(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材の一面に微細な光軸方向の段差を有する複数の同心の輪帯から成る回折レンズ構造を形成して構成される回折光学素子において、
前記回折レンズ構造は、光軸から数えてｉ番目の前記段差により与えられる光路長差の絶対値をΔＥ(i)、該ｉ番目の段差とｉ＋１番目の段差との間の輪帯の内周側の端と外周側の端とで前記回折レンズ構造のベース形状に対して付加される光路長差の絶対値をΔＺ(i)として、以下の条件(１)を満たす幅狭輪帯と、条件(２)を満たす幅広輪帯とを共に含むことを特徴とする回折光学素子。
ΔＺ(i)＜(１／２)・ΔＥ(i)  …(１)
ΔＺ(i)＞(３／２)・ΔＥ(i)  …(２)
【請求項２】
前記幅狭輪帯と前記幅広輪帯とをそれぞれ複数含むことを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記幅狭輪帯と前記幅広輪帯とを規定するΔＥ(i)の値は、使用波長の中で最も短い波長λsにほぼ等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
複数の前記幅狭輪帯が一対の前記幅広輪帯の間に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記ベース部材は光を透過させる材質で形成され、前記回折レンズ構造は、透過型の回折レンズとして機能することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記ベース部材は、非球面レンズであることを特徴とする請求項５に記載の回折光学素子。
【請求項７】
少なくとも２つの異なる波長の光束を記録密度の異なる少なくとも２種類の光ディスクの記録面に対してそれぞれ収束させる光ヘッド用対物レンズとして利用され、
前記非球面レンズは、記録密度の低い光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、この共用領域の周囲に位置し、記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分され、
前記高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、前記幅広輪帯と幅狭輪帯とを含む複数の輪帯から構成されていることを特徴とする請求項６に記載の回折光学素子。
【請求項８】
ベース部材の一面に微細な光軸方向の段差を有する複数の同心の輪帯から成る回折レンズ構造を形成して構成される回折光学素子において、
前記回折レンズ構造は、少なくとも一部にｍ次(ｍは２以上の整数)の回折光を利用するために巨視的には波長のｍ倍の光路長差を与える段差を有し、該段差は、微視的には１波長分づつの光路長差を与えるステップ状に形成され、各ステップ毎に幅の狭い輪帯が形成されていることを特徴とする回折光学素子。
【請求項９】
正のパワーを有する屈折レンズと、該屈折レンズの少なくとも一方のレンズ面に形成された微細な段差を有する複数の輪帯から成る回折レンズ構造とを有し、少なくとも２つの異なる波長の光束を記録密度の異なる少なくとも２種類の光ディスクの記録面に対してそれぞれ収束させる光ヘッド用対物レンズにおいて、
前記屈折レンズは、記録密度の低い光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、この共用領域の周囲に位置し、記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分され、
前記高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、光軸から数えてｉ番目の前記段差により与えられる光路長差の絶対値をΔＥ(i)、該ｉ番目の段差とｉ＋１番目の段差との間の輪帯の内周側の端と外周側の端とで前記回折レンズ構造のベース形状に対して付加される光路長差の絶対値をΔＺ(i)として、以下の条件(１)を満たす幅狭輪帯と、条件(２)を満たす幅広輪帯とを共に含むことを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
ΔＺ(i)＜(１／２)・ΔＥ(i)  …(１)
ΔＺ(i)＞(３／２)・ΔＥ(i)  …(２)
【請求項１０】
