JPH1055562A - 光情報記録媒体の記録および／または再生用光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度の光情報記録媒体の記録再生用光学系
を光源、カップリング光学系、対物レンズから構成し、
プラスチックレンズを用いた場合でも、トラッキングに
よる波面収差の劣化につき、湿度変化の影響を許容でき
る程度に抑えることの出来る光学系を得ようとする。 【解決手段】 カップリング光学系は正の焦点距離を有
すると共に少なくとも１枚のプラスチックレンズを含
み、ポリオレフィン系樹脂もしくはノルボルネン系樹脂
のような飽和吸水率が０．５％以下の材料を用い、プラ
スチックレンズの吸水による波面収差の最大変化量を、
最大トラッキング時に対応する開口数において、０．０
２λｒｍｓ以下に抑える。カップリング光学系は、プラ
スチック製のカップリング単レンズであることが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源からの光ビームを
光情報記録面に集光し、情報を記録再生する光学系、特
に温度変化ならびに湿度変化の影響を抑えた光学系に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光情報記録媒体としてもっとも普及して
いるコンパクトディスク（ＣＤ）を記録再生するため
に、光源から射出される発散光を収束光に変換し、光情
報記録媒体上に結像させるための集光光学系としては、
種々のものが提案されているが、発振波長が７８０ｎｍ
程度の半導体レーザを用いて、光情報記録媒体側の開口
数が０．４５程度で両面が非球面化されている対物単レ
ンズ１枚を用いた有限共役型の光学系が一般的になって
いる（たとえば特開昭６１−５６３１４号公報参照）。
また、上記対物単レンズの多くは樹脂製であるが、その
温度変化は、焦点距離、開口数とも比較的小さいため問
題にならず、湿度変化に対しても飽和吸水率が１〜２％
程度の樹脂を使用しても問題にならなかった。

【０００３】しかし、近年、光ディスク等の光情報記録
媒体への情報記録の高密度化が進んできており、これに
伴い、光源の短波長化、光学系や対物レンズの高ＮＡ化
が進められている。特にＤＶＤは、格段の高密度化が進
展しており、集光光学系としては光源の波長が６３５〜
６５０ｎｍ、開口数は０．６が必要とされている。この
ような高密度の光情報記録媒体を記録再生するために
は、ＣＤを記録再生するために用いられているような、
対物単レンズ１枚からなる有限共役型の光学系では、対
物レンズの開口数が大きいため、これをフォーカシング
の為に光軸方向に動かすと、球面収差が大きく変動し、
またトラッキングのために光軸と垂直方向に動かすと、
非点収差の発生が著しく、使用出来ない。光源と対物レ
ンズを一体にして動かし、フォーカシング、トラッキン
グをする方式では収差の変動はないが、トラッキングや
フォーカシングのために必要なスピードを簡単な機構で
得ることが出来ない。

【０００４】このような理由から、対物レンズ単体をフ
ォーカシング、トラッキングのために動かし、かつそれ
に起因する収差変動を小さく抑えるためには、光源、カ
ップリングレンズ系、対物レンズからなる光学系を採用
することが必要となり、対物レンズの結像倍率の絶対値
も、ある値以下に制限される。通常は、カップリングレ
ンズ系としては、光源から射出される発散光を平行光に
変換するための、コリメート光学系が用いられるのが一
般的であり、この場合、光源とは反対側から見たカップ
リングレンズ系の結像倍率ｍc はゼロである。コリメー
ト光学系としては、球面ガラスを貼合わせた１群２枚構
成のコリメータレンズが一般的で、ガラス製の非球面単
レンズなども近年用いられるようになってきた。また一
部、樹脂製の非球面単レンズも用いられている。また、
半導体レーザの波長変動による影響を軽減するために、
低分散材料製の正レンズと高分散材料製の負レンズを組
み合わせた３枚以上の単レンズからなるコリメート光学
系も種々知られている。

【０００５】なお、光源とは反対側から見た結像倍率ｍ
c が正であるカップリングレンズ系を用いることで、光
源から射出される発散光の発散度を減らし、対物レンズ
単体の結像倍率を、負でかつゼロに近く設定した例とし
ては、特開平６−２５８５７３号公報、特開平８−５９
０９号公報がある。後者は、対物レンズとして樹脂製の
両面非球面レンズを想定しており、カップリングレンズ
系としては樹脂製の少なくとも片面が非球面化された単
レンズを想定している。何れの例も、対物レンズを樹脂
化した場合において、光学系や対物レンズの高ＮＡ化に
伴い、問題となる環境温度の変化により発生する球面収
差とフォーカシングにより変動する球面収差についての
解決策についての解決策について記載されている。

【０００６】なお、光源とは反対側から見た結像倍率ｍ
c が負であるカップリングを用いることで、光源から射
出される発散光を収束光とし、対物レンズ単体の結像倍
率を正で、かつゼロに近く設定した例としては、特願平
７−３５２２０８号がある。ここにはＤＶＤのような極
めて高密度な光情報記録媒体の記録再生を行うための光
学系に要求される光源の短波長化、光学系や対物レンズ
の高ＮＡ化に対して、対物レンズを樹脂製とした場合に
おいても、環境温度の変化により発生する球面収差を問
題とならない程度まで低減させるための条件などが記載
されている。さらに、カップリングレンズ系として、樹
脂製の単レンズを用いることで、さらに環境温度の変化
により発生する球面収差を低減することができることも
開示されている。しかし、上記例では、レンズの樹脂化
に伴う環境の湿度変化に対しての開示はなく、ＤＶＤの
ような高密度の光情報記録媒体の記録再生において、湿
度変化を許容できる光学系であるかが不明である。

