(57)【要約】【課題】青色レーザー光に対して高屈折率かつ高透過率の光学硝子を用い、小型の単レンズで長作動距離を有する光ピックアップ用の対物レンズを提供する。【解決手段】青色レーザーピックアップに用いる対物レンズ１であって、光情報記録媒体側の開口数が０．８５以上で、かつ、外径Ｄ１が５．０ｍｍφ以下の単レンズで構成し、入射光束径Ｅと作動距離Ｌとの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような長作動距離を有するものとする。また、４０５ｎｍ付近の波長に対する屈折率が１．８０以上である光学硝子材料で製作し、光源側の第１面の頂点曲率をＣＩ、光情報記録媒体側の第２面の頂点曲率をＣＯとしたとき、ＣＩ＞ＣＯ＞０、かつ、１０＞ＣＩ／ＣＯ＞１．５の関係を満足するようにする。【選択図】　図１
2004045505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録または再生を行う光学系に用いる、両面に非球面を有する対物レンズであって、
前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０〜０．８７で、かつ、外径が５．０ｍｍφ以下の単レンズであり、
この対物レンズへの光源からの入射光束径をＥ、前記対物レンズと前記光情報記録媒体との間の作動距離をＬとしたとき、ＬとＥの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような作動距離を有することを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの波長に対する屈折率が１．８０〜２．２０である光学硝子材料を用いた単レンズであることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記単レンズにおける光源側の第１面の頂点曲率をＣＩ、光情報記録媒体側の第２面の頂点曲率をＣＯとしたとき、ＣＩ＞ＣＯ＞０、かつ、１０＞ＣＩ／ＣＯ＞１．５の関係を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光によって光情報記録媒体の記録、再生を行う光ピックアップに用いられ、光源からの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光磁気ディスクやＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＣＤ（コンパクトディスク）などの光情報記録媒体に特定波長のレーザー光を用いて記録する場合、その記録密度を増大させるためにはレーザー光のビームスポット径ｄを小さくすることが必要である。ビームスポット径ｄとレーザー光の波長λ、対物レンズの開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）との間には、ｄ∝λ／ＮＡの関係があり、波長の短いレーザーを用いる、または、ＮＡの大きなレンズを使用することでビームスポット径ｄが小さくなり、記録密度は増大する。
【０００３】
従来、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなどの光情報記録媒体に記録再生を行う光ピックアップでは、ＣＤなどには波長λ＝７８０ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．４〜０．４５程度の対物レンズを使用し、ＤＶＤなどのより高記録密度であるものには波長λ＝６５０ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．６５程度の対物レンズを使用している。さらに最近は、より高記録密度が要求され、波長λ＝４０５ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．８５程度の対物レンズが使用されようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光ピックアップにおいて、対物レンズの材料にはガラスと樹脂とが一般的に用いられている。しかし、従来の樹脂レンズは屈折率が低く、高いものでもｄ線に対する屈折率ｎｄはｎｄ≒１．７程度と低い。したがって、高記録密度のために波長４０５ｎｍの青色レーザーを使用する光ピックアップに好適な、外径５ｍｍφ以下の小型でＮＡが０．８５を有する単レンズを得ようとすると、対物レンズと光情報記録媒体との間の作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を大きくとることができない。
【０００５】
光ピックアップでは、出射したレーザー光のビームスポットが光情報記録媒体の情報記録面上で所定の合焦状態となるように、アクチュエータなどにより対物レンズを光軸方向に駆動するフォーカシング制御が行われる。上記作動距離が小さい場合は、光情報記録媒体が高速回転する際のぶれなどに対してフォーカシング制御を行う際に、対物レンズと光情報記録媒体とが接触する可能性が増大してしまう。
【０００６】
もし仮に、青色レーザー光ピックアップ用の対物レンズを前述の樹脂のような低屈折率の材料で実現できたとしても、少なくとも一方の面の曲率が非常に大きく、製作困難なレンズ形状となってしまい、良好な波面収差やスポット性能を得られる単レンズとして実現することは非常に困難となる。
【０００７】
