(57)【要約】本発明は、光ピックアップ用の対物レンズであり、光源側より順に、正の屈折力を有し非球面によって構成された第１面Ｓ１と、負の屈折力を有し非球面によって構成された第２面Ｓ２からなるメニスカス構造の単レンズで構成されて、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有する。第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉは、光軸からの高さをｈとして以下の式によって示される。2003001270.tif 000034（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）更に、以下の条件を満足する光ピックアップ用対物レンズである。2003001270.tif 000035（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｒ２は第２面の曲率半径であり、Ｎは硝材の屈折率である。）
2003001270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有する光ピックアップ用対物レンズにおいて、
上記第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉは、光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000019
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足してなる光ピックアップ用対物レンズ。
2003001270.tif 000020
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｒ２は第２面の曲率半径であり、Ｎは硝材の屈折率である。）
【請求項２】
上記対物レンズは、更に、以下の条件を満足する請求の範囲第１項記載の光ピックアップ用対物レンズ。
2003001270.tif 000021
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
【請求項３】
上記硝材の屈折率が１．７以上である請求の範囲第１項記載の光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項４】
光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有する光ピックアップ用対物レンズにおいて、
上記第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉは、光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000022
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足する光ピックアップ用対物レンズ。
2003001270.tif 000023
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
【請求項５】
上記硝材の屈折率が１．７以上である請求の範囲第４項記載の光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項６】
レーザ光を出射する光源と、ビームスプリッタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ピックアップにおいて、
上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有し、上記第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000024
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足してなる光ピックアップ。
2003001270.tif 000025
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｒ２は第２面の曲率半径であり、Ｎは硝材の屈折率である。）
【請求項７】
上記対物レンズは、更に、以下の条件を満足する請求の範囲第６項記載の光ピックアップ。
2003001270.tif 000026
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
【請求項８】
レーザ光を出射する光源と、ビームスプリッタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ピックアップにおいて、
上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有し、上記第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000027
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足する光ピックアップ。
2003001270.tif 000028
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
【請求項９】
ディスク状光記録媒体を回転駆動する回転駆動機構と、上記回転駆動機構によって回転操作されるディスク状光記録媒体の半径方向に移動操作され、光源から出射されるレーザ光によって上記ディスク状光記録媒体の信号記録領域を走査して情報の記録又は再生を光ピックアップを備えた光ディスク装置において、
