(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を発光する光源と、補助レンズと、前記第１の波長λ１の光と前記第２の波長λ２の光の光路中に配置された対物レンズと、を備え、第１の光ディスクの記録又は再生時に、前記第１の波長λ１の光を前記第１の光ディスクの情報記録面に集光させて前記第１の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させ、第２の光ディスクの記録又は再生時に、前記第１の波長λ１と異なる第２の波長λ２の光を前記第２の光ディスクの情報記録面に集光させて前記第２の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光学装置において、
前記対物レンズは、両面に非球面を有し、かつ、前記対物レンズの片面又は両面は、光軸を中心とする輪状の段差部を有する輪帯状非球面であり、
前記段差部は、段差部Ｗ、段差部Ｘおよび段差部Ｙを備える位相シフタが設けられ、
前記輪帯状非球面を、式４にしたがって光軸に向かって延長した線と、前記光軸との交点と、前記輪帯状非球面の頂点との間隔を、落差とするとき、
前記段差部Ｗは、前記第１の波長λ１の光および前記第２の波長λ２の光に対して位相差を発生させる落差を有し、
前記段差部Ｘは、前記第１の波長λ１の光に対してのみに位相差を発生させるとともに、前記第２の波長λ２の光に位相差を発生させない落差を有し、
前記段差部Ｙは、前記第２の波長λ２の光に対してのみに位相差を発生させるとともに、前記第１の波長λ１の光に位相差を発生させない落差を有し、
前記補助レンズと、前記対物レンズの片面の頂点を含む面の非球面と、前記対物レンズの残る片面の頂点を含む面の非球面との組合せが、前記第１の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ１〜０．２５λ１となるように設定されており、かつ、前記第２の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ２〜０．２５λ２となるように設定されている光学装置。
【数１】
0004903300.tif 000013
ただし、式４において、ｉは２，４，６，８，１０、ｊは１，２、ｈは光軸の高さ、Ｚｊは、第ｊ面非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さの点までの距離、ｒｊ，ｋｊ，ａｉ，ｊは、第ｊ面の各係数である。
【請求項２】
前記段差部Ｗの輪の本数ＮＷと、前記段差部Ｘの輪の本数ＮＸと、前記段差部Ｙの輪の本数ＮＹと、の間に、８≦ＮＷ＋ＮＸ＋ＮＹ≦１３の関係がある請求項１に記載に光学装置。ただし、ＮＷ、ＮＸ、ＮＹは、自然数である。
【請求項３】
前記補助レンズと前記対物レンズとの組合せにおいて、前記第１の波長λ１の光と前記第１の光ディスクに対応する横倍率をβ１、前記第２の波長λ２の光と前記第２の光ディスクに対応する横倍率をβ２とするとき、
０．０５≦｜β１｜≦０．３、
０．０５≦｜β２｜≦０．３、
を満足する請求項１または請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記補助レンズが、コリメータレンズである請求項１〜３いずれか１項に記載の光学装置。
【請求項５】
第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を発光する光源と、前記第１の波長λ１の光と前記第２の波長λ２の光の光路中に配置された対物レンズと、を備え、第１の光ディスクの記録又は再生時に、前記第１の波長λ１の光を前記第１の光ディスクの情報記録面に集光させて前記第１の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させ、第２の光ディスクの記録又は再生時に、前記第１の波長λ１と異なる第２の波長λ２の光を前記第２の光ディスクの情報記録面に集光させて前記第２の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光学装置において、
前記対物レンズは、両面に非球面を有し、かつ、前記対物レンズの片面又は両面は、光軸を中心とする輪状の段差部を有する輪帯状非球面であり、
前記段差部は、段差部Ｗ、段差部Ｘおよび段差部Ｙを備える位相シフタが設けられ、
前記輪帯状非球面を、式４にしたがって光軸に向かって延長した線と、前記光軸との交点と、前記輪帯状非球面の頂点との間隔を、落差とするとき、
前記段差部Ｗは、前記第１の波長λ１の光および前記第２の波長λ２の光に対して位相差を発生させる落差を有し、
前記段差部Ｘは、前記第１の波長λ１の光に対してのみに位相差を発生させるとともに、前記第２の波長λ２の光に位相差を発生させない落差を有し、
前記段差部Ｙは、前記第２の波長λ２の光に対してのみに位相差を発生させるとともに、前記第１の波長λ１の光に位相差を発生させない落差を有し、
前記対物レンズの一方の片面の頂点を含む面の非球面と、前記対物レンズの他方の片面の頂点を含む面の非球面との組合せが、前記第１の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ１〜０．２５λ１となるように設定されており、かつ、前記第２の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ２〜０．２５λ２となるように設定されている光学装置。
【数２】
0004903300.tif 000014
ただし、式４において、ｉは２，４，６，８，１０、ｊは１，２、ｈは光軸の高さ、Ｚｊは、第ｊ面非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さの点までの距離、ｒｊ，ｋｊ，ａｉ，ｊは、第ｊ面の各係数である。
【請求項６】
前記段差部Ｗの輪の本数ＮＷと、前記段差部Ｘの輪の本数ＮＸと、前記段差部Ｙの輪の本数ＮＹと、の間に、８≦ＮＷ＋ＮＸ＋ＮＹ≦１３の関係がある請求項５に記載の光学装置。ただし、ＮＷ、ＮＸ、ＮＹは、自然数である。
【請求項７】
