(57)【要約】【課題】異なる厚さの光ディスクの記録、再生を可能とする装置では、光ディスクの厚みと光束の波長の相違によって生じる対物レンズの球面収差の影響を受け、これを低減するために従来の回折素子を用いたレンズでは光の利用効率が低いという課題があった。【解決手段】回折素子を対物レンズ外周部のみに形成することにより温度補償を行い、ＣＤ用光ディスクは３次球面収差を０にするよりも小さい倍率で使用し、残存収差を位相段差で補正するように構成する。【選択図】図１
2005158089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源からの波長λ１の光束を第１の光ディスクの情報記録面に集光し、第２の光源からの波長λ２の光束を第２の光ディスクの情報記録面に集光する樹脂材料からなる対物レンズであって、
第１の光ディスクの厚み  ｄ１
第２の光ディスクの厚み  ｄ２
第１の光ディスクへ集光するＮＡ（開口数）  ＮＡ１
第２の光ディスクへ集光するＮＡ（開口数）  ＮＡ２
とした時、
ｄ１＜ｄ２
ＮＡ１＞ＮＡ２
λ１＜λ２
を満足し、かつ少なくとも一方の面のＮＡ２より高い開口部分に回折手段を備え、前記回折手段は前記樹脂材料の温度変化によって発生する対物レンズの波面収差変化を前記第１の光源からの光束による温度変化により発生する波長変化によって低減するように作用し、前記第２の光源からの光束の波長における対物レンズの結像倍率をｍ２とした時、
−０．０６＜ｍ２＜−０．０３
を満足し、前記結像倍率ｍ２においてＮＡ２の開口内で残存する球面収差を前記光束の波長λ１の整数倍に相当する位相段差で補正するようにしたことを特徴とする光ディスク用の対物レンズ。
【請求項２】
第１の波長の光束に対する対物レンズの結像倍率をｍ１とした時、ｍ１が略０であることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用の対物レンズ。
【請求項３】
前記位相段差は対物レンズの少なくとも一方の面に一体に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用の対物レンズ。
【請求項４】
ｄ１＝０．６ｍｍ、ｄ２＝１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用の対物レンズ。
【請求項５】
０．５８＜ＮＡ１＜０．６８、０．４３＜ＮＡ２＜０．５２であることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用の対物レンズ。
【請求項６】
回折手段は波長λ１の光束に対して回折効率が最大となるようにブレーズ化されたことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用の対物レンズ。
【請求項７】
位相段差は波長λ１と等しい位相差を発生する高さであることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用の対物レンズ。
【請求項８】
開口ＮＡ２内では波長λ１と波長λ２の光束を共に透過し、開口ＮＡ２からＮＡ１の範囲においては波長λ１の光束は透過し、波長λ２の光束は反射あるいは吸収する波長フィルターを備えることを特徴とする請求項１に記載の光ディスク用の対物レンズを用いた光ヘッド装置。
【請求項９】
第１の光源および第２の光源と、前記第１の光源から出射した光束を第１の光ディスクの情報記録面上へ集光し、かつ前記第２の光源から出射した光束を第２の光ディスクの情報記録面上へ集光する集光手段と、前記第１および第２の光ディスクの情報記録面で変調された光束を分離するための光束分離手段と、前記光束分離手段からの光を受光する受光手段を具備し、前記集光手段に請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の対物レンズ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルビデオディスク、デジタルオーディオディスク、コンピュータ用の光メモリディスクなどの光ディスク用の対物レンズとそれを用いた光ヘッド装置に関し、特にデジタルビデオディスクとデジタルオーディオディスクを一つの対物レンズにより互換再生、互換記録が可能な対物レンズとそれを用いた光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源波長と光ディスクの厚みが異なるデジタルバーサタイルディスク（以下、第１の光ディスクと称す）とコンパクトディスク（以下、第２の光ディスクと称す）を一つの光ディスク記録再生装置で記録再生を可能とする対物レンズが提案されている。
