(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、少なくとも１つの面に非球面を有する単レンズであり、光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型であって、次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
ＮＡ≧０．７０ （１）
０．２５≦(Ｘ１−Ｘ２)(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜))≦０．７５ (５)
ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
【請求項２】
両面が非球面であることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
次式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
０．０１≦｜ｍ｜≦０．３０ （２）
ただし、ｍ：前記対物レンズの物側開口数をＮＡOBJ、像側開口数をＮＡIMGとしたとき、ＮＡOBJ／ＮＡIMGで定義される前記対物レンズの横倍率
【請求項４】
次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．８≦ｄ／ｆ≦２．４ （３）
ただし、ｄ：前記対物レンズの光軸上における厚さ（ｍｍ）
ｆ：前記対物レンズの焦点距離（ｍｍ）
【請求項５】
次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．８＜ｒ１／((ｎ−１）・ｆ・√（１＋｜ｍ｜))＜１．６ （４）
ただし、ｒ１：前記対物レンズの光源側の面の近軸曲率半径（ｍｍ）
ｎ：前記対物レンズの使用波長における屈折率
【請求項６】
少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記光源は±１０ｎｍ以下の波長変動を発生し、前記回折構造は、該光源の波長変動に伴う、前記対物レンズの光学材料の屈折率分散によって生じる軸上色収差を抑制する機能を有することを特徴とする請求項６に記載の対物レンズ。
【請求項８】
次式を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載の対物レンズ。
０．０１≦ＰＤ／ＰＴ≦０．２０ （７）
ただし、ＰＤ：前記第ｉ面に形成された回折構造をΦｂ＝ｂ2iｈ2＋ｂ4iｈ4＋ｂ6iｈ6＋・・・により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）であり、ｂ2i、ｂ4i、ｂ6i、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数である）、ＰＤ＝Σ（−２・ｂ2i）により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）
ＰＴ：屈折レンズとしてのパワーと回折構造のパワーとを合わせた対物レンズ全系のパワー（ｍｍ-1）
【請求項９】
基準波長をλ（ｍｍ）、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記第ｉ面に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量をもつ回折光の次数をｎｉ、第ｉ面の有効径内の回折構造の輪帯数をＭｉ、第ｉ面の有効径内の回折構造の隣り合う輪帯の間隔の最小値をＰｉ（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．０１≦ｆ・λ・Σ（ｎｉ／(Ｍｉ・Ｐｉ2))≦０．７０ （８）
【請求項１０】
次式を満たすことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．２≦｜（Ｐｈ／Ｐｆ）−２｜≦１０．０ （９）
ただし、
Ｐｆ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数における回折輪帯間隔（ｍｍ）
Ｐｈ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数の１／２の開口数における回折輪帯間隔（ｍｍ）
【請求項１１】
回折レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用とをあわせた場合、前記光源の波長が長波長側に変動した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差特性を有し、次式を満たすことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の対物レンズ。
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０ （１０）
ただし、ΔＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化量（ｍｍ）
ΔＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差の変化量（ｍｍ）
【請求項１２】
前記第ｉ面に形成された回折構造で発生するｎｉ次回折光量が他のいずれの次数の回折光量よりも大きく、前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生するために前記回折構造で発生したｎｉ次回折光を光情報記録媒体の情報記録面に集光することができることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の対物レンズ。ここで、ｎは０、±１以外の整数である。
【請求項１３】
光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズを含む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系で光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記情報記録面上に情報を記録および／または前記情報記録面上の情報を再生する光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズは単レンズであり、
前記光源が光軸方向に沿って変移することで前記対物レンズに入射する光束の発散度を変化させることが可能な光源を有し、
前記情報記録面からの反射光を検出することにより前記集光光学系で発生した球面収差の変動を検出するための検出手段を有し、
前記検出手段の検出結果に応じて、該球面収差の変動を低減するために前記光源を光軸方向に沿って変移させるための駆動手段を有し、
前記対物レンズとして請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の対物レンズを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする音声および／または画像の記録、および／または、音声および／または画像の再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズ、集光光学系、光ピックアップ装置、及び記録・再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年実用化された、発振波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを光源に用いた新しい光ピックアップシステムの研究・開発が進んでいる。この新しい光ピックアップシステムでは、開口数が０．８５程度まで高められた対物レンズを搭載することで、ＣＤやＤＶＤより高密度な情報の記録や再生を達成する。具体的な数値を挙げると、開口数０．６０の対物レンズと発振波長６５０ｎｍの半導体レーザ光源を使用するＤＶＤの記録容量が４．７Gbyte/sideであるのに対し、開口数０．８５の対物レンズと発振波長４００ｎｍの青紫色半導体レーザ光源を使用すると２５Gbyte/sideとなる。
【０００３】
高開口数（特に、ＮＡ０．７０以上）の対物レンズでは、最も情報記録面側の面から射出されるマージナル光線の傾角が４５度以上となるので、従来の光ピックアップ装置に搭載される比較的低開口数の対物レンズに比ベてワ―キングディスタンスが小さくなりがちである。従って、小径で高開口数の対物レンズを搭載した光ピックアップ装置では、光情報記録媒体のそりによって対物レンズが光情報記録媒体と接触する可能性が大きいという問題がある。
【０００４】
ところで、レーザ光源の短波長化や対物レンズの高開口数化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤのごとき従来の光ディスクに対して情報の記録または再生を行うような、比較的長波長のレーザ光源と低開口数の対物レンズとの組み合わせからなる光ピックアップ装置では、ほとんど無視できた問題でも顕在化されることが予想される。
【０００５】
