(57)【要約】【課題】大きな色収差補正機能を持ち、安定したトラッキングが可能な光ピックアップ用レンズ装置及び光学系を提供すること。【解決手段】光源からの光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成し、情報の読み出し、書込み、消去の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられ、光源側から順に、光源から放射された光束の光軸方向に沿って移動可能に保持され、光束を平行光もしくは収束又は発散光に変換するコリメートレンズと、コリメートレンズから放射された光束を透過する収差補正素子と、開口数０．８以上で、収差補正素子から出射した光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、収差補正素子は、回折により光束を偏向するパワーを持つ回折面を有し、収差補正素子と対物レンズ素子とは、情報記録媒体のトラッキングを行うために、一体的に保持された状態で光軸と直交方向に移動可能である、光ピックアップ用レンズ装置。【選択図】図１
2008234833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放射された３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用レンズ装置であって、前記光源側から順に、
前記光源から放射された前記光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、前記光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメートレンズと、
前記コリメートレンズから放射された光束を透過する収差補正素子と、
開口数が０．８以上であり、前記収差補正素子から出射した光束を前記情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、
前記収差補正素子は、回折により光束を偏向するパワーを持つ回折面を有し、
前記収差補正素子と前記対物レンズ素子とは、前記情報記録媒体のトラッキングを行うために、一体的に保持された状態で、前記光軸に直交する方向に移動可能である、光ピックアップ用レンズ装置。
【請求項２】
光源から放射された３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光学系であって、
前記光源から放射された前記光束を透過する収差補正素子と、
開口数が０．８以上であり、前記収差補正素子から出射した光束を前記情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、
前記収差補正素子は、回折により光束を偏向するパワーを持つ回折面と、前記光軸を中心とする同心円によって規定される輪帯状の複数の領域と前記領域間の境界部に形成される位相段差とを含む位相段差面とを有する、光学系。
【請求項３】
光源から放射された３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用レンズ装置であって、前記光源側から順に、
前記光源から放射された前記光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、前記光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメートレンズと、
請求項２に記載の光学系とを備え、
前記光学系に含まれる前記収差補正素子と前記対物レンズ素子とは、前記情報記録媒体のトラッキングを行うために、一体的に保持された状態で、前記光軸に直交する方向に移動可能である、光ピックアップ用レンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ用レンズ装置に関し、特定的には、３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長の光束を用いたＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）装置やコンピュータ用の光記録装置等の高密度記録が可能な光情報記録装置に適用される光ピックアップ用レンズ装置及びそれに用いる光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ピックアップ用レンズ装置は、光源の波長が６５０ｎｍ以上で、対物レンズ素子の開口数がＮＡ＝０．６程度で用いられていたので、軸上色収差や倍率色収差によるスポットのずれ量は問題にならない程度であった。
【０００３】
