(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光ビーム通過領域において中心対称な凸型面形状を有する第１面、前記第１面に対向する反対側の少なくとも光ビーム通過領域において中心対称な有効面形状を有する第２面並びに前記第１面に交差する中心対称な円筒側面を有するモールドガラス対物レンズであって、前記第１面の中心曲率半径ｒＡが式：
【数１】
0004083955.tif 000010
（式中、Ｖ１は前記モールドガラス対物レンズの体積を、Ｖ２は前記第１及び第２面並びに前記円筒側面を含む円筒面に囲まれる仮想レンズ部分の体積を示す）を満たすことを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記第１及び第２面並びに前記円筒側面が一致するように前記モールドガラス対物レンズに前記仮想レンズ部分を重ねた場合の境界面が、前記第１面にて屈折された透過する光束を遮らずにかつ光軸に垂直な円環状基準平面を含むことを特徴とする請求項１項記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記第２面の有効径外において、曲率半径が最小となるよう形状を有することを特徴とする請求項２項記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記第１及び第２面並びに前記円筒側面が一致するように前記モールドガラス対物レンズに前記仮想レンズ部分を重ねた場合の境界面が、前記第１面にて屈折された透過する光束を遮らずにかつ光軸を中心とする円環状基準円錐面を含むことを特徴とする請求項１項記載の対物レンズ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の対物レンズを備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
請求項５項記載の光ピックアップ装置を備えたことを特徴とする光学式記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク、光カードなどの光情報記録媒体から情報を記録再生する光学式記録再生装置における光ピックアップの光学系に関し、特に、その光学系の対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報記録媒体として、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクが知られており、光ディスクの大容量化のため、高密度ＤＶＤ（ＨＤ−ＤＶＤ）システムの研究も同様に進められている。また、このような光ディスクなどにおける情報信号の高密度化、大容量化に対応するため、書き込み及び読み取りのための高性能な光ピックアップ装置や情報記録再生装置の研究開発が進められている。
【０００３】
光情報記録媒体の高密度化に対応するために、光ピックアップに短波長の光ビームを用いるとともに、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることにより、照射スポット径を更に小さくすることが考えられている。ＨＤ−ＤＶＤ記録システムにおいて、高い開口数例えば０．８５にもなるような対物レンズに、いわゆる２群レンズすなわち光軸の一致した少なくとも２枚の集光レンズを用いて集光力を分散することにより、良好な像高特性を得ることができる（特開平１０−２５５３０３）。
【０００４】
例えば、従来の２群対物レンズは光源側から平行光が入射する第１レンズと、第１レンズを経た光束が透過して射出し光ディスクの記録面上に焦点を結ぶ第２レンズとからなる。入射側及び射出側の第１及び第２レンズの２枚に分けて対物レンズを構成する場合において、２枚の集光レンズの位置合わせ精度を確保する必要が生じてくる。位置合わせ精度はその回転中心軸のずれとして例えばマイクロメートル以下の精度が要求され、このような精度を実現するためには２枚のレンズを組み立てる際に個別に中心合わせの調整を行う必要がある。よって、２枚からなる対物レンズは高コストになってしまう。これは、調整工程が、レンズを組み立てる際に光を通してその絞られ具合を見ながら調整をするという煩雑な工程であるからである。
【０００５】
