(57)【要約】【課題】異なる波長の光が光学素子の共通の回折領域を利用する場合でも、所望のピックアップ特性を得ることのできる光学素子、レンズおよび光ピックアップ装置を提供すること。【解決手段】光ヘッド装置の対物レンズ３は、光軸Ｌを中心にして同心円状に光軸Ｌを含む円形の内周側屈折面領域３３と、この内周側屈折面領域３３の外周を環状に囲んでいる外周側屈折面領域３４とに二分割されており、内周側屈折面領域３３の全域に亘っては、同心円状の微細なブレーズ３０によって内周側回折格子３５が形成されている。内周側回折格子３５は、ＤＶＤ用の第１のレーザ光、およびＣＤ用の第２のレーザ光の双方が回折される。そこで、対物レンズ３の光学設計を行う際、光路長関数において、予め所定の収差が発生するように見込んでおき、実際にブレーズ加工した際の収差を低減する。【選択図】      図２
2005062232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させる光学素子において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子における回折能力を光路長関数で表し、かつ、当該光路差関数により計算される波面収差については、前記第１のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３１、および前記第２のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ３１−ＳＡ３２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
ＳＡ３１×ＳＡ３２＜０
を満たしていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させるレンズにおいて、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子における回折能力を光路長関数で表し、かつ、当該光路差関数により計算される波面収差については、前記第１のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３１、および前記第２のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ３１−ＳＡ３２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
ＳＡ３１×ＳＡ３２＜０
を満たしていることを特徴とするレンズ。
【請求項３】
第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が厚い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源から出射した、前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を集光させる光ヘッド装置において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の共通光路上には、前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光を各々回折して前記第１の光記録媒体の記録面および前記第２の光記録媒体の記録面に導く共通の光学素子が配置され、
当該光学素子において前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子における回折能力を光路長関数で表し、かつ、当該光路差関数により計算される波面収差については、前記第１のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３１、および前記第２のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ３１−ＳＡ３２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
ＳＡ３１×ＳＡ３２＜０
を満たしていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項４】
第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させる光学素子において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子については、前記第１のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５１、７次球面収差ＳＡ７１、９次球面収差ＳＡ９１、および前記第２のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ５１−ＳＡ５２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
０．００１＜｜ＳＡ５１｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（ＳＡ５１）２＋（ＳＡ７１）２＋（ＳＡ９１）２＜０．０００２［λｒｍｓ］２
