JP4817036B2 - 対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録・再生装置 - Google Patents
対物レンズ、光ピックアップ装置及び記録・再生装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズ、この対物レンズを含む光ピックアップ装置、及びこの光ピックアップ装置を含む記録・再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発振波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザ等の光源と、開口数が０．８５程度まで高められた対物レンズを用いた新しい高密度記録光ピックアップシステムの研究・開発が進んでいる。光ディスクや光磁気ディスク等の光学記録媒体の記録密度は、対物レンズによって情報記録面上に集光されるスポットの面積（＝ｋ・（λ／ＮＡ）２）、但し、ｋは比例定数、λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）に反比例して増大するとは周知の事実である。光学記録媒体の高密度化を図るには、対物レンズの開口数を高くするほかに、光源波長を短くするという方法があるが、３５０ｎｍより短い波長領域ではレンズ材料の光透過率が急激に低下するために実用上十分な光利用効率が得られないという問題がある。したがって、新しい光ピックアップシステムでは、よりいっそうの高密度化のために対物レンズの更なる高開口数化が要求されることが予想される。
【０００３】
上記の高密度記録光ピックアップシステムには、２群構成の対物レンズが搭載されているが、高ＮＡの２群構成の対物レンズでは、レンズ間の偏芯許容度が小さいため、第１レンズと第２レンズを組み立てる際の工数の増大、生産効率の悪化、およびコストの上昇が招来される。
【０００４】
また、対物レンズの焦点深度は、開口数の二乗に反比例するので、開口数が大きくなるほど焦点深度は小さくなり、対物レンズのフォーカシング用のアクチュエータに要求される応答速度や精度は益々高くなる。２群構成の対物レンズは単玉レンズに比して重量が大きいため、アクチュエータの大型化、コストの上昇が招来される。
【０００５】
さらに、高ＮＡの２群構成の対物レンズは単玉レンズに比して作動距離が小さくなりがちである。高ＮＡ対物レンズの設計において、作動距離の十分な確保は光記録媒体の破壊を防ぐ意味で重要な問題である。
【０００６】
以上から、高ＮＡの対物レンズは組み立て調整の必要がなく、軽量で、かつ作動距離を十分に確保できる単玉レンズであるのが好ましい。
【０００７】
ところで、光学記録媒体の記録および／または再生用の非球面単玉レンズでは、非球面の収差補正作用によって球面収差とコマ収差を補正するが、ＮＡが大きくなると、波面収差としてのアスが大きくなり、像高特性が劣化するという課題がある。
【０００８】
また、対物レンズの焦点深度が小さくなると、光源に対物レンズのフォーカシングが追従できないような瞬時的な波長変動がおきた場合に生じるデフォーカス成分が大きくなる。したがって、開口数が大きくなるほどより厳しく対物レンズの色収差を補正しなければならない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズにおいて、開口数が０．８５より大とされ、像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを提供することを目的とする。
【００１０】
また、波長が４００ｎｍ程度と短い光源を使用する高密度光ピックアップ装置に用いるのに好適な、開口数が０．８５より大とされた非球面単玉対物レンズを提供することを目的とする。
【００１１】
また、開口数が０．７０より大とされた非球面単玉レンズにおいて、像高特性が良好であって、作動距離が十分に確保され、かつ軽量な対物レンズを提供することを目的とする。
【００１２】
更に、これらの対物レンズを搭載した光ピックアップ装置及び記録・再生装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による第１の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、次式（１）、（２）、（３）、（２９）を満たすことを特徴とする。
【００１４】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （１）
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （２）
０．５＜Φ１＜５．８ （３）
０．３５＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０
（２９）
ただし、
ＮＡ：前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数
ｄ：前記対物レンズの光軸上の厚さ（ｍｍ）
ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）
Φ１：前記光源側の面の有効径（ｍｍ）
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
ｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率
ｍ：前記対物レンズの結像倍率
【００１５】
この対物レンズによれば、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対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５以上に高めることで、情報記録面上に集光するスポットのサイズを小さくできるので、より高密度に記録および／またはより高密度に記録された情報の再生が光情報記録媒体に対して可能となる。また、少なくとも１つの面を非球面とすることで、球面収差やコマ収差を良好に補正できる。このとき、光源側の面を非球面とするのが好ましく、それにより諸収差をより良好に補正できる。さらに、単玉レンズとすることで、組み立て調整が不要となるので、生産効率の向上、およびコストダウンを達成できる。
【００１６】
本発明による第１の対物レンズは（１）式を満たすことが好ましく、（１）式はＮＡが０．８５より大きい単玉レンズにおいて良好な像高特性を得るための、レンズの光軸上の厚さｄと焦点距離ｆとの好適な条件であって、下限以上であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次アス成分が大きくなりすぎず、５次以上の高次コマ成分が大きくなりすぎない。（１）式の上限以下であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次球面収差成分が大きくなりすぎず、５次アス成分が大きくなりすぎず、３次コマ成分が大きくなりすぎず、非点隔差が大きくなりすぎない。
【００１７】
また、（２）式の上限以下であると、レンズの光軸上の厚さが大きくなりすぎないので、レンズを軽量とすることができ、より小型のアクチュエータでの駆動が可能となる。さらに、（２）式の上限以下であると、レンズの光軸上の厚さが大きくなりすぎないので、作動距離を十分に確保することができる。上記の作用を達成するには、次の式（２’）を満たすのがより好ましい。
【００１８】
１．１０≦ｄ／ｆ≦１．９０ （２’）
【００１９】
さらに、本発明の第１の対物レンズは（３）式を満たすことが好ましい。高ＮＡの対物レンズは、比較的低ＮＡのＣＤ、ＤＶＤ用の従来の光ピックアップ用の対物レンズに比して、作動距離が小さくなりがちであるところ、対物レンズの口径を大きくすれば、作動距離を確保することは可能であるが、その場合、対物レンズの重量が大きくなるためアクチュエータの大型化やコストの上昇が招来される。そこで、本発明の対物レンズの光源側の面に入射する光束径の上限を（３）式のように定めた。
【００２０】
また、参考例による第２の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、次式（４）、（５）、（６）を満たすことを特徴とする。
【００２１】
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （４）
０．４７＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０ (5)０．５＜Φ１＜５．８ （６）
【００２２】
ただし、ｄ：前記対物レンズの光軸上の厚さ（ｍｍ）Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするＸ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）ｍ：前記対物レンズの結像倍率Φ１：光源側の面の有効径（ｍｍ）
【００２３】
上述の第２の対物レンズにおいて（５）式は、ＮＡが０．８５より大きい単玉レンズにおいて球面収差を良好に補正するための光源側の面と光情報記録媒体側の面のサグ量に関する条件式である。Ｘ１が正でその絶対値が小さい程、Ｘ２が負でその絶対値が小さい程マージナル光線の球面収差を補正過剰にする効果が大きくなり、Ｘ１が正でその絶対値が大きい程、Ｘ２が負でその絶対値が大きい程マージナル光線の球面収差を補正不足にする効果が大きくなるので、球面収差を補正するためには、（Ｘ１−Ｘ２）はある範囲内にあることが必要である。
【００２４】
以上より、参考例による第２の対物レンズは（５）式を満たすのが好ましく、下限以上でマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以下でマージナル光線の球面収差が補正不足になり過ぎない。上記の作用を達成するには、後述の（２１）式を満たすのがより好ましい。また、上述の（１）、（３）式と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また、第２の対物レンズにおいて前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡの値が次式（７）を満たすことが好ましい。
【００２６】
０．７０＜ＮＡ＜０．９８ （７）
【００２７】
また、参考例による第３の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであるとともに、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、および前記波長λの値がそれぞれ次式（８）、（９）を満たすことを特徴とする。
【００２８】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （８）
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （９）
