JP3712628B2 - 対物レンズおよびその製造誤差の補正方法並びに該対物レンズを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的情報記録媒体に情報の記録・再生を行う対物レンズに関し、特に、収差の少ない対物レンズおよびその製造誤差の補正方法並びに該対物レンズを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を利用した技術は、周波数が高いため高速である、空間情報処理ができる、位相処理ができるなどの多くの特徴を有している。このため、通信、計測、加工などの多岐にわたる分野で研究・開発され、実用化されている。
【０００３】
それらの技術のなかで、光源から出射され、記録媒体に照射される光ビームを絞り込むために、高精度な対物レンズが用いられている。近年、特に光を利用した画像記録装置などへの要求は大きく、大容量化へ向けての技術は大変重要になりつつある。光情報記録の大容量化のためには、記録媒体の高記録密度化にもまして、ビームスポットの小径化、即ち、対物レンズによるビームスポットの十分な絞り込みが必要である。このようにビームスポットを小さくすることにより、より多くの情報を記録することができる。
【０００４】
また、ビームスポット径は、使用する光源の波長に比例する一方、対物レンズにおける開口数ＮＡ（Numerical Aperture）に反比例する。従って、ビームスポットの小径化を図るには、使用する光源の波長を短くするか、または、対物レンズにおける開口数ＮＡを大きくし、高開口数化を図る必要がある。
【０００５】
光の波長については、近年、青色レーザダイオードや青あるいは緑色ＳＨＧレーザが開発されつつあり、短波長化が進んでいる。
【０００６】
一方、対物レンズの開口数ＮＡについては、例えば、ＣＤ（Compact Disc）はＮＡ＝０．４５であり、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）はＮＡ＝０．６である。このように、ＤＶＤは、ＣＤに比べて高開口数であり、記録できる情報の高密度化を達成してきた。
【０００７】
また、２群２枚のレンズを用いて、対物レンズの更なる高開口数化を目指した光ピックアップ装置が、特開平１０−１２３４１０号公報に記載されている。この光ピックアップ装置においては、鏡筒などを介して一体化された２群２枚のレンズで対物レンズを構成している。これにより、対物レンズの開口数をＮＡ＝０．８５とし、高開口数化を図ることができる。
【０００８】
しかしながら、この光ピックアップ装置は、対物レンズが、鏡筒などを介して一体化された２群２枚のレンズにより構成されている。従って、これらのレンズを一体化する際、各々のレンズの間隔、光軸に対する傾きや中心ずれなどを精度良く位置決めしなければならない。このため、位置決めの際、実際にレーザビームを出射してビームスポットの絞り込み状態や、発生する収差を見ながら位置を調整する必要があり、これらの位置決め工程は煩雑となる。
【０００９】
また、２群２枚のレンズを固定するためには樹脂が必要となる。この樹脂は耐熱性・耐湿性が十分ではなく、経時変化する。このように、樹脂は特性変化を生じることがあり、信頼性に乏しい。
【００１０】
さらに、２群２枚のレンズは、鏡筒などを含めると、重量が大きくなる。一般に、フォーカス制御やトラッキング制御は、アクチュエータ（駆動装置）によって、対物レンズを光軸に対して平行方向や垂直方向に移動させて行われる。このとき、対物レンズの重量が大きいと、対物レンズを高速に駆動することができず、情報の記録・再生の速度の遅延を招来する。
【００１１】
一方、対物レンズに単玉レンズを用いて高開口数化を図る光ピックアップ装置が特開平９−３１１２７１号公報に記載されている。この光ピックアップ装置は、図３７に示すように、回折型レンズ１０３と非球面レンズ１０２とが一体化された対物レンズ、凸型スキュープレート１０４、および、凹型スキュープレート１０５を備えている。光源から出射されたレーザビームを、対物レンズを介してディスク１０１に照射することにより、情報がディスク１０１に記録・再生される。対物レンズとして、回折型レンズ１０３と非球面レンズ１０２とが一体化されたものを用いることにより、色収差を補正することができる。また、凸型スキュープレート１０４および凹型スキュープレート１０５を互いに逆方向に移動させることにより、コマ収差を補正することができる。
【００１２】
このように、図３７に示す光ピックアップ装置の対物レンズには、単玉レンズが用いられているため、位置決め工程や、レンズを固定するための樹脂などは必要ない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３７に示す対物レンズは、回折型レンズ１０３と非球面レンズ１０２とを組み合わせて用いている。このため、対物レンズ製造工程時の誤差により回折効率が低下した場合、レーザビーム（光）のレンズ透過率が小さくなり、光の利用効率の低下を招来する。また、回折型レンズ１０３の回折格子の間隔は非常に小さいものであるため、製造が困難である。このような回折型レンズ１０３を用いることにより、製造コストは増大し、また、偏光方向による特性変化が発生する。従って、回折型レンズ１０３を備えた対物レンズは、更なる小型化は困難である。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図ることができ、また、光の利用効率の低下を伴うことなしに、収差が少なくかつその収差を簡単に補正することができる対物レンズおよびその製造誤差の補正方法並びに該対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の対物レンズは、上記の課題を解決するために、開口数が０．７５以上の対物レンズであって、該対物レンズは両面が非球面の単玉対物レンズであり、かつ、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであり、使用波長の少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をｖとすると、
１．７５＜ｎ、かつ、３５＜ｖ
を満足する材料からなり、上記対物レンズの焦点距離をｆとし、該対物レンズの第１面の焦点距離をｆ１とすると、
０．５＜ｆ／ｆ１＜０．６
を満足すると共に、上記対物レンズの開口数をＮＡとし、該対物レンズの有効径をＤとし、該対物レンズの中心厚さをｔとすると、
０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０
を満足することを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、対物レンズとして単玉対物レンズを用いており、例えば、回折素子などは必要としない。このため、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率を高くすることができる。また、対物レンズの製造を容易にすることができ、さらに対物レンズの小型化を図ることができる。
【００１７】
また、対物レンズの開口数が０．７５以上であるため、例えば、記録媒体に照射するビームスポットを小さくすることができ、記録媒体における高記録密度化を図ることができる。
【００１８】
また、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであるので、コマ収差および球面収差を小さくすることができる。
【００１９】
一般に、光の波長によって、対物レンズの材料における屈折率が異なることにより色収差が生じ、これにより、像の位置や大きさは波長によって異なることとなる。
【００２０】
しかしながら、上記の構成によれば、３５＜ｖとすることにより、色収差を小さくすることができ、僅かな波長変動によって、像点が移動し、ビームスポットがぼけることを防止することができる。
【００２１】
また、１．７５＜ｎとすることにより、対物レンズの第１面の曲率を小さくすることができ、容易に対物レンズを製造することができる。
【００２２】
一般に、対物レンズにおいては、その非球面頂点の曲率、形状など、対物レンズの構成によって球面収差が生じる。この球面収差の発生により、レーザビームを記録媒体に精度良く集光することが困難となる。
【００２３】
しかしながら、上記の構成によれば、０．５＜ｆ／ｆ１とすることにより、第１面の焦点距離を小さくする、即ち、曲率を大きくすることができる。これにより、第２面によるレーザビームの屈折は小さくてよく、第２面の曲率を小さくすることができる。従って、第２面による球面収差を小さくすることができる。
【００２４】
また、ｆ／ｆ１＜０．６とすることにより、第１面の焦点距離を大きくする、即ち、曲率を小さくすることができる。これにより、作動距離ＷＤ（ワーキングディスタンス）を長くすることができる。
【００２５】
上記の構成によれば、０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）とすることにより、良好な軸外特性を得ることができる。
【００２６】
ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、対物レンズの体積や重量を小さくすることができる。これにより、光ピックアップ装置における対物レンズの高速駆動を図ることができる。
【００２７】
また、例えば、ｔ／（ＮＡ・Ｄ）が１．０以上である場合、例えば、対物レンズがガラスからなるとすると、対物レンズを製造する際、大きな体積のプリフォーム（モールド成型前段階の球形のガラス材）が必要となる。このとき、通常の大きさのプリフォームを用いたとすると、プリフォームの曲率半径が、対物レンズの第１面の曲率半径と比較して大きくなるため、金型の第１面の中央部と対物レンズとなるガラスとの間に空間ができる。この空間のガスが抜けないため、形成された対物レンズは、形状不良を起こしやすい。
【００２８】
しかしながらｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、形状不良を起こすことなく、対物レンズを製造することができる。
【００２９】
本発明の光ピックアップ装置は、光源と上記記載の対物レンズとを備え、該対物レンズを用いて光源から出射された光を記録媒体に照射することにより、該記録媒体に情報を記録または再生することを特徴としている。
【００３０】
上記の構成によれば、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率低下を伴うことなく、色収差や球面収差などが小さく、レーザビームを記録媒体に精度良く集光することができる光ピックアップ装置を提供することができる。
【００３１】
上記の光ピックアップ装置は、光源と上記対物レンズとの間に、光源からの光を平行光束にするコリメータレンズと、球面収差を上記コリメータレンズと光源との距離を調整することにより補正する補正手段とを備えていることが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、色収差や球面収差などが小さく、また、それらの収差を容易に補正することができる光ピックアップ装置を提供することができる。
【００３３】
本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正することを特徴としている。
【００３４】
一般に、対物レンズを製造する際、モールド時の金型の位置合わせ精度、対物レンズの材料であるプリフォームの重量や体積の精度、金型の加工精度などを考慮すると、対物レンズの両面の傾きや対物レンズの両面の中心ずれといった製造誤差が発生する。この製造誤差により、コマ収差が発生する。
【００３５】
しかしながら、上記の構成によれば、この製造誤差によるコマ収差を光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができる。
【００３６】
本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正することを特徴としている。
【００３７】
上記の構成によれば、この製造誤差によるコマ収差を光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図３６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３９】