上記光ピックアップは、上記レーザ光を出射する光源と、ビームスプリッタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備え、
上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有し、上記第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000029
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足してなる光ディスク装置。
2003001270.tif 000030
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｒ２は第２面の曲率半径であり、Ｎは硝材の屈折率である。）
【請求項１０】
上記対物レンズは、更に、以下の条件を満足する請求の範囲第９項記載の光ディスク装置。
2003001270.tif 000031
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
【請求項１１】
ディスク状光記録媒体を回転駆動する回転駆動機構と、上記回転駆動機構によって回転操作されるディスク状光記録媒体の半径方向に移動操作され、光源から出射されるレーザ光によって上記ディスク状光記録媒体の信号記録領域を走査して情報の記録又は再生を光ピックアップを備えた光ディスク装置において、
上記光ピックアップは、上記レーザ光を出射する光源と、ビームスプリッタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備え、
上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有し、上記第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000032
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足する光ディスク装置。
2003001270.tif 000033
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ディスク状光記録媒体、即ち光ディスクの信号記録面に光ビームであるレーザ光を集光して照射するために用いられる光ピックアップ用対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップに関し、更には光ディスク装置に関する。
背景技術
情報の記録媒体として、記録媒体に対し記録再生用のヘッドを接触させることなく情報の記録再生を可能となし、しかも、記録密度の向上を図った記録媒体として光ディスクが用いられている。この種の光ディスクに記録された情報は、光ディスクに記録再生用のヘッドとしての光ピックアップから出射されるレーザ光を光ディスクの信号記録層に照射し、この信号記録層から反射されたレーザ光を光ピックアップに設けた光検出器によって検出することによって読み出しが行われ再生される。
情報の記録再生を可能とした光ディスクとして、例えばレーザ光の照射によって結晶化の状態と非結晶の状態を繰り返す相変化型の記録層を用いたものがある。この種の光ディスクへの情報の記録は、記録すべき情報信号に応じて変調されたレーザ光を信号記録層に照射することによって行われる。
情報の記録再生を可能とした相変化型の記録層を用いた光ディスクとして、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｋ又はＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）がある。ＤＶＤは、広く用いられている光ディスクであるＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）に対し、記録密度が極めて向上されている。ＣＤは、記録トラックのトラックピッチを１．６μｍとするのに対し、ＤＶＤは、記録トラックのトラックピッチを０．７４μｍとして、高記録密度化を実現している。
高記録密度の情報の書き込みを可能とした光ディスクに対しレーザ光を照射して情報を記録するためには、光ディスの信号記録層上に更に小さいビームスポットを形成する必要がある。レーザ光のスポット径は、レーザ光の設計波長に比例し、レーザ光を集光する対物レンズの開口数（ＮＡ）に反比例するため、光ディスクの高記録密度化を図るためには、対物レンズの高開口数化とレーザ光の短波長化が必要となる。
光ディスクの記録密度の更なる向上を図るため、情報の記録再生に用いるレーザ光の波長を４０５ｎｍとし、対物レンズの開口数（ＮＡ）を超解像を使わない場合では０．８５とし、超解像を用いた場合には、所謂Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ（以下、「ＳＩＬ」と略記）では１．５程度とする光ピックアップが提案されている。
光ディスクの高記録密度化を実現するため、対物レンズの高開口数化を図る手法として、従来、ＳＩＬに代表される２枚組み構造の対物レンズが提案されている。ＳＩＬは、１以上の開口数（ＮＡ）を有する対物レンズで光の滲み出しを利用したものであり、対物レンズの先端からレーザ光の集光点である光ディスクの信号記録層に至るまでの距離である作動距離、即ち、ワーキングディスタンス（以下、「ＷＤ」と略記）が数十ｎｍである。
