(57)【要約】  コンパクト且つ低コストでありながら、多層の情報記録面を有する光ディスクに対して情報の記録／再生を行うことができる光ピックアップ装置及びカップリングレンズを提供する。（１）式を満たすような対物レンズにおいて、（２）式を満たすことで、全ての情報記録面における集光時に高次球面収差の発生を抑えることができる。更に（３）式を満たすことで、対物レンズに発散光が入射しても、光束が光ディスク側面で制限される恐れが少なくなり、スポット径を維持することができる。  f≦1.8mm      （１）  ＴMIN×1.2≦Ｔ≦ＴMAX×0.86  且つ ＴMIN×1.2＜ＴMAX×0.86      （２）  1.1  ≦  A2／B2  ≦  1.6      （３）但し、ｆ：前記光束に対する前記対物レンズの焦点距離Ｔ：平行光入射時に３次球面収差|SA3|≦0.05λrmsとなる光ディスクの透明基板厚  ＴMIN：光ディスクにおける透明基板厚のうち最小の透明基板厚ＴMAX：光ディスクにおける透明基板厚のうち最大の透明基板厚  A2：前記対物レンズにおける光ディスク側の光学面径B2：前記対物レンズにおける光ディスク側の有効径
2012070438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に３層以上の情報記録面を有する光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択して、情報の記録及び／または再生を行うために、波長λ１（３９０ｎｍ＜λ１＜４１５ｎｍ）の光束を出射する光源と、前記光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置されたカップリングレンズとを有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
前記対物レンズは単玉であり、以下の式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
f≦1.8mm      （１）
ＴMIN×1.2≦Ｔ≦ＴMAX×0.86  且つ ＴMIN×1.2＜ＴMAX×0.86      （２）
1.1  ≦  A2／B2  ≦  1.6      （３）
但し、
ｆ：前記光束に対する前記対物レンズの焦点距離
Ｔ：平行光入射時に３次球面収差|SA3|≦0.05λrmsとなる光ディスクの透明基板厚  
ＴMIN：光ディスクにおける透明基板厚のうち最小の透明基板厚
ＴMAX：光ディスクにおける透明基板厚のうち最大の透明基板厚  
A2：前記対物レンズにおける光ディスク側の光学面径
B2：前記対物レンズにおける光ディスク側の有効径
【請求項２】
前記対物レンズはガラス製であることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の対物レンズ。
1.15  ＜  A2/B2  ＜  1.３      （５Ａ）
【請求項４】
前記対物レンズはプラスチック製であることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項５】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
1.２  ＜  A2/B2  ＜  1.４      （３’）
【請求項６】
以下の式を満たす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。
1.0  ≦  A1／B1  ≦  1.1      （４）
但し、
A1：前記対物レンズにおける光源側の光学面径
B1：前記対物レンズにおける光源側の有効径
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の対物レンズと、カップリングレンズとを有し、前記カップリングレンズを光軸方向に移動させることで、前記光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択するようになっていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚さ方向に３層以上の情報記録面を有する光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行うことができる高密度光ディスクシステムが知られており、その一例であるＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、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層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。【０００３】
ところで、１層の情報記録面を有するＢＤに対し、近年では２層の情報記録面を有するＢＤも開発され、既に市販されている。ここで特許文献１には、光源と対物レンズとの間に配置した２枚レンズを含むカップリングレンズを光軸方向に移動させることで倍率を変更し、例えば２層（又は４層等）の情報記録面のいずれかを選択して、収差を抑えた光束を集光させることができる光ピックアップ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２９２０４号公報
【特許文献２】特開２００４−３３５０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、対物レンズの光学面は、光源からの光束が集光可能に通過する領域であり、その径は、取り付け時に生じる絞り−対物レンズ間の中心ずれや軸外光束が入射した場合でも有効径内の性能を保証するため、マージンを持たせて有効径より若干大きく設定されるのが一般的であるところ、かかるマージンについては経験やシミュレーション等により、所定の値が定まっていた。ところが本発明者は、３層以上の情報記録面を有する光ディスク用の対物レンズにおいては、従来から適切であるとされていたマージンでは、良好な集光スポットを形成できない恐れがあることを見出した。その理由について説明する。【０００６】
