JP4457499B2 - 光ピックアップ装置用対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents
光ピックアップ装置用対物レンズ及び光ピックアップ装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置において情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行うために用いられる対物レンズ及び光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤ等の記録密度や透明基板の厚さの異なる複数の情報記録媒体（例えば光ディスク）に対して、情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置として、少なくとも対物レンズを共通に使用することにより装置の小型化や低価格化を実現することが望まれており、そのための対物レンズや光ピックアップ装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、対物レンズに特殊輪帯として切り欠きをリング状に設けて、対物レンズの一面を複数の分割面（例えば３つの分割面）に構成し、複数の分割面のうちの一部（例えば光軸側の第１分割面）を記録密度や透明基板の厚さの異なる２つの情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生にともに利用可能なようにし、残りの分割面のうちの一部（例えば第１分割面に隣接する第２分割面）を一方の情報記録媒体（例えば必要開口数の小さい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにし、その残り（例えば第２分割面に隣接する第３分割面）を他方の情報記録媒体（例えば必要開口数の大きい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにすることが知られている。その一例として、特開平１１−９６５８５号公報に記載のものが挙げられる。しかし、このようにリング状の切り欠きを設けた対物レンズでは、フォーカス信号に誤検出が生じる場合があった。例えば、対物レンズの一面に設けられた３つの分割面のうちＣＤ用に球面収差が補正された第２分割面により、ＤＶＤの記録または再生時にその第２分割面を通過した光束がセンサ上にデフォーカスして集光し、フォーカス信号として誤検出してしまう場合があった。
【０００４】
また、特開平１０−２８３６６８号公報には、ホログラム型リングレンズを用いて、ホログラム部分ではＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長の光について回折されなくし（０次光を利用）、ＣＤ用の７８０ｎｍ波長の光については全て１次光に回折されて作用させるようにした光ピックアップ装置が記載されている。
【０００５】
しかし、このように対物レンズに分割面を設け、その１つの分割面に、一方の波長では０次光を利用し、他方の波長では１次光を利用するホログラムや回折面としたものでは、回折効率が低くなって光源からの光量を十分に利用することができず、フォーカス信号に誤検出が生じることが場合によっては発生する。
【０００６】
また、対物レンズの全面に回折面を設けるのは、その金型製作のコストが高く製造コストの上昇の点で好ましくない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、光源からの光量を十分に利用することができ、情報記録媒体からの光の誤検出も生ぜず、製造コストの上昇を抑えることができる光ピックアップ装置用対物レンズ及びその対物レンズを備える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置用対物レンズは、光軸側から外側に向かう方向に、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたレンズ面を有し、前記回折構造は、最大の回折光量を発生する回折光の次数が互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して同一次数（但し、０次光を除く）となる形状であることを特徴とする。なお、「同一次数」とは、正負の符号を含めてその次数が同一であることをいう。
【０００９】
上記回折構造を備えた領域を設ける位置は、前記対物レンズを使用する光ピックアップ装置において使用される光源の波長、情報記録媒体の透明基板の厚さ、及び前記情報記録媒体の情報の記録密度等によって決定され、前記情報記録媒体毎に定められた対物レンズの必要開口数に応じて定められる。
【００１０】
例えば、前記光ピックアップ装置において２つの情報記録媒体について再生または記録を行う際の前記対物レンズに必要な開口数が異なり、その開口数の小さい方の開口数近傍に前記回折構造を備えた領域を設定することが望ましい。これにより、必要な開口数の小さい方の情報記録媒体に対して回折限界性能を備えた適切なスポット径の集光が行い得るようにできるとともに、それによって、逆に、必要な開口数の大きい方の情報記録媒体に対して、通常は使用されずまたデフォーカスにより集光してフォーカス信号の誤検出を生じる虞のあった領域を結像に寄与し得るようにでき、しかも回折構造を備えた領域を挟んだ領域に回折構造を備えない領域を設けることで、異なる波長に対する光量損失を発生する回折構造よりも光量損失を少なくできるため、情報の記録又は再生に寄与する光源からの光量の利用効率が増加でき、更にフォーカス信号の誤検出を防止し得て、光ピックアップ装置の性能向上を図ることができる。
【００１１】
また、上述のように、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたことにより、全面にわたって回折構造を備えた場合よりも光量の利用効率が向上すると共に、回折輪帯数が少ないのでレンズを成形するための金型の加工工数が短縮でき、金型の製作コストを低減できる。
【００１２】
また、前記レンズ面において光軸を含む領域に前記回折構造を備えない領域が屈折面として形成されることにより、光量の利用効率がより向上する。
【００１３】
また、本発明による光ピックアップ装置用対物レンズは、前記光ピックアップ装置が、波長λ１の第１の光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光源とを有し、第１の光源は透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第１の光束を射出し、第２の光源は透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第２の光束を射出し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）としたとき、前記対物レンズは少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を有し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡＨ１＜ＮＡ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００１４】
また、特にＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置において、ＤＶＤに対しては６５５±３０ｎｍの何れかの波長の光源を使用し、ＣＤに対しては７８５±３０ｎｍの波長の何れかの光源を使用する系では、
０．４５≦ＮＡＨ１≦０．５６、かつ、０．３≦ＮＡＬ１≦０．４５
であることが好ましい。より好ましくは、回折構造を備えた領域の位置は、対物レンズの像側開口数０．３〜０．５であり、更に好ましくは、０．３５〜０．４７である。
【００１５】
更に、０．０５≦（ＮＡＨ１−ＮＡＬ１）≦０．２０であることが好ましく、０．０７≦（ＮＡＨ１−ＮＡＬ１）≦０．１３であることが更に好ましい。
【００１６】
