JP4131366B2 - 対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録・再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録・再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色半導体レーザの実用化に伴い、従来の光ディスク（光情報記録媒体ともいう）である、ＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光ディスクであるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）が開発・製品化されているが、近い将来には、より高密度な次世代の光ディスクが登場することが予想される。このような次世代の光ディスクを媒休とした光情報記録再生装置の集光光学系では、記録信号の高密度化を図るため、或いは高密度記録信号を再生するため、対物レンズを介して情報記録面上に集光するスポッ卜の径を小さくすることが要求される。そのためには、光源であるレーザの短波長化や対物レンズの高開口数化が必要となる。短波長レーザ光源としてその実用化が期待されているのは、発振波長４００ｎｍ程度の青紫色半導休レーザである。
【０００３】
ところで、レーザ光源の短波長化や対物レンズの高開口数化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤのごとき従来の光ディスクに対して情報の記録または再生を行うような、比較的長波長のレーザ光源と低開口数の対物レンズとの組み合わせからなる光ピックアップ装置ではほとんど無視できた問題でも、より顕在化されることが予想される。
【０００４】
その１つがレーザ光源の微少な発振波長の変動により対物レンズで生じる軸上色収差の問題である。一般の光学レンズ材料の微少な波長変動による屈折率変化は、短波長を取り扱うほど大きくなる。そのため、微少な波長変動により生じる焦点のデフォーカス量は大きくなる。ところが、対物レンズの焦点深度は、ｋ・λ／ＮＡ^２（ｋは比例定数、λは波長、ＮＡは対物レンズの像側開口数）で表されることからわかるように、使用波長が短いほど焦点深度が小さくなり僅かなデフォーカス量も許されない。従って、青紫色半導体レーザのような短波長の光源及び高開口数の対物レンズを用いた集光光学系では、半導体レーザのモードホップ現象や出力変化による波長変動や、高周波重畳による波面収差の劣化を防ぐために、軸上色収差の補正が重要となる。
【０００５】
更に、レーザ光源の短波長化と対物レンズの高開口数化において顕在化する別の問題は、温度・湿度変化による集光光学系の球面収差の変動である。すなわち、光ピックアップ装置において一般的に使用されているプラスチックレンズは、温度や湿度変化をうけて変形しやすく、また、屈折率が大きく変化する。従来の光ピックアップ装置に用いられる集光光学系ではそれほど問題にならなかった屈折率変化による球面収差の変動も、レーザ光源の短波長化と対物レンズの高開口数化においては無視できない量となる。
【０００６】
更に、レーザ光源の短波長化と対物レンズの高開口数化において顕在化する別の問題は、光ディスクの保護層（透明基板ともいう）の厚み誤差に起因する集光光学系の球面収差の変動である。保護層の厚み誤差により生じる球面収差は、対物レンズの開口数の４乗に比例して発生することが知られている。従って、対物レンズの開口数が大きくなるにつれて保護層の厚み誤差の影響が大きくなり、安定した情報の記録または再生が出来なくなる恐れがある。
【０００７】
また、次世代の光ディスクにおいては、光ディスクが光軸に対して傾いたときに生じるコマ収差を小さく抑えるために、従来の光ディスクよりも更に薄い保護層を使うことが提案されている。従って、次世代の光ディスクと保護層の厚さの異なるＣＤやＤＶＤのごとき従来の光ディスクに対して、同一の光ピックアップでの記録または再生を可能とすることが要求されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高開口数及び短波長に対応可能であり、軸上色収差が良好に補正された光情報記録媒体の記録または再生用の対物レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
また、短波長に対応可能な光ピックアップ装置及び記録・再生装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、レーザ光源のモードホップ現象や高周波重畳に起因して対物レンズで発生する軸上色収差を効果的に補正できる集光光学系及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の対物レンズは、光情報記録媒体の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面となされた単玉レンズであって、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成され、次式を満たすことを特徴とする。
【００１４】
ＮＡ≧０．７ （１）
５．０≦ｆＤ／ｆ≦６５．０ （２）
ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数、
ｆＤ：第ｉ面上に形成された、前記回折構造により透過波面に付加される光路差を、
Φ _bi ＝ｎｉ・（ｂ _2i ・ｈｉ ² ＋ｂ _4i ・ｈｉ ⁴ ＋ｂ _6i ・ｈｉ ⁶ ＋・・・）により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｎｉは、前記第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数、ｈｉは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ _2i 、ｂ _4i 、ｂ _6i 、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ｆＤ＝１／Σ（−２・ｎｉ・ｂ _2i ）により定義される回折構造のみの焦点距離（ｍｍ）
ｆ：屈折パワーと前記回折構造による回折パワーとを合わせた対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【００１５】
請求項２に記載の対物レンズは請求項１において次式を満たすことを特徴とする。
５．０≦ｆＤ／ｆ≦４０．０ （７）
【００１６】
請求項３に記載の対物レンズは請求項１または２において次式を満たすことを特徴とする。
【００１７】
０．０３≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．７０ （３）
ただし、ｎｉ：前記回折構造において、第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量をもつ回折光の次数、
Ｍｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯数、
Ｐｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯間隔の最小値（ｍｍ）、
ｆ：対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）、
λ：使用波長（ｍｍ）
【００１８】
請求項４に記載の対物レンズは光情報記録媒体の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面となされた単玉レンズであって、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成され、次式を満たすことを特徴とする。
【００１９】
ＮＡ≧０．７ （１）
０．０３≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．７０ （３）
ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数、
ｎｉ：前記回折構造において、第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量をもつ回折光の次数、
Ｍｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯数、
Ｐｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯間隔の最小値（ｍｍ）、
ｆ：対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）、
λ：使用波長（ｍｍ）
【００２０】
請求項５に記載の対物レンズは請求項４において次式を満たすことを特徴とする。
【００２１】
０．１０≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．６５ （１０）
【００２２】
請求項６に記載の対物レンズは請求項５において次式を満たすことを特徴とする。
０．２０≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．６０ （１１）
【００２３】
請求項７に記載の対物レンズは請求項１〜６のいずれか１項において前記対物レンズは、光学プラスチック材料から形成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の対物レンズは請求項７において前記光学プラスチック材料は、ポリオレフィンであることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の対物レンズは請求項１〜８のいずれか１項において次式を満たすことを特徴とする。
【００２８】
λ≦５００ｎｍ
ただし、λ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに使用する波長
【００２９】
請求項１０に記載の対物レンズは請求項１〜９のいずれか１項において次式を満たすことを特徴とする。
０．３５＜（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ）＜０．５５ （１４’）
ただし、
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
Ｎ：前記対物レンズの使用波長における屈折率
ｆ：前記対物レンズの全系の焦点距離（ｍｍ）
【００３０】
請求項１１に記載の対物レンズは請求項１０において次式を満たすことを特徴とする。
【００３１】
０．３９＜（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ）＜０．５２ （１５’）
【００３２】
