(57)【要約】【課題】記録面の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録再生を実現しつつ、精度の高い光ピックアップ動作を保証する光ディスク用対物レンズを提供すること。【解決手段】光ディスク用対物レンズは、少なくとも一面が複数の微小な段差を有する輪帯状の構造をもち、記録密度が異なる少なくとも二種類の光ディスクに対して互換性を有する対物レンズに関する。該対物レンズは、輪帯段差を有する面を、光軸側により近い内側領域と該内側領域の外側にある外側領域とに分けた場合に、外側領域の少なくとも１つの輪帯段差で生じる光路長差が第二のレーザー光の波長の整数倍よりも所定量小さくなるような構成にした。【選択図】      図１
2004219474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面が複数の微小な輪帯段差を有する構造をもち、記録密度が異なる少なくとも二種類の光ディスクに対して互換性を有する対物レンズにおいて、
第一の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長が、第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長よりも長く、前記輪帯段差を有する面を、主として第一の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、前記第一の光ディスクよりも記録密度が相対的に高い第二の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域とに分けた場合に、前記外側領域の少なくとも１つの輪帯段差で生じる光路長差が前記第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の波長の整数倍よりも所定量小さいことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ディスク用対物レンズにおいて、
前記光路長差をＯＰＤとした場合、該ＯＰＤが以下の条件（１）、
（ｎ−０．４）≦ＯＰＤ／λ＜ｎ・・・（１）
但し、λは前記第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長を、
ｎは自然数を、それぞれ表す。
を満たすことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項３】
請求項２に記載の光ディスク用対物レンズにおいて、前記光路長差ＯＰＤは、さらに以下の条件（２）、
（ｎ−０．２５）≦ＯＰＤ／λ≦（ｎ−０．０５）・・・（２）
を満たすことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ディスク用対物レンズにおいて、
前記輪帯段差は、該輪帯段差が設けられている面において、レンズ厚さが内側から外側に向かって厚くなるように形成されていることを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項５】
輪帯状の位相シフト面を有し、記録密度が異なる少なくとも二種類の光ディスクに対して互換性を有する対物レンズにおいて、
第一の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長が、第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長よりも長く、前記位相シフト面を、主として第一の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、前記第一の光ディスクよりも記録密度が相対的に高い第二の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域とに分けた場合に、前記外側領域の少なくとも一組の隣り合う輪帯の、前記第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光に対する位相シフト量が２πの整数倍よりも所定量小さいことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項６】
請求項５に記載の光ディスク用対物レンズにおいて、
前記位相シフト量をφとした場合、該φが、以下の条件（３）、
２（ｎ−０．４）π≦φ＜２ｎπ・・・（３）
但し、ｎは自然数を表す。
を満たすことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項７】
請求項６に記載の光ディスク用対物レンズにおいて、
前記位相シフト量φが、さらに以下の条件（４）、
２（ｎ−０．２５）π≦φ≦２（ｎ−０．０５）π・・・（４）
を満たすことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の光ディスク用対物レンズにおいて、
前記輪帯によって形成される段差は、前記位相シフト面において、レンズ厚さが内側から外側に向かって厚くなるように形成されていることを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項９】
請求項２から請求項４、または請求項６から請求項８のいずれかに記載の光ディスク用対物レンズにおいて、前記自然数ｎが以下の条件（５）、
１≦ｎ≦６・・・（５）
を満たすことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項１０】