具体的な設計としては、例えば、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ビックアップ装置においては、回折構造を備える領域を除いたＤＶＤに対して必要な開口数まで（即ち、中心領域と周辺領域）は、ＤＶＤに対して球面収差の良く補正された非球面形状とし、ＤＶＤとは透明基板の厚さが異なるＣＤに対して、その透明基板の厚さが異なることによって劣化する球面収差を補正して回折限界性能を備えた適切なスポット径の集光が行い得るように、ＣＤに対して必要な開口数近傍の領域（即ち、中間領域）をＤＶＤに対して球面収差の良く補正された非球面形状とは異なる非球面形状の母非球面として、この母非球面のみではＤＶＤに対する球面収差が劣化するところを、この領域に回折構造を設け、ＤＶＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与して球面収差が良く補正され、ＣＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与するよう回折構造を設計することによって作成し得る。勿論、このような設計に限らず、種々の応用により本発明の対物レンズを設計することができる。なお、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ビックアップ装置とは、少なくとも１種類のＤＶＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能であって、かつ、少なくとも１種類のＣＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能である光ピックアップ装置である。各種のＣＤとしては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等、ＤＶＤとしては、例えば、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等が挙げられる。
【００１７】
また、Ｎ＝１であり、第１及び第２の情報記録媒体のいずれについても１次回折光を使用することが好ましい。
【００１８】
また、前記回折構造を備えた領域と最も光軸側の回折構造を備えない領域との境界において、前記第１の光源と前記第１の光情報記録媒体を用いて、前記波長λ１の光が前記厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。
【００１９】
また、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが、その段差部により屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定されていることが好ましく、これにより、λ１及びλ２のそれぞれの波長で段差部による位相ずれをほぼ０にできる。
【００２０】
具体的には、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが４μｍ以上１０μｍ以下であるよう回折構造が光軸側の屈折面に対して陥没した形状または突き出た形状にできる。
【００２１】
一方、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から遠い側の円周でも段差部を有し、この段差部では光軸から遠い側の屈折面が回折構造に対して陥没した形状または突き出た形状にできる。この構造により、温度変化時の波面収差の劣化を小さくできる。即ち、前記回折構造を備えた領域と光軸から最も離れた側の回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有するようにできる。段差部が１μｍ以上であると、第２の光情報記録媒体（例えば、ＣＤ）側のストレール比を高めることができ、１０μｍ以下であると、波面収差に関する温度特性が劣化しない。なお、光軸方向に設けられた段差部は、勿論、光軸方向に対して傾斜を持って設けられてもよく、この場合でも光軸方向の段差が１μｍ以上１０μｍ以下であればよい。特に、段差部は光軸方向に平行な段差であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明による光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、光軸側から外側に向かう方向に、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたレンズ面を有し、前記回折構造は、最大の回折光量を発生する回折光の次数が互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して同一次数（但し、０次を除く）となる形状である対物レンズとを具備することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明による別の光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を有する対物レンズと、を具備し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡＨ１＜ＮＡ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００２４】
上述の光ピックアップ装置の対物レンズは、更に上述したような各特徴を備える対物レンズとすることにより、同様の効果を得ることができる。なお、本発明では、第１及び第２の光情報記録媒体として、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の情報記録媒体が挙げられるが、更に記録密度を高めた新規の高密度情報記録媒体をも含む。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。図１のように、対物レンズ１０は、第１面１０ａに、光軸ｐに近い屈折面１１と、屈折面１１の光軸ｐから離れた外周領域に回転対称に設けられた回折輪帯１３と、回折輪帯１３の更に外周に設けられた屈折面１２とを備えている。
【００２６】
回折輪帯１３は、開口数ＮＡＬ１からＮＡＨ１の範囲に設けられ、透明基板の厚さのことなる２種の光情報記録媒体に対して、光源の波長差を利用して、球面収差を補正するものである。
【００２７】
例として、波長６５５ｎｍでの必要開口数が０．６のＤＶＤと、波長７８５ｎｍでの必要開口数が０．５のＣＤとに対応する場合には、対物レンズ１０の第１面１０ａのＮＡ０．３７から０．５０の範囲に回折輪帯１３を設ける。
【００２８】
このＮＡ０．３７以下の屈折面１１では回折効率による損失がなく、光量を１００％利用できる。ＮＡが０．３７以下のように小さい範囲では、球面収差を完全に補正しなくても結像性能に必要なスポット径や波面収差への影響は小さく、また、光量が大きいことにより記録／再生の精度が高くなり、フォーカス信号の誤検出を防止できる。
【００２９】
また、金型成形により対物レンズを大量生産する場合、生産量が多いと金型自体も多数必要となりその加工工数が増え、特に回折レンズではその回折輪帯に対応した金型加工に時間がかかるのであるが、中間回折輪帯の構造は、全面回折構造よりも輪帯数が少なく加工工数が短縮できるので、金型コストを低減でき、製造コストを削減できる。
【００３０】
また、回折輪帯１３と光軸ｐ側の屈折面１１との境界において、波長λ１の光源とＤＶＤ（透明基板厚さｔ１）を用いて、波長λ１の光が厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。具体的には、後述の実施例のようなレンズデータをもとに対物レンズに回折輪帯を形成する際に、ＤＶＤにおいて回折輪帯１３と屈折面１１との位相差をほぼ０となるように回折輪帯１３の光軸ｐ方向の位置を微妙に調整して定めることによって、実現できる。即ち、図９のように、ブレーズ化波長と使用波長（λ１）との違いによって回折輪帯１３では波面収差が生じるが、回折輪帯１３の平均波面が屈折面１２の波面と位相ずれを生じないように回折輪帯１３の光軸ｐ方向の位置を定めればよい。図９のように、屈折部（屈折面）の波面収差に対して回折輪帯の平均波面収差がλ１／１０以下になるように調整する。
【００３１】
次に、図２により屈折面１１と回折輪帯１３との境界の段差部１３ａについて説明する。段差部１３ａの寸法（深さ）は、その段差部１３ａにより屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定する。即ち、いま、波長λ１が６５５ｎｍである光束が対物レンズ１０の第１面１０ａから入射したとき、図２のように、６λ１の光路差を生じるように段差部１３ａの深さを定めれば、波長λ２が７８５ｎｍのとき、λ１：λ２がほぼ５：６なので、波長λ２に対しほぼ５λ２の光路差を生じ、λ１、λ２ともに位相差を生じない。また、段差部１３ａの寸法（深さ）等を適宜設定することにより、温度変化時に波面収差の劣化を小さくすることができる。即ち、段差部１３ａの深さは、４μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００３２】
次に、図６により本実施の形態の別の光ピックアップ装置用対物レンズを説明する。図６は本発明の第２の実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【００３３】
図６のように、対物レンズ２０は、第１面２０ａに、光軸ｐに近い屈折面２１と、屈折面２１の光軸ｐから離れた外周領域に回転対称に設けられた回折輪帯２３と、回折輪帯２３の更に外周に設けられた屈折面２２とを備えており、図１の対物レンズと同様に使用され得る。対物レンズ２０には段差部２３ａが光軸ｐから離れた側の回折輪帯２３と屈折面２２との間の境界に回折輪帯２３の母非球面に対し光軸ｐ方向に設けられている。