前記幅狭輪帯と前記幅広輪帯とを規定するΔＥ(i)の値は、記録密度の高い光ディスクに対応する波長にほぼ等しいことを特徴とする請求項９に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高次の回折光を利用する回折光学素子、およびこの回折光学素子の構造を利用した光ディスクヘッド用対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折レンズ構造を備える回折光学素子は、光学系の色収差補正、温度補償等の目的で屈折レンズと組み合わせて従来から利用されている。回折レンズ構造は、微細な光軸方向の段差を有する複数の同心リング状の輪帯から成り、屈折レンズとは別の素子に形成され、あるいは、屈折レンズの一面に形成される。光ヘッド用対物レンズの分野では、屈折レンズの一面に回折レンズ構造を一体に形成したレンズが従来から利用されている。なお、光ヘッド用対物レンズ等として利用される量産型の回折光学素子は、金型を用いた樹脂成形により作成される。
【０００３】
回折レンズ構造の輪帯間の段差は、必要とされる回折光の次数と使用波長とにより決定される。すなわち、回折光の次数をｍ、使用波長をλとすると、輪帯間の段差は、段差の内側と外側とでｍ×λの光路長差を与えるように設定される。図６は、１次回折光を利用する従来の回折レンズ構造の断面形状を示す説明図である。図中の下側が光軸の方向であり、周辺に向けて輪帯幅が徐々に小さくなっている。ピッチの細かい破線は、それぞれの輪帯を滑らかに延長した形状を示しており、１つの破線と隣接する破線との間隔は段差により与えられる光路長差の１波長分に相当する。すなわち、図６の回折レンズ構造は、輪帯間の段差毎に１波長分の光路長差を与えることにより、１次回折光を発生させる。なお、ピッチの長い破線は、回折レンズ構造が形成された面の巨視的な形状(ベース形状)を示す。
【０００４】
一方、図７(Ａ)は、高次回折光を利用する従来の回折レンズ構造の断面形状を示す説明図であり、図７(Ｂ)は(Ａ)の円内を拡大して示す説明図である。光軸に近い段差は２波長分の光路長差を与え、周辺側の２つの段差はそれぞれ３波長分の光路長差を与えることにより、高次の回折光を強く発生させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回折光学素子を樹脂成形により作成する場合には、金型自体の形状のなまりにより、あるいは樹脂の回り込みの不具合により発生する回折レンズ構造の形状のなまりが問題となる。なまりによる影響は、段差が大きくなるほど大きくなり、これに応じて回折効率も低下する。図６に示す従来例のように段差が光路長差１波長分である場合には、なまりの影響も小さく、回折効率は問題となるほど低下しない。これに対して、図７(Ａ)に示す従来例のように、段差が大きくなるとなまりの発生量も大きくなり、段差部分の形状が図７(Ｂ)に破線で示す設計値通りの鋭角的な形状に対して実線で示すように曲線的な形状になる。このようになまりが大きくなると、回折効率が大きく低下するために問題となる。
【０００６】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高次の回折光を利用する場合にも、成型時の形状のなまりの影響を小さく抑えることができ、回折効率の低下を抑えることができる回折光学素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる回折光学素子は、上記の目的を達成させるため、ベース部材の一面に微細な光軸方向の段差を有する複数の同心の輪帯から成る回折レンズ構造を形成して構成され、回折レンズ構造が、光軸から数えてｉ番目の段差により与えられる光路長差の絶対値をΔＥ(i)、ｉ番目の段差とｉ＋１番目の段差との間の輪帯の内周側の端と外周側の端とで回折レンズ構造のベース形状に対して付加される光路長差の絶対値をΔＺ(i)として、以下の条件(１)を満たす幅狭輪帯と、条件(２)を満たす幅広輪帯とを共に含むことを特徴とする。
ΔＺ(i)＜(１／２)・ΔＥ(i)  …(１)
ΔＺ(i)＞(３／２)・ΔＥ(i)  …(２)
【０００８】
上記の構成によれば、高次の回折光を利用するために大きな段差を形成する場合に、段差の途中に幅狭輪帯を設けてステップ状にすることにより、大きな段差をステップなしに形成する場合よりも成型時の形状のなまりによる影響を小さくすることができ、回折効率を高く保つことができる。
【０００９】
回折レンズ構造は、幅狭輪帯と幅広輪帯とをそれぞれ複数含むことが望ましい。また、幅狭輪帯と幅広輪帯とを規定するΔＥ(i)、ΔＺ(i)の値は、複数の使用波長がある場合には、その中で最も短い波長λsにほぼ等しくすることが望ましい。３次以上の次数の回折光を利用する場合には、複数の幅狭輪帯を一対の幅広輪帯の間に形成することが望ましい。
【００１０】
