JP2004101932A - 対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長及び温度の変化に関わらずに情報の記録や再生を行う。
【解決手段】光ピックアップ装置１は、保護基板の厚さが０．６ｍｍのＨＤ−ＤＶＤに対し情報の記録再生を行う。この光ピックアップ装置の対物レンズ１１は、使用基準温度Ｔ_０において使用基準波長λ_０の光束を情報記録面にほぼ収差なく集光させる。この対物レンズ１１は、レンズ本体１１１と、レンズ本体１１１に設けられた回折構造部１１２とを備える。回折構造部１１２は、使用波長λの変化に伴って生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化を補償する。また回折構造部１１２は、使用波長λの変化に伴って生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤを補償する。更に回折構造部１１２は、使用温度Ｔが変化した場合の前記レンズ本体の屈折率の変化に伴って生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化を補償する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置及びこのピックアップ装置に用いられる対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク（光情報記録媒体）であるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）を媒体とした光ピックアップ装置の光学系においては、波長が６５０ｎｍ程度のレーザーが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
近年、このＤＶＤと同程度の大きさで、ＤＶＤよりも大容量の光ディスクであるＨＤ−ＤＶＤ（高密度ＤＶＤ）の開発が進んでいる。このＨＤ−ＤＶＤを媒体とした光ピックアップ装置の光学系においては、記録信号の高密度化を図るため、或いは高密度の記録信号を再生するため、短波長（３８０〜４５０ｎｍ程度）の青紫色レーザーを用いることによって集光スポットの径を小さくしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３７８１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように短波長のレーザーを用いた光ピックアップ装置の光学系においては、従来のＤＶＤを媒体とする光ピックアップ装置の光学系では微細であった以下２つの問題点の影響が大きくなる。
【０００５】
即ちその１つは、レーザー光源の使用波長の微小変化に伴って生じる対物レンズの波面収差の３次球面収差成分の変化と、光軸方向への集光スポットのずれとの問題である。一般に、使用波長が短いほどその微小変化によって光学レンズの屈折率変化が大きくなる結果、これら波面収差の３次球面収差成分の変化と集光スポットのずれとが大きく生じ、情報の記録や再生が妨げられることとなる。
【０００６】
もう１つの問題点は、温度変化に伴って生じる対物レンズの波面収差の３次球面収差成分の変化である。光ピックアップ装置において一般に用いられるプラスチック製の対物レンズは温度変化を受けて変形しやすく、この変形に伴い対物レンズの屈折率が変化し、その結果、波面収差の３次球面収差成分が変化する。この波面収差の３次球面収差成分の変化量ΔＳＡ（単位：λｒｍｓ）は、概ね
ΔＳＡ＝ｋ・ｆ（１−Ｍ）^４（ＮＡ）^４・ΔＴ／λ
（ここで、ｋ：定数、ｆ：像側焦点距離、Ｍ：倍率、ＮＡ：像側開口数、ΔＴ：温度変化、λ：波長）
と表されるものである。従って、この式から明らかなように、使用波長が短いほどΔＳＡが大きくなる。そのため、短波長のレーザーを用いた光ピックアップ装置の光学系においては、温度変化に伴って生じる対物レンズの波面収差の３次球面収差成分の変化により、情報の記録や再生が妨げられることとなる。
【０００７】
本発明の課題は、波長３８０〜４５０ｎｍ程度のレーザー光源を用い、波長及び温度の変化に関わらずに情報の記録や再生を行うことができる光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置の対物レンズを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、保護基板の厚さが０．６ｍｍである光情報記録媒体８に対し情報の記録及び／又は記録された情報の再生を行う光ピックアップ装置１に用いられ、使用基準温度Ｔ_０においてレーザー光源Ｌ１から出射される使用基準波長λ_０（３８０≦λ_０≦４５０）の光束を前記光情報記録媒体８の情報記録面８ａにほぼ収差なく集光させる対物レンズ１１であって、
レンズ本体１１１と、このレンズ本体１１１の少なくとも一つの光学機能面に設けられた回折構造部１１２とを備え、
前記回折構造部１１２は、使用波長λ（｜λ−λ_０｜≦１０［ｎｍ］）の変化に伴って生じる前記レンズ本体１１１及び前記回折構造部１１２の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を一定値以下に補償する第一補償機能と、前記使用波長λの変化に伴って生じる、光軸６方向への集光スポット７ａのずれδＷＤを一定値以下に補償する第二補償機能と、使用温度Ｔ（｜Ｔ−Ｔ_０｜≦４０［℃］）が変化した場合の前記レンズ本体の屈折率の変化に伴って生じる前記レンズ本体１１１及び前記回折構造部１１２の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２を一定値以下に補償する第三補償機能とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、保護基板の厚さが０．６ｍｍであり、使用基準波長λ_０が３８０〜４５０ｎｍである光情報記録媒体としては、例えばＨＤ−ＤＶＤ（高密度ＤＶＤ）等がある。
