(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスク用の対物レンズにおいて、
０．４以上の開口数を有し、
第１回折光学面を有する正レンズと、第２回折光学面を有する負レンズとを備える回折光学素子を含み、
前記正レンズおよび前記負レンズのうち、一方のレンズは相対的に高屈折率低分散の光学材料により形成され、他方のレンズは相対的に低屈折率高分散の光学材料により形成され、
前記第１回折光学面と前記第２回折光学面は、当該対物レンズの光軸に関して回転対称な鋸歯状の断面をそれぞれ有するとともに、前記第１回折光学面と前記第２回折光学面とが互いに対向するように配置され、前記第１、第２回折光学面の格子高ｈは、所定の波長の光に対して回折効率が１．０になるよう共に決定され、
前記正レンズは両凸レンズであり、
前記正レンズの光軸に沿った厚さおよび前記負レンズの光軸に沿った厚さのうちの小さい方の厚さをＤｍとするとき、
０．０５＜ｈ／Ｄｍ＜１．０
の条件を満たしていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記対物レンズの焦点距離をｆとし、前記対物レンズの光軸に沿った厚さをＤTとするとき、
０．５＜ｆ／ＤT＜１０．０
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記正レンズと前記負レンズとのｄ線における屈折率差が０．４５以下であり、
前記正レンズおよび前記負レンズのうちの少なくとも一方はＵＶ硬化型樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記正レンズの焦点距離をｆｐとし、前記負レンズの焦点距離をｆｎとするとき、
０．０３＜｜ｆｐ／ｆｎ｜＜４．０
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記高屈折率低分散の光学材料と前記低屈折率高分散の光学材料とのｄ線を基準とするアッベ数差をΔνｄとし、前記高屈折率低分散の光学材料と前記低屈折率高分散の光学材料とのｄ線における屈折率差をΔＮｄとするとき、
５０＜Δνｄ／ΔＮｄ＜２０００
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項６】
ｄ線における前記回折光学素子の回折効率をＥdとし、ｇ線における前記回折光学素子の回折効率をＥgとし、Ｃ線における前記回折光学素子の回折効率をＥCとするとき、
（Ｅg＋ＥC）／（２×Ｅd）＞０．８
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記回折光学素子の回折光学面の有効径（直径）をφとし、前記対物レンズの焦点距離をｆとするとき、
０．１＜φ／ｆ＜３．０
の条件を満たしていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項８】
前記正レンズおよび前記負レンズの双方がＵＶ硬化型樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項９】
前記正レンズは射出成型用の樹脂により形成され、前記負レンズはＵＶ硬化型樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の対物レンズを備えていることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズ及び光ディスク装置に関し、特にＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどの光ディスク用のピックアップレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学系では、光学性能の向上のために、特に収差の発生を抑えて結像性能を向上させるために、屈折を利用する屈折光学素子（主としてガラスにより形成されるレンズ）が用いられている。この場合、基準スペクトル線に関するザイデルの５収差及び色収差を十分に抑えるために、収差補正の自由度を増す必要があり、光学系を構成するレンズの枚数がやむを得ず増えてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
小型軽量化すべき光ディスク用対物レンズ（ピックアップレンズ）においても、光学性能を向上させようとすると、光学系を構成するレンズの枚数が増える傾向がある。また、光学系の色収差を十分に補正するには、屈折率や分散の異なる複数の光学材料を用いる必要があり、比重の大きな光学材料（ガラス）も用いざるを得なくなり、光学系の大型化および重量化を招き易い。そこで、光ディスク用対物レンズに回折光学素子（回折格子）を組み込んで、色収差を補正したり、球面収差などを補正したりする試みが行われている。
【０００４】
しかしながら、いわゆる単層型の回折格子を光ディスク用対物レンズに組み込んでも、波長の広帯域に亘って回折効率を高めることはできない。その結果、複数種類の光ディスクに対応しようとすると、異なる複数の波長の光に対して光電変換された信号の強度が弱くなり、ひいてはＳＮ比が劣化し易い。近年では、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどの複数種類の光ディスクに対して異なる複数の波長の光を用いる機器が増えており、広い波長域に亘って良好に色消しされた光ディスク用対物レンズが求められている。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、広い波長域に亘って良好に色消しされた小型で軽量の光ディスク用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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光ディスク用の対物レンズにおいて、
