(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正のパワーを有する屈折レンズと、該屈折レンズの少なくとも一方のレンズ面の少なくとも一部に形成された微細な段差を有する複数の輪帯から成る回折レンズ構造とを有し、少なくとも２つの異なる波長の光束を記録密度の異なる少なくとも二種類の光ディスクの記録面に対してそれぞれ収束させる光ヘッド用対物レンズにおいて、
前記屈折レンズは、記録密度の低い光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、この共用領域の周囲に位置し、記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分され、
前記高NA専用領域の巨視的形状及び該高NA専用領域内に形成される回折レンズ構造を定義する光路差関数は、記録密度の高い光ディスクに対応する波長の光をほぼ一点に集光させるように定められ、該該高NA専用領域内に形成される回折レンズ構造に含まれる輪帯間の境界の少なくとも一部は、記録密度の低い光ディスクに対応する波長の光を十分に発散させるように、前記光路差関数により求められる境界とは異なる位置に設定されていることを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
【請求項２】
正のパワーを有する屈折レンズと、該屈折レンズの少なくとも一方のレンズ面に形成された微細な段差を有する複数の輪帯から成る回折レンズ構造とを有し、少なくとも２つの異なる波長の光束を記録密度の異なる少なくとも二種類の光ディスクの記録面に対してそれぞれ収束させる光ヘッド用対物レンズにおいて、
前記屈折レンズは、記録密度の低い光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、この共用領域の周囲に位置し、記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分され、
前記共用領域に形成された回折レンズ構造は、光ディスクの保護層の厚さの相違に基づく球面収差の変化を入射光の波長の変化により補正するような球面収差の波長依存性を有し、
前記高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、複数の輪帯から構成され、記録密度の高い光ディスクに対応する集光点を評価基準としたときに、記録密度の高い光ディスクに対応する波長について無収差であると共に、前記複数の輪帯の少なくとも一部は、記録密度の低い光ディスクに対応する集光点を評価基準としたときに、記録密度の低い光ディスクに対応する波長について内周側の端と外周側の端とで光路長差が０．６λ以上の幅を持つ幅広輪帯であることを特徴とする光ヘッド用対物レンズ。
【請求項３】
前記高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、前記幅広輪帯の境界部分に、記録密度の高い光ディスクに対応する波長のｍ倍(ｍは２以上の整数)の光路長差を持つ段差を有することを特徴とする請求項２に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項４】
前記幅広輪帯の境界部分に形成された記録密度の高い光ディスクに対応する波長のｍ倍の光路長差を持つ段差は、１波長分づつステップ状に形成され、各ステップ毎に幅狭輪帯を備えることを特徴とする請求項３に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項５】
記録密度の低い光ディスクに対応する波長をλh、空気の屈折率をｎ0、前記屈折レンズの屈折率をｎ1、輪帯幅をＷとして、前記幅広輪帯は以下の条件(1)を満たし、前記幅狭輪帯は以下の条件(2)を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光ヘッド用対物レンズ。
10λh/(ｎ0 − ｎ1)＜Ｗ  …(1)
λh/(ｎ0 − ｎ1)＜Ｗ＜10λh/(ｎ0 − ｎ1)  …(2)
【請求項６】
前記高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、前記幅広輪帯を複数含み、該幅広輪帯は、記録密度の低い光ディスクに対応する集光点を評価基準としたときに、記録密度の低い光ディスクに対応する波長について内周側の端と外周側の端とで光路長差が０．７５λ以上の幅を持つことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の光ヘッド用対物レンズ。
【請求項７】
記録密度の低い光ディスクに対応する波長について前記幅広輪帯の内周側の端と外周側の端とにおける光路長差ΔＯＰＤが、以下の条件(3)を満たすことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の光ヘッド用対物レンズ。
０．７５λ＜ΔＯＰＤ＜１．２５λ  …(3)
【請求項８】
