JP2004109804A - 光ピックアップ装置用の対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
画角特性における非点収差成分が良好に補正されるともに、記録及び／又は再生に使用する光源の波長が互いに異なる光情報記録媒体に対して、それぞれの光源からの光束を回折限界内で集光することのできる単レンズ構成の対物レンズ、及びそれを用いた光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】
対物レンズにおいて、輪帯構造を光学面上に形成することにより、単レンズでありながら、（１）式を満たすような互いに異なる２つの波長のレーザ光に対して、色収差を適切に補正することができる。また、（２）式に規定する、ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）の値が０．８と１．６の間の範囲内となるように、焦点距離と像側開口数とに対して、光軸上のレンズ厚さを設定すると、画角特性における非点収差成分を十分に小さくすることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれらに用いる対物レンズに関し、特に、高密度な光情報記録又は再生が可能な光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれらに用いる対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＶＤよりも波長の短いレーザ光を利用することで記録密度を向上させた高密度ＤＶＤ（本明細書では、従来のＤＶＤを単にＤＶＤと呼び、以降区別して用いる）に関する規格が提案されているが、市場にはＤＶＤが数多く存在し、また、ユーザーがＤＶＤを所有している場合もあることから、かかる高密度ＤＶＤ用の光ディスクプレーヤー（本明細書では、光情報記録再生装置ともいう）においては、ＤＶＤを記録及び／又は再生できることが、製品価値を高める上で重要となる。
【０００３】
光ディスク（本明細書では、光情報記録媒体ともいう）用のディスクプレーヤーに搭載される光ピックアップ装置の対物レンズとして、製造・評価の容易さ及び製造コストの理由から、単レンズ構成の非球面レンズが使用されることが多い。
【０００４】
しかるに、レンズ材料の特性の一つである色分散のために、単レンズ構成の対物レンズで波長の異なるレーザ光を集光させた場合、一方のレーザ光に関しては、収差を補正することができるが、同じ仕様で他方のレーザ光に関しては、収差を補正することができないという問題がある。
【０００５】
例えば、ＤＶＤでは６５０ｎｍ前後のレーザ光をその記録及び／又は再生に利用し、高密度ＤＶＤでは４０５ｎｍ前後のレーザ光をその記録及び／又は再生に利用するが、かかる２つのレーザ光の波長差により単レンズでは軸上色収差が発生する。ＤＶＤと高密度ＤＶＤとで、レーザ光の集光位置が光軸方向にずれていると、フォーカシング用のアクチュエータへの負担が増大する。
【０００６】
また、対物レンズをそれぞれのレーザ光の近軸的な集光位置に対してフォーカシングしても、２つのレーザ光の波長差により球面収差が変化するのでスポットを絞りきれず、ＤＶＤと高密度ＤＶＤの双方に対して互換可能に記録／再生することができない。例えば、４０５ｎｍの光に対して球面収差補正された単レンズに対して、６５０ｎｍの光を入射させると、レンズ材料の色分散のために球面収差が補正過剰方向に変化する。
【０００７】
これに対し、ＤＶＤと高密度ＤＶＤの双方に対して互換可能に記録及び／又は再生できる光ディスクプレーヤー用の光ピックアップ装置の実現すべく、それぞれの波長に対して収差補正された専用の対物レンズを波長毎に切り替える構成も可能だが、複雑なレンズ切り替え機構が必要で製造コストが増大し、アクチュエータが大きくなるので小型化に不利となるため実用的ではない。
【０００８】
かかる問題に対し、単レンズ構成の対物レンズにおいて、光学面上に形成した輪帯構造の回折作用を利用して、２つのレーザ光の波長差に起因して発生する収差変化を補正することで、波長の異なる光源からの光束を、異なる光情報記録媒体の情報記録面上に回折限界内で集光させる技術は、例えば以下の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開２００１−１９５７６９
【０００９】
しかしながら、光ピックアップ装置用の対物レンズを単レンズとすると、軸外光束を入射した際に非点収差が発生する。この非点収差は画角の自乗に比例して発生するので、画角の増大とともに集光性能が急激に劣化する。
【００１０】
光ピックアップ装置では、光源やプリズム等の取付け誤差により、対物レンズに対して画角を持った軸外光束が入射することになるが、画角特性における非点収差が良好に補正されていないような画角に対する許容幅が狭い対物レンズを使用する場合には、光学部材の取付け精度の公差が厳しくなり、光ピックアップ装置の製造コストが増大する。特にかかる公差は、光ピックアップ装置の光源の波長に比例して厳しくなるという問題がある。例えば、４０５ｎｍの光源を使用する場合は、６５０ｎｍの光源を使用する場合に対して、光学部材の取付け精度の公差は、１．６倍程度厳しくなる。
【００１１】
また、近年、デジタル体積ホログラフィを利用することで、大容量の情報を記録可能な光情報記録技術の研究開発が行われており、ＩＳＯＭ／ＯＤＳ２００２（Ｊｏｉｎｔ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｍｅｍｏｒｙ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｔａ　Ｓｔｏｒａｇｅ　２００２）Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ　ｐａｐｅｒｓのセッションＴｕＰ．２６や、応用物理学会日本光学会微小光学研究グループ主催の第８５回微小光学研究会では、ＤＶＤと同じ大きさでありながら記憶容量１Ｔｂｙｔｅ、転送レート１Ｇｂｐｓ以上を実現する光情報記録技術が提案された。
【００１２】
かかる光情報記録技術では、波長が異なる２つのレーザ光のうち、一方を、干渉パターンを生成するための情報光及び参照光として使用し、もう一方を、対物レンズと光情報記録媒体との相対的な位置決め（フォーカシング）を行うために使用するため、情報の記録／再生を正確に行うためには、波長が異なるこれらの２つのレーザ光を色収差なく光情報記録媒体の所定の位置に集光させる必要がある。
【００１３】
さらに、かかる光情報記録技術では、所定の画角を有する軸外光束を情報光として光情報記録媒体に対して照射するので、画角特性に優れた対物レンズが必要である。
【００１４】
そこで、かかる光情報記録技術で用いられる対物レンズとして、波長が異なる２つのレーザ光に対して色収差が補正され、且つ、画角特性に優れたレンズが必要となるが、製造・評価の容易さ及び製造コストの理由から、単レンズであることが望まれる。
【００１５】
本発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、記録及び／又は再生に使用するレーザ光の波長が互いに異なる光ディスクに対して、それぞれのレーザ光を回折限界内で集光することのできる単レンズ構成の対物レンズであって、画角特性における非点収差成分が良好に補正された対物レンズ、及びそれを用いた光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明は、さらに、デジタル体積ホログラフィを利用することで、大容量の情報を記録可能な光情報記録技術に好適な対物レンズであって、波長の異なる２つのレーザ光を、光ディスクに対して色収差なく集光することができ、且つ、画角特性に優れた単レンズ構成の対物レンズ、及びそれを用いた光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、複数の輪帯から構成され、且つ、隣り合う輪帯同士が、入射光束に対して所定の光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有する単レンズの対物レンズであって、
波長λ_１（ｎｍ）の光束と、前記波長λ１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束と、に対して色収差が補正され、
更に、光軸上のレンズ厚さをｄ_１（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｄ線における屈折率をＮｄ、像側開口数をＮＡとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。（λ_２−λ_１）／λ_１　＞　０．１５　　　　　　　　　　　　　　　（１）
１．６　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）　＞　０．８　　　　　　　　　　　　　（２）
【００１８】
請求項１に記載されたような輪帯構造を光学面上に形成することにより、単レンズでありながら、（１）式を満たすような互いに異なる２つの波長のレーザ光に対して、色収差を適切に補正することができる。一方、（２）式は、単レンズにおいて、画角特性における非点収差成分を小さくするための条件である。すなわち、ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）の値が０．８と１．６の間の範囲内となるように、焦点距離と像側開口数とに対して、光軸上のレンズ厚さを設定すると、画角特性における非点収差成分を十分に小さくすることができる。
