(57)【要約】    【課題】  小スポットにおける焦点深度の減少に対応した３つの光情報記録媒体(光ディスク)に対応できる対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置を得ること。    【解決手段】  互いに波長の異なる複数色のレーザ光を所定面上に結像させるための対物レンズ１であって、該対物レンズは、正のパワーを有する単一のレンズより成り、光入出射面のうち、少なくとも一方の面に回折格子を有し、最短波長における開口数が０．６５以上であり、かつ該最短波長のレーザ光に対して軸上色収差が他の波長のレーザ光よりも小さいこと。【選択図】    図１
2007102983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なる複数色のレーザ光を所定面上に結像させるための対物レンズであって、
該対物レンズは、正のパワーを有する単一のレンズより成り、光入出射面のうち、少なくとも一方の面に回折格子を有し、最短波長における開口数が０．６５以上であり、かつ該最短波長のレーザ光に対して軸上色収差が他の波長のレーザ光よりも小さいこと特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記対物レンズは、少なくとも１面が非球面形状であり、前記回折格子は正のパワーを有していることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、該対物レンズの最短波長における回折格子以外のパワーをφ、該対物レンズの１度の温度に対する屈折率変化をｄｎ／ｄｔ、最短波長における該対物レンズの開口数をＮＡ、最短波長をλとするとき、
【数１】
2007102983.tif 000012
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記対物レンズの材料はガラスであり、ガラスモールド成形により作成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記回折格子のパワーをΦｄ、該回折格子を含んだ前記対物レンズ全体のパワーをΦｔとするとき、
０．０５＜Φｄ／Φｔ＜０．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記回折格子の格子部の高さをＨ、回折次数をｍ、前記対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、前記波長の異なる複数のレーザ光の最短波長と最長波長の平均波長をλａとするとき、
０．７４×λａ×ｍ／(ｎ−１)＜Ｈ＜０．９９×λａ×ｍ／(ｎ−１)
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、該対物レンズの最短波長における回折格子以外のパワーをφ、該対物レンズの波長１ｎｍに対する屈折率変化をｄｎ／ｄλ、最短波長をλ、該対物レンズの回折格子面の波長変化に対する軸上色収差の変化量をSOとするとき
【数２】
2007102983.tif 000013
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の対物レンズ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の対物レンズと、該対物レンズを用い光情報記録媒体に情報を記録又は／及び該光情報記録媒体に記録された情報を再生する部材とを有していることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記対物レンズは、少なくとも２種類の異なる厚みの保護層を有した少なくとも３種類の光情報記録媒体に対応し、該少なくとも３種類の光情報記録媒体についてそれぞれ波長の異なる複数色のレーザ光を該光情報記録媒体の情報記録面に結像させていることを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記それぞれ波長の異なる複数色のレーザ光は、青色、赤色、赤外の３つの波長のレーザ光であり、前記最短波長は青色レーザ光の波長であり、赤色レーザ光において０．６５、赤外レーザ光において０．４５であることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記対物レンズの青色レーザ光の波長における軸上色収差をＬ１、赤色レーザ光の波長における軸上色収差をＬ２、赤外レーザ光の波長における軸上色収差をＬ３とするとき
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３
なる条件を満足することを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置に関し、特に保護層(透明基板)の厚さが異なる複数種類の光情報記録媒体(光ディスク)に対する記録及び再生が可能な光ヘッドに使用される高い開口数(ＮＡ)の対物レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ピックアップ装置はＣＤ（コンパクトディスク）に対応した、レーザ光源から発した赤外レーザ光を光ディスク上に集光することで記録及び再生を行うＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ用に製品化されてきた。また最近はＤＶＤとＣＤの両方に対応し、ＤＶＤ用には赤色レーザ光（波長650nm）、ＣＤ用には赤外レーザ光（波長780nm）を使用した光ピックアップ装置が製品化されている。また最近はさらに青色レーザ光(波長405nm)を使用することで記録密度を高めたＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｋ規格やＨＤ−ＤＶＤ規格に対応した光ピックアップ装置も実用化されている。
