対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法
【課題】周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制できる対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる対物レンズ１は、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビーム４、５が入射され、ＤＶＤ２、ＣＤ３の透明基板に設けられた情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビーム４、５を集光させるものである。この対物レンズ１の一面は、共通領域と専用領域に分割されている。専用領域は、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域である。また、専用領域は、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている。
【解決手段】本発明にかかる対物レンズ１は、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビーム４、５が入射され、ＤＶＤ２、ＣＤ３の透明基板に設けられた情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビーム４、５を集光させるものである。この対物レンズ１の一面は、共通領域と専用領域に分割されている。専用領域は、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域である。また、専用領域は、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の異なる厚みを有する光記録媒体に対して情報を記録または再生可能な対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤ（Compact Disc：ＣＤ−ＲなどのＣＤを含む）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの種類が異なる光ディスク（光記録媒体）をともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。ＣＤやＤＶＤなど（以下、これらをまとめて光ディスクという）は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を２枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。
【０００３】
かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビーム（光束）を光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームは、ＣＤにおいては波長が７８０ｎｍ近傍でＮＡが０．４５〜０．５３で用いられ、ＤＶＤにおいては波長が６５０ｎｍ近傍でＮＡが０．６０〜０．６７で用いられている。また、ＣＤにおいて用いられる透明基板の厚さは１．２ｍｍであるのに対して、ＤＶＤにおいて用いられる透明基板の厚さは０．６ｍｍであり、光ディスクの種類（レーザビームの波長の違い）に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さは異なっている。種類が異なる光ディスクを再生する互換型光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。
【０００４】
このような互換型光ディスク装置としては、光ピックアップ光学系に光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎に光ピックアップ光学系を設け、使用する光ディスクの種類に応じて光ピックアップ光学系を交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。
【０００５】
かかる対物レンズの一代表例として、特許文献１に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に３以上の輪帯状レンズ面に区分され、１つおきの輪帯状レンズ面と他の１つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同一波長のレーザビームに対し、１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板（０．６ｍｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板（１．２ｍｍ）の光ディスク（ＣＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させる。
【０００６】
また、他の代表例として、特許文献２に記載のものがある。この文献には、薄い透明基板のＤＶＤに対しては、短波長（６３５ｎｍまたは６５０ｎｍ）のレーザビームを使用し、厚い透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造が形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のＤＶＤに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のＣＤに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、ＤＶＤに対して短波長のレーザビームを用いるのは、ＣＤに比べてＤＶＤの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数ＮＡに反比例する。
【０００７】
また、他の代表例として、特許文献３に記載のものがある。この文献には、薄い０．６ｍｍ厚の透明基板に対しては、短波長６８０ｎｍのレーザビームを使用し、厚い１．２ｍｍ厚の透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置の対物レンズが開示されている。この対物レンズにおいてはレンズ面をリング状の複数の領域に分割し、それぞれの領域がいずれかの波長と基板厚の光ディスクに集光する。
【特許文献１】特開平９−１４５９９５号公報
【特許文献２】特開２０００−８１５６６号公報
【特許文献３】特開平７−３０２４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、レーザビームの波長は、温度変化により変化する。例えば、ＤＶＤに使用される赤色レーザの発振波長は、±３０℃で±６ｎｍ程変化する。また、光ディスク装置の対物レンズの屈折率は、レーザビームの波長変化によって変化する。そして、対物レンズの球面収差は、対物レンズの形状、向き、屈折率等に依存する。そのため、温度変化によって、対物レンズの球面収差の大きさが変化する。特に、対物レンズの半径値（開口数）が大きくなるにつれて、温度上昇に伴う球面収差の値が大きく変化する。球面収差の変化量が大きいと、対物レンズによるレーザビームの集光性能が劣る。従って、温度変化に伴う球面収差の変化量を抑える技術が求められている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１−３では、温度変化によって生じる球面収差を想定していない。そのため、温度変化に伴う球面収差の変化量を抑えることができない。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制できる対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる対物レンズは、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズであって、前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを有し、当該専用領域は、前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されているものである。
【００１２】
本発明においては、専用領域が輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている。これにより、周辺温度が変化して光束の波長が変化しても、対物レンズの球面収差の変化を抑えることができ、光束を良好に収束することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
これにより、温度変化により光束の波長が変化した場合に、光束の波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差が光束に発生する。そのため、対物レンズにより光束を良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【００１４】
