると、所望の波面収差特性が得られず、また、前記段差部では光の散乱等により対物レンズの透過光量の損失が生じる。さらに、このような対物レンズを用いた光記録再生装置においては、ジッタ特性の劣化や光量不足が生じることとなる。ここで、前記段差部の転写不良を回避するために、樹脂成形の成形条件の１つである成形時間を充分にとると、生産性が低下するおそれがある。そこで、前記段差部の転写性を損なわずに成形時間を短縮することが望まれている。なお、特許文献１には、前記なだらかな傾斜をどのように形成するかについて、具体的に記載されていない。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、それぞれ厚さの異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクを記録又は再生するとき、軸上、軸外の収差とも良好に補正し、かつ樹脂成形時に転写不良となるのを回避して生産性を向上させることのできる対物レンズ及び光ヘッド装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１の光ディスクの記録又は再生時には、第１の光ディスクの情報記録面に対して第１の波長の光源からの光を集光させ、第２の光ディスクの記録又は再生時には、第２の光ディスクの情報記録面に対して第２の波長の光源からの光を集光させ、双方の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光学系に用いる、両面に非球面を有する対物レンズであって、対物レンズの少なくとも片面には、光軸を中心とする輪帯状の輪帯状非球面を複数有し、隣り合う輪帯状非球面間には、光軸を中心とする輪状の段差部を有し、隣り合う２つの輪帯状非球面のうち、光軸により近い第１の輪帯状非球面が、光軸からより遠い第２の輪帯状非球面よりも突き出ているとき、第１の輪帯状非球面の外径に相当する、段差部の第１の径が、第２の輪帯状非球面の内径に相当する、段差部の第２の径よりも小さくなるようにして、段差部を光軸に対して傾け、段差部が、第１の波長の光に対して第１の光ディスクの記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせるか、又は第２の波長の光に対して第２の光ディスクの記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせるようにしたことを特徴とする対物レンズを提供する。

また、上記の対物レンズにおいて、光源からの光線は円錐状に広がっており、光線の円錐面に対し、第１の輪帯状非球面と第２の輪帯状非球面との段差部の面が平行になるようにした対物レンズを提供する。

また、上記の対物レンズにおいて、光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差が、０μmより大きく、２０μm以下であるように設定した対物レンズを提供する。

また、上記の対物レンズにおいて、隣り合う２つの輪帯状非球面のうち、光軸により近い第１の輪帯状非球面が、光軸からより遠い第２の輪帯状非球面よりもへこんでいるとき、第１の輪帯状非球面の外径に相当する、段差部の第１の径が、第２の輪帯状非球面の内径に相当する、段差部の第２の径よりも大きくなるようにして、段差部を光軸に対して傾けた対物レンズを提供する。

また、上記の対物レンズにおいて、光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差が、０μmより大きく、２０μm以下であるように設定した対物レンズを提供する。

さらに、第１の光ディスクの記録又は再生時には、第１の光ディスクの情報記録面に対して第１の波長の光源からの光を集光させ、第２の光ディスクの記録又は再生時には、第２の光ディスクの情報記録面に対して第２の波長の光源からの光を集光させ、双方の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光ヘッド装置において、前記対物レンズに、上記のいずれかに記載の対物レンズを用いた光ヘッド装置を提供する。

本発明は、対物レンズに、段差を有する複数の輪帯状非球面を設け、隣り合う二つの輪帯状非球面のうち、光軸により近い第１の輪帯状非球面が、光軸からより遠い第２の輪帯状非球面よりも突き出ているとき、第１の輪帯状非球面の外径に相当する、段差部の第１の径が、第２の輪帯状非球面の内径に相当する、段差部の第２の径よりも小さくなるようにして、段差部を光軸に対して傾けることにより、段差部が光軸に対して平行である場合に比べ、それぞれ厚さの異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクを記録又は再生するとき、軸上、軸外とも波面収差を良好に補正し、かつレンズ用の樹脂成形時に段差部が転写不良となるのを回避して生産性を向上させるという効果を有する対物レンズを提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る対物レンズ及びこれを用いた光ヘッド装置について、図面を用いて説明する。ここで、特に記載のない場合、距離、間隔、長さ、厚さ等、寸法の単位はmmとする。

前記対物レンズを図１に示す。図１は、光軸に平行で、かつ光軸を通る断面を示し、光軸に垂直な方向から見たものである。なお、図１中、左側が光源側、右側が光ディスク側である。前記対物レンズは、保護用の透明基板の厚さの異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクに対する記録又は再生を行う光学系に用いられるものである。この光学系は、第１の光ディスクの記録又は再生を行うとき、第１の波長λ_１の光源からの光を第１の光ディスクの情報記録面に集光させ、この情報記録面からの反射光を受光素子に受光させ、第２の光ディスクの記録又は再生を行うときには、第２の波長λ_２の光源からの光を第２の光ディスクの情報記録面に集光させ、この情報記録面からの反射光を受光素子に受光させるように構成されている。

