(57)【要約】【課題】ディスク厚みの異なる複数種類の光ディスクの記録再生に用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい光ディスク用の対物レンズを実現する。【解決手段】光ディスク用の対物レンズ１として、樹脂製の単レンズを用いる。対物レンズ１の入射面を、光軸を略中心とする円によって４つの領域に分割する。そして、光軸を含む円状の第１の領域３を、屈折レンズの回転対称非球面上に回折レンズが一体化された構造とし、第１の領域３の外側に位置する円環状の第２、第３、第４の領域４、５、６を、それぞれ回転対称非球面によって構成する。また、第２の領域４と第３の領域５との境界部、及び第３の領域５と第４の領域６との境界部に、それぞれ透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８を設ける。【選択図】  図１
2004198839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を射出する第１の光源からの出射光束を第１の厚みを有する第１の光ディスクの情報記録面上に集光し、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源からの出射光束を、前記第１の光ディスクよりも厚みの厚い第２の光ディスクの情報記録面上に集光する光ディスク用対物レンズであって、
樹脂製の単レンズからなり、
前記単レンズの入射面又は出射面は、光軸を略中心とする円により３つ以上の領域に分割され、
光軸を含む円状の領域は、非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、
円環状の各領域は、それぞれ非球面であり、
隣接する前記円環状の領域同士は、透過光束に対して位相差を生じさせる段差によって区切ら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２】
前記段差は、その段差によって生じる透過光束の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍となる量である請求項１に記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項３】
前記段差によって区切られた各領域のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の６倍以上である請求項１に記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項４】
前記第１の波長をλ１としたとき、λ１が下記（数１）で規定される範囲にある請求項１に記載の光ディスク用対物レンズ。
［数１］
６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
【請求項５】
前記段差の数が２以上である請求項１に記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項６】
第１の波長の光を射出する第１の光源からの出射光束を第１の厚みを有する第１の光ディスクの情報記録面上に集光し、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源からの出射光束を、前記第１の光ディスクよりも厚みの厚い第２の光ディスクの情報記録面上に集光する光ディスク用対物レンズであって、
樹脂製の単レンズからなり、
前記単レンズの入射面又は出射面のいずれかである第１の面は、光軸を略中心とする円により２つの領域に分割され、
前記第１の面の光軸を含む円状の領域は、非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、
前記第１の面の円環状の領域は、非球面であり、
前記第１の面と対向する第２の面は、光軸を略中心とする同心円により複数の領域に分割され、
前記第２の面の各領域は、それぞれ非球面であり、
前記第２の面の隣接する領域同士は、光軸に平行な段差によって区切ら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７】
前記段差は、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍の位相差を生じさせる段差である請求項６に記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項８】
前記段差によって区切られた各領域のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の６倍以上である請求項６に記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項９】
前記第１の波長をλ１としたとき、λ１が下記（数２）で規定される範囲にある請求項６に記載の光ディスク用対物レンズ。
［数２］
６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
【請求項１０】
前記段差の数が２以上である請求項６に記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項１１】
第１の波長の光を射出する第１の光源からの出射光束を第１の厚みを有する第１の光ディスクの情報記録面上に集光し、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源からの出射光束を、前記第１の光ディスクよりも厚みの厚い第２の光ディスクの情報記録面上に集光する光ディスク用対物光学系であって、
集光パワーを有する樹脂製の単レンズと、収差補正素子とを備え、
前記単レンズの入射面又は出射面のいずれかである第１の面は、光軸を略中心とする円により２つの領域に分割され、
前記第１の面の光軸を含む円状の領域は、非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、
前記第１の面の円環状の領域は、非球面であり、
前記第１の面と対向する第２の面は、回転対称非球面であり、
前記収差補正素子は、略平行平板からなると共に、入射面又は射出面の少なくとも１つの面に階段状の段差構造を有し、
前記段差は、前記単レンズの外周部に相当する部分に設けられていることを特徴とする光ディスク用対物光学系。
【請求項１２】
前記段差は、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍の位相差を生じさせる段差である請求項１１に記載の光ディスク用対物光学系。
【請求項１３】
前記段差によって区切られた各領域のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の６倍以上である請求項１１に記載の光ディスク用対物光学系。
【請求項１４】
前記第１の波長をλ１としたとき、λ１が下記（数３）で規定される範囲にある請求項１１に記載の光ディスク用対物光学系。
［数３］
６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
【請求項１５】
前記段差の数が２以上である請求項１１に記載の光ディスク用対物光学系。
【請求項１６】
第１の波長の光を射出する第１の光源と、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の光源からの出射光束を光ディスクの情報記録面上に集光する集光手段と、前記光ディスクからの透過光束又は反射光束を受光する受光手段とを備えた光ヘッド装置であって、
前記集光手段として、請求項１〜１０のいずれかに記載の光ディスク用対物レンズを用いたことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１７】
