(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を情報記録媒体上に集光することで情報の読み書きの少なくともいずれかを行う光ピックアップ用対物レンズであって、
光源側から順に、光源側に凸面の第１面、光源側に凸面の第２面よりなる第１レンズと、光源側に凸面の第３面、平面の第４面よりなる第２レンズとの２枚のレンズからなり、
前記第１面と前記第２面のみに非球面を有し、
前記第１面の非球面が以下の条件式（１）、前記第２面の非球面が以下の条件式（２）を満たし、かつ前記第２レンズが、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
０．０１≦α１ｍａｘ−α１ｍｉｎ≦１．０…（１）
０．０１≦α２ｍａｘ−α２ｍｉｎ≦０．５…（２）
ただし、
α（ｈ）≡ｄｚ（ｈ）／ｄｈ−ｈ／（ｒ＊ＳＱＲＴ（１−（ｈ／ｒ）＾２））
ｈ：非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ
ｈｍａｘ：非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ
Ｚ（ｈ）：非球面形状（各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離
Ｚ（ｈ）＝ｒ−（ｒ＾２−ε・ｈ＾２）＾１／２
＋（Ａ４・Ｈ＾４＋Ａ６・Ｈ＾６＋Ａ８・Ｈ＾８＋…）
ｒ：非球面の近軸曲率半径
ε：楕円係数
Ａｉ：非球面のｉ次の非球面係数
ｄＺ（ｈ）／ｄｈ：非球面形状の入射高さに対する微分値
ＳＱＲＴ：平方根
として非球面を有する第ｘ面の０からｈｍａｘまでを割合として０．１ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαｘｍａｘ、最小値がαｘｍｉｎである
０．５≦Ｒ３／ｆ≦５００．０…（４）
ただし、
Ｒ３：第２レンズの光源側面の曲率半径
ｆ：対物レンズの焦点距離
【請求項２】
前記第１レンズが以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ用対物レンズ。
０．８≦Ｒ１／ｆ≦３００．０…（３）
ただし、
Ｒ１：第１レンズの光源側面の曲率半径
ｆ  ：対物レンズの焦点距離
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ピックアップ用対物レンズに関するものであり、例えば、光情報記録装置や光磁気記録装置等に搭載される光ピックアップに対物レンズとして用いられる、開口数(ＮＡ：numerical aperture)の大きい光ピックアップ用対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より知られている光情報記録装置には、情報記録媒体(光ディスク等)に対して情報の読み書きの少なくともいずれかを行う対物レンズが、光ピックアップ用対物レンズとして用いられている。光ピックアップ用対物レンズには様々なタイプのものがあり、例えば青色レーザー用の光ピックアップ用対物レンズとして、正の屈折力を持つ２枚構成の対物レンズが特開２０００−７５１０７号公報，特開２０００−２０６４０４号公報，特開２０００−１８０７１７号公報等で提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−７５１０７号公報や特開２０００−２０６４０４号公報に提案されている光ピックアップ用対物レンズでは、ほぼ半球・平凸形状の第２レンズ(情報記録媒体側のレンズ)を用いることにより開口数を大きくしている。しかし、第１レンズ(光源側のレンズ)が両凸形状になっているため、光ピックアップ用対物レンズのバックフォーカスを確保することが困難であり、よってディスク基板の厚さを大きくすることができない。特開２０００−１８０７１７号公報に提案されている光ピックアップ用対物レンズでは、第２レンズの形状を光源側に凸のメニスカス形状としている。このため、バックフォーカスを大きくしてもレンズ周辺部とディスク基板との間隔を確保するのが困難であり、したがってワーキングディスタンス(working distance)に関しては望ましくない。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、大きい開口数でワーキングディスタンスを確保しながら高性能で小型の光ピックアップ用対物レンズを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の光ピックアップ用対物レンズは、光源からの光束を情報記録媒体上に集光することで情報の読み書きの少なくともいずれかを行う光ピックアップ用対物レンズであって、光源側から順に、光源側に凸面の第１面、光源側に凸面の第２面よりなる第１レンズと、光源側に凸面の第３面、平面の第４面よりなる第２レンズとの２枚のレンズからなり、前記第１面と前記第２面のみに非球面を有し、前記第１面の非球面が以下の条件式（１）、前記第２面の非球面が以下の条件式（２）を満たし、かつ前記第２レンズが、以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする。