【００２９】
光源として波長が（９）式を満たすような単波長光源を使用する光ピックアップ装置に、本発明による第３の対物レンズを搭載すると、より高密度に記録および／またはより高密度に記録された情報の再生が光情報記録媒体に対して可能となる。このような単波長光源としては、ＧａＮ等のＩＩＩ-Ｖ族窒化物半導体レーザや、ＳＨＧレーザを用いることができる。また、上述の（１）式と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、第３の対物レンズにおいて前記対物レンズの光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）、および光源側の面の有効径Φ１（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（１０）、（１１）を満たすことが好ましい。
【００３１】
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （１０）
０．５＜Φ１＜５．８ （１１）
【００３２】
また、参考例による第４の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされるとともに、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成された単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、および無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（１２）、（１３）を満たすことを特徴とする。
【００３３】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （１２）
０．９５＜ｄ／ｆ＜３．００ （１３）
【００３４】
半導体レーザから出射されるレーザ光は一般に単波長（シングルモード）であり、色収差は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とぶ、モードホッピングを起こす場合がある。対物レンズの焦点深度ｄ’は、よく知られているようにｄ’∝λ／（ＮＡ）2（λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）で表される。したがって、ＮＡが大きくなるほど焦点深度は小さくなるので、ＮＡが０．８５より大とされた対物レンズでは半導体レーザのモードホッピングにより生じる色収差によるデフォーカスは許容できない問題となるため、対物レンズの色収差補正を補正する必要がある。さらに、一般的な光学材料では、波長が短くなるほど波長変化による屈折率変化が大きくなるので、短波長半導体レーザを使用する場合、モードホッピングにより対物レンズでは色収差が大きく発生する。光源の波長が短くなるほど対物レンズの焦点深度は小さくなるので、わずかなデフォーカスさえも許されなくなり、短波長半導体レーザを使用する場合には対物レンズの色収差補正の必要性は益々高くなる。色収差を補正する方法としては、例えば相対的にアッベ数の大きい正レンズと相対的にアッベ数の小さい負レンズとの接合ダブレットとする方法があるが、この場合、対物レンズの重量が大きくなってしまうので、フォーカシング用のアクチュエータへの負担という観点上好ましくない。
【００３５】
そこで、第４の対物レンズのように、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を設ければ、レンズ枚数を増やすことなく色収差の補正をすることができる。また、上述の（１）、（２）式と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、第４の対物レンズにおいて前記対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記波長λ、および光源側の面の有効径Φ１（ｍｍ）が次式（１４）、（１５）を満たすことが好ましい。
【００３７】
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （１４）
０．５＜Φ１＜５．８ （１５）
【００３８】
また、参考例による第５の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、少なくとも１つの面が非球面とされるとともに、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成された単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、および前記波長λの値がそれぞれ次式（１６）、（１７）を満たすことを特徴とする。
【００３９】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （１６）
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （１７）
【００４０】
第５の対物レンズによれば、上述のように、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を設けることで、レンズ枚数を増やすことなく色収差の補正をすることができる。また、上述の（１）、（９）式と同じ効果を得ることができる。
【００４１】
また、第５の対物レンズにおいて前記対物レンズの光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）、および光源側の面の有効径Φ１（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（１８）、（１９）を満たすことが好ましい。
【００４２】
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （１８）
０．５＜Φ１＜５．８ （１９）
【００４３】
また、第１，第３，第４，第５の対物レンズは次式（２０）を満たすことが好ましい。
０．４０＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０ (20)
【００４４】
ただし、Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするＸ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）ｍ：前記対物レンズの結像倍率
【００４５】
また、第１〜第５の対物レンズは次式（２１）を満たすことが更に好ましい。
０．４７＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．７５ (21)
【００４６】
また、参考例による第６の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、および無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（２２）、（２３）を満たすことを特徴とする。
【００４７】
０．７０＜ＮＡ＜０．９８ （２２）
０．８０＜ｄ／ｆ＜１．３５ （２３）
【００４８】
第６の対物レンズによれば、（２３）式は、ＮＡの値が（２２）式を満たす高ＮＡ単玉対物レンズにおいて、像高特性が良好であって、かつ十分な作動距離が確保された軽量な対物レンズを得るための条件であり、（２３）式の下限以上であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次アス成分が大きくなりすぎず、５次以上の高次コマ成分が大きくなりすぎない。さらに、レンズの縁厚を十分に確保できる。（２３）式の上限以下であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次球面収差成分が大きくなりすぎず、５次アス成分が大きくなりすぎず、３次コマ成分が大きくなりすぎず、非点隔差が大きくなりすぎない。さらに、十分な作動距離を確保できるとともに、レンズの体積が大きくなりすぎないので、アクチュエータへの負担を軽減することができる。
【００４９】
また、第６の対物レンズは次式（２４）を満たすことが好ましい。
０．３５＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．７０ (24)
【００５０】
ただし、Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするＸ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）ｍ：前記対物レンズの結像倍率
【００５１】
また、第６の対物レンズは次式（２５）を満たすことが更に好ましい。
０．４０＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．６５ (25)
【００５２】
上述の第６の対物レンズにおける（２４）式は、ＮＡの値が（２２）式を満たす高ＮＡ単玉対物レンズにおいて球面収差を良好に補正するための光源側の面と光情報記録媒体側の面のサグ量に関する条件式である。Ｘ１が正でその絶対値が小さい程、Ｘ２が負でその絶対値が小さい程マージナル光線の球面収差を補正過剰にする効果が大きくなり、Ｘ１が正でその絶対値が大きい程、Ｘ２が負でその絶対値が大きい程マージナル光線の球面収差を補正不足にする効果が大きくなるので、球面収差を補正するためには、Ｘ１−Ｘ２はある範囲内にあることが必要である。以上より、本発明による第６の対物レンズは（２４）式を満たすのが好ましく、下限以上でマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以下でマージナル光線の球面収差が補正不足になり過ぎない。上記の作用を達成するには、（２５）式を満たすのがより好ましい。
【００５３】
また、第６の対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記波長λが次式（２６）を満たすことが好ましい。
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （２６）
【００５４】
また、第１〜第６の対物レンズは両面が非球面とされた単玉レンズであることが好ましい。球面収差及びコマ収差をより精緻に補正するには、このように両面を非球面とするのがより好ましい。
【００５５】
また、第１〜第６の対物レンズの光源側の面の近軸曲率半径ｒ１（ｍｍ）の値が次式（２７）を満たすことが好ましい。
０．２５＜ｒ１／(ｎ・ｆ・（１−｜ｍ｜))＜０．６５ （２７）
【００５６】
（２７）式は、像高特性のコマ収差成分を良好に補正するための条件式であり、（２７）式の下限以上であると、正弦条件の高次領域がアンダーになりすぎず、上限以下であると、正弦条件の高次領域がオーバーになりすぎない。上記の作用を達成するには、次式（２７’）を満たすのがより好ましい。
