ピックアップ対物レンズ及びピックアップ対物レンズの設計方法
【課題】レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができるピックアップ対物レンズ及びピックアップ対物レンズの設計方法を提供する。
【解決手段】光源１１から出射された光束を集光するピックアップレンズ１４を、ピックアップレンズ１４は、少なくとも一方の面に、複数の輪帯段差を有し、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するように構成した。
【解決手段】光源１１から出射された光束を集光するピックアップレンズ１４を、ピックアップレンズ１４は、少なくとも一方の面に、複数の輪帯段差を有し、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブルーレイ又はＨＤ−ＤＶＤ等の光ディスク装置におけるピックアップ対物レンズ、当該ピックアップ対物レンズの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスク装置等のレーザ光源の発振波長は、温度変化や出力の変化によって変化する（モードホップ現象）。例えば、ＢＤ（ブルーレイディスク）及びＨＤ−ＤＶＤに使用される青色レーザーダイオードの発振波長は、出力を大きく変化させることにより、１ｎｍ程度変化する。具体的には、波長４０８ｎｍの青色レーザーダイオードの発振波長は、再生から記録への切り替えにおける出力の変化により、４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化する。
【０００３】
また、光ディスク装置のピックアップ対物レンズの屈折率は、レーザ光源の波長変化によって変化する。そのため、出力の変化によって、レーザ光がピックアップ対物レンズによって収束される位置（収束位置、焦点位置）が変化する。当該収束位置の変化を軸上色収差（以下、単に、色収差と称する。）という。
収束位置の変化量は、ピックアップ対物レンズの焦点距離及び硝材によって異なる。ガラス又はプラスティックにより形成され、焦点距離が１．７６ｍｍ（設計波長＝４０８ｎｍ）の非球面単レンズを、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ＢＤのピックアップ対物レンズで考えた場合、レーザ光源の波長変化１ｎｍ当たりの収束位置の変化量（μｍ／ｎｍ）は、図２４に示す表のようになる。
【０００４】
ここで、レーザ光が光ディスク等に収束する場合、焦点ずれを起こすと収束スポットの形状が変化する。そして、焦点ずれを起こした収束スポットのピーク値は、合焦点時のピーク値（即ち、焦点ずれを起こしていない場合のピーク値）に比べて低くなる。また、焦点ずれを起こしたスポット径（１／ｅ２径）は、合焦点時のスポット径（即ち、焦点ずれしない場合のスポット径）より大きくなる。焦点ずれの許容範囲（焦点深度）を、焦点ずれした時のピーク値が合焦点時のピーク値の９５％以上となる範囲とした場合、焦点深度は、図２５に示す表のようになる。
【０００５】
このように、対物レンズのＮＡ（開口数）が大きいほど、また、光源波長が短くなるほど、焦点深度は浅くなる。そのため、温度変化や出力の変化により、光源波長の発振波長が変化して、収束位置が焦点深度の範囲外にずれてしまう場合も発生する。さらに、出力の変化による波長変化は瞬時に生じるため、当該波長変化に伴う焦点ずれを他の方法により補正することは難しい。そのため、光ディスクに記録再生ができなくなる、フォーカス制御が外れてしまう等の問題が発生する。
【０００６】
一方、ＢＤ及びＨＤ−ＤＶＤに使用される青色レーザーダイオードの発振波長は、４０８ｎｍを中心に±５ｎｍ程度ばらついている。
ガラス又はプラスティックにより形成され、焦点距離が１．７６ｍｍ（設計波長＝４０８ｎｍ）であるＢＤ対物レンズに発振波長が異なるレーザ光を平行入射した場合に生じるｒｍｓ波面収差を図２６の表に示す。図２６に示すように、発振波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍの何れの場合であっても、ｒｍｓ波面収差はマレシャル限界を超えていない。しかし、レーザ光の発振波長が設計波長４０８ｎｍからずれるほど、ｒｍｓ波面収差が大きくなる。
【０００７】
従来、ピックアップ対物レンズの色収差補正方法として２つの方法がよく使用されている。１つ目は、コリメータレンズにより色収差を補正する方法である。２つ目は、対物レンズ自身で色収差を補正する方法である。
【０００８】
コリメータレンズにより色収差補正を行う場合、コリメータレンズの片側の面に複数の輪帯段差を設ける。そして、当該輪帯段差による回折を利用して色収差を補正する。
【０００９】
また、対物レンズ自身により色収差補正を行う場合、対物レンズの片側の面に複数の輪帯段差を設ける。そして、当該輪帯段差による回折を利用して色収差を補正する。
【００１０】
また、特許文献１には、色収差を補正する色収差補正用光学素子が開示されている。この色収差補正用光学素子は、５５０ｎｍ以下の波長の光を発生する光源と、ｄ線のアッベ数が９５．０以下である材料から形成された対物レンズとの間の光路中に配置される。そして、この色収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の輪帯段差からなる回折構造を有する。そして、当該回折構造は、Ｐ１＜Ｐ０＜Ｐ２を満たす（Ｐ０：光源が発生する光の波長λ０における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ−１）、Ｐ１：波長λ０より１０ｎｍ短い波長λ１における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ−１）、Ｐ２：波長λ０より１０ｎｍ長い波長λ２における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ−１））。
【特許文献１】特開２００３−１６７１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、コリメータレンズにより色収差補正を行う場合、１つの対物レンズに対して専用のコリメータレンズを設計しなくてはならない。そのため、対物レンズを変更する場合には、コリメータレンズも変更しなければならないという無駄が生じる。
【００１２】
また、対物レンズ自身により色収差補正を行う場合、対物レンズに設ける輪帯段差の数が多くなる。そして、輪帯段差の数が多くなると、輪帯段差間の傾斜部分の面積が増える。そのため、不要光が多くなり、対物レンズの光利用効率が低下してしまう。
【００１３】
また、上記特許文献１に記載の色収差補正用光学素子は、上述のような対物レンズの屈折率の波長・温度依存性を考慮して設計されていない。そのため、出力を変化させることにより、レーザ光源の波長が急激に変化した場合に、対物レンズによって収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内とならないという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができるピックアップ対物レンズ及びピックアップ対物レンズの設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明にかかるピックアップ対物レンズは、レーザ光源から出射された光束を集光するピックアップ対物レンズであって、前記ピックアップ対物レンズは、少なくとも一方の面に、複数の輪帯段差を有し、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。
【００１６】
本発明においては、ピックアップ対物レンズの少なくとも一方の面に複数の輪帯段差が設けられ、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差を発生させる段差量を有する。これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光に収束位置が焦点深度内となるような位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴う収束位置のずれが低減される。そのため、当該レーザ光はピックアップ対物レンズにより焦点深度内に収束される。従って、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００１７】
また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
これにより、波長が急激に変化した場合に、レーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差がレーザ光に発生する。そのため、ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００１８】
さらに、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有することが好ましい。
これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光にピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減する位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴ってピックアップ対物レンズにおいて発生する収差が低減される。従って、レーザ光の波長の変化に応じて発生する収差を低減することができる。
【００１９】
また、隣り合う前記輪帯段差において、一の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さは、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さより、段差位置近傍にて厚いことが好ましい。
【００２０】
また、本発明にかかるピックアップ対物レンズは、ＢＤ及び／又はＨＤ−ＤＶＤ用の記録再生装置に使用される。
これにより、例えば、本発明にかかるピックアップ対物レンズをＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用の記録再生装置に取り付ければ、１つのピックアップ対物レンズでＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる他のピックアップ対物レンズは、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるピックアップ対物レンズであって、少なくとも前記ピックアップ対物レンズの一面は、透過する光束を第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第１の光記録媒体用領域と、透過する光束を第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第２の光記録媒体用領域に分割され、前記第１の光記録媒体用領域は、複数の輪帯段差を有し、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。
【００２２】
本発明においては、基板厚さの異なる２種類の光記録媒体の記録・再生を行う光ピックアップ装置においても使用することができる。
【００２３】
また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
【００２４】
さらに、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有することが好ましい。
【００２５】
本発明にかかるピックアップ対物レンズの設計方法は、ピックアップ対物レンズの設計方法であって、前記ピックアップ対物レンズの少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を形成し、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束される前記レーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。
【００２６】
また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
【００２７】
さらに、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置１の一例を示したものである。光ピックアップ装置１は、光源１１（レーザ光源）、ビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３、ピックアップレンズ１４（ピックアップ対物レンズ）、検出系１６等を備えている。
【００３０】
光源１１は、ＨＤ−ＤＶＤ、及びＢＤ用に用いられる青色レーザーダイオード等を備えている。
【００３１】
光源１１から出射されたレーザ光の光路上にビームスプリッタ１２が設けられている。
【００３２】
ビームスプリッタ１２より出射したレーザ光の光路上にコリメータレンズ１３が設けられている。コリメータレンズ１３は、光源１１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
【００３３】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光の光路上にピックアップレンズ１４が設けられている。
【００３４】
ピックアップレンズ１４は、入射された光を光ディスク１５の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。ピックアップレンズ１４は、さらに、光ディスク１５の情報記録面で反射されたレーザ光を検出系１６に導く機能も有する。
また、ピックアップレンズ１４は、少なくとも一方の面に複数の輪帯段差を有する。換言すれば、ピックアップレンズ１４の少なくとも一方の面には、ピックアップレンズ１４の中心（光軸）を同心とする複数の輪帯が形成されている。また、ピックアップレンズ１４は、プラスティック素材から形成されている。
【００３５】
後述するように、ピックアップレンズ１４に形成された複数の輪帯段差の光軸ＯＡ（後述）方向における位置は、通常時（レーザ光の波長が変化していない場合）に透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯相互に波長単位で異なるように設定されている。
また、ピックアップレンズ１４に形成された複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。同時に、当該段差量は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４において発生する収差を低減するように設定されている。具体的には、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さより、段差位置近傍にて厚くなるように輪帯段差が形成されている。即ち、ピックアップレンズ１４の輪帯段差のある面の形状が中心から外側に向かうにつれて鋸状になるように輪帯段差が形成されている。
【００３６】
光源１１の発振波長は、光源１１の出力の変化により１ｎｍ程度変化する。例えば、光源１１の発振波長は、再生から記録への切り替えにおける出力の変化により、４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化する。出力の変化によって光源１１の発振波長が変化すると、ピックアップレンズ１４の屈折率も変化する。そして、ピックアップレンズ１４により収束される光源１１のレーザ光の収束位置も変化する。しかし、レーザ光がピックアップレンズ１４に設けられた複数の輪帯を透過することにより、レーザ光に収束位置が焦点深度内となるような位相差が発生する。そのため、光源１１の発振波長が変化しても、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置は焦点深度内となる。
