(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、
上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１）を満たすように形成され、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（４）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（１）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（３）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（４）
【請求項２】
上記対物レンズは、上記光源から出射される光ビームの波長が４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲の任意の波長λ（ｎｍ）であったときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置と、上記光源から出射される光ビームの波長が上記任意の波長λ（ｎｍ）に対して１ｎｍ変化したときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置との、光軸方向の距離が、０．５μｍ以下となるように形成されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
上記対物レンズは、その焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、式（５）を満たすように形成されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
−１．１×１０２＜Ｃ２／ｆ＜１．３×１０１  ・・・（５）
【請求項４】
上記対物レンズは、その焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、式（６）を満たすように形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光ピックアップ装置。
ｆ×Ｃ２×λ＞−８５０００  ・・・（６）
【請求項５】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置において、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（７）を満たすように形成され、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（８）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（９）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（１０）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ディスク装置。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（７）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（８）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（９）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（１０）
【請求項６】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数０．８２以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１１）を満たし、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（１２）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（１３）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（１４）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される対物レンズの設計方法。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（１１）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（１２）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（１３）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（１４）
【請求項７】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、
上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、
上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、
上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１５）を満たし、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（１６）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（１７）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（１８）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ピックアップ装置の設計方法。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（１５）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（１６）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（１７）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（１８）
【請求項８】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、
上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、
上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１９）を満たし、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２０）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（２１）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（２２）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ディスク装置の設計方法。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（１９）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２０）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（２１）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（２２）
【請求項９】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、
上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（２３）を満たすように形成され、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２４）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（２５）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（２６）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（２３）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２４）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（２５）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（２６）
【請求項１０】
上記対物レンズは、上記光源から出射される光ビームの波長が４００ｎｍから４１０ｎｍの範囲の任意の波長λ（ｎｍ）であったときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置と、上記光源から出射される光ビームの波長が上記任意の波長λ（ｎｍ）に対して１ｎｍ変化したときに光ビームが上記対物レンズにより集光される位置との、光軸方向の距離が、０．５μｍ以下となるように形成されることを特徴とする請求項９記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
上記対物レンズは、その焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、式（２７）を満たすように形成されることを特徴とする請求項１０記載の光ピックアップ装置。
ｆ×Ｃ２×λ＞−８５０００  ・・・（２７）
【請求項１２】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置において、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（２８）を満たすように形成され、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２９）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３０）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（３１）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、
上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ディスク装置。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０ ・・・（２８）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ） ・・・（２９）
Ｃ４×Ｃ１０＞０ ・・・（３０）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０ ・・・（３１）
【請求項１３】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数０．８２以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（３２）を満たし、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（３３）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３４）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（３５）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される対物レンズの設計方法。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（３２）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（３３）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（３４）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（３５）
【請求項１４】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、
プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、
上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、
上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、
上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（３６）を満たし、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（３７）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３８）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（３９）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ピックアップ装置の設計方法。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（３６）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（３７）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（３８）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（３９）
【請求項１５】
４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、
上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、
上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、
上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（４０）を満たし、
上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（４１）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（４２）を満たし、
上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（４３）を満たし、
上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成される光ディスク装置の設計方法。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（４０）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（４１）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（４２）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（４３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク等の光記録媒体に対して、情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置、光ディスク装置、対物レンズの設計方法、光ピックアップ装置の設計方法、及び、光ディスク装置の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、情報信号の記録媒体として、波長７８５ｎｍ程度の光ビームを用いるＣＤ（Compact Disc）、波長６６０ｎｍ程度の波長の光ビームを用いるＤＶＤ(Digital Versatile Disc)等の光ディスクや、さらに高密度記録を可能とするため青紫色半導体レーザ等による波長４０５ｎｍ程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う光ディスク（以下、「高密度記録光ディスク」という。）が用いられ、この種の光ディスクに情報信号の記録を行い、あるいは光ディスクに記録された情報信号の再生を行うために光ピックアップ装置が用いられている。
【０００３】
一般的に、このような光ピックアップ装置に用いられる単玉対物レンズでは、設計波長において軸上の球面収差を抑制した設計が望ましい。実際の光ピックアップ装置に光源として用いられる半導体レーザは、発振波長において製造時等に発生する個体差があるが、ＣＤ，ＤＶＤ等では、設計波長において光軸上の球面収差を抑制する設計を行っていれば、発振波長が設計波長からずれた際に発生する球面収差は許容できる量であった。
【０００４】
しかし、開口数が０．８２以上、使用波長が４００ｎｍ程度の短い波長とされた所謂高密度記録光ディスクに用いられる光ピックアップ装置の光学系では、設計波長において光軸上の球面収差を抑制する設計を行っても、半導体レーザの発振波長の製造誤差等による個体差によって、許容できない球面収差が発生してしまうという問題があった。
【０００５】
また、光学系の中に回折構造を含む場合には、さらに波長の個体差で発生する球面収差の量が大きくなってしまうという問題もあった。
【０００６】
これらの観点から、上述のような光ピックアップ装置に用いられる半導体レーザの製造誤差の許容値を厳しくする必要があり、半導体レーザの歩留まりが低下して、低コスト化が妨げられていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３０９９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う装置において、光源の発振波長の個体差の許容範囲を拡げ、収差を十分低減できるような光ピックアップ装置、光ディスク装置、対物レンズの設計方法、光ピックアップ装置の設計方法、及び、光ディスク装置の設計方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１）を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（４）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０ ・・・（１）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２）