０．４以上の開口数を有し、
第１回折光学面を有する正レンズと、第２回折光学面を有する負レンズとを備える回折光学素子を含み、
前記正レンズおよび前記負レンズのうち、一方のレンズは相対的に高屈折率低分散の光学材料により形成され、他方のレンズは相対的に低屈折率高分散の光学材料により形成され、
前記第１回折光学面と前記第２回折光学面は、当該対物レンズの光軸に関して回転対称な鋸歯状の断面をそれぞれ有するとともに、前記第１回折光学面と前記第２回折光学面とが互いに対向するように配置され、前記第１、第２回折光学面の格子高ｈは、所定の波長の光に対して回折効率が１．０になるよう共に決定され、
前記正レンズは両凸レンズであり、
前記正レンズの光軸に沿った厚さおよび前記負レンズの光軸に沿った厚さのうちの小さい方の厚さをＤｍとするとき、
０．０５＜ｈ／Ｄｍ＜１．０
の条件を満たしていることを特徴とする対物レンズを提供する。
【０００７】
本明細書において、「第１回折光学面と第２回折光学面とが互いに対向するように配置され」ているという表現は、「第１回折光学面と第２回折光学面とが互いに接するように配置され」ている状態と、「第１回折光学面と第２回折光学面とが間隔を隔てて対向するように配置され」ている状態とを含む広い概念に対応している。
【０００８】
本発明の第２形態では、第１形態の対物レンズを備えていることを特徴とする光ディスク装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光ディスク用対物レンズでは、正レンズと負レンズとにより、色収差の補正に有利なダブレットを形成している。そして、この正レンズと負レンズとの間に、広い波長域に亘る色収差の補正に有利な複層型の回折光学面を形成している。その結果、本発明では、正レンズと負レンズとにより形成されたダブレットによる色消し作用と、正レンズと負レンズとの間に形成された複層型の回折光学面による色消し作用とにより、広い波長域に亘って良好に色消しされた小型で軽量の光ディスク用対物レンズを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。以下、本発明の具体的な説明に先立って、本発明に関連する技術的事項について説明する。従来、屈折光学系や反射光学系では達し得ない高性能化・小型化などを目指して、例えば光ディスク用のピックアップレンズなどの光学系に回折光学面を組み込む試みが種々行われてきた。ただし、単層型の回折光学素子では、設計波長から外れた波長の光に対する回折フレアの発生が多くなり、画質・結像性能が損なわれ易い。その結果、単層型の回折光学素子の適用は、例えば単一波長のレーザー光や狭い波長域のレーザー光などを使用光とする光学系に限られていた。
【００１１】
近年、複層型（または積層型）と呼ばれる回折光学素子が提案されている。複層型の回折光学素子は、例えば光軸に関して回転対称な鋸歯状に形成された回折光学面を有する複数の回折光学要素（回折光学部材）を、互いに分離あるいは密着させた形態で積層させることにより構成されている。複層型の回折光学素子は、所望の広波長領域（例えば可視光領域）の全体に亘って高い回折効率を確保し、ひいては良好な波長特性を確保することができるという特徴を有する。
【００１２】
複層型の回折光学素子は、例えば図１に示すように、光の入射側に配置されて第１光学材料により形成された第１回折光学部材１１と、光の射出側に配置されて第１光学材料とは屈折率および分散値の異なる第２光学材料により形成された第２回折光学部材１２とにより構成されている。そして、第１回折光学部材１１と第２回折光学部材１２とが対向する一対の面１１ａおよび１２ａは、例えば光軸（不図示）に関して回転対称な鋸歯状の断面をそれぞれ有する。この場合、特定の２つの波長の光に対して同時に色消し条件を満足するように、第１回折光学部材１１の回折光学面１１ａの格子高（溝の高さ）ｈ１を所定の値に決定し、第２回折光学部材１２の回折光学面１２ａの格子高ｈ２を所定の値に決定することが可能である。
【００１３】
その結果、複層型の回折光学素子では、特定の波長の光に対して回折効率が１．０になり、且つその他の波長の光に対してもかなり高い回折効率を得ることができる。ここで、回折効率とは、透過型の回折光学素子において、回折光学素子に入射する光の強度値Ｉ0と、回折光学素子を透過した光に含まれる一次回折光の強度値Ｉ1との割合η（＝Ｉ1／Ｉ0）として定義される。このような複層型の構成を採用することにより、広波長域の光を使用光とする光学系に対して回折光学素子を適用することが可能になり、例えば白色光を使用する写真カメラの撮像レンズ等に回折光学素子を用いることも容易になる。
【００１４】
特に、第１光学材料および第２光学材料について所定の条件を満たすことにより、第１回折光学部材１１の回折光学面１１ａの格子高ｈ１と第２回折光学部材１２の回折光学面１２ａの格子高ｈ２とを一致させることが可能になり、ひいては回折光学面１１ａと回折光学面１２ａとが互いに接するように配置された密着複層型の回折光学素子（回折格子）ＰＦが得られる。密着複層型の回折光学素子では、一対の回折光学面が間隔を隔てて対向するように配置される分離複層型の回折光学素子に比して、回折光学面の格子高の誤差感度（公差）および回折光学面の面粗さの誤差感度（公差）がともに緩くなるという製造上のメリットがある。すなわち、密着複層型の回折光学素子は、生産性に優れ、量産性が高く、光学製品のコストダウンに好都合であるという利点を有する。
【００１５】