ＳＩＬを採用することなく開口数（ＮＡ）を大きくするようにした対物レンズとして、特開平１０−１０４５０７号公報に記載されるものや図１に示すように構成されたものが提案されている。上記公報及び図１に示す対物レンズは、ＳＩＬと同様な２枚組み構造のレンズ構成が採用されている。その理由としては、２枚のレンズにパワーを分散させることにより、各面での屈折力の負担を低減させることを目的としたものであり、各面の曲率をそれぞれ緩くすることができ、非球面係数も小さくできるため、レンズ加工上有利であるためである。
ところで、図１に示す対物レンズ２００は、第１のレンズ２０１と第２のレンズ２０２を光軸Ｐ方向に配列し、各レンズ２０１，２０２に屈折力を分散させることから、主点が対物レンズ２００の内側に入り込み、光ディスク１０５の信号記録面２１０ａに至るまでのＷＤが短くなってしまう。なお、図１に示す対物レンズ２００のＷＤは、０．１５ｍｍである。
図１に示すように構成された対物レンズ２００は、開口数（ＮＡ）を大きくすることができるが、ＷＤが小さいため、光ピックアップに組み込み、光ディスクの記録再生を行うとき、対物レンズと光ディスクとが衝突してしまう。即ち、回転操作される光ディスクの面振れや、光ディスクに集光されるレーザ光のフォーカス制御を行うときの対物レンズの光軸方向の変位等によって、対物レンズと光ディスクとの衝突を避けることができない。
図１に示す対物レンズは、対物レンズから出射直後のレーザ光のビーム径が非常に小さくなるため、対物レンズのレーザ光の出射面や光ディスクのレーザ光の入射面に小さな塵埃等が付着しても、十分な光量をもって正確に信号記録層にレーザ光を集光させることができなくなってしまう。
２枚のレンズを組み合わせた対物レンズは、先玉と後玉間の距離を高精度に維持し、偏心や傾き等を発生させることなく組み立てることが要求され、製造大組み立てが極めて困難である。図１に示す対物レンズ２００にあっては、第１のレンズ２０１と第２のレンズ２０２との間の距離誤差を５μｍ以下の範囲に抑え、互いのレンズ２０１，２０２間の傾きを１ｍｒａｄ以下に抑えることが要求される。
このような２枚組み合わせ型の対物レンズが有する問題点を対決するため、光ピックアップ用の対物レンズとして、ＷＤを大きくでき、複数のレンズの組み合わせを行うことを必要としない単玉構成の対物レンズが求められている。
従来提案され、あるいは用いられている単玉構成の対物レンズは、開口数（ＮＡ）を大きくすると、レーザ光の入射側の面である第１面の深さ（ｓａｇ量）が基本曲率に対して大きくなってしまうため、成形用金型を用いた加工が困難となってしまっている。
発明の開示
本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されるものであって、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって高記録密度化された光記録媒体に対し情報を記録し、光記録媒体に記録された情報の再生に用いられる光学ピックアップに用いて有用な新規な対物レンズを提供することを目的とするものであり、更に具体的には、回折限界までレーザ光を集光することができる光ピックアップ用対物レンズを提供することを目的とする。
更に、本発明は、回折限界までレーザ光を集光することができる対物レンズを用いた光学ピックアップ、この光学ピックアップを用いた光ディスク装置を提供をすることを目的とする。
更に、本発明は、成形用金型を用いた加工を可能とし、容易に製造することができる光ピックアップ用対物レンズを提供すること目的とする。
上述のような目的を達成するために提案される本発明は、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有する光ピックアップ用対物レンズであり、第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが、光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000003
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足ししたものである。
2003001270.tif 000004
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｒ２は第２面の曲率半径であり、Ｎは硝材の屈折率である。）
更に、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、更に、以下の条件を満足する。
2003001270.tif 000005
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
また、本発明は、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有する光ピックアップ用対物レンズであり、第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが、光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000006
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足するものである。
2003001270.tif 000007
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
本発明に係る光ピックアップ用対物レンズは、屈折率が１．７以上の硝材によって形成される。
本発明は、レーザ光を出射する光源と、ビームスプリッタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ピックアップであり、この光ピックアップの対物レンズとして、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有し、第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000008
