JP2009146486A - レンズユニット、収差補正用素子、及び収差補正用素子の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ピックアップ対物レンズの温度が変化したことにより硝材の屈折率が変化しても、光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差を低減することができるレンズユニット、収差補正用素子、及び収差補正用素子の設計方法を提供する。
【解決手段】ピックアップレンズ１５と、ピックアップレンズ１５の光源１１側に配置され、複数の輪帯段差を有する収差補正用素子１４とを有し、複数の輪帯段差は、ピックアップレンズ１５の温度が変化した場合にピックアップレンズ１５で発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＢＤ又はＨＤ−ＤＶＤ等の光ディスク装置における対物レンズを含むレンズユニット、当該対物レンズの収差を補正する収差補正用素子及びその設計方法に関する。

光ディスク装置に使用される光ピックアップ対物レンズの硝材として、従来、ガラス又はプラスティックが使用されている。光ピックアップ対物レンズは、成形により製作される。そして、ガラスは、プラスティックより硬く、融点・軟化点が高いため、金型の製作コスト、成形コストが高いという問題点がある。即ち、ガラス製光ピックアップ対物レンズの金型として超硬材料を使用するため、ガラス製光ピックアップ対物レンズの金型の製作コストが高価となる。また、ガラス製光ピックアップ対物レンズの成形においては、金型温度をガラスの融点・軟化点まで上昇させる必要があり、金型温度の上げ下げに時間がかかる。

ところで、ガラス及びプラスティックは、当該ガラス及びプラスティックの温度が変化することにより、当該ガラス及びプラスティックの屈折率が変化する。また、光ピックアップ対物レンズの温度は、アクチュエータの動作により上昇する。そのため、ガラス又はプラスティックにより製作された光ピックアップ対物レンズの屈折率は、光ピックアップ対物レンズの温度変化に伴って、変化する。そして、光ピックアップ対物レンズの屈折率が変化することにより、光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差が増加する。
ガラス製光ピックアップ対物レンズの屈折率の変化による波面収差の増加は、プラスティック製光ピックアップ対物レンズの屈折率の変化による波面収差の増加より小さい。図１９に示す表に、プラスティック製光ピックアップ対物レンズの温度が０℃、３０℃、６０℃である場合に光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差を示す。図１９に示すように、硝材としてプラスティックを使用した場合、当該プラスティックの温度が３０℃から±３０℃変化することにより、光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差はマレシャル限界を超えてしまう。

従来、光ピックアップ対物レンズの収差補正方法として２つの方法がよく使用されている。１つ目は、コリメータレンズにより収差を補正する方法である。２つ目は、対物レンズ自身で収差を補正する方法である。

コリメータレンズにより収差補正を行う場合、コリメータレンズの片側の面に回折構造を設ける。そして、当該回折構造による回折を利用して収差を補正する。

また、対物レンズ自身により収差補正を行う場合、対物レンズの片側の面に複数の回折構造を設ける。そして、当該回折構造による回折を利用して収差を補正する。

また、特許文献１には、色収差を補正する色収差補正用光学素子が開示されている。この色収差補正用光学素子は、５５０ｎｍ以下の波長の光を発生する光源と、ｄ線のアッベ数が９５．０以下である材料から形成された対物レンズとの間の光路中に配置される。そして、この色収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の輪帯段差からなる回折構造を有する。そして、当該回折構造は、Ｐ_１＜Ｐ_０＜Ｐ_２を満たす（Ｐ_０：光源が発生する光の波長λ_０における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ^−１）、Ｐ_１：波長λ_０より１０ｎｍ短い波長λ_１における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ^−１）、Ｐ_２：波長λ_０より１０ｎｍ長い波長λ_２における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ^−１））。
特開２００３−１６７１９０号公報

また、上記特許文献１に記載の色収差補正用光学素子は、上述のような対物レンズの屈折率の温度依存性を考慮して設計されていない。そのため、特許文献１に記載の技術は、プラスティックで光ピックアップ対物レンズを形成した場合に、当該プラスティック材の温度上昇により、当該光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差がマレシャル限界を超えてしまうという問題を解決できない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光ピックアップ対物レンズの温度が変化したことにより硝材の屈折率が変化しても、光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差を低減することができるレンズユニット、収差補正用素子、及び収差補正用素子の設計方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるレンズユニットは、光ピックアップ対物レンズと、前記光ピックアップ対物レンズのレーザ光源側に配置され、少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を有する平板とを有し、前記複数の輪帯段差は、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。