ところが、近年、情報記録媒体の大容量化に伴い、光情報記録装置における光源の短波長化と高ＮＡ化（開口数）が進展している。このような短波長領域ではレンズ素子等の光学材料の分散が非常に大きいため、わずかな光束の波長の変化により、光学材料の屈折率が大きく変化する。したがって、近年の光ピックアップレンズ装置は、色収差の補正を考慮する必要があった。
【０００４】
特に、ＤＶＤレコーダ等で現在普及しているＤＶＤ±ＲＷ等の光情報記録装置は、媒質の相変化を利用して情報の記録及び消去を行うので、情報を書き込むあるいは消去する際の光パワーと、書き込まれた情報を読み取る際の光パワーとを異ならせている。このため、相転移型の媒体を用いる光情報記録装置は、記録又は消去と、再生との切り替えに際し光源が放射する光束の波長が大きく変化することが原理的に避けられない。
【０００５】
したがって、相転移型の媒体を用いる光情報記録装置は、光ピックアップ用レンズ装置の色収差補正が重要な課題となっている。相転移型の媒体を用いる光ピックアップ装置において、レンズ装置の色収差を補正しない場合、光源が放射する波長の変化により急激な焦点位置変動が生じ、フォーカス制御が行われなくなる可能性があるからである。
【０００６】
従来、これらの色収差を抑えるために、特許文献１〜３に記載されたように対物レンズ素子に色収差補正機能を持たせる技術、光源と対物レンズ素子との間に配置されるコリメートレンズに色収差補正機能を持たせる技術、光路中に別途色収差補正素子を挿入し、色収差を過剰補正にして対物レンズ素子の色収差をキャンセルさせる技術等が提案されている。
【特許文献１】特開昭６４−１９３１６号公報
【特許文献２】特開平７−２９４７０７号公報
【特許文献３】特開平１１−３３７８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の色収差補正を実現する各構成は、スポット径が非常に小さく、トラック幅も非常に狭い高密度記録の情報記録媒体の光ピックアップ用レンズ装置においては不充分なものであった。
【０００８】
本発明の目的は、大きな色収差補正機能を持ちつつ、安定したトラッキングが可能な光ピックアップ用レンズ装置及びそれに用いる光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的の一つは、以下の光ピックアップ用レンズ装置により達成される。すなわち、本発明は、
（１）光源から放射された３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用レンズ装置であって、前記光源側から順に、
前記光源から放射された前記光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、前記光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメートレンズと、
前記コリメートレンズから放射された光束を透過する収差補正素子と、
開口数が０．８以上であり、前記収差補正素子から出射した光束を前記情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、
前記収差補正素子は、回折により光束を偏向するパワーを持つ回折面を有し、
前記収差補正素子と前記対物レンズ素子とは、前記情報記録媒体のトラッキングを行うために、一体的に保持された状態で、前記光軸に直交する方向に移動可能である、光ピックアップ用レンズ装置
に関する。
【００１０】
上記目的の一つは、以下の光学系により達成される。すなわち、本発明は、
（２）光源から放射された３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光学系であって、
前記光源から放射された前記光束を透過する収差補正素子と、
開口数が０．８以上であり、前記収差補正素子から出射した光束を前記情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、
前記収差補正素子は、回折により光束を偏向するパワーを持つ回折面と、前記光軸を中心とする同心円によって規定される輪帯状の複数の領域と前記領域間の境界部に形成される位相段差とを含む位相段差面とを有する、光学系
に関する。
【００１１】
上記目的の一つは、以下の光ピックアップ用レンズ装置により達成される。すなわち、本発明は、
（３）光源から放射された３９０ｎｍから４２０ｎｍの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用レンズ装置であって、前記光源側から順に、
前記光源から放射された前記光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、前記光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメートレンズと、
