(57)【要約】      （修正有）【課題】青紫色半導体レーザと、高屈折率ガラスの対物レンズを使用する光ピックアップ装置において、フォーカシングが追従できない瞬時的な波長変化が起きた場合でもデフォーカスの量を小さく抑えるとともに、温度変化に伴う光源の発振波長変化による球面収差を補正することが可能な光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】エキスパンダーレンズＥＸＰの回折部は、光源ＬＤから射出された光束の波長に応じて所定の次数の回折光を発生するが、この回折効果を用いて、光源ＬＤの波長が長くなるよう変化した場合に近軸パワーが大きくなり、波長が短くなるよう変化した場合に近軸パワーが小さくなるように波長依存性を持たせ、更に、波長変化に対する回折部の近軸パワーの変化量を、対物レンズＯＢＪの色収差に対して適切な値とすることで、光源ＬＤのモードホップ現象に対して、デフォーカスの発生を小さく抑えることが可能となる。【選択図】      図１
2004199768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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／又は再生を行うことが可能な集光光学系と、を有している光ピックアップ装置において、
前記集光光学系は、
前記光源から射出された光束の波長に応じて所定の次数の回折光を発生する回折部と、
前記光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記回折部からの光束を集光して前記情報記録面上に集光スポットを形成するための、少なくとも１つのガラスレンズを含む対物レンズと、
前記光源と、前記対物レンズとの間の光路中に配置され、温度変化に伴って発生する前記集光スポットの球面収差変化を補正するための球面収差補正光学系と、を有していることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記集光スポットの球面収差変化は、前記光源の波長が温度変化に伴ってシフトすることで発生す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。
【請求項３】
前記回折部は、前記光源の波長が長くなった場合に、その近軸パワーが大きくなり、前記光源の波長が短くなった場合に、その近軸パワーが小さくなるような近軸パワーの波長依存性を有す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。
【請求項４】
前記光源は、５００ｎｍ以下の波長の光束を射出する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。
【請求項５】
前記対物レンズは、１枚のガラスレンズから構成された前記光情報記録媒側の開口数が０．７以上とされた単レンズであって、前記ガラスレンズは、ｄ線の屈折率が１．５５以上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。
【請求項６】
前記回折部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＋・・・
（但し、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数）
により定義される光路差関数Φｂで表すとき、
ＰＤ＝−２・ｂ２
で定義される前記回折部の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）、前記対物レンズの焦点距離ｆ（ｍｍ）、前記ガラスレンズのｄ線のアッベ数νｄとが、以下の条件式を満足す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。
５．０×１０−３＞ｆ・ＰＤ／νｄ＞５．０×１０−３                （１）
【請求項７】
前記球面収差補正光学系は、その構成レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記対物レンズに向かう光束の発散角を変化させることが可能であるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記球面収差補正光学系は、少なくとも２つのレンズ群から構成されたエキスパンダーレンズであって、前記レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記集光スポットの球面収差変化の補正を行う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。
【請求項９】
前記球面収差補正光学系は、前記光源から射出された発散光束の発散角を変換するカップリングレンズであって、その構成レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記集光スポットの球面収差変化の補正を行う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。
【請求項１０】
前記回折部は、前記球面収差補正光学系の光学面上に形成されたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記球面収差補正光学系は、電極と、液晶分子層とから構成され、前記電極に所定の電圧を印可して、前記液晶分子層の配列パターンを変化させることが可能であるように構成された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。
【請求項１２】
前記光ピックアップ装置は、更に、前記情報記録媒体からの反射光束を受光することで、前記集光スポットの球面収差変化を検出するための光検出器と、前記光検出器の検出結果に応じて前記球面収差補正光学系を作動させるための作動手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２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る情報信号の記録及び／又は再生が可能となるよう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。