０．０１≦α１ｍａｘ−α１ｍｉｎ≦１．０…（１）
０．０１≦α２ｍａｘ−α２ｍｉｎ≦０．５…（２）
ただし、
α（ｈ）≡ｄｚ（ｈ）／ｄｈ−ｈ／（ｒ＊ＳＱＲＴ（１−（ｈ／ｒ）＾２））
ｈ：非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ
ｈｍａｘ：非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ
Ｚ（ｈ）：非球面形状（各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離
Ｚ（ｈ）＝ｒ−（ｒ＾２−ε・ｈ＾２）＾１／２
＋（Ａ４・Ｈ＾４＋Ａ６・Ｈ＾６＋Ａ８・Ｈ＾８＋…）
ｒ：非球面の近軸曲率半径
ε：楕円係数
Ａｉ：非球面のｉ次の非球面係数
ｄＺ（ｈ）／ｄｈ：非球面形状の入射高さに対する微分値
ＳＱＲＴ：平方根
として非球面を有する第ｘ面の０からｈｍａｘまでを割合として０．１ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαｘｍａｘ、最小値がαｘｍｉｎである
０．５≦Ｒ３／ｆ≦５００．０…（４）
ただし、
Ｒ３：第２レンズの光源側面の曲率半径
ｆ：対物レンズの焦点距離
【０００７】
第２の発明の光ピックアップ用対物レンズは、上記第１の発明の構成において、前記第１レンズが以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする。
０．８≦Ｒ１／ｆ≦３００．０…（３）
ただし、
Ｒ１：第１レンズの光源側面の曲率半径
ｆ  ：対物レンズの焦点距離
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した光ピックアップ用対物レンズを、図面を参照しつつ説明する。図１〜図９は、第１〜第９の実施の形態の光ピックアップ用対物レンズにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、各レンズ構成図中、ｓｉ（ｉ＝１，２，．．．）が付された面は光源側から数えてｉ番目の面であり、ｓｉに＊印が付された面は非球面である。これらの光ピックアップ用対物レンズは、光源からの光束を情報記録媒体上に集光することで情報の読み書きの少なくともいずれかを行う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、光源側に光源側から順に、光源側に凸面の第１面、光源側に凹面の第２面よりなる第１レンズ（Ｇ１）と、光源側に凸面の第３面、平面の第４面よりなる第２レンズ（Ｇ２）との２枚の正レンズから成っており、各光ピックアップ用対物レンズの像側に位置する平行平板（ＰＬ）はディスク基板に相当する。なお、図１〜図６は平行光入射の光路を示しているが、各光ピックアップ用対物レンズは無限系に限らず有限系としても使用可能である。
【００１０】
光ディスク等の高密度化を達成するには、光ピックアップ用対物レンズの高ＮＡ化と設計波長の青色側(すなわち短波長側)へのシフトが有効である。光ピックアップ用対物レンズを高ＮＡ化する場合、その焦点距離域を従来のＣＤ(compact disc)用光ピックアップ用対物レンズと同じにすると、レンズ径の増大により系のコンパクト化が達成困難になるとともに、レンズ重量の増大により光ヘッドの軽量化が達成困難になる。従来に比べて短い焦点距離域でレンズ径を小さくしようとすれば、従来と同程度のワーキングディスタンスが必要になる。用いるディスク基板を薄くすれば、光ディスクのチルトに対するマージンを稼ぐことは可能である。しかし、ディスク基板の厚さをあまり薄くすると基板強度や生産性の面で問題が発生する。よって、光ディスクの厚さもある程度確保することが望ましいといえる。また、レーザー波長を青色側にシフトさせると、波面の誤差も短い波長で考えなければならなくなるため、光ピックアップ用対物レンズに要求される光学性能は従来に比べて高くなる。
【００１１】
そこで各実施の形態では第１面と第２面に非球面を有することにより高ＮＡを確保している。したがって、このような特徴的形状を有する２枚のレンズ(G1,G2)用いれば、高性能・高ＮＡでありながら従来のＣＤやＤＶＤ(digital video disc)用の光ピックアップ用対物レンズの焦点距離領域よりも短い焦点距離域でバックフォーカス及びワーキングディスタンスを確保しつつ、径の小さい小型の光ピックアップ用対物レンズを実現することが可能となる。
【００１２】
