(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を光記録媒体に集光するための光ピックアップ用の対物レンズであって、
光源側から順に、少なくとも１面を非球面とされた両凸レンズからなる第１のレンズと、光源側に凸面を向けた第２のレンズを配列してなり、
該第２のレンズが下記条件式(１)を満足するとともに、
前記第１のレンズが、下記条件式（３）を満足するように単独で収差が補正されたレンズであって下記条件式(２)を満足するように構成され、
系全体の開口数が0.75以上とされていることを特徴とする高密度光記録媒体用対物レンズ。
0.588  ＜  β２  ≦  0.676  ……（１）
0.45≦  ＮＡ１  ≦  0.60  ……（２）
ＲＭＳ１  ≦  0.07λ  ……（３）
ただし、
β２    ：第２のレンズの結像倍率
ＮＡ１  ：第１のレンズの開口数
ＲＭＳ１：第１のレンズの波面収差のＲＭＳ
λ      ：基準波長
【請求項２】
前記第２のレンズが光源側は球面とされ、光記録媒体側は平面とされていることを特徴とする請求項１に記載された高密度光記録媒体用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高密度光記録媒体用対物レンズに関し、特に、高密度記録が求められる光ディスク、光磁気ディスク、光カード等の光記録媒体に対して、情報信号の書込みあるいは読取りを行う光ピックアップ装置に用いられる高密度光記録媒体用対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、音声情報、映像情報さらにはコンピュータ用のデータ情報等を記録するための光記録媒体として、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）あるいはＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等がよく用いられるようになってきている。
【０００３】
これらの光記録媒体に対して情報信号の書込みあるいは読取りを行うための光ピックアップ装置においては、対物レンズとしてその開口数が、ＣＤにおいては0.45、ＭＯにおいては0.5〜0.6程度、ＤＶＤにおいては0.6のものが用いられている。
【０００４】
また、上記光ピックアップ装置においては小型化、軽量化、低価格化の要求が強く、その要求を満たすため、上記対物レンズに合成樹脂材料やガラス材料からなる非球面単レンズを採用したものが一般的となっている。
【０００５】
ところで、近年では、情報記録容量の飛躍的な増加に伴い、少しでも高密度な記録媒体の出現が切望されており、光記録媒体の記録密度を向上させるための努力が日夜なされている。
【０００６】
ここで、光記録媒体の記録密度を向上させるためには対物レンズによる集光スポット径を小さくすることが必要となる。集光スポット径は、光源の波長をλ、対物レンズの開口数をＮＡとした場合、
ｋ×λ／ＮＡ      （ただし、ｋは定数）
なる式で表されるから、集光スポット径を小さくするためには光源の短波長化と対物レンズの高ＮＡ化の２条件の少なくともいずれかを満足することが必要となる。
【０００７】
そのうち、光源の短波長化は半導体レーザーの短波長化とＳＨＧ光源の開発によって、より改善されたものとなってきている。
【０００８】
一方、対物レンズの高ＮＡ化なる条件は、従来非球面単レンズを採用することにより進められてきておりＮＡが0.6程度まではこの手法によっても達成可能である。しかし、さらなる高ＮＡ化を進めるためには、単玉レンズの製造がより難しいものとなることから非球面単レンズを採用することの限界が問題となっている。例えば特開平10−123410号公報に開示された対物レンズではＮＡ0.7程度を達成するために２群２枚のレンズ構成としている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載のものにおいては、従来の単レンズの対物レンズに比して、設計上も製造上も難しいものとなり、手間やコストが上昇する。さらに評価方法が容易でないことから製品検査の手間やコストも上昇する。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑み、光ピックアップ装置に用いられる対物レンズにおいて、ＮＡ0.75以上の高ＮＡで２群２枚のレンズ構成でありながら、レンズの設計、製造、検査が容易で、収差を良好に補正し得る高密度光記録媒体用対物レンズを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の高密度光記録媒体用対物レンズは、光束を光記録媒体に集光するための光ピックアップ用の対物レンズであって、
光源側から順に、少なくとも１面を非球面とされた両凸レンズからなる第１のレンズと、光源側に凸面を向けた第２のレンズを配列してなり、
該第２のレンズが下記条件式(１)を満足するとともに、
前記第１のレンズが、下記条件式（３）を満足するように単独で収差が補正されたレンズであって下記条件式(２)を満足するように構成され、
系全体の開口数が0.75以上とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
0.588  ＜  β２  ≦  0.676  ……（１）
0.45≦  ＮＡ１  ≦  0.60  ……（２）
ＲＭＳ１  ≦  0.07λ  ……（３）
ただし、
β２    ：第２のレンズの結像倍率
ＮＡ１  ：第１のレンズの開口数
ＲＭＳ１：第１のレンズの波面収差のＲＭＳ
λ      ：基準波長
なお、前記第２のレンズが光源側は球面とされ、光記録媒体側は平面とされていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の高密度光記録媒体用対物レンズについて図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態を代表するものとして、実施例１に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すとおり、本実施形態に係る高密度光記録媒体用対物レンズは光源側から順に、少なくとも１面を非球面とされた両凸レンズからなる第１レンズＬ１と、平凸レンズからなる第２レンズＬ２を配列してなる２群２枚構成のレンズである。ここで、第２レンズＬ２は、光源側は凸面を光源側に向けた球面とされ、光記録媒体側が平面とされている。なお、第１レンズＬ１の非球面形状は下記に示す非球面深さ式により表される。
