(57)【要約】【課題】対物レンズにおいて、十分な作動距離を有しながら軽量化を図る。【解決手段】情報の記録または再生がなされる光記録媒体に光源から出射された光を収束させる対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズからなり、下記条件式（１）〜（３）を満足する。Ｎ  ≦１．７５    （１）０．５＜  ｆ／ｆ１  ＜０．６    （２）０．８＜  ｄ／（ＮＡ・Ｄｅ）  ＜１．０    （３）ただし、Ｎ：屈折率ｆ：焦点距離（ｍｍ）ｆ１：光源側の面の焦点距離（ｍｍ）ｄ：光軸上の厚み（ｍｍ）ＮＡ：光記録媒体側の開口数Ｄｅ：光源側の面の有効径（ｍｍ）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報の記録または再生がなされる光記録媒体に光源から出射された光を収束させる対物レンズにおいて、
少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズからなり、
下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とする対物レンズ。
Ｎ  ≦１．７５                            （１）
０．５＜  ｆ／ｆ１  ＜０．６                （２）
０．８＜  ｄ／（ＮＡ・Ｄｅ）  ＜１．０    （３）
ただし、
Ｎ：屈折率
ｆ：焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：光源側の面の焦点距離（ｍｍ）
ｄ：光軸上の厚み（ｍｍ）
ＮＡ：光記録媒体側の開口数
Ｄｅ：光源側の面の有効径（ｍｍ）
【請求項２】
情報の記録または再生がなされる光記録媒体に光源から出射された光を収束させる対物レンズにおいて、
少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズからなり、
下記条件式（１）、（２）、（４）を満足することを特徴とする対物レンズ。
Ｎ  ≦１．７５                            （１）
０．５＜  ｆ／ｆ１  ＜０．６                （２）
０．３＜  ｄ／Ｄ０  ＜０．８    （４）
ただし、
Ｎ：屈折率
ｆ：焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：光源側の面の焦点距離（ｍｍ）
ｄ：光軸上の厚み（ｍｍ）
Ｄ０：外径（ｍｍ）
【請求項３】
光軸近傍において両凸形状とされていることを特徴とする請求項１または２記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記対物レンズの前記光記録媒体側の面が、光軸近傍で凸形状とされ、かつ光軸から離れた所定位置において凹形状とされていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の対物レンズ
【請求項５】
質量が０．５グラム以下とされていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の対物レンズ。
【請求項６】
下記条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の対物レンズ。
０．５０＜  ｇ／ｄ  ＜０．８０    （５）
ただし、
ｇ：光源側の面頂点における光軸に垂直な接平面からレンズの重心位置までの距離（ｍｍ）
【請求項７】
前記光記録媒体側の開口数が０．７０以上、０．９８以下であることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の対物レンズ。
【請求項８】
前記光の波長が４００．０ｎｍ以上、４１０．０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか１項記載の対物レンズ。
【請求項９】
前記光記録媒体側の開口数が０．８５以上であり、前記光記録媒体の保護層の厚みが０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の対物レンズ。
【請求項１０】
前記光記録媒体側の開口数が０．８５以上であり、波面収差のＲＭＳが前記光記録媒体の表面からｔ１ｍｍ該光記録媒体の内部に入った位置で最も小さくなるように構成され、前記ｔ１が０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の対物レンズ。
【請求項１１】
請求項１から１０のうちいずれか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１２】
請求項１１記載の光ピックアップ装置が搭載されていることを特徴とする光記録・再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズ、光ピックアップ装置および光記録・再生装置に関するものであり、詳しくは、光源から出射された光を光記録媒体に収束させて情報の記録および再生の少なくとも一方を行う光ピックアップ装置用の対物レンズ、該対物レンズを備えた光ピックアップ装置、および該光ピックアップ装置が搭載された光記録・再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音声情報や映像情報、あるいはコンピュータ用のデータ情報等を記録するためにＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の光記録媒体が利用されているが、取り扱う情報量の急激な増加に伴い、光記録媒体の高密度化の要望が高まっている。光記録媒体の高密度化には、使用光の波長を短くすること、および光ピックアップ装置に用いられるピックアップ用の対物レンズの開口数（以下、ＮＡともいう）を大きくすることが有効であることは知られている。近年では、出力波長が約４０５ｎｍの半導体レーザを光源とし、ＮＡが０．７以上の対物レンズを用いることにより、片面１層に約２５ＧＢもの情報が記録可能なＢＤ（ブルーレイディスク）が実用化されるに到っている。このＢＤは、ＮＡおよび光記録媒体の保護層の厚みの規格が上述したＤＶＤおよびＣＤのものとは全く異なり、ＮＡは０．８５、保護層の厚みは０．１ｍｍが現在の規格とされている。