光ピックアップの光学系の対物レンズを製造する場合に、ガラス材料ブロックを球面に研磨して非球面形状を作製するという研磨手法に代わって、精密ガラスプレスによって球形にプリフォームされたガラス球すなわちプリフォーム球から非球面形状を作製するというガラスモールド手法がとられる。ガラスで非球面レンズを成形する際には、あらかじめ光学ガラスの１次加工いわゆるプリフォームを施したプリフォーム球を用意し、これに精密プレス成形を施す。球形が成型時の安定性及び特性に優れ、特に小径レンズではプリフォーム球を用いることが必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
２群レンズにおいて、射出側の第２レンズにより多くの集光力を配分することによって、２枚の対物レンズの中心ずれ許容量を大きくすることができ、中心合わせの精度を緩和することができる。特に、光が照射される光透過層の厚さを薄くした光ディスクに用いる場合、射出側の第２レンズの厚みが厚い２群レンズは良い特性が得られる。第２レンズにより多くの集光力を配分するためには、第２レンズに肉厚の厚いレンズが必要である。
【０００７】
しかしながら、ガラスプレス成形でこの肉厚の厚い第２レンズの形状を作製することが困難となる。すなわち、厚いレンズをガラスプレスで作製しようとすると、ガラスのプリフォーム球を金型に入れてプレスするので、成形時に金型との間に空隙ができてしまう。それゆえレンズの中心曲率半径が小さいとあまり厚いレンズを形成することができない。
【０００８】
プレスレンズを成型可能とするプリフォーム球の条件は、まず、成型後のプレスレンズの体積以上の材料体積を与える大きさをプリフォーム球が持つことである。第２レンズの光の入射側面すなわち第１面については、その間隔及び面形状が光学設計上のレンズ仕様から決められている。第２レンズの光の射出側面すなわち第２面についてもレンズ仕様が決められている。このようなレンズ体積をもつプリフォーム球の半径ｒは、そのレンズの外径をもつ円筒面と、第１面及び第２面に囲まれた体積Ｖ２に対して、
【０００９】
【数２】
0004083955.tif 000002
【００１０】
なる条件を満たすことが必要となる。さらに、レンズに基準面を形成するフランジなどを一緒に形成する場合には、必要半径ｒはさらに大きくなる。すなわち、第１面及び第２面ともこのｒより小さな近軸曲率半径を選ぶことができない。
レンズとしての位置合わせ許容量は有効径にほぼ比例して増大するのに対し、実際の第２レンズ位置合わせ精度は機械的な絶対寸法によって決定されることから、位置合せ精度を許容できるように第２レンズの有効径を大きくすることが考えられる。しかしながらこのような構成はレンズ自体、光ピックアップを大きくし、高速移動する光ディスクのような記録媒体のトラックに光スポットを追従させることが困難となる。
【００１１】
このような理由により、高開口数の２枚対物レンズを実現するにあたっては、２枚の位置合わせを無調整とするような小径形状のガラスプレスレンズは安定して作製することが難しく、その組み立てにおいては、結局、一方のレンズを２軸で位置調整をしたり、偏心があるレンズを回転させるなどの方法による位置合わせ調整が必要である。或いは、位置合わせ精度を大きくとろうとすると像高がとれなくなり、実用的な性能を満足できないということになる。
【００１２】
また、高開口数の２枚対物レンズにおいてはレンズ厚み誤差に対する許容量が少なく、特に第２レンズの厚み誤差許容量はマイクロメートル程度と厳しい値が要求されるため、ガラスプレスを行なう場合の条件が厳しく、さらに、金型の摩耗の許容幅が小さいことから一つの金型を使って打てるレンズの最大数が少なくなるという問題点があり、光ディスク装置のような大量に生産を行う機器に用いるには問題であった。
【００１３】
このように、第１面の中心曲率半径よりもプリフォーム径を大きくとれないという制限から第２レンズの体積が制限され、集光力をもった厚いレンズを構成することができない。その結果、第１レンズにも集光力を割振る構成となってレンズ間隔誤差の許容量が大きくとれず、無調整組立を行なうことができない設計となっている。
【００１４】