本発明においては、平板の少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差が設けられ、複数の輪帯段差は、光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。これにより、光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光に光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するような位相差が発生する。そして、当該位相差により、光ピックアップ対物レンズの温度変化により発生する収差が低減される。そのため、光ピックアップ対物レンズの温度が変化したことにより硝材の屈折率が変化しても、光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差を低減することができる。

また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長の略整数倍異なる段差であって、光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。

これにより、光ピックアップ対物レンズの温度が変化したことにより硝材の屈折率が変化した場合に、光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するような位相差がレーザ光に発生する。そのため、光ピックアップ対物レンズの温度が変化したことにより硝材の屈折率が変化しても、光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差を低減することができる。
ここで、「略整数倍」とは、好ましくは、「整数の０．９９９〜１．００１倍」である。しかし、「整数の０．９９５〜１．００５倍」であっても、光ピックアップ対物レンズの温度が変化したときの葉面収差の低減は可能である。なお、「整数の０．９９９〜１．００１倍」とは、例えば、「波長の略１０倍」であって、１０×０．９９９＝９．９９、１０×１．００１＝１０．０１より、「波長の９．９９倍〜１０．０１倍」という意味である。

さらに、前記平板は、前記光ピックアップ対物レンズと同一の材料からなることが好ましい。

また、本発明にかかる光ピックアップ対物レンズは、ＢＤ及び／又はＨＤ−ＤＶＤ用の記録再生装置に使用される。
これにより、例えば、本発明にかかるレンズユニットをＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用の記録再生装置に取り付ければ、１つの平板でＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。

また、本発明にかかる他のレンズユニットは、光束分割素子及び光ピックアップ対物レンズを有し、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるレンズユニットであって、少なくとも前記光束分割素子の一面は、透過する光束を第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第１の光記録媒体用領域と、透過する光束を第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第２の光記録媒体用領域に分割され、前記第１の光記録媒体用領域は、複数の輪帯段差を有し、前記複数の輪帯段差は、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。

本発明においては、基板厚さの異なる２種類の光記録媒体の記録・再生を行う記録再生装置においても使用することができる。

また、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長の略整数倍異なる段差であって、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。

本発明にかかる収差補正用素子は、レーザ光源とプラスティック製の光ピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子であって、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する複数の輪帯段差を有するものである。

本発明にかかる収差補正用素子の設計方法は、レーザ光源とプラスティック製の光ピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子の設計方法であって、前記収差補正用素子の少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を形成し、前記複数の輪帯段差は、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。

また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長の略整数倍異なる段差であって、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。

本発明により、光ピックアップ対物レンズの温度が変化したことにより硝材の屈折率が変化しても、光ピックアップ対物レンズにおいて発生する波面収差を低減することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置１の一例を示したものである。光ピックアップ装置１は、レンズユニット１０、光源１１（レーザ光源）、ビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３、検出系１７等を備えている。レンズユニット１０は、収差補正用素子１４（平板）、ピックアップレンズ１５等を備えている。

光源１１は、ＨＤ−ＤＶＤ、及びＢＤ用に用いられる青色レーザーダイオード等を備えている。

光源１１から出射されたレーザ光の光路上にビームスプリッタ１２が設けられている。

ビームスプリッタ１２より出射したレーザ光の光路上にコリメータレンズ１３が設けられている。コリメータレンズ１３は、光源１１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。

コリメータレンズ１３を透過したレーザ光の光路上に収差補正用素子１４、及び収差補正用素子１４の透過光が入射するピックアップレンズ１５が設けられている。

収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５の光源１１側に配置される平板状の素子である。また、収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５側の表面に、複数の輪帯段差を有する。また、収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５と同一のプラスティック素材から形成されている。
後述するように、収差補正用素子１４に形成された複数の輪帯段差の厚さは、通常時（ピックアップレンズ１５の温度が変化していない場合）に透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯相互に波長の整数倍異なるように設定されている。 また、収差補正用素子１４に形成された複数の輪帯段差は、ピックアップレンズ１５の温度が変化した場合にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するように設定されている。

