JP2005182861A - 対物レンズ，光ピックアップ装置及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数世代に対して良好に収差補正し、規格の異なる複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成して情報記録媒体へのアクセスを安定して行う。
【解決手段】屈折レンズ１０８ａの光源側の表面に樹脂層１０８ｂが接合され、表面にブレーズ形状の回折面を形成する。樹脂層１０８ｂの格子溝深さｄに応じた回折効率をスカラー回折理論を用いて求める。波長４０５ｎｍに対しては２次光、波長６６０ｎｍと波長７８５ｎｍに対しては１次光が発生する格子溝深さとし回折効率を確保する。また屈折レンズ１０８ａと樹脂層１０８ｂを屈折率がほぼ等しくなる材料として境界面での反射の光量損失を抑える。屈折レンズ１０８ａの材料をガラスとして温度変化に対する屈折率変化や膨張等の収差劣化を抑え、面形状を球面レンズとして製作を容易にして、良好に収差補正する対物レンズを得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、対物レンズ，光ピックアップ装置及び光ディスク装置に係り、詳しくは、光源からの入射光束を情報記録媒体（以下、光ディスクという）の記録面に集光する対物レンズ、情報記録媒体の記録面に光を照射して記録面からの反射光を受光する光ピックアップ装置、及びこの光ピックアップ装置を備えた光ディスク装置に関するものである。

近年、情報記録媒体としてＣＤやＤＶＤ等の光ディスクが広く普及しており、これらの光ディスクに記録再生処理（アクセス）するための光ディスク装置の開発が行われている。また、最近ではＢlu-ray Ｄisc やＨＤ−ＤＶＤ等のさらに大容量の光ディスク、及びその光ディスクにアクセスするための光ディスク装置の開発も進められている。これらの光ディスク装置では、光ディスクの記録面にレーザ光の微小スポットの光束を形成することにより情報の記録を行い、記録面からの反射光に基づいて情報の再生などを行っている。そして、光ディスク装置には、記録面にレーザ光を照射するとともに、記録面からの反射光を受光するための装置として光ピックアップ装置が設けられている。

一般的に光ピックアップ装置は対物レンズを含み、光源から出射される光束を記録面に導くとともに、記録面で反射された戻り光束を所定の受光位置まで導く光学系、及び受光位置に配置された光検出器などを備えている。この光検出器からは、記録面に記録されているデータの再生情報だけでなく、光ピックアップ装置自体と対物レンズの位置制御に必要な情報（サーボ情報）などを含む信号が出力される。そして、光ディスク装置は、光検出器からの出力信号に基づいて、記録面の所定位置に所定形状の光スポットが形成されるように各種サーボ制御を行っている。

前述したように情報記録媒体には、ＣＤやＤＶＤ、さらに大容量のＢlu-ray Ｄisc やＨＤ−ＤＶＤ等、光源波長や透明基板厚さ、対物レンズのＮＡ（開口数）等の規格が異なる数種類の光ディスクが存在している。これらの光ディスクを同一の光ディスク装置で取り扱えることが望ましいが、それぞれの光ディスクに対応した光ピックアップ装置を複数搭載することは、小型化、低コスト化の観点から好ましくない。そこで、図１３に示すように青色（Ｂlu-ray Ｄisc やＨＤ−ＤＶＤ等）用光源、ＤＶＤ用光源、ＣＤ用光源の各光源と、各光源からの出射光束を所定の光ディスク１０９に集光させるための１つの対物レンズ１０８を備えた構成が望ましい。ところが、このように１つの対物レンズで、青色、ＤＶＤ、あるいはＣＤの異なる規格の光ディスクに集光させるためには、異なる光源波長、及び／または、異なる透明基板厚さに対してほぼ回折限界に収差補正する必要がある。

また、記録／再生可能な光ディスク装置の場合、記録時と再生時における光源の出力変化に伴う波長変動（いわゆる、モードホップ）によって対物レンズにおける屈折率が変わり、フォーカスサーボ制御が追従するまでの間、光ディスクの記録面での光スポットがデフォーカス状態になって情報の記録が不十分になったり、再生ができなくなるという問題がある。通常の硝材は波長が短くなるほど波長分散が大きくなるため、特に低波長の光源に対して色収差を補正し、波長変動時におけるベストフォーカス位置の変動を小さく抑える必要がある。