【００３７】
フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、ピックアップレンズ１４が図示されないアクチュエータにより動作する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１５の透明基板はポリカーボネイトとし、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１５の透明基板厚は、それぞれ０．６ｍｍ、０．０８７５ｍｍとした。
【００３９】
次に、光源１１から出射されたレーザ光が光ディスク１５の情報記録面で反射され検出系１６に検出されるまでの挙動について説明する。光源１１から出射されたレーザ光はビームスプリッタ１２を透過してコリメータレンズ１３に入射する。
【００４０】
コリメータレンズ１３は、光源１１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
【００４１】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光はピックアップレンズ１４に入射される。ここで、本実施の形態においては、レーザ光の波長が変化した場合、このピックアップレンズ１４に設けられた複数の輪帯は、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光の位相を補正する。そして、ピックアップレンズ１４は、補正後のレーザ光を光ディスク１５の情報記録面に回折限界近くまで集光させる。光ディスク１５の情報記録面で反射されたレーザ光は、ピックアップレンズ１４を介して検出系１６に入射し、検出される。検出系１６は、当該レーザ光を検出し、光電変換することによって、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号、再生信号などを生成する。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置１において用いられるピックアップレンズ１４について詳細に説明する。図２は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置１におけるピックアップレンズ１４を示す図であり、図２（ａ）は、通常時におけるレーザ光の波面（位相）を示し、図２（ｂ）は、レーザ光の波長が短くなった場合におけるレーザ光の波面（位相）を示し、図２（ｃ）は、レーザ光の波長が長くなった場合におけるレーザ光の波面（位相）を示している。本実施形態では、ピックアップレンズ１４の光源１１側の面に、上述した複数の輪帯段差を設ける。そして、ピックアップレンズ１４の輪帯段差の光軸ＯＡ（後述）方向における位置は、通常時において透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯相互に波長単位で異なるように設定されている。また、ピックアップレンズ１４の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。
【００４３】
すなわち、通常時にレーザ光がピックアップレンズ１４に入射する場合、各輪帯段差を透過したレーザ光の位相は相互に波長の整数倍だけ異なる。従って、図２（ａ）に示されるように、通常時には、異なる輪帯段差を透過したレーザ光には位相差が発生しない。そのため、ピックアップレンズ１４に入射したレーザ光は、同一位相のまま、出射する。従って、通常時において、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置は輪帯段差が形成されていない場合と略同じ位置となる。本実施形態において、レーザ光が最良の状態で収束するように所望する位置は、光ディスク１５（図示せず）の情報記録面である。すなわち、レーザ光は、合焦点時に、光ディスク１５の情報記録面に良好に集光する。
【００４４】
他方、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、出力の変化等により波長が変化し、波長が変化したレーザ光がピックアップレンズ１４に入射する場合、各輪帯段差を透過したレーザ光の位相の違いは波長の整数倍とならない。従って、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、波長が変化した場合には、異なる輪帯段差を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、本発明においては、当該位相差は、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるように調節する大きさとなっている。そのため、波長が変化した場合、従来ではピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が変化してしまうが、本発明においては、ピックアップレンズ１４の各輪帯を透過したレーザ光の位相差により、波長変化に伴うレーザ光の収束位置の変化が抑制される。そして、ピックアップレンズ１４より出射したレーザ光は、光ディスク１５の情報記録面に良好に集光する。
【００４５】
また、ピックアップレンズ１４の輪帯段差は、レーザ光の波長が変化した場合にピックアップレンズ１４で発生する収差を低減する段差量を有する。
また、実際には、光源１１の発振波長は４０８ｎｍを中心に±５ｎｍ程度ばらついている。図３（ａ）に光源１１の波長が４０３ｎｍである場合に輪帯が形成されていないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示し、図４（ａ）に光源１１の波長が４１３ｎｍである場合に輪帯が形成されていないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す。また、図３（ｂ）に光源１１の波長が４０３ｎｍである場合にピックアップレンズ１４において発生するｒｍｓ波面収差を示し、図４（ｂ）に光源１１の波長が４１３ｎｍである場合にピックアップレンズ１４において発生するｒｍｓ波面収差を示す。なお、図３、図４において、縦軸はｒｍｓ波面収差の大きさを表し、横軸はピックアップレンズの径方向における位置を表す。
【００４６】
図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、光源１１の発振波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、輪帯が形成されていないピックアップレンズでは、ｒｍｓ波面収差は非常に大きくなる。
一方、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、光源１１の発振波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍであっても、輪帯が形成されているピックアップレンズ１４では、ｒｍｓ波面収差を小さく抑えることが出来る。具体的には、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、ピックアップレンズ１４に形成された輪帯段差によって各輪帯を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、当該位相差が、波長変動によりピックアップレンズ１４において発生する収差を低減する。これにより、レーザ光１１の発振波長が４０８ｎｍを中心に±５ｎｍ程度ばらついていても、ピックアップレンズ１４において発生する収差は低減される。従って、ピックアップレンズ１４より出射したレーザ光は、光ディスク１５の情報記録面に良好に集光する。
【００４７】
このように構成された本実施の形態にかかるピックアップレンズ１４によれば、ピックアップレンズ１４の少なくとも一方の面に複数の輪帯段差が設けられ、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差を発生させる段差量を有する。これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光に収束位置が焦点深度内となるような位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴う収束位置のずれが低減される。そのため、当該レーザ光はピックアップレンズ１４により焦点深度内に収束される。従って、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００４８】
具体的には、複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。
これにより、波長が急激に変化した場合に、レーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差がレーザ光に発生する。そのため、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００４９】
さらに、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４において発生する収差を低減するような段差量を有する。
これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光にピックアップレンズ１４において発生する収差を低減する位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴ってピックアップレンズ１４において発生する収差が低減される。従って、レーザ光の波長の変化に応じて発生する収差を低減することができる。
【００５０】
また、さらに、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さは、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さより、段差位置近傍にて厚いことが好ましい。
【００５１】
また、本発明にかかるピックアップレンズ１４は、ＢＤ及びＨＤ−ＤＶＤ用の光ピックアップ装置１に使用される。
これにより、例えば、本発明にかかるピックアップレンズ１４をＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用の光ピックアップ装置に取り付ければ、１つのピックアップレンズ１４でＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態において、ピックアップレンズ１４は、プラスティック素材からなるとしたが、ガラス素材により形成されてもよい。
【実施例１】
【００５３】
次に、本発明の実施例１について、本発明範囲から外れる比較例１と比較して説明する。実施例１としては、図５に示すように、ピックアップレンズ１４の光源１１（図示せず）側の面に複数の輪帯段差を設けた。図１４に示す表に、本実施例１にかかるピックアップレンズ１４の輪帯番号、輪帯位置（光軸ＯＡ（後述）に垂直な方向における輪帯が形成される位置）、及び軸上段差量を示す。図６に、本発明にかかるピックアップレンズ１４の側面図を示す。ここで、軸上段差量とは、図６において、各輪帯の面形状を仮想的に光軸ＯＡ側へと延長した場合に、当該面形状がレンズ光軸と仮想的に交差する交点Ｘ１と、第１輪帯の面形状が光軸ＯＡに交差する交点Ｘ２との距離Ｂ１を表している。なお、各輪帯の曲率、円錐係数、非球面係数がそれぞれ異なっているため、各輪帯の面形状は微妙に異なっている。そのため、距離Ｂ１と、各輪帯の段差Ｂ２とは、一致するとは限らない。そのため、各輪帯の面形状がレンズ光軸と仮想的に交差する交点Ｘ１と、第１輪帯の面形状が光軸ＯＡに交差する交点Ｘ２との距離Ｂ１を用いて、各輪帯間の段差量を表す。軸上段差量が正の値となる場合は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光ディスク１５側にあることを意味する。また、軸上段差量が負の値となる場合は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光源１１側にあることを意味する。図１４に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差における軸上段差量が、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における軸上段差量より小さい負の値となるように、輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差は、軸上段差量がレンズの中心から外縁部に向かうにつれて、０．００６２２９ｍｍずつ小さな負の値となるように、形成されている。換言すれば、輪帯段差は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光源１１側に０．００６２２９ｍｍずつ移動するように、形成されている。また、輪帯段差の数は１５である。そして、当該輪帯段差の光軸ＯＡ方向における位置は、光源１１の波長が変化しなかった場合に、隣り合う輪帯段差を透過したレーザ光の位相が波長単位で異なるように設計されている。
【００５４】
また、図１５、図１６、図１７に示す表に、本実施例１にかかる光学系のデータを示す。図１５において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１４の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面である。図１５に示すように、ピックアップレンズ１４としてプラスティック製レンズを使用した。また、図１６に示す係数の値は、ピックアップレンズ１４の面形状を規定する数式（１）、数式（２）で用いられる係数の値である。また、図１７に示す係数の値は、ピックアップレンズ１４の面形状を規定する数式（２）で用いられる係数の値である。なお、図１６において、面番号２（即ち、ピックアップレンズ１４の光源１１側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１４の第１輪帯（ピックアップレンズ１４の中心から１つ目の輪帯）の面形状を規定するものである。また、図１６において、面番号３（即ち、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面全体の面形状を規定するものである。また、図１７に示す係数の値は、ピックアップレンズ１４の第２輪帯〜第１５輪帯のそれぞれの面形状を規定するものである。
【００５５】
図７を用いて、数式（１）、数式（２）を説明する。図７は、ピックアップレンズの一例を示す側面図である。
まず、ピックアップレンズの光出射面Ｒ２（対物レンズＲ２面）の面形状について説明する。図７において、光線の高さをｈ、対物レンズ１の光出射面Ｒ２の頂点をｅ、頂点ｅと接する接面上における光線高さｈの点をｃ、この点ｃから光軸ＯＡに平行な方向での光出射面Ｒ２上の点をｄとすると、任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離ＺＢが
【数１】
で表されるように、光出射面Ｒ２の面形状が形成される。
そして、数式（１）と図１６に示す面番号３の係数の値とにより、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面全体の面形状が規定される。