さらに、前記共通領域は、光束の波長の違いによって発生する色収差が、前記光記録媒体の前記透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有することが好ましい。
これにより、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が対物レンズに入射されると、光束の波長の違いによって色収差が発生し、当該色収差が光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺する。従って、複数種類の光記録媒体に、対応する波長の光束を良好に集光することができる。
【００１５】
また、隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚いことが好ましい。
これにより、周辺温度が上昇した際に、波長が長くなることによって生じる球面収差の変化を抑制することができる。
【００１６】
また、隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より薄いことが好ましい。
これにより、周辺温度が下降した際に、波長が短くなることによって生じる球面収差の変化を抑制することができる。
【００１７】
また、前記専用領域に形成される前記隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長の５倍以上であることが好ましい。
これにより、温度変化が３０℃以上である場合であっても、当該温度変化によって生じる球面収差の変化を有効に抑制することができる。
【００１８】
また、本発明においては、上述の対物レンズを光ピックアップ光学系において使用することができる。
【００１９】
本発明にかかる対物レンズの設計方法は、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズの設計方法であって、前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であり、当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを形成し、前記専用領域を、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割するものである。
これにより、周辺温度が変化して光束の波長が変化しても、対物レンズの球面収差の変化を抑えることができ、光束を良好に収束することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる対物レンズを設計できる。
【００２０】
また、前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
これにより、温度変化により光束の波長が変化した場合に、光束の波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差が光束に発生する。そのため、対物レンズにより光束を良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制できる対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
本実施の形態では、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体として、ＤＶＤとＣＤとを例示して説明する。
図１は本発明の実施の形態にかかる対物レンズ１の作用を示す図であって、同図（ａ）はＤＶＤに対するもの、同図（ｂ）はＣＤに対するものである。同図において、１は本実施の形態の対物レンズ、２はＤＶＤの透明基板（以下、単にＤＶＤと称する。）、３はＣＤの透明基板（以下、単にＣＤと称する。）、４，５はレーザビーム（光束）である。
【００２３】
まず、図１（ａ）において、対物レンズ１が光ディスク装置（図示省略）の光ピックアップ光学系１００（後述）に設けられている。また、レーザビーム４は、平行光として対物レンズ１に入射する。そして、対物レンズ１によってレーザビーム４がＤＶＤ２に集光される。これにより、記録再生が行なわれる。ここで、ＤＶＤ２の厚さｔ１は０．６ｍｍである。また、レーザビーム４として、波長λ１＝６５５ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．６３の光束が用いられる。かかる条件のもとに、かかるレーザビーム４は、ＤＶＤ２の対物レンズ１側とは反対側の面の情報記録面２ａに集光される。
【００２４】
図１（ｂ）は上記と同じ光ディスク装置にＣＤ３が装着され、同じ対物レンズ１を用いて記録再生が行なわれる場合を示す。ここで、ＣＤ３の厚さｔ２は１．２ｍｍである。また、レーザビーム５として、波長λ２＝７９０ｎｍ、ほぼ開口数ＮＡ＝０．６３の光束が用いられる。しかし、実質的には、開口数ＮＡ＝０．４７の光束がＣＤ基板３の情報記録面３ａに集光する。換言すれば、ハッチングして示すほぼＮＡ＝０．４７〜０．６３の光束、即ち、対物レンズ１の光軸ＯＡから離れた部分を通る光束は、この情報記録面３ａで集光しない。このように、この開口数ＮＡがほぼ０．４７までの上記のレンズ領域は、ＤＶＤ２，ＣＤ３の共通領域となる。また、開口数ＮＡが０．４７〜０．６３までのレンズ領域は、ＤＶＤ２の専用領域となる。
【００２５】
通常、厚さの異なる光記録媒体に、その光記録媒体に対応する異なる波長のレーザビームを用いた場合、光記録媒体の厚みが異なることによって球面収差が生じる。また、異なる波長のレーザビームが同一の対物レンズに入射することにより色収差も発生する。そのため、レーザビームを光記録媒体に良好に集光することができない。
しかし、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、上述のように、レーザビーム４、５の収差を良好に低減する。具体的には、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、レーザビーム４、５の波長の違いによって発生する色収差が、ＤＶＤ２、ＣＤ３の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有する。そして、対物レンズ１は、レーザビーム４、５を情報記録面２ａ，３ａに良好に集光させる。これにより、情報記録面２ａ，３ａに良好な光スポットが得られるようにする。このために、本実施の形態では、対物レンズ１を通過するレーザビーム４、５の光路長が、当該レーザビーム４、５の収差を低減して許容値内とするように、対物レンズ１のレンズ面形状を設定している。
【００２６】
さらに、本実施の形態にかかる対物レンズ１のレンズ面形状は、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように設計されている。
具体的には、対物レンズ１の専用領域は、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域となっている。そして、専用領域は、温度変化によって発生する球面収差の変化（ばらつき）を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている。換言すれば、専用領域は、光軸を中心とする同心円により半径方向に区分されてなる複数の輪帯状の区間（以下、輪帯と称する。）に分割されている。
また、複数の隣接段差は、温度変化がない場合（通常時）に対物レンズ１を通過する透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さとなっている。また、複数の隣接段差は、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように、レーザビームに位相差を発生させる段差量を有する。
【００２７】
より具体的には、隣り合う隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚くなるように、対物レンズ１の専用領域のレンズ面が設計されている。このように形成すると、周囲温度が上昇することによってレーザビームの波長が変化した場合に発生する球面収差の変化を低減することができる。
また、隣り合う隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、一の隣接段差の内側の他の隣接段差より薄くなるように、対物レンズ１の専用領域のレンズ面が設計されてもよい。このように形成すると、周囲温度が下降することによってレーザビームの波長が変化した場合に発生する球面収差の変化を低減することができる。
【００２８】
以下、かかる対物レンズ１のレンズ面形状の一具体例を図２により説明する。図２は、本実施の形態にかかる対物レンズ１の一例を示す側面図である。なお、本実施の形態では、周囲温度が上昇した場合に発生する球面収差の変化を低減する場合について説明する。
まず、対物レンズ１の光出射面Ｂの面形状について説明する。図２において、光線の高さをｈ、対物レンズ１の光出射面Ｂの頂点をｅ、頂点ｅと接する接面上における光線高さｈの点をｃ、この点ｃから光軸ＯＡに平行な方向での光出射面Ｂ上の点をｄとすると、任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離ＺＢが