その１つがレーザ光源の微少な発振波長の変動により対物レンズで生じる軸上色収差の問題である。光ピックアップ装置において光源として用いられる半導体レーザから出射される光束の波長は一般に単色であるので、対物レンズでは軸上色収差は発生しないと思われているが、出力の変化により瞬時的に波長が数ｎｍほど変化するモードホップ現象を起こす場合がある。対物レンズの軸上色収差が補正されていない場合には、モードホップ現象によって集光位置が変化し情報の記録および／または再生に誤りが生じる可能性がある。光源の波長が短くなるに従い集光位置の変化量は大きくなるので、光ピックアップ装置の光源として発振波長６００ｎｍ以下の短波長半導体レーザ、特に発振波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いた場合は対物レンズで発生する軸上色収差の補正が必要となる。
【０００６】
さらに、レーザ光源の短波長化と対物レンズの高開口数化において顕在化する別の問題は、光源の微少な発振波長変動によって対物レンズで発生する球面収差の変動である。光ピックアップ装置において光源として用いられる半導体レーザはその発振波長に±１０ｎｍほどの個体間のばらつきがある。基準波長からずれた発振波長をもつ半導体レーザを光源に用いた場合、対物レンズで発生する球面収差は開口数が大きくなるほど大きくなるので、基準波長からずれた発振波長をもつ半導体レーザは使用できなくなり、光源として使用する半導体レーザの選別が必要となる。
【０００７】
さらに、レーザ光源の短波長化と対物レンズの高開口数化において顕在化する別の問題は、光ディスクの保護層（「透明基板」ともいう）の厚み誤差に起因する光学系の球面収差の変動である。保護層の厚み誤差により生じる球面収差は、対物レンズの開口数の４乗に比例して発生するので対物レンズの開口数が大きくなるにつれて保護層の厚み誤差の影響が大きくなり、安定した情報の記録または再生が出来なくなる恐れがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高ＮＡの対物レンズであっても、小径でかつワーキングディスタンスが大きい光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズを提供することを目的とする。
【０００９】
また、高ＮＡの対物レンズであっても、小径でかつワーキングディスタンスが大きく、かつ短波長光源を用いたときに問題となる軸上色収差が補正された光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズを提供することを目的とする。
【００１０】
また、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系で光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、情報記録面上に情報を記録および／または情報記録面上の情報を再生する光ピックアップ装置であって、レーザ光源の発振波長変動、温度・湿度変化、光情報記録媒体の保護層の厚みの誤差等に起因して集光光学系の各光学面で発生する球面収差の変動を簡易な構成で効果的に補正できる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、短波長光源を用いたときに問題となる軸上色収差が補正された光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、この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を目的とする。更に、この光ピックアップ装置を搭載した記録・再生装置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、本発明による第１の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、少なくとも１つの面に非球面を有する単レンズであり、光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型であって、次式（１）、（５）を満たすことを特徴とする。
【００１４】
ＮＡ≧０．７０ （１）
０．２５≦(Ｘ１−Ｘ２)(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜))≦０．７５ (５)
ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
【００１５】
第１の対物レンズのように、光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．７０以上に高めることで（従来の光情報記録媒体、例えばＣＤでは０．４５、ＤＶＤでは０．６０である）、情報記録面上に集光するスポットのサイズを小さくできるので、従来の光情報記録媒体より高密度に記録および／または高密度記録された情報の再生が光情報記録媒体に対して可能となる。さらに、上記対物レンズを光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型とすることで、高ＮＡであってもワーキングディスタンスを大きく確保することができるので、光情報記録媒体のそりによる対物レンズと光情報記録媒体との接触を防ぐことができる。また、上述のように対物レンズを有限共役型とすると光源からの発散光を略平行光に変換するカップリングレンズが不要となるので、光ピックアップ装置の部品数を削減でき、コストダウンが図れる。
【００１６】
なお、有限共役型の対物レンズとは、一般的には、互いに共役な物点と像点の両方が無限大でない、有限の位置にある対物レンズのことであり、有限位置にある実物点からの発散光束を、光情報記録媒体の情報記録面上に集光するもののほか、有限位置にある虚物点に向かう収斂光束を、光情報記録媒体の情報記録面上に集光するものも含むが、本発明による有限共役型の対物レンズは、有限位置にある実物点からの発散光束を、光情報記録媒体の情報記録面上に集光する対物レンズである。
【００１７】
また、球面収差及びコマ収差をより精緻に補正するには、両面を非球面とするのが好ましい。
【００１８】
また、上述の対物レンズは、次式（２）を満たすことが好ましい。
【００１９】
０．０１≦｜ｍ｜≦０．３０          （２）
ただし、ｍ：前記対物レンズの物側開口数をＮＡOBJ、像側開口数をＮＡIMGとしたとき、ＮＡOBJ／ＮＡIMGで定義される前記対物レンズの横倍率
【００２０】
上述の対物レンズは横倍率が式（２）の上限を超えないようにすると、光源側の面への光線の入射角が大きくなりすぎることがないので、面偏芯等の偏芯誤差による収差劣化を小さく抑えることができる。また、対物レンズと光源との間隔が小さくなりすぎることがないので、偏光ビームスプリッタや波長板等の光学素子の配置が容易になる。式（２）の下限を超えないようにすると、対物レンズの物像間距離が小さくなりすぎることがないので、本発明による対物レンズを搭載する光ピックアップ装置を小型にすることができる。式（２）は次の式（２’）が更に好ましい。
【００２１】
０．０１≦｜ｍ｜≦０．２０          （２’）
【００２２】
また、上述の対物レンズは次式（３）を満たすことが好ましい。
【００２３】
０．８≦ｄ／ｆ≦２．４                （３）
ただし、ｄ：前記対物レンズの光軸上における厚さ（ｍｍ）
ｆ：前記対物レンズの焦点距離（ｍｍ）
【００２４】
上述の式（３）はワーキングディスタンスを確保しつつコマ収差及び非点収差を良好に補正するための条件である。式（３）の下限以上で光源側の面への光線の入射角が大きくなりすぎることがないので、面偏芯等の偏芯誤差による収差劣化の小さい対物レンズとすることができる。また、像高特性における非点収差が大きくなり過ぎないので、像高特性の良好な対物レンズとすることができる。また、式（３）の上限以下で対物レンズの光軸上における厚さが大きくなりすぎないので、小径であってもワーキングディスタンスの大きい対物レンズとすることができる。
【００２５】
また、上述の対物レンズは次式（４）を満たすことが好ましい。
【００２６】
０．８＜ｒ１／((ｎ−１）・ｆ・√(１＋｜ｍ｜))＜１．６      （４）
ただし、ｒ１：前記対物レンズの光源側の面の近軸曲率半径（ｍｍ）
ｎ：前記対物レンズの使用波長における屈折率
【００２７】
上述の式（４）は主にコマ収差の補正に関し、式（４）の下限を外れてｒ１が小さくなると、内向性のコマ収差と外向性のコマ収差によるフレアが発生し、上限を外れてｒ１が大きくなると、外向性のコマ収差が生じると共に、球面収差のアンダーフレアを生じやすい。
【００２８】
また、上述の対物レンズは次式（５）を満たす。
【００２９】
０．２５≦(Ｘ１−Ｘ２)(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√(１＋｜ｍ｜))≦０．７５ (5)
ただし、Ｘ１：光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
【００３０】
