JP2003222792A

JP2003222792A - 光学ピックアップ用対物レンズ、光学ピックアップ及びディスクドライブ装置

Info

Publication number: JP2003222792A
Application number: JP2002019437A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Takahashi; 豊和高橋; Satoru Hineno; 哲日根野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】トラックピッチを狭くすることによって高記
録密度化された光記録媒体に対する情報の記録及び再生
に用いられる光学ピックアップに適する、小型で、色収
差の補正が効果的に為されて回折限界までレーザ光を集
光することができる光学ピックアップ用対物レンズ提供
する。【解決手段】０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ
以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光
軸上の像点における色収差の補正を行うようにした光学
ピックアップ用対物レンズ１５において、光源側より順
に、屈折面Ｓ_２ｒと回折面Ｓ_２ｄとの複合面Ｓ_２を有す
る第１レンズ群ＧＲ１と、正の屈折力を有する第２レン
ズ群ＧＲ２とによって構成され、第１レンズ群の複合面
を負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折
力を有する回折面を付加することによって構成し、第２
レンズ群を構成するレンズを少なくとも１の非球面を含
む単レンズとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光記録媒体に対し
レーザ光を照射して、情報の記録、及び／又は、記録さ
れた情報の再生を行う記録再生装置及び該記録再生装置
の光学ピックアップに使用される対物レンズにおいて、
レーザ光を光記録媒体の記録面に回折限界まで集光させ
ることができる対物レンズを低コストにて提供するため
の技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報の記録媒体として、レーザ光
を記録面に照射することによって情報の記録及び再生を
行うようにされた非接触型で記録密度も高い光記録媒体
が広く用いられている。そして、上記光記録媒体は、現
状では、記録された情報検索のし易さ等の点から、ディ
スク状をした光記録媒体（以下、「光ディスク」とい
う。）が多用されている。

【０００３】光ディスクは、スパイラル（螺旋）状をし
た記録トラックを有し、上記記録トラックの互いに隣接
する部分間の間隔、即ち、トラックピッチは、例えば、
ＣＤ（Compact Disc）の場合では約１．６μｍであった
が、近年のＤＶＤ（DigitalVideo Disc/Digital Versat
ile Disc）では０．７４μｍと狭くされることによっ
て、情報の記録密度が大幅に向上している。

【０００４】ＤＶＤ等のトラックピッチを狭くして情報
の記録密度を向上させた光ディスクに対しレーザ光を照
射して情報の記録や再生を行うためには、トラックピッ
チの大きい光ディスクに対する場合よりも更に小さいビ
ームスポットをその記録面上に形成する必要がある。

【０００５】ところで、対物レンズによって集光される
レーザ光のビームスポットの径は、レーザ光の設計波長
に比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ）に反比例する。
従って、上記ビームスポットの径を小さくするために
は、対物レンズの高開口数化とレーザ光の短波長化が必
要となる。

【０００６】一方、光ディスクに相変化方式又は他の方
式で情報を記録するためには高エネルギーのレーザ光が
必要であるために、また、反射されたレーザ光によるレ
ーザノイズを低減するために、半導体レーザの駆動電流
や電圧に高周波を重ねるなどの方法によって駆動パワー
を変動させて、レーザ光の波長を短い周期で変動させる
ようにしている。従って、可干渉性（Coherent）のレー
ザ光を光ディスクに照射する光学ピックアップにおいて
は、数ｎｍ程度の波長の変動に起因する色収差が発生し
て、光ディスク上のビームスポットが大きくなってしま
うという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光学
ピックアップにおいては、レーザ光を光ディスクの記録
面に集光してビームスポットを形成する対物レンズとし
ては、図２２に示すように、安価で集光性能が高い非球
面を有するガラス製のモールド成形レンズの１枚構成の
ものａが採用されている。

【０００８】しかし、上記対物レンズａにおいては、図
２３の各収差図に示すように、非球面を用いても±２ｎ
ｍの波長の変動に対し±０．６μｍ／ｎｍ程度の色収差
が発生していることが分かる。尚、図２３に示す各収差
図において、実線は４０５ｎｍ、破線は４０３ｎｍ及び
一点鎖線は４０７ｎｍにおける値を示すものであり、非
点収差図において、太線はサジタル像面、細線はタンジ
ェンシャル像面における値を示すものである。

【０００９】上記したように、トラックピッチを狭くす
ることによって高記録密度化された光ディスクに情報を
記録するには、対物レンズによって回折限界までレーザ
光を集光して、より小さなビームスポットを形成するこ
とが望ましいが、上記従来の非球面を有するガラス製モ
ールド成形レンズの１枚構成の対物レンズａでは、上記
したような色収差の発生によって回折限界までの集光は
困難であった。

【００１０】本発明は、上記した問題点に鑑み、トラッ
クピッチを狭くすることによって高記録密度化された光
記録媒体に対する情報の記録及び再生に用いられる光学
ピックアップに適する、小型で、色収差の補正が効果的
に為されて回折限界までレーザ光を集光することができ
る対物レンズを、安価に提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するために、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎ
ｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して
光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた
光学ピックアップ用対物レンズを、光源側より順に、屈
折面と回折面との複合面を有する第１レンズ群と正の屈
折力を有する第２レンズ群とによって構成し、第１レン
ズ群の複合面を負の屈折力を有する非球面上に正の屈折
力を有する回折面を付加することによって構成し、第２
レンズ群が少なくとも１の非球面を含み、第１レンズ群
と第２レンズ群との間にアパーチャを設け、第１レンズ
群と第２レンズ群を共通のレンズ鏡筒内に配置したもの
である。

【００１２】従って、光軸上の像面における色収差が効
果的に補正されるため、回折限界までレーザ光を集光さ
せることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明光学ピックアップ
用対物レンズ、光学ピックアップ及びディスクドライブ
装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明す
る。尚、以下に示す実施の形態は、本発明を初期のディ
スク状光記録媒体であるＣＤ（Compact Disc）のトラッ
クピッチよりも狭い０．６μｍ程度のトラックピッチを
有するディスク状光記録媒体、例えば、ＤＶＤ（Digita
l Video Disc/Digital Versatile Disc）等、トラック
ピッチを狭くすることによって情報の記録密度を高めた
規格のディスク状光記録媒体に対して、情報の記録及び
再生を行うディスクドライブ装置に適用したものであ
る。

【００１４】最初に、ディスクドライブ装置の概要を説
明する。

【００１５】ディスクドライブ装置１は、回転数を高く
して記録された記録信号の読み込み及び情報信号の書き
込みが高速化されたものであり、トラックピッチが非常
に細かくされて記録容量が高められた、例えば、ＤＶＤ
（Digital Video/VersatileDisc）等をディスク状光記
録媒体として用いる、パーソナルコンピュータに外部記
憶装置として搭載されて使用される装置である。

【００１６】ディスクドライブ装置１は、図１及び図２
に示すように、各種機構が配置されたメカフレーム２を
有し、該メカフレーム２の上方、左右及び前後が、ネジ
止め等の適宜な手段によって取り付けられるカバー体３
及び前面パネル４によって覆われている。

【００１７】上記カバー体３は、天板部３ａと該天板部
３ａの両側縁からそれぞれ垂設された側面部３ｂ、３ｂ
と図示しない後面部とが一体に形成されて成る。

【００１８】前面パネル４には、横長の開口４ａが形成
され、該開口４ａを開閉する扉体５が、その上端部を支
点として前面パネル４に回動自在に支持されている。ま
た、前面パネル４には、各種操作を行う操作ボタン６、
６、…が配設されている。

