(57)【要約】光記録担体（２）の情報層（４）を走査する光走査装置（１）は、光ビーム（１２）を発生する光源（１１）と、光ビーム（１２）を情報層（４）上に収束させる対物レンズ系（１８）とを有し、この対物レンズ系は、光ビームがこの対物レンズ系に斜めに入射した際に、この対物レンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比が、ＯＰＤ（Ａ３１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした式（１）の条件を対物レンズ系のフィールド内で満足するようにしたことを特徴とするものである。
2005531093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録担体の情報層を走査する光走査装置であって、光ビームを発生する光源と、光ビームを前記情報層上に収束させる対物レンズ系とを具える当該光走査装置において、この光走査装置の対物レンズ系は、光ビームがこの対物レンズ系に斜めに入射する際にこの対物レンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比が、
ＯＰＤ（Ａ３１）を２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
を対物レンズ系のフィールド内で満足するようにしたことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光走査装置において、ＯＰＤ（Ａ３１）及びＯＰＤ（Ａ５１）の値が条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．４
を満足するようにした光走査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光走査装置において、この光走査装置が更に、情報層から到来する光を情報信号に変換する検出システムと、情報信号のエラー訂正用情報処理ユニットとを有している光走査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光走査装置において、この光走査装置が更に、対物レンズ系及び光記録担体の少なくとも一方を傾斜させるように配置したアクチュエーテイングユニットを具えている光走査装置。
【請求項５】
光ビームを収束させる少なくとも１つのレンズを有するレンズ系において、光ビームがこのレンズ系に斜めに入射した際に、このレンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比が、
ＯＰＤ（Ａ３１）を２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
を対物レンズ系のフィールド内で満足するようにしたことを特徴とするレンズ系。
【請求項６】
請求項５に記載のレンズ系において、このレンズ系を対物レンズ系としたレンズ系。
【請求項７】
請求項５に記載のレンズ系において、このレンズ系が少なくとも第１のレンズと第２のレンズとを有しているレンズ系。
【請求項８】
光ビームを集束させる少なくとも１つのレンズを有するレンズ系を製造するレンズ系製造方法において、このレンズ系製造方法が、
光ビームが前記レンズ系に斜めに入射した際に、このレンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比が、
ＯＰＤ（Ａ３１）を２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
を対物レンズ系のフィールド内で満足するように前記レンズ系を形成する工程
を有しているレンズ系製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のレンズ系製造方法において、このレンズ系製造方法が、前記条件を満足するように前記レンズ系を設計する工程を有しているレンズ系製造方法。
【請求項１０】
光記録担体の情報層を走査する光走査装置を製造する光走査装置製造方法であって、この光走査装置製造方法が、
光ビームを発生させる光源を設ける工程と、
光ビームを情報層上に収束させるレンズ系を設ける工程と
を有している光走査装置製造方法において、前記レンズ系は、光ビームがこのレンズ系に斜めに入射する際にこのレンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比が、
ＯＰＤ（Ａ３１）を２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
をレンズ系のフィールド内で満足するようにしたことを特徴とする光走査装置製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光走査装置製造方法において、この光走査装置製造方法が更に、記録担体をレンズ系に対して、予め決定した角度で保持するユニットを設ける工程を有し、この予め決定した角度は、記録担体により光ビームに生じるコマ収差が、レンズ系を通る光ビームに生じるコマ収差を補償するようなものとする光走査装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録担体を走査する光走査装置と、このような光走査装置における対物レンズとして用いるのに適しているがこれに限定されないレンズ系と、このような光走査装置及びレンズ系を製造する方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光記録においては、光記録担体上の情報密度の増大に伴って、情報を走査する光スポットを小さくする必要がある。光スポットをこのように小さくするのは、走査装置の光ビームを記録担体上に集束させるのに用いる対物レンズ系の開口数（ＮＡ）を増大させることにより実現しうる。光記録担体の例には、ＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）が含まれる。
