(57)【要約】【課題】複数種類の光束を使用して規格の異なる三種類の光ディスクのいずれに対しても、諸収差の発生を抑えると共に、高い回折効率を確保して高精度な情報の記録または再生を実現することができる光情報記録再生装置用の対物レンズを提供すること。【解決手段】光情報記録再生装置用対物レンズは、互いに異なる規格を持つ三種類の光ディスクに対して波長が異なる三種類の略平行光束を使い分けることにより、情報の記録または再生を行う装置用のレンズであって、所定の条件を満たす２種類の材料から選択される第一の光学部材と第二の光学部材が、回折構造を有する接合面で接合されることにより形成され、回折構造は、各光束において、回折効率が最大となる回折次数が１次以上であり、かつ最も短い波長の光束で回折効率が最大となる回折次数は他の波長の光束で回折効率が最大となる次数よりも大きくなるように構成される。【選択図】図１
2007334952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録密度の異なる複数の光ディスクそれぞれに対して第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
前記第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３、とすると、
λ１＜λ２＜λ３
であり、
前記第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
前記対物レンズは、第一の光学部材と第二の光学部材が接合されており、接合面の少なくとも前記開口数ＮＡ３を確保するために必要な入射高さの内側に位置する領域には輪帯状の回折構造が形成され、
前記回折構造は、前記第一の波長から第三の波長の各光束において、回折効率が最大となる回折次数が、以下の条件、
ｍ（λ１）＞ｍ（λ２）≧ｍ（λ３）≧１
ただし、ｍ（λ１）は、前記第一の波長の回折次数
ｍ（λ２）は、前記第二の波長の回折次数
ｍ（λ３）は、前記第三の波長の回折次数、を表す、
を満足することを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記回折次数の比率は、前記第一の波長の光束、前記第二の波長の光束、前記第三の波長の光束の順に、３：２：２であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項３】
請求項２に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記光学部材は、以下の条件（１）、（２）、
１．００≦Δｎ（λ２）／Δｎ（λ１）≦１．１８・・・（１）
１．０２≦Δｎ（λ３）／Δｎ（λ１）≦１．３０・・・（２）
ただし、Δｎ（λ１）＝ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）、
Δｎ（λ２）＝ｎ２（λ２）−ｎ１（λ２）、
Δｎ（λ３）＝ｎ２（λ３）−ｎ１（λ３）、
ｎ１（λｉ）は、前記第一の光学部材の第ｉの波長での屈折率、
ｎ２（λｉ）は、前記第二の光学部材の第ｉの波長での屈折率、を表す、
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項４】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記回折次数の比率は、前記第一の波長の光束、前記第二の波長の光束、前記第三の波長の光束の順に、５：３：３であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項５】
請求項４に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記光学部材は、以下の条件（３）、（４）、
０．８５≦Δｎ（λ２）／Δｎ（λ１）≦１．１０・・・（３）
０．８８≦Δｎ（λ３）／Δｎ（λ１）≦１．２５・・・（４）
ただし、Δｎ（λ１）＝ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）、
Δｎ（λ２）＝ｎ２（λ２）−ｎ１（λ２）、
Δｎ（λ３）＝ｎ２（λ３）−ｎ１（λ３）、
ｎ１（λｉ）は、前記第一の光学部材の第ｉの波長での屈折率、
ｎ２（λｉ）は、前記第二の光学部材の第ｉの波長での屈折率、を表す、
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、
前記光学部材は以下の条件（５）
０．０１≦｜Δｎ（λ１）｜≦０．１５・・・（５）
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、前記光学部材はいずれも樹脂であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、接合面ではない光学面の少なくとも一方の面において、前記開口数ＮＡ３を確保するために必要な入射高さよりも外側に位置する領域には、回折構造が設けられていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【請求項９】
請求項８に記載の光情報記録再生装置用対物レンズにおいて、前記回折構造は、前記第一の波長の光束に対して奇数次の回折光の回折効率が最大となるように構成されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置といった波長が各々異なる複数種類の光を使用する装置に搭載される対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、従来、ＣＤやＤＶＤといった、記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。また近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、ＤＶＤよりも一層記録密度の高い新規格の光ディスクが実用化されつつある。該新規格の光ディスクとしては、例えばＨＤ  ＤＶＤやＢＤ（Blu-ray Disc）等がある。このような新規格の光ディスクは、ＤＶＤの保護層厚と同等もしくはそれ以下の保護層厚を有する。このように規格の異なる複数の光ディスクが存在するためユーザの利便性に鑑み、近年、光情報記録再生装置、より厳密には装置内に設けられる対物レンズは、上記の三種類の光ディスクに対して互換性を持つことが要求される。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。また、互換性を持つとは、使用する光ディスクを切り替えたとしても部品を交換したりすることなく情報の記録または再生が保証されることをいう。
