(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源から出射する発散光の発散角を変換するカップリング光学系と、カップリング光学系からの光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズ光学系と光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器を備えた光ピックアップ装置において、
対物レンズ光学系は、少なくとも１枚の樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズを含み、
上記カップリング光学系は、少なくとも１枚の樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズを含み、
上記カップリング光学系の上記レンズの少なくとも一方の面は、負の回折パワーを有する輪帯回折面を有し、
上記カップリング光学系の上記レンズの光学面の面積に対して上記輪帯回折面の面積は７０％以上であり、
温度変化による屈折率変化によって上記対物レンズにおいて発生する収差を補正することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
上記カップリングレンズ系は、単レンズからなることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
上記カップリング光学系は、入射された発散光束を光軸に対してほぼ平行光束にするコリメート光学系であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
上記対物レンズ光学系は、単レンズからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記光源は、第１の光情報記録媒体に記録および／または第１の光情報記録媒体を再生するための第１光源と、第２の光情報記録媒体に記録および／または第２の光情報記録媒体を再生するための第２光源とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
上記光ピックアップ装置は、上記光源からの光路と上記光検出器への光路を分けるビームスプリッタを有しており、
上記カップリング光学系の上記レンズは、上記ビームスプリッタと上記対物レンズ光学系との間の光に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
上記カップリング光学系の上記レンズ面に設けられた上記輪帯回折面は、上記光源からの光束を上記輪帯回折面で透過光と回折光に分割するものであり、上記透過光をある光情報記録媒体の記録および／または再生に用い、上記回折光を他の光情報記録および／または再生に用いる光ピックアップ装置を含まないことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光情報記録媒体の記録および／または再生用集光光学系、光ピックアップ装置に関し、特に樹脂材料から形成されたレンズを対物レンズ光学系に含むにもかかわらず、開口数が大きくかつ、温度特性の良好な記録および／または再生用光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来の光情報記録媒体であるＣＤと同程度の大きさで、記録密度を高めたＤＶＤが開発され、その普及が急速に進んでいる。ＤＶＤを再生するためには、光源の波長が６３５nmないし６６０nmのレーザを使用し、レーザからの発散光束はコリメートレンズで一度平行光束にされてから光情報記録媒体側の開口数（ＮＡ）が０．６の対物レンズに入射され、光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面に集光される。
ＤＶＤの再生用光ピックアップ装置は、ＣＤやＣＤ−Ｒの再生も行えるものでなくては実用性に乏しい。ＤＶＤとＣＤとでは、透明基板の厚さ、対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡが異なる。またＣＤ−Ｒはそれに加えて、波長が６３５nmないし６６０nmの光を吸収してしまうため、光ピックアップ装置には波長が６３５nmないし６６０nmのレーザと波長が７８０nmのレーザの二つを搭載する必要がある。