【０００３】
光スポットは、回折限界の為に決して完全な点とはなりえない。しかし、このような光記録システムでは、光スポットを回折によって制限し、収差の影響によっては制限しないようにするのが望ましい。代表的に、波面収差に対しては、全体で約０．０７λ（ここで、λは関連の光ビームの波長である）の光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根（実効値）が許容されており、光記録システムは回折制限されるようになっている。ＯＰＤはｍλ（０．００１λ＝１ｍλ）で表わすのが便利である。対物レンズ系の波面収差に対してはこの全体の許容値のうち約３０〜４０ｍλの収差が許容されており、そのうち１５ｍλがコマ収差の影響に対して許容される。他の光記録システム部分及び影響（例えば、温度、波長誤差、他の素子の整列誤差）も全体の収差の原因となる。
【０００４】
多くの光記録（及び光読出し）システムは、光記録担体に書込む（記録担体から読出す）のに用いられる中央のビームスポットに隣接して光記録担体上に集束される追加の１つ以上のビームスポットを有している。このような追加の光スポットは、代表的に、光記録担体上での走査（例えば、読取り又は書込み）光スポットの位置決めに関する情報を与えるのに用いられる。このようなシステムの一例は、主読出し又は書込みスポットの両側に１つずつ、計２つの補助スポットを有する“３スポットプッシュプル”システムである。これらの追加のスポットは、中央スポットが確実に集束状態で記録担体の所望の位置に（所望のトラック上に）あるようにするために用いられる。主スポットは通常対物レンズ系の光軸上に配置され、従って、隣接スポットを形成する光ビームは対物レンズ系に斜めに入射されることが分かるであろう。
【０００５】
光記録システムを組立てる場合、対物レンズを正確に位置決めする必要があるばかりではなく、これを光学系の光軸と記録担体との双方に対して正確に向ける（すなわち、傾斜（チルト）させる）ようにもして、コマ収差を含む収差の影響を最小限にすることが重要である。
【０００６】
対物レンズ系の光軸は光学系の光軸（すなわち、視準された光ビーム）と整列されているとともに記録担体の表面に対し垂直となるようにするのが好ましい。
【０００７】
記録担体に入射される光ビームの光軸が記録担体に対し垂直でない場合には、光ビームが透明の被覆層を通過するとこの光ビームにコマ収差が生ぜしめられる。多くの光記録担体は完全には平坦でなく、ゆがんでいるおそれがある。従って、光ビームが記録担体の表面を横切るように走査する際に、この光ビームは、好ましい向きとは相違する傾斜した、種々の表面領域に遭遇する。光記録担体のこのような種々の傾斜（例えば、あるディスク傾斜範囲）により生じるコマ収差を補償するために、アクチュエーティングユニットを用いて対物レンズを積極的に傾斜させることが知られている。
【０００８】
通常のレンズ設計では、傾斜補償の範囲は比較的小さく制限されている。３スポットプッシュプルシステムでは、中央走査ビームの光軸がたとえ対物レンズ系の光軸上に配置されていても、補助スポットが対物レンズ系に斜めに入射する為に生じるコマ収差により傾斜補償範囲が特に制限される。
【０００９】
本発明の目的は、対物レンズ系を傾斜させることにより達成しうるディスク傾斜補償範囲を改善する光学系を提供することにある。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の第１の観点によれば、光記録担体（２）の情報層（４）を走査する光走査装置（１）を提供するものであり、この光走査装置（１）は光ビーム（１２、１５、１７、２０）を発生させる光源（１１）と、光ビームを情報層上に収束させる対物レンズ系（１８）とを有しており、ＯＰＤ（Ａ３１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした場合に、この対物レンズ系（１８）は、光ビームを対物レンズ系に斜めに入射させた際にこの対物レンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比が対物レンズ系（１８）のフィールド内で条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
を満足するようにすることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、光ビームを集束させる少なくとも１つのレンズを有するレンズ系（１８）を提供するものであり、ＯＰＤ（Ａ３１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした場合に、このレンズ系（１８）は、光ビームをレンズ系に斜めに入射させた際にこのレンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比がレンズ系のフィールド内で条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
を満足するようにすることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の更に他の観点によれば、光ビーム（１７）を集束させる少なくとも１つのレンズを有するレンズ系（１８）を製造する方法を提供するものであり、ＯＰＤ（Ａ３１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした場合に、この方法は、光ビームをレンズ系に斜めに入射させた際にこのレンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比がレンズ系のフィールド内で条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