さらに、波長４０５ｎｍの青色レーザーを使用する光情報記録媒体（以下、青色レーザー記録媒体と称する）として規格化されつつある次世代ＤＶＤのカバー樹脂厚、すなわち光透過保護層厚は０．１ｍｍと薄いのに対し、前述の波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤの情報記録面までの光透過保護層厚は０．６ｍｍ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの情報記録面までの光透過保護層厚は１．２ｍｍもの厚さがある。したがって、これらの異なる規格の光情報記録媒体についても記録再生可能な互換性を有する光ピックアップを実現するためにも、できるだけ長い作動距離を有する対物レンズが望ましい。
【０００８】
一般に、対物レンズの作動距離を長くするためには、高屈折率の光学硝子材料であることが望ましいが、光学硝子においても、従来の高屈折率硝子材料は鉛を含むものが多く、今後の環境問題への影響を考慮すると使用に適しているものとは言えない。一方、鉛を含まない高屈折率かつ高透過率の硝子材料としては、使用波長域の４０５ｎｍでの屈折率が１．８０未満のものが多く、これらの硝子材料で前述のような小型で長作動距離の対物レンズを得ることは非常に困難であった。また、仮に実現できたとしても、高屈折率硝子材料は硝子転移温度が高くなる傾向があるため、成形用金型の寿命が短くなり、プレス成形でのコストが高くなってしまう問題点があった。
【０００９】
以上のように、従来では、波長４０５ｎｍのレーザー光に対して高屈折率、高透過率であり、さらに低ガラス転移温度、鉛非含有を同時に満足する光学硝子を用い、かつ、小型で長作動距離、高性能の単レンズによる光ピックアップ用対物レンズを実現することは困難であった。
【００１０】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、波長４０５ｎｍ付近のレーザー光に対して高屈折率かつ高透過率の光学硝子を用いて、小型で長作動距離を有する光ピックアップ用の対物レンズの提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長が３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録または再生を行う光学系に用いる、両面に非球面を有する対物レンズであって、前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０〜０．８７で、かつ、外径が５．０ｍｍφ以下の単レンズであり、この対物レンズへの光源からの入射光束径をＥ、前記対物レンズと前記光情報記録媒体との間の作動距離をＬとしたとき、ＬとＥの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような作動距離を有することを特徴とする対物レンズを提供する。前記光情報記録媒体側の開口数は、０．８０〜０．８７が好ましいが、０．８３〜０．８７がより好ましい。
【００１２】
また、３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの波長に対する屈折率が１．８０〜２．２０である光学硝子材料を用いた単レンズであることを特徴とする上記対物レンズを提供する。前記光学硝子材料の屈折率は、１．８０〜２．２０が好ましいが、より好ましくは１．９０〜２．２０、特に好ましくは２．００〜２．２０とする。
【００１３】
また、前記単レンズにおける光源側の第１面の頂点曲率をＣＩ、光情報記録媒体側の第２面の頂点曲率をＣＯとしたとき、ＣＩ＞ＣＯ＞０、かつ、１０＞ＣＩ／ＣＯ＞１．５の関係を満足することを特徴とする上記対物レンズを提供する。前記ＣＩ／ＣＯは、１０＞ＣＩ／ＣＯ＞１．５となる関係が好ましいが、さらに好ましくは５．０＞ＣＩ／ＣＯ＞１．５とする。
【００１４】
また、前記単レンズは、外径が４．５ｍｍφ以下で、かつ、前記入射光束径すなわち光源側の有効径が３．６ｍｍφ以下とするのが好ましい。また、前記光学硝子材料は、鉛を含まないものとするのが好ましい。また、前記光学硝子材料の硝子転移温度が５００℃以下とするのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図である。
【００１６】
本発明に係る対物レンズは、波長４０５ｎｍ付近、すなわち３８５ｎｍ〜４２５ｎｍのレーザー光であるいわゆる青色レーザー光を使用して光情報記録媒体の記録層に対し書き込み、読み出しを行う光ピックアップ、すなわち青色レーザーピックアップなどに用いられるレンズである。
【００１７】
図１に示す本実施形態の対物レンズ１は、コリメータレンズ２によって平行光とされた図示しない光源からのレーザー光を集光し、光情報記録媒体３の情報記録面４上にビームスポットを形成するよう構成される。すなわち、本実施形態の対物レンズ１は、無限遠方からの平行光を集光する無限系の単レンズにより構成される。
【００１８】
本実施形態の対物レンズ１が青色レーザーピックアップに用いられる場合、レンズによって収斂される光束の開口数ＮＡは、青色レーザー記録媒体として規格化された次世代ＤＶＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ　Ｄｉｓｃ：青色ＤＶＤともいう）に対応するには規格により約０．８５であることが必要とされる。青色ＤＶＤは、記録容量が２３．３ＧＢ（ギガバイト）、２５ＧＢまたは２７ＧＢの直径１２０ｍｍのディスクであり、使用するレーザー光の波長：４０５ｎｍ、レンズの開口数：０．８５、ディスク厚：１．２ｍｍ、ディスクの光透過保護層厚：０．１ｍｍと規格により策定されている。また、記録方式は相変化記録、トラック方式はグルーブ記録であり、記録容量２７ＧＢのディスクで最小マーク長：０．１４μｍ、トラックピッチ：０．３２μｍとなっている。
