(57)【要約】【課題】温度変化による性能の劣化を抑えつつ、金型の加工が容易で加工コストの安い光ヘッド用対物レンズを提供すること。【解決手段】光ヘッド用対物レンズ１０は、第１面１１が非球面、第２面１２が球面、もしくは非球面であるプラスチック製の単レンズである。第１面１１は、光軸Ａｘを含む中央領域１１ａと、その周囲に位置する周辺領域１１ｂとに区分され、これらの領域の境界に光軸方向の段差Ｓが一段設けられている。光軸方向の段差Ｓは、中央領域１１ａから周辺領域１１ｂへ移行する際に、レンズ厚が大きくなる方向、すなわち、中央領域が周辺領域に対して一段落ち込む形状となるように形成され、この段差による位相シフトにより温度変化による波面収差の劣化を抑えている。【選択図】　図１
2004070292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光束を媒体上に収束させる単レンズであり、該単レンズのいずれか一方のレンズ面は、光軸を含む中央領域と、その周囲に位置する周辺領域とに区分され、これらの領域の境界に光軸方向の段差が一段設けられ、この段差による位相シフトにより温度変化による波面収差の劣化を抑え、
前記光軸方向の段差は、前記中央領域から前記周辺領域へ移行する際に、レンズ厚が大きくなる方向に形成されており、以下の条件（１）を満たすことを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
０．８３＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．９７　…（１）
ただし、
ｈｘ：境界位置の半径、
ｈｍａｘ：段差をもつ面のＮＡを決定する有効半径である。
【請求項２】
前記光軸方向の段差が、以下の条件（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド用対物レンズ。
０．８８＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．９３　…（２）
【請求項３】
前記光軸方向の段差は、以下の条件（３）を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド用対物レンズ。
−１４＜Ｎ×λ＜０　［μｍ］　　…（３）
ただし、
Ｎ：中央領域を透過する光線を基準にした周辺領域を透過する光線の光路長差（単位：波長）、
λ：設計波長［μｍ］である。
【請求項４】
前記光軸方向の段差は、以下の条件（４）を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド用対物レンズ。
０．０７＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜１．２０　［μｍ］…（４）
ただし、
Ｎ：中央領域を透過する光線を基準にした周辺領域を透過する光線の光路長差（単位：波長）、
ＮＡ：対物レンズの開口数、
λ：設計波長［μｍ］、
λ’：温度変化時の波長［μｍ］、
ｎ：設計波長での材料の屈折率、
ｎ’：温度変化時の材料の屈折率である。
【請求項５】
前記光軸方向の段差は、以下の条件（５）を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光ヘッド用対物レンズ。
０．２２＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜０．６２　［μｍ］…（５）
【請求項６】
前記条件（３）のＮが整数であることを特徴とする請求項３に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項７】
前記条件（４）のＮが整数であることを特徴とする請求項４に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項８】
前記条件（５）のＮが整数であることを特徴とする請求項５に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項９】
Ｒバイトにより加工されたレンズ成型用金型を用いて成形されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項１０】
入射する光束を媒体上に収束させる単レンズであり、該単レンズのいずれか一方のレンズ面は、光軸を含む中央領域と、その周囲に位置する周辺領域とに区分され、これらの領域の境界に光軸方向の段差が一段設けられ、この段差による位相シフトにより温度変化による波面収差の劣化を抑え、
前記光軸方向の段差は、前記中央領域から前記周辺領域へ移行する際に、レンズ厚が小さくなる方向に形成されており、以下の条件（６）を満たすことを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
０．３４＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．６０　…（６）
ただし、
ｈｘ：境界位置の半径、
ｈｍａｘ：段差をもつ面のＮＡを決定する有効半径である。
【請求項１１】
前記光軸方向の段差が、以下の条件（７）を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光ヘッド用対物レンズ。
０．４１＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．５５　…（７）
【請求項１２】
前記光軸方向の段差は、以下の条件（８）を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の光ヘッド用対物レンズ。
０＜Ｎ×λ＜１２　［μｍ］　　…（８）
ただし、
Ｎ：中央領域を透過する光線を基準にした周辺領域を透過する光線の光路長差（単位：波長）、
λ：設計波長［μｍ］である。
【請求項１３】