回折レンズ構造が形成されるベース部材が光を透過させる材質で形成される場合には、回折レンズ構造は、透過型の回折レンズとして機能する。ベース部材を非球面レンズにすれば、屈折レンズと回折レンズ構造との組み合わせにより、収差のコントロールが可能となる。具体的には、少なくとも２つの異なる波長の光束を記録密度の異なる少なくとも２種類の光ディスクの記録面に対してそれぞれ収束させる光ヘッド用対物レンズとして利用することができる。また、この場合、非球面レンズを記録密度の低い光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、この共用領域の周囲に位置し、記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分し、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造に、幅広輪帯と幅狭輪帯とを含ませることが望ましい。
【００１１】
また、この発明にかかる回折光学素子は、別の表現では、回折レンズ構造の少なくとも一部にｍ次(ｍは２以上の整数)の回折光を利用するために巨視的には波長のｍ倍の光路長差を与える段差を有し、この段差を、微視的には１波長分づつの光路長差を与えるステップ状に形成し、各ステップ毎に幅の狭い輪帯を形成したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる回折光学素子の実施形態を説明する。実施形態にかかる回折光学素子は、光ヘッド用対物レンズへの適用例である。図１(Ａ)は、実施形態にかかる回折光学素子に形成された回折レンズ構造の断面形状の一部を示す説明図、図１(Ｂ)は(Ａ)の円内を拡大して示す説明図、図２(Ａ)は図１に示す回折レンズ構造を備えた対物レンズ全体を示す平面図、図２(Ｂ)はそのベース形状を示す断面図である。なお、図１(Ａ)は、図２(Ｂ)中の円F1内を拡大して示している。
【００１３】
実施形態の対物レンズ１０は、図２(Ｂ)に示すように、非球面である２つのレンズ面１１，１２を有する両凸の樹脂製単レンズであり、一方のレンズ面１１に図２(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。すなわち、実施形態の回折光学素子である対物レンズ１０は、光を透過させるベース部材である非球面屈折レンズの一方のレンズ面１１をベースカーブとして、このベースカーブに透過型の回折レンズとして機能する回折レンズ構造を付加した形状を有している。
【００１４】
対物レンズ１０の表面は、記録密度の低いＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域Ｒｃと、この共用領域Ｒｃの周囲に位置し、ＤＶＤ等の記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域Ｒｈとに区分される。回折レンズ構造は、共用領域Ｒｃ、高NA専用領域Ｒｈを含む全域に形成される。なお、共用領域は、NA0.45〜0.50程度の光束が透過するより内側の領域として設定される。
【００１５】
共用領域Ｒｃに形成された回折レンズ構造は、１次回折光を利用するため、図６に示した従来例と同様に、ほぼ１波長分の光路長差を与える段差を輪帯間に形成している。これに対して高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、図１(Ａ)に示すように、ｍ次(ｍは２以上の整数)の回折光を利用するために巨視的には波長のｍ倍の光路長差を与える段差を有する。この例では、図中の下側となる巨視的な段差が２波長分、上側となる２つの巨視的な段差が３波長分の光路長差を与えるよう形成されている。
【００１６】
なお、高NA専用領域Ｒｈに形成された回折レンズ構造は、巨視的な段差に挟まれた幅広輪帯Ｒｗと、この段差部分に形成された幅狭輪帯Ｒｎとを有する。幅狭輪帯Ｒｎと幅広輪帯Ｒｗとは、それぞれ複数含まれている。段差部分は、微視的には図１(Ｂ)に拡大して示したように、１波長分づつの光路長差を与える３段階のステップ状に形成され、各ステップ毎に幅の狭い輪帯Ｒｎが形成されている。
【００１７】
光軸から数えてｉ番目の段差により与えられる光路長差の絶対値をΔＥ(i)、ｉ番目の段差とｉ＋１番目の段差との間の輪帯の内周側の端と外周側の端とで回折レンズ構造のベース形状(図中ピッチの長い破線で示される)に対して付加される光路長差の絶対値をΔＺ(i)として、幅狭輪帯Ｒｎは、以下の条件(１)を満たし、幅広輪帯Ｒｗは、条件(２)を満たす。
ΔＺ(i)＜(１／２)・ΔＥ(i)  …(１)
ΔＺ(i)＞(３／２)・ΔＥ(i)  …(２)
【００１８】
図６に示す従来例では、１番目の段差と２番目の段差との間の輪帯の内周側の端でのベース形状との光路長差は＋０．５λ、この輪帯の外周側の端での光路長差は−０．５λであり、したがってこの輪帯における巨視的形状に対して付加される光路長差の絶対値ΔＺ(１)の値は１λとなる。これより外側の輪帯についても同様である。一方、段差により与えられる光路長差ΔＥ(i)はいずれも１λである。したがって、図６の従来例では、ｉの値にかかわらず、ΔＺ(i)＝ΔＥ(i)＝１λとなる。
