JP4803410B2 - 光ピックアップ装置用の対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれらに用いる対物レンズに関し、特に、高密度な光情報記録又は再生が可能な光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれらに用いる対物レンズに関する。

従来、ＣＤ、ＭＯ、ＤＶＤなどの光情報記録媒体の記録又は再生用の光ピックアップ装置又は光情報記録再生装置に用いられる対物レンズには、一般的にはプラスチック製の単レンズが用いられている。

プラスチックレンズは、ガラスレンズに比べて比重が小さいため、フォーカシングやトッラキングのために対物レンズを駆動するアクチュエータの負担を軽減でき、又、その際における対物レンズの追従を高速的に行うことができるという利点がある。

また、プラスチック材料を金型で射出成形して製造されるプラスチックレンズは、所望の金型を精度よく作製することで、高精度に大量生産することが可能であり、それによりレンズの高性能を安定して発揮できるにもかかわらず、低コスト化を図ることが可能となる。

ところで、近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ光源と、開口数（ＮＡ）が０．８５程度まで高められた対物レンズを用いた新しい高密度光ディスクシステムの研究・開発が進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク（以下、本明細書ではかかる光ディスクを「高密度ＤＶＤ」と呼ぶ）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４、７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１面あたり２０〜３０ＧＢの情報の記録が可能である。

ここで、かかる高密度ＤＶＤ用の光ピックアップ装置において、高ＮＡの対物レンズをプラスチックレンズとした場合、温度変化に伴う屈折率変化により発生する球面収差（以下、本明細書ではかかる球面収差を「温度収差」と呼ぶ）が問題となる。かかる問題は、温度変化に伴う屈折率変化において、プラスチックレンズがガラスレンズに比べて２桁程度大きいことに起因して発生する。この温度収差は、ＮＡの４乗に比例するので、高密度ＤＶＤに用いられるＮＡ０．８５の対物レンズをプラスチックレンズとした場合には、使用可能な温度範囲が非常に狭くなってしまうので、実使用上問題となる。

かかるプラスチック単レンズの温度収差を、その光学面上に形成した輪帯構造の回折作用を利用して補正する技術が特開平１１−３３７８１８号公報に記載されている。

しかるに、この技術によりＮＡ０．８５のプラスチックレンズの温度収差を補正するためには、波長が変化した際の球面収差カーブの倒れ（以下、本明細書ではかかる球面収差カーブの倒れを「色の球面収差」と呼ぶ）を大きく設定する必要がある。このため、製造誤差により発振波長が基準となる波長からずれた半導体レーザを用いることができず、半導体レーザの選別が必要になって高コストを招く。

以下に、数値による具体例を示す。表１にレンズデータを示す対物レンズは、入射光束径３ｍｍ、焦点距離２．５ｍｍ、ＮＡ０．６、設計基準波長６５０ｎｍ、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズであり、第１面（光源例の光学面）に形成した輪帯構造の回折作用により温度収差を補正している。一方、表２にレンズデータを示す対物レンズは、入射光束径３ｍｍ、焦点距離１．７６ｍｍ、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズであり、表１の対物レンズと同様に、第１面に形成した輪帯構造の回折作用により温度収差を補正している。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ―３）を用いて表すものとする。

かかる対物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、光学面の曲率半径をｒとするとき次の数１で表わせる。但し、κを円すい係数、Ａ_2iを非球面係数とする。

さらに、かかる対物レンズにおいて、光学面上に形成された回折構造としての輪帯構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ、ｂ_2iを回折面係数（光路差関数係数ともいう）とするとき次の数２により定義される光路差関数Φ_b（ｍｍ）で表される。

この光路差関数Φ_b（ｍｍ）の値をもとに対物レンズの光学面上に回折構造を形成する場合、光路差関数Φ_b（ｍｍ）の値が所定の波長λＢのｎ倍（ただし、ｎは自然数）変わる毎に輪帯を形成する。本明細書において、「回折構造が波長λ_B、回折次数ｎで最適化されている」とは、このように回折構造が決定されていることを指し、波長λ_Bを最適化波長または、製造波長と呼ぶ。

表３にこの２つの対物レンズの雰囲気温度が３０℃上昇した際の温度収差のＲＭＳ値と、入射する波長が設計基準波長より５ｎｍ長くなった際の色の球面収差のＲＭＳ値を示す。

表３からわかるように、ＮＡ０．６の対物レンズは、温度収差を０．０１０λｒｍｓまで補正した場合でも、色の球面収差は０．００３λｒｍｓにとどまるので、５ｎｍ波長がずれた半導体レーザを使用することができる。これに対し、ＮＡ０．８５の対物レンズでは、ＮＡ０．６の対物レンズと同程度に温度収差を０．０１４λｒｍｓまで補正した場合、色の球面収差は０．０５７λｒｍｓとなってしまうので、５ｎｍ波長がずれた半導体レーザを使用することができないということになる。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、製造誤差によりその発振波長に±５ｎｍ程度のばらつきがあるが、従って、ＮＡ０．８５の対物レンズの場合は、半導体レーザの選別が必要となり、光ピックアップ装置の製造コストが上昇する。

なお、表１及び表２の対物レンズでは、温度上昇に伴う屈折率の変化率をともに−９．０×１０^-5とし、温度上昇に伴う入射光の波長の変化率をそれぞれ＋０．２ｎｍ／℃、＋０．０５ｎｍ／℃としている。

また、表１のレンズデータにおいて、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎ６５０は波長６５０ｎｍにおける屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表し、表２のレンズデータにおいて、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎ４０５は波長４０５ｎｍにおける屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。