前記高NA専用領域内に形成される回折レンズ構造に含まれる輪帯の少なくとも一部は、記録密度の低い光ディスクに対応する波長の光に対し、輪帯の内周側の端と外周側の端とで波面収差の差が0.6λ以上の幅広輪帯であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、記録密度が異なる少なくとも２種類の光ディスクに対して利用可能な光ディスクヘッド用の対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ディスクの記録密度と記録面上に形成されるスポットの径との間には密接な関係がある。すなわち、スポット径は、記録面上のトラック幅を過不足なくカバーするサイズであることが要求される。記録密度が高い場合には、トラック幅は狭くなるため、スポット径を小さくする必要がある。他方、記録密度が低い場合には、トラック幅が広くなるため、スポット径を大きくする必要がある。トラック幅に対してスポット径が大きすぎると、隣接するトラックの情報がノイズ(ジッター)として混入する可能性があり、逆にトラック幅に対してスポット径が小さすぎると、特にＣＤ(コンパクトディスク)のように光の回折を利用して信号を再生する方式では、十分な回折効果が得られずに信号を読み落とす可能性がある。
【０００３】
スポット径は、波長が短いほど、かつ、ＮＡが大きいほど小さくなるため、記録密度が高いＤＶＤ(デジタルバーサタイルディスク)用の光学系では比較的短波長、高ＮＡであること、記録密度の低いＣＤ用の光学系では比較的長波長、低ＮＡであることが要求される。また、ＣＤ−Ｒ(ＣＤレコーダブル)を利用する場合には、その反射特性から780nm程度以上の長波長の光束が必要となる。したがって、ＤＶＤとＣＤ−Ｒとを利用可能な光ディスク装置は、650nm程度の比較的短波長の光束を発する光源と、780nm程度の比較的長波長の光束を発生する光源とを備える必要がある。
【０００４】
従来のＣＤ，ＤＶＤ両用の光ヘッド用光学系は、ＣＤの利用時にのみ開口を制限することにより、ＣＤ，ＤＶＤの両者に対して適切なサイズのスポットが形成されるようにしている。開口を制限するには、可変絞りや波長選択制フィルターを設ければよい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣＤ，ＤＶＤ両用の光ヘッド用光学系のように、絞りやフィルターを別部品として設けると、部品点数が増えるため、重量、サイズが大きくなるという問題がある。
【０００６】
一方、対物レンズの表面に回折レンズ構造を形成し、その波長依存性を利用して２つの波長、２種類の光ディスクに応じて最適な波面を形成する技術が提案されている。この技術において、一般的には、回折レンズ構造を構成する各輪帯の境界は、回折レンズ構造による光路長の付加量がブレーズ波長のｍ(整数)倍となる位置として、光路差関数(回折光と非回折光との光路長差を光軸からの高さを変数として求める関数)に基づいて幾何的に求められる。このようにして境界を決定した回折レンズ構造は、ｍ次回折光を使うことになる。
【０００７】
しかしながら、輪帯の境界を上記のように決定すると、高NA専用領域の回折レンズ構造は、記録密度が低い光ディスクの利用時の不要光を十分に拡散させることができない場合がある。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、絞りやフィルターを別部品として設けることなく、記録密度が低い光ディスクの利用時の不要光を十分に拡散させることができる光ヘッド用対物レンズの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明にかかる光ヘッド用対物レンズは、上記の目的を達成させるため、高NA専用領域の巨視的形状及びこの領域内に形成される回折レンズ構造を定義する光路差関数を、記録密度の高い光ディスクに対応する波長の光をほぼ一点に集光させるように定め、高NA専用領域内に形成される回折レンズ構造に含まれる輪帯間の境界の少なくとも一部を、記録密度の低い光ディスクに対応する波長の光を十分に発散させるように、光路差関数により求められる境界とは異なる位置に設定したことを特徴とする。具体的には、記録密度の低い光ディスクに対応する波長の光に対し、輪帯の内周側の端と外周側の端とで波面収差の差が0.6λ以上の幅広輪帯を含むことが望ましい。
【００１０】
すなわち、第１の発明の光ヘッド用対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズと、この屈折レンズの少なくとも一方のレンズ面の少なくとも一部に形成された微細な段差を有する複数の輪帯から成る回折レンズ構造とを有し、少なくとも２つの異なる波長の光束を記録密度の異なる少なくとも二種類の光ディスクの記録面に対してそれぞれ収束させることを前提として、屈折レンズを、記録密度の低い光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、この共用領域の周囲に位置し、記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分し、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造に含まれる各輪帯の境界を、上記のように個別に設定したことを特徴とする。