【０００３】
今後、より一層の高密度化が要求されることは必定であるが、短波長化を促進することによってその要求を満たすことは難しいと考えられる。これは、波長が３５０ｎｍより短い領域ではレンズ材料の光透過率が急激に低下するため、実用上十分な光利用効率が得られないという決定的な理由があるからである。このため、より高密度化を図るための残された方策は、対物レンズのＮＡをさらに大きなものとすることである。
【０００４】
高開口数（以下、高ＮＡという）のピックアップ用対物レンズを設計する場合、組立時における工数の増大、生産効率の悪化さらにはコストの上昇といった問題を解決するために、単玉レンズの構成を採ることが有利とされている。比較的ＮＡが大きな単玉レンズからなるピックアップ用の対物レンズとしては、例えば下記特許文献１、２に記載のものが知られている。
【０００５】
特許文献１には、レンズの光軸上の厚みｄと焦点距離ｆとの比が所定の範囲内となるようにして、良好な像高特性を得ることを図った対物レンズが記載されている。特許文献２には、光源側の面が凸面、光記録媒体側の面が該光源側の面に比して略平面形状とされた非球面の対物レンズが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３２４６７３号公報
【特許文献２】特開３７１２６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、高ＮＡのピックアップ用の対物レンズでは、光記録媒体との衝突を防止し得る作動距離（ワーキングディスタンス：ＷＤ）を、系のコンパクト化を維持したまま確保することが難しく、特許文献１のものは、この点において改良の余地がある。また、フォーカスおよびトラッキングの制御において、より高速のレンズ駆動を行うことが好ましく、そのためにはレンズの軽量化も望まれるところである。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載のものでは、レンズ構成材料の屈折率が高く設定されているため、レンズ重量が大きくなってしまう。レンズ材料、特にガラス材料においては、屈折率が高ければ、一般に比重が大きくなる傾向にある。例えば、屈折率が１．６０程度の材料では比重が２．８程度であるのに対し、屈折率が１．８５程度の材料では比重が４．３程度となる。したがって、同一体積であれば、屈折率が１．８５程度の材料で形成したレンズは、屈折率が１．６０程度の材料で形成したレンズの１．５倍程度の重量を有することになる。このようなことから、上記特許文献２に記載されたレンズは重量がどうしても大きくなり、フォーカスおよびトラッキングの制御において、高速のレンズ駆動を行ない難いという不都合があった。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、ピックアップ用の対物レンズとして高い光学性能を保持するとともに、十分な作動距離を有しながら軽量化が図られた対物レンズ、該対物レンズを備えた光ピックアップ装置、および該光ピックアップ装置が搭載された光記録・再生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の対物レンズは、情報の記録または再生がなされる光記録媒体に光源から出射された光を収束させる対物レンズにおいて、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズからなり、下記条件式（１）〜（３）を満足することを特徴とするものである。  
Ｎ  ≦１．７５                            （１）
０．５＜  ｆ／ｆ１  ＜０．６                （２）
０．８＜  ｄ／（ＮＡ・Ｄｅ）  ＜１．０    （３）
ただし、
Ｎ：屈折率
ｆ：焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：光源側の面の焦点距離（ｍｍ）
ｄ：光軸上の厚み（ｍｍ）
ＮＡ：光記録媒体側の開口数
Ｄｅ：光源側の面の有効径（ｍｍ）
【００１０】
本発明の第２の対物レンズは、情報の記録または再生がなされる光記録媒体に光源から出射された光を収束させる対物レンズにおいて、少なくとも１つの面が非球面とされた単玉レンズからなり、下記条件式（１）、（２）、（４）を満足することを特徴とするものである。  
Ｎ  ≦１．７５                            （１）
０．５＜  ｆ／ｆ１  ＜０．６                （２）
０．３＜  ｄ／Ｄ０  ＜０．８    （４）
ただし、
Ｎ：屈折率
ｆ：焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：光源側の面の焦点距離（ｍｍ）
ｄ：光軸上の厚み（ｍｍ）
Ｄ０：外径（ｍｍ）
【００１１】
ここで、（２）式におけるｆ１は、下記式（Ａ）により定義されるものである。
【００１２】
ｆ１＝Ｎ×Ｒ１／（Ｎ−１）    （Ａ）
ただし、
Ｎ：対物レンズの屈折率
Ｒ１：対物レンズの光源側の面の光軸近傍の曲率半径（ｍｍ）
【００１３】
ここで、本明細書において「光軸近傍」とは、光軸を含む微小範囲を意味し、光線が入射するレンズ面上の点とレンズの曲率中心とを結ぶ直線と、光軸とのなす角をφとしたとき、sinφ＝φで近似できるいわゆる「近軸」の範囲をいう。
【００１４】
本発明の第１または第２の対物レンズにおいては、光軸近傍において両凸形状とされていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の第１または第２の対物レンズにおいては、前記光記録媒体側の面が、光軸近傍で凸形状とされ、かつ光軸から離れた所定位置において凹形状とされていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第１または第２の対物レンズにおいては、質量が０．５グラム以下とされていることが好ましい。
【００１７】
ここで、対物レンズの質量とは、対物レンズ全体の質量を意味し、例えば、対物レンズが、入射光束の収束に寄与しないフランジ部を有する場合は、該フランジ部も含めた質量をいう。