輪帯状の回折構造を利用することにより、記録密度が異なる少なくとも二種類の光ディスクに対して互換性を有する対物レンズにおいて、第一の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長が、第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長よりも長く、
前記回折構造を持つ面を、主として第一の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、前記第一の光ディスクよりも記録密度が相対的に高い第二の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域とに分けた場合に、前記外側領域のブレーズ波長が前記第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の波長の整数倍よりも所定量小さいことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光ディスク用対物レンズにおいて、
前記ブレーズ波長をλ０とした場合、該λ０が、以下の条件（６）、
０．９≦λ０／（ｍλ）＜１．０・・・（６）
但し、λは前記第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長を、
ｍは前記第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の回折次数を、それぞれ表す。
を満たすことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の光ディスク用対物レンズにおいて、
回折構造が正のパワーを持つことを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対するデータの記録・再生を行う光ディスク装置に用いられる対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクには、記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ−レコーダブル）よりもＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の記録密度は高く、保護層が薄い。そこで、規格が異なる光ディスクの切り替え時には、保護層の厚みによって変化してしまう球面収差を補正しつつ、情報の記録再生に使用する光のＮＡを変化させて記録密度の違いに対応した有効光束径が得られるようにする必要がある。
【０００３】
例えば、ＤＶＤの記録／再生にはＣＤ専用の光学系より高ＮＡにしてビームスポットを絞る必要がある。スポット径は波長が短いほど小さくなるため、ＤＶＤを利用する光学系では、ＣＤ専用の光学系で用いられていた７８０〜８３０ｎｍより短い６３５〜６６５ｎｍの発振波長のレーザー光源を用いる。さらに、ＣＤ−Ｒを利用する場合には、記録面の反射特性から７８０ｎｍ程度の発振波長のレーザー光源を用いる。そのため近年、光情報記録再生装置には、波長の異なるレーザー光を発振可能な光源部を有する光ディスク用光学系が使用されている。
【０００４】
また保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対して、それぞれ良好な状態で各光ディスクの記録面位置にレーザー光を収束させる手段の一つとして、近年、対物レンズの一面に輪帯状の微細な段差を有する回折構造を設けた対物レンズを光ディスク用光学系に搭載する技術が実用化されている。上記のような対物レンズは、該回折構造によって発生する球面収差が入射光束の波長に依存して変化する特徴を利用して、規格の異なる光ディスクであっても記録面上にレーザー光が収束するようにしている。
【０００５】
具体的には、該対物レンズの回折構造が設けられた面は、主としてＣＤ等の比較的記録密度の低い光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、ＤＶＤのような記録密度が高い光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域とに分けられる。内側領域は、ＣＤに対する情報の記録再生用の光が該ＣＤの記録面において良好に結像し、ＤＶＤに対する情報の記録再生用の光が該ＤＶＤの記録面において良好に結像するような回折構造を備えている。外側領域は、ＣＤに対する情報の記録再生用の光が該ＣＤの記録面において良好に結像せず、ＤＶＤに対する情報の記録再生用の光が該ＤＶＤの記録面において最も良好に結像するような回折構造を備えている。そして、外側領域のブレーズ化波長は、ＤＶＤに対する情報の記録再生用の光の発振波長と略等しく設定されている。
【０００６】
上記のような構造により、ＣＤに対する情報記録再生用の光のうち、外側領域を透過した光束は、大きな球面収差が発生するため記録面上では拡散してしまい、内側領域を透過した光束のみが記録面上で結像し、比較的大径のスポットを形成する。また、ＤＶＤに対する情報記録再生用の光は、外側領域を透過する光束も収束するためＮＡが大きくなり、記録密度の高いＤＶＤに対する情報の記録・再生に適した小径のスポットを形成する。
【０００７】
このようなＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズおよび該対物レンズを搭載した光情報記録再生装置は、例えば以下の特許文献１に開示される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３３８４３１号公報