ピックアップレンズ１５は、プラスティック素材からなり、入射された光を光ディスク１６の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。ピックアップレンズ１５は、さらに、光ディスク１６の情報記録面で反射されたレーザ光を検出系１７に導く機能も有する。

フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、ピックアップレンズ１５と収差補正用素子１４とが一体となって図示されないアクチュエータにより動作すされる。そして、アクチュエータの動作に伴う発熱などによって、ピックアップレンズ１５及び収差補正用素子１４の温度が上昇する。
ピックアップレンズ１５、収差補正用素子１４の温度変化により屈折率も変化する。そのため、ピックアップレンズ１５において発生する収差が増大する。しかし、レーザ光が、温度変化によって屈折率が変化した収差補正用素子１４を透過することにより、レーザ光にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するような位相差が発生する。そのため、ピックアップレンズ１５の温度が変化しても、ピックアップレンズ１５において発生する収差が低減される。

なお、本実施の形態では、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１６の透明基板はポリカーボネイト（ＰＣ）とし、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１６の透明基板厚は、それぞれ０．６ｍｍ、０．０８７５ｍｍとした。

次に、光源１１から出射されたレーザ光が光ディスク１６の情報記録面で反射され検出系１７に検出されるまでの挙動について説明する。光源１１から出射されたレーザ光はビームスプリッタ１２を透過してコリメータレンズ１３に入射する。

コリメータレンズ１３は、光源１１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。

コリメータレンズ１３を透過したレーザ光は収差補正用素子１４に入射される。ここで、本実施の形態においては、ピックアップレンズ１５の温度が変化した場合、この収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するようにレーザ光の位相を補正する。そして、補正後のレーザ光はピックアップレンズ１５に入射される。ピックアップレンズ１５は、入射されたレーザ光を光ディスク１６の情報記録面に回折限界近くまで集光させる。光ディスク１６の情報記録面で反射されたレーザ光は、ピックアップレンズ１５を介して検出系１７に入射し、検出される。検出系１７は、当該レーザ光を検出し、光電変換することによって、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号、再生信号などを生成する。

次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置１のレンズユニット１０において用いられる収差補正用素子１４について詳細に説明する。図２は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置１における収差補正用素子１４を示す図である。図２（ａ）は、通常時におけるレーザ光の波面（位相）を示し、図２（ｂ）は、収差補正用素子１４及びピックアップレンズ１５の温度が低くなった場合におけるレーザ光の波面（位相）を示し、図２（ｃ）は、収差補正用素子１４及びピックアップレンズ１５の温度が高くなった場合におけるレーザ光の波面（位相）を示している。ピックアップレンズ１５の光源１１側に、図２に示す輪帯段差付プラスティック製の平板からなる収差補正用素子１４を組み合わせる。収差補正用素子１４は、上述したように、複数の輪帯段差を有する平板状の素子である。本実施の形態においては、ピックアップレンズ１５と同一素材のプラスティックからなる。そして、収差補正用素子１４の輪帯段差の厚さは、通常時において透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯相互に波長の整数倍異なるように設定されている。また、収差補正用素子１４の輪帯段差は、収差補正用素子１４及びピックアップレンズ１５の温度が変化した場合にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。

すなわち、通常時にレーザ光が収差補正用素子１４を透過した場合、各輪帯段差を透過したレーザ光の位相は相互に波長の整数倍だけ異なる。従って、図２（ａ）に示されるように、通常時には、異なる輪帯段差を透過したレーザ光には位相差が発生しない。そのため、収差補正用素子１４に入射したレーザ光は、同一位相のまま、出射し、後段に設けられたピックアップレンズ１５（図示せず）に入射する。従って、通常時において、ピックアップレンズ１５において発生する収差は収差補正用素子１４が無い場合と略同じとなる。

