WO2004021065A1 - 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

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 Download PDF

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Tohru Kimura
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Konica Minolta Holdings, Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to an optical pickup device, an optical information recording / reproducing device, and an objective lens used therefor, and more particularly, to an optical pickup device capable of recording or reproducing optical information at high density, an optical information recording / reproducing device, and an objective lens used therefor.
  • a plastic single lens is generally used as an objective lens used in an optical pickup device or an optical information recording / reproducing device for recording or reproducing an optical information recording medium such as a CD, MO, and DVD. ing.
  • the plastic lens Since the plastic lens has a smaller specific gravity than the glass lens, the burden on the actuator driving the objective lens for focusing and tracking can be reduced, and the objective lens can be followed at that time at high speed. There is an advantage.
  • plastic lenses manufactured by injection molding a plastic material with a mold can be mass-produced with high precision by precisely manufacturing the desired mold, thereby improving the performance of the lens. Despite being able to perform stably, it is possible to reduce costs.
  • a DVD (NA 0.6, light source wavelength 12 cm diameter optical disc of the same size as 6 50 nm, storage capacity 4, 7 GB) Can record 20 to 30 GB of information per page.
  • a spherical aberration caused by a refractive index change due to a temperature change (hereinafter, this spherical aberration is referred to as This is called “temperature aberration”).
  • This problem is caused by the fact that the plastic lens is about two orders of magnitude larger than the glass lens in the change in the refractive index due to the temperature change. Since this temperature aberration is proportional to the fourth power of NA, if the objective lens with NA 0.85 used for high-density DVD is a plastic lens, the usable temperature range will be very narrow. However, this is a problem in practical use.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-337818 discloses a technique for correcting the temperature aberration of such a plastic single lens by utilizing the diffraction effect of an annular structure formed on the optical surface.
  • the slope of the spherical aberration curve when the wavelength changes (hereinafter, the slope of the spherical aberration curve in this specification is referred to as “color”). (Referred to as spherical aberration). Therefore, a semiconductor laser whose oscillation wavelength deviates from the reference wavelength due to a manufacturing error cannot be used, and semiconductor lasers need to be sorted, resulting in high costs.
  • the objective lens whose lens data is shown in Table 1 is a plastic single lens with an incident beam diameter of 3 mm, a focal length of 2.5 mm, NA of 0.6, a design reference wavelength of 650 nm, and a design reference temperature of 25 ° C.
  • the temperature aberration is corrected by the diffraction effect of the annular structure formed on the optical surface of the light source example.
  • the objective lens whose lens data is shown in Table 2 is a plastic single lens with an incident light beam diameter of 3 mm, a focal length of 1.76 mm, NA of 0.85, a design reference wavelength of 405 nm, and a design reference temperature of 25 ° C.
  • the temperature aberration is corrected by the diffraction operation of the annular structure formed on the first surface.
  • 1 0 exponent for example, 2 ⁇ 5 X 1 0- 3
  • E e.g., 2. 5 XE 3
  • the aspherical surface of such an objective lens can be expressed by the following formula 1 when the optical axis direction is X axis, the height in the direction perpendicular to the optical axis is h, and the radius of curvature of the optical surface is r.
  • ⁇ is a circular coefficient
  • a 2 i is an aspheric coefficient.
  • the orbicular structure as a diffractive structure formed on the optical surface is represented by an optical path difference added to the transmitted wavefront by the diffractive structure.
  • Replacement form (Rule 26 4/1
  • the value of the optical path difference function b (mm) is n times the predetermined wavelength B (however, n is a natural number.
  • the diffractive structure is the wavelength lambda beta, optimized is the diffraction order ⁇ " and refers that such diffraction structure is determined, optimized wavelength or wavelengths beta, production wavelength Call.
  • Table 3 shows the RMS value of the temperature aberration when the ambient temperature of the two objective lenses rises by 30 ° C, and the RMS value of the spherical aberration of the color when the incident wavelength is 5 nm longer than the design reference wavelength. Is shown.
  • the objective lens with NA of 0.6 has a spherical aberration of chromaticity of only 0.003 rms even if the temperature aberration is corrected to 0. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ rms.
  • Semiconductor lasers having different wavelengths can be used.
  • NAO.85 objective lens when the temperature aberration is corrected to 0.014 rms as much as NA0.6 objective lens, the spherical aberration of chromaticity is 0.057 rms Therefore, it is impossible to use a semiconductor laser whose wavelength is shifted by 5 nm.
  • the semiconductor laser used as the light source in the optical pickup device has a variation in oscillation wavelength of about ⁇ 5 nm due to manufacturing errors.Therefore, in the case of an NA 0.85 objective lens, it is necessary to select the semiconductor laser.
  • the light pick 6 Increase the manufacturing cost of backup equipment.
  • the rate of change of the refractive index with temperature rise is set to 9.0 x 10-5, and the rate of change of the wavelength of the incident light with temperature rise is +0. 2 nmZ ° C, +0.05 nm / ° C.
  • r (mm) is the radius of curvature
  • d (mm) is the spacing between surfaces
  • N650 is the refractive index at a wavelength of 65 nm
  • vd is the Abbe number at the d-line.
  • r (mm) is the radius of curvature
  • d (mm) is the surface spacing
  • N 405 is the refractive index at a wavelength of 405 nm
  • vd is the Abbe number at the d-line.
  • Mode hopping is a wavelength change that occurs instantaneously so that the focusing mechanism of the objective lens cannot follow. If the axial chromatic aberration of the objective lens is not corrected, a defocus component corresponding to the amount of movement of the imaging position is added. This causes a problem that the focusing performance of the objective lens is deteriorated.
  • the dispersion of general lens materials used for objective lenses is not so large in the wavelength range of 600 nm to 800 nm of infrared semiconductor lasers and red semiconductor lasers. Then, degradation of the focusing performance of the objective lens due to mode hopping was not a problem.
  • the dispersion of the lens material becomes very large, so that even if the wavelength changes by only a few nm, the imaging position of the objective lens is greatly shifted. Therefore, in high-density DVDs, if the semiconductor laser light source undergoes mode hopping, the light-gathering performance of the objective lens will be significantly degraded, and stable recording and reproduction may not be possible.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a high NA objective lens.
  • a plastic single lens that can be used as an objective lens of an optical pickup device that uses a single lens, and has a sufficiently wide usable temperature range and little deterioration in light-collecting performance due to mode hopping of the light source. It is intended to provide.
  • the present invention further relates to a plastic single lens applicable as an objective lens of an optical pickup device using a high NA objective lens, wherein even if temperature aberration is corrected to widen the usable temperature range, the color is improved. It is an object of the present invention to provide a plastic single lens that does not make the spherical aberration excessively large and that does not require the selection of a semiconductor laser light source in a manufacturing process of an optical pickup device. Still another object of the present invention is to provide an optical pickup device equipped with such a plastic single lens as an objective lens, and an optical information recording / reproducing device equipped with this optical pickup device. Disclosure of the invention
  • An objective lens for an optical pickup device wherein: a condensing optic comprising a light source and an objective lens for converging a light beam emitted from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium.
  • a condensing optic comprising a light source and an objective lens for converging a light beam emitted from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium.
  • a light system capable of performing information recording and Z or reproduction by condensing a light beam from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium.
  • the objective lens is a single plastic lens, and has an image-side numerical aperture of the objective lens necessary for recording and Z or reproducing information on the optical information recording medium.
  • NA when the focal length of the objective lens is f (mm), the following formula is satisfied.
  • the amount of change in spherical aberration (temperature aberration) due to the change in the refractive index of a plastic single lens due to temperature change increases in proportion to the focal length and the fourth power of NA. Therefore, even if the NA is increased to increase the density of the optical information recording medium, the temperature aberration can be suppressed to a relatively small value by reducing the focal length accordingly. Therefore, 8 In the objective lens described in claim 1, by setting the upper limit of the focal length as in equation (2), even if the plastic lens is a high NA plastic lens that satisfies equation (1), temperature The aberration is prevented from becoming too large.
  • reducing the focal length is advantageous from the viewpoint of suppressing the amount of occurrence of temperature aberration, but if the focal length is too small, it is disadvantageous from the viewpoint of working distance and image height characteristics.
  • securing the working distance is a very important issue in preventing collision with the optical information recording medium. If the focal length is too small, the working distance will be lost correspondingly. Absent. Also, if an attempt is made to obtain the same image ⁇ as an objective lens having a relatively large focal length, the angle of incidence on the objective lens having a relatively small focal length becomes large, so that astigmatism and coma aberration deteriorate.
  • the objective lens described in claim 1 has secured the necessary and sufficient working distance and image height characteristics by determining the lower limit of the focal length as in equation (2).
  • the focal length should not exceed the upper limit of equation (2), As a result, it is preferable to have a temperature characteristic satisfying the expression (4). As a result, information can be recorded / reproduced satisfactorily on / from the optical information recording medium using the plastic single lens within the temperature range of actual use in the optical pickup device.
  • the objective lens for an optical pickup device is the invention according to claim 1 or 2, wherein the design reference wavelength L Q of the objective lens is 500 nm or less.
  • ambient temperature T. 25 ° C
  • the back force of the objective lens when light of wavelength ⁇ 0 (nm) is incident on the objective lens is f B (E., T 0 )
  • First ambient temperature T. 25 ° C at ambient temperature, the wavelength of the objective lens.
  • ⁇ f B defined by the following formula satisfies the following expression.
  • Axial chromatic aberration due to mode hopping of a semiconductor laser increases in proportion to the focal length. Therefore, even when, for example, a blue-violet semiconductor laser is used as the light source, the axial chromatic aberration can be suppressed to a relatively small value by reducing the focal length accordingly. It is impossible to make the chromatic aberration completely zero with a refraction type single lens.
  • the focal length is set so as to satisfy the expression (2).
  • the amount of change in the pack focus when the incident wavelength increases by 5 nm is made smaller than 0.01 mm ((6 )
  • the change in the wavefront aberration including the defocus component can be suppressed to less than 0.03 rms compared to the change in the wavelength due to the mode hobbing of the blue-violet semiconductor laser. Even if mode hobbing occurs when switching to the recording state, the light-collecting performance is not significantly degraded.
  • the objective lens for an optical pickup device is the object lens according to any one of claims 1 to 3, wherein the divergent light beam emitted from the light source is focused on the information recording surface.
  • Finite conjugate type objective lens that satisfies 10 Features.
  • the objective lens described in claim 4 is preferable as an objective lens for an optical pickup device required to be miniaturized.
  • it is used as an objective lens for an optical pickup device mounted on a portable optical disc player. be able to.
  • a lens with a brightness (l-m) times the image-side numerical aperture of the infinite type objective lens must be used. Need to design. If the objective lens is a finite conjugate type that converges the divergent light beam emitted from the light source onto the information recording surface of the optical information recording medium, the sign of m is negative and the effective image-side numerical aperture is infinite. It becomes larger than the image-side numerical aperture of the objective lens.
  • the temperature aberration is larger than that of an infinite type objective lens. Therefore, in the objective lens described in claim 4, by setting the upper limit of the focal length to be smaller than that of the expression (2) and determining it as in the expression (6A), the NA can be expressed by the expression (1). Even with a finite conjugate plastic single lens with a high NA that satisfies, the temperature aberration can be kept within the allowable range for practical use.
  • the working distance of a finite conjugate type objective lens that collects divergent light beams is longer than that of an infinite type objective lens having the same focal length. Therefore, even when the upper limit of the focal length is made smaller than the expression (2) as in the objective lens described in claim 4, there is no disadvantage from the viewpoint of securing the working distance.
  • An objective lens for an optical pickup device is characterized in that, in the invention according to claim 4, when the imaging magnification of the objective lens is m, the following expression is satisfied.
  • the imaging magnification m is larger than the lower limit of the above equation (6B), a sufficient working distance can be secured even with an objective lens having a short focal length that satisfies the above equation (6A). Wear.
  • the imaging magnification m is smaller than the upper limit of the expression (6B), the actual image-side numerical aperture does not become too large, so that the temperature aberration can be suppressed within an allowable range in practical use. .
  • a focusing optical system including an objective lens for focusing the light beam emitted from the source on the information recording surface of the optical information recording medium, wherein the light collecting optical system transmits the light beam from the light source
  • the objective lens includes a plurality of orbicular zones.
  • a plastic single lens having, on at least one optical surface, a transport zone structure configured so that adjacent ring zones generate a predetermined optical path difference with respect to incident light,
  • NA the image-side numerical aperture of the objective lens required to record and / or reproduce information on the optical information recording medium
  • f focal length
  • the spherical aberration (temperature aberration) generated by the refractive index change due to the temperature change is reduced by the optical aberration. If the correction is made by the action of the annular structure formed on the surface, the fall of the spherical aberration curve (chromatic spherical aberration) when the wavelength changes becomes too large, and the oscillation wavelength deviates from the reference wavelength due to manufacturing errors. Semiconductor lasers that have shifted cannot be used, and semiconductor lasers must be sorted.
  • the amount of change in spherical aberration due to the change in the refractive index of the plastic objective lens increases in proportion to the focal length and the fourth power of NA. Therefore, even if the NA increases due to the high density of the optical information recording medium, the spherical aberration due to the change in the refractive index of the objective lens can be suppressed relatively small if the focal length is reduced accordingly. It becomes.
  • the upper limit of the focal length is determined as in equation (8), so that the correction amount of the temperature aberration due to the action of the annular structure is suppressed to a small value. It is possible to prevent the spherical aberration of the corrected color from becoming too large. As a result, in the optical pickup device equipped with the objective lens according to the present invention, it is not necessary to sort the semiconductor lasers in the manufacturing process, so that the manufacturing cost can be reduced. On the other hand, reducing the focal length requires compensation for temperature aberration as described above. 12 Although it is advantageous from the viewpoint of positive amount, if the focal length is too small, it is disadvantageous from the viewpoint of working distance and image height characteristics. Therefore, in the objective lens according to the present invention, the necessary and sufficient working distance and image height characteristics are secured by setting the lower limit of the focal length as in equation (8).
  • the objective lens is, in a narrow sense, a condensing function that is arranged to face the optical information recording medium at a position closest to the optical information recording medium when the optical recording medium is loaded in the optical pickup device.
  • the numerical aperture of the objective lens on the optical information recording medium side refers to the numerical aperture of the lens surface located closest to the optical information recording medium of the objective lens.
  • the necessary (predetermined) numerical aperture is the numerical aperture specified in the standard of each optical information recording medium, or the wavelength of the light source used for each optical information recording medium. It refers to the numerical aperture of an objective lens with diffraction-limited performance that can obtain the spot diameter required for recording or reproducing information according to the conditions.
  • recording information means recording information on the information recording surface of the optical information recording medium as described above.
  • information reproduction means reproducing information recorded on the information recording surface of the optical information recording medium as described above.
  • the objective lens according to the present invention may be used for performing only recording or reproduction, or may be used for performing both recording and reproduction. Further, it may be used for performing recording on a certain optical information recording medium and reproducing on another optical information recording medium, or recording on a certain optical information recording medium. Alternatively, it may be used for performing reproduction and performing recording and reproduction on another optical information recording medium. Note that reproduction here includes simply reading information.
  • the objective lens for an optical pickup device wherein the annular structure is a diffractive structure having a function of diffracting predetermined incident light,
  • the lens forms a converging wavefront that converges on the information recording surface by a combined effect of the diffraction action and the refraction action, the above-described action can be effectively performed. 13 It is preferable because it can be demonstrated.
  • the objective lens for an optical pickup device described in claim 8 is the invention according to claim 7, wherein when the wavelength of the incident light changes to a longer wavelength side, the spherical aberration changes in a direction where correction is insufficient. It is preferable to have such spherical aberration characteristics.
  • the refractive index of a plastic single lens decreases as the temperature rises, so that the spherical aberration changes in the overcorrected direction, while the oscillation wavelength of the semiconductor laser generally tends to change in the longer direction as the temperature rises. is there. Therefore, by giving the above-mentioned spherical aberration characteristics to the objective lens by the action of the diffractive structure, the change of the spherical aberration, which is overcorrected by the change of the refractive index due to the temperature rise, is reduced by the temperature rise of the semiconductor laser. It can be canceled out by a change in spherical aberration that is insufficiently corrected due to a change in oscillation wavelength.
  • an optical surface (diffractive surface) on which a diffractive structure is formed is a surface provided with a relief on a surface of an optical element, for example, a lens surface, so as to diffract an incident light beam.
  • a diffraction structure or a diffraction pattern refers to a region where this diffraction occurs.