【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及び光情報記録再生装置に関し、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及び光情報記録再生装置に関する。
【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を介して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。また、対物レンズの高開口数化に関しては、開口数０．８５の単レンズ構成の対物レンズを実現しようとする試みが各社で盛んに行われている。高開口数の単レンズでは、光源側の光学面の曲率がきつくなりがちであるので、光学面同士の光軸ずれによりコマ収差が発生する傾向がある。そのため、高開口数の単レンズを高い生産効率で作製するためには、高屈折率材料を使用することで、光学面同士の光軸ずれに対するマージンを十分に確保する必要がある。従来、ＣＤ、ＭＯ、ＤＶＤなどの光ディスク用の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズには、主にプラスチック製の単レンズが用いられていたが、プラスチック材料は一般的に屈折率が低く、高開口数の単レンズをプラスチックレンズとすると、光学面同士の光軸ずれに対する許容度が厳格に制限され、製造コストが上昇する。これに対し、高屈折率材料の種類の豊富なガラス材料は、光学面同士の光軸ずれに対する許容度という観点からは、高開口数の単レンズの材料としては、より好適であるといえる。
【０００５】
ところで、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、デフォーカスによる記録不良等の不具合が生じる。対物レンズの色収差は光源波長が短くなるほど大きくなるので、それに伴いデフォーカスも大きくなる。更に、高屈折率のガラス材料は分散が大きいので、対物レンズとして上述のような高屈折率のガラスレンズを使用する場合には、デフォーカスがより大きく発生する。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場合、特に、対物レンズとして高屈折率のガラスレンズを使用する場合には、対物レンズの色収差の補正が必要である。
【０００６】
対物レンズの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が、以下の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開２００１−２５６６７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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、対物レンズの色収差を補正するものであり、回折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短くなる方向に変化した場合には発散光束となるので、それにより対物レンズの色収差が補正される。
【０００８】
しかしながら、青紫色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。特に、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズの色収差を補正するためには、回折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、半導体レーザの波長が変化した場合に、対物レンズの倍率変化に伴う球面収差変化がより大きくなる。
【０００９】
特に、環境温度の変化やアクチュエータからの放熱により、青紫色半導体レーザの温度が上昇すると、青紫色半導体レーザから射出される波長は長くなる方向に変化する。この波長変化は上述したモードホッピング現象に比して比較的緩やかに起こる変化なので、これによるデフォーカス誤差は、対物レンズのフォーカシングにより除去可能である。しかし、上述のように、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズの色収差の補正のために回折素子を使用する光ピックアップ装置では、波長変化に対する球面収差変化が大きくなるため、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化は無視できない量となる。
【００１０】
本発明は、上述の問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の光源と、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズを使用する光ピックアップ装置において、対物レンズの色収差を補正することで、フォーカシングが追従できない瞬時的な波長変化が起きた場合でも、発生したデフォーカスの量を小さく抑えるとともに、温度変化に伴う光源の発振波長変化により変化する球面収差を、温度変化に追従して補正することが可能な光ピックアップ装置及びそれを含む光情報記録再生装置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／又は再生を行うことが可能な集光光学系と、を有している光ピックアップ装置において、
前記集光光学系は、
前記光源から射出された光束の波長に応じて所定の次数の回折光を発生する回折部と、
前記光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記回折部からの光束を集光して前記情報記録面上に集光スポットを形成するための、少なくとも１つのガラスレンズを含む対物レンズと、
前記光源と、前記対物レンズとの間の光路中に配置され、温度変化に伴って発生する前記集光スポットの球面収差変化を補正するための球面収差補正光学系と、を有していることを特徴とする。
