JP2005115152A - レンズ、および光ヘッド装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 波長の異なる複数のレーザ光に対する回折格子の構成を最適化することにより、フォーカス方向の可動範囲を拡げなくても、複数のレーザ光を各々、所定の位置に効率よく集光することのできるレンズ、およびこのレンズを搭載した光ヘッド装置を提供すること。
【解決手段】 光ヘッド装置の対物レンズ３では、中心側回折格子３５および外周側回折格子３６ブレーズ高さが等しい。このような回折格子３５、３６を構成するにあたって、中心側回折格子３５によってＣＤ４１の記録面上にビームスポットを形成するレーザ光ＬCDと、中心側回折格子３５および外周側回折格子３６によってＤＶＤ４２の記録面上にビームスポットＢを形成するレーザ光ＬDVDについて、回折次数ごとに最適なブレーズ高さを求め、それぞれの最適なブレーズ高さに近似する値を回折格子３５、３６のブレーズ高さとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、波長が異なる光を回折作用により異なる焦点に収束させるレンズ、およびこのレンズを用いた光ヘッド装置に関するものである。さらに詳しくは、レンズの屈折面に形成される回折格子の最適化技術に関するものである。
光記録媒体としては、ＣＤ（ＣＤ−Ｒを含む）やＤＶＤ等のように記録面を保護する透明保護層の厚さや記録密度の異なるものが知られており、ＣＤの再生記録用には波長７８５ｎｍのレーザ光を出射するＣＤ用のレーザ光源が用いられ、ＤＶＤ再生用には、波長６５５ｎｍのレーザ光を出射するＤＶＤ用のレーザ光源が用いられている。このような２種類の光記録媒体に対して情報の記録や再生を行う光ヘッド装置では、その小型およびコンパクト化のために共通の対物レンズを用いて、ＣＤおよびＤＶＤの記録面にレーザ光を収束させる構成のものが提案されている。
但し、ＣＤは、記録面を保護する透明保護層の厚さが１．２ｍｍであり、ＤＶＤは、透明保護層の厚さがＣＤよりも薄い０．６ｍｍであり、その記録密度はＣＤより高い。従って、対物レンズとしては、単一の屈折力を有するレンズ面に同心円状の微細な格子からなる回折格子を形成し、レンズ面の屈折に加えて、この回折格子によって入射光束を回折して、光軸上の異なる位置に複数の焦点を結ばせるようにしている。また、回折を併用した対物レンズでは、屈折面をＣＤの開口数で領域を分割することにより、ＣＤとＤＶＤの両方に対して最適化して、全体で収差が小さくなるようにする工夫をしている（例えば、特許文献１参照）。
このような対物レンズの場合、常に２焦点を作っているため、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＤとＤＶＤの作動距離を一定にできるので、光ヘッド装置の薄型化に有利である。
しかしながら、この対物レンズでは、同じ波長のレーザ光を使って回折次数をＣＤとＤＶＤで異ならせているため、光の利用効率が低い。かといって、光の利用効率を高めるため、高出力で光源を光らせると、光源の寿命が短くなったり、使用しない回折光がノイズの原因となったりする問題点がある。
一方、波長の異なる２種類のレーザ光を使うとともに、それらの回折次数を同一にすることによって光の利用効率を上げ、さらに、ＣＤおよびＤＶＤの記録面に良好な焦点を結ばせるものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第２９２２８５１号公報 特開２０００−８１５６６号公報
しかしながら、特許文献２に記載の対物レンズを備えた光ヘッド装置では、図８（ａ）、（ｃ）に示すように、ＣＤとＤＶＤにおける透明保護層の厚さの違いを対物レンズのフォーカス方向（対物レンズの光軸方向）への位置シフトにより補う必要があるため、対物レンズのフォーカス方向の可動範囲については、通常のフォーカス制御のための作動距離に光記録媒体の透明保護層の厚さの違いによるレンズシフト分を追加しなければならないという問題点がある。このような問題点は、光ヘッド装置の薄型化の限界の原因となっている。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、波長の異なる複数のレーザ光に対する回折格子の構成を最適化することにより、フォーカス方向の可動範囲を拡げなくても、複数のレーザ光を各々、所定の位置に効率よく集光することのできるレンズ、およびこのレンズを搭載した光ヘッド装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明では、異なる波長をもって入射する複数の光を各々異なる位置に焦点を結ばせるための回折格子が屈折面に対して光軸を中心にして同心円状に形成されたレンズであって、
前記複数の光には、前記屈折面の内周側領域を介して出射される第１の光と、前記内周側領域および該内周側領域の周りを囲む外周側領域を介して出射され、前記第１の光より波長の短い第２の光とが含まれ、
前記内周側領域および前記外周側領域のいずれにも、前記回折格子がほぼ同一のブレーズ高さｈをもって形成され、
当該ブレーズ高さｈは、以下の式
ｈ1＝（ｍ1×λ1）／（ｎ1−１）
但し、ｍ1は、１以上の整数
λ1は、第１の光の波長
ｎ1は、屈折面の第１の光に対する屈折率
ｈ2＝（ｍ2×λ2）／（ｎ2−１）
但し、ｍ2は、ｍ1より大きな整数
λ2は、第２の光の波長
ｎ2は、屈折面の第２の光に対する屈折率
