JP4660915B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
光ピックアップ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4660915B2 JP4660915B2 JP2000330009A JP2000330009A JP4660915B2 JP 4660915 B2 JP4660915 B2 JP 4660915B2 JP 2000330009 A JP2000330009 A JP 2000330009A JP 2000330009 A JP2000330009 A JP 2000330009A JP 4660915 B2 JP4660915 B2 JP 4660915B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- objective lens
- optical
- spherical aberration
- pickup device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Optical Head (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置、対物レンズ及びビームエキスパンダーに関し、特に、球面収差の変動を効果的に補正することが出来る光ピックアップ装置、対物レンズ及びビームエキスパンダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色半導体レーザ実用化に伴い、従来の光ディスクすなわち光情報記録媒体であるＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光ディスクであるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の開発が進んでいるが、近い将来には、より高密度な次世代の光ディスクも登場することが予想される。このような光ディスクなどを媒体とした光情報記録再生装置の光学系において、記録信号の高密度化を図るため、或いは高密度記録信号を再生するため、対物レンズを介して記録媒体上に集光するスポット径を小さくすることが要求されている。このためには、光源であるレーザの短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が図られつつあるという実情がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにレーザの短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤのごとき従来の光ディスクに対して情報の記録又は再生を行うような比較的長波長のレーザと対物レンズの低ＮＡとの組み合わせからなる光ピックアップ装置では、殆ど無視できる問題でも、それがより顕在化される。
【０００４】
その１つがレーザー光源の発振波長の微小変動により対物レンズで生じる軸上色収差の問題である。一般の光学レンズ材料の波長の微小変動による屈折率変化は、短波長を取り扱うほど大きくなる。そのため、波長の微小変動により生じる焦点のデフォーカス量は大きくなる。ところが、対物レンズの焦点深度は、k・λ／NA2（kは比例定数、λは波長、NAは対物レンズの像側開口数）で表されることからわかるように、使用される光源の発振波長が短いほど焦点深度が小さくなり僅かなデフォーカス量も許されない。従って、青紫色半導体レーザー（発振波長４００ｎｍ程度）のような短波長の光源及び高い像側開口数を有する対物レンズを用いた光学系では、半導体レーザーのモードホップ現象など出力変化による波長変動や、高周波重畳による波面収差の劣化を防ぐために軸上色収差の補正が重要となる。
【０００５】
更に、レーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化の組み合わせにおいて顕在化する別な問題は、温度・湿度変化による光学系の球面収差の変動である。すなわち、光ピックアップ装置において一般的に使用されているプラスチックレンズは、温度や湿度変化を受けて変形しやすく、それにより屈折率が変化する。従来のピックアップ装置に用いられる光学系では問題にならなかった、屈折率変化による球面収差の変動でも、レーザー光源の短波長化と対物レンズの高NA化との組み合わせにおいてはその量が無視できず、スポット径が増大するなどの問題を生じさせることとなる。
【０００６】
ところが、情報の記録又は再生に対して、レーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化の組み合わせを要求する次世代の光ディスクと、従来の光ディスクとは、上述したように光源波長、対物レンズのＮＡが大きく異なる。また、次世代の光ディスクにおいて予想される光軸に対して垂直な面からのディスク表面の傾きに起因して大きく生じるコマ収差を抑制するには、透明基板厚を薄くすることが効果的であるが、それによりＣＤなど従来の光ディスクとは透明基板厚などが大きく異なってしまう。従って、共通の対物レンズを少なくとも用いることにより、コストを大幅に増大させることなく、且つコンパクトな光ピックアップ装置を、次世代の光ディスクを含めた異なる光情報記録媒体に対して、いかに球面収差を抑えて情報の記録又は再生を行うようにするかが問題となる。
【０００７】
そこで、本発明は、温度・湿度変化等に起因する対物レンズの球面収差の変動を効果的に補正できる光ピックアップ装置、その対物レンズ及びビームエキスパンダーを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、半導体レーザのモードホップや高周波重畳に起因する軸上色収差を効果的に補正できる光ピックアップ装置、その対物レンズ及びビームエキスパンダーを提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、短波長レーザと高ＮＡ対物レンズとを備え、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１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透明基板を介して情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系と、前記光情報記録媒体からの反射光を受光するための光検出器とを有する光ピックアップ装置であって、前記光源は、少なくとも５００ｎｍ以下の波長に発振波長を持ち、前記対物レンズは、少なくとも１面に非球面を有する単玉対物レンズであり、前記対物レンズの像側開口数ＮＡは、０．７５以上であり、前記光ピックアップ装置は、光情報記録媒体の表面側から順に透明基板と情報記録層とが複数積層された光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能となっており、それぞれの情報記録層にそれぞれ集光させる際にその情報記録層に応じて、前記対物レンズに入射する光束の発散度を変える発散度変更手段が、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、前記対物レンズが、以下の式を満たすことを特徴とする。
１．１≦ｄ１／ｆ≦３．０
ただし、
ｄ１：軸上レンズ厚（ｍｍ）
ｆ：前記光源の発振波長における焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記光源に発振波長が異なる複数の光源を有する場合には、最も波長が短い発振波長における焦点距離、また前記対物レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
【００１２】
請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記発散度変更手段は、球面収差の変動を補正する手段であり、前記球面収差の変動を補正する手段は、０．２λｒｍｓまでの球面収差を０．０７λｒｍｓ以下に補正可能であるので、例えば光ピックアップ装置が使用される環境の温度や湿度変化および／または光源の発振波長の微小変動によって生じる前記対物レンズの球面収差の変動を、効果的に抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項２に記載の発明において、前記球面収差の変動を補正する手段は、０．５λｒｍｓまでの球面収差を０．０７λｒｍｓ以下に補正可能であると好ましい。
【００１５】
半導体レーザーの発振波長には±１０ｎｍ程度の個体間のばらつきがあるため、短波長の光源及び高い像側開口数を有する対物レンズを用いた光学系では、基準となる波長からずれた半導体レーザーを用いると装置の性能劣化の要因となり、半導体レーザーの選別が必要になり得る。
請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記光源の発振波長の微小変動に起因して前記対物レンズで発生する球面収差の変動を補正する手段を設けたので、基準となる波長からずれた半導体レーザーを用いたときに生じる前記対物レンズの球面収差の変動を効果的に抑制することができるので、半導体レーザーの選別が不要となる。
【００１６】
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズはプラスチックレンズであり、前記発散度変更手段は、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、温度変化に起因して前記集光光学系で発生する球面収差の変動を補正することが好ましい。
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、湿度変化に起因して前記集光光学系で発生する球面収差の変動を補正することが好ましい。
請求項５、６によれば、例えば光ピックアップ装置が使用される環境の温度や湿度変化に応じて生じる前記対物レンズの球面収差の変動を、効果的に抑制することが出来る。
【００１８】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっていることを特徴とする。
【００１９】
短波長の光源に用いた光ピックアップ装置では、前述したように、光源の波長変動や温湿度変化等による球面収差の変動が大きい。特に高い像側開口数（高ＮＡ）の対物レンズやプラスチック材料からなる対物レンズを用いると変動は増長される。従って、短波長の光源を用いた光ピックアップ装置では、特にこれらの球面収差の変動を補正する手段を設けることが必要となる。光源の発振波長の微小変動や温湿度変化等に起因して、前記対物レンズの球面収差が変動した場合は、前記球面収差の変動を補正する手段の可動要素を適切な量だけ動かして、対物レンズに入射する光束の発散度を情報記録面上に形成された波面の球面収差が最小となるように変えることで、球面収差の変動を補正することができる。
【００２０】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、請求項７に記載の発明において、前記発散度変更手段が、次式を満たすことを特徴とする。
νｄＰ＞νｄＮ （１）
ただし、
νｄＰ：前記正レンズを含む全正レンズのｄ線のアッベ数の平均
νｄＮ：前記負レンズを含む全負レンズのｄ線のアッベ数の平均
【００２１】
上式（１）は、軸上色収差の補正に関する。前記光源の発振波長の微小変動や温湿度変化等に起因して、前記対物レンズの球面収差が変動した場合において、これを補正する手段を、例えば光軸方向に変移可能な光学要素を用いて構成したときは、かかる光学素子を適切な量だけ動かして、前記対物レンズに入射する光束の発散度を対物レンズの球面収差が最小となるように変えることができる。短波長の光源を用いることで問題となる前記対物レンズの軸上色収差については、前記球面収差の変動を補正する手段を以下に述べるような構成にすることにより、補正できる。
【００２２】
前記球面収差の変動を補正する手段における正レンズと負レンズの材料を、上式（１）を満たすように選ぶことで、前記対物レンズで発生する色収差とは逆極性の色収差を発生させることができる。従って、軸上色収差が打ち消しあうので、前記球面収差の変動を補正する手段と前記対物レンズとを透過して、光情報記録媒体上に焦点を結んだときの波面は、軸上色収差が小さく抑えられた状態となる。回折面を前記対物レンズおよび／または前記球面収差の変動を補正する手段に付加し、長波長側で対物レンズのバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすれば、収差をより良好に補正することが可能となる。この場合、軸上色収差補正の役割を、前記球面収差の変動を補正する手段と前記回折面とに分担できるので、前記球面収差の変動を補正する手段を、例えば光軸方向に変移可能な光学要素を用いて構成したときは、かかる光学要素のストロークが小さくてすむ。
【００２３】
更に、軸上色収差補正の役割を、前記球面収差の変動を補正する手段と回折面とに分担することで回折面のパワーを小さくすることもでき、それにより回折輪帯の間隔が大きくなって、回折効率の高い回折レンズが製造しやすくなる。従って、前記球面収差の変動を補正する手段と、軸上色収差を補正するための手段を別々に設けることなく、波長変動や温湿度変化等が生じた場合でも光学系全体の球面収差、及び軸上色収差が良好に補正されたコンパクトな光ピックアップ装置を得ることができる。
【００２４】
請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項８に記載の発明において、前記νｄＰと前記νｄＮが次式を満たすことを特徴とする。
νｄＰ＞５５ （２）
νｄＮ＜３５ （３）
【００２５】
上式（２）、（３）を満たすように、前記正レンズと前記負レンズのアッベ数の差が大きくすれば、前記対物レンズと逆極性の色収差をより大きく発生させることができるので、より良好に光ピックアップ光学系の軸上色収差を補正することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至９のいずれかに記載の発明において、次式が成立することを特徴とする。
Δｄ・│ｆＰ／ｆＮ│／Δνｄ≦０．０５ （４）
ただし、
Δｄ：情報の記録又は再生が可能な任意の１つの光情報記録媒体の１つの情報記録面に対して情報の記録又は再生を行う際の前記可動要素の移動量（ｍｍ）
ｆＰ：前記正レンズの焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記正レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
ｆＮ：前記負レンズの焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記負レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
Δνｄ：前記正レンズのアッベ数の最大値と前記負レンズのアッベ数の最小値との差
【００２７】
上式（４）は、対物レンズの軸上色収差の補正量と、球面収差の変動を補正する手段の近軸パワー及び、球面収差の変動を補正する手段の可動要素の移動量のバランスに関する。ここで、たとえΔνｄの値が小さくても、│ｆＰ／ｆＮ│の値を大きくすれば、対物レンズの軸上色収差を良好に補正でき、かつ光源の波長変動あるいは温湿度変化に起因する対物レンズの球面収差の変動を補正する手段を、光軸方向に変位可能な光学要素を用いて構成した場合には、かかる光学要素のストロークを小さく抑えることが出来るが、前記正レンズ群の有効径が大きくなりすぎたり、あるいは前記負レンズ群の有効径が小さくなりすぎる恐れがある。逆に、Δνｄの値を大きくすれば、たとえ│ｆＰ／ｆＮ│の値が小さくても、対物レンズの軸上色収差を良好に補正することができるが、球面収差の補正に必要な、球面収差の変動を補正する手段の可動要素の移動量が大きくなってしまうので、光学系のサイズが大きくなってしまう恐れがある。そこで、Δｄ・│ｆＰ／ｆＮ│／Δνｄの値を上式（５）を満たすようにすることで、これらのバランスを図ることが出来る。
【００２８】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能となっており、前記発散度変更手段は、透明基板厚が互いに異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して、それぞれの透明基板厚に応じて、前記対物レンズに入射する光束の発散度を変えるので、透明基板厚の違いによる球面収差の差を補正し、かつそれぞれの光情報記録媒体に対する記録または再生を行う際に生じる球面収差の変動を良好に補正するので、常に情報記録面上に良好な波面を形成することができる。
【００３０】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１に記載の発明において、前記２種類の光情報記録媒体の透明基板厚をそれぞれａ、ｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記透明基板厚ａの光情報記録媒体の情報記録面に対して情報を記録又は再生する際には、前記透明基板厚ｂの光情報記録媒体の情報記録面に対して情報を記録又は再生する際よりも前記負レンズと前記正レンズの間隔を増加させることを特徴とする。
【００３１】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１又は１２に記載の発明において、前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっており、次式を満たすことを特徴とする。
｜ｆＰ／ｆＮ｜≧１．３ （５）
ただし、
ｆＰ：前記正レンズの焦点距離（ただし、前記正レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
ｆＮ：前記負レンズの焦点距離（ただし、前記負レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
【００３２】
上式（５）は、前記球面収差の変動を補正する手段の近軸パワーの関係に関する。前記対物レンズがある特定の厚みを持つ透明基板の組み合わせの元に収差が最小となるように補正されている場合、透明基板の厚みが変化したときには、前記球面収差の変動を補正する手段中の可動要素を動かすことで、その厚みに対して対物レンズの球面収差が最小となるような発散度を有する光束を対物レンズに入射させなければならない。そこで、上式（５）を満たすように、前記球面収差の変動を補正する手段の近軸パワーを選ぶことで、前記可動要素のストロークが小さくてすむので、全体的にコンパクトな光学系を得ることができる。
【００３５】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１３のいずれかに記載の発明において、前記正レンズ及び前記負レンズの少なくとも一方は、プラスチック材料から形成されていることを特徴とする。特に、球面収差補正手段の可動要素をプラスチック材料から形成することで、変移装置への負担を軽減することができ、また高速な追従が可能となる。更に、回折面や非球面を設ける構成要素をプラスチック材料から形成すれば、それらを容易に付加できる。
【００４０】
請求項１５に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記１枚の正レンズと前記１枚の負レンズとから構成されたことを特徴とする。
請求項１６に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記光源側に前記１枚の負レンズを有し、前記対物レンズ側に前記１枚の正レンズを有することを特徴とする。
請求項１７に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記負レンズが、光軸方向に変移可能な可動要素であることを特徴とする。
請求項１８に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１７のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズと、前記負レンズと、前記正レンズとを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることを特徴とする。
【００８０】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっており、前記光源の発振波長における近軸パワーをＰ１とし、前記発振波長より１０ｎｍ短い波長における近軸パワーをＰ２とし、前記発振波長より１０ｎｍ長い波長における近軸パワーをＰ３としたとき、次式を満足することを特徴とする。
Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３ （８）
【００８１】
これにより、前記発散度変更手段に、対物レンズで発生する軸上色収差を補正する役割を持たせることができる。すなわち、前記発散度変更手段で、対物レンズやカップリングレンズ等の光学素子で発生する軸上色収差とは逆の極性の軸上色収差を発生させることによって、対物レンズやカップリングレンズ等の光学素子で発生する軸上色収差を補正することができる。
【０１０５】
請求項２０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１９のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズの球面収差のうち、３次の球面収差成分をＳＡ１、５次及び７次及び９次の球面収差成分の和をＳＡ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ＳＡ１／ＳＡ２｜＞１．０ （１１）
ただし、
ＳＡ１：収差関数をツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）の多項式に展開したときの３次の球面収差成分
ＳＡ２：収差関数をツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）の多項式に展開したときの５次の球面収差成分と７次の球面収差成分と９次の球面収差成分との２乗和の平方根
【０１０７】
請求項２１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１９のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズの開口数を決定する絞りが、前記対物レンズのもっとも光源側の面の面頂点より前記光情報記録媒体が配置される側に位置することを特徴とする。これにより、発散光が対物レンズに入射する場合に、対物レンズの最も光源側の面の光線通過高さを小さく抑えることが出来るので、対物レンズの小型化あるいは収差補正上好ましい。
請求項２２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至２１のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、ビームエキスパンダーであることを特徴とする。