【０００９】
しかしながら、上記のようなＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズでは、ＣＤに対する情報記録再生用の光のうち外側領域を透過することにより拡散した光が、記録面で反射した後、サーボ機構に検出されるおそれがあった。該拡散光がサーボ機構に検出されると、ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）信号やＴＥ（Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｅｒｒｏｒ）信号等にノイズが生じてしまい、精度の高い光ピックアップ動作の妨げになるため、さらなる改善が要求されていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、記録面の異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録再生を実現しつつ、精度の高い光ピックアップ動作を保証する光ディスク用対物レンズを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光ディスク用対物レンズは、少なくとも一面が複数の微小な輪帯段差を有する構造をもち、記録密度が異なる少なくとも二種類の光ディスクに対して互換性を有する対物レンズに関する。該対物レンズは、複数の微小な段差を有する面を、主として第一の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための内側領域と、該内側領域の外側にあり、第一の光ディスクよりも記録密度が相対的に高い第二の光ディスクに対する情報記録再生時に必要なＮＡを確保するための外側領域とに分けた場合に、外側領域の少なくとも１つの輪帯段差で生じる光路長差が第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の波長の整数倍よりも所定量小さいことを特徴とする。
【００１２】
ここで、第一の光ディスクとは例えばＣＤやＣＤ−Ｒが該当する。また、第二の光ディスクとは例えばＤＶＤが該当する。つまり、第一の光ディスクに対する情報の記録再生時に使用される光（第一のレーザー光）は、第二の光ディスクに対する情報の記録再生時に使用される光（第二のレーザー光）よりも長い発振波長を有する。そして、上記のように対物レンズの光路長差を設定することにより、外側領域を透過した第一のレーザー光は、より一層拡散の度合いが増すため、スポット周辺で反射する拡散光の強度をより一層低減することができる。従って、該拡散光が原因となるＡＦ信号等のノイズの発生を低減し、高い精度での光ピックアップ動作が保証される。
【００１３】
より具体的には、少なくとも１つの輪帯段差で生じる光路長差ＯＰＤが以下の条件（１）を満たすように対物レンズを構成することが望ましい。
（ｎ−０．４）≦ＯＰＤ／λ＜ｎ・・・（１）
但し、λは前記第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の設計波長を、ｎは自然数を、それぞれ表す。
【００１４】
上記条件（１）において、下限を下回ると、第二のレーザー光の発振波長と上記光路長差が離れすぎてしまい、第二の光ディスクに対する情報記録再生時に有効な小径のスポットを形成することができなくなってしまうため好ましくない。また、上限以上になると、既に説明した従来の対物レンズと同様に第一の光ディスクに対する情報記録再生時に、比較的強度の高い拡散光がサーボ機構に検出されてしまう。これによりＡＦ信号やＴＥ信号などにノイズが発生するおそれがあるため好ましくない。
【００１５】
さらに好ましくは、対物レンズは、上記光路長差ＯＰＤが以下の条件（２）を満たすように構成される。
（ｎ−０．２５）≦ＯＰＤ／λ≦（ｎ−０．０５）・・・（２）
【００１６】
ここで、輪帯段差は、該輪帯段差が設けられている面において、内側から外側に向かってレンズ厚さが厚くなるように形成されていることが好ましい。これにより、第二の光ディスクに対する情報の記録再生に使用する際に温度変化が生じた場合に、収差の変化の度合いを低減することができる。
【００１７】
また、別の観点から、上記輪帯段差を輪帯状の位相シフト面と捉えることもできる。この場合、本発明に係る光ディスク用対物レンズは、外側領域の少なくとも１つの隣り合う輪帯の、第二のレーザー光に対する位相シフト量が２πの整数倍よりも所定量小さいことを特徴とする。
【００１８】
詳しくは、対物レンズは、位相シフト量φが以下の条件（３）、より好ましくは以下の条件（４）を満たすように構成されることが望ましい。
２（ｎ−０．４）π≦φ＜２ｎπ・・・（３）
２（ｎ−０．２５）π≦φ≦２（ｎ−０．０５）π・・・（４）
但し、ｎは自然数である。
【００１９】
上記各条件において、ｎは段差の大きさに影響する値である。従って、あまりｎが大きくなると対物レンズの製造が困難になってしまう。そこで、ｎは１以上６以下の範囲内に設定されることが好ましい（条件（５））。
【００２０】
また、光ディスク用対物レンズが、外側領域における全ての輪帯段差の光路長差が等しい、いわゆる回折レンズである場合、該対物レンズは、外側領域のブレーズ波長が第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する光の波長の整数倍よりも所定量小さいことを特徴とする。
