(57)【要約】【目的】互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなり、接合面を回折光学面とした光記録媒体用対物レンズにより、所定の３種類の光記録媒体の各々に対し使用光を所望の位置に効率良く収束させるとともに、各使用光を平行光束で入射させて光学系の配置選択の自由度を高め得る設計を、容易にする。【構成】光記録媒体用対物レンズ８は異なる材質のレンズＬ１、Ｌ２を互いに接合してなり、接合面は所定の回折光学面とされている。対物レンズ８により、所定位置に配されたＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃのいずれの光記録媒体９についても、対応する波長の光がその記録領域１０(１０ａ、１０ｂ、１０ｃ)に良好に収束される。ＡＯＤ用の波長408ｎｍのレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍとＣＤ用の波長784ｎｍのレーザ光に対しては各々１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。【選択図】          図１
2005100586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報の記録または再生がなされる際に、対応する開口数、使用光波長および基板厚が下記３つの条件式（１）〜（３）を満足するように設定された第１、第２および第３の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に収束させるための光記録媒体用対物レンズにおいて、
互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなり、該接合された面は所定の回折光学面により形成されてなることを特徴とする光記録媒体用対物レンズ。
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・  （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・  （２）
ｄ１≦ｄ２＜ｄ３・・・  （３）
ただし、
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
【請求項２】
前記所定の回折光学面は断面形状が鋸歯状とされ、
前記第１波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第２波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、
かつ、前記第１波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第３波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように作用する形状とされていることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体用対物レンズ。
【請求項３】
下記条件式（４）〜（６）となるようにｈ１、ｈ２およびｈ３を定義したとき、下記条件式（７）または（８）が成立するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体用対物レンズ。
ｈ１＝λ１／｜Ｎ１λ１−Ｎ２λ１｜・・・  （４）
（ただし、Ｎ１λ１−Ｎ２λ１＝０となるときは、ｈ１＝∞とする。）
ｈ２＝λ２／｜Ｎ１λ２−Ｎ２λ２｜・・・  （５）
（ただし、Ｎ１λ２−Ｎ２λ２≠０）
ｈ３＝λ３／｜Ｎ１λ３−Ｎ２λ３｜・・・  （６）
（ただし、Ｎ１λ３−Ｎ２λ３≠０）
ｈ２／ｈ１≦０．５・・・  （７）
ｈ３／ｈ１≦０．５・・・  （８）
（ただし、条件式（７）および（８）において、ｈ１＝∞のときは、ｈ２／ｈ１＝０、ｈ３／ｈ１＝０とする。）
ただし、
Ｎ１λ１・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ２・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ３・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ１・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ２・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ３・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
【請求項４】
前記光記録媒体用対物レンズの光源側の面および光記録媒体側の面の少なくとも一方が、所定の非球面とされていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物レンズ。
【請求項５】
