(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
d線におけるアッベ数４５以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んでいる３枚のレンズよりなり、前記３枚のレンズの少なくとも一面が非球面とされ、前記負のパワーを有するレンズの焦点距離をfn、全体の焦点距離をfとする時、下記の式を満足するように設けられ、
【数１】
0003558218.tif 000010
０.７０以上の開口数を有することを特徴とする対物レンズ装置。
【請求項２】
前記３枚のレンズのうち少なくとも一枚は正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレンズは、正のパワーを有する一つのレンズと二重接合され、２群３枚の構造よりなることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ装置。
【請求項３】
前記負のパワーを有するレンズは、d線におけるアッベ数４５以下のガラスまたはプラスチック材質より形成されたことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ装置。
【請求項４】
前記３枚のレンズは、光が入射する側から正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか一項に記載の対物レンズ装置。
【請求項５】
光を生成出射する光源と、
前記光源側から入射された光を集束させて記録媒体の光スポットに結ばせる対物レンズ装置と、
前記光源と対物レンズ装置との間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する光路変換手段と、
前記記録媒体で反射された後、前記対物レンズ装置及び光路変換手段を経由して入射された光を受光する光検出器とを有し、
前記対物レンズ装置は、
d線におけるアッベ数４５以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで３枚のレンズよりなり、前記３枚のレンズの少なくとも一面が非球面とされ、前記対物レンズ装置は、前記負のパワーを有するレンズの焦点距離をfn、全体の焦点距離をfとする時、下記の式を満足するように設けられ、
【数２】
0003558218.tif 000011
前記光源は約４００nmないし４２０nm波長の光を出射し、
前記対物レンズ装置は、０.７０以上の開口数を有することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
前記対物レンズ装置の３枚のレンズのうち少なくとも一枚のレンズは正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレンズは、正のパワーを有する一枚のレンズと接合された二重接合構造よりなることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記負のパワーを有するレンズはd線におけるアッベ数４５以下のガラスまたはプラスチック材質より形成されたことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記対物レンズ装置は、光が入射する側から正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズよりなることを特徴とする請求項５ないし請求項７のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高開口数を有する対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップに係り、より詳細には、高密度光集束を実現できるように高開口数を有すると共に、光源から出射される光の波長の変化及び／または波長線幅の増加による色収差を補正できる対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記録再生機器において記録容量は、光ピックアップ装置の対物レンズにより光ディスクに形成される光スポットの大きさにより決定される。光スポットの大きさＳは波長λに比例し、対物レンズの開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）に反比例する。
【０００３】
したがって、現在開発されている次世代ＤＶＤ、いわゆる、ＨＤ−ＤＶＤ用光ピックアップ装置（以下、高密度用光ピックアップ装置）には、光ディスクに結ばれる光スポットの大きさをさらに縮めて、従来のＣＤやＤＶＤ系の光ディスクから得られる情報記録密度に比べて高い情報記録密度が得られるように、青色光を出射する光源及び０．６以上の開口数を有する対物レンズが採用される場合もある。
【０００４】
前記対物レンズの材料として使用するガラス及びプラスチックのような光学材料は表１のように、６５０ｎｍよりも短い波長帯域で非常に険しい屈折率の変化を示す。