【００３４】
このような段差部２３ａを光軸方向に適切な段差で設けることにより、ＣＤ側のストレール比を高めることができる。段差部２３ａの段差量は、ＤＶＤの波長λ１で段差により生じる光路差が波長の整数倍となるように、ほぼ次式による値とされる。
【００３５】
ｍ・λ１／（ｃｏｓθ−ｎ・ｃｏｓθ’）
（ｍは整数、θは入射光線の傾角、θ’は射出光線の傾角、ｎは屈折率）
【００３６】
ＣＤ側では回折輪帯２３の外側の屈折面２２を通過する光束がフレアとなるように球面収差を生じさせているが、このときこのフレア部分がＣＤ用の結像スポットのストレール比に対して影響を与えることが判明した。即ち、上記式の整数ｍの値が異なる整数値を取るように段差量を変えた場合、ＤＶＤの波長λ１に対しては回折輪帯２３と屈折面２２との間の境界で波長λ１の整数倍だけ位相が変わり、ストレール比は変動しない。一方、ＣＤの波長λ２に対しては境界における位相の変化にλ２の整数倍からの端数が生じ、このとき屈折部２２からのストレール比の寄与が変動する。整数ｍの値を適切に取れば、ストレール比を高くすることができる。段差部２３ａの段差量（深さ）ｂ（回折輪帯２３の破線で示す母非球面と屈折面２２との境界の光軸ｐ方向の距離）は１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。
【００３７】
なお、図１及び図６では、回折輪帯１３，２３が屈折面１１，２２に対して陥没するように位置しているが、突き出るように位置してもよく、段差部１３ａ，２３ａの好ましい寸法（深さ）は、絶対値として考えて陥没形状にも突き出し形状にも適用できる。
【００３８】
次に、図３により、上述のような対物レンズを備えた本実施の形態にかかる光ピックアップ装置を具体的に説明する。
【００３９】
図３に示す光ピックアップ装置は、第１の光ディスクの再生用の第１の光源である第１の半導体レーザ１１１と、第２の光ディスク再生用の第２の光源である第２の半導体レーザ１１２とを有している。
【００４０】
まず第１の光ディスクを再生する場合、第１の半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、両半導体レーザ１１１、１１２からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ１９０を透過し、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り１７によって絞られ、対物レンズ１０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４１】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３を透過して、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８により非点収差が与えられ、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４２】
また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１０を移動させる。
【００４３】
第２の光ディスクを再生する場合、第２の半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、上記第１半導体１１１からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４、絞り１７、対物レンズ１０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４４】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３、偏光ビームスプリッタ１２０、シリンドリカルレンズ１８０を介して、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４５】
また、第１の光ディスクの場合と同様、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１０を移動させる。
【００４６】
なお、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２をユニット化した２波長半導体レーザを使った光学系や、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２，光検出器をユニット化した光源−検出器モジュールを使用した光ピックアップ装置にも本対物レンズは適する。その他当業者に知られた複数の光源を持ったピックアップ光学系に適用することも可能である。
【００４７】
【実施例】
次に、図１に相当するＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズの実施例１を説明する。
【００４８】
図１の対物レンズ１０の第１面１０ａは、開口数ＮＡＬ１以下に相当する中央の領域（１１）と、開口数ＮＡＨ１以上に相当する周辺の領域（１２）とが屈折非球面であり、開口数ＮＡＬ１以上、開口数ＮＡＨ１以下に相当する中問の領域が回折面１３である。第１面の反対面の第２面は屈折非球面である。
【００４９】
回折面は、回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差函数とで表す。光路差関数は基準波長の回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設けている。
【００５０】
光路差関数Φ（ｈ）は次式で表す。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・（ｍｍ）
但し、ｈ：光軸からの距離、ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数である。
【００５１】
また、非球面は次式で表す。
ｘ＝(ｈ2／ｒ)(１＋√(１−（１＋ｋ)ｈ2／ｒ2)＋Ａ０＋Ａ２ｈ2＋Ａ４ｈ4＋Ａ６ｈ6＋・・・
但し、Ａ０、Ａ２，Ａ４，Ａ６，・・・：非球面係数、ｋ：円錐係数、ｒ：近軸曲率半径であり、ｒ、ｄ、ｎ、はレンズの曲率半径、面間隔、屈折率を表す。
【００５２】
光源波長λ１＝６５５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３６、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ１＝０．６０）である。
【００５３】
光源波長λ２＝７８５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３８、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ２＝０．５０）である。
【００５４】
実施例１のレンズデータは次の表１の通りである。
【００５５】
【表１】
【００５６】
また、この対物レンズの断面図を図４に示し、その球面収差図をＤＶＤの場合を図５（ａ）に、ＣＤの場合を図５（ｂ）に示す。
【００５７】
また、ＮＡＬ１における段差部１３ａの深さが６．４５μｍであり、金型の回折輪帯に対応する金型面を刃先半径４μｍのバイトで加工し、１次回折光を用いたときの第１面における回折効率を次の表２に示す。
【００５８】
【表２】
【００５９】
比較例として、第１面を同様の仕様で全面を回折面とした場合の回折効率は、ＤＶＤ８８％、ＣＤ８９％であり、この比較例の全面回折レンズと比較すると、本実施例は回折効率が高く、光量をより利用可能であることが分かる。特に、ＤＶＤでは、ストレール比が１００％であり、レーザ利用効率が優れていることが分かる。
【００６０】
次に、実施例２及び実施例３について説明する。実施例２，３は、実施例１と同様のＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズであって、図４とほぼ同様の断面を有し、図１と図６とを組み合わせた形状であって、回折輪帯の光軸に近い屈折面との境界における段差部１３ａ（図１）及び光軸から遠い屈折面との境界における段差部２３ａ（図６）を有している。回折面は、実施例１と同様の回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、上述の式による光路差函数とで表す。また、非球面も上述の式で表される。
【００６１】
実施例２の対物レンズは、光源波長λ１＝６５５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３６、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ１＝０．６０）である。