前記光記録媒体用対物レンズに入射する前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長の各使用光が、略平行光束とされていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物レンズ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項記載の光記録媒体用対物レンズを備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報の記録または再生がなされる際に、使用光学系の開口数、使用光の波長および基板厚等の規格が異なる３つの光記録媒体に対して、各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させることができる光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものであり、詳しくは、レンズ面に形成された回折光学面からの回折光を利用して、上記３つの光記録媒体のそれぞれに各使用光を良好に収束させる光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における種々の光記録媒体の開発に応じて、２種の光記録媒体の記録・再生に共用し得る光ピックアップ装置が知られている。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。−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷを含む。）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録・再生する装置が実用化されている。
【０００３】
このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば657ｎｍ程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤについては、可視光領域の光に対して感度を有さない記録媒体も存在するため、790ｎｍ程度の近赤外光を使用する必要がある。したがって、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では、２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。また、上述した例示における２つの光記録媒体においては、各光記録媒体の特性の違いからそれぞれ開口数を異ならせる必要があり、例えばＤＶＤの規格では開口数を0.6とし、ＣＤの規格では開口数を0.45〜0.52程度としている。さらに、これらの記録媒体においては、基板の厚み（ＰＣ（ポリカーボネート）からなる保護層を含む幾何学的厚みを示す。以下も同様である。）が互いに異なる規格とされており、例えばＤＶＤでは0.6ｍｍであるのに対し、ＣＤでは1.2ｍｍとされている。
【０００４】
そして、上述したように、光記録媒体の基板厚が光記録媒体の種類に応じて互いに異なるような規格とされていることから、その保護層の厚さの違いに応じ発生する球面収差の量が異なってくる。そのため、これらいずれの光記録媒体についても確実にフォーカシングをなすべく、記録・再生を行うための各波長の光のいずれについても球面収差量を最適化する必要があることから、互いに異なる収束作用を有するようなレンズ構成とする工夫を要する。
【０００５】
特に、装置のコンパクト化等の要請に応じて、光学系の配置選択の自由度等を大きくすることが必要とされており、このためには、いずれの光記録媒体に対しても光源からの光を対物レンズに平行光束に近い状態で入射させ得る構成とすることが肝要であると考えられている。
【０００６】
例えば、本願出願人が既に開示している下記特許文献１には、レンズ面に所定の回折光学面を形成することで、記録または再生を行う２種の光記録媒体についての光束のいずれについても略平行光として対物レンズに入射させ、かつこの２種の光記録媒体のいずれについても良好な収束作用を発揮し得るようにした光記録媒体用対物レンズが示されており、この特許文献１に記載のものによれば、光学系の配置選択の自由度等を大幅に増大させることができる。
【０００７】
ところで、日常取り扱われるデータ容量の急激な増大に応じて、光記録媒体の記録容量の増大化に対する要請は、さらに強いものとなってきている。光記録媒体の記録容量を増大させるためには、使用する光源光の短波長化と対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることが有効であることは知られているところであるが、短波長化に関しては、ＧａＮ基板をベースにした短波長の半導体レーザ（例えば、波長405ｎｍのレーザ光を射出する）の開発が進展をみせており略実用化状態とされている。この短波長の半導体レーザの実用化に伴い、この短波長の光を照射光として使用する片面１層の容量が20ＧＢ程度のＡＯＤ（アドバンスド・オプティカル・ディスク：ＨＤ−ＤＶＤ）に関する研究、開発も同様に進められている。このＡＯＤの規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤに近いものの若干異なった値とされており、開口数（ＮＡ）は0.65、基板の厚みは0.6ｍｍとされている。
【０００８】