前記光軸方向の段差は、以下の条件（９）を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の光ヘッド用対物レンズ。
−１．２０＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜−０．０７［μｍ］…（９）
ただし、
Ｎ：中央領域を透過する光線を基準にした周辺領域を透過する光線の光路長差（単位：波長）、
ＮＡ：対物レンズの開口数、
λ：設計波長［μｍ］、
λ’：温度変化時の波長［μｍ］、
ｎ：設計波長での材料の屈折率、
ｎ’：温度変化時の材料の屈折率である。
【請求項１４】
前記光軸方向の段差は、以下の条件（１０）を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光ヘッド用対物レンズ。
−０．５０＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜−０．２２［μｍ］…（１０）
【請求項１５】
前記条件（８）のＮが整数であることを特徴とする請求項１２に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項１６】
前記条件（９）のＮが整数であることを特徴とする請求項１３に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項１７】
前記条件（１０）のＮが整数であることを特徴とする請求項１４に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項１８】
Ｒバイトにより加工されたレンズ成型用金型を用いて成形されたことを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか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】
本発明は、光ディスクを記録媒体として用いる光ディスク装置に含まれる光ヘッド用対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク用対物レンズには、コストダウンのために、一般にプラスチックレンズが採用されている。ただし、プラスチックは温度変化による屈折率変化、線膨張の割合がガラスレンズと比較して大きいため、温度変化に対する性能の劣化が大きい。記録密度の小さい光ディスク用の低ＮＡの対物レンズにおいては、温度変化による性能の劣化も許容範囲に収まるが、より記録密度の高いＤＶＤ等の光ディスク用の高ＮＡの対物レンズにおいては、性能の劣化が許容範囲に収まらず、何らかの補正手段が必要となる。
【０００３】
このような補正手段として、例えば特許文献１には、光源である半導体レーザーの発振波長も温度によって変化することを利用し、レンズの球面収差の波長変動を十分に大きくするよう、屈折レンズの表面にフレネルレンズ状の微細な回折レンズ構造を形成し、温度変化による性能の劣化を補償する技術が開示されている。このようなレンズは、金型にパターンを形成し、射出成形により形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３３７８１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の公報に開示される回折レンズ構造は、輪帯数が多いために金型の加工が煩雑である。しかも、レンズ面の周囲に向かうにしたがって輪帯幅が小さくなるため、摩耗しやすい先端の微小なバイトが必要となり、バイトの交換が頻繁に要求され、加工コストが高くなる。
【０００６】
本発明は、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、温度変化による性能の劣化を抑えつつ、金型の加工が容易で加工コストの安い光ヘッド用対物レンズの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる対物レンズは、上記の目的を達成させるため、入射する光束を媒体上に収束させる単レンズであり、そのいずれか一方のレンズ面が、光軸を含む中央領域と、その周囲に位置する周辺領域とに区分され、これらの領域の境界に光軸方向の段差を一段設け、この段差による位相シフトにより温度変化による波面収差の劣化を抑え、光軸方向の段差が、中央領域から周辺領域へ移行する際に、レンズ厚が大きくなる方向に形成されており、以下の条件（１）を満たすことを特徴とする。
０．８３＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．９７　…（１）
ただし、
ｈｘ：境界位置の半径、
ｈｍａｘ：段差をもつ面のＮＡを決定する有効半径である。
【０００８】
上記の構成によれば、段差が一段しか設けられていないため、金型を用いた射出成形による場合にも金型の作製が容易である。また、中央領域から周辺領域へ移行する際に、レンズ厚が大きくなる方向の段差（中央領域が周辺領域に対して一段落ち込む形状）を条件（１）を満たす位置に、所定の高さで設けることにより、単レンズがプラスチックレンズである場合にも、温度変化による性能の劣化を抑えることができ、高ＮＡの対物レンズとして利用することも可能となる。
【０００９】
さらに、境界位置は、以下の条件（２）を満たすよう設計することがより望ましい。また、段差の高さは条件（３）または（４）あるいは（５）を満たすことが望ましい。
０．８８＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．９３　…（２）
−１４＜Ｎ×λ＜０　［μｍ］　　…（３）
０．０７＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜１．２０　［μｍ］…（４）