０．３５＜ｒ１／(ｎ・ｆ・（１−｜ｍ｜))＜０．５５ （２７’）
【００５７】
また、第１〜第６の対物レンズは光情報記録媒体の情報記録面を保護している保護層の厚さに対応した球面収差補正がなされ、前記保護層の厚さｔ（ｍｍ）の値が次式（２８）を満たすことが好ましい。
０．０≦ｔ＜０．１５ （２８）
【００５８】
（２８）式は、光情報記録媒体のスキューによって生じるコマ収差を抑制するための、光情報記録媒体の保護層の最適な厚さに関する条件式である。対物レンズの開口数が０．８５より大とされた場合は、光情報記録媒体の保護層の厚みを０．１５ｍｍより小さくすることで、ＣＤやＤＶＤなどの従来の光情報記録媒体と同程度、あるいは同等以上のスキューマージンを確保できる。保護層の厚さが零であれば、ディスクスキューによってコマ収差は生じないので、本発明による各対物レンズは、保護層の厚さが零に対応した球面収差補正、すなわち、対物レンズのみで球面収差が補正されるようにしてもよい。
【００５９】
また、第１〜第６の対物レンズは光学プラスチック材料から形成されることで、高ＮＡの対物レンズであっても重量、慣性が小さいので、フォーカシング用のアクチュエータへの負担を軽減でき、さらにアクチュエータによる対物レンズのより精緻な位置制御が可能となる。その結果、フォーカシング誤差の低減、アクチュエータの小型化、アクチュエータの省電力化等が達成できる。また、光情報記録媒体と接触した場合に光情報記録媒体の破損を防ぐことができる。さらに、金型を用いた射出成形法により、安価に大量生産できる。プラスチック材料としては、使用波長領域で厚さ３ｍｍにおける光透過率が８５％以上であって飽和吸水率が０．５％以下である材料が好ましい。このようなプラスチック材料として、ポリオレフィン系樹脂が望ましく、ポリオレフィン系のうちノルボルネン系樹脂がより望ましい。
【００６０】
また、第１〜第６の対物レンズは光学ガラス材料から形成されることで、光学ガラスは光学プラスチックに比して屈折率が高いので、光源側の面の非球面の見込角度を緩和することができ、金型加工が正確に行えるようになる。また、光学ガラスは光学プラスチックに比して耐環境性が高いので、温度・湿度変化等の環境変化が起こった場合の対物レンズの結像性能の劣化が少なくてすむ。
【００６１】
上述の第１〜第６の対物レンズは、物点を無限遠とするいわゆる無限系のレンズに限定されず、物点が有限距離とする有限系のレンズとしてもよい。無限遠物体からの平行光束に対して収差が最小となるように収差補正する場合は、トラッキング誤差／フォーカシング誤差の低減のために対物レンズを動かしても対物レンズへの入射条件の変化が少ないので、収差変化が少ない。また、この対物レンズを、有限距離にある物体からの発散光束に対して収差が最小となるように収差補正する場合は、ワーキングディスタンスをより大きく確保できるので、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る。また、この対物レンズを、像側物体に向かう収斂光束に対して収差が最小となるように収差補正する場合は、対物レンズへの光線の入射角が小さくなるので、製造時の偏芯誤差による収差劣化を抑えることができ、つくり易い対物レンズとすることができる。
【００６２】
また、本発明による光ピックアップ装置は、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系とを備え、前記情報記録面からの反射光を検出することで前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置であって、前記対物レンズに上述の第１の対物レンズを有することを特徴とする。
【００６３】
この光ピックアップ装置によれば、開口数がより大きく像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを使用することで、波長が４００ｎｍ程度と短い光源を使用し高密度の記録・再生が可能となり、また作動距離を十分に確保することができる。
【００６４】
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、音声および／または画像の記録、および／または、音声および／または画像の再生を行うものである。この記録・再生装置によれば、高密度の記録・再生が可能となる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態の光ピックアップ装置について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【００６６】
図１に示すピックアップ装置では、波長λが４００ｎｍ程度の短波長光源１からの光束が偏向ビームスプリッタ４、１／４波長板６、カップリングレンズ２、及び絞り７を通過し、対物レンズ８によって光情報記録媒体の保護層９を介して情報記録面９’に集光される。情報記録面９’からの反射光は、対物レンズ８及びカップリングレンズ２等を通過した後、偏向ビームスプリッタ４によって反射されシリンドリカルレンズ１２を通過して光検出器１４に向かう。
【００６７】
また、球面収差補正手段としてのカップリングレンズ２は、球面収差補正手段の駆動手段としての１軸アクチュエータ１１により図１の光軸方向に沿って変移可能に構成されている。また、対物レンズ８は、２軸アクチュエータ１０によりフォーカシング方向及びトラッキング方向に駆動される。なお、１軸アクチュエータ１１は、ボイスコイルアクチュエータやピエゾアクチュエータなどを用いることができる。
【００６８】
図１の光ピックアップ装置において、光源の個体間の波長のばらつき、温度変化や湿度変化等の環境変化、光情報記録媒体の保護層の厚さ誤差、対物レンズの製造誤差等に起因して集光光学系中で球面収差が変動した場合、カップリングレンズ２を１軸アクチュエータ１１によって光軸方向に変移させ、カップリングレンズ２から出射される光束のマージナル光線の傾角を変化させることで球面収差を補正することができる。
【００６９】
図１において対物レンズ８として本発明による開口数ＮＡがより大きく像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを用い、光源１は波長λが４００ｎｍ程度と短い光源を使用するので、高密度の記録・再生が可能となり、対物レンズ８と光情報記録媒体の保護層９との間の作動距離を十分に確保することができる。
【００７０】
次に、図２により別の光ピックアップ装置について説明する。図２に示すピックアップ装置では、波長λが４００ｎｍ程度の短波長光源１からの光束がカップリングレンズ２、ビーム整形プリズムペア３、偏向ビームスプリッタ４、ビームエキスパンダ５、１／４波長板６、及び絞り７を通過し、対物レンズ８によって光情報記録媒体の保護層９を介して情報記録面９’に集光される。情報記録面９’からの反射光は、対物レンズ８及びビームエキスパンダ５等を通過した後、偏向ビームスプリッタ４によって反射されシリンドリカルレンズ１２、フォーカシングレンズ１３を通過して光検出器１４に向かう。
【００７１】
また、球面収差補正手段としてのビームエキスパンダ５は、負レンズ５ａと正レンズ５ｂとを備え、負レンズ５ａが球面収差補正手段の駆動手段としての１軸アクチュエータ１１により図２の光軸方向に沿って変移可能に構成されている。図２の光ピックアップ装置では、上述と同様の原因で集光光学系中で球面収差が変動した場合、カップリングレンズ２と対物レンズ８との間に配置されたビームエキスパンダ５の負レンズ５ａを１軸アクチュエータ１１によって光軸方向に変移させることで球面収差を補正することができる。なお、正レンズ５ｂを光軸方向に変移させるようにしてもよい。
【００７２】
また、図１および図２の光ピックアップ装置は、図示しないが、情報記録面９’からの反射光を検出することで集光光学系で発生した球面収差の変動を検出し、その検出結果に基づいて球面収差誤差信号を生成する球面収差検出手段を有する。球面収差誤差信号が零になるように、球面収差補正手段としてのカップリングレンズ２、またはビームエキスパンダ５の負レンズ５ａを駆動させる。このような球面収差検出手段、および球面収差検出手段における球面収差検出方法としては、例えば同一出願人による特願２００１−１０８３７８号に記載されているものを用いることができる。なお、上述の球面収差検出手段は、球面収差補正手段と光源との間の光路中に配置される。
【００７３】
また、図１および図２の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段として、上述したカップリングレンズ２やビームエキスパンダ５のほかに、光軸に垂直な方向の屈折率分布が電気的に変化する素子を用いることができる。この場合、可動部が不要となるので、光ピックアップ装置の軽量化、コストダウンを達成できる。このような屈折率分布可変素子としては、例えば、液晶分子を光軸に垂直な面内で任意のＸ方向にそろえて配列させた第１液晶素子と、液晶分子を光軸に垂直な面内で任意のＸ方向とは垂直なＹ方向にそろえて配列させた第２液晶素子とを１/２波長板とガラス基板を挟んで交互に積層させた液晶素子を用いることができる。第１液晶素子と第２液晶素子のそれぞれに電圧を印加することで、屈折率分布可変素子としての液晶素子からの出射波面の位相のＸ方向成分、およびＹ方向成分を独立に制御することにより集光光学系で発生した球面収差の変動を補正することができる。なお、屈折率分布可変素子は、光軸に関してほぼ対称な屈折率分布を形成できるものであればよく、上記の形態に限られることはない。
【００７４】
図２において対物レンズ８として図１と同様に本発明による開口数ＮＡがより大きく像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを用い、光源１は波長λが４００ｎｍ程度と短い光源を使用するので、高密度の記録・再生が可能となり、対物レンズ８と光情報記録媒体の保護層９との間の作動距離を十分に確保することができる。
【００７５】
【実施例】
次に、図１，図２の光ピックアップ装置に適用可能な非球面単玉対物レンズの実施例１〜９について説明する。各実施例のデータの一覧表を表１に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
なお、本実施例の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、Ａ２ｉを非球面係数とする。
【００７８】
【数１】
【００７９】
また、本実施例のレンズに設けた輪帯状の回折面は光路差関数Φｂとして次の数２により表すことができる。ここで、ｈは光軸に垂直な高さであり、ｂ２ｉは光路差関数の係数である。
【００８０】
【数２】
【００８１】
