(57)【要約】【課題】ブルーレイディスク等の記録密度が高い光ディスク用の高ＮＡの対物レンズであって、製造誤差による性能劣化が少なく、製造が容易な対物レンズを提供することを目的とする。【解決手段】対物レンズ１０は、光源側となる第１面１１及び光ディスク２０側となる第２面１２が共に凸形状の単レンズである。NAは0.75以上であり、第１面１１の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度をθmax、使用波長におけるレンズの屈折率をｎとして、以下の条件(１)を満たすよう設計されている。    0.95 ＜ (n−1)・tanθmax ＜ 1.50  …(１)【選択図】図１
2008293633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側となる第１面及び光ディスク側となる第２面を備える単レンズであって、NA0.75以上であり、前記第１面が凸面であり、該第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度をθmax、使用波長におけるレンズの屈折率をｎとして、以下の条
件(１)、
0.95 ＜ (n−1)・tanθmax ＜ 1.50  …(１)
を満たすことを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項２】
光源側となる第１面及び光ディスク側となる第２面を備える単レンズであって、NA0.75以上であり、前記第１面が凸面であり、正弦条件違反量が有効半径の６割から９割の入射高さで負の極小値を持つことを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項３】
前記正弦条件違反量の負の極小値をSCmax、焦点距離をfとして、以下の条件(２)、
−0.030 ＜ SCmax／f ＜ −0.003  …(２)
を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項４】
前記使用波長におけるレンズの屈折率が、１．７以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項５】
前記レンズの光軸上の厚さをｄとして、以下の条件(３)、
1.65 ＜ (ｄ・n)／f ＜ 2.50  …(３)
を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいず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、従来のＤＶＤ等より記録密度が高いブルーレイディスク等の光ディスクに対する情報の記録再生に用いられる光ピックアップ用の対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の対物レンズとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この文献に記載された対物レンズは、光源側となる第１面が凸面、光ディスク側となる第２面が凹面となるメニスカス形状の単レンズであり、ディスク厚みの変化により発生する球面収差を入射光の発散収束度の変化により抑えるため、正弦条件違反量が有効半径の６割から９割の範囲で正の極大値を持つように設計されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８５８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した文献に記載された対物レンズは、設計上の性能は良好であるが、実際の製造時に生じるレンズ面間の偏心や肉厚の誤差に対する性能劣化の感度が高く、僅かな誤差も許容されないため、製造が困難であるという問題がある。また、上記の対物レンズは、第１面の周辺部の面傾斜が急勾配となり、これが更に製造の困難さに拍車をかけている。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ブルーレイディスク等の記録密度が高い光ディスク用の高ＮＡの対物レンズであって、製造誤差による性能劣化が少なく、製造が容易な対物レンズ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】
【０００６】
本発明の第１の態様にかかる光ピックアップ用対物レンズは、上記の目的を達成させるため、光源側となる第１面及び光ディスク側となる第２面を備える単レンズであって、NA0.75以上であり、第１面が凸面であり、その有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度をθmax、使用波長におけるレンズの屈折率をｎとして、以下の条件(１)
、
0.95 ＜ (n−1)・tanθmax ＜ 1.50  …(１)
を満たすことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の態様にかかる光ピックアップ用対物レンズは、上記の目的を達成させるため、光源側となる第１面及び光ディスク側となる第２面を備える単レンズであって、NA0.75以上であり、第１面が凸面であり、正弦条件違反量が有効半径の６割から９割の入射高さで負の極小値を持つことを特徴とする。
【０００８】