【００１８】
また、本発明の第１または第２の対物レンズにおいては、下記条件式（５）を満足することが好ましい。  
０．５０＜  ｇ／ｄ  ＜０．８０    （５）
ただし、
ｇ：光源側の面頂点における光軸に垂直な接平面からレンズの重心位置までの距離（ｍｍ）
【００１９】
また、本発明の第１または第２の対物レンズにおいては、光記録媒体側の開口数を０．７０以上、０．９８以下とすることができる。
【００２０】
なお、光源から出射されて本発明の第１または第２の対物レンズにより情報の記録または再生がなされる光記録媒体に収束される光（以下、使用光ともいう）の波長は４００．０ｎｍ以上、４１０．０ｎｍ以下とすることができる。
【００２１】
また、本発明の第１または第２の対物レンズの光記録媒体側の開口数を０．８５以上とし、光記録媒体の保護層の厚みを０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下とすることができる。
【００２２】
ここで、「対物レンズの光記録媒体側の開口数を０．８５以上とし、光記録媒体の保護層の厚みを０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下とすることができる」とは、本発明の第１または第２の対物レンズは、この条件を満たしながら、使用光をほぼ無収差（例えば波面収差が０．０７λＲＭＳ以下）で収束できるという意味である。
【００２３】
また、本発明の第１または第２の対物レンズの光記録媒体側の開口数を０．８５以上とし、波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）が光記録媒体の表面からｔ１ｍｍ該光記録媒体の内部に入った位置で最も小さくなるように構成したとき、このｔ１を０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下とすることができる。
【００２４】
ここで、上記のＮ、ｆ、ｆ１、ＮＡ、Ｄｅ、波面収差は、使用光の波長におけるものである。
【００２５】
ここで、Ｄ０とは、光軸に垂直な面においてフランジ部を含めたレンズの外形を考えたとき、外形を構成する円弧の直径を意味するものとする。
【００２６】
なお、対物レンズの開口数は、レンズ自身の有効径や、共に配設される絞りによって決められる開口径が既知の場合はこれらと焦点距離から決めることができるが、これらが既知でない場合は、例えば、使用光をほぼ無収差（例えば波面収差が０．０７λＲＭＳ以下）で収束できる最大のレンズ径、あるいは、使用光を情報の記録または再生をするために必要なスポット径に収束できる最大のレンズ径を実質的な有効径とし、この実質的な有効径を用いて開口数を決めることができる。
【００２７】
本発明の光ピックアップ装置は、上記本発明の対物レンズを備えたことを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の光記録・再生装置は、上記本発明の光ピックアップ装置が搭載されていることを特徴とするものである。
【００２９】
なお、本発明の光記録・再生装置は、記録だけあるいは再生だけの機能を有するものであってもよく、あるいは記録および再生の両方の機能を有するものであってもよい。また、本発明の光記録・再生装置は、ある光記録媒体に対しては記録を行い、別の光記録媒体に対しては再生を行うものであってもよいし、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録および再生を行うものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の第１および第２の対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされているため、諸収差を良好に補正することが可能であり、さらに単玉レンズとされているため、レンズの軽量化に貢献でき、フォーカスおよびトラッキングの制御において、より高速なレンズ駆動を行ない得るレンズ重量とすることが可能となる。
【００３１】
また、本発明の第１および第２の対物レンズは、条件式（１）を満足するように構成されているため、屈折率の低いレンズ材料を用いることができ、屈折率の上昇とともに増大する傾向にある該レンズ材料の比重を小さいものとすることができるので、レンズの軽量化を図ることができる。これにより、フォーカスおよびトラッキングの制御において、高速のレンズ駆動が可能となる。
【００３２】
また、本発明の第１および第２の対物レンズは、条件式（２）を満足するように構成されているため、光記録媒体側の面の曲率が過大となるのを防止することができることにより該光記録媒体側の面による球面収差を小さくすることができ、その一方、光源側の面の曲率も過大となるのを防止することができることにより作動距離を大きくすることができる。
【００３３】
また、本発明の第１の対物レンズは、条件式（３）を満足するように構成されており、その下限側の範囲を満足することで良好な軸外特性を得ることができ、その一方、その上限側の範囲を満足することで、対物レンズの体積や重量を小さくすることができ、対物レンズの制御時における高速駆動が可能となる。
【００３４】
また、本発明の第２の対物レンズは、条件式（４）を満足するように構成されており、その下限側の範囲を満足することで対物レンズの体積や重量を小さくすることができ、対物レンズの制御時における高速駆動が可能となり、その一方、その上限側の範囲を満足することで、対物レンズの体積や重量を小さくすることができるとともに作動距離を大きくすることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、上記効果を奏する本発明の対物レンズを備えた光ピックアップ装置および光記録・再生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３７】
図１〜図４は、本発明の実施形態にかかる対物レンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１〜４の対物レンズに対応している。また、図５は、本発明の実施形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【００３８】