実施例１は、ｆ＝１．７０ｍｍ、ＮＡ０．８８、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例１のレンズデータを表２に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：Ｍ−ＬａＣ１３０）とした。図３に実施例１に関する光路図を示し、図４に実施例１に関する球面収差図を示す。なお、図４の球面収差図において、ＳＡ（Spherical Aberration）は設計基準波長における球面収差であり、ＳＣ（Sine Condition）は正弦条件である。後述の各球面収差図においても同じである。
【００８２】
【表２】
【００８３】
実施例２は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例２のレンズデータを表３に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：Ｍ−ＬａＣ１３０）とした。図５に実施例２に関する光路図を示し、図６に実施例２に関する球面収差図を示す。
【００８４】
【表３】
【００８５】
実施例３は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．１０ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例３のレンズデータを表４に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：ＴＡＦＤ３０）とした。図７に実施例３に関する光路図を示し、図８に実施例３に関する球面収差図を示す。
【００８６】
【表４】
【００８７】
実施例４は、ｆ＝１．６１ｍｍ、ＮＡ０．９３、ｔ＝０．０３ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例４のレンズデータを表５に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：ＮＢＦＤ１３）とした。図９に実施例４に関する光路図を示し、図１０に実施例４に関する球面収差図を示す。
【００８８】
【表５】
【００８９】
実施例５は、ｆ＝１．５８ｍｍ、ＮＡ０．９５、ｔ＝０．０３ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例５のレンズデータを表６に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：Ｍ−ＬａＣ１３０）とした。図１１に実施例５に関する光路図を示し、図１２に実施例５に関する球面収差図を示す。
【００９０】
【表６】
【００９１】
実施例６は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例６のレンズデータを表７に示す。レンズ材料は、ポリオレフィン系のノルボルネン系樹脂であって、使用波長領域での厚さ３ｍｍにおける光透過率は９５％以上、飽和吸水率は０．０１％以下、比重は約１．０である光学プラスチックとした。図１３に実施例６に関する光路図を示し、図１４に実施例６に関する球面収差図を示す。
【００９２】
【表７】
【００９３】
実施例７は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例７のレンズデータを表８に示す。レンズ材料は、実施例６の材料と同じ光学プラスチックであるので説明は割愛する。また、光源側の面を回折面とすることで、軸上色収差を補正したので、＋１ｎｍのモードホッピングが起こった場合の波面収差のデフォーカス成分を０．００６λｒｍｓ（計算値）と小さく抑えることができた。このとき、回折構造によって透過波面に付加される光路差を表す光路差関数の係数を、１次回折光が最大の回折光量を有するように設計した。図１５に実施例７に関する光路図を示し、図１６に実施例７に関する球面収差図を示す。
【００９４】
【表８】
【００９５】
以上の実施例１〜７の対物レンズでは、上述した（２）式、（２１）式、（２７）式を満たすように設計することで、像高特性を良好に補正した。
【００９６】
実施例８は、ｆ＝１．８８ｍｍ、ＮＡ０．８０、ｔ＝０．１０ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例８のレンズデータを表９に示す。レンズ材料は、実施例６の材料と同じ光学プラスチックであるので説明は割愛する。図１７に実施例８に関する光路図を示し、図１８に実施例８に関する球面収差図を示す。
【００９７】
【表９】
【００９８】
実施例９は、ｆ＝１．７６ｍｍ、ＮＡ０．８５、ｔ＝０．１０ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例９のレンズデータを表１０に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：ＴＡＦＤ３０）とした。図１９に実施例９に関する光路図を示し、図２０に実施例９に関する球面収差図を示す。
【００９９】
【表１０】
【０１００】
以上の実施例８，９の対物レンズでは、上述した（２３）式、（２５）式、（２７）式を満たすように設計することで、像高特性を良好に補正するとともに、光源側の面に入射する光束径が３ｍｍである小径の高ＮＡレンズでありながら、作動距離を０．７ｍｍ以上を確保した。
【０１０１】
なお、上述の表または図では、１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０−２）のように表す場合がある。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズにおいて、開口数が０．８５より大とされ、像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを提供でき、また、波長が４００ｎｍ程度と短い光源を使用する高密度光ピックアップ装置に用いるのに好適な、開口数が０．８５より大とされた非球面単玉対物レンズを提供できる。また、開口数が０．７０より大とされた非球面単玉レンズにおいて、像高特性が良好であって、作動距離が十分に確保され、かつ軽量な非球面単玉対物レンズを提供できる。
【０１０３】
また、上述の対物レンズを搭載し、高密度の記録・再生が可能となる光ピックアップ装置及び記録・再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態の別の光ピックアップ装置を概略的に示す図である
【図３】実施例１に関する光路図である。
【図４】実施例１に関する球面収差図である。
【図５】実施例２に関する光路図である。
【図６】実施例２に関する球面収差図である。
【図７】実施例３に関する光路図である。
【図８】実施例３に関する球面収差図である。
【図９】実施例４に関する光路図である。
【図１０】実施例４に関する球面収差図である。
【図１１】実施例５に関する光路図である。
【図１２】実施例５に関する球面収差図である。
【図１３】実施例６に関する光路図である。
【図１４】実施例６に関する球面収差図である。
【図１５】実施例７に関する光路図である。
【図１６】実施例７に関する球面収差図である。
【図１７】実施例８に関する光路図である。
【図１８】実施例８に関する球面収差図である。
【図１９】実施例９に関する光路図である。
【図２０】実施例９に関する球面収差図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ カップリングレンズ
５ ビームエキスパンダ
８ 対物レンズ
９ 保護層
９’ 情報記録面
１０ ２軸アクチュエータ
１１ １軸アクチュエータ
１４ 光検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズ、この対物レンズを含む光ピックアップ装置、及びこの光ピックアップ装置を含む記録・再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発振波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザ等の光源と、開口数が０．８５程度まで高められた対物レンズを用いた新しい高密度記録光ピックアップシステムの研究・開発が進んでいる。光ディスクや光磁気ディスク等の光学記録媒体の記録密度は、対物レンズによって情報記録面上に集光されるスポットの面積（＝ｋ・（λ／ＮＡ）２）、但し、ｋは比例定数、λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）に反比例して増大するとは周知の事実である。光学記録媒体の高密度化を図るには、対物レンズの開口数を高くするほかに、光源波長を短くするという方法があるが、３５０ｎｍより短い波長領域ではレンズ材料の光透過率が急激に低下するために実用上十分な光利用効率が得られないという問題がある。したがって、新しい光ピックアップシステムでは、よりいっそうの高密度化のために対物レンズの更なる高開口数化が要求されることが予想される。
【０００３】
上記の高密度記録光ピックアップシステムには、２群構成の対物レンズが搭載されているが、高ＮＡの２群構成の対物レンズでは、レンズ間の偏芯許容度が小さいため、第１レンズと第２レンズを組み立てる際の工数の増大、生産効率の悪化、およびコストの上昇が招来される。
【０００４】
また、対物レンズの焦点深度は、開口数の二乗に反比例するので、開口数が大きくなるほど焦点深度は小さくなり、対物レンズのフォーカシング用のアクチュエータに要求される応答速度や精度は益々高くなる。２群構成の対物レンズは単玉レンズに比して重量が大きいため、アクチュエータの大型化、コストの上昇が招来される。
【０００５】
さらに、高ＮＡの２群構成の対物レンズは単玉レンズに比して作動距離が小さくなりがちである。高ＮＡ対物レンズの設計において、作動距離の十分な確保は光記録媒体の破壊を防ぐ意味で重要な問題である。
【０００６】
以上から、高ＮＡの対物レンズは組み立て調整の必要がなく、軽量で、かつ作動距離を十分に確保できる単玉レンズであるのが好ましい。
【０００７】
ところで、光学記録媒体の記録および／または再生用の非球面単玉レンズでは、非球面の収差補正作用によって球面収差とコマ収差を補正するが、ＮＡが大きくなると、波面収差としてのアスが大きくなり、像高特性が劣化するという課題がある。
【０００８】
また、対物レンズの焦点深度が小さくなると、光源に対物レンズのフォーカシングが追従できないような瞬時的な波長変動がおきた場合に生じるデフォーカス成分が大きくなる。したがって、開口数が大きくなるほどより厳しく対物レンズの色収差を補正しなければならない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズにおいて、開口数が０．８５より大とされ、像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを提供することを目的とする。
【００１０】
また、波長が４００ｎｍ程度と短い光源を使用する高密度光ピックアップ装置に用いるのに好適な、開口数が０．８５より大とされた非球面単玉対物レンズを提供することを目的とする。
【００１１】