  • the shape of the relief for example, it is formed as a substantially concentric annular zone around the optical axis on the surface of the optical element, and if the cross section is viewed on a plane including the optical axis, each annular zone has a sawtooth shape or a staircase. Such shapes are known, but include such shapes.
  • the diffractive structure has a wavelength
  • ⁇ 0 (nm) is the design reference wavelength of the objective lens
  • h MAX is the maximum effective diameter height (mm) of the optical surface on which the diffraction structure is formed.
  • m is the imaging magnification of the objective lens.
  • the objective lens for an optical pickup device includes a fourth-order optical path difference function coefficient b 4 , an effective diameter maximum height h MAX of an optical surface on which a diffractive structure is formed, an imaging magnification m, a focal length f, and an image side.
  • the numerical aperture NA is designed so as to satisfy the condition of the above-mentioned expression (8A). This condition is a condition for correcting the temperature aberration and improving the balance of the generation amount of the chromatic spherical aberration in the plastic lens on which the diffractive structure is formed.
  • the correction of the temperature aberration does not become excessive, so that the generation amount of the chromatic spherical aberration does not become too large, and the oscillation wavelength relatively deviates from the reference wavelength due to a manufacturing error. It can also be used with a semiconductor laser, and can reduce the cost by relaxing the conditions for selecting the semiconductor laser.
  • the spherical aberration caused by the change in the wavelength of the semiconductor laser can cancel the spherical aberration caused by the change in the refractive index of the high-NA plastic lens. Can be used in a wider temperature range.
  • the objective lens for an optical pickup device is the invention according to claim 6, wherein the orbicular zone structure is formed such that adjacent orbicular zones are displaced from each other in the optical axis direction. Accordingly, the predetermined optical path difference is generated with respect to the incident light, and the objective lens forms a converging wavefront that converges on the information recording surface by refraction. 15 It is preferable because the above-mentioned effects can be effectively exerted.
  • the objective lens for an optical pickup device is the invention according to claim 10, wherein the objective lens is formed by being displaced inward from an annular zone adjacent to a side closer to the optical axis.
  • a band formed by displacing the belt closer to the side closer to the optical axis to the outside than the ring adjacent to the side closer to the optical axis; and a zone adjacent to the side closer to the optical axis.
  • the annular zone displaced inwardly is formed closer to the optical axis than the annular zone displaced outwardly from the adjacent zone adjacent to the optical axis. In this case, it is preferable to configure the annular structure in this manner, because temperature aberration can be satisfactorily corrected.
  • the objective lens for an optical pickup device according to claim 12 is the invention according to claim 10 or 11, wherein the total number of the orbicular zones is 3 or more and 20 or less.
  • the objective lens for an optical pickup device is the invention according to any one of claims 10 to 12, wherein an effective diameter maximum height of the optical surface on which the annular structure is formed.
  • an effective diameter maximum height of the optical surface on which the annular structure is formed In the orbicular zone structure formed in the area from 75% to 100% in height, any of the steps in the optical axis direction at the boundary between adjacent orbicular zones is different.
  • the amount is ⁇ ”( ⁇ ), and the design reference wavelength ⁇ of the objective lens. Assuming that the refractive index at ( ⁇ m) is n,
  • I NT (X) is an integer obtained by rounding off the X - 1) / ( ⁇ o ⁇ 1 0.)
  • the total number of orbicular zones is 3 or more and 20 or less, and furthermore, 75% of the maximum effective diameter of the optical surface on which the orbicular structure is formed.
  • the step amount of an arbitrary step is ⁇ ;
  • the design reference wavelength ⁇ of the objective lens is 3 or more and 20 or less.
  • the annular zone structure is determined so that ni j expressed by the above equation (8B) is an integer of 2 or more, and the direction perpendicular to the optical axis of the transport zone Can secure a large width of the 16
  • the mold processing for molding the lens becomes easy, and the time required for the mold processing can be shortened.
  • the orbicular zone structure is formed on the first surface (the optical surface on the light source side)
  • “formed by being displaced inward from the orbicular zone adjacent to the side closer to the optical axis” means “light "It is formed by being displaced in the direction of the second surface (optical surface on the optical information recording medium side) rather than the ring zone adjacent to the near axis side.” Is formed by being displaced outward. ”“ It is displaced in the direction opposite to the direction of the second surface (optical surface on the optical information recording medium side) than the ring zone adjacent on the side near the optical axis. Is formed.
  • the objective lens for an optical pickup device is the invention according to any one of claims 6 to 13, wherein the first ambient temperature T is satisfied.
  • the wavelength which is the design reference wavelength of the objective lens At an environmental temperature of 25, the wavelength which is the design reference wavelength of the objective lens.
  • the RMS value of the residual aberrations of the objective lens of the time that light was made to enter with the (nm) W ( ⁇ 0, ⁇ 0) and a first ambient temperature T. 25 ° C. at an ambient temperature of 25 ° C.
  • W ( 2 , ⁇ ) an MS value of residual aberration of the objective lens when light having a wavelength of ⁇ 2 (nm) is incident on the objective lens
  • AW 2 1 W U ;
  • (10) satisfy the following expression.
  • Equation (9) is an equation corresponding to the temperature aberration when the temperature is increased by 3 (TC rise)
  • equation (10) is an equation corresponding to the color spherical aberration when the wavelength of the incident light changes by 5 nm.
  • the temperature aberration, the spherical aberration of the color, and the combined aberration of the spherical aberration of the color and the temperature difference are (11), (12) and (described later), respectively. It is preferable to satisfy the expression (13).
  • the design reference wavelength of the objective lens is defined as a value obtained when various wavelengths of light are incident on the objective lens under the same conditions (imaging magnification, temperature, incident light beam diameter, and the like). The wavelength at which the residual aberration of the objective lens is minimized.
  • the design reference temperature of the objective lens refers to the residual aberration of the objective lens under various environmental temperatures under the same conditions (imaging magnification, wavelength, incident light beam diameter, etc.) with respect to the objective lens. Is the temperature at which the residual aberration of the objective lens is minimized when is measured. It is preferable that the objective lens for an optical pickup device described in claim 15 satisfies the following expression in the invention described in claim 14.
  • the objective lens for an optical pickup device may be any one of claims 6 to 15
  • the objective lens is a finite conjugate type objective lens that focuses a divergent light beam emitted from the light source on the information recording surface. Therefore, the following equation is satisfied.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 4.
  • the objective lens for an optical pickup device is the invention according to claim 16, wherein an imaging magnification of the objective lens is When m, the following equation is satisfied.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 5.
  • the objective lens for an optical pickup device is the invention according to any one of claims 1 to 17, When the lens thickness on the optical axis of the objective lens is d (mm) and the focal length is f (mm), the following formula is satisfied.
  • Equation (14) shows that, for a small-diameter high NA objective lens whose focal length satisfies equations (2), (6A), (8) and (13A), good image height characteristics, This is a condition for securing a sufficient manufacturing tolerance and a sufficient working distance. If the value of d / f is larger than the lower limit of the expression (14), the third order non-uniformity when the image height characteristic is evaluated by the wavefront aberration is calculated. There is an advantage that the astigmatism component does not become too large and the fifth-order or higher-order coma aberration component does not become too large.
  • the third-order spherical aberration component, the fifth-order astigmatism component, the third-order coma aberration component, and the astigmatism difference when the image height characteristic is evaluated by the wavefront aberration do not become too large.
  • the gear radius of the optical surface on the light source side does not become too small, it is possible to suppress the occurrence of coma aberration due to the optical axis shift between the optical surfaces, and to secure a sufficient manufacturing tolerance.
  • the edge thickness is sufficiently secured and the thickness deviation ratio does not become too small, so that the occurrence of birefringence due to injection molding can be suppressed.
  • the value of d / f is less than the upper limit of the expression (14), the lens thickness does not become too large, so that the lens can be reduced in weight and can be driven by a smaller actuator. The working distance can be sufficiently secured.
  • an optical pickup provided with a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser, for example, when the design reference wavelength ⁇ 0 (nm) power of the objective lens satisfies the following expression: Can be used for equipment.
  • a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser
  • An objective lens for an optical pickup device described in claim 20 is the invention according to any one of claims 1 to 19, characterized by satisfying the following expression.
  • XI Optical axis between the plane perpendicular to the optical axis and in contact with the vertex of the optical surface on the light source side, and the optical surface on the light source side at the outermost periphery of the effective diameter (the position on the light source side where the marginal ray of NA is incident). The distance in the direction (mm). Positive when measured in the direction of the optical information recording medium with respect to the above tangent plane, negative when measured in the direction of the light source.
  • X 2 a plane perpendicular to the optical axis and in contact with the vertex of the optical surface on the optical information recording medium side, and light at the outermost periphery of the effective diameter (the position on the optical information recording medium side on which the marginal ray of NA is incident).
  • N the design reference wavelength. Refractive index of the objective lens at
  • Claim 20 defines a conditional expression relating to the amount of sag between the optical surface on the light source side and the optical surface on the optical information recording medium side for favorably correcting spherical aberration.
  • the effect of overcorrecting the spherical aberration of the marginal ray increases as X1 defined as described above is positive and its absolute value is small, and as 2 is negative and its absolute value is small, and X1 is positive.
  • the larger the absolute value the more negative the value of X2 and the larger the absolute value, the greater the effect of undercorrecting the spherical aberration of the marginal ray. Therefore, to correct the spherical aberration, (X1-X2 ) Must be within a certain range.
  • the expression (16) is satisfied.
  • the spherical aberration of the marginal ray is not excessively corrected.
  • the design reference wavelength In particular, the design reference wavelength.
  • the optical pickup device Has a light source, and a light collecting optical system including an objective lens for condensing a light beam emitted from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium, wherein the light collecting optical system includes: An optical pickup device capable of recording and / or reproducing information by condensing a light beam from the optical information recording medium onto an information recording surface of the optical information recording medium;
  • the objective lens is a single plastic lens, and the image-side numerical aperture of the objective lens required for recording and / or reproducing information on the optical information recording medium is NA, and the focal length of the objective lens is When f is set to f (mm), the following equation is satisfied.
  • W E., ⁇ ⁇
  • ⁇ f B I f ⁇ ( ⁇ ⁇ T 0 )-f B (; L 0 , T 0 )
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 3.
  • the optical pickup device described in claim 24 is the invention according to any one of claims 21 to 23, wherein the objective lens transmits a divergent light beam emitted from the light source on the information recording surface.
  • This is a finite conjugate type objective lens that converges light at a point, and satisfies the following equation.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 4.
  • the optical pickup device described in claim 25 is the optical pickup device according to claim 24, wherein the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m.
  • the optical pickup device is the invention according to claim 24 or 25, wherein the objective lens and the light source are at least track-driven together by an actuator. And
  • the objective lens according to the present invention satisfies the above-mentioned expression (6A).
  • the objective lens is eccentric with respect to the light emitting point of the light source by 0.2 to 0.3 mm due to tracking errors, large coma and astigmatism are generated, and the optical information recording medium Recording and Z playback cannot be performed satisfactorily. Therefore, in the optical pickup device described in claim 22, the objective lens and the light source are configured to be at least tracking-driven integrally by an actuator.
  • the optical pickup device can solve the problem of coma and astigmatism by Toratsuki Nguera includes a light source and an optical information recording light beam emitted from the light source A focusing optical system including an objective lens for focusing on an information recording surface of the medium, wherein the focusing optical system focuses a light beam from the light source on the information recording surface of the optical information recording medium.
  • a focusing optical system including an objective lens for focusing on an information recording surface of the medium, wherein the focusing optical system focuses a light beam from the light source on the information recording surface of the optical information recording medium.
  • the objective lens includes a plurality of orbicular zones, and has an orbicular structure in which adjacent orbicular zones are formed so as to generate a predetermined optical path difference with respect to incident light, on at least one optical surface.
  • a plastic single lens having
  • the image-side numerical aperture of the objective lens required to record and / or reproduce information on the optical information recording medium is NA
  • the focal length of the objective lens is f (mm)
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 6.
  • the optical pickup device according to claim 28 is the optical pickup device according to claim 27, wherein the annular structure is a diffraction structure having a function of diffracting predetermined incident light, and the objective lens is A converging wavefront for converging light on the information recording surface is formed by a combined effect of a diffraction effect and a refraction effect.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 7. 23 In the optical pickup device according to claim 29, in the invention according to claim 28, the objective lens has insufficient correction of spherical aberration when the wavelength of the incident light changes to a longer wavelength side.
  • the optical pickup device according to claim 30 is the optical pickup device according to claim 28 or 29, wherein an optical path difference 4> b added to a wavefront transmitted through the diffractive structure is defined by: As a function of height h (mm),
  • (Nm) is the design reference wavelength of the objective lens
  • h MAX is the maximum effective diameter height (mm) of the optical surface on which the diffraction structure is formed
  • m is the imaging magnification of the objective lens.
  • the optical pickup device described in claim 31 is the optical pickup device according to claim 27, wherein the orbicular zone structure is formed by displacing adjacent orbicular zones in the optical axis direction. in, cause the predetermined optical path difference to an incident light, the action effect of the objective lens, c present invention and forming a converging wavefront which converges on the information recording surface by the refractive action, This is the same as the function and effect of the invention described in claim 10.
  • the optical pickup device described in claim 32 is the optical pickup device according to claim 31, wherein the objective lens is formed by being displaced inward from an orbicular zone adjacent to a side closer to the optical axis.
  • the annular zone formed by displacing more inward is formed closer to the optical axis than the annular zone formed displaced outside than the adjacent zone on the side closer to the optical axis. It is characterized.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 11. 24.
  • An optical pickup device is the invention according to claim 31 or 32, wherein the total number of the annular zones is 3 or more and 20 or less.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 12.
  • the optical pickup device described in claim 34 is the invention according to any one of claims 31 to 33, wherein the height of the optical surface on which the annular structure is formed is 75% of the maximum effective diameter height. at 100% of the height region formed ring-shaped structure from the out of the optical axis direction step at the boundary of zones adjacent to each other in each other physician, the step amount of any of the step and ⁇ 5 ( ⁇ ) When the refractive index at the design reference wavelength (nm) of the objective lens is n,
  • Mj represented by is an integer of 2 or more.
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 13.
  • the wavelength ⁇ which is the design reference wavelength. (nm)
  • the RMS value of the residual aberration of the objective lens at the time of incidence of light (nm) is W ( ⁇ ⁇ 0 )
  • the RMS value of the residual aberration of the objective lens when light having a wavelength of ⁇ 2 (nm) is incident on the objective lens under the second ambient temperature T i 55 ° C. Is W ( ⁇ 2 ⁇ ⁇ ),
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 14.
  • the optical pickup device described in claim 36 preferably satisfies the following expression in the invention described in claim 35.
  • the objective lens emits a divergent light beam emitted from the light source onto the information recording surface.
  • This is a finite conjugate type objective lens that focuses light, and satisfies the following expression.
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 16.
  • the optical pickup device described in claim 38 is characterized in that, in the invention described in claim 37, when the imaging magnification of the objective lens is m, the following expression is satisfied.
  • the optical pickup device described in claim 39 is characterized in that, in the invention described in claim 37 or 38, at least tracking drive is performed on the objective lens and the light source integrally with an actuator. And The operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 26.
  • the optical pickup device described in claim 40 is the invention according to any one of claims 21 to 39, wherein a lens thickness on the optical axis of the objective lens is d (mm), and a focal length is When f (mm), the following equation is satisfied.
  • the optical pickup device according to claim 41 is characterized in that: 26
  • a design reference wavelength ⁇ of the objective lens. (Nm) characterized by satisfying the following equation.
  • An optical pickup device described in claim 42 is characterized in that, in the invention described in any one of claims 21 to 41, the following expression is satisfied.
  • XI Optical axis between the plane perpendicular to the optical axis and in contact with the vertex of the optical surface on the light source side, and the optical surface on the light source side at the outermost periphery of the effective diameter (the position on the light source side where the marginal ray of NA is incident).
  • X 2 a plane perpendicular to the optical axis and in contact with the vertex of the optical surface on the optical information recording medium side, and light at the outermost periphery of the effective diameter (the position on the optical information recording medium side on which the marginal ray of NA is incident).
  • N the design reference wavelength ⁇ . Refractive index of the objective lens at
  • the optical information recording / reproducing apparatus comprising: a light source; and a light collecting optical system including an objective lens for condensing a light beam emitted from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium.
  • An optical pickup device capable of performing information recording, Z or reproduction by condensing a light beam from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium.
  • the objective lens is a plastic single lens, and an image-side numerical aperture of the objective lens required for recording and / or reproducing information on / from the optical information recording medium. NA, said pair When the focal length of the 27-object lens is f (mm), the following formula is satisfied.
