JP2006024327A - 対物レンズ及びそれを備えた光ヘッド装置 - Google Patents

対物レンズ及びそれを備えた光ヘッド装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 光記録媒体に対する球面収差の実効値を小さく抑え、小さな径のビームスポットを光記録媒体の記録面上に形成することができる対物レンズを提供すること。
【解決手段】 中央領域３３と周辺領域３４とを備えた屈折面３０を有する対物レンズ３を用いた光ヘッド装置１では、光軸Ｌに直交する方向における光軸Ｌから中央領域３３の外周部３３ｃまでの距離をＲとしたとき、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、光記録媒体４に対する球面収差が０となる零領域ａ１、ａ２、及び／又は光記録媒体４に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域ａ３が存在する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、異なる波長のレーザ光を用いて透明基板の厚さが異なるＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体の記録、再生を行う光ヘッド装置に使用される対物レンズに関するものである。また、この対物レンズを備えた光ヘッド装置に関するものである。
従来より、記録面を保護する透明基板の厚さや記録密度が異なる光記録媒体を、異なる波長のレーザ光を用いて記録、再生する光ヘッド装置が知られている。光記録媒体としては、種々のものがあり、例えばＣＤやＤＶＤなどが挙げられる。ここで、ＣＤでは、記録面を保護する透明基板の厚さが１．２ｍｍであり、ＤＶＤでは透明基板の厚さがＣＤよりも薄い０．６ｍｍであり、その記録密度はＣＤよりも高い。そのため、ＣＤの記録再生には、例えば、波長７９０ｎｍのレーザ光が用いられ、ＤＶＤの記録再生には、例えば、波長６６０ｎｍのレーザ光が用いられている。
この種の光ヘッド装置では、装置の小型化及び薄型化を図るため、単一の集光光学系を用いて、それぞれの光記録媒体に対応した波長を有するレーザ光を光記録媒体の記録面に集光させる種々の構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された光ヘッド装置では、屈折面に回折格子が形成された対物レンズが用いられている。この光ヘッド装置では、短波長のレーザ光の回折光をＤＶＤの記録面に集光させ、長波長のレーザ光の回折光をＣＤの記録面に集光させている。しかし、屈折面に回折格子が形成された対物レンズでは、不要回折光が発生するため、レーザ光の透過率が低下する光量損失の問題がある。
そのため、単一の集光光学系を用いつつ、この光量損失の問題点を解消した光ヘッド装置も種々提案されている（例えば、特許文献２）。
特許文献２に記載された光ヘッド装置では、光軸を中心とする中央領域とこの中央領域の外周側に同心状に形成された周辺領域とから構成される屈折面を有する対物レンズが用いられている。この対物レンズの屈折面では、中央領域と周辺領域とが１つの非球面形状で形成され、ＣＤの記録再生に必要な開口数ＮＡ１とほぼ一致する位置が中央領域と周辺領域との境界になっている。
この特許文献２に記載された光ヘッド装置では、対物レンズの中央領域が１つの非球面形状で形成されているため、ＤＶＤに対する球面収差は、例えば、図８（Ａ）に示すように中央領域の外周部（中央領域と周辺領域との境界、ＮＡ１）で球面収差がいわゆる補正不足（アンダー）の状態から補正過剰（オーバー）の状態に急激かつ不連続に変化する分布となったり、あるいは図８（Ｂ）に示すように、光軸との直交方向における光軸と中央領域の外周部との間の中央付近が補正過剰（オーバー）となった分布となっている。尚、図８におけるＮＡ２は、ＤＶＤの記録再生に必要な開口数を示している。
特開２０００−８１５６６号公報 特開平１０−５５５６４号公報
上述のように、例えば、ＤＶＤの記録密度はＣＤの記録密度よりも高いため、特に、ＤＶＤの記録面上にはより小さな径のビームスポットを形成する必要がある。小さな径のビームスポットを形成するためには球面収差の実効値を小さく抑える必要があり、例えば、特許文献２に記載された光ヘッド装置では、図８（Ａ）に示す球面収差分布よりも図８（Ｂ）に示す球面収差分布となるような対物レンズも用いる方が好ましい。尚、図８を見る限りでは、図８（Ａ）に示す球面収差分布となった方が、球面収差の実効値を小さく抑えることができるようにも思えるが、実際は、図８（Ａ）と図８（Ｂ）とでは表示スケールが相違し、図８（Ａ）に示す球面収差は図８（Ｂ）に示す球面収差に比べ、非常に大きな値となっている。
しかしながら、図８（Ｂ）に示す球面収差分布では、光軸との直交方向における光軸と中央領域の外周部との間の中央付近の球面収差がプラス（オーバー）方向に大きくなる領域が存在し、球面収差の実効値を十分に小さく抑えることができない。このことは、ＤＶＤの記録面上に小さな径のビームスポットを形成する上で支障になっている。
