JP2007026670A - 色収差補正レンズを具備した光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 新規な単一のレンズ、光ピックアップ装置及び光記録再生機器を提供する。
【解決手段】単一のレンズは、０．８５以上である開口数を有すると共に両面が非球面である。光ピックアップ装置は、０．８５以上である開口数を有すると共に両面が非球面である単一のレンズを有する。光記録再生機器は、０．８５以上である開口数を有すると共に両面が非球面である単一のレンズを有する光ピックアップ装置を有する。
【選択図】 図１４

Description

本発明は光ピックアップ装置に係り、より詳細には、記録／再生パワー出力転換時に生じる光源から出射される光の波長変化及び／または波長線幅の増加による色収差を補正できるように色収差補正レンズを具備した光ピックアップ装置に関する。

光記録再生機器で記録容量は光ピックアップ装置の対物レンズにより光ディスクに形成される光スポットの大きさにより決まる。一般に光スポットの大きさＳは波長λに比例し、開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に反比例する。

したがって、現在開発されている次世代ＤＶＤ、いわゆる、ＨＤ−ＤＶＤ用光ピックアップ装置（以下、高密度用光ピックアップ装置）は、光ディスクに結ばれる光スポットをさらに縮少し、従来のＣＤやＤＶＤ系列の光ディスクから得られる情報記録密度に比べて高い情報記録密度を得られるように、青色光を出射する光源及び０．６以上の開口数を有する対物レンズを採用する予定である。

ところが、一般に光ピックアップ装置で対物レンズの材料として使用するガラス及びプラスチックのような光学材料は６５０ｎｍよりも短い波長帯域で非常に大きな屈折率変化を示す。

表１は、対物レンズモールディング用ガラス材料として用いられるＨｏｙａ社のＭ−ＢａＣＤ５Ｎの波長による屈折率変化を示す。

表１で分かるように、光学材料は１ｎｍ程度の小さな波長変化に対して、ＤＶＤ用光ピックアップ装置に使われる６５０ｎｍ波長に比べて短い青色波長帯域、例えば、４０５ｎｍ波長帯域で４倍程度大きい屈折率変化を示す。

このような青色光に対する光学材料の急激な屈折率変化は、青色波長光源を使用する記録と再生が反復される記録可能な高密度用光記録再生機器でデフォーカスによる性能劣化の主要な原因になる。

すなわち、光記録再生機器では相異なる記録光パワーと再生光パワーを使用するが、このような記録／再生時の光出力パワー変動による波長変動は青色光源の場合、例えば約０．５〜１ｎｍ程度である。通常、光源の出力を高めればその光源から出射される光の波長は長くなる。したがって、青色光を使用する高密度用光ピックアップ装置の場合には基準波長に対して設計された対物レンズで記録／再生光出力転換時に波長変化に係る色収差が大きく生じてデフォーカスが誘発される。

例えば、図１ないし図３で分かるように、４０５ｎｍに対して設計された開口数０．６５の対物レンズは１ｎｍ程度の微少な波長変化に対して大きい波面収差（ＯＰＤ：ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）及びデフォーカスを示す。図１は記録／再生時の光出力パワー変動によるデフォーカスに係る光ディスクに結ばれる光スポットの強度を示すグラフであり、図２及び図３は各々波長変化に係る開口数０．６５の対物レンズの波面収差とデフォーカス量を示すグラフである。

このような波長変動に係るデフォーカスは対物レンズを調整して補正が可能ではあるが、アクチュエータで対物レンズを駆動して波長変動を追従するのに相対的に長時間がかかるので、この時間の間には再生または記録信号の品質が悪くなる。記録のために出力増加時のデフォーカスは記録光パワーの不足を誘発し、再生のために出力減少時のデフォーカスはジッタを増加させる。

すなわち、光ディスクに情報を記録するために光源の出力を増加させれば光源から出射される光の波長が、例えば４０６ｎｍに長くなって光ディスクに結ばれる光スポットはデフォーカスが生じてアクチュエータがこのデフォーカスに従うまでは正しく記録を行えない。そして、再生のために光源の出力を減少させれば、光源の波長が、例えば４０５ｎｍに短くなり、この場合にもアクチュエータは長くなった波長に合わせられた状態であるので、再びデフォーカスが生じる。このようにデフォーカスが生じれば、図４に示したように、再生信号にはデフォーカスによってジッタが増加する。ここで、図４は基準波長４０５ｎｍに対して設計され、開口数０．６５の対物レンズを使用する時、デフォーカス量に係る再生信号のジッタ量を示したグラフである。

