(57)【要約】本発明は、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにした光学ピックアップ用の対物レンズ（１５）であり、この対物レンズは、光源側より順に、屈折面Ｓ２ｒと回折面Ｓ２ｄとの複合面Ｓ２を有する第１レンズ群ＧＲ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２とによって構成され、第１レンズ群の複合面を負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、第２レンズ群を構成するレンズを少なくとも１の非球面を含む単レンズとした。この対物レンズは、小型で、色収差の補正が効果的に実行され回折限界までレーザ光を集光することを可能とする。
2002069014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた光学ピックアップ用の対物レンズであって、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成されている
光学ピックアップ用の対物レンズ。
2002069014.tif 000029
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項２】
上記第１レンズ群の回折面の断面形状が、設計波長の整数倍の位相差を与える段差を有する階段形状とされていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項３】
レンズ最終面から像点までの作動距離が０．５ｍｍ以上である請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項４】
上記第１レンズ群及び上記第２レンズ群を構成する各レンズが共通のレンズ鏡筒内に配置されている請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項５】
上記第１レンズ群は、最も光源側の面が平面とされていると共に、設計波長に対する屈折力がゼロにされている請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項６】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間にアパーチャが設けられている請求の範囲第５項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項７】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間に設けられたアパーチャは、上記第２レンズ群を構成する屈折型レンズの光源側の面に設けられた金属等の薄膜によって構成されている請求の範囲第６項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項８】
上記第１レンズ群を構成するレンズが合成樹脂により形成されている請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項９】
上記第２レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ以下の厚みを有する保護カバーが配置されると共に、上記保護カバーに起因する球面収差を補正している請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項１０】
上記第１レンズ群を構成するレンズとレンズ鏡筒とが樹脂で一体に形成されている請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項１１】
上記第１レンズ群を構成するレンズと一体に形成された上記レンズ鏡筒内に上記第２レンズ群を構成するレンズが配置されている請求の範囲第８項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項１２】
上記第１レンズ群の複合面の表面に、周期が基準波長の１／２程度の振幅で基準波長の１／４程度の周期構造を有し、上記回折面の凹凸形状よりも微細な同心円状の凹凸形状が形成されている請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項１３】
レーザ光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光を光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素子から出射されたレーザ光を対物レンズに入射させると共に光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを透過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを有する光学ピックアップであって、
上記対物レンズは、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成されている
光学ピックアップ。
2002069014.tif 000030
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項１４】
上記第１レンズ群の回折面の断面形状が、設計波長の整数倍の位相差を与える段差を有する階段形状とされていることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項１５】
レンズ最終面から像点までの作動距離が０．５ｍｍ以上である請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項１６】
上記第１レンズ群及び上記第２レンズ群を構成する各レンズが共通のレンズ鏡筒内に配置されている請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項１７】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間にアパーチャが設けられている請求の範囲第１６項記載の光学ピックアップ。
【請求項１８】
上記第１レンズ群は、最も光源側の面が平面とされていると共に、設計波長に対する屈折力がゼロにされている請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項１９】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間に設けられたアパーチャは、上記第２レンズ群を構成する屈折型レンズの光源側の面に設けられた金属等の薄膜によって構成されている請求の範囲第１８項記載の光学ピックアップ。
【請求項２０】
上記第１レンズ群を構成するレンズが合成樹脂により形成されている請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項２１】
上記第２レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ以下の厚みを有する保護カバーが配置されると共に、上記保護カバーに起因する球面収差を補正している請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項２２】
上記第１レンズ群を構成するレンズとレンズ鏡筒とが樹脂で一体に形成されている請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項２３】
上記第１レンズ群を構成するレンズと一体に形成された上記レンズ鏡筒内に上記第２レンズ群を構成するレンズが配置されている請求の範囲第２０項記載の光学ピックアップ。
【請求項２４】
回転するディスク状光記録媒体に対し、該ディスク状光記録媒体の半径方向に移動自在とされた光学ピックアップによって情報の記録及び再生を行う光ディスク装置であって、
上記光学ピックアップは、４２０ｎｍ以下の波長のレーザ光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光をディスク状光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素子から出射されたレーザ光を対物レンズに入射させると共にディスク状光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを透過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを有し、
上記対物レンズは、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成されている光ディスク装置。
2002069014.tif 000031
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項２５】
レンズ最終面から像点までの作動距離が０．５ｍｍ以上である請求の範囲第２４項記載の光ディスク装置。
【請求項２６】
上記第１レンズ群及び上記第２レンズ群を構成する各レンズが共通のレンズ鏡筒内に配置されている請求の範囲第２４項記載の光ディスク装置。
【請求項２７】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間にアパーチャが設けられている請求の範囲第２６項記載の光ディスク装置。
【請求項２８】
上記第１レンズ群を構成するレンズが合成樹脂により形成されている請求の範囲第２４項記載の光ディスク装置。
【請求項２９】
上記第２レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ以下の厚みを有する保護カバーが配置されると共に、上記保護カバーに起因する球面収差を補正している請求の範囲第２４項記載の光ディスク装置。
【請求項３０】
上記第１レンズ群を構成するレンズとレンズ鏡筒とが樹脂で一体に形成されている請求の範囲第２４項記載の光ディスク装置。
【請求項３１】
上記第１レンズ群を構成するレンズと一体に形成された上記レンズ鏡筒内に上記第２レンズ群を構成するレンズが配置されている請求の範囲第３０項記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光記録媒体に対しレーザ光等の光ビームを照射して、情報の記を行い、光記録媒体に記録された情報の再生を行うために用いられる光学ピックアップ装置に用いられる対物レンズ、この対物レンズを用いた光学ピックアップ装置に関し、更には光ディスク装置に関する。更に詳しくは、光ビームを光記録媒体の記録面に回折限界まで集光させることができる対物レンズ、この対物レンズを用いた光学ピックアップ装置、更には光ディスク装置に関する。
背景技術
情報の記録媒体として、非接触型で記録密度も高い光記録媒体が用いられている。光記録媒体は、光ビーム、例えばレーザ光を記録面に照射することによって情報の記録が行われ、また、記録された情報の再生が行われる。この種の光記録媒体は、記録された情報検索のし易さ等の点から、ディスク状をした光記録媒体、である光ディスクとして形成されたものが広く用いられている。
光ディスクは、螺旋状又は同心円状に形成された記録トラックを有し、互いに隣接する記録トラックの中心線間の間隔、即ち、トラックピッチは、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）の場合では約１．６μｍであるが、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ／Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）では０．７４μｍと狭くし、情報の記録密度が大幅に向上している。