図１は、光ピックアップ装置の構成を示す説明図である。本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、図１に示すように、半導体レーザ１、コリメータレンズ２、整形プリズム３、偏光ビームスプリッター４、１／４波長板５、絞り１４（図３参照）、対物レンズ６、検出系集光レンズ８、光検出器９およびレンズホルダー１０を備えており、ディスク７に情報を記録・再生する。
【００４０】
ディスク７は図２に示すように、基板１３上に、情報記録面１２と、情報記録面１２を保護するための光透過層１１とがこの順に形成されている。光透過層１１はガラスからなり、その厚さは０．１ｍｍである。なお、ディスク７は、光学ディスクであればよく、例えば、光ディスクや光磁気ディスクなど、その種類は限定されるものではない。
【００４１】
なお、光透過層１１は、ガラスに限られるものではなく、樹脂材料により形成されていてもかまわない。
【００４２】
半導体レーザ１は光源であり、例えば、波長４０５ｎｍのレーザビームを出射する。なお、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの波長は特に限定されるものではない。
【００４３】
コリメータレンズ２は、半導体レーザ１から出射されたレーザビームを平行光に変換する。
【００４４】
整形プリズム３は、レーザビームの強度分布を、楕円形から略円形に整形する。
【００４５】
偏光ビームスプリッター４は、２個の直角プリズムのどちらか一方の斜面に偏光膜を施し、接着して立方体にしたものである。偏光ビームスプリッター４では、入射面に平行な偏光方向をもつ光波を透過させ、入射面に垂直な偏光方向をもつ光波を反射させる。
【００４６】
１／４波長板５は直線偏光を円偏光に、また、円偏光を直線偏光に変換するためのものである。また、内部を透過するレーザビームにおける常光線と異常光線との間に、１／４波長分の光路差を生成する。
【００４７】
絞り１４は、対物レンズ６に入射するレーザビームの光量を制限する。
【００４８】
対物レンズ６は、レンズホルダー１０に固着されている。また、レンズホルダー１０は図示しない４本のワイヤで光ピックアップ装置のアクチュエータに固定されている。アクチュエータにより、対物レンズ６は駆動される。対物レンズ６の構成については後述する。
【００４９】
検出系集光レンズ８は偏光ビームスプリッター４にて反射されたディスク７からの反射光を集光し、光検出器９に照射する。
【００５０】
光検出器９は、複数の受光素子を有し、フォーカス制御を行うために、各受光素子において入射光（レーザビーム）を電気信号に変換する。
【００５１】
半導体レーザ１から出射され、コリメータレンズ２において平行光に変換されたレーザビームは、その後、整形プリズム３により、ビーム形状を楕円から円形に整形され、偏光ビームスプリッター４に導かれる。
【００５２】
このレーザビームは、偏光ビームスプリッター４を透過し、１／４波長板５に入射する。１／４波長板５を通過したレーザビームの偏光方向は、直線偏光から円偏光になる。このレーザビームは絞り１４によってその光量が制限された後、対物レンズ６により、ディスク７の光透過層１１を透過し情報記録面１２上に集光される。
【００５３】
ディスク７の情報記録面１２上に集光されたレーザビームは、情報記録面１２上で反射され、再び対物レンズ６を透過し、１／４波長板５に入射する。１／４波長板５において、レーザビームの偏光方向は、円偏光から直線偏光に変換されるが、その偏光方向は上述した往路のものとは９０°異なる直線偏光となり、偏光ビームスプリッター４で反射される。このように、偏光ビームスプリッター４では、ディスク７に入射するレーザビームと、ディスク７から反射してくるレーザビームとを分離している。
【００５４】
偏光ビームスプリッター４で反射されたレーザビームは、検出系集光レンズ８により集光され、光検出器９における複数の受光素子領域で受光される。各受光素子領域から出力される信号は、図示しない演算回路によって処理され、フォーカスエラー信号や再生信号などとなる。
【００５５】
以下、対物レンズ６について説明する。
【００５６】
対物レンズ６は、図３に示すように、ガラスからなる両面非球面の単レンズ（単玉対物レンズ）であり、開口数ＮＡは０．８５である。ここで、非球面形状は、次式（１）
Ｚ＝（１／ｒ）ｙ２ ／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）２ｙ２ ｝１／２ ］＋Ａｙ４ ＋Ｂｙ６ ＋Ｃｙ８ ＋Ｄｙ１０＋Ｅｙ１２＋Ｆｙ１４＋Ｇｙ１６＋Ｈｙ１８＋Ｊｙ２０ …（１）
で表される。
【００５７】
ここで、Ｚは面頂点の接平面からの距離、ｙは光軸からの距離、１／ｒは非球面頂点の曲率（ｒは曲率半径）、Ｋは円錐定数、Ａはｙ４項の非球面係数、Ｂはｙ６ 項の非球面係数、Ｃはｙ８ 項の非球面係数、Ｄはｙ１０項の非球面係数、Ｅはｙ１２項の非球面係数、Ｆはｙ１４項の非球面係数、Ｇはｙ１６項の非球面係数、Ｈはｙ１８項の非球面係数、Ｊはｙ２０項の非球面係数である。
【００５８】
この対物レンズ６は、光源である半導体レーザ１が無限遠方に位置することとなる、いわゆる無限系のレンズとなっている。ここで、絞り１４のうち、通過するレーザビーム量を制限する面をＳＴＯとする。上記半導体レーザ１より発せられたレーザビームは、平行光線となされて、図３に示すように、絞り１４（ＳＴＯ）を経て第１面Ｓ１（対物レンズ６におけるレーザビームの入射面）に入射される。このレーザビームは、第２面Ｓ２（対物レンズ６におけるレーザビームの出射面）より出射され、第３面Ｓ３（光透過層１１）に入射され、光透過層１１の出射面である情報記録面１２上の像点（ＩＭＡＧＥ）に結像される。
【００５９】
図３に示す対物レンズ６および光透過層１１の面間隔（ｍｍ）、対物レンズ６を構成するガラスの屈折率（ガラス屈折率）、ｄ線におけるアッベ数（ガラスアッベ数）などについて表１に示す。なお、対物レンズ６の第１面Ｓ１および第２面Ｓ２の非球面形状は１２次まで考慮している。また、第１面Ｓ１の面間隔とは、光軸上の第１面Ｓ１から第２面Ｓ２までの距離、即ち、対物レンズ６の中心厚さであり、第２面Ｓ２の面間隔とは、第２面Ｓ２から第３面Ｓ３までの距離であり、第３面Ｓ３の面間隔とは、光透過層１１の厚さである。
【００６０】
【表１】
【００６１】
また、対物レンズ６は、ディスク７の光透過層１１の厚さが０．１ｍｍのときに略無収差となるように設計されている。対物レンズ６を構成するガラスの屈折率ｎは、入射するレーザビームの波長が４０５ｎｍの場合、表１に示すように、ｎ＝１．８１６９１である。また、対物レンズ６は、開口数ＮＡ＝０．８５、焦点距離ｆ＝１．７６３ｍｍ、第１面Ｓ１の焦点距離ｆ１＝３．１８ｍｍ、ｄ線でのアッベ数ｖ＝４７．３、中心厚さｔ＝２．３、有効径Ｄ＝３ｍｍである。
【００６２】
ここで、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のスペクトル線に対する屈折率をｎｄとし、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）のスペクトル線に対する屈折率をｎＦとし、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）のスペクトル線に対する屈折率をｎＣとしたとき、ｄ線でのアッベ数ｖは、次式（２）
ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ） …（２）
で表される。また、対物レンズ６の有効径とは、対物レンズ６において、レーザビームが入射することができる範囲の径のことである。
【００６３】
また、対物レンズ６は、その焦点距離をｆとし、第１面Ｓ１の焦点距離をｆ１とすると、次式（３）
０．５＜ｆ／ｆ１＜０．６ …（３）
で表される。
【００６４】
一般に、対物レンズにおいては、その非球面頂点の曲率や形状などの対物レンズの構成によって球面収差が生じる。また、ディスクなどの記録媒体が傾いた際には、レーザビームにはコマ収差が発生する。また、レーザビームは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで別の位置に結像し、この現象を非点収差という。これらの収差の発生により、レーザビームをディスクに精度良く集光することが困難となる。
【００６５】
しかしながら、上記式（３）に示すように、０．５＜ｆ／ｆ１とすることにより、第１面Ｓ１の焦点距離を小さくする、即ち、曲率を大きくすることができる。これにより、第２面Ｓ２によるレーザビームの屈折は小さくてよく、第２面Ｓ２の曲率を小さくすることができる。従って、第２面Ｓ２による球面収差を小さくすることができる。
【００６６】
また、ｆ／ｆ１＜０．６とすることにより、第１面Ｓ１の焦点距離を大きくする、即ち、曲率を小さくすることができる。これにより、作動距離ＷＤ（ワーキングディスタンス）を長くすることができる。
【００６７】
対物レンズ６は、図３に示すように、第１面Ｓ１、即ち、レーザビームが入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズである。従って、良好な軸外特性を得ることができ、コマ収差および球面収差を小さくすることができる。
【００６８】
対物レンズ６は、その開口数をＮＡとし、有効径をＤとし、中心における厚さをｔとすると、次式（４）
０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０ …（４）
を満足する。０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）とすることにより、良好な軸外特性を得ることができる。
【００６９】
また、一般に、対物レンズ６の開口数ＮＡと有効径Ｄが決定すると、対物レンズ６における第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との曲率の関係が略決定する。これにより、対物レンズ６の重量（体積）を決定する最も大きな因子は、対物レンズ６の厚さとなる。即ち、対物レンズ６が厚い場合は重量が大きくなり、対物レンズ６が薄い場合は重量が小さくなる。
【００７０】
従って、ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、対物レンズ６の体積や重量を小さくすることができる。これにより、光ピックアップ装置における対物レンズ６の高速駆動を図ることができる。また、ｔ／（ＮＡ・Ｄ）が１．０以上である場合、対物レンズ６を製造する際、大きな体積のプリフォーム（モールド成型前段階の球形のガラス材）が必要となる。このとき、通常の大きさのプリフォームを用いたとすると、プリフォームの曲率半径が、対物レンズ６の第１面Ｓ１の曲率半径と比較して大きくなるため、金型の第１面の中央部と対物レンズ６となるガラスとの間に空間ができる。従って、この空間のガスが抜けないため、形成された対物レンズ６は、形状不良を起こしやすい。しかしながらｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、形状不良を起こすことなく、対物レンズ６を製造することができる。
【００７１】
対物レンズ６の第１面Ｓ１および第２面Ｓ２は、共に、中心、即ち、面頂点から遠ざかるにつれて、近軸曲率半径で表される球面に比べて、対物レンズ６が単調に厚くなるような形状となっている。第１面Ｓ１における、近軸曲率半径で表される球面からのずれを図８に示し、第２面Ｓ２における、近軸曲率半径で表される球面からのずれを図９に示す。
【００７２】
これにより、対物レンズ６の開口数ＮＡが高いことによる対物レンズ６の急激な面の傾きを和らげることができる。従って、容易に金型を製造することができる。また、球面収差を小さくすることができる。
【００７３】
また、対物レンズ６の開口数をＮＡとし、第１面Ｓ１（対物レンズ６の光が入射する側の面）の有効径のうち入射高が最も高い光の入射位置における対物レンズ面の接線と、入射する光の光軸の垂線とがなす角度をθ（度）とすると、対物レンズ６は、次式（５）
６０・ＮＡ＜θ …（５）
を満足する。上記角度θは、即ち、図３に示すように、絞り１４によって制限されて対物レンズ６に照射されるレーザビームの光束のうち、その外周上の一点における対物レンズ６の面に対する接線と、光軸の垂線とがなす角度のことである。
【００７４】