【００１１】
開口制限機能を持たせるためには、高NA専用領域の回折レンズ構造の回折次数を２次、あるいは３次というように一律に決めるのではなく、当該領域全体を通る光のバランスを考える必要がある。特に、光ディスク用の光源はほぼ単色光と考えることができるため、異なる次数が混在していてもよい。高記録密度の光ディスクに対応する波長の光に対しては、全ての輪帯に入射した光がほぼ一点に集光するような面群を形成することが前提となるが、このような面群の構成にはかなり自由度がある。そこで、この前提を満たしつつ、各輪帯の幅、すなわち各輪帯の境界を個別に設定することにより、低記録密度の光ディスクに対応する波長の光を十分に発散させることができる。この場合、通常のレーザーの波長変動は設計波長から３％程度のずれであるので、ベースカーブから数λの偏差以内の形状であれば光路差関数により決定される段差の位置をずらしても、所望の波長特性を得ることができる。
【００１２】
本願の第２の発明にかかる光ヘッド用対物レンズは、高NA専用領域に形成された複数の輪帯から構成される回折レンズ構造の一部に、記録密度の低い光ディスクに対応する集光点を評価基準としたときに、記録密度の低い光ディスクに対応する波長について内周側の端と外周側の端とで光路長差が０．６λ以上の幅を持つ幅広輪帯を含ませたことを特徴とする。
【００１３】
すなわち、この発明にかかる光ヘッド用対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズと、この屈折レンズの少なくとも一方のレンズ面に形成された微細な段差を有する複数の輪帯から成る回折レンズ構造とを有し、少なくとも２つの異なる波長の光束を記録密度の異なる少なくとも二種類の光ディスクの記録面に対してそれぞれ収束させることを前提として、屈折レンズを、記録密度の低い光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、この共用領域の周囲に位置し、記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分し、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造に、上記のような幅広輪帯を含ませたことを特徴とする。
【００１４】
高NA専用領域の回折レンズ構造は、記録密度の高い光ディスクに対して無収差となるよう設計されるため、記録密度の低い光ディスクに対しては波面収差を発生させる。ここで、高NA専用領域を透過した長波長の光束の位相が特定の方向に偏らずに全方向(360°)に平均して分布していることが望ましい。位相が全方向に平均して分布していれば、高NA専用領域を透過した長波長の光束を一点に集光させずに拡散させることができ、実質的に開口を制限することができる。
【００１５】
レンズの特定の領域を透過した光束が光ディスクの記録面上の任意の評価点において持つ強度は、その領域を透過した光束の波面収差を回折積分することにより求めることができる。波面収差の分布がある値に偏っていれば(位相の方向が偏っていれば)、積分値が大きくなり、その評価点に光束が集光する。反対に、領域内で波面収差の値が偏らずに１波長の範囲でばらついていれば(位相がある程度ランダムに分布していれば)、積分値が０に近くなり、その評価点には集光しないこととなる。
【００１６】
波面収差の値は、基準となる光路長に対する光路長差により決定される。したがって、個々の輪帯の幅が狭い場合、すなわち、所定の評価点に対して輪帯の内側の端から外側の端までの光路長の変化幅が小さい場合には、波面収差のばらつきが小さく光束が収束する。これに対して、輪帯の内側の端から外側の端までの光路長の変化幅が１波長分あれば、波面収差は１波長の範囲でばらつき、その評価点には光は収束しないこととなる。なお、光路長差は、必ずしも１波長分である必要はなく、０．６λ以上であれば、評価点に集光しない程度に波面収差の値をばらつかせることができる。
【００１７】
この発明では、上記の原理に基づいて高NA専用領域の回折レンズ構造に光路長差が０．６λより大きくなる幅広輪帯を含ませている。この構成によれば、記録密度の高い光ディスクの利用時には、共用領域の回折レンズ構造により回折された回折光と、高NA専用領域の回折レンズ構造により回折された回折光とが共に良好に収束して比較的径の小さいスポットを形成する。一方、記録密度の低い光ディスクの利用時には、共用領域の回折レンズ構造により回折された回折光は良好に収束するが、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造により回折された光束は一点には集光せずに拡散される。したがって、対物レンズの開口は共用領域に制限されて低NAとなるため、比較的径の大きなスポットが形成され、かつ、スポット近傍に不要光が集光するのを防ぐことができる。
【００１８】