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足してなるものを用いる。
2003001270.tif 000009
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｒ２は第２面の曲率半径であり、Ｎは硝材の屈折率である。）
ここで、対物レンズは、更に、以下の条件を満足する。
2003001270.tif 000010
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
また、本発明は、レーザ光を出射する光源と、ビームスプリッタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ピックアップであり、この光ピックアップの対物レンズとして、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第１面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第２の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有し、第１及び第２の非球面の非球面形状Ｚｉが光軸からの高さをｈとして以下の式によって示され、
2003001270.tif 000011
（但し、ｉは非球面の光源側からの面番号であり、ｒは非球面の曲率半径を示し、ｋは円錐係数でｋ＜０であり、Ａ〜Ｊは非球面係数である。）
且つ、以下の条件を満足するものを用いる。
2003001270.tif 000012
（但し、ｒ１は第１面の曲率半径であり、ｆは焦点距離であり、ＮＡは開口数である。）
本発明は、ディスク状光記録媒体を回転駆動する回転駆動機構と、上記回転駆動機構によって回転操作されるディスク状光記録媒体の半径方向に移動操作され、光源から出射されるレーザ光によって上記ディスク状光記録媒体の信号記録領域を走査して情報の記録又は再生を光ピックアップを備えた光ディスク装置であり、この装置の光ピックアップとして上述した光ピックアップのいずれかを用いる。
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズ、この対物レンズを用いた光ピックアップ及び光ディスク装置を図面を参照して説明する。
以下に示す本発明の実施の形態は、本発明をディスク状の光記録媒体であるＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）に設けられる記録トラックのトラックピッチよりも狭い０．６μｍ程度のトラックピッチを有するディスク状の光記録媒体、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｃ／Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって情報の記録密度を高めた規格のディスク状の光記録媒体に対して、情報の記録を行い、この記録媒体に記録された情報の再生を行う光ディスク装置に適用したものである。
まず、本発明に係る対物レンズを用いた光学ピックアップを用いる光ディスク装置を説明する。
本発明が適用される光ディスク装置１は、回転数を高くして記録された記録信号の読み込み及び情報信号の書き込みが高速化されたものであり、トラックピッチが非常に細かくされて記録容量が高められた、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ／Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等の光記録媒体として用いるものであって、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置の外部記憶装置として用いられる。
ディスクドライブ装置１は、図２及び図３に示すように、各種機構が配置されたメカフレーム２を有し、メカフレーム２の上方、左右及び前後が、ネジ止め等の適宜な手段によって取り付けられたカバー体３及び前面パネル４によって覆われている。
カバー体３は、天板部３ａと該天板部３ａの両側縁からそれぞれ垂設された側面部３ｂ，３ｂと図示しない後面部とが一体に形成されている。前面パネル４には、横長の開口４ａが形成され、該開口４ａを開閉する扉体５が、その上端部を支点として前面パネル４に回動自在に支持されている。前面パネル４には、各種操作を行う複数の操作ボタン６が配設されている。
メカフレーム２は各種機構が配置される機構配置面部７ａと、機構配置面部７ａの両側縁から立設された側部７ｂ，７ｂとを有し、機構配置面部７ａの前端部にカム板や各種ギアを有するローディング機構８が配置されている。
メカフレーム２には、図３に示すように、ディスクトレイ９が図３中矢印Ａ１方向及び矢印Ａ２方向の前後方向に移動可能に支持されている。ディスクトレイ９には、前後方向に長い挿通孔９ａとディスク状の光記録媒体（以下、単に「光ディスク」という。）１００が載置されるディスク載置凹部９ｂとが形成されている。ディスク載置凹部９ｂに光ディスク１００を載置するとき、ディスクトレイ９はローディング機構８によって移動操作され、前面パネル４の開口４ａから装置本体の外部に突出され、光ディスク１００へ情報の記録又は再生を行うときには、ディスク載置凹部９ｂに光ディスク１００を載置した状態で装置本体の内部に引き込まれる。
