(57)【要約】【課題】光軸方向の長さを抑え、作動距離を確保し、さらに、対物レンズの入射面から離れた位置に物体側焦点を配置できる対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】本発明に係る対物レンズは、物体側から順に配置される、正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する第１レンズと第２レンズとから構成される対物レンズである。そして、対物レンズの像側焦点距離をｆ、フロントフォーカスをｆＦ、バックフォーカスをｆＢ、物体側主点Ｈ１から像側主点Ｈ２までの長さをＬｈ１ｈ２、前記第１レンズの物体側面から前記第２レンズの像側面までの光軸上の距離をＬと規定したときに、ｆＦ／ｆ≦−１．１、Ｌｈ１ｈ２／ｆ≧０．５、ｆＢ／ｆ≧０．２、Ｌ／ｆ≦１．３を満たす。【選択図】        図１
2004240193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に配置される、正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する第１レンズと、正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する第２レンズとから構成されるな対物レンズであって、
前記対物レンズの像側焦点距離をｆ、フロントフォーカスをｆＦ、バックフォーカスをｆＢ、物体側主点Ｈ１から像側主点Ｈ２までの長さをＬｈ１ｈ２、前記第１レンズの物体側面から前記第２レンズの像側面までの光軸上の距離をＬと規定したときに、
ｆＦ／ｆ≦−１．１
Ｌｈ１ｈ２／ｆ≧０．５
ｆＢ／ｆ≧０．２
Ｌ／ｆ≦１．３
を満たすことを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
請求項１記載の対物レンズであって、
前記第１レンズと前記第２レンズの少なくとも一方が非球面レンズであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の対物レンズと、該対物レンズの前側焦点位置に配置されるガルバノミラーとを備え、前記ガルバノミラーで反射して前記対物レンズに入射する光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させて、情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の対物レンズと、該対物レンズに対して物体側に配置される絞りとにより構成される像側テレセントリックな光学系を備え、前記絞りにより光束径が絞られた後、前記対物レンズに入射する光束を、光情報記録媒体の情報記録面上に集光させて、情報の再生及び／又は記録を行う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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報記録媒体（光ディスク）を用いた情報の記録や再生に用いる光ピックアップ装置においては、トラッキング制御は不可欠な制御の１つである。
トラッキング制御には色々な手法があるが、その１つにガルバノミラーを用いて光ビームを振る手法がある。そして、ガルバノミラーを用いてトラッキング制御を行なう光ピックアップ装置として、テレセントリック光学系で組み込まれたものが知られている。
このような光ピックアップ装置では、通常、対物レンズの物体側焦点位置にガルバノミラーを配置しており、光源から出射された光ビームは、その主光線が、ガルバノミラーの振り角度に応じて、光軸に平行に移動するようになっている。従って、比較的容易に高い精度でのトラッキング制御が実現できるという利点がある。
【０００３】
ここで、回転軸を中心に回転するガルバノミラーが対物レンズに接触しないようにするには、ガルバノミラーと対物レンズとを十分離して配置する必要があるが、上述のように、テレセントリック性を確保するためには、ガルバノミラーの回転軸を物体側焦点上に配置する必要があるので、物体側焦点自体が対物レンズの入射面から離れるようにレンズ設計を行なう必要がある。
その一方で、対物レンズの出射面と光ディスク表面との接触を避けるため、対物レンズの出射面と光ディスク表面間の距離（作動距離）を十分確保する必要がある。また、装置の小型化の観点からは、対物レンズの光軸方向の長さ（軸上厚）を抑える必要がある。
【０００４】