【０１５６】
本明細書中で用いる回折面とは、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、回折によって光線の角度を変える作用を持たせた形態（又は面）のことをいい、一つ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。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とする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。特に、そのような鋸歯状の輪帯構造であることが好ましい。
【０１５７】
本明細書中において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報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共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。
【０１５８】
本明細書中において、集光光学系とは、少なくとも対物レンズを含み、光源から対物レンズとの間に配置されて、入射される光束を略平行光束とするためのカップリングレンズ（入射される発散光束を平行光束とするコリメータを含む）を指すものとする。但し、後述するビームエキスパンダー等の一体的に機能される少なくとも光学素子の集合体であって、その集合体を構成する一部の光学素子が光軸方向に沿って変移可能な集合体、及びその集合体の一部の光学素子は、ここでは集光光学系に含まないものとする。尚、カップリングレンズは、複数のレンズからなっていてもよく、また、それらのレンズが離間され、その間に他の光学素子が介在する構成であってもよい。
【０１５９】
本明細書中において、ビームエキスパンダーとは、少なくとも１つのレンズ等の光学素子を光軸方向に沿って変移可能であり、それにより出射光束の発散角（発散作用、収束作用を含む）を可変可能であって、略平行光束を入射させた際に略平行光束を出射可能なレンズ等の光学素子の集合体（レンズ群等の光学素子群）を指すものとする。それらレンズ等の複数の光学素子が一体化されていることが好ましく、少なくとも１つのレンズ等の光学素子が光軸方向に沿って変移可能に少なくとも構成されたものであれば、実際にその変移を行う変移装置といった駆動手段は、ビームエキスパンダーとしては含んでいなくてもよい。
【０１６０】
本明細書中において、球面収差の変動と前記軸上色収差とを補正する手段とは、球面収差の変動を補正する手段と軸上色収差を補正する手段とが単一の手段、たとえば一つの光学素子やその集合体（例えば、ビームエキスパンダー）により、２つの補正機能を両方有している構成であることを意味するものであり、例えば、特定のアッベ数の正レンズ及び負レンズで構成したビームエキスパンダーや、回折構造を有する面を備えたビームエキスパンダー等が挙げられる。また、本明細書中において、光ピックアップ装置に関する発明では、特段の規定がない限り、焦点距離としては、使用される光源のうち最も発振波長の短い光を出射する光源のその発振波長に対する焦点距離を指すものとする。
【０１６１】
本明細書中において、光源の発振波長の微小変動とは、光源の発振波長に対して、±１０ｎｍの範囲内での波長変動を指すものとする。また、本明細書中において、各種の収差を（良好に）補正するとは、波面収差を求めたときにいわゆる回折限界性能である０．０７λｒｍｓ以下（ここで、λは使用する光源の発振波長）であることが好ましく、さらに、装置上の機械精度等を考慮して０．０５λｒｍｓ以下であることがより好ましい。これらにより種々の光情報記録媒体に対して、それぞれ適切なスポットサイズを得ることができる。
【０１６２】
本明細書中において、光情報記録媒体（光ディスク）としては、例えば、CD-R、 CD-RW、 CD-Video、 CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD-ROM、 DVD-RAM、 DVD-R、 DVD-RW、DVD-Video等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の現在の光情報記録媒体および次世代の光情報記録媒体なども含まれる。尚、本明細書中において用いる透明基板とは、厚さが０ｍｍすなわち透明基板が存在しない場合も含む。
【０１６３】
本明細書中において、情報の記録および再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の光ピックアップ装置は、記録だけ或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、或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、或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及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も含むものである。
【０１６４】
本発明の光ピックアップ装置は、各種のプレーヤまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録および／または再生装置に搭載することができる。
【０１６５】
【発明の実施の形態】
本実施の形態において用いられる非球面は、次の［数１］で表される。但し、ｘは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂直方向の軸、光の進行方向を正とし、ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数である。
【数１】
【０１６６】
本実施の形態で用いられる回折面は、光路差関数として［数２］により表される。
【数２】
【０１６７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。図１において、第１の光情報記録媒体２３に対して記録および／または再生を行う第１光源１１と、第２の光情報記録媒体２４に対して記録および／または再生を行う第１光源１１とは波長の異なる第２光源１２とを備え、それぞれの光源から射出される発散光束の発散角を所望の発散角に変換するカップリングレンズ２１、２２と、上記それぞれの光源からの光束をほぼ同一の方向に進むようにする光路合成手段であるビームスプリッタ６２と、ビームスプリッタ６２からの光束を光情報記録媒体の情報記録面５に集光する対物レンズ３と、光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器４１、４２とを備えている。図中、８は絞り、９はシリンドリカルレンズ、７１、７２は１／４波長板、１５は光源１１からの発散光束の発散度を小さくするためのカップリングレンズ、１６は凹レンズ、１７は反射光束を分離するためのホログラムである。
【０１６８】
更に、本実施の形態においては、対物レンズ３の球面収差の変動を補正する手段及び発散度変更手段として、前記光源側から順に配置された負レンズ５と正レンズ４と、アクチュエータ７を備えている（以下、球面収差補正手段、及び発散度変更手段ともいう）。アクチュエータ７は、光学要素としての負レンズ５を光軸方向に移動させて光束の発散角度を変更する変移装置として機能する。また、本実施の形態に関連して、その具体的な一部の光学系を示す実施例１〜１４においては、この変移可能な負レンズ５と正レンズ４とから構成された、いわゆるビームエキスパンダーの一例のことを、球面収差補正手段と表現する場合がある。尚、６は、フォーカシングのため対物レンズ３を光軸方向に駆動するアクチュエータである。第１光源１１は波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光を射出し、第２光源１２は波長λ２＝６５５ｎｍのレーザ光を射出できるものとする。
【０１６９】
以下に述べる実施例において、実施例１、２、１１、１２は、対物レンズ３に回折面を設けて軸上色収差を補正しており、実施例３〜５は、負レンズ５と正レンズ４に特定の素材を用いて軸上色収差を補正しており、実施例６〜８、１３、１４は、負レンズ５と正レンズ４の少なくとも一方に回折面を設けて対物レンズ３の軸上色収差を補正しており、実施例９、１０は、負レンズ５と正レンズ４の特定の素材と、正レンズ４に設けた回折面の相乗効果で対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、実施例４、５、１２は、異なる光情報記録媒体に対し、同一の光学系を用いて情報の記録又は再生を行う例である。尚、以下の対物レンズの実施例では、吸水率０．０１％以下で、光源波長４００ｎｍの光束による透過率が９０．５％及び光源波長７００ｎｍの光束による透過率が９２％であるプラスチック材料を用いて形成した。また、以下の実施例において、図１に示した本実施の形態における第１光源１１のみを用いた実施例では、具体的な実施の形態の図面は省略したが、概して図１のピックアップ装置において、例えば、第２光源１２と、カップリングレンズ２２と、ビームスプリッタ６２と、光検出器４２と、１／４波長板７２と、ホログラム１７とを取り除いたような態様とすることができる。以下、各実施例について説明する。
【０１７０】
（実施例１）
表１に、実施例１における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。尚、これより示すレンズデータ内において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表している。また、回転対称な多項式によって表される回折面の回折による１次光は、回折後収束する方向に光線の角度が変化する光のことを意味する。
【表１】
【０１７１】
図２は、実施例１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図３は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。本実施例においては、前記球面収差の変動を補正する手段の負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝２３．８、νｄＰ＝８１．６の材料を選び、更に、対物レンズ３の光源側の面に回折面を設けることで、対物レンズ３で発生する軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−８．１３（ｍｍ）、ｆＰ＝９．４８（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ＝７１．４８３（ｍｍ）である。
【０１７２】
本実施例では、光源の発振波長の微小変動（以下、単に、波長変動ともいう）あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正を、以下のように行うことができる。本実施例の場合は、波長が大きくなったとき、あるいは温度が上昇したときに対物レンズ３では、補正過剰の球面収差が発生する。かかる場合、発生した球面収差を、アクチュエータ７により負レンズ５を光軸に沿って動かすことで、負レンズ５と正レンズ４の間隔を小さくすれば、補正不足の球面収差を発生させることができる。適切な量だけ負レンズ５を動かせば、補正過剰の球面収差をキャンセルすることができ、球面収差の補正結果を示す表２から明らかなように、光学系全体の球面収差は良好となる。
【表２】
【０１７３】
（実施例２）
表３に、実施例２における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表３】
【０１７４】
図４は、実施例２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図５は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例２においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例２では、前記球面収差の変動を補正する手段の負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝３０．０、νｄＰ＝５６．５の材料を選び、更に、対物レンズ３の光源側の面に回折面を設けることで、対物レンズ３で発生する軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−４．７５（ｍｍ）、ｆＰ＝６．４７（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ＝７１．４８３（ｍｍ）である。
【０１７５】
本実施例での波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については、実施例１と同様なので、説明は省略する。球面収差の補正結果を示す表４から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３及び球面収差の変動を補正する手段として、負レンズ５及び正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表４】
【０１７６】
（実施例３）
表５に、実施例３における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表５】
【０１７７】
図６は、実施例３に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図７は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例３においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例３においては、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝２３．８、νｄＰ＝８１．６の材料を選ぶことで、軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−９．２７（ｍｍ）、ｆＰ＝１１．０８（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１７８】
本実施例での波長変動あるいは温度変化時の球面収差の補正は実施例１と同様なので、説明は省略する。球面収差の補正結果を示す表６から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表６】
【０１７９】
（実施例４）
表７に、実施例４における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表７】
【０１８０】
図８、９は、第４の実施例に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１０、１１は、異なる光情報記録媒体に対してそれぞれ、情報の記録又は再生を行う際における、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例４においては、同一光学系を用いて、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、透明基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせ、又は波長６５５ｎｍの第２光源１１と、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせにより情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置の例である。実施例４においては、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝３０．０、νｄＰ＝５６．５の材料を選ぶことで、軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−３．８２（ｍｍ）、ｆＰ＝６．８５（ｍｍ）であり、ｆ１＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ１＝５００００００．０２（ｍｍ）である。なお、発振波長λ２＝６５５ｎｍにおける対物レンズの焦点距離は、ｆ２＝１．８０４である。
【０１８１】
実施例４においては、異なる光情報記録媒体における透明基板厚の違いに起因して発生する球面収差の変動を、光源側から順に１枚の負レンズ５、１枚の正レンズ４から構成される発散角度変更手段（本発明の球面収差の変動を補正する手段、或いは球面収差の変動と軸上色収差とを補正する手段に相当する）の間隔を変えることで補正している。また、対物レンズ３の光源側の面に回折面を設けることで、上記球面収差をより良好に補正している。更に、光源の波長変動時や温湿度変化時の対物レンズの球面収差劣化も、発散度変更手段の間隔を変えることで良好に補正している。すなわち、表８から明らかなように、負レンズ５と正レンズ４の間隔を適切な間隔に変更することで、基板厚変更時、波長変動時及び温湿度変化時の対物レンズ３の球面収差劣化を、良好に補正している。また、対物レンズ３及び、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表８】
【０１８２】
（実施例５）
表９に、実施例５における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表９】
【０１８３】
図１２、１３は、実施例５に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１４、１５は、異なる光情報記録媒体に対してそれぞれ、情報の記録又は再生を行う際における、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例５においては、同一光学系を用いて、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、透明基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせ、又は波長６５５ｎｍの第２光源１１と、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせにより情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置の例である。実施例５においては、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝３０．０、νｄＰ＝５６．５の材料を選ぶことで、軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−６．５９（ｍｍ）、ｆＰ＝９．８５（ｍｍ）であり、ｆ１＝３．０１１（ｍｍ）、ｆＤ１＝８４９９６４．３３（ｍｍ）である。なお、発振波長λ２＝６５５ｎｍにおける対物レンズの焦点距離は、ｆ２＝３．０７６である。
【０１８４】
実施例４と同様に、表１０から明らかなように、負レンズ５と正レンズ４の間隔を適切な間隔に変更することで、透明基板厚変更時、波長変動時及び温湿度変化時の対物レンズの球面収差劣化を、良好に補正出来る。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１０】
【０１８５】
尚、球面収差の変動を補正する手段としての負レンズ５に入射する光束は、上述した実施例のように平行光だけでなく、発散光あるいは収斂光であっても、本発明の光学系を同様に適用することができ。また、本実施例では図示していないが、光源と球面収差補正手段の間に、光源からの光束の発散度を変えるカップリングレンズを設けることができる。かかるカップリングレンズに回折面を付加して、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズで発生する軸上色収差を補正できる。
【０１８６】
本発明による光学系に用いるカップリングレンズは、上記の形態に限らず、同一出願人による特願２０００−０６０８４３号にあるようなものであれば、対物レンズ３で発生する軸上色収差をより良好に補正できる。
【０１８７】
また、上記カップリングレンズと球面収差の変動を補正する手段（負レンズ５、正レンズ４）の間に、光源からの光束の非点隔差を緩和し、球面収差補正手段にほぼ円形の光束を入射させることができるビーム整形素子を設ける場合、温湿度変化に起因するカップリングレンズの焦点移動により、カップリングレンズからの光束の発散度が変わって、上記ビーム整形素子により非点収差が発生してしまう。これを抑えるためには、同一出願人による特願２０００−０５３８５８号にあるようなカップリングレンズを用いることで、ビーム整形素子による非点収差の発生を抑えることができる。
【０１８８】
尚、実施例４、５において、光源波長６５５ｎｍ、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体に対する収差図は、ＮＡ０．６５まで図示している。しかし、この時、対物レンズ３には光源波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５で決まる絞りを全て通過する光束が入射している。結像に寄与しないＮＡ０．６５以上の光束は、対物レンズ３に設けた回折面の効果を利用してフレア成分とすることで、情報記録面上でスポット径がしぼられ過ぎず、光ピックアップ装置の受光素子での不要信号の検出を防止することが出来る。
【０１８９】
（実施例６）
表１１に、実施例６における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１１】
【０１９０】
図１６は、実施例６に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１７は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例６においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例６においては、正レンズ４の光情報記録媒体側の面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−５．０３（ｍｍ）、ｆＰ＝６．８１（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１９１】
本実施例における光源波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表１２から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１２】
【０１９２】
（実施例７）
表１３に、実施例７における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１３】
【０１９３】