また、光ディスクから光源に戻る光による光源のフィードバックノイズを減らすために光源をＨＦ（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で駆動すれば、光源の波長の線幅が広くなり、これに係る色収差が再生信号を劣化させる。

したがって、記録と再生が反復される記録可能な高密度用光ピックアップ装置は、記録と再生出力変動に係る光源から出射される光の波長が変わっても、これに係る色収差発生を抑制または補償できる光学系構造を有する必要がある。

前記のような波長変動に係る色収差を補正する光ピックアップ装置としては特許文献１に開示された屈折／回折一体型対物レンズを採用した構造がある。従来の屈折／回折一体型対物レンズ（図示せず）は、光入射面と出射面が非球面形状の非球面レンズであって、その非球面上に回折パターンが各々一体に形成されて、屈折型レンズと回折型レンズが一体化した構成を有する。

前記屈折／回折一体型対物レンズは、半導体レーザーから出射される光の中心波長λ_１、最短波長λ_２及び最長波長λ_３での屈折率を各々ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３、屈折型レンズと回折型レンズのアッベ数は各々Ｖ＝（ｎ_２−１）／（ｎ_１−ｎ_３）、ＶＨＯＥ＝λ_２（λ_１−λ_３）とする時、（１＋Ｖ_ＨＯＥ／Ｖ）（ｎ_２−１）＞０．５７２が成立するようになっている。

したがって、前記のような従来の屈折／回折一体型対物レンズは０．７以上の開口数を有し、半導体レーザーから出射される光の波長変化による色収差をなくしうる。

ところが、前記のような屈折／回折一体型対物レンズを採用した光ピックアップ装置は、回折素子の特性上、光効率が７０〜８５％程度と低く、記録に必要な充分な光出力を得難い。

一方、本出願人は日本国出願１２−３１９９５１号を通じてコリメーティングレンズで対物レンズの色収差を相殺するようになった構造を有する光ピックアップ装置を提案したことがある。本出願人により提案された前記コリメーティングレンズは、ネガティブパワーを有するネガティブレンズとポジティブパワーを有するポジティブレンズとより構成された二重接合レンズであって、コリメーティングレンズの全体焦点距離をｆ、ネガティブレンズの焦点距離をｆｎとする時、−１．５＞ｆ／ｆｎを満足するように前記ネガティブレンズが大きいパワーを有し、短波長光に対する対物レンズから生じる色収差を効果的に補正するようになっている。

ところが、前記コリメーティングレンズは入射光に対物レンズの色収差と反対になる色収差を誘発させるために、このような光ピックアップ装置を記録可能型高密度光ディスクに適用して情報記録を行うためには、相対的に高出力、例えば、約３０ｍＷ以上の高出力青色半導体レーザーが必要である。

したがって、現在開発されている青色半導体レーザーの光出力パワー（１５ｍＷ程度と知られている）及び製造コストなどを考慮する時、相対的に低い光出力パワーから記録に必要な充分の光パワーを得るためには焦点距離が短いコリメーティングレンズを使用しなければならず、光の強度プロファイルで最大強度を１とする時、０．３以上のリム強度を確保するためにはビーム整形プリズムの使用が必須である。ところが、この場合にコリメーティングレンズは色収差がない平行ビームを出射する構成をとらねばならないので、対物レンズの色収差を相殺できなくなる。

すなわち、本出願人により提案されたことがある二重接合コリメーティングレンズを採用して対物レンズの色収差を補正する構造の光ピックアップ装置は、相対的に低い光出力パワーでは情報記録を行い難い短所がある。
特開平９−３１１２７１号公報

本発明は前記のような点を勘案して案出されたものであって、対物レンズの焦点距離に比べて相対的に無限焦点距離を有する別の色収差補正レンズを具備して、対物レンズの色収差を補正するようになった光ピックアップ装置を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するための本発明に係る光ピックアップ装置は、光を出射する光源と、前記光源側から入射された光を集束して記録媒体に光スポットを形成する対物レンズと、前記光源と対物レンズとの間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する光路変換器と、前記光源と対物レンズとの間の光路上に配置されて、前記光源から出射される光の波長変化及び／または波長線幅の増加による色収差を補正する色収差補正レンズと、前記記録媒体から反射された後、前記光路変換器を経由して入射された光を受光する光検出器とを具備し、前記色収差補正レンズは、正のパワーを有するレンズと負のパワーを有するレンズが互いに隣接するように少なくとも２枚のレンズよりなされ、その全体焦点距離が前記対物レンズの焦点距離に比べて相対的に無限焦点距離になるようになったことを特徴とする。