さらに、光源の部分における温度変化に伴う波長変動や、光源の発振波長の固体ばらつきによって発生する色収差により、光ディスクの記録面における集光スポットが劣化し、情報の再生性能等が悪化するという問題もある。これらの波長変動に伴う色収差は、フォーカスサーボ制御によりある程度は補正可能であるが、前述のモードホップ以上の波長変動を見込む必要があり、残留収差が懸念される。前述したように、通常の硝材は波長が短くなるほど波長分散が大きくなるため、特に低波長の光源に対する波長変動特性を考慮する必要がある。

特許文献１には、光ディスクの基板の厚さに対応した発振波長でレーザ光源から発された光ビームを、光ディスクの信号記録面に集光して記録再生を行う光ヘッドに用いられる屈折型対物レンズと回転対称な位相型回折レンズ構造を持つ球面収差補正素子との組合せからなる複合対物レンズ、光情報記録再生装置が記載されており、また、特許文献２には、互いに異なる少なくとも２つの波長の光を用い、異なる種類の情報記録媒体に適用する場合であっても、大きな球面収差や色収差を発生させることなくそれぞれの異なる情報記録媒体に対して、情報の記録及び／または再生を、１つのピックアップ装置で可能とする光ピックアップ装置、記録再生装置、光学素子、記録再生方法について記載され、また、本件発明者の出願による特願２００３−３３４８０４号には、複数世代に対して十分に収差補正され、かつ光利用効率の高い対物レンズを用いた光ピックアップ装置と光情報処理装置が記載されている。

特許文献１，２及び特願２００３−３３４８０４号においては、対物レンズ面上に回折面を設けることにより球面収差等を補正し、対物レンズのみで前述した様々な性能を確保するとしている。前述した様々な性能を対物レンズのみで確保するということは、例えば、色収差を補正するためのダブレットレンズあるいはトリプレットレンズが不要になり、光ピックアップ装置の小型化を実現することができる。
特開２０００−２６００５６号公報 特開２００１−１９５７６９号公報

しかしながら、青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代あるいは青色／ＤＶＤの２世代に対して十分に収差補正し、かつ青色光源のモードホップによる色収差を補正し、かつ波長変動特性を確保しつつ、対物レンズに求められる軸外特性等の様々な性能を確保するには、前記特許文献１，２及び特願２００３−３３４８０４号の構成では対物レンズ設計の自由度が少ないため、より高い性能を確保するのが困難である。

具体的な例では、光軸ずれによる収差劣化を考慮すると、光学系は無限系であることが望ましいが、前記特願２００３−３３４８０４号に記載されているように、ＤＶＤ光学系におけるＤＶＤ用光源から対物レンズまでの距離を長くし、倍率を−１／７８.１から−１／１６１.３へ有限系から無限系に近付けていくと、ＤＶＤ光学系の軸外特性については、例えば画角０.５度の入射光束に対する波面収差が０.０５６λｒｍｓから０.０３９λｒｍｓへ良くなっていくが、逆に青色に対する波長変動特性については、例えば中心波長＋５ｎｍの波長の入射光束に対する波面収差が０.０２３λｒｍｓから０.０３７λｒｍｓへ劣化していく。

すなわち、ＤＶＤ光学系を無限系に近付けたことにより対物レンズとしてはその分ＤＶＤ光学系に対する球面収差補正効果が要求され、結果的に青色に対する波長変動特性が劣化してしまう傾向にある。青色に対する波長変動特性は、光源の発振波長の固体ばらつきを考慮すると、中心波長＋５ｎｍの波長に対して波面収差が０.０２λｒｍｓ以下に抑えられていることが望ましいが、複数世代の互換を考慮すると前記特許文献１，２及び特願２００３−３３４８０４号の構成では達成が困難である。特に、ＤＶＤ光学系を無限系にしたときには特に達成が困難となるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、複数世代に対して良好に収差補正された対物レンズと、これを用いた規格の異なる複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置、及び規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行うことができる光ディスク装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した対物レンズは、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の複数光源からの入射光束を、情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズであって、両面に樹脂層を接合した屈折レンズと、樹脂層の少なくとも１つの表面に形成した回折面とを備えた構成によって、対物レンズ設計の自由度が高いため、複数世代に対して良好に収差補正された対物レンズを得ることができる。