なお、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、記録密度の高い光ディスクの使用時に良好な性能が得られるよう特化することができるため、レーザーの波長変動による影響をなくすために色収差を補正したり、温度変化による屈折率変化、変形に起因する収差を補正する機能を持たせることができる。ただし、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造における輪帯の境界部分の光軸方向の段差が１波長分である場合には、上記のような記録密度が低い光ディスクの使用時における開口制限の機能を持たせると、収差補正機能を持たせることが困難である。
【００１９】
そこで、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造に上記のような収差補正機能を持たせる場合には、幅広輪帯の境界部分に、記録密度の高い光ディスクに対応する波長のｍ倍(ｍは２以上の整数)、例えば３倍、４倍、あるいは５倍の光路長差を持つ段差を形成することが望ましい。これにより、高NA専用領域に形成された回折レンズ構造に収差補正機能と開口制限機能とを併せ持たせることができる。
【００２０】
ただし、上記のように段差が大きくなると、対物レンズを樹脂成形で制作する場合に、成形条件によっては型の凹部が深くなって樹脂が完全に入り込まず、回折レンズ構造の段差の凸部がなまり、設計値通りの回折効果が得られず光量損失が大きくなる可能性がある。一般に、成形時間を短くする成形条件では、凸部の角がなまりやすい。
【００２１】
このような凸部の角部分のなまりを避けるためには、波長のｍ倍の光路長差を持つ段差を１波長分づつステップ状に形成し、各ステップ毎に幅狭輪帯を形成することが望ましい。段差を１波長分づつ分けることにより、光学的には波長のｍ倍の光路長差を持つ段差と等価でありながら、成型時の形状のなまりを防ぐことができ、光量損失を抑えることができる。
【００２２】
段差部分に幅狭輪帯を形成する場合、記録密度の低い光ディスクに対応する波長をλh、空気の屈折率をｎ0、屈折レンズの屈折率をｎ1、輪帯幅をＷとして、幅広輪帯は以下の条件(1)を満たし、幅広輪帯に挟まれた幅狭輪帯は以下の条件(2)を満たすことが望ましい。
10λh/(ｎ0 − ｎ1)＜Ｗ  …(1)
λh/(ｎ0 − ｎ1)＜Ｗ＜10λh/(ｎ0 − ｎ1)  …(2)
【００２３】
幅狭輪帯は、内周側の端と外周側の端とで与えられる光路長差が小さいため、記録密度の低い光ディスクの集光点を評価点とすると、波面収差のばらつきが小さく、光を集光させる。しかしながら、幅狭輪帯の幅を上記の条件(2)を満たす程度に抑えることにより、透過する光量を少なくすれば、強度を抑えることができるため、その影響は小さく抑えられる。
【００２４】
記録密度の低い光ディスクに対応する集光点を評価基準としたときに、記録密度の低い光ディスクに対応する波長について、幅広輪帯の内周側の端と外周側の端とで与えられる光路長差ΔＯＰＤは、０．６λ以上であれば効果があるが、以下の条件(3)を満たすことがより望ましい。
０．７５λ＜ΔＯＰＤ＜１．２５λ  …(3)
【００２５】
光路長差を２λ以上にすれば、拡散光はより大きく広がるため記録密度の低い光ディスクの使用時の開口制限の機能を高めることはできるが、記録密度の高い光ディスクに対する収差補正の機能が低下する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる光ヘッド用対物レンズの実施形態を説明する。図１は、実施形態にかかる対物レンズ１０を示す説明図であり、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は縦断面図、(Ｃ)は縦断面の一部拡大図である。この対物レンズ１０は、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ互換の光情報記録再生装置の光ヘッドに適用され、光源である半導体レーザーから発したレーザー光を光ディスク等の媒体上に収束させる機能を有している。
【００２７】
対物レンズ１０は、非球面である２つのレンズ面１１，１２を有する両凸の樹脂製単レンズであり、一方のレンズ面１１に図１(Ａ)に示したように光軸を中心とした輪帯状のパターンとして回折レンズ構造が形成されている。回折レンズ構造は、各輪帯の境界に光軸方向の段差を持つ。
【００２８】
対物レンズ１０の表面は、記録密度の低いＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域Ｒｃと、この共用領域Ｒｃの周囲に位置し、ＤＶＤ等の記録密度の高い光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域Ｒｈとに区分される。回折レンズ構造は、共用領域Ｒｃ、高NA専用領域Ｒｈを含む全域に形成される。なお、共用領域は、NA0.45〜0.50の光束が透過するより内側の領域として設定される。
【００２９】