一般に、コマ収差を抑制するためには、上記角度θを大きくするか、あるいは、対物レンズ６を厚くする必要がある。上記角度θを大きくすることにより、対物レンズ６の第１面Ｓ１のカーブが急になる。これにより、対物レンズ６に対して斜めにレーザビームが入射したとしてもコマ収差を抑制することができる。
【００７５】
従って、上記式（５）を満足することにより、角度θを大きくすることができるため、薄い対物レンズにおいても、良好な軸外特性と得ることができる。
【００７６】
対物レンズ６の開口数をＮＡとし、有効径をＤとし、作動距離をＷＤとすると、対物レンズ６は、次式（６）
Ｄ／（２０・ＮＡ５ ）＜ＷＤ …（６）
を満足する。
【００７７】
これにより、作動距離ＷＤを長くすることができる。従って、対物レンズ６とディスク７との間の距離を良好に保つことができ、安定なシステムを構成することができる。
【００７８】
ここで、対物レンズとして、上記表１および図３に示す対物レンズ６を用いた場合の球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABER ）を図４に、非点収差（ASTIGMATIC FIELD CURVES ）を図５に示す。また、Ｘ軸方向とは、光透過層１１と平行な面において、偏光ビームスプリッター４と検出系集光レンズ８とを結ぶ方向に平行な方向である。Ｙ方向とは、光透過層１１と平行な面において、Ｘ方向と垂直をなす方向である。
【００７９】
図４に示すように、対物レンズ６を用いることにより、球面収差を抑制することができることがわかる。また、図５に示すように、対物レンズ６を用いることにより、非点収差を抑制することができることがわかる。
【００８０】
また、対物レンズ６へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図６（ａ）（ｂ）に、対物レンズ６へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図７（ａ）（ｂ）に示す。
【００８１】
図６・図７に示すように、対物レンズ６を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【００８２】
次に、対物レンズ６の製造誤差の補正方法について説明する。
【００８３】
対物レンズ６を製造する際、モールド時の金型の位置合わせ精度、対物レンズ６の材料であるプリフォームの重量や体積の精度、金型の加工精度などを考慮すると、対物レンズ６の両面の傾きは±１〜２分ばらつく。また、対物レンズ６の両面の中心ずれは±５μｍ程度である。この対物レンズ６の両面の傾きや中心ずれにより、コマ収差が発生する。
【００８４】
一方、光ピックアップ装置においては、ディスク７における情報記録面１２上でのビームスポットの収差が、波面のｒ．ｍ．ｓ値で０．０７λ以下（Marechal Criteria ）であれば、十分絞り込んだ良好なビームとなる。この許容収差を光学部品に配分すると、対物レンズ６においては、０．０３λ程度の収差に抑える必要がある。ここで、λは、波長である。
【００８５】
対物レンズ６の両面、即ち、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との傾きや中心ずれにより発生したコマ収差は、例えば、対物レンズ６の傾き（対物レンズチルト）やディスク７の傾き（ディスクチルト）を調整することにより補正することができる。
【００８６】
例えば、対物レンズ６における設計値に対する両面の傾き誤差が−１０分〜１０分の場合のコマ収差を、補正なしの場合、ディスク７の傾きを調整することにより補正した場合、および、対物レンズ６の傾きとディスク７の傾きとを共に調整することにより補正した場合について図１０に示す。
【００８７】
図１０に示すように、対物レンズ６における設計値に対する両面の傾き誤差が±２分程度発生した場合でも、上記のような補正をすることにより、コマ収差を０．０３λ程度とすることができる。このように、容易にコマ収差を補正することができ、また、このような対物レンズ６は容易に製造することができる。
【００８８】
また、対物レンズ６における設計値に対する両面の中心ずれ誤差が−２０μｍ〜２０μｍの場合のコマ収差を、補正なしの場合、対物レンズ６の傾きを調整することにより補正した場合、および、対物レンズ６の傾きとディスク７の傾きと共に調整することにより補正した場合について図１１に示す。
【００８９】
図１１に示すように、対物レンズ６における設計値に対する両面の中心ずれ誤差が±５μｍ程度発生した場合でも、上記のように補正をすることにより、コマ収差を０．０３λ程度とすることができる。このように、容易にコマ収差を補正することができ、また、このような対物レンズ６は容易に製造することができる。
【００９０】
このように、対物レンズ６の製造誤差が大きく、コマ収差が発生しても、対物レンズ６の傾きやディスク７の傾きを調整することにより補正することができ、コマ収差を小さくすることができる。このような調整は、対物レンズ６を光ピックアップ装置に搭載する際、あるいは、光ピックアップ装置を記録再生装置に搭載する際に行えばよい。
【００９１】
このとき、再生信号のジッタ、エンベロープ、別途収差を検出する手段、または、対物レンズ６により、絞り込まれたレーザビームの形状や収差を観察・検出しながら、最適な対物レンズ６の傾きやディスク７の傾きに調整して固定してもかまわない。
【００９２】
また、対物レンズ６において、その厚さにばらつきがあると、球面収差が発生する。このような球面収差は、半導体レーザ１とコリメータレンズ２との間の距離を図示しない補正手段により調節することにより、補正することができる。
【００９３】
なお、球面収差については、凸レンズを２枚、あるいは、凸レンズと凹レンズとを組み合わせた、いわゆるビームエキスパンダーなどの光学系を別途搭載することにより補正してもかまわない。
【００９４】
また、対物レンズの構成は、上記表１および図３に示したものに限られるものではなく、以下に示す表２および図１２に示される対物レンズ２０としてもかまわない。対物レンズ２０の開口数ＮＡや焦点距離など、表２に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【００９５】
【表２】
【００９６】
ここで、対物レンズとして、上記表２および図１２に示す対物レンズ２０を用いた場合の球面収差を図１３に、非点収差を図１４に示す。
【００９７】
図１３に示すように、対物レンズ２０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図１４に示すように、対物レンズ２０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【００９８】
また、対物レンズ２０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図１５（ａ）（ｂ）に、対物レンズ２０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図１６（ａ）（ｂ）に示す。
【００９９】
図１５・図１６に示すように、対物レンズ２０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１００】
対物レンズの構成は、以下に示す表３および図１７に示される対物レンズ３０としてもかまわない。対物レンズ３０の開口数ＮＡや焦点距離など、表３に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１０１】
【表３】
【０１０２】
ここで、対物レンズとして、上記表３および図１７に示す対物レンズ３０を用いた場合の球面収差を図１８に、非点収差を図１９に示す。
【０１０３】
図１８に示すように、対物レンズ３０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図１９に示すように、対物レンズ３０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１０４】
また、対物レンズ３０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図２０（ａ）（ｂ）に、対物レンズ３０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図２１（ａ）（ｂ）に示す。
【０１０５】
図２０・図２１に示すように、対物レンズ３０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１０６】
対物レンズの構成は、以下に示す表４および図２２に示される対物レンズ４０としてもかまわない。対物レンズ４０の開口数ＮＡや焦点距離など、表４に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１０７】
【表４】
【０１０８】
ここで、対物レンズとして、上記表４および図２２に示す対物レンズ４０を用いた場合の球面収差を図２３に、非点収差を図２４に示す。
【０１０９】
図２３に示すように、対物レンズ４０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図２４に示すように、対物レンズ４０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１１０】
また、対物レンズ４０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図２５（ａ）（ｂ）に、対物レンズ４０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図２６（ａ）（ｂ）に示す。
【０１１１】
図２５・図２６に示すように、対物レンズ４０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１１２】
対物レンズの構成は、以下に示す表５および図２７に示される対物レンズ５０としてもかまわない。対物レンズ５０の開口数ＮＡや焦点距離など、表５に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１１３】
【表５】
【０１１４】
ここで、対物レンズとして、上記表５および図２７に示す対物レンズ５０を用いた場合の球面収差を図２８に、非点収差を図２９に示す。
【０１１５】
図２８に示すように、対物レンズ５０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図２９に示すように、対物レンズ５０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１１６】
また、対物レンズ５０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図３０（ａ）（ｂ）に、対物レンズ５０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図３１（ａ）（ｂ）に示す。
【０１１７】
図３０・図３１に示すように、対物レンズ５０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１１８】
対物レンズの構成は、以下に示す表６および図３２に示される対物レンズ６０としてもかまわない。対物レンズ６０の開口数ＮＡや焦点距離など、表６に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１１９】
【表６】
【０１２０】
ここで、対物レンズとして、上記表６および図３２に示す対物レンズ６０を用いた場合の球面収差を図３３に、非点収差を図３４に示す。
【０１２１】
図３３に示すように、対物レンズ６０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図３４に示すように、対物レンズ６０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１２２】
また、対物レンズ６０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図３５（ａ）（ｂ）に、対物レンズ４０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図３６（ａ）（ｂ）に示す。