Ｃ２×Ｃ１０＞０ ・・・（３）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０ ・・・（４）
【００１０】
また、本発明に係る光ピックアップ装置において、上述の対物レンズは、その焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、式（５）を満たすように形成されていてもよい。
−１．１×１０２＜Ｃ２／ｆ＜１．３×１０１  ・・・（５）
【００１１】
また、本発明に係る光ピックアップ装置において、上述の対物レンズは、その焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、式（６）を満たすように形成されていてもよい。
ｆ×Ｃ２×λ＞−８５０００  ・・・（６）
【００１２】
また、この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置において、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（７）を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（８）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（９）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（１０）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（７）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（８）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（９）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（１０）
この目的を達成するため、本発明に係る対物レンズの設計方法は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数０．８２以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１１）を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（１２）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（１３）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（１４）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（１１）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（１２）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（１３）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（１４）
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置の設計方法は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１５）を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（１６）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（１７）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（１８）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（１５）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（１６）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（１７）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（１８）
この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置の設計方法は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（１９）を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２０）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（２１）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（２２）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（１９）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２０）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（２１）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（２２）
【００１３】
また、この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備える光ピックアップ装置において、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（２３）を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２４）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（２５）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（２６）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０ ・・・（２３）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２４）
Ｃ４×Ｃ１０＞０ ・・・（２５）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０ ・・・（２６）
【００１４】
また、本発明に係る光ピックアップ装置において、上述の対物レンズは、その焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、式（２７）を満たすように形成されていてもよい。
ｆ×Ｃ２×λ＞−８５０００  ・・・（２７）
【００１５】
この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有する光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置において、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（２８）を満たすように形成され、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（２９）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３０）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（３１）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成され、上記対物レンズは、温度変化に起因する球面収差の発生を抑えられるとともに、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（２８）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ） ・・・（２９）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（３０）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（３１）
この目的を達成するため、本発明に係る対物レンズの設計方法は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光し、プラスチックからなり、開口数０．８２以上で、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられた対物レンズの設計方法であって、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（３２）を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（３３）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３４）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（３５）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（３２）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（３３）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（３４）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（３５）
この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップ装置の設計方法は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、上記光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、上記光源と上記対物レンズとの間に設けられ、上記光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを備え、上記光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、上記コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（３６）を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（３７）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（３８）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（３９）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（３６）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（３７）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（３８）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（３９）
この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置の設計方法は、４０５ｎｍ程度の所定の波長の光ビームを出射する光源と、プラスチックからなり、該光源から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズと、該光源と該対物レンズとの間に設けられ、該光源から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズとを有し、該光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときに、該コリメータレンズの位置を移動させることで球面収差の発生を抑えられるようにした光ピックアップ装置を備え、上記光ピックアップ装置により上記光ディスクに対して情報信号の記録及び／又は再生を行う光ディスク装置の設計方法であって、上記対物レンズの少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段を設け、上記対物レンズは、−１０℃〜７５℃の範囲内の温度変化ΔＴ（℃）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、上記光源から出射される光ビームの±５ｎｍ以内の範囲内の波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、式（４０）を満たし、上記回折手段の上記回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの式（４１）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（４２）を満たし、上記波長変化Δλ（ｎｍ）に対する上記対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、式（４３）を満たし、上記回折構造は、回折次数が３次乃至６次の何れかの回折光が回折効率最大の回折光となるように形成されるようにする。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（４０）
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（４１）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（４２）
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（４３）
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、光源の製造誤差等により発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合にも、波長の変化により対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量と５次軸上球面収差の変化量とが一定の関係となるよう構成することで、光学系の調整による球面収差の補正及び低減を可能とし、光源の発振波長の誤差の許容範囲を拡げることを可能とし、光源の歩留まりを上昇させ、コストを低減することを実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明が適用された光ピックアップ装置１及びこれを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
本発明が適用された光ピックアップ装置１は、光記録媒体としての光ディスク８に対して情報の記録再生を行うものであり、この光ディスク８を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ、この光ピックアップ装置１を光ディスクの径方向に移動させる送りモータ等とともに光ディスク装置を構成する。そして、光ピックアップ装置１は、スピンドルモータによって回転操作された光ディスク８に対して情報の記録再生を行う。
【００１９】
ここで用いられる光ディスク８は、例えば、発光波長が４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な高密度記録光ディスク等である。尚、本発明は、上述の光ディスクのみならず光学的に記録及び／又は再生が可能な光記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置にも適用される。
【００２０】
本発明を適用した光ピックアップ装置１は、図１に示すように、波長が略４０５ｎｍの光ビームを出射する光源部３と、光源部３から出射された光ビームを３ビームに分割する回折光学素子４と、回折光学素子４により分割された光ビーム及び光ディスク８からの反射光を反射又は透過するビームスプリッタ５と、コリメータレンズ６と、光源部３から出射された光ビームを光ディスク８の信号記録面に集光する対物レンズ７と、光ディスク８で反射された戻りの光ビームを検出する光検出器９とを備える。
【００２１】
光源部３は、例えば、半導体レーザ等からなり、設計波長が４０５ｎｍ程度とする所定波長の光ビームを出射する発光部を有する。尚、光源部３から出射される光ビームの波長は、これに限られるものではない。回折光学素子４は、光源部３とビームスプリッタ５との間に設けられ、光源部３より出射された光ビームを３ビームに分割する回折部が設けられている。
【００２２】
ビームスプリッタ５は、回折光学素子４とコリメータレンズ６との光路上に配置され、光源部３に近い側にハーフミラー面５ａを有する。ビームスプリッタ５は、回折光学素子４により３分割されて出射された光ビームをハーフミラー面５ａにより光ディスク８側へ反射する。また、ビームスプリッタ５は、光ディスク８に反射された戻りの光ビームを透過させて光検出器９側に出射させる。すなわち、ビームスプリッタ５は、戻りの光ビームの光路を、往路の光ビームの光路から分岐する光学素子である。
【００２３】
コリメータレンズ６は、ビームスプリッタ５と対物レンズ７との間に配置され、通過する光ビームの発散角を変換する発散角変換手段として設けられ、光源部３から出射されビームスプリッタ５に反射された光ビームの発散角を変換して略平行光にする。
【００２４】
また、このコリメータレンズ６は、光源部３の製造誤差等により発振波長にばらつきが生じた際に、移動されることにより、対物レンズ７に入射する光ビームの発散角を変換して、例えば平行光より僅かに収束された状態である収束光の状態で入射させることができ、これにより発振波長のばらつきにより発生する球面収差を後述するように対物レンズ７を通過させることにより低減することができる。尚、ここでは、コリメータレンズ６が移動されることにより、対物レンズ７に入射する光ビームを収束光としたが、これに限られるものではなく、発散光の状態で入射させることにより、発振波長のばらつきにより発生する球面収差を低減する場合もある。
【００２５】
尚、ここでは、発振波長のばらつきにより波長が変化した場合にのみコリメータレンズ６を動かすように構成したが、これに限られるものではなく、光ピックアップ装置１が、記録層が複数設けられている多層型タイプの光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であった場合には、複数の記録層のそれぞれに対して適切に光ビームのビームスポットを形成するために、このコリメータレンズ６を動かすようにも構成される。すなわち、本発明は、光ビームの入射方向に一又は複数の記録層を有する光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置にも適用されるものである。
