(57)【要約】【課題】短波長域において、高ＮＡの対物レンズで発生する大きな色収差を補正しつつ、対物レンズ焦点で発生する球面収差の補正を行うことができるビームエクスパンダー及びこれを用いた光ヘッドを提供する。【解決手段】負パワーの第１レンズ群１０と、正パワーの第２レンズ群２０とが配置されており、レンズ群１０、２０は、凸レンズと凹レンズとを張り合わせた張り合わせレンズであり、レンズ群１０、２０のうち、少なくとも一方は光軸方向に可動であり、第１レンズ群１０の凸レンズのアッベ数をν１１、凹レンズのアッベ数をν１２、第２レンズ群２０の凸レンズのアッベ数をν２１、凹レンズのアッベ数をν２２、レンズ群１０の焦点距離をｆ１、レンズ群２０の焦点距離をｆ２とすると、１０≦｜ν１１−ν１２｜、１０≦｜ν２１−ν２２｜、及び１．０＜−ｆ２／ｆ１≦２．０の関係を満足する。【選択図】  図１
2004251924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用波長域が３９０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であり、光源側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群とが配置されており、
前記第１レンズ群及び第２レンズ群は、それぞれ凸レンズと凹レンズとの２枚のレンズを張り合わせた張り合わせレンズであり、
前記第１レンズ群及び第２レンズ群のうち、少なくとも一方のレンズ群は光軸方向に可動し、
第１レンズ群の凹レンズのアッベ数をν１１、凸レンズのアッベ数をν１２、第２レンズ群の凸レンズのアッベ数をν２１、凹レンズのアッベ数をν２２、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とすると、
１０≦｜ν１１−ν１２｜
１０≦｜ν２１−ν２２｜
１．０＜−ｆ２／ｆ１≦２．０
の関係を満足することを特徴とするビームエクスパンダー。
【請求項２】
前記ビームエクスパンダーの出射光側に用いる対物レンズが、単レンズで構成され、前記対物レンズのアッベ数をνｏｂ、使用波長域における前記対物レンズの屈折率をｎｏｂ、前記対物レンズ開口数をＮＡとすると、
４０≦νｏｂ≦６０
１．５≦ｎｏｂ≦２．０
０．８≦ＮＡ
の関係を満足する請求項１に記載のビームエクスパンダー
【請求項３】
前記第１レンズ群及び第２レンズ群を構成するレンズのうち、少なくとも１面は非球面であり、前記第１レンズ群単体、及び前記第２レンズ群単体のそれぞれで球面収差が補正されている請求項１又は２に記載のビームエクスパンダー。
【請求項４】
前記第１レンズ群及び第２レンズ群を構成するレンズのうち、少なくとも１面は非球面であり、前記第１レンズ群単体、及び前記第２レンズ群単体のそれぞれで球面収差が補正されており、かつ正弦条件が補正されている請求項１又は２に記載のビームエクスパンダー。
【請求項５】
前記第１レンズ群の色収差補正量（μｍ／ｎｍ）をＣＡ１０、前記第２レンズ群２０の色収差補正量（μｍ／ｎｍ）をＣＡ２０とすると、
ＣＡ１０≦−１０
ＣＡ２０≦−１０
の関係を満足する請求項１から４のいずれかに記載のビームエクスパンダー。
【請求項６】
前記第１群レンズ又は前記第２群レンズの光軸方向の移動距離（ｍｍ）をΔＬ、前記第２群レンズから出射する光束の出射角度（度）をθ１とすると、
−２．０≦ΔＬ≦２．０
−１≦θ１≦１
の関係を満足する請求項１から５のいずれかに記載のビームエクスパンダー。
【請求項７】
光源側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群とが配置されており、前記第１レンズ群側から平行光が入射し、第２レンズ群を通って再び平行光に変換されるビームエクスパンダーであって、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群のうち、少なくとも一方のレンズ群は光軸方向に可動し、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群のうち、一方のレンズ群は正弦条件が補正不足であり、他方のレンズ群は正弦条件が補正されていることを特徴とするビームエクスパンダー。
【請求項８】
前記第１レンズ群単体、及び前記第２レンズ群単体のそれぞれで球面収差が補正されている請求項７に記載のビームエクスパンダー。
【請求項９】
前記正弦条件が補正不足であるレンズ群の最大光線高さにおける正弦条件違反量（ｍｍ）をＳＣとすると、
−０．１≦ＳＣ≦−０．０２
の関係を満足する請求項７に記載のビームエクスパンダー。
【請求項１０】
前記第１レンズ群は、両面非球面の単レンズである請求項７に記載のビームエクスパンダー。
【請求項１１】