【００１９】上記メカフレーム２は各種機構が配置され
る機構配置面部７ａと、該機構配置面部７ａの両側縁か
ら立設された側部７ｂ、７ｂとを有し、上記機構配置面
部７ａの前端部にカム板や各種ギアを有するローディン
グ機構８が配置されている。

【００２０】メカフレーム２には、図２に示すように、
ディスクトレイ９が前後方向に移動自在に支持されてい
る。該ディスクトレイ９には、前後方向に長い挿通孔９
ａとディスク状光記録媒体（以下、単に「光ディスク」
という。）１００が載置されるディスク載置凹部９ｂと
が形成されている。ディスク載置凹部９ｂに光ディスク
１００を載置する時には、ディスクトレイ９は上記ロー
ディング機構８によって駆動されて、前面パネル４の開
口４ａから外部に突出され、光ディスク１００へ情報の
記録又は再生を行う時には、ディスク載置凹部９ｂに光
ディスク１００を載置した状態で装置内部に引き込まれ
る。

【００２１】また、メカフレーム２の機構配置面部７ａ
には、図２に示すように、移動フレーム１０がその後端
部を支点として回動自在な状態で支持されている。

【００２２】上記移動フレーム１０には、光ディスク１
００を回転させるためのモータユニット１１が配置され
ており、該モータユニット１１はディスクテーブル１１
ａと駆動モータ１１ｂを含んでいる。また、移動フレー
ム１０には、光学ピックアップ１２が、図示しないガイ
ド軸及びリードスクリューによってディスクテーブル１
１ａに装着された光ディスク１００の半径方向に移動可
能な状態で支持されている。

【００２３】更に、移動フレーム１０には、上記リード
スクリューを回転させる送りモータ１３が取着されてい
る。従って、リードスクリューが上記送りモータ１３に
よって回転されると、その回転方向に応じた方向へ光学
ピックアップ１２がガイド軸に案内されて移動される。

【００２４】従って、ディスクドライブ装置１において
は、光ディスク１００が、ディスクトレイ９のディスク
載置凹部９ｂに載置さた状態で装置内部に引き込まれ、
ディスクテーブル１１ａ上に適宜な手段によって保持さ
れ、モータユニット１１の駆動モータ１１ｂによる駆動
によってディスクテーブル１１ａと共に回転されると、
光学ピックアップ１２が光ディスク１００の半径方向に
移動しながら、光ディスク１００に対する情報の記録又
は再生が為される。

【００２５】次に、光ディスク１００に対する情報の記
録又は再生を行う光学ピックアップ１２の構成について
説明する。

【００２６】光学ピックアップ１２は、図２に示すよう
に、図示しないガイド軸及びリードスクリューによって
シャーシ１１に支持された移動ベース１４上に、レーザ
発光素子や受光素子等を含む所要の光学素子と、対物レ
ンズ１５を支持した図示しない２軸アクチュエータ等が
搭載されて成る。

【００２７】即ち、光学ピックアップ１２は、図３に概
略的に示すように、図示しない２軸アクチュエータによ
って支持された対物レンズ１５、４２０ｎｍ以下の波長
のレーザ光を出射するレーザ発光素子１６及び該レーザ
ー発光素子１６から出射されたレーザ光を平行光束にす
るコリメータレンズ１７を有する。レーザ発光素子（半
導体レーザ）１６から出射したレーザ光は、コリメータ
レンズ１７によって平行光束にされ、対物レンズ１５に
よって光ディスク１００の記録層に集光される。

【００２８】ところで、光学ピックアップ１２は、情報
の記録密度が高い光ディスク１００に情報の記録及び情
報の再生を行うことができるようにされたものである。
従って、上記レーザ発光素子１６は、７８０ｎｍの波長
のレーザ光を発生する従来のＣＤ規格のレーザ発光素子
よりも短い波長４２０ｎｍ以下（具体的には４００ｎｍ
乃至４１０ｎｍ程度）のレーザ光を発生するものであ
り、レーザノイズを低減するために高周波電流を駆動電
流に重ねることでレーザ光の波長が短い周期で変動する
ようにされている。

【００２９】そして、光ディスク１００に記録を行う際
には、レーザ発光素子１６から高エネルギーのレーザ光
が出射され、コリメータレンズ１７によって平行光束に
され、この平行光束にされたレーザ光が対物レンズ１５
に入射して光ディスク１００の記録層上に集光されレー
ザスポットを形成する。このレーザ光のエネルギーによ
って記録層が、例えば、相変化し、情報を記録したピッ
トが形成される。

【００３０】一方、光ディスク１００に記録された情報
を再生する場合には、情報に記録を行う時よりも低エネ
ルギーのレーザ光がレーザ発光素子１６から出射され、
コリメータレンズ１７によって平行光束にされ、この平
行光束にされたレーザ光が対物レンズ１５に入射して光
ディスク１００の記録層上に集光されレーザスポットを
形成する。そして、光ディスク１００の記録層で反射さ
れたレーザ光が上記とは逆の光路を経て、光学ピックア
ップ１２内の受光素子等を含む図示しない受光系によっ
て検出される。

【００３１】上記対物レンズ１５の作動距離、即ち、対
物レンズ１５を構成するレンズの最も光ディスク１００
寄りの面から像点（光ディスク１００のレーザ光が集光
する記録層）までの距離が０．５ｍｍ以上とされてい
る。

【００３２】次に、対物レンズ１５について具体的に説
明する。

【００３３】対物レンズ１５は、図３、図１２、図１
４、図１６、図１８及び図２０に示すように、屈折面Ｓ
_２ｒをベース面として、これに回折面Ｓ_２ｄを付加する
ことによって成る屈折・回折複合面（以下、単に「複合
面」という。）Ｓ_２を有するハイブリッド型レンズの第
１レンズＬ１によって構成された第１レンズ群ＧＲ１
と、正の屈折力を有する両面非球面のメニスカス形状の
単レンズである第２レンズＬ２によって構成された第２
レンズ群ＧＲ２とから成る２群構成を有するものであ
る。

【００３４】上記第１レンズ群ＧＲ１は、色収差を補正
する役割を果たすものであり、第２レンズ群ＧＲ２は、
レーザ光のビームスポットを所定の大きさに集光する役
割を果たすものである。

【００３５】尚、以下の説明において、レンズ及び他の
構成要素の面番号は、光源（レーザ発光素子）側から、
１、２、３、…と順に数えるものとし、「Ｓ_ｉ」は光源
側から数えてｉ番目の面、「ｒ_ｉ」は光源側から数えて
ｉ番目の面Ｓ_ｉの曲率半径、「ｄ_ｉ」は光源側から数え
てｉ番目とｉ＋１番目の面との間の光軸上における面間
隔を示すものとする。非球面形状は、「ｘ」を光軸から
の高さが「ｈ」の非球面上の点の、非球面頂点の接平面
からの距離、「ｃ」を非球面頂点の曲率（＝１／Ｒ）、
「ｋ」を円錐定数、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、
「Ｅ」、「Ｆ」、「Ｇ」、「Ｈ」及び「Ｊ」をそれぞれ
第４次乃至第２０次の非球面係数とする時、以下の数式
１によって定義されるものとする。