【００１９】
また、高速回転する光情報記録媒体のぶれなどに合わせて高速で媒体上の記録情報を正確に読み取ったり、逆に書き込んだりするために、対物レンズを搭載する光ピックアップには、アクチュエータなどで対物レンズを高速に駆動してフォーカシング制御やトラッキング制御などを行うサーボ機構が設けられる。この場合、フォーカシング制御では対物レンズ１を光軸５に平行な方向に、トラッキング制御では対物レンズ１を光軸５と直交する方向にそれぞれ駆動する。その際に、光情報記録媒体と対物レンズの間の間隔、すなわち作動距離が小さいと、対物レンズ１が光情報記録媒体３に接触してしまい、対物レンズ１または光情報記録媒体３の表面が傷ついて記録再生機能が大きく損なわれる可能性がある。このため、対物レンズ１と光情報記録媒体３との間の間隔、すなわち作動距離は大きい程好ましい。
【００２０】
しかし、作動距離を単純に大きくしようとすると、レンズの外径サイズが大きくなり、かつ、レンズの重量も重くなるので、サーボ機構にかかる負担が増大する。一般に、対物レンズの外径サイズとしては、波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤ用光ピックアップ、波長７８０ｎｍのレーザー光を用いるＣＤ用光ピックアップのいずれにおいても、レンズ固定用の周辺ツバ部６を含めても約５ｍｍφ以下、レンズ面としては約４ｍｍφ以下のものが望ましい。青色ＤＶＤ用の光ピックアップの対物レンズでも同様である。
【００２１】
さらに、前述したように青色ＤＶＤの光透過保護層厚は０．１ｍｍと薄いのに対し、波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤの情報記録面までの光透過保護層厚は０．６ｍｍ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの情報記録面までの光透過保護層厚は１．２ｍｍもの厚さがある。したがって、これらの異なる規格の光情報記録媒体についても記録再生可能な互換性を持つように長い作動距離を有する対物レンズを実現するためには、屈折率が高い光学硝子を用いた方が実現性が高くなる。
【００２２】
しかし、波長４０５ｎｍ付近の屈折率が１．８０未満の光学硝子を用いた場合では、外径５．０ｍｍφ、ＮＡ＝０．８５の対物レンズで、入射光束径を３．９ｍｍφとかなり大きくしても、作動距離は長くても０．６ｍｍ程度である。この場合、対物レンズに入射する光束径をＥ、対物レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたとき、Ｌ／Ｅの値は１／６．５であり、この比が１／６以上の長作動距離を得ることはかなり難しい。また、仮に長作動距離が得られたとしても、レンズにおける入射側（光源側）の非球面（第１面）の頂点曲率ＣＩと射出側（光情報記録媒体側）の非球面（第２面）の頂点曲率ＣＯとの比をとったときに、この比ＣＩ／ＣＯが１０を超えるため、レンズの周辺ツバ部の厚さが薄くなり、高精度に製作することが難しいレンズ形状となってしまう。
【００２３】
そこで、本実施形態では、入射側の非球面の頂点曲率をＣＩ、射出側の非球面の頂点曲率をＣＯとしたとき、
ＣＩ　＞　ＣＯ　＞　０　　　…（１）
１０　＞　ＣＩ／ＣＯ　＞　１．５　　　…（２）
これらの式を同時に満足するように対物レンズ１を製作する。上記（１）式および（２）式の条件は、ＮＡ＝０．８５という高ＮＡを維持し、かつ小型で高性能な青色レーザーピックアップ用対物レンズを得るために必要なレンズ面曲率の関係である。
【００２４】
（１）式において、もしＣＩの値が負の値であった場合、光ピックアップ用の小型の対物レンズを実現できない。あるいは、ＣＯを負の大きい値にして小型化しても、作動距離を長くすることは困難である。また、ＣＩが正の値であっても、ＣＯの値がＣＩより大きければ、対物レンズとしての集光機能を失うことになる。ＣＯを小さくしようとしてＣＯの値を負にすれば、作動距離を長くすることと高ＮＡ化とを両立することが難しくなる。
【００２５】
また、（２）式において、ＣＩ／ＣＯの値が１０より大きくなると、入射側の非球面の曲率が大きくなり過ぎて、高精度なレンズ金型やレンズを製作することが難しくなる。仮にレンズ製作が可能であったとしても、作動距離の長いレンズを得ることが困難になる。なおこの場合、ＣＩ／ＣＯの値を５．０より小さくなるようにすることがより好ましい。反対に、ＣＩ／ＣＯの値が１．５より小さくなると、入射側のレンズ面曲率が光情報記録媒体側のレンズ面曲率に近くなり、小型化、高ＮＡ化、長作動距離のいずれかの要求を満足できなくなる。
【００２６】
このため、外径５．０ｍｍφ以下の青色レーザーピックアップ用対物レンズの硝子材料としては、波長４０５ｎｍ付近での屈折率が１．８０〜２．２０の光学硝子材料が好ましい。さらに、上記対物レンズの曲率の関係は、前述の（１）式および（２）式を満足するような範囲のものが望ましい。本実施形態の対物レンズ１をこのように構成することにより、例えば外径５．０ｍｍφ、かつ入射光束径Ｅ＝３．９ｍｍφの対物レンズにおいて、作動距離Ｌとの比Ｌ／Ｅが１／６以上となり、Ｌ＝０．６５ｍｍ以上の長作動距離を得ることができる。したがって、現行のＤＶＤやＣＤなどの種々の光情報記録媒体に対応可能な光ピックアップに用いても、記録再生時に媒体と接触する危険性が少ない対物レンズを得易くなる。