を満足するようにする工程を有することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の更に他の観点によれば、光記録担体（２）の情報層（４）を走査する光走査装置（１）を製造する方法を提供するものであり、この方法は、光ビームを発生させる光源（１１）を設ける工程と、光ビームを情報層（４）上に収束させるレンズ系（１８）を設ける工程とを有しており、ＯＰＤ（Ａ３１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとし、ＯＰＤ（Ａ５１）を、２乗平均平方根の波面収差に対する５次ゼルニケコマ収差のコントリビューションとした場合に、このレンズ系（１８）は、光ビームをレンズ系に斜めに入射させた際にこのレンズ系により発生される光路差（ＯＰＤ）の２乗平均平方根の比がレンズ系のフィールド内で条件：
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５
を満足するようにすることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の更に他の観点は、特許請求の範囲の従属項から明らかとなるであろう。
【実施例】
【００１５】
本発明を更に良好に理解するために、添付図面を参照して本発明の実施例を以下に説明する。
図１は、光記録担体２を走査する装置１を示す。この光記録担体は透明層３を有し、この透明層の一方の面上に情報層４が配置されている。透明層側とは反対側に面する情報層の面は、保護層５により周囲条件の影響から保護されている。装置１に面する透明層の面を、入射面６と称する。透明層３は、情報層に対する機械的な支持体を供することにより記録担体に対する基板として作用する。
【００１６】
或いはまた、透明層は情報層を保護する唯一の機能を有するようにでき、この場合機械的な支持体は、透明層側の面とは反対側の情報層の面上の層、例えば保護層５により、又は情報層４に連結させた透明層及び他の情報層により得る。情報は、ほぼ平行な、又は同心的な、又はらせん状としたトラック（図示せず）内に配置した光学的に検出しうるマークの形態で記録担体の情報層４内に蓄積しうる。これらのマークは光学的に検出できるいかなる形態のものにもすることができ、例えば、ピットの形態、或いは周囲とは異なる反射率又は磁化方向を有する領域の形態、或いはこれらの形態の組み合わせとすることができる。
【００１７】
走査装置１は光（放射）ビーム１２を放出する光（放射）源１１を有する。この光源は半導体レーザとすることができる。ビームスプリッタ１３が発散ビーム１２をコリメータレンズ１４の方向に反射させ、このコリメータレンズ１４が発散ビーム１２を平行ビーム１５に変換する。この平行ビーム１５は対物レンズ系１８に入射される。
【００１８】
対物レンズ系１８は、１つ以上のレンズと格子との双方又はいずれか一方を有しうる。対物レンズ系１８は光軸１９を有する。この対物レンズ系１８はビーム１５を、記録担体２の入射面６に入射させる収束ビーム２０に変える。この対物レンズ系は、光ビームが透明層３の厚さを通過するようにする球面収差補正機能を有する。収束ビーム２０は情報層４上にスポット２１を形成する。情報層４により反射された光は発散ビーム２２を構成し、この発散ビームは対物レンズ系１８によりほぼ平行なビーム２３に変換され、このビーム２３が次にコリメータレンズ１４により収束ビーム２４に変換される。ビームスプリッタ１３は、収束ビーム２４の少なくとも一部分を検出システム２５の方向に伝送することにより、前進ビームと反射ビームとを分離させる。検出システム２５は光を捕捉してこれを電気出力信号２６に変換する。信号プロセッサ２７はこれらの出力信号を他の種々の信号に変換する。
【００１９】
これらの種々の信号の１つは情報信号２８であり、その値は情報層４から読出した情報を表わす。この情報信号は、エラー補正用の情報処理ユニット２９により処理される。信号プロセッサ２７からの他の信号は収束エラー信号及び径方向エラー信号３０である。収束エラー信号は、スポット２１と情報層４との間における光軸方向の高さの差を表わす。径方向エラー信号は、情報層４の平面における、スポット２１が追随する情報層中のトラックの中心とこのスポット２１との間の距離を表わす。
【００２０】
収束エラー信号及び径方向エラー信号はサーボ回路３１に供給され、このサーボ回路がこれらの信号を、収束アクチュエータ及び径方向アクチュエータをそれぞれ制御するサーボ制御信号３２に変換する。これらのアクチュエータは図示していない。収束アクチュエータは、対物レンズ系１８の位置を収束方向３３において制御し、これにより、スポット２１の実際の位置が情報層４の平面とほぼ一致するようにこの位置を制御する。径方向アクチュエータは、対物レンズ系１８の位置を径方向３４において制御し、これにより、スポット２１の径方向位置が情報層４において追随すべきトラックの中心線とほぼ一致するようにこの位置を制御する。図中のこれらトラックは、図面の平面に対し垂直方向に走っている。
【００２１】
図１の走査装置は、記録担体２よりも厚肉の透明層を有する他の種類の記録担体をも走査するようにしうる。この装置は光ビーム１２を用いるか又はこの他の種類の記録担体を走査するための異なる波長を有する光ビームを用いることができる。この光ビームのＮＡは記録担体の種類に適合させることができる。これに応じて対物レンズ系の球面収差補償を適合させる必要がある。
