(57)【要約】      （修正有）【課題】波面収差０．０１λｒｍｓ以下に抑え、良好な軸外特性、十分なワーキングディスタンスの確保、製造公差が緩く実用上使用可能な特性を満足する高ＮＡの光ピックアップ用対物レンズを提供する。【解決手段】開口数が０．８〜０．９で、波長が４１０ｎｍ以下のレーザ光を射出する光源を用い、該光源から射出された光束を光情報記録媒体２０の情報記録面に集光させる光ピックアップ用対物レンズ１０であって、光源側から順に第１面１１、第２面１２がともに連続した非球面形状の単レンズであり、且つ、次式を満たす。０．００４＜｜ＳＣ｜ｍａｘ／ｆ＜０．０１式（１）、−０．２５＜Ｒ１／Ｒ２＜−１．０式（２）、０．２≦ＷＤ／ｆ≦０．３式（３）【選択図】図１
2011090732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．８〜０．９で、波長が４１０ｎｍ以下のレーザ光を射出する光源を用い、該光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させる光ピックアップ用対物レンズであって、
光源側から順に第１面（１１）、第２面（１２）が、ともに連続した非球面形状の単レンズであり、且つ、次式を満たすことを特徴とする。
０．００４＜｜ＳＣ｜ｍａｘ／ｆ＜０．０１      式（１）
−０．２５＜Ｒ１／Ｒ２＜−１．０                式（２）
０．２≦ＷＤ／ｆ≦０．３                      式（３）
但し、
Ｒ１：第１面近軸曲率半径
Ｒ２：第２面近軸曲率半径
｜ＳＣ｜ｍａｘ：正弦条件違反量の絶対値の最大値            
ｆ：対物レンズの近軸焦点距離
ＷＤ：ワーキングディスタンス
【請求項２】
使用する波長における屈折率ｎが、１．５０≦ｎ≦１．７２であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項３】
画角０．５°の波面収差ＷＦＡ（Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）０．５が、０．０３５λｒｍｓ≦ＷＦＡ０．５≦０．０５０λｒｍｓであることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の光ピックアップ用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量の光情報記録媒体に対する記録または再生を行う光学系に使用されるＮＡの大きい光ピックアップ用対物レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光情報記録媒体の記録容量は増大し続けており、それに伴い単位面積あたりの記録密度も増大し続けている。
【０００３】
現在実用化されている高密度光情報記録媒体ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ：ブルーレイ・ディスク）では、従来のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ：デジタル・バーサタイル・ディスク）と比較し、単位面積当たり５倍もの記録密度を実現している。
【０００４】
一般的に、光情報記録媒体の記録密度はレーザ光源の収束できる最小スポット径に依存しており、そのスポット径の大きさは、レーザ光源の波長に比例し、ＮＡに反比例している。したがって、光ピックアップ用レーザ光源の短波長化及び有効面を拡大することによって高密度化を実現しており、ＢＤの場合、波長が４１０ｎｍ以下のレーザ光源が使用され、ＮＡは０．８５以上となる場合が多い。
【０００５】
このように、光ピックアップ用対物レンズで集光して所望の光スポット径を実現するには、高ＮＡ化を達成する必要がある。同時に、収差の影響によるスポット径の増大を鑑みると、対物レンズへの垂直入射における収差である軸上特性は、極力収差を排除する必要がある。
【０００６】
しかし、収差が急激に増大するため、容易には高ＮＡ化はできない。例えば、軸上特性の代表的な収差である３次球面収差はＮＡの３乗に比例して増加するためである。
【０００７】
このため、軸上特性の補正負荷量が大きくなることで設計の余裕度が無くなり、軸外においては、コマ収差、非点収差などが必ずしも満足した性能が得られていない。
【０００８】
しかしながら、光ピックアップ装置では対物レンズは３ビーム方式にも対応させることでトラッキング動作の安定度を増し、取り付け時の調整不良に対する耐性を高くする必要があり、前記軸外特性も無視できない。
【０００９】
一方、高ＮＡ化を達成した場合、対物レンズと情報記録媒体間の間隔に相当するワーキングディスタンス（ＷＤ）が小さくなる傾向があるため、対物レンズと記録媒体が接触する可能性が大きいという問題がある。