を満たしていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させるレンズにおいて、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子については、前記第１のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５１、７次球面収差ＳＡ７１、９次球面収差ＳＡ９１、および前記第２のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ５１−ＳＡ５２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
０．００１＜｜ＳＡ５１｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（ＳＡ５１）２＋（ＳＡ７１）２＋（ＳＡ９１）２＜０．０００２［λｒｍｓ］２
を満たしていることを特徴とするレンズ。
【請求項６】
第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が厚い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源から出射した、前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を集光させる光ヘッド装置において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の共通光路上には、前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光を各々回折して前記第１の光記録媒体の記録面および前記第２の光記録媒体の記録面に導く共通の光学素子が配置され、
当該光学素子において前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子については、前記第１のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５１、７次球面収差ＳＡ７１、９次球面収差ＳＡ９１、および前記第２のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ５１−ＳＡ５２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
０．００１＜｜ＳＡ５１｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（ＳＡ５１）２＋（ＳＡ７１）２＋（ＳＡ９１）２＜０．０００２［λｒｍｓ］２
を満たしていることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項７】
請求項３または６において、前記光学素子は、所定の非球面形状を備えた入射側屈折面および出射側屈折面のうちの一方の屈折面を、その光軸を中心とする内周側屈折面領域と外周側屈折面領域とに分割するとともに、少なくとも前記内周側屈折面領域の全域に亘って同心円状の複数の微細な段差からなる内周側回折格子が形成された対物レンズであり、
前記第１のレーザ光源を用いて行う前記第１の光記録媒体の記録再生には、前記外周側屈折面領域を通過した光束と、前記内周側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、前記第２のレーザ光源を用いて行う前記第２の光記録媒体の記録再生には、前記内周側屈折面領域を介して得られる回折光束を用いる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、異なる波長のレーザ光を各々回折して集光させる光学素子、レンズ、並びに異なる波長のレーザ光を用いて基板厚さの異なるＤＶＤやＣＤなどの光記録媒体の再生、記録を行う光ヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体としては、ＣＤやＤＶＤ等のように記録面を保護する透明保護層の厚さや記録密度の異なるものが知られており、ＤＶＤの再生用には、波長６５５ｎｍのレーザ光が用いられ、ＣＤ（ＣＤ−Ｒを含む）の再生記録用には波長７８５ｎｍのレーザ光が用いられている。
【０００３】
ここで、光記録媒体に対して情報の記録や再生を行なう光ヘッド装置では、その小型およびコンパクト化のために共通の対物レンズを用いて、ＤＶＤおよびＣＤの記録面にレーザ光を収束させる構成のものが提案されている。
【０００４】
但し、ＣＤは、記録面を保護する透明保護層の厚さが１．２ｍｍであり、ＤＶＤは、透明保護層の厚さがＣＤよりも薄い０．６ｍｍであり、その記録密度はＣＤより高い。そこで、対物レンズとしては、所定の非球面形状を備えた入射側屈折面および出射側屈折面のうち、入射側屈折面に同心円状の微細な段差からなる回折格子を形成し、この回折格子によって入射光束を回折して、透明保護層の厚さが異なる２種類の光記録媒体の記録面に良好な焦点を結ばせるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような対物レンズを構成するにあたって、その光学設計時には、下式
2005062232.tif 000003
により、図５（ａ）で示される屈折を表す非球面形状を求めるとともに、下式
2005062232.tif 000004
の回折を表す光路長関数で光線追跡を行って、収差が０になるような補正を行った後、それを、図５（ｂ）に示すようなブレーズ加工の形状に置き換える。なお、図５（ｂ）に示すブレーズ形状には、屈折面に対して、入射角度に対応する形状補正が施されている。ここで、ｒは中心曲率半径、ｋは円錐係数、ｈは光軸からの高さ、λは波長、ａｉおよびｂｊは多項式の係数を意味する。
