(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、両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、両面を球面とされ光源側に凸面を向けたメニスカスレンズからなる第２のレンズを配列してなる高密度光記録媒体用対物レンズにおいて、
前記第２のレンズにおける光記録媒体側の面の曲率半径は、下記条件式（１）を満足する値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。
0.9665  ≦  Ｒ４／ＢＦ  ＜  1.2  ……（１）
ここで、
ＢＦ：対物レンズ全系のバックフォーカス長
Ｒ４：第２のレンズにおける光記録媒体側の面の曲率半径
【請求項２】
前記第２のレンズにおける光記録媒体側の面の曲率半径Ｒ４が、前記対物レンズ全系のバックフォーカス長ＢＦに等しいことを特徴とする請求項１記載の高密度光記録媒体用対物レンズ。
【請求項３】
対物レンズ全系の開口数が0.6以上であることを特徴とする請求項１または２記載の高密度光記録媒体用対物レンズ。
【請求項４】
下記条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の高密度光記録媒体用対物レンズ。
1.45  ＜  Ｆ１／Ｆ  ＜  1.7  ……（２）
ここで、
Ｆ１：第１のレンズの焦点距離
Ｆ  ：対物レンズ全系の焦点距離
【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、対物レンズ開口数をＮＡとした場合、
ｋ×λ／ＮＡ
但し、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、ＮＡが0.6以上の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、両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、両面を球面とされ光源側に凸面を向けたメニスカスレンズからなる第２のレンズを配列してなり、
前記第２のレンズにおける光記録媒体側の面の曲率半径は、下記条件式（１）を満足する値とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
0.9665  ≦  Ｒ４／ＢＦ  ＜  1.2  ……（１）
ここで、
ＢＦ：対物レンズ全系のバックフォーカス長
Ｒ４：第２のレンズにおける光記録媒体側の面の曲率半径
【００１４】
また、本発明の高密度光記録媒体用対物レンズにおいては、前記第２のレンズにおける光記録媒体側の面の曲率半径Ｒ４が、前記対物レンズ全系のバックフォーカス長ＢＦに等しいことが望ましい。
【００１５】
また、本発明の高密度光記録媒体用対物レンズにおいては、対物レンズ全系の開口数が0.6以上であることが望ましい。
【００１７】
さらに、本発明の高密度光記録媒体用対物レンズにおいては、下記条件式（２）を満足することが望ましい。
【００１８】
1.45  ＜  Ｆ１／Ｆ  ＜  1.7  ……（２）
ここで、
Ｆ１：第１のレンズの焦点距離
Ｆ ：対物レンズ全系の焦点距離
【００１９】
【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実施例１〜５を用いて説明する。
【００２０】
＜実施例１＞
図１は、実施例１に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成および光路を示す図である。なお、Ｐは集光点であり、Ｘは光軸を示す。
【００２１】
図１に示すとおり、実施例１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、光源側に曲率の大きい面を向け、両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、両面を球面とされ光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる第２レンズＬ２を配列してなる。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。
【００２２】
【数１】
0004364328.tif 000002
【００２３】
ここで、第２レンズＬ２は、不遊点の原理を用いたアプラナチックレンズである。すなわち、第２レンズＬ２は、第１レンズＬ１による像点と対物レンズ全系による像点とを共役にする。
【００２４】
これにより、第２レンズＬ２に入射した光束は、その光記録媒体側の面において屈折することなく直進することとなり、無収差かつ正弦条件を満足したものとなる。
【００２５】
さらに、第１レンズＬ１は、単独で収差補正がなされるように構成されている。
【００２６】
これにより、レンズ全系を設計あるいは評価する際に第２レンズＬ２のみの収差補正に配慮すればよいこととなる。
【００２７】
また、第２レンズＬ２における光記録媒体側の面の曲率半径は、対物レンズ全系のバックフォーカス長に略等しい。
【００２８】
また、実施例１に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、下記条件式（１）および（２）を満足する。
【００２９】
0.9665  ≦  Ｒ４／ＢＦ  ＜  1.2  ……（１）
1.45  ＜  Ｆ１／Ｆ  ＜  1.7  ……（２）
ただし、
ＢＦ：対物レンズ全系のバックフォーカス長
