(57)【要約】      （修正有）【課題】短波長用光学系であって、波長変化に対して球面収差の発生が小さく、さらに、対物レンズが光軸に垂直方向に偏芯した場合でもコマ収差の発生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】微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成し、隣り合う輪帯同士が所定の光路差を生じるように形成した輪帯構造を少なくとも１つの光学面上に有し、同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、輪帯構造を持たない屈折レンズに対して設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量ΔＳＡＲが、対物レンズＯＢＪに前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量ΔＳＡＤより大きいように構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色収差補正素子と、前記色収差補正素子を透過した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、
前記色収差補正素子は、光軸から離れるに従って光路長が大きくなる方向に設けられた段差により分割されている複数の輪帯から構成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズは、光軸方向の段差により分割されている複数の輪帯から構成され、かつ、前記段差が入射光の波長に応じた光路差を生じるように決定されている輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記色収差補正手段の前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い生じる、前記対物レンズの焦点位置ずれを補正するものであり、
前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い、前記対物レンズで生じる球面収差を補正するものであることを特徴とする光ピックアップ装置用光学系。
【請求項２】
前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの倍率変化により生じる球面収差、及び／又は、前記光ピックアップ装置用光学系への入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの波長分散により生じる球面収差を補正するもの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。
【請求項３】
前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が全て同一である回折構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項４】
前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差を、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）により定義される光路差関数Φｂで表したとき、４次以上の高次の光路差関数のうち、４次の光路差関数係数を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有することを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項５】
ＰＤ＝−２・ｂ２で定義される前記対物レンズに形成された前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置用光学系。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                （１）
【請求項６】
ＰＤ＝０であることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項７】
前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項８】
前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、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用光学系。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                        （２）  
【請求項９】
前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が有効径途中で反対になる光路差付加構造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。
【請求項１０】
前記対物レンズの輪帯構造において、光軸を含む輪帯の外側に隣接する輪帯が、前記光軸を含む輪帯に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径位置における輪帯が、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径の７５％の位置における輪帯が、その内側と外側に隣接する輪帯に対して光路長が短くなるに光軸方向に変移していることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項１１】
前記光軸を含む輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項９又は１０に記載の光ピックアップ装置用光学系。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                        （３）
【請求項１２】
前記対物レンズは、前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤ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１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                        （４）
【請求項１３】
前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤ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１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
ΔＳＡＤ＜０                              （５）
【請求項１４】
前記対物レンズにその設計波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ１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１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
｜ΔＷＦＥ１｜＜０．０３λｒｍｓ          （６）
【請求項１５】
前記対物レンズは単レンズであることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項１６】
前記対物レンズは、前記輪帯構造が形成された前記光学面を有する収差補正素子と、前記収差補正素子を透過した光束を集光する集光素子とから構成され、前記収差補正素子の近軸パワーＰ１（ｍｍ−１）と前記集光素子の近軸パワーＰ２（ｍｍ−１）とが次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
｜Ｐ１／Ｐ２｜＜０．２                      （６’）
【請求項１７】
前記対物レンズの像側開口数が０．７以上とされたことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項１８】
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１７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項１９】
前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に減少する回折構造であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項２０】
前記色収差補正素子を透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
により定義される光路差関数Φｂで表すとき（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）
ＰＤ＝−２・ｂ２                            （７）
で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が以下の条件を満足することを特徴とする請求項１９に記載の光ピックアップ装置用光学系。
ＰＤ＞０                                    （８）
【請求項２１】
前記光路差関数Φｂにおいて、４次以上の高次の光路差関数係数が全てゼロであることを特徴とする請求項２０に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項２２】
前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化する光路差付加構造であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項２３】
前記色収差補正素子は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズであることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項２４】
前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された２群構成のエキスパンダーレンズであることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項２５】
前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された１群構成の光学素子であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用光学系。
【請求項２６】
光源と、
色収差補正素子及び対物レンズを備え、前記光源から射出され前記色収差補正素子を通過した光束を前記対物レンズにより光情報記録媒体の情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用光学系と、を有する光ピックアップ装置において、
前記色収差補正素子は、光軸から離れるに従って光路長が大きくなる方向に設けられた段差により分割されている複数の輪帯から構成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズは、光軸方向の段差により分割されている複数の輪帯から構成され、かつ、前記段差が入射光の波長に応じた光路差を生じるように決定されている輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記色収差補正手段の前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い生じる、前記対物レンズの焦点位置ずれを補正するものであり、
前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い、前記対物レンズで生じる球面収差を補正するものであることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２７】
前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの倍率変化により生じる球面収差、及び／又は、前記光ピックアップ装置用光学系への入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの波長分散により生じる球面収差を補正するものであることを特徴とする請求項２６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２８】
前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が全て同一である回折構造であることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２９】
前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差を、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）により定義される光路差関数Φｂで表したとき、４次以上の高次の光路差関数のうち、４次の光路差関数係数を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有することを特徴とする請求項２８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３０】
ＰＤ＝−２・ｂ２で定義される前記対物レンズに形成された前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする請求項２９に記載の光ピックアップ装置。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                （１）
【請求項３１】
ＰＤ＝０であることを特徴とする請求項３０に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３２】
前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする請求項２８乃至３１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３３】
前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項３２に記載の光ピックアップ装置。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                        （２）  
【請求項３４】
前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が有効径途中で反対になる光路差付加構造であることを特徴とする請求項２６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３５】
前記対物レンズの輪帯構造において、光軸を含む輪帯の外側に隣接する輪帯が、前記光軸を含む輪帯に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径位置における輪帯が、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径の７５％の位置における輪帯が、その内側と外側に隣接する輪帯に対して光路長が短くなるに光軸方向に変移していることを特徴とする請求項３４に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３６】
前記光軸を含む輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項３４又は３５に記載の光ピックアップ装置。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                        （３）
【請求項３７】
前記対物レンズは、前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする請求項２６乃至３６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                        （４）
【請求項３８】
前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２６乃至３７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
ΔＳＡＤ＜０                              （５）
【請求項３９】
前記対物レンズにその設計波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ１としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２６乃至３８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
｜ΔＷＦＥ１｜＜０．０３λｒｍｓ          （６）
【請求項４０】