複層型の回折光学素子を構成する２つの回折光学部材は、一方が相対的に高屈折率低分散の光学材料からなり、他方が相対的に低屈折率高分散の光学材料からなることが必要であるが、いずれの回折光学部材が光の入射側に配置されていても良い。特に、密着複層型の回折光学素子では、相対的に高屈折率低分散の光学材料と相対的に低屈折率高分散の光学材料との組合せの選定は重要である。密着複層型の回折光学素子について製造上の誤差感度を所望の程度まで緩くするには、２つの回折光学部材の屈折率差を０．４５以下にすることが重要であり、０．２以下にすることが好ましい。
【００１６】
以下、本発明の構成および作用について説明する。本発明の光ディスク用対物レンズ（ピックアップレンズ）は、０．４以上の開口数を有し、第１回折光学面を有する正レンズ（一方の回折光学部材に対応）と第２回折光学面を有する負レンズ（他方の回折光学部材に対応）とを備える回折光学素子を含んでいる。正レンズおよび負レンズのうち、一方のレンズは相対的に高屈折率低分散の光学材料により形成され、他方のレンズは相対的に低屈折率高分散の光学材料により形成されている。また、第１回折光学面と第２回折光学面とが互いに対向するように配置されている。すなわち、正レンズと負レンズとの間に複層型の回折光学面が形成され、正レンズと負レンズとは密着複層型の回折光学素子または分離複層型の回折光学素子を構成している。
【００１７】
このように、本発明の光ディスク用対物レンズでは、正レンズと負レンズとにより、色収差の補正に有利なダブレットを形成している。そして、この正レンズと負レンズとの間に、広い波長域に亘る色収差の補正に有利な複層型の回折光学面を形成している。その結果、本発明では、正レンズと負レンズとにより形成されたダブレットによる色消し作用と、正レンズと負レンズとの間に形成された複層型の回折光学面による色消し作用とにより、広い波長域に亘って良好に色消しされた小型で軽量の光ディスク用対物レンズを実現することができる。
【００１８】
ちなみに、開口数（ＮＡ）とは、例えば無限遠からの光に基づいて対物レンズにより形成される像の明るさ、すなわち像面照度を表す量であり、Ｎsinθで表される。ここで、Ｎは対物レンズと像面との間の媒質の屈折率であり、θは像面に達する光線の最大入射角である。開口数の値が大きいほど、明るいスポット像が得られる。また、開口数ＮＡとＦナンバーＦNOとの間には、２×ＮＡ＝１／ＦNOの関係が成り立つ。本発明は、ＮＡが０．４以上の明るいピックアップレンズを対象としているが、より高い性能を発揮するには０．５５以上の開口数を有することが望ましい。
【００１９】
なお、本発明の光ディスク用対物レンズでは、次の条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）において、ｆは対物レンズの焦点距離であり、ＤTは対物レンズの光軸に沿った厚さ（軸上厚）である。
０．５＜ｆ／ＤT＜１０．０      （１）
【００２０】
条件式（１）は、対物レンズの焦点距離ｆについて適切な範囲を対物レンズの軸上厚ＤTとの割合で規定している。条件式（１）の上限値を上回ると、焦点距離ｆが長くなり過ぎて、光軸方向の小型化を達成することが困難になるので好ましくない。また、所要の開口数（ＮＡ）を確保するには、対物レンズが径方向に大型化するとともに、球面収差が大きく発生して良好な光学性能が得られなくなるので好ましくない。
【００２１】
一方、条件式（１）の下限値を下回ると、対物レンズの軸上厚ＤTが大きくなり過ぎて、対物レンズと物体（光ディスク）との間隔、すなわちワーキングディスタンスを十分確保することが困難になるだけでなく、レンズを形成する樹脂材料の複屈折による悪影響（スポットのボケなど）が発生する可能性が高くなるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（１）の上限値を５．０に設定することが望ましい。また、条件式（１）の下限値を０．８に設定することが望ましい。
【００２２】
また、本発明の光ディスク用対物レンズでは、次の条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）において、ｆｐは正レンズの焦点距離であり、ｆｎは負レンズの焦点距離である。
０．０３＜｜ｆｐ／ｆｎ｜＜４．０      （２）
【００２３】
条件式（２）は、正レンズと負レンズとの適切な屈折力配分を規定している。条件式（２）の上限値を上回ると、正レンズの屈折力が小さくなり過ぎて、短波長の色収差が補正不足になり易く、そのために回折光学面の屈折力を大きくする必要が生じるので好ましくない。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、負レンズの屈折力が小さくなり過ぎて、短波長の色収差が補正不足になり易く、そのために回折光学面の屈折力を大きくする必要が生じるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（２）の上限値を１.０に設定することが望ましい。また、条件式（２）の下限値を０．０５に設定することが望ましい。また、本発明の効果をより十分に発揮するには、条件式（２）の上限値を０．４５に設定することがより望ましい。また、条件式（２）の下限値を０．０９に設定することがより望ましい。
【００２４】
また、本発明の光ディスク用対物レンズでは、次の条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）において、Δνｄは、高屈折率低分散の光学材料と低屈折率高分散の光学材料とのｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）を基準とするアッベ数差である。また、ΔＮｄは、高屈折率低分散の光学材料と低屈折率高分散の光学材料とのｄ線における屈折率差である。
５０＜Δνｄ／ΔＮｄ＜２０００      （３）
【００２５】