前記（２）に記載の光学系とを備え、
前記光学系に含まれる前記収差補正素子と前記対物レンズ素子とは、前記情報記録媒体のトラッキングを行うために、一体的に保持された状態で、前記光軸に直交する方向に移動可能である、光ピックアップ用レンズ装置
に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大きな色収差補正機能を持ちつつ、安定したトラッキングが可能な光ピックアップ用レンズ装置及びそれに用いる光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置の概略構成図である。実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置は、光源１と、コリメートレンズ３と、回折レンズ４（収差補正素子）と、対物レンズ５（対物レンズ素子）と、アクチュエータ７とを備える。光源１は、半導体レーザからなり、３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲にある波長の光束２を放射する。
【００１４】
図１において、半導体レーザからなる光源１から出射された光束２はコリメートレンズ３により略平行光となる。そして、回折レンズ４を透過し、対物レンズ５により情報記録媒体６上に集光される。
【００１５】
ここで、回折レンズ４は対物レンズ５とともに、その光軸が略一致された状態でアクチュエータ７に取付けられ、これにより光軸方向に対して直角方向に矢印Ａ、−Ａで示すように移動可能になっており、波長が変わって光束が発散、収束してもスポットのトラック方向のずれ修正、すなわちトラッキングが行われる。
【００１６】
また、コリメートレンズ３は色消しの接合レンズからなり、光学系で発生する球面収差を補正することができるように光軸方向に矢印Ｂで示すように移動可能である。これにより、対物レンズ５に入射する光束の角度を変化させることができ、情報記録媒体６の厚みの違いまたは光学系を構成する各光学素子が原因で発生する球面収差をキャンセルすることができる。
【００１７】
実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置は、以下の条件を満足することが好ましい。
−０．１≦ＣＡｔ≦０．１    ・・（１）
−２０≦ＣＡｆ≦２０        ・・（２）
−２０≦ＣＡｍ≦０          ・・（３）
−０．２５≦θｆ≦０．２５  ・・（４）
−０．７５≦θｍ≦０．７５  ・・（５）
但し、
ＣＡｔ：全光学系の軸上色収差［μｍ／ｎｍ］
ＣＡｆ：コリメート手段の軸上色収差［μｍ／ｎｍ］
ＣＡｍ：収差補正素子の軸上色収差［μｍ／ｎｍ］
θｆ：コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量［ｍｉｎ／ｎｍ］
θｍ：収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量［ｍｉｎ／ｎｍ］である。
【００１８】
全光学系の軸上色収差であるＣＡｔが−０．１［μｍ／ｎｍ］より小さい場合や０．１［μｍ／ｎｍ］より大きい場合、波長変動による光軸方向のスポット移動量が大きいため安定した記録・再生を行うことが難しく、好ましくない。
【００１９】
また、コリメート手段の軸上色収差ＣＡｆが−２０［μｍ／ｎｍ］より小さい場合、収差補正素子の軸上色収差ＣＡｍが０の時、スポットずれ量が１０ｎｍを超えるので、好ましくない。コリメート手段の軸上色収差ＣＡｆが２０［μｍ／ｎｍ］より大きい場合、収差補正素子で上記条件（１）を満足することが困難になり、好ましくない。
【００２０】
また、収差補正素子の軸上色収差ＣＡｍが−２０［μｍ／ｎｍ］より小さい場合、コリメート手段が色収差不足の状態であっても、上記（１）式を満足できないので、好ましくない。収差補正素子の軸上色収差ＣＡｍが０より大きい場合、対物レンズ素子の色収差を補正できないので、好ましくない。
【００２１】
また、コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量θｆが−０．２５［ｍｉｎ／ｎｍ］より小さい場合、あるいは０．２５［ｍｉｎ／ｎｍ］より大きい場合、収差補正素子の色収差が０であっても、スポットずれ量は１０ｎｍを超えるので、好ましくない。
【００２２】
また、収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量θｍが−０．７５［ｍｉｎ／ｎｍ］より小さい場合、あるいは０．７５［ｍｉｎ／ｎｍ］より大きい場合、光学系の倍率と、対物レンズ素子の開口数ＮＡとが大きく変化するため、光ピックアップ装置の構成上好ましくない。