前記対物レンズにおいて、前記第１の波長λ１の光と前記第１の光ディスクに対応する横倍率をβ１、前記第２の波長λ２の光と前記第２の光ディスクに対応する横倍率をβ２とするとき、
０．０５≦｜β１｜≦０．３、
０．０５≦｜β２｜≦０．３、
を満足する請求項５または請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】
前記段差部Ｗは、前記落差をγとするとき、
（ｐ−０．１）λ２／（ｎ２−１）＋（ｑ−０．１）λ１／（ｎ１−１）≦γ≦（ｐ＋０．１）λ２／（ｎ２−１）＋（ｑ＋０．１）λ１／（ｎ１−１）、
を満足する請求項１〜７いずれか１項に記載の光学装置。
ただし、ｐ，ｑは、自然数、ｎ１は、λ１における対物レンズの素材の屈折率、ｎ２は、λ２における対物レンズの素材の屈折率である。
【請求項９】
前記第１の波長λ１は６５５ｎｍ、前記第１の光ディスクはＤＶＤであり、前記第２の波長λ２は７８５ｎｍ、前記第２の光ディスクはＣＤである請求項１〜８いずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等の光ディスクの記録又は再生に適し、回折限界性能を有する対物レンズ及び光学装置に関する。なお、ＣＤとは記録可能なＣＤ−Ｒ（コンパクトディスク  レコーダブル）も含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、０．６ｍｍの厚さの透明基板を有するＤＶＤと１．２ｍｍの厚さの透明基板を有するＣＤとの両方を再生する対物レンズが提案されている（特開平１０−２５５３０５、特開平１１−１６１９０、特開平１１−２７５９）。
【０００３】
これらの従来例において、非球面を有する対物レンズの片面には、光軸を中心とする輪帯状に凹部又は凸部からなる位相シフタが設けられている。対物レンズの基本的形状はＤＶＤを良好に再生できるように最適化されており、ＣＤを再生するときには、位相シフタで位相を補正することにより収差をできるだけ小さく補正している。その結果、ＤＶＤ、ＣＤともに、軸上の収差、特に軸上球面収差については、良好に補正できている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来例では、ＣＤの再生時の軸外コマ収差については、良好に補正できず、軸外のコマ収差が大きいので、光源、対物レンズ等が光軸から傾いたとき又は軸ずれが生じたときの光学性能の劣化が大きく、光学装置を組み立てる際、対物レンズ等の位置決めに高精度を要求され、生産性が悪い問題があった。
【０００５】
また、対物レンズの位置決めに高精度を要求されるのでレンズや光源を移動させるための機構（移動機構）の摩耗等によって、対物レンズの光軸からの傾き又は軸ずれが生じ、光学性能が経年変化的に劣化する問題があった。
また、軸外コマ収差が大きいので、実際に光学装置を作動させる際、対物レンズのオートフォーカス駆動による対物レンズの位置決め、特に軸ずれに対し許容範囲が狭くなり、そのため、光学性能が劣化する問題があった。
【０００６】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、例えば、ＤＶＤ、ＣＤ等の複数種の光ディスクを記録又は再生するときに、軸上の収差、軸外の収差の両者とも、良好に補正できる光学装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を発光する光源と、補助レンズと、前記第１の波長λ１の光と前記第２の波長λ２の光の光路中に配置された対物レンズと、を備え、第１の光ディスクの記録又は再生時に、前記第１の波長λ１の光を前記第１の光ディスクの情報記録面に集光させて前記第１の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させ、第２の光ディスクの記録又は再生時に、前記第１の波長λ１と異なる第２の波長λ２の光を前記第２の光ディスクの情報記録面に集光させて前記第２の光ディスクの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光学装置において、前記対物レンズは、両面に非球面を有し、かつ、前記対物レンズの片面又は両面は、光軸を中心とする輪状の段差部を有する輪帯状非球面であり、前記段差部は、段差部Ｗ、段差部Ｘおよび段差部Ｙを備える位相シフタが設けられ、前記輪帯状非球面を、式４にしたがって光軸に向かって延長した線と、前記光軸との交点と、前記輪帯状非球面の頂点との間隔を、落差とするとき、前記段差部Ｗは、前記第１の波長λ１の光および前記第２の波長λ２の光に対して位相差を発生させる落差を有し、前記段差部Ｘは、前記第１の波長λ１の光に対してのみに位相差を発生させるとともに、前記第２の波長λ２の光に位相差を発生させない落差を有し、前記段差部Ｙは、前記第２の波長λ２の光に対してのみに位相差を発生させるとともに、前記第１の波長λ１の光に位相差を発生させない落差を有し、前記補助レンズと、前記対物レンズの片面の頂点を含む面の非球面と、前記対物レンズの残る片面の頂点を含む面の非球面との組合せが、前記第１の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ１〜０．２５λ１となるように設定されており、かつ、前記第２の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ２〜０．２５λ２となるように設定されている光学装置を提供する。ただし、式４において、ｉは２，４，６，８，１０、ｊは１，２、ｈは光軸の高さ、Ｚｊは、第ｊ面非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さの点までの距離、ｒｊ，ｋｊ，ａｉ，ｊは、第ｊ面の各係数である。
【０００８】
【数３】
0004903300.tif 000002
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光学装置に用いる対物レンズの一実施例の光軸４を通る断面図である。段差部が設けられていない面が第１面（光源側の面）である。図２は光ディスク側から見る場合の、図１の対物レンズの正面図である。
