JPH09179020A - 光情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の波長が変動した場合に焦点位置がシフ
トする。 【解決手段】 回折多焦点対物レンズ１０は、巨視的に
見て共に中心から周辺に向けて曲率半径が大きくなる非
球面である２つのレンズ面１１，１２を有する両凸の単
レンズであり、一方のレンズ面１１に回折レンズが形成
されている。回折レンズは、光軸Ａｘに対して回転対称
な輪帯として形成されており、回折次数が高い回折光ほ
どの焦点距離が短くなるよう設計されている。１次回折
光Ｌ1は、光軸Ａｘ上に第１の焦点Ｆ1を形成し、２次回
折光Ｌ2は図中実線で示したようにＦ1よりもレンズに近
い位置で光軸Ａｘ上に第２の焦点Ｆ2を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、保護層
の厚さや屈折率が異なる複数種類の光ディスクを対象と
する光ピックアップの対物レンズ等として用いられる光
情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、保護層の厚さが異なる２つの
規格のディスクに記録された情報を同一の光ピックアッ
プで読み出すため、片面にホログラムを形成して光ビー
ムを２つの焦点に集光させる二焦点レンズを対物レンズ
として用いる技術が知られている。例えば、「NIKKEI M
ECHANICAL 1995.5.15 no. 454」の第８ページには、ホ
ログラム一体非球面ガラスレンズが開示される。

【０００３】上記文献に開示される二焦点レンズは、非
球面レンズの一方側の面の中心部に負のパワーを有する
ホログラムを設け、ホログラム以外の部分を透過した光
束とホログラム部分を透過した０次回折光とにより第１
の焦点を形成すると共に、ホログラム部分を透過した１
次回折光により第１の焦点よりレンズから遠い位置に第
２の焦点を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の二焦点レンズは、第１の焦点を形成する光束に
対しては非球面の単レンズとして作用するため、色収差
を補正することができず、光源である半導体レーザーの
波長が変化した場合に第１の焦点位置がシフトする。

【０００５】また、第２の焦点を形成する光束に対して
は、正のパワーを持つガラスレンズと負のパワーを持つ
ホログラムレンズとの組み合わせレンズとして作用する
が、これら２つのレンズ要素は、波長変動に対して焦点
を同一方向へシフトさせる作用を有するため、光源の波
長が変化した場合に第２の焦点のシフト量が第１の焦点
のシフト量より大きくなる。

【０００６】したがって、従来の二焦点レンズを利用し
た光ヘッドは、使用時に波長が変動すると、焦点位置が
シフトして情報の読み取り、書き込みに際してのエラー
の発生率が高くなるという問題を有している。

【０００７】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、波長変動に対する焦点位置の
シフトを小さく抑えることができる光情報記録再生装置
用回折多焦点対物レンズ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】この発明にかかる回折多
焦点レンズは、上記の目的を達成させるため、正のパワ
ーを持つ屈折レンズの一方のレンズ面に微細な回折レン
ズ構造を形成して構成され、入射光束の光量の多くを２
つの焦点に配分すると共に、これら２つの焦点を形成す
る回折光のうち回折次数が高い方の焦点距離が短くなる
よう設計したことを特徴とする。

【０００９】回折レンズは、光軸に対して回転対称な輪
帯として形成されており、１次回折光と２次回折光とを
用いる場合には、輪帯面の境界で光束に与える位相差Δ
φが波長λに対して以下の条件(１)を満たす必要があ
る。 １．０λ ＜ Δφ ＜ ２．０λ...(１)

【００１０】さらに、光量の多くを第１、第２の焦点に
配分し、第１の焦点を再生専用に、第２の焦点を再生・
記録用に用いる場合、第１の焦点に配分される光量をＰ
1、第２の焦点に配分される光量をＰ2としたときに、配
分バランスは以下の条件(２)を満たすことが望ましい。 ０．２１ ＜ Ｐ1／Ｐ2 ＜ ０．７６...(２)

【００１１】一方、回折レンズの面形状ＳＡＧは、第１
の次数の回折効率が１００％となるようにブレーズ化さ
れた面形状をＳＡＧ0、第２の次数の回折効率が１００
％となるようにブレーズ化された面形状をＳＡＧ1とし
て以下の式(３)で表され、 ＳＡＧ＝α×ＳＡＧ0 ＋ (１−α)×ＳＡＧ1...(３) この式中の係数αが以下の条件(４)を満たすように設定
する必要がある。 ０ ＜ α ＜ １...(４)

【００１２】このとき、第１の次数の焦点が再生専用に
用いられ、第２の次数の焦点が再生・記録用に用いられ
る場合には、係数αが以下の条件(５)を満たすよう設定
することが望ましい。 ０．３１ ＜ α ＜ ０．４６...(５)