【００５６】
なお、数式（１）に、上記係数Ｃ，Ｋ，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を代入して任意の光線高さｈ（≠０）に対する距離ＺＢを求め、その値が負の値となった場合は、点ｄが、光出射面Ｒ２の光軸ＯＡが通る面頂点ｅよりも出射面側（図７での左側）に位置することを示している。距離ＺＢが正の値である場合には、点ｄが頂点ｅよりも右側に位置することを示している。
【００５７】
次に、ピックアップレンズの光入射面Ｒ１（対物レンズＲ１面）の面形状について説明する。図７において、対物レンズ１の光入射面Ｒ１の頂点をｆ、頂点ｆと接する接面上における光線高さｈの点をａ、この点ａから光軸ＯＡに平行な方向での光入射面Ｒ１上の点をｂとすると、任意の光線高さｈに対する点ａ，ｂ間の距離ＺＡが
【数２】
で表されるように、光入射面Ｒ１の面形状が形成される。
【００５８】
なお、ピックアップレンズ１４の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数ｈには、それぞれ、図１４の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の輪帯位置の値を代入する。また、ピックアップレンズ１４の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数Ｂは、それぞれ、図１４の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の軸上段差量の値を代入する。そして、数式（２）と、図１６に示す面番号２の係数の値及び図１７に示す係数の値とにより、ピックアップレンズ１４の第１輪帯〜第１５輪帯の面形状が規定される。
【００５９】
これに対し、輪帯段差を有しないピックアップレンズを比較例１とする。図８（ａ）に、比較例１において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図８（ｂ）に、比較例１において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図８（ｃ）に、比較例１において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．５λである。
図８に示すように、輪帯段差を有しないピックアップレンズの場合、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１１３．３ｍλ、１０６．４ｍλ、１１０．８ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、輪帯段差を有しないピックアップレンズでは、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．６３４μｍ、＋１．５７０μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、輪帯段差を有しないピックアップレンズでは、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、３５．３ｍλ、２．０ｍλ、３５．４ｍλとなる。
【００６０】
一方、図９（ａ）に、実施例１において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図９（ｂ）に、実施例１において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図９（ｃ）に、実施例１において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．２λである。
図９に示すように、複数の輪帯段差を有するピックアップレンズ１４の場合、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２９．７ｍλ、１２．３ｍλ、３８．５ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、複数の輪帯段差を有するピックアップレンズ１４では、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．２０６μｍ、＋０．１３９μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、ピックアップレンズ１４では、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、３２．５ｍλ、１．３ｍλ、３１．７ｍλとなる。
【００６１】
合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）から収束位置がずれた場合（即ち、焦点ずれした場合）、光スポットの収束位置でのレーザ光のピーク値は、合焦点位置でのピーク値（即ち、焦点ずれしない場合のピーク値）に比べて低くなる。換言すると、レーザ光の収束位置が光ディスク１５の情報記録面からずれた場合（焦点ずれした場合）、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのピーク値は、レーザ光の収束位置が光ディスク１５の情報記録面となった場合（焦点ずれしない場合）における光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのピーク値に比べて低くなる。焦点ずれの許容範囲（焦点深度）を、焦点ずれした時のピーク値が合焦点時のピーク値の９５％以上となる範囲とした場合、焦点深度は、ＨＤ−ＤＶＤの場合０．２１μｍであり、ＢＤの場合０．１１μｍである。
【００６２】
比較例１にかかる輪帯段差を有しないピックアップレンズにおいては、図８に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化することにより、ピックアップレンズにおいて発生する収差が大きくなり、マレシャル限界を超えてしまう。
また、比較例１において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、波長が１ｎｍ変化することにより、収束位置は焦点深度外となってしまう。
これに対して、実施例１にかかる複数の輪帯段差を有するピックアップレンズ１４においては、図９に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化しても、ピックアップレンズ１４において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。
また、実施例１において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、波長が１ｎｍ変化しても、収束位置は焦点深度内となる。即ち、ピックアップレンズ１４に設けられた輪帯段差により、光源１１の波長にばらつきがあっても、レーザ光の収束位置が焦点深度内になっている。
【００６３】
上述の実施例１によれば、従来、回折を利用してピックアップレンズの収差補正する場合に比べて、ピックアップレンズ１４に形成する輪帯段差の数をより少なくすることができる。例えば、本発明のピックアップレンズ１４に設けられる輪帯段差の数は、１５輪帯（段差＝８次）である。一方、従来の回折を利用して収差補正を行う場合、例えば、ピックアップレンズに設けられる輪帯段差の数は、３０輪帯（８次）である。そして、輪帯段差の数が少なくなると、輪帯段差間の傾斜部分の面積が減る。そのため、不要光が少なくなり、ピックアップレンズ１４の光利用効率を向上することができる。
【実施例２】
【００６４】
次に、本発明の実施例２について、本発明範囲から外れる比較例２と比較して説明する。実施例２にかかるピックアップレンズ１７は、プラスティック製のＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズである。そして、ピックアップレンズ１７の光源１１（図示せず）側の面に複数の輪帯段差を設けた。ピックアップレンズ１７を図１０に示す。
【００６５】
実施例２にかかるピックアップレンズ１７の光源１１側の面は、透過する光束をＢＤ（第１の光記録媒体）の情報記録面上に集光するためのＢＤ領域（第１の光記録媒体用領域）と、透過する光束をＨＤ−ＤＶＤ（第２の光記録媒体）の情報記録面上に集光するためのＨＤ領域（第２の光記録媒体用領域）に分割されている。ＢＤ領域とＨＤ領域は、ピックアップレンズ１７において交互に配置されている。図１０では、ＢＤ領域を透過する光線のみを表示している。
【００６６】
また、実施例２にかかるピックアップレンズ１７は収差補正機能を持つ。具体的には、ピックアップレンズ１７は、ＢＤ領域に複数の輪帯段差を有する。図１８に示す表に、本実施例２にかかるピックアップレンズ１７の輪帯番号、輪帯位置、及び軸上段差量を示す。なお、図１８に示す軸上段差量は、各輪帯の面形状を仮想的に光軸ＯＡ側へと延長した場合に当該面形状が光軸ＯＡと仮想的に交差する交点Ｘ１の位置の変化量の値である。図１８に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差における軸上段差量が、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における軸上段差量より小さい負の値となるように、輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差は、軸上段差量がレンズの中心から外縁部へ向かうにつれて小さな負の値となるように、形成されている。換言すれば、輪帯段差は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光源１１側に移動するように、形成されている。また、輪帯段差の数は１９である。そして、当該輪帯段差の光軸ＯＡ方向における位置は、光源１１の波長が変化しなかった場合に、隣り合う輪帯段差を透過したレーザ光の位相が波長単位で異なるように設計されている。また、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域は、凸レンズ面となるような曲率半径を有する。そのため、実施例２にかかるピックアップレンズ１７の光源１１側の面は、全体として、略凸レンズ面となるような形状となっている。
【００６７】
また、図１９、図２０、図２１に示す表に、本実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す。図１９において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面である。また、図２０に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７の面形状を規定する数式（１）、数式（２）で用いられる係数の値である。また、図２１に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７の面形状を規定する数式（２）で用いられる係数の値である。なお、図２０において、面番号２（即ち、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７のＢＤ領域における第１輪帯（ピックアップレンズ１７の中心から１つ目の輪帯）の面形状を規定するものである。また、図２０において、面番号３（即ち、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状を規定するものである。また、図２１に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７のＢＤ領域における第２輪帯〜第１９輪帯のそれぞれの面形状を規定するものである。
【００６８】
そして、数式（１）と図２０に示す面番号３の係数の値とにより、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状が規定される。
また、ピックアップレンズ１７の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数ｈには、それぞれ、図１８の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の輪帯位置の値を代入する。また、ピックアップレンズ１７の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数Ｂには、それぞれ、図１８の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の軸上段差量の値を代入する。そして、数式（２）と、図２０に示す面番号２の係数の値及び図２１に示す係数の値とにより、ピックアップレンズ１７の第１輪帯〜第１９輪帯の面形状が規定される。
【００６９】
また、図２２、図２３に示す表に本実施例のＨＤ領域における光学系のデータを示す。図２２において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面である。また、図２３に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７の面形状を規定する数式（１）、数式（２）で用いられる係数の値である。なお、図２３において、面番号２（即ち、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域の面形状を規定するものである。また、図２３において、面番号３（即ち、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状を規定するものである。
また、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域の面形状を規定する場合、数式（２）において、係数Ｂには、「０」の値が代入される。これは、本実施形態において、ＨＤ領域には、輪帯段差が形成されないためである。
そして、数式（１）と図２３に示す面番号３の係数の値とにより、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状が規定される。また、数式（２）と図２３に示す面番号２の係数とにより、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域の面形状が規定される。
【００７０】
これに対し、比較例２にかかるピックアップレンズ１８は、輪帯段差を有しないＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズである。なお、ピックアップレンズ１８は、実施例２にかかるピックアップレンズ１７と同一のプラスティック素材により形成した。ピックアップレンズ１８を図１１に示す。
【００７１】
