JP2002251766A - 対物レンズ、集光光学系、光ピックアップ装置及び記録・再生装置 - Google Patents

対物レンズ、集光光学系、光ピックアップ装置及び記録・再生装置

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JP2002251766A
JP2002251766A JP2001048392A JP2001048392A JP2002251766A JP 2002251766 A JP2002251766 A JP 2002251766A JP 2001048392 A JP2001048392 A JP 2001048392A JP 2001048392 A JP2001048392 A JP 2001048392A JP 2002251766 A JP2002251766 A JP 2002251766A
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lens
optical
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JP2001048392A
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Toru Kimura
徹 木村
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Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ２枚の正レンズからなり高ＮＡ、小径で、ワ
ーキングディスタンスが大きく、レーザ光源のモードホ
ップ現象等に起因する軸上色収差が効果的に補正された
光情報記録媒体の情報の記録・再生用の対物レンズを提
供する。 【解決手段】 この対物レンズは、光源側から順に配置
される正屈折力の第１レンズと正屈折力の第２レンズと
からなり、少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有
し、次式を満たす。ＮＡ≧０．７０、０．０５＜ＷＤ／
ＥＮＰ＜０．２５（ＮＡ：光情報記録媒体に記録・再生
を行うのに必要な所定の像側開口数、ＷＤ：前記対物レ
ンズのワーキングディスタンス、ＥＮＰ：前記対物レン
ズの入射瞳径）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対物レンズ、集光
光学系、光ピックアップ装置及び記録・再生装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、短波長赤色半導体レーザの実用化
に伴い、従来の光ディスク（光情報記録媒体ともいう）
である、ＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさ
で大容量化させた高密度の光ディスクであるＤＶＤ（デ
ジタルパーサタイルディスク）が開発・製品化されてい
るが、近い将来には、より高密度な次世代の光ディスク
が登場することが予想される。このような次世代の光デ
ィスクを媒体とした光情報記録再生装置の光学系では、
記録信号の高密度化を図るため、或いは高密度記録信号
を再生するため、対物レンズを介して情報記録面上に集
光するスポットの径を小さくすることが要求される。そ
のためには、光源であるレーザの短波長化や対物レンズ
の高開口数化が必要となる。短波長レーザ光源としてそ
の実用化が期待されているのは、発振波長４００ｎｍ程
度の青紫色半導体レーザである。
【０００３】ところで、レーザ光源の短波長化や対物レ
ンズの高開口数化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤのご
とき従来の光ディスクに対して情報の記録または再生を
行うような、比較的長波長のレーザ光源と低開口数の対
物レンズとの組み合わせからなる光ピックアップ装置で
は、ほとんど無視できた問題でも顕在化されることが予
想される。
【０００４】その１つがレーザ光源の微少な発振波長の
変動により対物レンズで生じる軸上色収差の問題であ
る。光ピックアップ装置において光源として用いられる
半導体レーザから出射される光束の波長は一般に単色で
あるので、対物レンズでは軸上色収差は発生しないと思
われているが、出力の変化により瞬時的に波長が数ｎｍ
ほど変化するモードホップ現象を起こす場合がある。対
物レンズの軸上色収差が補正されていない場合には、モ
ードホップ現象によって集光位置が変化し情報の記録お
よび／または再生に誤りが生じる可能性がある。光源の
波長が短くなるに従い集光位置の変化量が大きくなるの
で、光ピックアップ装置の光源として発振波長５００ｎ
ｍ以下の短波長半導体レーザ、特に発振波長４００ｎｍ
程度の青紫色半導体レーザを用いた場合は対物レンズで
発生する軸上色収差の補正が必要となる。
【０００５】ところで、ＮＡ０．７以上の高ＮＡの対物
レンズとして、２枚の正レンズで構成することにより屈
折力を４つの面に分配して各面の曲率を大きくすること
で金型加工時やレンズ成形時の誤差感度を緩和したレン
ズが提案されている。しかし、このようにＮＡが大き
く、かつ小径の対物レンズを２枚の正レンズで構成する
とワーキングディスタンスが小さくなりがちであるの
で、光情報記録媒体のそりによって対物レンズが光情報
記録媒体と接触する可能性が大きいという問題がある。
【０００６】また、プラスチックレンズはガラスレンズ
と比較して温度変化による屈折率や形状変化が大きいの
で、それによる性能劣化が問題となりやすい。この性能
劣化、すなわち球面収差の増大は高ＮＡになるほど大き
いので（一般にＮＡの４乗に比例して増大する）、ＮＡ
０．７０以上のプラスチック材料から形成された対物レ
ンズでは３０℃程度の温度変化があると、情報の記録お
よび／または再生に支障をきたす可能性がある。
【０００７】さらに、レーザ光源の短波長化と対物レン
ズの高開口数化において顕在化する別の問題は、光源の
微少な発振波長変動によって対物レンズで発生する球面
収差の変動である。光ピックアップ装置において光源と
して用いられる半導体レ−ザはその発振波長に±１０ｎ
ｍほどの個体間のばらつきがある。基準波長からずれた
発振波長をもつ半導体レーザを光源に用いた場合、対物
レンズで発生する球面収差は開口数が大きくなるほど大
きくなるので、基準波長からずれた発振波長をもつ半導
体レーザは使用できなくなり、光源として使用する半導
体レーザの選別が必要となる。
【０００８】さらに、レーザ光源の短波長化と対物レン
ズの高開口数化において顕在化する別の問題は、光ディ
スクの保護層（透明基板ともいう）の厚み誤差に起因す
る光学系の球面収差の変動である。保護層の厚み誤差に
より生じる球面収差は、対物レンズの開口数の４乗に比
例して発生するので対物レンズの開口数が大きくなるに
つれて保護層の厚み誤差の影響が大きくなり、安定した
情報の記録または再生が出来なくなる恐れがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、２枚の正レ
ンズからなる高ＮＡの対物レンズであっても、小径でか
つワーキングディスタンスが大きく、かつレーザ光源の
モードホップ現象等に起因して発生する軸上色収差が効
果的に補正された光情報記録媒体の情報の記録および／
または再生用の対物レンズを提供することを目的とす
る。
【００１０】また、プラスチック材料から形成された高
ＮＡの対物レンズであっても、利用可能な温度範囲が大
きく、かつレーザ光源のモードホップ現象等に起因して
発生する軸上色収差が効果的に補正された光情報記録媒
体の情報の記録および／または再生用の２枚の正レンズ
からなる対物レンズを提供することを目的とする。
【００１１】また、レーザ光源の発振波長変化、温度・
湿度変化、光情報記録媒体の透明基板の厚みの誤差等に
起因して光ピックアップ装置の各光学面で発生する球面
収差の変動を簡易な構成で効果的に補正できる集光光学
系、光ピックアップ装置及び記録・再生装置を提供する
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による対物レンズは、光情報記録媒体の情報
の記録および／または再生用の対物レンズであって、光
源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈折
力の第２レンズとからなり、少なくとも１つの面に輪帯
状の回折構造を有し、次式（１）、（２）を満たすこと
を特徴とする。
【００１３】 ＮＡ≧０．７０ （１）
【００１４】 ０．０５＜ＷＤ／ＥＮＰ＜０．２５ （２） ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再
生を行うのに必要な所定の像側開口数 ＷＤ：前記対物レンズのワーキングディスタンス（ｍ
ｍ） ＥＮＰ：前記対物レンズの入射瞳径（ｍｍ）
【００１５】この対物レンズのようにレンズを２枚の正
レンズで構成すると、光線に対する屈折力を４つの面に
分配できるので、各屈折面での収差の発生量が小さく、
高ＮＡの光束においても球面収差をはじめとする諸収差
を良好に補正することができ、かつ各屈折面の偏心など
誤差による諸収差の劣化が少なく製造しやすい対物レン
ズとすることができる。
【００１６】また、光情報記録媒体に記録および／また
は再生を行うのに必要な所定の対物レンズの像側開口数
（ＮＡ）を０．７０以上に高めることで（従来の光情報
記録媒体、例えばＣＤでは０．４５、ＤＶＤでは０．６
０である）、情報記録面上に集光するスポットのサイズ
を小さくできるので、従来の光情報記録媒体よりも高密
度に記録および／または高密度記録された情報の再生が
光情報記録媒体に対して可能となる。しかしながら、Ｎ
Ａの大きい対物レンズを２枚の正レンズで構成するとワ
ーキングディスタンスが小さくなりがちであるので、光
情報記録媒体のそりによって対物レンズが光情報記録媒
体と接触する可能性が大きいという問題が発生する。ワ
ーキングディスタンスを大きく確保するには、対物レン
ズの焦点距離を大きくする、すなわち、対物レンズの入
射瞳径を大きくすることが有効であるが、この場合、光
ピックアップ装置が大型化してしまうので、実用上好ま
しくない。ピックアップ装置の小型化とワーキングディ
スタンスの確保を両立するには（２）式を満たすことが
好ましい。（２）式の上限を越えないようにすると、第
２レンズのパワーが強くなりすぎないので、第２レンズ
の製造誤差感度や、第１レンズと第２レンズの光軸ずれ
による収差劣化を小さく抑えることができ、製造しやす
いレンズとすることができる。さらに、正弦条件が良好
に補正されたレンズとすることができる。（２）式の下
限を超えないようにすると、小径であっても、ワーキン
グディスタンスを大きく確保することができるので、光
情報記録媒体のそりによる対物レンズと光情報記録媒体
との接触を防ぐことができ、光ピックアップ装置を小型
化することができる。
【００１７】また、本発明による別の対物レンズは、光
情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物
レンズであって、光源側から順に配置される正屈折力の
第１レンズと正屈折力の第２レンズとからなり、前記第
１レンズおよび前記第２レンズはそれぞれプラスチック
材料から形成され、少なくとも１つの面に輪帯状の回折
構造を有し、次式（３）を満たすことを特徴とする。
【００１８】 ０．０５＜ＷＤ／ＥＮＰ＜０．１５ （３） ただし、ＷＤ：前記対物レンズのワーキングディスタン
ス（ｍｍ） ＥＮＰ：前記対物レンズの入射瞳径（ｍｍ）
【００１９】この対物レンズのように、各レンズをプラ
スチック材料から形成すると、レンズの体積が大きい２
枚のレンズで構成された高ＮＡの対物レンズであっても
軽量であるので、フォーカシング用のアクチュエータへ
の負担の軽減、高速な追従、小型のアクチュエータでの
駆動等が可能であり、かつ、射出成形などより大量生産
が安価に可能となる。
【００２０】また、一般的なプラスチック光学材料のア
ッべ数は５５前後であり、アッべ数が特異な値を持たな
いが、輪帯状の回折構造を設けることで回折レンズとし
ての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用を適切に組
み合わせることにより軸上色収差を良好に補正できる。
特に、波長の短い光源で波長の微少変化に対して光学材
