JP2010153015A - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化が生じた場合にも、アクチュエータの負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下を有効に避けつつコマ収差を良好に補正することができる光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】波長λ（単位：ｎｍ）の光束を使用して所定の規格の光ディスクＤ１に対する情報の記録または再生を行う装置１００であって、所定の条件を満たすように構成された対物レンズ１０と、記録面からの反射光束を受光する受光手段５と、受光された反射光束に基づく信号の信号品質を検出する検出手段８と、検出結果に基づき該信号品質を向上させる方向に対物レンズ１０をチルトさせる対物レンズ駆動手段１６とを有する。
【選択図】図１

Description

所定の規格の光ディスクに対する情報の記録または再生を行うのに適した対物レンズを搭載した光情報記録再生装置に関連し、詳しくは、ＢＤ（Blu-ray Disc）等の高記録密度光ディスクに対する情報の記録または再生を行うのに適した対物レンズを搭載した光情報記録再生装置に関する。

光ディスクには、従来、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）といった記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。また、近年では、情報記録のさらなる高容量化を実現した、ＤＶＤよりも記録密度が一層高い高記録密度光ディスクが実用化されている。そのような高記録密度光ディスクとして、例えばＢＤが一般に普及している。ここで、光ディスクに対する情報の記録または再生を行う装置を光情報記録再生装置と記す。なお、本明細書において、光情報記録再生装置と記した場合には、「情報の記録専用装置」、「情報の再生専用装置」、「情報の記録および再生兼用装置」の全てを含む。

かかる光情報記録再生装置を製造するとき、該装置に搭載される対物レンズの偏心等に起因して発生するコマ収差を補正するために、該装置に組み付けられた対物レンズをチルト調整することが一般的に行われている。このようなチルト調整を行うことにより、コマ収差発生量は良好に抑えられる。しかし、光ディスクには製品個体差（例えば光ディスクの反りや保護層厚の誤差等）がある。そのため、光情報記録再生装置の組立時に上記チルト調整を行ったにも拘わらず、光ディスクに対する情報の記録または再生を実際に行うときには、光ディスクの製品個体差に起因してコマ収差が大きく発生し、光ディスクの記録面上に良好なスポットを形成できない場合がある。

そこで、光ディスクの製品個体差に起因するコマ収差の発生を良好に抑える光情報記録再生装置が提案され実用化されている。そのような光情報記録再生装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の光情報記録再生装置は、光ディスクが装填された際に、該光ディスクの内周側と外周側の２箇所でトラッキングエラー信号のピーク値を検出して、その平均値に基づき最適なチルト角を計算する。そして、計算されたチルト角に従って対物レンズをチルト調整する。特許文献１によれば、装填され使用される固有の光ディスクに対して最適なチルト角が計算されるため、光ディスクの製品個体差に起因するコマ収差の発生が効果的に抑えられる。

特開２００６−１８５５６３号公報

ところで、樹脂製の対物レンズは、温度変化を受けたときに正弦条件違反量が変化して、一定のチルト角に対するコマ収差発生量（コマ収差に対する発生感度）が変動する。ＢＤ等の高記録密度光ディスクの記録や再生に適するように設計された対物レンズは、ＣＤやＤＶＤ等の他の光ディスクと比べてＮＡ（開口数）が大きいため、温度変化に起因する一定のチルト角に対するコマ収差発生量の変動がより一層顕著である。さらに、ＢＤではＣＤやＤＶＤに比べてディスク厚さが薄いことで、一定のチルト角でのコマ収差発生量が小さい。そのため、コマ収差が変動した場合の変化の割合が相対的に大きくなる。例えば温度が高くなるほど一定のチルト角に対するコマ収差発生量が小さくなる。かかる場合に、光ディスクの製品個体差に起因するコマ収差をチルト調整によるコマ収差で相殺するためには、対物レンズを大きくチルトさせる必要が生じる。しかし、対物レンズを大きくチルトさせるためには、チルト調整用のアクチュエータに負荷をかけざるを得ない。チルト調整用のアクチュエータに負荷がかかり過ぎたときには、当該アクチュエータが異常発熱する問題が生じる。一方、温度が低くなるほど一定のチルト角に対するコマ収差発生量が大きくなる。かかる場合には、チルト調整によるコマ収差発生量を精細にコントロールし難くなるため、光ディスクの製品個体差に起因するコマ収差を相殺することが困難になる問題が生じる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度変化が生じた場合にも、アクチュエータの負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下を有効に避けつつコマ収差を良好に補正することができる光情報記録再生装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光情報記録再生装置は、波長λ（単位：ｎｍ）の光束を使用して所定の規格の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う装置であり、以下の特徴を有する。すなわち、光情報記録再生装置は、光束を光ディスクの記録面上に集光する対物レンズであって、波長λに対する焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、該対物レンズの光軸上の厚みをｄ（単位：ｍｍ）と定義し、該波長λに対する屈折率をｎと定義した場合に、次の条件（１）

を満たす対物レンズと、記録面からの反射光束を受光する受光手段と、受光された反射光束に基づく信号の信号品質を検出する検出手段と、検出結果に基づき該信号品質を向上させる方向に対物レンズをチルトさせる対物レンズ駆動手段とを有することを特徴とする。信号品質を示す値としてはジッタ値、ＲＦ信号振幅、ビットエラーレート、コマ収差量等がある。かかる構成によれば、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が効果的に抑えられるため、アクチュエータの負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下を有効に避けつつ、対物レンズのチルト調整によりコマ収差を良好に補正することができる。

条件（１）の上限を上回る場合、焦点距離ｆが短くなりすぎる、又は厚みｄが厚くなりすぎる等の理由により、作動距離、つまり光ディスクの保護層表面と対物レンズの該光ディスク側面の頂点との距離を十分に確保することが難しい。さらに、材料の使用量が増えることにより、製造コストの増加につながる。一方、条件（１）の下限を下回る場合、焦点距離ｆが長くなりすぎる、又は厚みｄが薄くなりすぎる、或いは屈折率ｎが低すぎる等の理由により、温度変化が生じたときにコマ収差発生量の変動が大きくなるため、アクチュエータの負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が問題となる。

本発明に係る対物レンズは、少なくとも一面が、同心状の複数の屈折面に分割され、入射光束に対して所定の光路長差を付与する段差が互いに隣り合う該屈折面の間に形成される位相シフト構造を有する位相シフト面であって、該位相シフト面の有効光束径内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．００−１．００}）と定義し、光軸を基準とした該有効光束半径の９５％〜１００％の範囲内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．９５−１．００}）と定義した場合に、さらに次の条件（２）

を満たす構成であることが望ましい。かかる構成によれば、位相シフト構造の光学作用により、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動がより一層抑えられる。

条件（２）の上限を上回る場合、位相シフト面の周辺部に配置される段差の密度が高くなり、各段差の寸法が極めて微細になる。そのため、対物レンズの成型時に金型に樹脂が充填し難いため、段差をなす各面が安定した寸法形状を得られない虞があり、歩留まりの低下が懸念される。該周辺部の段差をなす各面が安定した寸法形状を得られない場合には、該周辺部で光が実質的に通らなくなり、光ディスクＤに対する情報の記録や再生を行うために必要なＮＡの担保が難しくなる。一方、条件（２）の下限を下回る場合、位相シフト構造の回折作用による、温度変化に起因するコマ収差発生量の変動に対する補償が十分でない。すなわち、位相シフト構造の追加に伴う開発コストや製造コストの増加等に対して十分な温度補償効果が得られないため、費用対効果の面で好ましくない。