【０１２３】
図３５・図３６に示すように、対物レンズ６０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１２４】
このように、対物レンズ６・２０・３０・４０・５０・６０は、単レンズを用いている。このため、２群レンズのように煩雑なレンズ調整を必要とせず、また、樹脂なども使用しないため信頼性が高い。また、鏡筒などを必要としないため、軽量で高速記録・再生が可能な対物レンズを提供することができる。さらに、回折素子を必要としないので、光の利用効率が高く、製造が容易で、かつ、小型化を図ることができる。
【０１２５】
また、対物レンズ６・２０・３０・４０・５０・６０は、開口数ＮＡが０．７５以上であるため、ビームスポットを小さくすることができ、ディスク７における高記録密度化を図ることができる。
【０１２６】
さらに、対物レンズ６・２０・３０・４０・５０・６０の材料となるガラスの、使用波長のうちの少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をｖとすると、ｎおよびｖは、次式（７）
１．７５＜ｎ、かつ、３５＜ｖ …（７）
で表される。
【０１２７】
光の波長によってガラスの屈折率が異なることにより、色収差が生る。この色収差により、像の位置や大きさが波長によって異なることとなる。
【０１２８】
しかしながら、３５＜ｖとすることにより、色収差を小さくすることができ、僅かな半導体レーザ１の波長変動により像点が移動してビームスポットがぼけることを防止することができる。
【０１２９】
また、１．７５＜ｎとすることにより、第１面Ｓ１の曲率を小さくすることができ、容易に対物レンズを製造することができる。
【０１３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の対物レンズは、開口数が０．７５以上の対物レンズであって、該対物レンズは両面が非球面の単玉対物レンズであり、かつ、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであり、使用波長の少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をｖとすると、１．７５＜ｎ、かつ、３５＜ｖを満足する材料からなり、上記対物レンズの焦点距離をｆとし、該対物レンズの第１面の焦点距離をｆ１とすると、０．５＜ｆ／ｆ１＜０．６を満足すると共に、上記対物レンズの開口数をＮＡとし、該対物レンズの有効径をＤとし、該対物レンズの中心厚さをｔとすると、０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０を満足する構成である。
【０１３１】
これにより、例えば、回折素子などは必要としない。このため、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率を高くすることができる。また、対物レンズの製造を容易にすることができ、さらに対物レンズの小型化を図ることができる。また、対物レンズの開口数が０．７５以上であるため、例えば、記録媒体に照射するビームスポットを小さくすることができ、記録媒体における高記録密度化を図ることができる。また、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであるので、コマ収差および球面収差を小さくすることができる。
【０１３２】
また、３５＜ｖとすることにより、色収差を小さくすることができ、僅かな波長変動によって、像点が移動し、ビームスポットがぼけることを防止することができる。さらに、１．７５＜ｎとすることにより、対物レンズの第１面の曲率を小さくすることができ、容易に対物レンズを製造することができる。
【０１３３】
また、第２面によるレーザビームの屈折は小さくてよく、第２面の曲率を小さくすることができる。従って、第２面による球面収差を小さくすることができる。また、作動距離ＷＤ（ワーキングディスタンス）を長くすることができるといった効果を奏する。
【０１３４】
また、良好な軸外特性を得ることができる。また、対物レンズの体積や重量を小さくすることができる。従って、光ピックアップ装置における対物レンズの高速駆動を図ることができ、また、形状不良を起こすことなく、対物レンズを製造することができるといった効果を奏する。
【０１３５】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置は、光源と上記記載の対物レンズとを備え、該対物レンズを用いて、光源から出射された光を記録媒体に照射することにより、該記録媒体に情報を記録または再生する構成である。
【０１３６】
これにより、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率低下を伴うことなく、色収差や球面収差などが小さく、レーザビームを記録媒体に精度良く集光することができる光ピックアップ装置を提供することができるといった効果を奏する。
【０１３７】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置は、光源と上記対物レンズとの間に、光源からの光を平行光束にするコリメータレンズと、球面収差をコリメータレンズと光源との距離を調整することにより補正する補正手段とを備えている構成である。
【０１３８】
これにより、色収差や球面収差などが小さく、また、それらの収差を容易に補正することができる光ピックアップ装置を提供することができるといった効果を奏する。
【０１３９】
以上のように、本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正する構成である。
【０１４０】
これにより、対物レンズの製造誤差によるコマ収差を光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができるといった効果を奏する。
【０１４１】
以上のように、本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正する構成である。
【０１４２】
これにより、対物レンズの製造誤差によるコマ収差を、光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の一形態に係る光ピックアップ装置の概略の構成を示す説明図である。
【図２】 ディスクの構成を示す説明図である。
【図３】 上記光ピックアップ装置に用いられている対物レンズおよび絞りの構成を示す説明図である。
【図４】 図３に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図５】 図３に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図６】 （ａ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図７】 （ａ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図８】 対物レンズの第１面における、中心軸からの距離（ｍｍ）と近軸曲率からのずれを示すグラフである。
【図９】 対物レンズの第２面における、中心軸からの距離と近軸曲率からのずれを示すグラフである。
【図１０】 設計値に対する対物レンズ両面の傾き誤差が−１０分〜１０分の場合のコマ収差を示すグラフである。
【図１１】 設計値に対する対物レンズ両面の中心ずれ誤差が−２０μｍ〜２０μｍの場合のコマ収差を示すグラフである。
【図１２】 対物レンズの他の構成を示す説明図である。
【図１３】 図１２に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図１４】 図１２に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図１５】 （ａ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図１６】 （ａ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図１７】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図１８】 図１７に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図１９】 図１７に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図２０】 （ａ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２１】 （ａ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２２】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図２３】 図２２に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図２４】 図２２に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図２５】 （ａ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２６】 （ａ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２７】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図２８】 図２７に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図２９】 図２７に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図３０】 （ａ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３１】 （ａ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３２】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図３３】 図３２に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図３４】 図３２に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図３５】 （ａ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３６】 （ａ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３７】 従来の光ピックアップ装置の要部の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ（光源）
２ コリメータレンズ
３ 整形プリズム
４ 偏光ビームスプリッター
５ １／４波長板
６ 対物レンズ
７ ディスク（記録媒体）
８ 検出系集光レンズ
９ 光検出器
１０ レンズホルダー
１１ 光透過層
１２ 情報記録面
１４ 絞り
２０ 対物レンズ
３０ 対物レンズ
４０ 対物レンズ
５０ 対物レンズ
６０ 対物レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的情報記録媒体に情報の記録・再生を行う対物レンズに関し、特に、収差の少ない対物レンズおよびその製造誤差の補正方法並びに該対物レンズを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を利用した技術は、周波数が高いため高速である、空間情報処理ができる、位相処理ができるなどの多くの特徴を有している。このため、通信、計測、加工などの多岐にわたる分野で研究・開発され、実用化されている。
【０００３】
それらの技術のなかで、光源から出射され、記録媒体に照射される光ビームを絞り込むために、高精度な対物レンズが用いられている。近年、特に光を利用した画像記録装置などへの要求は大きく、大容量化へ向けての技術は大変重要になりつつある。光情報記録の大容量化のためには、記録媒体の高記録密度化にもまして、ビームスポットの小径化、即ち、対物レンズによるビームスポットの十分な絞り込みが必要である。このようにビームスポットを小さくすることにより、より多くの情報を記録することができる。