図１は、３層以上の情報記録面を有する光ディスクＯＤの情報記録面を選択して情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置の集光光学系の概略図である。ここで対物レンズＯＢＪは、最も基板厚が厚い情報記録面ＲＬ３に集光スポットを形成したときと、最も基板厚が薄い情報記録面ＲＬ１に集光スポットを形成したときとで、その高次球面収差がバランス良く小さくなるように、設計中心ディスク厚が設定される。つまり、設計中心ディスク厚が薄すぎると、最も基板厚が厚い情報記録面ＲＬ３の集光時における高次球面収差が大きくなり過ぎ、設計中心ディスク厚が厚すぎると、最も基板厚が薄い情報記録面ＲＬ１の集光時における高次球面収差が大きくなり過ぎるので、そのバランスをとるようにして設計中心ディスク厚が決定されるのである。ここで、設計中心ディスク厚とは、対物レンズに平行光束を入射させたとき、適切な集光スポットが形成される情報記録面の基板厚さをいう。【０００７】
ところで、各情報記録面を選択する際には、カップリングレンズＣＬを移動させ、対物レンズＯＢＪに入射する光束の発散角又は収束角を変化させることが行われる。すると、最も基板厚が厚い情報記録面ＲＬ３の集光時には、図１の点線で示すように、対物レンズＯＢＪには発散光束を入射させる必要がある。これに対し、最も基板厚が薄い情報記録面ＲＬ１の集光時には、図１の一点鎖線で示すように、対物レンズＯＢＪには収束光束を入射させる必要がある。収束光束が入射する場合は、特に大きな問題はないが、発散光束が入射する場合、対物レンズＯＢＪの光ディスク側の面Ｓ２では、有効径より更に外側に光束が出射する領域が広がることとなる。又、対物レンズＯＢＪの光源の面Ｓ１でも、面Ｓ２ほどではないが同様の問題が生じるのである。【０００８】
特に最近では、ノート型ＰＣや薄型テレビの背面等に搭載される、いわゆるスリムタイプと呼ばれる比較的薄めの光ピックアップ装置において、３層以上の情報記録面を有するＢＤを使用したいという強い要請があるが、このようなスリムタイプの光ピックアップ装置では、焦点距離が短い対物レンズが多用されており、このような対物レンズほど基板厚が厚い情報記録面記録／再生時に、対物レンズに入射する光の発散角度が大きくなるため、光ディスク側の面Ｓ２で光が出射する領域が広がる傾向が強くなる。【０００９】
尚、特許文献２においては、モールドプレス成形する際における、金型凹面のRに対する最適プリフォーム径ｒを規定することが記載されている。ここで、特許文献２の実施例の全てにおいて、光ディスク側の面Ｓ２の有効径と光学面径が記載されているが、基板厚が0.1mm又は0.0875mmであることから、単層ディスク又は2層ディスク用途であることは明らかであり、従って３層以上の光ディスクに用いることを想定しておらず、当然に、発散光入射時の面Ｓ２側での出射領域の広がりの問題は考慮されていないといえる。【００１０】
本発明は、上述の問題を考慮してなされたものであり、コンパクト且つ低コストでありながら、多層の情報記録面を有する光ディスクに対して情報の記録／再生を行うことができる光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置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】
【００１１】
請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、厚さ方向に３層以上の情報記録面を有する光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択して、情報の記録及び／または再生を行うために、波長λ１（３９０ｎｍ＜λ１＜４１５ｎｍ）の光束を出射する光源と、前記光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置されたカップリングレンズとを有する光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
前記対物レンズは単玉であり、以下の式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
f≦1.8mm      （１）
ＴMIN×1.2≦Ｔ≦ＴMAX×0.86  且つ ＴMIN×1.2＜ＴMAX×0.86      （２）
1.1  ≦  A2／B2  ≦  1.6      （３）
但し、
ｆ：前記光束に対する前記対物レンズの焦点距離
Ｔ：平行光入射時に３次球面収差|SA3|≦0.05λrmsとなる光ディスクの透明基板厚  
ＴMIN：光ディスクにおける透明基板厚のうち最小の透明基板厚
ＴMAX：光ディスクにおける透明基板厚のうち最大の透明基板厚  
A2：前記対物レンズにおける光ディスク側の光学面径
B2：前記対物レンズにおける光ディスク側の有効径【００１２】
本発明によれば、（１）式を満たすような対物レンズにおいて、（２）式を満たすことで、全ての情報記録面における集光時に高次球面収差の発生を抑えることができる。更に（３）式を満たすことで、対物レンズに発散光が入射しても、光束が光ディスク側面でケラレる恐れが少なくなり、スポット径を維持することができる。【００１３】
より具体的に説明すると、（１）式を満たすような焦点距離ｆを有する対物レンズは、いわゆるスリムタイプの光ピックアップ装置に好適である。尚、ｆは、０．９ｍｍ以上であることが好ましい。更に、（２）式において、ＴがＴMAX×0.86を超えた場合、最も基板厚が薄い情報記録面に集光する際に、対物レンズに入射する収束光束の収束角を小さくさせるため、単一のカップリングレンズの場合には、大きく光源側に移動させなくてはならない。スリムタイプのピックアップではコンパクト化を図るため光源周りにスペースの余裕がなく、カップリングレンズが大きく移動すると他部品との干渉を招く恐れがある。一方、ＴがＴMIN×1.2を下回ると、最も基板厚が厚い情報記録面に集光する際に、対物レンズに入射する発散光束の発散角が大きくなりすぎて、トラッキング時のコマ収差が増大すると共に、低次球面収差は補正されても高次球面収差が残留するため、光学特性の劣化を招くこととなる。【００１４】