【００２３】
図６は本発明の実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置を適用した光ピックアップ装置の概略構成図である。図６において、図１と同一の構成要素については、同一の符号を付してある。図６において、半導体レーザからなる光源１から出射した光束２はビームスプリッタ８を透過し、コリメートレンズ３により略平行光となる。そして、回折レンズ４を透過し、対物レンズ５により情報記録媒体６の情報記録面６ａ上に集光される。情報記録面６ａ上に集光された集光スポットはその情報記録面６ａに形成された反射率の異なるピットで反射され、その反射レーザ光は対物レンズ５、回折レンズ４、コリメートレンズ３を透過してビームスプリッタ８で反射し、検出レンズ９で屈折して受光素子１０上に集光される。前記受光素子１０からの電気信号により、情報記録面６ａで変調された光量変化を検出し、情報記録媒体６に記録されているデータを読み取る。
【００２４】
ここで、回折レンズ４と対物レンズ５はともにアクチュエータ７に取付けられて矢印Ａ、−Ａ方向、すなわち光軸方向に直交する方向に移動可能であり、また、コリメートレンズ３は、矢印Ｂで示すように光軸方向に移動可能に構成されている。
【００２５】
なお、実施の形態１において、コリメートレンズは張り合わせレンズ（接合レンズ）からなるものとしたが、色補正機能を有する回折レンズまたは色補正機能を持たない単レンズであってもよい。また、収差補正素子は回折レンズからなるものとしたが、色収差補正機能を有する接合レンズであってもよい。しかしながら、回折レンズは、樹脂で成形できるため重量的に軽く、対物レンズとともにアクチュエータに取付けて移動させるのに有利である。
【００２６】
また、収差補正素子、すなわち回折レンズは、対物レンズとは別体構成をとっているが、対物レンズの少なくとも一面に回折構造を備える一体型であってもよい。
【００２７】
以上説明したように、実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置によれば、コリメートレンズと収差補正素子のそれぞれの色収差補正量を適度に配分することにより、トラッキングのため対物レンズが光軸からシフトしている時に、光源の波長が俊敏に変動した場合でも、軸方向だけでなく、ディスクトラック方向のスポットずれを最小限に抑えることが可能である。したがって、実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置は、オフトラックの危険性を抑えることができる。すなわち、実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置は、短波長域、高開口数ＮＡのために対物レンズで発生する大きな軸上色収差を補正しつつ、かつ倍率色収差であるスポットずれ量を抑えることができる。
【００２８】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置を説明する。実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置は、実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置と概略構成が同一であるため、相違部分のみを説明する。
【００２９】
収差補正素子として回折レンズを用いる場合、基準波長が４２０ｎｍ以下といった短波長領域の波長の光束に対して用いると、十分な色収差の補正効果を得るために必要とする輪帯の数が多くなるとともに、輪帯の間隔が小さくなる。これは、短波長領域でレンズ材料の屈折率の波長依存性が大きくなることに伴って、補正すべき色収差の量が大きくなるためである。
【００３０】
回折レンズにおいて、輪帯の数が多くなり輪帯の間隔が小さくなると、製造が非常に困難になる。まず、輪帯の数が多くなり輪帯の間隔が小さくなると、そのような微細な形状に対応する射出成形用の金型の加工が困難である。また、金型の加工が可能であったとしても、微細な金型の形状を樹脂の粘性等により十分に転写することが難しい。
【００３１】
そこで、実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置は、回折レンズの回折光による収差補正に加えて、位相段差を形成し、位相段差による収差補正を併せて行っている。
【００３２】
図７は、実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置に用いられる光学系２１を示す概略構成図である。収差補正素子２２は、光源側から順に、回折面Ｓ１と、位相段差面Ｓ３とを含み、樹脂を材料とするレンズである。また、対物レンズ２３（対物レンズ素子）は、光源側の屈折面Ｓ４と、情報記録媒体２９側の屈折面Ｓ５とからなる。