【０００３】
現在、３種類の光ディスク（メディア）に１つの対物レンズで対応した光ピックアップ装置はまだ市販されていない。この理由としては３種類の光ディスクは異なる規格に基づいて作成されており、光ディスクの保護層(透明基板)の厚みもＣＤが1.2mm、ＤＶＤが0.6mm、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｋが0.1mm、ＨＤ−ＤＶＤが0.6mmとなっているからである。さらに異なる波長のレーザ光にそれぞれ異なる開口数（ＮＡ）にて対応する必要があることなど、開発上の課題が多いからである。
【０００４】
この異なる保護層の厚みに対応するために、対物レンズを光軸方向に移動させれば、近軸的な集光位置を移動させることはできる。しかしながら保護層の厚さが変化すると球面収差が変化するため、単に対物レンズを移動させるのみではレーザ光の波面が乱れ、スポットを必要な径に収束させることができず、情報の記録及び再生ができなくなる。
【０００５】
例えばＤＶＤの使用時に球面収差が補正されるよう設計された対物レンズをＣＤの再生に利用すると、該対物レンズを光軸方向に移動させることにより近軸的な集光位置を記録面に一致させることができる。しかしながら球面収差がオーバーになり、情報の高精度な再生はできなくなる。
【０００６】
そこで保護層の厚さに応じて各光ディスクに適したレーザ光を対物レンズに入射させる光学系が種々提案されている（特許文献１，２参照）。
【０００７】
特許文献１は、対物レンズの手前にホログラムレンズを設けて単一の半導体レーザから発したレーザ光を０次光と１次光とに分離している。そして平行光である０次光を保護層の薄い光ディスク用のスポット、発散光である１次光を保護層の厚い光ディスク用のスポットとして形成する技術を開示している。
【０００８】
上記特許文献１の光学系によれば、ホログラムレンズを保護層の厚さに応じて最適なレーザ光が得られるよう設計することにより、球面収差の発生を抑え、それぞれの光ディスクに関して回折限界性能を有するスポットを得ることができる。
【０００９】
特許文献２は、その実施例に示されているようにＣＤにおいては波長780nの赤外レーザ光、ＤＶＤにおいては波長650nmの赤色レーザ光、ＨＤ−ＤＶＤにおいては波長400nmの青色レーザ光を用いている。即ち、特許文献２においては波長の違いに着目して対物レンズのレンズ面に回折格子を設けることで３つの光ディスクに対応した光ピックアップ用の対物レンズを開示している。
【００１０】
この特許文献２の実施例においては特に赤色と青色のレーザ光においてはＮＡが明るいためにスポット径が小さく深度(焦点深度)が狭い。このためレーザ光源のモードホップにおける波長変動によるピント変化に対応することが難しい。例えば赤色と赤外のレーザ光においてはレーザモードホップが0.2〜0.3nm/℃、青色のレーザ光においてはレーザモードホップが0.04〜0.07nm/℃程度発生する。赤色のレーザ光の深度が2μm程度であることから考えるとモードホップに対する対応を行うことは必須である。
【００１１】
またさらにＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｋ規格に対応した対物レンズにおいては青色のレーザ光におけるＮＡは0.85となり、焦点深度は非常に狭く0.7μm程度であり、さらに問題は深刻である。
【００１２】
また従来の２つの波長に対応可能な光ピックアップ装置の対物レンズはプラスチックレンズにて構成されており、温度に対する屈折率変化を回折格子の負の分散を利用することで補正する構成となっている。
【００１３】
しかしながらプラスチックレンズは温度に対する屈折率変化であるdn/dtが-100×10-6/℃と大きい。そのために全てを補正すると回折のパワーが大きくなり、緩やかな温度変動に対しては屈折率の変化と回折レンズの色収差で良好に補正することができる。しかしながら温度変化に対するレーザモードホップによる階段上に変化する波長の変化に対して大きなピントずれとなってしまう。
【００１４】
従って実用上は回折格子のパワーを弱くして、該回折格子のパワーをその径方向に変化させることで球面収差が波長変動時に発生するようにしている。これにより軸上のピント移動とマージナル光線のピント移動とを反対方向に移動するように構成することでバランスをとっている。
【特許文献１】特開平７−９８４３１号公報
【特許文献２】特開２００１-１９５７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記に示した従来の方法によると２つの波長までは対応できても３つの波長の場合には全ての波長に対してピントを出した上で上記のような補正を行うことは実際に非常に困難である。またＢｌｕ−ｒａｙ  ＤｉｓｋにおいてはＮＡが0.85以上と非常に明るくスポット径が非常に小さいために、僅かな波面収差の変化でもスポット径に大きな乱れを発生させてしまい、従来の方法で対応することが極めて難しい状況であった。
【００１６】
