JP5163132B2 - 光ピックアップ装置、光ディスク装置、対物レンズの設計方法、光ピックアップ装置の設計方法、及び、光ディスク装置の設計方法 - Google Patents

光ピックアップ装置、光ディスク装置、対物レンズの設計方法、光ピックアップ装置の設計方法、及び、光ディスク装置の設計方法 Download PDF

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Description

本発明は、光ディスク等の光記録媒体に対して、情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置光ディスク装置、対物レンズの設計方法、光ピックアップ装置の設計方法、及び、光ディスク装置の設計方法に関する。
従来より、情報信号の記録媒体として、波長785nm程度の光ビームを用いるCD(Compact Disc)、波長660nm程度の波長の光ビームを用いるDVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクや、さらに高密度記録を可能とするため青紫色半導体レーザ等による波長405nm程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う光ディスク(以下、「高密度記録光ディスク」という。)が用いられ、この種の光ディスクに情報信号の記録を行い、あるいは光ディスクに記録された情報信号の再生を行うために光ピックアップ装置が用いられている。
一般的に、このような光ピックアップ装置に用いられる単玉対物レンズでは、設計波長において軸上の球面収差を抑制した設計が望ましい。実際の光ピックアップ装置に光源として用いられる半導体レーザは、発振波長において製造時等に発生する個体差があるが、CD,DVD等では、設計波長において光軸上の球面収差を抑制する設計を行っていれば、発振波長が設計波長からずれた際に発生する球面収差は許容できる量であった。
しかし、開口数が0.82以上、使用波長が400nm程度の短い波長とされた所謂高密度記録光ディスクに用いられる光ピックアップ装置の光学系では、設計波長において光軸上の球面収差を抑制する設計を行っても、半導体レーザの発振波長の製造誤差等による個体差によって、許容できない球面収差が発生してしまうという問題があった。
また、光学系の中に回折構造を含む場合には、さらに波長の個体差で発生する球面収差の量が大きくなってしまうという問題もあった。
これらの観点から、上述のような光ピックアップ装置に用いられる半導体レーザの製造誤差の許容値を厳しくする必要があり、半導体レーザの歩留まりが低下して、低コスト化が妨げられていた。
特開2006−309903号公報
本発明の目的は、高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う装置において、光源の発振波長の個体差の許容範囲を拡げ、収差を十分低減できるような光ピックアップ装置光ディスク装置、対物レンズの設計方法、光ピックアップ装置の設計方法、及び、光ディスク装置の設計方法を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(1)を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(2)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(3)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(4)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(1)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(2)
C2×C10>0 ・・・(3)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(4)
また、本発明に係る光ピックアップ装置において、上述の対物レンズは、その焦点距離をf(mm)としたとき、式(5)を満たすように形成されていてもよい。
−1.1×10<C2/f<1.3×10 ・・・(5)
また、本発明に係る光ピックアップ装置において、上述の対物レンズは、その焦点距離をf(mm)としたとき、式(6)を満たすように形成されていてもよい。
f×C2×λ>−85000 ・・・(6)
また、この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置において、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(7)を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(8)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(9)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(10)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(7)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(8)
C2×C10>0 ・・・(9)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(10)
この目的を達成するため、本発明に係る対物レンズの設計方法は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数0.82以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(11)を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(12)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(13)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(14)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(11)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(12)
C2×C10>0 ・・・(13)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(14)
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置の設計方法は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(15)を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(16)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(17)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(18)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(15)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(16)
C2×C10>0 ・・・(17)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(18)
この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置の設計方法は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(19)を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(20)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(21)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(22)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(19)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(20)
C2×C10>0 ・・・(21)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(22)
また、この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(23)を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(24)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(25)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(26)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(23)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(24)
C4×C10>0 ・・・(25)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(26)
また、本発明に係る光ピックアップ装置において、上述の対物レンズは、その焦点距離をf(mm)としたとき、式(27)を満たすように形成されていてもよい。
f×C2×λ>−85000 ・・・(27
この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置において、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(28)を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(29)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(30)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(31)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(28)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(29)
C4×C10>0 ・・・(30)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(31)
この目的を達成するため、本発明に係る対物レンズの設計方法は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数0.82以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(32)を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(33)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(34)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(35)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(32)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(33)
C4×C10>0 ・・・(34)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(35)
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置の設計方法は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(36)を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(37)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(38)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(39)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(36)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(37)
C4×C10>0 ・・・(38)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(39)
この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置の設計方法は、405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(40)を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(41)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(42)を満たし、上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(43)を満たし、上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(40)
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(41)
C4×C10>0 ・・・(42)
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(43)
本発明は、光源の製造誤差等により発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合にも、波長の変化により対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量と5次軸上球面収差の変化量とが一定の関係となるよう構成することで、光学系の調整による球面収差の補正及び低減を可能とし、光源の発振波長の誤差の許容範囲を拡げることを可能とし、光源の歩留まりを上昇させ、コストを低減することを実現する。
以下、本発明が適用された光ピックアップ装置1及びこれを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
本発明が適用された光ピックアップ装置1は、光記録媒体としての光ディスク8に対して情報の記録再生を行うものであり、この光ディスク8を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ、この光ピックアップ装置1を光ディスクの径方向に移動させる送りモータ等とともに光ディスク装置を構成する。そして、光ピックアップ装置1は、スピンドルモータによって回転操作された光ディスク8に対して情報の記録再生を行う。
ここで用いられる光ディスク8は、例えば、発光波長が405nm程度(青紫色)の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な高密度記録光ディスク等である。尚、本発明は、上述の光ディスクのみならず光学的に記録及び/又は再生が可能な光記録媒体に対して記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置にも適用される。
本発明を適用した光ピックアップ装置1は、図1に示すように、波長が略405nmの光ビームを出射する光源部3と、光源部3から出射された光ビームを3ビームに分割する回折光学素子4と、回折光学素子4により分割された光ビーム及び光ディスク8からの反射光を反射又は透過するビームスプリッタ5と、コリメータレンズ6と、光源部3から出射された光ビームを光ディスク8の信号記録面に集光する対物レンズ7と、光ディスク8で反射された戻りの光ビームを検出する光検出器9とを備える。
光源部3は、例えば、半導体レーザ等からなり、設計波長が405nm程度とする所定波長の光ビームを出射する発光部を有する。尚、光源部3から出射される光ビームの波長は、これに限られるものではない。回折光学素子4は、光源部3とビームスプリッタ5との間に設けられ、光源部3より出射された光ビームを3ビームに分割する回折部が設けられている。
ビームスプリッタ5は、回折光学素子4とコリメータレンズ6との光路上に配置され、光源部3に近い側にハーフミラー面5aを有する。ビームスプリッタ5は、回折光学素子4により3分割されて出射された光ビームをハーフミラー面5aにより光ディスク8側へ反射する。また、ビームスプリッタ5は、光ディスク8に反射された戻りの光ビームを透過させて光検出器9側に出射させる。すなわち、ビームスプリッタ5は、戻りの光ビームの光路を、往路の光ビームの光路から分岐する光学素子である。
