JP2001108894A - 光ピックアップ用光学系、光ピックアップ装置、カップリング光学系、カップリング光学系用レンズ、および、記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単色性が悪い光源或いは波長が急激に変動す
る光源が用いられた場合であっても、比較的簡単な構成
で軸上色収差を補正することができしかも低コストで製
造可能な光ピックアップ用光学系を提供する。 【解決手段】 光ピックアップ用光学系にカップリング
光学系と対物レンズ光学系とを設け、カップリング光学
系としての回折一体型コリメータ１３に回折面を形成す
る。回折一体型コリメータ１３の回折面は対物レンズ１
５と大きさがほぼ同じで逆符号の軸上色収差を発生する
ので、半導体レーザ１１から出射された光束は、ほとん
ど軸上色収差なく光ディスク１６の情報記録面１６″上
に集光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ピックアップ用
光学系、光ピックアップ装置、カップリング光学系、カ
ップリング光学系用レンズ、および、記録再生装置に関
し、特に単色性が悪い光源或いは波長が急激に変動する
光源を使用した高密度光ディスク装置に用いると好適な
光ピックアップ用光学系、光ピックアップ装置、カップ
リング光学系、カップリング光学系用レンズ、および、
記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光情報記録媒体としてＣＤ（記憶
容量：６４０ＭＢ）と同程度の大きさで記録密度を高め
たＤＶＤ（記憶容量：４．７ＧＢ）が開発され、急速に
普及が進んでいる。ＤＶＤを再生するためには、光源の
波長が６３５ｎｍないし６６０ｎｍのレーザ光を使用す
る。レーザ光源からの発散光束は、コリメートレンズで
平行光束にされてからＤＶＤ側の開口数（ＮＡ）が０．
６の対物レンズに入射され、ＤＶＤの透明基板を介して
情報記録面に集光される。

【０００３】最近、さらなる高ＮＡの対物レンズやさら
なる短波長光源を利用し、１０ないし３０ＧＢの記憶容
量をもつＣＤやＤＶＤと同様の光情報記録媒体の開発が
盛んである。短波長光源として有望視されているものと
して、発振波長４００ｎｍ程度のＧａＮ青色半導体レー
ザがある。

【０００４】しかしながら、ＧａＮ青色半導体レーザ
は、他の半導体レーザと同様に、発振波長の温度依存性
があり、さらにモードホップやレーザ出力によって波長
が変動し、レーザノイズを減らすために高周波重畳が必
要であって発振波長の単色性が悪い等の特徴がある。そ
のため、ＧａＮ青色半導体レーザを使用した高密度光デ
ィスクの集光光学系では、軸上色収差の補正が必要であ
ると予想されている。

【０００５】ＩＳＯＭ／ＯＤＳ’９９（Joint Internat
ional Symposium on Optical Memory and Optical Data
Storage 1999）Postdeadline Poster Papers のセッシ
ョンＷＤ２６は、ＧａＮ青色半導体レーザを用いて、記
憶容量１７ＧＢの高密度光ディスクをディスク側の開口
数が０．６の通常の対物レンズにより再生した場合、高
周波重畳によりマルチモード発振になってスペクトル幅
が０．７ｎｍ（ＦＷＨＭ）となり、高周波重畳を行わな
い場合と比較してジッターが悪化した実験例を示すとと
もに、軸上色収差を改善した光源側の面とディスク側の
面が非球面であり接合面が球面である接合ダブレット型
対物レンズを提案している。

【０００６】色収差を補正した接合ダブレット型光ディ
スク用対物レンズとしては、特開昭６１−３１１０号公
報、特開昭６２−２８６００９号公報等に記載のものが
知られている。また、特開平９−３１１２７１号公報に
は、両面が非球面であり両面ともが位相型回折エレメン
トである光情報記録媒体側の開口数が０．７以上の対物
レンズが開示されている。

【０００７】また、光情報記録媒体側の開口数が０．８
５である２枚玉とした対物レンズを使用した光ディスク
装置および高密度光ディスクが提案されている。例え
ば、ＩＳＯＭ／ＯＤＳ’９９のセッションＷＣ１（予稿
集５０頁）では、波長６５０ｎｍの赤色半導体レーザを
使用した記憶容量９．２ＧＢの光ディスク装置について
の発表があった。また、ＩＳＯＭ／ＯＤＳ’９９のセッ
ションＷＤ１（予稿集２２８頁）では、波長４００ｎｍ
のＧａＮ半導体レーザを使用して記憶容量２０ＧＢを達
成したとの発表があった。これらの半導体レーザについ
て、波長変動による影響についての発表はなかった。

【０００８】特開平１１−１７４３１８号公報には、光
情報記録媒体側の開口数が０．８５であって、色収差を
補正するために光学面にホログラムを設けた２枚構成の
対物レンズが記載されている。このように、対物レンズ
光学系に回折素子を導入することにより色収差を補正す
ることができるが、一般にガラス製の回折レンズの製造
コストは非常に高い。

【０００９】一方、回折素子により色収差を補正したプ
ラスチック製の対物レンズとしては、光情報記録媒体側
の開口数が０．５５程度のものが実用となっている。し
かしながら、プラスチック製の対物レンズは、温度変化
により屈折率が変わることで球面収差が変化し、光源の
短波長化と対物レンズの高ＮＡ化を必要とする高密度光
ディスクの集光光学系には不向きである。プラスチック
製の対物レンズにおいても、２枚構成とすることで温度
変化による球面収差変化は緩和されるが、プラスチック
は素材の膨張係数がガラスと比べて大きいため、外径の
温度変化が大きく、鏡枠に組み込んだ後の低温または高
温への温度変化でレンズが歪みやすいという問題があ
る。従って、温度変化による球面収差変化も考慮する
と、２枚のレンズのうち少なくとも１枚をガラスレンズ
とすることが望ましい。

【００１０】また、対物レンズを駆動するためのアクチ
ュエータからの発熱の影響によって対物レンズに温度分
布が生じ、これがプラスティックレンズの場合には屈折
率分布の原因となって対物レンズを通過した光束の波面
収差が悪化し問題を生じやすい。従って、２枚構成の対
物レンズにおいても、温度特性を考慮すると、２枚とも
ガラスレンズとすることがさらに望ましい。しかしなが
ら、ガラスレンズには上述のように製造コストの問題が
あり、高密度ディスク用の対物レンズ単独による色収差
補正は現実には困難である。

【００１１】また、接合ダブレット型光ディスク用対物
レンズに代表されるように、回折素子を使わずに、正の
屈折力の低分散材料からなるレンズと、負の屈折力の高
分散材料からなるレンズとを組み合わせたレンズは、軽
量であることが必須の光ディスク用対物レンズには不向
きである。なぜなら、材料の分散には限界があるので、
レンズの高ＮＡ化を図ろうとすると個々のレンズの屈折
力を大きくする必要があって、レンズ自体が重くなるか
らである。

【００１２】対物レンズの色収差を補正不足とし且つコ
リメートレンズの色収差を補正過剰にすることで、光情
報記録媒体の記録再生用集光光学系全体の軸上色収差を
補正する方法が、特開昭６２−２６９９２２号公報に記
載されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような事情に鑑
みて、本発明の目的は、例えば高密度光ディスク装置な
どにおいて単色性が悪い光源或いは波長が急激に変動す
る光源が用いられた場合であっても、比較的簡単な構成
で軸上色収差を補正することができしかも低コストで製
造可能な光ピックアップ用光学系、これを備えた光ピッ
クアップ装置、および、これを備えた記録再生装置を提
供することである。