このようなＤＶＤとＣＤの互換再生装置においても、コストダウンとコンパクト化のために、ＤＶＤ再生の際にもＣＤやＣＤ−Ｒの再生の際にも一つの対物レンズで兼用する様々な技術が開発され実用化されている（例えば特開平１１−９６５８５号公報参照）。
【０００３】
ＣＤの再生装置においては、対物レンズは樹脂製のものが用いられるのが一般となっているが、さらにＤＶＤの再生装置においてもコストダウンのため、対物レンズはＣＤと同様に樹脂製のものが実用化されている。
ところで、樹脂材料で形成された対物レンズにおいては、温度変化の影響による屈折率変化によって発生する収差が、ガラス材料から形成された対物レンズより大きくなり、一般的には、この屈折率の変化は樹脂材料とガラス材料とで一桁以上、異なる。
ここで、実際の使用環境温度と基準設計温度との温度差を△Ｔとし、この温度差△Ｔによる波面収差の変化量は主に球面収差成分であり、この波面収差の球面収差成分の変化量を△Ｗｏとすると、対物レンズの光情報記録媒体側（像側）開口数をＮＡ、焦点距離をｆ、横倍率をＭ、比例係数β（＞０）を用いて、
△Ｗo＝β・｛ＮＡ・（１−Ｍ）｝4・ｆ・△Ｔ        ・・・（１）
と表すことができる。
【０００４】
また、容量の大きい２層のＤＶＤディスクが普及しつつあり、二つの層は、０．０５mm程度の間隔で隔てられている。このため、一方の層の再生は球面収差が０であっても、もう一方の層では、基板の表面からの距離の違いによる球面収差を持つ。
このため、２層ディスクにおいては、基板表面から離れた層が、基板表面に近い層に比較して球面収差がオーバーとなる。
従って、樹脂材料で形成された対物レンズを使って２層ディスクを再生する場合、温度による影響と結像位置による影響とが重なり、基板表面から離れた層を高温で再生する場合において、球面収差は最もオーバーとなり、基板表面に近い層を低温で再生する場合において最もアンダーとなる。
【０００５】
このような２層のＤＶＤディスクまで考慮すると、温度変化による球面収差の変化を極力小さくすることが好ましい。ＤＶＤの光学系においては、前述したようにコリメートレンズが使用されている。
特開平９−１８５８３６号公報には対物レンズ光学系の横倍率Ｍを０＜Ｍ＜１とし、温度特性を改善する提案がなされている。しかし、Ｍを大きくした場合、必要な作動距離を確保するためには、光源から出射する発散光の発散角を変換するカップリング光学系の径が大きくなり、光ピックアップ装置が大型化してしまう。
また、特開平９−１３８３４４号公報には樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズを含んだカップリング光学系が提案されている。すなわち、カップリング光学系が一枚の樹脂材料から形成された正の屈折力を持つカップリングレンズである場合と、樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズの他に負の屈折力を持つガラスにより形成されたレンズを含んだカップリング光学系である。
【０００６】
しかしながら、環境温度変化の大きい自動車等へＤＶＤ再生装置を搭載する場合には、球面収差の温度特性の改善度合いは前者の構成では十分とはいえない。また後者の構成では、温度特性の改善度合いは前者よりよくなるが、カップリング光学系の複数のレンズの１つに負の屈折力を持つガラスレンズを使うため、高価になり、また、樹脂材料のレンズとガラスレンズからなる複数のレンズを使うために温度変化による光軸ずれが懸念される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、樹脂材料からなる光情報記録媒体の記録および／または再生用対物レンズを用いた光学系において、光学系を大型化することなく、安価で使用環境の温度変化によって発生する収差に対して十分な補正性能を備えた光学系を実現しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、光源と、光源