コリメータレンズ6は、ビームスプリッタ5と対物レンズ7との間に配置され、通過する光ビームの発散角を変換する発散角変換手段として設けられ、光源部3から出射されビームスプリッタ5に反射された光ビームの発散角を変換して略平行光にする。
また、このコリメータレンズ6は、光源部3の製造誤差等により発振波長にばらつきが生じた際に、移動されることにより、対物レンズ7に入射する光ビームの発散角を変換して、例えば平行光より僅かに収束された状態である収束光の状態で入射させることができ、これにより発振波長のばらつきにより発生する球面収差を後述するように対物レンズ7を通過させることにより低減することができる。尚、ここでは、コリメータレンズ6が移動されることにより、対物レンズ7に入射する光ビームを収束光としたが、これに限られるものではなく、発散光の状態で入射させることにより、発振波長のばらつきにより発生する球面収差を低減する場合もある。
尚、ここでは、発振波長のばらつきにより波長が変化した場合にのみコリメータレンズ6を動かすように構成したが、これに限られるものではなく、光ピックアップ装置1が、記録層が複数設けられている多層型タイプの光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置であった場合には、複数の記録層のそれぞれに対して適切に光ビームのビームスポットを形成するために、このコリメータレンズ6を動かすようにも構成される。すなわち、本発明は、光ビームの入射方向に一又は複数の記録層を有する光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置にも適用されるものである。
対物レンズ7は、コリメータレンズ6により略平行光とされた光ビームを光ディスク8の信号記録面に集光させる。対物レンズ7の入射側には、図示しない開口絞りが設けられ、この開口絞りは、対物レンズ7に入射する光ビームの開口数を所望の開口数となるように開口制限を行う。
この対物レンズ7は、開口数(NA)が0.82以上とされたプラスチック製の単玉対物レンズであり、その入射側の第1面7a及び出射側の第2面7bの両面が非球面形状とされている。対物レンズ7は、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える微細な輪帯状の段差を有する回折構造(回折レンズ構造)が形成されてなる回折手段が一体に設けられ、光源部3から出射され、ビームスプリッタ5に反射され、コリメータレンズ6を経由して入射した光ビームを光ディスク8に対して集光する。対物レンズ7の回折手段は、このように、温度変化に起因する収差、すなわち、温度変化によりレンズの形状変化及び屈折率変化による収差の発生を補償するように機能するので、プラスチックレンズに特有の温度変化に起因する球面収差の発生を防止する。
また、対物レンズ7は、−10℃〜75℃の範囲内の任意の変化量ΔT(℃)で温度変化する際の対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差変化量ΔSA3T(以下、「温度変化ΔT(℃)に対する対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差変化量」ともいう。)と、光源部3から出射される光ビームの波長(405nm付近の所定の波長)に対して±5nm以内の範囲内の任意の変化量Δλ(nm)で波長変化する際の対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差変化量をΔSA3λ(以下、「波長変化Δλ(nm)に対する対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差変化量」ともいう。)とが、次式(20)を満たすように、両面が所定の非球面形状とされるとともに、少なくとも一方の面に所定の回折手段が設けられて形成されている。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(20)
また、対物レンズ7における回折手段の回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの次式(21)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、次式(22)の関係を満たすように回折レンズ構造は、形成されている。
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(21)
C2×C10>0 ・・・(22)
また、対物レンズ7は、変化量Δλ(nm)の波長変化に対する対物レンズで発生する3次軸上球面収差量の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、これらが同符号とされ、すなわち次式(23)を満たすように形成されている。
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(23)
尚、対物レンズ7は、設計波長に対してずれのない発振波長の光ビームに対しても、軸上3次球面収差及び軸上5次球面収差が十分小さく抑えられている。
以上のように構成された対物レンズ7は、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じたとき、すなわち、光源部3の製造誤差等により発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差の変化量ΔSA3と、5次軸上球面収差の変化量ΔSA5とが一定の関係(式(23))を満たすように構成されていることで、例えばコリメータレンズ6を移動させる等の光学系の調整による、この対物レンズ7への入射光の発散角(収束角を含む)を調整することでこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とする。すなわち、対物レンズ7は、従来の開口数0.82以上で使用波長405nm程度とされた所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う装置等では、光源の発振波長の個体差により許容できない球面収差が発生していたことにより、光源の製造誤差の許容値を厳格にする必要があったのに対し、光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときにも、光学系の調整による球面収差の補正及び低減を可能とし、光源の発振波長の誤差の許容範囲(トレランス)を拡げることを実現し、所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられたときに、光源の発振波長のトレランスを拡げ、すなわち、光源の製造誤差の許容範囲を拡大することを可能とし、収差を十分低減するとともに、光源の歩留まりを上昇させ、光源及び装置全体のコストを低減することを可能とする。
ここで、本発明を適用した光ピックアップ装置1及びこれを構成する対物レンズ7が、上述のように、光源の発振波長のトレランスを拡げることについて、詳細に説明する。
一般的に、開口数が0.82以上、使用波長が405nm程度の波長とされた所謂高密度記録光ディスクに用いられる光ピックアップ装置では、半導体レーザ等の発振波長が設計波長からずれると、対物レンズにおいて発生する球面収差が許容できない。そのため、コリメータレンズ等を動かすことによって、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整し、球面収差をキャンセルする方法が考えられる。
発振波長が設計波長からΔλ(nm)だけずれた光ビームが設計波長に基づいた対物レンズに入射される際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差の変化量ΔSA3と、5次軸上球面収差の変化量ΔSA5が、ΔSA3×ΔSA5>0を満たせば、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔSA3をキャンセルし、同時にΔSA5を抑制することができる。これは、対物レンズに入射する光ビームの発散角度が変化した際に、同符号の3次球面収差及び5次球面収差が発生するからである。
また、回折構造をもつ対物レンズ7において、温度変化ΔT(℃)に対する対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差変化量ΔSA3Tと、波長変化Δλ(nm)に対する対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差変化量ΔSA3λとが、上述した式(20)を満たし、回折構造による光路長の付加量を上述した式(21)で表されるφ(h)としたとき、光路差の2次項及び10次項の係数C2,C10が式(22)を満たすことが望ましい。
そして、式(20)〜式(22)の関係を満たし、結果として式(23)の関係を満足することにより、発振波長が設計波長からΔλ(nm)だけずれた光ビームが対物レンズ7に入射される際に、対物レンズ7で発生する軸上3次球面収差量ΔSA3と、軸上5次球面収差量ΔSA5とが同符号となり、対物レンズ7に入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔSA3及びΔSA5を抑制することができる。これに対し、式(20)〜式(22)の関係を満たさず、結果として軸上3次球面収差量ΔSA3及びΔSA5とが式(23)の関係を満たさない場合は、軸上3次球面収差を補正するため、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整したとしても、軸上5次球面収差の絶対値が増大し、収差を十分に抑制することができないこととなる。
このように、高開口数、短波長用の対物レンズにおいて、本発明を適用した光ピックアップ装置1を構成する対物レンズ7のように発振波長が設計波長からずれたときに発生する軸上3次球面収差の変化量と軸上5次球面収差の変化量との符号を同じにすることによって、光学系の調整による球面収差の補正が可能となり、半導体レーザの発振波長のトレランスを拡げることができる。また、これにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ装置全体の作製のためのコストを低減することができる。
ここで、上述のような光ピックアップ装置を構成する対物レンズは、成型性及び低コスト化の観点からプラスチック製のものが望まれるようになっているが、上述の構成とされた対物レンズ7は、このプラスチックレンズの欠点である温度変化による球面収差の発生を上述した回折構造により解消するとともに、これを解消するために設けた回折構造を有する対物レンズに入射する光ビームの波長が変化した際の問題となる球面収差の発生をも解消するものである。
すなわち、対物レンズ7は、温度変化に起因する収差を補正可能な構成であるとともに、波長変化に起因する収差についてはコリメータレンズ6を移動して入射する光ビームの発散又は収束角を調整することにより収差を極限まで抑えられるように構成されている。
また、対物レンズ7は、その焦点距離をf(mm)とし、このfと、上述した光路差の2次項の係数C2との関係が次式(24)を満たすように形成されている。
−1.1×10<C2/f<1.3×10 ・・・(24)
対物レンズ7は、上述の式(24)を満たすように形成されることにより、結果として式(23)の関係を満足し易くするとともに、回折構造の外周側のピッチを大きくして、すなわち、回折構造のピッチが小さくなる外周側のピッチを大きくすることで最短ピッチを大きくでき、回折構造の加工を容易とし、また、回折構造としての性能を発揮するための製造誤差を広く許容することができる。換言すると、対物レンズ7は、この式(24)を満たすことにより、回折構造の最短ピッチを大きく保って製造上の利点を発揮する状態で、式(23)の関係を満足しやすくできることにより、発振波長が設計波長からΔλ(nm)だけずれた光ビームが対物レンズに入射される際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差量ΔSA3と、軸上5次球面収差量ΔSA5とが同符号となり、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔSA3及びΔSA5を抑制することができる。
さらに、対物レンズ7は、その焦点距離をf(mm)とし、このfと、上述した光路差の2次項の係数C2と、入射する光ビームの波長λ(nm)との関係が次式(25)を満たすように形成されている。
f×C2×λ>−85000 ・・・(25)
対物レンズ7は、上述の式(25)を満たすように形成されることにより、図2に示すように、光源部3から出射される光ビームの波長が400nmから410nmまでの範囲の任意の波長λ(nm)であったときにこの光ビームが対物レンズ7により集光される集光位置P1と、光源部3から出射される光ビームの波長が任意の波長λ(nm)に対して1nmだけ長波長側に変化したときにこの光ビームが対物レンズ7により集光される集光位置P2との光軸方向の距離L12が0.5μm以下となるようになっている。尚、図2中B1は、波長λ(nm)の光ビームを示すものであり、B2は、波長λ+1(nm)の光ビームを示すものである。
すなわち、任意の基準となる位置から集光位置P1までの光軸方向の光学距離をL1とし、この基準となる位置から集光位置P2までの光軸方向の光学距離をL2としたとき、この距離の差(L1−L2)の絶対値(|L1−L2|)が0.5μm以下となる。ここで、基準となる位置の例として、例えば、対物レンズ7の光ディスク側の面の頂点を基準とすればよい。尚、ここでは、任意の波長λ(nm)と、この波長λに対して1nm長波長側にシフトした波長λ+1(nm)との関係について説明したが、上述のようにそれぞれの集光位置の相対的な距離についての関係であるので、上述の関係を満たす対物レンズであれば、400nmから410nmまでの範囲の任意の波長λ(nm)の光ビームが集光される集光位置と、この波長λに対して1nm短波長側にシフトした波長λ−1(nm)の光ビームが集光される集光位置との光軸方向の距離についても0.5μm以下となるようになっている。
そして、対物レンズ7は、光源部3から出射される光ビームの波長が任意の波長λ(nm)であったときに光ビームがこの対物レンズ7により集光される位置P1と、光源部3から出射される光ビームの波長が任意の波長λ(nm)に対して1nm長波長側に変化したときに光ビームがこの対物レンズ7により集光される位置P2との光軸方向の距離L12が0.5μm以下となるように形成されていることから、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にもビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することを可能とする。
また、対物レンズ7における回折手段の回折構造は、回折次数をmとして、その次数mの回折効率をμとしたとき、400nm〜410nmの波長範囲における光ビームに対して98%<μを満たすような回折次数mを選択するように形成されることが好ましい。また、ここで選択される回折次数mは、波長トレランスの観点及び加工容易性の観点から、4次又は5次に選択されることが望ましい。
すなわち、この回折次数mが低次となるにつれて、図3及び図4に示すように、回折効率スペクトルがブロード形状となり、波長に対するトレランスが広くなり、使用できる光源の波長範囲を広げることが可能となる。尚、図3は、波長405nmの光ビームに対して、それぞれ回折次数が3次、4次、5次、6次の回折効率が最大となるように形成した回折構造において、入射する光ビームの波長を変化させた場合の当該回折次数の回折光の回折効率の変化を示す図であり、図4は、この図3の頂部、すなわち波長が390nm〜420nmの部分を拡大して示す図である。また、図3及び図4中、LE3は、回折次数が3次の場合の変化を示す図であり、LE4は、回折次数が4次の場合の変化を示す図であり、LE5は、回折次数が5次の場合の変化を示す図であり、LE6は、回折次数が6次の場合の変化を示す図である。そして、この図3及び図4からも明らかなように、回折次数が高次となるにつれて波長依存性がシャープになり、すなわち波長変化に対する回折効率の変化が大きくなることになり、波長変化に対する許容度が小さくなり、換言すると、回折次数が低次となるにつれて波長依存性が緩やかになり、すなわち波長変化に対する回折効率の変化が小さく抑えることができ、波長変化に対する許容度を大きくすることができる。
また、この回折次数mが高次となるにつれて、後述するように、形成すべき回折構造の最短ピッチが大きくなり、加工エラーに対するトレランスが広くなり、回折構造としての十分な性能を発揮するための製造誤差を広く許容できるとともに製造し易くなる。
そして、かかる対物レンズ7は、これらの相反する傾向に鑑みて、上述したように4次又は5次の回折光を用いることが望ましく、すなわち、この回折次数が4次又は5次の回折光が支配的な回折光(回折効率最大の回折光)となるような回折構造が形成されるよう構成することにより、波長変化に対する許容度をより大きくすることできるとともに、製造の観点からも加工容易な形状とすることができる。