料の屈折率が大きく変化しても軸上色収差を十分に補正
できるので光源のモードホップ現象など瞬間的な波長変
化が起こっても集光スポットが大きくなることがない。
【００２１】また、プラスチックレンズはガラスレンズ
と比較して温度変化による屈折率や形状変化が大きいの
で、それによる性能劣化が問題となりやすい。この性能
劣化、すなわち球面収差の増大は、ＮＡの４乗に比例し
て大きくなるので、高ＮＡになるほど問題となる。一般
にプラスチックレンズの温度変化に対する屈折率の変化
は−１０×１０−５／℃程度である。高ＮＡの対物レン
ズをプラスチック材料から形成された２枚のレンズで構
成する場合、対物レンズの入射瞳径に対してワーキング
ディスタンスが小さいと、温度上昇時には補正不足方向
の３次球面収差が発生し、温度下降時には補正過剰方向
の３次球面収差が発生する。これに対し、対物レンズの
入射瞳径に対してワーキングディスタンスを大きくして
いくと、温度変化時に上述の３次球面収差とは逆極性の
５次以上の高次球面収差を発生させることができる。こ
のとき、対物レンズの入射瞳径とワーキングディスタン
スが（３）式を満たすことにより、３次球面収差の発生
量と、逆極性の高次球面収差の発生量とのバランスを良
好にとることが可能となり、プラスチック材料から形成
された高ＮＡの対物レンズであっても、温度変化時にお
ける波面収差の劣化の少ない対物レンズとすることがで
きる。（３）式の下限以上で温度上昇時のマージナル光
線の球面収差が補正不足になり過ぎず、上限以下で温度
上昇時のマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過
ぎない。また、（３）式の下限以上で温度下降時のマー
ジナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以
下で温度下降時のマージナル光線の球面収差が補正不足
になり過ぎない。
【００２２】また、本発明による更に別の対物レンズ
は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用
の対物レンズであって、光源側から順に配置される正屈
折力の第１レンズと正屈折力の第２レンズとからなり、
少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、次式
（４）を満たすことを特徴とする。
【００２３】 ０．０５≦ＰＤ／ＰＴ≦０．２０ （４） ただし、ＰＤ：前記第ｉ面に形成された回折構造を Φｂ＝ｂ２ｉｈ２＋ｂ４ｉｈ４＋ｂ６ｉｈ６＋ ・・・・・ （ Ａ） により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｈ
は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ
６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光
路差関数係数である）、ＰＤ＝Σ（−２・ｂ２ｉ）によ
り定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ−１） ＰＴ：屈折レンズと回折構造とを合わせた対物レンズ全
系のパワー（ｍｍ−１）
【００２４】この対物レンズのように、回折構造のみの
パワーと対物レンズ全系のパワーが（４）式を満たすよ
うに対物レンズの回折構造を決定することで、対物レン
ズで発生する軸上色収差を良好に補正することができ
る。（４）式の下限以上で光情報記録媒体の情報記録面
上にスポットを結んだときの波面の軸上色収差が補正不
足になり過ぎず、上限以下で光情報記録媒体の情報記録
画上にスポットを結んだときの波面の軸上色収差が補正
過剰になり過ぎない。
【００２５】また、本発明による更に別の対物レンズ
は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用
の対物レンズであって、光源側から順に配置される正屈
折力の第１レンズと正屈折力の第２レンズとからなり、
少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、回折レ
ンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用と
をあわせた場合、光源の波長が長波長側にシフトした際
にバックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸
上色収差特性を有し、次式（５）を満たすことを特徴と
する。
【００２６】 −１＜△ＣＡ／△ＳＡ＜０ （５） ただし、△ＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化
量（ｍｍ） △ＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差
の変化量（ｍｍ）
【００２７】この対物レンズのように、回折レンズとし
ての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用とを合わせ
た場合、光源の波長が長波長側にシフトした場合に、バ
ックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色
収差特性を有し、（５）式を満たすことが好ましい。回
折作用により、対物レンズの軸上色収差をほぼ完全補正
し、かつ長・短波長側の球面収差カーブを基準波長の球
面収差カーブと平行になるように補正すると（以下、色
収差完全補正型とよぶ）、レーザ光源のモードホップ現
象や高周波重畳時の波面収差の劣化の小さい対物レンズ
とすることができる。ところが、色収差完全補正型とし
た回折型対物レンズでは、回折輪帯の間隔が小さくなり
がちであるので、輪帯構造の形状誤差による影響が大き
く現れ、十分な回折効率が得られないという問題があ
る。そこで、本発明者は、前述の問題を解決するため
に、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差
の劣化を小さく抑えてもなお回折輪帯の間隔が小さくな
り過ぎない回折型対物レンズを提案する。すなわち、長
・短波長側の球面収差は補正せずに、対物レンズの軸上
色収差を補正過剰として基準波長の球面収差カーブと長
・短波長側の球面収差カーブを交差させることで（以
下、色収差過剰補正型とよぶ）、光源の波長がシフトし
た際の最適書き込み位置の移動を小さく抑えることが可
能となり、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波
面収差の劣化の小さい対物レンズとすることができ、さ
らに、これにより色収差過剰補正型の対物レンズよりも
回折輪帯間隔を大きくすることができる。
【００２８】また、本発明による更に別の対物レンズ
は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用
の対物レンズであって、光源側から順に配置される正屈
折力の第１レンズと正屈折力の第２レンズとからなり、
少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、次式
（６）を満たすことを特徴とする。
【００２９】 １．０≦（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）≦６．０ （６） ただし、ｒｉ：各面の近軸曲率半径（ｍｍ）（ｉ＝１ま
たは２）
【００３０】この対物レンズのように、（６）式の上限
を超えないようにすると第１レンズのメニスカスの度合
いが大きくなりすぎることがなく、第１レンズの第１面
と第２面との問の軸ずれによる収差劣化が大きくなりす
ぎない。下限を超えないようにすると球面収差の補正が
不足しない。
【００３１】また、本発明による更に別の対物レンズ
は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用
の対物レンズであって、光源側から順に配置される正屈
折力の第１レンズと正屈折力の第２レンズとからなり、
第２面を含む少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を
有し、次式（７）を満たすことを特徴とする。
【００３２】 １．０＜（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２−ｒ１） （７） ただし，rｉ：各面の近軸曲率半径（ｍｍ）（ｉ＝1また
は２）
【００３３】２枚の正レンズで構成された高ＮＡの対物
レンズでは、第１レンズが（１）式を満たす形状、即
ち、メニスカス形状を有する場合、第２面に対するマー
ジナル光線の入射角が小さくなる傾向がある。この傾向
は、ワーキングディスタンス（ＷＤ）の入射瞳径（ＥＮ
Ｐ）に対する比（ＷＤ／ＥＮＰ）の値が０．０５より大
きくなると特に顕著になる。そのため、第２面での反射
光が、光ピックアップ装置の光検出器の受光面上にスポ
ットを結ぶことに起因する光検出器による不要光の検出
を防ぐため２枚の正レンズで構成された高ＮＡの対物レ
ンズにおいて、第１レンズがメニスカス形状を有する場
合は第２面に対するマージナル光線の入射角が小さくな
り過ぎないように制御する必要があった。本対物レンズ
のように、メニスカス形状を有する第１レンズを有する
２枚構成の高ＮＡ対物レンズに回折構造を設ける場合、
第２面に回折構造を設けると、以下に述べる理由により
球面収差およびコマ収差をより精緻に補正することがで
きる。透過光に対してｎ次回折光の強度が最大となるよ
うに光軸方向の段差が最適化された輪帯回折構造で発生
する反射回折光のうち、最大の強度を有するのはｍ（≠
ｎ）次回折光であるので、回折構造が設けられた第２面
に入射するマージナル光線の入射角と第２面で発生する
上記ｍ次回折光の反射角は必ず異なる値となり、反射光
が光検出器の受光面上にスポットを結ばない。その結
果、第２面に対するマージナル光線の入射角を自由に選
択することができるようになり、より精緻に球面収差お
よびコマ収差が補正された高性能な対物レンズとするこ
とができる。
【００３４】また、本発明による更に別の対物レンズ
は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用
の対物レンズであって、光源側から順に配置される正屈
折力の第１レンズと正屈折力の第２レンズとからなり、
少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、使用波
長が５００ｎｍ以下であり、前記使用波長領域で厚さが
３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である材料から
形成されていることを特徴とする。
【００３５】この対物レンズのように、使用波長を５０
０ｎｍ以下とすることで、情報記録面上に集光するスポ
ットのサイズを小さくできるので、従来の光情報記録媒
体より高密度に記録および／または高密度記録された情
報の再生が光情報記録媒体に対して可能となる。また、
本発明の対物レンズは光源の発振波長の光に対して、厚
さ３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である光学材
料から形成されることが好ましい。５００ｎｍ以下、特
に４００ｎｍ程度の発振波長をもつ短波長光源を用いた
場合は光学材料の光の吸収による透過率の低下が問題と
なるが、対物レンズを上記のような内部透過率をもつ材
料から形成することで記録時に光源の出力を大きくしな
くてもすみ、また再生時の読み出し信号のＳ／Ｎ比をよ
くすることができる。
【００３６】また、上述の各対物レンズにおいて、第１
面から第３面のうち、少なくとも２つの面が非球面であ
ることが好ましい。このように、全部で４面の光学面の
うち、第１画から第３面までの少なくとも２つの面を非
球面とすると、球面収差の他にさらにコマ収差、非点収
差を良好に補正することができる。このとき、少なくと
も第１面と第３面の２つの面を非球面とするとより精緻
に収差補正ができるので好ましい。さらに、第２面も非
球面とすることで、第１レンズと第２レンズの光軸のず
れにより発生する収差を小さく抑えることができるので
より好ましい。また、対物レンズがプラスチック製であ
れば屈折面を非球面とすることは容易であり、製造コス
トが増加することはない。なお、本明細書では、レンズ