本発明は小スポットにおける焦点深度の減少に対応した３つのメディア（光情報記録媒体）に対応できる対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１の発明の対物レンズは、
互いに波長の異なる複数色のレーザ光を所定面上に結像させるための対物レンズであって、
該対物レンズは、正のパワーを有する単一のレンズより成り、光入出射面のうち、少なくとも一方の面に回折格子を有し、最短波長における開口数が０．６５以上であり、かつ該最短波長のレーザ光に対して軸上色収差が他の波長のレーザ光よりも小さいこと特徴としている。
【００１８】
請求項２の発明は請求項１の発明において
前記対物レンズは、少なくとも１面が非球面形状であり、前記回折格子は正のパワーを有していることを特徴としている。
【００１９】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において
前記対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、該対物レンズの最短波長における回折格子以外のパワーをφ、該対物レンズの１度の温度に対する屈折率変化をｄｎ／ｄｔ、最短波長における該対物レンズの開口数をＮＡ、最短波長をλとするとき、
【００２０】
【数１】
2007102983.tif 000003
【００２１】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２２】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において
前記対物レンズの材料はガラスであり、ガラスモールド成形により作成されていることを特徴としている。
【００２３】
請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか１項の発明において
前記回折格子のパワーをΦｄ、該回折格子を含んだ前記対物レンズ全体のパワーをΦｔとするとき、
０．０５＜Φｄ／Φｔ＜０．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項６の発明は請求項１乃至５の何れか１項の発明において
前記回折格子の格子部の高さをＨ、回折次数をｍ、前記対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、前記波長の異なる複数のレーザ光の最短波長と最長波長の平均波長をλａとするとき、
０．７４×λａ×ｍ／(ｎ−１)＜Ｈ＜０．９９×λａ×ｍ／(ｎ−１)
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２５】
請求項７の発明は請求項１乃至６の何れか１項の発明において
前記対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、該対物レンズの最短波長における回折格子以外のパワーをφ、該対物レンズの波長１ｎｍに対する屈折率変化をｄｎ／ｄλ、最短波長をλ、該対物レンズの回折格子面の波長変化に対する軸上色収差の変化量をSOとするとき
【００２６】
【数２】
2007102983.tif 000004
【００２７】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２８】
請求項８の発明の光ピックアップ装置は、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の対物レンズと、該対物レンズを用い光情報記録媒体に情報を記録又は／及び該光情報記録媒体に記録された情報を再生する部材とを有していることを特徴としている。
【００２９】
請求項９の発明は請求項８の発明において
前記対物レンズは、少なくとも２種類の異なる厚みの保護層を有した少なくとも３種類の光情報記録媒体に対応し、該少なくとも３種類の光情報記録媒体についてそれぞれ波長の異なる複数色のレーザ光を該光情報記録媒体の情報記録面に結像させていることを特徴としている。
【００３０】
請求項１０の発明は請求項９の発明において
前記それぞれ波長の異なる複数色のレーザ光は、青色、赤色、赤外の３つの波長のレーザ光であり、前記最短波長は青色レーザ光の波長であり、赤色レーザ光において０．６５、赤外レーザ光において０．４５であることを特徴としている。
【００３１】
請求項１１の発明は請求項１０の発明において
前記対物レンズの青色レーザ光の波長における軸上色収差をＬ１、赤色レーザ光の波長における軸上色収差をＬ２、赤外レーザ光の波長における軸上色収差をＬ３とするとき
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３
なる条件を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば最短波長のレーザ光に対して軸上色収差が他の波長のレーザ光よりも小さくなるように構成する。これにより小スポットで焦点深度が狭くなる短波長側の波長変動に対するマージンを広げることができ、かつ３つの波長（色）のレーザ光にて異なるメディア（光情報記録媒体）に対応できる対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３４】
まず本実施例の光ピックアップ装置の構成を具体的に説明する。
【００３５】