【００１９】
次に、図７に示す従来例では、１番目の段差と２番目の段差との間の輪帯の内周側の端でのベース形状との光路長差は＋１．５λ、この輪帯の外周側の端での光路長差は−１．５λであり、したがってΔＺ(１)の値は３λとなる。これより外側の輪帯についても同様である。一方、段差で与えられる光路長差ΔＥはｉ＝１のときは２λ、ｉ≧２のときは３λとなっている。したがって、いずれの従来例も上記の条件(１)を満たす幅狭輪帯も、(２)を満たす幅広輪帯も含まれない。
【００２０】
これに対して、図１(Ａ)に示す実施形態では、幅狭輪帯Ｒｎにおいては、内周側の端、外周側の端でのベース形状に対する光路長差はほぼ等しく、したがって、ΔＺ(i)の値はほぼ０となる。これに対して、例えば２番目の段差と３番目の段差との間の幅広輪帯Ｒｗにおいては、輪帯の内周側の端でのベース形状との光路長差は＋１．５λ、この輪帯の外周側の端での光路長差は−１．５λであり、したがってΔＺ(2)の値は３λとなる。これより外側の幅広輪帯Ｒｗについても同様である。したがって、ΔＺ(i)はｉ＝１，３，４，６，７…のときにはほぼ０、ｉ＝２，５，…のときには３λとなる。一方、段差で与えられる光路長差ΔＥ(i)はｉの値にかかわらず１λである。このため、幅狭輪帯Ｒｎは条件(１)を満たし、幅広輪帯Ｒｗは条件(２)を満たことになる。なお、ここでは、各図に示されている図中最も下側の段差をｉ＝１として説明している。実施形態の場合、図１に示されるのはレンズ中心から離れた高NA専用領域であるため、実際のｉの値は、共用領域の段差数を加算した値となる。
【００２１】
なお、条件(１),(２)にて使用されるΔＥ(i)、ΔＺ(i)の値は、記録密度の高い光ディスクの使用時の利用波長を基準に算出する。上記の構成によれば、高次の回折光を利用するために大きな段差を形成する場合に、段差の途中に幅狭輪帯Ｒｎを設けてステップ状にすると、図１(Ｂ)に破線で示した理想形状に対して、実線で示した実形状の誤差、すなわち形状のなまりによる影響が比較的小さくなり、図７に示したような大きな段差をステップなしに形成する場合よりも回折効率を高く保つことができる。
【００２２】
具体的な一例を挙げると、高NA専用領域の回折レンズ構造を図６に示したような１波長の光路長差を有するように形成した場合、対物レンズ全体の光利用効率(コート損失等も含む値)は８７．８％となるのに対し、図７に示すように波長の３倍の光路長差の段差をステップなしに形成した場合には光利用効率は８５．６％に低下する。さらに、図１に示すように、段差をステップ状に形成した場合には、光利用効率は８７．７％となり、高次の回折光を利用した場合にも、１次回折光を利用する場合と同等の光利用効率を維持することができる。
【００２３】
図３は、図２に示す光ヘッド用対物レンズを使用した光ヘッドの光学系の説明図である。この光学系は、ＤＶＤ用モジュール２１、ＣＤ用モジュール２２、ビームコンバイナ２３、コリメートレンズ２４、対物レンズ１０で構成されている。各モジュール２１，２２は、半導体レーザーとセンサーとを一体化した素子である。
【００２４】
記録密度の高いＤＶＤを使用するためには、小さいビームスポットを作るために比較的短い波長の光が必要とされる。一方、記録密度の低いＣＤ，ＣＤ−Ｒを使用するためには、比較的大きなビームスポットを形成するために長い波長の光が必要とされ、かつ、少なくともＣＤ−Ｒを使用するためには、その分光反射率の関係で近赤外光が必要となる。そこで、ＤＶＤ用モジュール２１は、発振波長６５４ｎｍの半導体レーザーを備え、ＣＤ用モジュール２２は、発振波長７９０ｎｍの半導体レーザーを備える。
【００２５】
ＤＶＤ(図中実線で示す)の使用時には、ＤＶＤモジュール２１を作動させる。ＤＶＤモジュール２１の半導体レーザーから発した波長６５４ｎｍのレーザー光は、図中実線で示したようにＤＶＤの情報記録面に集光する。他方、ＣＤ，ＣＤ−Ｒの使用時(図中では代表してＣＤを示す)には、ＣＤモジュール２２を作動させる。ＣＤモジュール２１の半導体レーザーから発した波長７９０ｎｍのレーザー光は、図中破線で示したようにＣＤの情報記録面に集光する。
【００２６】
対物レンズ１０の共用領域Ｒｃに形成された回折レンズ構造は、使用される複数の波長、この例では６５４ｎｍ，７９０ｎｍの２波長について１次の回折光の回折効率が最大となるように設計されている。また、共用領域Ｒｃの回折レンズ構造は、０．６ｍｍの保護層を有するＤＶＤと、１．２ｍｍの保護層を有するＣＤ，ＣＤ−Ｒとに対し、使用波長の切換により球面収差の変化を補正するような波長依存性を有している。具体的には、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有している。