請求項１２に記載の対物レンズは請求項１〜１１のいずれか１項において前記対物レンズの色収差が次式を満たすことを特徴とする。
【００３３】
│△ｆＢ・ＮＡ ² │≦０．２５μｍ （１２）
ただし、△ｆＢ：前記光源の波長が＋１ｎｍ変化したときの、前記対物レンズの焦点位置の変化（μｍ）
【００３７】
請求項１３に記載の対物レンズは請求項１〜１２のいずれか１項において次式を満たすことを特徴とする。
【００３８】
−２００≦ｂ _4i ・ｈｉ _max ⁴ ／（λ・ｆ・ＮＡ ⁴ ）≦−５ （１３）
ただし、
ｂ _4i ：第ｉ面上に形成された、前記回折構造により透過波面に付加される光路差を、
Φ _bi ＝ｎｉ・（ｂ _2i ・ｈｉ ² ＋ｂ _4i ・ｈｉ ⁴ ＋ｂ _6i ・ｈｉ ⁶ ＋・・・）により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｎｉは、前記第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数、ｈｉは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ _2i 、ｂ _4i 、ｂ _6i 、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、の４次の光路差関数係数
ｈｉ _max ：第ｉ面の有効径の最大高さ（ｍｍ）
【００３９】
請求項１４に記載の対物レンズは請求項１〜１３のいずれか１項において次式を満たすことを特徴とする。
【００４０】
０．４≦│（Ｐｈ／Ｐｆ）−２│≦２５．０ （１４）
ただし、Ｐｆ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数における回折輪帯問隔（ｍｍ）
Ｐｈ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数の１／２の開口数における回折輪帯間隔（ｍｍ）
【００４１】
請求項１５に記載の対物レンズは請求項１〜１４のいずれか１項において前記光源の波長が＋１０ｎｍ変化したときのマージナル光線の球面収差の変化量を△ＳＡ（μｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
【００４２】
│△ＳＡ│≦１．５ （１５）
【００４３】
請求項１６に記載の対物レンズ請求項１〜１５のいずれか１項において回折レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用とをあわせた場合、光源の波長が長波長側にシフトした際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差特性を有し、次式を満たすことを特徴とする。
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０ （２０’）
ただし，
ΔＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化量（ｍｍ）
ΔＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差の変化量（ｍｍ）
【００４４】
請求項１７に記載の対物レンズは請求項１〜１６のいずれか１項において次式を満たすことを特徴とする。
【００４５】
ｔ≦０．６ｍｍ （１６）
ただし、
ｔ：光情報記録媒体の情報記録面を保護する透明基板の厚さ
【００４６】
請求項１８に記載の対物レンズは請求項１〜１７のいずれか１項において前記回折構造で発生するｎ次回折光量が他のいずれの次数の回折光量よりも大きく、前記対物レンズは、前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生するために回折構造で発生したｎ次回折光を光情報記録媒体の情報記録面に集光することができることを特徴とする。ここで、ｎは０、±１以外の整数である。
【００４８】
請求項１９に記載の対物レンズは請求項１〜１８のいずれか１項において前記回折構造のうち、少なくとも１つの面上に形成された回折構造は、ｎを０、±１以外の整数としたとき、該回折構造で発生する回折光のうち、ｎ次回折光の回折光量が他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きくなるように各回折輪帯の光軸方向の段差量が決定されていることを特徴とする。
【００５０】
請求項２０に記載の対物レンズは請求項１〜１９のいずれか１項において飽和吸水率が０．５％以下である材料から形成されていることを特徴とする。
【００５１】
請求項２１に記載の対物レンズは請求項１〜２０のいずれか１項において使用波長領域で厚さが３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である材料から形成されていることを特徴とする。
【００５３】
請求項２２に記載の対物レンズは請求項１〜２１のいずれか１項において前記対物レンズの球面収差のうち、３次の球面収差成分をＳＡ１、５次、７次及び９次の球面収差成分の和をＳＡ２としたとき，次式を満たすことを特徴とする。
【００５４】
｜ＳＡ１／ＳＡ２｜＞１．０ （１８）
ただし、
ＳＡ１：収差関数をツェルニケ（ Zernike ）の多項式に展開したときの３次の球面収差成分
ＳＡ２：収差関数をツェルニケ（ Zernike ）の多項式に展開したときの５次の球面収差成分と７次の球面収差成分と９次の球面収差成分との２乗和の平方根
【００５５】
請求項２３に記載の対物レンズは請求項 1 〜２２のいずれか１項において波長が長波長側に変動した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化する波長特性を有することを特徴とする。
【００５７】
請求項２４に記載の対物レンズは請求項１〜２３のいずれか１項において軸上色収差を補正することを特徴とする。
【０１００】
請求項２５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の対物レンズを有することを特徴とする。
【０１０１】
請求項２６に記載の、音声および／または画像の記録装置、および／または、音声および／または画像の再生装置は、請求項２５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。
【０１６９】
なお、本発明において、回折構造が形成された面（回折面）とは、光学素子の表面、例えばレンズの表面に、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面のことをいい、同一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。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、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。
【０１７０】
また、本発明において、情報の記録および再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の集光光学系は、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。
【０１７１】
また、本発明において、対物レンズの第１面とは、対物レンズの光源側の光学面のことを指し、対物レンズの第２面とは、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面のことを指す。
【０１７２】
【作用】
請求項１の対物レンズによれば、開口数が大きい、光情報記録媒体の記録・再生用単玉対物レンズを得ることができるとともに、非球面とすることにより球面収差を補正でき、回折構造により色収差を補正できる。さらに、開口数を０．７以上とすることで情報記録面上に集光するスポットを小さくできるので、ＣＤ（開口数０．４５）やＤＶＤ（開口数０．６０）のごとき従来の光情報記録媒体に比べより高密度に情報の記録および／または高密度記録された情報の読み取りが可能となる。
【０１７３】
なお、この対物レンズは、両面に非球面を有することが好ましく、両面を非球面とすることでより精緻に収差の補正が可能となる。
【０１７４】
請求項１の条件式（２）を満たすような焦点距離を有する輪帯状の回折構造を対物レンズに設けることで、軸上色収差を補正できる。この回折構造は、レーザ光源の波長が長波長側に微少変動した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有するので、屈折レンズとしての屈折パワーと、回折レンズとしての回折パワーを上式を満たすように適切に選ぶことで、５００ｎｍ以下の短波長を発振波長にもつ光源を用いた場合に問題となる、対物レンズで発生する軸上色収差を補正することが可能である。ｆＤ／ｆの値が上式の下限以上で対物レンズの軸上色収差が補正過剰になりすぎず、上限以下で対物レンズの軸上色収差が補正不足になり過ぎない。この場合、請求項２の条件式（７）を満たすことがさらに好ましい。
【０１７５】
請求項３の条件式（３）を満足するように回折構造を形成すると、色収差の補正を適切にすることができる。条件式（３）の上限を超えないようにすると色収差が過剰に補正され過ぎることがなく、下限を超えないようにすると補正不足とならない。
【０１７６】
請求項４の対物レンズによれば、開口数が大きい、光情報記録媒体の記録・再生用単玉対物レンズを得ることができるとともに、非球面とすることにより球面収差を補正でき、回折構造により色収差を補正できる。開口数を０．７以上とすることで情報記録面上に集光するスポットを小さくできるので、ＣＤ（開口数０．４５）やＤＶＤ（開口数０．６０）のごとき従来の光情報記録媒体に比べより高密度に情報の記録および／または高密度記録された情報の読み取りが可能となる。さらに、条件式（３）を満足するように回折構造を形成すると、色収差の補正を適切にすることができる。条件式（３）の上限を超えないようにすると色収差が過剰に補正され過ぎることがなく、下限を超えないようにすると補正不足とならない。
【０１７７】
条件式（３）は、請求項５のように条件式（１０）を満たすことが好ましく、また請求項６のように条件式（１１）を満たすことが更に好ましい。なお、この対物レンズは、両面に非球面を有することが好ましく、両面を非球面とすることでより精緻に収差の補正が可能となる。
【０１７８】
請求項７のように、対物レンズがプラスチック材料からなるので、軽量で大量生産可能で安価になり、回折構造を容易に設けることができ、また軽量であるので、光ピックアップ装置でフォーカシング機構への負担を軽減することが出来る。プラスチック材料としては、アッべ数が大きく、波長５００ｎｍ以下での透過率が大きく、複屈折が小さく、吸水率が小さいことが好ましいので、請求項８のように、ポリオレフィン系樹脂が望ましい。特にポリオレフィン系のノルボルネン系樹脂が望ましい。