図１において、対物レンズ３の第１面（「光源側」の面に相当する）には、第１面の頂点を含む光源側頂点非球面１１ａ（「非球面」に相当する）、光軸４を中心とする光源側輪帯状非球面１２ａ〜１６ａ（「輪帯状非球面」に相当する）、光軸４を中心とする輪状の段差部１１〜１５を有し、対物レンズ３の第２面（「光ディスク側」の面に相当する）には、第２面の頂点を含む光ディスク側頂点非球面２１ａ（「非球面」に相当する）、光軸４を中心とする光ディスク側輪帯状非球面２２ａ〜２７ａ（「輪帯状非球面」に相当する）、光軸４を中心とする輪状の段差部２１〜２６を有している。なお、φ_１１〜φ_１５は、段差部１１〜１５の内側の径（直径）、φ_１６は、第１面の有効径（直径）、φ_２１〜φ_２６は、段差部２１〜２６の内側の径（直径）、φ_２７は、第２面の有効径（直径）、である。

このように、対物レンズ３の両面に段差を有する非球面を設け、位相差を持つように段差を設定しているのは、集光精度を向上させるためである。ここで、第１面の輪状の段差部１１〜１５は、第１の位相シフタを形成している。第１の位相シフタは、第２の波長λ_２の光源からの光の位相をシフトさせるものである。ここで生じた位相差により、第２の光ディスクの記録又は再生時の収差が低減されるようにしている。さらに、第２面の輪状の段差部２１〜２６は、第２の位相シフタを形成している。第２の位相シフタは、第１の波長λ_１の光源からの光の位相をシフトさせるものである。ここで生じた位相差により、第１の光ディスクの記録又は再生時の収差が低減されるようにしている。

なお、第１の位相シフタにおける輪状の段差部１１〜１５の寸法及び形状は、第１の波長λ_１の光について生じる位相差が、距離に換算した場合に「０．９λ_２〜１．１λ_２」のｉ倍（ｉ：自然数）となるように設定している。かつ、第２の位相シフタにおける輪状の段差部２１〜２６の寸法及び形状は、第２の波長λ_２の光について生じる位相差が、距離に換算した場合に「０．９λ_１〜１．１λ_１」のｊ倍（ｊ：自然数）となるように設定している。このように設定するためには、輪状の段差部１１〜１５が有する落差γ_１と、第２の波長λ_２と、第２の波長λ_２の光を透過するときの対物レンズ３の素材の屈折率ｎ_２と、が次式（１）を満たし、かつ、輪状の段差部２１〜２６が有する落差γ_２と、第１の波長λ_１と、第１の波長λ_１の光を透過するときの対物レンズ３の素材の屈折率ｎ_１と、が次式（２）を満たすことを要する。

さらに好ましくは、第１の位相シフタにおける輪状の段差部１１〜１５の寸法及び形状は、第１の波長λ_１の光について生じる位相差が、距離に換算した場合に「（ｉ−０．１）λ_２〜（ｉ＋０．１）λ_２」となるように設定し、かつ、第２の位相シフタにおける輪状の段差部２１〜２６の寸法及び形状は、第２の波長λ_２の光について生じる位相差が、距離に換算した場合に「（ｊ−０．１）λ_１〜（ｊ＋０．１）λ_１」となるように設定する。このように設定するためには、落差γ_１と、第２の波長λ_２と、屈折率ｎ_２と、が次式（３）を満たし、かつ、落差γ_２と、第１の波長λ_１と、屈折率ｎ_１と、が次式（４）を満たすことを要する。

ここで、「落差」とは、輪帯状非球面を後述の式（５）に従い、光軸４に向かって延長し、その延長線と光軸４の交点と、輪帯状非球面が設けられている対物レンズ３の面の頂点との間隔をいい、γ_１１等が相当する。この間隔は、光軸４に沿っている。

さらに、本実施形態では、対物レンズ３の第１面、第２面とも、光源側頂点非球面１１ａ、光ディスク側頂点非球面２１ａとこれに隣接する光源側輪帯状非球面１２ａ、光ディスク側輪帯状非球面２２ａとの境界の段差部１１、２１、隣接する輪帯状非球面同士の境界の段差部は、テーパ状に形成され、光軸４に対して傾いた形状となっている。ここでは、光源側の第１面について図２の（Ｂ）、（Ｃ）、図３の（Ｃ）に一例を示すが、光ディスク側の第２面についても、第１面に準じた構成を有するようにしているために図示及び説明を省略する。