条件式（３）は、高屈折率低分散の光学材料と低屈折率高分散の光学材料との関係を規定している。条件式（３）の上限値を上回ると、波長の広帯域に亘って高い回折効率を得ることが困難になるので好ましくない。同様に、条件式（３）の下限値を下回っても、波長の広帯域に亘って高い回折効率を得ることが困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（３）の上限値を９００に設定することが望ましい。また、条件式（３）の下限値を２００に設定することが望ましい。
【００２６】
また、本発明の光ディスク用対物レンズでは、次の条件式（４）を満足することが好ましい。条件式（４）において、Ｅdは主波長であるｄ線における複層型回折光学素子の回折効率であり、Ｅgは主波長よりも短波長であるｇ線（λ＝４３５.８ｎｍ）における回折光学素子の回折効率であり、ＥCは主波長よりも長波長であるＣ線（λ＝６５６．３ｎｍ）における回折光学素子の回折効率である。
（Ｅg＋ＥC）／（２×Ｅd）＞０．８      （４）
【００２７】
条件式（４）は、広帯域化した使用光に対する回折効率のバランスについて適切な範囲を規定するものである。条件式（４）の下限値を下回ると、主波長であるｄ線に対して相対的に短波長であるｇ線および長波長であるＣ線のうちの少なくとも一方の波長において回折効率が低下し過ぎて、回折フレアが大きくなるので好ましくない。換言すれば、ブレーズ光以外の波長の光や画角の光などが不要な回折光になって回折フレアの発生が大きくなってしまう。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（４）の下限値を０．９に設定することが望ましい。また、条件式（４）の上限値を０．９９に設定することが望ましい。
【００２８】
また、本発明の光ディスク用対物レンズでは、次の条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）において、φは回折光学素子の回折光学面の有効径（直径）であり、ｆは上述したように対物レンズの焦点距離である。
０．１＜φ／ｆ＜３．０      （５）
【００２９】
条件式（５）は、正レンズと負レンズと間に形成される回折光学面の有効径（直径）φについて適切な範囲を規定するものである。条件式（５）の上限値を上回ると、回折光学面の有効径φが大きくなり過ぎて、回折光学面の製作が困難になり、ひいては複層型回折光学素子のコストアップを招く。また、外部からの有害光が回折光学面に入射し易くなるので好ましくない。
【００３０】
一方、条件式（５）の下限値を下回ると、また、回折光学面の有効径φが小さくなり過ぎて、回折光学面の格子ピッチが小さくなる傾向が強くなり、複層型回折光学素子の製作が困難になってコストアップを招くだけでなく、回折光学面の格子による回折フレアの発生が大きくなるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（５）の上限値を２．５に設定することが望ましい。また、条件式（５）の下限値を０．４に設定することが望ましい。
【００３１】
また、本発明の光ディスク用対物レンズでは、正レンズは両凸レンズであり、次の条件式（６）を満足することが好ましい。条件式（６）において、ｈは回折光学素子の回折光学面の格子高であり、Ｄｍは正レンズの光軸に沿った厚さ（軸上厚）および負レンズの光軸に沿った厚さ（軸上厚）のうちの小さい方の厚さである。
０．０５＜ｈ／Ｄｍ＜２．０      （６）
【００３２】
条件式（６）は、比較的薄い密着複層型の回折光学素子を実現するために必要な条件を規定するものである。条件式（６）の上限値を上回ると、回折光学面の格子が相対的に高くなり過ぎて、格子形状を形成することが困難になる。また、格子の段差部分が大きくなり、格子の壁面（段差を形成する面部分：図１において参照符号１３で示す）に入射した光の散乱等により迷光が発生し易くなるので好ましくない。
【００３３】
一方、条件式（６）の下限値を下回ると、回折光学部材としてのレンズが相対的に厚くなり過ぎて、やはり格子形状を形成することが困難になる。また、光学材料による光の内部吸収が増えて、密着複層型回折光学素子の透過率、ひいては光学系の透過率が低下し、色付きが起こり易くなるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（６）の上限値を１．０に設定することが望ましい。また、条件式（６）の下限値を０．０７に設定することが望ましい。
【００３４】
さらに、本発明の光ディスク用対物レンズにおいて、より優れた光学性能および仕様を達成するために、以下の条件式（７）、（８）または（９）を満たすことが好ましい。条件式（７）において、Ｐminは回折光学面の格子の最小ピッチであり、ｆは上述したように対物レンズの焦点距離である。条件式（８）および（９）において、ΔＷはスペクトル線ｄ、ｇ、Ｃ、Ｆの軸上色収差の最大拡がり巾であり、ｆは上述したように対物レンズの焦点距離である。さらに、条件式（９）において、Ｅd、ＥgおよびＥCは、上述したように、それぞれｄ線、ｇ線およびＣ線における回折光学素子の回折効率である。
【００３５】
０．０３＜Ｐmin／ｆ＜２．０      （７）
０．０００１＜ΔＷ／ｆ＜０．０４      （８）
（Ｅg＋Ｅd＋ＥC）×ｆ／ΔＷ＞２００      （９）
【００３６】
条件式（７）は、対物レンズの焦点距離ｆと回折光学面の格子の最小ピッチＰminとの適切な比を規定している。通常、格子のピッチｐは、中心軸（光軸）において最も大きく周辺に向かって単調に減少する。格子のピッチｐが小さいと、回折角が大きくなり回折面の色分散が大きくなるので色収差の補正に効果的である。しかしながら、格子のピッチｐが小さくなり過ぎると、回折光学面の加工が困難になるだけでなく、回折フレアの発生が大きくなるので好ましくない。このため、格子の最小ピッチＰminを適切な範囲に規定することは重要である。