【０１７９】
請求項９のように、使用波長を５００ｎｍ以下とすることで情報記録面上に集光するスポットを小さくできるので、ＣＤ（７８０ｎｍ）やＤＶＤ（６５０ｎｍ）のごとき従来の光情報記録媒体に比べより高密度に情報の記録および／または高密度記録された情報の読み取りが可能となる。
【０１９０】
また、請求項１０における、０．３５＜（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ）＜０．５５の式は、像側開口数が０．７０以上であって好ましくは両面が非球面となされた単玉の対物レンズであって、少なくとも１つの面上に回折構造が形成された対物レンズ（以下、両面非球面−回折対物レンズと呼ぶ）において、正弦条件が良好に満足され、かつ各面間の光軸ずれによる高次のコマ収差が良好に補正された対物レンズとするための、各面のサグ量（Ｘ１及びＸ２）に関する条件である。像側開口数が０．７０以上の両面非球面−回折対物レンズでは、
（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ）の値が上記の範囲内にあれば、光束が入射した場合に発生する高次コマ収差が大きくなりすぎず、各面間の光軸ずれによる高次のコマ収差が大きくなりすぎない。また、光源から射出される光の波長が微少量変化した場合の球面収差の変化量が大きくなりすぎない。さらに、下限以上でマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以下でマージナル光線の球面収差が補正不足になり過ぎない。上述の作用を達成するには、請求項１１のように、
０．３９＜（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ）＜０．５２
を満たすのがより好ましい。
【０１９２】
請求項１２は対物レンズの軸上色収差の発生量に関し、対物レンズの軸上色収差が条件式（１２）を満足していれば、使用波長を５００ｎｍ以下の短波長とし、高開口数化した場合でも、光源のモードホップ現象による瞬時的な発振波長の変動が起きたときの焦点位置の変化を小さく抑えることが出来る。
【０１９３】
請求項１３は光源の波長が変化したときの球面収差の補正に関し、光ピックアップ装置において光源として用いられる半導体レーザは個体間で±１０ｎｍほどの微少な発振波長のばらつきがある。そのため基準波長から波長が変化したときに対物レンズで発生する球面収差が大きく変化してしまうと、発振波長が基準波長からずれた半導休レーザは使用できなくなるが、この問題は、対物レンズに設けた回折構造が条件式（１３）を満足すれば解決できる。この条件式（１３）を満たしていれば、波長変化による球面収差の変化を回折の作用により良好に打ち消すことができ、下限以上で基準波長から波長が変化したときの球面収差が補正過剰になりすぎず、上限以下で基準波長から波長が変化したときの球面収差が補正不足になり過ぎないので、使用波長を５００ｎｍ以下の短波長とし、高開口数化した場合でも、発振波長が基準波長から微少にずれた半導体レーザを使用することが可能となる。
【０１９４】
請求項１４は回折構造の輪帯間隔すなわち光軸に垂直な方向の輪帯間の問隔に関し、光路差関数が２次の光路差関数係数（回折面係数ともいう）しか有しないならば、（Ｐｈ／Ｐｆ）−２＝０となるが、本発明では基準波長からの微少な波長変化によって生じる球面収差の変化を回折の作用により良好に補正するために、光路差関数の高次の光路差関数係数を用いることが好ましいが、このとき、（Ｐｈ／Ｐｎ−２）が０からある程度離れた値をとることが好ましく、この条件を満たしていれば、波長変化による球面収差の変化を回折の作用により良好に打ち消すことができる。下限以上で基準波長から波長が変化したときの球面収差が補正過剰になりすぎず、上限以下で基準波長から波長が変化したときの球面収差が補正不足になり過ぎない。
【０１９５】
請求項１５は光源の波長が変化したときの球面収差の発生量に関し、正の屈折パワーを有する屈折レンズでは波長が基準波長から長波長側に変化した場合、補正過剰の球面収差が発生するが、波長が基準波長から長波長側に変化したときに対物レンズの球面収差が補正不足の方向に変化するような球面収差特性を有する回折構造を設けることで、屈折レンズで発生する補正過剰の球面収差を良好に補正することができる。このとき、波長が＋１０ｎｍ変化した際のマ―ジナル光線の球面収差の変化量（│△ＳＡ│）が条件式１５を満たすことが好ましい．この条件を満たしていれば、波長が基準波長から＋１０ｎｍ変化したときの球面収差が補正過剰あるいは補正不足になり過ぎない。ここで、マージナル光線の球面収差の変化量△ＳＡは、基準波長λ０における球面収差カーブをその下端がλ０＋１０ｎｍにおける球面収差カーブの下端に重なる位置まで平行移動させた際の球面収差カーブの上端と、λ０＋１０ｎｍにおける球面収差カーブの上端との幅により表される。
【０１９６】
また、一般的な光学材料では、短波長になるほど微少な波長変化に対する屈折率の変化は大きくなるため、波長４００ｎｍ程度の光を発生する光源を使用する光ピックアップ装置用の対物レンズに、輪帯状の回折構造を形成し、軸上色収差を補正する場合、回折構造には大きな回折パワーが必要であり、隣り合う回折輪帯の間隔が小さくなりがちである。回折輪帯の間隔が小さいと、製造誤差による回折効率低下への影響が大きくなるので、実用上好ましくない。そこで、請求項１６にあるように、回折レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用とを合わせた場合に、光源の波長が長波長側に変動した際のバックフォーカスが、波長が変動する前のバックフォーカスに比して短くなる方向に変化するような軸上色収差特性を有し、
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
上式を満たすようにすると、波長４００ｎｍ程度の光を発生する光源を使用する光ピックアップ装置用の対物レンズであっても、回折輪帯の間隔が大きく確保され、それでいて光源がモードホッピングした場合の波面収差のデフォーカス成分が小さい対物レンズとすることができる。
【０１９７】
上式は、回折作用により、対物レンズの軸上色収差を補正過剰として基準波長の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブ（色の球面収差ともいう）を交差させることを意味する。これにより、光源の波長が変動した際のベストフォーカス位置の移動が小さく抑えられるので、光源がモードホッピングした場合の波面収差のデフォーカス成分を小さくすることができる。
【０１９８】
また、上記のように色収差を補正すると、軸上色収差と色の球面収差をともに補正することで光源がモードホッピングした場合の波面収差のデフォーカス成分を小さくする場合よりも、回折輪帯の間隔を大きくすることができるので、輪帯形状の製造誤差による回折効率の低化の防止を達成できる。
【０１９９】
請求項１８は光情報記録媒体に対する情報の記録・再生を、回折構造で発生する２次以上の高次回折光を使用して行う対物レンズに関し、ｎ次の回折光を使用する場合、±１次の回折光を使用する場合に比べ回折構造の輪帯間隔を約ｎ倍、輪帯数を約１／ｎ倍とすることが出来るので、回折構造を付加するための金型を製造しやすく、その加工時間を短縮することができ、加工・製造誤差による回折効率の低下を防ぐことが出来る。
【０２００】
請求項１９にあるように、対物レンズに形成された回折構造のうち、少なくとも１つの面上に形成された回折構造の輪帯構造の光軸方向の段差量を、ｎを０、±１以外の整数として、ｎ次の高次回折光が最大の回折光量を有するように決定すると（以下、このように輪帯構造が決定された回折構造が形成された面を、高次回折面と呼ぶ）、±１次回折光を利用する場合に比して、回折輪帯間隔の最小値を緩和できるので、輪帯構造の形状誤差による回折効率低下の影響を小さくできる。このとき、対物レンズに形成された回折面のうちすべての回折面を高次回折面としてもよいし、±１次回折光を利用する場合の回折輪帯間隔の最小値が特に小さくなる回折面のみを高次回折面としてもよい。また、回折光量が最大となる回折次数の値が回折面毎に異なるようにしてもよい。
【０２０１】
請求項２０のように材料を選ぶと、対物レンズが空気中の水分を吸収する過程においてレンズ内に吸水率の差によって屈折率分布が生じにくく、それによる収差を小さくすることができる。特にＮＡが大きいと、収差の発生は大きくなる傾向があるが、上記のようにすると十分小さくすることができる。
【０２０２】
請求項２１のように使用波長範囲で材料の３ｍｍ厚に対する内部透過率が８５％以上のものを材料とすると、使用波長を５００ｎｍ以下の短波長としても記録光の強度が十分得られ、また読み出し時に対物レンズを往復で通過してもセンサヘ入射する光量が十分得ることができ、読み出し信号のＳ／Ｎ比を良くすることができる。また、使用波長が５００ｎｍ以下、特に４００ｎｍ程度になると吸収によるレンズ材料の劣化が無視できなくなるが、上記条件を満たした材料を用いた対物レンズとすれば劣化の影響は僅かとなり、半永久的に使用が可能となる。
【０２０３】
請求項２２は、対物レンズの中心厚さが設計値に対して誤差を持った際、対物レンズで発生する球面収差の３次成分と５次以上の高次成分とのバランスに関し、高ＮＡの対物レンズでは、中心厚さの僅かな誤差に対しても、発生する球面収差の量は大きくなりがちであるので、許容される中心厚さ誤差は数μｍと非常に小さい。しかし、モールドレンズの場合、安定して数μｍ以下の中心厚さ誤差を得ることは難しい。一方、本発明による集光光学系ではカップリングレンズを光軸方向に沿って動かして対物レンズに入射する光束の発散角を変えることにより、集光光学系で発生する球面収差のうち３次の球面収差成分を補正することができる．したがって、対物レンズの球面収差が条件式（１８）を満たしていれば、たとえ対物レンズの中心厚さが設計値に対して微少な誤差をもっていてもカップリングレンズを光軸方向に沿って適切な量だけ動かせば３次の球面収差成分を除去することができるので、集光光学系全系の残存球面収差量を小さく抑えることが出来る。
【０２１５】
請求項２５によれば、上述の対物レンズを有することで、短波長に対応した光ピックアップ装置を実現できる。
【０２１６】
請求項２６によれば、音声、画像の記録装置・再生装置が上述の光ピックアップ装置を有することにより、短波長で良好な記録・再生を行うことができる。
【０２５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態及び実施例のレンズについて説明する。本実施の形態のレンズにおける非球面は光軸方向をＸ軸、光軸に垂直な方向の高さをｈ、屈折面の曲率半径をｒとするとき次式の数１で表す。但し、Ｋを円すい係数、Ａ_２ｉを非球面係数とする。
【０２５１】
【数１】