第２の態様では、正弦条件違反量の負の極小値をSCmax、焦点距離をfとして、以下の条件(２)、
−0.030 ＜ SCmax／f ＜ −0.003  …(２)
を満たすことが望ましい。また、いずれの態様でも、使用波長におけるレンズの屈折率が１．７以上であることが望ましい。また、いずれの態様でも、レンズの光軸上の厚さをｄとして、以下の条件(３)、
1.65 ＜ (ｄ・n)／ｆ ＜ 2.50  …(３)
を満たすことが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記の本発明の第１、第２の態様によれば、設計上の軸外コマ収差は大きくなるが、レンズの第１面と第２面との偏心による偏心コマ収差や、レンズ厚の誤差による球面収差の発生感度を低くすることができ、したがって、製造誤差に対する許容幅を大きくし、製造を容易にすることができる。特に、条件(1)を満たす場合には、第１面の周辺部の面傾斜
を緩くすることができ、その点でも製造を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明にかかる光ピックアップ用対物レンズの実施形態を説明する。実施形態の対物レンズは、いずれも半導体レーザーから発して平行光として入射するレーザー光をブルーレイディスク等の媒体の記録面に収束させてスポットを形成する機能を有する。実施形態の対物レンズ１０は、例えば図１(実施例１)に示すように、光源側となる第１面１１及び光ディスク２０側となる第２面１２を備える単レンズである。NAは0.75以上であり、凸形状の第１面１１の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度をθmax、使用波長におけるレンズの屈折率をｎとして、以下の条件(１)を満たすよう設計され
ている。
0.95 ＜ (n−1)・tanθmax ＜ 1.50  …(１)
【００１１】
条件(１)は、使用波長におけるレンズの屈折率ｎと第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとを規定することにより、製造誤差による偏心や
肉厚誤差に対する収差の劣化を小さく抑えるための条件である。この条件を満たすことにより、製造誤差による収差劣化の感度を小さくすることができる。条件(1)の下限を下回
ると、レンズの光軸上の厚さに誤差が生じた場合に発生する球面収差の発生感度が高くなる。一方、上限を超えると、レンズの第１面と第２面とが偏心した場合に発生する偏心コマ収差の発生感度が高くなる。
【００１２】
この条件(1)の設定の根拠を、図１９及び図２０に基づいて説明する。図１９は、屈折
率が異なる３種類の対物レンズ(焦点距離1.765mm、レンズ厚2.277mm)について、製造誤差により１μｍの偏心が生じた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係で示すグラフ、図２０は、これら３種類の対
物レンズについて、製造誤差によりレンズ厚が１μｍ増えた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係で示すグラフ
である。各グラフにおいて、○は波長408nmにおける屈折率n=1.52、□は同じくn=1.71、
△は同じくn=1.78の対物レンズを示している。
【００１３】
図１９からは、使用波長における屈折率が高いほど、偏心時の波面収差(偏心コマ収差
を主因とする)の最小値を小さくでき、かつ、この最小値が得られる第１面の有効径内に
おいて光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxも小さくなることが理解できる。
具体的には、使用波長における屈折率１．７以上であれば、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxが５４〜５８度程度の場合に偏心コマ収差
を小さく抑えることができる。
【００１４】
一方、図２０からは、使用波長における屈折率が高いほど、レンズ厚の誤差が発生した際の波面収差(球面収差を主因とする)の最小値を小さくでき、かつ、この最小値が得られる第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxも小さくな
ることが理解できる。具体的には、使用波長における屈折率が１．７以上であれば、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxが６２〜６５度程
度の場合に、レンズ厚ｄの誤差による球面収差の発生を小さく抑えることができる。
【００１５】
条件(1)は、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxを、使用波長における屈折率が１．７の場合には約５４〜６５度の範囲、使用波長における屈折率が１．５の場合には約６２〜７２度の範囲に規定する。使用波長における屈折率ｎと最大角度θmaxとの関係が条件(1)を満たすことにより、偏心や厚さ誤差による性能劣化の感度を小さく抑えることができる。
【００１６】
また、実施形態の対物レンズ１０は、正弦条件違反量が有効半径の６割から９割の入射高さで負の極小値を持つ。このように正弦条件違反量が負の極小値を持つことの意味を図２１，図２２に基づいて説明する。図２１は、正弦条件違反量のパターンが異なる３種類の対物レンズ(焦点距離1.765mm、レンズ厚2.277mm、波長408nmにおける屈折率1.52)につ