【００３７】
条件式（７）の上限値を上回ると、格子の最小ピッチＰminが小さくなり過ぎて、回折光学面の加工が困難になるだけでなく、回折効率の低下を招き、不要なフレア光が発生する可能性が高くなるので好ましくない。一方、条件式（７）の下限値を下回ると、格子の最小ピッチＰminが大きくなり過ぎて、十分な色消し作用を発揮することができなくなるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（７）の上限値を０．２に設定することが望ましい。また、条件式（７）の下限値を０．００１に設定することが望ましい。
【００３８】
条件式（８）は、軸上色収差の適切な補正範囲を規定している。条件式（８）の上限値を上回ると、色収差が大きくなり過ぎて、エッジなどが色付いた画像になるので好ましくない。条件式（８）の下限値を下回ると、異常分散性ガラスなどの特殊な光学材料を用いる必要もあるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（８）の上限値を０．００３に設定することが望ましい。また、条件式（８）の下限値を０．００２に設定することが望ましい。
【００３９】
条件式（９）は、使用光の波長が広帯域に亘る光学系に要求される所要の回折効率および色収差補正について規定する条件式である。条件式（９）は、その数値が大きいほど、広帯域に亘る波長に対して回折効率が高く、軸上色収差が小さいことを示す。条件式（９）の下限値を下回ると、所要の回折効率および色収差補正を達成することが困難になるので好ましくない。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（９）の下限値を４００に設定することが望ましい。
【００４０】
実際に本発明の光ディスク用対物レンズを構成する際には、以下に述べる要件を満たすことが好ましい。本発明では、成形性を良好に保ち、優れた量産性を確保するために、レンズを形成する光学材料の粘度（未硬化物粘度）が５ｍＰａ・ｓ以上で５００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。光学材料として粘度が５ｍＰａ・ｓ以下の樹脂を用いる場合、成型中に樹脂が流れ易くなり、作業性が落ちることがある。また、５００００ｍＰａ・ｓ以上の樹脂を用いる場合、樹脂が流れにくく作業性が悪くなり、また気泡が混入しやすくなる。
【００４１】
したがって、本発明の光ディスク用対物レンズでは、正レンズおよび負レンズのうちの少なくとも一方はＵＶ硬化型樹脂により形成されていることが好ましい。更に、正レンズおよび負レンズをともにＵＶ硬化型樹脂で形成することが、生産上の理由から、とりわけ生産効率の向上の観点から好ましい。この場合、複層型の回折光学素子の製造にかかる工数を削減することができ、コストダウンにも繋がるので好都合である。
【００４２】
あるいは、正レンズを射出成型用の樹脂により形成し、負レンズをＵＶ硬化型樹脂により形成してもよい。この場合、射出成型樹脂として、シクロオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などを用いることができる。
【００４３】
また、複層型の回折光学素子の小型軽量化、ひいては対物レンズの小型軽量化のために、一対のレンズを形成する樹脂材料の比重がともに２．０以下であることが好ましい。樹脂はガラスに比して比重が小さいため、樹脂を用いて複層型の回折光学素子を形成することは光学系の軽量化に非常に有効である。なお、光学系の小型軽量化を更に図るには、比重が１．６以下の樹脂を用いて複層型の回折光学素子を形成することが好ましい。さらに、正レンズまたは負レンズの空気との界面は、非球面形状の屈折面であることが好ましい。
【００４４】
また、正レンズおよび負レンズのうちの少なくとも一方を形成する樹脂に色素を混入させて、色フィルター効果を持たせることも可能である。たとえば、赤外カットフィルタ、紫外カットフィルタなどを構成し、迷光をカットすることもできる。
【００４５】
また、光学系の光路中の適当な位置に絞りを随意設置することが可能であるが、不要な光線を遮って（カットして）結像に寄与する有効光線のみを通過させるように絞りを構成することが好ましい。たとえば、レンズ枠自体を開口絞りとして機能させても良いし、レンズから離れた位置に位置決めされたメカ部材により絞りを構成しても良い。絞りの開口部の形状は、円形状に限定されることなく、例えば楕円状や矩形状であっても良い。
【００４６】
なお、本発明の光ディスク用対物レンズを組み込んで得られる複数の構成要素からなる光学系も、本発明の範囲を逸脱するものではない。さらに、屈折率分布型レンズ、結晶材料レンズなどを組み込んで得られる光学系に関しても同様である。
【００４７】
本発明の光ディスク用対物レンズを用いて光ディスク装置を構成する場合、対物レンズを介して光ディスクの情報記録面（ピットが形成されたディスク面）にレーザー光が集光され、情報記録面からの反射光（信号光）が対物レンズを介して光電センサへ導かれて電気信号に変換される。以下、本実施形態の具体的な数値例としての実施例について説明する。
【００４８】
［第１実施例］
図２は、第１実施例にかかる光ディスク用対物レンズの構成を概略的に示す図である。図２を参照すると、第１実施例にかかる対物レンズＰＬは、光の入射側（図２中左側）から順に、光入射側に非球面形状の凸面を向け且つ光ディスクＤＣ側（光射出側）に回折光学面が形成された負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌｎと、光入射側に回折光学面が形成された両凸レンズ（正レンズ）Ｌｐとを備えている。負メニスカスレンズＬｎと両凸レンズＬｐとは、回折光学面同士が接するように互いに密着している。すなわち、負メニスカスレンズＬｎと両凸レンズＬｐとは、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。図２では、無限遠物体（不図示）からの光が、対物レンズＰＬを介して、光ディスクＤＣの基板の情報記録面に結像する様子が示されている。