【００２７】
また、対物レンズの外径は前述のように小さい程望ましいため、外径は４．５ｍｍφ以下が望ましい。しかし、実際のレンズでは、レンズ固定用の周辺ツバ部とレンズ固定時に偏芯が生じても光束がカットされないレンズ面径とを確保するために、外径を４．５ｍｍφとした場合、入射光束径は３．６ｍｍφ前後と小さくなる。このように対物レンズを小径化することにより作動距離が小さくなってしまう傾向がある。したがって、外径が４．５ｍｍφ以下の青色レーザーピックアップ用対物レンズにおいて、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比Ｌ／Ｅが１／６以上の長作動距離を得るための硝子材料としては、前述した外径５．０ｍｍφ以下の対物レンズの場合よりも屈折率が大きいもの、すなわち波長４０５ｎｍ付近での屈折率が１．８５〜２．２０の光学硝子材料が望ましい。さらにこの場合、作動距離が０．７ｍｍ以上のような長い作動距離を有し、外径が小さくかつ製作し易いレンズ面形状や周辺ツバ形状を有する対物レンズを得るには、波長４０５ｎｍ付近での屈折率が１．９０〜２．２０がより好ましく、特に２．０〜２．２０の光学硝子材料が好ましい。
【００２８】
ここで、外径が５．０ｍｍφ以下、あるいは４．５ｍｍφ以下の対物レンズであっても、対物レンズに入射する光束のサイズを外径に近づくように大きくすれば、長作動距離を得ることは設計上では可能である。しかし、対物レンズを青色レーザーピックアップに確実に搭載固定するためには、有効径外の周辺部の大きさおよび面積を十分にとる必要がある。例えば、対物レンズの入射側の有効径としては、外径５．０ｍｍφ位のレンズでは、レンズ面の入射光束径（有効径）は３．０ｍｍφ〜４．０ｍｍφ、レンズ面径は３．２ｍｍφ〜４．２ｍｍφが望ましい。また、外径４．５ｍｍφ位のレンズでは、レンズ面の入射光束径は２．８ｍｍφ〜３．６ｍｍφ、レンズ面径は３．０ｍｍφ〜３．９ｍｍφが望ましい。
【００２９】
さらに、これより有効径を大きくし、レンズ面径を大きくして長作動距離の対物レンズを得ようとすると、レンズ固定用の周辺ツバ部の形状が小さくなり過ぎて、ピックアップに搭載固定した場合のサーボ駆動信頼性が低下することが懸念される。
【００３０】
上述したレンズのサイズの関係は、主として対物レンズの入射光束径に対する作動距離の比について述べているだけであり、作動距離が対物レンズの外径のみによって決まるものではない。例えば、前述した光透過保護層厚が０．６ｍｍの６５０ｎｍレーザー用の現行ＤＶＤや、１．２ｍｍ厚のＣＤ、ＣＤ−Ｒのような光情報記録媒体も記録再生可能とするような互換レンズではなく、光透過保護層厚が０．１ｍｍ程度の青色ＤＶＤのような薄いディスク専用の対物レンズの場合、作動距離はさほど長くなくても良い。光透過保護層厚が薄い青色ＤＶＤのみに用いる光ピックアップでは、作動距離が短くても媒体に接触する可能性が小さいので、少なくとも０．２ｍｍの作動距離があれば十分である。
【００３１】
この場合、外径が５．０ｍｍφ程度、入射光束径が４．０ｍｍφ程度の大きさであれば、低屈折率の樹脂を用いた対物レンズでも作動距離が０．２ｍｍ程度の小さいものが製作できる可能性がある。この対物レンズは、作動距離としては不十分であるが、青色ＤＶＤ専用ピックアップの対物レンズとしてのみ使用できる可能性がある。ここで、作動距離が０．２ｍｍ程度で使用可能となるならば、本実施形態の対物レンズでは、青色ＤＶＤ専用とした場合、外径は５．０ｍｍφ程度よりも、さらに小さい対物レンズを実現できる。
【００３２】
すなわち、本実施形態によれば、レンズの外径が２．０ｍｍφ程度、入射光束径が１．２ｍｍφ程度である場合、この入射光束径の１／６以上、すなわち０．２ｍｍ以上の作動距離を有し、レンズと光情報記録媒体との衝突防止に有効な青色ＤＶＤ専用の極小径の対物レンズを得ることができる。
【００３３】
以上のような、小型で長作動距離を有する青色レーザーピックアップ用の対物レンズを製作するために、屈折率の大きい硝子材料としては、従来では鉛を含有したフリント系硝子がある。しかし、一般に従来の鉛を含む硝子材料は、波長４０５ｎｍ付近の光の吸収率が大きく、透過率が低下する傾向があるため、青色レーザーピックアップ用には好適な硝子材料とは言えないものが多い。また、鉛を含む硝子材料は環境問題の点からも使用を控えることが望ましい。
【００３４】
このため、鉛を含まず、波長４０５ｎｍ付近で高屈折率かつ高透過率を有する光学硝子材料としては、ＴｅＯ２　を主成分とする硝子材料が望ましい。また、硝子プレス成形に用いるには５００℃以下の硝子転移温度が望ましいが、ＴｅＯ２　を主成分とする硝子材料は、硝子転移温度を比較的低くすることができるので、この条件を満たすことができる。
【００３５】
上記のＴｅＯ２　を主成分とする光学硝子材料を使用することにより、硝子プレス成形用の金型材料として、ＷＣのような超硬材料を用いたり、あるいは樹脂成形用の金型材料として良く使用される高速度鋼表面に無電解メッキした金型材料を用いることが可能になる。したがって、長寿命の金型あるいは安価な金型を製作して用いることで安価な対物レンズを製作することができる。
【００３６】
【実施例】
「例１（実施例）」