いて、製造誤差により１μｍの偏心が生じた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係で示すグラフ、図２２は、こ
れら３種類の対物レンズについて、製造誤差によりレンズ厚が１μｍ増えた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関
係で示すグラフである。各グラフにおいて、○は正弦条件が全ての入射高さについて満たされている場合、□はフルコレクションで負の極小値を持つ場合(本願発明に相当)、△はフルコレクションで正の極大値を持つ場合(従来例に相当)を示している。
【００１７】
図２１からは、偏心時の波面収差(偏心コマ収差を主因とする)と第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係は、正弦条件違反量のパタ
ーンに拘わらず、同様の相関を持つが、波面収差の値自体は、フルコレクションで負の極小値を持つ場合に最も小さくなることがわかる。
【００１８】
一方、図２２からは、レンズ厚の誤差が発生した際の波面収差(球面収差を主因とする)と第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係は
、正弦条件違反量のパターンに拘わらず、同様の相関を持つが、波面収差の値自体は、フルコレクションで負の極小値を持つ場合に最も小さくなることがわかる。
【００１９】
すなわち、正弦条件違反量はフルコレクションで負の極小値を持つ場合に、製造誤差による偏心やレンズ厚の誤差が生じた際の収差を小さく抑えることができる。また、使用波長における屈折率が１．５の場合には、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxが約６２〜６８度の範囲で、偏心、厚さ誤差に対する収差の劣
化感度のバランスをとることができる。
【００２０】
なお、実施形態の対物レンズ１０は、正弦条件違反量の負の極小値をSCmax、焦点距離
をfとして、以下の条件(２)を満たすよう設計されている。
−0.030 ＜ SCmax／f ＜ −0.003  …(２)
【００２１】
条件(２)は、正弦条件違反量を設定する際の望ましい数値範囲を示し、下限を下回ると、設計上の軸外コマ収差が大きくなり過ぎ、上限を上回ると、製造誤差が発生した際の収差劣化の感度が高くなる。
【００２２】
なお、実施形態の対物レンズ１０は、レンズの光軸上の厚さをdとして、以下の条件(３)を満たすように設計されている。
1.65 ＜ (d・n)／f ＜ 2.50  …(３)
【００２３】
条件(３)は、レンズの光軸上の厚さｄと使用波長におけるレンズの屈折率ｎとを規定することにより、製造誤差による偏心や肉厚誤差に対する収差の劣化を小さく抑えるための条件である。この条件を満たすことにより、製造誤差による収差劣化の感度を小さくすることができる。条件(３)の下限を下回ると、第１面の周辺の傾斜が急勾配となる、あるい
は、製造誤差が発生した際の収差劣化の感度が高くなる。上限を上回ると、光ピックアップに必要な作動距離を確保できない。
【００２４】
この条件(３)を図２３、図２４を基に説明する。図２３は、レンズの光軸上の厚さｄが異なる３種類の対物レンズ(焦点距離1.765mm、波長408nmにおける屈折率1.52)について、製造誤差により１μｍの偏心が生じた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係で示すグラフ、図２４は、これら３
種類の対物レンズについて、製造誤差によりレンズ厚ｄが１μｍ増えた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係で
示すグラフである。各グラフにおいて、○は厚さd=2.15mmの場合、□はd=2.277mm、△はd=2.40mmの対物レンズを示している。
【００２５】
図２３からは、偏心時の波面収差(偏心コマ収差を主因とする)と第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係は、レンズの光軸上の厚さ
ｄに拘わらず、同様の相関を持つが、波面収差の値自体は、レンズが厚いほど小さくなることがわかる。
【００２６】
一方、図２４からは、レンズ厚ｄの誤差が発生した際の波面収差(球面収差を主因とす
る)と第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係は、レンズの光軸上の厚さｄに拘わらず、同様の相関を持つが、波面収差の値自体は、レンズが厚くなるほど小さくなることがわかる。
【００２７】
すなわち、レンズが厚くなるほど、製造誤差による偏心やレンズ厚ｄの誤差が生じた際の収差を小さく抑えることができる。
【００２８】
次に、上述した実施形態に基づく対物レンズ１０の具体的な実施例を６例提示する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、実施例１の光ピックアップ用対物レンズ１０と光ディスク２０の保護層とを示すレンズ図である。実施例１の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表１に示されている。表中の記号ｆは焦点距離、ＮＡは開口数、mは倍率、ｒは面の曲率半径(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、UHは有効半径、λは使用波長である。面番号１、２がそれぞれ対物レンズ１０の第１面１１、第２面１２、面番号３、４が光ディスク２０の保護層の両面を示している。
