レンズユニット、収差補正用素子、及び収差補正用素子の設計方法
【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レンズユニット、収差補正用素子、及び収差補正用素子の設計方法を提供する。
【解決手段】ピックアップレンズと、ピックアップレンズの光源側に配置され、複数の輪帯段差を有する収差補正用素子１４とを有し、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、レンズユニットを備えた。
【解決手段】ピックアップレンズと、ピックアップレンズの光源側に配置され、複数の輪帯段差を有する収差補正用素子１４とを有し、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、レンズユニットを備えた。
【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対物レンズを含むレンズユニット、当該対物レンズの収差を補正する収差補正用素子及びそ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）である非球面単レンズを、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ＢＤのピックアップ対物レンズとした場合、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２６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２７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２８の表に示す。図２８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レンズユニット、収差補正用素子、及び収差補正用素子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】
本発明にかかるレンズユニットは、ピックアップ対物レンズと、前記ピックアップ対物レンズのレーザ光源側に配置され、複数の輪帯段差を有する平板とを有し、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、複数の輪帯段差を有する平板が設けられ、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、当該平板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厚さであるため、通常時は各輪帯透過時の位相差に変化は無い。そして、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、当該平板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、一の輪帯段差の厚さが、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差より厚いことが好ましい。
これにより、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。同時に、波長が変化した場合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ことができる。
【００２０】
また、本発明にかかるレンズユニットは、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、本発明にかかる平板をＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用ピックアップ対物レンズに取り付ければ、１つの平板で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レンズユニットは、光束分割素子及びピックアップ対物レンズを有し、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レンズユニットであって、少なくとも前記光束分割素子の一面は、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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、２種類の光源を利用する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厚さであって、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】
本発明にかかる収差補正用素子は、レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子であって、複数の輪帯段差を有し、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厚さであって、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ものである。
【００２６】
また、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。
【００２７】
本発明にかかる収差補正用素子の設計方法は、レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子の設計方法であって、前記収差補正用素子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。
【００２８】
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厚さであって、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。
【００２９】
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】
【００３０】
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】
【００３１】
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、レンズユニット１０を備えている。レンズユニット１０は、収差補正用素子１４（平板）、ピックアップレンズ１５（ピックアップ対物レンズ）等を備えている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光の光路上に収差補正用素子１４、及び収差補正用素子１４の透過光が入射するピックアップレンズ１５が設けられている。
【００３６】
収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５の光源１１側に配置され、複数の輪帯段差を有する平板状の素子である。また、収差補正用素子１４は、プラスティック素材から形成されている。
後述するように、収差補正用素子１４に形成された複数の輪帯段差の厚さは、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、収差補正用素子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１５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１５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、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。即ち、収差補正用素子１４の板厚が中心から外側に向かうにつれて厚くなるように輪帯段差が形成されている。
【００３７】
ピックアップレンズ１５は、入射された光を光ディスク１６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１５は、さらに、光ディスク１６の情報記録面で反射されたレーザ光を検出系１７に導く機能も有する。
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１５の屈折率も変化する。そして、ピックアップレンズ１５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、レーザ光が収差補正用素子１４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１５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。
【００３８】
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１５と収差補正用素子１４とが一体となって図示されないアクチュエータにより動作する。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１６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１６の透明基板厚は、それぞれ０．６ｍｍ、０．０８７５ｍｍとした。
【００４０】
次に、光源１１から出射されたレーザ光が光ディスク１６の情報記録面で反射され検出系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。
【００４１】
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。
【００４２】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光は収差補正用素子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、この収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５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、補正後のレーザ光はピックアップレンズ１５に入射される。ピックアップレンズ１５は、入射されたレーザ光を光ディスク１６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１６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１５を介して検出系１７に入射し、検出される。検出系１７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。
【００４３】
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のレンズユニット１０において用いられる収差補正用素子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における収差補正用素子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。ピックアップレンズ１５の光源１１側に、図２に示す輪帯段差付プラスティック製の平板からなる収差補正用素子１４を組み合わせる。収差補正用素子１４は、上述したように、複数の輪帯段差を有する平板状の素子である。本実施の形態においては、ピックアップレンズ１５と同一素材のプラスティックからなる。そして、収差補正用素子１４の輪帯段差の厚さは、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、収差補正用素子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１５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。
【００４４】