比較例２にかかるピックアップレンズ１８の光源１１側の面は、実施例２と同様に、ＢＤ領域とＨＤ領域とに分割されている。ＢＤ領域とＨＤ領域は、ピックアップレンズ１８において交互に配置されている。図１１では、ＢＤ領域を透過する光線のみを表示している。また、比較例２にかかるピックアップレンズ１８は位相補正機能を持たない。即ち、実施例２にかかるピックアップレンズ１７と異なり、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域では、輪帯間で輪帯段差を透過したレーザ光の位相は同じである。ピックアップレンズ１８のＢＤ領域及びＨＤ領域は、各々別の凸レンズ面となるような面形状を有する。具体的には、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域は、図２０に示す表の面番号２の係数の値と数式（２）とにより規定される面形状を有する。また、ピックアップレンズ１８のＨＤ領域は、図２３に示す表の面番号２の係数の値と数式（２）とにより規定される面形状を有する。なお、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域及びＨＤ領域の面形状を規定する場合、数式（２）において、軸上段差量であるＢには、「０」の値が代入される。これは、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域及びＨＤ領域で、それぞれ輪帯間の面形状の位置は変化していないためである。また、ピックアップレンズ１８のディスク１５側の面は、図２０又は図２３に示す表の面番号３の係数の値と数式（１）とにより規定される面形状を有する。そして、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域とＨＤ領域とが異なる非球面形状を有することにより、ＢＤに対してもＨＤ−ＤＶＤに対してもそれぞれの光束は適切な位置に集光する。
【００７２】
なお、実施例２及び比較例２にかかるＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズでは、入射光の光束分割を行っているため、超解像現象が起こり、スポット径が小さくなりすぎる。そのため、ＢＤにおける通常のＮＡ（開口数）は０．８５であるが、実施例２及び比較例２では、ＮＡを約０．７９に補正している。
【００７３】
図１２（ａ）に、比較例２において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１２（ｂ）に、比較例２において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１２（ｃ）に、比較例２において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．５λである。
図１２に示すように、比較例２にかかるピックアップレンズ１８を用いた場合では、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、９５．６ｍλ、９１．１ｍλ、９１．５ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例２のピックアップレンズ１８を用いると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．５７７μｍ、＋１．５１６μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例２のピックアップレンズ１８を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２０．４ｍλ、１．８ｍλ、２１．９ｍλとなる。
【００７４】
一方、図１３（ａ）に、実施例２において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１３（ｂ）に、実施例２において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１３（ｃ）に、実施例２において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．１λである。
図１３に示すように、実施例２にかかるピックアップレンズ１７を用いる場合、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１８．８ｍλ、４．７ｍλ、２７．４ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例２のピックアップレンズ１７を用いると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０４４μｍ、＋０．０１９μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例２のピックアップレンズ１７を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２３．５ｍλ、１．０ｍλ、２２．９ｍλとなる。
【００７５】
比較例２においては、図１２に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化することにより、ピックアップレンズ１８において発生する収差が大きくなり、マレシャル限界を超えてしまう。
また、比較例２において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収束位置は焦点深度外となってしまう。
これに対して、実施例２においては、図１３に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化しても、ピックアップレンズ１７において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。
また、実施例２において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍであっても、収束位置は焦点深度内となっている。即ち、ピックアップレンズ１７に形成された輪帯段差による収差補正機能により、光源１１の波長にばらつきがあっても、レーザ光の収束位置が焦点深度内になっている。
【００７６】
なお、実施例１、２においては、プラスティック製のピックアップレンズを使用したが、ガラス製のピックアップレンズを使用しても同様の作用効果が得られる。
また、実施例２においては、ピックアップレンズ１７のＢＤ領域にのみ収差補正機能を設けたが、ＨＤ領域にも同様に適宜収差を補正する機能を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の一例を示したものである。
【図２】通常時において本実施形態にかかるピックアップレンズを透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ａ））であり、レーザ光の波長が短くなった場合において本実施形態にかかるピックアップレンズを透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｂ））、レーザ光の波長が長くなった場合において本実施形態にかかるピックアップレンズを透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｃ））である。
【図３】光源の波長が４０３ｎｍであり、輪帯段差を有しないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図３（ａ））、光源の波長が４０３ｎｍであり、輪帯段差を有するピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図３（ｂ））である。
【図４】光源の波長が４１３ｎｍであり、輪帯段差を有しないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図４（ａ））、光源の波長が４１３ｎｍであり、輪帯段差を有するピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図４（ｂ））である。
【図５】本発明の実施例１にかかるピックアップレンズを示す図である。
【図６】本発明にかかるピックアップレンズのレンズ面形状の一例を示す側面図である。
【図７】ピックアップレンズのレンズ面形状の一例を示す側面図である。
【図８】比較例１において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ａ））、比較例１において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ｂ））、比較例１において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ｃ））である。
【図９】実施例１において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図９（ａ））、実施例１において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図９（ｂ））、実施例１において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図９（ｃ））である。
【図１０】本発明の実施例２にかかるピックアップレンズを示す図である。
【図１１】比較例２にかかるピックアップレンズを示す図である。
【図１２】比較例２において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ａ））、比較例２において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ｂ））、比較例２において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ｃ））である。
【図１３】実施例２において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１３（ａ））、実施例２において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１３（ｂ））、実施例２において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１３（ｃ））である。
【図１４】本発明の実施例１にかかるピックアップレンズの輪帯番号、輪帯位置、及び軸上段差量を示す表である。
【図１５】本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。
【図１６】本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。
【図１７】本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。
【図１８】本発明の実施例２にかかるピックアップレンズの輪帯番号、輪帯位置、及び軸上段差量を示す表である。
【図１９】本発明の実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２０】本発明の実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２１】本発明の実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２２】本発明の実施例２のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２３】本発明の実施例２のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２４】ガラス製非球面単レンズをピックアップ対物レンズとした場合におけるレーザ光源の波長変化１ｎｍ当たりの収束位置の変化量（μｍ／ｎｍ）を示す表である。
【図２５】焦点ずれの許容範囲を、焦点ずれした時のピーク値が合焦点時のピーク値の９５％以上となる範囲とした場合における焦点深度を示す表である。
【図２６】ガラス材により形成され、焦点距離が１．７６ｍｍ（設計波長＝４０８ｎｍ）である対物レンズに発振波長が異なるレーザ光を平行入射した場合に生じるｒｍｓ波面収差を示す表である。
【符号の説明】
【００７８】
１１ 光源（レーザ光源）
１４、１７ ピックアップレンズ（ピックアップ対物レンズ）
１５ 光ディスク（光記録媒体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブルーレイ又はＨＤ−ＤＶＤ等の光ディスク装置におけるピックアップ対物レンズ、当該ピックアップ対物レンズの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスク装置等のレーザ光源の発振波長は、温度変化や出力の変化によって変化する（モードホップ現象）。例えば、ＢＤ（ブルーレイディスク）及びＨＤ−ＤＶＤに使用される青色レーザーダイオードの発振波長は、出力を大きく変化させることにより、１ｎｍ程度変化する。具体的には、波長４０８ｎｍの青色レーザーダイオードの発振波長は、再生から記録への切り替えにおける出力の変化により、４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化する。
【０００３】
また、光ディスク装置のピックアップ対物レンズの屈折率は、レーザ光源の波長変化によって変化する。そのため、出力の変化によって、レーザ光がピックアップ対物レンズによって収束される位置（収束位置、焦点位置）が変化する。当該収束位置の変化を軸上色収差（以下、単に、色収差と称する。）という。
収束位置の変化量は、ピックアップ対物レンズの焦点距離及び硝材によって異なる。ガラス又はプラスティックにより形成され、焦点距離が１．７６ｍｍ（設計波長＝４０８ｎｍ）の非球面単レンズを、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ＢＤのピックアップ対物レンズで考えた場合、レーザ光源の波長変化１ｎｍ当たりの収束位置の変化量（μｍ／ｎｍ）は、図２４に示す表のようになる。
【０００４】
ここで、レーザ光が光ディスク等に収束する場合、焦点ずれを起こすと収束スポットの形状が変化する。そして、焦点ずれを起こした収束スポットのピーク値は、合焦点時のピーク値（即ち、焦点ずれを起こしていない場合のピーク値）に比べて低くなる。また、焦点ずれを起こしたスポット径（１／ｅ２径）は、合焦点時のスポット径（即ち、焦点ずれしない場合のスポット径）より大きくなる。焦点ずれの許容範囲（焦点深度）を、焦点ずれした時のピーク値が合焦点時のピーク値の９５％以上となる範囲とした場合、焦点深度は、図２５に示す表のようになる。
【０００５】
このように、対物レンズのＮＡ（開口数）が大きいほど、また、光源波長が短くなるほど、焦点深度は浅くなる。そのため、温度変化や出力の変化により、光源波長の発振波長が変化して、収束位置が焦点深度の範囲外にずれてしまう場合も発生する。さらに、出力の変化による波長変化は瞬時に生じるため、当該波長変化に伴う焦点ずれを他の方法により補正することは難しい。そのため、光ディスクに記録再生ができなくなる、フォーカス制御が外れてしまう等の問題が発生する。
【０００６】
一方、ＢＤ及びＨＤ−ＤＶＤに使用される青色レーザーダイオードの発振波長は、４０８ｎｍを中心に±５ｎｍ程度ばらついている。
ガラス又はプラスティックにより形成され、焦点距離が１．７６ｍｍ（設計波長＝４０８ｎｍ）であるＢＤ対物レンズに発振波長が異なるレーザ光を平行入射した場合に生じるｒｍｓ波面収差を図２６の表に示す。図２６に示すように、発振波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍの何れの場合であっても、ｒｍｓ波面収差はマレシャル限界を超えていない。しかし、レーザ光の発振波長が設計波長４０８ｎｍからずれるほど、ｒｍｓ波面収差が大きくなる。
【０００７】
従来、ピックアップ対物レンズの色収差補正方法として２つの方法がよく使用されている。１つ目は、コリメータレンズにより色収差を補正する方法である。２つ目は、対物レンズ自身で色収差を補正する方法である。
【０００８】
コリメータレンズにより色収差補正を行う場合、コリメータレンズの片側の面に複数の輪帯段差を設ける。そして、当該輪帯段差による回折を利用して色収差を補正する。
【０００９】
また、対物レンズ自身により色収差補正を行う場合、対物レンズの片側の面に複数の輪帯段差を設ける。そして、当該輪帯段差による回折を利用して色収差を補正する。