【００３０】
【表１】
2008293633.tif 000003
【００３１】
第１面１１及び第２面１２は、いずれも回転対称非球面である。表１の曲率半径は、軸上の値を示している。回転対称非球面は、光軸からの高さがhとなる非球面上の座標点の
非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をX(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)を
Ｃ、円錐係数をκ、４次〜２２次の偶数次の非球面係数をA4, A6, A8, …として、以下の式(４)で表される。
Ｘ(h)=Ch2/(1+√(1-(1+κ)C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+…  …(４)
実施例１の対物レンズ１０の円錐係数κ、非球面係数A4〜A12は、表２に示される。
【００３２】
【表２】
2008293633.tif 000004
【００３３】
続いて、実施例１の対物レンズの性能を図２及び図３に示す。図２は、軸上の波面収差、図３は、球面収差(SA)及び正弦条件違反量(SC)を示す。
【実施例２】
【００３４】
図４は、実施例２の光ピックアップ用対物レンズ１０と光ディスク２０の保護層とを示すレンズ図である。実施例２の対物レンズ１０の具体的な数値構成は表３、円錐係数、非球面係数は表４に示されている。また、実施例２の対物レンズ１０の軸上の波面収差を図５、球面収差(SA)及び正弦条件違反量(SC)を図６に示す。
【００３５】
【表３】
2008293633.tif 000005
【００３６】
【表４】
2008293633.tif 000006
【実施例３】
【００３７】
図７は、実施例３の光ピックアップ用対物レンズ１０と光ディスク２０の保護層とを示すレンズ図である。実施例３の対物レンズ１０の具体的な数値構成は表５、円錐係数、非球面係数は表６に示されている。また、実施例３の対物レンズ１０の軸上の波面収差を図８、球面収差(SA)及び正弦条件違反量(SC)を図９に示す。
【００３８】
【表５】
2008293633.tif 000007
【００３９】
【表６】
2008293633.tif 000008
【実施例４】
【００４０】
図１０は、実施例４の光ピックアップ用対物レンズ１０と光ディスク２０の保護層とを示すレンズ図である。実施例４の対物レンズ１０の具体的な数値構成は表７、円錐係数、非球面係数は表８に示されている。また、実施例４の対物レンズ１０の軸上の波面収差を図１１、球面収差(SA)及び正弦条件違反量(SC)を図１２に示す。
【００４１】
【表７】
2008293633.tif 000009
【００４２】
【表８】
2008293633.tif 000010
【実施例５】
【００４３】
図１３は、実施例５の光ピックアップ用対物レンズ１０と光ディスク２０の保護層とを示すレンズ図である。実施例５の対物レンズ１０の具体的な数値構成は表９、円錐係数、非球面係数は表１０に示されている。また、実施例５の対物レンズ１０の軸上の波面収差
を図１４、球面収差(SA)及び正弦条件違反量(SC)を図１５に示す。
【００４４】
【表９】
2008293633.tif 000011
【００４５】
【表１０】
2008293633.tif 000012
【実施例６】
【００４６】
図１６は、実施例６の光ピックアップ用対物レンズ１０と光ディスク２０の保護層とを示すレンズ図である。実施例６の対物レンズ１０の具体的な数値構成は表１１、円錐係数、非球面係数は表１２に示されている。また、実施例６の対物レンズ１０の軸上の波面収差を図１７、球面収差(SA)及び正弦条件違反量(SC)を図１８に示す。
【００４７】
【表１１】
2008293633.tif 000013
【００４８】
【表１２】
2008293633.tif 000014
【００４９】
次に、上記の６つの実施例の対物レンズと前述の条件(1)、正弦条件違反量が負の極小
値をとる入射高さ、条件(2)、条件(３)との関係を以下の表１３に示す。いずれの実施例
も各条件を満たしている。
【００５０】
【表１３】
2008293633.tif 000015
【００５１】
また、上記の各条件を満たす実施例１の対物レンズ１０と、特許文献１の実施例１の対物レンズとの性能を比較すると、以下の表１４の通りとなる。表１４は、レンズの第１面と第２面とが１μｍ偏心した場合、レンズ厚が２．５μｍ増加した場合のそれぞれの収差成分に基づく波面収差の発生量である。
【００５２】
【表１４】
2008293633.tif 000016
【００５３】