【００２６】
対物レンズ７は、コリメータレンズ６により略平行光とされた光ビームを光ディスク８の信号記録面に集光させる。対物レンズ７の入射側には、図示しない開口絞りが設けられ、この開口絞りは、対物レンズ７に入射する光ビームの開口数を所望の開口数となるように開口制限を行う。
【００２７】
この対物レンズ７は、開口数（ＮＡ）が０．８２以上とされたプラスチック製の単玉対物レンズであり、その入射側の第１面７ａ及び出射側の第２面７ｂの両面が非球面形状とされている。対物レンズ７は、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える微細な輪帯状の段差を有する回折構造（回折レンズ構造）が形成されてなる回折手段が一体に設けられ、光源部３から出射され、ビームスプリッタ５に反射され、コリメータレンズ６を経由して入射した光ビームを光ディスク８に対して集光する。対物レンズ７の回折手段は、このように、温度変化に起因する収差、すなわち、温度変化によりレンズの形状変化及び屈折率変化による収差の発生を補償するように機能するので、プラスチックレンズに特有の温度変化に起因する球面収差の発生を防止する。
【００２８】
また、対物レンズ７は、−１０℃〜７５℃の範囲内の任意の変化量ΔＴ（℃）で温度変化する際の対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差変化量ΔＳＡ３Ｔ（以下、「温度変化ΔＴ（℃）に対する対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差変化量」ともいう。）と、光源部３から出射される光ビームの波長（４０５ｎｍ付近の所定の波長）に対して±５ｎｍ以内の範囲内の任意の変化量Δλ（ｎｍ）で波長変化する際の対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差変化量をΔＳＡ３λ（以下、「波長変化Δλ（ｎｍ）に対する対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差変化量」ともいう。）とが、次式（２０）を満たすように、両面が所定の非球面形状とされるとともに、少なくとも一方の面に所定の回折手段が設けられて形成されている。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０  ・・・（２０）
【００２９】
また、対物レンズ７における回折手段の回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数をＣｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの次式（２１）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、次式（２２）の関係を満たすように回折レンズ構造は、形成されている。
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２１）
Ｃ２×Ｃ１０＞０  ・・・（２２）
【００３０】
また、対物レンズ７は、変化量Δλ（ｎｍ）の波長変化に対する対物レンズで発生する３次軸上球面収差量の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、これらが同符号とされ、すなわち次式（２３）を満たすように形成されている。
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（２３）
【００３１】
尚、対物レンズ７は、設計波長に対してずれのない発振波長の光ビームに対しても、軸上３次球面収差及び軸上５次球面収差が十分小さく抑えられている。
【００３２】
以上のように構成された対物レンズ７は、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じたとき、すなわち、光源部３の製造誤差等により発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ３と、５次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５とが一定の関係（式（２３））を満たすように構成されていることで、例えばコリメータレンズ６を移動させる等の光学系の調整による、この対物レンズ７への入射光の発散角（収束角を含む）を調整することでこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とする。すなわち、対物レンズ７は、従来の開口数０．８２以上で使用波長４０５ｎｍ程度とされた所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う装置等では、光源の発振波長の個体差により許容できない球面収差が発生していたことにより、光源の製造誤差の許容値を厳格にする必要があったのに対し、光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときにも、光学系の調整による球面収差の補正及び低減を可能とし、光源の発振波長の誤差の許容範囲（トレランス）を拡げることを実現し、所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられたときに、光源の発振波長のトレランスを拡げ、すなわち、光源の製造誤差の許容範囲を拡大することを可能とし、収差を十分低減するとともに、光源の歩留まりを上昇させ、光源及び装置全体のコストを低減することを可能とする。
【００３３】
ここで、本発明を適用した光ピックアップ装置１及びこれを構成する対物レンズ７が、上述のように、光源の発振波長のトレランスを拡げることについて、詳細に説明する。
【００３４】
一般的に、開口数が０．８２以上、使用波長が４０５ｎｍ程度の波長とされた所謂高密度記録光ディスクに用いられる光ピックアップ装置では、半導体レーザ等の発振波長が設計波長からずれると、対物レンズにおいて発生する球面収差が許容できない。そのため、コリメータレンズ等を動かすことによって、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整し、球面収差をキャンセルする方法が考えられる。
【００３５】
発振波長が設計波長からΔλ（ｎｍ）だけずれた光ビームが設計波長に基づいた対物レンズに入射される際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差の変化量ΔＳＡ３と、５次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５が、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０を満たせば、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔＳＡ３をキャンセルし、同時にΔＳＡ５を抑制することができる。これは、対物レンズに入射する光ビームの発散角度が変化した際に、同符号の３次球面収差及び５次球面収差が発生するからである。
【００３６】
また、回折構造をもつ対物レンズ７において、温度変化ΔＴ（℃）に対する対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差変化量ΔＳＡ３Ｔと、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差変化量ΔＳＡ３λとが、上述した式（２０）を満たし、回折構造による光路長の付加量を上述した式（２１）で表されるφ（ｈ）としたとき、光路差の２次項及び１０次項の係数Ｃ２，Ｃ１０が式（２２）を満たすことが望ましい。
【００３７】
そして、式（２０）〜式（２２）の関係を満たし、結果として式（２３）の関係を満足することにより、発振波長が設計波長からΔλ（ｎｍ）だけずれた光ビームが対物レンズ７に入射される際に、対物レンズ７で発生する軸上３次球面収差量ΔＳＡ３と、軸上５次球面収差量ΔＳＡ５とが同符号となり、対物レンズ７に入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔＳＡ３及びΔＳＡ５を抑制することができる。これに対し、式（２０）〜式（２２）の関係を満たさず、結果として軸上３次球面収差量ΔＳＡ３及びΔＳＡ５とが式（２３）の関係を満たさない場合は、軸上３次球面収差を補正するため、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整したとしても、軸上５次球面収差の絶対値が増大し、収差を十分に抑制することができないこととなる。
【００３８】
このように、高開口数、短波長用の対物レンズにおいて、本発明を適用した光ピックアップ装置１を構成する対物レンズ７のように発振波長が設計波長からずれたときに発生する軸上３次球面収差の変化量と軸上５次球面収差の変化量との符号を同じにすることによって、光学系の調整による球面収差の補正が可能となり、半導体レーザの発振波長のトレランスを拡げることができる。また、これにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ装置全体の作製のためのコストを低減することができる。
【００３９】
ここで、上述のような光ピックアップ装置を構成する対物レンズは、成型性及び低コスト化の観点からプラスチック製のものが望まれるようになっているが、上述の構成とされた対物レンズ７は、このプラスチックレンズの欠点である温度変化による球面収差の発生を上述した回折構造により解消するとともに、これを解消するために設けた回折構造を有する対物レンズに入射する光ビームの波長が変化した際の問題となる球面収差の発生をも解消するものである。
【００４０】
すなわち、対物レンズ７は、温度変化に起因する収差を補正可能な構成であるとともに、波長変化に起因する収差についてはコリメータレンズ６を移動して入射する光ビームの発散又は収束角を調整することにより収差を極限まで抑えられるように構成されている。
【００４１】
また、対物レンズ７は、その焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、このｆと、上述した光路差の２次項の係数Ｃ２との関係が次式（２４）を満たすように形成されている。
−１．１×１０２＜Ｃ２／ｆ＜１．３×１０１  ・・・（２４）
【００４２】
対物レンズ７は、上述の式（２４）を満たすように形成されることにより、結果として式（２３）の関係を満足し易くするとともに、回折構造の外周側のピッチを大きくして、すなわち、回折構造のピッチが小さくなる外周側のピッチを大きくすることで最短ピッチを大きくでき、回折構造の加工を容易とし、また、回折構造としての性能を発揮するための製造誤差を広く許容することができる。換言すると、対物レンズ７は、この式（２４）を満たすことにより、回折構造の最短ピッチを大きく保って製造上の利点を発揮する状態で、式（２３）の関係を満足しやすくできることにより、発振波長が設計波長からΔλ（ｎｍ）だけずれた光ビームが対物レンズに入射される際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差量ΔＳＡ３と、軸上５次球面収差量ΔＳＡ５とが同符号となり、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔＳＡ３及びΔＳＡ５を抑制することができる。
【００４３】
さらに、対物レンズ７は、その焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、このｆと、上述した光路差の２次項の係数Ｃ２と、入射する光ビームの波長λ（ｎｍ）との関係が次式（２５）を満たすように形成されている。
ｆ×Ｃ２×λ＞−８５０００  ・・・（２５）
【００４４】
対物レンズ７は、上述の式（２５）を満たすように形成されることにより、図２に示すように、光源部３から出射される光ビームの波長が４００ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲の任意の波長λ（ｎｍ）であったときにこの光ビームが対物レンズ７により集光される集光位置Ｐ１と、光源部３から出射される光ビームの波長が任意の波長λ（ｎｍ）に対して１ｎｍだけ長波長側に変化したときにこの光ビームが対物レンズ７により集光される集光位置Ｐ２との光軸方向の距離Ｌ１２が０．５μｍ以下となるようになっている。尚、図２中Ｂ１は、波長λ（ｎｍ）の光ビームを示すものであり、Ｂ２は、波長λ＋１（ｎｍ）の光ビームを示すものである。
【００４５】
すなわち、任意の基準となる位置から集光位置Ｐ１までの光軸方向の光学距離をＬ１とし、この基準となる位置から集光位置Ｐ２までの光軸方向の光学距離をＬ２としたとき、この距離の差（Ｌ１−Ｌ２）の絶対値（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が０．５μｍ以下となる。ここで、基準となる位置の例として、例えば、対物レンズ７の光ディスク側の面の頂点を基準とすればよい。尚、ここでは、任意の波長λ（ｎｍ）と、この波長λに対して１ｎｍ長波長側にシフトした波長λ＋１（ｎｍ）との関係について説明したが、上述のようにそれぞれの集光位置の相対的な距離についての関係であるので、上述の関係を満たす対物レンズであれば、４００ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲の任意の波長λ（ｎｍ）の光ビームが集光される集光位置と、この波長λに対して１ｎｍ短波長側にシフトした波長λ−１（ｎｍ）の光ビームが集光される集光位置との光軸方向の距離についても０．５μｍ以下となるようになっている。
【００４６】
そして、対物レンズ７は、光源部３から出射される光ビームの波長が任意の波長λ（ｎｍ）であったときに光ビームがこの対物レンズ７により集光される位置Ｐ１と、光源部３から出射される光ビームの波長が任意の波長λ（ｎｍ）に対して１ｎｍ長波長側に変化したときに光ビームがこの対物レンズ７により集光される位置Ｐ２との光軸方向の距離Ｌ１２が０．５μｍ以下となるように形成されていることから、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にもビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することを可能とする。
【００４７】
また、対物レンズ７における回折手段の回折構造は、回折次数をｍとして、その次数ｍの回折効率をμｍとしたとき、４００ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲における光ビームに対して９８％＜μｍを満たすような回折次数ｍを選択するように形成されることが好ましい。また、ここで選択される回折次数ｍは、波長トレランスの観点及び加工容易性の観点から、４次又は５次に選択されることが望ましい。
【００４８】
すなわち、この回折次数ｍが低次となるにつれて、図３及び図４に示すように、回折効率スペクトルがブロード形状となり、波長に対するトレランスが広くなり、使用できる光源の波長範囲を広げることが可能となる。尚、図３は、波長４０５ｎｍの光ビームに対して、それぞれ回折次数が３次、４次、５次、６次の回折効率が最大となるように形成した回折構造において、入射する光ビームの波長を変化させた場合の当該回折次数の回折光の回折効率の変化を示す図であり、図４は、この図３の頂部、すなわち波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの部分を拡大して示す図である。また、図３及び図４中、ＬＥ３は、回折次数が３次の場合の変化を示す図であり、ＬＥ４は、回折次数が４次の場合の変化を示す図であり、ＬＥ５は、回折次数が５次の場合の変化を示す図であり、ＬＥ６は、回折次数が６次の場合の変化を示す図である。そして、この図３及び図４からも明らかなように、回折次数が高次となるにつれて波長依存性がシャープになり、すなわち波長変化に対する回折効率の変化が大きくなることになり、波長変化に対する許容度が小さくなり、換言すると、回折次数が低次となるにつれて波長依存性が緩やかになり、すなわち波長変化に対する回折効率の変化が小さく抑えることができ、波長変化に対する許容度を大きくすることができる。
【００４９】
また、この回折次数ｍが高次となるにつれて、後述するように、形成すべき回折構造の最短ピッチが大きくなり、加工エラーに対するトレランスが広くなり、回折構造としての十分な性能を発揮するための製造誤差を広く許容できるとともに製造し易くなる。
【００５０】
そして、かかる対物レンズ７は、これらの相反する傾向に鑑みて、上述したように４次又は５次の回折光を用いることが望ましく、すなわち、この回折次数が４次又は５次の回折光が支配的な回折光（回折効率最大の回折光）となるような回折構造が形成されるよう構成することにより、波長変化に対する許容度をより大きくすることできるとともに、製造の観点からも加工容易な形状とすることができる。
【００５１】
光検出器９は、光ディスク８の信号記録面で反射された光ビームのそれぞれを受光するためのフォトディテクタを有し、情報信号とともにトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号等の各種信号を検出する。
【００５２】
以上のように構成された光ピックアップ装置１は、この光検出器９により検出された戻り光により生成されたフォーカスサーボ信号、トラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズ７を駆動して、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。対物レンズ７が駆動されることにより、光ディスク８の信号記録面に対して合焦する合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク８の記録面上に合焦されて、光ディスク８に対して情報の記録又は再生を行う。
【００５３】
本発明を適用した光ピックアップ装置１及び光ディスク装置は、上述の対物レンズ７を備えることにより、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ７で発生する３次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ３と、５次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５とが一定の関係（式（２３））を満たすように構成されていることで、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部３の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
【００５４】
すなわち、本発明を適用した光ピックアップ装置１及び光ディスク装置は、半導体レーザ等の製造誤差等により光源部３の発振波長にバラツキが生じ発振波長が４０５ｎｍ付近の設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ６等を移動させることにより、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。尚、本発明を複数の記録層を有する光ディスクに対して記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に適用した場合には、例えばコリメータを移動させることで複数の記録層のいずれの記録層に対しても収差の発生を抑えて光ビームを集光するが、上述のように構成される対物レンズを備えることにより、複数の記録層間の球面収差の発生を抑えられるため、さらなる収差の抑制を可能とし、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