ＤＶＤ等の記録トラックのトラックピッチを狭くして情報の記録密度を向上させた光ディスクに対しレーザ光を照射して情報の記録や再生を行うためには、トラックピッチの大きい光ディスクに対する場合よりも更に小さいビームスポットをその記録面上に形成する必要がある。
対物レンズによって集光されるレーザ光のビームスポットの径は、レーザ光の設計波長に比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、ビームスポットの径を小さくするためには、対物レンズの高開口数化とレーザ光の短波長化が必要となる。
一方、光ディスクに相変化方式又は他の方式で情報を記録するためには高エネルギーのレーザ光が必要であるため、また、反射されたレーザ光によるレーザノイズを低減するため、半導体レーザの駆動電流や電圧に高周波を重ねるなどの方法によって駆動パワーを変動させ、レーザ光の波長を短い周期で変動させるようにしている。従って、可干渉性（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ）のレーザ光を光ディスクに照射する光学ピックアップにおいては、数ｎｍ程度の波長の変動に起因する色収差が発生し、光ディスク上のビームスポットが大きくなってしまうという問題がある。
ところで、光学ピックアップは、レーザ光２００を光ディスクの記録面に集光するための対物レンズを備えている。従来用いられている対物レンズ２０１は、図１に示すように、ガラスをモールド成形した１枚のレンズで構成されたものであって、集光性の高い非球面２０１ａを有する。
この対物レンズ２０１は、図２Ａに示す球面収差の特性図、図２Ｂに示す非点収差の特性図、図２Ｃに示す歪曲収差の特性図に示すように、非球面２０１ａを用いても±２ｎｍの波長の変動に対し±０．６μｍ／ｎｍ程度の色収差が発生していることが分かる。なお、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示す各収差図において、実線は４０５ｎｍ、破線は４０３ｎｍ及び一点鎖線は４０７ｎｍにおける値を示すものであり、非点収差を示す図２Ｂにおいて、太線はサジタル像面、細線はタンジェンシャル像面における値を示すものである。
上述したように、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって高記録密度化が図られた光ディスクに情報を記録するには、対物レンズによって回折限界までレーザ光を集光して、より小さなビームスポットを形成することが望ましい。従来用いられている非球面２０１ａを有するガラスをモールド成形した１枚構成の対物レンズ２０１は、上述したような色収差の発生によって回折限界までのレーザ光を集光することが困難である。
発明の開示
本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されるものであって、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって高記録密度化された光記録媒体に対し情報を記録し、光記録媒体に記録された情報の再生に用いられる光学ピックアップに用いて有用な新規な対物レンズを提供することを目的とするものであり、更に具体的には、小型で、色収差の補正を効果的に行うことでき、回折限界まで光ビームをを集光することができる対物レンズを提供することを目的とする。
更に、本発明は、色収差の補正を効果的に行うことでき、回折限界まで光ビームをを集光することができる対物レンズを用いた光学ピックアップ、この光学ピックアップを用いた光ディスクを提供をすることを目的とする。
上述のような目的を達成するために提案される本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズは、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた光学ピックアップ用の対物レンズであって、上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成されている。
2002069014.tif 000003
2002069014.tif 000004
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
この対物レンズは、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲に対して色収差を効果的に補正することによって、回折限界までレーザ光のスポット径を絞り込むことが可能になる。この対物レンズを用いた光学ピックアップ及びこの光学ピックアップを用いた光ディスクは、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって情報の高密度記録を可能とした光記録媒体に対応して、この光記録媒体に高密度に情報の記録を可能となし、情報が高密度に記録された光記録媒体から正確に情報の再生を行うことを可能とする。
本発明に係る対物レンズは、第１レンズ群の回折面の非球面係数と回折面が付加される負の屈折力を有する非球面の非球面係数とが同一次数で相殺されるようにしたので、回折面を断面形状で、回折面の成型時に加工不能部分等の回折効率の低下要因及び引き目等の透過率の低下要因を排除することが可能になる階段形状に形成することができる。
対物レンズは、第１レンズ群の回折面の断面形状を、設計波長の整数倍の位相差を与える段差を有する階段形状としたので、回折面の成型時に加工不能部分等の回折効率の低下要因及び引き目等の透過率の低下要因を排除することができる。
第１レンズ群及び第２レンズ群を構成する各レンズを共通のレンズ鏡筒内に配置した対物レンズは、光学ピックアップに用いるとき、光学ピックアップの組み立ての作業性を向上させることができる。
本発明に係る対物レンズは、第１レンズ群が、最も光源側の面を平面とすると共に、設計波長に対する屈折力をゼロにしたので、第１レンズ群を、色収差を補正するためだけに使用し、第２レンズ群を、レーザ光を集光させるだけに使用することが可能になり、各レンズ群の設計が容易になる。
第１レンズ群を構成するレンズを樹脂製とすることにより、対物レンズ全体の軽量化を図ることができると共に、低コストで製造することができる。
第２レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ以下の厚みを有する保護カバーを配置し、保護カバーに起因する球面収差を補正するようにすることにより、保護カバーから発生する球面収差による影響を排除することができる。
更に、第１レンズ群を構成するレンズとレンズ鏡筒とを樹脂で一体に形成したので、部品点数を削減し、この対物レンズ自体の軽量化を図り、レンズ組み立て時の製造誤差を抑制することが可能になるので、対物レンズの軽量化を図り、性能の安定化及び低コスト化を実現できる。
更にまた、第１レンズ群と第２レンズ群との間に設けられたアパーチャを、第２レンズ群を構成する屈折型レンズの光源側の面に設けられた金属等の薄膜によって構成したので、レンズ組み立て時における製造誤差を抑制し、性能を安定化させることができる。
更にまた、対物レンズは、第１レンズ群の複合面の表面に、周期が基準波長の１／２程度の振幅で基準波長の１／４程度の周期構造を有し、回折面の凹凸形状よりも微細な同心円状の凹凸形状が形成されているので、この対物レンズに入射される一定の波長の光の透過率を高めることができる。
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る光学ピックアップ装置に用いられる対物レンズ、この対物レンズを用いた光学ピックアップ装置及び光ディスク装置を図面を参照して説明する。
以下に示す本発明の実施の形態は、本発明をディスク状の光記録媒体であるＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）に設けられる記録トラックのトラックピッチよりも狭い０．６μｍ程度のトラックピッチを有するディスク状の光記録媒体、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ／Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって情報の記録密度を高めた規格のディスク状の光記録媒体に対して、情報の記録を行い、この記録媒体に記録された情報の再生を行う光ディスク装置に適用したものである。
まず、本発明に係る対物レンズを用いた光学ピックアップを用いる光ディスク装置を説明する。
本発明が適用される光ディスク装置１は、回転数を高くして記録された記録信号の読み込み及び情報信号の書き込みが高速化されたものであり、トラックピッチが非常に細かくされて記録容量が高められた、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ／Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等の光記録媒体として用いるものであって、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の外部記憶装置として用いられる。
ディスクドライブ装置１は、図３及び図４に示すように、各種機構が配置されたメカフレーム２を有し、メカフレーム２の上方、左右及び前後が、ネジ止め等の適宜な手段によって取り付けられたカバー体３及び前面パネル４によって覆われている。
カバー体３は、天板部３ａと該天板部３ａの両側縁からそれぞれ垂設された側面部３ｂ，３ｂと図示しない後面部とが一体に形成されている。前面パネル４には、横長の開口４ａが形成され、該開口４ａを開閉する扉体５が、その上端部を支点として前面パネル４に回動自在に支持されている。前面パネル４には、各種操作を行う複数の操作ボタン６が配設されている。
メカフレーム２は各種機構が配置される機構配置面部７ａと、機構配置面部７ａの両側縁から立設された側部７ｂ，７ｂとを有し、機構配置面部７ａの前端部にカム板や各種ギアを有するローディング機構８が配置されている。
メカフレーム２には、図４に示すように、ディスクトレイ９が図４中矢印Ａ１方向及び矢印Ａ２方向の前後方向に移動可能に支持されている。ディスクトレイ９には、前後方向に長い挿通孔９ａとディスク状の光記録媒体（以下、単に「光ディスク」という。）１００が載置されるディスク載置凹部９ｂとが形成されている。ディスク載置凹部９ｂに光ディスク１００を載置するとき、ディスクトレイ９はローディング機構８によって移動操作され、前面パネル４の開口４ａから装置本体の外部に突出され、光ディスク１００へ情報の記録又は再生を行うときには、ディスク載置凹部９ｂに光ディスク１００を載置した状態で装置本体の内部に引き込まれる。
メカフレーム２の機構配置面部７ａには、図４に示すように、移動フレーム１０がその後端部を回動支点として回動自在な状態で支持されている。
移動フレーム１０には、光ディスク１００を回転させるためのモータユニット１１が配置されている。モータユニット１１は、ディスクテーブル１１ａと駆動モータ１１ｂを含んでいる。移動フレーム１０には、光学ピックアップ１２が、図示しないガイド軸及びリードスクリューによってディスクテーブル１１ａに装着された光ディスク１００の半径方向に移動可能な状態で支持されている。
移動フレーム１０には、リードスクリューを回転させる送りモータ１３が取着されている。従って、リードスクリューが上記送りモータ１３によって回転されると、その回転方向に応じた方向へ光学ピックアップ１２がガイド軸に案内されて移動される。
