(57)【要約】  プラスチック製の対物レンズを有しながらも温度特性を良好に維持しつつ、短波長の光束を用いて光ディスクに高密度に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供するために、（４）式を満たすように波長特性を若干犠牲にして、（３）式を満たすように温度特性を良好として、温度変化が生じても球面収差の発生を抑えることができる対物レンズを創成したのである。このような良好な温度特性は、３以上３０以下の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、対物レンズの光学面に備えることで得ることができる。
2008136254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４５０ｎｍ以下の波長の光束を出射する光源と、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であって、
前記対物レンズはプラスチック製の単レンズであって、３以上３０以下の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つの光学面上に有し、
前記輪帯構造は、段差の向きが有効径内で少なくとも一度入れ替わる折り返し構造となっており、
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）、前記対物レンズの３次球面収差の温度変化率（δＳＡ３／δＴ）をδＳＡＴ（λｒｍｓ／℃）、前記対物レンズの３次球面収差の波長変化率（δＳＡ３／δλ）をδＳＡλ（λｒｍｓ／ｎｍ）、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用の対物レンズ。
ＮＡ≧０．８                                                      （１）
２．２≧ｆ（ｍｍ）≧０．９                                        （２）
０≦δＳＡＴ／ｆ（λｒｍｓ／℃・ｍｍ）≦０．００１５              （３）
−０．０１５≦δＳＡλ／ｆ（λｒｍｓ／ｎｍ・ｍｍ）≦−０．００３  （４）
但し、δＳＡＴを測定もしくは計算する際の前記対物レンズへの入射光束の波長の温度変化率を＋０．０５ｎｍ／℃とし、δＳＡＴ及びδＳＡλにおける３次球面収差の符号は、補正過剰方向に変化する場合を「＋」、補正不足方向に変化する場合を「−」とする。
【請求項２】
前記輪帯構造が形成された光学面上で、有効径の６０％の高さから８０％の高さの領域に形成されたいずれかの輪帯において、段差の向きが入れ替わることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項３】
前記対物レンズの設計基準波長λ０（ｎｍ）の光束を入射させた場合に、前記段差により発生する光路差を以下の式で表現したとき、段差の向きが入れ替わる輪帯よりも光軸直交方向外側に形成された段差において、ｍの絶対値が２以上の自然数であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
ｍ＝ＩＮＴ（Ｘ）  
ただし、Ｘ＝Δ・（Ｎ０−１）／（λ０・１０−３）であり、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数であり、Δ（μｍ）は段差の深さであり、Ｎ０は前記設計基準波長λ０（ｎｍ）における前記対物レンズの屈折率である。尚、Δは、光軸に近い側に隣接する輪帯に対して、光軸から遠い側に隣接する輪帯が光情報記録媒体に近づく方向に変位している場合を「＋」、光軸に近い側に隣接する輪帯に対して、光軸から遠い側に隣接する輪帯が光情報記録媒体に遠ざかる方向に変位している場合を「−」とする。
【請求項４】
前記輪帯構造において、各輪帯の非球面形状を同一形式の関数で表現した際の非球面係数が、前記輪帯のうち少なくとも２つの輪帯において互いに異なることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項５】
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項の何れか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
４０  ≦  （ｍ・Ｍ）／（ｆ・ＮＡ４）  ≦  ８０
ただし、ｍは、前記対物レンズの有効径内の前記輪帯構造によって発生する回折光の回折次数の絶対値の平均値を表し、Ｍは、前記対物レンズの有効径内に形成された前記輪帯構造の輪帯の総数を表す。
【請求項６】
前記輪帯の総数は、５以上２０以下であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項の何れか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項７】
以下の条件式を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項の何れか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