そこで、例えば顕微鏡用の対物レンズとして、複数のメニスカスレンズを組み合わせた構成とすることにより、レンズ系の全長を抑えつつ作動距離を確保する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２３１２２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１の場合、レンズ系の全長を抑えると共に作動距離を確保することはできるが、さらに物体側焦点を対物レンズから離れて配置する技術については開示されていない。
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、光軸方向の長さを抑え、作動距離を確保し、さらに、対物レンズの入射面から離れた位置に物体側焦点を配置できる対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、物体側から順に配置される、正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する第１レンズと、正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する第２レンズとから構成される対物レンズであって、前記対物レンズの像側焦点距離をｆ、フロントフォーカスをｆＦ、バックフォーカスをｆＢ、物体側主点Ｈ１から像側主点Ｈ２までの長さをＬｈ１ｈ２、前記第１レンズの物体側面から前記第２レンズの像側面までの光軸上の距離をＬと規定したときに、ｆＦ／ｆ≦−１．１、Ｌｈ１ｈ２／ｆ≧０．５、ｆＢ／ｆ≧０．２、Ｌ／ｆ≦１．３を満たすことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、第１のレンズ及び第２のレンズを、正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすることで、物体側主点Ｈ１を第１のレンズの入射面の頂点よりも前方に位置させて、式１の条件を満足させる構成とする。従って、第１レンズの入射面から物体側焦点までの距離が長くなり、ガルバノミラーを配置するスペースを確保することができる。
【００１０】
また、対物レンズをＬｈ１ｈ２／ｆ≧０．５の条件を満たす構成とする。ここで、例えば単玉の対物レンズの入射面と出射面の曲率半径をそれぞれｒ１とｒ２とし、屈折率をｎ、軸上厚をｄと規定した場合には、物体側主点Ｈから像側主点Ｈ´までの距離（主点間隔）ＨＨ´は、一般的に次式（数１）で表される。
【数１】
2004240193.tif 000003
数１から分かるように、主点間隔ＨＨ´は、ｒ１、ｒ２、ｎ、ｄが決定されれば一義的に導き出されるものである。
【００１１】
従って、上述のように、ｆＦ／ｆ≦−１．１の条件を満足させるべく物体側主点を第１レンズよりも前方に移動させた場合には、像側主点も同様に前方に移動し、さらに像側焦点が前方に移動することとなる。このように、像側焦点が前方に移動してしまうと、光ディスクの位置も前方に移動させる必要が生じ、結果的に、光ディスク表面と第２レンズの出射面との距離（作動距離）が短くなってしまう。そこで、本発明においては、主点間隔Ｌｈ１ｈ２がＬｈ１ｈ２／ｆ≧０．５の条件を満たし、さらに、バックフォーカスｆＢがｆＢ／ｆ≧０．２の条件を満たすように対物レンズを設計することにより、十分な作動距離を確保することができる。
【００１２】
また、対物レンズをＬ／ｆ≦１．３の条件を満たす構成とする。これは、上記数１から分かるように、主点間隔Ｌｈ１ｈ２はレンズの軸上厚ｄ（本発明においては第１レンズの物体側面から第２レンズの像側面までの光軸上の距離Ｌ）に依存するという性質を有していることから、仮に設計上距離Ｌを大きくとった場合には、Ｌｈ１ｈ２／ｆ≧０．５の条件を比較的容易に達成することが可能となることを考慮したものであり、Ｌ／ｆ≦１．３の条件は、距離Ｌが大きくなりすぎることを防止するためのものである。