から出射する発散光の発散角を変換するカップリング光学系と、カップリング光学系からの光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズ光学系と光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器を備えた光ピックアップ装置において、対物レンズ光学系は、少なくとも１枚の樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズを含み、上記カップリング光学系は、少なくとも１枚の樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズを含み、上記カップリング光学系の上記レンズの少なくとも一方の面は、負の回折パワーを有する輪帯回折面を有し、上記カップリング光学系の上記レンズの光学面の面積に対して上記輪帯回折面の面積は７０％以上であり、温度変化による屈折率変化によって上記対物レンズにおいて発生する収差を補正するようにした。
【０００９】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成においてカップリングレンズ系が、単レンズからなる構成を採用した。
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成においてカップリング光学系が、入射された発散光束を光軸に対してほぼ平行光束にするコリメート光学系であることを特徴とする構成を採用した。
【００１１】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成において対物レンズ光学系が、単レンズからなることを特徴とする構成を採用した。
【００１２】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成において光源が、第１の光情報記録媒体に記録および／または第１の光情報記録媒体を再生するための第１光源と、第２の光情報記録媒体に記録および／または第２の光情報記録媒体を再生するための第２光源とを有することを特徴とする構成を採用した。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成において、上記光源からの光路と上記光検出器への光路を分けるビームスプリッタを有しており、上記カップリング光学系の上記レンズは、上記ビームスプリッタと上記対物レンズ光学系との間の光に配置されていることを特徴とする構成を採用した。
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置は、上記の構成において、カップリング光学系の上記レンズ面に設けられた上記輪帯回折面が、上記光源からの光束を上記輪帯回折面で透過光と回折光に分割するものであり、上記透過光をある光情報記録媒体の記録および／または再生に用い、上記回折光を他の光情報記録および／または再生に用いる光ピックアップ装置を含まない構成とした。
【００１５】
本発明において、「負の回折パワーを有する輪帯回折面」とは、光源から出射された光束が、直接的に、または他の光学素子（レンズ、プリズム、フィルター等々）を介して間接的に入射される際に、その入射光束に対して負の回折パワーを有する、言い換えれば、その光束をより拡げるよう発散させる作用を有する、光軸方向に見て輪帯状に形成された回折面である。ここで、輪帯状とは、光軸またはその近傍を中心に略同心円状の輪帯形状に見える形態を指す。
また、上記の輪帯回折面が屈折力を有する面に設けられている場合には、回折のための微細構造（例えば鋸歯状のレリーフ形状）それ自体による回折光が、入射光束に対して上述の発散作用を有するという意味である。これは、回折のための微細構造を包絡した光学面を想定（例えば、シュミレーションにより行う）し、その想定した光学面の屈折による光束と比較することにより確認することができ、屈折面上に回折のための微細構造を形成したが如き、上記の屈折力を有する輪帯回折面による光束が、上記想定した光学面による光束をより拡げるよう発散していれば、本発明に含まれるものである。尚、屈折力を有する面とは、少なくともその面の一部に光束の発散角を変える部分を有する面であり、例えば、光軸やその近傍が光軸に対して略垂直な面形状であったり、所望の屈折力とは正負が逆の屈折力を有する場合を含むものである。