【００１４】また、本発明のさらなる目的は、光情報記
録媒体側の開口数が大きいために球面収差の補正、正弦
条件の補正および小型化、薄型化、軽量化、低コスト化
の目的で軸上色収差が残留した対物レンズとともに使用
された場合に軸上色収差を補正することができるカップ
リング光学系およびカップリング光学系用レンズを提供
することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】はじめに、高密度光ディ
スクにおいて軸上色収差の規格が厳しく、既存の光情報
記録媒体の記録再生用集光光学系に用いられる対物レン
ズ光学系における光源波長近傍で軸上の残留色収差が問
題となる理由について考察する。

【００１６】以下の説明において、光源の波長をλ、対
物レンズ光学系の光情報記録媒体側の開口数をＮＡとす
る。説明を簡単にするために、集光光学系は、光源、コ
リメータ、対物レンズ光学系、光情報記録媒体の透明基
板より構成され、コリメータは理想レンズ（すべての収
差が補正されている）とする。すなわち、たとえ光源の
波長が変動したときであっても、対物レンズ光学系への
入射光束は光軸に平行な平行光束である。

【００１７】また、対物レンズ光学系は、基準波長λ０
に対しては球面収差を完全に補正し、フォーカスがあっ
た状態では波面収差の平均自乗根値Ｗrmsは０となる。
波長変動Δλに対しては対物レンズ光学系によって球面
収差は変化せず、バックフォーカスｆＢがΔｆＢだけ変
動するとする。バックフォーカスの変動に対して対物レ
ンズ光学系を光軸方向にｆＢ駆動してフォーカシングす
ればＷrmsは０であるが、フォーカシングが行われない
とＷrmsは以下の式（１）の様になる。 Ｗrms＝０．１４５・｛（ＮＡ）²／λ｝／｜ΔｆＢ｜ (1)

【００１８】よって、式（１）よりＤＶＤ（ＮＡ＝０．
６、λ＝６５０ｎｍ）と、一例としてのＮＡ０．８５、
λ＝４００ｎｍの次世代光ディスクとを比較すると、Δ
ｆＢが同じでも、後者のほうが、３．２６倍波面収差が
劣化する。すなわち、波面収差の許容値が同じだとする
と、｜ΔｆＢ｜の許容値が１／３．２６と小さくなり、
より残留軸上色収差を少なくする必要がある。

【００１９】ところで薄肉単レンズの場合、焦点距離を
ｆ、レンズ素材の屈折率を波長λの関数としてｎ（λ）
としたとき以下の式（２）が成立する。 ｄｆ／ｄλ＝〔−ｆ／｛ｎ（λ）−１｝〕・ｄｎ／ｄλ (2)

【００２０】微分を差分に置き換えるために、ｎ（λ＋
α１）、ｎ（λ−α２）を導入すると、式（２）は以下
の式（３）のように書き換えることができる。ここで、
α１、α２は基準波長からのずれ量を表すものとする。 Δｆ＝〔−ｆ／｛ｎ（λ）−１｝］・｛ｎ（λ＋α１）−ｎ（λ−α２）｝ ＝ｆ／ν（λ、α１、α２） (3) 但し、 ν（λ、α１，α２）＝｛ｎ（λ）−１｝／｛ｎ（λ−
α２）−ｎ（λ＋α１）｝ ν（λ、α１、α２）は、波長λのときの分散を表す

【００２１】自然光を扱う写真レンズでは、λ＝λＤ、
λ−α２＝λＦ、λ＋α１＝λＣ（λＤ、λＦ、λＣは
それぞれｄ線（５８９．６ｎｍ）、ｆ線（４８６．１ｎ
ｍ）、ｃ線（６５６．３ｎｍ）のスペクトル線に対する
屈折率である）が使われる。光情報記録媒体の記録再生
用集光光学系においては、光源波長のバラツキ、変動の
範囲での軸上色収差が重要であるので、本明細書では、
α１＝α２＝１０ｎｍとし、λの単位をｎｍで表し、あ
らためて以下の式（４）のようにν（λ）を定義する。 ν（λ）＝｛ｎ（λ）−１｝／｛ｎ（λ−１０）−ｎ（λ＋１０）｝ (4)

【００２２】薄肉レンズでは、ｆＢ＝ｆなので、式
（３）は、 ΔｆＢ＝ｆ／ν（λ） (5) となる。ΔｆＢは、波長近傍での２０ｎｍの波長変化に
対するバックフォーカスの変化のおおよその値を示す。

【００２３】［表１］に、主なレンズ材料の７８０ｎｍ
±１０ｎｍ、６５０ｎｍ±１０ｎｍ、４００ｎｍ±１０
ｎｍでの屈折率を示す。７８０ｎｍはＣＤで使用される
波長であり、６５０ｎｍはＤＶＤで使用される波長であ
り、４００ｎｍは前述のとおり次世代の光ディスクで使
用が予定されている波長である。

【００２４】

【表１】

【００２５】［表１］より、式（４）に基づいて、ν
（７８０）、ν（６５０）、ν（４００）を計算した結
果を［表２］に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】［表２］から明らかなように同じレンズ材
料については、波長が短い程ν（λ）が小さくなり、式
（５）から波長が短い程ΔｆＢは大きくなる。ここで、
［表３］に示すように、ν（４００）はν（６５０）の
１／４から１／５の大きさにまで小さくなる。

【００２８】

【表３】

【００２９】従って、軸上色収差がレンズ材料のν
（λ）で決まってしまう屈折率レンズを対物レンズとし
たとき、波長４００ｎｍ程度の青色半導体レーザを利用
した次世代光ディスク用途では波長変動に対するバック
フォーカスの変動が大き過ぎて軸上色収差を必要十分に
小さくすることができない。

【００３０】ところで、回折素子は、回折により光束を
コントロールすることができるため、屈折レンズと同様
なレンズ効果をもっている。回折素子の焦点距離ｆと光
源の波長λとの関係は、設計波長λ０のときの焦点距離
をｆ０とすると、以下の式（６）のように表すことがで
きる。 ｆ＝（λ０／λ）ｆ０ (6)

【００３１】式（６）を屈折レンズと同様に変形する
と、 ｄｆ／ｄλ＝−（λ０／λ²）ｆ０＝−ｆ／λ (7) となる。 よつて、Δｆ＝−（ｆ／λ）Δλ ＝−ｆ｛（λ＋α１）−（λ−α２）｝／λ ＝ｆ｛（λ−α２）−（λ＋α１）｝／λ (8) となる。

【００３２】屈折レンズと同様に、 Δｆ＝ｆ／ν（λ，α１，α２） (9) とすると、 ν（λ，α１，α２）＝λ／｛（λ−α２）−（λ＋α１）｝ (10) となる。ここで、α１＝α２＝１０ｎｍとし、λの単位
をｎｍで表し、あらためて式(11)のようにν（λ）を定
義する。 ν（λ）＝λ／｛（λ−１０）−（λ＋１０）｝ (11)

【００３３】したがって、式(11)に基づいて、回折素子
に関して、ν（７８０）、ν（６５０）、ν（４００）
を計算すると ν（７８０）＝−３９．０ ν（６５０）＝−３２．５ ν（４００）＝−２０．０ となる。

【００３４】このように、回折素子はν（λ）が負なの
で、ν（λ）が正の屈折素子と組み合わせて、個々の素
子の屈折力を小さく押さえなから、軸上色収差を補正す
ることができる。

【００３５】ところが、回折素子についてν（４００）
をν（６５０）と比較すると、絶対値は小さくなるもの
のその絶対値の変化は屈折レンズと比較して小さい。従
って、青色半導体レーザ領域では、回折素子と屈折素子
とを粗み合わせた場合においても色収差の補正は困難に
なると考えられる。