１．０  ≦  ｄ／ｆ  ≦  １．７
ただし、ｄ（ｍｍ）は、前記対物レンズの光軸上の厚さを表す。
【請求項８】
前記光情報記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行う際のワーキングディスタンスが０．２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第７項の何れか１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至第８項の何れか１項に記載の対物レンズを搭載したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
光源から出射された光束の波長変化に起因して前記対物レンズで発生する球面収差を補正する機構を有することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短波長の光束を用いて光ディスクに高密度に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録及び／又は再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢ程度の情報の記録が可能である。【０００３】
ＢＤに対して情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置において、対物レンズをガラスから成形する場合と、プラスチックから成形する場合とがある。ガラス製の対物レンズは、一般的に安定した光学特性を発揮できるが大量生産に不向きでコストが高くなる傾向がある。これに対し、プラスチック製の対物レンズは、一般的に射出成形により大量生産が可能でありコストを低減できるというメリットがあるが、その一つの問題点として温度特性が比較的悪いということがある。温度特性とは、環境温度の変化に対する、対物レンズを通過する光束に発生する収差量の度合いをいう。かかる温度特性は、光学面に回折構造のような輪帯構造を付加することで改善できるが、その代わり波長特性が悪くなることが多い。波長特性とは、光源から出射される光束の波長変化に対する、対物レンズを通過する光束に発生する収差量度合いをいう。【０００４】
これに対して、特許文献１には、焦点距離を小さくすることで輪帯構造による温度特性の補正量を小さくし、温度特性と波長特性の両方を良好としたＮＡ０．８５のプラスチック製の対物レンズが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２５２１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された対物レンズは、バックフォーカスが小さいため、光ディスクとの干渉が生じやすく、使用する光ピックアップ装置が限られるという課題がある。【０００６】
一方、上記特許文献１に比較例として開示されているプラスチック製の対物レンズは作動距離は十分に確保されているが、輪帯構造として、ブレーズ型の回折構造を利用しているため、輪帯数が多く、また輪帯幅が小さいので金型加工時の形状誤差や成形時の転写不良により対物レンズの光利用効率が低下するという課題がある。【０００７】
温度変化に起因して生じる球面収差は、光ピックアップ装置の動作中に環境温度の変化に応じて大きくなる。従って、温度特性が悪い対物レンズを使用する光ピックアップ装置では、その動作中に、対物レンズ周りの温度や、温度変化に応じて増大する球面収差をモニターしつつ、モニター結果を球面収差の補正機構へフィードバックするアクティブ補正機構を設けることも考えられるが、かかるアクティブ補正機構は大がかりなものであり、これを実機に搭載することは現状では困難である。【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、プラスチック製の対物レンズでありながら、温度特性が良好であり、光利用効率が高く、かつ、バックフォーカスが十分に確保され、短波長の光束を用いて光ディスクに高密度に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求の範囲第１項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、４５０ｎｍ以下の波長の光束を出射する光源と、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であって、
前記対物レンズはプラスチック製の単レンズであって、３以上３０以下の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つの光学面上に有し、
前記輪帯構造は、段差の向きが有効径内で少なくとも一度入れ替わる折り返し構造となっており、
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）、前記対物レンズの３次球面収差の温度変化率（δＳＡ３／δＴ）をδＳＡＴ（λｒｍｓ／℃）、前記対物レンズの３次球面収差の波長変化率（δＳＡ３／δλ）をδＳＡλ（λｒｍｓ／ｎｍ）、としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ＮＡ≧０．８                                                      （１）