メカフレーム２の機構配置面部７ａには、図３に示すように、移動フレーム１０がその後端部を回動支点として回動自在な状態で支持されている。
移動フレーム１０には、光ディスク１００を回転させるためのモータユニット１１が配置されている。モータユニット１１は、ディスクテーブル１１ａと駆動モータ１１ｂを含んでいる。移動フレーム１０には、光学ピックアップ１２が、図示しないガイド軸及びリードスクリューによってディスクテーブル１１ａに装着された光ディスク１００の半径方向に移動可能な状態で支持されている。
移動フレーム１０には、リードスクリューを回転させる送りモータ１３が取着されている。従って、リードスクリューが送りモータ１３によって回転されると、その回転方向に応じた方向へ光学ピックアップ１２がガイド軸に案内されて移動される。
本発明に係るディスクドライブ装置１は、光ディスク１００が、ディスクトレイ９のディスク載置凹部９ｂに載置さた状態で装置内部に引き込まれ、ディスクテーブル１１ａ上に適宜な手段によって保持され、モータユニット１１の駆動モータ１１ｂによる駆動によってディスクテーブル１１ａと共に回転されると、光学ピックアップ１２が光ディスク１００の半径方向に移動しながら、光ディスク１００に対する情報の記録又は再生が行われる。
次に、光ディスク１００に対する情報の記録又は再生を行う光学ピックアップ１２の構成について説明する。
光学ピックアップ１２は、図４に示すように、光ディスク１００の半径方向に移動自在に支持され、例えば、ハウジング１６上に支持された図示しない２軸アクチュエータを有する。ハウジング１６内には、レーザ光を発生させるレーザ発光素子１７と、このレーザ発光素子１７から出射されたレーザ光１８を平行光束にするコリメータレンズ１９等が配設され、更に、光ディスク１００の記録層にレーザ光１８を集光する、本発明が適用された対物レンズ２０が図示しない２軸アクチュエータに保持されている。
光ディスク１００は、０．３μｍ程度の狭いトラックピッチを有し、基板が薄い高密度記録対応規格のものであり、光学ピックアップ１２は、このような光ディスク１００に対して情報の記録及び再生をするのに適したものである。従って、レーザ発光素子１７は、従来のＣＤ規格の波長を７８０ｎｍとするレーザ光よりも波長の短い４００ｎｍ乃至４１０ｎｍ程度の波長のレーザ光１８を発生させるものであり、レーザノイズを低減するために高周波電流を駆動電流に重ねることでレーザ光１８の波長が短い周期で変動する。
光ディスク１００の記録層に記録を行う際には、レーザ発光素子１７から高エネルギーのレーザ光１８が出射される。レーザ光１８は、コリメータレンズ１９によって平行光束にされ、対物レンズ２０によって光ディスク１００の記録層に集光され、相変化等によって情報を記録したピットが形成される。
一方、記録された情報を読み取る場合には、情報に記録を行うときよりも低エネルギーのレーザ光１８が光ディスク１００の記録層に照射され、光ディスク１００から反射されたレーザ光１８が光学ピックアップ１２内の図示しないビームスプリッタ等を含む受光系によって検出されることによってなされる。
次に、本発明が適用された対物レンズ２０の詳細について説明する。
本発明に係る対物レンズ２０は、図５に示すように、光源側より順に、正の屈折力を有し非球面によって構成された第１面Ｓ１と、負の屈折力を有し非球面によって構成された第２面Ｓ２からなるメニスカス構造の単レンズで構成したものである。
ＤＶＤ等のトラックピッチを狭くして情報の記録密度向上させた光ディスクに対しレーザ光を照射して情報信号の記録や再生を行うためには、トラックピッチの大きい光ディスクに対する場合よりも更に小さいビームスポットをその記録面上に形成する必要がある。
ところで、対物レンズによって集光されるレーザ光のビームスポットの径は、レーザ光の設計波長に比例し、対物レンズの開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、光ディスクに照射されるビームスポットの径を小さくするためには、対物レンズの高開口数化とレーザ光の短波長化が必要となる。
対物レンズの高開口数化を図る手法として、上述したように、ＳＩＬに代表される２枚組み構造の対物レンズが提案されているが、これら対物レンズは、２枚のレンズを組み合わせた構造を有するものであり、高精度に組み立て精度を高精度に維持して製造することが極めて困難であり、また十分なワーキングディスタンス（ＷＤ）を確保することができない。そこで、本発明に係る対物レンズは、複数のレンズの組立工程を不要とし、大きなＷＤを得られるようにするため、単レンズによって構成しものであり、更に、成形用金型を用いた加工を可能とするものである。
上述したような要求を満たすために提案される本発明に係る対物レンズ２０は、図４及び図５に示すように、光源側より順に、正の屈折力を有し非球面によって構成された第１面Ｓ１と、負の屈折力を有し非球面によって構成された第２面Ｓ２からなるメニスカス構造の単レンズによって構成されている。
なお、以下の説明において、「ｒｉ」はレーザ発光素子１７側から数えてｉ番目の面Ｓｉの曲率半径を示す。
非球面の定義は、対物レンズ２０の各面Ｓｉのｓａｇ量Ｚが光軸Ｐ１からの高さｈをパラメータとして以下の式１で表される。なお、ｉは面番号、即ち光源側から数えてｉ番目の面、ｒｉは第ｉ面Ｓｉの曲率半径、ｋは円錐定数、Ａｉ乃至Ｊｉは第ｉ面Ｓｉの４次乃至２０次の非球面係数である。
2003001270.tif 000013
また、対物レンズ２０は、ｒ１を第１面の曲率半径、ｆを焦点距離、ＮＡを開口数とすると、以下の式２に示す条件を満足するように構成される。
2003001270.tif 000014
更に、対物レンズ２０は、ｒ１を第１面の曲率半径、ｒ２を第２面の曲率半径、Ｎを硝材の屈折率とすると、以下の式３に示す条件を満足するように形成されている。