ここで、前記色収差補正レンズは１０ｍ以上の焦点距離を有することが望ましい。

前記色収差補正レンズは、正のパワーを有するレンズをなす光学材料のｄ線でのアッベ数が負のパワーを有するレンズをなす光学材料のアッベ数より大きくなったことが望ましい。

本発明の一特徴によれば、前記色収差補正レンズは、光源側から負のパワーを有する第１レンズと正のパワーを有する第２レンズとよりなされ、前記第１及び第２レンズは概略等しい大きさのパワーを有する。

この時、前記第１及び第２レンズは、ｄ線でのアッベ数に相対的に差があり概略等しい屈折率を有するガラス材質で形成され、前記光源及び対物レンズ側に各々対向する面は相対的に大きい負の曲率半径を有し、その間の面は相対的に小さな正の曲率半径を有するように形成されたことが望ましい。

本発明の他の特徴によれば、前記色収差補正レンズは、光源側から正のパワーを有する第１レンズと負のパワーを有する第２レンズとよりなされ、前記光源及び対物レンズ側に各々対向する面は正の曲率半径、その間の面は負の曲率半径を有し、前記面は概略等しい大きさの曲率半径で形成されたことが望ましい。

本発明のさらなる他の特徴によれば、前記色収差補正レンズは、光源側から負のパワーを有する第１レンズ、正のパワーを有する第２レンズ及び負のパワーを有する第３レンズよりなされる。

この時、前記第１及び第３レンズはｄ線でのアッベ数が概略等しいガラス材質でなされ、前記第２レンズはｄ線でのアッベ数が前記第１及び第３レンズと相対的に差があるガラス材質でなされ、前記第１及び第３レンズの光源及び対物レンズ側に各々対向する面は正の曲率半径、前記第１及び第２レンズ間の面は正の曲率半径、第２及び第３レンズ間の面は負の曲率半径を有するように形成されたことが望ましい。

ここで、前記色収差補正レンズは、それに入射する光線の高さをｈｉ、それから出射する光線の高さをｈｏとする時、０．９５≦ｈｏ／ｈｉ≦１．０５を満足するように備えられたことが望ましい。

また、前記光源側から前記色収差補正レンズ及び対物レンズをなすレンズの焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、．．．、ｆｎとし、そのレンズをなす光学材料のｄ線でのアッべ数を各々ｖ１、ｖ２、．．．ｖｎとする時、前記色収差補正レンズは、０＜１／（ｆ１・ｖ１）＋１／（ｆ２・ｖ２）＋．．．＋１／（ｆｎ・ｖｎ）＜０．００８を満足するように形成されたことが望ましい。

前記のような本発明に係る高密度用光ピックアップ装置は、対物レンズの焦点距離に比べて無限焦点距離を有する色収差補正レンズを具備して、光学材料の屈折を使用して色収差を補正するので、高い光効率を有する。

また、本発明に係る光ピックアップ装置では、光源から出射される発散光を平行光に変形するためのコリメーティングレンズと別途に色収差補正レンズを具備するので、相対的に低い出力光でも情報記録を行える。

さらに、本発明に係る色収差補正レンズはほとんど０に近い光学的パワーを有するので、光ピックアップ装置の光学系構造の変更なしに単純挿入して設置できる。

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態に対して詳細に説明する。図５を参照すれば、本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置は、光源１０と、入射光の進行光路を変換する光路変換器と、光源１０側から入射された光を集束して記録媒体１に光スポットを形成する対物レンズ６０と、記録媒体１で反射された後、光路変換器を経由して入射された光を受光する光検出器９０及び、光源１０から出射される光の波長変化及び波長線幅の増加に係る色収差を補正する色収差補正レンズ４０を含んで構成される。

光源１０としては４２０ｎｍ以下の波長、例えば、約４０５ｎｍ波長の光を出射する青色半導体レーザーを具備することが望ましい。前記半導体レーザーにはエッジ発光レーザー（ｅｄｇｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ）と表面光レーザー（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ）がある。ここで、光源１０から再生パワー出力時に４０５ｎｍ波長の光が出射されるならば、記録パワー出力時には光源１０からは再生パワー出力時より長波長、例えば、４０６ｎｍ波長の光が出射される。このような光出力量の変化に係る波長変化及び／または光源１０をＨＦで駆動することに基づいた波長線幅の増加により対物レンズ６０で生じる色収差は、後述するように、本発明に係る色収差補正レンズ４０により補正される。

光路変換器は光源１０と対物レンズ６０との光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する。前記光路変換器は、図５に示したように、入射光を偏光によって選択的に透過または反射させる偏光ビームスプリッタ５０と、入射光の偏光を変える１／４波長板５５とよりなされることが望ましい。ここで、前記光路変換器で入射光を所定割合で透過及び反射させるビームスプリッタ（図示せず）を具備することも可能である。