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる光情報記
録再生装置用回折多焦点対物レンズを光ディスク装置の
ピックアップ用対物レンズとして用いた実施形態につい
て説明する。図１は、実施形態にかかる回折二焦点レン
ズ１０を示す説明図であり、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は側面
図、(Ｃ)は側面の一部拡大図である。

【００１４】この回折二焦点レンズ１０は、巨視的に見
て共に中心から周辺に向けて曲率半径が大きくなる非球
面である２つのレンズ面１１，１２を有する両凸の単レ
ンズであり、一方のレンズ面１１に図１(Ａ)に示したよ
うに光軸を中心とした輪帯状のパターンとして回折レン
ズ構造が形成されている。回折レンズ構造は、フレネル
レンズのように各輪帯の境界に光軸方向の段差を持つ。
この段差の高さは、利用する回折光の次数と波長とに応
じて決定される。

【００１５】なお、この明細書では、回折レンズのみの
作用を回折レンズによる作用、回折レンズの作用を除い
た巨視的なレンズの作用を屈折レンズによる作用と定義
する。このレンズ１０の屈折レンズは正のパワーを有
し、回折レンズは、１次以上の回折光に対して正のパワ
ーを有しており、これらの光束のうち回折次数が高い方
の光束に対する焦点距離がより短くなるよう設計されて
いる。

【００１６】共に正のパワーを持つ回折レンズと屈折レ
ンズとでは、可視域近傍の波長の光に対して波長変動に
対する焦点位置のシフト方向が逆となる。したがって、
少なくとも１次以上の回折光により形成される焦点につ
ていは、波長変動があった場合にも屈折レンズ、回折レ
ンズによる焦点シフトが互いに打ち消し合い、結果的に
シフト量を小さく抑えて色収差の発生を抑えることがで
きる。

【００１７】０次回折光と他の次数の回折光とにより２
つの焦点を形成する場合、０次回折光は回折レンズによ
る回折作用を受けないため色収差は補正されないが、少
なくとも０次以外の回折光については色収差を補正する
ことができる。従来のレンズの１次回折光の色収差が０
次回折光のそれより大きくなることに鑑みれば、この発
明の構成で０次回折光を用いたとしても、全体的な色収
差を従来より小さく抑えることが可能である。

【００１８】また、１次以上の次数の２つの回折光を用
いる場合には、２つの焦点について共に波長変動による
シフトを低減することができる。ただし、屈折レンズの
パワーによる焦点移動は各次数の光束に対して一定であ
るが、回折レンズのパワーは回折次数により変化するた
め、複数の次数の光束に対して色収差を同時に完全に補
正することはできない。具体的には、１次回折光と２次
回折光とにより２つの焦点を形成する場合、例えば１次
回折光では色収差を２／３補正し、２次回折光では４／
３補正する。この場合には、１次回折光の色収差はやや
補正不足となり、２次回折光の色収差はやや補正過剰に
なるが、回折レンズを持たない屈折レンズと比較すると
色収差の影響はいずれも１／３となる。

【００１９】一方、対物レンズが設けられる光ピックア
ップの光学系全体を小型化するためには、対物レンズに
入射する光束径を小さくすることが望ましい。ただし、
ＮＡを保つためには光束径が小さくなった分だけ対物レ
ンズの正のパワーを大きくして焦点距離を短縮する必要
がある。屈折レンズでパワーを大きくするためには、レ
ンズ面の曲率半径を小さくする必要があるため、焦点距
離を短くするとレンズ周面のコバ厚を小さくするか、中
心厚を大きくする必要がある。例えば、射出成形で成形
されるプラスチックレンズでは、キャビティに溶融樹脂
を流入させるゲート分の厚さを周面に確保しなければな
らないため、コバ厚を小さくすることができず、焦点距
離を短くすると中心厚が大きくなってレンズの重量が嵩
むという問題がある。

【００２０】そこで、この発明のように２焦点をつくる
ための回折レンズ部分を正レンズとして、レンズのパワ
ーを屈折レンズ部分のみでなく回折レンズにも負担させ
る構成とすれば、レンズ面の巨視的な曲率半径を回折面
を持たない屈折レンズと比較して大きくすることがで
き、コバ厚、中心圧を変えずに焦点距離を短縮すること
ができる。

【００２１】例えば、光束径を約０．１ｍｍ小さくする
場合、同一のＮＡを保つために焦点距離を短縮しようと
すると、回折面を持たない屈折レンズでは曲率半径を小
さくすることによりコバ厚を５０μm程度小さくする
か、中心厚を同程度大きくする必要がある。これに対し
て、一方のレンズ面に回折面を形成したレンズでは、回
折レンズとして４０の輪帯を形成することにより、巨視
的な曲率半径を変更せずに、すなわちコバ厚や中心厚を
変化させることなく焦点距離を同様に短縮することがで
きる。