【数１】
で表されるように、光出射面Ｂの面形状が形成される。
数１における各係数の値を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
なお、数１に、上記係数Ｃ，Ｋ，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を代入して任意の光線高さｈ（≠０）に対する距離ＺＢを求め、その値が負の値となった場合は、点ｄが、光出射面Ｂの光軸ＯＡが通る面頂点ｅよりも出射面側（図２での左側）に位置することを示している。距離ＺＢが正の値である場合には、点ｄが頂点ｅよりも右側に位置することを示している。
【００３１】
次に、対物レンズ１の光入射面の面形状について説明する。図２において、対物レンズ１の光入射面Ａの頂点をｆ、頂点ｆと接する接面上における光線高さｈの点をａ、この点ａから光軸ＯＡに並行な方向での光入射面Ａ上の点をｂとすると、光入射面Ａの光線高さｈ方向（半径方向）の光軸ＯＡ側からｊ番目の区間での点ａ，ｂ間の距離ＺＡｊが
【数２】
で表されるように、光入射面Ａの面形状が形成される。
数２における各係数の値を表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２に示すように、対物レンズ１の専用領域は、３つの領域に分割されている。また、対物レンズ１の専用領域に形成される隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長（λ）の５倍となっている。
なお、光出射面Ｂ及び光入射面Ａは、連続した非球面をなすものである。また、対物レンズ１の中心厚ｔ０は２．２ｍｍである。また、対物レンズ１は、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）により形成されており、波長λ１＝６５５ｎｍでの屈折率は１．４８９２３９８である。なお、対物レンズ１の素材は本実施の形態に限られるものではなく、他の透明樹脂により形成されてもよいし、ガラス素材により形成されてもよい。
【００３４】
次に、本実施の形態にかかる対物レンズ１を備える光ピックアップ光学系１００を説明する。図３は、光ピックアップ光学系１００の一例を示したものである。光ピックアップ光学系１００は、ＤＶＤレーザ１１、ＣＤレーザ１２、ハーフプリズム１３、１４、コリメータレンズ１５、検出レンズ１６、光検出器１７、回折格子１８、アクチュエータ１９、対物レンズ１等を備えて構成されている。
【００３５】
同図において、ＤＶＤ２を記録または再生する場合には、ＤＶＤレーザ１１を駆動する。ＤＶＤレーザ１１から発生される波長６５５ｎｍのレーザビームが、ハーフプリズム１３で反射し、ハーフプリズム１４を透過してコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となってレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＤＶＤ２の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＤＶＤ２で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は信号処理回路（図示せず）に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。図示しないシステム制御回路は、得られたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号をもとに、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ駆動回路（図示せず）を制御してアクチュエータ１９を駆動する。
【００３６】
ＣＤ３を記録または再生する場合には、ＣＤレーザ１２を駆動する。ＣＤレーザ１２から発生される波長７９０ｎｍのレーザビームが回折格子１８を通り、ハーフプリズム１４で反射されてコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となったレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＣＤ３の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＣＤ３で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は図示しない信号処理回路に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。
【００３７】
なお、ＣＤ３の場合のトラッキング誤差信号は、ＣＤレーザ１２からのレーザビームを、回折格子１８により、０次光と±１次光の３ビームに分岐し、これら±１次光によりトラッキング誤差信号を得るようにしている。
【００３８】
このようにして得られたトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とにより、ＤＶＤ２と同様にして、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ１９を駆動する。
【００３９】
なお、本発明において、対物レンズ１の代わりに、コリメータレンズ１５あるいはハーフプリズム１４など両ディスクに共通する光学系において、本発明における対物レンズ１と同様の機能を持つように光学設計することもできる。また、図示しないが、本発明の対物レンズ１と同等の機能を有する他の光学要素をハーフプリズム１４からＤＶＤ２またはＣＤ３に至る光路に配置することによってもよい。
【００４０】
なお、コリメータレンズ１５は必ずしも必要ではなく、いわゆる有限系の光学系でも、本発明は適用可能である。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ１の作用について、比較例１と比較しながら説明する。図４に、比較例１にかかる対物レンズ２０の側面図を示す。なお、図４において、図２と同一の構成については、同一の符号を示す。
まず、比較例１にかかる対物レンズ２０の光出射面の面形状について説明する。図４において、対物レンズ２０の任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離ＺＢが
【数３】
で表されるように、光出射面Ｂの面形状が形成されている。
数３における各係数の値を表３に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
次に、比較例１にかかる対物レンズ２０の光入射面の面形状について説明する。比較例１にかかる対物レンズ２０では、本実施の形態にかかる対物レンズ１と異なり、専用領域が複数の輪帯状の領域に分割されていない。そして、図４において、対物レンズ２０の任意の光線高さｈに対する点ａ，ｂ間の距離ＺＡが
【数４】
で表されるように、光入射面Ａの面形状が形成されている。
数４における各係数の値を表４に示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】
なお、比較例１にかかる対物レンズ２０は、対物レンズ１と同様に、ＰＭＭＡにより形成され、波長λ１＝６５５ｎｍでの屈折率は１．４８９２３９８である。
【００４６】
図５は、比較例１にかかる対物レンズ２０において、周辺温度が３０℃上昇した場合に発生する球面収差を示す。図５では、球面収差の大きさを波面収差により表している。なお、基準温度（通常時の周辺温度）は３０℃であり、図５は、周辺温度が６０℃のときの球面収差を表す。基準温度３０℃での球面収差の大きさは、ほぼ０λになっている。図５に示すように、比較例１にかかる対物レンズ２０では、周辺温度が３０℃上昇することにより、球面収差が大きくなっている。具体的には、対物レンズ２０の共通領域では半径値（開口数）が大きくなるにつれて球面収差が増加し、専用領域では半径値が小さくなるにつれて球面収差が減少している。
また、比較例１にかかる対物レンズ２０では、半径値が大きくなる程、球面収差の値の変化が大きい。換言すれば、対物レンズ２０の専用領域を通過したレーザビームの球面収差の方が、共通領域を通過したレーザビームの球面収差より大きく変化している。そのため、アクチュエータ１９によるデフォーカスにより半径値の全範囲にわたって球面収差を低減する補正を行うと、専用領域の球面収差の値はマイナス方向に大きく変化してしまう。即ち、デフォーカスにより球面収差の変化を補正することは難しい。そして、周辺温度が３０℃上昇した場合における対物レンズ２０のＲＭＳ波面収差の値は４４ｍｍλとなっている。従って、比較例１にかかる対物レンズ２０によるレーザビームの集光性能は基準温度時に比べて劣化する。
【００４７】
一方、図６に、本実施の形態にかかる対物レンズ１において、周辺温度が３０℃上昇した場合に発生する球面収差を示す。図６は、図５と同様に、球面収差の大きさを波面収差により表している。また、基準温度は３０℃である。図６では、周辺温度の上昇に伴うレーザビームの収束位置の変化がアクチュエータ１９によるデフォーカスにより補正されている。そのため、本実施の形態にかかる対物レンズ１では、比較例１の対物レンズ２０に比べて、周辺温度が３０℃上昇することによる球面収差の増加が抑えられている。
