(57)【要約】【課題】  ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤを１個の対物レンズで対応する３波長互換対物レンズを高効率に実現する手段を提供することを目的とする。【解決手段】第一の波長の光ビームが入光したとき第一の位相を付与し、第二の波長の光ビームが入光したとき第二の位相を付与し、第三の波長の光ビームが入光したとき第三の位相を付与する対物レンズであって、対物レンズは、少なくとも材質Ａと材質Ｂから構成されており、材質Ａと材質Ｂは、第一の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ１であり、材質Ａと材質Ｂは、第二の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ２であり、第三の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ３であり、Δ１に対してΔ２とΔｄ３を大きく、材質Ａと材質Ｂの境界の所定領域には、位相段差を備えさせる。【選択図】  図１
2012119042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の波長の光ビームが入光したとき第一の位相を付与し
第二の波長の光ビームが入光したとき第二の位相を付与し、
第三の波長の光ビームが入光したとき第三の位相を付与する対物レンズであって、
前記対物レンズは、少なくとも材質Ａと材質Ｂから構成されており、
前記材質Ａと材質Ｂは、前記第一の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ１であり、
前記材質Ａと材質Ｂは、前記第二の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ２であり、
前記材質Ａと材質Ｂは、前記第三の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ３であり、
前記Δ１に比べΔ２とΔ３が大きく、
前記材質Ａと材質Ｂの境界の所定領域には、位相段差があることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
請求項１記載の対物レンズであって、
前記材質Ａと材質Ｂの境界にある前記位相段差で発生する位相は、前記第二の波長の整数倍であることを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項２記載の対物レンズであって、
前記対物レンズに入光した第一の波長の光ビームに付与される位相は、外形形状により発生させ、
前記対物レンズに入光した第二の波長の光ビームに付与される位相は、外形形状と、材質Ａと材質Ｂの屈折率差とにより発生させ、
前記対物レンズに入光した第三の波長の光ビームに付与される位相は、外形形状と材質Ａと、材質Ｂの屈折率差と、位相段差とにより発生させることを特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
請求項３記載の対物レンズであって、
前記Δ１は、略零であることを特徴とする対物レンズ
【請求項５】
請求項４記載の対物レンズであって、
前記対物レンズは、外形がレンズ形状のレンズと、前記材質ＡとＢを持つ平板とに分離した組み合わせレンズであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項６】
請求項３または４または5記載の対物レンズを搭載した光学ヘッドであって、
前記光学ヘッドは、
前記第一乃至第三の波長の光ビームを出射する光源を備え、
前記第一乃至第三の波長の光ビームの光ディスクからの反射光を検出する１個の光検出器と、を少なくとも備えた光学ヘッド。
【請求項７】
請求項６記載光学ヘッドであって、
前記第一乃至第三の波長の光ビームを出射する光源は１個の筐体内にある３波長光源であることを特徴とする光学ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
３個の波長選択性を有するレンズに関する。特にＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ互換の対物レンズ、光学ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２００７−２８０６００号公報（特許文献１）がある。この公報には、「アクチュエータが追従できないような瞬間的な波長飛び時にも問題なく記録・再生可能な色収差を有し、且つ集光スポットのスポット径及びセンサーの読み取り信号に生じる悪影響を抑えることができる回折光学素子及びこの回折光学素子を備える光ピックアップ装置」が開示されている。また、位相段差を利用した対物レンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８０６００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ディスクでは、ＢＤ（Blu-ray Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）などが規格化されている。光ディスクを記録または再生する光学ヘッドでは、光源から光ビームを出射し、その光ビームを対物レンズにより光ディスクの情報層に集光し、光ディスクからの反射光ビームを光検出器で検出し、検出した信号から光ディスクの情報を再生している。
