(57)【要約】【課題】  複数の信号記録層が設けられている光ディスクに記録されている信号の読み出し動作を行う光ピックアップ装置に適したレンズを提供する。【解決手段】  入射面に最も近い位置にある信号記録層をＬ１、最も遠い位置にある信号記録層をＬ２、光ピックアップ装置の性能を満足する低温度をＨ２、高温度をＨ３、レーザー光の短波長をλ２、長波長をλ３とした場合、基準温度H１が、高温度H３と低温度をH２の間に存在し、基準波長λ１が短波長２、長波長λ３の間に存在し、基準温度Ｈ１時においてレーザー光の基準波長λ１により信号記録層Ｌ１と信号記録層Ｌ２の間のＬ０に集光させる基本光学設計を行うとともに高温度Ｈ３時においてレーザー光として長波長λ３により信号記録層Ｌ２に集光させる輪帯段差を入射面８Ａに形成し、該輪帯段差の非球面係数を球面収差が小さくなるように設定する。【選択図】  図１
2012155801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号記録層が設けられている光ディスクに記録されている信号をレーザー光にて読み出すように構成された光ピックアップ装置に組み込まれる光ピックアップレンズであり、光ディスクのレーザー光の入射面に最も近い位置にある信号記録層をＬ１、最も遠い位置にある信号記録層をＬ２、光ピックアップ装置の性能を満足する低温度をＨ２、高温度をＨ３、レーザー光の短波長をλ２、長波長をλ３とした場合、基準温度H１が、低温度H２と高温度H３との間に存在し、基準波長λ１が短波長λ２と長波長をλ３の間に存在し、基準温度Ｈ１時においてレーザー光の基準波長λ１により信号記録層Ｌ１と信号記録層Ｌ２の間のＬ０に集光させる基本光学設計を行うとともに高温度Ｈ３時においてレーザー光として長波長λ３により信号記録層Ｌ２に集光させる輪帯段差を入射面に形成し、該輪帯段差の非球面係数を球面収差が小さくなるように設定したことを特徴とする光ピックアップレンズ。
【請求項２】
請求項１において、基準温度Ｈ１時においてレーザー光の基準波長λ１により信号記録層Ｌ１と信号記録層Ｌ２の間のＬ０に集光した場合と、高温度H3時においてレーザー光として長波長λ３により信号記録層Ｌ２に集光した場合の両者が、光ピックアップレンズに入射するレーザー光が、無限または、弱有限で入射した時に、球面収差が小さくなることを特徴とする光ピックアップレンズ。
【請求項３】
低温度Ｈ２及び高温度Ｈ３が光ピックアップ装置の読み出し特性を保証する最高温度及び最低温度であることを特徴とする請求項１及び２に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項４】
短波長λ２及び長波長λ３が光ピックアップ装置の読み出し特性を保証する最短波長及び最長波長であることを特徴とする請求項１から３に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項５】
基準温度Ｈ１において、レーザー光の基準波長λ１の時のレンズの屈折率をn、各輪帯段差を形成する輪帯面をレンズ中心へ仮想延長し、この面とレーザー入射面側のレンズ面の中心との距離をＡ０としたとき、（ｎ−１）×Ａ０＝Mλ１（但し、Mは定数とする。また、Ａ０、λ１の単位は等しいとする。）の関係式が成り立つようにしたことを特徴とする請求項１から請求項4に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項６】
レーザー入射面側の輪帯において、外周方向に向かって隣あう輪帯、輪帯第Ｘ輪帯と第Ｘ＋１輪帯におけるＡ０をＡＸとＡＸ＋１とした場合、|（ｎ−１）×（（ＡＸ＋１）−ＡＸ）＝ｍλ１（但し、ｍが４以下の定数とする。また、Ａ０、ＡＸ、ＡＸ＋１、λ１の単位は等しいとする。）の関係式が成り立つようにしたことを特徴とする請求項１から請求項5に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項７】
レーザー光源側からディスク面方向を正の符号とした場合、最大となるＡ０が正の符号を有することを特徴とする請求項1から請求項6に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項８】
レーザー光源側からディスク面方向を正の符号とした場合、最大となるＡ０が正の符号を有し、そのＡ０を有する輪帯を第Ｘ番目の輪帯とし、レンズ中心から外周方向に向かう方向でＸが増えるとした場合、その輪帯に隣あう輪帯の第（Ｘ−１）輪帯、第（Ｘ＋１）輪帯におけるＡ０をＡＸ−１、ＡＸ＋１とした場合、ＡＸ−１とＡＸ＋１の両者がほぼ等しくなる関係を含むことを特徴とする請求項１から請求項７に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項９】
