(57)【要約】【課題】  製造が容易な回折レンズ構造を有する光ピックアップ、光学部材及び情報再生装置を提供すること。【解決手段】  波長の異なる複数のレーザ光を照射する光源と、光源から照射される複数のレーザ光を複数種類の情報記録媒体の記録面に集光させる対物レンズと、前記複数種類の情報記録媒体の再生に必要な有効径のうち２番目に大きい有効径より内周側の領域に形成される回折レンズ構造と、を備えて光ピックアップを構成する。また、前記複数の有効径のうち２番目に大きい有効径より内周側の領域に回折レンズ構造を備えて光学部材を構成する。さらに、上記光ピックアップを備えて情報記録装置を構成する。【選択図】  図４
2004362732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる複数のレーザ光を照射する光源と、
前記光源から照射されるレーザ光を複数種類の情報記録媒体の記録面に集光させる対物レンズと、
を備えた光ピックアップであって、
前記レーザ光の光路上には、前記レーザ光の波面収差を補正するための複数の位相段差によって分割された輪帯状の領域によって構成される回折レンズ構造が形成され、
前記回折レンズ構造の最外周の位相段差の径は、前記複数種類の情報記録媒体の再生に必要な有効径のうち２番目に大きい有効径より小さいことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
前記複数種類の情報記録媒体のなかで再生に必要な有効径が最大であるもの以外の少なくともいずれか一つの情報記録媒体を再生する際の前記回折レンズ構造を通過する再生用レーザ光の集光点位置は、前記情報記録媒体の再生に必要な有効径に相当する高さを通過する当該レーザ光が光軸と交わる位置と、前記最外周の位相段差の外側の領域の最内周を通過する当該レーザ光が光軸と交わる位置との間に位置していることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ピックアップにおいて、
前記最外周の位相段差の外側であって、前記複数の有効径の中で２番目に大きい有効径内の非回折領域の幅が、前記回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の間隔よりも広いことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光ピックアップにおいて、
前記回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の間隔は、光軸近傍から高さを増すにつれて狭くなり、その後広くなることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項１乃至４にいずれか一項に記載の光ピックアップにおいて、
少なくとも一つの情報記録媒体再生時の波面収差のｒｍｓ値Ｗが
０．０５λｒｍｓ ＜ Ｗ ＜ ０．１３λｒｍｓ
を満たすことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ピックアップにおいて、
前記回折レンズ構造を構成する複数の輪帯の位相段差のエッジ角度は鈍角で形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップにおいて、
前記回折レンズ構造は、前記対物レンズのレンズ面に形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップにおいて、
前記回折レンズ構造は、前記対物レンズとは異なるレンズの面に形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光ピックアップにおいて、
前記光源は、少なくとも波長が４０７ｎｍ近傍のレーザ光を照射することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項９に記載の光ピックアップにおいて、
前記光源は、更に、波長が６５０ｎｍ近傍のレーザ光を照射することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
波長の異なる複数のレーザ光を対物レンズにより複数種類の情報記録媒体の記録面に集光させる際に生じる波面収差を補正する光学部材であって、
前記光学部材は複数の位相段差によって分割された輪帯状の領域によって構成される回折レンズ構造を備えており、
前記回折レンズ構造の最外周の位相段差の径は、前記複数種類の情報記録媒体の再生に必要な有効径のうち２番目に大きい有効径より小さいことを特徴とする光学部材。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学部材において、
前記複数種類の情報記録媒体のなかで再生に必要な有効径が最大であるもの以外の少なくともいずれか一つの情報記録媒体を再生する際の前記回折レンズ構造を通過する再生用レーザ光の集光点位置は、前記情報記録媒体の再生に必要な有効径に相当する高さを通過する当該レーザ光が光軸と交わる位置と、前記最外周の位相段差の外側の領域の最内周を通過する当該レーザ光が光軸と交わる位置との間に位置していることを特徴とする光学部材。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の光学部材において、
前記最外周の位相段差の外側であって、前記複数の有効径の中で２番目に大きい有効径内の非回折領域の幅が、前記回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の間隔よりも広いことを特徴とする光学部材。
【請求項１４】
請求項１１又は１２に記載の光学部材において、
前記回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の間隔は、光軸近傍から高さを増すにつれて狭くなり、その後広くなることを特徴とする光学部材。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の光学部材を含む光学系において、
少なくとも一つの情報記録媒体再生時の波面収差のｒｍｓ値Ｗが
０．０５λｒｍｓ ＜ Ｗ ＜ ０．１３λｒｍｓ
を満たすことを特徴とする光学部材。
【請求項１６】
請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の光学部材において、
前記回折レンズ構造を構成する複数の輪帯の位相段差のエッジ角度は鈍角で形成されていることを特徴とする光学部材。
【請求項１７】
請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の光学部材において、
前記光学部材は一体に形成された対物レンズ要素を備えていることを特徴とする光学部材。
【請求項１８】
請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の光学部材において、
前記回折レンズ構造は板状のレンズ基板に形成されていることを特徴とする光学部材。
【請求項１９】
請求項１０乃至１８のいずれか一項に記載の光学部材において、
前記光学部材は、少なくとも波長が４０７ｎｍ近傍のレーザ光についての前記波面収差を補正することを特徴とする光学部材。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光学部材において、
前記光学部材は、更に、波長が６５０ｎｍ近傍のレーザ光についての前記波面収差を補正することを特徴とする光学部材。
【請求項２１】
波長の異なる複数のレーザ光で再生される複数の情報記録媒体を再生する情報再生装置であって、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ、それに用いる光学部材、及び、それを備える情報再生装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＤ，ＤＶＤ等の異なる規格の光ディスクの再生（記録）を可能とした互換型情報再生（記録）装置が知られている。この互換型情報再生（記録）装置で各規格の光ディスクの情報を再生（記録）するには、規定された波長のレーザ光を必要なスポット径で光ディスクの記録面に収束させる必要がある。
【０００３】
ところで、光ディスクの保護層の厚さは規格毎に異なる場合がある。そして、光ディスクの保護層の厚さが異なる場合には、対物レンズを移動させてレーザ光の焦点を調整するのみでは球面収差が生じてしまい、レーザ光を必要なスポット径で収束させるができず、情報の再生（記録）が困難となる。