対物レンズ６０は、次世代ＤＶＤ、いわゆる、ＨＤ−ＤＶＤのような高密度記録媒体１の記録／再生できる光スポットを形成するように０．６５以上、例えば、０．７５または０．８５の開口数を有することが望ましい。ここで、対物レンズ６０は複数のレンズでなされたり、固体含浸タイプ（ｓｏｌｉｄ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）で構成された場合には０．８５以上の開口数を有する場合もある。

光検出器９０は記録媒体１で反射された光を受光して情報信号及び誤差信号などを検出する。

光源１０と色収差補正レンズ４０との光路上にはコリメーティングレンズ２０がさらに備わったものが望ましい。コリメーティングレンズ２０は光源１０から出射された発散光を集束させて平行光にする。図５に示したように、光源１０と光路変換器との光路上にコリメーティングレンズ２０を配置すれば、光路変換器と光検出器９０との間には集束レンズ７０がさらに備わる。

一方、光源１０としてエッジ発光レーザーを採用する場合、相対的に低い出力でも情報記録ができるように、コリメーティングレンズ２０と光路変換器との光路上にはビーム整形プリズム３０をさらに具備することが望ましい。このビーム整形プリズム３０はエッジ発光レーザーから発散される楕円形ビームを円形ビームになるように整形する。ビーム整形プリズム３０は光源１０とコリメーティングレンズ２０との間に配置される場合もある。ここで、光源１０に概略的に円形ビームを出射する表面光レーザーを採用する場合には、図５の光学系構造でビーム整形プリズム３０を除去できる。

ここで、参照番号８０はセンシングレンズであって、例えば、非点収差法によりフォーカスエラー信号を検出する場合、センシングレンズ８０は入射された光に非点収差を誘発させる非点収差レンズになる。

本発明に係る色収差補正レンズ４０は、正のパワーを有するレンズと負のパワーを有するレンズが互いに隣接して配置された少なくとも２枚のレンズよりなされる。この時、正のパワーを有するレンズをなす光学材料のｄ線でのアッベ数が負のパワーを有するレンズをなす光学材料のｄ線でのアッベ数より大きくなったものが望ましい。

一方、一般に色収差が補正される条件式は光源１０側からレンズの焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、．．．とし、そのレンズをなす光学材料のｄ線でのアッベ数を各々ｖ１、ｖ２、．．．とする時、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ） ＝ ０である。

これを考慮して、本発明に係る色収差補正レンズ４０は、後述する具体的な実施形態で分かるように、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）が０に近い値、すなわち、式（１）の範囲を満足するように形成されるので、対物レンズ６０の色収差を効果的に補正できる。

ここで、本発明に係る光ピックアップ装置が、図５に示したようにコリメーティングレンズ２０を具備して色収差補正レンズ４０に平行光が入射される場合、色収差補正程度を示すΣ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）に寄与するレンズは色収差補正レンズ４０及び対物レンズ６０をなすレンズである。

前記のように構成された本発明に係る色収差補正レンズ４０は対物レンズ６０の焦点距離に比べて相対的に無限焦点距離、例えば、１０ｍ以上の焦点距離を有してほとんど０に近い光学的パワーを有する。

以下には、本発明に係る色収差補正レンズ４０の具体的な実施形態及び対物レンズ６０と色収差補正レンズ４０の光学的設計データを具体的に調べる。後述する実施形態では、本発明に係る光ピックアップ装置がコリメーティングレンズ２０を具備して、色収差補正レンズ４０または対物レンズ６０に平行光が入射され、基準波長が４０５ｎｍの場合に適合された光学的データを例として示した。

まず、本発明に係る色収差補正レンズ４０がない場合、光源１０の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから４０６ｎｍに変化する時、対物レンズ６０で生じる収差程度を調べる。

図６及び表２を参照すれば、対物レンズ６０は、基準波長４０５ｎｍに対して開口数０．７５を有するとする。この時、対物レンズ６０は入射される平行光を集束させて厚さが０．６ｍｍの記録媒体１に光スポットを形成できるように、表２に示したように、両面の各々が非球面の両凸レンズで構成されている。

そして、対物レンズ６０の非球面１と非球面２の円錐定数及び非球面係数の各々は表３の通りである。

ここで、非球面の頂点からの深さをｚとする時、この非球面の深さｚは式（１）のように示しうる。

ここで、ｈは光軸からの高さであり、ｃは曲率であり、Ｋは円錐定数であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。