なお、ＡＯＤと同様に短波長の光を照射光として使用するブルーレイディスクの研究、開発も進められており、その規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤおよびＣＤとは全く異なった値（開口数（ＮＡ）は0.85、基板の厚みは0.1ｍｍ）とされている（以下、ＡＯＤとブルーレイディスクを総称してＡＯＤ等と称することがある）。
【０００９】
そこで、このＡＯＤ等と、上述したＤＶＤおよびＣＤの３つの光記録媒体に対して共用し得る光ピックアップ装置の開発が望まれており、この装置に搭載される光記録媒体用対物レンズとしても、既に提案がなされている（例えば、下記特許文献２）。
【００１０】
この公報記載のものは、互いに異なる波長の光に対する対物レンズの倍率変化を用いることによって残留する球面収差を低減するとともに、波長選択フィルタを用いることによって球面収差をさらに低減するようにしたもので、これにより複数種の光記録媒体の記録または再生を行なうことを可能としている。
【００１１】
【特許文献１】特願２００３−９１３８２号明細書
【特許文献２】特開２００３−６７９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これら使用光波長が互いに異なる３種の光記録媒体のいずれに対しても光源からの光を対物レンズに平行光束に近い状態で入射させるという前述した条件が要求される場合には、上記特許文献１および２記載の技術によって対応することは困難である。
【００１３】
すなわち、上述した特許文献１および２の対物レンズにおいては１種または２種の光記録媒体について、両者の使用光を対物レンズに平行光束に近い状態で入射させた状態でこれら両者の記録または再生を良好に行なうように構成しているが、これが３種の光記録媒体についてということになれば、同様の作用効果を得ることは実際上困難である。
【００１４】
したがって、上記条件が課された３種の光記録媒体用の対物レンズの実現は、対物レンズ全体の各波長に対する作用、すなわちレンズとしての各波長に対する屈折面の作用、また、レンズ面に回折光学面を設けた場合には、回折光学面での各波長に対する屈折および回折作用をいかにして良好に制御し得るか、という点にかかっていると考えられる。
【００１５】
特に、回折光学面の各波長に対する屈折および回折作用を高精度に制御する手法が案出できれば、例えば、３種の光記録媒体のうち２種の光記録媒体に対してのみ上記条件が課されるような場合においても、より光学性能の優れた光記録媒体用対物レンズが容易に設計可能となり、その実用上の効果は極めて大きいものがあると考えられる。
【００１６】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、情報の記録または再生がなされる際に、使用光学系の開口数、使用光の波長および基板厚等の規格が異なる３つの光記録媒体に対して、レンズ面に回折光学面を設けることで各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させることができる光記録媒体用対物レンズにおいて、光学系の配置選択の自由度を格段に高め得る光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明による光記録媒体用対物レンズは、
情報の記録または再生がなされる際に、対応する開口数、使用光波長および基板厚が下記３つの条件式（１）〜（３）を満足するように設定された第１、第２および第３の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に収束させるための光記録媒体用対物レンズにおいて、
互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなり、該接合された面は所定の回折光学面により形成されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・  （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・  （２）
ｄ１≦ｄ２＜ｄ３・・・  （３）
ただし、
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
【００１９】
また、前記所定の回折光学面は断面形状が鋸歯状とされ、
前記第１波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第２波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、
かつ、前記第１波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第３波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように作用する形状とされていることが好ましい。
【００２０】
また、下記条件式（４）〜（６）となるようにｈ１、ｈ２およびｈ３を定義したとき、下記条件式（７）または（８）が成立するように構成されていることが好ましい。
【００２１】
ｈ１＝λ１／｜Ｎ１λ１−Ｎ２λ１｜・・・  （４）
（ただし、Ｎ１λ１−Ｎ２λ１＝０となるときは、ｈ１＝∞とする。）