【０００５】
表１は、対物レンズモールディング用ガラス材料として用いられるＨｏｙａ社のＭ−ＢａＣＤ５Ｎの波長による屈折率の変化を示す。
【０００６】
【表１】
0003558218.tif 000002
【０００７】
表１から分かるように、光学材料は、１ｎｍ程度の小さな波長変化に対して、ＤＶＤ用光ピックアップ装置に使われる６５０ｎｍ波長に比べて短い青色波長帯域、例えば、４０５ｎｍ波長帯域で４倍程度大きい屈折率の変化を示す。
【０００８】
このような青色光に対する光学材料の急激な屈折率の変化は、青色波長光源を使用する記録及び再生が反復される記録可能な高密度用光記録再生機器において集束ずれに係る性能劣化の主要な原因となる。
【０００９】
すなわち、記録可能型光記録再生機器では、相異なる記録光パワー及び再生光パワーを使用するが、このような記録／再生光出力パワーの変動による波長変動は、青色光源の場合、例えば、約０．５〜１ｎｍである。通常、光源の出力を高めればその光源から出射される光の波長は長くなる。したがって、青色光源を採用した高密度用光ピックアップ装置の場合には、基準波長に対して設計された対物レンズで記録／再生光出力の転換時に波長変化による色収差がかなり生じて集束ずれが誘発される。
【００１０】
例えば、図１ないし図３から分かるように、４０５ｎｍに対して設計された開口数０．６５の対物レンズ装置は１ｎｍ程度の微少な波長変化に対して大きい波面収差及び集束ずれを示す。図１は、記録／再生時の光出力パワーの変動による集束ずれに係る光ディスクに結ばれる光スポットの強度を示すグラフであり、図２及び図３は、各々波長変化に係る開口数０．６５の対物レンズ装置の波面収差（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｔｈ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：  ＯＰＤ）及び集束ずれ量を示すグラフである。
【００１１】
波長変動による集束ずれは対物レンズ装置を調整して補正が可能であるが、アクチュエータで対物レンズ装置を駆動して波長変動を追従するのに相対的に長時間がかかるので、この時間中には再生及び記録信号の品質が悪くなる。記録のための出力増加時の集束ずれは記録光パワーの不足をもたらし、再生のための出力減少時の集束ずれはジッタを増やす。
【００１２】
すなわち、光ディスクに情報を記録するために光源の出力を増やせば光源から出射される光の波長が、例えば、４０６ｎｍに長くなって光ディスクに結ばれる光スポットは集束ずれが生じてアクチュエータがこれを追従するまでは正常に記録を行えない。そして、再生のために光源の出力を減らせば、光源の波長が、例えば、４０５ｎｍに短くなり、この場合にもアクチュエータは長くなった波長に合わせて追従した状態であるため、再び集束ずれが起こる。このような集束ずれにより再生信号にはジッタが増える。
【００１３】
また、光ディスクから光源に戻る光による光源のフィードバックノイズを減らすために光源をＨＦ（Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）で駆動すれば、光源の波長の線幅が、例えば、１ｎｍ程度に広くなり、これによる色収差が再生信号を劣化させる。
【００１４】
したがって、反復記録可能な高密度用光ピックアップ装置は、記録及び再生出力の変動に係る光源から出射される光の波長が変わってもこれによる色収差の発生を抑制または補償できる光学系構造を有する必要がある。
【００１５】
従来、色収差の補正機能を有する２枚のレンズよりなる対物レンズ装置が特開平１０−１２３４１０号公開公報に提案されている。
【００１６】
図４を参照すれば、従来の対物レンズ装置は、アッベ数４０以上の低分散ガラスで少なくともその一面が非球面になるように形成された第１及び第２レンズ１、４より構成され、波長６３５ｎｍの光に対して色収差補正及び高開口数を実現できるようになっている。色収差はディスク６と光を集束する第２レンズ４との間に備えられた第１レンズ１により補正され、対物レンズ装置は０．７以上の開口数を有する。図４中、参照番号２は光入射領域を制限するしぼりである。
【００１７】
ところが、前記従来の対物レンズ装置は２群２枚のレンズ構成を有し、アッベ数４０以上の低分散ガラスを使用するために、波長６３５ｎｍの光に対しては色収差補正及び高開口数の実現が可能であるが、青色光に対しては色収差を補正しつつ高開口数を実現し難い。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような点を勘案して案出されたものであって、高開口数を実現できると共に、青色光に対して色収差補正が可能な対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップを提供することにその目的がある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る対物レンズ装置は、ｄ線におけるアッベ数４５以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで３枚のレンズよりなり、前記３枚のレンズの少なくとも一面が非球面であることを特徴とする。