【００４９】
第１実施例および第２実施例において、非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣnとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。以下の表（１）および（２）において、非球面形状に形成された面には面番号の右側に＊印を付している。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−κ・ｙ2／ｒ2｝1/2］＋Ｃ2・ｙ2
＋Ｃ4・ｙ4＋Ｃ6・ｙ6＋Ｃ8・ｙ8    （ａ）
【００５０】
次の表（１）に、第１実施例にかかる対物レンズの諸元の値を掲げる。表（１）の主要諸元において、ｆは対物レンズの焦点距離を、ＮＡは対物レンズの開口数をそれぞれ示している。また、表（１）の光学部材諸元において、第１カラムの面番号は光の入射側からの面の順序を、第２カラムのｒは各面の曲率半径（非球面の場合には頂点曲率半径）を、第３カラムのｄは各面の軸上間隔すなわち面間隔を、第４カラムのｎ(d)はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、第５カラムのｎ(g)はｇ線（λ＝４３５.８ｎｍ）に対する屈折率を、第６カラムのｎ(C)はＣ線（λ＝６５６．３ｎｍ）に対する屈折率を、第７カラムのｎ(F)はＦ線（λ＝４８６.１ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示している。曲率半径ｒは、光の入射側に向かって凸面の曲率半径を正とし、光の入射側に向かって凹面の曲率半径を負としている。
【００５１】
また、表（１）の光学部材諸元において、密着複層型の回折光学素子ＰＦは、超高屈折率法（ＵＨＩ法）にしたがって表現されている。超高屈折率法では、密着複層型の回折光学素子ＰＦの回折光学面を「薄いレンズ」と見なして、非常に高い屈折率の媒質と非球面式とにより回折光学面の光学特性を表現する。
【００５２】
具体的に、第１実施例では、表（１）の光学部材諸元における第１面は負メニスカスレンズＬｎの入射面、第４面は両凸レンズＬｐの射出面、第５面は光ディスクＤＣの基板の入射面、第６面は光ディスクＤＣの基板の情報記録面に対応している。そして、第２面の屈折率データおよび第３面の非球面データが、負メニスカスレンズＬｎと両凸レンズＬｐとが構成する密着複層型の回折光学素子の回折光学面（図２では参照符号ＰＦで示す）の光学特性を表現している。また、表（１）の光学部材諸元におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、第２面に対応するｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する屈折率をそれぞれ示している。なお、表（１）における表記は、以降の表（２）においても同様である。
【００５３】
表（１）
（主要諸元）
ｆ＝３．５０２
ＮＡ＝０．５４
（光学部材諸元）
面番号  ｒ        ｄ       ｎ(d)    ｎ(g)     ｎ(C)     ｎ(F)   光学部材
1*   3.70284   0.20000  1.527600  1.547700  1.523300  1.538500 （Ｌｎ）
2    3.00000   0.00000      A         B         C         D    （ＰＦ）
3*   3.00000   2.20000  1.556900  1.571100  1.553700  1.564800 （ＰＦ／Ｌｐ）
4   -3.55020   2.19691
5      ∞      0.60000  1.491080  1.501900  1.488540  1.497070 （ＤＣ）
6 （情報記録面）
A=0.100010000×105,   B=0.741868530×104
C=0.111704255×105,   D=0.827473110×104
（非球面データ）
１面：  κ＝−２．３０００      Ｃ2＝０
Ｃ4＝−１．０００００×１０-4   Ｃ6＝−１．９００００×１０-3
Ｃ8＝−１．０３０００×１０-5
３面：  κ＝１．００００      Ｃ2＝−８．７００００×１０-7
Ｃ4＝０ Ｃ6＝０    Ｃ8＝０
（条件式対応値）
ｆ＝３．５０２
ＤT＝２．４
ｆｐ＝３．３１８
ｆｎ＝−３３．２２２
Δνｄ＝１５．４６
ΔＮｄ＝０．０２９３
Ｅg＝０．９８２
ＥC＝０．９８２
Ｅd＝１．０００
φ＝４．２
ｈ＝０．０２
Ｄｍ＝０．２
Ｐmin＝０．０１６１
ΔＷ＝０．００９８９
（１）ｆ／ＤT＝１．４５９
（２）｜ｆｐ／ｆｎ｜＝０．０９９９
（３）Δνｄ／ΔＮｄ＝５２７．６５
（４）（Ｅg＋ＥC）／（２×Ｅd）＝０．９８２
（５）φ／ｆ＝１．１９９
（６）ｈ／Ｄｍ＝０．１
（７）Ｐmin／ｆ＝０．００４６
（８）ΔＷ／ｆ＝０．００２８２
（９）（Ｅg＋Ｅd＋ＥC）×ｆ／ΔＷ＝１０５１．０６４
【００５４】