【００３３】
回折面Ｓ１は、面に入射する入射光から回折光を発生させ収束させる正パワーの光学面として機能する。回折面Ｓ１は、＋１次回折光の光量が最大になるように回折効率が設定されている。また、位相段差面Ｓ３は、回折光に対して負パワーの光学面として機能し、回折面Ｓ１の正パワーと絶対値が等しいパワーを持つ。この結果、収差補正素子２２は、基準波長の光束に対してノンパワーであり、平行光束が入射した場合、平行光束として出射させる。
【００３４】
図８は、実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置に用いられる光学系の、収差補正素子の位相段差面の構造を表す模式図である。位相段差面Ｓ３は、光束の光軸を中心とする同心円によって規定される輪帯状の複数の領域と、領域間の境界部に形成される位相段差とを含む。図８において、光軸を含む中心を領域１とし、領域１の半径をＨ１とする。以下、光軸から周辺へ向けて形成された輪帯状の領域を、光軸側から順に、領域２、領域３・・・領域ｎとする。また、領域２の外径をＨ２と、領域３の外径をＨ３と、領域ｎの外径をＨｎとする。また、領域１と領域２との間の段差の光軸に沿った方向の大きさをＡ１と、領域２と領域３との間の段差の光軸に沿った方向の大きさをＡ２と、領域ｎ−１と領域ｎとの間の段差の光軸に沿った方向の大きさをＡｎ−１とする。
【００３５】
実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置に用いられる光学系２１を構成する収差補正素子２２は、５つの輪帯状の領域を持つ。各領域同士の境界部分は、λ0／（ｎ0−１）の整数倍（ここではｑとする）だけ光軸に沿った方向の大きさが大きくなるように構成されている。ここで、λ0はこの光学系２１に入射される半導体レーザの光束２６の基準波長であり、ｎ0は波長λ0の光に対する収差補正素子２２の樹脂材料の屈折率である。
【００３６】
ｑの値は、半導体レーザから出射される光束２６の基準波長の２πラジアンの位相に等しい。この結果、位相段差面Ｓ３を透過する相異なる２つの光束の間の位相差は２πの整数倍になり、位相段差面Ｓ３は透過する光束の球面収差を変化させない。また、対物レンズ２３は、基準波長に対して収差補正がなされており、基準波長の光束が入射した場合、情報記録媒体２９の情報記録面上に良好なスポットを形成する。
【００３７】
一方、半導体レーザが発振する光束２６の波長が、各素子間の個体バラツキや温度変化等に起因して基準波長から数ｎｍ変化した場合を考える。ここで、基準波長からずれた半導体レーザの光束２６の発振波長をλ1と、波長λ1に対する樹脂材料の屈折率をｎ1とする。このとき、位相段差面Ｓ３を透過する相異なる２つの光束の間の位相差は、２πｑλ0（ｎ1−１）／（（ｎ0−１）λ1）で表わされる。この値は、基準波長から数ｎｍ変化した波長に対して２πの整数倍からずれているため、位相段差面Ｓ３を透過する光束は、球面収差を発生する。
【００３８】
位相段差面Ｓ３において発生する球面収差は、位相段差面Ｓ３に形成される各領域の半径を光学系の有効径に対してどの様に設定するか、及び各領域の面形状をどのようにするかにより調整することが可能である。したがって、半導体レーザが発振する光束２６の波長が基準波長から数ｎｍずれた場合、回折面Ｓ１で発生する球面収差と位相段差面Ｓ３で発生する球面収差との傾向を同方向であって、対物レンズ２３が発生する球面収差とは逆方向になるように設計することができる。このように設計することにより、回折面Ｓ１のみで球面収差を発生させる場合のように回折面Ｓ１の周辺部における輪帯数を多数形成することなく、かつ輪帯の幅を小さくすることもなく、収差補正素子２２単独で大きな収差を発生させることが可能になる。収差補正素子２２と対物レンズ２３との間で球面収差を相殺させることにより、光軸上の実質的な像点位置を補正することができ、結果として軸上色収差を補正することができる。
【００３９】
ところで、収差補正素子２２の両面を回折面にすることによっても、回折面の輪帯数を多数形成することなく、かつ輪帯の幅を小さくすることもなく、大きな球面収差を発生させることが可能である。しかしながら、両面を回折面にすると、収差補正素子２２を透過する光束の内、光情報記録面上のスポット形成に用いられる光量損失が大きくなるため、好ましくない。したがって、本実施の形態２における光学系のように、収差補正素子２２の一方を回折面にし、他方を位相段差面にする方が望ましい。
【００４０】