第１の波長の光を射出する第１の光源と、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源と、収差補正素子と、前記第１及び第２の光源からの出射光束を光ディスクの情報記録面上に集光する集光手段と、前記光ディスクからの透過光束又は反射光束を受光する受光手段とを備えた光ヘッド装置であって、
前記収差補正素子及び前記集光手段として、請求項１１〜１５のいずれかに記載の光ディスク用対物光学系を用いたことを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用の対物レンズ及び対物光学系、並びにこれらを用いた光ヘッド装置に関する。さらに詳細には、本発明は、例えば、ＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディスク）とＣＤ（コンパクトディスク）の互換用の対物レンズ及び対物光学系、並びにこれらを用いた光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置においては、ＤＶＤ等の情報記録媒体（以下『光ディスク』と称する）の記録あるいは再生用として、回折限界の集光性能を有する対物レンズを含む光ヘッド光学系が用いられる。ところで、ＣＤでは透明基材の厚み（透明基材の表面から情報記録層までの厚み）が１．２ｍｍであるのに対し、ＤＶＤでは０．６ｍｍであり、両者の厚み（以下『ディスク厚み』ともいう）は異なっている。また、ＣＤ装置とＤＶＤ装置とでは、対物レンズのＮＡ（開口数）及び光源の波長もそれぞれ異なり、ＣＤ装置ではＮＡが０．４５、光源の波長が７８０ｎｍ前後であるが、ＤＶＤ装置ではＮＡが０．６、光源の波長が６６０ｎｍ前後となっている。
【０００３】
上記のように、ＣＤ装置とＤＶＤ装置とでは、使用される光ディスクのディスク厚み、対物レンズのＮＡ、及び光源の波長がそれぞれ異なった規格となっている。そのため、ＤＶＤ用に最適設計された対物レンズを用いて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って球面収差が発生し、情報を読み出すことができなくなる。１台の光ディスク装置を用いて、両方の規格の光ディスクに対して記録・再生を行なうためには、例えば、透明基材の厚みが１．２ｍｍの光ディスクに対して最適設計されたＮＡが０．４５の対物レンズと、透明基材の厚みが０．６ｍｍの光ディスクに対して最適設計されたＮＡが０．６の対物レンズの両方を取り付けた光ヘッド装置（光ピックアップ）を用いればよい。しかし、この場合には、レンズの切り替え機構が必要となるため、光ヘッド装置の構造が複雑となり、小型化、低コスト化が困難になってしまう。そのため、１つの対物レンズを用いて、両方の規格の光ディスクに対して情報の記録・再生を行なう方法が要望されている。
【０００４】
１つの対物レンズを用いて、ディスク厚みの異なる光ディスクを再生する方法として、光軸を略中心とする同心円によって２つあるいは３つの領域に分割し、それぞれの領域を別々の非球面形状にしたゾーン分割型の対物レンズを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。この場合、対物レンズの分割された各領域は、それぞれＤＶＤやＣＤの透明基材の厚みや光源の波長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。場合によっては、ＤＶＤの透明基材の厚みとＣＤの透明基材の厚みの中間的な厚みや、ＤＶＤ用の光源の波長とＣＤ用の光源の波長の中間的な波長に対して最適設計されたレンズ面を用いて、１つの対物レンズをＤＶＤ用の光学系及びＣＤ用の光学系で用いた際の収差の発生量を調節するような構成とすることもある。
【０００５】
１つの対物レンズを用いて、ディスク厚みの異なる光ディスクを再生する別の方法としては、ＤＶＤ用に最適設計された対物レンズをＣＤ用の光学系で用いた際に発生する球面収差を、位相板を用いて補正する方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。この方法においては、ＤＶＤ用の光源から出射される光束に対して、その波長の整数倍の位相差を生じさせる段差を有する位相板が用いられ、これにより、ＤＶＤに対してはレンズの性能を変化させることなく、ＣＤ用の光学系に対する収差の補正を行なうことができる。
【０００６】
また、１つの対物レンズを用いて、ディスク厚みの異なる光ディスクを再生するさらに別の方法としては、回折レンズの、使用する波長に対する性能の変化が屈折レンズに比べて回折レンズの方が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対物レンズを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この方法を採用すれば、ＤＶＤ用の光源を用いた場合にＤＶＤの情報記録面上に最適な集光スポットを形成し、ＣＤ用の光源を用いた場合にＣＤの情報記録面上に最適な集光スポットを形成することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平  ９−１８４９７５号公報
【０００８】
【特許文献２】特開平１０−  ５５５６４号公報
【０００９】
【特許文献３】特開平  ９−２１９０３５号公報
【００１０】
【特許文献４】特開平１０−３３４５０４号公報
【００１１】
【特許文献５】特開２０００−  ８１５６６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した対物レンズは、一般に、樹脂材料によって成形されている。ここで、光ヘッド装置を動作させている環境の温度が上昇すると、光源である半導体レーザの発振波長が長波長側にシフトする。また、樹脂材料の屈折率も、温度が高くなると低下してしまう。そのため、当該対物レンズを温度変化の大きい装置に搭載した場合には、レンズの収差が変化してしまい、良好な集光性能を得ることができないという問題点があった。
【００１３】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、ディスク厚みの異なる複数種類の光ディスクの記録再生に用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい光ディスク用の対物レンズ及び対物光学系、並びにこれらを用いた光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る光ディスク用対物レンズの第１の構成は、第１の波長の光を射出する第１の光源からの出射光束を第１の厚みを有する第１の光ディスクの情報記録面上に集光し、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源からの出射光束を、前記第１の光ディスクよりも厚みの厚い第２の光ディスクの情報記録面上に集光する光ディスク用対物レンズであって、樹脂製の単レンズからなり、前記単レンズの入射面又は出射面は、光軸を略中心とする円により３つ以上の領域に分割され、光軸を含む円状の領域は、非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、円環状の各領域は、それぞれ非球面であり、隣接する前記円環状の領域同士は、透過光束に対して位相差を生じさせる段差によって区切られていることを特徴とする。
【００１５】
この光ディスク用対物レンズの第１の構成によれば、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい対物レンズを実現することができる。
【００１６】