そこで、本発明の課題は、光記録媒体に対する球面収差の実効値を小さく抑え、小さな径のビームスポットを光記録媒体の記録面上に形成することができる対物レンズ及びそれを備え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、本発明は、透明基板の厚さが異なる２以上の光記録媒体の各々に対応した波長を有する２以上のレーザ光を、１つの集光光学系を介して前記光記録媒体の記録面に集光させ、該記録面上に情報を記録し及び／又は該記録面上の情報を再生する光ヘッド装置用の対物レンズにおいて、該対物レンズの屈折面は、その光軸を中心として前記屈折面の中央部に形成され全ての前記光記録媒体に対して使用される中央領域と、該中央領域の外周側に隣接するように同心状に形成された周辺領域とを備え、前記光軸に直交する方向における該光軸から前記中央領域の外周部までの距離をＲとしたとき、前記光軸からＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、少なくとも１の前記光記録媒体に対する球面収差が０となる零領域、及び／又は少なくともこの１の前記光記録媒体に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域が存在することを特徴とする。
本発明では、従来、球面収差が大きくなっていた光軸からＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、少なくとも１の光記録媒体に対する球面収差が０となる零領域、及び／又は少なくともこの１の光記録媒体に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域が存在する。そのため、少なくとも１の光記録媒体に対する球面収差の実効値を十分に小さく抑えることができる。また、球面収差の実効値を十分に小さくできる結果、少なくとも１の光記録媒体に対する波面収差も小さく抑えることができる。
ここで、本明細書において、零領域とは、１の光記録媒体に対する球面収差がプラス（オーバー）からマイナス（アンダー）になる領域または、マイナスからプラスになる領域をいうものとする。また、増減領域とは、１の光記録媒体に対する球面収差が０とはならないが０に向かって増加及び減少をする領域であり、極小値あるいは極大値を含む領域をいうものとする。
本発明において、前記中央領域は、互いに屈折力が異なる非球面形状を有する複数の輪帯状屈折面から構成されるとともに、これら複数の輪帯状屈折面の境界には光軸方向に向けて段差が形成されていることが好ましい。このように構成することで、従来、中央領域が１つの非球面形状で形成されていたために、球面収差が大きくなっていた光軸との直交方向における光軸と中央領域の外周部との間の中央付近に、簡易な構成によって、零領域あるいは増減領域が存在するようにすることができる。そのため、球面収差の実効値を十分に小さく抑えることができる。
本発明において、例えば、前記光記録媒体は、第１の波長を有する第１のレーザ光が集光される第１光記録媒体と、前記第１の波長よりも短い第２の波長を有する第２のレーザ光が集光される第２光記録媒体とであり、前記第２光記録媒体に対して、前記零領域及び／又は前記増減領域が存在する。この場合には、より小さな径のビームスポットを形成する必要がある第２光記録媒体に対する球面収差の実効値を小さく抑えることができ、小さなビームスポットを第２光記録媒体の記録面上に形成することが可能となる。
また、本発明においては、前記光記録媒体は、第１の波長を有する第１のレーザ光が集光される第１光記録媒体と、前記第１の波長よりも短い第２の波長を有する第２のレーザ光が集光される第２光記録媒体とであり、前記第１光記録媒体に対して、前記零領域及び／又は前記増減領域が存在するようにもできる。この場合には、第１光記録媒体に対する球面収差の実効値を小さく抑えることができ、小さなビームスポットを第１光記録媒体の記録面上に形成することが可能となる。その結果、第１光記録媒体の記録再生性能を向上させることができる。
また、本発明は、透明基板の厚さが異なる２以上の光記録媒体の各々に対応した波長を有する２以上のレーザ光を、１つの集光光学系を介して前記光記録媒体の記録面に集光させ、該記録面上に情報を記録し及び／又は該記録面上の情報を再生する光ヘッド装置用の対物レンズにおいて、該対物レンズの屈折面は、その光軸を中心として前記屈折面の中央部に形成され全ての前記光記録媒体に対して使用される中央領域と、該中央領域の外周側に隣接するように同心状に形成された周辺領域とを備え、前記光軸に直交する方向における該光軸から前記中央領域の外周部までの範囲に、１の光記録媒体に対する球面収差を最適に補正する最適領域が少なくとも１箇所に存在することを特徴とする。
本発明では、１の光記録媒体に対する球面収差が０のまま推移する最適領域が存在する。この場合には、この最適領域に対応して、他の光記録媒体に対する球面収差分布では、記録面にレーザ光が集光しない制限領域が存在することもある。しかしながら、他の光記録媒体に対するレーザ光のパワーに余裕がある場合には、他の光記録媒体に対して制限領域が存在しても、他の光記録媒体の記録再生性能にそれほど影響を与えることなく、１の光記録媒体の記録再生性能を効果的に向上させることができる。すなわち、制限領域の光は集光しないため、他の光記録媒体に対しては、光の利用効率(透過率)は下がるが、レーザ光のパワーに余裕があれば、多少、光の利用効率が低下しても、記録再生性能にそれほど影響を与えることはない。ここで、この１の光記録媒体は例えば、ＣＤ、ＤＶＤあるいはＢＤ（ブルーレイディスク）である。