【０００３】
装置が規格の異なる複数の光ディスクに対して互換性を持つためには、規格が異なる光ディスクの切り替え時に、保護層の厚みによって変化してしまう球面収差を補正しつつ、情報の記録または再生に使用する光の開口数（ＮＡ）を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるようにする必要がある。一般にスポット径は波長が短いほど小さくできる。そこで従来、記録密度に応じて、光情報記録再生装置では、複数の波長のレーザー光が使用される。例えば、ＤＶＤ使用時には、ＣＤ使用時に用いられる約７９０ｎｍより短い約６６０ｎｍの波長のレーザー光が用いられる。また、該新規格の光ディスク使用時には、その記録密度の高さからＤＶＤに対する情報の記録または再生時に用いられる波長よりもさらに短波長の光（例えば４０５ｎｍあたりのいわゆる青色レーザー光）が用いられる。
【０００４】
また、各々の光ディスクに対して、良好な状態で各光ディスクの記録面位置に収束させる一つの手段として、対物レンズにおける任意の一面に輪帯状の微細な段差を有する輪帯構造を設け、該輪帯構造の作用によって、異なる波長の光を各々対応する光ディスクの記録面において良好に収束させる技術が実用化されている。
【０００５】
上記のように、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ  ＤＶＤのように三種類の光ディスクに対して互換性を持つ対物レンズは、例えば以下の特許文献１に提案される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３６２６２６号公報
【０００７】
特許文献１に記載の対物レンズは、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対して互換性を持たせるために、波長の異なる３種類の光束のうち、２つの波長の光束に対しては回折構造により球面収差を補正し、残りの１つの波長に対しては対物レンズに入射する光束の発散度をコントロールすることにより球面収差を補正している。
【０００８】
ここで、対物レンズに発散光が入射する場合、トラッキング時にコマ収差等の収差が発生してしまう。このような収差は、情報の記録または再生を行う際に高いＮＡが要求される記録密度が高い光ディスク使用時には特に影響が大きくなる。しかし、上記特許文献１のような構成で、各光ディスク使用時に平行光束を使用しようとした場合、回折構造を複雑かつ高精密にしなくてはならない。
【０００９】
それに対し、対物レンズに平行光を入射させた状態で３種類の光ディスクに対して互換性を持たせる手法が、下記の特許文献２から特許文献４に提案されている。
【００１０】
【特許文献２】特開２００５−１００５８６号公報
【特許文献３】特開２００６−０１２３９４号公報
【特許文献４】特開２００６−０１２３９３号公報
【００１１】
特許文献２、特許文献３では、接合面を有した対物光学系において、接合面に回折構造を形成し、いわゆる青色レーザー光に対しては収差補正機能を有さず、残りの２つの波長の光に対しては収差補正を行うことで、回折効率の低下を防ぎつつ互換性を満足する手法が提案されている。また、特許文献４では、他の文献と同様に接合面を有した光学系で、接合する材料間において、ＣＤやＤＶＤ使用時に用いられる各光に対する屈折率差を、いわゆる青色レーザー光に対する屈折率差に比べて大きくすることにより、高い回折効率を実現するという技術が提案されている。
【００１２】
接合面に回折構造を形成する場合、形成の容易性を考慮すると、接合する２つの光学材料はともに樹脂であることが望ましい。しかしながら、上記特許文献２から特許文献４のような構成では、実在の光学材料の中で適応するものが数少なく、樹脂同士の組み合わせでは既存の材料の中から適当なものを選択することは難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、波長が異なる複数種類の光束を使用して規格の異なる三種類の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生を行った時であっても、各光ディスクの記録面上において球面収差をはじめとする諸収差を抑えて良好なスポットを形成するとともに、いずれの光ディスク使用時であっても高い回折効率を確保して高精度な情報の記録または再生を実現することができ、かつ材料選択の自由度が高く製造の容易な組み合わせを選択可能である光情報記録再生装置用の対物レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる複数の光ディスクそれぞれに対して第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、
第一から第三の波長を、それぞれλ１、λ２、λ３、とすると、
λ１＜λ２＜λ３
であり、
第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をｔ１、第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をｔ２、第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をｔ３、とすると、
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
であり、
第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ１、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ２、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をＮＡ３、とすると、