また、対物レンズ１では、半径値が大きい範囲における球面収差の値の変化量が抑えられている。換言すれば、対物レンズ１の専用領域を通過したレーザビームの球面収差の変化量が、共通領域を通過したレーザビームの球面収差の変化量と同程度に補正されている。そして、周辺温度が３０℃上昇した場合における対物レンズ１のＲＭＳ波面収差の値は２３．９ｍｍλとなっている。従って、本実施の形態にかかる対物レンズ１によるレーザビームの集光性能は、比較例１にかかる対物レンズ２０よりも改善されている。即ち、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる。
【００４８】
以上、説明したように、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビーム４、５が入射され、当該ＤＶＤ２又はＣＤ３の透明基板に設けられた情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる対物レンズ１であって、ＤＶＤ２、ＣＤ３の情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる共通領域と、ＤＶＤ２の情報記録面３ａに対して対応するレーザビームを集光させる専用領域とを有し、当該専用領域は、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されているものである。
これにより、周辺温度が変化してレーザビームの波長が変化しても、対物レンズ１の球面収差の変化を抑えることができ、レーザビームを良好に集光することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる。
【００４９】
また、複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するようにレーザビームに位相差を発生させる段差量を有する。
これにより、温度変化によりレーザビームの波長が変化した場合に、レーザビームの波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差がレーザビームに発生する。そのため、対物レンズ１によりレーザビームを良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【００５０】
さらに、共通領域は、レーザビームの波長の違いによって発生する色収差が、ＤＶＤ２及びＣＤ３の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有する。
これにより、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビーム４、５が対物レンズ１に入射されると、レーザビームの波長の違いによって色収差が発生し、当該色収差がＤＶＤ２、ＣＤ３の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺する。従って、ＤＶＤ２及びＣＤ３に、対応する波長のレーザビームを良好に集光することができる。
【００５１】
また、隣り合う隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚い。
これにより、周辺温度が上昇した際に、波長が長くなることによって生じる球面収差の変化を抑制することができる。
【００５２】
また、専用領域に形成される隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長の５倍以上である。
これにより、温度変化が３０℃以上である場合であっても、当該温度変化によって生じる球面収差の変化を有効に抑制することができる。
【００５３】
また、本実施の形態にかかる対物レンズ１を光ピックアップ光学系１００において使用することができる。
【００５４】
また、本実施の形態にかかる対物レンズ１の設計方法は、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビームが入射され、当該ＤＶＤ２、ＣＤ３の透明基板に設けられた情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる対物レンズ１の設計方法であって、ＤＶＤ２、ＣＤ３の情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる共通領域と、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であり、ＤＶＤ２の情報記録面２ａに対して対応するレーザビームを集光させる専用領域とを形成し、専用領域を、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割するものである。
これにより、周辺温度が変化してレーザビームの波長が変化しても、対物レンズ１の球面収差の変化を抑えることができ、レーザビームを良好に集光することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる対物レンズ１を設計できる。
【００５５】
また、複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有する。
これにより、温度変化によりレーザビームの波長が変化した場合に、レーザビームの波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差がレーザビームに発生する。そのため、対物レンズ１によりレーザビームを良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる対物レンズを示す図である。
【図２】図１に示す対物レンズのレンズ面形状の一例を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系の構成の一例を示す図である。
【図４】比較例１にかかる対物レンズのレンズ面形状を示す側面図である。
【図５】比較例１にかかる対物レンズにおいて、周辺温度上昇によって発生する球面収差を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態にかかる対物レンズにおいて、周辺温度上昇によって発生する球面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 対物レンズ
２ ＤＶＤ（光記録媒体）
２ａ 情報記録面
３ ＣＤ（光記録媒体）
３ａ 情報記録面
４、５ レーザビーム（光束）
１００ 光ピックアップ光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の異なる厚みを有する光記録媒体に対して情報を記録または再生可能な対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＤ（Compact Disc：ＣＤ−ＲなどのＣＤを含む）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの種類が異なる光ディスク（光記録媒体）をともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。ＣＤやＤＶＤなど（以下、これらをまとめて光ディスクという）は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を２枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。
【０００３】
かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビーム（光束）を光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームは、ＣＤにおいては波長が７８０ｎｍ近傍でＮＡが０．４５〜０．５３で用いられ、ＤＶＤにおいては波長が６５０ｎｍ近傍でＮＡが０．６０〜０．６７で用いられている。また、ＣＤにおいて用いられる透明基板の厚さは１．２ｍｍであるのに対して、ＤＶＤにおいて用いられる透明基板の厚さは０．６ｍｍであり、光ディスクの種類（レーザビームの波長の違い）に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さは異なっている。種類が異なる光ディスクを再生する互換型光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。
【０００４】
このような互換型光ディスク装置としては、光ピックアップ光学系に光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎に光ピックアップ光学系を設け、使用する光ディスクの種類に応じて光ピックアップ光学系を交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。
【０００５】
