(57)【要約】【課題】軽量で十分な作動距離を確保でき、更に温度特性及び色収差の補正が可能な光ピックアップ装置に用いられる、集光用途としての光学系、更に、温度特性の補正が特に良好な光ピックアップ装置用の光学系、前記光学系を用いた光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び前記光学系において用いられる収差補正素子を提供する。【解決手段】    本発明の対物光学系３０は、物体側から順に配置されたプラスチック製の収差補正素子４０と、プラスチック製の集光レンズ５０とから構成される。収差補正素子は、光軸を含む中心領域６１と該中心領域の外側に光軸方向の微細な段差６２を持って分割された複数の輪帯６３とから構成される光路差付与構造６０が形成された光学面と、入射光束を回折させる回折構造７０が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、集光レンズは、非球面を少なくとも１つ有する１群１枚構成の屈折単レンズである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるためのプラスチック製の集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学系において、
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された第１光学面と、回折構造が形成された第２光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも１つ有する１群１枚構成の屈折単レンズであることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記第１光学面と、前記第２光学面が異なる光学面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１光学面と、前記第２光学面が同一の光学面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記第２の光学面が、前記収差補正素子の前記集光レンズ側に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１光学面における前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記第２光学面における前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項７】
前記光路差付与構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成され、前記中心領域の外側に隣接する前記輪帯は、前記中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記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形成され、最大有効径の７５％の位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記輪帯とその外側に隣接する前記輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項８】
前記回折構造は、入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する軸上色収差を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項９】
Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、ＰD＝−２・ｂ2で定義される近軸における回折パワーＰD（ｍｍ-1）と、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる近軸における合成パワーＰT（ｍｍ-1）とが、以下の（３）式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の光学系。
０．０３≦ＰD／ＰT≦０．１５            （３）
但し、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数
【請求項１０】
前記回折構造は、入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する球面収差変化を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１１】
Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、２次以外の少なくとも１つの光路差関数係数に０ではない値を有することを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、最大有効径位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐf（ｍｍ）と、最大有効径の５０％の位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐh（ｍｍ）とが以下の（４）式を満たすことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光学系。
０＜｜Ｐh／Ｐf−２｜＜５          （４）
【請求項１３】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が階段形状であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１４】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１５】
前記光学系が搭載される光ピックアップ装置のレーザ光源の波長をλ（ｎｍ）、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をＮＡとしたとき、以下の（５）及び（６）式を満たすことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学系。
λ≦４５０ｎｍ              （５）
０．６０≦ＮＡ≦０．９５          （６）
【請求項１６】
前記収差補正素子と、前記集光レンズはそれぞれ単独で収差の評価が可能となるように設計されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１７】
前記収差補正素子と前記集光レンズは、それぞれ、その光学機能部の周辺に形成されたフランジ部を有し、前記前記集光レンズのフランジ部の一部と、前記収差補正素子のフランジ部の一部とが接合されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１８】
前記収差補正素子と前記集光レンズは、接合部材を介して接合されていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１９】
レーザ光源、前記レーザ光源から出射された光束をディスクの情報記録面上に集光させる請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光学系、及び前記情報記録面で反射された光束を検知する光検知装置とを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置、及び、前記光ディスクを支持する支持部材とを有し、前記光ディスクに対する情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項２１】
プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるためのプラスチック製の集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学素子において、
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された光学面を少なくとも１つ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも１つ有する１群１枚構成の単レンズであり、前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰ1（ｍｍ-1）が以下の（１）式を満たすことを特徴とする光学系。
Ｐ1＞０         （１）
【請求項２２】
前記収差補正素子の近軸における屈折パワーＰR（ｍｍ-1）が以下の（２）式を満たすことを特徴とする請求項２１に記載の光学系。
ＰR＞０         （２）
【請求項２３】
前記収差補正光学素子が、回折構造が形成された光学面を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２１又は２２に記載の光学系。
【請求項２４】
前記光路差付与構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成され、前記中心領域の外側に隣接する前記輪帯は、前記中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記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形成され、最大有効径の７５％の位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記輪帯とその外側に隣接する前記輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されていることを特徴とする請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項２５】
前記回折構造は、入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する軸上色収差を補正することを特徴とする請求項２３に記載の光学系。
【請求項２６】
Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、ＰD＝−２・ｂ2で定義される近軸における回折パワーＰD（ｍｍ-1）と、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる近軸における合成パワーＰT（ｍｍ-1）とが、以下の（３）式を満たすことを特徴とする請求項２５に記載の光学系。
０．０３≦ＰD／ＰT≦０．１５            （３）
但し、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数
【請求項２７】
前記回折構造は、入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する球面収差変化を補正することを特徴とする請求項２３に記載の光学系。
【請求項２８】
Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、２次以外の少なくとも１つの光路差関数係数に０ではない値を有することを特徴とする請求項２７に記載の光学系。
但し、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数