で求められる２つの値ｈ1、ｈ2の双方に一致あるいは近似した高さに設定されていることを特徴とする。すなわち、ｍ1、ｍ2は、第１の光および第２の光の回折次数であり、値ｈ1、ｈ2は、各次数に対応するブレーズ高さである。従って、本発明では、ｍ1、ｍ2を種々、変えて値ｈ1、ｈ2が近似するような値にｍ1、ｍ2を設定した上で、値ｈ1、ｈ2の双方に一致あるいは近似した高さをブレーズ高さｈとする。
本発明において、前記ブレーズ高さｈは、値ｈ1、ｈ2のうちの一方の値にほぼ一致し、他方の値に近似していることが好ましい。すなわち、第１の光および第２の光のうち、優先したい光について、ブレーズ高さをほぼ最適化することが好ましい。通常は、波長の短い光は、記録密度の高い光記録媒体の記録あるいは再生に使用されることから、第２の光の方を優先し、それにブレーズ高さを最適化することが好ましい。
本発明において、第１の光と第２の光とは、レンズに２種類の光のみが入射すること意味するのではなく、複数の光のうちの２つの光について、波長の長い方を第１の光とし、波長の短い光を第２の光とすることを意味する。従って、本発明において、レンズに入射する複数の光は、波長の異なる２種類の光からなる場合、さらには３種類以上の光からなることもある。ここで、前記複数の光が波長の異なる３種類の光からなる場合、当該３種類の光のうち、いずれか２種類の光において、前記第１の光と前記第２の光の関係が成立する構成、および当該３種類以上の光のうち、いずれの２種類の光においても、前記第１の光と前記第２の光の関係が成立する構成を採用することができる。
本発明において、前記複数の光に、少なくともＣＤあるいはＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光が含まれている場合、前記内周側領域の外側との境界、および前記外周側領域の外側との境界のうちのいずれか１つの境界は、ＣＤあるいはＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光の開口数に相当することが好ましい。このような領域分割を行うと、ＣＤ、ＤＶＤなどの光記録媒体ごとに収差が小さくなるような設計がしやすいという利点がある。
本発明において、前記複数の光に、少なくとも、ＣＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第１の光として含まれているとともに、ＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第２の光として含まれている場合、
値ｍ1、ｍ2は、以下の条件式
ｍ2＝ｍ1−１
を満たしていることが好ましい。すなわち、回折格子のブレーズ高さは、ＣＤの記録あるいは再生に用いられる第１の光、およびＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる第２の光の各回折光に対して適正化されているが、第１の光については、第２の光よりも次数が１つ低い回折光について適正化されていることが好ましい。
本発明において、前記複数の光に、少なくとも、ＣＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第１の光として含まれているとともに、ＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第２の光として含まれている場合、前記ブレーズ高さｈは、値ｈ1、ｈ2のうちの値ｈ2にほぼ一致し、値ｈ1に近似していることが好ましい。すなわち、ＣＤおよびＤＶＤのうち、記録密度の高い光記録媒体を優先するという観点から、第２の光にブレーズ高さを最適化することが好ましい。
本発明に係るレンズを備えた光ヘッド装置では、前記第１の光を第１の光記録媒体の記録面に対して収束させ、記録面を覆う透明保護層の厚さが前記第１の光記録媒体より薄い第２の光記録媒体の記録面に対して前記第２の光を収束させる共通の対物レンズとして前記レンズが用いられる。
本発明では、回折併用型のレンズによって、波長の異なる複数のレーザ光の各々について異なる焦点位置を形成しているので、透明保護層の厚さが異なる光記録媒体に収束させるときでも、透明保護層の厚さの違いを対物レンズのフォーカス方向（対物レンズの光軸方向）への位置シフトにより補う必要がない。従って、対物レンズのフォーカス方向の可動範囲については、通常のフォーカス制御のための作動距離に光記録媒体の透明保護層の厚さの違いによるレンズシフト分を追加する必要がないので、光ヘッド装置の薄型化を図ることができる。また、本形態では、回折格子のブレーズ高さを全域でほぼ一定にしてあるが、波長の異なるレーザ光において利用する回折光の次数を相違させることにより、複数のレーザ光のいずれについても回折効率を高く設定してあるので、光の利用効率が高い。
以下に、図面を参照して、本発明を適用した対物レンズを備えた光ヘッド装置を説明する。
［実施の形態１］
図１は、本形態の光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。図１において、本形態の光ヘッド装置１は、ＣＤ、ＤＶＤなど、基板厚さや記録密度が異なる２種類の光記録媒体４に対して情報の再生、記録を行うものである。そのために、ＣＤなどの記録再生に用いる中心波長が７８５ｎｍのＣＤ用のレーザ光ＬCDを出射するレーザ光源１１と、ＤＶＤの再生等に用いる波長が６５５ｎｍのＤＶＤ用のレーザＬDVDを出射するレーザ光源１２とを備えている。各レーザ光は共通の集光光学系Ｌｏを介して光記録媒体４に導かれると共に、当該光記録媒体４で反射された各レーザ光束の戻り光は共通受光素子２５に導かれる。