前記第２レンズ群は、正のパワーのレンズと負のパワーのレンズとの２枚のレンズの張り合わせレンズであり、
前記正のパワーを持つレンズのアッベ数が５０以上、前記負のパワーを持つレンズのアッベ数が３５以下であり、
張り合わせ面が球面であり、前記張り合わせ面以外の他の面のうち、少なくとも１面が非球面である請求項７に記載のビームエクスパンダー。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載のビームエクスパンダーを含む光ヘッド装置であって、
光源と、前記光源に対する色消し手段と、前記光源に対する光束を広げる手段と、前記光源から出射された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する集光手段と、前記光ディスクの情報記録面で変調された光束を分離する光束分離手段と、前記光ディスクの情報記録面で変調された光束を受光する受光手段とを備え、
前記色消し手段及び前記光束を広げる手段が、前記ビームエクスパンダーであることを特徴とする光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＶＤ、コンピューター用の光記録装置などの光ヘッドに用いられるビームエクスパンダー及び光ヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記憶メディアの大容量化に伴い、光ヘッド用光源の短波長化と対物レンズの高ＮＡ化が進んでいる。しかしＮＡが高くなるほど、光ディスクの基材厚みの変化による球面収差の変化が顕著になってくる。例えば波長がＤＶＤに用いられている６５０ｎｍであり、対物レンズのＮＡが０．６の場合には、基材厚みの変化が１０μｍに対して約１０ｍλの球面収差が発生する。これに対して波長が次世代の光ディスクに用いられる４００ｎｍであり、対物レンズのＮＡが０．８５の場合には、基材厚みの変化が１０μｍに対して約１００ｍλとなり、ＤＶＤに対して約１０倍の球面収差が発生する。
【０００３】
そのため、光源の短波長化に伴い、光ヘッドとしては球面収差を補正する手段が必要となる。下記特許文献１には、凹レンズと凸レンズを組み合わせたアフォーカルビームエクスパンダーを２枚構成の対物レンズの直前に挿入し、一方のレンズを光軸方向に移動することで球面収差を補正することが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１３１６０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学系の構成をより簡素化するためには、対物レンズを単レンズで構成することが考えられるが、単レンズで構成するためには屈折率の高い硝材を使う必要があり、結果として分散の大きい硝材を使わざるを得ない。
【０００６】
また、４００ｎｍ程度の短波長領域では、６５０ｎｍ付近に比較してレンズ材料の分散が非常に大きく、わずかな波長の違いにより屈折率が大きく変化する。そのため、単レンズの対物レンズを用いて、さらに使用波長の短波長化を実現しようとすると、色収差が非常に大きくなる。
【０００７】
記録型の光ディスクでは光源である半導体レーザの記録時のパワーと再生時のパワーが大きく異なり、記録と再生の切り替え時に波長が変化する。その際、光学系に色収差があると、フォーカス制御が効く帯域よりはるかに速い速度で焦点位置変動が生じるため、情報が正しく書き込めなかったり、読み取りができないなどの問題が生じる。
【０００８】
この色収差を防ぐためには一般に分散の異なる材料による凹レンズと凸レンズの張り合わせレンズが知られている。しかし大きな色収差を補正するためには、接合面をできるだけ小さな曲率半径にする必要があり、結果として収差が大きくなってしまう。
【０００９】
また、前記のような光学系全体の球面収差を補正するためには、ビームエクスパンダーのレンズのうち、少なくとも一方のレンズを光軸方向に移動しなくてはならない。この場合、移動時にレンズが光軸に対して傾くと大きな収差を発生するという問題があった。
【００１０】
また、凹レンズ群、又は凸レンズ群に大きな球面収差が残存していると、各レンズ群の性能をそれぞれ単独で確認する上で大きな障害となった。
【００１１】
また、光ヘッドの光源として半導体レーザを用いた場合、光の利用効率を上げるため多くの光量を取り込もうとすると、対物レンズ周縁での光強度が低下しスポットが絞れず、逆に周縁での光強度を上げようとすると、取り込み効率が下がるという問題があった。
【００１２】