本発明に係るディスクドライブ装置１は、光ディスク１００が、ディスクトレイ９のディスク載置凹部９ｂに載置さた状態で装置内部に引き込まれ、ディスクテーブル１１ａ上に適宜な手段によって保持され、モータユニット１１の駆動モータ１１ｂによる駆動によってディスクテーブル１１ａと共に回転されると、光学ピックアップ１２が光ディスク１００の半径方向に移動しながら、光ディスク１００に対する情報の記録又は再生が行われる。
次に、光ディスク１００に対する情報の記録又は再生を行う光学ピックアップ１２の構成について説明する。
光学ピックアップ１２は、図４に示すように、図示しないガイド軸及びリードスクリューによってシャーシ１１に支持された移動ベース１４上に、レーザ光を発光する発光素子や受光素子等を含む所要の光学素子と、対物レンズ１５を支持した図示しない２軸アクチュエータ等が搭載されている。光学ピックアップ１２は、図５に概略的に示すように、図示しない２軸アクチュエータによって支持された対物レンズ１５、４２０ｎｍ以下の波長のレーザ光を出射するレーザ発光素子１６及びレーザー発光素子１６から出射されたレーザ光を平行光束にするコリメータレンズ１７を有する。半導体レーザによりなるレーザ発光素子１６から出射したレーザ光は、コリメータレンズ１７によって平行光束にされ、対物レンズ１５によって光ディスク１００の記録層に集光される。
光学ピックアップ１２は、情報の記録密度が高い光ディスク１００に情報の記録を行い、光ディスク１００に記録された情報の再生を行うものである。この光学ピックアップ１００に用いられるレーザ発光素子１６は、７８０ｎｍの波長のレーザ光を発生する従来のＣＤ規格のレーザ発光素子よりも短い波長４２０ｎｍ以下、具体的には４００ｎｍ乃至４１０ｎｍ程度のレーザ光を発生するものであり、レーザノイズを低減するために高周波電流を駆動電流に重ねることでレーザ光の波長が短い周期で変動するようにされている。
光ディスク１００に情報を記録を行う際には、レーザ発光素子１６から高エネルギーのレーザ光が出射され、コリメータレンズ１７によって平行光束にされ、この平行光束にされたレーザ光が対物レンズ１５に入射して光ディスク１００の記録層上に集光されレーザスポットを形成する。このレーザ光のエネルギーによって記録層が、例えば、相変化し、情報を記録したピットが形成される。
一方、光ディスク１００に記録された情報を再生する場合には、情報の記録を行うときよりも低エネルギーのレーザ光がレーザ発光素子１６から出射され、コリメータレンズ１７によって平行光束とされ、この平行光束にされたレーザ光が対物レンズ１５に入射して光ディスク１００の記録層上に集光されレーザスポットを形成する。光ディスク１００の記録層で反射されたレーザ光は、光ディスク１００に入射されるレーザ光とは逆の光路を経て、光学ピックアップ１２内の受光素子等を含む図示しない受光系によって検出される。
対物レンズ１５の作動距離、即ち、対物レンズ１５を構成するレンズの最も光ディスク１００寄りの面から像点、即ち光ディスク１００のレーザ光が集光する記録層までの距離が０．５ｍｍ以上とされている。
次に、本発明に係る対物レンズ１５について具体的に説明する。
本発明に係る対物レンズは、図５に示すように、更には、後述する具体的な実施例を示す図２０、図２２、図２４、図２６及び図２８に示すように、屈折面Ｓ２ｒをベース面として、これに回折面Ｓ２ｄを付加することによって成る屈折及び回折複合面（以下、単に「複合面」という。）Ｓ２を有するハイブリッド型レンズの第１レンズＬ１によって構成された第１レンズ群ＧＲ１と、正の屈折力を有する両面非球面のメニスカス形状の単レンズである第２レンズＬ２によって構成された第２レンズ群ＧＲ２とを有する。
第１レンズ群ＧＲ１は、色収差を補正する役割を果たすものであり、第２レンズ群ＧＲ２は、レーザ光のビームスポットを所定の大きさに集光する機能を果たす。
以下の説明において、レンズ及び他の構成要素の面番号は、光源（レーザ発光素子）側から、１、２、３、・・・と順に数えるものとし、「Ｓｉ」は光源側から数えてｉ番目の面、「ｒｉ」は光源側から数えてｉ番目の面Ｓｉの曲率半径、「ｄｉ」は光源側から数えてｉ番目とｉ＋１番目の面との間の光軸上における面間隔を示す。非球面形状は、「ｘ」を光軸からの高さが「ｈ」の非球面上の点の、非球面頂点の接平面からの距離、「ｃ」を非球面頂点の曲率（＝１／Ｒ）、「ｋ」を円錐定数、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「Ｅ」、「Ｆ」、「Ｇ」、「Ｈ」及び「Ｊ」をそれぞれ第４次乃至第２０次の非球面係数とするとき、以下の式１によって定義されるものとする。
2002069014.tif 000005
一般的に、回折面に使用される回折光学素子は、振幅型と位相型とに分けられるが、対物レンズ１５の回折面Ｓ２ｄに用いられるものは位相型、特に、効率の点から所謂ブレーズ形状をしたブレーズドホログラムである。このブレーズドホログラムは、一般のホログラムと同様に、製造時に２つの点光源を無限遠にあるとしたときの各面上での非球面的位相のずれ係数として、基板上の曲座標を多項式を使用して指定したものである。ここで、上記多項式の係数は、回折基準波長での光路差（ＯＰＤ）をｍｍ単位で与える。即ち、回折面上で光軸からの高さＲの点における回折による光路差は、
2002069014.tif 000006
のように定義される。実際の回折面の形状は、回折を生じさせるために断続的に変化させることになる。つまり、屈折率Ｎの媒質中の光路と空気中の光路との間に生じる光路差はｔ（Ｎ−１）で与えられるので、回折面の各輪帯（エレメント）の段差ｄは、設計波長をλ（ｎｍ）とするとき、
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又は、その整数倍となる。回折面のブレーズ形状は、光路差ＯＰＤを波長λで割った余りを光路差として生じる深さを表面形状に与えることになる。
第１レンズＬ１は、ガラス又は樹脂で形成され、その複合面Ｓ２は、屈折面Ｓ２ｒをベース面、即ち回折面が定義される基準面として、ダイヤモンドバイトを使用した機械切削加工によって製作した金型を用いて折面Ｓ２ｒに直接、又は、後述する図２４に破線にて概略的に示すように、屈折面Ｓ２ｒに適宜な方法によって積層された樹脂層１８の表面に位相透過型のホログラムを形成した回折面Ｓ２ｄを付加した複合面Ｓ２を有する。このように、回折面Ｓ２ｄを有する複合面Ｓ２を使用すると、レンズの径を大きくすることなく開口数（ＮＡ）を高めることが可能となる。なお、回折面Ｓ２ｄは、後述するように、断面形状で微細な階段状をなすように形成されている。また、ベース面である対物レンズ１５の屈折面Ｓ２ｒは放物面（円錐定数ｋ＝−１）とされている。
また、対物レンズ１５は、第２レンズＬ２の第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４が非球面によって構成されている。
２群構成の対物レンズ１５は、図３に示すように、樹脂等の適宜な材質によって形成されたレンズ鏡筒１９内に配設されている。レンズ鏡筒１９は、詳しい図示は省略するが、両端が開口した略円筒形状をなすものであり、両端の開口からそれぞれ第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２が内部に挿入され、芯出しや位置調整等を行って固定されている。このように、２群構成の対物レンズ１５を、予め、各構成レンズの芯出し等の光学的調整を行ってレンズ鏡筒１９内に配置しておけば、対物レンズ１５を光学ピックアップ１２に組み込む際の作業性を向上させることが可能になる。
第１レンズ群ＧＲ１は、平面である第１面Ｓ１に加えて、複合面Ｓ２が負の屈折力を有する屈折面Ｓ２ｒと正の屈折力を有する回折面Ｓ２ｄとによって構成されることによって、屈折力の総量が０（ゼロ）にされている。第１レンズ群ＧＲ１の屈折力を０にすると、第１レンズ群ＧＲ１が設計波長の光に対して完全に平行平板となり、例え、波長がシフトした場合でも屈折力の非常に弱いレンズとして機能するだけであるため、コリメータレンズ１７とレーザ光を集光させる働きを有する第２レンズ群ＧＲ２との間に挿入する際の偏心、チルト、面間隔等の許容範囲を広く採ることが可能になる。第１レンズ群ＧＲ１を色収差を補正するためだけに使用してビームスポットを形成する働きを第２レンズ群ＧＲ２にのみ負わせることによって、各レンズ群の役割分担を鮮明にし、各レンズ群の設計が容易になる。
対物レンズ１５は、作動距離、即ち、レンズ最終面（第４面Ｓ４）から像点までの距離が０．５ｍｍ以上とされている。開口数の大きな２群構成のレンズ、例えば、Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ（ＳＩＬ）においては、作動距離が０．１ｍｍ程度の場合があった。このように作動距離が短いと、対物レンズと光ディスクとの衝突が必須となる等の問題があった。従って、本発明では、上述のように、レンズ最終面から像点までの作動距離を０．５ｍｍ以上に規定した。また、対物レンズ１５は、１．８７５ｍｍ以下の有効焦点距離を有するように形成されている。
次に、対物レンズ１５において、レーザ光を回折限界まで集光するための色消し、即ち色収差の補正の条件について説明する。
一般に、波長λ（ｎｍ）に対して±δ（ｎｍ）の範囲で波長が変化する光源に対して、屈折型レンズと回折型レンズとを組み合わせたレンズの色消し条件は次のように導かれる。
即ち、波長λ、λ＋δ及びλ−δのときの硝材の屈折率をそれぞれ、Ｎ、Ｎ＋δ、Ｎ−δとすると、波長λ±δの範囲における部分的なアッベ数（以下、「部分アッベ数」という。）νｒは、次に示す式２のように表すことができる。
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また、回折型レンズの部分アッベ数νｄは、次の式３に示すようになる。
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屈折型レンズ及び回折型レンズの焦点距離をそれぞれ、ｆｒ、ｆｄとすると、これらの合成による合成レンズの焦点距離ｆは、次の式４の関係を有し、光軸上における像点の色消し条件は、式５で表される。
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上記式４及び式５から、次の式６に示す、屈折型レンズの焦点距離ｆｒと回折型レンズの焦点距離ｆｄがそれぞれ得られる。
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なお、屈折型レンズの部分アッベ数νｒは、レンズ材質の屈折率によって決定され、回折型レンズの部分アッベ数νｄは、レーザ光の使用波長によって決定される。ここで、レンズ材質の屈折率が波長によって変化することを考慮すると、屈折型レンズの部分アッベ数νｒは、レンズ材質とレーザ光の使用波長によって決定されるということができ、回折型レンズの部分アッベ数νｄはレーザ光の使用波長のみによって決定されるということができる。
ところで、本発明に係る対物レンズ１５のような屈折及び回折複合レンズにおける軸上色消し条件は、レーザ光の使用波長λ、レーザ光の揺らぎ量、即ち波長の変動量δ、レンズの材質、入射レーザ光のビーム径及び開口数（ＮＡ）を決定することによって、一意に決定される。
本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズは、レーザ光の設計波長、レーザ光のビーム径、対物レンズの開口数（ＮＡ）が固定されたパラメータとなるため、レンズの材質が決定されると、屈折及び回折複合レンズにおける軸上色消し条件が決定することになる。例えば、ＮＡ＝０．８、レーザ光のビーム径３ｍｍ、λ＝４１０ｎｍ、δ＝±１０ｎｍとし、レンズの材質としてＬＡＨ５３（株式会社オハラの商品名）を使用した場合、屈折型レンズの焦点距離ｆｒは２．１８ｍｍ、回折型レンズの焦点距離ｆｄは１３．３１ｍｍとなる。