【００１０】
また、特許文献１には、色収差を補正する色収差補正用光学素子が開示されている。この色収差補正用光学素子は、５５０ｎｍ以下の波長の光を発生する光源と、ｄ線のアッベ数が９５．０以下である材料から形成された対物レンズとの間の光路中に配置される。そして、この色収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の輪帯段差からなる回折構造を有する。そして、当該回折構造は、Ｐ１＜Ｐ０＜Ｐ２を満たす（Ｐ０：光源が発生する光の波長λ０における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ−１）、Ｐ１：波長λ０より１０ｎｍ短い波長λ１における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ−１）、Ｐ２：波長λ０より１０ｎｍ長い波長λ２における色収差補正用光学素子のトータルの近軸パワー（ｍｍ−１））。
【特許文献１】特開２００３−１６７１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、コリメータレンズにより色収差補正を行う場合、１つの対物レンズに対して専用のコリメータレンズを設計しなくてはならない。そのため、対物レンズを変更する場合には、コリメータレンズも変更しなければならないという無駄が生じる。
【００１２】
また、対物レンズ自身により色収差補正を行う場合、対物レンズに設ける輪帯段差の数が多くなる。そして、輪帯段差の数が多くなると、輪帯段差間の傾斜部分の面積が増える。そのため、不要光が多くなり、対物レンズの光利用効率が低下してしまう。
【００１３】
また、上記特許文献１に記載の色収差補正用光学素子は、上述のような対物レンズの屈折率の波長・温度依存性を考慮して設計されていない。そのため、出力を変化させることにより、レーザ光源の波長が急激に変化した場合に、対物レンズによって収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内とならないという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができるピックアップ対物レンズ及びピックアップ対物レンズの設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明にかかるピックアップ対物レンズは、レーザ光源から出射された光束を集光するピックアップ対物レンズであって、前記ピックアップ対物レンズは、少なくとも一方の面に、複数の輪帯段差を有し、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。
【００１６】
本発明においては、ピックアップ対物レンズの少なくとも一方の面に複数の輪帯段差が設けられ、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差を発生させる段差量を有する。これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光に収束位置が焦点深度内となるような位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴う収束位置のずれが低減される。そのため、当該レーザ光はピックアップ対物レンズにより焦点深度内に収束される。従って、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００１７】
また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
これにより、波長が急激に変化した場合に、レーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差がレーザ光に発生する。そのため、ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００１８】
さらに、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有することが好ましい。
これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光にピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減する位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴ってピックアップ対物レンズにおいて発生する収差が低減される。従って、レーザ光の波長の変化に応じて発生する収差を低減することができる。
【００１９】
また、隣り合う前記輪帯段差において、一の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さは、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さより、段差位置近傍にて厚いことが好ましい。
【００２０】
また、本発明にかかるピックアップ対物レンズは、ＢＤ及び／又はＨＤ−ＤＶＤ用の記録再生装置に使用される。
これにより、例えば、本発明にかかるピックアップ対物レンズをＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用の記録再生装置に取り付ければ、１つのピックアップ対物レンズでＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる他のピックアップ対物レンズは、波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるピックアップ対物レンズであって、少なくとも前記ピックアップ対物レンズの一面は、透過する光束を第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第１の光記録媒体用領域と、透過する光束を第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第２の光記録媒体用領域に分割され、前記第１の光記録媒体用領域は、複数の輪帯段差を有し、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。
【００２２】
本発明においては、基板厚さの異なる２種類の光記録媒体の記録・再生を行う光ピックアップ装置においても使用することができる。
【００２３】
また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
【００２４】
さらに、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有することが好ましい。
【００２５】
本発明にかかるピックアップ対物レンズの設計方法は、ピックアップ対物レンズの設計方法であって、前記ピックアップ対物レンズの少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を形成し、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束される前記レーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するものである。
【００２６】
また、前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有することが好ましい。
【００２７】
さらに、前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置１の一例を示したものである。光ピックアップ装置１は、光源１１（レーザ光源）、ビームスプリッタ１２、コリメータレンズ１３、ピックアップレンズ１４（ピックアップ対物レンズ）、検出系１６等を備えている。
【００３０】
光源１１は、ＨＤ−ＤＶＤ、及びＢＤ用に用いられる青色レーザーダイオード等を備えている。
【００３１】
光源１１から出射されたレーザ光の光路上にビームスプリッタ１２が設けられている。
【００３２】
ビームスプリッタ１２より出射したレーザ光の光路上にコリメータレンズ１３が設けられている。コリメータレンズ１３は、光源１１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
【００３３】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光の光路上にピックアップレンズ１４が設けられている。
【００３４】
ピックアップレンズ１４は、入射された光を光ディスク１５の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。ピックアップレンズ１４は、さらに、光ディスク１５の情報記録面で反射されたレーザ光を検出系１６に導く機能も有する。
また、ピックアップレンズ１４は、少なくとも一方の面に複数の輪帯段差を有する。換言すれば、ピックアップレンズ１４の少なくとも一方の面には、ピックアップレンズ１４の中心（光軸）を同心とする複数の輪帯が形成されている。また、ピックアップレンズ１４は、プラスティック素材から形成されている。
【００３５】
後述するように、ピックアップレンズ１４に形成された複数の輪帯段差の光軸ＯＡ（後述）方向における位置は、通常時（レーザ光の波長が変化していない場合）に透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯相互に波長単位で異なるように設定されている。
また、ピックアップレンズ１４に形成された複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。同時に、当該段差量は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４において発生する収差を低減するように設定されている。具体的には、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さより、段差位置近傍にて厚くなるように輪帯段差が形成されている。即ち、ピックアップレンズ１４の輪帯段差のある面の形状が中心から外側に向かうにつれて鋸状になるように輪帯段差が形成されている。
【００３６】
光源１１の発振波長は、光源１１の出力の変化により１ｎｍ程度変化する。例えば、光源１１の発振波長は、再生から記録への切り替えにおける出力の変化により、４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化する。出力の変化によって光源１１の発振波長が変化すると、ピックアップレンズ１４の屈折率も変化する。そして、ピックアップレンズ１４により収束される光源１１のレーザ光の収束位置も変化する。しかし、レーザ光がピックアップレンズ１４に設けられた複数の輪帯を透過することにより、レーザ光に収束位置が焦点深度内となるような位相差が発生する。そのため、光源１１の発振波長が変化しても、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置は焦点深度内となる。
【００３７】
フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、ピックアップレンズ１４が図示されないアクチュエータにより動作する。
【００３８】
なお、本実施の形態では、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１５の透明基板はポリカーボネイトとし、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１５の透明基板厚は、それぞれ０．６ｍｍ、０．０８７５ｍｍとした。
【００３９】
次に、光源１１から出射されたレーザ光が光ディスク１５の情報記録面で反射され検出系１６に検出されるまでの挙動について説明する。光源１１から出射されたレーザ光はビームスプリッタ１２を透過してコリメータレンズ１３に入射する。
【００４０】
コリメータレンズ１３は、光源１１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
【００４１】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光はピックアップレンズ１４に入射される。ここで、本実施の形態においては、レーザ光の波長が変化した場合、このピックアップレンズ１４に設けられた複数の輪帯は、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光の位相を補正する。そして、ピックアップレンズ１４は、補正後のレーザ光を光ディスク１５の情報記録面に回折限界近くまで集光させる。光ディスク１５の情報記録面で反射されたレーザ光は、ピックアップレンズ１４を介して検出系１６に入射し、検出される。検出系１６は、当該レーザ光を検出し、光電変換することによって、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号、再生信号などを生成する。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置１において用いられるピックアップレンズ１４について詳細に説明する。図２は、本実施の形態にかかる光ピックアップ装置１におけるピックアップレンズ１４を示す図であり、図２（ａ）は、通常時におけるレーザ光の波面（位相）を示し、図２（ｂ）は、レーザ光の波長が短くなった場合におけるレーザ光の波面（位相）を示し、図２（ｃ）は、レーザ光の波長が長くなった場合におけるレーザ光の波面（位相）を示している。本実施形態では、ピックアップレンズ１４の光源１１側の面に、上述した複数の輪帯段差を設ける。そして、ピックアップレンズ１４の輪帯段差の光軸ＯＡ（後述）方向における位置は、通常時において透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯相互に波長単位で異なるように設定されている。また、ピックアップレンズ１４の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。
【００４３】
すなわち、通常時にレーザ光がピックアップレンズ１４に入射する場合、各輪帯段差を透過したレーザ光の位相は相互に波長の整数倍だけ異なる。従って、図２（ａ）に示されるように、通常時には、異なる輪帯段差を透過したレーザ光には位相差が発生しない。そのため、ピックアップレンズ１４に入射したレーザ光は、同一位相のまま、出射する。従って、通常時において、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置は輪帯段差が形成されていない場合と略同じ位置となる。本実施形態において、レーザ光が最良の状態で収束するように所望する位置は、光ディスク１５（図示せず）の情報記録面である。すなわち、レーザ光は、合焦点時に、光ディスク１５の情報記録面に良好に集光する。
【００４４】
他方、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、出力の変化等により波長が変化し、波長が変化したレーザ光がピックアップレンズ１４に入射する場合、各輪帯段差を透過したレーザ光の位相の違いは波長の整数倍とならない。従って、図２（ｂ）、（ｃ）に示されるように、波長が変化した場合には、異なる輪帯段差を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、本発明においては、当該位相差は、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるように調節する大きさとなっている。そのため、波長が変化した場合、従来ではピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が変化してしまうが、本発明においては、ピックアップレンズ１４の各輪帯を透過したレーザ光の位相差により、波長変化に伴うレーザ光の収束位置の変化が抑制される。そして、ピックアップレンズ１４より出射したレーザ光は、光ディスク１５の情報記録面に良好に集光する。