図２は、対物レンズ３の光軸４に近い非球面が、光軸４からより遠い非球面よりも光源側（図中、左側）に突出している場合の段差部の形状を示す。ここでは、光源側頂点非球面１１ａが、これと隣り合う光源側輪帯状非球面１２ａ（請求項１記載の「第２の輪帯状非球面」に相当する）よりも光源側に突出している場合を示している。境界間隔ｗ（μm）は、光軸４から光源側頂点非球面１１ａの外周までの距離ｗ_１（μm）と、光軸４から光源側輪帯状非球面１２ａの内周までの距離ｗ_２（μm）との差を示す。ここで、光源側頂点非球面１１ａの径は、段差部１１の光源側周縁の径（請求項１記載の「段差部の第１の径」に相当する）と同一であり、光源側輪帯状非球面１２ａの内径は、段差部１１の光ディスク側周縁の径（請求項１記載の「段差部の第２の径」に相当する）と同一である。また、隣り合う光源側輪帯状非球面同士についての境界間隔ｗ（μm）は、請求項３記載の「光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差」に相当する。なお、光源側頂点非球面１１ａが、輪帯状非球面である場合は、これが請求項１記載の「第１の輪帯状非球面」に相当することとなる。

図２の（Ｂ）は、光源から入射する光線が円錐状に広がっており、この円錐面と段差部１１の面とが平行となるように、境界間隔ｗの値を設定した場合を示す。この場合、段差部１１は光軸４に対して傾いており、「境界間隔ｗ≠０」となっている。以下、「入射光線」という場合は、円錐面を有する光線を意味する。図２の（Ｃ）は、（Ｂ）よりも更に境界間隔ｗの値を大きく設定した場合を示す。この場合、段差部１１は光軸４に対して（Ｂ）よりも大きく傾いている。ここで、光源側頂点非球面１１ａの外周部に対する入射光線の入射角度を「α」とし、光源側輪帯状非球面１２ａと段差部１１との傾斜角度の余角を「β」とすると、「α＞β」という関係が成立している。また、図２の（Ｂ）では、「α＝β」という関係が成立している。なお、図２の（Ａ）は、段差部１１の面が光軸４と平行な場合を示し、「境界間隔ｗ＝０」となっている。これに対し、本実施形態では、段差部１１の形状を図２の（Ｂ）又は（Ｃ）のようにする。図２の（Ａ）に比べ、段差部１１の形状を図２の（Ｂ）又は（Ｃ）とすることにより、樹脂成形時に金型から対物レンズ３を離型し易く、転写不良による形状の乱れも低減する。このように形状の乱れが低減するので、対物レンズ３における波面収差を低減し、透過光量の損失を抑制できることとなる。

図３は、対物レンズ３の光軸４から遠い非球面が、光軸４により近い非球面よりも光源側（図中、左側）に突出している場合の段差部の形状を示す。ここでは、光源側輪帯状非球面１５ａ（請求項４記載の「第１の輪帯状非球面」に相当する）が隣り合う光源側輪帯状非球面１４ａ（請求項４記載の「第２の輪帯状非球面」に相当する）よりも光源側に突出している場合を示している。境界間隔ｗ（μm）は、光軸４から光源側輪帯状非球面１４ａの外周までの距離ｗ_１（μm）と、光軸４から光源側輪帯状非球面１５ａの内周までの距離ｗ_２（μm）との差を示す。ここで、光源側輪帯状非球面１５ａの内径は、段差部１４の光源側周縁の径（請求項４記載の「段差部の第２の径」に相当する）と同一であり、光源側輪帯状非球面１４ａの外径は、段差部１４の光ディスク側周縁の径（請求項４記載の「段差部の第１の径」に相当する）と同一である。また、境界間隔ｗ（μm）は、請求項５記載の「光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差」に相当する。

図３の（Ｂ）は、段差部１４と光軸４とが平行となるようにした場合を示す。この場合「境界間隔ｗ＝０」である。また、光源側輪帯状非球面１５ａの外周部に対する入射光線の円錐面と段差部１４の面は平行となっていない。図３の（Ｃ）は、段差部１４の面と光軸４とが非平行、かつ光源側輪帯状非球面１５ａの外周部に対する入射光線の円錐面と段差部１４の面とが非平行、となるようにした場合を示す。ここで、光源側輪帯状非球面１５ａの外周部に対する入射光線の入射角度を「α′」とし、光源側輪帯状非球面１４ａと段差部１４との傾斜角度の余角を「β′」とすると、「α′＞β′」という関係が成立している。したがって、図３の（Ｃ）では、「境界間隔ｗ≠０、かつα′＞β′」となっている。なお、図３の（Ａ）は、光源側輪帯状非球面１５ａの外周部に対する入射光線の円錐面と、段差部１４の面とが平行となるようにした場合を示し、「境界間隔ｗ≠０、かつα′＝β′」となっている。この場合は、対物レンズ３における透過率の点からみて好ましい形状となるが、樹脂成形時に金型と対物レンズ３の離型が困難であり、仮に離型したとしても、光源側輪帯状非球面１５ａと段差部１４とが交わる付近が変形し易い。これに対し、本実施形態では、段差部１４の形状を図３の（Ｂ）又は（Ｃ）のようにする。図３の（Ａ）に比べ、段差部１４の形状を図３の（Ｂ）又は（Ｃ）とすることにより、樹脂成形時に金型と対物レンズ３の離型が容易で、転写不良による形状の乱れも低減する。このように形状の乱れが低減するので、対物レンズ３における波面収差を低減し、透過光量の損失を抑制できることとなる。特に、段差部１４の形状を図３の（Ｃ）のようにすると、樹脂成形における離型時に光源側輪帯状非球面１５ａ付近が変形することが回避され、対物レンズ３の離型がより容易となる。