ｈ２＝λ２／｜Ｎ１λ２−Ｎ２λ２｜・・・  （５）
（ただし、Ｎ１λ２−Ｎ２λ２≠０）
ｈ３＝λ３／｜Ｎ１λ３−Ｎ２λ３｜・・・  （６）
（ただし、Ｎ１λ３−Ｎ２λ３≠０）
ｈ２／ｈ１≦０．５・・・  （７）
ｈ３／ｈ１≦０．５・・・  （８）
（ただし、条件式（７）および（８）において、ｈ１＝∞のときは、ｈ２／ｈ１＝０、ｈ３／ｈ１＝０とする。）
ただし、
Ｎ１λ１・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ２・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ３・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ１・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ２・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ３・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
【００２２】
また、前記光記録媒体用対物レンズの光源側の面および光記録媒体側の面の少なくとも一方が、所定の非球面とされていることが好ましい。
【００２３】
また、前記光記録媒体用対物レンズに入射する前記第１波長、前記第２波長および前記第３波長の各使用光が、略平行光束とされていることが好ましい。
【００２４】
本発明による光ピックアップ装置は、上記いずれかの光記録媒体用対物レンズを備えていることを特徴とするものである。
【００２５】
なお、上記「鋸歯状」とはいわゆるキノフォームと称される形状であるが、本発明においてはこれに階段近似した形状をも含むものとする（オプトロニクス社、『回折光学素子入門』120頁等）。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による光記録媒体用対物レンズによれば、所定の３種類の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に効率良く収束させるための光記録媒体用対物レンズにおいて、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなり、該接合された面を回折光学面とすることにより、この対物レンズの作用、特にレンズ面に形成された回折光学面の各波長に対する作用を良好に制御し、いずれの使用光も平行光束に近い状態で入射させて光学系の配置選択の自由度を格段に高め得るような光記録媒体用対物レンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施例に係る光記録媒体用対物レンズの形状を模式的に示す図であり、図２は、この光記録媒体用対物レンズを用いた光ピックアップ装置の構成を示す図である。なお、各図面においてレンズの形状は全て模式的に表されている。
【００２８】
この光ピックアップ装置では、図２に示すとおり、半導体レーザ１ａ〜１ｃから出力されたレーザ光１１がハーフミラー６により反射され、コリメータレンズ７により略平行光とされ、光記録媒体用対物レンズ８により収束光とされて光記録媒体９の記録領域１０上に照射される。この光ピックアップ装置が対象とする光記録媒体９は、下記３つの条件式（１）〜（３）の条件で使用されるものである。
【００２９】
ＮＡ１≧ＮＡ２＞ＮＡ３・・・  （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・  （２）
ｄ１≦ｄ２＜ｄ３・・・  （３）
ただし、
ＮＡ１・・・第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
【００３０】
ここでは、実施例に基づき、光記録媒体９は、第１の光記録媒体としてのＡＯＤ９ａ（開口数ＮＡ１＝0.65、使用光波長λ１＝408ｎｍ、基板厚ｄ１＝0.6ｍｍ）、第２の光記録媒体としてのＤＶＤ９ｂ（開口数ＮＡ２＝0.6、使用光波長λ２＝658ｎｍ、基板厚ｄ２＝0.6ｍｍ）および第３の光記録媒体としてのＣＤ９ｃ（開口数ＮＡ３＝0.51、使用光波長λ３＝784ｎｍ、基板厚ｄ３＝1.2ｍｍ）を総称するものとして説明する。
【００３１】
半導体レーザ１ａは、ＡＯＤ用の、波長408ｎｍ（λ１）の可視域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１ｂは、ＤＶＤ用の、波長658ｎｍ（λ２）の可視域のレーザ光を出力する光源である。また、半導体レーザ１ｃは、ＣＤ−Ｒ（追記型光記録媒体）等のＣＤ系用の（以下、これを代表してＣＤとして説明する）、波長784ｎｍ（λ３）の近赤外域のレーザ光を出力する光源である。半導体レーザ１ａ〜１ｃは、重複して出力されることを排除するものではないが、光記録媒体９がＡＯＤ９ａであるか、ＤＶＤ９ｂであるか、ＣＤ９ｃであるかに応じて、択一的に出力されることが好ましい。半導体レ−ザ１ａ、１ｂから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ａ、２ｂを介して、また、半導体レ−ザ１ｃから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ｂを介して、ハ−フミラ−６に照射されるようになっている。