【００１９】
本明細書において、異なる２つの波長λ_Ａとλ_Ｂとに対して色収差が補正された、輪帯構造を光学面上に有する単レンズとは、以下の２つの条件のうち、少なくとも一方を満足するレンズのことをいう。
【００２０】
第１の条件は、かかる輪帯構造を光学面上に有する単レンズに、波長λ_Ａの光を入射させた場合と波長λ_Ｂの光を入射させた場合のバックフォーカスの差（波長λ_Ａと波長λ_Ｂとの間の軸上色収差）が、同じ設計基準波長、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ光軸上のレンズ厚さ、同じレンズ材料で設計された、上記の輪帯構造を有さない屈折単レンズに、波長λ_Ａの光を入射させた場合と波長λ_Ｂの光を入射させた場合のバックフォーカスの差よりも小さくなる場合である。
【００２１】
第２の条件は、かかる輪帯構造を光学面上に有する単レンズに、波長λ_Ａの光を入射させた場合と波長λ_Ｂの光を入射させた場合の球面収差の差（それぞれの波長を入射させた場合の、波面収差のｒｍｓ値の球面収差成分の差の絶対値）が、同じ設計基準波長、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ光軸上のレンズ厚さ、同じレンズ材料で設計された、上記の輪帯構造を有さない屈折単レンズに、波長λ_Ａの光を入射させた場合と波長λ_Ｂの光を入射させた場合の球面収差の差よりも小さくなる場合である。
【００２２】
請求項２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、次式を満たすと、より好ましい。
１．５　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ／ＮＡ）　＞　０．９　　　　　　（３）
【００２３】
なお、本明細書において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に駆動可能なレンズを指すものとする。従って、本明細書において、対物レンズの像側開口数ＮＡとは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置する光学面の開口数であって、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいは、それぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録及び／又は再生をするために必要なスポット径を得ることができる、回折限界性能を有する開口数を指すものとする。
【００２４】
また、本明細書において、情報の記録とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録することをいう。また、本明細書において、情報の再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明による対物レンズは、記録だけある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、ある光情報記録媒体に対しては記録を行い、別の光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、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録およ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。
【００２５】
請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化し、入射光束の波長が短くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記波長λ_１と、前記波長λ_２と、の間の軸上色収差が、前記輪帯構造の軸上色収差の波長依存性により補正されることを特徴とする。
【００２６】
請求項４に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記波長λ_１の光束が入射した際の最良像面位置と、前記波長λ_２の光束が入射した際の最良像面位置と、の差Δ_１（ｍｍ）が次式を満たすことを特徴とする。
｜Δ_１／λ_１｜　＜　３×１０^−６　　　　　　　　　　　　　　　（４）
【００２７】
単レンズでは、レンズ材料の色分散により入射光束の波長が長くなるほど、バックフォーカスは長くなり、逆に入射光束の波長が短くなるほど、バックフォーカスは短くなる。従って、入射光束の波長が長くなるほど、バックフォーカスが短くなって、入射光束の波長が短くなるほど、バックフォーカスが長くなるような波長依存性を前記輪帯構造に持たせることにより、レンズ材料の色分散により発生する軸上色収差を補正することができる。このとき、前記第１の光源からの波長λ_１の光束が入射した際の最良像面位置と、前記第２の光源からの波長λ_２の光束が入射した際の最良像面位置と、の差Δ_１が（４）式を満たすように、軸上色収差に対する輪帯構造の波長依存性を決定するのが好ましい。
【００２８】
請求項５に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなると球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなると球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記波長λ_１の光束が入射した際の球面収差と、前記波長λ_２の光束が入射した際の球面収差と、の差が、前記輪帯構造の球面収差の波長依存性により補正されることを特徴とする。
【００２９】
かかる軸上色収差に対する前記輪帯構造の波長依存性により、軸上色収差が補正された場合でも、単レンズでは、レンズ材料の色分散により、入射光束の波長が長くなるほど、球面収差は補正過剰方向に変化し、入射光束の波長が短くなるほど、球面収差は補正不足方向に変化するので、波長の異なる２つの光束に対してスポットを絞りきることができない。そこで、請求項５に記載の対物レンズは、さらに、入射光束の波長が長くなるほど、球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなるほど、球面収差が補正過剰方向に変化するような波長依存性を前記輪帯構造に持たせることにより、レンズ材料の色分散により発生する球面収差を補正することができ、それにより波長の異なる２つの光束を回折限界内で集光させることが可能となる。
【００３０】
請求項６に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、ｄ線における屈折率Ｎｄが１．８以下であることを特徴とする。単レンズでは、ｄ線における屈折率Ｎｄが大きくなるほど、画角特性における非点収差成分を小さく抑えるためのレンズ厚さの最適値は大きくなる。そのため、レンズ重量が大きくなるので、アクチュエータが大きくなり、前記光ピックアップ装置の小型化に不利となる。また、レンズ厚さが厚くなるとその分作動距離が失われるので、光情報記録媒体との干渉の可能性が大きくなる。これらの問題を回避するために、ｄ線における屈折率Ｎｄは１．８以下であることが好ましいのである。
【００３１】
請求項７に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であって、前記対物レンズは、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により集光波面を形成することを特徴とする。
【００３２】
請求項７に記載の対物レンズの光学面上に形成される前記輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であると、回折作用により互いに異なる２つの波長のレーザ光に対して色収差を補正することができる。
【００３３】
なお、本明細書において、回折構造が形成された光学面（回折面）とは、対物レンズの表面に、レリーフを設けて、入射光束を回折させる作用を持たせる光学面のことをいい、同一の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。
【００３４】
また、回折構造とは、この回折を生じる領域のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、対物レンズの表面に、光軸を中心として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（子午断面）をみれば、各輪帯は鋸歯状、あるいは階段状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。
【００３５】
一般に、回折構造が形成された光学面（回折面）からは、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光、・・・・、と無数の次数の回折光が生じるが、例えば、上記のような子午断面が鋸歯状となるレリーフを持つ回折面の場合は、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の１つの次数（例えば、＋１次回折光）の回折効率をほぼ１００％とするように、このレリーフの形状を設定することができる。
【００３６】
本明細書において、「回折構造が波長λ_Ｂ、回折次数ｎで最適化されている」というときは、波長λ_Ｂの光が入射したときに、回折次数ｎの回折光の回折効率が理論的に１００％となるように、回折構造（レリーフ）の形状を設定することを指し、このとき、波長λ_Ｂを回折構造の製造波長と呼び、回折次数ｎを最適化次数と呼ぶ。