また、使用基準温度Ｔ_０とは、光ピックアップ装置が使用される環境の温度変化範囲内の或る温度であり、例えば常温（１０〜４０℃程度）における或る温度である。
また、使用基準波長λ_０とは、用いられるレーザー光源が使用基準温度Ｔ_０において通常出射する光束の波長である。使用波長λとは、使用温度Ｔにおいてレーザー光源が出射する光束の波長や、モードホップ時での光束の波長である。なお、モードホップとは、レーザー光源から出射される光束のパワーが上昇するのに伴い、この光束の波長が瞬間的に長くなる現象である。
また、ここで言う「ほぼ収差なく集光させる」とは、波面収差の絶対値が０．０７λ_０ｒｍｓ以下となるように光束を集光させることを意味する。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、回折構造部が第一補償機能を備えているので、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じるレンズ本体及び前記回折構造部の、つまり対物レンズの波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を一定値以下に補償することができる。なお、レーザー光源の使用波長λの変化とは、レーザー光源の個体間の発振波長のばらつきによって使用波長λが変化した場合や、光情報記録媒体へのデータ記録時に波長が瞬間的に長くなる、いわゆるモードホップによって使用波長が変化した場合や、使用温度Ｔの変化に伴って使用波長λが変化した場合などを含む。
また、回折構造部が第二補償機能を備えているので、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤを一定値以下に補償することができる。
更に、回折構造部が第三補償機能を備えているので、光ピックアップ装置の使用温度Ｔが変化することに伴いレンズ本体の屈折率が変化した場合に、この屈折率の変化に伴って生じるレンズ本体及び前記回折構造部の、つまり対物レンズの波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２を一定値以下に補償することができる。
従って使用波長λ及び使用温度Ｔの変化に関わらず情報の記録や再生を行うことができる。
なお、回折構造部の第一、第二及び第三補償機能によってレンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１及びδＳＡ２並びに集光スポットのずれδＷＤを完全に補償することは困難であるため、第一、第二及び第三補償機能を相対的に調整することによってレンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１及びδＳＡ２並びに集光スポットのずれδＷＤを適当な範囲内に収めることが好ましい。
【００１１】
請求項２記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１記載の対物レンズ１１において、
前記使用波長λが５ｎｍ変化した際に生じる前記レンズ本体１１１及び前記回折構造部１１２の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１は、前記回折構造部１１２の第一補償機能によって
｜δＳＡ１｜≦０．０４（λ_０ｒｍｓ）
の範囲内に補償されることを特徴とする。
【００１２】
ここで、δＳＡ１の値が負であることは、波面収差の３次球面収差成分の変化がアンダー側、つまり光軸上における光源側に補償されることを示している。また逆に、δＳＡ１の値が正であることは、波面収差の３次球面収差成分の変化がオーバー側、つまり光軸上における像側に補償されることを示している。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、使用波長λが５ｎｍ変化した際に生じるレンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量ΔＳＡ１は回折構造部の第一補償機能によって｜δＳＡ１｜≦０．０４（λ_０ｒｍｓ）の範囲内に補償されるので、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１又は２記載の対物レンズ１１において、
前記使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じる前記レンズ本体１１１及び前記回折構造部１１２の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１は、前記回折構造部１１２の第一補償機能によって
−０．００８（λ_０ｒｍｓ）≦δＳＡ１≦−０．００３（λ_０ｒｍｓ）
の範囲内に補償されることを特徴とする。
【００１５】
ここで、使用基準波長３８０〜４５０ｎｍのレーザー光源を用いる場合には、使用基準波長６５０ｎｍのレーザー光源を用いる従来の場合と比較して、１℃の温度変化に伴う使用波長の変化が小さい。具体的には、例えば１℃の温度上昇に伴い、使用基準波長６５０ｎｍのレーザー光源の発振波長は０．２ｎｍ長くなり、使用基準波長４０５ｎｍのレーザー光源の発振波長は０．０５ｎｍ長くなる。従って、使用基準波長３８０〜４５０ｎｍのレーザー光源を用いる場合には、使用基準波長６５０ｎｍのレーザー光源を用いる場合と比較して、温度変化に伴って生じうる波長変化量が、温度変化によらずに生じうる波長変化量に対しより小さい。よって、波長変化による波面収差の３次球面収差成分を大きく生じさせることにより回折構造部の第三補償機能を強め、これに対し相対的に第一補償機能を弱めた場合には、温度変化によらない波長変化が大きく生じた際に、この波長変化に伴って生じる波面収差の３次球面収差成分の変化が第一補償機能によって十分に補償されず、情報の記録や再生を妨げる場合がある。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じるレンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１は、回折構造部の第一補償機能によって−０．００８（λ_０ｒｍｓ）≦δＳＡ１≦−０．００３（λ_０ｒｍｓ）で規定されるアンダー側の範囲内に補償される。従って、使用温度Ｔの変化に伴う使用波長λの変化により生じる波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１と、使用温度Ｔの変化によらない波長変化によって生じる波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１とを、回折構造部の第一補償機能によって補償することができる。