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
であり、
対物レンズは、第一の光学部材と第二の光学部材が接合されており、接合面の少なくとも開口数ＮＡ３を確保するために必要な入射高さの内側に位置する領域には輪帯状の回折構造が形成され、回折構造は、第一の波長から第三の波長の各光束において、回折効率が最大となる回折次数が、以下の条件、
ｍ（λ１）＞ｍ（λ２）≧ｍ（λ３）≧１
ただし、ｍ（λ１）は、前記第一の波長の回折次数
ｍ（λ２）は、前記第二の波長の回折次数
ｍ（λ３）は、前記第三の波長の回折次数、を表す、
を満足することを特徴とする。
【００１５】
請求項１に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、接合面に回折構造を持つ接合レンズを使用することにより、空気との界面に回折構造を設けた場合に比べて回折効率を向上させることができる。さらに、短波長の光束に対する回折次数を、長波長の光束に対する回折次数よりも大きくすることで、従来の接合型回折レンズに比べてより材料選択の自由度を高めることができる。従って、入射する光の回折効率が最大になる回折次数の比率に応じた適切な材料選択を行うことにより、いずれの光ディスク使用時であっても高い回折効率を得ることができる。しかも各光ディスクのいずれを使用する場合でも略平行光束を使用するため、トラッキングシフト時に収差の発生を抑えることができ、情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。
【００１６】
例えば、回折次数の比率は、第一の波長の光束、第二の波長の光束、第三の波長の光束の順に、３：２：２である（請求項２）。
【００１７】
請求項２に記載の構成を採る場合、光学部材は、以下の条件（１）〜（２）、
１．００≦Δｎ（λ２）／Δｎ（λ１）≦１．１８・・・（１）
１．０２≦Δｎ（λ３）／Δｎ（λ１）≦１．３０・・・（２）
ただし、Δｎ（λ１）＝ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）
Δｎ（λ２）＝ｎ２（λ２）−ｎ１（λ２）
Δｎ（λ３）＝ｎ２（λ３）−ｎ１（λ３）
ｎ１（λｉ）は、第一の光学部材の第ｉの波長での屈折率、
ｎ２（λｉ）は、第二の光学部材の第ｉの波長での屈折率、を表す、
を満たすように構成される（請求項３）。
【００１８】
また例えば、回折次数の比率は、第一の波長の光束、第二の波長の光束、第三の波長の光束の順に、５：３：３である（請求項４）。
【００１９】
請求項４に記載の構成を採る場合、各光学部材は、以下の条件（３）〜（４）、
０．８５≦Δｎ（λ２）／Δｎ（λ１）≦１．１０・・・（３）
０．８８≦Δｎ（λ３）／Δｎ（λ１）≦１．２５・・・（４）
を満たすように構成される。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、適切な回折次数の比率を選択することにより、幅広い範囲からの材料選択が可能であり、かつ高い回折効率を得ることが可能である。
【００２１】
請求項６に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第一の光学部材および第二の光学部材は以下の条件（５）、
０．０１≦｜Δｎ（λ１）｜≦０．１５・・・（５）
を満たすように構成されることが好ましい。条件（５）の下限を下回ると、接合面に形成する回折構造の位相段差が大きくなりすぎる。また、条件（５）の上限を上回ると接合面の形状誤差等により発生する収差量が大きくなる。つまり条件（５）を満たさない場合は、対物レンズの製造が困難となり好ましくない。
【００２２】
請求項７に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第一の光学部材および第二の光学部材はそれぞれ樹脂素材であっても良い。樹脂素材であれば、回折構造を比較的容易に形成することが可能である。
【００２３】
請求項８に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、接合面ではない光学面の少なくとも一方の面において、開口数ＮＡ３を確保するために必要な入射高さよりも外側に位置する領域には、回折構造が設けられている。必要とする開口数が最も小さい第三の波長の光束の開口数に対応する入射高さよりも外側の領域では、第三の波長の光束に対する回折効率は必ずしも高い必要はない。該外側の領域では、接合面以外の光学面に回折構造を形成することにより、第三の波長の光束を不必要な光束として拡散させることが好ましい。
【００２４】
請求項９に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、上記の回折構造は、第一の波長の光束に対して奇数次の回折光の回折効率が最大となるように構成されていることが好ましい。このように選択することにより、第三の波長の光束に対する開口制限機能を果たすとともに、第一および第二の光束に対する温度変化時の球面収差変化を低減することが可能である。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明にかかる対物レンズは、光学性能が互いに異なる二つの光学部材を所定の回折構造が形成された接合面で接合することにより構成される。これにより、いずれの光ディスク、特に記録密度が低いＣＤ等の光ディスクを使用するときでも、高い回折効率を確保することができ、より高精度な情報の記録または再生が実現される。また本発明によれば、どの光ディスクを使用する場合にも略平行光束を用いることも可能である。これにより、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれを使用した場合であっても、球面収差のみならずトラッキングシフト時に発生する収差を良好に抑えることができる。
【００２６】
さらに本発明によれば、適切な回折次数の比率を選択することにより、接合する二つの材料の選択範囲を広げ、設計の自由度を増やし、かつ回折構造の製造が容易となる樹脂同士の接合レンズをも実現可能とする。すなわち本発明によれば、記録密度の異なる三種類の光ディスクの記録面上において、十分な光量を持った良好なスポットを形成可能な光情報記録再生用対物レンズが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態の対物レンズについて説明する。本実施形態の対物レンズは、光情報記録再生装置に搭載され、保護層厚、記録密度等といった規格がそれぞれ異なる三種類の光ディスクについて互換性を有している。
