(57)【要約】      （修正有）【課題】例えば青紫色半導体レーザのごとき短波長光源を使用する光ピックアップ装置用の光学系において、簡易な構成で集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを補正することが可能であり、光透過率に対する形状の製造誤差の影響が小さく、さらに、光透過率の波長依存性が小さい光ピックアップ装置用光学系を提供する。【解決手段】カップリングレンズＣＵＬは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移される。所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを回折作用を利用して補正する【選択図】      図１
2004185746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束の発散角を変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズからの光束を集光する対物レンズとを備えた光ピックアップ装置用光学系において、
前記カップリングレンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＢＪとし、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＳ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光学系。
｜ΔＦＯＢＪ｜＞｜ΔＦＯＳ｜                                    （１）
【請求項２】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、以下の式で表されるｍｉが自然数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用光学系。
ｍｉ＝ＩＮＴ（Ｘ）                                          （２）
（ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数）
Ｘ＝Δｉ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （３）
【請求項３】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて所定のｊ（ｊ≠ｉ）番目の段差の段差量をΔｊ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、
ｍｊ＝ＩＮＴ（Ｙ）                                          （４）
（ただし、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数）
Ｙ＝Δｊ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （５）
上式で表されるｍｊが、次式を満たす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用光学系。
ｍｊ≠ｍｉ                                                                                                  （６）
【請求項４】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）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３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
５０μｍ＞Δｉ＞３μｍ                                                                          （７）
【請求項５】
前記輪帯の総数が３以上３０以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項６】
前記カップリングレンズの設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項７】
前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のバックフォーカスの移動量と、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスの移動量と、が略一致していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項８】
前記輪帯構造は、平面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると階段状であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項９】
前記輪帯構造は、凸面又は凹面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると鋸歯状であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項１０】
前記対物レンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、その光学面に形成していないことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項１１】
光源と、
前記光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置用光学系とを備えた光ピックアップ装置において、
前記光ピックアップ装置用光学系は、入射した前記光源からの光束の発散角を変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズからの光束を集光する対物レンズとを備え、
前記カップリングレンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＢＪとし、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＳ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。
｜ΔＦＯＢＪ｜＞｜ΔＦＯＳ｜                                    （１）
【請求項１２】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、以下の式で表されるｍｉが自然数であ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。
ｍｉ＝ＩＮＴ（Ｘ）                                          （２）
（ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数）
Ｘ＝Δｉ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （３）
【請求項１３】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて所定のｊ（ｊ≠ｉ）番目の段差の段差量をΔｊ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、