【０００６】
ここで、波長λＢでブレーズ高さを決めると、ブレーズ成分の非球面からの高さは、光路差関数をφ、屈折率をｎとして、
φ（λＢ）／（ｎ−１）
で計算され、このときのλＢをブレーズ波長という。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−８１５６６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の光学設計によると、
λ１＜λＢ＜λ２
λ１＝ＤＶＤ用のレーザ光の波長
λ２＝ＣＤ用のレーザ光の波長
であることに起因して、波長λ１で回折面を利用した際、波長λ１でブレーズ化したときと、波長λＢでブレーズ化したときとの差が、この波長λ１での大きな面収差ＳＡ１となって現れる。また、波長λ２で回折面を利用した際、波長λ２でブレーズ化したときと、波長λＢでブレーズ化したときとの差が、この波長λ２での大きな球面収差ＳＡ２となって現れてしまう。その結果、ＤＶＤの記録再生の際、収差が大きすぎて所望のピックアップ特性が得られないという問題点がある。
【００１０】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、異なる波長の光が光学素子の共通の回折領域を利用する場合でも、所望のピックアップ特性を得ることのできる光学素子、レンズ、および光ヘッド装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、光学素子、レンズ、光ヘッド装置を以下のように構成する。
【００１２】
また、本発明では、第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させる光学素子において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子における回折能力を光路長関数で表し、かつ、当該光路差関数により計算される波面収差については、前記第１のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３１、および前記第２のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ３１−ＳＡ３２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
ＳＡ３１×ＳＡ３２＜０
を満たしていることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させるレンズにおいて、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子における回折能力を光路長関数で表し、かつ、当該光路差関数により計算される波面収差については、前記第１のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３１、および前記第２のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ３１−ＳＡ３２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
ＳＡ３１×ＳＡ３２＜０
を満たしていることを特徴とする。
【００１４】
本発明では、第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が厚い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源から出射した、前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を集光させる光ヘッド装置において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の共通光路上には、前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光を各々回折して前記第１の光記録媒体の記録面および前記第２の光記録媒体の記録面に導く共通の光学素子が配置され、当該光学素子において前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子における回折能力を光路長関数で表し、かつ、当該光路差関数により計算される波面収差については、前記第１のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３１、および前記第２のレーザ光の３次球面収差ＳＡ３２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ３１−ＳＡ３２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
ＳＡ３１×ＳＡ３２＜０
を満たしていることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、第１のレーザ光および第２のレーザ光の双方が回折される回折格子については、非球面形状を表す関数と、光路長を表す関数を併用した光線追跡により収差を低減する光学設計を行うが、その際、収差を０に補正しようとすると、第１のレーザ光の波長とブレーズ波長との差、および第２のレーザ光の波長とブレーズ波長と差がそのまま球面収差として現れることから、光路長関数において、予め所定の収差が発生するように見込んでおく。すなわち、光学設計の段階では、実際にブレーズ加工した後の収差が小さくなるように、収差を見込んでおく。このため、第１のレーザ光の波長とブレーズ波長との差、および第２のレーザ光の波長とブレーズ波長との差がそのまま収差として現れることがないので、実際に加工した際の収差を低減することができる。