【００２８】
以下では説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスク（例えばＨＤ  ＤＶＤやＢＤ等の新規格の光ディスク）を第一の光ディスクＤ１、第一の光ディスクＤ１に比べて相対的に記録密度が低い（例えばＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ等）を第二の光ディスクＤ２、記録密度が最も低い光ディスク（例えばＣＤやＣＤ−Ｒ等）を第三の光ディスクＤ３、と記す。
【００２９】
各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、各保護層厚には、以下のような関係がある。
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
【００３０】
また、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のそれぞれに対して情報の記録または再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされるＮＡの値を変化させる必要がある。ここで、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とすると、各ＮＡには以下のような関係がある。
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
【００３１】
つまり、記録密度の高い第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時には、より小径なスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが高くなる。これに対し、最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時には、必要とされるＮＡは比較的小さい。なお、どの光ディスクも、情報の記録または再生時には、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。
【００３２】
上記のように記録密度が異なる各光ディスクＤ１〜Ｄ３を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。具体的には、第一の光ディスクＤ１に対して情報の記録または再生を行う際には、最も小径のビームスポットを第一の光ディスクＤ１の記録面上において形成するために、最も短波長（第一の波長）であるレーザー光（以下、第一のレーザー光という）を光源から照射する。また、第三の光ディスクＤ３に対して情報の記録または再生を行う際には、最も大きな径のビームスポットを第三の光ディスクＤ３の記録面上において形成するために、最も長波長（第三の波長）であるレーザー光（以下、第三のレーザー光という）を光源から照射する。そして第二の光ディスクＤ２に対して情報の記録または再生を行う際には、第二の光ディスクＤ２の記録面上において比較的小径のスポットを形成するために、第一のレーザー光よりは長波長であってかつ第三のレーザー光よりは短波長（第二の波長）であるレーザー光（以下、第二のレーザー光という）を光源から照射する。
【００３３】
図１は、本実施形態の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００の概略構成を表す模式図である。光情報記録再生装置１００は、第一のレーザー光を照射する光源１Ａ、第二のレーザー光を照射する光源２Ａ、第三のレーザー光を照射する光源３Ａ、カップリングレンズ１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、ビームスプリッタ４１、４２、ハーフミラー４３、受光部４４を有する。なお、光情報記録再生装置１００では、上記の各光ディスク使用時に必要とされるＮＡが各々異なることに対応する必要がある。そのため、光情報記録再生装置１００では、図示しないが、光源３Ａ〜対物レンズ１０間に第三のレーザー光の光束径を規定する開口制限素子が配設されていてもよい。
【００３４】
図１に示すように、各光源１Ａ〜３Ａから照射された第一〜第三の各レーザー光束は、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂにより平行光束に変換される。つまり本実施形態では、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂは、コリメートレンズとして機能する。各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂを透過した各レーザー光束は、ビームスプリッタ４１、４２によって共通の光路に導かれ、対物レンズ１０に入射する。対物レンズ１０を透過した各光束は、情報の記録または再生の対象となる各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面近傍に収束する。記録面で反射した各レーザー光は、ハーフミラー４３を透過し、受光部４４により検出される。
【００３５】
上記のように、対物レンズ１０に入射する各レーザー光を平行光束にすることにより、対物レンズ１０をトラッキングした時におけるコマ収差等の軸外収差の発生を抑えることができる。
【００３６】
なお、厳密には、各光源１Ａ〜３Ａの個体差や設置位置、さらには光情報記録再生装置１００のおかれた環境の変化等の理由によって、各カップリングレンズ１Ｂ〜３Ｂから射出される光束は必ずしも平行光束にはならない場合もある。しかし、上記の理由による光束の発散角は、非常に小さいため、トラッキングシフト時に生じる収差も小さい。よって、実使用上問題ないと言える。
