JP2004053834A - 対物レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で長作動距離を有するとともに、青色レーザー光に対して、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において高い光学性能を有する光ピックアップ用の対物レンズを提供する。
【解決手段】青色レーザーピックアップに用いる対物レンズ１であって、光情報記録媒体側の開口数が０．８５以上で、外径Ｄ１が５．０ｍｍφ以下である光学硝子材料による硝子レンズ１ａと樹脂材料による樹脂レンズ１ｂとを一体化した複合レンズで構成し、入射光束径Ｅと作動距離Ｌとの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような長作動距離を有し、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差が０．０４λ以下であるものとする。
【選択図】 図１
【解決手段】青色レーザーピックアップに用いる対物レンズ１であって、光情報記録媒体側の開口数が０．８５以上で、外径Ｄ１が５．０ｍｍφ以下である光学硝子材料による硝子レンズ１ａと樹脂材料による樹脂レンズ１ｂとを一体化した複合レンズで構成し、入射光束径Ｅと作動距離Ｌとの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような長作動距離を有し、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差が０．０４λ以下であるものとする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光によって光情報記録媒体の記録、再生を行う光ピックアップに用いられ、光源からの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光磁気ディスクやＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＣＤ（コンパクトディスク）などの光情報記録媒体に特定波長のレーザー光を用いて記録する場合、その記録密度を増大させるためにはレーザー光のビームスポット径ｄを小さくすることが必要である。ビームスポット径ｄとレーザー光の波長λ、対物レンズの開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）との間には、ｄ∝λ／ＮＡの関係があり、波長の短いレーザーを用いる、または、ＮＡの大きなレンズを使用することでビームスポット径ｄが小さくなり、記録密度は増大する。
【０００３】
従来、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなどの光情報記録媒体に記録再生を行う光ピックアップでは、ＣＤなどには波長λ＝７８０ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．４〜０．４５程度の対物レンズを使用し、ＤＶＤなどのより高記録密度であるものには波長λ＝６５０ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．６５程度の対物レンズを使用している。さらに最近は、より高記録密度が要求され、波長λ＝４０５ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．８５程度の対物レンズが使用されようとしている。
【０００４】
上記のような光ピックアップにおいて、対物レンズの材料にはガラスと樹脂とが一般的に用いられている。しかし、従来の樹脂レンズは屈折率が低く、高いものでもｄ線に対する屈折率ｎｄはｎｄ≒１．７程度と低い。したがって、高記録密度のために波長４０５ｎｍの青色レーザーを使用する光ピックアップ、すなわち青色レーザーピックアップに好適な、外径５ｍｍφ以下の小型でＮＡが０．８５を有する単レンズを得ようとすると、対物レンズと光情報記録媒体との間の作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を大きくとることができない。
【０００５】
光ピックアップでは、出射したレーザー光のビームスポットが光情報記録媒体の情報記録面上で所定の合焦状態となるように、アクチュエータなどにより対物レンズを光軸方向に駆動するフォーカシング制御が行われる。上記作動距離が小さい場合は、光情報記録媒体が高速回転する際のぶれなどに対してフォーカシング制御を行う際に、対物レンズと光情報記録媒体とが接触する可能性が増大してしまう。
【０００６】
もし仮に、青色レーザーピックアップ用の対物レンズを前述の樹脂のような低屈折率の材料で実現できたとしても、少なくとも一方の面の曲率が非常に大きく、製作困難なレンズ形状となってしまい、良好な波面収差やスポット性能を得られる単レンズとして実現することは非常に困難となる。したがって、対物レンズの作動距離を長くするためには、高屈折率の光学硝子材料を用いることが望ましい。
【０００７】