また、請求項２に記載した対物レンズは、波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の複数光源を、うち２つは無限系、１つは有限系の入射光束を情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズであって、両面に樹脂層を接合した屈折レンズと、樹脂層の少なくとも１つの表面に形成した回折面とを備えた構成によって、対物レンズ設計の自由度が高いため、２つの光学系について無限系にでき、かつ複数世代に対して良好に収差補正された対物レンズを得ることができる。

また、請求項３，４に記載した対物レンズは、請求項１，２の対物レンズであって、屈折レンズを、ガラスレンズ、また、球面レンズの面形状とした構成によって、温度変化等の環境変化に対して屈折率の変化や膨張等による収差劣化を抑え、製作が容易となり、低コスト化が実現できる。

また、請求項５，６に記載した対物レンズは、請求項１〜４の対物レンズであって、屈折レンズ及び樹脂層を、使用波長のうち最も短い波長に対する屈折率が略一致する材料としたこと、また、それぞれ異なった波長分散の材料とした構成によって、一般的に最も高い光利用効率を求められる最短波長の入射光束に対して屈折レンズと樹脂層の境界面での反射を抑え、光量の損失を小さくでき、さらに、複数の光源波長に対して波長変動特性を良好にすることができる。

また、請求項７，８に記載した対物レンズは、請求項１〜６の対物レンズであって、回折面における回折格子形状を、ブレーズ形状としたこと、また、回折面における回折格子構造を、回折面において発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が、波長の異なる複数光源からの入射光束のうち、少なくとも２つの入射光束に対して互いに異なり、かつ全ての入射光束に対して絶対値を１以上とした構成によって、回折面における回折効率を高くでき、複数光源に対して高い回折効率を確保することができる。

また、請求項９に記載された対物レンズは、請求項１〜８の対物レンズであって、回折面において、波長λ１，λ２，λ３の複数光源からの各入射光束に対して発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数をｍ１，ｍ２，ｍ３としたとき、次の条件：「３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ，６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ，７６０ｎｍ＜λ３＜８２０ｎｍ，ｍ１＝２，ｍ２＝１，ｍ３＝１」を満たす構成によって、青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代に対して良好に収差補正された光利用効率の高い対物レンズを得ることができる。

また、請求項１０に記載された光ピックアップ装置は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の対物レンズを用いて、種類の異なる複数の情報記録媒体のそれぞれに対応した波長が異なる複数の光源からの光束を、情報記録媒体の記録面に集光して、記録面からの反射光を光検出器により受光する構成によって、規格の異なる複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置を得ることができる。

また、請求項１１に記載された光ディスク装置は、請求項１０記載の光ピックアップ装置を用いて、情報記録媒体に対して情報の記録，再生及び消去のうち少なくともいずれか１以上の処理を行うため、光ピックアップ装置の信号を処理する処理手段を備えた構成によって、規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行う光ディスク装置を得ることができる。

以上説明したように、本発明の対物レンズによれば、青色／ＤＶＤの２世代、あるいは青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代等の複数世代に対して十分に収差補正でき、またこれを用いる光ピックアップ装置及び光ディスク装置によれば、規格の異なる複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置を構成でき、さらに規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行う光ディスク装置を得ることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、青色光学系として、青色波長帯域の半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８、検出レンズ１１０、光束分割手段１１１、光検出器１１２より構成される。

また、ＤＶＤ光学系として、ホログラムユニット２０１、コリメートレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８から構成される。また、ＣＤ光学系として、ホログラムユニット３０１、カップリングレンズ３０２、ダイクロイックプリズム３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８から構成される。

以上のように、光ピックアップ装置は、青色光学系、ＤＶＤ光学系、ＣＤ光学系から構成されている。各光学系のうち、ダイクロイックプリズム２０３，３０３、偏向プリズム１０４、１／４波長板１０５、開口部１０６、開口制限手段１０７、対物レンズ１０８は複数の光学系の共通部品である。

また、光ディスク１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃはそれぞれ光源波長が異なる光ディスクで、光ディスク１０９ａは透明基板厚さが０.６ｍｍの青色系光ディスク、光ディスク１０９ｂは透明基板厚さが０.６ｍｍのＤＶＤ系光ディスク、光ディスク１０９ｃは透明基板厚さが１.２ｍｍのＣＤ系光ディスクである。