図１８は、実施例７に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１９は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例７においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例７においては、正レンズ４の両面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−４．８９（ｍｍ）、ｆＰ＝５．８３（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１９４】
本実施例における光源波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表１４から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１４】
【０１９５】
（実施例８）
表１５に、実施例８における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１５】
【０１９６】
図２０は、実施例８に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２１は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例８においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例８においては、負レンズ５及び正レンズ４の両面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−５．５４（ｍｍ）、ｆＰ＝７．４２（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１９７】
本実施例における光源長変動あるいは温度変化時の球面収差の補正については、実施例１と同様なので説明は省略する。表１６から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１６】
【０１９８】
（実施例９）
表１７に、実施例９における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１７】
【０１９９】
図２２は、実施例９に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２３は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例９においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例９においては、正レンズ４の光情報記録媒体側の面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、上記球面収差補正手段の負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれＮ＝３０．０、Ｐ＝５６．５の材料を選ぶことで、より良好に対物レンズの軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−４．１５（ｍｍ）、ｆＰ＝５．９１（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２００】
本実施例における光源波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表１８から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１８】
【０２０１】
（実施例１０）
表１９に、実施例１０における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１９】
【０２０２】
図２４は、実施例１０に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２５は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１０においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１０においては、正レンズ４の両面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。このとき、対物レンズ３と、球面収差補正手段としての負レンズ５及び正レンズ４とを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることで、図２５に示されているように、第１光源１１の発振波長（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブとを交差させている。これにより、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差の劣化が非常に小さく、例えば、光源の発振波長が微小変動した際でも、最適書き込み位置の移動を小さく抑えることができる。さらに、球面収差補正手段としての可動要素である負レンズ５を両面非球面レンズとしたことで、負レンズ５の偏芯やトラッキングエラー時の波面収差の劣化を小さく抑えている。また、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝２４．３、νｄＰ＝５６．５の材料を選ぶことで、対物レンズ３の軸上色収差を補正しており、正レンズ４に付加した回折構造の負担を軽減している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−７．７８（ｍｍ）、ｆＰ＝９．９５（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２０３】
本実施例では、光束を規制する絞りを、対物レンズ３の光源側の面の頂点より光情報記録媒体側に配置しているので、発散光束が入射する場合に、対物レンズ３の最も光源側の面の光線通過高さを小さく抑えることができる。これは、対物レンズ３の小径化、あるいは収差補正上も好ましい。
【０２０４】
本実施例における光源の波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表２０から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。なお、可動機構は、本明細書中の実施例では、負レンズ５の変移装置及び対物レンズ３のフォーカシング機構である。
【表２０】
【０２０５】
なお、本実施例においては、図２５には図示していないが、図１の実施の形態に示したように、実際の光ピックアップ装置では、光源と球面収差補正手段との間にコリメータ等のカップリングレンズが設けられている。その場合に、カップリングレンズで発生する軸上色収差も本実施例の構成によって補正することができ、色収差が良好な集光光学系を得ることができる。
【０２０６】
更にまた、光情報記録媒体の片面に第１情報記録層と第２情報記録層との２つの相変化膜を設け、それぞれに情報の記録を行うことで、光情報記録媒体の記録容量を略２倍に高めた、いわゆる２層記録方式の光情報記録媒体が知られているが、本実施例のものは、そのような２層記録方式の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行うことにも適用することができ、各情報記録層の情報記録面まで厚さの違いによって発生する球面収差を補正することができる。たとえば、光情報記録媒体の表面側から順に第１情報記録層、第２情報記録層としたすると、図２６に示すように、球面収差補正手段としての負レンズ５と正レンズ４との間隔を小さくすることにより、第２情報記録層の情報記録面に対して情報の記録又は再生をすることができる。
【０２０７】
（実施例１１）
表２１に、実施例１１における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２１】
【０２０８】
図２７は、実施例１１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２８は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１１においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１１においては、対物レンズ３の光源側の面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。さらに、球面収差補正手段としての可動要素である負レンズ５を両面非球面レンズとしたことで、負レンズ５の偏芯やトラッキングエラー時の波面収差の劣化を小さく抑えている。また、本実施例においては、ｆＮ＝−８．３２（ｍｍ）、ｆＰ＝１２．３０（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ＝２８．４１７（ｍｍ）である。
【０２０９】
本実施例における光源の波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表２２から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。
【表２２】
【０２１０】
（実施例１２）
表２３に、実施例１２における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２３】
【０２１１】
図２９、３０は、実施例１２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図３１、３２は、異なる光情報記録媒体に対してそれぞれ、情報の記録又は再生を行う際における、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１２においては、同一光学系を用いて、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、透明基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせ、又は波長６５５ｎｍの第２光源１１と、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせにより情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置の例である。実施例１２においては、対物レンズ３の光源側の面に回折構造を設けることにより、透明基板厚の違いにより発生する球面収差および色の球面収差とを補正している。具体的には、球面収差補正手段としての負レンズ５が光軸方向に動かすことで、光情報記録媒体の透明基板厚に対応して対物レンズ３に入射される光束の発散角を変えることにより行う。また、本実施例においては、ｆＮ＝−６．３９（ｍｍ）、ｆＰ＝１０．５１（ｍｍ）であり、ｆ１＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ１＝４５．４６（ｍｍ）である。なお、発振波長λ２＝６５５ｎｍにおける対物レンズの焦点距離は、ｆ２＝１．７９である。
【０２１２】
本実施例における光源の波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表２４から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。
【表２４】
【０２１３】
尚、実施例４、５と同様に、光源波長６５５ｎｍ、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体に対するＮＡ０．６５以上の光束は、対物レンズ３に設けた回折面の効果を利用してフレア成分とすることで、情報記録面上でスポット径がしぼられ過ぎず、光ピックアップ装置の受光素子での不要信号の検出を防止することが出来る。
【０２１４】
（実施例１３）
表２５に、実施例１３における、カップリングレンズ２１又はカップリングレンズ１５、２１に対応するコリメータ、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２５】
【０２１５】
図３３は、実施例１３に係るコリメータ、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図３４は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１３においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１３においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を光軸方向に沿って変移することで、対物レンズ３に入射する光束の発散角を変化させ、集光光学系（コリメータ及び対物レンズ３）の各光学面で発生する球面収差の変動を補正するようにした。また、本実施例においては、ｆＮ＝−１０．７１（ｍｍ）、ｆＰ＝１３．１８（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２１６】
また、正レンズ４の両面に回折面を付加し、球面収差補正手段自体では集光光学系の光学面で発生する軸上色収差とは逆の極性の軸上色収差を発生させることで、集光光学系の光学面で発生する軸上色収差を補正し、情報記録面上に焦点を結んだときの波面の軸上色収差を良好にした。本実施例の集光光学系において、その光学素子であるコリメータと対物レンズ３で発生する軸上色収差量をそれぞれΔｆＢ１、ΔｆＢ２として、その比を概略的に求めてみたところ、コリメータの焦点距離は１２ｍｍ、球面収差補正手段の倍率は１．２３倍、対物レンズの諸点距離は１．７６５ｍｍであるので、ΔｆＢ１／ΔｆＢ２＝１／３０となる。すなわち、球面収差補正手段で発生させる逆極性の軸上色収差の絶対値を対物レンズで発生する軸上色収差の絶対値とほぼ同じにすると、情報記録面上に焦点を結んだときの波面の軸上色収差を良好にできる。このとき、集光光学系と、球面収差補正手段としての負レンズ５及び正レンズ４とを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることで、図３４に示されているように、第１光源１１の発振波長（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブとを交差させている。これにより、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差の劣化が非常に小さく、例えば、光源の発振波長が微小変動した際でも、最適書き込み位置の移動を小さく抑えることができる。さらに、球面収差補正手段中の可動要素である負レンズ５を両面非球面レンズとしたことで、負レンズ５の偏芯やトラッキングエラー時の波面収差の劣化を小さく抑えている。
【０２１７】
表２６から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時等、様々な要因により集光光学系の各光学面で発生する球面収差の変動を補正でき、良好な球面収差となっている。また、集光光学系を構成するコリメータ及び対物レンズ３、および球面収差補正手段を構成する負レンズ５及び正レンズ４の全てをプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。
【表２６】
【０２１８】
なお、本実施例においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を変移可能としたが、正レンズ４を変移可動としても良く、また、両レンズを変移可能としても、同様に集光光学系の球面収差の変動を補正することができる。また、本実施例においては、球面収差補正手段中の正レンズ４に設けた回折構造により集光光学系と球面収差補正手段の軸上色収差を補正するようにしたが、回折構造を他のレンズの面に設けてもよく、他に回折構造を設けた面を有する光学素子を別途付加してもよい。
【０２１９】
（実施例１４）
表２７に、実施例１４における、カップリングレンズ１５、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２７】
【０２２０】
図３５は、実施例１４に係るカップリングレンズ１５、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。本実施例のカップリングレンズ１５は、第１光源１１からの強い発散光束を弱い発散光束とする機能を有している。図３６は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１４においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１４においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を光軸方向に沿って変移することで、対物レンズ３に入射する光束の発散角を変化させ、集光光学系（カップリングレンズ１５及び対物レンズ３）の各光学面で発生する球面収差の変動を補正するようにした。また、本実施例においては、ｆＮ＝−１４．６７（ｍｍ）、ｆＰ＝１１．６６（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２２１】
また、正レンズ４の両面に回折面を付加し、球面収差補正手段自体では集光光学系の光学面で発生する軸上色収差とは逆の極性の軸上色収差を発生させることで、集光光学系の光学面で発生する軸上色収差を補正し、情報記録面上に焦点を結んだときの波面の軸上色収差を良好にした。このとき、集光光学系と、球面収差補正手段としての負レンズ５及び正レンズ４とを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることで、図３６に示されているように、第１光源１１の発振波長（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブとを交差させている。これにより、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差の劣化が非常に小さく、例えば、光源の発振波長が微小変動した際でも、最適書き込み位置の移動を小さく抑えることができる。
【０２２２】
表２８から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時等、様々な要因により集光光学系の各光学面で発生する球面収差の変動を補正でき、良好な球面収差となっている。また、集光光学系を構成するカップリングレンズ１５及び対物レンズ３、および球面収差補正手段を構成する負レンズ５及び正レンズ４の全てをプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。さらに、本実施例においては、球面収差補正手段への入射光を弱い発散光束としたので、カップリングレンズ１５のパワーおよび球面収差補正手段中の負レンズ５のパワーが小さくてすみ、それぞれのレンズの偏芯による波面収差の劣化を小さく抑えることができた。
【表２８】
【０２２３】
なお、本実施例においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を変移可能としたが、正レンズ４を変移可動としても良く、また、両レンズを変移可能としても、同様に集光光学系の球面収差の変動を補正することができる。また、本実施例においては、球面収差補正手段中の正レンズ４に設けた回折構造により集光光学系と球面収差補正手段の軸上色収差を補正するようにしたが、回折構造を他のレンズの面に設けてもよく、他に回折構造を設けた面を有する光学素子を別途付加してもよい。
【０２２４】
以上に例示した各実施例は、球面収差補正手段として、ビームエキスパンダーを用いたものであり、そのビームエキスパンダーとしては、変移可能な単玉負レンズと、単玉正レンズとから構成した例を示したが、勿論、それに限定されるものではなく、複数のレンズからなる２群又はそれ以上のレンズ群からなる構成であってもよく、本発明を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【０２２５】
図３７は、異なる実施の形態にかかる光学系を示す図である。カップリングレンズＣＬと、対物レンズＯＬとの間に、球面収差の変動を補正する素子ＳＥを挿入している。かかる光学系は、図１の負レンズ５，正レンズ４，対物レンズ３と置換されて用いられることが出来る。
【０２２６】
素子ＳＥは、４枚のガラス板ＳＥ４の間に、カップリングレンズＣＬ側からＸ方向液晶素子ＳＥ１、１／２波長板ＳＥ２、Ｙ方向液晶素子ＳＥ３をそれぞれ挟んでいる。両液晶素子ＳＥ１，ＳＥ２を電気的に駆動させることによって、球面収差の変動の補正が可能である。更に、カップリングレンズＣＬにおける対物レンズ側の面に、輪帯状の回折構造（不図示）を設けることで、対物レンズＯＬで発生する軸上色収差とは逆位相の色収差、すなわち短波町側ではオーバー、長波長側ではアンダーな軸上色収差を発生させることが出来る。その結果、軸上色収差がキャンセルされるので、球面収差の変動を補正する素子ＳＥと対物レンズＯＬとを透過して、光情報記録媒体（不図示）上に焦点を結んだときの波面は、軸受色収差が小さく抑えられた状態となる。
【０２２７】
図３８は、本実施の形態の変形例にかかる光学系を示す図である。図３８においては、対物レンズＯＬと、球面収差の変動を補正する素子ＳＥは、図３７に示す実施の形態と同一であるので説明を省略する。図３８においては、カップリングレンズＣＬが、負レンズＣＬ１と正レンズＣＬ２とを張り合わせた構成となっており、負レンズＣＬ１のアッベ数νｄＮと、正レンズＣＬ２のアッベ数νｄＰとは、νｄＮ＜νｄＰなる関係が成立している。
【０２２８】
このように負レンズＣＬ１と正レンズＣＬ２のアッベ数を調整することで、対物レンズＯＬで発生する軸上色収差とは逆位相の色収差、すなわち短波町側ではオーバー、長波長側ではアンダーな軸上色収差を発生させることが出来る。その結果、軸上色収差がキャンセルされるので、球面収差の変動を補正する素子ＳＥと対物レンズＯＬとを透過して、光情報記録媒体（不図示）上に焦点を結んだときの波面は、軸受色収差が小さく抑えられた状態となる。
【０２２９】
図３９は、本実施の形態の光ピックアップ装置に使用可能な対物レンズ３’を模式的に示した断面図（ａ）及び光源側から見た正面図（ｂ）である。〔一点鎖点は光軸を示している。〕
【０２３０】
この対物レンズ３’は、異なる光情報記録媒体の透明基板の厚さの違いによる球面収差変動の補正を行うことが出来るものである。図３６において、光源側の屈折面Ｓ１及び光ディスク側の屈折面Ｓ２は共に非球面形状を呈した正の屈折力を有する凸レンズである。また、対物レンズの光源側の屈折面Ｓ１は、光軸と同心状に４つの分割面ｂ１〜ｂ４から構成されている。分割面の境界は段差を設けて、それぞれの分割面を形成している。それに伴って、対物レンズの球面収差及び波面収差は上記境界部分に該当する箇所で段差を生じている。
【０２３１】