【００２１】
詳しくは、対物レンズは、該ブレーズ波長λ０が以下の条件（６）を満たすように構成されるとよい。
０．９≦λ０／（ｍλ）＜１．０・・・（６）
但し、λは第二のレーザー光の設計波長を、ｍは第二の光ディスクに対する情報記録再生時に使用する第二のレーザー光の回折次数を、それぞれ表す。
【００２２】
回折レンズの回折構造が正のパワーを持つように構成すれば、温度変化によって生じるおそれがある諸収差の変動を小さく抑えることができ、さらには色収差を補正する効果も得られる。回折構造が正のパワーを有すると言うことは、回折構造が設けられた面が、内側から外側に向かってレンズ厚さが厚くなるように形成されているともいえる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る光ディスク用光学系の実施形態を説明する。なお、本明細書において各実施形態を詳説するにあたり用いる各語句は、以下のように定義する。まず、回折構造とは、ある特定の次数の回折光が強く現れるようにブレーズ化された回折格子をいう。ブレーズ化された回折格子は、各領域の境界で生じる光路長差が、ある波長λのｍ倍（ｍは自然数）となるように形状や媒質の屈折率などが最適化されている。従って位相差という表現を用いて、各領域の境界で与える位相差が２ｍπであると説明しても良い。
【００２４】
各領域の境界で生じる光路長差（位相差）は必ずしも一定である必要はないが、一般には、各領域の境界で、ある一定の光路長差ｍλ（波長λの光に対して位相差２ｍπ）をもつように構成する場合が多い。この場合、波長λ、あるいは波長λ近傍の波長の光が入射すると、各領域の境界の周期と同じ周期を持つ回折格子があった場合に発生する回折光のうち、ｍ次の回折光が最も強く発生する。具体的には、波長λの光に対して、均質な屈折率ｎ１を持つ媒質１から、均質な屈折率ｎ２を持つ媒質２へ、波長λの光が垂直に入射する場合、領域の境界での段差をｍλ／（ｎ２−ｎ１）とすれば、ｍ次の回折光の強度が最大となる。そこで本明細書においては、ｍλをブレーズ化波長と呼ぶ。
【００２５】
また、少なくとも一面でレンズの有効範囲内が複数の領域に分けられており、各領域間で位相がシフトする作用を持つ構造を位相シフト構造といい、位相シフト構造を持つレンズを位相シフトレンズと定義する。該定義によれば、回折レンズも位相シフトレンズの一種であるといえるが、本明細書では、各領域の境界の間隔変化が１２次程度までの比較的単純な関数で展開でき、各領域の境界で与える位相差が一定のものを特に回折レンズと記載し、そうでないものを位相シフトレンズと記載する。
【００２６】
図１は、実施形態に係る光ディスク用対物レンズ１０を表す図である。光ディスク用対物レンズ１０は、保護層の厚みや記録密度が異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を有する光情報記録再生装置に搭載される。
【００２７】
光ディスク２０Ａ（２０Ｂ）は、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。なお本明細書では、保護層が厚く記録密度が低い光ディスク（例えばＣＤやＣＤ−Ｒ等）を第一の光ディスク２０Ａと記す。また、保護層が薄く記録密度が高い光ディスク（例えばＤＶＤ）を第二の光ディスク２０Ｂと記す。
【００２８】
第一の光ディスク２０Ａに対して情報の記録・再生を行う際には、比較的大径のビームスポットを形成するために波長の長いレーザー光（以下、第一のレーザー光という）が光源（不図示）から照射される。また、記録密度の高い第二の光ディスク２０Ｂに対して記録・再生を行う際には、記録面上において小径のスポットを形成するために、第一のレーザー光よりも波長の短いレーザー光（以下、第二のレーザー光という）が光源から照射される。
【００２９】
上記光源から照射され、コリメートレンズ（不図示）を介して平行光に近い状態に変換されたレーザー光は、対物レンズ１０により光ディスク２０Ａ（２０Ｂ）の記録面近傍に収束される。対物レンズ１０は、図１に示すように両面とも非球面である両凸のプラスチック製単レンズである。
【００３０】
上述した通り、第一の光ディスク２０Ａと第二の光ディスク２０Ｂでは、保護層の厚さが異なる。このため、使用されるディスクによって球面収差が変化する。そこで、本実施形態においては、対物レンズ１０の少なくとも一方の面に光軸を中心とした複数の微細な段差を有する輪帯状の構造を設ける。
【００３１】
対物レンズ１０は、光源側から順に第一面１０ａと第二面１０ｂを有する。図２は、対物レンズ１０の光軸ＡＸを含む面での断面形状の第一面１０ａ近傍の拡大図である。対物レンズ１０における第一面１０ａは、以下のように形成される。第一面１０ａは、内側領域１１と外側領域１２を有する。上記のとおり、内側領域１１および外側領域１２は、複数の微細な輪帯状の段差を有している。そして、各輪帯状の段差は、面１０ａの内側から外側に向かって、換言すれば光軸ＡＸから離れるにつれて、レンズの厚みが増すように形成される。
【００３２】
図２に模式的に示すように、面１０ａの内側領域１１は、第一の光ディスク２０Ａに対する情報記録再生時に必要とされるＮＡが得られるような所定のブレーズ化波長に設定された回折構造になっている。なお、ブレーズ化波長は、目的に合わせて適切に選定すれば良い。例えば、第一の光ディスク２０Ａ用の光学系で光の利用効率を高める必要がある場合には、本実施形態のように、第一の光ディスク２０Ａに対して使用される第一のレーザー光の設計波長と同じ波長を選定すると良い。逆に、第二の光ディスク２０Ｂ用の光学系で光の利用効率を高める必要がある場合には、第二の光ディスク２０Ｂに対して使用される第二のレーザー光の設計波長と同じ波長を選定すれば良い。また特に上記いずれの要請もない場合には、第一、第二双方の光ディスクに対して比較的高い光利用効率が得られるように、第一のレーザー光と第二のレーザー光の中間的な波長に設定すると良い。