【００３６】

【数１】

【００３７】また、一般的に、回折面に使用される回折
光学素子は、振幅型と位相型とに分けられるが、上記対
物レンズ１５の回折面Ｓ_２ｄに用いられるものは位相
型、特に、効率の点から所謂ブレーズ形状をしたブレー
ズドホログラムである。このブレーズドホログラムは、
一般のホログラムと同様に、製造時に２つの点光源を無
限遠にあるとした時の各面上での非球面的位相のずれ係
数として、基板上の曲座標を多項式を使用して指定して
成るものである。ここで、上記多項式の係数は、回折基
準波長での光路差（OPD）をｍｍ単位で与える。即ち、
回折面上で光軸からの高さＲの点における回折による光
路差は、 OPD=C1R²+C2R⁴+C3R⁶+C4R⁸+C5R¹⁰+C6R¹²+C7R¹⁴+C8R¹⁶+C9
R¹⁸+C10R²⁰ のように定義される。実際の回折面の形状は、回折を生
じさせるために断続的に変化させることになる。つま
り、屈折率Ｎの媒質中の光路と空気中の光路との間に生
じる光路差はt(N-1)で与えられるので、回折面の各輪帯
（エレメント）の段差ｄは、設計波長をλ（nm）とする
時、 d=λ/(N-1)・10^-3 または、その整数倍となる。回折面のブレーズ形状は、
上記光路差OPDを波長λで割った余りを光路差として生
じる深さを表面形状に与えることになる。

【００３８】上記第１レンズＬ１は、ガラス又は樹脂で
形成され、その複合面Ｓ_２は、屈折面Ｓ_２ｒをベース面
（回折面が定義される基準面）として、ダイヤモンドバ
イトを使用した機械切削加工によって製作した金型を用
いて上記屈折面Ｓ_２ｒに直接、又は、図１６に破線にて
概略的に示すように、屈折面Ｓ_２ｒに適宜な方法によっ
て積層された樹脂層１８の表面に位相透過型のホログラ
ムを形成した回折面Ｓ _２ｄを付加して成る複合面Ｓ_２を
有するものである。このように、回折面Ｓ_２ｄを有する
複合面Ｓ_２を使用すると、レンズの径を大きくすること
なく開口数（ＮＡ）を高めることが可能となる。尚、上
記回折面Ｓ_２ｄは、後述するように、断面形状で微細な
階段状を為すようにされている。また、上記ベース面で
ある対物レンズ１５の屈折面Ｓ_２ｒは放物面(円錐定数
ｋ＝−１)とされている。

【００３９】また、対物レンズ１５は、第２レンズＬ２
の第３面Ｓ_３及び第４面Ｓ_４が非球面によって構成され
ている。

【００４０】そして、上記２群構成の対物レンズ１５
は、図３に示すように、樹脂等の適宜な材質によって形
成されたレンズ鏡筒１９内に配設されている。

【００４１】上記レンズ鏡筒１９は、詳しい図示は省略
するが、両端が開口した略円筒形状を為すものであり、
両端の開口からそれぞれ第１レンズＬ１及び第２レンズ
Ｌ２が内部に挿入され、芯出しや位置調整等を行って固
定されている。このように、２群構成の対物レンズ１５
を、予め、各構成レンズの芯出し等の光学的調整を行っ
てレンズ鏡筒１９内に配置しておけば、対物レンズ１５
を光学ピックアップ１２に組み込む際の作業性を向上さ
せることが可能になる。

【００４２】また、第１レンズ群ＧＲ１は、平面である
第１面Ｓ_１に加えて、複合面Ｓ_２が負の屈折力を有する
屈折面Ｓ_２ｒと正の屈折力を有する回折面Ｓ_２ｄとによ
って構成されることによって、屈折力の総量が０（ゼ
ロ）にされている。のように、第１レンズ群ＧＲ１の屈
折力を０にすると、第１レンズ群ＧＲ１が設計波長の光
に対して完全に平行平板となり、例え、波長がシフトし
た場合でも屈折力の非常に弱いレンズとして機能するだ
けであるため、コリメータレンズ１７とレーザ光を集光
させる働きを有する第２レンズ群ＧＲ２との間に挿入す
る際の偏心、チルト、面間隔等の許容範囲を広く採るこ
とが可能になる。また、第１レンズ群ＧＲ１を色収差を
補正するためだけに使用してビームスポットを形成する
働きを第２レンズ群ＧＲ２にのみ負わせることによっ
て、各レンズ群の役割分担を鮮明にし、各レンズ群の設
計が容易になる。

【００４３】対物レンズ１５は、作動距離、即ち、レン
ズ最終面（第４面Ｓ_４）から像点までの距離が０．５ｍ
ｍ以上とされている。開口数の大きな２群構成のレン
ズ、例えば、Solid Immersion Lens（ＳＩＬ）において
は、作動距離が０．１ｍｍ程度の場合があった。このよ
うに作動距離が短いと、対物レンズと光ディスクとの衝
突が必須となる等の問題があった。従って、本発明で
は、上述のように、レンズ最終面から像点までの作動距
離を０．５ｍｍ以上に規定した。また、対物レンズ１５
は、１．８７５ｍｍ以下の有効焦点距離を有するように
されている。

【００４４】次に、対物レンズ１５において、レーザ光
を回折限界まで集光するための色消し（色収差の補正）
の条件について説明する。

【００４５】一般に、波長λ（ｎｍ）に対して±δ（ｎ
ｍ）の範囲で波長が変化する光源に対して、屈折型レン
ズと回折型レンズとを組み合わせたレンズの色消し条件
は次のように導かれる。

【００４６】即ち、波長λ、λ＋δ及びλ−δの時の硝
材の屈折率をそれぞれ、Ｎ、Ｎ_+δ、Ｎ_-δとすると、波
長λ±δの範囲における部分的なアッベ数（以下、「部
分アッベ数」という。）ν_ｒは次の数式２のように表す
ことができる。

【００４７】

【数２】

【００４８】また、回折型レンズの部分アッベ数ν
_ｄは、次の数式３のようになる。

【００４９】

【数３】

【００５０】そして、屈折型レンズ及び回折型レンズの
焦点距離をそれぞれ、ｆ_ｒ、ｆ_ｄとすると、これらの合
成による合成レンズの焦点距離ｆは、次の数式４の関係
を有し、光軸上における像点の色消し条件は、数式５で
表される。

【００５１】

【数４】

【００５２】

【数５】

【００５３】従って、上記数式４及び数式５から、次の
数式６に示す、屈折型レンズの焦点距離ｆ_ｒと回折型レ
ンズの焦点距離ｆ_ｄがそれぞれ得られる。

【００５４】

【数６】

【００５５】尚、屈折型レンズの部分アッベ数ν_ｒはレ
ンズ材質の屈折率によって決定され、回折型レンズの部
分アッベ数ν_ｄはレーザ光の使用波長によって決定され
る。ここで、レンズ材質の屈折率が波長によって変化す
ることを考慮すると、屈折型レンズの部分アッベ数ν_ｒ
は、レンズ材質とレーザ光の使用波長によって決定され
るということができ、回折型レンズの部分アッベ数ν_ｄ
はレーザ光の使用波長のみによって決定されるというこ
とができる。

【００５６】ところで、対物レンズ１５のような屈折・
回折複合レンズにおける軸上色消し条件は、レーザ光の
使用波長λ、レーザ光の揺らぎ量（波長の変動量）δ、
レンズの材質、入射レーザ光のビーム径及び開口数N.A.
を決定することによって、一意に決定される。

【００５７】従って、光学ピックアップ用の対物レンズ
の場合、レーザ光の設計波長、レーザ光のビーム径、対
物レンズの開口数は固定されたパラメータとなるため、
レンズの材質が決定されると、屈折・回折複合レンズに
おける軸上色消し条件が決定することになる。例えば、
N.A.＝０．８、レーザ光のビーム径３ｍｍ、λ＝４１０
ｎｍ、δ＝±１０ｎｍとし、レンズの材質としてＬＡＨ
５３（株式会社オハラの商品名）を使用した場合、屈折
型レンズの焦点距離ｆ_ｒは２．１８ｍｍ、回折型レンズ
の焦点距離ｆ_ｄは１３．３１ｍｍとなる。