【００２０】
この時、前記３枚のレンズのうち少なくとも一枚は正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレンズは正のパワーを有する一レンズと二重接合された２群３枚の構造よりなることが望ましい。
【００２１】
前記３枚のレンズは、光が入射する側から正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズよりなりうる。
【００２２】
一方、前記負のパワーを有する第２レンズの焦点距離をｆｎ、全体の焦点距離をｆとする時、
【数５】
0003558218.tif 000003
を満足するようになったことが望ましい。
【００２３】
前記目的を達成するための本発明に係る光ピックアップは、光を生成出射する光源と、前記光源側から入射された光を集束させて記録媒体の光スポットに結ばせる対物レンズ装置と、前記光源と対物レンズ装置との間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する光路変換手段と、前記記録媒体で反射された後、前記対物レンズ装置及び光路変換手段を経由して入射された光を受光する光検出器とを含み、前記対物レンズ装置は、ｄ線におけるアッベ数４５以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで３枚のレンズよりなり、前記３枚のレンズの少なくとも一面が非球面であることを特徴とする。
【００２４】
ここで、前記光源は約４００ｎｍないし４２０ｎｍ波長の光を出射し、前記対物レンズ装置は、０．７０以上の開口数を有することが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
図５を参照すれば、本発明に係る対物レンズ装置１０は、光が入射する側から第１ないし第３レンズ１１、１３、１５よりなり、前記第１ないし第３レンズ１１、１３、１５のうち少なくとも一枚のレンズがｄ線におけるアッベ数４５以下、望ましくは３５以下のガラスまたはプラスチック材質より形成され、負のパワーを有するようになっており、前記第１ないし第３レンズ１１、１３、１５の少なくとも一面、例えば、第３レンズ１５の光が入射側に向かう面１５ａが非球面になっている。
【００２６】
また、本発明に係る対物レンズ装置１０は、例えば、負のパワーを有する第２レンズ１３の焦点距離をｆｎ、その対物レンズ装置１０の全体の焦点距離をｆとする時、数式１を満足するように形成される。
【００２７】
（数式１）
【数６】
0003558218.tif 000004
【００２８】
図５は、前記第２レンズ１３が負のパワーを有し、前記第１及び第３レンズ１１、１５が各々正のパワーを有するように形成され、前記第１レンズ１１が第２レンズ１３と二重接合された構造となって、本発明に係る対物レンズ装置１０が２群３枚のレンズより構成された例を示す。ここで、参照番号３０は、例えば、次世代ＤＶＤ系の記録媒体である。
【００２９】
前記のように構成された本発明に係る対物レンズ装置１０は、後述する光学的具体設計例から分かるように、０．７０以上の高開口数を実現すると共に青色波長領域での色収差を補正できる。
【００３０】
図６は、本発明に係る対物レンズ装置１０を採用した光ピックアップ装置の一実施例を示す図面である。
【００３１】
図面を参照すれば、本発明の一実施例に係る光ピックアップ装置は、光源５１と、入射光の進行経路を変換する光路変換手段と、前記光源５１側から入射された光を集束して記録媒体３０に光スポットを形成する本発明に係る対物レンズ装置１０と、前記記録媒体３０で反射された後、光路変換手段を経由して入射された光を受光する光検出器７３とを含んでなる。
【００３２】
前記光源５１としては、約４００ｎｍないし４２０ｎｍ波長の光、望ましくは、約４０５ｎｍ波長の光を出射する青色半導体レーザーを具備する。前記半導体レーザーには端面発光型レーザー（ｅｄｇｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）及び面発光型レーザー（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）がある。
【００３３】
前記光路変換手段は、光源５１と対物レンズ装置１０との間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する。前記光路変換手段は、図６に示したように、望ましくは、入射光を偏光によって選択的に透過または反射させる偏光ビームスプリッタ５７と、入射光の位相を変える１／４波長板５９とよりなる。ここで、前記光路変換手段として、入射光を所定の割合で透過及び反射させるビームスプリッタ（図示せず）を具備することもできる。
【００３４】