光検出器9は、光ディスク8の信号記録面で反射された光ビームのそれぞれを受光するためのフォトディテクタを有し、情報信号とともにトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号等の各種信号を検出する。
以上のように構成された光ピックアップ装置1は、この光検出器9により検出された戻り光により生成されたフォーカスサーボ信号、トラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズ7を駆動して、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。対物レンズ7が駆動されることにより、光ディスク8の信号記録面に対して合焦する合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク8の記録面上に合焦されて、光ディスク8に対して情報の記録又は再生を行う。
本発明を適用した光ピックアップ装置1及び光ディスク装置は、上述の対物レンズ7を備えることにより、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ7で発生する3次軸上球面収差の変化量ΔSA3と、5次軸上球面収差の変化量ΔSA5とが一定の関係(式(23))を満たすように構成されていることで、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部3の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
すなわち、本発明を適用した光ピックアップ装置1及び光ディスク装置は、半導体レーザ等の製造誤差等により光源部3の発振波長にバラツキが生じ発振波長が405nm付近の設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ6等を移動させることにより、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。尚、本発明を複数の記録層を有する光ディスクに対して記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に適用した場合には、例えばコリメータを移動させることで複数の記録層のいずれの記録層に対しても収差の発生を抑えて光ビームを集光するが、上述のように構成される対物レンズを備えることにより、複数の記録層間の球面収差の発生を抑えられるため、さらなる収差の抑制を可能とし、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
また、本発明を適用した光ピックアップ装置1及び光ディスク装置は、特に、NAが0.82以上の高開口数、波長が405nm程度の短波長用の対物レンズを用いた場合においては有効であり、上述のように、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部3の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
さらに、本発明を適用した光ピックアップ装置1及び光ディスク装置は、対物レンズの焦点距離をf(mm)としたときに上述の式(25)を満たすようにすることで、光ビームの波長が1nm変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離L12を0.5μm以下となるようにすることができ、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することができる。
尚、以下に具体的数値を挙げて本発明を適用した光ピックアップ装置を構成する対物レンズの実施例1〜6とともに、実施例1〜6の説明に先立ち本発明と比較するための比較例について説明する。
以下の比較例及び実施例1〜6において、対物レンズ7の第1面7aは光源側の面、第2面7bは光ディスク側の面とする。また、設計波長は405nmとする。また、fは、対物レンズの焦点距離(mm)を示し、Rは、対物レンズの曲率半径(mm)を示し、dは、対物レンズの光軸位置での厚み(mm)を示し、nは、対物レンズの使用波長(405nm)における屈折率を示し、NAは、光ディスクに対して光ビームを集光するときの対物レンズの開口数を示すものとする。さらに、tは、光ディスクの厚み(μm)を示し、ntは、光ディスクの設計波長(405nm)における屈折率を示し、以下の比較例及び実施例1〜6では、t=87.5(μm),nt=1.6とする。
また、この対物レンズ7の第1面7a及び第2面7bの非球面形状は、以下の式(26)によって与えられるものとする。尚、式(26)中において、hは、光軸からの距離(mm)を示し、Z(h)は、光軸からの距離がhの位置における非球面の面頂点の接平面からの距離(mm)を示し、Kは、円推定数を示し、Aは、i次の非球面係数を示すものである。
Figure 0005163132
さらに、この対物レンズ7の少なくとも一方の面に形成される回折構造による光路長の付加量は、上述したh,Cn及びλを用いて上述した式(21)のφ(h)で与えられるものとする。尚、以下で説明する実施例1〜6では、いずれも第1面7aに回折構造を一体に設けた例について説明するが、上述のように第2面7bに回折構造を設けても同様の効果が得られる。
「比較例」
比較例の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.68〔mm〕
NA:0.85
また、比較例の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:1.039〔mm〕
K:−0.551
:1.425×10−2
:−1.970×10−2
:5.117×10−3
10:7.083×10−3
12:−6.01×10−3
14:3.553×10−3
16:−4.494×10−3
18:6.077×10−3
20:−2.658×10−3
C2:−165.01
C4:−36.61
C6:−34.48
C8:3.31
C10:3.03
また、比較例の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−2.215〔mm〕
K:−128.141
:5.064×10−1
:−1.102
:1.353×10−2
10:3.658
12:−6.56
14:4.712
16:−1.098
このとき、上述の設計条件おける、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図5に示すように得られる。尚、図5中L0SA3は、波長の変化に伴う3次球面収差SA3の変化を示し、L0SA5は、波長の変化に伴う5次球面収差SA5の変化を示し、横軸は、波長(λ)を示し、縦軸は、収差量(mλrms)を示すものである。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.9mλrmsであり、5次球面収差は、0.5mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−0.5mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、8.9mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(20)の関係を満たしている。
しかし、C2×C10<0となっており、上述の式(22)の関係を満たしていないことにより、図5に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3は、8.9mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5は、−3.4mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5<0となり、上述の式(23)の関係を満たさないこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−285mλrmsであり、5次球面収差は、−51mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−5.0mλrmsとなって絶対量が増加してしまう。
このため、上述のように構成された比較例の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、発振波長のばらつきにより許容できない球面収差が発生し、これを補正することもできないことから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が制限され、歩留まりが低下するという問題点があった。
次に、上述のような比較例の対物レンズ、すなわち、従来の対物レンズでの問題を解消する本願発明に係る光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられる実施例1〜6の対物レンズについて説明する。
「実施例1」
実施例1の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.85〔mm〕
NA:0.85
また、実施例1の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:1.046〔mm〕
K:−0.554
:1.641×10−2
:−8.571×10−3
:8.203×10−3
10:3.916×10−3
12:−7.085×10−3
14:3.855×10−3
16:−6.722×10−3
18:8.292×10−3
20:−3.508×10−3
C2:−132.20
C4:−25.27
C6:−17.98
C8:7.35
C10:−4.97
また、実施例1の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−1.369〔mm〕
K:−63.992
:5.139×10−1
:−1.177
:―3.819×10−2
10:3.387
12:−4.78
14:2.19
16:−9.917×10−2
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図6に示すように得られる。尚、図6並びに後述する図7、図8、図9、図10及び図11は、各実施例の設計条件における波長変動に伴う3次及び5次の球面収差の変化を示すものであり、各図中L1SA3,L2SA3,L3SA3,L4SA3,L5SA3,L6SA3は、波長の変化に伴う3次球面収差SA3の変化を示し、L1SA5,L2SA5,L3SA5,L4SA5,L5SA5,L6SA5は、波長の変化に伴う5次球面収差SA5の変化を示し、横軸は、波長(λ)を示し、縦軸は、収差量(mλrms)を示すものである。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.2mλrmsであり、5次球面収差は、0.4mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−0.5mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、7.0mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(20)の関係を満たしている。
さらに、C2×C10>0となっており、上述の式(22)の関係が満たされていることにより、図6に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=7.0mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=0.5mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(23)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−281mλrmsであり、5次球面収差は、−49mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.7mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例1の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、C2/f=−93.76となっており、上述の式(24)の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
また、f×C2×λ=−75493>−85000となり、上述の式(25)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.41nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例2」
実施例2の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.72〔mm〕
NA:0.85
また、実施例2の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:1.001〔mm〕
K:−0.586
:1.252×10−2
:−6.335×10−3
:8.761×10−3
10:−6.432×10−4
12:−3.676×10−3
14:1.437×10−3
16:−3.370×10−3
18:6.611×10−3
20:−3.508×10−3
C2:−123.46
C4:−34.87
C6:−17.04
C8:0.42
C10:−3.00
また、実施例2の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−1.83〔mm〕
K:−71.474
:4.967×10−1
:−9.077×10−1
:―3.459×10−1
10:3.453
12:−6.086
14:5.609
16:−2.408
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図7に示すように得られる。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.4mλrmsであり、5次球面収差は、0.1mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.0mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、14.3mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(20)の関係を満たしている。
さらに、C2×C10>0となっており、上述の式(22)の関係が満たされていることにより、図7に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=14.3mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=1.3mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(23)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−283mλrmsであり、5次球面収差は、−51mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−1.3mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例2の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、C2/f=−87.56となっており、上述の式(24)の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
また、f×C2×λ=−70502>−85000となり、上述の式(25)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.44nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例3」
実施例3の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.77〔mm〕
NA:0.85
また、実施例3の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
第1面形状
R:0.961〔mm〕
K:−0.600
:1.186×10−2
:−6.683×10−3
:6.289×10−3
10:−1.245×10−4
12:−2.866×10−3
14:1.350×10−3
16:−3.694×10−3
18:6.381×10−3
20:−3.355×10−3
C2:−74.07
C4:−29.32
C6:−17.99
C8:0.63
C10:−2.84
また、実施例3の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−1.511〔mm〕
K:−49.789