他方、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、アクチュエータの動作による発熱等により収差補正用素子１４及びピックアップレンズ１５の温度が変化し、屈折率が変化した収差補正用素子１４をレーザ光が透過した場合、各輪帯段差を透過したレーザ光の位相の違いは波長の整数倍とならない。従って、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、収差補正用素子１４及びピックアップレンズ１５の温度が変化した場合には、異なる輪帯段差を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、本発明においては、当該位相差は、ピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するように調節する大きさとなっている。そのため、ピックアップレンズ１５の温度が変化した場合、従来ではピックアップレンズ１５において発生する収差が増大してしまうが、本発明においては、収差補正用素子１４を透過したレーザ光の位相差により、ピックアップレンズ１５の温度変化に伴う収差の増大が抑制される。そして、ピックアップレンズ１５において発生する収差が低減される。

図３にピックアップレンズ１５の温度が０℃である場合にピックアップレンズ１５において発生するｒｍｓ波面収差を示し、図４にピックアップレンズ１５の温度が６０℃である場合にピックアップレンズ１５において発生するｒｍｓ波面収差を示す。なお、通常時におけるピックアップレンズ１５の温度は３０℃である。また、光源１１とピックアップレンズ１５との間に収差補正用素子１４を設けない場合のｒｍｓ波面収差を図３（ａ）、図４（ａ）に示し、光源１１とピックアップレンズ１５との間に収差補正用素子１４を設けた場合のｒｍｓ波面収差を図３（ｂ）、図４（ｂ）に示す。なお、図３、図４において、縦軸はｒｍｓ波面収差の大きさを表し、横軸はピックアップレンズ１５の径方向における位置を表す。

図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、６０℃である場合、収差補正用素子１４を設けないと、ｒｍｓ波面収差は非常に大きくなる。
一方、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、６０℃であっても、収差補正用素子１４を設けると、ｒｍｓ波面収差を小さく抑えることが出来る。具体的には、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、収差補正用素子１４に形成された輪帯段差によって各輪帯段差を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、当該位相差が、ピックアップレンズ１５において発生する収差を低減する。これにより、ピックアップレンズ１５の温度が３０℃を中心に±３０℃変化しても、ピックアップレンズ１５において発生する収差は低減される。従って、ピックアップレンズ１５より出射したレーザ光は、光ディスク１６の情報記録面に良好に集光する。

このように構成された本実施の形態にかかるレンズユニット１０によれば、複数の輪帯段差を有する収差補正用素子１４が設けられ、複数の輪帯段差は、ピックアップレンズ１５の温度が変化した場合にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するような位相差を発生させる段差量を有する。これにより、収差補正用素子１４を透過したレーザ光にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するような位相差が発生する。そして、当該位相差により、ピックアップレンズ１５の温度変化に伴う収差を低減することができる。

具体的には、複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長の整数倍異なる厚さであって、ピックアップレンズ１５の温度が変化した場合にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。
これにより、ピックアップレンズ１５の温度が変化した場合に、ピックアップレンズ１５において発生する収差を低減するような位相差がレーザ光に発生する。そのため、ピックアップレンズ１５の温度変化に伴う収差を低減することができる。

さらに、収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５と同一の材料から形成される。

また、本発明にかかるレンズユニット１０は、ＢＤ及びＨＤ−ＤＶＤ用の光ピックアップ装置１に使用される。
これにより、例えば、本発明にかかる収差補正用素子１４をＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用ピックアップレンズ１５に取り付ければ、１つの収差補正用素子１４でＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。

なお、本実施の形態において、収差補正用素子１４は、プラスティック素材からなるとしたが、ガラス素材により形成されてもよい。

次に、本発明の実施例１について、本発明範囲から外れる比較例１と比較して説明する。実施例１では、図５に示すように、ピックアップレンズ１５の光源１１（図示せず）側に収差補正用素子１４を設けた。収差補正用素子１４は、複数の輪帯段差を有するプラスティック製の平板状の素子である。図１３に示す表に、本実施例１にかかる収差補正用素子１４の輪帯番号、輪帯位置（光軸ＯＡ（後述）に垂直な方向における輪帯が形成される位置）、及び板厚変化量を示す。図１３に示すように、輪帯段差は、中心から外縁部に向かって３輪帯分の範囲において、収差補正用素子１４の厚さが０．００７７８６ｍｍずつ薄くなるように、形成されている。また、輪帯段差は、中心から外縁部に向かって４輪帯以降の範囲において、収差補正用素子１４の厚さが０．００７７８６ｍｍずつ厚くなるように、形成されている。また、輪帯段差の数は１７である。そして、当該輪帯段差の段差量は、収差補正用素子１４及びピックアップレンズ１５の温度が変化していない場合に、隣り合う輪帯段差を透過したレーザ光の位相が波長の整数倍異なるように設計されている。