本実施例の光ピックアップ装置の光学系は、光源手段から発せられた発散光束を略平行光束に変換するためのコリメータレンズと、該コリメータレンズからの略平行光束を光情報記録面に集光するための対物レンズとを有している。
【００３６】
尚、本実施例では上記の構成に限らず、光源手段から発せられた発散光束の角度を発散光束または収束光束に変換するための変換レンズ（カップリングレンズ）と、該変換レンズからの光束を光情報記録面に集光するための対物レンズとを有するように構成してもよい。
【００３７】
又は光源手段から発せられた発散光束を光情報記録面に集光するための対物レンズ（有限共役型対物レンズ）のみで構成してもよい。
【００３８】
図１は本発明の対物レンズを用いた光ピックアップ装置の実施例１の要部概略図である。
【００３９】
同図における光ピックアップ装置は、第１の光ディスクの再生用の第１の光源である半導体レーザ１１と、第２、第３の光ディスクの再生用の第２、第３の光源を有したハイブリッド半導体レーザ１２とを有している。半導体レーザ１１は波長405nmのレーザ光を射出する。ハイブリッド半導体レーザ１２は波長650nmと波長780nmのレーザ光を射出する。
【００４０】
同図に示す対物レンズ１は正のパワーを有する単一のレンズより成り、少なくとも１面が非球面形状であり、かつ少なくとも一方の面に正のパワーを有する回折格子を有している。対物レンズ１は最短波長(405nm)における開口数が０．６５以上であり、かつ該最短波長のレーザ光に対して軸上色収差が他の波長のレーザ光よりも小さく(色収差の発生が少なく)なるように設定している。
【００４１】
また対物レンズ１はガラス材料により作成され、ガラスモールド成形により作成されている。
【００４２】
対物レンズ１は、少なくとも２種類の異なる厚みの保護層（透明基板）を有した少なくとも３種類の光ディスク（光情報記録媒体)に対応している。そして少なくとも３種類の光ディスクについてそれぞれ波長の異なる青色、赤色、赤外の３つの色のレーザ光を該光ディスク２０の情報記録面に結像させている。
【００４３】
次に図１の構成において第１、第２、第３の光ディスクを再生する場合について説明する。
【００４４】
まず第１の光ディスクを再生する場合、半導体レーザ１１から波長405nmのレーザ光（光束）が出射し、光合成手段であるビームスプリッタ７を透過する。尚、ビームスプリッタ７は波長405nmの光束を透過させ、波長650nmと波長780nmのレーザ光を反射させる特性を有している。
【００４５】
そしてビームスプリッタ７を透過したレーザ光(Ｐ偏光)は、偏光ビームスプリッタ６、コリメータレンズ２、そして１／４波長板(不図示)を透過して円偏光の平行光束となる。尚、偏光ビームスプリッタ６はＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる特性を有している。
【００４６】
この平行光束は絞り３によって絞られ、対物レンズ１により第１の光ディスク２０の透明基板（保護層）２１を介して情報記録面２２に集光される。
【００４７】
そして情報記録面２２で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１、絞り３、１／４波長板（不図示）、コリメータレンズ２を透過する。コリメータレンズ２を透過したレーザ光(Ｓ偏光)は、偏光ビームスプリッタ６に入射し、ここで反射した光束はシリンドリカルレンズ（不図示）により非点収差が与えられ、光検出器１３上へ入射する。そして光検出器１３からの出力信号を用いて、第１の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４８】
また光検出器１３上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出結果に基づいて２次元アクチュエータ１３ａが半導体レーザ１１から発せられたレーザ光を第１の光ディスク２０の情報記録面２２上に結像するように対物レンズ１を移動させる。それと共に半導体レーザ１１からのレーザ光を所定のトラックに結像するように対物レンズ１を移動させる。
【００４９】
第２の光ディスクを再生する場合、ハイブリッド半導体レーザ１２の第２の光源から波長650nmのレーザ光が出射し、光合成手段であるビームスプリッタ７で反射される。そして上記第１の半導体１１からのレーザ光と同様、偏光ビームスプリッタ６、コリメータレンズ２、１／４波長板（不図示）、絞り３、対物レンズ１を介して第２の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。
【００５０】
そして情報記録面２２で情報ビットにより変調されて反射したレーザ光は、再び対物レンズ１、絞り３、１／４波長板（不図示）、コリメータレンズ２を透過して、偏光ビームスプリッタ６に入射する。偏光ビームスプリッタ６で反射したレーザ光は、シリンドリカルレンズ（不図示）により非点収差が与えられ、光検出器１３上へ入射し、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００５１】
また第１の光ディスクの場合と同様、光検出器１３上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１３ａにより、合焦、トラッキングのために対物レンズ１を移動させる。
【００５２】