【００３７】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、対物レンズ１０および各光ディスクＤ１〜Ｄ３を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示した図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）において、光情報記録再生装置１００の基準軸ＡＸは、図中一点鎖線で表示されている。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す状態では、対物レンズの光軸は光学系の基準軸ＡＸと一致しているが、トラッキング動作などにより対物レンズの光軸が光学系の基準軸ＡＸから外れる状態もある。
【００３８】
図２に示すように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３は、それぞれ保護層２１、記録面２２を有する。なお、実際の光ディスクＤ１〜Ｄ３において、記録面２２は、保護層２１と図示しないレーベル層によって挟持されている。
【００３９】
図３は、対物レンズ１０を拡大して示す模式図である。対物レンズ１０は、互いに材料が異なる二つの光学部材１０Ａ、１０Ｂを接合面１３で接合することにより形成される。接合されることにより形成される対物レンズ１０は、光源側から順に第一面１１と第二面１２を有する。対物レンズ１０は、各面１１、１２は非球面、面１３は回折面である両凸のプラスチック製接合レンズである。非球面の形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の該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Ｋ、四次、六次、八次、十次、十二次…の非球面係数をＡ２ｉ（但し、ｉは１以上の整数）として、以下の式で表される。
【００４０】
【数１】
2007334952.tif 000003
【００４１】
光情報記録再生装置１００のように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時において異なる波長のレーザー光を用いる場合、各光ディスク使用時によって、対物レンズの屈折率の変化や、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１の厚さの違いに起因して、球面収差が変化する。
【００４２】
従って、三種類の光ディスクＤ１〜Ｄ３をそれぞれ使用する時に発生する球面収差を補正して各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する互換性を持たせるため、本実施形態の対物レンズ１０の少なくとも接合面１３には、三種類の光束に影響を与える回折作用を持つ回折構造が設けられる。接合面１３に設けられた回折構造は、光軸ＡＸを中心とした同心円状の複数の屈折面と各屈折面間に形成される複数の微小な段差からなる。
【００４３】
本実施形態の対物レンズは、接合面１３での回折作用ならびに屈折作用および第一面１１、第二面１２の屈折作用により、第一から第三の各レーザー光の光束を、それぞれ対応するディスクの記録面上に、球面収差が略０になるように補正しつつ集光させる機能を持つ。
【００４４】
なお、光路差関数は、対物レンズ１０の回折レンズとしての機能を光軸からの高さｈにおける光路長付加量の形で表現される。光路差関数をφ（ｈ）とすると、該φ（ｈ）は、以下の式によって表される。
【００４５】
【数２】
2007334952.tif 000004
【００４６】
光路差関数φ（ｈ）において、Ｐ２ｉ（但し、ｉは１以上の整数）はそれぞれ二次、四次、六次、…の係数である。ｍは使用するレーザー光の回折効率が最大となる回折次数を、λは使用するレーザー光の設計波長を、それぞれ表す。但し、本実施形態において、ｍは以下の条件、
ｍ（λ１）＞ｍ（λ２）≧ｍ（λ３）≧１
ｍ（λ１）は、前記第一の波長の回折次数
ｍ（λ２）は、前記第二の波長の回折次数
ｍ（λ３）は、前記第三の波長の回折次数
を満たす。
【００４７】
対物レンズ１０を構成する光学部材１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ、対物レンズ１０にいずれのレーザー光が入射した場合であっても、高い光利用効率を得ることができるように、使用する各レーザー光における回折効率が最大となる回折次数の比率（以下、単に回折次数の比率という）により規定される材料からなる。以下では、回折次数の比率が第一のレーザー光から順に、３：２：２となるような回折構造を接合面１３に形成した対物レンズを第一の構成例、５：３：３となるような回折構造を接合面１３に形成した対物レンズを第二の構成例とし、各構成例に好適な光学部材１０Ａ、１０Ｂの材料選択について詳述する。
【００４８】
第一の構成例の対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂとして好適な材料は、以下の条件（１）、（２）を満たすものが選択される。
１．００≦Δｎ（λ２）／Δｎ（λ１）≦１．１８・・・（１）
１．０２≦Δｎ（λ３）／Δｎ（λ１）≦１．３０・・・（２）
但し、Δｎ（λ１）＝ｎ２（λ１）−ｎ１（λ１）、
Δｎ（λ２）＝ｎ２（λ２）−ｎ１（λ２）、
Δｎ（λ３）＝ｎ２（λ３）−ｎ１（λ３）、
ｎ１（λｉ）は、前記第一の光学部材の第ｉの波長での屈折率、
ｎ２（λｉ）は、前記第二の光学部材の第ｉの波長での屈折率、を表す。
【００４９】
条件（１）、（２）ともに第一の光ディスクＤ１使用時における光利用効率を基準とした場合の第二、第三の各光ディスク使用時における相対的光利用効率を高くするための条件である。各条件（１）、（２）において、上限あるいは下限を越えてしまうと、各光ディスク使用時における光利用効率が低くなり、不要次回折光による迷光が問題となる。
【００５０】
第二の構成例の対物レンズ１０においては、以下の条件（３）、（４）を満たすものが、第二の光学部材１０Ｂに好適な材料として選択される。
０．８５≦Δｎ（λ２）／Δｎ（λ１）≦１．１０・・・（３）
０．８８≦Δｎ（λ３）／Δｎ（λ１）≦１．２５・・・（４）
【００５１】
各条件（３）、（４）の上限および下限は、第二の構成例の対物レンズ１０が、上記の条件（１）、（２）を満たす第一の構成例の対物レンズ１０と同様の効果を奏するために設定されている。
【００５２】