【００１０】
この場合、対物レンズの焦点距離を長くすることで、ＷＤを確保することは可能であるが、ビーム径やレンズ径の拡大を余儀なくされるため、必ずしも有効な手段とはならない。
【００１１】
さらに、高ＮＡ化を達成した場合、設計上では良好なスポット径に絞ることが可能であっても、実際の製造時に発生する誤差に対する性能劣化が大きく、実用化が困難であるという問題も発生する。
【００１２】
例えば、レンズ面間の偏心に対する性能劣化が大きい場合、コマ収差の増大に結びつき、中心厚変化に対する性能劣化が大きい場合、球面収差の増大に結びつくという不都合がある。
【００１３】
ところで、光記録媒体の記録面に集光するスポットサイズは、光記録媒体の記録密度を最大限にするために、その光ディスクに使用されるレーザ光の波長オーダーとなっている。
【００１４】
よって、かかる光ピックアップに用いられる対物レンズの結像性能としては、いわゆるマレシャル限界と呼ばれる許容値を満足するように波面収差（ＷＦＡ：Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）がＷＦＡ＜０．０７１λｒｍｓとなるような性能が要求される。
【００１５】
つまり、実際の製造時に発生する誤差を考慮に入れながらも、軸上特性及び軸外特性はマレシャル限界内で集光する必要がある。このとき、収差の極小値をとる軸上特性は、波面性能を十分に確保する必要があり、少なくとも０．０１λｒｍｓ以下に抑えなければ軸外特性、あるいは製造時に発生する誤差を含めた場合に、マレシャル限界を超えてしまう。
【００１６】
この種の光ピックアップ用対物レンズとしては、例えば、以下の文献に記載されたものが知られている。
【００１７】
特許文献１には、光ピックアップ用対物レンズのディスク側の面のサグの変化量を適切に設定することによって、良好な軸上特性及び軸外特性を兼ね備えつつ、より長いＷＤを確保する技術が開示されている。
【００１８】
特許文献２には、レンズの第１面が凸面、レンズの第２面が凹面となるようなメニスカスレンズであり、保護層の厚さの変化により発生する球面収差を補正できるようコマ収差の補正状態の設定を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００８−１２３５７３号公報
【特許文献２】特開２００３−８５８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記従来技術に示される何れの対物レンズも、軸上特性及び軸外特性は低く抑えられているが、実際の製造時に生じる誤差を考慮すると、僅かな誤差でもマレシャル限界を超えてしまい、所望の特性を維持することが困難であるという不都合があった。
【００２１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は軸上特性として、波面収差０．０１λｒｍｓ以下に抑え、良好な軸外特性、十分なＷＤの確保、製造公差が緩く実用上使用可能な特性を満足する高ＮＡの光ピックアップ用対物レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が０．８〜０．９で、波長が４１０ｎｍ以下のレーザ光を射出する光源を用い、該光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面に集光させる光ピックアップ用対物レンズであって、光源側から順に第１面（１１）、第２面（１２）がともに連続した非球面形状の単レンズであり、且つ、次式を満たすことを特徴とする。
【００２３】
０．００４＜｜ＳＣ｜ｍａｘ／ｆ＜０．０１      式（１）
【００２４】
−０．２５＜Ｒ１／Ｒ２＜−１．０                式（２）
【００２５】
０．２≦ＷＤ／ｆ≦０．３                      式（３）
【００２６】
但し、
【００２７】
Ｒ１：第１面近軸曲率半径
【００２８】
Ｒ２：第２面近軸曲率半径
【００２９】
｜ＳＣ｜ｍａｘ：正弦条件違反量の絶対値の最大値
【００３０】
ｆ：対物レンズの近軸焦点距離
【００３１】
ＷＤ：ワーキングディスタンス
【００３２】
請求項２に記載の本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、請求項１に記載の発明について、使用する波長における屈折率ｎが、１．５０≦ｎ≦１．７２であることを特徴とする。
【００３３】