ＮＡが０．８４以上であること を特徴とする請求項1から請求項8に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１０】
短波長λ２が３９８nm、長波長λ３が４１５nmであることを特徴とする請求項1から請求項9に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１１】
低温度Ｈ２が０度、高温度Ｈ３が８０度であることを特徴とする請求項１から請求項１０に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１２】
光ディスクのレーザー光の入射面に最も近い位置にある信号記録層をＬ１、最も遠い位置にある信号記録層をＬ２とした場合、それぞれのレーザー入射面側からの距離をｌ１、ｌ２とした場合、ｌ１を約０．０５０ｍｍ、ｌ２を約０．１０５ｍｍとすること特徴とする請求項１から請求項１１に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１３】
光ピックアップレンズの材料がプラスチックであることを特徴とする請求項1から請求項１２に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１４】
光ピックアップレンズのレンズ面の少なくとも一方に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項１３に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１５】
基準温度Ｈ１、低温度Ｈ２、高温度Ｈ３との間にＨ１＝（Ｈ２＋Ｈ３）／２の関係が存在することを特徴とする請求項１から請求項１４に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１６】
基準波長λ１、短波長λ２、長波長λ３との間にλ１＝（λ２＋λ３）／２の関係が存在することを特徴とする請求項1から請求項１５に記載の光ピックアップレンズ。
【請求項１７】
光ディスクのレーザー光の入射面に最も近い位置にある信号記録層をＬ１、最も遠い位置にある信号記録層をＬ２とし、その中間のＬ０とした場合、それぞれのレーザー入射面側からの距離をｌ１、ｌ２、ｌ０とした場合、ｌ０＝（ｌ１＋ｌ２）／２の関係が存在することを特徴とする請求項1から請求項１６に記載の光ピックアップレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクに記録されている信号の読み出し動作や光ディスクに信号の記録動作をレーザー光によって行う光ピックアップ装置に組み込まれる対物レンズ等の光ピックアップレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置から照射されるレーザー光を光ディスクの信号記録層に照射することによって信号の読み出し動作や信号の記録動作を行うことが出来る光ディスク装置が普及している。
【０００３】
光ディスク装置としては、ＣＤやＤＶＤと呼ばれる光ディスクを使用するものが一般に普及しているが、最近では記録密度を向上させた光ディスク、即ちＢｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクを使用するものが開発されている。
【０００４】
ＣＤ規格及びＤＶＤ規格の光ディスクに対して、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクに記録されている信号の読み出し動作を行うレーザー光としては、波長が短いレーザー光、例えば波長が４０５ｎｍの青紫色光が使用されている。
【０００５】
Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクにおける信号記録層の上面に設けられている保護層の厚さは、０．１ｍｍであり、この信号記録層から信号の読み出し動作を行うために使用される対物レンズの開口数は、０．８５と設定されている。
【０００６】
Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクに設けられている信号記録層に記録されている信号の読み出し動作や該信号記録層に信号を記録するために光ピックアップ装置が使用されるが、斯かる光ピックアップ装置では、レーザー光を対物レンズによって集光させることによって生成されるレーザースポットの径を小さくする必要がある。所望のレーザースポット形状を得るために使用される対物レンズは、開口数が大きくなるだけでなく焦点距離が短くなるので、対物レンズの曲率半径が小さくなるという特徴がある。
【０００７】