【０００４】
この球面収差の発生を補正するため、従来の互換型情報再生（記録）装置では、例えば、光ピックアップを構成する対物レンズの複数種類の情報記録媒体の再生に必要な有効径のうち少なくとも有効径の小さい方の有効径の全域に、回折レンズ構造を形成している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−８１５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術の場合、次のような問題が生じる。
【０００６】
即ち、一般にレンズ素材に比べて金型素材の熱膨張率が大きく、成形後の冷却においてレンズより金型の方が多く収縮するため、レンズの離型が困難となる。そして、レンズ素材として樹脂を用いた場合には、レンズ表面の微細な構造が破壊されてしまうか、或いは、レンズを離型する際にレンズが変形してしまい収差が増えてしまう。また、レンズ素材としてガラスを用いた場合には、金型が破壊されてしまう。
【０００７】
また、レンズに設けた回折構造はレンズの周辺部に行くほど位相段差の間隔が狭くなるので、段差部にあるエッジの陰の影響でレンズ周辺部の回折効率が低下する。特に、回折レンズ構造がある内側共用領域では使用波長の微少な変動によって像点の位置も含めた収差が変動するため、高密度光ディスク再生専用の外側領域にも回折構造を持たせないと内側領域と外側領域の波面収差が不連続になってしまうことから、高密度ディスク専用領域にも回折構造を設ける必要があり、この場合、高密度ディスクについての光利用効率が大きく低下する。  
【０００８】
本発明が解決する課題には、上記した問題が一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、回折レンズが金型から抜けやすい形状を持つと共に、共用領域の中で周辺部の位相段差の間隔が狭くならならず、高密度ディスク専用領域に回折構造を持たないでも、内側領域と外側領域の波面収差の不連続がほとんど起こらない、球面収差補正方法を見出した。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、波長の異なる複数のレーザ光を照射する光源と、前記光源から照射されるレーザ光を複数種類の情報記録媒体の記録面に集光させる対物レンズと、を備えた光ピックアップであって、前記レーザ光の光路上には、前記レーザ光の波面収差を補正するための複数の位相段差によって分割された輪帯状の領域によって構成される回折レンズ構造が形成され、前記回折レンズ構造の最外周の位相段差の径は、前記複数種類の情報記録媒体の再生に必要な有効径のうち２番目に大きい有効径より小さいことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項１１に記載の発明は、波長の異なる複数のレーザ光を対物レンズにより複数種類の情報記録媒体の記録面に集光させる際に生じる波面収差を補正する光学部材であって、前記光学部材は複数の位相段差によって分割された輪帯状の領域によって構成される回折レンズ構造を備えており、前記回折レンズ構造の最外周の位相段差の径は、前記複数種類の情報記録媒体の再生に必要な有効径のうち２番目に大きい有効径より小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２１に記載の発明は、波長の異なる複数のレーザ光で再生される複数の情報記録媒体を再生する情報再生装置であって、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本実施形態は、一の光ディスク（以下、第１光ディスクと称する。）と、これより再生に必要とされる有効径が小さい光ディスク（以下、第２光ディスクと称する。）との、２種類の光ディスクの再生（記録）が可能な互換型の情報再生（記録）装置に、本願発明を適用した場合の実施形態である。
【００１４】
以下、情報再生（記録）装置、これに用いる光ピックアップ、及び、光学部材について詳細に説明する。
【００１５】
（１）情報再生（記録）装置
始めに、情報再生（記録）装置について図１を参照して説明する。
【００１６】
（１−１）情報再生（記録）装置の構造
図１は、情報再生（記録）装置の概略構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、情報再生（記録）装置１は、スピンドルモータ２と、光ピックアップ３と、キャリッジ４と、ＲＦ（Radio Frequency）アンプ５と、デコーダ６と、エンコーダ・デコーダ７と、レーザ駆動回路８と、Ａ／Ｄコンバータ９と、Ｄ／Ａコンバータ１０と、サーボコントロール回路１１と、システムコントローラ１２と、入力部１３と、表示部１４とを備えて構成される。なお、光ピックアップ３の構造の詳細については後述する。
【００１８】
（１−２）情報再生（記録）装置の動作
次に、情報再生（記録）装置１の動作を説明する。
【００１９】
先ず、光ディスクＤは、スピンドルモータ２により回転駆動される。また、光ピックアップ３は、キャリッジ４によって光ディスクＤの半径方向に所定の読取位置まで移動される。
【００２０】
次いで、光ピックアップ３は、光ディスクＤにレーザ光を照射し、その照射光に対する光ディスクＤからの反射光を受光して受光強度に応じたＲＦ（Radio Frequency）信号を発生させる。このＲＦ信号は、ＲＦアンプ５によって所定のレベルまで増幅される。
【００２１】
その後、デコーダ６は、増幅されたＲＦ信号からウォブリング周波数を検出して光ディスク２におけるレーザ光の照射位置を検出する。一方、エンコーダ・デコーダ７は、増幅されたＲＦ信号から光ディスクＤに記録されている情報に対応する変調信号を抽出して復調するとともに、外部から入力された記録すべき情報に対応する変調データを出力する。
【００２２】
そして、レーザ駆動回路８は、この変調データに基づいて、後述するレーザダイオードのレーザ光の強度を制御するための制御信号を出力する。
【００２３】
また、Ａ／Ｄコンバータ９は、情報記録時に外部から入力される記録すべき情報としてのアナログ情報信号をデジタルデータに変換し、一方、Ｄ／Ａコンバータ１０は、情報再生時にエンコーダ・デコーダ７により復調されたデジタルデータをアナログ情報信号に変換する。
【００２４】
そして、サーボコントロール回路１１は、情報記録時又は情報再生時において、スピンドルモータ２、キャリッジ４及び光ピックアップ３のアクチュエータをサーボ制御する。また、システムコントローラ１２は、光ディスクプレーヤ１全体を制御する。このとき、入力部１３がシステムコントローラ１２に外部から所定の操作指令を与えると共に、表示部１４が情報再生状態等の必要な情報を表示する。
【００２５】
以上に説明した情報再生（記録）装置１は、後述するように、回折レンズ構造を有する光学部材を備えて光ピックアップ３が構成され、光学部材が第２光ディスク及び第１光ディスクに対して良好なレーザ光波面を形成するので、精度良く情報を再生（記録）することができる。
【００２６】
（２）光ピックアップ
次に、情報再生（記録）装置１に用いる光ピックアップ３について図２〜３を参照して説明する。本実施形態では、回折レンズ構造及び対物レンズ要素を備える光学部材としての対物レンズを用いた第１の光ピックアップ３Ａと、対物レンズとは別部材の回折レンズ構造を備える光学部材を用いた第２の光ピックアップ３Ｂについて説明する。
【００２７】
（２−１）第１の光ピックアップ
（２−１−１）光ピックアップの構造
図２は、第１の光ピックアップ３Ａの概略構成を示す図である。
【００２８】
図２に示すように、第１の光ピックアップ３Ａは、第１光ディスクの再生に用いるレーザ光（以下、第１レーザ光と称する。）を照射する第１レーザダイオード３１と、第２光ディスクの再生に用いるレーザ光（以下、第２レーザ光と称する。）を照射する第２レーザダイオード３２と、第１レーザダイオード２から照射された第１レーザ光を透過すると共に第２レーザダイオード３から照射された第２レーザ光を反射するビームスプリッタ３３と、第１レーザダイオード２及び第２レーザダイオード３から照射されたレーザ光を透過させると共にディスクに反射されて戻ってきたレーザ光を反射させるビームスプリッタ３４と、コリメータレンズ３５と、回折レンズ構造を有する対物レンズ３６と、センサーレンズ３７と、ディテクタ３８と、を備えて構成される。
【００２９】
（２−１−２）光ピックアップの動作
次に、光ピックアップ３Ａの動作を説明する。
【００３０】