【０００７】なお、耐熱、耐湿性能の優れたレンズを提
供するという目的で、光ディスク用の光学系などに用い
られ、半導体レーザなどからの発散光を平行光に変換す
るコリメータレンズとして、ガラスレンズとほぼ屈折力
がゼロのプラスチックレンズとで構成した光学系が知ら
れている（特開平７−２０３７７号および同平７−２０
３７８号）。その記載によれば、 無限仕様光学系におけるコリメータレンズをプラス
チック製にすると、温度変化に起因する屈折率の変化に
よって、焦点距離、バックフォーカス距離が大きく変動
し、光源の位置がレンズの焦点位置から逸脱することに
なって、レンズからの出射光が平行でなくなり、光学性
能が劣化するという問題がある。 発明の効果として、プラスチックレンズの屈折率変
化に対する焦点距離およびバックフォーカス距離の変化
の少ないレンズが得られた。従って温度変化に対する焦
点距離の変動が少なく、耐熱性能を要求される用途など
での使用が可能となった。また湿度変化に対しても吸湿
により屈折率に変化があるが、この屈折率に対する焦点
距離変化も少なく、耐湿特性も有する。

【０００８】上記に関しては、プラスチックコリメー
タ単レンズだけで考えると、温度変化に起因する屈折率
の変化によって、焦点距離、バックフォーカス距離が変
化することは事実である。しかし、光源、プラスチック
コリメータ単レンズ、無限共役型対物レンズから構成さ
れる光情報記録媒体の記録再生用光学系全体において
は、温度変化に起因する屈折率の変化によって、コリメ
ータレンズからの出射光が平行でなくなったとしても、
球面収差変動は小さい。なお、上記光学系において、樹
脂製の対物レンズは、環境温度が上昇すると、樹脂材料
の屈折率が小さくなるために正の球面収差を発生する。
一方において、樹脂製のコリメータ単レンズに関して
は、温度上昇により樹脂材料の屈折率が小さくなったと
きには、コリメータ単レンズ単体での球面収差の発生は
小さく、温度上昇の影響は、バックフォーカス距離が伸
びるためにコリメータ単レンズからの出射光が発散光と
なる。ところで対物レンズは、発散光の入射に対して
は、負の球面収差が発生する。従って、コリメータレン
ズを樹脂製の単レンズとすることで、樹脂製対物レンズ
の環境温度変化による球面収差の変化を補正することと
なる。

【０００９】また、に関しては、確かにレンズ全体が
一様に脱湿状態もしくは吸湿状態にあるときには、プラ
スチックレンズの屈折率をほぼゼロとすることで、焦点
距離、バックフォーカス距離の変化が小さいことは事実
である。しかしながら、一様な脱湿状態から吸湿して行
く過程、あるいは一様な吸湿状態から脱湿して行く過程
においては、レンズの内部で屈折率分布が発生し、光軸
の廻りに回転対称のレンズにおいては球面収差が大きく
変化する。この事実は、樹脂製の対物単レンズに関して
は広く知られている事実である（たとえば「光ディスク
用プラスチック対物レンズの吸湿シミュレーション」 K
ONIKA TECHNICAL REPORT 3 P.74 参照）。樹脂製のコリ
メータ単レンズやカップリングレンズ系を構成する樹脂
レンズに関しても、その屈折力、結像倍率、開口数がど
うあろうとも、樹脂製の対物単レンズと同様に、レンズ
内部での屈折率分布の影響が予想される。

【００１０】実際に、ＤＶＤと比較して記録密度の低い
レーザディスクの場合、波長が約７８０ｎｍの光源を用
い、焦点距離４．５ｍｍ、開口数０．５０（有効径４．
５ｍｍ）の無限共役型の対物レンズを用い、コリメータ
レンズとしては、焦点距離１７．０ｍｍ、光源側開口数
０．１４のものが用いられていた。対物レンズ、コリメ
ータレンズは、それぞれ２群３枚構成、１群２枚構成の
ガラスからなる組合せ球面レンズで回折限界性能を得て
いた。対物レンズは、開口数が大きく、ガラスからなる
組合せ球面レンズは高価なため、プラスチック製の非球
面レンズがいち早く採用された。それに遅れてコリメー
タレンズも一部ではあるが、下記の仕様のプラスチック
製の非球面レンズが採用されている。 使用波長 ７８０ｎｍ 焦点距離 １７．０ｍｍ 有効径 ４．７６ｍｍ（５．７ｍｍ） 光源側開口数 ０．１４（０．１７） レンズ外径 ７．７５ レンズ素材 アクリル系樹脂（飽和吸水率α＝１．０％） 球面収差の規格 ０．０３１λｒｍｓ（ＮＡ０．１４で） （上記有効径と光源側開口数の括弧内の数値は上記の対
物レンズと組合せ、トラッキング量を０．６ｍｍとした
ときに対応する。） このコリメータレンズの断面図を第２図に示す。