【０２５２】
また、本実施の形態のレンズにおける回折面は光路差関数Φ_ｂとして次式の数２により表すことができる。ここで、ｈは光軸に垂直な高さであり、ｂ_２ｊは光路差関数の係数であり、ｎは回折面で発生する回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数である。
【０２５３】
【数２】

【０２５４】
【実施例】
実施例１〜９の一覧表を表１，表２に示す。表１は短波長、高開口数で高密度記録の可能な光情報記録媒体用集光光学系（対物レンズとカップリングレンズを含む）の実施例１，２，７，８を示し、表２はかかる高密度記録の可能な光情報記録媒体と比較的低密度記録の光情報記録媒体とに対し互換性のある集光光学系（対物レンズとカップリングレンズを含む）の実施例３，４，５，６，９を示し、表１及び表２には上述の各条件式に関する値を示す。
【０２５５】
【表１】

【０２５６】
【表２】

【０２５７】
また、各実施例１〜９のレンズデータを表３〜表１１にそれぞれ示す。
【０２５８】
また、表３、４、９、１０のレンズデータにおいて、ＮＡ_ＯＢＪは対物レンズの像側開口数、ｆ_ＯＢＪは波長λにおける対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、ｆ_{ＯＢＪ＋ＣＯＬ}は波長λにおける対物レンズとカップリングレンズとの合成系の焦点距離（ｍｍ）、λは光源の波長を表す。
【０２５９】
また、表３、４、９、１０のレンズデータにおいて、回折面係数の基準波長（ブレーズド化波長）は、光源の波長λに一致する。
【０２６０】
また、表３、４、９、１０のレンズデータにおいて、回折面係数は１次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きい回折光量を有するように決定したが、２次以上の高次の回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きい回折光量を有するようにしてもよい。
【０２６１】
また、表５、６、７、８、１１のレンズデータにおいて、ＮＡ１_ＯＢＪは、透明基板厚さの小さい高密度な光情報記録媒体に対し、波長λ１の光を用いて情報を記録及び再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数、ｆ１_ＯＢＪは波長λ１における対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、ｆ１_{ＯＢＪ＋ＣＯＬ}は波長λ１における対物レンズとカップリングレンズとの合成系の焦点距離（ｍｍ）を表す。さらに、ＮＡ２_ＯＢＪは、透明基板厚さの大きい従来の光情報記録媒体に対し、波長λ２の光を用いて情報を記録及び再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数、ｆ２_ＯＢＪは波長λ２における対物レンズの焦点距離（ｍｍ）、ｆ２_{ＯＢＪ＋ＣＯＬ}は波長λ２における対物レンズとカップリングレンズとの合成系の焦点距離（ｍｍ）を表す。
【０２６２】
また、表５、６、７、８、１１のレンズデータにおいて、回折面係数の基準波長（ブレーズド化波長）は、波長λ１に一致するので、波長λ１の光の回折光量が最大となるが、波長λ２を回折面係数の基準波長とし、波長λ２の光の回折光量が最大となるようにしてもよく、あるいは波長λ１の光の回折光量と波長λ２の回折光量とのバランスがとれる波長を回折面係数の基準波長としてもよい。いずれの場合でも、若干の設計変更で本発明の対物レンズや集光光学系を構成することができる。
【０２６３】
また、表５、６、７、８、１１のレンズデータにおいて、回折面係数は１次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きい回折光量を有するように決定したが、２次以上の高次の回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きい回折光量を有するようにしてもよい。
【０２６４】
【表３】

【０２６５】
【表４】

【０２６６】
【表５】

【０２６７】
【表６】

【０２６８】
【表７】

【０２６９】
【表８】

【０２７０】
【表９】

【０２７１】
【表１０】

【０２７２】
【表１１】

【０２７３】
（実施例１）
【０２７４】
実施例１では、対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより対物レンズで発生する軸上色収差及び色の球面収差を良好に補正している。実施例１では、対物レンズの軸上色収差をほぼ完全に補正しているが、対物レンズの軸上色収差を補正過剰にすることで、カップリングレンズで発生する軸上色収差を対物レンズレンズでちょうどキャンセルすることも可能である。また、対物レンズ及びカップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全休の軽量化、フォーカシング機構或いはカップリングレンズ変移装置（駆動装置）の負担の軽減を図っている。図１に実施例１の集光光学系の光路図を示し、図２に球面収差図を示す。
【０２７５】
また、後掲の表１２に様々な原因に起因して集光光学系で発生した球面収差の変動をカップリングレンズを光軸に沿って動かすことで補正した結果を示す。この表１２からわかるように、実施例１の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。さらに、対物レンズの中心厚さ誤差により発生した球面収差変動も良好に補正することが出来る。
【０２７６】
（実施例２）
【０２７７】
実施例２では、カップリングレンズの光源側の面及び対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより対物レンズで発生するを補正している。カップリングレンズの一方の面のみに回折構造を設けることでカップリングレンズの面偏芯時の波面収差劣化を防いでいる。また、対物レンズ及びカップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全体の軽量化、フォーカシング機構或いはカップリングレンズ変移装置の負担の軽減を図っている。図１に実施例１の集光光学系の光路図を示し、図２に球面収差図を示す。
【０２７８】
また、表１３に様々な原因に起因して集光光学系で発生した球面収差の変動を、カップリングレンズを光軸に沿って動かすことで補正した結果を示す。この表１３からわかるように、実施例２の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。さらに、対物レンズの中心厚さ誤差により発生した球面収差変動も良好に補正することが出来る。
【０２７９】
（実施例３）
【０２８０】
実施例３は、透明基板厚さ０．１ｍｍと、０．６ｍｍの２種類の光情報記録媒体の記録再生が可能な集光光学系である。対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより、透明基板厚さの変化により発生する球面収差を補正している。図５に透明基板厚さ０．１ｍｍの場合の光路図を示し、図６に透明基板厚さ０．６ｍｍの場合の光路図を示す。また、図７の球面収差図からわかるように、この集光光学系では、波長λ１＝４０５ｎｍ、透明基板厚さｔ１＝０．１ｍｍに対してはＮＡ０．８５までの全開口がほぼ無収差である。それに対し、図８の球面収差図に示すように、波長λ２＝６５５ｎｍ、透明基板厚さｔ２＝０．６ｍｍに対してはＮＡ０．６５までがほぼ無収差になるように補正されている。その際、ＮＡ０．６５以上の光束はフレア成分とすることで、情報記録面上でスポット径が絞られすぎず、光ピックアップ装置の受光素子での不要信号の検出を防いでいる。また、波長λ２の光束を対物レンズに対し発散光入射とすることで、透明基板厚きｔ２＝０．６ｍｍの光情報記録媒体を記録再生する際のワーキングディスタンスを大きく確保している。
【０２８１】
更に、対物レンズの屈折パワー及びアッべ数に対して、回折構造の回折パワーを適切に設定することにより、λ１とλ２の各々の領域に対して対物レンズで発生する軸上色収差を補正している。また、対物レンズ及びカップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全体の軽量化、フオー力シング機構或いはカップリングレンズ変移装置の負担の軽減を図っている。
【０２８２】
表１４に様々な原因に起因して集光光学系で発生した球面収差の変動を、カップリングレンズを光軸に沿って動かすことで、補正した結果を示す。この表１４からわかるように、実施例３の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。
【０２８３】
なお、表１４の上段の表が、透明基板厚さの小さい高密度な光情報記録媒体に対し、情報の記録又は再生を行う場合の球面収差の変動の補正結果を示し、表１４の下段の表が、透明基板厚さの大きい従来の光情報記録媒体に対し、情報の記録又は再生を行う場合の球面収差の変動の補正結果を示す。後述の表１５，１６，１７，１９においても同様である。
【０２８４】
また、２種類の光情報記録媒体の透明基板厚さに対応してカップリングレンズを光軸方向に変移させることで、対物レンズに入射する光束の発散度を変えている。実施例３では、光束を規制する絞りを対物レンズの光源側の面の頂点より光情報記録媒体側に置いている。発散光束が入射する場合に、対物レンズの最も光源側の面の光線通過高さを小さく抑えることができるので、対物レンズの小径化、あるいは収差補正上好ましい。
【０２８５】
【表１２】

【０２８６】
【表１３】

【０２８７】
【表１４】

【０２８８】
（実施例４）
【０２８９】
実施例４は、透明基板厚さ０．１ｍｍと、０．６ｍｍの２種類の光情報記録媒体の記録再生が可能な集光光学系である。対物レンズにアッべ数の大きい材料を用いることで、回折構造の作用により、λ１とλ２の各々の領域に対して対物レンズで発生する軸上色収差を補正した際の２次スペクトルを小さく抑えている。
【０２９０】
更に、対物レンズの屈折パワー及びアッべ数に対して、回折構造の回折パワーを適切に設定することにより、λ１とλ２の各々の領域に対して対物レンズで発生する軸上色収差を補正している。
【０２９１】
図９に透明基板厚さ０．１ｍｍの場合の光路図を示し、図１０に透明基板厚さ０．６ｍｍの場合の光路図を示す。また、図１１の球面収差図からわかるように、この集光光学系では、波長λ１＝４０５ｎｍ、透明基板厚さｔ１＝０．１ｍｍに対してはＮＡ０．８５までの全開口がほぼ無収差である。それに対し、図１２の球面収差図に示すように、波長λ２＝６５５ｎｍ、透明基板厚さｔ２＝０．６ｍｍに対してはＮＡ０．６５までがほぼ無収差になるように補正されている。
【０２９２】
また、後掲の表１５に様々な原因に起因して集光光学系で発生した球面収差の変動をカップリングレンズを光軸に沿って動かすことで補正した結果を示す。この表１５からわかるように、実施例４の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。さらに、対物レンズの中心厚さ誤差により発生した球面収差変動も良好に補正することが出来る。
【０２９３】
また、２種類の光情報記録媒体の透明基板厚さに対応してカップリングレンズを光軸方向に変移させることで、対物レンズに入射する光束の発散度を変えている。また、カップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全体の軽量化、カップリングレンズ変移装置の負担の軽減を図っている。
【０２９４】
（実施例５）
【０２９５】
実施例５は、透明基板厚さ０．１ｍｍと、０．６ｍｍの２種類の光情報記録媒体の記録再生が可能な集光光学系である。対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより、透明基板厚さの変化により発生する球面収差及び色の球面収差を補正している。
【０２９６】
図１３に透明基板厚さ０．１ｍｍの場合の光路図を示し、図１４に透明基板厚さ０．６ｍｍの場合の光路図を示す。また、図１５の球面収差図からわかるように、この集光光学系では、波長λ１＝４０５ｎｍ、透明基板厚さｔ１＝０．１ｍｍに対してはＮＡ０．８５までの全開口がほぼ無収差である。それに対し、図１６の球面収差図に示すように、波長λ２＝６５５ｎｍ、透明基板厚さｔ２＝０．６ｍｍに対してはＮＡ０．６５までがほぼ無収差になるように補正されている。
【０２９７】
さらに、カップリングレンズの光情報記録媒体側の面に回折構造を設けることで、λ１とλ２の各々の領域に対して対物レンズで発生する軸上色収差を良好に補正している。本実施例のカップリングレンズは一方の面のみに回折構造を有するので、カップリングレンズの面偏芯時の波面収差の劣化が小さく抑えられている。
【０２９８】
また、表１６に様々な原因に起因してこの集光光学系で発生した球面収差の変動を、カップリングレンズを光軸に沿って動かすことで、補正した結果を示す。この表からわかるように、本実施例の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。
【０２９９】
また、２種類の光情報記録媒体の透明基板厚さに対応してカップリングレンズを光軸方向に変移させることで、対物レンズに入射する光束の発散度を変えている。また、対物レンズ及びカップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全体の軽量化、フォーカシング機構或いはカップリングレンズ変移装置の負担の軽減を図っている。
【０３００】
（実施例６）
【０３０１】
実施例６は、透明基板厚さ０．１ｍｍと、０．６ｍｍの２種類の光情報記録媒体の記録再生が可能な集光光学系である。対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより、透明基板厚さの変化により発生する球面収差及び色の球面収差を補正している。
【０３０２】
図１７に透明基板厚さ０．１ｍｍの場合の光路図を示し、図１８に透明基板厚さ０．６ｍｍの場合の光路図を示す。また、図１９の球面収差図からわかるように、この集光光学系では、波長λ１＝４０５ｎｍ、透明基板厚さｔ１＝０．１ｍｍに対してはＮＡ０．８５までの全開口がほぼ無収差である。それに対し、図２０の球面収差図に示すように、波長λ２＝６５５ｎｍ、透明基板厚さｔ２＝０．６ｍｍに対してはＮＡ０．６５までがほぼ無収差になるように補正されている。
【０３０３】
さらに、カップリングレンズを１群２枚構成のダブレットレンズとすることで、λ１とλ２の各々の領域に対して対物レンズで発生する軸上色収差を良好に補正している。
【０３０４】
また、表１７に様々な原因に起因してこの集光光学系で発生した球面収差の変動を、カップリングレンズを光軸に沿って動かすことで、補正した結果を示す。この表からわかるように、本実施例の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。
【０３０５】
また、２種類の光情報記録媒体の透明基板厚さに対応してカップリングレンズを光軸方向に変移させることで、対物レンズに入射する光束の発散度を変えている。また、対物レンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全体の軽量化、フォーカシング機構の負担の軽減を図っている。
【０３０６】
【表１５】