【００１６】
また、本発明において、「対物レンズ光学系」とは、狭義には光情報記録媒体に最も近い位置に対向配置される集光作用を有するレンズ系を指し、広義には光情報記録媒体に対向する位置に配置され、アクチュエータにより少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ系を指すものである。
また、「カップリング光学系」とは、上記対物レンズ光学系とは別体に構成され、光源からの発散光束が直接または間接的に入射され、その光束の発散角を変える作用を有するレンズ系を指し、例えば、光源からの発散光束を光軸とほぼ平行な平行光束にする、いわゆるコリメート光学系を含むものである。
本発明において、負の回折パワーを有する（光源からの光束をより発散させる作用を有する）輪帯回折面は、上記カップリング光学系に含まれる樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズの一方の面であることが出来、レンズ等、光学素子の枚数を減らし、安価にできる点で好ましい。
また、上記カップリング光学系は、入射された発散光束を光軸に対してほぼ平行光束にするコリメート光学系であってもよい。また、上記対物レンズ光学系および／またはカップリング光学系は単レンズであってもよく、その場合には上記と同様に安価に出来、集光光学系を小型化可能となる点で好ましい。
【００１７】
次に、本発明の基本的作用について考察する。
樹脂材料から形成された対物レンズに対して、カップリングレンズを樹脂材料とすることにより、光情報記録媒体の記録および／または再生用集光光学系全体では、カップリングレンズをガラス材料とした場合と比較して、温度変化による球面収差の変化が小さい（例えば特開平９−１３８３４４号公報参照）。
ここで、基準設計温度において平行光束が入射したとき、対物レンズが無収差であるように設計・製作されているものとする。したがって、カップリングレンズとしては、光源からの光束を収差を持たない平行光束に変換するコリメートレンズを用いる。
【００１８】
この光学系は、基準設計温度においては、光源の発光点とコリメートレンズの光源側の焦点位置は一致しており、コリメートレンズからは平行光束が出射する。ところで、コリメートレンズが樹脂材料からなる場合、温度が上昇するとコリメートレンズの焦点距離が長くなる。すなわち上記焦点位置が発光点に対して光軸方向にコリメートレンズから遠ざかる方向にずれる。その結果、コリメートレンズから出射する光束は発散光となる。平行光束が入射したとき、無収差であるように設計・製作されている樹脂製の単レンズからなる非球面対物レンズにおいては、これに発散光束が入射すると、球面収差がアンダー方向へ動く。
対物レンズの結像倍率の変化を△Ｍとすると、上記の場合、△Ｍ＜０であり、この作用による波面収差の球面収差成分の変化量を△Ｗcoとすると
△Ｗco＝γ・△Ｍ        ・・・（２）
となり、γは、ＮＡ、Ｍ、ｆ等によって決まる比例係数で正の値をとる。
【００１９】
集光光学系全体の波面収差の球面収差成分の変化量△Ｗｔは、（１）（２）から
△Ｗt＝△Ｗo＋△Ｗco
＝β・｛ＮＡ・（１−Ｍ）｝4・ｆ・△Ｔ＋γ・△Ｍ    ・・・（３）
β、ＮＡ、Ｍ、ｆ、γはほぼ決まった値であるので、△Ｗtをさらに小さくするためには、△Ｍの絶対値がさらに大きくなればよい。
△Ｍは、比例定数μ（＜０）、コリメートレンズのバックフォーカスｆbcの温度変化率をｄｆbc／ｄＴとしたときに、
△Ｍ＝μ・ｄｆbc／ｄＴ・△Ｔ      ・・・（４）
で表すことが出来る。
すなわち、ｄｆbc／ｄＴを大きくすることで、△Ｍの絶対値を大きくし△Ｗtを小さくすることが出来る。
【００２０】
さて、今、コリメートレンズを全体で正の焦点距離ｆcを持つ回折光学素子としたときに、以下の式が成り立つ。
コリメートレンズのパワー（屈折力）φcは
φc＝１／ｆc          ・・・（５）