図２は図１に示す光ヘッド用対物レンズを使用した光ヘッドの光学系の説明図である。この光学系は、ＤＶＤ用モジュール２１、ＣＤ用モジュール２２、ビームコンバイナ２３、コリメートレンズ２４、対物レンズ１０で構成されている。各モジュール２１，２２は、半導体レーザーとセンサーとを一体化した素子である。
【００３０】
記録密度の高いＤＶＤを使用するためには、小さいビームスポットを作るために比較的短い波長の光が必要とされる。一方、記録密度の低いＣＤ，ＣＤ−Ｒを使用するためには、比較的大きなビームスポットを形成するために長い波長の光が必要とされ、かつ、少なくともＣＤ−Ｒを使用するためには、その分光反射率の関係で近赤外光が必要となる。そこで、ＤＶＤ用モジュール２１は、発振波長６５４ｎｍの半導体レーザーを備え、ＣＤ用モジュール２２は、発振波長７８８ｎｍの半導体レーザーを備える。
【００３１】
ＤＶＤ(図中実線で示す)の使用時には、ＤＶＤモジュール２１を作動させる。ＤＶＤモジュール２１の半導体レーザーから発した波長６５４ｎｍのレーザー光は、図中実線で示したようにＤＶＤの情報記録面に集光する。他方、ＣＤ，ＣＤ−Ｒの使用時(図中では代表してＣＤを示す)には、ＣＤモジュール２２を作動させる。ＣＤモジュール２２の半導体レーザーから発した波長７８８ｎｍのレーザー光は、図中破線で示したようにＣＤの情報記録面に集光する。
【００３２】
対物レンズ１０の共用領域Ｒｃに形成された回折レンズ構造は、使用される複数の波長、この例では６５４ｎｍ，７８８ｎｍの２波長について１次の回折光の回折効率が最大となるように設計されている。また、共用領域Ｒｃの回折レンズ構造は、０．６ｍｍの保護層を有するＤＶＤと、１．２ｍｍの保護層を有するＣＤ，ＣＤ−Ｒとに対し、使用波長の切換により球面収差の変化を補正するような波長依存性を有している。具体的には、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化する球面収差特性を有している。
【００３３】
光ディスク光学系の球面収差は、保護層の厚さが厚くなるほど補正過剰となる方向に変化する。一方、保護層の薄いＤＶＤについては短波長、保護層の厚いＣＤ，ＣＤ−Ｒについては長波長のレーザー光が用いられる。そこで、上記のように回折レンズ構造に波長が長波長に変化した場合に球面収差が補正不足となる方向に変化する特性を持たせることにより、保護層が厚くなることにより補正過剰となる球面収差を、回折レンズ構造の補正不足方向の球面収差を利用して打ち消すことができる。
【００３４】
一方、高NA専用領域Ｒｈに形成された回折レンズ構造は、記録密度の高いＤＶＤに対応する６５４ｎｍの光束を集光させる機能と、記録密度の低いＣＤに対応する７８８ｎｍの光束を拡散させる開口制限機能とを備えている。すなわち、高NA専用領域Ｒｈに形成された回折レンズ構造は、複数の輪帯から構成され、一部の輪帯の境界は、ＤＶＤに対応する波長654nmの光をほぼ一点に集光させると共に、ＣＤに対応する波長788nmの光を十分に発散させるように、回折レンズ構造を定義する光路差関数により求められる境界とは異なる位置に設定されている。具体的には、輪帯の一部に、ＣＤに対応する集光点を評価基準としたときに、ＣＤに対応する７８８ｎｍの波長について内周側の端と外周側の端とで光路長差が０．６λ以上の幅を持つ幅広輪帯を少なくとも１つ含んでいる。
【００３５】
次に、上述した実施形態に基づく具体的な実施例３例と、実施例の基本となる比較例とについて説明する。いずれも保護層の厚さが0.6mmのＤＶＤと、保護層の厚さが1.2mmのＣＤ、ＣＤ−Ｒとに兼用される光ヘッド用の対物レンズである。比較例と３つの実施例とは、共用領域、高NA専用領域のベースとなる非球面形状、回折レンズ構造を定義する光路差関数の値、そして共用領域に形成される回折レンズ構造の具体的形状が共通であり、高NA専用領域に形成される回折レンズ構造の具体的な形状のみが異なる。
【００３６】
比較例は、高NA専用領域に形成される回折レンズ構造の各輪帯が、ＤＶＤに対応する波長(654nm)について、内周側の端と外周側の端とで光路長差が１波長分となる幅に定められており、輪帯の境界部分の段差は、段差の内側と外側とで光路長差が１波長分となるよう定められている。高NA専用領域に形成される回折レンズ構造の各輪帯の幅は、ＣＤに対応する波長(788nm)については０．６λに満たない。すなわち、比較例の高NA専用領域に形成される回折レンズ構造は、前述した幅広輪帯を含まない。これに対して３つの実施例は、高NA専用領域に形成される回折レンズ構造の輪帯のうちの少なくとも一部に、幅広輪帯を含んでいる。
【００３７】
【比較例】
以下の表１は、比較例の対物レンズのデータを示す。比較例の対物レンズの第１面は、光軸からの高さｈが0≦h＜1.538となる共用領域と1.538≦h≦2.023となる高NA専用領域とに区分され、それぞれ互いに異なる光路差関数で定義される回折レンズ構造が形成されている。また、共用領域のベースカーブ(回折レンズ構造を除く屈折レンズとしての形状)と高NA専用領域のベースカーブとは別個の係数で定義される独立した非球面である。第２面は回折レンズ構造を有さない非球面である。
【００３８】