【００２２】また、次数が高い回折光ほど焦点距離が短
くなるため、０次回折光と１次回折光とを用いるより
も、１次回折光と２次回折光とを用いた方が、レンズの
コバ厚を保ちつつ、より焦点距離の短いレンズを構成す
ることができる。

【００２３】単一の次数の回折光を取り出す場合には、
段差により生じる位相差は波長の倍数となる。０次回折
光の回折効率を１００％にする場合、すなわち回折光を
利用しない場合には、位相差Δφは０でよい。すなわ
ち、連続的な曲面とすればよい。１次回折光の回折効率
を１００％にする場合には、位相差Δφは１．０λと
し、２次回折光の回折効率を１００％にする場合には、
位相差Δφは２．０λとする必要がある。

【００２４】ただし、この発明の回折レンズを構成する
輪帯状のパターンは、複数の次数の回折光を取り出すた
め、単一の整数次数の回折光に対してブレーズ化されて
いない。１次回折光と２次回折光とを用いる場合には、
輪帯面の境界で光束に与える位相差Δφが波長λに対し
て以下の条件(１)を満たす必要がある。 １．０λ ＜ Δφ ＜ ２．０λ...(１)

【００２５】上記の条件の下限を下回ると０次回折光が
増加し、上限を越えると３次回折光が増加し、いずれの
場合にも１次、２次回折光の光利用効率が低下する。例
えば、Δφがほぼ１．５λに等しい場合には、全光量に
対する１次回折光、２次回折光の比率が共に４０％程度
となる。

【００２６】また、２つの焦点のうち一方を読み出し専
用として、他方を書き込みとの兼用として用いるような
場合には、書き込みに必要となるエネルギーが再生時の
１０倍程度となることに鑑み、書き込みと兼用される側
の次数の回折光を他方の回折光より大きく設定すること
が望ましい。具体的には、第１の焦点に記録面が配置さ
れる媒体がコンパクトディスク(ＣＤ)等の再生専用の媒
体であり、第２の焦点に記録面が配置される媒体が光磁
気ディスク(ＭＯＤ)等の記録、再生可能な媒体である場
合、光束の有効利用のためΔφを１．６λ、１．７λ等
に適宜設定する。

【００２７】また、何れの次数の回折光を用いる場合に
も、光量の多くを第１、第２の焦点に配分して第１の焦
点を再生専用に、第２の焦点を再生・記録用に用いる場
合には、第１の焦点に配分される光量をＰ1、第２の焦
点に配分される光量をＰ2として、配分バランスは以下
の条件(２)を満たすことが望ましい。 ０．２１ ＜ Ｐ1／Ｐ2 ＜ ０．７６...(２)

【００２８】条件(２)の範囲は、再生に必要な光量と記
録に必要な光量とに応じて定められる。この条件の下限
を下回る場合には第１の焦点に配分される光量の割合が
再生に要求されるレベルより低くなる。第１の焦点に配
分される次数の光に対して他の次数の光が過度に強くな
ると、情報の再生に利用される正規の光束に対して雑音
となる光の量が増加するため、ＳＮ比が低下して良好な
信号を検出できなくなる。

【００２９】条件(２)の上限を越える場合には、通常の
半導体レーザーの定格発光量を想定すると、第２の焦点
に配分される光量が記録に要求されるレベルより低くな
る。条件を満たさないまま光量を要求されるレベル以上
にするためには、入力電流を大きくして発光量を定格よ
り大きくするか、通常より定格発光量の大きい半導体レ
ーザーを用いる必要があるが、発光量を定格より大きく
すれば半導体レーザーの寿命が短くなり、定格発光量が
大きい半導体レーザーは高価であるという問題がある。
条件(２)を満たすことにより、２つの焦点に分配される
光量のバランスをとることができ、再生信号のＳＮ比を
良好に保つと共に、通常の半導体レーザーの定格発光量
で信号の記録に要求される光量レベルを満たすことがで
きる。

【００３０】回折レンズの面形状は、回折レンズが形成
されたレンズ面と光軸との交点を原点として光軸方向に
Ｘ軸をとる直角座標系において、光軸からの高さｈの点
のサグ量(レンズ面上の点から光軸上の接平面までの距
離)ＳＡＧとして表される。このサグ量ＳＡＧは、複数
の焦点のうち次数が隣り合う第１、第２の次数の焦点に
入射光量の多くを配分する場合には、第１の次数の回折
効率が１００％となるようにブレーズ化された面形状を
ＳＡＧ0、第２の次数の回折効率が１００％となるよう
にブレーズ化された面形状をＳＡＧ1として以下の式
(３)で表され、 ＳＡＧ＝α×ＳＡＧ0 ＋ (１−α)×ＳＡＧ1...(３) この式中の係数αが以下の条件(４)を満たすように設定
される。 ０ ＜ α ＜ １...(４)