斯かる光ピックアップ装置では、全体の軽量化や製造コストを下げるために対物レンズとしてプラスチックが使用されている。プラスチック製の対物レンズは、ガラスと比較して温度変化による屈折率の変動が大きいという問題がある。特にＢｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクのように大きな開口数の対物レンズを使用する光ピックアップ装置では、温度変化に起因する屈折率の変動が対物レンズの集光特性に大きく影響し、信号の読み取り動作を行うことが出来ない球面収差を発生させるという問題がある。
【０００８】
斯かる温度変動に伴って発生する球面収差を補正する方法として対物レンズの入射面に輪帯を設け、この輪帯によって温度変動に伴って発生する球面収差を補正する方法が多く採用されている。しかしながら、斯かる輪帯を対物レンズの入射面に形成するためには、正確な輪帯を設計する必要があるだけでなく、金型の精度を上げる必要がある等の問題がある。
【０００９】
また、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格に用いられる光ピックアップレンズにおいては、輪帯を光ピックアップレンズに設けるだけでは、完全にこの球面収差を補正することはできずコリメートレンズを光軸方向へ移動させる方法が採用されている。
【００１０】
前述した輪帯が形成されていないプラスチック製対物レンズが組み込まれる光ピックアップ装置では、前述した温度変動に伴って発生する球面収差を補正する方法としてコリメートレンズを光軸方向へ移動させる方法が、光ピックアップレンズに輪帯が形成されていないため多く採用されている(特許文献１参照。)。
【００１１】
光ピックアップ装置の中には、対物レンズの光軸を光ディスクの反りに対応させて調整するチルト調整機構を備えたものが製品化されている。チルト制御動作に伴って対物レンズの光軸を傾斜させた場合に発生する３次のコマ収差の度合いを収差補正感度と定義すると、高温になるに従って収差補正感度が低下するという特性がある。
【００１２】
プラスチック製の対物レンズを使用する場合、高温に伴う収差補正感度の低下によりコマ収差の残留や変動によって各種信号が劣化するという問題があり、斯かる問題を解決する技術が提案されている(特許文献２参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−４１６９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７０６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光ディスクでは、記録容量を増加させるために信号記録層を２層、３層及び４層のように複数の信号記録層を設けた光ディスクが提案され、製品化が行われている。例えば、信号記録層が４つ設けられている光ディスクでは、最も光ディスクの入射面に近い位置に配置されている信号記録層Ｌ１(図１４に示す)は、入射面から約０．０５ｍｍの位置に配置され、最も光ディスクの入射面から遠い位置に配置されている信号記録層Ｌ２(図１４に示す)は、入射面から約０．１ｍｍの位置に配置されている。そして、残りの２つの信号記録層は、前述した２つの信号記録層Ｌ１とＬ２との間に配置されている。
【００１５】
図１４は従来の光学設計にて製造されたプラスチック製の非球面対物レンズＲと光ディスクＤとの関係を示すものであり、該対物レンズの光学設計は、光ピックアップ装置が使用される環境温度が、例えば３５度の場合に信号記録層Ｌ１と信号記録層Ｌ２との中間にある信号記録層に対して集光動作が行われるように設計されている。
【００１６】
信号の読み出し動作を行うために対物レンズＲは光ディスクＤの面に対して垂直方向へ変位せしめられるが、信号記録層Ｌ１からＬ２までレーザー光の集光位置を変化させると保護層の厚さの変化に応じて球面収差が発生することになる。斯かる球面収差を補正するために特許文献に記載されているようにコリメートレンズを光軸方向へ移動させる補正方法が多く採用されている。
【００１７】
前述した４層の信号記録層が設けられている光ディスクに記録されている信号を読み出すことが出来るように構成された光ピックアップ装置に組み込まれる対物レンズとしてプラスチック製の対物レンズを使用すると温度変動による影響を受けることになる。
【００１８】
温度変動による影響を補正するために特許文献２に記載されているような技術が採用されるが、斯かる技術は、光ディスクの入射面から所定の距離の位置にある信号記録層にレーザー光を集光させるべく設計し、その他の信号記録層に対しても使用可能になるように設計するものである。
【００１９】
斯かる構成では、所定の位置にある信号記録層に対してレーザー光を集光させるように設計されているので、他層に対する信号読み出し特性が低下するという問題がある。
【００２０】