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第１の構成においては、前記段差は、その段差によって生じる透過光束の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍となる量であるのが好ましい。この好ましい例によれば、例えば、ＤＶＤとＣＤの互換用として用いた場合に、光ヘッド装置を動作させている環境の温度が変化すると、光源である半導体レーザの発振波長の変化や対物レンズの材料である樹脂材料の屈折率の変化により、段差によって生じる透過光束の位相差がＤＶＤの設計波長の略整数倍からずれた値となる。そして、段差によって生じる透過光束の位相差がＤＶＤの設計波長の略整数倍からずれると、球面収差が発生し、当該球面収差により、温度変化による球面収差の変化が緩和される。
【００１７】
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第１の構成においては、前記段差によって区切られた各領域のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の６倍以上であるのが好ましい。この好ましい例によれば、一般的な光学用樹脂材料において、十分な温度補償効果を得ることができる。
【００１８】
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第１の構成においては、前記第１の波長をλ１としたとき、λ１が下記（数４）で規定される範囲にあるのが好ましい。
［数４］
６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第１の構成においては、前記段差の数が２以上であるのが好ましい。この好ましい例によれば、高次収差の発生を低減することができる。
【００１９】
また、本発明に係る光ディスク用対物レンズの第２の構成は、第１の波長の光を射出する第１の光源からの出射光束を第１の厚みを有する第１の光ディスクの情報記録面上に集光し、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源からの出射光束を、前記第１の光ディスクよりも厚みの厚い第２の光ディスクの情報記録面上に集光する光ディスク用対物レンズであって、樹脂製の単レンズからなり、前記単レンズの入射面又は出射面のいずれかである第１の面は、光軸を略中心とする円により２つの領域に分割され、前記第１の面の光軸を含む円状の領域は、非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、前記第１の面の円環状の領域は、非球面であり、前記第１の面と対向する第２の面は、光軸を略中心とする同心円により複数の領域に分割され、前記第２の面の各領域は、それぞれ非球面であり、前記第２の面の隣接する領域同士は、光軸に平行な段差によって区切られていることを特徴とする。
【００２０】
この光ディスク用対物レンズの第２の構成によっても、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい対物レンズを実現することができる。
【００２１】
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第２の構成においては、前記段差は、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍の位相差を生じさせる段差であるのが好ましい。
【００２２】
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第２の構成においては、前記段差によって区切られた各領域のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の６倍以上であるのが好ましい。
【００２３】
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第２の構成においては、前記第１の波長をλ１としたとき、λ１が下記（数５）で規定される範囲にあるのが好ましい。
［数５］
６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
また、前記本発明の光ディスク用対物レンズの第２の構成においては、前記段差の数が２以上であるのが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る光ディスク用対物光学系の構成は、第１の波長の光を射出する第１の光源からの出射光束を第１の厚みを有する第１の光ディスクの情報記録面上に集光し、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源からの出射光束を、前記第１の光ディスクよりも厚みの厚い第２の光ディスクの情報記録面上に集光する光ディスク用対物光学系であって、集光パワーを有する樹脂製の単レンズと、収差補正素子とを備え、前記単レンズの入射面又は出射面のいずれかである第１の面は、光軸を略中心とする円により２つの領域に分割され、前記第１の面の光軸を含む円状の領域は、非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、前記第１の面の円環状の領域は、非球面であり、前記第１の面と対向する第２の面は、回転対称非球面であり、前記収差補正素子は、略平行平板からなると共に、入射面又は射出面の少なくとも１つの面に階段状の段差構造を有し、前記段差は、前記単レンズの外周部に相当する部分に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
この光ディスク用対物光学系の構成によれば、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい対物光学系を実現することができる。
【００２６】
また、前記本発明の光ディスク用対物光学系の構成においては、前記段差は、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍の位相差を生じさせる段差であるのが好ましい。
【００２７】
また、前記本発明の光ディスク用対物光学系の構成においては、前記段差によって区切られた各領域のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、前記第１の波長の透過光束に対して、その波長の６倍以上であるのが好ましい。
【００２８】
また、前記本発明の光ディスク用対物光学系の構成においては、前記第１の波長をλ１としたとき、λ１が下記（数６）で規定される範囲にあるのが好ましい。
［数６］
６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
また、前記本発明の光ディスク用対物光学系の構成においては、前記段差の数が２以上であるのが好ましい。
【００２９】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第１の構成は、第１の波長の光を射出する第１の光源と、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源と、前記第１及び第２の光源からの出射光束を光ディスクの情報記録面上に集光する集光手段と、前記光ディスクからの透過光束又は反射光束を受光する受光手段とを備えた光ヘッド装置であって、前記集光手段として、前記本発明の光ディスク用対物レンズを用いたことを特徴とする。
【００３０】
この光ヘッド装置の第１の構成によれば、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい前記本発明の光ディスク用対物レンズが搭載されていることにより、１つの対物レンズを用いてディスク厚みの異なる光ディスクの記録再生を良好に行なうことのできる光ヘッド装置を実現することができる。