請求項３に記載の本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、請求項１または請求項２の何れか記載の発明について、画角０．５°の波面収差ＷＦＡ（Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）０．５が、０．０３５λｒｍｓ≦ＷＦＡ０．５≦０．０５０λｒｍｓであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１に記載の発明によれば、条件式（１）〜（３）を満足することにより、軸上特性を抑えながら、良好な軸外特性と適切なＷＤ及び製造公差を得ることができるという優れた効果がある。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、使用する波長における屈折率ｎが、１．５０≦ｎ≦１．７２であるという条件は、最適形状での光ピックアップ用対物レンズが両凸形状となるような条件と、第１面の周辺形状が急勾配となり過ぎないための範囲であり、さらにレンズ端の厚みであるコバ厚が小さくなりすぎないための条件である。これにより適切なＷＤの確保と共に、良好な軸外特性と製造公差を得ることができ、さらに十分なコバ厚の確保に有効であるという効果がある。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、実際の製造時に発生する公差を緩くするために軸外特性を適切に劣化させ、バランスの良好な対物レンズを設計することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１に係る光ピックアップ用対物レンズの断面図である。
【図２】実施例１に係る光ピックアップ用対物レンズの縦収差を示すグラフである。
【図３】実施例１に係る光ピックアップ用対物レンズの正弦条件違反量を示すグラフである。
【図４】実施例１に係る光ピックアップ用対物レンズの波面収差を示すグラフである。
【図５】実施例２に係る光ピックアップ用対物レンズの断面図である。
【図６】実施例２に係る光ピックアップ用対物レンズの縦収差を示すグラフである。
【図７】実施例２に係る光ピックアップ用対物レンズの正弦条件違反量を示すグラフである。
【図８】実施例２に係る光ピックアップ用対物レンズの波面収差を示すグラフである。
【図９】実施例３に係る光ピックアップ用対物レンズの断面図である。
【図１０】実施例３に係る光ピックアップ用対物レンズの縦収差を示すグラフである。
【図１１】実施例３に係る光ピックアップ用対物レンズの正弦条件違反量を示すグラフである。
【図１２】実施例３に係る光ピックアップ用対物レンズの波面収差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００３９】
図１は本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ用対物レンズ（以下、対物レンズという。）を示している。
【００４０】
実施形態の対物レンズは、ＮＡが０．８〜０．９且つ、いずれも光源の波長が４１０ｎｍ以下のレーザ光をＢＤ等の記録媒体の記録面上に集光させるためのものである。
【００４１】
実施形態の対物レンズ１０は光源側となる第１面１１および第２面１２がどちらも連続した非球面形状を有する対物レンズである。
【００４２】
さらに、対物レンズ１０の像側に光情報記録媒体の基板（厚さｔ１＝０．１ｍｍ）を有しており、以下の条件を満足するように設計がなされている。
【００４３】
０．００４＜｜ＳＣ｜ｍａｘ／ｆ＜０．０１      式（１）
【００４４】
−０．２５＜Ｒ１／Ｒ２＜−１．０                式（２）
【００４５】
０．２≦ＷＤ／ｆ≦０．３                      式（３）
【００４６】
但し、
【００４７】
Ｒ１：第１面近軸曲率半径
【００４８】
Ｒ２：第２面近軸曲率半径
【００４９】
｜ＳＣ｜ｍａｘ：正弦条件違反量の絶対値の最大値
【００５０】
ｆ：対物レンズの近軸焦点距離
【００５１】
ＷＤ：ワーキングディスタンス
【００５２】
条件式（１）は、軸外特性と製造公差を規定するための数値範囲を示している。
【００５３】
この範囲の下限を下回る場合、製造公差が厳しくなり、上限を上回ると軸外特性が悪化する。
【００５４】
この正弦条件違反量ＳＣは対物レンズ１０へ入射する光線の入射高さによってそれぞれ異なる値をとることから、軸上特性と軸外特性の補正のみを考えれば、各入射高さにおいて０とすることが望ましい。実際に、両面が非球面形状を有する場合に、このような設計は可能となる。
【００５５】
しかし、ＮＡが０．８０以上と極めて高いレンズでは製造公差が大きな問題となる。  つまり、製造上起こり得る誤差を考慮しながら、設計を行う際に、一概には正弦条件違反量ＳＣを０に追い込むことが最良のスポットを形成するとは限らない。
【００５６】