で表される。説明を簡単にするために、コリメートレンズを薄肉レンズと仮定すると、屈折によるパワーをφcr、回折によるパワーをφcdとし、
φc＝φcr＋φcd       ・・・（６）
屈折効果に起因する焦点距離をｆcr、回折効果に起因する焦点距離をｆcdとしたときに、
φcr＝１／ｆcr        ・・・（７）
φcd＝１／ｆcd        ・・・（８）
薄肉レンズの場合、
ｆbc＝ｆc＝１／φc                  ・・・（  ９）
よって、          ｄｆbc／ｄＴ＝−φc-2・ｄφc／ｄＴ  ・・・（１０）
回折によるパワーの温度変化は、屈折によるパワーの温度変化に比して小さいので、これを無視すると、（４）（１０）より
△Ｍ＝−μ・φc-2・ｄφc／ｄＴ・△Ｔ
＝−μ・φc-2・ｄφcr／ｄＴ・△Ｔ
＝−μ・φc-2・∂φcr／∂ｎ・ｄｎ／ｄＴ・△Ｔ
＝−μ・φc-2・φcr／（ｎ−１）・ｄｎ／ｄＴ・△Ｔ  ・・・（１１）
（１１）から、φcrが大きくなるほど、補正効果が高いことがわかる。
また、（６）から、φcdを負の値とすることで、φcrを大きくとることが可能なことがわかる。
すなわち、コリメートレンズは樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズでありその少なくとも一方の面は、負の回折パワーを有する（光源からの光束をより発散させる作用を有する）輪帯回折面とすればよい。
【００２１】
なお、回折光学素子は、焦点距離の波長依存性が大きい。光源が半導体レーザの場合、発振波長には温度依存性があり、温度が高くなるほど波長は長くなる。発振波長の温度依存性をｄλ／ｄＴとすると、その典型的な値を以下に示す。
ｄλ／ｄＴ＝０．２ｎｍ／℃
次にこの影響について検討する。
波長が△λ変化したときの、コリメートレンズのパワーの変化は
△φc＝△φcr＋△φcd
＝∂φcr／∂ｎ・ｄｎ／ｄλ・△λ＋ｄφcd／ｄλ・△λ
＝(ｎ−１)-1・φcr・ｄｎ／ｄλ・△λ＋λo-1・φcd・△λ  （１２)
同様に考えると、（４）（１０）（１２）から
△Ｍ＝μ・ｄｆbc／ｄＴ・△Ｔ
＝−μ・φc-2・ｄφc／ｄＴ・△Ｔ
＝−μ・φc-2・∂φc／∂λ・ｄλ／ｄＴ・△Ｔ
＝−μ・φc-2・｛（ｎ−１）-1・φcr・ｄｎ／ｄλ
＋λo-1・φcd｝・ｄλ／ｄＴ・△Ｔ
上の式で、  μ＜０，φc-2＞０，ｄλ／ｄＴ＞０  であるから、｛｝内が負の値であれば、△Ｔ＞０のとき△Ｍ＜０となり、さらなる温度補償ができる。
第１項  （ｎ−１）-1・φcr・ｄｎ／ｄλ  は、（ｎ−１）＞０、φcr＞０、ｄｎ／ｄλ＜０  であるから負である。
第２項  λo-1・φcd  は、λo＞０、φcd＜０  であるから負である。
よって、第１項と第２項の和も負となり、半導体レーザの波長依存性は、本発明の効果をさらに増すものとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
上記集光光学系を搭載した光ピックアップ装置の一つの実施の形態を図１を参照して説明する。図１における光ピックアップ装置は、光源である半導体レーザ１と、光源から出射される発散光の発散角を変換するカップリングレンズ２と、カップリングレンズからの光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズ光学系３と光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器４を備える。５は光情報記録媒体の情報記録面、６は反射光を分離するビームスプリッタ、７は１／４波長板、８は絞り、９はシリンドリカルレンズ、１０はフォーカス、トラッキング用アクチュエータである。
対物レンズ光学系３は少なくとも１枚の樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズを含み、上記カップリングレンズ２は樹脂材料から形成され、その少なくとも一方の面は、負の回折パワーを有する（光源からの光束をより発散させる作用を有する）輪帯回折面を有する正の屈折力を持つレンズであることを特徴とする。