集光光学系Ｌｏには、レーザ光ＬCDを直進させ、レーザ光ＬDVDを反射させて双方の光を共にシステム光軸Ｌ（対物レンズの光軸）に一致させる第１のビームスプリッタ２１と、システム光軸Ｌに沿って進むレーザＬCD、ＬDVDを通過させる第２のビームスプリッタ２２と、この第２のビームスプリッタ２２を通過したレーザ光ＬCD、ＬDVDを平行光化するコリメートレンズ２３と、コリメートレンズ２３から出射されたレーザ光ＬCD、ＬDVDのビームスポットを光記録媒体４の記録面に形成するための対物レンズ３とが含まれている。
このように構成した光ヘッド装置１では、第１の光記録媒体４としてのＣＤ４１の記録面４１ａに対しては、対物レンズ３によってレーザ光ＬCDのビームスポットＢ（４１）が形成される。また、第２の光記録媒体４としてのＤＶＤ４２の記録面４２ａに対しても、対物レンズ３によってレーザ光ＬDVDのビームスポットＢ（４２）が形成される。
このようにして光記録媒体４（ＣＤ４１、ＤＶＤ４２）に収束されたＣＤ用およびＤＶＤ用のレーザ光ＬCD、ＬDVDはそれぞれ、光記録媒体４で反射された後、共通の集光光学系Ｌｏを戻り光として逆に辿り、第２のビームスプリッタ２２において反射されて共通受光素子２５に集光する。そして、共通受光素子２５で検出された信号により光記録媒体４（ＣＤ４１、ＤＶＤ４２）の情報再生等が行われる。
（対物レンズの構成）
図２および図３を参照して、本形態の対物レンズ３の構成を詳しく説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、対物レンズ３を示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、中心側屈折面領域を取り囲む外周側屈折面領域の部分拡大断面図である。図３は対物レンズ３による各波長のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、本形態の対物レンズ３は、レーザ光ＬCD、ＬDVDが入射する正のパワーを備えた非球面の入射側屈折面３１と、光記録媒体４に向けてレーザ光束を出射する非球面の出射側屈折面３２を備えた凸レンズである。
入射側屈折面３１は、光軸Ｌを中心にして同心円状に光軸Ｌを含む円形の中心側屈折面領域３３（内周側領域）と、中心側屈折面領域３３の外周を環状に囲んでいる外周側屈折面領域３４（外周側領域）とに２分割されている。中心側屈折面領域３３と外周側屈折面領域３４との境界部分は、ＣＤ４１（ＣＤ用のレーザ光ＬCD）の開口数ＮＡ＝０．４５〜０．５５に相当する位置である。
中心側屈折面領域３３の全域に亘っては、同心円状の複数の微細な鋸歯状の段差によって中心側回折格子３５が形成されている。また、外周側屈折面領域３４の領域全体に亘っても、同心円状の複数の微細な鋸歯状の段差によって外周側回折格子３６が形成され、対物レンズ３は、回折併用型のレンズとして構成されている。
図３も参照すると、中心側屈折面領域３３に形成された中心側回折格子３５は、当該領域を通過するレーザ光ＬCDの回折光（図３において点線で示す）によるビームスポットＢ（４１）をＣＤ４１の記録面４１ａ上に形成する回折特性を備えている。これに加えて、中心側屈折面領域３３に形成された中心側回折格子３５は、当該領域を通過するレーザ光ＬDVDの回折光（図３において実線で示す）によるビームスポットＢ（４２）をＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に形成する回折特性を備えている。
また、外周側屈折面領域３４に形成された外周側回折格子３６は、当該領域を通過するレーザ光ＬDVDの回折光によるビームスポットＢ（４２）をＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に形成する回折特性を備えている。
ここで、レーザ光ＬCDのうち、外周側屈折面領域３４を通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であり、本形態では、外周側屈折面領域３４に形成されている外周側回折格子３６による回折作用を受けて、ＣＤ４１の記録面４１ａ上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。
（回折格子の構成）
本形態の対物レンズ３において、中心側回折格子３５を構成する鋸歯状の段差と、外周側回折格子３６を構成する鋸歯状の段差は、ほぼ同一のブレーズ高さとなっている。このブレーズ高さについては、中心側回折格子３５によるレーザ光ＬCDの回折光と、中心側回折格子３５および外周側回折格子３６によるレーザ光ＬDVDの回折光がそれぞれ、高い回折効率をもって所定の焦点位置に集光する高さに設定する。それには、レーザ光の波長別に、回折次数ごとに最適なブレーズ高さを求め、それぞれの最適なブレーズ高さに近似する値を中心側回折格子３５および外周側回折格子３６のブレーズ高さとして設定する。
すなわち、本形態では、対物レンズ３に波長の異なる２種類のレーザ光が入射するので、波長の長いレーザ光ＬCDを第１のレーザ光とし、波長の短いレーザ光ＬDVDを第２のレーザ光としたとき、中心側回折格子３５および外周側回折格子３６のブレーズ高さｈは、以下の条件式
条件式（１）
ｈ1＝（ｍ1×λ1）／（ｎ1−１）
但し、ｍ1は、１以上の整数
λ1は、第１の光の波長