更に、かかる高密度ＤＶＤ用の光ピックアップ装置のように、４００ｎｍ程度の短波長の光を発生する青紫色半導体レーザを光源として用いる場合には、対物レンズで発生する軸上色収差が問題となる。光ピックアップ装置において、半導体レーザから出射されるレーザ光は一般に単一波長（シングルモード）であるので、対物レンズの色収差は問題にはならないと思われているが、実際には、温度変化や出力変化等により中心波長が瞬時的に数ｎｍ変化するモードホッピングと呼ばれる現象を起こす。モードホッピングは、対物レンズのフォーカシング機構が追従できないような瞬時的に起こる波長変化なので、対物レンズの軸上色収差が補正されていないと、結像位置の移動量に対応したデフォーカス成分が付加され、対物レンズの集光性能が劣化がするという問題が生じる。

対物レンズに用いられる一般的なレンズ材料の分散は、赤外半導体レーザや赤色半導体レーザの波長領域である６００ｎｍ乃至８００ｎｍにおいては、それほど大きくないので、ＣＤやＤＶＤでは、モードホッピングによる対物レンズの集光性能の劣化は問題にはならなかった。

ところが、青紫色半導体レーザの波長領域である４００ｎｍ近傍では、レンズ材料の分散は非常に大きくなるので、わずか数ｎｍの波長変化でも、対物レンズの結像位置は大きくずれる。そのため、高密渡ＤＶＤでは、半導体レーザ光源がモードホッピングを起こした場合、対物レンズの集光性能が大きく劣化し、安定した記録や再生が行えない恐れがある。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、高ＮＡの対物レンズを使用する光ピックアップ装置の対物レンズとして適用可能なプラスチック単レンズであって、利用可能な温度範囲が十分に広く、かつ、光源のモードホッピングによる集光性能の劣化の小さいプラスチック単レンズを提供することを目的とする。

本発明は、さらに、高ＮＡの対物レンズを使用する光ピックアップ装置の対物レンズとして適用可能なプラスチック単レンズであって、利用可能な温度範囲を広げるために温度収差を補正した場合でも、色の球面収差が大きくなりすぎることがなく、光ピックアップ装置の製造工程において、半導体レーザ光源の選別を不要とすることができるプラスチック単レンズを提供することを目的とする。

更に本発明は、これらのプラスチック単レンズを対物レンズとして搭載した光ピックアップ装置及び、この光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させるための対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を、光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能な光ピックアップ装置に用いる対物レンズにおいて、
前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、かつ、隣り合う輪帯同士が、入射光に対して光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するプラスチック単レンズであって、
前記輪帯構造は、所定の入射光を回折させる機能を有する回折構造であって、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成し、
前記回折構造によって、温度収差を補正し、
次式を満たすことを特徴とする。
ＮＡ≧０．８ （７）
１．３＞ｆ＞０．２ （８）
５００≧λ ₀ ≧３５０ （１５）
０．４０≦（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜））≦０．６３ （１６）
０．８＜ｄ／ｆ＜１．８ （１４）
但し、
ＮＡ：前記光情報記録媒体に対して情報を記録及び／または再生するのに必要な前記対物レンズの像側開口数
ｆ（ｍｍ）:前記対物レンズの焦点距離
λ ₀ ：前記対物レンズの設計基準波長（ｎｍ）
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の光学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光学面上の位置）における光源側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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光学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光学面上の位置）における光情報記録媒体側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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：前記設計基準波長λ０における前記対物レンズの屈折率
ｍ：前記対物レンズの結像倍率
ｄ：前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さ（ｍｍ）

前記開口数ＮＡが（７）式を満たすようなプラスチック対物レンズにおいては、利用可能な温度範囲を広げるために、温度変化に伴う屈折率変化により発生する球面収差（温度収差）を、その光学面上に形成した輪帯構造の作用により補正した場合、波長が変化した際の球面収差カーブの倒れ（色の球面収差）が大きくなりすぎてしまい、製造誤差により発振波長が基準となる波長からずれた半導体レーザを用いることができず、半導体レーザの選別が必要となる。

しかるに、上述したように、プラスチック対物レンズの屈折率変化による球面収差の変化量は、焦点距離とＮＡの４乗とに比例して大きくなる。従って、光情報記録媒体の高密度化のためにＮＡが大きくなった場合でも、それに応じて焦点距離を小さくすれば、対物レンズの屈折率変化による球面収差を比較的小さく抑えることが可能となる。

そこで、請求項１に記載の対物レンズでは、焦点距離の上限を（８）式のように定めることで、輪帯構造の作用による温度収差の補正量を小さく抑えたので、温度収差の補正後の色の球面収差が大きくなりすぎないようにできる。その結果、本発明による対物レンズを搭載する光ピックアップ装置においては、その製造工程において半導体レーザの選別が不要となるので製造コストを抑えることができる。一方、焦点距離を小さくすることは、上述したように、温度収差の補正量という観点からは有利となるが、焦点距離が小さくなりすぎると、作動距離や像高特性という観点からは不利となる。そこで本発明による対物レンズでは、焦点距離の下限を（８）式のように定めることで、必要十分な作動距離と像高特性を確保したのである。
又、（１５）式を満たすと、例えば青紫色半導体レーザのように短波長の光源を備えた光ピックアップ装置に用いることができる。
更に、（１６）式は、球面収差を良好に補正するための光源側の光学面と光情報記録媒体側の光学面のサグ量に関する条件式である。上述のように定義されるＸ１が正でその絶対値が小さい程、又Ｘ２が負でその絶対値が小さい程マージナル光線の球面収差を補正過剰にする効果が大きくなり、Ｘ１が正でその絶対値が大きい程、Ｘ２が負でその絶対値が大きい程マージナル光線の球面収差を補正不足にする効果が大きくなるので、球面収差を補正するためには、（Ｘ１−Ｘ２）はある範囲内にあることが必要である。以上より、（１６）式を満たすのが好ましく、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。特に、設計基準波長λ ₀ における結像倍率がゼロである無限型の対物レンズである場合には、次の（１６’）式を満たすのがより好ましく、
０．４０≦（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜））≦０．５５ （１６’）
更に、光源から出射された発散光束を情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズである場合には、次の（１６”）式を満たすのがより好ましい。
０．４８≦（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜））≦０．６３ （１６”）
加えて、（１４）式は、焦点距離が（８）式及び（１３Ａ）式を満たすような小径の高ＮＡ対物レンズにおいて、良好な像高特性、十分な製造公差、及び十分な作動距離を確保するための条件であり、ｄ／ｆの値が（１４）式の下限より大きいと、像高特性を波面収差で評価したときの３次非点収差成分が大きくなりすぎず、５次以上の高次コマ収差成分が大きくなりすぎないという利点がある。一方、その上限未満であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次球面収差成分、５次非点収差成分、３次コマ収差成分、及び非点隔差が大きくなりすぎないという利点がある。さらに、光源側の光学面の歯車半径が小さくなりすぎないので、光学面同士の光軸ずれによるコマ収差の発生を抑制でき、十分な製造公差を確保できる。また、ｄ／ｆの値が（１４）式の下限より大きいと、縁厚が十分に確保され偏肉比が小さくなりすぎないので、射出成形による複屈折の発生を小さく抑えることができ、一方、ｄ／ｆの値が（１４）式の上限未満であると、レンズ厚さが大きくなりすぎないので、レンズを軽量とすることができ、より小型のアクチュエータでの駆動が可能になるとともに、作動距離を十分に確保することができる。

