(57)【要約】【課題】本発明は、赤外レーザー光と赤色レーザー光と青色レーザー光とを切り換えて使用する光情報記録装置において共用することができる対物レンズにおいて、上記３つのレーザー光の使用領域において反射防止膜の反射率を小さくすることができ、これにより、透過光量の増大が図れる対物レンズを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の対物レンズ１は、ガラスからなるレンズ素体２と、このレンズ素体２の主面に形成した酸化珪素を主成分とする第１の薄膜３と、この第１の薄膜３の上に形成した酸化アルミニウムを主成分とする第２の薄膜４と、この第２の薄膜４の上に形成したフッ化マグネシウムを主成分とする第３の薄膜５とを備え、前記第１の薄膜３の光軸上における光学膜厚と前記第２の薄膜４の光軸上における光学膜厚と前記第３の薄膜５の光軸上における光学膜厚との比を略２：２：１としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスからなるレンズ素体と、このレンズ素体の主面に形成した酸化珪素を主成分とする第１の薄膜と、この第１の薄膜の上に形成した酸化アルミニウム等を主成分とする第２の薄膜と、この第２の薄膜の上に形成したフッ化マグネシウムを主成分とする第３の薄膜とを備え、前記第１の薄膜の光軸上における光学膜厚と前記第２の薄膜の光軸上における光学膜厚と前記第３の薄膜の光軸上における光学膜厚との比を略２：２：１とした対物レンズ。
【請求項２】
ガラスからなるレンズ素体の主面に低屈折率材料からなる薄膜と高屈折率材料からなる薄膜とを交互に設け、かつ前記高屈折率材料からなる薄膜の屈折率を前記ガラスからなるレンズ素体の屈折率と略同等とするか、または前記ガラスからなるレンズ素体の屈折率以下とした対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録装置や光情報再生装置等の光ピックアップに使用する対物レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来におけるこの種の対物レンズとしては、光学ガラスからなるレンズ素体の表面に約１６３ｎｍの厚みのフッ化マグネシウムの単層反射防止膜を設けたものが知られている。この単層反射防止膜の光軸上の位置における分光反射率曲線は図７に示すようになっている。
【０００３】
また、上記のもの以外には、光学ガラスからなるレンズ素体の表面に、厚み約８３ｎｍの酸化アルミニウムからなる第１層と、この第１層の上に形成した厚み約１２８ｎｍの酸化チタンと酸化ジルコニウムの混合物からなる屈折率２．１の第２層と、この第２層の上に形成した厚み約１６６ｎｍの酸化アルミニウムからなる第３層と、この第３層の上に形成した厚み約１２７ｎｍの酸化チタンと酸化ジルコニウムの混合物からなる屈折率２．１の第４層と、この第４層の上に形成した厚み約９９ｎｍのフッ化マグネシウムからなる第５層とにより構成される５層反射防止膜が知られている。この５層反射防止膜の光軸上の位置における分光反射率曲線は図１１に示すようになっている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００６−３０２４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の対物レンズにおいて、波長７９０ｎｍ程度の赤外レーザー光を用いるＣＤと、波長６５０ｎｍ程度の赤色レーザー光を使用するＤＶＤと、波長４０５ｎｍ程度の青色レーザー光を使用するブルーレイディスクとを一つの対物レンズで共用しようとした場合、ＣＤにおける開口数０．４５と、ＤＶＤにおける開口数０．６と、ブルーレイディスクにおける開口数０．８５とを満足するために、光学面が光軸上から外周部に向かうに従って傾斜を増しているもので、ＣＤにおいては光学有効径の外周部において入射角度が３７°になり、ＤＶＤにおいては光学有効径の外周部において入射角度が５０°になり、ブルーレイディスクにおいては光学有効径の外周部において入射角度が６１°になるものである。
【０００６】
このように外周に向かうに従って光学面の傾斜角度が大きくなると、真空蒸着などの方法によって反射防止膜を形成した場合には、反射防止膜の膜厚が光軸上よりも外周に向かうに従って薄くなるものである。例えば、入射角が３７°の位置における反射防止膜の膜厚は光軸上（入射角０°）の膜厚の約８５％になり、入射角が５０°の位置における反射防止膜の膜厚は光軸上の膜厚の約７０％になり、入射角が６１°の位置における反射防止膜の膜厚は光軸上の膜厚の約６０％になる。このような膜厚の変化は外周部の分光反射率曲線を短波長側にシフトさせる影響を及ぼすものである。