上述の式（５）は球面収差を良好に補正するための光源側の面と光情報記録媒体側の面のサグ量に関する条件式である。Ｘ１が正でその絶対値が小さい程、またＸ２が負でその絶対値が小さい程マージナル光線の球面収差を補正過剰にする効果が大きくなり、Ｘ１が正でその絶対値が大きい程、またＸ２が負でその絶対値が大きい程マージナル光線の球面収差を補正不足にする効果が大きくなるので、球面収差を補正するためには、Ｘ１−Ｘ２はある範囲内にあることが必要である。以上より、本発明の対物レンズは式（５）を満たすのが好ましく、式（５）の下限以上でマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以下でマージナル光線の球面収差が補正不足になり過ぎない。
また、上記第１の対物レンズにおいて、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を有することが好ましい。
【００３１】
また、参考例による第２の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、少なくとも１つの面に非球面を有する単レンズであり、光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型であって、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を有し、次式（６）を満たすことを特徴とする。
【００３２】
ＮＡ≧０．７０                    （６）
ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数
【００３３】
第２の対物レンズのように、少なくとも１つの面が輪帯状の回折構造を有する回折面であると、使用波長が短波長化したことにより問題となる対物レンズで発生する軸上色収差を、回折構造による回折作用と、屈折レンズとしての屈折作用を適切に組み合わせることで良好に補正することができるので、レーザ光源のモードホップ現象による瞬間的な波長変動が起きた場合でも収差の劣化が小さく抑えられた対物レンズを得ることができる。
【００３４】
また、上述の各対物レンズは、使用波長が６００ｎｍ以下であり、使用波長領域で厚さが３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である光学材料から形成されていることが好ましい。このように、使用波長を６００ｎｍ以下とすることで、情報記録面上に集光するスポットのサイズをより小さくできるので、従来の光情報記録媒体より高密度に記録および／または高密度記録された情報の再生が光情報記録媒体に対して可能となる。また、本発明による対物レンズは使用波長領域で厚さが３ｍｍにおける内部透過率が８５％以上である光学材料から形成されることにより、使用波長が短波長になったことに起因して起こる光学材料による光の吸収を小さく抑えることができる。これにより、光情報記録媒体への情報の記録の際の光源の出力が小さくてすむので、光源の寿命を延ばすことができ、また、情報の再生時の読み出し信号のＳ／Ｎ比を良くすることができる。
【００３５】
また、上述の第２の対物レンズは、前記光源が±１０ｎｍ以下の波長変動を発生し、前記回折構造は、該光源の波長変動に伴う、前記対物レンズの光学材料の屈折率分散によって生じる軸上色収差を抑制する機能を有することが好ましい。すなわち、光源が長波長側に波長変動した場合に、光学材料の屈折率分散によって生じる軸上色収差は対物レンズのバックフォーカスが、波長変動する前に比して長くなる方向であるが、光源が長波長側に波長変動した場合に、回折構造によって生じる軸上色収差は対物レンズのバックフォーカスが、波長変動する前に比して短くなる方向である。対物レンズを透過して情報記録面上に集光した波面の軸上色収差が良好に補正された状態とするには、回折のパワーと屈折パワーを適切に組み合わせて、回折構造によって生じる軸上色収差の大きさを、光学材料の屈折率分散によって生じる軸上色収差とほぼ等しくすると良い。
【００３６】
また、上述の第２の対物レンズで球面収差及びコマ収差をより精緻に補正するには、両面を非球面とするのが好ましい。
【００３７】
また、上述の第２の対物レンズは次式（７）を満たすことが好ましい。
【００３８】
０．０１≦ＰＤ／ＰＴ≦０．２０                  （７）
ただし、ＰＤ：前記第ｉ面に形成された回折構造を
Φｂ＝ｂ2iｈ2＋ｂ4iｈ4＋ｂ6iｈ6＋・・・                        （Ａ）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）であり、ｂ2i、ｂ4i、ｂ6i、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数である）、ＰＤ＝Σ（−２・ｂ2i）により定義される回折構造のみのパワー（ｍｍ-1）
ＰＴ：屈折レンズとしてのパワーと回折構造のパワーとを合わせた対物レンズ全系のパワー（ｍｍ-1）
【００３９】
上述のように、式（７）を満たすように上記対物レンズの回折構造を決定することで、６００ｎｍ以下の波長に対して対物レンズで発生する軸上色収差を良好に補正することができる。式（７）の下限以上で光情報記録媒体の情報記録面上にスポットを結んだときの波面の軸上色収差が補正不足になり過ぎず、上限以下で光情報記録媒体の情報記録面上にスポットを結んだときの波面の軸上色収差が補正過剰になり過ぎない。
【００４０】
また、上述の第２の対物レンズは、基準波長をλ（ｍｍ）、前記対物レンズ全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記第ｉ面に形成された回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量をもつ回折光の次数をｎｉ、第ｉ面の有効径内の回折構造の輪帯数をＭｉ、第ｉ面の有効径内の回折構造の隣り合う輪帯の間隔の最小値をＰｉ（ｍｍ）としたとき、次式（８）を満たすことが好ましい。
【００４１】
０．０１≦ｆ・λ・Σ（ｎｉ／(Ｍｉ・Ｐｉ2))≦０．７０          （８）
【００４２】
上述のように、式（８）を満たすように上記対物レンズの回折構造を決定することで、６００ｎｍ以下の波長に対して対物レンズで発生する軸上色収差を良好に補正することができる。式（８）の下限以上で光情報記録媒体の情報記録面上にスポットを結んだときの波面の軸上色収差が補正不足になり過ぎず、上限以下で光情報記録媒体の情報記録面上にスポットを結んだときの波面の軸上色収差が補正過剰になり過ぎない。
【００４３】
また、上述の第２の対物レンズは、次式（９）を満たすことが好ましい。
【００４４】
０．２≦｜（Ｐｈ／Ｐｆ）−２｜≦１０．０            （９）
ただし、Ｐｆ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数における回折輪帯間隔（ｍｍ）
Ｐｈ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の像側開口数の１／２の開口数における回折輪帯間隔（ｍｍ）
【００４５】
上述のように、回折構造の輪帯間隔すなわち光軸に垂直な方向の輪帯間の間隔が式（９）を満たすことで、波長変動時の球面収差も良好に補正することができるので、基準波長からずれた発振波長を有するレーザ光源を光ピックアップ装置に組み込む際のカップリングレンズ、あるいは対物レンズ、あるいは光源の光軸方向の位置調整が不要となり大幅な光ピックアップ装置の組み立て時間の短縮が達成できる。光路差関数が２次の光路差関数係数（回折面係数ともいう）しか有しないならば、（Ｐｈ／Ｐｆ）−２＝０となるが、本発明による対物レンズは基準波長からの微少な波長変化によって生じる球面収差の変化を回折の作用により良好に補正するために、光路差関数の高次の光路差関数係数を用いる。このとき、（Ｐｈ／Ｐｆ）−２が０がからある程度離れた値をとることが好ましく、式（９）を満たしていれば、波長変化による球面収差の変化を回折の作用により良好に打ち消すことができる。式（９）の下限以上で基準波長から波長が変化したときの球面収差が補正過剰になりすぎず、上限以下で基準波長から波長が変化したときの球面収差が補正不足になり過ぎない。
【００４６】
また、上述の第２の対物レンズは、回折レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用とをあわせた場合、前記光源の波長が長波長側に変動した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差特性を有し、次式（１０）を満たすことが好ましい。
【００４７】
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０                    （１０）
ただし、ΔＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化量（ｍｍ）
ΔＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差の変化量（ｍｍ）
【００４８】