先ず、第１レーザダイオード３１又は第２レーザダイオード３２は、情報再生（記録）装置１に挿入される光ディスクに応じてレーザ光を照射する。即ち、第１光ディスクが挿入されている場合には、第１レーザダイオード３１は第１レーザ光を照射し、第２光ディスクが挿入されている場合には、第２レーザダイオード３２は第２レーザ光を照射する。
【００３１】
次いで、上記で第１レーザダイオード３１からレーザ光を照射した場合には、ビームスプリッタ３３及びビームスプリッタ３４は、レーザ光を透過させコリメータレンズ３５に誘導する。一方、上記で第２レーザダイオード３２からレーザ光を照射した場合には、ビームスプリッタ３３はレーザ光を透過させ、その後ビームスプリッタ３４は、レーザを反射させてコリメータレンズ３５に誘導する。
【００３２】
次いで、コリメータレンズ３５は、レーザ光を平行光に調整し、対物レンズ３６に供給する。そして、対物レンズ３６は、レーザ光の波面を調整すると共に、当該波面調整されたレーザ光を光ディスクの記録面に良好な波面で集光させる。
【００３３】
次いで、対物レンズ３６及びコリメータレンズ３５は、光ディスクの記録面で情報ピットにより変調されて反射された反射レーザ光を透過させる。その後、ビームスプリッタ３４は、反射レーザ光を反射させてセンサ−レンズ３７を介してディテクタ３８に誘導する。
【００３４】
次いで、ディテクタ３８は、反射レーザ光を受光し、受光強度に応じた信号を発生させる。
【００３５】
（２−２）第２の光ピックアップ
（２−２−１）光ピックアップの構造
図３は、第２の光ピックアップ３Ｂの概略構成を示す図である。
【００３６】
図３に示すように、第２の光ピックアップ３Ｂは、第１の光ピックアップ３Ａと同様に、第１レーザダイオード３１と、第２レーザダイオード３２と、ビームスプリッタ３３と、ビームスプリッタ３４と、コリメータレンズ３５と、対物レンズ３６ａと、センサーレンズ３７と、ディテクタ３８と、を備え、更に、回折レンズ構造を有する光学レンズ３９を備えて構成される。なお、対物レンズ３６ａは、第１の光ピックアップ３Ａの対物レンズ３６とは異なり、回折レンズ構造を備えていない。
【００３７】
（２−２−２）光ピックアップの動作
次に、光ピックアップ３Ｂの動作を説明する。
【００３８】
なお、光ピックアップ３Ｂの動作は前述した光ピックアップ３Ａの動作とほぼ同一であるため、同一部分についての説明は省略し、以下においては、異なる部分についてのみ説明する。
【００３９】
上述のように、光ピックアップ３Ｂは、コリメータレンズ３５と対物レンズ３６ａの間に光学レンズ３９が配設される。従って、コリメータレンズ３５は、平行光に調整したレーザ光を光学レンズ３９に供給する。次いで、光学レンズ３９は、レーザ光の波面を調整し、対物レンズ３６ａに供給する。そして、対物レンズ３６ａは、波面調整されたレーザ光を光ディスクの記録面に良好な波面で集光させる。
【００４０】
次いで、対物レンズ３６ａ及びコリメータレンズ３５は、光ディスクの記録面で情報ピットにより変調されて反射された反射レーザ光を透過させる。その後、ビームスプリッタ３４は、反射レーザ光を反射させてセンサーレンズ３７を介してディテクタ３８に誘導する。
【００４１】
次いで、ディテクタ３８は、反射レーザ光を受光し、受光強度に応じた信号を発生させる。
【００４２】
以上に説明した光ピックアップ３Ａ，３Ｂは、後述するように回折レンズ構造を有する対物レンズ３６又は光学レンズ３９で、レーザ光の波面を調整するので、第１レーザ光及び第２レーザ光を光ディスクの記録面に良好な波面で集光させることができる。
【００４３】
（３）回折レンズ構造を有する光学部材
次に、光ピックアップ３に用いられる回折レンズ構造を有する光学部材について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、回折レンズ構造を有する対物レンズ３６、及び、回折レンズ構造を有する光学レンズ３９について説明する。
【００４４】
（３−１）回折レンズ構造を有する対物レンズ
始めに、回折レンズ構造を有する対物レンズ３６について説明する。
【００４５】
図４は、回折レンズ構造を有する対物レンズ３６の平面図であり、図５は、同対物レンズ３６の断面図である。
【００４６】
図４及び５に示すように、対物レンズ３６は、第１光ディスクに対して良好な波面でレーザ光を集光させる非球面レンズをベースとして形成され、更に、当該非球面レンズにおける第２光ディスクの有効径より内周側の領域に回折レンズ構造が形成される。この回折レンズ構造は、第１光ディスク及び第２光ディスクに対して良好な波面でレーザ光を集光させる形状に形成される。
【００４７】
このように、対物レンズ３６は、第１光ディスク有効領域の内側に第２光ディスク有効領域を有し、更にその内側に回折レンズ領域を有することになる。即ち、対物レンズ３６における第２光ディスク有効領域は、内周側に位置する回折レンズ領域と、当該回折レンズ領域の外側に位置する非回折レンズ領域とで構成されることになる。
【００４８】
ここで、有効径とは、光ディスクの再生（記録）に必要な光線束のうち、光軸から最も遠い光線が通過する高さをいう。例えば、図６に示すように、第１光ディスクの再生には第１光ディスクに対する有効径Ｅ１内の光線束が必要となり（図６（Ａ））、第２光ディスクの再生には第２光ディスクに対する有効径Ｅ２内の光線束が必要となる（図６（Ｂ））。なお、第２光ディスクの有効径Ｅ２外の光は第２光ディスクの再生に必要とされないので、図６（Ｂ）に点線で示すように、焦点位置に集光しなくてもよい。
【００４９】
また、以下の説明において、第１光ディスクに対する有効径を第１光ディスク有効径、当該有効径内の領域を第１光ディスク有効領域と称し、同様に、第２光ディスクに対する有効径を第２光ディスク有効径、当該有効径内の領域を第２光ディスク有効領域と称する。また、回折レンズ構造を採る領域を回折レンズ領域とよび、その有効径を回折構造を形成する複数の位相段差のうち最外周の位相段差の径で定義し、最外周の位相段差の外側の回折レンズ構造を採らない領域を非回折レンズ領域と称する。更に、第２光ディスク有効領域内における非回折レンズ領域を第２光ディスク非回折レンズ領域と称する。
【００５０】
以下、回折レンズ構造の詳細について説明する。
【００５１】
（３−１−１）回折レンズ構造が補正すべき波面収差
先ず、回折レンズ構造の説明に入る前に、回折レンズ構造が補正すべき波面収差について説明する。
【００５２】
第１光ディスクに対して良好な波面でレーザ光を集光させるように非球面レンズで形成した公知の対物レンズ（即ち、回折レンズ構造を持たない対物レンズ）を用いて、第２光ディスクにレーザ光を集光させる場合には、両光ディスクにおける保護層厚の違いに起因する波面収差が生じる。この波面収差は、光軸からの高さの４乗成分が支配的となり、これに像面位置に起因する高さの２乗成分が加わった形状となる。像面位置に起因する２乗成分の符号が４乗成分と逆符号とし、さらにその量が所定量になるような像面位置を設定した場合、当該波面収差を示す曲線（波面収差曲線）は、図７に示すように、有効径内に極値（極大値）を有する曲線となる。この極値が生じる位置の光軸からの高さＨは、像面位置により異なる。即ち、像面位置を変えることにより、極値が生じる高さＨの値を調整することができる。
【００５３】
本実施形態では、以上で説明した波面収差を補正するために、対物レンズ３６に回折レンズ構造を形成する。以下、回折レンズ構造の構成について説明する。
【００５４】
（３−１−２）像面位置
先ず、像面位置について図８を参照して説明する。
【００５５】
図８は、第２光ディスクに対しての縦球面収差図である。縦球面収差図は、光軸からの高さ（縦軸）に対して、当該高さを通過する光の集光点位置（横軸）をプロットした図である。図８において、実線は回折レンズ構造による補正後の縦球面収差曲線を、点線は回折レンズ構造による補正前の縦球面収差曲線を示す。
【００５６】
図８に示すように、第２光ディスクに対する像面位置Ｌは、第２光ディスク有効径Ｅ2を通過する光の集光点位置Ｌ2と、第２光ディスク非回折レンズ領域における最内周Ｅcを通過する光の集光点位置Ｌcとの間に設定される。なお、通常は、当該像面位置Ｌが、第２光ディスク回折レンズ領域を通過する光の集光点位置となる。
【００５７】
このように像面位置を設定することによる作用効果について図９を参照して説明する。
【００５８】
図９は、上記のように像面位置を設定した場合の、第２光ディスクに対しての波面収差図である。波面収差図は、光軸からの高さ（横軸）に対して、当該高さを通過する光の波面収差（縦軸）をプロットした図である。図９において、実線は回折レンズ構造による補正後の波面収差曲線を、点線は回折レンズ構造による補正前の波面収差曲線を示す。