【００２２】
本発明は単レンズを用いて又は複数のレンズを有するレンズ系を用いて実現しうることが分かるであろう。
【００２３】
例えば、２つの別々のレンズ素子１８Ａ及び１８Ｂを有する対物レンズ系１８を図２Ａに示す。本例のレンズ素子１８Ａ及び１８Ｂは双方とも平‐非球面レンズである。これら２つの素子は、レンズホルダー１８Ｃを用いることにより互いに固定関係に保持されている。
【００２４】
本発明は、図２Ｂに示す単一の平‐非球面レンズ１８又は図２Ｃに示す両非球面レンズ１８を用いることによっても等しく達成しうる。参照を簡略化するために、図２Ａ〜２Ｃの全てに対し１つの記録媒体２を示してある。これら図２Ａ〜２Ｃにおいて、Ｙ及びＺ軸は図面の平面内にあり、Ｘ軸はこの図面の平面に対し垂直であるものとする。レンズの光軸は通常、記録媒体２の表面に対し垂直である。しかし、図３に示すように、Ｘ軸及びＹ軸の双方又はいずれか一方を中心に回転させることにより、対物レンズ１８´又は記録媒体２´の何れかをこれらの理想的な正規の位置（１８、２）から傾斜させることができる。図３は、レンズ及び記録媒体の双方をＸ軸を中心に回転させた例を示す。
【００２５】
光ビームに存在する波面収差の量は収差関数Φ（ρ，θ）により表わすことができる。ここで、ρ，θは極座標であり、ρは正規化した瞳半径であり、θは角度座標である。この収差関数はゼルニケの多項式によって表わすことができる。ゼルニケ関数は例えば、周知の本“Principals of Optics”（Max Born及びEmil Wolf 氏著）に記載されている。この場合、波面収差関数Φ（ρ，θ）は、
【数１】
2005531093.tif 000003
により表わすことができる。ここで、Ａnmはゼルニケ係数であり、
【数２】
2005531093.tif 000004
は半径多項式である（２００２年に修正再版された本“Principals of Optics”（ケンブリッジユニバーシティプレス発行）の９．２節参照）。３次ゼルニケコマ収差に相当する展開項は、
【数３】
2005531093.tif 000005
で与えられ、５次ゼルニケコマ収差に相当する展開項は、
【数４】
2005531093.tif 000006
で与えられる。波面収差ＯＰＤの２乗平均平方根は、
【数５】
2005531093.tif 000007
によって規定されている。従って、この２乗平均平方根の波面収差に対する３次ゼルニケコマ収差ＯＰＤ（Ａ３１）のコントリビューションは、
【数６】
2005531093.tif 000008
で与えられ、５次ゼルニケコマ収差ＯＰＤ（Ａ５１）のコントリビューションは、
【数７】
2005531093.tif 000009
で与えられる。
【００２６】
通常の対物レンズは、適切な視野性能を有するように設計されている。このことは、いかなる斜めのビーム入射に対しても最低次数のコマ収差の発生ができるだけ多く抑圧されるということを意味する。
【００２７】
本発明者は、最低次数のコマ収差が抑圧される結果、高次のコマ収差の項によりレンズ系の最大許容視界角がかなり制限されることを確かめた。
【００２８】
コマ収差は、傾斜したディスクにビームが入射すると、被覆層を通るビームの通路が非対称となる為に生じる。最低次数のコマ収差は比較的多量に生じるが、高次のコマ収差はほんの僅かである。従って、ディスクの傾斜による対物レンズのミスアライメントの補償を行う場合、対物レンズの傾斜によるミスアライメントはほんの僅かしか許容しえない。その理由は、高次のコマ収差の項はそれほど互いに相殺しない為である。
【００２９】
図４は、通常の対物レンズ系を用い、ディスク（すなわち、記録担体）の傾斜量を種々の値にした場合に、異なるＡ３１及びＡ５１のゼルニケ項に対し生じるコマ収差の量を示すグラフである。理想的な位置から１°までの、ディスク及び対物レンズの傾斜角を考慮する。この傾斜角の範囲内では、Ａ３１及びＡ５１のゼルニケ項の各々に対し生じる２乗平均平方根の光路差は傾斜角の量に対しほぼ比例する（すなわち、直線となる）。
【００３０】
図４から明らかなように、代表的なディスクが１°だけ傾斜した場合、Ａ３１のゼルニケ項は約１３５ｍλのＯＰＤを生じ、Ａ５１のゼルニケ項は約７．５ｍλのＯＰＤを生じる。一方、最低次数のコマ収差は抑圧される為、１°の傾斜での対物レンズ系はＡ３１のゼルニケ項からはＯＰＤ＝１２．６ｍλを有し、Ａ５１のゼルニケ項からはＯＰＤ＝４４．２ｍλを有する。すなわち、Ａ３１のコントリビューションはＡ５１のコントリビューションよりも小さい。
【００３１】
ディスクが約０．１°傾斜しているものとすると、Ａ３１項からＯＰＤ＝１３．５ｍλが得られ、Ａ５１項からＯＰＤ＝０．７５ｍλが得られる。Ａ３１項から生じるＯＰＤを補償するために、対物レンズ系を傾斜させてこの対物レンズ系の傾斜から１３．５ｍλのＯＰＤを得る場合には、対物レンズ系を１°よりも多く傾斜させる必要があることが分かるであろう。このような傾斜によると、直交Ａ５１項から比較的多量のＯＰＤ（これは、１°において対物レンズ系に対し４４．２ｍλである）を生じ、このＯＰＤはディスクＡ５１項からのＯＰＤを著しく越えるものである。従って、Ａ３１項のディスク傾斜から生じるコマ収差と、Ａ５１項のディスク傾斜から生じるコマ収差との双方を同時に補償するのに、通常の対物レンズ系を傾斜させることはできないことが分かるであろう。
【００３２】
耐傾斜性がより大きい対物レンズ系を得るために、本発明者は、斜めのビーム入射角の関数としての、３次コマ収差に対する高次コマ収差の比が、ディスクを傾斜させる際に生じる比と等しくなるように、対物レンズを設計することを提案する。
【００３３】