そして、上記カップリングレンズ２は、入射された発散光束を光軸に対してほぼ平行光束にするコリメートレンズであってもよく、この場合は、コリメートレンズから出射光束がほぼ平行光となるように光源もしくはコリメートレンズをコリメートレンズの光軸方向に移動調整されることが望ましい。
【００２３】
別の実施の形態を図２を参照して説明する。この実施の形態において、図１の光ピックアップ装置と同一部材は同一符号で示す。図２に示す光ピックアップ装置においては、第１の光情報記録媒体を記録および／または再生するための第１光源１１と、第２の光情報記録媒体を記録および／または再生するための第１光源とは波長の異なる第２光源１２とを備え、それぞれの光源から出射される発散光束の発散角を所望の発散角に変換する二つのカップリングレンズ２１、２２と、上記光束をほぼ一つの方向に進むように合成する光合成手段であるビームスプリッタ６２と、ビームスプリッタ６２からの光束を光情報記録媒体の情報記録面５に集光する対物レンズ光学系３と光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器４１、４２を備えている。なお、図中、８は絞り、７１、７２は１／４波長板、１５は光源１１からの発散光束の発散度を小さくするカップリングリングレンズ、１６は凹レンズ、１７は反射光束を分離するためのホログラムである。また、図において、フォーカストラッキング用アクチュエータは図面上は省略してある。
上記対物レンズ光学系３は少なくとも１枚の樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズを含み、上記カップリングレンズ２１、２２のうち少なくとも一つ、例えばカップリングレンズ２１は樹脂材料から形成され、その少なくとも１つの面は、負の回折パワーを有する（光源からの光束をより発散させる作用を有する）輪帯回折面を有する正の屈折力を持つレンズとされている。
【００２４】
前記光合成手段であるビームスプリッタ６２と光情報記録媒体５との間に、第１光源からの光束は透過し、第２光源の光束のうち、光軸とは離れた所定の領域を通過する光束を透過させない開口制限手段を配設することが好ましい。
ここで、所定の領域を通過する光束を透過させない開口制限手段とは、その領域の光束を少なくとも通常の結像位置に結像させないことを意味し、実質的に開口を制限できるものであれば差し支えなく、例えば次ぎのような態様が挙げられる。
この開口制限手段は、第１光源からの光束は透過し、第２光源の光束のうち、光軸とは離れた領域を通過する光束を反射または吸収する輪帯フィルターであってもよく、また、第１光源からの光束は透過し、第２光源の光束のうち、前記回折パターンの光軸とは離れた領域を通過する光束を回折させる輪帯フィルターであってもよい。
【００２５】
図２においては、第２半導体レーザ１２は、光検出器４２およびホログラム１７とユニット化されている。「ユニット」あるいは「ユニット化」とは、ユニット化されている部材や手段が一体となって光ピックアップ装置に組込ができるようになっていることを意味し、装置の組立て時には１部品として組付けることができる状態にされている。
もちろん、第１の光源と第１の光検出器もユニット化されていてもよい。
【００２６】
以上のように、ＤＶＤの記録再生用光学系において、樹脂製の対物レンズを使用し、樹脂製で負の回折パワーを有する輪帯回折面を持つコリメートレンズとの組合せにより、光学系を大型化することなく安価で使用環境の温度変化に対して十分な性能を保つことが出きることが判明した。
なお、式（１）に見るように、△Ｗoは｛ＮＡ・（１−Ｍ）｝4に比例して大きくなる。すなわち、
ＮＡが大きなより高密度の光情報記録媒体の記録再生用光学系において効果があり、
Ｍが負、すなわちカップリングレンズを小型化することにも効果がある。
また、△Ｗoは波長に反比例して大きくなるので、青色半導体レーザを使った光情報記録媒体の記録再生用光学系においても効果がある。
【００２７】
また、特開平９−１３８３４４号公報に開示されている樹脂材料から形成された正の屈折力を持つレンズのほかに、負の屈折力を持つガラスレンズを含んだカップリングレンズ光学系においても、その少なくとも１つの光学面を、負の回折パワーを有する輪帯回折面とすることもできるし、図６、図７のように、平行平面板の一方の面やビームスプリッタの斜面に負の回折パワーを有する輪帯回折面を設けたカップリング光学系とすることもできる。