また、距離Ｌを一定量（焦点距離ｆの１３０％）以下とすることで、対物レンズ全体の光軸方向の長さを抑え、対物レンズの小型化を達成できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の対物レンズであって、前記第１レンズと前記第２レンズの少なくとも一方が非球面レンズであることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、第１レンズと第２レンズの少なくとも一方を非球面レンズとすることにより、非球面レンズが有する収差補正機能を利用して、波面収差の補正が可能な対物レンズを得ることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の対物レンズと、該対物レンズの前側焦点位置に配置されるガルバノミラーとを備え、前記ガルバノミラーで反射して前記対物レンズに入射する光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させて、情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２と同様の効果を得られると共に、光ピックアップ装置の小型化を達成できる。
なお、光情報記録媒体とはＣＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ、ＭＤ、ＭＯ、高密度ＤＶＤ等の所定の波長の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう一般的な光ディスクを指す。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２記載の対物レンズと、該対物レンズに対して物体側に配置される絞りとにより構成される像側テレセントリックな光学系を備え、前記絞りにより光束径が絞られた後、前記対物レンズに入射する光束を、光情報記録媒体の情報記録面上に集光させて、情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１又は２と同様の効果を得られると共に、光ピックアップ装置の小型化を達成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る対物レンズを光ピックアップ装置に適用した場合の実施の形態について説明する。
図１に示すように、対物レンズ１０は、物体側から順に単玉の第１レンズ２０と単玉の第２レンズ３０を配置して構成される像側テレセントリックなレンズである。
なお、第１レンズ２０の前方には絞り４０及びガルバノミラー５０が配置されており、第２レンズ３０の後方には光ディスク（図１には光ディスクの保護基板６０と情報記録面６１のみを表す。）が配置されている。
【００２０】
第１レンズ２０は正の屈折力を有すると共に、入射面２１（物体側の面）と出射面２２（像側の面）の近軸の曲率が共に正となる、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。
第２のレンズも第１のレンズと同様に、正の屈折力を有すると共に、入射面３１と出射面３２の近軸の曲率が共に正となる、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。
また、第１レンズ２０及び第２レンズ３０は共に非球面レンズである。
このような第１レンズ２０と第２レンズ３０を、それぞれの光軸を一致させて物体側から順に配置することで対物レンズ１０が構成されている。
【００２１】
ここで、図中の符合Ａは対物レンズ１０の物体側焦点、符合Ｂは像側焦点、符合Ｈ１は物体側主点、符合Ｈ２は像側主点を表している。
なお、上述のように、本実施の形態では、対物レンズ１０を光ピックアップ装置１に適用しているので、物体側焦点Ｂは情報記録面６１上であって光軸と交わる箇所に位置することになる。
【００２２】
ガルバノミラー５０は物体側焦点に配置されている。
具体的には、ガルバノミラー５０の回転軸５１が物体側焦点と一致するように配置されており、ガルバノミラー５０はこの回転軸５１を中心として図１に矢印で示す方向に所定範囲内で回転可能な構造となっている。
そして、トラッキングを行う際などに、例えば、光束の進行方向が光軸に対して直交するように図示しない光源を配置し、ガルバノミラー５０を光軸に対してθ＝４５度の角度を成す位置に配置することにより、光源からの光束は、図１に符合Ｌ１で示すように空気中及びレンズ中を進行して、光ディスクの情報記録面６１上で収束する。この際に、前側焦点を通過した光束（主光線）は、第２のレンズから出射された時点で光軸と平行となり、情報記録面６１に対して垂直に入射する。
【００２３】
また、ガルバノミラー５０を、回転軸５１を中心として図１に示す半時計回りに回転させると、光源からの光束は、図１に符合Ｌ２で示すように進行して情報記録面６１上で収束する。また、ガルバノミラー５０を、回転軸５１を中心として図１に示す時計回りに回転させると、光源からの光束は、図１に符合Ｌ３で示すように進行して情報記録面６１上で収束する。これらの場合にも、主光線は、第２のレンズから出射された時点で光軸と平行となり、情報記録面６１に対して垂直に入射する。