【００１２】
前記回折部は、前記光源から射出された光束の波長に応じて所定の次数の回折光を発生するが、この回折効果を用いて、前記光源の波長が長くなるよう変化した場合に、その近軸パワーが大きくなり、また前記光源の波長が短くなるよう変化した場合に、その近軸パワーが小さくなるような近軸パワーの波長依存性を持たせるのが好ましい。更に、波長変化に対する前記回折部の近軸パワーの変化量を、前記対物レンズの色収差に対して適切な値とすることで、前記光源として半導体レーザを用いた場合に生ずるモードホップ現象に対して、デフォーカスの発生を小さく抑えることが可能となる。
【００１３】
又、その発振波長が５００ｎｍ以下である青紫色半導体レーザのごとき短波長半導体レーザを前記光源として使用する場合、前記対物レンズの色収差を補正するためには、波長変化に対する前記回折部の近軸パワーの変化量を大きく設定する必要がある。
【００１４】
特に、前記対物レンズを、単レンズ構成であって開口数が０．７以上とし、且つ光学面同士の光軸ずれに対する十分なマージン確保を目的として、ｄ線の屈折率が１．５５以上であるような屈折率の高いガラスレンズを使用する場合には、波長変化に対する前記回折部の近軸パワーの変化量を更に大きく設定する必要がある。
【００１５】
これにより、前記光源として半導体レーザを用いた場合、その波長変化に対する球面収差変化が大きくなり、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化は無視できなるが、本発明に係わる光ピックアップ装置では、かかる球面収差変化を温度変化に追従して球面収差補正光学系により補正するので、常に良好な記録・再生特性を得ることができる。
【００１６】
すなわち、上記の構成によれば、前記回折部の作用により前記対物レンズの色収差を補正することで、フォーカシングが追従できない瞬時的な波長変化が起きた場合でもデフォーカスの発生を小さく抑えるとともに、温度変化に伴う半導体レーザの発振波長変化により変化する集光スポットの球面収差を、温度変化に追従して前記球面収差補正光学系により補正することが可能である。
【００１７】
従って、請求項２に記載の光ピックアップ装置は、前記集光スポットの球面収差変化が、前記光源の波長が温度変化に伴ってシフトすることで発生する場合に、より高い作用効果を発揮する。
【００１８】
又、請求項３に記載の光ピックアップ装置は、前記回折部が、前記光源の波長が長くなった場合に、その近軸パワーが大きくなり、前記光源の波長が短くなった場合に、その近軸パワーが小さくなるような近軸パワーの波長依存性を有すると、上述の理由より好ましい。
【００１９】
更に、請求項４に記載の光ピックアップ装置は、前記光源が、５００ｎｍ以下の波長の光束を射出する場合に、より高い作用効果を発揮する。
【００２０】
又、請求項５に記載の光ピックアップ装置は、前記対物レンズが、１枚のガラスレンズから構成された前記光情報記録媒側の開口数が０．７以上とされた単レンズであって、前記ガラスレンズは、ｄ線の屈折率が１．５５以上である場合に、より高い作用効果を発揮する。
【００２１】
更に、請求項６に記載の光ピックアップ装置は、前記回折部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＋・・・
（但し、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数）
により定義される光路差関数Φｂで表すとき、
ＰＤ＝−２・ｂ２
で定義される前記回折部の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）、前記対物レンズの焦点距離ｆ（ｍｍ）、前記ガラスレンズのｄ線のアッベ数νｄとが、以下の条件式を満足することを特徴とする。
５．０×１０−３＞ｆ・ＰＤ／νｄ＞５．０×１０−３                （１）
【００２２】
対物レンズを単レンズ構成のガラスレンズとする場合、対物レンズで発生する色収差量（近軸値）は、焦点距離ｆ（ｍｍ）と、ｄ線のアッベ数νｄとを用いて、ｆ／νｄで表すことができる。この色収差量に対して回折部の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）を（１）式を満足するように決定することで、半導体レーザのモードホップ現象に対して、デフォーカスの発生を小さく抑えることが可能となる。
【００２３】
更に、請求項７に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、その構成レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記対物レンズに向かう光束の発散角を変化させることが可能であるように構成されると好ましい。
【００２４】
又、請求項８に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、少なくとも２つのレンズ群から構成されたエキスパンダーレンズであって、前記レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記集光スポットの球面収差変化の補正を行うと好ましい。
【００２５】
更に、請求項９に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、前記光源から射出された発散光束の発散角を変換するカップリングレンズであって、その構成レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記集光スポットの球面収差変化の補正を行うと好ましい。
【００２６】
又、請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、前記回折部が、前記球面収差補正光学系の光学面上に形成されていると、部品点数の削減やコスト低減を図ることができる。
【００２７】