【００１０】
本発明の光学装置に用いる対物レンズは、２つの光ディスクのそれぞれの記録又は再生時に、それぞれの光ディスクに対して異なる波長の光源からの光をそれぞれの光ディスクの情報記録面に集光させ、それぞれの情報記録面からの反射光を受光素子に受光させる光学系に用いる。集光精度を向上させるため、本発明の光学装置に用いる対物レンズは両面に非球面を有する。第１の光ディスクの記録又は再生時には第１の波長が用いられ、第２の光ディスクの記録又は再生時には第２の波長が用いられる。
【００１１】
上記したとおり、本発明の光学装置に用いる対物レンズは両面に非球面を有するが、これだけでは、収差を充分に補正できないため、対物レンズの片面又は両面には、光軸を中心とする輪状の段差部を備える位相シフタが設けられる。
【００１２】
図１に示す対物レンズでは、光軸を中心とする輪状の段差部２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、２１０が対物レンズの第２面（光ディスク側の面）に設けられている。第２面に設けられている段差部のうち段差部２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、２１０が第１の波長及び第２の波長に対して位相シフトする機能を有しており、段差部Ｗである。すなわち、第１の波長に対して位相シフトする機能を有し、かつ、第２の波長に対して位相シフトする機能を有する段差部を段差部Ｗと称する。
【００１３】
なお、必要に応じて、第１の波長に対してのみ位相シフトする機能を有する段差部Ｘを対物レンズの片面又は両面に設けてもよいし、第２の波長に対してのみ位相シフトする機能を有する段差部Ｙを対物レンズの片面又は両面に設けてもよい。
【００１４】
すなわち、対物レンズの片面又は両面に設けられる複数の段差部のすべてが段差部Ｗである必要はなく、対物レンズの片面又は両面に設けられる複数の段差部の一部の段差部が段差部Ｗであれば使用できる。すなわち、複数の段差部のうち少なくとも１つが段差部Ｘであってもよく、複数の段差部のうち少なくとも１つが段差部Ｙであってもよい。なお、段差部の数は図１に限定されず、任意に変更できる。
【００１５】
第１の波長の光の位相シフトにより第１の光ディスクの記録又は再生時の収差、特に軸上の球面収差が向上する。第２の波長の光の位相シフトにより第２の光ディスクの記録又は再生時の収差、特に軸上の球面収差が向上する。
【００１６】
図１に示す対物レンズでは、その片面に光軸を中心とする輪状の段差部を備える位相シフタが設けられており、対物レンズの加工のしやすさの点からすれば、対物レンズの片面に段差部を備える位相シフタを設けることが好ましい。しかし、これに限定されず、対物レンズの両面に段差部を備える位相シフタが設けられていてもよい。
【００１７】
図１において、φ21、φ22、φ23、φ24、φ25、φ26、φ27、φ28、φ29、φ210は、それぞれ段差部２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、２１０の内側の径（直径）、φ211は第２面の有効径（直径）、φ11は第１面の有効径（直径）である。
【００１８】
段差部Ｗ、段差部Ｘ又は段差部Ｙは、対物レンズの面に設けられる凸部又は凹部によるものであってもよい。段差部は光軸を通る断面図における角度が直角であるものに限定されず、なだらかな傾斜のものでもよい。以下の説明において、特に記載のない場合、距離、間隔、長さ、厚さ等寸法の単位はｍｍとする。
【００１９】
段差部が第１の波長λ１及び第２の波長λ２に対して位相シフトする機能を有するようにするには、第１の波長の光を位相シフトさせるために、第１の波長λ1の光について生ずる位相差が距離に換算した場合に（ｐ−０．１）λ２〜（ｐ＋０．１）λ２になるように、位相シフタの段差部の寸法及び形状が決定されていることが好ましく、かつ、第２の波長の光を位相シフトさせるために、第２の波長λ２の光について生ずる位相差が距離に換算した場合に（ｑ−０．１）λ１〜（ｑ＋０．１）λ１になるように、位相シフタの段差部の寸法及び形状が決定されていることが好ましい。ただし、ｐは自然数、ｑは自然数である。また、３６０度の自然数倍の位相差は位相差でないものとみなす。なお、位相差を波長の倍数で表す場合には、位相を距離に換算してあるものとする。
【００２０】
このようにするには、位相シフタの各輪状の段差部が有する落差γと、λ1、λ2と、第１の波長における対物レンズ３の素材の屈折率ｎ1、第２の波長における対物レンズ３の素材の屈折率ｎ2とが以下の式１を満たすことが好ましく、以下の式２を満たすことがより好ましい。
【００２１】
【数４】
0004903300.tif 000003
【００２２】
ここで、段差部の輪と別の段差部の輪との間、又は有効径付近に輪帯状の非球面が設けられている場合に、これらの非球面を輪帯状非球面と称すると、落差とは、輪帯状非球面を後述する式４に従って光軸４に向かって延長し、その延長線と光軸４との交点と、輪帯状非球面が設けられている対物レンズの面の頂点との間隔をいい、例えば、図３におけるγ21（段差部２１の落差）、γ22（段差部２２の落差）が該当する。この間隔は光軸４に沿っている。
【００２３】
第１の光ディスクを記録又は再生する場合の対物レンズの開口数ＮＡ1と、第２の光ディスクを記録又は再生する場合の対物レンズの開口数ＮＡ2との間にＮＡ1＞ＮＡ2 が成り立つとき、段差部のうちの内側の径（直径）が最小のもの（図１における２１）の落差（例えば、図３におけるγ21）は、以下の式３を満たすことが好ましい。
【００２４】
【数５】
0004903300.tif 000004
【００２５】
この段差部は、第２の波長の光に対して位相差を生じさせる（第２の波長の光の位相シフト）機能を有する段差部であって、段差部Ｙである。第２の波長に対して、範囲の小さいＮＡ2の範囲内で収差補正をしなければならず、この段差部の落差が式３を満たさない場合には、第２の光ディスクの記録又は再生が良好にできないおそれがある。
【００２６】