なお、前述のように光ディスク側の第２面についても第１面に準じた構成を有しているので、光ディスク側頂点非球面２１ａと隣り合う光ディスク側輪帯状非球面２２ａとの段差部２１、光ディスク側輪帯状非球面２６ａと隣り合う光ディスク側輪帯状非球面２５ａとの段差部２５、を含む光ディスク側の各段差部についても第１面の段差部と同様の作用効果が得られるものである。

図４は、図１の対物レンズ３を用いた光ヘッド装置を示す。ここで、前記光ヘッド装置の光学系は、有限系の光学系である。

図４において、光ヘッド装置には、第１の波長λ_１、第２の波長λ_２の光を照射する光源１と、反射機能を有する光学媒体２と、光源１からの光を第１の光ディスク６、第２の光ディスク７の情報記録面に集光する対物レンズ３と、第１の光ディスク６と、第２の光ディスク７と、絞り９と、受光素子１０と、を有している。さらに、第１の光ディスク６には、保護用の第１の透明基板６ａと、第１の情報記録面６ｂと、を有し、第２の光ディスク７には、保護用の第２の透明基板７ａと、第２の情報記録面７ｂと、を有している。

また、例えば、第１の光ディスク６がディジタルビデオディスク（以下「ＤＶＤ」という）であり、第２の光ディスク７がコンパクトディスクレコーダブル（ＣＤ‐Ｒ）等のコンパクトディスク（以下「ＣＤ」という）である場合、光源１としては、ＤＶＤ用に波長６５０nm（「第１の波長」に相当する）のレーザ光源等を用い、ＣＤ用に波長７８０nm（「第２の波長」に相当する）のレーザ光源等を用いるようにしている。なお、光源１の波長については、前述の波長６５０nm、７８０nmに限定されない。

また、光学媒体２とは、例えば、ビームスプリッタ、ハーフミラー、プリズム等である。なお、光学媒体２を設けず、光源１からの光が直接、対物レンズ３に照射されるようにしてもよい。また、光ディスク６、７の情報記録面６ｂ、７ｂのデータを受光素子１０に読み込む手段は、図４に示す手段に限定されない。

また、対物レンズ３は、光ディスク６、７からみて有限の距離範囲に位置する光源の光を情報記録面６ｂ、７ｂに収束させるため、有限系のレンズで構成されている。なお、対物レンズ３は、無限系として設計され、有限系としても使用可能なレンズであってもよい。また、対物レンズ３の材料として合成樹脂を使用しているが、これに限定せず、ガラス等の他材料を用いもよい。

さらに、対物レンズ３は、第１の透明基板６ａの厚さｔ_１に対して、第１の波長λ_１の光が第１の情報記録面６ｂに収束し、かつ、第２の透明基板７ａの厚さｔ_２に対して、第２の波長λ_２の光が第２の情報記録面７ｂに収束するように最適化されている。換言すれば、対物レンズ３においては、第１の波長λ_１、物像間距離（物体と像との距離）及び第１の透明基板６ａの厚さｔ_１に対して収差が適正に補正されており、対物レンズ３を含む光学系の収差特性は、第１の波長λ_１の光を用いて第１の光ディスク６の記録又は再生を行うとき、軸外、軸上ともに最適化されている。かつ、対物レンズ３においては、第２の波長λ_２、物像間距離及び第２の透明基板７ａの厚さｔ_２に対して収差が適正に補正されており、対物レンズ３を含む光学系の収差特性は、第２の波長λ_２の光を用いて第２の光ディスク７の記録又は再生を行うとき、軸外、軸上ともに最適化されている。

また、絞り９は、開口数（ＮＡ）を変化させる機能を有する。この機能により、第１の光ディスク６の記録又は再生時に使用される開口数（ＮＡ_１）と、第２の光ディスク７の記録又は再生時に使用される開口数（ＮＡ_２）とが異なる場合に、開口数を適宜、変更するようにしている。なお、絞り９として、機械的絞り、光学的絞りのいずれを用いてもよく、特に限定しない。