【００３６】次に、軸上色収差がほぼν（λ）で決まっ
てしまう無限共役型の屈折単レンズからなる対物レンズ
光学系と、回折素子と屈折素子とを組合せたハイブリッ
ト素子からなるコリメート光学系或いはカップリング光
学系とから構成される集光光学系について検討する。

【００３７】無限共役型の対物レンズは、光軸に平行な
平行光束に対して、光情報記録媒体の透明基板を通して
球面収差がほぼ最小になるように補正されたレンズであ
る。すなわち、対物レンズはその結像倍率ｍＯがゼロで
ある。したがって、カップリング光学系は、光源からの
光束を光軸に平行な球面収差の補正された平行光束とす
るコリメート光学系となる。

【００３８】このような集光光学系について、対物レン
ズの軸上色収差をΔｆＢＯ、コリメート光字系の軸上色
収差をΔｆＢＣとしたときに、集光光学系全体の軸上色
収差ΔｆＢＴは、ｍＴを集光光学系全体の結像倍率とし
て、 ΔｆＢＴ＝ΔｆＢＯ＋（ｍＴ）²・ΔｆＢＣ (12) と表される。

【００３９】集光光学系全体の軸上色収差が補正されて
いる場合においては、ΔｆＢＴ＝０となる。したがっ
て、この場合には式(12)を変形して、 ΔｆＢＣ＝−（１／ｍＴ²）・ΔｆＢＯ (13) が成立する。

【００４０】ここでは、対物レンズ、コリメート光学系
とも薄肉レンズとして解析することにする。薄肉レンズ
においては、バックフォーカスと焦点距離は等しいの
で、 ΔｆＢＯ＝ΔｆＯ (14) ΔｆＢＣ＝ΔｆＣ (15) とおける。よって、式(13)は、 ΔｆＣ＝−（１／ｍＴ²）・ΔｆＯ (16) と置き換えることができる。

【００４１】さらに、コリメート光学系についても回折
素子と屈折素子とが近接して配置されている薄肉近似で
計算を進める。屈折素子の焦点距離をｆＣＲ、回折素子
の焦点距離をｆＣＤ、コリメート光学系全体の焦点距離
をｆＣとすると １／ｆＣ＝１／ｆＣＲ＋１／ｆＣＤ (17) であり、この両辺を全微分すると、 −ΔｆＣ／ｆＣ²＝−ΔｆＣＲ／ｆＣＲ²−ΔｆＣＤ／ｆＣＤ² (18) となる。よって、式（５）を考慮すると、 ΔｆＣ＝（ΔｆＣＲ／ｆＣＲ²＋ΔｆＣＤ／ｆＣＤ²）・ｆＣ² ＝｛１／（νＲ・ｆＣＲ）＋１／（νＤ・ｆＣＤ）｝・ｆＣ² (19) となる。但し、νＲは屈折素子の材料の分散、すなわち
ν（λ）であり、νＤは回折素子の分散を表す。

【００４２】よって、軸上色収差が補正されているため
の条件式は、式(16)および(19)より、 ｛１／（νＲ・ｆＣＲ）＋１／（νＤ・ｆＣＤ）｝・ｆＣ²＝−（１／ｍＴ²） ・ΔｆＯ (20) となる。ここで、ｆＣ、ｍＴは、集光光学系の仕様に基
づくものである。ΔｆＯは対物レンズの残留軸上色収差
であり、対物レンズが屈折単レンズである場合、その焦
点距離と、レンズ材料の分散ν（λ）とにより決められ
る。また、νＤは波長に応じて決まる定数であり、νＲ
はコリメート光学系を構成するレンズ素子の材料を選択
すれば決まる量である。

【００４３】したがって、未知数ｆＣＲとｆＣＤを求め
るには、連立方程式を解けばよい。計算の過程は省略す
るが、ｆＣＲとｆＣＤは以下のように表せる。 ｆＣＲ＝（νＲ−νＤ）・ｆＣ／［νＲ｛１＋νＤ・ΔｆＯ／（ｍＴ²・ｆ Ｃ）｝］ (21) ｆＣＤ＝（νＤ−νＲ）・ｆＣ／［νＤ｛１＋νＲ・ΔｆＯ／（ｍＴ²．ｆ Ｃ）｝］ (22)

【００４４】さて、前記の式(21)、(22)を利用して、典
型的な二つの例について考察する。はじめは、対物レン
ズ光学系の軸上色収差が補正されている場合についてで
ある。このとき、ΔｆＯ＝０なので、式(21)、(22)は以
下のようになる。 ｆＣＲ＝｛（νＲ−νＤ）／νＲ｝・ｆＣ (23) ｆＣＤ＝｛（νＤ−νＲ）／νＤ｝・ｆＣ (24)

【００４５】式(23)、(24)は、回折素子と屈折素子とを
組み合わせたハイブリッド素子からなるコリメート光学
系単独で軸上色収差が補正されているときのｆＣＲとｆ
ＣＤを表している。

【００４６】ここで、焦点距離の逆数であるパワー（屈
折力）を導入する。コリメート光学系全体のパワーをφ
Ｃ、コリメート光学系を構成する屈折素子のパワーをφ
ＣＲ、コリメート光学系を構成する回折素子のパワーを
φＣＤとすると、 φＣ＝１／ｆＣ (25) φＣＲ＝１／ｆＣＲ (26) φＣＤ＝１／ｆＣＤ (27) φＣ＝φＣＲ＋φＣＤ (28) である。また、式(23)、(25)、(26)から φＣＲ＝｛νＲ／（νＲ−νＤ）｝・φＣ (29) であり、式(24)、(25)、(27)から、 φＣＤ＝｛νＤ／（νＤ−νＲ）｝・φＣ (30) である。

【００４７】さらに、式(29)、(30)をそれぞれ変形する
と、 φＣＲ／φＣ＝νＲ／（νＲ−νＤ） (31) φＣＤ／φＣ＝νＤ／（νＤ−νＲ） (32) が成り立つ。また、光源の波長を４００ｎｍとすると、
式(11)からνＤ＝−２０であり、オレフィン系樹脂をレ
ンズ材料として使用する場合、［表２］からνＲ＝１６
５である。従って、これらの数値を式(31)、(32)に代入
すると、 φＣＲ／φＣ＝０．８９２ (33) φＣＤ／φＣ＝０．１０８ (34) となる。

【００４８】次に、対物レンズの残留軸上色収差ΔｆＯ
が０でない場合を考える。対物レンズが屈折単レンズで
ある場合、対物レンズを薄肉レンズとすると、式（３）
と同様に、 ΔｆＯ＝ｆＯ／νＯ（λ） (35) となる。

【００４９】また、分散νＯ（λ）の材料からなる屈折
単レンズである対物レンズ光学系の軸上色収差が補正さ
れていないとき、対物レンズを薄肉レンズとすると以下
の式(36)が成り立つ。 ｆＣ＝−ｆＯ／ｍＴ (36) 従って、 ΔｆＯ／（ｍＴ²・ｆＣ）＝−（１／ｍＴ）・（ΔｆＯ／ｆＯ） ＝−１／｛ｍＴ・ν０（λ）｝ (37) である。

【００５０】式(37)を式(21)、(22)に代入すると、 ｆＣＲ＝（νＲ−νＤ）・ｆＣ／［νＲ｛１−νＤ／（ｍＴ・νＯ（λ））｝］ (38) ｆＣＤ＝（νＤ−νＲ）・ｆＣ／［νＤ｛１−νＲ／（ｍＴ・νＯ（λ））｝］ (39) となる。