上記の課題を解決する本発明の別の形態に係る光情報記録再生装置は、波長λ（単位：ｎｍ）の光束を使用して所定の規格の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う装置であり、以下の特徴を有する。すなわち、光情報記録再生装置は、光束を光ディスクの記録面上に集光する対物レンズであって、波長λに対する焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、該対物レンズの光軸上の厚みをｄ（単位：ｍｍ）と定義し、該波長λに対する屈折率をｎと定義した場合に、次の条件（３）

を満たし、かつ、少なくとも一面が、同心状の複数の屈折面に分割され、入射光束に対して所定の光路長差を付与する段差が互いに隣り合う該屈折面の間に形成される位相シフト構造を有する位相シフト面であって、該位相シフト面の有効光束径内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．００−１．００}）と定義し、光軸を基準とした該有効光束半径の９５％〜１００％の範囲内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．９５−１．００}）と定義した場合に、さらに次の条件（４）

を満たす対物レンズと、記録面からの反射光束を受光する受光手段と、受光された反射光束に基づく信号の信号品質を検出する検出手段と、検出結果に基づき該信号品質を向上させる方向に対物レンズをチルトさせる対物レンズ駆動手段とを有することを特徴とする。かかる構成によれば、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が効果的に抑えられるため、アクチュエータの負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下を有効に避けつつ、対物レンズのチルト調整によりコマ収差を良好に補正することができる。

ここで、位相シフト構造をなす段差は、位相シフト構造の回折作用により、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動をより一層抑えるべく、対物レンズの光軸からの高さをｈと定義し、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれＰ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、・・・と定義し、入射光束の回折効率が最大となる回折次数をｍと定義した場合に、
φ(h)=(P₂h²+P₄h⁴+P₆h⁶+P₈h⁸+P₁₀h¹⁰+P₁₂h¹²)mλ
により表される光路差関数によって規定される構成を有することが好ましい。

また、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動をより一層抑えるべく、対物レンズは、正弦条件違反量が、光軸を基準とした有効光束半径の２０％〜８０％未満の範囲内で極小値を持ち、かつ該有効光束半径の８０％〜１００％の範囲内で最大値を持ち、該最大値が０．００１〜０．０１の範囲内であるように構成されることが望ましい。

かかる対物レンズは、例えば保護層厚が０．０５〜０．１５（単位：ｍｍ）の範囲内である光ディスクに対する情報の記録または再生を行うのに適した構成を有する。

かかる対物レンズは、例えば保護層厚が０．１０５〜０．１５（単位：ｍｍ）の範囲内で有効光束半径１００％での正弦条件違反量ＳＣと球面収差ＳＡとが一致することを特徴とする構成であってもよい。

また、本発明に係る対物レンズは、例えば波長λ使用時の光ディスク側の開口数ＮＡが０．８〜０．８７の範囲内である。

また、本発明に係る対物レンズは、好ましくは、例えば軽量化、製造の容易性や量産性、コスト等の種々の面においてガラス製レンズと比較して有利な樹脂製レンズである。

本発明に係る対物レンズの屈折率ｎは、例えば次の条件（５）
１．４＜ｎ＜１．７・・・（５）
を満たす。

本発明の光情報記録再生装置によれば、温度変化が生じた場合にもコマ収差発生量の変動が効果的に抑えられるようになる。そのため、アクチュエータの負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下を有効に避けつつ、対物レンズのチルト調整によりコマ収差を良好に補正することができる。

本発明の実施形態の対物レンズを搭載する光情報記録再生装置の概略構成を示す図である。 対物レンズの光軸上の厚み、屈折率、およびチルト感度の関係を示すグラフである。 対物レンズの焦点距離、屈折率、およびチルト感度の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態の輪帯構造付き対物レンズの模式的構成を示す図である。 正弦条件違反量とチルト感度の関係を説明するための収差図である。 正弦条件違反量とチルト感度の関係を説明するための収差図である。 本発明の実施例１において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例２において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例３において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例４において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例５において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例６において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例７において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例８において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例９において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例１０において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例１１において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例１２において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例１３において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例１４において保護層厚が厚い光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 本発明の実施例１４において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。 比較例において光ディスク使用時に発生する球面収差量と正弦条件違反量を表す収差図である。

以下、本発明の実施形態の対物レンズおよび該対物レンズが搭載される光情報記録再生装置について説明する。本実施形態の光情報記録再生装置は、所定の規格の高記録密度光ディスクに対する情報の記録や再生を行う装置である。ここでいう所定の規格の高記録密度光ディスクは、例えばＢＤ規格の光ディスクである。以下、説明の便宜上、所定の規格の高記録密度光ディスクを光ディスクＤ１と記す。

図１は、本実施形態の対物レンズ１０を有する光情報記録再生装置１００の概略構成を表す模式図である。図１に示されるように、光情報記録再生装置１００は、該装置全体の制御を統括的に実行するシステムコントローラ２０を有している。システムコントローラ２０は、光情報記録再生装置１００の電源投入後、システムバスを介して必要なハードウェアにアクセスする。例えば光情報記録再生装置１００の電源投入直後、システムコントローラ２０は、フラッシュメモリ２１にアクセスしてファームウェアを読み出し、ワークエリアにロードしてファームウェアを起動する。システムコントローラ２０は、ファームウェアに従って光情報記録再生装置１００を構成する各要素の動作のタイミング等を制御する。

例えば光情報記録再生装置１００のスロット（不図示）に光ディスクＤ１が装填されたとき、システムコントローラ２０は、光ディスクＤ１のリードインエリアに書き込まれたＴＯＣ（Table Of Contents）を読み取るため、光源部１を駆動制御する。

光源部１は、設計基準波長４０６ｎｍの青色レーザー光を照射する半導体レーザーと、該半導体レーザーを駆動するドライバ回路により構成されている。かかるレーザー光の波長λ（単位：ｎｍ）は、使用環境、製品個体差等を考慮すると数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の範囲で変動する。

図１に示されるように、光源部１の半導体レーザーから照射されたレーザー光束は、コリメートレンズ２に入射する。コリメートレンズ２に入射したレーザー光束は、平行光束に変換された後、ビームスプリッタキューブ３により偏向されて対物レンズ１０の第一面１１に入射する。第一面１１に入射したレーザー光束は、対物レンズ１０の第二面１２から射出されて、情報の記録または再生の対象となる光ディスクＤ１に収束する。収束したレーザー光束は反射されて、入射時と同一の光路を戻り、ビームスプリッタキューブ３を透過して集光レンズ４に入射する。集光レンズ４に入射したレーザー光束は、受光部５により受光される。なお、図１に示される一点鎖線は、光情報記録再生装置１００の光学ユニットの基準軸ＡＸである。また、点線は、光ディスクＤ１への入射光束またはその戻り光を示している。なお、コリメートレンズ２と集光レンズ４は、ビームスプリッタキューブ３と対物レンズ１０との間に配置された単一のレンズ構成としてもよい。