前記対物レンズは単レンズであることを特徴とする請求項２６乃至３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４１】
前記対物レンズは、前記輪帯構造が形成された前記光学面を有する収差補正素子と、前記収差補正素子を透過した光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光する集光素子とから構成され、前記収差補正素子の近軸パワーＰ１（ｍｍ−１）と前記集光素子の近軸パワーＰ２（ｍｍ−１）とが次式を満たすことを特徴とする請求項２６乃至３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
｜Ｐ１／Ｐ２｜＜０．２                        （６’）
【請求項４２】
前記対物レンズの像側開口数が０．７以上とされたことを特徴とする請求項２６乃至４１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４３】
設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２６乃至４２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４４】
前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に減少する回折構造であることを特徴とする請求項２６乃至４３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４５】
前記色収差補正素子を透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
により定義される光路差関数Φｂで表すとき（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）
ＰＤ＝−２・ｂ２                            （７）
で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が以下の条件を満足することを特徴とする請求項４４に記載の光ピックアップ装置。
ＰＤ＞０                                    （８）
【請求項４６】
前記光路差関数Φｂにおいて、４次以上の高次の光路差関数係数が全てゼロであることを特徴とする請求項４５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４７】
前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化する光路差付加構造であることを特徴とする請求項２６乃至４３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４８】
前記色収差補正素子は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズであることを特徴とする請求項２６乃至４７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４９】
前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された２群構成のエキスパンダーレンズであることを特徴とする請求項２６乃至４７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５０】
前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された１群構成の光学素子であることを特徴とする請求項２６乃至４７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５１】
前記色収差補正素子は、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に固定配置され、
前記光情報記録媒体に対する情報の記録および再生の少なくとも一方を行う際に、前記色収差補正素子と前記対物レンズのうち、前記対物レンズのみをアクチュエータにより光軸に垂直な方向に変移させて、トラッキングを行なうことを特徴とする請求項２６乃至５０のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項５２】
光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
前記対物レンズは、光軸方向の段差により分割されている複数の輪帯から構成され、かつ、前記段差が入射光の波長に応じた光路差を生じるように決定されている輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長より１０ｎｍ長い波長の光を前記倍率よりも所定量だけ大きい倍率で入射させた場合の波面収差をＳＡ１（λｒｍｓ）、前記対物レンズに、前記設計波長より１０ｎｍ長い波長の光を前記倍率よりも前記所定量だけ大きい倍率で入射させた場合の波面収差をＳＡ２（λｒｍｓ）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。
ＳＡ１＞ＳＡ２                              （９）
【請求項５３】
像側開口数が０．７以上とされたことを特徴とする請求項５１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項５４】
設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とすることを請求項５２又は５３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項５５】
単レンズであることを特徴とする請求項５２乃至５４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項５６】
前記輪帯構造が形成された前記光学面を有する収差補正素子と、前記収差補正素子を透過した光束を集光する集光素子とから構成され、前記収差補正素子の近軸パワーＰ１（ｍｍ−１）と前記集光素子の近軸パワーＰ２（ｍｍ−１）とが次式を満たすことを特徴とする請求項５２乃至５４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
｜Ｐ１／Ｐ２｜＜０．２                          （９’）
【請求項５７】
前記輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が全て同一である回折構造であることを特徴とする請求項５２乃至５６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項５８】
前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差を、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれそれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）により定義される光路差関数Φｂで表したとき、４次以上の高次の光路差関数のうち、４次の光路差関数係数を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有することを特徴とする請求項５７に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項５９】
ＰＤ＝−２・ｂ２で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする請求項５８に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                      （１０）
【請求項６０】
ＰＤ＝０であることを特徴とする請求項５９に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項６１】
前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする請求項５７乃至６０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項６２】
前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項６１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                              （１１）
【請求項６３】
次式を満たすことを特徴とする請求項６２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
Ｄ１／Ｄ２＞０．３                              （１２）
【請求項６４】
前記輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が有効径途中で反対になる光路差付加構造であることを特徴とする請求項５２乃至５５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項６５】
前記光軸を含む輪帯の外側に隣接する輪帯が、前記光軸を含む輪帯に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径位置における輪帯が、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径の７５％の位置における輪帯が、その内側と外側に隣接する輪帯に対して光路長が短くなるに光軸方向に変移していることを特徴とする請求項６４に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
【請求項６６】
前記光軸を含む輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項６４又は６５に記載の光ピックアップ装置用光学系。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                                （１３）
【請求項６７】
前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする請求項５２乃至６６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                                （１４）
【請求項６８】
前記対物レンズにその設計波長の光を入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項５２乃至６７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
｜ΔＷＦＥ２｜＜０．０３λｒｍｓ                  （１５）
【請求項６９】
前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする項５２乃至６８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
ΔＳＡＤ＜０                                      （１６）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及び対物レンズに関し、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及び対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、近年における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より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は対物レンズの像側開口数）に比例するので、スポット径を小さくするためには、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、光源の短波長化に関しては、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、いわゆる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したデフォーカス誤差は、対物レンズをフォーカシング動作させることで除去できるが、対物レンズの色収差が補正されていないと、対物レンズをフォーカシング動作させるまでの数ｎｓｅｃの間は、デフォーカス誤差による記録不良等の不具合が生じる。対物レンズの軸上色収差は、それを通過する光束の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傾向がある。以上の理由から、特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では、対物レンズの軸上色収差の補正が必要であるといえる。
【０００５】
対物レンズの軸上色収差を簡単な構成で補正するための素子として、回折作用を利用した回折素子が公知である。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において、対物レンズの軸上色収差を補正するためのかかる回折素子を備えた光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用光学系が、以下の特許文献１乃至３に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２５６６７２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０８８９４号公報
【特許文献３】特開２００２−０８２２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された光ピックアップ装置は、青紫色半導体レーザ光源と対物レンズとの間の平行光束中に配置された回折素子により、対物レンズの軸上色収差を補正するものであり、特許文献２に記載された光ピックアップ装置用光学系は、青紫色半導体レーザ光源からの発散光束を平行光束に変換して対物レンズに導くためのコリメートレンズの光学面上に回折構造を形成して、その作用により、対物レンズの軸上色収差を補正するものであり、特許文献３に記載された光ピックアップ装置は、青紫色半導体レーザ光源と対物レンズとの間の平行光束中に配置されたエキスパンダーレンズの光学面上に回折構造を形成して、その作用により、対物レンズの軸上色収差を補正するものである。
【０００７】
上記の光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用光学系では、色収差補正素子から射出されて対物レンズに向かう光束が、回折構造の作用により半導体レーザの波長が、光ピックアップ装置用光学系の設計波長より長くなる方向に変化した場合には収斂光束となり、半導体レーザの波長が、光ピックアップ装置用光学系の設計波長より短くなる方向に変化した場合には発散光束となるので、この特性を利用することで、対物レンズの軸上色収差を補正することができる。しかるに、このように、半導体レーザの波長変化により対物レンズに向かう光束の発散度が変化すると、対物レンズの倍率が変化するため球面収差が発生する。
【０００８】
光ピックアップ装置において光源として使用される半導体レーザは、製造誤差により個体間に±１０ｎｍ程度の波長差がある。上記の光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用光学系において、このように波長が、光ピックアップ装置用光学系の設計波長からずれた半導体レーザを使用する場合、対物レンズの倍率変化に伴って発生する球面収差を除去するため、コリメートレンズ位置や半導体レーザ位置の初期調整が必要となり、光ピックアップ装置の製造コストが増大する。
【０００９】
特に、上記の問題は、一般的に光ピックアップ装置のコスト低減やコンパクト化を図るための一手法である高開口数の対物レンズの単レンズ化によって、より顕在化される傾向がある。単レンズでは、球面色収差は開口数の４乗に比例して増大する。そのため、コリメートレンズ位置の調整や半導体レーザ位置の初期調整で、上記の対物レンズの倍率変化に伴い発生した球面収差変化に加えて、対物レンズ自身に残留する球面色収差を補正する必要がある。また、高開口数の対物レンズの単レンズ化を実現するためには、光学面同士の光軸ずれに対するマージンを確保するため、高屈折率材料を使用するのが望ましい。
【００１０】
ところが、一般的に高屈折率材料は低分散であるので、色収差補正素子で補正するべき軸上色収差量が大きくなる傾向がある。そのため、かかる高屈折率材料からなる対物レンズの軸上色収差を補正するためには、色収差補正素子から対物レンズに向かう光束の、半導体レーザの波長変化に伴う発散度変化を大きく設定する必要があり、この結果、波長が光ピックアップ装置用光学系の設計波長からずれた半導体レーザを使用する場合に、対物レンズの倍率変化が大きくなる。そのため、対物レンズの倍率変化に伴う球面収差の発生が大きくなり、コリメートレンズ位置の初期調整量や半導体レーザ位置の初期調整量が増大する。
【００１１】
かかる問題に対し、色収差補正素子を、半導体レーザの波長が変化した場合にその球面収差（以降、入射光の波長が変化した場合の球面収差を球面色収差と呼ぶ）が変化するような設計とすることで、上記の対物レンズの倍率変化に伴って発生する球面収差を打ち消すことは可能である。