通常の対物レンズでは、異なる光情報記録媒体の透明基板厚さの違いによる球面収差発生は避けられない。しかしながら、本実施の形態に使用される対物レンズ３’では完全な球面収差補正は出来ないものの、次に説明するように、かかる収差をより緩和するように設計されている。
【０２３２】
まず、第１の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、最良像面位置において波面収差の球面収差成分が０．０５λ1ｒｍｓ以内になるように屈折面Ｓ１及び屈折面Ｓ２を設計する。これにより設計された屈折面Ｓ１を第１分割面ｂ１及び第４分割面ｂ４に適用する。そして透明基板厚さｔ３（ｔ１≦ｔ３≦ｔ２）で最良像面位置において波面収差の球面収差成分が０．０５λ2ｒｍｓ以内になるように、前記屈折面Ｓ２を変数とせずに新たな屈折面Ｓ１’を設計する。
【０２３３】
この屈折面Ｓ１’を第２分割面ｂ２及び第３分割面ｂ３とするのであるが、透明基板厚さｔ３で最適化しているので、第１の光ディスク１０使用時において、第１分割面ｂ１と第４分割面ｂ４のつくる最良像面位置とは異なる位置に最良像面位置を見かけ上形成する。しかしながら、その波面収差は、分割面内での波面収差の傾きを変化させ、例えば第１の光情報記録媒体（例えばＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスク）では右肩下がりの波面収差となり、第２の光情報記録媒体（例えばＤＶＤ）では逆に若干の右肩上がりとなる。このような分割面を２つ以上屈折面Ｓ１に一部設ける事で、異なる光情報記録媒体における波面収差両立が容易となる。
【０２３４】
これらの各分割面の境界位置や分割面の軸上厚を適宜設計することで、ＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスクではビームスポット最小錯乱円位置及びＤＶＤでは前ピン位置それぞれにおいて波面収差補正が可能となる。すなわち、ＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスクでは対物レンズによりビームスポット最小錯乱円位置に集光して第１〜４光束ＬＢ１〜ＬＢ４内の光線は、前記最小錯乱円位置においてほぼ波長λ1の整数倍、すなわち ｍiλ1（ ｍiは整数でｉ＝１、２、…、ｋ）の波面収差を有する。
【０２３５】
また、ＤＶＤでは必要開口数ＮＡ２がＮＡ１よりも小さいため、第１〜４光束ＬＢ１〜ＬＢ４をすべて有効活用しなくてもよく、本実施の形態の光ピックアップ装置では、第１〜３光束ＬＢ１〜ＬＢ３内の光線が、前記前ピン位置においてほぼ波長λ2の整数倍niλ1（niは整数でｉ＝１、２、…、ｋ）の波面収差を有する。第４光束ＬＢ４はＤＶＤの場合不要光であり、光ディスクの記録面上ではメインのスポット光から間隔をおいた場所にフレアーとして照射する。このフレアーはメインスポット光に対して十分に小さいので、絞り８をＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスクの必要開口数相当にしておくだけで、絞り８の開口数を変える手段を必要とせすにＤＶＤ再生が可能となる。勿論、ＤＶＤ使用時に第４光束ＬＢ４を遮蔽する機能を持つ絞り８を用いてもよい。
【０２３６】
従って本実施例の光ピックアップ装置は、４つの分割面ｂ１〜ｂ４を設けてはいるが、従来技術の対物レンズと異なり、各ディスクにおいて焦点位置を複数持たないので、スポット光量損失を少なくできる。そして、各光ディスク使用時において必要開口数内の光線の波面収差をほぼ波長整数倍としており、必要開口数内を通った光束が互いに干渉して強め合うためスポット光の中心強度を高め、結果として光ディスクから充分な反射光量が得られ、互換性のある光ピックアップ装置として安定した動作が可能となる。
【０２３７】
なお、本実施例においては、対物レンズに４つの分割面を設けたが、基本的には３つの分割面となるような、入射光束を実質的に３つの光束に分割する３つの部分を有する面をもつ対物レンズを本発明の対物レンズに用いることもできる。たとえば、少なくとも１面に、光軸側からその外周に向かって順に、屈折作用により光源から出射された光束を複数の光束に分割する、少なくとも第１の部分、第２の部分及び第３の部分を有し、 その第１の部分及び第３の部分は、透明基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録または再生を行うことができるように、光源からの光束をその情報記録面上に集光可能であり、また、その第１の部分及び第２の部分は、透明基板厚ｔ２（ｔ１＜ｔ２）の第２の光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録または再生を行うことができるように、光源からの光束を情報記録面上に集光可能であるように構成された、良く知られた対物レンズである。
【０２３８】
以上述べた本実施の形態によれば、半導体レーザのモードホップに起因する球面収差の変動を効果的に補正できる光ピックアップ装置及び光学系、温度・湿度変化等に起因する対物レンズの球面収差の変動を効果的に補正できる光ピックアップ装置及び光学系、短波長レーザと高ＮＡ対物レンズとを備え、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置を提供することが出来る。なお、本発明は勿論、以上の実施の形態や種々の実施例に限定されるものではない。
【０２３９】
【発明の効果】
本発明によれば、光ピックアップ装置において、球面収差の変動を効果的に補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】実施例１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３】実施例１の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図４】実施例２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図５】実施例２の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図６】実施例３に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図７】実施例３の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図８】実施例４に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図９】実施例４に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１０】実施例４の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１１】実施例４の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１２】実施例５に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１３】実施例５に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１４】実施例５の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１５】実施例５の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１６】実施例６に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１７】実施例６の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１８】実施例７に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１９】実施例７の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２０】実施例８に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２１】実施例８の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２２】実施例９に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２３】実施例９の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２４】実施例１０に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２５】実施例１０の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２６】実施例１０に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２７】実施例１１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２８】実施例１１の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２９】実施例１２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３０】実施例１２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３１】実施例１２の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３２】実施例１２の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３３】実施例１３に係るコリメータと、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３４】実施例１３の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３５】実施例１４に係るコリメータと、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３６】実施例１４の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３７】異なる実施の形態にかかる光学系を示す図である。
【図３８】本実施の形態の変形例にかかる光学系を示す図である。
【図３９】本実施の形態の光ピックアップ装置に使用可能な対物レンズ３’を模式的に示した断面図（ａ）及び光源側から見た正面図（ｂ）である。
【符号の説明】
３ 対物レンズ４ 正レンズ５ 負レンズ６ 対物レンズのアクチュエータ７
負レンズのアクチュエータ８ 絞り９ シリンドリカルレンズ１１ 第１光源１２ 第２光源１５ カップリングレンズ１６ 凹レンズ１７ ホログラム２１
カップリングレンズ４１、４２ 光検出器６２ ビームスプリッタ７１、７２ １／４波長板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置、対物レンズ及びビームエキスパンダーに関し、特に、球面収差の変動を効果的に補正することが出来る光ピックアップ装置、対物レンズ及びビームエキスパンダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色半導体レーザ実用化に伴い、従来の光ディスクすなわち光情報記録媒体であるＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光ディスクであるＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）の開発が進んでいるが、近い将来には、より高密度な次世代の光ディスクも登場することが予想される。このような光ディスクなどを媒体とした光情報記録再生装置の光学系において、記録信号の高密度化を図るため、或いは高密度記録信号を再生するため、対物レンズを介して記録媒体上に集光するスポット径を小さくすることが要求されている。このためには、光源であるレーザの短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が図られつつあるという実情がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにレーザの短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤのごとき従来の光ディスクに対して情報の記録又は再生を行うような比較的長波長のレーザと対物レンズの低ＮＡとの組み合わせからなる光ピックアップ装置では、殆ど無視できる問題でも、それがより顕在化される。
【０００４】
その１つがレーザー光源の発振波長の微小変動により対物レンズで生じる軸上色収差の問題である。一般の光学レンズ材料の波長の微小変動による屈折率変化は、短波長を取り扱うほど大きくなる。そのため、波長の微小変動により生じる焦点のデフォーカス量は大きくなる。ところが、対物レンズの焦点深度は、k・λ／NA2（kは比例定数、λは波長、NAは対物レンズの像側開口数）で表されることからわかるように、使用される光源の発振波長が短いほど焦点深度が小さくなり僅かなデフォーカス量も許されない。従って、青紫色半導体レーザー（発振波長４００ｎｍ程度）のような短波長の光源及び高い像側開口数を有する対物レンズを用いた光学系では、半導体レーザーのモードホップ現象など出力変化による波長変動や、高周波重畳による波面収差の劣化を防ぐために軸上色収差の補正が重要となる。
【０００５】
更に、レーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化の組み合わせにおいて顕在化する別な問題は、温度・湿度変化による光学系の球面収差の変動である。すなわち、光ピックアップ装置において一般的に使用されているプラスチックレンズは、温度や湿度変化を受けて変形しやすく、それにより屈折率が変化する。従来のピックアップ装置に用いられる光学系では問題にならなかった、屈折率変化による球面収差の変動でも、レーザー光源の短波長化と対物レンズの高NA化との組み合わせにおいてはその量が無視できず、スポット径が増大するなどの問題を生じさせることとなる。
【０００６】
ところが、情報の記録又は再生に対して、レーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化の組み合わせを要求する次世代の光ディスクと、従来の光ディスクとは、上述したように光源波長、対物レンズのＮＡが大きく異なる。また、次世代の光ディスクにおいて予想される光軸に対して垂直な面からのディスク表面の傾きに起因して大きく生じるコマ収差を抑制するには、透明基板厚を薄くすることが効果的であるが、それによりＣＤなど従来の光ディスクとは透明基板厚などが大きく異なってしまう。従って、共通の対物レンズを少なくとも用いることにより、コストを大幅に増大させることなく、且つコンパクトな光ピックアップ装置を、次世代の光ディスクを含めた異なる光情報記録媒体に対して、いかに球面収差を抑えて情報の記録又は再生を行うようにするかが問題となる。
【０００７】
そこで、本発明は、温度・湿度変化等に起因する対物レンズの球面収差の変動を効果的に補正できる光ピックアップ装置、その対物レンズ及びビームエキスパンダーを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、半導体レーザのモードホップや高周波重畳に起因する軸上色収差を効果的に補正できる光ピックアップ装置、その対物レンズ及びビームエキスパンダーを提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、短波長レーザと高ＮＡ対物レンズとを備え、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１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透明基板を介して情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系と、前記光情報記録媒体からの反射光を受光するための光検出器とを有する光ピックアップ装置であって、前記光源は、少なくとも５００ｎｍ以下の波長に発振波長を持ち、前記対物レンズは、少なくとも１面に非球面を有する単玉対物レンズであり、前記対物レンズの像側開口数ＮＡは、０．７５以上であり、前記光ピックアップ装置は、光情報記録媒体の表面側から順に透明基板と情報記録層とが複数積層された光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能となっており、それぞれの情報記録層にそれぞれ集光させる際にその情報記録層に応じて、前記対物レンズに入射する光束の発散度を変える発散度変更手段が、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、前記対物レンズが、以下の式を満たすことを特徴とする。
１．１≦ｄ１／ｆ≦３．０
ただし、
ｄ１：軸上レンズ厚（ｍｍ）
ｆ：前記光源の発振波長における焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記光源に発振波長が異なる複数の光源を有する場合には、最も波長が短い発振波長における焦点距離、また前記対物レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
【００１２】
請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記発散度変更手段は、球面収差の変動を補正する手段であり、前記球面収差の変動を補正する手段は、０．２λｒｍｓまでの球面収差を０．０７λｒｍｓ以下に補正可能であるので、例えば光ピックアップ装置が使用される環境の温度や湿度変化および／または光源の発振波長の微小変動によって生じる前記対物レンズの球面収差の変動を、効果的に抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項２に記載の発明において、前記球面収差の変動を補正する手段は、０．５λｒｍｓまでの球面収差を０．０７λｒｍｓ以下に補正可能であると好ましい。
【００１５】
半導体レーザーの発振波長には±１０ｎｍ程度の個体間のばらつきがあるため、短波長の光源及び高い像側開口数を有する対物レンズを用いた光学系では、基準となる波長からずれた半導体レーザーを用いると装置の性能劣化の要因となり、半導体レーザーの選別が必要になり得る。
請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記光源の発振波長の微小変動に起因して前記対物レンズで発生する球面収差の変動を補正する手段を設けたので、基準となる波長からずれた半導体レーザーを用いたときに生じる前記対物レンズの球面収差の変動を効果的に抑制することができるので、半導体レーザーの選別が不要となる。
【００１６】
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズはプラスチックレンズであり、前記発散度変更手段は、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、温度変化に起因して前記集光光学系で発生する球面収差の変動を補正することが好ましい。
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、湿度変化に起因して前記集光光学系で発生する球面収差の変動を補正することが好ましい。
請求項５、６によれば、例えば光ピックアップ装置が使用される環境の温度や湿度変化に応じて生じる前記対物レンズの球面収差の変動を、効果的に抑制することが出来る。
【００１８】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっていることを特徴とする。
【００１９】
短波長の光源に用いた光ピックアップ装置では、前述したように、光源の波長変動や温湿度変化等による球面収差の変動が大きい。特に高い像側開口数（高ＮＡ）の対物レンズやプラスチック材料からなる対物レンズを用いると変動は増長される。従って、短波長の光源を用いた光ピックアップ装置では、特にこれらの球面収差の変動を補正する手段を設けることが必要となる。光源の発振波長の微小変動や温湿度変化等に起因して、前記対物レンズの球面収差が変動した場合は、前記球面収差の変動を補正する手段の可動要素を適切な量だけ動かして、対物レンズに入射する光束の発散度を情報記録面上に形成された波面の球面収差が最小となるように変えることで、球面収差の変動を補正することができる。
【００２０】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、請求項７に記載の発明において、前記発散度変更手段が、次式を満たすことを特徴とする。
νｄＰ＞νｄＮ （１）
ただし、
νｄＰ：前記正レンズを含む全正レンズのｄ線のアッベ数の平均
νｄＮ：前記負レンズを含む全負レンズのｄ線のアッベ数の平均
【００２１】
上式（１）は、軸上色収差の補正に関する。前記光源の発振波長の微小変動や温湿度変化等に起因して、前記対物レンズの球面収差が変動した場合において、これを補正する手段を、例えば光軸方向に変移可能な光学要素を用いて構成したときは、かかる光学素子を適切な量だけ動かして、前記対物レンズに入射する光束の発散度を対物レンズの球面収差が最小となるように変えることができる。短波長の光源を用いることで問題となる前記対物レンズの軸上色収差については、前記球面収差の変動を補正する手段を以下に述べるような構成にすることにより、補正できる。
【００２２】
前記球面収差の変動を補正する手段における正レンズと負レンズの材料を、上式（１）を満たすように選ぶことで、前記対物レンズで発生する色収差とは逆極性の色収差を発生させることができる。従って、軸上色収差が打ち消しあうので、前記球面収差の変動を補正する手段と前記対物レンズとを透過して、光情報記録媒体上に焦点を結んだときの波面は、軸上色収差が小さく抑えられた状態となる。回折面を前記対物レンズおよび／または前記球面収差の変動を補正する手段に付加し、長波長側で対物レンズのバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすれば、収差をより良好に補正することが可能となる。この場合、軸上色収差補正の役割を、前記球面収差の変動を補正する手段と前記回折面とに分担できるので、前記球面収差の変動を補正する手段を、例えば光軸方向に変移可能な光学要素を用いて構成したときは、かかる光学要素のストロークが小さくてすむ。
【００２３】
更に、軸上色収差補正の役割を、前記球面収差の変動を補正する手段と回折面とに分担することで回折面のパワーを小さくすることもでき、それにより回折輪帯の間隔が大きくなって、回折効率の高い回折レンズが製造しやすくなる。従って、前記球面収差の変動を補正する手段と、軸上色収差を補正するための手段を別々に設けることなく、波長変動や温湿度変化等が生じた場合でも光学系全体の球面収差、及び軸上色収差が良好に補正されたコンパクトな光ピックアップ装置を得ることができる。