【０００３】
その例として、特許文献１〜３に開示されているように、例えば回折素子を対物レンズと一体化することにより、第１と第２の各光ディスクに対して最適なスポットを集光するようにしたものであり、また対物レンズは入射ビームが平行光の状態で第１の光ディスク専用に設計し、そして第２の光ディスクに対しては入射光を発散光とすることで光ディスクの厚みや波長の違いによる球面収差を補正するようにしたものもある。
【０００４】
また、回折素子を使う方式ではレンズ表面に微細な鋸歯状の回折形状を形成する必要があるため、レンズ成形用金型に微細加工が必要となり、このため金型の製作が比較的容易な樹脂製の対物レンズが用いられる。
【特許文献１】特開２００２−１５０５９５号公報
【特許文献２】特開平１１−３３７８１８号公報
【特許文献３】特開２０００−０８１５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、対物レンズに形成した回折素子により第１と第２の各光ディスクに対して最適なスポットを集光する方法では、回折素子が対物レンズの全面に形成されるため、通常の屈折面と比較して回折効率の低下による光の利用効率の低下が発生する。再生のみ可能な光ディスク装置ではレーザ出力に余裕があり、光の利用効率が多少低下しても特に問題とはならないが、記録可能な装置では光の利用効率の低下は大きな問題となる。
【０００６】
一方、光の利用効率が低下しない方法として、第２の光ディスクに対して入射光を発散させるようにした場合は、この第２の光ディスクに対しては対物レンズの構成が有限系になるが、もともと基本設計を第１の光ディスク用として設計するため、第２の光ディスクにおける軸外特性が悪化する。このため対物レンズの取り付け誤差やトラッキングによるレンズの移動に対して集光性能が劣化することになる。
【０００７】
また、対物レンズが樹脂材料からなるものでは温度によりその屈折率が変化するため、集光性能も劣化する。特に第１と第２の光ディスクともに記録・再生が可能な記録再生装置では、対物レンズのＮＡが高くなり、それによって性能が劣化するという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するものであり、回折素子を一部に設けることにより光の利用効率を高め、そして第２の光ディスクに対しては有限倍率を抑えることによって、レンズの軸外特性を改善した対物レンズとそれを用いた光ヘッド装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の対物レンズは、第１の光源からの波長λ１の光束を第１の光ディスクの情報記録面に集光し、第２の光源からの波長λ２の光束を第２の光ディスクの情報記録面に集光する樹脂材料からなる対物レンズであって、
第１の光ディスクの厚み  ｄ１
第２の光ディスクの厚み  ｄ２
第１の光ディスクへ集光するＮＡ（開口数）  ＮＡ１
第２の光ディスクへ集光するＮＡ（開口数）  ＮＡ２
とした時、
ｄ１＜ｄ２
ＮＡ１＞ＮＡ２
λ１＜λ２
を満足し、かつ少なくとも一方の面のＮＡ２より高い開口部分に回折手段を備え、前記回折手段は前記樹脂材料の温度変化によって発生する対物レンズの波面収差変化を前記第１の光源からの光束による温度変化により発生する波長変化によって低減するように作用し、前記第２の光源からの光束の波長における対物レンズの結像倍率をｍ２とした時、
−０．０６＜ｍ２＜−０．０３