:4.902×10−1
:−9.251×10−1
:−2.460×10−1
10:3.498
12:−6.423
14:5.725
16:−2.210
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図8に示すように得られる。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.6mλrmsであり、5次球面収差は、0.2mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.1mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、16.8mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(20)の関係を満たしている。
さらに、C2×C10>0となっており、上述の式(22)の関係が満たされていることにより、図8に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=16.8mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=2.1mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(23)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−282mλrmsであり、5次球面収差は、−49mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.8mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例3の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、C2/f=−52.53となっており、上述の式(24)の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
また、f×C2×λ=−42298>−85000となり、上述の式(25)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.24nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例4」
実施例4の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.80〔mm〕
NA:0.85
また、実施例4の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:0.945〔mm〕
K:−0.606
:7.192×10−3
:−9.178×10−3
:1.193×10−2
10:8.630×10−4
12:−6.377×10−3
14:2.283×10−4
16:−3.380×10−3
18:8.208×10−3
20:−4.211×10−3
C2:−49.38
C4:−36.24
C6:−10.30
C8:1.94
C10:−4.73
また、実施例4の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−1.374〔mm〕
K:−48.307
:4.206×10−1
:−6.983×10−1
:−5.512×10−1
10:3.499
12:−5.781
14:4.686
16:−1.602
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図9に示すように得られる。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.6mλrmsであり、5次球面収差は、0.5mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.2mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、17.3mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(20)の関係を満たしている。
さらに、C2×C10>0となっており、上述の式(22)の関係が満たされていることにより、図9に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=17.3mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=2.4mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(23)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−279mλrmsであり、5次球面収差は、−47mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.5mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例4の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、C2/f=−35.02となっており、上述の式(24)の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
また、f×C2×λ=−28199>−85000となり、上述の式(25)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.15nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例5」
実施例5の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.83〔mm〕
NA:0.85
また、実施例5の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
第1面形状
R:0.925〔mm〕
K:−0.611
:4.882×10−3
:−8.296×10−3
:1.016×10−2
10:1.271×10−3
12:−6.405×10−3
14:2.180×10−4
16:−3.322×10−3
18:8.198×10−3
20:−4.270×10−3
C2:−24.69
C4:−35.13
C6:−9.30
C8:1.95
C10:−4.86
また、実施例5の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−1.272〔mm〕
K:−41.900
:4.165×10−1
:−6.884×10−1
:−5.324×10−1
10:3.413
12:−5.713
14:4.757
16:−1.690
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図10に示すように得られる。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.6mλrmsであり、5次球面収差は、0.3mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.3mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは18.4mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(20)の関係を満たしている。
さらに、C2×C10>0となっており、上述の式(22)の関係が満たされていることにより、図10に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=18.4mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=2.7mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(23)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−279mλrmsであり、5次球面収差は、−47mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.4mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例5の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、C2/f=−17.51となっており、上述の式(24)の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
また、f×C2×λ=−14100>−85000となり、上述の式(25)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.06nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例6」
実施例6の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.93〔mm〕
NA:0.85
また、実施例6の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:0.921〔mm〕
K:−0.662
:1.108×10−2
:2.098×10−2
:−2.414×10−2
10:1.585×10−2
12:−4.195×10−3
14:−3.362×10−3
16:−3.060×10−3
18:8.197×10−3
20:−3.879×10−3
C2:17.55
C4:−30.03
C6:21.63
C8:−28.00
C10:5.79
また、実施例6の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−1.001〔mm〕
K:−34.96
:2.375×10−1
:−2.137×10−1
:−9.146×10−1
10:2.436
12:−2.653
14:1.393
16:−2.855×10−1
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図11に示すように得られる。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、0.4mλrmsであり、5次球面収差は、0.3mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−0.08mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、14.9mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(20)の関係を満たしている。
さらに、C2×C10>0となっており、上述の式(22)の関係が満たされていることにより、図11に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=14.9mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=2.7mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(23)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−260mλrmsであり、5次球面収差は、−38mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、0.5mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例6の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、C2/f=12.4となっており、上述の式(24)の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
また、f×C2×λ=10022>−85000となり、上述の式(25)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.18nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
以上のように、実施例1〜6の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、比較例の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置では、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合に許容できない球面収差が発生するとともに、この発生した軸上3次球面収差を光学系を調整することにより補正しようとすると軸上5次球面収差が大きくなる等の問題があったのに対して、実施例1〜6の対物レンズが波長の変化により対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量と5次軸上球面収差の変化量とが一定の関係となるように構成されていることにより、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合にも、この波長のずれにより発生する軸上3次球面収差及び軸上5次球面収差を、光学系を調整する等により、同時にキャンセルすることを可能とし、すなわち、光源の波長が変動したときの収差の補正及び低減を可能とし、これにより、光ピックアップ装置を構成する光源の発振波長の許容範囲を拡げることを可能とし、光源の歩留まりを上昇させ、コストを低減することを実現する。
また、実施例6の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式(23)を満足することによる光源の波長が変動したときの収差の補正及び低減を可能として光源の発振波長の変動の許容範囲を拡げることを可能とする効果を有するとともに、波長トレランスの観点及び加工容易性の観点から最適な次数の回折光が支配的となるようにされている。具体的に、4次又は5次の回折光が支配的となるような回折構造が上述したように両観点から優れているが、この点について上述した実施例6を用いて説明する。
具体的に、実施例6では4次の回折光が支配的となるようにされている。そして、実施例6の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、製造容易であるとともに、光源の発振波長の変動の許容範囲をより拡げることを実現して、光源の歩留まりをより上昇させ、光源及び対物レンズのコストを大幅に低減することを実現する。
ここで、かかる対物レンズにより用いられる回折光の回折次数mとして上述したように4次及び5次が最適であることについて、より具体的に説明する。回折次数mが低次となるにつれて波長変化に対する許容度を大きくすることができる点については上述の通りであり、以下では、回折次数mが高次となるにつれて製造誤差を広く許容できる点について実施例6の対物レンズを例に挙げるとともに図12〜図15を用いて説明する。
図12は、実施例6における各半径方向の位置におけるサグ(sag)量を示すものである。すなわち、図12中横軸は、対物レンズの光軸中心からの半径方向の位置を示すものであり、縦軸は、当該位置におけるサグ量を示すものである。ここでサグ量とは、対物レンズ7に形成される回折構造の基準となる非球面形状に対して回折構造を形成するための必要な削り量を規定するものであり、すなわち、これがプラス(+)であれば基準となる非球面形状に対してその量だけ削ったような状態となるようにし、これがマイナス(−)であれば基準となる非球面形状に対してその量だけ付け足したような状態となるような形状に形成されることを意味する。そして具体的に、このサグ量は、上述した式(21)で算出される光路差関数φ(h)に定数(1/Δn)を乗算することにより得られる。ここで、Δnは、屈折率差を示し、Δn=(空気の屈折率)−(対物レンズ構成材料の屈折率n)の関係式により算出される。(参考文献:Michael A.Golub, “Generalized conversion from the phase function to the blazed surface-relief profile of diffractive optical elements”, .J.Opt.Soc.Am.A / Vol.16, No.5 / 1194-1201(1999))。
また、図12中Hは、回折構造高さを示すものであり、この回折構造高さHは、H=(回折次数m)×(波長λ)/|(屈折率差Δn)|の関係式により算出することができる。また、図12中Pn,Pn+1は、この回折構造におけるピッチを示すものであり、図12に示すように外周部に向かうにつれて回折構造におけるピッチが小さくなる。