上述の対物レンズでは、回折作用により、対物レンズの軸上色収差を補正過剰として基準波長の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブ（色の球面収差ともいう）を交差させることで、光源の波長が変動した際の最適書き込み位置の移動を小さく抑えることが可能となり、光源のモードホップ現象や高周波重畳時の波面収差の劣化の小さい対物レンズとすることができる。また、回折作用により、上記のように色収差を補正する場合、軸上色収差と色の球面収差をともに補正場合よりも回折輪帯間隔を大きくすることができるので、金型の加工時間の短縮、輪帯形状の製造誤差による回折効率の低化の防止等を達成できる。
【００４９】
また、上述の第２の対物レンズは、前記第ｉ面に形成された回折構造で発生するｎｉ次回折光量が他のいずれの次数の回折光量よりも大きく、前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生するために前記回折構造で発生したｎｉ次回折光を光情報記録媒体の情報記録面に集光することができることが好ましい。ここで、ｎは０、±１以外の整数である。
【００５０】
上記構成は、２次以上の高次の回折光を利用して光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行う対物レンズに関し、輪帯状の回折構造を２次以上の高次の回折光の回折効率が最大となるように形成すると、各輪帯間の段差および各輪帯間の間隔が大きくなり回折構造の形状要求精度が厳しくなりすぎない。一般に１次の回折光を利用する場合に比ベ、２次以上を用いる場合では、回折効率の波長変化による低下が大きいが、単一波長に近い光源を用いる場合には、上記の回折効率の波長変化による低下量はほとんど無視できるほど小さいので、製造し易く十分な回折効率を有した回折構造を有する対物レンズを得ることができる。
【００５１】
また、上述の第２の対物レンズは、次式（１１）〜（１４）を満たすことが好ましい。
【００５２】
０．０１≦｜ｍ｜≦０．３０                            （１１）
０．８≦ｄ／ｆ≦２．４                                （１２）
０．８＜ｒ１／((ｎ−１)・ｆ・√(１＋｜ｍ｜))＜１．６    （１３）
０．２５≦(Ｘ１−Ｘ２)(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１＋｜ｍ｜))≦０．７５ (14)
ただし、ｍ：前記対物レンズの物側開口数をＮＡOBJ、像側開口数をＮＡIMGとしたとき、ＮＡOBJ／ＮＡIMGで定義される前記対物レンズの横倍率
ｄ：前記対物レンズの光軸上における厚さ（ｍｍ）
ｆ：前記対物レンズの全系の焦点距離（ｍｍ）
ｒ１：前記対物レンズの光源側の面の近軸曲率半径（ｍｍ）
ｎ：前記対物レンズの使用波長における屈折率
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする
【００５３】
上述の第２の対物レンズでは、横倍率が式（１１）の上限を超えないようにすると、光源側の面への光線の入射角が大きくなりすぎることがないので、面偏芯等の偏芯誤差による収差劣化を小さく抑えることができる。また、対物レンズと光源との間隔が小さくなりすぎることがないので、偏光ビームスプリッタや波長板等の光学素子の配置が容易になる。式（１１）の下限を超えないようにすると、対物レンズの物像間距離が小さくなりすぎることがないので、本発明による対物レンズを搭載する光ピックアップ装置を小型にすることができる。式（１１）は次の式（１１’）が更に好ましい。
【００５４】
０．０１≦｜ｍ｜≦０．２０          （１１’）
【００５５】
また、上述の式（１２）はワーキングディスタンスを確保しつつコマ収差及び非点収差を良好に補正するための条件であり、式（１２）の下限以上で光源側の面への光線の入射角が大きくなりすぎることがないので、面偏芯等の偏芯誤差による収差劣化の小さい対物レンズとすることができる。また、像高特性における非点収差が大きくなり過ぎないので、像高特性の良好な対物レンズとすることができる。また、式（１２）の上限以下で対物レンズの光軸上における厚さが大きくなりすぎないので、小径であってもワーキングディスタンスの大きい対物レンズとすることができる。
【００５６】
また、  上述の式（１３）は主にコマ収差の補正に関し、式（１３）の下限を外れてｒ１が小さくなると、内向性のコマ収差と外向性のコマ収差によるフレアが発生し、上限を外れてｒ１が大きくなると、外向性のコマ収差が生じると共に、球面収差のアンダーフレアを生じやすい。
【００５７】
また、上述の式（１４）は球面収差を良好に補正するための光源側の面と光情報記録媒体側の面のサグ量に関する条件式であり、Ｘ１が正でその絶対値が小さい程、またＸ２が負でその絶対値が小さい程マージナル光線の球面収差を補正過剰にする効果が大きくなり、Ｘ１が正でその絶対値が大きい程、またＸ２が負でその絶対値が大きい程マージナル光線の球面収差を補正不足にする効果が大きくなるので、球面収差を補正するためには、Ｘ１−Ｘ２はある範囲内にあることが必要である。以上より、本発明の対物レンズは式（１４）を満たすのが好ましく、式（１４）の下限以上でマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以下でマージナル光線の球面収差が補正不足になり過ぎない。
【００５８】
また、上述の各対物レンズでは、前記対物レンズの有する球面収差のうち、３次球面収差成分をＳＡ１、５次以上の高次球面収差成分の和をＳＡ２としたとき、次式（１５）を満たすことが好ましい。
【００５９】
｜ＳＡ１／ＳＡ２｜＞１．０                  （１５）
ただし、ＳＡ１：収差関数をツェルニケ(Zernike)の多項式に展開したときの３次球面収差成分
ＳＡ２：収差関数をツェルニケ(Zernike)の多項式に展開したときの５次球面収差成分と７次球面収差成分と９次球面収差成分の２乗和の平方根
【００６０】
上述の式（１５）は対物レンズがもつ球面収差の成分の好ましい配分に関し、製造誤差により対物レンズに残存する球面収差の成分が式（１５）を満たしていれば、対物レンズを光ピックアップ装置に組み込む際の、カップリングレンズや、光源の光軸上の位置調整による３次球面収差成分補正後の、対物レンズの残存球面収差を小さくすることができる。この３次球面収差成分補正は、光源と情報記録面との光路中に設けた球面収差補正手段で行ってもよい。球面収差発生の原因となる製造誤差とは、例えば、光軸上におけるレンズ厚さ誤差、面形状誤差である。
【００６１】
また、上述の各対物レンズが光学プラスチック材料から形成されると、金型を用いた成形法により安価に大量生産できる。また、軽量であるので、フォーカシング用のアクチュエータへの負担の軽減、高速な追従、小型のアクチュエータでの駆動等が可能となる。
【００６２】
また、上述の各対物レンズが光学ガラス材料から形成されると、光源側の面の曲率が小さくなりすぎないので、偏芯誤差による収差劣化を小さくできる。また、金型を用いた成形法で作成する場合、マージナル光線が入射する位置での光源側の面の法線と光軸とのなす角（見込角）が大きくなりすぎないので、金型の加工誤差が大きくなりすぎない。
【００６３】
また、上述の各対物レンズには、光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、光源側の面との間に光束を規制する絞りを設けることが好ましい。このように、光源側の面の直前に光束を規制する絞りを配置する場合は、光軸に垂直で光源側の面の頂点に接する平面と、光源側の面との間に配置するのが好ましい。これにより、絞りと光源側の面との間隔が小さくなり、収差補正が保証されている領域より高い部分を光線が通過するのを防ぐことができるので、対物レンズに発散光が入射しても収差が増大することはない。
【００６４】
また、上述の各対物レンズに絞りを設ける場合、少なくとも１つの面上の、光情報記録媒体に情報の記録および／または再生を行うのに必要な像側開口数に対応する位置に、面の法線方向が不連続に変化する部位を設けることにより集光光束径を規制することが好ましい。
【００６５】
上述のように、対物レンズに絞りを設ける場合、面の方線方向が不連続に変化する部位よりも外側の面を通過する光束を屈折面の方線方向が不連続に変化する部位よりも光軸側の面を通過する光束と異なる点に集光させることができる。面の法線方向が不連続に変化する部位は、光源側の面上に設けるのが好ましい。面の方線方向が不連続に変化する部位と面の方線方向が不連続に変化する部位を設けるレンズを一体成形することで、対物レンズに別部材の絞りを取り付ける必要がなくなるので、製造時間の短縮やコストダウンを図れる。また、ボビンの成形時に絞りが不要となるので、対物レンズとボビンを含めた駆動部の総重量を小さくすることができる。
【００６６】
また、参考例による集光光学系は、光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズを含む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系であって、前記対物レンズは単レンズであり、光源と前記情報記録面の間に、前記集光光学系で発生する球面収差の変動を補正する手段を備え、次式（１６）を満たすことを特徴とする。