【００３１】ただし、式(３)中のＳＡＧ0，ＳＡＧ1は、
それぞれ式(６)，(７)に示される値となる。式(６)，
(７)中のＣ0，Ｃ1は式(８)に示されるように各成分別の
軸上の曲率半径ｒ0，ｒ1の逆数であり、Ｋ0，Ｋ1は円錐
係数、Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10，Ｂ4，Ｂ6，Ｂ8，Ｂ10はそ
れぞれ４，６，８，１０次の非球面係数である。また、
符号Ｎは、光軸上を０番目として外側に向けて数えた輪
帯の番号(Ｎ＝０，１，２，…)、Ｇ0，Ｇ1はそれぞれの
次数の回折効率を１００％とするために必要な輪帯境界
での段差(単位：ｍｍ)である。式(６)，(７)中の最終項
Ｎ×Ｇ0、Ｎ×Ｇ1が回折レンズ構造としての性質を表す
項であり、他の項は一般的な非球面形状の表現式と同一
であり、屈折レンズ部分の形状を表している。

【００３２】

【数１】

【００３３】条件(４)は、２つの次数の回折光による焦
点に光を配分する際の面形状を規定するものであり、そ
れぞれの次数の光に対してブレーズ化された面形状を所
定の割合で重ね合わせることにより、２つの次数の回折
光をバランス良く生成することができる。係数αの値
と、ブレーズ化された面形状ＳＡＧ0、ＳＡＧ1にそれぞ
れ対応する次数への光量配分(回折効率)は表１に示され
るとおりの関係を有する。

【００３４】

【表１】 ＳＡＧ0に対応する ＳＡＧ1に対応する α 次数の回折効率 次数の回折効率 0.00 0.000 1.000 0.10 0.012 0.968 0.20 0.055 0.875 0.30 0.135 0.737 0.40 0.255 0.573 0.50 0.405 0.405 0.60 0.573 0.255 0.70 0.737 0.135 0.80 0.875 0.055 0.90 0.968 0.012 1.00 1.000 0.000

【００３５】このとき、第１の次数の焦点が再生専用に
用いられ、第２の次数の焦点が再生・記録用に用いられ
る場合には、係数αが以下の条件(５)を満たすよう設定
することが望ましい。 ０．３１ ＜ α ＜ ０．４６...(５)

【００３６】条件(５)は、前述の条件(２)を形状面から
規定したものであり、この条件を満たすことにより、２
つの焦点に分配される光量のバランスをとることができ
る。

【００３７】図２は、レンズ１０を透過する光束の収束
状態を示す断面図である。レンズ１０の一方のレンズ面
１１側から入射した平行光束は、回折レンズ部分により
１次回折光と２次回折光とに分離されると共に、レンズ
１０の屈折レンズ部分の作用によって収束される。１次
回折光Ｌ1は、図中に破線で示したように光軸Ａｘ上に
第１の焦点Ｆ1を形成し、２次回折光Ｌ2は図中実線で示
したようにＦ1よりもレンズに近い位置で光軸Ａｘ上に
第２の焦点Ｆ2を形成する。回折レンズ部分は正レンズ
の作用を有するため、次数が高いほど収束作用が強くな
り、よりレンズに近い位置に焦点が形成される。なお、
回折レンズの作用を受けない０次回折光により形成され
る焦点は、第１の焦点Ｆ1よりレンズから離れて位置す
る。

【００３８】次に、読み取り対象の光ディスクとして、
コンパクトディスク(ＣＤ)とディジタルビデオディスク
(ＤＶＤ)とを用いる場合について説明する。ＣＤは、厚
さ１．２ｍｍの保護層を有する片面ディスクであり、Ｄ
ＶＤは、厚さ０．６ｍｍの保護層を有するディスク２枚
を貼合わせた両面ディスクであり、記録密度がＣＤより
高い。ＤＶＤの記録面は、同一のターンテーブルに配置
した場合はＣＤの記録面よりもレンズに近くなる。そこ
で、この場合には、第１の焦点をＣＤ用に、第２の焦点
をＤＶＤ用に用いる。

【００３９】レンズの開口径が同一であれば、焦点距離
が短いほどＮＡが高くなり、スポットを小さく絞ること
が可能となるため、記録密度が高いＤＶＤ用に第２の焦
点を用いることは読み取り精度を確保する上でも望まし
い。