本発明において、前記光軸に直交する方向における該光軸から前記中央領域の外周部までの距離をＲとしたとき、前記最適領域は、前記光軸からＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に存在することが好ましい。この場合には、他の光記録媒体に対する光の利用効率(透過率)を多少犠牲にしても、従来、球面収差が大きくなっていた光軸との直交方向における光軸と中央領域の外周部との間の中央付近に、１の光記録媒体に対する最適領域を存在させることで、１の光記録媒体に対する球面収差の実効値をより小さく抑え、より小さな径のビームスポットを形成することが可能となる。その結果、１の光記録媒体の記録再生性能をより効果的に向上させることができる。また、他の光記録媒体に対しても、球面収差の大きな領域を通った光を集光させない、より小さな径のビームスポットを形成することが可能となる。
本発明にかかる対物レンズは、この対物レンズを有する集光光学系と、前記レーザ光を出射するレーザ光源とを備え、前記記録面上に情報を記録し及び／又は該記録面上の情報を再生することを特徴とする光ヘッド装置に用いることができる。
以上のように本発明にかかる対物レンズを用いた場合には、従来、球面収差が大きくなっていた光軸からＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、少なくとも１の光記録媒体に対する球面収差が０となる零領域、及び／又は少なくともこの１の光記録媒体に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域が存在する。そのため、少なくとも１の光記録媒体に対する球面収差の実効値を十分に小さく抑えることができ、また、波面収差も小さく抑えることができる。従って、少なくとも１の光記録媒体の記録面により小さな径のビームスポットを形成することができ、その結果、記録再生性能を向上させることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
（光ヘッド装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる光ヘッド装置の概略構成を模式的に示す概略構成図である。
図１において、光ヘッド装置１は、ＣＤ、ＤＶＤなどの透明基板の厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体４の各々に対応した波長を有する複数のレーザ光を、１つの集光光学系Ｌｏを介して光記録媒体４の記録面に集光させ、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。本形態における光記録媒体４は、第１光記録媒体としてのＣＤ４１及び第２光記録媒体としてのＤＶＤ４２であり、光ヘッド装置１は、ＣＤ４１の再生等のために用いる例えば、７９０ｎｍの第１の波長を有する第１のレーザ光Ｌ１を出射する第１のレーザ光源１１と、ＤＶＤ４２の再生等のために用いる例えば、６６０ｎｍの第２の波長を有する第２のレーザ光Ｌ２を出射する第２のレーザ光源１２とを備えている。各レーザ光Ｌ１、Ｌ２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Ｌ１、Ｌ２の戻り光は共通受光素子２５に導かれるように構成されている。
集光光学系Ｌｏには、第１のレーザ光Ｌ１を直進させ、第２のレーザ光Ｌ２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。以下、光軸Ｌとする。）に一致させる第１のビームスプリッタ２１と、光軸Ｌに沿って進むレーザ光Ｌ１、Ｌ２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Ｌ１、Ｌ２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Ｌ１、Ｌ２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。本形態では、光記録媒体４であるＤＶＤ４２の記録面４２ａと、ＣＤ４１の記録面４１ａに対して、対物レンズ３によって、第１のレーザ光Ｌ１のビームスポットがＣＤ４１の記録面４１ａ上に形成され、第２のレーザ光Ｌ２のビームスポットがＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に形成されるようになっている。
また、集光光学系Ｌｏには、光記録媒体４で反射された後に、第２のビームスプリッタ２２で反射された後の第１および第２のレーザ光Ｌ１、Ｌ２の戻り光を、共通受光素子２５に導くためのグレーティング２４が含まれている。
この構成の光ヘッド装置１においては、光記録媒体４としてＣＤ４１の情報記録再生の際には、第１のレーザ光源１１から、波長が７９０ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１を出射する。この第１のレーザ光Ｌ１は、集光光学系Ｌｏに導かれ、対物レンズ３を介して、ＣＤ４１の記録面４１ａ上にビームスポットＢ（４１）を形成する。ＣＤ４１の記録面４１ａで反射した第１のレーザ光Ｌ１の戻り光は、第２のビームスプリッタ２２を介して共通受光素子２５に集光する。共通受光素子２５で検出された信号によりＣＤ４１の情報再生等が行われる。
これに対して、光記録媒体４としてＤＶＤ４２の情報を再生等するときは、第２のレーザ光源１２から、波長が６６０ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２を出射する。この第２のレーザ光Ｌ２も集光光学系Ｌｏに導かれ、対物レンズ３を介して、ＤＶＤ４２の記録面４２ａ上にビームスポットＢ（４２）を形成する。ＤＶＤ４２の記録面４２ａで反射した第２のレーザ光Ｌ２の戻り光は、第２のビームスプリッタ２２を介して共通受光素子２５に集光する。共通受光素子２５で検出された信号によりＤＶＤ４２の情報再生等が行われる。