本発明は、前記のような従来の問題点を解決するものであり、短波長域において、高ＮＡの対物レンズで発生する大きな色収差を補正しつつ、対物レンズ焦点で発生する球面収差の補正を行うことができるビームエクスパンダー及びこれを用いた光ヘッドを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１のビームエクスパンダーは、使用波長域が３９０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下であり、光源側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群とが配置されており、
前記第１レンズ群及び第２レンズ群は、それぞれ凸レンズと凹レンズとの２枚のレンズを張り合わせた張り合わせレンズであり、
前記第１レンズ群及び第２レンズ群のうち、少なくとも一方のレンズ群は光軸方向に可動し、
第１レンズ群の凹レンズのアッベ数をν１１、凸レンズのアッベ数をν１２、第２レンズ群の凸レンズのアッベ数をν２１、凹レンズのアッベ数をν２２、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とすると、
１０≦｜ν１１−ν１２｜
１０≦｜ν２１−ν２２｜
１．０＜−ｆ２／ｆ１≦２．０
の関係を満足することを特徴とする。
【００１４】
次に、本発明の第２のビームエクスパンダーは、光源側から順に、負パワーの第１レンズ群と、正パワーの第２レンズ群とが配置されており、前記第１レンズ群側から平行光が入射し、第２レンズ群を通って再び平行光に変換されるビームエクスパンダーであって、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群のうち、少なくとも一方のレンズ群は光軸方向に可動し、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群のうち、一方のレンズ群は正弦条件が補正不足であり、他方のレンズ群は正弦条件が補正されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光ヘッド装置は、前記本発明のビームエクスパンダーのいずれかを含む光ヘッド装置であって、
光源と、前記光源に対する色消し手段と、前記光源に対する光束を広げる手段と、前記光源から出射された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する集光手段と、前記光ディスクの情報記録面で変調された光束を分離する光束分離手段と、前記光ディスクの情報記録面で変調された光束を受光する受光手段とを備え、
前記色消し手段及び前記光束を広げる手段が、前記ビームエクスパンダーであることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１のビームエクスパンダーは、２群４枚のビームエクスパンダーにより、短波長域において、高ＮＡの対物レンズで発生する大きな色収差を補正しつつ、張り合わせレンズ間距離を可変することにより、対物レンズ焦点で発生する球面収差の補正を行うことができる。
【００１７】
本発明の第２のビームエクスパンダーは、光学系における球面収差をビームエクスパンダー間の間隔を可変することで補正し、かつ半導体レーザのビーム強度を均一に近づけることができる。さらに球面収差を補正するためにレンズを光軸方向に移動する際に、正弦条件を補正した方のレンズを移動させることで、移動時に生じるレンズの位置誤差、例えば傾きなどによって生じる収差の発生を低く抑えることができる。
【００１８】
前記本発明の第１のビームエクスパンダーにおいては、前記ビームエクスパンダーの出射光側に用いる対物レンズが、単レンズで構成され、前記対物レンズのアッベ数をνｏｂ、使用波長域における前記対物レンズの屈折率をｎｏｂ、前記対物レンズ開口数をＮＡとすると、
４０≦νｏｂ≦６０
１．５≦ｎｏｂ≦２．０
０．８≦ＮＡ
の関係を満足することが好ましい。
【００１９】
また、前記第１レンズ群及び第２レンズ群を構成するレンズのうち、少なくとも１面は非球面であり、前記第１レンズ群単体、及び前記第２レンズ群単体のそれぞれで球面収差が補正されていることが好ましい。この構成によれば、光学系全体として球面収差が補正されているだけでなく、各レンズ群単独で収差測定できるので、性能の確認が容易となる。
【００２０】
また、前記第１レンズ群及び第２レンズ群を構成するレンズのうち、少なくとも１面は非球面であり、前記第１レンズ群単体、及び前記第２レンズ群単体のそれぞれで球面収差が補正されており、かつ正弦条件が補正されていることが好ましい。この構成によれば、評価が容易になることに加え、傾き公差に強くなる
また、前記第１レンズ群の色収差補正量（μｍ／ｎｍ）をＣＡ１０、前記第２レンズ群２０の色収差補正量（μｍ／ｎｍ）をＣＡ２０とすると、
ＣＡ１０≦−１０
ＣＡ２０≦−１０
の関係を満足することが好ましい。
【００２１】
また、前記第１群レンズ又は前記第２群レンズの光軸方向の移動距離（ｍｍ）をΔＬ、前記第２群レンズから出射する光束の出射角度（度）をθ１とすると、