本発明に係る対物レンズの実施例として、例１の対物レンズの設計形状値を表１および表２に示し、図１には例１の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００３７】
表１において、面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズの入射側と射出側の面である。すなわち、図１において、対物レンズ１の入射側の非球面１１と射出側の非球面１２に相当する。なお、以下の表において、面間隔は次の面との間の距離、屈折率は波長４０５ｎｍにおける光源と反対側の媒質に対する屈折率をそれぞれ表している。
【００３８】
【表１】
2004045505.tif 000003
【００３９】
上記第１面および第２面は、下記の（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。
【００４０】
2004045505.tif 000004
但し、ｈは第ｎ面の光軸上の頂点から光軸と垂直方向の距離（単位ｍｍ）、Ｒｎは表１の第ｎ面の曲率半径、ｋｎは同じく表１の第ｎ面の円錐定数、Ａｎｉは表１の第ｎ面のｉ＝１〜７項までの非球面係数である。Ｚｎは、以上のｈ、Ｒｎ、ｋｎ、Ａｎｉによって決まる第ｎ面の頂点の法線平面からの距離（単位ｍｍ）であり、このＺｎの値で決まる曲線が第ｎ面の非球面断面形状を与える。例１におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表２に示す。なお、以下の表において、「Ｅ−０１」〜「Ｅ−０６」はそれぞれ１０−１〜１０−６を表す。
【００４１】
【表２】
2004045505.tif 000005
【００４２】
また、例１では、対物レンズ１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。これに対し、レンズ面径Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．８ｍｍφとやや大きくしてある。また、第１面においてレンズ面径Ｄ２＝３．８ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部６を形成する平面部７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００４３】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第２面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．６５ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は２．９０ｍｍφと大きくしてある。この第２面と第３面の面間隔０．２８３１ｍｍが第２面のレンズの凹面の深さを示し、第３面はこの第２面のレンズ面外側の平面部８を示している。この第３面は、第１面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第１面の平面部７と第３面の平面部８との光軸５方向の間隔が対物レンズ１の周辺ツバ部６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例１では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．５８ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【００４４】
第４面と第５面が光情報記録媒体面を示し、第４面が光情報記録媒体３の媒体表面９であり、第５面に密着して記録層が設けられて情報記録面４を形成している。また、第４面と第５面との間隔が光透過保護層厚であり、０．１ｍｍとなっている。図示しない光源からのレーザー光はこの対物レンズ１によって情報記録面４に良好なスポット像として集光される。ここで、レンズ側の第３面の平面部８と光情報記録媒体側の第４面の媒体表面９との距離が作動距離Ｌを示し、例１ではＬ＝０．７４９２ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．７４９２／３．６０≒１／４．８０５となり、従来に類を見ないかなり長い作動距離が得られることを示している。
【００４５】
また、第１面の曲率をＣＩ、第２面の曲率をＣＯとすると、
ＣＩ＝１／１．７７９９８６≒０．５６１８０２＞０、
ＣＯ＝１／３．３１０９３１≒０．３０２０３＞０
である。これから、
１０＞ＣＩ／ＣＯ≒１．８６０＞１．５
であるため、このＣＩ／ＣＯは前述の（１）式および（２）式を満たす良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【００４６】
また、青色レーザーピックアップ用のレンズは、ＮＡ＝０．８５という高開口数の対物レンズであるため、入射側のレンズ面曲率が大きくなり、加工しにくい形状になる傾向がある。しかし例１では、入射側のレンズ中心頂点の接線１３とレンズ非球面の接線１４とのなす傾斜角θの最大値は、レンズ周辺部で５７．１°であり、非球面金型加工においてもさほど製作困難ではない非球面形状となっている。
【００４７】
以上の例１で示した対物レンズの設計性能は、波長４０５ｎｍの光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差は０．００４λ、光軸に対して斜入射となる平行光束に対しては、＋０．４°〜−０．４°までの入射角に対して波面収差が約０．０４λ以下となった。したがって、レンズの収差としては回折限界程度以上、すなわち、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能を有するような良好な光学性能が得られた。