ｍｊ＝ＩＮＴ（Ｙ）                                          （４）
（ただし、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数）
Ｙ＝Δｊ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （５）
上式で表されるｍｊが、次式を満たすことを特徴とする請求項１２に記載の光ピックアップ装置。
ｍｊ≠ｍｉ                                                                                                  （６）
【請求項１４】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
５０μｍ＞Δｉ＞３μｍ                                                                          （７）
【請求項１５】
前記輪帯の総数が３以上３０以下であることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１６】
前記カップリングレンズの設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１７】
前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のバックフォーカスの移動量と、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスの移動量と、が略一致していることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１８】
前記輪帯構造は、平面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると階段状であることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１９】
前記輪帯構造は、凸面又は凹面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると鋸歯状であることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２０】
前記対物レンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、その光学面に形成していないことを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２１】
請求項１１乃至２０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置と、
光情報記録媒体を、前記光ピックアップ装置により情報の記録及び／又は再生が可能に支持する光情報記録媒体支持手段と、を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２２】
微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、前記所定の波長とは１０ｎｍ内の所定の波長差だけ長い波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦとしたとき、次式を満たすことを特徴とするレンズ。
ΔＦ＜０                                                    （８）
【請求項２３】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）とし、前記レンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、以下の式で表されるｍｉが自然数であることを特徴とする請求項２２に記載のレンズ。
ｍｉ＝ＩＮＴ（Ｘ）                                          （２）
（ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数）
Ｘ＝Δｉ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （３）
【請求項２４】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて所定のｊ（ｊ≠ｉ）番目の段差の段差量をΔｊ（μｍ）とし、前記レンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、
ｍｊ＝ＩＮＴ（Ｙ）                                          （４）
（ただし、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数）
Ｙ＝Δｊ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （５）
上式で表されるｍｊが、次式を満たすことを特徴とする請求項２３に記載のレンズ。
ｍｊ≠ｍｉ                                                                                                  （６）
【請求項２５】
前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載のレンズ。
５０μｍ＞Δｉ＞３μｍ                                                                        （７）
【請求項２６】
前記輪帯の総数が３以上３０以下であることを特徴とする請求項２２乃至２５のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項２７】
設計波長λ（ｎｍ）が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項２８】
前記レンズに所定の波長の光束を入射させた際のバックフォーカスに対する、前記レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のバックフォーカスの移動量が略ゼロであることを特徴とする請求項２２乃至２７のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項２９】
前記輪帯構造は、平面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると階段状であることを特徴とする請求項２２乃至２８のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項３０】
前記輪帯構造は、凸面又は凹面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると鋸歯状であることを特徴とする請求項２２乃至２９のいずれか１項に記載のレンズ。
【請求項３１】