【００１２】
しかしながら、色収差補正素子に球面色収差が残存していると、製造誤差により波長が光ピックアップ装置用光学系の設計波長からずれた青紫色半導体レーザを使用した場合に、対物レンズのトラッキング駆動により光軸ズレが生じることで、無視できないコマ収差が発生し、良好なトラッキング特性が得られず記録又は再生不良が生じる恐れがある。
【００１３】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、波長の短い青紫色光源を使用する光ピックアップ装置に搭載される光ピックアップ装置用光学系であって、入射する光の波長が変化した場合に、球面収差の発生が十分小さく、さらに、入射する光の波長が変化した場合に、対物レンズが色収差補正素子に対して光軸に垂直方向に偏芯した場合でもコマ収差の発生が十分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。さらに、この光ピックアップ装置用光学系に適用可能な対物レンズを提供することを目的とする。また、これらの光ピックアップ装置用光学系や対物レンズを搭載した光ピックアップ装置を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の光ピックアップ装置用光学系は、
色収差補正素子と、前記色収差補正素子を透過した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、
前記色収差補正素子は、光軸から離れるに従って光路長が大きくなる方向に設けられた段差により分割されている複数の輪帯から構成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズは、光軸方向の段差により分割されている複数の輪帯から構成され、かつ、前記段差が入射光の波長に応じた光路差を生じるように決定されている輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記色収差補正手段の前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い生じる、前記対物レンズの焦点位置ずれを補正するものであり、
前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い、前記対物レンズで生じる球面収差を補正するものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの倍率変化により生じる球面収差、及び／又は、前記光ピックアップ装置用光学系への入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの波長分散により生じる球面収差を補正するものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１又は２に記載の発明において、前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が全て同一である回折構造であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項３に記載の発明において、前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差を、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）により定義される光路差関数Φｂで表したとき、４次以上の高次の光路差関数のうち、４次の光路差関数係数を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項４に記載の発明において、ＰＤ＝−２・ｂ２で定義される前記対物レンズに形成された前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                （１）
【００１９】
請求項６に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項５に記載の発明において、ＰＤ＝０であることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項３乃至６のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項７に記載の発明において、前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                        （２）  
【００２２】
請求項９に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が有効径途中で反対になる光路差付加構造であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項９に記載の発明において、前記対物レンズの輪帯構造において、光軸を含む輪帯の外側に隣接する輪帯が、前記光軸を含む輪帯に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径位置における輪帯が、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径の７５％の位置における輪帯が、その内側と外側に隣接する輪帯に対して光路長が短くなるに光軸方向に変移していることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記光軸を含む輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                        （３）
【００２５】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズは、前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                        （４）
【００２６】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ΔＳＡＤ＜０                              （５）
【００２７】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズにその設計波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ１としたとき、次式を満たすことを特徴とする。  ｜ΔＷＦＥ１｜＜０．０３λｒｍｓ          （６）
【００２８】
請求項１５に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズは単レンズであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１６に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズは、前記輪帯構造が形成された前記光学面を有する収差補正素子と、前記収差補正素子を透過した光束を集光する集光素子とから構成され、前記収差補正素子の近軸パワーＰ１（ｍｍ−１）と前記集光素子の近軸パワーＰ２（ｍｍ−１）とが次式を満たすことを特徴とする。
｜Ｐ１／Ｐ２｜＜０．２                      （６’）
【００３０】
請求項１７に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズの像側開口数が０．７以上とされたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１８に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１７のいずれかに記載の発明において、設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に減少する回折構造であることを特徴とする。
【００３３】
請求項２０に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１９に記載の発明において、前記色収差補正素子を透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
により定義される光路差関数Φｂで表すとき（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）
ＰＤ＝−２・ｂ２                            （７）
で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が以下の条件を満足することを特徴とする。
ＰＤ＞０                                    （８）
【００３４】
請求項２１に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項２０に記載の発明において、前記光路差関数Φｂにおいて、４次以上の高次の光路差関数係数が全てゼロであることを特徴とする。
【００３５】
請求項２２に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化する光路差付加構造であることを特徴とする。
【００３６】
請求項２３に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至２２のいずれかに記載の発明において、前記色収差補正素子は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズであることを特徴とする。
【００３７】
請求項２４に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至２２のいずれかに記載の発明において、前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された２群構成のエキスパンダーレンズであることを特徴とする。
【００３８】
請求項２５に記載の光ピックアップ装置用光学系は、請求項１乃至２２のいずれかに記載の発明において、前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された１群構成の光学素子であることを特徴とする。
【００３９】
請求項２６に記載の光ピックアップ装置は、光源と、色収差補正素子及び対物レンズを備え、前記光源から射出され前記色収差補正素子を通過した光束を前記対物レンズにより光情報記録媒体の情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用光学系と、を有する光ピックアップ装置において、
前記色収差補正素子は、光軸から離れるに従って光路長が大きくなる方向に設けられた段差により分割されている複数の輪帯から構成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有し、
前記対物レンズは、光軸方向の段差により分割されている複数の輪帯から構成され、かつ、前記段差が入射光の波長に応じた光路差を生じるように決定されている輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記色収差補正手段の前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い生じる、前記対物レンズの焦点位置ずれを補正するものであり、
前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴い、前記対物レンズで生じる球面収差を補正するものであることを特徴とする。
【００４０】
請求項２７記載の光ピックアップ装置は、請求項２６に記載の発明において、前記対物レンズの前記輪帯構造は、前記光ピックアップ装置用光学系ヘの入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの倍率変化により生じる球面収差、及び／又は、前記光ピックアップ装置用光学系への入射光束の波長変化に伴う、前記対物レンズの波長分散により生じる球面収差を補正するものであることを特徴とする。
【００４１】
請求項２８記載の光ピックアップ装置は、請求項２６又は２７に記載の発明において、前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が全て同一である回折構造であることを特徴とする。
【００４２】
請求項２９記載の光ピックアップ装置は、請求項２８に記載の発明において、前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差を、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）により定義される光路差関数Φｂで表したとき、４次以上の高次の光路差関数のうち、４次の光路差関数係数を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有することを特徴とする。
【００４３】
請求項３０記載の光ピックアップ装置は、請求項２９に記載の発明において、
ＰＤ＝−２・ｂ２で定義される前記対物レンズに形成された前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                （１）
【００４４】
請求項３１記載の光ピックアップ装置は、請求項３０に記載の発明において、ＰＤ＝０であることを特徴とする。
【００４５】
請求項３２記載の光ピックアップ装置は、請求項２８乃至３１のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする。
【００４６】
請求項３３記載の光ピックアップ装置は、請求項３２に記載の発明において、前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                        （２）  
【００４７】
請求項３４記載の光ピックアップ装置は、請求項２６に記載の発明において、前記対物レンズの輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が有効径途中で反対になる光路差付加構造であることを特徴とする。
【００４８】
請求項３５記載の光ピックアップ装置は、請求項３４に記載の発明において、前記対物レンズの輪帯構造において、光軸を含む輪帯の外側に隣接する輪帯が、前記光軸を含む輪帯に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径位置における輪帯が、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径の７５％の位置における輪帯が、その内側と外側に隣接する輪帯に対して光路長が短くなるに光軸方向に変移していることを特徴とする。
【００４９】
請求項３６記載の光ピックアップ装置は、請求項３４又は３５に記載の発明において、前記光軸を含む輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                        （３）
【００５０】
請求項３７記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至３６のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズは、前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                        （４）
【００５１】
請求項３８記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至３７のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ΔＳＡＤ＜０                              （５）
【００５２】
請求項３９記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至３８のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズにその設計波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ１としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ΔＷＦＥ１｜＜０．０３λｒｍｓ          （６）
【００５３】
請求項４０記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至３９のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズは単レンズであることを特徴とする。
【００５４】
請求項４１記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至３９のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズは、前記輪帯構造が形成された前記光学面を有する収差補正素子と、前記収差補正素子を透過した光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光する集光素子とから構成され、前記収差補正素子の近軸パワーＰ１（ｍｍ−１）と前記集光素子の近軸パワーＰ２（ｍｍ−１）とが次式を満たすことを特徴とする請求項２６乃至３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