本発明は、斯かる問題を解決することが出来る光ピックアップ装置の対物レンズを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、同一の光ディスク内の異なる層の厚さ、そして、使用環境の温度範囲、使用波長範囲を考慮することで、斯かる問題を解決することが出来る光ピックアップ装置の対物レンズを提供しようとするものである。
【００２２】
つまり、光ディスクのレーザー光の入射面に最も近い位置にある信号記録層をＬ１、最も遠い位置にある信号記録層をＬ２、光ピックアップ装置の性能を満足する低温度をＨ２、高温度をＨ３、レーザー光の短波長をλ２、長波長をλ３とした場合、基準温度Ｈ１が、高温度Ｈ３と低温度Ｈ２の間に存在し、基準波長λ１が短波長λ２、長波長λ３の間に存在し、基準温度Ｈ１時においてレーザー光の基準波長λ１により信号記録層Ｌ１と信号記録層Ｌ２の間のＬ０に集光させる基本光学設計を行うとともに高温度Ｈ３時においてレーザー光として長波長λ３により信号記録層Ｌ２に集光させる輪帯段差を入射面に形成し、該輪帯段差の非球面係数を球面収差が小さくなるように設定したことを特徴とするものである。
【００２３】
すなわち、最も高温である温度H３、最も長波長であるλ３の使用環境の場合、光ピックアップレンズに使用される材料がプラスチックの場合、屈折率が最も低下するため、この時もっとも、光ディスクの入射側から奥側に集光しやすくなる。また、最も低温である温度H２、最も短波長であるλ２の使用環境の場合、光ピックアップレンズに使用される材料がプラスチックの場合、屈折率が最も高くなるため、この時もっとも、光ディスクの入射側から手前側に集光しやすくなる。
【００２４】
即ち、それぞれの状態に、光ディスクの信号記録層の厚さの最大、最小を一致させ、つまり、最も高温である温度H３、最も長波長であるλ３の使用環境には、光ディスクの信号記録層の厚さのＬ２, 最も低温である温度H２、最も短波長であるλ２の使用環境には、光ディスクの信号記録層の厚さのＬ１を想定し、その時の球面収差が小さくなるように設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、温度、波長が異なる条件で光ディスクの入射面との間の距離が異なる２点に対してレーザー光を集光させるように対物レンズの入射面に輪帯段差を形成するようにしたので、光ピックアップ装置の多くの信号記録層に対する信号の読み出し特性を改善させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る対物レンズの実施例１を示す説明図である。
【図２】本発明に係る対物レンズを示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係る対物レンズに関する条件データを示す図である。
【図４】本発明に係る対物レンズに関する非球面係数データを示す図である。
【図５】本発明に係る対物レンズに関する非球面係数データを示す図である。
【図６】本発明に係る対物レンズに関する非球面係数データを示す図である。
【図７】本発明に係る対物レンズに関する非球面係数データを示す図である。
【図８】従来設計の対物レンズに関する条件データ及び非球面係数データを示す図である。
【図９】本発明に係る対物レンズに関するデータを示す図である。
【図１０】従来の対物レンズに関するデータを示す図である。
【図１１】本発明に係る光ピックアップ装置の光学系を説明するための概略図である。
【図１２】本発明に係る対物レンズを説明するための図である。
【図１３】本発明に係る対物レンズを説明するための図である。
【図１４】従来の対物レンズを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
レーザーダイオードから放射されるレーザー光を光ディスクに設けられている信号記録層に集光させる作用を成す対物レンズ、特に複数の信号記録層が設けられている光ディスクに記録されている信号の読み出し動作を行うことが出来る光ピックアップ装置に組み込まれる対物レンズに関するものである。
【実施例１】
【００２８】
本発明の対物レンズが組み込まれる光ピックアップ装置の光学系について図１１に示した実施例を参照して説明する。
【００２９】
図１１において、１は例えば波長が４０５ｎｍの青紫色光であるレーザー光を放射するレーザーダイオード、２は前記レーザーダイオード１から放射されるレーザー光が入射される回折格子であり、レーザー光を０次光であるメインビーム、＋１次光及び−１次光である２つのサブビームに分離する回折格子部２ａと入射されるレーザー光をＳ方向の直線偏光光に変換する１／２波長板２ｂとより構成されている。
【００３０】
３は前記回折格子２を透過したレーザー光が入射される偏光ビームスプリッタであり、Ｓ偏光光に変換されたレーザー光の多くを反射し、Ｐ方向に偏光されたレーザー光を透過させる制御膜３ａが設けられている。
【００３１】