【００３７】
請求項８に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズの前記輪帯構造は、隣り合う輪帯同士が、互いに光軸方向に変位して形成されることで、入射光束に対して前記所定の光路差を生じ、前記対物レンズは、屈折作用により集光波面を形成することを特徴とする。
【００３８】
すなわち、本発明による対物レンズの光学面上に形成される前記輪帯構造として、隣り合う輪帯同士が、互いに光軸方向に変位して形成されることで、入射光束に対して所定の光路差を生じるような構造としてもよい。かかる輪帯構造により互いに異なる２つの波長のレーザ光に対して色収差を補正することができる。
【００３９】
請求項９に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、前記波長λ_１が６００ｎｍより短いと好ましい。波長λ_１として、６００ｎｍより短い波長を選択することで、スポット径をより小さくすることができるので、高密度ＤＶＤ情報記録及び／又は再生用の対物レンズとして、前記光ピックアップ装置に適用することができる。
【００４０】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、プラスチックレンズであって、有効径の最大値をＤ_１（ｍｍ）、外径をＤ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
【００４１】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
【００４２】
プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べて比重が小さいため、アクチュエータへの負担を軽減でき、対物レンズの追従を高速的に行うことができる。さらに、所望の金型を製造よく作製することで、射出成形により高精度に大量生産することが可能であり、対物レンズの高性能や低コスト化を図ることが可能となる。
【００４３】
ところが、射出成形により作製されたプラスチックレンズには、一般的には複屈折が残留する。対物レンズに複屈折が残留していると、光情報記録媒体からの反射光の偏光面が入射光に対して回転してしまうので、ＭＯのように、レーザ光束の偏光方向の回転を利用して記録及び／又は再生を行う光情報記録装置や、以下の特許文献２に記載されているような、デジタル体積ホログラフィを利用した光情報記録装置において、情報の記録及び／又は再生時にエラーが生じる恐れがある。
【特許文献２】
特開２００２−１２３９４９
【００４４】
複屈折の残留を小さく抑えるためには、有効径の最大値Ｄ_１（ｍｍ）と、外径Ｄ_２（ｍｍ）との間に、（５）式が成り立つのが好ましい。以上の作用をより一層達成するには、（６）式を満足するのがより好ましく、以下の（６’）式を満足すると特に好ましい。
Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６’）
【００４５】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、光軸方向の厚さの最小値（縁厚）をｄ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ｄ_２／ｄ_１　＞　０．４５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
【００４６】
さらに、複屈折の残留を小さく抑えるためには、光軸方向の厚さの最小値（縁厚）ｄ_２（ｍｍ）に対する光軸上のレンズ厚さｄ_１（ｍｍ）の比ｄ_２／ｄ_１（肉厚比率）が次式（７）式を満足するのが好ましく、以下の（７’）式を満足するとより好ましい。
ｄ_２／ｄ_１　　＞　０．５５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７’）
【００４７】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、物点側の光学面において、有効径より周辺に連続して滑らかに連なる面の最大径を連続面径Ｄ_３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_３　　＜　０．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
【００４８】
ここで、本発明による対物レンズの光軸上のレンズ厚さｄ_１、有効径の最大値Ｄ_１、外径Ｄ_２、光軸方向の厚さの最小値（縁厚）ｄ_２、連続面径Ｄ_３、について、図１を参照して説明する。図１において、有効径の最大値Ｄ_１は、対物レンズＯＢＪの像側開口数ＮＡと、焦点距離ｆと、結像倍率ｍとにより一意的に決まる物点側の光学面の有効径であり、連続面径Ｄ_３は、この物体側の光学面の有効径Ｄ_１から周辺に向かって、連続して滑らかに連なる面の最大径であり、図１（ａ）に示すように、非球面部ＡＳＰとその周辺部Ｐとが滑らか（この場合は円弧Ｃ）に連続して連なっている場合には、Ｄ_３（Ａ）が連続面径Ｄ_３に対応する。一方、図１（ｂ）に示すように、非球面部ＡＳＰとその周辺部Ｐとが不連続（不連続部ＤＣ）である場合には、Ｄ_３（Ｂ）が連続面径Ｄ_３に対応する。
【００４９】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラス材料から構成されたガラスレンズであることを特徴とする。
【００５０】
本発明による対物レンズをガラスレンズとすると、温度変化による屈折率変化の影響を受けにくくなるので、光情報記録媒体に対して記録及び／又は再生中にアクチュエータから放熱等により光ピックアップ装置の温度が上昇しても、その集光性能が劣化することはないという利点がある。また、ガラス材料は、一般的に４００ｎｍ程度の短波長のレーザ光に対して透過率や耐光性が高いので、高密度ＤＶＤ用の対物レンズとして信頼性の高いレンズを得ることができる。さらに、ガラスレンズは、複屈折の残留という問題がないので、ＭＯや、特許文献２に記載されているような光情報記録装置に好適な対物レンズを提供することができる。
【００５１】
前記対物レンズをガラスレンズとする場合には、転移点Ｔｇが４００℃以下であるガラス材料を使用して、金型を用いた成形法で作製するのが好ましい。これにより、通常の成形用のガラス材料（Ｔｇは５３０℃前後）よりも低い温度での成形が可能となるので、成形時間の短縮や金型の長寿命化等に関して有利となり、結果として対物レンズの低コスト化を実現できる。このようなガラス材料として、住田光学ガラス社製のＰＧ３７５（商品名）やＰＧ３２５（商品名）等がある。
【００５２】
請求項１５に記載の光ピックアップ装置は、波長λ_１（ｎｍ）の光束を発生する第１の光源と、前記波長λ_１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束を発生する第２の光源と、光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記第１の光源及び前記第２の光源からのそれぞれの光束を前記光情報記録媒体の所定の位置に集光させるための対物レンズと、を有する光ピックアップ装置において、
前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、且つ、隣り合う輪帯同士が、入射光束に対して所定の光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、に対して色収差が補正された単レンズであって、波長λ_１（ｎｍ）の光束と、前記波長λ１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束と、に対して色収差を補正し、
更に、光軸上のレンズ厚さをｄ_１（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｄ線における屈折率をＮｄ、像側開口数をＮＡとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。（λ_２−λ_１）／λ_１　＞　０．１５　　　　　　　　　　　　　　　（１）
１．６　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）　＞　０．８　　　　　　　　　　　　　（２）
本発明における作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。
【００５３】
請求項１６に記載の光ピックアップ装置において、次式を満たすことを特徴とする。
１．５　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ／ＮＡ）　＞　０．９　　　　　　（３）
本発明における作用効果は、請求項２に記載の発明と同様である。
【００５４】
請求項１７に記載の光ピックアップ装置において、前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化し、入射光束の波長が短くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、の間の軸上色収差が、前記輪帯構造の軸上色収差の波長依存性により補正されることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項３に記載の発明と同様である。
【００５５】