【００３１】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第２の構成は、第１の波長の光を射出する第１の光源と、前記第１の波長よりも長い第２の波長の光を射出する第２の光源と、収差補正素子と、前記第１及び第２の光源からの出射光束を光ディスクの情報記録面上に集光する集光手段と、前記光ディスクからの透過光束又は反射光束を受光する受光手段とを備えた光ヘッド装置であって、前記収差補正素子及び前記集光手段として、前記本発明の光ディスク用対物光学系を用いたことを特徴とする。
【００３２】
この光ヘッド装置の第２の構成によれば、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい前記本発明の光ディスク用対物光学系が搭載されていることにより、１つの対物光学系を用いてディスク厚みの異なる光ディスクの記録再生を良好に行なうことのできる光ヘッド装置を実現することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００３４】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態における光ディスク用の対物レンズを示す概略断面図である。
【００３５】
図１において、１は樹脂製の単レンズからなる対物レンズ、２は光ディスクをそれぞれ示している。この場合の樹脂としては、ゼオネクス（日本ゼオン（株）製）、アペル（三井石油化学（株）製）、アートン（ＪＳＲ（株）製）等を挙げることができる。尚、図１においては、便宜上、上半分に光ディスク２がＤＶＤ（透明基材の厚み：０．６ｍｍ）である場合の光路を、下半分に光ディスク２がＣＤ（透明基材の厚み：１．２ｍｍ）である場合の光路をそれぞれ示している。また、図１においては、光ディスク２として、上半分にＤＶＤを、下半分にＣＤをそれぞれ示している。
【００３６】
図１に示すように、本実施の形態の対物レンズ１においては、その入射面が、光軸を略中心とする円によって４つの領域に分割されている。そして、光軸を含む円状の第１の領域３は、下記（数７）によって定義される屈折レンズの回転対称非球面上に回折レンズが一体化された構造を有している。また、第１の領域３の外側に位置する円環状の第２、第３、第４の領域４、５、６は、それぞれ下記（数７）で定義される回転対称非球面によって構成されている。
【００３７】
【数７】
2004198839.tif 000003
【００３８】
但し、上記（数７）中、ｈ（ｍｍ）は光軸からの高さ、Ｓ（ｍｍ）は光軸からの高さがｈの箇所における非球面上の点の非球面頂点からの距離（サグ）、Ｒｍ（ｍｍ）は第ｍ番目の各領域の非球面頂点の曲率半径（以下『頂点曲率半径』という）、Ｋｍは第ｍ番目の各領域の円錐定数、Ａｍは第ｍ番目の各領域の光軸上でのオフセット量、Ｄｍ、Ｅｍ、Ｆｍ、Ｇｍは第ｍ番目の各領域の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数をそれぞれ表している。尚、本明細書中においては、Ｄｍ、Ｅｍ、Ｆｍ、Ｇｍだけでなく、Ｒｍ、Ｋｍをも含めて『非球面係数』と呼ぶことにする。
【００３９】
第２の領域４と第３の領域５との境界部、及び第３の領域５と第４の領域６との境界部には、それぞれ透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８が設けられている。
【００４０】
また、対物レンズ１の出射面９は、下記（数８）で定義される回転対称非球面によって構成されている。
【００４１】
【数８】
2004198839.tif 000004
【００４２】
但し、上記（数８）中、ｈ（ｍｍ）は光軸からの高さ、Ｓ（ｍｍ）は光軸からの高さがｈの箇所における非球面上の点の非球面頂点からの距離（サグ）、Ｒ（ｍｍ）は頂点曲率半径、Ｋは円錐定数、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは４次、６次、８次及び１０次の非球面係数をそれぞれ表している。
【００４３】
光ディスク２がＤＶＤである場合、入射光束１０は、対物レンズ１の入射面側の第１〜第４の領域３〜６（対物レンズ１の全域）を用いてＤＶＤの情報記録面上に集光される（図１の上半分参照）。
【００４４】
一方、光ディスク２がＣＤである場合には、対物レンズ１の入射面側の第１の領域３を透過する光束１１のみがＣＤの情報記録面上に集光される（図１の下半分参照）。この場合、第１の領域３以外の領域を透過する光束（図示せず）は、当該領域部分のレンズの収差が大きいために結像点の周辺に大きく拡がった光量分布を持つこととなり、実質上結像には寄与しなくなる。
【００４５】
すなわち、本実施の形態の対物レンズ１は、入射面側の内周の第１の領域３がＤＶＤとＣＤの両方に対して良好な集光性能を有する回折一体型の非球面レンズとなっている。また、本実施の形態の対物レンズ１は、入射面側の第２〜第４の領域４〜６がＤＶＤに対して良好に収差が補正された非球面を、透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８を設けてつなぎ合わせた構成となっている。
【００４６】
光ディスク用の対物レンズに用いられる樹脂材料の、温度変化に対する屈折率の変化量は、一般に、ほぼ−１０×１０-5／℃程度である。また、光ディスク装置用の半導体レーザ光源も、温度変化に伴って発振波長が変化し、その変化量は０．２ｎｍ／℃程度である。さらに、樹脂材料は、当該樹脂材料に入射する光の波長が長くなると屈折率が小さくなる波長特性を示す。従って、光ヘッド装置を動作させている環境の温度が上昇すると、光源の波長が長波長側にシフトし、樹脂材料の屈折率は、光源の波長が長くなることと、温度変化による屈折率の低下の双方の影響によって低下する。仮に対物レンズが一般的な回転対称非球面によって構成された樹脂レンズであったとすると、これらの影響によって３次球面収差は負側にシフトする。特に、ＤＶＤ用等に用いられるような開口数（ＮＡ）が０．６程度の対物レンズの場合には、１℃当たり１ｍλ程度の収差変化となるため、３５℃の温度変化に対しては３５ｍλもの球面収差が発生してしまう。
【００４７】
上記したように、本実施の形態の対物レンズ１における入射面側の内周の第１の領域３は、屈折レンズの非球面上に回折レンズが一体化された構造となっている。このとき、回折レンズ及び屈折レンズの双方が正の屈折力を有する構成の場合には、回折レンズの温度変化による球面収差が屈折レンズのそれを緩和する方向に発生する。つまり、屈折レンズによって球面収差が負側にシフトする場合には、回折レンズは球面収差を正側にシフトさせ、逆に、屈折レンズによって球面収差が正側にシフトする場合には、回折レンズは球面収差を負側にシフトさせる。このように、本実施の形態の対物レンズ１における入射面側の内周の第１の領域３は、温度変化による収差の発生量が通常の非球面樹脂レンズの場合に比べて小さくなっている。このことは、集光しようとする光ディスクがＤＶＤ、ＣＤのいずれの場合にも言えることである。
【００４８】
一方、本実施の形態の対物レンズ１における入射面側の第２〜第４の領域４〜６によって構成される外周部は、ＤＶＤ用に最適設計された非球面を、透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８を設けてつなぎ合わせた構成となっている。これらの領域を透過する光は、ＣＤに対する情報の記録あるいは再生には用いられない。すなわち、第２〜第４の領域４〜６を上記（数７）によって定義される回転対称非球面とし、第２の領域４と第３の領域５との境界部、及び第３の領域５と第４の領域６との境界部に、それぞれ透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８を設けることにより、ＣＤ用の波長の光がこの領域に入射した場合には、大きな収差が発生し、ＣＤの情報記録面上で当該光は実質上結像に寄与しない程度に拡がったスポットとなる。