すなわち、通常時にレーザ光が収差補正用素子１４を透過した場合、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、収差補正用素子１４に入射したレーザ光は、同一位相のまま、出射し、後段に設けられたピックアップレンズ１５（図示せず）に入射する。従って、通常時において、ピックアップレンズ１５により収束されるレーザ光の収束位置は収差補正用素子１４が無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１６（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１６の情報記録面に良好に集光する。
【００４５】
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収差補正用素子１４を透過した場合、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１５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１５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、収差補正用素子１４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１５より出射したレーザ光は、光ディスク１６の情報記録面に良好に集光する。
【００４６】
また、収差補正用素子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１５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に光源１１の波長が４０３ｎｍである場合にピックアップレンズ１５において発生するｒｍｓ波面収差を示し、図４に光源１１の波長が４１３ｎｍである場合にピックアップレンズ１５において発生するｒｍｓ波面収差を示す。また、光源１１とピックアップレンズ１５との間に収差補正用素子１４を設けない場合のｒｍｓ波面収差を図３（ａ）、図４（ａ）に示し、光源１１とピックアップレンズ１５との間に収差補正用素子１４を設けた場合のｒｍｓ波面収差を図３（ｂ）、図４（ｂ）に示す。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１５の径方向における位置を表す。
【００４７】
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、収差補正用素子１４を設けないと、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、収差補正用素子１４を設けると、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、収差補正用素子１４に形成された輪帯段差によって各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、当該位相差が、ピックアップレンズ１５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１５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１５より出射したレーザ光は、光ディスク１６の情報記録面に良好に集光する。
【００４８】
このように構成された本実施の形態にかかるレンズユニット１０によれば、複数の輪帯段差を有する収差補正用素子１４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１５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、収差補正用素子１４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１５により焦点深度内に収束される。従って、光源１１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。
【００４９】
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厚さであって、波長が変化した場合にピックアップレンズ１５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１５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。
【００５０】
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１５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、収差補正用素子１４を透過したレーザ光にピックアップレンズ１５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１５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。
【００５１】
具体的には、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差より厚い。
これにより、光源１１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。同時に、波長が変化した場合にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減することができる。
【００５２】
また、本発明にかかるレンズユニット１０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、本発明にかかる収差補正用素子１４をＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用ピックアップレンズ１５に取り付ければ、１つの収差補正用素子１４でＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態において、収差補正用素子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】
【００５４】
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１５の光源１１（図示せず）側に収差補正用素子１４を設けた。収差補正用素子１４は、複数の輪帯段差を有するプラスティック製の平板状の素子である。図１５に示す表に、本実施例１にかかる収差補正用素子１４の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す。図１５に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差の厚さは、収差補正用素子１４の中心から外縁部へ向かうにつれて、０．００３８９３ｍｍずつ厚くなるように形成されている。また、輪帯段差の数は２５である。そして、当該輪帯段差の厚さは、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、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。ピックアップレンズ１５としてガラス製レンズを使用した。
【００５５】
これに対し、ピックアップレンズ１５の光源１１側に収差補正用素子１４を設けない例を比較例１とする。図６（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６（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６（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６に示すように、収差補正用素子１４を設けない場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、９８．０ｍλ、９２．６ｍλ、９５．６ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設けない場合、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１６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、９８．０ｍλ、９２．６ｍλ、９５．６ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．４１８μｍ、＋１．３６６μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２８．０ｍλ、１．６ｍλ、２８．５ｍλとなる。
【００５６】
一方、図７（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７（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７（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０．１λである。
図７に示すように、収差補正用素子１４を設ける場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１８．４ｍλ、１．６ｍλ、１７．４ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設ける場合、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１６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、１８．４ｍλ、１．６ｍλ、１７．４ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０２９μｍ、＋０．０２２μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１８．４ｍλ、１．６ｍλ、１７．４ｍλとなる。
【００５７】
合焦点位置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１６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１６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１６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１６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。
収差補正用素子１４を設けない比較例１においては、図６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１５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、収束位置は焦点深度外となってしまう。
これに対して、収差補正用素子１４を設ける実施例１においては、図７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１５において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。特に、収差補正用素子１４を設けると、波長が変化する前（通常時）での合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）におけるｒｍｓ波面収差と、波長が１ｎｍ変化した場合での光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報）におけるｒｍｓ波面収差とが略同じとなる。即ち、収差補正用素子１４を設けることにより、光源１１の波長が１ｎｍ変化したことによる収差の増加は略ゼロに抑えられている。
また、実施例１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、収差補正用素子１４を設けることにより、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。
【実施例２】
【００５８】