Ｒ４：第２レンズＬ２の光記録媒体側の面の曲率半径
Ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
Ｆ  ：対物レンズ全系の焦点距離
【００３０】
表１に、実施例１の各レンズ面の曲率半径Ｒ（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）、各レンズの波長413ｎｍにおける屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。なお、表１および以下の表において、各記号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。
【００３１】
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）、第１レンズＬ１の焦点距離Ｆ１（ｍｍ）、レンズ全系のバックフォーカスＢＦ（ｍｍ）、ならびに条件式（１）および（２）に対応する値を示す。
【００３２】
【表１】
0004364328.tif 000003
【００３３】
表１に示すように、実施例１は条件式（１）および（２）を満足している。
【００３４】
図２は、実施例１における第１レンズＬ１の、波長413ｎｍにおける波面収差を表す図である。図２に示すとおり、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。
【００３５】
図３は、実施例１のレンズ全系の、波長413ｎｍにおける波面収差を表す図である。図３に示すとおり、この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。
【００３６】
以下、上記実施例１の作用について説明する。
【００３７】
第１レンズＬ１を単玉構成の非球面レンズとし、第１レンズＬ１単独で収差補正をし、第２レンズＬ２をアプラナチックレンズとすることで、対物レンズ全系のＮＡ’は以下の式により表される。
【００３８】
ＮＡ’ ＝ ＮＡ１ × Ｎ２
ここで、
ＮＡ’：対物レンズ全系のＮＡ
ＮＡ１：対物レンズの第１レンズＬ１単独でのＮＡ
Ｎ２  ：対物レンズの第２レンズＬ２の屈折率
【００３９】
対物レンズの第１レンズＬ１に製造実績のあるＮＡ0.6の対物レンズを採用し、第２レンズＬ２を屈折率が1.5のアプラナチックレンズとすると、対物レンズ全系のＮＡを0.9と高ＮＡのものとすることができる。
【００４０】
ここでアプラナチックレンズについて説明する。
【００４１】
アプラナチックとは球面収差が無く、かつ正弦条件を満足する状態を称する用語であって、１つの球面毎に、この状態を満足する特定の共役点が存在する。
【００４２】
その共役点となるための２条件のうち第１の条件は、第２レンズＬ２の光源側の面の屈折関係において以下の式が満足されることである。
【００４３】
Ｓ’ ＝ Ｓ ／ Ｎ２
ここで、
Ｓ’：対物レンズの第２レンズＬ２の光源側の面における像点距離
Ｓ ：対物レンズの第２レンズＬ２の光源側の面における物点距離
この第１の条件を満足することにより、第２レンズＬ２の倍率がその屈折率の逆数となり、対物レンズ全系のＮＡが第１レンズＬ１単独のＮＡと第２レンズＬ２の屈折率との積となるとともに、第２レンズＬ２の光源側の面による球面収差の発生が無く、正弦条件も満足した状態となる。
【００４４】
さらに上記２条件のうち第２の条件は、第２レンズＬ２の光記録媒体側の面における軸上光線の入射角と射出角が互いに等しい状態となることである。
【００４５】
第２レンズＬ２の光記録媒体側の面の曲率半径を対物レンズ全系のバックフォーカス長と略等しくすることにより、第２レンズＬ２の光記録媒体側の面における軸上光線の入射角と射出角を等しくすることができ、第２レンズＬ２全体にて球面収差の発生が無く、正弦条件も満足した状態となる。
【００４６】
以上の内容は光記録媒体側にカバーガラスが無い光学系を前提としているが、カバーガラスが存在することで、以上に説明した条件が完全に満足されなくとも、以上に説明した内容を適用することで、レンズの設計および製造が容易になる。
【００４７】
また、上記実施例１のレンズでは上述した如く、条件式（１）が満足されている。
【００４８】
すなわち、光記録媒体側にカバーガラスが存在している状態では、第１レンズＬ１単独で収差を補正しても、第１レンズＬ１単独のＮＡと対物レンズ全系のＮＡが互いに異なるため、第２レンズＬ２にアプラナチックレンズを採用しているにも拘わらず、対物レンズ全系で収差が発生することがある。その際には前述した内容を応用して、第２レンズＬ２を完全なアプラナチックの状態から少しずらすとよい。ただしこの場合には、対物レンズ全系のバックフォーカス長と、対物レンズの第２レンズＬ２の光記録媒体側の曲率半径がわずかにずれることになるが、上記条件式（１）を満足することにより、対物レンズ全系で収差が補正されたレンズとすることができる。
【００４９】
また、光記録媒体側にカバーガラスが存在している状態では、以上に説明した内容とは逆に、対物レンズ全系での収差を考慮し、第１レンズＬ１の収差を意識的に発生させるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施例１のレンズでは上述したように条件式（２）が満足されている。
【００５１】
上記条件式（２）を満足することにより、第１および第２レンズＬ１、Ｌ２の仕様を従来のものから大幅に変更することなく製造可能である。
【００５２】