｜Ｐ１／Ｐ２｜＜０．２                        （６’）
【００５５】
請求項４２記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至４１のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズの像側開口数が０．７以上とされたことを特徴とする。
【００５６】
請求項４３記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至４２のいずれかに記載の発明において、設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００５７】
請求項４４記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至４３のいずれかに記載の発明において、前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に減少する回折構造であることを特徴とする。
【００５８】
請求項４５記載の光ピックアップ装置は、請求項４４に記載の発明において、前記色収差補正素子を透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
により定義される光路差関数Φｂで表すとき（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）
ＰＤ＝−２・ｂ２                            （７）
で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が以下の条件を満足することを特徴とする。
ＰＤ＞０                                    （８）
【００５９】
請求項４６記載の光ピックアップ装置は、請求項４５に記載の発明において、前記光路差関数Φｂにおいて、４次以上の高次の光路差関数係数が全てゼロであることを特徴とする。
【００６０】
請求項４７記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至４３のいずれかに記載の発明において、前記色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化する光路差付加構造であることを特徴とする。
【００６１】
請求項４８記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至４３のいずれかに記載の発明において、前記色収差補正素子は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズであることを特徴とする。
【００６２】
請求項４９記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至４３のいずれかに記載の発明において、前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された２群構成のエキスパンダーレンズであることを特徴とする。
【００６３】
請求項５０記載の光ピックアップ装置は、請求項２６に記載の発明において、前記光ピックアップ装置用光学系は、光源から射出された発散光束の発散角を略平行光束に変換するカップリングレンズを更に有し、前記色収差補正素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配設された１群構成の光学素子であることを特徴とする。
【００６４】
請求項５１記載の光ピックアップ装置は、請求項２６乃至５０のいずれかに記載の発明において、前記色収差補正素子は、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に固定配置され、前記光情報記録媒体に対する情報の記録および再生の少なくとも一方を行う際に、アクチュエータにより前記対物レンズのみを光軸に垂直な方向に変位させて、所定のトラック上に前記光源からの光束を集光させることを特徴とする。
【００６５】
請求項５２記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、
光軸方向の段差により分割されている複数の輪帯から構成され、かつ、前記段差が所定の入射光に対して所定の光路差を生じるように決定されている輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長より１０ｎｍ長い波長の光を前記倍率よりも所定量だけ大きい倍率で入射させた場合の波面収差をＳＡ１（λｒｍｓ）、前記対物レンズに、前記設計波長より１０ｎｍ長い波長の光を前記倍率よりも前記所定量だけ大きい倍率で入射させた場合の波面収差をＳＡ２（λｒｍｓ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。尚、「所定量」とは、０乃至０．００３の範囲内における任意量とする。
ＳＡ１＞ＳＡ２                              （９）
【００６６】
請求項５３記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２に記載の発明において、像側開口数が０．７以上とされたことを特徴とする。
【００６７】
請求項５４記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２又は５３に記載の発明において、設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００６８】
請求項５５記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２乃至５４のいずれかに記載の発明において、単レンズであることを特徴とする。
【００６９】
請求項５６記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２乃至５４のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造が形成された前記光学面を有する収差補正素子と、前記収差補正素子を透過した光束を集光する集光素子とから構成され、前記収差補正素子の近軸パワーＰ１（ｍｍ−１）と前記集光素子の近軸パワーＰ２（ｍｍ−１）とが次式を満たすことを特徴とする。
｜Ｐ１／Ｐ２｜＜０．２                          （９’）
【００７０】
請求項５７記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２乃至５６のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が全て同一である回折構造であることを特徴とする。
【００７１】
請求項５８記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５７に記載の発明において、前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差を、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれそれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）により定義される光路差関数Φｂで表したとき、４次以上の高次の光路差関数のうち、４次の光路差関数係数を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有することを特徴とする。
【００７２】
請求項５９記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５８に記載の発明において、ＰＤ＝−２・ｂ２で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                      （１０）
【００７３】
請求項６０記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５９に記載の発明において、ＰＤ＝０であることを特徴とする。
【００７４】
請求項６１記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５７乃至６０のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする。
【００７５】
請求項６２記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項６１に記載の発明において、前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                              （１１）
【００７６】
請求項６３記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項６２に記載の発明において、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．３                              （１２）
【００７７】
請求項６４記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２乃至５５のいずれかに記載の発明において、前記輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化し、かつ、前記段差の方向が有効径途中で反対になる光路差付加構造であることを特徴とする。
【００７８】
請求項６５記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項６４に記載の発明において、前記光軸を含む輪帯の外側に隣接する輪帯が、前記光軸を含む輪帯に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径位置における輪帯が、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径の７５％の位置における輪帯が、その内側と外側に隣接する輪帯に対して光路長が短くなるに光軸方向に変移していることを特徴とする。
【００７９】
請求項６６記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項６４又は６５に記載の発明において、前記光軸を含む輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                                （１３）
【００８０】
請求項６７記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２乃至６６のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                                （１４）
【００８１】
請求項６８記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２乃至６７のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズにその設計波長の光を入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ΔＷＦＥ２｜＜０．０３λｒｍｓ                  （１５）
【００８２】
請求項６９記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項５２乃至６８のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ΔＳＡＤ＜０                                      （１６）
【００８３】
本発明について、図面を参照しつつ説明する。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の断面図であり、図１（ｂ）は、色収差補正素子ＣＡの光学面の拡大図であり、図１（ｃ）は、対物レンズＯＢＪの光学面の拡大図である。本発明に係わ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、図示しないコリメートレンズによりコリメートされた平行光束中に配置される色収差補正素子ＣＡと、この色収差補正素子ＣＡ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。
【００８４】
色収差補正素子の光束入射面は、拡大図（図１（ｂ））に示すように、光軸から離れるに従って光路長が大きくなる方向に設けられた段差により分割されている複数の輪帯から構成された輪帯構造が形成されている。
【００８５】
色収差補正素子の輪帯構造は、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に減少する回折構造であり、入射光束の波長が長波長側にシフトした場合に近軸における回折パワーが大きくなり、入射光束の波長が短波長側にシフトした場合に近軸における回折パワーが小さくなるような波長依存性を有する。
【００８６】
この回折パワーの波長依存性により、色収差補正素子から射出される光束は、光ピックアップ装置用光学系の設計波長λ０からΔλだけ長い波長λ０＋Δλ（ｎｍ）では、図２（ｂ）に示すように収斂光束となり、一方、光ピックアップ装置用光学系の設計波長λ０からΔλだけ短い波長λ０−Δλ（ｎｍ）では、図２（ｃ）に示すように発散光束となるので、対物レンズの軸上色収差を補正することができる。
【００８７】
ところが、上述したように、対物レンズに向かう光束の発散度が変化すると、対物レンズの倍率が変化するために球面収差が発生する。図２（ｂ）に示すように、色収差補正素子から射出される光束が収斂光束となる場合、対物レンズの倍率は大きくなる方向に変化するため、対物レンズの球面収差は、図２（ｅ）に示すように、オーバー方向に変化する。
【００８８】
一方、図２（ｃ）に示すように、色収差補正素子から射出される光束が発散光束となる場合、対物レンズの倍率は小さくなる方向に変化するため、対物レンズの球面収差は、図２（ｆ）に示すように、アンダー方向に変化する。
【００８９】
かかる波長変化に伴う倍率変化による球面収差は、対物レンズのＮＡの４乗に比例して増大する。また、単レンズ構成の高ＮＡ対物レンズでは、軸上色収差が大きいため、それを補正するためには色収差補正素子に大きな回折パワーが必要になる。その結果、波長変化に伴う倍率変化が大きくなる。そのため、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する光ピックアップ装置、特に、ＮＡ０．８５の単レンズ構成の対物レンズを使用する光ピックアップ装置では、青紫色半導体レーザ光源の発振波長に対する公差が厳しいものとなり、量産として成立しない虞がある。
【００９０】
かかる問題に対し、色収差補正素子の輪帯構造に、入射光束の波長が長波長側に変化した場合に透過波面に対してアンダー方向となるような球面収差を付加し、入射光束の波長が短波長側に変化した場合に透過波面に対してオーバー方向となるような球面収差を付加するような波長依存性を持たせることで、対物レンズの倍率変化により発生する球面収差を打ち消すことが可能である。
【００９１】
しかるに色収差補正素子から射出される光束に球面収差が付加されていると、対物レンズのトラッキング駆動によりコマ収差が発生するため、製造誤差により発振波長が光ピックアップ装置用光学系の設計波長からずれた青紫色半導体レーザを使用する場合に、良好なトラッキング特性が得られないという新たな問題が顕在化する。
【００９２】
そこで、請求項１にあるように、本発明による光ピックアップ装置用光学系の対物レンズでは、図１（ｃ）に示すような、光軸方向の段差により分割されている複数の輪帯から構成され、かつ、この段差が入射光の波長に応じた光路差を生じるように決定されている輪帯構造の作用により、波長変化に伴う対物レンズの倍率変化により発生する球面収差を打ち消すようにすることで、青紫色半導体レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和しつつも、設計波長からずれた青紫色半導体レーザを使用する場合でも、良好なトラッキング特性を得られるようにした。
【００９３】
青紫色領域では、対物レンズへの入射波長が変化すると、波長分散の影響で球面収差が変化する。光学系の光学性能をより良好なものにするためには、請求項２にあるように、対物レンズに形成した輪帯構造により、波長変化に伴う対物レンズの倍率変化により発生する球面収差に加えて、波長変化に伴う対物レンズの波長分散により発生する球面収差も補正するのが好ましい。
【００９４】
輪帯構造を光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に変化し、かつ、段差の方向が有効径内で全て同一である回折構造である回折構造とした場合には、請求項４にあるように、４次の光路差関数係数を含む、少なくとも１つの高次の光路差関数係数をゼロではない値とするのが好ましい。これにより、波長変化に伴う対物レンズの倍率変化により発生する球面収差を良好に補正することが可能となる。
【００９５】