光ピックアップ装置用光学系において、入射光束の発散角を変換して対物レンズに入射させるためのカップリングレンズとして使用されることを特徴とする請求項２２乃至３０のいずれか１項に記載のレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置用光学系、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びレンズに関し、特に、高密度な光情報記録又は再生を達成できる光ピックアップ装置用光学系、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクはＣＤ（コンパクトディスク）またはＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）で知られているように、音楽情報、映像情報の蓄積またはコンピューターデータの保存といった、デジタルデータの保存に広く使われている。更に、近年、情報化社会の到来とともに、これらの光ディスクの大容量化が強く求められているという実情がある。
【０００３】
ここで、光ディスクにおいて、単位面積あたりの記録容量（記録密度）の向上は、光ピックアップ装置用光学系から得られる集光スポットのスポット径を小さくすることで実現できる。このスポット径は、周知のようにλ／ＮＡ（ただし、λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）に比例するので、スポット径を小さくためには、光ピックアップ装置で使用される光源の短波長化、及び光ディスクに対向して配置される対物レンズの高開口数化が有効である。
【０００４】
このうち、光源の短波長に関しては、波長４００ｎｍ程度のレーザ光を発生する青紫色半導体レーザの研究が進展を見せており、その実用化も近いといえる。ここで、光ピックアップ装置では、一般的に情報の再生時のレーザパワーよりも記録時のレーザパワーの方が大きいため、再生から記録に切り替える際に出力変化により中心波長が瞬時的に数ｎｍとぶ、モードホッピング現象を起こす場合がある。かかるモードホッピング現象に起因して発生するフォーカス位置ずれは、対物レンズをフォーカシングすることで除去できるが、対物レンズがフォーカシングするまでの数ｎｓｅｃの間は、フォーカス位置ずれによる記録不良等の不具合が生じる。このフォーカス位置ずれは、光源波長が短くなるほど大きくなるので、光源波長が短くなるほどモードホッピング現象に起因した波面収差劣化は大きくなる。以上の理由から青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置では、波長変化に対する集光スポットのフォーカス位置ずれの補正が必要とされる。
【０００５】
かかる課題に対し、光学面上に輪帯状の回折パターンを形成し、かかる回折パターンの回折作用により軸上色収差を補正することで、波長変化に対するフォーカス位置ずれを小さく抑えた、青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置用の対物レンズが以下の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開平９−３１１２７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、特許文献１に記載されているように、対物レンズの光学面上に輪帯状の回折パターンを形成することは、青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、高開口数化を達成するために曲率半径が小さくした場合に、シェーディングの影響による光透過率の低下を招くという新たな問題を引き起こす。
【０００７】
これに対し、大きな開口数を必要とせず光学面の曲率半径を大きく確保できる（すなわち、光透過率に対するシェーディングの影響が小さい）カップリングレンズ等の、光源と対物レンズとの間の光路中に配置される光学素子に、対物レンズの軸上色収差を補正するための輪帯状の回折パターンを形成することもできる。本発明者は先に、青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置用の光学系において、光源からの発散光束の発散角を変換し対物レンズに導くためのカップリングレンズの光学面上に輪帯状の回折パターンを形成し、かかる回折パターンの回折作用によりカップリングレンズの軸上色収差を補正過剰にすることで、対物レンズの軸上色収差を相殺補正して、カップリングレンズを介して対物レンズにより集光された集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを小さく抑えた光ピックアップ装置用光学系を提案した（特許文献２参照）。
【特許文献２】
特開２００２−３０３７８８号公報
【０００８】
ところが、青紫色半導体レーザの波長の光束に対して、対物レンズの軸上色収差を補正することで集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを回折パターンを利用して小さく抑える場合、輪帯構造の光軸に垂直な方向の幅が小さくなり、輪帯の総数が増加するので、金型加工が困難となり、また、成形時の転写性の劣化が大きくなるという問題がある。かかる転写性の劣化は、回折効率、すなわち光透過率の低下につながる。さらに、輪帯の総数が増加すると、金型加工に要する時間が増大するので、結果としてかかる回折パターンをその光学面上に有するレンズのコストが上昇してしまう。これに対し、２次以上の高次の回折光が発生するように輪帯構造を形成することで、かかる問題を緩和することは可能であるが、この場合、回折効率の波長依存性が大きくなるので、製造誤差により基準となる波長から波長がばらついた半導体レーザ光源を使用すると光透過率が低下し、光検出器において十分な信号強度を得ることができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、例えば青紫色半導体レーザのごとき短波長光源を使用する光ピックアップ装置用の光学系において、簡易な構成で集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを補正することが可能であり、光透過率に対する形状の製造誤差の影響が小さく、さらに、光透過率の波長依存性が小さい光ピックアップ装置用光学系を提供することを目的とする。また、この光ピックアップ装置用光学系を使用する光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置を提供することも本発明の目的である。
【００１０】
本発明は、さらに、例えば青紫色半導体レーザのごとき短波長光源を使用する光ピックアップ装置用の光学系に好適なレンズであって、製造が容易で、かつ、低コストでありながらも、対物レンズと組み合わせて使用することで、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを良好に補正することができるレンズを提供することを目的とする。
【００１１】
【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用光学系は、入射光束の発散角を変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズからの光束を集光する対物レンズとを備えた光ピックアップ装置用光学系において、
前記カップリングレンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＢＪとし、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＳとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ΔＦＯＢＪ｜＞｜ΔＦＯＳ｜                                    （１）