【０００５】
さて、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応した光学ヘッドでは、光源から出射する光ビームの波長、対物レンズのＮＡ（Numerical Aperture）、光ディスクの表面から情報面までの距離（以下面間と記す）が異なる点が特徴である。ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤにおいて、波長は４０５ｎｍ帯／６６０ｎｍ帯／７８５ｎｍ帯、ＮＡは０．８５／０．６／０．４５、面間は０．１ｍｍ／０．６ｍｍ／１．２ｍｍのものを用いるのが一般的である。このような３個の光ディスクを１個の光学ヘッドで記録または再生を行うＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の光学ヘッドでは、ＢＤ専用の対物レンズとＤＶＤ／ＣＤ用の２波長互換用の対物レンズを２個併用するのが現在のところ一般的である。２波長互換用の対物レンズでは、レンズ面に位相段差を設け、その段差で発生する位相を片側の波長の整数倍とすることで、一方の波長には、位相段差が機能し、他方の波長に位相段差が機能しないようにする波長選択性を利用している。
【０００６】
近年、そのＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの再生または記録を１個の対物レンズで対応する３波長互換用の対物レンズ、それを用いた光学ヘッドが検討されており、例えば特許文献１などがある。特許文献１では、従来の２波長互換用の対物レンズと同じように波長の差異を利用する位相段差を用いた３波長互換対物レンズが記載されている。しかし位相段差において、３個の波長選択性を実現するには、整合性を取るために段差が大きくなり、光が大きく回折し光効率が落ちる。例えば特許文献１の表３にＣＤの回折効率は４６．１％と記載されている。つまり一般的に位相段差を用いた３波長互換用の対物レンズは、光効率が低い点が欠点であるといえる。光効率が低い光学ヘッドでは、光源の出力増加が必要となるためコスト面、信頼性（光源の寿命）の課題があり、また、光検出器への反射光ビームの光量も小さくなるためＳ／Ｎが劣化し、再生マージンが小さくなることも課題である。
【０００７】
そこで本発明ではＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤを１個の対物レンズで対応する３波長互換用の対物レンズを高効率に実現する手段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】
【０００８】
上記目的は、その一例として特許請求の範囲に記載の構成により達成できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高効率な３波長互換用の対物レンズと、安価、高信頼性、高再生マージンのＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の光学ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における３波長互換用の対物レンズ００１の概略構成図を示す。
【図２】実施例１における対物レンズ００１において、ＢＤ光学系を説明する図を示す。
【図３】実施例１における対物レンズ００１において、ＤＶＤ光学系を説明する図を示す。
【図４】実施例１における対物レンズ００１において、ＣＤ光学系を説明する図を示す。
【図５】実施例２における３波長互換用の対物レンズ０５０の概略構成図を示す。
【図６】実施例３における光学ヘッド１００の概略構成図を示す。
【図７】実施例４における光学ヘッド２００の概略構成図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図に示す実施例に基づいて詳細に説明するが、これによりこの本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
本発明における実施例１について図を用い説明する。ここでは３個の異なる波長に対して各々所定の性能に設計可能な対物レンズを具体的にＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長互換の対物レンズを例に説明する。
【００１３】
図１は、実施例１における３波長互換用の対物レンズ００１を示す概略構成図である。実施例１における対物レンズ００１は、位相板００２とレンズ００３の２個で構成される光学素子である。位相板００２は、透明平板であり、２個の材質である材質Ａ００４と材質Ｂ００５で構成されている。ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの中心波長を各々λ１＝４０５ｎｍ／λ２＝６６０ｎｍ／λ３＝７８５ｎｍとする。材質Ａ００４と材質Ｂ００５は、異なる分散特性をもたせたものを用いる。分散特性とは、波長に対する屈折率の変化感度が異なる特性を意図している。具体的には、材質Ａ００４および材質Ｂ００５のλ１に対する屈折率の差をΔ１、材質Ａ００４および材質Ｂ００５のλ２に対する屈折率の差をΔ２、材質Ａ００４および材質Ｂ００５のλ３に対する屈折率の差をΔ３としたとき、Δ１に対してΔ２とΔ３を大きくしたものとする。特にΔ１は略同じ程度の小さいものとする。