なお、開口部１０６は、対物レンズ１０８をフォーカス方向，トラック方向に可動させるアクチュエータ上の対物レンズ１０８を保持するボビン上で規制することが可能であり、具体的な光学部品を用いる必要はない。

以下、図１を参照して青色／ＤＶＤ／ＣＤの各光学系の動作について説明する。まず、青色光学系の動作について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０３、ダイクロイックプリズム２０３，３０３を透過し、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、１／４波長板１０５を通過し円偏光とされ、開口部１０６を透過し、開口制限手段１０７においてＮＡ０.６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光ディスク１０９ａの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録，再生あるいは消去が行われる。

さらに、光ディスク１０９ａから反射した光は、往路とは反対回りの円偏光となり、対物レンズ１０８で再び略平行光とされ、１／４波長板１０５を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されて、検出レンズ１１０で収束光とされ、光束分割手段１１１により複数の光路に偏向分割され光検出器１１２に至る。光検出器１１２からは、情報信号，サーボ信号が検出される。

次に、ＤＶＤ光学系の動作について説明する。図１において、ホログラムユニット２０１は、半導体レーザ２０１ａ，ホログラム２０１ｂ及び光検出器２０１ｃを一体化して構成されたユニットである。このホログラムユニット２０１内に実装された波長６６０ｎｍの半導体レーザ２０１ａのチップから出射した直線偏光の発散光は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で略平行光とされ、ダイクロイックプリズム２０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、１／４波長板１０５を通過し円偏光とされ、開口部１０６においてＮＡ０.６５に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光ディスク１０９ｂの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録，再生あるいは消去が行われる。

光ディスク１０９ｂから反射した光は、偏光プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム２０３で反射され、コリメートレンズ２０２で収束光とされ、ホログラム２０１ｂにより複数の光路に分割・回折されてホログラムユニット２０１内の光検出器２０１ｃに至る。光検出器２０１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。

次に、ＣＤ光学系の動作について説明する。図１において、ホログラムユニット３０１は、半導体レーザチップ３０１ａ，ホログラム３０１ｂ及び光検出器３０１ｃを一体化して構成されたユニットである。このホログラムユニット３０１内に実装された波長７８５ｎｍの半導体レーザ３０１ａのチップから出射した直線偏光の発散光は、ホログラム３０１ｂを透過し、カップリングレンズ３０２で所定の発散光とされ、ダイクロイックプリズム３０３によって偏向プリズム１０４の方向に反射され、偏向プリズム１０４で光路を９０度偏向され、１／４波長板１０５を通過し楕円偏光あるいは円偏光とされ、開口部１０６を通過し、開口制限手段１０７においてＮＡ０.５０に制限され、対物レンズ１０８に入射し、光ディスク１０９ｃの記録面に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の記録，再生あるいは消去が行われる。

さらに、光ディスク１０９ｃから反射した光は、偏向プリズム１０４で偏向され、ダイクロイックプリズム３０３で反射され、カップリングレンズ３０２で収束光とされ、ホログラム３０１ｂにより複数の光路に分割・回折されてホログラムユニット３０１内の光検出器３０１ｃに至る。光検出器３０１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。

ここで、図１に示す開口制限手段１０７について、図２を用いて詳細に説明する。青色光学系，ＤＶＤ光学系，ＣＤ光学系で、光学系の倍率や制限されるＮＡが異なるため、必ずしも対物レンズ１０８に入射する入射瞳径φ１，φ２，φ３は等しくならない。そこで、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すような開口制限手段１０７が必要である。

開口制限手段１０７は一例として波長選択性膜１，２を有するような構成がある。すなわち、波長選択性膜１は青色，ＤＶＤの光源波長帯域の光束は透過し、ＣＤの光源波長帯域の光束は反射するような膜となっていて、ＣＤのＮＡを制限する。また、波長選択性膜２は青色，ＣＤの光源波長帯域の光束は反射し、ＤＶＤの光源波長帯域の光束は透過するような膜となっていて、青色のＮＡを制限する。また、開口制限手段１０７は対物レンズ１０８に入射する入射瞳径を制限するため、対物レンズと一体となって可動することが望ましく、図１に示すように対物レンズ１０８を可動させるアクチュエータに搭載させることが望ましい。また、アクチュエータにおける可動部の軽量化、組み付け工数の低減を考慮すると、前述した波長選択性膜１，２を対物レンズ１０８のレンズ面に構成することがより好ましい。なお、開口制限手段１０７の他の構成としては、波長選択性の回折格子として、波長選択的に反射するのではなく、回折するような構成でも良い。