本発明は、かかる問題に鑑みなされたものであり、実無調整組み立てが可能な形状の高開口数対物レンズを実現できる形状の非球面レンズを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の対物レンズは、少なくとも光ビーム通過領域において中心対称な凸型面形状を有する第１面、第１面に対向する反対側の少なくとも光ビーム通過領域において中心対称な有効面形状を有する第２面並びに第１面に交差する中心対称な円筒側面を有するモールドガラス対物レンズであって、第１面の中心曲率半径ｒＡが式：
【００１６】
【数３】
0004083955.tif 000003
【００１７】
（式中、Ｖ１はモールドガラス対物レンズの体積を、Ｖ２は第１及び第２面並びに円筒側面を含む円筒面に囲まれる仮想レンズ部分の体積を示す）を満たすことを特徴とする。
本発明の対物レンズにおいては、第１及び第２面並びに円筒側面が一致するようにモールドガラス対物レンズに仮想レンズ部分を重ねた場合の境界面が、第１面にて屈折された透過する光束を遮らずにかつ光軸に垂直な円環状基準平面を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の対物レンズにおいては、第２面の有効径外において、曲率半径が最小となるよう形状を有することを特徴とする。
本発明の対物レンズにおいては、第１及び第２面並びに円筒側面が一致するようにモールドガラス対物レンズに仮想レンズ部分を重ねた場合の境界面が、第１面にて屈折された透過する光束を遮らずにかつ光軸を中心とする円環状基準円錐面を含むことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は実施の１形態の光ピックアップ装置を備えた光学式記録再生装置の概略を示す。光ピックアップは、波長が４００ｎｍ〜４１０ｎｍ好ましくは４０５ｎｍ付近の短波長の青を射出する半導体レーザＬＤ１を備えている。
【００２０】
また光ピックアップは、偏光ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、１／４波長板１５及び２群対物レンズユニット１６を備えている。以上の光照射光学系によって、半導体レーザＬＤ１からのレーザビームは、偏光ビームスプリッタ１３を経て、コリメートルレンズ１４で平行光ビームにされ、１／４波長板１５を透過して、対物レンズユニット１６によって、その焦点付近に置かれている光ディスク５に向けて集光され、光ディスク５の情報記録面のピット列上で光スポットを形成する。
【００２１】
以上の光照射光学系に加えて、光ピックアップはさらに検出レンズ１７など光検出光学系を有しており、対物レンズユニット１６、１／４波長板１５及び偏光ビームスプリッタ１３は光検出光学系にも利用されている。光ディスク５からの反射光は、対物レンズユニット１６で集められ１／４波長板１５を介して偏光ビームスプリッタ１３によって検出用集光レンズ１７に向けられる。検出レンズ１７で集光された集束光は、例えば、シリンドリカルレンズ、マルチレンズなどの非点収差発生素子（図示せず）を通過して、光検出器の受光面１９中心付近に光スポットを形成する。
【００２２】
また、光検出器の受光面１９は復調回路３０及びエラー検出回路３１に接続されている。エラー検出回路３１は対物レンズユニットのトラッキング制御及びフォーカス制御用のアクチュエータ２６を含む機構を駆動する駆動回路３３に接続されている。
光検出器は、その受光面１９中心付近に結像された光スポット像に応じた電気信号を復調回路３０及びエラー検出回路３１に供給する。復調回路３０は、その電気信号に基づいて記録信号を生成する。エラー検出回路３１は、その電気信号に基づいてフォーカスエラー信号や、トラッキングエラー信号や、その他サーボ信号などを生成し、アクチュエータの駆動回路３３を介して各駆動信号を各アクチュエータに供給し、これらが各駆動信号に応じて対物レンズユニット１６などをサーボ制御駆動する。
【００２３】
本発明の光ピックアップの２群対物レンズユニット１６は、図１に示すように、光ビームを記録面へ集光するモールド成形されたガラスからなるモールドガラスレンズである集光レンズ（第２レンズ）１６ａと、光源側の集光レンズの第１レンズ１６ｂと、を組み合せた複合対物レンズの組立体である。集光レンズ１６ａ及び第１レンズ１６ｂは、ホルダ１６ｃによって光軸に同軸に配置される。
【００２４】