【００１８】
【数１】
0003952621.tif 000002
【００１９】
ここで、光源（図示せず）からの光はこの高密度光記録媒体用対物レンズを透過し、第２レンズＬ２の光記録媒体側の集光点に集光される。集光点の位置は光軸Ｚ上で第２レンズＬ２から１〜２μｍの距離であり、図示できない程度に第２レンズＬ２に至近である。
【００２０】
また、本実施形態に係る高密度光記録媒体用対物レンズは下記条件式(１’)〜(３’)を満足する。
【００２１】
0.588  ＜  β２  ≦  0.676  ……（１’）
ＮＡ１    ≧  0.45          ……（２’）
ＲＭＳ１  ≦  0.07λ        ……（３’）
ただし、
β２      ：第２レンズＬ２の結像倍率
ＮＡ１    ：第１レンズＬ１の開口数
ＲＭＳ１：第１レンズＬ１の波面収差のＲＭＳ
λ     ：基準波長
【００２２】
以下、本実施形態の作用について説明する。
【００２３】
まず、レンズ形状としては、第１レンズＬ１の少なくとも１面を非球面とすることで、第１レンズＬ１は単独でも対物レンズとして利用可能であるような収差補正されたレンズとすることができる。
【００２４】
また、第２レンズＬ２を平凸レンズとすることで、レンズ研磨等について製造が容易になるほか芯取りが容易になるという利点もあり、レンズの低コスト化が可能になる。
【００２５】
つぎに、条件式（１’）は第２レンズＬ２の単独での結像倍率β２を規定している。
【００２６】
この上限値を上回ると、全系の高ＮＡ化を図るためには第１レンズＬ１単体での開口数を大きくしなければならなくなり、第１レンズＬ１の収差補正が難しくなる。
【００２７】
結像倍率β２がこの下限値を下回るということは、第２レンズＬ２の焦点距離が変わらずに物点距離が長くなるか、または物点距離が変わらずに焦点距離が短くなることを意味する。ここで、第２レンズＬ２の物点距離を長くする場合は、第１レンズＬ１の焦点距離も長くする必要が生じるため、レンズ全体が大きくなりレンズを小型化するのが難しくなる。他方、第２レンズＬ２の焦点距離を短くする場合は、第２レンズＬ２の屈折力が大きくなり、製造による誤差がレンズ性能に大きく影響する。
【００２８】
このように、条件式（１’）を満足する第２レンズＬ２を、前述のとおり単独でも収差補正された第１レンズＬ１と組み合わせて２群２枚構成のレンズとすることによりレンズの更なる高ＮＡ化が可能になる。
【００２９】
条件式（２’）は、第１レンズＬ１を単独で使用したときの開口数を規定している。第１レンズＬ１が条件式（２’）を満足することにより、第２レンズＬ２と組み合わせて、開口数が0.75以上でありながら小型の高密度光記録媒体用対物レンズを容易に得ることができる。
【００３０】
すなわち、対物レンズ全系の開口数ＮＡは、第１レンズＬ１単独での開口数をＮＡ１、第２レンズＬ２の結像倍率をβ２とすると、以下の式により表される。
ＮＡ ＝ ＮＡ１ ／ β２
【００３１】
ここで例えば、第１レンズＬ１の開口数を条件式（２’）の下限値以下の0.44とし、開口数0.75以上の高密度光記録媒体用対物レンズを設計しようとする場合、第２レンズＬ２の結像倍率が0.588より小さくなり、前述したように対物レンズを小型化するのが難しくなる。
【００３２】
なお、従来より製造実績のあるレンズを用いることにより製造が容易になるという点で、第１レンズＬ１は開口数が最高でも0.6程度のものとすることが好ましい。
【００３３】
例えば、本実施形態に係る高密度光記録媒体用対物レンズの第１レンズＬ１に開口数0.6の対物レンズを採用し、第２レンズＬ２を結像倍率0.667のレンズとすると、対物レンズ全系の開口数が0.9となり、高ＮＡの高密度光記録媒体用対物レンズを得ることができる。
【００３４】
条件式（３’）は、マルシャル評価基準と称される波面収差の評価基準であり、この条件式（３’）を満足するレンズは一般に無収差レンズと称される。条件式（３’）を満足することにより、第１レンズＬ１は単独でも収差補正がなされるように構成される。
【００３５】
第１レンズＬ１が単独でも収差補正がなされたレンズであることにより、レンズ全系を設計あるいは評価する際には第２レンズＬ２のみの収差補正に配慮すればよいこととなり、設計、評価の労力が軽減される。また、第１レンズＬ１が一般に性能検査の難しい非球面レンズであっても、第１レンズＬ１単品での性能検査が可能となるので工程が簡易化される。
【００３６】
＜実施例１＞
実施例１に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、上記実施形態に詳述した構成と作用効果を奏するもので、第１レンズＬ１は両面に非球面を備えたレンズを用いている。
【００３７】
表１に、実施例１の各レンズ面の曲率半径Ｒ（非球面の場合は光軸近傍の曲率半径）（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、および各レンズの波長410ｎｍにおける屈折率Ｎを示す。なお、表１および以下の表において、曲率半径Ｒ、軸上面間隔Ｄ、屈折率Ｎに対応させた数字は光源側から順次増加するようになっている。
【００３８】
また、表１の中段には実施例１における上記非球面深さ式に示される非球面の各定数の値を示し、下段には実施例１における入射光束径φ（ｍｍ）、レンズ全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、レンズ全系の開口数ＮＡ、レンズ全系の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ）、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１（ｍｍ）、第１レンズＬ１の開口数ＮＡ１、第１レンズＬ１の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ１）、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２（ｍｍ）、ならびに第２レンズＬ２の結像倍率β２の値を示す。