更に、請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、電極と、液晶分子層とから構成され、前記電極に所定の電圧を印可して、前記液晶分子層の配列パターンを変化させることが可能であるように構成されたものであっても良い。このように液晶を利用した前記球面収差補正光学系を使用する場合は、上述のエキスパンダーレンズやカップリングレンズのような機械的駆動部が不要であり、低電力での作動が可能であるので、光ピックアップ装置の省スペース化、省電力化に有効である。
【００２８】
又、請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、前記光ピックアップ装置が、更に、前記情報記録媒体からの反射光束を受光することで、前記集光スポットの球面収差変化を検出するための光検出器と、前記光検出器の検出結果に応じて前記球面収差補正光学系を作動させるための作動手段と、を備えると好ましい。球面収差変化の検出方法としては、記録・再生信号のＲＦ振幅などをモニターする方法や、同一出願人による特開２００２−３０４７６３号公報に記載の方法が好ましい。
【００２９】
更に、前記球面収差補正光学系としてエキスパンダーレンズやカップリングレンズを使用する場合には、ボイスコイル型アクチュエータやピエゾアクチュエータ等の作動手段により、その構成レンズ群を光軸方向に移動させ、前記球面収差補正光学系として液晶を利用した素子を使用する場合には、電源により電極に所定の電圧を印可して液晶分子層の配列パターンを変化させることができる。
【００３０】
請求項１３に記載の光情報記録再生装置は、請求項１乃至１２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る情報信号の記録及び／又は再生が可能となるよう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。
【００３１】
尚、回折部の回折パターンの形状として、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、本明細書における回折部の回折パターンとは、そのような形状を含むものである。
【００３２】
一般に、回折パターンからは、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回折パターンの場合は、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、この回折パターンの形状を設定することができる。
【００３３】
更に、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（例えば光ディスク）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（例えば光ディスク側）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。
【００３４】
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。尚、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。
【００３５】
【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。
【００３６】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明に係わる第１の光ピックアップ装置ＰＵ１を概略的に表す図であり、図１（ｂ）は、エキスパンダーレンズの光学断面を拡大して示す図である。図１（ａ）において、光ピックアップ装置ＰＵ１は、光源として青紫色半導体レーザＬＤと、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束を、光ディスクＯＤの保護層ＤＰを介して情報記録面ＤＲ上に集光させる集光光学系とを備えており、この集光光学系は、青紫色半導体レーザＬＤ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、負の近軸パワーを有する第１レンズ群Ｌ１と、正の近軸パワーを有する第２レンズ群Ｌ２とから構成され、且つカップリングレンズＣＵＬからの平行光束の径を変換するエキスパンダーレンズＥＸＰと、対物レンズＯＢＪとから構成されている。波長４００ｎｍ近傍の短波長光源として、青紫色半導体レーザＬＤの代わりに、２次高調波発生を利用したＳＨＧ半導体レーザを使用してもよい。対物レンズＯＢＪは、ｄ線の屈折率が１．５５以上の単レンズ構成のガラスレンズであり、その光ディスクＯＤ側の開口数は０．７以上とされている。そして、対物レンズＯＢＪは、フランジ部ＦＬにより光ピックアップ装置ＰＵに高精度に取り付けることが可能である。
【００３７】
青紫色半導体レーザ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、エキスパンダーレンズＥＸＰに入射される。エキスパンダーレンズＥＸＰを経た光束は、光束径を拡大され、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上に形成される集光スポットとなる。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ＡＣ１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。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、エキスパンダーレンズＥＸＰ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誤差信号やトラッキング誤差信号を用いて光ディスクＯＤに対して情報の記録・再生を行うことができる。
【００３８】