段差部Ｗの輪の本数ＮWと、段差部Ｘの輪の本数ＮXと、段差部Ｙの輪の本数ＮYとの間に、ＮW＋ＮX＋ＮYが８〜１３本となる関係があることが好ましい。ただし、ＮWは自然数、ＮXは０（ゼロ）又は自然数、ＮYは０（ゼロ）又は自然数である。
【００２７】
８本未満であると軸上球面収差を良好に補正することができないおそれがある。さらに、対物レンズの第１面及び第２面の有効径が、通常、５．０ｍｍ以下であることを鑑みると、それぞれ１３本超であると製造することが困難となるおそれがある。より好ましくは、ＮW＋ＮX＋ＮYが９〜１３本である。
【００２８】
図４は本発明の光学装置の一実施例を示す構成図である。図４において、１は第１の光源、２は反射機能を有する光学媒体、３は対物レンズ、５は補助レンズ、６は第１の光ディスク、６ａは第１の光ディスク６の透明基板（以下、第１の透明基板という）、６ｂは第１の光ディスク６の情報記録面（以下、第１の情報記録面という）、７は第２の光ディスク、７ａは第２の光ディスク７の透明基板（以下、第２の透明基板という）、７ｂは第２の光ディスク７の情報記録面（以下、第２の情報記録面という）、９は絞り、１０は受光素子、Ｓ1は光源１から補助レンズ５の光源側の面（第１面）までの光軸上の距離、Ｓ2は補助レンズ５の光ディスク側の面（第２面）から対物レンズ３の第１面までの光軸上の距離である。
【００２９】
図４に示す光学装置では、第１の波長を用いて第１の光ディスクの記録又は再生する場合の対物レンズ３の開口数ＮＡ1と、第２の波長を用いて第２の光ディスクの記録又は再生する場合の対物レンズ３の開口数ＮＡ2とが、ＮＡ1＞ ＮＡ2を満たす。また、図５は、図４とは別の実施例を示す構成図である。図５に示す光学装置では、光源１から光を対物レンズ３のみにより光ディスクの情報記録面に集光している。
【００３０】
図４において、光源１からの第１の波長の光は、順に光学媒体２、補助レンズ５、対物レンズ３を介して第１の情報記録面６ｂに導かれ収束する。図５では補助レンズ５が設けられていないので、第１の波長の光は、順に光学媒体２、対物レンズ３を介して第１の情報記録面６ｂに導かれ収束する。
【００３１】
図４において、光源１からの第２の波長の光は、順に光学媒体２、補助レンズ５、対物レンズ３を介して第２の情報記録面７ｂに導かれ収束する。図５では補助レンズ５が設けられていないので、第１の波長の光は、順に光学媒体２、対物レンズ３を介して第２の情報記録面７ｂに導かれ収束する。
【００３２】
第１の情報記録面６ｂによって反射される第１の波長の光と、第２の情報記録面７ｂによって反射される第２の波長の光とは、ともに来た光路を戻り光学媒体２により反射されて受光素子１０に受光される。
【００３３】
図４、５の光学装置の光学系は全体で有限系の光学系を構成している。図４の対物レンズ３は補助レンズがコリメータレンズである場合には無限系のレンズであり、図５の対物レンズ３は有限系のレンズである。光ディスクからみて有限の距離範囲に位置する光源の光を光ディスクの情報記録面に収束させるためである。対物レンズ３は有限系レンズが使用できる場合であっても、有限系対物レンズは無限系として設計され有限系としても使用できる対物レンズを含むものとする。
【００３４】
また、第１の情報記録面６ｂと第２の情報記録面７ｂにはデジタル信号を表すマークが記録されている。このマークにより表される１ピットの寸法が数μｍ以下の場合には精確な記録又は再生を行うために、本発明の光学装置の光学系は回折限界性能を有する。
【００３５】
光源１は、例えばレーザ光源等が挙げられ、第１の光ディスク６がＤＶＤ、第２の光ディスク７がＣＤと仮定すれば、レーザ光源としては例えばＣＤ用に波長７８５ｎｍのレーザ光源、ＤＶＤ用に波長６５５ｎｍのレーザ光源等が挙げられる。なお、光源の波長については、上述した６５５ｎｍ、７８５ｎｍに限定されない。
【００３６】
図４に示す光学装置では、第１の透明基板６ａの厚さｔ1に対して、第１の波長の光が第１の情報記録面６ｂに良好に収束するように補助レンズ５と対物レンズ３との組合せが最適化されており、かつ、第２の透明基板７ａの厚さｔ2に対して、第２の波長の光が第２の情報記録面７ｂに良好に収束するように補助レンズ５と対物レンズ３との組合せが最適化されている。
【００３７】
換言すると、図４における補助レンズ５と対物レンズ３との組合せは、第１の波長、物像間距離及び第１の透明基板６ａの厚さｔ1に対して適正に収差が補正されており、第１の波長の光を使用して第１の光ディスク６の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。
【００３８】
さらに、図４における補助レンズ５と対物レンズ３との組合せは、第２の波長、物像間距離及び第２の透明基板７ａの厚さｔ2に対して適正に収差が補正されており、第２の波長の光を使用して第２の光ディスク７の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。補助レンズ５は、対物レンズ３と組合せて用いたときに収差が最適になるよう設定されている。
【００３９】
図５に示す光学装置では、第１の透明基板６ａの厚さｔ1に対して、第１の波長の光が第１の情報記録面６ｂに良好に収束するように対物レンズ３が最適化されており、かつ、第２の透明基板７ａの厚さｔ2に対して、第２の波長の光が第２の情報記録面７ｂに良好に収束するように対物レンズ３が最適化されている。
【００４０】
換言すると、図５における対物レンズ３は、第１の波長、物像間距離及び第１の透明基板６ａの厚さｔ1に対して適正に収差が補正されており、第１の波長の光を使用して第１の光ディスク６の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。
【００４１】
さらに、図５における対物レンズ３は、第２の波長、物像間距離及び第２の透明基板７ａの厚さｔ2に対して適正に収差が補正されており、第２の波長の光を使用して第２の光ディスク７の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。
【００４２】
このようにして、透明基板厚の異なる第１の光ディスク６と第２の光ディスク７との記録又は再生を良好にする。なお、上記収差特性には透明基板の厚さのみならず、透明基板の屈折率もわずかながら影響する。