【００３３】
また図２に示すように、外側領域１２は、複数の輪帯状の段差部（輪帯段差）によって形成される複数の輪帯（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…）を有する。すなわち、外側領域１２は、個別の非球面係数によって規定される複数の面Ｃ１〜の集合であるといえる。つまり本実施形態の対物レンズ１０は、位相シフトレンズである。本実施形態の対物レンズ１０は、複数の輪帯段差のうち少なくとも一組の隣り合う段差部で生じる光路長差が第二のレーザー光の波長の整数倍よりも若干小さくなるように構成される。具体的には、光路差をＯＰＤとすると、対物レンズ１０は、外側領域における少なくとも一組の隣り合う段差部が、以下の条件（１）を満たすように構成される。
（ｎ−０．４）≦ＯＰＤ／λ＜ｎ・・・（１）
但し、λは第二のレーザー光の設計波長を、ｎは自然数を、それぞれ表す。
【００３４】
上記の条件（１）を満たすように光路長差ＯＰＤを設定することにより、以下の二つの効果が得られる。第一に、内側領域１１および外側領域１２を透過する第二のレーザー光は、高ＮＡとなって、第二の光ディスク２０Ｂの記録面上において小径のスポットを形成する。第二に、第二のレーザー光の設計波長と光路長差ＯＰＤとの差がより一層大きくなるため、対物レンズ１０を透過する第一のレーザー光のうち、外側領域１２を透過した光の拡散の度合いが大きくなる。従って、第一のレーザー光の拡散光が図示しないサーボ機構によって検出されたとしてもごく微量となり、該拡散光が検出されることによるＡＦ信号等のノイズの発生を低減し、安定したかつ高精度な光ピックアップ動作が保証される。
【００３５】
なお、上記の二つの効果をより有効に得るためには、外側領域は、光路長差ＯＰＤがさらに以下の条件（２）を満たすように構成される。
（ｎ−０．２５）≦ＯＰＤ／λ≦（ｎ−０．０５）・・・（２）
【００３６】
ここで、上記輪帯段差を輪帯状の位相シフト面と捉えると、上記の外側領域１２に関する構成は次のように説明することも可能である。すなわち、外側領域１２は、外側領域１２に設けられている複数の輪帯状の位相シフト面のうち少なくとも一箇所の位相シフト面における位相シフト量が２πの整数倍よりも若干小さくなるように構成される。具体的には、該位相シフト量をφとすると、対物レンズ１０は、外側領域１２における少なくとも一つの位相シフト量φが、以下の条件（３）を満たすように構成される。
２（ｎ−０．４）π≦φ＜２ｎπ・・・（３）
但し、ｎは自然数を表す。
【００３７】
また、より効果的に上記二つの効果を得るためには、外側領域１２は、少なくとも一つの位相シフト量φが以下の条件（４）を満たすように構成される。
２（ｎ−０．２５）π≦φ≦２（ｎ−０．０５）π・・・（４）
【００３８】
ここで、自然数ｎは、輪帯段差の大きさを規定する数値である。自然数ｎが、以下の条件（５）を満たすような対物レンズ１０であれば、輪帯段差が大きすぎず製造に適した形状となる。
１≦ｎ≦６・・・（５）
【００３９】
なお、外側領域１２が全ての輪帯段差の光路長差ＯＰＤが等しく設定された回折構造を有する場合、つまり対物レンズ１０が回折レンズである場合、該対物レンズ１０は、外側領域１２のブレーズ波長が第二のレーザー光の波長の整数倍よりも若干小さくなるように構成される。具体的には、対物レンズ１０は、外側領域１２のブレーズ波長λ０が以下の条件（６）を満たすように構成される。
０．９≦λ０／（ｍλ）＜１．０・・・（６）
但し、λは第二のレーザー光の設計波長を、ｍは第二の光ディスク２０Ｂに対する情報記録再生時に使用する第二のレーザー光の回折次数を、それぞれ表す。
【００４０】
光ピックアップに使用する回折光の強度を高めるために、各輪帯状の段差は、面１０ａの内側から外側に向かって、レンズの厚みが増すように形成される。対物レンズ１０が回折レンズである場合にも同様である。つまり、対物レンズ１０が回折レンズである場合、外側領域１２の回折構造は正のパワーを有するように設計される。これにより、温度変化による収差の変動を低減し、色収差を良好に補正する効果が得られる。
【００４１】
次に上述した実施形態に基づく具体的な実施例を５例提示する。いずれの実施例も保護層の厚みが１．２ｍｍの第一の光ディスク２０Ａと、保護層の厚みが０．６ｍｍの第二の光ディスク２０Ｂとの互換性を有する光ディスク用対物レンズ１０である。実施例１と実施例２の対物レンズは、外側領域１２に回折構造が設けられた回折レンズである。実施例３から実施例５の対物レンズ１０は、外側領域１２を個別の非球面係数を有する複数の面の集合として捉えることが可能な、位相シフトレンズである。
【００４２】
【実施例１】
図１は、実施例１の対物レンズ１０を表す概略図である。なお、実施例２から実施例５の対物レンズも図１に示す対物レンズ１０と略同一である。実施例１の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表１および表２に示されている。
【００４３】
【表１】
2004219474.tif 000003
【表２】
2004219474.tif 000004
【００４４】