【００６７】
ＮＡ≧０．６５                        （１６）
ただし、ＮＡ：光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の前記対物レンズの像側開口数
以上述べた各対物レンズによって、高ＮＡの対物レンズであっても、小径でかつワーキングディスタンスが大きい対物レンズ、また、使用波長が短波長であっても、レーザ光源のモードホップ等に起因して発生する軸上色収差が効果的に補正された高ＮＡの対物レンズが得られるが、このようにＮＡが大きい対物レンズおよび波長のより短い光源を用いて記録密度を大きくしようとする場合、さまざまな誤差の影響による球面収差の変動が無視できなくなる。そこで、上述のように、光源と光情報記録媒体の情報記録面との間に球面収差の変動を補正する手段を設けるとさまざまな誤差があっても良好な集光特性を維持できる集光光学系を得ることができる。
【００６８】
上記球面収差の変動の原因としては、具体的には、レーザ光源の個体間の発振波長のばらつき、温湿度の変化に起因して起こる光学プラスチック材料の屈折率変化、光情報記録媒体の保護層の厚さの変動、対物レンズの製造誤差（面形状誤差、光軸上の厚さ誤差）等があげられる。これらさまざまな原因で発生する球面収差（特に３次の球面収差）の変動を補正する手段を設けることで、以下のような▲１▼〜▲４▼等の利点があり、それでいて良好な集光特性を常に維持できる集光光学系を得ることができる。
【００６９】
▲１▼レーザ光源の選別が必要なくなるので、レーザ光源ヘの製造精度の要求が厳しくなりすぎないので、レーザ光源の量産性を高めることができる。また、光ピックアップ装置の製造時間の短縮を図れる。
【００７０】
▲２▼集光光学系に含まれる構成素子をプラスチック材料から形成することが可能となり、大幅なコストダウンが図れる。
【００７１】
▲３▼光情報記録媒体の製造誤差に対する要求精度が厳しくなりすぎないので、  光情報記録媒体の量産性を高めることができる。
【００７２】
▲４▼対物レンズへの製造精度の要求が厳しくなりすぎないので、  対物レンズの量産性を高めることができる。
【００７３】
上述の集光光学系における前記球面収差の変動を補正する手段は、光源と前記対物レンズとの間に、光軸に沿って変移することで出射する光束の発散度を変化させることが可能な可動要素を少なくとも１つ含むことが好ましい。このような可動要素を少なくとも１つ含む構成であると、簡易な構成で球面収差の変動を良好に補正できる。
【００７４】
また、前記可動要素が、光源と対物レンズとの光路中に配置されたカップリングレンズを構成する少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に沿って変移可能であるようにすると、構成要素の少ない簡易な構成であっても、常に集光状態の良好な集光光学系とすることができる。このカップリングレンズは１群１枚構成が好ましい。
【００７５】
また、上述の光軸に沿って変移可能な可動要素を軽量な光学プラスチック材料から形成することで、アクチュエータへの負担の軽減や球面収差の変動に対する高速な応答が可能となる。
【００７６】
また、前記球面収差の変動を補正する手段は、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布が可変である素子であることが好ましい。例えば、電圧印加などにより光軸に垂直な方向に沿った屈折率の分布を生じせしめる装置で、球面球面収差の変動を補正するようにすると、可動部がなく機械的に簡単な構造の集光光学系を得ることができる。
【００７７】
また、前記球面収差の変動を補正する手段は、前記対物レンズと前記光情報記録媒体との間に配置された屈折率が可変である素子であることが好ましい。このように、屈折率分布が可変である素子は対物レンズと光情報記録媒体との間の光路中に配置されることで、屈折率分布が可変である素子に入射するマージナル光線の傾角は、対物レンズより光源側に配置されるより光情報記録媒体側に配置されるほうが大きいので、微少な屈折率分布変化でより大きな球面収差の変動を補正することができる。これにより、屈折率分布が可変である素子の駆動電圧の低減、屈折率分布が可変である素子の小型化が達成できる。
【００７８】
また、上述の集光光学系は、同一の光束入射面側から複数の情報記録層への情報の記録および／または再生が可能な集光光学系であって、情報記録層間でのフォーカスジャンプ時に前記光束入射面からそれぞれの情報記録層までの透明基板の厚さの違いによって生じる球面収差の変動を前記球面収差の変動を補正する手段により補正することが好ましい。
【００７９】
この構成は、光束の入射面側から順に透明基板と情報記録層とが複数積層された構造を有する多層記録型の光情報記録媒体に対しての情報の記録および／または再生が可能な光ピックアップ装置に用いられる集光光学系に関するものである。情報記録層間でのフォーカスジャンプ時に光束入射面からそれぞれの情報記録層までの透明基板の厚さの違いによって生じる球面収差の変動を球面収差補正手段により補正するので、０．６５以上の高開口数の対物レンズを用いる次世代の光ピックアップ装置であっても多層記録型の光情報記録媒体に対しての情報の記録および／または再生が可能となる。
【００８０】
また、使用波長が６００ｎｍ以下であって、前記集光光学系を構成する光学素子の少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を設けることが好ましい。
【００８１】
上述のように、光情報記録媒体に対して情報の記録および／または再生を行う際の波長を６００ｎｍ以下とすると、情報のより高密度での記録および／またはより高密度に記録された情報の再生が可能となる。このような短波長光源を用いる場合は、集光光学系を構成する光学素子の少なくとも１つの面上に回折構造を設けることが好ましく、回折構造は光源の波長が長波長側に微少変動した場合に対物レンズのバックフォーカスが短くなるような波長特性をもつので、青紫色半導体レーザのような短波長光源を用いた際に問題となる対物レンズで発生する軸上色収差を効果的に補正できる。上記の回折構造を設ける光学素子を対物レンズと別途に光源と対物レンズの間に設けることで、軸上色収差を厳しく補正していない対物レンズであっても、本発明による集光光学系に適用可能となる。回折構造は集光光学系を構成する光学素子とは別途に配置した光学素子に設けてもよいが、集光光学系を構成する光学素子の光学面上に設けると、集光光学系の構成要素数が増えることがないので好ましい。
【００８２】
また、前記光源は±１０ｎｍ以下の波長変動を発生し、前記回折構造は、該光源の波長変動に伴う、前記集光光学系を構成する光学素子の光学材料の屈折率分散によって生じる軸上色収差を抑制する機能を有することが好ましい。すなわち、光源が長波長側に波長変動した場合に、集光光学系を構成する光学素子の光学材料の屈折率分散によって生じる軸上色収差は集光光学系のバックフォーカスが、波長変動する前に比して長くなる方向であるが、光源が長波長側に波長変動した場合に、上記の回折構造によって生じる軸上色収差は集光光学系のバックフォーカスが、波長変動する前に比して短くなる方向である。集光光学系を透過して情報記録面上に集光した波面の軸上色収差が良好に補正された状態とするには、回折のパワーと屈折パワーを適切に組み合わせて、回折構造によって生じる軸上色収差の大きさを、光学材料の屈折率分散によって生じる軸上色収差とほぼ等しくすると良い。なお、上述の説明では、集光光学系を集光作用のある１つの正レンズと仮定した。
【００８３】
また、上述の集光光学系は、回折レンズとしての回折作用と屈折レンズとしての屈折作用とをあわせた場合、前記光源の波長が長波長側に変動した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差特性を有し、次式（１７）を満たすことが好ましい。
【００８４】
−１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０                      （１７）
ただし、ΔＣＡ：波長の変化に対する軸上色収差の変化量（ｍｍ）
ΔＳＡ：波長の変化に対するマージナル光線の球面収差の変化量（ｍｍ）
【００８５】
上述の回折作用により、集光光学系全系の軸上色収差を補正過剰として基準波長の球面収差カーブと長・短波長側の球面収差カーブ（色の球面収差ともいう）を交差させることで、光源の波長が変動した際の最適書き込み位置の移動を小さく抑えることが可能となり、光源のモードホップ現象や高周波重量時の波面収差の劣化の小さい集光光学系とすることができる。また、回折作用により、上記のように色収差を補正した集光光学系では、軸上色収差と色の球面収差をともに補正した集光光学系よりも回折輪帯間隔を大きくすることができるので、金型の加工時間の短縮、輪帯形状の製造誤差による回折効率の低化の防止等を達成できる。なお、上述の説明では、集光光学系を集光作用のある１つの正レンズと仮定した。