【００２４】
請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項８に記載の発明において、前記νｄＰと前記νｄＮが次式を満たすことを特徴とする。
νｄＰ＞５５ （２）
νｄＮ＜３５ （３）
【００２５】
上式（２）、（３）を満たすように、前記正レンズと前記負レンズのアッベ数の差が大きくすれば、前記対物レンズと逆極性の色収差をより大きく発生させることができるので、より良好に光ピックアップ光学系の軸上色収差を補正することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至９のいずれかに記載の発明において、次式が成立することを特徴とする。
Δｄ・│ｆＰ／ｆＮ│／Δνｄ≦０．０５ （４）
ただし、
Δｄ：情報の記録又は再生が可能な任意の１つの光情報記録媒体の１つの情報記録面に対して情報の記録又は再生を行う際の前記可動要素の移動量（ｍｍ）
ｆＰ：前記正レンズの焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記正レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
ｆＮ：前記負レンズの焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記負レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
Δνｄ：前記正レンズのアッベ数の最大値と前記負レンズのアッベ数の最小値との差
【００２７】
上式（４）は、対物レンズの軸上色収差の補正量と、球面収差の変動を補正する手段の近軸パワー及び、球面収差の変動を補正する手段の可動要素の移動量のバランスに関する。ここで、たとえΔνｄの値が小さくても、│ｆＰ／ｆＮ│の値を大きくすれば、対物レンズの軸上色収差を良好に補正でき、かつ光源の波長変動あるいは温湿度変化に起因する対物レンズの球面収差の変動を補正する手段を、光軸方向に変位可能な光学要素を用いて構成した場合には、かかる光学要素のストロークを小さく抑えることが出来るが、前記正レンズ群の有効径が大きくなりすぎたり、あるいは前記負レンズ群の有効径が小さくなりすぎる恐れがある。逆に、Δνｄの値を大きくすれば、たとえ│ｆＰ／ｆＮ│の値が小さくても、対物レンズの軸上色収差を良好に補正することができるが、球面収差の補正に必要な、球面収差の変動を補正する手段の可動要素の移動量が大きくなってしまうので、光学系のサイズが大きくなってしまう恐れがある。そこで、Δｄ・│ｆＰ／ｆＮ│／Δνｄの値を上式（５）を満たすようにすることで、これらのバランスを図ることが出来る。
【００２８】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能となっており、前記発散度変更手段は、透明基板厚が互いに異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して、それぞれの透明基板厚に応じて、前記対物レンズに入射する光束の発散度を変えるので、透明基板厚の違いによる球面収差の差を補正し、かつそれぞれの光情報記録媒体に対する記録または再生を行う際に生じる球面収差の変動を良好に補正するので、常に情報記録面上に良好な波面を形成することができる。
【００３０】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１に記載の発明において、前記２種類の光情報記録媒体の透明基板厚をそれぞれａ、ｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記透明基板厚ａの光情報記録媒体の情報記録面に対して情報を記録又は再生する際には、前記透明基板厚ｂの光情報記録媒体の情報記録面に対して情報を記録又は再生する際よりも前記負レンズと前記正レンズの間隔を増加させることを特徴とする。
【００３１】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１又は１２に記載の発明において、前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっており、次式を満たすことを特徴とする。
｜ｆＰ／ｆＮ｜≧１．３ （５）
ただし、
ｆＰ：前記正レンズの焦点距離（ただし、前記正レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
ｆＮ：前記負レンズの焦点距離（ただし、前記負レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
【００３２】
上式（５）は、前記球面収差の変動を補正する手段の近軸パワーの関係に関する。前記対物レンズがある特定の厚みを持つ透明基板の組み合わせの元に収差が最小となるように補正されている場合、透明基板の厚みが変化したときには、前記球面収差の変動を補正する手段中の可動要素を動かすことで、その厚みに対して対物レンズの球面収差が最小となるような発散度を有する光束を対物レンズに入射させなければならない。そこで、上式（５）を満たすように、前記球面収差の変動を補正する手段の近軸パワーを選ぶことで、前記可動要素のストロークが小さくてすむので、全体的にコンパクトな光学系を得ることができる。
【００３５】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１３のいずれかに記載の発明において、前記正レンズ及び前記負レンズの少なくとも一方は、プラスチック材料から形成されていることを特徴とする。特に、球面収差補正手段の可動要素をプラスチック材料から形成することで、変移装置への負担を軽減することができ、また高速な追従が可能となる。更に、回折面や非球面を設ける構成要素をプラスチック材料から形成すれば、それらを容易に付加できる。
【００４０】
請求項１５に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記１枚の正レンズと前記１枚の負レンズとから構成されたことを特徴とする。
請求項１６に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、前記光源側に前記１枚の負レンズを有し、前記対物レンズ側に前記１枚の正レンズを有することを特徴とする。
請求項１７に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記負レンズが、光軸方向に変移可能な可動要素であることを特徴とする。
請求項１８に記載の光ピックアップ装置は、請求項７乃至１７のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズと、前記負レンズと、前記正レンズとを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることを特徴とする。
【００８０】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっており、前記光源の発振波長における近軸パワーをＰ１とし、前記発振波長より１０ｎｍ短い波長における近軸パワーをＰ２とし、前記発振波長より１０ｎｍ長い波長における近軸パワーをＰ３としたとき、次式を満足することを特徴とする。
Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３ （８）
【００８１】
これにより、前記発散度変更手段に、対物レンズで発生する軸上色収差を補正する役割を持たせることができる。すなわち、前記発散度変更手段で、対物レンズやカップリングレンズ等の光学素子で発生する軸上色収差とは逆の極性の軸上色収差を発生させることによって、対物レンズやカップリングレンズ等の光学素子で発生する軸上色収差を補正することができる。
【０１０５】
請求項２０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１９のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズの球面収差のうち、３次の球面収差成分をＳＡ１、５次及び７次及び９次の球面収差成分の和をＳＡ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ＳＡ１／ＳＡ２｜＞１．０ （１１）
ただし、
ＳＡ１：収差関数をツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）の多項式に展開したときの３次の球面収差成分
ＳＡ２：収差関数をツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）の多項式に展開したときの５次の球面収差成分と７次の球面収差成分と９次の球面収差成分との２乗和の平方根
【０１０７】
請求項２１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至１９のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズの開口数を決定する絞りが、前記対物レンズのもっとも光源側の面の面頂点より前記光情報記録媒体が配置される側に位置することを特徴とする。これにより、発散光が対物レンズに入射する場合に、対物レンズの最も光源側の面の光線通過高さを小さく抑えることが出来るので、対物レンズの小型化あるいは収差補正上好ましい。
請求項２２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至２１のいずれかに記載の発明において、前記発散度変更手段は、ビームエキスパンダーであることを特徴とする。
【０１５６】
本明細書中で用いる回折面とは、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、回折によって光線の角度を変える作用を持たせた形態（又は面）のことをいい、一つ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。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とする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。特に、そのような鋸歯状の輪帯構造であることが好ましい。
【０１５７】
本明細書中において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報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共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。
【０１５８】
本明細書中において、集光光学系とは、少なくとも対物レンズを含み、光源から対物レンズとの間に配置されて、入射される光束を略平行光束とするためのカップリングレンズ（入射される発散光束を平行光束とするコリメータを含む）を指すものとする。但し、後述するビームエキスパンダー等の一体的に機能される少なくとも光学素子の集合体であって、その集合体を構成する一部の光学素子が光軸方向に沿って変移可能な集合体、及びその集合体の一部の光学素子は、ここでは集光光学系に含まないものとする。尚、カップリングレンズは、複数のレンズからなっていてもよく、また、それらのレンズが離間され、その間に他の光学素子が介在する構成であってもよい。
【０１５９】
本明細書中において、ビームエキスパンダーとは、少なくとも１つのレンズ等の光学素子を光軸方向に沿って変移可能であり、それにより出射光束の発散角（発散作用、収束作用を含む）を可変可能であって、略平行光束を入射させた際に略平行光束を出射可能なレンズ等の光学素子の集合体（レンズ群等の光学素子群）を指すものとする。それらレンズ等の複数の光学素子が一体化されていることが好ましく、少なくとも１つのレンズ等の光学素子が光軸方向に沿って変移可能に少なくとも構成されたものであれば、実際にその変移を行う変移装置といった駆動手段は、ビームエキスパンダーとしては含んでいなくてもよい。
【０１６０】
本明細書中において、球面収差の変動と前記軸上色収差とを補正する手段とは、球面収差の変動を補正する手段と軸上色収差を補正する手段とが単一の手段、たとえば一つの光学素子やその集合体（例えば、ビームエキスパンダー）により、２つの補正機能を両方有している構成であることを意味するものであり、例えば、特定のアッベ数の正レンズ及び負レンズで構成したビームエキスパンダーや、回折構造を有する面を備えたビームエキスパンダー等が挙げられる。また、本明細書中において、光ピックアップ装置に関する発明では、特段の規定がない限り、焦点距離としては、使用される光源のうち最も発振波長の短い光を出射する光源のその発振波長に対する焦点距離を指すものとする。
【０１６１】
本明細書中において、光源の発振波長の微小変動とは、光源の発振波長に対して、±１０ｎｍの範囲内での波長変動を指すものとする。また、本明細書中において、各種の収差を（良好に）補正するとは、波面収差を求めたときにいわゆる回折限界性能である０．０７λｒｍｓ以下（ここで、λは使用する光源の発振波長）であることが好ましく、さらに、装置上の機械精度等を考慮して０．０５λｒｍｓ以下であることがより好ましい。これらにより種々の光情報記録媒体に対して、それぞれ適切なスポットサイズを得ることができる。
【０１６２】
本明細書中において、光情報記録媒体（光ディスク）としては、例えば、CD-R、 CD-RW、 CD-Video、 CD-ROM等の各種ＣＤ、DVD-ROM、 DVD-RAM、 DVD-R、 DVD-RW、DVD-Video等の各種ＤＶＤ、或いはＭＤ等のディスク状の現在の光情報記録媒体および次世代の光情報記録媒体なども含まれる。尚、本明細書中において用いる透明基板とは、厚さが０ｍｍすなわち透明基板が存在しない場合も含む。
【０１６３】
本明細書中において、情報の記録および再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の光ピックアップ装置は、記録だけ或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、或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、或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及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も含むものである。
【０１６４】
本発明の光ピックアップ装置は、各種のプレーヤまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録および／または再生装置に搭載することができる。
【０１６５】
【発明の実施の形態】
本実施の形態において用いられる非球面は、次の［数１］で表される。但し、ｘは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂直方向の軸、光の進行方向を正とし、ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数である。
【数１】
本実施の形態で用いられる回折面は、光路差関数として［数２］により表される。
【数２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。図１において、第１の光情報記録媒体２３に対して記録および／または再生を行う第１光源１１と、第２の光情報記録媒体２４に対して記録および／または再生を行う第１光源１１とは波長の異なる第２光源１２とを備え、それぞれの光源から射出される発散光束の発散角を所望の発散角に変換するカップリングレンズ２１、２２と、上記それぞれの光源からの光束をほぼ同一の方向に進むようにする光路合成手段であるビームスプリッタ６２と、ビームスプリッタ６２からの光束を光情報記録媒体の情報記録面５に集光する対物レンズ３と、光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器４１、４２とを備えている。図中、８は絞り、９はシリンドリカルレンズ、７１、７２は１／４波長板、１５は光源１１からの発散光束の発散度を小さくするためのカップリングレンズ、１６は凹レンズ、１７は反射光束を分離するためのホログラムである。
【０１６８】
更に、本実施の形態においては、対物レンズ３の球面収差の変動を補正する手段及び発散度変更手段として、前記光源側から順に配置された負レンズ５と正レンズ４と、アクチュエータ７を備えている（以下、球面収差補正手段、及び発散度変更手段ともいう）。アクチュエータ７は、光学要素としての負レンズ５を光軸方向に移動させて光束の発散角度を変更する変移装置として機能する。また、本実施の形態に関連して、その具体的な一部の光学系を示す実施例１〜１４においては、この変移可能な負レンズ５と正レンズ４とから構成された、いわゆるビームエキスパンダーの一例のことを、球面収差補正手段と表現する場合がある。尚、６は、フォーカシングのため対物レンズ３を光軸方向に駆動するアクチュエータである。第１光源１１は波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光を射出し、第２光源１２は波長λ２＝６５５ｎｍのレーザ光を射出できるものとする。
【０１６９】
以下に述べる実施例において、実施例１、２、１１、１２は、対物レンズ３に回折面を設けて軸上色収差を補正しており、実施例３〜５は、負レンズ５と正レンズ４に特定の素材を用いて軸上色収差を補正しており、実施例６〜８、１３、１４は、負レンズ５と正レンズ４の少なくとも一方に回折面を設けて対物レンズ３の軸上色収差を補正しており、実施例９、１０は、負レンズ５と正レンズ４の特定の素材と、正レンズ４に設けた回折面の相乗効果で対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、実施例４、５、１２は、異なる光情報記録媒体に対し、同一の光学系を用いて情報の記録又は再生を行う例である。尚、以下の対物レンズの実施例では、吸水率０．０１％以下で、光源波長４００ｎｍの光束による透過率が９０．５％及び光源波長７００ｎｍの光束による透過率が９２％であるプラスチック材料を用いて形成した。また、以下の実施例において、図１に示した本実施の形態における第１光源１１のみを用いた実施例では、具体的な実施の形態の図面は省略したが、概して図１のピックアップ装置において、例えば、第２光源１２と、カップリングレンズ２２と、ビームスプリッタ６２と、光検出器４２と、１／４波長板７２と、ホログラム１７とを取り除いたような態様とすることができる。以下、各実施例について説明する。
【０１７０】
（実施例１）
表１に、実施例１における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。尚、これより示すレンズデータ内において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表している。また、回転対称な多項式によって表される回折面の回折による１次光は、回折後収束する方向に光線の角度が変化する光のことを意味する。
【表１】
図２は、実施例１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図３は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。本実施例においては、前記球面収差の変動を補正する手段の負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝２３．８、νｄＰ＝８１．６の材料を選び、更に、対物レンズ３の光源側の面に回折面を設けることで、対物レンズ３で発生する軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−８．１３（ｍｍ）、ｆＰ＝９．４８（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ＝７１．４８３（ｍｍ）である。
【０１７２】
本実施例では、光源の発振波長の微小変動（以下、単に、波長変動ともいう）あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正を、以下のように行うことができる。本実施例の場合は、波長が大きくなったとき、あるいは温度が上昇したときに対物レンズ３では、補正過剰の球面収差が発生する。かかる場合、発生した球面収差を、アクチュエータ７により負レンズ５を光軸に沿って動かすことで、負レンズ５と正レンズ４の間隔を小さくすれば、補正不足の球面収差を発生させることができる。適切な量だけ負レンズ５を動かせば、補正過剰の球面収差をキャンセルすることができ、球面収差の補正結果を示す表２から明らかなように、光学系全体の球面収差は良好となる。
【表２】
（実施例２）
表３に、実施例２における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表３】
図４は、実施例２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図５は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例２においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例２では、前記球面収差の変動を補正する手段の負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝３０．０、νｄＰ＝５６．５の材料を選び、更に、対物レンズ３の光源側の面に回折面を設けることで、対物レンズ３で発生する軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−４．７５（ｍｍ）、ｆＰ＝６．４７（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ＝７１．４８３（ｍｍ）である。
【０１７５】
本実施例での波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については、実施例１と同様なので、説明は省略する。球面収差の補正結果を示す表４から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３及び球面収差の変動を補正する手段として、負レンズ５及び正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表４】
（実施例３）
表５に、実施例３における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表５】