回折レンズ構造による光路長の付加量は、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐn、回折次数ｍ、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｍ×λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことができる。光路差関数φ(ｈ)は、回折面上での光軸からの高さｈの点において、回折レンズ構造により回折されなかった場合の仮想的な光線と、回折レンズ構造により回折された光線との光路長差を示す。
【００３９】
また、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、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12として、以下の式で表される。
Ｘ(h)=Ch2/(1+√(1-(1+K)C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12
【００４０】
表１では、第１面の共用領域のベースカーブと回折レンズ構造とを定義する各係数、第１面の高NA専用領域のベースカーブと回折レンズ構造とを定義する各係数、面間隔、使用波長での屈折率、そして、第２面の非球面形状を定義する各係数が示されている。
【００４１】
【表１】
0004014935.tif 000002
【００４２】
比較例１の回折レンズ構造の共用領域Ｒcにおける輪帯番号Ｎと各輪帯の内周側の端の光軸からの高さhin、最外側の光軸からの高さhout、各輪帯の外周側の端部分での光軸を基準にした光路差関数の値φ(hout)の関係を以下の表２に示す。hin,houtの単位はｍｍ、φ(hout)の単位は波長である。光軸を含む円形の領域の輪帯番号を１とし、その外側の輪帯に内側から順に２，３，…と番号を付する。１〜１５輪帯が共用領域Ｒc、１６〜３５が高NA専用領域である。
【００４３】
【表２】
0004014935.tif 000003
【００４４】
比較例１の回折レンズ構造の高NA専用領域Ｒｈにおける輪帯番号Ｎと各輪帯の内周側の端の光軸からの高さhin、最外側の光軸からの高さhout、各輪帯の外周側の端部分での光軸を基準にした光路差関数の値φ(hout)、輪帯幅(Ｗ)、ＣＤの集光点を評価点としたときの内周側の端での波面収差(WFin)、外周側の端での波面収差(WFout)、内周側の端と外周側の端との波面収差の差(ΔWF、光路長差と等価)との関係を以下の表３に示す。
【００４５】
【表３】
0004014935.tif 000004
【００４６】
図３は、比較例の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量、すなわちベースカーブを基準にした回折レンズ構造の凹凸形状を示すグラフである。光軸からの高さhが1.40mm〜2.00mmの範囲、すなわち、共用領域Ｒcの周辺部から高NA専用領域のほぼ最外周部分までを示している。h=1.538mmの部分の大きな段差が共用領域Ｒcと高NA専用領域Ｒｈとの境界を示す。表３および図３に示されるように、高NA専用領域Ｒｈの最も内周側の輪帯は、内周側の端と外周側の端とで波面収差の差ΔWFが0.54λ、これより外側の輪帯はいずれもΔWFが0.24λあるいは0.25λであり、ΔWFが0.6λ以上の幅広輪帯を含んでいない。
【００４７】
比較例の対物レンズの高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、ＤＶＤ使用時に良好な性能が得られるように、レーザーの波長変動による影響をなくすよう色収差を補正する機能と、温度変化による屈折率変化、変形に起因する収差を補正する機能とを有する。
【００４８】
図４は、比較例の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフであり、光軸上の光量を１として光軸からの距離と光量比との関係を示す。ただし、ＣＤ利用時のスポット近傍の光量を示すため、縦軸の上限を0.005としている。このため、中心に近い部分の光量は上限を越えており、表示されていない。
【００４９】
比較例の構成では、個々の輪帯の幅がＣＤ利用時の波長に対して０．６λより狭く、輪帯の内側の端から外側の端までの光路長の変化幅が小さいため、ＣＤ利用時の波面収差のばらつきが小さく、ＣＤ利用時に高NA専用領域を透過した不要光を十分に拡散させることができない。このため、比較例では、図４に示されるようにＣＤ利用時のスポット近傍(5〜10μm)の光量が比較的大きくなる。すなわち、比較例の高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、ＤＶＤに対する収差補正機能には優れているが、ＣＤ利用時の開口制限の機能が不十分である。したがって、ＣＤ再生時のトラッキング方法に３ビーム法を用いる場合のように、主ビームを受光するメインセンサに近接して副ビームを受光するトラッキング用センサが配置されていると、主ビームのフレアが比較的強い強度でトラッキング用センサに入射し、トラッキングエラー信号にノイズを発生させるといった問題を生じる。