−２．０≦ΔＬ≦２．０
−１≦θ１≦１
の関係を満足することが好ましい。
【００２２】
前記本発明の第２のビームエクスパンダーにおいては、前記第１レンズ群単体、及び前記第２レンズ群単体のそれぞれで球面収差が補正されていることが好ましい。この構成によれば、光学系全体として球面収差が補正されているだけでなく、各レンズ群単独で収差測定できるので、性能の確認が容易となる。
【００２３】
また、前記正弦条件が補正不足であるレンズ群の最大光線高さにおける正弦条件違反量（ｍｍ）をＳＣとすると、
−０．１≦ＳＣ≦−０．０２
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、半導体レーザのビーム強度の均一化が図れるとともに、レンズを位置決め精度が厳しくなり過ぎず組立てが容易になる。
【００２４】
また、前記第１のレンズ群は、両面非球面の単レンズであることが好ましい。この構成によれば、球面収差をほぼ完全に補正したまま、所定の正弦条件補正が可能となる。
【００２５】
また、前記第２レンズ群は、正のパワーのレンズと負のパワーのレンズとの２枚のレンズの張り合わせレンズであり、
前記正のパワーを持つレンズのアッベ数が５０以上、前記負のパワーを持つレンズのアッベ数が３５以下であり、
張り合わせ面が球面であり、前記張り合わせ面以外の他の面のうち、少なくとも１面が非球面であることが好ましい。この構成によれば、最小のレンズ枚数で色収差補正をし、かつ第２レンズ群単独では色収差補正過剰でありながら対物レンズなどを含む光学系全体での色収差補正が可能となる。また張り合わせ面を球面とすることで張り合わせ時の芯出しが容易となり、張り合わせ面以外を非球面とすることで第２レンズ群単独での球面収差補正が容易となる。
【００２６】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るビームエクスパンダーの構成図を示している。光源（図示せず）側から順に、負パワーの第１レンズ群１０と、正パワーの第２レンズ群２０とが配置されている。第１レンズ群１０は、凹レンズである第１レンズ１と凸レンズである第２レンズ２との２枚で構成されており、これらを張り合わせた張り合わせレンズである。
【００２８】
第２レンズ群２０は、凸レンズである第３レンズ３と凹レンズである第４レンズ４との２枚で構成されており、これらを張り合わせた張り合わせレンズである。より具体的には、第１レンズ１のｒ２面と第２レンズ２のｒ３面とが接着剤で接着されており、第３レンズ３のｒ６面と第４レンズ４のｒ７面とが接着剤で接着されている。本実施の形態は、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０をそれぞれ前記のような張り合わせレンズとすることにより、色収差を補正するようにしている。
【００２９】
平行光束５は、第１レンズ１の光源側の面であるｒ１面から入射し、ｒ２面、第２レンズ２のｒ３面、及びｒ４面を透過して発散光束６を出射する。この出射光は、第３レンズ３のｒ５面から入射し、ｒ６面、第４レンズ４のｒ７面を通過した後、対物レンズ（図示せず）側である第４レンズ４のｒ８面から平行光束７を出射する。
【００３０】
第１レンズ群１０は光軸方向（矢印ａ方向）に移動できる。第２レンズ群２０側に近づくように移動すると、平行光束７は発散光束となって対物レンズに入射し球面収差が発生する。逆に対物レンズと反対側に移動すると、平行光束７は収束光となって対物レンズに入射し、第２レンズ群２０側に近づけた場合とは逆の球面収差を発生する。このことにより、光ディスクの基材厚みが変化したことによって生じる球面収差を補正することができる。
【００３１】
ここで、アッベ数の差が大きいほど色補正の大きい張り合わせレンズができ、かつレンズのパワーを小さくできるのでレンズを製造し易くなる。このため、本実施の形態に係るビームエクスパンダーは、以下の式（１）、（２）の関係を満足している。アッベ数の差が１０より小さいと、色補正量が足りず、またレンズのパワーを大きくしなければならず製造困難なレンズになる。
【００３２】
また、以下の式（３）の関係を満足している。ビームエクスパンダーの倍率が２を超えると色収差が大きくなってしまうが、ビームを拡大させると光学系的に有利であるので、ビームエクスパンダーの倍率は１より大きいことが好ましい。
【００３３】
式（１）  １０≦｜ν１１−ν１２｜
式（２）  １０≦｜ν２１−ν２２｜
式（３）  １．０＜−ｆ２／ｆ１≦２．０
だだし、各符号の意味は以下の通りであり、これは以下の表１、２についても同じである。
【００３４】
ν１１：第１レンズ１（凹レンズ）のアッベ数
ν１２：第２レンズ２（凸レンズ）のアッベ数
ν２１：第３レンズ３（凸レンズ）のアッベ数