  • the optical information recording / reproducing apparatus is the invention according to claim 43, wherein the first ambient temperature T is set.
  • the objective lens has a wavelength which is a design reference wavelength.
  • the RMS value of the residual aberrations of the objective lens of the time that light was made to enter with the (nm) W ( ⁇ ., ⁇ 0) and, at ambient temperature under a second atmospheric temperature T 1 5 5 ° C, the Wavelength for objective lens.
  • ⁇ f B I f ⁇ ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) one f B (; L 0 , T 0 )
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 3. 47.
  • the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 46 wherein in the invention according to any one of claims 43 to 45, the objective lens transmits a divergent light beam emitted from the light source on the information recording surface.
  • the operation and effect of the present invention are as described in claim 4 The effect is the same as that of Item 28.
  • the p-optical information recording / reproducing device is characterized in that, in the invention according to claim 46, when the imaging magnification of the objective lens is m, the following expression is satisfied.
  • the optical information recording / reproducing apparatus further comprising: a light source; and a light collecting optical system including an objective lens for condensing a light beam emitted from the light source on an information recording surface of the optical information recording medium.
  • An optical pickup device capable of performing information recording, Z or reproduction by condensing a light beam from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium.
  • the objective lens is composed of a plurality of transmissive lenses, and adjacent ring zones are formed so as to generate a predetermined optical path difference with respect to incident light.
  • NA On at least one optical surface, wherein the image-side numerical aperture of the objective lens required for recording and / or reproducing information on the optical information recording medium is NA, Of the objective lens
  • the focal length is f (mm)
  • the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 50 is the invention according to claim 49, wherein the annular structure is a diffraction structure having a function of diffracting predetermined incident light, and The lens is characterized in that a converging wavefront for converging light on the information recording surface is formed by a combined effect of a diffraction effect and a refraction effect.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 7. 29
  • the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 51 wherein in the invention according to claim 50, when the wavelength of the incident light changes to a longer wavelength side, the objective lens has a spherical aberration.
  • the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 52 is the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 50 or 51, wherein an optical path difference b added to a wavefront transmitted through the diffractive structure is determined from an optical axis. As a function of height h (mm),
  • eh. (nm) is the design reference wavelength of the objective lens
  • h MAX is the maximum effective diameter height (mm) of the optical surface on which the diffraction structure is formed
  • m is the imaging magnification of the objective lens.
  • the optical information recording / reproducing device is the invention according to claim 49, wherein the orbicular zone structure is formed by displacing adjacent orbicular zones in the optical axis direction. in Rukoto produces said predetermined optical path difference to an incident light, the objective lens, c advantages of the present invention and forming a converging wavefront which converges on the information recording surface by the refractive action Is the same as the function and effect of the invention described in claim 10.
  • the optical information recording / reproducing apparatus is the invention according to claim 53, wherein the objective lens is formed so as to be displaced inward from an annular zone adjacent to a side closer to an optical axis.
  • the ring formed by being displaced inward from the band is formed closer to the optical axis than the ring formed by being displaced outside than the ring adjacent to the optical axis. It is characterized by that.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 11. 30.
  • the optical information recording / reproducing apparatus is characterized in that, in the invention according to claim 53 or 54, the total number of the orbicular zones is 3 or more and 20 or less.
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 12.
  • the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 56 is the optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 53 to 55, wherein the effective diameter maximum height of the optical surface on which the annular structure is formed is determined.
  • any step in the optical axis direction at the boundary between adjacent zones is the amount of any step Is ⁇ ( ⁇ ), and the design reference wavelength of the objective lens.
  • Nij is an integer of 2 or more.
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 13.
  • the operation and effect of the present invention are the same as the operation and effect of the invention described in claim 14.
  • the optical information recording / reproducing device described in claim 58 is preferably such that the following expression is satisfied in the invention described in claim 57.
  • the optical information recording / reproducing apparatus is the invention according to claim 59, wherein the imaging magnification of the objective lens is m. In this case, the following equation is satisfied.
  • the optical information recording / reproducing device is the invention according to claim 59 or 60, wherein the objective lens And the light source is an actuator unit and at least is driven for tracking.
  • the operation and effect of the present invention are the same as those of the invention described in claim 26.
  • the optical information recording / reproducing apparatus is the invention according to any one of claims 43 to 61, wherein a lens thickness on the optical axis of the objective lens is d (mm), When the focal length is f (mm), the following formula is satisfied.
  • the optical information recording / reproducing apparatus is characterized in that: 32
  • a design reference wavelength of the objective lens. (Nm) characterized by satisfying the following equation.
  • An optical information recording / reproducing apparatus is characterized in that, in the invention according to any one of claims 43 to 63, the following expression is satisfied.
  • XI Optical axis between the plane perpendicular to the optical axis and in contact with the vertex of the optical surface on the light source side, and the optical surface on the light source side at the outermost periphery of the effective diameter (the position on the light source side where the marginal ray of NA is incident).
  • X 2 a plane perpendicular to the optical axis and in contact with the vertex of the optical surface on the optical information recording medium side, and light at the outermost periphery of the effective diameter (the position on the optical information recording medium side on which the marginal ray of NA is incident).
  • N refractive index of the objective lens at the design reference wavelength ⁇ 0
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an objective lens 1 of the present embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the objective lens 4 of the present embodiment
  • Figure 3 is a diagram showing the wavefront of a biconvex plastic single lens with two aspheric optical surfaces when the temperature rises by 30 ° C from the design reference temperature.
  • FIG. 4 shows the structure of the optical pickup device (optical information recording / reproducing device) according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the pack focus fB
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of an optical pickup device (optical information recording / reproducing device) according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an objective lens 1 according to the present embodiment, in which (A) is a front view, (B) is a side view, and (C) is a partially enlarged view of a side face.
  • the objective lens 1 is applied to, for example, an optical pickup device for recording / reproducing a high-density DVD or MO using a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser. It has the function of condensing light on the information recording surface of the laser.
  • the objective lens 1 is a biconvex plastic single lens having two aspherical optical surfaces 2 and 3, and has one optical surface 2 centered on the optical axis as shown in FIG. 1 (A).
  • An annular structure as a diffraction structure on the concentric circles is formed.
  • this annular zone structure has a step ⁇ in the optical axis direction at the boundary of each annular zone like a Fresnel lens.
  • the laser beam incident on an arbitrary zone of this zone structure has a width in the direction perpendicular to the optical axis of the zone (in this specification, the width of the zone in the direction perpendicular to the optical axis is referred to as “zone”. Diffraction in the direction determined by the pitch).
  • This annular structure has spherical aberration characteristics such that when the wavelength of the incident light changes to the longer wavelength side, the spherical aberration changes in a direction in which correction is insufficient. Because the refractive index of plastic single lenses decreases as the temperature rises. The spherical aberration changes in the over-capture direction.
  • the oscillation wavelength of a semiconductor laser changes in the direction in which it becomes longer due to a rise in temperature. For example, in a blue-violet semiconductor laser, the oscillation wavelength changes by +0.05 nm / ° C due to a rise in temperature, so if the temperature rises by +30 ° C, the 1.5 nm wavelength changes to the longer wavelength side. I do.
  • the objective lens has a spherical aberration characteristic such that the spherical aberration changes in a direction in which the correction becomes insufficient. Changes in spherical aberration, which are overcorrected due to changes in the refractive index due to temperature rise, are insufficiently corrected due to changes in the oscillation wavelength of the semiconductor laser due to temperature rise It can be canceled by the change of the spherical aberration which becomes 34.
  • the amount of chromatic spherical aberration must be set large, and the oscillation wavelength deviated from the reference wavelength due to manufacturing errors. Semiconductor lasers cannot be used. Therefore, in the objective lens 1, in order to reduce the amount of correction of the temperature aberration, the focal length is set so as to satisfy the expression (8) or the expression (13A). The balance between the two is set so that the amount of aberrations satisfy the equations (11) to (13), respectively. Even though the plastic single lens has a high NA, temperature aberration and chromatic spherical aberration Both are good lenses.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an objective lens 4 according to another embodiment, (A) is a front view, and (B) is a side view.
  • the objective lens 4 is applied to an optical pickup device for recording / reproducing a high-density DVD or MO using a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser, and emits light from the light source. It has the function of condensing the laser light on the information recording surface of the optical disk.
  • a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser
  • the objective lens 4 is a biconvex plastic single lens having two aspherical optical surfaces 5 and 6, and has one optical surface 5 centered on the optical axis as shown in FIG. 2 (A).
  • a concentric annular zone structure is formed.
  • This annular zone structure has a step ⁇ in the optical axis direction at the boundary of each annular zone, and each step ⁇ at 25 ° C, which is the design reference temperature, causes the laser beam transmitted through the adjacent annular zone to have a wavelength
  • the optical path difference is determined to be different by an integral multiple.
  • this annular zone structure further includes an annular zone that is displaced in the optical axis direction so that the optical path length is shorter than that of the inner zone. And at least one annular zone formed by being displaced in the optical axis direction so that the optical path length is longer than that of the annular zone, and the optical path length is shorter than the inner annular zone.
  • the annular zone formed by being displaced in the optical axis direction is closer to the optical axis than the annular zone formed by being displaced in the optical axis direction so that the optical path length is longer than the inner adjacent annular zone. It is formed on the side.
  • Fig. 3 is a diagram showing the appearance of the wavefront of a biconvex plastic single lens having two aspheric optical surfaces when the temperature rises by 30 ° C from the design reference temperature, and the horizontal axis in Fig. 3 Represents the effective radius of the optical surface, and the vertical axis represents the optical path difference.
  • a plastic single lens spherical aberration occurs due to the effect of a change in the refractive index due to a rise in temperature, and the wavefront changes as shown by the diagram Ag in Fig. 3.
  • the diagram B g in FIG. 3 shows the optical path difference added to the transmitted wavefront by the ring zone structure determined as described above, and the diagram C g in FIG. 3 shows 30 ° from the design reference temperature.
  • This figure shows the appearance of the wavefront transmitted through such a ring-shaped structure and a plastic single lens when the C temperature rises. From the diagram B g and the diagram, the wavefront transmitted through the transport zone structure and the wavefront of the plastic single lens when the temperature rises by 30 ° C from the design reference temperature cancel each other, and the information recording on the optical disk is performed.
  • the wavefront of the laser light condensed on the surface becomes a good wavefront with no optical path difference macroscopically, and it can be understood that such a ring-shaped structure corrects the temperature aberration of the plastic single lens.
  • the temperature is corrected. If aberrations were to be corrected completely, the amount of chromatic spherical aberration would be too large, and a semiconductor laser whose oscillation wavelength deviated from the reference wavelength could not be used due to manufacturing errors.
  • the focal length is set so as to satisfy the expression (8) or (13A), and the correction of the temperature aberration and the spherical aberration of the color are further performed.
  • the balance between the two is made so that the amount of generation of each lens satisfies the formulas (1 1) to (13). And a chromatic spherical aberration are both good lenses.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of an optical pickup device (optical information recording / reproducing device) equipped with an objective lens according to the present invention.
  • the optical pickup device 7 has a semiconductor laser 8 as a light source and an objective lens 9.
  • the semiconductor laser 8 is a GaN-based violet semiconductor laser that generates light having a wavelength of about 400 nm.
  • a light source that emits light having a wavelength of about 400 nm is used.
  • an SHG blue-violet laser may be used.
  • the objective lens 9 is a plastic single lens whose focal length satisfies the expression (2). Either 1 or objective lens 4 in FIG.
  • the objective lens 9 has a flange portion 9A having a surface extending perpendicularly to the optical axis. With the flange portion 9A, the objective lens 9 can be attached to the optical pickup device 7 with high accuracy.
  • the numerical aperture of the objective lens 9 on the optical disk 10 side is set to 0.80 or more.
  • the divergent light beam emitted from the semiconductor laser 8 passes through the polarizing beam splitter 11, passes through a collimator lens 12 and a quarter-wave plate 13, and becomes a parallel light beam of circularly polarized light.
  • the light flux diameter is regulated by the above, and the objective lens 9 becomes a spot formed on the information recording surface 10B via the protective layer 10A of the optical disk 10 which is a high-density DVD.
  • the objective lens 9 is subjected to focus control and tracking control by an actuator 15 arranged around the objective lens 9.
  • the reflected light beam modulated by the information pit on the information recording surface 10 B again passes through the objective lens 9, the aperture 14, the 1Z4 wave plate 13, and the collimating lens 12, and then becomes a convergent light beam, and is polarized.
  • the light is reflected by the beam splitter 11, passes through the cylindrical lens 16 and the concave lens 17, is given astigmatism, and converges on the photodetector 18. Then, information recorded on the optical disk 10 can be read using the output signal of the photodetector 18.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of another optical pickup device (optical information recording / reproducing device) equipped with the objective lens according to the present invention.
  • the optical pickup device 7 ' has a semiconductor laser 8 as a light source and an objective lens 9.
  • the semiconductor laser 8 is a GaN-based blue-violet semiconductor laser that generates light having a wavelength of about 400 nm. Further, in addition to the GaN blue-violet laser described above, the SHG blue-violet laser may be used as a light source that generates light having a wavelength of about 400 nm.
  • the objective lens 9 has a focal length of ( 6 A) A plastic single lens which satisfies the formula, any one of the objective lens 1 and the objective lens 4 described above, and the semiconductor laser 8 This is a finite conjugate type objective lens that converges the divergent light beam emitted from 37 onto the information recording surface 10B via the protective layer 10A of the optical disk 10 which is a high-density DVD.
  • the objective lens 9 has a flange portion 9A having a surface extending perpendicularly to the optical axis, and the objective lens 9 can be accurately attached to the optical pickup device 7 by the flange group 9A.
  • the numerical aperture of the objective lens 9 on the optical disk 10 side is set to 0.80 or more.
  • the divergent light beam emitted from the semiconductor laser 8 passes through the polarizing beam splitter 11 and becomes circularly polarized light via the quarter-wave plate 13. Then, the light beam diameter is regulated by the aperture 14, and the The lens 9 serves as a spot formed on the information recording surface 10B via the protective layer 1OA of the optical disk 10 which is a low-density DVD.
  • the reflected light flux modulated by the information pit on the information recording surface 10 B again passes through the objective lens 9, the aperture 14, and the 14-wave plate 13, and is then reflected by the polarization beam splitter 11.
  • the astigmatism is given by passing through the cylindrical lens 16 and the concave lens 17, and converges on the photodetector 18. Then, information recorded on the optical disk 10 can be read using the output signal of the photodetector 18.
  • the optical pickup device 7 ′ includes a semiconductor laser 8, an objective lens 9, a polarizing beam splitter 11, a 1 wavelength plate 13, a cylindrical lens 16, a concave lens 17, and a photodetector 18. They are modularized on a substrate, and are driven together by an actuator 19 in tracking control. Next, six examples that are suitable for the above-described embodiment will be presented. Examples 1 to 6 are objective lenses applied to an optical pickup device for a high-density DVD having a wavelength of 405 nm used for recording / reproducing information and a protective layer having a thickness of 0.1 mm.
  • Example 1 is a plastic single lens in which the amount of occurrence of temperature aberration and axial chromatic aberration is suppressed to a small value by setting the focal length so as to satisfy the expression (2).
  • This is a plastic single lens whose temperature aberration has been corrected by the action of the annular structure formed on the (optical surface on the light source side).
  • Example 4 is a finite conjugate type plastic single lens in which the amount of temperature aberration and axial chromatic aberration is kept small by setting the focal length so as to satisfy the expression (6A).
  • 6 are finite conjugate-type positive lenses whose temperature aberration is corrected by the action of the annular structure formed on the first surface (optical surface on the light source side). 38 tick single lens.
  • Table 4 shows the lens data of the objective lens of Example 1
  • Table 5 shows the lens data of the objective lens of Example 2
  • Table 6 shows the lens data of the objective lens of Example 3.
  • r (mm) is the radius of curvature
  • d (mm) is the surface spacing
  • N 405 is the bending ratio at a wavelength of 405 nm
  • d is the d-line. Indicates Abbe number.
  • Table 7 In Table 7, when calculating the temperature aberration, the rate of change of the refractive index due to the temperature rise of the plastic lens is assumed to be 9.0 x 10 and the rate of change of the wavelength of the incident light due to the temperature rise is + 0.05 nmZ ° C, the wavefront yield when mode hopping occurs
  • the amount of wavelength change due to mode hobbing of the blue-violet semiconductor laser is assumed to be +1 nm, and the focus position of the objective lens is fixed at the best image plane position of 405 nm.