本発明に係る対物レンズ１５において、第１レンズ群ＧＲ１は、色収差を補正する役割を果たすものであり、第２レンズ群ＧＲ２は、レーザ光のビームスポットを所定の大きさに集光する役割を果たすものであるので、第１レンズ群ＧＲ１の屈折力は０で、第２レンズ群ＧＲ２の屈折力の総和が、対物レンズ１５の屈折力となる。これを式で示すと、次に示す式７及び式８のようになる。
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本発明に係る対物レンズ１５は、第１レンズ群ＧＲ１の屈折型レンズ（第１面Ｓ１と第２面屈折面Ｓ２と、第２レンズ群ＧＲ２の第２レンズＬ２との合成焦点距離が、全ての屈折型レンズの焦点距離ｆｒとなるため、次に示す式９が成り立つ。
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光学ピックアップ用対物レンズの設計において、焦点距離とレンズ材質とを決定すると、ｆ、ｆｒ、ｆｄは自動的に決定されるので、上記式９の条件を満たす第１レンズ群の屈折型レンズの焦点距離ｆ１と、第１レンズ群と第２レンズ群との間の間隔ｄも一意に決定される。
ところで、屈折型レンズの主点位置は、レンズ材質の屈折率と、各レンズ面の曲率半径、面間隔等によって決定し、必ずしも一定の位置に固定されていない。従って、回折型レンズと合成屈折型レンズとの主点間隔は、設計条件によって変化することになる。このため、設計時には上記式６を満たすようにベンディングを行い、近軸解を導出することになる。
次に、位相回折型の光学素子が形成された複合面Ｓ２の回折面Ｓ２ｄの階段形状の設計について説明する。
複合面Ｓ２の回折面Ｓ２ｄのサグ量ＡＳＰ（ｒ）は、光学設計用ソフトウェア“ＣＯＤＥＶ”によって次に示す式１０のように定義される。
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上記式１０において、ｋ＝−１とすると、２次の係数がｃ／２となり次の式１１に示す偶数次のみの多項式となる。
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一方、複合面Ｓ２の回折面Ｓ２ｄの位相分布Φ（ｒ）は、次の式１２に示すような偶数次のみの多項式で定義される。
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従って、光学設計までは式１２のように、位相を連続的に変化する関数として取り扱う。
回折面の表面形状設計では、位相の周期性を利用して、位相周期から整数倍の周期を差し引いた残りの位相を新たな位相分布とするため、回折面の形状が離散的なブレーズ形状となる。このブレーズ型の離散的な位相を、実際の材質の厚みとして換算するため、回折面の表面は離散的なブレーズ形状で、その高さは波長の整数倍の位相差を与える厚み量となる。
図６は、非球面の断面形状と、回折面の断面形状を説明するための図である。非球面の断面形状ＡＳＰ＿Ｓａｇは、上記式１１によるものであり、回折面の断面形状ＤＯＥ＿Ｓａｇは上記式１２によるものである。回折面の位相を、屈折面のサグ量と同じ次元にするには、屈折率差で位相を割り算する。
図７は、屈折及び回折複合面の形状を説明するための図である。屈折及び回折複合面のサグ量をＳａｇ（ｒ）とすると、次の式１３のように表記することができる。
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上記式１３において、Ｓａｇ（ｒ）＝０となれば、位相は完全な平面となるため、入射した光に対し何の影響も及ぼすことなく、光を出射させることになる。この場合の回折面の形状は、波長の整数倍の位相を与える厚み量を１段とする垂直な階段形状になる。即ち、Ｓａｇ（ｒ）＝０の解は、次の式１４に示すように、各次数の係数を相殺して０にするように選べばよい。
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なお、２次の係数は、近軸領域で屈折面と回折面のそれぞれの屈折力が相殺されて０となっていることを意味する。
以下において、上述した回折面の階段形状の効果について、図面を参照して説明する。
図８及び図９は、対物レンズ１５の製造段階において、第１レンズＬ１の屈折面Ｓ２ｒに直接、又は、積層された樹脂層１８の表面に回折面を転写形成するために用いられる金型を切削加工するためのバイト２０の先端部分２０ａの幅が、金型の転写面２１に形成されるブレーズ形状（転写形状）２２の各輪帯２２ａ，２２ａ，・・・の幅に対して無視できない大きさを有するときの加工上の問題点及びこれに対する対策を説明するための図である。
即ち、図８に示すように、回折面の形状がブレーズ形状の場合には、切削加工される金型の転写面２１は、矢印Ｘ１方向に送られ、バイト２０は矢印Ｙ１方向に送られることによって、転写面２１が切削されブレーズ形状（転写形状）２２が形成される。ここで、バイト２０の先端部分２０ａの形状は目視上鋭利であっても、微細なブレーズ形状２２の輪帯２２ａ，２２ａ，・・・の大きさに比べると鋭利ではなく、しかも、ブレーズ形状の輪帯２２ａ，２２ａ，・・・の大きさに比べても鋭利にすることは不可能なので、バイト２０の先端部分２０ａによって金型の転写面２１のブレーズ形状２２の輪帯２２ａ，２２ａ，・・・の間には加工不能部分である削り残し部分２５，２５，・・・が残ってしまうことになる。
また、図９に示すように、回折面の形状が階段形状の場合でも、ブレーズ形状の場合と同様に、切削加工される金型の転写面２１は、矢印Ｘ１方向に送られ、バイト２０は矢印Ｙ１方向に送られることによって、転写面２１が切削され、階段形状２６が形成される。しかしながら、回折面の形状が階段形状の場合では、階段形状２６の輪帯２６ａ，２６ａ，・・・を構成する面にバイト２０の先端部２０ａを構成する面に対して斜めに位置する面が含まれないので、上述のような加工不能部分が残ってしまうことがない。
図１０は、図１１に示す一定の周期Ｌ（ブレーズ幅４μｍ）を有するブレーズ型回折格子２７における転写面２１の加工不能部分２５，２５，・・・の転写による未加工部分２７ａ，２７ａ，・・・の幅ｂと回折効率との関係を示すものであり、図１２は、図１３に示す、転写面（切削面）２１に生じる一定の周期ｄを有するバイト２０の移動の軌跡である周期性のある微細な凹凸形状である表面引き目構造２８における、引き目２９の深さｈと透過率との関係を示すものである。
ところで、回折型レンズの回折効率を１００％にする回折面の形状は、ブレーズ形状の断面形状を有するものである。ブレーズの高さ（サグ量）は、波長の整数倍の位相差を与える厚みである。平面上に回折型レンズを作成すると、断面形状はブレーズ形状になる。
一方、前述のように、サグ量を相殺するように式１３の多項式の係数を選択して回折型レンズの設計を行った場合、回折面の断面形状は、図９に示す金型の転写面２１Ａによって転写される階段状になる。この階段の高さ（サグ量）は、上述した平面の場合と同様に、波長の整数倍の位相差を与える厚みとなる。なお、階段形状はブレーズ形状の特殊な場合と考えることができるので、理論的な回折効率は両者で同じである。
但し、図８に示すように、金型の転写面２１にブレーズ形状をバイト２０による切削加工で形成する際には、回折面が斜面を含む断面でブレーズ形状であると、バイト２０の先端部分２０ａの形状によって削り残しの加工不能部分２５，２５，・・・ができてしまう。この加工不能部分２５，２５，・・・がブレーズ形状２２に比べて無視できない大きさになってくると、図１０に示すように、その程度に応じて回折効率が低下することになってしまう。この加工不能部分２５，２５，・・・は、図１１に示すように、バイト２０の先端部分２０ａの形状が小さい（鋭利）程小さくなる。
また、バイト２０を用いた金型の転写面２１の切削加工を行う際に、図１３に示すように、ブレーズ形状２２の斜面に、バイト２０の移動の軌跡である周期性のある微細な凹凸形状の引き目２９が発生する。この引き目２９の繰り返し形状である表面引き目構造２８の周期ｄ、振幅である引き目の深さｈが、レンズの設計波長に対して同程度か、それ以上の大きさを有する時には、図１２に示すように、レンズに転写された場合、その程度に応じて透過率を減少させることになる。図１２に示す例に周期ｄは、０．８μｍとされている。この引き目２９は、一般的に、バイト２０の先端部分２０ａの形状が小さい（鋭利）程小さくなる。
このように、金型の転写面２１にブレーズ形状２２をバイト２０を使用した切削加工によって形成すると、バイト２０の先端部分２０ａの形状によって、転写されたレンズの回折面の回折効率と透過率との間で一定の規律が生じてしまう。
これに対し、図９に示すような階段形状２６をバイト２０を用いた切削加工によって金型の転写面２１Ａに形成する際には、加工によって形成する面に斜面が含まれていないため、ブレーズ形状２１の場合のような加工不能部分２５，２５，・・・が残らず、理想的な断面形状に近い形状になる。従って、回折面が階段形状２６の転写によるものの場合には、回折効率の低下要因を無くすことが可能になる。また、バイト２０の先端形状２０ａに対する制約が無くなるため、バイト２０に、図１３に示す表面引き目構造２８の発生を抑えやすい形状をしたバイトを先端形状に関係なく選択することができ、これによって透過率の低下要因も減少させることも可能になる。
ここで、対物レンズ１５を成形する金型の転写面に形成された微細な凹凸形状の引き目２９の繰り返し形状である表面引き目構造２８が転写され、対物レンズ１５の複合面の表面に形成される微細な凹凸形状３９の影響について更に説明する。
金型の引き目構造２８が転写されて凹凸形状３９が形成された対物レンズ１５の複合面Ｓ２におけるレーザ光の透過及び反射は、図１４に示すようになる。即ち、対物レンズ１５に入射したレーザ光４０は、一部が凹凸形状３９の表面によって乱反射された反射光４０ａとなって透過率が減少させられる。また、対物レンズ１５に入射されて透過するレーザ光である透過光４１も凹凸形状３９の面形状に予想外の方向に屈折されて迷光４１ａ等を生じさせ、凹凸形状３９が形成された面の透過率を更に悪化させることになる。
ところで、対物レンズ１５の複合面Ｓ２は、この対物レンズ１５を成形する金型の転写面２１の加工時において、金型を構成する材料に対する切削用のバイトの移動を最適に制御することによって、金型の引き目構造２８の周期を制御し、対物レンズ１５の複合面Ｓ２に形成される凹凸形状３９の周期及び振幅を制御することができる。複合面Ｓ２に形成される凹凸形状３９の周期及び振幅を一定の条件に制御するすることにより、所定の波長のレーザ光の透過率を制御することができる。
凹凸形状３９が形成された対物レンズ１５の透過率が制御できる点を、更に具体的に説明する。
所定波長のレーザ光の透過率を制御するためには、対物レンズ１５を成形する金型の転写面２１に形成される引き目構造２８を、周期ｄが入射されるレーザ光の基準波長（λ）の１／２程度で、振幅ｈが入射されるレーザ光の基準波長（λ）の１／４程度の周期構造を有する同心円状に形成する。このような形状の引き目構造２８が転写されることによって対物レンズ１５の複合面Ｓ２に形成される凹凸形状３９も、同様の周期ｄ及び振幅ｈを有するものとなる。
なお、凹凸形状３９の向きは、ブレーズ転写形状の向きと一致するように、即ち、各ブレーズの形状と凹凸形状の斜面の向きを位置させて相似形にすることが望ましい。
ここで、凹凸形状３９が上述のような周期ｄ及び振幅ｈとして形成され経緯を図１５及び図１６を参照して説明する。