また高性能化を図る上で、各実施の形態のように各非球面が以下の条件式(1),(2)を満たすことが更に望ましい。条件式(1),(2)は、高ＮＡで小型の光ピックアップ用対物レンズにおいて、高性能を達成するための条件を規定している。条件式(1),(2)の範囲を超えると、非球面による高次の収差が発生して収差補正が困難となるので、高性能化を図る上では望ましくない。また下限を超えると、非球面による収差補正効果が小さくなり、特に球面収差補正が困難となることで高性能化を図ることが難しくなり望ましくない。
第１面  ０．０１≦α1max-α1min≦１．０…(1)
第２面  ０．０１≦α2max-α2min≦０．５…(2)
ただし、
α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))
h：非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、
hmax：非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、
Z(h)：非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、
Z(h)＝r-(r^2-ε・h^2)^1/2+(A4・H^4+A6・H^6+A8・H^8+…)
r：非球面の近軸曲率半径、
ε：楕円係数、
Ai：非球面のi次の非球面係数、
dZ(h)/dh：非球面形状の入射高さに対する微分値、
SQRT：平方根、
として非球面を有する第x面の０からhmaxまでを割合として０．１ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxmini
である。
【００１３】
第１レンズ(G1)が以下の条件式(3)を満たすことが望ましい。条件式(3)は高NAを達成しながらバックフォーカスを確保し、かつコンパクト性を保つために望ましい条件を規定している。条件式(3)の下限を超えるとバックフォーカスの確保が困難になり、逆に条件式(3)の上限を超えるとレンズ全長が大きくなって高NA化を図った場合にレンズの径も大きくなってしまいレンズのコンパクト化が困難になる。
０．８≦R1／f≦３００．０…(3)
ただし、
R1：第１レンズの光源側面の曲率半径、
ｆ  ：対物レンズの焦点距離、
である。
【００１４】
第２レンズ(G2)が以下の条件式(4)を満たすことが望ましい。条件式(4)は第２レンズ(G2)の形状として望ましい条件を規定している。条件式(4)の下限を超えた場合、レンズ曲率半径が小さくなりすぎてレンズコバの確保が難しくなり製造上望ましくなくなるとともにレンズ保持が困難になったりする。逆に条件式(4)の上限を超えると、レンズ曲率半径が大きくなることでこの面で発生する収差が大きくなってしまい高NA化に対して望ましくなくなってしまう。
０．５≦R3／f≦５００．０…(4)
ただし、
R3：第２レンズの光源側面の曲率半径、
f：対物レンズの焦点距離、
である。
【００１５】
第３面、第4面は非球面を有さないことが望ましい。所望の収差は光源近くで無いと補正しきれない。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施した光ピックアップ用対物レンズを、コンストラクションデータ等を挙げて、更に具体的に説明する。なお、以下に挙げる表１〜表18に示される実施例１〜９は、前述した第１〜第９の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第９の実施の形態を表すレンズ構成図(図１〜図９)は、対応する実施例１〜９のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００１７】
各実施例のコンストラクションデータにおいて、si(i=1,2,...)は光源側から数えてi番目の面、ri(i=1,2,...)は面siの曲率半径(mm)、di(i=1,2,...)は光源側から数えてi番目の軸上面間隔(心厚，mm)を示しており、Ni(i=1,2,3),νi(i=1,2,3)は光源側から数えてi番目の光学要素の、波長413nmまたは405nm、とd線の各光に対する屈折率(Ｎd)，アッベ数(νd)を示している。*印が付された面siは非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす前記式（Z(H)＝．．．）で定義されるものとする。使用光線の波長(λ)，開口数(NA)及び各非球面の非球面データを他のデータと併せて示し、また表19〜表27に各実施例の条件式対応値を示す。図１０〜図１８は実施例１〜実施例９にそれぞれ対応する収差図であり、(Ａ)はタンジェンシャル光束での波面収差(TANGENTIAL)、(Ｂ)はサジタル光束での波面収差(SAGITTAL)を示している(λ=413.0nmまたは405nm)。なお、光ピックアップ用対物レンズでは波面収差が重要になるので、各収差図では像高＝０での波面収差を示している。