2003001270.tif 000015
上述の式２及び式３で規定された条件は、非球面係数の値をできるだけ抑えながら、球面収差を最小とすることが可能にするための条件である。
即ち、式２の条件は、開口数（ＮＡ）をＮＡ＞０．８とするときに、軸上波面収差を回折限界にするために必要な条件であり、式３の条件は、式１の非球面の定義式で非球面係数を光線高さの２０乗項まで使用して各係数に重みを分散させ、非球面係数全体の大きさを最小にするための条件である。
本発明に係る対物レンズ２０は、０．８以上の開口数（ＮＡ）を有するようにされると共に、１．７以上の屈折率を有する硝材によって形成される。屈折率を高くすることにより、対物レンズ２０の曲率半径を大きくして、球面収差を抑えることが可能になる。
図６は、球面のみで構成されたレンズにおいて理論的に発生する球面収差ＳＡの最小値と硝材の屈折率との関係を示すグラフであり、図７及び図８は、球面収差が最小とするための第１面Ｓ１の曲率半径ｒ１と第２面Ｓ１との曲率半径ｒ２との関係を示すグラフである。
即ち、図６から屈折率Ｎが大きいほど球面収差を小さくすることが可能なことが分かる。また、図７から屈折率Ｎが大きいほど、第１面Ｓ１の曲率半径ｒ１が小さくなることが分かる。これら図６及び図７から、屈折率ＮがＮ＞１．７であれば球面収差の最小値は略収束し、第１面Ｓ１の基本曲率半径ｒ１も略一定となることが分かる。この条件によれば、図８に示すように、対物レンズ２０は、第２面Ｓ２の曲率半径ｒ２も正となって、所謂メニスカス構造のレンズとなる。
ところで、本発明に係る対物レンズ２０は、開口数（ＮＡ）が高いため、非球面係数が光軸からの高さの高次の関数であることと、上記各条件によって第１面Ｓ１のＳａｇ量が大きく、有効径付近で０．８ｍｍ乃至１．０ｍｍとなる。また、第２面Ｓ２では、有効径がレンズ外径の１／３程度である。そのため、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２とも、有効径内と有効径外で面を構成する式を異ならせないと、この対物レンズ２０を成形するための成形金型を作製できない。
本発明が適用される対物レンズ２０においては、非球面により形成される第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２を上述の条件で形成しながら、成形金型を用いた成形を可能とするため、図９に示すように、光学有効径外の面を、本願出願人が先に出願している特開２０００−２４９８１２号公報に記載されている光学素子に準ずる形状としている。光学有効径外の面を、この公報に記載され条件で形成することにより、上記公報に記載された成形用型の加工方法を採用し、成形金型を用いた成形が可能となる。なお、この成形用型を用いた加工方法については、特開２０００−２４９８１２号公報の記載を引用して、その詳細については説明を省略する。
即ち、本発明に係る対物レンズ２０の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２は、図９に概略的に示すように、矢印Ａで示す光学的に有効なエリアの内側、即ち、光学有効経内が所定の非球面ｒ１からなるる内周部２０ａと、内周部２０ａと連続した矢印Ｂで示す光学有効径外の面が光学有効径内の非球面の曲率よりも滑らかな非球面ｒ１ｂからなる外周部２０ｂとを有するように形成されている。
即ち、第１面Ｓ１は、全ての曲面を一定の非球面式によって形成したものではなく、内周部２０ａを非球面ｒ１によって構成し、外周部２０ｂを非球面ｒ１よりも曲率が滑らかな非球面ｒ１ｂで形成し、内周部２０ａと外周部２０ｂとを滑らかに連続するようにしたものである。このとき、内周部２０ａと外周部２０ｂの境界部は、一層滑らかに連続するようにすることが好ましい。
また、第２面Ｓ２も第１面Ｓ１と同様に、全ての曲面を一定の非球面式によって形成したものではなく、内周部２０ａを非球面ｒ２によって形成し、外周部２０ｂを非球面ｒ２よりも曲率が滑らかな非球面ｒ２ｂで形成し、内周部２０ａと外周部２０ｂとを滑らかに連続するようにしたものである。このとき、内周部２０ａと外周部２０ｂの境界部は、一層滑らかに連続するようにすることが好ましい。
上述のように対物レンズ２０の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２を形成することによって、特に、開口数（ＮＡ）が大きくなることによって第１面Ｓ１のＳａｇ量が大きくなっても、モールド成形用成形金型を用いた成形時における成形不能部分の発生を防止し、成形時における金型からの離型を容易に行うことが可能となる。
次に、本発明に係る対物レンズ２０の具体的な設計例を、実施例１及び実施例２を挙げて説明する。
本発明の実施例１及び２に相当する対物レンズ２０は、前述した図５に示すとおりの構成を備えるものである。
実施例１及び実施例２の対物レンズ２０は、いずれも硝材により形成されたものであり、硝材としてＬＡＨ５３（商品名）相当材質（屈折率１．８程度）を用いたものである。実施例１及び実施例２の対物レンズ２０の軸上波面収差は、設計上０．００２λｒｍｓである。
なお、本発明に係る対物レンズ２０は、光ピックアップに取り付けられ、この光ピックアップが光ディスク装置に組み込まれて光ディスク１００に対する情報の記録再生を行う状態とされたとき、対物レンズ２０とレーザ光の結像面となる光ディスク１００の信号記録層との間には、光ディスク１００のレーザ光の入射面側に設けられた保護層１００ａが位置する。光ディスク１００に設けられる保護層１００ａは、光ディスク１００に設けられた信号記録層を覆って形成され、信号記録層の保護を図るために設けられてなるものである。保護層１００ａは、光ディスク１００の信号記録層が形成された面上に紫外線硬化樹脂を塗布し、これに紫外線を照射して硬化させることによって形成され、あるいは、信号記録面上にアクリル樹脂製のシートを貼着することによって形成される。