  • f B E., T 0
  • f B ⁇ 0.0762 mm
  • f B ⁇ 0.0766 mm
  • ⁇ ⁇ ⁇ 0.04 mm.
  • the pack focus f B is, as shown in FIG. 5, the optical axis between the optical surface S 2 of the objective lens on the optical information recording medium side and the light beam incident surface S IN of the optical information recording medium. Refers to the interval above.
  • This is an objective lens suitable as the objective lens 1 in the above-described embodiment.
  • the first surface of the objective lens of Example 2 has a zone structure as a diffraction structure having a step ⁇ of about 0.7 111 to 1.2 / xm in the optical axis direction at the boundary.
  • the first-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light (ie, this ring).
  • the band structure is optimized at a wavelength of 405 nm and the diffraction order is 1), and the diffraction effect of this ring structure corrects the temperature aberration well.
  • the first surface of the objective lens of Example 3 which is a suitable objective lens as the objective lens 4 in the above-described embodiment, is approximately 1.5 ⁇
  • Six orbital structures having a step difference of 2.3 ⁇ m to 2.3 ⁇ m are formed within the effective diameter, and the temperature aberration is favorably corrected by the action of the orbicular structure.
  • the focal length was set so as to satisfy Equation (8) in order to reduce the amount of correction of temperature aberration.
  • correction of temperature aberration and spherical aberration of chromaticity were performed.
  • the lens is designed with a balance between the two to satisfy the equations (11) to (13), respectively, so that the temperature aberration and the color As shown in Table 9, both lenses have good spherical aberration.
  • Table 9 In Table 9, when calculating the temperature aberration, the rate of change of refractive index caused on the rise temperature of the plastic lens - 9.0 and X 1 0- 5, the wave length of the incident light with increasing temperature The rate of change is +0.05 n mZ ° C.
  • Table 11 shows the lens data of the objective lens of Example 5, and Table 15 shows the lens data of Example 6. 44 Shows the night.
  • r (mm) is the radius of curvature
  • d (mm) is the surface spacing
  • N405 is the bending ratio Vd at the wavelength of 405 nm
  • Vd is the d-line Indicates Abbe number.
  • Example 4 is a plastic single lens having a focal length of 0.30 mm, NA of 0.85, a design reference wavelength of 405 nm, an imaging magnification of 0, 084, and a design reference temperature of 25 ° C.
  • the stop diameter is 0.532 mm. Since the focal length is set to satisfy Equation (6A), the temperature aberration and the wavefront aberration when mode hopping occurs are shown in Table 12 even though it is a finite conjugate plastic single lens with high NA. Thus, both are good lenses.
  • Example 5 is a plastic single lens with a focal length of 0.40 mm, NA of 0.85, a design reference wavelength of 405 nm, an imaging magnification of 0.083, and a design reference temperature of 25 ° C. It is an objective lens suitable as the objective lens 1 in the embodiment.
  • the stop diameter is 0.708 mm.
  • the first surface of the objective lens of Example 5 had a diffraction structure having a step difference of about 0.7 i ⁇ m to l.l / zm in the optical axis direction at the boundary.
  • Example 4 0.028 Arms 0.024Arms
  • AW 1 0.01 8 rms.
  • the focal length was set so as to satisfy the expression (13 A), and the correction of temperature aberration and the amount of generation of chromatic spherical aberration were performed.
  • the correction of temperature aberration and the amount of generation of chromatic spherical aberration were performed.
  • Example 6 is a plastic single lens having a focal length of 0.40 mm NA 0.85, a design reference wavelength of 405 nm, an imaging magnification of 0.083, and a design reference temperature of 25 ° C.
  • This is an objective lens suitable as the objective lens 4 in the form (1).
  • the stop diameter is 0.772 mm.
  • the first side of the objective lens of Example 6 is a replacement sheet (Rule 26) 49/1
  • the objective lens of the sixth embodiment has a focal length that is small in order to reduce the amount of correction for temperature aberration.
  • Equation (6A) is set, and the balance between the two is set so that the correction of temperature aberration and the amount of generation of chromatic spherical aberration satisfy Equations (11) to (13), respectively.
  • Equation (12) both lenses have a good temperature and chromatic spherical aberration, despite being a high NA finite conjugate type plastic single lens.
  • Example 5 0 5 3 8 51
  • Example 6 0.558 Industrial Applicability
  • a plastic single lens applicable as an objective lens of an optical pickup device using a high NA objective lens, wherein a usable temperature range is sufficiently wide, and a mode hopping of a light source is performed. It is possible to provide a plastic single lens with small deterioration in light-collecting performance, thereby providing a high-performance optical pickup device and optical information recording / reproducing device.

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Abstract

　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。この対物レンズはプラスチック単レンズであって、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をＮＡ、前記対物レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、式（１）ＮＡ≧０．８、（２）１．０＞ｆ＞０．２を満たす。高ＮＡのプラスチック単レンズであっても温度収差が大きくなりすぎず、屈折型のプラスチック単レンズでは、光ピックアップ装置における実使用上の温度範囲内での温度収差を許容範囲内に抑える。

Description

明 細 書 光ピックアツプ装置用の対物レンズ、 光ピックアツプ装置及び光情報記録再生装 置 技術分野
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。 背景技術
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 アツ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 ングゃトッラキングのために対物レンズを駆動するァクチユ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 400 nm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イス 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 4 05 n m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 6 50 nm, 記憶容量 4、 7 GB) と同じ大きさである直径 12 c mの光ディスク に対して、 1面あたり 20〜30 GB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 D VDに用いられる N A 0. 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 狭くなつてしまうので、 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 1 1— 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 3 mm、 焦点距離 2. 5mm、 NA0. 6、 設計基準波長 6 50 n m 、 設計基準温度 25 °C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、 NA 0. 85、 設計基準波長 405 nm、 設計基準温度 25°C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、 1 0のべき乗数 (例えば、 2 · 5 X 1 0—3) を、 E (例えば、 2. 5 X E— 3) を用いて表すものとする。 面番号 r(mmノ d(mm) N650 v d 備考
0 Tu rn
1 1.6603 2.0500 1.54090 56.7
対物レンズ 1.U JLD5
3 oo 0.6000 1.57756 30.0 |g
4 oo 非球面係数
第 1面 第 2面
-6.8755E-01 -7.9005E+00
A4 3.0995E-03 4.3885E-02
A6 2.6042E-04 -3.2001E-02
A8 4.5653E-05 1.1954E-02
A10 -1.2223E-04 -1.9590E-03 回折面係数
Figure imgf000005_0001
差替え用紙 （規則 26) 表 2
Figure imgf000006_0002
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 2 iを非球面係数とする。 .
Figure imgf000006_0001
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 差替え用紙 (規則 26 4/1
る光路差は、 光軸に垂直な方向の高さを h、 b 2 i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 $b (mm) で表
差替え用紙 （規則 26) される。 数 2
Figure imgf000008_0001
この光路差関数 <Db (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 b (mm) の値が所定の波長 Bの n倍 （ただし、 nは自然数） 変わる毎に輸帯を形成する。 本明細書において、 「回折構造が波長 λΒ、 回折次数 η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 Β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 3 0°C上昇した際の温度収差の R MS値と、 入射する波長が設計基準波長より 5 nm長くなつた際の色の球面収差 の RMS値を示す。
表 3
Figure imgf000008_0002
表 3からわかるように、 N A 0. 6の対物レンズは、 温度収差を 0. Ο Ι Ο λ r m sまで補正した場合でも、 色の球面収差は 0. 0 0 3 r m s にとどまるの で、 5 nm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、 N AO . 8 5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 . 0 1 4え r m sまで補正した場合、 色の球面収差は 0. 0 5 7 r m s となつ てしまうので、 5 nm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 ± 5 nm程度のばらつきがあるが、 従って、 NA 0. 8 5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 6 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 に一 9. 0 X 1 0- 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. 2 nmZ°C、 + 0. 0 5 n m/°C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、 N 6 5 0は波長 6 5 0 n mにおける屈折率、 v d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、 N 40 5は波長 40 5 nmにおける屈折率、 v d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、 40 0 nm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ビングと 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 6 0 0 nm乃至 8 0 0 nm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 40 0 nm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 7 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 N A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捕正した場合でも、 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 ピックァップ装置及び、 この光ピックァ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。 発明の開示
請求の範囲 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 Z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、 プラスチック単レンズであって、 前記光情報記録媒体に対 して情報を記録及び Z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を N A、 前記対物レンズの焦点距離を f ( m m) としたとき、 次式を満たすことを 特徴とする。
N A≥ 0 . 8 ( 1 )
1 . 0 > f > 0 . 2 ( 2 )
温度変化に伴う、 プラスチック単レンズの屈折率変化による球面収差の変化量 (温度収差） は、 焦点距離と N A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 N Aを大きく した場合でも、 それに応じて焦点距 離を小さくすれば、 温度収差を比較的小さく抑えることが可能となる。 そこで、 8 請求の範囲 1に記載の対物レンズは、 焦点距離の上限を （2) 式のように定める ことで、 NAが （ 1 ) 式を満たすような高 N Aのプラスチック単レンズであって も、 温度収差が大きくなりすぎないようにしている。 更に、 屈折型のプラスチッ ク単レンズでは、 温度収差を完全にゼロ とするのは不可能であるが、 焦点距離が (2) 式の上限を越えないようにすることで、 光ピックアップ装置における実使 用上の温度範囲内での温度収差を許容範囲内に抑えることができる。
一方、 焦点距離を小さくすることは、 温度収差の発生量を小さく抑えるという 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。 高 N A対物レンズの設計においては、 作動距離の 確保は光情報記録媒体との衝突を防ぐうえで非常に重要な問題であり、 焦点距離 が小さくなりすぎると、 その分作動距離が失われるので好ましくない。 また、 相 対的に焦点距離が大きい対物レンズと同じ像髙を得よう とすると、 相対的に焦点 距離が小さい対物レンズへの入射角度が大きくなるので非点収差やコマ収差が劣 化する。 従って、 対物レンズの焦点距離を小さくするのは、 像高特性の観点から も好ましくないといえる。 そこで、 請求の範囲 1に記載の対物レンズは、 焦点距 離の下限を （2) 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。
請求の範囲 2に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1に 記載の発明において、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前 記対物レンズに、 その設計基準波長である波長 λ 0 (nm) の光を入射させた際 の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (λ。、 Τ0) とし、 第 2の雰囲気温 度 T i = 5 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波長 λ。 （nm) の光 を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (λ 0、 T とした とさ、
AW= | W (え。、 Tj '—W d T I (3)
で定義される が次式を満たすことを特徴とする。
ΑΨ< 0. 0 3 5 λ r m s (4)
プラスチック単レンズを光ピックアツプ装置における実使用上の温度範囲内で 使用可能とするためには、 焦点距離を （2) 式の上限を越えないようにして、 結 9 果として （4) 式を満たすような温度特性を有するようにするのが好ましい。 こ れにより光ピックアップ装置における実使用上の温度範囲内で、 プラスチック単 レンズを使用して、 光情報記録媒体に対して良好に情報の記録/再生を行うこと ができる。
請求の範囲 3に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1又 は 2に記載の発明において、 前記対物レンズの設計基準波長 L Qは 5 0 0 nm以 下であって、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レ ンズに波長 λ 0 (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズのバックフォー力 スを f B (え。、 T 0) とし、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下におい て、 前記対物レンズに前記波長 え。よりも 5 nm長い波長 ； L i ( n m) の光を入 射させた際の前記対物レンズのバックフォーカスを f B (えい T0)としたとき、
Δ f Β = I f B Uい T0) — f B (λ0、 T0) I (5)
で定義される △ f Bが次式を満たすことを特徴とする。
Δ f B < 0. 0 0 1 mm ( 6 )
半導体レーザのモードホッピングによる軸上色収差は、 焦点距離に比例して大 きくなる。 従って、 前記光源として例えば青紫色半導体レーザを使用する場合で も、 それに応じて焦点距離を小さくすれば、 軸上色収差を比較的小さく抑えるこ とが可能となる。 屈折型の単レンズでは、 色収差を完全にゼロとするのは不可能 であるが、 請求の範囲 3に記載の対物レンズのように、 焦点距離を （2) 式を満 たすように設定して、 光源として青紫色半導体レーザを使用する対物レンズにお いて、 入射する波長が 5 nm長くなつた際のパックフォーカスの変化量を 0. 0 0 1 mmより小さくなるようにすれば （（6) 式）、 青紫色半導体レーザのモード ホッビングによる波長変化量に対して、 デフォーカス成分を含んだ波面収差の変 化量を 0. 0 3 5 え r m s より小さく抑えることができるので、 再生状態から記 録状態へと切り替える際にモー ドホッビングが起こっても集光性能が大きく劣化 することはない。
• 請求の範囲 4に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1乃 至 3のいずれかに記載の発明において、 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 10 特徴とする。
0. 8 > f > 0. 2 (6 A)
請求の範囲 4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 一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 （ l—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 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、 請求の範囲 4に記載の対物レン ズにおいては、 焦点距離の上限を （2) 式よりも更に小さく して、 （6 A) 式のよ うに定めることで、 NAが （ 1 ) 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、 請求の範囲 4 に記載の対物レンズのように、 焦点距離の上限を （2) 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。
請求の範囲 5に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 4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. 0 2 ( 6 B)
結像倍率 mが上述の （6 B) 式の下限より大きいと、 上述の （6 A) 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 （6 B) 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。