まず、図５を参照しながら、本発明の実施形態にかかる光ピックアップ装置１０について説明し、その後、本発明の実施形態にかかる対物レンズについて詳しく説明する。
【００３９】
光ピックアップ装置１０は、本発明の実施形態にかかる対物レンズ８と、光源である半導体レーザ１と、半導体レーザ１からの出射光に対して４５°傾けて配置されたハーフミラー６と、コリメータレンズ７と、フォトダイオード１３とを備える。光ピックアップ装置１０は、情報の記録または再生がなされる光記録媒体９に半導体レーザ１から出射された光を対物レンズ８により収束させて、情報の記録および再生の少なくとも一方を行うものである。
【００４０】
以下の本実施形態の説明では、光記録媒体９としてブルーレイディスクを用いた例について説明するが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。現在のブルーレイディスクの規格は、ＮＡが０．８５、使用光の波長が４０５ｎｍ、保護層の厚みが０．１ｍｍとされている。ただし、光記録層の位置は、１層ディスクと２層ディスクとで異なり、１層ディスクでは表面から０．１００ｍｍ、２層ディスクでは表面から０．０７５ｍｍと０．１００ｍｍの位置に光記録層が設けられている。
【００４１】
光ピックアップ装置１０は、さらに、対物レンズ８を保持するレンズホルダ１５と、対物レンズ８の光源側に配置されたマスク１６とを備える。レンズホルダ１５は、対物レンズ８のフランジ部の光源側平面および外周側面の一部において対物レンズ８と接着固定されており、かつ不図示のアクチュエータと一体化されている。このアクチュエータを含むサーボ機構により対物レンズ８のトラッキング操作およびフォーカシング操作が行われる。マスク１６は、対物レンズ８の光記録媒体側のＮＡが所望の値になるように、所定の開口径を有するものである。
【００４２】
半導体レーザ１は、波長４０５ｎｍの青色域のレーザ光を出力する光源である。なお、本発明の光源としては、波長４００．０〜４１０．０ｎｍのレーザ光を出力するものを用いることができる。
【００４３】
コリメータレンズ７は、図５において模式的に示されたものであって１枚構成のものとは限られず、複数枚のレンズから構成することも可能である。コリメータレンズ７により、半導体レーザ１からの光は、平行光束の状態で対物レンズ８の光源側の面に入射するように構成されている。
【００４４】
フォトダイオード１３としては、例えば受光部が４分割されたものを用いることができる。
【００４５】
光記録媒体９の内部には、信号情報を担持したピット（物理的に凹部とされていなくてもよい）がトラック状に配列されて、情報の記録また再生をなしうる光記録層９ｂが形成されている。光記録媒体９の対物レンズ８側の表面から光記録層９ｂまでの間には、光源の光に対して透明な保護層９ａが形成されている。光記録媒体９の保護層９ａの厚みは０．１ｍｍである。なお、本発明に適用される光記録媒体９としては、光記録層が１層のみの１層ディスクと、光記録層が２層ある２層ディスクのいずれでも使用可能である。図５では概念的に光記録層９ｂを図示しており、必ずしも１層ディスクの光記録媒体９を示すものではない。
【００４６】
上記構成の光ピックアップ装置１０において、半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、ハーフミラー６により光路を９０°折り曲げられ、コリメータレンズ７により略平行光化され、対物レンズ８の屈折作用により収束される。この屈折作用により、対物レンズ８の光記録媒体側の面からの出射光束が、光記録媒体の情報の記録または再生がなされる光記録層９ｂ上に良好に収束される。このとき、前述のサーボ機構により対物レンズ８を駆動することにより、収束された光は光記録媒体９の光記録層９ｂ上に位置することができる。
【００４７】
光記録層９ｂからの反射光は信号情報を担持した状態で対物レンズ８、コリメータレンズ７、ハーフミラー６を透過し、フォトダイオード１３に入射する。フォトダイオード１３では、分割された４つの受光部の各受光量に応じた電気信号が出力され、この電気信号に基づき不図示の演算手段において所定の演算がなされ、データ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号が得られる。
【００４８】
ここで、ハーフミラー６は光記録媒体９からの戻り光の光路に対して４５°傾いた状態で挿入されているので、ハーフミラー６を透過した光ビームは非点収差を有することになり、４分割のフォトダイオード１３上におけるビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。すなわち、従来、シリンドリカルレンズにより非点収差を発生させて光検出を行う方法が知られているが、本実施形態のハーフミラー６は、この方法におけるシリンドリカルレンズと同様の作用をなすものである。なお、半導体レーザ１とハーフミラー６との間にグレーティング等の光学素子を挿入して３ビームに分割することによりトラッキングエラーを検出するようにしてもよい。
【００４９】
次に、図１〜図４を参照しながら、本実施形態にかかる対物レンズ８について詳細に説明する。対物レンズ８は、単玉レンズからなる。単玉レンズとすることにより、組立時のレンズ同士のアライメント調整が不要となり、製造効率の向上およびコストの低減を図ることができる。
【００５０】
また、対物レンズ８は、少なくとも１面が非球面とされ、好ましくは両面とも非球面とされる。この非球面は、下記に示す非球面式により表される回転対称な非球面からなることがより好ましい。このような回転対称な非球面とすることにより、球面収差やコマ収差等の諸収差を良好に補正することが可能となり、確実にフォーカシングおよびトラッキングをなし、記録・再生が良好に行われるように構成することができる。
【００５１】
また、対物レンズ８は、対物レンズ８の光記録媒体９側の面が、光軸近傍で凸形状とされ、かつ光軸から離れた所定位置において凹形状とされていることが好ましい。このような形状とすることにより、球面収差を良好に補正することが可能となり、記録・再生が良好に行われるように構成することができる。なお、対物レンズ８に形成される非球面の面形状は、使用光が光記録層９ｂに良好に収差補正されて収束されるように、適宜設定されることが好ましい。