２．２≧ｆ（ｍｍ）≧０．９                                        （２）
０≦δＳＡＴ／ｆ（λｒｍｓ／℃・ｍｍ）≦０．００１５              （３）
−０．０１５≦δＳＡλ／ｆ（λｒｍｓ／ｎｍ・ｍｍ）≦−０．００３  （４）
但し、δＳＡＴを測定もしくは計算する際の前記対物レンズへの入射光束の波長の温度変化率を＋０．０５ｎｍ／℃とし、δＳＡＴ及びδＳＡλにおける３次球面収差の符号は、補正過剰方向に変化する場合を「＋」、補正不足方向に変化する場合を「−」とする。【００１０】
光ピックアップ装置が種々の環境下で使用されることを考慮すると、その環境温度を一定に維持することは困難であるといえる。従って、温度特性の悪いレンズを使用した場合、上述したアクティブ補正機構のように環境温度変化に起因して発生する球面収差の制御が必要になり、光ピックアップ装置の構成が複雑化しコスト高を招く恐れがある。これに対し、光源から出射される光束の基準波長に対するズレは、光源として用いる半導体レーザ等の個体差が主原因である。従って、光ピックアップ装置において波長特性の悪い対物レンズを使用する場合、同じ光ピックアップ装置に組み付けられる光源の基準波長に対するズレに応じて球面収差の補正量を決めておけば、光ピックアップ装置の組立時や、光ピックアップ装置の動作初期時に、決められた補正量に応じて球面収差を補正する機構により球面収差を補正することができ、これは光ピックアップ装置の動作中を通じて維持されることとなる。【００１１】
本発明者は、かかる光ピックアップ装置固有の条件に着目し、それに好適な新規な対物レンズを開発した。より具体的には、（４）式を満たすように波長特性を若干犠牲にし、（３）式を満たすように温度特性を良好として、温度変化が生じても球面収差の発生を抑えることができる対物レンズを創成したのである。このような良好な温度特性は、３以上３０以下の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、対物レンズの光学面に備えることで得ることができる。【００１２】
特に、バックフォーカスを十分に確保すべく、（２）式に示すように焦点距離ｆが比較的長い高ＮＡのプラスチック製の対物レンズにおいては、温度変化に起因した球面収差の劣化の度合いが顕著になる傾向があり、このように悪い温度特性をブレーズ型の回折構造で良好しようとすると、輪帯数が多くなり、輪帯幅が小さいので金型加工時の形状誤差や成形時の転写不良により対物レンズの光利用効率が低下する恐れがある。これに対し、本発明のように、段差の向きが有効径内で少なくとも一度入れ替わる折り返し構造となっている輪帯構造を用いれば、同量の温度特性を補正した場合に、ブレーズ型の回折構造に比して、輪帯数を減らすことができるので、対物レンズの光利用効率を高めることが可能となる。尚、本明細書でいう折り返し構造とは、例えば図１に示すような構造であり、この例では、輪帯ＳＴ０を挟んで光軸側と光軸から遠い側とで段差の向きが入れ替わっている。別の表現をすれば、光軸直交方向の所定の高さまでは、深さが深くなるように段差が設けられており、所定の高さを越えた後は、深さが浅くなる様に段差が設けられている、ともいえる。図１（Ｂ）において、輪帯の段差Δは、光軸に近い側に隣接する輪帯に対して、光軸から遠い側に隣接する輪帯が光情報記録媒体に近づく方向に変位している場合を「＋」、光軸に近い側に隣接する輪帯に対して、光軸から遠い側に隣接する輪帯が光情報記録媒体に遠ざかる方向に変位している場合を「−」とする。具体的には、ｈ１、ｈ２の段差が＋であり、ｈ３、ｈ４の段差が−である。【００１３】
本願発明者は、焦点距離が短い場合と長い場合とでは、良好な記録及び／又は再生を行うための必要条件が異なることを見出したのである。即ち、波面収差を犠牲にして、温度特性を重視することで、焦点距離を長くした場合においても、良好な記録及び／又は再生が行えることを見出したのである。【００１４】
尚、本明細書でいうブレーズ型の回折構造とは、図２に示すような構造である。図２において、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製の単レンズであり、一方の光学面２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２（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を持ち、折り返し構造を有していない。この輪帯構造の任意の輪帯に入射したレーザ光束は、その輪帯の光軸に垂直な方向の幅によって決定される方向に回折する。【００１５】