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としては、図８に示すように、ピックアップレンズ１５の光源１１（図示せず）側に収差補正用素子１４を設けた。収差補正用素子１４は、複数の輪帯段差を有するプラスティック製の平板状の素子である。具体的には、実施例２にかかる収差補正用素子１４は、プラスティック材により形成した。図１８に示す表に、本実施例２にかかる収差補正用素子１４の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す。図１８に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差の厚さは、収差補正用素子１４の中心から外縁部へ向かうにつれて、０．００３８９３ｍｍずつ厚くなるように形成されている。また、輪帯段差の数は２９である。そして、当該輪帯段差の厚さは、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、図１９、図２０に示す表に、本実施例２にかかる光学系のデータを示す。ピックアップレンズ１５としてプラスティック製レンズを使用した。
【００５９】
これに対し、ピックアップレンズ１５の光源１１側に収差補正用素子１４を設けない例を比較例２とする。図９（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９（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９（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９に示すように、収差補正用素子１４を設けない場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１１３．２ｍλ、１０６．４ｍλ、１１０．７ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設けない場合、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１６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、１１３．２ｍλ、１０６．４ｍλ、１１０．７ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．６３４μｍ、＋１．５７１μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、３５．１ｍλ、２．０ｍλ、３５．３ｍλとなる。
【００６０】
一方、図１０（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１０（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１０（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１０に示すように、収差補正用素子１４を設ける場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１６．０ｍλ、３．９ｍλ、２２．２ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設ける場合、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１６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、１６．０ｍλ、３．９ｍλ、２２．２ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０１７μｍ、＋０．０５１μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２０．１ｍλ、２．０ｍλ、１８．６ｍλとなる。
【００６１】
収差補正用素子１４を設けない比較例２においては、図９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１５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（ＨＤ−ＤＶＤの場合０．２１μｍ、ＢＤの場合０．１１μｍ）外となってしまう。
これに対して、収差補正用素子１４を設ける実施例２においては、図１０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１５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、収差補正用素子１４を設けることにより、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。
【００６２】
上述の実施例１及び実施例２によれば、回折を利用してピックアップレンズの収差補正を行う場合に比べて、収差補正用素子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、本発明の収差補正用素子１４に設けられる輪帯段差の数は、２５〜２９輪帯（段差＝５次）である。一方、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、４７輪帯である。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１５の光利用効率を向上することができる。
【実施例３】
【００６３】
次に、本発明の実施例３について、本発明範囲から外れる比較例３と比較して説明する。実施例３としては、ガラス製のＢＤ専用のピックアップレンズ１５の光源１１（図示せず）側に光束分割素子１８（収差補正用素子）を設け、図１１に示すＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズを製作した。
【００６４】
実施例３にかかる光束分割素子１８のピックアップレンズ１５側の面は、透過する光束をピックアップレンズ１５を介して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、透過する光束をピックアップレンズ１５を介して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、光束分割素子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。
【００６５】
また、実施例３にかかる光束分割素子１８は収差補正機能を持つ。具体的には、光束分割素子１８は、ＢＤ領域に複数の輪帯段差を有する。図２１に示す表に、本実施例３にかかる光束分割素子１８の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す。図２１に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差の厚さは、光束分割素子１８の中心から外縁部へ向かうにつれて厚くなるように形成されている。また、輪帯段差の数は１６である。そして、当該輪帯段差の厚さは、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、光束分割素子１８のＨＤ領域は、凹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３にかかる光束分割素子１８のピックアップレンズ１５側の面は、全体として、略凹レンズ面となるような形状となっている。
なお、実施例３にかかる光束分割素子１８は、プラスティック材により形成した。
また、図２２、図２３に示す表に、本実施例３のＢＤ領域における光学系のデータを示す。また、図２４、図２５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。
【００６６】
これに対し、比較例３としては、実施例３のガラス製のピックアップレンズ１５と光源１１（図示せず）との間に比較例３にかかる光束分割素子１９を設け、図１２に示すＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズを製作した。
【００６７】
比較例３にかかる光束分割素子１９のピックアップレンズ１５側の面は、実施例３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、光束分割素子１９において交互に配置されている。図１２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３にかかる光束分割素子１９は収差補正機能を持たない。即ち、実施例３にかかる光束分割素子１８と異なり、光束分割素子１９のＢＤ領域には、輪帯段差が形成されておらず、平板状となっている。光束分割素子１９のＨＤ領域は、凹レンズ面となるような曲率半径を有する。そして、光束分割素子１９のＢＤ領域を透過した光束はそのままピックアップレンズ１５に入射し、ＨＤ領域を透過した光束は弱発散光となってピックアップレンズ１５に入射する。このように構成することにより、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。なお、比較例３にかかる光束分割素子１９は、光束分割素子１８と同一のプラスティック材により形成した。
【００６８】
なお、実施例３及び比較例３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３及び比較例３では、ＮＡを約０．７９に補正している。
【００６９】
図１３（ａ）に、比較例３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、比較例３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、比較例３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１３に示すように、比較例３にかかる光束分割素子１９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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、８３．５ｍλ、７９．４ｍλ、７９．０ｍλとなる。換言すれば、比較例３にかかる光束分割素子１９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１６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、８３．５ｍλ、７９．４ｍλ、７９．０ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例３の光束分割素子１９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１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．３７４μｍ、＋１．３２５μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例３の光束分割素子１９を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１６．１ｍλ、１．０ｍλ、１６．６ｍλとなる。
【００７０】
一方、図１４（ａ）に、実施例３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１４（ｂ）に、実施例３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１４（ｃ）に、実施例３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１４に示すように、実施例３にかかる光束分割素子１８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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１７．４ｍλ、３．９ｍλ、２４．２ｍλとなる。換言すれば、実施例３にかかる光束分割素子１８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１６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、１７．４ｍλ、３．９ｍλ、２４．２ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例３の光束分割素子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１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０３９μｍ、＋０．０１１μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例３の光束分割素子１８を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２１．０ｍλ、１．１ｍλ、１９．９ｍλとなる。