光ディスクＤ１は、図示省略された保護層、記録面を有している。なお、実際の光ディスクＤ１において、記録面は、保護層と基板層あるいはレーベル層によって挟持されている。また、光ディスクＤ１は、記録時や再生時等にターンテーブル上にセットされ回転した状態にある。光ディスクＤ１の保護層は、例えば０．０５〜０．１５ｍｍの範囲に収まる厚みを有する。

受光部５は、受光されたレーザー光束を光電変換してアナログ信号を生成し、サーボエラー信号生成回路６、ＲＦ信号生成回路７、ジッタ値検出回路８に出力する。

サーボエラー信号生成回路６は、受光部５から入力するアナログ信号に基づきフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を生成してシステムコントローラ２０に出力する。システムコントローラ２０は、入力したフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号に基づきフォーカス駆動信号、トラッキング駆動信号を生成してフォーカス／トラッキングアクチュエータドライバ９に出力する。フォーカス／トラッキングアクチュエータドライバ９は、入力したフォーカス駆動信号、トラッキング駆動信号に基づき二軸アクチュエータ１９のフォーカス方向、トラッキング方向の駆動を制御する。かかる二軸アクチュエータ１９の駆動により対物レンズ１０がフォーカス方向、トラッキング方向に移動して、フォーカスエラー、トラッキングエラーの補正がされる。その結果、対物レンズ１０の第二面１２から射出されるレーザー光束は、光ディスクＤ１の記録面近傍に収束する。

フォーカスエラー、トラッキングエラーの補正がされることにより、光ディスクＤ１に書き込まれた情報の読み取りが可能となる。ＲＦ信号生成回路７は、受光部５から出力したアナログ信号をビットストリームに変換して所定の誤り訂正処理を行う。次いで、誤り訂正されたビットストリームからＲＦ信号をデコードしてシステムコントローラ２０に出力する。ここでは光ディスクＤ１のリードインエリアに書き込まれたＴＯＣがデコードされてシステムコントローラ２０に出力される。

システムコントローラ２０は、入力したＴＯＣに基づき光ディスクＤ１の種別を判定する。光ディスクＤ１の種別には、例えば片面単層ＢＤや片面２層ＢＤ等がある。システムコントローラ２０は、フラッシュメモリ２１にアクセスして、判定した光ディスクＤ１の種別に対応するチルト角制御情報を読み出す。ここでチルト角制御情報は、例えば設計基準温度（３５℃）下でコマ収差が良好に補正される、対物レンズ１０のチルト角の情報である。チルト角制御情報は、予め、光ディスクＤ１の種別毎に測定されてフラッシュメモリ２１に格納されている。

システムコントローラ２０は、フラッシュメモリ２１から読み出されたチルト角制御情報をキャッシュメモリ２０ａに保持するとともにオフセット発生回路１３に出力する。オフセット発生回路１３は、入力したチルト角制御情報に基づきチルト駆動信号を生成して加算器１４に出力する。このとき加算器１４には、オフセット発生回路１３からのチルト駆動信号のみが入力する。そのため、加算器１４は、オフセット発生回路１３から入力したチルト駆動信号をそのままチルトアクチュエータドライバ１５に出力する。チルトアクチュエータドライバ１５は、入力したチルト駆動信号に基づきチルトアクチュエータ１６の駆動を制御する。かかるチルトアクチュエータ１６の駆動により、対物レンズ１０は、設計基準温度（３５℃）下でコマ収差が良好に補正される角度（以下、「基準チルト角」と記す。）にチルトされる。

ところが、対物レンズ１０の周辺温度が設計基準温度（３５℃）から外れるほど、或いは光ディスクＤ１に含まれる製品個体差が大きいほど、光ディスクＤ１の種別に応じた基準チルト角にチルト調整を行っただけではコマ収差が大きく残存して、光ディスクＤ１の記録面上に良好なスポットが形成されない。そのため、システムコントローラ２０は、光ディスクＤ１の記録または再生を行う間、温度変化等に応じて信号品質が向上するようにチルト角演算回路１７に所定のパルス信号を出力する。

温度変化等に伴い、ジッタ値検出回路８に入力するアナログ信号（特に高周波成分）が変化する。ジッタ値検出回路８は、かかるアナログ信号の高周波成分を抽出してＡ／Ｄ変換を行い、ジッタ値を検出する。ジッタ値検出回路８は、検出されたジッタ値をシステムコントローラ２０に出力する。システムコントローラ２０は、クローズドループ制御により入力したジッタ値の変化を算出し、対物レンズ１０をジッタ値が向上する方向にチルトさせるようにチルト角制御回路１８に所定のパルス信号を出力する。

チルト角制御回路１８は、入力したパルス信号に基づき対物レンズ１０をジッタ値が向上する方向に所定の角度チルトさせるチルト駆動信号を生成して加算器１４に出力する。加算器１４は、基準チルト角とチルト角制御回路１８により生成された所定のチルト角とを加味したチルト駆動信号をチルトアクチュエータドライバ１５に出力する。そのため、チルトアクチュエータ１６は、チルトアクチュエータドライバ１５の駆動制御により、常にコマ収差発生量が低減する方向に対物レンズ１０をチルトさせる。

チルト角を制御するために、ＲＦ信号振幅、ビットエラーレート、コマ収差検出手段で検出されるコマ収差量等に基づきチルト方向を制御してもよい。

対物レンズをチルトさせるとき、従来は、対物レンズの周辺温度が高いほど対物レンズを大きくチルトさせるが故にアクチュエータに負荷がかかり過ぎ、また、当該周辺温度が低いほどチルト調整によるコマ収差発生量の精細なコントロールが難しくなることは先に述べた通りである。そこで、本実施形態の対物レンズ１０は、当該周辺温度が高い場合にアクチュエータのチルト角を低減してアクチュエータへの過度の負担を有効に避けるとともに、当該周辺温度が低い場合にチルト調整によるコマ収差発生量の精細なコントロールを補償すべく、温度変化に起因する一定のチルト角に対するコマ収差発生量の変動が効果的に抑えられるように構成されている。以下、対物レンズ１０の具体的構成について説明する。

対物レンズ１０は、光ディスクＤ１に対する情報の記録や再生を行うべく、波長λ使用時における光ディスクＤ１側の開口数ＮＡが例えば０．８〜０．８７の範囲に収まるように構成されている。

対物レンズ１０は、合成樹脂等によって成形された樹脂製レンズであり、例えばガラス製レンズに比べて軽量である。そのため、対物レンズ１０が例えばガラス製レンズである場合と比べて、チルトアクチュエータ１６、二軸アクチュエータ１９の負担等が軽減する。対物レンズ１０を樹脂製レンズとした場合には、軽量化以外にも、製造の容易性や量産性、コスト等の種々の面においてガラス製レンズと比較して有利である。対物レンズ１０の材料には、波長λに対する屈折率ｎが例えば１．４〜１．７の範囲に収まる樹脂が選択される。なお、樹脂製レンズは、ガラス製レンズと比べて、温度変化に起因する一定のチルト角に対するコマ収差発生量の変動がより一層顕著である。本実施形態においては、対物レンズ１０は樹脂製レンズであるにも拘わらず、温度変化に起因する一定のチルト角に対するコマ収差発生量の変動が効果的に抑えられている。