【００４３】
図４に示す光学装置に図１に示されるような対物レンズを用いる場合には、補助レンズ５と、対物レンズ３の一方の片面の頂点を含む面の非球面と、対物レンズ３の他方の片面の頂点を含む面の非球面との組合せが、第１の光ディスク６の情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ1〜０．２５λ1となるように設定されており、かつ、第２の光ディスク７の情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ2〜０．２５λ2となるように設定されていることが好ましい。
【００４４】
軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ1以上、かつ、０．０８λ2以上であると、軸外コマ収差が補正できないおそれがなく、０．２５λ1以下、かつ、０．２５λ2以下であると、段差部の数が少なくとも収差補正ができ段差部の数が増加しすぎることがなく、対物レンズ３の製作が容易となる。
【００４５】
図４に示す光学装置に図１に示されるような対物レンズを用いる場合には、対物レンズ３の片面に設けられている各輪帯状非球面（例えば図１における輪帯状非球面２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ、２１０ａ、２１１ａ）から選ばれる少なくとも１つと、対物レンズ３の各輪帯状非球面が設けられている反対側の頂点を含む面の非球面と、補助レンズ５との組合せで構成する光学系が、第１の波長の光によって第１の光ディスク６の情報記録面６ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ1以下となるように設定されており、かつ、第２の波長の光によって第２の光ディスク７の情報記録面７ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ2 以下となるように設定されていることが好ましい。
【００４６】
像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ以下の場合には０．０３λ超の場合と比較して、光源、補助レンズ、対物レンズ又は光ディスクの、光軸からの傾き又は軸ずれに対する許容範囲が０．１％以上拡大する。像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差のより好ましい範囲は０．０１λ以下であり、この場合には０．０１λ超の場合と比較してこの許容範囲が０．５％以上拡大する。
【００４７】
図５に示す光学装置に図１に示されるような対物レンズを用いる場合には、対物レンズ３の一方の片面の頂点を含む面の非球面と、対物レンズ３の他方の片面の頂点を含む面の非球面との組合せが、第１の光ディスク６の情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ1〜０．２５λ1となるように設定されており、かつ、第２の光ディスク７の情報記録面のデータを記録又は再生する場合に軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ2〜０．２５λ2となるように設定されていることが好ましい。
【００４８】
軸上球面収差がＲＭＳ値で０．０８λ1以上、かつ、０．０８λ2以上であると、軸外コマ収差が補正できないおそれがなく、０．２５λ1以下、かつ、０．２５λ2以下であると、段差部の数が少なくとも収差補正ができ段差部の数が増加しすぎることがなく、対物レンズ３の製作が容易となる。
【００４９】
図５に示す光学装置に図１に示されるような対物レンズを用いる場合には、対物レンズ３の片面に設けられている各輪帯状非球面（例えば図１における輪帯状非球面２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ、２１０ａ、２１１ａ）から選ばれる少なくとも１つと、対物レンズ３の各輪帯状非球面が設けられている反対側の頂点を含む面の非球面との組合せで構成する光学系が、第１の波長の光によって第１の光ディスク６の情報記録面６ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ1以下となるように設定されており、かつ、第２の波長の光によって第２の光ディスク７の情報記録面７ｂのデータを記録又は再生する場合に、像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差がＲＭＳ値で０．０３λ2 以下となるように設定されていることが好ましい。
【００５０】
像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ以下の場合には０．０３λ超の場合と比較して、光源、対物レンズ又は光ディスクの、光軸からの傾き又は軸ずれに対する許容範囲が０．１％以上拡大する。像高０．０５ｍｍにおける軸外コマ収差のより好ましい範囲は０．０１λ以下であり、この場合には０．０１λ超の場合と比較してこの許容範囲が０．５％以上拡大する。
【００５１】
図４に示す光学装置における第１の波長の光と第１の透明基板６ａとの組合せに対応する、補助レンズ５と対物レンズ３との組合せの横倍率をβ1 、図５に示す光学装置における第１の波長の光と第１の透明基板６ａとの組合せに対応する、対物レンズ３との組合せの横倍率もβ1と称し、図４に示す光学装置における第２の波長の光と第２の透明基板７ａとの組合せに対応する、補助レンズ５と対物レンズ３との組合せの横倍率をβ2 、図５に示す光学装置における第２の波長の光と第２の透明基板７ａとの組合せに対応する、対物レンズ３との組合せの横倍率もβ2と称すると、下記（Ａ）と下記（Ｂ）との両方の条件を満足することが好ましい。
（Ａ）０．０５≦｜β1 ｜≦０．３、
（Ｂ）０．０５≦｜β2 ｜≦０．３。
【００５２】