前記のように構成された対物レンズ６０を通じて平行に入射される光の入射瞳の直径は３．９ｍｍであり、対物レンズ６０の焦点距離は約３．００００ｍｍである。

図７は、前記のように構成された対物レンズ６０の収差度を示す。図７で分かるように、光源１０の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから４０６ｎｍに変わる時、対物レンズ６０では収差が大きく生じる。

しかし、前記のように対物レンズ６０で生じる収差は、後述するように対物レンズ６０の入射瞳側に本発明に係る色収差補正レンズ４０、１４０または２４０を設けることにより除去される。

図８、図１０及び図１２は、各々図６を参照して説明した対物レンズ６０の入射瞳側に設けられる本発明に係る色収差補正レンズ４０、１４０、２４０の実施形態を示し、表４ないし表６は各々その光学的設計データを示す。ここで、表４ないし表６で対物レンズ６０は基準波長４０５ｎｍに対して開口数０．７５を有し、その光学的設計データは表２と同一であり、その非球面１と非球面２の円錐定数及び非球面係数も各々表３と同一であり、その焦点距離は３．０００ｍｍである。また、本発明の実施形態に係る色収差補正レンズ４０、１４０、２４０は反対パワーを有するレンズが互いに隣接配置された少なくとも２個のレンズより構成されるが、この時、正のパワーを有するレンズは負のパワーを有するレンズに比べて相対的にｄ線でのアッベ数が大きい光学材料で形成されている。

図８及び表４を参照すれば、本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ４０は光源１０側から負のパワーを有する第１レンズ４１と正のパワーを有する第２レンズ４５とよりなされ、第１及び第２レンズ４１、４５はほとんど同じ大きさのパワーを有する。第１及び第２レンズ４１、４５は、表４に示したように互いに概略等しい屈折率を有しつつｄ線でのアッベ数に差があるガラス材質であって、光源１０及び対物レンズ６０側に各々対向する面は相対的に大きい曲率半径を有し、その間の面は相対的に小さな正の曲率半径を有するように形成されている。

前記のように構成された本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ４０で、第１レンズ４１の焦点距離は−３．７９０８４３ｍｍ、第２レンズ４５の焦点距離は３．８９２９００ｍｍで、色収差補正レンズ４０の全体焦点距離は約１７１．９８５３１１４２６ｍである。そして、対物レンズ６０の入射瞳の直径は３．９ｍｍである。

したがって、表４に示したような光学的データを有する色収差補正レンズ４０及び対物レンズ６０によれば、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）は０に近い値、すなわち、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）≒０．００２４になる。

したがって、色収差補正レンズ４０がない時、図７に示したように、光源１０から出射される光の波長変化により対物レンズ６０で生じる色収差は本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ４０を挿入することにより除去できる。

結果的に、図８の光学系構造及び表４に示したような光学的データを有する場合、対物レンズ６０の収差度を示した図９を参照すれば、光源１０の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから外れて４０６ｎｍに変化する場合にも、対物レンズ６０ではほとんど収差が生じない。

図１０及び表５を参照すれば、本発明の第２実施形態に係る色収差補正レンズ１４０は光源１０側から正のパワーを有する第１レンズ１４１と負のパワーを有する第２レンズ１４５とよりなされる。第１及び第２レンズ１４１、１４５は表５に示したように、光源１０及び対物レンズ６０側に各々対向する面は正の曲率半径、その間の面は負の曲率半径を有し、前記面の曲率半径の大きさがあまり差がないように形成されている。

前記のように構成された本発明の第２実施形態に係る色収差補正レンズ１４０で、第１レンズ１４１の焦点距離は５．１１２１２１ｍｍ、第２レンズ１４５の焦点距離は−４．１５７５６１ｍｍであり、色収差補正レンズ１４０の全体焦点距離は約１０９．８２３４７９５５４ｍである。そして、対物レンズ６０の入射瞳の直径は４．８ｍｍである。

表５に示したような光学的データを有する色収差補正レンズ１４０及び対物レンズ６０によれば、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）は０に近い値、すなわち、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）≒０．００１９になる。

結果的に、図１０の光学系構造及び表５に示したような光学的データを有する場合、対物レンズ６０の収差度を示した図１１で分かるように、本発明の第２実施形態に係る色収差補正レンズ１４０を採用すれば、本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ４０を採用した場合と同じく、光源１０の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから外れて４０６ｎｍに変化しても、色収差が補正されて対物レンズ６０ではほとんど収差が生じない。