を満足し、前記結像倍率ｍ２においてＮＡ２の開口内で残存する球面収差を前記光束の波長λ１の整数倍に相当する位相段差で補正するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
そして、第１の波長の光束に対する対物レンズの結像倍率をｍ１とした時、ｍ１が略０であることが望ましい。
【００１１】
また、位相段差は対物レンズの少なくとも一方の面に一体に形成することが望ましい。
【００１２】
さらに、ｄ１＝０．６ｍｍ、ｄ２＝１．２ｍｍであることが望ましく、また、０．５８＜ＮＡ１＜０．６８、０．４３＜ＮＡ２＜０．５２であることが望ましい。
【００１３】
また、回折手段は波長λ１の光束に対して回折効率が最大となるようにブレーズ化されたことが望ましく、さらに位相段差は波長λ１と等しい位相差を発生する高さであることが望ましい。
【００１４】
また、光ヘッド装置として、開口ＮＡ２内では波長λ１と波長λ２の光束を共に透過し、開口ＮＡ２からＮＡ１の範囲においては波長λ１の光束は透過し、波長λ２の光束は反射あるいは吸収する波長フィルターを備えることが望ましい。
【００１５】
さらに、光ヘッド装置として、第１の光源および第２の光源と、前記第１の光源から出射した光束を第１の光ディスクの情報記録面上へ集光し、かつ前記第２の光源から出射した光束を第２の光ディスクの情報記録面上へ集光する集光手段と、前記第１および第２の光ディスクの情報記録面で変調された光束を分離するための光束分離手段と、前記光束分離手段からの光を受光する受光手段を具備し、前記集光手段に上記のいずれかに記載の対物レンズを用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、１つの対物レンズでデジタルビデオディスク、デジタルオーディオディスクのような厚みならびに使用波長の異なる光ディスクに記録、再生でき、また、第２の光ディスクに対して結像倍率の絶対値が小さいため、対物レンズがトラッキングなどのために光軸に垂直な方向に移動してもレンズの性能劣化が低く抑えられる。さらに、位相段差により第２のディスクにおける球面収差を抑制できるので第２のディスクにおける良好な記録再生が可能となり、また、温度変化に対する性能劣化を対物レンズに一体化した回折素子により低減しているため、安価な樹脂材料で対物レンズを構成することができるものである。
【００１７】
また、位相段差を付加することで第２の光ディスク側の波面収差を良化するだけでなく、第１の光ディスク側の波長変動、温度変動に対しても収差改善することができる。
【００１８】
また、回折手段により回折効率の低下による光利用効率の低下を最小限にとどめることができ、さらに、本発明の光ディスク用対物レンズは第１の波長における対物レンズの結像倍率をｍ１とした時、ｍ１が略０であることを特徴とするため、よりＮＡの高さが要求される第１のディスクに対して対物レンズへの入射光線が平行光となるため、レンズのトラッキングなどによる性能変化を極限まで低減できる。
【００１９】
また、位相段差は対物レンズの少なくとも１面に一体化して形成することにより、部品点数が少なくコンパクトな光ヘッドを実現できる。
【００２０】
また、回折手段は第１の波長に対して回折効率が最大となるようブレーズ化されているため、高い回折効率を得ることができるとともに、位相段差は第１の波長λ１と等しい位相差を発生する高さであるため、第１のディスクに対しては波面収差の劣化がなく、一方第２のディスクに対しては球面収差を低減する効果を持ち、さらに、実質上の面形状における段差が最も低くなるので、加工や成形が容易となるものである。
【００２１】
また、開口ＮＡ２内では第１の波長λ１と第２の波長λ２を共に透過し、開口ＮＡ２からＮＡ１の範囲においては第１の波長λ１は透過し、第２の波長λ２は反射あるいは吸収する波長フィルターを付加することで、第２のディスクに対する開口をＮＡ２で完全に分離できるため、ＮＡ２よりも高い開口からの迷光を遮断することができる。
【００２２】