つまり、本発明のように、Ｔが（２）式の下限以上であると、最も基板厚が厚い情報記録面に光束を集光させる際にも高次球面収差の発生を抑えることができ、（２）式の上限以下であると、最も基板厚の薄い情報記録面に光束を集光させる際にも高次球面収差の発生を抑えることができるのである。また（２）式を満たすことで最も基板厚が厚い情報記録面に光束を集光させる際にもカップリングレンズが光源に近づきすぎず、スリムタイプの光ピックアップ装置に好適である。【００１５】
又、（３）式において、A2／B2が下限を下回ると、対物レンズの加工精度やピックアップへの組み付け誤差の問題から、対物レンズの光ディスク側の面から出射する光束が、光学面外を通過する恐れが高まり、要求されたＮＡを満足することができない。特に光軸に対して斜めに光束が入射した場合には、かかる問題が顕著に生じる恐れがある。一方、A2／B2が（３）式の上限を上回ると、対物レンズの外径が大きくなりすぎて特にスリムタイプの光ピックアップ装置に用いることが困難となり、外径が一定であれば対物レンズの光学面の周囲に設けた端面のスペースを確保することできず、対物レンズを光ピックアップ装置に取り付ける際に端面からの反射光を利用して確認することが困難となってしまう。【００１６】
つまり、Ｔを（２）式の上限以下にすることにより発散角を抑え、且つA2／B2を（３）式の下限以上にすることで、基板厚が異なる３つ以上の情報記録面のいずれにも、情報を記録／再生可能なように精度良く集光させることができるにも関わらず、光ディスク側の面での光線のケラレを抑制しつつ、対物レンズの外径を小さく抑えることができるのである。一方、A2／B2を（３）式の上限以下にすることで、対物レンズの光学面の周囲に設けた端面のスペースを確保することできるため、それにより光ピックアップ装置の組み立て時に、対物レンズを精度よく取り付けることができるのである。【００１７】
請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズはガラス製であることを特徴とする。対物レンズをガラス製とすれば、耐熱性、耐光性に優れる。特に温度変化時に発生する収差が小さくなり、温度変化による倍率補正を行う必要がない。そのため、カップリングレンズの移動量を減らすことができ、又、光ディスク側面での出射領域の拡大を抑制することができる。【００１８】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
1.15  ＜  A2/B2  ＜  1.３      （５Ａ）
【００１９】
A2/B2を（５Ａ）式の下限より大きくすることで、ガラス製の対物レンズにおいて、有効径に対して更に十分な光学面径を確保でき、有効径内の性能を保証することができる。一方、A2/B2を（５Ａ）式の上限より小さくすることで、更に広い端面を確保しつつ、対物レンズの外径も小さくすることができる。上述したように、ガラス製の対物レンズは、温度変化による倍率補正を行う必要がない分、カップリングレンズの移動量を減らすことができるため、光ディスク側の光学面での出射領域を小さく抑えることができるため、（５Ａ）式のように上限が小さく抑えられる。【００２０】
本明細書にて、対物レンズの「光学面」とは、光束を集光させる光学機能を有する面であって、一般的には端面の内側の領域をいう。対物レンズの「端面」とは、一般的には光軸に直交した面であり、対物レンズを光ピックアップ装置に組み付ける際に、検査装置から光束を出射して、端面からの反射光を用いて位置決めを行うために用いられることが多い。光学面と端面とは接していて良いが、間に小さい境界部を設けても良い。対物レンズの「有効径」とは、対物レンズに平行光束が入射した場合に、記録／再生に使用する光束が通過する光学面内の領域であって、絞りや絞り機能を有する素子（面絞り、開口制限素子）の内側を通過した平行光束が通過する光学面内の領域をいう。よって、「光源側の有効径」は、絞りの内径である。【００２１】
請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズはプラスチック製であることを特徴とする。対物レンズをプラスチック製とすることで、軽量・安価なものとできる。回折構造の加工性に優れ、回折を利用してBD,DVD,CDの互換を行うことが可能となる。【００２２】
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項４に記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
1.2  ＜  A2/B2  ＜  1.４      （３’）【００２３】
A2/B2を（３’）式の下限より大きくすることで、有効径に対して更に十分な光学面径を確保でき、有効径内の性能を保証することができる。一方、A2/B2を（３’）式の上限より小さくすることで、更に広い端面を確保しつつ、対物レンズの外径も小さくすることができる。対物レンズをプラスチック製とした場合、ガラスと比べると温度変化による屈折率変化が大きくなりがちであるので、高温状態で、最も基板厚が厚い情報記録面に集光する際に、より発散角の大きな発散光束を入射させる必要が生じる。そこで、対物レンズにプラスチック製とする場合には、（３’）式を満たすことが望ましい。【００２４】
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
1.0  ≦  A1／B1  ≦  1.1      （４）
但し、
A1：前記対物レンズにおける光源側の光学面径
B1：前記対物レンズにおける光源側の有効径【００２５】