請求の範囲 6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 11 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匱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 して所定の光路差を生じるように形成された輸帯構造を、 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を N A、 前 記対物レンズの焦点距離を f ( m m) としたとき、 次式を満たすことを特徴とす る。
N A≥ 0 . 8 ( 7 )
1 . 3 > f > 0 . 2 ( 8 )
前記開口数 N A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 N A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 N A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、 請求の範囲 6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 12 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。
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 、 ァクチユ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。
請求の範囲 7に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 6に 記載の発明において、 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、 前記対物レンズは、 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すると、 上述した作用を効果的に 13 発揮できるので好ましい。
請求の範囲 8に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 7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 一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 N A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 1 0 0 %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 Β
、 回折次数 ηで最適化されている」 とは、 波長 ； l Bの光が入射したときに、 回折 次数 ηの回折光の回折効率が理論的に 1 0 0 °/。となるように、 回折構造 （レリー 14 フ） の形状を設定することを指す。
請求の範囲 9に記載の光ピック了ップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 7又 は 8に記載の発明において、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差 Φ bを、 光軸からの高さ h (mm) の関数として、
b= b 2 - h2+ b 4 - h4+ b 6 - h6+……
により定義される光路差関数 Φ bで表わすとき （ただし、 b 2、 b 4、 b 6、 … …はそれぞれ 2次、 4次、 6次、 ……の光路差関数係数である）、 次式を満たす ことを特徴とする。
一 70く (b 4 · hMAX 4) / ( f ■ λ 0 ■ 10- 6 · (ΝΑ · (1 - m
)) 4) <- 20 ( 8 A) ただし、 λ0 (nm) は前記対物レンズの設計基準波長であり、 h MAXは前記 回折構造が形成された光学面の有効径最大高さ （mm) であり、 mは前記対物レ ンズの結像倍率である。
本発明による光ピックァップ装置用の対物レンズは、 4次の光路差関数係数 b 4、 回折構造が形成された光学面の有効径最大高さ hMAX、 結像倍率 m、 焦点 距離 f 、 像側開口数 NAが、 上述の （8A) 式の条件を満たすように設計される のが好ましい。 この条件は、 回折構造が形成されたプラスチックレンズにおいて 、 温度収差の補正と色の球面収差の発生量のパランスを良好にするための条件で ある。 上式の下限を上回る場合には、 温度収差の補正が過剰とならないので色の 球面収差の発生量が大きくなりすぎることがなく、 製造誤差により発振波長が基 準となる波長から比較的ずれた半導体レーザでも用いることができ、 半導体レー ザの選別条件を緩和させてコス ト減を図ることができる。 一方、 上式の上限を下 回る場合には、 半導体レーザの波長変化で生じる球面収差により、 高 NAのブラ スチックレンズの屈折率変化で生じる球面収差を打ち消すことができるので、 高 NAのプラスチックレンズの使用可能な温度範囲を広く とれる。
請求の範囲 10に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 6 に記載の発明において、 前記輪帯構造は、 隣り合う輪帯同士が、 互いに光軸方向 に変位して形成されることで、 入射光に対して前記所定の光路差を生じ、 前記対 物レンズは、 屈折作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成すると、 15 上述した作用を効果的に発揮できるので好ましい。
請求の範囲 1 1に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 0に記載の発明において、 光軸に近い側に隣接する輪帯よりも内側に変位して形 成された輪帯と、 光軸に近い側に隣接する輪帯よりも外側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、 前記光軸に近い側に隣接する輪帯よ りも内側に変位して形成された輪帯は、 前記光軸に近い側に隣接する輪帯よりも 外側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と、 この ように輪帯構造を構成することで温度収差を良好に捕正することができるので好 ましい。
請求の範囲 1 2に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 0又は 1 1に記載の発明において、 前記輪帯の総数が 3以上 2 0以下であること を特徴とする。
請求の範囲 1 3に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 0乃至 1 2のいずれかに記載の発明において、 前記輪帯構造が形成された光学面 の有効径最大高さの 7 5 %の高さから 1 0 0 %の高さの領域に形成された輪帯構 造において、 互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、 任 意の段差の段差量を Δ』 ( μ τα) とし、 前記対物レンズの設計基準波長 λ。 （η m) における屈折率を nとしたとき、
m j = I NT (X) ( 8 B)
(ただし、 X = A 5 · (n - 1 ) / (λ o · 1 0 -3) であり、 I NT (X) は Xを四捨五入して得られる整数である。）
で表される が 2以上の整数であることを特徴とする。
請求の範囲 1 0及び 1 1に記載されている対物レンズにおいて、 輪帯の総数を 3以上 2 0以下とし、 さらに、 輪帯構造が形成された光学面の有効径最大高さの 7 5 %の高さから 1 0 0 %の高さの領域に形成された輪帯構造において、 互いに 隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、 任意の段差の段差量を Δ； ( m) とし、 対物レンズの設計基準波長 λ。 （n m) における屈折率を n としたとき、 上述の （8 B) 式で表される ni jが 2以上の整数となるように輪帯 構造を決定すると、 輸帯の光軸に垂直な方向の幅を大きく確保できるので、 対物 16 レンズをモールド成形するための金型加工が容易になり、 かつ金型加工に要する 時間を短縮することが可能になる。
ここで、 輪帯構造が第 1面 （光源側の光学面） に形成されている場合、 「光軸 近い側に隣接する輪帯よりも内側に変位して形成される」 とは、 「光軸近い側に 隣接する輪帯よりも、 第 2面 （光情報記録媒体側の光学面） の方向に変位して形 成される」 ことを指し、 「光軸近い側に隣接する輪帯よりも外側に変位して形成 される」 とは、 「光軸近い側に隣接する輪帯よりも、 第 2面 （光情報記録媒体側 の光学面） の方向とは反対の方向に変位して形成される」 ことを指す。 また、 輪 帯構造が第 2面 （光情報記録媒体側の光学面） に形成されている場合、 「光軸近 い側に隣接する輪帯よりも内側に変位して形成される」 とは、 「光軸近い側に隣 接する輪帯よりも、 第 1面 （光源側の光学面） の方向に変位して形成される」 こ とを指し、 「光軸近い側に隣接する輪帯よりも外側に変位して形成される」 とは
、 「光軸近い側に隣接する輪帯よりも、 第 1面 （光源側の光学面） の方向とは反 対の方向に変位して形成される」 ことを指す。
請求の範囲 1 4に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 6 乃至 1 3のいずれかに記載の発明において、 第 1の雰囲気温度 T。 = 2 5 の環 境温度下において、 前記対物レンズにその設計基準波長である波長 え。 （n m) の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (λ 0、 Τ 0) と し、 第 1の雰囲気温度 Τ。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに前 記波長 λ。よりも 5 nm長い波長 (nm) の光を入射させた際の前記対物レ ンズの残留収差の RMS値を W ( λい Τ。） とし、第 2の雰囲気温度 T 1 = 5 5 °C の環境温度下において、 前記対物レンズに波長 λ 2 (n m) の光を入射させた際 の前記対物レンズの残留収差の: MS値を W ( 2、 Ί ) としたとき、
AW1 = i W (λ 2、 T 一 W U 0、 T o) I ( 9 )
AW 2 = 1 W Uい T。；） 一 W ( ;L。、 T Q) | ( 1 0 ) で定義される AW l及び AW2が次式を満たすことを特徴とする。
△ W 1 < 0. 0 3 5 X r m s ( 1 1 )
AW 2 < 0. 0 3 5 λ r m s ( 1 2) ただし、 17 λ。く 6 0 0 n mのとき、 λ 2= λ。+ 1. 5 (nm) であり、
λ。≥ 6 0 0 ηπιのとき、 λ 2= λ。+ 6 (nm) である。
高 N Aのプラスチックレンズでは、 光学面上に形成した輪帯構造の作用によリ 温度収差を完全に補正すると、 焦点距離が （8) 式を満たす場合でも、 色の球面 収差が大きくなりすぎてしまい、 発振波長が基準となる波長からずれた半導体レ 一ザを用いることができなく恐れがあるので、 レンズ設計においては、 温度収差 の補正と色の球面収差の発生量とのパランスをとる必要がある。 ここで、 （9) 式は、 温度が 3 (TC上昇した場合の温度収差に対応した式であり、 （1 0) 式は 、 入射光の波長が 5 nm変化した場合の色の球面収差に対応した式である。 本発 明による対物レンズは、 温度収差、 色の球面収差、 及び、 色の球面収差と温度収 差との合成収差がそれぞれ (1 1 )、 （1 2) 及び後述する ( 1 3) 式を満たす のが好ましい。
なお、 請求の範囲 1 4の対物レンズに関し、 λ 0く 6 0 0 n mのとき、 λ 2 = λ 0 + 1. 5 (nm) という条件は、 青紫色半導体レーザの温度上昇による発振波 長の変化 （+ 0. 0 5 n m/°C) に対応し、 0≥ 6 0 0 nmのとき、 λ 2 = I 0 + 6 (nm) という条件は、 赤色半導体レーザの温度上昇による発振波長の変化 (+ 0. 2 n m/°C) に対応している。
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。 請求の範囲 1 5に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 4に記載の発明において、 次式を満たすと好ましい。
f ((AW 1 ) 2+ (AW2 ) 2) < 0. 05 え r m s ( 1 3) 請求の範囲 1 6に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 6 乃至 1 5のいずれか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つ 18 て、 次式を満たすことを特徴とする。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 4に記載 の発明と同様である。
1. 1 > f > 0. 2 ( 1 3 A) 請求の範囲 1 7に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 6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、 請求の範囲 5に記載の発明と同様 である。
0. 2 > | m | > 0. 0 2 ( 1 3 B) 請求の範囲 1 8に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 乃至 1 7のいずれかに記載の発明において、 前記対物レンズの光軸上のレンズ厚 さを d (mm), 焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを特徴とす る。
0. 8 < d/ f < l . 8 (1 4)
( 1 4) 式は、 焦点距離が （2) 式， （6 A) 式、 （8) 式及び （1 3 A) 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 （1 4) 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、 dZf の値が （1 4) 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 ( 1 4) 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、 より小型のァクチユ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。
請求の範囲 1 9に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 19 乃至 1 8のいずれかに記載の発明において、 前記対物レンズの設計基準波長 λ 0 (nm) 力^ 次式を満たすと、 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。
5 0 0≥え。≥ 3 5 0 ( 1 5)
請求の範囲 2 0に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、 請求の範囲 1 乃至 1 9のいずれかに記載の発明において、 次式を満たすことを特徴とする。
0. 40≤ (X 1 -X 2) · (N - 1 ) / (NA · f · ( 1 + I m | )) ≤ 0. 6 3 ( 1 6) ただし、
X I ： 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 N Aのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置） における光源側の光学面 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
X 2 ： 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 え。における前記対物レンズの屈折率
f ：前記対物レンズの焦点距離 （mm)
m ： 前記対物レンズの結像倍率
請求の範囲 20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を規定するものである。 上述のよう に定義される X 1が正でその絶対値が小さい程、 又 2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、 X 1が正で その絶対値が大きい程、 X 2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、 （X 1 -X 2) はある範囲内にあることが必要である。 以上より、 （ 1 6) 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、 20 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 。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 （1 6' ) 式を満たすのがより好ましく、
0. 40≤ (X 1 -X 2) · (N- 1 ) / (N A · f ·、Γ ( 1 + I m I )) ≤ 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≤ (X 1 - X 2 ) · (N- 1 ) / (N A · f ' f ( 1 + I m | )) ≤ 0. 63 (16" ) 請求の範囲 21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、 プラスチック単レンズであって、 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を NA、 前記対物レンズの焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを 特徴とする。
N A≥ 0. 8 ( 1 )
1. 0 > f > 0. 2 (2)
本発明の作用効果は、 請求の範囲 1に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 22に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 21に記載の発明 において、 第 1の雰囲気温度 T。= 25 °Cの環境温度下において、 前記対物レン ズに、 その設計基準波長である波長 ； Q (nm) の光を入射させた際の前記対物 レンズの残留収差の RMS値を W (え ο、 T0) とし、 第 2の雰囲気温度 Ί\= 5 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波長 λ。 （nm) の光を入射させ た際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (え。、 Ί\) としたとき、
△ W= I W (え。、 Ti) —W 。、 T。） I (3)
で定義される が次式を満たすことを特徴とする。 21
AW< 0. 0 3 5 λ r m s ( 4)
本発明の作用効果は、 請求の範囲 2に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 2 3に記載の光ピックアツプ装置は、 請求の範囲 2 1又は 2 2に記 載の発明において、 前記対物レンズの設計基準波長 λ。は 5 0 0 n m以下であつ て、 第 1の雰囲気温度 T。 = 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波 長 λ 0 ( n m) の光を入射させた際の前記対物レンズのパックフォーカスを f B (λ 0、 Τ 0) とし、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記 対物レンズに前記波長 λ。よりも 5 nm長い波長 (nm) の光を入射させた 際の前記対物レンズのパッ.クフォーカスを f B ( い Τ0) としたとき、
Δ f B = I f Β (λ ^ T0) - f B (； L 0、 T 0) | ( 5 )
で定義される Δ f Βが次式を満たすことを特徴とする。
Δ f Β < 0. 0 0 1 mm ( 6 )
本発明の作用効果は、 請求の範囲 3に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 2 4に記載の光ピックアツプ装置は、 請求の範囲 2 1乃至 2 3のい ずれかに記載の発明において、 前記対物レンズが、 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、 請求の範囲 4に記載の発明の作用 効果と同様である。
0. 8 > f > 0. 2 ( 6 A)
請求の範囲 2 5に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 4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、 請求の範囲 5に記載の発明の作用効果と同様である。
0. 2 > | m | > 0. 0 2 ( 6 B)
請求の範囲 2 6に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 4又は 2 5に記 載の発明において、 前記対物レンズと前記光源がァクチユエータにより一体とな つて少なく とも トラッキング駆動されることを特徴とする。
発散光束が入射する有限共役型の対物レンズでは、 トラッキングエラーにより 発生するコマ収差が問題となる。 これは、 トラッキングエラーにより光源の発光 22 点に対して対物レンズが偏芯すると、 発光点が対物レンズに対して軸外物点とな るからである。 一般的な光ピックアップ装置において、 トラッキングエラーによ る対物レンズの偏芯量は 0 . 2乃至 0 . 3 m m程度であるが、 本発明による対物 レンズは、 上述した （6 A ) 式を満たすような短焦点距離のレンズであるので、 トラッキングエラーにより対物レンズが 0 . 2乃至 0 . 3 m mも光源の発光点に 対して偏芯すると、 コマ収差や非点収差が大きく発生し光情報記録媒体に対して 良好に記録 Z再生を行うことができない。 そこで、 請求の範囲 2 2に記載の光ピ ックアップ装置では、 前記対物レンズと前記光源がァクチユエータにより一体と なって少なく とも トラッキング駆動されるように構成した。 これにより トラツキ ングエラーによるコマ収差や非点収差の発生という問題を解決することができる c 請求の範囲 2 7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、 情報の記録及びノ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 射光に対して所定の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を N A、 前記対物レンズの焦点距離を f ( m m ) とした とさ、 次式を満たすことを特徴とする。
N A≥ 0 . 8 ( 7 )
1 . 3 > f > 0 . 2 ( 8 )
本発明の作用効果は、 請求の範囲 6に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 2 8に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 7に記載の発明 において、 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、 前記対物レンズは、 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することを特徴とする。本発明の作用効果は、 請求の範囲 7に記載の発明の作用効果と同様である。 23 請求の範囲 2 9に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 8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、 請求の範囲 8に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 3 0に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 8又は 2 9に記 載の発明において、 前記回折構造を透過する波面に付加される光路差 4>bを、 光 軸からの高さ h (mm) の関数として、
b= b 2 - h 2+ b 4 ' h 4+ b 6 - h 6 +……
により定義される光路差関数 bで表わすとき （ただし、 b 2、 b 4、 b 6、 … …はそれぞれ 2次、 4次、 6次、 ……の光路差関数係数である）、 次式を満たす ことを特徴とする。
— 7 0く (b 4 · hMAX 4) / ( f · λ o · 1 0- 6 · (ΝΑ · ( 1 - m
) ) 4 ) < - 2 0 ( 8 A)
ただし、 。 （nm) は前記対物レンズの設計基準波長であり、 hMAXは前記 回折構造が形成された光学面の有効径最大高さ （mm) であり、 mは前記対物レ ンズの結像倍率である。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 9に記載の発明の作用 効果と同様である。
請求の範囲 3 1に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 7に記載の発明 において、 前記輪帯構造は、 隣り合う輪帯同士が、 互いに光軸方向に変位して形 成されることで、 入射光に対して前記所定の光路差を生じ、 前記対物レンズは、 屈折作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成することを特徴とする c 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 0に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 3 2に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 3 1に記載の発明 において、 前記対物レンズは、 光軸に近い側に隣接する輪帯よりも内側に変位し て形成された輪帯と、 光軸に近い側に隣接する輪帯よりも外側に変位して形成さ れた輪帯と、 を少なく とも 1つずつ有し、 かつ、 前記光軸に近い側に隣接する輪 帯よりも内側に変位して形成された輪帯は、 前記光軸に近い側に隣接する輪帯よ りも外側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たことを特 徴とする。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 1に記載の発明の作用効果と同様 24 である。