図１５は、引き目構造の転写形状である凸凹形状３９の周期ｄを０．５μｍにしたときの、従来から用いられている波長を６５０ｎｍとする赤色レーザＲｅと、本発明で用いられる波長を４０５ｎｍとする青色レーザＢｕにおける振幅ｈと透過率との関係を示す図である。
また、図１６は、引き目構造の転写形状である凸凹形状３９の周期ｄを０．５μｍにしたときの、波長を６５０ｎｍとする赤色レーザＲｅと、波長を４０５ｎｍとする青色レーザＢｕにおける振幅ｈと透過率との関係を示す図である。
図１５に示す特性図から明らかなように、０．５μｍの周期ｄを有する凹凸形状３９の場合には、赤色レーザＲｅで凹凸形状３９の振幅ｈが、赤色レーザＲｅの波長の１／４程度の位相差を与える振幅である０．３３μｍとしたときには９０％の透過率を確保することが可能となるが、青色レーザＢｕでは、凹凸形状３９の振幅ｄが青色レーザの波長の１／４程度の位相差を与える振幅である０．２μｍとされたときには、７０％程度の透過率しか確保することができない。
これに対し、図１６に示す特性図から明らかなように、０．２μｍの周期ｄを有する凹凸形状３９の場合には、赤色レーザＲｅで凹凸形状３９のｈが、赤色レーザＲｅの波長の１／４程度の位相差を与える振幅である０．３３μｍとしたときでも、青色レーザＢｕで凹凸形状３９の振幅ｄが青色レーザの波長の１／４程度の位相差を与える振幅である０．２μｍとされたときでも９０％程度の透過率しか確保することができない。
上述したように、本発明に係る対物レンズ１５は、複合面Ｓ２の回折面Ｓ２ｄを断面形状で微細な階段状とともに、この階段状の面に形成される凹凸形状３９の周期ｄ及び振幅ｈを上述したように設定することにより、回折効率の低下と透過率の低下の問題を同時に改善することができる。
次に、本発明に係る対物レンズの他の例を図面を参照して説明する。
この例の対物レンズ５５も、上述した対物レンズ１５と同様に、図１７及び図１８に示すように、屈折面の第１面Ｓ１及び屈折面Ｓ２ｒと回折面Ｓ２ｄとを組み合わせた回折複合面である第２面Ｓ２からなるハイブリッド型レンズの第１レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ１と、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４の両面が非球面とされた単レンズである第２レンズＬ２から成る正の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２によって構成された２群構成を有する。
なお、前述した対物レンズ１５と共通する部分には共通した符号を付して詳細な説明は省略する。
本例の２群構成の対物レンズ５５は、図１８に示すように、合成樹脂等の適宜な材料によって形成されたレンズ鏡筒１８内に配設されている。レンズ鏡筒１８は、図１８に示すように、両端が開口した略円筒形に形成されたものであり、両端の開口からそれぞれ第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２が内部に挿入され、芯出しや位置調整等を行って固定されている。このように、２群構成の対物レンズ１５を、予め、各構成レンズの芯出し等の光学的調整を行ってレンズ鏡筒５８内に配置しておけば、対物レンズ１５を、図１７に示すように、光学ピックアップ１２に組み込む際の作業性を向上させることが可能になる。
更に、対物レンズ１５は、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間にアパーチャ５９が設けられている。即ち、アパーチャ５９は、図１８に示すように、第２レンズ群ＧＲ２の光源側の第３面Ｓ３の近傍に設けられ、第２レンズ群ＧＲ２に入射するレーザ光の光量を制限するようにされたものであり、レンズ鏡筒１８と同じ材質によって一体、又は、別部材によって略リング状に形成されたものがレンズ鏡筒５８の内周壁５８ａに接着等の適宜な手段によって取り付けられている。このように、屈折力の大きい第２レンズ群ＧＲ２（第２レンズＬ２）の光源側の第３面Ｓ３の近傍にアパーチャ１９を配置することによって、レンズの周縁部を使用しないで、光学特性の良好な部分のみを使用するように制限して性能を安定化させ、各種収差の補正を行い易くした。
この対物レンズ５５においても、第１レンズ群ＧＲ１は、平面である第１面Ｓ１に加えて、複合面である第２面Ｓ２が負の屈折力を有する屈折面Ｓ２ｒと正の屈折力を有する回折面Ｓ２ｄとによって構成されることによって、屈折力の総量が０（ゼロ）にされている。
また、この対物レンズ５５も、作動距離、即ち、レンズ最終面（第４面Ｓ４）から像点までの距離が０．５ｍｍ以上とされ、１．８７５ｍｍ以下の有効焦点距離を有するように形成されている。
本発明に係る対物レンズ６５の更に他の例を図面を参照して説明する。
この対物レンズ６５は、図１９に示すように、レンズの基本的構成を図１８に示す対物レンズ５５と同様であり、第２面Ｓ２が屈折面Ｓ２ｒと回折面Ｓ２ｄとを組み合わせた複合面とされたハイブリッド型レンズである第１レンズＬ１によって構成された第１レンズ群ＧＲ１と、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４の両面が非球面とされた単レンズである第２レンズＬ２から成る正の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２によって構成される。
対物レンズ６５を構成する第１レンズＬ１は、透明の樹脂材料によって形成されている。複合面（第２面）Ｓ２は、樹脂製の第１レンズＬ１の屈折面Ｓ２ｒをベース面（回折面が定義される基準面）として、該屈折面Ｓ２ｒに、ダイヤモンドバイトによる転写金型への機械切削加工等の適宜な方法によって作成されたブレーズ形状の転写形状を転写することによって形成されたブレーズ形状を有する位相透過型のホログラムから成る回折面Ｓ２ｄを付加したものである。
対物レンズ６５は、第１レンズＬ１とレンズ鏡筒６０とが、図１９に示すように、同一の材料によって一体に形成されている。従って、レンズ鏡筒６０の一端部は、第１レンズＬ１によって閉塞され、他端部のみが開口した形状となっている。この対物レンズ６５は、第１レンズＬ１とレンズ鏡筒６０とを一体化した一体成形によって加工することによって、第１レンズＬ１の芯出しや位置合わせ等の光学的調整が不要となる。
第２レンズＬ２は、第１レンズＬ１と一体に形成されたレンズ鏡筒６０の開口から内部に挿入され、芯出しや位置調整等を行って固定されている。このように、レンズ鏡筒６０内における光学的調整は、第２レンズＬ２に関してのみ必要となる。従って、第２レンズＬ２についてのみ芯出し等の光学的調整を行えばよく、対物レンズ６５を光学ピックアップ１２に組み込む際の作業性を大幅に向上させることが可能である。
上述のように、対物レンズ６５は、第１レンズＬ１とレンズ鏡筒６０とが樹脂によって一体に形成されているので、全体的に軽量化することが可能である。
また、対物レンズ６５は、第２レンズＬ２の光源側を向いた第３面Ｓ３の外周部分に全周に亘って適宜な金属を蒸着することによって、帯状に形成された薄膜から成るアパーチャ６１が設けられている。このように、第２レンズＬ２の第３面Ｓ３に一体にアパーチャ６１を形成するようにしたのは、第１レンズＬ１とレンズ鏡筒６０とが一体に形成されているため、成型時の型抜きの関係で、レンズ鏡筒６０の内部に一体にアパーチャを形成することが不可能であるためである。このように、対物レンズ６５の第２レンズＬ２の光源側を向いた第３面Ｓ３にアパーチャ２１を設けることによって、アパーチャ２１の第２レンズＬ２に対する組み立て誤差を０にすると共に、レンズの周縁部を使用しないで、光学特性の良好な部分のみを使用するように制限することによって性能を安定化させることができる。
この対物レンズ６５も、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長の範囲にある光に対して光軸上の像点における色収差の補正を可能とするものである。
次に、本発明に係る対物レンズ１５を具体化した実施例を示す。
図２０は、本発明に係る対物レンズ１５の実施例１のレンズ構成を示すものであり、対物レンズ１５は、屈折面Ｓ２ｒをベース面として形成された回折面Ｓ２ｄからなる複合面Ｓ２を有するガラス製の平凹レンズから成る第１レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレンズの第２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群ＧＲ２を有する。
第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の硝材は、前述したＬＡＨ５３が用いられている。なお、第２レンズＬ２と像面（光ディスク１００の記録層）との間には、ポリカーボネート製の保護カバー３０が配設されている。「Ｓ５」及び「ｒ５」は、図２０に示すように、保護カバー３０の表面（第５面）及び曲率半径を示すものであり、「ｄ４」は第２レンズＬ２の第４面Ｓ４と第５面との間の光軸上における面間隔、「ｄ５」は保護カバー２２の厚みである。これら記号は、後述する他の実施例においても同様である。
保護カバー３０の厚みは、０．３ｍｍ以下であることが望ましい。この実施例１と後述する実施例２は、保護カバー３０の厚みを０．１ｍｍとしたものである。これは、保護カバー３０の厚みが０．３ｍｍ以上であると、補正が困難になるほどの球面収差が発生してしまうが、保護カバー３０が０．３ｍｍ以下の場合には球面収差の発生を抑えることができるからである。
下記の表１に実施例１の各構成レンズの数値を示す。
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表２に第２面である複合面Ｓ２（回折面Ｓ２ｄ及び屈折面Ｓ２ｒ）、第３面ＳＳ３及び第４面Ｓ４の円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを示す。なお、表２中の「Ｅ」は、１０を底とする指数表現を表すものとする。後述する同種の表においても同様である。
2002069014.tif 000020
図２１Ａは、実施例１による対物レンズ１５の球面収差を示し、図２１Ｂは、非点収差を示し、図２１Ｃは、曲収差を示す。図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２１Ｃにそれぞれ示す収差図において、実線は４０５ｎｍ、破線は４０３ｎｍ、一点鎖線は４０７ｎｍにおける値をそれぞれ示すものであり、図２１Ａに示す非点収差図において、太線はサジタル像面、細線はタンジェンシャル像面における値を示すものである。後述する同種の図おいても同様である。また、回折基準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波長は４０５ｎｍ、レーザ光の入射ビーム径は３．０ｍｍ、開口数は０．８５である。
ところで、図２１Ａ乃至図２１Ｃに示す各収差図において、実線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値は、殆ど重なって判別することが困難となっている。これは、実施例１における対物レンズ１５は、色収差の発生が極めて少ないことを示すものである。従って、実施例１においては、対物レンズ１５の色収差が効果的に補正されていることが判る。
図２２は、本発明に係る対物レンズ１５の実施例２のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１を適宜な樹脂材料によって形成し、第２レンズＬ２を前述したＬＡＨ５３によって形成したものである。