請求項１８に記載の光ピックアップ装置において、前記第１の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、前記第２の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、の差Δ_１（ｍｍ）が次式を満たすことを特徴とする。
｜Δ_１／λ_１｜　＜　３×１０^−６　　　　　　　　　　　　　　　（４）
本発明における作用効果は、請求項４に記載の発明と同様である。
【００５６】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置において、前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなると球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなると球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束が入射した際の球面収差と、前記第２の光源からの光束が入射した際の球面収差と、の差が、前記輪帯構造の球面収差の波長依存性により補正されることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項５に記載の発明と同様である。
【００５７】
請求項２０に記載の光ピックアップ装置において、ｄ線における屈折率Ｎｄが１．８以下であることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項６に記載の発明と同様である。
【００５８】
請求項２１に記載の光ピックアップ装置において、前記輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であって、前記対物レンズは、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により集光波面を形成することを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項７に記載の発明と同様である。
【００５９】
請求項２２に記載の光ピックアップ装置において、前記輪帯構造は、隣り合う輪帯同士が、互いに光軸方向に変位して形成されることで、入射光束に対して前記所定の光路差を生じ、前記対物レンズは、屈折作用により集光波面を形成することを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項８に記載の発明と同様である。
【００６０】
請求項２３に記載の光ピックアップ装置において、前記第１の光源の波長λ_１が６００ｎｍより短いことを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項９に記載の発明と同様である。
【００６１】
請求項２４に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズはプラスチックレンズであって、有効径の最大値をＤ_１（ｍｍ）、外径をＤ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
本発明における作用効果は、請求項１０に記載の発明と同様である。
【００６２】
請求項２５に記載の光ピックアップ装置において、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
本発明における作用効果は、請求項１１に記載の発明と同様である。
【００６３】
請求項２６に記載の光ピックアップ装置において、光軸方向の厚さの最小値（縁厚）をｄ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ｄ_２／ｄ_１　＞　０．４５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
本発明における作用効果は、請求項１２に記載の発明と同様である。
【００６４】
請求項２７に記載の光ピックアップ装置において、物点側の光学面において、有効径より周辺に連続して滑らかに連なる面の最大径を連続面径Ｄ_３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_３　　＜　０．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
本発明における作用効果は、請求項１３に記載の発明と同様である。
【００６５】
請求項２８に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラス材料から構成されたガラスレンズであることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項１４に記載の発明と同様である。
【００６６】
請求項２９に記載の光情報記録再生装置は、波長λ_１（ｎｍ）の光束を発生する第１の光源と、前記波長λ_１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束を発生する第２の光源と、光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記第１の光源及び前記第２の光源からのそれぞれの光束を前記光情報記録媒体の所定の位置に集光させるための対物レンズと、を有する光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置において、
前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、且つ、隣り合う輪帯同士が、入射光束に対して所定の光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、に対して色収差が補正された単レンズであって、波長λ_１（ｎｍ）の光束と、前記波長λ１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束と、に対して色収差を補正し、
更に、光軸上のレンズ厚さをｄ_１（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｄ線における屈折率をＮｄ、像側開口数をＮＡとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。（λ_２−λ_１）／λ_１　＞　０．１５　　　　　　　　　　　　　　　（１）
１．６　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）　＞　０．８　　　　　　　　　　　　　（２）
本発明における作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。
【００６７】
請求項３０に記載の光情報記録再生装置において、次式を満たすことを特徴とする。
１．５　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ／ＮＡ）　＞　０．９　　　　　　（３）
本発明における作用効果は、請求項２に記載の発明と同様である。
【００６８】
請求項３１に記載の光情報記録再生装置において、前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化し、入射光束の波長が短くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、の間の軸上色収差が、前記輪帯構造の軸上色収差の波長依存性により補正されることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項３に記載の発明と同様である。
【００６９】
請求項３２に記載の光情報記録再生装置において、前記第１の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、前記第２の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、の差Δ_１（ｍｍ）が次式を満たすことを特徴とする。
｜Δ_１／λ_１｜　＜　３×１０^−６　　　　　　　　　　　　　　　（４）
本発明における作用効果は、請求項４に記載の発明と同様である。
【００７０】
請求項３３に記載の光情報記録再生装置において、前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなると球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなると球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束が入射した際の球面収差と、前記第２の光源からの光束が入射した際の球面収差と、の差が、前記輪帯構造の球面収差の波長依存性により補正されることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項５に記載の発明と同様である。
【００７１】
請求項３４に記載の光情報記録再生装置において、ｄ線における屈折率Ｎｄが１．８以下であることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項６に記載の発明と同様である。
【００７２】
請求項３５に記載の光情報記録再生装置において、前記輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であって、前記対物レンズは、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により集光波面を形成することを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項７に記載の発明と同様である。