表１中、設計波長とは、第一の光ディスク２０Ａおよび第二の光ディスク２０Ｂを記録・再生する際に最も適した波長のことである。ｆＯＢＬは、対物レンズ３０の焦点距離（単位：ｍｍ）、ＮＡは像側の開口数である。なお、表１に示す具体的数値構成は、他の実施例２〜５においても同様である。
【００４５】
表２中、面番号１、２が対物レンズ１０、面番号３、４が媒体である光ディスクの保護層を示している。ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄ１は第一の光ディスク２０Ａに対する情報の記録再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｄ２は第二の光ディスク２０Ｂに対する情報の記録再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎｄはｄ線（５８８ｎｍ）での屈折力、νｄはｄ線でのアッベ数である。
【００４６】
また、対物レンズ３０の第一面１０ａ（面番号１）および第二面１０ｂ（面番号２）は非球面である。そ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Ｋ、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。
【数１】
2004219474.tif 000005
各非球面を規定する円錐係数と非球面係数は、表３に示される。なお、表３に示すように対物レンズ３０の第一面１０ａ（面番号１）は、レンズの内側領域１１（ｈ＜１．２０）と外側領域１２（ｈ＞１．２０）とによって非球面の形状が異なっている。
【００４７】
【表３】
2004219474.tif 000006
【００４８】
さらに、対物レンズ３０の第一面１０ａ（面番号１）に形成された回折構造は、以下の光路差関数φ（ｈ）により表される。
【数２】
2004219474.tif 000007
光路差関数φ（ｈ）は、回折面（第一面１０ａ）上での光軸からの高さｈの点において、回折構造により回折されなかった場合の仮想の光線と、回折構造により回折された光線との光路長差を示す。Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、…はそれぞれ２次、４次、６次、…の係数である。該回折構造を規定する光路差関数係数Ｐ２、…は、表４に示される。なお、表４において、ｍは、内側領域１１では第一の光ディスク２０Ａに対する情報記録再生時に使用される第一のレーザー光、および第二の光ディスク２０Ｂに対する情報記録再生時に使用される第二のレーザー光の回折次数を、外側領域１２では第二の光ディスク２０Ｂに対する情報記録再生時に使用される第二のレーザー光の回折次数を表す。すなわち、内側領域１１では第一のレーザー光と第二のレーザー光はどちらも同じ次数の回折光を利用している。また、λ０はブレーズ化波長である。
【００４９】
【表４】
2004219474.tif 000008
【００５０】
表４に示すように、実施例１では、第二のレーザー光の一次回折光を第二の光ディスクに対する情報の記録再生用の光として使用する。そのため、外側領域１２は、第二のレーザー光の一次回折光の光強度が他の回折光に比べ最も高くなるようにブレーズ化波長λ０を６００ｎｍに設定している。従って、実施例１の対物レンズ１０は、λ０／（ｍλ）が０．９１６となり、条件（６）を満たす。図３は、実施例１の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光が第一の光ディスク２０Ａの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離（単位：ｍｍ）と光強度（単位：％）との関係を表すグラフである。光強度は、スポットの中心強度を１００％としたときの値である。条件（６）を満たす実施例１の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光は、スポット中心から約０．０１０ｍｍ離れた場所での光強度が０．１％よりも小さく抑えられている。つまり、スポット中心以外の光が記録面で反射してサーボ機構に検出されたとしても極めて微量であり、ＡＦ信号等にノイズとして現れるおそれがなくなる。従って、高い精度での光ピックアップ動作が保証される。
【００５１】
また、上記のとおり実施例１の対物レンズ１０は、位相シフトレンズの中でも特に外側領域１２の回折構造における各輪帯段差での光路長差ＯＰＤおよび位相差φが全て等しい回折レンズである。実施例１の対物レンズ１０は、光路長差ＯＰＤが６００である。表１より設計波長λが６５５ｎｍであるため、ＯＰＤ／λは０．９１６となる。つまり、実施例１の対物レンズ（回折レンズ）１０は、条件式（１）および条件（２）を満足する。さらに位相差φは１．８３πであるため、条件（３）および条件（４）も満たす。また条件（１）〜（４）において、自然数ｎは１に設定されているため、条件（５）も満足する。
【００５２】
【実施例２】
実施例２の対物レンズ１０の具体的数値構成および非球面形状は、実施例１と略同一であるため、表２および表３を参照し、ここでの説明は省略する。表５は、実施例２の対物レンズ１０における、内側領域１１と外側領域１２の光路差関数係数Ｐ２、…、回折次数ｍ、およびブレーズ化波長λ０を示す。
【００５３】
【表５】
2004219474.tif 000009
【００５４】