【００１２】
図１は、本発明に係わる光ピックアップ装置用光学系ＯＳの断面図である。光ピックアップ装置用光学系ＯＳは、図１に示すように、図示しない青紫色半導体レーザ光源から射出された発散光束の発散角を変換するためのカップリングレンズＣＵＬと、このカップリングレンズＣＵＬを介した光束を光ディスクＯＤの保護層ＤＰを介して情報記録面ＤＲ上に集光する対物レンズＯＢＪとから構成されている。
【００１３】
カップリングレンズＣＵＬの対物レンズ側の光学面は、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側（光軸から遠い側）の輪帯を通過した光束の光路長が、内側（光軸に近い側）の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移（図では変移を実際より誇張して示している）されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造が形成されている。
【００１４】
この輪帯構造の作用により、光ピックアップ装置用光学系ＯＳは、対物レンズＯＢＪに所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、対物レンズＯＢＪに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＢＪとし、対物レンズＯＢＪに前記所定の波長の光束をカップリングレンズＣＵＬを介して入射させた際のフォーカス位置に対する、対物レンズＯＢＪに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＳとしたとき、上記（１）式を満たし、その結果、カップリングレンズＣＵＬを介して対物レンズＯＢＪにより集光された集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれが小さく抑えられる。
【００１５】
カップリングレンズＣＵＬに形成された輪帯構造による、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれの補正の原理について図を用いて説明する。図２は、対物レンズＯＢＪに対して、設計波長λ（ｎｍ）の光束が入射した場合（点線で示す）と、設計波長λ（ｎｍ）から所定の波長Δλ（ｎｍ）だけ長い波長の光束が入射した場合（太線で示す）の透過波面の様子を表すグラフであり、横軸が瞳半径を表し、縦軸が光路差を表す。図２に示すように、対物レンズＯＢＪに対して波長λ＋Δλ（ｎｍ）の光束が入射すると、対物レンズＯＢＪの軸上色収差に起因して波面が変化し、フォーカス位置（細線で示す）がずれる。
【００１６】
一方、図３は、カップリングレンズＣＵＬに対して、設計波長λ（ｎｍ）の光束が入射した場合（点線で示す）と、設計波長λ（ｎｍ）から所定の波長Δλ（ｎｍ）だけ長い波長の光束が入射した場合（太線で示す）の、カップリングレンズＣＵＬの透過波面の様子を示すグラフである。カップリングレンズＣＵＬに対して、設計波長λ（ｎｍ）の光束が入射した場合には、隣接する輪帯同士の光路差は波長の整数倍であるので、透過波面は無収差であるが、波長λ＋Δλ（ｎｍ）の光束が入射した場合には、波長変化と、それに伴う屈折率の変化により、隣接する輪帯同士の光路差が波長の整数倍からずれるので、カップリングレンズＣＵＬの透過波面には、図３で太線で示すように階段状の光路差が付加される。すなわち、図１に示すように、外側（光軸から遠い側）の輪帯は内側（光軸に近い側）の輪帯よりも光路長が長くなるように、その境界において光軸方向に変移されているので、波長λ＋Δλ（ｎｍ）の光束が入射した場合にカップリングレンズＣＵＬの透過波面に付加される光路差の符号は、波長λ＋Δλ（ｎｍ）の光束が入射した場合に対物レンズＯＢＪの透過波面に付加される光路差とは逆符号となる。
【００１７】
その結果、波長λ＋Δλ（ｎｍ）の光束が入射した場合の、カップリングレンズＣＵＬの透過波面の光路差により、対物レンズＯＢＪの透過波面の光路差を打ち消すことが出来、図４に示されるように、カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとを透過した波面は、巨視的にみると光路差のない波面（太線で示す）となり、カップリングレンズＣＵＬの輪帯構造により、カップリングレンズＣＵＬを介して対物レンズＯＢＪにより集光された、波長λ＋Δλ（ｎｍ）の光束の集光スポットのフォーカス位置ずれ（細線で表す）が小さく抑えられる。
【００１８】
尚、本明細書において、「フォーカス位置」とは、瞳全体の波面の形状を考慮して測定或いは計算される波面収差が最小となる結像位置を指し、「バックフォーカス」や「軸上色収差」などの近軸量から求まる結像位置とは区別するものとする。
【００１９】
また、上述したように、シェーディングの影響による光透過率の低下が大きくなるため、高開口数化を達成するために曲率半径が小さくなりがちな、対物レンズＯＢＪの光学面上に集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを補正するための輪帯構造を形成するのは好ましくない。これに対して、本発明による光ピックアップ装置用光学系ＯＳは、大きな開口数を必要とせず光学面の曲率半径を大きく確保できるカップリングレンズＣＵＬに集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを補正するための輪帯構造を形成したので、シェーディングの影響による光透過率の低下が少ない。
【００２０】
請求項２に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、以下の式で表されるｍｉが自然数であることを特徴とする。
ｍｉ＝ＩＮＴ（Ｘ）                                          （２）
（ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数）
Ｘ＝Δｉ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （３）
【００２１】
カップリングレンズＣＵＬに形成された輪帯構造は、設計波長λ（ｎｍ）の光束が入射した場合に隣接する輪帯同士の光路差は波長の整数倍となるように、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量Δｉ（μｍ）（図１参照）が決定されているが、これは、輪帯構造の段差が上記（２）、（３）式の条件を満足することと等価である。尚、本明細書中で用いる「設計波長」とは、光学素子に対して倍率、温度、入射光束径等、全く同じ条件で様々な波長の光を入射させた場合に、収差が最小となる波長をいうものとする。
【００２２】
請求項３に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて所定のｊ（ｊ≠ｉ）番目の段差の段差量をΔｊ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、
ｍｊ＝ＩＮＴ（Ｙ）                                          （４）
（ただし、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数）
Ｙ＝Δｊ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （５）
上式で表されるｍｊが、次式を満たすことを特徴とする。