【００２４】
また、像側焦点距離（像側主点Ｈ２から像側焦点Ｂまでの距離）をｆ、フロントフォーカス（第１レンズ２０の入射面２１から物体側焦点Ａまでの光軸上の距離）をｆＦ、バックフォーカス（第２レンズ３０の出射面３２から像側焦点Ｂまでの光軸上の距離）をｆＢ、物体側主点Ｈ１から像側主点Ｈ２までの長さ（主点間隔）をＬｈ１ｈ２、第１レンズ２０の入射面２１から第２レンズ３０の出射面３２までの光軸上の距離をＬと規定した場合に、
ｆＦ／ｆ≦−１．１・・・（式１）
Ｌｈ１ｈ２／ｆ≧０．５・・・（式２）
ｆＢ／ｆ≧０．２・・・（式３）
Ｌ／ｆ≦１．３・・・（式４）
を満たすように対物レンズ１０が設計されている。
なお、光の進行方向（図１の右方向）を正とするので、ｆＦの値は負となる。
【００２５】
式１は、フロントフォーカスｆＦの絶対値と物体側焦点距離ｆとを比較した場合に、フロントフォーカスｆＦの絶対値が物体側焦点距離ｆの１．１倍以上であることを規定するものである。式１を満たすことにより、第１レンズ２０の入射面２１から物体側焦点Ａまでの距離が長くなり、ガルバノミラー５０を配置するスペースを確保することができる。
本発明では、第１のレンズ及び第２のレンズを、正の屈折力を有すると共に物体側に凸面を向けたメニスカス形状とすることにより、物体側主点Ｈ１を第１のレンズの入射面２１の頂点よりも前方に位置させ、式１の条件を満足させる構成となっている。
仮に、フロントフォーカスｆＦの長さの絶対値が物体側焦点距離ｆの１．１倍よりも小さい場合には、第１レンズ２０の入射面２１から物体側焦点Ａまでの距離が短くなり、ガルバノミラー５０を回転させる際に第１レンズ２０に当接するおそれが生じることになる。
【００２６】
式２は、主点間隔Ｌｈ１ｈ２が焦点距離ｆに対して短くなりすぎないこと、つまり、主点間隔が一定量（焦点距離ｆの半分の長さ）以上であることを規定するものである。
これは、上述のように、一般的に、単玉の対物レンズの入射面と出射面の曲率半径ｒ１とｒ２、屈折率ｎ、軸上厚ｄにより、物体側主点Ｈから像側主点Ｈ´までの距離（主点間隔）ＨＨ´は、上記数１で表され、主点間隔ＨＨ´は、ｒ１、ｒ２、ｎ、ｄが決定されれば一義的に導き出されるものである。
従って、本発明において、式１の条件を満足させるべく物体側主点Ｈ１を第１レンズ２０よりも前方に移動させると、像側主点Ｈ２及び像側焦点Ｂが前方に移動し、結果的に光ディスク表面と第２レンズ３０の出射面３２との距離（作動距離）が短くなってしまう。
そこで、主点間隔Ｌｈ１ｈ２に関して、式２の条件及び式３の条件を満たすように対物レンズ１０を設計することにより、十分な作動距離の確保が可能となる。
仮に、Ｌｈ１ｈ２／ｆが０．５よりも小さい場合や、バックフォーカスｆＢが焦点距離ｆの２０パーセントより短い場合には、作動距離が短くなり、回転駆動する光ディスクが第２レンズ３０に当接するおそれが生じる。
【００２７】
また、上記数１から分かるように、主点間隔はレンズの軸上厚ｄ（本発明においては第１レンズ２０の入射面２１から第２レンズ３０の出射面３２までの光軸上の距離Ｌ）に依存するという性質を有していることから、仮に設計上距離Ｌを大きくとった場合には、Ｌｈ１ｈ２／ｆ≧０．５の条件を比較的容易に達成することが可能となることを考慮したものであり、式４の条件は、距離Ｌが大きくなりすぎることを防止するためのものである。また、距離Ｌを一定量（焦点距離ｆの１３０％）以下とすることで、対物レンズ１０全体の光軸方向の長さを抑え、対物レンズ１０の小型化を達成できる。
仮に、距離Ｌが焦点距離ｆの１．３倍より長い場合には、対物レンズ１０及び光ピックアップ装置１が大型化するという不都合が生じる。
【００２８】
なお、本実施の形態では、第１レンズ２０と第２レンズ３０が共に非球面レンズであるとしたが、これに限らず、第１レンズ２０と第２レンズ３０のいずれか一方のみが非球面レンズであってもよく、また、両方が球面レンズであってもよい。
また、本実施の形態では、対物レンズ１０を光ピックアップ装置１に適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば、カメラや顕微鏡等のテレセントリック性が要求される装置に適用可能である。
【００２９】
【実施例】
次に、対物レンズの実施例について説明する。