その結果、ビームが対物レンズに斜めに入射する際に、高次のコマ収差に比べてかなり多量の低次のコマ収差を発生させる。特に、対物レンズの傾斜のミスアライメントに耐えるようにするために、ビームが斜めに入射した際に対物レンズにより発生されるＯＰＤrms （ＯＰＤの２乗平均平方根）の３次コマ収差及び５次コマ収差が、ゼルニケ係数Ａ３１及びＡ５１の正負符号が同じであるレンズ系のフィールド内で、次式（１）を満足する必要がある。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．６５            （１）
レンズ系のフィールドは、斜めのビームが１５ｍλよりも小さいＯＰＤを発生する領域である。レンズ系の視野はフィールドの２倍である。又、ゼルニケ係数Ａ３１及びＡ５１の正負符号が同じである場合、次式（２）が満足されると、更に良好な補償が達成される。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＜０．４              （２）
【００３４】
次に、それぞれの従来の対物レンズ設計を参照して本発明の種々の実施例を説明する。
実施例１
本発明による対物レンズ系は、傾斜アクチュエータの構想を用いることにより、（例えば、書換え可能ＤＶＤドライブにおける）ディスクの傾斜を補償するのにも用いることができる。ディスクのひずみを明瞭に補償しうるようにするためには、ディスクの傾斜により生じる低次のコマ収差ＯＰＤ（Ａ３１）及び高次のコマ収差ＯＰＤ（Ａ５１）を、対物レンズの傾斜により生じる（従って、ビームが対物レンズに斜めに入射することにより生じる）低次のコマ収差及び高次のコマ収差によりそれぞれ実質的に補償する必要がある。有効な補償を達成するには、式（１）を、更に良好には、式（２）を満足させる必要がある。
【００３５】
第１の従来の設計によれば、図１の対物レンズ１８を平‐非球面レンズ素子とする。この対物レンズ１８は０．６５の開口数及び３．５８ｍｍの入射瞳の直径を有し、波長λ＝６６０ｎｍで動作する。この対物レンズ１８の厚さは、光軸に沿って２．１５０ｍｍである。この対物レンズのレンズ本体は（カリフォルニア州の会社“OHARA Corporation ”により製造された）S-LAH66 OHARA （商品名）ガラスから成り、屈折率ｎ＝１．７６８を有している。コリメータレンズに使用されるこのレンズ本体の凸面の半径は２．３２ｍｍである。使用時に記録担体に面する対物レンズの面は平坦である。非球面形状は、ガラス本体の頂面上の（例えば、米国特許第 4,623,496号明細書に記載されているような）ＵＶ硬化性アクリルラッカーの薄肉層で実現される。このラッカーの屈折率はｎ＝１．５６４である。光軸に沿うこの層の厚さは３０ミクロンである。回転非対称の非球面形状は式
【数８】
2005531093.tif 000010
により与えられる。ここで、ｚは、ミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒは、ミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、Ｂk はｒのｋ乗の係数である。係数Ｂ2 〜Ｂ10の値は、それぞれ0.24451798、0.0053871439、-8.0244002・10-5、-2.4646422・10-5、-1.1188561・10-5である。自由な作動距離（対物レンズ１８とディスクとの間の距離）は１．１６０ｍｍである。ディスクの被覆層の厚さは０．６ｍｍであり、その屈折率はｎ＝１．５８０である。
【００３６】
このようなシステムにおいてディスクのみを傾斜させた場合、５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms は次式（３）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝０．０６８            （３）
ここで、１度の傾斜の場合、３次のコマ収差の量は１３３ｍλとなることが分かった。
【００３７】
上述した従来の設計手法に続いて、５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms の比は斜めのビーム入射に対し次式（４）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝３．５１              （４）
ここで、１度のフィールドの場合、３次のコマ収差の量は１２．６ｍλとなることが分かった。式（３）と式（４）とはかなり相違する為、ディスクが傾斜のミスアライメントを有する場合に、対物レンズを傾斜させることにより高次のコマ収差をあまり相殺させることができない。限界値として１５ｍλを取るものとすると、視野（すなわち、フィールドの２倍）のトレランスは公称上の構成において０．６４度で与えられる。換言すれば、ディスクが傾斜されていないと、斜めのビームがレンズを通過しうるとともにＯＰＤ＜１５ｍλを得ることができる最大の視野角は０．６４度である。
【００３８】
この場合、対物レンズを傾斜させることにより補償しうる最大のディスク傾斜角は０．３９度である（すなわち、ディスクはコリメートされた光ビームの光軸に対し０．３９度の角度で傾斜させることができる）。
【００３９】
この場合、式（４）の値が高い為に、許容されるディスクの傾斜は対物レンズの許容フィールド（視野の０．５倍）に近い。
【００４０】
従って、通常はディスクの傾斜を補償する際にレンズ面はディスクに対しある角度を成しているが、この場合には、レンズ面はディスクの傾斜を補償するのにディスクに対し殆ど平行に保たれる。
【００４１】