【００７１】
比較例３においては、図１３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１５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３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（ＢＤの場合０．１１μｍ）外となってしまう。
これに対して、実施例３においては、図１４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１５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３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、光束分割素子１８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。
【００７２】
なお、実施例３においては、ガラス製のピックアップレンズ１５を使用したが、プラスティック製のピックアップレンズ１５を使用しても同様の作用効果が得られる。
また、実施例３においては、光束分割素子１８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】
【００７３】
【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】通常時におけるレーザ光の波面（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けるレーザ光の波面（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けるレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｃ））である。
【図３】光源の波長が４０３ｎｍであり、収差補正用素子を用いない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３（ａ））、光源の波長が４０３ｎｍであり、収差補正用素子を用いる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３（ｂ））である。
【図４】光源の波長が４１３ｎｍであり、収差補正用素子を用いない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４（ａ））、光源の波長が４１３ｎｍであり、収差補正用素子を用いる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４（ｂ））である。
【図５】本発明の実施例１にかかる収差補正用素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図６】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６（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６（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６（ｃ））である。
【図７】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７（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７（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７（ｃ））である。
【図８】本発明の実施例２にかかる収差補正用素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図９】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９（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９（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９（ｃ））である。
【図１０】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１０（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１０（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１０（ｃ））である。
【図１１】本発明の実施例３にかかる光束分割素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図１２】比較例３にかかる光束分割素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図１３】比較例３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））、比較例３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））、比較例３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】実施例３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１４（ａ））、実施例３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１４（ｂ））、実施例３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１４（ｃ））である。
【図１５】本発明の実施例１にかかる収差補正用素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）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にかかる収差補正用素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す表である。
【図１９】本発明の実施例２にかか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にかかる光学系のデータを示す表である。
【図２１】本発明の実施例３にかかる光束分割素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す表である。
【図２２】本発明の実施例３のＢＤ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３のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２４】本発明の実施例３のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２５】本発明の実施例３のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２６】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２７】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２８】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】
【００７４】
１０ レンズユニット
１１ 光源（レーザ光源）
１４ 収差補正用素子（平板）
１５ ピックアップレンズ（ピックアップ対物レンズ）
１６ 光ディスク（光記録媒体）
１８ 光束分割素子（収差補正用素子）
【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対物レンズを含むレンズユニット、当該対物レンズの収差を補正する収差補正用素子及びそ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）である非球面単レンズを、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ＢＤのピックアップ対物レンズとした場合、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２６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２７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２８の表に示す。図２８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レンズユニット、収差補正用素子、及び収差補正用素子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】
本発明にかかるレンズユニットは、ピックアップ対物レンズと、前記ピックアップ対物レンズのレーザ光源側に配置され、複数の輪帯段差を有する平板とを有し、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、複数の輪帯段差を有する平板が設けられ、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、当該平板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厚さであるため、通常時は各輪帯透過時の位相差に変化は無い。そして、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、当該平板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、一の輪帯段差の厚さが、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差より厚いことが好ましい。
これにより、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。同時に、波長が変化した場合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ことができる。
【００２０】
また、本発明にかかるレンズユニットは、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、本発明にかかる平板をＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用ピックアップ対物レンズに取り付ければ、１つの平板で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レンズユニットは、光束分割素子及びピックアップ対物レンズを有し、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レンズユニットであって、少なくとも前記光束分割素子の一面は、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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、２種類の光源を利用する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厚さであって、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】