実施例２の対物レンズ１５は、屈折面Ｓ２ｒをベース面として形成された回折面Ｓ２ｄからなる複合面Ｓ２を有する合成樹脂製の平凹レンズからなる第１レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレンズの第２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群ＧＲ２を有する。第２レンズＬ２と像面（光ディスク１００の記録層）との間には、ポリカーボネート製の保護カバー３０が配設されている。
下記の表３に実施例２の各構成レンズの数値を示す。
2002069014.tif 000021
実施例２は、第１レンズＬ１が合成樹脂により形成されているので、対物レンズ１５を軽量化することが可能になり、また、合成樹脂はガラスよりも材料費が安価であり、加工性が良好なので、対物レンズ１５を低コストで量産することが可能になる。
表４に、第２面である複合面Ｓ２（回折面Ｓ２ｄ及び屈折面Ｓ２ｒ）、第３面ＳＳ３及び第４面Ｓ４の円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを示す。
2002069014.tif 000022
図２３Ａは、実施例２による対物レンズ１５の球面収差を示し、図２３Ｂは、非点収差を示し、図２３Ｃは、曲収差を示す。回折基準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波長は４０５ｎｍ（４０３ｎｍ乃至４０７ｎｍ）、開口数は０．８５である。
図２３Ａ乃至図２３Ｃの各収差図において、実線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値は、殆ど重なって判別することが困難となっている。これは、実施例２の対物レンズ１５は、色収差の発生が極めて少ないことを示すものである。従って、実施例２の対物レンズ１５は、色収差が効果的に補正されていることが判る。
図２４は、本発明に係る対物レンズ１５の実施例３のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１をＳＢＳＬ７（株式会社オハラの商品名）によって形成し、第２レンズＬ２を前述したＬＡＨ５３によって形成したものである。
実施例３における対物レンズ１５は、屈折面Ｓ２ｒをベース面として合成樹脂層３８を積層し、合成樹脂層３８の表面に回折面Ｓ２ｄを形成した複合面Ｓ２を有するガラス製の平凹レンズからなる第１レンズＬ１によって構成された第１レンズ群ＧＲ１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレンズの第２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群ＧＲ２を有する。第２レンズＬ２と像面（光ディスク１００の記録層）との間には、ポリカーボネート製の保護カバー３０が配設されている。
下記の表５に実施例３の各構成レンズの数値を示す。
2002069014.tif 000023
表６に第２面である複合面Ｓ２（回折面Ｓ２ｄ及び屈折面Ｓ２ｒ）、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４の円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを示す。
2002069014.tif 000024
実施例３は、屈折面Ｓ２ｒに積層された樹脂層３８に回折面Ｓ２ｄを形成するようにしたものである。これは、第１レンズＬ１の材質（ＳＢＳＬ７）が金型成形によって複合面を形成することができない材質だからである。従って、第１レンズＬ１に金型成形を行うことができない材質、例えば硝材を使用する場合であっても、金型の回折面形状が転写された合成樹脂層３８を積層することによって屈折及び回折複合面を形設けることが可能であるため、第１レンズＬ１に使用する材質の選択範囲を大幅に広げることが可能になる。
図２５Ａは、実施例３による対物レンズ１５の球面収差を示し、図２５Ｂは、非点収差を示し、図２５Ｃは、曲収差を示す。回折基準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波長は４０５ｎｍ、開口数は０．８５である。
図２５Ａ乃至図２５Ｃに示す各収差図において、実線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値は、殆ど重なって判別することが困難となっている。これは、実施例３の対物レンズ１５は、色収差の発生が極めて少ないことを示すものである。従って、実施例３の対物レンズ１５は、色収差が効果的に補正されていることが判る。
図２６は、本発明に係る対物レンズ１５の実施例４のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１を、適宜な合成樹脂材料によって形成し、第２レンズＬ２を前述したＬＡＨ５３によって形成し、高次回折光を使用するようにしたものである。
即ち、実施例４の対物レンズ１５は、第２面屈折面Ｓ２ｒをベース面として回折面Ｓ２ｄを形成した複合面Ｓ２を有する合成樹脂製の平凹レンズからなる第１レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレンズの第２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群ＧＲ２を有する。なお、第２レンズＬ２と像面（光ディスク１００の記録層）との間には、ポリカーボネート製の保護カバー３０が配設されている。
下記の表７に実施例４の各構成レンズの数値を示す。
2002069014.tif 000025
実施例４においても、第１レンズＬ１が合成樹脂製であるので、対物レンズ１５を軽量化することが可能になり、また、合成樹脂はガラスよりも材料費が安価であり、加工性が良好であるので、対物レンズ１５を低コストで量産することが可能になる。
表８に第２面である複合面Ｓ２（回折面Ｓ２ｄ及び屈折面Ｓ２ｒ）、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４の円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを示す。
2002069014.tif 000026
図２７Ａは、実施例４による対物レンズ１５の球面収差を示し、図２７Ｂは、非点収差を示し、図２７Ｃは、曲収差を示す。回折基準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１０であり、設計波長は４０５ｎｍ、開口数は０．８５である。
図２７Ａ乃至図２７Ｃに示す各収差図において、実線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値は、殆ど重なって判別することが困難となっている。これは、実施例４における対物レンズ１５は、色収差の発生が極めて少ないことを示すものである。従って、実施例４の対物レンズ１５は、色収差が効果的に補正されていることが判る。
実施例４の対物レンズ１５のように、高次回折光を用いた設計に変更することによって、回折面Ｓ２ｄの階段形状の高さ及び幅は、１次回折光で設計する場合の次数倍となる。従って、レンズ周辺部の階段形状の幅が他の部分と比較して細くなってしまう場合、このような大きな次数を用いた設計は回折面Ｓ２ｄの階段形状の加工性の観点から有効である。
図２８は、本発明に係る対物レンズ１５の実施例５のレンズ構成を示すものであり、第１レンズＬ１を、適宜な合成樹脂材料によって形成し、第２レンズＬ２を前出のＬＡＨ５３によって形成し、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間隔を１ｍｍ以上離すようにしたものである。
実施例５の対物レンズ１５は、第２面屈折面Ｓ２ｒをベース面として回折面Ｓ２ｄを形成して成る複合面Ｓ２を有する合成樹脂製の平凹レンズからなる第１レンズＬ１によって構成される第１レンズ群ＧＲ１と、パワーの大きい単玉の非球面ガラスモールドレンズの第２レンズＬ２によって構成される第２レンズ群ＧＲ２を有する。なお、第２レンズＬ２と像面（光ディスク１００の記録層）との間には、ポリカーボネート製の保護カバー３０が配設されている。
下記の表９に実施例５の対物レンズ１５を構成する各構成レンズの数値を示す。
2002069014.tif 000027
実施例５の対物レンズ１５は、第１レンズＬ１が樹脂製であるので、対物レンズ１５を軽量化することが可能になり、また、合成樹脂はガラスよりも材料費が安価であり、加工性が良好なので、対物レンズ１５を低コストで量産することが可能になる。
表１０に第２面である複合面Ｓ２（回折面Ｓ２ｄ及び屈折面Ｓ２ｒ）、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４の円錐定数ｋ及び４次乃至１０次の非球面係数Ａ乃至Ｄを示す。
2002069014.tif 000028
図２９Ａは、実施例５による対物レンズ１５の球面収差を示し、図２９Ｂは、非点収差を示し、図２９Ｃは、曲収差を示す。回折基準波長は４０５ｎｍ、設計次数はＮ＝１であり、設計波長は４０５ｎｍ、開口数は０．８５である。
図２９Ａ乃至図２９Ｃに示す各収差図において、実線で示す波長４０５ｎｍでの値、破線で示す波長４０３ｎｍでの値及び一点鎖線で示す波長４０７ｎｍでの値は、殆ど重なって判別することが困難となっている。これは、実施例５の対物レンズ１５は、色収差の発生が極めて少ないことを示すものである。従って、実施例５の対物レンズ１５は、色収差が効果的に補正されていることが判る。
ところで、本発明に係る対物レンズ１５は光学ピックアップ１２に組み付けられて実際に使用される場合には、フォーカシングサーボ及びトラッキングサーボをかける必要上、２軸アクチュエータによる駆動が行われる。対物レンズ１５にフォーカシングサーボ及びトラッキングサーボをかけた際には共振が発生することがある。
実施例５の対物レンズ１５は、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の間隔である面間隔ｄ２を３．０ｍｍに設定したものである。これは、面間隔ｄ２を調節することによって、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との合成レンズである対物レンズ１５の重心位置を適宜ずらせて、フォーカシングサーボ及びトラッキングサーボをかける際の共振を相殺するように設計することを可能にしたものである。
上述したように、本発明に係る対物レンズ１５は、第１レンズＬ１からなる第１レンズ群ＧＲ１と、非球面単玉レンズである第２レンズＬ２からなる第２レンズ群ＧＲ２とを組み合わせた屈折・回折ハイブリッド型２群レンズであって、第１レンズＬ１を非球面である屈折面Ｓ２ｒ上に位相回折面Ｓ２ｄが形成された複合面Ｓ２を有するようにし、回折面Ｓ２ｄが付加されている屈折面（ベース面）Ｓ２ｒを非球面の凹面とする設計によって、レーザ発光素子１６からのレーザ光の波長が変化しても軸上色収差を略０にすることが可能となり、必要な開口数（ＮＡ）を維持したまま、作動距離を大きく取ることも可能となり、ベース面の曲率を小さく抑えることができるため、複合面Ｓ２を構成する位相回折格子形状の加工が容易となる。
情報の記録密度を高めた光ディスクに対応した光学ピックアップに用いられる対物レンズにおいては色収差を０．０５μｍ／ｎｍ以下にすることが要求されているが、前述した図１に示した従来の１枚構成の対物レンズ２０１ではレーザ光の±２ｎｍの波長の変動に対し±０．６μｍ／ｎｍ程度の色収差が発生するのに対し、上述した本発明に係る各対物レンズは、従来と同様の±２ｎｍ波長の変動に対し色収差が０．０１μｍ／ｎｍ程度に収めることができるため、光学ピックアップ及び光ディスク装置において、情報の記録及び再生を安定して行うことが可能になり、回折限界までレーザ光のスポット径を絞り込むことができるので、トラックピッチを狭くすることによって情報の記録密度を高めた規格の光ディスクに対応した十分な性能を持つことが可能となる。