０．０５≦｜β1｜、かつ、０．０５≦｜β2 ｜を満足しない場合には、物像間距離が長くなりすぎ、光学装置の小型化が困難となり好ましくない。また、｜β1 ｜≦０．３、かつ、｜β2 ｜≦０．３を満足しない場合には、収差補正が困難となり好ましくない。
【００５３】
また、図４に示す光学装置において、光源１から補助レンズ５の光源１側の面までの光軸上の距離であるＳ1について、８ｍｍ≦Ｓ1≦２５ｍｍであることが好ましい。Ｓ1が８ｍｍ未満であると収差補正が困難となるおそれがあり、Ｓ1が２５ｍｍ超であると光学装置の小型化が困難となるおそれがある。
【００５４】
また、光学媒体２の例として、例えば、ビームスプリッタ、ハーフミラー、プリズム等が挙げられる。光学媒体２は必要に応じて設けられ、図４、５に示す光学装置において、光学媒体２を設けずに、光源１からの光が直接対物レンズ３に照射されるようにしてもよい。また、光ディスクの情報記録面のデータを受光素子に読み込む手段は図４、５に示す手段に限定されない。
【００５５】
絞り９は開口数（ＮＡ）を変化させる機能を有する。絞り９を設ける理由は、記録又は再生の際、第１の光ディスク６に使用される開口数と第２の光ディスク７に使用される開口数とが異なる場合、絞り９により開口数を調整するためである。第１の光ディスク６に使用される開口数と第２の光ディスク７に使用される開口数とが同じである場合には絞り９は通常不要である。絞り９には、機械的絞り、光学的絞りがあり、特に限定されない。
【００５６】
第１の光ディスクに用いる対物レンズの開口数ＮＡ1と、第２の光ディスクに用いる対物レンズの開口数ＮＡ2との間に、ＮＡ1＞ＮＡ2 が成り立つとき、対物レンズの片面又は両面の光軸を中心とする輪帯状領域には、第２の波長の光の透過を妨げて開口数ＮＡ2に絞り込むための段差部を設け、絞り９の代わりとしてもよい。
【００５７】
図４では、補助レンズ５を１個のレンズによって構成しているが、これに限定されず、補助レンズ５をそれぞれ複数個のレンズ群によって構成してもよい。以上２種類の光ディスクの記録又は再生について述べたが、これに限定されず、３種類以上の異なる透明基板の厚さの光ディスクを記録又は再生の対象としてもよい。また、本発明における光ディスクは、ＤＶＤ、ＣＤに限定されず、他の種類の光ディスクであってもよい。
【００５８】
図４、５に示す光学装置では、１つの光源１から、第１の波長の光及び第２の波長の光を発光させている。しかし、これに限定されず、第１の波長の光と第２の波長の光の光源を別々に分けてもよい。
【００５９】
補助レンズ５及び対物レンズ３には材料として合成樹脂を通常使用する。しかし、合成樹脂に限定されず、ガラスを用いてもよい。また、本発明の光学装置は、対物レンズのオートフォーカス駆動を備えてもよい。
【００６０】
【実施例】
第１の光ディスク６としてＤＶＤ（ｔ1＝０．６０ｍｍ）を用い、第２の光ディスク７としてＣＤ（ｔ2＝１．２０ｍｍ）を用いることとし、ＣＤ、ＤＶＤの記録又は再生を前提とした図４に示す光学装置を製作した。
【００６１】
ＤＶＤの再生又は記録には波長６５５ｎｍのレーザ光源、ＣＤの再生又は記録には波長７８５ｎｍのレーザ光源を使用した。光学媒体２は厚さ３．００ｍｍ、材料がＢＫ７であるビームスプリッタを用いた。ＤＶＤの透明基板は波長６５５ｎｍで屈折率１．５８０を有するものとして、ＣＤの透明基板は波長７８５ｎｍで屈折率１．５７３を有するものとして、設計した。
【００６２】
対物レンズ３の有する非球面の形状は、各輪帯状非球面を含め、下記式４によって決定した。式４において、ｉは２，４，６，８，１０であり、ｊは１，２であり、ｈは光軸からの高さであり、ｚj は第ｊ面非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さｈの点までの距離であり、ｒj 、ｋj 、ａi,j は第ｊ面の各係数である。
【００６３】
【数６】
0004903300.tif 000005
【００６４】
「例１（比較例）」
対物レンズ３の形状は図６に示すような形状とした。ＣＤ用、ＤＶＤ用ともに軸上の球面収差を補正するようには設計せず、軸外コマ収差が良好に補正されるように設計を行った。
【００６５】
例１の光学装置及び対物レンズの仕様、諸数値を表１上段に示す。表１上段において、ｆ1は波長６５５ｎｍにおける対物レンズ３の焦点距離、ｆ2は波長７８５ｎｍにおける対物レンズ３の焦点距離、ｄ1は対物レンズ３の中心厚、ｎ1は波長６５５ｎｍにおける対物レンズ３の屈折率、ｎ2は波長７８５ｎｍにおける対物レンズ３の屈折率である。
【００６６】
例１における対物レンズの第１面の非球面の各係数を表１中段に示し、例１における対物レンズの第２面の非球面の各係数を表１下段に示す。以下の表において、Ｅ−１は１０-1を意味する。
【００６７】
【表１】
0004903300.tif 000006
【００６８】
補助レンズはコリメータレンズとし、補助レンズの有する非球面の形状は式４によって決定した。補助レンズの非球面の各係数を表２上段に示す。表２上段において、ｆC1は波長６５５ｎｍにおける焦点距離、ｆC2は波長７８５ｎｍにおける焦点距離、ｄCは中心厚、ｎC1は波長６５５ｎｍにおける屈折率、ｎC2は波長７８５ｎｍにおける屈折率である。なお、例２〜４においても表２上段に示す補助レンズを用いた。
【００６９】
表２上段の補助レンズと、表１の対物レンズとからなる光学系の仕様は表２下段のとおりである。表２下段において、Ｐ1は波長６５５ｎｍにおける、対物レンズの第２面と第１の光ディスク６の対物レンズ側の面との距離（作動距離）、Ｐ2は波長７８５ｎｍにおける、対物レンズの第２面と第２の光ディスク７の対物レンズ側の面との距離（作動距離）である。
【００７０】
【表２】
0004903300.tif 000007
図７にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。図７において実線はすべての種類の収差を含む波面収差を示す。また、破線は軸外波面収差のうちの軸外コマ収差のみを示す。また図８にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。実線、破線の意味は図７と同様である。なお、以下の収差特性図においても実線、破線の意味は図７と同様とする。各例についての収差特性図及び後述する表の収差の値はすべて計算値である。