第３の光ディスクを再生する場合、第２の光ディスクを再生する場合と同様にハイブリッド半導体レーザ１２の第３の光源から波長780nmのレーザ光を出射する。そして第２の光ディスクを再生する場合と同様の光路により、光検出器１３によりビーム検知及び合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ１３ａにより、合焦、トラッキングのために対物レンズ１を移動させる。
【００５３】
上記の透明基板２１の厚みは前述した如く第１、第２、第３の光ディスク２０によりそれぞれ規格化されている。
【００５４】
図２(A)、(B)は各々本実施例の回折格子の形状を示した説明図である。図２(A)は回折格子を光軸方向から見たときの格子輪帯、図２(B)は断面形状を示している。
【００５５】
図２(A)、(B)において５１は回折格子、５２は基板（レンズ）、５３は回折部である。尚、本実施例の回折格子５１は図２(B)に示ように単層の回折部より成るが、これに限らず、複層の積層した回折部より構成しても良い。
【００５６】
単層の回折格子５１において同一次数の回折光を使用した場合は、従来例で示したように設計波長において最大の回折効率を有するが、波長が設計波長からずれるに従って回折効率は悪化する。
【００５７】
また回折格子５１は分散特性が一般的なガラス等の光学材料による特性と大幅に異なる特性を有していることが特に注目される特性となっている。具体的にはアッベ数νd及び部分分散比θgFは
【００５８】
【数３】
2007102983.tif 000005
【００５９】
となる。従って色収差の制御に非常に効果的である。
【００６０】
尚、λdはd線の屈折率、λFはF線の屈折率、λCはC線の屈折率、λgはG線の屈折率である。
【００６１】
本実施例においては、波長405nm、650nm、780nmという可視域を超えた広い波長域について色収差を制御するために回折格子を利用している。
【００６２】
図２(A)に示したように回折格子５１は光軸に対して径方向に格子部５３のピッチを変化させることで、回折による屈折のパワーを変化させることができる。従って回折格子５１の格子部５３のピッチを径方向の位置によって変化させることによって非球面の効果を持たせることもできる。
【００６３】
図３(A),(B),(C)は各々本発明の参考例の対物レンズを用いた場合の各波長における光路図である。
【００６４】
ここで参考例とは光入出射面のうち、少なくとも一方の面に回折格子を有し、最短波長における開口数が０．６５以上であり、かつ該最短波長のレーザ光に対して軸上色収差が他の波長のレーザ光よりも小さくなっていない対物レンズである。
【００６５】
図３(A),(B),(C)において３１は対物レンズであり、第１面(光入射面)に回折格子を有しており、また第１面、第２面（光射出面）はともに非球面形状より成っている。３２は保護層（透明基板）である。
【００６６】
図３(A)において保護層３２の厚みはｄ＝1.2mm、レーザ光(赤外レーザ光)の波長はλ=780nm、対物レンズ３１の開口数はＮＡ=0.45である。
【００６７】
図３(B)において保護層３２の厚みはｄ＝0.6mm、レーザ光(赤色レーザ光)の波長はλ=650nm、対物レンズ３１の開口数はＮＡ=0.65である。
【００６８】
図３(C)において保護層３２の厚みはｄ＝0.1mm、レーザ光(青色レーザ光)の波長はλ=405nm、対物レンズの開口数はＮＡ=0.85である。
【００６９】
図４(A),(B),(C)は各々図３(A),(B),(C)に対応した対物レンズにおける球面収差図である。
【００７０】
図４(A)は図３(A)に示すレーザ光の波長λ=780nm、ＮＡ＝0.45の場合、図４(B)は図３(B)に示すレーザ光の波長λ=650nm、ＮＡ＝0.65の場合、図４(C)は図３(C)に示すレーザ光の波長λ=405nm、ＮＡ＝0.85の場合を示している。
【００７１】
図４(A),(B),(C)から分かる通り、初期の設計性能としては問題のないレベルとなっており、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｋ規格対応で、かつＣＤ、ＤＶＤに対応可能な対物レンズよりなっている。
【００７２】
図５(A),(B),(C)は各々図３(A),(B),(C)に対応した各波長に対する球面収差の変化を示したグラフである。
【００７３】
図５(A),(B),(C)においては横軸に波長、縦軸に縦収差（軸上色収差）を示している。図５(A),(B),(C)において複数のラインがあるのは瞳上の光線比率において0.0, 0.5,1.0の比率の光線について示しているためである。
【００７４】
図５(A)は図３(A)に示すレーザ光の波長λ=780nm、ＮＡ＝0.45の場合、図５(B)は図３(B)に示すレーザ光の波長λ=650nm、ＮＡ＝0.65の場合、図５(C)は図３(C)に示すレーザ光の波長λ=405nm、ＮＡ＝0.85の場合を示している。
【００７５】
図５(A),(B),(C)より明らかなようにそれぞれ使用波長において光束は一点に集光している。
【００７６】
しかしながら、波長に対しては殆どリニアに光線到達位置が変化している。特にＮＡ=0.85のＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｋ対応の場合に設計上の焦点深度は0.6μm程度であり、生産上の製造公差により、さらに焦点深度は減少する。
【００７７】
参考例には１℃の温度変動によるレーザ光源のモードホップにより0.3μmのピント移動が発生し、ピント移動の変化が急激であるため合焦のために対物レンズを移動が追随できず読み取りエラーが発生してしまう。
【００７８】