対物レンズ１０は、第一面１１、第二面１２がともに非球面である。非球面の形状は、光軸からの高さがｈ（単位：ｍｍ）となる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）と定義し、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ（但し、ｒ（単位：ｍｍ）は曲率半径））をＣと定義し、円錐係数をκと定義し、４次以上の偶数次の非球面係数をＡ_２ｉ（ただしｉは２以上の整数）と定義した場合に、次の式で表される。対物レンズ１０の各レンズ面を非球面にすることにより、球面収差やコマ収差等の諸収差を適切にコントロールすることが可能になる。

本実施形態の対物レンズ１０には、第一面１１、第二面１２がともに非球面形状を有するタイプと、第一面１１、第二面１２がともに非球面形状であり且つ何れか一方の面に輪帯構造が設けられたタイプの二通りのタイプがある。以下、両タイプを区別して説明する必要がある場合に限り、前者のタイプの対物レンズを「輪帯構造無し対物レンズ」と記し、後者のタイプの対物レンズを「輪帯構造付き対物レンズ」と記す。

輪帯構造は、対物レンズ１０の光軸を中心とした同心状に分割された複数の屈折面と各屈折面の境界において光軸に沿って延びる複数の微小な段差からなる。かかる輪帯構造は、一般的には、第一面１１に設けられる。輪帯構造を第一面１１に設けた場合には、例えば輪帯構造の最小輪帯幅をより広く設計することができ、有効光束幅に対する輪帯の段差部分による光量損失を抑えることができるメリットがある。また、回転する光ディスクＤ１と向き合わず第二面１２に対するゴミ等の付着の心配が増えない、対物レンズ１０がレンズクリーナーを用いて擦られた場合に輪帯構造が摩耗する虞がない、などのメリットがある。

輪帯構造の段差は、各屈折面の境界の内側を透過する光束と外側を透過する光束との間で所定の光路長差が生じるように設計される。かかる構造を一般に回折構造と称することができる。所定の光路長差が特定の波長αのｎ倍（ｎは整数）となるように設計された輪帯構造は、ブレーズ波長αのｎ次回折構造と称することができる。ここで、回折構造に特定の波長βの光束を透過させた際に最も回折効率が高くなる回折光の回折次数は、波長βの光束に対して与えられる光路長差を波長βで割ったときの値に最も近い整数ｍとして求まる。

他にも、各屈折面の境界の内側を透過する光束および外側を透過する光束間に光路長差が生じるということは、互いの位相が、輪帯構造の段差の作用によってずれると捉えることもできる。したがって輪帯構造は、入射する光束の位相をシフトする構造、つまり、位相シフト構造と称することもできる。

輪帯構造は、光路差関数φ（ｈ）により表すことができる。光路差関数φ（ｈ）は、対物レンズ１０の回折レンズとしての機能を光軸からの高さｈにおける光路長付加量の形で表現した関数であり、輪帯構造における各段差の設置位置を規定する。光路差関数φ（ｈ）は、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれＰ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、・・・と定義し、使用する（入射する）レーザー光の設計波長をλと定義し、入射光束の回折効率が最大となる回折次数をｍと定義した場合に、次の式により表される。
φ(h)=(P₂h²+P₄h⁴+P₆h⁶+P₈h⁸+P₁₀h¹⁰+P₁₂h¹²)mλ

ここで、本出願人は、高温（８０℃）下で対物レンズを１．０度チルトさせたときに発生する３次のコマ収差の値を、設計基準温度（３５℃）下で対物レンズを１．０度チルトさせたときに発生する３次のコマ収差の値で除算した除算値（つまり、温度変化が生じた際の、一定のチルト角に対するコマ収差発生量の割合）をチルト感度と定義した場合に、図２、図３に示される関係を見出した。図２、図３の各図の縦軸はチルト感度を、横軸は対物レンズの屈折率ｎから１を減算した値（以下、「屈折率ｎ−１」と記す。）を表す。なお、チルト感度が１．０００に近い場合、温度変化（３５℃〜８０℃の範囲）に拘わらず、一定のチルト角に対するコマ収差発生量がほぼ変わらないことを意味する。

図２は、対物レンズの光軸上の厚みｄ（単位：ｍｍ）を１．７０又は１．８５に設計した場合における、チルト感度と屈折率ｎ−１との関係を示している。また、図３は、対物レンズの波長λに対する焦点距離ｆ（単位：ｍｍ）を１．１８、１．４１、又は１．７７に設計した場合における、チルト感度と屈折率ｎ−１との関係を示している。なお、図２のグラフは、厚みｄと屈折率ｎ以外は全て同一仕様の対物レンズを使用して検証された結果である。また、図３のグラフは、焦点距離ｆと屈折率ｎ以外は全て同一仕様の対物レンズを使用して検証された結果である。

図２によれば、対物レンズの屈折率ｎが大きいほどチルト感度が大きく、また、対物レンズの光軸上の厚みｄが厚いほどチルト感度が大きくなることが分かる。図３によれば、対物レンズの屈折率ｎが大きいほどチルト感度が大きく、また、対物レンズの波長λに対する焦点距離ｆが短いほどチルト感度が大きくなることが分かる。すなわち、本出願人は、図２、図３に示される検討結果に基づき、厚みｄが厚いほど、又は屈折率ｎが大きいほど、或いは焦点距離ｆが短いほどチルト感度が１．０００に近付いて、高温時における一定のチルト角に対するコマ収差発生量の低減（つまり、該コマ収差発生量の変動であり、別の観点によれば、低温時におけるチルト角に対するコマ収差発生量の増加）が効果的に抑えられ、コマ収差に関する温度特性が改善することを見出している。

なお、図２、図３において、チルト感度が０．０００に近付くほど、高温時における一定のチルト角に対するコマ収差発生量がより一層小さい、或いは、低温時における一定のチルト角に対するコマ収差発生量がより一層大きい状態にある。前者の場合、高温時に対物レンズ１０をより一層チルトさせる必要があるため、チルトアクチュエータ１６に負荷がかかり望ましくない。後者の場合には、低温時にチルト調整によるコマ収差発生量の精細なコントロールがより一層難しくなり望ましくない。また、チルト感度が０．０００（又は０．０００を下回る値）である場合、８０℃（又は３５℃〜８０℃の範囲の何れの温度）下で対物レンズ１０を幾らチルトさせてもコマ収差が全く発生しないため、対物レンズ１０のチルトによるコマ収差の補正がなされない問題が生じる。

以上の検討結果を鑑みて、本実施形態の対物レンズ１０は、次の条件（１）を満たすように構成されている。

条件（１）の上限を上回る場合、焦点距離ｆが短くなりすぎる、又は厚みｄが厚くなりすぎる等の理由により、図１に示される作動距離ＷＤ、つまり光ディスクＤ１の保護層表面と対物レンズ１０の第二面１２の頂点との距離を十分に確保することが難しい。一方、条件（１）の下限を下回る場合、焦点距離ｆが長くなりすぎる、又は厚みｄが薄くなりすぎる、或いは屈折率ｎが低すぎる等の理由により、チルト感度の低下が避けられない。そのため、設計基準温度（３５℃）に対して温度が変化したときにチルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下等が懸念される。また、条件（１）の下限を大きく下回る場合にはチルト感度が０．０００以下となり、対物レンズ１０のチルトによるコマ収差の補正ができなくなる問題が生じる。