面を光源側から第１面とする。
【００３７】また、上述の各対物レンズにおいて、次式
（８）を満たすことが好ましい。
【００３８】 ＮＡ≧０．７０ （８）
【００３９】また、上述の各対物レンズにおいて、２つ
以上の面に輪帯状の回折構造を形成することが好まし
い。このように、２つ以上の面を回折面とし、回折パワ
ーを２つ以上の面に分配することで、各面に設けられた
回折輪帯の間隔を大きくすることができるので、製造し
やすく、それでいて回折効率の良い対物レンズとするこ
とができる。
【００４０】また、上述の各対物レンズにおいて、前記
第１レンズおよび前記第２レンズはそれぞれプラスチッ
ク材料から形成されることが好ましい。このように、各
レンズをプラスチック材料から形成すると、レンズの体
積が大きい２枚のレンズで構成された高ＮＡの対物レン
ズであっても軽量であるので、フォーカシング用のアク
チュエータへの負担の軽減、高速な追従、小型のアクチ
ュエータでの駆動等が可能であり、かつ、射出成形など
より大量生産が安価に可能となる。
【００４１】また、上述の各対物レンズにおいて、次式
（９）を満たすことが好ましい。このように、アッベ数
が（９）式を満たすような特異な値を持たない一般的な
光学材料で上述のレンズを形成した場合でも、回折構造
を有することで軸上色収差を良好に補正することができ
るので、光学材料の選択の幅を広げることができ、材料
費のコストダウンを図れる。
【００４２】 νｄｉ≦６５．０ （９） ただし、νｄｉ：第ｉレンズのｄ線のアッベ数（ｉ＝１
または２）
【００４３】また、上述の各対物レンズにおいて、基準
波長をλ（ｍｍ）、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆ
（ｍｍ）、前記第ｉ面に形成された回折構造で発生する
回折光のうち最大の回折光量をもつ回折光の次数をｎ
ｉ、前記第ｉ面の有効径内の回折構造の輪帯数をＭｉ、
第ｉ面の有効径内の回折構造の輪帯間隔の最小値をＰｉ
（ｍｍ）としたとき、次式（１０）を満たすことが好ま
しい。このように、（１０）式を満たすように対物レン
ズの回折構造を決定することで、対物レンズで発生する
軸上色収差を良好に補正することができる。（１０）式
の下限以上で光情報記録媒体の情報記録面上にスポット
を結んだときの波面の軸上色収差が補正不足になり過ぎ
ず、上限以下で光情報記録媒体の情報記録面上にスポッ
トを結んだときの波面の軸上色収差が補正過剰になり過
ぎない。
【００４４】 ０．０４≦ｆ・λ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ２））≦０．６０ （１０）
【００４５】また、上述の各対物レンズにおいて、次式
（１１）を満たすことが好ましい。このように、回折構
造のみのパワーと対物レンズ全系のパワーが（１１）式
を満たすように対物レンズの回折構造を決定すること
で、対物レンズで発生する軸上色収差を良好に補正する
ことができる。（１１）式の下限以上で光情報記録媒体
の情報記録面上にスポットを結んだときの波面の軸上色
収差が補正不足になり過ぎず、上限以下で光情報記録媒
体の情報記録面上にスポットを結んだときの波面の軸上
色収差が補正過剰になり過ぎない。
【００４６】 ０．０１≦ＰＤ／ＰＴ≦０．２０ （１１） ただし、ＰＤ：前記第ｉ面に形成された回折構造を Φｂ＝ｂ２ｉｈ２＋ｂ４ｉｈ４＋ｂ６ｉｈ６＋ ・・・
・ により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｈ
は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ
６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光
路差関数係数である）、ＰＤ＝Σ（−２・ｂ２ｉ）によ
り定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ−１） ＰＴ：屈折レンズと回折構造とを合わせた対物レンズ全
系のパワー（ｍｍ−１）
【００４７】また、上述の各対物レンズにおいて、次式
（１２）を満たすことが好ましい。このように、回折レ
ンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用を
適切に組み合わせて軸上色収差の補正を行った場合、
（１２）式を満たすことが好ましい。（１２）式の上限
以下で光源のモードホップ現象など瞬間的な波長変化が
起こっても集光スポットが大きくなりすぎることがな
い。
【００４８】 ｜△ｆＢ・ＮＡ２｜≦０．２５μｍ （１２） ただし、△ｆＢ：光源の波長が＋１ｎｍ変化したときの
対物レンズの焦点位置の変化（μｍ）
【００４９】また、上述の各対物レンズにおいて、回折
レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用
とを合わせた場合、光源の波長が長波長側にシフトした
場合に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するよ
うな軸上色収差特性を有し、（１３）式を満たすことが
好ましい。この回折作用により、長・短波長側の球面収
差は補正せずに、対物レンズの軸上色収差を補正過剰と
して基準波長の球面収差カーブと長・短波長側の球面収
差カーブを交差させることで、光源の波長がシフトした
際の最適書き込み位置の移動を小さく抑えることが可能
となり、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面
収差の劣化の小さい対物レンズとすることができ、さら
に、これにより色収差過剰補正型の対物レンズよりも回
折輪帯間隔を大きくすることができる。
【００５０】 −１＜△ＣＡ／△ＳＡ＜０ （１３） ただし、△ＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化
量（ｍｍ） △ＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差
の変化量（ｍｍ）
【００５１】また、上述の各対物レンズにおいて、次式
を満たすことが好ましい。このように、回折構造の輪帯
間隔すなわち光軸に垂直な方向の輪帯間の間隔が（１
４）式を満たすことで、軸上色収差が補正されるととも
に、波長変動時の球面収差も良好に補正することができ
るので、基準波長からずれた発振波長を有するレーザ光
源を光ピックアップ装置に組み込む際のコリメータ調整
が不要となり大幅な光ピックアップ装置の組み立て時間
の短縮が達成できる。光路差関数が２次の光路差関数係
数（回折面係数ともいう）しか有しないならば、（Ｐｈ
／Ｐｆ）−２＝０となるが、基準波長からの微少な波長
変化によって生じる球面収差の変化を回折の作用により
良好に補正するために、光路差関数の高次の光路差関数
係数を用いる。このとき、（Ｐｈ／Ｐｆ）−２が０から
ある程度離れた値をとることが好ましく、（１４）式を
満たしていれば、波長変化による球面収差の変化を回折
の作用により良好に打ち消すことができる。下限以上で
基準波長から波長が変化したときの球面収差の補正が不
足し過ぎず、上限以下で基準波長から波長が変化したと
きの球面収差の補正が過剰になり過ぎない。
【００５２】 ０．２≦｜（Ｐｈ／Ｐｆ）−２｜≦５．０ （１４） ただし、Ｐｆ：光情報記録媒体に記録および／または再
生を行うのに必要な所定の像側開口数における回折輪帯
問隔（ｍｍ） Ｐｈ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行う
のに必要な所定の像側開口数の１／２の開口数における
回折輪帯間隔（ｍｍ）
【００５３】また、上述の各対物レンズにおいて、前記
第ｉ面に形成された回折構造で発生するｎｉ次回折光量
が他のいずれの次数の回折光量よりも大きく、前記光情
報記録媒体に対する情報の記録および／または再生する
ために前記回折構造で発生したｎｉ次回折光を光情報記
録媒体の情報記録面に集光することができることが好ま
しい。この構成は、２次以上の高次の回折光を利用して
光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行
う対物レンズに関する。輪帯状の回折構造を２次以上の
高次の回折光の回折効率が最大となるように形成する
と、各輪帯間の段差および各輪帯間の間隔が大きくなり
回折構造の形状要求精度が厳しくなりすぎない。一般に
１次の回折光を利用する場合に比べ、２次以上を用いる
場合では、回折効率の波長変化による低下が大きいが、
単一波長に近い光源を用いる場合にはほとんど問題にな
らないので、製造し易く十分な回折効率を有した回折構
造を有する対物レンズを得ることができる。
【００５４】また、上述の各対物レンズにおいて、次式
（１５）、（１６）を満たすことが好ましい。このよう
に、（１５）式は第１レンズと第２レンズのパワー配分
を適切にするためのものであり、上限を超えないように
すると、すなわち第２レンズのパワーが大きくなりすぎ
ないようにすると、第３面すなわち第２レンズの光源側
の面の曲率半径が小さくなり過ぎず、第１レンズと第２
レンズの光軸ずれによる収差劣化を小さく押さえること
ができ、また、第２レンズの中心レンズ厚さに対する誤
差感度が大きくなりすぎない。下限を超えないようにす
ると、すなわち第１レンズのパワーが大きくなりすぎな
いようにすると、コマ収差や非点収差などの像高特性を
良好に補正することができる。また、（１６）式の上限
を超えないようにすると第１レンズのメニスカスの度合
いが大きくなりすぎることがなく、第１レンズの第１面
と第２面との間の軸ずれによる収差劣化が大きくなりす
ぎない。下限を超えないようにすると球面収差の補正が
不足しない。
【００５５】 １．５≦ｆ１／ｆ２≦５．０ （１５）
【００５６】 ０．３≦（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）≦６．０ （１６） ただし、ｆｉ：第ｉレンズの焦点距離（ｍｍ）（ｉ＝１
または２） ｒｉ：各面の近軸曲率半径（ｍｍ）（ｉ＝１または２）
【００５７】また、上述の各対物レンズにおいて、使用
波長が５００ｎｍ以下であり、前記使用波長領域で厚さ
が３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である材料か
ら形成されていることが好ましい。このように、使用波
長を５００ｎｍ以下とすることで、情報記録面上に集光
するスポットのサイズを小さくできるので、従来の光情
報記録媒体より高密度に記録および／または高密度記録
された情報の再生が光情報記録媒体に対して可能とな
る。また、本対物レンズが光源の発振波長の光に対し
て、厚さ３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である
光学材料から形成されることが好ましい。５００ｎｍ以
下、特に４００ｎｍ程度の発振波長をもつ短波長光源を
用いた場合は光学材料の光の吸収による透過率の低下が
問題となるが、対物レンズを上記のような内部透過率を
もつ材料から形成することで記録時に光源の出カを大き
くしなくてもすみ、また再生時の読み出し信号のＳ／Ｎ
比をよくすることができる。
【００５８】また、上述の各対物レンズにおいて、飽和
吸水率が０．５％以下である材料から形成されているこ
とが好ましい。このようにすると、対物レンズが空気中
の水分を吸収する過程において光学素子中に吸水率の差
による屈折率分布が生じにくく、それによって発生する
収差や位相変化にともなう回折効率の低下を抑えること
ができる。特に対物レンズの開口数が大きいと、収差発
生や回折効率低下は大きくなる傾向にあるが、上記のよ
うにすると十分小さく抑えることができる。なお、プラ
スチック材料としては、ポリオレフィン系樹脂が好まし
く、ポリオレフィン系のノルボルネン系樹脂がより好ま
しい。
【００５９】以上述べたように本発明による各対物レン
ズによって、２枚の正レンズからなる高ＮＡの対物レン
ズであっても、小径でかつワーキングディスタンスが大
きく、かつレーザ光源のモードホップ現象等に起因して
発生する軸上色収差が効果的に補正された対物レンズ、
およびプラスチック材料から形成された高ＮＡの対物レ
ンズであっても、利用可能な温度範囲が大きく、かつレ
ーザ光源のモードホップ現象等に起因して発生する軸上
色収差が効果的に補正された２枚の正レンズからなる対