次に、以上に述べたような光ピックアップ装置の光学系において複数の光学系に対して共通部品となっている本発明に係る対物レンズについて詳細に説明する。

図３は対物レンズの概略を示す図であるが、屈折レンズ１０８ａの光源側の表面に樹脂層１０８ｂが接合され、さらにその表面には図３に示すようなブレーズ形状の回折面が形成されている。ブレーズ形状あるいはキノフォームと呼ばれる回折格子形状は、回折格子の形状としては最も回折効率が高く有利である。ある波長に対して最適化されると、その波長での回折効率はスカラー回折理論によれば１００％になり、また、これを階段近似した形状であっても９０％以上の回折効率を期待できる。図３に示す符号ｄはブレーズ形状の格子溝深さであって、回折面における回折効率に作用する。対物レンズ１０８は高い透過率が求められるため、回折面における回折効率が高い方が望ましい。

図４は対物レンズ１０８の樹脂層１０８ｂの材料にＤ線の屈折率ｎｄ：１.５１１、アッベ数νｄ：３９.６の硝材（５１１.３９６）を用いた場合の格子溝深さｄに対する青色（波長４０５ｎｍ）、ＤＶＤ（波長６６０ｎｍ）、ＣＤ（波長７８５ｎｍ）に対する回折効率をスカラー回折理論を用いて求めた結果を示す図である。

格子溝深さｄを様々な深さにすることによって、各波長に対して、１次光や２次光が発生し、各回折光に対する回折効率が変動しており、その周期は各波長で互いに異なっている。したがって、図４に示す結果によれば、波長４０５ｎｍに対しては２次光、波長６６０ｎｍに対しては１次光、波長７８５ｎｍに対しては１次光が発生するような格子溝深さにすることにより、高い回折効率を確保できることがわかる。

具体的には図４に示すように、格子溝深さｄは１.３〜１.４ｍｍ程度が望ましい。前述した周期は対物レンズ１０８の樹脂層１０８ｂの材料の屈折率によって異なるが、ＣＤ／ＤＶＤの波長比と比べて、ＣＤ／青色，ＤＶＤ／青色の波長比が非常に大きいため、青色に対する周期はＣＤやＤＶＤと比べて短くなり、青色／ＤＶＤ，青色／ＣＤ，青色／ＤＶＤ／ＣＤのような組合せの光学系に対して共通部品とするには少なくとも青色に対しては他と異なる回折次数が発生するような格子溝深さにすることが望ましい。

図５は対物レンズ１０８における屈折レンズ１０８ａと屈折レンズ１０８ａに接合する樹脂層１０８ｂの材料をそれぞれ、ＳＣＨＯＴＴ社製のＫ３と前述の（５１１.３９６）としたときの、波長に対する屈折率の変化を示した図である。図５に示すように、最も高い透過率を求められる青色波長帯域で、屈折レンズ１０８ａと樹脂層１０８ｂの屈折率がほぼ等しくなるような材料とした方が境界面での反射による光量損失を抑えることができて望ましい。

また、屈折レンズ１０８ａの材料をガラスにすると、材料が樹脂であった場合と比較して、温度変化等の環境変化に対して屈折率の変化や膨張等による収差劣化を抑えることができる。さらに、その面形状としては球面レンズとすると製作が容易である。樹脂層１０８ｂに用いられる材料としては、光硬化性樹脂であっても熱硬化性樹脂であっても良く、金型に樹脂層表面に形成したい回折格子形状を作り込んで成形することにより回折面を得ることができる。

以下に本実施の形態１として、光ピックアップ装置に用いる対物レンズの具体的な例を挙げ説明する。本実施の形態１の対物レンズは、光源波長４０５ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５の青色系光ディスクと、光源波長６６０ｎｍ、透明基板厚さ０.６ｍｍ、ＮＡ０.６５のＤＶＤ系光ディスクと、光源波長７８５ｎｍ、透明基板厚さ１.２ｍｍ、ＮＡ０.５０のＣＤ系光ディスクの３種類の規格の光ディスクについて記録，再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物レンズである。