また、位相段差面Ｓ３に形成される各領域の間の段差の、光軸に沿った方向の大きさは、相異なる領域を透過する基準波長の光束の間に２πラジアンの整数倍の位相差が生じるように設定されているが、この整数の値は求められる特性に応じて適宜設定することができる。例えば、２πラジアンに一致する位相差を与えるようにすると、基準波長から数ｎｍずれた場合に生じる位相差が２πからずれる量は少なくなる。したがって、収差補正量を大きく取るためには、段差を深くして位相差を大きくしなければならない。
【００４１】
逆に、位相段差の深さが深くなると、余計な高次の球面収差が増えてしまい全体の収差が劣化してしまうので、３次球面収差のみ補正したい場合は、位相段差の深さは、必要最小である位相差２πに相当する量に設定する方が望ましい。
【００４２】
また、実施の形態２で説明した収差補正素子２２は、回折面Ｓ１と位相段差面Ｓ３とを一体的に形成したレンズ素子であったが、これに限られない。例えば、回折面のみを有するレンズ素子と位相段差面のみを有するレンズ素子との組み合わせでもよい。しかしながら、製造する際の成形及び組立調整と、境界面で発生する面間反射を考慮すると、収差補正素子２２は、一体で形成された単一のレンズ素子により構成することが望ましい。
【００４３】
また、収差補正素子２２は、光軸から離れるに従って光軸に直交する方向の各領域の幅が小さくなることが望ましい。対物レンズを単レンズ素子で構成し、ＮＡ０．８といった高ＮＡで使用する場合、基準波長から数ｎｍずれた際に発生する球面収差の量は光軸から直交する方向に離れるにしたがって、急激に増加する特性を持つ。この特性を補正するためには、収差補正素子２２において発生させる球面収差の量も、周辺にいくにしたがって増やす必要がある。したがって、位相段差も周辺にいくほど数多く設ける必要があるので周辺にいくほど光軸に直交する方向の各領域の幅は狭く形成されることが好ましい。
【００４４】
また、位相段差面は、各領域の光学面を位相段差で接続したとき、単一の非球面定義式により規定される非球面にしても、相異なる非球面定義式により規定される非球面にしてもいずれでもよい。ただし、相異なる非球面定義式により規定される非球面にする方がよい好ましい。各領域が、それぞれの領域毎に最適な異なる非球面で構成された収差補正素子は、各領域が一つの非球面定義式により規定される収差補正素子と比較して、基準波長における球面収差を収差補正素子単体で補正することが可能になるからである。
【００４５】
すなわち、各領域が単一の非球面定義式により規定される収差補正素子は、各領域で光軸方向の厚さが異なるので、基準波長においても、球面収差あるいはパワー成分を発生してしまう。これに対して、各領域が、それぞれの領域毎に最適な異なる非球面で構成された収差補正素子は、領域毎に、球面収差およびパワー成分が発生しないように設計することが可能になるため、光学系の特性をより向上させることが可能になる。
【００４６】
また、収差補正素子２２は、回折面Ｓ１あるいは位相段差面Ｓ３を適宜設計することにより、収差補正素子において発生する球面収差を調整し、対物レンズ以外の光学系で使用しうるレンズ素子（例えば、コリメートレンズ２４や情報記録媒体２９の情報記録面に設けられた保護層など）に起因する軸上色収差を補正することが可能である。
【００４７】
また、収差補正素子２２は、設計される回折の次数として＋１次としたが、一般に±ｍ次（ｍ：整数）のいずれを用いてもよい。また、実施の形態２の光学系において、対物レンズ２３は、単レンズからなるもので説明したが、複数枚の組みレンズからなるものであってもよい。
【００４８】
また、実施の形態２の光学系では、収差補正素子２２に平行光束が入射するようにしているが、非平行光束であってもよい。また、実施の形態２の光学系では、収差補正素子２２と対物レンズ２３との間を平行光束としているが、非平行光束であってもよい。また、収差補正素子２２は、光源側に回折面を配置し、情報記録媒体側に位相段差面を配置しているが、逆に光源側に位相段差面を配置し、情報記録媒体側に回折面を配置してもよい。
【００４９】
以上説明したように、実施の形態２における収差補正素子は、基準波長の光束に対しては球面収差を発生させず、基準波長からずれた波長の光束に対して球面収差を発生させることができる。そして、この球面収差を回折面の球面収差と協働させることにより、回折面の輪帯数を多数形成することなく、かつ輪帯の幅を小さくすることもなく、所望の大きな球面収差を発生させることができる。また、実施の形態２に係る収差補正素子は、樹脂で製造することができ、容易に製造可能である。
【００５０】