【０３０７】
【表１６】

【０３０８】
【表１７】

【０３０９】
（実施例７）
【０３１０】
実施例７は、一方の光束入射面側に透明基板を挟んで２層の記録層を有する光情報記録媒体を記録再生するのに適した集光光学系である。第１の記録層の透明基板厚さは０．１ｍｍ、第２の記録層の透明基板厚さは０．２ｍｍである。この透明基板厚さの違いにより発生する球面収差（その成分は主に３次の球面収差）を、カップリングレンズを光軸方向に変移させることで補正している。
【０３１１】
また、対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより対物レンズで発生する軸上色収差及び色の球面収差を良好に補正しており、さらに、対物レンズ及びカップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全体の軽量化、フォーカシング機構或いはカップリングレンズ変移装置の負担の軽減を図っている。図２１に透明基板厚さ０．１ｍｍの場合の光路図を示し、図２２に透明基板厚さ０．２ｍｍの場合の光路図を示す。また、図２３に図２１の場合の球面収差図を示し、図２４に図２２の場合の球面収差図を示す。
【０３１２】
（実施例８）
【０３１３】
実施例８では、対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより対物レンズで発生する軸上色収差及び色の球面収差を良好に補正している。実施例では、対物レンズの軸上色収差を補正過剰にすることで、カップリングレンズで発生する軸上色収差を対物レンズでキャンセルしている。
【０３１４】
また、対物レンズ及びカップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全体の軽量化、フォーカシング機構或いはカップリングレンズ変移装置の負担の軽減を図っている。図２５に実施例８の集光光学系の光路図を示し、図２６に球面収差図を示す。
【０３１５】
また、後掲の表１８に様々な原因に起因して集光光学系で発生した球面収差の変動をカップリングレンズを光軸に沿って動かすことで補正した結果を示す。この表１８からわかるように、実施例８の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。さらに、実施例８の対物レンズは、中心厚さの微少な誤差により発生する球面収差の成分が主に３次球面収差となるように設計されているので、対物レンズの中心厚さ誤差により発生する球面収差をコリメータを動かすことで良好に補正することが出来る。
【０３１６】
（実施例９）
【０３１７】
実施例９は、透明基板厚さ０．１ｍｍと、０．６ｍｍの２種類の光情報記録媒体の記録再生が可能な集光光学系である。対物レンズの光源側の面に回折構造を設けることにより、透明基板厚さの変化により発生する球面収差を補正している。図１７に透明基板厚さ０．１ｍｍの場合の光路図を示し、図１８に透明基板厚さ０．６ｍｍの場合の光路図を示す。また、図１９の球面収差図からわかるように、この集光光学系では、波長λ１＝４０５ｎｍ、透明基板厚さｔ１＝０．１ｍｍに対してはＮＡ０．８５までの全開口がほぼ無収差である。それに対し、図２０の球面収差図に示すように、波長λ２＝６５５ｎｍ、透明基板厚さｔ２＝０．６ｍｍに対してはＮＡ０．６５までがほぼ無収差になるように補正されている。
【０３１８】
図２７に透明基板厚さ０．１ｍｍの場合の光路図を示し、図２８に透明基板厚さ０．６ｍｍの場合の光路図を示す。また、図２９の球面収差図からわかるように、この集光光学系では、波長λ１＝４０５ｎｍ、透明基板厚さｔ１＝０．１ｍｍに対してはＮＡ０．８５までの全開口がほぼ無収差である。それに対し、図３０の球面収差図に示すように、波長λ２＝６５５ｎｍ、透明基板厚さｔ２＝０．６ｍｍに対してはＮＡ０．６５までがほぼ無収差になるように補正されている。
【０３１９】
また、カップリングレンズの光源側の面に回折構造を設けることで、λ１とλ２の各々の領域に対して対物レンズで発生する軸上色収差をバランス良く補正している。本実施例のカップリングレンズは一方の面のみに回折構造を有するので、カップリングレンズの面偏芯時の波面収差の劣化が小さく抑えられている。
【０３２０】
また、表１９に様々な原因に起因して集光光学系で発生した球面収差の変動をカップリングレンズを光軸に沿って動かすことで補正した結果を示す。この表１９からわかるように、実施例９の集光光学系では、レーザ光源の波長変動、温度変化、透明基板厚さ誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが出来る。
【０３２１】
また、２種類の光情報記録媒体の透明基板厚さに対応してカップリングレンズを光軸方向に変移させることで、対物レンズに入射する光束の発散度を変えている。さらに、本実施例の対物レンズは、中心厚さの微少な誤差により発生する球面収差の成分が主に３次球面収差となるように設計されているので、対物レンズの中心厚さ誤差により発生する球面収差をコリメータを動かすことで良好に補正することが出来る。また、対物レンズ及びカップリングレンズにプラスチック材料を用いることで、集光光学系全休の軽量化、フォーカシング機構或いはカップリングレンズ変移装置の負担の軽減を図っている。
【０３２２】
【表１８】

【０３２３】
【表１９】

【０３２４】
次に、実施例１０〜２０について説明するが、その一覧表を表２０に示す。なお、以下の実施例１０〜２０の説明文、および実施例１０〜２０のレンズデータ表において、ＮＡ_ＯＢＪは対物レンズの像側開口数、ｆ_ＯＢＪは対物レンズの設計基準波長における焦点距離、λは設計基準波長を表す。
【０３２５】
また、実施例１０〜２０のレンズデータにおいて、回折面係数の基準波長（ブレーズド化波長）は、光源の波長λに一致する。
【０３２６】
また、実施例１０〜２０のレンズデータにおいて、回折面係数は１次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きい回折光量を有するように決定したが、２次以上の高次の回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きい回折光量を有するようにしてもよい。
【０３２７】
【表２０】

【０３２８】
（実施例１０）
【０３２９】
実施例１０の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．７５、ｆ_ＯＢＪ＝２．６６７ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２１に示し、光路図を図３５に示し、球面収差及び非点収差を図３６に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１０の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。青紫色半導体レーザのモードホップによる、対物レンズのフォーカシングが追従できないほどの瞬時的な波長変化量を＋１ｎｍと仮定した場合、実施例１０の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．００１λｒｍｓ以下である。
【０３３０】
【表２１】

【０３３１】
（実施例１１）
【０３３２】
実施例１１の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８０、ｆ_ＯＢＪ＝１．８７５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２２に示し、光路図を図３７に示し、球面収差及び非点収差を図３８に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１１の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１１の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．００１λｒｍｓである。
【０３３３】
【表２２】

【０３３４】
（実施例１２）
【０３３５】
実施例１２の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８５、ｆ_ＯＢＪ＝１．７６５ｍｍ、λ＝６５５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２３に示し、光路図を図３９に示し、球面収差及び非点収差を図４０に示す。レンズ材料は、６５５ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１２の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。赤色半導体レーザのモードホップによる、対物レンズのフォーカシングが追従できないほどの瞬時的な波長変化量を＋３ｎｍと仮定した場合、実施例１２の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．００１λｒｍｓである。
【０３３６】
【表２３】