まず、光源波長４０５ｎｍの青色系光ディスクに対して使用した場合について、図６，（表１）を用いて説明する。図６は対物レンズの概略図である。図６に示す対物レンズ１０８における屈折レンズ１０８ａの材料にはＳＣＨＯＴＴ社製のＫ３、屈折レンズ１０８ａに接合する樹脂層１０８ｂの材料には、Ｄ線の屈折率ｎｄ：１.５１１、アッベ数νｄ：３９.６の硝材（５１１.３９６）を用いている。また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の軸Ｘ、光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ）Ｙ、近軸曲率半径Ｒ、円錐係数Ｋ、非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・を用いて、次の（数１）で表される。

また、回折面による光路差の付加量は、光軸と垂直方向の軸（光軸からの高さ）Ｙ、回折面係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５・・・を用いて次式の光路差関数Φは（数２）で表される。

なお、これに用いる回折次数がｍ次であった場合は、ｍ倍する必要がある。

さらに、（表１）中の記号について説明する。ＯＢＪは物点（光源位置）を意味するが、青色光学系に対しては無限系であり、曲率半径ＲＤＹ及び厚さＴＨＩをＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）としている。また、ＳＴＯは入射瞳面であり、その曲率半径はＩＮＦＩＮＩＴＹ、厚さＴＨＩを設計上０としている。Ｓ２は対物レンズの光源側の面、Ｓ５は対物レンズの光ディスク側の面である。詳細には、対物レンズは図６に示すように、Ｓ２〜Ｓ５の４面から構成され、光源側の面からそれぞれ、樹脂層１０８ｂ表面に形成される回折面（Ｓ２）、樹脂層１０８ｂと屈折レンズ１０８ａの接合面（Ｓ３）、屈折レンズ１０８ａと樹脂層１０８ｂ’の接合面（Ｓ４）、樹脂層１０８ｂ’表面（Ｓ５）である。

対物レンズ１０８の総厚みは１.９１ｍｍであり、Ｓ５の厚さＴＨＩ：１.５２８２６ｍｍはワーキングディスタンスを表す。Ｓ６は光ディスクの光束入射面、ＩＭＧは光ディスクの記録面であり、これらの面間隔、すなわち透明基板厚さは０.６ｍｍである。ＥＰＤは入射瞳径を表し、３.９０ｍｍである。なお、回折面における回折光としては２次光を用いている。

次に、前述の対物レンズを光源波長６６０ｎｍのＤＶＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図７，（表１）を用いて説明する。（表１）中の記号は前述した通りである。ＤＶＤ光学系に対しても無限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離をＩＮＦＩＮＩＴＹとしている。ワーキングディスタンスは１.６５１０７ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。

また、前述の対物レンズを光源波長７８５ｎｍのＣＤ系光ディスクに対して使用した場合について、図８，（表１）を用いて説明する。ＣＤ光学系に対しては有限系であり、物点ＯＢＪから入射瞳面ＳＴＯまでの距離は約６０ｍｍである。ワーキングディスタンスは１.４１８１７ｍｍである。なお、回折面における回折光としては１次光を用いている。

図９は（表１）により構成した対物レンズを用いたときの青色系光ディスク，ＤＶＤ系光ディスク，ＣＤ系光ディスクに対する光軸上の波面収差特性を示す図である。各光ディスクに対して波面収差は０.０１λｒｍｓ以下となっており、良好な収差特性を有している。

また、図１０は青色用光源がモードホップしたときの中心波長（４０５ｎｍ）におけるベストフォーカス位置に固定した場合の波面収差特性を示す図である。図１０に示すように、＋１ｎｍ程度のモードホップに対して波面収差劣化量は僅かであり、十分に色収差補正されている。なお、ベストフォーカス位置の変動は、０.０１ｍｍ／ｎｍと小さく抑えられており、光ディスクの記録面での光スポットがデフォーカス状態になって情報の記録が不十分になったり、再生ができなくなる問題は解消されている。