本実施例による光ピックアップ用対物レンズの第２レンズの構成を図２に示す。図２において、第２レンズ１６ａは、中心対称な凸型面形状を有する光源側非球面２１の第１面、この第１面に対向する反対側の中心対称な有効面形状を有する光ディスク側すなわち射出側の第２面２２、並びに第１面に交差する中心対称な円筒側面２３にて画定される（光の入射側より第１面、第２面）。図２に示すように、第１及び第２面２１，２２並びに円筒側面２３を含む円筒面２３ａに囲まれる仮想レンズ部分１６０を仮定すると、第２レンズ１６ａは、第２面２２の有効径の外側を階段状の非球面形状で大きく体積を落としている。この時、第２レンズ１６ａの体積は第１面２１の中心曲率半径を有する球の体積より小さくなるように選ばれているため、このような半径のプリフォーム球を用いることによって第２レンズ１６ａのプレス成型が可能である。すなわち、上記（１）式を満たさない下記式（２）、
【００２５】
【数４】
0004083955.tif 000004
【００２６】
（式中、Ｖ２は第１及び第２面並びに円筒側面を含む円筒面に囲まれる仮想レンズ部分１６０の体積を示す）で示されるような小さな近軸中心曲率半径ｒAに対しても、モールドガラス対物レンズのための縮小した体積Ｖ１を、下記式（３）、
【００２７】
【数５】
0004083955.tif 000005
【００２８】
で示されるように設定することによって、ガラスプレスによるモールドガラス対物レンズ成型を可能にするものである。
すなわち、図２に示すように、対物レンズの第２レンズ１６ａは、第１面２１の中心曲率半径ｒＡが式：
【００２９】
【数６】
0004083955.tif 000006
【００３０】
（式中、Ｖ１はモールドガラス対物レンズの体積を、Ｖ２は第１及び第２面並びに円筒側面を含む円筒面に囲まれる仮想レンズ部分の体積を示す）を満たすように構成されている。
図２に示すように、本発明においては、レンズ体積を減少させることによってできた新たな境界面の一部を光軸に垂直な平面の円環状基準面２４とする構成が可能になる。すなわち、第１及び第２面２１，２２並びに円筒側面２３が一致するようにモールドガラス対物レンズ１６ａに仮想レンズ部分１６０を重ねた場合の境界面が、第１面２１にて屈折された透過する光束を遮らずにかつ光軸に垂直な円環状基準平面２４を含むように構成され得る。
【００３１】
また、実施例では外径円筒２３ａの仮想レンズ部分１６０から体積を減らした部分の境界面で光軸に垂直な平面の基準面２４を形成しているので、この基準平面を鏡筒やアクチュエータにレンズ取り付ける場合の角度或いは位置の基準として用いることができる。従来はレンズの円筒側面の外に突出させてフランジを作って構成していたものが、入射側の第１面２１の有効径の内側に構成できるので、レンズ体積を小さくして、さらに第２面２２に基準面２４を備えた形状とすることができる。本発明では、この体積を減少させる部分の面形状を第２面の有効径外で曲率半径Ｒが最小となるような領域を設けている。このような形状領域を第２面に設けることによって、有効にレンズ体積を減少させ、フランジとして機能する基準面２４の面積を大きく確保することができる。
【００３２】
なお、図３に示すように、円環状基準平面２４を設けかつ該円環の径を拡大することにより、基準フランジ面２４ａを対物レンズの円筒側面２３の外側に作ることによって、発生し得るレンズ体積の増加を防ぐこともできる。
上記実施例においては第２面２２の有効径外で非球面形状を用いて体積を減らすような構成としたが、これは、たとえば図４に示すように、断面が直線となる円錐面の環状面２５を用いて構成することも可能である。さらには、図５に示すような、断面が円弧となる円環面の環状面２５を用いて構成することもできる。
【００３３】
この対物レンズは、円錐面を用いる場合には、光軸に垂直な円環状基準平面を設けなくとも、図６に示すように、その円錐面２４を基準面として用いるように構成することも可能である。すなわち、この対物レンズは、第１及び第２面並びに円筒側面が一致するようにモールドガラス対物レンズに仮想レンズ部分を重ねた場合の境界面が、第１面にて屈折された透過する光束を遮らずにかつ光軸を中心とする円環状基準円錐面２４を含むように構成され得る。
【００３４】
図２に示すような、本発明の実施例の対物レンズを具体的に示す。この対物レンズにおいては、有効径外で第１面の中心曲率半径（近軸曲率半径）が１．４４３ｍｍであり、プリフォーム径が１．３３２ｍｍで、プリフォーム球の体積は９．９０５３２２ｍｍ3であることから、中心曲率半径がプリフォーム径より大きくなるという条件を満たしており、この光学設計性能を持ったレンズを実際にガラスプレスで作製可能である。なお、ここで使用する光源の波長は４３０ｎｍである。