なお、本明細書において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズを指すものとする。従って、本明細書において、対物レンズの光情報記録媒体側（像側）の開口数とは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数を指すものである。また、本明細書では、必要（な所定の）開口数は、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいは、それぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる、回折限界性能を有する対物レンズの開口数を指すものとする。

また、本明細書において、情報の記録とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録することをいう。また、本明細書において、情報の再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明による対物レンズは、記録だけあるいは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、ある光情報記録媒体に対しては記録を行い、別の光情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録および再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。

請求項２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１に記載の発明において、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化するような球面収差特性を有すると好ましい。

通常、プラスチック単レンズは温度上昇により屈折率が小さくなるので、補正過剰方向に球面収差が変化する、一方、半導体レーザの発振波長は、一般的に温度上昇により長くなる方向に変化する傾向がある。したがって、回折構造の作用により上記のような球面収差特性を対物レンズに持たせることで、温度上昇に伴う屈折率変化により補正過剰となる球面収差の変化を、温度上昇による半導体レーザの発振波長の変化により補正不足となる球面収差の変化により打ち消すことができる。高ＮＡのプラスチック単レンズであっても、本発明による対物レンズは焦点距離が（８）式を満足するので、回折構造の作用による温度収差の補正量が小さく、温度収差の補正後の色の球面収差か大きくなりすぎることはない。

なお、本明細書において、回折構造が形成された光学面（回折面）とは、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、同一の光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折を生じる領域をいう。また、回折構造または回折パターンとは、この回折を生じる領域のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、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。

更に、回折構造が形成された光学面（回折面）からは、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光・・・、と無数の次数の回折光が生じるが、例えば、上記のような子午断面が鋸歯状となるレリーフを持つ回折面の場合は、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の１つの次数（例えば、＋１次回折光）の回折効率をほぼ１００％とするように、このレリーフの形状を設定することができる。本発明において、「回折構造が波長λ_B、回折次数ｎで最適化されている」とは、波長λ_Bの光が入射したときに、回折次数ｎの回折光の回折効率が理論的に１００％となるように、回折構造（レリーフ）の形状を設定することを指す。

又、本明細書において、対物レンズの設計基準波長とは、対物レンズに対して、同じ条件（結像倍率、温度、入射光束径等）で様々な波長の光を入射させた場合に、対物レンズの残留収差が最小になる波長のことをいう。更に、本明細書において、対物レンズの設計基準温度とは、対物レンズに対して、同じ条件（結像倍率、波長、入射光束径等）で様々な環境温度下において対物レンズの残留収差を測定した場合に、対物レンズの残留収差が最小になる温度のことをいう。

請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１又は２に記載の発明において、前記対物レンズは、前記光源から出射された発散光束を前記情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズであって、次式を満たすことを特徴とする。
１．１＞ｆ＞０．２ （１３Ａ）
請求項３に記載の対物レンズは、小型化が要求される光ピックアップ装置用の対物レンズとして好ましいものであり、例えば、携帯型光ディスクプレーヤーに搭載する光ピックアップ装置用の対物レンズとして使用することができる。無限型対物レンズと同じ明るさで、結像倍率ｍである有限共役型の対物レンズを得るためには、無限型対物レンズの像側開口数の（１−ｍ）倍の明るさのレンズを設計する必要がある。対物レンズが光源から出射された発散光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型である場合には、ｍの符号は負となり、実質的な像側開口数は無限型対物レンズの像側開口数よりも大きくなる。従って、かかる有限共役型の対物レンズをプラスチック単レンズとすると、温度収差は無限型の対物レンズに比べて大きくなる。そこで、請求項４に記載の対物レンズにおいては、焦点距離の上限を（８）式よりも更に小さくして、（１３Ａ）式のように定めることで、ＮＡが（７）式を満たすような高ＮＡの有限共役型のプラスチック単レンズであっても、温度収差を実使用上における許容範囲内に抑えることができる。また、発散光束を集光する有限共役型の対物レンズでは、同じ焦点距離の無限型の対物レンズに比べて作動距離は長くなる。従って、請求項３に記載の対物レンズのように、焦点距離の上限を（８）式よりも更に小さくした場合でも作動距離の確保という観点から不利となることはない。