第一の構成例、第二の構成例ともに、各光学部材１０Ａ、１０Ｂは以下の条件式（５）を満たすものが選択される。
０．０１≦｜Δｎ（λ１）｜≦０．１５・・・（５）
条件（５）は接合面の製造の容易性に関係する。回折段差の光軸方向の深さΔｔは、以下の式（６）で与えられる。
Δｔ＝ｍ・λ／Δｎ（λ）・・・（６）
【００５３】
ここで、λおよびｍは回折効率を最大化する波長ならびに回折次数であり、Δｎ（λ）は波長λに対する第一および第二の光学部材の屈折率の差である。すなわち、段差の深さΔｔはΔｎ（λ）に反比例するので、Δｎ（λ）が小さいと必要な段差は非常に深くなる。そのため、各光学部材１０Ａ、１０Ｂは（５）式の下限を上回るような屈折率差が必要となる。一方、Δｎ（λ）が大きくなりすぎると、接合面で発生する収差量が大きくなるため、接合面の形状誤差ならびに偏心に対する許容が著しく狭くなる。したがって、各光学部材１０Ａ、１０Ｂは、（５）式の上限を超えないように選択される。
【００５４】
以下に対物レンズ１０の具体的な実施例を４例説明する。各実施例において使用される光ディスクとしては、保護層厚０．６ｍｍの最も記録密度の高い第一の光ディスクＤ１、保護層厚０．６ｍｍであり第一の光ディスクＤ１よりは記録密度の低い第二の光ディスクＤ２、保護層厚１．２ｍｍの最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３を想定する。
【実施例１】
【００５５】
実施例１の対物レンズ１０の概略構成は、図３に示される。実施例１の対物レンズ１０は、第一、第二、第三の各レーザー光に対して、それぞれ回折効率が最大となる回折次数を３：２：２の比率となるように設定された回折構造を接合面１３に持つ。このような回折構造を持つ実施例１の対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂの、各レーザー光に対する屈折率、形成する段差深さ、回折効率が最大となる回折次数およびその回折効率は、以下の表１に示される。
【００５６】
【表１】
2007334952.tif 000005
【００５７】
表１より、実施例１の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）、（５）の値が順に１．１０５、１．１２７、−０．０１５となる。つまり、実施例１の対物レンズ１０は、各条件（１）、（２）、（５）を全て満足する。これにより、第一および第二の各レーザー光に対しては１００％の回折効率を確保し、しかも第三のレーザー光に対しては７９％の回折効率を確保することができる。つまり、実施例１の対物レンズ１０は、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても高い光利用効率を確保することができる。
【実施例２】
【００５８】
実施例２の対物レンズ１０の概略構成も図３に示される。実施例２の対物レンズ１０は、第一、第二、第三の各レーザー光に対して、それぞれ回折効率が最大となる回折次数を５：３：３の比率に設定された回折構造を接合面１３に持つ。このような回折構造を持つ実施例２の対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂの、各レーザー光に対する屈折率、形成する段差深さ、回折効率が最大となる回折次数およびその回折効率は、以下の表２に示される。
【００５９】
【表２】
2007334952.tif 000006
【００６０】
表２より、実施例２の対物レンズ１０は、条件（３）、（４）、（５）の値が順に１．０８０、１．０９５、−０．０２４となる。つまり、実施例２の対物レンズ１０は、各条件（３）、（４）、（５）を全て満足する。これにより、第一のレーザー光に対しては１００％、第二のレーザー光に対しては７１％、第三のレーザー光に対しては８８％の回折効率を確保することができる。つまり、実施例２の対物レンズ１０も、実施例１と同様に、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても高い光利用効率を確保することができる。
【実施例３】
【００６１】
実施例３は、対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００に関する具体例である。実施例３の光情報記録再生装置１００の概略構成は、図１に示される。実施例３の光情報記録再生装置１００の対物レンズ１０の具体的仕様と、対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂの屈折率ｎ１、ｎ２、形成する段差深さ、回折効率が最大となる回折次数およびその回折効率は、表３に示される。
【００６２】
【表３】
2007334952.tif 000007
【００６３】
表３中、倍率Ｍの値が示すように、実施例３の装置１００では、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれを使用する時にも、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表３に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表４〜表６に示される。
【００６４】
【表４】
2007334952.tif 000008
【表５】
2007334952.tif 000009
【表６】
2007334952.tif 000010
【００６５】
表４〜表６中、ｒはレンズ各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは情報の記録または再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔（単位：ｍｍ）、ｎ（Ｘｎｍ）は波長Ｘｎｍでの屈折率である。後述する実施例４において示す各表も同様である。
【００６６】
表４〜表６中の備考に示すように、面番号０が各光源１Ａ、２Ａ、３Ａ、面番号１、２３が対物レンズ１０の各面、面番号４、５が媒体である各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１および記録面２２を示している。なお、表４〜表６では、各光源１Ａ〜３Ａから対物レンズ１０間の光学部材は、説明の便宜上省略している。
【００６７】