ｎ1は、屈折面の第１の光に対する屈折率
条件式（２）
ｈ2＝（ｍ2×λ2）／（ｎ2−１）
但し、ｍ2は、ｍ1より大きな整数
λ2は、第２の光の波長
ｎ2は、屈折面の第２の光に対する屈折率
で求められる２つの値ｈ1、ｈ2の双方に一致あるいは近似するように設定されている。ここで、ｍ1、ｍ2は、第１の光および第２の光の回折次数であり、値ｈ1、ｈ2は、各次数に対応するブレーズ高さである。従って、本形態では、ｍ1、ｍ2を種々、変えて値ｈ1、ｈ2が近似するような値にｍ1、ｍ2を設定した上で、値ｈ1、ｈ2の双方に一致あるいは近似した高さをブレーズ高さｈとする。
このような設定方法を図４を参照して、より具体的に説明する。図４は、対物レンズ３に入射するレーザ光ＬCD、およびレーザ光ＬDVDの回折次数と、それに対応するブレーズ高さとの関係を示す説明図である。図４では、対物レンズ３をオレフィン系の樹脂で成形した場合の例を示してあり、このオレフィン系の樹脂の屈折率は、波長６５５ｎｍに対して１．５４０６、波長７８５ｎｍに対して１．５３７１となっている。なお、対物レンズ３の成形材料としては、オレフィン系の樹脂の他にフルオレン系の樹脂や、ノルボルネン系の樹脂がある。
図４に示すように、波長７８５ｎｍのレーザ光ＬCDに対して、回折次数を１次、２次、３次・・に変化させたとき、それに対応するブレーズ高さは、１．４６１５５３μｍ、２．９２３１０６μｍ、４．３８４６５８μｍ、・・と変化する。また、波長６５５ｎｍのレーザ光ＬDVDに対して、回折次数を１次、２次、３次・・に変化させたとき、それに対応するブレーズ高さは、１．２１１６１７μｍ、２．４２３２３３μｍ、３．６３４８５μｍ、・・と変化する。従って、波長７８５ｎｍのレーザ光ＬCDの各回折次数に対応するブレーズ高さと、波長６５５ｎｍのレーザ光ＬDVDの各回折次数に対応するブレーズ高さが近似する組み合わせを選択し、これらのブレーズ高さに一致あるいは近似する値を中心側回折格子３５および外周側回折格子３６のブレーズ高さｈとする。
例えば、図４に示す組み合わせＡ１では、波長７８５ｎｍのレーザ光ＬCDの回折次数を３次としたとき、それに対応するブレーズ高さは、４．３８４６５８μｍであり、波長６５５ｎｍのレーザ光ＬDVDの回折次数を４次としたとき、それに対応するブレーズ高さは、４．８４６４６７μｍであり、両者は近似している。従って、中心側回折格子３５および外周側回折格子３６のブレーズ高さｈを両者に一致、あるいは近似した値に設定する。
その際、２つの値の平均をブレーズ高さｈとしてもよいが、各々の優先度合いに基づいて重み付けを行った上で、それらの平均を求めてもよい。さらに、波長の短いレーザ光ＬDVDは、高記録密度用であるため、ＤＶＤ用を優先して、ブレーズ高さｈを、４．８４６４６７μｍ（レーザ光ＬDVDの４次回折光に対応するブレーズ高さ）にほぼ一致させてもよい。
なお、図４に示す算出結果に基づいて、ブレーズ高さｈを設定する際には、図４に示す組み合わせＡ１の他、組み合わせＡ２、Ａ３を用いてもよい。但し、ブレーズ高さｈを低く設定すると、その分、回折次数の低い回折光を利用することになるので、ブレーズの本数を多く設定でき、より高い回折効率を得ることができる。
また、図４に示す算出結果において、条件式（１）、（２）で用いた値ｍ1、ｍ2が、以下の条件式
ｍ2＝ｍ1−１
を満たすような組み合わせ、すなわち、ＣＤ用のレーザ光が、ＤＶＤ用のレーザ光よりも次数が１つ低い回折光であるような組み合わせを用いることが好ましい。
（本形態の作用、効果）
このように本形態の光ヘッド装置１では、ＣＤ４１の情報再生時、ＣＤ用のレーザ光源１１のみが駆動され、レーザ光ＬCDが出射される。その結果、レーザ光ＬCDにおいては、図３において点線で示すように、対物レンズ３の中心側屈折面領域３３を通過し、そこに形成されている中心側回折格子３５により生成された回折光成分によってＣＤ４１の記録面４１ａ上にビームスポットＢ（４１）が形成される。
これに対して、ＤＶＤ４２の情報再生時には、ＤＶＤ用のレーザ光源１２のみが駆動されレーザ光ＬDVDが出射される。その結果、レーザ光ＬDVDにおいては、図３において実線で示すように、対物レンズ３の中心側屈折面領域３３および外周側屈折面領域３４を通過し、それらの領域に形成されている中心側回折格子３５および外周側回折格子３６によって回折されて発生した回折光成分によって、ＤＶＤ４２の記録面４２ａ上にビームスポットＢ（４２）が形成される。
このように本形態では、回折併用型の対物レンズ３によって、波長の異なる２つのレーザ光ＬCD、ＬDVDの各々について異なる焦点位置を形成しているので、透明保護層の厚さが異なる光記録媒体に収束させるときでも、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、透明保護層の厚さの違いを対物レンズ３のフォーカス方向（対物レンズの光軸方向）への位置シフトにより補う必要がない。従って、対物レンズ３のフォーカス方向の可動範囲については、通常のフォーカス制御のための作動距離に光記録媒体の透明保護層の厚さの違いによるレンズシフト分を追加する必要がないので、光ヘッド装置の薄型化を図ることができる。例えば、従来の対物レンズを用いた場合と比較して、対物レンズ３の作動距離を０．３〜０．４ｍｍ小さくすることができるため、薄型化が強く要求されるノートパソコン等に搭載するのに適している。