【００３２】
また、コリメータレンズ７は、図２において模式的に示されたものであって１枚構成のものとは限られず、むしろ上記各波長の光について色収差が良好に補正されたものとすることが好ましい。
【００３３】
本実施形態の光ピックアップ装置では、所定位置（ターンテーブル上）に配されたＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃのいずれの光記録媒体９についても、その記録領域１０（ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域をそれぞれ１０ａ、１０ｂ、１０ｃとする）に、対応する波長の光が良好に収束されて、信号の記録・再生が可能となるように構成されている。図１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、光記録媒体９がＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃとされている場合を示すものである。
【００３４】
記録領域１０には信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域１０からの上記レーザ光１１の反射光は信号情報を担持した状態で対物レンズ８およびコリメータレンズ７を介してハーフミラー６に入射し、このハーフミラー６を透過して４分割のフォトダイオード１３に入射する。このフォトダイオード１３では、分割された４つのダイオード位置の各受光量が電気信号の形態で得られるから、この受光量に基づき図示されない演算手段において所定の演算がなされ、データ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得られることになる。
【００３５】
なお、ハーフミラー６は光記録媒体９からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー６を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード１３上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ７は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ１ａ〜１ｃとハーフミラー６との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００３６】
ところで、本実施形態の対物レンズ８の特徴は、図１および図２に示すとおり、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなり、この接合された面は所定の回折光学面により形成されている点にある。これらの特徴により、接合面での屈折および回折の作用を利用して、３つの互いに異なる波長の光について所望の使用条件（例えば結像倍率）で、対物レンズ８を使用することが可能となる。
【００３７】
従来より、ディスク厚が互いに異なる２種類の光記録媒体を使用する場合に、回折光学面を設けることにより、対応する２つの波長の光のいずれについても球面収差量を最適化する手法が知られている。これらの光記録媒体では、主として保護層の厚さの違いにより、発生する球面収差の量が異なってくるが、回折光学面を設けることにより互いに異なる収束作用を有する構成とし収差補正機能を良好とすることができるので、いずれの光記録媒体についても所望の使用条件で、対物レンズを使用することができる。光源からの光をいずれも対物レンズに平行光束に近い状態で入射させ、光学系の配置選択の自由度を高めることも可能となる。
【００３８】
本実施形態の対物レンズ８は、これを発展させ、３つの互いに異なる波長の光について所望の使用条件での設計を容易にするものである。回折光学面を備えた従来の２波長対応の光記録媒体用対物レンズとしては、最も簡易な構成としては１枚構成で一方の面が回折光学面とされていた。回折光学面の光源側または光記録媒体側のいずれか一方は空気となり、屈折率は固定値であった。
【００３９】
これに対し、本実施形態では、３つの互いに異なる波長の光に対応させるため、波長による回折光学面での光の屈折および回折作用の変化に大きく影響する回折光学面に対する光源側と光記録媒体側の屈折率差に着目している。回折光学面に対する光源側と光記録媒体側の屈折率をいずれもパラメータとすることにより、各波長に対する回折光学面での光の屈折および回折作用を良好に制御することが容易となる。そのために、本実施形態の対物レンズ８は、回折光学面が接合面となるように、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合している。２つのレンズの屈折率を適切に設定することにより、３つの互いに異なる波長の光について、いずれの光も同じ使用条件で対物レンズ８を使用することも容易に可能となる。
【００４０】
特に、この光記録媒体用対物レンズ８に入射する３つの互いに異なる波長の光を、いずれの光も平行光束に近い状態で入射させるように構成されている場合には、コリメータレンズ７と対物レンズ８との距離を任意に設定することもでき、光路の折り曲げも含め、光学系の配置選択の自由度を高めることも容易に可能となり、好ましい。