【００１１】このコリメータレンズ単体の高湿試験の結
果を図３に示す。試験条件としては、温度＋６０℃、相
対湿度９０％の恒温恒湿槽に１２０時間保管後、常温常
湿の環境条件に戻して、３８４時間まで波面収差の変化
を干渉計で測定したものである。干渉計の光源はＨｅ−
Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）である。図３からわかる
とおり、脱湿時には球面収差成分が約０．０２５λｒｍ
ｓ変化する。これを実際の光源波長である７８０ｎｍに
換算すると、その変化量は０．０２λｒｍｓとなり、コ
リメータレンズの残存球面収差が規格ぎりぎりの場合、
球面収差の最大量は０．０５１λｒｍｓにも達するが、
レーザディスクでは使用可能であった。しかし、ＤＶＤ
のような高密度の光情報記録媒体の記録再生用光学系に
おいて、このような球面収差およびその吸湿による変動
が懸念されており、カップリングレンズ系としては高価
なガラスの組合せ球面レンズもしくはガラス製の非球面
単レンズが使用されようとしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＤＶＤのよ
うな極めて高密度の光情報記録媒体の記録再生用光学系
を光源、カップリングレンズ系、対物レンズから構成
し、トラッキングを対物レンズを光軸と垂直方向に動か
して行うものにおいて、カップリングレンズ系の一部ま
たは全部をプラスチックレンズとした場合においても、
湿度変化の影響を許容できる程度に抑えることの出来る
光学系を得ようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光情報記録媒体
の記録および／または再生用光学系は、光源と対物レン
ズの間に配置されて、光源からの光を対物レンズに導く
正の焦点距離を有するカップリングレンズ系を備え、前
記対物レンズをカップリングレンズ系の光軸に対して垂
直方向に移動することでトラッキングを行う光学系にお
いて、前記カップリングレンズ系は少なくとも１枚のプ
ラスチックレンズを含み、かつ該カップリングレンズ系
中のプラスチックレンズの吸水による波面収差の最大変
化量が、最大トラッキング時に対応する開口数におい
て、０．０２λｒｍｓ以下であることを特徴とする。こ
のため、上記カップリングレンズ系中のプラスチックレ
ンズは飽和吸水率が０．５％以下の材料、具体的にはポ
リオレフィン系樹脂もしくはノルボルネン系樹脂により
構成されていることを特徴とする。この光学系におい
て、最大トラッキング量は、０．１ｍｍないし０．７ｍ
ｍであり、上記対物レンズの媒体側の開口数ＮＡo が ＮＡo ＞ ０．５２ また、上記光源の波長λは７００ｎｍ以下である。

【００１４】上記カップリングレンズ系は、プラスチッ
ク製のカップリング単レンズであることが好ましく、該
カップリング単レンズの吸水による波面収差の最大変化
量が、対物レンズの最大トラッキング時に必要とされる
開口数において０．０２λｒｍｓ以下であることを特徴
とし、飽和吸水率が０．５％以下の材料、具体的にはポ
リオレフィン系樹脂もしくはノルボルネン系樹脂により
構成されており、その焦点距離ｆc が、 １２ｍｍ ＜ ｆc ＜ ３６ｍｍ であることを特徴とする。

【００１５】

【作用】図４（ａ）は、カップリングレンズ系に球面収
差がある場合の収差を模式的に示したもので、横軸Ｗは
波面収差、縦軸ρは光軸からの距離を対物レンズの有効
径で正規化したものである。対物レンズが光軸上にある
場合は、カップリングレンズ系から出射した波面のう
ち、光軸に対して対称な範囲Ｂの部分の波面を使うこと
になる。しかし、対物レンズがトラッキングのため、△
だけ光軸に垂直に動いた場合、カップリングレンズ系か
ら出射した波面のうち、図４（ｂ）のＣのように△だけ
ずれた範囲の部分の波面を使うことになる。Ｃの部分の
波面は、対物レンズの光軸から見ると非対称であり、現
実にはコマ収差が発生する。図４（ａ）の波面Ｗは、Ａ
を係数として Ｗ ＝ Ａρ⁴ （１） となる。また、対物レンズがトラッキングのため△だけ
光軸に垂直に動いた場合は以下の式で表される。 Ｗ ＝ Ａ（ρ−△）⁴ ＝ Ａρ⁴−４Ａ△ρ³＋・・・ （２） この第１項は球面収差を、第２項はコマ収差を表す。す
なわち、トラッキングにより、記録再生性能に重要な影
響を与えるコマ収差が発生することを示している。波面
収差のｒｍｓ値の球面収差成分Ｗsa、コマ収差成分Ｗcm
は以下のようになる。