【００１４】
また、材質Ａ００４と材質Ｂ００５の境界には、位相段差００６を設けている。この位相段差は、λ２に対する材質Ａ００４と材質Ｂ００５の屈折率差ΔＮと段差Δｄが数１に示すようにλ２の整数Ｍの倍数となるように設定する。
ΔＮ×Δｄ＝Ｍ×λ２  （Ｍ＝１．２．３・・・・）・・・〔数１〕
なお、Ｍは１とすると良い。これは、実際の段差Δｄを最も小さくできるためである。
【００１５】
さて、レンズ００３は、ＮＡ０．８５のＢＤ専用の対物レンズであることを想定している。また、図中光ビーム径φ１は入射する光ビームの直径（ＮＡ０．８５に相当する直径）を示している。光ビーム径φ２は、材質Ａ００４の領域と同じ直径（ＮＡ０．６に相当する直径）とする。光ビーム径φ３は、位相段差００６のある領域と同じ直径（ＮＡ０．４５に相当する直径）とする。これは、後述するが、λ１、λ２、λ３の光ビームに対する対物レンズ００１のＮＡを異ならせるために設けている。
【００１６】
次に図２を用い対物レンズ００１にλ１の光ビームが入射した時の対物レンズ００１の機能について説明する。図中光ディスク０１１は、ＢＤであり、表面０１２と情報面０１３から構成されている。表面０１２と情報面０１３の間は、透明基盤であり、その面間ｔ１はＢＤの０．１ｍｍである。光ビーム径φ１で入射するλ１の光ビーム（図中光ビーム０１０）は、最初に位相板００２に入光する。位相板００２の材質Ａ００４と材質Ｂ００５はλ１に対して屈折率が非常に小さいため、位相板００２を通過するλ１の光ビームには、位相板００２はただの透明平板となり、なんの位相も付与されない。つまりλ１の光ビームは、位相板００２を素通りし、レンズ００３に到達する。レンズ００３は、ＮＡ０．８５のＢＤ専用レンズであるため、レンズ００３を通過したλ１の光ビームは情報面０１３に収差最小で集光される。すなわちλ１の光ビームが対物レンズ００１に入光すると、レンズ００３の外形形状でのみ位相が付与されるといえる。なお、このように外形形状で付与される位相を以後、位相Ｂと記す。以上より、λ１の光ビームに対して対物レンズ００１は、ＮＡ０．８５のＢＤ専用の対物レンズとして機能する。また、位相板００２は素通りするため、光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。
【００１７】
次に図３を用い対物レンズ００１にλ２の光ビームが入射した時の対物レンズ００１の機能について説明する。図中光ディスク０２１は、ＤＶＤであり、表面０２２と情報面０２３から構成されている。表面０２２と情報面０２３の間は、透明基盤であり、その面間ｔ２はＤＶＤの０．６ｍｍである。光ビーム径φ１で入射するλ２の光ビーム（図中光ビーム０１０）は、最初に位相板００２に入光する。位相板００２の材質Ａ００４と材質Ｂ００５はλ２に対して異なる屈折率であるため、位相板００２を通過するλ２の光ビームには、材質Ａ００４と材質Ｂ００５を通過した距離の割合差で位相が付与される。なお、このように材質Ａ００４と材質Ｂ００５を通過した距離の割合差で付与される位相を以後、位相Ｄと記す。また付与される位相Ｄは、材質Ａ００４と材質Ｂ００５の両方の領域を通過した場合のみのため、λ２は、光ビーム径φ２の範囲のみで、位相が付与される。これは、λ２の光ビームは、λ１に対して有効径を変えられることに相当する。すなわち、λ１と異なるＤＶＤのＮＡである０．６相当にすることができると言える。なお、位相段差００６は、λ２に対して整数倍であるため、λ２の光ビームに対して位相段差００６は見えないものとなる。
【００１８】
さて、位相板００２を通過し、位相Ｄが付与されたλ２の光ビームは、レンズ００３に入光する。λ２の光ビームに対してレンズ００３は、λ１同様ＢＤ専用レンズであるため、レンズ００３を通過したλ２の光ビーム０２０はＢＤの情報面に集光される位相Ｂが付与される。もちろん、レンズ００３の材質にも分散特性があるため、λ１と全く同じ位相ではないが、説明を安易にするため、同じ位相Ｂと記載する。上記位相板００２をλ２が通過した時に付与される位相Ｄとレンズ００３を通過したときに付与される位相Ｂを組み合わせ、λ２の光ビームが情報面０２３に収差最小で集光されるように位相板００２の材質Ａ００４と材質Ｂ００６の境界を設計する。ここでは、位相Ｄが自由なパラメータとなる。すなわちλ２の光ビームが対物レンズ００１に入光すると、位相板００２の材質Ａと材質Ｂの境界形状とレンズ００３の外形形状で位相Ｂと位相Ｄの組み合わされた位相が付与され、ＤＶＤの情報面０２３に収差最小で集光させることができる。この時集光されるλ２の光ビームの進路を図中光ビーム０２０で示している。以上より、λ２の光ビームに対して対物レンズ００１は、ＮＡ０．６のＤＶＤ専用の対物レンズとして機能する。また、位相板００２は位相段差００６があるが、その段差が小さいため、従来のＤＶＤとＣＤの互換用の対物レンズと同じように光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。