図６は、実施例３に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図７は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例３においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例３においては、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝２３．８、νｄＰ＝８１．６の材料を選ぶことで、軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−９．２７（ｍｍ）、ｆＰ＝１１．０８（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１７８】
本実施例での波長変動あるいは温度変化時の球面収差の補正は実施例１と同様なので、説明は省略する。球面収差の補正結果を示す表６から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表６】
（実施例４）
表７に、実施例４における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表７】
図８、９は、第４の実施例に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１０、１１は、異なる光情報記録媒体に対してそれぞれ、情報の記録又は再生を行う際における、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例４においては、同一光学系を用いて、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、透明基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせ、又は波長６５５ｎｍの第２光源１１と、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせにより情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置の例である。実施例４においては、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝３０．０、νｄＰ＝５６．５の材料を選ぶことで、軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−３．８２（ｍｍ）、ｆＰ＝６．８５（ｍｍ）であり、ｆ１＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ１＝５００００００．０２（ｍｍ）である。なお、発振波長λ２＝６５５ｎｍにおける対物レンズの焦点距離は、ｆ２＝１．８０４である。
【０１８１】
実施例４においては、異なる光情報記録媒体における透明基板厚の違いに起因して発生する球面収差の変動を、光源側から順に１枚の負レンズ５、１枚の正レンズ４から構成される発散角度変更手段（本発明の球面収差の変動を補正する手段、或いは球面収差の変動と軸上色収差とを補正する手段に相当する）の間隔を変えることで補正している。また、対物レンズ３の光源側の面に回折面を設けることで、上記球面収差をより良好に補正している。更に、光源の波長変動時や温湿度変化時の対物レンズの球面収差劣化も、発散度変更手段の間隔を変えることで良好に補正している。すなわち、表８から明らかなように、負レンズ５と正レンズ４の間隔を適切な間隔に変更することで、基板厚変更時、波長変動時及び温湿度変化時の対物レンズ３の球面収差劣化を、良好に補正している。また、対物レンズ３及び、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表８】
（実施例５）
表９に、実施例５における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表９】
図１２、１３は、実施例５に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１４、１５は、異なる光情報記録媒体に対してそれぞれ、情報の記録又は再生を行う際における、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例５においては、同一光学系を用いて、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、透明基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせ、又は波長６５５ｎｍの第２光源１１と、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせにより情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置の例である。実施例５においては、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝３０．０、νｄＰ＝５６．５の材料を選ぶことで、軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−６．５９（ｍｍ）、ｆＰ＝９．８５（ｍｍ）であり、ｆ１＝３．０１１（ｍｍ）、ｆＤ１＝８４９９６４．３３（ｍｍ）である。なお、発振波長λ２＝６５５ｎｍにおける対物レンズの焦点距離は、ｆ２＝３．０７６である。
【０１８４】
実施例４と同様に、表１０から明らかなように、負レンズ５と正レンズ４の間隔を適切な間隔に変更することで、透明基板厚変更時、波長変動時及び温湿度変化時の対物レンズの球面収差劣化を、良好に補正出来る。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１０】
尚、球面収差の変動を補正する手段としての負レンズ５に入射する光束は、上述した実施例のように平行光だけでなく、発散光あるいは収斂光であっても、本発明の光学系を同様に適用することができ。また、本実施例では図示していないが、光源と球面収差補正手段の間に、光源からの光束の発散度を変えるカップリングレンズを設けることができる。かかるカップリングレンズに回折面を付加して、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズで発生する軸上色収差を補正できる。
【０１８６】
本発明による光学系に用いるカップリングレンズは、上記の形態に限らず、同一出願人による特願２０００−０６０８４３号にあるようなものであれば、対物レンズ３で発生する軸上色収差をより良好に補正できる。
【０１８７】
また、上記カップリングレンズと球面収差の変動を補正する手段（負レンズ５、正レンズ４）の間に、光源からの光束の非点隔差を緩和し、球面収差補正手段にほぼ円形の光束を入射させることができるビーム整形素子を設ける場合、温湿度変化に起因するカップリングレンズの焦点移動により、カップリングレンズからの光束の発散度が変わって、上記ビーム整形素子により非点収差が発生してしまう。これを抑えるためには、同一出願人による特願２０００−０５３８５８号にあるようなカップリングレンズを用いることで、ビーム整形素子による非点収差の発生を抑えることができる。
【０１８８】
尚、実施例４、５において、光源波長６５５ｎｍ、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体に対する収差図は、ＮＡ０．６５まで図示している。しかし、この時、対物レンズ３には光源波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５で決まる絞りを全て通過する光束が入射している。結像に寄与しないＮＡ０．６５以上の光束は、対物レンズ３に設けた回折面の効果を利用してフレア成分とすることで、情報記録面上でスポット径がしぼられ過ぎず、光ピックアップ装置の受光素子での不要信号の検出を防止することが出来る。
【０１８９】
（実施例６）
表１１に、実施例６における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１１】
図１６は、実施例６に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１７は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例６においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例６においては、正レンズ４の光情報記録媒体側の面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−５．０３（ｍｍ）、ｆＰ＝６．８１（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１９１】
本実施例における光源波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表１２から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１２】
（実施例７）
表１３に、実施例７における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１３】
図１８は、実施例７に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図１９は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例７においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例７においては、正レンズ４の両面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−４．８９（ｍｍ）、ｆＰ＝５．８３（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１９４】
本実施例における光源波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表１４から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１４】
（実施例８）
表１５に、実施例８における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１５】
図２０は、実施例８に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２１は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例８においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例８においては、負レンズ５及び正レンズ４の両面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−５．５４（ｍｍ）、ｆＰ＝７．４２（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０１９７】
本実施例における光源長変動あるいは温度変化時の球面収差の補正については、実施例１と同様なので説明は省略する。表１６から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１６】
（実施例９）
表１７に、実施例９における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１７】
図２２は、実施例９に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２３は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例９においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例９においては、正レンズ４の光情報記録媒体側の面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。また、上記球面収差補正手段の負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれＮ＝３０．０、Ｐ＝５６．５の材料を選ぶことで、より良好に対物レンズの軸上色収差を補正している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−４．１５（ｍｍ）、ｆＰ＝５．９１（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２００】
本実施例における光源波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表１８から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化・可動機構への負担の軽減を図っている。
【表１８】
（実施例１０）
表１９に、実施例１０における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表１９】
図２４は、実施例１０に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２５は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１０においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１０においては、正レンズ４の両面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。このとき、対物レンズ３と、球面収差補正手段としての負レンズ５及び正レンズ４とを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることで、図２５に示されているように、第１光源１１の発振波長（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブとを交差させている。これにより、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差の劣化が非常に小さく、例えば、光源の発振波長が微小変動した際でも、最適書き込み位置の移動を小さく抑えることができる。さらに、球面収差補正手段としての可動要素である負レンズ５を両面非球面レンズとしたことで、負レンズ５の偏芯やトラッキングエラー時の波面収差の劣化を小さく抑えている。また、負レンズ５及び正レンズ４の材料として、それぞれνｄＮ＝２４．３、νｄＰ＝５６．５の材料を選ぶことで、対物レンズ３の軸上色収差を補正しており、正レンズ４に付加した回折構造の負担を軽減している。また、本実施例においては、ｆＮ＝−７．７８（ｍｍ）、ｆＰ＝９．９５（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２０３】
本実施例では、光束を規制する絞りを、対物レンズ３の光源側の面の頂点より光情報記録媒体側に配置しているので、発散光束が入射する場合に、対物レンズ３の最も光源側の面の光線通過高さを小さく抑えることができる。これは、対物レンズ３の小径化、あるいは収差補正上も好ましい。
【０２０４】
本実施例における光源の波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表２０から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。なお、可動機構は、本明細書中の実施例では、負レンズ５の変移装置及び対物レンズ３のフォーカシング機構である。
【表２０】
なお、本実施例においては、図２５には図示していないが、図１の実施の形態に示したように、実際の光ピックアップ装置では、光源と球面収差補正手段との間にコリメータ等のカップリングレンズが設けられている。その場合に、カップリングレンズで発生する軸上色収差も本実施例の構成によって補正することができ、色収差が良好な集光光学系を得ることができる。
【０２０６】
更にまた、光情報記録媒体の片面に第１情報記録層と第２情報記録層との２つの相変化膜を設け、それぞれに情報の記録を行うことで、光情報記録媒体の記録容量を略２倍に高めた、いわゆる２層記録方式の光情報記録媒体が知られているが、本実施例のものは、そのような２層記録方式の光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行うことにも適用することができ、各情報記録層の情報記録面まで厚さの違いによって発生する球面収差を補正することができる。たとえば、光情報記録媒体の表面側から順に第１情報記録層、第２情報記録層としたすると、図２６に示すように、球面収差補正手段としての負レンズ５と正レンズ４との間隔を小さくすることにより、第２情報記録層の情報記録面に対して情報の記録又は再生をすることができる。
【０２０７】
（実施例１１）
表２１に、実施例１１における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２１】
図２７は、実施例１１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図２８は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１１においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１１においては、対物レンズ３の光源側の面に回折面を付加し、長波長側でバックフォーカスが短くなるような回折レンズとすることで、対物レンズ３の軸上色収差を補正している。さらに、球面収差補正手段としての可動要素である負レンズ５を両面非球面レンズとしたことで、負レンズ５の偏芯やトラッキングエラー時の波面収差の劣化を小さく抑えている。また、本実施例においては、ｆＮ＝−８．３２（ｍｍ）、ｆＰ＝１２．３０（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ＝２８．４１７（ｍｍ）である。
【０２０９】
本実施例における光源の波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表２２から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。
【表２２】
（実施例１２）
表２３に、実施例１２における、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２３】
図２９、３０は、実施例１２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図３１、３２は、異なる光情報記録媒体に対してそれぞれ、情報の記録又は再生を行う際における、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１２においては、同一光学系を用いて、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、透明基板厚０．１ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせ、又は波長６５５ｎｍの第２光源１１と、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体との組み合わせにより情報の記録又は再生を行う光ピックアップ装置の例である。実施例１２においては、対物レンズ３の光源側の面に回折構造を設けることにより、透明基板厚の違いにより発生する球面収差および色の球面収差とを補正している。具体的には、球面収差補正手段としての負レンズ５が光軸方向に動かすことで、光情報記録媒体の透明基板厚に対応して対物レンズ３に入射される光束の発散角を変えることにより行う。また、本実施例においては、ｆＮ＝−６．３９（ｍｍ）、ｆＰ＝１０．５１（ｍｍ）であり、ｆ１＝１．７６５（ｍｍ）、ｆＤ１＝４５．４６（ｍｍ）である。なお、発振波長λ２＝６５５ｎｍにおける対物レンズの焦点距離は、ｆ２＝１．７９である。
【０２１２】
本実施例における光源の波長変動あるいは温度変化時の球面収差の変動の補正については実施例１と同様なので、説明は省略する。表２４から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時の球面収差は良好なものとなっている。また、対物レンズ３、負レンズ５、正レンズ４にプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。
【表２４】
尚、実施例４、５と同様に、光源波長６５５ｎｍ、透明基板厚０．６ｍｍの光情報記録媒体に対するＮＡ０．６５以上の光束は、対物レンズ３に設けた回折面の効果を利用してフレア成分とすることで、情報記録面上でスポット径がしぼられ過ぎず、光ピックアップ装置の受光素子での不要信号の検出を防止することが出来る。
【０２１４】
（実施例１３）
表２５に、実施例１３における、カップリングレンズ２１又はカップリングレンズ１５、２１に対応するコリメータ、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２５】
図３３は、実施例１３に係るコリメータ、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。図３４は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１３においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１３においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を光軸方向に沿って変移することで、対物レンズ３に入射する光束の発散角を変化させ、集光光学系（コリメータ及び対物レンズ３）の各光学面で発生する球面収差の変動を補正するようにした。また、本実施例においては、ｆＮ＝−１０．７１（ｍｍ）、ｆＰ＝１３．１８（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２１６】
また、正レンズ４の両面に回折面を付加し、球面収差補正手段自体では集光光学系の光学面で発生する軸上色収差とは逆の極性の軸上色収差を発生させることで、集光光学系の光学面で発生する軸上色収差を補正し、情報記録面上に焦点を結んだときの波面の軸上色収差を良好にした。本実施例の集光光学系において、その光学素子であるコリメータと対物レンズ３で発生する軸上色収差量をそれぞれΔｆＢ１、ΔｆＢ２として、その比を概略的に求めてみたところ、コリメータの焦点距離は１２ｍｍ、球面収差補正手段の倍率は１．２３倍、対物レンズの諸点距離は１．７６５ｍｍであるので、ΔｆＢ１／ΔｆＢ２＝１／３０となる。すなわち、球面収差補正手段で発生させる逆極性の軸上色収差の絶対値を対物レンズで発生する軸上色収差の絶対値とほぼ同じにすると、情報記録面上に焦点を結んだときの波面の軸上色収差を良好にできる。このとき、集光光学系と、球面収差補正手段としての負レンズ５及び正レンズ４とを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることで、図３４に示されているように、第１光源１１の発振波長（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブとを交差させている。これにより、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差の劣化が非常に小さく、例えば、光源の発振波長が微小変動した際でも、最適書き込み位置の移動を小さく抑えることができる。さらに、球面収差補正手段中の可動要素である負レンズ５を両面非球面レンズとしたことで、負レンズ５の偏芯やトラッキングエラー時の波面収差の劣化を小さく抑えている。