さらに、本発明の対物レンズを用いた光ヘッド装置は、一つの対物レンズにより使用波長の異なる光ディスクの互換再生、互換記録に最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の光ディスク用の対物レンズの実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の光ディスク用の対物レンズを用いた光学構成図であり、図１（ａ）は第１の光ディスクの場合の図であり、図１（ｂ）は第２の光ディスクの場合の図である。
【００２４】
まず、図１（ａ）において、第１の波長である６５８ｎｍ（λ１）の入射光束１は波長フィルター２を透過して樹脂製の対物レンズ３に入射し、厚さ０．６ｍｍの第１の光ディスク４の裏面の情報記録面５に集光する。波長フィルター２の中心部分２ａは第１の波長λ１と後述の第２の波長７８０ｎｍの何れもが透過し、周辺部２ｂは第１の波長λ１のみを透過し、第２の波長は反射あるいは吸収する特性を持っている。対物レンズ３の光源側の面（第１面）は中心部分６が非球面に形成され、周辺部分７は非球面の上に鋸歯状の回折素子が一体に形成されている。また、対物レンズ３のディスク側の面（第２面）には位相段差８が形成されている。
【００２５】
上記入射光束１は平行光であり、対物レンズ３はその平行光に対して波面収差が最小になるよう設計する。位相段差８は非球面上に形成されており、そして各段差８は第１の波長λ１の整数倍の位相差を発生するように設計されている。このため第１の波長λ１に対しては結果として位相段差８が形成されていないのと同じ波面収差となる。
【００２６】
前記対物レンズ３の第１面の中心部分６は非球面であり、したがってこの対物レンズ３は樹脂製であるために中心部に関しては樹脂の温度変化にともなう屈折率変化の影響を受けて波面収差が変化するが、中心部分の開口はＮＡが０．５に相当するためその影響は無視してよい程度となる。しかし周辺部分７も含めたＮＡは０．６５であり、通常の非球面のままではより温度の影響を受けてしまう。このため周辺部分７に一体に形成した回折素子は温度変化と同時に発生する光源の波長変動を利用して波面収差の変動を抑制している。
【００２７】
一方、第２の光ディスク１１においては、図１（ｂ）に示すように、第２の波長である７８０ｎｍ（λ２）の入射光束１０が発散光となって波長フィルター２の中心部分２ａを透過して対物レンズ３に入射し、そして厚さ１．２ｍｍの第２の光ディスク１１の裏面の情報記録面１２に集光する。
【００２８】
前記対物レンズ３の第２面側の位相段差８はλ２の光に対して位相差を生じる。したがって、入射光束１０を発散光にしても取りきれない残存球面収差を低減するように働く。
【００２９】
図２は波長フィルター２を除いた時の波長λ２の光束が対物レンズ３から第２の光ディスク１１に集光する時の波面収差を干渉縞で表したものである。ただしティルト成分を加えることで波面の曲がり具合を分かりやすく表示している。中心から含めていくつかのゾーンに分かれている。一番外側のゾーンは波長フィルターを除いたと仮定したことで現れている第１の光ディスク専用領域、すなわち対物レンズ３の外周部分７を透過した部分である。一見して干渉縞には大きな曲がりが存在していない。もし波長フィルター２が存在しなければ、実質的なＮＡがほぼ第１の光ディスク４と同程度まであると考えられ、ディスク厚みの厚い第２の光ディスクではティルトマージンが著しく狭くなることが予想される。また集光されたスポット径が小さすぎて記録再生特性に影響を与える。このことから対物レンズ３の周辺部７の回折素子は樹脂レンズの温度補償として設計した場合、必ずしも開口を制限する効果を持たせられないことが分かる。
【００３０】
なお、第１の波長λ１における対物レンズ３の結像倍率をｍ１とした時、そのｍ１が略０であること、すなわち平行光入射とすることで、ＮＡの高い第１の光ディスク４に対して対物レンズ３のトラッキングなどによる移動に対しては性能変化が生じない。
【００３１】
また、第２の光ディスク１１における対物レンズ３の結像倍率をｍ２とすると、ｍ２は、
−０．０６＜ｍ２＜−０．０３      （１）