【００１９】
次に図４を用い対物レンズ００１にλ３の光ビームが入射した時の対物レンズ００１の機能について説明する。図中光ディスク０３１は、ＣＤであり、表面０３２と情報面０３３から構成されている。表面０３２と情報面０３３の間は、透明基盤であり、その面間ｔ３はＣＤの１．２ｍｍである。光ビーム径φ１で入射するλ３の光ビームは、最初に位相板００２に入光する。位相板００２の材質Ａ００４と材質Ｂ００５はλ３に対して異なる屈折率であるため、位相板００２を通過するλ３の光ビームには、材質Ａ００４と材質Ｂ００５を通過した距離の割合差で位相Ｄが付与される。位相段差００６は、λ３に対して整数倍でないため、λ３の光ビームに対して位相段差００６により位相が付与される。なお、このように位相段差００６で付与される位相を以後、位相Ｃと記す。また付与される位相は、位相段差００６の領域を通過した場合のみのため、λ３は、光ビーム径φ３の範囲で、位相が付与される。これは、λ３の光ビームは、λ１、λ２に対して有効径を変えられることに相当する。すなわち、λ１、λ２と異なるＣＤのＮＡである０．４５相当にすることができると言える。
【００２０】
さて、位相板００２を通過し、位相Ｄと位相Ｃが付与されたλ３の光ビームは、レンズ００３に入光する。λ３の光ビームに対してレンズ００３は、λ１同様ＢＤ専用レンズであるため、レンズ００３を通過したλ３の光ビームはＢＤの情報面に集光される位相Ｂが付与される。λ３の光ビームが対物レンズ００１に入射したとき、位相Ｂと位相Ｄと位相Ｃを組み合わせ、λ３の光ビームが情報面０３３に収差最小で集光されるように位相段差００６を設計する。ここでは、位相Ｃが自由なパラメータとなる。すなわちλ３の光ビームが対物レンズ００１に入光すると、位相板００２の材質Ａと材質Ｂの境界形状と位相段差００６とレンズ００３の外形形状で位相Ｂ、位相Ｄ、位相Ｃが付与され、ＣＤの情報面０３３に収差最小で集光させることができる。この時集光されるλ３の光ビームの進路を図中光ビーム０３０で示している。以上より、λ３の光ビームに対して対物レンズ００１は、ＮＡ０．４５のＣＤ専用の対物レンズとして機能する。また、位相板００２は位相段差００６があるが、その段差が小さいため、ＤＶＤ同様に光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。
【００２１】
以上説明したように、λ１、λ２、λ３は各々位相Ｂ、位相Ｄ、位相Ｃを自由な設計パラメータとして有している。つまりλ１、λ２、λ３の光ビームは、これらのパラメータを最適値とすることにより、各々ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの情報面に収差最小で集光させることが可能である。また、λ１、λ２、λ３の波長の光ビームが入光したとき、各々ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの情報面に収差最小で集光される光ビーム径は、φ１、φ２、φ３と所定の有効径に設計できる。これはすなわち、λ１、λ２、λ３の波長の光ビームに対して各々所定のＮＡを実現できることに相当する。また３波長互換用の対物レンズ００１では、従来の３波長の波長選択性が必要であった段差の大きい位相段差が不要であるため、高い光効率が実現できる。
【００２２】
ここでは、λ１に対して材質Ａ００４、材質Ｂ００５が最も屈折率差が小さくなる例を説明したが、λ３に対して材質Ａ００４、材質Ｂ００５が最も屈折率差が小さくなるような材質を選択することで、λ１、λ２に各々位相を付与させることももちろん可能である。
【００２３】
すなわち、以上説明したように本メカニズムを用いることで、３波長に各々任意の位相を付与できるレンズが高い効率で実現できる。なお、位相の設計自体は、公知な技術のため、詳細は割愛する。
【実施例２】
【００２４】
本発明における実施例２について図を用い説明する。ここでも３個の異なる波長に対して各々所定の性能に設計可能な対物レンズを具体的にＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３波長互換用の対物レンズを例に説明する。実施例１は、位相板００２とレンズ００３とで構成される対物レンズ００１を説明した。実施例２では、位相差００２とレンズ００３を一体にした対物レンズ０５０について説明する。
【００２５】
図５は、実施例２における３波長互換用の対物レンズ０５０を示す概略構成図である。実施例２における対物レンズ０５０は、１個の光学素子である。対物レンズ０５０は、実施例１のレンズ００３と同じＢＤ専用レンズの外形であることを想定している。また、対物レンズ０５０は、２個の材質である材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２で構成されている。ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの中心波長を各々λ１＝４０５ｎｍ／λ２＝６６０ｎｍ／λ３＝７８５ｎｍとする。実施例１で説明した材質Ａ００４と材質Ｂ００５と同様に、材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２は、異なる分散特性をもたせたものを用いる。また、材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２の境界には、位相段差０５３を設けている。この位相段差は、λ２に対する材質Ａ０５１と材質Ｂ０５３の屈折率差ΔＮと段差Δｄが上記した数１に示すようにλ２の整数Ｍの倍数となるように設定する。なお、Ｍは１とすると良い。これは、実際の段差Δｄを最も小さくできるためである。