【００２８】
さらに近年、近接場記録技術を用いた記録再生装置が検討されているが、レンズ光学系は２枚以上の正の屈折力を持つレンズを有する。また、ＮＡ＞０．８以上の光学系においても同様であるが、２枚の正の屈折力を持つレンズのうち、１枚ないし２枚を樹脂製のレンズとする場合にも本発明を用いることで光学系を大型化することなく、安価で使用環境の温度変化に対して十分な性能を有する光情報記録媒体の記録再生用光学系を構成することが出来る。
【００２９】
【実施例】
図３に本発明に基づき、実際に集光光学系を設計し、波面収差の温度変化をシミュレーションした結果を示す。
集光光学系としては、光源波長は６３５ｎｍとし、対物レンズ光学系は焦点距離３．３６ｍｍの両面非球面樹脂製単レンズである。また、カップリングレンズ光学系は、焦点距離２５．２ｍｍの樹脂製コリメートレンズである。すなわち、
ｆc ＝ ２５．２ｍｍ     φc ＝０．０４０ｍｍ-1      である。
【００３０】
図３は、この光学系における波面収差の球面収差成分の変化量△Ｗt を縦軸にとったグラフであり、横軸に屈折によるパワーφcrをとり、温度差△Ｔ＝３０℃としたときのものである。
パワーφcrがコリメートレンズのパワーφc より大きくなる（すなわち回折によるパワーφcdが負でその絶対値が大きくなる）につれて、変化量△Ｗt が小さくなることが判る。
なお、グラフ中Ａ曲線は、温度が上昇しても光源の波長が６３５ｎｍのまま変化しない場合のシミュレーション値であり、Ｂ曲線は半導体レーザの発振波長の温度依存性を考慮し、その典型的な値である  ｄλ／ｄＴ＝０．２ｎｍ／℃  を使用し、３０℃の温度上昇で発振波長が６３５ｎｍから６４１ｎｍと長くなった場合のシミュレーション値である。
結果から明らかなように、半導体レーザの発振波長の温度依存性を考慮すると、さらに波面収差の温度依存性が小さくなることが判る。
【００３１】
次ぎに、実際の集光光学系の設計数値例を示す。
実施例１の光学系の構成は図４に示すとおりであり、コリメータの屈折による焦点距離ｆr ＝１５ｍｍの場合を示す。実施例２の光学系は図５に示し、コリメータの屈折による焦点距離ｆr ＝１０ｍｍである。
表中、ｒｉは屈折面の曲率半径、ｄｉは面間隔、ｎｉは主波長での屈折率を示す。また、面形状式は
【数１】
0004288769.tif 000002
但し、Ｘは光軸方向の軸、ｈは光軸と垂直方向の軸、光の進行方向を正とし、ｒは近軸曲率半径、κは円錐形数、Ａｊは非球面係数、Ｐｊ（Ｐｊ≧３）は非球面べき数である。
また、回折面は光路差関数として次式で、単位はｍｍとして表している。
【数２】
0004288769.tif 000003
【００３２】
実施例１
回折コリメータ（ｆr＝１５ｍｍ）
ｆ＝３．３６０８      ｆcol＝２５．２７１７      ｍt＝−１／７．５
Ｕ＝４３．００６２    ＮＡ ＝０．６              λ ＝６３５ｎｍ
【表１】
0004288769.tif 000004
非球面データ
第４面  非球面係数  κ ＝−８．７０×１０-1
Ａ1＝  ０                      Ｐ１＝  ４．０
Ａ2＝  ０                      Ｐ２＝  ６．０
Ａ3＝  ０                      Ｐ３＝  ８．０
Ａ4＝  ０                      Ｐ４＝１０．０
光路差関数  Ｂ2＝  １．３７×１０-2
Ｂ4＝  ４．１８×１０-7
Ｂ6＝  ８．５５×１０-9
Ｂ8＝  ０
第５面  非球面係数  κ ＝−４．１３８３０×１０-1
Ａ1＝−１．４０４３０×１０-3  Ｐ１＝  ４．０
Ａ2＝−２．４６２９０×１０-4  Ｐ２＝  ６．０
Ａ3＝−２．７４０２０×１０-5  Ｐ３＝  ８．０
Ａ4＝−９．０４９００×１０-6  Ｐ４＝１０．０
第６面  非球面係数  κ ＝−２．２５７９０×１０
Ａ1＝  ９．８９０００×１０-3  Ｐ１＝  ４．０
Ａ2＝−３．４３８５０×１０-3  Ｐ２＝  ６．０
Ａ3＝  ８．０７８７０×１０-4  Ｐ３＝  ８．０