【００８６】
また、前記回折構造で発生するｎ次回折光量が他のいずれの次数の回折光量よりも大きく、前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生するために前記回折構造で発生したｎ次回折光を光情報記録媒体の情報記録面に集光することができることが好ましい。ここで、ｎは０、±１以外の整数である。
【００８７】
上述の構成は、２次以上の高次の回折光を利用して光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行う集光光学系に関し、輪帯状の回折構造を２次以上の高次の回折光の回折効率が最大となるように形成すると、各輪帯間の段差および各輪帯間の間隔が大きくなり回折構造の形状要求精度が厳しくなりすぎない。一般に１次の回折光を利用する場合に比べ、２次以上を用いる場合では、回折効率の波長変化による低下が大きいが、単ー波長に近い光源を用いる場合には、上記の回折効率の波長変化による低下量はほとんど無視できるほど小さいので、製造し易く十分な回折効率を有した回折構造を有する集光光学系を得ることができる。
【００８８】
また、上述の集光光学系には上記対物レンズが適用可能である。
【００８９】
また、本発明による第１の光ピックアップ装置は、光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズを含む光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系で光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記情報記録面上に情報を記録および／または前記情報記録面上の情報を再生する光ピックアップ装置であって、前記対物レンズは単レンズであり、前記光源が光軸方向に沿って変移することで前記対物レンズに入射する光束の発散度を変化させることが可能な光源を有し、前記情報記録面からの反射光を検出することにより前記集光光学系で発生した球面収差の変動を検出するための検出手段を有し、前記検出手段の検出結果に応じて、該球面収差の変動を低減するために前記光源を光軸方向に沿って変移させるための駆動手段を有する駆動手段を有し、前記対物レンズとして上述の第１の対物レンズを有することを特徴とする。
【００９０】
上述のような有限共役型対物レンズを有する光ピックアップ装置において、光源を光軸に沿って変移させることで、レーザ光源の個体間の発振波長のばらつき、温湿度の変化に起因して起こる光学プラスチック材料の屈折率変化、光情報記録媒体の保護層の厚さの変動、対物レンズの製造誤差（面形状誤差、光軸上の厚さ誤差）等に起因して発生する球面収差の変動を補正することができる。具体的には、情報記録面からの反射光を検出することで情報記録面上に集光された光束の集光状態を検出する検出手段における信号をモニターしながら、集光光学系で発生した球面収差が最適に補正されるように、光源を光軸に沿って変移させる駆動手段を動作させる。光源を光軸に沿って変移させる駆動手段としては、ピエゾアクチュエータやボイスコイル型アクチュエータを用いることができる。
【００９２】
また、参考例による第２の光ピックアップ装置は、光源からの発散光束を前記光情報記録媒体の情報記録面上に集光する有限共役型の対物レンズと球面収差の変動を補正する手段とを含む集光光学系で光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記情報記録面上に情報を記録および／または前記情報記録面上の情報を再生する光ピックアップ装置であって、前記対物レンズは単レンズであり、前記集光光学系に上述の集光光学系を有し、前記情報記録面からの反射光を検出することにより前記集光光学系で発生した球面収差の変動を検出するための検出手段を有し、前記検出手段の検出結果に応じて、該球面収差の変動を低減するために前記球面収差の変動を補正する手段を駆動させるための駆動手段を有することを特徴とする。
上述の光ピックアップ装置によれば、上述の集光光学系を有することで、高ＮＡの対物レンズを搭載した光ピックアップ装置であっても、レーザ光源の個体間の発振波長のばらつき、温湿度の変化に起因して起こる光学プラスチック材料の屈折率変化、光情報記録媒体の保護層の厚さの変動、対物レンズの製造誤差（面形状誤差、光軸上の厚さ誤差）等に起因して発生する球面収差の変動を補正するので、集光状態の常に良好な光ピックアップ装置を得ることができる。具体的には、情報記録画からの反射光を検出することで情報記録面上に集光された光束の集光状態を検出する検出手段における信号をモニターしながら、集光光学系で発生した球面収差が最適に補正されるように、球面収差の変動を補正する手段を駆動させる駆動手段を動作させる。この駆動装置としては、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などを用いることができる。
【００９３】
また、本発明による音声・画像の記録装置・再生装置は上述の第１の光ピックアップ装置を搭載したことにより、ＤＶＤよりも高密度・大容量の次世代の光情報記録媒体に対して音声・画像の記録または再生を良好に行うことができる。
【００９４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による有限共役型の単レンズからなる対物レンズにより光源からの発散光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光するようにした第１〜第５の実施の形態の光ピックアップ装置について図面を用いて説明する。
【００９５】
〈第１の実施の形態〉
【００９６】
図１は本発明の第１の実施の形態による光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【００９７】
図１の光ピックアップ装置は、半導体レーザからなる光源１から出射された光束が偏光ビームスプリッタ２、球面収差変動補正手段であり駆動手段１０により駆動される屈折率分布可変素子３、１／４波長板４及び絞り５を通過した後、有限共役型対物レンズ６によって光情報記録媒体の透明基板８を介して情報記録面８’に集光されるように構成されている。更に、情報記録面８’からの反射光は再び、対物レンズ６及び屈折率分布可変素子３等を通過した後、偏光ビームスプリッタ２によって反射されシリンドリカルレンズ１１を通過して光検出器１２に向かうように構成される。
【００９８】
また、対物レンズ６はフランジ部７で光ピックアップ装置に精度よく取り付けられる。また、図１の光ピックアップ装置は、対物レンズ６の駆動手段として対物レンズ６をトラッキング／フォーカシングのために２軸方向に駆動する２軸アクチュエータ９を備える。
【００９９】
図１の光ピックアップ装置では球面収差変動補正手段として屈折率分布が可変である素子を用いているが、この屈折率分布可変素子３は、図１のように、電気的に互いに接続された光学的に透明な電極層ａ、ｂ、ｃと、電極層ａ、ｂ、ｃとは電気的に絶縁され、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率分布可変層ｄ、ｅとが交互に積層され、かつ光学的に透明な電極層ａ、ｂ、ｃが複数の領域に分割された素子などを用いることができる。
【０１００】
光検出器１３で球面収差の変動が検出された場合には、屈折率分布可変素子３には駆動手段１０により、電極層ａ、ｂ、ｃに電圧を印加し、屈折率分布可変層ｄ、ｅの屈折率を場所によって変化させ、屈折率分布可変素子からの射出光の位相を球面収差の変動が零となるように制御する。
【０１０１】
本実施の形態の光ピックアップ装置によれば、光源１からの光束を屈折率分布可変素子３を介して対物レンズ６により、光情報記録媒体の情報記録面８’に集光し、それにより変調された反射光を逆の経路で光検出器１２で受光することにより、再生を行うことができる。なお、同様にして光情報記録媒体の情報記録面に記録を行うことができる。
【０１０２】
上述の記録または再生の際に、球面収差変動の検出結果に基づいて駆動手段１０が屈折率分布可変素子３を射出光の位相を球面収差の変動が零となるように電圧を印加し制御するので、レーザ光源の個体間の発振波長のばらつき、温湿度の変化に起因して起こる光学プラスチック材料の屈折率変化、光情報記録媒体の透明基板の厚さの変動、対物レンズの製造誤差等に起因する球面収差の変動を補正しながら良好に記録または再生を行うことができる。
【０１０３】
また、上述のように電圧印加などにより光軸に垂直な方向に沿った屈折率の分布を生じせしめ、球面球面収差の変動を補正すると、可動部がなく機械的に簡単な構造の集光光学系を得ることができる。
【０１０４】
〈第２の実施の形態〉
【０１０５】
図２は本発明の第２の実施の形態による光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【０１０６】
図２に示す光ピックアップ装置は、屈折率が可変である素子として液晶素子を対物レンズ６と光記録媒体との間に配置した以外は図１と基本的に同様の構成であるので、同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１０７】