対物レンズＯＢＪは、光学面同士の光軸ずれに対する十分な許容公差を確保するために、ｄ線の屈折率が１．５５以上以上のガラス材料から構成されているが、高屈折率のガラス材料は分散が大きいので、半導体レーザＬＤのモードホッピング現象により情報記録面ＤＲ上の集光スポットにデフォーカスが大きく発生する恐れがある。そこで、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１の光学面上に、拡大図（図１（ｂ））に示したような輪帯状の回折パターンを回折部として形成して、モードホッピングによるデフォーカス発生を小さく抑えた。この際、回折パターンにより対物レンズＯＢＪの色収差を良好に補正するために、波長変化に対する回折パターンの近軸パワーの変化量を大きく設定しているので、半導体レーザの波長変化に対する球面収差変化が大きくなり、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により、無視できない量の球面収差変化が発生する。光ピックアップ装置ＰＵでは、かかる温度変化に伴う球面収差変化を、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１を光軸方向に移動させて、対物レンズＯＢＪに入射する光束の発散度を変化させて補正するので、常に良好な記録・再生特性が得られる。第１レンズ群Ｌ１は、光検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成された情報記録面ＤＲ上の集光スポットの球面収差変化信号を用いて、その周辺に配置された作動手段である１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に所定の量だけ移動される。
【００３９】
尚、本実施の形態で球面収差補正光学系を構成するエキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１及び第２レンズ群Ｌ２は、それぞれ単レンズであってもよく、また、複数枚のレンズから構成されるものでもよい。また、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは、エキスパンダーレンズＥＸＰは２つのレンズ群から構成されているが、３つ以上のレンズ群から構成されるものでもよい。また、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは、エキスパンダーレンズＥＸＰは入射光束の径を拡大する構成とされているが、入射光束の径を縮小する構成としても良い。更に、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは回折パターンを第２レンズ群Ｌ２の光学面上に形成したが、第１レンズ群Ｌ１の光学面上に形成してもよく、また、２つ以上の複数の光学面上にかかる回折パターンを形成してもよい。そして、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは、第１レンズ群Ｌ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に移動させる構成としたが、第２レンズ群Ｌ２を移動させる構成としてもよく、いずれの場合でも温度変化に伴う半導体レーザの波長変化による球面収差変化を補正することが可能である。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図２（ａ）は、本発明に係わる第２の光ピックアップ装置ＰＵ２を概略的に表す図であり、図２（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。図２（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ２では、半導体レーザＬＤのモードホッピング現象により発生するデフォーカスを小さく抑えるために、図１（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ１に対し、エキスパンダーレンズＥＸＰを省略し、カップリングレンズＣＵＬの光学面上に、拡大図（図２（ｂ））に示したような輪帯状の回折パターンを回折部として形成したことと、カップリングレンズＣＵＬを、検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成された情報記録面ＤＲ上の集光スポットの球面収差変化信号を用いて、その周辺に配置された１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に所定の量だけ移動させることで、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化を補正すること以外は、図１の光ピックアップ装置ＰＵ１と同じ構成であるので、詳細な説明は割愛する。
【００４１】
尚、図２の光ピックアップ装置ＰＵ２では、球面収差補正光学系であるカップリングレンズＣＵＬは、半導体レーザＬＤからの発散光束を平行光束にコリメートして対物レンズＯＢＪに導くコリメートレンズとしたが、半導体レーザＬＤからの発散光束の発散角を小さくして、緩い発散光束として対物レンズＯＢＪに導くレンズであってもよく、或いは、半導体レーザＬＤからの発散光束を収斂光束に変換して対物レンズＯＢＪに導くレンズであってもよい。また、カップリングレンズＣＵＬは、１つのレンズ群から構成されるものであってもよく、また、複数のレンズ群から構成されるものでもよい。更に、図２の光ピックアップ装置ＰＵ２では、回折パターンを対物レンズＯＢＪ側の光学面上に形成したが、２つ以上の複数の光学面上にかかる回折パターンを形成してもよい。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図３（ａ）は、本発明に係わる第３の光ピックアップ装置ＰＵ３を概略的に表す図であり、図３（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。図３（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ３では、図２（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ２と同様に、半導体レーザＬＤのモードホッピング現象により発生するデフォーカスを小さく抑えるために、カップリングレンズＣＵＬの光学面上に、拡大図（図３（ｂ））に示したような、輪帯状の回折パターンを回折部として形成している。