更に、請求項５にあるように、対物レンズの回折構造の近軸パワーＰＤ（回折パワー）は（１）式を満たすように決定するのが好ましい。対物レンズの回折構造に、（１）式の範囲外となるような近軸パワーを持たせることで、軸上色収差を補正する機能を持たせることが可能となる。しかるに、対物レンズの回折構造に、波長変化に伴う対物レンズの倍率変化により発生する球面収差を補正する機能に加えて、軸上色収差を補正する機能を持たせると、各輪帯の幅が小さくなりすぎるため、段差部分のけられにより透過率が低下したり、金型加工が困難になるという問題が発生する。そこで、本発明による光ピックアップ装置用光学系の対物レンズでは、回折構造の近軸パワーを（１）式の範囲内に限定し、軸上色収差を補正する機能は専ら色収差補正素子に持たせることで、対物レンズの各輪帯の幅が小さくなりすぎないようにした。
【００９６】
以上の作用効果をより一層達成するためには、請求項６にあるように、対物レンズの回折構造の近軸パワーをゼロとするのが好ましい。
【００９７】
請求項４乃至６に記載した回折構造の具体的な形状としては、請求項７にあるように、光軸を含み段差が形成されない中央領域と、この中央領域の周囲を囲み段差が形成された周辺領域とから構成される構造である。このような形状の回折構造が形成された対物レンズの正面図を図５（ａ）に示し、断面図を図５（ｂ）に示し、回折構造の拡大図を図５（ｃ）に示す。
【００９８】
ここで、回折構造の近軸パワーを（１）式の範囲内に限定することは、請求項８にあるように、中央領域の直径Ｄ１を、回折構造が形成された光学面の最大有効径Ｄ２に対して、（２）式を満たすように決定することとに相当する。
【００９９】
対物レンズに形成する輪帯構造としては、前述した回折構造のほかに、請求項９にあるように、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化し、かつ、この段差の方向が有効径途中で反対になる光路差付加構造であっても良い。
【０１００】
対物レンズに形成する輪帯構造を光路差付加構造とする場合には、その具体的形状として、請求項１０にあるように、光軸を含む輪帯ＲＢ１の外側に隣接する輪帯ＲＢ２が、ＲＢ１に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径位置における輪帯ＲＢ３が、その内側に隣接する輪帯ＲＢ４に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移しており、最大有効径の７５％の位置における輪帯ＲＢ５が、その内側と外側に隣接する輪帯（それぞれ、ＲＢ６、ＲＢ７）に対して光路長が短くように光軸方向に変移しているような形状とするのが好ましく、これにより、波長変化に伴う対物レンズの倍率変化により発生する球面収差を良好に補正することが可能となる。
【０１０１】
このような形状の光路差付加構造が形成された対物レンズの正面図を図４（ａ）に示し、断面図を図４（ｂ）に示す。球面収差は、対物レンズのＮＡの４乗に比例して増大するため、光路差付加構造により球面収差を補正する場合には、ＮＡの大きな有効径の周辺部に段差を多く形成する必要がある。具体的には、請求項１１にあるように、光軸を含む輪帯ＲＢ１の直径Ｄ３を、光路差付加構造が形成された光学面の最大有効径Ｄ４に対して、（３）式を満たすように決定するのが好ましい。
【０１０２】
ここで、本発明による光ピックアップ装置用光学系の対物レンズの球面収差特性について球面収差図を参照しつつ説明する。尚、以下の説明では、対物レンズは単レンズ構成であるとする。一般的な光学材料は、その波長分散により、入射光束の波長が長波長側にシフトすると屈折率が低くなり、入射光束の波長が短波長側にシフトすると屈折率が高くなるので、輪帯構造が形成されない屈折非球面単レンズは、図３（ａ）に示すように、設計波長λ０から１０ｎｍ長い波長λ０＋１０（ｎｍ）の光束に対しては、球面収差がオーバー方向に変化し、一方、設計波長λ０から１０ｎｍ短い波長λ０−１０（ｎｍ）の光束に対しては、球面収差がアンダー方向に変化する。
【０１０３】
ここで、設計波長λ０の球面収差カーブを、その下端が波長λ０＋１０（ｎｍ）の球面収差カーブの下端と一致するように平行移動した際の球面収差カーブの上端と、波長λ０＋１０（ｎｍ）の球面収差カーブの上端との幅を、「設計波長λ０から１０ｎｍ長い波長λ０＋１０（ｎｍ）の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量」と定義する。その符号は、球面収差がオーバー方向に変化する場合を正、アンダー方向に変化する場合を負とし、「球面収差カーブの上端」は、対物レンズの像側開口数によって決定される。
【０１０４】
図３（ａ）にその球面収差特性を示したような屈折非球面単レンズに、色収差補正素子を組合わせて使用すると、図２（ｅ）及び（ｆ）に示したような、色収差補正素子から屈折非球面単レンズに向かう光束の発散度変化に伴い発生する球面収差により、屈折非球面単レンズと色収差補正素子との合成光学系の球面色収差は、屈折非球面単レンズ単体の球面色収差ΔＳＡＲよりも更に大きくなる。
【０１０５】
これに対し、請求項１２にあるように、輪帯構造の作用により、本発明による光ピックアップ装置用光学系の対物レンズの球面色収差ΔＳＡＤを、図３（ａ）乃至（ｃ）示すように、屈折非球面単レンズ単体の球面色収差ΔＳＡＲよりも小さく設定しておくことで、対物レンズと色収差補正素子との合成光学系の球面色収差を比較的小さく抑えることが可能となるので、青紫色半導体レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和することが出来る。
【０１０６】
以上の作用効果をより一層達成するためには、請求項１３にあるように対物レンズにΔＳＡＤが負となるような球面収差の波長依存性を持たせるのが好ましい（図３（ｃ）参照）。これにより、波長変化に伴う対物レンズの倍率変化により発生する球面収差を打ち消すことが可能となり、本発明による光ピックアップ装置用光学系の球面色収差特性をより良好なものにすることが出来る。
【０１０７】
本発明による光ピックアップ装置用光学系の球面色収差特性を具体的な波面収差値で表すと、請求項１４にあるように、（６）式を満たすのが好ましい。（６）式を満たすことにより、本発明による光ピックアップ装置用光学系の、青紫色半導体レーザ光源の発振波長に対する公差を十分に広いものとすることが出来る。
【０１０８】
本発明による光ピックアップ装置用光学系の構成は、請求項１５にあるように、単レンズ構成の対物レンズを使用する場合において特に有効である。また、ＮＡが０．８以上の単レンズでは、各々の光学面の屈折力が大きくなるため、輪帯構造の段差部分のけられにより透過率が低下する問題が顕在化する。対物レンズのＮＡが特に大きくなる場合には、請求項１６にあるように、輪帯構造が形成された収差補正素子Ｅ１と、この収差補正素子を透過した光束を集光する集光素子Ｅ２とから対物レンズを構成し、収差補正素子の近軸パワーＰ１（ｍｍ−１）と集光素子の近軸パワーＰ２（ｍｍ−１）とが（６’）式を満たすようにするのが好ましい。高ＮＡの光線に対する屈折力が小さい収差補正素子に輪帯構造を形成することで輪帯構造の段差部分のけられによる透過率低下を小さく抑えることが可能となる。図６（ａ）にかかる構成の対物レンズの正面図を示し、図６（ｂ）に断面図を示し、図６（ｃ）に収差補正素子に形成した輪帯構造の拡大図を示す。尚、図６には、輪帯構造として回折構造を収差補正素子に形成した場合を示したが、回折構造ではなく、光路差付加構造を形成しても良い。
【０１０９】
また、対物レンズを収差補正素子と集光素子とから構成する場合には、図６に示すように、それぞれの素子のフランジ部を嵌合或いは当接することで一体化するのが好ましい。或いは、鏡枠などの別部材を介してそれぞれの素子を一体化してもよい。これにより、対物レンズがトラッキングした場合でも収差補正素子と集光素子の軸ずれが起こらないのでトラッキング特性を良好なものにすることが可能となる。
【０１１０】
また、対物レンズをプラスチックレンズとすると、射出成形により微細な構造である輪帯構造を高精度に形成することが出来、また、軽量化、低コスト化に有利となるので好ましい。
【０１１１】
一方、対物レンズをガラスレンズとすると、青紫色レーザ光に対して信頼性の高い対物レンズを提供することが出来る。対物レンズをガラスレンズとする場合には、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下の光学ガラス材料を使用するのが好ましく、通常の光学ガラス材料（Ｔｇは５３０℃前後）よりも低い温度での成形が可能となるので、成形時間の短縮化や金型の長寿命化に関して有利となり、結果として対物レンズの低コスト化を実現できる。このような光学ガラス材料として、住田光学ガラス社製のＰＧ３７５やＰＧ３２５等がある。
【０１１２】
本発明による光ピックアップ装置用光学系の色収差補正素子に形成する輪帯構造を、図１（ｂ）に示したように、光軸から離れるに従って輪帯の幅が周期的に減少する回折構造とする場合には、輪帯の幅が光軸からの高さの２乗に略比例して減少するように、各輪帯を形成するのが好ましい。そして、対物レンズの軸上色収差を良好に補正するためには、請求項２０にあるように、回折構造に正の近軸パワーを持たせることが好ましい。
【０１１３】
更に、色収差補正素子に形成した回折構造は、請求項２１にあるように、４次以上の高次の光路差関数係数が全てゼロであるのが好ましく、これにより、入射光束の波長が変化しても射出光束の球面収差が変化しないような球面収差特性を色収差補正素子に持たせることが可能となる。その結果、光ピックアップ装置用光学系の設計波長からずれた波長の青紫色半導体レーザ光源を使用した場合でも、色収差補正素子から射出される波面の球面収差は変化しないので、対物レンズのトラッキング特性を良好なものにすることが出来る。
【０１１４】
また、色収差補正素子に回折構造を形成する場合には、２つ以上の光学面上に回折構造を形成するのが好ましい。これにより、対物レンズの軸上色収差を補正するのに必要な回折パワーを、複数の回折構造に振り分けることが出来るので、回折構造の輪帯の幅を広げることが可能となる。その結果、段差部分のけられによる透過率低下の軽減や金型加工の容易化が達成出来る。
【０１１５】
また、色収差補正素子に形成する輪帯構造として、上述したような回折構造ではなく、請求項２２にあるように、光軸から離れるに従って輪帯の幅が非周期的に変化する光路差付加構造を形成してもよく、回折構造を補正した場合と同様の補正効果を得ることが出来る。
【０１１６】
本発明による光ピックアップ装置用光学系の色収差補正素子は、図１に示したような、平行光束中に配置した１群構成の光学素子であっても良いし、図７に示すように、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して対物レンズに導くカップリングレンズや、平行光束の径を変換して対物レンズに導くエキスパンダーレンズであっても良い。尚、図１、７、８には、輪帯構造として回折構造を収差補正素子と対物レンズに形成した場合を示したが、回折構造ではなく、光路差付加構造を形成しても良い。
【０１１７】
また、図１では、色収差補正素子の回折構造を平面上に形成しているが、凹面或いは凸面上に形成しても良い。特に、図９に示すように、回折構造を凹面上に形成する場合には、回折パワーと凹面の屈折パワーの絶対値を同じにするのが好ましい。この場合の回折構造は、図９（ｂ）の拡大図に示したように、光軸を含む断面形状が階段形状となり、段差部分の光線のけられの影響をゼロとすることが出来るので色収差補正素子の透過率を高めることが可能となる。尚、図９には、輪帯構造として回折構造を対物レンズに形成した場合を示したが、回折構造ではなく、光路差付加構造を形成しても良い。
【０１１８】
［１］光ピックアップ装置用光学系は、色収差補正素子と、前記色収差補正素子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、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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同士が所定の入射光に対して所定の光路差を生じる輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                                          （Ｆ１）
【０１１９】
［２］光ピックアップ装置用光学系は、［１］において、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、回折作用により互いに隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じる回折構造であって、前記対物レンズは、屈折作用と回折作用とにより形成された集光波面を射出することを特徴とする。
【０１２０】
［３］光ピックアップ装置用光学系は、［１］において、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造であって、前記対物レンズは、屈折作用により形成された集光波面を射出することを特徴とする。
【０１２１】
［４］光ピックアップ装置用光学系は、［３］において、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する光束の光路長よりも短くなるようにその境界において光軸方向に変移して形成された第１の輪帯と、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する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して形成された第２の輪帯とを、少なくとも１つずつ有し、かつ、前記第１の輪帯は、前記第２の輪帯よりも光軸に近い側に形成されたことを特徴とする。
【０１２２】
［５］光ピックアップ装置用光学系は、色収差補正素子と、前記色収差補正素子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、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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、隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差が、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・                      （Ｆ２）
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数であり、ｂ４、ｂ６、・・・・のうち、ｂ４を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有する）
により定義される光路差関数Φｂで表されることを特徴とする。
【０１２３】
［６］光ピックアップ装置用光学系は、［５］において、
ＰＤ＝−２・ｂ２                                            （Ｆ３’）
で定義される前記対物レンズに形成された前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                                    （Ｆ３）
【０１２４】
［７］光ピックアップ装置用光学系は、色収差補正素子と、前記色収差補正素子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、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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、隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有すると共に、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする。
【０１２５】
［８］光ピックアップ装置用光学系は、前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                                          （Ｆ４）
【０１２６】
［９］光ピックアップ装置用光学系は、色収差補正素子と、前記色収差補正素子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、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズは、屈折作用により形成された集光波面を射出し、さらに、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する光束の光路長よりも短くなるようにその境界において光軸方向に変移して形成された第１の輪帯と、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する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して形成された第２の輪帯とを、少なくとも１つずつ有し、かつ、前記第１の輪帯は、前記第２の輪帯よりも光軸に近い側に形成され、最も光軸に近い側に位置する輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                                            （Ｆ５）
【０１２７】
［１０］光ピックアップ装置用光学系は、［１］乃至［９］のいずれかにおいて、前記対物レンズは単レンズであることを特徴とする。
【０１２８】