また、折り返し構造による温度特性の補正の原理を図３に示す。図３は、非球面である２つの光学面を有するプラスチック製の単レンズの、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合の波面の様子を表す図であり、図３の横軸が光学面の有効半径を表し、縦軸が光路差を表す。プラスチック製の単レンズは、温度上昇に伴う屈折率変化の影響で球面収差が発生し、図３の線図Ａｇのように波面が変化する。また、図３の線図Ｂｇは、折り返し構造を有する輪帯構造により透過波面に付加される光路差を示し、図３の線図Ｃｇは、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合の、かかる輪帯構造とプラスチック製の単レンズとを透過した波面の様子を表している。線図Ｂｇ及びＣｇから、かかる輪帯構造を透過した波面と、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合のプラスチック製の単レンズの波面とが打ち消しあうことで、光情報記録媒体の情報記録面上に集光されたレーザ光束の波面は、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製の単レンズの温度特性が補正されることが理解できる。
なお、本明細書においてワーキングディスタンスとは、図４に示すように、対物レンズが光情報記録媒体の情報記録面に合焦した状態で、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面Ｓ２の面頂点と、光情報記録媒体の光束入射面ＳＩＮとの光軸上の間隔ＷＤを指す。【００１６】
尚、以下の条件式（３）‘、（４）‘、
０＜δＳＡＴ／ｆ（λｒｍｓ／℃・ｍｍ）≦０．００１２                （３）‘
−０．０１２≦δＳＡλ／ｆ（λｒｍｓ／ｎｍ・ｍｍ）≦−０．００６    （４）‘
を満たすようにしてもよい。【００１７】
請求の範囲第２項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求の範囲第１項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上で、有効径の６０％の高さから８０％の高さの領域に形成されたいずれかの輪帯（例えば図１のＳＴ０）において、段差の向きが入れ替わることを特徴とする。尚、本明細書中、特に明示しない限り、「高さ」とは対物レンズの光軸直交方向の長さをいい、「深さ」とは対物レンズの光軸方向の長さをいうものとする。【００１８】
このように、段差の向きが入れ替わる輪帯の位置を設定することで、温度変化にともなう球面収差の発生を効果的に低減することが可能である。尚、上記輪帯の位置が、有効径の６０％の高さよりも光軸に近い位置、もしくは、有効径の８０％の高さよりも光軸よりも遠い位置に形成された場合、温度変化にともない、５次以上の高次の球面収差が発生しやすくなり、環境温度が変化した際の光ピックアップ装置の特性が劣化する。【００１９】
請求の範囲第３項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求の範囲第１項又は第２項に記載の発明において、前記対物レンズの設計基準波長λ０（ｎｍ）の光束を入射させた場合に、前記段差により発生する光路差を以下の式で表現したとき、段差の向きが入れ替わる輪帯（図１のＳＴ０）よりも光軸直交方向外側に形成された段差において、ｍの絶対値が２以上の自然数であることを特徴とする。
ｍ＝ＩＮＴ（Ｘ）
ただし、Ｘ＝Δ・（Ｎ０−１）／（λ０・１０−３）であり、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数であり、Δ（μｍ）は段差の深さであり、Ｎ０は前記設計基準波長λ０（ｎｍ）における前記対物レンズの屈折率である。尚、Δは、光軸に近い側に隣接する輪帯に対して、光軸から遠い側に隣接する輪帯が光情報記録媒体に近づく方向に変位している場合を「＋」、光軸に近い側に隣接する輪帯に対して、光軸から遠い側に隣接する輪帯が光情報記録媒体に遠ざかる方向に変位している場合を「−」とする。【００２０】
３次の球面収差を光路差で表現した場合、有効径の７０％程度の高さで変曲点を持つ。この変曲点の位置に相当する輪帯が上述の段差の向きが入れ替わる輪帯（図１のＳＴ０）である。３次の球面収差の光路差は、光軸からの高さに対して４次関数的に変化するので、変曲点より外側において変化量が大きくなる傾向がある。従って、変曲点より外側、即ち、段差の向きが入れ替わる輪帯よりも外側の領域に形成された段差にて、ｍの値を２以上に設定すると、かかる領域の輪帯幅を大きく確保することができ、金型加工時の形状誤差や成形時の転写不良による光利用効率の低下を低減することが可能となる。なお、一つのレンズが、ｍの値を複数種類有していてもよい。【００２１】
かかる作用効果をよりいっそう効果的に発揮するためには、変曲点より外側の領域に形成された段差にて、ｍの値を３以上とするのが好ましく、４以上とするのがより好ましい。【００２２】
また、段差の向きが入れ替わる輪帯（図１のＳＴ０）よりも光軸直交方向内側に形成された段差において、以下の条件式におけるｎの絶対値が、少なくとも一つのｍの絶対値と等しいか、ｍの絶対値よりも小さいことが好ましい。また、ｎの絶対値が２以上の自然数であることが好ましい。
ｎ＝ＩＮＴ（Ｙ）
ただし、Ｙ＝Δ・（Ｎ０−１）／（λ０・１０−３）であり、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数であり、他の定義は、前述の式と同様である。【００２３】