【数１】
2009277311.tif 000003
【００５２】
また、対物レンズ８は、下記条件式（１）〜（３）、または下記条件式（１）、（２）、（４）を満足するように構成されている。  
Ｎ  ≦１．７５                            （１）
０．５＜  ｆ／ｆ１  ＜０．６                （２）
０．８＜  ｄ／（ＮＡ・Ｄｅ）  ＜１．０    （３）
０．３＜  ｄ／Ｄ０  ＜０．８    （４）
ただし、
Ｎ：屈折率
ｆ：焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：光源側の面の焦点距離（ｍｍ）
ｄ：光軸上の厚み（ｍｍ）
ＮＡ：光記録媒体側の開口数
Ｄｅ：光源側の面の有効径（ｍｍ）
Ｄ０：外径（ｍｍ）
【００５３】
条件式（１）は、対物レンズ８を構成する材料の屈折率Ｎの値を規定するものである。条件式（１）を満足することにより、屈折率の上昇とともに増大する傾向にある比重を小さいものとすることができる。前述したように、一般に、屈折率が１．８５のものと１．６０のものとでは、前者の比重が後者のものの約１．５倍となり、重量もそれに応じて大きくなる。したがって、一般に、超高屈折率とされる屈折率が１．８程度以上の材料を用いると、フォーカスおよびトラッキングの制御において、高速のレンズ駆動を行なうことが困難になる。本実施形態のものでは、条件式（１）を満足するように、屈折率Ｎを１．７５以下とすることで、レンズの軽量化を図ることができ、フォーカスおよびトラッキングの制御において、高速のレンズ駆動を行なうことが可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態の対物レンズ８においては、条件式（１）を満たすような屈折率の材料を選択する場合、図１に示す例のように、光軸近傍において両凸形状とすることが好ましい。屈折率が１．７５以下となる材料を用いた場合、レンズ形状を正メニスカス形状とするよりも、両凸形状とした方が、球面収差の補正効果が大きなものとなり、さらに、屈折率が１．６９以下となる材料を用いた場合には、この球面収差の補正効果がより大きなものとなる。
【００５５】
条件式（２）は、対物レンズ８の光源側の面の焦点距離ｆ１に対する、対物レンズ８の焦点距離ｆの比を規定するものである。条件式（２）の下限側の範囲を満足することで、光記録媒体側の面の曲率が過大となるのを防止することができるので、光記録媒体側の面による球面収差を小さくすることができる。また、条件式（２）の上限側の範囲を満足することで、光源側の面の曲率が過大となるのを防止することができるので、作動距離を大きくすることができる。
【００５６】
条件式（３）は、対物レンズ８の光記録媒体側の開口数ＮＡおよび対物レンズ８の有効径Ｄｅの積に対する、対物レンズ８の光軸上の厚みｄの比の範囲を規定するものである。条件式（３）の下限側の範囲を満足することで、良好な軸外特性を得ることができる。また、条件式（３）の上限側の範囲を満足することで、対物レンズ８の厚みを抑制し、体積や重量を小さくすることができるので、対物レンズ８の制御時における高速駆動が可能となる。
【００５７】
条件式（４）は、対物レンズ８の対物レンズの外径Ｄ０に対する、対物レンズ８の光軸上の厚みｄの比の範囲を規定するものである。条件式（４）の下限側の範囲を満足することで、対物レンズ８の外径を抑制し、対物レンズ８の体積や重量を小さくすることができ、対物レンズ８の制御時における高速駆動が可能となる。また、条件式（４）の上限側の範囲を満足することで、対物レンズ８の厚みを抑制し、体積や重量を小さくすることができるとともに、作動距離を大きくすることができる。
【００５８】
ここで、条件式（４）で用いられる対物レンズ８の外径Ｄ０とは、光軸ＡＸに垂直な面においてフランジ部を含めたレンズの外形を考えたとき、外形を構成する円弧の直径を意味するものである。Ｄ０について図１４Ａ〜図１４Ｄを参照しながら説明する。図１４Ａ〜図１４Ｄに、フランジ部を有する対物レンズの光軸方向から見た外形形状の例を実線で示す。図１４Ａ〜図１４Ｄにはさらに、光源側の面において曲面状のレンズ面を有する領域の外径を点線で示しており、この点線と対物レンズ８の外形形状を示す実線との間に、いわゆるフランジ部が存在する。光軸方向から見たフランジ部の形状は必ずしも図１４Ａに示すような完全なリング形状とする必要はなく、図１４Ｂ〜図１４Ｄに示すように、その一部がリング形状を構成しない形状となりうるが、通常、フランジ部の外形の半分以上は円弧となる。ゆえに、必ずしも対物レンズ８の外形全域が円弧となっていない場合でも、対物レンズ８の外形を構成するこの円弧の直径を対物レンズ８の外径Ｄ０として定義することにする。
【００５９】
さらに、上記条件式（４）に替えて、下記条件式（４−１）を満足することで、上記条件式（４）の作用効果をより高めることができる。
【００６０】
０．４＜  ｄ／Ｄ０  ＜０．６    （４−１）
また、本実施形態の対物レンズ８においては、下記条件式（５）または（６）を満足することが好ましい。
【００６１】
０．５０＜  ｇ／ｄ  ＜０．８０    （５）
２５＜  ν            （６）
ただし、
ｇ：光源側の面頂点における光軸ＡＸに垂直な接平面からレンズ８の重心位置までの距離（ｍｍ）
ν：対物レンズ８のｄ線におけるアッベ数
【００６２】
条件式（５）は、対物レンズ８が光ピックアップ装置に搭載されて、駆動される場合を考慮して、対物レンズ８の重心位置Ｇの好適な範囲を規定したものである。すなわち、この条件式（５）は、光ピックアップ装置の安定した動作を確保するためには、その光軸上の厚みの中点位置から極端に離れた位置に対物レンズの重心位置Ｇを設定すべきではないこと、および、ピックアップ用の対物レンズが、光源側に大きな曲率の凸面を向けた形状とされていることから、その光軸上の厚みの中点位置よりも光記録媒体側の所定の範囲に対物レンズの重心位置Ｇを設定するようにしないと、対物レンズの形状によっては、光ピックアップ装置の安定した動作が損なわれ、かつ、レンズ設計の自由度が大幅に制限される、との各事情を解決しうる範囲を考慮して規定されたものである。したがって、条件式（５）を満足することにより、レンズ設計の自由度を失うことなく、光ピックアップ装置の安定した動作を確保することが可能となる。