上記条件式（２）の下限を下回った場合、対物レンズ全系を高ＮＡ化しようとすると、第１レンズＬ１単独のＮＡを高くしなければならず、従来の設計・製造の技術をそのまま適用することが難しくなる。
【００５３】
上記条件式（２）の上限を上回ると、第２レンズＬ２において焦点距離が短くなる一方で屈折力が大きくなり、第２レンズＬ２の面の曲率および偏心等の製造誤差が厳しくなり、第２レンズＬ２の製造コストが上昇する。
【００５４】
＜実施例２＞
図６は、実施例２に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成および光路を示す図である。なお、Ｐは集光点であり、Ｘは光軸を示す。
実施例２に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、図６に示すとおり、実施例１と略同様の構成とされ同様の作用効果（全系のＮＡは0.9）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。
【００５５】
表２に、実施例２の各レンズ面の曲率半径Ｒ（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）、各レンズの波長413ｎｍにおける屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。
【００５６】
また、表２の下段には実施例２における入射光束径φ（ｍｍ）、レンズ全系の焦点距離Ｆ（ｍｍ）、第１レンズＬ１の焦点距離Ｆ１（ｍｍ）、レンズ全系のバックフォーカスＢＦ（ｍｍ）、ならびに条件式（１）および（２）に対応する値を示す。第１レンズＬ１は実施例１と同じレンズを用いているので、その非球面の各定数の値は実施例１と同様である。
【００５７】
【表２】
0004364328.tif 000004
【００５８】
表２に示すように、実施例２は条件式（１）および（２）を満足している。
図７は、実施例２のレンズ全系の、波長413ｎｍにおける波面収差を表す図である。図７に示すとおり、この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。
【００５９】
＜実施例３＞
図８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および光路を示す図である。なお、Ｐは集光点であり、Ｘは光軸を示す。
実施例３に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、図８に示すとおり、実施例１と略同様の構成とされ同様の作用効果（全系のＮＡは0.9）を奏するもので、第１レンズＬ１は実施例１と同じレンズを用いている。
【００６０】
表３に、実施例３の各レンズ面の曲率半径Ｒ（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）、各レンズの波長413ｎｍにおける屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。
【００６１】
また、表３の下段には実施例３における入射光束径φ（ｍｍ）、レンズ全系の焦点距離Ｆ（ｍｍ）、第１レンズＬ１の焦点距離Ｆ１（ｍｍ）、レンズ全系のバックフォーカスＢＦ（ｍｍ）、ならびに条件式（１）および（２）に対応する値を示す。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ので、その非球面の各定数の値は実施例１と同様である。
【００６２】
【表３】
0004364328.tif 000005
【００６３】
表３に示すように、実施例３は条件式（１）および（２）を満足している。
図９は、実施例３のレンズ全系の、波長413ｎｍにおける波面収差を表す図である。図９に示すとおり、この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。
【００６４】
＜実施例４＞
図４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および光路を示す図である。なお、Ｐは集光点であり、Ｘは光軸を示す。
【００６５】
実施例４に係る高密度光記録媒体用対物レンズでは、図４に示すとおり、実施例１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の光記録媒体側にカバーガラス１が配されている。
【００６６】
なお、カバーガラス１は、第２レンズＬ２の光源側の面と集光点Ｐの間の任意の位置に配することが可能である。
【００６７】
本実施例では、光記録媒体側にカバーガラス１が配されていることから完全にアプラナチックな状態とはなっていないが、実施例１と同様に条件式（１）および（２）を満足する。
【００６８】
なお、全系のＮＡは0.9となっている。
【００６９】
表４に、実施例４の各レンズ面の曲率半径Ｒ（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）、各レンズの波長413ｎｍにおける屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。
【００７０】
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）、第１レンズＬ１の焦点距離Ｆ１（ｍｍ）、レンズ全系のバックフォーカスＢＦ（ｍｍ）、ならびに条件式（１）および（２）に対応する値を示す。
【００７１】
【表４】
0004364328.tif 000006
【００７２】