次に、実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置を具体化した数値実施例を比較例とともに説明する。実施例１と比較例とは、コリメートレンズ３と回折レンズ４との設計値のみ相違する。実施例１と比較例とは、ともに全光学系での軸上色収差が、０．０９μｍ／ｍｍと等しいが、コリメートレンズ３の軸上色収差と出射角度変化量が、回折レンズ４と異なるため、スポットずれ量が大きく異なる。
【００５１】
実施例１のコリメートレンズ３、回折レンズ４、対物レンズ５の具体的な数値構成を表１に示し、また同様に比較例の数値構成を表２に示す。それぞれにおいて、設計波長は４１０ｎｍを中心とする。また、実施例１及び比較例において、回折レンズ４へは平行ビームが入射することとし、出射側の平行ビームの直径は、２．２１ｍｍとした。面番号５〜８がコリメートレンズ３、面番号９〜１２が回折レンズ４、面番号１３、１４が対物レンズ５、面番号１５、１６が媒体である情報記録媒体６（表中、ディスクと記載）の保護層を示している。ただし、ｒはレンズ各面の曲率半径（但し、情報記録媒体は保護層面）、ｄはレンズ厚、ｎλは各レンズの波長λｎｍでの屈折率、νは各レンズのアッベ数である。また、回折面に形成される位相格子は超高屈折率法により表現した（超高屈折率法については、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｃ．  Ｓｗｅａｔｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ａｓ  ｌｅｎｓｅｓ：Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．６７，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ  １９７７に記載）。
【００５２】
また、非球面形状は、以下の（数１）で与えられる。
【数１】
2008234833.tif 000003
但し、各符号の意味は、以下の通りである。
Ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離
ｈ：光軸からの高さ
Ｃｊ：対物レンズの第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）
Ｋｊ：対物レンズの第ｊ面の円錐定数
Ａｊ、ｎ：対物レンズの第ｊ面のｎ次の非球面係数
但し、ｊ＝１３、１４
【００５３】
【表１】
2008234833.tif 000004
【表２】
2008234833.tif 000005
【００５４】
実施例１のコリメートレンズ３の収差を図２に示す。図２（ａ）は球面収差ＳＡを、図２（ｂ）は正弦条件ＳＣの違反量を示す。また、実施例１の収差補正素子である回折レンズ４の収差を図３に示す。図３（ａ）は球面収差ＳＡを、図３（ｂ）は正弦条件ＳＣの違反量を示す。
【００５５】
図２（ａ）に示すように、コリメートレンズ３の球面収差ＳＡはほぼ良好に補正されている。また図２（ｂ）に示すように、正弦条件ＳＣもほぼ補正されている。
【００５６】
比較例のコリメートレンズ３の収差を図４に示す。図４（ａ）に示すように、コリメートレンズ３の球面収差ＳＡはほぼ良好に補正されている。同じく図４（ｂ）に示すように、正弦条件ＳＣも良好に補正されている。比較例の回折レンズ４の収差を図５に示す。図５（ａ）に示すように、回折レンズ４の球面収差ＳＡはほぼ良好に補正されており、同じく図５（ｂ）に示すように、正弦条件ＳＣも良好に補正されている。
【００５７】
表３に、実施例１、比較例それぞれについて、コリメートレンズ３、回折レンズ４、対物レンズ５それぞれの焦点距離、有効径、軸上色収差、全光学系における軸上色収差を示す。
【００５８】
【表３】
2008234833.tif 000006
【００５９】
また、表４に、実施例１、比較例それぞれについて、コリメートレンズ３、回折レンズ４それぞれの光源単位波長当たりの出射角度変化量を示す。θ１は、実施例１の対物レンズ５と回折レンズ４が一体で情報記録媒体６のトラック方向に１５０μｍシフトしている時の、光源波長変化１ｎｍ当たりのコリメートレンズ３、回折レンズ４それぞれの光束出射角変化量を示す。θ２は、比較例の同じく光束出射角変化量である。
【００６０】
【表４】
2008234833.tif 000007
【００６１】
さらに、表５は、実施例１、比較例それぞれについて、光源波長単位変化当たりの焦点におけるディスクトラック方向のスポットずれ量を示す。Ｄ１は、実施例１で対物レンズ５と回折レンズ４が一体で情報記録媒体６のトラック方向に１５０μｍシフトした時の、光源波長変化１ｎｍ当たりの焦点におけるディスクトラック方向のスポットずれ量を示す。Ｄ２は、比較例の同じくスポットずれ量を示す。
【００６２】
【表５】
2008234833.tif 000008
【００６３】