また、本形態では、中心側回折格子３５および外周側回折格子３６のいずれにおいてもブレーズ高さｈを同一に設定してあるが、波長の異なる２種類のレーザ光ＬCD、ＬDVDにおいて利用する回折光の次数を相違させることにより、レーザ光ＬCD、ＬDVDのいずれについても回折効率を高く設定してあるので、光の利用効率が高い。
さらに、対物レンズ３の屈折面の全面に回折格子を形成するので、温度変化によるレーザ光ＬCD、ＬDVDの波長変動や対物レンズ３の素材の屈折率変化を原因とする球面収差の発生を抑えることができる。
また、本形態では、対物レンズ３の入射側屈折面３１において中心側屈折面領域３３と外周側屈折面領域３４との境界位置は、レーザ光ＬCDの開口数ＮＡ＝０．４５〜０．５５に相当する位置である。このため、レーザ光ＬCDの収差、およびレーザ光ＬDVDの各々の収差が小さくなるような対物レンズ３の設計が容易である。
［実施の形態２］
実施の形態１の光ヘッド装置では、対物レンズ３の屈折面を２分割して、ＣＤ４１およびＤＶＤ４２の異なる２種類の光記録媒体の情報再生、記録等に共通の対物レンズ３を用いているが、対物レンズの屈折面を３分割すれば、共通の対物レンズを用いて異なる３種類の光記録媒体の情報再生、記録等も可能となる。
図５は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、実施の形態２に係る対物レンズを示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、中心側屈折面領域を取り囲む外周側屈折面領域における中間部分の拡大断面図、および、外周側屈折面領域における中間部分を取り囲む外周部分の拡大断面図である。図６は、図５に示す対物レンズによる各波長のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
図５、図６に示す対物レンズ３０は、基板厚さや記録密度が異なる３種類の光記録媒体の情報の再生、記録に対応する光ヘッド装置に搭載するものであり、例えば、ＣＤ４１などの記録再生に用いる中心波長が７８５ｎｍのレーザ光ＬCD、ＤＶＤ４２の再生等に用いる波長が６５５ｎｍのレーザ光ＬDVD、ＢＲＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）４３などの情報再生に用いる中心波長が４０５ｎｍのレーザ光ＬBRDをそれぞれ対応する光記録媒体（ＣＤ４１、ＤＶＤ４２、ＢＲＤ４３）の記録面に収束させることのできるものである。ここで、ＢＲＤは、ＤＶＤ４２よりも記録密度がさらに高く、記録面を保護する基板厚さがさらに薄い光記録媒体である。
（対物レンズの構成）
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）において、本形態の対物レンズ３０は、レーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDが入射する正のパワーを備えた入射側屈折面３１０と、光記録媒体４に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面３２０を備えた凸レンズである。
入射側屈折面３１０は、まず、実施の形態１と同様に、光軸Ｌを中心にして同心円状に光軸Ｌを含む円形の中心側屈折面領域３３０と、中心側屈折面領域３３０の外周を囲んでいる外周側屈折面領域３４０に分割されている。中心側屈折面領域３３０と外周側屈折面領域３４０との境界部分は、レーザ光ＬCDの開口数ＮＡ＝０．４５〜０．５５に相当する位置である。
さらに、本形態では、外周側屈折面領域３４０は、内周側の中間領域３５０と、中間領域３５０を取り囲む最外周領域３６０とに分割されている。中間領域３５０と最外周領域３６０の境界部分は、レーザ光ＬDVDの開口数ＮＡ＝０．６〜０．６５に相当する位置である。
また、対物レンズ３０では、中心側屈折面領域３３０に同心円状の複数の微細な鋸歯状の段差によって中心側回折格子３７０が形成され、外周側屈折面領域３４０における中間領域３５０にも同心円状の複数の微細な鋸歯状の段差によって中間回折格子３８０が形成されている。さらに、外周側屈折面領域３４０における最外周領域３６０にも同心円状の複数の微細な鋸歯状の段差によって最外周側回折格子３９０が形成されている。
図６も参照すると、中心側回折格子３７０は、当該領域を通過するレーザ光ＬCDの回折光（図６において点線で示す）によるビームスポットＢ（４１）をＣＤ４１の記録面４１ａ上に形成する回折特性を備えている。また、中心側回折格子３７０は、当該領域を通過するレーザ光ＬDVDの回折光（図６において実線で示す）によるビームスポットＢ（４２）をＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に形成する回折特性を備えている。さらに、中心側回折格子３７０は、当該領域を通過するレーザ光ＬBRDの回折光（図６において２点鎖線で示す）によるビームスポットＢ（４３）をＢＲＤ４３の記録面４３ａ上に形成する回折特性を備えている。
中間回折格子３８０は、当該領域を通過するレーザ光ＬDVDの回折光によるビームスポットＢ（４３）をＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に形成する回折特性を備えている。これに加えて、中間回折格子３８０は、当該領域を通過するレーザ光ＬBRDの回折光によるビームスポットＢ（４３）をＢＲＤ４３の記録面４３ａ上に形成する回折特性を備えている。
最外周側回折格子３９０は、当該領域を通過するレーザ光ＬBRDの回折光によるビームスポットＢ（４３）をＢＲＤ４３の記録面４３ａ上に形成する回折特性を備えている。