図３および図４は、第１実施例の光ディスク用対物レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。各収差図において、ＮＡは開口数を、Ｙは光ディスクＤＣの基板の情報記録面における像高を、ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）を、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）を、ＦはＦ線（λ＝４８６．１ｎｍ）を、ＣはＣ線（λ＝６５６．３ｎｍ）を、Ｈはｈ線（λ＝４０４．７ｎｍ）を、ＬはＬ線（λ＝７８０．０ｎｍ）をそれぞれ示している。
【００５５】
また、非点収差を示す収差図において実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。図３における表記は、以降の図６においても同様である。図３および図４の各収差図から明らかなように、第１実施例の光ディスク用対物レンズでは、小型軽量であるにもかかわらず、Ｈ線からＬ線までの広い波長範囲に亘って色収差を含む諸収差が良好に補正され、優れた光学性能が確保されていることがわかる。
【００５６】
第１実施例では、図４に示すように、ｇ線からＣ線までの比較的広い波長範囲を超えて、ｈ線からＬ線までのさらに広い波長範囲に亘って、優れた色消しを達成することができる。このとき、ｈ線における回折光学素子の回折効率Ｅhは０．９１４であり、Ｌ線における回折光学素子の回折効率ＥLは０．８８８であり、従来の単層型の回折光学素子では達し得ない高い回折効率を得ることができる。
【００５７】
すなわち、第１実施例では、（Ｅh＋ＥL）／２＝０．９０１であり、次の条件式（１０）を満足している。
（Ｅh＋ＥL）／２＞０．８５      （１０）
【００５８】
条件式（１０）の下限値を下回ると、回折によるフレアが大きくなって、十分な信号強度を得ることが困難になり、ひいては良好なＳ／Ｎ比を得ることが困難になるので好ましくない。更に、ｈ線とＬ線との間の軸上色収差は０．１以下であることが好ましい。ちなみに、第１実施例では、ｈ線とＬ線との間の軸上色収差は０．０６７５である。
【００５９】
［第２実施例］
図５は、第２実施例にかかる光ディスク用対物レンズの構成を概略的に示す図である。図５を参照すると、第２実施例にかかる対物レンズＰＬは、光の入射側（図２中左側）から順に、光入射側に凸面を向け且つ光ディスクＤＣ側に回折光学面が形成された両凸レンズ（正レンズ）Ｌｐと、光入射側に回折光学面が形成され且つ光ディスクＤＣ側に非球面形状の凸面を向けた負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌｎとを備えている。両凸レンズＬｐと負メニスカスレンズＬｎとは、回折光学面同士が接するように互いに密着している。すなわち、両凸レンズＬｐと負メニスカスレンズＬｎとは、密着複層型の回折光学素子ＰＦを構成している。図５では、無限遠物体（不図示）からの光が、対物レンズＰＬを介して、光ディスクＤＣの基板の情報記録面に結像する様子が示されている。
【００６０】
次の表（２）に、第２実施例にかかる対物レンズの諸元の値を掲げる。第２実施例では、表（２）の光学部材諸元における第１面は両凸レンズＬｐの入射面、第４面は負メニスカスレンズＬｎの射出面、第５面は光ディスクＤＣの基板の入射面、第６面は光ディスクＤＣの基板の情報記録面に対応している。そして、第２面の屈折率データおよび第３面の非球面データが、両凸レンズＬｐと負メニスカスレンズＬｎとが構成する密着複層型の回折光学素子の回折光学面（図５では参照符号ＰＦで示す）の光学特性を表現している。また、表（２）の光学部材諸元におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、第２面に対応するｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００６１】
表（２）
（主要諸元）
ｆ＝３．５１５
ＮＡ＝０．４３
（光学部材諸元）
面番号  ｒ        ｄ       ｎ(d)    ｎ(g)     ｎ(C)     ｎ(F)   光学部材
1    3.55020   2.00000  1.525100  1.536900  1.522400  1.531700 （Ｌｐ）
2   -1.70000   0.00000      A         B         C         D    （ＰＦ）
3*  -1.70000   0.05325  1.497900  1.514500  1.494300  1.506700 （ＰＦ／Ｌｎ）
4*  -3.70284   2.47613
5      ∞      0.50000  1.491080  1.501900  1.488540  1.497070 （ＤＣ）
6 （情報記録面）
A=0.100010000×105,   B=0.741868530×104
C=0.111704255×105,   D=0.827473110×104
（非球面データ）
３面：  κ＝１．００００      Ｃ2＝−１．０００００×１０-6
Ｃ4＝０ Ｃ6＝０    Ｃ8＝０
４面：  κ＝−５．００００      Ｃ2＝１．２００００×１０-6
Ｃ4＝１．２００００×１０-2   Ｃ6＝０    Ｃ8＝０
（条件式対応値）
ｆ＝３．５１５
ＤT＝２．０５３２５
ｆｐ＝２．５２０
ｆｎ＝−６．３６９
Δνｄ＝１６．３１
ΔＮｄ＝０．０２７２
Ｅg＝０．９５９
ＥC＝０．９８２
Ｅd＝１．０００
φ＝２．７
ｈ＝０．０２１６
Ｄｍ＝０．０５３２５
Ｐmin＝０．０２１８
ΔＷ＝０．００７１７
（１）ｆ／ＤT＝１．７１２
（２）｜ｆｐ／ｆｎ｜＝０．３９６
（３）Δνｄ／ΔＮｄ＝５９９．６３
（４）（Ｅg＋ＥC）／（２×Ｅd）＝０．９７１
（５）φ／ｆ＝０．７６８
（６）ｈ／Ｄｍ＝０．４０６
（７）Ｐmin／ｆ＝０．００６２
（８）ΔＷ／ｆ＝０．００２０４
（９）（Ｅg＋Ｅd＋ＥC）×ｆ／ΔＷ＝１４４１．６６７