【００７３】
請求項３６に記載の光情報記録再生装置において、前記輪帯構造は、隣り合う輪帯同士が、互いに光軸方向に変位して形成されることで、入射光束に対して前記所定の光路差を生じ、前記対物レンズは、屈折作用により集光波面を形成することを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項８に記載の発明と同様である。
【００７４】
請求項３７に記載の光情報記録再生装置において、前記第１の光源の波長λ_１が６００ｎｍより短いことを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項９に記載の発明と同様である。
【００７５】
請求項３８に記載の光情報記録再生装置において、前記対物レンズはプラスチックレンズであって、有効径の最大値をＤ_１（ｍｍ）、外径をＤ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
本発明における作用効果は、請求項１０に記載の発明と同様である。
【００７６】
請求項３９に記載の光情報記録再生装置において、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
本発明における作用効果は、請求項１１に記載の発明と同様である。
【００７７】
請求項４０に記載の光情報記録再生装置において、光軸方向の厚さの最小値（縁厚）をｄ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ｄ_２／ｄ_１　＞　０．４５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
本発明における作用効果は、請求項１２に記載の発明と同様である。
【００７８】
請求項４１に記載の光情報記録再生装置において、物点側の光学面において、有効径より周辺に連続して滑らかに連なる面の最大径を連続面径Ｄ_３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ_１／Ｄ_３　　＜　０．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
本発明における作用効果は、請求項１３に記載の発明と同様である。
【００７９】
請求項４２に記載の光情報記録再生装置において、前記対物レンズは、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラス材料から構成されたガラスレンズであることを特徴とする。本発明における作用効果は、請求項１４に記載の発明と同様である。
【００８０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光ピックアップ装置用の対物レンズの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる対物レンズＯＢＪ１を示す概略図であり、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）は側面を一部拡大した図である。この対物レンズＯＢＪ１は、波長の異なる２つのレーザ光を色収差なく光ディスクの所定の位置に集光させる機能を有しており、例えば、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度ＤＶＤと、赤色半導体レーザを使用するＤＶＤとを互換可能に記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置や、上述したデジタル体積ホログラフィを利用して記録及び／又は再生する光ピックアップ装置の対物レンズとして好適なものである。
【００８１】
対物レンズＯＢＪ１は、非球面である２つの光学面Ｓ１、Ｓ２を有する両凸の単レンズであり、一方の光学面Ｓ１上に、図２（ａ）に示したように光軸を中心とした同心円状の回折構造としての輪帯構造が形成されている。この輪帯構造は、図２（ｃ）に示したように、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持つ。この輪帯構造の任意の輪帯に入射したレーザ光は、その輪帯の光軸に垂直な方向の幅によって決定される方向に回折する。
【００８２】
この輪帯構造は、入射光の波長が長くなるほどバックフォーカスが短くなるような軸上色収差の波長依存性と、入射光の波長が長くなるほど球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性とを有している。これにより、対物レンズＯＢＪ１は、レンズ材料の色分散により発生する軸上色収差と球面収差変化が補正され、波長の異なる２つのレーザ光を色収差なく回折限界内で集光することが可能となっている。
【００８３】
更に、この輪帯構造は、入射光束の波長が長くなると球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなると球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有している。これにより、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光束が入射した際における球面収差と、前記第２の光束が入射した際における球面収差とが近づくように補正される。又、この輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であって、対物レンズは、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により集光波面を形成する。
【００８４】
また、対物レンズＯＢＪ１は、レンズ厚さが上記の（２）式を満足するので、単レンズでありながら、画角特性における非点収差成分の発生が小さく、画角に対するマージンが広いレンズとなっている。
【００８５】
図３は、第２の別の実施の形態にかかる対物レンズＯＢＪ２を示す概略図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。この対物レンズＯＢＪ２は、対物レンズＯＢＪ１と同様に、波長の異なる２つのレーザ光を色収差なく光ディスクの所定の位置に集光させる機能を有しており、例えば、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度ＤＶＤと、赤色半導体レーザを使用するＤＶＤとを互換可能に記録及び／又は再生するための光ピックアップ装置や、上述したデジタル体積ホログラフィを利用して記録及び／又は再生する光ピックアップ装置の対物レンズとして好適なものである。
【００８６】
対物レンズＯＢＪ２は、非球面である２つの光学面Ｓ１、Ｓ２を有する両凸のプラスチック単レンズであり、一方の光学面Ｓ１上に、図３（ａ）に示したように光軸を中心とした同心円上の輪帯構造が形成されている。この輪帯構造は、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持ち、各段差Δは、波長の異なる２つのレーザ光のうち、波長が短いレーザ光が入射した場合に、隣り合う輪帯同士で波長の整数倍光路差が異なるように決定されている。
【００８７】
各輪帯は、図３（ｂ）に示すように、内側に隣接する輪帯よりも光軸に沿って光源方向に変位して形成されている。このように各輪帯を形成することにより、レンズ材料の色分散により発生する色収差を補正することができ、対物レンズＯＢＪ２は、波長の異なる２つのレーザ光を色収差を抑制しつつ回折限界内で集光することが可能となっている。
【００８８】
また、対物レンズＯＢＪ１と同様に、対物レンズＯＢＪ２は、レンズ厚さが上記の（２）式を満足するので、単レンズでありながら、画角特性における非点収差成分の発生が小さく、画角に対するマージンが広いレンズとなっている。
【００８９】
図４は、上記の対物レンズＯＢＪ１あるいは対物レンズＯＢＪ２を搭載した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ＰＵは、高密度ＤＶＤ用のＧａＮ系青紫色半導体レーザＬＤ１と、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザＬＤ２と、これらの半導体レーザからの波長の異なる２つのレーザ光を色収差なく光ディスク上に集光できる対物レンズＯＢＪとを有している。
【００９０】
高密度ＤＶＤ用の光源としては、上記のＧａＮ系青紫色半導体レーザＬＤ１のほかに、ＳＨＧ青紫色レーザを使用することができる。
【００９１】
対物レンズＯＢＪは、上記の対物レンズＯＢＪ１、及び対物レンズＯＢＪ２のいずれかである。対物レンズＯＢＪは、光軸に対し垂直に延びた面を持つフランジ部ＦＬを有し、このフランジ部ＦＬにより、対物レンズＯＢＪを光ピックアップ装置ＰＵに精度よく取り付けることができる。
【００９２】
第１の光源である半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタＢＳ１で反射され、偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過した後、コリメートレンズＣＬを経て平行光束となった後、絞りＳＴにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって、高密度ＤＶＤである光ディスク（第１の光情報記録媒体）Ｄ１の保護層ＤＰ１を介して情報記録面ＤＲ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置されたアクチュエータＡＣＴ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。