ｍｊ≠ｍｉ                                                                                                  （６）
【００２３】
請求項４に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）としたとき、次式を満たすと、前記カップリングレンズを成形する金型を製造しやすくなるので好ましい。
５０μｍ＞Δｉ＞３μｍ                                                                          （７）
【００２４】
請求項５に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記輪帯の総数が３以上３０以下であると、前記カップリングレンズの光透過率の低下を抑制し、又前記カップリングレンズを成形する金型を製造しやすくなるので好ましい。
【００２５】
請求項６に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記カップリングレンズの設計波長が５００ｎｍ以下であると、高密度な情報記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置に好適となる。
【００２６】
請求項７に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のバックフォーカスの移動量と、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスの移動量と、が略一致していることを特徴とする。上述したように、本発明による光ピックアップ装置用光学系ＯＳは、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを回折作用を利用して補正する場合のように、対物レンズＯＢＪのバックフォーカス（軸上色収差）を補正するのではなく、カップリングレンズＣＵＬに形成した輪帯構造の作用により、カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとを透過した波面の光路差を図４に示すように、巨視的に変化させることで集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを補正するのである。
【００２７】
請求項８に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記輪帯構造は、平面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると階段状であると、前記カップリングレンズの設計や、それを成形する金型の製造が容易になるので好ましい。前記カップリングレンズは、前記対物レンズのように大きな開口数を必要としないので、１つの光学面を平面としても、その光学性能が極端に劣化することはない。尚、階段状とは、例えば光軸に対して直交する面と、光軸とに平行な面とで構成された状態をいう。
【００２８】
請求項９に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記輪帯構造は、凸面又は凹面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると鋸歯状であると、より高性能なカップリングレンズを得ることができるので好ましい。
【００２９】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置用光学系は、前記対物レンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、その光学面に形成していないので、高開口数化を達成するために曲率半径を小さくした場合にも、シェーディングの影響がないので光透過率の低下を抑制できる。
【００３０】
以上のように決定された輪帯構造が形成されたカップリングレンズＣＵＬを備えた、本発明による光ピックアップ装置用光学系ＯＳは、特許文献１及び２に開示されている技術のように、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを回折作用を利用して補正する場合に問題となる課題をすべて解決し、以下に述べるような効果を有する。
【００３１】
第１に、特許文献１又は２に開示されているの技術のように、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを回折作用を利用して解消するのではないので、成形時の輪帯構造の転写性の劣化に起因する不要次数の回折光発生による光透過率の低下、という問題がない。さらに、回折パターンのような光透過率の波長依存性がなくなるので、製造誤差により設計波長から波長がばらついた半導体レーザ光源を使用した場合でも、光透過率が変化することがない。
【００３２】
第２に、例えば光源として用いる青紫色半導体レーザの波長の光に対して、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを補正した場合でも、輪帯の総数はそれほど多くならないので、輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐｉ（図１参照）を大きく確保できる。そのため、金型加工が容易で、かつに金型加工に要する時間が少なくてすむ。
【００３３】
なお、光学特性の対称性により、設計波長λ（ｎｍ）に対し、Δλ（ｎｍ）だけ短い波長λ−Δλ（ｎｍ）の光束が入射した場合における各波面は、図２〜４において、設計波長λ（ｎｍ）の波面（点線）に関して、波長λ＋Δλ（ｎｍ）における波面（太線）と略対称の関係となり、上述した原理により、波長λ＋Δλ（ｎｍ）に対するフォーカス位置ずれを補正する場合と同様に、波長λ−Δλ（ｎｍ）に対するフォーカス位置ずれも補正できるのはいうまでもない。
【００３４】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、
光源と、前記光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置用光学系とを備えた光ピックアップ装置において、
前記光ピックアップ装置用光学系は、入射した前記光源からの光束の発散角を変換するカップリングレンズと、前記カップリングレンズからの光束を集光する対物レンズとを備え、
前記カップリングレンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＢＪとし、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置に対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦＯＳとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ΔＦＯＢＪ｜＞｜ΔＦＯＳ｜                                    （１）
本発明の作用効果は、請求項１に記載の作用効果と同様である。
【００３５】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、前記カップリングレンズの前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、以下の式で表されるｍｉが自然数であることを特徴とする。
ｍｉ＝ＩＮＴ（Ｘ）                                          （２）
（ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数）
Ｘ＝Δｉ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （３）
本発明の作用効果は、請求項２に記載の作用効果と同様である。
【００３６】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置は、前記カップリングレンズの前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて所定のｊ（ｊ≠ｉ）番目の段差の段差量をΔｊ（μｍ）とし、前記カップリングレンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、
ｍｊ＝ＩＮＴ（Ｙ）                                          （４）
（ただし、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数）
Ｙ＝Δｊ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （５）
上式で表されるｍｊが、次式を満たすことを特徴とする。
ｍｊ≠ｍｉ                                                                                                  （６）
【００３７】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置は、前記カップリングレンズの前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
５０μｍ＞Δｉ＞３μｍ                                                                          （７）
本発明の作用効果は、請求項４に記載の作用効果と同様である。
【００３８】
請求項１５に記載の光ピックアップ装置は、前記カップリングレンズの前記輪帯の総数が３以上３０以下であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項５に記載の作用効果と同様である。
【００３９】
請求項１６に記載の光ピックアップ装置は、前記カップリングレンズの設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項６に記載の作用効果と同様である。
【００４０】
請求項１７に記載の光ピックアップ装置は、前記対物レンズに所定の波長の光束を入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のバックフォーカスの移動量と、前記対物レンズに前記所定の波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスに対する、前記対物レンズに前記所定の波長とは前記所定の波長差だけ異なる波長の光束を前記カップリングレンズを介して入射させた際のバックフォーカスの移動量と、が略一致していることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項７に記載の作用効果と同様である。
【００４１】
請求項１８に記載の光ピックアップ装置は、前記カップリングレンズの前記輪帯構造が、平面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると階段状であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項８に記載の作用効果と同様である。
【００４２】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置は、前記輪帯構造が、凸面又は凹面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると鋸歯状である。本発明の作用効果は、請求項９に記載の作用効果と同様である。
【００４３】
請求項２０に記載の光ピックアップ装置は、前記対物レンズが、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、その光学面に形成していないことを特徴とする。
【００４４】
請求項２１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１乃至２０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置と、光情報記録媒体を、前記光ピックアップ装置により情報の記録及び／又は再生が可能に支持する光情報記録媒体支持手段と、を有することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１に記載の作用効果と同様である。
【００４５】
請求項２２に記載のレンズは、微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、かつ、互いに隣接する輪帯のうち、外側の輪帯を通過した光束の光路長が、内側の輪帯を通過した光束の光路長よりも長くなるように、その境界において光軸方向に変移されることで、所定の波長の入射光束に対して所定の位相差を生じる位相付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、前記所定の波長とは１０ｎｍ内の所定の波長差だけ長い波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ΔＦ＜０                                                    （８）
【００４６】
ここで、前記レンズのフォーカス位置の波長依存性を図５に示す。前記レンズは、所定の波長（図５の場合は、設計波長λ（ｎｍ））の光束を入射させた際のフォーカス位置に対して、所定の波長の光束とは、１０ｎｍ内の所定の波長差だけ長い波長（図５の場合は、λ＋Δλ（ｎｍ））の光束を入射させた際のフォーカス位置は前記レンズに近い側に移動し、所定の波長の光束とは、１０ｎｍ内の所定の波長差だけ短い波長（図５の場合は、λ−Δλ（ｎｍ））の光束を入射させた際のフォーカス位置は前記レンズから遠い側に移動するようなフォーカス位置の波長依存性を有する。すなわち、所定の波長の光束を入射させた際のフォーカス位置に対する、前記所定の波長とは１０ｎｍ内の所定の波長差だけ長い波長の光束を入射させた際のフォーカス位置の移動量をΔＦとしたとき、上記（８）式を満たすのである。尚、上記（８）式において、前記レンズのフォーカス位置の移動量の符号は、前記所定の波長（図５の場合は、設計波長λ（ｎｍ））の光束を入射させた際のフォーカス位置を基準として、前記レンズに近づく方向に移動する場合を負、前記レンズから遠ざかる方向に移動する場合を正と定義する。
【００４７】
請求項２３に記載のレンズは、前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）とし、前記レンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、以下の式で表されるｍｉが自然数であることを特徴とする。
ｍｉ＝ＩＮＴ（Ｘ）                                          （２）
（ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸを四捨五入して得られる整数）