【０００７】
また、対物レンズの光学面が光学上から外周部に向かうに従って傾斜を増すため、レーザー光の入射角は大きくなるが、これも外周部の分光反射率曲線を短波長側にシフトさせる影響を及ぼすものである。
【０００８】
これらの影響を考慮した場合における前述した従来の単層反射防止膜の入射角３７°、５０°、６１°の位置における分光反射率曲線は、それぞれ図８、図９、図１０に示すようになるもので、図７〜図１０からも明らかなように、従来の単層反射防止膜は、ＣＤの使用領域である波長７９０ｎｍ、入射角度０°〜３７°と、ＤＶＤの使用領域である波長６５０ｎｍ、入射角度０°〜５０°においては、反射率が低いため、比較的良好であるが、ブルーレイディスクの使用領域である波長４０５ｎｍ、入射角度０°〜６０°においては、反射率が大きいため、青色レーザーの使用時に対物レンズの透過光量が減少してしまうという課題を有していた。
【０００９】
また、前述した従来の５層反射防止膜の入射角３７°、５０°、６１°の位置における分光反射率曲線は、それぞれ図１２、図１３、図１４に示すようになるもので、この従来の５層反射防止膜では、ＣＤの使用領域である波長７９０ｎｍ、入射角度３７°においては、反射率が２２％になり、一方、ＤＶＤの使用領域である波長６５０ｎｍ、入射角度５０°においては、反射率が２８％になるため、赤外レーザーの使用時および赤色レーザーの使用時に対物レンズの透過光量が減少してしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、赤外レーザー光と赤色レーザー光と青色レーザー光とを切り換えて使用する光情報記録装置において共用することができる対物レンズにおいて、上記３つのレーザー光の使用領域において反射防止膜の反射率を小さくすることができ、これにより、透過光量の増大が図れる対物レンズを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、ガラスからなるレンズ素体と、このレンズ素体の主面に形成した酸化珪素を主成分とする第１の薄膜と、この第１の薄膜の上に形成した酸化アルミニウム等を主成分とする第２の薄膜と、この第２の薄膜の上に形成したフッ化マグネシウムを主成分とする第３の薄膜とを備え、前記第１の薄膜の光軸上における光学膜厚と前記第２の薄膜の光軸上における光学膜厚と前記第３の薄膜の光軸上における光学膜厚との比を略２：２：１としたもので、この構成によれば、レンズ素体の主面に形成した酸化珪素を主成分とする第１の薄膜の光軸上における光学膜厚と、前記第１の薄膜の上に形成した酸化アルミニウム等を主成分とする第２の薄膜の光軸上における光学膜厚と、前記第２の薄膜の上に形成したフッ化マグネシウムを主成分とする第３の薄膜の光軸上における光学膜厚との比を略２：２：１としているため、赤外レーザー光と赤色レーザー光と青色レーザー光のいずれの光源を用いても、その使用領域において反射防止膜の反射率を小さくすることができ、これにより、透過光量の増大が図れる対物レンズが得られるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、ガラスからなるレンズ素体の主面に低屈折率材料からなる薄膜と高屈折率材料からなる薄膜とを交互に設け、かつ前記高屈折率材料からなる薄膜の屈折率を前記ガラスからなるレンズ素体の屈折率と略同等とするか、または前記ガラスからなるレンズ素体の屈折率以下としたもので、この構成によれば、高屈折率材料からなる薄膜の屈折率を前記ガラスからなるレンズ素体の屈折率と略同等とするか、または前記ガラスからなるレンズ素体の屈折率以下としているため、赤外レーザー光と赤色レーザー光と青色レーザー光のいずれの光源を用いても、その使用領域において反射防止膜の反射率を小さくすることができ、これにより、透過光量の増大が図れる対物レンズが得られるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の対物レンズは、ガラスからなるレンズ素体と、このレンズ素体の主面に形成した酸化珪素を主成分とする第１の薄膜と、この第１の薄膜の上に形成した酸化アルミニウム等を主成分とする第２の薄膜と、この第２の薄膜の上に形成したフッ化マグネシウムを主成分とする第３の薄膜とを備え、前記第１の薄膜の光軸上における光学膜厚と前記第２の薄膜の光軸上における光学膜厚と前記第３の薄膜の光軸上における光学膜厚との比を略２：２：１としているため、赤外レーザー光と赤色レーザー光と青色レーザー光のいずれを用いても、その使用領域において反射防止膜の反射率を小さくすることができ、これにより、透過光量の増大が図れる対物レンズが得られるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態における対物レンズについて図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態における対物レンズの要部拡大断面図、図２（ａ）〜（ｃ）は同対物レンズの使用状態を示す側面図である。