【００４０】なお、各ディスクの保護層は平行平面であ
るが、収束光中に配置されるために正の球面収差を有す
る。一般に、光ディスク装置用の対物レンズは、レンズ
と保護層とを含むシステムとして球面収差が補正される
ように設計されている。ただし、球面収差の発生量は保
護層の厚さに応じて変化するため、ＣＤ用に球面収差が
調整された屈折レンズをそのままＤＶＤに用いると球面
収差が補正不足となり、スポット径が拡大する。

【００４１】そこで、この例では、回折レンズに球面収
差補正作用の一部を持たせ、保護層の厚さが異なる複数
の規格のディスクに対して共に球面収差を十分に補正で
きるよう構成されている。具体的には、回折レンズ部分
の正のパワーに光軸から離れるに従ってパワーが弱くな
るような勾配を持たせ、これにより球面収差を補正する
よう構成している。なお、ここでいう回折レンズ部分の
パワーとは、屈折レンズのパワーと同様にレンズ面の局
所的な集光作用のことである。

【００４２】なお、回折レンズを球面収差を補正するよ
う設計した場合、その補正効果は回折次数と波長の変化
量とに比例する。すなわち、回折次数が高くなれば、レ
ーザーの発光波長が変化した際の球面収差の変化が大き
くなる。したがって、球面収差補正効果の変化を防ぐた
めには、１次回折光と２次回折光とを利用する回折レン
ズの方が、２次回折光と３次回折光とを使用するレンズ
より適している。

【００４３】

【実施例】以下、上記実施態様に開示された回折多焦点
対物レンズの具体的な実施例を４例説明する。

【００４４】

【実施例１】実施例１は、０次回折光と１次回折光とを
用いる回折二焦点対物レンズである。回折効率、すなわ
ち光量比は、０次が４０．５％、１次が４０．５％、他
の次数が１８％である。実施例１のレンズは、０次、１
次の回折光を共に再生専用ディスクに用いる場合に適し
ている。条件(１)，(２)，(４)に対する実施例１の値
は、Δφ＝０．５λ、Ｐ１／Ｐ２＝１．０、α＝０．５
となる。条件(４)は満たしているが、０次と１次の回折
光を利用する構成であるため条件(１)は満たしておら
ず、光量を均等に配分する構成であるため条件(２)も満
たしていない。０次回折光は、ディスク表面から記録面
までの保護層の厚さが１．２mmの規格の光ディスクを用
いた場合に記録面上に焦点を形成し、１次回折光は、
０．６mmの規格の光ディスクを用いた場合に記録面上に
焦点を形成する。

【００４５】実施例１の巨視的な形状を示す数値構成
は、表２に示される。表中、第１面、第２面が対物レン
ズ、第３面、第４面が光ディスクの保護層を示し、第１
面が回折レンズ面として構成されている。なお、表中の
記号ＮＡは対物レンズの開口数、λは使用基準波長、ｆ
0は０次回折光の焦点距離、ｆ1は１次回折光の焦点距
離、ｒは光軸との交点における曲率半径(単位：mm)、ｄ
は面間隔(単位：mm)、ｎは波長６８０nmでの屈折率、ν
はアッベ数である。面間隔ｄ2とｄ3とは、光ディスクの
保護層の厚さにより変化する。

【００４６】

【表２】

【００４７】実施例１のレンズの第１面の形状は、前記
の式(３)にα＝０．５を代入することにより表現され
る。第１面の形状を表現するための式(６)，(７)におけ
る各係数の値は以下の表３に示すとおりである。

【００４８】

【表３】

【００４９】実施例１における輪帯の次数Ｎと光軸から
の高さｈとの関係は、以下の表４に示すとおりである。
高さｈは、光軸に垂直な面内での各輪帯の位置と幅とを
示している。また、この実施例１におけるＮとｈとの関
係は、式(９)で表される。式中の関数ＩＮＴ(ｘ)は、ｘ
の整数部分を求める関数である。