【００１６】
本発明の別の形態では、第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させる光学素子において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子については、前記第１のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５１、７次球面収差ＳＡ７１、９次球面収差ＳＡ９１、および前記第２のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ５１−ＳＡ５２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
０．００１＜｜ＳＡ５１｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（ＳＡ５１）２＋（ＳＡ７１）２＋（ＳＡ９１）２＜０．０００２［λｒｍｓ］２
を満たしていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の別の形態では、第１のレーザ光、および該第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を各々回折して集光させるレンズにおいて、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子については、前記第１のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５１、７次球面収差ＳＡ７１、９次球面収差ＳＡ９１、および前記第２のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ５１−ＳＡ５２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
０．００１＜｜ＳＡ５１｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（ＳＡ５１）２＋（ＳＡ７１）２＋（ＳＡ９１）２＜０．０００２［λｒｍｓ］２
を満たしていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の別の形態では、第１の光記録媒体の記録面に対して第１のレーザ光源から出射した第１のレーザ光を集光させ、かつ、前記第１の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が厚い第２の光記録媒体の記録面に対して第２のレーザ光源から出射した、前記第１のレーザ光より波長の長い第２のレーザ光を集光させる光ヘッド装置において、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の共通光路上には、前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光を各々回折して前記第１の光記録媒体の記録面および前記第２の光記録媒体の記録面に導く共通の光学素子が配置され、当該光学素子において前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光の双方が回折される回折格子については、前記第１のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５１、７次球面収差ＳＡ７１、９次球面収差ＳＡ９１、および前記第２のレーザ光の５次球面収差ＳＡ５２が以下の条件式
０．００５＜｜ＳＡ５１−ＳＡ５２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
０．００１＜｜ＳＡ５１｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（ＳＡ５１）２＋（ＳＡ７１）２＋（ＳＡ９１）２＜０．０００２［λｒｍｓ］２
を満たしていることを特徴とする。
【００１９】
本発明では、球面収差をパラメータとしてジッタへの影響を検討した結果によれば、上記条件式の範囲に球面収差をおさめれば、ジッタ特性を向上させることができる。
【００２０】
本発明において、前記光学素子は、所定の非球面形状を備えた入射側屈折面および出射側屈折面のうちの一方の屈折面を、その光軸を中心とする内周側屈折面領域と外周側屈折面領域とに分割するとともに、少なくとも前記内周側屈折面領域の全域に亘って同心円状の複数の微細な段差からなる内周側回折格子が形成された対物レンズであり、前記第１のレーザ光源を用いて行う前記第１の光記録媒体の記録再生には、前記外周側屈折面領域を通過した光束と、前記内周側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、前記第２のレーザ光源を用いて行う前記第２の光記録媒体の記録再生には、前記内周側屈折面領域を介して得られる回折光束を用いる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した対物レンズを備えた光ヘッド装置を説明する。
【００２２】
［光ヘッド装置の構成］