かかる対物レンズの一代表例として、特許文献１に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に３以上の輪帯状レンズ面に区分され、１つおきの輪帯状レンズ面と他の１つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同一波長のレーザビームに対し、１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板（０．６ｍｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板（１．２ｍｍ）の光ディスク（ＣＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させる。
【０００６】
また、他の代表例として、特許文献２に記載のものがある。この文献には、薄い透明基板のＤＶＤに対しては、短波長（６３５ｎｍまたは６５０ｎｍ）のレーザビームを使用し、厚い透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造が形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のＤＶＤに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のＣＤに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、ＤＶＤに対して短波長のレーザビームを用いるのは、ＣＤに比べてＤＶＤの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数ＮＡに反比例する。
【０００７】
また、他の代表例として、特許文献３に記載のものがある。この文献には、薄い０．６ｍｍ厚の透明基板に対しては、短波長６８０ｎｍのレーザビームを使用し、厚い１．２ｍｍ厚の透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置の対物レンズが開示されている。この対物レンズにおいてはレンズ面をリング状の複数の領域に分割し、それぞれの領域がいずれかの波長と基板厚の光ディスクに集光する。
【特許文献１】特開平９−１４５９９５号公報
【特許文献２】特開２０００−８１５６６号公報
【特許文献３】特開平７−３０２４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、レーザビームの波長は、温度変化により変化する。例えば、ＤＶＤに使用される赤色レーザの発振波長は、±３０℃で±６ｎｍ程変化する。また、光ディスク装置の対物レンズの屈折率は、レーザビームの波長変化によって変化する。そして、対物レンズの球面収差は、対物レンズの形状、向き、屈折率等に依存する。そのため、温度変化によって、対物レンズの球面収差の大きさが変化する。特に、対物レンズの半径値（開口数）が大きくなるにつれて、温度上昇に伴う球面収差の値が大きく変化する。球面収差の変化量が大きいと、対物レンズによるレーザビームの集光性能が劣る。従って、温度変化に伴う球面収差の変化量を抑える技術が求められている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１−３では、温度変化によって生じる球面収差を想定していない。そのため、温度変化に伴う球面収差の変化量を抑えることができない。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制できる対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる対物レンズは、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズであって、前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを有し、当該専用領域は、前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されているものである。
【００１２】
本発明においては、専用領域が輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている。これにより、周辺温度が変化して光束の波長が変化しても、対物レンズの球面収差の変化を抑えることができ、光束を良好に収束することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
これにより、温度変化により光束の波長が変化した場合に、光束の波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差が光束に発生する。そのため、対物レンズにより光束を良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【００１４】
さらに、前記共通領域は、光束の波長の違いによって発生する色収差が、前記光記録媒体の前記透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有することが好ましい。
これにより、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が対物レンズに入射されると、光束の波長の違いによって色収差が発生し、当該色収差が光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺する。従って、複数種類の光記録媒体に、対応する波長の光束を良好に集光することができる。
【００１５】
また、隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚いことが好ましい。
これにより、周辺温度が上昇した際に、波長が長くなることによって生じる球面収差の変化を抑制することができる。
【００１６】
また、隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より薄いことが好ましい。
これにより、周辺温度が下降した際に、波長が短くなることによって生じる球面収差の変化を抑制することができる。
【００１７】
また、前記専用領域に形成される前記隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長の５倍以上であることが好ましい。
これにより、温度変化が３０℃以上である場合であっても、当該温度変化によって生じる球面収差の変化を有効に抑制することができる。
【００１８】
また、本発明においては、上述の対物レンズを光ピックアップ光学系において使用することができる。
【００１９】
本発明にかかる対物レンズの設計方法は、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズの設計方法であって、前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であり、当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを形成し、前記専用領域を、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割するものである。
これにより、周辺温度が変化して光束の波長が変化しても、対物レンズの球面収差の変化を抑えることができ、光束を良好に収束することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる対物レンズを設計できる。
【００２０】
また、前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
これにより、温度変化により光束の波長が変化した場合に、光束の波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差が光束に発生する。そのため、対物レンズにより光束を良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制できる対物レンズ、光ピックアップ光学系及び対物レンズの設計方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
本実施の形態では、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体として、ＤＶＤとＣＤとを例示して説明する。
図１は本発明の実施の形態にかかる対物レンズ１の作用を示す図であって、同図（ａ）はＤＶＤに対するもの、同図（ｂ）はＣＤに対するものである。同図において、１は本実施の形態の対物レンズ、２はＤＶＤの透明基板（以下、単にＤＶＤと称する。）、３はＣＤの透明基板（以下、単にＣＤと称する。）、４，５はレーザビーム（光束）である。
【００２３】