Ａ4＝−６．８７９４０×１０-5  Ｐ４＝１０．０
【００３３】
実施例２
回折コリメータ（ｆr＝１０ｍｍ）
ｆ＝３．３６０８      ｆcol＝２５．２７１７      ｍt＝−１／７．５
Ｕ＝４３．００６２    ＮＡ ＝０．６              λ ＝６３５ｎｍ
【表２】
0004288769.tif 000005
非球面データ
第４面  非球面係数  κ ＝−７．１２３１０×１０-1
Ａ1＝  ０                      Ｐ１＝  ４．０
Ａ2＝  ０                      Ｐ２＝  ６．０
Ａ3＝  ０                      Ｐ３＝  ８．０
Ａ4＝  ０                      Ｐ４＝１０．０
光路差関数  Ｂ2＝  ３．０４５５０×１０-2
Ｂ4＝  ９．５９５９０×１０-5
Ｂ6＝  ５．８６２６０×１０-7
Ｂ8＝  ０
第５面  非球面係数  κ ＝−４．１３８３０×１０-1
Ａ1＝−１．４０４３０×１０-3  Ｐ１＝  ４．０
Ａ2＝−２．４６２９０×１０-4  Ｐ２＝  ６．０
Ａ3＝−２．７４０２０×１０-5  Ｐ３＝  ８．０
Ａ4＝−９．０４９００×１０-6  Ｐ４＝１０．０
第６面  非球面係数  κ ＝−２．２５７９０×１０
Ａ1＝  ９．８９０００×１０-3  Ｐ１＝  ４．０
Ａ2＝−３．４３８５０×１０-3  Ｐ２＝  ６．０
Ａ3＝  ８．０７８７０×１０-4  Ｐ３＝  ８．０
Ａ4＝−６．８７９４０×１０-5  Ｐ４＝１０．０
【００３４】
以上の実施例においては、光学面全体に輪帯回折面を設けた例を示したが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、光軸上及びその近傍は深度が深いので、必ずしも輪帯回折面を設ける必要はない。好ましくは、光学面全体の面積に対して輪帯回折面の面積は７０％以上である。
【００３５】
【発明の効果】
上記のように本発明の光ピックアップ装置およびその光学系は、樹脂材料からなる対物レンズおよびカップリング光学系を用いた光学系において、該カップリング光学系に含まれる樹脂材料から形成された光学系に、負の回折パワーを有する輪帯回折面を設けるという簡単な構成によって、光ピックアップ装置の光学系を大型化することなく、安価で使用環境の温度変化によって発生する収差に対して十分な補正性能を備えた光学系を実現できたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ピックアップ装置の実施の態様の１例の構成を示す光路図である。
【図２】本発明の光ピックアップ装置の実施の態様の他の例の構成を示す光路図である。
【図３】本発明の光ピックアップ装置用の光学系の温度特性を示すグラフである。
【図４】本発明の光ピックアップ装置用の光学系の構成の１例を示す光路図である。
【図５】本発明の光ピックアップ装置用の光学系の構成の他の例を示す光路図である。
【図６】本発明の光ピックアップ装置用のカップリング光学系中に、輪帯回折面を有する素子を配した例を示す光学系の部分概念図である。
【図７】本発明の光ピックアップ装置用のカップリング光学系中のビームスプリッタの斜面に輪帯回折面を設けた例を示す光学系の部分概念図である。
【符号の説明】
１，１１，１２  半導体レーザ      ２，２１，２２  カップリングレンズ
３  対物レンズ光学系              ４，４１，４２  光検出器
５  情報記録面                    ６，６１，６２  ビームスプリッタ
７，７１，７２  １／４波長板      ８  開口制限手段
９  シリンドリカルレンズ        １０  アクチュエータ
【図１】
0004288769.tif 000006
【図２】
0004288769.tif 000007
【図３】
0004288769.tif 000008
【図４】
0004288769.tif 000009
【図５】
0004288769.tif 000010
【図６】
0004288769.tif 000011
【図７】
0004288769.tif 000012