【００３９】
【表１】
0003952621.tif 000003
【００４０】
表１に示すように、実施例１は条件式（１’）〜（３’）をすべて満足している。
【００４１】
＜実施例２＞
実施例２に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、実施例１と略同様の構成とされ同様の作用効果を奏するもので、第１レンズＬ１としては実施例１と同じレンズを用いている。
【００４２】
表２に、実施例２の各レンズ面の曲率半径Ｒ（非球面の場合は光軸近傍の曲率半径）（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、および各レンズの波長410ｎｍにおける屈折率Ｎを示す。
【００４３】
また、表２の中段には実施例２における上記非球面深さ式に示される非球面の各定数の値を示し、下段には実施例２における入射光束径φ（ｍｍ）、レンズ全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、レンズ全系の開口数ＮＡ、レンズ全系の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ）、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１（ｍｍ）、第１レンズＬ１の開口数ＮＡ１、第１レンズＬ１の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ１）、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２（ｍｍ）、ならびに第２レンズＬ２の結像倍率β２の値を示す。
【００４４】
【表２】
0003952621.tif 000004
【００４５】
表２に示すように、実施例２は条件式（１’）〜（３’）をすべて満足している。
【００４６】
＜実施例３＞
図２は、実施例３に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図である。
【００４７】
実施例３に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、実施例１と略同様の構成とされ同様の作用効果を奏するものである。なお、第１レンズＬ１は実施例１と同曲率半径、同面間隔、同屈折率であるが、レンズ径が実施例１のものより大きいレンズを用いている。
【００４８】
表３に、実施例３の各レンズ面の曲率半径Ｒ（非球面の場合は光軸近傍の曲率半径）（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、および各レンズの波長410ｎｍにおける屈折率Ｎを示す。
【００４９】
また、表３の中段には実施例３における上記非球面深さ式に示される非球面の各定数の値を示し、下段には実施例３における入射光束径φ（ｍｍ）、レンズ全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、レンズ全系の開口数ＮＡ、レンズ全系の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ）、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１（ｍｍ）、第１レンズＬ１の開口数ＮＡ１、第１レンズＬ１の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ１）、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２（ｍｍ）、ならびに第２レンズＬ２の結像倍率β２の値を示す。
【００５０】
【表３】
0003952621.tif 000005
【００５１】
表３に示すように、実施例３は条件式（１’）〜（３’）をすべて満足している。
【００５２】
＜実施例４＞
図３は、実施例４に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図である。
【００５３】
実施例４に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、図３に示すとおり、実施例３と略同様の２枚のレンズからなる構成とされ、第２レンズＬ２の光記録媒体側に光記録媒体のカバーガラス１が配されている。なお、第１レンズＬ１としては実施例３と同じレンズを用いており、レンズ全系としては実施例１と同様の作用効果を奏する。
【００５４】
なお、カバーガラス１は、第２レンズＬ２の光記録媒体側の面と集光点の間の位置に配することが可能である。
【００５５】
このカバーガラス１は種々の態様のものとし得るのであって、例えば、光記録媒体の裏面(第２レンズＬ２とは反対側の面)部分に信号面が形成されている場合には光記録媒体の透明基板をこのカバーガラス１とすることができ、また、例えば、光記録媒体の表面(第２レンズＬ２と対向する側の面)部分に信号面が形成されている場合においては、第２レンズＬ２と光記録媒体の間の任意の位置に配された光路長調整用あるいは媒体保護用等の透明板をこのカバーガラス１とすることができる。
【００５６】
表４に、実施例４の各レンズ面の曲率半径Ｒ（非球面の場合は光軸近傍の曲率半径）（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、および各レンズの波長410ｎｍにおける屈折率Ｎを示す。
【００５７】