また、図１４、図１５に示す表に、本実施例１にかかる光学系のデータを示す。図１４において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１５の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１５の光ディスク１６側の面である。図１４に示すように、ピックアップレンズ１５としてプラスティック製レンズを使用した。また、図１４において、位相板Ｒ１面とは、収差補正用素子１４の光源１１側の面である。また、位相板Ｒ２面とは、収差補正用素子１４のピックアップレンズ１５側の面である。また、図１４に示すように、収差補正用素子１４は、プラスティックにより形成される。また、図１５に示す係数の値は、ピックアップレンズ１５の面形状を規定する数式（１）、数式（２）で用いられる係数の値である。なお、図１５において、面番号４（即ち、ピックアップレンズ１５の光源１１側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１５の光源１１側の面形状を規定するものである。また、図１５において、面番号５（即ち、ピックアップレンズ１５の光ディスク１６側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１５の光ディスク１６側の面形状を規定するものである。

図６を用いて、数式（１）、数式（２）を説明する。図６は、ピックアップレンズの一例を示す側面図である。
まず、ピックアップレンズの光出射面Ｒ２（対物レンズＲ２面）の面形状について説明する。図６において、光線の高さをｈ、対物レンズ１の光出射面Ｒ２の頂点をｅ、頂点ｅと接する接面上における光線高さｈの点をｃ、この点ｃから光軸ＯＡに平行な方向での光出射面Ｒ２上の点をｄとすると、任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離Ｚ_Ｂは

で表される。
そして、数式（１）と図１５に示す面番号５の係数の値とにより、ピックアップレンズ１５の光ディスク１６側の面形状が規定される。

なお、数式（１）に、上記係数Ｃ，Ｋ，Ａ_４，Ａ_６，Ａ_８，Ａ_１０，Ａ_１２，Ａ_１４，Ａ_１６の値を代入して任意の光線高さｈ（≠０）に対する距離Ｚ_Ｂを求め、その値が負の値となった場合は、点ｄが、光出射面Ｒ２の光軸ＯＡが通る面頂点ｅよりも出射面側（図６での左側）に位置することを示している。距離Ｚ_Ｂが正の値である場合には、点ｄが頂点ｅよりも右側に位置することを示している。

次に、ピックアップレンズの光入射面Ｒ１（対物レンズＲ１面）の面形状について説明する。図６において、対物レンズ１の光入射面Ｒ１の頂点をｆ、頂点ｆと接する接面上における光線高さｈの点をａ、この点ａから光軸ＯＡに平行な方向での光入射面Ｒ１上の点をｂとすると、任意の光線高さｈに対する点ａ，ｂ間の距離Ｚ_Ａは

で表される。

そして、数式（２）と図１５に示す面番号４の係数の値とにより、ピックアップレンズ１５の光源１１側の面形状が規定される。

これに対し、ピックアップレンズ１５の光源１１側に収差補正用素子１４を設けない例を比較例１とする。図７（ａ）に、比較例１においてピックアップレンズ１５の温度が０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図７（ｂ）に、比較例１においてピックアップレンズ１５の温度が３０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図７（ｃ）に、比較例１においてピックアップレンズ１５の温度が６０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．５λである。
図７に示すように、ピックアップレンズ１５の光源１１側に収差補正用素子１４を設けない場合、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、３０℃、６０℃である場合、光ディスク１６の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１７６．０ｍλ、２．０ｍλ、１６２．１ｍλとなる。
また、比較例１において、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、６０℃である場合、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−８．３６１μｍ、＋８．１６２μｍとなる。

一方、図８（ａ）に、実施例１においてピックアップレンズ１５の温度が０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図８（ｂ）に、実施例１においてピックアップレンズ１５の温度が３０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図８（ｃ）に、実施例１においてピックアップレンズ１５の温度が６０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．２λである。
図８に示すように、ピックアップレンズ１５の光源１１側に収差補正用素子１４を設けた場合、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、３０℃、６０℃である場合、光ディスク１６の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２０．１ｍλ、２．０ｍλ、１８．４ｍλとなる。
また、実施例１において、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、６０℃である場合、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−７．９８１μｍ、＋７．７０８μｍとなる。