【００３５】
ここで、非球面形状は光軸からの距離をｒとし、光軸からの距離ｒの非球面上の点の非球面頂点の光軸に垂直な接平面からの距離をＺとすると、非球面の近軸曲率半径Ｒ、円錐係数ＣＣ並びに第４次、６次、８次、１０次及び１２次の各非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２を用いて次式によって決められるものである。
【００３６】
【数７】
0004083955.tif 000007
【００３７】
この対物レンズの自動設計された各非球面レンズのデータは表１及び表２のとおりである。
【００３８】
【表１】
0004083955.tif 000008
【００３９】
【表２】
0004083955.tif 000009
【００４０】
さらに、比較例として図７に示す従来の高開口数の２群対物レンズの一例を以下に示す。この有効径内の面形状は上記実施例と同一のものである。
図７において１１は光源側から例えば平行光が入射する第１レンズであり、１２は第１レンズを経た光束が射出して、光ディスク５の所定厚さの透過層を通して記録面上に焦点を結ぶ第２レンズである。用いられるプリフォーム球の体積は１３．０ｍｍ3であり、プリフォ−ム径は１．４６ｍｍであり、近軸曲率半径は１．５０ｍｍである。なお、ここで使用する光源の波長は上記実施例と同様である。
【００４１】
この比較例においては、第３面の中心曲率半径が１．４４３ｍｍであり、プリフォーム径が１．４５８ｍｍであることから、中心曲率半径がプリフォーム径より大きくなくてはならないという制限をみたしておらず、理論上は良好な性能をもったレンズとして光学設計可能であるが、現実にはガラスプレスでは作製できないものである。しかし、本発明によれば、プリフォーム球をより小さな径のものが使用できるので、光学設計及び作製の自由度が拡大する。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によればガラスプレスレンズにおいてレンズ自体の体積を効果的に減らすことができ、厚みがありかつ中心曲率半径の小さなレンズを作成することが可能になる。あわせて基準面を構成することもできるのでレンズ取付時のずれを抑えることができ、良好な性能の２群レンズを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による光ピックアップ内部の概略構成図である。
【図２】  本発明の実施例による光ピックアップにおける対物レンズユニットの要部の部分断面図である。
【図３】  本発明の他の実施例による光ピックアップにおける対物レンズユニットの要部の部分断面図である。
【図４】  本発明の他の実施例による光ピックアップにおける対物レンズユニットの要部の部分断面図である。
【図５】  本発明の他の実施例による光ピックアップにおける対物レンズユニットの要部の部分断面図である。
【図６】  本発明の他の実施例による光ピックアップにおける対物レンズユニットの要部の部分断面図である。
【図７】  比較例の光ピックアップにおける対物レンズユニットの要部の部分断面図である。
【符号の説明】
１  光ピックアップ
５  光ディスク
１３  偏光ビームスプリッタ
１４  コリメータレンズ
１５  １／４波長板
１６  ２群対物レンズユニット
１６ａ  集光レンズ（第２レンズ）
１６ｂ  第１レンズ
１６ｃ  ホルダ
１９  光検出部受光面
２１  光源側非球面
２２  射出側面（第２面）
２３  円筒側面
２３ａ  円筒面
２４  基準面
２４ａ  基準フランジ面
２５  環状面
２６  アクチュエータ
３０  復調回路
３１  エラー検出回路
３３  駆動回路
ＬＤ１  半導体レーザ
【図１】
0004083955.tif 000011
【図２】
0004083955.tif 000012
【図３】
0004083955.tif 000013
【図４】
0004083955.tif 000014
【図５】
0004083955.tif 000015
【図６】
0004083955.tif 000016
【図７】
0004083955.tif 000017