請求の範囲第４項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の発明において、前記輪帯構造において、各輪帯の非球面形状を同一形式の関数で表現した際の非球面係数が、前記輪帯のうち少なくとも２つの輪帯において互いに異なることを特徴とする。【００２４】
本発明の対物レンズのように、ＮＡが０．８以上である対物レンズに対して輪帯構造を形成する場合、同一の非球面係数で表現される輪帯を光軸方向に平行移動させただけでは、球面収差の残留が大きく光情報記録媒体に対する情報の記録／再生特性に悪影響が発生する可能性がある。そのため、球面収差の残留を小さくするために、少なくとも２つの輪帯にて非球面係数を異ならしめるのが好ましい。球面収差の残留をより小さくするためには、段差の向きが入れ替わる輪帯よりも外側の領域に形成された輪帯の非球面係数を、互いに異ならしめることが好ましい。より好ましくは、全ての輪帯において非球面係数を異ならしめることである。このように、各輪帯毎に非球面係数を最適化して各輪帯で発生する球面収差を補正することで、情報の記録／再生特性に優れる対物レンズを提供することが可能となる。【００２５】
請求の範囲第５項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
４０  ≦  （ｍ・Ｍ）／（ｆ・ＮＡ４）  ≦  ８０
ただし、ｍは、前記対物レンズの有効径内の前記輪帯構造によって発生する回折光の回折次数の絶対値の平均値を表し、Ｍは、前記対物レンズの有効径内に形成された前記輪帯構造の輪帯の総数を表す。【００２６】
尚、有効径内の輪帯構造によって発生する回折光の回折次数の絶対値の平均値は、輪帯間の各段差で最も多く発生する回折光の回折次数の絶対値の合計を段差数で除すことによって求める事ができる。より具体的には、有効径内の輪帯構造によって発生する回折光の回折次数の絶対値の平均値ｍａｖｅは、以下のように求めることができる。【００２７】
有効径内に形成された段差の段差量（μｍ）を光軸から近い順に、Δ１、Δ２、・・・、Δｉ−１、Δｉ、としたとき、以下で算出するものとする。
ｍａｖｅ＝Σ｜ｍｉ｜/ｉ
ただし、
ｍｉ＝ＩＮＴ（Ｘｉ）
Ｘｉ＝Δｉ・（Ｎ０−１）／（λ０・１０−３）
ここで、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数であり、Δｉ（μｍ）は、光軸方向の段差の深さであり、Ｎ０は設計基準波長λ０（ｎｍ）における対物レンズの屈折率である。尚、段差が光軸とは逆の方を向いている場合（例えば、図１に示すｈ１やｈ２の段差）は、ｍの値は負となり、段差が光軸の方を向いている場合（例えば、図１に示すｈ３やｈ４の段差）は、ｍの値は正となる。【００２８】
輪帯数が少ない場合は回折次数を大きくすることが好ましく、輪帯数が多い場合は回折次数を少なくすることが好ましい。また、焦点距離が長い場合や開口数が大きい場合は、回折次数及び／又は輪帯数を大きくすることが好ましい。即ち、上記条件式を満たすことによって、式（１）、（２）、（３）、（４）を満たす対物レンズを得ることができる。上記条件式は、本発明を対物レンズの構造として表現したともいえる。【００２９】
また、好ましくは、以下の条件式、
４５  ≦  （ｍ・Ｍ）／（ｆ・ＮＡ４）  ≦  ７５
を満たすことである。【００３０】
さらに好ましくは、以下の条件式、
５０  ≦  （ｍ・Ｍ）／（ｆ・ＮＡ４）  ≦  ７０
を満たすことである。【００３１】
請求の範囲第６項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の発明において、前記輪帯の総数は、５以上２０以下であることを特徴とするので、金型の加工が容易になる。尚、前記輪帯の総数は、７以上１２以下であると、金型加工時の形状誤差や成形時の転写不良による対物レンズの光利用効率への影響をより小さくできるため、更に好ましい。【００３２】
請求の範囲第７項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに記載の発明において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
１．０  ≦  ｄ／ｆ  ≦  １．７
ただし、ｄ（ｍｍ）は、前記対物レンズの光軸上の厚さを表す。【００３３】
また、好ましくは、以下の条件式、
１．２  ≦  ｄ／ｆ  ≦  １．５
を満たすことである。【００３４】
請求の範囲第８項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求の範囲第１項乃至第７項の何れかに記載の発明において、前記光情報記録媒体に情報の記録及び／又は再生を行う際のワーキングディスタンスが０．２５ｍｍ以上であることを特徴とする。このワーキングディスタンスの条件を満たすためには、以下の条件式（４）‘’、を満たすことがより好ましい。
−０．０１５≦δＳＡλ／ｆ（λｒｍｓ／ｎｍ・ｍｍ）≦−０．００９    （４）‘’
これにより光情報記録媒体に対する情報の記録／再生を行う際の作動距離を十分に確保することが可能となり、光ピックアップ装置の動作信頼性を高めることが可能となる。【００３５】