【００２７】
光ディスク光学系の球面収差は、保護層の厚さが厚くなるほど補正過剰となる方向に変化する。一方、保護層の薄いＤＶＤについては短波長、保護層の厚いＣＤ，ＣＤ−Ｒについては長波長のレーザー光が用いられる。そこで、上記のように回折レンズ構造に波長が長波長に変化した場合に球面収差が補正不足となる方向に変化する特性を持たせることにより、保護層が厚くなることにより補正過剰となる球面収差を、回折レンズ構造の補正不足方向の球面収差を利用して打ち消すことができる。
【００２８】
一方、高NA専用領域Ｒｈに形成された回折レンズ構造は、記録密度の高いＤＶＤに対応する６５４ｎｍの光束を集光させる機能と、記録密度の低いＣＤに対応する７９０ｎｍの光束を拡散させる開口制限機能とを備えている。また、高NA専用領域Ｒｈに形成された回折レンズ構造は、記録密度の高いＤＶＤの使用時に良好な性能が得られるように、レーザーの波長変動による影響をなくすよう色収差を補正する機能と、温度変化による屈折率変化、変形に起因する収差を補正する機能とを有している。このように高NA専用領域の回折レンズ構造に収差補正機能と開口制限機能とを併せ持たせる場合には、高次の回折光を利用する必要がある。実施形態の対物レンズは、巨視的に複数波長分の光路長差を与える段差を有することにより、高次の回折光を利用して収差補正機能と開口制限機能とを併せ持たせつつ、段差をステップ状に形成することにより回折効率の低下を抑えている。
【００２９】
【実施例】
次に、上述した実施形態に基づく具体的な実施例について説明する。実施例の対物レンズは、保護層の厚さが0.6mmのＤＶＤと、保護層の厚さが1.2mmのＣＤ、ＣＤ−Ｒとに兼用される光ヘッド用の対物レンズである。
【００３０】
以下の表１は、実施例の対物レンズのデータを示す。実施例の対物レンズの第１面は、光軸からの高さｈが0≦h＜1.538となる共用領域と1.538≦h≦2.023となる高NA専用領域とに区分され、それぞれ互いに異なる光路差関数で定義される回折レンズ構造が形成されている。また、共用領域のベースカーブ(回折レンズ構造を除く屈折レンズとしての形状)と高NA専用領域のベースカーブとは別個の係数で定義される独立した非球面である。第２面は回折レンズ構造を有さない非球面である。
【００３１】
実施例では、高NA専用領域に４つの幅広輪帯を形成すると共に、その巨視的な段差を光路長差５波長分とし、かつ、この段差を微視的には１波長分ずつステップ状に形成し、各ステップ毎に幅狭輪帯を形成している。すなわち、各幅広輪帯の間に４つの幅狭輪帯が挟まれるように配置されている。
【００３２】
回折レンズ構造による光路長の付加量は、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐn、回折次数ｍ、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…)×ｍ×λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことができる。光路差関数φ(ｈ)は、回折面上での光軸からの高さｈの点において、回折レンズ構造により回折されなかった場合の仮想的な光線と、回折レンズ構造により回折された光線との光路長差を示す。
【００３３】
また、非球面の形状は、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12として、以下の式で表される。
Ｘ(h)=Ch2/(1+√(1-(1+κ)C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12
【００３４】
表１では、第１面の共用領域のベースカーブと回折レンズ構造とを定義する各係数、第１面の高NA専用領域のベースカーブと回折レンズ構造とを定義する各係数、面間隔、使用波長での屈折率、そして、第２面の非球面形状を定義する各係数が示されている。
【００３５】
【表１】
第１面
共用領域(０≦ｈ＜1.538)
ベースカーブ              回折レンズ構造
近軸曲率半径  2.131mm    ブレーズ化波長  720nm
非球面係数                光路差関数係数
κ  -0.500               Ｐ2  -1.50000
Ａ4 -2.07000×10-3        Ｐ4  -1.63000
Ａ6 -1.05600×10-4        Ｐ6  -0.16000
Ａ8 -1.32300×10-4        Ｐ8   0.00000