本発明にかかる収差補正用素子は、レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子であって、複数の輪帯段差を有し、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厚さであって、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ものである。
【００２６】
また、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。
【００２７】
本発明にかかる収差補正用素子の設計方法は、レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子の設計方法であって、前記収差補正用素子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。
【００２８】
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厚さであって、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。
【００２９】
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】
【００３０】
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】
【００３１】
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、レンズユニット１０を備えている。レンズユニット１０は、収差補正用素子１４（平板）、ピックアップレンズ１５（ピックアップ対物レンズ）等を備えている。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光の光路上に収差補正用素子１４、及び収差補正用素子１４の透過光が入射するピックアップレンズ１５が設けられている。
【００３６】
収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５の光源１１側に配置され、複数の輪帯段差を有する平板状の素子である。また、収差補正用素子１４は、プラスティック素材から形成されている。
後述するように、収差補正用素子１４に形成された複数の輪帯段差の厚さは、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、収差補正用素子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１５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１５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、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。即ち、収差補正用素子１４の板厚が中心から外側に向かうにつれて厚くなるように輪帯段差が形成されている。
【００３７】
ピックアップレンズ１５は、入射された光を光ディスク１６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１５は、さらに、光ディスク１６の情報記録面で反射されたレーザ光を検出系１７に導く機能も有する。
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１５の屈折率も変化する。そして、ピックアップレンズ１５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、レーザ光が収差補正用素子１４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１５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。
【００３８】
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１５と収差補正用素子１４とが一体となって図示されないアクチュエータにより動作する。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ＨＤ−ＤＶＤ用、ＢＤ用の光ディスク１６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１６の透明基板厚は、それぞれ０．６ｍｍ、０．０８７５ｍｍとした。
【００４０】
次に、光源１１から出射されたレーザ光が光ディスク１６の情報記録面で反射され検出系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。
【００４１】
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。
【００４２】
コリメータレンズ１３を透過したレーザ光は収差補正用素子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、この収差補正用素子１４は、ピックアップレンズ１５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、補正後のレーザ光はピックアップレンズ１５に入射される。ピックアップレンズ１５は、入射されたレーザ光を光ディスク１６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１６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１５を介して検出系１７に入射し、検出される。検出系１７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。
【００４３】
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のレンズユニット１０において用いられる収差補正用素子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における収差補正用素子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。ピックアップレンズ１５の光源１１側に、図２に示す輪帯段差付プラスティック製の平板からなる収差補正用素子１４を組み合わせる。収差補正用素子１４は、上述したように、複数の輪帯段差を有する平板状の素子である。本実施の形態においては、ピックアップレンズ１５と同一素材のプラスティックからなる。そして、収差補正用素子１４の輪帯段差の厚さは、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、収差補正用素子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１５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。
【００４４】
すなわち、通常時にレーザ光が収差補正用素子１４を透過した場合、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、収差補正用素子１４に入射したレーザ光は、同一位相のまま、出射し、後段に設けられたピックアップレンズ１５（図示せず）に入射する。従って、通常時において、ピックアップレンズ１５により収束されるレーザ光の収束位置は収差補正用素子１４が無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１６（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１６の情報記録面に良好に集光する。
【００４５】
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収差補正用素子１４を透過した場合、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１５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１５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、収差補正用素子１４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１５より出射したレーザ光は、光ディスク１６の情報記録面に良好に集光する。
【００４６】
また、収差補正用素子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１５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に光源１１の波長が４０３ｎｍである場合にピックアップレンズ１５において発生するｒｍｓ波面収差を示し、図４に光源１１の波長が４１３ｎｍである場合にピックアップレンズ１５において発生するｒｍｓ波面収差を示す。また、光源１１とピックアップレンズ１５との間に収差補正用素子１４を設けない場合のｒｍｓ波面収差を図３（ａ）、図４（ａ）に示し、光源１１とピックアップレンズ１５との間に収差補正用素子１４を設けた場合のｒｍｓ波面収差を図３（ｂ）、図４（ｂ）に示す。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１５の径方向における位置を表す。
【００４７】
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、収差補正用素子１４を設けないと、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、収差補正用素子１４を設けると、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、収差補正用素子１４に形成された輪帯段差によって各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、当該位相差が、ピックアップレンズ１５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１５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１５より出射したレーザ光は、光ディスク１６の情報記録面に良好に集光する。
【００４８】
このように構成された本実施の形態にかかるレンズユニット１０によれば、複数の輪帯段差を有する収差補正用素子１４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１５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、収差補正用素子１４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１５により焦点深度内に収束される。従って、光源１１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。
【００４９】
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厚さであって、波長が変化した場合にピックアップレンズ１５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１５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。
【００５０】
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１５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、収差補正用素子１４を透過したレーザ光にピックアップレンズ１５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１５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。