そして、この図12で示されるサグ量を、回折構造高さHごとに折り返した構造が実際の回折構造となる。ここでは、具体的に回折次数mが3次、4次及び5次の場合の回折構造について、それぞれ図13、図14及び図15に示す。図13〜図15中、横軸は、対物レンズの光軸中心からの半径方向の位置を示すものであり、縦軸は、当該位置における基準面からの距離を示すものである。図13は、回折次数が3次の場合のものであるが、後述の4次及び5次の場合に比べて全体的にピッチが狭く、この3次の場合の最短ピッチは、9.2μmである。また、図14は、回折次数が4次の場合のものであるが、3次の場合に比べて全体的にピッチが広くなり、この4次の場合の最短ピッチは、12.0μmであり、3次の場合に比べて製造容易となることがわかる。さらに、図15は、回折次数が5次の場合のものであるが、3次及び4次の場合に比べて全体的にピッチが広くなり、この5次の場合の最短ピッチは、15.3μmであり、3次及び4次の場合に比べて製造容易となることがわかる。
上述の図13〜15に示すように、回折次数mが高次となるにつれて、形成すべき回折構造の最短ピッチが大きくなり、換言すると、回折構造としての十分な性能を発揮するための製造誤差を広く許容できるとともに製造容易とすることができる。以上のことと、上述した回折次数mが低次となるにつれて波長変化に対する許容度を大きくすることができるという観点とから、本発明を適用した光ピックアップ装置を構成する対物レンズにより支配的となる回折次数mとして、4次及び5次が最適であるといえる。
このように、実施例1〜6の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、最適な次数の回折光が支配的となるようにすることにより、製造容易とすることを実現するとともに、光源の発振波長の変動の許容範囲を最大限拡げることを実現する。
また、実施例1〜6の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式(24)の関係を満足するように実施例1〜6の対物レンズが構成されていることから、式(23)の関係を満足し易くするとともに、回折構造の外周側のピッチを大きくして、最短ピッチを大きくでき、回折構造の加工を容易とし、また、回折構造としての性能を発揮するための製造誤差を広く許容することができ、製造容易とすることを実現するとともに、光源の発振波長の変動の許容範囲を最大限拡げることを実現する。
さらに、実施例1〜6の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式(25)の関係を満足するように実施例1〜6の対物レンズが構成されていることから、光ビームの波長が1nm変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離L12を0.5μm以下となるようにすることができ、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、色収差を十分に低減することができる。
以上のように、光ピックアップ装置1及びこれを備える光ディスク装置は、高開口数、短波長用の対物レンズを有し、高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う装置であり、設計波長が405nm付近とする所定の波長の光ビームを出射する光源部3と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、光源部3から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズ7と、光源部3と対物レンズ7との間に設けられ、光源部3から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズ6とを備え、対物レンズが、上述した所定の範囲内の温度変化に対する対物レンズ7で発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、光源部3から出射される光ビームの上述した所定の範囲内の波長変化に対する対物レンズ7で発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、上述の式(20)を満たすように形成され、回折手段の回折構造による光路長の付加量を式(21)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(22)の関係を満たし、波長変化に対する対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量ΔSA3と、5次軸上球面収差の変化量ΔSA5とが式(23)の関係を満たすよう構成することにより、製造誤差等により光源部3の発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ6を移動させる等の光学系の調整により、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、良好な記録再生特性を維持した状態で、光源部の半導体レーザ等の光源の発振波長のトレランスを広げることができ、また、それにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ作製にかかるコストを低減することができる。
尚、上述の光ピックアップ装置1では、上述の式(20)〜式(23)等を満たすように構成された対物レンズ7を備えるように構成することにより、高密度記録光ディスクに対して情報の記録・再生を行う場合における、光源の発振波長の個体差の許容範囲を拡げ、収差を十分低減できるという課題を解決するようにしたが、本発明は、これに限られるものではなく、以下で説明するような対物レンズ17を備えるように構成してもよい。
次に、本発明の他の実施の形態として、対物レンズ17を備える光ピックアップ装置11及びこれを用いた光ディスク装置について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ装置1と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は、省略する。
本発明が適用された光ピックアップ装置11は、光記録媒体としての光ディスク8に対して情報の記録再生を行うものであり、この光ディスク8を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ、この光ピックアップ装置11を光ディスクの径方向に移動させる送りモータ等とともに光ディスク装置を構成する。そして、光ピックアップ装置11は、スピンドルモータによって回転操作された光ディスク8に対して情報の記録再生を行う。
本発明を適用した光ピックアップ装置11は、図16に示すように、波長が略405nmの光ビームを出射する光源部3と、光源部3から出射された光ビームを3ビームに分割する回折光学素子4と、回折光学素子4により分割された光ビーム及び光ディスク8からの反射光を反射又は透過するビームスプリッタ5と、コリメータレンズ6と、光源部3から出射された光ビームを光ディスク8の信号記録面に集光する対物レンズ17と、光ディスク8で反射された戻りの光ビームを検出する光検出器9とを備える。
対物レンズ17は、コリメータレンズ6により略平行光とされた光ビームを光ディスク8の信号記録面に集光させる。対物レンズ17の入射側には、図示しない開口絞りが設けられ、この開口絞りは、対物レンズ17に入射する光ビームの開口数を所望の開口数となるように開口制限を行う。
この対物レンズ17は、開口数(NA)が0.82以上とされたプラスチック製の単玉対物レンズであり、その入射側の第1面17a及び出射側の第2面17bの両面が非球面形状とされている。対物レンズ17は、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える微細な輪帯状の段差を有する回折構造(回折レンズ構造)が形成されてなる回折手段が一体に設けられ、光源部3から出射され、ビームスプリッタ5に反射され、コリメータレンズ6を経由して入射した光ビームを光ディスク8に対して集光する。対物レンズ17の回折手段は、このように、温度変化に起因する収差、すなわち、温度変化によりレンズの形状変化及び屈折率変化による収差の発生を補償するように機能するので、プラスチックレンズに特有の温度変化に起因する球面収差の発生を防止する。
また、対物レンズ17は、−10℃〜75℃の範囲内の任意の変化量ΔT(℃)で温度変化する際の対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差変化量ΔSA3T(以下、「温度変化ΔT(℃)に対する対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差変化量」ともいう。)と、光源部3から出射される光ビームの波長(405nm付近の所定の波長)に対して±5nm以内の範囲内の任意の変化量Δλ(nm)で波長変化する際の対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差変化量をΔSA3λ(以下、「波長変化Δλ(nm)に対する対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差変化量」ともいう。)とが、次式(27)を満たすように、両面が所定の非球面形状とされるとともに、少なくとも一方の面に所定の回折手段が設けられて形成されている。
(ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(27)
また、対物レンズ17における回折手段の回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数Cnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの次式(28)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、次式(29)の関係を満たすように回折レンズ構造は、形成されている。
φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(28)
C4×C10>0 ・・・(29)
また、対物レンズ17は、変化量Δλ(nm)の波長変化に対する対物レンズで発生する3次軸上球面収差量の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、これらが同符号とされ、すなわち次式(30)を満たすように形成されている。
ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(30)
尚、対物レンズ17は、設計波長に対してずれのない発振波長の光ビームに対しても、軸上3次球面収差及び軸上5次球面収差が十分小さく抑えられている。
以上のように構成された対物レンズ17は、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じたとき、すなわち、光源部3の製造誤差等により発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差の変化量ΔSA3と、5次軸上球面収差の変化量ΔSA5とが一定の関係(式(30))を満たすように構成されていることで、例えばコリメータレンズ6を移動させる等の光学系の調整による、この対物レンズ17への入射光の発散角(収束角を含む)を調整することでこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とする。すなわち、対物レンズ17は、従来の開口数0.82以上で使用波長405nm程度とされた所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う装置等では、光源の発振波長の個体差により許容できない球面収差が発生していたことにより、光源の製造誤差の許容値を厳格にする必要があったのに対し、光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときにも、光学系の調整による球面収差の補正及び低減を可能とし、光源の発振波長の誤差の許容範囲(トレランス)を拡げることを実現し、所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられたときに、光源の発振波長のトレランスを拡げ、すなわち、光源の製造誤差の許容範囲を拡大することを可能とし、収差を十分低減するとともに、光源の歩留まりを上昇させ、光源及び装置全体のコストを低減することを可能とする。
ここで、本発明を適用した光ピックアップ装置11及びこれを構成する対物レンズ17が、上述のように、光源の発振波長のトレランスを拡げることについて、詳細に説明する。
一般的に、開口数が0.82以上、使用波長が405nm程度の波長とされた所謂高密度記録光ディスクに用いられる光ピックアップ装置では、半導体レーザ等の発振波長が設計波長からずれると、対物レンズにおいて発生する球面収差が許容できない。そのため、コリメータレンズ等を動かすことによって、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整し、球面収差をキャンセルする方法が考えられる。
発振波長が設計波長からΔλ(nm)だけずれた光ビームが設計波長に基づいた対物レンズに入射される際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差の変化量ΔSA3と、軸上球面収差の変化量ΔSA5が、ΔSA3×ΔSA5>0を満たせば、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔSA3をキャンセルし、同時にΔSA5を抑制することができる。これは、対物レンズに入射する光ビームの発散角度が変化した際に、同符号の3次球面収差及び5次球面収差が発生するからである。
また、回折構造をもつ対物レンズ17において、温度変化ΔT(℃)に対する対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差変化量ΔSA3Tと、波長変化Δλ(nm)に対する対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差変化量ΔSA3λとが、上述した式(27)を満たし、回折構造による光路長の付加量を上述した式(28)で表されるφ(h)としたとき、光路差の4次項及び10次項の係数C4,C10が式(29)を満たすことが望ましい。
そして、式(27)〜式(29)の関係を満たし、結果として式(30)の関係を満足することにより、発振波長が設計波長からΔλ(nm)だけずれた光ビームが対物レンズ17に入射される際に、対物レンズ17で発生する軸上3次球面収差量ΔSA3と、軸上5次球面収差量ΔSA5とが同符号となり、対物レンズ17に入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔSA3及びΔSA5を抑制することができる。これに対し、式(27)〜式(29)の関係を満たさず、結果として軸上3次球面収差量ΔSA3及びΔSA5とが式(30)の関係を満たさない場合は、軸上3次球面収差を補正するため、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整したとしても、軸上5次球面収差の絶対値が増大し、収差を十分に抑制することができないこととなる。
このように、高開口数、短波長用の対物レンズにおいて、本発明を適用した光ピックアップ装置11を構成する対物レンズ17のように発振波長が設計波長からずれたときに発生する軸上3次球面収差の変化量と軸上5次球面収差の変化量との符号を同じにすることによって、光学系の調整による球面収差の補正が可能となり、半導体レーザの発振波長のトレランスを拡げることができる。また、これにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ装置全体の作製のためのコストを低減することができる。
ここで、上述のような光ピックアップ装置を構成する対物レンズは、成型性及び低コスト化の観点からプラスチック製のものが望まれるようになっているが、上述の構成とされた対物レンズ17は、このプラスチックレンズの欠点である温度変化による球面収差の発生を上述した回折構造により解消するとともに、これを解消するために設けた回折構造を有する対物レンズに入射する光ビームの波長が変化した際の問題となる球面収差の発生をも解消するものである。
すなわち、対物レンズ17は、温度変化に起因する収差を補正可能な構成であるとともに、波長変化に起因する収差についてはコリメータレンズ6を移動して入射する光ビームの発散又は収束角を調整することにより収差を極限まで抑えられるように構成されている。
さらに、対物レンズ17は、その焦点距離をf(mm)とし、このfと、上述した光路差の2次項の係数C2と、入射する光ビームの波長λ(nm)との関係が次式(31)を満たすように形成されている。
f×C2×λ>−85000 ・・・(31)
対物レンズ17は、上述の式(31)を満たすように形成されることにより、図2に示すように、光源部3から出射される光ビームの波長が400nmから410nmまでの範囲の任意の波長λ(nm)であったときにこの光ビームが対物レンズ17により集光される集光位置P1と、光源部3から出射される光ビームの波長が任意の波長λ(nm)に対して1nmだけ長波長側に変化したときにこの光ビームが対物レンズ17により集光される集光位置P2との光軸方向の距離L12が0.5μm以下となるようになっている。尚、図2中B1は、波長λ(nm)の光ビームを示すものであり、B2は、波長λ+1(nm)の光ビームを示すものである。