【００４３】
また、図３の光ピックアップ装置ＰＵ３では、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化を補正するために、カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとの間の光路中に液晶を利用した素子（以下、ＬＣＤ）を、球面収差補正光学系として配置している。
【００４４】
素子ＬＣＤは、絶縁基板ＳＵＢ（例えば、ガラス基板）、電極ＥＰ、液晶分子層ＬＣ、電極ＥＰ、絶縁基板ＳＵＢ（例えば、ガラス基板）の順に積層された構造を有しており、電極ＥＰのうち、少なくとも一方は光軸を中心とした輪帯パターンに分割されている。光検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成された情報記録面ＤＲ上の集光スポットの球面収差変化信号を用いて、このように輪帯パターンに分割された電極ＥＰに対し、電極ＰＳで所定の電圧を印可すると、液晶分子層ＬＣの配列パターンが輪帯状に変化し、結果として、光軸を中心とした輪帯状の屈折率分布を素子ＬＣＤに持たせることができる。かかる輪帯状の屈折率分布を有する素子ＬＣＤを透過した光束の波面には球面収差が付加されるので、これにより温度変化に伴う半導体レーザＬＤの波長変化により発生する球面収差変化を補正することが可能となる。
【００４５】
図３（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ３では、素子ＬＣＤの構成を上述のような構成としたが、本発明に係わる光ピックアップ装置ＰＵ３に適用可能なＬＣＤは、光軸を中心とした輪帯状の屈折率分布を形成できるものであればよく、上述の構成に限られない。また、図３（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ３では、回折パターンを、カップリングレンズＣＵＬの対物レンズＯＢＪ側の光学面上に形成したが、２つ以上の複数の光学面上にかかる回折パターンを形成してもよい。
【００４６】
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ＰＵ１〜ＰＵ３と、光ディスクＯＤをこの光ピックアップ装置ＰＵ１〜ＰＵ３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動作する回転動作装置によって構成される。
【００４７】
次に、上述した光ピックアップ装置の集光光学系として好適な実施例を、２例提示する。何れの実施例も設計波長（例えば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）は４０５ｎｍであり、対物レンズＯＢＪの開口数は０．８５、対物レンズの焦点距離は１．７６ｍｍである。
【００４８】
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。
【数１】
2004199768.tif 000003
【００４９】
また、各実施例における回折パターンは、この回折パターン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を光路差関数係数とするとき次の数２で定義される光路差関数Φｂ（ｍｍ）で表される。
【数２】
2004199768.tif 000004
【００５０】
この光路差関数Φｂ（ｍｍ）の値をもとに輪帯状の回折パターンを形成する場合、光路差関数Φｂ（ｍｍ）の値が設計波長のｎ倍（ただし、ｎは自然数）変わる毎に輪帯を形成する。
【００５１】
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にｄ線における屈折率、Ｎ４０５は設計波長４０５ｎｍにおける屈折率、Ｎ４１０は波長４１０ｎｍにおける屈折率、Ｎ４００は波長４００ｎｍにおける屈折率、Ｎｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。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。
【００５２】
（実施例１）
図４に光路図を示す集光光学系は、図１の光ピックアップ装置ＰＵ１の集光光学系として好適なものであり、そのレンズデータを表１に示す。対物レンズＯＢＪは、開口数０．８５のガラスレンズあり、光学面同士の光軸ずれに対するマージンを十分に確保するために、ｄ線の屈折率が１．７５４７６の高屈折率材料を使用した。一般的に、高屈折のガラス材料は分散が大きいが、このガラス材料においてもｄ線のアッベ数は４５．６と分散が大きく、図５の球面収差・色収差図に示すように、±５ｎｍの波長変化に対して±２．５μｍの軸上色収差が発生する。青紫色半導体レーザのモードホップによる波長変化量は１ｎｍ程度であるが、対物レンズＯＢＪの１ｎｍの波長変化に対するデフォーカス込みの波面収差のＲＭＳ値は０．１５６λｒｍｓであり、マレシャル限界（０．０７λｒｍｓ）を大きく越えてしまう。本実施例の集光光学系では、エキスパンダーレンズＥＸＰの第２レンズ群Ｌ２の両方の光学面上に数２で表される回折パターンを形成することで、このデフォーカスによる波面収差の劣化を小さく抑えた。
【表１】
2004199768.tif 000005
【００５３】
図６は、対物レンズＯＢＪにエキスパンダーレンズＥＸＰを組み合わせた場合の球面収差・色収差図であり、軸上色収差を過剰補正として、設計波長である４０５ｎｍの球面収差カーブに４０５±５ｎｍの球面収差カーブを交差させることで、波長変化に対するデフォーカスの発生を小さく抑えている。この系の１ｎｍの波長変化に対するデフォーカス込みの波面収差のＲＭＳ値は０．０１５λｒｍｓであり、デフォーカスの発生は良好に補正されている。
【００５４】