【００６２】
光源波長λ２＝７８５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３８、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ２＝０．５０）である。
【００６３】
実施例２のレンズデータは次の表３の通りである。
【００６４】
【表３】
【００６５】
また、ＮＡＨ１における段差部（図６の段差部２３ａに相当する）の深さは２．７５２μｍであり、ＮＡＬ１における段差部（図１の段差部１３ａに相当する）の深さは６．４４７μｍである。なお、段差部の深さの符号は、その境界部において外側の部分が内側の部分よりも像側（光情報記録媒体側）に変位しているときを正とする。実施例２の対物レンズの球面収差図をＤＶＤの場合を図７（ａ）に、ＣＤの場合を図７（ｂ）に示す。
【００６６】
また、実施例３の対物レンズは、光源波長λ１＝６６０ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３６、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ１＝０．６０）である。
【００６７】
光源波長λ２＝７９４ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３８、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ２＝０．４５）である。
【００６８】
実施例３のレンズデータは次の表４の通りである。
【００６９】
【表４】
【００７０】
また、ＮＡＨ１における段差部（図６の段差部２３ａに相当する）の深さは−２．７８４μｍであり、ＮＡＬ１における段差部（図１の段差部１３ａに相当する）の深さは６．３７８μｍである。なお、段差部の深さの符号は、その境界部において外側の部分が内側の部分よりも像側（光情報記録媒体側）に変位しているときを正とする。実施例３の対物レンズの球面収差図をＤＶＤの場合を図８（ａ）に、ＣＤの場合を図８（ｂ）に示す。なお、表３及び表４では１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０−２）のように表している。
【００７１】
以上の実施例においては、対物レンズの１つの面を３つの分割面（領域）に構成し、中間領域に回折構造を備えた分割面としたが、分割面数はこれに限定されることなく、更に３以上の分割面を設けた構成としてもよく、例えば、回折構造を備えた領域内が更に複数の分割面に構成されてもよく、また中心領域等の回折構造を備えていない屈折面の領域が更に分割面に構成されていてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の光ピックアップ装置用対物レンズ及びその対物レンズを備える光ピックアップ装置によれば、光源からの光量を十分に利用することができ、情報記録媒体からの光の誤検出も生ぜず、製造コストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図２】図１の要部を拡大した断面図である。
【図３】図１の対物レンズを備える本実施の形態の光ピックアップ装置の概略図である。
【図４】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図５】実施例１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、ＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図６】本実施の形態の別の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図７】実施例２の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、ＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。。
【図８】実施例３の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、ＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図９】図１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 対物レンズ
１０ａ 第１面
１１、１２ 屈折面
１３ 回折輪帯
１３ａ 段差部
２０ 対物レンズ
２０ａ 第１面
２１、２２ 屈折面
２３ 回折輪帯
２３ａ 段差部
１１１ 第１の半導体レーザ
１１２ 第２の半導体レーザ
２００ 光ディスク（情報記録媒体）
３００ 光検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置において情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行うために用いられる対物レンズ及び光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤ等の記録密度や透明基板の厚さの異なる複数の情報記録媒体（例えば光ディスク）に対して、情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置として、少なくとも対物レンズを共通に使用することにより装置の小型化や低価格化を実現することが望まれており、そのための対物レンズや光ピックアップ装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、対物レンズに特殊輪帯として切り欠きをリング状に設けて、対物レンズの一面を複数の分割面（例えば３つの分割面）に構成し、複数の分割面のうちの一部（例えば光軸側の第１分割面）を記録密度や透明基板の厚さの異なる２つの情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生にともに利用可能なようにし、残りの分割面のうちの一部（例えば第１分割面に隣接する第２分割面）を一方の情報記録媒体（例えば必要開口数の小さい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにし、その残り（例えば第２分割面に隣接する第３分割面）を他方の情報記録媒体（例えば必要開口数の大きい方の情報記録媒体）に対する情報の記録及び／又は再生に主に利用可能なようにすることが知られている。その一例として、特開平１１−９６５８５号公報に記載のものが挙げられる。しかし、このようにリング状の切り欠きを設けた対物レンズでは、フォーカス信号に誤検出が生じる場合があった。例えば、対物レンズの一面に設けられた３つの分割面のうちＣＤ用に球面収差が補正された第２分割面により、ＤＶＤの記録または再生時にその第２分割面を通過した光束がセンサ上にデフォーカスして集光し、フォーカス信号として誤検出してしまう場合があった。
【０００４】
また、特開平１０−２８３６６８号公報には、ホログラム型リングレンズを用いて、ホログラム部分ではＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長の光について回折されなくし（０次光を利用）、ＣＤ用の７８０ｎｍ波長の光については全て１次光に回折されて作用させるようにした光ピックアップ装置が記載されている。
【０００５】
しかし、このように対物レンズに分割面を設け、その１つの分割面に、一方の波長では０次光を利用し、他方の波長では１次光を利用するホログラムや回折面としたものでは、回折効率が低くなって光源からの光量を十分に利用することができず、フォーカス信号に誤検出が生じることが場合によっては発生する。
【０００６】
また、対物レンズの全面に回折面を設けるのは、その金型製作のコストが高く製造コストの上昇の点で好ましくない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、光源からの光量を十分に利用することができ、情報記録媒体からの光の誤検出も生ぜず、製造コストの上昇を抑えることができる光ピックアップ装置用対物レンズ及びその対物レンズを備える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置用対物レンズは、光軸側から外側に向かう方向に、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたレンズ面を有し、前記回折構造は、最大の回折光量を発生する回折光の次数が互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して同一次数（但し、０次光を除く）となる形状であることを特徴とする。なお、「同一次数」とは、正負の符号を含めてその次数が同一であることをいう。