（対物レンズの構成）
図２は、図１に示す光ヘッド装置の対物レンズを模式的に示す断面図である。図３は、図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の一例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はともに、実施形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、（Ｃ）は、比較形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。図４は、図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の他の例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、実施形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、比較形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。図５は、図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の他の例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、実施形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、実施形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。図６は、図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の他の例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、実施形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、実施形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。
図２に示すように、対物レンズ３は両面が凸状に形成された凸レンズであり、対物レンズ３には、光記録媒体４側に単一の非球面形状で形成された出射面３１とレーザ光源１１、１２側に形成された入射面３２とからなる屈折面３０が形成されている。入射面３２は、光軸Ｌを中心として入射面３２の中央部に形成された中央領域３３と、中央領域３３の外周側に隣接するように同心状に形成された周辺領域３４とを備えている。中央領域３３は、ＣＤ４１及びＤＶＤ４２に対して使用され、周辺領域３４はＤＶＤ４２に対してのみ使用されるようになっている。
中央領域３３は、互いに屈折力が異なる非球面形状を有する複数の輪帯状屈折面３３ａ、３３ａ、・・・（以下、輪帯状屈折面３３ａとする。）から構成されるとともに、これら複数の輪帯状屈折面３３ａの境界には光軸Ｌ方向に向けて段差３３ｂ、３３ｂ、・・・（以下、段差３３ｂとする。）が形成されている。中央領域３３の外周部３３ｃは、ＣＤ４１の記録再生に必要な開口数ＮＡ１と略一致するようになっている。尚、図２では、便宜上、一部の輪帯状屈折面及び段差にのみ符号を付している。
周辺領域３４は、本形態では、１つの非球面形状で形成されており、この非球面形状は、ＤＶＤ４２に対する球面収差を最適に補正するような非球面となっている。尚、本形態では図２に示すように、周辺領域３４の外周部がＤＶＤ４２の記録再生に必要な開口数Ｎ２とほぼ一致するようになっている。
中央領域３３に形成された段部３３ｂの半径方向位置（光軸Ｌに直交する方向の位置）及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状は、所定の条件を満足するように設定されている。具体的には、これらは、光軸Ｌに直交する方向における光軸Ｌから中央領域３３の外周部３３ｃまでの距離をＲとしたとき、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、少なくともＣＤ４１及びＤＶＤ４２のいずれか一方に対する球面収差が０となる零領域、及び／又は少なくともＣＤ４１及びＤＶＤ４２のいずれか一方に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域が存在するように、設定されている。あるいは、ＣＤ４１及びＤＶＤ４２のいずれか一方に対する球面収差を最適に補正する最適領域が少なくとも１箇所に存在するように、段部３３ｂの半径方向位置及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状は設定されている。
例えば、図３（Ａ）に示すように、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＤＶＤ４２に対する球面収差が０となる零領域ａ１及びａ２が存在するように、段部３３ｂの半径方向位置及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状（以下、これらを「段部３３ｂ等の形状」とする。）が設定されている。ここで、この場合における零領域ａ１は、ＤＶＤ４２に対する球面収差がプラス（オーバー）からマイナス（アンダー）になる領域であり、零領域ａ２は、ＤＶＤ４２に対する球面収差がマイナスからプラスになる領域である。