請求の範囲 33に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 3 1又は 32に記 載の発明において、 前記輪帯の総数が 3以上 20以下であることを特徴とする。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 12に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 34に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 3 1乃至 33のい ずれかに記載の発明において、 前記輪帯構造が形成された光学面の有効径最大高 さの 75%の高さから 100 %の高さの領域に形成された輪帯構造において、 互 いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、 任意の段差の段差 量を Δ5 (μπι) とし、 前記対物レンズの設計基準波長 (nm) における屈 折率を nとしたとき、
Figure imgf000027_0001
(ただし、 Χ = Δ · (η— 1 ) / (λ ο ' 10— 3) であり、 I NT (X) は Xを四捨五入して得られる整数である。）
で表される mjが 2以上の整数であることを特徴とする。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 3に記載の発明の作用効果と同様である。
請求の範囲 35に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 27乃至 34のい ずれかに記載の発明において、 第 1の雰囲気温度 T = 25 °Cの環境温度下にお いて、 前記対物レンズにその設計基準波長である波長 λ。 (nm) の光を入射さ せた際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (λ Τ0) とし、 第 1の雰 囲気温度 T。= 25 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに前記波長 λ0よ りも 5 nm長い波長 λ (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収 差の RMS値を W (えい T。） とし、 第 2の雰囲気温度 T i= 55 °Cの環境温度 下において、 前記対物レンズに波長 ぇ 2 (nm) の光を入射させた際の前記対物 レンズの残留収差の RMS値を W (λ 2 Τ χ) としたとき、
AWl = i W 2、 1 ) 一 W ( 、 T。） I (9)
△ W2= | W U i、 T0) — W U0、 T0) I (1 0) で定義される AWl及び AW2が次式を満たすことを特徴とする。
△ W 1 < 0. 035 r m s (1 1)
AW2 < 0. 035 ^ r m s (12) 25 ただし、
λ 0く 6 00 nmのとき、 λ 2= λ。+ 1. 5 (nm) であり、
λ 0≥ 6 00 ηπιのとき、 ； L 2= ;L。+ 6 (nm) である。
本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 4に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 3 6に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 3 5に記載の発明 において、 次式を満たすと好ましい。
((AW1 ) 2+ (AW2) 2) < 0. 0 5え r m s ( 1 3) 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 5に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 3 7に記載の光ピックアップ装置において、 請求の範囲 2 7乃至 3 6のいずれか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、 請求の範囲 1 6に記載の発 明の作用効果と同様である。
1. 1 > f > 0. 2 ( 1 3 A)
請求の範囲 3 8に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 3 7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、 請求の範囲 1 7に記載の発明の作用効果と同様である。
0. 2 > | m l > 0. 0 2 ( 1 3 B)
請求の範囲 3 9に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 3 7又は 3 8に記 载の発明において、 前記対物レンズと前記光源がァクチユエータ一体となって少 なく とも トラッキング駆動されることを特徴とする。 本発明の作用効果は、 請求 の範囲 26に記載の発明の作用効果と同様である。
請求の範囲 40に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 1乃至 3 9のい ずれかに記載の発明において、前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さを d (mm), 焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを特徴とする。
0. 8く d/ f く 1. 8 (1 4)
本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 8に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 4 1に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 2 7乃至 2 9のい 26 ずれかに記載の発明において、 前記対物レンズの設計基準波長 λ。 （nm) 、 次式を満たすことを特徴とする。
500≥ 10≥ 3 50 ( 1 5 )
本発明の作用効果は、 請求の範囲 19に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 42に記載の光ピックアップ装置は、 請求の範囲 21乃至 41のい ずれかに記載の発明において、 次式を満たすことを特徴とする。
0. 40≤ (X 1— X 2) · (N - 1 ) / (NA · f · -f ( 1 + | m I ) ) ≤ 0. 63 (1 6) ただし、
X I ： 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 N Aのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置） における光源側の光学面 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
X 2 ： 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 λ。における前記対物レンズの屈折率
f ： 前記対物レンズの焦点距離 （mm)
m：前記対物レンズの結像倍率
本発明の作用効果は、 請求の範囲 20に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 43に記載の光情報記録再生装置は、 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 Z又は再生を行うこと が可能な光ピックアップ装置を有する光情報記録再生装置において、 前記対物レ ンズは、 プラスチック単レンズであって、 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を N A、 前記対 27 物レンズの焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを特徴とする。
NA≥ 0. 8 ( 1 )
1. 0 > f > 0. 2 (2)
本発明の作用効果は、 請求の範囲 1に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 44に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 3に記載の発明 において、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5での環境温度下において、 前記対物レン ズに、 その設計基準波長である波長 え。 (nm) の光を入射させた際の前記対物 レンズの残留収差の RMS値を W (λ。、 Τ0) とし、 第 2の雰囲気温度 T 1 = 5 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波長 え。 （nm) の光を入射させ た際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (え 0、 T としたとき、
△ W l W ^o T i) — W ( i。、 T。） I (3)
で定義される が次式を満たすことを特徴とする。
△ Wく 0. 0 3 5 r m s (4)
本発明の作用効果は、 請求の範囲 2に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 45に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 3又は 44に記 載の発明において、 前記対物レンズの設計基準波長 え。は 5 0 0 nm以下であつ て、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波 長 。 (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズのパックフォーカスを f B ( 0、 T0) とし、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記 対物レンズに前記波長 ； 。よりも 5 nm長い波長 ； L i (nm) の光を入射させた 際の前記対物レンズのバックフォーカスを f B ( い T0) としたとき、
Δ f B= I f Β (λい Τ ο) 一 f B (； L 0、 T 0) | (5)
で定義される Δ f Bが次式を満たすことを特徴とする。
Δ f B < 0. 0 0 1 mm ( 6 )
本発明の作用効果は、 請求の範囲 3に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 46に記載の光情報記録再生装置において、 請求の範囲 4 3乃至 4 5のいずれか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、 請求の範囲 4に記載の発明 28 の作用効果と同様である。
0 . 8 > f > 0 . 2 ( 6 A )
請求の範囲 4 7に記載 p光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 6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、 請求の範囲 5に記載の発明の作用効果と同様である。
0 . 2 > | m | > 0 . 0 2 ( 6 B )
請求の範囲 4 8に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 6又は 4 7に記 載の発明において、 前記対物レンズと前記光源がァクチユエータにより一体とな つて少なく とも トラッキング駆動されることを特徴とする。本発明の作用効果は、 請求の範囲 2 6に記載の発明の作用効果と同様である。
請求の範囲 4 9に記載の光情報記録再生装置は、 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 Z又は再生を行うこと が可能な光ピックァップ装置を有する光情報記録再生装置において、 前記対物レ ンズは、 複数の輸蒂から構成され、 かつ、 隣り合う輪帯同士が、 入射光に対して 所定の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を N A、 前記対 物レンズの焦点距離を f ( m m) としたとき、 次式を満たすことを特徴とする。
N A≥ 0 . 8 ( 7 )
1 . 3 > f > 0 . 2 ( 8 )
本発明の作用効果は、 請求の範囲 6に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 5 0に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 9に記載の発明 において、 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、 前記対物レンズは、 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することを特徴とする。本発明の作用効果は、 請求の範囲 7に記載の発明の作用効果と同様である。 29 請求の範囲 5 1に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 0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、 請求の範囲 8に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 5 2に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 0又は 5 1に記 載の発明において、 前記回折構造を透過する波面に付加される光路差 bを、 光 軸からの高さ h (mm) の関数として、
b= b 2 - h 2+ b 4 ' h4+ b 6 - h 6 +……
により定義される光路差関数 bで表わすとき （ただし、 b 2、 b 4、 b 6、 … …はそれぞれ 2次、 4次、 6次、 ……の光路差関数係数である）、 次式を満たす ことを特徴とする。
一 7 0く (b 4 · hMAX") / ( f · λ。 · 1 0- 6 · (NA · ( 1— m
)) 4) く一 2 0 ( 8 A)
ただし、 え。 (nm) は前記対物レンズの設計基準波長であり、 hMAXは前記 回折構造が形成された光学面の有効径最大高さ （mm) であり、 mは前記対物レ ンズの結像倍率である。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 9に記載の発明の作用 効果と同様である。
請求の範囲 5 3に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 9に記載の発明 において、 前記輪帯構造は、 隣り合う輪帯同士が、 互いに光軸方向に変位して形 成されることで、 入射光に対して前記所定の光路差を生じ、 前記対物レンズは、 屈折作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成することを特徴とする c 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 0に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 54に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 3に記載の発明 において、 前記対物レンズは、 光軸に近い側に隣接する輪帯よりも内側に変位し て形成された輪帯と、 光軸に近い側に隣接する輪帯よりも外側に変位して形成さ れた輪帯と、 を少なく とも 1つずつ有し、 かつ、 前記光軸に近い側に隣接する輪 帯よりも内側に変位して形成された輪帯は、 前記光軸に近い側に隣接する輪帯よ りも外側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たことを特 徴とする。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 1に記載の発明の作用効果と同様 30 である。
請求の範囲 5 5に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 3又は 5 4に記 载の発明において、 前記輪帯の総数が 3以上 20以下であることを特徴とする。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 2に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 5 6に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 3乃至 5 5のい ずれかに記載の発明において、 前記輪帯構造が形成された光学面の有効径最大高 さの 7 5 %の高さから 1 0 0 %の高さの領域に形成された輪帯構造において、 互 いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、 任意の段差の段差 量を Δ〗 (μιη) とし、 前記対物レンズの設計基準波長 。 （nm) における屈 折率を nとしたとき、
m j = I NT (X) ( 8 B)
(ただし、 Χ = Δ; · (n— 1 ) / (2 ο · 1 0— 3) であり、 I NT (X) は Xを四捨五入して得られる整数である。）
で表される nijが 2以上の整数であることを特徴とする。 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 3に記載の発明の作用効果と同様である。
請求の範囲 5 7に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 9乃至 5 6のい ずれかに記載の発明において、 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下にお いて、 前記対物レンズにその設計基準波長である波長 。 (nm) の光を入射さ せた際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (え Q、 T0) とし、 第 1の雰 囲気温度 T。= 2 5°Cの環境温度下において、 前記対物レンズに前記波長 λ 0よ りも 5 nm長い波長 λ (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収 差の RMS値を W ( い T。） とし、 第 2の雰囲気温度 T i= 5 5 °Cの環境温度 下において、 前記対物レンズに波長 λ 2 (nm) の光を入射させた際の前記対物 レンズの残留収差の RMS値を W (λ 2、 T としたとき、
AW1 = | W (λ 2 -W (X T0) I ( 9 )
△ W2 = | W い T。） — W (え。、 T0) I ( 1 0) で定義される AW 1及び AW 2が次式を満たすことを特徴とする。
AW1 < 0. 0 3 5 1 r m s ( 1 1)
AW2 < 0. 0 3 5 λ r m s ( 1 2) 31 ただし、
λ。く 6 0 0 nmのとき、 λ 2= λ。+ 1. 5 (nm) であり、
え o 6 0 0 nmのとき、 λ 2= 0+ 6 (nm) である。
本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 4に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 5 8に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 7に記載の発明 において、 次式を満たすと好ましい。
((AW 1 ) 2+ (AW 2 ) 2) < 0. 0 5 X r m s ( 1 3) 本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 5に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 5 9に記載の光情報記録再生装置において、 請求の範囲 49乃至 5 8のいずれか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、 請求の範囲 1 6に記載の発 明の作用効果と同様である。
1. 1 > f > 0. 2 ( 1 3 A) 請求の範囲 60に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 9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、 請求の範囲 1 7に記載の発明の作用効果と同様である。
0. 2 > | m | > 0. 0 2 ( 1 3 B) 請求の範囲 6 1に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 5 9又は 6 0に記 載の発明において、 前記対物レンズと前記光源がァクチユエ一ター体となって少 なく とも トラッキング駆動されることを特徴とする。 本発明の作用効果は、 請求 の範囲 2 6に記載の発明の作用効果と同様である。
請求の範囲 6 2に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 4 3乃至 6 1のい ずれかに記載の発明において、前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さを d (mm)、 焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを特徴とする。
0. 8 < d/ £ < l . 8 ( 1 4)
本発明の作用効果は、 請求の範囲 1 8に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 6 3に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 43乃至 6 2のい 32 ずれかに記載の発明において、 前記対物レンズの設計基準波長 え。 （nm) 、 次式を満たすことを特徴とする。
500≥λ0≥ 350 ( 1 5 )
本発明の作用効果は、 請求の範囲 19に記載の発明の作用効果と同様である。 請求の範囲 64に記載の光情報記録再生装置は、 請求の範囲 43乃至 63のい ずれかに記載の発明において、 次式を満たすことを特徴とする。
0. 40≤ (X I— Χ 2) . (Ν— 1) / (NA， f - f ( 1 + I m | )) ≤ 0. 63 (1 6) ただし、
X I ： 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 N Aのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置） における光源側の光学面 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
X 2 ： 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 λ 0における前記対物レンズの屈折率
f ：前記対物レンズの焦点距離 （mm)
m：前記対物レンズの結像倍率
本発明の作用効果は、 請求の範囲 20に記載の発明の作用効果と同様である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本実施の形態の対物レンズ 1を示す概略図、
図 2は、 本実施の形態の対物レンズ 4を示す概略図、
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°C温度が上昇した場合の波面の様子を表す図、
図 4は、 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 33 成を概略的に示す図、
図 5は、 パックフォーカス f Bを説明するための図、
図 6は、 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。 発明を実施するための最良の形態
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 D V Dや M O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イス 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。 捕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 . 0 5 n m /°C発振波長の 変化するので、 温度が + 3 0 °C上昇した場合には、 1 . 5 n m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 34 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 N A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¾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 （1 3 A ) 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 （ 1 1 ) 乃至 ( 1 3 ) 式を満たすように両者の間のパランスをとつたので、 高 N A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 D V Dや M O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イス 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 2 5 °C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 35 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 3 0 °C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 A gのよ うに波面が変化する。 また、 図 3の線図 B gは、 上記のように決定きれた輪帯構 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 C gは、 設計基準温度 から 3 0 °C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 B g及びじ から、 かかる輸帯構造を透 過した波面と、 設計基準温度から 3 0 °C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 一ザ光の波面は、 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 N A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ょう 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 （1 3 A ) 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 （1 1 ) 乃至 （ 1 3 ) 式を満たすように両者 の間のパランスをとつたので、 高 N A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。