対物レンズの光源側の光学面については、光ディスク側の光学面に比べて絞りに近いことから、収束光束や発散光束入射時の影響が小さく、A1／B1の関与は比較的小さいといえる。しかしながら、光ディスク側の光学面の設計と合わせて、光源側の光学面を設計することで、より優れた対物レンズを得ることができる。より具体的には、A1／B1を（４）式の下限以上とすることで、有効径に対して更に十分な光学面径を確保でき、有効径内の性能を保証することができる。A1／B1を（４）式の上限以下にすることで対物レンズの外径を小さくすることができる。また高ＮＡの対物レンズにおいて、光源側の光学面は面の見込み角が大きく成形が困難であることが多いが、これにより見込み角を小さくすることができ、製造容易性を向上できる。【００２６】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の対物レンズと、カップリングレンズとを有し、前記カップリングレンズを光軸方向に移動させることで、前記光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択するようになっていることを特徴とする。【００２７】
本発明に係る光ピックアップ装置は、少なくとも１つの光源（第１光源）を有する。勿論、複数種類の光ディスクに対応できるように、複数種類の光源を有していてもよい。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも第１光源からの第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。複数種類の光ディスクに対応可能な光ピックアップ装置においては、集光光学系が、第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光するようにしてもよい。また、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも第１光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。複数種類の光ディスクに対応可能な光ピックアップ装置においては、受光素子が、第２光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光し、第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光するようにしてもよい。【００２８】
第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクがＢＤであり、第２光ディスクがＤＶＤであり、第３光ディスクがＣＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。【００２９】
第１光ディスクは、厚み方向に重ねて３つ以上の情報記録面を有するものである。当然、４つ以上の情報記録面を有していてもよい。また、第２光ディスクや第３光ディスクも複数の情報記録面を有していてもよい。【００３０】
本明細書において、ＢＤとは、波長３９０〜４１５ｎｍ程度の光束、ＮＡ０．８〜０．９程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．０５〜０．１２５ｍｍ程度であるＢＤ系列光ディスクの総称であり、単一の情報記録面のみ有するＢＤや、３層以上の情報記録面を有するＢＤ等を含むものであるが、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも３層以上の情報記録面を有するＢＤに対応可能であることが好ましい。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ− Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ 程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。【００３１】
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（５）、（６）、（７）を満たすことが好ましいが、これに限られない。尚、ここで言う、保護基板の厚さとは、光ディスク表面に設けられた保護基板の厚さのことである。即ち、光ディスク表面から、表面に最も近い情報記録面までの保護基板の厚さのことをいう。【００３２】
０．０５０ｍｍ ≦ ｔ１ ≦ ０．１２５ｍｍ      （５）
０．５ｍｍ ≦ ｔ２ ≦ ０．７ｍｍ       （６）
１．０ｍｍ ≦ ｔ３ ≦ １．３ｍｍ      （７）【００３３】
本明細書において、第１光源、第２光源、第３光源は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第１光源から出射される第１光束の第１波長λ１、第２光源から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３光源から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式（８）、（９）を満たすことが好ましい。
１．５・λ１ ＜ λ２ ＜ １．７・λ１      （８）
１．８・λ１ ＜ λ３ ＜ ２．０・λ１      （９）【００３４】
また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第１光源の第１波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３９０ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第２光源の第２波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは、６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、第３光源の第３波長λ３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。【００３５】