【００５９】
図９に示すように、上述のように像面位置を設定することにより、波面収差曲線が極値（極大値）となる高さＨは、第２光ディスク有効径Ｅ2と第２光ディスク非回折レンズ領域の最内周Ｅcとの間に位置することになる。即ち、波面収差曲線が極値（極大値）となる高さＨは、第２光ディスク非回折レンズ領域内に位置することになる。
【００６０】
ここで、波面収差曲線における極値の周辺領域は、曲線の傾きが小さく、波面収差が殆ど変化しない領域となる。したがって、この波面収差が殆ど変化しない領域を第２光ディスク非回折レンズ領域に位置させることができ、回折レンズ構造による補正を行なわなくても当該領域を通過するレーザ光を良好な波面で集光させることが可能となる。
【００６１】
（３−１−３）回折レンズ構造
次に、回折レンズ構造について説明する。
【００６２】
回折レンズ構造は、規格の異なる２種類の光ディスクで、再生に必要な有効径の大きな第１光ディスクおよび再生に必要な有効径の小さな第２光ディスク対して良好な波面でレーザ光を集光させる形状に形成される。
【００６３】
回折レンズ構造の設計手法の一つとして、位相関数法が用いられる。位相関数法は、回折レンズ構造を形成する面に無限に薄い位相物体を想定し、当該位相物体の位相分布を最適化することにより収差を補正する手法である。即ち、λ0：設計波長、ｄn：位相係数、ｈ：回折格子高さにより次式で定義される位相関数φを、位相係数ｄnを調整することで最適化し、これに基づいて回折レンズ構造の形状を設計する手法である。
【００６４】
【数１】
2004362732.tif 000003
位相関数法では、当該位相関数φで示される位相物体を通過する光線に対して、ｄｏｒ×λ×φの光路長を付加して回折レンズ構造を通過する光の解析を行っている（ｄｏｒは回折レンズ構造により回折される光の回折次数、λは位相物体を通過する光の波長）。
【００６５】
実際の回折レンズ構造を設計する手順としては、先ず、位相係数ｄnを調整することにより、規格の異なる２種類の光ディスクに対して良好な波面でレーザ光を集光させるための位相関数φを特定する。
【００６６】
図１０は、このように特定された位相関数φを示す図である。前述したように、波面収差曲線の極大値は第２光ディスク非回折レンズ領域に位置されるので、図１０に示すように、位相関数曲線についても第２光ディスク非回折レンズ領域に極大値を有し、当該極大値まで単調増加する曲線となる。
【００６７】
次いで、当該位相関数φから、位相が整数となる高さを求め、当該高さの位置に位相構造を持たせて回折レンズ構造を設計する。つまり図１０に示す位相関数φが１波長分ごとに区切られる高さｈ1、ｈ2、ｈ3、ｈ4、ｈ5、ｈ6にて位相段差を形成すればよい。このようにして回折レンズ構造の位相段差の半径が決定されることから、位相関数の傾斜が急になるほど位相段差の間隔が狭くなることがわかる。図１０に示す位相関数は、光軸から離れていくに従って傾斜がきつくなっていき、途中で傾斜が最大となり、その後傾斜が緩くなっていき、高さＨにおいて傾斜がゼロとなる。つまり、図１０の位相関数から求められる回折レンズ構造の位相段差の間隔は、光軸近傍から高さを増すにつれて狭くなっていき、途中からまた広くなるような構成となっている。また、図１０に示す位相関数では、高さＨから高さＥ2にかけて緩やかに減少しながら位相量６λを通過している。従来はこの高さにおいても位相段差を形成していた。本発明においては、適宜、位相関数極大値近傍に必要とされる位相段差をあえて省く場合がある。これにより、若干の収差は残るものの、第２光ディスク非回折領域の幅をより広くとるとともに回折レンズ領域を狭くすることができる。このように、適宜、位相関数極大値に必要とされる位相段差を省くことにより、拡大された第２光ディスク非回折領域の幅は、回折構造の位相段差の間隔のどれよりも広くとることが可能となる。
【００６８】
位相段差量は、設計回折次数に応じて最適化することによりその回折次数の回折効率を高めることが出来る。例えば、設計回折次数が１の場合は、位相段差で発生する光路長差が１波長分となるように設定する。第１光ディスクと第２光ディスクの両方で設計回折次数が１の場合は、何れかレーザ光の波長分の光路長差が発生するように位相段差を決定するか、或いは、両レーザ光の波長の平均分の光路長差が発生するように位相段差を決定すると良い。
【００６９】
複数の波長で回折レンズを使用する場合、位相段差量を両方の波長に対して正確に波長の整数倍とすることができない場合がある。位相関数法で計算される波面収差は、設計回折次数成分のみの波面収差であり、実際の波面収差は、位相段差量が波長の整数倍からずれてくると、位相関数法で解析したレンズの波面収差に段差のずれ分に起因する鋸波状の波面収差が乗った形になる。従来は複数の波長で使用する回折レンズを設計する場合は、両方の波長にて光路長差が波長の整数倍に近くなるような設計回折次数を選択し、どの波長に対しても鋸波状の残留収差が十分小さくなるように設計していた。しかしながら、このようにして設計回折次数を設定すると、多数の位相段差が必要となる場合がある。ところで位相段差量のずれに起因する鋸波状の波面収差が有る場合、余分な回折光を発生しそれによる光量ロスはあるものの、通常の球面収差のようなスポット形状への影響
はほとんど無い。つまり、波長の組み合わせや補正すべき収差によっては、鋸波状の残留収差をあえて許容することにより、位相段差の数を少なくすることが可能となり製造上好ましい回折構造を得ることができる。従来のレンズ設計では、レンズ単品での収差が０．０５λ以下になるように設計していたが、本発明のレンズのように収差形状が鋸波の場合においては、その値を超えるような収差があっても良好なスポットを得ることができる。
【００７０】
しかしながら、鋸波状の収差が大きくなると、スポット形状は劣化しないもののストレール比は低下していき、鋸波状の収差が０．１３λｒｍを超えると、ストレール比が５０％以下になってしまう。ストレール比とは、無収差のレンズによって集光されるスポット強度の先頭値と実際のレンズのスポット強度の先頭値の比である。すなわち、ストレール比の低下は、光の利用効率の低下を意味している。従って、光の利用効率を５０％以上確保し、設計回折次数以外の回折光の影響を小さく抑えるためには、鋸波状の残留収差が０．１３λｒｍｓ以下に抑えられていることが望ましい。
【００７１】
なお、最外周の位相段差、つまり回折レンズ領域と非回折レンズ領域との境界に位置する位相段差は、上記略１波長分の整数倍の光路差が発生するように形成すればよい。即ち、上記略１波長分の光路差が生じるように形成してもよいし、略２波長分の光路差が生じるように形成してもよい。
【００７２】
図１１の（Ａ）は、第１光ディスクおよび第２光ディスクともに設計回折次数を１として、上記のように決定された回折レンズ構造を形成した対物レンズ３６の断面図であり、（Ｂ）は、当該対物レンズ３６における回折レンズ構造の拡大断面図である。前述したように位相関数曲線は回折レンズ領域で単調増加する曲線となるので、図１１に示すように、回折レンズ構造は、其々の位相段差によって分割された輪帯が対物レンズの外周に向かうに従って回折構造が形成される面の巨視的非球面より厚くする方向にブレーズ化し、位相が１波長分ごとに区切られる高さｈ1〜ｈ6で対物レンズ３６が薄くなる方向の位相段差を有するように形成される。なお、図１１（Ｂ）の点線は、回折構造が形成される面の巨視的非球面を示す。
【００７３】
このように回折レンズ構造を形成することによる作用効果について説明する。
【００７４】
対物レンズ３６は、高温の樹脂やガラスを金型に充填し、冷却した後に、樹脂又はガラスの成形物（対物レンズ３６）を金型から離型する。
【００７５】
先ずは、比較のため、従来の回折レンズ構造を有する対物レンズについて説明する。従来の対物レンズは、少なくとも第２光ディスク有効領域の全域に回折レンズ構造が形成され、また、隣り合う位相段差によって分割された輪帯の内の外周側の輪帯がレンズの厚み方向の外側にくるように、輪帯間の位相段差が設けられていた（図１２参照）。したがって、輪帯の数が多く、また、輪帯の位相段差のエッジ角が鋭角となるので、上記レンズ成形の際の金型とレンズの膨張率の違いにより成形物（対物レンズ）が金型に食いついてしまい、離型が困難となり生産性が低下するばかりでなく、離型の際にレンズのエッジ部が脱落してレンズ性能を劣化させてしまうことがあり、更に、当該エッジ部が金型に残留するので金型は短寿命となっていた。また、ガラスでレンズを作った場合には金型の方が破壊されてしまい、さらに金型が短寿命となっていた。