【００５１】また、式(38)、(39)により、式(25)〜(27)
を用いて計算すると、 φＣＲ／φＣ＝νＲ・｛１−νＤ／（ｍＴ・νＯ（λ））｝／（νＲ−νＤ） (40) φＣＤ／φＣ＝νＤ・｛１−νＲ／（ｍＴ・νＯ（λ））｝／（νＤ−νＲ） (41) が成り立つ。

【００５２】式(40)、(41)を参照すると、回折素子と屈
折素子とを組み合わせたハイブリッド素子からなるコリ
メート光学系を使用し、対物レンズ光学系と合わせた集
光光学系全体で軸上色収差を補正する場合において、φ
ＣＲ／φＣ、φＣＤ／φＣは、νＲ、νＤ、νＯ
（λ）、ｍＴによって決まり対物レンズ光学系の焦点距
離にはよらないことがわかる。

【００５３】例えば光源の波長を同様に４００ｎｍとす
る場合、νＤ＝−２０であり、オレフィン系樹脂をコリ
メート光学系の材料として使用すると［表２］からνＲ
＝１６５である。ここで、νＯ（４００）＝２５４、す
なわち［表２］に記載の低屈折率低分散材料であるＦＣ
Ｄ１と νＯ（４００）＝１０１、すなわち［表２］に
記載の低屈折率低分散材料であるＭ−ＮｂＦＤ８２に関
して、式(40)、(41)に基づいて、ｍＴと、φＣＲ／φＣ
およびφＣＤ／φＣとの関係について計算した。

【００５４】光情報記録媒体の記録再生用集光光学系に
おいては、ｍＴは−１／２から−１／８というのが一般
的に使われる（再生専用では、ｍＴは−１／５から−１
／８の値をとるのが普通であり、再生だけでなく記録も
行う場合には、光源からの発散光束をできるだけ高効率
に取り込む必要かあるためｍＴは−１／２から−１／５
の値をとる）。そこで、ｍＴが−１／２（−０．５０
０）、−１／３（−０．３３３）、−１／４（−０．２
５０）、−１／５（−０．２００）、−１／６（−０．
１６７）、−１／７（−０．１４３）、−１／８（−
０．１２５）、および、−１／２０（−０．０５０）の
場合についてのφＣＲ／φＣおよびφＣＤ／φＣを計算
した。その結果を［表４］および［表５］に示す。

【００５５】

【表４】

【００５６】

【表５】

【００５７】［表４］および［表５］から明らかなよう
に、ｍＴが０に近づくにつれて、回折のパワーが強くな
る。νＯ＝２５４の場合、ｍＴが−１／２０のときには
φＣＲ／φＣが負になる。一方、νＯ＝１０１の場合、
ｍＴが−１／５よりも大きくなったところでφＣＲ／φ
Ｃが０を下回り、さらにｍＴが０に近づくにつれて負の
値をとりつつその絶対値が大きくなっていく。また、ｍ
Ｔが−１／２０のときには、φＣＲ／φＣ、φＣＤ／φ
Ｃとも絶対値が１を超えるが、あとで述べるように、コ
リメート光学系の開口数が小さいために、このような場
合においても、カップリング光学系に使用される回折光
学素子を製作することが可能である。

【００５８】コリメート光学系の光源側の開口数ＮＡＣ
と、対物レンズ光学系の光情報媒体側の開口数ＮＡＯと
の関係は、以下の式(42)で表せる。 ＮＡＣ＝−ｍＴ・ＮＡ０ (42)

【００５９】ここで、屈折レンズの開口数をＮＡＣＲ、
回折レンズの開口数をＮＡＣＤとすると、 ＮＡＣＲ＝ＮＡＣ・φＣＲ／φＣ (43) ＮＡＣＤ＝ＮＡＣ・φＣＤ／φＣ (44) が成り立つ。今、ＮＡＯ＝０．８５としたときのＮＡＣ
ＲおよびＮＡＣＤの値を、式(42)〜(44)に基づいて求め
て［表４］および［表５］にまとめた。

【００６０】回折光学素子による回折パターンの最小ピ
ッチΛminは、波長をλとしたときに、下記の式(45)に
示すように近似することができる。そこで、［表４］お
よび［表５］には、λ／ＮＡＣＤの値を併せて示してい
る。 Λmin＝λ／ＮＡＣＤ (45)

【００６１】［表４］および［表５］から明らかなよう
に、ＮＡＣＲは０．３２以下、ＮＡＣＤは０．２０以
下、Λminは２μｍ以上の値をとり、これらの値はすべ
て製作可能な値である。実際には、トラッキングのため
にコリメート光学系の光軸に対して対物レンズ光学系が
垂直に駆動されても光束が蹴られないために、ＮＡＣ、
ＮＡＣＲ、ＮＡＣＤは［表４］および［表５］に示され
ている値よりも大きくなる。

【００６２】屈折レンズと回折レンズとを別体にしてカ
ップリング光学系を構成するのではなく、屈折レンズの
一方もしくは双方の面を回折光学素子とした回折屈折一
体型光学素子をカップリング光学系とすることも可能で
ある。回折屈折一体型光学素子としては、光情報記録媒
体の記録再生用集光光学系の軸上色収差が補正されたＮ
Ａ０．５５程度のものが対物レンズとして提案されてい
る。本発明では、屈折レンズの開口数が小さく光学面の
曲率があまりきつくならないこと、および、カップリン
グ光学系は対物レンズのように作動距離の確保や軽量化
のため薄型化・小型化の要求が強くないことのため、モ
ールドを使った射出成形等によって回折屈折一体型光学
素子のレンズをカップリング光学系の一部として容易に
低コストで生産することができる。

【００６３】そこで、本発明の請求項１の光ピックアッ
プ用光学系は、入射光の発散角を変換するカップリング
光学系と、前記カップリング光学系からの光束を集光す
る対物レンズ光学系とを備えている光ピックアップ用光
学系において、前記対物レンズ光学系に所定の波長の光
とは所定の波長差だけ異なる波長の光を入射させた際の
軸上色収差に対して、前記カップリング光学系に前記所
定の波長差だけ異なる波長の光を入射させて前記対物レ
ンズ光学系を介した際の軸上色収差を小さくする回折面
を、前記カップリング光学系の少なくとも１つの面に設
けたことを特徴とするものである。

【００６４】このように、請求項１の光ピックアップ用
光学系によると、カップリング光学系の少なくとも１つ
の面に回折面が設けられているので、回折面によって生
じる軸上色収差を、対物レンズ光学系の屈折面によって
生じる軸上色収差に対して、逆符号でかつ（１／ｍＴ）
²倍の関係が成立するようにすれば、対物レンズ光学系
によって発生する軸上色収差をカップリング光学系によ
り補正することができる。カップリング光学系には、上
述したような対物レンズ光学系についての種々の制限が
存在しないので、カップリング光学系をプラスティック
などの樹脂材料によって射出成型などで製造することが
可能となる。従って、光ピックアップ用光学系を低コス
トで容易に製造することができるようになる。

【００６５】つまり、請求項１の光ピックアップ用光学
系によると、波長４００ｎｍ程度のＧａＮ青色半導体レ
ーザのような単色性が悪い光源或いは波長が急激に変動
する光源が用いられた場合であっても軸上色収差を補正
することができる光ピックアップ光学系を容易且つ低コ
ストで製造可能となる。

【００６６】請求項２の光ピックアップ用光学系は、前
記対物レンズ光学系が光学面上に回折面を有していない
ことを特徴とするものである。

【００６７】請求項３の光ピックアップ用光学系は、前
記対物レンズ光学系が１枚の両面非球面レンズからなる
ことを特徴とするものである。

【００６８】請求項４の光ピックアップ用光学系は、前
記対物レンズ光学系が２枚のレンズからなり、前記２枚
のレンズに少なくとも１面の非球面屈折面が含まれてい
ることを特徴とするものである。