【００４８】
また、例１の対物レンズに用いた硝子材料は、鉛を含まず、ＴｅＯ２　、ＺｎＯ、Ｎａ２　Ｏを主成分とする光学硝子材料である。この光学硝子材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は２．１６３７７と非常に高いが、内部透過率は約９２％であり、青色ＤＶＤ用のピックアップに用いる対物レンズとしては十分使用可能である。また、例１の対物レンズを成形する際には、硝子プレス成形用金型としてＷＣの超硬材料による金型を用いてレンズを製作するのが好ましい。なお、例１で用いた硝子材料の硝子転移温度は約３００℃〜３５０℃と低いため、樹脂用のＮｉ−Ｐ無電解メッキ金型でも成形可能である。
【００４９】
例１で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いてレンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）は０．０２λ〜０．０３λと十分実用可能な性能を示し、かつ、作動距離は０．７５ｍｍ前後と十分長い作動距離が得られた。
【００５０】
「例２（比較例）」
本発明に対する比較例として、例２の対物レンズの設計形状値を表３および表４に示し、図２には例２の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００５１】
この例２は、従来の硝子材料の中でも鉛を含まない高屈折率硝子材料で、かつ上述した本実施形態の硝子材料の屈折率よりやや低い屈折率を持つものを用いた青色レーザーピックアップ用対物レンズの一例である。対物レンズ５１は、無限系の単レンズであり、コリメータレンズ５２によって平行光とされた図示しない光源からのレーザー光を集光し、光情報記録媒体５３の情報記録面５４上にビームスポットを形成するよう構成される。
【００５２】
上記例１の表１と同様に、表３における面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズの入射側と射出側の面である。すなわち、図２において、対物レンズ５１の入射側の非球面６１と射出側の非球面６２に相当する。
【００５３】
【表３】
2004045505.tif 000006
【００５４】
上記第１面および第２面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例２におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表４に示す。
【００５５】
【表４】
2004045505.tif 000007
【００５６】
また、例２では、対物レンズ５１の外径Ｄ１は５．０ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．９１ｍｍφである。これに対し、レンズ面径Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、４．２ｍｍφとやや大きくしてある。また、第１面においてレンズ面径Ｄ２＝４．２ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝５．０ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部５６を形成する平面部５７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００５７】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第２面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．１６ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は２．５０ｍｍφと大きくしてある。この第２面と第３面の面間隔０．１１０９ｍｍが第２面のレンズの凹面の深さを示し、第３面はこの第２面のレンズ面外側の平面部５８を示している。この第３面は、第１面と同様にレンズ外径Ｄ１＝５．０ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第１面の平面部５７と第３面の平面部５８との光軸５５方向の間隔が対物レンズ５１の周辺ツバ部５６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例２では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．９４８ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【００５８】
第４面と第５面は上記例１と同様に光情報記録媒体面を示す。図示しない光源からのレーザー光はこの対物レンズ５１によって情報記録面５４にスポット像として集光される。ここで、レンズ側の第３面の平面部５８と光情報記録媒体５３側の第４面の媒体表面５９との距離が作動距離Ｌを示し、例２ではＬ＝０．５９９４ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．５９９４／３．９１≒１／６．５２３となる。これは、従来の硝子材料を用いた例としては長い作動距離を示す例であるが、上述した例１と比較すると、作動距離は小さくなっている。この例２の対物レンズに用いた硝子材料は、鉛を含まない光学硝子材料であるが、この硝子材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．７８３６２と低いものである。このことが作動距離を長くできない一因となっている。