図１は、本発明を適用した対物レンズを備えた光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。
【００２３】
図１において、本形態の光ヘッド装置１は、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒなど、基板厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体４に対して情報の再生、記録を行うものである。そのために、ＤＶＤの再生等に用いる波長が６５５ｎｍの第１のレーザ光Ｌ１を出射する第１のレーザ光源１１と、ＣＤなどの記録再生に用いる中心波長が７８５ｎｍの第２のレーザ光Ｌ２を出射する第２のレーザ光源１２とを備えている。各レーザ光は共通の集光光学系Ｌｏを介して光記録媒体４に導かれると共に、当該光記録媒体４で反射された各レーザ光束の戻り光は共通受光素子２５に導かれる。
【００２４】
集光光学系Ｌｏには、第１のレーザ光Ｌ１を反射するビームスプリッタ２１と、第２のレーザ光Ｌ２を反射し、第１のレーザ光Ｌ１を直進させるビームスプリッタ２２とが用いられ、これらのビームスプリッタ２１、２２によって、２つのレーザ光Ｌ１、Ｌ２を共にシステム光軸Ｌ（対物レンズの光軸）に一致させる。
システム光軸Ｌに沿っては、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ２３と、コリメートレンズ２３から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２のビームスポットを光記録媒体４の記録面に形成するための対物レンズ３とが含まれている。また、ビームスプリッタ２１、２２は、光記録媒体からの戻り光を直進させて共通受光素子２５に導く。なお、第２のレーザ光源１２とビームスプリッタ２２との間には３ビーム生成用のグレーティング２６が配置されている。
【００２５】
このように構成した光ヘッド装置１では、第１の光記録媒体４としてのＤＶＤ４１の記録面４１ａに対して、対物レンズ３によって、第１のレーザ光Ｌ１のビームスポットが形成される。また、第２の光記録媒体４としてのＣＤ４２の記録面４２ａに対しても、対物レンズ３によって、第２のレーザ光Ｌ２のビームスポットが形成される。
【００２６】
このようにして光記録媒体４（ＤＶＤ４１、ＣＤ４２）に集光された第１および第１のレーザ光Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ、光記録媒体４で反射された後、共通の集光光学系Ｌｏを戻り光として逆に辿り、ビームスプリッタ２２、２１をこの順に透過して共通受光素子２５に集光する。そして、共通受光素子２５で検出された信号により光記録媒体４（ＤＶＤ４１、ＣＤ４２）の情報再生等が行われる。
【００２７】
［対物レンズの構成］
（対物レンズの第１例）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した対物レンズを示す平面図、断面図、および入射側屈折面の内周側屈折面領域の部分拡大断面図である。図３は、図２に示す対物レンズによる各波長のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
【００２８】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す対物レンズ３は、第１のレーザ光源１１および第２のレーザ光源１２から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２が入射する正のパワーを備えた入射側屈折面３１と、光記録媒体４に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面３２とを備えた凸レンズであり、入射側屈折面３１、および出射側屈折面３２は、いずれも所定の非球面形状を備えている。
【００２９】
入射側屈折面３１は、光軸Ｌを中心にして同心円状に光軸Ｌを含む円形の内周側屈折面領域３３と、この内周側屈折面領域３３の外周を環状に囲んでいる外周側屈折面領域３４とに二分割されている。
【００３０】
内周側屈折面領域３３の全域に亘っては、同心円状の複数の微細なブレーズ３０によって内周側回折格子３５が形成されている。
【００３１】
対物レンズ３の内周側屈折面領域３３は、外周側屈折面領域３４とは異なる屈折力を有する屈折面領域である。この内周側屈折面領域３３に形成された内周側回折格子３５は、当該領域を通過する第２のレーザ光Ｌ２の回折光束のビームスポットをＣＤ４２の記録面４２ａ上に形成する回折特性を備えている。これに加えて、当該領域を通過する第１のレーザ光Ｌ１の回折光束のビームスポットをＤＶＤ４１の記録面４１ａ上に形成する回折特性を備えている。
【００３２】
本例では、内周側回折格子３５による第２のレーザ光Ｌ２の回折光束、および第１のレーザ光Ｌ１の回折光束ともに１次回折光を使用している。
【００３３】
これに対して、対物レンズ３の外周側屈折面領域３４は、第１のレーザ光Ｌ１における当該領域を通る光束部分のビームスポットをＤＶＤ４１の記録面上に形成する屈折力を有している。すなわち、外周側屈折面領域３４には、回折格子を構成する狭ピッチの溝が形成されていない。このため、対物レンズ３を成形するための金型の製作が容易である。また、段差部分が無いため、外周側屈折領域３４を通過する光のロスがなく透過率が高い。
【００３４】