図１２及び表６を参照すれば、本発明の第３実施形態に係る色収差補正レンズ２４０は光源１０側から負のパワーを有する第１レンズ２４１、正のパワーを有する第２レンズ２４３及び負のパワーを有する第３レンズ２４５よりなされる。第１及び第３レンズ２４１、２４５は表６に示したように、ｄ線でのアッベ数が互いに概略等しいガラス材質、第２レンズ２４３は及びｄ線でのアッベ数が第１及び第３レンズ２４１、２４５と差があるガラス材質でなされる。そして、第１及び第３レンズ２４１、２４５の光源１０及び対物レンズ６０側に各々対向する面は正の曲率半径、第１及び第２レンズ２４１、２４３間の面は正の曲率半径、第２及び第３レンズ２４３、２４５間の面は負の曲率半径を有するように形成されている。

前記のように構成された本発明の第３実施形態に係る色収差補正レンズ２４０で、第１レンズ２４１の焦点距離は−２６．４０５７２０ｍｍ、第２レンズ２４３の焦点距離は６．４４０３０３ｍｍ、第３レンズ２４５の焦点距離は−６．９３７７２２ｍｍであり、色収差補正レンズ２４０の全体焦点距離は約１１６．０４０５４６０９３ｍである。そして、対物レンズ６０の入射瞳の直径は５．０ｍｍである。

したがって、表６に示したような光学的データを有する色収差補正レンズ２４０及び対物レンズ６０によれば、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）は０に近い値、すなわち、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）≒０．００１９になる。すなわち、本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ２４０を採用した場合と同じく、本実施形態によれば、対物レンズ６０で生じる色収差はほとんど除去されうる。

結果的に、図１２の光学系構造及び表６に示したような光学的データを有する場合、対物レンズ６０の収差度を示す図１３で分かるように、本発明の第３実施形態に係る色収差補正レンズ２４０を採用すれば、本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ４０を採用した場合と同じく、光源１０の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから外れて４０６ｎｍに変化しても、色収差が補正されて対物レンズ６０ではほとんど収差が生じない。

以上は、本発明の第１ないし第３実施形態に係る色収差補正レンズ４０、１４０、２４０が開口数０．７５の対物レンズ６０で厚さ０．６ｍｍの記録媒体１に適合するように備えられた高密度用光ピックアップ装置に適合するように設計された場合を例示したものであって、対物レンズ６０の開口及び／または記録媒体１の厚さが変更されれば、その光学的設計データを適切に変更することにより、同じく色収差を効果的に補正できる。

すなわち、本発明に係る高密度用光ピックアップ装置が０．７５より大きい開口数を有する対物レンズで０．６ｍｍより薄い厚さを有する記録媒体に光スポットを形成するようになった場合、本発明の第１ないし第３実施形態に係る構造を有する色収差補正レンズ４０、１４０、２４０は前記対物レンズ及び記録媒体条件に合うように設計すればよい。

例えば、本発明に係る光ピックアップ装置が基準波長４０５ｎｍに対して開口数０．８５を有する対物レンズ６０’に入射される平行光を集束させて厚さが０．１ｍｍの記録媒体１’に光スポットを形成する構造であれば、対物レンズ６０’及びこのための本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ４０の光学的構造及び設計データは図１４、表７に示したように変更される。

対物レンズ６０’は両面の各々が非球面の両凸レンズであって、対物レンズ６０’の非球面１’と非球面２’の円錐定数及び非球面係数の各々は表８と同じである。

前記のような対物レンズ６０’を通じて平行に入射される光の入射瞳の直径は３．０３ｍｍであり、対物レンズ６０’焦点距離は約１．７８２４００ｍｍである。

色収差補正レンズ３４０は、図８及び表４を参照して前述した本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズ４０と同じく、光源１０側から負のパワーを有する第１レンズ３４１と正のパワーを有する第２レンズ３４５とよりなる。第１及び第２レンズ３４１、３４５は表７に示したように、互いに概略等しい屈折率を有しつつｄ線でのアッベ数に差があるガラス材質であって、光源１０及び対物レンズ６０’側に各々対向する面は非常に大きい負の曲率半径を有し、その間の面は小さな正の曲率半径を有するように形成されている。

前記のような構造を有する色収差補正レンズ３４０が開口数０．８５の対物レンズ６０’と、０．１ｍｍの厚さの記録媒体１’に適合するように表７に示したような光学的なデータで形成されれば、第１レンズ３４１の焦点距離は−３．４５８０６ｍｍ、第２レンズ３４５の焦点距離は３．４６０８５２ｍｍであり、色収差補正レンズ３４０の全体焦点距離は約−５３．８０１０５１９７７ｍである。

そして、表７及び表８に示したような光学的データを有する色収差補正レンズ３４０及び対物レンズ６０’によれば、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）は０に近い値、すなわち、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）≒０．００７０になる。