【００６３】
条件式（６）は、レンズの材料のアッベ数νが２５より大きい値になることを規定したものである。条件式（６）が上記範囲に設定されたことにより、色収差が過大となるのを防止することができる。したがって、光源からの光に多少の波長変動があった場合でも、像点が移動したり、ビームスポットがぼけたりする等の不具合が発生するのを防止することができる。なお、色収差が過大となるのを防止するためには、レンズの材料のアッベ数νは３５以上であることがより好ましい。
【００６４】
また、本実施形態の対物レンズ８においては、光記録媒体側のＮＡを０．７０以上、０．９８以下とすることが好ましい。ＮＡを０．７０〜０．９８まで大きく設定することにより、光記録媒体９の光記録層９ｂ上に集光させるスポット径を小さくすることが可能となり、高密度の記録・再生が可能となる。また、今後、開発されるであろう、新たな光記録媒体に対しても、より高密度な記録・再生が可能となる。なお、本実施形態の対物レンズ８においては、ＮＡを０．８５以上とすることがより好ましく、この場合は上記効果が得られるとともに、現在のブルーレイディスクの規格のＮＡに対応可能となる。
【００６５】
また、本実施形態の対物レンズ８においては、光源から出射された光が４００．０ｎｍ以上、４１０．０ｎｍ以下のとき、情報の記録・再生が可能となるように、この光を光記録媒体に良好に収束させるものであることが好ましい。ブルーレイディスクの規格の波長は４０５ｎｍであるが、半導体レーザの出力波長は必ずしも安定しておらず、また個々の半導体レーザにより出力波長のバラツキがあるため、これらに対応可能な対物レンズとすることが好ましい。
【００６６】
また、本実施形態の対物レンズ８においては、光記録媒体９の保護層９ａの厚みが０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下の範囲にあるとき、その厚みの範囲内で良好な像を結ぶ位置を有することが好ましい。
【００６７】
また、本実施形態の対物レンズ８においては、波面収差のＲＭＳが光記録媒体の表面からｔ１ｍｍ該光記録媒体の内部に入った位置で最も小さくなるように構成したとき、このｔ１が０．０７５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下とされていることが好ましい。
【００６８】
上記ｔ１の条件は、２層ディスクにおいて、記録媒体レンズ側表面から０．０７５ｍｍと０．１００ｍｍの媒体内部位置に各記録層が設けられている場合に、その両方の記録層位置に良好な像を結ばせるための条件である。ｔ１が上記範囲を超えた場合、２つの記録層のうちの一方に結んだ像は良好であっても、他方に結んだ像は劣化することになり、２つの面の結像の状態に大きな差が生じることとなる。
【００６９】
また、上記ｔ１の条件は、光ピックアップ装置が、各記録面位置への結像の状態を改善するために、例えば、レンズを光軸方向に移動して調整するなどの収差補正装置を有する場合は、収差補正のためのレンズ移動距離などの光ピックアップ装置にかかる負荷をできるだけ小さくするための条件でもあり、これによれば収差補正にかかる時間を短縮することにも寄与する。
【００７０】
また、本実施形態の対物レンズ８においては、高密度記録媒体を記録再生する際にフォーカス制御およびトラッキング制御を行うアクチュエータの負担を軽減するために、その質量は小さければ小さい方が良く、例えば、０．５グラム以下とすることが好ましく、さらには０．１グラム以下とすることがより好ましく、またさらには０．０２グラム以下とすることが好ましい。
【００７１】
対物レンズ８の材料としては、プラスチックを用いることができる。プラスチック材料を用いることによる利点としては、製造コストの低減、軽量化、軽量化により高速での記録および読取りが可能になること、金型の加工性が向上すること、が挙げられる。
【００７２】
あるいは、対物レンズ８の材料としては、ガラスを用いることができる。ガラス材料を用いることによる利点としては、温度や湿度の影響を受けにくいこと、短波長の光で長い時間使用しても透過率の劣化が少ない材料の入手が容易であること、が挙げられる。
【００７３】
以下、本発明の対物レンズについて、実施例を示してさらに具体的に説明する。
【実施例】
【００７４】
実施例１〜４の対物レンズのレンズ断面図を図１〜図４に、軸上に関する波面収差図を図６〜図９に、保護層の厚みに対する波面収差の変化を図１０〜図１３にそれぞれ示す。なお、図１〜図４には、光記録媒体９の保護層９ａ、概念的な記録層９ｂも図示している。
【００７５】
＜実施例１＞
実施例１の対物レンズ８は、ガラス製の単玉レンズからなり、図１に示すように、光源側の面８ａおよび光記録媒体側の面８ｂが、光軸近傍においてともに凸面とされており、光源側の面８ａが光記録媒体側の面８ｂよりも相対的に強い曲率の凸面とされている。また、本実施例の対物レンズ８は、両面とも回転対称な非球面とされている。
【００７６】
下記表１の上段に、この実施例１に係る対物レンズ８のレンズデータとして、光源側の面を１として、光源側から光記録媒体側に向かうに従い順次増加するように面番号を付し、各面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、面間隔Ｄ（ｍｍ）、ならびに使用光波長に対する屈折率Ｎを示す。ただし、非球面の曲率半径の欄には非球面と記載している。なお、レンズデータには、光記録媒体９の保護層９ａもあわせて示している。
【００７７】
下記表１の中段に、この実施例１に係る対物レンズ８の非球面データとして、前述の非球面式における各非球面係数Ｃ、Ｋ、Ａ４〜Ａ２０（偶数次のみ）を示す。非球面データのＣは、光源側に凸の場合を正、光記録媒体側に凸の場合を負としている。なお、表１の中段では、対物レンズの光源側の面８ａを第１面、光記録媒体側の面８ｂを第２面としている。
【００７８】