本実施例の対物レンズは、図１に示したものと同様に、第１レンズと第２レンズは共に正の屈折率を有し、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する非球面レンズである。
また、第１レンズの前方に絞りとガルバノミラーが配置されている。
表１、表２に第１レンズ及び第２レンズのレンズデータを示す。
【００３０】
【表１】
2004240193.tif 000004
【表２】
2004240193.tif 000005
【００３１】
表１に示すように、本実施例においては、波長６５０ｎｍの光束を使用しており、対物レンズの像側焦点距離ｆ＝４．００３ｍｍ、バックフォーカスｆＢ＝１．０１５ｍｍ、フロントフォーカスｆＦ＝−５．００３ｍｍ、主点間隔Ｌｈ１ｈ２＝２．６３１ｍｍ、第１レンズの入射面から第２レンズの出射面までの光軸上の距離Ｌ＝４．６２０ｍｍに設計されている。
従って、ｆＦ／ｆ＝−１．２５０、Ｌｈ１ｈ２／ｆ＝０．６５７、ｆＢ／ｆ＝０．２５４、Ｌ／ｆ＝１．１５４となり、それぞれ、ｆＦ／ｆ≦−１．１、Ｌｈ１ｈ２／ｆ≧０．５、ｆＢ／ｆ≧０．２、Ｌ／ｆ≦１．３の条件を満たしている。
【００３２】
第１レンズＬ１は、入射面（第２面）の近軸の曲率半径が２．６５５０ｍｍ、出射面（第３面）の近軸の曲率半径が１３．５４７７ｍｍに設定されており、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。
第２レンズＬ２は、入射面（第４面）の近軸の曲率半径が３．１６８１ｍｍ、出射面（第５面）の近軸の曲率半径が３．３６８７ｍｍに設定されており、物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。
なお、表１中のｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の距離、ｎｉは波長６５０ｎｍの光束に対する第ｉ面と第ｉ＋１面の間の屈折率を表している。
【００３３】
第１レンズＬ１の入射面と第２レンズＬ２の入射面及び出射面は、それぞれ次式（数２）に表１及び表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸に対して対称な非球面に形成されている。
【００３４】
【数２】
2004240193.tif 000006
【００３５】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸Ｌ方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数である。
【００３６】
図２（ａ）は対物レンズの画角特性としてのテレセントリック性（テレセン性）を示すグラフ、図２（ｂ）は対物レンズの画角特性としての波面収差を示すグラフである。
図２（ａ）のグラフの横軸は、物体側焦点を通過する光束が光軸に対して成す角度（半画角）であり、縦軸は第２レンズを通過した主光線が光軸に対して成す角度を表している。
図２（ｂ）のグラフの横軸も図２（ａ）と同様に、物体側焦点を通過する光束が光軸に対して成す角度（画角）の半分の角度（半画角）であり、縦軸は波面収差を表している。
図２（ａ）から、半画角４度で物体側焦点を通過した光束の波面収差が約０．０４λｒｍｓとなる。一般的に、波面収差が０．０７λｒｍｓ以下であれば、実用に支障が生じないものとされているので、本実施例における対物レンズは波面収差を補正する機能も十分備えていると判断できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１レンズの入射面から物体側焦点までの距離が長くなり、ガルバノミラーを配置するスペースを確保することができる。
また、十分な作動距離を確保することができると共に、対物レンズ全体の光軸方向の長さを抑え、対物レンズ及び光ピックアップ装置の小型化を達成できる。
また、波面収差の補正が可能な対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】対物レンズ及び光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】画角特性に関するグラフ（ａ）、（ｂ）である。
【符号の説明】
１      光ピックアップ装置
１０    対物レンズ
２０    第１レンズ
３０    第２レンズ
４０    絞り
５０    ガルバノミラー
６１    情報記録面
【図１】
2004240193.tif 000007
【図２】
2004240193.tif 000008