【００６９】請求項５は、請求項１〜４のいずれか１項
に記載の光ピックアップ用光学系に適用可能であること
を特徴とするカップリング光学系である。

【００７０】また、請求項６の光ピックアップ装置は、
少なくとも１つの光源と、前記光源から出射された発散
光の発散角を変換するカップリング光学系と、前記カッ
プリング光学系からの光束を光情報記録媒体の情報記録
媒面に集光する対物レンズ光学系とを備えている光ピッ
クアップ装置において、前記対物レンズ光学系に所定の
波長の光とは所定の波長差だけ異なる波長の光を入射さ
せた際の軸上色収差に対して、前記カップリング光学系
に前記所定の波長差だけ異なる波長の光を入射させて前
記対物レンズ光学系を介した際の軸上色収差を小さくす
る回折面を、前記カップリング光学系の少なくとも１つ
の面に設けたことを特徴とするものである。

【００７１】請求項７の光ピックアップ装置は、前記対
物レンズ光学系が光学面上に回折面を有していないこと
を特徴とするものである。

【００７２】請求項８の光ピックアップ装置は、前記対
物レンズ光学系が１枚の両面非球面レンズからなること
を特徴とするものである。

【００７３】請求項９の光ピックアップ装置は、前記対
物レンズ光学系が２枚のレンズからなり、前記２枚のレ
ンズに少なくとも１面の非球面屈折面が含まれているこ
とを特徴とするものである。

【００７４】請求項１０の光ピックアップ装置は、前記
対物レンズ光学系の光情報記録媒体側の開口数が０．５
８以上であることを特数とするものである。

【００７５】請求項１１の光ピックアップ装置は、前記
対物レンズ光学系の光情報記録媒体側の開口数が０．６
５以上であることを特徴とするものである。

【００７６】請求項１２の光ピックアップ装置は、前記
光源の波長が７００ｎｍ以下であることを特徴とするも
のである。

【００７７】請求項１３の光ピックアップ装置は、前記
光源の波長が６８０ｎｍ以下であることを特徴とするも
のである。

【００７８】請求項１４の光ピックアップ装置は、前記
カップリング光学系が、入射された発散光束を光軸に対
して実質的に平行な平行光束に変換するコリメート光学
系であることを特徴とするものである。

【００７９】請求項１５の光ピックアップ装置は、前記
カップリング光学系が、入射された発散光束を発散角が
より小さな光束に変換することを特徴とするものであ
る。

【００８０】請求項１６の光ピックアップ装置は、前記
カップリング光学系が、入射された発散光束を収束光束
に変換することを特徴とするものである。

【００８１】請求項１７の光ピックアップ装置は、前記
回折面が略同心円状の回折パターンを有しており、前記
回折パターンの最小ピッチΛminが、前記光源の波長を
λとして、２λ＜Λmin＜１００λを満たす値であるこ
とを特徴とするものである。

【００８２】請求項１８の光ピックアップ装置は、前記
光源の波長λが４５０ｎｍ以下であるとともに、前記回
折面が略同心円状の回折パターンを有しており、前記回
折パターンの最小ピッチΛminが、２λ＜Λmin＜３０λ
を満たす値であることを特徴とするものである。

【００８３】また、請求項１９は、請求項６〜１８のい
ずれか１項に記載の光ピックアップ装置に適用可能であ
ることを特徴とする光ピックアップ用光学系である。

【００８４】また、請求項２０は、請求項１９に記載の
光ピックアップ用光学系に適用可能であることを特徴と
するカップリング光学系である。

【００８５】また、請求項２１は、略同心円状の回折パ
ターンをもつ回折面を少なくとも一方の面に有してお
り、前記回折パターンの最小ピッチΛminが４５０ｎｍ
以下の波長λに対して２λ＜Λmin＜３０λを満たす値
であることを特徴とするカップリング光学系用レンズで
ある。

【００８６】請求項２２のカップリング光学系用レンズ
は、略同心円状の回折パターンをもつ回折面を少なくと
も一方の面に有しており、前記回折パターンの最小ピッ
チΛminが０．４μｍ＜Λmin＜１３．５μｍを満たす値
であることを特徴とするものである。

【００８７】請求項２３のカップリング光学系用レンズ
は、回折効率が最大となる波長が４５０ｎｍ以下である
ことを特徴とするものである。

【００８８】請求項２４のカップリング光学系用レンズ
は、波長λが４００ｎｍの光を入射させた際に、焦点距
離ｆが２ｍｍ＜ｆ＜２５ｍｍを満足する値であることを
特徴とするものである。

【００８９】請求項２５のカップリング光学系用レンズ
は、プラスチックから形成されることを特徴とするもの
である。

【００９０】請求項２６のカップリング光学系用レンズ
は、回折面がフォトポリマリゼーション法により形成さ
れていることを特徴とするものである。

【００９１】また、請求項２７は、略同心円状の回折パ
ターンをもつ回折面を少なくとも一方の面に有するレン
ズであって、前記レンズと同じ材料、同じ軸上厚、同じ
焦点距離、および、同じバックフォーカスを有し且つ回
折面をもたない屈折レンズと比較して軸上色収差の絶対
値が大きく且つ符号が反対であることを特徴とするレン
ズである。

【００９２】請求項２８は、請求項２７に記載のレンズ
を有することを特徴とするカップリング光学系である。

【００９３】請求項２９は、請求項６〜１９のいずれか
１項に記載の光ピックアップ装置を搭載しており、音声
および画像の少なくともいずれか一方を記録または再生
することが可能であることを特徴とする記録再生装置で
ある。

【００９４】本発明において、「対物レンズ光学系」と
は、狭義には光情報記録媒体に最も近い位置においてこ
れと対向配置される集光作用を有するレンズ系を指し、
広義には光情報記録媒体に対向する位置に配置され、ア
クチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可
能なレンズ系を指すものとする。

【００９５】また、「カップリング光学系」とは、対物
レンズ光学系とは別体に構成され、光源からの発散光束
が直接的または間接的に入射され、その光束の発散角を
代える作用を有するレンズ系を指し、例えば、光源から
の発散光束を光軸とほぼ平行な平行光束にするいわゆる
コリメート光学系を含むものとする。対物レンズ光学系
および／またはカップリング光学系は単レンズであって
もよく、その場合には、光学系の構成枚数を減らすこと
ができてこれらを安価且つ小型に構成することができ
る。

【００９６】また、回折面とは、光学素子の表面、例え
ばレンズの表面に、レリーフを設けて、回折によって光
束を集光あるいは発散させる作用を持たせる面のことを
いい、同一光学面に回折を生じる領域と生じない領域が
ある場合は、回折を生じる領域をいう。レリーフの形状
としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とす
る略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面で
その断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られて
いるが、そのような形状を含むものである。

【００９７】本発明において、光情報記録媒体として
は、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の
各種ＣＤ、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の
各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の現在の光情報
記録媒体のみならず、次世代の記録媒体なども含まれ
る。多くの光情報記録媒体の情報記録面上には透明基板
が存在する。

【００９８】本発明において、情報の記録および再生と
は、上記のような情報記録媒体の情報記録面上に情報を
記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生す
ることをいう。本発明の光学系は、記録だけ或いは再生
だけを行うために用いられるものであってもよいし、記
録および再生の両方を行うために用いられるものであっ
てもよい。また、或る情報記録媒体に対しては記録を行
い、別の情報記録媒体に対しては再生を行うために用い
られるものであってもよいし、或る情報記録媒体に対し
ては記録または再生を行い、別の情報記録媒体に対して
は記録及び再生を行うために用いられるものであっても
よい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取る
ことを含むものである。