【００１７】
図１および図２（ａ）〜（ｃ）において、１は対物レンズで、この対物レンズ１は光学ガラスからなるレンズ素体２と、このレンズ素体２の両主面に形成した第１の薄膜３と、この第１の薄膜３の上に形成した第２の薄膜４と、この第２の薄膜４の上に形成した第３の薄膜５とを備え、そして前記第１の薄膜３と第２の薄膜４および第３の薄膜５により対物レンズ１の３層反射防止膜を構成しているものである。
【００１８】
前記レンズ素体２は、屈折率１．６１、アッベ数５７．８の重クラウンガラスを加熱加圧成形することにより構成しているもので、両主面に光学設計により決定される非球面からなる光学有効面を有するものである。
【００１９】
前記第１の薄膜３は、レンズ素体２の光学有効面に真空蒸着により形成した酸化珪素を主成分とする屈折率１．４７程度の低屈折率の光学薄膜により構成されているもので、対物レンズ１の光軸上における光学膜厚は約２８７ｎｍで、かつ物理膜厚は約１９５ｎｍである。
【００２０】
前記第２の薄膜４は、第１の薄膜３の上に真空蒸着により形成した酸化アルミニウムを主成分とする屈折率１．６４程度の高屈折率の光学薄膜により構成されているもので、対物レンズ１の光軸上における光学膜厚は約２８０ｎｍで、かつ物理膜厚は約１７１ｎｍである。
【００２１】
前記第３の薄膜５は、第２の薄膜４の上に真空蒸着により形成したフッ化マグネシウムを主成分とする屈折率１．３８程度の低屈折率の光学薄膜により構成されているもので、対物レンズの光軸上における光学膜厚は約１４４ｎｍで、かつ物理膜厚は約１０４ｎｍである。
【００２２】
ここで、本発明の一実施の形態における対物レンズは、低屈折率材料からなる第１の薄膜３と、高屈折率材料からなる第２の薄膜４と、低屈折率材料からなる第３の薄膜５とを備え、そして前記した低屈折率材料からなる第１、第３の薄膜３，５と高屈折率材料からなる第２の薄膜４とを交互に設けるとともに、前記高屈折率材料からなる第２の薄膜４の屈折率を前記光学ガラスからなるレンズ素体２の屈折率と略同等にするか、または前記光学ガラスからなるレンズ素体２の屈折率以下、すなわち１．７以下としたものである。そしてまた、前記第１の薄膜３の光軸上における光学膜厚と、第２の薄膜４の光軸上における光学膜厚と、第３の薄膜５の光軸上における光学膜厚との比は略２：２：１としているものである。
【００２３】
以上のように構成した本発明の一実施の形態における対物レンズ１は、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクの各情報記録媒体への情報の記録および再生のために用いるもので、使用する各波長ごとの収差を補正するために位相板６とともに使用するものである。
【００２４】
上記した対物レンズ１を用いてＣＤの記録または再生を行う場合は、図２（ａ）に示すように、波長７９０ｎｍ程度の赤外レーザー光７を用い、開口数０．４５で使用する。この場合は、入射角０°の光軸上の位置Ａから入射角３７°の位置Ｂまでの範囲を有効径とするものである。そして、位相板６を通して入射した赤外レーザー光７は、対物レンズ１の第１面１ａから入射して第２面１ｂから出射した後に、厚さ１．２ｍｍの保護層８を通して情報記録媒体の情報記録面９に収束されるものである。
【００２５】
また、上記対物レンズ１を用いてＤＶＤの記録または再生を行う場合は、図２（ｂ）に示すように、波長６５０ｎｍ程度の赤色レーザー光１０を用い、開口数０．６で使用する。この場合は、入射角０°の光軸上の位置Ａから入射角５０°の位置Ｃまでの範囲を有効径とするものである。そして、位相板６を通して入射した赤色レーザー光１０は、対物レンズ１の第１面１ａから入射して第２面１ｂから出射した後に、厚さ０．６ｍｍの保護層１１を通して情報記録媒体の情報記録面１２に収束されるものである。
【００２６】
そしてまた、上記対物レンズ１を用いてブルーレイディスクの記録または再生を行う場合は、図２（ｃ）に示すように、波長４０５ｎｍ程度の青色レーザー光１３を用い、開口数０．８５で使用する。この場合は、入射角０°の光軸上の位置Ａから入射角６１°の位置Ｄまでの範囲を有効径とするものである。そして、位相板６を通して入射した青色レーザー光１３は、対物レンズ１の第１面１ａから入射して第２面１ｂから出射した後に、厚さ０．１ｍｍの保護層１４を通して情報記録媒体の情報記録面１５に収束されるものである。