４は前記偏光ビームスプリッタ３の制御膜３ａにて反射されたレーザー光が入射される位置に設けられている１／４波長板であり、入射されるレーザー光を直線偏光光から円偏光光に、また反対に円偏光光から直線偏光光に変換する作用を成すものである。５は前記１／４波長板４を透過したレーザー光が入射されるとともに入射されるレーザー光を平行光に変換するコリメートレンズであり、収差補正用モーター６によって光軸方向へ変位せしめられるように構成されている。前記コリメートレンズ５の光軸方向への変位動作によって光ディスクＤの信号記録層Ｌ１、Ｌ２とディスク面との間に設けられている保護層の厚さに基づいて生じる球面収差を補正することが出来るように構成されている。
【００３２】
ここで、信号記録層Ｌ１は光ディスクＤのレーザー光の入射面に最も近い位置に設けられている信号記録層、信号記録層Ｌ２はレーザー光の入射面から最も遠い位置に設けられている信号記録層であり、光ディスクＤがＢｌｕ−ｒａｙ規格の場合には信号記録層Ｌ１の位置は入射面から約０．０５ｍｍの位置にあり、信号記録層Ｌ２は０．１０５ｍｍの位置にある。そして、光ディスクＤが４層の信号記録層を備えた光ディスクの場合には、信号記録層Ｌ１とＬ２との間に２つの信号記録層が配置されている。
【００３３】
７は前記コリメートレンズ５を透過したレーザー光が入射される位置に設けられている立ち上げミラーであり、入射されるレーザー光の出射方向を９０度変更し、該レーザー光を光ディスクＤの信号記録層Ｌ１やＬ２に集光させるべく設けられている対物レンズ８方向に反射させる作用を成すものである。
【００３４】
斯かる構成において、前記レーザーダイオード１から放射されたレーザー光は、回折格子２、偏光ビームスプリッタ３、１／４波長板４、コリメートレンズ５及び立ち上げミラー７を介して対物レンズ８に入射された後、該対物レンズ８の集光動作によって光ディスクＤの信号記録層Ｌ１やＬ２にレーザースポットとして照射されるが、該信号記録層Ｌ１やＬ２に照射されたレーザー光は戻り光として対物レンズ８側へ反射されることになる。
【００３５】
光ディスクＤの信号記録層Ｌ１やＬ２から反射された戻り光は、対物レンズ８、立ち上げミラー７、コリメートレンズ５及び１／４波長板４を通して偏光ビームスプリッタ３の制御膜３ａに入射される。このようにして偏光ビームスプリッタ３の制御膜３ａに入射される戻り光は、前記１／４波長板４による位相変更動作によってＰ方向の直線偏光光に変更されている。従って、斯かる戻り光は前記制御膜３ａにて反射されることはなく、制御用レーザー光として該制御膜３ａを透過することになる。
【００３６】
９は前記偏光ビームスプリッタ３の制御膜３ａを透過した制御用レーザー光が入射されるセンサーレンズであり、ＰＤＩＣと呼ばれる光検出器１０に設けられている受光部に制御用レーザー光に非点収差を付加させて照射する作用を成すものである。前記光検出器１０には、後述する４分割センサー等が設けられており、メインビームの照射動作によって光ディスクＤの信号記録層Ｌ１やＬ２に記録されている信号の読み出し動作に伴う信号生成動作及び非点収差法によるフォーカス制御動作を行うためのフォーカスエラー信号の生成動作、そして２つのサブビームの照射動作によってトラッキング制御動作を行うためのトラッキングエラー信号の生成動作を行うように構成されている。
【００３７】
斯かる構成の光ピックアップ装置において、対物レンズ８は信号の読み出し動作を行う信号記録層、即ち信号記録層Ｌ１、Ｌ２、そして該信号記録層Ｌ１とＬ２との間に配置されている信号記録層にレーザー光を集光させるために光ディスクＤの面に対して垂直方向へ変位せしめられる。
【００３８】
対物レンズ８の各信号記録層への集光動作が行われるが、このとき発生する球面収差は収差補正用モーター６によるコリメートレンズ５の光軸方向への変位動作によって補正されるように構成されている。斯かる収差補正用モーター６の制御動作は、光検出器１０から得られる信号、例えばジッタ値や高周波信号の大小を利用して行うことが出来るが、斯かる球面収差補正のための制御動作は周知の技術を使用することが出来るので、その説明は省略する。
【００３９】
また、対物レンズ８の光軸が光ディスクＤの信号面に対して傾いた場合には、光ピックアップ装置に組み込まれているチルト補正機構によって光軸補正を行う、所謂チルト補正動作が行われるが、斯かるチルト補正技術は周知であるので、その説明は省略する。
【００４０】
対物レンズに対するチルト制御動作によってチルト補正動作が行われるが、対物レンズ８の光軸変位による３次コマ収差の補正度合いを示す収差補正感度は、高温に伴って対物レンズ８の屈折率が小さくなるに従って低下するという特性がある。
【００４１】
本発明は、前述した特性に鑑みて成されたものであり、実施例１について、図１及び図２を参照にして説明する。本発明の対物レンズは、図２に示す対物レンズ８の入射面８Ａに輪帯段差８Ｂを形成し、斯かる輪帯段差８Ｂの光学設計を２つの異なる条件で行うことを特徴とするものである。