０．２２＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜０．６２　［μｍ］…（５）
ただし、
Ｎ：中央領域を透過する光線を基準にした周辺領域を透過する光線の光路長差（単位：波長）、
λ：設計波長［μｍ］、
ＮＡ：対物レンズの開口数、
λ’：温度変化時の波長［μｍ］、
ｎ：設計波長での材料の屈折率、
ｎ’：温度変化時の材料の屈折率である。
【００１０】
他方、光軸方向の段差を、中央領域から周辺領域へ移行する際にレンズ厚が小さくなる方向に設定する場合、すなわち、中央領域が周辺領域に対して一段突出する形状にする場合には、境界位置は以下の条件（６）を満たす必要があり、以下の条件（７）を満たすことがより望ましい。また、段差の高さは以下の条件（８）または（９）あるいは（１０）を満たすことが望ましい。
０．３４＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．６０　…（６）
０．４１＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．５５　…（７）
０＜Ｎ×λ＜１２　［μｍ］　　…（８）
−１．２０＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜−０．０７［μｍ］…（９）
−０．５０＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜−０．２２［μｍ］…（１０）
【００１１】
さらに、条件（３）、（４）、（５）、（８）、（９）、（１０）のＮは整数であることが望ましい。また、この発明の光ヘッド用対物レンズは、段差が一段であるため、レンズ成型用金型を作製する際にも、先端が微小なエッジバイトを用いることなく、通常の非球面金型に用いられる磨耗の少ないＲバイトを用いて作製することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる光ヘッド用対物レンズの実施形態を説明する。図１（Ａ）は第１の実施形態にかかる光ヘッド用対物レンズ１０、図１（Ｂ）は第２の実施形態にかかる光ヘッド用対物レンズ２０をそれぞれ示す断面図である。実施形態の対物レンズは、いずれも半導体レーザーから発して平行光として入射するレーザー光を光ディスク等の媒体の記録面に収束させてスポットを形成する機能を有する。
【００１３】
第１の実施形態の光ヘッド用対物レンズ１０は、第１面１１が非球面、第２面１２が球面、もしくは非球面であるプラスチック製の単レンズである。第１面１１は、光軸Ａｘを含む中央領域１１ａと、その周囲に位置する周辺領域１１ｂとに区分され、これらの領域の境界に光軸方向の段差Ｓが一段設けられている。
【００１４】
光軸方向の段差Ｓは、中央領域１１ａから周辺領域１１ｂへ移行する際に、レンズ厚が大きくなる方向、すなわち、中央領域が周辺領域に対して一段落ち込む形状となるように形成されており、境界の位置は以下の条件（１）、より望ましくは条件（２）を満たし、段差Ｓは条件（３）、（４）、より望ましくは条件（５）を満たすように形成されている。
０．８３＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．９７　…（１）
０．８８＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．９３　…（２）
−１４＜Ｎ×λ＜０　［μｍ］　　…（３）
０．０７＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜１．２０　［μｍ］…（４）
０．２２＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜０．６２　［μｍ］…（５）
ただし、
ｈｘ：境界位置の半径
ｈｍａｘ：段差をもつ面のＮＡを決定する有効半径、
Ｎ：中央領域１１ａを透過する光線を基準にした周辺領域１１ｂを透過する光線の光路長差（単位：λ）、
λ：設計波長［μｍ］、
ＮＡ：対物レンズの開口数、
λ’：温度変化時の波長［μｍ］、
ｎ：設計波長での材料の屈折率、
ｎ’：温度変化時の材料の屈折率である。
【００１５】
第２の実施形態の光ヘッド用対物レンズ２０は、第１面２１が非球面、第２面２２が球面、もしくは非球面であるプラスチック製の単レンズである。第１面２１は、光軸Ａｘを含む中央領域２１ａと、その周囲に位置する周辺領域２１ｂとに区分され、これらの領域の境界に光軸方向の段差Ｓが一段設けられている。
【００１６】
光軸方向の段差Ｓは、中央領域２１ａから周辺領域２１ｂへ移行する際に、レンズ厚が小さくなる方向、すなわち、中央領域が周辺領域に対して一段突出する形状となるように形成されており、境界の位置は以下の条件（６）、より望ましくは条件（７）を満たし、段差Ｓは条件（８）、（９）、より望ましくは条件（１０）を満たすように形成されている。
０．３４＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．６０　…（６）
０．４１＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．５５　…（７）
０＜Ｎ×λ＜１２　［μｍ］　　…（８）
−１．２０＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜−０．０７［μｍ］…（９）
−０．５０＜（（Ｎ×λ）／ＮＡ４）×（（λ（ｎ’−１）／λ’（ｎ−１））−１）＜−０．２２［μｍ］…（１０）
【００１７】
上記の構成によると、中央領域を透過した光束の波面に対して周辺領域を透過した光束の波面を所定の量シフトさせることにより、設計基準温度にある場合の波面収差が低く抑えられることはもちろん、温度変化による屈折率変化、線膨張が生じた際に、波面収差の劣化を抑えることができる。
【００１８】