【００２６】
また、図中光ビーム径φ１は入射する光ビームの直径（ＮＡ０．８５に相当する直径）を示している。光ビーム径φ２は、材質Ａ０５１の領域と同じ直径（ＮＡ０．６に相当する直径）とする。光ビーム径φ３は、位相段差０５３のある領域と同じ直径（ＮＡ０．４５に相当する直径）とする。これは、前述したのと同様にλ１、λ２、λ３の光ビームに対する対物レンズ０５０のＮＡを異ならせるために設けている。
【００２７】
光ビーム径φ１で入射するλ１の光ビームは、対物レンズ０５０の材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２はλ１に対して屈折率の差が小さいため、対物レンズ０５０を通過するλ１の光ビームには、外形形状でのみ位相Ｂが付与される。対物レンズ０５０の外形は、ＮＡ０．８５のＢＤ専用の対物レンズであるため、対物レンズ０５０を通過したλ１の光ビームはＢＤの情報面に収差最小で集光される。以上より、λ１の光ビームに対して対物レンズ０５０は、ＮＡ０．８５のＢＤ専用の対物レンズとして機能する。また、対物レンズ０５０は材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２屈折率差が非常に小さいため、通常のＢＤ専用の対物レンズ同様に、光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。
【００２８】
光ビーム径φ１で入射するλ２の光ビームは、対物レンズ０５０を通過するλ２の光ビームには、外形形状で位相Ｂが付与される。さらに材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２はλ２に対して異なる屈折率であるため、対物レンズ０５０を通過するλ２の光ビームには、材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２を通過した距離の割合差で位相Ｄが付与される。またλ２の光ビームは、材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２の両方を通過した領域のみ位相Ｄが付与される。これは、λ２の光ビームは、λ１に対して有効径を変えられることに相当する。すなわち、λ１と異なるＤＶＤのＮＡである０．６相当にすることができると言える。なお、位相段差０５３は、λ２に対して整数倍であるため、λ２の光ビームに対して位相段差０５３は見えないものとなる。
【００２９】
さて、λ２が通過した時に付与される位相Ｂと位相ＤがＤＶＤの情報面に収差最小で集光されるように材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２の境界を設計する。すなわちλ２の光ビームが対物レンズ０５０に入光すると、対物レンズ０５０の材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２の境界形状と外形形状で位相が付与され、ＤＶＤの情報面に収差最小で集光させることができる。ここでは、位相Ｄが自由なパラメータとなる。
【００３０】
以上より、λ２の光ビームに対して対物レンズ０５０は、ＮＡ０．６のＤＶＤ専用の対物レンズとして機能する。また、位相段差０５３があるが、従来のＤＶＤとＣＤの互換用の対物レンズと同じように光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。
【００３１】
光ビーム径φ１で入射するλ３の光ビームは、対物レンズ０５０を通過するλ２の光ビームには、外形形状で位相Ｂが付与される。さらに材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２はλ３に対して異なる屈折率であるため、対物レンズ０５０を通過するλ３の光ビームには、材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２を通過した距離の割合差で位相Ｄが付与される。さらに、位相段差０５３は、λ３に対して整数倍でないため、λ３の光ビームに対して位相Ｃが付与される。また位相段差０５３で付与される位相Ｃは、位相段差０５３のある領域のみのため、λ３は、光ビーム径φ３の範囲で、位相Ｃが付与される。これは、λ３の光ビームは、λ１、λ２に対して任意の有効径に設定することができる。すなわち、λ１、λ２と異なるＣＤのＮＡである０．４５相当にすることができると言える。
【００３２】