【０３３７】
（実施例１３）
【０３３８】
実施例１３の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８５、ｆ_ＯＢＪ＝１．７６５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２４に示し、光路図を図４１に示し、球面収差及び非点収差を図４２に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１３の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１３の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．０１１λｒｍｓである。
【０３３９】
【表２４】

【０３４０】
（実施例１４）
【０３４１】
実施例１４の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８５、ｆ_ＯＢＪ＝１．７６５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２５に示し、光路図を図４３に示し、球面収差及び非点収差を図４４に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１３の対物レンズでは、軸上色収差の補正に必要な回折パワーを分散し、隣り合う回折輪帯の光軸に垂直な方向の間隔を緩和するために、光源側の非球面上および光情報記録媒体側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１４の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．０１１λｒｍｓである。
【０３４２】
【表２５】

【０３４３】
（実施例１５）
【０３４４】
実施例１５の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８５、ｆ_ＯＢＪ＝１．７６５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２６に示し、光路図を図４５に示し、球面収差及び非点収差を図４６に示す。レンズ材料は、ＭＬａＣ１３０（ＨＯＹＡ社製）を用いた。実施例１５の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１５の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．００６λｒｍｓである。
【０３４５】
【表２６】

【０３４６】
（実施例１６）
【０３４７】
実施例１６の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８５、ｆ_ＯＢＪ＝１．７６５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２７に示し、光路図を図４７に示し、球面収差及び非点収差を図４８に示す。レンズ材料は、ＭＮＢＦ８２（ＨＯＹＡ社製）を用いた。実施例１６の対物レンズでは、軸上色収差の補正に必要な回折パワーを分散し、隣り合う回折輪帯の光軸に垂直な方向の間隔を緩和するために、光源側の非球面上および光情報記録媒体側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１６の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．００３λｒｍｓである。
【０３４８】
【表２７】

【０３４９】
（実施例１７）
【０３５０】
実施例１７の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８８、ｆ_ＯＢＪ＝２．２７３ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２８に示し、光路図を図４９に示し、球面収差及び非点収差を図５０に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１７の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１７の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．０５１λｒｍｓである。
【０３５１】
【表２８】

【０３５２】
（実施例１８）
【０３５３】
実施例１８の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．９０、ｆ_ＯＢＪ＝１．６６７ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表２９に示し、光路図を図５１に示し、球面収差及び非点収差を図５２に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１８の対物レンズでは、軸上色収差の補正に必要な回折パワーを分散し、隣り合う回折輪帯の光軸に垂直な方向の間隔を緩和するために、光源側の非球面上および光情報記録媒体側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１８の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．０２０λｒｍｓである。
【０３５４】
【表２９】

【０３５５】
（実施例１９）
【０３５６】
実施例１９の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．９０、ｆ_ＯＢＪ＝２．２２２ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表３０に示し、光路図を図５３に示し、球面収差及び非点収差を図５４に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例１９の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。また、回折構造を表す、光路差関数の４次以上の高次項を使用することで、波長が微少量変化したときの、球面収差の変化を小さく抑えた。実施例１９の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．０３５λｒｍｓである。
【０３５７】
【表３０】

【０３５８】
（実施例２０）
【０３５９】
実施例２０の対物レンズは、ＮＡ_ＯＢＪ＝０．８５、ｆ_ＯＢＪ＝１．７６５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍの両面非球面の対物レンズである。そのレンズデータを表３１に示し、光路図を図５５に示し、球面収差及び非点収差を図５６に示す。レンズ材料は、４００ｎｍ近傍の内部透過率が９０％以上であり、飽和吸水率が０．１％以下であるプラスチック材料を用いた。実施例２０の対物レンズでは、光源側の非球面上に正のパワーを有する回折構造を形成することで、軸上色収差を補正した。このとき、図５６の球面収差図にあるように、対物レンズの軸上色収差を補正過剰として設計基準波長（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長波長側（４１５ｎｍ）の球面収差カーブと短波長側（３９５ｎｍ）の球面収差カーブを交差させることで、光源の波長が変化した場合のベストフォーカス位置の移動を小さく抑えた。なお、軸上色収差の変化量ΔＣＡは、光源の波長が長波長側に＋１０ｎｍ変化した場合、図５６の球面収差図において、４０５ｎｍおよび４１５ｎｍの球面収差カーブの下端の移動幅で示され、移動方向は光源の波長の長波長側への変化により、バックフォーカスが短くなる方向となる。マージナル光線の球面収差の変化量ΔＳＡは，４０５ｎｍの球面収差カーブをその下端が４１５ｎｍの球面収差カーブの下端に重なる位置まで平行移動させた際の球面収差カーブの上端と４１５ｎｍの球面収差カーブの上端との幅により示される。また、実施例２０の対物レンズでは、波長が変化した場合の球面収差を補正しないことにより、隣り合う回折輪帯の光軸に垂直な方向の間隔を緩和した結果、波長が変化した場合の球面収差を補正した実施例１３の対物レンズに比して、有効径内における回折輪帯の最小間隔を１．７倍とすることができた。実施例２０の対物レンズの、モードホップ時の波面収差のデフォーカス成分は、０．００１λｒｍｓ以下である。
【０３６０】
【表３１】