また、図１（Ａ）に示すように中央領域が周辺領域に対して落ち込む場合には条件（１）〜（５）、図１（Ｂ）に示すように中央領域が周辺領域に対して突出する場合には条件（６）〜（１０）を満たすよう段差を形成することにより、波面収差の劣化を効果的に抑えることができる。なお、図１においては、説明のため、段差を実際より誇張して表示している。
【００１９】
次に、波面収差ｒｍｓ値を最小にする段差Ｓが形成される境界位置Ｈｘおよび段差Ｓの高さ（光路長差）を計算により求める。球面収差がある場合、光軸からの高さＨの位置を通った光線と軸上の光線との光路差ＯＰＤ（Ｈ）はＣＨ４（Ｃは定数）で表される。ここで、高さＨ、Ｈｘは、有効半径ｈｍａｘを１として正規化した高さである。
【００２０】
波面収差のｒｍｓ値は以下のような計算式で求められる。
√（１／πｒ２∫（ＣＨ４＋ＢＨ２＋Ａ）２２πＨ　ｄＨ）
ただし、Ａ，Ｂは定数、ｒは入射瞳半径である。
ここで、任意の境界位置Ｈｘを境に、周辺領域の波面収差を中央領域に対してδだけシフトさせると、波面収差のｒｍｓ値は、ｒ＝１として
√［１／π［∫０Ｈｘ（ＣＨ４＋ＢＨ２＋Ａ）２２πＨ　ｄＨ＋∫Ｈｘ１（ＣＨ４＋ＢＨ２＋Ａ＋δ）２２πＨｄＨ］］
となり、ＢとＡとδとＨｘが最小値になるように最適化すると最小になる。
【００２１】
ＢとＡとδとＨｘを最小値になるように最適化するために、上式の中括弧内を以下の式（１１）となるように変形する。
2004070292.tif 000003
この式（１１）をδ、Ａ、Ｂ、Ｈｘでそれぞれ微分すると、以下の通りとなる。
2004070292.tif 000004
式（１２）〜（１５）の連立方程式を解くと、
Ｈｘ＝√［（３±√３）／６］　　…（１６）
δ＝［（１−２ｈｘ２）／６（１−３ｈｘ２＋３ｈｘ４）］Ｃ　　…（１７）
となる。すなわち、段差Ｓは、境界位置Ｈｘ≒０．８９、または、Ｈｘ≒０．４６の位置に形成された際に波面収差ｒｍｓ値が最小になる。条件（１）は境界位置０．８９を含む範囲を規定し、条件（６）は境界位置０．４６を含む範囲を規定する。これらの条件のいずれかを満たすことにより、波面収差ｒｍｓ値を小さく抑えることができる。さらに、より限定された条件（２）、あるいは条件（７）を満たす場合には、波面収差ｒｍｓ値をさらに小さく抑えることができる。
【００２２】
次に、段差Ｓの高さを計算する。波面収差ＯＰＤ（Ｈ）＝ＣＨ４＋ＢＨ２＋Ａ　のｒｍｓ値を最小にするための波面収差のシフト量δは、式（１７）に式（１６）の値を代入して、δ＝±０．１９２４５Ｃ（単位：λ）と求められる。
【００２３】
次に、＋４０℃の温度変化により発振波長が＋８ｎｍ変化した際に、δ波長分の光路差が生じるようにするための段差Ｓの高さ（光路長差）を求める。＋４０℃の温度変化後の波長及び屈折率をλ’、ｎ’とすると、以下の関係が成り立つ。
δ＝Ｎλ／（ｎ−１）／（λ’／（ｎ’−１））−Ｎ
＝Ｎ（λ（ｎ’−１）／（（ｎ−１）λ’）−１）
従って、
Ｎ＝δ／（λ（ｎ’−１）／（（ｎ−１）λ’）−１）
となる。実施例１の場合、Ｃ＝−０．９９８、δ＝０．１９１２、λ＝６６０ｎｍ、ｎ＝１．５４０４４、λ’＝６６８ｎｍ、ｎ’＝１．５４０１５であるから、
Ｎ＝δ／（λ（ｎ’−１）／（（ｎ−１）λ’）−１）
＝０．１９１２／（６６０（１．５４０１５−１）／（（１．５４０４４−１）６６８）−１）
＝−１５．３６２１８
とすると、温度変化時に段差部分で発生する波面収差を所望の値にできる。しかし、段差部で持つ光路長差に小数部があると、基準状態で収差が発生するため、段差部の基準状態での光路長差は整数値である必要がある。このため、実際のレンズの段差は、−１５．３６２１８を整数化して、
Ｎ＝−１５
とする。このように段差の内側に対して外側で１５λ光路長差が長くなる段差を設けることで温度変化による性能の劣化を抑えることができる。前記の条件（３）は、中央領域が周辺領域に対して落ち込んでいる場合の段差の範囲を一般化した条件である。また、条件（８）は、中央領域が周辺領域に対して突出している場合の段差の範囲を一般化した条件である。これらの条件を満たすことにより、段差がない場合と比べて、温度変化による性能の劣化を抑えることができる。
【００２４】
なお、ここでは＋４０℃の温度変化がある場合について説明したが、±６０℃程度の範囲では屈折率が波長変動に対してリニアに変化するため、この程度の温度変化に対しては上記と同様の段差により波面収差の発生を抑えることができる。
【００２５】
条件（４）は、条件（３）と同様に中央領域が周辺領域に対して落ち込んでいる場合の段差の高さに関する条件であり、温度変化によるレーザー光の波長、屈折率の変化を考慮して範囲を定めている。条件（４）の上限を超えると、温度変化時の中央領域に対する周辺領域の波面収差のシフト量が大きくなるため、補正過剰となり、波面収差ｒｍｓ値を小さくすることができない。条件（４）の下限を下回ると、波面収差のシフト量が小さくなるため、補正不足となり、波面収差ｒｍｓ値を小さくすることができない。なお、条件（５）は、条件（４）をより狭い範囲に限定した条件であり、これを満たすことにより、温度変化によるレーザーの発振波長のばらつきが大きい場合にも、波面収差ｒｍｓ値を小さくすることができる。
【００２６】
条件（９）は、条件（８）と同様に中央領域が周辺領域に対して突出している場合の段差の高さに関する条件であり、温度変化によるレーザー光の波長、屈折率の変化を考慮して範囲を定めている。条件（９）の上限を超えると、温度変化時の、中央領域に対する周辺領域の波面収差のシフト量が小さくなるため、補正不足となり、波面収差ｒｍｓ値を小さくすることができない。条件（９）の下限を下回ると、波面収差のシフト量が大きくなるため、補正過剰となり、波面収差ｒｍｓ値を小さくすることができなくなる。なお、条件（１０）は、条件（９）をより狭い範囲に限定した条件であり、これを満たすことにより、温度変化によるレーザーの発振波長のばらつきが大きい場合にも、波面収差ｒｍｓ値を小さくすることができる。
【００２７】