【００４２】
図１の(Ａ)は、使用環境として０度から８０度を想定し、使用波長として３９８から４１５ｎｍを想定している。この時、基準温度Ｈ１を使用環境の０度と８０度の中間温度である４０度とし、レーザー光の波長を３９８ｎｍと４１５ｎｍの中間の４０６．５ｎｍとし、これを基準波長λ１とした。
【００４３】
また、信号記録層として想定する厚みは、信号記録層Ｌ１と信号記録層Ｌ２との間、例えば中間である０．０７７５ｍｍの位置に集光させるように対物レンズ８の非球面を設計するという基本光学設計が行われる。
【００４４】
次に、図１の(Ｂ)は、基準温度Ｈ１より高い８０度のような高温度Ｈ３、例えば光ピックアップ装置の信号読み出し特性を保証する最高温度の状態にて信号記録層Ｌ２に集光させるように対物レンズ８の曲率等を設計する想定光学設計が行われる。斯かる想定光学設計時、即ち８０度の環境においてレーザーダイオード１から放射されるレーザー光の波長は、一般的に０．０５〜０．０６ｎｍ／度程度、温度が上昇するとともに波長は長くなり、温度が下がると短くなる。基準温度Ｈ１が４０度の時高温度Ｈ３を８０度とした場合、２ｎｍ〜２．４ｎｍ波長は長くなるため、レーザー波長は４０８．５ｎｍ〜４０８．９ｎｍ程度となり、波長４０６．５ｎｍより長くなる。実施例1においては、レーザーのバラツキを考慮し４１５ｎｍを想定している。
【００４５】
斯かるレーザー光の波長変化及び対物レンズ８の屈折率の変化に基づいてレーザー光を信号記録層Ｌ２に集光させるための光学設計が該対物レンズ８に対して行われる。斯かる光学設計は、図２に示すように対物レンズ８の入射面８Ａに輪帯段差８Ｂを複数形成することによって行われる。即ち、隣り合う輪帯段差８Ｂに対して、前述した基本光学設計にて設計される段差と想定光学設計にて設計される段差を形成する光学設計が行われる。
【００４６】
即ち、対物レンズ８の入射面８Ａに形成される輪帯段差８Ｂを設計する場合に、各段差に対する非球面係数を球面収差が小さくなるように行われる。斯かる作用を成す輪帯段差を対物レンズ８の入射面８Ａに形成する場合の条件を、基準温度Ｈ１において、レーザー光の基準波長λ１の時のレンズの屈折率をｎ、各輪帯段差を形成する輪帯面をレンズ中心へ仮想延長し、この面とレーザー入射面側のレンズ面の中心との距離をＡ０としたとき、（ｎ−１）×Ａ０＝Mλ１ （但し、Mは定数）の関係式が成り立つように設計し、レーザー入射面側の輪帯において、外周方向に向かって隣あう輪帯、輪帯第Ｘ輪帯と第Ｘ＋１輪帯におけるＡ０をＡＸとＡＸ＋１とした場合、|（ｎ−１）×（（ＡＸ＋１）−ＡＸ）|＝ｍλ１の関係式が成り立つようにする。ここでmは定数とする。尚、前述したＡ０は、６輪帯のレンズの場合において、図１２の１３４、図１３の１４４に示す距離である。
【００４７】
ここで波長λ１は、使用を想定している波長の中間となるようにすることが好ましく、例えば、想定している使用環境が３９８〜４１５ｎｍである場合、中間波長の４０６．５ｎｍとすることが好ましい。また、屈折率ｎは上記４０６．５ｎｍに加えて、想定している使用環境が０度から８０度である場合、その中間の４０度である場合の屈折率nを使用することが好ましい。また、もし、想定される使用環境において、より高温での特性を優先したい場合は、この中間温度より高温にした場合の屈折率nを想定し、もし、想定される使用環境において、より長波長での特性を優先したい場合は、この中間波長より長波長にした場合の屈折率を想定すればよい。また、この温度、波長は同時に調整すれば、それぞれの特性をずらすことが可能となる。
以上に説明したように本実施例の対物レンズは、基準温度Ｈ１時における対物レンズ８の光学設計を信号記録層Ｌ１と信号記録層Ｌ２との間にレーザー光を集光させる設計を行い、高温度Ｈ３時における対物レンズ８の光学設計を光ディスクＤの入射面より最も遠い位置に配置されている信号記録層Ｌ２にレーザー光を集光させる光学設計を行うようにしたので、３次のコマ収差を補正する収差補正感度を保持することが出来、高い温度になっても全ての信号記録層に対する信号の読み出し特性を良好にすることが出来る。
【００４８】
次に実際の対物レンズの設計例について説明する。
【００４９】
対物レンズのレーザー光が入射される面をＲ１面、光ディスク側の面をＲ２面、Ｒ１面からＲ２面に対して正方向の符号、光軸からの高さをｈ(ｍｍ)とすると、Ｒ１面の非球面式は、ｈ及びｘを用いて
【００５０】
【数１】
2012155801.tif 000003
【００５１】
で表され、Ｒ２面の非球面式は、
【００５２】
【数２】
2012155801.tif 000004
【００５３】
と表される。
【００５４】