あるいは、図３（Ｂ）に示すように、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＤＶＤ４２に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域ａ３が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されている。ここで、この場合における増減領域ａ３は、球面収差が０とはならないが０に向かって増加及び減少をする領域であり、極小値ｍ１を含む領域である。尚、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲には、零領域と増減領域との双方が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されていても良い。
このように、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＤＶＤ４２に対する球面収差が０となる零領域、及び／又はＤＶＤ４２に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されている場合には、図３（Ｃ）のような、光軸Ｌと外周部３３ｃとの間の中央付近の球面収差が大きくなる領域を有する従来と同様の比較形態における対物レンズを用いた場合と比較して、ＤＶＤ４２に対する球面収差の実効値が低減されることがわかる。
また、例えば、図４（Ａ）に示すように、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＣＤ４１に対する球面収差が０となる零領域ａ４及びａ５が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されている。尚、上記と同様に、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、零領域に替えて増減領域が存在するように段部３３ｂ等の形状が設定されても良いし、零領域と増減領域との双方が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されていても良い。
このように、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＣＤ４１に対する球面収差が０となる零領域、及び／又はＣＤ４１に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されている場合には、図４（Ｂ）のような、従来と同様の球面収差分布を生じる比較形態の対物レンズを用いた場合と比較して、ＣＤ４１に対する球面収差の実効値が低減されることがわかる。
あるいは、図５（Ａ）に示すように、ＤＶＤ４２に対する球面収差を最適に補正する最適領域ａ６が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されている。具体的には、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、最適領域ａ６が存在するように段部３３ｂ等の形状が設定されている。ここで、最適領域ａ６とは、ＤＶＤ４２に対する球面収差が０のまま推移する領域である。図５（Ａ）では、最適領域ａ６が１箇所に存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されているが、最適領域が複数箇所に存在したり、上記の零領域や増減領域と並存するように、段部３３ｂ等の形状が設定されても良い。
尚、この場合には、図５（Ｂ）に示すように、この最適領域ａ６に対応して、ＣＤ４１の記録面４１ａ上に第１のレーザ光Ｌ１が集光しない制限領域ａ６１が、ＣＤ４１に対する球面収差の分布上に現れる。
または、図６（Ｂ）に示すように、ＣＤ４１に対する球面収差を最適に補正する最適領域ａ７が存在するように、段部３３ｂ等の形状が設定されている。具体的には、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、最適領域ａ７が存在するように段部３３ｂ等の形状が設定されている。この場合においても、上述したように、最適領域が複数箇所に存在したり、上記の零領域や増減領域と並存するように、段部３３ｂ等の形状が設定されても良い。
尚、この場合にも、図６（Ａ）に示すように、この最適領域ａ７に対応して、ＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に第２のレーザ光Ｌ２が集光しない制限領域ａ７１が、ＤＶＤ４２に対する球面収差の分布上に現れる。
以上のような入射面３２の中央領域３３の設計手順は、例えば、以下のようになる。まず、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＣＤ４１及びＤＶＤ４２の少なくともいずれか一方に対して零領域及び／又は増減領域が存在するように、段部３３ｂの半径方向位置及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状が設定される。その後、零領域及び増減領域に対応する部分以外の部分については、ＣＤ４１及びＤＶＤ４２の双方に対する球面収差をバランス良く補正するように、段部３３ｂの半径方向位置及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状が設定される。