図１５は、図１４の光学系構造、表７及び表８に示したような光学的データを有する場合、対物レンズ６０’の収差度を示す。図１５で分かるように、光源１０の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから外れて４０６ｎｍに変化する場合にも、色収差が色収差補正レンズ３４０により補正されて、対物レンズ６０’ではほとんど収差が生じない。

したがって、本発明に係る色収差補正レンズ３４０は、例えば、０．１ｍｍの厚さの記録媒体１’に０．８５程度の高開口数を有する対物レンズ６０’で光スポットを形成する超高密度光ピックアップ装置に採用されても対物レンズ６０’で生じる色収差を効果的に除去できる。

以上のような具体的な実施形態で分かるように、本発明に係る色収差補正レンズを採用した高密度用光ピックアップ装置によれば、Σ_ｉ１／（ｆｉ・ｖｉ）は式（１）の範囲を満足する０に近い値を有する。

また、本発明に係る色収差補正レンズは、光学的パワーがほとんど０で、１０ｍ以上の無限焦点距離を有するために、その色収差補正レンズに入射する光線の高さをｈｉ、それより出射する光線の高さをｈｏとする時、０．９５≦ｈｏ／ｈｉ≦１．０５を満足する。

したがって、本発明に係る色収差補正レンズは、光源１０の光出力量の変化に係る波長変化及び／または光源１０をＨＦで駆動することに基づいた波長線幅増加によって対物レンズから生じる色収差を補正でき、光ピックアップ装置の光学系構造の変形なしに単純挿入できる利点を有する。

［付記］
（１）光を出射する光源と、前記光源側から入射された光を集束して記録媒体に光スポットを形成する対物レンズと、前記光源と対物レンズとの間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する光路変換器と、前記光源と対物レンズとの間の光路上に配置されて、前記光源から出射される光の波長変化及び／または波長線幅の増加による色収差を補正する色収差補正レンズと、前記記録媒体から反射された後、前記光路変換器を経由して入射された光を受光する光検出器とを具備し、前記色収差補正レンズは、正のパワーを有するレンズと負のパワーを有するレンズが互いに隣接するように少なくとも２枚のレンズよりなされ、その全体焦点距離が前記対物レンズの焦点距離に比べて相対的に無限焦点距離になるようになったことを特徴とする光ピックアップ装置。

（２）前記色収差補正レンズは１０ｍ以上の焦点距離を有することを特徴とする上記（１）に記載の光ピックアップ装置。

（３）正のパワーを有するレンズをなす光学材料のｄ線でのアッベ数が負のパワーを有するレンズをなす光学材料のアッベ数より大きくなったことを特徴とする上記（１）に記載の光ピックアップ装置。

（４）前記色収差補正レンズは、光源側から負のパワーを有する第１レンズと正のパワーを有する第２レンズとよりなされ、前記第１及び第２レンズは概略等しい大きさのパワーを有することを特徴とする上記（１）に記載の光ピックアップ装置。

（５）前記第１及び第２レンズは、ｄ線でのアッベ数に相対的に差があり概略等しい屈折率を有するガラス材質で形成されたことを特徴とする上記（４）に記載の光ピックアップ装置。

（６）前記光源及び対物レンズ側に各々対向する面は相対的に大きい負の曲率半径を有し、その間の面は相対的に小さな正の曲率半径を有するように形成されたことを特徴とする上記（４）に記載の光ピックアップ装置。

（７）前記色収差補正レンズは、光源側から正のパワーを有する第１レンズと負のパワーを有する第２レンズとよりなされ、前記光源及び対物レンズ側に各々対向する面は正の曲率半径、その間の面は負の曲率半径を有し、前記面は概略等しい大きさの曲率半径で形成されたことを特徴とする上記（１）に記載の光ピックアップ装置。

（８）前記色収差補正レンズは、光源側から負のパワーを有する第１レンズ、正のパワーを有する第２レンズ及び負のパワーを有する第３レンズよりなされたことを特徴とする上記（１）に記載の光ピックアップ装置。

（９）前記第１及び第３レンズはｄ線でのアッベ数が概略等しいガラス材質でなされ、前記第２レンズはｄ線でのアッベ数が前記第１及び第３レンズと相対的に差があるガラス材質でなされたことを特徴とする上記（８）に記載の光ピックアップ装置。

（１０）前記第１及び第３レンズの光源及び対物レンズ側に各々対向する面は正の曲率半径、前記第１及び第２レンズ間の面は正の曲率半径、第２及び第３レンズ間の面は負の曲率半径を有するように形成されたことを特徴とする上記（８）に記載の光ピックアップ装置。