図３は実際の対物レンズの光学設計に使用された条件であり、前述した次数ｍを４とした場合に、対物レンズの入射面側の面であるＲ１に形成される輪帯段差の数は２５となる。図４、図５及び図６は、各輪帯に関する設計データを示すものである。また、図７は対物レンズの光ディスク側の面であるＲ２の設計データである。
【００５５】
図８は従来の光学設計にて設計された対物レンズの条件及び設計データである。
【００５６】
また、図３、図４、図５、図６及び図７に示されるデータにて設計された本発明のレンズは、使用環境として波長３９８〜４１５ｎｍ、温度を０度〜８０度、信号記録層の位置を０．０５〜０．１０５ｍｍを想定している。そして、図８に示されるデータにて設計された従来のレンズは、設計波長４０５．５ｎｍ, 設計温度４０度、信号記録層の位置を０．０７７５ｍｍとして設計されている。本発明のレンズは、図８で用いた設計条件に加えて、設計波長４１５ｎｍ、設計温度８０度、信号記録層の位置を０．１０５ｎｍを用いて、その両者をもって輪帯を設定した。
【００５７】
図９は図３、図４、図５、図６及び図７に示すデータのように設計された対物レンズにおける収差量等を示す図であり、図１０は図８に示すデータのように設計された対物レンズにおける収差量等を示す図である。
【００５８】
次に図９に示した本発明の光学設計にて作成される対物レンズの特性と図１０に示した従来の光学設計にて作成される対物レンズの特性を比較して説明する。
【００５９】
図１０に示すデータにおいて、温度が８０度、波長が４１５ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．１０５ｍｍ、ディスクチルトが０．３５度の場合におけるＴＯＴＡＬ(総)収差は、０．０４４λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差は、０．０３８λｒｍｓとなり、斯かる場合にＴＯＴＡＬ収差を減らすためにレンズチルト動作が行われるが、斯かる高温の場合には−０．１１１１度しかレンズチルトが出来ないので、ＴＯＴＡＬ収差を０．０４３λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差を０．０３７λｒｍｓと僅かしか改善することが出来ない。
【００６０】
ここで、温度が８０度、波長が４１５ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．１０５ｍｍの時に最小となる収差の場合の面間隔ｄ１は、１０３．９６４ｍｍであり、この時に3次球面収差が−０．００８λｒｍｓとなることから、コリメーターによって初めて3次球面収差が補正される設計となっている。
【００６１】
斯かる従来設計の対物レンズに対して、本発明にて設計された対物レンズは、図９に示すデータのように改善されることが分かる。即ち、本発明において、温度が８０度、波長が４１５ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．１０５ｍｍ、ディスクチルトが０．３５度の場合におけるＴＯＴＡＬ収差は、０．０５３λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差は、０．０３７λｒｍｓとなり、斯かる場合にＴＯＴＡＬ収差を減らすためにレンズチルト動作が行われるが、斯かる高温の場合において０．３４６３度レンズチルトが出来、ＴＯＴＡＬ収差を０．０４０λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差を０．００２λｒｍｓと、３次ＣＯＭＡ収差を低減、改善することが出来る。
【００６２】
本発明にて設計された対物レンズは、温度が８０度、波長が４１５ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．１０５ｍｍの時に最小となる収差の場合の面間隔ｄ１は、４７９４５２．３０４ｍｍであり、この時に３次球面収差が０．００１λｒｍｓとなることから、コリメーターの調整がなくても、ほぼ３次球面収差が補正される設計となっている。本発明にて設計された対物レンズは、温度が４０度、波長が４０６．５ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．０７７５ｍｍの時に最小となる収差の場合の面間隔ｄ１は、無限量であり、この時に３次球面収差が０．０００λｒｍｓとなることから、コリメーターの調整がなくても、３次球面収差が補正される設計となっている。
【００６３】
よって、本発明にて設計された対物レンズは、使用が想定される最高温度、最大波長、最大記録層厚さ、つまり、温度が８０度、波長が４１５ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．１０５ｍｍの時と、温度が４０度、波長が４０６．５ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．０７７５ｍｍの時に３次球面収差が小さくなるような設計がされている。