請求項４に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項３に記載の発明において、前記対物レンズの結像倍率をｍとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
０．２＞｜ｍ｜＞０．０２ （１３Ｂ）
結像倍率ｍが上述の（１３Ｂ）式の下限より大きいと、上述の（１３Ａ）式を満たすような短焦点距離の対物レンズであっても十分な作動距離を確保することができる。一方、結像倍率ｍが（１３Ｂ）式の上限より小さいと、実質的な像側開口数が大きくなりすぎないので、温度収差を実使用上における許容範囲内に抑えることが可能となる。

請求項５に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の初美において、前記対物レンズは、１つの光源から出射される光束のみに対して、情報の記録及び／又は再生を行うために用いる対物レンズであ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は、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させるための対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を、光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能な光ピックアップ装置において、
前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、かつ、隣り合う輪帯同士が、入射光に対して光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するプラスチック単レンズであって、
前記輪帯構造は、所定の入射光を回折させる機能を有する回折構造であって、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成し、
前記回折構造によって、温度収差を補正し、
次式を満たすことを特徴とする。
ＮＡ≧０．８ （７）
１．３＞ｆ＞０．２ （８）
５００≧λ ₀ ≧３５０ （１５）
０．４０≦（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜））≦０．６３ （１６）
０．８＜ｄ／ｆ＜１．８ （１４）
但し、
ＮＡ：前記光情報記録媒体に対して情報を記録及び／または再生するのに必要な前記対物レンズの像側開口数
ｆ（ｍｍ）:前記対物レンズの焦点距離
λ ₀ ：前記対物レンズの設計基準波長（ｎｍ）
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の光学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光学面上の位置）における光源側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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光学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光学面上の位置）における光情報記録媒体側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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：前記設計基準波長λ０における前記対物レンズの屈折率
ｍ：前記対物レンズの結像倍率
ｄ：前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さ（ｍｍ）
本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同様である。

請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項６に記載の発明において、前記対物レンズは、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化するような球面収差特性を有することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明の作用効果と同様である。

請求項８に記載の光ピックアップ装置において、請求項６又は７に記載の発明において、前記対物レンズは、前記光源から出射された発散光束を前記情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズであって、次式を満たすことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項３に記載の発明の作用効果と同様である。
１．１＞ｆ＞０．２ （１３Ａ）

請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項８に記載の発明において、前記対物レンズの結像倍率をｍとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項４に記載の発明の作用効果と同様である。
０．２＞｜ｍ｜＞０．０２ （１３Ｂ）

請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の発明において、前記対物レンズは、１つの光源から出射される光束のみに対して、情報の記録及び／又は再生を行うために用いる対物レンズであることを特徴とする。

請求項１１に記載の光情報記録再生装置は、請求項６乃至１０のいずれか１項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。

本実施の形態の対物レンズ１を示す概略図である。 本実施の形態の対物レンズ４を示す概略図である。 非球面である２つの光学面を有する両凸のプラスチック単レンズの、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合の波面の様子を表す図である。 第１の実施の形態の光ピックアップ装置（光情報記録再生装置）の構成を概略的に示す図である。 バックフォーカスｆＢを説明するための図である。 第２の実施の形態の光ピックアップ装置（光情報記録再生装置）の構成を概略的に示す図である。

以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態の対物レンズ１を示す概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は側面を一部拡大した図である。この対物レンズ１は、例えば、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度ＤＶＤやＭＯ等を記録／再生するための光ピックアップ装置に適用され、光源から発したレーザ光を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有している。

対物レンズ１は、非球面である２つの光学面２、３を有する両凸のプラスチック単レンズであり、一方の光学面２上に図１（Ａ）に示したように光軸を中心とした同心円上の回折構造としての輪帯構造が形成されている。この輪帯構造は、図１（Ｃ）に示したように、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持つ。この輪帯構造の任意の輪帯に入射したレーザ光は、その輪帯の光軸に垂直な方向の幅（本明細書では、かかる輪帯の光軸に垂直な方向の幅を「輪帯ピッチ」と呼ぶ）によって決定される方向に回折する。

この輪帯構造は、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化するような球面収差特性を有している。プラスチック単レンズは温度上昇により屈折率が小さくなるので。補正過剰方向に球面収差が変化する。一方、半導体レーザの発振波長は、温度上昇により長くなる方向に変化する。例えば、青紫色半導体レーザは温度上昇により＋０．０５ｎｍ／℃発振波長の変化するので、温度が＋３０℃上昇した場合には、１．５ｎｍ波長が長波長側に変化する。したがって、輪帯構造の回折作用により入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化するような球面収差特性を対物レンズに持たせることで、温度上昇に伴う屈折率変化により補正過剰となる球面収差の変化を、温度上昇による半導体レーザの発振波長の変化により補正不足となる球面収差の変化により打ち消すことができる。

このように、輪帯構造の回折作用により、温度収差を補正するためには、故意に色の球面収差を発生させる必要がある。ところが、高ＮＡプラスチック単レンズの温度収差を完全に補正しようとすると、色の球面収差の発生量を大きく設定しなくてはならず、製造誤差により発振波長が基準となる波長からずれた半導体レーザを用いることができない。そこで、対物レンズ１では、温度収差の補正量を小さくするために、焦点距離を（８）式又は（１３Ａ）式を満たすように設定し、さらに、温度収差の補正と色の球面収差の発生量とがそれぞれ（１１）乃至（１３）式を満たすように両者の間のバランスをとったので、高ＮＡのプラスチック単レンズでありながら、温度収差と色の球面収差とがともに良好なレンズとなっている。

図２は、別の実施の形態の対物レンズ４を示す概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。この対物レンズ４は、対物レンズ１と同様に、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度ＤＶＤやＭＯ等を記録／再生するための光ピックアップ装置に適用され、光源から発したレーザ光を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有している。

対物レンズ４は、非球面である２つの光学面５、６を有する両凸のプラスチック単レンズであり、一方の光学面５上に図２（Ａ）に示したように光軸を中心とした同心円上の輪帯構造が形成されている。この輪帯構造は、各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持ち、各段差Δは、設計基準温度である２５℃において、隣り合う輪帯を透過したレーザ光は波長の整数倍だけ光路差が異なるように決定されている。