そこで、対物レンズ１０を条件（１）を満たすように構成する。かかる場合、十分な作動距離ＷＤを確保しつつも依然として焦点距離ｆを短く又は厚みｄを厚くできるため、チルト感度が高くなり（つまり、温度変化に起因する一定のチルト角に対するコマ収差発生量の変動が効果的に抑えられて）コマ収差に関する温度特性が改善する。或いは、十分な作動距離ＷＤを確保しつつも依然として焦点距離ｆを短く又は厚みｄを厚くでき、さらに屈折率ｎを高くすることもできるため、チルト感度が高くなりコマ収差に関する温度特性が改善する。すなわち、対物レンズ１０は、温度変化が生じた場合にもコマ収差発生量の変動が効果的に抑えられているため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下等の問題が有効に避けられる。

本実施形態の対物レンズ１０は、第一面１１又は第二面１２の少なくとも一面に輪帯構造が設けられた輪帯構造付き対物レンズである場合には、条件（１）に加えてさらに次の条件（２）を満たすように構成されている。

なお、（Σφ_{０．００−１．００}）は、対物レンズ１０の有効光束径（瞳座標）内に設けられた全ての該段差の高さの合計値として定義され、（Σφ_{０．９５−１．００}）は、対物レンズ１０の光軸を基準とした該有効光束半径の９５％〜１００％の範囲内に設けられた全ての該段差の高さの合計値として定義される。

条件（２）を満たす対物レンズには二通りの形態がある。一方の形態の対物レンズは、各段差の高さが略一定であり、対物レンズ１０の有効光束径の周辺部（該有効光束半径の９５％〜１００％の範囲）に該段差が密に設けられた構成を有する。他方の形態の対物レンズは、対物レンズ１０の瞳座標上で各段差が等間隔で配置され、該有効光束径の周辺部に設けられた段差が該周辺部より内側に設けられた段差より高い高さを持つ構成を有する。本実施形態では、前者の形態の対物レンズを想定している。図４に、前者の形態の対物レンズの模式的構成を示す。図４全体、および図４の拡大図Ａを参照するところ、対物レンズ１０（輪帯構造付き対物レンズ）の周辺部に、輪帯構造をなす段差が密に設けられていることが分かる。

対物レンズ１０（輪帯構造付き対物レンズ）を条件（２）を満たすように構成した場合、輪帯構造による回折作用により、温度変化に起因する一定のチルト角に対するコマ収差発生量の変動がより一層補償される。別の側面によれば、条件（２）を満たすことにより、温度変化時の球面収差発生量を抑えることができる。その結果、倍率変動が少なくなり、コマ収差発生量の変動が抑えられることとなる。条件（２）の上限を上回る場合、対物レンズ１０の有効光束径の周辺部の段差の配置密度が高くなりすぎるため、該周辺部の段差個々のサイズが極めて微細になる。かかる場合、対物レンズ１０の成型時に金型に樹脂が充填し難くなるため、段差をなす各面が安定した寸法形状を得られず歩留まりの低下が懸念される。該周辺部の段差をなす各面が安定した寸法形状を得られない場合には、該周辺部で光が実質的に通らなくなり、光ディスクＤ１に対する情報の記録や再生を行うために必要なＮＡの担保が難しくなる。一方、条件（２）の下限を下回る場合、輪帯構造の回折作用による、温度変化に起因する一定のチルト角に対するコマ収差発生量の変動に対する補償（以下、「温度補償」と記す。）が十分でない。すなわち、輪帯構造の追加に伴う開発コストや製造コストの増加等に対して十分な温度補償効果が得られないため、費用対効果の面で好ましくない。

輪帯構造付き対物レンズの別の形態としては、十分な作動距離ＷＤを確保しつつもチルト感度を高くしてコマ収差に関する温度特性を改善すべく、例えば次の条件（３）および（４）を満たす構成が想定される。

かかる別の形態では、先に説明された条件（１）および（２）を満たす対物レンズ１０（輪帯構造付き対物レンズ）に比べて、厚みｄの厚みを薄く又は焦点距離ｆを長くすることができ、作動距離ＷＤをより一層確保し易くなっている。厚みｄを薄くし又は焦点距離ｆを長くした分のチルト感度の低下は、対物レンズ１０の有効光束径の周辺部に段差をより一層密に設けることで補償されている。対物レンズ１０（輪帯構造付き対物レンズ）の構成が、条件（３）、（４）を満たさない場合には、条件（１）、（２）を満たさない場合と同様の問題が生じる。

なお、上述した何れの形態の対物レンズにおいても、対物レンズ１０の大型化等を有効に避けるべく、焦点距離ｆは１．０〜１．５の範囲に抑える（つまり比較的短くする）ことが好ましい。

図５および図６は、光ディスクＤ１使用時に発生する対物レンズ（図５、図６ともに同一仕様の対物レンズ）の球面収差ＳＡと正弦条件違反量ＳＣを示すグラフである。各図の実線が球面収差ＳＡを示し、破線が正弦条件違反量ＳＣを示す。また、各図の縦軸は入射瞳座標を、横軸は球面収差量（単位：ｍｍ）または正弦条件違反量を表す。なお、図５、図６に示すグラフおよび線種の定義は、後述される各実施例および比較例で提示されるグラフにおいても同様とする。

図５は、設計基準温度（３５℃）下でコマ収差が良好に補正されるように設計された対物レンズの収差図である。図５（ａ）が設計基準温度（３５℃）下における対物レンズの収差図であり、図５（ｂ）が高温（８０℃）下における対物レンズの収差図である。図５（ｂ）に示されるように、高温（８０℃）下では、正弦条件違反量ＳＣが、対物レンズの光軸を基準とした有効光束半径の３０％〜５０％程度で極大値をとり、周辺部に向かってアンダーになる。これは、温度が高温に変化したことによる正弦条件違反量ＳＣのアンダー方向の変化と、倍率変動（球面収差を補正するためにコリメートレンズ２を光軸ＡＸ方向に移動させたことによる倍率変動）による正弦条件違反量ＳＣのアンダー方向の変化とが足し合わせられるためである。正弦条件違反量ＳＣが急激にアンダーになるような特性を有するほどチルト感度が低下する傾向にある。

そこで、本出願人は、設計基準温度（３５℃）下で正弦条件違反量ＳＣを有効光束径の周辺部で意図的にオーバーになるように設計することにより、高温時におけるチルト感度の低下をより一層抑制するようにしている。具体的には、設計基準温度（３５℃）下で、正弦条件違反量ＳＣが有効光束半径の２０％〜８０％未満の範囲内で極小値を持ち、かつ該有効光束半径の８０％〜１００％の範囲内で最大値を持ち、該最大値が０．００１〜０．０１の範囲内であるように対物レンズを構成する。

また、設計基準温度（３５℃）下で保護層厚が厚い設計値で有効光束半径１００％での正弦条件違反量ＳＣと球面収差ＳＡが一致するように設計することにより、高温時におけるチルト感度の低下をより一層抑制するようにしている。具体的には、設計基準温度（３５℃）下で、保護層厚が０．１０５〜０．１５（単位：ｍｍ）で有効光束半径１００％での正弦条件違反量ＳＣと球面収差ＳＡが一致している対物レンズを構成する。