図２では、屈折率可変素子３’として、液晶分子を光軸に垂直な面内で、任意のＸ方向にそろえて配列させた液晶素子１５ａと、液晶分子を光軸に垂直な面内で、Ｘ方向とは垂直なＹ方向にそろえて配列させた液晶素子１５ｂとを用いたものである。図２のように、液晶素子１５ａと液晶素子１５ｂとをガラス基板１５ｃを挟んで更にガラス基板１５ｃの間に１／２波長板を挟んで交互に積層させ、液晶素子１５ａと液晶素子１５ｂのそれぞれに駆動手段１０’から電圧を印加することで、射出光の位相のＸ方向成分およびＹ方向成分を独立に制御することにより球面収差の変動を補正することができる。
【０１０８】
図２の光ピックアップ装置によれば、図１と同様の効果を得ることができる。また、屈折率可変素子３’を対物レンズと光情報記録媒体との間の光路中に配置したことで、屈折率可変素子３’に入射するマージナル光線の傾角は、対物レンズより光源側に配置されるより光情報記録媒体側に配置されるほうが大きいので、微少な屈折率分布変化でより大きな球面収差の変動を補正できる。これにより、屈折率可変素子の駆動電圧の低減及び屈折率分布可変素子の小型化が達成できる。
【０１０９】
〈第３の実施の形態〉
【０１１０】
図３は本発明の第３の実施の形態による光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【０１１１】
図３に示す光ピックアップ装置は、屈折率分布可変素子の代わりに球面収差変動の補正のためにカップリングレンズを光軸方向に変移可能とした以外は図１と基本的に同様の構成であるので、同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１１２】
図３のように、カップリングレンズ２３が球面収差の変動の補正のために１軸アクチュエータ１３により光軸方向に変移可能に構成されている。光検出器１２で球面収差の変動が検出されると、１軸アクチュエータ１３によりカップリングレンズ２３が球面収差が零になるように光軸方向に変移するようになっている。図３の光ピックアップ装置によれば、図１と同様の効果を得ることができる。また、カップリングレンズを変移に可能とすることで構成要素の少ない簡易な構成であっても、常に集光状態の良好な光ピックアップ装置とすることができる。
【０１１３】
〈第４の実施の形態〉
【０１１４】
図４は本発明の第４の実施の形態による光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【０１１５】
図４に示す光ピックアップ装置は、屈折率分布可変素子の代わりに球面収差変動の補正のために光源を光軸方向に変移可能とした以外は図１と基本的に同様の構成であるので、同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１１６】
図４のように、光源１が球面収差の変動の補正のために１軸アクチュエータ１３により光軸方向に変移可能に構成されている。光検出器１２で球面収差の変動が検出されると、１軸アクチュエータ１３により光源１が球面収差が零になるように光軸方向に変移するようになっている。図４の光ピックアップ装置によれば、図１と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
〈第５の実施の形態〉
【０１１８】
図５は本発明の第５の実施の形態による光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【０１１９】
図５に示す光ピックアップ装置は、屈折率分布可変素子の代わりに球面収差変動の補正のためにレンズを光軸方向に１軸アクチュエータ１３で変移可能とし、光源１と偏光ビームスプリッタ２との間にコリメートレンズ１５を配置し、また偏光ビームスプリッタ２と光検出器１２との間に集光レンズ１４を配置した以外は図１と基本的に同様の構成であるので、同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１２０】
図５のように、光検出器１２で球面収差の変動が検出されると、レンズ３３が球面収差が零になるように１軸アクチュエータ１３により光軸方向に変移し、平行光の発散角を変えて球面収差の変動の補正を行う。図５の光ピックアップ装置によれば、図１と同様の効果を得ることができる。また、レンズ２３を可動可能とすることで簡易な構成で球面収差の変動を良好に補正できる。
【０１２１】
【実施例】
次に、本発明による実施例１〜１１について説明する。実施例１〜６は対物レンズの実施例であり、上述の図１〜図５における対物レンズとして使用でき、また、実施例７〜９は球面収差変動補正が可能な集光光学系の実施例である。実施例１〜６の対物レンズに関するデータの一覧表を表１に示す。
【０１２２】
【表１】
0004817035.tif 000002
【０１２３】
各実施例で設けられる回折面は上述の式（Ａ）による光路差函数Φｂで表す。また、各実施例における非球面は、光軸方向をｘ軸、光軸に垂直な方向の高さをｈとして次の式（Ｂ）で表す。
【０１２４】
ｘ＝（ｈ2／ｒ）／｛１＋√（１−（１＋κ）（ｈ2／ｒ2））｝＋Ａ4ｈ4＋Ａ6ｈ6＋・・・                                           （Ｂ）
但し、Ａ4，Ａ6，・・・：非球面係数、κ：円錐係数、ｒ：近軸曲率半径であり、ｒ、ｄ、ｎ、はレンズの曲率半径、面間隔、屈折率を表す。
【０１２５】
〈実施例１〜６〉
【０１２６】
実施例１〜６の対物レンズの各レンズデータを次の表２〜表７にそれぞれ示す。また、実施例１〜５に関する光路図を図６、図８，図１０，図１２，図１４にそれぞれ示し、実施例１〜６に関する球面収差図を図７、図９，図１１，図１３，図１５、図１７にそれぞれ示す。
【０１２７】
【表２】
0004817035.tif 000003
【０１２８】
【表３】
0004817035.tif 000004
【０１２９】
【表４】
0004817035.tif 000005
【０１３０】
【表５】
0004817035.tif 000006
【０１３１】
【表６】
0004817035.tif 000007
【０１３２】
【表７】
0004817035.tif 000008
【０１３３】
実施例１〜６は、使用波長４０５ｎｍ、像側開口数０．８５の１群１枚構成の対物レンズであるが、有限共役型とすることでワーキングディスタンスを０．４０ｍｍ以上と大きく確保している。
【０１３４】
実施例１、２の各対物レンズでは、使用波長における屈折率が１．７以上と比較的高い光学ガラス材料（ＨＯＹＡ社製：ＬａＣ１３）から形成することで、有限共役型であっても光源側の面の曲率が小さくなりすぎず、また、光源側の面の見込角が大きくなりすぎないようにした。
【０１３５】
また、実施例３、４、５、６の各対物レンズは、光学プラスチック材料から形成したので、安価に大量生産ができる。実施例４、５の各対物レンズでは、光源側の面を回折面とすることで、対物レンズで発生する軸上色収差を補正した。特に、実施例５の対物レンズでは、軸上色収差を過剰補正とし、上述の式（１０）を満たすようにしたことで、光源のモードホップ時の波面収差劣化が小さい対物レンズでありながら、軸上色収差と色の球面収差をともに補正した実施例４の対物レンズよりも、回折輪帯間隔の最小値を大きくすることができた。
【０１３６】
なお、式（１０）での軸上色収差の変化量ΔＣＡとは、光源の波長が長波長側に＋１０ｎｍシフトした場合、実施例５の対物レンズの球面収差図（図１５）において、４０５ｎｍおよび４１５ｎｍの球面収差カーブの下端の移動幅で示され、移動方向は光源の波長の長波長側へのシフトにより、バックフォーカスが短くなる方向となる。また、マージナル光線の球面収差の変化量ΔＳＡとは、４０５ｎｍの球面収差カーブをその下端が４１５ｎｍの球面収差カーブの下端に重なる位置まで平行移動させた際の球面収差カーブの上端と４１５ｎｍの球面収差カーブの上端との幅により示される。
【０１３７】
実施例６の対物レンズ６は、図１６（ａ）の断面図に示すように、ボビン部１７と一体に形成され、実施例３の対物レンズにおいて、光源側の面Ｓ１上の光軸からの高さ１．５８ｍｍの位置（像側開口数０．８５に対応）に光束を規制する段差１６を図１６（ｂ）のように形成した。
【０１３８】
実施例６の対物レンズにおいて、ｈを光軸からの高さとしたとき、段差１６よりも光軸側の面の形状を表す関数をｆ（ｈ）、段差１６よりも外側の面の形状をｇ（ｈ）としたとき、それらの微分関数ｆ（ｈ）、ｇ’（ｈ）が  ｆ’（ｈ）≠ｇ’（ｈ）を満たすようにｇ（ｈ）の形状を決定しているので、段差１６よりも外側の面を通過する光束は段差１６よりも光軸側の面を通過する光束より光源に近い位置に集光する。
【０１３９】
〈実施例７〜９〉
【０１４０】
実施例７〜９の各レンズデータを次の表８〜表１０にそれぞれ示す。また、実施例７〜９に関する光路図を図１８，図２０，図２２にそれぞれ示し、実施例７〜９に関する球面収差図を図１９，図２１，図２３にそれぞれ示す。
【０１４１】
【表８】
0004817035.tif 000009
【０１４２】
【表９】
0004817035.tif 000010
【０１４３】
【表１０】
0004817035.tif 000011