であることが望ましい。ｍ２が（１）式の下限を越えて小さくなると第２の光ディスク１１における波面収差が大きくなりすぎて、位相段差を付けても大きな残存収差が生じたり、あるいは位相段差が複雑になりすぎ、加工が困難になるなどの問題が生じる。また、ｍ２が上限を越えて倍率が大きくなると第２のディスク１１に対する波面収差はより低下することもあるが、対物レンズ３がトラッキングなどで移動した時に生じる波面収差、すなわち軸外波面収差が大きくなりすぎるなどの問題を生じる。
【００３２】
さらに、第１の光ディスク４に対する対物レンズ３の開口数ＮＡ１は、
０．５８＜ＮＡ１＜０．６８        （２）
の範囲であることが望ましい。ＮＡ１が（２）式の下限を越えて小さくなるとスポットが絞りきれなくなって高密度の第１の光ディスク４を再生できなくなる。また、ＮＡ１が上限を超えると、第１の光ディスク４が傾いた時に生じるコマ収差が大きくなりすぎるなどの問題が生じる。
【００３３】
さらに、第２の光ディスク１１に対する対物レンズ３の開口数ＮＡ２は、
０．４３＜ＮＡ２＜０．５２      （３）
の範囲であることが望ましい。ＮＡ２が（３）式の下限を越えて小さくなるとスポットが絞りきれなくなって第２の光ディスク１１を再生できなくなる。また、ＮＡ２が上限を超えると、第２の光ディスク１１が傾いた時に生じるコマ収差が大きくなりすぎるなどの問題が生じる。
【００３４】
前記対物レンズ３に形成した回折素子は第１の波長である６５８ｎｍに対して回折効率が最大となるようにブレーズ化することで、最も高い回折効率を得ることができる。
【００３５】
さらに、位相段差８は第１の波長λ１と等しい位相差を発生する高さにすることにより、最も段差を低くすることができ、金型加工やレンズ製造が容易となる。
【００３６】
なお、Ｓは対物レンズ３などの光軸であり、また、第１の波長λ１および第２の波長λ２の光束はそれぞれ半導体レーザ（光源）から出射される光束が用いられる。
【００３７】
次に、本発明の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数値例を示す。なお、以下の各実施例において、対物レンズ３の第１面は光源側の面、第２面はディスク側の面とする。また第１、第２の各光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ）は平行平板とする。さらに第１の波長は６５８ｎｍとし、第２の波長は７８０ｎｍとする。第１の光ディスクの厚みは０．６ｍｍ、第２の光ディスクの厚みは１．２ｍｍ、第１の光ディスクの屈折率は１．５７８２０６、第２の光ディスクの屈折率は１．５７２０３１とする。
【００３８】
なお、以下の各実施例において、以下に示す符号は共通とする。
【００３９】
ｆ：第１の波長における対物レンズの焦点距離
ＮＡ１：第１の光ディスクに対する対物レンズの開口数
ＮＡ２：第２の光ディスクに対する対物レンズの開口数
Ｒ１：対物レンズの第１面の曲率半径
Ｒ２：対物レンズの第２面の曲率半径
ｄ：対物レンズの光軸部の厚み
ｎ１：第１の波長に対する対物レンズの屈折率
ｎ２：第２の波長に対する対物レンズの屈折率
ｆｂ１：対物レンズの第２面から第１の光ディスクまでの距離
ｆｂ２：対物レンズの第２面から第２の光ディスクまでの距離
また、非球面形状は、以下の（数１）で与えられる。
【００４０】
【数１】
2005158089.tif 000003
【００４１】
ただし、各符号の意味は以下の通りである。
【００４２】
Ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離
ｈ：光軸からの高さ
Ｃｊ：対物レンズの第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）
Ｋｊ：対物レンズの第ｊ面の円錐定数
Ａｊ，ｎ：対物レンズの第ｊ面のｎ次の非球面係数
ただし、ｊ＝１，２
また、非球面に付加された回折素子によって生じる位相差は以下の（数２）で与えられる。
【００４３】
【数２】
2005158089.tif 000004
【００４４】
ただし、各符号の意味は以下の通りである。
【００４５】
Ｐ：位相差関数
ｒ：光軸からの高さ
Ｂｊ，ｍ：対物レンズの第ｊ面の２ｍ次の位相関数係数