【請求項２９】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、最大有効径位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐf（ｍｍ）と、最大有効径の５０％の位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐh（ｍｍ）とが以下の（４）式を満たすことを特徴とする請求項２７又は２８に記載の光学系。
０＜｜Ｐh／Ｐf−２｜＜５          （４）
【請求項３０】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が階段形状であることを特徴とする請求項２３に記載の光学系。
【請求項３１】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であることを特徴とする請求項２３に記載の光学系。
【請求項３２】
前記光学系が搭載される光ピックアップ装置のレーザ光源の波長をλ（ｎｍ）、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をＮＡとしたとき、以下の（５）及び（６）式を満たすことを特徴とする請求項２１〜３１のいずれか一項に記載の光学系。
λ≦４５０ｎｍ              （５）
０．６０≦ＮＡ≦０．９５          （６）
【請求項３３】
前記収差補正素子と、前記集光レンズはそれぞれ単独で収差の評価が可能となるように設計されていることを特徴とする請求項２１〜３２のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項３４】
前記収差補正素子と前記集光レンズは、それぞれ、その光学機能部の周辺に形成されたフランジ部を有し、前記前記集光レンズのフランジ部の一部と、前記収差補正素子のフランジ部の一部とが接合されていることを特徴とする請求項２１〜３３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項３５】
前記収差補正素子と前記集光レンズは、接合部材を介して接合されていることを特徴とする請求項２１〜３５のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項３６】
レーザ光源と、前記レーザ光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光するための対物レンズとを有する光ピックアップ装置において、前記対物レンズが、請求項２１〜３５のいずれか一項に記載の光学素子であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の光ピックアップ装置、及び、前記光ディスクを支持する支持部材とを有し、前記光ディスクに対する情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項３８】
レーザ光源と、光ディスクに対向する位置に配置され前記レーザ光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるプラスチック製の集光レンズとの間の光路中に配置されるプラスチック製の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、
一方の光学面上に光路差付与構造が形成され、他方の光学面上に回折構造が形成されていることを特徴とする収差補正素子。
【請求項３９】
前記収差補正素子が、レーザ光源と、光ディスクに対向する位置に配置され前記レーザ光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるプラスチック製の集光レンズとの間の光路中に配置されることを特徴とする請求項３８に記載の収差補正素子。
【請求項４０】
前記光路差付与構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成され、前記中心領域の外側に隣接する前記輪帯は、前記中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記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形成され、最大有効径位置の７５％の位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記輪帯とその外側に隣接する前記輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されていることを特徴とする請求項３８又は３９に記載の収差補正素子。
【請求項４１】
前記回折構造は、入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する軸上色収差を補正することを特徴とする請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の収差補正素子。
【請求項４２】
４５０ｎｍ以下の所定の波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰN（ｍｍ-1）と、前記所定の波長よりも１０ｎｍ長い波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰL（ｍｍ-1）と、前記所定の波長よりも１０ｎｍ短い波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰS（ｍｍ-1）とが以下の（７）式を満たすことを特徴とする請求項４１に記載の収差補正素子。
ＰS＜ＰN＜ＰL               （７）
【請求項４３】
前記回折構造は、入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する球面収差変化を補正することを特徴とする請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の収差補正素子。
【請求項４４】
Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、２次以外の少なくとも１つの光路差関数係数に０ではない値を有することを特徴とする請求項４３に記載の収差補正素子。
但し、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数
【請求項４５】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と、該中心領域の外側に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、最大有効径位置における前記輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐｆ（ｍｍ）と、最大有効径の５０％の位置における前記輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐｈ（ｍｍ）とが以下の（８）式を満たすことを特徴とする請求項４３又は４４に記載の収差補正素子。
０＜｜Ｐh／Ｐf−２｜＜５          （８）
【請求項４６】
前記光路差付与構造が形成された光学面は、レーザ光源側の光学面であり、前記回折構造が形成された光学面は、前記集光レンズ側の光学面であることを特徴とする請求項３８〜４５のいずれか一項に記載の収差補正素子。
【請求項４７】
前記光路差付与構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０である光学面上に形成されていることを特徴とする請求項３８〜４６のいずれか一項に記載の収差補正素子。
【請求項４８】
前記回折構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０である光学面上に形成されていることを特徴とする請求項３８〜４７のいずれか一項に記載の収差補正素子。
【請求項４９】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が階段形状であることを特徴とする請求項３８〜４８のいずれか一項に記載の収差補正素子。
【請求項５０】
前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であることを特徴とする請求項３８〜４８のいずれか一項に記載の収差補正素子。
【請求項５１】
前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をＮＡ、焦点距離をｆとしたとき、以下の（９）乃至（１０）を満たすことを特徴とする請求項１５に記載の光学系。
０.７５≦ＮＡ≦０.９０    （９）
０.７＜ｆ＜２.５          （１０）
【請求項５２】
前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をＮＡ、焦点距離をｆとしたとき、以下の（９）乃至（１０）を満たすことを特徴とする請求項３２に記載の光学系。
０.７５≦ＮＡ≦０.９０    （９）
０.７＜ｆ＜２.５          （１０）
【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の光学系、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び光ピックアップ装置用の収差補正素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光ディスクの高密度化に伴い、光ディスクへの記録／再生に使用される光ピックアップ装置の対物レンズは、集光スポットをより小さくするという要求からその開口数（ＮＡ）が高いものが用いられるようになっている。
例えば、波長λが４０５ｎｍの青紫色半導体レーザ光源を使用する高密度光ディスク用の光ピックアップ装置では、高密度化を達成するために開口数ＮＡが０．８５の対物レンズを用いることが提案されている。
【０００３】
開口数が０．８５の対物レンズとして、入射光束に対する屈折力を２つのレンズに分担させることで、個々のレンズの製造公差を緩和することでＮＡ０．８５を達成したガラス製の２群レンズが以下の特許文献１に記載されている。
しかし、ガラス製の非球面レンズのモールド成形時においては、金型の温度を５５０℃程度の高温にする必要があるため、ガラス製の非球面レンズ用の金型は一般的に寿命が短く、大量生産には適さないという問題がある。
また、波長４０５ｎｍのレーザ光束と、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する高密度光ディスクでは、０．１ｍｍの厚さの保護層を採用しているので、保護層表面の傷が情報の記録／再生特性に与える影響が大きい。そのため、対物レンズの設計において作動距離を確保することは、対物レンズが光ディスクとの干渉により保護層表面を傷つけることを防ぐうえで非常に重要である。
【０００４】
しかし、２群構成の対物レンズでは、入射光束を２つのレンズのそれぞれで屈折させて光ディスクの情報記録面状上に集光させるため、光ディスクに対向する光学面を通過する際のマージナル光線の光軸からの高さが小さくなり、対物レンズから光ディスクまでの距離（作動距離）が短くなるので、対物レンズと光ディスクが干渉し易くなる。特に、上記の特許文献１に記載されているようなガラス製の２群対物レンズでは、その重量が大きくなるため、対物レンズが光ディスクとの干渉により保護層表面に傷をつける可能性が非常に高くなる。そこで、上記の問題に対応すべく、本件発明者の一人は、以下の特許文献２に記載されているような、ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズを提案した。