【数１】

【数２】

【００１６】下記仕様のＤＶＤ用対物レンズを、図２の
従来例のコリメータと組み合わせて使用することを想定
する。 使用波長 ６３５ｎｍ 焦点距離 ３．３６ｍｍ 有効径 ４．０３ｍｍ ディスク側開口数 ０．６ レンズ外径 ５．８ｍｍ 焦点距離が１７．０ｍｍのコリメータレンズとして必要
な光源側のＮＡは、対物レンズのトラッキング量が零の
場合は０．１１８、最大トラッキング量が０．５ｍｍの
場合は０．１４８となる。ＮＡ＝０．１１８のときρ＝
１とし、最大トラッキング量に対応する△を△max とす
ると、 △max ＝（０．１４８−０．１１８）／０．１１８＝
０．２５ となる。ＤＶＤの最大トラッキング量は ０．１ｍｍ〜
０．７ｍｍ を想定している。現状はディスクの偏心を
厳しくしており、０．２ｍｍ程度を想定しておけば十分
であるが、将来的には規格外のディスクに関しての記録
再生の要求が強まると推測され、その場合は大きければ
大きいほどよい。しかし、０．７ｍｍより大きくする
と、カップリングレンズ系が大きくなり、またトラッキ
ング機構の機械的特性を得ることが難しくなる。

【００１７】ＮＡが０．１４のとき、コリメータレンズ
の脱湿時における波面収差の球面収差成分の変化量は、
０．０２５λｒｍｓであるので、球面収差成分がＮＡの
４乗に比例することからＮＡ＝０．１１８のとき、０．
０１２７λｒｍｓとなる。従って、（３）式からＡを求
めると

【数３】 （４）式から、トラッキングで発生するコマ収差成分は

【数４】

【００１８】一方、コリメータレンズに残留する球面収
差の規格は、６３５ｎｍ、ＮＡ０．１１８の条件では
０．０１２７λｒｍｓ以下となる。よって、０．５ｍｍ
のトラッキングをすることで、やはりさらに０．０２λ
ｒｍｓのコマ収差が発生する。このことから、コリメー
タレンズ、対物レンズにコマ収差がなくても、残留球面
収差とコリメータレンズの吸脱湿による球面収差の変動
により、０．０４λｒｍｓのコマ収差が発生してしま
う。このコマ収差は光ディスクにおいては隣接トラック
方向に発生するが、ＤＶＤではトラックピッチが高密度
であり、レーザディスクと比較して狭くなっているた
め、図２に示すこの例のコリメートレンズは使用出来な
い。一般に対物レンズは、開口数が大きいため、それが
非球面単レンズであるにせよ、組レンズであるにせよ、
偏心によりコマ収差が発生し、その規格は０．０３λｒ
ｍｓ以下というのが通常である。またさらに、対物レン
ズで発生するコマ収差を対物レンズを傾けて補正するこ
ともある。しかし、対物レンズをトラッキングすること
で発生するコマ収差は、トラッキング量に応じて発生す
るものであるため、補正出来ない。

【００１９】最大トラッキング量に対応して発生するコ
マ収差を０．０３λｒｍｓ以下に抑えるには、カップリ
ング光学系に残留する球面収差の規格が同じとすると、
吸脱湿にともない球面収差がＷsa,a変動し、かつトラッ
キングをすることで発生するコマ収差成分Ｗcm,aを０．
０１λｒｍｓ以下にしなければならない。（３）（４）
式から

【数５】 であるから、 Ｗsa,a＝０．００６３λｒｍｓ この量は、最大トラッキング量０．５ｍｍに対応する開
口数０．１４８での球面収差成分の変化は０．０１６λ
ｒｍｓとなることを意味する。すなわち、ＤＶＤのよう
な高密度光情報記録媒体の記録再生用光学系のカップリ
ング光学系の最大トラッキング量（たとえば０．５ｍ
ｍ）に対応する開口数において、吸脱湿に伴う過渡的な
波面収差の変化量は、球面収差以外の収差も考慮する
と、概ね０．０２λｒｍｓ以下であればよい。

【００２０】以下に最大トラッキング時に対応する開口
数におけるプラスチックレンズまたはプラスチックレン
ズを含むレンズ系の波面収差の最大変化量の測定方法を
示す。６０℃および相対湿度９０％の恒温恒湿槽に測定
対象物を１６８時間保管後、２５℃および相対湿度５０
％の常温常湿において、３８４時間に渡って対象物の波
面収差を干渉計で測定し、その間の最大波面収差と最小
波面収差の差分を波面収差の最大変化量とする。ここ
で、最大トラッキング時に対応する開口数とは、プラス
チックレンズまたはプラスチックレンズを含むレンズ系
の光源側の開口数であって、対物レンズのトラッキング
によって移動しうる最大の光束に対応した開口数を云
う。図５に光学系全体の模式図を示すが、ここでカップ
リングレンズ１３の最大トラッキング時に対応する開口
数とは、図中の”α”を指す。なお図中の”β”は、ト
ラッキングによる移動量をゼロとした場合の開口数であ
り、この開口数に相当する光束の最縁周光線ＥＰは、対
物レンズ１６の情報記録媒体７側の開口数ＮＡ₀に相当
するように絞り５により規制されている。ここで図中
の”α”のときの光束の最縁周光線は、図中の”β”の
ときの光束の最縁周光線が、トラッキングにより△max
だけ図中において上下にずれた場合に相当するものであ
る。

【００２１】波面収差の測定は、たとえば図６のような
トワイマン・グリーン干渉計により行なわれる。波面収
差の測定には、実際の光情報記録媒体の情報記録・再生
光学系に使用される光源と同一の波長が使用される。し
かしながら、干渉計の光源波長が、実際の光情報記録媒
体の情報記録・再生光学系に使用される光源波長と一致
しない場合には、干渉計の参照凹面ミラーＣＭと測定対
象物１３との間に補正板ＣＰを入れたり、測定対象物の
結像倍率をずらしたりして光源波長を修正したと同様の
効果を持たせて測定することも可能である。また、光学
設計のシミュレーションによって測定結果を換算するこ
とも可能である。