まず、図１（ａ）において、対物レンズ１が光ディスク装置（図示省略）の光ピックアップ光学系１００（後述）に設けられている。また、レーザビーム４は、平行光として対物レンズ１に入射する。そして、対物レンズ１によってレーザビーム４がＤＶＤ２に集光される。これにより、記録再生が行なわれる。ここで、ＤＶＤ２の厚さｔ１は０．６ｍｍである。また、レーザビーム４として、波長λ１＝６５５ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．６３の光束が用いられる。かかる条件のもとに、かかるレーザビーム４は、ＤＶＤ２の対物レンズ１側とは反対側の面の情報記録面２ａに集光される。
【００２４】
図１（ｂ）は上記と同じ光ディスク装置にＣＤ３が装着され、同じ対物レンズ１を用いて記録再生が行なわれる場合を示す。ここで、ＣＤ３の厚さｔ２は１．２ｍｍである。また、レーザビーム５として、波長λ２＝７９０ｎｍ、ほぼ開口数ＮＡ＝０．６３の光束が用いられる。しかし、実質的には、開口数ＮＡ＝０．４７の光束がＣＤ基板３の情報記録面３ａに集光する。換言すれば、ハッチングして示すほぼＮＡ＝０．４７〜０．６３の光束、即ち、対物レンズ１の光軸ＯＡから離れた部分を通る光束は、この情報記録面３ａで集光しない。このように、この開口数ＮＡがほぼ０．４７までの上記のレンズ領域は、ＤＶＤ２，ＣＤ３の共通領域となる。また、開口数ＮＡが０．４７〜０．６３までのレンズ領域は、ＤＶＤ２の専用領域となる。
【００２５】
通常、厚さの異なる光記録媒体に、その光記録媒体に対応する異なる波長のレーザビームを用いた場合、光記録媒体の厚みが異なることによって球面収差が生じる。また、異なる波長のレーザビームが同一の対物レンズに入射することにより色収差も発生する。そのため、レーザビームを光記録媒体に良好に集光することができない。
しかし、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、上述のように、レーザビーム４、５の収差を良好に低減する。具体的には、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、レーザビーム４、５の波長の違いによって発生する色収差が、ＤＶＤ２、ＣＤ３の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有する。そして、対物レンズ１は、レーザビーム４、５を情報記録面２ａ，３ａに良好に集光させる。これにより、情報記録面２ａ，３ａに良好な光スポットが得られるようにする。このために、本実施の形態では、対物レンズ１を通過するレーザビーム４、５の光路長が、当該レーザビーム４、５の収差を低減して許容値内とするように、対物レンズ１のレンズ面形状を設定している。
【００２６】
さらに、本実施の形態にかかる対物レンズ１のレンズ面形状は、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように設計されている。
具体的には、対物レンズ１の専用領域は、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域となっている。そして、専用領域は、温度変化によって発生する球面収差の変化（ばらつき）を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている。換言すれば、専用領域は、光軸を中心とする同心円により半径方向に区分されてなる複数の輪帯状の区間（以下、輪帯と称する。）に分割されている。
また、複数の隣接段差は、温度変化がない場合（通常時）に対物レンズ１を通過する透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さとなっている。また、複数の隣接段差は、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように、レーザビームに位相差を発生させる段差量を有する。
【００２７】
より具体的には、隣り合う隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚くなるように、対物レンズ１の専用領域のレンズ面が設計されている。このように形成すると、周囲温度が上昇することによってレーザビームの波長が変化した場合に発生する球面収差の変化を低減することができる。
また、隣り合う隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、一の隣接段差の内側の他の隣接段差より薄くなるように、対物レンズ１の専用領域のレンズ面が設計されてもよい。このように形成すると、周囲温度が下降することによってレーザビームの波長が変化した場合に発生する球面収差の変化を低減することができる。
【００２８】
以下、かかる対物レンズ１のレンズ面形状の一具体例を図２により説明する。図２は、本実施の形態にかかる対物レンズ１の一例を示す側面図である。なお、本実施の形態では、周囲温度が上昇した場合に発生する球面収差の変化を低減する場合について説明する。
まず、対物レンズ１の光出射面Ｂの面形状について説明する。図２において、光線の高さをｈ、対物レンズ１の光出射面Ｂの頂点をｅ、頂点ｅと接する接面上における光線高さｈの点をｃ、この点ｃから光軸ＯＡに平行な方向での光出射面Ｂ上の点をｄとすると、任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離ＺＢが
【数１】
で表されるように、光出射面Ｂの面形状が形成される。
数１における各係数の値を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
なお、数１に、上記係数Ｃ，Ｋ，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を代入して任意の光線高さｈ（≠０）に対する距離ＺＢを求め、その値が負の値となった場合は、点ｄが、光出射面Ｂの光軸ＯＡが通る面頂点ｅよりも出射面側（図２での左側）に位置することを示している。距離ＺＢが正の値である場合には、点ｄが頂点ｅよりも右側に位置することを示している。
【００３１】
次に、対物レンズ１の光入射面の面形状について説明する。図２において、対物レンズ１の光入射面Ａの頂点をｆ、頂点ｆと接する接面上における光線高さｈの点をａ、この点ａから光軸ＯＡに並行な方向での光入射面Ａ上の点をｂとすると、光入射面Ａの光線高さｈ方向（半径方向）の光軸ＯＡ側からｊ番目の区間での点ａ，ｂ間の距離ＺＡｊが
【数２】
で表されるように、光入射面Ａの面形状が形成される。
数２における各係数の値を表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２に示すように、対物レンズ１の専用領域は、３つの領域に分割されている。また、対物レンズ１の専用領域に形成される隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長（λ）の５倍となっている。
なお、光出射面Ｂ及び光入射面Ａは、連続した非球面をなすものである。また、対物レンズ１の中心厚ｔ０は２．２ｍｍである。また、対物レンズ１は、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）により形成されており、波長λ１＝６５５ｎｍでの屈折率は１．４８９２３９８である。なお、対物レンズ１の素材は本実施の形態に限られるものではなく、他の透明樹脂により形成されてもよいし、ガラス素材により形成されてもよい。
【００３４】
次に、本実施の形態にかかる対物レンズ１を備える光ピックアップ光学系１００を説明する。図３は、光ピックアップ光学系１００の一例を示したものである。光ピックアップ光学系１００は、ＤＶＤレーザ１１、ＣＤレーザ１２、ハーフプリズム１３、１４、コリメータレンズ１５、検出レンズ１６、光検出器１７、回折格子１８、アクチュエータ１９、対物レンズ１等を備えて構成されている。
【００３５】
同図において、ＤＶＤ２を記録または再生する場合には、ＤＶＤレーザ１１を駆動する。ＤＶＤレーザ１１から発生される波長６５５ｎｍのレーザビームが、ハーフプリズム１３で反射し、ハーフプリズム１４を透過してコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となってレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＤＶＤ２の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＤＶＤ２で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は信号処理回路（図示せず）に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。図示しないシステム制御回路は、得られたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号をもとに、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ駆動回路（図示せず）を制御してアクチュエータ１９を駆動する。
【００３６】