物レンズが得られるが、ＮＡが大きく、波長のより短い
光源を用いて記録密度を大きくしようとする場合、さま
ざまな誤差の影響、特に球面収差の変動が無視できなく
なる。
【００６０】そこで、本発明による集光光学系は、光源
から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に
集光させるための対物レンズを含む光情報記録媒体の情
報の記録および／または再生用の集光光学系であって、
前記対物レンズは上述した各対物レンズであり、前記光
源と前記対物レンズとの間に、前記集光光学系の各光学
面で発生する球面収差の変動を補正する手段を設けたこ
とを特徴とする。このように、光源と対物レンズの間に
球面収差の変動を補正する手段を設けるとさまざまな誤
差があっても良好な集光特性を維持できる集光光学系を
得ることができる。
【００６１】また、本発明による別の集光光学系は、光
源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上
に集光させるための対物レンズを含む光情報記録媒体の
情報の記録および／または再生用の集光光学系であっ
て、前記対物レンズは上述した各対物レンズであって、
前記光源と前記対物レンズとの間に、前記光源の発振波
長の微少な変動に起因して前記集光光学系の各光学面で
生じる球面収差の変動を補正する手段を設けたことを特
徴とする。このように、光源の発振波長の差によって生
ずる球面収差の変動を補正する補正手段を設けると、基
準波長からずれた発振波長を有するレーザ光源を使用し
た場合でも集光スポットが良好な集光光学系を得ること
でき、レーザ光源の選別が必要なくなるので、光ピック
アップ装置の製造時間の短縮を図れる。
【００６２】また、本発明による更に別の集光光学系
は、光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記
録面上に集光させるための対物レンズを含む光情報記録
媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系で
あって、前記対物レンズは上述した各対物レンズであっ
て、前記集光光学系は少なくとも１枚のプラスチック材
料から形成された光学素子を含み、前記光源と前記対物
レンズとの間に、温湿度変化に起因して前記集光光学系
の各光学面で生じる球面収差の変動を補正する手段を設
けたことを特徴とする。このように、温度湿度の変化に
より、プラスチック材料で形成された光学素子で発生す
る球面収差変動を補正する補正手段を設けると、環境変
化に対しても常に集光スポットを良好に保つことができ
るので、集光光学系に含まれる構成素子をプラスチック
材料から形成することが可能となり、大幅なコストダウ
ンが図れる。
【００６３】また、本発明による更に別の集光光学系
は、光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記
録面上に集光させるための対物レンズを含む光情報記録
媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系で
あって、前記対物レンズは上述した各対物レンズであっ
て、前記光源と前記対物レンズとの間に、前記光情報記
録媒体の透明基板厚さの微少な変動に起因して発生する
球面収差の変動を補正する手段を設けたことを特徴とす
る。このように、光情報記録媒体の透明基板厚さの変動
によって生ずる球面収差の変動を補正する補正手段を設
けると、光情報記録媒体に製造誤差などがあっても常に
集光スポットを良好に保つことができるので、光情報記
録媒体の製造誤差に対する要求精度が厳しくなりすぎな
いので、光情報記録媒体の量産性を高めることができ
る。
【００６４】また、本発明による更に別の集光光学系
は、光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記
録面上に集光させるための対物レンズを含む光情報記録
媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系で
あって、前記対物レンズは上述した各対物レンズであっ
て、前記光情報記録媒体の透明基板厚さの微少な変動、
前記光源の発振波長の微少な変動及び温湿度変化のうち
少なくとも２つ以上の組み合わせに起因して集光光学系
の各光学面（光情報記録媒体の透明基板を含む）で生じ
る球面収差の変動を補正することを特徴とする。このよ
うに、温湿度変化、あるいは光情報記録媒体の透明基板
厚さの変動、あるいは光源の発振波長の微少変動の組み
合せによって生ずる球面収差の変動を補正する手段を設
ければ、常に集光特性の良好な集光光学系を得ることが
できる。このような補正手段を設ければ、対物レンズ、
光源、光情報記録媒体などへの製造精度の要求が厳しく
なりすぎず、それであって性能のよい集光光学系が得ら
れる。また、上述の各集光光学系において、前記球面収
差補正手段は屈折率分布が可変であることが好ましい。
このように電圧印加などにより屈折率の分布を生じせし
める装置で、球面球面収差の変動を補正するようにする
と、可動部がなく機械的に簡単な構造の集光光学系を得
ることができる。
【００６５】また、上述の各集光光学系において、前記
球面収差補正手段は，光軸に沿って変移することで、出
射する光束の発散度を変化させることが可能な光学素子
を少なくとも１つ含むことが好ましい。このように、球
面収差補正手段は光軸に沿って変移することで、出射す
る光束の発散度を変化させることが可能な光学素子を少
なくとも１つ含む構成であっても良い。上記光学素子を
光軸に沿って変移させ、対物レンズに入射する光束の発
散度を変化させれば、温湿度変化、あるいは光情報記録
媒体の透明基板厚さの変動、あるいは光源の発振波長の
微少変動等によって生ずる球面収差は主に３次球面収差
であるので、それらを補正することができる。
【００６６】また、上述の各集光光学系において、前記
光学素子は比重が２．０以下の材料から形成されている
ことが好ましい。このように、光軸に沿って変移可能な
光学素子を比重が２．０以下の材料で形成すれば、上記
光学素子が十分に軽量で、球面収差の変動が高速で起こ
る場合でも容易に追従可能な球面収差補正手段を有する
集光光学系を得ることができる。また、より小型のアク
チュエータで上記光学素子を変移させることができ光ピ
ックアップ装置の小型化が達成できる。
【００６７】また、上述の各集光光学系において、前記
光学素子はプラスチック材料から形成されていることが
好ましい。このように、光軸に沿って変移可能な光学素
子をプラスチック材料で構成すると更に射出成形などよ
り大量生産が可能となり、安価な球面収差補正手段を得
ることができる。
【００６８】また、上述の各集光光学系において、表面
側から順に透明基板と情報記録層とが複数積層された構
造を有する光情報記録媒体への情報の記録および／また
は再生が可能な集光光学系であって，前記対物レンズを
光軸方向に沿って変移することで上記複数の情報記録面
への情報の記録および／または再生のためにフォーカシ
ングさせ、かつ上記複数の情報記録層での透明基板の厚
さの違いによって生じる球面収差の変動を前記球面収差
補正手段により補正することが好ましい。
【００６９】この集光光学系は、光情報記録媒体の表面
側から順に透明基板と情報記録層とが複数積層された構
造を有する光情報記録媒体に対して情報の記録および／
または再生が可能な光ピックアップ装置用の集光光学系
に関する。表面から情報記録層までの透明基板の厚さの
違いによる球面収差を球面収差補正手段によって良好に
補正でき、さらに対物レンズを光軸方向に変移させれ
ば、所望の情報記録層に合焦できるので、それぞれの情
報記録面上に良好な波面を形成できる。したがって、光
情報記録媒体の片側の面に２倍、あるいはそれ以上の容
量の情報を記録および／または再生が可能となる。
【００７０】また、本発明による光ピックアップ装置
は、５００ｎｍ以下の波長の光を発生する光源と、球面
収差の変動を補正する手段と、該球面収差補正手段を介
した光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させるた
めの対物レンズとを含む集光光学系と、を備え、前記情
報記録面からの反射光を検出することで前記光情報記録
媒体に対する情報の記録および／または再生を行う光ピ
ックアップ装置であって、前記情報記録面からの反射光
を検出することで、前記対物レンズのトラッキング誤差
および／またはフォーカシング誤差を検出するための第
１の検出手段と、前記第１の検出手段の検出結果に応じ
て、該トラッキング誤差および／またはフォーカシング
誤差を低減するために前記対物レンズを駆動させる第１
の駆動装置と、前記情報記録面からの反射光を検出する
ことで、前記集光光学系で発生した球面収差の変動を検
出するための第２の検出手段と、前記第２の検出手段の
検出結果に応じて、該球面収差の変動を低減するために
前記球面収差補正手段を駆動させる第２の駆動装置と、
を具備し、前記集光光学系は上述した各集光光学系であ
ることを特徴とする。
【００７１】この光ピックアップ装置は、ＤＶＤより高
密度・大容量の次世代の光情報記録媒体に対する記録お
よび／または再生を行うための光ピックアップ装置に関
する。対物レンズの少なくとも１つの面に、光源の波長
が長波長側に微少変動した場合に対物レンズのバックフ
ォーカスが短くなるような波長特性をもつ回折構造を設
けることで、５００ｎｍ以下のような短波長光源を用い
た際に問題となる対物レンズで発生する軸上色収差を効
果的に補正し、さらに、光源と対物レンズの間に球面収
差補正手段を有することで、集光光学系中の各光学面で
生じる球面収差の変動を良好に補正する。第２の駆動装
置は球面収差補正手段を駆動させるが、このとき、情報
記録面上に集光された光束の集光状態を検出する第２の
検出手段での信号をモニターしながら集光光学系で発生
した球面収差が最適に補正されるように上記球面収差補
正手段を駆動させる。この第２の駆動装置としては、ボ
イスコイル型アクチュエーターやピエゾアクチュエータ
ーなどを用いることができる。
【００７２】また、上述の光ピックアップ装置を搭載し
たことを特徴とする、音声および／または画像の記録装
置、および／または、音声および／または画像の再生装
置によれば、音声・画像の記録装置・再生装置が上述の
光ピックアップ装置を搭載したことにより、ＤＶＤより
高密度・大容量の次世代の光情報記録媒体に対して音声
・画像の記録または再生を良好に行うことができる。
【００７３】
【発明の実施の形態】以下、本発明による第１〜第４の
実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００７４】〈第１の実施の形態〉
【００７５】第１の実施の形態による対物レンズは、光
情報記録媒体の情報の記録および／または再生用であ
り、プラスチック材料から形成され光源側から順に配置
される２枚の正レンズからなるＮＡ０．８５の対物レン
ズであり、基準波長はそれぞれ４０５ｎｍ、入射瞳径は
それぞれ３．００ｍｍであり、各レンズはそれぞれ少な
くとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、上述の式
（３）を満たすことにより、温度変化時における波面収
差の劣化を少なくしている。
【００７６】図１に基準温度（＋２５℃）から＋３０℃
温度上昇した場合の、３種類の対物レンズの球面収差図
を示す。（３）式の値はそれぞれ、（ａ）０．０５、
（ｂ）０．１０（本実施の形態）、（ｃ）０．１５であ
る。（３）式の下限である（ａ）の場合は、温度上昇時
に補正不足方向の３次球面収差が大きく発生するが、そ
れとは逆極性の高次球面収差の発生が小さいためにマー
ジナル光線の球面収差は補正不足となる。（３）式の上
限である（ｃ）の場合は、温度上昇時に補正不足方向の
３次球面収差の発生が小さいにもかかわらず、それとは
逆極性の高次球面収差が大きく発生するためにマージナ
ル光線の球面収差は補正過剰となる。
【００７７】これに対し、（３）式のもっとも好ましい
条件である（ａ）の場合には、温度上昇時における３次
球面収差の発生量とそれとは逆極性の高次球面収差の発
生量のバランスが取れており、全体としてほぼ完全補正
型の球面収差となっている。なお、プラスチック材料の
温度変化に対する屈折率の変化量を−１２×１０−５／
℃、青紫色半導体レーザの温度変化に対する発振波長の