この輪帯構造は、さらに、図２（Ｂ）に示すように、内側に隣接する輪帯よりも光路長が短くなるように光軸方向に変位して形成された輪帯と、内側に隣接する輪帯よりも光路長が長くなるように光軸方向に変位して形成された輪帯とを、少なくとも１つずつ有し、かつ、内側に隣接する輪帯よりも光路長が短くなるように光軸方向に変位して形成された輪帯は、内側に隣接する輪帯よりも光路長が長くなるように光軸方向に変位して形成された輪帯よりも光軸に近い側に形成されている。以下に、このように決定された輪帯構造によるプラスチック単レンズの温度収差を補正の原理を説明する。

図３は、非球面である２つの光学面を有する両凸のプラスチック単レンズの、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合の波面の様子を表す図であり、図３の横軸が光学面の有効半径を表し、縦軸が光路差を表す。プラスチック単レンズは、温度上昇に伴う屈折率変化の影響で球面収差が発生し、図３の線図Ａｇのように波面が変化する。また、図３の線図Ｂｇは、上記のように決定された輪帯構造により透過波面に付加される光路差を示し、図３の線図Ｃｇは、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合の、かかる輪帯構造とプラスチック単レンズとを透過した波面の様子を表している。線図Ｂｇ及びＣｇから、かかる輪帯構造を透過した波面と、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合のプラスチック単レンズの波面とが打ち消しあうことで、光ディスクの情報記録面上に集光されたレーザ光の波面は、巨視的にみると光路差のない良好な波面となり、かかる輪帯構造によりプラスチック単レンズの温度収差が補正されることが理解できる。

回折構造としての輪帯構造の回折作用により温度収差を補正する場合と同様に、上記のように決定された輪帯構造の作用により、高ＮＡプラスチック単レンズの温度収差補正する場合には、温度収差を完全に補正しようとすると、色の球面収差の発生量が大きくなりすぎてしまい、製造誤差により発振波長が基準となる波長からずれた半導体レーザを用いることができない。

そこで、対物レンズ４では、温度収差の補正量を小さくするために、焦点距離を（８）式又は（１３Ａ）式を満たすように設定し、さらに、温度収差の補正と色の球面収差の発生量とがそれぞれ（１１）乃至（１３）式を満たすように両者の間のバランスをとったので、高ＮＡのプラスチック単レンズでありながら、対物レンズ１と同様に、温度収差と色の球面収差とが共に良好なレンズとなっている。

図４は、本発明による対物レンズを搭載した光ピックアップ装置（光情報記録再生装置）の構成を概略的に示す図である。光ピックアップ装置７は光源としての半導体レーザ８と、対物レンズ９とを有している。

半導体レーザ８は、波長４００ｎｍ程度の波長の光を発生するＧａＮ系青紫色半導体レーザである。また、波長４００ｎｍ程度の波長の光を発生する光源としては上記のＧａＮ系青紫色レーザのほかに、ＳＨＧ青紫色レーザを用いてもよい。

対物レンズ９は、焦点距離が（２）式を満たすようなプラスチック単レンズ、図１の対物レンズ１又は図２の対物レンズ４のいずれかである。対物レンズ９は、光軸に対し垂直に延びた面を持つフランジ部９Ａを有し、このフランジ部９Ａにより、対物レンズ９を光ピックアップ装置７に精度よく取り付けることができる。また、対物レンズ９の光ディスク１０側の開口数は０．８０以上とされている。

半導体レーザ８から射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１１を透過し、コリメートレンズ１２、および１／４波長板１３を経て円偏光の平行光束となった後、絞り１４により光束径が規制され、対物レンズ９によって高密度ＤＶＤである光ディスク１０の保護層１０Ａを介して情報記録面１０Ｂ上に形成されるスポットとなる。対物レンズ９は、その周辺に配置されたアクチュエータ１５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１０Ｂ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９、絞り１４、１／４波長板１３、およびコリメートレンズ１２を透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタ１１によって反射され、シリンドリカルレンズ１６、凹レンズ１７を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１８に収束する。そして、光検出器１８の出力信号を用いて光ディスク１０に記録された情報を読み取ることができる。

図６は、本発明による対物レンズを搭載した別の光ピックアップ装置（光情報記録再生装置）の構成を概略的に示す図である。光ピックアップ装置７’は光源としての半導体レーザ８と、対物レンズ９とを有している。

半導体レーザ８は、波長４００ｎｍ程度の波長の光を発生するＧａＮ系青紫色半導体レーザである。また、波長４００ｎｍ程度の波長の光を発生する光源としては上記のＧａＮ系青紫色レーザのほかに、ＳＨＧ青紫色レーザであってもよい。

対物レンズ９は、焦点距離が（６Ａ）式を満たすようなプラスチック単レンズ、上記の対物レンズ１、及び対物レンズ４のいずれかであって、半導体レーザ８から出射された発散光束を、高密度ＤＶＤである光ディスク１０の保護層１０Ａを介して情報記録面１０Ｂ上に集光する有限共役型の対物レンズである。対物レンズ９は、光軸に対し垂直に延びた面を持つフランジ部９Ａを有し、このフランジ郡９Ａにより、対物レンズ９を光ピックアップ装置７に精度よく取り付けることができる。また、対物レンズ９の光ディスク１０側の開口数は０．８０以上とされている。

半導体レーザ８から射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１１を透過し、１／４波長板１３を経て円偏光となった後、絞り１４により光束径が規制され、対物レンズ９によって高密度ＤＶＤである光ディスク１０の保護層１０Ａを介して情報記録面１０Ｂ上に形成されるスポットとなる。情報記録面１０Ｂ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９、絞り１４、および１／４波長板１３を透過した後、偏光ビームスプリッタ１１によって反射され、シリンドリカルレンズ１６、凹レンズ１７を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１８に収束する。そして、光検出器１８の出力信号を用いて光ディスク１０に記録された情報を読み取ることができる。