【００５５】
また、本発明を適用した光ピックアップ装置１及び光ディスク装置は、特に、ＮＡが０．８２以上の高開口数、波長が４０５ｎｍ程度の短波長用の対物レンズを用いた場合においては有効であり、上述のように、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部３の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
【００５６】
さらに、本発明を適用した光ピックアップ装置１及び光ディスク装置は、対物レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）としたときに上述の式（２５）を満たすようにすることで、光ビームの波長が１ｎｍ変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離Ｌ１２を０．５μｍ以下となるようにすることができ、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することができる。
【００５７】
尚、以下に具体的数値を挙げて本発明を適用した光ピックアップ装置を構成する対物レンズの実施例１〜６とともに、実施例１〜６の説明に先立ち本発明と比較するための比較例について説明する。
【００５８】
以下の比較例及び実施例１〜６において、対物レンズ７の第１面７ａは光源側の面、第２面７ｂは光ディスク側の面とする。また、設計波長は４０５ｎｍとする。また、ｆは、対物レンズの焦点距離（ｍｍ）を示し、Ｒは、対物レンズの曲率半径（ｍｍ）を示し、ｄは、対物レンズの光軸位置での厚み（ｍｍ）を示し、ｎは、対物レンズの使用波長（４０５ｎｍ）における屈折率を示し、ＮＡは、光ディスクに対して光ビームを集光するときの対物レンズの開口数を示すものとする。さらに、ｔは、光ディスクの厚み（μｍ）を示し、ｎｔは、光ディスクの設計波長（４０５ｎｍ）における屈折率を示し、以下の比較例及び実施例１〜６では、ｔ＝８７．５（μｍ），ｎｔ＝１．６とする。
【００５９】
また、この対物レンズ７の第１面７ａ及び第２面７ｂの非球面形状は、以下の式（２６）によって与えられるものとする。尚、式（２６）中において、ｈは、光軸からの距離（ｍｍ）を示し、Ｚ（ｈ）は、光軸からの距離がｈの位置における非球面の面頂点の接平面からの距離（ｍｍ）を示し、Ｋは、円推定数を示し、Ａｉは、ｉ次の非球面係数を示すものである。
【００６０】
【数１】
0005163132.tif 000002
【００６１】
さらに、この対物レンズ７の少なくとも一方の面に形成される回折構造による光路長の付加量は、上述したｈ，Ｃｎ及びλを用いて上述した式（２１）のφ（ｈ）で与えられるものとする。尚、以下で説明する実施例１〜６では、いずれも第１面７ａに回折構造を一体に設けた例について説明するが、上述のように第２面７ｂに回折構造を設けても同様の効果が得られる。
【００６２】
「比較例」
比較例の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．６８〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【００６３】
また、比較例の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
Ｒ：１．０３９〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．５５１
Ａ４：１．４２５×１０−２
Ａ６：−１．９７０×１０−２
Ａ８：５．１１７×１０−３
Ａ１０：７．０８３×１０−３
Ａ１２：−６．０１×１０−３
Ａ１４：３．５５３×１０−３
Ａ１６：−４．４９４×１０−３
Ａ１８：６．０７７×１０−３
Ａ２０：−２．６５８×１０−３
Ｃ２：−１６５．０１
Ｃ４：−３６．６１
Ｃ６：−３４．４８
Ｃ８：３．３１
Ｃ１０：３．０３
【００６４】
また、比較例の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−２．２１５〔ｍｍ〕
Ｋ：−１２８．１４１
Ａ４：５．０６４×１０−１
Ａ６：−１．１０２
Ａ８：１．３５３×１０−２
Ａ１０：３．６５８
Ａ１２：−６．５６
Ａ１４：４．７１２
Ａ１６：−１．０９８
【００６５】
このとき、上述の設計条件おける、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図５に示すように得られる。尚、図５中Ｌ０ＳＡ３は、波長の変化に伴う３次球面収差ＳＡ３の変化を示し、Ｌ０ＳＡ５は、波長の変化に伴う５次球面収差ＳＡ５の変化を示し、横軸は、波長（λ）を示し、縦軸は、収差量（ｍλｒｍｓ）を示すものである。
【００６６】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．９ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．５ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【００６７】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−０．５ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、８．９ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２０）の関係を満たしている。
【００６８】
しかし、Ｃ２×Ｃ１０＜０となっており、上述の式（２２）の関係を満たしていないことにより、図５に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３は、８．９ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５は、−３．４ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＜０となり、上述の式（２３）の関係を満たさないこととなる。
【００６９】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８５ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−５１ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−５．０ｍλｒｍｓとなって絶対量が増加してしまう。
【００７０】
このため、上述のように構成された比較例の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、発振波長のばらつきにより許容できない球面収差が発生し、これを補正することもできないことから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が制限され、歩留まりが低下するという問題点があった。
【００７１】
次に、上述のような比較例の対物レンズ、すなわち、従来の対物レンズでの問題を解消する本願発明に係る光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられる実施例１〜６の対物レンズについて説明する。
【００７２】
「実施例１」
実施例１の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．８５〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【００７３】
また、実施例１の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
Ｒ：１．０４６〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．５５４
Ａ４：１．６４１×１０−２
Ａ６：−８．５７１×１０−３
Ａ８：８．２０３×１０−３
Ａ１０：３．９１６×１０−３
Ａ１２：−７．０８５×１０−３
Ａ１４：３．８５５×１０−３
Ａ１６：−６．７２２×１０−３
Ａ１８：８．２９２×１０−３
Ａ２０：−３．５０８×１０−３
Ｃ２：−１３２．２０
Ｃ４：−２５．２７
Ｃ６：−１７．９８
Ｃ８：７．３５
Ｃ１０：−４．９７
【００７４】
また、実施例１の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−１．３６９〔ｍｍ〕
Ｋ：−６３．９９２
Ａ４：５．１３９×１０−１
Ａ６：−１．１７７
Ａ８：―３．８１９×１０−２
Ａ１０：３．３８７
Ａ１２：−４．７８
Ａ１４：２．１９
Ａ１６：−９．９１７×１０−２
【００７５】
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図６に示すように得られる。尚、図６並びに後述する図７、図８、図９、図１０及び図１１は、各実施例の設計条件における波長変動に伴う３次及び５次の球面収差の変化を示すものであり、各図中Ｌ１ＳＡ３，Ｌ２ＳＡ３，Ｌ３ＳＡ３，Ｌ４ＳＡ３，Ｌ５ＳＡ３，Ｌ６ＳＡ３は、波長の変化に伴う３次球面収差ＳＡ３の変化を示し、Ｌ１ＳＡ５，Ｌ２ＳＡ５，Ｌ３ＳＡ５，Ｌ４ＳＡ５，Ｌ５ＳＡ５，Ｌ６ＳＡ５は、波長の変化に伴う５次球面収差ＳＡ５の変化を示し、横軸は、波長（λ）を示し、縦軸は、収差量（ｍλｒｍｓ）を示すものである。
【００７６】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．２ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．４ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【００７７】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−０．５ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、７．０ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２０）の関係を満たしている。
【００７８】
さらに、Ｃ２×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２２）の関係が満たされていることにより、図６に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝７．０ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝０．５ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（２３）の関係を満たすこととなる。
【００７９】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８１ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４９ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．７ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【００８０】
このため、上述のように構成された実施例１の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【００８１】
また、Ｃ２／ｆ＝−９３．７６となっており、上述の式（２４）の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
【００８２】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−７５４９３＞−８５０００となり、上述の式（２５）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．４１ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【００８３】
「実施例２」
実施例２の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．７２〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【００８４】
また、実施例２の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
Ｒ：１．００１〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．５８６
Ａ４：１．２５２×１０−２
Ａ６：−６．３３５×１０−３
Ａ８：８．７６１×１０−３
Ａ１０：−６．４３２×１０−４
Ａ１２：−３．６７６×１０−３
Ａ１４：１．４３７×１０−３
Ａ１６：−３．３７０×１０−３
Ａ１８：６．６１１×１０−３
Ａ２０：−３．５０８×１０−３
Ｃ２：−１２３．４６
Ｃ４：−３４．８７
Ｃ６：−１７．０４
Ｃ８：０．４２
Ｃ１０：−３．００
【００８５】
また、実施例２の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−１．８３〔ｍｍ〕
Ｋ：−７１．４７４
Ａ４：４．９６７×１０−１
Ａ６：−９．０７７×１０−１
Ａ８：―３．４５９×１０−１
Ａ１０：３．４５３
Ａ１２：−６．０８６
Ａ１４：５．６０９
Ａ１６：−２．４０８
【００８６】
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図７に示すように得られる。
【００８７】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．４ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．１ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【００８８】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．０ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１４．３ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２０）の関係を満たしている。
【００８９】
さらに、Ｃ２×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２２）の関係が満たされていることにより、図７に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１４．３ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝１．３ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（２３）の関係を満たすこととなる。
【００９０】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８３ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−５１ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−１．３ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【００９１】
このため、上述のように構成された実施例２の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【００９２】
また、Ｃ２／ｆ＝−８７．５６となっており、上述の式（２４）の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
【００９３】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−７０５０２＞−８５０００となり、上述の式（２５）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．４４ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【００９４】
「実施例３」
実施例３の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．７７〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【００９５】
また、実施例３の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
第１面形状
Ｒ：０．９６１〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．６００
Ａ４：１．１８６×１０−２
Ａ６：−６．６８３×１０−３
Ａ８：６．２８９×１０−３
Ａ１０：−１．２４５×１０−４
Ａ１２：−２．８６６×１０−３
Ａ１４：１．３５０×１０−３
Ａ１６：−３．６９４×１０−３
Ａ１８：６．３８１×１０−３
Ａ２０：−３．３５５×１０−３
Ｃ２：−７４．０７
Ｃ４：−２９．３２
Ｃ６：−１７．９９
Ｃ８：０．６３
Ｃ１０：−２．８４
【００９６】
また、実施例３の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−１．５１１〔ｍｍ〕
Ｋ：−４９．７８９
Ａ４：４．９０２×１０−１
Ａ６：−９．２５１×１０−１
Ａ８：−２．４６０×１０−１
Ａ１０：３．４９８
Ａ１２：−６．４２３
Ａ１４：５．７２５
Ａ１６：−２．２１０
【００９７】
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図８に示すように得られる。
【００９８】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．６ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．２ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【００９９】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．１ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１６．８ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２０）の関係を満たしている。
【０１００】