プラスチック製のレンズは、ガラス製のレンズと比較して、低温（１２０℃程度）でのモールド成形が可能であるので、金型の寿命も長く、また、材料費も安価であるので、低コストで、安定した品質を維持しながら大量生産できる。さらに、単レンズ構成とすることで、作動距離を大きく確保でき、また、軽量であるので、対物レンズと光ディスクとの干渉による保護層表面の破損の問題も解決される。
【０００５】
ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズは、ガラス製の２群レンズと比較して、以上のような利点を有するが、一方、温度変化に伴う屈折率変化により発生する球面収差が大きくなるという問題が生じる。これは、屈折率変化に伴いプラスチック製の単レンズで発生する球面収差変化が、ＮＡ4に比例して増加するためである。
なお、以下の説明においては、温度変化時の光学素子の特性を「温度特性」といい、所定の温度変化に伴う光学素子の波面収差変化を、回折限界以下となるように補正することを「温度特性の補正」という。
【０００６】
また、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レーザ光源の中心波長が瞬時的に数ｎｍとぶ、モードホッピングを起こす場合がある。かかるモードホッピングにより発生するフォーカス位置ずれは対物レンズをフォーカシングすることで除去できるが、対物レンズがフォーカシングするまでの数ｎｓｅｃの間は、フォーカス位置ずれによる記録不良等の不具合が生じる。このフォーカス位置ずれは光源波長が短くなるほど大きくなるので、光源波長が短くなるほどモードホッピングによる波面収差劣化は大きくなる。以上の理由から青紫色半導体レーザを光源として使用する高密度光ディスク用の光ピックアップ装置では、波長変化に対する集光スポットのフォーカス位置ずれの補正が求められている。
なお、以下の説明においては、入射光束の波長変化に対して、光学素子で発生する軸上色収差、及び／又は、球面収差変化を「色収差」といい、かかる色収差に起因して光学素子による集光スポットのフォーカス位置がずれることで波面収差が劣化する。そして、入射光束の所定の波長変化に対する光学素子の「色収差」を回折限界以下となるように補正することを「色収差の補正」という。
【０００７】
短波長領域において使用可能なプラスチック材料は限られているため、アッベ数の大きい材料を選択して、かかる色収差を小さく抑えることは不可能である。さらに、単レンズは２群レンズと比較して、入射光束の同じ波長変化に対する色収差の発生量は大きくなる傾向がある。
即ち、ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズを、青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置用の対物レンズとして用いるためには、「温度特性の補正」に加え「色収差の補正」を行うことが望ましい。
【０００８】
プラスチック製の単レンズの温度特性を補正する技術として、入射光束が長くなる方向に変化した場合に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有する回折構造を、プラスチック製の単レンズの光学面上に形成する技術が以下の特許文献３に記載されている。
また、プラスチック製の単レンズの光学面上に、回折構造と光軸方向に延びる複数の段差構造（ＮＰＳ：ｎｏｎ−ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｐｈａｓｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を設けることで、色収差の補正と温度特性の補正を行う技術が以下の特許文献４に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１２３４１０号公報（米国特許Ｎｏ．６，０５８，０９５）
【特許文献２】特開２００１−３２４６７３号公報
【特許文献３】特開平１１−３３７８１８号公報（米国特許Ｎｏ．６，１９１，８８９）
【特許文献４】国際公開第０２／４１３０７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記の特許文献３に記載されている回折構造が形成されたプラスチック製の単レンズでは、温度上昇時の入射光束の変化による回折構造の補正不足方向への球面収差変化により、温度上昇時の光学素子の屈折率低下による補正過剰方向への球面収差変化を相殺補正するものである。
つまり、温度上昇に伴い、半導体レーザの発振波長が長波長側にシフトするという特性を利用する技術であるため、光ピックアップ装置の動作中に熱源となるアクチュエータ近傍に配置される対物光学系の温度のみが上昇し、アクチュエータから離れた所に配置される半導体レーザの温度がほとんど変化しない状況においては、温度特性の補正効果が得られないという問題がある。
【００１０】
これに対して、上記の特許文献４に開示された技術は、回折構造を色収差の補正用として用い、ＮＰＳを温度特性の補正用として用いるものであるため、対物光学系の温度のみが上昇し、半導体レーザの温度がほとんど変化しない状況であっても、温度特性の補正効果が得られるという利点を有する。しかし、回折構造やＮＰＳのような光軸方向の微細な段差を有する構造を、大きな屈折パワーを必要とする対物光学系の光学面上に形成する場合には、段差の側面に入射する光束がその進路を遮断され（光束のけられ）、集光スポットの形成に寄与せず、光量の低下を招く場合がある。特に、ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズにおいては、光学面の曲率半径が非常に小さくなるため、回折構造やＮＰＳの光軸方向の段差での光束のけられによる光量の低下の改善が望まれている。
また、温度特性による球面収差変化はＮＡ4に比例して増加するため、ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズのように、非常に高いＮＡのレンズを用いる場合は、前記ＮＰＳ単独では温度特性の球面収差補正を充分に行うのが困難な場合があり、更に温度特性の補正効果の向上が求められていた。
【００１１】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、軽量で十分な作動距離を確保でき、更に温度特性及び色収差の補正が可能な光ピックアップ装置に用いられる、集光用途としての光学系、更に、温度特性の補正が特に良好な光ピックアップ装置用の光学系、前記光学系を用いた光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び前記光学系において用いられる収差補正素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題は以下の態様により達成される。
本発明の第１の態様は、プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるための集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学系において、
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された第１光学面と、回折構造が形成された第２光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチック製の屈折単レンズであることを特徴とする。
【００１３】
前記第１の態様によれば、回折構造を色収差補正用として用い、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、出射光束の波長が変化しない場合であっても、光路差付与構造により温度特性の補正が可能となる。
また、収差補正素子及び集光レンズをプラスチックにより成形するので、高密度光ディスクに用いられる高ＮＡの対物光学系の軽量化を実現できると共に、金型を用いた射出成形により低コストで生産できる。
そして、収差補正素子の光学面上に、回折構造や光路差付与構造のごとき微細な段差を有する構造を形成しているので、回折構造や光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるための集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学系において、
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された光学面を少なくとも１つ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも１つ有する１群１枚構成の単レンズであり、前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰ1（ｍｍ-1）が以下の（１）式を満たすことを特徴とする。
Ｐ1＞０         （１）
【００１５】
前記第２の態様によれば、収差補正素子の近軸におけるパワーＰ1（ｍｍ-1）が０より大きくなるので、収差補正素子から射出される光束は収斂光束となるが、これは、集光レンズの倍率ｍがｍ＞０となることと等価である。一般的に、開口数ＮＡの有限共役型（ｍ≠０）の集光レンズについての無限光束入射に換算した開口数ＮＡ∞（以下、換算ＮＡという）は、ＮＡ∞＝ＮＡ・（１−ｍ）で表すことができる。従って、倍率ｍがｍ＞０である集光レンズにおいては、換算ＮＡを小さくできるので、ＮＡ4に比例して増加する集光レンズの温度特性による球面収差変化を小さくすることが可能となる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、レーザ光源と、光ディスクに対向する位置に配置され前記レーザ光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる集光レンズとの間の光路中に配置されるプラスチック製の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、一方の光学面上に光路差付与構造が形成され、他方の光学面上に回折構造が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
前記第３の態様によれば、回折構造を色収差補正用として用い、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、出射光束の波長が変化しない場合であっても、光路差付与構造により温度特性の補正が可能となる。
また、収差補正素子及び集光レンズをプラスチックにより成形するので、高密度光ディスクに用いられる高ＮＡの対物光学系の軽量化を実現できると共に、金型を用いた射出成形により低コストで生産できる。
また、入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される集光レンズに持たせることで、作動距離を大きく確保することが可能となり、対物レンズと光ディスクとの干渉を防ぐことができる。そして、収差補正素子の光学面上に、回折構造や光路差付与構造のごとき微細な段差を有する構造を形成しているので、回折構造や光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
【００１８】
本発明の第４の態様としては、レーザ光源、前記レーザ光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる第１もしくは第２の態様に記載の光学系及び前記光ディスクの情報記録面で反射された光束を検知する光検知装置、とを有することを特徴とする光ピックアップ装置である。