【００７１】
プラスチックを射出成形して例１の対物レンズと補助レンズとを作製し例１の光学装置を製作して、当光学装置でＤＶＤとＣＤとを記録又は再生したところ、両方とも忠実に記録再生できなかった。
【００７２】
「例２（比較例）」
対物レンズの形状は図９に示すレンズのような形状とし、基本的な仕様である表１上段の仕様については例１と同様とした。ＤＶＤ用の軸上の球面収差を補正するために、対物レンズの第２面に位相シフタを設けた。対物レンズの第１面の形状は例１の対物レンズの第１面と同様とした。以下、対物レンズの第２面の非球面について図９の符号を用いて説明する。
【００７３】
対物レンズの第２面の頂点を含む面の非球面３１ａは例１の対物レンズの第２面の頂点を含む面の非球面と同様とした。図９の対物レンズの第１面と非球面３１ａとで、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の軸外コマ収差を良好に補正している。
【００７４】
図９の対物レンズの第１面と輪帯状非球面３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａとで、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の軸外コマ収差を良好に補正している。輪帯状非球面３２ａと輪帯状非球面３４ａとは落差が同一で、非球面の各係数も同一である。
【００７５】
輪帯状非球面３２ａ、３４ａの非球面の各係数表３左上段に示し、輪帯状非球面３３ａ、３５ａの非球面の各係数表３右上段に示す。各落差については表３中段に示す。また、φ31、φ32、φ33、φ34、φ35については表３下段に示す。表４上段に示された落差γ31、落差γ32、落差γ33、落差γ34は、式１において、それぞれ、ｊを０（ゼロ）として計算しているため、ＣＤ用の波長７８５ｎｍのレーザ光については位相シフトされず、ＤＶＤ用の波長６５５ｎｍのレーザ光についてのみ位相シフトされる。したがって、ＤＶＤについては忠実に記録再生できるが、ＣＤについては忠実に記録再生できない。
【００７６】
【表３】
0004903300.tif 000008
図１０にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また図１１にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。プラスチックを射出成形して、例２の形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例２の光学装置を製作した。ＤＶＤ、ＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、ＤＶＤについては忠実に記録再生できたが、ＣＤについては忠実に記録再生できなかった。
【００７７】
「例３（比較例）」
対物レンズの形状は図１２に示すレンズのような形状とし、基本的な仕様である表１上段の仕様については例１と同様とした。ＣＤ用の軸上の球面収差を補正するために、図１２に示すとおり対物レンズの第２面に位相シフタを設けた。対物レンズの第１面は例１の対物レンズの第１面と同様とした。以下、対物レンズの第２面の非球面について図１２の符号を用いて説明する。
【００７８】
対物レンズの第２面の頂点を含む面の非球面４１ａは例１の対物レンズの第２面の頂点を含む面の非球面と同様とした。本例の対物レンズの第１面の非球面と非球面４１ａとの組合せは、例１の対物レンズと同様、ＣＤ用、ＤＶＤ用ともに軸上の球面収差を補正するようには設計せず、ＣＤ用、ＤＶＤ用ともに軸外コマ収差が良好に補正されるように設定した。
【００７９】
輪帯非球面４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａ、４６ａの非球面形状は、それぞれ落差を考慮して第１面の非球面との組合せが、ＣＤ用、ＤＶＤ用ともに軸外コマ収差が良好に補正されるように設定した。輪帯非球面４７ａの非球面形状は、第１面の非球面との組合せが、ＣＤ用、ＤＶＤ用ともに軸外コマ収差が良好に補正されるように設定した。
【００８０】
段差４１と段差４５とは落差が同じであり、段差４２と段差４４とは落差が同じである。非球面４１ａと輪帯非球面４７ａとは非球面の各係数が同じである（例１参照）。輪帯非球面４２ａと輪帯非球面４６ａとは非球面の各係数を同じにした。輪帯非球面４３ａと輪帯非球面４５ａとは非球面の各係数が同じである。
【００８１】
輪帯非球面４２ａと輪帯非球面４６ａの非球面の各係数を表４左上段に示し、輪帯非球面４３ａと輪帯非球面４５ａの非球面の各係数を表４右上段に示し、輪帯非球面４４ａの非球面の各係数を表４左下段に示す。さらに、各輪状の段差部の落差γについては表５上段に示す。また、φ41、φ42、φ43、φ44、φ45、φ46、φ47については表５下段に示す。
【００８２】
表５上段に示された落差γ41、落差γ42、落差γ43、落差γ44、落差γ45、落差γ46は、式１において、それぞれｉを０（ゼロ）として計算しているため、ＤＶＤ用の波長６５５ｎｍのレーザ光については位相シフトされず、ＣＤ用の波長７８５ｎｍのレーザ光についてのみ位相シフトされる。したがって、ＣＤについては忠実に記録再生できるが、ＤＶＤについては忠実に記録再生できない。
【００８３】
【表４】
0004903300.tif 000009
【００８４】
【表５】
0004903300.tif 000010
【００８５】
図１３にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また図１４にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。プラスチックを射出成形して、例３の形状の対物レンズと補助レンズとを作製し、例３の光学装置を製作した。ＤＶＤ、ＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、ＣＤについては忠実に記録再生できたが、ＤＶＤについては忠実に記録再生できなかった。