変動量を＋０．０５ｎｍ／℃とした。
【００７８】〈第２の実施の形態〉
【００７９】第２の実施の形態による対物レンズは、光
情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物
レンズであって、２群２枚構成のプラスチック材料から
形成されたＮＡ．８５の対物レンズである。焦点距離は
１．７６５ｍｍ、基準波長は４０５ｎｍであり、少なく
とも１つの面に設けられた輪帯状の回折構造の回折作用
と、屈折レンズとしての屈折作用とをあわせることで軸
上色収差を補正している。色収差過剰補正型の対物レン
ズ（ａ）は、回折レンズとしての回折作用と屈折レンズ
としての屈折作用とをあわせた場合、光源の波長が長波
長側にシフトした際にバックフォーカスが短くなる方向
に変化するような軸上色収差特性を有し、上述の式
（５）を満たすことにより、光源の波長が微少に変動し
たときの最適書き込み位置の移動が小さく抑えられ、高
周波重畳時やモードホップ時の波面収差の劣化が小さい
レンズとなっている。これに対し、色収差完全補正型の
対物レンズ（ｂ）は、軸上色収差の補正に加え波長変化
時の球面収差の変化をほぼ完全に補正することで高周波
重畳時やモードホップ時の波面収差の劣化を小さく抑え
た。
【００８０】図２は、本実施の形態による色収差過剰補
正型の対物レンズ（ａ）と、色収差完全補正型の対物レ
ンズ（ｂ）の球面収差図である。ともに青紫色半導体レ
ーザのモードホップ時の波長（λ）シフト量を＋１ｎｍ
と仮定した場合、色収差過剰補正型の対物レンズおよび
色収差完全補正型の対物レンズのモードホップ時の波面
収差はともに０．００５λであるが（ただし、デフォー
カス成分を含む）、有効径内の輪対間隔の最小値は色収
差完全補正型の対物レンズが４．８μｍであるのに対
し、色収差過剰補正型の対物レンズでは７．１μｍとす
ることができた。
【００８１】なお、軸上色収差の変化量△ＣＡは、光源
の波長が長波長側に＋１０ｎｍシフトした場合、図２の
色収差過剰補正型の対物レンズ（ａ）の球面収差図にお
いて、４０５ｎｍおよび４１５ｎｍの球面収差カーブの
下端の移動幅で示され、移動方向は光源の波長の長波長
側へのシフトにより、バックフォーカスが短くなる方向
となる。また、マージナル光線の球面収差の変化量△Ｓ
Ａは、４０５ｎｍの球面収差カーブをその下端が４１５
ｎｍの球面収差カーブの下端に重なる位置まで平行移動
させた際の球面収差カーブの上端と４１５ｎｍの球面収
差カーブの上端との幅により示される。
【００８２】また、上述のように色収差過剰補正型の対
物レンズの最小輪帯間隔が色収差完全補正型のそれより
大きくなる理由の理論的解析について図３，図４を参照
して以下に説明する。
【００８３】射出瞳の中心位置を原点とする図３のよう
な座標系を仮定する。光軸に沿って垂直な方向にｈ軸を
とり、光軸をｚ軸とする。像面は射出瞳の中心からｚ軸
（光軸）に沿って＋Ｒの位置にあり、また像空間の屈折
率をｎとする。さらに、基準波長からシフトした波長の
光線の基準波長における像面での横方向の色収差を△
ｈ、それに対応した縦方向の色収差を△ｚとする。
【００８４】横方向の色収差△ｈと、回折構造の回折作
用により波面に付加される光路差関数Φ（ｈ）には次の
ような関係がある。 △ｈ＝（Ｒ／ｎ）・（ｄΦ／ｄｈ） （イ）
【００８５】また、横方向の色収差△ｈと縦方向の色収
差△ｚには△ｚ＝（Ｒ／ｈ）・△ｈなる関係が成り立つ
ので、（イ）式は、 △ｚ＝（Ｒ２／ｎ）・（１／ｈ）・（ｄΦ／ｄｈ） （ロ） とかける。
【００８６】回折作用によって、波長が基準波長より短
波長側にシフトした際の色収差を、色収差過剰補正型
（ａ）となるように補正した場合、補正前と補正後の球
面収差カーブは図４（ａ）のようになる。軸上色収差を
過剰補正とし、基準波長の球面収差カーブと長波長側の
球面収差カーブと交差させるが、簡単のため、補正前の
球面収差カーブと光軸との交点を原点とし、補正前の軸
上色収差を０、補正後の軸上色収差（△ＣＡ）を＋２
ε、基準波長での軸上色収差を＋ε、補正後のマージナ
ル光線の球面収差の変化量（△ＳＡ）を−２εとする。
【００８７】色収差過剰補正型の場合の光路差関数Φ
（ａ）（ｈ）を Φ（ａ）（ｈ）＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４ （ハ） で表す。ただし、光路差関数はｈの４次の項までとし
た。（ハ）式を（ロ）式に代入し、簡単のためＲ＝１、
ｎ＝１とすると、 △ｚ＝２・ｂ２＋４・ｂ４・ｈ２ （ニ） となる。ｈ＝０のとき△ｚ＝２ε、ｈ＝ｈＭＡＸのとき
△ｚ＝０であるので、 ｂ２＝ε ｂ４＝−ε／（２・ｈＭＡＸ ２） となり、（ハ）式は Φ（ａ）＝ε・ｈ２−ε／（２・ｈＭＡＸ ２）・ｈ４ （ホ） とかける。
【００８８】また、波長が基準波長より短波長側にシフ
トした際の色収差を、色収差完全補正型（ｂ）となるよ
うに補正した場合、補正前と補正後の球面収差カーブは
図４（ｂ）のようになる。簡単のため、補正前の球面収
差カーブと光軸との交点を原点とし、補正前の軸上色収
差を０、補正後の軸上色収差（△ＣＡ）を＋ε、補正後
のマージナル光線の球面収差の変化量（△ＳＡ）を０と
する。色収差完全補正型の場合、ｈの値によらず△ｚ＝
εであるので、（ロ）式より、光路差関数Φ
（ｂ）（ｈ）は ｄΦ（ｂ）（ｈ）＝（ｎ・ε／Ｒ２）・ｈ・ｄｈ （へ） なる微分方程式をみたす。ｈで積分し、Ｒ＝１、ｎ＝１
とすると、 Φ（ｂ）（ｈ）＝（ε／２）・ｈ２ （ト） となる。
【００８９】光路差関数Φ（ｈ）と光軸に垂直方向に計
った輪帯の間隔Ｐは次の関係がある。 Ｐ＝｜λ／（ｄΦ（ｈ）／ｄｈ）｜ （チ）
【００９０】ここで、光路差関数がΦ（ａ）（ｈ）およ
びΦ（ｂ）（ｈ）それぞれの場合の、Ｐの最小値を求め
てみる。
【００９１】Ｐが最小値をとるときは、（チ）式から｜
ｄΦ（ｈ）／ｄｈ｜が最大値をとるときである。
【００９２】Φ（ａ）（ｈ）の場合は、（ホ）式から Φ（ａ）（ｈ）／ｄｈ＝２・ε・ｈ−２・ε／ｈＭＡＸ
２・ｈ３ であるので、ｄΦ（ａ）（ｈ）／ｄｈが最大値をとるの
は、 ｄ／ｄｈ（ｄΦ（ｈ）／ｄｈ）＝２・ε−６・ε／ｈ
ＭＡＸ ２・ｈ２＝０ が成り立つときである。
【００９３】したがって、ｈ＝ｈＭＡＸ／√３のときに
Φ（ａ）（ｈ）／ｄｈは最大値 ｄΦ（ａ）（ｈＭＡＸ／√３）／ｄｈ＝４・√３／９・
ε・ｈＭＡＸ をとるので、Ｐの最小値は Ｐ（ａ）ＭＩＮ＝９／（４・√３）・λ／（ε・ｈＭＡＸ） ＝１．３・λ／（ε・ｈＭＡＸ） （リ） となる。
【００９４】一方、Φ（ｂ）（ｈ）の場合は、（ト）式
から Φ（ｂ）（ｈ）／ｄｈ＝ε・ｈ であるので、ｄΦ（ｂ）（ｈ）／ｄｈはｈ＝ｈＭＡＸの
とき最大値 ｄΦ（ｂ）（ｈＭＡＸ）／ｄｈ＝ε・ｈＭＡＸ をとる。
【００９５】 したがって、Ｐの最小値は、Ｐ（ｂ）ＭＩＮ＝λ（ε・ｈＭＡＸ） （ヌ ） となる。
【００９６】（リ）式および（ヌ）式から Ｐ（ａ）ＭＩＮ＞Ｐ（ｂ）ＭＩＮ （ル） が成り立つので、色収差過剰補正型の対物レンズの最小
輪帯間隔は色収差完全補正型のそれより大きくなる。
【００９７】なお、色収差過剰補正型（ａ）の場合の光
路差関数（ホ）式、および色収差完全補正型（ｂ）の場
合の光路差関数（ト）式をプロットしたのが図５であ
る。ただし、横軸をΦ（ｈ）（ｍｍ）、縦軸をｈ（ｍ
ｍ）とした。
【００９８】〈第３の実施の形態〉
【００９９】第３の実施の形態による集光光学系は、光
源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上
に集光させるための上述の対物レンズを含む光情報記録
媒体の情報の記録および／または再生のための集光光学
系であり、情報記録媒体の透明基板厚さの微少な変動、
光源の発振波長の微少な変動または温湿度変化に起因し
てまたはこれらの組み合わせに起因して集光光学系の各
光学面で生じる球面収差の変動を補正する球面収差補正
手段を備えることにより、常に集光特性の良好な集光光
学系にできる。
【０１００】図６に、上述の球面収差補正手段として屈
折率分布が可変である素子を用いた集光光学系の例を示
す。図６のように、対物レンズとコリメータレンズとの
間に、屈折率分布が可変である屈折率分布可変素子２１
を配置している。
【０１０１】屈折率分布可変素子２１として図６のよう
に、例えば電気的に互いに接続された光学的に透明な電
極層ａ、ｂ、ｃと、電極層ａ、ｂ、ｃとは電気的に絶縁
され、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈
折率分布可変層ｄ、ｅとが交互に積層され、かつ光学的
に透明な電極層ａ、ｂ、ｃが複数の領域に分割された素
子を用いることができる。
【０１０２】図６において、球面収差の変動が検出され
た場合には、屈折率分布可変素子２１の駆動手段２２に
より電極層ａ、ｂ、ｃに電圧を印加し、屈折率分布可変
層ｄ、ｅの屈折率を場所によって変化させ、屈折率分布
可変素子２１からの射出光の位相を球面収差の変動が零
となるように制御する。
【０１０３】図７に、別の屈折率分布可変素子の例を示
す。図７の屈折率分布可変素子２３は、液晶分子を光軸
に垂直な面内で、任意のＸ方向にそろえて配列させた液
晶素子２３ａと、液晶分子を光軸に垂直な面内で、Ｘ方
向とは垂直なＹ方向にそろえて配列させた液晶素子２３
ｂとを備える。液晶素子２３ａと液晶素子２３ｂとをガ
ラス基板２３ｃを挟んで交互に積層させ、内側のガラス
基板２３ｃの間に１／２波長板２３ｄを配置している。
【０１０４】図７において、球面収差の変動が検出され
た場合には、屈折率分布可変素子２３の液晶素子２３ａ
と液晶素子２３ｂとのそれぞれに駆動手段２２から電圧
を印加することで、屈折率分布可変素子２３からの射出
光の位相のＸ方向成分、およびＹ方向成分を独立に制御
することにより球面収差の変動を補正する。
【０１０５】上述の図６及び図７に示す屈折率分布可変
素子２１，２３によれば、電圧印加などにより屈折率の
分布を生じせしめて球面球面収差の変動を補正すること
により、可動部がない機械的に簡単な構造の集光光学系
を構成できる。
【０１０６】〈第４の実施の形態〉
【０１０７】図８は第４の実施の形態による光ピックア
ップ装置を概略的に示す図である。図８の光ピックアッ
プ装置は、２群２枚構成の対物レンズ１と、光源である
半導体レーザ３と、光源３から射出される発散光の発散
角を変換する１群１枚構成のカップリングレンズ２と、
光情報記録媒体の情報記録面５からの反射光を受光する
光検出器４とを備える。半導体レーザ３は、５００ｎｍ
以下の波長のレーザ光を発生させ、従来の光情報記録媒
体よりも高密度に情報記録面５に記録された情報の再生
および／または従来の光ディスクよりも高密度に情報記
録面５への情報の記録が可能である。
【０１０８】図８の対物レンズ１は、プラスチック材料
から形成された第１レンズ１ａと第２レンズ１ｂとから
構成され、第１面を回折面として軸上色収差および球面
収差を補正している（後述の実施例２参照）。第１レン
ズ１ａと第２レンズ１ｂとは保持部材１ｃにより一体化
されている。保持部材１ｃのフランジ部１ｄにより対物
レンズ１を光ピックアップ装置に精度よく取付ることが
できる。
【０１０９】図８の光ピックアップ装置は、更に、情報
記録面５からの反射光を光検出器４に向けて分離する偏
光ビームスプリッタ６と、カップリングレンズ２と対物
レンズ１との間に配置された１／４波長板７と、対物レ
ンズ１に前置された絞り８と、集光レンズ９と、フオー
カス及びトラッキング用の２軸アクチュエータ１０とを
備える。また、球面収差補正手段として、カップリング
レンズ２と、カップリングレンズ２を光軸方向に沿って
変位させるための１軸アクチュエータ１１とを備えてい
る。本実施の形態において集光光学系は、光源と、ビー
ムスプリッタと、カップリングレンズと、１／４波長板
と、対物レンズと、絞りとを有するものである。なお、
本実施の形態では、ビームスプリッタは集光光学系に含
まれないものと見なしてもよい。
【０１１０】光情報記録媒体の情報記録面５からの情報
の再生について説明する。半導体レーザ３から出射した
発散光がカップリングレンズ２で発散角を変えて１／４
波長板７、絞り８を介して対物レンズ１により光情報記
録媒体の情報記録面５に集光され、この情報記録面５で
情報ピットにより変調されて反射した光束が対物レンズ
１、絞り８，１／４波長板７，カップリングレンズ２，
偏光ビームスプリッタ６，集光レンズ９を介して、光検
出器４ヘ入射し、これにより生じた出力信号で光情報記