本発明の第５の態様としては、前記第４の態様に記載の光ピックアップ装置及び光ディスクを支持する支持部材、とを有し、前記光ディスクに対する情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置である。
【００１９】
なお、本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザを使用する光ディスクを、総称して「高密度光ディスク」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生用を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスクの他に、ＮＡ０．６５の対物光学系により情報の記録／再生用を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスクも含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクのほかに、情報記録面上に数〜数十ｎｍの厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層あるいは保護膜の厚さが０である光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザを使用する光磁気ディスクも含むものとする。本発明は、これらの高密度光ディスクの記録及び／または再生に用いられる光ピックアップ装置に好適に用いられるが、これらに限定されない。
【００２０】
また、本明細書においては、「収差補正素子」とは、環境温度の変化や入射光束の波長変化に伴い他の光学素子の温度特性及び／又は色収差に起因して発生する波面収差変化を抑制する機能を有する光学素子を指し、「集光レンズ」とは、「収差補正素子」から射出された光束を集光し結像する機能を有する光学素子を指す。即ち、「収差補正素子」は、環境温度の変化や入射光束の波長変化に伴い「集光レンズ」の温度特性及び／又は色収差に起因して発生する波面収差変化を抑制する。
【００２１】
そして、「収差補正素子」と「集光レンズ」から構成される光学素子を、光ピックアップ装置において対物レンズとして使用する場合には、「収差補正素子」はレーザ光源に近い位置に配置され、「集光レンズ」は光ディスクに近い位置に配置される。
また、本明細書においては、「光路差付与構造」は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成される構造であって、所定の温度においては、隣接する輪帯を透過する波面間で入射光束の波長の整数倍の光路差を発生し、温度が前記所定の温度から変化した場合においては、屈折率の変化に伴い、隣接する輪帯を透過する波面間で発生する光路差が入射光束の波長の整数倍からずれるような特性を有する構造を指す。
【００２２】
このような構造によれば、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、例えば、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、入射光束の波長が変化しない場合であっても、温度特性を有効に補正することが可能となる。
かかる「光路差付与構造」の好ましい構造は、中心領域の外側に隣接する輪帯は、該中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、かつ、最大有効径位置における輪帯は、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形成され、かつ、最大有効径位置の７５％の位置における輪帯は、その内側に隣接する輪帯とその外側に隣接する輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されている構造である。
【００２３】
ここで、「中心領域」とは、光軸を含み、光軸から最も近い位置の段差で囲まれる光学領域を指す。
また、本明細書においては、「回折構造」は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成される構造であって、入射光束が所定の波長である場合には、隣接する輪帯を透過する波面間で入射光束の波長の整数倍の光路差を、回折作用により発生し、入射光束の波長が、前記所定の波長から変化した場合においては、隣接する輪帯を透過する波面間で発生する光路差が入射光束の波長の整数倍からずれるような特性を有する構造を指す。
かかる「回折構造」の好ましい構造は、光軸を含む断面形状が、光軸から離れるに従い、光路長が長くなるように光軸方向に変移している階段形状である構造や、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である構造である。
【００２４】
前記第１の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記光路差付与構造は、前記収差補正素子の一方の光学面上に形成されており、前記回折構造は、前記収差補正素子の他方の光学面上に形成されていることが好ましい態様の１つである。
【００２５】
また、前記第１の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記光路差付与構造と前記回折構造は、前記収差補正素子の同一の光学面上に形成されていることも好ましい態様の１つである。
【００２６】
前記第１の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、前記収差補正素子の前記集光レンズ側の光学面上に形成されていることが好ましい。
【００２７】
このような態様によれば、前記回折構造が収差補正素子の集光レンズ側、つまり収差補正素子の出射面側に形成されることになる。ここで、収差補正素子への入射光束は回折構造で回折作用を受けることにより、その進路をより光軸に近い方向に変更されて進行することになるので、収差補正素子の入射面において回折作用を受ける光束と出射面において回折作用を受ける光束の、出射面における出射位置を比較すると、出射面において回折作用を受ける光束の方が、より光軸から離れた（遠い）位置から出射され、さらに、集光レンズの出射面から出射される際にも、収差補正素子の出射面において回折作用を受けた光束の方が、より光軸から離れた位置から出射されることになる。これにより、集光レンズの出射面から光ディスク表面までの距離（作動距離）を長くとることが可能となり、光ピックアップ装置の駆動時に光ディスクの表面が対物レンズの出射面に干渉する事態を未然に防止できる。
【００２８】
前記第１の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記光路差付与構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０である光学面上に形成されていることが好ましい。
【００２９】
このような態様によれば、光路差付与構造を平面上に形成するので、光路差付与構造を球面上に形成する場合と比較して、光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
【００３０】
前記第１の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０である光学面上に形成されていることが好ましい。
【００３１】
このような態様によれば、回折構造を平面上に形成するので、回折構造を球面上に形成する場合と比較して、回折構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
【００３２】
前記第２の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーＰR（ｍｍ-1）が以下の（２）式を満たすことが好ましい。
ＰR＞０         （２）
【００３３】
このような態様によれば、収差補正素子の近軸における屈折パワーＰR（ｍｍ-1）が０より大きくなるので、屈折パワーを受けた光束は収束光として収差補正素子から出射される。
そして、環境温度の上昇に伴い収差補正素子の屈折率が低下した場合には、収差補正素子の屈折パワーが小さくなるので、収差補正素子から射出される光束の収斂度合いは、屈折率が低下する前と比較して小さくなる。これは、環境温度の上昇に伴って、集光レンズの倍率が小さくなる方向に変化することと等価であるので、この倍率変化により集光レンズでは補正不足方向に球面収差が変化する。従って、環境温度の上昇に伴って集光レンズの屈折率が低下することで補正過剰方向に変化する球面収差を、相殺することが可能となる。
以上説明したように、このような態様により、光路差付与構造による集光レンズの温度特性の補正量を低減されるので、輪帯数の削減、輪帯の光軸に垂直な方向の幅を大きくでき、金型加工に要する時間の短縮や、モールド成形時におけるプラスチック材料への光路差付与構造の転写性の向上という効果を得られる。
【００３４】
前記第２の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正光学素子が、回折構造が形成された光学面を少なくとも１つ有することが好ましい。
【００３５】
本発明に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する軸上色収差を補正することが好ましい。
【００３６】
更に、Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、ＰD＝−２・ｂ2で定義される近軸における回折パワーＰD（ｍｍ-1）と、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる近軸における合成パワーＰT（ｍｍ-1）とが、以下の（３）式を満たすことが好ましい。
０．０３≦ＰD／ＰT≦０．１５            （３）
但し、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数
【００３７】
本発明に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する球面収差変化を補正することが好ましい。
【００３８】
更に、Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、２次以外の少なくとも１つの光路差関数係数に０ではない値を有することが好ましい。
但し、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数
【００３９】
更に、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、最大有効径位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐf（ｍｍ）と、最大有効径の５０％の位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐh（ｍｍ）とが以下の（４）式を満たすことが好ましい。
０＜｜Ｐh／Ｐf−２｜＜５          （４）
【００４０】
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が階段形状であることが好ましい態様の１つである。
【００４１】
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であることも好ましい態様の１つである。
【００４２】