［１１］光ピックアップ装置用光学系は、［１］乃至［１０］のいずれかにおいて、前記対物レンズの像側開口数（単に開口数ともいう）は０．７以上とすることを特徴とする。
【０１２９】
［１２］光ピックアップ装置用光学系は、［１］乃至［１１］のいずれかにおいて、設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０１３０】
［１３］光ピックアップ装置用光学系は、［１］乃至［１２］のいずれかにおいて、前記対物レンズに前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ΔＳＡＤ＜０                                                  （Ｆ６）
【０１３１】
［１４］光ピックアップ装置用光学系は、［１］乃至［１３］のいずれかにおいて、前記対物レンズにその設計波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ１としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ΔＷＦＥ１｜＜０．０３λｒｍｓ                              （Ｆ７）
【０１３２】
［１５］光ピックアップ装置用光学系は、［７］乃至［１４］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子に形成された輪帯構造は、回折作用により互いに隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の光路差を生じる回折構造であって、前記色収差補正素子は、屈折作用と回折作用とにより形成された波面を射出することを特徴とする。
【０１３３】
［１６］光ピックアップ装置用光学系は、［１５］において、前記色収差補正素子を透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・                      （Ｆ８）
により定義される光路差関数Φｂで表すとき（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）、
ＰＤ＝−２・ｂ２                                             （Ｆ９）
で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が以下の条件を満足することを特徴とする。
ＰＤ＞０                                                    （Ｆ１０）
【０１３４】
［１７］光ピックアップ装置用光学系は、［７］乃至［１４］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子に形成された輪帯構造は、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造であって、前記色収差補正素子は、屈折作用により形成された波面を射出することを特徴とする。
【０１３５】
［１８］光ピックアップ装置用光学系は、［１］乃至［１７］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子は、入射する発散光束の発散角を変換するカップリングレンズであることを特徴とする。
【０１３６】
［１９］光ピックアップ装置用光学系は、［１］乃至［１７］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子は、入射する光束の径を変換するエキスパンダーレンズであることを特徴とする。
【０１３７】
［２０］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ことによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用光学系と、を有する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、色収差補正素子と、前記色収差補正素子からの光束を集光する対物レンズとを備え、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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同士が所定の入射光に対して所定の光路差を生じる輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                                          （１）
【０１３８】
［２１］光ピックアップ装置は、［２０］において、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、回折作用により互いに隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じる回折構造であって、前記対物レンズは、屈折作用と回折作用とにより形成された集光波面を射出することを特徴とする。
【０１３９】
［２２］光ピックアップ装置は、［２０］において、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造であって、前記対物レンズは、屈折作用により形成された集光波面を射出することを特徴とする。
【０１４０】
［２３］光ピックアップ装置は、［２２］において、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する光束の光路長よりも短くなるようにその境界において光軸方向に変移して形成された第１の輪帯と、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する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して形成された第２の輪帯とを、少なくとも１つずつ有し、かつ、前記第１の輪帯は、前記第２の輪帯よりも光軸に近い側に形成されたことを特徴とする。
【０１４１】
［２４］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ことによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用光学系と、を有する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、色収差補正素子と、前記色収差補正素子からの光束を集光する対物レンズとを備え、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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、隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記輪帯構造により、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差が、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・                      （２）
（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数であり、ｂ４、ｂ６、・・・・のうち、ｂ４を含む少なくとも１つの光路差関数係数はゼロではない値を有する）
により定義される光路差関数Φｂで表されることを特徴とする。
【０１４２】
［２５］光ピックアップ装置は、［２４］において、ＰＤ＝−２・ｂ２で定義される前記対物レンズに形成された前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が、次式を満たすことを特徴とする。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                                    （３）
【０１４３】
［２６］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ことによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用光学系と、を有する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、色収差補正素子と、前記色収差補正素子からの光束を集光する対物レンズとを備え、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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、隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有すると共に、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする。
【０１４４】
［２７］光ピックアップ装置は、［２６］において、前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                                          （４）
【０１４５】
［２８］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ことによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用光学系と、を有する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、色収差補正素子と、前記色収差補正素子からの光束を集光する対物レンズとを備え、
前記色収差補正素子は、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は、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た輪帯構造を、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、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズは、屈折作用により形成された集光波面を射出し、さらに、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する光束の光路長よりも短くなるようにその境界において光軸方向に変移して形成された第１の輪帯と、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する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して形成された第２の輪帯とを、少なくとも１つずつ有し、かつ、前記第１の輪帯は、前記第２の輪帯よりも光軸に近い側に形成され、最も光軸に近い側に位置する輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                                            （５）
【０１４６】
［２９］光ピックアップ装置は、［２８］において、前記対物レンズは単レンズであることを特徴とする。
【０１４７】
［３０］光ピックアップ装置は、［２０］乃至［２９］のいずれかにおいて、前記対物レンズの像側開口数は０．７以上とされたことを特徴とする。
【０１４８】
［３１］光ピックアップ装置は、［２０］乃至［３０］のいずれかにおいて、設計波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０１４９】
［３２］光ピックアップ装置は、［２０］乃至［３１］のいずれかにおいて、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ΔＳＡＤ＜０                                                  （６）
【０１５０】
［３３］光ピックアップ装置は、［２０］乃至［３２］のいずれかにおいて、前記対物レンズにその設計波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を、前記色収差補正素子を介して入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ１としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ΔＷＦＥ１｜＜０．０３λｒｍｓ                              （７）
【０１５１】
［３４］光ピックアップ装置は、［２６］乃至［３３］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子に形成された輪帯構造は、回折作用により互いに隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の光路差を生じる回折構造であって、前記色収差補正素子は、屈折作用と回折作用とにより形成された波面を射出することを特徴とする。
【０１５２】
［３５］光ピックアップ装置は、［３４］において、前記色収差補正素子を透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・                      （８）
により定義される光路差関数Φｂで表すとき（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）、
ＰＤ＝−２・ｂ２                                             （９）
で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が以下の条件を満足することを特徴とする。
ＰＤ＞０                                                    （１０）
【０１５３】
［３６］光ピックアップ装置は、［２６］乃至［３３］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子に形成された輪帯構造は、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造であって、前記色収差補正素子は、屈折作用により形成された波面を射出することを特徴とする。
【０１５４】
［３７］光ピックアップ装置は、［２０］乃至［３６］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子は、入射する発散光束の発散角を変換するカップリングレンズであることを特徴とする。
【０１５５】
［３８］光ピックアップ装置は、［２０］乃至［３６］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子は、入射する光束の径を変換するエキスパンダーレンズであることを特徴とする。
【０１５６】
［３９］光ピックアップ装置は、［２０］乃至［３８］のいずれかにおいて、前記色収差補正素子は、前記光源と前記前記対物レンズとの間の光路中に固定配置され、
前記光情報記録媒体に対する情報の記録および再生の少なくとも一方を行う際に、アクチュエータにより前記対物レンズのみを光軸に垂直な方向に変位させて、所定のトラック上に前記光源からの光束を集光させることを特徴とする。
【０１５７】
［４０］対物レンズは、像側開口数が０．７以上である光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
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、隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有すると共に、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする。
【０１５８】
［４１］対物レンズは、設計波長が５００ｎｍ以下である光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
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、隣接する輪帯同士が所定の入射光に対して所定の次数の回折光を生じるように形成された輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有すると共に、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面は、光軸を含み前記段差のない連続面とされた中央領域と、該中央領域の周囲を囲み前記段差が形成された周辺領域とに区分されることを特徴とする。
【０１５９】
［４２］対物レンズは、［４０］又は［４１］において、前記中央領域の直径をＤ１（ｍｍ）、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．２                                          （１１）
【０１６０】
［４３］対物レンズは、［４２］において、さらに、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ１／Ｄ２＞０．３                                          （１２）
【０１６１】