更に、情報の書き込み可能な光ディスクに対応したレーザパワーの大きな、即ち、レーザパワーを変動させてレーザノイズを低減する手段を備えた光学ピックアップに本発明に係る対物レンズを採用することにより、高密度記録情報の再生性能及び記録性能を向上させることも可能になる。
更にまた、本発明に対物レンズを採用した光学ピックアップ１２を用いることによって、高密度記録情報の再生性能及び記録性能が向上した光ディスク装置を提供することが可能になる。
上述した本発明の実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるものではない。
産業上の利用可能性
本発明に係る対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光学ピックアップは、波長を４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の光ビームに対して色収差を効果的に補正することによって、回折限界まで光ビームのスポット径を絞り込むことが可能になるので、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって情報の記録密度を高めた規格の光記録媒体に対応することができる。
本発明に係る対物レンズを用いた光学ピックアップを組み込んだ光ディスク装置は、高密度記録を可能とした光記録媒体に対応して、この光記録媒体に高密度に情報の記録を可能となし、情報が高密度に記録された光記録媒体から正確に情報の再生を行うことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の光学ピックアップに用いられる対物レンズを示す側面図である。
図２Ａは、図１に示す対物レンズの球面収差を示す特性図であり、図２Ｂは、非点収差を示す特性図、図２Ｃは、歪曲収差を示す特性図である。
図３は、本発明が適用される光ディスク装置の外観を概略的に示す斜視図であり、図４は、光ディスク装置の内部構成を示す分解斜視図である。
図５は、本発明が適用された光学ピックアップを示す側面図である。
図６は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの回折面と共に回折面及び屈折面におけるそれぞれのレンズの半径方向とサグ量との関係を示す図であり、図７は、回折面と屈折面とを組み合わせた複合面におけるレンズの半径方向とサグ量との関係を示す図である。
図８は、ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械切削加工によるブレーズ型回折面の作成を説明する概略斜視図である。
図９は、ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械切削加工による階段型回折面の作成を説明するための概略斜視図である。
図１０は、ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械切削加工によるブレーズ型回折面の作成時における削り残し部分の幅と回折効率との関係を示す図である。
図１１は、ダイヤモンドバイトの先端部分の幅が無視できない時のブレーズ型回折面の形状を示す概略縦断面図である。
図１２は、ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械切削加工によるブレーズ型回折面の作成時における引き目の高さと透過率との関係を示す図である。
図１３は、ダイヤモンドバイトを使用した転写金型の機械切削加工によるブレーズ型回折面の作成時における引き目の形状を示す概略縦断面図である。
図１４は、引き目構造を有する面における入射光及び反射光の様子を示す図である。
図１５は、赤色レーザ光で使用される回折面における凹凸構造の振幅と透過率との関係を示す図である。
図１６は、青色レーザ光で使用される回折面における凹凸構造の振幅と透過率との関係を示す図である。
図１７は、本発明が適用された光学ピックアップの他の例を示す側面図である。
図１８は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの他の例を示す縦断面図である。
図１９は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの更に他の例を示す縦断面図である。
図２０は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの実施例１のレンズ構成を示す図である。
図２１Ａは、実施例１の対物レンズの球面収差を示す特性図であり、図２１Ｂは、非点収差を示す特性図、図２１Ｃは、歪曲収差を示す特性図である。
図２２は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの実施例２のレンズ構成を示す図である。
図２３Ａは、実施例２の対物レンズの球面収差を示す特性図であり、図２３Ｂは、非点収差を示す特性図、図２３Ｃは、歪曲収差を示す特性図である。
図２４は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの実施例３のレンズ構成を示す図である。
図２５Ａは、実施例３の対物レンズの球面収差を示す特性図であり、図２５Ｂは、非点収差を示す特性図、図２５Ｃは、歪曲収差を示す特性図である。
図２６は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの実施例４のレンズ構成を示す図である。
図２７Ａは、実施例４の対物レンズの球面収差を示す特性図であり、図２７Ｂは、非点収差を示す特性図、図２７Ｃは、歪曲収差を示す特性図である。
図２８は、本発明に係る光学ピックアップ用の対物レンズの実施例５のレンズ構成を示す図である。
図２９Ａは、実施例５の対物レンズの球面収差を示す特性図であり、図２９Ｂは、非点収差を示す特性図、図２９Ｃは、歪曲収差を示す特性図である。
【図１】
2002069014.tif 000032
【図２Ａ】
2002069014.tif 000033
【図２Ｂ】
2002069014.tif 000034
【図２Ｃ】
2002069014.tif 000035
【図３】
2002069014.tif 000036
【図４】
2002069014.tif 000037
【図５】
2002069014.tif 000038
【図６】
2002069014.tif 000039
【図７】
2002069014.tif 000040
【図８】
2002069014.tif 000041
【図９】
2002069014.tif 000042
【図１０】
2002069014.tif 000043
【図１１】
2002069014.tif 000044
【図１２】
2002069014.tif 000045
【図１３】
2002069014.tif 000046
【図１４】
2002069014.tif 000047
【図１５】
2002069014.tif 000048
【図１６】
2002069014.tif 000049
【図１７】
2002069014.tif 000050
【図１８】
2002069014.tif 000051
【図１９】
2002069014.tif 000052
【図２０】
2002069014.tif 000053
【図２１Ａ】
2002069014.tif 000054
【図２１Ｂ】
2002069014.tif 000055
【図２１Ｃ】
2002069014.tif 000056
【図２２】
2002069014.tif 000057
【図２３Ａ】
2002069014.tif 000058
【図２３Ｂ】
2002069014.tif 000059
【図２３Ｃ】
2002069014.tif 000060
【図２４】
2002069014.tif 000061
【図２５Ａ】
2002069014.tif 000062
【図２５Ｂ】
2002069014.tif 000063
【図２５Ｃ】
2002069014.tif 000064
【図２６】
2002069014.tif 000065
【図２７Ａ】
2002069014.tif 000066
【図２７Ｂ】
2002069014.tif 000067
【図２７Ｃ】
2002069014.tif 000068
【図２８】
2002069014.tif 000069
【図２９Ａ】
2002069014.tif 000070
【図２９Ｂ】
2002069014.tif 000071
【図２９Ｃ】
2002069014.tif 000072
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2002069014.tif 000073
2002069014.tif 000074
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月13日(2003.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、回折型レンズを含む第１レンズ群と、屈折型レンズからなる第２レンジ群によって構成され、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた光学ピックアップ用の対物レンズであって、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
上記第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成され、
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間にアパーチャが設けられている光学ピックアップ用の対物レンズ。
ｋ＝−１
Ｃ１＝（Ｎ−１）ｃ／２
Ｃ２＝（Ｎ−１）Ａ
Ｃ３＝（Ｎ−１）Ｃ
Ｃ４＝（Ｎ−１）Ｄ
・・・・・・・
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項２】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間に設けられたアパーチャは、上記第２レンズ群を構成する屈折型レンズの光源側の面に設けられた金属等の薄膜によって構成されている請求の範囲第１項記載の光学ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項３】
物体側より順に、回折型レンズを含む第１レンズ群と、屈折型レンズからなる第２レンジ群によって構成され、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた光学ピックアップ用の対物レンズであって、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
上記第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成され、
上記第１レンズ群の複合面の表面に、周期が基準波長の１／２程度の振幅で基準波長の１／４程度の周期構造を有し、上記回折面の凹凸形状よりも微細な同心円状の凹凸形状が形成されている光学ピックアップ用の対物レンズ。
ｋ＝−１
Ｃ１＝（Ｎ−１）ｃ／２
Ｃ２＝（Ｎ−１）Ａ
Ｃ３＝（Ｎ−１）Ｃ
Ｃ４＝（Ｎ−１）Ｄ
・・・・・・・