録媒体の情報記録面に記録された情報を再生することが
できる。
【０１１１】以上のような情報の再生時に、装置環境の
温湿度変化、光情報記録媒体の透明基板厚さの変動、ま
たは半導体レーザ３の発振波長の微少変動等によって集
光光学系の各光学面で球面収差変動が生じた場合、カッ
プリングレンズ２を１軸アクチュエータ１１で光軸方向
に沿って適切な量だけ変移させて対物レンズ１に入射す
る光束の発散角を変えることにより、集光光学系の各光
学面で生じた球面収差を補正することができる。また、
光情報記録媒体の情報記録面５への情報の記録の場合
も、上述の説明と同様に集光光学系の各光学面で生じた
球面収差を補正することができる。
【０１１２】次に、図９により別の光ピックアップ装置
について説明する。図９の対物レンズ１は、プラスチッ
ク材料から形成され、２群２枚構成であり、第１面を回
折面として軸上色収差を補正し、また温度変化時の収差
劣化を小さく抑えている。また、図９の光ピックアップ
装置は、球面収差補正手段として、正レンズ１２ａと負
レンズ１２ｂとから構成されたビームエキスパンダ１２
と、この負レンズ１２ｂを光軸方向に沿って変移可能で
ある１軸アクチュエータ１１とを備える。図９では、カ
ップリングレンズ２と１／４波長板７とを半導体レーザ
３と偏光ビームスプリッタ６との間に配置している。
【０１１３】図９の光ピックアップ装置によれば、図８
と同様に、装置環境の温湿度変化、光情報記録媒体の透
明基板厚さの変動、または半導体レーザ３の発振波長の
微少変動等によって集光光学系の各光学面で球面収差変
動が生じた場合、ビームエキスパンダ１２の負レンズ１
２ｂを１軸アクチュエータ１１で光軸方向に沿って適切
な量だけ変移させて対物レンズ１に入射する光束の発散
角を変えることにより、集光光学系の各光学面で生じた
球面収差を補正することができる。
【０１１４】なお、上述の図８，図９における球面収差
補正手段として、図６、図７に示す屈折率分布可変素子
２１または２３を用いてもよい。
【０１１５】
【実地例】次に、本発明による実施例１〜８の対物レン
ズ、集光光学系について説明する。実施例１〜８の一覧
表を表１に示す。
【０１１６】
【表１】
【０１１７】各実施例において、各レンズに設けられる
回折面を表す光路差函数は、上述の式（Ａ）により表
し、また、非球面は、次の式（Ｂ）により表す。
【０１１８】 ｘ＝（ｈ２／ｒ）／｛１＋√（１−（１＋ｋ）（ｈ２／ｒ２））｝＋Ａ４ ｈ４＋Ａ６ｈ６＋・・・ （Ｂ） 但し、Ａ４，Ａ６，・・・：非球面係数、ｋ：円錐係
数、ｒ：近軸曲率半径であり、ｒ、ｄ、ｎ、はレンズの
曲率半径、面間隔、屈折率を表す。
【０１１９】〈実施例１〉
【０１２０】本実施例は基準波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．
８５、入射瞳径３．００ｍｍのプラスチック材料から形
成された対物レンズであり、そのレンズデータを表２に
示す。第１面を回折面とすることで、軸上色収差および
光源の波長変動時の球面収差を補正した。また、２枚構
成のプラスチック製の高ＮＡ対物レンズでありながらワ
ーキングディスタンスを０．２４ｍｍと大きく確保して
おり、さらにそれにより温度変化時の収差劣化を小さく
抑えたので、利用可能な温度範囲を大きくすることがで
きた。また、４次以上の高次の回折面係数を使用するこ
とで、光源の波長変動時の球面収差の劣化を小さく抑え
ることで、基準波長から発振波長がずれたレーザ光源を
使用可能とした。実施例１の光路図を図１０に、球面収
差図を図１１に示す。
【０１２１】
【表２】
【０１２２】〈実施例２〉
【０１２３】本実施例は基準波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．
８５、入射瞳径３．７５ｍｍのプラスチック材料から形
成された対物レンズであり、そのレンズデータを表３に
示す。第１面を回折面とすることで、軸上色収差および
光源の波長変動時の球面収差を補正した。また、２枚構
成のプラスチック製高ＮＡ対物レンズでありながらワー
キングディスタンスを０．３０ｍｍと大きく確保してお
り、さらにそれにより温度変化時の収差劣化を小さく抑
えたので、利用可能な温度範囲を大きくすることができ
た。また、４次以上の高次の回折面係数を使用すること
で、光源の波長変動時の球面収差の劣化を小さく抑える
ことで、基準波長から発振波長がずれたレーザ光源を使
用可能とした。実施例２の光路図を図１２に、球面収差
図を図１３に示す。
【０１２４】
【表３】
【０１２５】〈実施例３〉
【０１２６】本実施例は基準波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．
８５、入射瞳径３．００ｍｍのプラスチック材料から形
成された対物レンズであり、そのレンズデータを表４に
示す。第２面を回折面とすることで、軸上色収差および
光源の波長変動時の球面収差を補正した。また、２枚構
成のプラスチック製高ＮＡ対物レンズでありながらワー
キングディスタンスを０．３０ｍｍと大きく確保してお
り、さらにそれにより温度変化時の収差劣化を小さく抑
えたので、利用可能な温度範囲を大きくすることができ
た。また、４次以上の高次の回折面係数を使用すること
で、光源の波長変動時の球面収差の劣化を小さく抑える
ことで、基準波長から発振波長がずれたレーザ光源を使
用可能とした。実施例３の光路図を図１４に、球面収差
図を図１５に示す。
【０１２７】
【表４】
【０１２８】〈実施例４〉
【０１２９】本実施例は基準波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．
８５、入射瞳径３．００ｍｍのプラスチック材料から形
成された対物レンズであり、そのレンズデータを表５に
示す。第１面を回折面とすることで、軸上色収差を補正
した。また、２枚構成のプラスチック製高ＮＡ対物レン
ズでありながらワーキングディスタンスを０．２２ｍｍ
と大きく確保しており、さらに温度変化時の収差劣化を
小さく抑えたので、利用可能な温度範囲を大きくするこ
とができた。また、本実施例の対物レンズは収差図にあ
るように軸上色収差を過剰補正とすることで基準波長
（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短（４１５ｎ
ｍ、３９５ｎｍ）側の球面収差カーブを交差させたの
で、モードホップ現象や高周波重畳時の収差劣化が小さ
い対物レンズでありながら、回折輪帯間隔の最小値を
７．１μｍと大きくすることができた。実施例４の光路
図を図１６に、球面収差図を図１７に示す。
【０１３０】
【表５】
【０１３１】〈実施例５〉
【０１３２】本実施例は基準波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．
８５、入射瞳径３．００ｍｍのプラスチック材料から形
成された対物レンズであり、そのレンズデータを表６に
示す。第１面および第３面を回折面とすることで、軸上
色収差を補正した。また、２枚構成のプラスチック製高
ＮＡ対物レンズでありながらワーキングディスタンスを
０．２２ｍｍと大きく確保しており、さらに温度変化時
の収差劣化を小さく抑えたので、利用可能な温度範囲を
大きくすることができた。また、本実施例の対物レンズ
は、回折のパワーを２つの面に分配し、かつ収差図にあ
るように軸上色収差を過剰補正とすることで基準波長
（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短（４１５ｎ
ｍ、３９５ｎｍ）側の球面収差カーブを交差させたの
で、モードホップ現象や高周波重畳時の収差劣化が小さ
い対物レンズでありながら、回折輪帯間隔の最小値を１
１．０μｍと大きくすることができた。実施例５の光路
図を図１８に、球面収差図を図１９に示す。
【０１３３】
【表６】
【０１３４】〈実施例６〉
【０１３５】本実施例は実施例４における対物レンズ
と、負レンズと正レンズとから構成され負レンズを光軸
方向に沿って変移可能とした球面収差補正手段としての
ビームエキスパンダと、光源からの発散光を平行光にコ
リメートするコリメートレンズとを含む集光光学系（図
９参照）であり、各光学素子のデータを表７に示す。基
準波長は４０５ｎｍ、対物レンズの像側開口数は０．８
５である。ビームエキスパンダの正レンズの光情報記録
媒体側の面を回折面とすることで、コリメートレンズと
ビームエキスパンダで発生する軸上色収差を補正した。
実施例６の光路図を図２０に、球面収差図を図２１に示
す。
【０１３６】また、表８に、負レンズを光軸方向に沿っ
て変移させることで温湿度変化、あるいは光情報記録媒
体の透明基板厚さの変動、あるいは光源の発振波長の微
少変動等によって集光光学系の各光学面で生ずる球面収
差変動を補正した結果を示す。なお、本発明における球
面収差補正手段としてのビームエキスパンダは、入射す
る平行光を略平行光に出射し、光軸方向に沿って変移す
ることでビームエキスパンダから出射する光束の発散度
を変化せしめることのできる光学素子を少なくとも１つ
含むものであればよく、本実施例の形態に限るものでは
ない。
【０１３７】
【表７】
【表８】
【０１３８】〈実施例７〉
【０１３９】本実施例は実施例２における対物レンズ
と、光軸方向に沿って変移可能とされた光源からの発散
光を平行光にコリメートするコリメートレンズとを含む
集光光学系（図８参照）であり、各光学素子のデータを
表９に示す。基準波長は４０５ｎｍ、対物レンズの像側
開口数は０．８５である。実施例７の光路図を図２２
に、球面収差図を図２３に示す。
【０１４０】表１０に、コリメートレンズを光軸方向に
沿って変移させることで温湿度変化、あるいは光情報記
録媒体の透明基板厚さの変動、あるいは光源の発振波長
の微少変動等によって集光光学系の各光学面で生ずる球
面収差変動を補正した結果を示す。なお、本実施例では
球面収差補正手段として光源からの発散光を平行光にコ
リメートし、光軸方向に沿って変移可能なコリメートレ
ンズとしたが、光源からの発散光を略平行光に変換する
カップリングレンズであってもよい。また、球面収差補
正手段としてのカップリングレンズは１群構成に限ら
ず、２群構成であってもよい。
【０１４１】
【表９】
【表１０】
【０１４２】なお、実施例６および実施例７の光学系に
含まれる光学素子はすべてプラスチック材料から形成し
たので、安価に大量生産することが可能である。また、
実施例６および実施例７の光学系は±０．０３０ｍｍを
超える光情報記録媒体の透明基板厚さの変動により発生
する球面収差を補正可能である。従って、表面側から順
に透明基板と情報記録層とが複数積層された構造を有す
る多層型光情報記録媒体ヘの情報の記録および／または
再生が可能である。
【０１４３】〈実施例８〉
【０１４４】本実施例は基準波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．
８５、入射瞳径３．００ｍｍのプラスチック材料から形
成された対物レンズであり、そのレンズデータを表１１
に示す。第１面を回折面とすることで、軸上色収差およ
び光源の波長変動時の球面収差を補正した。また、２枚
構成のプラスチック製高ＮＡ対物レンズでありながらワ
ーキングディスタンスを０．４０ｍｍと大きく確保して
おり、さらにそれにより温度変化時の収差劣化を小さく
抑えたので、利用可能な温度範囲を大きくすることがで
きた。また、４次以上の高次の回折面係数を使用するこ
とで、光源の波長変動時の球面収差の劣化を小さく抑え
ることで、基準波長から発振波長がずれたレーザ光源を
使用可能とした。実施例８の光路図を図２４に、球面収
差図を図２５に示す。
【０１４５】
【表１１】
【０１４６】〈実施例９〉
【０１４７】本実施例は基準波長４０５ｎｍ，ＮＡ０．
８５，入射瞳径３．００ｍｍのプラスチック材料から形
成された対物レンズであり、そのレンズデータを表１２
に示す。第２面を回折面とすることで軸上色収差を補正
した。２枚構成のプラスチック製高ＮＡ対物レンズであ
りながらワーキングディスタンスを０．２４ｍｍと大き
く確保しており、それにより温度変化時の収差劣化を小
さく抑えたので、利用可能な温度範囲を大きくすること
ができた。また、４次以上の高次の回折面係数を使用す
ることで第１レンズと第２レンズの光軸ずれにより発生
するコマ収差を補正した。更に、３次球面収差の発生量
と５次以上の高次球面収差の発生量のバランスをとるこ
とで波長が基準波長から微少変動した際の球面収差を良