また、開口数が０．７０より大とされた非球面単玉レンズにおいて、像高特性が良好であって、作動距離が十分に確保され、かつ軽量な対物レンズを提供することを目的とする。
【００１２】
更に、これらの対物レンズを搭載した光ピックアップ装置及び記録・再生装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による第１の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、次式（１）、（２）、（３）、（２９）を満たすことを特徴とする。
【００１４】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （１）
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （２）
０．５＜Φ１＜５．８ （３）
０．３５＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０
（２９）
ただし、
ＮＡ：前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数
ｄ：前記対物レンズの光軸上の厚さ（ｍｍ）
ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）
Φ１：前記光源側の面の有効径（ｍｍ）
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
ｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率
ｍ：前記対物レンズの結像倍率
【００１５】
この対物レンズによれば、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対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５以上に高めることで、情報記録面上に集光するスポットのサイズを小さくできるので、より高密度に記録および／またはより高密度に記録された情報の再生が光情報記録媒体に対して可能となる。また、少なくとも１つの面を非球面とすることで、球面収差やコマ収差を良好に補正できる。このとき、光源側の面を非球面とするのが好ましく、それにより諸収差をより良好に補正できる。さらに、単玉レンズとすることで、組み立て調整が不要となるので、生産効率の向上、およびコストダウンを達成できる。
【００１６】
本発明による第１の対物レンズは（１）式を満たすことが好ましく、（１）式はＮＡが０．８５より大きい単玉レンズにおいて良好な像高特性を得るための、レンズの光軸上の厚さｄと焦点距離ｆとの好適な条件であって、下限以上であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次アス成分が大きくなりすぎず、５次以上の高次コマ成分が大きくなりすぎない。（１）式の上限以下であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次球面収差成分が大きくなりすぎず、５次アス成分が大きくなりすぎず、３次コマ成分が大きくなりすぎず、非点隔差が大きくなりすぎない。
【００１７】
また、（２）式の上限以下であると、レンズの光軸上の厚さが大きくなりすぎないので、レンズを軽量とすることができ、より小型のアクチュエータでの駆動が可能となる。さらに、（２）式の上限以下であると、レンズの光軸上の厚さが大きくなりすぎないので、作動距離を十分に確保することができる。上記の作用を達成するには、次の式（２’）を満たすのがより好ましい。
【００１８】
１．１０≦ｄ／ｆ≦１．９０ （２’）
【００１９】
さらに、本発明の第１の対物レンズは（３）式を満たすことが好ましい。高ＮＡの対物レンズは、比較的低ＮＡのＣＤ、ＤＶＤ用の従来の光ピックアップ用の対物レンズに比して、作動距離が小さくなりがちであるところ、対物レンズの口径を大きくすれば、作動距離を確保することは可能であるが、その場合、対物レンズの重量が大きくなるためアクチュエータの大型化やコストの上昇が招来される。そこで、本発明の対物レンズの光源側の面に入射する光束径の上限を（３）式のように定めた。
【００２０】
また、参考例による第２の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、次式（４）、（５）、（６）を満たすことを特徴とする。
【００２１】
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （４）
０．４７＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０ (5)０．５＜Φ１＜５．８ （６）
【００２２】
ただし、ｄ：前記対物レンズの光軸上の厚さ（ｍｍ）Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするＸ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）ｍ：前記対物レンズの結像倍率Φ１：光源側の面の有効径（ｍｍ）
【００２３】
上述の第２の対物レンズにおいて（５）式は、ＮＡが０．８５より大きい単玉レンズにおいて球面収差を良好に補正するための光源側の面と光情報記録媒体側の面のサグ量に関する条件式である。Ｘ１が正でその絶対値が小さい程、Ｘ２が負でその絶対値が小さい程マージナル光線の球面収差を補正過剰にする効果が大きくなり、Ｘ１が正でその絶対値が大きい程、Ｘ２が負でその絶対値が大きい程マージナル光線の球面収差を補正不足にする効果が大きくなるので、球面収差を補正するためには、（Ｘ１−Ｘ２）はある範囲内にあることが必要である。
【００２４】
以上より、参考例による第２の対物レンズは（５）式を満たすのが好ましく、下限以上でマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以下でマージナル光線の球面収差が補正不足になり過ぎない。上記の作用を達成するには、後述の（２１）式を満たすのがより好ましい。また、上述の（１）、（３）式と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また、第２の対物レンズにおいて前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡの値が次式（７）を満たすことが好ましい。
【００２６】
０．７０＜ＮＡ＜０．９８ （７）
【００２７】
また、参考例による第３の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであるとともに、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、および前記波長λの値がそれぞれ次式（８）、（９）を満たすことを特徴とする。
【００２８】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （８）
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （９）
【００２９】
光源として波長が（９）式を満たすような単波長光源を使用する光ピックアップ装置に、本発明による第３の対物レンズを搭載すると、より高密度に記録および／またはより高密度に記録された情報の再生が光情報記録媒体に対して可能となる。このような単波長光源としては、ＧａＮ等のＩＩＩ-Ｖ族窒化物半導体レーザや、ＳＨＧレーザを用いることができる。また、上述の（１）式と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、第３の対物レンズにおいて前記対物レンズの光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）、および光源側の面の有効径Φ１（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（１０）、（１１）を満たすことが好ましい。
【００３１】
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （１０）
０．５＜Φ１＜５．８ （１１）
【００３２】
また、参考例による第４の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされるとともに、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成された単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、および無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（１２）、（１３）を満たすことを特徴とする。
【００３３】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （１２）
０．９５＜ｄ／ｆ＜３．００ （１３）
【００３４】
半導体レーザから出射されるレーザ光は一般に単波長（シングルモード）であり、色収差は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とぶ、モードホッピングを起こす場合がある。対物レンズの焦点深度ｄ’は、よく知られているようにｄ’∝λ／（ＮＡ）2（λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）で表される。したがって、ＮＡが大きくなるほど焦点深度は小さくなるので、ＮＡが０．８５より大とされた対物レンズでは半導体レーザのモードホッピングにより生じる色収差によるデフォーカスは許容できない問題となるため、対物レンズの色収差補正を補正する必要がある。さらに、一般的な光学材料では、波長が短くなるほど波長変化による屈折率変化が大きくなるので、短波長半導体レーザを使用する場合、モードホッピングにより対物レンズでは色収差が大きく発生する。光源の波長が短くなるほど対物レンズの焦点深度は小さくなるので、わずかなデフォーカスさえも許されなくなり、短波長半導体レーザを使用する場合には対物レンズの色収差補正の必要性は益々高くなる。色収差を補正する方法としては、例えば相対的にアッベ数の大きい正レンズと相対的にアッベ数の小さい負レンズとの接合ダブレットとする方法があるが、この場合、対物レンズの重量が大きくなってしまうので、フォーカシング用のアクチュエータへの負担という観点上好ましくない。
【００３５】
そこで、第４の対物レンズのように、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を設ければ、レンズ枚数を増やすことなく色収差の補正をすることができる。また、上述の（１）、（２）式と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、第４の対物レンズにおいて前記対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記波長λ、および光源側の面の有効径Φ１（ｍｍ）が次式（１４）、（１５）を満たすことが好ましい。