このような構成の対物レンズ３を備えた光ヘッド装置１において、ＣＤ４２の情報再生時には、第２のレーザ光源１２のみが駆動され第２のレーザ光Ｌ２が出射される。この第２のレーザ光Ｌ２における対物レンズ３の内周側屈折面領域３３を通過する光束成分のうち、そこに形成されている内周側回折格子３５による回折により生成された回折光束成分のビームスポットＢ（４２）が、図３において点線で示すように、ＣＤ４２の記録面上に形成される。対物レンズ３の外周側屈折面領域３４を通る第２のレーザ光Ｌ２の光束成分は、再生に必要のない不要光であり、ＣＤ４２の記録面上にビームスポットとしては集光しない。
【００３５】
これに対して、ＤＶＤ４１の情報再生時には、第１のレーザ光源１１のみが駆動され第１のレーザ光Ｌ１が出射される。図３において実線で示すように、このレーザ光Ｌ１における対物レンズ３の内周側屈折面領域３３を通過する光束成分のうち、そこに形成されている内周側回折格子３５によって回折されて発生した回折光成分と、第１のレーザ光Ｌ１における対物レンズ３の外周側屈折面領域３４を通過する光束成分とによって、ＤＶＤ４１の記録面上にビームスポットＢ（４１）が形成される。
【００３６】
このように構成した対物レンズ３において、本形態では、外周側屈折面領域３４によって規定される開口数ＮＡは、ＤＶＤ４１に対応して、０．６に設定され、内周側屈折面領域３３と外周側屈折面領域３４との境界領域の開口数ＮＡは、ＣＤ４２に対応して、０．４７に設定されている。
【００３７】
（対物レンズの第２例）
図４（ａ）は、外周側屈折面領域にも回折格子を形成した対物レンズの例を示す平面図であり、図４（ｂ）はその断面図であり、図４（ｃ）および（ｄ）はそれぞれその部分拡大断面図である。
【００３８】
図２を参照して説明した対物レンズ３では、外周側屈折面領域３４の屈折力を設定することにより、当該領域を通る第１のレーザ光束の光束成分によるビームスポットをＤＶＤ４１の記録面上に形成するようにしているが、本例のように、の外周側屈折面領域３４にも回折格子を形成し、この回折格子による第１のレーザ光Ｌ１の回折光束成分のビームスポットがＤＶＤ４１の記録面上に形成されるようにすることもできる。
【００３９】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す対物レンズ３Ａは、第１のレーザ光源１１、および第２のレーザ光源１２から出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２が入射する正のパワーを有する屈折面である入射側屈折面３１Ａと、光記録媒体に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面３２Ａを有した凸レンズである。
【００４０】
入射側屈折面３１Ａは、光軸Ｌを含む円形の内周側屈折面領域３３Ａと、この内周側屈折面領域３３Ａを同心状に取り囲んでいる環状の外周側屈折面領域３４Ａとに分けられている。また、内周側屈折面領域３３Ａには、この領域全体に亘って同心円状の微細なブレーズ３０からなる内周側回折格子３５Ａが形成されている。また、外周側屈折面領域３４Ａにも、この領域全体に亘って同心円状の微細なブレーズ３０からなる外周側回折格子３６が形成されている。
【００４１】
本例の対物レンズ３Ａは、ＣＤ４２の記録あるいは再生時に出射される第２のレーザ光Ｌ２のうち内周側屈折面領域３３Ａを通過する光束成分によって、ＣＤ４２の記録面４２ａ上にビームスポットを形成する。詳しくは、当該光束成分のうち、内周側屈折面領域３３Ａに形成された内周側回折格子３５Ａによる回折作用を受けて生成された回折光束成分によってＣＤ４２の記録面上にビームスポットＢ（４２）が形成される。
【００４２】
しかるに、第２のレーザ光Ｌ２のうち、外周側屈折面領域３４Ａを通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であり、本例では、当該外周側屈折面領域３４Ａに形成されている外周側回折格子３６による回折作用を受けて、ＣＤ４２の記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。
【００４３】
また、本例の対物レンズ３Ａは、ＤＶＤ４１の再生時に出射される第１のレーザ光Ｌ１によるビームスポットをＤＶＤ４１の記録面４１ａ上に形成する。すなわち、内周側屈折面領域３３Ａを通過する第１のレーザ光束の光束成分のうち、内周側屈折面領域３３Ａに形成された内周側回折格子３５Ａによる回折作用を受けて生成された回折光成分により、ＤＶＤ４１の記録面４１ａ上にビームスポットが形成される。これと共に、この第１のレーザ光Ｌ１における外周側屈折面領域３４Ａを通過する光束成分のうち、当該領域に形成された外周側回折格子３６による回折作用を受けて生成された回折光束成分によっても、ＤＶＤ４１の記録面４１ａ上の同一位置にビームスポットが形成される。
【００４４】
本例では、ＤＶＤ４１の再生時、ＣＤ４２の記録あるいは再生時ともに、第１のレーザ光Ｌ１、または第２のレーザ光Ｌ２の１次回折光を利用している。
【００４５】
また、本例の対物レンズ３Ａでは、その外周側屈折面領域３４Ａにも外周側回折格子３６が形成されているが、この外周側回折格子３６については、第２のレーザ光Ｌ２における外周側部分の不要光成分がＣＤ４２の記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように、外周側回折格子３６のブレーズ３０の高さを設定してある。よって、第１のレーザ光Ｌ１においては、内周側と外周側の位相を揃えることができるため、良好な波面収差を得ることができ、透過率を向上させることができる。従って、外周側を通過する光束成分が回折されない場合より、良好な再生性能を得ることができる。