【００９９】また、回折効率は、全回折光に対するそれ
ぞれの次数の回折光の光量の割合を回折面の形状（レリ
ーフの形状）に基づき、また照射する光の波長を所定の
波長に設定したシュミレーションによる計算で求める。

【０１００】本発明の光ピックアップ装置は、例えばＣ
Ｄ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−
ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、Ｄ
ＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＭＤ等の光情報記録媒体に対
してコンパチブルなプレーヤまたはドライブ等、あるい
はそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情
報端末等の音声および／または画像の記録および／また
は再生装置に搭載することができる。

【０１０１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ説明する。

【０１０２】図１は、本発明の一実施の形態に係る光ピ
ックアップ用光学系を含む光ピックアップ装置の構成を
概略的に示す図である。光ピックアップ装置１は、光源
としての半導体レーザ１１と、カップリング光学系とし
ての回折一体型コリメータ１３と、対物レンズ光学系と
しての対物レンズ１５とを有している。

【０１０３】半導体レーザ１１は波長４００ｎｍ程度の
光束を出射する青色レーザである。ただし、半導体レー
ザ１１は、出射光束の波長が７００ｎｍ以下或いは６８
０ｎｍ以下であってもよい。回折一体型コリメータ１３
は、半導体レーザ１１からの発散光束を光軸に対して平
行な平行光束に変換する。なお、回折一体型コリメータ
１３の代わりに、半導体レーザ１１からの発散光束の発
散角をより小さくする光学系や、半導体レーザ１１から
の発散光束を収束光束に変換する光学系を設け、かかる
光学系の少なくとも一面に回折パターンを設けても良
い。

【０１０４】また、回折一体型コリメータ１３の対物レ
ンズ１５側の面には、略同心円状の回折パターンが設け
られている。そして、この回折パターンの最小ピッチΛ
minは、半導体レーザ１１の波長λに対して、２λ＜Λm
in＜１００λ、好ましくは４５０ｎｍ以下の波長λに対
して２λ＜Λmin＜３０λを満足するように形成されて
いる。具体的には、回折パターンの最小ピッチΛmin
は、０．４μｍ＜Λmin＜１３．５μｍを満たすことが
好ましい。また、波長λが４００ｎｍの光を入射させた
際に、回折一体型コリメータ１３の焦点距離ｆは、２ｍ
ｍ＜ｆ＜２５ｍｍであることが好ましい。なお、略同心
円状の回折パターンは、回折一体型コリメータ１３の対
物レンズ１５とは反対側の面に設けられていてもよい。
また、回折一体型コリメータ１３の回折パターンは光学
軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パター
ンが設けられていてもよい。

【０１０５】対物レンズ１５は、回折一体型コリメータ
１３からの光束を光ディスク１６の情報記録面１６″上
に集光するレンズであって、その光学面上に回折面を有
していない。対物レンズ１５は、２枚のレンズから構成
されており、当該２枚のレンズに少なくとも１面の非球
面屈折面が含まれている。対物レンズ１５の光ディスク
１６側の開口数は０．５８以上であることが好ましく、
０．６５以上であることがより好ましい。

【０１０６】半導体レーザ１１から出射された発散光束
は、偏光ビームスプリッタ１２で反射し、回折一体型コ
リメータ１３および１／４波長板１４を透過して円偏光
の平行光束となり、対物レンズ１５によって高密度記録
用光ディスク１６の透明基板１６′を介して情報記録面
１６″上に形成されるスポットとなる。対物レンズ１５
は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフ
ォーカス制御およびトラッキング制御される。本実施の
形態において、対物レンズ１５は２枚またはそれ以上の
組合せレンズを想定しているが、１枚の両面非球面レン
ズを用いてもよい。

【０１０７】情報記録面１６″で情報ピットにより変調
された反射光束は、再び対物レンズ１５、１／４波長板
１４、回折一体型コリメータ１３により収束光束とな
り、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、シリンドリカ
ルレンズ１７および凹レンズ１８を経ることによって非
点収差が与えられるとともに倍率変換がなされ、光検出
器１９に収束する。そして、光検出器１９の出力信号を
用いて光ディスク１６に記録された情報を読み取ること
ができる。

【０１０８】本実施の形態において、回折一体型コリメ
ータ１３は、上述したような略同心円状の回折パターン
が光学面上に設けられていることにより、半導体レーザ
１１の発振波長に対して、対物レンズ１５とは、逆符号
でかつ（１／ｍＴ）²倍の関係を有する軸上色収差を発
生する。そのため、半導体レーザ１１から出射された光
束は、回折一体型コリメータ１３および対物レンズ１５
を経ることによってほとんど軸上色収差なく光ディスク
１６の情報記録面１６″上に集光される。

【０１０９】上述した回折一体型コリメータ１３は、開
口数が小さくて光学面の曲率が比較的小さく且つ対物レ
ンズのように作動距離の確保や軽量化のため薄型化・小
型化の要求が強くない。従って、モールドを使った射出
成形等によってプラスチック製の回折一体型コリメータ
１３を低コストで容易に生産することが可能である。

【０１１０】図１に示したような光ピックアップ装置１
は、例えばＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄ
ｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ
−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＭＤ等の光ディ
スクに対してコンパチブルなプレーヤまたはドライブ
等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、
その他の情報端末等の音声および／または画像の記録お
よび／または再生装置に搭載することができる。

【０１１１】

【実施例】以下、光ピックアップ用光学系の具体的な実
施例について説明する。

【０１１２】実施例１〜５の光ピックアップ用光学系を
構成する各レンズは、次の〔数１〕で表される非球面形
状を光学面に有している。

【０１１３】

【数１】

【０１１４】ただし、Ｚは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂
直方向の軸（光軸からの高さ：光の進行方向を正とす
る）、Ｒ0は近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａは非球面
係数、２ｉは非球面のべき数である。

【０１１５】実施例１〜５の光ピックアップ用光学系を
構成するカップリングレンズの一方の面には、光軸と略
同心円状に鋸刃状の回折パターン（回折輪帯：輪帯状の
回折面）が設けられている。一般に、回折輪帯のピッチ
は、位相差関数若しくは光路差関数を使って定義され
る。具体的には、位相差関数ΦBは単位をラジアンとし
て以下の〔数２〕で表され、光路差関数Φbは単位をｍ
ｍとして〔数３〕で表わされる。尚、実施例１〜５にお
ける回折パターンの輪帯最小ピッチは、それぞれ５．１
μｍ、５．４μｍ、５．９μｍ、３．０μｍ、３．０μ
ｍである。

【０１１６】

【数２】

【０１１７】

【数３】

【０１１８】これら２つの表現方法は、単位が異なる
が、回折輪帯のピッチを表わす意味では同等である。即
ち、主波長λ（単位ｍｍ）に対し、単位をラジアンとし
た位相差関数の係数Ｂに、λ／２πを掛ければ光路差関
数の係数ｂに換算でき、また逆に単位をｍｍとした光路
差関数の係数ｂに、２π／λを掛ければ位相差関数の係
数Ｂに換算できる。

【０１１９】（実施例１）〔表６〕に実施例１の光ピッ
クアップ光学系に関するデータを示す。実施例１では、
対物レンズ光学系としてＦＣＤ１からなる２つのレンズ
を用い、カップリング光学系としてオレフィン系樹脂か
らなる直径４ｍｍのＨＯＥコリメータを用いた。なお、
〔表６〕中、ｉは面番号、ｒｉは曲率半径、ｄｉは面間
隔を示す。