【００３７】
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （１４）
０．５＜Φ１＜５．８ （１５）
【００３８】
また、参考例による第５の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、少なくとも１つの面が非球面とされるとともに、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造が形成された単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、および前記波長λの値がそれぞれ次式（１６）、（１７）を満たすことを特徴とする。
【００３９】
０．８５＜ＮＡ＜０．９８ （１６）
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （１７）
【００４０】
第５の対物レンズによれば、上述のように、少なくとも１つの面上に輪帯状の回折構造を設けることで、レンズ枚数を増やすことなく色収差の補正をすることができる。また、上述の（１）、（９）式と同じ効果を得ることができる。
【００４１】
また、第５の対物レンズにおいて前記対物レンズの光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）、および光源側の面の有効径Φ１（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（１８）、（１９）を満たすことが好ましい。
【００４２】
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００ （１８）
０．５＜Φ１＜５．８ （１９）
【００４３】
また、第１，第３，第４，第５の対物レンズは次式（２０）を満たすことが好ましい。
０．４０＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０ (20)
【００４４】
ただし、Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするＸ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）ｍ：前記対物レンズの結像倍率
【００４５】
また、第１〜第５の対物レンズは次式（２１）を満たすことが更に好ましい。
０．４７＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．７５ (21)
【００４６】
また、参考例による第６の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数ＮＡ、光軸上の厚さｄ（ｍｍ）、および無限遠物体での焦点距離ｆ（ｍｍ）の値がそれぞれ次式（２２）、（２３）を満たすことを特徴とする。
【００４７】
０．７０＜ＮＡ＜０．９８ （２２）
０．８０＜ｄ／ｆ＜１．３５ （２３）
【００４８】
第６の対物レンズによれば、（２３）式は、ＮＡの値が（２２）式を満たす高ＮＡ単玉対物レンズにおいて、像高特性が良好であって、かつ十分な作動距離が確保された軽量な対物レンズを得るための条件であり、（２３）式の下限以上であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次アス成分が大きくなりすぎず、５次以上の高次コマ成分が大きくなりすぎない。さらに、レンズの縁厚を十分に確保できる。（２３）式の上限以下であると、像高特性を波面収差で評価したときの３次球面収差成分が大きくなりすぎず、５次アス成分が大きくなりすぎず、３次コマ成分が大きくなりすぎず、非点隔差が大きくなりすぎない。さらに、十分な作動距離を確保できるとともに、レンズの体積が大きくなりすぎないので、アクチュエータへの負担を軽減することができる。
【００４９】
また、第６の対物レンズは次式（２４）を満たすことが好ましい。
０．３５＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．７０ (24)
【００５０】
ただし、Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするＸ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とするｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）ｍ：前記対物レンズの結像倍率
【００５１】
また、第６の対物レンズは次式（２５）を満たすことが更に好ましい。
０．４０＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．６５ (25)
【００５２】
上述の第６の対物レンズにおける（２４）式は、ＮＡの値が（２２）式を満たす高ＮＡ単玉対物レンズにおいて球面収差を良好に補正するための光源側の面と光情報記録媒体側の面のサグ量に関する条件式である。Ｘ１が正でその絶対値が小さい程、Ｘ２が負でその絶対値が小さい程マージナル光線の球面収差を補正過剰にする効果が大きくなり、Ｘ１が正でその絶対値が大きい程、Ｘ２が負でその絶対値が大きい程マージナル光線の球面収差を補正不足にする効果が大きくなるので、球面収差を補正するためには、Ｘ１−Ｘ２はある範囲内にあることが必要である。以上より、本発明による第６の対物レンズは（２４）式を満たすのが好ましく、下限以上でマージナル光線の球面収差が補正過剰になり過ぎず、上限以下でマージナル光線の球面収差が補正不足になり過ぎない。上記の作用を達成するには、（２５）式を満たすのがより好ましい。
【００５３】
また、第６の対物レンズは、波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記波長λが次式（２６）を満たすことが好ましい。
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ （２６）
【００５４】
また、第１〜第６の対物レンズは両面が非球面とされた単玉レンズであることが好ましい。球面収差及びコマ収差をより精緻に補正するには、このように両面を非球面とするのがより好ましい。
【００５５】
また、第１〜第６の対物レンズの光源側の面の近軸曲率半径ｒ１（ｍｍ）の値が次式（２７）を満たすことが好ましい。
０．２５＜ｒ１／(ｎ・ｆ・（１−｜ｍ｜))＜０．６５ （２７）
【００５６】
（２７）式は、像高特性のコマ収差成分を良好に補正するための条件式であり、（２７）式の下限以上であると、正弦条件の高次領域がアンダーになりすぎず、上限以下であると、正弦条件の高次領域がオーバーになりすぎない。上記の作用を達成するには、次式（２７’）を満たすのがより好ましい。
０．３５＜ｒ１／(ｎ・ｆ・（１−｜ｍ｜))＜０．５５ （２７’）
【００５７】
また、第１〜第６の対物レンズは光情報記録媒体の情報記録面を保護している保護層の厚さに対応した球面収差補正がなされ、前記保護層の厚さｔ（ｍｍ）の値が次式（２８）を満たすことが好ましい。
０．０≦ｔ＜０．１５ （２８）
【００５８】
（２８）式は、光情報記録媒体のスキューによって生じるコマ収差を抑制するための、光情報記録媒体の保護層の最適な厚さに関する条件式である。対物レンズの開口数が０．８５より大とされた場合は、光情報記録媒体の保護層の厚みを０．１５ｍｍより小さくすることで、ＣＤやＤＶＤなどの従来の光情報記録媒体と同程度、あるいは同等以上のスキューマージンを確保できる。保護層の厚さが零であれば、ディスクスキューによってコマ収差は生じないので、本発明による各対物レンズは、保護層の厚さが零に対応した球面収差補正、すなわち、対物レンズのみで球面収差が補正されるようにしてもよい。
【００５９】
また、第１〜第６の対物レンズは光学プラスチック材料から形成されることで、高ＮＡの対物レンズであっても重量、慣性が小さいので、フォーカシング用のアクチュエータへの負担を軽減でき、さらにアクチュエータによる対物レンズのより精緻な位置制御が可能となる。その結果、フォーカシング誤差の低減、アクチュエータの小型化、アクチュエータの省電力化等が達成できる。また、光情報記録媒体と接触した場合に光情報記録媒体の破損を防ぐことができる。さらに、金型を用いた射出成形法により、安価に大量生産できる。プラスチック材料としては、使用波長領域で厚さ３ｍｍにおける光透過率が８５％以上であって飽和吸水率が０．５％以下である材料が好ましい。このようなプラスチック材料として、ポリオレフィン系樹脂が望ましく、ポリオレフィン系のうちノルボルネン系樹脂がより望ましい。
【００６０】
また、第１〜第６の対物レンズは光学ガラス材料から形成されることで、光学ガラスは光学プラスチックに比して屈折率が高いので、光源側の面の非球面の見込角度を緩和することができ、金型加工が正確に行えるようになる。また、光学ガラスは光学プラスチックに比して耐環境性が高いので、温度・湿度変化等の環境変化が起こった場合の対物レンズの結像性能の劣化が少なくてすむ。
【００６１】
上述の第１〜第６の対物レンズは、物点を無限遠とするいわゆる無限系のレンズに限定されず、物点が有限距離とする有限系のレンズとしてもよい。無限遠物体からの平行光束に対して収差が最小となるように収差補正する場合は、トラッキング誤差／フォーカシング誤差の低減のために対物レンズを動かしても対物レンズへの入射条件の変化が少ないので、収差変化が少ない。また、この対物レンズを、有限距離にある物体からの発散光束に対して収差が最小となるように収差補正する場合は、ワーキングディスタンスをより大きく確保できるので、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る。また、この対物レンズを、像側物体に向かう収斂光束に対して収差が最小となるように収差補正する場合は、対物レンズへの光線の入射角が小さくなるので、製造時の偏芯誤差による収差劣化を抑えることができ、つくり易い対物レンズとすることができる。
【００６２】
また、本発明による光ピックアップ装置は、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系とを備え、前記情報記録面からの反射光を検出することで前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置であって、前記対物レンズに上述の第１の対物レンズを有することを特徴とする。
【００６３】
この光ピックアップ装置によれば、開口数がより大きく像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを使用することで、波長が４００ｎｍ程度と短い光源を使用し高密度の記録・再生が可能となり、また作動距離を十分に確保することができる。