また、第１光源、第２光源、第３光源のうち少なくとも２つの光源をユニット化してもよい。ユニット化とは、例えば第１光源と第２光源とが１パッケージに固定収納されているようなものをいう。また、光源に加えて、後述する受光素子を１パッケージ化してもよい。【００３６】
受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物レンズを移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光素子を有していてもよい。【００３７】
集光光学系は、カップリングレンズと対物レンズを有する。カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配置され、光束の発散角を変えるレンズのことをいう。カップリングレンズは、１枚の正レンズから構成されていても良く、正レンズと負レンズとを有していても良い。複数からなるレンズを有する場合、正レンズは少なくとも１枚の正レンズを有する。正レンズは、正レンズ１枚のみでもよいし、複数のレンズを有していてもよい。負レンズは少なくとも１枚の負レンズを有する。負レンズは、負レンズ１枚のみでもよいし、複数のレンズを有していてもよい。また、正レンズと負レンズの配置は、光源側から負レンズ、正レンズの順に配置されていても良いし、光源側から正レンズ、負レンズの順に配置されていても良い。【００３８】
第１光ディスクの選択された情報記録面において発生する球面収差を補正するために、カップリングレンズ（正レンズと負レンズとを有する場合は負レンズ又は正レンズ）は光軸方向に移動可能となっている。例えば、第１光ディスクのある情報記録面の記録及び／又は再生を行い、次に、第１光ディスクの他の情報記録面の記録及び／又は再生を行う場合、カップリングレンズが光軸方向に移動し、光束の発散度を変化させ、対物レンズの倍率を変化させることにより、第１光ディスクの異なる情報記録面へのフォーカスジャンプ時に発生する球面収差を補正する。【００３９】
本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。対物レンズは、単玉のレンズである。また、対物光学素子は、ガラスレンズであってもプラスチックレンズであっても、又は、ガラスレンズの上に光硬化性樹脂などで回折構造などを設けたハイブリッドレンズであってもよい。また、対物光学素子は、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物レンズは、光路差付与構造が設けられる場合、そのベース面が非球面であることが好ましい。【００４０】
対物レンズがガラスレンズであると、温度変化によって発生する球面収差を補正するためにカップリングレンズを移動させる必要がないため、カップリングレンズの移動量を減らすことができ、光ピックアップ装置を小型化できるため好ましい。【００４１】
また、対物レンズをガラスレンズとする場合は、ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下、更に好ましくは４００℃以下であるガラス材料を使用することが好ましい。ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下であるガラス材料を使用することにより、比較的低温での成形が可能となるので、金型の寿命を延ばすことが出来る。このようなガラス転移点Ｔｇが低いガラス材料としては、例えば（株）住田光学ガラス製のＫ−ＰＧ３２５や、Ｋ−ＰＧ３７５（共に製品名） がある。【００４２】
ところで、ガラスレンズは一般的に樹脂レンズよりも比重が大きいため、対物レンズをガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物レンズを駆動するアクチュエータに負担がかかる。そのため、対物レンズをガラスレンズとする場合には、比重が小さいガラス材料を使用するのが好ましい。具体的には、比重が４．０以下であるのが好ましく、更に好ましくは比重が３．０以下であるものである。【００４３】
加えて、ガラスレンズを成形して製作する際に重要となる物性値の一つが線膨張係数αである。仮にＴｇが４００℃以下の材料を選んだとしても、プラスチック材料と比較して室温との温度差は依然大きい。線膨張係数αが大きい硝材を用いてレンズ成形を行った場合、降温時に割れが発生しやすくなる。硝材の線膨張係数αは、２００（１０Ｅ−７／Ｋ）以下にあることが好ましく、更に好ましくは１２０以下であることが好ましい。【００４４】
また、対物レンズをプラスチックレンズとする場合は、環状オレフィン系の樹脂材料等の脂環式炭化水素系重合体材料を使用するのが好ましい。また、当該樹脂材料は、波長４０５ｎｍに対する温度２５℃ での屈折率が１．５４乃至１．６０の範囲内であって、−５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長４０５ｎｍに対する屈折率変化率ｄＮ／ｄＴ（℃ -1） が−２０×１０-5乃至−５×１０-5（より好ましくは、−１０×１０-5乃至−８×１０-5）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物レンズをプラスチックレンズとする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ましい。【００４５】
プラスチックとしては、シクロオレフィン樹脂が好適に用いられ、具体的には、日本ゼオン社製のＺＥＯＮＥＸや、三井化学社製のＡＰＥＬ、ＴＯＰＡＳ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＰＯＬＹＭＥＲＳ社製のＴＯＰＡＳ、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮなどが好ましい例として挙げられる。【００４６】
また、対物レンズを構成する材料のアッベ数は、５０以上であることが好ましい。【００４７】