ここで、レーザ光ＬCDのうち、外周側屈折面領域３４０を通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であり、本形態では、中間回折格子３８０および最外周側回折格子３９０による回折作用を受けて、ＣＤ４１の記録面４１ａ上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。また、レーザ光ＬDVDのうち、最外周領域３６０を通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であり、本形態では、最外周側回折格子３９０による回折作用を受けて、ＤＶＤ４２の記録面４２ａ上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。
（回折格子の構成）
本形態の対物レンズ３０においても、中心側回折格子３７０を構成する鋸歯状の段差、中間回折格子３８０を構成する構成する鋸歯状の段差、および最外周側回折格子３９０を構成する鋸歯状の段差は、ほぼ同一のブレーズ高さとなっている。このブレーズ高さは、レーザ光ＬCDの回折光、レーザ光ＬDVDの回折光、およびレーザ光ＬBRDの回折光が高い回折効率をもって所定の焦点位置に集光する高さに設定する。それには、レーザ光の波長別に、回折次数ごとに最適なブレーズ高さを求め、それぞれの最適なブレーズ高さに近似する値を中心側回折格子３７０、中間回折格子３８０、および最外周側回折格子３９０のブレーズ高さとして設定する。
すなわち、本形態では、対物レンズ３０には、波長の異なる３種類のレーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDが入射するが、これらの３種類のレーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDのうち、いずれの２種類の光においても、波長の長い方のレーザ光Ｌを第１の光とし、波長の短い方のレーザ光Ｌを第２の光としたとき、ブレーズ高さｈは、以下の条件式
条件式（１）
ｈ1＝（ｍ1×λ1）／（ｎ1−１）
但し、ｍ1は、１以上の整数
λ1は、第１の光の波長
ｎ1は、屈折面の第１の光に対する屈折率
条件式（２）
ｈ2＝（ｍ2×λ2）／（ｎ2−１）
但し、ｍ2は、ｍ1より大きな整数
λ2は、第２の光の波長
ｎ2は、屈折面の第２の光に対する屈折率
で求められる２つの値ｈ1、ｈ2の双方に一致あるいは近似するように設定されている。ここで、ｍ1、ｍ2は、第１の光および第２の光の回折次数であり、値ｈ1、ｈ2は、各次数に対応するブレーズ高さである。従って、本形態では、ｍ1、ｍ2を種々、変えて値ｈ1、ｈ2が近似するような値にｍ1、ｍ2を設定した上で、値ｈ1、ｈ2の双方に一致あるいは近似した高さをブレーズ高さｈとする。
このような設定方法を図７を参照して、より具体的に説明する。図７は、対物レンズ３０に入射するレーザ光ＬCD、レーザ光ＬDVD、およびレーザ光ＬBRDの回折次数と、それに対応するブレーズ高さとの関係を示す説明図である。図７では、対物レンズ３０をオレフィン系の樹脂で成形した場合の例を示してあり、このオレフィン系の樹脂の屈折率は、波長４０５ｎｍに対して１．５５９３、波長６５５ｎｍに対して１．５４０６、波長７８５ｎｍに対して１．５３７１となっている。
図７に示すように、波長７８５ｎｍのレーザ光ＬCDに対して、回折次数を１次、２次、３次・・に変化させたとき、それに対応するブレーズ高さは、１．４６１５５３μｍ、２．９２３１０６μｍ、４．３８４６５８μｍ、・・と変化する。また、波長６５５ｎｍのレーザ光ＬDVDに対して、回折次数を１次、２次、３次・・に変化させたとき、それに対応するブレーズ高さは、１．２１１６１７μｍ、２．４２３２３３μｍ、３．６３４８５μｍ、・・と変化する。また、波長４０５ｎｍのレーザ光ＬBRDに対して、回折次数を１次、２次、３次・・に変化させたとき、それに対応するブレーズ高さは、０．７２４１１９μｍ、１．４４８２３９μｍ、２．１７２３５８μｍ、・・と変化する。従って、波長７８５ｎｍのレーザ光ＬCDの各回折次数に対応するブレーズ高さと、波長６５５ｎｍのレーザ光ＬDVDの各回折次数に対応するブレーズ高さと、波長４０５ｎｍのレーザ光ＬBRDの各回折次数に対応するブレーズ高さとが近似する組み合わせを選択し、それらに一致あるいは近似する値をブレーズ高さｈとする。
例えば、図７に示す組み合わせＢ１では、波長７８５ｎｍのレーザ光ＬCDの回折次数を３次としたとき、それに対応するブレーズ高さは、４．３８４６５８μｍであり、波長６５５ｎｍのレーザ光ＬDVDの回折次数を４次としたとき、それに対応するブレーズ高さは、４．８４６４６７μｍであり、波長４０５ｎｍのレーザ光ＬBRDの回折次数を６次としたとき、それに対応するブレーズ高さは、４．３４４７１７μｍであり三者は近似している。従って、中心側回折格子３７０、中間回折格子３８０および最外周側回折格子３９０のブレーズ高さｈを三者に一致、あるいは近似した値に設定する。
その際、３つの値の平均をブレーズ高さｈとしてもよいが、各々の優先度合いに基づいて重み付けを行った上で、それらの平均を求めてもよい。さらに、波長の短いレーザ光ＬBRDは、高記録密度用であるため、ＢＲＤ用を優先して、ブレーズ高さｈを、４．３４４７１７μｍ（レーザ光ＬBRDの６次回折光に対応するブレーズ高さ）に設定してもよい。