【００４１】
また、この対物レンズ８は接合レンズとされ、見かけ上は１枚のレンズとして取り扱うことができるので、例えばレンズ鏡筒などを追加する必要がなく、簡易な構成とすることができる。
【００４２】
対物レンズ８の接合面の形状は、下記に示す非球面式により表される。
【００４３】
【数１】
2005100586.tif 000003
【００４４】
また、この接合面に形成される回折光学面は、断面形状が鋸歯状のものとされることが好ましく、その位相差は下記に示す位相差関数により表される。「鋸歯状」とはいわゆるキノフォームと称される形状であるが、これに階段近似した形状をも含むものとする。図１および図２においては、回折光学面であることを示すために、実際の回折光学面の鋸歯形状よりも誇張して示している。この回折光学面により、波長をλ、回折光学面位相差関数をφとして、回折光にｍλ×φ／（２π）の光路長が付加される。ここで、ｍは回折次数を表わす。
【００４５】
【数２】
2005100586.tif 000004
【００４６】
なお、回折光学面の具体的な鋸歯形状のステップの高さは、使用する各波長の光に対する各次数の回折光の割合を考慮して設定する。また、回折光学面の最外径は、入射する３つの波長のレーザ光１１の開口数とビーム径を勘案して適宜設定し得る。対物レンズ８に形成される回折光学面および非球面は、その面が作用する波長の光が、対応する記録領域１０に良好に収差補正されて収束されるように、適宜設定されることが好ましい。
【００４７】
また、この回折光学面は、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、かつ、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、ＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、作用する形状とされることが好ましい。
【００４８】
このようにＡＯＤ用のレーザ光とＤＶＤ用のレーザ光、ならびに、ＡＯＤ用のレーザ光とＣＤ用のレーザ光に対して、互いに異なる回折次数の光を利用することにより、３つの互いに異なる波長の光について、互いに性能に悪影響を及ぼすことなく所望の位置に収束させることができる。実施例では、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）およびＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対しては、各々１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。
【００４９】
ところで、上述のとおり対物レンズ８は、回折光学面に対する光源側と光記録媒体側の屈折率、すなわち２つのレンズの屈折率を適切に設定することにより、波長による回折光学面での光の屈折および回折作用の変化を利用し３つの互いに異なる波長の光に対応させるものであるが、レンズ材質の組合わせによっては、特定の波長の光において２つのレンズの屈折率が等しくなる場合がある。この場合には、この波長の光に対する回折光学面の回折作用は０となり（０次回折光が100％となる）、この波長の光に対しては、対物レンズ８はあたかも均質な１枚のレンズであるかのように作用し、その光屈折作用のみによりこの光は収束せしめられることになる。
【００５０】
実際上は、０次回折光が100％とまではならなくとも、例えば、最も波長が小さく、高い解像度が要求されるＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対して、２つのレンズ材質の屈折率差を小さくし０次回折光の割合を高くした場合にも、略同様の作用を得ることができる。
【００５１】
そこで、この対物レンズ８において、下記条件式（４）〜（６）となるようにｈ１、ｈ２およびｈ３を定義したとき、下記条件式（７）または（８）が成立するように構成することが好ましい。
【００５２】
ｈ１＝λ１／｜Ｎ１λ１−Ｎ２λ１｜・・・  （４）
（ただし、Ｎ１λ１−Ｎ２λ１＝０となるときは、ｈ１＝∞とする。）
ｈ２＝λ２／｜Ｎ１λ２−Ｎ２λ２｜・・・  （５）
（ただし、Ｎ１λ２−Ｎ２λ２≠０）
ｈ３＝λ３／｜Ｎ１λ３−Ｎ２λ３｜・・・  （６）
（ただし、Ｎ１λ３−Ｎ２λ３≠０）
ｈ２／ｈ１≦０．５・・・  （７）
ｈ３／ｈ１≦０．５・・・  （８）
（ただし、条件式（７）および（８）において、ｈ１＝∞のときは、ｈ２／ｈ１＝０、ｈ３／ｈ１＝０とする。）
ただし、
Ｎ１λ１・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ２・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ３・・・前記２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ１・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ２・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ３・・・前記２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