さて、λ３が通過した時に付与される位相Ｂ、位相Ｄ、位相ＣがＣＤの情報面に収差最小で集光されるように位相段差０５３の境界を設計する。ここでは、位相Ｃが自由なパラメータとなる。すなわちλ３の光ビームが対物レンズ０５０に入光すると、対物レンズ０５０の材質Ａ０５１と材質Ｂ０５２の境界形状と外形形状と位相段差０５３で位相Ｂ、位相Ｄ、位相Ｃが付与され、ＣＤの情報面に収差最小で集光させることができる。以上より、λ３の光ビームに対して対物レンズ０５０は、ＮＡ０．４５のＣＤ専用の対物レンズとして機能する。また、位相段差０５３があるが、その段差が小さいため、ＤＶＤ同様に光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。
【００３３】
以上説明したように、対物レンズ０５０も対物レンズ００１同様にλ１、λ２、λ３の波長の光ビームが入光したとき、各々所定のＮＡにおいてＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの情報面に各々収差最小で集光させることが可能になる。また、対物レンズ０５０は、１個の光学素子で実現できることが大きな効果として挙げられる。上述のように３波長互換用の対物レンズ０５０では、従来の３波長の波長選択性が必要であった位相段差が必要でない。このため位相段差の段差を小さくすることができ、対物レンズ００１同様に光効率を大きく改善できる。
【実施例３】
【００３４】
本発明における実施例３について図を用いて詳細に説明する。ここでは、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応した光学ヘッドを想定し説明する。図６は実施例３における光学ヘッド１００の構成を示す概略図である。ここでもＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの中心波長を各々λ１＝４０５ｎｍ／λ２＝６６０ｎｍ／λ３＝７８５ｎｍとする。なお、図中破線１０３は光ビームの光路を示す。
【００３５】
まずＢＤ光学系について説明する。光源１０１は、λ１の光ビームを発散光にて出射する。光源１０１から出射した光ビームは、ビームスプリッタ１０４、１０５を反射し、コリメートレンズ１０６にて平行な光ビームに変換される。コリメートレンズ１０６は、球面収差補正機構に搭載されており、矢印１０７の方向に駆動させることができる。コリメートレンズ１０６を光軸方向（矢印１０７の方向）に駆動するための球面収差補正機構は、電磁モータや圧電素子などを用いることで実現できる。ＢＤの光ディスクでは面間の誤差により球面収差が発生する。このため光学ヘッドには、球面収差を補正する球面収差補正機能が必要であり、一般的に球面収差調整機能はコリメートレンズ１０６を光軸方向に駆動することで実現できる。このため、コリメートレンズ１０６は、光軸方向に移動させることができる球面収差補正機構を搭載することを想定している。また、球面収差調整機能は、同心円状パターンの液晶素子によっても実現できる。このため、球面収差補正機構の代わりにコリメートレンズ１０６の付近に液晶素子を配置してもなんら構わない。
【００３６】
コリメートレンズ１０６を進行した光ビームは、対物レンズ００１に入射し、ＢＤの所定情報面（図中光ディスク１０９を記載）に集光照射される。なお、対物レンズ００１は、実施例１の対物レンズを想定しており、レンズ００３と位相板００２から構成されている。また、ホルダ１０８は、レンズ００３と位相板００２を支持する筐体である。このホルダ１０８は、λ１のＮＡより大きい外側のビーム径を除去するため、所定の大きさの開口とし、ＢＤの開口制限をすると良い。つまり、λ１の光ビームは、対物レンズ００１により、ＢＤの所定の情報面に収差最小で集光される。また、対物レンズ００１はアクチュエータ（図示無し）に搭載されており、光ディスクの所定情報面の法線方向と半径方向に駆動させることができる。なお、半径方向は光ビームのトラック制御、およびレンズシフト時の駆動に用いられ、法線方向はフォーカス制御に用いられる。
【００３７】
所定情報面で反射した光ビームは、対物レンズ００１、コリメートレンズ１０６、ビームスプリッタ１０５、検出レンズ１１０の順に進行し、光検出器１１１にて検出される。検出レンズ１１０は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームには検出レンズ１１０を透過すると、約４５方向に所定の非点収差が与えられ、非点収差方式によるＦＥＳの検出に使用される。この検出レンズ１１０は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器１１１上での光スポットの直径を決める働きがある。
【００３８】