【０００９】
上記回折構造を備えた領域を設ける位置は、前記対物レンズを使用する光ピックアップ装置において使用される光源の波長、情報記録媒体の透明基板の厚さ、及び前記情報記録媒体の情報の記録密度等によって決定され、前記情報記録媒体毎に定められた対物レンズの必要開口数に応じて定められる。
【００１０】
例えば、前記光ピックアップ装置において２つの情報記録媒体について再生または記録を行う際の前記対物レンズに必要な開口数が異なり、その開口数の小さい方の開口数近傍に前記回折構造を備えた領域を設定することが望ましい。これにより、必要な開口数の小さい方の情報記録媒体に対して回折限界性能を備えた適切なスポット径の集光が行い得るようにできるとともに、それによって、逆に、必要な開口数の大きい方の情報記録媒体に対して、通常は使用されずまたデフォーカスにより集光してフォーカス信号の誤検出を生じる虞のあった領域を結像に寄与し得るようにでき、しかも回折構造を備えた領域を挟んだ領域に回折構造を備えない領域を設けることで、異なる波長に対する光量損失を発生する回折構造よりも光量損失を少なくできるため、情報の記録又は再生に寄与する光源からの光量の利用効率が増加でき、更にフォーカス信号の誤検出を防止し得て、光ピックアップ装置の性能向上を図ることができる。
【００１１】
また、上述のように、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたことにより、全面にわたって回折構造を備えた場合よりも光量の利用効率が向上すると共に、回折輪帯数が少ないのでレンズを成形するための金型の加工工数が短縮でき、金型の製作コストを低減できる。
【００１２】
また、前記レンズ面において光軸を含む領域に前記回折構造を備えない領域が屈折面として形成されることにより、光量の利用効率がより向上する。
【００１３】
また、本発明による光ピックアップ装置用対物レンズは、前記光ピックアップ装置が、波長λ１の第１の光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光源とを有し、第１の光源は透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第１の光束を射出し、第２の光源は透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第２の光束を射出し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）としたとき、前記対物レンズは少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を有し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡＨ１＜ＮＡ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００１４】
また、特にＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ピックアップ装置において、ＤＶＤに対しては６５５±３０ｎｍの何れかの波長の光源を使用し、ＣＤに対しては７８５±３０ｎｍの波長の何れかの光源を使用する系では、
０．４５≦ＮＡＨ１≦０．５６、かつ、０．３≦ＮＡＬ１≦０．４５
であることが好ましい。より好ましくは、回折構造を備えた領域の位置は、対物レンズの像側開口数０．３〜０．５であり、更に好ましくは、０．３５〜０．４７である。
【００１５】
更に、０．０５≦（ＮＡＨ１−ＮＡＬ１）≦０．２０であることが好ましく、０．０７≦（ＮＡＨ１−ＮＡＬ１）≦０．１３であることが更に好ましい。
【００１６】
具体的な設計としては、例えば、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ビックアップ装置においては、回折構造を備える領域を除いたＤＶＤに対して必要な開口数まで（即ち、中心領域と周辺領域）は、ＤＶＤに対して球面収差の良く補正された非球面形状とし、ＤＶＤとは透明基板の厚さが異なるＣＤに対して、その透明基板の厚さが異なることによって劣化する球面収差を補正して回折限界性能を備えた適切なスポット径の集光が行い得るように、ＣＤに対して必要な開口数近傍の領域（即ち、中間領域）をＤＶＤに対して球面収差の良く補正された非球面形状とは異なる非球面形状の母非球面として、この母非球面のみではＤＶＤに対する球面収差が劣化するところを、この領域に回折構造を設け、ＤＶＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与して球面収差が良く補正され、ＣＤに対してその領域による１次回折光が結像に寄与するよう回折構造を設計することによって作成し得る。勿論、このような設計に限らず、種々の応用により本発明の対物レンズを設計することができる。なお、ＤＶＤ／ＣＤ互換可能な光ビックアップ装置とは、少なくとも１種類のＤＶＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能であって、かつ、少なくとも１種類のＣＤに対して、情報の記録または再生の少なくとも一方が可能である光ピックアップ装置である。各種のＣＤとしては、例えば、CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等、ＤＶＤとしては、例えば、DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等が挙げられる。
【００１７】
また、Ｎ＝１であり、第１及び第２の情報記録媒体のいずれについても１次回折光を使用することが好ましい。
【００１８】
また、前記回折構造を備えた領域と最も光軸側の回折構造を備えない領域との境界において、前記第１の光源と前記第１の光情報記録媒体を用いて、前記波長λ１の光が前記厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。
【００１９】
また、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが、その段差部により屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定されていることが好ましく、これにより、λ１及びλ２のそれぞれの波長で段差部による位相ずれをほぼ０にできる。
【００２０】
具体的には、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが４μｍ以上１０μｍ以下であるよう回折構造が光軸側の屈折面に対して陥没した形状または突き出た形状にできる。
【００２１】
一方、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から遠い側の円周でも段差部を有し、この段差部では光軸から遠い側の屈折面が回折構造に対して陥没した形状または突き出た形状にできる。この構造により、温度変化時の波面収差の劣化を小さくできる。即ち、前記回折構造を備えた領域と光軸から最も離れた側の回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有するようにできる。段差部が１μｍ以上であると、第２の光情報記録媒体（例えば、ＣＤ）側のストレール比を高めることができ、１０μｍ以下であると、波面収差に関する温度特性が劣化しない。なお、光軸方向に設けられた段差部は、勿論、光軸方向に対して傾斜を持って設けられてもよく、この場合でも光軸方向の段差が１μｍ以上１０μｍ以下であればよい。特に、段差部は光軸方向に平行な段差であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明による光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、光軸側から外側に向かう方向に、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたレンズ面を有し、前記回折構造は、最大の回折光量を発生する回折光の次数が互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して同一次数（但し、０次を除く）となる形状である対物レンズとを具備することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明による別の光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を有する対物レンズと、を具備し、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、前記第１の光源からの光束の、前記前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡＨ１＜ＮＡ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００２４】