ν２２：第４レンズ４（凹レンズ）のアッベ数
ｆ１：第１レンズ群１０レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズ群２０レンズの焦点距離
本実施の形態は、前記のような構成を備えたことにより、波長シフトの際に、対物レンズの焦点で発生する色収差補正と、張り合わせレンズ間距離を可変することにより対物レンズ焦点で発生する球面収差補正との両方を行うことができる。
【００３５】
この場合、波長シフトの際の色収差を効果的に保ちつつ、球面収差補正のためレンズを光軸方向に動かす距離を小さくすることができる。すなわち、より少ないレンズ移動量でより大きい球面収差補正量を持つことができる構成となっている。光学システム上の可動部の可動距離は、小さいほど光ヘッドとして小型化に有利であり、移動の際に発生する収差も小さくてすむため、生産上も有利である。
【００３６】
なお、球面収差とは、光学系各構成要素から発生する球面収差と光ディスクの基材厚変化に対する球面収差を示す。
【００３７】
また、本実施の形態は、２群４枚のビームエクスパンダーにより、使用波長域が３９０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の短波長域において、高ＮＡの対物レンズで発生する大きな色収差を補正するというものである。このため、出射光側に用いる対物レンズは、以下の式（４）〜（６）の条件を満足する単レンズであることが好ましい。
【００３８】
式（４）  ４０≦νｏｂ≦６０
式（５）  １．５≦ｎｏｂ≦２．０
式（６）  ０．８≦ＮＡ
だだし、各符号の意味は以下の通りである。
【００３９】
νｏｂ：対物レンズのアッベ数
ｎｏｂ：使用波長域における対物レンズの屈折率
ＮＡ：対物レンズ開口数
本実施の形態では、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０は、それぞれ分散の異なる凸レンズと凹レンズとの張り合わせレンズとすることにより、色収差を補正するようにしているが、色収差の補正量は以下の式（７）、（８）の条件を満足することが好ましい。式（７）、（８）を満足することにより、製造し易くなり、かつ対物レンズの焦点において十分な色補正が可能となる。
【００４０】
式（７）  ＣＡ１０≦−１０
式（８）  ＣＡ２０≦−１０
ただし、ＣＡ１０（μｍ／ｎｍ）は、第１レンズ群１０の色収差補正量、ＣＡ２０（μｍ／ｎｍ）は、第２レンズ群２０の色収差補正量である。
【００４１】
また、本実施の形態においては、下記の式（９）、（１０）の関係を満足すれば小型化に有利である。また、ダイナミックレンジを小さくすることで、製造誤差も抑えられる。
【００４２】
式（９）−２．０≦ΔＬ≦２．０
式（１０）−１≦θ１≦１
ただし、ΔＬは第１レンズ群１０の光軸方向の移動距離（ｍｍ）、θ１（度）は第２群レンズ２０から出射する光束の出射角度（光軸とのなす角度）である。
【００４３】
また、各レンズ面ｒ１〜ｒ８の少なくとも１面に非球面を入れることにより、張り合わせレンズ単体で球面収差が補正されているようにすれば、光学系全体として球面収差が補正されているだけでなく、各レンズ群単独で収差測定できるので、性能の確認が容易となる。さらに、第１レンズ群１０単体、第２レンズ群２０単体で、それぞれ正弦条件を満たすようにすれば、傾き公差に強くなる。
【００４４】
次に、本実施の形態に係るビームエクスパンダーの実施例の数値を以下の表１に示す。
【００４５】
【表１】
2004251924.tif 000003
【００４６】
表１中、曲率半径（ｍｍ）を示したｒｉ（ｉ＝１〜８）面は、図１に示した各面であり、Ｗは使用波長（設計波長）、Ｗ２はシフト波長（光源のパワー変化による波長シフト時の波長）、Ｄは出射側の平行光束の直径である。屈折率については下記の通りである。
【００４７】
ｎ１１：第１レンズ１の使用波長（Ｗ）に対する屈折率
ｎ１２：第２レンズ２の使用波長（Ｗ）に対する屈折率
ｎ２１：第３レンズ３の使用波長（Ｗ）に対する屈折率
ｎ２２：第４レンズ４の使用波長（Ｗ）に対する屈折率
ｎ´１１：第１レンズ１のシフト波長（Ｗ２）に対する屈折率
ｎ´１２：第２レンズ２のシフト波長（Ｗ２）に対する屈折率
ｎ´２１：第３レンズ３のシフト波長（Ｗ２）に対する屈折率
ｎ´２２：第４レンズ４のシフト波長（Ｗ２）に対する屈折率
表２に本実施例の諸数値、及び測定結果を以下の表２に示す。
【００４８】
【表２】
2004251924.tif 000004
【００４９】
表２中、ｄ１〜ｄ４は各レンズのレンズ厚（ｍｍ）であり、その位置は図１に示している。Ｌ１（ｍｍ）は図１に示したレンズ間隔（第２レンズ２と第３レンズ３との間の空気間隔）であり、Ｌ２（ｍｍ）はＬ１と同じ位置の空気間隔であり、レンズ移動後の空気間隔である。