以上のように構成された光ヘッド装置において、光源１からの第１の波長λ_１の光は、順に光学媒体２、対物レンズ３を介して第１の情報記録面６ｂに導かれ、収束する。また、光源１からの第２の波長λ_２の光は、順に光学媒体２、対物レンズ３を介して第２の情報記録面７ｂに導かれ、収束する。ここで、第１の情報記録面６ｂによって反射された第１の波長λ_１の光と、第２の情報記録面７ｂによって反射された第２の波長λ_２の光とは、共に入射してきた光路を戻り、光学媒体２によって反射され、受光素子１０に受光される。

なお、本実施形態に係る光ヘッド装置では、第１の波長λ_１の光に対して、対物レンズ３の片面の頂点を含む面の非球面（例えば、「光源側頂点非球面１１ａ」に相当する）と、対物レンズ３の残る片面の頂点を含む面の非球面（例えば、「光ディスク側頂点非球面２１ａ」に相当する）との組合せが、第１の光ディスク６の情報記録面６ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５mmにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ_１以下となるように設定され、かつ、第２の波長λ_２の光に対して、対物レンズ３の片面の頂点を含む面の非球面（例えば、「光源側頂点非球面１１ａ」に相当する）と、対物レンズ３の残る片面の頂点を含む面の非球面（例えば、「光ディスク側頂点非球面２１ａ」に相当する）との組合せが、第２の光ディスク７の情報記録面７ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５mmにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ_２以下となるように設定されることが好ましい。

さらに、本実施形態に係る光ヘッド装置では、第１の波長λ_１の光に対して、対物レンズ３の片面の各輪帯状非球面（例えば、「光源側輪帯状非球面１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ」に相当する）と、対物レンズ３の残る片面の頂点を含む面の非球面（例えば、「光ディスク側頂点非球面２１ａ」に相当する）との組合せが、第１の光ディスク６の情報記録面６ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５mmにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ_１以下となるように設定され、かつ、第２の波長λ_２の光に対して、対物レンズ３の片面の頂点を含む面の非球面（例えば、「光源側頂点非球面１１ａ」に相当する）と、対物レンズ３の残る片面の各輪帯状非球面（例えば、「光ディスク側輪帯状非球面２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ」に相当する）との組合せが、第２の光ディスク７の情報記録面７ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５mmにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ_２以下となるように設定されることがより好ましい。

このように設定することで、像高０．０５mmにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ以下となった場合は、０．０３λ超の場合に比べ、光源１、対物レンズ３又は光ディスク６、７の、光軸４からの傾き又は軸ずれに対する許容範囲が０．１％以上拡大する。

前述した実施形態では、両面に非球面を有する対物レンズ３に、光軸を中心とする輪帯状非球面（「光軸側輪帯状非球面」、「光ディスク側輪帯状非球面」に相当する）、及び光軸を中心とする輪状の段差部を有し、例えば、第１面で光軸により近い光軸側輪帯状非球面１１ａ（請求項１記載の「第１の輪帯状非球面」に相当する）が、光軸からより遠い光軸側輪帯状非球面１２ａ（請求項１記載の「第２の輪帯状非球面」に相当する）よりも突き出ているとき、光軸側輪帯状非球面１１ａの外径に相当する、段差部１１の第１の径が、光軸側輪帯状非球面１２ａの内径に相当する、段差部１１の第２の径よりも小さくなるようにして、段差部１１を光軸４に対して傾け、段差部１１が、第１の波長λ_１の光に対して第１の光ディスク６の記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせるか、又は第２の波長λ_２の光に対して第２の光ディスク７の記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせるようにしたので、特に輪帯状非球面間の段差部における樹脂成形時の転写性を向上させ、かつ対物レンズ３における波面収差を低減し、透過光量の損失を抑制できる。なお、頂点非球面（「光源側頂点非球面」、「光ディスク側頂点非球面」に相当する）と、これに隣り合う輪帯状非球面との段差部についても、前述のように傾斜させることにより、樹脂成形時の転写性をさらに向上させることとなる。

また、前述した実施形態では、光源１からの入射光線の円錐面に対し、例えば、段差部１１面が平行になるようにしたので、前述のように樹脂成形時の転写性を向上させ、かつ対物レンズ３における波面収差を低減し、反射、散乱による透過光量の損失を抑制できる。

また、前述した実施形態では、例えば、段差部１１における境界間隔ｗ（請求項１記載の「光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差」に相当する）が、０μmより大きく、２０μm以下であるように設定したので、後述の実施例に示すように、段差部を光軸４に対して傾けて樹脂成形時の転写性を向上させるようにしても、対物レンズ３における波面収差を低減し、透過光量の損失を許容範囲内に留めることができる。