半導体レ一ザ 8は、 波長 4 0 0 n m程度の波長の光を発生する G a N系靑紫色 半導体レ一ザである。 また、 波長 4 0 0 n m程度の波長の光を発生する光源とし 36 ては上記の G a N系靑紫色レーザのほかに、 S H G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 9 Aを有し、 このフランジ部 9 A 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 1 0側の開口数は 0 . 8 0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 1 1を透過 し、 コリメートレンズ 1 2、 および 1 / 4波長板 1 3を経て円偏光の平行光束と なった後、 絞り 1 4により光束径が規制され、 対物レンズ 9によって高密度 D V Dである光ディスク 1 0の保護層 1 0 Aを介して情報記録面 1 0 B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ァクチユエータ 1 5 によってフォーカス制御およびトラツキング制御される。
情報記録面 1 0 B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 1 4、 1 Z 4波長板 1 3、 およびコリメートレンズ 1 2を透過した後、 収斂光束となり、 偏光ビームスプリ ッタ 1 1によって反射され、 シリンドリカル レンズ 1 6、 凹レンズ 1 7を経ることによって非点収差が与えられ、 光検出器 1 8に収束する。 そして、 光検出器 1 8の出力信号を用いて光ディスク 1 0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 4 0 0 n m程度の波長の光を発生する G a N系青紫色 半導体レ一ザである。 また、 波長 4 0 0 n m程度の波長の光を発生する光源とし ては上記の G a N系青紫色レーザのほかに、 S H G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 （6 A ) 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、 半導体レ一ザ 8 37 から出射された発散光束を、 高密度 D V Dである光ディスク 1 0の保護層 1 0 A を介して情報記録面 1 0 B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 9 Aを有し、 このフラン ジ郡 9 Aにより、 対物レンズ 9を光ピックアツプ装置 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 1 0側の開口数は 0 . 8 0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 1 1を透過 し、 1 / 4波長板 1 3を経て円偏光となった後、 絞り 1 4により光束径が規制さ れ、 対物レンズ 9によって髙密度 D V Dである光ディスク 1 0の保護層 1 O Aを 介して情報記録面 1 0 B上に形成されるスポッ トとなる。 情報記録面 1 0 B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 1 4、 および 1 4波長板 1 3を透過した後、 偏光ビームスプリ ッタ 1 1によって反射され、 シ リンドリカルレンズ 1 6、 凹レンズ 1 7を経ることによって非点収差が与えられ 、 光検出器 1 8に収束する。 そして、 光検出器 1 8の出力信号を用いて光デイス ク 1 0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 1 1、 1 / 4波長板 1 3、 シリ ン ドリカルレンズ 1 6、 凹レンズ 1 7、 および光検出器 1 8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ァクチユエータ 1 9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 4 0 5 n m、 保護層の厚さが 0 . l m mの高 密度 D V D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、 （6 A ) 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 38 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 ンズのレンズデ一夕を示し、 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 (m m) は面間隔、 N 4 0 5は波長 4 0 5 n mにおける屈断率、 リ dは d線における アッベ数を表す。
表 4
Figure imgf000041_0001
差替え用紙 （規則 26) 瑯 ¾^ ·
Figure imgf000042_0001
05 40 表 6
Figure imgf000043_0001
非球面係数
Figure imgf000043_0002
Figure imgf000043_0003
実施例 1は、 入射光束怪 0. 8mm、 焦点距離 f = 0. 4 7mm NA 0. 8 5、 設計基準波長 4 0 5 nm、 設計基準温度 2 5で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 差替え用紙 （規則 26) 40/1 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。
表 7
Figure imgf000044_0001
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一 9. 0 X 1 0 とし、 温度上昇に伴う入射光の 波長の変化率を + 0. 0 5 nmZ°Cとし、 モードホッピングが生じた際の波面収
え用紙 (規則 26) 41
差を計算する際には、 青紫色半導体レーザのモードホッビングによる波長変化量 を + 1 nmと仮定し、 対物レンズのフォーカス位置は 40 5 nm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、 AW ((3) 式） の値は、 W 0、 T ) = 0. 0 0 1 λ r m s ( 0= 40 5 nm、 T0= 2 5°C)、 W (え。、 T！)
= 0. 0 2 0 λ r m s (λ 0= 40 5 nm, T丄 = 5 5 °C) であるので、 Δ\ν = 0. 0 1 9 ;i r m sである。 また、 A f B ((5) 式） の値は、 f B (え。、 T 0) = 0. 0 7 6 2 mm (X 0 = 40 5 nm, T0 = 2 5°C)、 f B い T ο) = 0. 0 7 6 6 mm (λ ! = 4 1 0 nm, T。= 2 5°C) であるので、 Δ ί Β = 0. 0 0 0 4mmである。 ただし、 本明細書においてパックフォーカス f B 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 S 2 と、 光情 報記録媒体の光束入射面 S I Nとの光軸上の間隔を指す。
実施例 2は、 入射光束径 1. 5 mm、 焦点距離 f = 0. 8 8 mm, N A 0. 8 5、 設計基準波長 40 5 nm、 設計基準温度 2 5 °C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. 7 111乃至1. 2 /xm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 8 0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 40 5 n m、 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。
42
表 8
Figure imgf000046_0001
Figure imgf000046_0002
実施例 2の対物レンズに関して、 AW 1 ((9 ) 式） の値は、 W (え。、 T 差替え用紙 （規則 26) 42/1
) = 0. 0 0 1 λ r m s (λ 0= 4 0 5 nm, T。= 2 5で）、 W (λ 2、 T x ) = 0. 0 2 0 λ r m s (λ 2 = 4 0 6. 5 nm、 T x = 5 5 t ) であるので、 AW 1 = 0. 0 1 9 A r m sである。 また、 AW2 (( 1 0 ) 式） の値は、 W ( 入。、 T。） = 0. 0 0 1 λ r m s U。= 4 0 5 nm、 T 0 = 2 5 ), W ( えい T。） = 0. 0 2 2 λ r m s (λ 2 = 4 1 0 nm, T。= 2 5 °C) である ので、 AW2 = 0. 0 2 1 A r m sである。 又、 実施例 2における （8 A) 式の
差替え用紙（規則 26) 43 値は、 一 42である。
実施例 3は、 入射光束径 1. 0 mm、 焦点距離 f = 0. 5 9 mm, N A 0. 8 5、 設計基準波長 4 0 5 nm、 設計基準温度 2 5 °C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. 5 μπι乃至 2. 3 μ mの段差△ 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、 Δ ¥1 ((9) 式） の値は、 W (λ。、 Τ0 ) = 0. 0 02 X r m s ( 。= 40 5 nm、 T。= 2 5°C)、 W ( 2、 T x ) = 0. 0 1 5 X r m s ( λ 2 = 40 6. 5 nm、 T x = 5 5 °C) であるので、 AW 1 = 0. 0 1 3 ; r m sである。 また、 AW2 (( 1 0) 式） の値は、 W ( 。、 T。） = 0. 0 0 2 λ r m s (λ。= 40 5 ηιη、 T。= 2 5°C)、 W ( えい T。） = 0. 0 1 5 λ r m s ( λ 2 = 4 1 0 n m, T。 = 2 5°C) である ので、 厶 W2 = 0. 0 1 3 r m sである。 又、 実施例 3における （ 8 B) 式の 値は、 第 5輪帯が mj = 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 （ 1 1 ) 乃至 （ 1 3) 式を満たすように両者の 間のパランスをとつ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。
表 9
Figure imgf000048_0001
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 X 1 0—5とし、 温度上昇に伴う入射光の波 長の変化率を + 0. 0 5 n mZ°Cとしている。
表 1 1に実施例 5の対物レンズのレンズデ一タを示し、 表 1 5に実施例 6のレ 44 ンズデ一夕を示す。 表 1 0 1 1及び表 1 5のレンズデータにおいて、 r (mm ) は曲率半径、 d (mm) は面間隔、 N 4 0 5は波長 4 0 5 n mにおける屈断率 V dは d線におけるアッベ数を表す。
表 1 0
[実施例 4 ]
Figure imgf000049_0001
差替え用紙 （規則 26)
00+38666· 9q q 厘 T第
回
Figure imgf000050_0001
oo f
0 8 0S6T9"T ΟΟΟΓΟ oo ε
ΟΟΟΓΟ S9ム ε·ο- z 9S ST09ST T
OOOO'S 0 \ P Λ (rata)p (rata) : ^暴 S
T I拏
9f
/C00Zdf/X3d S90I請 00Z OAV 46 表 1 5
Figure imgf000051_0001
実施例 4は、 焦点距離 0. 3 0mm、 NA 0. 8 5、 設計基準波長 4 0 5 n m 、 結像倍率一 0、 0 8 4、 設計基準温度 2 5 °C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 1面の面頂点位 置に配置した場合、 その絞り径は 0. 5 3 2 mmとなる。 焦点距離を （ 6 A) 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 1 2に示すよ うに、 ともに良好なレンズとなっている。
表 1 2
Figure imgf000051_0002
差替え用紙 （規則 26) m ) Ύ暴著
Figure imgf000052_0001
V9f
0l0/C00idf/X3d S90I請 00Z OAV 46/2
なお、 表 1 2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 X 1 0— 5とし、 温度上昇に伴う入射光 の波長の変化率を + 0. O S nmZ とし、 モードホッピングが生じた際の波面
差替え用紙 （規則 26) 47 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ビングによる波長変化 量を + 1 nmと仮定し、 対物レンズのフォーカス位置は 40 5 nm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、 ((3) 式） の値は、 W ( 。、 T0) = 0. O O O r m s ( λ 0 = 40 5 n m, T 0 = 2 5 °C ) , W (え。、 T x) = 0. 0 2 8 λ r m s ( λ 0 = 40 5 n m, T x = 5 5 °C) であるので、 AW = 0. 0 28 ;i r m sである。 また、 Δ ί Β ((5) 式） の値は、 A f B (え。、 T0) = 0. 0 7 4 2 mm ( λ 0 = 40 5 n m , T。= 2 5°C)、 Δ f B ( λ ί 、 T。） = 0. 0 7 46 mm (λ 1= 4 1 0 ηπι、 T。= 2 5°C) であるので、 Δ f B = 0. 0 0 0 4mmである。
実施例 5は、 焦点距離 0. 40 mm、 N A 0. 8 5、 設計基準波長 40 5 n m 、 結像倍率一 0. 0 8 3、 設計基準温度 2 5°C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. 7 0 8 mmとなる。 実施例 5の対物レンズの第 1面には 、 表 1 3に示すように、 その境界で光軸方向に約 0. 7 iαm乃至l . l /zmの段 差 厶 を持つ回折構造としての輪帯構造が、有効径内で 2 7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 40 5 nm 、 回折次数 1で最適化されている （最も回折効率が高くなつている））、 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。
表 1 3 温度収差 (+30で)— モードホッビング k mj"
例 4 0.028 Arms 0.024Arms 実施例 5の対物レンズに関して、 AW1 ((9) 式） の値は、 W (え。、 T0 ) = 0. 000 λ r m s (λ 0 = 40 5 nm, T0= 2 5°C)、 W ( 2、 T λ ) = 0. 0 1 8 λ r m s (え 2= 40 6. 5 nm、 T x = 5 5 °C) であるので、 AW 1 = 0. 0 1 8 r m sである。 また、 AW2 ((1 0) 式） の値は、 W ( λ 0 , Τ 0) = 0. 0 0 0 λ r m s (λ 0= 40 5 nm, T。= 2 5°C)、 W ( 48 えい T。） = 0. 0 1 9 λ r m s ( 1 = 410 nm、 T 0 = 25 °C) である ので、 AW2 = 0. 01 9 ;i r m s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 ( 1 3 A) 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 （1 1) 式を満たすように両者の間のパランスを とった設計となっているので、 高 N A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。
49
1 4
Figure imgf000056_0001
表 1 4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一 9. 0 X 1 0— 5とし、 温度上昇に伴う入射光の波長 の変化率を + 0. 0 5 nmZt:とした。 又、 実施例 5における （8 A) 式の値は 、 一 4 5である。
実施例 6は、 焦点距離 0. 4 0mm N A 0. 8 5、 設計基準波長 4 0 5 nm 、 結像倍率— 0. 0 8 3、 設計基準温度 2 5°C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 · 7 0 2 mmとなる。 実施例 6の対物レンズの第 1面は、 差替え用紙（規則 26) 49/1
表 1 5に示すように、 その境界で光軸方向に約 1. 5 m乃至 4. Ο μιη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
差替え用紙（規則 26) 50 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、 AW1 ((9) 式） の値は、 W (ぇ 0、 T O ) = 0. 0 0 2 λ r m s ( L 0 = 40 5 nm、 T 0 = 2 5°C)、 W ( 2、 T 1 ) = 0. 0 2 0 λ r m s ( λ 2 = 40 6. 5 nm、 T 1 = 5 5 °C) であるので、 △ W1 = 0. 0 1 8 え r m sである。 また、 AW2 (( 1 0) 式） の値は、 W ( λ 0 , T O) = 0. 0 0 2 λ r m s (え 0 = 40 5 nm、 T 0 = 2 5°C)、 W ( λ 1、 T O) = 0. 0 3 2 λ r m s ( l = 4 1 0 nm、 T 0 = 2 5 °C) である ので、 AW2 = 0. 0 3 0 λ r m sである。 又、 実施例 6における （ 8 B) 式の 値は、 第 6輪帯が nij = 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
(6 A) 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 （1 1 ) 乃至 （ 1 3) 式を満たすように両者の間のパランスを とった設計となっているので、 高 N A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 1 6に示すように、 ともに良好なレン ズとなっている。
【表 1.6】
Figure imgf000058_0001
表 1 6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一 9. 0 X 1 0— 5とし、 温度上昇に伴う入射光の波長 の変化率を + 0. 0 5 n m/°Cとしている。
各実施例における上述の （ 1 6) 式の値 {(X I— X 2) . (N— 1) / (N A · f · " (1+ I m I ))} は、 以下の通りである。
実施例 1 : 0. 4 7 1
実施例 2 ： 0 4 54
実施例 3 ： 0 4 9 0
実施例 4 ： 0 5 7 6
実施例 5 ： 0 5 3 8 51 実施例 6 : 0. 558 産業上の利用可能性
本発明によれば、 高 N Aの対物レンズを使用する光ピックアツプ装置の対物レ 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ツプ装置及び光情報記 録再生装置を提供できる。

Claims

52 請 求 の 範 囲
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ァ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、 プラスチック単レンズであって、 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を NA、 前記対物レンズの焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを 特徴とする光ピックアツプ装置用の対物レンズ。
NA≥ 0. 8 ( 1 )
1. 0 > f > 0. 2 (2)
2. 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、前記対物レンズに、 その設計基準波長である波長 ； I Q (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズ の残留収差の RMS値を W (λ 0 , Τ0) とし、 第 2の雰囲気温度 T i = 5 5での 環境温度下において、 前記対物レンズに波長 λ Q (nm) の光を入射させた際の 前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (え。、 としたとき、
△ W- l W d T —W d To) I (3)
で定義される が次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 1に記載の光ピ ックアツプ装置用の対物レンズ。
AW< 0. 0 3 5 1 r m s (4)
3. 前記対物レンズの設計基準波長 ； L Qは 5 0 0 nm以下であって、 第 1の雰 囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波長 λ。 （nm) の光を入射させた際の前記対物レンズのパックフォーカスを f B (λ 0、 Τ。） と し、 第 1の雰囲気温度 Τ。 = 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに前 記波長 ； L 0よりも 5 n m長い波長 ； I i (nm) の光を入射させた際の前記対物レ ンズのパックフォ一カスを f B (えい T 0) としたとき、
Δ f B= I f B (えい T0) - f B 0、 T0) I (5) 53 で定義される Δ f Bが次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 1または 2に 記戴の光ピックァップ装置用の対物レンズ。
Δ f Bく 0. 001 mm ( 6 )
4. 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 求の範囲 1乃至 3のいずれか 1項に記載の光ピックァップ装置用の対物レンズ。
0. 8 > f > 0. 2 ( 6 A)
5. 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 る請求の範囲 4に記載の光ピックァップ装置用の対物レンズ。
0. 2 > | m | > 0. 02 ( 6 B)
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 射光に対して所定の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を NA、 前記対物レンズの焦点距離を f (mm) とした とき、 次式を満たすことを特徴とする光ピックアツプ装置用の対物レンズ。
NA?≥ 0. 8 (7)
1. 3 > f > 0. 2 (8)
7. 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つ て、 前記対物レンズは、 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することを特徴とする請求の範囲 6に記載の光ピ ックアツプ装置用の対物レンズ。
8. 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 54 求の範囲 7に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
9. 前記回折構造を透過する波面に付加される光路差 i>bを、 光軸からの高さ h (mm) の関数として、
h = b 2 - h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +……
により定義される光路差関数 jbで表わすとき （ただし、 b 2、 b 4、 b 6、 … …はそれぞれ 2次、 4次、 6次、 ……の光路差関数係数である）、 次式を満たす ことを特徴とする請求の範囲 7または 8に記載の光ピックアップ装置用の対物レ ンズ 一 7 0く (b 4 · hMAX 4) / ( f · λ o · 1 0 - 6 · (ΝΑ · ( 1— m
)) 4) <一 2 0 (8 A) ただし、 λ。 （nm) は前記対物レンズの設計基準波長であり、 hMAXは前記 回折構造が形成された光学面の有効径最大高さ （mm) であり、 mは前記対物レ ンズの結像倍率である。
1 0. 前記輪帯構造は、 隣り合う輪帯同士が、 互いに光軸方向に変位して形成 されることで、 入射光に対して前記所定の光路差を生じ、 前記対物レンズは、 屈 折作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成することを特徴とする請 求の範囲 6に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
1 1. 前記輪帯構造において、 光軸を含む輪帯を中心輪帯と呼ぶとき、 前記中 心輪帯の外側に隣接する輪帯は、 前記中心輪帯に対して光路長が短くなるように 光軸方向に変移して形成され、 最大有効径位置における輪帯は、 その内側に隣接 する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移して形成され、 最大有 効径の 7 5 %の位置における輪帯は、 その内側に隣接する輪帯とその外側に隣接 する輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されている ことを特徴とする請求の範囲 1 0に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
1 2 · 前記輪帯の総数が 3以上 2 0以下であることを特徴とする請求の範囲 1 0または 1 1に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
1 3. 前記輪帯構造が形成された光学面の有効径最大高さの 7 5 %の高さから 1 0 0 %の高さの領域に形成された輪帯構造において、 互いに隣接する輪帯同士 55 の境界における光軸方向の段差のうち、任意の段差の段差量を Δ j (μτα) とし、 前記対物レンズの設計基準波長 λ。 (nm) における屈折率を nとしたとき、 m j = I NT (X) ( 8 B)
(ただし、 X = Aj ' (n— l) / (λ 0 · 1 0一3) であり、 I NT (X) は Xを四捨五入して得られる整数である。）
で表される nijが 2以上の整数であることを特徴とする請求の範囲 1 0乃至 1 2 のいずれか 1項に記載の光ピックアツプ装置用の対物レンズ。
