JP2003005042A - 光ピックアップ用対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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、光源側に凹面の第
1面、光源側に凹面の第2面よりなる第１レンズと、光源
側に凸面の第３面、光源側に平面の第４面よりなる第２
レンズとの２枚のレンズからなり、少なくとも１面の非
球面を有する。

Description

【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 ape
rture)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２０
００−７５１０７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２０００−７５１
０７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の
対物レンズであって、光源側から順に、光源側に凹面の
第1面、光源側に凹面の第2面よりなる第１レンズと、光
源側に凸面の第３面、光源側に平面の第４面よりなる第
２レンズとの２枚のレンズからなり、少なくとも一つの
非球面を有することを特徴とする。

【０００６】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、前記非球面は、第
１面にあり、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とす
る。

【０００７】 第１面 ０．０１≦α1max-α1min≦１．０…(1) 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αxm
ax、最小値がαxminiである。

【０００８】第３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、前記非球面は、第
２面にあり、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とす
る。

【０００９】 第２面 ０．０１≦α2max-α2min≦２．０…(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αxm
ax、最小値がαxminiである。

【００１０】第４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、前記非球面は、第
３面にあり、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とす
る。

【００１１】 第３面 ０．０１≦α3max-α3min≦１．５…(3) 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αxm
ax、最小値がαxminiである。

【００１２】第５の発明の光ピックアップ用対物レンズ
は、前記第１レンズが以下の条件式(4)を満たすことを
特徴とする。

【００１３】R1／f≦−１．０…(4) 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６の発明の光ピックアップ用対物レンズ
は、前記第２レンズが以下の条件式(5)を満たすことを
特徴とする。

【００１５】０．５≦R3／f≦５．０…(5) 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。

【００１６】

【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、光源側に凹面の第1面、光源側に凹
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、光源側に平面の第４面よりなる第２レンズとの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９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。

【００１７】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(compactdisc)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。

【００１８】そこで各実施の形態では少なくとも１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(G
1,G2)用いれば、高性能・高ＮＡでありながら従来のＣ
Ｄ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。

【００１９】また高性能化を図る上で、各実施の形態の
ように前記非球面は第１面にあり、以下の条件式(1)を
満たすことが更に望ましい。条件式(1)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)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。

【００２０】 第１面 ０．０１≦α1max-α1min≦１．０…(1) 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αxm
ax、最小値がαxminiである。

【００２１】また高性能化を図る上で、各実施の形態の
ように前記非球面は第２面にあり、以下の条件式(2)を
満たすことが更に望ましい。条件式(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(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。

【００２２】 第２面 ０．０１≦α2max-α2min≦２．０…(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αxm
ax、最小値がαxminiである。

【００２３】また高性能化を図る上で、各実施の形態の
ように前記非球面は第３面にあり、以下の条件式(3)を
満たすことが更に望ましい。条件式(3)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(3)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。

【００２４】 第３面 ０．０１≦α3max-α3min≦１．５…(3) 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αxm
ax、最小値がαxminiである。

【００２５】第１レンズ(G1)が以下の条件式(4)を満た
すことが望ましい。条件式(4)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(4)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。 R1／f≦−１．０…(4) 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。

【００２６】第２レンズ(G2)が以下の条件式(5)を満た
すことが望ましい。条件式(5)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(5)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(5)
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≦５．０…(5) 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。

【００２７】

【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。

【００２８】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=413nm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。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【表６】

【００３５】

【表７】

【００３６】

【表８】

【００３７】

【表９】

【００３８】

【表１０】

【００３９】

【表１１】

【００４０】

【表１２】

【００４１】

【表１３】

【００４２】

【表１４】

【００４３】

【表１５】

【００４４】

【表１６】

【００４５】

【表１７】

【００４６】

【表１８】

【００４７】

【表１９】

【００４８】

【表２０】

【００４９】

【表２１】

【００５０】

【表２２】

【００５１】

【表２３】

【００５２】

【表２４】

【００５３】

【表２５】

【００５４】

【表２６】

【００５５】

【表２７】

【００５６】

【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７)のレンズ構成図。

【図８】第８の実施の形態(実施例８)のレンズ構成図。

【図９】第９の実施の形態(実施例９)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)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 英喜 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 PA02 PA17 PB02 QA03 QA05 QA12 QA21 QA33 QA41 RA05 RA12 RA13 RA42 5D119 AA01 AA11 AA22 DA01 DA05 JA44 JB01 JB02 JB06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   光ピックアップ用の対物レンズであって、 光源側から順に、 光源側に凹面の第1面、光源側に凹面の第２面よりなる
   第１レンズと、 光源側に凸面の第３面、光源側に平面の第４面よりなる
   第２レンズとの２枚のレンズからなり、 少なくとも1面の非球面を有することを特徴とする光ピ
   ックアップ用対物レンズ。
2. 【請求項２】 前記非球面は、第１面にあり、以下の条
   件式(1)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； 第１面 ０．０１≦α1max-α1min≦１．０…(1) 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αxm
   ax、最小値がαxminiである。
3. 【請求項３】 前記非球面は、第２面にあり、以下の条
   件式(2)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； 第２面 ０．０１≦α2max-α2min≦２．０…(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αxm
   ax、最小値がαxminiである。
4. 【請求項４】 前記非球面は、第３面にあり、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； 第３面 ０．０１≦α3max-α3min≦１．５…(3) 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αxm
   ax、最小値がαxminiである。
5. 【請求項５】 前記第１レンズが以下の条件式(4)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； R1／f≦−１．０…(4) 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。
6. 【請求項６】 前記第２レンズが以下の条件式(5)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； ０．５≦R3／f≦５．０…(5) 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。