対物レンズは、以下の式を満たす。
f≦1.8mm      （１）
ＴMIN×1.2≦Ｔ≦ＴMAX×0.86  且つ ＴMIN×1.2＜ＴMAX×0.86      （２）
1.1  ≦  A2／B2  ≦  1.6      （３）
但し、
ｆ：光束に対する対物レンズの焦点距離
Ｔ：平行光入射時に３次球面収差|SA3|≦0.05λrmsとなる光ディスクの透明基板厚（設計中心ディスク厚ともいう）  
ＴMIN：光ディスクにおける透明基板厚のうち最小の透明基板厚
ＴMAX：光ディスクにおける透明基板厚のうち最大の透明基板厚  
A2：対物レンズにおける光ディスク側の光学面径
B2：対物レンズにおける光ディスク側の有効径【００４８】
更に、対物レンズがガラス製であるときは、以下の式を満たすと好ましい。
1.15  ≦  A2/B2  ≦  1.25      （３’）【００４９】
一方で、対物レンズがプラスチック製であるときは、以下の式を満たすと好ましい。
1.２  ＜  A2/B2  ＜  1.４      （３’）【００５０】
更に、以下の式を満たすと好ましい。
1.0  ≦  A1／B1  ≦  1.1      （４）
但し、
A1：対物レンズにおける光源側の光学面径
B1：対物レンズにおける光源側の有効径【００５１】
第１光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．７５以上、０．９以下であることが好ましく、より好ましくは、０．８以上、０．９以下である。特にＮＡ１は０．８５であることが好ましい。ＮＡ２は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。特にＮＡ２は０．６０又は０．６５であることが好ましい。また、ＮＡ３は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。特にＮＡ３は０．４５又は０．５３であることが好ましい。【００５２】
また、対物レンズは、以下の条件式(１０)を満たすことが好ましい。
０．９≦ｄ／ｆ≦１．５      （１０）
但し、ｄは、対物レンズの光軸上の厚さ（ｍｍ）を表し、ｆは、第１光束における対物レンズの焦点距離を表す。なお、ｆは、０．９ｍｍ以上、１．８ｍｍ以下となることが好ましい。【００５３】
ＢＤのような短波長、高ＮＡの光ディスクに対応する対物レンズの場合、対物レンズの焦点距離に対する光軸上の厚さの比が大きくなりすぎると、対物レンズに対して軸外光束が入射した際に非点収差が発生しやすくなったり、作動距離が確保出来なくなるという課題が生じる。一方、対物レンズの焦点距離に対する光軸上の厚さの比が小さくなりすぎると、面シフト感度が大きくなるという課題が生じる。条件式（１０）を満たすことにより非点収差の発生や面シフト感度を抑制することが可能となる。【００５４】
また、第１光ディスクを用いる際の対物レンズの作動距離は、０．１５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。【００５５】
本発明に係る光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。【００５６】
ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体ごと、外部に取り出される方式とがある。【００５７】
上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。【００５８】
前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００５９】
本発明によれば、コンパクト且つ低コストでありながら、多層の情報記録面を有する光ディスクに対して情報の記録／再生を行うことができる光ピックアップ装置及びカップリングレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明を説明するための集光光学系の概略図である。
【図２】光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。
【図３】横軸に焦点距離をとり、縦軸に（有効径／光学面径）の比をとって、上記実施例の値を参考例と共に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図２は、厚さ方向に３つの情報記録面ＲＬ１〜ＲＬ３（光ディスクの光束入射面からの距離が小さい順にＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３とする）を有する光ディスクであるＢＤに対して適切に情報の記録／再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、高さＨ＝８ｍｍ以下のスリムタイプの光ピックアップ装置（点線で外形を概略的に示す）である。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。例えば、図２ではＢＤ専用の光ピックアップ装置を示しているが、対物レンズＯＢＪをＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用としたり、或いはＤＶＤ／ＣＤ用の対物レンズを別個に配置することで、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の光ピックアップ装置とすることもできる。
【００６２】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物レンズＯＢＪ、対物レンズＯＢＪをフォーカシング方向及びトラッキング方向に移動させ、光ディスクのラジアル方向、及び／または、タンジェンシャル方向に傾ける３軸アクチュエータＡＣ２、絞りＡＰ、λ／４波長板ＱＷＰ、立ち上げミラーＭＲ、正の屈折力を有する正レンズＬ２と負の屈折力を有する負レンズＬ３とを有するカップリングＣＬ、正レンズＬ２のみ光軸方向に移動させる１軸アクチュエータＡＣ１、偏光プリズムＰＢＳ、４０５ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する半導体レーザＬＤ、センサ用レンズＳＬ、ＢＤの情報記録面ＲＬ１〜ＲＬ３からの反射光束を受光する受光素子ＰＤを有する。