対物レンズ１０の各面１１、１２、１３（面番号１、２、３）は非球面である。該非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表７に示される。なお表７をはじめ各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。
【００６８】
【表７】
2007334952.tif 000011
【００６９】
実施例３の装置１００における対物レンズ１０の接合面１３に形成される回折構造を規定するための光路差関数における係数Ｐ２…は表８に示される。該回折構造に入射する各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数の比率は、３：２：２である。つまり、実施例３の装置１００における対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂは、上記比率が得られるような回折構造に好適な材料として、材料として表４〜表６に示す屈折率を有する材料が選択されている。
【００７０】
【表８】
2007334952.tif 000012
【００７１】
表４〜表６より、実施例３の装置１００の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）、（５）の値が順に１．０５７、１．０３６、０．０２８となる。つまり、実施例３の対物レンズ１０は、各条件（１）、（２）、（５）を全て満足する。これにより、第一のレーザー光に対しては１００％、第二のレーザー光に対しては９９％、第三のレーザー光に対しては５６％の回折効率を確保することができる。つまり、実施例３の光情報記録再生装置１００は、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても高い光利用効率を確保することができる。
【００７２】
実施例３の光情報記録再生装置１００において、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の球面収差図を図４に示す。図４に示すように、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時においても、実施例３では、対物レンズ１０への入射光束が平行光であるいわゆる無限系でありながら、接合面１３の非球面作用ならびに回折作用により球面収差が良好に補正されている。
【実施例４】
【００７３】
実施例４は、対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００に関する具体例である。実施例４の光情報記録再生装置１００の概略構成は、図１に示される。実施例４の光情報記録再生装置１００の対物レンズ１０の具体的仕様と、対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂの屈折率ｎ１、ｎ２、形成する段差深さ、回折効率が最大となる回折次数およびその回折効率は、表９に示される。
【００７４】
【表９】
2007334952.tif 000013
【００７５】
表９中、倍率Ｍの値が示すように、実施例４の装置１００も実施例３と同様に、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のいずれを使用する時にも、レーザー光は平行光束として対物レンズ１０に入射する。表９に示す対物レンズ１０を備える光情報記録再生装置１００の各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時における具体的数値構成は、表１０〜表１２に示される。
【００７６】
【表１０】
2007334952.tif 000014
【表１１】
2007334952.tif 000015
【表１２】
2007334952.tif 000016
【００７７】
対物レンズ１０の各面１１、１２、１３（面番号１、２、３）は非球面である。該非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表１３に示される。
【００７８】
【表１３】
2007334952.tif 000017
【００７９】
実施例４の装置１００における対物レンズ１０の接合面１３に形成される回折構造を規定するための光路差関数における係数Ｐ２…は表１４に示される。該回折構造に入射する各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数の比率は、５：３：３である。つまり、実施例３の装置１００における対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂは、上記比率が得られるような回折構造に好適な材料として、材料として表１０〜表１２に示す屈折率を有する材料が選択されている。
【００８０】
【表１４】
2007334952.tif 000018
【００８１】
表１０〜表１２より、実施例４の装置１００の対物レンズ１０は、条件（３）、（４）、（５）の値が順に１．０５７、１．０３６、０．０２８となる。つまり、実施例４の対物レンズ１０は、各条件（３）、（４）、（５）を全て満足する。これにより、第一のレーザー光に対しては１００％、第二のレーザー光に対しては８２％、第三のレーザー光に対しては６７％の回折効率を確保することができる。つまり、実施例４の光情報記録再生装置１００は、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても高い光利用効率を確保することができる。
【００８２】
実施例４の光情報記録再生装置１００において、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の球面収差図を図５に示す。図４に示すように、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時においても対物レンズ１０への入射光束が平行光であるいわゆる無限系でありながら、接合面１３の非球面作用ならびに回折作用により球面収差が良好に補正されている。
【００８３】