次に、上述した実施形態に基づく対物レンズ２０の具体的な実施例を７例提示する。実施例１〜３、６、７は、厚さ０．６ｍｍの保護層を持つ光ディスクに好適な対物レンズ、実施例４は、厚さ０．１ｍｍの保護層を持つ光ディスクに好適な対物レンズ、実施例５は、厚さ１．２ｍｍの保護層を持つ光ディスクに好適な対物レンズである。また、実施例１、２、４、５、６は、上記の第１の実施形態の具体例であり、実施例３、７は、上記の第２の実施形態の具体例である。
【００２８】
【実施例１】
図２は、実施例１の光ヘッド用対物レンズ１０と光ディスクの保護層Ｄとを示すレンズ図である。なお、実施例のレンズ図では、段差Ｓを実際の縮尺で示しているため、図面上では視認できない。実施例１の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表１に示されている。表中の記号ｆは焦点距離、ＮＡは開口数、λは設計波長、λ’は＋４０℃温度変化後の波長、ｒは面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは面間の光軸上の距離（単位：ｍｍ）、ｎは設計波長λにおける屈折率、ｎ’は＋４０℃温度変化後の屈折率である。面番号１、２がそれぞれ対物レンズ１０の第１面１１、第２面１２、面番号３、４が光ディスクの保護層Ｄの両面を示している。
【００２９】
【表１】
2004070292.tif 000005
【００３０】
第１面１１は、光軸からの高さｈｘの位置にある境界を境に中央領域と周辺領域とに区分されており、中央領域が周辺領域に対して落ち込んでいる。これらの領域は、互いに異なる形状の回転対称非球面であり、境界部分に段差Ｓを有する。第２面１２は、段差のない回転対称非球面である。表１の曲率半径は、中央領域の近軸曲率半径を示している。回転対称非球面は、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。なお、Δは光軸上での１波長分の光路長差を与える段差を形成する面を光軸上に延長したときの光軸上での段差（Δ＝λ／（ｎ−１））、Ｎは上述したように中央領域に対する周辺領域の光路長差（単位：λ）である。
Ｘ（ｈ）＝Ｃｈ２／（１＋√（１−（１＋κ）Ｃ２ｈ２））＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０＋Ａ１２ｈ１２＋ΔＮ
実施例１の対物レンズ１０の有効半径ｈｍａｘ、境界位置ｈｘ、中央領域、周辺領域の近軸曲率半径ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ４〜Ａ１２、光軸上での１波長分の段差Δと光路長差Ｎとの積ΔＮ、光路長差Ｎは、表２に示される。
【００３１】
【表２】
2004070292.tif 000006
【００３２】
続いて、図３、図４に基づいて実施例１の対物レンズの温度変化による波面収差の影響を段差のない場合と比較して説明する。図３は、実施例１の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。各グラフの縦軸は収差量（単位：波長）、（Ｂ）のグラフの横軸はデフォーカス量（単位：ｍｍ）を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）は、実施例１の対物レンズの第１面の段差をなくした比較例１における同様の収差を示すグラフである。
【００３３】
実施例１では、図３（Ａ）に示すように波面収差に段差ができて周辺部の波面収差が小さくなるため、図３（Ｂ）に示すように、合焦時（デフォーカスが０）の場合の波面収差ｒｍｓ値を０．０５８λに抑えることができる。これに対して、実施例１の対物レンズの第１面の段差をなくした比較例１では、図４（Ａ）に示すように周辺部での波面収差が大きくなるため、図４（Ｂ）に示すように、合焦時の波面収差ｒｍｓ値は０．０７４λとなる。段差を形成することにより、波面収差ｒｍｓ値を約２２％削減することができる。
【００３４】
なお、実施例１の対物レンズでは、段差Ｓが設けられる境界位置ｈｘを１．９６ｍｍ（Ｈｘ＝ｈｘ／ｈｍａｘ＝０．９１）としているが、この境界位置の違いにより温度変化後の合焦時の波面収差ｒｍｓ値がどのように変化するかを図５のグラフに示す。グラフの縦軸は波面収差ｒｍｓ値の相対値、横軸は正規化された境界位置Ｈｘを示す。このグラフから、実施例１のように中央部が周辺部に対して落ち込む場合には、上述した条件（１）０．８３＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．９７の範囲が適していることがわかる。この条件は、レンズの設計が変化した場合にも有効である。
【００３５】
【実施例２】
図６は、実施例２の光ヘッド用対物レンズ１０と光ディスクの保護層Ｄとを示すレンズ図である。実施例２の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表３に示されている。
【００３６】
【表３】
2004070292.tif 000007
【００３７】
第１面１１は、光軸からの高さｈｘの位置にある境界を境に中央領域と周辺領域とに区分されており、中央領域が周辺領域に対して落ち込んでいる。これらの領域は、互いに異なる形状の回転対称非球面であり、境界部分に段差Ｓを有する。第２面１２は、段差のない球面である。実施例２の対物レンズ１０の有効半径ｈｍａｘ、境界位置ｈｘ、中央領域、周辺領域の近軸曲率半径ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ４〜Ａ１２、光軸上での１波長分の段差Δと光路長差Ｎとの積ΔＮ、光路長差Ｎは、表４に示される。
【００３８】
【表４】
2004070292.tif 000008
【００３９】