【００４５】
また、ピックアップレンズ１４の輪帯段差は、レーザ光の波長が変化した場合にピックアップレンズ１４で発生する収差を低減する段差量を有する。
また、実際には、光源１１の発振波長は４０８ｎｍを中心に±５ｎｍ程度ばらついている。図３（ａ）に光源１１の波長が４０３ｎｍである場合に輪帯が形成されていないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示し、図４（ａ）に光源１１の波長が４１３ｎｍである場合に輪帯が形成されていないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す。また、図３（ｂ）に光源１１の波長が４０３ｎｍである場合にピックアップレンズ１４において発生するｒｍｓ波面収差を示し、図４（ｂ）に光源１１の波長が４１３ｎｍである場合にピックアップレンズ１４において発生するｒｍｓ波面収差を示す。なお、図３、図４において、縦軸はｒｍｓ波面収差の大きさを表し、横軸はピックアップレンズの径方向における位置を表す。
【００４６】
図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、光源１１の発振波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、輪帯が形成されていないピックアップレンズでは、ｒｍｓ波面収差は非常に大きくなる。
一方、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、光源１１の発振波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍであっても、輪帯が形成されているピックアップレンズ１４では、ｒｍｓ波面収差を小さく抑えることが出来る。具体的には、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、ピックアップレンズ１４に形成された輪帯段差によって各輪帯を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、当該位相差が、波長変動によりピックアップレンズ１４において発生する収差を低減する。これにより、レーザ光１１の発振波長が４０８ｎｍを中心に±５ｎｍ程度ばらついていても、ピックアップレンズ１４において発生する収差は低減される。従って、ピックアップレンズ１４より出射したレーザ光は、光ディスク１５の情報記録面に良好に集光する。
【００４７】
このように構成された本実施の形態にかかるピックアップレンズ１４によれば、ピックアップレンズ１４の少なくとも一方の面に複数の輪帯段差が設けられ、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差を発生させる段差量を有する。これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光に収束位置が焦点深度内となるような位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴う収束位置のずれが低減される。そのため、当該レーザ光はピックアップレンズ１４により焦点深度内に収束される。従って、レーザ光源の発振波長が急激に変化しても、レーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００４８】
具体的には、複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。
これにより、波長が急激に変化した場合に、レーザ光の収束位置が焦点深度内となるような位相差がレーザ光に発生する。そのため、ピックアップレンズ１４により収束されるレーザ光の収束位置を焦点深度内とすることができる。
【００４９】
さらに、複数の輪帯段差は、波長が変化した場合にピックアップレンズ１４において発生する収差を低減するような段差量を有する。
これにより、レーザ光の波長が変化した場合、当該輪帯を透過したレーザ光にピックアップレンズ１４において発生する収差を低減する位相差が発生する。そして、当該位相差により、波長変化に伴ってピックアップレンズ１４において発生する収差が低減される。従って、レーザ光の波長の変化に応じて発生する収差を低減することができる。
【００５０】
また、さらに、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さは、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差におけるピックアップレンズ１４の厚さより、段差位置近傍にて厚いことが好ましい。
【００５１】
また、本発明にかかるピックアップレンズ１４は、ＢＤ及びＨＤ−ＤＶＤ用の光ピックアップ装置１に使用される。
これにより、例えば、本発明にかかるピックアップレンズ１４をＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用の光ピックアップ装置に取り付ければ、１つのピックアップレンズ１４でＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態において、ピックアップレンズ１４は、プラスティック素材からなるとしたが、ガラス素材により形成されてもよい。
【実施例１】
【００５３】
次に、本発明の実施例１について、本発明範囲から外れる比較例１と比較して説明する。実施例１としては、図５に示すように、ピックアップレンズ１４の光源１１（図示せず）側の面に複数の輪帯段差を設けた。図１４に示す表に、本実施例１にかかるピックアップレンズ１４の輪帯番号、輪帯位置（光軸ＯＡ（後述）に垂直な方向における輪帯が形成される位置）、及び軸上段差量を示す。図６に、本発明にかかるピックアップレンズ１４の側面図を示す。ここで、軸上段差量とは、図６において、各輪帯の面形状を仮想的に光軸ＯＡ側へと延長した場合に、当該面形状がレンズ光軸と仮想的に交差する交点Ｘ１と、第１輪帯の面形状が光軸ＯＡに交差する交点Ｘ２との距離Ｂ１を表している。なお、各輪帯の曲率、円錐係数、非球面係数がそれぞれ異なっているため、各輪帯の面形状は微妙に異なっている。そのため、距離Ｂ１と、各輪帯の段差Ｂ２とは、一致するとは限らない。そのため、各輪帯の面形状がレンズ光軸と仮想的に交差する交点Ｘ１と、第１輪帯の面形状が光軸ＯＡに交差する交点Ｘ２との距離Ｂ１を用いて、各輪帯間の段差量を表す。軸上段差量が正の値となる場合は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光ディスク１５側にあることを意味する。また、軸上段差量が負の値となる場合は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光源１１側にあることを意味する。図１４に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差における軸上段差量が、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における軸上段差量より小さい負の値となるように、輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差は、軸上段差量がレンズの中心から外縁部に向かうにつれて、０．００６２２９ｍｍずつ小さな負の値となるように、形成されている。換言すれば、輪帯段差は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光源１１側に０．００６２２９ｍｍずつ移動するように、形成されている。また、輪帯段差の数は１５である。そして、当該輪帯段差の光軸ＯＡ方向における位置は、光源１１の波長が変化しなかった場合に、隣り合う輪帯段差を透過したレーザ光の位相が波長単位で異なるように設計されている。
【００５４】
また、図１５、図１６、図１７に示す表に、本実施例１にかかる光学系のデータを示す。図１５において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１４の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面である。図１５に示すように、ピックアップレンズ１４としてプラスティック製レンズを使用した。また、図１６に示す係数の値は、ピックアップレンズ１４の面形状を規定する数式（１）、数式（２）で用いられる係数の値である。また、図１７に示す係数の値は、ピックアップレンズ１４の面形状を規定する数式（２）で用いられる係数の値である。なお、図１６において、面番号２（即ち、ピックアップレンズ１４の光源１１側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１４の第１輪帯（ピックアップレンズ１４の中心から１つ目の輪帯）の面形状を規定するものである。また、図１６において、面番号３（即ち、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面全体の面形状を規定するものである。また、図１７に示す係数の値は、ピックアップレンズ１４の第２輪帯〜第１５輪帯のそれぞれの面形状を規定するものである。
【００５５】
図７を用いて、数式（１）、数式（２）を説明する。図７は、ピックアップレンズの一例を示す側面図である。
まず、ピックアップレンズの光出射面Ｒ２（対物レンズＲ２面）の面形状について説明する。図７において、光線の高さをｈ、対物レンズ１の光出射面Ｒ２の頂点をｅ、頂点ｅと接する接面上における光線高さｈの点をｃ、この点ｃから光軸ＯＡに平行な方向での光出射面Ｒ２上の点をｄとすると、任意の光線高さｈに対する点ｃ，ｄ間の距離ＺＢが
【数１】
で表されるように、光出射面Ｒ２の面形状が形成される。
そして、数式（１）と図１６に示す面番号３の係数の値とにより、ピックアップレンズ１４の光ディスク１５側の面全体の面形状が規定される。
【００５６】
なお、数式（１）に、上記係数Ｃ，Ｋ，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０の値を代入して任意の光線高さｈ（≠０）に対する距離ＺＢを求め、その値が負の値となった場合は、点ｄが、光出射面Ｒ２の光軸ＯＡが通る面頂点ｅよりも出射面側（図７での左側）に位置することを示している。距離ＺＢが正の値である場合には、点ｄが頂点ｅよりも右側に位置することを示している。
【００５７】
次に、ピックアップレンズの光入射面Ｒ１（対物レンズＲ１面）の面形状について説明する。図７において、対物レンズ１の光入射面Ｒ１の頂点をｆ、頂点ｆと接する接面上における光線高さｈの点をａ、この点ａから光軸ＯＡに平行な方向での光入射面Ｒ１上の点をｂとすると、任意の光線高さｈに対する点ａ，ｂ間の距離ＺＡが
【数２】
で表されるように、光入射面Ｒ１の面形状が形成される。
【００５８】
なお、ピックアップレンズ１４の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数ｈには、それぞれ、図１４の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の輪帯位置の値を代入する。また、ピックアップレンズ１４の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数Ｂは、それぞれ、図１４の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１５輪帯の軸上段差量の値を代入する。そして、数式（２）と、図１６に示す面番号２の係数の値及び図１７に示す係数の値とにより、ピックアップレンズ１４の第１輪帯〜第１５輪帯の面形状が規定される。
【００５９】
これに対し、輪帯段差を有しないピックアップレンズを比較例１とする。図８（ａ）に、比較例１において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図８（ｂ）に、比較例１において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図８（ｃ）に、比較例１において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．５λである。
図８に示すように、輪帯段差を有しないピックアップレンズの場合、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１１３．３ｍλ、１０６．４ｍλ、１１０．８ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、輪帯段差を有しないピックアップレンズでは、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．６３４μｍ、＋１．５７０μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、輪帯段差を有しないピックアップレンズでは、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、３５．３ｍλ、２．０ｍλ、３５．４ｍλとなる。
【００６０】
一方、図９（ａ）に、実施例１において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図９（ｂ）に、実施例１において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図９（ｃ）に、実施例１において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．２λである。
図９に示すように、複数の輪帯段差を有するピックアップレンズ１４の場合、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２９．７ｍλ、１２．３ｍλ、３８．５ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、複数の輪帯段差を有するピックアップレンズ１４では、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．２０６μｍ、＋０．１３９μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、ピックアップレンズ１４では、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、３２．５ｍλ、１．３ｍλ、３１．７ｍλとなる。
【００６１】
合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）から収束位置がずれた場合（即ち、焦点ずれした場合）、光スポットの収束位置でのレーザ光のピーク値は、合焦点位置でのピーク値（即ち、焦点ずれしない場合のピーク値）に比べて低くなる。換言すると、レーザ光の収束位置が光ディスク１５の情報記録面からずれた場合（焦点ずれした場合）、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのピーク値は、レーザ光の収束位置が光ディスク１５の情報記録面となった場合（焦点ずれしない場合）における光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのピーク値に比べて低くなる。焦点ずれの許容範囲（焦点深度）を、焦点ずれした時のピーク値が合焦点時のピーク値の９５％以上となる範囲とした場合、焦点深度は、ＨＤ−ＤＶＤの場合０．２１μｍであり、ＢＤの場合０．１１μｍである。