【００６４】
また、図１０に示すデータにおいて、温度が０度、波長が３９８ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．０５０ｍｍ、ディスクチルトが０．３５度の場合におけるＴＯＴＡＬ(総)収差は、０．０２２λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差は、０．０１９λｒｍｓとなり、斯かる場合にＴＯＴＡＬ収差を減らすためにレンズチルト動作が行われ、ＴＯＴＡＬ収差を０．０１１λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差を０．０００λｒｍｓと改善することができ、低温且つ短波長での使用は可能であることが分かる。これに対して、本発明にて設計された対物レンズは、図９に示すデータのように低温且つ短波長での特性でも問題なく使用できていることが分かる。即ち、本発明において、温度が０度、波長が３９８ｎｍ、信号記録層までの厚さが０．０５０ｍｍ、ディスクチルトが０．３５度の場合におけるＴＯＴＡＬ収差は、０．０３７7λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差は、０．０１９λｒｍｓとなり、斯かる場合にＴＯＴＡＬ収差を減らすためにレンズチルト動作が行われ、ＴＯＴＡＬ収差を０．０３２λｒｍｓ、３次ＣＯＭＡ収差を０．００２λｒｍｓと、３次ＣＯＭＡ収差を低減、改善することができ、低温且つ短波長での使用は可能であることが分かる。
【００６５】
尚、図９及び図１０にて説明したレンズチルトの角度は、ディスクチルトに対してレンズチルト動作を行ってＴＯＴＡＬ収差が最小となる角度である。
【００６６】
前述した定数ｍの値が小さいほど輪帯段差の数が増加する、例えば定数ｍが３の場合には、輪帯段差の数は３３輪帯になる。定数ｍが大きくなると輪帯段差の数を減らすことが出来るが、段差量、即ちｄが大きくなり、その結果残留収差が大きくなる。斯かる残留収差は、ＺＥＲＮＩＫＥ３６項以上の高次次数の収差である。斯かる残留収差が発生する理由は、輪帯を設けたため個々の輪帯で球面収差が発生し、それらが輪帯の開始から終了という限られた範囲で発生するため、高次収差となる。
【００６７】
斯かる残留収差は、高次収差であるので、光スポットの品質を下げることになるが、ＺＥＲＮＩＫＥ３６項以下の低次の収差の挙動には影響を与えない。即ち、低次の収差に影響を与えないので、レンズチルトによって３次のコマ収差を補正することが出来ることが理解できる。
【００６８】
図９に示したデータより明らかなように本発明によれば、低温から高温まで、３次のコマ収差をレンズチルトによって補正することが出来る対物レンズを作成することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本説明では、４層の信号記録層が設けられている光ディスクに記録されている信号の読み出し動作を行うことが出来る光ピックアップに組み込まれる対物レンズについて説明したが、２層、３層及び更に多くの信号記録層が設けられている光ピックアップ装置に組み込まれる対物レンズに実施することも出来る。
【００７０】
また、高温度Ｈ３として８０度、低温度Ｈ２として０度、基本温度Ｈ１として４０度を設定したが、その温度は限定されるものではなく、種々選択設定することは出来る。そして、実施例１にて信号記録層Ｌ１とＬ２の間に設定した位置を信号記録層Ｌ１とＬ２の真ん中の値、即ち０．０７７５ｍｍにしたが、この位置は限定されるものではない。さらに、実施例１にて基準波長λ1として、短波長λ2と長波長λ3の間の丁度中間の406.5nmとしたが、この位置は限定されるものではない。
【００７１】
さらに、光ピックアップレンズにおいて、透過率の向上のために、反射防止膜がレンズ面上に形成されることがあるが、本発明は、透過率に依存はないことから、反射防止膜がレンズ面上に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１      レーザーダイオード
５      コリメートレンズ
６      収差補正用モーター
８      対物レンズ
８Ｂ    輪帯段差
Ｄ      光ディスク
Ｌ１    信号記録層
Ｌ２    信号記録層
【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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【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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