【００５０】

【表４】 Ｎ ｈ Ｎ ｈ 0 0.000000 ≦ ｈ ＜ 0.299404 13 1.202425 ≦ ｈ ＜ 1.256080 1 0.299404 ≦ ｈ ＜ 0.398558 14 1.256080 ≦ ｈ ＜ 1.308880 2 0.398558 ≦ ｈ ＜ 0.516188 15 1.308880 ≦ ｈ ＜ 1.361070 3 0.516188 ≦ ｈ ＜ 0.612815 16 1.361070 ≦ ｈ ＜ 1.412885 4 0.612815 ≦ ｈ ＜ 0.697307 17 1.412885 ≦ ｈ ＜ 1.464567 5 0.697307 ≦ ｈ ＜ 0.773726 18 1.464567 ≦ ｈ ＜ 1.516373 6 0.773726 ≦ ｈ ＜ 0.844341 19 1.516373 ≦ ｈ ＜ 1.568591 7 0.844341 ≦ ｈ ＜ 0.910578 20 1.568591 ≦ ｈ ＜ 1.621560 8 0.910578 ≦ ｈ ＜ 0.973406 21 1.621560 ≦ ｈ ＜ 1.675697 9 0.973406 ≦ ｈ ＜ 1.033526 22 1.675697 ≦ ｈ ＜ 1.731546 10 1.033526 ≦ ｈ ＜ 1.091468 23 1.731546 ≦ ｈ ＜ 1.789840 11 1.091468 ≦ ｈ ＜ 1.147653 24 1.789840 ≦ ｈ ＜ 1.851629 12 1.147653 ≦ ｈ ＜ 1.202425

【００５１】

【数２】

【００５２】上記の式(９)は、第１面の回折作用がパワ
ー成分と、球面収差及び高次の球面収差を補正する形状
となっていることを示している。さらに、第２面は、回
転対称な連続非球面であり、そのレンズ面上で光軸から
の高さｈの点のサグ量は、式(６)に示されるＳＡＧ0を
用いて表すことができる。この場合の第２面の円錐係
数、非球面係数は以下の表５に示すとおりである。

【００５３】

【表５】

【００５４】

【実施例２】実施例２は、０次回折光と１次回折光とを
用いる回折二焦点対物レンズである。回折効率、すなわ
ち光量比は、０次が２５．４％、１次が５７．３％、そ
の他の次数が１７．３％である。実施例２のレンズは、
０次光をＣＤのような読み取り専用ディスクに用い、１
次光をＭＯＤのような読み書き兼用ディスクに用いる場
合に適している。条件(１)，(２)，(４)に対する実施例
２の値は、Δφ＝０．６λ、Ｐ１／Ｐ２＝０．４４、α
＝０．４となる。条件(２)，(４)、さらに条件(５)を満
たしているが、０次と１次の回折光を利用する構成であ
るため条件(１)は満たしていない。

【００５５】０次回折光は、ディスク表面から記録面ま
での保護層の厚さが１．２mmの規格の光ディスクを用い
た場合に記録面上に焦点を形成し、１次回折光は、０．
６mmの規格の光ディスクを用いた場合に記録面上に焦点
を形成する。

【００５６】実施例２の曲率半径、焦点距離等の数値構
成は、表１に示される実施例１と同一である。実施例２
のレンズの第１面の形状は、前記の式(３)にα＝０．４
を代入することにより表現される。第１面の形状を表現
するための式(６)，(７)における各係数の値は表３に示
される実施例１の値と同一である。第２面の非球面形状
も、表５に示される実施例１と同一である。

【００５７】なお、実施例２における輪帯の次数Ｎと光
軸からの高さｈとの関係は、表４に示す実施例１と同一
である。

【００５８】

【実施例３】実施例３は、１次回折光と２次回折光とを
用いる回折二焦点対物レンズである。回折効率、すなわ
ち光量比は、１次が４０．５％、２次が４０．５％、そ
の他の次数が１８．９％である。実施例３のレンズは、
１次、２次の回折光を共に再生専用ディスクに用いる場
合に適している。条件(１)，(２)，(４)に対する実施例
３の値は、Δφ＝１．５λ、Ｐ１／Ｐ２＝１．０、α＝
０．５となる。条件(１)，(４)は満たしているが、光量
を均等に配分する構成であるため条件(２)は満たしてい
ない。

【００５９】１次回折光は、保護層の厚さが１．２mmの
光ディスクの記録面上に焦点を形成し、２次回折光は、
０．６mmの光ディスクの記録面上に焦点を形成する。実
施例３の巨視的な形状を示す数値構成は、表６に示され
る。表中の記号ｆ1は１次回折光による焦点距離、ｆ2は
２次回折光による焦点距離である。

【００６０】

【表６】

【００６１】実施例３のレンズの第１面の形状は、前記
の式(３)にα＝０．５を代入することにより表現され
る。第１面の形状を表現するための式(６)，(７)におけ
る各係数の値は以下の表７に示すとおりである。