比較例１においては、図７に示すように、ピックアップレンズ１５の温度が３０℃から±３０℃変化することにより、ピックアップレンズ１５において発生する収差が大きくなり、マレシャル限界を超えてしまう。
これに対して、実施例１においては、図８に示すように、ピックアップレンズ１５の温度が３０℃から±３０℃変化しても、ピックアップレンズ１５において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。

次に、本発明の実施例２について、本発明範囲から外れる比較例２と比較して説明する。実施例２にかかるレンズユニット１０は、図９に示すように、プラスティック製のピックアップレンズ１５と光束分割素子１８を備えている。具体的には、ピックアップレンズ１５の光源１１（図示せず）側に光束分割素子１８を設け、ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズを作成した。

実施例２にかかる光束分割素子１８のピックアップレンズ１５側の面は、透過する光束をＢＤ（第１の光記録媒体）の情報記録面上に集光するためのＢＤ領域（第１の光記録媒体用領域）と、透過する光束をＨＤ−ＤＶＤ（第２の光記録媒体）の情報記録面上に集光するためのＨＤ領域（第２の光記録媒体用領域）に分割されている。ＢＤ領域とＨＤ領域は、光束分割素子１８において略交互に配置されている。図９では、ＢＤ領域を透過する光線のみを表示している。

また、実施例２にかかる光束分割素子１８は収差補正機能を持つ。具体的には、光束分割素子１８は、ＢＤ領域に複数の輪帯段差を有する。図１６に示す表に、本実施例２にかかる光束分割素子１８の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量を示す。図１６に示すように、輪帯段差は、中心から外縁部に向かってＢＤ領域３輪帯分の範囲において、収差補正用素子１４の厚さが０．００７７８６ｍｍずつ薄くなるように、形成されている。また、輪帯段差は、中心から外縁部に向かってＢＤ領域４輪帯目以降の範囲において、収差補正用素子１４の厚さが０．００７７８６ｍｍずつ厚くなるように、形成されている。また、輪帯段差の数は１３である。そして、当該輪帯段差の段差量は、光束分割素子１８及びピックアップレンズ１５の温度が変化していない場合に、隣り合う輪帯段差を透過したレーザ光の位相が波長の整数倍異なるように設計されている。また、光束分割素子１８のＨＤ領域のピックアップレンズ１５側の面は、凹レンズ面となるような曲率半径を有する。そのため、実施例２にかかる光束分割素子１８のピックアップレンズ１５側の面は、全体として、略凹レンズ面となるような形状となっている。

また、図１７に示す表に、本実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す。図１７において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１５の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１５の光ディスク１６側の面である。また、図１７において、位相板Ｒ１面とは、光束分割素子１８の光源１１側の面である。また、位相板Ｒ２面とは、光束分割素子１８のピックアップレンズ１５側の面である。

また、図１８に示す表に、本実施例２のレンズユニット１０の光学系のデータを示す。図１８の面番号４の係数の値は、ピックアップレンズ１５の光源１１側の面形状を規定する数式（２）で用いられる係数の値である。また、図１８の面番号５の係数の値は、ピックアップレンズ１５の光ディスク１６側の面形状を規定する数式（１）で用いられる係数の値である。
そして、数式（１）と図１８に示す面番号５の係数の値とにより、ピックアップレンズ１５の光ディスク１６側の面全体の面形状が規定される。
また、数式（２）と、図１８に示す面番号４の係数の値とにより、ピックアップレンズ１５の光源１１側の面形状が規定される。

また、光束分割素子１８のＨＤ領域の光源１１側の面形状は、図１８の面番号２の係数及び数式（２）により規定される。また、光束分割素子１８のＨＤ領域のピックアップレンズ１５側の面形状は、図１８の面番号３の係数及び数式（１）により規定される。

これに対し、比較例２にかかるレンズユニットは、図１０に示すように、プラスティック製のピックアップレンズ１５と光束分割素子１９を備えている。具体的には、ピックアップレンズ１５の光源１１（図示せず）側に光束分割素子１９を設け、ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズを作成した。