【００５０】
また、θ１、θ２、ＣＡ１、ＣＡ２は下記の通りである。
【００５１】
θ１：出射角度（度）
θ２：レンズ移動時の出射角度（度）
ＣＡ１：色収差補正量（μｍ／ｎｍ）
ＣＡ２：レンズ移動時の色収差補正量（μｍ／ｎｍ）
また、本実施例では、第４面であるｒ４面（レンズ２の対物レンズ側）、及び第８面であるｒ８面（レンズ４の対物レンズ側）を非球面としており、各係数、定数の値を以下の表３に示す。
【００５２】
【表３】
2004251924.tif 000005
【００５３】
表３中、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は、それぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数であり、ＣＣは非球面の円錐定数である。
【００５４】
また、式（４）、（５）、及び（６）の各式に対応する値は、νｏｂ＝４５．６、ｎｏｂ＝１．７５５１２、ＮＡ＝０．８５とした。
【００５５】
図２は、本実施例の第１レンズ群１０の収差図であり、図２（ａ）は球面収差を、図２（ｂ）は正弦条件違反量を示している。図３は、本実施例の第２レンズ群２０の収差図を示しており、図３（ａ）は球面収差を、図３（ｂ）は正弦条件違反量を示している。
【００５６】
図２（ａ）から分るように、第１群レンズの球面収差はほぼ良好に補正されており、図２（ｂ）から分るように、正弦条件も良好に補正されている。また、図３（ａ）から分るように、第２レンズ群の球面収差はほぼ良好に補正されており、図３（ｂ）から分るように、正弦条件も良好に補正されている。
【００５７】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係るビームエクスパンダーの構成図を示している。光源（図示せず）側から順に、負パワーの第１レンズ群１０ａと、正パワーの第２レンズ群２０ａとが配置されている。第１レンズ群１０ａは、凹レンズである第１レンズ１ａの１枚構成である。第２レンズ群２０ａは、凸レンズである第２レンズ２ａと、凹レンズである第３レンズ３ａとの２枚構成であり、これらを張り合わせた張り合わせレンズである。
【００５８】
平行光である入射光線８は第１レンズ１ａに入射し、さらに第２レンズ群２０ａを通って平行光９となる。第２レンズ群２０ａは、光軸方向（矢印ａ方向）に移動できる。第１レンズ１ａに近づくように移動すると、平行光束９は発散光束となって対物レンズに入射し球面収差が発生する。逆に対物レンズ側に移動すると、平行光束９は収束光となって対物レンズに入射し、第１レンズ１ａに近づけた場合とは逆の球面収差を発生する。このことにより、光ディスクの基材厚みが変化したことによって生じる球面収差を補正することができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、第１レンズ群１０ａと第２レンズ群２０ａとがともにレンズ群単体で球面収差が補正されている。このため、光学系全体として球面収差が補正されているだけでなく、各レンズ群単独で収差測定できるので、性能の確認が容易となる。
【００６０】
さらに、本実施の形態では、第１レンズ群１０ａ及び第２レンズ群２０ａのうち、一方のレンズ群は正弦条件が補正不足であり、他方のレンズ群は正弦条件が補正されている。例えば、第１レンズ１ａの正弦条件が大きく補正不足になっている場合、入射側の平行光８を光軸に平行に等間隔に分割した時、出射側ではその間隔が等間隔ではなく、光軸付近では間隔が粗になり、光軸から離れるに従って間隔が密になる。
【００６１】
ここで、半導体レーザを光源とした場合、その強度分布はほぼガウス分布となっているため、光軸から離れるに従って強度が低くなる。したがって光量をなるべく多く取り込もうとすると、光軸近傍と最周縁とでは光の強度が大きく異なることになり、スポットを十分に絞れない現象が生じる。
【００６２】
本実施の形態では、前記のように光軸付近の光は密度が粗になるため、その強度が下がり、逆に周縁の光は密度が上がるので強度を上げることができる。すなわち半導体レーザからの取り込み効率を上げたまま、光強度を均一な方向へ近づけることができ、結果として良く絞られたスポットを形成することができる。
【００６３】
さらに、球面収差を補正するためにレンズを光軸方向に移動する際に、正弦条件を補正した方のレンズ群（レンズ群２０ａ）を移動させることで、移動時に生じるレンズの位置誤差、例えば傾きなどによって生じる収差の発生を低く抑えることができる。
【００６４】
正弦条件が補正不足であるレンズ群の最大光線高さにおける正弦条件違反量（ｍｍ）をＳＣとすると、下記の式（１１）の関係を満足することが好ましい。
【００６５】
式（１１）  −０．１≦ＳＣ≦−０．０２