【００１７】
ここで、波面収差の３次球面収差成分の変化量ΔＳＡ１を−０．００８（λ_０ｒｍｓ）以上に設定したのは、−０．００８（λ_０ｒｍｓ）未満では５ｎｍの波長変化に伴って生じる波面収差の３次球面収差成分の変化を十分に補償できず、情報の記録や再生を行うことができないためである。また、波面収差の３次球面収差成分の変化量ΔＳＡ１を−０．００３（λ_０ｒｍｓ）以下に設定したのは、−０．００３（λ_０ｒｍｓ）より大きい場合には、使用温度Ｔが変化した際のレンズ本体の屈折率変化に伴って生じる波面収差の３次球面収差成分の変化を十分に補償できず、情報の記録や再生を行うことができないためである。
【００１８】
請求項４記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜３の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じる、光軸方向への前記集光スポット７ａのずれδＷＤは、前記回折構造部１１２の第二補償機能によって
｜δＷＤ｜≦０．１［μｍ］
の範囲内に補償されることを特徴とする。
【００１９】
ここで、δＷＤの値が負であることは、集光スポットがアンダー側、つまり光軸上における光源側にずれることを示している。また逆に、δＷＤの値が正であることは、集光スポットがオーバー側、つまり光軸上における像側にずれることを示している。
また、幾何光学的な集光スポットの径が（λ_０／２ＮＡ）以下となる集光スポットの光軸方向の幅を焦点深度（λ_０／２ＮＡ^２）という。集光スポットの径が（λ_０／２ＮＡ）以下である場合には、実用上、光が一点に集められたものとみなすことができる。従って、集光スポットが焦点深度の範囲内にあれば、集光スポットの径が（λ_０／２ＮＡ）以下となり、光情報記録媒体の記録や再生が可能となる。よって、レーザー光源の使用波長λが使用基準波長λ_０から変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤが焦点深度の２分の１の範囲内に収まれば、光情報記録媒体の記録や再生が可能となる。
また、例えばＨＤ−ＤＶＤを媒体とする光ピックアップ装置では、開口数ＮＡは０．６５〜０．８５程度であり、使用基準波長λ_０は３８０〜４５０ｎｍ程度であるので、この光学系の焦点深度は２８０〜４７０ｎｍ程度となる。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じる集光スポットのずれδＷＤは、回折構造部の第二補償機能によって｜δＷＤ｜≦０．１［μｍ］の範囲内に補償されるので、例えばＨＤ−ＤＶＤを媒体とする光ピックアップ装置においては焦点深度の２分の１の範囲内に収まる。従って、ＨＤ−ＤＶＤを媒体とする光ピックアップ装置において、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜４の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記回折構造部１１２の近軸パワーφＤが、
０≦φＤ／φＤ_０≦０．７
（ここで、φＤ_０：前記レンズ本体１１１のパワーを変化させずに前記回折構造部１１２のパワーを変化させた場合において前記レンズ本体の近軸領域の色収差が完全に補正されたときの前記回折構造部１１２の近軸パワー）
を満たすことを特徴とする。
【００２２】
ここで、回折構造部の近軸パワーφＤとは、回折構造部の近軸領域のパワーである。レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤは、回折構造部の回折作用によってレンズ本体の球面収差をアンダー側に補償することや、回折構造部の近軸パワーφＤを正の値とすることによって補償することができる。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、回折構造部の近軸パワーφＤが、０≦φＤ／φＤ_０≦０．７を満たすので、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤを補償することができる。従って、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
ここで、回折構造部の近軸パワーφＤをφＤ_０で割った値を０以上に設定したのは、０未満では使用波長λの変化に伴うレンズ本体及び前記回折構造部の近軸領域の波面収差の３次球面収差成分の変化を補償することができず、情報の記録や再生を行うことができないためである。また、回折構造部の近軸パワーφＤをφＤ_０で割った値を０．７以下に設定したのは、０．７より大きい場合には、回折構造部の第一及び第二補償機能によって波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１及び集光スポットのずれδＷＤを請求項２〜４に記載の範囲内に補償可能とした場合に、使用温度Ｔが変化した際の波面収差の３次球面収差の変化量δＳＡ２が十分に補償されずに大きくなってしまい、情報の記録や再生を行うことができない場合が生じるためである。
【００２４】