続いて、図７、図８に基づいて実施例２の対物レンズの温度変化による波面収差の影響を段差のない場合と比較して説明する。図７は、実施例２の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。各グラフの縦軸は収差量（単位：波長）、（Ｂ）のグラフの横軸はデフォーカス量（単位：ｍｍ）を示す。図８（Ａ）、（Ｂ）は、実施例２の対物レンズの第１面の段差をなくした比較例２における同様の収差を示すグラフである。
【００４０】
実施例２では、図７（Ａ）に示すように波面収差に段差ができて周辺部の波面収差が小さくなるため、図３（Ｂ）に示すように、合焦時（デフォーカスが０）の場合の波面収差ｒｍｓ値を０．０４４λに抑えることができる。これに対して、比較例２では、図８（Ａ）に示すように周辺部での波面収差が大きくなるため、図８（Ｂ）に示すように、合焦時の波面収差ｒｍｓ値は０．０６８λとなる。段差を形成することにより、波面収差ｒｍｓ値を約３５％削減することができる。
【００４１】
【実施例３】
図９は、実施例３の光ヘッド用対物レンズ２０と光ディスクの保護層Ｄとを示すレンズ図である。実施例３の対物レンズ２０の基本的な数値構成は、表３に示す実施例２と同一である。
【００４２】
第１面２１は、光軸からの高さｈｘの位置にある境界を境に中央領域と周辺領域とに区分されており、中央領域が周辺領域に対して突出している。これらの領域は、互いに異なる形状の回転対称非球面であり、境界部分に段差Ｓを有する。第２面１２は、段差のない球面である。実施例３の対物レンズ２０の有効半径ｈｍａｘ、境界位置ｈｘ、中央領域、周辺領域の近軸曲率半径ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ４〜Ａ１２、光軸上での１波長分の段差Δと光路長差Ｎとの積ΔＮ、光路長差Ｎは、表５に示される。中央領域の値は実施例２と同一である。
【００４３】
【表５】
2004070292.tif 000009
【００４４】
続いて、図１０に基づいて実施例３の対物レンズの温度変化による波面収差の影響を段差のない場合と比較して説明する。図１０は、実施例３の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。なお、実施例３の段差がない場合の形状は、実施例２のレンズの段差をなくした場合（比較例２）と同一であり、その場合の収差は図８に示されている。
【００４５】
実施例３では、図１０（Ａ）に示すように波面収差に段差ができて周辺部の波面収差が小さくなるため、図１０（Ｂ）に示すように、合焦時の場合の波面収差ｒｍｓ値を０．０５１λに抑えることができる。これに対して、段差のない比較例２では、合焦時の波面収差ｒｍｓ値は０．０６８λとなる。段差を形成することにより、波面収差ｒｍｓ値を約２５％削減することができる。
【００４６】
なお、実施例３の対物レンズでは、段差Ｓが設けられる境界位置ｈｘを０．８３ｍｍ（Ｈｘ＝ｈｘ／ｈｍａｘ＝０．４６）としているが、この境界位置の違いにより温度変化時の波面収差ｒｍｓ値がどのように変化するかを図１１のグラフに示す。グラフの縦軸は波面収差ｒｍｓ値の相対値、横軸は正規化された境界位置Ｈｘを示す。このグラフから、実施例３のように中央部が周辺部に対して突出する場合には、上述した条件（６）０．３４＜ｈｘ／ｈｍａｘ＜０．６０の範囲が適していることがわかる。
【００４７】
【実施例４】
図１２は、実施例４の光ヘッド用対物レンズ１０と光ディスクの保護層Ｄとを示すレンズ図である。実施例４の対物レンズ１０の基本的な数値構成は、表６に示される。
【００４８】
【表６】
2004070292.tif 000010
【００４９】
第１面１１は、光軸からの高さｈｘの位置にある境界を境に中央領域と周辺領域とに区分されており、中央領域が周辺領域に対して落ち込んでいる。これらの領域は、互いに異なる形状の回転対称非球面であり、境界部分に段差Ｓを有する。第２面１２は、段差のない球面である。実施例４の対物レンズ１０の有効半径ｈｍａｘ、境界位置ｈｘ、中央領域、周辺領域の近軸曲率半径ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ４〜Ａ１２、光軸上での１波長分の段差Δと光路長差Ｎとの積ΔＮ、光路長差Ｎは、表７に示される。
【００５０】
【表７】
2004070292.tif 000011
【００５１】
続いて、図１３、図１４に基づいて実施例４の対物レンズの温度変化による波面収差の影響を段差のない場合と比較して説明する。図１３は、実施例４の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。図１４（Ａ）、（Ｂ）は、実施例４の対物レンズの第１面の段差をなくした比較例３における同様の収差を示すグラフである。
【００５２】
実施例４では、図１３（Ａ）に示すように波面収差に段差ができて段差の内側部分の波面収差が小さくなるため、図１３（Ｂ）に示すように、合焦時（デフォーカスが０）の場合の波面収差ｒｍｓ値を０．０８４λに抑えることができる。これに対して、比較例３では、図１４（Ａ）に示すように周辺部での波面収差が大きくなるため、図１４（Ｂ）に示すように、合焦時の波面収差ｒｍｓ値は０．１１５λとなる。段差を形成することにより、波面収差ｒｍｓ値を約２７％削減することができる。
【００５３】
【実施例５】
図１５は、実施例５の光ヘッド用対物レンズ１０と光ディスクの保護層Ｄとを示すレンズ図である。実施例５の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表８に示されている。
【００５４】
【表８】
2004070292.tif 000012
【００５５】
第１面１１は、光軸からの高さｈｘの位置にある境界を境に中央領域と周辺領域とに区分されており、中央領域が周辺領域に対して落ち込んでいる。第２面１２は、段差のない回転対称非球面である。実施例５の対物レンズ１０の有効半径ｈｍａｘ、境界位置ｈｘ、中央領域、周辺領域の近軸曲率半径ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ４〜Ａ１２、光軸上での１波長分の段差Δと光路長差Ｎとの積ΔＮ、光路長差Ｎは、表９に示される。