ただし、ｊ＝１，２
（実施例１）
実施例１の対物レンズ３の具体的数値を以下に示す。
【００４６】
ｆ＝２．８０
ＮＡ１＝０．６６
ＮＡ２＝０．５０
ｄ＝１．７５
ｎ１＝１．５３９５５３
ｎ２＝１．５３５９１２
ｆｂ１＝１．４３００
ｆｂ２＝１．１７９８
ｍ＝０．０４０４
第１面の内周
内周面と外周面の境界の光軸からの高さ  １．４４
Ｒ１＝１．７３４９９５４
Ｋ１＝−０．６６２１４０５１
Ａ１，４＝０．００１８２１１５５１
Ａ１，６＝−９．７６２３０１３ｅ−５
Ａ１，８＝−２．８３６１９１５ｅ−５
Ａ１，１０＝−１．３９１４９５ｅ−５
第１面の外周
内周面の光軸との交点からの外周面の光軸方向へのオフセット  ０．０００３９８８７６４１
Ｒ１＝１．７１１５１９
Ｋ１＝−０．６９５９１０９
Ａ１，４＝０．００１９５９５９３８
Ａ１，６＝−０．０００６４２５７７３８
Ａ１，８＝−０．０００１１６５５７２９
Ａ１，１０＝−１．８４０６９３５ｅ−００５
Ｂ１，２＝２０．４２０３３４
Ｂ１，４＝−３．２１１９７６７
Ｂ１，６＝−３．１８４７６３６
Ｂ１，８＝−０．１８８９４３１３
Ｂ１，１０＝−０．００９８３８９８８３
第２面は５つのゾーンに分かれる。
【００４７】
第１のゾーンは光軸からの高さが０〜０．４６５４
Ｒ２＝−７．５５６７９９３
Ｋ２＝−２７．８２３２０７
Ａ２，０＝０
Ａ２，４＝０．００２４６６８７７４
Ａ２，６＝−０．０００６３６１５４３６
Ａ２，８＝０．０００１０６７０６３１
Ａ２，１０＝−８．２７４４４９１ｅ−００６
第２ゾーンは光軸からの高さが０．４６５４〜０．９５６９
Ｒ２＝−７．５７６５３２７
Ｋ２＝−２７．８４０４４４
Ａ２，０＝−０．００１２１８９３９８
Ａ２，４＝０．００２４６３８４５２
Ａ２，６＝−０．０００６３６１５４３６
Ａ２，８＝０．０００１０６７０６３１
Ａ２，１０＝−８．２７４４４９１ｅ−００６
第３ゾーンは光軸からの高さが０．９５６９〜１．０７９４
Ｒ２＝−７．５５６７９９３
Ｋ２＝−２７．８２３２０７
Ａ２，０＝０
Ａ２，４＝０．００２４６６８７７４
Ａ２，６＝−０．０００６３６１５４３６
Ａ２，８＝０．０００１０６７０６３１
Ａ２，１０＝−８．２７４４４９１ｅ−００６
第４ゾーンは光軸からの高さが１．０７９４〜１．１３４５
Ｒ２＝−７．５３３３０５６
Ｋ２＝−２７．７５７７４５
Ａ２，０＝０．００１２４０３９６６
Ａ２，４＝０．００２４８３４１９１
Ａ２，６＝−０．０００６３６１５４３６
Ａ２，８＝０．０００１０６７０６３１
Ａ２，１０＝−８．２７４４４９１ｅ−６
第５ゾーンは光軸からの高さが１．１３４５〜
Ｒ２＝−７．５５６７９９３
Ｋ２＝−２７．８２３２０７
Ａ２，０＝０．０
Ａ２，４＝０．００２４６６８７７４
Ａ２，６＝−０．０００６３６１５４３６
Ａ２，８＝０．０００１０６７０６３１
Ａ２，１０＝−８．２７４４４９１ｅ−６
第１面に付加した回折素子の効果により対物レンズ３の温度が±３５度変化しても第１の光ディスクにおける波面収差変化は±１４ｍλ程度と非常に少なくなっている。さらに半導体レーザの波長のみが±５ｎｍ変化した場合も約±１２ｍλの波面収差変化と非常に少なくなっている。なお、位相段差が形成されていない場合は、前者が±２０ｍλ、後者が±１５ｍλといずれも増加する。したがって、位相段差は第２の光ディスク側の波面収差を良化するだけでなく、第１の光ディスク側の波長変動、温度変動に対しても収差改善の効果を持っていることが分かる。
【００４８】
上記実施例１の第１の光ディスクにおける収差（球面収差、波面収差、正弦条件）を図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図３に示すように各収差は良好に補正されている。また、第２のディスクにおける収差（波面収差、正弦条件）を図４の（ａ）、（ｂ）に示す。波面収差は位相段差によって補正されていることが分かる。トータルの波面収差は約４０ｍλである。正弦条件は第１の光ディスクにおいて完全に補正されているため、第２の光ディスクの光学系の条件では補正過剰となっているが、実用上問題のないレベルである。