光ピックアップ装置７’では、半導体レーザ８、対物レンズ９、偏光ビームスプリッタ１１、１／４波長板１３、シリンドリカルレンズ１６、凹レンズ１７、および光検出器１８が１つの基板上にモジュール化されており、トラッキング制御の際には、これらが一体となってアクチュエータ１９により駆動される。

次に、上述した実施の形態に好適な実施例を６例提示する。実施例１乃至６は情報の記録／再生に使用する波長が４０５ｎｍ、保護層の厚さが０．１ｍｍの高密度ＤＶＤ用の光ピックアップ装置に適用される対物レンズであり、実施例１は、（２）式を満たすように焦点距離を設定することで、温度収差と軸上色収差の発生量を小さく抑えたプラスチック単レンズであり、実施例２及び３は、いずれも第１面（光源側の光学面）に形成した輪帯構造の作用により温度収差を補正したプラスチック単レンズである。また、実施例４は、（６Ａ）式を満たすように焦点距離を設定することで、温度収差と軸上色収差の発生量を小さく抑えた有限共役型のプラスチック単レンズであり、実施例５及び６は、第１面（光源側の光学面）に形成した輪帯構造の作用により温度収差を補正した有限共役型のプラスチック単レンズである。

表４に実施例１の対物レンズのレンズデータを示し、表５に実施例２の対物レンズのレンズデータを示し、表６に実施例３の対物レンズのレンズデータを示す。表４、表５及び表６のレンズデータにおいて、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎ４０５は波長４０５ｎｍにおける屈断率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。

実施例１は、入射光束怪０．８ｍｍ、焦点距離ｆ＝０．４７ｍｍ、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズである。焦点距離を（２）式を満たすように設定したので、高ＮＡのプラスチック単レンズでありながら、温度収差とモードホッピングが生じた際の波面収差が、表７に示すように、ともに良好なレンズとなっている。

なお、表７において、温度収差を計算する際には、プラスチックレンズの温度上昇に伴う屈折率の変化率を−９．０×１０^-5とし、温度上昇に伴う入射光の波長の変化率を＋０．０５ｎｍ／℃とし、モードホッピングが生じた際の波面収差を計算する際には、青紫色半導体レーザのモードホッピングによる波長変化量を＋１ｎｍと仮定し、対物レンズのフォーカス位置は４０５ｎｍの最良像面位置に固定されている。

実施例１の対物レンズに関して、ΔＷ（（３）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．００１λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₀、Ｔ₁）＝０．０２０λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₁＝５５℃）であるので、ΔＷ＝０．０１９λｒｍｓである。また、ΔｆＢ（（５）式）の値は、ｆＢ（λ₀、Ｔ₀）＝０．０７６２ｍｍ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、ｆＢ（λ₁、Ｔ₀）＝０．０７６６ｍｍ（λ₁＝４１０ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）であるので、ΔｆＢ＝０．０００４ｍｍである。ただし、本明細書においてバックフォーカスｆＢとは、図５に示すように、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面Ｓ２と、光情報記録媒体の光束入射面Ｓ_INとの光軸上の間隔を指す。

実施例２は、入射光束径１．５ｍｍ、焦点距離ｆ＝０．８８ｍｍ、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズであり、上述した実施の形態における対物レンズ１として好適な対物レンズである。実施例２の対物レンズの第１面には、表８に示すように、その境界で光軸方向に約０．７μｍ乃至１．２μｍの段差Δを持つ回折構造としての輪帯構造が、有効径内で８０本形成されており、この輪帯構造に青紫色半導体レーザからのレーザ光が入射すると、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生し（すなわち、この輪帯構造は波長４０５ｎｍ、回折次数１で最適化されている）、この輪帯構造の回折作用により温度収差を良好に補正している。

実施例２の対物レンズに関して、ΔＷ１（（９）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．００１λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₂、Ｔ₁）＝０．０２０λｒｍｓ（λ₂＝４０６．５ｎｍ、Ｔ₁＝５５℃）であるので、ΔＷ１＝０．０１９λｒｍｓである。また、ΔＷ２（（１０）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．００１λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₁、Ｔ₀）＝０．０２２λｒｍｓ（λ₂＝４１０ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）であるので、ΔＷ２＝０．０２１λｒｍｓである。又、実施例２における（８Ａ）式の値は、−４２である。

実施例３は、入射光束径１．０ｍｍ、焦点距離ｆ＝０．５９ｍｍ、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズであり、上述した実施の形態における対物レンズ４として好適な対物レンズである、実施例３の対物レンズの第１面は、表６に示すように、その境界で光軸方向に約１．５μｍ乃至２．３μｍの段差Δを持つ輪帯構造が、有効径内で６本形成されており、この輪帯構造の作用により温度収差を良好に補正している。

実施例３の対物レンズに関して、ΔＷ１（（９）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．００２λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₂、Ｔ₁）＝０．０１５λｒｍｓ（λ₂＝４０６．５ｎｍ、Ｔ₁＝５５℃）であるので、ΔＷ１＝０．０１３λｒｍｓである。また、ΔＷ２（（１０）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．００２λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₁、Ｔ₀）＝０．０１５λｒｍｓ（λ₂＝４１０ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）であるので、ΔＷ２＝０．０１３λｒｍｓである。又、実施例３における（８Ｂ）式の値は、第５輪帯がｍ_j＝３であり、第６輪帯がｍ_j＝３である。

実施例２と実施例３の対物レンズはともに、温度収差の補正量を小さくするために、焦点距離を（８）式を満たすように設定し、さらに、温度収差の補正と色の球面収差の発生量とがそれぞれ（１１）乃至（１３）式を満たすように両者の間のバランスをとった設計となっているので、高ＮＡのプラスチック単レンズでありながら、温度収差と色の球面収差とが、表９に示すように、ともに良好なレンズとなっている。