1 4. 第 1の雰囲気温度 T。 = 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズ にその設計基準波長である波長 λ 0 (nm) の光を入射させた際の前記対物レン ズの残留収差の RMS値を W (λ 0 , Τ。） と し、 第 1の雰囲気温度 Τ0= 2 5°C の環境温度下において、 前記対物レンズに前記波長 λ。よりも 5 n m長い波長 λ i (nm)の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W( い T0) とし、 第 2の雰囲気温度 T != 5 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レン ズに波長 λ 2 (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS 値を W ( λ 2、 Τ！) としたとき、
△ Wl - I W ^ ^ Ti) — W ( Q、 T q) I (9)
AW2 = | W (X !, T0) -W (λ T0) I ( 1 0) で定義される AW1及び AW2が次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 6 乃至 1 3のいずれか 1項に記載の光ピックアツプ装置用の対物レンズ。
AW1 < 0. 0 3 5 X r m s (1 1 )
AW 2 < 0. 0 3 5 A- r m s (1 2)
ただし、
え。く 6 0 0 nmのとき、 λ 2= λ。+ 1. 5 (nm) であり、
え。 6 0 0 nmのとき、 λ 2= λ 0+ 6 (nm) である。
1 5. 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 1 4に記載の光ピックアップ 装置用の対物レンズ。
f ((AWl) 2+ (AW2) 2) < 0. 0 5 X r m s ( 1 3)
1 6. 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 56 請求の範囲 6乃至 1 5のいずれか 1項に記載の光ピックァップ装置用の対物レン ズ。
1. 1 > f > 0. 2 ( 1 3 A)
1 7. 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 する請求の範囲 1 6に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
0. 2 > | m | > 0. 0 2 ( 1 3 B)
1 8. 前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さを d (mm)、 焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 1乃至 1 7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。
0. 8く d/ f く 1. 8 ( 1 4)
1 9. 前記対物レンズの設計基準波長 (nm) 力 次式を満たすことを特 徴とする請求の範囲 1乃至 1 8のいずれか 1項に記載の光ピックァップ装置用の 対物レンズ。
5 0 0≥え。≥ 3 5 0 ( 1 5 )
2 0. 次式を満たすことを特徵とする請求の範囲 1乃至 1 9のいずれか 1項に 記載の光ピックァップ装置用の対物レンズ。
0. 40≤ ( X 1 - X 2 ) · (N- 1 ) / (NA · f · ~ ( 1 + | m | )) ≤ 0. 6 3 (1 6) ただし、
X I ：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 N Aのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置） における光源側の光学面 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
X 2 ：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 N A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 λ Qにおける前記対物レンズの屈折率 57 f ：前記対物レンズの焦点距離 （mm)
m ： 前記対物レンズの結像倍率
2 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おいて、 前記対物レンズは、 プラスチック単レンズであって、 前記光情報記録媒体に対 して情報を記録及び Z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を NA、 前記対物レンズの焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを 特徴とする光ピックアップ装置。
N A≥ 0. 8 ( 1 )
1. 0 > f > 0. 2 (2)
2 2. 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズ に、 その設計基準波長である波長 え。 (nm) の光を入射させた際の前記対物レ ンズの残留収差の: MS値を W (λ。、 Τ0) とし、第 2の雰囲気温度 T i = 5 5 °C の環境温度下において、 前記対物レンズに波長 。 (nm) の光を入射させた際 の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (え。、 T！) としたとき、
厶 W= | W ( 、 T -W ( 、 T0) I (3)
で定義される が次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 2 1に記載の光 ピックァップ装置。
厶 Wく 0. 0 3 5 λ r m s (4)
2 3. 前記対物レンズの設計基準波長 え。は 5 0 0 n m以下であって、 第 1の 雰囲気温度 Τ。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波長 L Q (n m) の光を入射させた際の前記対物レンズのパックフォーカスを f B (え。、 T0) とし、 第 1の雰囲気温度 Τ。= 2 5 °Cの環境温度下において、
前記対物レンズに前記波長 λ Qよりも 5 nm長い波長 1 (nm) の光を入射さ せた際の前記対物レンズのパックフォーカスを f B (えい T0) としたとき、 厶 f B= | f B い T0) - f Β (λ0、 T0) I (5)
で定義される Δ f Bが次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 2 1または 2 58
2に記戴の光ピックアップ装置。
Δ f Bく 0. 0 0 1 mm ( 6 )
2 4. 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 請求の範囲 2 1乃至 2 3のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置。
0. 8 > f > 0. 2 . ( 6 A)
2 5. 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 する請求の範囲 24に記載の光ピックアップ装置。
0. 2 > | m | > 0. 0 2 ( 6 B)
2 6. 前記対物レンズと前記光源がァクチユエータにより一体となって少なく とも トラッキング駆動されることを特徴とする請求の範囲 24または 2 5に記載 の光ピックアップ装置。
2 7. 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 射光に対して所定の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を NA、 前記対物レンズの焦点距離を f (mm) とした とき、 次式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
N A≥ 0. 8 ( 7 )
1. 3 > f > 0. 2 (8)
2 8. 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 つて、 前記対物レンズは、 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することを特徴とする請求の範囲 2 7に記載の 光ピックアップ装置。
2 9. 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 59 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 請求の範囲 28に記載の光ピックァップ装置。
3 0. 前記回折構造を透過する波面に付加される光路差 3>bを、 光軸からの高 さ h (mm) の関数として、
b= b 2 - h 2+ b 4 - h4+ b 6 - h 6+……
により定義される光路差関数 bで表わすとき （ただし、 b 2、 b 4、 b 6、 ·■· …はそれぞれ 2次、 4次、 6次、 ……の光路差関数係数である）、 次式を満たす ことを特徴.とする請求の範囲 2 8または 2 9に記載の光ピックアップ装置。 . — 7 0く (b 4 · hMAX 4) / ( f · λ o · 1 0- · ( Α · ( 1 -m
)) 4) <- 2 0 (8 A) ただし、 え。 （nm) は前記対物レンズの設計基準波長であり、 hMAXは前記 回折構造が形成された光学面の有効径最大高さ （mm) であり、 mは前記対物レ ンズの結像倍率である。
3 1. 前記輪帯構造は、 隣り合う輪帯同士が、 互いに光軸方向に変位して形成 されることで、 入射光に対して前記所定の光路差を生じ、 前記対物レンズは、 屈 折作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成することを特徴とする請 求の範囲 2 7に記載の光ピックアップ装置。
3 2. 前記輪帯構造において、 光軸を含む輪帯を中心輸帯と呼ぶとき、 前記中 心輪帯の外側に隣接する輪帯は、 前記中心輪帯に対して光路長が短くなるように 光軸方向に変移して形成され、 最大有効径位置における輪帯は、 その内側に隣接 する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移して形成され、 最大有 効径の 7 5 %の位置における輪帯は、 その内側に隣接する輪帯とその外側に隣接 する輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されている ことを特徴とする請求の範囲 3 1に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
3 3. 前記輪帯の総数が 3以上 2 0以下であることを特徴とする請求の範囲 3 1または 3 2に記載の光ピックァップ装置。
3 4. 前記輪帯構造が形成された光学面の有効径最大高さの 7 5 %の高さから 1 0 0 %の高さの領域に形成された輸帯構造において、 互いに隣接する輪帯同士 の境界における光軸方向の段差のうち、任意の段差の段差量を Δ j (μιη) とし、 60 前記対物レンズの設計基準波長 λ Q (nm) における屈折率を nとしたとき、, m j = I NT (X) ( 8 B)
(ただし、 X =厶 j · (n - 1 ) / U o · 1 0—3) であり、 I NT (X) は Xを四捨五入して得られる整数である。）
で表される mjが 2以上の整数であることを特徴とする請求の範囲 3 1乃至 3 3 のいずれか 1項に記載の光ピックアツプ装置。
3 5. 第 1の雰囲気温度 T。= 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズ にその設計基準波長である波長 ； L Q (nm) の光を入射させた際の前記対物レン ズの残留収差の RMS値を W (λ。、 Τ 0) とし、 第 1の雰囲気温度 Τ。= 2 5°C の環境温度下において、 前記対物レンズに前記波長 ；1。よりも 5 nm長い波長 λ 丄 （nm)の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W( T0) とし、 第 2の雰囲気温度 Ί\ = 5 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レン ズに波長 λ 2 (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS 値を W (λ 2、 Τ 1) としたとき、
AW 1 = I W (λ 2、 Τ！) — W 。、 Τ。） I (9)
△ い Τ。） 一 W (;i。、 T0) I ( 1 0)
で定義される AWl及び AW2が次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 2 7乃至 3 4のいずれか 1項に記載の光ピックァップ装置。
△ W 1く 0. 0 3 5 え r m s ( 1 1 )
AW 2 < 0. 0 3 5 λ r m s ( 1 2)
ただし、
λ。く 6 0 0 nmのとき、 λ 2= λ。+ 1. 5 (nm) であり、
λ。 6 0 0 nmのとき、 λ 2=え。 + 6 (nm) である。
3 6. 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 3 5に記載の光ピックアップ 装置。
■f ((AW 1 ) 2+ (AW2) 2) < 0. 0 5 λ r m s ( 1 3)
3 7. 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 請求の範囲 2 7乃至 3 6のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置。 61
1. 1 > f > 0. 2 (1 3 A)
38. 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 する請求の範囲 37に記載の光ピックアップ装置。
0. 2 > I m I > 0. 02 ( 1 3 B)
39. 前記対物レンズと前記光源がァクチユエ一ター体となって少なく とも ト ラッキング駆動されることを特徴とする請求の範囲 37または 38に記載の光ピ ックアツプ装置。
40. 前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さを d (mm)、 焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 2 1乃至 39のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置。
0. 8 < d/f < l . 8 (14)
41. 前記対物レンズの設計基準波長 。 （nm) 力 次式を満たすことを特 徴とする請求の範囲 21乃至 40のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置。
500≥ 0≥ 350 ( 1 5 )
42. 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 21乃至 41のいずれか 1項 に記載の光ピックァップ装置。
0. 40≤ (X 1 - X 2 ) · (N- 1 ) / (N A · f · f ( 1 '+ | m I ) ) ≤ 0. 6 3 (1 6) ただし、
X I ：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
X 2 ：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 N Aのマ一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 λ。における前記対物レンズの屈折率 62 f ： 前記対物レンズの焦点距離 （mm)
m： 前記対物レンズの結像倍率
4 3. 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ツプ装置を有する光情 報記録再生装置において、
前記対物レンズは、 プラスチック単レンズであって、 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を NA、 前記対物レンズの焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを 特徴とする光情報記録再生装置。
N A≥ 0. 8 ( 1 )
1 . 0 > f > 0. 2 ( 2 )
4 4. 第 1 の雰囲気温度 T Q = 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズ に、 その設計基準波長である波長 え。 （nm) の光を入射させた際の前記対物レ ンズの残留収差の RMS値を W (え。、 T0) とし、第 2の雰囲気温度 5 5 °C の環境温度下において、 前記対物レンズに波長 え。 （nm) の光を入射させた際 の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W (λ 0、 Τ としたとき、
厶 1 W (え。、 -W (え。、 T。） I ( 3 )
で定義される が次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 4 3に記載の光 情報記録再生装置。
厶 Wく 0. 035 λ r m s ( 4)
45. 前記対物レンズの設計基準波長 え。は 500 n m以下であって、 第 1の 雰囲気温度 T。= 25 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズに波長 え。 （n m)の光を入射させた際の前記対物レンズのパックフォーカスを f B ( 。、 T0) とし、 第 1の雰囲気温度 TQ = 25 °Cの環境温度下において、
前記対物レンズに前記波長 ； L 0よりも 5 nm長い波長 ； L (nm) の光を入射さ せた際の前記対物レンズのパックフォーカスを f B ( い T 0) と したとき、 Δ f B = I f B い T0) - f B 。、 T0) I ( 5 ) 63 で定義される Δ f Bが次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 43または 4 4に記戴の光情報記録再生装置。
△ f Bく 0. 001 mm ( 6 )
46. 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 請求の範囲 43乃至 45のいずれか 1項に記載の光情報記録再生装置。
0. 8 > f > 0. 2 ' ( 6 A)
47. 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 する請求の範囲 46に記載の光情報記録再生装置。
0. 2 > | m | > 0. 02 ( 6 B)
48. 前記対物レンズと前記光源がァクチユエータにより一体となって少なく とも トラッキング駆動されることを特徴とする請求の範囲 46または 47に記载 の光情報記録再生装置。
49. 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 Z又は再生を行うことが可能な光ピックァップ装置を有する光情 報記録再生装置において、
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 射光に対して所定の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、
前記光情報記録媒体に対して情報を記録及び Z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を NA、 前記対物レンズの焦点距離を f (mm) とした とき、 次式を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
N A≥ 0. 8 ( 7 )
1. 3 > f > 0. 2 (8)
50. 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 つて、 前記対物レンズは、 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することを特徴とする請求の範囲 49に記載の 64 光情報記録再生装置。
5 1. 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 請求の範囲 5 0に記載の光情報記録再生装置。
5 2. 前記回折構造を透過する波面に付加される光路差 <i>bを、 光軸からの高 さ h (mm) の関数として、
b= b 2 - h 2+ b 4 ' h 4+ b 6 - h 6 +……
により定義される光路差関数 Φ bで表わすとき （ただし、 b 2、 b 4、 b 6、 … …はそれぞれ 2次、 4次、 6次、 ……の光路差関数係数である）、 次式を満たす ことを特徴とする請求の範囲 5 0または 5 1に記載の光情報記録再生装置。
— 7 0く (b 4 · hMAX 4) / ( f · λ o · 1 0- 6 · (ΝΑ · ( 1— m
)) 4) < - 20 ( 8 A) ただし、 λ 0 (nm) は前記対物レンズの設計基準波長であり、 hMAXは前記 回折構造が形成された光学面の有効径最大高さ （mm) であり、 mは前記対物レ ンズの結像倍率である。
5 3. 前記輪帯構造は、 隣り合う輪帯同士が、 互いに光軸方向に変位して形成 されることで、 入射光に対して前記所定の光路差を生じ、 前記対物レンズは、 屈 折作用により前記情報記録面に集光する集光波面を形成することを特徴とする請 求の範囲 4 9に記載の光情報記録再生装置。
5 4. 前記輪帯構造において、 光軸を含む輪帯を中心輪帯と呼ぶとき、 前記中 心輪帯の外側に隣接する輪帯は、 前記中心輪帯に対して光路長が短くなるように 光軸方向に変移して形成され、 最大有効径位置における輪帯は、 その内側に隣接 する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移して形成され、 最大有 効径の 7 5 %の位置における輪帯は、 その内側に隣接する輪帯とその外側に隣接 する輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されている ことを特徴とする請求の範囲 5 3に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
5 5. 前記輪帯の総数が 3以上 2 0以下であることを特徴とする請求の範囲 5 3または 5 4に記載の光情報記録再生装置。
5 6. 前記輪帯構造が形成された光学面の有効径最大高さの 7 5 %の高さから 65
1 00 %の高さの領域に形成された輪帯構造において、 互いに隣接する輪帯同士 の境界における光軸方向の段差のうち、任意の段差の段差量を Δ j ( m) とし、 前記対物レンズの設計基準波長 ； L Q (nm) における屈折率を nとしたとき、 m j = I NT (X) (8 B)
(ただし、 X =厶 j · (n— 1) / (え。 ' 10 3) であり、 I NT (X) は Xを四捨五入して得られる整数である。）
で表される mjが 2以上の整数であることを特徴とする請求の範囲 53乃至 55 のいずれか 1項に記載の光情報記録再生装置。
5 7. 第 1 の雰囲気温度 T Q = 2 5 °Cの環境温度下において、 前記対物レンズ にその設計基準波長である波長 え。 （nm) の光を入射させた際の前記対物レン ズの残留収差の RMS値を W (λ 0> 0) とし、 第 1の雰囲気温度 Τ。= 25°C の環境温度下において、 前記対物レンズに前記波長 λ。よりも 5 nm長い波長 λ ！ (nm)の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS値を W( い T0) とし、 第 2の雰囲気温度 T != 55 °Cの環境温度下において、 前記対物レン ズに波長 λ 2 (nm) の光を入射させた際の前記対物レンズの残留収差の RMS 値を W (λ 2、 Τ :) としたとき、
AW1 = | W (λ2 τ 1) -W (λ0, Τ0) I (9)
△ W2 = l W (えい Τ。） -W (え。、 T o) I (1 0) で定義される AW1及び AW2が次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 4 9乃至 56のいずれか 1項に記載の光情報記録再生装置。
△ W 1 < 0. 0351 r m s (1 1)
AW 2 < 0. 035 λ r m s (1 2) ただし、
λ。< 600 ηπιのとき、 λ 2=;ΐ0+ 1. 5 (nm) であり、
i。≥ 600 nmのとき、 2= 10+ 6 (nm) である。
58. 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 57に記載の光情報記録再生
-f ((AWl) 2+ (AW2) 2) < 0. 05 λ r m s (1 3)
59. 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 66 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 請求の範囲 49乃至 58のいずれか 1項に記載の光情報記録再生装置。
1. 1 > f > 0. 2 ( 1 3 A)
60. 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 する請求の範囲 59に記載の光情報記録再生装置。
0. 2 > | m | > 0. 02 ( 1 3 B)
6 1. 前記対物レンズと前記光源がァクチユエ一ター体となって少なく とも ト ラッキング駆動されることを特徴とする請求の範囲 59または 60に記載の光情 報記録再生装置。
62. 前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さを d (mm)、 焦点距離を f (mm) としたとき、 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 43乃至 6 1のいずれか 1項に記載の光情報記録再生装置。
0. 8く d/f く 1. 8 (14)
63. 前記対物レンズの設計基準波長 λ 0 (nm) 力^ 次式を満たすことを特 徴とする請求の範囲 43乃至 62のいずれか 1項に記載の光情報記録再生装置。
500≥10≥ 350 ( 1 5 )
64. 次式を満たすことを特徴とする請求の範囲 43乃至 63のいずれか 1項 に記載の光情報記録再生装置。
0. 40≤ (X I— Χ 2) · (Ν— 1) / (ΝΑ · f - f ( 1 + | m I )) ≤ 0. 63 (1 6) ただし、
X I ： 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 N Aのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置） における光源側の光学面 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
X 2 ： 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 N A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 67 負とする
N ： 前記設計基準波長 え 0における前記対物レンズの屈折率 f ：前記対物レンズの焦点距離 （mm)
m ：前記対物レンズの結像倍率
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