あるいは、光軸Ｌから中央領域３３の外周部３３ｃまでの範囲にＣＤ４１あるいはＤＶＤ４２に対して最適領域が存在するように、段部３３ｂの半径方向位置及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状が設定される。その後、最適領域に対応する部分以外の部分については、ＣＤ４１及びＤＶＤ４２の双方に対する球面収差をバランス良く補正するように、段部３３ｂの半径方向位置及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状が設定される。
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の対物レンズ３を用いた場合には、従来、球面収差が大きくなっていた光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＤＶＤ４２に対する球面収差が０となる零領域ａ１及びａ２及び／又は、ＤＶＤ４２に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域ａ３が存在する。そのため、図３から明らかなように、ＤＶＤ４２に対する球面収差の実効値を十分に小さく抑えることができる。また、球面収差の実効値を十分に小さくできるため、ＤＶＤ４２に対する波面収差も小さく抑えることができる。すなわち、より小さな径のビームスポットを形成する必要があるＤＶＤ４２の記録面４２ａ上に、小さなビームスポット形成することができ、ＤＶＤ４２の記録再生性能を向上させることができる。
また、本形態の対物レンズ３を用いた場合には、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＣＤ４１に対する球面収差が０となる零領域ａ４及びａ５及び又は、増減領域が存在する。そのため、例えば、図４から明らかなように、ＣＤ４１に対する球面収差の実効値を十分に小さく抑えることができる。その結果、ＣＤ４１の記録面４１ａ上に、小さなビームスポット形成することができ、ＣＤ４１の記録再生性能を向上させることができる。
本形態では、中央領域３３は、互いに屈折力が異なる非球面形状を有する複数の輪帯状屈折面３３ａから構成されるとともに、これら複数の輪帯状屈折面３３ａの境界には光軸Ｌ方向に向けて段差が形成されている。そして、段部３３ｂの半径方向位置及び高さ、かつ、輪帯状屈折面３３ａの非球面形状が、所定の条件を満足するように設定されている。そのため、簡易な構成で、従来、球面収差が大きくなっていた光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に零領域あるいは増減領域を存在させることができる。その結果、ＣＤ４１あるいはＤＶＤ４２の球面収差の実効値を十分に小さく抑えることができる。
また、本形態では、ＣＤ４１又はＤＶＤ４２に対する球面収差を最適に補正する最適領域ａ６又はａ７が存在する。この場合には、この最適領域ａ６又はａ７に対応して、ＣＤ４１又はＤＶＤ４２の記録面４１ａ、４２ａにレーザ光Ｌ１、Ｌ２が集光しない制限領域ａ６１、ａ７１がＣＤ４１又はＤＶＤ４２に対する球面収差の分布上に現れる。しかしながら、制限領域ａ６１、ａ７１が現れる光記録媒体４に対するレーザ光のパワーに余裕がある場合には、一方の光記録媒体４に対して最適領域が存在しても、他方の光記録媒体４の記録再生性能も向上させつつ、一方の光記録媒体４の記録再生性能を効果的に向上させることができる。
本形態では、最適領域ａ６又はａ７は、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に存在する。すなわち、従来、球面収差が大きくなっていたこの範囲に最適領域ａ６、ａ７が存在する。そのため、一方の光記録媒体５に対する球面収差の実効値をより小さく抑え、より小さな径のビームスポットを形成することが可能となる。
また、本形態における光ヘッド装置１は、上述した対物レンズ３を有する集光光学系Ｌｏを備えていることから、ＣＤ４１及びＤＶＤ４２の少なくともいずれか一方に対する記録再生性能を向上させることができる。
（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。
例えば、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＣＤ４１に対して零領域、及び／又は増減領域が存在し、尚かつ、ＤＶＤ４２に対しても零領域、及び／又は増減領域が存在するように段部３３ｂ等の形状が設定されていても良い。この場合には、ＣＤ４１及びＤＶＤ４２の双方の記録再生性能を向上させることができる。
尚、図３及び図４は概念的なものであり、球面収差の分布は、図３及び図４に記載されたものには限定されない。例えば、球面収差のプラスマイナスが反転したような球面収差の分布となっていても良い。また、図５及び図６も同様に概念的なものであり、球面収差の分布は、図５及び図６に記載されたものには限定されない。
また、光記録媒体４は、ＣＤ４１とＤＶＤ４２とには限定されず、ＢＤに対しても対物レンズ３を用いることができる。すなわち、ＣＤ、ＢＤ兼用の光ヘッド装置あるいは、ＤＶＤ、ＢＤ兼用の光ヘッド装置に本発明の対物レンズを適用することも可能である。