【００５８】対物レンズ１５において、上記第１レンズ
群ＧＲ１は、色収差を補正する役割を果たすものであ
り、第２レンズ群ＧＲ２は、レーザ光のビームスポット
を所定の大きさに集光する役割を果たすものであるの
で、第１レンズ群ＧＲ１の屈折力は０で、第２レンズ群
ＧＲ２の屈折力の総和が、対物レンズ１５の屈折力とな
る。これを数式で示すと、数式７及び数式８のようにな
る。

【００５９】

【数７】

【００６０】

【数８】

【００６１】従って、対物レンズ１５においては、第１
レンズ群ＧＲ１の屈折型レンズ（第１面Ｓ_１と第２面屈
折面Ｓ_２ｒ）と、第２レンズ群ＧＲ２の第２レンズＬ２
との合成焦点距離が、全ての屈折型レンズの焦点距離ｆ
_ｒとなるため、次の数式９が成り立つ。

【００６２】

【数９】

【００６３】光学ピックアップ用対物レンズの設計にお
いて、焦点距離とレンズ材質とを決定すると、ｆ、
ｆ_ｒ、ｆ_ｄは自動的に決定されるので、上記数式９の条
件を満たす第１レンズ群の屈折型レンズの焦点距離ｆ_１
と、第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔ｄも一意
に決定される。

【００６４】ところで、屈折型レンズの主点位置は、レ
ンズ材質の屈折率と、各レンズ面の曲率半径、面間隔等
によって決定し、必ずしも一定の位置に固定されていな
い。従って、回折型レンズと合成屈折型レンズとの主点
間隔は、設計条件によって変化することになる。このた
め、設計時には上記数式６を満たすようにベンディング
を行い、近軸解を導出することになる。

【００６５】次に、位相回折型の光学素子が形成された
複合面Ｓ_２の回折面Ｓ_２ｄの階段形状の設計について説
明する。

【００６６】複合面Ｓ_２の回折面Ｓ_２ｄのサグ量ASP(r)
は、光学設計用ソフトウェア“CODEV”によって数式１
０のように定義される。

【００６７】

【数１０】

【００６８】上記数式１０において、ｋ＝−１とする
と、２次の係数がｃ／２となり数式１１に示す偶数次の
みの多項式となる。

【００６９】

【数１１】

【００７０】一方、複合面Ｓ_２の回折面Ｓ_２ｄの位相分
布Φ(r)は数式１２に示すような偶数次のみの多項式で
定義される。

【００７１】

【数１２】

【００７２】従って、光学設計までは数式１２のよう
に、位相を連続的に変化する関数として取り扱う。

【００７３】そして、回折面の表面形状設計では、位相
の周期性を利用して、位相周期から整数倍の周期を差し
引いた残りの位相を新たな位相分布とするため、回折面
の形状が離散的なブレーズ形状となる。このブレーズ型
の離散的な位相を、実際の材質の厚みとして換算するた
め、回折面の表面は離散的なブレーズ形状で、その高さ
は波長の整数倍の位相差を与える厚み量となる。

【００７４】図４は、非球面の断面形状と、回折面の断
面形状を説明するための図である。非球面の断面形状AS
P_Sagは、上記数式１１によるものであり、回折面の断
面形状DOE_Sagは数式１２によるものである。回折面の
位相を、屈折面のサグ量と同じ次元にするには、屈折率
差で位相を割り算する。

【００７５】図５は、屈折・回折複合面の形状を説明す
るための図である。屈折・回折複合面のサグ量をSag(r)
とすると、次の数式１３のように表記することができ
る。

【００７６】

【数１３】

【００７７】上記数式１３において、Sag(r)＝０となれ
ば、位相は完全な平面となるため、入射した光に対し何
の影響も及ぼすことなく、光を出射させることになる。
この場合の回折面の形状は、波長の整数倍の位相を与え
る厚み量を１段とする垂直な階段形状になる。即ち、Sa
g(r)＝０の解は、次の数式１４に示すように、各次数の
係数を相殺して０にするように選べばよいことになる。

【００７８】

【数１４】

【００７９】尚、２次の係数は、近軸領域で屈折面と回
折面のそれぞれの屈折力が相殺されて０となっているこ
とを意味する。

【００８０】以下に上記した回折面の階段形状の効果に
ついて、図面を参照して説明する。

【００８１】図６及び図７は、対物レンズ１５の製造段
階において、第１レンズＬ１の屈折面Ｓ_２ｒに直接、又
は、積層された樹脂層１８の表面に回折面を転写形成す
るために用いられる金型を切削加工するためのバイト２
０の先端部分２０ａの幅が、金型の転写面２１に形成さ
れるブレーズ形状（転写形状）２２の各輪帯２２ａ、２
２ａ、…の幅に対して無視できない大きさを有するとき
の加工上の問題点及びこれに対する対策を説明するため
の図である。

【００８２】即ち、図６に示すように、回折面の形状が
ブレーズ形状の場合には、切削加工される金型の転写面
２１は、矢印２３の方向に送られ、バイト２０は矢印２
４の方向に送られることによって、上記転写面２１が切
削されブレーズ形状（転写形状）２２が形成される。こ
こで、バイト２０の先端部分２０ａの形状は目視上鋭利
であっても、微細なブレーズ形状２２の輪帯２２ａ、２
２ａ、…の大きさに比べると鋭利ではなく、しかも、ブ
レーズ形状の輪帯２２ａ、２２ａ、…の大きさに比べて
も鋭利にすることは不可能なので、バイト２０の先端部
分２０ａによって金型の転写面２１のブレーズ形状２２
の輪帯２２ａ、２２ａ、…の間には加工不能部分(削り
残し部分)２５、２５、…が残ってしまうことになる。

【００８３】また、図７に示すように、回折面の形状が
階段形状の場合でも、上記ブレーズ形状の場合と同様
に、切削加工される金型の転写面２１は、矢印２３の方
向に送られ、バイト２０は矢印２４の方向に送られるこ
とによって、上記転写面２１が切削され、階段形状２６
が形成される。しかしながら、回折面の形状が階段形状
の場合では、階段形状２６の輪帯２６ａ、２６ａ、…を
構成する面にバイト２０の先端部２０ａを構成する面に
対して斜めに位置する面が含まれないので、上記のよう
な加工不能部分が残ってしまうことがない。

【００８４】図８は、図９に示す一定の周期Ｌ(ブレー
ズ幅４μｍ)を有するブレーズ型回折格子２７におけ
る、上記転写面２１の加工不能部分２５、２５、…の転
写による未加工部分２７ａ、２７ａ、…の幅ｂと回折効
率との関係を示すものであり、図１０は、図１１に示
す、転写面（切削面）２１に生じる一定の周期ｄを有す
るバイト２０の移動の軌跡である周期性のある微細な凹
凸形状である表面引き目構造２８における、引き目２９
の深さｈと透過率との関係を示すものである。

【００８５】ところで、回折型レンズの回折効率を１０
０％にする回折面の形状は、ブレーズ形状の断面形状を
有するものである。ブレーズの高さ(サグ量)は、波長の
整数倍の位相差を与える厚みである。平面上に回折型レ
ンズを作成すると、断面形状はブレーズ形状になる。