【００５０】
【実施例１】
表４は、実施例１にかかる対物レンズ１０の高NA専用領域に形成された回折レンズ構造のデータを示す。実施例１では、最外周の輪帯を除く高NA専用領域の回折レンズ構造の５つの輪帯が、ＣＤに対応する波長について内周側の端と外周側の端とで光路長差が１波長分の幅を持つ幅広輪帯として形成されている。ただし、輪帯間の段差は、比較例と同様にＤＶＤに対応する波長で１波長分の光路長差を与えるように設定されている。
【００５１】
【表４】
0004014935.tif 000005
【００５２】
図５は、実施例１の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。h=1.538mmの部分の段差が共用領域Ｒcと高NA専用領域Ｒｈとの境界を示す。表４および図５に示されるように、高NA専用領域Ｒｈの内周側の５つの輪帯は、内周側の端と外周側の端とで波面収差の差ΔWFが1.00λ、最も外側の輪帯はΔWFが0.27λであり、ΔWFが0.6λ以上の幅広輪帯を５つ含んでいる。
【００５３】
図６は、実施例１の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフであり、比較例のデータを破線、実施例１のデータを実線で示している。
【００５４】
実施例１の構成では、輪帯の内側の端から外側の端までの光路長の変化幅がＣＤ利用時の波長で１波長分あるため、波面収差が１波長の範囲でばらつき、図６に示すように、ＣＤ利用時に影響を与えるスポット近傍(5〜10μm)の光量を比較例より小さく抑えることができる。ただし、上記のように輪帯間の段差が１波長分としてＣＤ利用時の開口制限機能を持たせると、ＤＶＤ利用時に収差を十分に補正することができなくなる。すなわち、実施例１の高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、ＣＤ利用時の開口制限の機能には優れているが、ＤＶＤに対する収差補正機能が不十分である。このため、ＤＶＤ利用時の温度変化、波長変化に対する許容幅が狭くなる。
【００５５】
【実施例２】
表５は、実施例２にかかる対物レンズ１０の高NA専用領域に形成された回折レンズ構造のデータを示す。実施例２では、高NA専用領域の最内周の輪帯を幅広輪帯とし、これより外側の輪帯を比較例と同様に構成している。また、幅広輪帯と、次の外側の輪帯との間の段差がＤＶＤ利用時の波長のｍ倍、ここでは５倍の光路長差を持つよう形成されている。
【００５６】
【表５】
0004014935.tif 000006
【００５７】
図７は、実施例２の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。h=1.538mmの部分の大きな段差が共用領域Ｒcと高NA専用領域Ｒｈとの境界を示す。表５および図７に示されるように、高NA専用領域Ｒｈの最も内周側の輪帯は、内周側の端と外周側の端とで波面収差の差ΔWFが1.49λ、これより外側の輪帯はΔWFが0.24λまたは0.25λであり、ΔWFが0.6λ以上の幅広輪帯を１つ含んでいる。
【００５８】
図８は、実施例２の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフであり、比較例のデータを破線、実施例２のデータを実線で示している。
【００５９】
実施例２の構成では、幅広輪帯を１つ設けることにより、図８に示すように、ＣＤ利用時に影響を与えるスポット近傍(5〜10μm)の光量を比較例より小さく抑えることができ、しかも、段差を光路長差５波長分とすることにより、ＤＶＤ利用時における温度変化や波長の変化に対する波面収差の劣化を比較例と同様に小さく抑えることができる。すなわち、実施例２の高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、ＣＤ利用時の開口制限の機能と、ＤＶＤに対する収差補正機能とが共に優れている。
【００６０】
【実施例３】
表６は、実施例３にかかる対物レンズ１０の高NA専用領域に形成された回折レンズ構造のデータを示す。実施例３では、高NA専用領域に４つの幅広輪帯を形成すると共に、その段差を光路長差５波長分とし、かつ、この段差を１波長分ずつステップ状に形成し、各ステップ毎に幅狭輪帯を形成している。すなわち、各幅広輪帯の間に４つの幅狭輪帯が挟まれるように配置されている。
【００６１】
【表６】
0004014935.tif 000007
【００６２】
図９は、実施例３の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。h=1.538mmの部分の大きな段差が共用領域Ｒcと高NA専用領域Ｒｈとの境界を示す。表６および図９に示されるように、高NA専用領域Ｒｈの輪帯番号１６、２１、２６、３１の輪帯は、内周側の端と外周側の端とで波面収差の差ΔWFが約１λの幅広輪帯、これらの間の輪帯はΔWFが0.03λ〜0.06λの幅狭輪帯である。
【００６３】