【００５６】
【表９】
2004070292.tif 000013
【００５７】
続いて、図１６、図１７に基づいて実施例５の対物レンズの温度変化による波面収差の影響を段差のない場合と比較して説明する。図１６は、実施例５の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。各グラフの縦軸は収差量（単位：波長）、（Ｂ）のグラフの横軸はデフォーカス量（単位：ｍｍ）を示す。図１７（Ａ），（Ｂ）は、実施例５の対物レンズの第１面の段差をなくした比較例４における同様の収差を示すグラフである。
【００５８】
実施例５では、図１６（Ａ）に示すように波面収差に段差ができて周辺部の波面収差が小さくなるため、図１６（Ｂ）に示すように、合焦時（デフォーカスが０）の場合の波面収差ｒｍｓ値を０．０１０λに抑えることができる。これに対して、比較例４では、図１７（Ａ）に示すように周辺部での波面収差が大きくなるため、図１７（Ｂ）に示すように、合焦時の波面収差ｒｍｓ値は０．０１６λとなる。段差を形成することにより、温度変化後の波面収差ｒｍｓ値を約３８％削減することができる。
【００５９】
【実施例６】
図１８は、実施例６の光ヘッド用対物レンズ１０と光ディスクの保護層Ｄとを示すレンズ図である。実施例６の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表１０に示されている。
【００６０】
【表１０】
2004070292.tif 000014
【００６１】
第１面１１は、光軸からの高さｈｘの位置にある境界を境に中央領域と周辺領域とに区分されており、中央領域が周辺領域に対して落ち込んでいる。第２面１２は、段差のない回転対称非球面である。実施例６の対物レンズ１０の有効半径ｈｍａｘ、境界位置ｈｘ、中央領域、周辺領域の近軸曲率半径ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ４〜Ａ１２、光軸上での１波長分の段差Δと光路長差Ｎとの積ΔＮ、光路長差Ｎは、表１１に示される。
【００６２】
【表１１】
2004070292.tif 000015
【００６３】
続いて、図１９、図２０に基づいて実施例６の対物レンズの温度変化による波面収差の影響を段差のない場合と比較して説明する。図１９は、実施例６の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。各グラフの縦軸は収差量（単位：波長）、（Ｂ）のグラフの横軸はデフォーカス量（単位：ｍｍ）を示す。図２０（Ａ）、（Ｂ）は、実施例６の対物レンズの第１面の段差をなくした比較例５における同様の収差を示すグラフである。
【００６４】
実施例６では、図１９（Ａ）に示すように波面収差に段差ができて周辺部の波面収差が小さくなるため、図１９（Ｂ）に示すように、合焦時（デフォーカスが０）の場合の波面収差ｒｍｓ値を０．０３３λに抑えることができる。これに対して、比較例５では、図２０（Ａ）に示すように周辺部での波面収差が大きくなるため、図２０（Ｂ）に示すように、合焦時の波面収差ｒｍｓ値は０．０５１λとなる。段差を形成することにより、温度変化後の波面収差ｒｍｓ値を約３５％削減することができる。
【００６５】
【実施例７】
図２１は、実施例７の光ヘッド用対物レンズ２０と光ディスクの保護層Ｄとを示すレンズ図である。実施例７の対物レンズ２０の具体的な数値構成は、表１２に示されている。
【００６６】
【表１２】
2004070292.tif 000016
【００６７】
第１面２１は、光軸からの高さｈｘの位置にある境界を境に中央領域と周辺領域とに区分されており、中央領域が周辺領域に対して突出している。第２面２２は、段差のない回転対称非球面である。実施例７の対物レンズ２０の有効半径ｈｍａｘ、境界位置ｈｘ、中央領域、周辺領域の近軸曲率半径ｒ、円錐係数κ、非球面係数Ａ４〜Ａ１２、光軸上での１波長分の段差Δと光路長差Ｎとの積ΔＮ、光路長差Ｎは、表１３に示される。
【００６８】
【表１３】
2004070292.tif 000017
【００６９】
続いて、図２２、図２３に基づいて実施例７の対物レンズの温度変化による波面収差の影響を段差のない場合と比較して説明する。図２２は、実施例７の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。各グラフの縦軸は収差量（単位：波長）、（Ｂ）のグラフの横軸はデフォーカス量（単位：ｍｍ）を示す。図２３（Ａ）、（Ｂ）は、実施例７の対物レンズの第１面の段差をなくした比較例６における同様の収差を示すグラフである。
【００７０】
実施例７では、図２２（Ａ）に示すように波面収差に段差ができて周辺部の波面収差が小さくなるため、図２２（Ｂ）に示すように、合焦時（デフォーカスが０）の場合の波面収差ｒｍｓ値を０．０２３λに抑えることができる。これに対して、比較例６では、図２３（Ａ）に示すように周辺部での波面収差が大きくなるため、図２３（Ｂ）に示すように、合焦時の波面収差ｒｍｓ値は０．０３４λとなる。段差を形成することにより、温度変化後の波面収差ｒｍｓ値を約３２％削減することができる。
【００７１】
前述の各条件式（１）〜（１０）と、各実施例との対応を表１４に示す。実施例１、２、４、５、６はそれぞれ該当する条件（１）〜（４）を満たし、さらに実施例５、６はより限定された条件（５）をも満たす。実施例３、７は、該当する条件（６）〜（９）を満たし、さらに実施例７はより限定された条件（１０）をも満たす。
【００７２】
【表１４】
2004070292.tif 000018