図６は、かかる技術的思想に基づき設計された対物レンズの収差図である。図６（ａ）が設計基準温度（３５℃）下における対物レンズの収差図であり、図６（ｂ）が高温（８０℃）下における対物レンズの収差図である。図６（ａ）に示されるように、対物レンズは、設計基準温度（３５℃）下で、正弦条件違反量ＳＣが有効光束径の周辺部に向かうほどオーバーになり、コマ収差を意図的に発生させるように設計されている。かかる設計がされたとき、図６（ｂ）に示されるように、高温（８０℃）下においては、正弦条件違反量ＳＣが補正された値をとる。

図５の対物レンズの場合、例えば、設計基準温度（３５℃）下で対物レンズを１．０度チルトさせたときに発生する３次のコマ収差が０．０９８であるのに対して、高温（８０℃）下で対物レンズを１．０度チルトさせたときに発生する３次のコマ収差の値が０．０２３である。このときのチルト感度は０．２４である。高温（８０℃）時にコマ収差を補正するためには、設計基準温度（３５℃）時と比べて対物レンズを約４倍の角度チルトさせる必要がある。

一方、図６の対物レンズの場合、例えば、設計基準温度（３５℃）下で対物レンズを１．０度チルトさせたときに発生する３次のコマ収差が０．１６１であるのに対して、高温（８０℃）下で対物レンズを１．０度チルトさせたときに発生する３次のコマ収差の値が０．０８３であり、その減少量が抑えられている。このときのチルト感度は０．５２もある。そのため、高温（８０℃）時にコマ収差を補正するにあたり、設計基準温度（３５℃）時と比べて対物レンズを約２倍の角度チルトさせるだけでよい。すなわち、図６の収差特性を有するように対物レンズを構成した場合、チルトアクチュエータ１６のチルト角がより一層抑えられて、チルトアクチュエータ１６の負荷が軽減される効果が得られる。

これまで説明された対物レンズ１０を搭載する光情報記録再生装置１００の具体的実施例を、次に１３例説明する。各具体的実施例１〜１３の光情報記録再生装置１００は、図１に示される概略構成を有する。なお、実施例１〜３、実施例８〜１０の対物レンズ１０は、輪帯構造無し対物レンズである。また、実施例４〜７、実施例１１〜１３の対物レンズ１０は、輪帯構造付き対物レンズである。輪帯構造付き対物レンズの回折次数ｍは、全て一次である。

実施例１の光情報記録再生装置１００に搭載される対物レンズ１０の仕様、具体的には、光ディスクＤ１の再生等に使用される光束の波長λ（単位：ｎｍ）、光ディスクＤ１使用時における対物レンズ１０の焦点距離ｆ（単位：ｍｍ）、ＮＡ、および倍率は、次の表１に示される通りである。また、実施例１をはじめとする各具体的実施例では、本発明に係る特徴、つまり対物レンズ１０の特徴を明確化するため、提示する数値構成を対物レンズ１０以降の数値構成に限定する。また、実施例１の各表についての説明は、他の具体的実施例で提示される各表においても適用される。

なお、光情報記録再生装置１００は、表１中、倍率の値が示すように、対物レンズ１０に平行光束が入射するように設計されている。これにより、トラッキングシフト時における意図しない軸外収差の発生を有効に避けることができる。

実施例１の光情報記録再生装置１００の光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成は、表２に示される。

表２において、面番号１、２は対物レンズ１０の第一面１１、第二面１２を、面番号３、４は対象となる光ディスクの保護層、記録層をそれぞれ示す。「ｒ」は光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、「ｄ」は光学部材厚または光学部材間隔（単位：ｍｍ）、「ｎ」は使用波長λに対する光学部材の屈折率である。なお、非球面素子におけるｒは、光軸上での曲率半径を示す。

対物レンズ１０の第一面１１（面番号１）および第二面１２（面番号２）は、非球面である。各面の非球面形状は、光ディスクＤ１に対する情報の記録や再生を行うのに最適に設計されている。各面の非球面形状を規定する円錐係数κと、４次以上の偶数次の非球面係数は、表３に示される。なお、各表における表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。

実施例１の対物レンズ１０は、条件（１）の数式の値が０．５２０であり、条件（１）を満たす。ここで、対物レンズの実際のチルト角度は０．２度ほどである。このときのチルト感度が０．２００以上である場合、温度変化が生じた場合のコマ収差発生量の変動（低温時のコマ収差発生量の増加又は高温時のコマ収差発生量の低下）が抑えられている状態にある。ここで、チルト角度に対してコマ収差発生量は線形であるため、チルト感度は角度に依らず一定となる。実施例１の対物レンズ１０のチルト感度は０．３５７であり、０．２００以上である。すなわち、実施例１の対物レンズ１０は、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図７（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例１の対物レンズ１０の収差図であり、図７（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例１の対物レンズ１０の収差図である。図７（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例２について説明する。以下、実施例２における対物レンズ１０の具体的仕様を表４に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表５に、非球面形状を規定する各係数を表６に示す。

実施例２の対物レンズ１０は、条件（１）の数式の値が０．５５５であり、条件（１）を満たす。また、実施例２の対物レンズ１０のチルト感度は０．３３５である。すなわち、実施例２の対物レンズ１０は、実施例１の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図８（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例２の対物レンズ１０の収差図であり、図８（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例２の対物レンズ１０の収差図である。図８（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例３について説明する。以下、実施例３における対物レンズ１０の具体的仕様を表７に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表８に、非球面形状を規定する各係数を表９に示す。

実施例３の対物レンズ１０は、条件（１）の数式の値が０．４８７であり、条件（１）を満たす。また、実施例３の対物レンズ１０のチルト感度は０．２３８である。すなわち、実施例３の対物レンズ１０は、実施例１、２の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図９（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例３の対物レンズ１０の収差図であり、図９（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例３の対物レンズ１０の収差図である。図９（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例４について説明する。以下、実施例４における対物レンズ１０の具体的仕様を表１０に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表１１に、非球面形状を規定する各係数を表１２に示す。

実施例４の対物レンズ１０は、輪帯構造付き対物レンズである。表１３に、第一面１１（面番号１）の輪帯構造を規定するための光路差関数φ（ｈ）における２次以上の偶数次の光路差関数係数を示す。

実施例４の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）の数式の値がそれぞれ、０．５２０、０．３２であり、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たす。また、実施例４の対物レンズ１０のチルト感度は０．４４０である。すなわち、実施例４の対物レンズ１０は、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１０（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例４の対物レンズ１０の収差図であり、図１０（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例４の対物レンズ１０の収差図である。図１０（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例５について説明する。以下、実施例５における対物レンズ１０の具体的仕様を表１４に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表１５に、非球面形状を規定する各係数を表１６に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数を表１７に示す。

実施例５の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）の数式の値がそれぞれ、０．５０６、０．３０であり、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たす。また、実施例５の対物レンズ１０のチルト感度は０．４７７である。すなわち、実施例５の対物レンズ１０は、実施例４の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１１（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例５の対物レンズ１０の収差図であり、図１１（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例５の対物レンズ１０の収差図である。図１１（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例６について説明する。以下、実施例６における対物レンズ１０の具体的仕様を表１８に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表１９に、非球面形状を規定する各係数を表２０に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数を表２１に示す。