尚、表９において、温度収差を計算する際には、プラスチックレンズの温度上昇に伴う屈折率の変化率を−９．０×１０^-5とし、温度上昇に伴う入射光の波長の変化率を＋０．０５ｎｍ／℃としている。

表１１に実施例５の対物レンズのレンズデータを示し、表１５に実施例６のレンズデータを示す。表１０、１１及び表１５のレンズデータにおいて、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎ４０５は波長４０５ｎｍにおける屈断率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。

実施例４は、焦点距離０．３０ｍｍ、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、結像倍率−０、０８４、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズである。なお、実施例４の対物レンズにおいて、光束を規制する絞りを第ｌ面の面頂点位置に配置した場合、その絞り径は０．５３２ｍｍとなる。焦点距離を（６Ａ）式を満たすように設定したので、高ＮＡの有限共役型プラスチック単レンズでありながら、温度収差とモードホッピングが生じた際の波面収差が、表１２に示すように、ともに良好なレンズとなっている。

なお、表１２において、温度収差を計算する際には、プラスチックレンズの温度上昇に伴う屈折率の変化率を−９．０×１０^-5とし、温度上昇に伴う入射光の波長の変化率を＋０．０５ｎｍ／℃とし、モードホッピングが生じた際の波面収差を計算する際には、青紫色半導体レーザのモードホッピングによる波長変化量を＋１ｎｍと仮定し、対物レンズのフォーカス位置は４０５ｎｍの最良像面位置に固定した。

実施例４の対物レンズに関して、ΔＷ（（３）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．０００λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₀、Ｔ₁）＝０．０２８λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₁＝５５℃）であるので、ΔＷ＝０．０２８λｒｍｓである。また、ΔｆＢ（（５）式）の値は、ΔｆＢ（λ₀、Ｔ₀）＝０．０７４２ｍｍ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、ΔｆＢ（λ₁、Ｔ₀）＝０．０７４６ｍｍ（λ₁＝４１０ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）であるので、ΔｆＢ＝０．０００４ｍｍである。

実施例５は、焦点距離０．４０ｍｍ、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、結像倍率−０．０８３、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズであり、実施の形態における対物レンズ１として好適な対物レンズである。なお、実施例５の対物レンズにおいて、光束を規制する絞りを第１面の面頂点位置に配置した場合、その絞り径は０．７０８ｍｍとなる。実施例５の対物レンズの第１面には、表１３に示すように、その境界で光軸方向に約０．７μｍ乃至１．１μｍの段差Δを持つ回折構造としての輪帯構造が、有効径内で２７本形成されており、この輪帯構造に青紫色半導体レーザからのレーザ光が入射すると、１次回折光が最大の回折光量を有するように発生し（すなわち、この輪帯構造は波長４０５ｎｍ、回折次数１で最適化されている（最も回折効率が高くなっている））、この輪帯構造の回折作用により温度収差を良好に補正している。

実施例５の対物レンズに関して、ΔＷ１（（９）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．０００λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₂、Ｔ₁）＝０．０１８λｒｍｓ（λ₂＝４０６．５ｎｍ、Ｔ₁＝５５℃）であるので、ΔＷ１＝０．０１８λｒｍｓである。また、ΔＷ２（（１０）式）の値は、Ｗ（λ₀、Ｔ₀）＝０．０００λｒｍｓ（λ₀＝４０５ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）、Ｗ（λ₁、Ｔ₀）＝０．０１９λｒｍｓ（λ₁＝４１０ｎｍ、Ｔ₀＝２５℃）であるので、ΔＷ２＝０．０１９λｒｍｓである。

実施例５の対物レンズは、温度収差の補正量を小さくするために、焦点距離を（１３Ａ）式を満たすように設定し、さらに、温度収差の補正と色の球面収差の発生量とがそれぞれ（９）乃至（１１）式を満たすように両者の間のバランスをとった設計となっているので、高ＮＡの有限共役型プラスチック単レンズでありながら、温度収差と色の球面収差とが、表１４に示すように、ともに良好なレンズとなっている。

表１４において、温度収差を計算する際には、プラスチックレンズの温度上昇に伴う屈折率の変化率を−９．０×１０^-5とし、温度上昇に伴う入射光の波長の変化率を＋０．０５ｎｍ／℃とした。又、実施例５における（８Ａ）式の値は、−４５である。

実施例６は、焦点距離０．４０ｍｍ、ＮＡ０．８５、設計基準波長４０５ｎｍ、結像倍率−０．０８３、設計基準温度２５℃のプラスチック単レンズであり、実施の形態における対物レンズ４として好適な対物レンズである。なお、実施例６の対物レンズにおいて、光束を規制する絞りを第１面の面頂点位置に配置した場合、その絞り径は０．７０２ｍｍとなる。実施例６の対物レンズの第１面は、表１５に示すように、その境界で光軸方向に約１．５μｍ乃至４．０μｍの段差Δを持つ輪帯構造が、有効径内で７本形成されており、この輪帯構造の作用により温度収差を良好に補正している。

実施例６の対物レンズに関して、ΔＷ１（（９）式）の値は、Ｗ（λ０、Ｔ０）＝０．００２λｒｍｓ（λ０＝４０５ｎｍ、Ｔ０＝２５℃）、Ｗ（λ２、Ｔ１）＝０．０２０λｒｍｓ（λ２＝４０６．５ｎｍ、Ｔ１＝５５℃）であるので、ΔＷ１＝０．０１８λｒｍｓである。また、ΔＷ２（（１０）式）の値は、Ｗ（λ０、Ｔ０）＝０．００２λｒｍｓ（λ０＝４０５ｎｍ、Ｔ０＝２５℃）、Ｗ（λ１、Ｔ０）＝０．０３２λｒｍｓ（λ１＝４１０ｎｍ、Ｔ０＝２５℃）であるので、ΔＷ２＝０．０３０λｒｍｓである。又、実施例６における（８Ｂ）式の値は、第６輪帯がｍ_j＝５であり、第７輪帯がｍ_j＝７である。