さらに、Ｃ２×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２２）の関係が満たされていることにより、図８に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１６．８ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝２．１ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（２３）の関係を満たすこととなる。
【０１０１】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８２ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４９ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．８ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０１０２】
このため、上述のように構成された実施例３の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０１０３】
また、Ｃ２／ｆ＝−５２．５３となっており、上述の式（２４）の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
【０１０４】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−４２２９８＞−８５０００となり、上述の式（２５）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．２４ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０１０５】
「実施例４」
実施例４の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．８０〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【０１０６】
また、実施例４の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
Ｒ：０．９４５〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．６０６
Ａ４：７．１９２×１０−３
Ａ６：−９．１７８×１０−３
Ａ８：１．１９３×１０−２
Ａ１０：８．６３０×１０−４
Ａ１２：−６．３７７×１０−３
Ａ１４：２．２８３×１０−４
Ａ１６：−３．３８０×１０−３
Ａ１８：８．２０８×１０−３
Ａ２０：−４．２１１×１０−３
Ｃ２：−４９．３８
Ｃ４：−３６．２４
Ｃ６：−１０．３０
Ｃ８：１．９４
Ｃ１０：−４．７３
【０１０７】
また、実施例４の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−１．３７４〔ｍｍ〕
Ｋ：−４８．３０７
Ａ４：４．２０６×１０−１
Ａ６：−６．９８３×１０−１
Ａ８：−５．５１２×１０−１
Ａ１０：３．４９９
Ａ１２：−５．７８１
Ａ１４：４．６８６
Ａ１６：−１．６０２
【０１０８】
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図９に示すように得られる。
【０１０９】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．６ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．５ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０１１０】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．２ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１７．３ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２０）の関係を満たしている。
【０１１１】
さらに、Ｃ２×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２２）の関係が満たされていることにより、図９に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１７．３ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝２．４ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（２３）の関係を満たすこととなる。
【０１１２】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２７９ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４７ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．５ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０１１３】
このため、上述のように構成された実施例４の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０１１４】
また、Ｃ２／ｆ＝−３５．０２となっており、上述の式（２４）の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
【０１１５】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−２８１９９＞−８５０００となり、上述の式（２５）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．１５ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０１１６】
「実施例５」
実施例５の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．８３〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【０１１７】
また、実施例５の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
第１面形状
Ｒ：０．９２５〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．６１１
Ａ４：４．８８２×１０−３
Ａ６：−８．２９６×１０−３
Ａ８：１．０１６×１０−２
Ａ１０：１．２７１×１０−３
Ａ１２：−６．４０５×１０−３
Ａ１４：２．１８０×１０−４
Ａ１６：−３．３２２×１０−３
Ａ１８：８．１９８×１０−３
Ａ２０：−４．２７０×１０−３
Ｃ２：−２４．６９
Ｃ４：−３５．１３
Ｃ６：−９．３０
Ｃ８：１．９５
Ｃ１０：−４．８６
【０１１８】
また、実施例５の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−１．２７２〔ｍｍ〕
Ｋ：−４１．９００
Ａ４：４．１６５×１０−１
Ａ６：−６．８８４×１０−１
Ａ８：−５．３２４×１０−１
Ａ１０：３．４１３
Ａ１２：−５．７１３
Ａ１４：４．７５７
Ａ１６：−１．６９０
【０１１９】
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図１０に示すように得られる。
【０１２０】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．６ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．３ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０１２１】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．３ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは１８．４ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２０）の関係を満たしている。
【０１２２】
さらに、Ｃ２×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２２）の関係が満たされていることにより、図１０に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１８．４ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝２．７ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（２３）の関係を満たすこととなる。
【０１２３】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２７９ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４７ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．４ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０１２４】
このため、上述のように構成された実施例５の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０１２５】
また、Ｃ２／ｆ＝−１７．５１となっており、上述の式（２４）の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
【０１２６】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−１４１００＞−８５０００となり、上述の式（２５）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．０６ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０１２７】
「実施例６」
実施例６の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．９３〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【０１２８】
また、実施例６の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
Ｒ：０．９２１〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．６６２
Ａ４：１．１０８×１０−２
Ａ６：２．０９８×１０−２
Ａ８：−２．４１４×１０−２
Ａ１０：１．５８５×１０−２
Ａ１２：−４．１９５×１０−３
Ａ１４：−３．３６２×１０−３
Ａ１６：−３．０６０×１０−３
Ａ１８：８．１９７×１０−３
Ａ２０：−３．８７９×１０−３
Ｃ２：１７．５５
Ｃ４：−３０．０３
Ｃ６：２１．６３
Ｃ８：−２８．００
Ｃ１０：５．７９
【０１２９】
また、実施例６の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−１．００１〔ｍｍ〕
Ｋ：−３４．９６
Ａ４：２．３７５×１０−１
Ａ６：−２．１３７×１０−１
Ａ８：−９．１４６×１０−１
Ａ１０：２．４３６
Ａ１２：−２．６５３
Ａ１４：１．３９３
Ａ１６：−２．８５５×１０−１
【０１３０】
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図１１に示すように得られる。
【０１３１】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、０．４ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．３ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０１３２】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−０．０８ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１４．９ｍλｒｍｓ/ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２０）の関係を満たしている。
【０１３３】
さらに、Ｃ２×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２２）の関係が満たされていることにより、図１１に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１４．９ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝２．７ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（２３）の関係を満たすこととなる。
【０１３４】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２６０ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−３８ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、０．５ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０１３５】
このため、上述のように構成された実施例６の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０１３６】
また、Ｃ２／ｆ＝１２．４となっており、上述の式（２４）の関係を満たしていることから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量を緩和するとともに、回折構造の外周側のピッチが大きくなり、すなわち最短ピッチを大きくすることで製造における加工を容易とし、また許容度を大きくできる。
【０１３７】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝１００２２＞−８５０００となり、上述の式（２５）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．１８ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０１３８】
以上のように、実施例１〜６の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、比較例の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置では、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合に許容できない球面収差が発生するとともに、この発生した軸上３次球面収差を光学系を調整することにより補正しようとすると軸上５次球面収差が大きくなる等の問題があったのに対して、実施例１〜６の対物レンズが波長の変化により対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量と５次軸上球面収差の変化量とが一定の関係となるように構成されていることにより、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合にも、この波長のずれにより発生する軸上３次球面収差及び軸上５次球面収差を、光学系を調整する等により、同時にキャンセルすることを可能とし、すなわち、光源の波長が変動したときの収差の補正及び低減を可能とし、これにより、光ピックアップ装置を構成する光源の発振波長の許容範囲を拡げることを可能とし、光源の歩留まりを上昇させ、コストを低減することを実現する。
【０１３９】
また、実施例６の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式（２３）を満足することによる光源の波長が変動したときの収差の補正及び低減を可能として光源の発振波長の変動の許容範囲を拡げることを可能とする効果を有するとともに、波長トレランスの観点及び加工容易性の観点から最適な次数の回折光が支配的となるようにされている。具体的に、４次又は５次の回折光が支配的となるような回折構造が上述したように両観点から優れているが、この点について上述した実施例６を用いて説明する。
【０１４０】
具体的に、実施例６では４次の回折光が支配的となるようにされている。そして、実施例６の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、製造容易であるとともに、光源の発振波長の変動の許容範囲をより拡げることを実現して、光源の歩留まりをより上昇させ、光源及び対物レンズのコストを大幅に低減することを実現する。
【０１４１】
ここで、かかる対物レンズにより用いられる回折光の回折次数ｍとして上述したように４次及び５次が最適であることについて、より具体的に説明する。回折次数ｍが低次となるにつれて波長変化に対する許容度を大きくすることができる点については上述の通りであり、以下では、回折次数ｍが高次となるにつれて製造誤差を広く許容できる点について実施例６の対物レンズを例に挙げるとともに図１２〜図１５を用いて説明する。
【０１４２】
図１２は、実施例６における各半径方向の位置におけるサグ（ｓａｇ）量を示すものである。すなわち、図１２中横軸は、対物レンズの光軸中心からの半径方向の位置を示すものであり、縦軸は、当該位置におけるサグ量を示すものである。ここでサグ量とは、対物レンズ７に形成される回折構造の基準となる非球面形状に対して回折構造を形成するための必要な削り量を規定するものであり、すなわち、これがプラス（＋）であれば基準となる非球面形状に対してその量だけ削ったような状態となるようにし、これがマイナス（−）であれば基準となる非球面形状に対してその量だけ付け足したような状態となるような形状に形成されることを意味する。そして具体的に、このサグ量は、上述した式（２１）で算出される光路差関数φ（ｈ）に定数（１／Δｎ）を乗算することにより得られる。ここで、Δｎは、屈折率差を示し、Δｎ＝（空気の屈折率）−（対物レンズ構成材料の屈折率ｎ）の関係式により算出される。（参考文献：Michael A.Golub, “Generalized conversion from the phase function to the blazed surface-relief profile of diffractive optical elements”, .J.Opt.Soc.Am.A / Vol.16, No.5 / 1194-1201(1999)）。
【０１４３】
また、図１２中Ｈは、回折構造高さを示すものであり、この回折構造高さＨは、Ｈ＝（回折次数ｍ）×（波長λ）／｜（屈折率差Δｎ）｜の関係式により算出することができる。また、図１２中Ｐｎ，Ｐｎ＋１は、この回折構造におけるピッチを示すものであり、図１２に示すように外周部に向かうにつれて回折構造におけるピッチが小さくなる。  