比較例２にかかる光束分割素子１９のピックアップレンズ１５側の面は、実施例２にかかる光束分割素子１８と同様に、ＢＤ領域とＨＤ領域とに分割されている。ＢＤ領域とＨＤ領域は、光束分割素子１９において略交互に配置されている。図１０では、ＢＤ領域を透過する光線のみを表示している。また、比較例２にかかる光束分割素子１９は位相補正機能を持たない。即ち、実施例２にかかる光束分割素子１８と異なり、光束分割素子１９のＢＤ領域では、輪帯間で輪帯段差を透過したレーザ光の位相は同じである。また、光束分割素子１９のＨＤ領域のピックアップレンズ１５側の面は、凹レンズ面となるような面形状を有する。具体的には、光束分割素子１９のＨＤ領域のピックアップレンズ１５側の面は、図１８に示す表の面番号３の係数の値と数式（１）とにより規定される面形状を有する。また、光束分割素子１９のＨＤ領域の光源１１側の面は、図１８に示す表の面番号２の係数の値と数式（２）とにより規定される面形状を有する。また、光束分割素子１９のＢＤ領域のピックアップレンズ１５側及び光源１１側の面は、共に平板状の面形状を有する。そして、光束分割素子１９のＢＤ領域とＨＤ領域とが異なる面形状を有することにより、ＢＤに対してもＨＤ−ＤＶＤに対してもそれぞれの光束は適切な位置に集光する。

なお、実施例２及び比較例２にかかるＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズでは、入射光の光束分割を行っているため、超解像現象が起こり、スポット径が小さくなりすぎる。そのため、ＢＤにおける通常のＮＡ（開口数）は０．８５であるが、実施例２及び比較例２では、ＮＡを約０．７９に補正している。

図１１（ａ）に、比較例２においてピックアップレンズ１５の温度が０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１１（ｂ）に、比較例２においてピックアップレンズ１５の温度が３０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１１（ｃ）に、比較例２においてピックアップレンズ１５の温度が６０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．５λである。
図１１に示すように、比較例２にかかる光束分割素子１９を用いた場合では、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、３０℃、６０℃である場合に、光ディスク１６の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１０８．８ｍλ、２．０ｍλ、１０３．３ｍλとなる。
また、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、６０℃である場合、比較例２では、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−８．０１２μｍ、＋７．７５６μｍとなる。

一方、図１２（ａ）に、実施例２においてピックアップレンズ１５の温度が０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１２（ｂ）に、実施例２においてピックアップレンズ１５の温度が３０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１２（ｃ）に、実施例２においてピックアップレンズ１５の温度が６０℃である場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．２λである。
図１２に示すように、実施例２にかかる光束分割素子１８を用いる場合、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、３０℃、６０℃である場合、光ディスク１６の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１６．９ｍλ、２．０ｍλ、１７．０ｍλとなる。
また、ピックアップレンズ１５の温度が０℃、６０℃である場合、実施例２では、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−７．９８０μｍ、＋７．７３０μｍとなる。

比較例２においては、図１１に示すように、ピックアップレンズ１５の温度が３０℃から±３０℃変化することにより、ピックアップレンズ１５において発生する収差が大きくなり、マレシャル限界を超えてしまう。
これに対して、実施例２においては、図１２に示すように、ピックアップレンズ１５の温度が３０℃から±３０℃変化しても、ピックアップレンズ１５において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。

なお、実施例１、２においては、光束分割素子１８をプラスティック素材により形成したが、ガラス素材により形成しても同様の作用効果が得られる。
また、実施例２においては、光束分割素子１８のＢＤ領域にのみ収差補正機能を設けたが、ＨＤ領域にも同様に適宜収差を補正する機能を設ければよい。

上記実施例１においては、収差補正用素子１４とピックアップレンズ１５とを別体として構成しているが、収差補正用素子１４の輪帯段差をピックアップレンズ１５の表面上に設ければ、両者を一体化することも可能である。特に、ピックアップレンズ１５がプラスティック素材により形成される場合には、ガラス素材により形成される場合に比べて、一体化しやすい。