【００９３】
情報記録面ＤＲ１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ＯＢＪ、絞りＳＴ、コリメートレンズＣＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳ２、偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過し、シリンドリカルレンズＣＹ、凹レンズＬを経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤに収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて光ディスクＤ１に記録された情報を読み取ることができる。
【００９４】
一方、第２の光源である半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射された後、コリメートレンズＣＬを経て平行光束となった後、絞りＳＴにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによってＤＶＤである光ディスク（第２の光情報記録媒体）Ｄ２の保護層ＤＰ２を介して情報記録面ＤＲ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置されたアクチュエータＡＣＴ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。
【００９５】
情報記録面ＤＲ２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ＯＢＪ、絞りＳＴ、コリメートレンズＣＬを透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタＢＳ１、偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過し、シリンドリカルレンズＣＹ、凹レンズＬを経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤに収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて光ディスクＤ２に記録された情報を読み取ることができる。
【００９６】
なお、光ピックアップ装置ＰＵは、半導体レーザＬＤ１と対物レンズＯＢＪとの間と、半導体レーザＬＤ２と対物レンズＯＢＪとの間の光路中にレーザ光の偏光を変えるための１／４波長板を備えるが、かかる１／４波長板は図４では省略されている。
【００９７】
（実施例）
次に、上述した実施の形態に基づく具体的な実施例を３例提示する。実施例１及び実施例２の対物レンズは、プラスチックレンズであって、実施例３の対物レンズは、ガラス転移点Ｔｇが２８５℃である住田光学ガラス社製のＰＧ３２５（商品名）からなるガラスレンズである。いずれもレンズ厚さが上記の（２）式を満足するので、単レンズでありながら、画角特性における非点収差成分の発生が小さく、両角に対するマージンが広いレンズとなっており、第１面（光源側の光学面）に形成した回折構造としての輪帯構造の作用により２つの波長に対して色収差が補正された対物レンズである。
【００９８】
表１に、それぞれの実施例の対物レンズの設計基準波長λ_１及びλ_２，像側開口数ＮＡ、焦点距離ｆ、及び上記の（１）〜（４）式に用いた値を示す。
【表１】

【００９９】
各実施例の対物レンズにおける非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数１で表される。ただし、κを円錐係数、Ａ_２ｉを非球面係数とする。
【数１】

【０１００】
また、各実施例の対物レンズにおける回折構造としての輪帯構造は、この輪帯構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、ｂ_２ｊを回折面係数（光路差関数係数ともいう）とするとき次の数２で定義される光路差関数Φ_ｂ（ｍｍ）で表される。
【数２】

【０１０１】
この光路差関数Φ_ｂ（ｍｍ）の値をもとに対物レンズの光学面上に回折構造を形成する場合、光路差関数Φ_ｂ（ｍｍ）の値が所定の波長λ_Ｂのｎ倍（ただし、ｎは自然数）変わる毎に輪帯を形成する。
【０１０２】
表２に実施例１の対物レンズのレンズデータを示し、表３に実施例２の対物レンズのレンズデータを示し、表４に実施例３の対物レンズのレンズデータを示す。表２乃至表４のレンズデータにおいて、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎｄはｄにｄ線における屈折率、Ｎλ_１は波長λ_１における屈折率、Ｎλ_２は波長λ_２における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表し、各実施例の回折構造としての輪帯構造の製造波長はλ_１、最適化次数は１である。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば　２．５×１０^−３）を、Ｅ（例えば　２．５×Ｅ―３）を用いて表すものとする。
【表２】

【表３】

【表４】

【０１０３】
さらに、各実施例の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における球面収差図を、それぞれ図５乃至図７に示す。いずれの場合も、波長λ_１及び波長λ_２における球面収差、及び波長λ_１と波長λ_２との間の軸上色収差とが良好に補正されていることがわかる。
【０１０４】
図８乃至図１０に、各実施例の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における半画角に対する波面収差のｒｍｓ値の変化の様子を示す。いずれの場合も、半画角２度での波面収差は０．０７λｒｍｓ以下であり、画角に対するマージンが広いレンズであることがわかる。
【０１０５】
図１１に実施例１の対物レンズの概略断面図を示し、図１２に実施例２の対物レンズの概略断面図を示す。また、表５にこれらの対物レンズの上記の（５）式〜（８）式に対応する値を示す。これらの実施例の対物レンズは、上記の（５）式〜（８）式を満足するような形状を有しているので、射出成形により作製するプラスチックレンズでありながら、複屈折の残留が小さいレンズとなっている。
【表５】

【０１０６】
【発明の効果】
本発明によれば、画角特性における非点収差成分が良好に補正されるともに、記録及び／又は再生に使用する光源の波長が互いに異なる光情報記録媒体に対して、それぞれの光源からの光束を回折限界内で集光することのできる単レンズ構成の対物レンズ、及びそれを用いた光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる対物レンズの概略断面図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる対物レンズの概略図である。
【図３】第２の実施の形態にかかる対物レンズの概略図である。
【図４】光ピックアップ装置（光情報記録再生装置）の構成を概略的に示す図である。
【図５】実施例１の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における球面収差図である。
【図６】実施例２の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における球面収差図である。
【図７】実施例３の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における球面収差図である。
【図８】実施例１の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における半画角に対する波面収差のｒｍｓ値の変化の様子を示す図である。
【図９】実施例２の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における半画角に対する波面収差のｒｍｓ値の変化の様子を示す図である。
【図１０】実施例３の対物レンズの波長λ_１及び波長λ_２における半画角に対する波面収差のｒｍｓ値の変化の様子を示す図である。
【図１１】実施例１の対物レンズの概略断面図である。
【図１２】実施例２の対物レンズの概略断面図である。
【符号の説明】
ＰＵ　光ピックアップ装置
ＯＢＪ、ＯＢＪ１，ＯＢＪ２　対物レンズ
ＬＤ１、ＬＤ２　半導体レーザ
ＢＳ１，ＢＳ２　偏光ビームスプリッタ
ＣＬ　コリメートレンズ
ＳＴ　絞り
ＰＤ　光検出器

Claims (42)

1. 複数の輪帯から構成され、且つ、隣り合う輪帯同士が、入射光束に対して所定の光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有する単レンズの対物レンズであって、
   波長λ_１（ｎｍ）の光束と、前記波長λ１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束と、に対して色収差が補正され、