また、図１１は青色系に対する波長変動特性を示す図である。すなわち、青色用光源の波長が変動したときの各変動波長に対するベストフォーカス位置での波面収差特性である。中心波長＋５ｎｍの波長に対して波面収差が０.０２λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な収差特性を有している。

以上に述べたように、屈折レンズ１０８ａに樹脂層１０８ｂを接合し、その表面に回折面を設けることで、複数世代に対して良好に収差補正された対物レンズ１０８を実現でき、さらに、規格の異なる複数の光ディスク（情報記録媒体）の記録面に対して良好な集光スポットを形成できる小型の光ピックアップ装置を実現できる。

以上に説明した実施の形態１では、青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代に対する構成を示した。この場合において、前述したように光学系としては青色／ＤＶＤを無限系とした構成を示したが、青色／ＤＶＤ／ＣＤの全てを無限系とした構成にしても良い。これにより、ＣＤ光学系のレイアウトの自由度が増し、光軸ずれや軸外特性も良好となる。また、樹脂層１０８ｂを屈折レンズ１０８ａの両面に接合した構成を示したが、片面であっても良い。この場合、回折面は樹脂層１０８ｂの表面に形成されても良いし、樹脂層１０８ｂが接合されない側の屈折レンズ１０８ａの表面に形成しても良い。このように樹脂層１０８ｂを片面にすることで、対物レンズ１０８の製作が容易になる。

また、青色／ＤＶＤの２世代に対して両方を無限系とした構成にしても良い。この場合、両方が無限系でありながら、青色／ＤＶＤの２世代に対して良好に収差補正することができる。

図１２は本発明の実施の形態２における光情報処理装置である光ディスク装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態２の光ディスク装置は、実施の形態１で説明した光ピックアップ装置２０を用いて、情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う装置である。図１２に示すように、光ピックアップ装置２０からの信号検出用の光検出器の出力を処理する処理手段である信号処理回路２１で受けて、情報信号，サーボ信号を生成し、サーボ信号は、フォーカスコントローラ２２，トラックコントローラ２３，アクチュエータドライバ２４にフィードバックされて対物レンズのフォーカシング制御及びトラッキング制御が行われる。同様に、対物レンズをチルト制御する場合には、チルト信号が対物レンズチルトコントローラ２５，対物レンズチルトドライバ２６にフィードバックされて対物レンズのチルト制御が行われる。

また、光源の出力についてもレーザコントローラ２７，レーザドライバ２８にフィードバックされた信号により出力制御が行われる。光ディスク１０９はスピンドルコントローラ２９，スピンドルドライバ３０にフィードバックされた信号によりスピンドルモータ３１を用いて回転制御される。図１２に示す光ディスク装置に前述の実施の形態１で説明したような光ピックアップ装置，対物レンズを適宜用いることができ、その光ピックアップ装置からの信号により情報の記録，再生及び消去の少なくともいずれか１つを行う光ディスク装置によれば、規格の異なる複数の情報記録媒体へのアクセスを安定して行うことができる。

本発明に係る対物レンズ，光ピックアップ装置及び光ディスク装置は、青色／ＤＶＤの２世代、あるいは青色／ＤＶＤ／ＣＤの３世代等の複数世代に対して十分に収差補正して、複数の情報記録媒体の記録面に対して良好な集光スポットを形成し、アクセスを安定して行うことができ、光源からの入射光束を光ディスクの記録面に集光する対物レンズ、情報記録媒体の記録面に光を照射しその反射光を受光する光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いて有用である。

本発明の実施の形態１における光ピックアップ装置の構成を示す概略図 本実施の形態１における開口制限手段の（ａ）は青色光学系、（ｂ）はＤＶＤ光学系、（ｃ）はＣＤ光学系について説明する図 本実施の形態１における対物レンズの概略構成を示す図 本実施の形態１の対物レンズの格子溝深さｄに対する青色（波長４０５ｎｍ），ＤＶＤ（波長６６０ｎｍ），ＣＤ（波長７８５ｎｍ）に対する回折効率をスカラー回折理論で求めた結果を示す図 、本実施の形態１の対物レンズにおける波長に対する屈折率の変化を示す図 本実施の形態１の対物レンズの概略と青色系光ディスクを示す図 本実施の形態１の対物レンズの概略とＤＶＤ系光ディスクを示す図 本実施の形態１の対物レンズの概略とＣＤ系光ディスクを示す図 本実施の形態１の対物レンズを用いた青色系光ディスク，ＤＶＤ系光ディスク，ＣＤ系光ディスクに対する光軸上の波面収差特性を示す図 青色用光源がモードホップしたときの中心波長（４０５ｎｍ）における波面収差特性を示す図 青色系に対する光源の波長変動に対する波面収差特性を示す図 本発明の実施の形態２における光情報処理装置である光ディスク装置の概略構成を示すブロック図 青色用光源，ＤＶＤ用光源，ＣＤ用光源の各光源と光ディスクに集光させる１つの対物レンズを備えた構成を示す図