【００４９】
第２の領域４と第３の領域５との境界部、及び第３の領域５と第４の領域６との境界部に設けた段差７、８は、当該段差７、８によって生じる透過光束の位相差が、ＤＶＤの設計波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍となる量であるのが望ましい。このような構成にすれば、ＤＶＤの設計波長において、段差７、８が収差に影響を与えることを防止することができる。しかし、光ヘッド装置を動作させている環境の温度が変化すると、光源である半導体レーザの発振波長の変化や対物レンズ１の材料である樹脂材料の屈折率の変化により、この段差７、８によって生じる透過光束の位相差がＤＶＤの設計波長の略整数倍からずれた値となる。そして、段差７、８によって生じる透過光束の位相差がＤＶＤの設計波長の略整数倍からずれると、球面収差が発生し、当該球面収差により、温度変化による球面収差の変化が緩和される。
【００５０】
また、段差７、８によって区切られた各領域（第２の領域４、第３の領域５、第４の領域６）のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、ＤＶＤの設計波長の６倍以上であるのが望ましく、これにより十分な温度補償効果が得られる。
【００５１】
ここで、ＤＶＤの設計波長λ１としては、下記（数９）で規定される範囲にあるものが用いられる。
［数９］
６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍ
尚、本実施の形態においては、段差の数を２としているが（段差７、８）、段差の数は３以上であってもよい。
【００５２】
また、本実施の形態においては、対物レンズ１の入射面が光軸を略中心とする円により４つの領域に分割されているが、対物レンズ１の出射面を、光軸を略中心とする円により４つの領域に分割してもよい。また、分割の数は３以上であればよい。
【００５３】
以下、本実施の形態における光ディスク用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挙げてさらに詳細に説明する。
【００５４】
（数値実施例１）
本実施例において、設計温度は３５℃であり、ＤＶＤ用の光源の設計温度における発振波長は６６０ｎｍ、ＣＤ用の光源の設計温度における発振波長は７９０ｎｍである。尚、光源として用いる半導体レーザの発振波長は、温度が１℃上昇するごとに０．２ｎｍだけ長くなる方向に変化するものとする。
【００５５】
対物レンズ１の入射面は、第ｍ番目の各領域の頂点曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、第ｍ番目の各領域の円錐定数をＫｍ、第ｍ番目の各領域の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数をそれぞれＤｍ、Ｅｍ、Ｆｍ、Ｇｍ、第ｍ番目の各領域の光軸上でのオフセット量をＡｍとして、光軸からの高さがｈ（ｍｍ）の箇所における非球面上の点の非球面頂点からの距離（サグ）Ｓ（ｍｍ）が上記（数７）によって定義される回転対称非球面を用いて設計されている。また、対物レンズ１の出射面は、頂点曲率半径をＲ（ｍｍ）、円錐定数をＫ、４次、６次、８次及び１０次の非球面係数をそれぞれＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇとして、光軸からの高さがｈ（ｍｍ）の箇所における非球面上の点の非球面頂点からの距離（サグ）Ｓ（ｍｍ）が上記（数８）によって定義される回転対称非球面を用いて設計されている。それぞれの面の係数は、下記（表１）、（表２）に示す通りである。尚、下記（表１）の設計データにおいて、第１の領域３の回折レンズ部は、高屈折率法を用いて表現されている。そのため、第１の領域３の実際の加工形状は、樹脂面で表される非球面形状に高屈折率面で表されるデータから算出されるレリーフ形状を重ね合わせた形状となる。
［表１］入射面側の面形状データ
第１の領域３  領域半径       1.05mm
第１の領域の非球面係数（高屈折率面）
Ｒ１：     1.3667152
Ｋ１：    -0.40340044
Ａ１：     0.0
Ｄ１：    -0.014833817
Ｅ１：    -0.014183695
Ｆ１：     0.0050402632
Ｇ１：    -0.0020063491
第１の領域の非球面係数（樹脂面）
Ｒ１：     1.3667129
Ｋ１：    -0.40340312
Ａ１：     0.0
Ｄ１：    -0.014834096
Ｅ１：    -0.014184697
Ｆ１：     0.0050406379
Ｇ１：    -0.0020064273
第２の領域４  領域半径       1.2mm
Ｒ２：     1.3952
Ｋ２：    -0.46563672
Ａ２：    -0.00495
Ｄ２：    -0.0075278349
Ｅ２：     0.0002166981
Ｆ２：    -0.0012772982
Ｇ２：    -0.00024732574
第３の領域５  領域半径       1.3mm
Ｒ３：     1.3963
Ｋ３：    -0.46563672
Ａ３：    -0.01003
Ｄ３：    -0.0075278349
Ｅ３：     0.0002166981
Ｆ３：    -0.0012772982
Ｇ３：    -0.00024732574
第４の領域６
Ｒ４：     1.3974
Ｋ４：    -0.46563672
Ａ４：    -0.0151
Ｄ４：    -0.0075278349
Ｅ４：     0.0002166981
Ｆ４：    -0.0012772982
Ｇ４：    -0.00024732574
［表２］射出面側の面形状データ
Ｒ：      -6.402302
Ｋ：     -17.72508
Ｄ：       0.0094256721
Ｅ：      -0.0010662053
Ｆ：      -0.0015622112
Ｇ：       0.00056196144
対物レンズ１の厚みは１．２４５ｍｍであり、設計温度におけるＤＶＤ用の光源での焦点距離は２．２５ｍｍである。また、対物レンズ１のＮＡは、ＤＶＤ用の光学系で０．６、ＣＤ用の光学系で０．４７となっている。また、対物レンズ１の入射面側の有効径は、ＤＶＤ用の光学系で２．７６ｍｍ、ＣＤ用の光学系で２．０９５ｍｍである。また、設計温度及びそれから±３５℃温度が変化したときの光源の発振波長と、その状態での対物レンズ１の樹脂材料及び光ディスクの透明基材の屈折率は、下記（表３）に示す通りである。
【００５６】
【表３】
2004198839.tif 000005
【００５７】
このとき、第２の領域４と第３の領域５との境界部に設けられた段差７は、当該段差７によって生じる透過光束の位相差が、波長６６０ｎｍの光束に対して、その波長の略４倍となる量である。また、第３の領域５と第４の領域６との境界部に設けられた段差８も、当該段差８によって生じる透過光束の位相差が、波長６６０ｎｍの光束に対して、その波長の略４倍となる量である。従って、本実施例の体物レンズ１において、第２の領域４（透過光束の位相の最も進む領域）と第４の領域６（透過光束の位相の最も遅れる領域）との間の位相差は、波長６６０ｎｍの光束に対して、その波長の略８倍となる。
【００５８】