Ａ10  4.63600×10-5        Ｐ10  0.00000
Ａ12 -1.00000×10-5        Ｐ12  0.00000
高NA専用領域(1.538≦ｈ≦2.023)
ベースカーブ              回折レンズ構造
近軸曲率半径  2.148mm    ブレーズ化波長  654nm
非球面係数                光路差関数係数
κ   -0.500               Ｐ2  -3.03517
Ａ4  -9.83900×10-4        Ｐ4  -0.74300
Ａ6   8.70200×10-5        Ｐ6  -0.14100
Ａ8  -2.02200×10-5        Ｐ8   0.00000
Ａ10   6.60440×10-5        Ｐ10  0.00000
Ａ12  -1.16640×10-5        Ｐ12  0.00000
第２面
近軸曲率半径  -8.185mm
非球面係数
κ     0.000
Ａ4   1.42800×10-2
Ａ6  -2.04300×10-3
Ａ8  -9.30800×10-5
Ａ10  -1.64700×10-5
Ａ12   6.74500×10-6
第１面〜第２面間隔   2.200mm
654nmにおける屈折率  1.54067
790nmにおける屈折率  1.53657
第２面から光ディスク表面までの距離(ワーキングディスタンス)
ＤＶＤ使用時  1.754 mm
ＣＤ使用時    1.387 mm
【００３６】
実施例の回折レンズ構造の共用領域Ｒcにおける輪帯番号Ｎと各輪帯の内周側の端の光軸からの高さhin、最外側の光軸からの高さhout(単位：ｍｍ)、各輪帯の外周側の端部分での光軸を基準にしたＣＤに対応する波長での光路長差φ(hout)の関係を以下の表２に示す。なお、輪帯番号は光軸を含む円形の領域を０とし、その外側の輪帯を内側から順に１，２，３，…と番号を付する。すなわち、光軸から数えてｉ番目の段差の外側の輪帯が第ｉ輪帯となる。０〜１４輪帯が共用領域Ｒc、１５〜３５が高NA専用領域である。
【００３７】
【表２】
Ｎ    hin〜hout  φ(hout)   Ｎ    hin〜hout  φ(hout)
0  0.000〜0.509  -0.500     8  1.278〜1.324  -8.500
1  0.509〜0.771  -1.500     9  1.324〜1.365  -9.500
2  0.771〜0.916  -2.500    10  1.365〜1.403  -10.500
3  0.916〜1.020  -3.500    11  1.403〜1.438  -11.500
4  1.020〜1.101  -4.500    12  1.438〜1.471  -12.500
5  1.101〜1.169  -5.500    13  1.471〜1.501  -13.500
6  1.169〜1.227  -6.500    14  1.501〜1.538  -14.786
7  1.227〜1.278  -7.500
【００３８】
実施例の回折レンズ構造の高NA専用領域Ｒｈにおける輪帯番号Ｎと各輪帯の内周側の端の光軸からの高さhin、最外側の光軸からの高さhout、各輪帯の外周側の端部分での光軸を基準にしたＣＤの波長での光路長差φ(hout)、接平面に投影した際の輪帯幅Ｗ(単位：ｍｍ)との関係を以下の表３に示す。
【００３９】
【表３】
Ｎ    hin〜hout    φ(hout)  Ｗ      Ｎ    hin〜hout    φ(hout)  Ｗ
15  1.538〜1.668  -17.219  0.130    25  1.810〜1.896  -27.077  0.087
16  1.668〜1.672  -17.359  0.004    26  1.896〜1.900  -27.288  0.004
17  1.672〜1.676  -17.500  0.004    27  1.900〜1.904  -27.500  0.004
18  1.676〜1.680  -17.642  0.004    28  1.904〜1.908  -27.714  0.004
19  1.680〜1.684  -17.785  0.004    29  1.908〜1.912  -27.929  0.004
20  1.684〜1.794  -22.148  0.110    30  1.912〜1.983  -32.007  0.071
21  1.794〜1.798  -22.323  0.004    31  1.983〜1.987  -32.253  0.004