次にＤＶＤ、ＣＤ光学系について説明する。光源１０２は、λ２とλ３の光ビームを各々発散光にて出射する２波長マルチレーザ光源である。光源１０２から出射した光ビームは、補正レンズ１１２にてその発散角度が補正される。次にビームスプリッタ１０４を透過し、ビームスプリッタ１０５を反射し、コリメートレンズ１０６にて平行な光ビームに変換される。一般的にＢＤの光学系とＤＶＤ、ＣＤの光学系では、倍率（対物レンズとコリメートレンズの焦点距離比）が異なる。このため、ＤＶＤ、ＣＤの光学系では、補正レンズ１１２を配置し、コリメートレンズ１０６と補正レンズ１１２の組合せにより仮想的に倍率を変化させることを想定している。また、ビームスプリッタ１０４はλ１の光ビームを反射させ、λ２、３を透過させる機能を有する。このようなビームスプリッタは、ダイクロイックミラーで実現できる。また、ビームスプリッタ１０５は波長に拠らずビームスプリッタ１０４側から来た光ビームを反射させ、光検出器１１１へ進行する光ビームを透過させる機能を持つ。このようなビームスプリッタは一般的に偏光性を用いるＰＢＳプリズムで実現できる。λ２、λ３の光ビームは、実施例１で説明したように対物レンズ００１により、ＤＶＤまたはＣＤの所定の情報面（図中光ディスク１０９を記載）に収差最小で集光される。所定情報面で反射した光ビームは、対物レンズ００１、コリメートレンズ１０６、ビームスプリッタ１０５、検出レンズ１１０の順に進行し、光検出器１１１にてＢＤと同様に検出される。
【００３９】
以上説明したように、対物レンズ００１を用いることで、簡素な構成のＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ互換可能な光学ヘッド１００が実現できる。この光学ヘッド１００は効率の高い対物レンズ００１を用いることで、ＢＤ専用の対物レンズとＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度の光源の出力で良く、光源のコストと信頼性が良好といえる。また、光検出器１１１への反射光ビームの光量がＢＤ専用の対物レンズとＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度のＳ／Ｎが確保できる。
【実施例４】
【００４０】
本発明における実施例３について図を用いて詳細に説明する。ここでは、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤに対応した光学ヘッドを想定し説明する。
【００４１】
図７は実施例４における光学ヘッド２００の構成を示す概略図である。なお、図中破線２０３は光ビームの光路を示す。光源２０１は、λ１、λ２、λ３の光ビームを各々発散光にて出射する３波長レーザ光源である。光源２０１から出射した各光ビームは、ビームスプリッタ２０５を透過し、補正位相板２１３を経てコリメートレンズ２０６にて平行な光ビームに変換される。ビームスプリッタ２０５は、波長に拠らず光源２０１側から来た光ビームを透過させ、光検出器２１１へ進行する光ビームを反射させる機能を持つ。このようなビームスプリッタは一般的に偏光性を用いるＰＢＳプリズムで実現できる。補正位相板２１３は、コリメートレンズ２０６との組合せにより、倍率変換する機能を有する。すなわち、補正位相板２１３は、対物レンズ００１の位相板００２に相当し、コリメートレンズ２０６がレンズ００３に相当するものであり、例えば、補正位相板２１３とコリメートレンズ２０６の組合せによって、λ１が入射したときＢＤで最適な倍率となるレンズとし、λ２が入射したときＤＶＤで最適な倍率となるレンズとし、λ３が入射したときＣＤで最適な倍率となるレンズとなる光学系が実現できるものである。このように補正位相板を用いることで、実施例３の光学ヘッド１００に対してＣＤとＤＶＤの倍率も独立に設計することが可能になり、実施例３の光学ヘッド１００に対してＣＤが効率改善できる。
【００４２】
さて、コリメートレンズ２０６は、球面収差補正機構に搭載されており、矢印２０７の方向に駆動させることができる。コリメートレンズ２０６を光軸方向（矢印１０７の方向）に駆動するための球面収差補正機構は、電磁モータや圧電素子などを用いることで実現できる。対物レンズ０５０は、実施例２の対物レンズを想定しているため、コリメートレンズ２０６を進行した各波長の光ビームは、対物レンズ０５０に入射し、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの各々所定情報面（図中光ディスク２０９を記載）に収差最小で集光照射される。また、対物レンズ０５０はアクチュエータ（図示無し）に搭載されており、光ディスクの所定情報面の法線方向と半径方向に駆動させることができる。なお、半径方向は光ビームのトラック制御、およびレンズシフト時の駆動に用いられ、法線方向はフォーカス制御に用いられる。
【００４３】
所定情報面で反射した光ビームは、対物レンズ０５０、コリメートレンズ２０６、補正位相板２１３、ビームスプリッタ２０５、検出レンズ２１０の順に進行し、光検出器２１１にて検出される。検出レンズ２１０は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームには検出レンズ２１０を透過すると、約４５方向に所定の非点収差が与えられ、非点収差方式によるＦＥＳの検出に使用される。この検出レンズ２１０は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器２１１上での光スポットの直径を決める働きがある。
【００４４】