【００６２】

【表７】

【００６３】実施例３における輪帯の次数Ｎと光軸から
の高さｈとの関係は、以下の表８に示すとおりである。

【００６４】

【表８】 Ｎ ｈ Ｎ ｈ 0 0.000000 ≦ ｈ ＜ 0.250877 12 1.257451 ≦ ｈ ＜ 1.316438 1 0.250877 ≦ ｈ ＜ 0.436215 13 1.316438 ≦ ｈ ＜ 1.373814 2 0.436215 ≦ ｈ ＜ 0.565354 14 1.373814 ≦ ｈ ＜ 1.429804 3 0.565354 ≦ ｈ ＜ 0.671575 15 1.429804 ≦ ｈ ＜ 1.484606 4 0.671575 ≦ ｈ ＜ 0.764522 16 1.484606 ≦ ｈ ＜ 1.538396 5 0.764522 ≦ ｈ ＜ 0.848595 17 1.538396 ≦ ｈ ＜ 1.591344 6 0.848595 ≦ ｈ ＜ 0.926239 18 1.591344 ≦ ｈ ＜ 1.643618 7 0.926239 ≦ ｈ ＜ 0.998973 19 1.643618 ≦ ｈ ＜ 1.695395 8 0.998973 ≦ ｈ ＜ 1.067823 20 1.695395 ≦ ｈ ＜ 1.746873 9 1.067823 ≦ ｈ ＜ 1.133514 21 1.746873 ≦ ｈ ＜ 1.798286 10 1.133514 ≦ ｈ ＜ 1.196585 22 1.798286 ≦ ｈ ＜ 1.849923 11 1.196585 ≦ ｈ ＜ 1.257451

【００６５】さらに、第２面は、回転対称な連続非球面
であり、そのレンズ面上で光軸からの高さｈの点のサグ
量は、式(６)に示されるＳＡＧ0で表される。第２面の
円錐係数、非球面係数は以下の表９に示すとおりであ
る。

【００６６】

【表９】

【００６７】

【実施例４】実施例４は、１次回折光と２次回折光とを
用いる回折二焦点対物レンズである。回折効率、すなわ
ち光量比は、１次が２５．４％、２次が５７．３％、そ
の他の次数が１７．３％である。実施例４のレンズは、
０次光をＣＤのような読み取り専用ディスクに用い、１
次光をＭＯＤのような読み書き兼用ディスクに用いる場
合に適している。条件(１)，(２)，(４)に対する実施例
４の値は、Δφ＝１．６λ、Ｐ１／Ｐ２＝０．４４、α
＝０．４となる。条件(１)，(２)，(４)、さらに条件
(５)を満たしている。

【００６８】１次回折光は、保護層の厚さが１．２mmの
光ディスクの記録面上に焦点を形成し、２次回折光は、
０．６mmの光ディスクの記録面上に焦点を形成する。実
施例４の巨視的な形状を示す曲率半径、焦点距離等の数
値構成は、表７に示される実施例３と同一である。

【００６９】実施例４の曲率半径、焦点距離等の数値構
成は、表７に示される実施例３と同一である。実施例４
のレンズの第１面の形状は、前記の式(３)にα＝０．４
を代入することにより表現される。第１面の形状を表現
するための式(６)，(７)における各係数の値、輪帯の次
数Ｎと光軸からの高さｈとの関係、そして第２面の非球
面形状は、それぞれ表７、表８、表９に示される実施例
３と同一である。

【００７０】波長の１nmのズレに対する焦点位置のズレ
は、上記実施例の場合０次回折光で記録面保護層の厚さ
１．２mmのとき０．１２μm、１次回折光で厚さ０．６m
mのとき０．０５μm、１次回折光で厚さ１．２mmのとき
０．０３μm、２次回折光で厚さ０．６mmのとき−０．
０４μmとなる。

【００７１】実施例４の構成に基づいて式(３)の係数α
を変更することにより、１次回折光、２次回折光の回折
効率は以下の表１０に示されるように変化する。

【００７２】

【表１０】 α Δφ １次光回折効率 ２次光回折効率 Ｐ1／Ｐ2 0.320 1.680 15.6% 70.5% 0.22 0.460 1.540 34.2% 47.1% 0.73

【００７３】なお、２つの焦点に集光する各光束の開口
数ＮＡが異なる場合には、径が大きい光束のみが透過す
る部分の回折レンズ構造を、径が大きい光束の次数の回
折効率が１００％となるよう設計することにより、入射
光束の光量を有効に利用することができる。例えば、１
次回折光と２次回折光とを利用して２つの焦点を形成す
る場合において、１次回折光のＮＡが２次回折光より大
きい場合には、１次および２次回折光が共に透過する中
心部については２つの次数の回折光を発生するよう回折
レンズを構成し、１次回折光のみが透過する周辺部につ
いてはほぼ１次回折光のみが発生するようブレーズ化し
て回折レンズを構成する。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光源の発光波長の変化による焦点位置のシフト量が
小さい光情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズを提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明にかかる光情報記録再生装置用回折
多焦点対物レンズの構成を概略的に示す説明図である。