すなわち、任意の基準となる位置から集光位置P1までの光軸方向の光学距離をL1とし、この基準となる位置から集光位置P2までの光軸方向の光学距離をL2としたとき、この距離の差(L1−L2)の絶対値(|L1−L2|)が0.5μm以下となる。ここで、基準となる位置の例として、例えば、対物レンズ17の光ディスク側の面の頂点を基準とすればよい。尚、ここでは、任意の波長λ(nm)と、この波長λに対して1nm長波長側にシフトした波長λ+1(nm)との関係について説明したが、上述のようにそれぞれの集光位置の相対的な距離についての関係であるので、上述の関係を満たす対物レンズであれば、400nmから410nmまでの範囲の任意の波長λ(nm)の光ビームが集光される集光位置と、この波長λに対して1nm短波長側にシフトした波長λ−1(nm)の光ビームが集光される集光位置との光軸方向の距離についても0.5μm以下となるようになっている。
そして、対物レンズ17は、光源部3から出射される光ビームの波長が任意の波長λ(nm)であったときに光ビームがこの対物レンズ17により集光される位置P1と、光源部3から出射される光ビームの波長が任意の波長λ(nm)に対して1nm長波長側に変化したときに光ビームがこの対物レンズ17により集光される位置P2との光軸方向の距離L12が0.5μm以下となるように形成されていることから、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にもビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することを可能となる。
以上のように構成された光ピックアップ装置11は、この光検出器9により検出された戻り光により生成されたフォーカスサーボ信号、トラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズ17を駆動して、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。対物レンズ17が駆動されることにより、光ディスク8の信号記録面に対して合焦する合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク8の記録面上に合焦されて、光ディスク8に対して情報の記録又は再生を行う。
本発明を適用した光ピックアップ装置11及び光ディスク装置は、上述の対物レンズ17を備えることにより、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ17で発生する3次軸上球面収差の変化量ΔSA3と、5次軸上球面収差の変化量ΔSA5とが一定の関係(式(30))を満たすように構成されていることで、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部3の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
すなわち、本発明を適用した光ピックアップ装置11及び光ディスク装置は、半導体レーザ等の製造誤差等により光源部3の発振波長にバラツキが生じ発振波長が405nm付近の設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ6等を移動させることにより、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。尚、本発明を複数の記録層を有する光ディスクに対して記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に適用した場合には、例えばコリメータを移動させることで複数の記録層のいずれの記録層に対しても収差の発生を抑えて光ビームを集光するが、上述のように構成される対物レンズを備えることにより、複数の記録層間の球面収差の発生を抑えられるため、さらなる収差の抑制を可能とし、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
また、本発明を適用した光ピックアップ装置11及び光ディスク装置は、特に、NAが0.82以上の高開口数、波長が405nm程度の短波長用の対物レンズを用いた場合においては有効であり、上述のように、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部3の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
さらに、本発明を適用した光ピックアップ装置11及び光ディスク装置は、対物レンズの焦点距離をf(mm)としたときに上述の式(31)を満たすようにすることで、光ビームの波長が1nm変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離L12を0.5μm以下となるようにすることができ、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することができる。
尚、以下に具体的数値を挙げて本発明を適用した光ピックアップ装置を構成する対物レンズの実施例1〜5,7とともに、実施例1〜5,7の説明に先立ち本発明と比較するための比較例について説明する。尚、ここで説明する実施例1〜5及び比較例の具体的数値については、上述の通りであるので、ここでは説明は省略する。
以下の比較例及び実施例1〜5,7において、対物レンズ17の第1面17aは光源側の面、第2面17bは光ディスク側の面とする。また、設計波長は405nmとする。また、fは、対物レンズの焦点距離(mm)を示し、Rは、対物レンズの曲率半径(mm)を示し、dは、対物レンズの光軸位置での厚み(mm)を示し、nは、対物レンズの使用波長(405nm)における屈折率を示し、NAは、光ディスクに対して光ビームを集光するときの対物レンズの開口数を示すものとする。さらに、tは、光ディスクの厚み(μm)を示し、ntは、光ディスクの設計波長(405nm)における屈折率を示し、以下の比較例及び実施例1〜5,7では、t=87.5(μm),nt=1.6とする。
また、この対物レンズ17の第1面17a及び第2面17bの非球面形状は、以下の式(32)によって与えられるものとする。尚、式(32)中において、hは、光軸からの距離(mm)を示し、Z(h)は、光軸からの距離がhの位置における非球面の面頂点の接平面からの距離(mm)を示し、Kは、円推定数を示し、Aは、i次の非球面係数を示すものである。
Figure 0005163132
さらに、この対物レンズ17の少なくとも一方の面に形成される回折構造による光路長の付加量は、上述したh,Cn及びλを用いて上述した式(28)のφ(h)で与えられるものとする。尚、以下で説明する実施例1〜5,7では、いずれも第1面17aに回折構造を一体に設けた例について説明するが、上述のように第2面17bに回折構造を設けても同様の効果が得られる。
「比較例」
比較例の対物レンズにおいて、f,n,d,NAと、入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiと、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnと、出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiとは、上述した通りである。
このような比較例の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図5に示すように得られる。このような比較例の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.9mλrmsであり、5次球面収差は、0.5mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−0.5mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、8.9mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(27)の関係を満たしている。
しかし、C4×C10<0となっており、上述の式(29)の関係を満たしていないことにより、図5に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3は、8.9mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5は、−3.4mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5<0となり、上述の式(30)の関係を満たさないこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−285mλrmsであり、5次球面収差は、−51mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−5.0mλrmsとなって絶対量が増加してしまう。
このため、上述のように構成された比較例の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、発振波長のばらつきにより許容できない球面収差が発生し、これを補正することもできないことから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が制限され、歩留まりが低下するという問題点があった。
次に、上述のような比較例の対物レンズ、すなわち、従来の対物レンズでの問題を解消する本願発明に係る光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられる実施例1〜5,7の対物レンズについて説明する。
「実施例1」
実施例1の対物レンズにおいて、f,n,d,NAと、入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiと、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnと、出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiとは、上述した通りである。
このような実施例1の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図6に示すように得られる。このような実施例1の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.2mλrmsであり、5次球面収差は、0.4mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−0.5mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、7.0mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(27)の関係を満たしている。
さらに、C4×C10>0となっており、上述の式(29)の関係が満たされていることにより、図6に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=7.0mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=0.5mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(30)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−281mλrmsであり、5次球面収差は、−49mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.7mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例1の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、f×C2×λ=−75493>−85000となり、上述の式(31)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.41nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例2」
実施例2の対物レンズにおいて、f,n,d,NAと、入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiと、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnと、出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiとは、上述した通りである。
このような実施例2の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図7に示すように得られる。このような実施例2の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.4mλrmsであり、5次球面収差は、0.1mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.0mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、14.3mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(27)の関係を満たしている。
さらに、C4×C10>0となっており、上述の式(29)の関係が満たされていることにより、図7に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=14.3mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=1.3mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(30)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−283mλrmsであり、5次球面収差は、−51mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−1.3mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例2の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、f×C2×λ=−70502>−85000となり、上述の式(31)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.44nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例3」
実施例3の対物レンズにおいて、f,n,d,NAと、入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiと、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnと、出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiとは、上述した通りである。
このような実施例3の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図8に示すように得られる。このような実施例3の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.6mλrmsであり、5次球面収差は、0.2mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.1mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、16.8mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(27)の関係を満たしている。
さらに、C4×C10>0となっており、上述の式(29)の関係が満たされていることにより、図8に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=16.8mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=2.1mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(30)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−282mλrmsであり、5次球面収差は、−49mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.8mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例3の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、f×C2×λ=−42298>−85000となり、上述の式(31)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.24nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例4」