本発明の第１の実施例では、図１の対物レンズ１８を平‐非球面レンズ素子とする。この対物レンズ１８は、０．６５の開口数及び３．５８ｍｍの入射瞳の直径を有し、波長λ＝６６０ｎｍで動作する。この対物レンズ１８の厚さは、光軸に沿って１．８４３ｍｍである。この対物レンズのレンズ本体はS-LAH66 OHARA （商品名）ガラスから成り、屈折率ｎ＝１．７６８を有している。コリメータレンズに使用されるこのレンズ本体の凸面の半径は２．３２ｍｍである。使用時に記録担体に面する対物レンズの面は平坦である。非球面形状は、ガラス本体の頂面上のＵＶ硬化性アクリルラッカーの薄肉層で実現される。このラッカーの屈折率はｎ＝１．５６４である。光軸上のこの層の厚さは３３ミクロンである。回転非対称の非球面形状は式
【数９】
2005531093.tif 000011
により与えられる。ここで、ｚは、ミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒは、ミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、Ｂk はｒのｋ乗の係数である。係数Ｂ2 〜Ｂ10の値は、それぞれ0.24672704、0.0051164884、-1.2805998・10-4、-4.1024615・10-5、-9.0856931・10-6である。自由な作動距離（対物レンズ１８とディスクとの間の距離）は１．３１６ｍｍである。ディスクの被覆層の厚さは０．６ｍｍであり、その屈折率はｎ＝１．５８０である。
【００４２】
上述した第１の実施例の設計に続いて、５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms の比は斜めのビーム入射に対し次式（５）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝０．６１              （５）
ここで、１度のフィールドの場合、３次のコマ収差の量は７５．８ｍλとなることが分かった。この場合、式（５）は式（３）により一層近づき、このことは高次のコントリビューションが互いにかなり補償されることを表わしていることに注意すべきである。限界値として１５ｍλを取るものとすると、対物レンズを傾斜させることにより補償しうる許容ディスク傾斜量は０．５５度である。従って、許容ディスク傾斜量は４０％改善される。
【００４３】
実施例２
本発明の第２の実施例では、図１の対物レンズ１８を両非球面レンズ素子とする。この対物レンズ１８は、０．６５の開口数及び３．５８ｍｍの入射瞳の直径を有し、波長λ＝６６０ｎｍで動作する。この対物レンズ１８の厚さは、光軸に沿って２．６１４ｍｍである。この対物レンズのレンズ本体はＣＯＣプラスチックから成り、屈折率ｎ＝１．５３０を有している。対物レンズの前面及び後面の各々は、次式により与えられる回転対称の非球面形状を有している。
【数１０】
2005531093.tif 000012
ここで、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、Ｂk はｒのｋ乗の係数である。前面（すなわち、使用するディスクに面する表面）に対する係数Ｂ2 〜Ｂ10の値は、それぞれ0.27449755、0.010768742 、-0.0014658405 、0.0026677659、-0.0021173668 、0.00094500757 、-0.00021921749、2.0032412e-005である。
【００４４】
後面（すなわち、使用している時に、コリメータレンズに面している表面）に対する係数Ｂ2 〜Ｂ16の値は、それぞれ-0.13747401 、0.067465541 、-0.0550585、0.04365398、-0.021116527、0.00040009845 、0.0038992694、-0.0010731055 である。
【００４５】
自由な作動距離（対物レンズ１８とディスクとの間の距離）は１．０００ｍｍである。ディスクの被覆層の厚さは０．６ｍｍであり、その屈折率はｎ＝１．５８０である。
【００４６】
ディスクのみを傾斜させた場合、５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms は次式（６）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝０．０６８            （６）
ここで、１度の傾斜の場合、３次のコマ収差の量は１３３ｍλとなることが分かった。５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms の比は対物レンズへの斜めのビーム入射に対し次式（７）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝０．３５９            （７）
ここで、１度のフィールドの場合、３次のコマ収差の量は、２９．５３ｍλとなることが分かった。限界値として１５ｍλを取るものとすると、許容ディスク傾斜量は１．０度であり、一方、視野の許容範囲は、公称上の構成において０．９度で与えられる。この場合、ディスクの許容傾斜は、実施例１に記載した第１の従来の設計に比べて、２５６％だけ改善された。
【００４７】
実施例３
光学系の全寸法は益々小さくなってきている。このことは、記録密度の増大と共に、特に対物レンズの向きに関連するアセンブリ上の正確な制約を要求する。組立てに際し、小型の対物レンズを正確な向きにするのは極めて困難である。
【００４８】
組立てに際し、対物レンズを正確な向きにする（すなわち、傾斜させる）問題を回避する一方法は、対物レンズのミスアライメントを考慮して、ディスクを傾斜させることによりこのミスアライメントを補償することである。ディスクを傾斜させることによるこの補償は、光ピックアップユニットの組立て中に行うことができる（すなわち、組立て中にディスクモータを傾け、モータの向きがディスクの向きを決定するようにすることにより行うことができる）。