【００５１】
具体的には、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差より厚い。
これにより、光源１１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。同時に、波長が変化した場合にピックアップレンズ１５において発生する収差を低減することができる。
【００５２】
また、本発明にかかるレンズユニット１０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、本発明にかかる収差補正用素子１４をＢＤとＨＤ−ＤＶＤ兼用ピックアップレンズ１５に取り付ければ、１つの収差補正用素子１４でＢＤとＨＤ−ＤＶＤの両方の収差を補正することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態において、収差補正用素子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】
【００５４】
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１５の光源１１（図示せず）側に収差補正用素子１４を設けた。収差補正用素子１４は、複数の輪帯段差を有するプラスティック製の平板状の素子である。図１５に示す表に、本実施例１にかかる収差補正用素子１４の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す。図１５に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差の厚さは、収差補正用素子１４の中心から外縁部へ向かうにつれて、０．００３８９３ｍｍずつ厚くなるように形成されている。また、輪帯段差の数は２５である。そして、当該輪帯段差の厚さは、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、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。ピックアップレンズ１５としてガラス製レンズを使用した。
【００５５】
これに対し、ピックアップレンズ１５の光源１１側に収差補正用素子１４を設けない例を比較例１とする。図６（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６（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６（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６に示すように、収差補正用素子１４を設けない場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、９８．０ｍλ、９２．６ｍλ、９５．６ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設けない場合、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１６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、９８．０ｍλ、９２．６ｍλ、９５．６ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．４１８μｍ、＋１．３６６μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２８．０ｍλ、１．６ｍλ、２８．５ｍλとなる。
【００５６】
一方、図７（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７（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７（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０．１λである。
図７に示すように、収差補正用素子１４を設ける場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１８．４ｍλ、１．６ｍλ、１７．４ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設ける場合、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１６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、１８．４ｍλ、１．６ｍλ、１７．４ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０２９μｍ、＋０．０２２μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１８．４ｍλ、１．６ｍλ、１７．４ｍλとなる。
【００５７】
合焦点位置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１６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１６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１６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１６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。
収差補正用素子１４を設けない比較例１においては、図６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１５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、収束位置は焦点深度外となってしまう。
これに対して、収差補正用素子１４を設ける実施例１においては、図７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１５において発生する収差は、マレシャル限界を超えない。特に、収差補正用素子１４を設けると、波長が変化する前（通常時）での合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）におけるｒｍｓ波面収差と、波長が１ｎｍ変化した場合での光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報）におけるｒｍｓ波面収差とが略同じとなる。即ち、収差補正用素子１４を設けることにより、光源１１の波長が１ｎｍ変化したことによる収差の増加は略ゼロに抑えられている。
また、実施例１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、収差補正用素子１４を設けることにより、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。
【実施例２】
【００５８】
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としては、図８に示すように、ピックアップレンズ１５の光源１１（図示せず）側に収差補正用素子１４を設けた。収差補正用素子１４は、複数の輪帯段差を有するプラスティック製の平板状の素子である。具体的には、実施例２にかかる収差補正用素子１４は、プラスティック材により形成した。図１８に示す表に、本実施例２にかかる収差補正用素子１４の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す。図１８に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差の厚さは、収差補正用素子１４の中心から外縁部へ向かうにつれて、０．００３８９３ｍｍずつ厚くなるように形成されている。また、輪帯段差の数は２９である。そして、当該輪帯段差の厚さは、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、図１９、図２０に示す表に、本実施例２にかかる光学系のデータを示す。ピックアップレンズ１５としてプラスティック製レンズを使用した。
【００５９】
これに対し、ピックアップレンズ１５の光源１１側に収差補正用素子１４を設けない例を比較例２とする。図９（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９（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９（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９に示すように、収差補正用素子１４を設けない場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１１３．２ｍλ、１０６．４ｍλ、１１０．７ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設けない場合、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１６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、１１３．２ｍλ、１０６．４ｍλ、１１０．７ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．６３４μｍ、＋１．５７１μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けないと、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、３５．１ｍλ、２．０ｍλ、３５．３ｍλとなる。
【００６０】
一方、図１０（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１０（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１０（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１０に示すように、収差補正用素子１４を設ける場合、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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１６．０ｍλ、３．９ｍλ、２２．２ｍλとなる。換言すれば、収差補正用素子１４を設ける場合、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１６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、１６．０ｍλ、３．９ｍλ、２２．２ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、レーザ光の収束位置の合焦点位置（光ディスク１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０１７μｍ、＋０．０５１μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、収差補正用素子１４を設けると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２０．１ｍλ、２．０ｍλ、１８．６ｍλとなる。
【００６１】
収差補正用素子１４を設けない比較例２においては、図９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１５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（ＨＤ−ＤＶＤの場合０．２１μｍ、ＢＤの場合０．１１μｍ）外となってしまう。