また、前述した実施形態では、例えば、第１面で光軸４により近い光源側輪帯状非球面１４ａ（請求項４記載の「第１の輪帯状非球面」に相当する）が、光軸４からより遠い光源側輪帯状非球面１５ａ（請求項４記載の「第２の輪帯状非球面」に相当する）よりもへこんでいるとき、光源側輪帯状非球面１４ａの外径に相当する、段差部１４の第１の径が、光源側輪帯状非球面１５ａの内径に相当する、段差部１４の第２の径よりも大きくなるようにして、段差部１４を光軸４に対して傾けたので、特に輪帯状非球面間の段差部における樹脂成形時の転写性を向上させ、かつ対物レンズ３における波面収差を低減し、透過光量の損失を抑制できる。

また、前述した実施形態では、例えば、段差部１４における境界間隔ｗ（請求項５記載の「光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差」に相当する）が、０μmより大きく、２０μm以下であるように設定したので、後述の実施例に示すように、段差部を光軸４に対して傾けて樹脂成形時の転写性を向上させるようにしても、対物レンズ３における波面収差を低減し、透過光量の損失を許容範囲内に留めることができる。

本実施例は、第１の光ディスク６として、保護用の第１の透明基板６ａの厚さｔ_１＝０．６０mmのＤＶＤを用い、第２の光ディスク７として、保護用の第２の透明基板７ａの厚さｔ_２＝１．２０mmのＣＤを用い、これらの光ディスクの記録又は再生を有限系の光ヘッド装置（図４に示す）で行う場合を示す。ここでは、光源１として、ＤＶＤの記録又は再生には波長６５０nm（「第１の波長λ_１」に相当する）のレーザ光源を用い、ＣＤの記録又は再生には波長７８０nm（「第２の波長λ_２」に相当する）のレーザ光源を用いた。光学媒体２としては、厚さ３mm、材料がホウケイ酸クラウンガラス（ＢＫ）であるビームスプリッタを用いた。また、ＤＶＤの保護用の透明基板は、波長６５０nmでの屈折率が１．５８０であり、ＣＤの保護用の透明基板は、波長７８０nmでの屈折率が１．５７３であるように設計した。なお、前記光ヘッド装置の光学系において有限系の対物レンズ３（図１に示す）を用いた。

また、対物レンズ３の形状及び寸法は、前述の式（１）、（２）、及び次式（５）により決定した。ここで、ｉは「２、４、６、８」であり、ｊは「１、２」であり、ｈは「光軸からの高さ」であり、ｚ_ｊは「第ｊ面の非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さｈの点までの距離」であり、ｒ_ｊ、ｋ_ｊ、ａ_ｉ，ｊは「第ｊ面の各係数」である。

本実施例では、対物レンズ３の光源側面（第１面）に７つの輪帯状非球面を有し、対物レンズ３の光ディスク側面（第２面）に６つの輪帯状非球面を有するようにした。前記７つの輪帯状非球面による位相補正により、ＣＤの記録又は再生を行うときの光軸上の球面収差特性を補正し、前記６つの輪帯状非球面による位相補正により、ＤＶＤの記録又は再生を行うときの光軸上の球面収差特性を補正するようにした。また、対物レンズ３は、ＣＤ用、ＤＶＤ用とも軸外コマ収差が適正となるようにした。

ここで、本実施形態の対物レンズ及び光ヘッド装置の基本仕様を表１に示す。

表１の上段において、ｆ_１は、波長６５０nmにおける対物レンズの焦点距離、ｆ_２は、波長７８０nmにおける対物レンズの焦点距離、ｄ_１は、対物レンズの中心厚、ｎ_１は、波長６５０nmにおける対物レンズの屈折率、ｎ_２は、波長７８０nmにおける対物レンズの屈折率、である。表１の下段において、Ｐ_１は、波長６５０nmにおける、対物レンズの第２面と第１の光ディスクの対物レンズ側の面との距離（作動距離）、Ｐ_２は、波長７８０nmにおける、対物レンズの第２面と第２の光ディスクの対物レンズ側の面との距離（作動距離）、である。

次いで、本実施例の対物レンズの光源側の非球面を決定する諸係数を表２に示す。ここでは、対物レンズの光源側面の頂点を含む非球面を光源側頂点非球面と称し、この光源側頂点非球面に最も近い輪帯状非球面を第１の光源側輪帯状非球面と称し、対物レンズの外周に向かって、第２の光源側輪帯状非球面、第３の光源側輪帯状非球面、・・・、のように順に称する。