図６(A),(B),(C)は各々本発明の実施例１の各波長における光路図である。
【００７９】
本実施例の構成の数値については後述する数値実施例１として表１に示している。
【００８０】
図６(A),(B),(C)において１は対物レンズであり、第１面(光入射面)に回折格子を有しており、また第１面、第２面（光射出面）はともに非球面形状より成っている。２１は保護層（透明基板）、３は絞りである。
【００８１】
図６(A)において保護層２１の厚みはｄ＝1.2mm、レーザ光(赤外レーザ光)の波長はλ=780nm、対物レンズ１の開口数はＮＡ=0.45である。尚、このときのＮＡは０．４〜０．５程度で良い。
【００８２】
図６(B)において保護層２１の厚みはｄ＝0.6mm、レーザ光(赤色レーザ光)の波長はλ=650nm、対物レンズ１の開口数はＮＡ=0.65である。尚、このときのＮＡは０．６〜０．７程度で良い。
【００８３】
図６(C)において保護層２１の厚みはｄ＝0.1mm、レーザ光(青色レーザ光)の波長はλ=405nm、対物レンズ１の開口数はＮＡ=0.85である。
【００８４】
図７(A),(B),(C)は各々本発明の実施例１の各波長における球面収差図である。
【００８５】
図７(A)は図６(A)に示すレーザ光の波長λ=780nm、ＮＡ＝0.45の場合、図７(B)は図６(B)に示すレーザ光の波長λ=650nm、ＮＡ＝0.65の場合、図７(C)は図６(C)に示すレーザ光の波長λ=405nm、ＮＡ＝0.85の場合を示している。
【００８６】
図７(A),(B),(C)から分かる通り、それぞれＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｋの規格について良好なる光学性能を有している。
【００８７】
図８(A),(B),(C)は各々本発明の実施例１の各波長における波長に対する球面収差の変化を示したグラフである。
【００８８】
図８(A),(B),(C)においては横軸に波長、縦軸に縦収差を示している。図８(A),(B),(C)において複数のラインがあるのは瞳上の光線比率において0.1間隔に光線について示しているためである。
【００８９】
図８(A)は図６(A)に示すレーザ光の波長λ=780nm、ＮＡ＝0.45の場合、図８(B)は図６(B)に示すレーザ光の波長λ=650nm、ＮＡ＝0.65の場合、図８(C)は図６(C)に示すレーザ光の波長λ=405nm、ＮＡ＝0.85の場合を示している。
【００９０】
このとき本実施例において対物レンズの青色レーザ光の波長における軸上色収差をＬ１、赤色レーザ光の波長における軸上色収差をＬ２、赤外レーザ光の波長における軸上色収差をＬ３とするとき
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３        ‥‥‥(1)
なる条件を満足させている。即ち、本実施例では青色レーザ光の軸上色収差Ｌ１を最も小さく(色収差の発生を最も少なく)して他のレーザ光よりも良好に補正している。
【００９１】
回折格子は上記のように一定の負のアッベ数を有しており、波長に対して屈折率はリニアに変化する。これに対して通常ガラスは正のアッベ数で波長に対して屈折率変化をグラフにすると下に凸の形で変化する。従って実際の設計においては回折格子とガラスの分散性を組み合わせることで、青色レーザ光の波長付近で波長に対するピント変動が小さくなるようにバランスさせることができる。
【００９２】
また本実施例においては対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、該対物レンズの最短波長における回折格子以外のパワーをφ、該対物レンズの１度の温度に対する屈折率変化をｄｎ／ｄｔとする。さらに最短波長におけるが該対物レンズの開口数をＮＡ、最短波長をλとするとき、
【００９３】
【数４】
2007102983.tif 000006
【００９４】
なる条件を満足している。
【００９５】
このレンズ材料の屈折率変化dn/dtを選択することにより温度変化に対する屈折率変化が問題の無いレベルのレンズ材料を選択することができる。
【００９６】
通常、この屈折率変化dn/dtはプラスチック材料においては-100×10-6/℃程度、ガラス材料においては絶対値で10×10-6/℃以下となっている。また対物レンズの焦点深度はλ/NA2に比例して変化し、選択可能な材料範囲はＮＡが明るくなるに従って限られた材料となってくる。
【００９７】
上記条件式(2)の左辺は屈折率変動によるピント変動を示している。条件式(2)を満たす材料を選択し、材料の屈折率変化に対するピント変動を比較的小さく抑え、また回折格子の色収差の補正効果の利用することにより、トータルとしてピント移動を問題の無いレベルとすることができる。
【００９８】
従って本実施例においては従来のように軸上においては殆ど回折格子の色収差補正効果を使用せず、材料の屈折率変化によるピント変動を回折光学素子の球面収差補正効果の波長変化で相殺するような手法をとる必要が無い。即ち、本実施例では回折格子の軸上色収差の補正効果を有効に利用することによって対物レンズの軸上色収差を容易に補正することができる。また設計においても３つの波長における光学的な収差補正に力点を集中することにより、単玉レンズで３つの波長に対応可能な対物レンズを提供できる。
【００９９】
次に上記条件式(2)の具体的な数値例を示す。
【０１００】