式（１１）の関係を満足することにより、半導体レーザのビーム強度の均一化が図れるとともに、レンズを位置決め精度が厳しくなり過ぎず組立てが容易になる。すなわち、ＳＣが−０．０２より大きいと（ＳＣの絶対値が０．０２より小さいと）、光強度を均一に近づける作用が小さくなり過ぎてしまい、逆に−０．１より小さいと（ＳＣの絶対値が０．１より大きいと）レンズの傾きに対して敏感になり過ぎるため、光学系としての位置決めが困難となる。
【００６６】
また、第１レンズ群１０ａを、図４に示したように、単レンズであるレンズ１ａで構成し、これを両面非球面とすることにより、球面収差をほぼ完全に補正したまま、前記式（１１）の関係を満足するような正弦条件補正が可能となる。
【００６７】
また、第２レンズ群２０ａは、凸レンズ（レンズ２ａ）と凹レンズ（レンズ３ａ）との張り合わせレンズであり、凸レンズのアッベ数を５０以上、凹レンズのアッベ数を３５以下とすることにより、色収差を過剰補正としている。
【００６８】
このことにより、最小のレンズ枚数で色収差補正し、かつ第２レンズ群２０ａ単独では色収差補正過剰でありながら、対物レンズなどを含む光学系全体での色収差補正が可能となる。すなわち、できるだけシンプルな構成が好ましい対物レンズの色収差を適正に補正することができる。
【００６９】
アッベ数の範囲が前記範囲より外れると、色収差が補正不足となるか、張り合わせ面の曲率半径が小さくなり過ぎて、製造が困難になる。
【００７０】
また、張り合わせ面（ｒ４面、ｒ５面）が球面であり、張り合わせ面以外の他の面のうち、少なくとも１面が非球面であることが好ましい。張り合わせ面を球面とすることで張り合わせ時の芯出しが容易となり、張り合わせ面以外を非球面とすることで第２レンズ群２０ａ単独での球面収差補正が容易となる。
【００７１】
次に、本実施の形態に係るビームエクスパンダーの実施例の数値を以下の表４に示す。
【００７２】
【表４】
2004251924.tif 000006
【００７３】
表４中、曲率半径（ｍｍ）を示したｒｉ（ｉ＝１〜６）面は、図４に示した各面であり、Ｗは使用波長（設計波長）、Ｄは出射側の平行光束の直径である。また、空気間隔部の屈折率は１．０である。
【００７４】
以下の表５に、レンズ厚およびレンズ間隔を示す。
【００７５】
【表５】
2004251924.tif 000007
【００７６】
表５中、ｄ１、ｄ３、ｄ４は各レンズのレンズ厚（ｍｍ）であり、その位置は図４に示している。ｄ２は、図４に示したレンズ間隔（第１２レンズ１ａと第２レンズ２ａとの間の空気間隔）である。
【００７７】
本実施例では、非球面を採用しており、非球面形状は、以下の（数１）で与えられる。
【００７８】
【数１】
2004251924.tif 000008
【００７９】
ただし、各符号の意味は以下の通りであり、ｊ＝１，２である。
【００８０】
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
本実施例における非球面の係数を以下の表６に示す。
【００８１】
【表６】
2004251924.tif 000009
【００８２】
図５に、本実施例の第１レンズ１ａの収差図を示している。図５（ａ）は球面収差を、図５（ｂ）は正弦条件違反量を示している。図６に、第２レンズ群２０ａの収差図を示している。図６（ａ）は球面収差を、図６（ｂ）は正弦条件違反量を示す。
【００８３】
第１レンズ１ａは、図５（ａ）に示したように、球面収差は良好に補正されているが、図５（ｂ）に示したように、正弦条件は大きく補正不足になっており、最大光線高さでの正弦条件違反量は約−０．０４ｍｍである。
【００８４】
第２レンズ群２０ａは、図６（ａ）に示したように、球面収差は良好に補正されており、図６（ｂ）に示したように、正弦条件もほぼ良好に補正されている。
【００８５】
第２レンズ群２０ａの後方にＮＡ０．８５、焦点距離２ｍｍの光ディスク用対物レンズを置いた場合、ビームエクスパンダー間の間隔を±１．７ｍｍ移動させると±２５０ｍλの球面収差を補正することができた。これはＮＡ０．８５の場合、光ディスクの基材厚みにして約±０．２５ｍｍの厚み変化を補正できることになる。
【００８６】
ここで、レンズを光軸方向に移動させるときに、完全に光軸を保つことは困難である。本実施例では、出射側平行ビーム９の波面収差は１．２ｍλと非常に小さく抑えられている。しかしながら、第１レンズ１ａが０．１度傾いたときの波面収差は、２８．６ｍλとなる。一方、第２レンズ群２０ａが同じく０．１度傾いたときの波面収差は、３．０ｍλとなり、ほとんど変化しない。
【００８７】
すなわち第２レンズ群２０ａの正弦条件が補正されているために、レンズの位置誤差に対して許容度が非常に大きくなっているのが分かる。