実施例６の対物レンズ１０は、条件（３）、（４）の数式の値がそれぞれ、０．４４８、０．２９であり、条件（３）および（４）を満たす。また、実施例６の対物レンズ１０のチルト感度は０．４７５である。すなわち、実施例６の対物レンズ１０は、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（３）および（４）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。実施例６の対物レンズ１０は、さらに、有効光束半径１００％での正弦条件違反量ＳＣと球面収差ＳＡが一致する保護層厚が０．１２９（単位：ｍｍ）であるように設計されている。かかる点からも、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１２（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例６の対物レンズ１０の収差図であり、図１２（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例６の対物レンズ１０の収差図である。図１２（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。また、図１２（ａ）に示されるように、実施例６の対物レンズ１０は、設計基準温度下で、正弦条件違反量ＳＣが有効光束半径の２０％〜８０％未満の範囲内で極小値を持ち、かつ該有効光束半径の８０％〜１００％の範囲内で最大値を持ち、該最大値が０．００１〜０．０１の範囲内であるように構成されている。そのため、図１２（ｂ）に示されるように、高温時におけるコマ収差発生量の変動が非常に小さく抑えられている。

次に、実施例７について説明する。以下、実施例７における対物レンズ１０の具体的仕様を表２２に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表２３に、非球面形状を規定する各係数を表２４に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数を表２５に示す。

実施例７の対物レンズ１０は、条件（３）、（４）の数式の値がそれぞれ、０．４４８、０．３９であり、条件（３）および（４）を満たす。また、実施例７の対物レンズ１０のチルト感度は０．５５３である。すなわち、実施例７の対物レンズ１０は、実施例６の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（３）および（４）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。実施例７の対物レンズ１０は、さらに、有効光束半径１００％での正弦条件違反量ＳＣと球面収差ＳＡが一致する保護層厚が０．１２９（単位：ｍｍ）であるように設計されている。かかる点からも、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１３（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例７の対物レンズ１０の収差図であり、図１３（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例７の対物レンズ１０の収差図である。図１３（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。また、実施例６と同様に、高温時におけるコマ収差発生量の変動が非常に小さく抑えられている。

次に、実施例８について説明する。以下、実施例８における対物レンズ１０の具体的仕様を表２６に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表２７に、非球面形状を規定する各係数を表２８に示す。

実施例８の対物レンズ１０は、条件（１）の数式の値が０．６０３であり、条件（１）を満たす。また、実施例８の対物レンズ１０のチルト感度は０．５３０である。すなわち、実施例８の対物レンズ１０は、実施例１〜３の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１４（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例８の対物レンズ１０の収差図であり、図１４（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例８の対物レンズ１０の収差図である。図１４（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例９について説明する。以下、実施例９における対物レンズ１０の具体的仕様を表２９に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表３０に、非球面形状を規定する各係数を表３１に示す。

実施例９の対物レンズ１０は、条件（１）の数式の値が０．６４４であり、条件（１）を満たす。また、実施例９の対物レンズ１０のチルト感度は０．６０８である。すなわち、実施例９の対物レンズ１０は、実施例１〜３、８の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１５（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例９の対物レンズ１０の収差図であり、図１５（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例９の対物レンズ１０の収差図である。図１５（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例１０について説明する。以下、実施例１０における対物レンズ１０の具体的仕様を表３２に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表３３に、非球面形状を規定する各係数を表３４に示す。

実施例１０の対物レンズ１０は、条件（１）の数式の値が０．７４９であり、条件（１）を満たす。また、実施例１０の対物レンズ１０のチルト感度は０．６６２である。すなわち、実施例１０の対物レンズ１０は、実施例１〜３、８、９の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１６（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例１０の対物レンズ１０の収差図であり、図１６（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例１０の対物レンズ１０の収差図である。図１６（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例１１について説明する。以下、実施例１１における対物レンズ１０の具体的仕様を表３５に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表３６に、非球面形状を規定する各係数を表３７に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数を表３８に示す。

実施例１１の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）の数式の値がそれぞれ、０．６０３、０．３２であり、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たす。また、実施例１１の対物レンズ１０のチルト感度は０．６４３である。すなわち、実施例１１の対物レンズ１０は、実施例４、５の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１７（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例１１の対物レンズ１０の収差図であり、図１７（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例１１の対物レンズ１０の収差図である。図１７（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例１２について説明する。以下、実施例１２における対物レンズ１０の具体的仕様を表３９に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表４０に、非球面形状を規定する各係数を表４１に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数を表４２に示す。

実施例１２の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）の数式の値がそれぞれ、０．６４４、０．３９であり、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たす。また、実施例１２の対物レンズ１０のチルト感度は０．６４７である。すなわち、実施例１２の対物レンズ１０は、実施例４、５、１１の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１８（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例１２の対物レンズ１０の収差図であり、図１８（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例１２の対物レンズ１０の収差図である。図１８（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。

次に、実施例１３について説明する。以下、実施例１３における対物レンズ１０の具体的仕様を表４３に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表４４に、非球面形状を規定する各係数を表４５に、光路差関数φ（ｈ）を規定する各係数を表４６に示す。

実施例１３の対物レンズ１０は、条件（１）、（２）の数式の値がそれぞれ、０．６９７、０．３０であり、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たす。また、実施例１３の対物レンズ１０のチルト感度は０．７６５である。すなわち、実施例１３の対物レンズ１０は、実施例４、５、１１、１２の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）および（２）（又は条件（３）および（４））を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図１９（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例１３の対物レンズ１０の収差図であり、図１９（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例１３の対物レンズ１０の収差図である。図１９（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。また、実施例６又は７と同様に、高温時におけるコマ収差発生量の変動が非常に小さく抑えられている。

次に、実施例１４について説明する。以下、実施例１４における対物レンズ１０の具体的仕様を表４７に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表４８に、非球面形状を規定する各係数を表４９に示す。

実施例１４の対物レンズ１０は、条件（１）の数式の値が０．４８７であり、条件（１）を満たす。また、実施例１４の対物レンズ１０のチルト感度は０．４９３である。すなわち、実施例１４の対物レンズ１０は、実施例１〜３、８〜１０の対物レンズ１０と同じく、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、条件（１）を満たすことにより、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。実施例１４の対物レンズ１０は、さらに、有効光束半径１００％での正弦条件違反量ＳＣと球面収差ＳＡが一致する保護層厚が０．１３０（単位：ｍｍ）であるように設計されている。図２０に、使用される光ディスクの保護層厚が０．１１０（単位：ｍｍ）で倍率が−０．００８１であるときの設計基準温度（３５℃）下における実施例１４の対物レンズ１０の収差図を示す。図２０に示されるように、実施例１４の対物レンズ１０は、設計基準温度（３５℃）下で保護層厚が厚い光ディスク使用時に正弦条件違反量ＳＣが補正されて、有効光束半径１００％での正弦条件違反量ＳＣと球面収差ＳＡがほぼ一致するように設計されていることが分かる。かかる点からも、実施例１４の対物レンズ１０は、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