【０３６１】
以上の実施例１０〜２０の各対物レンズにおいて、回折面係数（光路差関数係数）は、回折構造で発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を持つように決定した。
【０３６２】
なお、上述の表または図では、１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０^−２）のように表す場合がある。
【０３６３】
次に、本発明による実施の形態としての第１〜第４の光ピックアップ装置を図３１、図３２、図３３及び図３４によりそれぞれ説明する。
【０３６４】
図３１に示すように、 第１の光ピックアップ装置は、透明基板が薄い第１の光ディスクの再生用の第１光源である半導体レーザ１１１と、透明基板が厚い第２の光ディスク再生用の第２光源である半導体レーザ１１２とを有している。第１の光ディスクとしては、例えば、０．１ｍｍの透明基板を有する高密度な次世代の光ディスクを用いることができ、第２の光ディスクとしては、従来の光ディスク、すなわち、０．６ｍｍの透明基板を有するＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の各種ＤＶＤ、あるいは、１．２ｍｍの透明基板を有するＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ等の各種ＣＤを用いることができる。
【０３６５】
また、第１の光源としては、４００ｎｍ程度の波長の光を発生するＧａＮ系青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザ等を用いることができ、第２の光源としては、６５０ｎｍ程度の波長の光を発生する赤色半導体レーザや７８０ｎｍ程度の波長の光を発生する赤外半導体レーザを用いることができる。
【０３６６】
図３１の第１の光ピックアップ装置は、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、両半導体レーザ１１１、１１２からの光束を、第１の光ディスクと第２の光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光させることができる対物レンズ１６０を有する。対物レンズ１６０の少なくとも１つの面上には、輪帯状の回折構造が形成されており、第１の光源からの光束を、第１の光ディスクを再生する際に必要な像側開口数ＮＡ１内で、透明基板を介して第１の光ディスクの情報記録面上に集光させることができ、第２の光源からの光束を、第２の光ディスクを再生する際に必要な像側開口数ＮＡ２内で、透明基板を介して第２の光ディスクの情報記録面上に集光させることができる。第１の光ディスクを再生する際に必要な像側開口数ＮＡ１として例えば０．８５程度、第２の光ディスクを再生する際に必要な像側開口数ＮＡ２として、ＤＶＤの場合には０．６０程度、ＣＤの場合には０．４５程度とすることかできる。
【０３６７】
まず、第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１からビームを出射し、出射された光束は、両半導体レーザ１１１、１１２からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ１９０を透過し、ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３０、１／４波長板１４を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６０により図の実線のように第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。このとき、対物レンズ１６０は、像側開口数ＮＡ１内で回折限界内となるように、第１半導体レーザ１１１からの光束を集光させるので、高密度な次世代の光ディスクである第１の光ディスクを再生することができる。
【０３６８】
そして、情報記録面２２０で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３０を透過して、ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ１８０により非点収差が与えられ、光検出器３００上ヘ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２００の記録面２２０上に結像するように対物レンズ１６０を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６０を移動させる。
【０３６９】
第２の光ディスクを再生する場合、第２半導体レーザ１１２からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、上記第１半導体１１１からの光束と同様、ビームスプリッタ１２０、コリメータ１３０、１／４波長板１４、絞り１７、対物レンズ１６０を介して更に第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して図３１の破線のように情報記録面２２０に集光される。このとき、対物レンズ１６０は、像側開口数ＮＡ２内で回折限界内となるように、第２半導体レーザ１１２からの光束を集光させるので、従来の光ディスクである第２の光ディスクを再生することができる。また、半導体レーザ１１２からの光束を第２の光ディスクの情報記録面２２０上に集光させる際に、対物レンズ１６０の少なくとも１つの面上に形成された回折構造の作用により、像側開口数ＮＡ２からＮＡ１の領域を通過する光束をフレア成分とするので、半導体レーザ１１２からの光束を、ＮＡ１で決定される絞り１７をすべて通過させても、像側開口数ＮＡ２からＮＡ１の領域を通過する光束は情報記録面２２０上にスポットを結ばない。これにより、ＮＡ１とＮＡ２との開口切り替え手段を設ける必要がないのでコスト上有利である。
【０３７０】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７、１／４波長板１４、コリメータ１３０、ビームスプリッタ１２０、シリンドリカルレンズ１８０を介して、光検出器３００上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３７１】
また、第１の光ディスクの場合と同様、光検出器３００上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、フォーカス検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、フォーカシング、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３７２】
図３１の第１の光ピックアップ装置では、温度あるいは湿度変化によりレンズ材料の屈折率あるいはレンズ形状が変化した場合、透明基板２１０の厚さに誤差がある場合、半導体レーザ１１１及び１１２の製造誤差によりその発振波長に誤差がある場合、集光光学系を構成するレンズに厚さの誤差がある場合に発生する球面収差をコリメータ１３０を光軸方向に沿って１次元アクチュエータ１５１により移動させることで補正している。更に、光軸方向に沿って可動なコリメータ１３は図の破線のように光ディスクの透明基板の厚さに応じて対物レンズ１６０に入射する光束の発散度を変えている。
【０３７３】
図３１の第１の光ピックアップ装置では、コリメータ１３０を相対的にアッベ数の大きい正レンズと相対的にアッベ数の小さい負レンズとを接合したダブレットレンズとすることで、対物レンズ１６０で発生する軸上色収差を補正している。このとき、正レンズと負レンズのアッベ数の差とパワーを適切に選択することで、半導体レーザ１１１及び１１２のそれぞれの波長領域での軸上色収差補正のバランスをとっている。
【０３７４】
図３２に示すように、第２の光ピックアップ装置においては、第１半導体レーザ１１１は、レーザ／検出器集積ユニット４１０に光検出器３０１およびホログラム２３１とユニット化されている。第２半導体レーザ１１２は、レーザ／検出器集積ユニット４２０に光検出器３０２およびホログラム２３２とユニット化されている。
【０３７５】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、ホログラム２３１を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ１９０、コリメータ１３０を透過し平行光束となり、更に絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６０により図の実線のように第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３７６】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７を介して、コリメータ１３０、ビームスプリッタ１９０を透過し、ホログラム２３１で回折されて光検出器３０１上ヘ入射し、その出力信号を用いて第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器３０１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、フォーカス検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、フォーカシング、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３７７】
第２の光ディスクを再生する場合、半導体レーザ１１２から出射された光束は、ホログラム２３２を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、コリメータ１３０を透過して、更に絞り１７、対物レンズ１６０を介して更に第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して図３２の破線のように情報記録面２２０に集光される。
【０３７８】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７を介して、コリメータ１３０を透過し、ビームスプリッタ１９０で反射され、ホログラム２３２で回折されて光検出器３０２上へ入射し、その出力信号を用いて第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３７９】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、フォーカス検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０により、フォーカシング、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３８０】
図３２の第２の光ピックアップ装置では、集光光学系の各光学面で発生する球面収差をコリメータ１３０を光軸方向に沿って１次元アクチュエータ１５１により移動させることで補正している。更に、光軸方向に沿って可動なコリメータ１３０は図の破線のように光ディスクの透明基板の厚さに応じて対物レンズ１６０に入射する光束の発散度を変えている。
【０３８１】
図３２の第２の光ピックアップ装置では、コリメータ１３０の少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成されており、対物レンズ１６０で発生する軸上色収差を補正している。このとき、回折構造のパワーと屈折レンズとしての屈折パワーとを適切に選択することで、半導体レーザ１１１及び１１２のそれぞれの波長領域での軸上色収差補正のバランスをとっている。
【０３８２】
図３３に示す第３の光ピックアップ装置においては、第２の半導体レーザ１１２から出射された発散光束は、コリメータ１３０を介さずに対物レンズ１６０に入射する。これにより、上述の第１及び第２の光ピックアップ装置のように、光ディスクの透明基板の厚さに応じて対物レンズ１６０に入射する光束の発散度を変える必要がなくなるので、コリメータ１３０に必要な光軸方向の移動量が小さくてすみ、光ピックアップ装置の小型化に有利である。
【０３８３】
図３３に示すように、第３の光ピックアップ装置においては、第１半導体レーザ１１１は、レーザ／検出器集積ユニット４１０に光検出器３０１およびホログラム２３１とユニット化されている。第２半導体レーザ１１２は、レーザ／検出器集積ユニット４２０に光検出器３０２およびホログラム２３２とユニット化されている。
【０３８４】
第１の光ディスクを再生する場合、第１半導体レーザ１１１から出射された光束は、ホログラム２３１を透過し、コリメータ１３０を透過し平行光束となり、光合成手段であるビームスプリッタ１９０、を透過した後、更に絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６０により図の実線のように第１の光ディスク２００の透明基板２１０を介して情報記録面２２０に集光される。
【０３８５】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１９０、コリメータ１３０を透過し、ホログラム２３１で回折されて光検出器３０１上ヘ入射し、その出力信号を用いて第１の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器３０１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、フォーカス検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１５０により、フォーカシング、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３８６】
第２の光ディスクを再生する場合、半導体レーザ１１２から出射された光束は、ホログラム２３２を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ１９０で反射され、更に絞り１７、対物レンズ１６０を介して更に第２の光ディスク２００の透明基板２１０を介して図３２の破線のように情報記録面２２０に集光される。
【０３８７】
そして、情報記録面２２０で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６０、絞り１７を介して、ビームスプリッタ１９０で反射され、ホログラム２３２で回折されて光検出器３０２上へ入射し、その出力信号を用いて第２の光ディスク２００に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０３８８】
また、光検出器３０２上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、フォーカス検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて２次元アクチュエータ１５０により、フォーカシング、トラッキングのために対物レンズ１６０を移動させる。
【０３８９】
図３３の第３の光ピックアップ装置では、集光光学系の各光学面で発生する球面収差をコリメータ１３０を光軸方向に沿って１次元アクチュエータ１５１により移動させることで補正している。
【０３９０】
また、図３３の第３の光ピックアップ装置では、コリメータ１３０の少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成されており、対物レンズ１６０で発生する軸上色収差を補正している。
【０３９１】
図３４に示す第４の光ピックアップ装置は、次世代の高密度記録用光の記録及び／または再生に適した光ピックアップ装置である。図３４に示す第４の光ピックアップ装置においては、光源としての半導体レーザ１１１と、コリメータ１３０と、対物レンズ１６０とを有している。
【０３９２】
図３４に示す第４の光ピックアップ装置においては、コリメータ１３０を１軸アクチュエータ１５２によって光軸方向に変移可能とすることで、集光光学系で発生する球面収差の変動を補正できるようにした。半導体レーザ１１１は波長４００ｎｍ程度の光束を射出するＧａＮ系青紫色半導体レーザである。また、波長４００ｎｍ程度の光束を射出する光源としては上記のＧａＮ系半導体青紫色レーザのほかに、ＳＨＧ青紫色レーザであってもよい。
【０３９３】
また、対物レンズ１６０の少なくとも一方の光学面上には、光軸に対して略同心円状の回折パターンが設けられている。なお、略同心円状の回折パターンは、対物レンズ１６０の両面に設けられてもよいし、コリメータ１３０の少なくとも１つの光学面上に設けられてもよい。対物レンズ１６０の回折パターンは光軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パターンが設けられていてもよい。
【０３９４】
半導体レーザ１１１から出射された発散光束は、ビームスプリッタ１２０を透過し、コリメータ１３０によって平行光束に変換された後、１／４波長板１４を経て円偏光となり、対物レンズ１６０によって高密度記録用光ディスクの透明基板２１０を介して情報記録面２２０上に形成されるスポットとなる。対物レンズ１６０は、その周辺に配置されたアクチュエータ１５０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。情報記録面２２０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１６０、１／４波長板１４、コリメータ１３０を透過した後、ビームスプリッタ１２０によって反射され、シリンドリカルレンズ１８０を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器３００に収束する。そして、光検出器３００の出力信号を用いて情報記録面２２０に記録された情報を読み取ることができる。
【０３９５】
本実施の形態において、温度あるいは湿度変化によりレンズ材料の屈折率あるいはレンズ形状が変化した場合、透明基板２２０の厚さに誤差がある場合、半導体レーザ１１１の製造誤差によりその発振波長に誤差がある場合、集光光学系を構成するレンズに厚さの誤差がある場合には、情報記録面２２０上に集光された波面には球面収差（以下、球面収差Ａと呼ぶ）が発生する。球面収差Ａが検出されると、１軸アクチュエータ１５１によってコリメータ１３０を光軸方向に所定量変移させて、対物レンズ１６０に入射する光束の発散度を変化（すなわち、対物レンズ１６０の物点位置を変化）させ、球面収差（以下、球面収差Ｂと呼ぶ）を発生させる。このとき、球面収差Ｂの符号が球面収差Ａとは逆であって、かつその絶対値が略一致するようにコリメータ１３０を変移させるので、情報記録面２２０上に集光される波面は球面収差Ａと球面収差Ｂとが相殺補正された状態となる。
【０３９６】
本実施の形態において、対物レンズ１６０には上述したような略同心円状の回折パターンが光学面上に設けられていることにより、半導体レーザ１１１から出射された光束は、対物レンズ１６０を経ることによってほとんど軸上色収差なく光ディスクの情報記録面２２０上に集光される。
【０３９７】
【発明の効果】
請求項１〜２４によれば、高開口数及び短波長に対応可能であり、軸上色収差が良好に補正された光情報記録媒体の記録または再生用の対物レンズを提供できる。
【０３９８】
請求項２５，２６によれば、短波長に対応した光ピックアップ装置及び記録装置・再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に関する光路図である。
【図２】実施例１に関する球面収差図である。
【図３】実施例２に関する光路図である。
【図４】実施例２に関する球面収差図である。
【図５】実施例３に関する光路図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図６】実施例３に関する光路図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図７】実施例３に関する球面収差図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図８】実施例３に関する球面収差図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図９】実施例４に関する光路図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図１０】実施例４に関する光路図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図１１】実施例４に関する球面収差図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図１２】実施例４に関する球面収差図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図１３】実施例５に関する光路図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図１４】実施例５に関する光路図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図１５】実施例５に関する球面収差図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図１６】実施例５に関する球面収差図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図１７】実施例６に関する光路図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図１８】実施例６に関する光路図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図１９】実施例６に関する球面収差図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図２０】実施例６に関する球面収差図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図２１】実施例７に関する光路図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図２２】実施例７に関する光路図（透明基板厚さ０．２ｍｍ）である。
【図２３】実施例７に関する球面収差図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図２４】実施例７に関する球面収差図（透明基板厚さ０．２ｍｍ）である。
【図２５】実施例８に関する光路図である。
【図２６】実施例８に関する球面収差図である。
【図２７】実施例９に関する光路図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図２８】実施例９に関する光路図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図２９】実施例９に関する球面収差図（透明基板厚さ０．１ｍｍ）である。
【図３０】実施例１０に関する球面収差図（透明基板厚さ０．６ｍｍ）である。
【図３１】本実施の形態による第１の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３２】本実施の形態による第２の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３３】本実施の形態による第３の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３４】本実施の形態による第４の光ピックアップ装置の概略図である。
【図３５】実施例１０に関する光路図である。
【図３６】実施例１０に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図３７】実施例１１に関する光路図である。
【図３８】実施例１１に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図３９】実施例１２に関する光路図である。
【図４０】実施例１２に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図４１】実施例１３に関する光路図である。
【図４２】実施例１３に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図４３】実施例１４に関する光路図である。
【図４４】実施例１４に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図４５】実施例１５に関する光路図である。
【図４６】実施例１５に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図４７】実施例１６に関する光路図である。
【図４８】実施例１６に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図４９】実施例１７に関する光路図である。
【図５０】実施例１７に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図５１】実施例１８に関する光路図である。
【図５２】実施例１８に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図５３】実施例１９に関する光路図である。
【図５４】実施例１９に関する球面収差図及び非点収差図である。
【図５５】実施例２０に関する光路図である。
【図５６】実施例２０に関する球面収差図及び非点収差図である。
【符号の説明】
１３，１３０ コリメータ
１６０ 対物レンズ
１５０ ２次元アクチュエータ
１５１ １次元アクチュエータ
１７ 絞り
１１１ 第１の光源
１１２ 第２の光源
２００ 第１，第２の光ディスク
３００ 光検出器
３０１、３０２ 光検出器
２１０ 透明基板
２２０ 光ディスクの情報記録面