【００８６】一方、前述のように、上記サグ量を相殺す
るように数式１３の多項式の係数を選択して回折型レン
ズの設計を行った場合、回折面の断面形状は、図７に示
す金型の転写面２１Ａによって転写される階段状にな
る。この階段の高さ(サグ量)は、上記した平面の場合と
同様に、波長の整数倍の位相差を与える厚みとなる。
尚、階段形状はブレーズ形状の特殊な場合と考えること
ができるので、理論的な回折効率は両者で同じである。

【００８７】ただし、図６に示すように、金型の転写面
２１にブレーズ形状をバイト２０による切削加工で形成
する際には、回折面が斜面を含む断面でブレーズ形状で
あると、バイト２０の先端部分２０ａの形状によって削
り残しの加工不能部分２５、２５、…ができてしまう。
この加工不能部分２５、２５、…がブレーズ形状２２に
比べて無視できない大きさになってくると、図８に示す
ように、その程度に応じて回折効率が低下することにな
ってしまう。この加工不能部分２５、２５、…は、図９
に示すように、バイト２０の先端部分２０ａの形状が小
さい(鋭利)程小さくなる。

【００８８】また、バイト２０を用いた金型の転写面２
１の切削加工を行う際に、図１１に示すように、ブレー
ズ形状２２の斜面に、バイト２０の移動の軌跡である周
期性のある微細な凹凸形状の引き目２９が発生する。該
引き目２９の繰り返し形状である表面引き目構造２８の
周期ｄ、振幅（引き目の深さｈ）が、レンズの設計波長
に対して同程度か、それ以上の大きさを有する時には、
図１０に示すように、レンズに転写された場合、その程
度に応じて透過率を減少させることになる。この引き目
２９は、一般的に、バイト２０の先端部分２０ａの形状
が小さい(鋭利)程小さくなる。

【００８９】このように、金型の転写面２１にブレーズ
形状２２をバイト２０を使用した切削加工によって形成
すると、バイト２０の先端部分２０ａの形状によって、
転写されたレンズの回折面の回折効率と透過率との間で
律則が生じてしまう。

【００９０】これに対し、図７に示すような階段形状２
６をバイト２０を用いた切削加工によって金型の転写面
２１Ａに形成する際には、加工によって形成する面に斜
面が含まれていないため、ブレーズ形状２１の場合のよ
うな加工不能部分２５、２５、…が残らず、理想的な断
面形状に近い形状になる。従って、回折面が階段形状２
６の転写によるものの場合には、回折効率の低下要因を
無くすことが可能になる。また、バイト２０の先端形状
２０ａに対する制約が無くなるため、バイト２０に、図
１１に示す表面引き目構造２８の発生を抑えやすい形状
をしたバイトを先端形状に関係なく選択することがで
き、これによって透過率の低下要因も減少させることも
可能になる。

【００９１】以上に説明したように、対物レンズ１５に
おいては、複合面Ｓ_２の回折面Ｓ_２ _ｄを断面形状で微細
な階段状とすることによって、回折効率の低下と透過率
の低下の問題を同時に改善することが可能になった。

【００９２】最後に、対物レンズ１５を具体化した数値
実施例を示す。

【００９３】図１２は、対物レンズ１５の数値実施例１
のレンズ構成を示すものであり、対物レンズ１５は、屈
折面Ｓ_２ｒをベース面として形成された回折面Ｓ_２ｄか
ら成る複合面Ｓ_２を有するガラス製の平凹レンズから成
る第１レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ
１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレン
ズの第２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群Ｇ
Ｒ２を有する。

【００９４】また、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２
の硝材は、前出のＬＡＨ５３が用いられている。尚、第
２レンズＬ２と像面（光ディスク１００の記録層）との
間には、ポリカーボネート製の保護カバー３０が配設さ
れている。尚、図１２に示すように、「Ｓ_５」及び「ｒ
_５」は上記保護カバー３０の表面（第５面）及び曲率半
径を示すものであり、「ｄ_４」は第２レンズＬ２の第４
面Ｓ_４と上記第５面との間の光軸上における面間隔、
「ｄ_５」は保護カバー２２の厚みである（後述する他の
数値実施例においても同様）。

【００９５】ところで、上記保護カバー３０の厚みは、
０．３ｍｍ以下であることが望ましい。この数値実施例
１と後述する数値実施例２は、保護カバー３０の厚みを
０．１ｍｍとしたものである。これは、保護カバー３０
の厚みが０．３ｍｍ以上であると、補正が困難になるほ
どの球面収差が発生してしまうが、保護カバー３０が
０．３ｍｍ以下の場合には球面収差の発生を抑えること
ができるからである。

【００９６】下記の表１に数値実施例１の各構成レンズ
の数値を示す。

【００９７】

【表１】

【００９８】表２に第２面である複合面Ｓ_２（回折面Ｓ
_２ｄ及び屈折面Ｓ_２ｒ）、第３面Ｓ _３及び第４面Ｓ_４の
円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを
示す。尚、表２中の「Ｅ」は、１０を底とする指数表現
を表すものとする（後述する同種の表においても同
様）。

【００９９】

【表２】

【０１００】図１３に上記数値実施例１による対物レン
ズ１５の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。尚、
各収差図において、実線は４０５ｎｍ、破線は４０３ｎ
ｍ、一点鎖線は４０７ｎｍにおける値をそれぞれ示すも
のであり、非点収差図において、太線はサジタル像面、
細線はタンジェンシャル像面における値を示すものであ
る（後述する同種の図おいても同様。）。また、回折基
準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波
長は４０５ｎｍ（４０３ｎｍ乃至４０７ｎｍ）、レーザ
光の入射ビーム径は３．０ｍｍ、開口数は０．８５であ
る。

【０１０１】ところで、図１３の各収差図において、実
線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３
ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値
は、殆ど重なって判別することが困難となっている。こ
れは、上記数値実施例１における対物レンズ１５におい
ては、色収差の発生が極めて少ないことを示すものであ
る。従って、上記数値実施例１においては、対物レンズ
１５の色収差が効果的に補正されていることが判る。

【０１０２】図１４は、対物レンズ１５の数値実施例２
のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１を適宜
な樹脂材料によって形成し、第２レンズＬ２を前出のＬ
ＡＨ５３によって形成したものである。

【０１０３】即ち、数値実施例２における対物レンズ１
５は、屈折面Ｓ_２ｒをベース面として回折面Ｓ_２ｄ形成
して成る複合面Ｓ_２を有する樹脂製の平凹レンズから成
る第１レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ
１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレン
ズの第２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群Ｇ
Ｒ２を有する。尚、第２レンズＬ２と像面（光ディスク
１００の記録層）との間には、ポリカーボネート製の保
護カバー３０が配設されている。

【０１０４】下記の表３に数値実施例２の各構成レンズ
の数値を示す。

【０１０５】

【表３】

【０１０６】上記数値実施例２は、第１レンズＬ１が樹
脂製であるので、対物レンズ１５を軽量化することが可
能になり、また、樹脂はガラスよりも材料費が安価であ
ると共に加工性が良好なので、対物レンズ１５を低コス
トで量産することが可能になる。

【０１０７】表４に第２面である複合面Ｓ_２（回折面Ｓ
_２ｄ及び屈折面Ｓ_２ｒ）、第３面Ｓ _３及び第４面Ｓ_４の
円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを
示す。

【０１０８】

【表４】

【０１０９】図１５に数値実施例２における対物レンズ
１５の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。回折基
準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波
長は４０５ｎｍ（４０３ｎｍ乃至４０７ｎｍ）、開口数
は０．８５である。