【００４９】
（実施例２）
実施例２の対物レンズの具体的数値を以下に示す。
【００５０】
ｆ＝２．１５
ＮＡ１＝０．６６
ＮＡ２＝０．５０
ｄ＝１．３２８
ｎ１＝１．５３９５５３
ｎ２＝１．５３５９１２
ｆｂ１＝１．０２７９
ｆｂ２＝０．７７０２
ｍ＝０．０４８７
第１面の内周
内周面と外周面の境界の光軸からの高さ  １．１１４
Ｒ１＝１．３４８６３０７
Ｋ１＝−０．６５３１７１７
Ａ１，４＝０．００３６０８０４６７
Ａ１，６＝−０．０００６０６８０７６４
Ａ１，８＝−０．０００１８０７８８１８
Ａ１，１０＝−０．０００１３９７９４２４
第１面の外周
内周面の光軸との交点からの外周面の光軸方向へのオフセット  ０．０００５９２７７７５６
Ｒ１＝１．２６７８６７８
Ｋ１＝−０．９８０９４６６８
Ａ１，４＝−０．０２３６９６３９７
Ａ１，６＝０．０３５１９２３０５
Ａ１，８＝−０．０１３７１８１０３
Ａ１，１０＝０．００１５６４９８５５
Ｂ１，２＝１２１．７０２０９
Ｂ１，４＝−２３２．４６８５９
Ｂ１，６＝１８３．１８９９２
Ｂ１，８＝−７３．７６３５８９
Ｂ１，１０＝９．７４００２１１
第２面は５つのゾーンに分かれる。
【００５１】
第１のゾーンは光軸からの高さが０〜０．３６３６
Ｒ２＝−５．４３２７３１
Ｋ２＝−３３．３０３９７
Ａ２，０＝０
Ａ２，４＝−０．０００１７１６２７４８
Ａ２，６＝０．０００９８７１４３７８
Ａ２，８＝−０．０００４６１６７７９４
Ａ２，１０＝８．０８５２９２５ｅ−５
第２ゾーンは光軸からの高さが０．３６３６〜０．７４２９４
Ｒ２＝−５．４５０７８４８
Ｋ２＝−３３．２３８０６５
Ａ２，０＝−０．００１２２０１４５７
Ａ２，４＝−０．０００１２８２３２１８
Ａ２，６＝０．０００９８７１４３７８
Ａ２，８＝−０．０００４６１６７７９４
Ａ２，１０＝８．０８５２９２５ｅ−５
第３ゾーンは光軸からの高さが０．７４２９４〜０．８２５７５
Ｒ２＝−５．４３２７３１
Ｋ２＝−３３．３０３９７
Ａ２，０＝−２．６６９８５４７ｅ−６
Ａ２，４＝−０．０００１７４５３１７３
Ａ２，６＝０．０００９８７８５２３９
Ａ２，８＝−０．０００４６１６７７９４
Ａ２，１０＝８．０８５２９２５ｅ−００５
第４ゾーンは光軸からの高さが０．８２５７５〜０．８８９４
Ｒ２＝−５．４１８８０１５
Ｋ２＝−３３．０８９８５２
Ａ２，０＝０．００１２０４３７４１
Ａ２，４＝−０．０００１３８６６５６６
Ａ２，６＝０．０００９８７１４３７８
Ａ２，８＝−０．０００４６１６７７９４
Ａ２，１０＝８．０８５２９２５ｅ−００５
第５ゾーンは光軸からの高さが０．８８９４〜
Ｒ２＝−５．４３２７３１
Ｋ２＝−３３．３０３９７
Ａ２，０＝０．０
Ａ２，４＝−０．０００１７１６２７４８
Ａ２，６＝０．０００９８７１４３７８
Ａ２，８＝−０．０００４６１６７７９４
Ａ２，１０＝８．０８５２９２５ｅ−００５
第１面に付加した回折素子の効果により対物レンズの温度が±３５度変化しても第１の光ディスクにおける波面収差変化は±１３ｍλ程度と非常に少なくなっている。さらに、半導体レーザの波長のみが±５ｎｍ変化した場合も約±１５ｍλの波面収差変化と非常に少なくなっている。なお、位相段差が形成されていない場合は、前者が±１５ｍλ、後者が±１５ｍλである。したがって、この場合も位相段差は第２の光ディスク側の波面収差を良化するだけでなく、第１の光ディスク側の波長変動、温度変動に対してもわずかながら収差改善の効果を持っていることが分かる。
【００５２】
上記実施例２の第１の光ディスクにおける収差（球面収差、波面収差、正弦条件）を図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図５に示すように各収差は良好に補正されている。第２の光ディスクにおける収差（波面収差、正弦条件）を図６の（ａ）、（ｂ）に示す。波面収差は位相段差によって補正されていることが分かる。トータルの波面収差は約４０ｍλである。正弦条件は第１の光ディスクにおいて完全に補正されているため、第２の光ディスクの光学系の条件では補正過剰となっているが、実用上問題のないレベルである。