【００２２】このような光情報記録媒体の記録再生光学
系を樹脂材料の特性改良で実現するには、飽和吸水率α
を０．５％以下とすればよい。なお、カップリングレン
ズの残留球面収差成分の規格をゆるめるためには、α＝
０％が望ましい。［飽和吸水率の試験法としては、ＡＳ
ＴＭ Ｄ５７０（試験条件：２３℃の水中に一週間）に
よった。］ αが０．５％以下の光学用途の樹脂材料としては、種々
のものがあるが、複屈折の比較的小さい樹脂としては、
（株）日本ゼオン製のゼオネックス（商標）や三井石油
化学（株）製のＡＰＥＬ（商標）などのポリオレフイン
系の樹脂や、（株）日本合成ゴム製のＡＲＴＯＮ（商
標）に代表されるようなノルボルネン系の樹脂が好まし
い。

【００２３】ＤＶＤ用途の対物レンズは、０．６ｍｍの
ディスク厚で１．０ｍｍ以上に作動距離を確保しつつ、
出来るだけ小型である必要がある。また、ＣＤも同じ対
物レンズを光軸方向に移動させて再生しようとすると、
１．２ｍｍのディスク厚に対して最低１．６ｍｍの作動
距離が必要である。このような場合を考えると、無限共
役型の非球面対物単レンズを対物レンズとして使用する
場合は、その焦点距離が１．８ｍｍないし５ｍｍの範囲
でなければならないが、２．４ｍｍないし４．５ｍｍに
設定するのが好ましい。焦点距離１．８ｍｍは、ＤＶＤ
専用で必要最小限の作動距離を確保した場合であり、５
ｍｍはＤＶＤとＣＤとの互換を可能とし、かつサイドゲ
ート方式の成型法で作られたプラスチックレンズの場合
である。焦点距離を長くすると、光学系全体が大きくな
ってしまう。また焦点距離が短いと、高屈折率の特殊な
ガラス材料を使っての成型が必要となる。光学系全体の
結像倍率ｍt は、−１／１０ないし−１／４程度で、よ
り好ましくは−１／８ないし−１／５の間に設定するの
がよい。

【００２４】以上の要求から、対物レンズが無限共役の
場合、カップリング光学系の焦点距離ｆc は ７．２ｍｍ ＜ ｆc ＜ ５０ｍｍ より好ましくは １２ｍｍ ＜ ｆc ＜ ３６ｍｍ に設定するのがよい。なお、通常、対物レンズを光軸方
向に動かしてフォーカシングするのが一般的であるが、
その場合、対物レンズの結像倍率｜ｍo｜ が大きいと対
物レンズのフォーカシングによる球面収差の変動が問題
となるため、 ｜ｍo｜ ＜ １／１０ であることが好ましい。従って、ｍoが０でない場合、
カップリング光学系の対物レンズ側から見た結像倍率ｍ
c は、 ｍc ＝ ｍo／ｍt から求まる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。使用波長は６
３５ｎｍであり、表中の記号は、 ｒi： 光源から第ｉ番目のレンズ面の頂点曲率半径 ｄi： 光源から第ｉ番目のレンズ面間隔 ｎi： 光源から第ｉ番目のレンズ材料の屈折率 ｆc： コリメータレンズの焦点距離 ｆo： 対物レンズの焦点距離 Ｕ ： 光学系の物像間距離 Ｔ ： 光学系の第１面から見たときの光源までの距離 を示し、非球面形状は面の頂点を原点とし、頂点曲率を
Ｃ、円錐係数をκ、非球面係数をＡi 、および非球面の
べき数をＰi （≧４）としたとき、次式で表される。

【数６】

【００２６】実施例１ 実施例１の断面図を図１に示す。この実施例においては
カップリング光学系としては、光源１からの光束を平行
光にするコリメータレンズ３を採用し、無限共役型の対
物レンズ６と組み合わされている。すなわち、図におい
て、光源１から出射した光束は、カバーガラス２を通過
してコリメータレンズ３を通ってほぼ平行光束となり、
絞り５で所定の光束に制限されて対物レンズ６に入射す
る。対物レンズ６に入射した光束は、基板７を通して情
報記録面８上に集光される。 ｆc＝ ２５．２ｍｍ ｆo＝３．３７ｍｍ よって
ｍt＝−１／７．５ Ｔ ＝−２２．５５７ｍｍ Ｕ ＝３５．９７３ｍｍ 非球面係数 第４面 κ ＝ −７．０９０００×１０^-1 第６面 κ ＝ −９．９０６７０×１０^-1 Ａ₁ ＝ ６．０６７６０×１０^-3 Ｐ₁ ＝ ４．００００ Ａ₂ ＝ ２．４３３６０×１０^-4 Ｐ₂ ＝ ６．００００ Ａ₃ ＝ ６．８８５５０×１０^-6 Ｐ₃ ＝ ８．００００ Ａ₄ ＝ −５．６２８８０×１０^-6 Ｐ₄ ＝１０．００００ 第７面 κ ＝ −２．７３０９０×１０^-1 Ａ₁ ＝ ９．２３１７０×１０^-3 Ｐ₁ ＝ ４．００００ Ａ₂ ＝ −４．００５４０×１０^-3 Ｐ₂ ＝ ６．００００ Ａ₃ ＝ ８．３１０１０×１０^-4 Ｐ₃ ＝ ８．００００ Ａ₄ ＝ −７．３３５３０×１０^-5 Ｐ₄ ＝１０．００００