請求項６記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜５の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記使用温度Ｔが４０℃変化した場合の前記レンズ本体１１１の屈折率の変化に伴って生じる前記レンズ本体１１１及び前記回折構造部１１２の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２は、前記回折構造部１１２の第三補償機能によって
｜δＳＡ２｜≦０．０５５（λ_０ｒｍｓ）
の範囲内に補償されることを特徴とする。
【００２５】
ここで、δＳＡ２の値が負であることは、波面収差の３次球面収差成分の変化がアンダー側、つまり光軸上における光源側に補償されることを示している。また逆に、δＳＡ２の値が正であることは、波面収差の３次球面収差成分の変化がオーバー側、つまり光軸上における像側に補償されることを示している。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、使用温度Ｔが４０℃変化した場合のレンズ本体の屈折率の変化に伴って生じるレンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２は回折構造部の第三補償機能によって｜δＳＡ２｜≦０．０３（λ_０ｒｍｓ）の範囲内に補償されるので、使用温度Ｔの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
【００２７】
請求項７記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜６の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記回折構造部１１２は、光軸６を中心とする同心円により複数の輪帯に区分されて形成されており、
９０≦Ｌｍ（ｆ^１／２）≦３００
（ここで、Ｌ：輪体の数、ｍ：前記光情報記録媒体８に対して情報の記録及び／又は記録された情報の再生を行う際に前記回折構造部１１２により生じる回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の次数、ｆ：焦点距離（ｍｍ））
を満たすことを特徴とする。
【００２８】
請求項７記載の発明によれば、上記の式によって規定される数の輪帯からなる回折構造部とレンズ本体とからなる対物レンズによって、請求項１〜６と同様の効果が得られる。
【００２９】
請求項８記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜７の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記回折構造部１１２は、光軸６を中心とする同心円により複数の輪帯に区分されて形成されており、
１４０≦Ｌｍ（ｆ^１／２）≦２２０
（ここで、Ｌ：輪体の数、ｍ：前記光情報記録媒体８に対して情報の記録及び／又は記録された情報の再生を行う際に前記回折構造部１１２により生じる回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の次数、ｆ：焦点距離（ｍｍ））
を満たすことを特徴とする。
【００３０】
請求項８記載の発明によれば、上記の式によって規定される数の輪帯からなる回折構造部とレンズ本体とからなる対物レンズによって、請求項１〜７と同様の効果が得られる。
【００３１】
請求項９記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜８の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記対物レンズ本体１１の像側開口数は０．６０以上、かつ０．９０以下であることを特徴とする。
【００３２】
請求項９記載の発明によれば、対物レンズの像側開口数が小さくなることにより光情報記録媒体の記録密度が低下するのを防ぐことができるとともに、像側開口数が大きくなることにより対物レンズの製造が困難になるのを防ぐことができる。
【００３３】
請求項１０記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜９の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記レンズ本体１１１の像側開口数は０．６５であることを特徴とする。
【００３４】
請求項１０記載の発明によれば、レンズ本体の像側開口数は０．６５であり、ＨＤ−ＤＶＤの情報の記録再生に必要な開口数０．６５〜０．８５の範囲内に収まっているので、ＨＤ−ＤＶＤを媒体とした光ピックアップ装置に用いられる対物レンズとして請求項１〜９と同様の効果が得られる。
【００３５】
請求項１１記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、請求項１〜１０の何れか一項に記載の対物レンズ１１において、
前記レンズ本体１１１及び前記回折構造部１１２は、プラスチックからなることを特徴とする。
【００３６】
請求項１１記載の発明によれば、対物レンズの成形を行いやすく、ガラスなどに比較して素材のコストも低く、軽いため、光ピックアップ装置を軽量かつ安価なものにすることができる。
【００３７】
請求項１２記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、光ピックアップ装置１であって、
請求項１〜１１何れか一項に記載の対物レンズ１１を含み、レーザー光源Ｌ１から出射される光束を光情報記録媒体８の情報記録面７ａ上に集光して情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする。
【００３８】
請求項１２記載の発明によれば、対物レンズの回折構造部が第一補償機能を備えているので、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じるレンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を一定値以下に補償することができる。