表５に示すように、実施例２では、第二のレーザー光の３次回折光を第二の光ディスクに対する情報の記録再生用の光として使用する。そのため、外側領域１２は、第二のレーザー光の３次回折光の光強度が最も高くなるようにブレーズ化波長λ０を１８００ｎｍに設定している。従って、実施例２の対物レンズ１０は、λ０／（ｍλ）が０．９１６となり、条件（６）を満たす。図４は、実施例２の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光が第一の光ディスク２０Ａの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離（単位：ｍｍ）と光強度（単位：％）との関係を表すグラフである。条件（６）を満たす実施例２の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光は、スポット中心から離れるにつれ、光強度が下がる。そして約０．０１０ｍｍ離れた場所での光強度は０．０５％にも満たない。つまり、スポット中心以外の光が記録面で反射してサーボ機構に検出されることはほとんどなく、ＡＦ信号等にノイズとして現れるおそれがなくなる。従って、高い精度での光ピックアップ動作が保証される。
【００５５】
また、上記のとおり実施例２の対物レンズ１０も実施例１の対物レンズと同様、位相シフトレンズの中でも特に外側領域１２の回折構造における各輪帯段差での光路長差ＯＰＤおよび位相差φが全て等しい回折レンズである。実施例２の対物レンズ１０は、光路長差ＯＰＤが１８００である。表１より設計波長λが６５５ｎｍであるため、ＯＰＤ／λは２．７４８となる。つまり、実施例１の対物レンズ（回折レンズ）１０は、条件式（１）および条件（２）を満足する。さらに位相差φは１．８３πであるため、条件（３）および条件（４）も満たす。また条件（１）〜（４）において、自然数ｎは３に設定されているため、条件（５）も満足する。
【００５６】
【実施例３】
表６は、実施例３の対物レンズ１０における、外側領域１２の面形状を特定するための具体的数値構成である。実施例３の対物レンズ１０において、第一面１０ａ（面番号１）の内側領域１１および第二面１０ｂ（面番号２）は実施例１と略同一である。従って、内側領域１１の非球面係数と光路差関数係数や、第二面１０ｂの非球面係数は、表３〜表５を参照し、ここでの説明は省略する。
【００５７】
【表６】
2004219474.tif 000010
【００５８】
表６に示すように、実施例３の対物レンズ１０は、輪帯段差によって輪帯Ｃ１から輪帯Ｃ５までの５つの面を有する。表６中、ｄ＿ｓｈｉｆｔは、面頂点のシフト量である。面頂点のシフト量とは、図２中、破線で示すように各面を延長して光軸ＡＸと交わる点をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…とし、これら各点と実際の第一面１０ａが光軸ＡＸと交わる点Ｐ０との距離を意味する。
【００５９】
表７は、実施例３の対物レンズ１０における外側領域１２の各輪帯間の光路長差を示す。
【００６０】
【表７】
2004219474.tif 000011
【００６１】
表７に示すように、どの光路長差ＯＰＤも条件（１）を満たす。特に輪帯Ｃ１と輪帯Ｃ２間の光路長差は条件（２）も満たす。また、位相シフト量φも条件（３）を満たす（輪帯Ｃ１と輪帯Ｃ２間の位相シフト量にあっては条件（４）も満たす）ことを意味する。また、ｎはどれも６よりも小さい値に設定されており、条件（５）も満たす。つまり、第一面１０ａの成形が容易に行われる。
【００６２】
図５は、このように各条件を満たす実施例３の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光が第一の光ディスク２０Ａの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離（単位：ｍｍ）と光強度（単位：％）との関係を表すグラフである。条件（１）〜条件（４）を満たす実施例３の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光は、スポット中心から離れるにつれ、徐々に光強度が下がる。そして約０．０１０ｍｍ離れた場所での光強度はほとんど０に等しい。つまり、スポット中心以外の光が記録面で反射してサーボ機構に検出されることはほとんどなく、ＡＦ信号等にノイズとして表れるおそれがなくなる。従って、高い精度での光ピックアップ動作が保証される。
【００６３】
【実施例４】
表８は、実施例４の対物レンズ１０における、外側領域１２の面形状を特定するための具体的数値構成である。実施例４の対物レンズ１０において、第一面１０ａ（面番号１）の内側領域１１および第二面１０ｂ（面番号２）は実施例１と略同一である。従って、内側領域１１の非球面係数と光路差関数係数や、第二面１０ｂの非球面係数は、表３〜表５を参照し、ここでの説明は省略する。
【００６４】
【表８】
2004219474.tif 000012
【００６５】
表８に示すように、実施例４の対物レンズ１０は、輪帯段差によって輪帯Ｃ１から輪帯Ｃ５までの５つの面を有する。表９は、実施例４の対物レンズ１０における外側領域１２の各輪帯間の光路長差を示す。
【００６６】
【表９】
2004219474.tif 000013
【００６７】
表９に示すように、実施例４の対物レンズ１０は、輪帯Ｃ４と輪帯Ｃ５間の光路長差を除いてどの光路長差ＯＰＤも条件（１）を満たす。特に輪帯Ｃ３と輪帯Ｃ４間の光路長差は条件（２）も満たす。このことは、輪帯Ｃ４と輪帯Ｃ５間を除く、どの位相シフト量φも条件（３）を満たす（輪帯Ｃ３と輪帯Ｃ４間の位相シフト量にあっては条件（４）も満たす）ことを意味する。また、ｎは輪帯Ｃ４と輪帯Ｃ５間を除きどれも６よりも小さい値に設定されており、条件（５）も満たしている。つまり第一面１０ａの成形が容易に行われる。