【００４９】
第３実施例の設計による図１の対物レンズ１８は２つのレンズ素子より成る。各レンズ素子は平‐非球面レンズである。対物レンズ１８は０．８５の開口数及び１．０ｍｍの入射瞳の直径を有し、波長λ＝４０５ｎｍで動作する。双方のレンズ素子は、屈折率がｎ＝１．５５０であるＣＯＣ（サイクリックオレフィンコポリマー）から成る。レーザに面する側の対物レンズの第１のレンズ素子は、光軸に沿って０．４０ｍｍの厚さを有し、ディスクに面する側の第２のレンズ素子は０．５２７ｍｍの厚さを有する。光軸上でのこれらレンズ素子間の距離は０．０７５ｍｍである。第１のレンズ素子における第１の表面の回転対称の非球面形状は次式、
【数１１】
2005531093.tif 000013
により与えられる。この式で、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、Ｂk はｒのｋ乗の係数である。係数Ｂ2 〜Ｂ16の値はそれぞれ0.52915187、-2.6064464、59.745801 、-728.17842、5097.5432 、-20502.8、44013.121 、-39077.168である。
【００５０】
第２のレンズ素子における第１の表面の回転対称の非球面形状は次式、
【数１２】
2005531093.tif 000014
により与えられる。ここで、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、ｃは表面の曲率であり、ｒ0 は正規化半径であり、Ｄk はｒのｋ乗の係数である。ｃの値は２．５０６ｍｍ-1であり、一方ｒ0 は０．５ｍｍである。係数Ｄ2 〜Ｄ16の値はそれぞれ0.3376384 、-2.484319 、8.0824648 、-7.2616424、-24.092634、64.606397 、-46.405224である。自由な作動距離、すなわち対物レンズ１８とディスクとの間の距離は０．０７５ｍｍである。ディスクの被覆層の厚さは０．１ｍｍであり、その屈折率はｎ＝１．６２２である。
【００５１】
このようなシステムで、ディスクのみを傾斜させると、５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms は次式（８）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝０．０７８            （８）
この場合、１度の傾斜の場合、３次のコマ収差の量は１０８．５ｍλとなることが分かった。
【００５２】
上述した第３の実施例の設計手法に続いて、５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms の比は斜めのビーム入射に対し次式（９）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝０．５７８            （９）
ここで、１度のフィールドの場合、３次のコマ収差の量は６６．１ｍλとなることが分かった。式（８）と式（９）との間の相違は大きい為、対物レンズが傾斜のミスアライメントを有する場合に、ディスクを（式（１）を満足するように）傾斜させることにより高次のコマ収差を適度に相殺しうる。収差の限界値として１５ｍλを取るものとすると、対物レンズの許容傾斜ミスアライメントは０．４５度であり、視野のトレランスは０．４度である。
【００５３】
本発明の第４の実施例でも同様に、図１の対物レンズ１８を２つのレンズ素子をもって構成する。各レンズ素子は平‐非球面レンズである。対物レンズ１８は０．８５の開口数及び１．０ｍｍの入射瞳の直径を有し、波長λ＝４０５ｎｍで動作する。双方のレンズ素子は、屈折率がｎ＝１．５５０であるＣＯＣから成る。レーザに面する側の対物レンズの第１のレンズ素子は、光軸に沿って０．４０ｍｍの厚さを有し、ディスクに面する側の第２のレンズ素子は０．４４４ｍｍの厚さを有する。光軸上でのこれらレンズ素子間の距離は０．０７５ｍｍである。第１のレンズ素子における第１の表面の回転対称の非球面形状は次式、
【数１３】
2005531093.tif 000015
により与えられる。この式で、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、Ｂk はｒのｋ乗の係数である。係数Ｂ2 〜Ｂ16の値はそれぞれ0.67904917、-0.73827467 、22.022311 、-296.67572、2236.389、-9564.7477、21643.036 、-20152.291である。第２のレンズ素子における第１の表面の回転対称の非球面形状は次式、
【数１４】
2005531093.tif 000016
により与えられる。ここで、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、ｃは表面の曲率であり、ｒ0 は正規化半径であり、Ｄk はｒのｋ乗の係数である。ｃの値は２．４８０ｍｍ-1であり、一方ｒ0 は０．５ｍｍである。係数Ｄ2 〜Ｄ16の値はそれぞれ0.20750918、-2.667102 、16.934987 、-61.236377、124.45225 、-133.28039、57.151524 である。自由な作動距離（対物レンズ１８とディスクとの間の距離）は０．０７５ｍｍである。ディスクの被覆層の厚さは０．１ｍｍであり、その屈折率はｎ＝１．６２２である。
【００５４】
上述した第５の実施例の設計に続いて、５次のコマ収差及び３次のコマ収差のＯＰＤrms の比は斜めのビーム入射に対し次式（１０）となることを確かめた。
ＯＰＤ（Ａ５１）／ＯＰＤ（Ａ３１）＝０．２０７            （１０）