また、対物レンズの回折構造部が第二補償機能を備えているので、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤを、一定値以下に補償することができる。
更に、対物レンズの回折構造部が第三補償機能を備えているので、光ピックアップ装置の使用温度Ｔが変化することに伴いレンズ本体の屈折率が変化した場合に、この屈折率の変化に伴って生じるレンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２を一定値以下に補償することができる。
従って、使用波長λ及び使用温度Ｔの変化に関わらず情報の記録や再生を行うことができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の光ピックアップ装置及び光学素子の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、光ピックアップ装置１の全体構成の概略図である。
光ピックアップ装置１は、使用基準温度Ｔ_０＝２５℃、使用基準波長λ_０＝４０５ｎｍにおいてＨＤ−ＤＶＤ８を媒体として情報の記録再生を行うものである。より詳細には、光ピックアップ装置１は、レーザー光源Ｌ１から出射される使用基準波長λ_０の光束を、コリメータレンズ１２と対物レンズ１１とを通過させて光軸６上でＨＤ−ＤＶＤ（光情報記録媒体）８の情報記録面８ａに集めて集光スポット７ａを形成し、ＨＤ−ＤＶＤ８の情報記録面８ａからの反射光をビームスプリッタ１３で取り込み、検出器Ｌ２の受光面に再びビームスポットを形成するものである。この光ピックアップ装置１では、各使用温度Ｔ（−１５≦Ｔ≦６５［℃］）及び各使用波長λ（３９５≦λ≦４１５）においてＨＤ−ＤＶＤ８の情報記録面８ａ上に集光スポット７ａが形成されるように対物レンズ１１がアクチュエータ１４により光軸方向に移動されるようになっている。なお、使用基準温度Ｔ_０において使用基準波長λ_０の光束がレーザー光源から入射された際の対物レンズ１１の像側開口数ＮＡは０．６５、焦点距離は３．０ｍｍに設計されている。
【００４０】
図２、図３は、対物レンズ１１の概略を示す側面図、正面図である。対物レンズ１１は、プラスチック製であり、図２に示すように、レンズ本体１１１と、このレンズ本体１１１の物側の光学機能面（以下、母非球面とする）に設けられた回折構造部１１２とから一体に形成されている。なお、母非球面は図２において破線で図示されている面である。
回折構造部１１２は、光軸６から離れるにしたがって光軸方向への厚みが増すように段状に形成され、光軸６を中心とした同心円によって複数の輪帯１０１〜ｎ（ただし、ｎ＜１０１）に区分されたものである。
この対物レンズ１１の屈折面、即ち回折構造部１１２の表面（以下、第１面１１Ａとする）と、レンズ本体１１１の像側の光学機能面（以下、第２面１１Ｂとする）との形状及び屈折率は、以下のように設定されている。
【００４１】
対物レンズ１１のレンズデータを表１に示す。
【表１】

表１において、面番号１，２はそれぞれ、対物レンズ１１の第１面１１Ａ、第２面１１Ｂである。面番号３，４はそれぞれ、ＨＤ−ＤＶＤ８のディスク表面、情報記録面である。
【００４２】
対物レンズ１１の第１面１１Ａの母非球面と、第２面１１Ｂとは、それぞれ光軸６の周りに軸対称な非球面に形成されている。これら第１面１１Ａ及び第２面１１Ｂは、表２に示す係数を次式に代入した非球面形状式で規定されている。
【数１】

ここで、Ａ_２ｉは非球面係数、ｈは光軸からの高さ［ｍｍ］である。
【表２】

【表３】

ここで、Ｘは光軸方向の長さ（光の進行方向を正とする）、ｈは光軸からの高さ、Ｒは近軸曲率半径、кは円錐係数、Ａは非球面係数である。
【００４３】
回折構造部１１２の輪帯の数は、１４０≦Ｌｍ（ｆ^１／２）≦２２０を満たすように決定されている。ここで、Ｌは輪体の数である。ｍは前記光情報記録媒体８に対して情報の記録及び／又は記録された情報の再生を行う際に前記回折構造部１１２により生じる回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の次数である。また、ｆは焦点距離（ｍｍ）である。
また、回折構造部１１２の輪帯１０１〜ｎのピッチは、表４に示す係数を次式に代入した光路差関数によって決定される。
【数２】

ここで、Ｂ_２ｉは光路差関数の係数である。
【表４】

但し、Ｂ２は光路差関数の係数であり、ｈは光軸からの高さ［ｍｍ］である。
また、隣り合う２つの輪帯の間の段差、つまり互いに隣接する輪帯間の光軸６方向の変位量は、一の輪帯を通過する光線と、その隣の輪帯を通過する光線との間に使用基準波長λ_０のほぼ整数倍の光路差を生じ、かつ波面のずれが生じない長さに設定されている。より具体的には、隣り合う２つの輪帯の間の段差は、互いに隣接する輪帯間の光軸６方向の変位量は、回折構造部１１２のブレーズ波長と使用基準波長とが一致するように決定されている。なお、ブレーズ波長とは、回折構造部１１２により生じる回折光の回折効率が最大となる波長のことである。
【００４４】
また、上記の回折構造部１１２の近軸パワーφＤは、φＤ／φＤ_０＝０．５４となっている。ここで、φＤ_０とは、レンズ本体１１１のパワーを変化させずに回折構造部１１２のパワーを変化させた場合において、近軸色収差が完全に補正されるときの回折構造部１１２の近軸パワーである。
【００４５】
以上のようにして設計された対物レンズ１１の、使用基準温度Ｔ_０、使用基準波長λ_０（４０５ｎｍ）での縦球面収差を図４に示す。
図４において、縦軸は対物レンズ１１の開口数であり、横軸は対物レンズ１１の３次の縦球面収差量［ｍｍ］である。なお、図４には、波長４００ｎｍ及び４１０ｎｍの光束が入射したときの３次の縦球面収差量も図示している。
この図から明らかなように、対物レンズ１１は３次の縦球面収差を０．０７λ_０ｒｍｓより小さくし、ほぼ収差のない状態に光束を集光させている。
また、使用温度Ｔが使用基準温度Ｔ_０＋４０℃である場合における対物レンズ１１の波長４０５ｎｍでの縦球面収差を図５に示す。