表４に示すように、実施例４は条件式（１）および（２）を満足する値となっている。
【００７３】
図５は、実施例４のレンズ全系の、波長413ｎｍにおける波面収差を表す図である。図５に示すとおり、この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。
【００７４】
＜実施例５＞
図１０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および光路を示す図である。なお、Ｐは集光点であり、Ｘは光軸を示す。
実施例５に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、図１０に示すとおり、実施例４と略同様の構成とされ同様の作用効果（全系のＮＡは0.9）を奏するものである。
【００７５】
なお、実施例５に係る高密度光記録媒体用対物レンズは、条件式（１）を満足するものとなっている。
【００７６】
表５に、実施例５の各レンズ面の曲率半径Ｒ（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）、各レンズの波長413ｎｍにおける屈折率Ｎ、およびアッベ数νを示す。
【００７７】
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）、第１レンズＬ１の焦点距離Ｆ１（ｍｍ）、レンズ全系のバックフォーカスＢＦ（ｍｍ）、ならびに条件式（１）に対応する値を示す。
【００７８】
【表５】
0004364328.tif 000007
【００７９】
表５に示すように、実施例５は条件式（１）を満足している。
図１１は、実施例５のレンズ全系の、波長413ｎｍにおける波面収差を表す図である。図１１に示すとおり、この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。
【００８０】
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。
【００８１】
また、本発明に係る対物レンズは、上述したように物点（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。
【００８２】
また、本発明の高密度光記録媒体用対物レンズとしては、第２のレンズとしてアプラナチックレンズを用いることが望ましいが、アプラナチックレンズを用いなくとも上記条件式（２）を満足することによりアプラナチックレンズを用いた場合に近い作用効果を得ることができる。
【００８３】
【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両面非球面の両凸レンズを用い、第２のレンズとして不遊点原理を応用した正のメニスカス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ＮＡ0.6以上の対物レンズとすることができる。
【００８４】
また、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の光ピックアップ用対物レンズとして知られている両面非球面の両凸レンズを用い、第２のレンズとして正のメニスカスレンズを用い、さらに第１のレンズの焦点距離を所定範囲とすることにより、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ＮＡ0.6以上の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および光路を示す図
【図２】  実施例１の第１レンズの波長413ｎｍにおける波面収差図
【図３】  実施例１のレンズ全系の波長413ｎｍにおける波面収差図
【図４】  実施例４に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成および光路を示す図
【図５】  実施例４のレンズ全系の波長413ｎｍにおける波面収差図
【図６】 実施例２に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成および光路を示す図
【図７】 実施例２のレンズ全系の波長413ｎｍにおける波面収差図
【図８】 実施例３に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成および光路を示す図
【図９】 実施例３のレンズ全系の波長413ｎｍにおける波面収差図
【図１０】 実施例５に係る高密度光記録媒体用対物レンズの構成および光路を示す図
【図１１】 実施例５のレンズ全系の波長413ｎｍ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
Ｄ１〜Ｄ５    軸上面間隔
Ｘ         光軸
Ｐ         結像点
１         カバーガラス
【図１】
0004364328.tif 000008
【図２】
0004364328.tif 000009
【図３】
0004364328.tif 000010
【図４】
0004364328.tif 000011
【図５】
0004364328.tif 000012
【図６】
0004364328.tif 000013
【図７】
0004364328.tif 000014
【図８】
0004364328.tif 000015
【図９】
0004364328.tif 000016
【図１０】
0004364328.tif 000017
【図１１】
0004364328.tif 000018