   更に、光軸上のレンズ厚さをｄ_１（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｄ線における屈折率をＮｄ、像側開口数をＮＡとしたとき、次式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   （λ_２−λ_１）／λ_１　＞　０．１５　　　　　　　　　　　　　　　（１）
   １．６　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）　＞　０．８　　　　　　　　　　　　　（２）
2. 次式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   １．５　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ／ＮＡ）　＞　０．９　　　　　　（３）
3. 前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化し、入射光束の波長が短くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記波長λ_１と、前記波長λ_２と、の間の軸上色収差が、前記輪帯構造の軸上色収差の波長依存性により補正され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装置用の対物レンズ。
4. 前記波長λ_１の光束が入射した際の最良像面位置と、前記波長λ_２の光束が入射した際の最良像面位置と、の差Δ_１（ｍｍ）が次式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   ｜Δ_１／λ_１｜　＜　３×１０^−６　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
5. 前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなると球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなると球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記波長λ_１の光束が入射した際の球面収差と、前記波長λ_２の光束が入射した際の球面収差と、の差が、前記輪帯構造の球面収差の波長依存性により補正されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
6. ｄ線における屈折率Ｎｄが１．８以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
7. 前記輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であって、前記対物レンズは、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により集光波面を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
8. 前記輪帯構造は、隣り合う輪帯同士が、互いに光軸方向に変位して形成されることで、入射光束に対して前記所定の光路差を生じ、前記対物レンズは、屈折作用により集光波面を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
9. 前記波長λ_１が６００ｎｍより短いことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
10. 前記対物レンズはプラスチックレンズであって、有効径の最大値をＤ_１（ｍｍ）、外径をＤ_２（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９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
    Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
11. 次式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
    Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
12. 光軸方向の厚さの最小値（縁厚）をｄ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１０または１１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
    ｄ_２／ｄ_１　＞　０．４５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
13. 物点側の光学面において、有効径より周辺に連続して滑らかに連なる面の最大径を連続面径Ｄ_３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
    Ｄ_１／Ｄ_３　　＜　０．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
14. 前記対物レンズは、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラス材料から構成されたガラスレンズであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
15. 波長λ_１（ｎｍ）の光束を発生する第１の光源と、前記波長λ_１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束を発生する第２の光源と、光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記第１の光源及び前記第２の光源からのそれぞれの光束を前記光情報記録媒体の所定の位置に集光させるための対物レンズと、を有する光ピックアップ装置において、
    前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、且つ、隣り合う輪帯同士が、入射光束に対して所定の光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、に対して色収差が補正された単レンズであって、波長λ_１（ｎｍ）の光束と、前記波長λ１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束と、に対して色収差を補正し、
    更に、光軸上のレンズ厚さをｄ_１（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｄ線における屈折率をＮｄ、像側開口数をＮＡとしたとき、次式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
    （λ_２−λ_１）／λ_１　＞　０．１５　　　　　　　　　　　　　　　（１）
    １．６　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）　＞　０．８　　　　　　　　　　　　　（２）
16. 次式を満たすことを特徴とする請求項１５に記載の光ピックアップ装置。
    １．５　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ／ＮＡ）　＞　０．９　　　　　　（３）
17. 前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化し、入射光束の波長が短くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、の間の軸上色収差が、前記輪帯構造の軸上色収差の波長依存性により補正されることを特徴とする請求項１５または１６に記載の光ピックアップ装置。
18. 前記第１の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、前記第２の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、の差Δ_１（ｍｍ）が次式を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
    ｜Δ_１／λ_１｜　＜　３×１０^−６　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
19. 前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなると球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなると球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束が入射した際の球面収差と、前記第２の光源からの光束が入射した際の球面収差と、の差が、前記輪帯構造の球面収差の波長依存性により補正されることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
20. ｄ線における屈折率Ｎｄが１．８以下であることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
21. 前記輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であって、前記対物レンズは、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により集光波面を形成することを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