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記対物光学系が搭載される光ピックアップ装置のレーザ光源の波長をλ（ｎｍ）、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をＮＡとしたとき、以下の（５）及び（６）式を満たすことが好ましい。
λ≦４５０ｎｍ              （５）
０．６０≦ＮＡ≦０．９５          （６）
更に、本発明の光ピックアップ装置用の光学系においては、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をＮＡ、焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、以下の（９）乃至（１０）を満たすことが好ましい。
０.７５≦ＮＡ≦０.９０    （９）
０.７＜ｆ＜２.５          （１０）
【００４３】
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子と、前記集光レンズはそれぞれ単独で収差の評価が可能となるように設計されていることが好ましい。
【００４４】
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子と前記集光レンズは、それぞれ、その光学機能部の周辺に形成されたフランジ部を有し、前記前記集光レンズのフランジ部の一部と、前記収差補正素子のフランジ部の一部とが接合されていることが好ましい。
【００４５】
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子と前記集光レンズは、接合部材を介して接合されていることを特徴とする。
【００４６】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記集光レンズは、プラスチック製の１群１枚構成の単レンズであって、前記光路差付与構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成され、環境温度が上昇した場合に、透過波面の球面収差が補正不足方向に変化するような光路差を隣接する前記輪帯間で発生することで、前記集光レンズで発生する補正過剰方向への球面収差変化を補正することが好ましい。
【００４７】
このような態様によれば、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、例えば、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、入射光束の波長が変化しない場合であっても、温度特性を有効に補正することが可能となる。
【００４８】
前記第３の態様に記載の収差補正素子において、前記光路差付与構造において、前記中心領域の外側に隣接する前記輪帯は、前記中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記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形成され、最大有効径位置の７５％の位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記輪帯とその外側に隣接する前記輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されていることが好ましい。
【００４９】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する軸上色収差を補正することが好ましい。
【００５０】
更に、４５０ｎｍ以下の所定の波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰM（ｍｍ-1）と、前記所定の波長よりも１０ｎｍ長い波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰL（ｍｍ-1）と、前記所定の波長よりも１０ｎｍ短い波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーＰS（ｍｍ-1）とが以下の（７）式を満たすことが好ましい。
ＰS＜ＰM＜ＰL               （７）
【００５１】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する球面収差変化を補正することが好ましい。
【００５２】
更に、Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、２次以外の少なくとも１つの光路差関数係数に０ではない値を有することが好ましい。
但し、ｈは光軸からの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数
【００５３】
また、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と、該中心領域の外側に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、最大有効径位置における前記輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐｆ（ｍｍ）と、最大有効径の５０％の位置における前記輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ｐｈ（ｍｍ）とが以下の（８）式を満たすことがより好ましい。
０＜｜Ｐh／Ｐf−２｜＜５          （８）
【００５４】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記光路差付与構造が形成された光学面は、レーザ光源側の光学面であり、前記回折構造が形成された光学面は、前記集光レンズ側の光学面であることが好ましい。
【００５５】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記光路差付与構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０である光学面上に形成されていることが好ましい。
【００５６】
このような態様によれば、光路差付与構造を平面上に形成するので、光路差付与構造を球面上に形成する場合と比較して、光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
【００５７】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが０である光学面上に形成されていることを特徴とする。
【００５８】
このような態様によれば、回折構造を平面上に形成するので、回折構造を球面上に形成する場合と比較して、回折構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
【００５９】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が階段形状であることが好ましい態様の１つである。
【００６０】
前記第３の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に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、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であることも好ましい態様の１つである。
【００６１】
本発明の別の態様としては、プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるための集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学素子において、前記収差補正素子は、回折構造が形成された光学面を少なくとも１つ有し、前記集光レンズは、光路差付与構造が形成された光学面と、非球面とを少なくとも１つずつ有する１群１枚構成の単レンズであることを特徴とする。
【００６２】
この態様においては、収差補正素子に入射光束を回折させる回折構造が形成され、集光レンズに光路差付与構造が形成される。
ここで、環境温度の変化により光路差付与構造を通過する光束には球面収差が生じることになるが、収差補正素子と集光レンズとが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合には、球面収差が生じた状態で集光レンズに入射し、集光レンズから出射される光束は集光スポットにおいてコマ収差を生じさせる。そこで、光路差付与構造を集光レンズに形成することにより、仮に収差補正素子と集光レンズとが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合であっても、上記コマ収差の発生を防止できる。
【００６３】
本発明に用いられる集光レンズとしては、レーザ光源から射出された光束を収斂光束に変換する収斂光束生成手段から射出された収斂光束を、光ディスクの情報記録面上に集光させるためのプラスチック製の集光レンズであって、回折限界内での波面収差が最小となる場合における倍率をｍ、光軸上のレンズ厚さをｄ（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）、開口数をＮＡとしたとき、以下の（９）乃至（１１）式を満たし、非球面を少なくとも１つ有する１群１枚構成の単レンズであることが好ましい。
０＜ｍ＜１                                    （９）
０．７５＜ｄ／ｆ＜１．５                      （１０）
０．７５≦ＮＡ≦０．９５                      （１１）
【００６４】
この集光レンズにおいて、前記収斂光束生成手段は、前記第３の態様に記載の収差補正素子であることが好ましい。
本発明の集光レンズ及び収差補正素子に用いられるプラスチック材料としては、光ピックアップ装置用の光学素子として必要とされる、透明性、耐熱性、低吸水率性、複屈折性、耐光性等性能を満たす限り特に限定されない。本発明で好ましく用いられるプラスチック材料としては、特に、青紫色レーザ等の低波長レーザに対する耐光性に優れていることが好ましい。
本発明の集光レンズ及び収差補正素子に用いられるプラスチックの構造は特に限定されないが上述の性能を達成する観点から、脂環式炭化水素構造を有する重合体が好ましく、このような重合体としてより好ましくは、ノルボルネン系開環重合体水素化物、ノルボルネン−αオレフィン共重合体水素化物、スチレン−ブタジエンブロック共重合体の水素化物等が挙げられる。特に、青紫レーザ等の低波長レーザに対する耐光性という観点で、スチレン−ブタジエンブロック共重合体の水素化物が好ましい。このような重合体としては、特に特開平２００２−１４８４０１に記載のスチレン−ブタジエンブロック共重合体の水素化物が好ましく用いられる。
【発明の効果】
【００６５】
本発明によれば、軽量で十分な作動距離を確保でき、更に温度特性及び色収差の補正が可能な光ピックアップ装置に用いられる、集光用途としての光学系、更に、温度特性の補正が特に良好な光ピックアップ装置用の光学系、前記光学系を用いた光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び前記光学系において用いられる収差補正素子を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の光ピックアップ装置１０の概略図であり、光ピックアップ装置１０は、光源としての青紫色半導体レーザ１１、偏光ビームスプリッタ１２、１／４波長板１６、コリメータ１３、絞り１８、対物レンズ（対物光学系ともいう）３０、フォーカシング／トラッキング用の２軸アクチュエータ１９、シリンドリカルレンズ１７、凹レンズ１４、及び光検出器１５とから構成される。