［４４］対物レンズは、［４０］乃至［４３］のいずれかにおいて、前記対物レンズを透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・・                    （１３）
により定義される光路差関数で表すとき（ただし、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・・の光路差関数係数である）、
ＰＤ＝−２・ｂ２                                            （１４）
で定義される前記輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）が以下の条件を満足することを特徴とする。
−０．０２＜ＰＤ＜０．０２                                 （１５）
【０１６２】
［４５］対物レンズは、［４４］において、前記輪帯構造の近軸パワーＰＤはゼロであることを特徴とする。
【０１６３】
［４６］対物レンズは、像側開口数が０．７以上である光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
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、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズは、屈折作用により形成された集光波面を射出し、さらに、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する光束の光路長よりも短くなるようにその境界において光軸方向に変移して形成された第１の輪帯と、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する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して形成された第２の輪帯とを、少なくとも１つずつ有し、かつ、前記第１の輪帯は、前記第２の輪帯よりも光軸に近い側に形成され、最も光軸に近い側に位置する輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                                          （１６）
【０１６４】
［４７］対物レンズは、使用波長が５００ｎｍ以下である光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
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、隣接する輪帯同士がその境界において互いに光軸方向に変移して形成されることで、所定の入射光に対して所定の光路差を生じる光路差付加構造としての輪帯構造を、少なくとも１つの光学面上に有するとともに、
前記対物レンズは、屈折作用により形成された集光波面を射出し、さらに、前記対物レンズに形成された輪帯構造は、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する光束の光路長よりも短くなるようにその境界において光軸方向に変移して形成された第１の輪帯と、通過する光束の光路長が、内側に隣接する輪帯を通過する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して形成された第２の輪帯とを、少なくとも１つずつ有し、かつ、前記第１の輪帯は、前記第２の輪帯よりも光軸に近い側に形成され、最も光軸に近い側に位置する輪帯の直径をＤ３（ｍｍ）とし、前記輪帯構造が形成された前記対物レンズの光学面の最大有効径の直径をＤ４（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
Ｄ３／Ｄ４＞０．２                                         （１７）  
【０１６５】
［４８］対物レンズは、［４０］乃至［４７］のいずれかにおいて、前記対物レンズと同じ設計波長、同じ材料、同じ焦点距離、同じ像側開口数、同じ倍率、同じレンズ厚さ、及び同じバックフォーカスを有し、かつ、前記輪帯構造を持たない屈折レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＲとし、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満足することを特徴とする。
ΔＳＡＲ＞ΔＳＡＤ                                          （１８）
【０１６６】
［４９］対物レンズは、［４０］乃至［４８］のいずれかにおいて、単レンズであることを特徴とする。
【０１６７】
［５０］対物レンズは、［４０］乃至［４９］のいずれかにおいて、前記対物レンズにその設計波長の光を入射させた場合の波面収差に対する、前記対物レンズにその設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合の波面収差の変化量をΔＷＦＥ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
｜ΔＷＦＥ２｜＜０．０３λｒｍｓ                            （１９）
【０１６８】
［５１］対物レンズは、［４０］乃至［５０］のいずれかにおいて、前記対物レンズに、前記設計波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差に対する前記設計波長から１０ｎｍ長い波長の光を入射させた場合のマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡＤとしたとき、次式を満たすことを特徴とする。
ΔＳＡＤ＜０                                                （２０）
【０１６９】
なお、本明細書において、回折構造が形成された光学面とは、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、入射光束を回折させる作用を持たせる面のことをいい、同一の光学面に回折の作用を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折の作用を生じる領域をいう。また、回折構造とは、この回折を生じる領域のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心として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、各輪帯は鋸歯状、あるいは階段状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。
【０１７０】
一般に、回折構造が形成された光学面からは、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光、・・・・、と無数の次数の回折光が生じるが、例えば、上記のような子午断面が鋸歯状となるレリーフを持つ回折面の場合は、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の１つの次数（例えば、＋１次回折光）の回折効率をほぼ１００％とするように、このレリーフの形状を設定することができる。
【０１７１】
なお、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及び像側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。
【０１７２】
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。
【発明の効果】
【０１７３】
本発明によれば、波長の短い青紫色光源を使用する光ピックアップ装置に搭載される光ピックアップ装置用光学系であって、入射する光の波長が変化した場合に、球面収差の発生が十分小さく、さらに、入射する光の波長が変化した場合に、対物レンズが色収差補正素子に対して光軸に垂直方向に偏芯した場合でもコマ収差の発生が十分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。さらに、この光ピックアップ装置用光学系に適用可能な対物レンズ、これらの光ピックアップ装置用光学系や対物レンズを搭載した光ピックアップ装置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】
【０１７４】
以下、本発明による光ピックアップ装置用の対物レンズの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１０は、本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系（対物レンズを備える）を含む光ピックアップ装置の概略構成図である。本発明に係わる光ピックアップ光学系ＯＳを搭載した光ピックアップ装置ＰＵは、図１０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。この平行光束は色収差補正素子ＣＡに入射される。色収差補正素子ＡＣを経た光束は、絞りＳＴ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０．７以上とされており、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。
【０１７５】
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、絞りＳＴ、色収差補正素子ＣＡを透過した後、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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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、色収差補正素子ＣＡおよび対物レンズＯＢＪの少なくとも１つの光学面上には、請求項１、５，７，及び９］のような輪帯構造が形成されているので、製造誤差により波長が光ピックアップ装置用光学系の設計波長からずれた半導体レーザＬＤを使用した場合でも、球面収差の発生が十分小さく、かつ、対物レンズＯＢＪのトラッキング駆動により発生するコマ収差を小さく抑えることができるので良好なトラッキング特性が得られる。
【０１７８】
（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６例提示する。いずれの実施例においても、設計波長は４０７．５ｎｍ、対物レンズＯＢＪの焦点距離は１．４１ｍｍ、対物レンズＯＢＪの像側開口数は０．８５、対物レンズＯＢＪの入射瞳径は２．４ｍｍである。
【０１７９】
各実施例における非球面は、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。
【０１８０】
【数１】
2004185797.tif 000003
【０１８１】
また、各実施例における回折構造としての輪帯構造は、この輪帯構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、ｂ２ｊを回折面係数（光路差関数係数ともいう）とするとき次の数２で定義される光路差関数Φｂ（ｍｍ）で表される。
【０１８２】
【数２】
2004185797.tif 000004
【０１８３】
この光路差関数Φｂ（ｍｍ）の値をもとに回折構造を形成する場合、光路差関数Φｂ（ｍｍ）の値が設計波長４０７．５ｎｍのｎ倍（ただし、ｎは自然数）変わる毎に輪帯を形成する。
【０１８４】
また、各実施例のレンズデータ表において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎｄはｄ線における屈折率、Ｎλは設計波長４０７．５ｎｍ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。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。
【０１８５】
（実施例１）
実施例１の光ピックアップ装置用光学系のレンズデータを表１に示す。本実施例は、図１に示した光ピックアップ装置用光学系ＯＳとして好適なものであり、対物レンズＯＢＪと、この対物レンズＯＢＪと光源の平行光束中に配置された色収差補正素子ＣＡとから構成されている。対物レンズＯＢＪと色収差補正素子ＣＡはともにプラスチックレンズである。なお、色収差補正素子ＣＡは、その光束射出面（表１において第２面）の直径３．４ｍｍ内で無収差となるように設計されている。
【０１８６】
【表１】
2004185797.tif 000005
【０１８７】
対物レンズＯＢＪは、光束入射面（表１において第３面）に形成された回折構造としての輪帯構造の作用により、図１１（ａ）に示すように、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で球面色収差がほぼ完全に補正されている。これにより、色収差補正素子ＣＡと組み合わせた系での球面色収差の発生を、図１１（ｂ）に示すように、比較的小さく抑えることができた。なお、波長４１７．５ｎｍに対する、対物レンズＯＢＪの波面収差は０．００６λｒｍｓであり、波長４１７．５ｎｍに対する、色収差補正素子ＣＡと対物レンズＯＢＪとの合成系の波面収差は０．０５１λｒｍｓである。
【０１８８】
また、図１１（ａ）及び（ｂ）から、対物レンズＯＢＪのバックフォーカスは波長４１７．５ｎｍに対して約２．５μｍ長くなるが、色収差補正素子ＣＡと組み合わせることで、波長変化に対するバックフォーカスの変化は、ほぼ完全に補正されていることがわかる。
【０１８９】
さらに、色収差補正素子ＣＡに残存する球面色収差は、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で０．００３λｒｍｓ以下である。従って、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲に対して、±０．５ｍｍの対物レンズＯＢＪと色収差補正素子ＣＡとの光軸ずれにより発生するコマ収差はほぼゼロであり、良好なトラッキング特性が得られる。尚、本実施例における請求項に記載の値は、以下の通りである。
ΔＳＡＤ：０．３μｍ
ΔＳＡＲ：１．５μｍ
ＰＤ（ＯＢＪ）：０
ＰＤ（ＣＡ）：０．０４８
Ｄ１／Ｄ２：０．５１（但し、数２で表される光路差関数Φｂが設計波長４０７．５ｎｍの１倍変わる毎に輪帯を形成した場合）
｜ΔＷＦＥ１｜：０．０５１λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）  
｜ΔＷＦＥ２｜：０．００６λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）
【０１９０】
（実施例２）
実施例２の光ピックアップ装置用光学系のレンズデータを表２に示す。本実施例は、図１に示した光ピックアップ装置用光学系ＯＳとして好適なものであり、対物レンズＯＢＪと、この対物レンズＯＢＪと光源の平行光束中に配置された色収差補正素子ＣＡとから構成されている。対物レンズＯＢＪと色収差補正素子ＣＡはともにプラスチックレンズである。なお、色収差補正素子ＣＡは、その光束射出面（表２において第２面）の直径３．４ｍｍ内で無収差となるように設計されている。
【０１９１】
【表２】
2004185797.tif 000006
【０１９２】
対物レンズＯＢＪは、光束入射面（表２において第３面）に形成された回折構造としての輪帯構造の作用により、図１２（ａ）に示すように、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する球面収差がアンダーとなるようにしている。これにより、色収差補正素子ＣＡと組み合わせた系において、半導体レーザの波長変化により、色収差補正素子ＣＡから対物レンズＯＢＪに向かう光束の発散度変化に伴い発生する球面収差を図１２（ｂ）に示すように良好に打ち消している。なお、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する、対物レンズＯＢＪの波面収差は０．０６３λｒｍｓであり、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する、色収差補正素子ＣＡと対物レンズＯＢＪとの合成系の波面収差は０．００８λｒｍｓである。
【０１９３】
また、図１２（ａ）及び（ｂ）から、対物レンズＯＢＪのバックフォーカスは波長４１７．５ｎｍに対して約２．５μｍ長くなるが、色収差補正素子ＣＡと組み合わせることで、波長変化に対するバックフォーカスの変化は、ほぼ完全に補正されていることがわかる。
【０１９４】
さらに、色収差補正素子ＣＡに残存する球面色収差は、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で０．００３λｒｍｓ以下である。従って、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲に対して、±０．５ｍｍの対物レンズＯＢＪと色収差補正素子ＣＡとの光軸ずれにより発生するコマ収差はほぼゼロであり、良好なトラッキング特性が得られる。尚、本実施例における請求項に記載の値は、以下の通りである。
ΔＳＡＤ：−１．２μｍ
ΔＳＡＲ：１．４μｍ
ＰＤ（ＯＢＪ）：０
ＰＤ（ＣＡ）：０．０４８
Ｄ１／Ｄ２：０．４９（但し、数２で表される光路差関数Φｂが設計波長４０７．５ｎｍの１倍変わる毎に輪帯を形成した場合）
｜ΔＷＦＥ１｜：０．００８λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）  