【００７６】
これに対し、本実施形態の対物レンズ３６は、第２光ディスク有効領域の内側の領域に回折レンズ構造を形成し、また、隣り合う位相段差によって分割された輪帯の内の外周側の輪帯がレンズの厚み方向の内側にくるように輪帯間の位相段差を設けるので、輪帯の数が少なく、輪帯の位相段差のエッジ角が鈍角となる。従って、冷却の際に対物レンズ３６が金型に食いつくことがなく、離型が容易となる。また、離型の際にエッジ部が脱落してしまうことも殆どないので、レンズ性能が良好となり、更に、金型は長寿命化する。また、ガラスでレンズを作った場合でも金型が破壊されてしまうことはなく、さらに金型は長寿命化する。さらに、周辺部の位相段差の数を減らしたことにより、段差部のエッジの陰の効果による回折効率の低下を抑えることができる。また、使用波長の微少な変動によって回折領域と非回折領域の波面が不連続になってしまうといった問題も解決される。
【００７７】
また、以上のように回折レンズ構造を有する対物レンズ３６によれば、第２光ディスクについて、回折レンズ領域を通過するレーザ光の波面収差を当該回折レンズ構造で補正し、また非回折レンズ領域を通過するレーザ光の波面収差は補正されないが非常に小さくなるので、全体としてレーザ光を良好な波面で集光させることができる。また、第１光ディスクについて、回折レンズ領域を通過するレーザ光の波面収差を当該回折レンズ構造で補正し、非回折レンズ領域を通過するレーザの波面収差を非球面レンズ形状で補正するので、全体としてレーザ光を良好な波面で集光させることできる。即ち、当該対物レンズ３６によれば、第２光ディスク及び第１光ディスクの何れについても、レーザ光を良好な波面で集光させることができる。
【００７８】
（３−２）回折レンズ構造を有する光学レンズ
次に、回折レンズ構造を有する光学レンズ３９について説明する。光学レンズ３９は、前述の回折レンズ構造を、対物レンズ３６とは別個のレンズに対して形成したものである。
【００７９】
図１３は、回折レンズ構造を有する光学レンズ３９の平面図であり、図１４は、同光学レンズ３９の断面図である。
【００８０】
図１３及び１４に示すように、光学レンズ３９は、当該光学レンズ３９の第２光ディスク有効領域より内周側の領域に回折レンズ構造が形成される。この回折レンズ構造は、第１光ディスク及び第２光ディスクの記録面に対して、対応するレーザ光を良好な波面で集光させるように形成される。
【００８１】
なお、光学レンズ３９と対物レンズ３６ａを組み合わせた光学系の像面位置、及び回折レンズ構造の形状については、前述した対物レンズ３６の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００８２】
（４）変形例
以上の実施形態では、対物レンズ３６又は光学レンズ３９の第１面に回折レンズ構造を形成する場合について説明したが、これに限られず、対物レンズ３６又は光学レンズ３９の第２面に回折レンズ構造を形成してもよい。
【００８３】
また、以上の実施形態では、第１光ディスクと第２光ディスクの２種類の光ディスクの再生（記録）が可能な情報再生（記録）装置、これに用いる光ピックアップ、及び、光学部材について説明したが、これに限られず、３種類以上の光ディスクの再生（記録）が可能な情報再生（記録）装置、これに用いる光ピックアップ、及び、光学部材に対しても本発明の適用が可能である。
【００８４】
この場合、光学部材における回折レンズ領域は、各光ディスクに必要とされる有効径の中で２番目に大きな有効径より内側の領域に形成される。例えば、３種類の光ディスクに対応する光学部材の場合、（ｉ）２番目に大きな有効径を必要とする第２光ディスクに対する有効領域（第２ディスク有効領域）と３番目に大きな有効径を必要とする第３光ディスクに対する有効領域（第３ディスク有効領域）の間に回折レンズ領域の最外周がくるように回折レンズ構造を形成する場合（図１５（Ａ））と、（ii）第３光ディスク有効領域と同一の領域に回折レンズ構造を形成する場合（図１５（Ｂ））と、（iii）第３光ディスク有効領域より内側に回折レンズ構造を形成する場合（図１５（Ｃ））が考えられる。
【００８５】
この場合における像面位置及び回折レンズ構造については、上記実施形態における第１光ディスクおよび第２光ディスクをそのままあてはめて、各条件を満たすように決定すればよい。
【００８６】
更に、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、様々に変形又は変更することが可能である。
【実施例】
【００８７】
（１）実施例１
実施例１は、ＤＶＤ／ＣＤ互換再生（記録）装置に用いられる、回折レンズ構造を有する対物レンズに関する実施例である。
【００８８】
ＤＶＤ及びＣＤについての設計条件（焦点距離、レンズ開口数、レーザ光波長、設計回折次数）を表１に示す。
【００８９】
【表１】
2004362732.tif 000004
当該設計条件に基づいて、ＤＶＤ及びＣＤに対してレーザ光の波面収差を補正するための位相関数を特定した。この位相関数を前述の式１で定義したときの位相係数ｄnを表２に示す。
【００９０】
【表２】
2004362732.tif 000005
そして、当該位相関数が１波長分ごとに区切られる高さｈを求め、当該各高さにおいて１波長（６５０μｍ）分の光路長差が生じるような位相段差を設定して、回折レンズ構造を設計した。このときの回折レンズ構造の設計値（段差半径、光路長差）を表３に示す。
【００９１】
【表３】
2004362732.tif 000006
そして、当該設計値を示す回折レンズ構造を有する対物レンズを形成した。図１６（Ａ）は当該対物レンズの平面図、（Ｂ）は断面図である。図１６に示すように、ＣＤの有効径１．５ｍｍで定義される領域より内側となる、光軸から１．１１０ｍｍの領域に、回折レンズ構造を形成した。回折レンズ構造における輪帯の位相段差は６段であり、回折レンズ領域の有効径はＣＤの有効径の７４．０％となった。回折レンズを構成する複数の位相段差の間隔は光軸から高さを増すにつれて狭くなっていき、内周から数えて３番目の位相段差と４番目の位相段差の間隔が最小となり、そこから高さを増すにつれて間隔が広くなっていくような構成となっている。
【００９２】
また、ＣＤ有効径内の非回折領域の幅は０．３９０ｍｍとなり、表３に記載される回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の間隔のどれよりも広くなっている。
【００９３】
対物レンズの他の設計結果である近軸データを表４に、非球面係数を表５に示す。
【００９４】
【表４】
2004362732.tif 000007
【００９５】
【表５】
2004362732.tif 000008
なお、表４に示す面番号において、１（ｉｎ）は対物レンズの第１面における回折レンズ領域の巨視的非球面を、１（ｏｕｔ）は対物レンズの第１面における非回折レンズ領域を含む面を、２は対物レンズの第２面を、３は光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ）の第１面、４は光ディスクの第２面を、それぞれ示す。
【００９６】
また、表５に示した非球面係数は、次式（式２）で定義される非球面式における係数である。非球面式におけるｒは近軸曲率半径（ｈ＝０における曲率半径）であり、具体的には、表４に示した近軸データの各面の曲率半径である。また、図１７に示すように、非球面式におけるｈは高さを、ｘはサグ量で非球面頂点における接面からレンズ面までの光軸方向の距離を示す。
【００９７】
【数２】
2004362732.tif 000009
このように形成した対物レンズを用いて、レーザ光を集光したときの縦球面収差、波面収差およびＣＤのスポット形状を図１８に示す。図１８において、（Ａ）はＤＶＤについての位相関数法により計算される縦球面収差、（Ｂ）はＣＤについての位相関数法により計算される縦球面収差をそれぞれ示す。（Ｃ）はＤＶＤについての位相関数法により計算される波面収差、（Ｄ）はＣＤについての位相関数法により計算される波面収差、をそれぞれ示す。（Ｅ）はＤＶＤについての位相段差のずれまで考慮した実際の波面収差、（Ｆ）はＣＤについての位相段差のずれまで考慮した実際の波面収差、をそれぞれ示す。ただし、これらの波面収差は位相段差による波長の整数倍のシフトを差し引いてある。（Ｇ）および（Ｈ）はこの対物レンズにより集光されるＣＤのスポット形状を示す。
【００９８】