符号の説明

１，２ 波長選択性膜
２０ 光ピックアップ装置
２１ 信号処理回路
２２ フォーカスコントローラ
２３ トラックコントローラ
２４ アクチュエータドライバ
２５ 対物レンズチルトコントローラ
２６ 対物レンズチルトドライバ
２７ レーザコントローラ
２８ レーザドライバ
２９ スピンドルコントローラ
３０ スピンドルドライバ
３１ スピンドルモータ
１００ 青色用光源
１０１，２０１ａ，３０１ａ 半導体レーザ
１０２，２０２ コリメートレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッタ
１０４ 偏向プリズム
１０５ １／４波長板
１０６ 開口部
１０７ 開口制限手段
１０８ 対物レンズ
１０８ａ 屈折レンズ
１０８ｂ，１０８ｂ’ 樹脂層
１０９，１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ 光ディスク
１１０ 検出レンズ
１１１ 光束分割手段
１１２，２０１ｃ，３０１ｃ 光検出器
２００ ＤＶＤ用光源
２０１，３０１ ホログラムユニット
２０１ｂ，３０１ｂ ホログラム
３０２ カップリングレンズ
２０３，３０３ ダイクロイックプリズム
３００ ＣＤ用光源

Claims (11)

1. 波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の複数光源からの入射光束を、情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズであって、両面に樹脂層を接合した屈折レンズと、前記樹脂層の少なくとも１つの表面に形成した回折面とを備えたことを特徴とする対物レンズ。
2. 波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の複数光源を、うち２つは無限系、１つは有限系の入射光束を情報記録媒体の記録面に集光する対物レンズであって、両面に樹脂層を接合した屈折レンズと、前記樹脂層の少なくとも１つの表面に形成した回折面とを備えたことを特徴とする対物レンズ。
3. 前記屈折レンズを、ガラスレンズとしたことを特徴とする請求項１または２記載の対物レンズ。
4. 前記屈折レンズを、球面レンズの面形状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
5. 前記屈折レンズ及び前記樹脂層を、使用波長のうち最も短い波長に対する屈折率が略一致する材料としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
6. 前記屈折レンズ及び前記樹脂層を、それぞれ異なった波長分散の材料としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
7. 前記回折面における回折格子形状を、ブレーズ形状としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の対物レンズ。
8. 前記回折面における回折格子構造を、前記回折面において発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数が、波長の異なる複数光源からの入射光束のうち、少なくとも２つの入射光束に対して互いに異なり、かつ全ての入射光束に対して絶対値を１以上としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の対物レンズ。
9. 前記回折面において、波長λ１，λ２，λ３の複数光源からの各入射光束に対して発生する回折光のうち回折効率が最大となる回折次数をｍ１，ｍ２，ｍ３としたとき、次の条件：
   ３９０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ
   ６３０ｎｍ＜λ２＜６７０ｎｍ
   ７６０ｎｍ＜λ３＜８２０ｎｍ
   ｍ１＝２，ｍ２＝１，ｍ３＝１
   を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の対物レンズ。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の対物レンズを用いて、種類の異なる複数の情報記録媒体のそれぞれに対応した波長が異なる複数の光源からの光束を、前記情報記録媒体の記録面に集光して、前記記録面からの反射光を光検出器により受光することを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項１０記載の光ピックアップ装置を用いて、情報記録媒体に対して情報の記録，再生及び消去のうち少なくともいずれか１以上の処理を行うため、前記光ピックアップ装置の信号を処理する処理手段を備えたことを特徴とする光ディスク装置。

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