輪帯間の段差を大きくすると、成形条件によっては型の凹部が深くなって樹脂が完全に入り込まず、成型品の段差の凸部がなまり、設計値通りの回折効果が得られず光量損失が大きくなる可能性がある。実施例３のように、大きな段差部分を１波長分ずつのステップに分けて幅狭輪帯を形成すれば、光学的には波長の５倍の光路長差を持つ段差と等価でありながら、成型時の形状のなまりを防ぐことができ、光量損失を抑えることができる。
【００６４】
このように光路長差が複数波長分となる段差部分に幅狭輪帯を形成する場合、ＣＤ利用時の波長をλh、空気の屈折率をｎ0、対物レンズの屈折率をｎ1、輪帯幅をＷとして、幅広輪帯は以下の条件(1)を満たし、幅広輪帯に挟まれた幅狭輪帯は以下の条件(2)を満たすよう設計される。
10λh/(ｎ0 − ｎ1)＜Ｗ  …(1)
λh/(ｎ0 − ｎ1)＜Ｗ＜10λh/(ｎ0 − ｎ1)  …(2)
【００６５】
具体的には、条件(2)に規定される幅狭輪帯の幅は、約0.0016〜0.0158mmの範囲であり、実施例３の幅狭輪帯はすべてこの条件を満たしている。幅狭輪帯は輪帯幅が狭いために波面収差のばらつきが小さく、幅狭領域を透過した光束はスポット近傍に集光する。しかし、幅狭輪帯の幅を条件(2)を満たす程度に抑えることにより、透過する光量を少なくし、強度を抑えることができるため、集光する光束の与える影響は小さく抑えられる。
【００６６】
図１０は、実施例３の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフであり、比較例のデータを破線、実施例３のデータを実線で示している。
【００６７】
実施例３の構成では、幅広輪帯を４つ設けることにより、図１０に示すように、ＣＤ利用時に影響を与えるスポット近傍(5〜10μm)の光量を比較例より小さく抑えることができ、しかも、段差を光路長差５波長分とすることにより、ＤＶＤ利用時における温度変化や波長の変化に対する波面収差の劣化を比較例と同様に小さく抑えることができる。すなわち、実施例３の高NA専用領域に形成された回折レンズ構造は、ＣＤ利用時の開口制限の機能と、ＤＶＤに対する収差補正機能とが共に優れている。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高NA専用領域に記録密度が低い光ディスクに対応する波長に対して０．６λ以上の光路長差を生じる幅広輪帯を少なくとも１つ設けることにより、記録密度が低い光ディスクの利用時に高NA専用領域に入射した光束を十分に拡散させることができる。したがって、絞りやフィルターを別部品として設けることなく、実質的に開口を制限することができ、記録密度が低い光ディスクに適したサイズのスポットを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態にかかる対物レンズの外形を示す説明図であり、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は縦断面図、(Ｃ)は縦断面の一部拡大図である。
【図２】  実施形態にかかる対物レンズを使用した光ヘッドの光学系の説明図である。
【図３】  比較例の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。
【図４】  比較例の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフである。
【図５】  実施例１の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。
【図６】  実施例１の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフである。
【図７】  実施例２の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。
【図８】  実施例２の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフである。
【図９】  実施例３の対物レンズに形成された回折レンズ構造のサグ量を示すグラフである。
【図１０】  実施例３の対物レンズによりＣＤに対応する波長の光を集光させた場合の光量分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  対物レンズ
１１  第１面
１２  第２面
２１  ＤＶＤ用モジュール
２２  ＣＤ用モジュール
２３  ビームコンバイナ
２４  コリメートレンズ
ＤＶＤ，ＣＤ  光ディスク
【図１】
0004014935.tif 000008
【図２】
0004014935.tif 000009
【図３】
0004014935.tif 000010
【図４】
0004014935.tif 000011
【図５】
0004014935.tif 000012
【図６】
0004014935.tif 000013
【図７】
0004014935.tif 000014
【図８】
0004014935.tif 000015
【図９】
0004014935.tif 000016
【図１０】
0004014935.tif 000017