ＣＤ３を記録または再生する場合には、ＣＤレーザ１２を駆動する。ＣＤレーザ１２から発生される波長７９０ｎｍのレーザビームが回折格子１８を通り、ハーフプリズム１４で反射されてコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５を通過して平行光となったレーザビームは、対物レンズ１に入射して集光され、ＣＤ３の情報記録面に光スポットを形成する。そして、ＣＤ３で反射した反射光が対物レンズ１により平行光となり、コリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム１４，１３を透過し、検出レンズ１６を通って光検出器１７に到達する。光検出器１７の検出出力信号は図示しない信号処理回路に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号，トラッキング誤差信号が得られる。
【００３７】
なお、ＣＤ３の場合のトラッキング誤差信号は、ＣＤレーザ１２からのレーザビームを、回折格子１８により、０次光と±１次光の３ビームに分岐し、これら±１次光によりトラッキング誤差信号を得るようにしている。
【００３８】
このようにして得られたトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とにより、ＤＶＤ２と同様にして、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ１が位置するように、アクチュエータ１９を駆動する。
【００３９】
なお、本発明において、対物レンズ１の代わりに、コリメータレンズ１５あるいはハーフプリズム１４など両ディスクに共通する光学系において、本発明における対物レンズ１と同様の機能を持つように光学設計することもできる。また、図示しないが、本発明の対物レンズ１と同等の機能を有する他の光学要素をハーフプリズム１４からＤＶＤ２またはＣＤ３に至る光路に配置することによってもよい。
【００４０】
なお、コリメータレンズ１５は必ずしも必要ではなく、いわゆる有限系の光学系でも、本発明は適用可能である。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ１の作用について、比較例１と比較しながら説明する。図４に、比較例１にかかる対物レンズ２０の側面図を示す。なお、図４において、図２と同一の構成については、同一の符号を示す。
まず、比較例１にかかる対物レンズ２０の光出射面の面形状について説明する。図４において、対物レンズ２０の任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離ＺＢが
【数３】
で表されるように、光出射面Ｂの面形状が形成されている。
数３における各係数の値を表３に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
次に、比較例１にかかる対物レンズ２０の光入射面の面形状について説明する。比較例１にかかる対物レンズ２０では、本実施の形態にかかる対物レンズ１と異なり、専用領域が複数の輪帯状の領域に分割されていない。そして、図４において、対物レンズ２０の任意の光線高さｈに対する点ａ，ｂ間の距離ＺＡが
【数４】
で表されるように、光入射面Ａの面形状が形成されている。
数４における各係数の値を表４に示す。
【００４４】
【表４】
【００４５】
なお、比較例１にかかる対物レンズ２０は、対物レンズ１と同様に、ＰＭＭＡにより形成され、波長λ１＝６５５ｎｍでの屈折率は１．４８９２３９８である。
【００４６】
図５は、比較例１にかかる対物レンズ２０において、周辺温度が３０℃上昇した場合に発生する球面収差を示す。図５では、球面収差の大きさを波面収差により表している。なお、基準温度（通常時の周辺温度）は３０℃であり、図５は、周辺温度が６０℃のときの球面収差を表す。基準温度３０℃での球面収差の大きさは、ほぼ０λになっている。図５に示すように、比較例１にかかる対物レンズ２０では、周辺温度が３０℃上昇することにより、球面収差が大きくなっている。具体的には、対物レンズ２０の共通領域では半径値（開口数）が大きくなるにつれて球面収差が増加し、専用領域では半径値が小さくなるにつれて球面収差が減少している。
また、比較例１にかかる対物レンズ２０では、半径値が大きくなる程、球面収差の値の変化が大きい。換言すれば、対物レンズ２０の専用領域を通過したレーザビームの球面収差の方が、共通領域を通過したレーザビームの球面収差より大きく変化している。そのため、アクチュエータ１９によるデフォーカスにより半径値の全範囲にわたって球面収差を低減する補正を行うと、専用領域の球面収差の値はマイナス方向に大きく変化してしまう。即ち、デフォーカスにより球面収差の変化を補正することは難しい。そして、周辺温度が３０℃上昇した場合における対物レンズ２０のＲＭＳ波面収差の値は４４ｍｍλとなっている。従って、比較例１にかかる対物レンズ２０によるレーザビームの集光性能は基準温度時に比べて劣化する。
【００４７】
一方、図６に、本実施の形態にかかる対物レンズ１において、周辺温度が３０℃上昇した場合に発生する球面収差を示す。図６は、図５と同様に、球面収差の大きさを波面収差により表している。また、基準温度は３０℃である。図６では、周辺温度の上昇に伴うレーザビームの収束位置の変化がアクチュエータ１９によるデフォーカスにより補正されている。そのため、本実施の形態にかかる対物レンズ１では、比較例１の対物レンズ２０に比べて、周辺温度が３０℃上昇することによる球面収差の増加が抑えられている。
また、対物レンズ１では、半径値が大きい範囲における球面収差の値の変化量が抑えられている。換言すれば、対物レンズ１の専用領域を通過したレーザビームの球面収差の変化量が、共通領域を通過したレーザビームの球面収差の変化量と同程度に補正されている。そして、周辺温度が３０℃上昇した場合における対物レンズ１のＲＭＳ波面収差の値は２３．９ｍｍλとなっている。従って、本実施の形態にかかる対物レンズ１によるレーザビームの集光性能は、比較例１にかかる対物レンズ２０よりも改善されている。即ち、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる。
【００４８】
以上、説明したように、本実施の形態にかかる対物レンズ１は、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビーム４、５が入射され、当該ＤＶＤ２又はＣＤ３の透明基板に設けられた情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる対物レンズ１であって、ＤＶＤ２、ＣＤ３の情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる共通領域と、ＤＶＤ２の情報記録面３ａに対して対応するレーザビームを集光させる専用領域とを有し、当該専用領域は、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されているものである。
これにより、周辺温度が変化してレーザビームの波長が変化しても、対物レンズ１の球面収差の変化を抑えることができ、レーザビームを良好に集光することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる。
【００４９】
また、複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するようにレーザビームに位相差を発生させる段差量を有する。
これにより、温度変化によりレーザビームの波長が変化した場合に、レーザビームの波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差がレーザビームに発生する。そのため、対物レンズ１によりレーザビームを良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【００５０】
さらに、共通領域は、レーザビームの波長の違いによって発生する色収差が、ＤＶＤ２及びＣＤ３の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有する。
これにより、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビーム４、５が対物レンズ１に入射されると、レーザビームの波長の違いによって色収差が発生し、当該色収差がＤＶＤ２、ＣＤ３の透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺する。従って、ＤＶＤ２及びＣＤ３に、対応する波長のレーザビームを良好に集光することができる。
【００５１】
また、隣り合う隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚い。
これにより、周辺温度が上昇した際に、波長が長くなることによって生じる球面収差の変化を抑制することができる。
【００５２】
また、専用領域に形成される隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長の５倍以上である。
これにより、温度変化が３０℃以上である場合であっても、当該温度変化によって生じる球面収差の変化を有効に抑制することができる。
【００５３】
また、本実施の形態にかかる対物レンズ１を光ピックアップ光学系１００において使用することができる。