【００２７】この光学系において、トラッキング量０．
５ｍｍを考慮に入れたコリメータレンズ３の有効径５．
０４ｍｍに対し、コリメータレンズが設計値（無収差）
であった場合と、コリメータレンズ自身が三次の球面収
差を０．０２λｒｍｓ有する場合のトラッキング量に対
する波面収差の変化をシミュレーションした結果を図７
に示す。コリメータレンズ３が無収差の場合は、トラッ
キングによっても波面収差は変化しない。一方、コリメ
ータレンズ３が三次の球面収差を持つ場合は、トラッキ
ングにより波面収差が劣化する。図８は、光学系の温度
が３０℃上昇（△Ｔ＝３０℃）したときのトラッキング
量に対する波面収差の変化をシミュレーションした結果
である。このとき、コリメータレンズ３、対物レンズ６
は樹脂製であることから、それぞれ屈折率が−０．００
３６変化するものとした。光学系全体での球面収差は変
化するが、トラッキングによっての波面収差の変化は少
ない。コリメータレンズ３は飽和吸水率α＝０．１％以
下の材料である。図９は、コリメータレンズを温度＋６
０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿槽に１６８時間保管
後、常温常湿の環境条件に戻し、波面収差の変化を干渉
計で測定した結果である。光源は波長６３３ｎｍのＨｅ
−Ｎｅレーザを使用しているので、光学系の設計波長に
近く、換算の必要はない。測定の都合上、絞り５は軸上
の最周縁光束に合わせたものを使用している。この条件
において、波面収差全体、波面収差の球面収差成分の変
動は０．００５λｒｍｓ以下であり、仮に、すべてが球
面収差の変動だとしても０．０１５λｒｍｓ以下であ
る。以上、図７、図８、図９からわかるように、ＤＶＤ
のような高密度媒体においても、湿度変化によるトラッ
キング特性の劣化が少なく、また温度特性も良好な光学
系を低コストで実現できることが明らかである。

【００２８】実施例２ 実施例２の断面図を図１０に示す。この実施例において
は、カップリング光学系としては、光源１からの光束を
収束光にするカップリングレンズ１３を採用し、収束光
に対して共役な対物レンズ１６と組み合わされている。
すなわち、図において、光源１から出射した光束は、カ
バーガラス２を通過してカップリングレンズ１３を通っ
て収束光となり、絞り５で所定の光束に制限されて対物
レンズ１６に入射する。対物レンズ１６に入射した光束
は基板７を通して情報記録面８上に集光される。 ｆc＝１８．１ｍｍ ｆo＝３．８０ｍｍ カップリングレンズの対物レンズ側から見た結像倍率ｍ
c 、対物レンズの倍率ｍo はそれぞれ ｍc＝−０．６３ ｍo＝１／１２ よって ｍt
＝−１／７．５ Ｔ ＝−２６．８４ｍｍ Ｕ ＝４０．１８ｍｍ 非球面係数 第３面 κ ＝ −４．１３７７０ 第４面 κ ＝ −６．１１７６０×１０^-1 Ａ₁ ＝ ２．６０９６０×１０^-5 Ｐ₁ ＝ ４．００００ 第６面 κ ＝ −９．０１７５０×１０^-1 Ａ₁ ＝ ５．４０９８０×１０^-3 Ｐ₁ ＝ ４．００００ Ａ₂ ＝ ２．９７１６０×１０^-4 Ｐ₂ ＝ ６．００００ Ａ₃ ＝ １．６３６００×１０^-5 Ｐ₃ ＝ ８．００００ Ａ₄ ＝ −２．７１６８０×１０^-6 Ｐ₄ ＝１０．００００ 第７面 κ ＝ −２．２５４７０×１０ Ａ₁ ＝ １．１９２００×１０^-2 Ｐ₁ ＝ ４．００００ Ａ₂ ＝ −４．３９８４０×１０^-3 Ｐ₂ ＝ ６．００００ Ａ₃ ＝ ８．７４０１０×１０^-4 Ｐ₃ ＝ ８．００００ Ａ₄ ＝ −７．４６３９０×１０^-5 Ｐ₄ ＝１０．００００