【００４６】
このように構成した対物レンズ３Ａにおいて、本形態では、外周側屈折面領域３４Ａによって規定される開口数ＮＡは、ＤＶＤ４１に対応して、０．６に設定され、内周側屈折面領域３３Ａと外周側屈折面領域３４Ａとの境界領域の開口数ＮＡは、ＣＤ４２に対応して、０．４７に設定されている。
【００４７】
（詳細説明）
以下、本発明を適用した対物レンズの詳細構成を説明する。なお、本発明は、前記の対物レンズ３、３Ａのいずれにおいても、第１のレーザ光、および第２のレーザ光が入射する内周側屈折面領域３３Ａに関するもので、対物レンズ３、３Ａのいずれにも適用できるが、以下の説明において、収差やジッタ特性などの計測値は、図４を参照して説明した対物レンズ３Ａでの計測結果である。
【００４８】
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、対物レンズの光学設計時、屈折を表す非球面形状を求める様子を示す説明図、および光路長関数で光線追跡を行って決定したブレーズ形状の説明図である。図６（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、第１のレーザ光を用いてのＤＶＤの再生の際のジッタ特性に対して、図２の対物レンズの中心側回折格子の３次球面収差、５次球面収差、７次球面収差、９次球面収差、および５次球面収差、７次球面収差１、９次球面収差の２乗和平方根が及ぼす影響を示すグラフである。図７（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第２のレーザ光を用いてのＣＤの再生の際のジッタ特性に対して、図２の対物レンズの中心側回折格子の３次球面収差、５次球面収差、７次球面収差、および９次球面収差が及ぼす影響を示すグラフである。
【００４９】
本発明では、対物レンズ３、３Ａを構成するにあたっては、その光学設計時には、下式
ｌ
2005062232.tif 000005
により、図５（ａ）で示される屈折を表す非球面形状を求めるとともに、下式
2005062232.tif 000006
の回折を表す光路長関数で光線追跡を行って、収差を小さくするような補正を行った後、それを、図５（ｂ）に示すようなブレーズ加工の形状に置き換える。なお、図５（ｂ）に示すブレーズ形状には、屈折面に対して、入射角度に対応する形状補正が施されている。ここで、ｒは中心曲率半径、ｋは円錐係数、ｈは光軸からの高さ、λは波長、ａｉおよびｂｊは多項式の係数を意味する。
【００５０】
ここで、波長λＢでブレーズ高さを決めると、ブレーズ成分の非球面からの高さは、光路差関数をφ、屈折率をｎとして、
φ（λＢ）／（ｎ−１）
で計算され、このときのλＢをブレーズ波長といい、以下の条件
λ１＜λＢ＜λ２
λ１＝ＤＶＤ用のレーザ光Ｌ１の波長
λ２＝ＣＤ用のレーザ光Ｌ２の波長
を満たすように設定される。
【００５１】
ここで、光路長関数で光線追跡を行って、収差を０にするような補正を行うと、波長λ１で内周側回折格子３５を利用した際、波長λ１でブレーズ化したときと、波長λＢでブレーズ化したときとの差が、この波長λ１での球面収差ＳＡ１となって現れる。また、波長λ２で内周側回折格子３５を利用した際、波長λ２でブレーズ化したときと、波長λＢでブレーズ化したときとの差が、この波長λ２での球面収差ＳＡ２となって現れてしまう。なお、球面収差ＳＡ１と球面収差ＳＡ２とは、符号が逆である。
【００５２】
そこで、本形態では、第１のレーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２の開口数ＮＡが以下の条件
第１のレーザ光Ｌ１の開口数ＮＡ＞０．５８
第２のレーザ光Ｌ２の開口数ＮＡ＜０．５３
であって、かつ、第１のレーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２で共通の回折格子（内周側回折格子３５）における回折能力を光路長関数で表したとき、この光路差関数により計算される波面収差については、第１のレーザ光Ｌ１の３次球面収差ＳＡ３１、および第２のレーザ光Ｌ２の３次球面収差ＳＡ３２が以下の２つの式
（１）式
０．００５＜｜ＳＡ３１−ＳＡ３２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（２）式
ＳＡ３１×ＳＡ３２＜０
を満たすように設定しておく。すなわち、φ（λ１）、φ（λ２）については０ではなく、初めから、φ（λ１）−φ（λ２）＝−（ＳＡ１−ＳＡ２）となるように収差を見込んでおく。従って、実際に加工した際の収差を低減することができる。
【００５３】
これに対して、（１）式の下限、または上限を超えると、ブレーズ化後、ＤＶＤとＣＤの少なくとも一方の３次球面収差が悪化する。また、（２）式はブレーズ波長λがλ１とλ２の間にある場合に、ブレーズ化後の球面収差を低減する効果を示す条件である。
【００５４】
このような光学設計によれば、ＤＶＤおよびＣＤに対する条件を以下
2005062232.tif 000007
とし、ブレーズ波長λＢ＝７００ｎｍとしたとき、光路差関数で表した３次球面収差ＳＡ３、ブレーズ化したときの３次球面収差は、以下の結果
光路差関数で表した３次球面収差
ＤＶＤ＝＋０．００７［λｒｍｓ］
ＣＤ  ＝−０．００３［λｒｍｓ］
ブレーズ化したときの３次球面収差は、
ＤＶＤ＝＋０．００１［λｒｍｓ］