請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載の対物レンズを搭載している事を特徴とする。【００３６】
請求の範囲第１０項に記載の光ピックアップ装置は、請求の範囲第９項に記載の光ピックアップ装置において、光源から出射された光束の波長変化に起因して前記対物レンズで発生する球面収差を補正する機構を有することを特徴とする。【００３７】
これにより、波長特性が（４）式を満たすような本発明による対物レンズを使用することが可能となる。尚、球面収差の補正機構としては様々な構成が考えられる。例えば、光源から出射された発散光束の発散角を変換して対物レンズへ導くカップリングレンズ（平行光束に変換するコリメートレンズを含む）の光軸方向の位置調整であってもよいし、光束径を変換するビームエキスパンダの構成レンズを光軸方向に位置調整してもよい。また、このようにレンズを光軸方向に位置調整する手段のほかに、液晶を用いた収差補正素子を利用してもよいし、光源の光軸方向の位置調整を行ってもよい。また、球面収差の補正機構としては、上述した例だけに限定されるものではない。【００３８】
本明細書中において、対物レンズとは、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対物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、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、光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録及び／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。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、プラスチック製の対物レンズを有しながらも温度特性を良好に維持しつつ、短波長の光束を用いて光ディスクに高密度に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】輪帯構造を有する対物レンズを示す概略図である。
【図２】輪帯構造を有する対物レンズを示す概略図である。
【図３】非球面である２つの光学面を有する両凸のプラスチック単レンズの、設計基準温度から３０℃温度が上昇した場合の波面の様子を表す図である。
【図４】ワーキングディスタンスＷＤを説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
ＡＣ  アクチュエータ
ＢＢ  ボビン
ＣＯＬ  コリメートレンズ
ＤＢＳ１  第１ダイクロイックプリズム
ＤＢＳ２  第２ダイクロイックプリズム
ＨＬＤ  ホログラムレーザユニット
ＬＤ１  第１半導体レーザ
ＬＤ２  第２半導体レーザ
Ｍ１  第１反射面
Ｍ２  第２反射面
ＯＢＪ１  第１対物レンズ
ＯＢＪ２  第２対物レンズ
ＰＢＳ  偏光ビームスプリッタ
ＰＤ１  光検出器
ＰＳ  プリズム
ＰＵ１  光ピックアップ装置
ＱＷＰ  λ／４波長板
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図５は、光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤに対して適切に情報の記録／再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。【００４３】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１と、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する第２半導体レーザＬＤ２と、ＢＤ又はＤＶＤからの反射光を受光する光検出器ＰＤ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する第３半導体レーザ及びＣＤからの反射光を受光する光検出器を備えたホログラムレーザユニットＨＬＤと、第１ダイクロイックプリズムＤＢＳ１と、偏光ビームスプリッタＰＢＳと、第２ダイクロイックプリズムＤＢＳ２と、コリメートレンズＣＯＬと、λ／４波長板ＱＷＰと、異なる所定の波長の光束を反射しそれ以外を透過する第１反射面Ｍ１及び第２反射面Ｍ２を有する立ち上げプリズムＰＳと、ＢＤ専用の第１対物レンズＯＢＪ１と、ＤＶＤ／ＣＤ共用の第２対物レンズＯＢＪ２とを有している。単玉でプラスチック製の第１対物レンズＯＢＪ１は、その光源側の光学面に、３以上３０以下の数の輪帯から構成された図１に示すような折り返し構造を有する輪帯構造を形成している。第１対物レンズＯＢＪ１と第２対物レンズＯＢＪ２とは、ボビンＢＢにより一体的に保持され駆動されるようになっている。【００４４】
尚、本実施の形態においては、コリメートレンズＣＯＬは、不図示の収差補正機構により光軸方向位置を調整可能とされている。即ち、光ピックアップ装置ＰＵ１の組み付け時に、第１半導体レーザＬＤ１から実際に出射される光束の波長を測定し、基準波長のズレに応じてコリメートレンズＣＯＬを光軸方向に変位させ、実際の光束において許容範囲内に球面収差が収まるように調整できる。【００４５】