図５において、縦軸は対物レンズ１１の開口数であり、横軸は対物レンズ１１の３次の縦球面収差量［ｍｍ］である。
この図から、使用温度Ｔが使用基準温度Ｔ_０＋４０℃である場合には、対物レンズ１１の近軸領域に入射した光束はアンダー側に集光し、外周側の領域に入射した光束はオーバー側に集光することが分かる。
【００４６】
次に、図６を参照し、光束の使用波長λが｜λ−λ_０｜≦１０［ｎｍ］の範囲内で変化した際に生じる対物レンズ１１の、つまりレンズ本体１１１及び回折構造部１１２の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１について説明する。
図６において、縦軸は対物レンズ１１の波面収差の３次の縦球面収差成分の変化量δＳＡ１をλ_０ｒｍｓで割った値であり、横軸は使用基準波長λ_０からの使用波長λの変化量［ｎｍ］である。
この図から分かるように、光束の使用波長λが５ｎｍ変化した際に生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１は、ほぼ０．０２３（λ_０ｒｍｓ）となっている。
また、光束の使用波長λが１ｎｍ大きくなった際に生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１は、ほぼ−０．００４６（λ_０ｒｍｓ）となっている。
【００４７】
次に、図７を参照し、光束の使用波長λが使用基準波長λ_０から数ｎｍの範囲内で変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤについて説明する。なお、このような使用波長の変化は、ＨＤ−ＤＶＤ８へのデータ記録時に光束の波長が瞬間的に変化する、いわゆるモードホップを想定したものである。このモードホップは瞬間的に発生するものであるため、アクチュエータ１４を移動させた場合にも、モードホップに伴って生じる集光スポットのずれδＷＤを補償しきれない場合がある。そのため、光ピックアップ装置１においては、上記集光スポットのずれδＷＤを対物レンズ１１によって補償している。
図７において、縦軸は光軸方向への集光スポットのずれδＷＤであり、横軸は使用基準波長λ_０からの使用波長λの変化量［ｎｍ］である。
ここで、ＨＤ−ＤＶＤ８を媒体とする光ピックアップ装置１においては、集光スポットの径が（λ_０／２ＮＡ）以下であれば、つまり集光スポットが焦点深度（λ_０／２ＮＡ^２）の範囲内にあれば、光がほぼ一点に集められ、情報の記録や再生が可能となる。よって、レーザー光源の使用波長λが使用基準波長λ_０から変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤが焦点深度の２分の１の範囲内に収まれば、光情報記録媒体の記録や再生が可能となる。本実施の形態における光ピックアップ装置１では、開口数ＮＡは０．６５、使用基準波長λ_０は４０５ｎｍ程度であるので、光学系の焦点深度は４８０ｎｍ程度である。
【００４８】
図７によれば、入射する光束の波長の変化幅が使用基準波長λ_０の前後１ｎｍの範囲である場合の集光スポットの光軸方向のずれδＷＤは０．００６μｍ程度、つまり６ｎｍ程度となっている。つまり、対物レンズ１１においては、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じる光軸方向への集光スポットのずれδＷＤが補償されて焦点深度の２分の１の範囲内に収まっている。
【００４９】
次に、図８を参照し、使用温度Ｔが｜Ｔ−Ｔ_０｜≦４０［ｄｅｇ］の範囲内で変化した際に生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２について説明する。
図８において、縦軸は対物レンズ１１の波面収差の３次の縦球面収差成分の変化量δＳＡ２をλ_０ｒｍｓで割った値であり、横軸は使用基準温度Ｔ_０からの使用温度Ｔの変化量［ｄｅｇ］である。
この図から分かるように、使用温度Ｔが４０ｄｅｇ変化した際に生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２は、０．０４４（λ_０ｒｍｓ）となっている。
【００５０】
以上のような対物レンズ１１によれば、レーザー光源Ｌ１の使用波長λが５ｎｍ変化した際に生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を、回折構造部１１２によってほぼ０．０２３（λ_０ｒｍｓ）に補償することができる。従って、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
また、レーザー光源Ｌ１の使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を、回折構造部１１２によってほぼ−０．００４６（λ_０ｒｍｓ）に補償することができる。従って、使用温度Ｔの変化に伴う波長変化によって生じる波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１と、使用温度Ｔの変化によらない波長変化によって生じる波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１とを回折構造部１１２によって補償することができる。
【００５１】
また、レーザー光源Ｌ１の使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じる、光軸６方向への集光スポット７ａのずれδＷＤを、回折構造部１１２によりほぼ０．００６μｍに、つまり焦点深度の２分の１の範囲内に補償することができる。従って、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
【００５２】
また、回折構造部１１２の近軸パワーφＤが０≦φＤ／φＤ_０≦０．７を満たすので、レーザー光源Ｌ１の使用波長λが変化した際に生じる、光軸６方向への集光スポット７ａのずれδＷＤを回折構造部１１２によって補償することができる。従って、使用波長λの変化に関わらず、情報の記録や再生を行うことができる。