【００６２】
比較例１にかかる輪帯段差を有しないピックアップレンズにおいては、図８に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化することにより、ピックアップレンズにおいて発生する収差が大きくなり、マレシャル限界を超えてしまう。
また、比較例１において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、波長が１ｎｍ変化することにより、収束位置は焦点深度外となってしまう。
これに対して、実施例１にかかる複数の輪帯段差を有するピックアップレンズ１４においては、図９に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化しても、ピックアップレンズ１４において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。
また、実施例１において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、波長が１ｎｍ変化しても、収束位置は焦点深度内となる。即ち、ピックアップレンズ１４に設けられた輪帯段差により、光源１１の波長にばらつきがあっても、レーザ光の収束位置が焦点深度内になっている。
【００６３】
上述の実施例１によれば、従来、回折を利用してピックアップレンズの収差補正する場合に比べて、ピックアップレンズ１４に形成する輪帯段差の数をより少なくすることができる。例えば、本発明のピックアップレンズ１４に設けられる輪帯段差の数は、１５輪帯（段差＝８次）である。一方、従来の回折を利用して収差補正を行う場合、例えば、ピックアップレンズに設けられる輪帯段差の数は、３０輪帯（８次）である。そして、輪帯段差の数が少なくなると、輪帯段差間の傾斜部分の面積が減る。そのため、不要光が少なくなり、ピックアップレンズ１４の光利用効率を向上することができる。
【実施例２】
【００６４】
次に、本発明の実施例２について、本発明範囲から外れる比較例２と比較して説明する。実施例２にかかるピックアップレンズ１７は、プラスティック製のＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズである。そして、ピックアップレンズ１７の光源１１（図示せず）側の面に複数の輪帯段差を設けた。ピックアップレンズ１７を図１０に示す。
【００６５】
実施例２にかかるピックアップレンズ１７の光源１１側の面は、透過する光束をＢＤ（第１の光記録媒体）の情報記録面上に集光するためのＢＤ領域（第１の光記録媒体用領域）と、透過する光束をＨＤ−ＤＶＤ（第２の光記録媒体）の情報記録面上に集光するためのＨＤ領域（第２の光記録媒体用領域）に分割されている。ＢＤ領域とＨＤ領域は、ピックアップレンズ１７において交互に配置されている。図１０では、ＢＤ領域を透過する光線のみを表示している。
【００６６】
また、実施例２にかかるピックアップレンズ１７は収差補正機能を持つ。具体的には、ピックアップレンズ１７は、ＢＤ領域に複数の輪帯段差を有する。図１８に示す表に、本実施例２にかかるピックアップレンズ１７の輪帯番号、輪帯位置、及び軸上段差量を示す。なお、図１８に示す軸上段差量は、各輪帯の面形状を仮想的に光軸ＯＡ側へと延長した場合に当該面形状が光軸ＯＡと仮想的に交差する交点Ｘ１の位置の変化量の値である。図１８に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差における軸上段差量が、当該一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における軸上段差量より小さい負の値となるように、輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差は、軸上段差量がレンズの中心から外縁部へ向かうにつれて小さな負の値となるように、形成されている。換言すれば、輪帯段差は、当該仮想的な交点Ｘ１がピックアップレンズ１４の光源１１側に移動するように、形成されている。また、輪帯段差の数は１９である。そして、当該輪帯段差の光軸ＯＡ方向における位置は、光源１１の波長が変化しなかった場合に、隣り合う輪帯段差を透過したレーザ光の位相が波長単位で異なるように設計されている。また、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域は、凸レンズ面となるような曲率半径を有する。そのため、実施例２にかかるピックアップレンズ１７の光源１１側の面は、全体として、略凸レンズ面となるような形状となっている。
【００６７】
また、図１９、図２０、図２１に示す表に、本実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す。図１９において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面である。また、図２０に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７の面形状を規定する数式（１）、数式（２）で用いられる係数の値である。また、図２１に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７の面形状を規定する数式（２）で用いられる係数の値である。なお、図２０において、面番号２（即ち、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７のＢＤ領域における第１輪帯（ピックアップレンズ１７の中心から１つ目の輪帯）の面形状を規定するものである。また、図２０において、面番号３（即ち、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状を規定するものである。また、図２１に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７のＢＤ領域における第２輪帯〜第１９輪帯のそれぞれの面形状を規定するものである。
【００６８】
そして、数式（１）と図２０に示す面番号３の係数の値とにより、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状が規定される。
また、ピックアップレンズ１７の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数ｈには、それぞれ、図１８の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の輪帯位置の値を代入する。また、ピックアップレンズ１７の第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の面形状を規定する場合、数式（２）の係数Ｂには、それぞれ、図１８の表に示す第１輪帯、第２輪帯、・・・、第１９輪帯の軸上段差量の値を代入する。そして、数式（２）と、図２０に示す面番号２の係数の値及び図２１に示す係数の値とにより、ピックアップレンズ１７の第１輪帯〜第１９輪帯の面形状が規定される。
【００６９】
また、図２２、図２３に示す表に本実施例のＨＤ領域における光学系のデータを示す。図２２において、対物レンズＲ１面とは、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面である。また、対物レンズＲ２面とは、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面である。また、図２３に示す係数の値は、ピックアップレンズ１７の面形状を規定する数式（１）、数式（２）で用いられる係数の値である。なお、図２３において、面番号２（即ち、ピックアップレンズ１７の光源１１側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域の面形状を規定するものである。また、図２３において、面番号３（即ち、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面）の係数の値は、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状を規定するものである。
また、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域の面形状を規定する場合、数式（２）において、係数Ｂには、「０」の値が代入される。これは、本実施形態において、ＨＤ領域には、輪帯段差が形成されないためである。
そして、数式（１）と図２３に示す面番号３の係数の値とにより、ピックアップレンズ１７の光ディスク１５側の面全体の面形状が規定される。また、数式（２）と図２３に示す面番号２の係数とにより、ピックアップレンズ１７のＨＤ領域の面形状が規定される。
【００７０】
これに対し、比較例２にかかるピックアップレンズ１８は、輪帯段差を有しないＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズである。なお、ピックアップレンズ１８は、実施例２にかかるピックアップレンズ１７と同一のプラスティック素材により形成した。ピックアップレンズ１８を図１１に示す。
【００７１】
比較例２にかかるピックアップレンズ１８の光源１１側の面は、実施例２と同様に、ＢＤ領域とＨＤ領域とに分割されている。ＢＤ領域とＨＤ領域は、ピックアップレンズ１８において交互に配置されている。図１１では、ＢＤ領域を透過する光線のみを表示している。また、比較例２にかかるピックアップレンズ１８は位相補正機能を持たない。即ち、実施例２にかかるピックアップレンズ１７と異なり、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域では、輪帯間で輪帯段差を透過したレーザ光の位相は同じである。ピックアップレンズ１８のＢＤ領域及びＨＤ領域は、各々別の凸レンズ面となるような面形状を有する。具体的には、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域は、図２０に示す表の面番号２の係数の値と数式（２）とにより規定される面形状を有する。また、ピックアップレンズ１８のＨＤ領域は、図２３に示す表の面番号２の係数の値と数式（２）とにより規定される面形状を有する。なお、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域及びＨＤ領域の面形状を規定する場合、数式（２）において、軸上段差量であるＢには、「０」の値が代入される。これは、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域及びＨＤ領域で、それぞれ輪帯間の面形状の位置は変化していないためである。また、ピックアップレンズ１８のディスク１５側の面は、図２０又は図２３に示す表の面番号３の係数の値と数式（１）とにより規定される面形状を有する。そして、ピックアップレンズ１８のＢＤ領域とＨＤ領域とが異なる非球面形状を有することにより、ＢＤに対してもＨＤ−ＤＶＤに対してもそれぞれの光束は適切な位置に集光する。
【００７２】
なお、実施例２及び比較例２にかかるＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズでは、入射光の光束分割を行っているため、超解像現象が起こり、スポット径が小さくなりすぎる。そのため、ＢＤにおける通常のＮＡ（開口数）は０．８５であるが、実施例２及び比較例２では、ＮＡを約０．７９に補正している。
【００７３】
図１２（ａ）に、比較例２において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１２（ｂ）に、比較例２において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１２（ｃ）に、比較例２において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．５λである。
図１２に示すように、比較例２にかかるピックアップレンズ１８を用いた場合では、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、９５．６ｍλ、９１．１ｍλ、９１．５ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例２のピックアップレンズ１８を用いると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．５７７μｍ、＋１．５１６μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例２のピックアップレンズ１８を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２０．４ｍλ、１．８ｍλ、２１．９ｍλとなる。
【００７４】
一方、図１３（ａ）に、実施例２において光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１３（ｂ）に、実施例２において光源１１の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示し、図１３（ｃ）に、実施例２において光源１１の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合のｒｍｓ波面収差を示す。縦軸のスケールは０．１λである。
図１３に示すように、実施例２にかかるピックアップレンズ１７を用いる場合、光源１１の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍ、４０８ｎｍから４０９ｎｍ、４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化すると、光ディスク１５の情報記録面に形成された光スポットのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１８．８ｍλ、４．７ｍλ、２７．４ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例２のピックアップレンズ１７を用いると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１５の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０４４μｍ、＋０．０１９μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例２のピックアップレンズ１７を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２３．５ｍλ、１．０ｍλ、２２．９ｍλとなる。
【００７５】
比較例２においては、図１２に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化することにより、ピックアップレンズ１８において発生する収差が大きくなり、マレシャル限界を超えてしまう。
また、比較例２において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収束位置は焦点深度外となってしまう。