本実施例においては対物レンズの材料である硝子が商品名NBF1であることから、dn/dt=7.9e-6である。またf(対物レンズの焦点距離)=1.7756mm、n=1.7689、λ=405nm、NA=0.85であることから、上記条件式(2)の左辺は1.82e-5、右辺は2.18e-5となり、これは条件式(2)を満たしている。尚、e-xは10−ｘのことを意味する。
【０１０１】
また本実施例において回折格子のパワー（最短波長におけるパワー）をΦｄ、該回折格子を含んだ対物レンズ全体のパワーをΦｔとするとき、
０．０５＜Φｄ／Φｔ＜０．５        ‥‥‥(3)
なる条件を満足させている。
【０１０２】
条件式(3)は回折格子のパワーΦｄと、該回折格子を含んだ対物レンズ全体のパワーΦｔとの比に関するものである。条件式(3)の下限値を越えると殆ど回折レンズの軸上色収差の補正を使用することなく、特に短波長の高いＮＡにおけるピント補正に問題があるので良くない。また条件式(3)の上限値を越えると色収差補正が過補正となり良くない。
【０１０３】
本実施例では条件式(3)を満たすことにより、回折格子は対物レンズの軸上色収差の補正に充分対応可能なパワーとなり、良好なる色収差補正が可能となる。
【０１０４】
次に上記条件式(3)の具体的な数値例を示す。
【０１０５】
本実施例ではΦｄ=0.0533、Φｔ=0.559であり、Φｄ/Φｔ=0.095となる。これは条件式(3)を満たしている。
【０１０６】
更に好ましくは上記条件式(3)を次の如く設定するのが良い。
【０１０７】
0.05＜Φｄ／Φｔ＜0.2                ‥‥‥(3a)
また本実施例において対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、該対物レンズの最短波長における回折格子以外のパワーをφ、該レンズの波長１ｎｍに対する屈折率変化をｄｎ／ｄλ、最短波長をλとする。さらに対物レンズの回折面による波長変化に対する軸上色収差の変化量をSOとするとき
【０１０８】
【数５】
2007102983.tif 000007
【０１０９】
なる条件を満足させている。
【０１１０】
条件式(4)は軸上色収差の変化量SOを規定するものであり、条件式(4)の上限値を越えると回折格子にて補正した場合には過補正となり良くない。また条件式(4)の下限値を越えると軸上色収差補正には殆ど回折格子のパワーを利用しておらず、従来の球面収差とのバランスをとった色収差補正を行う必要があり良くない。
【０１１１】
条件式(4)を満たすことで、屈折率の波長変動に対する軸上色収差の補正量を問題の無いレベルとすることができる。
【０１１２】
また条件式(4)を数値実施例より検証してみると、dn/dλ=-0.00026となっており、条件式(4)の左辺は0.00012、右辺は0.00109となっている。これに対して実際にトレースした結果より軸上色収差の変化量SOを算出するとSO=0.0003となっており、これは条件式(4)を満たしている。
【０１１３】
更に好ましくは上記条件式(4)を次の如く設定するのが良い。
【０１１４】
【数６】
2007102983.tif 000008
【０１１５】
また本実施例において回折格子の格子部の高さをＨ、回折次数をｍ、対物レンズの最短波長における材料の屈折率をｎ、波長の異なる複数のレーザ光の最短波長と最長波長の平均波長をλａとするとき、
０．７４×λａ×ｍ／(ｎ−１)＜Ｈ＜０．９９×λａ×ｍ／(ｎ−１)‥‥‥(5)
なる条件を満足させている。
【０１１６】
条件式(5)は回折格子の格子部の高さＨを規定するものである。条件式(5)の下限値を越えると波長780nmにおける回折効率が波長405nmにおける回折効率の半分になり良くない。逆に条件式(5)の上限値を越えると波長405nmにおける回折効率が波長780nmにおける回折効率の半分になり良くない。
【０１１７】
本実施例では条件式(5)を満たすことにより、単層の回折格子においても３つの波長に対する回折効率をバランスさせて、光の利用効率を高めることができる。
【０１１８】
更に好ましくは上記条件式(5)を次の如く設定するのが良い。
【０１１９】
0.84×λａ×ｍ／(ｎ−１)＜Ｈ＜  0.94×λａ×ｍ／(ｎ−１)‥‥(5a)
図９は本発明の実施例1の回折効率を示したグラフである。図９において横軸は波長、縦軸は回折効率である。
【０１２０】
図９において平均波長はλa=590nm（厳密には592nm）、１次回折光を利用した場合に格子高さH=0.697μmとすることで波長780nmにおけるレーザ光の回折効率と波長405nmにおけるレーザ光の回折効率をバランスさせている。このときH=0.89×λa×m/(n-1)とすることで、波長405nmと波長650nmにおける回折効率は67％でバランスする。
【０１２１】
またこのとき波長650nmにおける回折効率87％となっている。実際の設計においては光学系とレーザ光源によるカップリング効率、光学系透過率、検知センサ感度等を考慮して上記条件式(6)を満足する最適な格子高さとする必要がある。
【０１２２】
このように本実施例では上記の如く単一の対物レンズの一方のレンズ面に回折格子を設け、最短波長のレーザ光に対して軸上色収差が他の波長のレーザ光よりも良好に補正している。これにより原理的に発生する色収差において、該色収差の発生の最も少なくなる波長を最短波長側とすることにより、小スポットにおける深度減少に対応した３種類の光ディスクに対応した光ピックアップ装置用の対物レンズを得ることができる。
【実施例２】
【０１２３】