【０１１０】ところで、図１５の各収差図において、実
線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３
ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値
は、殆ど重なって判別することが困難となっている。こ
れは、上記数値実施例２における対物レンズ１５におい
ては、色収差の発生が極めて少ないことを示すものであ
る。従って、上記数値実施例２においては、対物レンズ
１５の色収差が効果的に補正されていることが判る。

【０１１１】図１６は、対物レンズ１５の数値実施例３
のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１をＳＢ
ＳＬ７(株式会社オハラの商品名)によって形成し、第２
レンズＬ２を前出のＬＡＨ５３によって形成したもので
ある。

【０１１２】即ち、数値実施例３における対物レンズ１
５は、屈折面Ｓ_２ｒをベース面として樹脂層１８を積層
し、該樹脂層１８の表面に回折面Ｓ_２ｄを形成して成る
複合面Ｓ_２を有するガラス製の平凹レンズから成る第１
レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ１と、
パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレンズの第
２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群ＧＲ２を
有する。尚、第２レンズＬ２と像面（光ディスク１００
の記録層）との間には、ポリカーボネート製の保護カバ
ー３０が配設されている。

【０１１３】下記の表５に数値実施例３の各構成レンズ
の数値を示す。

【０１１４】

【表５】

【０１１５】表６に第２面である複合面Ｓ_２（回折面Ｓ
_２ｄ及び屈折面Ｓ_２ｒ）、第３面Ｓ _３及び第４面Ｓ_４の
円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを
示す。

【０１１６】

【表６】

【０１１７】上記数値実施例３は、屈折面Ｓ_２ｒに積層
された樹脂層１８に回折面Ｓ_２ｄを形成するようにした
ものである。これは、第１レンズＬ１の材質（ＳＢＳＬ
７）が金型成形によって複合面を形成することができな
い材質だからである。従って、第１レンズＬ１に金型成
形を行うことができない材質（硝材）を使用する場合で
あっても、金型の回折面形状が転写された樹脂層１８を
積層することによって屈折・回折複合面を形設けること
が可能であるため、第１レンズＬ１に使用する材質の選
択範囲を大幅に広げることが可能になる。

【０１１８】図１７に数値実施例３における対物レンズ
１５の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。回折基
準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波
長は４０５ｎｍ（４０３ｎｍ乃至４０７ｎｍ）、開口数
は０．８５である。

【０１１９】ところで、図１７の各収差図において、実
線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３
ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値
は、殆ど重なって判別することが困難となっている。こ
れは、上記数値実施例３における対物レンズ１５におい
ては、色収差の発生が極めて少ないことを示すものであ
る。従って、上記数値実施例３においては、対物レンズ
１５の色収差が効果的に補正されていることが判る。

【０１２０】図１８は、対物レンズ１５の数値実施例４
のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１を、適
宜な樹脂材料によって形成し、第２レンズＬ２を前出の
ＬＡＨ５３によって形成し、高次回折光を使用するよう
にしたものである。

【０１２１】即ち、数値実施例４における対物レンズ１
５は、第２面屈折面Ｓ_２ｒをベース面として回折面Ｓ
_２ｄを形成して成る複合面Ｓ_２を有する樹脂製の平凹レ
ンズから成る第１レンズＬ１によって構成される第１レ
ンズ群ＧＲ１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモ
ールドレンズの第２レンズＬ２によって構成される第２
レンズ群ＧＲ２を有する。尚、第２レンズＬ２と像面
（光ディスク１００の記録層）との間には、ポリカーボ
ネート製の保護カバー３０が配設されている。

【０１２２】下記の表７に数値実施例４の各構成レンズ
の数値を示す。

【０１２３】

【表７】

【０１２４】上記数値実施例４においても、第１レンズ
Ｌ１が樹脂製であるので、対物レンズ１５を軽量化する
ことが可能になり、また、樹脂はガラスよりも材料費が
安価であると共に加工性が良好なので、対物レンズ１５
を低コストで量産することが可能になる。

【０１２５】表８に第２面である複合面Ｓ_２（回折面Ｓ
_２ｄ及び屈折面Ｓ_２ｒ）、第３面Ｓ _３及び第４面Ｓ_４の
円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを
示す。

【０１２６】

【表８】

【０１２７】図１９に数値実施例４における対物レンズ
１５の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。回折基
準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１０であり、設計
波長は４０５ｎｍ（４０３ｎｍ乃至４０７ｎｍ）、開口
数は０．８５である。

【０１２８】ところで、図１９の各収差図において、実
線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３
ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値
は、殆ど重なって判別することが困難となっている。こ
れは、上記数値実施例４における対物レンズ１５におい
ては、色収差の発生が極めて少ないことを示すものであ
る。従って、上記数値実施例４においては、対物レンズ
１５の色収差が効果的に補正されていることが判る。

【０１２９】上記数値実施例４のように、対物レンズ１
５を高次回折光を用いた設計に変更することによって、
回折面Ｓ_２ｄの階段形状の高さ及び幅は、１次回折光で
設計する場合の次数倍となる。従って、レンズ周辺部の
階段形状の幅が他の部分と比較して細くなってしまう場
合、このような大きな次数を用いた設計は回折面Ｓ_２ _ｄ
の階段形状の加工性の観点から有効である。

【０１３０】図２０は、対物レンズ１５の数値実施例５
のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１を、適
宜な樹脂材料によって形成し、第２レンズＬ２を前出の
ＬＡＨ５３によって形成し、第１レンズ群ＧＲ１と第２
レンズ群ＧＲ２との間隔を１ｍｍ以上離すようにしたも
のである。

【０１３１】即ち、数値実施例５における対物レンズ１
５は、第２面屈折面Ｓ_２ｒをベース面として回折面Ｓ
_２ｄを形成して成る複合面Ｓ_２を有する樹脂製の平凹レ
ンズから成る第１レンズＬ１によって構成される第１レ
ンズ群ＧＲ１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモ
ールドレンズの第２レンズＬ２によって構成される第２
レンズ群ＧＲ２を有する。尚、第２レンズＬ２と像面
（光ディスク１００の記録層）との間には、ポリカーボ
ネート製の保護カバー３０が配設されている。

【０１３２】下記の表９に数値実施例５の各構成レンズ
の数値を示す。

【０１３３】

【表９】

【０１３４】上記数値実施例５は、第１レンズＬ１が樹
脂製であるので、対物レンズ１５を軽量化することが可
能になり、また、樹脂はガラスよりも材料費が安価であ
ると共に加工性が良好なので、対物レンズ１５を低コス
トで量産することが可能になる。

【０１３５】表１０に第２面である複合面Ｓ_２（回折面
Ｓ_２ｄ及び屈折面Ｓ_２ｒ）、第３面Ｓ_３及び第４面Ｓ_４
の円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄ
を示す。

【０１３６】

【表１０】

【０１３７】図２１に数値実施例５における対物レンズ
１５の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。回折基
準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波
長は４０５ｎｍ（４０３ｎｍ乃至４０７ｎｍ）、開口数
は０．８５である。

【０１３８】ところで、図２１の各収差図において、実
線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３
ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値
は、殆ど重なって判別することが困難となっている。こ
れは、上記数値実施例５における対物レンズ１５におい
ては、色収差の発生が極めて少ないことを示すものであ
る。従って、上記数値実施例５においては、対物レンズ
１５の色収差が効果的に補正されていることが判る。

【０１３９】ところで、対物レンズ１５は光学ピックア
ップ１２に組み付けられて実際に使用される場合には、
フォーカシングサーボ及びトラッキングサーボをかける
必要上、２軸アクチュエータによる駆動が行われるもの
である。そして、対物レンズ１５にフォーカシングサー
ボ及びトラッキングサーボをかけた際には共振が発生す
ることがある。