以上が本発明に係る実施形態の対物レンズの具体的説明である。なお、上記の各実施例はあくまでも本発明に係る対物レンズの一例である。つまり本発明に係る対物レンズは、各実施例の具体的数値構成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の対物レンズは、接合面１３にのみ回折構造を配設しているが、第一面１１等他の面に異なる回折作用を有する回折構造を配設することもできる。異なる回折作用としては、光源から照射されるレーザー光の波長が設計波長から微小にずれることによる球面収差の変動を抑える作用や、温度変化に伴う球面収差の変動を抑える作用、あるいは開口数ＮＡ３に対応する領域より外側に入射する第三のレーザー光を拡散させる等が例示される。なお設計波長とは、各光ディスクに対する情報の記録または再生に最適とされる各レーザー光の波長を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態の光情報記録再生装置の概略構成を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態の光情報記録再生装置を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示す図である。
【図３】本発明の実施形態の対物レンズの拡大図である。
【図４】実施例３の対物レンズの、第一から第三のレーザー光を使用した際に発生する球面収差を表す収差図である。
【図５】実施例４の対物レンズの、第一から第三のレーザー光を使用した際に発生する球面収差を表す収差図である。
【符号の説明】
【００８５】
１Ａ、２Ａ、３Ａ  光源
１０  対物レンズ
１３  接合面
Ｄ１〜Ｄ３  光ディスク
１００  光情報記録再生装置
【図１】
2007334952.tif 000019
【図２】
2007334952.tif 000020
【図３】
2007334952.tif 000021
【図４】
2007334952.tif 000022
【図５】
2007334952.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
実施例１の対物レンズ１０の概略構成は、図３に示される。実施例１の対物レンズ１０は、第一、第二、第三の各レーザー光に対して、それぞれ回折効率が最大となる回折次数を３：２：２の比率となるように設定された回折構造を接合面１３に持つ。このような回折構造を持つ実施例１の対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂの、各レーザー光に対する屈折率は、以下の表１に示される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
表１より、実施例１の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）、（５）の値が順に１．１０５、１．１２７、０．０１５となる。つまり、実施例１の対物レンズ１０は、各条件（１）、（２）、（５）を全て満足する。これにより、第一および第二の各レーザー光に対しては１００％の回折効率を確保し、しかも第三のレーザー光に対しては７９％の回折効率を確保することができる。つまり、実施例１の対物レンズ１０は、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても高い光利用効率を確保することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
実施例２の対物レンズ１０の概略構成も図３に示される。実施例２の対物レンズ１０は、第一、第二、第三の各レーザー光に対して、それぞれ回折効率が最大となる回折次数を５：３：３の比率に設定された回折構造を接合面１３に持つ。このような回折構造を持つ実施例２の対物レンズ１０を構成する各光学部材１０Ａ、１０Ｂの、各レーザー光に対する屈折率は、以下の表２に示される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
表２より、実施例２の対物レンズ１０は、条件（３）、（４）、（５）の値が順に１．０８０、１．０９５、０．０２４となる。つまり、実施例２の対物レンズ１０は、各条件（３）、（４）、（５）を全て満足する。これにより、第一のレーザー光に対しては１００％、第二のレーザー光に対しては７１％、第三のレーザー光に対しては８８％の回折効率を確保することができる。つまり、実施例２の対物レンズ１０も、実施例１と同様に、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時であっても高い光利用効率を確保することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
実施例３は、対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００に関する具体例である。実施例３の光情報記録再生装置１００の概略構成は、図１に示される。実施例３の光情報記録再生装置１００の対物レンズ１０の具体的仕様は、表３に示される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
実施例４は、対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００に関する具体例である。実施例４の光情報記録再生装置１００の概略構成は、図１に示される。実施例４の光情報記録再生装置１００の対物レンズ１０の具体的仕様は、表９に示される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
実施例４の光情報記録再生装置１００において、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時の球面収差図を図５に示す。図５に示すように、いずれの光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時においても対物レンズ１０への入射光束が平行光であるいわゆる無限系でありながら、接合面１３の非球面作用ならびに回折作用により球面収差が良好に補正されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007334952.tif 000024