また、２層ＢＤや２層ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合に、層間フォーカスジャンプ時に発生する球面収差を、この収差補正機構を用いて補正するようにするのが好ましい。【００４６】
ＢＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合、第１半導体レーザＬＤ１から波長λ１の光束を出射させる。かかる光束は、第１ダイクロイックプリズムＤＢＳ１と、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、第２ダイクロイックプリズムＤＢＳ２を通過し、コリメートレンズＣＯＬで略平行光束に変換され、λ／４波長板ＱＷＰを通過し、立ち上げプリズムＰＳの第１反射面Ｍ１で反射され、第１対物レンズＯＢＪ１により集光されて、ＢＤの保護層（厚さｔ１；０．０３ｍｍ≦ｔ１≦０．１３ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。【００４７】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び第１対物レンズＯＢＪ１を通過し、立ち上げプリズムＰＳの第１反射面Ｍ１で反射され、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、第２ダイクロイックプリズムＤＢＳ２を通過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、光検出器ＰＤ１の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、ＢＤに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる。【００４８】
また、光検出器ＰＤ１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて、第１半導体レーザＬＤ１からの光束をＢＤの情報記録面上に結像するように、第１対物レンズＯＢＪ１をボビンＢＢ毎移動させるように、アクチュエータＡＣを駆動する。【００４９】
ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合、第２半導体レーザＬＤ２から波長λ２の光束を出射させる。かかる光束は、第１ダイクロイックプリズムＤＢＳ１で反射され、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、第２ダイクロイックプリズムＤＢＳ２を通過し、コリメートレンズＣＯＬで略平行光束に変換され、λ／４波長板ＱＷＰを通過し、立ち上げプリズムＰＳの第１反射面Ｍ１を通過し第２反射面Ｍ２で反射され、第２対物レンズＯＢＪ２により集光されて、ＤＶＤの保護層（厚さｔ２；０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。【００５０】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２を通過し、立ち上げプリズムＰＳの第２反射面Ｍ２で反射され第１反射面Ｍ１を通過し、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬ、第２ダイクロイックプリズムＤＢＳ２を通過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、光検出器ＰＤ１の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる。【００５１】
また、光検出器ＰＤ１上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて、第２半導体レーザＬＤ２からの光束をＤＶＤの情報記録面上に結像するように、第２対物レンズＯＢＪ２をボビンＢＢ毎移動させるように、アクチュエータＡＣを駆動する。【００５２】
ＣＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合、ホログラムレーザユニットＨＬＤの第３半導体レーザから波長λ３の光束を出射させる。かかる光束は、第２ダイクロイックプリズムＤＢＳ２で反射され、コリメートレンズＣＯＬで略平行光束に変換され、λ／４波長板ＱＷＰを通過し、立ち上げプリズムＰＳの第１反射面Ｍ１を通過し第２反射面Ｍ２で反射され、第２対物レンズＯＢＪ２により集光されて、ＣＤの保護層（厚さｔ３；１．１ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。【００５３】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び第２対物レンズＯＢＪ２を通過し、立ち上げプリズムＰＳの第２反射面Ｍ２で反射され第１反射面Ｍ１を通過し、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬを通過し、第２ダイクロイックプリズムＤＢＳ２で反射され、ホログラムレーザユニットＨＬＤの光検出器の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、ＣＤに対して情報の記録及び／又は再生を行うことができる。【００５４】