【００５３】
条件式（７）を満足することにより、第２波長としてのＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対して１次の回折光量が最大になるように鋸歯形状のステップ高さを設定した場合に、第１波長としてのＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となる。また、条件式（８）を満足することにより、第３波長としてのＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対して１次の回折光量が最大になるように鋸歯形状のステップ高さを設定した場合に、第１波長としてのＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となる。ｈ２／ｈ１およびｈ３／ｈ１の値は、いずれも０に近づくほどＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光の０次の回折光の光量が増し望ましいが、条件式（７）および（８）の値はその許容範囲を示すものである。
【００５４】
このように３つの使用波長に対して、０次または１次の回折光の光量が最大となるように回折光学面を設定する構成は、鋸歯形状のステップが浅く、製造が比較的容易であり効果が高い。
【００５５】
また、この光記録媒体用対物レンズ８において、光源側の面および光記録媒体側の面の少なくとも一方が、所定の非球面とされていることが好ましい。非球面の形状は上述した接合面のものと同様の非球面式により表される。このような非球面を形成することにより、いずれの光記録媒体９についても収差補正を良好とし、確実にフォーカシングをなし記録・再生が良好に行われるように構成することができる。
【００５６】
ここで、光記録媒体用対物レンズ８の実施例について説明する。この対物レンズ８は、光源側レンズＬ１と光記録媒体側レンズＬ２の接合レンズとされ、接合面、光源側レンズＬ１の光源側の面、および光記録媒体側レンズＬ２の光記録媒体側の面のいずれもが、非球面とされている。この対物レンズ８は、光記録媒体９としてのＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに、各使用光λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）を良好に収束させるものである。また、この対物レンズ８は、これら各使用光がいずれも略平行光束として入射される無限共役の光学系とされている。また、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
【００５７】
下記表１の上段に、この実施例に係る対物レンズ８のレンズデータの具体的数値として、曲率半径（ｍｍ）（ただし、非球面については表２に記載している）、λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）に対する面間隔（ｍｍ）、ならびに上記各波長の光に対する屈折率を示す。なお、曲率半径、面間隔および屈折率に対応させた数字は光源側から順次増加するようになっている。また、表１の下段に、光記録媒体９としてＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用波長について、この実施例に係る対物レンズ８の絞り径（ｍｍ）、焦点距離（ｍｍ）、開口数ＮＡ、および光源位置の各値を示す。
【００５８】
【表１】
2005100586.tif 000005
【００５９】
また、下記表２に、この実施例に係る対物レンズ８の各非球面の非球面係数を示し、下記表３に、この実施例に係る対物レンズ８の回折光学面の位相差関数係数を示す。この回折光学面は断面形状が鋸歯形状の同心円格子からなり、上述のように、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となり、ＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。
【００６０】
【表２】
2005100586.tif 000006
【００６１】
【表３】
2005100586.tif 000007
【００６２】
また、この実施例は条件式（１）〜（３）、（７）、（８）を全て満足している。λ１＝408ｎｍにおいて、Ｎ１λ１＝1.55869、Ｎ２λ１＝1.55636より、ｈ１＝175107.296ｎｍとなる。λ２＝658ｎｍにおいて、Ｎ１λ２＝1.52426、Ｎ２λ２＝1.54076より、ｈ２＝39878.788ｎｍとなる。λ３＝784ｎｍにおいて、Ｎ１λ３＝1.52127、Ｎ２λ３＝1.53704より、ｈ３＝49714.648ｎｍとなる。したがって、条件式（７）に対応する値はｈ２／ｈ１＝0.23となり、条件式（８）に対応する値はｈ３／ｈ１＝0.28となる。
【００６３】
なお、本発明の光記録媒体用対物レンズとしては上述したものに限られず種々の態様の変更が可能である。また、本発明の光ピックアップ装置としても、同様に種々の態様の変更が可能である。