【００５３】
（実施例３）
次に、上記した対物レンズ３を搭載した光ヘッド装置について図７を用いて説明する。図７は光ヘッド装置の光学構成図である。第１の波長６５８ｎｍの半導体レーザ１３から出射した光束は６５８ｎｍを透過するビームスプリッター１４を透過し、コリメートレンズ１５により平行光となる。その平行光はビームスプリッター１６を透過した後、波長フィルター２を透過して対物レンズ３に入射する。前記対物レンズ３は第１の光ディスク４の情報記録面５にスポットを集光する。前記情報記録面５で変調された光は対物レンズ３へ戻り、ビームスプリッター（光束分離手段）１６で反射され、検出レンズ２１によってフォトディテクター（受光手段）２２に達する。フォトディテクター２２は上記第１の光ディスク４の情報記録面５に記録された情報を再生する。また、書き込み（記録）時は半導体レーザ１３の出射パワーを変調することにより情報記録面５に情報を書き込むことができる。
【００５４】
そして、上記第１の光ディスク４に代えて第２の光ディスク１１における例えば再生は、前記半導体レーザ１３に代えて第２の波長である７８０ｎｍを出射する半導体レーザ２３の光束がビームスプリッター１４で反射されてコリメートレンズ１５により発散光となる。その発散光はビームスプリッター１６を透過した後、波長フィルター２を透過して対物レンズ３に入射する。前記対物レンズ３は第２の光ディスクの情報記録面にスポットを集光する。前記情報記録面で変調された光は対物レンズ３へ戻り、ビームスプリッター１６で反射され、検出レンズ２１によってフォトディテクター２２に達する。フォトディテクター２２は第２の光ディスクの情報記録面に記録された情報を再生する。
【００５５】
なお、上記の説明において、位相段差８と回折素子７はその形成位置を入れ替えてもよく、また、位相段差８と回折素子７は対物レンズ３の別々の面に形成したが、同じ面に形成して一体化してもよい。また、位相段差８、回折素子７ともに対物レンズ３と一体化せずに、別体の光学素子としてこれらを付加してもよい。
【００５６】
さらに、位相段差８は第１の波長と同じ位相を発生するように面形状を設定したが、２倍あるいは３倍などの整数倍に設定してもよい。この整数倍の量によってはより第２の光ディスク側での波面収差を低減することも可能である。また同じく位相段差８のゾーン数も第２の光ディスクの波面収差許容量の範囲で増減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の光ディスク用の対物レンズとそれを用いた光ヘッド装置は、例えばデジタルビデオディスクとデジタルオーディオディスクを一つの対物レンズにより互換再生、互換記録をするレンズあるいは光ヘッド装置として最適であり、民生用の光ディスク装置およびコンピュータ用の光メモリディスク装置などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態における光ディスク用の対物レンズを用いた光学構成図
【図２】本発明の実施の形態の対物レンズにおいて、第２の光源の波長で第２の光ディスクに集光する光学系における開口数ＮＡ０．６６での波面収差を表す干渉縞の写真図
【図３】本発明の実施例１における対物レンズの第１の光ディスクに対する収差図
【図４】本発明の実施例１における対物レンズの第２の光ディスクに対する収差図
【図５】本発明の実施例２における対物レンズの第１の光ディスクに対する収差図
【図６】本発明の実施例２における対物レンズの第２の光ディスクに対する収差図
【図７】本発明の実施例３における光ヘッド装置の光学構成図
【符号の説明】
【００５９】
１  入射光束
２  波長フィルター
３  対物レンズ
４、１１  光ディスク
５、１２  情報記録面
７  回折素子
８  位相段差
１３、２３  半導体レーザ
１６  ビームスプリッター
２２  フォトディテクター
【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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