Ｘ＝Δｉ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （３）
本発明の作用効果は、請求項２に記載の作用効果と同様である。
【００４８】
請求項２４に記載のレンズは、前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて所定のｊ（ｊ≠ｉ）番目の段差の段差量をΔｊ（μｍ）とし、前記レンズの設計波長λ（ｎｍ）における屈折率をｎとしたとき、
ｍｊ＝ＩＮＴ（Ｙ）                                          （４）
（ただし、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数）
Ｙ＝Δｊ×（ｎ−１）／（λ×１０−３）                                              （５）
上式で表されるｍｊが、次式を満たすことを特徴とする。
ｍｊ≠ｍｉ                                                                                                  （６）
本発明の作用効果は、請求項３に記載の作用効果と同様である。
【００４９】
請求項２５に記載のレンズは、前記輪帯構造において、互いに隣接する輪帯同士の境界における光軸方向の段差のうち、光軸に近い側から数えて任意のｉ番目の段差の段差量をΔｉ（μｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
５０μｍ＞Δｉ＞３μｍ                                                                        （７）
本発明の作用効果は、請求項４に記載の作用効果と同様である。
【００５０】
請求項２６に記載のレンズは、前記輪帯の総数が３以上３０以下であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項５に記載の作用効果と同様である。
【００５１】
請求項２７に記載のレンズは、設計波長λ（ｎｍ）が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項６に記載の作用効果と同様である。
【００５２】
請求項２８に記載のレンズは、前記レンズに所定の波長の光束を入射させた際のバックフォーカスに対する、前記レンズに前記所定の波長とは±１０ｎｍ内の所定の波長差だけ異なる波長の光束を入射させた際のバックフォーカスの移動量が略ゼロであることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項７に記載の作用効果と同様である。
【００５３】
請求項２９に記載のレンズは、前記輪帯構造は、平面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると階段状であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項８に記載の作用効果と同様である。
【００５４】
請求項３０に記載のレンズは、前記輪帯構造は、凸面又は凹面の光学面上に形成され、光軸を含む断面でみると鋸歯状であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項９に記載の作用効果と同様である。
【００５５】
請求項３１に記載のレンズは、光ピックアップ装置用光学系において、入射光束の発散角を変換して対物レンズに入射させるためのカップリングレンズとして使用されることで、より高密度な情報の記録及び／又は再生を実現できる。
【００５６】
尚、本明細書において、カップリングレンズとは、入射光束の発散角を変換して対物レンズに導くレンズを指し、入射する発散光束をより弱い発散光束に変換するものや、入射する発散光束を収斂光束に変換するものや、入射する発散光束を平行光束に変換するものも含む。その形態としては、１つのレンズから構成されていてもよいし、複数枚のレンズから構成されていてもよい。また、図１の光ピックアップ装置用光学系ＯＳにおけるカップリングレンズＣＵＬでは、対物レンズＯＢＪ側の光学面上に輪帯構造を形成しているが、かかる輪帯構造は、光源側の光学面上に形成されても良いし、２つ以上の複数の光学面上に形成されても良い。何れの場合も、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを小さく抑えることが可能となる。
【００５７】
また、本明細書において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体（光ディスク）を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に駆動されるレンズを指すものとする。従って、本明細書において、対物レンズの開口数とは光情報記録媒体側の開口数であって、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいは、それぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録／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開口数を指すものとする。
【００５８】
また、本明細書において、情報の記録とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録することをいう。また、本明細書において、情報の再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明による対物レンズは、記録だけあるいは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、ある光情報記録媒体に対しては記録を行い、別の光情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録および再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光ピックアップ装置用光学系ＯＳを搭載した光ピックアップ装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図６は、本実施の形態に係る光ピックアップ装置ＰＵの概略構成図である。光ピックアップ装置ＰＵは、図６に示すように光源となる半導体レーザＬＤを備えている。半導体レーザＬＤは、波長４００ｎｍ程度の光束を射出するＧａＮ系青紫色半導体レーザ、或いはＳＨＧ青紫色半導体レーザである。この半導体レーザＬＤから射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、１／４波長板ＷＰを経て円偏光の光束となった後、カップリングレンズＣＵＬで平行光束となる。この平行光束は絞りＳＴＯを経た後、対物レンズＯＢＪによって光ディスクＯＤの保護層ＤＰを介して情報記録面ＤＲ上に集光スポットとして形成される。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動される。対物レンズＯＢＪは光ディスクＯＤ側の開口数が０．８５程度とされており、フランジ部ＦＬにより、光ピックアップ装置ＰＵに精度よく取り付けることができる。尚、対物レンズＯＢＪには、本発明の輪帯構造は形成されていない。
【００６０】