上述の光ピックアップ装置の対物レンズは、更に上述したような各特徴を備える対物レンズとすることにより、同様の効果を得ることができる。なお、本発明では、第１及び第２の光情報記録媒体として、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の情報記録媒体が挙げられるが、更に記録密度を高めた新規の高密度情報記録媒体をも含む。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。図１のように、対物レンズ１０は、第１面１０ａに、光軸ｐに近い屈折面１１と、屈折面１１の光軸ｐから離れた外周領域に回転対称に設けられた回折輪帯１３と、回折輪帯１３の更に外周に設けられた屈折面１２とを備えている。
【００２６】
回折輪帯１３は、開口数ＮＡＬ１からＮＡＨ１の範囲に設けられ、透明基板の厚さのことなる２種の光情報記録媒体に対して、光源の波長差を利用して、球面収差を補正するものである。
【００２７】
例として、波長６５５ｎｍでの必要開口数が０．６のＤＶＤと、波長７８５ｎｍでの必要開口数が０．５のＣＤとに対応する場合には、対物レンズ１０の第１面１０ａのＮＡ０．３７から０．５０の範囲に回折輪帯１３を設ける。
【００２８】
このＮＡ０．３７以下の屈折面１１では回折効率による損失がなく、光量を１００％利用できる。ＮＡが０．３７以下のように小さい範囲では、球面収差を完全に補正しなくても結像性能に必要なスポット径や波面収差への影響は小さく、また、光量が大きいことにより記録／再生の精度が高くなり、フォーカス信号の誤検出を防止できる。
【００２９】
また、金型成形により対物レンズを大量生産する場合、生産量が多いと金型自体も多数必要となりその加工工数が増え、特に回折レンズではその回折輪帯に対応した金型加工に時間がかかるのであるが、中間回折輪帯の構造は、全面回折構造よりも輪帯数が少なく加工工数が短縮できるので、金型コストを低減でき、製造コストを削減できる。
【００３０】
また、回折輪帯１３と光軸ｐ側の屈折面１１との境界において、波長λ１の光源とＤＶＤ（透明基板厚さｔ１）を用いて、波長λ１の光が厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることが好ましく、λ１／２０以下であることが更に好ましい。具体的には、後述の実施例のようなレンズデータをもとに対物レンズに回折輪帯を形成する際に、ＤＶＤにおいて回折輪帯１３と屈折面１１との位相差をほぼ０となるように回折輪帯１３の光軸ｐ方向の位置を微妙に調整して定めることによって、実現できる。即ち、図９のように、ブレーズ化波長と使用波長（λ１）との違いによって回折輪帯１３では波面収差が生じるが、回折輪帯１３の平均波面が屈折面１２の波面と位相ずれを生じないように回折輪帯１３の光軸ｐ方向の位置を定めればよい。図９のように、屈折部（屈折面）の波面収差に対して回折輪帯の平均波面収差がλ１／１０以下になるように調整する。
【００３１】
次に、図２により屈折面１１と回折輪帯１３との境界の段差部１３ａについて説明する。段差部１３ａの寸法（深さ）は、その段差部１３ａにより屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定する。即ち、いま、波長λ１が６５５ｎｍである光束が対物レンズ１０の第１面１０ａから入射したとき、図２のように、６λ１の光路差を生じるように段差部１３ａの深さを定めれば、波長λ２が７８５ｎｍのとき、λ１：λ２がほぼ５：６なので、波長λ２に対しほぼ５λ２の光路差を生じ、λ１、λ２ともに位相差を生じない。また、段差部１３ａの寸法（深さ）等を適宜設定することにより、温度変化時に波面収差の劣化を小さくすることができる。即ち、段差部１３ａの深さは、４μｍ〜１０μｍが好ましい。
【００３２】
次に、図６により本実施の形態の別の光ピックアップ装置用対物レンズを説明する。図６は本発明の第２の実施の形態を示す光ピックアップ装置用対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【００３３】
図６のように、対物レンズ２０は、第１面２０ａに、光軸ｐに近い屈折面２１と、屈折面２１の光軸ｐから離れた外周領域に回転対称に設けられた回折輪帯２３と、回折輪帯２３の更に外周に設けられた屈折面２２とを備えており、図１の対物レンズと同様に使用され得る。対物レンズ２０には段差部２３ａが光軸ｐから離れた側の回折輪帯２３と屈折面２２との間の境界に回折輪帯２３の母非球面に対し光軸ｐ方向に設けられている。
【００３４】
このような段差部２３ａを光軸方向に適切な段差で設けることにより、ＣＤ側のストレール比を高めることができる。段差部２３ａの段差量は、ＤＶＤの波長λ１で段差により生じる光路差が波長の整数倍となるように、ほぼ次式による値とされる。
【００３５】
ｍ・λ１／（ｃｏｓθ−ｎ・ｃｏｓθ’）
（ｍは整数、θは入射光線の傾角、θ’は射出光線の傾角、ｎは屈折率）
【００３６】
ＣＤ側では回折輪帯２３の外側の屈折面２２を通過する光束がフレアとなるように球面収差を生じさせているが、このときこのフレア部分がＣＤ用の結像スポットのストレール比に対して影響を与えることが判明した。即ち、上記式の整数ｍの値が異なる整数値を取るように段差量を変えた場合、ＤＶＤの波長λ１に対しては回折輪帯２３と屈折面２２との間の境界で波長λ１の整数倍だけ位相が変わり、ストレール比は変動しない。一方、ＣＤの波長λ２に対しては境界における位相の変化にλ２の整数倍からの端数が生じ、このとき屈折部２２からのストレール比の寄与が変動する。整数ｍの値を適切に取れば、ストレール比を高くすることができる。段差部２３ａの段差量（深さ）ｂ（回折輪帯２３の破線で示す母非球面と屈折面２２との境界の光軸ｐ方向の距離）は１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。
【００３７】
なお、図１及び図６では、回折輪帯１３，２３が屈折面１１，２２に対して陥没するように位置しているが、突き出るように位置してもよく、段差部１３ａ，２３ａの好ましい寸法（深さ）は、絶対値として考えて陥没形状にも突き出し形状にも適用できる。
【００３８】
次に、図３により、上述のような対物レンズを備えた本実施の形態にかかる光ピックアップ装置を具体的に説明する。
【００３９】
図３に示す光ピックアップ装置は、第１の光ディスクの再生用の第１の光源である第１の半導体レーザ１１１と、第２の光ディスク再生用の第２の光源である第２の半導体レーザ１１２とを有している。
【００４０】
まず第１の光ディスクを再生する場合、第１の半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、両半導体レーザ１１１、１１２からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ１９０を透過し、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り１７によって絞られ、対物レンズ１０により第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４１】
そして情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３を透過して、偏光ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８により非点収差が与えられ、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４２】
また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１０を移動させる。
【００４３】
第２の光ディスクを再生する場合、第２の半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、上記第１半導体１１１からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３、１／４波長板１４、絞り１７、対物レンズ１０を介して第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【００４４】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３、偏光ビームスプリッタ１２０、シリンドリカルレンズ１８０を介して、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４５】
また、第１の光ディスクの場合と同様、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１０を移動させる。