【００６２】
図６は、第２実施例の光ディスク用対物レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。図６の各収差図から明らかなように、第２実施例の光ディスク用対物レンズにおいても、第１実施例と同様に、小型軽量であるにもかかわらず、ｇ線からＣ線までの広い波長範囲に亘って色収差を含む諸収差が良好に補正され、優れた光学性能が確保されていることがわかる。
【００６３】
図７は、本実施形態の対物レンズを備えた光ディスク装置の構成を概略的に示す図である。図７に示す光ディスク装置では、半導体レーザー光源のような光源７１から射出された光が、ハーフミラー７２により反射され、コリメータレンズ７３に入射する。コリメータレンズ７３により平行光に変換された光は、本実施形態の対物レンズ７４を介して収束され、光ディスクＤＣの情報記録面（ピットが形成されたディスク面）に集光する。光ディスクＤＣの情報記録面からの反射光（信号光）は、対物レンズ７４およびコリメータレンズ７３を介して、ハーフミラー７２に入射する。ハーフミラー７２を透過した信号光は、光電センサ７５へ導かれて電気信号に変換される。
【００６４】
なお、ＤＶＤ、ＣＤ、ブルーレイディスクなどの各種の光ディスクでは、その仕様に応じて、ディスクの基板厚さが異なっている。基板の厚さが異なる場合には、基板の内部を透過することにより球面収差が発生するが、回折光学素子の非球面作用により基板の厚さが異なる複数種類の光ディスクに対して球面収差が平均的に小さくなるように最適化することができる。
【００６５】
また、レンズ面を中心領域と外周部の輪帯領域とに分け、基板の厚さが異なる複数種類の光ディスクに対して、各領域の焦点位置を定めたり、各領域での収差補正を行ったりすることもできる。
【００６６】
また、光ディスク記録システムの情報量を増やすには光の短波長化が有効であることは周知の通りであるが、本発明のように波長の広帯域に亘って色収差が小さく且つ回折効率の高い対物レンズを利用すれば、複数の光源（例えば複数のレーザー光源）と共通の光学系とを利用した情報量の大きな光ディスク記録システムを構築することも可能である。
【００６７】
上述したように、格子の高さをスカラー理論による最適高さ（＝光の波長／格子の屈折率差）に設定すれば、基準波長λにおいて一次回折光の回折効率を１００％にすることができ、ひいては波長の広帯域に亘って回折効率を１００％に近い値まで高めることができる。これに対し、格子の高さを、例えばスカラー理論による最適高さの半分に設定すれば、各波長において一次回折光および０次回折光に約４０％ずつ配分することができ、二重焦点レンズを構成することができる。その結果、例えばＣＤおよびＤＶＤ用のコンパチブルピックアップレンズのように、基板厚および使用光の波長の異なる複数種類の光ディスクに対応することも可能である。
【００６８】
また、使用光の波長を変えることによりピックアップする情報が変わるような記録媒体が出現すれば、この種の記録媒体のピックアップレンズに対して本発明の対物レンズを適用することができる。
【００６９】
なお、上述の各実施例では、密着複層型の回折光学素子を、ひいては双方のレンズＬｐおよびＬｎを例えばＵＶ硬化型樹脂で形成し、樹脂成形を金型で行うことにより、加工製造が容易になり、コストダウンを図ることができる。
【００７０】
また、上述の各実施例では、光ディスク用対物レンズに密着複層型の回折光学素子ＰＦを組み込んでいるが、これに限定されることなく、分離複層型の回折光学素子を組み込むことにより同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、上述の各実施例において、諸元中の焦点距離、曲率半径、中心厚（軸上間隔）などの長さの単位には、一般に「ｍｍ」の単位が使われる。しかしながら、光学系を比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、長さの単位は必ずしも「ｍｍ」に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】複層型の回折光学素子の基本的な構成および作用を説明する図である。
【図２】第１実施例にかかる光ディスク用対物レンズの構成を概略的に示す図である。
【図３】第１実施例の対物レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す第１の図である。
【図４】第１実施例の光ディスク用対物レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す第２の図である。
【図５】第２実施例にかかる光ディスク用対物レンズの構成を概略的に示す図である。
【図６】第２実施例の光ディスク用対物レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差およびコマ収差を示す図である。
【図７】本実施形態の対物レンズを備えた光ディスク装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１，１２  回折光学部材
１１ａ，１２ａ  回折光学面
１３  格子の壁面
ＰＬ  光ディスク用対物レンズ（ピックアップレンズ）
Ｌｐ  正レンズ
Ｌｎ  負レンズ
ＤＣ  光ディスク
ＰＦ  密着複層型の回折光学素子
【図１】
0005076747.tif 000002
【図２】
0005076747.tif 000003
【図３】
0005076747.tif 000004
【図４】
0005076747.tif 000005
【図５】
0005076747.tif 000006
【図６】
0005076747.tif 000007
【図７】
0005076747.tif 000008