【図２】 図１に示されるレンズを透過する光束の収束
状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 回折二焦点レンズ １１，１２ レンズ面 Ａｘ 光軸 Ｌ1 １次回折光 Ｌ2 ２次回折光 Ｆ1 第１の焦点 Ｆ2 第２の焦点

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正のパワーを持つ単一の屈折レンズの一
   方のレンズ面に微細な回折レンズ構造を形成して構成さ
   れ、入射光束を光軸上の異なる位置に分離して複数の焦
   点を結ぶよう集光させる光情報記録再生装置用回折多焦
   点対物レンズにおいて、 前記回折レンズ構造は、前記複数の焦点のうち２つに入
   射光量の多くを配分すると共に、これら２つの焦点を形
   成する回折光のうち回折次数が高い方の焦点距離が短く
   なるよう設計されていることを特徴とする回折多焦点対
   物レンズ。
2. 【請求項２】 前記２つの焦点は、前記回折レンズ構造
   による０次回折光と１次回折光とにより形成されること
   を特徴とする請求項１に記載の回折多焦点対物レンズ。
3. 【請求項３】 前記２つの焦点は、前記回折レンズ構造
   による１次回折光と２次回折光とにより形成されること
   を特徴とする請求項１に記載の回折多焦点対物レンズ。
4. 【請求項４】 前記回折レンズ構造のパワーが、中心か
   ら周辺に向けて小さくなることを特徴とする請求項１に
   記載の回折多焦点対物レンズ。
5. 【請求項５】 前記回折レンズのパワーの変化が、球面
   収差補正効果を有することを特徴とする請求項４に記載
   の回折多焦点対物レンズ。
6. 【請求項６】 単一の屈折レンズの一方のレンズ面に微
   細な回折レンズ構造を形成して構成され、入射光束を光
   軸上の異なる位置に分離して複数の焦点を結ぶよう集光
   させる光情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズにお
   いて、 前記複数の焦点のうち入射光量の多くが配分される２つ
   の焦点が、前記回折レンズによる１次以上の２つの次数
   の回折光により形成されることを特徴とする回折多焦点
   対物レンズ。
7. 【請求項７】 前記回折レンズ構造による１次回折光と
   ２次回折光とにより２つの焦点を形成するようにしたこ
   とを特徴とする請求項６に記載の回折多焦点対物レン
   ズ。
8. 【請求項８】 前記回折レンズ構造は、光軸に対して回
   転対称な輪帯として形成されており、輪帯面の境界で光
   束に与える位相差Δφが波長λに対して以下の条件を満
   たすことを特徴とする請求項７に記載の回折多焦点対物
   レンズ。 １．０λ ＜ Δφ ＜ ２．０λ
9. 【請求項９】 単一の屈折レンズの一方のレンズ面に微
   細な回折レンズ構造を形成して構成され、入射光束を光
   軸上の異なる位置に分離して複数の焦点を結ぶよう集光
   させる光情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズにお
   いて、 前記複数の焦点のうち第１、第２の焦点に入射光量の多
   くを所定のバランスで配分し、前記第１の焦点に配分さ
   れる光量をＰ1、第２の焦点に配分される光量をＰ2とし
   たときに、前記配分バランスが以下の条件を満たすこと
   を特徴とする回折多焦点対物レンズ。 ０．２１ ＜ Ｐ1／Ｐ2 ＜ ０．７６
10. 【請求項１０】 前記第１の焦点に配分された光を情報
    の再生専用に、前記第２の焦点に配分された光を情報の
    記録・再生に利用することを特徴とする請求項９に記載
    の回折多焦点対物レンズ。
11. 【請求項１１】 単一の屈折レンズの一方のレンズ面に
    微細な回折レンズ構造を形成して構成され、入射光束を
    光軸上の異なる位置に分離して複数の焦点を結ぶよう集
    光させる光情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズに
    おいて、 前記複数の焦点のうち次数が隣り合う第１、第２の次数
    の焦点に入射光量の多くを配分し、前記第１の次数にブ
    レーズ化された面形状をＳＡＧ0、第２の次数にプレー
    ズ化された面形状をＳＡＧ1としたときに、微細な回折
    レンズ構造を持つ面の面形状ＳＡＧが以下の式で表さ
    れ、 ＳＡＧ＝α×ＳＡＧ0 ＋ (１−α)×ＳＡＧ1 上記の式中の係数αが以下の条件を満たすことを特徴と
    する回折多焦点レンズ。 ０ ＜ α ＜ １
12. 【請求項１２】 前記第１の次数の焦点が再生専用に用
    いられ、前記第２の次数の焦点が再生・記録用に用いら
    れ、前記係数αが以下の条件を満たすことを特徴とする
    請求項１１に記載の回折多焦点レンズ。 ０．３１ ＜ α ＜ ０．４６