実施例4の対物レンズにおいて、f,n,d,NAと、入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiと、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnと、出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiとは、上述した通りである。
このような実施例4の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図9に示すように得られる。このような実施例4の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.6mλrmsであり、5次球面収差は、0.5mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.2mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、17.3mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(27)の関係を満たしている。
さらに、C4×C10>0となっており、上述の式(29)の関係が満たされていることにより、図9に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=17.3mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=2.4mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(30)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−279mλrmsであり、5次球面収差は、−47mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.5mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例4の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、f×C2×λ=−28199>−85000となり、上述の式(31)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.15nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例5」
実施例5の対物レンズにおいて、f,n,d,NAと、入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiと、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnと、出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiとは、上述した通りである。
このような実施例5の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図10に示すように得られる。このような実施例5の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.6mλrmsであり、5次球面収差は、0.3mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.3mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは18.4mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(27)の関係を満たしている。
さらに、C4×C10>0となっており、上述の式(29)の関係が満たされていることにより、図10に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=18.4mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=2.7mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(30)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−279mλrmsであり、5次球面収差は、−47mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、−0.4mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例5の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、f×C2×λ=−14100>−85000となり、上述の式(31)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.06nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
「実施例7」
実施例7の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.41〔mm〕
n:1.525
d:1.85〔mm〕
NA:0.85
また、実施例7の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。また、この第1面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ(h)を決定する光路差のn次項係数Cnは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:0.909〔mm〕
K:−0.643
:1.223×10−3
:−5.870×10−3
:5.360×10−3
10:8.749×10−3
12:−1.060×10−2
14:−1.335×10−3
16:−1.910×10−3
18:9.417×10−3
20:−4.982×10−3
C2:0.0
C4:−29.11
C6:−7.20
C8:−2.20
C10:−3.30
また、実施例7の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−1.193〔mm〕
K:−38.562
:3.767×10−1
:−6.287×10−1
:−3.154×10−1
10:2.892
12:−5.873
14:5.936
16:−2.468
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う3次球面収差SA3と5次球面収差SA5との変化が図17に示すように得られる。尚、図17は、各実施例の設計条件における波長変動に伴う3次及び5次の球面収差の変化を示すものであり、図17中L7SA3は、波長の変化に伴う3次球面収差SA3の変化を示し、L7SA5は、波長の変化に伴う5次球面収差SA5の変化を示し、横軸は、波長(λ)を示し、縦軸は、収差量(mλrms)を示すものである。
そして、上述の設計条件における軸上の3次球面収差は、−0.4mλrmsであり、5次球面収差は、0.0mλrmsであり、いずれも十分小さく抑えられている。
また、温度変化ΔT(℃)に対する3次球面収差変化ΔSA3T/ΔTは、−1.4mλrms/℃であり、波長変化Δλ(nm)に対する3次球面収差変化ΔSA3λ/Δλは、19.2mλrms/nmであり、(ΔSA3T/ΔT)・(ΔSA3λ/Δλ)<0となっており、上述の式(27)の関係を満たしている。
さらにC4×C10>0となっており、上述の式(29)の関係が満たされていることにより、図17に示すように、発振波長が設計波長405nmから1nmだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上3次球面収差変化量ΔSA3=19.2mλrmsとなっており、軸上5次球面収差変化量ΔSA5=3.3mλrmsとなっており、ΔSA3×ΔSA5>0となり、上述の式(30)の関係を満たすこととなる。
このとき発生する軸上3次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を0.01変化させることによって発生する3次球面収差は、−276mλrmsであり、5次球面収差は、−45mλrmsであり、ΔSA3をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上5次球面収差は、0.2mλrmsとなり、5次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
このため、上述のように構成された実施例7の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
また、f×C2×λ=0>−85000となり、上述の式(31)の関係を満たしていることから、波長が1nmシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが0.06nmと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
以上のように、実施例1〜5,7の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、比較例の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置では、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合に許容できない球面収差が発生するとともに、この発生した軸上3次球面収差を光学系を調整することにより補正しようとすると軸上5次球面収差が大きくなる等の問題があったのに対して、実施例1〜5,7の対物レンズが波長の変化により対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量と5次軸上球面収差の変化量とが一定の関係となるように構成されていることにより、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合にも、この波長のずれにより発生する軸上3次球面収差及び軸上5次球面収差を、光学系を調整する等により、同時にキャンセルすることを可能とし、すなわち、光源の波長が変動したときの収差の補正及び低減を可能とし、これにより、光ピックアップ装置を構成する光源の発振波長の許容範囲を拡げることを可能とし、光源の歩留まりを上昇させ、コストを低減することを実現する。
さらに、実施例1〜5,7の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式(31)の関係を満足するように実施例1〜5,7の対物レンズが構成されていることから、光ビームの波長が1nm変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離L12を0.5μm以下となるようにすることができ、光源部3から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、色収差を十分に低減することができる。
以上のように、光ピックアップ装置11及びこれを備える光ディスク装置は、高開口数、短波長用の対物レンズを有し、高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う装置であり、設計波長が405nm付近とする所定の波長の光ビームを出射する光源部3と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、光源部3から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズ17と、光源部3と対物レンズ17との間に設けられ、光源部3から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズ6とを備え、対物レンズが、上述した所定の範囲内の温度変化に対する対物レンズ17で発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、光源部3から出射される光ビームの上述した所定の範囲内の波長変化に対する対物レンズ17で発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、上述の式(27)を満たすように形成され、回折手段の回折構造による光路長の付加量を式(28)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(29)の関係を満たし、波長変化に対する対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量ΔSA3と、5次軸上球面収差の変化量ΔSA5とが式(30)の関係を満たすよう構成することにより、製造誤差等により光源部3の発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ6を移動させる等の光学系の調整により、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、良好な記録再生特性を維持した状態で、光源部の半導体レーザ等の光源の発振波長のトレランスを広げることができ、また、それにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ作製にかかるコストを低減することができる。
本発明が適用された光ピックアップ装置の光学系を示す光路図である。 本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズの波長が変化したとき、その変化前後における集光位置の光軸方向の光学距離を示す図である。 本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズの回折構造において最大の回折効率を有する回折次数として、選択される最適な次数のものについて説明するための図であり、波長405nmの光ビームに対して、それぞれ回折次数が3次、4次、5次、6次の回折光の回折効率が最大となるように形成された回折構造における、入射光ビームの波長を変化させた場合の当該回折次数の回折光の回折効率の変化を示す図である。 図3に示す回折効率の変化を示す図の要部を拡大して示す図である。 本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズと比較するための比較例の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。 本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズとして、実施例1の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。 実施例2の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。 実施例3の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。 実施例4の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。 実施例5の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。 実施例6の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。 本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズの回折構造において最大の回折効率を有する回折次数として、選択される最適な次数のものについて説明するための図であり、実施例6の場合の半径方向の位置におけるサグ量を示す図である。 図12に示すサグ量に基づき回折次数を変えた場合のそれぞれの回折構造の形状を示すための図であり、回折次数mを3次とした場合の回折構造の形状を示す図である。 図12に示すサグ量に基づき回折次数を変えた場合のそれぞれの回折構造の形状を示すための図であり、回折次数mを4次とした場合の回折構造の形状を示す図である。 図12に示すサグ量に基づき回折次数を変えた場合のそれぞれの回折構造の形状を示すための図であり、回折次数mを5次とした場合の回折構造の形状を示す図である。 本発明が適用された光ピックアップ装置の他の実施の形態の光学系を示す光路図である。 実施例7の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による3次球面収差と5次球面収差との変化を示す特性図である。