本実施例の集光光学系では、青紫色半導体レーザのモードホップによるデフォーカスの発生を小さく抑えるために、エキスパンダーレンズＥＸＰの第２レンズ群Ｌ２の光学面上に形成した回折パターンの近軸パワーの波長依存性を大きく設定したため、波長変化に対する球面収差変化が大きくなっている。そのため、温度変化により青紫色半導体レーザの発振波長が変化すると無視できない量の球面収差が発生する。一般的に青紫色半導体レーザは、１度の温度上昇あたり０．１ｎｍ程度波長が長くなるので、６０度温度が上昇した場合、光源波長は４０５ｎｍから４１１ｎｍとなる。気温の低い環境下で、光ディスクの記録／再生を始めた場合、光ディスクプレーヤーの内部温度が６０度上昇することは十分に考えられる。本実施例の集光光学系において光源波長が４１１ｎｍとなると、波面収差のＲＭＳ値は０．０８８λｒｍｓであり光ディスクの記録／再生に支障をきたす恐れがある。本実施例の集光光学系によれば、かかる場合でも、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１を光軸方向に０．３ｍｍ移動させて、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔を１．２ｍｍとすると、波長変化により発生した球面収差を補正することができ、その際の波面収差のＲＭＳ値を０．０２２λｒｍｓと十分に小さく抑えることができるので、情報の記録／再生を良好に行える。
【００５５】
（実施例２）
図７に光路図を示す集光光学系は、図２及び図３の光ピックアップ装置ＰＵ２，ＰＵ３の集光光学系として好適なものであり、そのレンズデータを表２に示す。対物レンズＯＢＪは、実施例１の対物レンズＯＢＪと同じものであるので、詳細な説明は割愛する。本実施例の集光光学系では、カップリングレンズＣＵＬの両方の光学面上に数２で表される回折パターンを形成することで、青紫色半導体レーザのモードホップによるデフォーカスの発生を小さく抑えた。図８は、対物レンズＯＢＪにカップリングレンズＣＵＬを組み合わせた場合の球面収差・色収差図であり、軸上色収差を過剰補正として、設計波長である４０５ｎｍの球面収差カーブに４０５±５ｎｍの球面収差カーブを交差させることで、波長変化に対するデフォーカスの発生を小さく抑えている。この系の１ｎｍの波長変化に対するデフォーカス込みの波面収差のＲＭＳ値は０．０１５λｒｍｓであり、デフォーカスの発生は良好に補正されている。
【表２】
2004199768.tif 000006
【００５６】
本実施例の集光光学系では、実施例１のエキスパンダーレンズＥＸＰと同様に、青紫色半導体レーザのモードホップ現象によるデフォーカスの発生を小さく抑えるために、カップリングレンズＣＵＬの光学面上に形成した回折パターンの近軸パワーの波長依存性を大きく設定したため、波長変化に対する球面収差変化が大きくなっている。本実施例の集光光学系において、光源波長が４１１ｎｍとなると、波面収差のＲＭＳ値は０．０８７λｒｍｓとなるが、カップリングレンズＣＵＬを光軸方向に０．８ｍｍ移動させて、カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとの間隔を５．８ｍｍとすると、波長変化により発生した球面収差を補正することができ、その際の波面収差のＲＭＳ値は０．０２２λｒｍｓと十分に小さく抑えることができるので、情報の記録／再生を良好に行える。
【００５７】
実施例１及び２では、回折パターンが２つの光学面上に形成されているが、このように、２つ以上の光学面上に回折パターンを形成する場合には、本明細書における回折部の近軸パワーとは、上述の（１）式により各光学面上に形成した回折パターンの近軸パワーを計算し、それらの和として定義される。尚、請求項６に示す値に対応する各実施例の値は、表３に示す通りである。
【表３】
2004199768.tif 000007
【００５８】
【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の光源と、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズを使用する光ピックアップ装置において、対物レンズの色収差を補正することで、フォーカシングが追従できない瞬時的な波長変化が起きた場合でも、発生したデフォーカスの量を小さく抑えるとともに、温度変化に伴う光源の発振波長変化により変化する球面収差を、温度変化に追従して補正することが可能な光ピックアップ装置及びそれを含む光情報記録再生装置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、本発明に係わる第１の光ピックアップ装置ＰＵ１を概略的に表す図であり、図１（ｂ）は、エキスパンダーレンズの光学断面を拡大して示す図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明に係わる第２の光ピックアップ装置ＰＵ２を概略的に表す図であり、図２（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明に係わる第３の光ピックアップ装置ＰＵ３を概略的に表す図であり、図３（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。
【図４】図１の光ピックアップ装置ＰＵ１の集光光学系として好適な集光光学系（実施例１）の光路図である。
【図５】対物レンズにかかる球面収差・色収差図である。
【図６】対物レンズＯＢＪにエキスパンダーレンズＥＸＰを組み合わせた場合の球面収差・色収差図である。
【図７】図２，３の光ピックアップ装置ＰＵ２〜ＰＵ３の集光光学系として好適な集光光学系（実施例２）の光路図である。
【図８】実施例２の集光光学系にかかる球面収差・色収差図である。
【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
ＥＸＰ  エキスパンダーレンズ
ＬＤ  半導体レーザ
ＡＣ１，ＡＣ２  アクチュエータ
ＳＴ  絞り
ＰＤ  光検出器
ＯＤ  光ディスク
【図１】
2004199768.tif 000008
【図２】
2004199768.tif 000009
【図３】
2004199768.tif 000010
【図４】
2004199768.tif 000011
【図５】
2004199768.tif 000012
【図６】
2004199768.tif 000013
【図７】
2004199768.tif 000014
【図８】
2004199768.tif 000015