22. 前記輪帯構造は、隣り合う輪帯同士が、互いに光軸方向に変位して形成されることで、入射光束に対して前記所定の光路差を生じ、前記対物レンズは、屈折作用により集光波面を形成することを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
23. 前記第１の光源の波長λ_１が６００ｎｍより短いことを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
24. 前記対物レンズはプラスチックレンズであって、有効径の最大値をＤ_１（ｍｍ）、外径をＤ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１５乃至２３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
    Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
25. 次式を満たすことを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
    Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
26. 光軸方向の厚さの最小値（縁厚）をｄ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２４または２５に記載の光ピックアップ装置。
    ｄ_２／ｄ_１　＞　０．４５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
27. 物点側の光学面において、有効径より周辺に連続して滑らかに連なる面の最大径を連続面径Ｄ_３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
    Ｄ_１／Ｄ_３　　＜　０．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
28. 前記対物レンズは、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラス材料から構成されたガラスレンズであることを特徴とする請求項１５乃至２３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
29. 波長λ_１（ｎｍ）の光束を発生する第１の光源と、前記波長λ_１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束を発生する第２の光源と、光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記第１の光源及び前記第２の光源からのそれぞれの光束を前記光情報記録媒体の所定の位置に集光させるための対物レンズと、を有する光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置において、
    前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、且つ、隣り合う輪帯同士が、入射光束に対して所定の光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、に対して色収差が補正された単レンズであって、波長λ_１（ｎｍ）の光束と、前記波長λ１より長い波長λ_２（ｎｍ）の光束と、に対して色収差を補正し、
    更に、光軸上のレンズ厚さをｄ_１（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）、ｄ線における屈折率をＮｄ、像側開口数をＮＡとしたとき、次式を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
    （λ_２−λ_１）／λ_１　＞　０．１５　　　　　　　　　　　　　　　（１）
    １．６　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ・ＮＡ）　＞　０．８　　　　　　　　　　　　　（２）
30. 次式を満たすことを特徴とする請求項２９に記載の光情報記録再生装置。
    １．５　＞　ｄ_１／（ｆ・Ｎｄ／ＮＡ）　＞　０．９　　　　　　（３）
31. 前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化し、入射光束の波長が短くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束と、前記第２の光源からの光束と、の間の軸上色収差が、前記輪帯構造の軸上色収差の波長依存性により補正されることを特徴とする請求項２９または３０に記載の光情報記録再生装置。
32. 前記第１の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、前記第２の光源からの光束が入射した際の最良像面位置と、の差Δ_１（ｍｍ）が次式を満たすことを特徴とする請求項３１に記載の光情報記録再生装置。
    ｜Δ_１／λ_１｜　＜　３×１０^−６　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
33. 前記輪帯構造は、入射光束の波長が長くなると球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなると球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有し、レンズ材料の色分散により発生する、前記第１の光源からの光束が入射した際の球面収差と、前記第２の光源からの光束が入射した際の球面収差と、の差が、前記輪帯構造の球面収差の波長依存性により補正されることを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
34. ｄ線における屈折率Ｎｄが１．８以下であることを特徴とする請求項２９乃至３３のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
35. 前記輪帯構造は、入射光束を回折させる機能を有する回折構造であって、前記対物レンズは、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により集光波面を形成することを特徴とする請求項２９乃至３４のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
36. 前記輪帯構造は、隣り合う輪帯同士が、互いに光軸方向に変位して形成されることで、入射光束に対して前記所定の光路差を生じ、前記対物レンズは、屈折作用により集光波面を形成することを特徴とする請求項２９乃至３４のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
37. 前記第１の光源の波長λ_１が６００ｎｍより短いことを特徴とする請求項２９乃至３６のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
38. 前記対物レンズはプラスチックレンズであって、有効径の最大値をＤ_１（ｍｍ）、外径をＤ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２９乃至３７のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
    Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．７　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
39. 次式を満たすことを特徴とする請求項３８に記載の光情報記録再生装置。
    Ｄ_１／Ｄ_２　　＜　０．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
40. 光軸方向の厚さの最小値（縁厚）をｄ_２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項３８または３９に記載の光情報記録再生装置。
    ｄ_２／ｄ_１　＞　０．４５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
41. 物点側の光学面において、有効径より周辺に連続して滑らかに連なる面の最大径を連続面径Ｄ_３（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項３８乃至４０のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
    Ｄ_１／Ｄ_３　　＜　０．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
42. 前記対物レンズは、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下のガラス材料から構成されたガラスレンズであることを特徴とする請求項２９乃至３７のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。

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