青紫色半導体レーザ１１から射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、１／４波長板１６、及びコリメートレンズ１３を経て円偏光の平行光束となった後、絞り１８により光束径が規制され、対物レンズ３０によって高密度光ディスク２０の保護層２２を介して情報記録面２１上に形成されるスポットとなる。
【００６７】
情報記録面２１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３０、絞り１８、及びコリメートレンズ１３を経て収斂光束となった後、１／４波長板１６を透過することでた直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、シリンドリカルレンズ１７、凹レンズ１４を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１５に収束する。そして、光検出器１５の出力信号を用いて高密度光ディスク２０に記録された情報を読み取ることができる。
本実施の形態においては、対物レンズ３０は、コリメートレンズ１３からの平行光束を高密度光ディスク２０の情報記録面２１上に集光させる無限共役型となっているが、青紫色半導体レーザ１１からの発散光束を高密度光ディスク２０の情報記録面２１上に集光させる有限共役型としてもよい。
【００６８】
対物レンズ３０は、青紫色半導体レーザ１１からから発したレーザ光を高密度光ディスク２０（例えば、ブルーレイディスク）の保護層２２を介して情報記録面２１上に集光させる機能を有し、青紫色半導体レーザ１１側に配置されたプラスチック製の収差補正素子４０と、高密度光ディスク２０側に配置されたプラスチック製の集光レンズ５０とから構成される。収差補正素子４０と集光レンズ５０とを組み合わせて得られるＮＡは０．８５である。
更に、収差補正素子４０と集光レンズ５０はその光学機能部（青紫色半導体レーザ１１からの光束が通過する領域）よりも周辺側の部分に、それぞれ光学機能部と一体に成形されたフランジ部４３とフランジ部５３とを有しており、フランジ部４３、５３の一部同士が接合されることで、収差補正素子４０と集光レンズ５０は一体となってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００６９】
図２に示すように、対物光学系３０は、物体側から順に配置されたプラスチック製の収差補正素子４０とプラスチック製の集光レンズ５０とにより構成されている。
集光レンズ５０は、非球面を少なくとも１つ（本実施の形態においては入射面５１と出射面５２の２面）有する１群１枚構成の屈折単レンズである。
収差補正素子４０は、図３に示すように、その光学面（入射面及び出射面）の光軸近傍の形状が平面状とされたいわゆる平行平板の光学素子であり、入射面４１には光路差付与構造６０が形成され、出射面４２には回折構造７０が形成されている。
【００７０】
図３に示すように、光路差付与構造６０は、光軸Ｌを含むと共に光軸Ｌに直交する平面からなる中心領域６１と、この中心領域６１の外側に形成される複数の輪帯６２とから構成される。
各輪帯６２は光軸Ｌを中心とした同心円状に形成されており、その内周縁部分と外周縁部分とが光軸Ｌ方向に延びる微細な段差６３により分割されている。
複数の輪帯６２のうち、中心領域６１の外側に隣接する輪帯（輪帯６２ａ）は、中心領域６１に対して光路長が短くなるように、つまり光軸Ｌ方向に沿って光ディスク２０側に変移して形成されており、光学面の最大有効径Ｄに相当する位置の輪帯（輪帯６２ｂ）は、その内側に隣接する輪帯６２に対して光路長が長くなるように、つまり光軸Ｌ方向沿って光源１１側に変移して形成されており、最大有効径Ｄの７５％に相当する位置の輪帯（輪帯６２ｃ）は、その内側に隣接する輪帯６２とその外側に隣接する輪帯６２とに対して光路長が短くなるように光軸Ｌ方向に沿って光ディスク２０側に変移して形成されている。
【００７１】
そして、光源１１からの出射光束は、収差補正素子４０の入射面４１において、各輪帯６２を通過する際に、輪帯６２の変位量（段差６３の光軸Ｌ方向の長さ）に応じた光路差が付与され、各光束に位相差が生じるようになっている。
そして、環境温度が変化していない状態では、各輪帯６２を通過した光束の位相が情報記録面２１上でほぼ揃うように各光束に対して光路差が付与され、環境温度が上昇した場合には、透過波面の球面収差が補正不足方向に変化するような光路差を隣接する前記輪帯間で発生することで、集光レンズ５０で発生する補正過剰方向への球面収差の変化を補正するようになっている。
【００７２】
回折構造７０は、光軸Ｌを含む中心領域７１と中心領域７１の外側に光軸Ｌ方向の微細な段差７２ａをもって分割された複数の輪帯（回折輪帯７２）から構成され、各回折輪帯７２の光軸Ｌを含む断面形状が鋸歯形状に形成されている。
そして、Φb＝ｂ2・ｈ2＋ｂ4・ｈ4＋ｂ6・ｈ6＋・・・・・・で定義される光路差関数Φb（ｍｍ）により、回折構造７０を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、ＰD＝−２・ｂ2で定義される近軸における回折パワーＰD（ｍｍ-1）と、収差補正素子４０と集光レンズ５０とを組み合わせて得られる近軸における合成パワーＰT（ｍｍ-1）とが（３）式を満たすことにより、回折構造７０が入射光束の波長変化に伴って集光レンズ５０で発生する軸上色収差を補正するようになっている。
０．０３≦ＰD／ＰT≦０．１５            （３）
但し、ｈは光軸Ｌからの高さ（ｍｍ）、ｂ2、ｂ4、ｂ6、・・・・・・はそれぞれ、２次、４次、６次、・・・・・・の光路差関数係数、
【００７３】
また、２次以外の少なくとも１つの光路差関数係数に０ではない値を有することで、回折構造７０が入射光束の波長変化に伴って集光レンズ５０で発生する球面収差変化を補正するようになっている。
また、最大有効径Ｄの位置における輪帯６２の光軸Ｌに垂直な方向の幅Ｐf（ｍｍ）と、最大有効径Ｄの５０％の位置における輪帯６２の光軸Ｌに垂直な方向の幅Ｐh（ｍｍ）とが（４）式を満たすよう回折構造７０が設計されている。
０＜｜Ｐh／Ｐf−２｜＜５          （４）
また、収差補正素子４０の近軸におけるパワーＰ1（ｍｍ-1）が（１）式を満たし、収差補正素子４０の近軸における屈折パワーＰR（ｍｍ-1）が（２）式を満たすように収差補正素子４０が設計されている。
Ｐ1＞０         （１）
ＰR＞０         （２）
【００７４】
収差補正素子の近軸におけるパワーＰ1（ｍｍ-1）が０より大きくなるので、収差補正素子から射出される光束は収斂光束となるが、これは、集光レンズの倍率ｍがｍ＞０となることと等価である。一般的に、開口数ＮＡの有限共役型（ｍ≠０）の集光レンズについての無限光束入射に換算した開口数ＮＡ∞（以下、換算ＮＡという）は、ＮＡ∞＝ＮＡ・（１−ｍ）で表すことができる。従って、倍率ｍがｍ＞０である集光レンズにおいては、換算ＮＡを小さくできるので、ＮＡ4に比例して増加する集光レンズの温度特性による球面収差変化を小さくすることが可能となる。
【００７５】
また、収差補正素子の近軸における屈折パワーＰR（ｍｍ-1）が０より大きくなるので、屈折パワーを受けた光束は収束光として収差補正素子から出射される。
そして、環境温度の上昇に伴い収差補正素子の屈折率が低下した場合には、収差補正素子の屈折パワーが小さくなるので、収差補正素子から射出される光束の収斂度合いは、屈折率が低下する前と比較して小さくなる。これは、環境温度の上昇に伴って、集光レンズの倍率が小さくなる方向に変化することと等価であるので、この倍率変化により集光レンズでは補正不足方向に球面収差が変化する。従って、環境温度の上昇に伴って集光レンズの屈折率が低下することで補正過剰方向に変化する球面収差を、相殺することが可能となる。
以上のように、光路差付与構造による集光レンズの温度特性の補正量を低減されるので、輪帯数の削減、輪帯の光軸に垂直な方向の幅を大きくでき、金型加工に要する時間の短縮や、モールド成形時におけるプラスチック材料への光路差付与構造の転写性の向上という効果を得られる。
【００７６】
以上のように、本実施の形態に示した対物光学系３０によれば、回折構造７０を色収差補正用として用い、光路差付与構造６０を温度特性補正用として用いることにより、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、出射光束の波長が変化しない場合であっても、光路差付与構造６０により温度特性の補正が可能となる。
また、対物光学系３０を構成する収差補正素子４０及び集光レンズ５０をプラスチックにより成形するので、高密度光ディスク２０に用いられる高ＮＡの対物光学系３０の軽量化を実現できると共に、金型を用いた射出成形により低コストで生産できる。また、入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される集光レンズ５０に持たせることで、作動距離を大きく確保することが可能となり、対物レンズ３０と光ディスク２０との干渉を防ぐことができる。そして、収差補正素子４０の光学面上に、回折構造７０や光路差付与構造６０のごとき微細な段差を有する構造を形成しているので、回折構造７０や光路差付与構造６０に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
【００７７】
また、光路差付与構造６０及び回折構造７０を平面（収差補正素子４０の入射面４１及び出射面４２）上に形成するので、光路差付与構造６０及び回折構造７０を球面上に形成する場合と比較して、光路差付与構造６０及び回折構造７０に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
なお、図示は省略するが、フランジ部４３、５３を設けずに、収差補正素子４０と集光レンズ５０とを一体的に連結することができる部材（接合部材）を用いることとしても良い。
また、図示は省略するが、上述した光ピックアップ装置１０に、光ディスク２０を回転自在に保持する回転駆動装置やこれら各種装置の駆動を制御する制御装置等を組み合わせることで、光ディスク２０に対する情報の記録及び光ディスク２０に記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光情報記録再生装置を得ることができる。
【００７８】
また、本実施の形態においては、光ピックアップ装置１０が１つのレーザ光源１１を備え、１種類の規格（或いは、記録密度）の光ディスク（本実施の形態においては、高密度光ディスク２０）に対して用いられるものとしたが、これに限らず、２つ以上の光源を用いて、２種類以上の規格の光ディスク間での互換性を有する光ピックアップ装置の構成としてもよい。
以下に、２つ以上の光源を用いて、２種類以上の規格の光ディスク間での互換性を有する光ピックアップ装置の構成とする場合において、収差補正素子４０の回折構造７０の好ましい形態である２種類の回折構造について説明する。１つは、回折構造７０の光軸方向の段差の深さを、波長λ１の入射光束と波長λ２（λ１＞λ２）の入射光束に対して、発生する回折光の回折次数が互いに異なるように設計することである。これにより、各波長領域に対して最適な色収差の補正ができるとともに、各波長領域に対して十分な回折効率が得られる。
【００７９】
もう１つは、回折構造７０を、波長λ１の入射光束と波長λ２（λ１＞λ２）の入射光束のうち、一方には光路差を与え、他方には実質的に光路差を与えないような、回折作用に波長選択性を有する構造とすることである。