符号の説明
1 光ピックアップ装置、 3 光源部、 4 回折光学素子、 5 ビームスプリッタ、 6 コリメータレンズ、 7 対物レンズ、 8 光ディスク、 9 光検出器

Claims (15)

  1. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
    プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、
    上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(1)を満たすように形成され、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(2)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(3)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(4)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
    上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(1)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(2)
    C2×C10>0 ・・・(3)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(4)
  2. 上記対物レンズは、上記光源から出射される光ビームの波長が400nmから410nmの範囲の任意の波長λ(nm)であったときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置と、上記光源から出射される光ビームの波長が上記任意の波長λ(nm)に対して1nm変化したときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置との、光軸方向の距離が、0.5μm以下となるように形成されることを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ装置。
  3. 上記対物レンズは、その焦点距離をf(mm)としたとき、式(5)を満たすように形成されることを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ装置。
    −1.1×10<C2/f<1.3×10 ・・・(5)
  4. 上記対物レンズは、その焦点距離をf(mm)としたとき、式(6)を満たすように形成されることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の光ピックアップ装置。
    f×C2×λ>−85000 ・・・(6)
  5. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置において、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(7)を満たすように形成され、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(8)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(9)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(10)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
    上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ディスク装置。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(7)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(8)
    C2×C10>0 ・・・(9)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(10)
  6. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数0.82以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(11)を満たし、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(12)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(13)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(14)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される対物レンズの設計方法。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(11)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(12)
    C2×C10>0 ・・・(13)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(14)
  7. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
    プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、
    上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、
    上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、
    上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(15)を満たし、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(16)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(17)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(18)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ピックアップ装置の設計方法。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(15)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(16)
    C2×C10>0 ・・・(17)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(18)
  8. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、
    上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、
    上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(19)を満たし、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(20)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(21)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(22)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ディスク装置の設計方法。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(19)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(20)
    C2×C10>0 ・・・(21)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(22)
  9. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
    プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、
    上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(23)を満たすように形成され、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(24)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(25)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(26)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
    上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(23)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(24)
    C4×C10>0 ・・・(25)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(26)
  10. 上記対物レンズは、上記光源から出射される光ビームの波長が400nmから410nmの範囲の任意の波長λ(nm)であったときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置と、上記光源から出射される光ビームの波長が上記任意の波長λ(nm)に対して1nm変化したときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置との、光軸方向の距離が、0.5μm以下となるように形成されることを特徴とする請求項9記載の光ピックアップ装置。
  11. 上記対物レンズは、その焦点距離をf(mm)としたとき、式(27)を満たすように形成されることを特徴とする請求項10記載の光ピックアップ装置。
    f×C2×λ>−85000 ・・・(27)
  12. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置において、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(28)を満たすように形成され、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(29)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(30)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(31)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
    上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ディスク装置。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(28)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(29)
    C4×C10>0 ・・・(30)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(31)
  13. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数0.82以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(32)を満たし、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(33)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(34)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(35)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される対物レンズの設計方法。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(32)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(33)
    C4×C10>0 ・・・(34)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(35)
  14. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
    プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、
    上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、
    上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、
    上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(36)を満たし、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(37)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(38)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(39)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ピックアップ装置の設計方法。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(36)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(37)
    C4×C10>0 ・・・(38)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(39)
  15. 405nm程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数0.82以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、
    上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、
    上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
    上記対物レンズは、−10℃〜75℃の範囲内の温度変化ΔT(℃)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3Tと、上記光源から出射される光ビームの±5nm以内の範囲内の波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次球面収差の変化量ΔSA3λとが、式(40)を満たし、
    上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをh(mm)とし、光路差のn次項係数をCnとし、入射する光ビームの波長をλ(nm)としたときの式(41)により算出される光路差関数φ(h)で表したとき、式(42)を満たし、
    上記波長変化Δλ(nm)に対する上記対物レンズで発生する3次軸上球面収差の変化量をΔSA3とし、5次軸上球面収差の変化量をΔSA5としたとき、式(43)を満たし、
    上記回折構造は、回折次数が3次乃至6次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ディスク装置の設計方法。
    (ΔSA3T/ΔT)×(ΔSA3λ/Δλ)<0 ・・・(40)
    φ(h)=(C2×h+C4×h+C6×h+C8×h+C10×h10+・・・)×λ/10(mm) ・・・(41)
    C4×C10>0 ・・・(42)
    ΔSA3×ΔSA5>0 ・・・(43)
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