また、ホログラムレーザユニットＨＬＤの光検出器上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて、ホログラムレーザユニットＨＬＤの第３半導体レーザからの光束をＣＤの情報記録面上に結像するように、第２対物レンズＯＢＪ２をボビンＢＢ毎移動させるように、アクチュエータＡＣを駆動する。【００５５】
なお、図５に示す光ピックアップ装置においては、光源から出射された光束の波長変化に起因して対物レンズで発生する球面収差の補正は、コリメートレンズＣＯＬを光軸方向（図５に示す矢印方向）に移動させることで行われる。
（実施例）
以下、上述した実施の形態に好適な数値実施例について説明する。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０−３）を、Ｅ（例えば、２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。【００５６】
また、これ以降（表のレンズデータ含む）において、Ｒは近軸曲率半径、Ｄは光軸上の距離、Ｎは、波長λにおける屈折率を表す。又、表１に、実施例１〜５の対物レンズの計算に用いた、基準状態での屈折率と、その基準状態に対して温度及び波長が変化した状態での屈折率をまとめて示す。【００５７】
【表１】
2008136254.tif 000003
【００５８】
実施例１〜５にかかる光学系の光学面は、それぞれ式（５）に、表に示す係数を代入した数式で規定される。【００５９】
ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋√｛１−（κ＋１）（ｙ／ｒ）２｝］＋Ａ０＋Ａ４ｙ４
＋Ａ６ｙ６＋Ａ８ｙ８＋Ａ１０ｙ１０＋Ａ１２ｙ１２＋Ａ１４ｙ１４＋Ａ１６ｙ１６＋Ａ１８ｙ１８
＋Ａ２０ｙ２０・・・（５）
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離）
ｙ：光軸からの距離
ｒ：曲率半径
κ：コーニック係数
Ａ０、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ２０：非球面係数
即ち、実施例１〜５にかかる光学系の光学面は、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されており、表中の開始高さと終了高さとで区切られた輪帯構造を含む。
（実施例１）
表２に、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置に好適な対物レンズの実施例１のデータを示す。【００６０】
【表２】
2008136254.tif 000004
【００６１】
（実施例２）
表３に、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置に好適な対物レンズの実施例２のデータを示す。【００６２】
【表３】
2008136254.tif 000005
【００６３】
（実施例３）
表４及び表５に、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置に好適な対物レンズの実施例３のデータを示す。【００６４】
【表４】
2008136254.tif 000006
【００６５】
【表５】
2008136254.tif 000007
【００６６】
（実施例４）
表６及び表７に、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置に好適な対物レンズの実施例４のデータを示す。【００６７】
【表６】
2008136254.tif 000008
【００６８】
【表７】
2008136254.tif 000009
【００６９】
（実施例５）
表８〜表１１に、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置に好適な対物レンズの実施例５のデータを示す。【００７０】
【表８】
2008136254.tif 000010
【００７１】
【表９】
2008136254.tif 000011
【００７２】
【表１０】
2008136254.tif 000012
【００７３】
【表１１】
2008136254.tif 000013
【００７４】
表１２に、実施例１〜５に関する請求の範囲に記載の式の値をまとめて示す。【００７５】
【表１２】
2008136254.tif 000014
【図１】
2008136254.tif 000015
【図４】
2008136254.tif 000016
【図２】
2008136254.tif 000017
【図３】
2008136254.tif 000018
【図５】
2008136254.tif 000019
【国際調査報告】
2008136254.tif 000020
2008136254.tif 000021
2008136254.tif 000022
2008136254.tif 000023