【０２１７】
表２６から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時等、様々な要因により集光光学系の各光学面で発生する球面収差の変動を補正でき、良好な球面収差となっている。また、集光光学系を構成するコリメータ及び対物レンズ３、および球面収差補正手段を構成する負レンズ５及び正レンズ４の全てをプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。
【表２６】
なお、本実施例においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を変移可能としたが、正レンズ４を変移可動としても良く、また、両レンズを変移可能としても、同様に集光光学系の球面収差の変動を補正することができる。また、本実施例においては、球面収差補正手段中の正レンズ４に設けた回折構造により集光光学系と球面収差補正手段の軸上色収差を補正するようにしたが、回折構造を他のレンズの面に設けてもよく、他に回折構造を設けた面を有する光学素子を別途付加してもよい。
【０２１９】
（実施例１４）
表２７に、実施例１４における、カップリングレンズ１５、負レンズ５、正レンズ４、対物レンズ３からなる光学系に関するデータを示す。
【表２７】
図３５は、実施例１４に係るカップリングレンズ１５、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。本実施例のカップリングレンズ１５は、第１光源１１からの強い発散光束を弱い発散光束とする機能を有している。図３６は、対物レンズ３にかかる球面収差図である。実施例１４においては、波長４０５ｎｍの第１光源１１と、対物レンズ３の像側開口数ＮＡ０．８５との組み合わせにより情報の記録又は再生を行うものとする。実施例１４においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を光軸方向に沿って変移することで、対物レンズ３に入射する光束の発散角を変化させ、集光光学系（カップリングレンズ１５及び対物レンズ３）の各光学面で発生する球面収差の変動を補正するようにした。また、本実施例においては、ｆＮ＝−１４．６７（ｍｍ）、ｆＰ＝１１．６６（ｍｍ）であり、ｆ＝１．７６５（ｍｍ）である。
【０２２１】
また、正レンズ４の両面に回折面を付加し、球面収差補正手段自体では集光光学系の光学面で発生する軸上色収差とは逆の極性の軸上色収差を発生させることで、集光光学系の光学面で発生する軸上色収差を補正し、情報記録面上に焦点を結んだときの波面の軸上色収差を良好にした。このとき、集光光学系と、球面収差補正手段としての負レンズ５及び正レンズ４とを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることで、図３６に示されているように、第１光源１１の発振波長（４０５ｎｍ）の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブとを交差させている。これにより、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差の劣化が非常に小さく、例えば、光源の発振波長が微小変動した際でも、最適書き込み位置の移動を小さく抑えることができる。
【０２２２】
表２８から明らかなように、波長変動時あるいは温度変化時等、様々な要因により集光光学系の各光学面で発生する球面収差の変動を補正でき、良好な球面収差となっている。また、集光光学系を構成するカップリングレンズ１５及び対物レンズ３、および球面収差補正手段を構成する負レンズ５及び正レンズ４の全てをプラスチック材料を用いることで、光学系の軽量化、可動機構への負担の軽減を図っている。また、短波長の光に対して透過率が高いプラスチック材料を用いているので、安価に大量生産でき、かつ光の利用効率の高い光学系を達成している。さらに、本実施例においては、球面収差補正手段への入射光を弱い発散光束としたので、カップリングレンズ１５のパワーおよび球面収差補正手段中の負レンズ５のパワーが小さくてすみ、それぞれのレンズの偏芯による波面収差の劣化を小さく抑えることができた。
【表２８】
なお、本実施例においては、球面収差補正手段中の負レンズ５を変移可能としたが、正レンズ４を変移可動としても良く、また、両レンズを変移可能としても、同様に集光光学系の球面収差の変動を補正することができる。また、本実施例においては、球面収差補正手段中の正レンズ４に設けた回折構造により集光光学系と球面収差補正手段の軸上色収差を補正するようにしたが、回折構造を他のレンズの面に設けてもよく、他に回折構造を設けた面を有する光学素子を別途付加してもよい。
【０２２４】
以上に例示した各実施例は、球面収差補正手段として、ビームエキスパンダーを用いたものであり、そのビームエキスパンダーとしては、変移可能な単玉負レンズと、単玉正レンズとから構成した例を示したが、勿論、それに限定されるものではなく、複数のレンズからなる２群又はそれ以上のレンズ群からなる構成であってもよく、本発明を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【０２２５】
図３７は、異なる実施の形態にかかる光学系を示す図である。カップリングレンズＣＬと、対物レンズＯＬとの間に、球面収差の変動を補正する素子ＳＥを挿入している。かかる光学系は、図１の負レンズ５，正レンズ４，対物レンズ３と置換されて用いられることが出来る。
【０２２６】
素子ＳＥは、４枚のガラス板ＳＥ４の間に、カップリングレンズＣＬ側からＸ方向液晶素子ＳＥ１、１／２波長板ＳＥ２、Ｙ方向液晶素子ＳＥ３をそれぞれ挟んでいる。両液晶素子ＳＥ１，ＳＥ２を電気的に駆動させることによって、球面収差の変動の補正が可能である。更に、カップリングレンズＣＬにおける対物レンズ側の面に、輪帯状の回折構造（不図示）を設けることで、対物レンズＯＬで発生する軸上色収差とは逆位相の色収差、すなわち短波町側ではオーバー、長波長側ではアンダーな軸上色収差を発生させることが出来る。その結果、軸上色収差がキャンセルされるので、球面収差の変動を補正する素子ＳＥと対物レンズＯＬとを透過して、光情報記録媒体（不図示）上に焦点を結んだときの波面は、軸受色収差が小さく抑えられた状態となる。
【０２２７】
図３８は、本実施の形態の変形例にかかる光学系を示す図である。図３８においては、対物レンズＯＬと、球面収差の変動を補正する素子ＳＥは、図３７に示す実施の形態と同一であるので説明を省略する。図３８においては、カップリングレンズＣＬが、負レンズＣＬ１と正レンズＣＬ２とを張り合わせた構成となっており、負レンズＣＬ１のアッベ数νｄＮと、正レンズＣＬ２のアッベ数νｄＰとは、νｄＮ＜νｄＰなる関係が成立している。
【０２２８】
このように負レンズＣＬ１と正レンズＣＬ２のアッベ数を調整することで、対物レンズＯＬで発生する軸上色収差とは逆位相の色収差、すなわち短波町側ではオーバー、長波長側ではアンダーな軸上色収差を発生させることが出来る。その結果、軸上色収差がキャンセルされるので、球面収差の変動を補正する素子ＳＥと対物レンズＯＬとを透過して、光情報記録媒体（不図示）上に焦点を結んだときの波面は、軸受色収差が小さく抑えられた状態となる。
【０２２９】
図３９は、本実施の形態の光ピックアップ装置に使用可能な対物レンズ３’を模式的に示した断面図（ａ）及び光源側から見た正面図（ｂ）である。〔一点鎖点は光軸を示している。〕
【０２３０】
この対物レンズ３’は、異なる光情報記録媒体の透明基板の厚さの違いによる球面収差変動の補正を行うことが出来るものである。図３６において、光源側の屈折面Ｓ１及び光ディスク側の屈折面Ｓ２は共に非球面形状を呈した正の屈折力を有する凸レンズである。また、対物レンズの光源側の屈折面Ｓ１は、光軸と同心状に４つの分割面ｂ１〜ｂ４から構成されている。分割面の境界は段差を設けて、それぞれの分割面を形成している。それに伴って、対物レンズの球面収差及び波面収差は上記境界部分に該当する箇所で段差を生じている。
【０２３１】
通常の対物レンズでは、異なる光情報記録媒体の透明基板厚さの違いによる球面収差発生は避けられない。しかしながら、本実施の形態に使用される対物レンズ３’では完全な球面収差補正は出来ないものの、次に説明するように、かかる収差をより緩和するように設計されている。
【０２３２】
まず、第１の光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、最良像面位置において波面収差の球面収差成分が０．０５λ1ｒｍｓ以内になるように屈折面Ｓ１及び屈折面Ｓ２を設計する。これにより設計された屈折面Ｓ１を第１分割面ｂ１及び第４分割面ｂ４に適用する。そして透明基板厚さｔ３（ｔ１≦ｔ３≦ｔ２）で最良像面位置において波面収差の球面収差成分が０．０５λ2ｒｍｓ以内になるように、前記屈折面Ｓ２を変数とせずに新たな屈折面Ｓ１’を設計する。
【０２３３】
この屈折面Ｓ１’を第２分割面ｂ２及び第３分割面ｂ３とするのであるが、透明基板厚さｔ３で最適化しているので、第１の光ディスク１０使用時において、第１分割面ｂ１と第４分割面ｂ４のつくる最良像面位置とは異なる位置に最良像面位置を見かけ上形成する。しかしながら、その波面収差は、分割面内での波面収差の傾きを変化させ、例えば第１の光情報記録媒体（例えばＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスク）では右肩下がりの波面収差となり、第２の光情報記録媒体（例えばＤＶＤ）では逆に若干の右肩上がりとなる。このような分割面を２つ以上屈折面Ｓ１に一部設ける事で、異なる光情報記録媒体における波面収差両立が容易となる。
【０２３４】
これらの各分割面の境界位置や分割面の軸上厚を適宜設計することで、ＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスクではビームスポット最小錯乱円位置及びＤＶＤでは前ピン位置それぞれにおいて波面収差補正が可能となる。すなわち、ＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスクでは対物レンズによりビームスポット最小錯乱円位置に集光して第１〜４光束ＬＢ１〜ＬＢ４内の光線は、前記最小錯乱円位置においてほぼ波長λ1の整数倍、すなわち ｍiλ1（ ｍiは整数でｉ＝１、２、…、ｋ）の波面収差を有する。
【０２３５】
また、ＤＶＤでは必要開口数ＮＡ２がＮＡ１よりも小さいため、第１〜４光束ＬＢ１〜ＬＢ４をすべて有効活用しなくてもよく、本実施の形態の光ピックアップ装置では、第１〜３光束ＬＢ１〜ＬＢ３内の光線が、前記前ピン位置においてほぼ波長λ2の整数倍niλ1（niは整数でｉ＝１、２、…、ｋ）の波面収差を有する。第４光束ＬＢ４はＤＶＤの場合不要光であり、光ディスクの記録面上ではメインのスポット光から間隔をおいた場所にフレアーとして照射する。このフレアーはメインスポット光に対して十分に小さいので、絞り８をＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代光ディスクの必要開口数相当にしておくだけで、絞り８の開口数を変える手段を必要とせすにＤＶＤ再生が可能となる。勿論、ＤＶＤ使用時に第４光束ＬＢ４を遮蔽する機能を持つ絞り８を用いてもよい。
【０２３６】
従って本実施例の光ピックアップ装置は、４つの分割面ｂ１〜ｂ４を設けてはいるが、従来技術の対物レンズと異なり、各ディスクにおいて焦点位置を複数持たないので、スポット光量損失を少なくできる。そして、各光ディスク使用時において必要開口数内の光線の波面収差をほぼ波長整数倍としており、必要開口数内を通った光束が互いに干渉して強め合うためスポット光の中心強度を高め、結果として光ディスクから充分な反射光量が得られ、互換性のある光ピックアップ装置として安定した動作が可能となる。
【０２３７】
なお、本実施例においては、対物レンズに４つの分割面を設けたが、基本的には３つの分割面となるような、入射光束を実質的に３つの光束に分割する３つの部分を有する面をもつ対物レンズを本発明の対物レンズに用いることもできる。たとえば、少なくとも１面に、光軸側からその外周に向かって順に、屈折作用により光源から出射された光束を複数の光束に分割する、少なくとも第１の部分、第２の部分及び第３の部分を有し、 その第１の部分及び第３の部分は、透明基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録または再生を行うことができるように、光源からの光束をその情報記録面上に集光可能であり、また、その第１の部分及び第２の部分は、透明基板厚ｔ２（ｔ１＜ｔ２）の第２の光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録または再生を行うことができるように、光源からの光束を情報記録面上に集光可能であるように構成された、良く知られた対物レンズである。
【０２３８】
以上述べた本実施の形態によれば、半導体レーザのモードホップに起因する球面収差の変動を効果的に補正できる光ピックアップ装置及び光学系、温度・湿度変化等に起因する対物レンズの球面収差の変動を効果的に補正できる光ピックアップ装置及び光学系、短波長レーザと高ＮＡ対物レンズとを備え、異なる光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置を提供することが出来る。なお、本発明は勿論、以上の実施の形態や種々の実施例に限定されるものではない。
【０２３９】
【発明の効果】
本発明によれば、光ピックアップ装置において、球面収差の変動を効果的に補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】実施例１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３】実施例１の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図４】実施例２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図５】実施例２の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図６】実施例３に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図７】実施例３の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図８】実施例４に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図９】実施例４に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１０】実施例４の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１１】実施例４の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１２】実施例５に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１３】実施例５に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１４】実施例５の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１５】実施例５の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１６】実施例６に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１７】実施例６の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図１８】実施例７に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図１９】実施例７の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２０】実施例８に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２１】実施例８の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２２】実施例９に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２３】実施例９の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２４】実施例１０に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２５】実施例１０の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２６】実施例１０に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２７】実施例１１に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図２８】実施例１１の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図２９】実施例１２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３０】実施例１２に係る負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３１】実施例１２の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３２】実施例１２の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３３】実施例１３に係るコリメータと、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３４】実施例１３の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３５】実施例１４に係るコリメータと、負レンズ５と、正レンズ４と、対物レンズ３の光学系構成図である。
【図３６】実施例１４の光学系に係る対物レンズ３にかかる球面収差図である。
【図３７】異なる実施の形態にかかる光学系を示す図である。
【図３８】本実施の形態の変形例にかかる光学系を示す図である。
【図３９】本実施の形態の光ピックアップ装置に使用可能な対物レンズ３’を模式的に示した断面図（ａ）及び光源側から見た正面図（ｂ）である。
【符号の説明】
３ 対物レンズ４ 正レンズ５ 負レンズ６ 対物レンズのアクチュエータ７
負レンズのアクチュエータ８ 絞り９ シリンドリカルレンズ１１ 第１光源１２ 第２光源１５ カップリングレンズ１６ 凹レンズ１７ ホログラム２１
カップリングレンズ４１、４２ 光検出器６２ ビームスプリッタ７１、７２ １／４波長板
Claims (22)
- 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透明基板を介して情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系と、前記光情報記録媒体からの反射光を受光するための光検出器とを有する光ピックアップ装置であって、
前記光源は、少なくとも５００ｎｍ以下の波長に発振波長を持ち、
前記対物レンズは、少なくとも１面に非球面を有する単玉対物レンズであり、
前記対物レンズの像側開口数ＮＡは、０．７５以上であり、
前記光ピックアップ装置は、光情報記録媒体の表面側から順に透明基板と情報記録層とが複数積層された光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能となっており、
それぞれの情報記録層にそれぞれ集光させる際にその情報記録層に応じて、前記対物レンズに入射する光束の発散度を変える発散度変更手段が、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、
前記対物レンズが、以下の式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
１．１≦ｄ１／ｆ≦３．０
ただし、
ｄ１：軸上レンズ厚（ｍｍ）
ｆ：前記光源の発振波長における焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記光源に発振波長が異なる複数の光源を有する場合には、最も波長が短い発振波長における焦点距離、また前記対物レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離） - 前記発散度変更手段は、球面収差の変動を補正する手段であり、
前記球面収差の変動を補正する手段は、０．２λｒｍｓまでの球面収差を０．０７λｒｍｓ以下に補正可能であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。 - 前記球面収差の変動を補正する手段は、０．５λｒｍｓまでの球面収差を０．０７λｒｍｓ以下に補正可能であることを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段は、前記光源の発振波長の微小変動に起因して前記対物レンズで発生する球面収差の変動を補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記対物レンズはプラスチックレンズであり、
前記発散度変更手段は、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、温度変化に起因して前記集光光学系で発生する球面収差の変動を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。 - 前記発散度変更手段は、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられ、湿度変化に起因して前記集光光学系で発生する球面収差の変動を補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段が、次式を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