【００６３】
本実施の形態においては、カップリングレンズＣＬは、偏光プリズムＰＢＳとλ／４波長板ＱＷＰとの間に配置されている。半導体レーザＬＤから、負レンズＬ３、正レンズＬ２の順で配置されているが、半導体レーザＬＤから、正レンズＬ２、負レンズＬ３の順で配置しても良い。又、正レンズＬ２が光軸方向に移動可能となっており、負レンズＬ３は光ピックアップ装置に固定されている。
【００６４】
図１を参照して、単玉である対物レンズＯＢＪは、光源側の面Ｓ１に光学面ＯＰ１を形成し、その周囲に端面ＥＰ１を形成している。又、対物レンズＯＢＪは、光ディスク側の面Ｓ２に光学面ＯＰ２を形成し、その周囲に端面ＥＰ２を形成している。端面ＥＰ２は、光軸Ｘに対して直交しており、光ピックアップ装置ＰＵ１に対して対物レンズＯＢＪを組み付ける際に、不図示の検査装置から端面ＥＰ２に向かって検査光を照射し、その反射光を受光することで、位置決めを行うようになっている。端面ＥＰ１，ＥＰ２の外側に更にフランジを設ける場合もある。
【００６５】
対物レンズＯＢＪは、以下の式を満たす。
f≦1.8mm      （１）
ＴMIN×1.2≦Ｔ≦ＴMAX×0.86  且つ ＴMIN×1.2＜ＴMAX×0.86      （２）
1.1  ≦  A2／B2  ≦  1.6      （３）
1.0  ≦  A1／B1  ≦  1.1      （４）
但し、
ｆ：光束に対する対物レンズＯＢＪの焦点距離
Ｔ：平行光入射時に３次球面収差|SA3|≦0.05λrmsとなる光ディスクの透明基板厚  
ＴMIN：光ディスクにおける透明基板厚のうち最小の透明基板厚（ここでは情報記録面ＲＬ１の基板厚）
ＴMAX：光ディスクにおける透明基板厚のうち最大の透明基板厚（ここでは情報記録面ＲＬ３の基板厚）  
A2：対物レンズＯＢＪにおける光ディスク側の光学面径
B2：対物レンズＯＢＪにおける光ディスク側の有効径
A1：対物レンズＯＢＪにおける光源側の光学面径
B1：対物レンズＯＢＪにおける光源側の有効径＝絞りＡＰの内径
【００６６】
まず、ＢＤの第１の情報記録面ＲＬ１に対して記録／再生を行う場合について説明する。かかる場合、カップリングレンズＣＬの正レンズＬ２は、１軸アクチュエータＡＣ１により一点鎖線の位置に移動させられる。ここで、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光プリズムＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＬの負レンズＬ３を通過して発散角が増大され、更に正レンズＬ２を通過して弱い収束光束とされた後、立ち上げミラーＭＲで反射され、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、絞りＡＰによりその光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって第１の厚さの透明基板ＰＬ１を介して、一点鎖線で示すように第１の情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。
【００６７】
第１の情報記録面ＲＬ１上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ＯＢＪ、絞りＡＰを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、立ち上げミラーＭＲで反射され、コリメートレンズＣＬの正レンズＬ２及び負レンズＬ３を通過して収束光束とされ、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、３軸アクチュエータＡＣ２により対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、第１の情報記録面ＲＬ１に記録された情報を読み取ることができる。
【００６８】
次に、ＢＤの第２の情報記録面ＲＬ２に対して記録／再生を行う場合について説明する。かかる場合、カップリングレンズＣＬの正レンズＬ２は、１軸アクチュエータＡＣ１により実線の位置に移動させられる。ここで、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光プリズムＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＬの負レンズＬ３を通過して発散角が増大され、更に正レンズＬ２を通過して略平行光束とされた後、立ち上げミラーＭＲで反射され、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、絞りＡＰによりその光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって第２の厚さ（第１の厚さより厚い）の透明基板ＰＬ２を介して、実線で示すように第２の情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。
【００６９】
第２の情報記録面ＲＬ２上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ＯＢＪ、絞りＡＰを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、立ち上げミラーＭＲで反射され、コリメートレンズＣＬの正レンズＬ２及び負レンズＬ３を通過して収束光束とされ、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、３軸アクチュエータＡＣ２により対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、第２の情報記録面ＲＬ２に記録された情報を読み取ることができる。