上記の表１４に示されるように、本願実施例１の設計によれば、製造誤差による偏心やレンズ厚の誤差が発生した際の収差の発生量を従来例として示した特許文献１の実施例１と比較して、低いレベルに抑えることができる。したがって、製造誤差による収差劣化の感度を低くして、製造を容易にすることができる。なお、ここでは本願の実施例１について数値を挙げたが、他の実施例においても、特許文献１の実施例１より誤差発生時の収差の発生量は小さく抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例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の対物レンズの波面収差図である。
【図３】実施例１の対物レンズの球面収差、正弦条件違反量を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例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５】実施例２の対物レンズの波面収差図である。
【図６】実施例２の対物レンズの球面収差、正弦条件違反量を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例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８】実施例３の対物レンズの波面収差図である。
【図９】実施例３の対物レンズの球面収差、正弦条件違反量を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例４に係る光ピックアップ用対物レンズの断面図である。
【図１１】実施例４の対物レンズの波面収差図である。
【図１２】実施例４の対物レンズの球面収差、正弦条件違反量を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例５に係る光ピックアップ用対物レンズの断面図である。
【図１４】実施例５の対物レンズの波面収差図である。
【図１５】実施例５の対物レンズの球面収差、正弦条件違反量を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例６に係る光ピックアップ用対物レンズの断面図である。
【図１７】実施例６の対物レンズの波面収差図である。
【図１８】実施例６の対物レンズの球面収差、正弦条件違反量を示すグラフである。
【図１９】屈折率が異なる３種類の対物レンズについて、製造誤差により１μｍの偏心が生じた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度θmaxとの関係で示すグラフである。
【図２０】屈折率が異なる３種類の対物レンズについて、製造誤差によりレンズ厚が１μｍ増えた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度との関係で示すグラフである。
【図２１】正弦条件違反量のパターンが異なる３種類の対物レンズについて、製造誤差により１μｍの偏心が生じた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度との関係で示すグラフである。
【図２２】正弦条件違反量のパターンが異なる３種類の対物レンズについて、製造誤差によりレンズ厚が１μｍ増えた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度との関係で示すグラフである。
【図２３】厚さが異なる３種類の対物レンズについて、製造誤差により１μｍの偏心が生じた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度との関係で示すグラフである。
【図２４】厚さが異なる３種類の対物レンズについて、製造誤差によりレンズ厚が１μｍ増えた場合の波面収差を、第１面の有効径内において光軸に対して面法線がなす傾斜の最大角度との関係で示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１０  対物レンズ
１１  第１面
１２  第２面
２０  光ディスク
【図１】
2008293633.tif 000017
【図２】
2008293633.tif 000018
【図３】
2008293633.tif 000019
【図４】
2008293633.tif 000020
【図５】
2008293633.tif 000021
【図６】
2008293633.tif 000022
【図７】
2008293633.tif 000023
【図８】
2008293633.tif 000024
【図９】
2008293633.tif 000025
【図１０】
2008293633.tif 000026
【図１１】
2008293633.tif 000027
【図１２】
2008293633.tif 000028
【図１３】
2008293633.tif 000029
【図１４】
2008293633.tif 000030
【図１５】
2008293633.tif 000031
【図１６】
2008293633.tif 000032
【図１７】
2008293633.tif 000033
【図１８】
2008293633.tif 000034
【図１９】
2008293633.tif 000035
【図２０】
2008293633.tif 000036
【図２１】
2008293633.tif 000037
【図２２】
2008293633.tif 000038
【図２３】
2008293633.tif 000039
【図２４】
2008293633.tif 000040