また、下記表１の下段に、この実施例１に係る対物レンズ８の各種データを示す。波長λは使用光波長（設計波長）であり、表１の下段に示す各種データの各数値は、アッベ数以外は、この使用光波長におけるものである。アッベ数はｄ線におけるものである。作動距離ＷＤは、対物レンズの光記録媒体側の面頂点から光記録媒体の対物レンズ側の面までの距離である。保護層の厚みｔ１は、光記録媒体の対物レンズ側の表面から波面収差のＲＭＳが最小値をとる位置までの保護層の厚みである。軸上波面収差は上記厚みｔ１の位置におけるものである。軸外波面収差は、全画角１°のときのものである。なお、上述したデータの意味は、実施例２〜４についても同様である。
【表１】
2009277311.tif 000004
【００７９】
実施例１の対物レンズは、波長λが４０５．０ｎｍの使用光に対し、０．８５という大きなＮＡを達成しながら、表１の軸上波面収差の値および図６に示すように、波面収差が良好であり、光記録媒体９の光記録層９ｂにこの使用光を良好に収束させることができる。また、実施例１の対物レンズは、表１に示すように、０．３４３ｍｍと十分な長さの作動距離を確保するとともに、軸外波面収差が０．０１７λＲＭＳであることから良好な像高特性も実現しており、さらに、質量も０．０１４グラムと軽量化されている。
【００８０】
実施例１の対物レンズ８は、光記録媒体９として２層ディスクのものを想定しており、２層ディスクに対応させるために、２つの記録層の中間位置で収差が良好となるように設定されている。すなわち、実施例１の対物レンズは、図１０に示すように、光記録媒体９の表面から０．０８７５ｍｍの位置で最も波面収差が小さくなるように構成されており、この位置での軸上波面収差は０．０００９λＲＭＳである。
【００８１】
＜実施例２＞
実施例２の対物レンズ８は、ガラス製の単玉レンズからなり、図２に示すように、光源側の面８ａおよび光記録媒体側の面８ｂが、光軸近傍においてともに凸面とされており、光源側の面８ａが光記録媒体側の面８ｂよりも相対的に強い曲率の凸面とされている。また、本実施例の対物レンズ８は、両面とも回転対称な非球面とされている。
【００８２】
この実施例２に係るデータとして、下記表２の上段にレンズデータ、中段に非球面データ、下段に各種データを示す。
【表２】
2009277311.tif 000005
【００８３】
実施例２の対物レンズは、波長λが４０５．０ｎｍの使用光に対し、０．８５という大きなＮＡを達成しながら、表２の軸上波面収差の値および図７に示すように、波面収差が良好であり、光記録媒体９の光記録層９ｂにこの使用光を良好に収束させることができる。また、実施例２の対物レンズは、表２に示すように、０．３３７ｍｍと十分な長さの作動距離を確保するとともに、軸外波面収差が０．０１７λＲＭＳであることから良好な像高特性も実現しており、さらに、質量も０．０１４グラムと軽量化されている。
【００８４】
実施例２の対物レンズ８は、光記録媒体９として１層ディスクのものを想定しており、図１１に示すように、光記録媒体９の表面から０．１ｍｍの位置で最も波面収差が小さくなるように構成されており、この位置での軸上波面収差は０．００１０λＲＭＳである。
【００８５】
＜実施例３＞
実施例３の対物レンズ８は、プラスチック製の単玉レンズからなり、図３に示すように、光源側の面８ａおよび光記録媒体側の面８ｂが、光軸近傍においてともに凸面とされており、光源側の面８ａが光記録媒体側の面８ｂよりも相対的に強い曲率の凸面とされている。また、本実施例の対物レンズ８は、両面とも回転対称な非球面とされている。さらに、本実施例の対物レンズ８は、光記録媒体側の面が、光軸近傍で凸形状とされ、かつ光軸ＡＸから離れた所定位置において凹形状とされている。
【００８６】
この実施例３に係るデータとして、下記表３の上段にレンズデータ、中段に非球面データ、下段に各種データを示す。
【表３】
2009277311.tif 000006
【００８７】
実施例３の対物レンズは、波長λが４０８．０ｎｍの使用光に対し、０．８５という大きなＮＡを達成しながら、表３の軸上波面収差の値および図８に示すように、波面収差が良好であり、光記録媒体９の光記録層９ｂにこの使用光を良好に収束させることができる。また、実施例３の対物レンズは、表１に示すように、０．５０２ｍｍと十分な長さの作動距離を確保するとともに、軸外波面収差が０．０２９λＲＭＳであることから良好な像高特性も実現しており、さらに、質量も０．０１５グラムと軽量化されている。
【００８８】
実施例３の対物レンズ８は、光記録媒体９として１層ディスクのものを想定しており、図１２に示すように、光記録媒体９の表面から０．１ｍｍの位置で最も波面収差が小さくなるように構成されており、この位置での軸上波面収差は０．００１９λＲＭＳである。
【００８９】
＜実施例４＞
実施例４の対物レンズ８は、ガラス製の単玉レンズからなり、図４に示すように、光源側の面８ａおよび光記録媒体側の面８ｂが、光軸近傍においてともに凸面とされており、光源側の面８ａが光記録媒体側の面８ｂよりも相対的に強い曲率の凸面とされている。また、本実施例の対物レンズ８は、両面とも回転対称な非球面とされている。さらに、本実施例の対物レンズ８は、光記録媒体側の面が、光軸近傍で凸形状とされ、かつ光軸ＡＸから離れた所定位置において凹形状とされている。
【００９０】
この実施例４に係るデータとして、下記表４の上段にレンズデータ、中段に非球面データ、下段に各種データを示す。
【表４】
2009277311.tif 000007
【００９１】
実施例４の対物レンズは、波長λが４０８．０ｎｍの使用光に対し、０．８５という大きなＮＡを達成しながら、表４の軸上波面収差の値および図９に示すように、波面収差が良好であり、光記録媒体９の光記録層９ｂにこの使用光を良好に収束させることができる。また、実施例４の対物レンズは、表４に示すように、０．７２１ｍｍと十分な長さの作動距離を確保するとともに、軸外波面収差が０．０２９λＲＭＳであることから良好な像高特性も実現しており、さらに、質量も０．０７３グラムと軽量化されている。
【００９２】
実施例４の対物レンズ８は、光記録媒体９として２層ディスクのものを想定しており、２層ディスクに対応させるために、２つの記録層の中間位置で収差が良好となるように設定されている。実施例４の対物レンズ８は、図１３に示すように、光記録媒体９の表面から０．０８７５ｍｍの位置で最も波面収差が小さくなるように構成されており、この位置での軸上波面収差は０．００１６λＲＭＳである。