【００７０】
次に、ＢＤの第３の情報記録面ＲＬ３に対して記録／再生を行う場合について説明する。かかる場合、カップリングレンズＣＬの正レンズＬ２は、１軸アクチュエータＡＣ１により点線の位置に移動させられる。ここで、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光プリズムＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＬの負レンズＬ３を通過して発散角が増大され、更に正レンズＬ２を通過して弱い発散光束とされた後、立ち上げミラーＭＲで反射され、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって第３の厚さ（第２の厚さより厚い）の透明基板ＰＬ３を介して、点線で示すように第３の情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。
【００７１】
第３の情報記録面ＲＬ３上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ＯＢＪ、絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、立ち上げミラーＭＲで反射され、コリメートレンズＣＬの正レンズＬ２及び負レンズＬ３を通過して収束光束とされ、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、３軸アクチュエータＡＣ２により対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、第３の情報記録面ＲＬ３に記録された情報を読み取ることができる。
【００７２】
（実施例）
次に、上述の実施の形態に用いることができるカップリングレンズと対物レンズの実施例について以下に説明する。ここで、設計波長は４０５ｎｍ、以下の表中のｒｉは曲率半径、ｄは面間の光軸方向の位置、ｎは設計波長４０５ｎｍにおける各面の屈折率を表している。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表すものとする。対物レンズの光学面は、それぞれ数１式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００７３】
【数１】
2012070438.tif 000003
【００７４】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａiは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径である。
【００７５】
以下の実施例は、４層の情報記録面を有するＢＤ用の対物レンズであり、各層の透明基板厚は、0.535mm,0.07mm,0.0875mm,0.1mmである。実施例１〜３は実施例４〜６に比べてＴが小さいため、最も厚い層の記録・再生時に有効径より一層外側まで光が入射する。加えて実施例１〜３においてはプラスチック材料を使用するため、温度変化（高温）時には屈折率が小さくなることでより外側に光線が入射する。その光線が蹴られないよう、実施例１〜３の光学面径は実施例４〜６に比べてA2/B2を大きめに設定している。
【００７６】
（実施例１〜３）
表１に実施例１〜３のレンズデータを示す。本実施例の対物レンズは、焦点距離ｆ＝１．１４mmであり、またプラスチック製であり、表１の非球面係数を数１式に代入して得られる非球面を有するが、A1/B1、A2/B2の値を実施例１〜３で変えている。尚、実施例２については、光源側の光学面において有効径＝光学面径となっているため、レンズ面に絞り機能を有する。
【００７７】
【表１】
2012070438.tif 000004
【００７８】
（実施例４〜６）
表２に実施例４〜６のレンズデータを示す。本実施例の対物レンズは、焦点距離ｆ＝１．１４mmであり、またガラス製であり、表２の非球面係数を数１式に代入して得られる非球面を有するが、A1/B1、A2/B2の値を実施例４〜６で変えている。尚、実施例４については、光源側の光学面において有効径＝光学面径となっているため、レンズ面に絞り機能を有する。
【００７９】
【表２】
2012070438.tif 000005
【００８０】
各実施例について、条件式（２）〜（４）に相当する数値をまとめて表３に示す。図３は、横軸に焦点距離をとり、縦軸に（有効径／光学面径）の比をとって、上記実施例の値を示す図である。
【００８１】
【表３】
2012070438.tif 000006
【００８２】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。
【符号の説明】
【００８３】
ＯＢＪ          対物レンズ
ＰＵ１          光ピックアップ装置
ＬＤ            青紫色半導体レーザ
ＡＣ１          １軸アクチュエータ
ＡＣ２          ３軸アクチュエータ
ＡＰ            絞り
ＰＢＳ          偏光プリズム
ＣＬ            カップリングレンズ
Ｌ２            正レンズ
Ｌ３            負レンズ
ＭＲ            立ち上げミラー
ＰＬ１          第１の透明基板
ＰＬ２          第２の透明基板
ＰＬ３          第３の透明基板
ＲＬ１          第１の情報記録面
ＲＬ２          第２の情報記録面
ＲＬ３          第３の情報記録面
ＱＷＰ          λ／４波長板
【図１】
2012070438.tif 000007
【図２】
2012070438.tif 000008
【図３】
2012070438.tif 000009
【国際調査報告】
2012070438.tif 000010
2012070438.tif 000011
2012070438.tif 000012