【０１４４】
そして、この図１２で示されるサグ量を、回折構造高さＨごとに折り返した構造が実際の回折構造となる。ここでは、具体的に回折次数ｍが３次、４次及び５次の場合の回折構造について、それぞれ図１３、図１４及び図１５に示す。図１３〜図１５中、横軸は、対物レンズの光軸中心からの半径方向の位置を示すものであり、縦軸は、当該位置における基準面からの距離を示すものである。図１３は、回折次数が３次の場合のものであるが、後述の４次及び５次の場合に比べて全体的にピッチが狭く、この３次の場合の最短ピッチは、９．２μｍである。また、図１４は、回折次数が４次の場合のものであるが、３次の場合に比べて全体的にピッチが広くなり、この４次の場合の最短ピッチは、１２．０μｍであり、３次の場合に比べて製造容易となることがわかる。さらに、図１５は、回折次数が５次の場合のものであるが、３次及び４次の場合に比べて全体的にピッチが広くなり、この５次の場合の最短ピッチは、１５．３μｍであり、３次及び４次の場合に比べて製造容易となることがわかる。
【０１４５】
上述の図１３〜１５に示すように、回折次数ｍが高次となるにつれて、形成すべき回折構造の最短ピッチが大きくなり、換言すると、回折構造としての十分な性能を発揮するための製造誤差を広く許容できるとともに製造容易とすることができる。以上のことと、上述した回折次数ｍが低次となるにつれて波長変化に対する許容度を大きくすることができるという観点とから、本発明を適用した光ピックアップ装置を構成する対物レンズにより支配的となる回折次数ｍとして、４次及び５次が最適であるといえる。
【０１４６】
このように、実施例１〜６の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、最適な次数の回折光が支配的となるようにすることにより、製造容易とすることを実現するとともに、光源の発振波長の変動の許容範囲を最大限拡げることを実現する。
【０１４７】
また、実施例１〜６の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式（２４）の関係を満足するように実施例１〜６の対物レンズが構成されていることから、式（２３）の関係を満足し易くするとともに、回折構造の外周側のピッチを大きくして、最短ピッチを大きくでき、回折構造の加工を容易とし、また、回折構造としての性能を発揮するための製造誤差を広く許容することができ、製造容易とすることを実現するとともに、光源の発振波長の変動の許容範囲を最大限拡げることを実現する。
【０１４８】
さらに、実施例１〜６の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式（２５）の関係を満足するように実施例１〜６の対物レンズが構成されていることから、光ビームの波長が１ｎｍ変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離Ｌ１２を０．５μｍ以下となるようにすることができ、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、色収差を十分に低減することができる。
【０１４９】
以上のように、光ピックアップ装置１及びこれを備える光ディスク装置は、高開口数、短波長用の対物レンズを有し、高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う装置であり、設計波長が４０５ｎｍ付近とする所定の波長の光ビームを出射する光源部３と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、光源部３から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズ７と、光源部３と対物レンズ７との間に設けられ、光源部３から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズ６とを備え、対物レンズが、上述した所定の範囲内の温度変化に対する対物レンズ７で発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、光源部３から出射される光ビームの上述した所定の範囲内の波長変化に対する対物レンズ７で発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、上述の式（２０）を満たすように形成され、回折手段の回折構造による光路長の付加量を式（２１）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（２２）の関係を満たし、波長変化に対する対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ３と、５次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５とが式（２３）の関係を満たすよう構成することにより、製造誤差等により光源部３の発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ６を移動させる等の光学系の調整により、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、良好な記録再生特性を維持した状態で、光源部の半導体レーザ等の光源の発振波長のトレランスを広げることができ、また、それにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ作製にかかるコストを低減することができる。
【０１５０】
尚、上述の光ピックアップ装置１では、上述の式（２０）〜式（２３）等を満たすように構成された対物レンズ７を備えるように構成することにより、高密度記録光ディスクに対して情報の記録・再生を行う場合における、光源の発振波長の個体差の許容範囲を拡げ、収差を十分低減できるという課題を解決するようにしたが、本発明は、これに限られるものではなく、以下で説明するような対物レンズ１７を備えるように構成してもよい。
【０１５１】
次に、本発明の他の実施の形態として、対物レンズ１７を備える光ピックアップ装置１１及びこれを用いた光ディスク装置について説明する。尚、以下の説明において、上述した光ピックアップ装置１と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は、省略する。
【０１５２】
本発明が適用された光ピックアップ装置１１は、光記録媒体としての光ディスク８に対して情報の記録再生を行うものであり、この光ディスク８を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ、この光ピックアップ装置１１を光ディスクの径方向に移動させる送りモータ等とともに光ディスク装置を構成する。そして、光ピックアップ装置１１は、スピンドルモータによって回転操作された光ディスク８に対して情報の記録再生を行う。
【０１５３】
本発明を適用した光ピックアップ装置１１は、図１６に示すように、波長が略４０５ｎｍの光ビームを出射する光源部３と、光源部３から出射された光ビームを３ビームに分割する回折光学素子４と、回折光学素子４により分割された光ビーム及び光ディスク８からの反射光を反射又は透過するビームスプリッタ５と、コリメータレンズ６と、光源部３から出射された光ビームを光ディスク８の信号記録面に集光する対物レンズ１７と、光ディスク８で反射された戻りの光ビームを検出する光検出器９とを備える。
【０１５４】
対物レンズ１７は、コリメータレンズ６により略平行光とされた光ビームを光ディスク８の信号記録面に集光させる。対物レンズ１７の入射側には、図示しない開口絞りが設けられ、この開口絞りは、対物レンズ１７に入射する光ビームの開口数を所望の開口数となるように開口制限を行う。
【０１５５】
この対物レンズ１７は、開口数（ＮＡ）が０．８２以上とされたプラスチック製の単玉対物レンズであり、その入射側の第１面１７ａ及び出射側の第２面１７ｂの両面が非球面形状とされている。対物レンズ１７は、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える微細な輪帯状の段差を有する回折構造（回折レンズ構造）が形成されてなる回折手段が一体に設けられ、光源部３から出射され、ビームスプリッタ５に反射され、コリメータレンズ６を経由して入射した光ビームを光ディスク８に対して集光する。対物レンズ１７の回折手段は、このように、温度変化に起因する収差、すなわち、温度変化によりレンズの形状変化及び屈折率変化による収差の発生を補償するように機能するので、プラスチックレンズに特有の温度変化に起因する球面収差の発生を防止する。
【０１５６】
また、対物レンズ１７は、−１０℃〜７５℃の範囲内の任意の変化量ΔＴ（℃）で温度変化する際の対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差変化量ΔＳＡ３Ｔ（以下、「温度変化ΔＴ（℃）に対する対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差変化量」ともいう。）と、光源部３から出射される光ビームの波長（４０５ｎｍ付近の所定の波長）に対して±５ｎｍ以内の範囲内の任意の変化量Δλ（ｎｍ）で波長変化する際の対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差変化量をΔＳＡ３λ（以下、「波長変化Δλ（ｎｍ）に対する対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差変化量」ともいう。）とが、次式（２７）を満たすように、両面が所定の非球面形状とされるとともに、少なくとも一方の面に所定の回折手段が設けられて形成されている。
（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）×（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０ ・・・（２７）
【０１５７】
また、対物レンズ１７における回折手段の回折構造による光路長の付加量を、光軸からの高さをｈ（ｍｍ）とし、光路差のｎ次項係数Ｃｎとし、入射する光ビームの波長をλ（ｎｍ）としたときの次式（２８）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、次式（２９）の関係を満たすように回折レンズ構造は、形成されている。
φ（ｈ）＝（Ｃ２×ｈ２＋Ｃ４×ｈ４＋Ｃ６×ｈ６＋Ｃ８×ｈ８＋Ｃ１０×ｈ１０＋・・・）×λ／１０６（ｍｍ）  ・・・（２８）
Ｃ４×Ｃ１０＞０  ・・・（２９）
【０１５８】
また、対物レンズ１７は、変化量Δλ（ｎｍ）の波長変化に対する対物レンズで発生する３次軸上球面収差量の変化量をΔＳＡ３とし、５次軸上球面収差の変化量をΔＳＡ５としたとき、これらが同符号とされ、すなわち次式（３０）を満たすように形成されている。
ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０  ・・・（３０）
【０１５９】
尚、対物レンズ１７は、設計波長に対してずれのない発振波長の光ビームに対しても、軸上３次球面収差及び軸上５次球面収差が十分小さく抑えられている。
【０１６０】
以上のように構成された対物レンズ１７は、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じたとき、すなわち、光源部３の製造誤差等により発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ３と、５次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５とが一定の関係（式（３０））を満たすように構成されていることで、例えばコリメータレンズ６を移動させる等の光学系の調整による、この対物レンズ１７への入射光の発散角（収束角を含む）を調整することでこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とする。すなわち、対物レンズ１７は、従来の開口数０．８２以上で使用波長４０５ｎｍ程度とされた所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う装置等では、光源の発振波長の個体差により許容できない球面収差が発生していたことにより、光源の製造誤差の許容値を厳格にする必要があったのに対し、光源から出射される光ビームの波長に変化が生じたときにも、光学系の調整による球面収差の補正及び低減を可能とし、光源の発振波長の誤差の許容範囲（トレランス）を拡げることを実現し、所謂高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられたときに、光源の発振波長のトレランスを拡げ、すなわち、光源の製造誤差の許容範囲を拡大することを可能とし、収差を十分低減するとともに、光源の歩留まりを上昇させ、光源及び装置全体のコストを低減することを可能とする。
【０１６１】
ここで、本発明を適用した光ピックアップ装置１１及びこれを構成する対物レンズ１７が、上述のように、光源の発振波長のトレランスを拡げることについて、詳細に説明する。
【０１６２】
一般的に、開口数が０．８２以上、使用波長が４０５ｎｍ程度の波長とされた所謂高密度記録光ディスクに用いられる光ピックアップ装置では、半導体レーザ等の発振波長が設計波長からずれると、対物レンズにおいて発生する球面収差が許容できない。そのため、コリメータレンズ等を動かすことによって、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整し、球面収差をキャンセルする方法が考えられる。
【０１６３】
発振波長が設計波長からΔλ（ｎｍ）だけずれた光ビームが設計波長に基づいた対物レンズに入射される際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差の変化量ΔＳＡ３と、軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５が、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０を満たせば、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔＳＡ３をキャンセルし、同時にΔＳＡ５を抑制することができる。これは、対物レンズに入射する光ビームの発散角度が変化した際に、同符号の３次球面収差及び５次球面収差が発生するからである。
【０１６４】
また、回折構造をもつ対物レンズ１７において、温度変化ΔＴ（℃）に対する対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差変化量ΔＳＡ３Ｔと、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差変化量ΔＳＡ３λとが、上述した式（２７）を満たし、回折構造による光路長の付加量を上述した式（２８）で表されるφ（ｈ）としたとき、光路差の４次項及び１０次項の係数Ｃ４，Ｃ１０が式（２９）を満たすことが望ましい。
【０１６５】
そして、式（２７）〜式（２９）の関係を満たし、結果として式（３０）の関係を満足することにより、発振波長が設計波長からΔλ（ｎｍ）だけずれた光ビームが対物レンズ１７に入射される際に、対物レンズ１７で発生する軸上３次球面収差量ΔＳＡ３と、軸上５次球面収差量ΔＳＡ５とが同符号となり、対物レンズ１７に入射する光ビームの発散角度を調整することによって、ΔＳＡ３及びΔＳＡ５を抑制することができる。これに対し、式（２７）〜式（２９）の関係を満たさず、結果として軸上３次球面収差量ΔＳＡ３及びΔＳＡ５とが式（３０）の関係を満たさない場合は、軸上３次球面収差を補正するため、対物レンズに入射する光ビームの発散角度を調整したとしても、軸上５次球面収差の絶対値が増大し、収差を十分に抑制することができないこととなる。
【０１６６】
このように、高開口数、短波長用の対物レンズにおいて、本発明を適用した光ピックアップ装置１１を構成する対物レンズ１７のように発振波長が設計波長からずれたときに発生する軸上３次球面収差の変化量と軸上５次球面収差の変化量との符号を同じにすることによって、光学系の調整による球面収差の補正が可能となり、半導体レーザの発振波長のトレランスを拡げることができる。また、これにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ装置全体の作製のためのコストを低減することができる。
【０１６７】
ここで、上述のような光ピックアップ装置を構成する対物レンズは、成型性及び低コスト化の観点からプラスチック製のものが望まれるようになっているが、上述の構成とされた対物レンズ１７は、このプラスチックレンズの欠点である温度変化による球面収差の発生を上述した回折構造により解消するとともに、これを解消するために設けた回折構造を有する対物レンズに入射する光ビームの波長が変化した際の問題となる球面収差の発生をも解消するものである。
【０１６８】
すなわち、対物レンズ１７は、温度変化に起因する収差を補正可能な構成であるとともに、波長変化に起因する収差についてはコリメータレンズ６を移動して入射する光ビームの発散又は収束角を調整することにより収差を極限まで抑えられるように構成されている。
【０１６９】
さらに、対物レンズ１７は、その焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、このｆと、上述した光路差の２次項の係数Ｃ２と、入射する光ビームの波長λ（ｎｍ）との関係が次式（３１）を満たすように形成されている。
ｆ×Ｃ２×λ＞−８５０００  ・・・（３１）
【０１７０】
対物レンズ１７は、上述の式（３１）を満たすように形成されることにより、図２に示すように、光源部３から出射される光ビームの波長が４００ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲の任意の波長λ（ｎｍ）であったときにこの光ビームが対物レンズ１７により集光される集光位置Ｐ１と、光源部３から出射される光ビームの波長が任意の波長λ（ｎｍ）に対して１ｎｍだけ長波長側に変化したときにこの光ビームが対物レンズ１７により集光される集光位置Ｐ２との光軸方向の距離Ｌ１２が０．５μｍ以下となるようになっている。尚、図２中Ｂ１は、波長λ（ｎｍ）の光ビームを示すものであり、Ｂ２は、波長λ＋１（ｎｍ）の光ビームを示すものである。
【０１７１】
すなわち、任意の基準となる位置から集光位置Ｐ１までの光軸方向の光学距離をＬ１とし、この基準となる位置から集光位置Ｐ２までの光軸方向の光学距離をＬ２としたとき、この距離の差（Ｌ１−Ｌ２）の絶対値（｜Ｌ１−Ｌ２｜）が０．５μｍ以下となる。ここで、基準となる位置の例として、例えば、対物レンズ１７の光ディスク側の面の頂点を基準とすればよい。尚、ここでは、任意の波長λ（ｎｍ）と、この波長λに対して１ｎｍ長波長側にシフトした波長λ＋１（ｎｍ）との関係について説明したが、上述のようにそれぞれの集光位置の相対的な距離についての関係であるので、上述の関係を満たす対物レンズであれば、４００ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲の任意の波長λ（ｎｍ）の光ビームが集光される集光位置と、この波長λに対して１ｎｍ短波長側にシフトした波長λ−１（ｎｍ）の光ビームが集光される集光位置との光軸方向の距離についても０．５μｍ以下となるようになっている。