図２１（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における実施例１４の対物レンズ１０の収差図であり、図２１（ｂ）は、高温（８０℃）下における実施例１４の対物レンズ１０の収差図である。図２１（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度時又は高温時の何れにおいても球面収差、コマ収差が共に良好に補正されていることが分かる。また、実施例６又は７或いは１３と同様に、高温時におけるコマ収差発生量の変動が非常に小さく抑えられている。

比較例

次に、比較例について説明する。以下、比較例における対物レンズの具体的仕様を表５０に、光ディスクＤ１使用時における具体的数値構成を表５１に、非球面形状を規定する各係数を表５２に示す。なお、比較例の光情報記録再生装置は、対物レンズの構成が各実施例の光情報記録再生装置と相違するだけで、他の構成要素は同一である。比較例の対物レンズは、輪帯構造を有していない。

比較例の対物レンズは、条件（１）、（２）の数式の値がそれぞれ、０．３３５、０．００であり、条件（１）、（２）（或いは条件（３）、（４））の何れも満たしていない。比較例の対物レンズのチルト感度は−０．２９１である。すなわち、比較例の対物レンズは、条件（１）を満たさないためチルト感度（絶対値）が大きく、高温時により一層チルトさせる必要がある。そのため、チルトアクチュエータ１６に負荷をかけることとなり望ましくない。さらに、比較例の対物レンズは、チルト感度が負の値であるため、３５℃〜８０℃の何れかの温度下で幾らチルトさせてもコマ収差が全く発生せず、コマ収差の補正がなされない問題がある。

図２２（ａ）は、設計基準温度（３５℃）下における比較例の対物レンズの収差図であり、図２２（ｂ）は、高温（８０℃）下における比較例の対物レンズの収差図である。図２２（ａ）、（ｂ）によれば、設計基準温度下では収差補正はなされるものの、高温時にコマ収差が大きく発生していることが分かる。

実施例１〜１４によれば、比較例との比較から分かるように、少なくとも条件（１）を満たすため、高記録密度光ディスクの記録や再生に適した光学性能を有しつつも、温度変化が生じたときのコマ収差発生量の変動が抑えられている。そのため、チルトアクチュエータ１６の負荷の増大やコマ収差の補正精度の低下が有効に避けられる。

以上が本発明の実施形態および該実施形態の具体的実施例の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、輪帯構造は、本実施形態では第一面１１だけに設けられているが、第一面１１、第二面１２の両面に設けられてもよい。

１ 光源部１
２ コリメートレンズ
３ ビームスプリッタキューブ
４ 集光レンズ
５ 受光部
６ サーボエラー信号生成回路
７ ＲＦ信号生成回路
８ ジッタ値検出回路
９ フォーカス／トラッキングアクチュエータドライバ
１０ 対物レンズ
１１ 第一面
１２ 第二面
１３ オフセット発生回路
１４ 加算器
１５ チルトアクチュエータドライバ
１６ チルトアクチュエータ
１７ チルト角演算回路
１８ チルト角制御回路
１９ 二軸アクチュエータ
２０ システムコントローラ
２０ａ キャッシュメモリ
２１ フラッシュメモリ
１００ 光情報記録再生装置
ＡＸ 基準軸
Ｄ１ 光ディスク

Claims (10)

1. 波長λ（単位：ｎｍ）の光束を使用して所定の規格の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置において、
   前記光束を前記光ディスクの記録面上に集光する対物レンズであって、前記波長λに対する焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、該対物レンズの光軸上の厚みをｄ（単位：ｍｍ）と定義し、該波長λに対する屈折率をｎと定義した場合に、次の条件（１）
   

   

   を満たす対物レンズと、
   前記記録面からの反射光束を受光する受光手段と、
   前記受光された反射光束に基づく信号の信号品質を検出する検出手段と、
   検出結果に基づき該信号品質を向上させる方向に前記対物レンズをチルトさせる対物レンズ駆動手段と、
   を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 前記対物レンズは、
   少なくとも一面が、同心状の複数の屈折面に分割され、入射光束に対して所定の光路長差を付与する段差が互いに隣り合う該屈折面の間に形成される位相シフト構造を有する位相シフト面であって、該位相シフト面の有効光束径内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．００−１．００}）と定義し、前記光軸を基準とした該有効光束半径の９５％〜１００％の範囲内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．９５−１．００}）と定義した場合に、さらに次の条件（２）
   

   

   を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の光情報記録再生装置。
3. 波長λ（単位：ｎｍ）の光束を使用して所定の規格の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置において、
   前記光束を前記光ディスクの記録面上に集光する対物レンズであって、前記波長λに対する焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、該対物レンズの光軸上の厚みをｄ（単位：ｍｍ）と定義し、該波長λに対する屈折率をｎと定義した場合に、次の条件（３）
   

   

   を満たし、
   かつ、少なくとも一面が、同心状の複数の屈折面に分割され、入射光束に対して所定の光路長差を付与する段差が互いに隣り合う該屈折面の間に形成される位相シフト構造を有する位相シフト面であって、該位相シフト面の有効光束径内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．００−１．００}）と定義し、前記光軸を基準とした該有効光束半径の９５％〜１００％の範囲内に設けられた全ての該段差の高さの合計値を（Σφ_{０．９５−１．００}）と定義した場合に、さらに次の条件（４）
   

   

   を満たす対物レンズと、
   前記記録面からの反射光束を受光する受光手段と、
   前記受光された反射光束に基づく信号の信号品質を検出する検出手段と、
   検出結果に基づき該信号品質を向上させる方向に前記対物レンズをチルトさせる対物レンズ駆動手段と、
   を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
4. 前記段差は、前記光軸からの高さをｈと定義し、二次、四次、六次、・・・の光路差関数係数をそれぞれＰ_２、Ｐ_４、Ｐ_６、・・・と定義し、入射光束の回折効率が最大となる回折次数をｍと定義した場合に、
   φ(h)=(P₂h²+P₄h⁴+P₆h⁶+P₈h⁸+P₁₀h¹⁰+P₁₂h¹²)mλ
   により表される光路差関数によって規定される構成を有することを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の光情報記録再生装置。
5. 前記対物レンズは、正弦条件違反量が、前記光軸を基準とした有効光束半径の２０％〜８０％未満の範囲内で極小値を持ち、かつ該有効光束半径の８０％〜１００％の範囲内で最大値を持ち、該最大値が０．００１〜０．０１の範囲内であるように構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光情報記録再生装置。
6. 前記光ディスクの保護層厚が０．０５〜０．１５（単位：ｍｍ）の範囲内であることを特徴とする、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光情報記録再生装置。
7. 前記対物レンズは、前記有効光束半径の１００％における正弦条件違反量と球面収差が一致する光ディスクの保護層厚が０．１０５〜０．１５（単位：ｍｍ）の範囲内であることを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光情報記録再生装置。
8. 前記対物レンズは、前記波長λ使用時の前記光ディスク側の開口数ＮＡが０．８〜０．８７の範囲内であることを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光情報記録再生装置。
9. 前記対物レンズは、樹脂製レンズであることを特徴とする、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光情報記録再生装置。
10. 前記対物レンズは、さらに次の条件（５）
    １．４＜ｎ＜１．７・・・（５）
    を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光情報記録再生装置。

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