【０００４】
また、ビームスポット径は、使用する光源の波長に比例する一方、対物レンズにおける開口数ＮＡ（Numerical Aperture）に反比例する。従って、ビームスポットの小径化を図るには、使用する光源の波長を短くするか、または、対物レンズにおける開口数ＮＡを大きくし、高開口数化を図る必要がある。
【０００５】
光の波長については、近年、青色レーザダイオードや青あるいは緑色ＳＨＧレーザが開発されつつあり、短波長化が進んでいる。
【０００６】
一方、対物レンズの開口数ＮＡについては、例えば、ＣＤ（Compact Disc）はＮＡ＝０．４５であり、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）はＮＡ＝０．６である。このように、ＤＶＤは、ＣＤに比べて高開口数であり、記録できる情報の高密度化を達成してきた。
【０００７】
また、２群２枚のレンズを用いて、対物レンズの更なる高開口数化を目指した光ピックアップ装置が、特開平１０−１２３４１０号公報に記載されている。この光ピックアップ装置においては、鏡筒などを介して一体化された２群２枚のレンズで対物レンズを構成している。これにより、対物レンズの開口数をＮＡ＝０．８５とし、高開口数化を図ることができる。
【０００８】
しかしながら、この光ピックアップ装置は、対物レンズが、鏡筒などを介して一体化された２群２枚のレンズにより構成されている。従って、これらのレンズを一体化する際、各々のレンズの間隔、光軸に対する傾きや中心ずれなどを精度良く位置決めしなければならない。このため、位置決めの際、実際にレーザビームを出射してビームスポットの絞り込み状態や、発生する収差を見ながら位置を調整する必要があり、これらの位置決め工程は煩雑となる。
【０００９】
また、２群２枚のレンズを固定するためには樹脂が必要となる。この樹脂は耐熱性・耐湿性が十分ではなく、経時変化する。このように、樹脂は特性変化を生じることがあり、信頼性に乏しい。
【００１０】
さらに、２群２枚のレンズは、鏡筒などを含めると、重量が大きくなる。一般に、フォーカス制御やトラッキング制御は、アクチュエータ（駆動装置）によって、対物レンズを光軸に対して平行方向や垂直方向に移動させて行われる。このとき、対物レンズの重量が大きいと、対物レンズを高速に駆動することができず、情報の記録・再生の速度の遅延を招来する。
【００１１】
一方、対物レンズに単玉レンズを用いて高開口数化を図る光ピックアップ装置が特開平９−３１１２７１号公報に記載されている。この光ピックアップ装置は、図３７に示すように、回折型レンズ１０３と非球面レンズ１０２とが一体化された対物レンズ、凸型スキュープレート１０４、および、凹型スキュープレート１０５を備えている。光源から出射されたレーザビームを、対物レンズを介してディスク１０１に照射することにより、情報がディスク１０１に記録・再生される。対物レンズとして、回折型レンズ１０３と非球面レンズ１０２とが一体化されたものを用いることにより、色収差を補正することができる。また、凸型スキュープレート１０４および凹型スキュープレート１０５を互いに逆方向に移動させることにより、コマ収差を補正することができる。
【００１２】
このように、図３７に示す光ピックアップ装置の対物レンズには、単玉レンズが用いられているため、位置決め工程や、レンズを固定するための樹脂などは必要ない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３７に示す対物レンズは、回折型レンズ１０３と非球面レンズ１０２とを組み合わせて用いている。このため、対物レンズ製造工程時の誤差により回折効率が低下した場合、レーザビーム（光）のレンズ透過率が小さくなり、光の利用効率の低下を招来する。また、回折型レンズ１０３の回折格子の間隔は非常に小さいものであるため、製造が困難である。このような回折型レンズ１０３を用いることにより、製造コストは増大し、また、偏光方向による特性変化が発生する。従って、回折型レンズ１０３を備えた対物レンズは、更なる小型化は困難である。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図ることができ、また、光の利用効率の低下を伴うことなしに、収差が少なくかつその収差を簡単に補正することができる対物レンズおよびその製造誤差の補正方法並びに該対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の対物レンズは、上記の課題を解決するために、開口数が０．７５以上の対物レンズであって、該対物レンズは両面が非球面の単玉対物レンズであり、かつ、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであり、使用波長の少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をｖとすると、
１．７５＜ｎ、かつ、３５＜ｖ
を満足する材料からなり、上記対物レンズの焦点距離をｆとし、該対物レンズの第１面の焦点距離をｆ１とすると、
０．５＜ｆ／ｆ１＜０．６
を満足すると共に、上記対物レンズの開口数をＮＡとし、該対物レンズの有効径をＤとし、該対物レンズの中心厚さをｔとすると、
０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０
を満足することを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、対物レンズとして単玉対物レンズを用いており、例えば、回折素子などは必要としない。このため、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率を高くすることができる。また、対物レンズの製造を容易にすることができ、さらに対物レンズの小型化を図ることができる。
【００１７】
また、対物レンズの開口数が０．７５以上であるため、例えば、記録媒体に照射するビームスポットを小さくすることができ、記録媒体における高記録密度化を図ることができる。
【００１８】
また、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであるので、コマ収差および球面収差を小さくすることができる。
【００１９】
一般に、光の波長によって、対物レンズの材料における屈折率が異なることにより色収差が生じ、これにより、像の位置や大きさは波長によって異なることとなる。
【００２０】
しかしながら、上記の構成によれば、３５＜ｖとすることにより、色収差を小さくすることができ、僅かな波長変動によって、像点が移動し、ビームスポットがぼけることを防止することができる。
【００２１】
また、１．７５＜ｎとすることにより、対物レンズの第１面の曲率を小さくすることができ、容易に対物レンズを製造することができる。
【００２２】
一般に、対物レンズにおいては、その非球面頂点の曲率、形状など、対物レンズの構成によって球面収差が生じる。この球面収差の発生により、レーザビームを記録媒体に精度良く集光することが困難となる。
【００２３】
しかしながら、上記の構成によれば、０．５＜ｆ／ｆ１とすることにより、第１面の焦点距離を小さくする、即ち、曲率を大きくすることができる。これにより、第２面によるレーザビームの屈折は小さくてよく、第２面の曲率を小さくすることができる。従って、第２面による球面収差を小さくすることができる。
【００２４】
また、ｆ／ｆ１＜０．６とすることにより、第１面の焦点距離を大きくする、即ち、曲率を小さくすることができる。これにより、作動距離ＷＤ（ワーキングディスタンス）を長くすることができる。
【００２５】
上記の構成によれば、０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）とすることにより、良好な軸外特性を得ることができる。
【００２６】
ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、対物レンズの体積や重量を小さくすることができる。これにより、光ピックアップ装置における対物レンズの高速駆動を図ることができる。
【００２７】
また、例えば、ｔ／（ＮＡ・Ｄ）が１．０以上である場合、例えば、対物レンズがガラスからなるとすると、対物レンズを製造する際、大きな体積のプリフォーム（モールド成型前段階の球形のガラス材）が必要となる。このとき、通常の大きさのプリフォームを用いたとすると、プリフォームの曲率半径が、対物レンズの第１面の曲率半径と比較して大きくなるため、金型の第１面の中央部と対物レンズとなるガラスとの間に空間ができる。この空間のガスが抜けないため、形成された対物レンズは、形状不良を起こしやすい。
【００２８】
しかしながらｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、形状不良を起こすことなく、対物レンズを製造することができる。
【００２９】
本発明の光ピックアップ装置は、光源と上記記載の対物レンズとを備え、該対物レンズを用いて光源から出射された光を記録媒体に照射することにより、該記録媒体に情報を記録または再生することを特徴としている。
【００３０】
上記の構成によれば、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率低下を伴うことなく、色収差や球面収差などが小さく、レーザビームを記録媒体に精度良く集光することができる光ピックアップ装置を提供することができる。
【００３１】
上記の光ピックアップ装置は、光源と上記対物レンズとの間に、光源からの光を平行光束にするコリメータレンズと、球面収差を上記コリメータレンズと光源との距離を調整することにより補正する補正手段とを備えていることが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、色収差や球面収差などが小さく、また、それらの収差を容易に補正することができる光ピックアップ装置を提供することができる。
【００３３】
本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正することを特徴としている。
【００３４】
一般に、対物レンズを製造する際、モールド時の金型の位置合わせ精度、対物レンズの材料であるプリフォームの重量や体積の精度、金型の加工精度などを考慮すると、対物レンズの両面の傾きや対物レンズの両面の中心ずれといった製造誤差が発生する。この製造誤差により、コマ収差が発生する。
【００３５】
しかしながら、上記の構成によれば、この製造誤差によるコマ収差を光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができる。
【００３６】
本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正することを特徴としている。
【００３７】
上記の構成によれば、この製造誤差によるコマ収差を光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図３６に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３９】
図１は、光ピックアップ装置の構成を示す説明図である。本実施の形態に係る光ピックアップ装置は、図１に示すように、半導体レーザ１、コリメータレンズ２、整形プリズム３、偏光ビームスプリッター４、１／４波長板５、絞り１４（図３参照）、対物レンズ６、検出系集光レンズ８、光検出器９およびレンズホルダー１０を備えており、ディスク７に情報を記録・再生する。
【００４０】
ディスク７は図２に示すように、基板１３上に、情報記録面１２と、情報記録面１２を保護するための光透過層１１とがこの順に形成されている。光透過層１１はガラスからなり、その厚さは０．１ｍｍである。なお、ディスク７は、光学ディスクであればよく、例えば、光ディスクや光磁気ディスクなど、その種類は限定されるものではない。
【００４１】
なお、光透過層１１は、ガラスに限られるものではなく、樹脂材料により形成されていてもかまわない。
【００４２】
半導体レーザ１は光源であり、例えば、波長４０５ｎｍのレーザビームを出射する。なお、半導体レーザ１から出射されるレーザビームの波長は特に限定されるものではない。
【００４３】
コリメータレンズ２は、半導体レーザ１から出射されたレーザビームを平行光に変換する。
【００４４】
整形プリズム３は、レーザビームの強度分布を、楕円形から略円形に整形する。
【００４５】
偏光ビームスプリッター４は、２個の直角プリズムのどちらか一方の斜面に偏光膜を施し、接着して立方体にしたものである。偏光ビームスプリッター４では、入射面に平行な偏光方向をもつ光波を透過させ、入射面に垂直な偏光方向をもつ光波を反射させる。
【００４６】
１／４波長板５は直線偏光を円偏光に、また、円偏光を直線偏光に変換するためのものである。また、内部を透過するレーザビームにおける常光線と異常光線との間に、１／４波長分の光路差を生成する。
【００４７】
絞り１４は、対物レンズ６に入射するレーザビームの光量を制限する。
【００４８】
対物レンズ６は、レンズホルダー１０に固着されている。また、レンズホルダー１０は図示しない４本のワイヤで光ピックアップ装置のアクチュエータに固定されている。アクチュエータにより、対物レンズ６は駆動される。対物レンズ６の構成については後述する。
【００４９】
検出系集光レンズ８は偏光ビームスプリッター４にて反射されたディスク７からの反射光を集光し、光検出器９に照射する。
【００５０】
光検出器９は、複数の受光素子を有し、フォーカス制御を行うために、各受光素子において入射光（レーザビーム）を電気信号に変換する。
【００５１】
半導体レーザ１から出射され、コリメータレンズ２において平行光に変換されたレーザビームは、その後、整形プリズム３により、ビーム形状を楕円から円形に整形され、偏光ビームスプリッター４に導かれる。
【００５２】
このレーザビームは、偏光ビームスプリッター４を透過し、１／４波長板５に入射する。１／４波長板５を通過したレーザビームの偏光方向は、直線偏光から円偏光になる。このレーザビームは絞り１４によってその光量が制限された後、対物レンズ６により、ディスク７の光透過層１１を透過し情報記録面１２上に集光される。
【００５３】
ディスク７の情報記録面１２上に集光されたレーザビームは、情報記録面１２上で反射され、再び対物レンズ６を透過し、１／４波長板５に入射する。１／４波長板５において、レーザビームの偏光方向は、円偏光から直線偏光に変換されるが、その偏光方向は上述した往路のものとは９０°異なる直線偏光となり、偏光ビームスプリッター４で反射される。このように、偏光ビームスプリッター４では、ディスク７に入射するレーザビームと、ディスク７から反射してくるレーザビームとを分離している。
【００５４】
偏光ビームスプリッター４で反射されたレーザビームは、検出系集光レンズ８により集光され、光検出器９における複数の受光素子領域で受光される。各受光素子領域から出力される信号は、図示しない演算回路によって処理され、フォーカスエラー信号や再生信号などとなる。
【００５５】
以下、対物レンズ６について説明する。
【００５６】
対物レンズ６は、図３に示すように、ガラスからなる両面非球面の単レンズ（単玉対物レンズ）であり、開口数ＮＡは０．８５である。ここで、非球面形状は、次式（１）
Ｚ＝（１／ｒ）ｙ２ ／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（１／ｒ）２ｙ２ ｝１／２ ］＋Ａｙ４ ＋Ｂｙ６ ＋Ｃｙ８ ＋Ｄｙ１０＋Ｅｙ１２＋Ｆｙ１４＋Ｇｙ１６＋Ｈｙ１８＋Ｊｙ２０ …（１）
で表される。
【００５７】
ここで、Ｚは面頂点の接平面からの距離、ｙは光軸からの距離、１／ｒは非球面頂点の曲率（ｒは曲率半径）、Ｋは円錐定数、Ａはｙ４項の非球面係数、Ｂはｙ６ 項の非球面係数、Ｃはｙ８ 項の非球面係数、Ｄはｙ１０項の非球面係数、Ｅはｙ１２項の非球面係数、Ｆはｙ１４項の非球面係数、Ｇはｙ１６項の非球面係数、Ｈはｙ１８項の非球面係数、Ｊはｙ２０項の非球面係数である。
【００５８】
この対物レンズ６は、光源である半導体レーザ１が無限遠方に位置することとなる、いわゆる無限系のレンズとなっている。ここで、絞り１４のうち、通過するレーザビーム量を制限する面をＳＴＯとする。上記半導体レーザ１より発せられたレーザビームは、平行光線となされて、図３に示すように、絞り１４（ＳＴＯ）を経て第１面Ｓ１（対物レンズ６におけるレーザビームの入射面）に入射される。このレーザビームは、第２面Ｓ２（対物レンズ６におけるレーザビームの出射面）より出射され、第３面Ｓ３（光透過層１１）に入射され、光透過層１１の出射面である情報記録面１２上の像点（ＩＭＡＧＥ）に結像される。
【００５９】
図３に示す対物レンズ６および光透過層１１の面間隔（ｍｍ）、対物レンズ６を構成するガラスの屈折率（ガラス屈折率）、ｄ線におけるアッベ数（ガラスアッベ数）などについて表１に示す。なお、対物レンズ６の第１面Ｓ１および第２面Ｓ２の非球面形状は１２次まで考慮している。また、第１面Ｓ１の面間隔とは、光軸上の第１面Ｓ１から第２面Ｓ２までの距離、即ち、対物レンズ６の中心厚さであり、第２面Ｓ２の面間隔とは、第２面Ｓ２から第３面Ｓ３までの距離であり、第３面Ｓ３の面間隔とは、光透過層１１の厚さである。
【００６０】
【表１】
また、対物レンズ６は、ディスク７の光透過層１１の厚さが０．１ｍｍのときに略無収差となるように設計されている。対物レンズ６を構成するガラスの屈折率ｎは、入射するレーザビームの波長が４０５ｎｍの場合、表１に示すように、ｎ＝１．８１６９１である。また、対物レンズ６は、開口数ＮＡ＝０．８５、焦点距離ｆ＝１．７６３ｍｍ、第１面Ｓ１の焦点距離ｆ１＝３．１８ｍｍ、ｄ線でのアッベ数ｖ＝４７．３、中心厚さｔ＝２．３、有効径Ｄ＝３ｍｍである。
【００６２】
ここで、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）のスペクトル線に対する屈折率をｎｄとし、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）のスペクトル線に対する屈折率をｎＦとし、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）のスペクトル線に対する屈折率をｎＣとしたとき、ｄ線でのアッベ数ｖは、次式（２）
ｖ＝（ｎｄ−１）／（ｎＦ−ｎＣ） …（２）
で表される。また、対物レンズ６の有効径とは、対物レンズ６において、レーザビームが入射することができる範囲の径のことである。
【００６３】
また、対物レンズ６は、その焦点距離をｆとし、第１面Ｓ１の焦点距離をｆ１とすると、次式（３）
０．５＜ｆ／ｆ１＜０．６ …（３）
で表される。
【００６４】
一般に、対物レンズにおいては、その非球面頂点の曲率や形状などの対物レンズの構成によって球面収差が生じる。また、ディスクなどの記録媒体が傾いた際には、レーザビームにはコマ収差が発生する。また、レーザビームは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで別の位置に結像し、この現象を非点収差という。これらの収差の発生により、レーザビームをディスクに精度良く集光することが困難となる。
【００６５】
しかしながら、上記式（３）に示すように、０．５＜ｆ／ｆ１とすることにより、第１面Ｓ１の焦点距離を小さくする、即ち、曲率を大きくすることができる。これにより、第２面Ｓ２によるレーザビームの屈折は小さくてよく、第２面Ｓ２の曲率を小さくすることができる。従って、第２面Ｓ２による球面収差を小さくすることができる。
【００６６】
また、ｆ／ｆ１＜０．６とすることにより、第１面Ｓ１の焦点距離を大きくする、即ち、曲率を小さくすることができる。これにより、作動距離ＷＤ（ワーキングディスタンス）を長くすることができる。
【００６７】
対物レンズ６は、図３に示すように、第１面Ｓ１、即ち、レーザビームが入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズである。従って、良好な軸外特性を得ることができ、コマ収差および球面収差を小さくすることができる。
【００６８】
対物レンズ６は、その開口数をＮＡとし、有効径をＤとし、中心における厚さをｔとすると、次式（４）
０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０ …（４）
を満足する。０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）とすることにより、良好な軸外特性を得ることができる。
【００６９】
また、一般に、対物レンズ６の開口数ＮＡと有効径Ｄが決定すると、対物レンズ６における第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との曲率の関係が略決定する。これにより、対物レンズ６の重量（体積）を決定する最も大きな因子は、対物レンズ６の厚さとなる。即ち、対物レンズ６が厚い場合は重量が大きくなり、対物レンズ６が薄い場合は重量が小さくなる。
【００７０】
従って、ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、対物レンズ６の体積や重量を小さくすることができる。これにより、光ピックアップ装置における対物レンズ６の高速駆動を図ることができる。また、ｔ／（ＮＡ・Ｄ）が１．０以上である場合、対物レンズ６を製造する際、大きな体積のプリフォーム（モールド成型前段階の球形のガラス材）が必要となる。このとき、通常の大きさのプリフォームを用いたとすると、プリフォームの曲率半径が、対物レンズ６の第１面Ｓ１の曲率半径と比較して大きくなるため、金型の第１面の中央部と対物レンズ６となるガラスとの間に空間ができる。従って、この空間のガスが抜けないため、形成された対物レンズ６は、形状不良を起こしやすい。しかしながらｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０とすることにより、形状不良を起こすことなく、対物レンズ６を製造することができる。
【００７１】
対物レンズ６の第１面Ｓ１および第２面Ｓ２は、共に、中心、即ち、面頂点から遠ざかるにつれて、近軸曲率半径で表される球面に比べて、対物レンズ６が単調に厚くなるような形状となっている。第１面Ｓ１における、近軸曲率半径で表される球面からのずれを図８に示し、第２面Ｓ２における、近軸曲率半径で表される球面からのずれを図９に示す。
【００７２】
これにより、対物レンズ６の開口数ＮＡが高いことによる対物レンズ６の急激な面の傾きを和らげることができる。従って、容易に金型を製造することができる。また、球面収差を小さくすることができる。
【００７３】
また、対物レンズ６の開口数をＮＡとし、第１面Ｓ１（対物レンズ６の光が入射する側の面）の有効径のうち入射高が最も高い光の入射位置における対物レンズ面の接線と、入射する光の光軸の垂線とがなす角度をθ（度）とすると、対物レンズ６は、次式（５）
６０・ＮＡ＜θ …（５）
を満足する。上記角度θは、即ち、図３に示すように、絞り１４によって制限されて対物レンズ６に照射されるレーザビームの光束のうち、その外周上の一点における対物レンズ６の面に対する接線と、光軸の垂線とがなす角度のことである。
【００７４】
一般に、コマ収差を抑制するためには、上記角度θを大きくするか、あるいは、対物レンズ６を厚くする必要がある。上記角度θを大きくすることにより、対物レンズ６の第１面Ｓ１のカーブが急になる。これにより、対物レンズ６に対して斜めにレーザビームが入射したとしてもコマ収差を抑制することができる。
【００７５】
従って、上記式（５）を満足することにより、角度θを大きくすることができるため、薄い対物レンズにおいても、良好な軸外特性と得ることができる。
【００７６】
対物レンズ６の開口数をＮＡとし、有効径をＤとし、作動距離をＷＤとすると、対物レンズ６は、次式（６）
Ｄ／（２０・ＮＡ５ ）＜ＷＤ …（６）
を満足する。
【００７７】
これにより、作動距離ＷＤを長くすることができる。従って、対物レンズ６とディスク７との間の距離を良好に保つことができ、安定なシステムを構成することができる。
【００７８】
ここで、対物レンズとして、上記表１および図３に示す対物レンズ６を用いた場合の球面収差（LONGITUDINAL SPHERICAL ABER ）を図４に、非点収差（ASTIGMATIC FIELD CURVES ）を図５に示す。また、Ｘ軸方向とは、光透過層１１と平行な面において、偏光ビームスプリッター４と検出系集光レンズ８とを結ぶ方向に平行な方向である。Ｙ方向とは、光透過層１１と平行な面において、Ｘ方向と垂直をなす方向である。
【００７９】
図４に示すように、対物レンズ６を用いることにより、球面収差を抑制することができることがわかる。また、図５に示すように、対物レンズ６を用いることにより、非点収差を抑制することができることがわかる。
【００８０】
また、対物レンズ６へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図６（ａ）（ｂ）に、対物レンズ６へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図７（ａ）（ｂ）に示す。
【００８１】
図６・図７に示すように、対物レンズ６を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【００８２】
次に、対物レンズ６の製造誤差の補正方法について説明する。
【００８３】
対物レンズ６を製造する際、モールド時の金型の位置合わせ精度、対物レンズ６の材料であるプリフォームの重量や体積の精度、金型の加工精度などを考慮すると、対物レンズ６の両面の傾きは±１〜２分ばらつく。また、対物レンズ６の両面の中心ずれは±５μｍ程度である。この対物レンズ６の両面の傾きや中心ずれにより、コマ収差が発生する。
【００８４】
一方、光ピックアップ装置においては、ディスク７における情報記録面１２上でのビームスポットの収差が、波面のｒ．ｍ．ｓ値で０．０７λ以下（Marechal Criteria ）であれば、十分絞り込んだ良好なビームとなる。この許容収差を光学部品に配分すると、対物レンズ６においては、０．０３λ程度の収差に抑える必要がある。ここで、λは、波長である。
【００８５】
対物レンズ６の両面、即ち、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との傾きや中心ずれにより発生したコマ収差は、例えば、対物レンズ６の傾き（対物レンズチルト）やディスク７の傾き（ディスクチルト）を調整することにより補正することができる。
【００８６】
例えば、対物レンズ６における設計値に対する両面の傾き誤差が−１０分〜１０分の場合のコマ収差を、補正なしの場合、ディスク７の傾きを調整することにより補正した場合、および、対物レンズ６の傾きとディスク７の傾きとを共に調整することにより補正した場合について図１０に示す。
【００８７】
図１０に示すように、対物レンズ６における設計値に対する両面の傾き誤差が±２分程度発生した場合でも、上記のような補正をすることにより、コマ収差を０．０３λ程度とすることができる。このように、容易にコマ収差を補正することができ、また、このような対物レンズ６は容易に製造することができる。
【００８８】
また、対物レンズ６における設計値に対する両面の中心ずれ誤差が−２０μｍ〜２０μｍの場合のコマ収差を、補正なしの場合、対物レンズ６の傾きを調整することにより補正した場合、および、対物レンズ６の傾きとディスク７の傾きと共に調整することにより補正した場合について図１１に示す。
【００８９】
図１１に示すように、対物レンズ６における設計値に対する両面の中心ずれ誤差が±５μｍ程度発生した場合でも、上記のように補正をすることにより、コマ収差を０．０３λ程度とすることができる。このように、容易にコマ収差を補正することができ、また、このような対物レンズ６は容易に製造することができる。
【００９０】
このように、対物レンズ６の製造誤差が大きく、コマ収差が発生しても、対物レンズ６の傾きやディスク７の傾きを調整することにより補正することができ、コマ収差を小さくすることができる。このような調整は、対物レンズ６を光ピックアップ装置に搭載する際、あるいは、光ピックアップ装置を記録再生装置に搭載する際に行えばよい。
【００９１】
このとき、再生信号のジッタ、エンベロープ、別途収差を検出する手段、または、対物レンズ６により、絞り込まれたレーザビームの形状や収差を観察・検出しながら、最適な対物レンズ６の傾きやディスク７の傾きに調整して固定してもかまわない。
【００９２】
また、対物レンズ６において、その厚さにばらつきがあると、球面収差が発生する。このような球面収差は、半導体レーザ１とコリメータレンズ２との間の距離を図示しない補正手段により調節することにより、補正することができる。
【００９３】
なお、球面収差については、凸レンズを２枚、あるいは、凸レンズと凹レンズとを組み合わせた、いわゆるビームエキスパンダーなどの光学系を別途搭載することにより補正してもかまわない。
【００９４】
また、対物レンズの構成は、上記表１および図３に示したものに限られるものではなく、以下に示す表２および図１２に示される対物レンズ２０としてもかまわない。対物レンズ２０の開口数ＮＡや焦点距離など、表２に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【００９５】
【表２】
ここで、対物レンズとして、上記表２および図１２に示す対物レンズ２０を用いた場合の球面収差を図１３に、非点収差を図１４に示す。
【００９７】
図１３に示すように、対物レンズ２０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図１４に示すように、対物レンズ２０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【００９８】
また、対物レンズ２０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図１５（ａ）（ｂ）に、対物レンズ２０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図１６（ａ）（ｂ）に示す。
【００９９】
図１５・図１６に示すように、対物レンズ２０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１００】
対物レンズの構成は、以下に示す表３および図１７に示される対物レンズ３０としてもかまわない。対物レンズ３０の開口数ＮＡや焦点距離など、表３に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１０１】
【表３】
ここで、対物レンズとして、上記表３および図１７に示す対物レンズ３０を用いた場合の球面収差を図１８に、非点収差を図１９に示す。
【０１０３】
図１８に示すように、対物レンズ３０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図１９に示すように、対物レンズ３０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１０４】
また、対物レンズ３０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図２０（ａ）（ｂ）に、対物レンズ３０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図２１（ａ）（ｂ）に示す。
【０１０５】
図２０・図２１に示すように、対物レンズ３０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１０６】
対物レンズの構成は、以下に示す表４および図２２に示される対物レンズ４０としてもかまわない。対物レンズ４０の開口数ＮＡや焦点距離など、表４に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１０７】
【表４】
ここで、対物レンズとして、上記表４および図２２に示す対物レンズ４０を用いた場合の球面収差を図２３に、非点収差を図２４に示す。
【０１０９】
図２３に示すように、対物レンズ４０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図２４に示すように、対物レンズ４０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１１０】
また、対物レンズ４０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図２５（ａ）（ｂ）に、対物レンズ４０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図２６（ａ）（ｂ）に示す。
【０１１１】
図２５・図２６に示すように、対物レンズ４０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１１２】
対物レンズの構成は、以下に示す表５および図２７に示される対物レンズ５０としてもかまわない。対物レンズ５０の開口数ＮＡや焦点距離など、表５に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１１３】
【表５】
ここで、対物レンズとして、上記表５および図２７に示す対物レンズ５０を用いた場合の球面収差を図２８に、非点収差を図２９に示す。
【０１１５】
図２８に示すように、対物レンズ５０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図２９に示すように、対物レンズ５０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１１６】
また、対物レンズ５０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図３０（ａ）（ｂ）に、対物レンズ５０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図３１（ａ）（ｂ）に示す。
【０１１７】
図３０・図３１に示すように、対物レンズ５０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１１８】
対物レンズの構成は、以下に示す表６および図３２に示される対物レンズ６０としてもかまわない。対物レンズ６０の開口数ＮＡや焦点距離など、表６に示す条件以外は、表１および図３に示す対物レンズ６と同様である。
【０１１９】
【表６】
ここで、対物レンズとして、上記表６および図３２に示す対物レンズ６０を用いた場合の球面収差を図３３に、非点収差を図３４に示す。
【０１２１】
図３３に示すように、対物レンズ６０を用いることにより、球面収差を抑制することができる。また、図３４に示すように、対物レンズ６０を用いることにより、非点収差を抑制することができる。
【０１２２】
また、対物レンズ６０へのレーザビームの入射角が０．５度の場合の横収差を示すグラフを図３５（ａ）（ｂ）に、対物レンズ４０へのレーザビームの入射角が０度の場合の横収差を示すグラフを図３６（ａ）（ｂ）に示す。
【０１２３】
図３５・図３６に示すように、対物レンズ６０を用いることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向との収差が少なく、コマ収差も抑制することができる。
【０１２４】
このように、対物レンズ６・２０・３０・４０・５０・６０は、単レンズを用いている。このため、２群レンズのように煩雑なレンズ調整を必要とせず、また、樹脂なども使用しないため信頼性が高い。また、鏡筒などを必要としないため、軽量で高速記録・再生が可能な対物レンズを提供することができる。さらに、回折素子を必要としないので、光の利用効率が高く、製造が容易で、かつ、小型化を図ることができる。
【０１２５】
また、対物レンズ６・２０・３０・４０・５０・６０は、開口数ＮＡが０．７５以上であるため、ビームスポットを小さくすることができ、ディスク７における高記録密度化を図ることができる。
【０１２６】
さらに、対物レンズ６・２０・３０・４０・５０・６０の材料となるガラスの、使用波長のうちの少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をｖとすると、ｎおよびｖは、次式（７）
１．７５＜ｎ、かつ、３５＜ｖ …（７）
で表される。
【０１２７】
光の波長によってガラスの屈折率が異なることにより、色収差が生る。この色収差により、像の位置や大きさが波長によって異なることとなる。
【０１２８】
しかしながら、３５＜ｖとすることにより、色収差を小さくすることができ、僅かな半導体レーザ１の波長変動により像点が移動してビームスポットがぼけることを防止することができる。
【０１２９】