【００５９】
また、第１面の曲率をＣＩ、第２面の曲率をＣＯとすると、
ＣＩ＝１／１．７５１４０６≒０．５７０９７＞０、
ＣＯ＝１／１９．９３５５８≒０．０５０１６２＞０
である。これから、
ＣＩ／ＣＯ≒１１．３８＞１．５
であるため、このＣＩ／ＣＯは前述の（１）式は満足するが、（２）式は満足していないことがわかる。
【００６０】
すなわち、この例２の対物レンズは、入射側のレンズ面曲率が大きく、射出側の曲率がかなり小さいため、レンズの収差補正を考慮すると、入射側の非球面形状は周辺に行くにつれて非常に傾斜が大きくなる。レンズ面径Ｄ２＝４．２ｍｍφ付近のレンズ周辺部では、入射側のレンズ中心頂点の接線６３とレンズ非球面の接線６４とのなす傾斜角θの最大値は、約７０°となる。このため、非球面金型加工の際に時間がかかり、かつ精度向上は難しくなる。
【００６１】
さらに、この例２で用いた硝子材料の硝子転移温度は約５１０℃であり、実際にレンズを成形する際には硝子転移温度より数十度高い温度で成形する必要があるので、この例２は超硬材料の金型を作成して成形する必要がある。しかし、硝子転移温度が高いため、上記の例１で用いる金型よりも金型表面の粗さが劣化する程度が早く、寿命は比較的短くなる。
【００６２】
以上のように、例２においては、屈折率が低い硝子材料、非球面形状の加工精度低下、硝子成形温度の高さなどの問題が相俟って、レンズ成形歩留まりが悪くなる。この例２の対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いてレンズ光軸にほぼ平行な３．９１ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの光学性能を測定した結果、作動距離は０．６ｍｍ前後であったが、波面収差は殆どが０．０３λ以上とやや劣化する傾向となった。
【００６３】
「例３（実施例）」
本発明に係る対物レンズの他の実施例として、例３の対物レンズの設計形状値を表５および表６に示す。この例３に対応する形状断面図は図１に示した例１とほぼ同様であり、ここでは図示を省略する。
【００６４】
上記例１の表１と同様に、表５における面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズの入射側と射出側の面である。
【００６５】
【表５】
2004045505.tif 000008
【００６６】
上記第１面および第２面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例３におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表６に示す。
【００６７】
【表６】
2004045505.tif 000009
【００６８】
また、例３では、対物レンズの外径は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。これに対し、第１面のレンズ面径は、上記例１と同様、レンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．９ｍｍφとやや大きくしてある。また、第１面においてレンズ面径３．９ｍｍφから外側のレンズ外径４．５ｍｍφまでの周辺ツバ部を形成する平面部が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００６９】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第２面の有効径、すなわち出射光束径は２．５ｍｍφであり、これに対し、第２面のレンズ面径は２．７ｍｍφと大きくしてある。この第２面と第３面の面間隔０．１６８７ｍｍが第２面のレンズの凹面の深さを示し、第３面はこの第２面のレンズ面外側の平面部を示している。この第３面は、第１面と同様にレンズ外径４．５ｍｍφまでの平面部となっている。また、例３では、対物レンズの周辺ツバ部の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚は約０．４５ｍｍと薄いが、実用的にはほぼ十分な厚さを有している。
【００７０】
第４面と第５面は上記例１と同様に光情報記録媒体面を示す。この例３では、作動距離ＬはＬ＝０．６９１６ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．６９１６／３．６０≒１／５．２０５、すなわち、１／６以上であり、かなり長い作動距離が得られることを示している。
【００７１】
また、第１面の曲率をＣＩ、第２面の曲率をＣＯとすると、
ＣＩ＝１／１．６２０７１１≒０．６１７０１３１５＞０、
ＣＯ＝１／７．４５７８６７≒０．１３４０８７＞０
である。これから、
１０＞ＣＩ／ＣＯ≒４．６０１６０２０＞１．５
であるため、このＣＩ／ＣＯは前述の（１）式および（２）式を満たす良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【００７２】