好に補正した。また、第２面を回折面とすることで第２
面に対するマージナル光線の入射角を自由に選択するこ
とができるようにしたことにより、即ち、レンズ設計時
の自由度を１つ増やしたことにより球面収差およびコマ
収差を精緻に補正することができた。実施例９の光路図
を図２６に、球面収差図を図２７に示す。
【０１４８】
【表１２】
【０１４９】なお、各表および各図面では、１０のべき
乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２
（＝１０−２）のように表している。
【０１５０】
【発明の効果】本発明によれば、２枚の正レンズからな
る高ＮＡの対物レンズであり、小径でかつワーキングデ
ィスタンスが大きく、かつレーザ光源のモードホップ現
象等に起因して発生する軸上色収差が効果的に補正され
た光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の
対物レンズを提供できる。
【０１５１】また、プラスチック材料から形成された高
ＮＡの対物レンズであり、利用可能な温度範囲が大き
く、かつレーザ光源のモードホップ現象等に起因して発
生する軸上色収差が効果的に補正された光情報記録媒体
の情報の記録および／または再生用の２枚の正レンズか
らなる対物レンズを提供できる。
【０１５２】また、レーザ光源の発振波長変化、温度・
湿度変化、光情報記録媒体の透明基板の厚みの誤差等に
起因して光ピックアップ装置の各光学面で発生する球面
収差の変動を簡易な構成で効果的に補正できる集光光学
系、光ピックアップ装置及び記録・再生装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による対物レンズを説明する
ための、基準温度から＋３０℃温度上昇した場合の球面
収差図であって、図１（ａ）は式（３）の値が０．０５
の温度収差補正不足の場合、図１（ｂ）は本実施の形態
の対物レンズで式（３）の値が０．１０の場合、図１
（ｃ）は式（３）の値が０．１５の温度収差補正過剰の
場合である。
【図２】第２の実施の形態による色収差過剰補正型の対
物レンズ（ａ）と、色収差完全補正型の対物レンズ
（ｂ）の球面収差図である。
【図３】第２の実施の形態において色収差過剰補正型の
対物レンズの最小輪帯間隔が色収差完全補正型のそれよ
り大きくなる理由の理論的解析を説明するための図であ
って、射出瞳の中心位置を原点とする座標系を示す図で
ある。
【図４】第２の実施の形態の説明のために、回折作用に
よって波長が基準波長より短波長側にシフトした際の色
収差を色収差過剰補正型となるように補正した場合、補
正前と補正後の球面収差カーブを示す図（ａ）、及び波
長が基準波長より短波長側にシフトした際の色収差を色
収差完全補正型となるように補正した場合、補正前と補
正後の球面収差カーブを示す図（ｂ）である。
【図５】第２の実施の形態の説明のために、色収差過剰
補正型の場合の光路差関数、および色収差完全補正型の
場合の光路差関数を、横軸をΦ（ｈ）（ｍｍ）、縦軸を
ｈ（ｍｍ）として示す図である。
【図６】第３の実施の形態による集光光学系に配置され
る球面収差補正手段としての屈折率分布可変素子の例を
示す図である。
【図７】第３の実施の形態による集光光学系に配置され
る球面収差補正手段としての屈折率分布可変素子の別の
例を示す図である。
【図８】第４の実施の形態による光ピックアップ装置を
概略的に示す図である。
【図９】第４の実施の形態による別の光ピックアップ装
置を概略的に示す図である
【図１０】実施例１に関する光路図である。
【図１１】実施例１に関する球面収差図である。
【図１２】実施例２に関する光路図である。
【図１３】実施例２に関する球面収差図である。
【図１４】実施例３に関する光路図である。
【図１５】実施例３に関する球面収差図である。
【図１６】実施例４に関する光路図である。
【図１７】実施例４に関する球面収差図である。
【図１８】実施例５に関する光路図である。
【図１９】実施例５に関する球面収差図である。
【図２０】実施例６に関する光路図である。
【図２１】実施例６に関する球面収差図である。
【図２２】実施例７に関する光路図である。
【図２３】実施例７に関する球面収差図である。
【図２４】実施例８に関する光路図である。
【図２５】実施例８に関する球面収差図である。
【図２６】実施例９に関する光路図である。
【図２７】実施例９に関する球面収差図である。
【符号の説明】
２１，２３ 屈折率分布可変素子（球面収差補正
手段） ２２ 駆動手段 １ 対物レンズ ２ カップリングレンズ（球面収差補正手
段） ３ 半導体レーザ（光源） １１ １軸アクチュエータ（球面収差補正
手段） １２ ビームエキスパンダ（球面収差補正
手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 LA25 LA26 NA01 NA08 PA01 PA02 PA17 PB01 PB02 QA02 QA03 QA05 QA07 QA12 QA14 QA19 QA21 QA33 QA34 QA41 QA42 RA05 RA12 RA13 RA28 RA32 RA42 RA46 UA01 5D118 AA01 AA06 AA13 AA20 BF02 BF03 CA11 CA13 CC12 CD02 CD03 DC03 5D119 AA01 AA38 DA01 DA05 EC03 EC05 JA44 JA49 JB02

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光情報記録媒体の情報の記録および／ま
    たは再生用の対物レンズであって、 光源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈
    折力の第２レンズとからなり、 少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、次式を
    満たすことを特徴とする対物レンズ。 ＮＡ≧０．７０ （１） ０．０５＜ＷＤ／ＥＮＰ＜０．２５ （２） ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再
    生を行うのに必要な所定の像側開口数 ＷＤ：前記対物レンズのワーキングディスタンス（ｍ
    ｍ） ＥＮＰ：前記対物レンズの入射瞳径（ｍｍ）
  2. 【請求項２】 光情報記録媒体の情報の記録および／ま
    たは再生用の対物レンズであって、 光源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈
    折力の第２レンズとからなり、 前記第１レンズおよび前記第２レンズはそれぞれプラス
    チック材料から形成され、 少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、次式を
    満たすことを特徴とする対物レンズ。 ０．０５＜ＷＤ／ＥＮＰ＜０．１５ （３） ただし、ＷＤ：前記対物レンズのワーキングディスタン
    ス（ｍｍ） ＥＮＰ：前記対物レンズの入射瞳径（ｍｍ）
  3. 【請求項３】 光情報記録媒体の情報の記録および／ま
    たは再生用の対物レンズであって、 光源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈
    折力の第２レンズとからなり、 少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、次式を
    満たすことを特徴とする対物レンズ。 ０．０５≦ＰＤ／ＰＴ≦０．２０ （４） ただし、ＰＤ：前記第ｉ面に形成された回折構造を Φｂ＝ｂ２ｉｈ２＋ｂ４ｉｈ４＋ｂ６ｉｈ６＋ ・・・
    ・・ により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｈ
    は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ
    ６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光
    路差関数係数である）、ＰＤ＝Σ（−２・ｂ２ｉ）によ
    り定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ−１） ＰＴ：屈折レンズと回折構造とを合わせた対物レンズ全
    系のパワー（ｍｍ−１）
  4. 【請求項４】 光情報記録媒体の情報の記録および／ま
    たは再生用の対物レンズであって、 光源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈
    折力の第２レンズとからなり、 少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、 回折レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折
    作用とをあわせた場合、光源の波長が長波長側にシフト
    した際にバックフォーカスが短くなる方向に変化するよ
    うな軸上色収差特性を有し、 次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。 −１＜△ＣＡ／△ＳＡ＜０ （５） ただし、△ＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化
    量（ｍｍ） △ＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差
    の変化量（ｍｍ）
  5. 【請求項５】 光情報記録媒体の情報の記録および／ま
    たは再生用の対物レンズであって、 光源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈
    折力の第２レンズとからなり、 少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、次式を
    満たすことを特徴とする対物レンズ。 １．０≦（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）≦６．０ （６） ただし、ｒｉ：各面の近軸曲率半径（ｍｍ）（ｉ＝１ま
    たは２）
  6. 【請求項６】 光情報記録媒体の情報の記録および／ま
    たは再生用の対物レンズであって、 光源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈
    折力の第２レンズとからなり、 少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を有し、 使用波長が５００ｎｍ以下であり、 前記使用波長領域で厚さが３ｍｍにおける内部透過率が
    ８５％以上である材料から形成されていることを特徴と
    する対物レンズ。
  7. 【請求項７】 光情報記録媒体の情報の記録および／ま
    たは再生用の対物レンズであって、 光源側から順に配置される正屈折力の第１レンズと正屈
    折力の第２レンズとからなり、 第２面を含む少なくとも１つの面に輪帯状の回折構造を
    有し、次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。 １．０＜（ｒ２＋ｒ１）/（ｒ２−ｒ１） （７） ただし，rｉ：各面の近軸曲率半径（ｍｍ）（ｉ＝1また
    は２）
  8. 【請求項８】 第１面から第３面のうち、少なくとも２
    つの面が非球面であ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。
  9. 【請求項９】 次式を満たすことを特徴とする請求項２
    乃至８のいずれか１項に記載の対物レンズ。 ＮＡ≧０．７０ （８）
  10. 【請求項１０】 ２つ以上の面に輪帯状の回折構造を形
    成したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項
    に記載の対物レンズ。
  11. 【請求項１１】 前記第１レンズおよび前記第２レンズ
    はそれぞれプラスチック材料から形成されたことを特徴
    とする請求項１，３乃至１０のいずれか１項に記載の対
    物レンズ。