ここで、１度のフィールドの場合、３次のコマ収差の量は１４２．７ｍλとなることが分かった。この場合、式（１０）は式（８）により一層近づき、このことは高次のコントリビューションが互いにかなり補償されることを表わしていることに注意すべきである。限界値として１５ｍλを取るものとすると、対物レンズの許容傾斜ミスアライメントは０．８度であり、視野のトレランスは０．２度で与えられる。従って、許容傾斜ミスアライメントは殆ど２倍に改善される。
【００５５】
本発明の種々の実施例は、種々のレンズ系に関連させて適用しうることが分かるであろう。本発明の実施例は、開口数が０．７よりも大きいレンズ系に対して用いるのが好ましい。本発明の実施例によるレンズ系は２ｍｍよりも小さい入射瞳の直径を有するのが好ましく、更に好ましくは、その直径を１．５ｍｍよりも小さくする。本発明の実施例は、波長が６００ｎｍよりも短い光ビームであって、波長が約４０５ｎｍの光ビームを含む光ビームと関連させて用いるのが好ましい。
【００５６】
上述した例を考慮することにより、本発明の実施例は小型の光ドライブのような光学系のアセンブリを改善するか、又は（例えば、書換可能ＤＶＤドライブにおける）傾斜アクチュエータを用いた場合のディスク傾斜補償を行うのに用いることができることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】対物レンズ系を含む光記録担体走査装置を示す。
【図２Ａ】２つの平‐非球面レンズ素子を有する対物レンズ系を示す。
【図２Ｂ】１つの平‐非球面レンズ素子を有する対物レンズ系を示す。
【図２Ｃ】１つの両非球面レンズ素子を有する対物レンズ系を示す。
【図３】レンズ系及び光記録担体の双方又はいずれか一方をいかに傾斜させるかを示す。
【図４】ディスクの傾斜及び通常の設計のレンズの傾斜によりそれぞれ生じるビームのコマ収差による異なるゼルニケ項から生じる代表的なＯＰＤを示すグラフである。
【図１】
2005531093.tif 000017
2005531093.tif 000018
【図３】
2005531093.tif 000019
【図４】
2005531093.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月18日(2005.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
第２のレンズ素子における第１の表面の回転対称の非球面形状は次式、
【数１２】
2005531093.tif 000021
により与えられる。ここで、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、ｃは表面の曲率であり、ｒ0 は正規化半径であり、Ｄk はｒのｋ乗の係数である。ｃの値は２．５０６ｍｍ-1であり、一方ｒ0 は０．５ｍｍである。係数Ｄ2 〜Ｄ16の値はそれぞれ0.0000000、0.3376384 、-2.484319 、8.0824648 、-7.2616424、-24.092634、64.606397 、-46.405224である。自由な作動距離、すなわち対物レンズ１８とディスクとの間の距離は０．０７５ｍｍである。ディスクの被覆層の厚さは０．１ｍｍであり、その屈折率はｎ＝１．６２２である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
本発明の第４の実施例でも同様に、図１の対物レンズ１８を２つのレンズ素子をもって構成する。各レンズ素子は平‐非球面レンズである。対物レンズ１８は０．８５の開口数及び１．０ｍｍの入射瞳の直径を有し、波長λ＝４０５ｎｍで動作する。双方のレンズ素子は、屈折率がｎ＝１．５５０であるＣＯＣから成る。レーザに面する側の対物レンズの第１のレンズ素子は、光軸に沿って０．４０ｍｍの厚さを有し、ディスクに面する側の第２のレンズ素子は０．４４４ｍｍの厚さを有する。光軸上でのこれらレンズ素子間の距離は０．０７５ｍｍである。第１のレンズ素子における第１の表面の回転対称の非球面形状は次式、
【数１３】
2005531093.tif 000022
により与えられる。この式で、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、Ｂk はｒのｋ乗の係数である。係数Ｂ2 〜Ｂ16の値はそれぞれ0.67904917、-0.73827467 、22.022311 、-296.67572、2236.389、-9564.7477、21643.036 、-20152.291である。第２のレンズ素子における第１の表面の回転対称の非球面形状は次式、
【数１４】
2005531093.tif 000023
により与えられる。ここで、ｚはミリメートルで表わした光軸の方向での表面の位置であり、ｒはミリメートルで表わした光軸に対する距離であり、ｃは表面の曲率であり、ｒ0 は正規化半径であり、Ｄk はｒのｋ乗の係数である。ｃの値は２．４８０ｍｍ-1であり、一方ｒ0 は０．５ｍｍである。係数Ｄ2 〜Ｄ16の値はそれぞれ0.000000、0.20750918、-2.667102 、16.934987 、-61.236377、124.45225 、-133.28039、57.151524 である。自由な作動距離（対物レンズ１８とディスクとの間の距離）は０．０７５ｍｍである。ディスクの被覆層の厚さは０．１ｍｍであり、その屈折率はｎ＝１．６２２である。
【国際調査報告】
2005531093.tif 000024
2005531093.tif 000025
2005531093.tif 000026
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