本発明者の計算によれば、例えば後述の実施例１におけるｆ１．７６５ｍｍ（焦点距離）、ＮＡ０．８５（開口数）、λ４０５ｎｍ（使用波長）、ｎ１．７１１（使用波長における屈折率）の光ピックアップ用対物レンズにおいて、正弦条件違反量ＳＣを各入射高さにおいて、０に追い込む設計を行なった場合に、軸上の波面収差は０．００５λｒｍｓ、画角０．５°における波面収差が０．０１８λｒｍｓと非常に良好な値を示すものの、中心厚変化−２μｍで、且つ、面間の偏心２μｍの場合の軸上の波面収差が０．０８０λｒｍｓ、画角０．５°における波面収差が０．０９２λｒｍｓとなり、マレシャル限界を超えてしまい実用化が困難となる。
【００５７】
したがって、設計上の軸外特性を悪化してでも、レンズ面間の偏心や中心厚変化に対する性能劣化を小さくし、製造公差を含めてマレシャル限界内の結像性能を維持することが重要となる。
【００５８】
よって、条件式（１）は、許容できる範囲で軸外特性を犠牲にし、製造の許容値を大きくさせ、バランスをとるために必要な条件式となる。
【００５９】
続いて、条件式（２）は、本実施形態に係る対物レンズ１０に対して、良好な軸上特性を得ることが可能な範囲を規定している。
【００６０】
上述の通り、この種の対物レンズを設計する際に、軸上特性を０．０１λｒｍｓ以下にする必要があるが、無理に抑え込めば、軸外特性の劣化が生じる。
【００６１】
このため、できるだけ軸上特性の補正を行いやすいような形状とし、軸外特性とのバランスをとる作業が必要となる。
【００６２】
ここで、焦点距離を固定し、ベンディングを行なった場合に、球面収差が極小値をとるような近軸曲率半径の組合せが存在することが知られている。
【００６３】
この表面形状は、最適形状あるいはベストフォーム形状と呼ばれる。
【００６４】
従来のＮＡが０．６程度のＤＶＤ用の対物レンズであれば、近軸曲率半径の組合せをかなり広い範囲で変化させても球面収差の極小値付近をとることが可能であるが、ＮＡ０．８を超えるようなレンズでは、極小値付近をとる近軸曲率半径の組合せが狭い範囲でしか存在せず、ピンポイントに近軸形状を定める必要がある。
【００６５】
つまり、条件式（２）を満足することで、対物レンズ両面の近軸曲率半径を適切に指定し、最適形状とすることで無理なく軸上特性を補正することにより、軸外特性も抑えることが可能となる。
【００６６】
条件式（３）では焦点距離ｆで正規化したＷＤの範囲を定めている。
【００６７】
一般的にＷＤと軸外特性にはトレードオフの関係があり、条件式の下限を下回る場合に、十分なＷＤが確保できなくなり、対物レンズ１０が光情報記録媒体２０に接触し易くなる。
【００６８】
一方、条件式（３）の上限を上回る場合には、軸外特性の補正ができなくなり、トラッキング動作の制御が困難となる。
【００６９】
したがって、上記範囲を満足することにより、ＷＤと軸外特性のバランスを確保した補正が期待できる。
【００７０】
さらに、使用波長における屈折率ｎとして、１．５０≦ｎ≦１．７２を満たすように設計されている。
【００７１】
この場合に、適切なＷＤの確保と共に、良好な軸外特性と製造公差を得ることができ、さらに十分にコバ厚を確保するための範囲となる。
【００７２】
一般的に、高ＮＡ化を達成しようとする際、屈折率ｎが１．５を下回ると第１面１１の近軸曲率半径が小さくなりすぎることでレンズ周辺の傾斜が急勾配となる。
【００７３】
これは、軸上特性の補正負荷量が増大し、軸外特性の悪化、あるいは、製造公差の低下を招くため、満足した性能が得られない。さらに、コバ厚を十分に確保することが困難となる。
【００７４】
コバ厚が薄くなることにより、コバの部分の割れなどが生じ、レンズの取り付けを行う際に、不具合が生じるおそれがある。
【００７５】
一方、屈折率ｎが１．７２を上回る場合には、上述した最適形状は、メニスカス形状となる。
【００７６】
この場合に、両凸レンズと比較して十分なＷＤが確保できなくなってしまう。
【００７７】
さらに、画角０．５°の波面収差ＷＦＡ０．５が０．０３５λｒｍｓ≦ＷＦＡ０．５≦０．０５０λｒｍｓを満たすように設計されている。
【００７８】
この場合に、実用上起こりうる製造誤差を考慮しても軸上特性及び画角０．５°までの軸外特性がマレシャル限界を超えないための数値範囲となる。
【００７９】
ここで述べる製造誤差とは、対物レンズの中心厚変化あるいは、第１面１１と第２面１２の偏心、あるいはその両方が同時に起こることを指す。
（実施例）
【００８０】
以下に、上述した実施形態に基づく３形態の実施例について説明する。
【００８１】
本実施例に提示する対物レンズ１０の第１面１１及び第２面１２は、何れも連続した回転対称非球面形状であり、以下の式を用いて表している。
【数１】
2011090732.tif 000003
【００８２】
ここで、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向をＺ軸として直交座標において、光軸からの高さをＹ、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ４〜Ａ１４とした場合に、上記数１で表される。