前記対物レンズ装置１０は、図５を参照して前述したような構成を有し、次世代ＤＶＤ系の記録媒体のような高密度記録媒体３０の記録／再生できる光スポットを形成するように０．７以上、望ましくは０．８５の開口数を有する。ここで、前記記録媒体３０は、次世代ＤＶＤ系の記録媒体であることが望ましい。この記録媒体は、例えば、０．１ｍｍの厚さを有することができる。
【００３５】
前記光検出器７３は、前記記録媒体３０で反射された光を受光して情報信号及び誤差信号などを検出する。
【００３６】
前記光源５１と光路変換手段との間の光路上にはコリメーティングレンズ５３がさらに備えられていることが望ましい。前記コリメーティングレンズ５３は光源５１から出射された発散光を集束させて平行光にする。図６に示したように、光源５１と光路変換手段との間の光路上にコリメーティングレンズ５３を配置する場合、光路変換手段と光検出器７３との間には集束レンズ７１がさらに設けられる。
【００３７】
一方、前記光源５１として端面発光型レーザーを採用する場合、相対的に低い出力でも情報が記録できるように、前記コリメーティングレンズ５３と光路変換手段との間の光路上にはビーム整形プリズム５５をさらに具備することが望ましい。このビーム整形プリズム５５は、端面発光型レーザーから出射される楕円形ビームを円形ビームに整形する。前記ビーム整形プリズム５５は、光源５１とコリメーティングレンズ５３との間に配置される場合もある。ここで、前記光源５１として略円形のビームを出射する面発光型レーザーを採用する場合には、図６の光学系でビーム整形プリズム５５は除去される。
【００３８】
ここで、参照番号７３はセンシングレンズ（ｓｅｎｓｉｎｇ  ｌｅｎｓ）であって、例えば、非点収差法により集束エラー信号を検出する場合、前記センシングレンズ７３として、入射された光に非点収差を起こす非点収差レンズを具備する場合もある。
【００３９】
前記のような本発明に係る光ピックアップ装置は、青色光に対して高開口数の実現及び色収差補正が可能な対物レンズ装置１０を備えるので、次世代ＤＶＤ系の記録媒体を記録再生できる。
【００４０】
したがって、再生及び記録モード変換時の光出力量の変化による前記光源５１から出射される光の波長変化及び／または前記光源５１をＨＦで駆動することによって波長線幅が増え、それにより生じた色収差は前記対物レンズ装置１０で補正されるので、前記対物レンズ装置１０及び青色光源を採用した本発明に係る光ピックアップは次世代ＤＶＤ系の記録媒体に対して良質の記録及び／または再生を行える。
【００４１】
ここで、図６は本発明に係る対物レンズ装置１０を採用した光ピックアップ装置の一実施例を示すものであって、本発明に係る光ピックアップ装置は図６の光学的構成に限定されない。
【００４２】
以下、本発明に係る対物レンズ装置１０の青色光に対する色収差の補正効果を確認するために、本発明に係る対物レンズ装置１０の第１ないし第４光学的設計例を説明する。以下の第１ないし第４光学的設計例は、本発明に係る対物レンズ装置１０が正のパワーを有する第１レンズ１１、負のパワーを有する第２レンズ１３及び正のパワーを有する第３レンズ１５よりなり、第３レンズ１５の光が入射される側の一面１５ａが非球面で形成され、基準波長４０５ｎｍ、記録媒体５１の厚さ０．１ｍｍに対して１．７６５ｍｍの全体の焦点距離を有し、入射ひとみの直径が３．０ｍｍである平行光が入射され、０．７０以上の開口数を有する場合に対するものである。
【００４３】
表２及び図７は、本発明に係る対物レンズ装置１０の第１光学的設計例であり、図８は、表２の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１０の収差図である。表３及び図９は、本発明に係る対物レンズ装置１０の第２光学的設計例であり、図１０は、表３の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１０の収差図である。また、表４及び図１１は、本発明に係る対物レンズ装置１０の第３光学的設計例であり、図１２は、表４光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１０の収差図である。
【００４４】
【表２】
0003558218.tif 000005
【００４５】
【表３】
0003558218.tif 000006
【００４６】
【表４】
0003558218.tif 000007
【００４７】
表２ないし表４から分かるように、本発明に係る対物レンズ装置１０の第１ないし第３光学的設計例では、負のパワーを有する第２レンズ１３をアッベ数２７．５のガラス材質で形成し、第２レンズ１３の焦点距離を各々−３．７２５ｍｍ、−３．４０２ｍｍ、−２．７１３ｍｍに設計した。
【００４８】
表２ないし表４の光学的データを有する対物レンズ装置１０の収差図である図８、図１０、図１２から分かるように、前記対物レンズ装置１０では光源５１の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから外れて４０６ｎｍに変わる場合にも収差がほとんど生じない。
【００４９】