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項４】
レーザ光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光を光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素子から出射されたレーザ光を対物レンズに入射させると共に光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを透過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを有する光学ピックアップであって、
上記対物レンズは、
物体側より順に、回折型レンズを含む第１レンズ群と、屈折型レンズからなる第２レンジ群によって構成され、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた対物レンズであって、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
上記第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成され、
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間にアパーチャが設けられている光学ピックアップ。
ｋ＝−１
Ｃ１＝（Ｎ−１）ｃ／２
Ｃ２＝（Ｎ−１）Ａ
Ｃ３＝（Ｎ−１）Ｃ
Ｃ４＝（Ｎ−１）Ｄ
・・・・・・・
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項５】
上記第１レンズ群の複合面の表面に、周期が基準波長の１／２程度の振幅で基準波長の１／４程度の周期構造を有し、上記回折面の凹凸形状よりも微細な同心円状の凹凸形状が形成されている請求の範囲第４項記載の光学ピックアップ。
【請求項６】
上記第１レンズ群の回折面の断面形状が、設計波長の整数倍の位相差を与える段差を有する階段形状とされていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の光学ピックアップ。
【請求項７】
レンズ最終面から像点までの作動距離が０．５ｍｍ以上である請求の範囲第４項記載の光学ピックアップ。
【請求項８】
上記第１レンズ群及び上記第２レンズ群を構成する各レンズが共通のレンズ鏡筒内に配置されている請求の範囲第４項記載の光学ピックアップ。
【請求項９】
上記第１レンズ群は、最も光源側の面が平面とされていると共に、設計波長に対する屈折力がゼロにされている請求の範囲第４項記載の光学ピックアップ。
【請求項１０】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間に設けられたアパーチャは、上記第２レンズ群を構成する屈折型レンズの光源側の面に設けられた金属等の薄膜によって構成されている請求の範囲第９項記載の光学ピックアップ。
【請求項１１】
上記第１レンズ群を構成するレンズが合成樹脂により形成されている請求の範囲第４項記載の光学ピックアップ。
【請求項１２】
上記第２レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ以下の厚みを有する保護カバーが配置されると共に、上記保護カバーに起因する球面収差を補正している請求の範囲第４項記載記載の光学ピックアップ。
【請求項１３】
上記第１レンズ群を構成するレンズとレンズ鏡筒とが樹脂で一体に形成されている請求の範囲第４項記載の光学ピックアップ。
【請求項１４】
上記第１レンズ群を構成するレンズと一体に形成された上記レンズ鏡筒内に上記第２レンズ群を構成するレンズが配置されている請求の範囲第１３項記載の光学ピックアップ。
【請求項１５】
レーザ光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光を光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素子から出射されたレーザ光を対物レンズに入射させると共に光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを透過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを有する光学ピックアップであって、
上記対物レンズは、
物体側より順に、回折型レンズを含む第１レンズ群と、屈折型レンズからなる第２レンジ群によって構成され、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた対物レンズであって、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
上記第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成され、
上記第１レンズ群の複合面の表面に、周期が基準波長の１／２程度の振幅で基準波長の１／４程度の周期構造を有し、上記回折面の凹凸形状よりも微細な同心円状の凹凸形状が形成されている光学ピックアップ。
ｋ＝−１
Ｃ１＝（Ｎ−１）ｃ／２
Ｃ２＝（Ｎ−１）Ａ
Ｃ３＝（Ｎ−１）Ｃ
Ｃ４＝（Ｎ−１）Ｄ
・・・・・・・
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項１６】
上記第１レンズ群の回折面の断面形状が、設計波長の整数倍の位相差を与える段差を有する階段形状とされていることを特徴とする請求の範囲第１５項記載の光字ピックアップ。
【請求項１７】
レンズ最終面から像点までの作動距離が０．５ｍｍ以上である請求の範囲第１５項記載の光学ピックアップ。
【請求項１８】
上記第１レンズ群及び上記第２レンズ群を構成する各レンズが共通のレンズ鏡筒内に配置されている請求の範囲第１５項記載の光学ピックアップ。
【請求項１９】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間にアパーチャが設けられている請求の範囲第１５項記載の光学ピックアップ。
【請求項２０】
上記第１レンズ群は、最も光源側の面が平面とされていると共に、設計波長に対する屈折力がゼロにされている請求の範囲第１５項記載の光学ピックアップ。
【請求項２１】
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間に設けられたアパーチャは、上記第２レンズ群を構成する屈折型レンズの光源側の面に設けられた金属等の薄膜によって構成されている請求の範囲第１９項記載の光学ピックアップ。
【請求項２２】
上記第１レンズ群を構成するレンズが合成樹脂により形成されている請求の範囲第１５項記載の光学ピックアップ。
【請求項２３】
上記第２レンズ群と像面との間に０．３ｍｍ以下の厚みを有する保護カバーが配置されると共に、上記保護カバーに起因する球面収差を補正している請求の範囲第１５項記載記載の光学ピックアップ。
【請求項２４】
上記第１レンズ群を構成するレンズとレンズ鏡筒とが樹脂で一体に形成されている請求の範囲第１５項記載の光学ピックアップ。
【請求項２５】
上記第１レンズ群を構成するレンズと一体に形成された上記レンズ鏡筒内に上記第２レンズ群を構成するレンズが配置されている請求の範囲第２４項記載の光学ピックアップ。
【請求項２６】
回転するディスク状光記録媒体に対し、該ディスク状光記録媒体の半径方向に移動自在とされた光学ピックアップによって情報の記録及び再生を行うディスクドライブ装置であって、
上記光学ピックアップは、４２０ｎｍ以下の波長のレーザ光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光をディスク状光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素子から出射されたレーザ光を対物レンズに入射させると共にディスク状光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを透過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを有し、
上記対物レンズは、
物体側より順に、回折型レンズを含む第１レンズ群と、屈折型レンズからなる第２レンジ群によって構成され、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた対物レンズであって、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
上記第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成され、
上記第１レンズ群と上記第２レンズ群との間にアパーチャが設けられている光ディスク装置。
ｋ＝−１
Ｃ１＝（Ｎ−１）ｃ／２
Ｃ２＝（Ｎ−１）Ａ
Ｃ３＝（Ｎ−１）Ｃ
Ｃ４＝（Ｎ−１）Ｄ
・・・・・・・
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【請求項２７】
回転するディスク状光記録媒体に対し、該ディスク状光記録媒体の半径方向に移動自在とされた光学ピックアップによって情報の記録及び再生を行うディスクドライブ装置であって、
上記光学ピックアップは、４２０ｎｍ以下の波長のレーザ光を出射するレーザ発光素子と、レーザ光をディスク状光記録媒体の記録層に集光させる対物レンズと、レーザ光を受光する受光素子と、上記レーザ発光素子から出射されたレーザ光を対物レンズに入射させると共にディスク状光記録媒体の記録層で反射され上記対物レンズを透過したレーザ光を受光素子に入射させる光学素子とを有し、
上記対物レンズは、
物体側より順に、回折型レンズを含む第１レンズ群と、屈折型レンズからなる第２レンジ群によって構成され、０．８以上の開口数を有し、４２０ｎｍ以下を基準とする数ｎｍ以内の波長範囲の光に対して光軸上の像点における色収差の補正を行うようにされた対物レンズであって、
上記第１レンズ群の複合面は、負の屈折力を有する非球面である屈折面上に正の屈折力を有する回折面を付加することによって構成され、
上記第１レンズ群の負の屈折力を有する非球面のサグ量が、非球面係数の円錐係数（ｋ）を−１にすることで半径に対する偶数次の多項式で記述され、
第１レンズ群の回折面のサグ量が半径に対する偶数次の多項式で記述され、
非球面の多項式と回折面の多項式の次数は一致し、
非球面と回折面のサグ量の多項式間において、同一次数の係数同士が恒等操作されるように下記関係式を満たすように構成され、
上記第２群レンズを構成するレンズは、少なくとも一つの非球面を含む単レンズで構成され、
上記第１レンズ群の複合面の表面に、周期が基準波長の１／２程度の振幅で基準波長の１／４程度の周期構造を有し、上記回折面の凹凸形状よりも微細な同心円状の凹凸形状が形成されている
光ディスク装置。
ｋ＝−１
Ｃ１＝（Ｎ−１）ｃ／２
Ｃ２＝（Ｎ−１）Ａ
Ｃ３＝（Ｎ−１）Ｃ
Ｃ４＝（Ｎ−１）Ｄ
・・・・・・
但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・・は、上記非球面の多項式おける各次数の係数であり、ｃ／２は、上記回折面の多項式における２次の係数であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・・・は、上記回折面の多項式における各次数の係数である。
【国際調査報告】
2002069014.tif 000075
2002069014.tif 000076
2002069014.tif 000077
2002069014.tif 000078