【０１４４】
実施例７〜９は、有限共役型の１群１構成の対物レンズと、球面収差の変動を補正する手段を有する集光光学系であって、それぞれ、使用波長は４０５ｎｍ、対物レンズの像側開口数は０．８５である。
【０１４５】
実施例７の集光光学系では、図３のように、光源と対物レンズの間に配置した、光源からの発散光束の発散度を変えるカップリングレンズを光軸に沿って変移させることで球面収差の変動を補正した。カップリングレンズは軽量な光学プラスチック製なのでアクチュエータへの負担の軽減や球面収差の変動に対する高速な応答が可能である。さらに、カップリングレンズを両面回折レンズとすることで集光光学系全系の軸上色収差を補正した。
【０１４６】
また、実施例８の集光光学系では、実施例４の対物レンズにおいて、図４のように光源を光軸に沿って変移させることで球面収差の変動を補正した。
【０１４７】
また、実施例９の集光光学系では、図５のように、コリメートレンズと実施例５の対物レンズの間に配置したレンズを光軸に沿って変移させることで球面収差の変動を補正した。この場合、コリメートレンズからの射出光は平行光束なので、この平行光束中に偏光ビームスプリッタ、ビーム整形素子、波長板等の光学素子を容易に配置できる。さらに、コリメートレンズを回折レンズとすることで、光源の波長変動や温湿度変化が起きた場合でも、コリメートレンズからの射出光がほぼ平行光束となるようにした。また、光軸に沿って変移可能なレンズは、軽量な光学プラスチック材料から形成したので、アクチュエータへの負担の軽減や球面収差の変動に対する高速な応答が可能である。
【０１４８】
なお、実施例７〜９の集光光学系に含まれるレンズは全て光学プラスチック材料から形成したので、金型を用いた成形法により安価に大量生産でき、全体として軽量な集光光学系とすることができる。
【０１４９】
また、表１１〜１３に実施例７〜９の集光光学系において、光源の±１０ｎｍの発振波長変動、±３０℃の環境温度変化、±０．０２ｍｍの保護層の厚さ誤差によって生じた球面収差を補正した結果を示すが、いずれの場合も良好に補正されている。
【０１５０】
【表１１】
0004817035.tif 000012
【０１５１】
【表１２】
0004817035.tif 000013
【０１５２】
【表１３】
0004817035.tif 000014
【０１５３】
実施例７〜９の集光光学系は、０．０２ｍｍを越える保護層の厚さの変動による球面収差の発生を補正可能である。したがって、同一光束入射面側から複数の情報記録層を有する多層型光情報記録媒体への情報の記録および／または再生が可能である。
【０１５４】
なお、上述の各表や図では、１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０-2）のように表している場合がある。
【０１５５】
また、本明細書中において、光情報記録媒体とは光束入射面側に保護層を有するものだけでなく、保護層を有さないものも含まれるとする。光情報記録媒体が保護層を有する場合には、本発明の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズは、ある特定の厚みの保護層との組み合わせのもとに収差が最小となるように収差補正されていることが好ましい。
【０１５６】
また、本明細書中において、光源の発振波長の微少変動とは、光源の発振波長に対して、±１０ｎｍの範囲内での波長変動を指すものとする。また、本明細書中において、各種の収差を（良好に）補正するとは、波面収差を求めたときにいわゆる回折限界性能である０．０７λｒｍｓ以下（ここで、λは使用する光源の発振波長）であることが好ましく、光ピックアップ装置の組み立て精度等も考慮して、０．０５λｒｍｓ以下であることがより好ましい。
【０１５７】
また、本発明の対物レンズ、集光光学系、光ピックアップ装置に用いられるのが好ましい短波長光源としては、上述した青紫色半導体レーザの他に、半導体レーザの前方に、半導体レーザからの光の波長を半分に変換する波長変換素子、いわゆるＳＨＧ(Second Harmonic Generation：第２次高調波発生)素子を形成した光源がある。
【０１５８】
【発明の効果】
本発明によれば、高ＮＡの対物レンズであっても、小径でかつワーキングディスタンスが大きい光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズを提供できる。
【０１５９】
また、高ＮＡの対物レンズであっても、小径でかつワーキングディスタンスが大きく、かつ短波長光源を用いたときに問題となる軸上色収差が補正された光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズを提供できる。
【０１６０】
また、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の集光光学系で光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、情報記録面上に情報を記録および／または情報記録面上の情報を再生する光ピックアップ装置であって、レーザ光源の発振波長変動、温度・湿度変化、光情報記録媒体の保護層の厚みの誤差等に起因して集光光学系の各光学面で発生する球面収差の変動を簡易な構成で効果的に補正できる光ピックアップ装置を提供できる。また、短波長光源を用いたときに問題となる軸上色収差が補正された光ピックアップ装置を提供できる。
【０１６１】
更に、この対物レンズを搭載した光ピックアップ装置、及びこの光ピックアップ装置を搭載した記録・再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光ピックアップ装置の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による光ピックアップ装置の概略図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による光ピックアップ装置の概略図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態による光ピックアップ装置の概略図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態による光ピックアップ装置の概略図である。
【図６】実施例１の光路図である。
【図７】実施例１の球面収差図である。
【図８】実施例２の光路図である。
【図９】実施例２の球面収差図である。
【図１０】実施例３の光路図である。
【図１１】実施例３の球面収差図である。
【図１２】実施例４の光路図である。
【図１３】実施例４の球面収差図である。
【図１４】実施例５の光路図である。
【図１５】実施例５の球面収差図である。
【図１６】実施例６の対物レンズの断面図（ａ）及び対物レンズの段差を拡大して示す図（ｂ）である。
【図１７】実施例６の球面収差図である。
【図１８】実施例７の光路図である。
【図１９】実施例７の球面収差図である。
【図２０】実施例８の光路図である。
【図２１】実施例８の球面収差図である。
【図２２】実施例９の光路図である。
【図２３】実施例９の球面収差図である。
【符号の説明】
１      半導体レーザ（光源）
３      屈折率分布可変素子（球面収差補正手段）
３’    屈折率可変素子（球面収差補正手段）
６      対物レンズ
８      透明基板
８’    情報記録面
９      ２軸アクチュエータ
１０      屈折率分布可変素子３の駆動手段
１０’    屈折率可変素子３’の駆動手段
１２      光検出器
１３      １軸アクチュエータ
１６      段差
２３      カップリングレンズ
３３      レンズ
【図１】
0004817035.tif 000015
【図２】
0004817035.tif 000016
【図３】
0004817035.tif 000017
【図４】
0004817035.tif 000018
【図５】
0004817035.tif 000019
【図６】
0004817035.tif 000020
【図７】
0004817035.tif 000021
【図８】
0004817035.tif 000022
【図９】
0004817035.tif 000023
【図１０】
0004817035.tif 000024
【図１１】
0004817035.tif 000025
【図１２】
0004817035.tif 000026
【図１３】
0004817035.tif 000027
【図１４】
0004817035.tif 000028
【図１５】
0004817035.tif 000029
【図１６】
0004817035.tif 000030
【図１７】
0004817035.tif 000031
【図１８】
0004817035.tif 000032
【図１９】
0004817035.tif 000033
【図２０】
0004817035.tif 000034
【図２１】
0004817035.tif 000035
【図２２】
0004817035.tif 000036
【図２３】
0004817035.tif 000037