さらに、本発明の対物レンズは、透明基板の厚さが異なる２種類の光記録媒体が使用される光ヘッド装置には限定されず、透明基板の厚さが異なる３種類以上の光記録媒体が使用される光ヘッド装置においても適用が可能である。この場合には、対物レンズでは、上述した形態における周辺領域の外周側に更に別の周辺領域が同心状に形成されることになる。また、本形態の構成は、対物レンズだけでなく、コリーメータレンズ等のその他の光ヘッド装置用のレンズに応用が可能である。
本発明を適用した対物レンズ３の実施例を説明する。この実施例における光記録媒体はＣＤ及びＤＶＤである。
（レンズ設計データ）
レンズ設計の前提となるＣＤ、ＤＶＤの波長λ１、λ２、開口数ＮＡ１、ＮＡ２及び、レンズ屈折率ｎ１、ｎ２は以下である。
ＣＤ
λ１＝７９０ｎｍ
ＮＡ１＝０．４７
ｎ１＝１．５３７
ＤＶＤ
λ２＝６６０ｎｍ
ＮＡ２＝０．６
ｎ２＝１．５４０
以下、実施例のレンズ設計データを示す。以下のデータにおいて、面間隔は、光軸における入射面と出射面との間隔である。また、入射面の段差は、入射面と光軸との交点から各輪体状屈折面の内周端までの距離である。さらに、各輪帯状屈折面の非球面形状Ｚ（ｒ）は回転対称で、半径座標ｒに対して下式
Ｚ（ｒ）＝ｃｒ2／［１＋｛１−（１＋ｋ）ｃ2ｒ2｝1/2］
＋Ａ2・ｒ2＋Ａ4・ｒ4＋Ａ6・ｒ6＋・・
で表される。ｃは曲率半径Ｒの逆数、ｋは円錐定数、Ａ2、Ａ4、Ａ6、・・は、それぞれ２次、４次、６次・・の非球面係数である。なお、非球面係数などの表示においてＥとそれに続く数字ｎは、１／１０nを意味する。また、各輪帯状屈折面のデータは最内周から外周へ向かう順番に記述してある。
面間隔 １．７５０００
入射面
輪帯領域＝０〜０．４００００
段差＝０．０００００
Ｒ＝１．９４１０９
ｋ＝０．００００００Ｅ＋００
Ａ4＝−０．８９３８９８Ｅ−０２
輪帯領域＝０．４〜０．６００００
段差＝０．００８６４
Ｒ＝１．９４１２８
ｋ＝０．００００００Ｅ＋００
Ａ4＝−０．６７６５０８Ｅ−０２
輪帯領域＝０．６〜０．８００００
段差＝０．０２４７４
Ｒ＝１．９３７９４
ｋ＝０．００００００Ｅ＋００
Ａ4＝−０．７５２８１８Ｅ−０２
輪帯領域＝０．８〜０．９５０００
段差＝０．０２７８６
Ｒ＝１．８１４８０
ｋ＝０．４５２７８４Ｅ−０１
Ａ4＝−０．２６４６０１Ｅ−０１
輪帯領域＝０．９５〜１．３５０００
段差＝０．０１４６４
Ｒ＝１．９９３６１
ｋ＝０．４１３００１Ｅ−０１
Ａ4＝０．２３８８９４Ｅ−０２
Ａ6＝−０．５０４５０９Ｅ−０２
輪帯領域＝１．３５〜１．４３９００
段差＝０．０４０１０
Ｒ＝２．２９４３３
ｋ＝０．４７９２４８Ｅ−０３
Ａ4＝０．１９１４５７Ｅ−０１
Ａ6＝−０．３５８９０８Ｅ−０２
輪帯領域＝１．４３９〜１．８３０００
段差＝０．０３０１６
Ｒ＝２．００９７１
ｋ＝−０．６５０８９３Ｅ＋００
Ａ4＝０．１０９５４６Ｅ−０１
Ａ6＝−０．５７５９３３Ｅ−０３
出射面
Ｒ＝−７．４６１８２
ｋ＝０．２３７０３Ｅ＋０１
Ａ4＝０．２５５１５７Ｅ−０１
Ａ6＝−０．６２７３９５Ｅ−０２
Ａ8＝０．６６５３１４Ｅ−０３
（球面収差分布）
図７は、実施例の対物レンズを用いたときの球面収差分布を示し、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、ＤＶＤに対する球面収差分布を示すグラフ、ＣＤに対する球面収差分布を示すグラフである。
図７（Ａ）に示すように、実施例の対物レンズを用いた場合、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲（すなわち、ＮＡが０．４７／３〜２×０．４７／３の範囲）に、ＤＶＤに対する球面収差が０となる零領域ａ１１及びａ１２が存在し、また、極小値ｍ２を含む増減領域ａ１３が存在する。そのため、ＤＶＤに対する球面収差の実効値を０．０１×λ２以下と小さく抑えることができる。また、その結果、ＤＶＤに対する波面収差の実効値を０．０４×λ２以下に抑えることができる。
また、図７（Ｂ）に示すように、実施例の対物レンズを用いた場合、光軸ＬからＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、ＣＤに対する球面収差が０となる零領域ａ１４及びａ１５が存在し、また、極大値ｍ３を含む増減領域ａ１６が存在する。そのため、ＣＤに対する球面収差の実効値も０．０１×λ１以下と小さく抑えることができる。また、その結果、ＣＤに対する波面収差の実効値を０．０４×λ１以下に抑えることができる。
このように、実施例の対物レンズを用いた場合には、ＣＤとＤＶＤとの双方に対する球面収差及び波面収差の実効値を低減させることができ、ＣＤとＤＶＤとの双方に対する記録再生機能の向上を図ることができる。
本発明の実施の形態にかかる光ヘッド装置の概略構成を模式的に示す概略構成図である。 図１に示す光ヘッド装置の対物レンズを模式的に示す断面図である。 図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の一例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はともに、実施形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、（Ｃ）は、比較形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。 