【００５３】
更に、光ピックアップ装置１の使用温度Ｔが変化することに伴いレンズ本体１１１の屈折率が変化した場合に、この屈折率の変化に伴って生じる対物レンズ１１の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２を、回折構造部１１２によってほぼ０．０４４（λ_０ｒｍｓ）に補償することができる。従って、使用温度Ｔの変化に関わらず情報の記録や再生を行うことができる。
【００５４】
また、対物レンズ１１はプラスチック製である。従って、成形が容易であり、ガラスなどに比較して素材が低コスト、かつ軽量であるため、光ピックアップ装置１を軽量かつ安価なものにすることができる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じるレンズ本体及び回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を一定値以下に補償することができる。また、レーザー光源の使用波長λが変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤを一定値以下に補償することができる。更に、光ピックアップ装置の使用温度Ｔが変化することに伴いレンズ本体の屈折率が変化した場合に、この屈折率の変化に伴って生じるレンズ本体及び回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２を一定値以下に補償することができる。従って使用波長λ及び使用温度Ｔの変化に関わらず情報の記録や再生を行うことができる。
【００５６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
【００５７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、使用温度Ｔの変化に伴う波長変化によって生じる波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１と、使用温度Ｔの変化によらない波長変化によって生じる波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１とを、第一補償機能によって補償することができる。
【００５８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、ＨＤ−ＤＶＤを媒体とする光ピックアップ装置において、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、使用波長λの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
【００５９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、使用温度Ｔの変化に関わらず、確実に情報の記録や再生を行うことができる。
請求項７記載の発明によれば、所定の数の輪帯からなる回折構造部とレンズ本体とからなる対物レンズによって、請求項１〜６と同様の効果が得られる。
請求項８記載の発明によれば、所定の数の輪帯からなる回折構造部とレンズ本体とからなる対物レンズによって、請求項１〜７と同様の効果が得られる。
【００６０】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、対物レンズの像側開口数が小さくなることにより光情報記録媒体の記録密度が低下するのを防ぐことができるとともに、像側開口数が大きくなることにより対物レンズの製造が困難になるのを防ぐことができる。
【００６１】
請求項１０記載の発明によれば、ＨＤ−ＤＶＤを媒体とした光ピックアップ装置に用いられる対物レンズとして請求項１〜９と同様の効果が得られる。
【００６２】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１〜１０記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、光ピックアップ装置を軽量かつ安価なものにすることができる。
請求項１２記載の発明によれば、請求項１〜１１記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、使用波長λ及び使用温度Ｔの変化に関わらず情報の記録や再生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ピックアップ装置の一例の全体構成の概略図である。
【図２】本発明に係る対物レンズの概略を示す側面図である。
【図３】本発明に係る対物レンズの概略を示す正面図である。
【図４】使用基準温度Ｔ_０において使用基準波長λ_０の光束が入射したときの対物レンズの縦球面収差を示す図である。
【図５】使用温度Ｔ（Ｔ＝Ｔ_０＋４０）において使用基準波長λ_０の光束が入射したときの対物レンズの縦球面収差を示す図である。
【図６】光束の使用波長λが｜λ−λ_０｜≦１０［ｎｍ］の範囲内で変化した際に生じる対物レンズの波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を示す図である。
【図７】光束の使用波長λが｜λ−λ_０｜≦１［ｎｍ］の範囲内で変化した際に生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤを示す図である。
【図８】使用温度Ｔが｜Ｔ−Ｔ_０｜≦４０［℃］の範囲内で変化した際に生じる対物レンズの波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２を示す図である。
【符号の説明】
１　光ピックアップ装置
６　光軸
７ａ　集光スポット
８　ＨＤ−ＤＶＤ（光情報記録媒体）
８ａ　情報記録面
１１　対物レンズ
１１１　レンズ本体