【０１７２】
そして、対物レンズ１７は、光源部３から出射される光ビームの波長が任意の波長λ（ｎｍ）であったときに光ビームがこの対物レンズ１７により集光される位置Ｐ１と、光源部３から出射される光ビームの波長が任意の波長λ（ｎｍ）に対して１ｎｍ長波長側に変化したときに光ビームがこの対物レンズ１７により集光される位置Ｐ２との光軸方向の距離Ｌ１２が０．５μｍ以下となるように形成されていることから、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にもビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することを可能となる。
【０１７３】
以上のように構成された光ピックアップ装置１１は、この光検出器９により検出された戻り光により生成されたフォーカスサーボ信号、トラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズ１７を駆動して、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。対物レンズ１７が駆動されることにより、光ディスク８の信号記録面に対して合焦する合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク８の記録面上に合焦されて、光ディスク８に対して情報の記録又は再生を行う。
【０１７４】
本発明を適用した光ピックアップ装置１１及び光ディスク装置は、上述の対物レンズ１７を備えることにより、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、この波長の変化によりこの対物レンズ１７で発生する３次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ３と、５次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５とが一定の関係（式（３０））を満たすように構成されていることで、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部３の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
【０１７５】
すなわち、本発明を適用した光ピックアップ装置１１及び光ディスク装置は、半導体レーザ等の製造誤差等により光源部３の発振波長にバラツキが生じ発振波長が４０５ｎｍ付近の設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ６等を移動させることにより、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。尚、本発明を複数の記録層を有する光ディスクに対して記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置及び光ディスク装置に適用した場合には、例えばコリメータを移動させることで複数の記録層のいずれの記録層に対しても収差の発生を抑えて光ビームを集光するが、上述のように構成される対物レンズを備えることにより、複数の記録層間の球面収差の発生を抑えられるため、さらなる収差の抑制を可能とし、光源部の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
【０１７６】
また、本発明を適用した光ピックアップ装置１１及び光ディスク装置は、特に、ＮＡが０．８２以上の高開口数、波長が４０５ｎｍ程度の短波長用の対物レンズを用いた場合においては有効であり、上述のように、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、光学系の調整によりこの波長の変化に起因する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、光源部３の製造誤差の許容範囲を拡大し、歩留まりの向上及びコスト低減を実現することができる。
【０１７７】
さらに、本発明を適用した光ピックアップ装置１１及び光ディスク装置は、対物レンズの焦点距離をｆ（ｍｍ）としたときに上述の式（３１）を満たすようにすることで、光ビームの波長が１ｎｍ変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離Ｌ１２を０．５μｍ以下となるようにすることができ、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、すなわち、色収差を十分に低減することができる。
【０１７８】
尚、以下に具体的数値を挙げて本発明を適用した光ピックアップ装置を構成する対物レンズの実施例１〜５，７とともに、実施例１〜５，７の説明に先立ち本発明と比較するための比較例について説明する。尚、ここで説明する実施例１〜５及び比較例の具体的数値については、上述の通りであるので、ここでは説明は省略する。
【０１７９】
以下の比較例及び実施例１〜５，７において、対物レンズ１７の第１面１７ａは光源側の面、第２面１７ｂは光ディスク側の面とする。また、設計波長は４０５ｎｍとする。また、ｆは、対物レンズの焦点距離（ｍｍ）を示し、Ｒは、対物レンズの曲率半径（ｍｍ）を示し、ｄは、対物レンズの光軸位置での厚み（ｍｍ）を示し、ｎは、対物レンズの使用波長（４０５ｎｍ）における屈折率を示し、ＮＡは、光ディスクに対して光ビームを集光するときの対物レンズの開口数を示すものとする。さらに、ｔは、光ディスクの厚み（μｍ）を示し、ｎｔは、光ディスクの設計波長（４０５ｎｍ）における屈折率を示し、以下の比較例及び実施例１〜５，７では、ｔ＝８７．５（μｍ），ｎｔ＝１．６とする。
【０１８０】
また、この対物レンズ１７の第１面１７ａ及び第２面１７ｂの非球面形状は、以下の式（３２）によって与えられるものとする。尚、式（３２）中において、ｈは、光軸からの距離（ｍｍ）を示し、Ｚ（ｈ）は、光軸からの距離がｈの位置における非球面の面頂点の接平面からの距離（ｍｍ）を示し、Ｋは、円推定数を示し、Ａｉは、ｉ次の非球面係数を示すものである。
【０１８１】
【数２】
0005163132.tif 000003
【０１８２】
さらに、この対物レンズ１７の少なくとも一方の面に形成される回折構造による光路長の付加量は、上述したｈ，Ｃｎ及びλを用いて上述した式（２８）のφ（ｈ）で与えられるものとする。尚、以下で説明する実施例１〜５，７では、いずれも第１面１７ａに回折構造を一体に設けた例について説明するが、上述のように第２面１７ｂに回折構造を設けても同様の効果が得られる。
【０１８３】
「比較例」
比較例の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡと、入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉと、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎと、出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉとは、上述した通りである。
【０１８４】
このような比較例の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図５に示すように得られる。このような比較例の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．９ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．５ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−０．５ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、８．９ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２７）の関係を満たしている。
【０１８５】
しかし、Ｃ４×Ｃ１０＜０となっており、上述の式（２９）の関係を満たしていないことにより、図５に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３は、８．９ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５は、−３．４ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＜０となり、上述の式（３０）の関係を満たさないこととなる。
【０１８６】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８５ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−５１ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−５．０ｍλｒｍｓとなって絶対量が増加してしまう。
【０１８７】
このため、上述のように構成された比較例の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、発振波長のばらつきにより許容できない球面収差が発生し、これを補正することもできないことから、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が制限され、歩留まりが低下するという問題点があった。
【０１８８】
次に、上述のような比較例の対物レンズ、すなわち、従来の対物レンズでの問題を解消する本願発明に係る光ピックアップ装置及び光ディスク装置に用いられる実施例１〜５，７の対物レンズについて説明する。
【０１８９】
「実施例１」
実施例１の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡと、入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉと、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎと、出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉとは、上述した通りである。
【０１９０】
このような実施例１の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図６に示すように得られる。このような実施例１の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．２ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．４ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０１９１】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−０．５ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、７．０ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２７）の関係を満たしている。
【０１９２】
さらに、Ｃ４×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２９）の関係が満たされていることにより、図６に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝７．０ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝０．５ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（３０）の関係を満たすこととなる。
【０１９３】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８１ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４９ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．７ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０１９４】
このため、上述のように構成された実施例１の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０１９５】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−７５４９３＞−８５０００となり、上述の式（３１）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．４１ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０１９６】
「実施例２」
実施例２の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡと、入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉと、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎと、出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉとは、上述した通りである。
【０１９７】
このような実施例２の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図７に示すように得られる。このような実施例２の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．４ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．１ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０１９８】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．０ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１４．３ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２７）の関係を満たしている。
【０１９９】
さらに、Ｃ４×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２９）の関係が満たされていることにより、図７に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１４．３ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝１．３ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（３０）の関係を満たすこととなる。
【０２００】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８３ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−５１ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−１．３ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０２０１】
このため、上述のように構成された実施例２の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０２０２】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−７０５０２＞−８５０００となり、上述の式（３１）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．４４ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０２０３】
「実施例３」
実施例３の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡと、入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉと、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎと、出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉとは、上述した通りである。
【０２０４】
このような実施例３の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図８に示すように得られる。このような実施例３の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．６ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．２ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０２０５】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．１ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１６．８ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２７）の関係を満たしている。
【０２０６】
さらに、Ｃ４×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２９）の関係が満たされていることにより、図８に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１６．８ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝２．１ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（３０）の関係を満たすこととなる。
【０２０７】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２８２ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４９ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．８ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０２０８】