図２に、設計温度（３５℃）における本実施例の対物レンズ１のＤＶＤに対するＯＰＤ（光路長収差：Optical path difference）特性の計算結果を示す。図２において、縦軸がＯＰＤであり、波長を単位として表されている。また、横軸は口径である。図２に示すように、設計温度（３５℃）における本実施例の対物レンズ１のＤＶＤに対するＯＰＤは、透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８の影響により、段差が４λの階段状となっている。ここで、光源の波長のちょうど整数倍の位相差を無視すれば、図３（ａ）に示すようなＯＰＤ特性が得られる。また、同様に、温度が０℃及び７０℃の場合においても、図３（ｂ）、（ｃ）に示すようなＯＰＤ特性が得られる。尚、図３（ｂ）、（ｃ）において、破線は、対物レンズ１の外周部が位相差を生じさせる段差の存在しない単独の非球面によって構成されている場合の、ＯＰＤ特性の計算結果を示している。図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、外周部に透過光束に対して位相差を生じさせる段差が存在しない場合には、光ヘッド装置を動作させている環境の温度が変化すると、ＯＰＤが大きくずれるために大きな球面収差が発生するが、外周部に透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８を設けることにより、この球面収差が実使用上問題のない程度にまで軽減されることが分かる。
【００５９】
図４に、本実施例の対物レンズ１のＣＤに対するＯＰＤ特性の計算結果を示す。図４において、縦軸はＯＰＤを波長を単位として表しており、図４中のＷは波長（wavelength）を示している。図４（ａ）が設計温度（３５℃）の場合、図４（ｂ）が０℃の場合、図４（ｃ）が７０℃の場合をそれぞれ示している。光ディスク２がＣＤである場合には、対物レンズ１の内周の第１の領域３を透過する光束のみがその情報記録面上に集光されるので、透過光束に対して位相差を生じさせる段差７、８の効果は関係ないが、図４に示すように、温度変化に対する収差の発生量はそれほど大きくないことが分かる。
【００６０】
下記（表４）に、これらのＯＰＤの波面収差を計算した結果を示す。
【００６１】
【表４】
2004198839.tif 000006
【００６２】
以上より、本実施例の対物レンズによれば、設計温度（３５℃）に対して±３５℃の範囲で３次球面収差の変動を改善できることが分かる。
【００６３】
［第２の実施の形態］
図５は本発明の第２の実施の形態における光ディスク用の対物レンズを示す概略断面図である。
【００６４】
図５において、１２は樹脂製の単レンズからなる対物レンズ、１３は光ディスクをそれぞれ示している。尚、図５においても、便宜上、上半分に光ディスク１３がＤＶＤである場合の光路を、下半分に光ディスク１３がＣＤである場合の光路をそれぞれ示している。また、図５においても、光ディスク１３として、上半分にＤＶＤを、下半分にＣＤをそれぞれ示している。
【００６５】
図５に示すように、本実施の形態の対物レンズ１２は、その入射面が、光軸を略中心とする円により２つの領域に分割されている。そして、光軸を含む円状の領域１４は、上記（数７）で定義される屈折レンズの回転対称非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、これによりＤＶＤとＣＤの両方に対して良好に収差が補正されている。また、円状の領域１４の外側に位置する円環状の領域１５は、上記（数７）で定義される回転対称非球面によって構成され、ＤＶＤ用に最適設計されている。
【００６６】
また、対物レンズ１２の出射面は、光軸を略中心とする同心円により３つの領域１６、１７、１８に分割されている。これら３つの領域１６、１７、１８は、ＤＶＤ用に最適設計された、上記（数７）で定義される回転対称非球面によって構成されている。また、領域１６と領域１７との境界部、及び領域１７と領域１８との境界部には、それぞれ光軸に平行な段差が設けられている。これらの段差は、対物レンズ１２の入射面側の外周部（円環状の領域１５部分）を透過した光が通る光路中に設けられている。尚、これらの段差は、ＤＶＤ用の波長の透過光束に対して、当該波長の略整数倍の位相差を生じさせる段差であるのが望ましい。また、これらの段差によって区切られた各領域１６〜１８のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差が、ＤＶＤ用の波長の透過光束に対して、当該波長の６倍以上であるのが望ましい。また、段差の数は２以上であるのが望ましい。
【００６７】
以上のような構成とした場合においても、上記第１の実施の形態の場合と同様に、対物レンズ１２の入射面側の内周部（円状の領域１４部分）は、回折レンズの作用により、ＤＶＤとＣＤの両方に対して良好な集光性能を有し、かつ、温度変化に対する球面収差の変化が小さくなる。また、対物レンズ１２の入射面側の外周部（円環状の領域１５部分）を透過するＤＶＤ用の光束は、対物レンズ１２の出射面側に設けられた段差の効果により、温度変化による球面収差の変化が緩和される。その結果、本実施の形態の対物レンズ１２は、レンズ全体として温度変化に対する球面収差の変化の小さい対物レンズとなる。
【００６８】
尚、対物レンズ１２の入射面と出射面の構成を逆にしても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
［第３の実施の形態］
図６は本発明の第３の実施の形態における光ディスク用の対物光学系を示す概略断面図である。
【００７０】
図６において、２０は収差補正素子、２１は樹脂製の単レンズからなる対物レンズ、２２は光ディスクをそれぞれ示している。尚、図６においても、便宜上、上半分に光ディスク２２がＤＶＤである場合の光路を、下半分に光ディスク２２がＣＤである場合の光路をそれぞれ示している。また、図６においても、光ディスク２２として、上半分にＤＶＤを、下半分にＣＤをそれぞれ示している。
【００７１】
図６に示すように、本実施の形態の対物レンズ２１は、その入射面が、光軸を略中心とする円により２つの領域に分割されている。そして、光軸を含む円状の第１の領域２３は、上記（数７）で定義される屈折レンズの回転対称非球面上に回折レンズが一体化された構造を有し、これによりＤＶＤとＣＤの両方に対して良好な集光性能を有するようにされている。また、円状の第１の領域２３の外側に位置する円環状の第２の領域２４は、上記（数７）で定義される回転対称非球面によって構成され、ＤＶＤ用に最適設計されている。
【００７２】
また、対物レンズ２１の出射面２５は、上記（数８）で定義される回転対称非球面によって構成されている。
【００７３】
収差補正素子２０は、対物レンズ２１の入射面側に配置された樹脂製の略平行平板により構成されている。収差補正素子２０の出射面（対物レンズ２１との対向面）には、対物レンズ２１の外周部に相当する部分に光軸を略中心とする同心円により階段状の段差２６が設けられている。この場合、段差２６は、ＤＶＤの設計波長の透過光束に対して、その波長の略整数倍の位相差を生じさせる段差であるのが望ましい。また、段差２６によって区切られた各領域のうち、透過光束の位相が最も進む領域と最も遅れる領域との間の位相差は、ＤＶＤの設計波長の透過光束に対して、その波長の６倍以上であるのが望ましい。さらに、段差２６の数は２以上であるのが望ましい。
【００７４】
光源である半導体レーザからの入射光束２７は、本実施の形態の対物レンズ２１により、光ディスク２２の情報記録面上に集光される。また、光ディスク２２の情報記録面からの反射光束は、対物レンズ２２によって平行光束に変換された後、図示しない光ヘッドの検出光学系に導かれる。
【００７５】
ＣＤに対して記録あるいは再生を行う場合には、対物レンズ２１の内周部（円状の第１の領域２３部分）を透過する光束のみがＣＤの情報記録面上に集光される（図６の下半分参照）。すなわち、対物レンズ２１の全域に光が入射しても、対物レンズ２１の外周部（円環状の第２の領域２４部分）は、ＤＶＤ用に収差補正された（ＤＶＤ用に最適設計された）非球面であるため、ＣＤ用の光学系において用いた場合には大きな球面収差が発生する。従って、対物レンズ２１の外周部（円環状の第２の領域２４部分）を透過する光束（図示せず）は、結像点の周辺に大きく拡がった光量分布を持つこととなり、実質上結像には寄与しなくなる。また、対物レンズ２１の内周部（円状の第１の領域２３部分）は、屈折レンズの非球面上に回折レンズが一体化された構成となっているため、上記第１の実施の形態の場合と同様に、温度変化に対する球面収差の変化が小さくなる。