表２において、左上段に光源側頂点非球面の諸係数を示し、右上段に第１の光源側輪帯状非球面の諸係数を示し、左中上段に第２の光源側輪帯状非球面の諸係数を示し、右中上段に第３の光源側輪帯状非球面の諸係数を示し、左中下段に第４の光源側輪帯状非球面の諸係数を示し、右中下段に第５の光源側輪帯状非球面の諸係数を示し、左下段に第６の光源側輪帯状非球面の諸係数を示す。なお、「Ｅ−ｍ」（ｍ：自然数）は、「１０^−ｍ」を意味する。

次いで、本実施例の対物レンズの光ディスク側の非球面を決定する諸係数を表３に示す。ここでは、対物レンズの光ディスク側面の頂点を含む非球面を光ディスク側頂点非球面と称し、この光ディスク側頂点非球面に最も近い輪帯状非球面を第１の光ディスク側輪帯状非球面と称し、対物レンズの外周に向かって、第２の光ディスク側輪帯状非球面、第３の光ディスク側輪帯状非球面、・・・、のように順に称する。

表３において、左上段に光ディスク側頂点非球面の諸係数を示し、右上段に第１の光ディスク側輪帯状非球面の諸係数を示し、左中段に第２の光ディスク側輪帯状非球面の諸係数を示し、右中段に第３の光ディスク側輪帯状非球面の諸係数を示し、左下段に第４の光ディスク側輪帯状非球面の諸係数を示し、右下段に第５の光ディスク側輪帯状非球面の諸係数を示す。なお、「Ｅ−ｍ」（ｍ：自然数）は、「１０^−ｍ」を意味する。

次いで、本実施例の対物レンズの光源側の面の落差を表４に示す。ここでは、各光源側輪帯状非球面は光源側頂点より光ディスク側に向かって設けられている。

次いで、本実施例の対物レンズの光ディスク側の面の落差を表５に示す。ここでは、各光ディスク側輪帯状非球面は光ディスク側頂点より光源側に向かって設けられている。

次いで、本実施例の対物レンズの非球面の外周の直径を表６に示す。

本実施例では、対物レンズの仕様を表１〜表６に従って決定するとともに、前述した境界間隔ｗが２０μmとなるように設定し、樹脂を射出成形して前記対物レンズを作製した。ここで、境界間隔ｗ（μm）とは、光源側においては、「光軸から光源側頂点非球面の外周までの距離と、光軸から第１の光源側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第１の光源側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の光源側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第２の光源側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第３の光源側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第３の光源側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第４の光源側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第４の光源側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第５の光源側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第５の光源側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第６の光源側輪帯状非球面の内周までの距離との差」である。また、光ディスク側においては、「光軸から光ディスク側頂点非球面の外周までの距離と、光軸から第１の光ディスク側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第１の光ディスク側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の光ディスク側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第２の光ディスク側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第３の光ディスク側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第３の光ディスク側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第４の光ディスク側輪帯状非球面の内周までの距離との差」、「光軸から第４の光ディスク側輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第５の光ディスク側輪帯状非球面の内周までの距離との差」である。境界間隔ｗを２０μmとすることにより、対物レンズの段差部が光軸４に対してなだらかに傾くようにした。

ここで、本実施例の対物レンズ３を有する光学系の軸外波面収差特性と、対物レンズの段差部を光軸４に対して平行にした場合の光学系の軸外波面収差特性とを、ＲＭＳ（root mean square）値で示す。なお、図５には対物レンズ３の段差部を光軸４に対して平行にした場合のＤＶＤ用光学系のＲＭＳ波面収差を示す。図６には本実施例のＤＶＤ用光学系のＲＭＳ波面収差を示す。図７には対物レンズ３の段差部を光軸４に対して平行にした場合のＣＤ用光学系のＲＭＳ波面収差を示す。図８には本実施例のＣＤ用光学系のＲＭＳ波面収差を示す。図５〜図８により、像高０．０５mmでの軸外コマ収差（点線で示す）がいずれも０．０３λ以下に抑えられていることがわかる。

本実施例によれば、前述のように対物レンズ３の段差部を光軸４に対してなだらかに傾け、樹脂成形時の転写性を向上させるようにして、波面収差を低減し、透過光量の損失を許容範囲内に留めることができる。すなわち、本実施例によれば、前記段差部を光軸４に対して平行にした場合に比べ、軸上、軸外とも波面収差を低減し、透過光量の損失を抑制しながら、前記段差部の境界部分の転写性を維持し、生産性を向上させることができる。本実施例の対物レンズ３を有する光ヘッド装置は、光ディスク等の光情報記録媒体を良好に記録又は再生できる。

なお、前述の実施例では境界間隔ｗを２０μmとした場合について説明したが、本発明はこのほかに、「０μm＜ｗ≦２０μm」としても同様の効果が得られた。よって、境界間隔ｗを「０μm＜ｗ≦２０μm」の範囲とすることが好ましい。なお、境界間隔ｗを「０μm＜ｗ≦１０μm」とした場合には、「０μm＜ｗ≦２０μm」とした場合に比べ、さらに波面収差を低減し、透過光量の損失を抑えることができた。これに対し、「２０μm＜ｗ≦３０μm」とした場合には、対物レンズ３における透過光量の損失が著しく、光ヘッド装置の記録又は再生には好ましくないことが判明した。