以上の例３で示した対物レンズの設計性能は、波長４０５ｎｍの光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差は０．００２λ、光軸に対して斜入射となる平行光束に対しては、＋０．４°〜−０．４°までの入射角に対して波面収差約０．０４λ以下となり、良好な性能が得られた。
【００７３】
また、例３の対物レンズに用いた硝子材料は、鉛を含まない光学硝子材料であり、この硝子材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．８４４５２と高いものである。この硝子材料の屈折率は、上記例１で用いた光学硝子材料よりは低いが、光学硝子材料の中ではかなり高いものである。一方、例３の硝子材料の内部透過率は、厚さ１０ｍｍの平板でも約９４％と高い透過率を示し、青色ＤＶＤ用のピックアップに用いる対物レンズとしては十分な透過率を有している。しかし、例３の対物レンズの入射側の非球面形状は、前述の例２と同様に周辺に行くにつれて非常に傾斜が大きくなり、レンズ面径３．９ｍｍφ付近の周辺部では、入射側のレンズ中心頂点の接線とレンズ非球面の接線とのなす傾斜角が約７１°となる。このため、非球面金型加工に時間がかかる。
【００７４】
また、この例３で用いた硝子材料の硝子転移温度は約５３０℃であり、実際にレンズを成形する際には硝子転移温度より数十度高い温度で成形する必要があるので、超硬材料の金型では例２と同様に金型の寿命が短くなるおそれがある。そこで例３では、耐熱性の高いグラスカーボン材またはＳｉＣのようなセラミックス型を加工して成形型としたものを用いた方が成形が安定して好ましい。この場合、初期の金型加工には時間がかかるものの、成形金型の損耗を低くすることができ、金型の寿命を長く維持できる。
【００７５】
例３で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いてレンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０３λ前後であり、上記例１よりは波面収差はやや劣るが、作動距離は０．７ｍｍ前後と十分長い作動距離が得られた。
【００７６】
上述した例１および例３のような本実施例によれば、鉛を含有せずに高屈折率かつ高透過率の光学硝子材料を用いて、外径が５．０ｍｍφ以下で、入射光束径をＥ、レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたときにＬ／Ｅの比が１／６以上である、小型の単レンズで高開口数かつ長作動距離を有する高性能な青色レーザーピックアップ用対物レンズを提供できる。また、硝子レンズとしては、比較的低い温度で成形し易く、安価に製作することができる。
【００７７】
特に、青色ＤＶＤ対応の光ピックアップ用対物レンズとしては、ＮＡ＝０．８５という高開口数を維持しながら長い作動距離を有しているので、高速回転する光情報記録媒体に対するフォーカシング制御やトラッキング制御のためのサーボ駆動などの際に、対物レンズが光情報記録媒体に接触してしまうことを回避できる。
【００７８】
また、本実施形例の対物レンズを、６５０ｎｍレーザーを用いる現行ＤＶＤ、７８０ｎｍレーザーを用いるＣＤ、ＣＤ−Ｒなどの厚い光透過保護層厚を有する光情報記録媒体の記録再生用ピックアップに用いる際にも、光情報記録媒体に接触する可能性の少なく、互換レンズとしても有用なピックアップ用レンズを得ることができる。さらに、青色ＤＶＤ専用レンズとしてならば、外径２ｍｍあるいはそれ以下の対物レンズとしても実現可能であるので、光情報記録媒体に接触することなしに記録再生できる超小型の青色レーザーピックアップ用対物レンズが得られる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、波長４０５ｎｍ付近のレーザー光に対して高屈折率かつ高透過率の光学硝子を用いて、外径が５．０ｍｍφ以下の単レンズで、入射光束径をＥ、レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたときにＬ／Ｅの比が１／６以上である、小型で高開口数かつ長作動距離を有する光ピックアップ用の対物レンズを提供できる。また、対物レンズにおける光源側の第１面の頂点曲率をＣＩ、光情報記録媒体側の第２面の頂点曲率をＣＯとしたとき、ＣＩ＞ＣＯ＞０、かつ、１０＞ＣＩ／ＣＯ＞１．５の関係を満足することにより、レンズ非球面の加工が容易で高精度の対物レンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図２】本発明に対する比較例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【符号の説明】
１：対物レンズ
２：コリメータレンズ
３：光情報記録媒体
４：情報記録面
５：光軸
６：周辺ツバ部
７：入射側の面である第１面の平面部
８：射出側の面である第３面の平面部
９：媒体表面
１１：入射側の非球面（第１面）
１２：射出側の非球面（第２面）
１３：入射側のレンズ中心頂点の接線
１４：入射側のレンズ非球面の接線
Ｄ１：レンズの外径
Ｄ２：第１面におけるレンズ面径
Ｄ３：第２面の有効径（出射光束径）
Ｄ４：第２面におけるレンズ面径
Ｅ：第１面の有効径（入射光束径）
Ｌ：作動距離
θ：入射側のレンズ非球面の傾斜角
Ｔ１：周辺ツバ厚
【図１】
2004045505.tif 000010
【図２】
2004045505.tif 000011