【００８８】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３に係る光ヘッドの構成図を示している。本図の構成は、実施の形態１に係るビームエクスパンダーを備えており、第１レンズ群２５と第２レンズ群２６とで、ビームエクスパンダーを構成している。光源である半導体レーザ２２から出射した光束は、ビームスプリッター２３を透過し、コリメートレンズ２４により略平行光となる。
【００８９】
ビームエクスパンダーの第１レンズ第２５と第２レンズ群２６とによって、そのビーム径が拡げられ対物レンズ２７により、光ディスク２８の情報媒体面２８ａ上に集光される。集光スポットは情報媒体面２８ａに形成された反射率の異なるピットで反射する。情報媒体面２８ａで反射されたレーザ光は、対物レンズ２７、第２レンズ群２６、第１レンズ第２５、及びコリメートレンズ２４を透過しする。その後、ビームスプリッター２３で反射し、検出レンズ２９で屈折して受光素子３０上に集光される。受光素子３０の電気信号により、情報媒体面２８ａで変調された光量変化を検出し、データを読み取る。
【００９０】
ここで、ビームエクスパンダーの第１レンズ群２５は光軸方向（矢印ａ方向）に可動になるように設置されており、受光素子３０の検出値と第１レンズ群２５との移動とを連動させて、光ディスク２８の基板厚みや他の光ヘッド光学系の球面収差を補正する。また半導体レーザ２２の波長が変動した場合でもビームエクスパンダー色収差補正効果により、対物レンズ２７のフォーカス位置の移動量が許容範囲内になるように補正されている。また、第２レンズ群２６のレンズは、正弦条件が十分に補正されているため移動時に発生するレンズの傾きに対しても収差がほとんど発生しない。
【００９１】
なお、図７は実施の形態１に係るビームエクスパンダーを備えた例であるが、実施の形態２に係るビームエクスパンダーを備えた構成としてもよい。この場合は、半導体レーザ２２の取り込み効率を上げるためにコリメートレンズ２４の焦点距離を短くしても対物レンズ２７の周縁における光強度の低下が防止できる。
【００９２】
また、図７のコリメートレンズ２４は、例えば非球面単レンズとしてもよいが、複数枚の組合せレンズにし、かつビームエクスパンダーの第１レンズ群の機能を同時に持たせるようにしてもよい。
【００９３】
また、実施の形態１、３において、光軸方向に移動させるレンズ群が第１レンズ群である例で説明したが、移動させるレンズ群は、正弦条件を満たしかつレンズの大きさが小さいレンズ群であることが好ましい。このようなレンズ群は、重量が軽く、可動機構の負担が小さくなるからである。
【００９４】
また、前記各実施の形態における張り合わせレンズは、張り合わせずにレンズ間に空気間隔があるようにしてもよく、この場合でも同様の効果を持つ。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１のビームエクスパンダーによれば、２群４枚のビームエクスパンダーにより、短波長域において、高ＮＡの対物レンズで発生する大きな色収差を補正しつつ、張り合わせレンズ間距離を可変することにより対物レンズ焦点で発生する球面収差補正を行うことができる。
【００９６】
また、本発明の第２のビームエクスパンダーによれば、光学系における球面収差をビームエクスパンダー間の間隔を可変することで補正し、かつ半導体レーザのビーム強度を均一な方向に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るビームエキスパンダーの構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係る第１レンズ群の収差図
【図３】本発明の実施の形態１に係る第２レンズ群の収差図
【図４】本発明の実施の形態２に係るビームエキスパンダーの構成図
【図５】本発明の実施の形態２に係る第１レンズの収差図
【図６】本発明の実施の形態２に係る第２レンズ群の収差図
【図７】本発明の実施の形態３に係る光ヘッドの構成図
【符号の説明】
１，１ａ  第１レンズ
２，２ａ  第２レンズ
３，３ａ  第３レンズ
４  第４レンズ
５，８入射光束
６  発散光束
７、９  出射光束
１０，１０ａ  第１レンズ群
２０，２０ａ  第２レンズ群
【図１】
2004251924.tif 000010
【図２】
2004251924.tif 000011
【図３】
2004251924.tif 000012
【図４】
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【図５】
2004251924.tif 000014
【図６】
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【図７】
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