実施例６の対物レンズは、温度収差の補正量を小さくするために、焦点距離を（６Ａ）式を満たすように設定し、さらに、温度収差の補正と色の球面収差の発生量とがそれぞれ（１１）乃至（１３）式を満たすように両者の間のバランスをとった設計となっているので、高ＮＡの有限共役型プラスチック単レンズでありながら、温度収差と色の球面収差とが、表１６に示すように、ともに良好なレンズとなっている。

表１６において、温度収差を計算する際には、プラスチックレンズの温度上昇に伴う屈折率の変化率を−９．０×１０^-5とし、温度上昇に伴う入射光の波長の変化率を＋０．０５ｎｍ／℃としている。

各実施例における上述の（１６）式の値｛（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・f・√（１+｜ｍ｜））｝は、以下の通りである。
実施例１：０．４７１
実施例２：０．４５４
実施例３：０．４９０
実施例４：０．５７６
実施例５：０．５３８
実施例６：０．５５８

本発明によれば、高ＮＡの対物レンズを使用する光ピックアップ装置の対物レンズとして適用可能なプラスチック単レンズであって、利用可能な温度範囲が十分に広く、かつ、光源のモードホッピングによる集光性能の劣化の小さいプラスチック単レンズを提供し、それにより高性能な光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供できる。

１，４ 対物レンズ
７，７’ 光ピックアップ装置
８ 半導体レーザ
１０ 光ディスク
１２ コリメートレンズ
１３ １／４波長板
１５ アクチュエータ
１６ シリンドリカルレンズ
１７ 凹レンズ
１８ 光検出器
１９ アクチュエータ

Claims (11)

1. 光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させるための対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を、光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能な光ピックアップ装置に用いる対物レンズにおいて、
   前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、かつ、隣り合う輪帯同士が、入射光に対して光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するプラスチック単レンズであって、
   前記輪帯構造は、所定の入射光を回折させる機能を有する回折構造であって、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成し、
   前記回折構造によって、温度収差を補正し、
   次式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   ＮＡ≧０．８ （７）
   １．３＞ｆ＞０．２ （８）
   ５００≧λ ₀ ≧３５０ （１５）
   ０．４０≦（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜））≦０．６３ （１６）
   ０．８＜ｄ／ｆ＜１．８ （１４）
   但し、
   ＮＡ：前記光情報記録媒体に対して情報を記録及び／または再生するのに必要な前記対物レンズの像側開口数
   ｆ（ｍｍ）:前記対物レンズの焦点距離
   λ ₀ ：前記対物レンズの設計基準波長（ｎｍ）
   Ｘ１：光軸に垂直で光源側の光学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光学面上の位置）における光源側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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光学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光学面上の位置）における光情報記録媒体側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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：前記設計基準波長λ０における前記対物レンズの屈折率
   ｍ：前記対物レンズの結像倍率
   ｄ：前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さ（ｍｍ）
2. 前記対物レンズは、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化するような球面収差特性を有することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
3. 前記対物レンズは、前記光源から出射された発散光束を前記情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズであって、次式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   １．１＞ｆ＞０．２ （１３Ａ）
4. 前記対物レンズの結像倍率をｍとしたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   ０．２＞｜ｍ｜＞０．０２ （１３Ｂ）
5. 前記対物レンズは、１つの光源から出射される光束のみに対して、情報の記録及び／又は再生を行うために用いる対物レンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
6. 光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させるための対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記光源からの光束を、光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能な光ピックアップ装置において、
   前記対物レンズは、複数の輪帯から構成され、かつ、隣り合う輪帯同士が、入射光に対して光路差を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するプラスチック単レンズであって、
   前記輪帯構造は、所定の入射光を回折させる機能を有する回折構造であって、回折作用と屈折作用とを合わせた作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成し、
   前記回折構造によって、温度収差を補正し、
   次式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
   ＮＡ≧０．８ （７）
   １．３＞ｆ＞０．２ （８）
   ５００≧λ ₀ ≧３５０ （１５）
   ０．４０≦（Ｘ１−Ｘ２）・（Ｎ−１）／（ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜））≦０．６３ （１６）
   ０．８＜ｄ／ｆ＜１．８ （１４）
   但し、
   ＮＡ：前記光情報記録媒体に対して情報を記録及び／または再生するのに必要な前記対物レンズの像側開口数
   ｆ（ｍｍ）:前記対物レンズの焦点距離
   λ ₀ ：前記対物レンズの設計基準波長（ｎｍ）
   Ｘ１：光軸に垂直で光源側の光学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光学面上の位置）における光源側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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光学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光学面上の位置）における光情報記録媒体側の光学面との光軸方向の距離（ｍｍ）であり、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：前記設計基準波長λ０における前記対物レンズの屈折率
   ｍ：前記対物レンズの結像倍率
   ｄ：前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さ（ｍｍ）
7. 前記対物レンズは、入射光の波長が長波長側に変化した際に、球面収差が補正不足となる方向に変化するような球面収差特性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. 前記対物レンズは、前記光源から出射された発散光束を前記情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズであって、次式を満たすことを特徴とする請求項６又は７に記載の光ピックアップ装置。
   １．１＞ｆ＞０．２ （１３Ａ）
9. 前記対物レンズの結像倍率をｍとしたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
   ０．２＞｜ｍ｜＞０．０２ （１３Ｂ）
10. 前記対物レンズは、１つの光源から出射される光束のみに対して、情報の記録及び／又は再生を行うために用いる対物レンズであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
11. 請求項６乃至１０のいずれか１項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情報記録再生装置。

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