本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の一例を示したものである。 通常時において本実施形態にかかる収差補正用素子を透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ａ））であり、ピックアップレンズの温度が低くなった場合において本実施形態にかかる収差補正用素子を透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｂ））、ピックアップレンズの温度が高くなった場合において本実施形態にかかる収差補正用素子を透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｃ））である。 ピックアップレンズの温度が０℃であり、収差補正用素子を設けない場合にピックアップレンズおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図３（ａ））、ピックアップレンズの温度が０℃であり、収差補正用素子を設ける場合にピックアップレンズおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図３（ｂ））である。 ピックアップレンズの温度が６０℃であり、収差補正用素子を設けない場合にピックアップレンズおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図４（ａ））、ピックアップレンズの温度が６０℃であり、収差補正用素子を設ける場合にピックアップレンズおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図４（ｂ））である。 本発明の実施例１にかかるピックアップレンズを示す図である。 本発明にかかるピックアップレンズのレンズ面形状の一例を示す側面図である。 比較例１においてピックアップレンズの温度が０℃である場合にピックアップレンズおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図７（ａ））、比較例１においてピックアップレンズの温度が３０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図７（ｂ））、比較例１においてピックアップレンズの温度が６０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図７（ｃ））である。 実施例１においてピックアップレンズの温度が０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ａ））、実施例１においてピックアップレンズの温度が３０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ｂ））、実施例１においてピックアップレンズの温度が６０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ｃ））である。 本発明の実施例２にかかる光束分割素子を示す図である。 比較例２にかかる光束分割素子を示す図である。 比較例２においてピックアップレンズの温度が０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１１（ａ））、比較例２においてピックアップレンズの温度が３０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１１（ｂ））、比較例２においてピックアップレンズの温度が６０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１１（ｃ））である。 実施例２においてピックアップレンズの温度が０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ａ））、実施例２においてピックアップレンズの温度が３０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ｂ））、実施例２においてピックアップレンズの温度が６０℃である場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ｃ））である。 本発明の実施例１にかかる収差補正用素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量を示す表である。 本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。 本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。 本発明の実施例２にかかる光束分割素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量を示す表である。 本発明の実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。 本発明の実施例２にかかる光学系のデータを示す表である。 硝材としてプラスティックを使用した場合に、ピックアップレンズの温度が０℃、３０℃、６０℃である際に発生する波面収差を示す表である。

符号の説明

１ 光ピックアップ装置（記録再生装置）
１０ レンズユニット
１１ 光源（レーザ光源）
１４ 収差補正用素子（平板）
１５ ピックアップレンズ（光ピックアップ対物レンズ）
１６ 光ディスク（光記録媒体）
１８ 光束分割素子

Claims (9)

1. 光ピックアップ対物レンズと、
   前記光ピックアップ対物レンズのレーザ光源側に配置され、少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を有する平板とを有し、
   前記複数の輪帯段差は、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する、レンズユニット。
2. 前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長の略整数倍異なる段差であって、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項１に記載のレンズユニット。
3. 前記平板は、前記光ピックアップ対物レンズと同一の材料からなる請求項１又は２に記載のレンズユニット。
4. ＢＤ及び／又はＨＤ−ＤＶＤ用の記録再生装置に使用される請求項１乃至３の何れか一項に記載のレンズユニット。
5. 光束分割素子及び光ピックアップ対物レンズを有し、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるレンズユニットであって、
   少なくとも前記光束分割素子の一面は、透過する光束を第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第１の光記録媒体用領域と、透過する光束を第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第２の光記録媒体用領域に分割され、
   前記第１の光記録媒体用領域は、複数の輪帯段差を有し、
   前記複数の輪帯段差は、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するレンズユニット。
6. 前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長の略整数倍異なる段差であって、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項５に記載のレンズユニット。
7. レーザ光源とプラスティック製の光ピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子であって、
   前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する複数の輪帯段差を有する収差補正用素子。
8. レーザ光源とプラスティック製の光ピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子の設計方法であって、
   前記収差補正用素子の少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を形成し、
   前記複数の輪帯段差は、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する収差補正用素子の設計方法。
9. 前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長の略整数倍異なる段差であって、前記光ピックアップ対物レンズの温度が変化した場合に前記光ピックアップ対物レンズで発生する収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項８に記載の収差補正用素子の設計方法。

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