【００１８】
【表１】
0004385549.tif 000002
【００１９】
【表２】
0004385549.tif 000003
【００２０】
【表３】
0004385549.tif 000004
【００２１】
【表４】
0004385549.tif 000005
【００２２】
【表５】
0004385549.tif 000006
【００２３】
【表６】
0004385549.tif 000007
【００２４】
【表７】
0004385549.tif 000008
【００２５】
【表８】
0004385549.tif 000009
【００２６】
【表９】
0004385549.tif 000010
【００２７】
【表１０】
0004385549.tif 000011
【００２８】
【表１１】
0004385549.tif 000012
【００２９】
【表１２】
0004385549.tif 000013
【００３０】
【表１３】
0004385549.tif 000014
【００３１】
【表１４】
0004385549.tif 000015
【００３２】
【表１５】
0004385549.tif 000016
【００３３】
【表１６】
0004385549.tif 000017
【００３４】
【表１７】
0004385549.tif 000018
【００３５】
【表１８】
0004385549.tif 000019
【００３６】
【表１９】
0004385549.tif 000020
【００３７】
【表２０】
0004385549.tif 000021
【００３８】
【表２１】
0004385549.tif 000022
【００３９】
【表２２】
0004385549.tif 000023
【００４０】
【表２３】
0004385549.tif 000024
【００４１】
【表２４】
0004385549.tif 000025
【００４２】
【表２５】
0004385549.tif 000026
【００４３】
【表２６】
0004385549.tif 000027
【００４４】
【表２７】
0004385549.tif 000028
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、大きい開口数でワーキングディスタンスを確保しながら高性能で小型の光ピックアップ用対物レンズを実現することができる。
そして、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズを光ピックアップ装置(光情報記録
装置，光磁気記録装置等)に使用すれば、光ディスク等の高密度化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。
【図４】第４の実施の形態(実施例４)のレンズ構成図。
【図５】第５の実施の形態(実施例５)のレンズ構成図。
【図６】第６の実施の形態(実施例６)のレンズ構成図。
【図７】第７の実施の形態(実施例４)のレンズ構成図。
【図８】第８の実施の形態(実施例５)のレンズ構成図。
【図９】第９の実施の形態(実施例６)のレンズ構成図。
【図１０】実施例１の収差図。
【図１１】実施例２の収差図。
【図１２】実施例３の収差図。
【図１３】実施例４の収差図。
【図１４】実施例５の収差図。
【図１５】実施例６の収差図。
【図１６】実施例７の収差図。
【図１７】実施例８の収差図。
【図１８】実施例９の収差図。
【符号の説明】
G1  …第１レンズ
G2  …第２レンズ
PL  …平行平板(情報記録媒体のディスク基板)
【図１】
0004385549.tif 000029
【図２】
0004385549.tif 000030
【図３】
0004385549.tif 000031
【図４】
0004385549.tif 000032
【図５】
0004385549.tif 000033
【図６】
0004385549.tif 000034
【図７】
0004385549.tif 000035
【図８】
0004385549.tif 000036
【図９】
0004385549.tif 000037
【図１０】
0004385549.tif 000038
【図１１】
0004385549.tif 000039
【図１２】
0004385549.tif 000040
【図１３】
0004385549.tif 000041
【図１４】
0004385549.tif 000042
【図１５】
0004385549.tif 000043
【図１６】
0004385549.tif 000044
【図１７】
0004385549.tif 000045
【図１８】
0004385549.tif 000046