22  1.798〜1.802  -22.500  0.004    32  1.987〜1.991  -32.500  0.004
23  1.802〜1.806  -22.678  0.004    33  1.991〜1.995  -32.749  0.004
24  1.806〜1.810  -22.858  0.004    34  1.995〜2.023  -34.500  0.027
【００４０】
図４は、実施例の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量、すなわちベースカーブを基準にした回折レンズ構造の凹凸形状を示すグラフである。光軸からの高さhが1.40mm〜2.00mmの範囲、すなわち、共用領域Ｒcの周辺部から高NA専用領域Ｒｈのほぼ最外周部分までを示している。h=1.538mmの部分の大きな段差が共用領域Ｒcと高NA専用領域Ｒｈとの境界を示す。
【００４１】
表３に示されるように、輪帯番号Ｎが15,20,25,30の輪帯が幅広輪帯Ｒｗ、Ｎ＝16〜19，21〜24，26〜29等が幅狭輪帯Ｒｎである。また、図４に示されるように、ΔＥ(i)はｉの値(輪帯番号Ｎと同じ)にかかわらず一定(１λ)であり、ΔＺ(i)はｉ＝16〜19，21〜24，26〜29のときにはほぼ０、ｉ＝15，20，25，30のときにはほぼ５λとなり、幅狭輪帯Ｒｎは条件(１)を満たし、幅広輪帯Ｒｗは条件(２)を満たす。
【００４２】
図５は、実施例の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフであり、光軸上の光量を１として光軸からの距離と光量比との関係を示す。ただし、ＣＤ利用時のスポット近傍の光量を示すため、縦軸の上限を0.005としている。このため、中心に近い部分の光量は上限を越えており、表示されていない。比較例のデータを破線、実施例のデータを実線で示している。
【００４３】
比較例は、高NA専用領域Ｒｈに形成された回折レンズ構造の輪帯間の段差が光路長差１波長分である点のみが実施例と異なる。比較例の構成では、収差を良好に補正すると、ＣＤ利用時の開口制限機能を十分に発揮させることができず、図５に破線で示されるようにＣＤ利用時のスポット近傍(5〜10μm)の光量が比較的大きくなる。
【００４４】
実施例の構成では、高次の回折光を利用することにより、図５に示すように、ＣＤ利用時に影響を与えるスポット近傍(5〜10μm)の光量を比較例より小さく抑えることができ、しかも、ＤＶＤ利用時における温度変化や波長の変化に対する波面収差の劣化を比較例と同様に小さく抑えることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高次の回折光を利用する場合にも、巨視的に複数波長分の光路長差を与える段差を１波長分づつのステップ状に形成することにより、成型時の形状のなまりによる影響を小さくすることができ、回折効率の高い回折光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (Ａ)は実施形態にかかる回折光学素子の回折面形状を示す説明図であり、(Ｂ)は(Ａ)の円内の拡大図である。
【図２】  実施形態にかかる回折光学素子である対物レンズの外形を示す説明図であり、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は縦断面図である。
【図３】  図２に示す対物レンズを使用した光ヘッドの光学系の説明図である。
【図４】  実施例の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。
【図５】  実施例の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフである。
【図６】  従来の回折光学素子の回折面形状を示す説明図である。
【図７】  従来の他の回折光学素子の回折面形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  対物レンズ(回折光学素子)
１１  第１面
１２  第２面
２１  ＤＶＤ用モジュール
２２  ＣＤ用モジュール
２３  ビームコンバイナ
２４  コリメートレンズ
ＤＶＤ，ＣＤ  光ディスク
【図１】
0003699665.tif 000002
【図２】
0003699665.tif 000003
【図３】
0003699665.tif 000004
【図４】
0003699665.tif 000005
【図５】
0003699665.tif 000006
【図６】
0003699665.tif 000007
【図７】
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