【００６４】
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、音声および／または画像の記録、および／または、音声および／または画像の再生を行うものである。この記録・再生装置によれば、高密度の記録・再生が可能となる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態の光ピックアップ装置について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【００６６】
図１に示すピックアップ装置では、波長λが４００ｎｍ程度の短波長光源１からの光束が偏向ビームスプリッタ４、１／４波長板６、カップリングレンズ２、及び絞り７を通過し、対物レンズ８によって光情報記録媒体の保護層９を介して情報記録面９’に集光される。情報記録面９’からの反射光は、対物レンズ８及びカップリングレンズ２等を通過した後、偏向ビームスプリッタ４によって反射されシリンドリカルレンズ１２を通過して光検出器１４に向かう。
【００６７】
また、球面収差補正手段としてのカップリングレンズ２は、球面収差補正手段の駆動手段としての１軸アクチュエータ１１により図１の光軸方向に沿って変移可能に構成されている。また、対物レンズ８は、２軸アクチュエータ１０によりフォーカシング方向及びトラッキング方向に駆動される。なお、１軸アクチュエータ１１は、ボイスコイルアクチュエータやピエゾアクチュエータなどを用いることができる。
【００６８】
図１の光ピックアップ装置において、光源の個体間の波長のばらつき、温度変化や湿度変化等の環境変化、光情報記録媒体の保護層の厚さ誤差、対物レンズの製造誤差等に起因して集光光学系中で球面収差が変動した場合、カップリングレンズ２を１軸アクチュエータ１１によって光軸方向に変移させ、カップリングレンズ２から出射される光束のマージナル光線の傾角を変化させることで球面収差を補正することができる。
【００６９】
図１において対物レンズ８として本発明による開口数ＮＡがより大きく像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを用い、光源１は波長λが４００ｎｍ程度と短い光源を使用するので、高密度の記録・再生が可能となり、対物レンズ８と光情報記録媒体の保護層９との間の作動距離を十分に確保することができる。
【００７０】
次に、図２により別の光ピックアップ装置について説明する。図２に示すピックアップ装置では、波長λが４００ｎｍ程度の短波長光源１からの光束がカップリングレンズ２、ビーム整形プリズムペア３、偏向ビームスプリッタ４、ビームエキスパンダ５、１／４波長板６、及び絞り７を通過し、対物レンズ８によって光情報記録媒体の保護層９を介して情報記録面９’に集光される。情報記録面９’からの反射光は、対物レンズ８及びビームエキスパンダ５等を通過した後、偏向ビームスプリッタ４によって反射されシリンドリカルレンズ１２、フォーカシングレンズ１３を通過して光検出器１４に向かう。
【００７１】
また、球面収差補正手段としてのビームエキスパンダ５は、負レンズ５ａと正レンズ５ｂとを備え、負レンズ５ａが球面収差補正手段の駆動手段としての１軸アクチュエータ１１により図２の光軸方向に沿って変移可能に構成されている。図２の光ピックアップ装置では、上述と同様の原因で集光光学系中で球面収差が変動した場合、カップリングレンズ２と対物レンズ８との間に配置されたビームエキスパンダ５の負レンズ５ａを１軸アクチュエータ１１によって光軸方向に変移させることで球面収差を補正することができる。なお、正レンズ５ｂを光軸方向に変移させるようにしてもよい。
【００７２】
また、図１および図２の光ピックアップ装置は、図示しないが、情報記録面９’からの反射光を検出することで集光光学系で発生した球面収差の変動を検出し、その検出結果に基づいて球面収差誤差信号を生成する球面収差検出手段を有する。球面収差誤差信号が零になるように、球面収差補正手段としてのカップリングレンズ２、またはビームエキスパンダ５の負レンズ５ａを駆動させる。このような球面収差検出手段、および球面収差検出手段における球面収差検出方法としては、例えば同一出願人による特願２００１−１０８３７８号に記載されているものを用いることができる。なお、上述の球面収差検出手段は、球面収差補正手段と光源との間の光路中に配置される。
【００７３】
また、図１および図２の光ピックアップ装置において、球面収差補正手段として、上述したカップリングレンズ２やビームエキスパンダ５のほかに、光軸に垂直な方向の屈折率分布が電気的に変化する素子を用いることができる。この場合、可動部が不要となるので、光ピックアップ装置の軽量化、コストダウンを達成できる。このような屈折率分布可変素子としては、例えば、液晶分子を光軸に垂直な面内で任意のＸ方向にそろえて配列させた第１液晶素子と、液晶分子を光軸に垂直な面内で任意のＸ方向とは垂直なＹ方向にそろえて配列させた第２液晶素子とを１/２波長板とガラス基板を挟んで交互に積層させた液晶素子を用いることができる。第１液晶素子と第２液晶素子のそれぞれに電圧を印加することで、屈折率分布可変素子としての液晶素子からの出射波面の位相のＸ方向成分、およびＹ方向成分を独立に制御することにより集光光学系で発生した球面収差の変動を補正することができる。なお、屈折率分布可変素子は、光軸に関してほぼ対称な屈折率分布を形成できるものであればよく、上記の形態に限られることはない。
【００７４】
図２において対物レンズ８として図１と同様に本発明による開口数ＮＡがより大きく像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを用い、光源１は波長λが４００ｎｍ程度と短い光源を使用するので、高密度の記録・再生が可能となり、対物レンズ８と光情報記録媒体の保護層９との間の作動距離を十分に確保することができる。
【００７５】
【実施例】
次に、図１，図２の光ピックアップ装置に適用可能な非球面単玉対物レンズの実施例１〜９について説明する。各実施例のデータの一覧表を表１に示す。
【００７６】
【表１】
なお、本実施例の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、Ａ２ｉを非球面係数とする。
【００７８】
【数１】
また、本実施例のレンズに設けた輪帯状の回折面は光路差関数Φｂとして次の数２により表すことができる。ここで、ｈは光軸に垂直な高さであり、ｂ２ｉは光路差関数の係数である。
【００８０】
【数２】
実施例１は、ｆ＝１．７０ｍｍ、ＮＡ０．８８、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例１のレンズデータを表２に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：Ｍ−ＬａＣ１３０）とした。図３に実施例１に関する光路図を示し、図４に実施例１に関する球面収差図を示す。なお、図４の球面収差図において、ＳＡ（Spherical Aberration）は設計基準波長における球面収差であり、ＳＣ（Sine Condition）は正弦条件である。後述の各球面収差図においても同じである。
【００８２】
【表２】
実施例２は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例２のレンズデータを表３に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：Ｍ−ＬａＣ１３０）とした。図５に実施例２に関する光路図を示し、図６に実施例２に関する球面収差図を示す。
【００８４】
【表３】
実施例３は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．１０ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例３のレンズデータを表４に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：ＴＡＦＤ３０）とした。図７に実施例３に関する光路図を示し、図８に実施例３に関する球面収差図を示す。
【００８６】
【表４】
実施例４は、ｆ＝１．６１ｍｍ、ＮＡ０．９３、ｔ＝０．０３ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例４のレンズデータを表５に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：ＮＢＦＤ１３）とした。図９に実施例４に関する光路図を示し、図１０に実施例４に関する球面収差図を示す。
【００８８】
【表５】
実施例５は、ｆ＝１．５８ｍｍ、ＮＡ０．９５、ｔ＝０．０３ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例５のレンズデータを表６に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：Ｍ−ＬａＣ１３０）とした。図１１に実施例５に関する光路図を示し、図１２に実施例５に関する球面収差図を示す。
【００９０】
【表６】
実施例６は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例６のレンズデータを表７に示す。レンズ材料は、ポリオレフィン系のノルボルネン系樹脂であって、使用波長領域での厚さ３ｍｍにおける光透過率は９５％以上、飽和吸水率は０．０１％以下、比重は約１．０である光学プラスチックとした。図１３に実施例６に関する光路図を示し、図１４に実施例６に関する球面収差図を示す。
【００９２】
【表７】
実施例７は、ｆ＝１．６７ｍｍ、ＮＡ０．９０、ｔ＝０．０５ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例７のレンズデータを表８に示す。レンズ材料は、実施例６の材料と同じ光学プラスチックであるので説明は割愛する。また、光源側の面を回折面とすることで、軸上色収差を補正したので、＋１ｎｍのモードホッピングが起こった場合の波面収差のデフォーカス成分を０．００６λｒｍｓ（計算値）と小さく抑えることができた。このとき、回折構造によって透過波面に付加される光路差を表す光路差関数の係数を、１次回折光が最大の回折光量を有するように設計した。図１５に実施例７に関する光路図を示し、図１６に実施例７に関する球面収差図を示す。
【００９４】
【表８】
以上の実施例１〜７の対物レンズでは、上述した（２）式、（２１）式、（２７）式を満たすように設計することで、像高特性を良好に補正した。
【００９６】
実施例８は、ｆ＝１．８８ｍｍ、ＮＡ０．８０、ｔ＝０．１０ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例８のレンズデータを表９に示す。レンズ材料は、実施例６の材料と同じ光学プラスチックであるので説明は割愛する。図１７に実施例８に関する光路図を示し、図１８に実施例８に関する球面収差図を示す。