これに対して、収差補正用素子１４を設ける実施例２においては、図１０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１５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、収差補正用素子１４を設けることにより、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。
【００６２】
上述の実施例１及び実施例２によれば、回折を利用してピックアップレンズの収差補正を行う場合に比べて、収差補正用素子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、本発明の収差補正用素子１４に設けられる輪帯段差の数は、２５〜２９輪帯（段差＝５次）である。一方、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、４７輪帯である。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１５の光利用効率を向上することができる。
【実施例３】
【００６３】
次に、本発明の実施例３について、本発明範囲から外れる比較例３と比較して説明する。実施例３としては、ガラス製のＢＤ専用のピックアップレンズ１５の光源１１（図示せず）側に光束分割素子１８（収差補正用素子）を設け、図１１に示すＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズを製作した。
【００６４】
実施例３にかかる光束分割素子１８のピックアップレンズ１５側の面は、透過する光束をピックアップレンズ１５を介して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、透過する光束をピックアップレンズ１５を介して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、光束分割素子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。
【００６５】
また、実施例３にかかる光束分割素子１８は収差補正機能を持つ。具体的には、光束分割素子１８は、ＢＤ領域に複数の輪帯段差を有する。図２１に示す表に、本実施例３にかかる光束分割素子１８の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す。図２１に示すように、隣り合う輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、当該一の輪帯段差の内側の輪帯段差より厚くなるように輪帯段差が形成されている。具体的には、輪帯段差の厚さは、光束分割素子１８の中心から外縁部へ向かうにつれて厚くなるように形成されている。また、輪帯段差の数は１６である。そして、当該輪帯段差の厚さは、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、光束分割素子１８のＨＤ領域は、凹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３にかかる光束分割素子１８のピックアップレンズ１５側の面は、全体として、略凹レンズ面となるような形状となっている。
なお、実施例３にかかる光束分割素子１８は、プラスティック材により形成した。
また、図２２、図２３に示す表に、本実施例３のＢＤ領域における光学系のデータを示す。また、図２４、図２５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。
【００６６】
これに対し、比較例３としては、実施例３のガラス製のピックアップレンズ１５と光源１１（図示せず）との間に比較例３にかかる光束分割素子１９を設け、図１２に示すＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ互換レンズを製作した。
【００６７】
比較例３にかかる光束分割素子１９のピックアップレンズ１５側の面は、実施例３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、光束分割素子１９において交互に配置されている。図１２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３にかかる光束分割素子１９は収差補正機能を持たない。即ち、実施例３にかかる光束分割素子１８と異なり、光束分割素子１９のＢＤ領域には、輪帯段差が形成されておらず、平板状となっている。光束分割素子１９のＨＤ領域は、凹レンズ面となるような曲率半径を有する。そして、光束分割素子１９のＢＤ領域を透過した光束はそのままピックアップレンズ１５に入射し、ＨＤ領域を透過した光束は弱発散光となってピックアップレンズ１５に入射する。このように構成することにより、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。なお、比較例３にかかる光束分割素子１９は、光束分割素子１８と同一のプラスティック材により形成した。
【００６８】
なお、実施例３及び比較例３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３及び比較例３では、ＮＡを約０．７９に補正している。
【００６９】
図１３（ａ）に、比較例３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、比較例３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、比較例３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１３に示すように、比較例３にかかる光束分割素子１９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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、８３．５ｍλ、７９．４ｍλ、７９．０ｍλとなる。換言すれば、比較例３にかかる光束分割素子１９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１６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、８３．５ｍλ、７９．４ｍλ、７９．０ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例３の光束分割素子１９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１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−１．３７４μｍ、＋１．３２５μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、比較例３の光束分割素子１９を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１６．１ｍλ、１．０ｍλ、１６．６ｍλとなる。
【００７０】
一方、図１４（ａ）に、実施例３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１４（ｂ）に、実施例３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１４（ｃ）に、実施例３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１４に示すように、実施例３にかかる光束分割素子１８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、光スポットの収束位置（光ディスク１６の情報記録面）でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、１７．４ｍλ、３．９ｍλ、２４．２ｍλとなる。換言すれば、実施例３にかかる光束分割素子１８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１６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、１７．４ｍλ、３．９ｍλ、２４．２ｍλとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例３の光束分割素子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１６の情報記録面）からのずれ量は、それぞれ、−０．０３９μｍ、＋０．０１１μｍとなる。
また、光源１１の波長が４０３ｎｍ、４０８ｎｍ、４１３ｎｍである場合、実施例３の光束分割素子１８を用いると、収束位置でのｒｍｓ波面収差は、それぞれ、２１．０ｍλ、１．１ｍλ、１９．９ｍλとなる。
【００７１】
比較例３においては、図１３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１５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３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（ＢＤの場合０．１１μｍ）外となってしまう。
これに対して、実施例３においては、図１４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１５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３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、光束分割素子１８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。
【００７２】
なお、実施例３においては、ガラス製のピックアップレンズ１５を使用したが、プラスティック製のピックアップレンズ１５を使用しても同様の作用効果が得られる。
また、実施例３においては、光束分割素子１８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】
【００７３】
【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】通常時におけるレーザ光の波面（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けるレーザ光の波面（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けるレーザ光の波面（位相）を示す図（図２（ｃ））である。
【図３】光源の波長が４０３ｎｍであり、収差補正用素子を用いない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３（ａ））、光源の波長が４０３ｎｍであり、収差補正用素子を用いる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３（ｂ））である。
【図４】光源の波長が４１３ｎｍであり、収差補正用素子を用いない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４（ａ））、光源の波長が４１３ｎｍであり、収差補正用素子を用いる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４（ｂ））である。
【図５】本発明の実施例１にかかる収差補正用素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図６】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６（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６（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６（ｃ））である。
【図７】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７（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７（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７（ｃ））である。