【００８３】
但し、非球面係数はＡ１４までに限定されるものではない。非球面係数は必要な次数だけ用いることができる。
【００８４】
図１は、実施例１の光ピックアップ用対物レンズ１０と光情報記録媒体２０とを示す断面図である。
【００８５】
対物レンズに入射した光線束３０は、対物レンズ１０の第１面１１と第２面１２で屈折し、情報記録媒体の透過層を透過して記録面にスポットが形成される。
【００８６】
表１に、実施例１に提示する対物レンズの具体的な仕様を示す。
【００８７】
表１中の記号ｆは焦点距離、ＮＡは開口数、ｍは倍率、Ｒは面の近軸曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは面間の光軸上の距離（単位：ｍｍ）、ｎは使用波長における屈折率、λは使用波長（単位：ｎｍ）である。
【表１】
2011090732.tif 000004
【００８８】
ここで、面間隔の情報記録媒体２０の透過層の厚みが０．１ｍｍではなく０．０８７５ｍｍとなっているのは、記録層が２層の場合について、中間の厚さ０．０８７５ｍｍに厚さを設定することで、２層のそれぞれの記録層に対しても対応するためである。
【００８９】
次に表２に実施例１に提示する対物レンズの具体的な数値構成を示す。
【表２】
2011090732.tif 000005
【００９０】
続いて、図２から図４に実施例１の対物レンズの特性を示す。
【００９１】
図２は縦収差、図３は正弦条件違反量、図４は画角０°〜１°までの波面収差を示す。
【００９２】
図５は、実施例２の光ピックアップ用対物レンズ１０と光情報記録媒体２０とを示す断面図である。
【００９３】
実施例２の対物レンズ１０の具体的な仕様は表３、数値構成は表４に示されている。
【００９４】
また、図６から図８に実施例の２の対物レンズの特性を示す。
【００９５】
図６は縦収差、図７は正弦条件違反量、図８は画角０°〜１°までの波面収差を示す。
【表３】
2011090732.tif 000006
【表４】
2011090732.tif 000007
【００９６】
図９は、実施例３の光ピックアップ用対物レンズ１０と光情報記録媒体２０とを示す断面図である。
【００９７】
実施例３の対物レンズ１０の具体的な仕様は表５、数値構成は表６に示されている。
【００９８】
また、図１０から図１２に実施例３の対物レンズの特性を示す。
【００９９】
図１０は縦収差、図１１は正弦条件違反量、図１２は画角０°〜１°までの波面収差を示す。
【表５】
2011090732.tif 000008
【表６】
2011090732.tif 000009
【０１００】
次に、上記実施例１〜３の対物レンズと前述の条件（１）、条件（２）、条件（３）との関係を以下の表７に示す。
【０１０１】
実施例１〜３の何れも各条件を満足している。
【表７】
2011090732.tif 000010
続いて、上記実施例１〜３に係る対物レンズ１０の、レンズの第１面１１と第２面１２とが２μｍ偏心した場合、及び、中心厚変化が２μｍの場合、及び、２μｍ偏心し、且つ、中心厚変化が２μｍの場合の波面収差を表８に示す。
何れの場合もマレシャルの限界内に収まっており実用可能なレベルとなっている。
【表８】
2011090732.tif 000011
【０１０２】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明に係る技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明による光ピックアップ用対物レンズは、ＢＤなどの少なくとも１層以上の複数からなる再生層または記録層を有する光情報記録媒体において、光情報記録媒体の再生または記録のうち少なくとも何れか一方を行う駆動装置等に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  光ピックアップ用対物レンズ
１１  第１面
１２  第２面
２０  光情報記録媒体
３０  光線束
【図１】
2011090732.tif 000012
【図２】
2011090732.tif 000013
【図３】
2011090732.tif 000014
【図４】
2011090732.tif 000015
【図５】
2011090732.tif 000016
【図６】
2011090732.tif 000017
【図７】
2011090732.tif 000018
【図８】
2011090732.tif 000019
【図９】
2011090732.tif 000020
【図１０】
2011090732.tif 000021
【図１１】
2011090732.tif 000022
【図１２】
2011090732.tif 000023