【００２７】
次に、本発明の一実施の形態における対物レンズの第１面１ａの反射防止膜の反射率特性について説明する。
【００２８】
図３は本発明の一実施の形態における対物レンズの第１面１ａの光軸上における反射防止膜の分光反射率曲線、図４、図５、図６はそれぞれ同対物レンズの第１面１ａの入射角３７°、５０°、６１°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線であり、光軸上から外周に向かうに従って対物レンズの光学面が傾斜することにより、蒸着した薄膜の膜厚が減少する影響および入射角が大きくなる影響を考慮してシミュレーションにより求めたものである。
【００２９】
図３〜図６において、光軸から外周に向かって入射角が０°から６１°まで大きくなるに従って、分光反射率曲線が短波長側にシフトしていることが分かる。
【００３０】
図３、図４におけるＣＤで使用する赤外レーザー光の波長７９０ｎｍ近傍において、光軸の位置Ａにおける反射率は０．４、有効領域の最外周部である入射角３７°の位置Ｂにおける反射率は３．４であり、Ａ−Ｂ間における反射率は分光反射率曲線を連続的にシフトさせた値となる。ここで、入射する赤外レーザー光の強度はガウス分布を示し、光軸上で最大値となり、有効領域の最外周部である入射角３７°の位置において最大値の１３．５％の強度にまで低下するため、中央部における寄与度が最も大きく、外周部における寄与度は小さくなる。このようなレーザー光の強度分布を考慮すると、中央部における反射率が０．５以下で特に小さく、最外周部においても３．４であるため、全体として入射光の反射を小さくすることができるものである。
【００３１】
図３〜図５におけるＤＶＤで使用する赤色レーザー光の波長６５０ｎｍ近傍において、光軸の位置Ａにおける反射率は１．７、入射角３７°の位置における反射率は０．４、有効領域の最外周部である入射角５０°の位置Ｃにおける反射率は６．３である。そして、Ａ−Ｃ間における反射率は分光反射率曲線を連続的にシフトさせた値となる。ここで、入射する赤色レーザー光の強度はガウス分布を示し、光軸上で最大値となり、有効領域の最外周部である入射角５０°の位置において最大値の１３．５％の強度にまで低下するため、中央部における寄与度が最も大きく、外周部における寄与度は小さくなる。このようなレーザー光の強度分布を考慮すると、中央部における反射率が１．７以下で特に小さく、最外周部において６．３になるが、全体として入射光の反射を小さくすることができるものである。
【００３２】
図３〜図６におけるブルーレイディスクで使用する青色レーザー光の波長４０５ｎｍ近傍において、光軸の位置Ａにおける反射率は１．７、入射角３７°の位置における反射率は１．６、入射角５０°の位置における反射率は３．０、有効領域の最外周部である入射角６１°の位置Ｄにおける反射率は３．８である。そして、Ａ−Ｄ間における反射率は分光反射率曲線を連続的にシフトさせた値となる。ここで、入射する青色レーザー光の強度はガウス分布を示し、光軸上で最大値となり、有効領域の最外周部である入射角６１°の位置において最大値の１３．５％の強度にまで低下するため、中央部における寄与度が最も大きく、外周部における寄与度は小さくなる。このようなレーザー光の強度分布を考慮すると、中央部における反射率が２．０以下で特に小さく、最外周部において３．８になるが、全体として入射光の反射を小さくすることができるものである。
【００３３】
上記した本発明の一実施の形態における対物レンズ１においては、第１面１ａの反射防止膜の反射率特性について説明したが、同対物レンズ１の第２面１ｂの反射防止膜についても同様の議論ができるものである。対物レンズ１の第２面１ｂにおいても、光軸上の位置における入射角および反射防止膜の厚みは第１面１ａのものと同じ条件であるため、第２面１ｂにおける光軸上の位置の分光反射率曲線も第１面１ａの光軸上の分光反射率曲線と同じである。また、対物レンズ１の第２面１ｂにおける光学面の傾斜角度は第１面１ａの傾斜角度と比較して小さいため、反射防止膜の各層の中央部と外周部における膜厚の差は小さい。そのため、第２面１ｂの外周部における分光反射率曲線のシフトは、第１面１ａにおけるシフトよりも小さくなり、その反射率は第１面１ａの反射率を超えることはなく、第１面１ａの中央部の反射率に近いものとなる。
【００３４】