【０１２０】図５に、実施例１の光ピックアップ光学系
の光路図を示す。また、図２は、実施例１の光ピックア
ップ光学系に用いられた対物レンズ光学系単体による波
長４００±１０ｎｍにおける軸上色収差を示すグラフで
あり、波長が短いと焦点がアンダー側になることを示し
ている。図３は、実施例１の光ピックアップ光学系に用
いられたカップリング光学系単体による波長４００±１
０ｎｍにおける軸上色収差および非点収差を示すグラフ
であり、軸上色収差のグラフは波長が長いと焦点がアン
ダー側になることを示している。図４は、実施例１の光
ピックアップ光学系全体による波長４００±１０ｎｍに
おける軸上色収差を示すグラフであり、波長に関わらず
バックフォーカスが移動しないことを示している。

【０１２１】

【表６】

【０１２２】（実施例２）〔表７〕に実施例２の光ピッ
クアップ光学系に関するデータを示す。実施例２では、
実施例１と同様に対物レンズ光学系としてＦＣＤ１から
なる２つのレンズを用い、カップリング光学系としてＢ
Ｋ７からなるコリメータを用いた。

【０１２３】図８に、実施例２の光ピックアップ光学系
の光路図を示す。また、図６はに、実施例２の光ピック
アップ光学系に用いられたカップリング光学系単体によ
る波長４００±１０ｎｍにおける軸上色収差および非点
収差を示すグラフであり、軸上色収差のグラフは波長が
長いと焦点がアンダー側になることを示している。図７
は、実施例２の光ピックアップ光学系全体による波長４
００±１０ｎｍにおける軸上色収差を示すグラフであ
り、波長に関わらずバックフォーカスが移動しないこと
を示している。なお、対物レンズ光学系については、図
２と同様なので図示を省略した。

【０１２４】

【表７】

【０１２５】（実施例３）〔表８〕に実施例３の光ピッ
クアップ光学系に関するデータを示す。実施例３では、
実施例１と同様に対物レンズ光学系としてＦＣＤ１から
なる２つのレンズを用い、カップリング光学系として非
球面レンズＢＫ７の表面にポレオレフィン系樹脂を貼付
した、すなわち２Ｐ法（フォトポリマリゼーション法）
で作成されたコリメータを用いた。

【０１２６】図１１に、実施例３の光ピックアップ光学
系の光路図を示す。また、図９は、実施例３の光ピック
アップ光学系に用いられたカップリング光学系単体によ
る波長４００±１０ｎｍにおける軸上色収差および非点
収差を示すグラフであり、軸上色収差のグラフは波長が
長いと焦点がアンダー側になることを示している。図１
０は、実施例３の光ピックアップ光学系全体による波長
４００±１０ｎｍにおける軸上色収差を示すグラフであ
り、波長に関わらずバックフォーカスが移動しないこと
を示している。なお、対物レンズ光学系については、図
２と同様なので図示を省略した。

【０１２７】

【表８】

【０１２８】（実施例４）〔表９〕に実施例４の光ピッ
クアップ光学系に関するデータを示す。実施例４では、
対物レンズ光学系としてＭＮＢＦＤ８２からなる１つの
両面非球面レンズを用い、カップリング光学系としてオ
レフィン系樹脂からなる直径４ｍｍのコリメータを用い
た。

【０１２９】図１５に、実施例４の光ピックアップ光学
系の光路図を示す。また、図１２は、実施例４の光ピッ
クアップ光学系に用いられた対物レンズ光学系単体によ
る波長４００±１０ｎｍにおける軸上色収差を示すグラ
フであり、波長が短いと焦点がアンダー側になることを
示している。図１３は、実施例４の光ピックアップ光学
系に用いられたカップリング光学系による波長４００±
１０ｎｍにおける軸上色収差および非点収差を示すグラ
フであり、軸上色収差のグラフは波長が長いと焦点がア
ンダー側になることを示している。図１５は、実施例４
の光ピックアップ光学系全体による波長４００±１０ｎ
ｍにおける軸上色収差を示すグラフであり、波長に関わ
らずバックフォーカスが移動しないことを示している。

【０１３０】

【表９】

【０１３１】（実施例５）〔表１０〕に実施例５の光ピ
ックアップ光学系に関するデータを示す。実施例５で
は、実施例４と同様に対物レンズ光学系としてＭＮＢＦ
Ｄ８２からなる１つの両面非球面レンズを用い、カップ
リング光学系としてオレフィン系樹脂からなる直径４ｍ
ｍのコリメータを用いた。

【０１３２】図１８に、実施例５の光ピックアップ光学
系の光路図を示す。また、図１６は、実施例５の光ピッ
クアップ光学系に用いられたカップリング光学系単体に
よる波長４００±１０ｎｍにおける軸上色収差および非
点収差を示すグラフであり、軸上色収差のグラフは波長
が長いと焦点がアンダー側になることを示している。図
１７は、実施例５の光ピックアップ光学系全体による波
長４００±１０ｎｍにおける軸上色収差を示すグラフで
あり、波長に関わらずバックフォーカスが移動しないこ
とを示している。なお、対物レンズ光学系については、
図１２と同様なので図示を省略した。

【０１３３】

【表１０】

【０１３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
単色性が悪い光源或いは波長が急激に変動する光源が用
いられた場合であっても、比較的簡単な構成で軸上色収
差を補正することができしかも低コストで製造可能な光
ピックアップ用光学系、これを備えた光ピックアップ装
置、および、これを備えた記録再生装置を得ることがで
きる。また、光情報記録媒体側の開口数が大きいために
球面収差の補正、正弦条件の補正および小型化、薄型
化、軽量化、低コスト化の目的で軸上色収差が残留した
対物レンズとともに使用された場合に軸上色収差を補正
することができるカップリング光学系およびカップリン
グ光学系用レンズを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る光ピックアップ用
光学系を含む光ピックアップ装置の構成を概略的に示す
図である。

【図２】本発明の実施例１の光ピックアップ光学系に用
いられた対物レンズ光学系による軸上色収差を示すグラ
フである。

【図３】本発明の実施例１の光ピックアップ光学系に用
いられたカップリング光学系による軸上色収差および非
点収差を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例１の光ピックアップ光学系全体
による軸上色収差を示すグラフである。

【図５】本発明の実施例１の光ピックアップ光学系によ
る光路図である。

【図６】本発明の実施例２の光ピックアップ光学系に用
いられたカップリング光学系による軸上色収差および非
点収差を示すグラフである。

【図７】本発明の実施例２の光ピックアップ光学系全体
による軸上色収差を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例２の光ピックアップ光学系によ
る光路図である。

【図９】本発明の実施例３の光ピックアップ光学系に用
いられたカップリング光学系による軸上色収差および非
点収差を示すグラフである。

【図１０】本発明の実施例３の光ピックアップ光学系全
体による軸上色収差を示すグラフである。

【図１１】本発明の実施例３の光ピックアップ光学系に
よる光路図である。

【図１２】本発明の実施例４の光ピックアップ光学系に
用いられた対物レンズ光学系による軸上色収差を示すグ
ラフである。

【図１３】本発明の実施例４の光ピックアップ光学系に
用いられたカップリング光学系による軸上色収差および
非点収差を示すグラフである。

【図１４】本発明の実施例４の光ピックアップ光学系全
体による軸上色収差を示すグラフである。

【図１５】本発明の実施例４の光ピックアップ光学系に
よる光路図である。

【図１６】本発明の実施例５の光ピックアップ光学系に
用いられたカップリング光学系による軸上色収差および
非点収差を示すグラフである。

【図１７】本発明の実施例５の光ピックアップ光学系全
体による軸上色収差を示すグラフである。

【図１８】本発明の実施例５の光ピックアップ光学系に
よる光路図である。

【符号の説明】

１ 光ピックアップ装置 ２ アクチュエータ １１ 半導体レーザ１１ １２ 偏光ビームスプリッタ １３ 回折一体型コリメータ １４ １／４波長板 １５ 対物レンズ １６ 光ディスク １６′ 透明基板 １６″ 情報記録面 １７ シリンドリカルレンズ １８ 凹レンズ １９ 光検出器