図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の他の例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、実施形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、比較形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。 図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の他の例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、実施形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、実施形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。 図２に示す対物レンズを用いたときの球面収差分布の他の例を説明するグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、実施形態における第２光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフ、実施形態における第１光記録媒体に対する球面収差分布を示すグラフである。 実施例の対物レンズを用いたときの球面収差分布を示し、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、ＤＶＤに対する球面収差分布を示すグラフ、ＣＤに対する球面収差分布を示すグラフである。 従来技術の対物レンズを用いたときの球面収差分布を示すグラフである。
符号の説明
１ 光ヘッド装置
３ 対物レンズ
４ 光記録媒体
１１ 第１のレーザ光源
１２ 第２のレーザ光源
３０ 屈折面
３３ 中央領域
３３ａ 輪帯状屈折面
３３ｂ 段差
３３ｃ 外周部
３４ 周辺領域
４１ ＣＤ（第１光記録媒体）
４１ａ 記録面
４２ ＤＶＤ（第２光記録媒体）
４２ａ 記録面
ａ１、ａ２、ａ４、ａ５、ａ１１、ａ１２、ａ１４、ａ１５ 零領域
ａ３、ａ１３、ａ１６ 増減領域
ａ６、ａ７ 最適領域
Ｌ 光軸
Ｌｏ 集光光学系
Ｌ１ 第１のレーザ光
Ｌ２ 第２のレーザ光
ＮＡ１、ＮＡ２ 開口数
λ１ 第１の波長
λ２ 第２の波長

Claims (7)

  1. 透明基板の厚さが異なる２以上の光記録媒体の各々に対応した波長を有する２以上のレーザ光を、１つの集光光学系を介して前記光記録媒体の記録面に集光させ、該記録面上に情報を記録し及び／又は該記録面上の情報を再生する光ヘッド装置用の対物レンズにおいて、
    該対物レンズの屈折面は、その光軸を中心として前記屈折面の中央部に形成され全ての前記光記録媒体に対して使用される中央領域と、該中央領域の外周側に隣接するように同心状に形成された周辺領域とを備え、
    前記光軸に直交する方向における該光軸から前記中央領域の外周部までの距離をＲとしたとき、前記光軸からＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に、少なくとも１の前記光記録媒体に対する球面収差が０となる零領域、及び／又は少なくともこの１の前記光記録媒体に対する球面収差が０に向かって増加及び減少をする増減領域が存在することを特徴とする対物レンズ。
  2. 請求項１において、前記中央領域は、互いに屈折力が異なる非球面形状を有する複数の輪帯状屈折面から構成されるとともに、これら複数の輪帯状屈折面の境界には光軸方向に向けて段差が形成されていることを特徴とする対物レンズ。
  3. 請求項１又は２において、前記光記録媒体は、第１の波長を有する第１のレーザ光が集光される第１光記録媒体と、前記第１の波長よりも短い第２の波長を有する第２のレーザ光が集光される第２光記録媒体とであり、
    前記第２光記録媒体に対して、前記零領域及び／又は前記増減領域が存在することを特徴とする対物レンズ。
  4. 請求項１又は２において、前記光記録媒体は、第１の波長を有する第１のレーザ光が集光される第１光記録媒体と、前記第１の波長よりも短い第２の波長を有する第２のレーザ光が集光される第２光記録媒体とであり、
    前記第１光記録媒体に対して、前記零領域及び／又は前記増減領域が存在することを特徴とする対物レンズ。
  5. 透明基板の厚さが異なる２以上の光記録媒体の各々に対応した波長を有する２以上のレーザ光を、１つの集光光学系を介して前記光記録媒体の記録面に集光させ、該記録面上に情報を記録し及び／又は該記録面上の情報を再生する光ヘッド装置用の対物レンズにおいて、
    該対物レンズの屈折面は、その光軸を中心として前記屈折面の中央部に形成され全ての前記光記録媒体に対して使用される中央領域と、該中央領域の外周側に隣接するように同心状に形成された周辺領域とを備え、
    前記光軸に直交する方向における該光軸から前記中央領域の外周部までの範囲に、１の光記録媒体に対する球面収差を最適に補正する最適領域が少なくとも１箇所に存在することを特徴とする対物レンズ。
  6. 請求項５において、前記光軸に直交する方向における該光軸から前記中央領域の外周部までの距離をＲとしたとき、前記最適領域は、前記光軸からＲ／３ないし２Ｒ／３の範囲に存在することを特徴とする対物レンズ。
  7. 請求項１から６いずれかに記載の対物レンズを有する集光光学系と、前記レーザ光を出射するレーザ光源とを備え、前記記録面上に情報を記録し及び／又は該記録面上の情報を再生することを特徴とする光ヘッド装置。
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