【００６８】
図６は、以上説明した実施例４の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光が第一の光ディスク２０Ａの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離（単位：ｍｍ）と光強度（単位：％）との関係を表すグラフである。実施例４の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光は、スポット中心から離れるにつれ、徐々に光強度が下がる。そして約０．０１０ｍｍ離れた場所での光強度はほとんど０に等しい。つまり、外側領域における全ての輪帯間が条件（１）〜（４）を満たさなくても、上記の実施例３等と同様の効果が得られることがわかる。
【００６９】
【実施例５】
表１０は、実施例５の対物レンズ１０における、外側領域１２の面形状を特定するための具体的数値構成である。実施例５の対物レンズ１０において、第一面１０ａ（面番号１）の内側領域１１および第二面１０ｂ（面番号２）は実施例１と略同一である。従って、内側領域１１の非球面係数と光路差関数係数や、第二面１０ｂの非球面係数は、表３〜表５を参照し、ここでの説明は省略する。
【００７０】
【表１０】
2004219474.tif 000014
【００７１】
表１０に示すように、実施例５の対物レンズ１０は、輪帯段差によって輪帯Ｃ１から輪帯Ｃ４までの４つの面を有する。表１１は、実施例５の対物レンズ１０における外側領域１２の各輪帯間の光路長差を示す。
【００７２】
【表１１】
2004219474.tif 000015
【００７３】
表１１に示すように、実施例５の対物レンズ１０は、どの光路長差ＯＰＤも条件（１）および条件（２）を満たす。このことは、どの位相シフト量φも条件（３）および条件（４）を満たすことを意味する。また、ｎはどれも６よりも小さい値に設定されており、条件（５）も満たしている。つまり第一面１０ａの成形が容易に行われる。
【００７４】
図７は、以上説明した実施例５の対物レンズ１０を透過した第一のレーザー光が第一の光ディスク２０Ａの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離（単位：ｍｍ）と光強度（単位：％）との関係を表すグラフである。実施例５の対物レンズ１０も上記の各実施例と同様の効果が得られることがわかる。
【００７５】
以上が本発明の実施例である。なお、上述した５つの実施例はあくまでも本発明に係る対物レンズの一例である。つまり本発明に係る対物レンズは、各実施例の具体的数値構成に限定されるものではない。例えば回折レンズ以外の位相シフトレンズの外側領域において、上記の条件（１）〜（４）を満たす輪帯間は、少なくとも一つあれば、第一の光ディスクに対する情報記録再生時に外側領域を介した拡散光に起因するＡＦ信号のノイズを低減することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、対物レンズの外側領域における輪帯状の段差部における光路長差、換言すれば位相シフト量が所定条件を満たすように構成にすることにより、第一のレーザー光使用時のＡＦ信号にノイズが発生するのを抑え、高い精度での光ピックアップを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の対物レンズを表す概略図である。
【図２】本発明の実施形態の対物レンズの光軸を含む面での断面形状の第一面近傍の拡大図である。
【図３】実施例１の対物レンズを透過した第一のレーザー光が第一の光ディスクの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離と光強度との関係を表すグラフである。
【図４】実施例２の対物レンズを透過した第一のレーザー光が第一の光ディスクの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離と光強度との関係を表すグラフである。
【図５】実施例３の対物レンズを透過した第一のレーザー光が第一の光ディスクの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離と光強度との関係を表すグラフである。
【図６】実施例４の対物レンズを透過した第一のレーザー光が第一の光ディスクの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離と光強度との関係を表すグラフである。
【図７】実施例５の対物レンズを透過した第一のレーザー光が第一の光ディスクの記録面近傍で形成するスポット中心からの距離と光強度との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１０  対物レンズ
１１  内側領域
１２  外側領域
２０Ａ  第一の光ディスク
２０Ｂ  第二の光ディスク
【図１】
2004219474.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004219474.tif 000019
【図５】
2004219474.tif 000020
【図６】
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【図７】
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