（１１）前記光源と色収差補正レンズとの間に前記光源から出射された光を平行光に変形するコリメーティングレンズをさらに具備して、前記色収差補正レンズに平行光が入射されるようになったことを特徴とする上記（１）に記載の光ピックアップ装置。

（１２）前記光源と色収差補正レンズとの間の光路上に前記光源から出射されたビームを整形するビーム整形デバイスをさらに具備したことを特徴とする上記（１１）に記載の光ピックアップ装置。

（１３）前記色収差補正レンズは、それに入射する光線の高さをｈｉ、それから出射する光線の高さをｈｏとする時、０．９５≦ｈｏ／ｈｉ≦１．０５を満足するように備えられたことを特徴とする上記（１）ないし上記（１２）に記載の光ピックアップ装置。

（１４）前記光源側から前記色収差補正レンズ及び対物レンズをなすレンズの焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、．．．、ｆｎとし、そのレンズをなす光学材料のｄ線でのアッべ数を各々ｖ１、ｖ２、．．．ｖｎとする時、前記色収差補正レンズは、０＜１／（ｆ１・ｖ１）＋１／（ｆ２・ｖ２）＋．．．＋１／（ｆｎ・ｖｎ）＜０．００８を満足するように形成されたことを特徴とする上記（１）ないし上記（１２）中でいずれか一つに記載の光ピックアップ装置。

（１５）前記対物レンズは約０．６５ないし０．８５間の開口数を有することを特徴とする上記（１）ないし上記（１２）中でいずれか一つに記載の光ピックアップ装置。

（１６）前記光源は約４２０ｎｍ以下の光を出射する半導体レーザーであることを特徴とする上記（１）ないし上記（１２）中でいずれか一つに記載の光ピックアップ装置。

記録／再生時の光出力パワー変動によるデフォーカスによる光ディスクに結ばれる光スポットの強度を示したグラフである。 各々波長変化に係る開口数０．６５の対物レンズの波面収差とデフォーカス量とを示したグラフである。 各々波長変化に係る開口数０．６５の対物レンズの波面収差とデフォーカス量とを示したグラフである。 基準波長４０５ｎｍに対して設計され、開口数０．６５の対物レンズを使用する時、デフォーカス量に係る再生信号のジッタ量を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る高密度用光ピックアップ装置の光学的構成を概略的に示す図である。 本発明に係る色収差補正レンズがない場合、基準波長４０５ｎｍに対して開口数０．７５を有する対物レンズ構造及び主要光路を概略的に示す図である。 図６の対物レンズの収差図である。 本発明の第１実施形態に係る色収差補正レンズを適用した本発明に係る光ピックアップ装置の主要部分及びその主要光路を概略的に示す図である。 図８の光学的構造に対する対物レンズの収差図である。 本発明の第２実施形態に係る色収差補正レンズを適用した本発明に係る光ピックアップ装置の主要部分及びその主要光路を概略的に示す図である。 図１０の光学的構造に対する対物レンズの収差図である。 本発明の第３実施形態に係る色収差補正レンズを適用した本発明に係る光ピックアップ装置の主要部分及びその主要光路を概略的に示す図である。 図１２の光学的構造に対する対物レンズの収差図である。 本発明の第４実施形態に係る色収差補正レンズを適用した本発明に係る光ピックアップ装置の主要部分及びその主要光路を概略的に示す図である。 図１４の光学的構造に対する対物レンズの収差図である。

符号の説明

１ 記録媒体
１０ 光源
２０ コリメーティングレンズ
３０ ビーム整形プリズム
４０ 色収差補正レンズ
５０ 偏光ビームスプリッタ
５５ １／４波長板
６０ 対物レンズ
７０ 集束レンズ
８０ センシングレンズ
９０ 光検出器

Claims (8)

1. ０．８５以上である開口数を有すると共に両面が非球面であることを特徴とする、光ピックアップ装置用の単一の対物レンズ。
2. 前記開口数は、４２０ｎｍ以下の波長の光に対して０．８５以上であることを特徴とする請求項１に記載の単一の対物レンズ。
3. 前記開口数は、０．８５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の単一の対物レンズ。
4. 前記両面の非球面の頂点からの深さｚは、それぞれ、
   

   

   
   

   

   によって表され、ｈは、光軸からの高さであり、ｃは、曲率であり、Ｋは、円錐定数であり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、及びＪは、非球面係数であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の単一の対物レンズ。
5. ガラス又はプラスチックからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の単一の対物レンズ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の単一の対物レンズを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
7. ４２０ｎｍ以下の波長の光を出射する光源を有することを特徴とする請求項６に記載の光ピックアップ装置。
8. 請求項６又は７に記載の光ピックアップ装置を有することを特徴とする光記録再生機器。

Images