νｄＰ＞νｄＮ
ただし、
νｄＰ：前記正レンズを含む全正レンズのｄ線のアッベ数の平均
νｄＮ：前記負レンズを含む全負レンズのｄ線のアッベ数の平均 - 前記νｄＰと前記νｄＮが次式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
νｄＰ＞５５
νｄＮ＜３５ - 次式が成立することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
Δｄ・│ｆＰ／ｆＮ│／Δνｄ≦０．０５
ただし、
Δｄ：情報の記録又は再生が可能な任意の１つの光情報記録媒体の１つの情報記録面に対して情報の記録又は再生を行う際の前記可動要素の移動量（ｍｍ）
ｆＰ：前記正レンズの焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記正レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
ｆＮ：前記負レンズの焦点距離（ｍｍ）（ただし、前記負レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
Δνｄ：前記正レンズのアッベ数の最大値と前記負レンズのアッベ数の最小値との差 - 前記光ピックアップ装置は、少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能となっており、
前記発散度変更手段は、透明基板厚が互いに異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して、それぞれの透明基板厚に応じて、前記対物レンズに入射する光束の発散度を変えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の光ピックアップ装置。 - 前記２種類の光情報記録媒体の透明基板厚をそれぞれａ、ｂ（ａ＜ｂ）としたとき、前記透明基板厚ａの光情報記録媒体の情報記録面に対して情報を記録又は再生する際には、 前記透明基板厚ｂの光情報記録媒体の情報記録面に対して情報を記録又は再生する際よりも前記負レンズと前記正レンズの間隔を増加させることを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっており、次式を満たすことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光ピックアップ装置。
｜ｆＰ／ｆＮ｜≧１．３
ただし、
ｆＰ：前記正レンズの焦点距離（ただし、前記正レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離）
ｆＮ：前記負レンズの焦点距離（ただし、前記負レンズに回折面を備えている場合には、屈折パワーと回折パワーとを合わせた全体の焦点距離） - 前記正レンズ及び前記負レンズの少なくとも一方は、プラスチック材料から形成されていることを特徴とする請求項７乃至１３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段は、前記１枚の正レンズと前記１枚の負レンズとから構成されたことを特徴とする請求項７乃至１４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段は、前記光源側に前記１枚の負レンズを有し、前記対物レンズ側に前記１枚の正レンズを有することを特徴とする請求項７乃至１５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記負レンズが、光軸方向に変移可能な可動要素であることを特徴とする請求項７乃至１６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記対物レンズと、前記負レンズと、前記正レンズとを合わせた合成系の軸上色収差を補正過剰とすることを特徴とする請求項７乃至１７のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段は、少なくとも１枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズとを含み、少なくともその一方は光軸方向に変移可能な可動要素となっており、
前記光源の発振波長における近軸パワーをＰ１とし、前記発振波長より１０ｎｍ短い波長における近軸パワーをＰ２とし、前記発振波長より１０ｎｍ長い波長における近軸パワーをＰ３としたとき、次式を満足することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ３ - 前記対物レンズの球面収差のうち、３次の球面収差成分をＳＡ１、５次及び７次及び９次の球面収差成分の和をＳＡ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
｜ＳＡ１／ＳＡ２｜＞１．０
ただし、
ＳＡ１：収差関数をツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）の多項式に展開したときの３次の球面収差成分
ＳＡ２：収差関数をツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）の多項式に展開したときの５次の球面収差成分と７次の球面収差成分と９次の球面収差成分との２乗和の平方根 - 前記対物レンズの開口数を決定する絞りが、前記対物レンズのもっとも光源側の面の面頂点より前記光情報記録媒体が配置される側に位置することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記発散度変更手段は、ビームエキスパンダーであることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
Priority Applications (16)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000330009A JP4660915B2 (ja) | 2000-05-12 | 2000-10-30 | 光ピックアップ装置 |
| EP08010162A EP1968053A3 (en) | 2000-05-12 | 2001-05-02 | Optical pick-up apparatus |
| EP08010163A EP1968054A3 (en) | 2000-05-12 | 2001-05-02 | Optical pick-up apparatus |
| AT01304014T ATE557389T1 (de) | 2000-05-12 | 2001-05-02 | Optische abtastvorrichtung |
| EP01304014A EP1154417B1 (en) | 2000-05-12 | 2001-05-02 | Optical pick-up apparatus |
| US09/846,238 US6898168B2 (en) | 2000-05-12 | 2001-05-02 | Optical pick-up apparatus |
| EP10005459A EP2264707A3 (en) | 2000-05-12 | 2001-05-02 | Optical pick-up apparatus |
| PCT/JP2001/003872 WO2001086644A2 (en) | 2000-05-12 | 2001-05-09 | Optical pick-up apparatus |
| CN200710199464XA CN101196614B (zh) | 2000-05-12 | 2001-05-11 | 球面像差偏差矫正元件和球面像差偏差矫正单元 |
| KR1020010025752A KR100788094B1 (ko) | 2000-05-12 | 2001-05-11 | 광 픽업 장치 |
| CNB011212470A CN1295694C (zh) | 2000-05-12 | 2001-05-11 | 光学拾取装置以及记录和/或再现装置 |
| US11/120,374 US7440381B2 (en) | 2000-05-12 | 2005-05-02 | Optical pick-up apparatus |
| US11/695,961 US20070177481A1 (en) | 2000-05-12 | 2007-04-03 | Optical Pick-up Apparatus |
| US11/775,007 US7903528B2 (en) | 2000-05-12 | 2007-07-09 | Optical pick-up apparatus |
| KR1020070095781A KR100922647B1 (ko) | 2000-05-12 | 2007-09-20 | 광 픽업 장치 |
| KR1020080098028A KR101002543B1 (ko) | 2000-05-12 | 2008-10-07 | 광 픽업 장치 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000139836 | 2000-05-12 | ||
| JP2000-139836 | 2000-05-12 | ||
| JP2000189466 | 2000-06-23 | ||
| JP2000-189466 | 2000-06-23 | ||
| JP2000330009A JP4660915B2 (ja) | 2000-05-12 | 2000-10-30 | 光ピックアップ装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010251635A Division JP2011034673A (ja) | 2000-05-12 | 2010-11-10 | 光ピックアップ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002082280A JP2002082280A (ja) | 2002-03-22 |
| JP4660915B2 true JP4660915B2 (ja) | 2011-03-30 |
Family
ID=27343356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000330009A Expired - Lifetime JP4660915B2 (ja) | 2000-05-12 | 2000-10-30 | 光ピックアップ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4660915B2 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100765736B1 (ko) * | 2000-09-21 | 2007-10-15 | 삼성전자주식회사 | 색수차 보정렌즈를 구비한 광픽업장치 |
| JP3634736B2 (ja) | 2000-10-12 | 2005-03-30 | ペンタックス株式会社 | 光ヘッド用対物レンズおよび光ヘッドの光学系 |
| US6788473B2 (en) | 2000-12-07 | 2004-09-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Objective lens device for correcting chromatic aberration and optical pickup employing the same |
| JP2003287675A (ja) | 2002-01-22 | 2003-10-10 | Konica Corp | 集光光学系、光ピックアップ装置、記録・再生装置、収差補正素子及び対物レンズ |
| JP2004327003A (ja) | 2002-07-26 | 2004-11-18 | Sharp Corp | 光ピックアップ |
| JP2007316655A (ja) * | 2002-08-28 | 2007-12-06 | Konica Minolta Holdings Inc | 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 |
| JP2004252135A (ja) | 2002-08-28 | 2004-09-09 | Konica Minolta Holdings Inc | 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 |
| JP2004164825A (ja) * | 2002-10-25 | 2004-06-10 | Konica Minolta Holdings Inc | 光ピックアップ装置 |
| JP2004185797A (ja) * | 2002-11-21 | 2004-07-02 | Konica Minolta Holdings Inc | 光ピックアップ装置用光学系、光ピックアップ装置及び対物レンズ |
| JP2004199768A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | Konica Minolta Holdings Inc | 光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 |
| US7408866B2 (en) * | 2003-02-14 | 2008-08-05 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Objective lens for optical pickup apparatus, optical pickup apparatus and optical information recording reproducing apparatus |
| JP2004319062A (ja) * | 2003-03-31 | 2004-11-11 | Konica Minolta Holdings Inc | 光ピックアップ装置 |
| US7193954B2 (en) * | 2003-03-31 | 2007-03-20 | Konica Minolta Holding, Inc. | Optical pickup device and objective lens for the optical pickup device |
| KR20070015362A (ko) * | 2003-10-15 | 2007-02-02 | 아리마 디바이시즈 코퍼레이션 | 온도 보상을 갖는 판독 및 기록 광학 장치 |
| JPWO2005048250A1 (ja) * | 2003-11-14 | 2007-05-31 | コニカミノルタオプト株式会社 | 光ピックアップ装置及びそれに用いられる光学素子 |
| US7848208B2 (en) | 2006-10-05 | 2010-12-07 | Panasonic Corporation | Optical head device, aberration correction method and optical information processing apparatus |
| US7542637B2 (en) | 2006-12-25 | 2009-06-02 | Konica Minolta Opto, Inc. | Coupling optical system, optical element and optical pickup apparatus |
| JP5163132B2 (ja) * | 2007-02-16 | 2013-03-13 | ソニー株式会社 | 光ピックアップ装置、光ディスク装置、対物レンズの設計方法、光ピックアップ装置の設計方法、及び、光ディスク装置の設計方法 |
| CN102187392A (zh) | 2008-10-17 | 2011-09-14 | 柯尼卡美能达精密光学株式会社 | 物镜及光拾取装置 |
| CN115755332A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-03-07 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种适用于机载激光通信设备的光线扩束系统 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05241069A (ja) * | 1992-02-28 | 1993-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 対物レンズとそれを用いた光ヘッド |
| JPH09185836A (ja) * | 1995-11-02 | 1997-07-15 | Konica Corp | 光情報記録媒体の記録再生用光学系 |
| JPH09306024A (ja) * | 1996-05-20 | 1997-11-28 | Konica Corp | 光情報記録媒体の記録および／または再生用光学系 |
| JP3385213B2 (ja) * | 1998-05-29 | 2003-03-10 | ペンタックス株式会社 | 光ヘッド用対物レンズ |
| JP2000131603A (ja) * | 1998-10-22 | 2000-05-12 | Sony Corp | 光学ヘッド及び記録再生装置 |
| KR100765736B1 (ko) * | 2000-09-21 | 2007-10-15 | 삼성전자주식회사 | 색수차 보정렌즈를 구비한 광픽업장치 |
| US6590717B2 (en) * | 2000-09-26 | 2003-07-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical system for optical disk, optical head unit for optical disk, and optical drive device |
-
2000
- 2000-10-30 JP JP2000330009A patent/JP4660915B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002082280A (ja) | 2002-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100788094B1 (ko) | 광 픽업 장치 | |
| JP4660915B2 (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP5322040B2 (ja) | 対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録・再生装置 | |
| JP4131366B2 (ja) | 対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録・再生装置 | |
| KR20040091553A (ko) | 광 픽업 장치, 광 정보 기록 재생 장치, 익스팬더 렌즈,커플링 렌즈 및 색수차 보정용 광학 소자 | |
| JP2011014236A (ja) | 光ピックアップ装置用の対物光学系、光ピックアップ装置、光情報記録媒体のドライブ装置、集光レンズ、及び光路合成素子 | |
| JP2004005943A (ja) | 記録再生用光学系、対物レンズ、収差補正用光学素子、光ピックアップ装置、及び記録再生装置 | |
| CN102246233B (zh) | 物镜光学元件及光拾取装置 | |
| KR20040073977A (ko) | 광 픽업 장치용 대물 렌즈, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록재생 장치 | |
| JP2004145907A (ja) | 光ピックアップ装置、集光光学素子及び補正素子 | |
| JP2005353261A (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP2001194581A (ja) | 対物レンズ及び光ピックアップ装置 | |
| JP2000056216A (ja) | 光ピックアップ用光学系および光ピックアップ装置 | |
| JP2011034673A (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JPWO2006121025A1 (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP4775610B2 (ja) | 対物レンズ及び光ピックアップ装置 | |
| JP4329031B2 (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP4958022B2 (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| US20040184386A1 (en) | Optical pickup apparatus | |
| JP5013237B2 (ja) | カップリングレンズ、光ピックアップ装置、記録装置及び再生装置 | |
| JP4437829B2 (ja) | 対物レンズ、光ピックアップ装置、及び記録・再生装置 | |
| JP4482830B2 (ja) | 光ピックアップ装置、対物レンズ、回折光学素子、光学素子及び記録・再生装置 | |
| JP2006260746A (ja) | 光ピックアップ光学系、光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及びリレーレンズ群 | |
| JP2005293770A (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP2005276418A (ja) | 対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071004 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100914 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101111 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101207 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101220 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4660915 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140114 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |