JP2004029288A

JP2004029288A - 対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録再生装置

Info

Publication number: JP2004029288A
Application number: JP2002184249A
Authority: JP
Inventors: Toru Kimura; 木村　徹
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29
Also published as: ATE288087T1; US7079473B2; DE60300289D1; KR20040002636A; EP1376186B1; EP1376186A1; TW200401118A; CN1307455C; DE60300289T2; CN1487325A; US20030235138A1

Abstract

【課題】波長４００ｎｍ程度の光源を使用する光ピックアップ装置に適用可能な開口数が０．８以上とされ、色収差を小さく抑えるために焦点距離を小さくした場合でも作動距離が十分に確保され、製造誤差感度が小さく製造が容易化され、良好な像高特性を有する２群構成の対物レンズを提供する。
【解決手段】この対物レンズ３は、光ディスク４に対する情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置１に用いられ、光源側に配置される第１レンズ３ａと、光ディスク側に配置される第２レンズ３ｂとの２枚の正レンズから構成され、第１レンズの光源側の光学面である第１面と第２レンズの光源側の光学面である第３面とを含む少なくとも２つの光学面が非球面とする。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体に対して情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うための対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ光源と、開口数（ＮＡ）が０．８５程度まで高められた対物レンズとを用いた新しい高密度光ディスクシステムの研究・開発が進んでいる。一例として、開口数０．８５、光源波長４０５ｎｍの光ディスク（以下、本明細書では「高密度ＤＶＤ」と呼ぶ。）では、ＤＶＤ（開口数０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１面あたり２０〜３０ＧＢの情報の記録が可能である。
【０００３】
ここで、４００ｎｍ程度の短波長の光を発生する青紫色半導体レーザを光源として用いる場合には、対物レンズで発生する色収差が問題となる。光ピックアップ装置において、半導体レーザから出射されるレーザ光は一般に単一波長（シングルモード）であるので、対物レンズの色収差は問題にはならないと思われているが、実際には、温度変化や出力変化等により中心波長が瞬時的に数ｎｍ変化するモードホッピングを起こす。モードホッピングは対物レンズのフォーカシング機構が追従できないような瞬時的に起こる波長変化なので、対物レンズの色収差が補正されていないと、結像位置の移動量に対応したデフォーカス成分が付加され、対物レンズの集光性能が劣化する。
【０００４】
対物レンズに用いられる一般的なレンズ材料の分散は、赤外半導体レーザや赤色半導体レーザの波長領域である６００ｎｍ乃至８００ｎｍにおいては、それほど大きくないので、ＣＤやＤＶＤでは、モードホッピングによる対物レンズの集光性能の劣化は問題にはならなかった。
【０００５】
ところが、青紫色半導体レーザの波長領域である４００ｎｍ近傍では、レンズ材料の分散は非常に大きくなるので、わずか数ｎｍの波長変化でも、対物レンズの結像位置は大きくずれる。そのため、高密度ＤＶＤでは、半導体レーザ光源がモードホッピングを起こした場合、対物レンズの集光性能が大きく劣化し、安定した記録や再生が行えないおそれがある。
【０００６】
ところで、光ピックアップ装置において、対物レンズは、大量生産に有利であることから、プラスチックレンズが多く用いられる。しかるに、その屈折率の温度変化が、プラスチックレンズはガラスレンズに比べて２桁程度大きいことが知られている。
【０００７】
プラスチック材料から形成された対物レンズの環境温度が上昇して、その対物レンズの屈折率が変化すると、対物レンズの球面収差が劣化する。この屈折率変化による球面収差の劣化量は、対物レンズの開口数の４乗に比例するので、高密度ＤＶＤに用いられる開口数０．８５の対物レンズをプラスチックレンズとした場合には、使用可能な温度範囲が非常に狭くなってしまうので、実使用上問題となる。
【０００８】
ここで、対物レンズの色収差や、屈折率変化による球面収差の劣化は、対物レンズの焦点距離に比例して発生する。従って、上述した問題に対し、対物レンズの焦点距離を小さくすれば、短波長の青紫色半導体レーザや高開口数のプラスチック対物レンズを使用する場合でも、対物レンズの色収差や、屈折率変化による球面収差の劣化を小さく抑えることができる。
【０００９】
ところで、開口数０．８５の対物レンズを実現するためには、光線に対する光学面の屈折力を４つの面に分割することで、個々のレンズの製造誤差感度が小さく製造が容易化された２群構成の対物レンズが好適である。
【００１０】
上述したように、対物レンズの焦点距離を小さくするほど、色収差や、屈折率変化による球面収差の劣化を小さく抑えることができるが、２群構成の対物レンズにおいて、焦点距離が小さくなると、
（１）対物レンズ最終面と光ディスクとの距離（いわゆる、作動距離）が小さくなりすぎるために、光ディスクと対物レンズの衝突の可能性が大きくなる。
（２）２群構成の対物レンズを構成する個々のレンズ、特に光ディスクに近い側に配置されるレンズの外径が小さくなりすぎるために、個々のレンズを組み立てる工程において、個々のレンズの取り扱いが困難となり、この工程の工数が増大する。
という、問題が懸念される。
【００１１】
すなわち、２群構成の対物レンズの焦点距離を小さくしすぎるのは、作動距離の確保や個々のレンズの組立の観点からは、好ましくないといえる。
【００１２】
また、光ピックアップ装置において、対物レンズの焦点距離を小さくすると、像高特性としては、不利となる。これは、相対的に焦点距離が大きい対物レンズと、同じ像高を得ようとすると、相対的に焦点距離が小さい対物レンズへの入射角度が大きくなるためである。入射角度が大きくなるほど非点収差やコマ収差が劣化する。従って、対物レンズの焦点距離を小さくし過ぎるのは、像高特性の観点からも好ましくないといえる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、波長４００ｎｍ程度の短波長光源を使用する光ピックアップ装置に適用可能な、開口数が０．８以上とされた２群構成の対物レンズであって、色収差を小さく抑えるために、焦点距離を小さくした場合でも、作動距離が十分に確保されるとともに、製造誤差感度が小さく製造が容易化され、さらには、良好な像高特性を有する対物レンズを提供することを目的とする。
【００１４】
更に、この対物レンズを搭載した光ピックアップ装置及び、この光ピックアップ装置を搭載した記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による対物レンズは、光源からの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光することで、光情報記録媒体に対して情報を記録、および／または、光情報記録媒体に記録された情報を再生するための光ピックアップ装置に用いられる対物レンズにおいて、光源側に配置される第１レンズと、光情報記録媒体側に配置される第２レンズとの２枚の正レンズから構成され、前記第１レンズの光源側の光学面である第１面と、前記第２レンズの光源側の光学面である第３面とを含む、少なくとも２つの光学面が非球面とされ、次式（１）乃至（６）を満たすことを特徴とする。
【００１６】
ＮＡ≧０．８　　　　　　　（１）
１．２ｍｍ＞ｆ＞０．３ｍｍ（２）
−０．０６＞ΔＳＡＧ＞−０．２４　　　　　　　　　（３）
ΔＳＡＧ＝（Ｘ１’−Ｘ３’）／（ＮＡ^４・ｆ・（１＋｜ｍ｜）　）　　（４）
Ｘ１’＝Ｘ１・（Ｎ１−１）^３／ｆ_１（５）
Ｘ３’＝Ｘ３・（Ｎ２−１）^３／ｆ_２（６）
【００１７】
ただし、
ＮＡ：前記光情報記録媒体に記録および／または再生を行うのに必要な所定の前記対物レンズの像側開口数
ｆ：前記対物レンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｘ１：光軸に垂直で、前記第１面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する、前記第１面上の位置）における前記第１面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として前記第２レンズの方向に測る場合を正、その逆の方向に測る場合を負とする
Ｘ３：光軸に垂直で、前記第３面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する、前記第３面上の位置）における前記第３面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として前記第１レンズの方向に測る場合を負、その逆の方向に測る場合を正とする
ｍ：前記対物レンズの結像倍率
Ｎ１：前記第１レンズの使用波長における屈折率
Ｎ２：前記第２レンズの使用波長における屈折率
ｆ_１：前記第１レンズの焦点距離（ｍｍ）
ｆ_２：前記第２レンズの焦点距離（ｍｍ）
【００１８】
上記の課題を解決するにあたって、開口数が０．８５である２群構成の対物レンズに関して、（Ａ）個々のレンズにおける光学面同士の偏芯に対する公差、（Ｂ）個々のレンズ同士の偏芯に対する公差、（Ｃ）入射光束の入射角度に対する公差、（Ｄ）作動距離、をそれぞれ、（Ａ）±０．００５ｍｍ、±０．１度、（Ｂ）±０．０３０ｍｍ、±０．１度、（Ｃ）±１度、（Ｄ）０．０５ｍｍ以上、確保するように考慮しつつ、焦点距離をパラメータとして設計検討を行った。
【００１９】
なお、上述の（Ａ）に対する公差は、個々のレンズを金型を用いたモールド成形で製造する場合の精度を基準としており、この公差に対する値（±０．００５ｍｍ、±０．１度）は、現在の金型加工技術やモールド成形技術において十分に対応可能な値である。
【００２０】
設計検討を行った２群構成の対物レンズに関して、対物レンズに入射する光の波長が設計基準波長から変化した場合の、対物レンズのデフォーカス成分込みの波面収差の変化を焦点距離の関数としてプロットしたのが図１である。青紫色半導体レーザは、モードホップによって、波長が１ｎｍ程度変化すると考えられているが、波長が１ｎｍ変化した場合のデフォーカス成分込みの波面収差が、マレシャル限界である０．０７λｒｍｓ以下となるのは、図１から、焦点距離を１．２ｍｍより小さくした場合であることが読みとれる。
【００２１】
一方、波長が変化した場合のデフォーカス成分込みの波面収差を小さく抑えるうえでは、焦点距離を小さくするほど有利となる。しかし、焦点距離を小さくしすぎると、前述したように、十分な作動距離の確保しつつ、（Ａ）乃至（Ｃ）の誤差に対する十分な公差を確保するのが困難となる。また、焦点距離を小さくしすぎると、個々のレンズの外径が小さくなるので、個々のレンズを組み立てる工程において、個々のレンズの取り扱いが困難となる。
【００２２】
そこで、０．０３ｍｍという、十分な作動距離を確保しつつ、（Ａ）乃至（Ｃ）の誤差に対する十分な公差を確保することができる焦点距離の下限の値を、０．３ｍｍとし、開口数が（１）式を満たす、２群構成の対物レンズの焦点距離の好ましい範囲として、
１．２ｍｍ＞ｆ＞０．３ｍｍ（２）
なる条件を定めた。
【００２３】
ところで、２群構成の高開口数の対物レンズにおいては、第１面と第２面を含む少なくとも２つの光学面を非球面とするのが、収差を良好に補正するうえで有効である。そして、レンズ設計では、上述の（Ａ）乃至（Ｃ）の誤差に対する感度を低減して、製造の容易な対物レンズとし、さらに、この対物レンズを搭載した光ピックアップ装置の製造を容易とするためには、各入射高さの光線に対する、第１面と第３面との光路差が適切な値になるように、非球面の形状を決定しなくてはならない。具体的には、個々のレンズの屈折率と焦点距離で規格化した、第１面の非球面形状Ｘ１’と第３面の非球面形状Ｘ３’との差であるΔＳＡＧの値が、適切な範囲に入るように各非球面係数を制御する。
【００２４】
そこで、設計検討を行った２群構成の対物レンズに関して、ΔＳＡＧを対物レンズの焦点距離の関数としてプロットしたのが図２である。
【００２５】
図２から、焦点距離が（２）式を満たす２群構成の対物レンズにおいて、十分な製造公差を確保するための条件として、
−０．０６＞ΔＳＡＧ＞−０．２４　　　　　　　　　（３）
なる条件を定めた。ΔＳＡＧの値が、（３）式の下限より大きいと、作動距離が小さくなりすぎないので、対物レンズと光情報記録媒体との衝突の可能性を低減できる。また、第１レンズと第２レンズとの光軸ずれによって発生する非点収差が大きくなりすぎないので、第１レンズと第２レンズとを組み立てる効率を向上できる。また、第２レンズのメニスカスの度合いが大きくなりすぎないので、第２レンズの光学面の光軸ずれによって発生するコマ収差を低減でき、第２レンズの生産効率を向上できる。さらに、第１面の曲率が小さくなりすぎないので、第１レンズの光学面の光軸ずれによって発生するコマ収差を低減でき、第１レンズの生産効率を向上できる。
【００２６】
一方、ΔＳＡＧの値が、（３）式の上限より小さいと、第１レンズの光軸上のレンズ厚さが大きくなりすぎないので、コンパクトな対物レンズとすることができ、光ピックアップ装置の小型化という観点から有利である。さらに、第３面の曲率が小さくなりすぎないので、周辺における非球面の法線と光軸とがなす角度である見込角度が大きくなりすぎず、金型加工を正確に行うことができる。
【００２７】
上述の作用をより一層達成するためには、ΔＳＡＧの値は、
−０．０７＞ΔＳＡＧ＞−０．２０　　　　　　　　　（３’）
なる条件を満たすのが好ましい。
【００２８】
本発明による対物レンズは、さらに、
ＷＤ≧０．０３ｍｍ　　　　（７）
０．１７＞ＷＤ／ｆ＞０．０３　　　　　　　　　　　（８）
（ただし、ＷＤ：前記対物レンズと前記光情報記録媒体との距離（作動距離））を満たすことが好ましい。
【００２９】
焦点距離が小とされた対物レンズであっても、（７）式を満たすので、対物レンズと光情報記録媒体との衝突を防ぐことができ、さらに、作動距離に対する焦点距離の比を（８）式を満たすようにすることで、第１レンズの光学面の光軸ずれによって発生するコマ収差と、第２レンズの光学面の光軸ずれによって発生するコマ収差を低減できるので、第１レンズ及び第２レンズの生産効率を向上できる。
【００３０】
本発明による対物レンズは、さらに、設計基準波長が４５０ｎｍより短い波長であることが好ましい。４５０ｎｍより短い波長領域では、波長変化に対するレンズ材料の分散は大きくなるが、本発明による対物レンズは、焦点距離が（２）式を満たすので、レンズ材料の分散による軸上色収差の発生を小さく抑えることができる。その結果、青紫色半導体レーザを光源とする光ピックアップ装置に、本発明による対物レンズを搭載することで、レーザ光源がモードホッピングを起こした場合でも、良好な集光性能を維持することができる。
【００３１】
本発明による対物レンズは、さらに、
０．４＞β_Ｌ２＞０．２　　（９）
（ただし、β_Ｌ２：前記第２レンズの結像倍率）
を満たすことが好ましい。（９）式は、焦点距離が（２）式を満たす２群構成の対物レンズにおいて、上述の（Ａ）乃至（Ｃ）の誤差に対する十分な公差を確保した場合に、第２レンズの結像倍率の好ましい範囲に関する。ここで、第２レンズの結像倍率β_Ｌ２は、上方マージナル光線の第２レンズの光源側の光学面への入射角をθ_Ｓ３、上方マージナル光線の第２レンズの光情報記録媒体側の光学面からの出射角をθ_Ｓ４とした場合に、次の（１１）式で定義される。
β_Ｌ２＝θ_Ｓ３／θ_Ｓ４（１１）
ただし、θ_Ｓ３およびθ_Ｓ４は、光軸を基準として測り、その符号は、時計回り方向を正、反時計回り方向を負とする。
【００３２】
β_Ｌ２の値が（９）式の下限より大きいと、第１レンズの光軸上のレンズ厚さが大きくなりすぎないので、コンパクトな対物レンズとすることができ、光ピックアップ装置の小型化という観点から有利である。さらに、第３学面の曲率が小さくなりすぎないので、周辺における非球面の法線と光軸とがなす角度である見込角度が大きくなりすぎず、金型加工を正確に行うことができる。
【００３３】
一方、β_Ｌ２の値が（９）式の上限より小さいと、作動距離が小さくなりすぎないので、対物レンズと光情報記録媒体との衝突の可能性を低減できる。また、第１レンズと第２レンズとの光軸ずれによって発生する非点収差が大きくなりすぎないので、第１レンズと第２レンズとを組み立てる効率を向上できる。また、第２レンズのメニスカスの度合いが大きくなりすぎないので、第２レンズの光学面の光軸ずれによって発生するコマ収差量を低減でき、第２レンズの生産効率を向上できる。さらに、第１面の曲率が小さくなりすぎないので、第１レンズの光学面の光軸ずれによって発生するコマ収差量を低減でき、第１レンズの生産効率を向上できる。
【００３４】
本発明による対物レンズは、さらに、
４．０＞ｆ_１／ｆ_２＞２．０（１０）
を満たすのが好ましい。（１０）式は、第１レンズと第２レンズのパワー配分を適切にし、上述の（Ａ）乃至（Ｃ）の誤差に対する十分な公差を確保するための条件である。（１０）式の上限を越えないように、第１レンズと第２レンズのパワー配分を決定することで、第３学面の曲率が小さくなりすぎないので、周辺における非球面の法線と光軸とがなす角度である見込角度が大きくなりすぎず、金型加工を正確に行うことができ、さらに、第１レンズと第２レンズとの光軸ずれによって発生する収差が大きくなりすぎないので、第１レンズと第２レンズとを組み立てる効率を向上できる。
【００３５】
一方、（１０）式の下限を越えないように、第１レンズと第２レンズのパワー配分を決定することで、対物レンズに対して斜め光束が入射した場合に発生する非点収差やコマ収差を小さく抑えることができるので、光源の取付け精度及び、プリズムや偏光ビームスプリッタ等の光学素子の取付け精度に対する公差を緩和することが可能となる。
【００３６】
本発明による対物レンズは、さらに、第１レンズおよび第２レンズがともにプラスチックレンズであることが好ましい。プラスチックレンズは射出成形が容易であるため、安定した品質での対物レンズの大量生産が可能である。また、第１レンズと第２レンズとを互いに保持するための保持部材を、それぞれのレンズと一体に成形することができるため、対物レンズの部品点数の削減が可能である。
【００３７】
さらに、プラスチックレンズは、環境温度の変化の影響によって、屈折率が大きく変化するが、本発明による対物レンズは、焦点距離が（２）式を満たすので、高開口数のプラスチックレンズであっても、屈折率変化による球面収差の劣化を小さく抑えることができる。その結果、その結果、光ピックアップ装置に、本発明による対物レンズを搭載することで、環境温度が変化した場合でも、良好な集光性能を維持することができる。
【００３８】
ところで、本発明による対物レンズは、焦点距離が（２）式を満たす小径のレンズなので、光学面の単位面積に入射するレーザ光のエネルギーは、相対的に焦点距離の大きい対物レンズに比して大きくなる。従って、本発明による対物レンズを短波長の光に対して高い耐光性を有するガラスレンズとすることで、青紫色半導体レーザのごとき短波長光源を使用する光ピックアップ装置用の対物レンズとして、信頼性の高い対物レンズを提供できる。また、ガラスレンズはプラスチックレンズに比して比重が大きいが、本発明による対物レンズはガラスレンズとした場合でも、焦点距離が小さいので、体積が小さく、フォーカシング用のアクチュエータに負担がかかることはない。
【００３９】
本発明による光ピックアップ装置は、４５０ｎｍより短い波長の光を発生する光源からの光を対物レンズにより光情報記録媒体の情報記録面に集光することで、光情報記録媒体に対して情報を記録、および／または、光情報記録媒体に記録された情報を再生するための光ピックアップ装置において、前記対物レンズとして、上述の本発明による対物レンズを搭載したものである。
【００４０】
この光ピックアップ装置によれば、対物レンズの焦点距離が上述の（２）式を満たすので、光源として青紫色半導体レーザを用いた場合でも、軸上色収差の発生を小さく抑えることができ、さらに、対物レンズをプラスチックレンズとした場合でも、温度変化の影響による球面収差の劣化を小さく抑えることができる。従って、光ピックアップ装置において常に良好な集光性能を維持することが可能である。
【００４１】
また、光ピックアップ装置において対物レンズが上述の（７）式を満たすので、焦点距離が小であっても、光情報記録媒体との衝突を防ぐことができる。
【００４２】
また、対物レンズが良好な像高特性を有するので、かかる対物レンズを含むように光ピックアップ装置を構成すると、光源の取付け精度及び、プリズムや偏光ビームスプリッタ等の光学素子の取付け精度に対する公差が緩和される結果、光ピックアップ装置の製造コストを小さく抑えることができる。
【００４３】
また、本発明による記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を搭載し、音声及び／または画像を記録し、及び／または、音声及び／または画像を再生可能なように構成できる。
【００４４】
なお、本明細書において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズを指すものとする。従って、本明細書において、対物レンズの光情報記録媒体側（像側）の開口数とは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数を指すものである。また、本明細書では、必要（な所定の）開口数は、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいは、それぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる、回折限界性能を有する対物レンズの開口数を指すものとする。
【００４５】
また、本明細書において、対物レンズの設計基準波長とは、対物レンズに対して、同じ条件（結像倍率、温度、入射光束径等）で様々な波長の光を入射させた場合に、対物レンズの残存収差が最小になる波長のことをいう。
【００４６】
また、本明細書において、情報の記録とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録することをいう。
【００４７】
また、本明細書において、情報の再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。
【００４８】
本発明による対物レンズは、記録だけあるいは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、ある光情報記録媒体に対しては記録を行い、別の光情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録および再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
【００５０】
図３の光ピックアップ装置１は、光源としての半導体レーザ２と、対物レンズ３とを有し、半導体レーザ２からのレーザ光により高密度ＤＶＤである光ディスク４に対し情報の記録及び再生を行うことができるように構成されている。
【００５１】
半導体レーザ２は波長４００ｎｍ程度の波長の光を発生するＧａＮ青紫色レーザである。また、波長４００ｎｍ程度の波長の光を発生する光源としては上記のＧａＮ青紫色半導体レーザのほかに、ＳＨＧ青紫色レーザであってもよい。
【００５２】
対物レンズ３は、半導体レーザ２からの光束を光ディスク４の情報記録面４ａ上に回折限界内で集光するレンズであって、第１レンズ３ａと第２レンズ３ｂの２枚の正レンズから構成されており、第１レンズ３ａの半導体レーザ側の光学面と第２レンズ３ｂの半導体レーザ側の光学面とを含む少なくとも２つの光学面が非球面とされている。
【００５３】
また、対物レンズ３は、第１レンズ３ａと第２レンズ３ｂとが、鏡枠３ｃにより一体化された構造となっている。また、対物レンズ３は、光軸に対し垂直に延びた面を持つフランジ部３ｄを有し、このフランジ部３ｄにより、対物レンズ３を光ピックアップ装置１に精度よく取り付けることができる。対物レンズ３の光ディスク４側の開口数は０．８０以上とされている。
【００５４】
半導体レーザ２から射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタ５を透過し、コリメートレンズ６、および１／４波長板７を経て円偏光の平行光束となり、絞り８によってけられた後、対物レンズ３によって高密度ＤＶＤである光ディスク４の保護層４ｂを介して情報記録面４ａ上に形成されるスポットとなる。対物レンズ３は、その周辺に配置されたアクチュエータ９によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【００５５】
情報記録面４ａで情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズ３、絞り８、１／４波長板７、およびコリメートレンズ６を透過した後、収斂光束となり、偏光ビームスプリッタ５によって反射され、シリンドリカルレンズ１０を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１１に収束する。そして、光検出器１１の出力信号を用いて光ディスク４に記録された情報を読み取ることができる。
【００５６】
図３の光ピックアップ装置では、対物レンズ３は結像倍率が０である、無限共役型としたが、物点位置が対物レンズから有限の位置にある、いわゆる有限共役型とすることも可能である。有限共役型の対物レンズとしては、後述する実施例３のような対物レンズを使用することができる。この場合は、半導体レーザ２から射出された発散光束は、コリメートレンズ６を介さずに、対物レンズよって光ディスク４の情報記録面４ａ上に集光されるので、コリメートレンズ６は不要となり、光ピックアップ装置１の光学部品点数の削減や、光ピックアップ装置１のコンパクト化に有利である。
【００５７】
本実施の形態において、対物レンズ３の焦点距離は上述の（２）式を満たすので、レンズ材料の分散による軸上色収差の発生を小さく抑えることができる。従って、半導体レーザ２がモードホッピングを起こした場合でも、良好な集光性能を維持することができる。
【００５８】
また、対物レンズ３は、上述の（７）式を満たすので、焦点距離が小であっても、光ディスク４との衝突を防ぐことができる。
【００５９】
また、対物レンズ３は、良好な像高特性を有するので、半導体レーザ２の取付け精度及び、コリメートレンズ６や偏光ビームスプリッタ５の取付け精度に対する公差が緩和される結果、光ピックアップ装置１の製造コストを小さく抑えることができる。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明を実施例１乃至４により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本実施例の各レンズにおける非球面は光軸方向をＸ軸、光軸に垂直な方向の高さをｈ、屈折面の曲率半径をｒとするとき次の数１で表す。但し、κを円すい係数、Ａ_２ｉを非球面係数とする。
【００６１】
【数１】

【００６２】
表１に以下に述べる実施例１乃至４に関するデータの一覧表を示す。実施例１乃至３はプラスチックレンズであり、実施例４はガラスレンズである。すべての実施例において、一般的なレンズ材料を用いているが、焦点距離が上述の（２）式を満たすので、対物レンズに入射する波長が設計基準波長から１ｎｍ変化した場合のデフォーカス成分込みの波面収差は、０．０４０λｒｍｓ以下に収まっている。
【００６３】
【表１】

【００６４】
なお、図１及び表１における、デフォーカス成分込みの波面収差（λｒｍｓ／ｎｍ）は、対物レンズのフォーカス位置を、その設計基準波長である４０５ｎｍにおける最良像点位置に固定し、波長を４０６ｎｍに変化させて、波面収差を計算した結果である。
【００６５】
〈実施例１〉
【００６６】
本実施例の対物レンズは、２枚のプラスチックレンズから構成されている。表２に本実施例の対物レンズに関するデータを示す。
【００６７】
【表２】

【００６８】
表２のレンズデータにおいて、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎは波長４０５ｎｍおける屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表すが、これ以降のレンズデータにおいても同様である。また、表１のレンズデータにおいて、１０のべき乗数（例えば２．５×１０^−３）を、Ｅ（例えば２．５Ｅ−０３）を用いて表しているが、これ以降のレンズデータにおいても同様である。
【００６９】
〈実施例２〉
【００７０】
本実施例の対物レンズは、２枚のプラスチックレンズから構成されている。表３に本実施例の対物レンズに関するデータを示す。
【００７１】
【表３】

【００７２】
〈実施例３〉
【００７３】
本実施例の対物レンズは、２枚のプラスチックレンズから構成されており、有限共役型の対物レンズである。表４に本実施例の対物レンズに関するデータを示す。
【００７４】
【表４】

【００７５】
〈実施例４〉
【００７６】
本実施例の対物レンズは、２枚のガラスレンズ（ＢＡＣＤ５：ＨＯＹＡ社製）から構成されている。表５に本実施例の対物レンズに関するデータを示す。
【００７７】
【表５】

【００７８】
上述の実施例１乃至４では、上述の各式を満足するように設計することで、個々のレンズにおける光学面同士の偏芯に対する公差を±０．００５ｍｍ、±０．１度、さらに、個々のレンズ同士の偏芯に対する公差を±０．０３０ｍｍ確保しており、焦点距離の小さい高開口数の対物レンズでありながら、製造公差が緩く、製造し易い対物レンズとなっている。
【００７９】
また、上述の実施例１及び２及び４では、保護層の厚さが０．１ｍｍに対応した球面収差補正がなされており、実施例３では、保護層の厚さが０に対応した球面収差補正がなされているが、これらとは異なる厚さの保護層を有する光ディスクの場合には、上述の各式を満足させつつ、保護層の厚さに応じて、対物レンズの球面収差補正を行えばよい。
【００８０】
また、図４に、実施例１乃至３の対物レンズにおける温度変化に対する波面収差変化の様子を示す。図４から理解されるように、実施例１乃至３の対物レンズは、高開口数のプラスチックレンズでありながら、焦点距離を小さくしたので、温度変化による波面収差の変化が小さく抑えられ、使用可能な温度範囲の広いレンズとなっている。なお、図４において、温度変化した場合の波面収差を計算する際には、温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化（−１０×１０^−５／度）と、レーザ光源の波長変化（＋０．０５ｎｍ／度）を考慮した。
【００８１】
また、図５に、実施例１乃至４の対物レンズの像高特性を示す。図５から理解されるように、実施例１乃至４の対物レンズは焦点距離が小さい対物レンズでありながら、良好な良好特性を有するので、半導体レーザの取付け精度及び、コリメートレンズや偏光ビームスプリッタ等の光学素子の取付け精度に対する公差が緩和され、光ピックアップ装置の製造コストを小さく抑えることができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、波長４００ｎｍ程度の短波長光源を使用する光ピックアップ装置に適用可能な、開口数が０．８以上とされた２群構成の対物レンズであって、色収差を小さく抑えるために焦点距離を小さくした場合でも、作動距離が十分に確保できるとともに、製造誤差感度が小さく製造が容易化され、さらには良好な像高特性を有する対物レンズを提供できる。また、かかる対物レンズを搭載した光ピックアップ装置及び、かかる光ピックアップ装置を搭載した記録再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において設計検討を行った２群構成の対物レンズに関し、入射する光の波長が設計基準波長から変化した場合、デフォーカス成分込みの波面収差の変化を焦点距離の関数としてプロットした図である。
【図２】図１の２群構成の対物レンズに関し、非球面形状の差（ΔＳＡＧ）を対物レンズの焦点距離の関数としてプロットした図である。
【図３】本実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】実施例１乃至３の対物レンズについての温度変化に対する波面収差変化を示す図である。
【図５】実施例１乃至４の対物レンズの像高特性を示す図である。
【符号の説明】
１　　　光ピックアップ装置
２　　　半導体レーザ（光源）
３　　　対物レンズ
３ａ　　第１レンズ
３ｂ　　第２レンズ
４　　　光ディスク（光情報記録媒体）

Claims

光源からの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光することで、前記光情報記録媒体に対して情報を記録、および／または、前記光情報記録媒体に記録された情報を再生するための光ピックアップ装置に用いられる対物レンズにおいて、
前記光源側に配置される第１レンズと前記光情報記録媒体側に配置される第２レンズとの２枚の正レンズから構成され、
前記第１レンズの前記光源側の光学面である第１面と、前記第２レンズの前記光源側の光学面である第３面とを含む、少なくとも２つの光学面が非球面とされ、次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。

ただし、
ＮＡ：前記光情報記録媒体に対し記録および／または再生を行うのに必要な所定の前記対物レンズの像側開口数
ｆ：前記対物レンズの焦点距離（ｍｍ）
Ｘ１：光軸に垂直で、前記第１面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する、前記第１面上の位置）における前記第１面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として前記第２レンズの方向に測る場合を正、その逆の方向に測る場合を負とする
Ｘ３：光軸に垂直で、前記第３面の頂点に接する平面と、有効径最周辺（上記ＮＡのマージナル光線が入射する、前記第３面上の位置）における前記第３面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として前記第１レンズの方向に測る場合を負、その逆の方向に測る場合を正とする
ｍ：前記対物レンズの結像倍率
Ｎ１：前記第１レンズの設計基準波長における屈折率
Ｎ２：前記第２レンズの設計基準波長における屈折率
ｆ_１：前記第１レンズの焦点距離（ｍｍ）
ｆ_２：前記第２レンズの焦点距離（ｍｍ）
次式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。

ただし、
ＷＤ：前記対物レンズと前記光情報記録媒体との距離（作動距離）
設計基準波長が４５０ｎｍより短い波長であることを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．４＞β_Ｌ２＞０．２　　（９）
ただし、
β_Ｌ２：前記第２レンズの結像倍率
次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
前記第１レンズおよび前記第２レンズは、ともにプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
前記第１レンズおよび前記第２レンズは、ともにガラスレンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
４５０ｎｍより短い波長の光を発生する光源からの光を、対物レンズにより光情報記録媒体の情報記録面に集光することで、前記光情報記録媒体に対して情報を記録、および／または、前記光情報記録媒体に記録された情報を再生するための光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズとして請求項１乃至７のいずれか１項に記載の対物レンズを備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項８に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする、音声および／または画像の記録装置、および／または、音声および／または画像の再生装置。