表５及び図１３は、本発明に係る対物レンズ装置１０の第４光学的設計例であり、図１４は、表５の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１０の収差図である。
【００５０】
【表５】
0003558218.tif 000008
【００５１】
表５から分かるように、本発明に係る対物レンズ装置１０の第４光学的設計例では負のパワーを有する第２レンズ１３をｄ線におけるアッベ数３１．２のガラス材質より形成し、第２レンズ１３の焦点距離を−３．９３３ｍｍに設計した。
【００５２】
表５のような光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１０では、図１４から分かるように、光源５１の出射光波長が基準波長４０５ｎｍから外れて４０６ｎｍに変わる場合にも収差がほとんど生じない。
【００５３】
前記非球面Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３４、Ｓ４４に対する非球面式は非球面の頂点からの深さをＺとする時、数式２のように示すことができる。
【００５４】
（数式２）
【数７】
0003558218.tif 000009
【００５５】
表２ないし表５、数式２で、Ｋは前記第３レンズ１５の非球面Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３４、Ｓ４４の円錐定数、Ａ〜Ｊは非球面係数である。そして、ｈは光軸からの高さ、ｃは曲率である。
【００５６】
以上の光学的設計例を通じて確認したように、本発明に係る対物レンズ装置１０は青色光に対して色収差補正機能を有する。
【００５７】
したがって、本発明に係る対物レンズ装置１０を青色光源を使用する次世代ＤＶＤ系の記録媒体用光ピックアップ装置に採用すれば、良好な記録及び／または再生信号が得られる。
【００５８】
【発明の効果】
前記のような本発明に係る対物レンズ装置は、ｄ線におけるアッベ数４５以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで３枚のレンズよりなり、この３枚のレンズの少なくとも一面が非球面に形成されるので、高開口数を実現できると共に青色光に対して色収差を補正できる。
【００５９】
したがって、このような本発明に係る対物レンズ装置を採用した光ピックアップを用いれば、良好な記録及び／または再生が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録／再生時の光出力パワーの変動による集束ずれに係る記録媒体に結ばれる光スポットの強度を示すグラフ。
【図２】波長変化による開口数０．６５の対物レンズ装置の波面収差を示すグラフ。
【図３】波長変化による開口数０．６５の対物レンズ装置の集束ずれ量を示すグラフ。
【図４】従来の対物レンズ装置の一例を示す図。
【図５】本発明の望ましい実施例に係る対物レンズ装置を概略的に示す図。
【図６】本発明に係る対物レンズ装置を採用した光ピックアップの一実施例を概略的に示す図。
【図７】表２のような本発明の第１光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図８】表２の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
【図９】表３のような本発明の第２光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図１０】表３の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
【図１１】表４のような本発明の第３光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図１２】表４の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
【図１３】表５のような本発明の第４光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図１４】表５の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
【図１】
0003558218.tif 000012
【図２】
0003558218.tif 000013
【図３】
0003558218.tif 000014
【図４】
0003558218.tif 000015
【図５】
0003558218.tif 000016
【図６】
0003558218.tif 000017
【図７】
0003558218.tif 000018
【図８】
0003558218.tif 000019
【図９】
0003558218.tif 000020
【図１０】
0003558218.tif 000021
【図１１】
0003558218.tif 000022
【図１２】
0003558218.tif 000023
【図１３】
0003558218.tif 000024
【図１４】
0003558218.tif 000025