【００４６】
なお、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２をユニット化した２波長半導体レーザを使った光学系や、半導体レーザ１１１，半導体レーザ１１２，光検出器をユニット化した光源−検出器モジュールを使用した光ピックアップ装置にも本対物レンズは適する。その他当業者に知られた複数の光源を持ったピックアップ光学系に適用することも可能である。
【００４７】
【実施例】
次に、図１に相当するＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズの実施例１を説明する。
【００４８】
図１の対物レンズ１０の第１面１０ａは、開口数ＮＡＬ１以下に相当する中央の領域（１１）と、開口数ＮＡＨ１以上に相当する周辺の領域（１２）とが屈折非球面であり、開口数ＮＡＬ１以上、開口数ＮＡＨ１以下に相当する中問の領域が回折面１３である。第１面の反対面の第２面は屈折非球面である。
【００４９】
回折面は、回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、光路差函数とで表す。光路差関数は基準波長の回折光に対し回折面によって付加される光路差をあらわすものとし、光路差関数の値がｍλ（ｍは回折次数）変わるごとに回折輪帯を設けている。
【００５０】
光路差関数Φ（ｈ）は次式で表す。
Φ（ｈ）＝ｂ０＋ｂ２＊ｈ2＋ｂ４＊ｈ4＋ｂ６＊ｈ6＋・・・（ｍｍ）
但し、ｈ：光軸からの距離、ｂ０、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・：光路差関数の係数である。
【００５１】
また、非球面は次式で表す。
ｘ＝(ｈ2／ｒ)(１＋√(１−（１＋ｋ)ｈ2／ｒ2)＋Ａ０＋Ａ２ｈ2＋Ａ４ｈ4＋Ａ６ｈ6＋・・・
但し、Ａ０、Ａ２，Ａ４，Ａ６，・・・：非球面係数、ｋ：円錐係数、ｒ：近軸曲率半径であり、ｒ、ｄ、ｎ、はレンズの曲率半径、面間隔、屈折率を表す。
【００５２】
光源波長λ１＝６５５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３６、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ１＝０．６０）である。
【００５３】
光源波長λ２＝７８５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３８、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ２＝０．５０）である。
【００５４】
実施例１のレンズデータは次の表１の通りである。
【００５５】
【表１】
また、この対物レンズの断面図を図４に示し、その球面収差図をＤＶＤの場合を図５（ａ）に、ＣＤの場合を図５（ｂ）に示す。
【００５７】
また、ＮＡＬ１における段差部１３ａの深さが６．４５μｍであり、金型の回折輪帯に対応する金型面を刃先半径４μｍのバイトで加工し、１次回折光を用いたときの第１面における回折効率を次の表２に示す。
【００５８】
【表２】
比較例として、第１面を同様の仕様で全面を回折面とした場合の回折効率は、ＤＶＤ８８％、ＣＤ８９％であり、この比較例の全面回折レンズと比較すると、本実施例は回折効率が高く、光量をより利用可能であることが分かる。特に、ＤＶＤでは、ストレール比が１００％であり、レーザ利用効率が優れていることが分かる。
【００６０】
次に、実施例２及び実施例３について説明する。実施例２，３は、実施例１と同様のＤＶＤとＣＤとの互換可能な対物レンズであって、図４とほぼ同様の断面を有し、図１と図６とを組み合わせた形状であって、回折輪帯の光軸に近い屈折面との境界における段差部１３ａ（図１）及び光軸から遠い屈折面との境界における段差部２３ａ（図６）を有している。回折面は、実施例１と同様の回折レリーフをはずしたマクロ的な形状を示す母非球面と、上述の式による光路差函数とで表す。また、非球面も上述の式で表される。
【００６１】
実施例２の対物レンズは、光源波長λ１＝６５５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３６、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ１＝０．６０）である。
【００６２】
光源波長λ２＝７８５ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３８、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ２＝０．５０）である。
【００６３】
実施例２のレンズデータは次の表３の通りである。
【００６４】
【表３】
また、ＮＡＨ１における段差部（図６の段差部２３ａに相当する）の深さは２．７５２μｍであり、ＮＡＬ１における段差部（図１の段差部１３ａに相当する）の深さは６．４４７μｍである。なお、段差部の深さの符号は、その境界部において外側の部分が内側の部分よりも像側（光情報記録媒体側）に変位しているときを正とする。実施例２の対物レンズの球面収差図をＤＶＤの場合を図７（ａ）に、ＣＤの場合を図７（ｂ）に示す。
【００６６】
また、実施例３の対物レンズは、光源波長λ１＝６６０ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３６、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ１＝０．６０）である。
【００６７】
光源波長λ２＝７９４ｎｍのとき、焦点距離ｆ＝３．３８、像側開口数＝０．６０（必要開口数ＮＡ２＝０．４５）である。
【００６８】
実施例３のレンズデータは次の表４の通りである。
【００６９】
【表４】
また、ＮＡＨ１における段差部（図６の段差部２３ａに相当する）の深さは−２．７８４μｍであり、ＮＡＬ１における段差部（図１の段差部１３ａに相当する）の深さは６．３７８μｍである。なお、段差部の深さの符号は、その境界部において外側の部分が内側の部分よりも像側（光情報記録媒体側）に変位しているときを正とする。実施例３の対物レンズの球面収差図をＤＶＤの場合を図８（ａ）に、ＣＤの場合を図８（ｂ）に示す。なお、表３及び表４では１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０−２）のように表している。
【００７１】
以上の実施例においては、対物レンズの１つの面を３つの分割面（領域）に構成し、中間領域に回折構造を備えた分割面としたが、分割面数はこれに限定されることなく、更に３以上の分割面を設けた構成としてもよく、例えば、回折構造を備えた領域内が更に複数の分割面に構成されてもよく、また中心領域等の回折構造を備えていない屈折面の領域が更に分割面に構成されていてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の光ピックアップ装置用対物レンズ及びその対物レンズを備える光ピックアップ装置によれば、光源からの光量を十分に利用することができ、情報記録媒体からの光の誤検出も生ぜず、製造コストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図２】図１の要部を拡大した断面図である。
【図３】図１の対物レンズを備える本実施の形態の光ピックアップ装置の概略図である。
【図４】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図５】実施例１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、ＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図６】本実施の形態の別の対物レンズの模式的な上半分の断面図である。
【図７】実施例２の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、ＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。。
【図８】実施例３の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差図（ａ）、ＣＤの場合の球面収差図（ｂ）である。
【図９】図１の対物レンズに関するＤＶＤの場合の球面収差を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 対物レンズ
１０ａ 第１面
１１、１２ 屈折面
１３ 回折輪帯
１３ａ 段差部
２０ 対物レンズ
２０ａ 第１面
２１、２２ 屈折面
２３ 回折輪帯
２３ａ 段差部
１１１ 第１の半導体レーザ
１１２ 第２の半導体レーザ
２００ 光ディスク（情報記録媒体）
３００ 光検出器
Claims (21)