ＣＤ  ＝＋０．００８［λｒｍｓ］
となり、とりわけ、ＤＶＤにおける３次球面収差を圧縮できる。
【００５５】
これに対して、従来のように、光路差関数で表した３次球面収差ＳＡ３を以下
ＤＶＤ＝−０．００２［λｒｍｓ］
ＣＤ  ＝−０．００１［λｒｍｓ］
の条件のように０に近づけすぎると、
ブレーズ化したときの３次球面収差は、
ＤＶＤ＝−０．００７［λｒｍｓ］
ＣＤ  ＝＋０．０１０［λｒｍｓ］
となり、３次球面収差が大きい。
【００５６】
また、本形態では、３次、５次、７次、９次の球面収差ＳＡ３、ＳＡ５、ＳＡ７、ＳＡ９、およびそれらの２乗和平方根（√（ＳＡ３）２＋（ＳＡ５）２＋（ＳＡ７）２＋（ＳＡ９）２）がジッタ特性に及ぼす影響を測定したところ、図６（ａ）〜（ｅ）、および図７（ａ）〜（ｄ）に示す結果が得られた。
【００５７】
これらの結果のうち、ジッタが１０以下を目標とし、かつ、記録密度が高いためにより高い性能が求められるＤＶＤを優先すると、第１のレーザ光Ｌ１の５次球面収差ＳＡ５１、７次球面収差ＳＡ７１、９次球面収差ＳＡ９１、および第２のレーザ光Ｌ２の５次球面収差ＳＡ５２が下式
（３）式
０．００５＜｜ＳＡ５１−ＳＡ５２｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（４）式
０．００１λｒｍｓ＜｜ＳＡ５１｜＜０．０１５［λｒｍｓ］
（５）式
（ＳＡ５１）２＋（ＳＡ７１）２＋（ＳＡ９１）２＜０．０００２［λｒｍｓ］２
を満たすように設定すれば、ジッタ特性を向上することが分かった。（３）式の範囲は、実測による条件（４）、（５）を満足可能でかつ光学設計後にブレーズ化せるとき、３次球面収差を悪化させずにブレーズ化が可能な範囲である。
【００５８】
［その他の形態］
なお、本発明は、光ヘッド装置１における対物レンズ３、３Ａ以外で異なる波長のレーザ光束の双方が通る光学素子にも適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、非球面形状を表す関数と、光路長を表す関数を併用した光線追跡により収差を低減する光学設計を行うが、その際、収差を０に補正するのではなく、予め所定の収差を見込んでブレーズ加工の形状に置き換える。このため、ブレーズ化後、所望のレーザ光に対する収差を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る対物レンズを用いた光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した対物レンズの平面図、断面図、および入射側屈折面の内周側屈折面領域の部分拡大断面図である。
【図３】図２の対物レンズによる第１および第１のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した対物レンズの別の例を示す図であり、（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその断面図であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれその部分拡大断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、対物レンズの光学設計時、屈折を表す非球面形状を求める様子を示す説明図、および光路長関数で光線追跡を行って決定したブレーズ形状の説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、第１のレーザ光を用いてのＤＶＤの再生の際のジッタ特性に対して、図２の対物レンズの中心側回折格子の３次球面収差、５次球面収差、７次球面収差、９次球面収差、および５次球面収差、７次球面収差、９次球面収差の２乗和平方根が及ぼす影響を示すグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第２のレーザ光を用いてのＣＤの再生の際のジッタ特性に対して、図２の対物レンズの中心側回折格子の３次球面収差、５次球面収差、７次球面収差、および９次球面収差が及ぼす影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１  光ヘッド装置
３、３Ａ  対物レンズ
４  光記録媒体
１１  第１のレーザ光源
１２  第２のレーザ光源
２１  第１のビームスプリッタ
２２  第２のビームスプリッタ
２３  コリメートレンズ
２５  共通受光素子
２６  グレーティング
３０  同心円状の微細なブレーズ
３１、３１Ａ  入射側屈折面
３２、３２Ａ  出射側屈折面
３３  内周側屈折面領域
３４、３４Ａ  外周側屈折面領域
３５  内周側回折格子
３６  外周側回折格子
４１  ＤＶＤ（第１の光記録媒体）
４１ａ  記録面
４２  ＣＤ（第２の光記録媒体）
４２ａ  記録面
Ｂ（４１）  ビームスポット
Ｂ（４２）  ビームスポット
Ｌ  対物レンズの光軸（システム光軸）
Ｌｏ  集光光学系
Ｌ１  第１のレーザ光束
Ｌ２  第２のレーザ光束
【図１】
2005062232.tif 000008
【図２】
2005062232.tif 000009
【図３】
2005062232.tif 000010
【図４】
2005062232.tif 000011
【図５】
2005062232.tif 000012
【図６】
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【図７】
2005062232.tif 000014