具体的には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、回折構造８０を、光軸Ｌを中心とした複数の輪帯８１と、これら輪帯８１の光学面上に形成される光軸Ｌ方向に沿った階段状の不連続面８２とから構成する。尚、図４においては、回折構造８０が収差補正素子４０の入射面４１上に形成されている場合を表している。輪帯８１は、光軸Ｌに関して回転対称な所定の形状の光学面Ｓに対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面であり、さらに、各輪帯８１の光学面上には、これら輪帯８１を通過する光束に対して所定の光路差を付与する光軸Ｌに沿った階段状の不連続面８２が形成されている。ここで、所定の形状の光学面Ｓは、球面であってもよいし、非球面であってもよい。また、近軸における屈折パワーが０である光学面であってもよいし、近軸における屈折パワーが０ではない光学面であってもよい。
【００８０】
各不連続面８２の深さｄ１（光軸Ｌ方向の長さ）は、所定の波長λの光束に対する屈折率をｎとした場合に、ｊ×λ／（ｎ−１）で表される値とほぼ等しくなっており（ここで、ｊは正の整数である）、一つの不連続面８２を通過する波長λの光束と、その隣の不連続面８２を通過する波長λの光束との間に、ほぼ１波長（λ）に相当する光路差が生じ、且つ波面のずれが生じない長さに設計されている。
また、各不連続面８２の形状は、図４中に二点鎖線で示した鋸歯状の輪帯８１の表面の形状を、各不連続面８２に対応する区間で分割して、光軸Ｌ方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
回折構造をこのような構成とすると、波長λ１の入射光束と波長λ２（λ１＞λ２）の入射光束のうち、一方の光束だけに光路差が付与されるので、規格の異なる光ディスクの保護層の厚さの違いで発生する球面収差変化の補正、青紫色領域での色収差の補正、青紫色領域での温度特性の補正等が可能となる。
【００８１】
また、光路差付与構造６０を収差補正素子４０の出射面４２側に形成し、回折構造７０を収差補正素子４０の入射面４１側に形成しても良い。この場合、出射面４２において回折作用を受ける光束は、出射面４２において光軸Ｌから離れた（遠い）位置から出射され、さらに、集光レンズ５０の出射面５２においても光軸Ｌから離れた位置から出射されることになるので、集光レンズ５０の出射面５２から光ディスク２０表面までの距離（作動距離）を長くとることが可能となり、光ピックアップ装置１０の駆動時に光ディスク２０の表面が集光レンズ５０の出射面５２に干渉する事態を未然に防止できる。
また、光路差付与構造６０と回折構造７０を収差補正素子４０の同一の光学面上に形成してもよい。
【００８２】
あるいは、収差補正素子４０に回折構造７０を形成し、集光レンズ５０に光路差付与構造６０を形成してもよい。ここで、通常、環境温度の変化により光路差付与構造６０を通過する光束には球面収差が生じ、収差補正素子４０と集光レンズ５０とが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合には、球面収差が生じた状態で集光レンズ５０に入射し、集光レンズ５０から出射される光束は集光スポットにおいてコマ収差を生じさせるが、光路差付与構造６０を集光レンズ５０に形成することにより、仮に収差補正素子４０と集光レンズ５０とが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合であっても、上記コマ収差の発生を防止できる。
【実施例】
【００８３】
次に、上述した対物光学系の実施例について説明する。
[実施例１]
本実施例における対物光学系は、焦点距離ｆ＝１．７６ｍｍ、近軸パワーＰＴ＝０．５６９ｍｍ-1、開口数ＮＡ＝０．８５、設計波長λ＝４０５ｎｍ、設計基準温度Ｔ＝２５℃に設定されている。
また、収差補正素子は、両面が平面のプラスチックレンズであり、第１面（入射面）に光路差付与構造、第２面（出射面）に回折構造（回折輪帯が鋸歯形状）が形成されている。また、近軸パワー（屈折のパワーＰRと回折のパワーＰDを足し合せたもの）Ｐ1＝０．０５ｍｍ-1、近軸屈折パワーＰR＝０ｍｍ-1、近軸回折パワーＰD＝０．０５ｍｍ-1、最大有効径位置での輪帯幅Ｐf＝５．４μｍ、最大有効径の５０％位置での輪帯幅Ｐh＝１０．８μｍ、収差補正素子単体での波面収差（４０５ｎｍ、２５℃）＝０．０１４λｒｍｓ、λ＝４０５ｎｍの光束に対する近軸パワーＰM：０．０５ｍｍ-1、λ＝４１０ｎｍの光束に対する近軸パワーＰL：０．０５０７ｍｍ-1、λ＝４００ｎｍの光束に対する近軸パワーＰS：０．０４９４ｍｍ-1、温度変化に伴う屈折率の変化率＝−９．０×Ｅ−５に設定されている。
【００８４】
また、集光レンズは、両面（第３面及び第４面）が非球面のプラスチックレンズであり、焦点距離＝１．８９ｍｍ、倍率ｍ＝０．０８８、開口数ＮＡ＝０．８５、集光レンズ単体での波面収差（４０５ｎｍ、２５℃）＝０．０００λｒｍｓ、温度変化に伴う屈折率変化率＝−１０．８×Ｅ−５に設定されている。
また、表１に収差補正素子及び集光レンズの曲率半径ｒ、第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の位置ｄ、添字で表す波長の光束に対する屈折率Ｎを表す。
【００８５】
【表１】
2005025925.tif 000003
また、集光レンズの非球面は、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に表２中の係数を代入した数式で表される。ただし、κを円錐係数、Ａ2iを非球面係数とする。
【００８６】
【数１】
2005025925.tif 000004
【表２】
2005025925.tif 000005
【００８７】
また、収差補正素子の回折構造は、この回折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）に表３中の係数を代入した数式で表される。
【００８８】
【数２】
2005025925.tif 000006
【表３】
2005025925.tif 000007
【００８９】
また、光路差付与構造の各輪帯の形状は、表４で表される。
【表４】
2005025925.tif 000008
【００９０】
表４中のｉは、光路差付与構造の中心領域及び各輪帯の番号を表し、光軸を含む中心領域をｉ＝１、中心領域の外側（光軸から離れる方向）に隣接する輪帯をｉ＝２、さらに外側に隣接する輪帯をｉ＝３、・・・とする。即ち、本実施例における対物光学系の収差補正素子には、中心領域の外側に９本の輪帯が形成されている。そして、ｈｉ−１と、ｈｉは、それぞれ中心領域及び各輪帯の始点高さ、終点高さを表す。ｍｉｄは、中心領域に対する各輪帯の光軸方向の距離（光源から光ディスク方向に向かって変位する場合を正とする）を表す。例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯（ｉ＝２）は、中心領域に対して光ディスク側に３．８６μｍ変移しており、最も外側の輪帯（ｉ＝１０）は、中心領域に対して光源側に３．８６μｍ変移している。また、ｍｉは、設計基準温度Ｔ＝２５℃において、中心領域を透過する光束に対して、各輪帯を透過する光束に付与される光路差を表し、例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯（ｉ＝２、ｍ＝５）を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して５λ（但し、λ＝４０５ｎｍ）の光路差が付与されるので、位相差に換算して２π×５（ｒａｄ）だけ位相が遅れることになり、最も外側の輪帯（ｉ＝１０、ｍ＝−５）を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して−５λ（但し、λ＝４０５ｎｍ）の光路差が付与されるので、位相差に換算して２π×５（ｒａｄ）だけ位相が進むことになる。
【００９１】
図５は、環境温度の変化に伴い、本実施例における対物レンズの温度が設計基準温度である２５℃から５５℃に上昇した場合における波面収差を表し、横軸が瞳座標ｈを表し、縦軸が波面収差（単位はλ）を表す。図６は、集光レンズのみで評価した場合の波面収差を表す。
５５℃において、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０．０７５λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０．０１０λｒｍｓとなった。図５及び図６においては、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しており、その変化率を＋０．０５ｎｍ／℃と仮定した。
【００９２】
また、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しない場合、即ち、集光レンズと収差補正素子の屈折率変化のみを考慮した場合、５５℃において、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０．０７０λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０．０２２λｒｍｓとなった。これにより本発明の対物レンズは、ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズを有しているにも係わらず、温度特性に優れた光学素子となっており、特に、温度特性の補正に光路差付与構造を利用しているため、温度上昇に伴う青紫色半導体レーザの波長変化の有無に係わらず、良好な温度特性の補正効果が得られていることがわかる。
【００９３】
図７は、青紫色半導体レーザのモードホッピングにより、本実施例における対物レンズに対する入射光束の波長が、設計波長の４０５ｎｍから１ｎｍ長くなった場合における波面収差を表し、横軸が瞳座標ｈを表し、縦軸が波面収差（単位はλ）を表す。図８は、集光レンズのみで評価した場合の波面収差を表す。
波長４０６ｎｍにおいて、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０．１１２λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０．０２２λｒｍｓとなった。なお、図７及び図８においては、対物光学系及び集光レンズのフォーカス位置は、４０５ｎｍでのフォーカス位置に固定されている。
これにより本発明の対物レンズでは、回折構造の作用により、良好に色収差が補正されていることがわかる。
【００９４】
[実施例２]
本実施例における対物光学系は、焦点距離ｆ＝１．００ｍｍ、近軸パワーＰＴ＝１.００２ｍｍ-1、開口数ＮＡ＝０．８５、設計波長λ＝４０８ｎｍ、設計基準温度Ｔ＝３５℃に設定されている。
収差補正素子は、第1面（入射面）は平面、第２面（出射面）は非球面のプラスチックレンズであり、第１面には光路差付与構造、第２面には回折構造（回折輪帯が鋸歯形状）が形成されている。また、近軸パワーＰ1＝０.１１６ｍｍ-1、近軸屈折パワーＰR＝０.０５１ｍｍ-1、近軸回折パワーＰD＝０.０６４ｍｍ-1、最大有効径位置での輪帯幅Ｐf＝１２.２μｍ、最大有効径の５０％位置での輪帯幅Ｐh＝５３.８μｍ、収差補正素子単体での波面収差（４０８ｎｍ、３５℃）＝０．００３λｒｍｓ、λ＝４０８ｎｍの光束に対する近軸パワーＰM：０.１１５６ｍｍ-1、λ＝４１３ｎｍの光束に対する近軸パワーＰL：０.１１６３ｍｍ-1、λ＝４０３ｎｍの光束に対する近軸パワーＰS：０.１１４９ｍｍ-1、温度変化に伴う屈折率の変化率＝−１.０×Ｅ−４に設定されている。