以上のように本発明の一実施の形態における対物レンズにおいては、光学ガラスからなるレンズ素体２と、このレンズ素体２の主面に形成した酸化珪素を主成分とする第１の薄膜３と、この第１の薄膜３の上に形成した酸化アルミニウムを主成分とする第２の薄膜４と、この第２の薄膜４の上に形成したフッ化マグネシウムを主成分とする第３の薄膜５とを備え、そして前記第１の薄膜３の光軸上における光学膜厚と前記第２の薄膜４の光軸上における光学膜厚と前記第３の薄膜５の光軸上における光学膜厚との比を略２：２：１としているため、赤外レーザー光と赤色レーザー光と青色レーザー光のいずれの光源を用いても、その使用領域において反射防止膜の反射率を小さくすることができ、これにより、透過光量の増大が図れる対物レンズを得ることができるものである。
【００３５】
なお、上記本発明の一実施の形態における対物レンズにおいては、３層反射防止膜における第２の薄膜４を構成する高屈折率材料として酸化アルミニウムを使用したものについて説明したが、これに限定されるものではなく、屈折率が１．６３であるフッ化セリウムや、屈折率が１．６６である酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの混合物を高屈折率材料として使用した反射防止膜であっても良いものであり、この場合は、屈折率が１．６０以上１．７０以下の薄膜材料であれば良いものである。また、高屈折率材料の屈折率は、光学ガラスからなるレンズ素体２の屈折率と比較して略同等か、またはそれ以下であるとなお良いものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る対物レンズは、赤外レーザー光と赤色レーザー光と青色レーザー光のいずれの光源を用いても、その使用領域において反射防止膜の反射率を小さくすることができ、これにより、透過光量の増大が図れる対物レンズを得ることができるという効果を有するものであり、特に光情報記録／再生装置の光ピックアップに用いることにより有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態における対物レンズの要部拡大断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）同対物レンズの使用状態を示す側面図
【図３】同対物レンズの光軸上における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図４】同対物レンズの入射角３７°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図５】同対物レンズの入射角５０°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図６】同対物レンズの入射角６１°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図７】従来の対物レンズの光軸上における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図８】同対物レンズの入射角３７°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図９】同対物レンズの入射角５０°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図１０】同対物レンズの入射角６１°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図１１】従来の他の対物レンズの光軸上における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図１２】同対物レンズの入射角３７°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図１３】同対物レンズの入射角５０°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【図１４】同対物レンズの入射角６１°の位置における反射防止膜の分光反射率曲線を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１  対物レンズ
２  レンズ素体
３  第１の薄膜
４  第２の薄膜
５  第３の薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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