【００８６】
「例４（実施例）」
対物レンズの形状は図１に示すレンズのような形状とし、基本的な仕様である表１上段の仕様については例１と同様とした。対物レンズの第１面は例１における対物レンズの第１面と同様とした。さらに、各輪状の段差部の落差γ及び輪帯非球面２１０ａの落差については表６上段に示し、各輪状の段差部の径（直径）については表６左下段に示す。
【００８７】
例４の段差と、例２、３との段差の位置の関係を表６右下段に示す。すなわち、例４の段差の径と、例２、３との段差の径とが同じものを示しており、表６下段により例４の段差が、例２の段差と例３との段差とを合成したものであることを示している。
【００８８】
【表６】
0004903300.tif 000011
【００８９】
輪帯状非球面２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ、２１０ａ、２１１ａの非球面の形状について、表７に示す。
【００９０】
【表７】
0004903300.tif 000012
【００９１】
図１５にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また図１６にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。プラスチックを射出成形して、例４の形状の対物レンズと補助レンズとを作製し、例４の光学装置を製作した。ＣＤ、ＤＶＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、ともに忠実に記録再生できた。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の光学装置に用いる対物レンズは、その片面又は両面に第１の波長の光及び第２の波長の光に対して位相差を生じさせる機能を有する位相シフタが設けられているため、第１の光ディスク、第２の光ディスクの記録又は再生に際し、軸上の収差、軸外の収差ともに良好に補正できる。
【００９３】
したがって、本発明の光学装置に用いる対物レンズは、経年変化によって光源や対物レンズが光軸から傾き又は軸ずれが生じた場合であっても、軸上の収差、軸外の収差ともに良好であり、高精度化が容易であって、光学性能が経年変化的に劣化する可能性が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学装置に用いる対物レンズの一実施例を示す断面図。
【図２】光ディスク側から見る場合の、図１の対物レンズの正面図。
【図３】図１の対物レンズの第２面の光軸付近の拡大断面図。
【図４】本発明の光学装置の一実施例を示す構成図。
【図５】図４とは別の光学装置の実施例の構成図。
【図６】例１の対物レンズを示す断面図。
【図７】例１のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【図８】例１のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【図９】例２の対物レンズを示す断面図。
【図１０】例２のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【図１１】例２のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【図１２】例３の対物レンズを示す断面図。
【図１３】例３のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【図１４】例３のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【図１５】例４のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【図１６】例４のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図。
【符号の説明】
１：第１の光源
２：光学媒体
３：対物レンズ
５：補助レンズ
６：第１の光ディスク
６ａ：第１の光ディスク６の透明基板
６ｂ：第１の光ディスク６の情報記録面
７：第２の光ディスク
７ａ：第２の光ディスク７の透明基板
７ｂ：第２の光ディスク７の情報記録面
９：絞り
１０：受光素子
Ｓ1：光源１から補助レンズ５の第１面までの光軸上の距離
Ｓ2：補助レンズ５の第２面から対物レンズ３までの光軸上の距離
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、２１０：光軸を中心とする輪状の段差部
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ、２１０ａ、２１１ａ：輪帯状非球面
φ21、φ22、φ23、φ24、φ25、φ26、φ27、φ28、φ29、φ210：それぞれ段差部２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、２１０の内側の径（直径）
φ210：第２面の有効径（直径）
φ11：第１面の有効径（直径）
【図１】
0004903300.tif 000015
【図２】
0004903300.tif 000016
【図３】
0004903300.tif 000017
【図４】
0004903300.tif 000018
【図５】
0004903300.tif 000019
【図６】
0004903300.tif 000020
【図７】
0004903300.tif 000021
【図８】
0004903300.tif 000022
【図９】
0004903300.tif 000023
【図１０】
0004903300.tif 000024
【図１１】
0004903300.tif 000025
【図１２】
0004903300.tif 000026
【図１３】
0004903300.tif 000027
【図１４】
0004903300.tif 000028
【図１５】
0004903300.tif 000029
【図１６】
0004903300.tif 000030