これに対して、実施例２においては、図１３に示すように、光源１１の波長が１ｎｍ変化しても、ピックアップレンズ１７において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。
また、実施例２において、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍであっても、収束位置は焦点深度内となっている。即ち、ピックアップレンズ１７に形成された輪帯段差による収差補正機能により、光源１１の波長にばらつきがあっても、レーザ光の収束位置が焦点深度内になっている。
【００７６】
なお、実施例１、２においては、プラスティック製のピックアップレンズを使用したが、ガラス製のピックアップレンズを使用しても同様の作用効果が得られる。
また、実施例２においては、ピックアップレンズ１７のＢＤ領域にのみ収差補正機能を設けたが、ＨＤ領域にも同様に適宜収差を補正する機能を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の一例を示したものである。
【図２】通常時において本実施形態にかかるピックアップレンズを透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ａ））であり、レーザ光の波長が短くなった場合において本実施形態にかかるピックアップレンズを透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｂ））、レーザ光の波長が長くなった場合において本実施形態にかかるピックアップレンズを透過するレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｃ））である。
【図３】光源の波長が４０３ｎｍであり、輪帯段差を有しないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図３（ａ））、光源の波長が４０３ｎｍであり、輪帯段差を有するピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図３（ｂ））である。
【図４】光源の波長が４１３ｎｍであり、輪帯段差を有しないピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図４（ａ））、光源の波長が４１３ｎｍであり、輪帯段差を有するピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図４（ｂ））である。
【図５】本発明の実施例１にかかるピックアップレンズを示す図である。
【図６】本発明にかかるピックアップレンズのレンズ面形状の一例を示す側面図である。
【図７】ピックアップレンズのレンズ面形状の一例を示す側面図である。
【図８】比較例１において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ａ））、比較例１において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ｂ））、比較例１において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図８（ｃ））である。
【図９】実施例１において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図９（ａ））、実施例１において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図９（ｂ））、実施例１において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図９（ｃ））である。
【図１０】本発明の実施例２にかかるピックアップレンズを示す図である。
【図１１】比較例２にかかるピックアップレンズを示す図である。
【図１２】比較例２において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ａ））、比較例２において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ｂ））、比較例２において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１２（ｃ））である。
【図１３】実施例２において光源の波長が４０３ｎｍから４０４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１３（ａ））、実施例２において光源の波長が４０８ｎｍから４０９ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１３（ｂ））、実施例２において光源の波長が４１３ｎｍから４１４ｎｍに変化した場合にピックアップレンズにおいて発生するｒｍｓ波面収差を示す図（図１３（ｃ））である。
【図１４】本発明の実施例１にかかるピックアップレンズの輪帯番号、輪帯位置、及び軸上段差量を示す表である。
【図１５】本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。
【図１６】本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。
【図１７】本発明の実施例１にかかる光学系のデータを示す表である。
【図１８】本発明の実施例２にかかるピックアップレンズの輪帯番号、輪帯位置、及び軸上段差量を示す表である。
【図１９】本発明の実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２０】本発明の実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２１】本発明の実施例２のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２２】本発明の実施例２のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２３】本発明の実施例２のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２４】ガラス製非球面単レンズをピックアップ対物レンズとした場合におけるレーザ光源の波長変化１ｎｍ当たりの収束位置の変化量（μｍ／ｎｍ）を示す表である。
【図２５】焦点ずれの許容範囲を、焦点ずれした時のピーク値が合焦点時のピーク値の９５％以上となる範囲とした場合における焦点深度を示す表である。
【図２６】ガラス材により形成され、焦点距離が１．７６ｍｍ（設計波長＝４０８ｎｍ）である対物レンズに発振波長が異なるレーザ光を平行入射した場合に生じるｒｍｓ波面収差を示す表である。
【符号の説明】
【００７８】
１１ 光源（レーザ光源）
１４、１７ ピックアップレンズ（ピックアップ対物レンズ）
１５ 光ディスク（光記録媒体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射された光束を集光するピックアップ対物レンズであって、
前記ピックアップ対物レンズは、少なくとも一方の面に、複数の輪帯段差を有し、
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する、ピックアップ対物レンズ。
【請求項２】
前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項１に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項３】
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有する請求項１又は２に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項４】
隣り合う前記輪帯段差において、一の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さは、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さより、段差位置近傍にて厚いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項５】
ＢＤ及び／又はＨＤ−ＤＶＤ用の記録再生装置に使用される請求項１乃至４の何れか一項に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項６】
波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるピックアップ対物レンズであって、
少なくとも前記ピックアップ対物レンズの一面は、透過する光束を第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第１の光記録媒体用領域と、透過する光束を第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第２の光記録媒体用領域に分割され、
前記第１の光記録媒体用領域は、複数の輪帯段差を有し、
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するピックアップ対物レンズ。
【請求項７】
前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項６に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項８】
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有する請求項６又は７に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項９】
レーザ光源から出射された光束を集光するピックアップ対物レンズの設計方法であって、
前記ピックアップ対物レンズの少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を形成し、
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束される前記レーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するピックアップ対物レンズの設計方法。
【請求項１０】
前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束される前記レーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項９に記載のピックアップ対物レンズの設計方法。
【請求項１１】
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有する請求項９又は１０に記載のピックアップ対物レンズの設計方法。
【請求項１】
レーザ光源から出射された光束を集光するピックアップ対物レンズであって、
前記ピックアップ対物レンズは、少なくとも一方の面に、複数の輪帯段差を有し、
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する、ピックアップ対物レンズ。
【請求項２】
前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項１に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項３】
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有する請求項１又は２に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項４】
隣り合う前記輪帯段差において、一の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さは、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差における前記ピックアップ対物レンズの厚さより、段差位置近傍にて厚いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項５】
ＢＤ及び／又はＨＤ−ＤＶＤ用の記録再生装置に使用される請求項１乃至４の何れか一項に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項６】
波長λの光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させ、且つ、波長λの光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるピックアップ対物レンズであって、
少なくとも前記ピックアップ対物レンズの一面は、透過する光束を第１の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第１の光記録媒体用領域と、透過する光束を第２の光記録媒体の情報記録面上に集光させるための第２の光記録媒体用領域に分割され、
前記第１の光記録媒体用領域は、複数の輪帯段差を有し、
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するピックアップ対物レンズ。
【請求項７】
前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束されるレーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項６に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項８】
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有する請求項６又は７に記載のピックアップ対物レンズ。
【請求項９】
レーザ光源から出射された光束を集光するピックアップ対物レンズの設計方法であって、
前記ピックアップ対物レンズの少なくとも一方の表面に複数の輪帯段差を形成し、
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束される前記レーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有するピックアップ対物レンズの設計方法。
【請求項１０】
前記複数の輪帯段差は、通常時における透過光の位相が輪帯相互に波長単位で異なる段差であって、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにより収束される前記レーザ光の収束位置が焦点深度内となるようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する請求項９に記載のピックアップ対物レンズの設計方法。
【請求項１１】
前記複数の輪帯段差は、波長が変化した場合に前記ピックアップ対物レンズにおいて発生する収差を低減するような段差量を有する請求項９又は１０に記載のピックアップ対物レンズの設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００９−１０４７４７（Ｐ２００９−１０４７４７Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７７５７１（Ｐ２００７−２７７５７１）
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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