実施例１においては、コリメートレンズ３は色収差補正が十分されており、回折レンズ４の色収差補正量が大きく色収差過補正の状態になっている。これに対して、比較例は、コリメートレンズ３が大きく色収差過補正の状態であり、回折レンズ４の色収差補正量は実施例１より小さい。そのため、表４で示すように、色収差に比例してコリメートレンズ３と回折レンズ４の出射光束の発散・収束の度合いが大きくなっていることが分かる。そして、表５で示すように、全光学系では同じ色収差を持つ光ピックアップ装置でも色収差補正量の配分の違いにより、ディスクトラック方向のスポットずれ量が大きく変わる。実施例１では、波長１ｎｍ当たり０．０ｎｍとほぼスポットずれは起こさない。したがって、安定した記録再生を行うことができる。比較例では、波長１ｎｍ当たり１７．５ｎｍもスポットが急峻に移動し、オフトラックの危険性が十分にある。
【００６４】
上記コリメートレンズ３は十分に色補正されていることが望ましく、十分に色補正がなされていないと、このコリメートレンズ３から出射される略平行光が波長変化に対して発散、収束を起こすからである。この角度変化量は対物レンズ５がシフトしている場合はスポットずれ量に影響してくる。
【００６５】
現状では、対物レンズ５のシフト量が１５０μｍに対して、波長が１ｎｍ変化したとき、安定してトラッキングできるディスクトラック方向のスポットずれ量は、１０ｎｍ未満と考えられている。
【００６６】
色過補正状態や、色補正不足状態であると光源の単位波長変化当たりの出射光束角度の変化量が大きくなる。すなわち、光源の波長変化が起こった時、出射光束の発散と収束の角度が大きくなり、収差補正素子である回折レンズ４と対物レンズ５を常に同軸状態でシフトさせても、その可動部に軸外から光が入射するため、焦点におけるスポットのトラック方向の移動量が大きくなる。
【００６７】
実施例１によれば、短波長域において光源の急峻な波長変動に対して大きな軸上色収差を補正することができる。また、対物レンズがトラッキングのために光軸が情報記録媒体のトラック方向にシフトしている状態で、前記波長変動が生じた場合でも、焦点におけるスポットの、情報記録媒体のトラック方向の移動量を抑えることが可能となる。すなわち、大きな軸上色収差補正量と大きな倍率色収差補正量を持っている。これに対して、比較例は、同じ軸上色収差補正量を持ちながら、倍率色収差補正量は小さい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、ＣＤ−ＲＯＭ・ＣＤ−Ｒ・ＣＤ−ＲＷ・ＤＶＤ−ＲＯＭ・ＤＶＤ−Ｒ・ＤＶＤ＋Ｒ・ＤＶＤ−ＲＷ・ＤＶＤ＋ＲＷ・ＨＤ−ＤＶＤ・Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｋ等の情報記録媒体の書込み・再生・消去を行う光情報記録再生装置等に適用可能であり、特に、次世代ＤＶＤであるＨＤ−ＤＶＤ・Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｋ等の４２０ｎｍ以下の波長の光束を用いた高密度記録の情報記録媒体の書込み・再生・消去を行う光情報記録再生装置等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置の概略構成図
【図２】実施の形態１における実施例１のコリメートレンズの収差図
【図３】実施の形態１における実施例１の回折レンズの収差図
【図４】比較例のコリメートレンズの収差図
【図５】比較例の回折レンズの収差図
【図６】実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置を適用した光ピックアップ装置の概略構成図
【図７】実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置に用いられる光学系を示す概略構成図
【図８】実施の形態２に係る光ピックアップ用レンズ装置に用いられる光学系の、収差補正素子の位相段差面の構造を表す模式図
【符号の説明】
【００７０】
１  光源
２  光束
３  コリメートレンズ
４  回折レンズ
５  対物レンズ
６  情報記録媒体
７  アクチュエータ
８  ビームスプリッタ
９  検出レンズ
１０  受光素子
２１  光学系
２２  収差補正素子
２３  対物レンズ
２９  情報記録媒体
【図１】
2008234833.tif 000009
【図２】
2008234833.tif 000010
【図３】
2008234833.tif 000011
【図４】
2008234833.tif 000012
【図５】
2008234833.tif 000013
【図６】
2008234833.tif 000014
【図７】
2008234833.tif 000015
【図８】
2008234833.tif 000016