図１８に示すように、ＤＶＤについては、殆ど縦球面収差及び波面収差が生じず、波面収差量は０．０００６λｒｍｓと良好であった。一方、ＣＤについては、非回折レンズ領域で若干の縦球面収差及び波面収差が生じたが、波面収差量は０．０４２５λｒｍｓと、回折限界の性能が得られる基準値０．０７λｒｍｓに比べて充分小さい値となり、良好であった。また、位相段差により発生する位相差が６５０ｎｍに設定されているため、ＣＤの再生波長である７８０ｎｍに対して位相差がやや不足している。従ってＣＤの実際の波面収差では、回折領域に鋸波状の収差が存在する。実際の波面収差は０．０４３４λｒｍｓであり、回折限界の性能が得られる基準値より小さい値となっている。ＣＤの実際の波面収差形状からスポット形状を計算した結果、収差がやや残留しているにもかかわらずスポットサイズおよびサイドローブともにＣＤ専用の通常の対物レンズで集光されるスポットとほぼ同等となった。ストレール比は収差に応じて小さくなるため、光の利用効率はやや落ちるが、本実施例のレンズのＣＤ再生時のストレール比は９２．８％であり、実用上問題とはならない。なお、ＣＤ有効径外のレーザ光は収差によりフレア状に拡散するためＣＤの再生に影響を与えることはない。
【００９９】
（２）実施例２
実施例２は、ＤＶＤ／ＣＤ互換再生（記録）装置に用いられる、回折レンズ構造を有する対物レンズに関する実施例である。
【０１００】
実施例２の対物レンズは、実施例１の回折レンズ構造の設計結果を基に、最外周の輪帯を一つ減らして回折レンズ構造を形成したものである。また、回折レンズ領域と非回折レンズ領域との位相を合わせるため、最外周の位相段差は略２波長分の光路差を生じるように形成される。
【０１０１】
従って、ＤＶＤ及びＣＤについての設計条件、及び、波面収差を補正するための位相関数における位相係数ｄnは、実施例１と同じである。また、最外周の輪帯を一つ減らして回折レンズ構造を形成したので、回折レンズ構造の設計値は表６の通りとなる。また、対物レンズの近軸データ、及び非球面係数は、それぞれ表７及び表８の通りとなる。
【０１０２】
【表６】
2004362732.tif 000010
【０１０３】
【表７】
2004362732.tif 000011
【０１０４】
【表８】
2004362732.tif 000012
図１９（Ａ）は上記設計条件の回折レンズ構造を有する対物レンズの平面図、（Ｂ）は断面図である。図１９に示すように、ＣＤの有効径１．５ｍｍで定義される領域より内側となる、光軸から０．９５５ｍｍの領域に、回折レンズ構造を形成した。回折レンズ構造における輪帯の位相段差は５段であり、回折レンズ領域の径はＣＤの有効径の６３．７％となった。回折レンズを構成する複数の位相段差の間隔は光軸から高さを増すにつれて狭くなっていき、内周から数えて３番目の位相段差と４番目の位相段差の間隔が最小となり、そこから高さを増すにつれて間隔が広くなっていくような構成となっている。
【０１０５】
また、ＣＤ有効径内の非回折領域の幅は０．５４５ｍｍとなり、表６に記載される回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の間隔のどれよりも広くなっている。
【０１０６】
このように形成した対物レンズを用いて、レーザ光を集光したときの縦球面収差及び波面収差を図２０に示す。図２０において、（Ａ）はＤＶＤについての位相関数法により計算される縦球面収差、（Ｂ）はＣＤについての位相関数法により計算される縦球面収差をそれぞれ示す。（Ｃ）はＤＶＤについての位相関数法により計算される波面収差、（Ｄ）はＣＤについての位相関数法により計算される波面収差、をそれぞれ示す。（Ｅ）はＤＶＤについての位相段差のずれまで考慮した実際の波面収差、（Ｆ）はＣＤについての位相段差のずれまで考慮した実際の波面収差、をそれぞれ示す。ただし、これらの波面収差は位相段差による波長の整数倍のシフトを差し引いてある。（Ｇ）および（Ｈ）はこの対物レンズにより集光されるＣＤのスポット形状を示す。
【０１０７】
図２０に示すように、ＤＶＤについては、殆ど縦球面収差及び波面収差が生じず、波面収差量は０．０００５λｒｍｓと良好であった。一方、ＣＤについては、非回折レンズ領域で若干の縦球面収差及び波面収差が生じたが、波面収差量は０．０６０３λｒｍｓと、回折限界の性能が得られる基準値０．０７λｒｍｓに比べて小さい値に抑えられている。また、位相段差により発生する位相差が６５０ｎｍに設定されている。従ってＣＤの再生波長である７８０ｎｍに対して位相差がやや不足しているため、ＣＤの実際の波面収差では、回折領域に鋸波状の収差が存在する。実際の波面収差は０．０７０４λｒｍｓであり、回折限界の性能が得られる基準値よりわずかに上回っている。しかし、このような鋸波状の収差はスポット形状にほとんど影響を与えない。ＣＤの波面収差形状からスポット形状を計算した結果、大きな収差が残留しているにもかかわらずスポット形状はＣＤ専用の通常の対物レンズで集光されるスポットとほぼ同等となった。ストレール比は収差に応じて小さくなるため、光の利用効率はやや落ちるが、本実施例のレンズのＣＤ再生時のストレール比は８２．５％であり、実用上問題とはならない。なお、ＣＤ有効径外のレーザ光は収差によりフレア状に拡散するためＣＤの再生に影響を与えることはない。
【０１０８】
実施例２では、実施例１で必要とされていた６番目の位相段差を省いたことにより、ＣＤに対する計算上の収差は大きくなるものの、集光されるスポット形状は通常のＣＤ専用対物レンズのものとほぼ同等で良好である。また、残留収差を許容した結果、位相段差の数を減らすことができ、より好ましい回折レンズ構造とすることができた。
【０１０９】
（３）実施例３
実施例３は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ／ＤＶＤ互換再生（記録）装置に用いられる、回折レンズ構造を有する対物レンズに関する実施例である。
【０１１０】
Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ及びＤＶＤについての設計条件を表９に示す。
【０１１１】
【表９】
2004362732.tif 000013
当該設計条件に基づいて、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ及びＤＶＤに対してレーザ光の波面収差を補正するための位相関数を特定した。この位相関数を前述の式１で定義したときの位相係数ｄnを表１０に示す。
【０１１２】
【表１０】
2004362732.tif 000014
そして、当該位相関数が１波長分ごとに区切られる高さｈを求め、当該各高さにおいて１波長（４０７μｍ）分の光路長差が生じるような位相段差を設定して、回折レンズ構造を設計した。このときの回折レンズ構造の設計値（段差半径、光路長差）を表１１に示す。
【０１１３】
【表１１】
2004362732.tif 000015
そして、設計した回折レンズ構造を有する対物レンズを形成した。図２１（Ａ）は当該対物レンズの平面図、（Ｂ）は断面図である。図２１に示すように、ＤＶＤの有効径１．１３ｍｍで定義される領域より内側となる、光軸から０．９５３ｍｍの領域に、回折レンズ構造を形成した。回折レンズ構造における輪帯の位相段差は１４段であり、回折レンズ領域の径はＤＶＤの有効径の８４．３％となった。回折レンズを構成する複数の位相段差の間隔は光軸から高さを増すにつれて狭くなっていき、内周から数えて８番目の位相段差と９番目の位相段差の間隔が最小となり、そこから高さを増すにつれて間隔が広くなっていくような構成となっている。
【０１１４】
また、ＤＶＤ有効径内の非回折領域の幅は０．１７７ｍｍとなり、表９に記載される回折レンズ構造を構成する複数の位相段差の間隔のどれよりも広くなっている。
【０１１５】
対物レンズの他の設計結果である近軸データを表１２に、非球面係数を表１３に示す。近軸データ及び非球面係数の見方は、実施例１と同様である。
【０１１６】
【表１２】
2004362732.tif 000016
【０１１７】
【表１３】
2004362732.tif 000017
このように形成した対物レンズを用いて、レーザ光を集光したときの縦球面収差、波面収差及びＤＶＤのスポット形状を図２２に示す。図２２において、（Ａ）はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての位相関数法により計算される縦球面収差、（Ｂ）はＤＶＤについての位相関数法により計算される縦球面収差をそれぞれ示す。（Ｃ）はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての位相関数法により計算される波面収差、（Ｄ）はＤＶＤについての位相関数法により計算される波面収差、をそれぞれ示す。（Ｅ）はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての位相段差のずれまで考慮した実際の波面収差、（Ｆ）はＤＶＤについての位相段差のずれまで考慮した実際の波面収差、をそれぞれ示す。ただし、これらの波面収差は位相段差による波長の整数倍のシフトを差し引いてある。（Ｇ）および（Ｈ）はこの対物レンズにより集光されるＤＶＤのスポット形状を示す。