本発明の実施例１に係る対物レンズ２０の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の曲率及び４次乃至２０次の非球面係数Ａ乃至Ｊを表１に示す。
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本発明の実施例１に係る対物レンズ２０の第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の曲率及び４次乃至２０次の非球面係数Ａ乃至Ｊを表２に示す。
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表３に本発明に係る対物レンズ２０の実施例１及び２のレーザ発光素子１７のレーザ光１８の波長λ、焦点距離ｆ、開口数（ＮＡ）、光ディスク１００のカバー層としての保護層１００ａの厚み、作動距離ＷＤ、対物レンズ２０を構成する硝材の屈折率Ｎ、前記式２及び式３に係わる各数値を示す。
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本発明に係る対物レンズ２０の実施例１の球面収差、歪曲収差及び非点収差を図１０Ａ乃至図１０Ｃにそれぞれ示し、実施例２の球面収差、歪曲収差及び非点収差を図１１Ａ乃至図１１Ｃにそれぞれ示す。
図１０Ａ乃至図１０Ｃ、図１１Ａ乃至図１１Ｃにそれぞれ示す球面収差、歪曲収差及び非点収差の特性図から明らかなように、各収差が補正されている。その結果、本発明に係る対物レンズは、入射されるレーザ光を回折限界まで集光させることができる。
上述したように、本発明は、開口数（ＮＡ）が０．８以上の対物レンズを、単玉で構成することが可能にしたものである。本発明に係る対物レンズ２０は、光ディスク１００にも受けられる０．１ｍｍのディスクカバー、即ち保護層１００ａの厚みに対し、０．５ｍｍ以上の作動距離（ＷＤ）を確保できるので、光ピックアップに取り付けて光ディスク装置に組み込んだ場合に、対物レンズ２０がディスク１００と接触を防止するようにすることができる。
また、本発明に係る対物レンズ２０は、非球面として形成される第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の非球面係数を光線高さの２０乗項まで使用して各係数に重みを分散させることにより、非球面係数全体の大きさを最小にすることが可能になる。
更に、非球面として形成される第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２は、光学有効経内が所定の非球面からなる内周部と、内周部と連続した光学有効径外の面が光学有効径内の非球面の曲率よりも滑らかな非球面からなる外周部とによって構成したので、ｓａｇ量が大きい場合でも成形金型を用いたモールドの加工を容易に行うことが可能になる。
なお、本発明は、上述した実施例に特定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能なものである。
産業上の利用可能性
上述したように、本発明に係る対物レンズは、単玉のレンズを用いて、高開口数（ＮＡ）を確保し、光源から出射され光記録媒体に集光されるレーザ光を回折限界まで集光させることができる。この対物レンズを用いた光ピックアップ及び光ディスク装置は、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって高記録密度化された光記録媒体に対し良好な記録再生特性をもって情報の記録又は再生を行うことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の対物レンズのレンズ構成を示す縦断面図である。
図２は、本発明が適用される光ディスク装置の外観を概略的に示す斜視図であり、図３は、光ディスク装置の内部構成を示す分解斜視図である。
図４は、本発明に係る光学ピックアップを示す側面図である。
図５は、本発明に係る対物レンズを示す縦断面図である。
図６は、球面収差と硝材の屈折率との関係を示すグラフである。
図７は、対物レンズの第１面及び第２面の曲率半径と硝材の屈折率との関係を示すグラフである。
図８は、対物レンズの第１面と第２面との曲率半径の比率と硝材の屈折率との関係を示すグラフである。
図９は、対物レンズの光学有効径外の面の形状の一例を概略的に示す拡大断面図である。
図１０Ａは本発明の実施例１における対物レンズの球面収差を示し、図１０Ｂは非点収差を示し、図１０Ｃは歪曲収差を示す図である。
図１１Ａは本発明の実施例２における対物レンズの球面収差を示し、図１１Ｂは非点収差を示し、図１１Ｃは歪曲収差を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2003001270.tif 000046
【図１０Ｃ】
2003001270.tif 000047
【図１１Ａ】
2003001270.tif 000048
【図１１Ｂ】
2003001270.tif 000049
【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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2003001270.tif 000052
2003001270.tif 000053
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