以上説明したように、非常に簡素なＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ互換可能な光学ヘッド２００が実現できる。この光学ヘッド２００は効率の高い対物レンズ０５０を用いることで、ＢＤ専用の対物レンズとＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度の光源の出力で良く、コスト面、光源の信頼性が良好といえる。また、光検出器１１１への反射光ビームの光量がＢＤ専用の対物レンズとＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度のＳ／Ｎが確保できる。さらに本発明の３波長の位相を任意に設計できるメカニズムを用いることで、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤを所定の倍率に設定でき、従来のＤＶＤ／ＣＤ互換用の光学ヘッドより、ＣＤの効率改善が可能になる。なお、従来のＤＶＤ／ＣＤ互換用の光学系とは、現在一般的である２波長マルチレーザ光源とコリメートレンズ１個を用いる光学系のことを示す。なお、本実施例１ないし４中では、ＮＡを所定の値で説明したが、材質Ａの直径、位相段差の直径を変えることで、ＮＡを任意に設計できる。
【００４５】
また、本実施例における対物レンズ００１、０５０では、所定のＮＡとなるように位相段差の直径と材質Ａの直径を決めると説明した。しかし、所定のＮＡより大きい領域に、ＮＡより小さい領域と異なる位相を付与する構造を設けても良い。この所定のＮＡより大きい領域に設けた位相で、ＮＡより大きい領域に入光する光ビームが検出系で不要な光ビームにならないような設計を行うことができる。また、本実施例では、非点収差系の光学ヘッドを例に説明したが、ナイフエッジやスポットサイズを用いた光学系にしてもなんら構わない。また、本実施例の光学系に無いミラーなどを追加して、光路を曲げる構成としてもなんら構わない。
【００４６】
以上説明したように、波長１すなわちλ１の光ビーム１が入光したとき所定の位相１すなわち位相Ｂを付与し、波長２すなわちλ２の光ビーム２が入光したとき所定の位相２すなわち位相Ｂ＋位相Ｄを付与し、波長３すなわちλ３の光ビーム３が入光したとき所定の位相差３すなわち位相Ｂ＋位相Ｄ＋位相Ｃを付与する対物レンズであって、対物レンズは、少なくとも材質Ａと材質Ｂから構成されており、その材質Ａと材質Ｂは、光ビーム１に対する屈折率差Δ１が略同じで非常に小さく、材質Ａと材質Ｂは、光ビーム２に対する屈折率の差Δ２および光ビーム３に対する屈折率差Δ３がΔ１に比べ大きく、材質Ａと材質Ｂの境界の所定領域には位相段差がある。材質Ａと材質Ｂの境界にある位相段差で発生する位相は、波長２の整数倍とする。
【００４７】
また、対物レンズに入光した光ビーム１に付与される位相Ｂは、外形形状により発生させ、対物レンズに入光した光ビーム２に付与される位相Ｂ＋位相Ｄは、外形形状と、材質Ａと材質Ｂの屈折率差で発生させ、対物レンズに入光した光ビーム３に付与される位相Ｂと位相Ｄと位相Ｃは、外形形状と材質Ａと材質Ｂの屈折率差と位相段差により発生させる。
【００４８】
また、Δ１は略同じとすることで、理論上完全な３波長互換対物レンズが実現できる。このため、Δ１を略零とすると良い。また、対物レンズは、外形がレンズ形状のレンズすなわちレンズ００３と、材質ＡとＢを持つ平板すなわち位相板００２とに分離した組み合わせレンズでも実現できる。
【００４９】
なお、実施例１や２では、外形で発生する位相Ｂと材質の屈折率差で発生する位相Ｄと位相段差で発生する位相Ｃを波長λ１に対して位相Ｂ、λ２に対して位相Ｄ、λ３に対して位相Ｃを独立に最適設計する例を説明した。しかし、もちろん、λ１、λ２、λ３に対して位相Ｂと位相Ｄと位相Ｃを組合せで各々最適となるよう用いてもなんら構わない。例えば、位相Ｂ、位相Ｄ、位相Ｃが波長によって付与される位相が異なることを利用して、λ１およびλ２に対して位相Ｂ、位相Ｄを組みあわせ最適に設定し、λ３のみ位相Ｃを用いて最適に設定するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５０】
００１・・・対物レンズ
００２・・・位相板
００３・・・レンズ
００４・・・材質Ａ
００５・・・材質Ｂ
００６・・・位相段差
０１０・・・光ビーム径
０１１・・・光ディスク
０１２・・・表面
０１３・・・情報面
０２０・・・光ビーム径
０２１・・・光ディスク
０２２・・・表面
０２３・・・情報面
０３０・・・光ビーム径
０３１・・・光ディスク
０３２・・・表面
０３３・・・情報面
０５０・・・対物レンズ
０５１・・・材質Ａ
０５２・・・材質Ｂ
０５３・・・位相段差
１００・・・光学ヘッド
１０１・・・光源
１０２・・・光源
１０３・・・光軸
１０４・・・ビームスプリッタ
１０５・・・ビームスプリッタ
１０６・・・コリメートレンズ
１０７・・・駆動軸
１０８・・・ホルダ
１０９・・・光ディスク
１１０・・・検出レンズ
１１１・・・光検出器
１１２・・・補正レンズ
２００・・・光学ヘッド
２０１・・・光源
２０３・・・光軸
２０５・・・ビームスプリッタ
２０６・・・コリメートレンズ
２０７・・・駆動軸
２０９・・・光ディスク
２１０・・・検出レンズ
２１１・・・光検出器
２１３・・・補正位相板
【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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