【０１１８】
図２２に示すように、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについては、殆ど縦球面収差及び波面収差が生じず、波面収差量は０．００５７λｒｍｓと良好であった。一方、ＤＶＤについては、非回折レンズ領域で縦球面収差及び波面収差が生じ、波面収差量は０．０７８０λｒｍｓと、回折限界の性能が得られる基準値０．０７λｒｍｓを上回る値となった。また、位相段差により発生する位相差が４０７ｎｍに設定されているため、ＤＶＤの再生波長である６５０ｎｍに対して位相差が不足しているため、ＤＶＤの実際の波面収差では、回折領域に鋸波状の収差が存在する。その結果、ＤＶＤの実際の波面収差は０．１０９λｒｍｓとなり、回折限界の性能が得られる基準値を大きく上回ってしまう。しかし、このような鋸波状の収差がスポット形状にはほとんど影響を与えない。ＤＶＤの波面収差形状からスポット形状を計算した結果、大きな収差が残留しているにもかかわらずスポット形状はＤＶＤ専用の通常の対物レンズで集光されるスポットとほぼ同等となった。ストレール比は収差に応じて小さくなるため、光の利用効率はやや落ちるが、本実施例のレンズのＤＶＤ再生時のストレール比は６１．５％であり、実用上問題とはならない。なお、ＤＶＤ有効径外のレーザ光は収差によりフレア状に拡散するためＤＶＤの再生に影響を与えることはない。
【０１１９】
また、図２１に示すように、対物レンズの断面におけるレンズエッジ角度は、全て９０°以上の鈍角となるので、成形時において金型に食いつくことはなかった。
【０１２０】
ここで、表９に示すように、波長が４０７ｎｍのレーザ光で再生する光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）の再生（記録）に必要とされる開口数は０．８５であり、ＤＶＤとの互換を考えた場合、対物レンズとして作動距離（レンズと光ディスクの間隔）が広い一枚玉のレンズを用いる必要がある。したがって、対物レンズの成形材料として、温度変化によるレンズ特性の変化が著しい樹脂を用いることは望ましくなく、通常は温度変化によるレンズ特性の変化が少ないガラスが用いられるので、本実施例においてもガラスを用いた。そして、ガラスモールド用の金型は一般に高硬度で加工が困難であり、且つエッジ角が鋭角で微細構造な場合は、金型とガラスの熱による膨張率の違いによりレンズが金型を破壊するおそれがあることから、上記のように回折レンズ構造の輪帯の数を最小限にとどめ、かつ各輪帯の位相段差のエッジの開き角が鈍角になるように設計することにより対物レンズを構成することは、多大な効果をもたらすことになる。
【０１２１】
即ち、高い開口数を必要とする光ディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）の再生が可能な互換型情報再生（記録）装置に本発明を適用することにより、より一層有益な作用効果を奏することができる。
【０１２２】
このことは、図２３に示した、レンズ面傾斜角と位相段差間隔との関係からも明らかである。
【０１２３】
即ち、図２３（Ａ）に示すように、レンズの傾斜角が大きくなる領域（光軸から約１ｍｍを超える領域）に回折レンズ構造を位置させることなく、また、位相段差の間隔は最短のものでも約０．０５ｍｍと比較的粗く形成するので、金型の切削も比較的容易であった。なお、図２３（Ｂ）は傾斜角の定義を、（Ｃ）は位相段差間隔の定義を示す図である。
【０１２４】
ところで、実施例３のレンズは、設計回折次数をＢｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃとＤＶＤでともに１として設計したが、再生波長の差が大きいため、ＤＶＤで発生する鋸波状の残留収差が０．１０９λｒｍｓと大きくなっている。ＤＶＤの光量ロスをもう少し抑えたい場合は、位相段差で発生する位相差量を４０７ｎｍと６５０ｎｍの間の値にすることにより、鋸波状の残留収差をＢｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃとＤＶＤに配分することが出来る。
【０１２５】
図２４は、実施例３のレンズを元に、位相段差で発生する位相差量を波長５１８ｎｍの１波長分に変更した場合の実際の波面収差を示す。図２４（Ａ）はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての実際の波面収差、（Ｂ）ＤＶＤについての実際の波面収差をそれぞれ示す。このような位相段差量を設定することにより、Ｂｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃとＤＶＤの両方において残留収差を０．０７λｒｍｓ以下にすることが可能となる。しかしながら、両者の収差値を同時に０．０５λｒｍｓ以下とすることは不可能であった。
【０１２６】
鋸波状の収差を抑えることを優先したい場合は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの設計回折次数を２、ＤＶＤの設計回折次数を１とした方が良好な結果を得ることができる。図２５はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの設計回折次数を２、ＤＶＤの設計回折次数を１とし、位相段差で発生する位相差を２波長分（２×４０７ｎｍ）に設定したレンズの実際の波面収差を示す。図２５（Ａ）はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての実際の波面収差、（Ｂ）はＤＶＤについての実際の波面収差をそれぞれ示す。位相段差で発生する位相差がＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの再生波長に対して正確に波長の整数倍となっているため、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての実際の波面収差は０．００３９λｒｍｓと十分小さな値に抑えられている。ＤＶＤの再生波長に於いては、位相段差で発生する位相差量が６５０ｎｍよりやや多いため、ＤＶＤの実際の波面収差には鋸波状の波面収差が残留しているが、実施例３に比べて位相段差のずれ分が小さいため、残留収差も０．０５１３λｒｍｓに抑えることが可能となる。さらに、位相段差量を調整し、残留収差をＢｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃとＤＶＤにて振り分けることにより、両方のディスクに対して波面収差を０．０５λｒｍｓ以下とすることも可能になる。
【０１２７】
図２６はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの設計回折次数を２、ＤＶＤの設計回折次数を１として設計した上記レンズの位相関数を示す。この位相関数は、回折レンズ領域内にて単調減少となっているので、回折レンズ構造は、其々の輪帯が対物レンズの外周に向かうに従って巨視的非球面より薄くする方向にブレーズ化し、位相関数φが１波長分ごとに区切られる高さにおいて対物レンズが厚くなる方向の位相段差を有するように形成する。このように回折構造を形成した場合、輪帯の位相段差のエッジの角度は、図１２の拡大図に示される従来例と同様に鋭角になってしまう。また、位相関数の傾斜が急になり、回折構造に必要な位相段差は３２段必要となる。つまり、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの設計回折次数を２、ＤＶＤの設計回折次数を１とした場合、鋸波状の収差を小さく抑えることは可能になるが、輪帯の位相段差のエッジ角が鋭角となり、且つ、数多くの輪帯が必要となるため、従来の回折レンズ構造と同様の欠点を有することになる。このことから、Ｂｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｃとＤＶＤの互換再生（記録）を実現するためには、実施例３のようにあえて０．０５λｒｍｓ〜０．１３λｒｍｓの残留収差を許容することにより、従来の回折レンズ構造の持っていた欠点を大幅に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】実施形態に係る情報再生（記録）装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る第１の光ピックアップの概略構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る第２の光ピックアップの概略構成を示す図である。