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA13 PA02 PA03 PA17 PB02 PB03 QA02 QA07 QA14 QA21 QA25 QA34 QA41 QA45 RA05 RA12 RA13 RA32 RA46 5D119 AA40 AA41 BA01 CA16 EC01 EC03 FA05 JA02 JA03 JA44 JB02

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光の発散角を変換するカップリング
   光学系と、前記カップリング光学系からの光束を集光す
   る対物レンズ光学系とを備えている光ピックアップ用光
   学系において、 前記対物レンズ光学系に所定の波長の光とは所定の波長
   差だけ異なる波長の光を入射させた際の軸上色収差に対
   して、前記カップリング光学系に前記所定の波長差だけ
   異なる波長の光を入射させて前記対物レンズ光学系を介
   した際の軸上色収差を小さくする回折面を、前記カップ
   リング光学系の少なくとも１つの面に設けたことを特徴
   とする光ピックアップ用光学系。
2. 【請求項２】 前記対物レンズ光学系が光学面上に回折
   面を有していないことを特徴とする講求項１に記載の光
   ピックアップ用光学系。
3. 【請求項３】 前記対物レンズ光学系が１枚の両面非球
   面レンズからなることを特徴とする請求項１または２に
   記載の光ピックアップ用光学系。
4. 【請求項４】 前記対物レンズ光学系が２枚のレンズか
   らなり、前記２枚のレンズに少なくとも１面の非球面屈
   折面が含まれていることを特徴とする請求項１または２
   に記載の光ピックアップ用光学系。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光
   ピックアップ用光学系に適用可能であることを特徴とす
   るカップリング光学系。
6. 【請求項６】 少なくとも１つの光源と、前記光源から
   出射された発散光の発散角を変換するカップリング光学
   系と、前記カップリング光学系からの光束を光情報記録
   媒体の情報記録媒面に集光する対物レンズ光学系とを備
   えている光ピックアップ装置において、 前記対物レンズ光学系に所定の波長の光とは所定の波長
   差だけ異なる波長の光を入射させた際の軸上色収差に対
   して、前記カップリング光学系に前記所定の波長差だけ
   異なる波長の光を入射させて前記対物レンズ光学系を介
   した際の軸上色収差を小さくする回折面を、前記カップ
   リング光学系の少なくとも１つの面に設けたことを特徴
   とする光ピックアップ装置。
7. 【請求項７】 前記対物レンズ光学系が光学面上に回折
   面を有していないことを特徴とする講求項６に記載の光
   ピックアップ装置。
8. 【請求項８】 前記対物レンズ光学系が１枚の両面非球
   面レンズからなることを特徴とする請求項６または７に
   記載の光ピックアップ装置。
9. 【請求項９】 前記対物レンズ光学系が２枚のレンズか
   らなり、前記２枚のレンズに少なくとも１面の非球面屈
   折面が含まれていることを特徴とする請求項６または７
   に記載の光ピックアップ装置。
10. 【請求項１０】 前記対物レンズ光学系の光情報記録媒
    体側の開口数が０．５８以上であることを特数とする請
    求項８に記載の光ピックアップ装置。
11. 【請求項１１】 前記対物レンズ光学系の光情報記録媒
    体側の開口数が０．６５以上であることを特徴とする請
    求項９に記載の光ピックアップ装置。
12. 【請求項１２】 前記光源の波長が７００ｎｍ以下であ
    ることを特徴とする請求項８または１０に記載の光ピッ
    クアップ装置。
13. 【請求項１３】 前記光源の波長が６８０ｎｍ以下であ
    ることを特徴とする請求項９または１１に記載の光ピッ
    クアップ装置。
14. 【請求項１４】 前記カップリング光学系が、入射され
    た発散光束を光軸に対して実質的に平行な平行光束に変
    換するコリメート光学系であることを特徴とする請求項
    ６〜１３のいずれか１項に配載の光ピックアップ装置。
15. 【請求項１５】 前記カップリング光学系が、入射され
    た発散光束を発散角がより小さな光束に変換することを
    特徴とする請求項６〜１３のいずれか１項に記載の光ピ
    ックアップ装置。
16. 【請求項１６】 前記カップリング光学系が、入射され
    た発散光束を収束光束に変換することを特徴とする請求
    項６〜１３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装
    置。
17. 【請求項１７】 前記回折面が略同心円状の回折パター
    ンを有しており、前記回折パターンの最小ピッチΛmin
    が、前記光源の波長をλとして、２λ＜Λmin＜１００
    λを満たす値であることを特徴とする請求項６〜１６に
    記載の光ピックアップ装置。
18. 【請求項１８】 前記光源の波長λが４５０ｎｍ以下で
    あるとともに、前記回折面が略同心円状の回折パターン
    を有しており、前記回折パターンの最小ピッチΛmin
    が、２λ＜Λmin＜３０λを満たす値であることを特徴
    とする請求項６〜１６に記載の光ピックアップ装置。
19. 【請求項１９】 請求項６〜１８のいずれか１項に記載
    の光ピックアップ装置に適用可能であることを特徴とす
    る光ピックアップ用光学系。
20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の光ピックアップ用
    光学系に適用可能であることを特徴とするカップリング
    光学系。
21. 【請求項２１】 略同心円状の回折パターンをもつ回折
    面を少なくとも一方の面に有しており、前記回折パター
    ンの最小ピッチΛminが４５０ｎｍ以下の波長λに対し
    て２λ＜Λmin＜３０λを満たす値であることを特徴と
    するカップリング光学系用レンズ。
22. 【請求項２２】 略同心円状の回折パターンをもつ回折
    面を少なくとも一方の面に有しており、前記回折パター
    ンの最小ピッチΛminが０．４μｍ＜Λmin＜１３．５μ
    ｍを満たす値であることを特徴とするカップリング光学
    系用レンズ。
23. 【請求項２３】 回折効率が最大となる波長が４５０ｎ
    ｍ以下であることを特徴とする請求項２２に記載のカッ
    プリング光学系用レンズ。
24. 【請求項２４】 波長λが４００ｎｍの光を入射させた
    際に、焦点距離ｆが２ｍｍ＜ｆ＜２５ｍｍを満足する値
    であることを特徴とする請求項２２または２３に記載の
    カップリング光学系用レンズ。
25. 【請求項２５】 プラスチックから形成されることを特
    徴とする請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のカッ
    プリング光学系用レンズ。
26. 【請求項２６】 回折面がフォトポリマリゼーション法
    により形成されていることを特徴とする請求項２１〜２
    ５のいずれか１項に記載のカップリング光学系用レン
    ズ。
27. 【請求項２７】 略同心円状の回折パターンをもつ回折
    面を少なくとも一方の面に有するレンズであって、前記
    レンズと同じ材料、同じ軸上厚、同じ焦点距離、およ
    び、同じバックフォーカスを有し且つ回折面をもたない
    屈折レンズと比較して軸上色収差の絶対値が大きく且つ
    符号が反対であることを特徴とするレンズ。
28. 【請求項２８】 請求項２７に記載のレンズを有するこ
    とを特徴とするカップリング光学系。
29. 【請求項２９】 請求項６〜１９のいずれか１項に記載
    の光ピックアップ装置を搭載しており、音声および画像
    の少なくともいずれか一方を記録または再生することが
    可能であることを特徴とする記録再生装置。