【００６４】
例えば、対物レンズを形成する材料として、例えばプラスチック材料を使用することで、軽量、安価なものとすることができる。また、対物レンズの一方のレンズ材料として、熱や光によって硬化する樹脂を使用し、いわゆるレプリカ加工法による複合型非球面レンズを用いることで、回折光学面が形成された接合非球面レンズを安価に製造することができる。例えば、上記実施例のものでは、光記録媒体側レンズＬ２の光源側の回折光学面に紫外線硬化型の樹脂を塗設し、該樹脂を所定の金型によって圧着しながら所定の紫外線を照射することにより、光源側レンズＬ１を形成するとよい。
【００６５】
また、上記実施例では、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光とＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対して、１次の回折光の光量が最大となるように回折光学面が構成されているが、第２波長λ２の光に対する回折光の光量が最大になる回折次数と、第３波長λ３の光に対する回折光の光量が最大になる回折次数とが、異なる次数となるように回折光学面を設定してもよい。
【００６６】
また、対物レンズの回折光学面は、上記以外の回折次数の回折光の光量が最大となるように設定されていてもよい。この場合も、いずれの波長の光に対しても、所定次数の回折光の光量が多く出力されることが好ましく、その光量がそれぞれほぼ100％となれば最も効果が高い。
【００６７】
また、上述した対物レンズにおいては対物レンズの全ての面を非球面として収差補正効果を高めているが、非球面を用いず、球面によるレンズとされていても良い。また、対物レンズの光源側の面および光記録媒体側の面のうちいずれか一方の面のみを、非球面とすることも可能である。
【００６８】
また、本発明の光記録媒体用対物レンズおよび光ピックアップ装置において、実施例ではいずれの光記録媒体に対応する波長の光も、略平行とされた状態で対物レンズに入射させる構成としているが、光源からの光が対物レンズにやや発散あるいはやや集束された状態で入射させることが許容される場合には、本発明の対物レンズに対し、１つないし３つの光記録媒体に対応する光を、このように入射させる構成を除外するものではない。
【００６９】
また、本発明の光記録媒体用対物レンズおよび光ピックアップ装置において、記録・再生対象となる光記録媒体としてはＡＯＤ、ＤＶＤおよびＣＤという組合わせに限られない。条件式（１）〜（３）を満足するように設定された光記録媒体を、共通の光ピックアップ装置で記録・再生する場合に本発明を適用できる。例えば、上記組合わせのうちＡＯＤに代えて、ブルーレイディスク（開口数0.85、基板厚0.1ｍｍ、使用光波長405ｎｍ程度）を用いることができる。
【００７０】
また、光記録媒体を上記実施例と同じくＡＯＤ、ＤＶＤ、およびＣＤとした場合にも、その使用光波長は、実施例のものに限られない。ＡＯＤの使用光波長408ｎｍ、ＤＶＤの使用光波長658ｎｍおよびＣＤの使用光波長784ｎｍ以外の波長の光であっても、それぞれの光記録媒体の規格を満たすものであればその範囲内で任意に設定することができる。また、開口数、基板厚に付いても同様である。
【００７１】
また、本発明の光記録媒体用対物レンズおよび光ピックアップ装置の延長上に位置する概念としては、必ずしも光記録媒体の種類が３種の場合の適用に限られるものではなく、２種の光記録媒体に対してのみ光源からの光を対物レンズに平行光束に近い状態で入射させるという条件が課されるような場合においても、より光学性能の優れた光記録媒体用対物レンズが容易に設計可能となり、その実用上の効果は極めて大きいものがある。また、４種以上の光記録媒体に対しても、本発明の光記録媒体用対物レンズの適用を妨げるものではない。
【００７２】
また、上記説明に用いた光ピックアップ装置では互いに異なる波長の光を出力する３つの光源を設けているが、光源として、２つの異なる波長の光を近接した出力口から出力し得る１つの光源を用いるようにしても良い。この場合には、例えば図２のプリズム２ａ、２ｂに代えて、１つのプリズムを配した構成としてもよい。また、この光ピックアップ装置において、対物レンズの光源側に絞りや波長選択性のある開口制限素子が配設されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例に係る光記録媒体用対物レンズとその作用を模式的に示す断面図
【図２】本発明の実施例に係る光記録媒体用対物レンズを用いた光ピックアップ装置を示す概略図
【符号の説明】
【００７４】
１ａ、１ｂ、１ｃ  半導体レーザ
２ａ、２ｂ  プリズム
６  ハーフミラー
７  コリメータレンズ
８  対物レンズ
９  光記録媒体
９ａ  ＡＯＤ
９ｂ  ＤＶＤ
９ｃ  ＣＤ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  記録領域
１１  レーザ光
１３  フォトダイオード
Ｌ１、Ｌ２  レンズ
Ｒ１〜Ｒ５  レンズ面（ただし、Ｒ４、Ｒ５は光記録媒体の保護層）
Ｄ１〜Ｄ４  軸上面間隔
【図１】
2005100586.tif 000008
【図２】
2005100586.tif 000009