【００７６】
一方、ＤＶＤに対して記録あるいは再生を行う場合には、対物レンズ２１の有効径全体を透過する光束がＤＶＤの情報記録面上に集光される（図６の上半分参照）。すなわち、対物レンズ２１の内周部（円状の第１の領域２３部分）は、回折レンズの作用により、ＤＶＤに対しても良好な集光性能を有しており、また、外周部（円環状の第２の領域２４部分）は、ＤＶＤ用に収差補正された（ＤＶＤ用に最適設計された）非球面であるため、ＤＶＤに対しては対物レンズ２１の全域で収差が良好に補正される。また、対物レンズ２１の内周部（円状の第１の領域２３部分）が、屈折レンズの非球面上に回折レンズが一体化された構成となっているので、上記第１の実施の形態の場合と同様に、温度変化による球面収差の発生が緩和される。また、対物レンズ２１の外周部（円環状の第２の領域２４部分）においては、光ヘッド装置を動作させている環境の温度が変化すると、光源である半導体レーザの発振波長の変化や対物レンズ２１の材料である樹脂材料の屈折率の変化により、球面収差が発生するが、前記変化により収差補正素子２０に設けた段差２６によって生じる透過光束の位相差がＤＶＤの設計波長の略整数倍からずれ、対物レンズ２１の外周部で発生する球面収差を緩和するような球面収差が発生する。
【００７７】
以上のように、本実施の形態の対物光学系によれば、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において、温度変化に対する収差変動を抑え、良好な結像性能を発揮することができる。
【００７８】
以下、本実施の形態における光ディスク用対物光学系の具体的な設計について、好適な数値実施例を挙げてさらに詳細に説明する。
【００７９】
（数値実施例２）
本実施例において、設計温度は３５℃であり、ＤＶＤ用の光源の設計温度における発振波長は６６０ｎｍ、ＣＤ用の光源の設計温度における発振波長は７９０ｎｍである。尚、光源として用いる半導体レーザの発振波長は、温度が１℃上昇するごとに０．２ｎｍだけ長くなる方向に変化するものとする。尚、ここで説明する実施例は、設計温度においては上記数値実施例１で示した光学系と等価で、段差２６は、ＤＶＤの設計波長の透過光束に対して、その波長の５倍の位相差を生じさせる段差となっている。
【００８０】
対物レンズ２１の入射面側は、第ｍ番目の各領域の頂点曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、第ｍ番目の各領域の円錐定数をＫｍ、第ｍ番目の各領域の４次、６次、８次及び１０次の非球面係数をそれぞＤｍ、Ｅｍ、Ｆｍ、Ｇｍ、第ｍ番目の各領域の光軸上でのオフセット量をＡｍとして、光軸からの高さがｈ（ｍｍ）の箇所における非球面上の点の非球面頂点からの距離（サグ）Ｓ（ｍｍ）が上記（数７）によって定義される回転対称非球面を用いて設計されている。また、対物レンズ２１の射出面は、頂点曲率半径をＲ（ｍｍ）、円錐定数をＫ、４次、６次、８次及び１０次の非球面係数をそれぞれＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇとして、光軸からの高さがｈ（ｍｍ）の箇所における非球面上の点の非球面頂点からの距離（サグ）Ｓ（ｍｍ）が上記（数８）によって定義される回転対称非球面となっている。それぞれの面の係数は、下記（表５）、（表６）に示す通りである。尚、下記（表５）の設計データにおいて、第１の領域２３の回折レンズ部は、高屈折率法を用いて表現されている。そのため、第１の領域２３の実際の加工形状は、樹脂面で表される非球面形状に高屈折率面で表されるデータから算出されるレリーフ形状を重ね合わせた形状となる。
［表５］入射面側の面形状データ
第１の領域２３  領域半径       1.05mm
第１の領域の非球面係数（高屈折率面）
Ｒ１：     1.3667152
Ｋ１：    -0.40340044
Ａ１：     0.0
Ｄ１：    -0.014833817
Ｅ１：    -0.014183695
Ｆ１：     0.0050402632
Ｇ１：    -0.0020063491
第１の領域の非球面係数（樹脂面）
Ｒ１：     1.3667129
Ｋ１：    -0.40340312
Ａ１：     0.0
Ｄ１：    -0.014834096
Ｅ１：    -0.014184697
Ｆ１：     0.0050406379
Ｇ１：    -0.0020064273
第２の領域２４
Ｒ２：     1.39525
Ｋ２：    -0.46563672
Ａ２：    -0.00492
Ｄ２：    -0.0075278349
Ｅ２：     0.0002166981
Ｆ２：    -0.0012772982
Ｇ２：    -0.00024732574
［表６］射出面側の面形状データ
Ｒ：      -6.402302
Ｋ：     -17.72508
Ｄ：       0.0094256721
Ｅ：      -0.0010662053
Ｆ：      -0.0015622112
Ｇ：       0.00056196144
対物レンズ２１の厚みは１．２４５ｍｍであり、設計温度におけるＤＶＤ用の光源での焦点距離は２．２５ｍｍである。また、対物レンズ２１のＮＡは、ＤＶＤ用の光学系で０．６、ＣＤ用の光学系で０．４７となっている。また、対物レンズ２１の入射面側の有効径は、ＤＶＤ用の光学系で２．７６ｍｍ、ＣＤ用の光学系で２．０９５ｍｍである。
【００８１】
図７に、収差補正素子２０の具体的設計例を示す。図７に示す収差補正素子２０において、２箇所の段差はいずれも６．１２５μｍであり、これは、当該段差によって生じる透過光束の位相差が、波長６６０ｎｍの光束に対して、その波長の略５倍となる量である。従って、本実施例の収差補正素子２０において、段差によって区切られた各領域間の最大の位相差は、波長６６０ｎｍの光束に対して、その波長の略１０倍となる。また、収差補正素子２０は、対物レンズ２１と同じ樹脂材料で構成されており、対物レンズ２１及び光ディスク２２の透明基材の屈折率は、数値実施例１の上記（表３）に示した値と同じである。
【００８２】
下記（表７）に、本実施例の対物光学系の波面収差を計算した結果を示す。
【００８３】
【表７】
2004198839.tif 000007
【００８４】
以上より、本実施例の対物光学系によれば、設計温度に対して±３５℃の範囲で３次球面収差の変動を改善できることが分かる。
【００８５】
［第４の実施の形態］
図８は本発明の第４の実施の形態における光ヘッド装置を示す概略構成図である。
【００８６】
図８中、３０はＤＶＤ用の波長の光を射出する半導体レーザであり、３１はＣＤ用の波長の光を射出する半導体レーザである。また、３２はコリメートレンズ、３３、３４はビームスプリッタ、３５は対物レンズ、３６は光ディスク、３７は検出光学系、３８は受光素子をそれぞれ示している。ここで、対物レンズ３５としては、上記第１又は第２の実施の形態で説明した本発明の対物レンズが用いられている。
【００８７】
図８に示すように、半導体レーザ３０からの出射光束は、ビームスプリッタ３３に入射した後、そのまま当該ビームスプリッタ３３を透過する。また、半導体レーザ３１からの出射光束は、ビームスプリッタ３３に入射した後、光路を折り返されて、当該ビームスプリッタ３３から射出される。
【００８８】