【０１４０】上記数値実施例５における対物レンズ１５
は、第1レンズ群ＧＲ1と第２レンズ群ＧＲ２との間の間
隔である面間隔ｄ_２を３．０ｍｍに設定したものであ
る。これは、上記面間隔ｄ_２を調節することによって、
第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成レンズである
対物レンズ１５の重心位置を適宜ずらせて、上記フォー
カシングサーボ及びトラッキングサーボをかける際の共
振を相殺するように設計することを可能にしたものであ
る。

【０１４１】以上に記載したように、対物レンズ１５
は、第１レンズＬ１から成る第１レンズ群ＧＲ１と、非
球面単玉レンズである第２レンズＬ２から成る第２レン
ズ群ＧＲ２とを組み合わせた屈折・回折ハイブリッド型
２群レンズであって、第１レンズＬ１を非球面である屈
折面Ｓ_２ｒ上に位相回折面Ｓ_２ｄが形成されて成る複合
面Ｓ_２を有するようにし、回折面Ｓ_２ｄが付加されてい
る屈折面（ベース面）Ｓ _２ｒを非球面の凹面とする設計
によって、レーザ発光素子１６からのレーザ光の波長が
変化しても軸上色収差を略ゼロにすることが可能とな
り、必要な開口数を維持したまま、作動距離を大きく取
ることも可能となると共に、上記ベース面の曲率を小さ
く抑えることができるため、複合面Ｓ_２を構成する位相
回折格子形状の加工が容易となる。

【０１４２】また、一般的に、情報の記録密度を高めた
光ディスクに対応した光学ピックアップに用いられる対
物レンズにおいては色収差を０．０５μｍ／ｎｍ以下に
することが要求されているが、前述した従来の１枚構成
の対物レンズａ（図２２及び図２３）ではレーザ光の±
２ｎｍの波長の変動に対し±０．６μｍ／ｎｍ程度の色
収差が発生するのに対し、本発明対物レンズ１５は、従
来と同様の±２ｎｍ波長の変動に対し色収差が０．０１
μｍ／ｎｍ程度に収めることができるため、光学ピック
アップ及びディスクドライブ装置において、情報の記録
及び再生を安定して行うことが可能になると共に、回折
限界までレーザ光のスポット径を絞り込むことができる
ので、トラックピッチを狭くすることによって情報の記
録密度を高めた規格の光ディスクに対応した十分な性能
を持つことが可能となる。

【０１４３】更に、今後の光ディスクの主流となる書き
込み可能な光ディスクに対応したレーザパワーの大き
な、即ち、レーザパワーを変動させてレーザノイズを低
減する手段を備えた光学ピックアップに本発明対物レン
ズ１５を採用することにより、高密度記録情報の再生性
能及び記録性能を向上させることも可能になる。

【０１４４】更にまた、対物レンズ１５を採用した光学
ピックアップ１２を用いることによって、高密度記録情
報の再生性能及び記録性能が向上したディスクドライブ
装置を提供することが可能になる。

【０１４５】尚、前記実施の形態において示した各部の
具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに際
して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、こ
れらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈される
ことがあってはならないものである。

【０１４６】

【発明の効果】以上に説明したように本発明光学ピック
アップ用対物レンズは、０．８以上の開口数を有し、４
２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に
対して光軸上の像点における色収差の補正を行うように
した光学ピックアップ用対物レンズであって、光源側よ
り順に、屈折面と回折面との複合面を有する第１レンズ
群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とによって構成
し、第１レンズ群の複合面を負の屈折力を有する非球面
である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加する
ことによって構成し、第２レンズ群を構成するレンズを
少なくとも１の非球面を含む単レンズとしたことを特徴
とする。

【０１４７】従って、本発明光学ピックアップ用対物レ
ンズは、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長
範囲に対して色収差を効果的に補正することによって、
回折限界までレーザ光のスポット径を絞り込むことが可
能になるので、トラックピッチを狭くすることによって
情報の記録密度を高めた規格の光ディスクに対応するこ
とができる。

【０１４８】請求項２に記載した発明にあっては、第１
レンズ群の回折面の非球面係数と回折面が付加される負
の屈折力を有する非球面の非球面係数とが同一次数で相
殺されるようにしたので、回折面を断面形状で、回折面
の成型時に加工不能部分等の回折効率の低下要因及び引
き目等の透過率の低下要因を排除することが可能にな
る、階段形状に形成することができる。

【０１４９】請求項３に記載した発明にあっては、第１
レンズ群の回折面の断面形状を、設計波長の整数倍の位
相差を与える段差を有する階段形状としたので、回折面
の成型時に加工不能部分等の回折効率の低下要因及び引
き目等の透過率の低下要因を排除することができる。

【０１５０】請求項４に記載した発明にあっては、レン
ズ最終面から像点までの作動距離を０．５ｍｍ以上とし
たので、対物レンズが光ディスクに干渉する等の問題を
回避することができると共に、光ディスクの記録層にお
いて光を回折限界近くまで集光させることができる。

【０１５１】請求項５に記載した発明にあっては、第１
レンズ群及び第２レンズ群を構成する各レンズを共通の
レンズ鏡筒内に配置したので、光学ピックアップを組み
立てる際の作業性を向上させることができる。

【０１５２】請求項６に記載した発明にあっては、第１
レンズ群は、最も光源側の面を平面とすると共に、設計
波長に対する屈折力をゼロにしたので、第１レンズ群
を、色収差を補正するためだけに使用し、第２レンズ群
を、レーザ光を集光させるだけに使用することが可能に
なって、各レンズ群の設計が容易になる。

【０１５３】請求項７に記載した発明にあっては、第１
レンズ群を構成するレンズを樹脂製としたので、対物レ
ンズ全体の軽量化を図ることができると共に、樹脂はガ
ラスよりも材料費が安価であると共に加工性が良好なの
で、対物レンズを低コストで製造することができる。

【０１５４】請求項８に記載した発明にあっては、第２
レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ以下の厚みを有する
保護カバーを配置すると共に、保護カバーに起因する球
面収差を補正するようにしたので、保護カバーから発生
する球面収差による影響を排除することができる。

【０１５５】また、本発明光学ピックアップは、レーザ
光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光を光記録媒体
の記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光す
る受光素子と、レーザ発光素子から出射されたレーザ光
を対物レンズに入射させると共に光記録媒体の記録層で
反射され対物レンズを透過したレーザ光を受光素子に入
射させる光学素子とを有し、上記対物レンズが、光源側
より順に、屈折面と回折面との複合面を有する第１レン
ズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とによって構
成し、０．８以上の開口数を有すると共に、４２０ｎｍ
以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光
軸上の像点における色収差の補正を行うようにし、第１
レンズ群の複合面を負の屈折力を有する非球面である屈
折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによ
って構成し、第２レンズ群を構成するレンズを少なくと
も１の非球面を含む単レンズとしたことを特徴とする。

【０１５６】従って、本発明光学ピックアップは、４２
０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲に対して
色収差を効果的に補正することによって、回折限界まで
レーザ光のスポット径を絞り込むことが可能になるの
で、トラックピッチを狭くすることによって情報の記録
密度を高めた規格の光ディスクに対応することができ
る。