図１０(A),(B),(C)は各々本発明の実施例２の各波長における光路図である。
【０１２４】
本実施例において前述の実施例１と異なる点は青色レーザ光の保護層の厚み及びその開口数ＮＡを異ならせて構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。
【０１２５】
本実施例の構成の数値については後述する数値実施例２として表２に示している。
【０１２６】
即ち、図１０(A),(B),(C)において６１は対物レンズであり、第１面(光入射面)に回折格子を有しており、第１面、第２面（光射出面）はともに非球面形状より成っている。６２は保護層（透明基板）、６３は絞りである。
【０１２７】
図１０(A)において保護層６２の厚みはｄ＝1.2mm、レーザ光(赤外レーザ光)の波長はλ=780nm、対物レンズ６１の開口数はＮＡ=0.45である。
【０１２８】
図１０(B)において保護層６２の厚みはｄ＝0.6mm、レーザ光(赤色レーザ光)の波長はλ=650nm、対物レンズ６１の開口数はＮＡ=0.65である。
【０１２９】
図１０(C)において保護層６２の厚みはｄ＝0.6mm、レーザ光(青色レーザ光)の波長はλ=405nm、対物レンズ６１の開口数はＮＡ=0.65である。
【０１３０】
図１１(A),(B),(C)は各々本発明の実施例２の各波長における球面収差図である。
【０１３１】
図１１(A)は図１０(A)に示すレーザ光の波長λ=780nm、ＮＡ＝0.45の場合、図１１(B)は図１０(B)に示すレーザ光の波長λ=650nm、ＮＡ＝0.65の場合、図１１(C)は図１０(C)に示すレーザ光の波長λ=405nm、ＮＡ＝0.65の場合を示している。
【０１３２】
図１１(A),(B),(C)から分かる通り、異なる基板厚に対して良好に結像している。また対物レンズと光ディスクとの間隔は波長780nmのときの基板厚1.2mmのときが最も狭くなるが、それでも0.54mmあるため充分な量といえる。
【０１３３】
「数値実施例」
以下に本発明の各実施例１、２の対物レンズから像面(光ディスク２０の情報記録面２２)までの数値実施例を示す。表中ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎは各波長での屈折率を示す。また、波長により間隔が変化するものについては別表にまとめている。
【０１３４】
非球面形状は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をA4,A6,A8,A10,A12として、以下の式で表される。
【０１３５】
【数７】
2007102983.tif 000009
【０１３６】
なお、表１における非球面の曲率半径は光軸上の曲率半径である。非球面を規定する円錐係数と非球面係数、そして回折レンズ構造を規定する光路差関数係数は表２に示される。
【０１３７】
また回折格子の構造による光路長の付加量は光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｃn、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(C1・ｈ2＋C2・ｈ4＋C3・ｈ6＋…)×2π/λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表す。
（数値実施例）
表１は図６に示す本発明の実施例１の数値実施例を示したものである。
【０１３８】
【表１】
2007102983.tif 000010
【０１３９】
また表２は図１０に示す本発明の実施例２の数値実施例である。
【０１４０】
【表２】
2007102983.tif 000011
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の実施例１の光ピックアップ装置の要部概略図
【図２】本発明の実施例１の単層型回折格子の説明図
【図３】本発明を実施しない場合の各波長における光路図
【図４】本発明を実施しない場合の各波長における収差図
【図５】本発明を実施しない場合の各波長に対する球面収差の変化図
【図６】本発明の実施例１の各波長における光路図
【図７】本発明の実施例１の各波長における収差図
【図８】本発明の実施例１の各波長に対する球面収差の変化図
【図９】本発明の実施例１の回折効率の説明図
【図１０】本発明の実施例２の各波長における光路図
【図１１】本発明の実施例２の各波長における収差図
【符号の説明】
【０１４２】
１  対物レンズ
２  コリメータレンズ
３  絞り
４  光軸
６  偏光ビームスプリッタ
７  ビームスプリッタ
１１  半導体レーザ
１２  ハイブリッド半導体レーザ
１３  光検出器
１３ａ  アクチュエータ
２０  光ディスク
２１  透明基板
２２  情報記録面
【図５】
2007102983.tif 000014
【図８】
2007102983.tif 000015
【図１０】
2007102983.tif 000016
【図１１】
2007102983.tif 000017
【図１】
2007102983.tif 000018
【図２】
2007102983.tif 000019
【図３】
2007102983.tif 000020
【図４】
2007102983.tif 000021
【図６】
2007102983.tif 000022
【図７】
2007102983.tif 000023
【図９】
2007102983.tif 000024