【００９５】
また、集光レンズは、両面（第３面及び第４面）が非球面のプラスチックレンズであり、焦点距離＝１．０９ｍｍ、倍率ｍ＝０．１１５、開口数ＮＡ＝０．８５、集光レンズ単体での波面収差（４０８ｎｍ、３５℃）＝０．００１λｒｍｓ、温度変化に伴う屈折率変化率＝−１.０×Ｅ−４に設定されている。
表５は収差補正素子及び集光レンズの近軸データである。
【表５】
2005025925.tif 000009
【００９６】
また、収差補正素子及び集光レンズの非球面は、上記数１に表６中の係数を代入した数式で表される。第２面の非球面形状については、光軸Ｌに対して垂直で、光軸からの距離が長くなるのに伴い、曲率半径ｒで表される球面に対する光軸Ｌ方向での変移量が大きくなっている。
【表６】
2005025925.tif 000010
【００９７】
また、収差補正素子の回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表され、かかる光路差は上記数２に表７中の係数を代入して定義される光路差関数Φb（ｍｍ）で表される。
【表７】
2005025925.tif 000011
【００９８】
また、光路差付与構造の各輪帯の形状は表８で表される。
【表８】
2005025925.tif 000012
【００９９】
本実施例における対物光学系の収差補正素子には、中心領域の外側に６本の輪帯が形成されている。また、ｍｉは、設計基準温度Ｔ＝３５℃において、中心領域を透過する光束に対して、各輪帯を透過する光束に付与される光路差を表し、例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯（ｉ＝２、ｍ＝３）を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して３λ（但し、λ＝４０８ｎｍ）の光路差が付与されるので、位相差に換算して２π×３（ｒａｄ）だけ位相が遅れることになり、最も外側の輪帯（ｉ＝６、ｍ＝−３）を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して−３λ（但し、λ＝４０８ｎｍ）の光路差が付与されるので、位相差に換算して２π×３（ｒａｄ）だけ位相が進むことになる。
光線の入射角度が画角０.５度において、集光レンズのみでは波面収差のコマ収差成分のｒｍｓ値が０．００９λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０．００３λｒｍｓとなった。即ち、集光レンズと収差補正素子とを組み合わせることで正弦条件を満たす光学系となっている。
【０１００】
６５℃において、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０．０４７λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０．００６λｒｍｓとなった。なお、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しており、その変化率を＋０．０５ｎｍ／℃と仮定した。
また、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しない場合、即ち、集光レンズと収差補正素子の屈折率変化のみを考慮した場合、６５℃において、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０.０４５λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０.０１４λｒｍｓとなった。これにより本発明の対物レンズは、ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズを有しているにも係わらず、温度特性に優れた光学素子となっており、特に、温度特性の補正に光路差付与構造を利用しているため、温度上昇に伴う青紫色半導体レーザの波長変化の有無に係わらず、良好な温度特性の補正効果が得られていることがわかる。
【０１０１】
波長４０９ｎｍにおいて、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０.０５８λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０.００６λｒｍｓとなった。なお、対物光学系及び集光レンズのフォーカス位置は、４０８ｎｍでのフォーカス位置に固定されている。
これにより本発明の対物レンズでは、回折構造の作用により、良好に色収差が補正されていることがわかる。
【０１０２】
[実施例３]
本実施例における対物光学系は、焦点距離ｆ＝１．７６ｍｍ、近軸パワーＰＴ＝０.５６９ｍｍ-1、開口数ＮＡ＝０．８５、設計波長λ＝４０７.５ｎｍ、設計基準温度Ｔ＝３５℃に設定されている。
収差補正素子は、第１面（入射面）は平面、第２面（出射面）は非球面のプラスチックレンズであり、第１面には光路差付与構造、第２面には回折構造（回折輪帯が鋸歯形状）が形成されている。また、近軸パワーＰ1＝０.０６５ｍｍ-1、近軸屈折パワーＰR＝０.０２６ｍｍ-1、近軸回折パワーＰD＝０.０３９ｍｍ-1、最大有効径位置での輪帯幅Ｐf＝１１.２μｍ、最大有効径の５０％位置での輪帯幅Ｐh＝４６.６μｍ、収差補正素子単体での波面収差（４０７.５ｎｍ、３５℃）＝０．００２λｒｍｓ、λ＝４０７.５ｎｍの光束に対する近軸パワーＰM：０.０６４９ｍｍ-1、λ＝４１２.５ｎｍの光束に対する近軸パワーＰL：０.０６５４ｍｍ-1、λ＝４０２.５ｎｍの光束に対する近軸パワーＰS：０.０６４５ｍｍ-1、温度変化に伴う屈折率の変化率＝−１.０×Ｅ−４に設定されている。
【０１０３】
また、集光レンズは、両面（第３面及び第４面）が非球面のプラスチックレンズであり、焦点距離＝１．９４ｍｍ、倍率ｍ＝０．１１４、開口数ＮＡ＝０．８５、集光レンズ単体での波面収差（４０７.５ｎｍ、３５℃）＝０．００１λｒｍｓ、温度変化に伴う屈折率変化率＝−１.０×Ｅ−４に設定されている。
【０１０４】
表９は収差補正素子及び集光レンズの近軸データである。
【表９】
2005025925.tif 000013
【０１０５】
また、収差補正素子及び集光レンズの非球面は、上記数１に表１０中の係数を代入した数式で表される。第２面の非球面形状については、光軸Ｌに対して垂直で、光軸からの距離が長くなるのに伴い、曲率半径ｒで表される球面に対する光軸Ｌ方向での変移量が大きくなっている。
【表１０】
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【０１０６】
また、収差補正素子の回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表され、かかる光路差は上記数２に表１１中の係数を代入して定義される光路差関数Φb（ｍｍ）で表される。
【表１１】
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【０１０７】
また、光路差付与構造の各輪帯の形状は表１２で表される。
【表１２】
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【０１０８】
本実施例における対物光学系の収差補正素子には、中心領域の外側に８本の輪帯が形成されている。また、ｍｉは、設計基準温度Ｔ＝３５℃において、中心領域を透過する光束に対して、各輪帯を透過する光束に付与される光路差を表し、例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯（ｉ＝２、ｍ＝４）を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して４λ（但し、λ＝４０７.５ｎｍ）の光路差が付与されるので、位相差に換算して２π×４（ｒａｄ）だけ位相が遅れることになり、最も外側の輪帯（ｉ＝８、ｍ＝−４）を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して−４λ（但し、λ＝４０７.５ｎｍ）の光路差が付与されるので、位相差に換算して２π×４（ｒａｄ）だけ位相が進むことになる。
光線の入射角度が画角０.５度において、集光レンズのみでは波面収差のコマ収差成分のｒｍｓ値が０．０１６λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０．００５λｒｍｓとなった。即ち、集光レンズと収差補正素子とを組み合わせることで正弦条件を満たす光学系となっている。
【０１０９】
６５℃において、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０．０９０λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０．００９λｒｍｓとなった。なお、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しており、その変化率を＋０．０５ｎｍ／℃と仮定した。
また、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しない場合、即ち、集光レンズと収差補正素子の屈折率変化のみを考慮した場合、６５℃において、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０.０８５λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０.０２７λｒｍｓとなった。これにより本発明の対物レンズは、ＮＡ０．８５のプラスチック製の単レンズを有しているにも係わらず、温度特性に優れた光学素子となっており、特に、温度特性の補正に光路差付与構造を利用しているため、温度上昇に伴う青紫色半導体レーザの波長変化の有無に係わらず、良好な温度特性の補正効果が得られていることがわかる。
【０１１０】
波長４０８.５ｎｍにおいて、集光レンズのみでは波面収差のｒｍｓ値が０.１０９λｒｍｓとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、０.０１１λｒｍｓとなった。なお、対物光学系及び集光レンズのフォーカス位置は、４０７.５ｎｍでのフォーカス位置に固定されている。
これにより本発明の対物レンズでは、回折構造の作用により、良好に色収差が補正されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】対物光学系の構成を示す要部平面図である。
【図３】収差補正素子の要部平面図である。
【図４】回折構造を示す要部平面図（ａ）及び拡大図（ｂ）である。
【図５】実施例における波面収差と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図６】比較例のグラフである。
【図７】実施例における波面収差と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図８】比較例のグラフである。
【符号の説明】
【０１１２】
１０   光ピックアップ装置
３０   対物光学系
４０   収差補正素子
４３   フランジ部
５０   集光レンズ
５３   フランジ部
６０   光路差付与構造
６１   中心領域
６２   輪帯
６３   段差
７０   回折構造
７２   輪帯（回折構造）
７２ａ 段差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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