【００９３】
表５に、実施例１〜４における上記条件式（１）〜（６）に対応する値を示す。表４からわかるように、実施例１〜４のいずれも、条件式（１）〜（６）（（４−１）を含む）を全て満足している。
【表５】
2009277311.tif 000008
【００９４】
次に、図１５を参照しながら、本発明の実施形態にかかる光記録・再生装置について説明する。図１５は、本発明の一実施形態にかかる光記録・再生装置３０の概略的な斜視図である。光記録・再生装置３０は、内部に本発明の実施形態にかかる光ピックアップ装置３２を備えたものであり、前面には光記録媒体を挿入する挿入部３４と、記録、再生、停止等の各種操作を行うための操作ボタン３５ａ、３５ｂ、３５ｃが設けられている。光記録・再生装置３０は、本発明の実施形態にかかる対物レンズを備えているため、例えばブルーレイディスクからなる光記録媒体に良好に記録または再生を行うことができる。
【００９５】
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、非球面係数、面間隔および屈折率の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
【００９６】
例えば、本発明の対物レンズとしても、実施例のもののように光源側の面および光記録媒体側の面のいずれもが回転対称な非球面とされている構成に限られるものではない。少なくとも一方の面（一方の面であれば光源側の面とする方が望ましい）を非球面とすれば、他面は、平面あるいは球面とすることが可能である。
【００９７】
また、上記実施形態ではＮＡを０．８５以上とすることが好ましいとし、実施例の対物レンズとしてＮＡが０．８５のものを挙げたが、開口数が０．８５を若干下回るものとして設計した対物レンズであっても、対物レンズの他の条件又は仕様を、ＮＡが０．８５を若干下回ることによって生じる不具合を補完するように適宜変更すれば、ＮＡが０．８５を基準仕様とした光記録・再生装置用の光ピックアップ装置に供することができる。
【００９８】
また、本発明の光記録・再生装置が備える光ピックアップ装置、操作ボタンの数は、図１５に示す例のものに限定されず、任意に設定可能である。
【００９９】
また、上記実施形態の説明では、光記録媒体としてブルーレイディスクを用いた例について説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。本発明の対物レンズ、光ピックアップ装置、光記録・再生装置は、光記録媒体として他の短波長光用光記録媒体、例えば、いわゆるＡＯＤ（ＨＤ−ＤＶＤ）ディスク等を用いる場合にも適用可能である。
【０１００】
また、今後、光記録媒体として上記以外の、例えば使用光波長がさらに紫外線領域まで短波長化した規格のものが開発されることも想定されるが、その場合にも勿論、本発明を適用することが可能である。この場合、レンズ材料として、使用光波長において良好な透過率を有する材料を用いることが好ましく、例えば、本発明の対物レンズのレンズ材料として蛍石や石英を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施例１に係る対物レンズを模式的に示す断面図
【図２】本発明の実施例２に係る対物レンズを模式的に示す断面図
【図３】本発明の実施例３に係る対物レンズを模式的に示す断面図
【図４】本発明の実施例４に係る対物レンズを模式的に示す断面図
【図５】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の概略的な構成図
【図６】本発明の実施例１に係る対物レンズの波面収差図
【図７】本発明の実施例２に係る対物レンズの波面収差図
【図８】本発明の実施例３に係る対物レンズの波面収差図
【図９】本発明の実施例４に係る対物レンズの波面収差図
【図１０】本発明の実施例１に係る対物レンズの保護層厚と波面収差の関係を示す図
【図１１】本発明の実施例２に係る対物レンズの保護層厚と波面収差の関係を示す図
【図１２】本発明の実施例３に係る対物レンズの保護層厚と波面収差の関係を示す図
【図１３】本発明の実施例４に係る対物レンズの保護層厚と波面収差の関係を示す図
【図１４Ａ】本発明における対物レンズの外径Ｄ０を説明するための図
【図１４Ｂ】本発明における対物レンズの外径Ｄ０を説明するための図
【図１４Ｃ】本発明における対物レンズの外径Ｄ０を説明するための図
【図１４Ｄ】本発明における対物レンズの外径Ｄ０を説明するための図
【図１５】本発明の実施形態に係る光記録・再生装置の概略的な斜視図
【符号の説明】
【０１０２】
１  半導体レーザ
６  ハーフミラー
７  コリメータレンズ
８  対物レンズ
８ａ光源側の面
８ｂ光記録媒体側の面
９  光記録媒体
９ａ  保護層
９ｂ  光記録層
１０  光ピックアップ装置
１１  レーザ光
１３  フォトダイオード
１５  レンズホルダ
１６  マスク
３０  光記録・再生装置
ＡＸ  光軸
Ｇ  重心位置
【図１】
2009277311.tif 000009
【図２】
2009277311.tif 000010
【図３】
2009277311.tif 000011
【図４】
2009277311.tif 000012
【図５】
2009277311.tif 000013
【図６】
2009277311.tif 000014
【図７】
2009277311.tif 000015
【図８】
2009277311.tif 000016
【図９】
2009277311.tif 000017
【図１０】
2009277311.tif 000018
【図１１】
2009277311.tif 000019
【図１２】
2009277311.tif 000020
【図１３】
2009277311.tif 000021
【図１４Ａ】
2009277311.tif 000022
【図１４Ｂ】
2009277311.tif 000023
【図１４Ｃ】
2009277311.tif 000024
【図１４Ｄ】
2009277311.tif 000025
【図１５】
2009277311.tif 000026