【図４】実施形態に係る回折レンズ構造を有する対物レンズの平面図である。
【図５】実施形態に係る回折レンズ構造を有する対物レンズの断面図である。
【図６】（Ａ）は第１光ディスクの有効径を説明する図であり、（Ｂ）は第２光ディスクの有効径を説明する図である。
【図７】実施形態の回折レンズ構造が補正すべき波面収差曲線を示す図である。
【図８】実施形態に係る対物レンズの第２光ディスクに対しての縦球面収差図である。
【図９】実施形態に係る対物レンズの第２光ディスクに対しての波面収差図である。
【図１０】実施形態の回折レンズ構造に要求される位相関数を示す図である。
【図１１】（Ａ）は、実施形態に係る回折レンズ構造を形成した対物レンズの断面図であり、（Ｂ）は、回折レンズ構造の拡大断面図である。
【図１２】従来の対物レンズの回折レンズ構造を説明する図である。
【図１３】実施形態に係る回折レンズ構造を有する光学レンズの平面図である。
【図１４】実施形態に係る回折レンズ構造を有する光学レンズの断面図である。
【図１５】実施形態の変形例に係る回折レンズ構造の領域を説明する図である。
【図１６】（Ａ）は実施例１に係る対物レンズの平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図１７】非球面式の変数を説明する図である。
【図１８】（Ａ）は実施例１に係る対物レンズのＤＶＤについての位相関数法により計算される縦球面収差を示す図であり、（Ｂ）は同対物レンズのＣＤについての位相関数法により計算される縦球面収差を示す図であり、（Ｃ）は同対物レンズのＤＶＤについての位相関数法により計算される波面収差を示す図であり、（Ｄ）は同対物レンズのＣＤについて位相関数法により計算される波面収差を示す図であり、（Ｅ）は同対物レンズのＤＶＤについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｆ）は同対物レンズのＣＤについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｇ）は同対物レンズにより集光されるＣＤのスポット形状を示す図であり、（Ｈ）は同スポット形状のサイドローブ部の拡大図である。
【図１９】（Ａ）は実施例２に係る対物レンズの平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図２０】（Ａ）は実施例２に係る対物レンズのＤＶＤについての位相関数法により計算される縦球面収差を示す図であり、（Ｂ）は同対物レンズのＣＤについての位相関数法により計算される縦球面収差を示す図であり、（Ｃ）は同対物レンズのＤＶＤについての位相関数法により計算される波面収差を示す図であり、（Ｄ）は同対物レンズのＣＤについて位相関数法により計算される波面収差を示す図であり、（Ｅ）は同対物レンズのＤＶＤについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｆ）は同対物レンズのＣＤについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｇ）は同対物レンズにより集光されるＣＤのスポット形状を示す図であり、（Ｈ）は同スポット形状のサイドローブ部の拡大図である。
【図２１】（Ａ）は実施例３に係る対物レンズの平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図２２】（Ａ）は実施例３に係る対物レンズのＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての位相関数法により計算される縦球面収差を示す図であり、（Ｂ）は同対物レンズのＤＶＤについての位相関数法により計算される縦球面収差を示す図であり、（Ｃ）は同対物レンズのＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての位相関数法により計算される波面収差を示す図であり、（Ｄ）は同対物レンズのＤＶＤについての位相関数法により計算される波面収差を示す図であり、（Ｅ）は同対物レンズのＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｆ）は同対物レンズのＤＶＤについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｇ）は同対物レンズにより集光されるＤＶＤのスポット形状を示す図であり、（Ｈ）は同スポット形状のサイドローブ部の拡大図である。
【図２３】（Ａ）は実施例３にかかる対物レンズのレンズ面傾斜角と位相段差間隔との関係を示す図であり、（Ｂ）は傾斜角の定義を示す図であり、（Ｃ）は位相段差間隔の定義を示す図である。
【図２４】（Ａ）は実施例３の対物レンズの位相段差により発生する位相差量を５１８ｎｍに変更したレンズのＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｂ）は同対物レンズのＤＶＤについての実際の波面収差を示す図である。
【図２５】（Ａ）はＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの設計回折次数を２、ＤＶＤの設計回折次数を１として設計した対物レンズのＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃについての実際の波面収差を示す図であり、（Ｂ）は同対物レンズのＤＶＤについての実際の波面収差を示す図である。
【図２６】Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの設計回折次数を２、ＤＶＤの設計回折次数を１として設計した対物レンズの回折レンズ構造に要求される位相関数を示す図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１  情報再生（記憶）装置
２  スピンドルモータ
３  光ピックアップ
４  キャリッジ
５  ＲＦアンプ
６  デコーダ
７  エンコーダ・デコーダ
８  レーザ駆動回路
９  Ａ／Ｄコンバータ
１０  Ｄ／Ａコンバータ
１１  サーボコントロール回路
１２  システムコントローラ
１３  入力部
１４  表示部
３１  第１レーザダイオード
３２  第２レーザダイオード
３３  ビームスプリッタ
３４  ビームスプリッタ
３５  コリメータレンズ
３６，３６ａ  対物レンズ
３７  センサーレンズ
３８  ディテクタ
３９  光学レンズ
【図１】
2004362732.tif 000018
【図２】
2004362732.tif 000019
【図３】
2004362732.tif 000020
【図４】
2004362732.tif 000021
【図５】
2004362732.tif 000022
【図６】
2004362732.tif 000023
【図７】
2004362732.tif 000024
【図８】
2004362732.tif 000025
【図９】
2004362732.tif 000026
【図１０】
2004362732.tif 000027
【図１１】
2004362732.tif 000028
【図１２】
2004362732.tif 000029
【図１３】
2004362732.tif 000030
【図１４】
2004362732.tif 000031
【図１５】
2004362732.tif 000032
【図１６】
2004362732.tif 000033
【図１７】
2004362732.tif 000034
【図１８】
2004362732.tif 000035
【図１９】
2004362732.tif 000036
【図２０】
2004362732.tif 000037
【図２１】
2004362732.tif 000038
【図２２】
2004362732.tif 000039
【図２３】
2004362732.tif 000040
【図２４】
2004362732.tif 000041
【図２５】
2004362732.tif 000042
【図２６】
2004362732.tif 000043