JP3955189B2 - 対物レンズ及びそれを用いた光ヘッド装置と情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
【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ＮＡ０．４５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。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされてものであって、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番目の対物レンズは、全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、前記第２の領域の回折レンズ面は、光軸近傍のパワーが負で当該第２の領域のパワーが正である回折レンズ面の一部である。
【００１０】
本発明の第２番目の対物レンズは、全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、
前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、
前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、
前記第１乃至第３の領域のすべてに入射した第１の波長の光束を、所定の厚みを有する第１の情報記録媒体に集光する一方、前記第１及び第２の領域に入射した前記第１の波長より長い第２の波長の光束を、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し、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、前記第１の波長に対しては略整数倍であって、前記第２の波長に対しては略整数倍とならない段差を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の対物レンズにおいては、第２の領域の回折レンズ面は、光軸近傍のパワーが負で周辺領域のパワーが正である回折レンズ面の一部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、屈折レンズ面の焦点距離をｆｒ、回折レンズ面と屈折レンズ面との合成焦点距離をｆとするとき、下記式０．９８＜ｆｒ／ｆ＜１（以下、式２という）を満足する回折レンズ面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ｍとするとき、前記ｍ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、回折効率を向上できる。
【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、６４０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ、７６０ｎｍ＜λ２＜８１０ｎｍ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。
【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２５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２３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２６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、反射や吸収以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２）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７８０ｎｍ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１０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１２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ＤＶＤ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、２１１はフィゾー型干渉計本体、２１２は透過球面原器、２１３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、７９０ｎｍ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、ＤＶＤ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、ＡＣＴ駆動回路３２５はディスク判別回路３２４により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
【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ＮＡ０．４５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。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされてものであって、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番目の対物レンズは、全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、前記第２の領域の回折レンズ面は、光軸近傍のパワーが負で当該第２の領域のパワーが正である回折レンズ面の一部である。
【００１０】
本発明の第２番目の対物レンズは、全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、
前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、
前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、
前記第１乃至第３の領域のすべてに入射した第１の波長の光束を、所定の厚みを有する第１の情報記録媒体に集光する一方、前記第１及び第２の領域に入射した前記第１の波長より長い第２の波長の光束を、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し、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、前記第１の波長に対しては略整数倍であって、前記第２の波長に対しては略整数倍とならない段差を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の対物レンズにおいては、第２の領域の回折レンズ面は、光軸近傍のパワーが負で周辺領域のパワーが正である回折レンズ面の一部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、屈折レンズ面の焦点距離をｆｒ、回折レンズ面と屈折レンズ面との合成焦点距離をｆとするとき、下記式０．９８＜ｆｒ／ｆ＜１（以下、式２という）を満足する回折レンズ面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ｍとするとき、前記ｍ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、回折効率を向上できる。
【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、６４０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ、７６０ｎｍ＜λ２＜８１０ｎｍ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。
【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２５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】
前記円環領域２３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２６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、反射や吸収以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２）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７８０ｎｍ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】
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】
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】
なお、面番号２の面の非球面係数は下表４となる。
【００５０】
【表４】
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】
なお、面番号２の面の非球面係数は下表６となる。
【００５４】
【表６】
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】
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】
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】
なお、面番号９の面の非球面係数は下表１０となる。
【００６８】
【表１０】
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】
なお、面番号９の面の非球面係数は下表１２となる。
【００７２】
【表１２】
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ＤＶＤ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、２１１はフィゾー型干渉計本体、２１２は透過球面原器、２１３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、７９０ｎｍ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、ＤＶＤ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、ＡＣＴ駆動回路３２５はディスク判別回路３２４により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
Claims (11)
- 全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、
前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、
前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、
前記第２の領域の回折レンズ面は、光軸近傍のパワーが負で当該第２の領域のパワーが正である回折レンズ面の一部である、対物レンズ。 - 全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、
前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、
前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、
前記第１乃至第３の領域のすべてに入射した第１の波長の光束を、所定の厚みを有する第１の情報記録媒体に集光する一方、前記第１及び第２の領域に入射した前記第１の波長より長い第２の波長の光束を、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し、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、前記第１の波長に対しては略整数倍であって、前記第２の波長に対しては略整数倍とならない段差を有する、対物レンズ。 - 前記第２の領域は、屈折レンズ面の焦点距離をｆｒ、回折レンズ面と屈折レンズ面との合成焦点距離をｆとするとき、下記式を満足する、請求項１又は請求項２に対物レンズ。
０．９８＜ｆｒ／ｆ＜１ - 前記第１の波長で第１の情報記録媒体に集光したとき、前記第１乃至第３の領域の最良像点位置が略一致し、前記第２の波長で第２の情報記録媒体に集光したとき、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２に記載の対物レンズ。
- 前記第２の領域に含まれる回折レンズ面の輪帯の数をｍとするとき、前記ｍが下記式を満足する、請求項１又は請求項２に記載の対物レンズ。
２≦ｍ≦６ - 前記第２の領域の回折レンズ面は、そのレリーフ形状が略鋸歯状である、請求項１又は請求項２に記載の対物レンズ。
- 前記第２の領域の回折レンズ面は、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又は請求項２に記載の対物レンズ。
- 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の対物レンズと、
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とを備える、光ヘッド装置。 - 全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、
前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、
前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、
前記第１乃至第３の領域のすべてに入射した第１の波長の光束を、所定の厚みを有する第１の情報記録媒体に集光する一方、前記第１及び第２の領域に入射した前記第１の波長より長い第２の波長の光束を、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し、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、前記第１の波長に対しては略整数倍であって、前記第２の波長に対しては略整数倍とならない段差を有する、対物レンズを組み込んだ光ヘッド装置であって、
前記第１の情報記録媒体の厚みが略１．６ｍｍであり、前記第２の情報記録媒体の厚みが０．６ｍｍである光ヘッド装置。 - 全体として正のパワーを有する単レンズであって、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の領域の外周側の円環状の領域である第３の領域の少なくとも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る屈折レンズ面であり、
前記第２の領域は、屈折レンズ面上に形成された回折レンズ面であり、
前記第３の領域は、回転対称非球面である屈折レンズ面であり、
前記第１乃至第３の領域のすべてに入射した第１の波長の光束を、所定の厚みを有する第１の情報記録媒体に集光する一方、前記第１及び第２の領域に入射した前記第１の波長より長い第２の波長の光束を、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し、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、前記第１の波長に対しては略整数倍であって、前記第２の波長に対しては略整数倍とならない段差を有する、対物レンズを組み込んだ光ヘッド装置であって、
前記第１の波長をλ１、前記第２の波長をλ２とするとき、
６４０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
７６０ｎｍ＜λ２＜８１０ｎｍ
である光ヘッド装置。 - 請求項８乃至１０のいずれかに記載の光ヘッド装置と、
前記第１の情報記録媒体と前記第２の情報記録媒体とを区別するディスク判別回路を備える、情報記録再生装置。
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