  12. 【請求項１２】 次式を満たすことを特徴とする請求項
    １乃至１１のいずれか１項に記載の対物レンズ。 νｄｉ≦６５．０ （９） ただし、νｄｉ：第ｉレンズのｄ線のアッベ数（ｉ＝１
    または２）
  13. 【請求項１３】 基準波長をλ（ｍｍ）、前記対物レン
    ズ全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記第ｉ面に形成され
    た回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量をも
    つ回折光の次数をｎｉ、前記第ｉ面の有効径内の回折構
    造の輪帯数をＭｉ、第ｉ面の有効径内の回折構造の輪帯
    間隔の最小値をＰｉ（ｍｍ）としたとき、 次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１２のいず
    れか１項に記載の対物レンズ。 ０．０４≦ｆ・λ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ２））≦０．６０ （１０）
  14. 【請求項１４】 次式を満たすことを特徴とする請求項
    １，２，４乃至１３のいずれか１項に記載の対物レン
    ズ。 ０．０１≦ＰＤ／ＰＴ≦０．２０ （１１） ただし、ＰＤ：前記第ｉ面に形成された回折構造を Φｂ＝ｂ２ｉｈ２＋ｂ４ｉｈ４＋ｂ６ｉｈ６＋ ・・・
    ・ により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｈ
    は光軸からの高さ（ｍｍ）であり、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ
    ６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光
    路差関数係数である）、ＰＤ＝Σ（−２・ｂ２ｉ）によ
    り定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ−１） ＰＴ：屈折レンズと回折構造とを合わせた対物レンズ全
    系のパワー（ｍｍ−１）
  15. 【請求項１５】 次式を満たすことを特徴とする請求項
    １乃至１４のいずれか１項に記載の対物レンズ。 ｜△ｆＢ・ＮＡ２｜≦０．２５μｍ （１２） ただし、△ｆＢ：光源の波長が＋１ｎｍ変化したときの
    対物レンズの焦点位置の変化（μｍ）
  16. 【請求項１６】 回折レンズとしての回折作用と屈折レ
    ンズとしての屈折作用とをあわせた場合、光源の波長が
    長波長側にシフトした際にバックフォーカスが短くなる
    方向に変化するような軸上色収差特性を有し、 次式を満たすことを特徴とする請求項１，２，３，５，
    ７乃至１５のいずれか１項に記載の対物レンズ。 −１＜△ＣＡ／△ＳＡ＜０ （１３） ただし、△ＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化
    量（ｍｍ） △ＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差
    の変化量（ｍｍ）
  17. 【請求項１７】 次式を満たすことを特徴とする請求項
    １乃至１６のいずれか１項に記載の対物レンズ。 ０．２≦｜（Ｐｈ／Ｐｆ）−２｜≦５．０ （１４） ただし、Ｐｆ：光情報記録媒体に記録および／または再
    生を行うのに必要な所定の像側開口数における回折輪帯
    問隔（ｍｍ） Ｐｈ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行う
    のに必要な所定の像側開口数の１／２の開口数における
    回折輪帯間隔（ｍｍ）
  18. 【請求項１８】 前記第ｉ面に形成された回折構造で発
    生するｎｉ次回折光量が他のいずれの次数の回折光量よ
    りも大きく、前記光情報記録媒体に対する情報の記録お
    よび／または再生するために前記回折構造で発生したｎ
    ｉ次回折光を光情報記録媒体の情報記録面に集光するこ
    とができることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれ
    か１項に記載の対物レンズ。ここで、ｎは０、±１以外
    の整数である。
  19. 【請求項１９】 次式を満たすことを特徴とする請求項
    １，２，３，４，６，８乃至１８のいずれか１項に記載
    の記載の対物レンズ。 １．５≦ｆ１／ｆ２≦５．０ （１５） ０．３≦（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）≦６．０ （１６） ただし、ｆｉ：第ｉレンズの焦点距離（ｍｍ）（ｉ＝１
    または２） ｒｉ：各面の近軸曲率半径（ｍｍ）（ｉ＝１または２）
  20. 【請求項２０】 次式を満たすことを特徴とする請求項
    ５または７に記載の記載の対物レンズ。 １．５≦ｆ１／ｆ２≦５．０ ただし、ｆｉ：第ｉレンズの焦点距離（ｍｍ）（ｉ＝１
    または２）
  21. 【請求項２１】 使用波長が５００ｎｍ以下であり、前
    記使用波長領域で厚さが３ｍｍにおける内部透過率が８
    ５％以上である材料から形成されていることを特徴とす
    る請求項１乃至５，７乃至２０のいずれか１項に記載の
    対物レンズ。
  22. 【請求項２２】 飽和吸水率が０．５％以下である材料
    から形成されていることを特徴とする請求項１乃至２１
    のいずれか１項に記載の対物レンズ。
  23. 【請求項２３】 光源から射出された光束を光情報記録
    媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含
    む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の
    集光光学系であって、 前記対物レンズは請求項１乃至２２のいずれか１項に記
    載の対物レンズであって、 前記光源と前記対物レンズとの間に、前記集光光学系の
    各光学面で発生する球面収差の変動を補正する手段を設
    けたことを特徴とする集光光学系。
  24. 【請求項２４】 光源から射出された光束を光情報記録
    媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含
    む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の
    集光光学系であって、 前記対物レンズは請求項１乃至２２のいずれか１項に記
    載の対物レンズであって、 前記光源と前記対物レンズとの間に、前記光源の発振波
    長の微少な変動に起因して前記集光光学系の各光学面で
    生じる球面収差の変動を補正する手段を設けたことを特
    徴とする集光光学系。
  25. 【請求項２５】 光源から射出された光束を光情報記録
    媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含
    む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の
    集光光学系であって、 前記対物レンズは請求項１乃至２２のいずれか１項に記
    載の対物レンズであって、 前記集光光学系は少なくとも１枚のプラスチック材料か
    ら形成された光学素子を含み、 前記光源と前記対物レンズとの間に、温湿度変化に起因
    して前記集光光学系の各光学面で生じる球面収差の変動
    を補正する手段を設けたことを特徴とする集光光学系。
  26. 【請求項２６】 光源から射出された光束を光情報記録
    媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含
    む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の
    集光光学系であって、 前記対物レンズは請求項１乃至２２のいずれか１項に記
    載の対物レンズであって、 前記光源と前記対物レンズとの間に、前記光情報記録媒
    体の透明基板厚さの微少な変動に起因して発生する球面
    収差の変動を補正する手段を設けたことを特徴とする集
    光光学系。
  27. 【請求項２７】 光源から射出された光束を光情報記録
    媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含
    む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の
    集光光学系であって、 前記対物レンズは請求項１乃至２２のいずれか１項に記
    載の対物レンズであって、 前記光情報記録媒体の透明基板厚さの微少な変動、前記
    光源の発振波長の微少な変動及び温湿度変化のうち少な
    くとも２つ以上の組み合わせに起因して前記集光光学系
    の各光学面で生じる球面収差の変動を補正することを特
    徴とする集光光学系。
  28. 【請求項２８】 前記球面収差補正手段は屈折率分布が
    可変であることを特徴とする請求項２３乃至２７のいず
    れか１項に記載の集光光学系。
  29. 【請求項２９】 前記球面収差補正手段は，光軸に沿っ
    て変移することで、出射する光束の発散度を変化させる
    ことが可能な光学素子を少なくとも１つ含むことを特徴
    とする請求項２３乃至２８のいずれか１項に記載の集光
    光学系。
  30. 【請求項３０】 前記光学素子は比重が２．０以下の材
    料から形成されていることを特徴とする請求項２９記載
    の集光光学系。
  31. 【請求項３１】 前記光学素子はプラスチック材料から
    形成されていることを特徴とする請求項２９または３０
    載の集光光学系。
  32. 【請求項３２】 表面側から順に透明基板と情報記録層
    とが複数積層された構造を有する光情報記録媒体への情
    報の記録および／または再生が可能な集光光学系であっ
    て，前記対物レンズを光軸方向に沿って変移することで
    上記複数の情報記録面への情報の記録および／または再
    生のためにフォーカシングさせ、かつ上記複数の情報記
    録層での透明基板の厚さの違いによって生じる球面収差
    の変動を前記球面収差補正手段により補正することを特
    徴とする請求項２３乃至３１のいずれか１項に記載の集
    光光学系。
  33. 【請求項３３】 ５００ｎｍ以下の波長の光を発生する
    光源と、球面収差の変動を補正する手段と、該球面収差
    補正手段を介した光束を光情報記録媒体の情報記録面に
    集光させるための対物レンズとを含む集光光学系と、を
    備え、前記情報記録面からの反射光を検出することで前
    記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再
    生を行う光ピックアップ装置であって、 前記情報記録面からの反射光を検出することで、前記対
    物レンズのトラッキング誤差および／またはフォーカシ
    ング誤差を検出するための第１の検出手段と、 前記第１の検出手段の検出結果に応じて、該トラッキン
    グ誤差および／またはフォーカシング誤差を低減するた
    めに前記対物レンズを駆動させる第１の駆動装置と、 前記情報記録面からの反射光を検出することで、前記集
    光光学系で発生した球面収差の変動を検出するための第
    ２の検出手段と、 前記第２の検出手段の検出結果に応じて、該球面収差の
    変動を低減するために前記球面収差補正手段を駆動させ
    る第２の駆動装置と、を具備し、 前記集光光学系は請求項２２乃至３２のいずれか１項に
    記載の集光光学系であることを特徴とする光ピックアッ
    プ装置。
  34. 【請求項３４】 請求項３３記載の光ピックアップ装置
    を搭載したことを特徴とする、音声および／または画像
    の記録装置、および／または、音声および／または画像
    の再生装置。
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