なお、図７に示す算出結果に基づいて、ブレーズ高さｈを設定する際には、図７に示す組み合わせＢ１以外の組み合わせＢ２、Ｂ３を用いてもよい。この場合、組み合わせＢ１を採用すればブレーズ高さｈは４．４〜４．８μｍとなり、組み合わせＢ２を採用すればブレーズ高さｈは５．８〜６．０μｍとなり、組み合わせＢ３を採用すればブレーズ高さｈは７．２〜７．３μｍとなる。但し、ブレーズ高さｈを低く設定すると、その分、回折次数の低い回折光を利用することになるので、ブレーズの本数を多くすることができ、より高い回折効率を得ることができる。
また、図７に示す算出結果において、波長の異なる３種類のレーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDのうち、いずれの２種類の光においても、波長の長い方のレーザ光Ｌを第１の光とし、波長の短い方のレーザ光Ｌを第２の光としたとき、条件式（１）、（２）で用いた値ｍ1、ｍ2が、以下の条件式
ｍ2＝ｍ1−１
を満たすような組み合わせ、すなわち、ＣＤ用のレーザ光が、ＤＶＤ用のレーザ光よりも次数が１つ低い回折光であり、ＤＶＤ用のレーザ光が、ＢＲＤ用のレーザ光よりも次数が１つ低い回折光であるような組み合わせを用いることが好ましい。
（本形態の効果）
このように本形態では、回折併用型の対物レンズ３によって、波長の異なる３つのレーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDの各々について異なる焦点位置を形成しているので、透明保護層の厚さが異なる光記録媒体に収束させるときでも、透明保護層の厚さの違いを対物レンズのフォーカス方向（対物レンズの光軸方向）への位置シフトにより補う必要がない。従って、対物レンズのフォーカス方向の可動範囲については、通常のフォーカス制御のための作動距離に光記録媒体の透明保護層の厚さの違いによるレンズシフト分を追加する必要がないので、光ヘッド装置の薄型化を図ることができる。また、中心側回折格子３７０、中間回折格子３８０および最外周側回折格子３９０のいずれにおいてもブレーズ高さｈをほぼ同一に設定してあるが、波長の異なる３種類のレーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDにおいて利用する回折光の次数を相違させることにより、レーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDのいずれについても回折効率を高く設定してある。それ故、本形態によれば、光の利用効率が高いなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
［実施の形態２の変形例］
実施の形態２では、３種類のレーザ光ＬCD、ＬDVD、およびＬBRDのうち、いずれの２種類の光においても、波長の長い方のレーザ光Ｌを第１の光とし、波長の短い方のレーザ光Ｌを第２の光としたとき、ブレーズ高さｈは、条件式（１）（２）が成り立つ構成であったが、３種類のレーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDのうち、いずれか２種類の光において、波長の長い方のレーザ光Ｌを第１の光とし、波長の短い方のレーザ光Ｌを第２の光としたとき、ブレーズ高さｈは、条件式（１）（２）が成り立つ構成であってもよい。
例えば、図７に示す組み合わせＢ０に属する値を用いて、中心側回折格子３７０、中間回折格子３８０および最外周側回折格子３９０のブレーズ高さｈを設定してもよい。ここに示す組み合わせＢ０では、３種類のレーザ光ＬCD、ＬDVD、ＬBRDのうち、レーザ光ＬCDとレーザ光ＬBRDとでは回折次数が一致するが、レーザ光ＬDVDとレーザ光ＬBRDとでは回折次数が相違する。
（その他の実施の形態）
上記の各実施形態では、光ヘッド装置における対物レンズ３、３０に本発明を適用した例であったが、異なる波長のレーザ光束が通るレンズ、例えば、コリメートレンズ２３などに本発明を適用してもよい。
以上説明したように、本発明では、回折併用型のレンズによって、波長の異なる複数のレーザ光の各々について異なる焦点位置を形成しているので、透明保護層の厚さが異なる光記録媒体に収束させるときでも、透明保護層の厚さの違いを対物レンズのフォーカス方向（対物レンズの光軸方向）への位置シフトにより補う必要がない。従って、対物レンズのフォーカス方向の可動範囲については、通常のフォーカス制御のための作動距離に光記録媒体の透明保護層の厚さの違いによるレンズシフト分を追加する必要がないので、光ヘッド装置の薄型化を図ることができる。また、本形態では、回折格子のブレーズ高さを全域で一定にしてあるが、波長の異なるレーザ光において利用する回折光の次数を相違させることにより、複数のレーザ光のいずれについても回折効率を高く設定してあるので、光の利用効率が高い。
本発明の実施の形態１に係る光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。 （ａ）ないし（ｄ）はそれぞれ、実施の形態１に係る対物レンズを示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、および中心側屈折面領域を取り囲む外周側屈折面領域の部分拡大断面図である。 図２に示す対物レンズによる各レーザ光の収束状態を示す説明図である。 図２に示す対物レンズに入射する各レーザ光の回折次数と、それに対応するブレーズ高さとの関係を示す説明図である。 （ａ）ないし（ｅ）はそれぞれ、本発明の実施の形態２に係る対物レンズを示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、中心側屈折面領域を取り囲む外周側屈折面領域における内側部分の部分拡大断面図、および、外周側屈折面領域における外周側部分の部分拡大断面図である。 図５に示す対物レンズによる各レーザ光の収束状態を示す説明図である。 図５に示す対物レンズに入射する各レーザ光の回折次数と、それに対応するブレーズ高さとの関係を示す説明図である。 ＣＤとＤＶＤを記録再生するとき、対物レンズに対して行われるレンズシフトの説明図である。