また、前述の実施例では有限系の光ヘッド装置の対物レンズについて説明したが、本発明はこのほかに、無限系の光ヘッド装置の対物レンズに適用しても同様の効果が得られた。

また、前述した実施例では対物レンズ３の形状及び寸法を、式（１）、（２）、（５）により決定した場合について説明したが、本発明はこのほかに、対物レンズ３の形状及び寸法を、式（３）、（４）、（５）により決定しても同様の効果が得られた。

以上のように、本発明に係る対物レンズは、この対物レンズに設けた段差部が光軸に対して平行である場合に比べ、それぞれ厚さの異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクを記録又は再生するとき、軸上、軸外とも波面収差を良好に補正し、かつレンズ用の樹脂成形時に前記境界部分が転写不良となるのを回避して生産性を向上させるという効果を有し、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクの記録又は再生に用いられ、回折限界性能を有する対物レンズ、及びこれを備えた光ヘッド装置等として有用である。

本発明の一実施形態に係る対物レンズの断面図である。 本発明の一実施形態に係る対物レンズの段差部（頂点非球面と輪帯状非球面間）の形状を示す図である。 本発明の一実施形態に係る対物レンズの段差部（隣り合う輪帯状非球面間）の形状を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光ヘッド装置の断面図である。 ＤＶＤ用光学系（比較用）の軸外波面収差特性を示す図である。 本発明の一実施例に係るＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す図である。 ＣＤ用光学系（比較用）の軸外波面収差特性を示す図である。 本発明の一実施例に係るＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す図である。

符号の説明

３ 対物レンズ
１１ 段差部
１１ａ 光源側頂点非球面
１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ 光源側輪帯状非球面
２１ａ 光ディスク側頂点非球面
２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ 光ディスク側輪帯状非球面
γ_１１ 落差
ｗ 境界間隔

Claims (6)

1. 第１の光ディスクの記録又は再生時には、第１の光ディスクの情報記録面に対して第１の波長の光源からの光を集光させ、第２の光ディスクの記録又は再生時には、第２の光ディスクの情報記録面に対して第２の波長の光源からの光を集光させ、双方の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光学系に用いる、両面に非球面を有する対物レンズであって、
   対物レンズの少なくとも片面には、光軸を中心とする輪帯状の輪帯状非球面を複数有し、隣り合う輪帯状非球面間には、光軸を中心とする輪状の段差部を有し、隣り合う２つの輪帯状非球面のうち、光軸により近い第１の輪帯状非球面が、光軸からより遠い第２の輪帯状非球面よりも突き出ているとき、第１の輪帯状非球面の外径に相当する、段差部の第１の径が、第２の輪帯状非球面の内径に相当する、段差部の第２の径よりも小さくなるようにして、段差部を光軸に対して傾け、
   段差部が、第１の波長の光に対して第１の光ディスクの記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせるか、又は第２の波長の光に対して第２の光ディスクの記録又は再生時の収差を低減させる位相差を生じさせるようにしたことを特徴とする対物レンズ。
2. 請求項１に記載の対物レンズにおいて、
   光源からの光線は円錐状に広がっており、光線の円錐面に対し、第１の輪帯状非球面と第２の輪帯状非球面との段差部の面が平行になるようにした対物レンズ。
3. 請求項１又は２に記載の対物レンズにおいて、
   光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差が、０μmより大きく、２０μm以下であるように設定した対物レンズ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の対物レンズにおいて、
   隣り合う二つの輪帯状非球面のうち、光軸により近い第１の輪帯状非球面が、光軸からより遠い第２の輪帯状非球面よりもへこんでいるとき、第１の輪帯状非球面の外径に相当する、段差部の第１の径が、第２の輪帯状非球面の内径に相当する、段差部の第２の径よりも大きくなるようにして、段差部を光軸に対して傾けた対物レンズ。
5. 請求項４に記載の対物レンズにおいて、
   光軸から第１の輪帯状非球面の外周までの距離と、光軸から第２の輪帯状非球面の内周までの距離との差が、０μmより大きく、２０μm以下であるように設定した対物レンズ。
6. 第１の光ディスクの記録又は再生時には、第１の光ディスクの情報記録面に対して第１の波長の光源からの光を集光させ、第２の光ディスクの記録又は再生時には、第２の光ディスクの情報記録面に対して第２の波長の光源からの光を集光させ、双方の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光ヘッド装置において、
   前記対物レンズに、請求項１から５のいずれか１項に記載の対物レンズを用いた光ヘッド装置。

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