このため、上述のように構成された実施例３の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０２０９】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−４２２９８＞−８５０００となり、上述の式（３１）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．２４ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０２１０】
「実施例４」
実施例４の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡと、入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉと、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎと、出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉとは、上述した通りである。
【０２１１】
このような実施例４の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図９に示すように得られる。このような実施例４の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．６ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．５ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０２１２】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．２ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１７．３ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２７）の関係を満たしている。
【０２１３】
さらに、Ｃ４×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２９）の関係が満たされていることにより、図９に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１７．３ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝２．４ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（３０）の関係を満たすこととなる。
【０２１４】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２７９ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４７ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．５ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０２１５】
このため、上述のように構成された実施例４の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０２１６】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−２８１９９＞−８５０００となり、上述の式（３１）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．１５ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０２１７】
「実施例５」
実施例５の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡと、入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉと、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎと、出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉとは、上述した通りである。
【０２１８】
このような実施例５の対物レンズにおいて、上述したように、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図１０に示すように得られる。このような実施例５の対物レンズにおいて、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．６ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．３ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０２１９】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．３ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは１８．４ｍλｒｍｓ／ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２７）の関係を満たしている。
【０２２０】
さらに、Ｃ４×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２９）の関係が満たされていることにより、図１０に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１８．４ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝２．７ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（３０）の関係を満たすこととなる。
【０２２１】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２７９ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４７ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、−０．４ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０２２２】
このため、上述のように構成された実施例５の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０２２３】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝−１４１００＞−８５０００となり、上述の式（３１）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．０６ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０２２４】
「実施例７」
実施例７の対物レンズにおいて、ｆ，ｎ，ｄ，ＮＡは、以下の通りである。
ｆ：１．４１〔ｍｍ〕
ｎ：１．５２５
ｄ：１．８５〔ｍｍ〕
ＮＡ：０．８５
【０２２５】
また、実施例７の対物レンズの入射側の第１面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。また、この第１面に設けられる輪帯状回折構造による光路長の付加量φ（ｈ）を決定する光路差のｎ次項係数Ｃｎは、以下の通りである。
＜第１面形状＞
Ｒ：０．９０９〔ｍｍ〕
Ｋ：−０．６４３
Ａ４：１．２２３×１０−３
Ａ６：−５．８７０×１０−３
Ａ８：５．３６０×１０−３
Ａ１０：８．７４９×１０−３
Ａ１２：−１．０６０×１０−２
Ａ１４：−１．３３５×１０−３
Ａ１６：−１．９１０×１０−３
Ａ１８：９．４１７×１０−３
Ａ２０：−４．９８２×１０−３
Ｃ２：０．０
Ｃ４：−２９．１１
Ｃ６：−７．２０
Ｃ８：−２．２０
Ｃ１０：−３．３０
【０２２６】
また、実施例７の対物レンズの出射側の第２面の形状を示すＲ，Ｋ，Ａｉは、以下の通りである。
＜第２面形状＞
Ｒ：−１．１９３〔ｍｍ〕
Ｋ：−３８．５６２
Ａ４：３．７６７×１０−１
Ａ６：−６．２８７×１０−１
Ａ８：−３．１５４×１０−１
Ａ１０：２．８９２
Ａ１２：−５．８７３
Ａ１４：５．９３６
Ａ１６：−２．４６８
【０２２７】
このとき、上述の設計条件における、波長変動に伴う３次球面収差ＳＡ３と５次球面収差ＳＡ５との変化が図１７に示すように得られる。尚、図１７は、各実施例の設計条件における波長変動に伴う３次及び５次の球面収差の変化を示すものであり、図１７中Ｌ７ＳＡ３は、波長の変化に伴う３次球面収差ＳＡ３の変化を示し、Ｌ７ＳＡ５は、波長の変化に伴う５次球面収差ＳＡ５の変化を示し、横軸は、波長（λ）を示し、縦軸は、収差量（ｍλｒｍｓ）を示すものである。
【０２２８】
そして、上述の設計条件における軸上の３次球面収差は、−０．４ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、０．０ｍλｒｍｓであり、いずれも十分小さく抑えられている。
【０２２９】
また、温度変化ΔＴ（℃）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴは、−１．４ｍλｒｍｓ／℃であり、波長変化Δλ（ｎｍ）に対する３次球面収差変化ΔＳＡ３λ／Δλは、１９．２ｍλｒｍｓ/ｎｍであり、（ΔＳＡ３Ｔ／ΔＴ）・（ΔＳＡ３λ／Δλ）＜０となっており、上述の式（２７）の関係を満たしている。
【０２３０】
さらにＣ４×Ｃ１０＞０となっており、上述の式（２９）の関係が満たされていることにより、図１７に示すように、発振波長が設計波長４０５ｎｍから１ｎｍだけ長波長側にずれた際に、対物レンズで発生する軸上３次球面収差変化量ΔＳＡ３＝１９．２ｍλｒｍｓとなっており、軸上５次球面収差変化量ΔＳＡ５＝３．３ｍλｒｍｓとなっており、ΔＳＡ３×ΔＳＡ５＞０となり、上述の式（３０）の関係を満たすこととなる。
【０２３１】
このとき発生する軸上３次球面収差は、上述したように、例えばコリメータレンズを移動させる等の光学系の調整により、対物レンズに収束光を入射させることによってキャンセルすることができる。この設計条件の対物レンズにおいて、倍率を０．０１変化させることによって発生する３次球面収差は、−２７６ｍλｒｍｓであり、５次球面収差は、−４５ｍλｒｍｓであり、ΔＳＡ３をキャンセルするように倍率を調整すると、軸上５次球面収差は、０．２ｍλｒｍｓとなり、５次球面収差も同時にキャンセルされることとなる。
【０２３２】
このため、上述のように構成された実施例７の対物レンズを光ピックアップ装置等を構成するのに用いた場合においては、半導体レーザの発振波長の設計波長に対するずれの許容量が緩和され、歩留まりを向上させることができる。
【０２３３】
また、ｆ×Ｃ２×λ＝０＞−８５０００となり、上述の式（３１）の関係を満たしていることから、波長が１ｎｍシフトしたときの集光位置の光軸方向ズレが０．０６ｎｍと小さく抑えられており、半導体レーザの波長が変動した時のビームスポットのぼやけが抑えられる。
【０２３４】
以上のように、実施例１〜５，７の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、比較例の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置では、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合に許容できない球面収差が発生するとともに、この発生した軸上３次球面収差を光学系を調整することにより補正しようとすると軸上５次球面収差が大きくなる等の問題があったのに対して、実施例１〜５，７の対物レンズが波長の変化により対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量と５次軸上球面収差の変化量とが一定の関係となるように構成されていることにより、光源の発振波長にバラツキが生じ設計波長からずれた場合にも、この波長のずれにより発生する軸上３次球面収差及び軸上５次球面収差を、光学系を調整する等により、同時にキャンセルすることを可能とし、すなわち、光源の波長が変動したときの収差の補正及び低減を可能とし、これにより、光ピックアップ装置を構成する光源の発振波長の許容範囲を拡げることを可能とし、光源の歩留まりを上昇させ、コストを低減することを実現する。
【０２３５】
さらに、実施例１〜５，７の対物レンズ及びこれを備える光ピックアップ装置は、上述の式（３１）の関係を満足するように実施例１〜５，７の対物レンズが構成されていることから、光ビームの波長が１ｎｍ変化したときの変化前後の集光位置の光軸方向の距離Ｌ１２を０．５μｍ以下となるようにすることができ、光源部３から出射される光ビームの波長に変化が生じた場合にも、ビームスポットのぼやけを抑えることを可能とし、色収差を十分に低減することができる。
【０２３６】
以上のように、光ピックアップ装置１１及びこれを備える光ディスク装置は、高開口数、短波長用の対物レンズを有し、高密度記録光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う装置であり、設計波長が４０５ｎｍ付近とする所定の波長の光ビームを出射する光源部３と、プラスチックレンズからなり、少なくとも一方の面に温度変化に起因する収差の発生を抑える輪帯状の回折構造が形成されてなる回折手段が設けられ、光源部３から出射された光ビームを光ディスクに対して集光する開口数０．８２以上の対物レンズ１７と、光源部３と対物レンズ１７との間に設けられ、光源部３から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光とするコリメータレンズ６とを備え、対物レンズが、上述した所定の範囲内の温度変化に対する対物レンズ１７で発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３Ｔと、光源部３から出射される光ビームの上述した所定の範囲内の波長変化に対する対物レンズ１７で発生する３次球面収差の変化量ΔＳＡ３λとが、上述の式（２７）を満たすように形成され、回折手段の回折構造による光路長の付加量を式（２８）により算出される光路差関数φ（ｈ）で表したとき、式（２９）の関係を満たし、波長変化に対する対物レンズで発生する３次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ３と、５次軸上球面収差の変化量ΔＳＡ５とが式（３０）の関係を満たすよう構成することにより、製造誤差等により光源部３の発振波長にバラツキが生じ発振波長が設計波長に対してずれた場合にも、コリメータレンズ６を移動させる等の光学系の調整により、この発振波長の設計波長に対するずれにより発生する球面収差の補正及び低減を可能とし、すなわち、良好な記録再生特性を維持した状態で、光源部の半導体レーザ等の光源の発振波長のトレランスを広げることができ、また、それにより、半導体レーザの歩留まりが上昇し、光学ピックアップ作製にかかるコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３７】
【図１】本発明が適用された光ピックアップ装置の光学系を示す光路図である。
【図２】本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズの波長が変化したとき、その変化前後における集光位置の光軸方向の光学距離を示す図である。
【図３】本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズの回折構造において最大の回折効率を有する回折次数として、選択される最適な次数のものについて説明するための図であり、波長４０５ｎｍの光ビームに対して、それぞれ回折次数が３次、４次、５次、６次の回折光の回折効率が最大となるように形成された回折構造における、入射光ビームの波長を変化させた場合の当該回折次数の回折光の回折効率の変化を示す図である。
【図４】図３に示す回折効率の変化を示す図の要部を拡大して示す図である。
【図５】本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズと比較するための比較例の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【図６】本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズとして、実施例１の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【図７】実施例２の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【図８】実施例３の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【図９】実施例４の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【図１０】実施例５の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【図１１】実施例６の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【図１２】本発明が適用された光ピックアップ装置を構成する対物レンズの回折構造において最大の回折効率を有する回折次数として、選択される最適な次数のものについて説明するための図であり、実施例６の場合の半径方向の位置におけるサグ量を示す図である。
【図１３】図１２に示すサグ量に基づき回折次数を変えた場合のそれぞれの回折構造の形状を示すための図であり、回折次数ｍを３次とした場合の回折構造の形状を示す図である。
【図１４】図１２に示すサグ量に基づき回折次数を変えた場合のそれぞれの回折構造の形状を示すための図であり、回折次数ｍを４次とした場合の回折構造の形状を示す図である。
【図１５】図１２に示すサグ量に基づき回折次数を変えた場合のそれぞれの回折構造の形状を示すための図であり、回折次数ｍを５次とした場合の回折構造の形状を示す図である。
【図１６】本発明が適用された光ピックアップ装置の他の実施の形態の光学系を示す光路図である。
【図１７】実施例７の対物レンズの波長変動による収差の特性を示す図であり、波長変動による３次球面収差と５次球面収差との変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【０２３８】
１  光ピックアップ装置、  ３  光源部、  ４  回折光学素子、  ５  ビームスプリッタ、  ６  コリメータレンズ、  ７  対物レンズ、  ８  光ディスク、  ９  光検出器
【図１】
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【図２】
0005163132.tif 000005
【図３】
0005163132.tif 000006
【図４】
0005163132.tif 000007
【図５】
0005163132.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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