また、１．７５＜ｎとすることにより、第１面Ｓ１の曲率を小さくすることができ、容易に対物レンズを製造することができる。
【０１３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の対物レンズは、開口数が０．７５以上の対物レンズであって、該対物レンズは両面が非球面の単玉対物レンズであり、かつ、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであり、使用波長の少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をｖとすると、１．７５＜ｎ、かつ、３５＜ｖを満足する材料からなり、上記対物レンズの焦点距離をｆとし、該対物レンズの第１面の焦点距離をｆ１とすると、０．５＜ｆ／ｆ１＜０．６を満足すると共に、上記対物レンズの開口数をＮＡとし、該対物レンズの有効径をＤとし、該対物レンズの中心厚さをｔとすると、０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０を満足する構成である。
【０１３１】
これにより、例えば、回折素子などは必要としない。このため、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率を高くすることができる。また、対物レンズの製造を容易にすることができ、さらに対物レンズの小型化を図ることができる。また、対物レンズの開口数が０．７５以上であるため、例えば、記録媒体に照射するビームスポットを小さくすることができ、記録媒体における高記録密度化を図ることができる。また、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであるので、コマ収差および球面収差を小さくすることができる。
【０１３２】
また、３５＜ｖとすることにより、色収差を小さくすることができ、僅かな波長変動によって、像点が移動し、ビームスポットがぼけることを防止することができる。さらに、１．７５＜ｎとすることにより、対物レンズの第１面の曲率を小さくすることができ、容易に対物レンズを製造することができる。
【０１３３】
また、第２面によるレーザビームの屈折は小さくてよく、第２面の曲率を小さくすることができる。従って、第２面による球面収差を小さくすることができる。また、作動距離ＷＤ（ワーキングディスタンス）を長くすることができるといった効果を奏する。
【０１３４】
また、良好な軸外特性を得ることができる。また、対物レンズの体積や重量を小さくすることができる。従って、光ピックアップ装置における対物レンズの高速駆動を図ることができ、また、形状不良を起こすことなく、対物レンズを製造することができるといった効果を奏する。
【０１３５】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置は、光源と上記記載の対物レンズとを備え、該対物レンズを用いて、光源から出射された光を記録媒体に照射することにより、該記録媒体に情報を記録または再生する構成である。
【０１３６】
これにより、対物レンズを透過する光（レーザビーム）の利用効率低下を伴うことなく、色収差や球面収差などが小さく、レーザビームを記録媒体に精度良く集光することができる光ピックアップ装置を提供することができるといった効果を奏する。
【０１３７】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置は、光源と上記対物レンズとの間に、光源からの光を平行光束にするコリメータレンズと、球面収差をコリメータレンズと光源との距離を調整することにより補正する補正手段とを備えている構成である。
【０１３８】
これにより、色収差や球面収差などが小さく、また、それらの収差を容易に補正することができる光ピックアップ装置を提供することができるといった効果を奏する。
【０１３９】
以上のように、本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正する構成である。
【０１４０】
これにより、対物レンズの製造誤差によるコマ収差を光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができるといった効果を奏する。
【０１４１】
以上のように、本発明の対物レンズの製造誤差の補正方法は、上記記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正する構成である。
【０１４２】
これにより、対物レンズの製造誤差によるコマ収差を、光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正するので、収差を小さくすることができ、また、その収差は容易に補正することができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の一形態に係る光ピックアップ装置の概略の構成を示す説明図である。
【図２】 ディスクの構成を示す説明図である。
【図３】 上記光ピックアップ装置に用いられている対物レンズおよび絞りの構成を示す説明図である。
【図４】 図３に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図５】 図３に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図６】 （ａ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図７】 （ａ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図８】 対物レンズの第１面における、中心軸からの距離（ｍｍ）と近軸曲率からのずれを示すグラフである。
【図９】 対物レンズの第２面における、中心軸からの距離と近軸曲率からのずれを示すグラフである。
【図１０】 設計値に対する対物レンズ両面の傾き誤差が−１０分〜１０分の場合のコマ収差を示すグラフである。
【図１１】 設計値に対する対物レンズ両面の中心ずれ誤差が−２０μｍ〜２０μｍの場合のコマ収差を示すグラフである。
【図１２】 対物レンズの他の構成を示す説明図である。
【図１３】 図１２に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図１４】 図１２に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図１５】 （ａ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図１６】 （ａ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図１７】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図１８】 図１７に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図１９】 図１７に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図２０】 （ａ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２１】 （ａ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図１７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２２】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図２３】 図２２に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図２４】 図２２に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図２５】 （ａ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２６】 （ａ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図２７】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図２８】 図２７に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図２９】 図２７に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図３０】 （ａ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３１】 （ａ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図２７に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３２】 対物レンズのさらに他の構成を示す説明図である。
【図３３】 図３２に示す対物レンズの球面収差を示すグラフである。
【図３４】 図３２に示す対物レンズの非点収差を示すグラフである。
【図３５】 （ａ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０．５度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３６】 （ａ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＹ軸方向の横収差を示すグラフであり、（ｂ）は、図３２に示す対物レンズへのレーザビームの入射角が０度の場合のＸ軸方向の横収差を示すグラフである。
【図３７】 従来の光ピックアップ装置の要部の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ（光源）
２ コリメータレンズ
３ 整形プリズム
４ 偏光ビームスプリッター
５ １／４波長板
６ 対物レンズ
７ ディスク（記録媒体）
８ 検出系集光レンズ
９ 光検出器
１０ レンズホルダー
１１ 光透過層
１２ 情報記録面
１４ 絞り
２０ 対物レンズ
３０ 対物レンズ
４０ 対物レンズ
５０ 対物レンズ
６０ 対物レンズ
Claims (5)
- 開口数が０．７５以上の対物レンズであって、
該対物レンズは両面が非球面の単玉対物レンズであり、かつ、光が入射する側の面が凸面であるメニスカス型レンズであり、使用波長の少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をｖとすると、
１．７５＜ｎ、かつ、３５＜ｖ
を満足する材料からなり、
上記対物レンズの焦点距離をｆとし、該対物レンズの第１面の焦点距離をｆ１とすると、
０．５＜ｆ／ｆ１＜０．６
を満足すると共に、上記対物レンズの開口数をＮＡとし、該対物レンズの有効径をＤとし、該対物レンズの中心厚さをｔとすると、
０．８＜ｔ／（ＮＡ・Ｄ）＜１．０
を満足することを特徴とする対物レンズ。 - 光源と請求項１に記載の対物レンズとを備え、該対物レンズを用いて、光源から出射された光を記録媒体に照射することにより、該記録媒体に情報を記録または再生することを特徴とする光ピックアップ装置。
- 上記光源と上記対物レンズとの間に、光源からの光を平行光束にするコリメータレンズと、球面収差を上記コリメータレンズと光源との距離を調整することにより補正する補正手段とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
- 請求項２または３に記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、上記光ピックアップ装置に対する対物レンズの傾きを調整することにより補正することを特徴とする対物レンズの製造誤差の補正方法。
- 請求項２または３に記載の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズを製造する際に発生する製造誤差を、上記光ピックアップ装置に対する記録媒体の傾きを調整することにより補正することを特徴とする対物レンズの製造誤差の補正方法。
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