１１２　回折構造部
Ｌ１　レーザー光源

Claims (12)

1. 保護基板の厚さが０．６ｍｍである光情報記録媒体に対し情報の記録及び／又は記録された情報の再生を行う光ピックアップ装置に用いられ、使用基準温度Ｔ_０においてレーザー光源から出射される使用基準波長λ_０（３８０≦λ_０≦４５０）の光束を前記光情報記録媒体の情報記録面にほぼ収差なく集光させる対物レンズであって、
   レンズ本体と、このレンズ本体の少なくとも一つの光学機能面に設けられた回折構造部とを備え、
   前記回折構造部は、使用波長λ（｜λ−λ_０｜≦１０［ｎｍ］）の変化に伴って生じる前記レンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１を一定値以下に補償する第一補償機能と、前記使用波長λの変化に伴って生じる、光軸方向への集光スポットのずれδＷＤを一定値以下に補償する第二補償機能と、使用温度Ｔ（｜Ｔ−Ｔ_０｜≦４０［℃］）が変化した場合の前記レンズ本体の屈折率の変化に伴って生じる前記レンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２を一定値以下に補償する第三補償機能とを備えていることを特徴とする対物レンズ。
2. 請求項１記載の対物レンズにおいて、
   前記使用波長λが５ｎｍ変化した際に生じる前記レンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１は、前記回折構造部の第一補償機能によって
   ｜δＳＡ１｜≦０．０４（λ_０ｒｍｓ）
   の範囲内に補償されることを特徴とする対物レンズ。
3. 請求項１又は２記載の対物レンズにおいて、
   前記使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じる前記レンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ１は、前記回折構造部の第一補償機能によって
   −０．００８（λ_０ｒｍｓ）≦δＳＡ１≦−０．００３（λ_０ｒｍｓ）
   の範囲内に補償されることを特徴とする対物レンズ。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記使用波長λが１ｎｍ変化した際に生じる、光軸方向への前記集光スポットのずれδＷＤは、前記回折構造部の第二補償機能によって
   ｜δＷＤ｜≦０．１［μｍ］
   の範囲内に補償されることを特徴とする対物レンズ。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記回折構造部の近軸パワーφＤが、
   ０≦φＤ／φＤ_０≦０．７
   （ここで、φＤ_０：前記レンズ本体のパワーを変化させずに前記回折構造部のパワーを変化させた場合において前記レンズ本体の近軸領域の色収差が完全に補正されたときの前記回折構造部の近軸パワー）
   を満たすことを特徴とする対物レンズ。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記使用温度Ｔが４０℃変化した場合の前記レンズ本体の屈折率の変化に伴って生じる前記レンズ本体及び前記回折構造部の波面収差の３次球面収差成分の変化量δＳＡ２は、前記回折構造部の第三補償機能によって
   ｜δＳＡ２｜≦０．０５５（λ_０ｒｍｓ）
   の範囲内に補償されることを特徴とする対物レンズ。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記回折構造部は、光軸を中心とする同心円により複数の輪帯に区分されて形成されており、
   ９０≦Ｌｍ（ｆ^１／２）≦３００
   （ここで、Ｌ：輪体の数、ｍ：前記光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は記録された情報の再生を行う際に前記回折構造部により生じる回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の次数、ｆ：焦点距離（ｍｍ））
   を満たすことを特徴とする対物レンズ。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記回折構造部は、光軸を中心とする同心円により複数の輪帯に区分されて形成されており、
   １４０≦Ｌｍ（ｆ^１／２）≦２２０
   （ここで、Ｌ：輪体の数、ｍ：前記光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は記録された情報の再生を行う際に前記回折構造部により生じる回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の次数、ｆ：焦点距離（ｍｍ））
   を満たすことを特徴とする対物レンズ。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
   前記対物レンズ本体の像側開口数は０．６０以上、かつ０．９０以下であることを特徴とする対物レンズ。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
    前記レンズ本体の像側開口数は０．６５であることを特徴とする対物レンズ。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、
    前記レンズ本体及び前記回折構造部は、プラスチックからなることを特徴とする対物レンズ。
12. 請求項１〜１１何れか一項に記載の対物レンズを含み、レーザー光源から出射される光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光して情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。

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