【００９７】
【表９】
実施例９は、ｆ＝１．７６ｍｍ、ＮＡ０．８５、ｔ＝０．１０ｍｍ、λ＝４０５ｎｍ、ｍ＝０の両面非球面単玉レンズである。実施例９のレンズデータを表１０に示す。レンズ材料は光学ガラス（ＨＯＹＡ社製：ＴＡＦＤ３０）とした。図１９に実施例９に関する光路図を示し、図２０に実施例９に関する球面収差図を示す。
【００９９】
【表１０】
以上の実施例８，９の対物レンズでは、上述した（２３）式、（２５）式、（２７）式を満たすように設計することで、像高特性を良好に補正するとともに、光源側の面に入射する光束径が３ｍｍである小径の高ＮＡレンズでありながら、作動距離を０．７ｍｍ以上を確保した。
【０１０１】
なお、上述の表または図では、１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０−２）のように表す場合がある。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によれば、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズにおいて、開口数が０．８５より大とされ、像高特性の良好な非球面単玉対物レンズを提供でき、また、波長が４００ｎｍ程度と短い光源を使用する高密度光ピックアップ装置に用いるのに好適な、開口数が０．８５より大とされた非球面単玉対物レンズを提供できる。また、開口数が０．７０より大とされた非球面単玉レンズにおいて、像高特性が良好であって、作動距離が十分に確保され、かつ軽量な非球面単玉対物レンズを提供できる。
【０１０３】
また、上述の対物レンズを搭載し、高密度の記録・再生が可能となる光ピックアップ装置及び記録・再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態の別の光ピックアップ装置を概略的に示す図である
【図３】実施例１に関する光路図である。
【図４】実施例１に関する球面収差図である。
【図５】実施例２に関する光路図である。
【図６】実施例２に関する球面収差図である。
【図７】実施例３に関する光路図である。
【図８】実施例３に関する球面収差図である。
【図９】実施例４に関する光路図である。
【図１０】実施例４に関する球面収差図である。
【図１１】実施例５に関する光路図である。
【図１２】実施例５に関する球面収差図である。
【図１３】実施例６に関する光路図である。
【図１４】実施例６に関する球面収差図である。
【図１５】実施例７に関する光路図である。
【図１６】実施例７に関する球面収差図である。
【図１７】実施例８に関する光路図である。
【図１８】実施例８に関する球面収差図である。
【図１９】実施例９に関する光路図である。
【図２０】実施例９に関する球面収差図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ カップリングレンズ
５ ビームエキスパンダ
８ 対物レンズ
９ 保護層
９’ 情報記録面
１０ ２軸アクチュエータ
１１ １軸アクチュエータ
１４ 光検出器
Claims (23)
- 光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、
前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズであり、次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
０．８５＜ＮＡ＜０．９８
０．８０＜ｄ／ｆ＜３．００
０．５＜Φ１＜５．８
０．３５＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０
ただし、
ＮＡ：前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数
ｄ：前記対物レンズの光軸上の厚さ（ｍｍ）
ｆ：前記対物レンズの無限遠物体での焦点距離（ｍｍ）
Φ１：前記光源側の面の有効径（ｍｍ）
Ｘ１：光軸に垂直で光源側の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光源側の面上の位置）における光源側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
Ｘ２：光軸に垂直で光情報記録媒体側の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光情報記録媒体側の面上の位置）における光情報記録媒体側の面との光軸方向の差（ｍｍ）で、上記接平面を基準として光情報記録媒体の方向に測る場合を正、光源の方向に測る場合を負とする。
ｎ：前記対物レンズの光源の波長における屈折率
ｍ：前記対物レンズの結像倍率 - 前記対物レンズは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。
０．４０＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０ - 前記対物レンズは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。
０．４７＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．８０ - 前記対物レンズは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。
０．４７＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．７５ - 前記対物レンズは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。
０．３５＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．７０ - 前記対物レンズは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。
０．４０＜(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))＜０．６５ - 前記対物レンズは波長λの光源を有する光ピックアップ装置用の対物レンズであるとともに、前記波長λの値が次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の対物レンズ。
３５０ｎｍ＜λ＜５５０ｎｍ - 前記対物レンズは次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．９５＜ｄ／ｆ＜３．００ - 前記対物レンズは次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．８０＜ｄ／ｆ＜１．３５ - 前記対物レンズは次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５または請求項７のいずれか１項に記載の対物レンズ。
１．１＜ｄ／ｆ＜１．９ - 前記対物レンズは次式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の対物レンズ。
０．４９≦(Ｘ１−Ｘ２)・(ｎ−１)／(ＮＡ・ｆ・√（１+｜ｍ｜))≦０．６７ - 前記対物レンズは次式を満たすことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の対物レンズ。
０．４４≦ｒ１／(ｎ・ｆ・（１−｜ｍ｜))≦０．４８ - 前記対物レンズは両面が非球面とされた単玉レンズであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の対物レンズ。
- 前記対物レンズの光源側の面の近軸曲率半径ｒ１（ｍｍ）の値が次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１１又は請求項１３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．２５＜ｒ１／(ｎ・ｆ・（１−｜ｍ｜))＜０．６５ - 前記対物レンズは光情報記録媒体の情報記録面を保護している保護層の厚さに対応した球面収差補正がなされ、前記保護層の厚さｔ（ｍｍ）の値が次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．０≦ｔ＜０．１５ - 前記対物レンズは光学プラスチック材料から形成されたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
- 前記対物レンズは光学ガラス材料から形成されたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の対物レンズ。
- 光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系と、を備え、前記情報記録面からの反射光を検出することで前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生を行う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１７のいずれか１項に記載の対物レンズを有することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記光ピックアップ装置はカップリングレンズを有し、温度変化によって球面収差が変動した場合、前記カップリングレンズを光軸方向に変移させることで球面収差の補正を行うことを特徴とする請求項１８に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光ピックアップ装置はカップリングレンズを有し、湿度変化によって球面収差が変動した場合、前記カップリングレンズを光軸方向に変移させることで球面収差の補正を行うことを特徴とする請求項１８に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光ピックアップ装置はカップリングレンズを有し、波長のばらつきによって球面収差が変動した場合、前記カップリングレンズを光軸方向に変移させることで球面収差の補正を行うことを特徴とする請求項１８に記載の光ピックアップ装置。
- 前記光ピックアップ装置はカップリングレンズを有し、光情報記録媒体の保護層の厚さ誤差によって球面収差が変動した場合、前記カップリングレンズを光軸方向に変移させることで球面収差の補正を行うことを特徴とする請求項１８に記載の光ピックアップ装置。
- 請求項１６乃至２２のいずれか１項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。
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