【０１５７】本発明ディスクドライブ装置は、回転する
ディスク状光記録媒体に対し、該ディスク状光記録媒体
の半径方向に移動自在とされた光学ピックアップによっ
て情報の記録及び再生を行うものであって、光学ピック
アップが、４２０ｎｍ以下の波長のレーザ光を出射する
レーザ発光素子と、レーザ光をディスク状光記録媒体の
記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光する
受光素子と、レーザ発光素子から出射されたレーザ光を
対物レンズに入射させると共にディスク状光記録媒体の
記録層で反射され対物レンズを透過したレーザ光を受光
素子に入射させる光学素子とを有し、対物レンズを、光
源側より順に、屈折面と回折面との複合面を有する第１
レンズ群と正の屈折力を有する第２レンズ群とによって
構成し、０．８以上の開口数を有すると共に、４２０ｎ
ｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して
光軸上の像点における色収差の補正を行うようにし、第
１レンズ群の複合面を負の屈折力を有する非球面である
屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することに
よって構成し、第２レンズ群を構成するレンズを少なく
とも１の非球面を含む単レンズとしたことを特徴とす
る。

【０１５８】従って、本発明ディスクドライブ装置は、
４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲に対
して色収差を効果的に補正することによって、回折限界
までレーザ光のスポット径を絞り込むことが可能になる
ので、トラックピッチを狭くすることによって情報の記
録密度を高めた規格の光ディスクに対応することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２及び図３と共に、本発明光学ピックアップ
用対物レンズ、光学ピックアップ及びディスクドライブ
装置の実施の形態を示すものであり、本図は、ディスク
ドライブ装置の外観を概略的に示す斜視図である。

【図２】ディスクドライブ装置の内部構成を概略的に示
す分解斜視図である。

【図３】光学ピックアップの構成を概略的に示す説明図
である。

【図４】図５乃至図１１と共に本発明光学ピックアップ
用対物レンズの回折面の形状を説明するための図であ
り、本図は回折面及び屈折面におけるそれぞれのレンズ
の半径方向とサグ量との関係を示す図である。

【図５】回折面と屈折面とを組み合わせた複合面におけ
るレンズの半径方向とサグ量との関係を示す図である。

【図６】ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械
切削加工によるブレーズ型回折面の作成を説明する概略
斜視図である。

【図７】ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械
切削加工による階段型回折面の作成を説明するための概
略斜視図である。

【図８】ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械
切削加工によるブレーズ型回折面の作成時における削り
残し部分の幅と回折効率との関係を示す図である。

【図９】ダイヤモンドバイトの先端部分の幅が無視でき
ない時のブレーズ型回折面の形状を示す概略縦断面図で
ある。

【図１０】ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機
械切削加工によるブレーズ型回折面の作成時における引
き目の高さと透過率との関係を示す図である。

【図１１】ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機
械切削加工によるブレーズ型回折面の作成時における引
き目の形状を示す概略縦断面図である。

【図１２】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例１のレンズ構成を示す図である。

【図１３】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例１の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図で
ある。

【図１４】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例２のレンズ構成を示す図である。

【図１５】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例２の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図で
ある。

【図１６】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例３のレンズ構成を示す図である。

【図１７】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例３の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図で
ある。

【図１８】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例４のレンズ構成を示す図である。

【図１９】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例４の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図で
ある。

【図２０】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例５のレンズ構成を示す図である。

【図２１】本発明光学ピックアップ用対物レンズの数値
実施例５の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図で
ある。

【図２２】従来の光学ピックアップ用対物レンズの一例
のレンズ構成を示す図である。

【図２３】従来の光学ピックアップ用対物レンズの一例
の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。

【符号の説明】

１…ディスクドライブ装置、１２…光学ピックアップ、
１５…光学ピックアップ用対物レンズ、１６…レーザ発
光素子、１９…レンズ鏡筒、３０…保護カバー、ＧＲ１
…第１レンズ群、ＧＲ２…第２レンズ群、Ｓ_２…複合
面、Ｓ_２ｒ…屈折面、Ｓ_２ｄ…回折面、１００…ディス
ク状光記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H087 KA13 LA01 NA14 PA02 PA17 PB02 QA01 QA06 QA18 QA21 QA34 QA42 RA05 RA12 RA42 RA46 UA01 5D119 AA01 AA22 AA40 BA01 EC03 JA43 JB02 5D789 AA01 AA22 AA40 BA01 CA21 CA22 CA23 EC03 JA43 JB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ
以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光
軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた光
学ピックアップ用対物レンズであって、光源側より順に、屈折面と回折面との複合面を有する第
１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とによ
って構成され、上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球
面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加す
ることによって構成され、上記第２レンズ群を構成するレンズは、少なくとも１の
非球面を含む単レンズとされたことを特徴とする光学ピ
ックアップ用対物レンズ。
【請求項２】第１レンズ群の回折面の非球面係数と回
折面が付加される負の屈折力を有する非球面の非球面係
数とが、同一次数で相殺されるようにしたことを特徴と
する請求項１に記載の光学ピックアップ用対物レンズ。
【請求項３】第１レンズ群の回折面の断面形状が、設
計波長の整数倍の位相差を与える段差を有する階段形状
とされていることを特徴とする請求項１に記載の光学ピ
ックアップ用対物レンズ。
【請求項４】レンズ最終面から像点までの作動距離が
０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載
の光学ピックアップ用対物レンズ。
【請求項５】第１レンズ群及び第２レンズ群を構成す
る各レンズが共通のレンズ鏡筒内に配置されていること
を特徴とする請求項１に記載の光学ピックアップ用対物
レンズ。
【請求項６】第１レンズ群は、最も光源側の面が平面
とされていると共に、設計波長に対する屈折力がゼロに
されていることを特徴とする請求項１に記載の光学ピッ
クアップ用対物レンズ。
【請求項７】第１レンズ群を構成するレンズが樹脂製
とされていることを特徴とする請求項１に記載の光学ピ
ックアップ用対物レンズ。
【請求項８】第２レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ
以下の厚みを有する保護カバーが配置されると共に、上記保護カバーに起因する球面収差を補正するようにさ
れていることを特徴とする請求項１に記載の光学ピック
アップ用対物レンズ。
【請求項９】レーザ光を出射するレーザ発光素子と、
レーザ光を光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズ
と、レーザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素
子から出射されたレーザ光を対物レンズに入射させると
共に光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを透
過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを有
する光学ピックアップであって、上記対物レンズは、光源側より順に、屈折面と回折面と
の複合面を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する
第２レンズ群とによって構成され、０．８以上の開口数
を有するようにされると共に、４２０ｎｍ以下を基準と
する数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点に
おける色収差の補正を行うようにされ、上記第１レンズ
群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面
上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって
構成され、上記第２レンズ群を構成するレンズは、少なくとも１の
非球面を含む単レンズとされていることを特徴とする光
学ピックアップ。
【請求項１０】回転するディスク状光記録媒体に対
し、該ディスク状光記録媒体の半径方向に移動自在とさ
れた光学ピックアップによって情報の記録及び再生を行
うディスクドライブ装置であって、上記光学ピックアップは、４２０ｎｍ以下の波長のレー
ザ光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光をディスク
状光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズと、レー
ザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素子から出
射されたレーザ光を対物レンズに入射させると共にディ
スク状光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを
透過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを
有し、上記対物レンズは、光源側より順に、屈折面と回折面と
の複合面を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する
第２レンズ群とによって構成され、０．８以上の開口数
を有するようにされると共に、４２０ｎｍ以下を基準と
する数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点に
おける色収差の補正を行うようにされ、上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球
面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加す
ることによって構成され、上記第２レンズ群を構成するレンズは、少なくとも１の
非球面を含む単レンズとされていることを特徴とするデ
ィスクドライブ装置。