ビームスプリッタ３３からの出射光束は、コリメートレンズ３２によってそれぞれ略平行光束となり、ビームスプリッタ３４へと入射する。ビームスプリッタ３４からの出射光束は、本発明の対物レンズ３５によって光ディスク３６の情報記録面上に集光される。光ディスク３６からの反射光束は、本発明の対物レンズ３５によって略平行光束となり、当該略平行光束は、ビームスプリッタ３４で反射された後、検出光学系３７によって受光素子３８に集光される。
【００８９】
本実施の形態の光ヘッド装置において温度変化があった場合、光源である半導体レーザ３０あるいは３１の発振波長は、温度が１℃上昇するごとに約０．２ｎｍだけ長波長側にシフトする。このとき、対物レンズ３５の内周部は、回折レンズの作用により、ＤＶＤとＣＤの両方に対して良好な集光性能を有し、かつ、温度変化に対する球面収差の変化が小さくなる。また、対物レンズ３５の外周部を透過するＤＶＤ用の光束は、対物レンズ３５に設けられた段差の効果により、温度変化による球面収差の変化が緩和される。
【００９０】
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置においては、対物レンズ３５として上記第１又は第２の実施の形態で説明した本発明の対物レンズが用いられていることにより、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において温度変化に対する収差変動を抑えることができるので、１つの対物レンズを用いてディスク厚みの異なる光ディスクの記録再生を良好に行なうことのできる光ヘッド装置を実現することができる。
【００９１】
［第５の実施の形態］
図９は本発明の第５の実施の形態における光ヘッド装置を示す概略構成図である。
【００９２】
図９中、４０はＤＶＤ用の波長の光を射出する半導体レーザであり、４１はＣＤ用の波長の光を射出する半導体レーザである。また、４２はコリメートレンズ、４３、４４はビームスプリッタ、４５は収差補正素子、４６は対物レンズ、４７は鏡筒、４８は光ディスク、４９は検出光学系、５０は受光素子をそれぞれ示している。ここで、収差補正素子４５と対物レンズ４６とからなる対物光学系としては、上記第３の実施の形態で説明した本発明の対物光学系が用いられており、収差補正素子４５と対物レンズ４６とは鏡筒４７に固定されて一体駆動できるように構成されている。
【００９３】
図９に示すように、半導体レーザ４０からの出射光束は、ビームスプリッタ４３に入射した後、そのまま当該ビームスプリッタ４３を透過する。また、半導体レーザ４１からの出射光束は、ビームスプリッタ４３に入射した後、光路を折り返されて、当該ビームスプリッタ４３から射出される。
【００９４】
ビームスプリッタ４３からの出射光束は、コリメートレンズ４２によってそれぞれ略平行光束となり、ビームスプリッタ４４へと入射する。ビームスプリッタ４４からの出射光束は、収差補正素子４５と対物レンズ４６とからなる本発明の対物光学系によって光ディスク４８の情報記録面上に集光される。光ディスク４８からの反射光束は、対物レンズ４６によって略平行光束となり、当該略平行光束は、収差補正素子４５を透過し、ビームスプリッタ４４で反射された後、検出光学系４９によって受光素子５０に集光される。
【００９５】
本実施の形態の光ヘッド装置において温度変化があった場合、光源である半導体レーザ４０あるいは４１の発振波長は、温度が１℃上昇するごとに約０．２ｎｍだけ長波長側にシフトする。このとき、対物レンズ４６の内周部は、回折レンズの作用により、ＤＶＤとＣＤの両方に対して良好な集光性能を有し、かつ、温度変化に対する球面収差の変化が小さくなる。また、対物レンズ４６の外周部を透過するＤＶＤ用の光束は、収差補正素子４５に設けられた段差の効果により、温度変化による球面収差の変化が緩和される。
【００９６】
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置においては、収差補正素子４５と対物レンズ４６とからなる対物光学系として上記第３の実施の形態で説明した本発明の対物光学系が用いられていることにより、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において温度変化に対する収差変動を抑えることができるので、１つの対物光学系を用いてディスク厚みの異なる光ディスクの記録再生を良好に行なうことのできる光ヘッド装置を実現することができる。
【００９７】
尚、上記各実施の形態においては、対物レンズあるいは収差補正素子における各領域の境界部分が真円である場合を例に挙げて説明したが、加工上の制約や意図的に非点収差を発生させる等の設計上の理由により楕円にしても構わない。この場合には、楕円の長軸と短軸の平均値を真円の径ととらえればよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ディスク用の対物レンズあるいは対物光学系によれば、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい対物レンズあるいは対物光学系を実現することができる。
【００９９】
また、本発明の光ヘッド装置によれば、例えば、ＤＶＤ用、ＣＤ用の両方の光学系において用いることができ、かつ、温度変化に対する収差変動の小さい前記本発明の光ディスク用対物レンズあるいは光ディスク用対物光学系が搭載されていることにより、１つの対物光学系を用いてディスク厚みの異なる光ディスクの記録再生を良好に行なうことのできる光ヘッド装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光ディスク用の対物レンズを示す概略断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態の数値実施例１における対物レンズのＤＶＤに対するＯＰＤ特性図
【図３】本発明の第１の実施の形態の数値実施例１における対物レンズのＤＶＤに対する、光源の波長の整数倍の位相差を無視したＯＰＤ特性図（（ａ）は設計温度３５℃の場合、（ｂ）は温度０℃の場合、（ｃ）は温度７０℃の場合）
【図４】本発明の第１の実施の形態の数値実施例１における対物レンズのＣＤに対する、光源の波長の整数倍の位相差を無視したＯＰＤ特性図（（ａ）は設計温度３５℃の場合、（ｂ）は温度０℃の場合、（ｃ）は温度７０℃の場合）
【図５】本発明の第２の実施の形態における光ディスク用の対物レンズを示す概略断面図
【図６】本発明の第３の実施の形態における光ディスク用の対物光学系を示す概略断面図
【図７】本発明の第３の実施の形態の数値実施例２における収差補正素子の具体的設計例を示す断面図
【図８】本発明の第４の実施の形態における光ヘッド装置を示す概略構成図
【図９】本発明の第５の実施の形態における光ヘッド装置を示す概略構成図
【符号の説明】
１、１２、２１、３５、４６  対物レンズ
２、１３、２２、３６、４８  光ディスク
３  対物レンズの第１の領域
４  対物レンズの第２の領域
５  対物レンズの第３の領域
６  対物レンズの第４の領域
７、８、２６  段差
９  対物レンズの出射面
１０  ＤＶＤの入射光束
１１  ＣＤの入射光束
１４  対物レンズの光軸を含む円状の領域
１５  対物レンズの円環状の領域
１６、１７、１８  対物レンズの出射面側に設けられた領域
２０  収差補正素子
２３  対物レンズの光軸を含む円状の第１の領域
２４  対物レンズの円環状の第２の領域
２５  対物レンズの出射面
２７  入射光束
３０、４０  ＤＶＤ用半導体レーザ
３１、４１  ＣＤ用半導体レーザ
３２、４２  コリメートレンズ
３３、３４、４３、４４  ビームスプリッタ
３７、４９  検出光学系
３８、５０  受光素子
３５  収差補正素子
４７  鏡筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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