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、対物レンズの一方のレンズ面に一段の段差を設けるのみで、温度変化による波面収差の劣化を最大で約３８％削減することができる。したがって、記録密度の高い光ディスクに対しても、波面収差を許容範囲内に収めて良好なビームスポットを光ディスク上に形成することができる。
【００７４】
また、段差が一段であるため、加工が容易であり、かつ、金型加工の際にも先端の微小なバイトを利用せず、通常の非球面金型加工に用いられる摩耗の少ないＲバイトによって加工することができ、加工コストを従来より低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は第１の実施形態にかかる光ヘッド用対物レンズの説明図、（Ｂ）は第２の実施形態にかかる光ヘッド用対物レンズの説明図である。
【図２】実施例１の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図である。
【図３】実施例１の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１の対物レンズから段差を除去した比較例１の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図５】実施例１の対物レンズの境界位置と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図６】実施例２の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図である。
【図７】実施例２の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図８】実施例２の対物レンズから段差を除去した比較例２の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図９】実施例３の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図である。
【図１０】実施例３の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例３の対物レンズの境界位置と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例４の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図である。
【図１３】実施例４の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例４の対物レンズから段差を除去した比較例３の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例５の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図である。
【図１６】実施例５の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図１７】実施例５の対物レンズから段差を除去した比較例４の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図１８】実施例６の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図である。
【図１９】実施例６の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図２０】実施例６の対物レンズから段差を除去した比較例５の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図２１】実施例７の対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図である。
【図２２】実施例７の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【図２３】実施例７の対物レンズから段差を除去した比較例６の対物レンズが基準温度から＋４０℃変化した場合の収差を示し、（Ａ）は軸上の波面収差を示すグラフ、（Ｂ）はデフォーカス量と波面収差ｒｍｓ値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、２０　対物レンズ
１１、２１　第１面
１１ａ、２１ａ　中央領域
１１ｂ、２１ｂ　周辺領域
Ｓ　段差
１２、２２　第２面
Ｄ　光ディスク
【図１】
2004070292.tif 000019
【図２】
2004070292.tif 000020
【図３】
2004070292.tif 000021
【図４】
2004070292.tif 000022
【図５】
2004070292.tif 000023
【図６】
2004070292.tif 000024
【図７】
2004070292.tif 000025
【図８】
2004070292.tif 000026
【図９】
2004070292.tif 000027
【図１０】
2004070292.tif 000028
【図１１】
2004070292.tif 000029
【図１２】
2004070292.tif 000030
【図１３】
2004070292.tif 000031
【図１４】
2004070292.tif 000032
【図１５】
2004070292.tif 000033
【図１６】
2004070292.tif 000034
【図１７】
2004070292.tif 000035
【図１８】
2004070292.tif 000036
【図１９】
2004070292.tif 000037
【図２０】
2004070292.tif 000038
【図２１】
2004070292.tif 000039
【図２２】
2004070292.tif 000040
【図２３】
2004070292.tif 000041