符号の説明
１ 光ヘッド装置
３、３０ 対物レンズ
４ 光記録媒体
１１、１２ レーザ光源
２３ コリメートレンズ
２４ グレーティング
２５ 共通受光素子
３１、３１０ 入射側屈折面
３２、３２０ 出射側屈折面
３３、３３０ 中心側屈折面領域
３４、３４０ 外周側屈折面領域
３５、３７０ 中心側回折格子
３６ 外周側回折格子
４１ ＣＤ（第１の光記録媒体）
４１ａ 記録面
４２ ＤＶＤ（第２の光記録媒体）
４２ａ 記録面
４３ ＢＲＤ
４３ａ 記録面
３５０ 中間領域
３６０ 最外周領域
３８０ 中間回折格子
３９０ 最外周側回折格子
Ｂ（４１） ビームスポット
Ｂ（４２） ビームスポット
Ｂ（４３） ビームスポット
Ｌ 対物レンズの光軸（システム光軸）
Ｌｏ 集光光学系
ＬCD ＣＤ用のレーザ光
ＬDVD ＤＶＤ用のレーザ光
ＬBRD ＢＲＤ用のレーザ光

Claims (9)

  1. 異なる波長をもって入射する複数の光を各々異なる位置に焦点を結ばせるための回折格子が屈折面に対して光軸を中心にして同心円状に形成されたレンズであって、
    前記複数の光には、前記屈折面の内周側領域を介して出射される第１の光と、前記内周側領域および該内周側領域の周りを囲む外周側領域を介して出射され、前記第１の光より波長の短い第２の光とが含まれ、
    前記内周側領域および前記外周側領域のいずれにも、前記回折格子がほぼ同一のブレーズ高さｈをもって形成され、
    当該ブレーズ高さｈは、以下の式
    ｈ1＝（ｍ1×λ1）／（ｎ1−１）
    但し、ｍ1は、１以上の整数
    λ1は、第１の光の波長
    ｎ1は、屈折面の第１の光に対する屈折率
    ｈ2＝（ｍ2×λ2）／（ｎ2−１）
    但し、ｍ2は、ｍ1より大きな整数
    λ2は、第２の光の波長
    ｎ2は、屈折面の第２の光に対する屈折率
    で求められる２つの値ｈ1、ｈ2の双方に一致あるいは近似した高さに設定されていることを特徴とするレンズ。
  2. 請求項１において、前記ブレーズ高さｈは、値ｈ1、ｈ2のうちの一方の値にほぼ一致し、他方の値に近似していることを特徴とするレンズ。
  3. 請求項１または２において、前記複数の光は、波長の異なる２種類の光からなることを特徴とするレンズ。
  4. 請求項１または２において、前記複数の光は、波長の異なる３種類以上の光からなり、当該３種類以上の光のうち、いずれか２種類の光において、前記第１の光と前記第２の光の関係が成立することを特徴とするレンズ。
  5. 請求項１または２において、前記複数の光は、波長の異なる３種類の光からなり、当該３種類の光のうち、いずれの２種類の光においても、前記第１の光と前記第２の光の関係が成立することを特徴とするレンズ。
  6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記複数の光には、少なくともＣＤあるいはＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光が含まれ、前記内周側領域の外側との境界、および前記外周側領域の外側との境界のうちのいずれか１つの境界は、ＣＤあるいはＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光の開口数に相当することを特徴とするレンズ。
  7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記複数の光には、少なくとも、ＣＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第１の光として含まれているとともに、ＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第２の光として含まれ、
    値ｍ1、ｍ2は、以下の条件式
    ｍ2＝ｍ1−１
    を満たしていることを特徴とするレンズ。
  8. 請求項７において、前記複数の光には、少なくとも、ＣＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第１の光として含まれているとともに、ＤＶＤの記録あるいは再生に用いられる光が前記第２の光として含まれ、
    前記ブレーズ高さｈは、値ｈ1、ｈ2のうちの値ｈ2にほぼ一致し、値ｈ1に近似していることを特徴とするレンズ。
  9. 請求項１ないし８のいずれかに規定するレンズを備えた光ヘッド装置であって、前記第１の光を第１の光記録媒体の記録面に対して集光させ、記録面を覆う透明保護層の厚さが前記第１の光記録媒体より薄い第２の光記録媒体の記録面に対して前記第２の光を集光させる共通の対物レンズとして前記レンズが用いられていることを特徴とする光ヘッド装置。
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