【００２９】この光学系において、トラッキング量０．
５ｍｍを考慮に入れたカップリングレンズ１３の有効径
に対し、カップリングレンズが設計値（無収差）であっ
た場合と、カップリングレンズ自身が三次の球面収差を
０．０２λｒｍｓ有する場合のトラッキング量に対する
波面収差の変化をシミュレーションした結果を図１１に
示す。カップリングレンズ１３が無収差の場合も、トラ
ッキングによって波面収差は変化するが、これは見かけ
上、光源１が対物レンズ１６の光軸からはずれるため発
生する軸外収差が主で、対物レンズ１６の正弦条件が公
知の手法で補正されている場合は、非点収差が主成分で
ある。一方、カップリングレンズ１３が三次の球面収差
を持つ場合は、それに加えてトラッキングにより、コマ
収差も劣化する。図１２は、光学系の温度が３０℃上昇
（△Ｔ＝３０℃）したときのトラッキング量に対する波
面収差の変化をシミュレーションした結果である。この
とき、カップリングレンズ１３、対物レンズ１６は樹脂
製であることから、それぞれ屈折率が−０．００３６変
化するものとした。光学系全体での球面収差は変化する
が、トラッキングによっての波面収差の変化は少ない。
カップリングレンズ１３は飽和吸水率α＝０．１％以下
の材料である。図１３は、カップリングレンズ１３を温
度＋６０℃、相対湿度９０％の恒温恒湿槽に１６８時間
保管後、常温常湿の環境条件に戻し、波面収差の変化を
干渉計で測定した結果である。光源は波長６３３ｎｍの
Ｈｅ−Ｎｅレーザを使用しているので、光学系の設計波
長に近く、換算の必要はない。測定の都合上、絞り５は
軸上の最周縁光束に合わせたものを使用している。この
条件において、波面収差全体、波面収差の球面収差成分
の変動は０．００５λｒｍｓ以下であり、仮に、すべて
が球面収差の変動だとしても０．０１５λｒｍｓ以下で
ある。以上、図１１、図１２、図１３からわかるよう
に、ＤＶＤのような高密度媒体においても、湿度変化に
よるトラッキング特性の劣化が少なく、また温度特性も
良好な光学系を低コストで実現できることが明らかであ
る。

【００３０】上記実施例では、対物レンズの結像倍率ｍ
oが、ｍo＝０ およびｍo＞０ の場合を示したがｍo＜０
の場合も同様である。すなわち光源からの光束を発散
光にするカップリングレンズを採用し、発散光に対して
共役な対物レンズと組み合わせることもできる。また、
カップリング光学系が単レンズである場合について説明
したが、カップリング光学系が色収差の補正などの目的
で、複数枚の単レンズで構成され、その一部を樹脂製の
レンズとしたときは、その樹脂製のレンズが上記の条件
を満たせばよい。また、カップリング光学系のプラスチ
ックレンズの吸水による波面収差の最大変化量が最大ト
ラッキング時に対応する開口数において０．０２λｒｍ
ｓ以下を達成するためには、飽和吸水率の低い樹脂材料
を用いるほか、レンズの外形、厚さなどを工夫する、吸
水を緩和する物質を外形やレンズ面にコートするなどに
より、吸脱湿過程における屈折率分布の影響を少なくす
るなどの方法によっても可能である。カップリング光学
系を光軸方向に移動させて、ＣＤとＤＶＤを兼用させる
タイプの記録および再生光学系においては、カップリン
グ光学系の光源側の開口数が大きい場合について、上記
の波面収差の最大変化量を考慮すればよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、各実施例および各特性図から
明らかなように、カップリング光学系中のプラスチック
レンズを吸水による波面収差の劣化の小さい材料で構成
することにより、カップリングレンズ、対物レンズをそ
れぞれ単レンズとした場合でも、トラッキングによる波
面収差の劣化を抑えることが出来、ＤＶＤのような高密
度情報記録媒体に好適な再生用光学系を得ることが出来
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の
実施例１の光学配置図である。

【図２】従来のコリメータレンズの１例を示す断面図で
ある。

【図３】図２のコリメータレンズ単体の高湿試験の結果
を示すグラフである。

【図４】カップリング光学系に球面収差がある場合のト
ラッキングの影響を示す説明図である。

【図５】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の
１例の全体の模式図である。

【図６】波面収差を測定するトワイマン・グリーン干渉
計の構成を示す光路図である。

【図７】本発明の実施例１の光学系における、トラッキ
ングによる波面収差の変化を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例１の光学系において、光学系の
温度が３０℃上昇したときのトラッキング量に対する波
面収差の変化を示すグラフである。