情報記録面ＤＲで情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪを透過した後、絞りＳＴＯを経てカップリングレンズＣＵＬにより収斂光束となる。この収斂光束は、１／４波長板ＷＰにより直線偏光とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳによって反射され、シリンドリカルレンズＣＹ、凹レンズＮＬを経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成されたフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を用いて光ディスクＯＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う。
【００６１】
また、本発明に係わる光情報記録再生装置は、上述した光ピックアップ装置ＰＵと、光ディスクＯＤをこの光ピックアップ装置により情報の記録／再生が可能に支持する図示しない光情報記録媒体支持手段とを有して構成されるものである。光情報記録媒体支持手段は、光ディスクＯＤの中心部分を保持して回転操作する回転操作装置によって構成される。
【００６２】
上述のように構成された光ピックアップ装置ＰＵ及び上述の光情報記録再生装置における光ピックアップ装置ＰＵにおいて、カップリングレンズＣＵＬの光学面上には、請求項１に記載のような輪帯構造が形成されているので、半導体レーザＬＤがモードホッピング現象を起こした場合でも、対物レンズＯＢＪにより集光された集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれが小さく抑えられる。対物レンズに回折構造や輪帯構造を設けなくて済むので、対物レンズの設計や、それを成形するための金型の製造が容易となる。
【００６３】
（実施例）
次に、上述した光ピックアップ装置用光学系ＯＳとして好適な実施例を提示する。表１にレンズデータを示す。本実施例の設計波長は４０５ｎｍ、対物レンズＯＢＪの焦点距離は１．７６ｍｍ、対物レンズＯＢＪの開口数は０．８５、対物レンズＯＢＪの入射瞳径は３．０ｍｍである。カップリングレンズＣＵＬの焦点距離は１３．０３ｍｍである。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  ２．５×Ｅ―３）を用いて表すものとする。
【表１】
2004185746.tif 000003
【００６４】
各光学面における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数１で表される。ただし、κを円錐係数、Ａ２ｉを非球面係数とする。
【数１】
2004185746.tif 000004
【００６５】
また、表１において、ｒ（ｍｍ）は各光学面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）は光軸上の間隔、Ｎｄはｄ線における屈折率、Ｎ４０５は設計波長４０５ｎｍにおける屈折率、Ｎ４０６は波長４０６ｎｍにおける屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表している。
【００６６】
本実施例では、カップリングレンズＣＵＬの対物レンズＯＢＪ側の光学面（表１において第２面）を平面とし、その上に輪帯構造を形成している。各段差の幅Δｉ（μｍ）、各段差の光軸からの距離ｈｉ（ｍｍ）、各輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐｉ（ｍｍ）（図１参照）は表２に示すとおりである。
【表２】
2004185746.tif 000005
【００６７】
対物レンズＯＢＪには軸上色収差が残存しており、モードホッピング現象による青紫色半導体レーザの波長変化量を１ｎｍと仮定すると、４０５ｎｍから４０６ｎｍへの波長変化でフォーカス位置が対物レンズＯＢＪから０．２６μｍ遠ざかる（ΔＦＯＢＪ：０．２６μｍ）。その結果、フォーカス位置ずれにより波面収差が０．００１λｒｍｓから０．０８３λｒｍｓへと劣化する。
【００６８】
これに対し、カップリングレンズＣＵＬは図５のような配置で光束を入射させると、表２に示した輪帯構造の作用により、入射光束の波長が長くなるとフォーカス位置がカップリングレンズＣＵＬに近づくような波長依存性を有し、４０５ｎｍから４０６ｎｍへの波長変化でフォーカス位置がカップリングレンズＣＵＬに１１．１５μｍ近づく（ΔＦ：−１１．１５μｍ）。
【００６９】
対物レンズＯＢＪに、カップリングレンズＣＵＬを組み合わせることで、４０５ｎｍから４０６ｎｍへの波長変化に対するフォーカス位置の移動量を０．１μｍに抑えることが可能であって（ΔＦＯＳ：０．１μｍすなわち｜ΔＦＯＢＪ｜＞｜ΔＦＯＳ｜  ）、このときのデフォーカス成分込みの波面収差は０．０３６λｒｍｓである。以上から、カップリングレンズＣＵＬにより、波長変化に対する集光スポットのフォーカス位置ずれは良好に補正されたということが出来る。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば青紫色半導体レーザのごとき短波長光源を使用する光ピックアップ装置用の光学系において、簡易な構成で集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを補正することが可能であり、光透過率に対する形状の製造誤差の影響が小さく、さらに、光透過率の波長依存性が小さい光ピックアップ装置用光学系を提供することができる。また、この光ピックアップ装置用光学系を使用する光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置を提供することができる。
【００７１】
本発明は、さらに、例えば青紫色半導体レーザのごとき短波長光源を使用する光ピックアップ装置用の光学系に好適なレンズであって、製造が容易で、かつ、低コストでありながらも、対物レンズと組み合わせて使用することで、集光スポットの波長変化に対するフォーカス位置ずれを良好に補正することができるレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係わる光ピックアップ装置用光学系ＯＳの断面図である。
【図２】対物レンズＯＢＪに対して、設計波長λ（ｎｍ）の光束が入射した場合と、設計波長λ（ｎｍ）から所定の波長Δλ（ｎｍ）だけ長い波長の光束が入射した場合の透過波面の様子を表すグラフである。
【図３】カップリングレンズＣＵＬに対して、設計波長λ（ｎｍ）の光束が入射した場合と、設計波長λ（ｎｍ）から所定の波長Δλ（ｎｍ）だけ長い波長の光束が入射した場合の、カップリングレンズＣＵＬの透過波面の様子を示すグラフである。
【図４】カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとを透過した波面の特性を示す図である。
【図５】カップリングレンズＣＵＬのフォーカス位置の波長依存性を示す図である。
【図６】本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
ＰＵ  光ピックアップ装置
ＯＢＪ  対物レンズ
ＣＵＬ  カップリングレンズ
ＬＤ  半導体レーザ
ＡＣ  アクチュエータ
ＳＴＯ  絞り
ＰＤ  光検出器
ＯＤ  光ディスク
【図１】
2004185746.tif 000006
【図２】
2004185746.tif 000007
【図３】
2004185746.tif 000008
【図４】
2004185746.tif 000009
【図５】
2004185746.tif 000010
【図６】
2004185746.tif 000011