【図８】本発明の実施例２にかかる収差補正用素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図９】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９（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９（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９（ｃ））である。
【図１０】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１０（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１０（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１０（ｃ））である。
【図１１】本発明の実施例３にかかる光束分割素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図１２】比較例３にかかる光束分割素子及びピックアップレンズを示す図である。
【図１３】比較例３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））、比較例３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））、比較例３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】実施例３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１４（ａ））、実施例３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１４（ｂ））、実施例３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１４（ｃ））である。
【図１５】本発明の実施例１にかかる収差補正用素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）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にかかる収差補正用素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す表である。
【図１９】本発明の実施例２にかか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にかかる光学系のデータを示す表である。
【図２１】本発明の実施例３にかかる光束分割素子の輪帯番号、輪帯位置、及び板厚変化量（板厚０．５ｍｍに対する相対値）を示す表である。
【図２２】本発明の実施例３のＢＤ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３のＢＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２４】本発明の実施例３のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２５】本発明の実施例３のＨＤ領域における光学系のデータを示す表である。
【図２６】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２７】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２８】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】
【００７４】
１０ レンズユニット
１１ 光源（レーザ光源）
１４ 収差補正用素子（平板）
１５ ピックアップレンズ（ピックアップ対物レンズ）
１６ 光ディスク（光記録媒体）
１８ 光束分割素子（収差補正用素子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピックアップ対物レンズと、
前記ピックアップ対物レンズのレーザ光源側に配置され、複数の輪帯段差を有する平板とを有し、
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、レンズユニット。
【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厚さであって、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に記載のレンズユニット。
【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に記載のレンズユニット。
【請求項４】
隣り合う前記輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差より厚い請求項１乃至３の何れか一項に記載のレンズユニット。
【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レンズユニット。
【請求項６】
光束分割素子及びピックアップ対物レンズを有し、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レンズユニットであって、
少なくとも前記光束分割素子の一面は、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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レンズユニット。
【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厚さであって、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に記載のレンズユニット。
【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に記載のレンズユニット。
【請求項９】
レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子であって、
複数の輪帯段差を有し、
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厚さであって、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収差補正用素子。
【請求項１０】
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に記載の収差補正用素子。
【請求項１１】
レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子の設計方法であって、
前記収差補正用素子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収差補正用素子の設計方法。
【請求項１２】
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厚さであって、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１１に記載の収差補正用素子の設計方法。
【請求項１３】
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１１又は１２に記載の収差補正用素子の設計方法。
【請求項１】
ピックアップ対物レンズと、
前記ピックアップ対物レンズのレーザ光源側に配置され、複数の輪帯段差を有する平板とを有し、
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、レンズユニット。
【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厚さであって、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に記載のレンズユニット。
【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に記載のレンズユニット。
【請求項４】
隣り合う前記輪帯段差において、一の輪帯段差の厚さが、前記一の輪帯段差の内側の他の輪帯段差より厚い請求項１乃至３の何れか一項に記載のレンズユニット。
【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レンズユニット。
【請求項６】
光束分割素子及びピックアップ対物レンズを有し、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レンズユニットであって、
少なくとも前記光束分割素子の一面は、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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、透過する光束を前記ピックアップ対物レンズを介して第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レンズユニット。
【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厚さであって、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に記載のレンズユニット。
【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に記載のレンズユニット。
【請求項９】
レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子であって、
複数の輪帯段差を有し、
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厚さであって、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収差補正用素子。
【請求項１０】
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に記載の収差補正用素子。
【請求項１１】
レーザ光源とピックアップ対物レンズとの間に配置される収差補正用素子の設計方法であって、
前記収差補正用素子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収差補正用素子の設計方法。
【請求項１２】
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厚さであって、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１１に記載の収差補正用素子の設計方法。
【請求項１３】
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１１又は１２に記載の収差補正用素子の設計方法。
【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２７】
【図２８】
【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２７】
【図２８】
【公開番号】特開２００９−７６１６１（Ｐ２００９−７６１６１Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６０４６（Ｐ２００７−２４６０４６）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【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４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【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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