- 光軸側から外側に向かう方向に、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたレンズ面を有し、
前記回折構造は、最大の回折光量を発生する回折光の次数が互いに異なる少なくとも２つの波長（λ１，λ２）の光束に対して同一次数（但し、０次を除く）となる形状であることを特徴とする光ピックアップ装置用対物レンズ。 - 前記レンズ面において光軸を含む領域に前記回折構造を備えない領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記同一次数が１次であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記光ピックアップ装置が、波長λ１の第１の光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光源とを有し、
第１の光源は透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第１の光束を射出し、
第２の光源は透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために第２の光束を射出し、
前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、
前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）としたとき、
前記対物レンズは少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を有し、
前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、
前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、
前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、
前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡＨ１＜ＮＡ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用対物レンズ。 - 前記ＮＡＨ１及び前記ＮＡＬ１が次の式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
０．４５≦ＮＡＨ１≦０．５６
０．３≦ＮＡＬ１≦０．４５ - 前記ＮがＮ＝１であることを特徴とする請求項４または５に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域と光軸から最も離れた側の回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有することを特徴とする請求項４，５または６に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域と最も光軸側の回折構造を備えない領域との境界において、前記第１の光源と前記第１の光情報記録媒体を用いて、前記波長λ１の光が前記厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることを特徴とする請求項４，５または６に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが、その段差部により屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが４μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用対物レンズ。
- 透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、
透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、
前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、
光軸側から外側に向かう方向に、回折構造を備えた領域を挟んで回折構造を備えない領域を設けたレンズ面を有し、前記回折構造は、前記第１の光束に対して最大の回折光量を発生する回折光の次数と、前記第２の光束に対して最大の回折光量を発生する回折光の次数が同一次数（但し、０次光を除く）となる形状である対物レンズとを、具備することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記レンズ面において光軸を含む領域に前記回折構造を備えない領域が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ装置。
- 前記同一次数が１次であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光ピックアップ装置。
- 透明基板の厚さがｔ１の第１の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ１の第１の光束を射出する第１の光源と、
透明基板の厚さがｔ２の第２の光情報記録媒体に対する情報の再生または記録のために波長λ２（λ１＜λ２）の第２の光束を射出する第２の光源と、
前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、
少なくとも１つの面に、光軸に対して回転対称な回折構造を備えた領域を有する対物レンズと、を具備し、
前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ１とし、
前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数をＮＡ２（ＮＡ２＜ＮＡ１）とし、
前記第１の光情報記録媒体を前記第１の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＮ次回折光（Ｎは０でない整数）を利用し、
前記第２の光情報記録媒体を前記第２の光源で記録及び／または再生するときに前記回折構造を備えた領域からのＭ次回折光（Ｍ＝Ｎ）を利用し、
前記第１の光源からの光束の、前記回折構造を備えた領域の最も光軸から離れた円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＨ１の光束に変換され、
前記第１の光源からの光束の、前記前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周からのＮ次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がＮＡＬ１の光束に変換される場合に、
ＮＡＨ１＜ＮＡ１
（１／３）ＮＡ２＜ＮＡＬ１＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記ＮＡＨ１及び前記ＮＡＬ１が次の式を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
０．４５≦ＮＡＨ１≦０．５６
０．３≦ＮＡＬ１≦０．４５ - 前記ＮがＮ＝１であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光ピックアップ装置。
- 前記回折構造を備えた領域と光軸から最も離れた側の回折構造を備えない領域との境界において光軸方向に段差部が設けられ、この段差部が１μｍ以上１０μｍ以下の光軸方向の段差を有することを特徴とする請求項１４，１５または１６に記載の光ピックアップ装置。
- 前記回折構造を備えた領域と最も光軸側の回折構造を備えない領域との境界において、前記第１の光源と前記第１の光情報記録媒体を用いて、前記波長λ１の光が前記厚さｔ１の透明基板を透過した波面の位相ずれがλ１／１０以下であることを特徴とする請求項１４，１５または１６に記載の光ピックアップ装置。
- 前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが、その段差部により屈折面との境界で生じる光路差がλ１及びλ２のほぼ整数倍となるように設定されていることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記回折構造を備えた領域の最も光軸側の円周で段差部を有し、この段差部の深さが４μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第１の光情報記録媒体がＤＶＤであり、前記第２の光情報記録媒体がＣＤであることを特徴とする請求項１１〜２０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
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