【００５４】
また、本実施の形態にかかる対物レンズ１の設計方法は、透明基板の厚さが異なるＤＶＤ２、ＣＤ３毎に異なる波長のレーザビームが入射され、当該ＤＶＤ２、ＣＤ３の透明基板に設けられた情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる対物レンズ１の設計方法であって、ＤＶＤ２、ＣＤ３の情報記録面２ａ、３ａに対して当該レーザビームを集光させる共通領域と、共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であり、ＤＶＤ２の情報記録面２ａに対して対応するレーザビームを集光させる専用領域とを形成し、専用領域を、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割するものである。
これにより、周辺温度が変化してレーザビームの波長が変化しても、対物レンズ１の球面収差の変化を抑えることができ、レーザビームを良好に集光することができる。従って、周辺温度が変化した場合にも性能の劣化を抑制することができる対物レンズ１を設計できる。
【００５５】
また、複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有する。
これにより、温度変化によりレーザビームの波長が変化した場合に、レーザビームの波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような位相差がレーザビームに発生する。そのため、対物レンズ１によりレーザビームを良好に集光することができ、性能の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる対物レンズを示す図である。
【図２】図１に示す対物レンズのレンズ面形状の一例を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系の構成の一例を示す図である。
【図４】比較例１にかかる対物レンズのレンズ面形状を示す側面図である。
【図５】比較例１にかかる対物レンズにおいて、周辺温度上昇によって発生する球面収差を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態にかかる対物レンズにおいて、周辺温度上昇によって発生する球面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 対物レンズ
２ ＤＶＤ（光記録媒体）
２ａ 情報記録面
３ ＣＤ（光記録媒体）
３ａ 情報記録面
４、５ レーザビーム（光束）
１００ 光ピックアップ光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズであって、
前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、
当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを有し、
当該専用領域は、前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている対物レンズ。
【請求項２】
前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有する請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記共通領域は、光束の波長の違いによって発生する色収差が、前記光記録媒体の前記透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有する請求項１又は２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚い請求項１乃至３の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項５】
隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より薄い請求項１乃至３の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記専用領域に形成される前記隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長の５倍以上である請求項１乃至５の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の対物レンズを備える光ピックアップ光学系。
【請求項８】
透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズの設計方法であって、
前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、
前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であり、当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを形成し、
前記専用領域を、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割する対物レンズの設計方法。
【請求項９】
前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有する請求項８に記載の対物レンズの設計方法。
【請求項１】
透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズであって、
前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、
当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを有し、
当該専用領域は、前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であって、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割されている対物レンズ。
【請求項２】
前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有する請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記共通領域は、光束の波長の違いによって発生する色収差が、前記光記録媒体の前記透明基板の厚みの違いによって発生する球面収差を相殺するようなレンズ面を有する請求項１又は２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より厚い請求項１乃至３の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項５】
隣り合う前記隣接段差において、一の隣接段差の厚さが、前記一の隣接段差の内側の他の隣接段差より薄い請求項１乃至３の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記専用領域に形成される前記隣接段差の段差量は、通常時における透過光の波長の５倍以上である請求項１乃至５の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の対物レンズを備える光ピックアップ光学系。
【請求項８】
透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長の光束が入射され、当該光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面に対して当該光束を集光させる対物レンズの設計方法であって、
前記複数種類の光記録媒体の情報記録面に対して当該光束を集光させる共通領域と、
前記共通領域の外側に位置する輪帯状の領域であり、当該複数種類の光記録媒体のうちいずれか一つの光記録媒体の情報記録面に対して対応する光束を集光させる専用領域とを形成し、
前記専用領域を、温度変化によって発生する球面収差の変化を抑制するような隣接段差を有する複数領域に分割する対物レンズの設計方法。
【請求項９】
前記複数の隣接段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる厚さであって、波長変化によって発生する球面収差の変化を抑制するように光束に位相差を発生させる段差量を有する請求項８に記載の対物レンズの設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−７６１４１（Ｐ２００９−７６１４１Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４４３７０（Ｐ２００７−２４４３７０）
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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