また、表４の中段には実施例４における上記非球面深さ式に示される非球面の各定数の値を示し、下段には実施例４における入射光束径φ（ｍｍ）、レンズ全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、レンズ全系の開口数ＮＡ、レンズ全系の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ）、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１（ｍｍ）、第１レンズＬ１の開口数ＮＡ１、第１レンズＬ１の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ１）、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２（ｍｍ）、ならびに第２レンズＬ２の結像倍率β２の値を示す。
【００５８】
【表４】
0003952621.tif 000006
【００５９】
表４に示すように、実施例４は条件式（１’）〜（３’）をすべて満足している。
【００６０】
＜実施例５＞
図４は、実施例５に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図である。
【００６１】
実施例５に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、実施例１と略同様の構成とされ同様の作用効果を奏するものである。なお、第１レンズＬ１は光源側の面が非球面とされ、光記録媒体側の面は球面とされている。
【００６２】
表５に、実施例５の各レンズ面の曲率半径Ｒ（非球面の場合は光軸近傍の曲率半径）（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔（各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔）Ｄ（ｍｍ）、および各レンズの波長410ｎｍにおける屈折率Ｎを示す。
【００６３】
また、表５の中段には実施例５における上記非球面深さ式に示される非球面の各定数の値を示し、下段には実施例５における入射光束径φ（ｍｍ）、レンズ全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、レンズ全系の開口数ＮＡ、レンズ全系の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ）、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１（ｍｍ）、第１レンズＬ１の開口数ＮＡ１、第１レンズＬ１の波面収差のＲＭＳ（ＲＭＳ１）、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２（ｍｍ）、ならびに第２レンズＬ２の結像倍率β２の値を示す。
【００６４】
【表５】
0003952621.tif 000007
【００６５】
表５に示すように、実施例５は条件式（１’）〜（３’）をすべて満足している。
【００６６】
図５は、実施例１〜４および実施例５における第１レンズＬ１の、波長410ｎｍにおける波面収差を表す図である。図５に示すとおり、実施例１〜５における第１レンズＬ１は単独でも収差補正が良好なレンズである。
【００６７】
図６は、各々実施例１〜５におけるレンズ全系の、波長410ｎｍにおける波面収差を表す図である。図６に示すとおり、各実施例１〜５に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、収差を良好に補正したレンズであることが明らかである。
【００６８】
なお、本発明の高密度光記録媒体用対物レンズとしては、上記実施例のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの曲率半径Ｒおよびレンズ間隔（もしくはレンズ厚）Ｄを適宜変更することが可能である。
【００６９】
また、第２レンズＬ２の光記録媒体側の面は、一般に加工性の点で平面であることが好ましいが、若干の曲率を有する面であってもよい。
【００７０】
また、本発明に係る対物レンズは、物点（光源）を無限遠方とする場合のみに適用されるものではなく、物点を有限距離に配したいわゆる有限系のレンズとしても使用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高密度光記録媒体用対物レンズによれば、２群２枚構成とし、第１のレンズとして従前から単玉光ピックアップ用対物レンズとして知られている非球面レンズを用い、第２のレンズとして所定の結像倍率を備え光源側に凸面を向けたレンズを用いることにより、レンズの設計、製造、検査の労力およびコストを増大させることなく、かつ収差を良好なものとしつつ高ＮＡな対物レンズとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図
【図２】実施例３に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図
【図３】実施例４に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図
【図４】実施例５に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成を示す図
【図５】実施例１〜４および実施例５の第１レンズの波長410ｎｍにおける波面収差図
【図６】各実施例１〜５のレンズ全系の波長410ｎｍにおける波面収差図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ２    レンズ
Ｒ１〜Ｒ６    曲率半径（非球面の場合は光軸近傍の曲率半径）
Ｄ１〜Ｄ５    軸上面間隔
Ｚ         光軸
１         カバーガラス
【図１】
0003952621.tif 000008
【図２】
0003952621.tif 000009
【図３】
0003952621.tif 000010
【図４】
0003952621.tif 000011
【図５】
0003952621.tif 000012
【図６】
0003952621.tif 000013