【図９】本発明の実施例１の光学系のコリメータレンズ
について、環境変化による波面収差の変化を示すグラフ
である。

【図１０】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系
の実施例２の光学配置図である。

【図１１】本発明の実施例２の光学系における、トラッ
キングによる波面収差の変化を示すグラフである。

【図１２】本発明の実施例２の光学系において、光学系
の温度が３０℃上昇したときのトラッキング量に対する
波面収差の変化を示すグラフである。

【図１３】本発明の実施例２の光学系のカップリングレ
ンズについて、環境変化による波面収差の変化を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 光源 ２ カバーガラス ３，３０
コリメータレンズ ５ 絞り ６，１６ 対物レンズ ７
基板 ８ 記録面 １３ カップリングレンズ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源波長がλの光源、対物レンズ、前記
   対物レンズを光軸に対して垂直方向に移動することによ
   ってトラッキングを行なうトラッキング手段、および前
   記光源と対物レンズとの間に配置され、前記光源からの
   光を前記対物レンズに導く正の焦点距離を有し、かつ、
   少なくとも１枚のプラスチックレンズを含むカップリン
   グレンズ系を備えた光情報記録媒体の記録および／また
   は再生用光学系において、 前記カップリングレンズ系の最大トラッキング時に対応
   する開口数における波面収差の最大変化量は０．０２λ
   ｒｍｓ以下であることを特徴とする光情報記録媒体の記
   録および／または再生用光学系
2. 【請求項２】 前記最大トラッキング時に対応する開口
   数における波面収差の最大変化量は、前記カップリング
   レンズ系を６０℃および相対湿度９０％の恒温恒湿槽に
   １６８時間保管後、２５℃および相対湿度５０％の常温
   常湿において３８４時間に渡って対象物の波面収差を干
   渉計で測定して得られる最大波面収差と最小波面収差の
   差分であることを特徴とする請求項１の光情報記録媒体
   の記録および／または再生用光学系
3. 【請求項３】 光源波長がλの光源、対物レンズ、前記
   対物レンズを光軸に対して垂直方向に移動することによ
   ってトラッキングを行なうトラッキング手段、および前
   記光源と対物レンズとの間に配置され、前記光源からの
   光を前記対物レンズに導く正の焦点距離を有し、かつ、
   少なくとも１枚のプラスチックレンズを含むカップリン
   グレンズ系を備えた光情報記録媒体の記録および／また
   は再生用光学系において、 前記カップリングレンズ系に包含されるプラスチックレ
   ンズの飽和吸水率は０．５％以下であることを特徴とす
   る光情報記録媒体の記録および／または再生用光学系
4. 【請求項４】 光源波長がλの光源、対物レンズ、前記
   対物レンズを光軸に対して垂直方向に移動することによ
   ってトラッキングを行なうトラッキング手段、および前
   記光源と対物レンズとの間に配置され、前記光源からの
   光を前記対物レンズに導く正の焦点距離を有し、かつ、
   少なくとも１枚のプラスチックレンズを含むカップリン
   グレンズ系を備えた光情報記録媒体の記録および／また
   は再生用光学系において、 前記カップリングレンズ系に包含されるプラスチックレ
   ンズは、ポリオレフィン系樹脂又はノルボルネン系樹脂
   により構成されていることを特徴とする光情報記録媒体
   の記録および／または再生用光学系
5. 【請求項５】 前記トラッキング手段の最大トラッキン
   グ量は、０．１ｍｍないし０．７ｍｍであることを特徴
   とする請求項１ないし請求項４のいずれかの光情報記録
   媒体の記録および／または再生用光学系
6. 【請求項６】 前記対物レンズの光情報記録媒体側の開
   口数ＮＡo が ＮＡo ＞ ０．５２ であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいず
   れかの光情報記録媒体の記録および／または再生用光学
   系
7. 【請求項７】 前記光源の波長λが７００ｎｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１
   項の光情報記録媒体の記録および／または再生用光学系
8. 【請求項８】 光軸に対して垂直方向に移動することに
   よってトラッキングを行う対物レンズと、光源波長がλ
   の光源との間に配置され、前記光源からの光を前記対物
   レンズに導く正の焦点距離を有し、かつ少なくとも１枚
   のプラスチックレンズを含むカップリングレンズ系にお
   いて 該カップリングレンズ系の最大トラッキング時に対応す
   る開口数における波面収差の最大変化量は０．０２λｒ
   ｍｓ以下であることを特徴とする光情報記録媒体の記録
   および／または再生用光学系のカップリングレンズ系
9. 【請求項９】 前記カップリングレンズ系に包含される
   プラスチックレンズの飽和吸水率は０．５％以下である
   ことを特徴とする請求項８の光情報記録媒体の記録およ
   び／または再生用光学系のカップリングレンズ系
10. 【請求項１０】 前記カップリングレンズ系に包含され
    るプラスチックレンズは、ポリオレフィン系樹脂もしく
    はノルボルネン系樹脂により構成されていることを特徴
    とする請求項８または請求項９の光情報記録媒体の記録
    および／または再生用光学系のカップリングレンズ系
11. 【請求項１１】 前記対物レンズの光情報記録媒体側の
    開口数ＮＡo が ＮＡo ＞ ０．５２ であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のい
    ずれかの光情報記録媒体の記録および／または再生用光
    学系のカップリングレンズ系
12. 【請求項１２】 前記光源の波長λが７００ｎｍ以下で
    あることを特徴とする請求項８７７ないし請求項１１の
    いずれかの光情報記録媒体の記録および／または再生用
    光学系のカップリングレンズ系
13. 【請求項１３】 前記カップリングレンズ光学系は、プ
    ラスチック単レンズであることを特徴とする請求項８な
    いし請求項１２のいずれかの光情報記録媒体の記録およ
    び／または再生用光学系のカップリングレンズ系
14. 【請求項１４】 前記プラスチック単レンズの飽和吸水
    率は、０．５％以下であることを特徴とする請求項１３
    の光情報記録媒体の記録および／または再生用光学系の
    カップリングレンズ系
15. 【請求項１５】 前記プラスチック単レンズは、ポリオ
    レフィン系樹脂又はノルボルネン系樹脂により構成され
    ていることを特徴とする請求項１３または請求項１４の
    光情報記録媒体の記録および／または再生用光学系のカ
    ップリングレンズ系
16. 【請求項１６】 前記プラスチック単レンズの焦点距離
    ｆc が、以下の条件を満足することを特徴とする請求項
    １３ないし請求項１５のいずれかの光情報記録媒体の記
    録および／または再生用光学系のカップリングレンズ系 １２ｍｍ ＜ ｆc ＜ ３６ｍｍ