Claims (26)

1. 光情報記録媒体の記録および／または再生用の対物レンズであって、
   前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面となされた単玉レンズであって、
   少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成され、
   次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
   ＮＡ≧０．７
   ５．０≦ｆＤ／ｆ≦６５．０
   ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数、
   ｆＤ：第ｉ面上に形成された、前記回折構造により透過波面に付加される光路差を、
   Φ _bi ＝ｎｉ・（ｂ _2i ・ｈｉ ² ＋ｂ _4i ・ｈｉ ⁴ ＋ｂ _6i ・ｈｉ ⁶ ＋・・・）により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｎｉは、前記第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数、ｈｉは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ _2i 、ｂ _4i 、ｂ _6i 、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
   ｆＤ＝１／Σ（−２・ｎｉ・ｂ _2i ）により定義される回折構造のみの焦点距離（ｍｍ）
   ｆ：屈折パワーと前記回折構造による回折パワーとを合わせた対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
2. 次式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
   ５．０≦ｆＤ／ｆ≦４０．０
3. 次式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
   ０．０３≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．７０
   ただし、ｎｉ：前記回折構造において、第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量をもつ回折光の次数、
   Ｍｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯数、
   Ｐｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯間隔の最小値（ｍｍ）、
   ｆ：対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）、
   λ：使用波長（ｍｍ）
4. 光情報記録媒体の記録および／または再生用の対物レンズであって、
   前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面となされた単玉レンズであって、
   少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成され、
   次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
   ＮＡ≧０．７
   ０．０３≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．７０
   ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数、
   ｎｉ：前記回折構造において、第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量をもつ回折光の次数、
   Ｍｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯数、
   Ｐｉ：第ｉ面上に形成された回折構造の輪帯間隔の最小値（ｍｍ）、
   ｆ：対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）、
   λ：使用波長（ｍｍ）
5. 次式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
   ０．１０≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．６５
6. 次式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の対物レンズ。
   ０．２０≦λ・ｆ・Σ（ｎｉ／（Ｍｉ・Ｐｉ ² ））≦０．６０
7. 前記対物レンズは、光学プラスチック材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の対物レンズ。
8. 前記光学プラスチック材料は、ポリオレフィンであることを特徴とする請求項７に記載の対物レンズ。
9. 次式を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の対物レンズ。
   λ≦５００ｎｍ
   ただし、λ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに使用する波長
10. 次式を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    ０．３５＜（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ）＜０．５５
    ただし、
    Ｘ１：光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
    Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
    Ｎ：前記対物レンズの使用波長における屈折率
    ｆ：前記対物レンズの全系の焦点距離（ｍｍ）
11. 次式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の対物レンズ。
    ０．３９＜（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ）＜０．５２
12. 前記対物レンズの色収差が次式を満たすことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    │△ｆＢ・ＮＡ ² │≦０．２５μｍ
    ただし、△ｆＢ：前記光源の波長が＋１ｎｍ変化したときの、前記対物レンズの焦点位置の変化（μｍ）
13. 次式を満たすことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    −２００≦ｂ _4i ・ｈｉ _max ⁴ ／（λ・ｆ・ＮＡ ⁴ ）≦−５
    ただし、
    ｂ _4i ：第ｉ面上に形成された、前記回折構造により透過波面に付加される光路差を、
    Φ _bi ＝ｎｉ・（ｂ _2i ・ｈｉ ² ＋ｂ _4i ・ｈｉ ⁴ ＋ｂ _6i ・ｈｉ ⁶ ＋・・・）により定義される光路差関数で表す場合に（ここで、ｎｉは、前記第ｉ面上に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数、ｈｉは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ _2i 、ｂ _4i 、ｂ _6i 、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、の４次の光路差関数係数
    ｈｉ _max ：第ｉ面の有効径の最大高さ（ｍｍ）
14. 次式を満たすことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    ０．４≦│（Ｐｈ／Ｐｆ）−２│≦２５．０
    ただし、Ｐｆ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開 口数における回折輪帯問隔（ｍｍ）
    Ｐｈ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数の１／２の開口数における回折輪帯間隔（ｍｍ）
15. 前記光源の波長が＋１０ｎｍ変化したときのマージナル光線の球面収差の変化量を△ＳＡ（μｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    │△ＳＡ│≦１．５
16. 回折レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用とをあわせた場合、光源の波長が長波長側にシフトした際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差特性を有し、次式を満たすことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    −１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０
    ただし，
    ΔＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化量（ｍｍ）
    ΔＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差の変化量（ｍｍ）
17. 次式を満たすことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    ｔ≦０．６ｍｍ
    ただし、
    ｔ：光情報記録媒体の情報記録面を保護する透明基板の厚さ
18. 前記回折構造で発生するｎ次回折光量が他のいずれの次数の回折光量よりも大きく、前記対物レンズは、前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生するために回折構造で発生したｎ次回折光を光情報記録媒体の情報記録面に集光することができることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の対物レンズ。ここで、ｎは０、±１以外の整数である。
19. 前記回折構造のうち、少なくとも１つの面上に形成された回折構造は、ｎを０、±１以外の整数としたとき、該回折構造で発生する回折光のうち、ｎ次回折光の回折光量が他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きくなるように各回折輪帯の光軸方向の段差量が決定されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の対物レンズ。
20. 飽和吸水率が０．５％以下である材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の対物レンズ。
21. 使用波長領域で厚さが３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の対物レンズ。
22. 前記対物レンズの球面収差のうち、３次の球面収差成分をＳＡ１、５次、７次及び９次の球面収差成分の和をＳＡ２としたとき，次式を満たすことを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の対物レンズ。
    ｜ＳＡ１／ＳＡ２｜＞１．０
    ただし、
    ＳＡ１：収差関数をツェルニケ（ Zernike ）の多項式に展開したときの３次の球面収差成分
    ＳＡ２：収差関数をツェルニケ（ Zernike ）の多項式に展開したときの５次の球面収差成分と７次の球面収差成分と９次の球面収差成分との２乗和の平方根
23. 波長が長波長側に変動した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化する波長特性を有することを特徴とする請求項 1 〜２２のいずれか１項に記載の対物レンズ。
24. 軸上色収差を補正することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
25. 請求項１〜２４のいずれか１項に記載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。
26. 請求項２５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音声および／または画像の記録装置、および／または、音声および／または画像の再生装置。

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