｜ΔＷＦＥ２｜：０．０６３λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）
【０１９５】
（実施例３）
実施例３の光ピックアップ装置用光学系のレンズデータを表３に示す。本実施例は、図１に示した光ピックアップ装置用光学系ＯＳとして好適なものであり、対物レンズＯＢＪと、この対物レンズＯＢＪと光源の平行光束中に配置された色収差補正素子ＣＡとから構成されている。対物レンズＯＢＪはガラス転移点Ｔｇが２８５℃のガラスレンズ（住田光学ガラス社製、ＰＧ３２５）であり、色収差補正素子ＣＡはプラスチックレンズである。なお、色収差補正素子ＣＡは、その光束射出面（表３において第２面）の直径３．４ｍｍ内で無収差となるように設計されている。
【０１９６】
【表３】
2004185797.tif 000007
【０１９７】
対物レンズＯＢＪは、光束入射面（表３において第３面）に形成された回折構造としての輪帯構造の作用により、図１３（ａ）に示すように、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で球面色収差がほぼ完全に補正されている。これにより、色収差補正素子ＣＡと組み合わせた系での球面色収差の発生を、図１３（ｂ）に示すように、比較的小さく抑えた。なお、４０７．５＋１０ｎｍに対する、対物レンズＯＢＪの波面収差は０．００３λｒｍｓであり、４０７．５＋１０ｎｍに対する、色収差補正素子ＣＡと対物レンズＯＢＪとの合成系の波面収差は０．０４１λｒｍｓである。
【０１９８】
また、図１３（ａ）及び（ｂ）から、対物レンズＯＢＪのバックフォーカスは波長４１７．５ｎｍに対して約２．０μｍ長くなるが、色収差補正素子ＣＡと組み合わせることで、波長変化に対するバックフォーカスの変化は、ほぼ完全に補正されていることがわかる。
【０１９９】
さらに、色収差補正素子ＣＡに残存する球面色収差は、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で０．００２λｒｍｓ以下である。従って、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲に対して、±０．５ｍｍの対物レンズＯＢＪと色収差補正素子ＣＡとの光軸ずれにより発生するコマ収差はほぼゼロであり、良好なトラッキング特性が得られる。尚、本実施例における請求項に記載の値は、以下の通りである。
ΔＳＡＤ：０．０μｍ
ΔＳＡＲ：１．４μｍ
ＰＤ（ＯＢＪ）：０
ＰＤ（ＣＡ）：０．０３８
Ｄ１／Ｄ２：０．５５（但し、数２で表される光路差関数Φｂが設計波長４０７．５ｎｍの１倍変わる毎に輪帯を形成した場合）
｜ΔＷＦＥ１｜：０．０４１λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）  
｜ΔＷＦＥ２｜：０．００３λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）
【０２００】
（実施例４）
実施例４の光ピックアップ装置用光学系のレンズデータを表４に示す。本実施例は、図７に示した光ピックアップ装置用光学系ＯＳとして好適なものであり、対物レンズＯＢＪと、光源から射出された発散光束を平行光束に変換するカップリングレンズＣＵＬとから構成されている。対物レンズＯＢＪとカップリングレンズＣＵＬはともにプラスチックレンズである。なお、カップリングレンズＣＵＬは、その光束射出面（表４において第２面）の直径３．４ｍｍ内で無収差となるように設計されている。
【０２０１】
【表４】
2004185797.tif 000008
【０２０２】
対物レンズＯＢＪは、光束入射面（表４において第３面）に形成された回折構造としての輪帯構造の作用により、図１４（ａ）に示すように、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する球面収差がアンダーとなるようにしている。これにより、カップリングレンズＣＵＬと組み合わせた系において、半導体レーザの波長変化により、カップリングレンズＣＵＬから対物レンズＯＢＪに向かう光束の発散度変化に伴い発生する球面収差を図１４（ｂ）に示すように良好に打ち消している。なお、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する、対物レンズＯＢＪの波面収差は０．０６３λｒｍｓであり、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する、カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとの合成系の波面収差は０．０１２λｒｍｓである。
【０２０３】
また、図１４（ａ）及び（ｂ）から、対物レンズＯＢＪのバックフォーカスは波長４１７．５ｎｍに対して約２．５μｍ長くなるが、カップリングレンズＣＵＬと組み合わせることで、波長変化に対するバックフォーカスの変化は、ほぼ完全に補正されていることがわかる。
【０２０４】
さらに、カップリングレンズＣＵＬに残存する球面色収差は、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で０．００１λｒｍｓ以下である。従って、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲に対して、±０．５ｍｍの対物レンズＯＢＪとカップリングレンズＣＵＬとの光軸ずれにより発生するコマ収差はほぼゼロであり、良好なトラッキング特性が得られる。尚、本実施例における請求項に記載の値は、以下の通りである。
ΔＳＡＤ：−１．２μｍ
ΔＳＡＲ：１．４μｍ
ＰＤ（ＯＢＪ）：０
ＰＤ（ＣＡ）：０．０５５
Ｄ１／Ｄ２：０．４９（但し、数２で表される光路差関数Φｂが設計波長４０７．５ｎｍの１倍変わる毎に輪帯を形成した場合）
｜ΔＷＦＥ１｜：０．０１２λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）  
｜ΔＷＦＥ２｜：０．０６３λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）
【０２０５】
（実施例５）
本実施例の光ピックアップ装置用光学系のレンズデータを表５に示す。本実施例は、図８に示した光ピックアップ装置用光学系ＯＳとして好適なものであり、対物レンズＯＢＪと、この対物レンズＯＢＪと光源の平行光束中に配置され、平行光束の径を変換して対物レンズＯＢＪに導くエキスパンダーレンズＥＸＰとから構成されている。対物レンズＯＢＪとエキスパンダーレンズＥＸＰはともにプラスチックレンズである。なお、エキスパンダーレンズＥＸＰは、その光束射出面（表５において第４面）の直径３．４ｍｍ内で無収差となるように設計されている。
【０２０６】
【表５】
2004185797.tif 000009
【０２０７】
対物レンズＯＢＪは、光束入射面（表５において第５面）に形成された回折構造としての輪帯構造の作用により、図１５（ａ）に示すように、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する球面収差がアンダーとなるようにしている。これにより、エキスパンダーレンズＥＸＰと組み合わせた系において、半導体レーザの波長変化により、エキスパンダーレンズＥＸＰから対物レンズＯＢＪに向かう光束の発散度変化に伴い発生する球面収差を図１５（ｂ）に示すように良好に打ち消している。なお、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する、対物レンズＯＢＪの波面収差は０．０６３λｒｍｓであり、波長４０７．５＋１０ｎｍに対する、エキスパンダーレンズＥＸＰと対物レンズＯＢＪとの合成系の波面収差は０．０１１λｒｍｓである。
【０２０８】
また、図１５（ａ）及び（ｂ）から、対物レンズＯＢＪのバックフォーカスは波長４１７．５ｎｍに対して約２．５μｍ長くなるが、エキスパンダーレンズＥＸＰと組み合わせることで、波長変化に対するバックフォーカスの変化は、ほぼ完全に補正されていることがわかる。
【０２０９】
さらに、エキスパンダーレンズＥＸＰに残存する球面色収差は、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で０．００２λｒｍｓ以下である。従って、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲に対して、±０．５ｍｍの対物レンズＯＢＪとエキスパンダーレンズＥＸＰとの光軸ずれにより発生するコマ収差はほぼゼロであり、良好なトラッキング特性が得られる。尚、本実施例における請求項に記載の値は、以下の通りである。
ΔＳＡＤ：−１．２μｍ
ΔＳＡＲ：１．４μｍ
ＰＤ（ＯＢＪ）：０
ＰＤ（ＣＡ）：０．０５０
Ｄ１／Ｄ２：０．４９（但し、数２で表される光路差関数Φｂが設計波長４０７．５ｎｍの１倍変わる毎に輪帯を形成した場合）
｜ΔＷＦＥ１｜：０．０１１λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）  
｜ΔＷＦＥ２｜：０．０６３λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）
尚、本実施例のように、その光路差関数が数２で表されるような回折構造としての輪帯構造が、色収差補正素子の２つ以上の光学面上に形成される場合、本明細書における輪帯構造の近軸パワーとは、（９）式で計算される各々の光学面上の輪帯構造の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）の和である。
【０２１０】
（実施例６）
実施例６の光ピックアップ装置用光学系のレンズデータを表６、７に示す。本実施例は、図１に示した光ピックアップ装置用光学系ＯＳの対物レンズＯＢＪの代わりに、図４に示すような光路差付加構造が形成された光学素子を用いた光ピックアップ装置用光学系ＯＳである。光ピックアップ装置用光学系ＯＳは、対物レンズＯＢＪと、この対物レンズＯＢＪと光源の平行光束中に配置された色収差補正素子ＣＡとから構成されている。対物レンズＯＢＪと色収差補正素子ＣＡは、その光束射出面（表６において第２面）の直径３．４ｍｍ内で、無収差と成るように設計されている。
【０２１１】
【表６】
2004185797.tif 000010
【０２１２】
【表７】
2004185797.tif 000011
【０２１３】
対物レンズＯＢＪは、光束入射面（表６において第３面）に形成された光路差付加構造としての輪帯構造の作用により、図１６（ａ）に示すように、４１７．５ｎｍの波長で球面色収差が補正不足方向に発生し、その際の波面収差は０．０５４λｒｍｓである。これに、色収差補正素子ＣＡを組み合わせると、色収差補正素子ＣＡの光束入射面（表６において第１面）に形成された回折構造としての輪帯構造の作用により、射出光が収束光になり、対物レンズＯＢＪで球面色収差が補正過剰方向に発生するが、対物レンズＯＢＪの位相差付与構造としての輪帯構造の作用による球面色収差の補正不足方向ヘの発生と相殺し、図１６（ｂ）に示すように、球面色収差の発生を小さく押さえることが出来た。尚、波長４１７．５ｎｍに対する色収差補正素子ＣＡと対物レンズＯＢＪとの合成系の波面収差は０．０１４λｒｍｓである。
【０２１４】
また、図１７（ａ）に、対物レンズＯＢＪに対し、波長４０８．５ｎｍの光束を入射させた際のデフォーカス成分込みの波面収差を示し、図１７（ｂ）に、色収差補正素子ＣＡと対物レンズＯＢＪとの合成系に対し、波長４０８．５ｎｍの光を入射させた際のデフォーカス成分込みの波面収差を示す。図１７（ａ）、（ｂ）から、色収差補正素子ＣＡの回折構造としての輪帯構造の作用により、入射光束の波長変化に起因する対物レンズＯＢＪのデフォーカス成分が良好に補正されていることが分る。
【０２１５】
更に、色収差補正素子ＣＡに残存する球面色収差は、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲で０．００２λｒｍｓ以下である。従って、４０７．５±１０ｎｍの波長範囲に対して、±０．５ｍｍの対物レンズＯＢＪと色収差補正素子ＣＡとの光軸ずれにより発生するコマ収差はほぼゼロであり、良好なトラッキング特性が得られる。
【０２１６】
尚、本実施例における請求項に記載の値は、以下の通りである。
ＰＤ（ＣＡ）：０．０４８
Ｄ３／Ｄ４：０．４
｜ΔＷＦＥ１｜：０．０１４λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）
｜ΔＷＦＥ２｜：０．０５４λｒｍｓ（但しλ（＝４１７．５ｎｍ）は、光ピックアップ装置用光学系に入射する光の波長）
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【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の断面図であり、図１（ｂ）は、色収差補正素子の光学面の拡大図であり、図１（ｃ）は、対物レンズの光学面の拡大図である。
【図２】本発明にかかる光ピックアップ装置用光学系の概略断面図と球面収差図である。
【図３】本発明にかかる光ピックアップ装置用光学系の球面収差の補正を説明するための図である。
【図４】本発明にかかる光ピックアップ装置用光学系の光学素子を示す図であり、図４（ａ）が正面図、図４（ｂ）が断面図である。
【図５】本発明にかかる光ピックアップ装置用光学系の光学素子を示す図であり、図５（ａ）が正面図、図５（ｂ）が断面図であり、５（ｃ）が断面の一部拡大図である。
【図６】本発明にかかる光ピックアップ装置用光学系を示す図であり、図６（ａ）が正面図、図６（ｂ）が断面図であり、５（ｃ）が断面の一部拡大図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明に係わる光ピックアップ装置用光学系ＯＳの断面図であり、図７（ｂ）は、色収差補正素子であるカップリングレンズの光学面の拡大図であり、図７（ｃ）は、対物レンズの光学面の拡大図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明に係わる光ピックアップ装置用光学系ＯＳの断面図であり、図８（ｂ）は、色収差補正素子であるエキスパンダーレンズの光学面の拡大図であり、図８（ｃ）は、対物レンズの光学面の拡大図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明に係わる光ピックアップ装置用光学系ＯＳの断面図であり、図９（ｂ）は、色収差補正素子の光学面の拡大図であり、図９（ｃ）は、対物レンズの光学面の拡大図である。
【図１０】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。
【図１１】実施例１にかかる光ピックアップ装置用光学系の対物レンズにおける球面収差図（ａ）であり、実施例１にかかる光ピックアップ装置用光学系全体における球面収差図（ｂ）である。
【図１２】実施例２にかかる光ピックアップ装置用光学系の対物レンズにおける球面収差図（ａ）であり、実施例２にかかる光ピックアップ装置用光学系全体における球面収差図（ｂ）である。
【図１３】実施例３にかかる光ピックアップ装置用光学系の対物レンズにおける球面収差図（ａ）であり、実施例３にかかる光ピックアップ装置用光学系全体における球面収差図（ｂ）である。
【図１４】実施例４にかかる光ピックアップ装置用光学系の対物レンズにおける球面収差図（ａ）であり、実施例４にかかる光ピックアップ装置用光学系全体における球面収差図（ｂ）である。
【図１５】実施例５にかかる光ピックアップ装置用光学系の対物レンズにおける球面収差図（ａ）であり、実施例５にかかる光ピックアップ装置用光学系全体における球面収差図（ｂ）である。
【図１６】図１６（ａ）は、対物レンズＯＢＪに対し、波長４１７．５ｎｍの光束を入射させた場合の波面収差（単位λ（＝４１７．５ｎｍ））を示す図であり、図１６（ｂ）は、色収差補正素子ＣＡと対物レンズＯＢＪとの合成系に対し、波長４１７．５ｎｍの光束を入射させた場合の波面収差（単位λ（＝４１７．５ｎｍ））を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）は、対物レンズＯＢＪに対し、波長４０８．５ｎｍの光束を入射させた場合のデフォーカス成分込みの波面収差（単位λ（＝４０８．５ｎｍ））を示す図であり、図１７（ｂ）は、色収差補正素子ＣＡと対物レンズＯＢＪとの合成系に対し、波長４０８．５ｎｍの光束を入射させた場合のデフォーカス成分込みの波面収差（単位λ（＝４０８．５ｎｍ））を示す図である。
【符号の説明】
【０２１８】
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
ＳＴ  絞り
ＰＤ  光検出器
ＯＤ  光ディスク
【図１】
2004185797.tif 000012
【図２】
2004185797.tif 000013
【図３】
2004185797.tif 000014
【図４】
2004185797.tif 000015
【図５】
2004185797.tif 000016
【図６】
2004185797.tif 000017
【図７】
2004185797.tif 000018
【図８】
2004185797.tif 000019
【図９】
2004185797.tif 000020
【図１０】
2004185797.tif 000021
【図１１】
2004185797.tif 000022
【図１２】
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【図１３】
2004185797.tif 000024
【図１４】
2004185797.tif 000025
【図１５】
2004185797.tif 000026
【図１６】
2004185797.tif 000027
【図１７】
2004185797.tif 000028