また、波長４０５ｎｍの青色レーザーを使用する光情報記録媒体（以下、青色レーザー記録媒体と称する）として規格化されつつある次世代ＤＶＤのカバー樹脂厚、すなわち光透過保護層厚は０．１ｍｍと薄いのに対し、前述の波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤの情報記録面までの光透過保護層厚は０．６ｍｍ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの情報記録面までの光透過保護層厚は１．２ｍｍもの厚さがある。したがって、これらの異なる規格の光情報記録媒体についても記録再生可能な互換性を有する光ピックアップを実現するためにも、できるだけ長い作動距離を有する対物レンズが望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような青色レーザーピックアップの光源に使用される波長４０５ｎｍを中心としたレーザー光を発生するレーザーダイオードは、レーザー光の出力や温度状態などの使用状態の変動に対して発振波長の波長変動が大きく、現状では４０５ｎｍ±１５ｎｍ程度、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の波長変動が見込まれている。このため、青色レーザーピックアップ用の対物レンズに使用する光学硝子材料としては、レーザーダイオードの発振波長変動に対して屈折率変動の少ない低分散の硝子材料が望ましい。例えば、レーザーダイオードにおける３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長変動に対して全範囲において実用可能な光学性能を有し、かつ、小型で長作動距離を有する青色レーザーピックアップ用対物レンズを１つの単レンズで実現する場合を考える。この場合、光学硝子材料の屈折率としては少なくとも１．８０以上、好ましくは１．８５以上が必要とされる。また、光学硝子材料の低分散特性の指標となるアッベ数は７０以上が必要である。
【０００９】
しかしながら、従来の光学硝子材料では、屈折率は高くても１．８０程度であり、アッベ数は大きくても４５程度のものが限界であり、前述のような高屈折率かつ低分散の光学硝子材料を得ることは非常に困難である。このような従来の光学硝子材料を用いた単レンズによって青色レーザーピックアップ用の対物レンズを製作した場合、波長範囲が４０５ｎｍ±５ｎｍ程度、すなわち４００ｎｍ〜４１０ｎｍ程度の１０ｎｍ幅の波長変動に対して実用可能なレンズとすることは可能である。しかし、レーザーダイオードの発振波長変動がそれ以上大きい場合、例えば前述した３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の３０ｎｍ幅の波長変動に対しては、光学性能が許容範囲を大きく逸脱してしまうことがあった。
【００１０】
このように従来では、青色レーザーピックアップに使用される対物レンズを製作する場合、レーザーダイオードの発振波長４０５ｎｍを中心として±１５ｎｍ程度の波長変動に対して、安定した光学性能、すなわちほぼ回折限界性能である実用可能な光学性能を有し、かつ、小型で長作動距離を有する対物レンズを得ることは困難であった。
【００１１】
上記レーザーダイオードの発振波長変動に対する光学性能を満たす手段としては、対物レンズを１つのレンズではなく、別々に製作した２つのレンズを組み合わせることが考えられる。しかしこの場合、２つのレンズを高精度に製作し、かつ、これら２つのレンズを鏡筒等のホルダに組み込み、高精度に組立調整を行って対物レンズセットとする必要がある。このため、レンズやホルダの製作費や組立調整費などが高くなり、また、対物レンズが大型化し重くなってしまう問題点があった。
【００１２】
特開２０００−９０４７７号公報には、プラスチックまたは硝子材料からなる集光レンズと、この集光レンズに密着した紫外線硬化樹脂材料からなる密着レンズとにより構成される複合レンズを対物レンズとして用いた光ピックアップが開示されている。この従来例によれば、波長６５０ｎｍ程度の赤色レーザー光と波長４３０ｎｍ程度の青色レーザー光との２つの波長のレーザー光に対して色収差を補償することが可能である。しかしながら、上記公報の従来例は、２つの波長のレーザー光における色収差を補償可能にするものではあるが、レーザーダイオードの発振波長変動に対応したものではなく、レーザーダイオードの発振波長の全範囲において実用可能な光学性能を得ることは困難であることが予想される。
【００１３】
さらに、従来の高屈折率硝子材料は鉛を含むものが多く、今後の環境問題への影響を考慮すると使用に適しているものとは言えない。また、鉛を含有した高屈折率硝子材料は分散特性が低いものが多く、少しでも低分散のものが望まれる青色レーザーピックアップ用の対物レンズの材料としてはあまり好ましくない。一方、鉛を含まない高屈折率かつ高透過率の硝子材料としては、使用波長域の４０５ｎｍでの屈折率が１．８０未満のものが多く、これらの硝子材料で前述のような小型で長作動距離の対物レンズを得ることは非常に困難であった。また、仮に実現できたとしても、高屈折率硝子材料は硝子転移温度が高くなる傾向があるため、成形用金型の寿命が短くなり、プレス成形でのコストが高くなってしまう問題点があった。
【００１４】
以上のように、従来では、発振波長が４０５ｎｍのレーザーダイオードの発振波長変動に対応するために、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、ほぼ回折限界性能である高い光学性能と長作動距離とを有し、かつ、波長４０５ｎｍのレーザー光に対して高屈折率、高透過率であり、さらに低ガラス転移温度、鉛非含有を同時に満足する光学硝子を用い、小型で単体レンズのように実用可能な光ピックアップ用対物レンズを実現することは困難であった。
【００１５】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、小型で長作動距離を有するとともに、波長４０５ｎｍ付近のレーザー光に対して、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において高い光学性能を有する光ピックアップ用の対物レンズの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録または再生を行う光学系に用いる対物レンズであって、前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０〜０．８７で、かつ、外径が１．０ｍｍφ〜５．０ｍｍφのレンズであり、また、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差が０．０４λ以下であり、この対物レンズは光学硝子材料からなる硝子レンズと樹脂材料からなる樹脂レンズとが単体レンズのように複合化されて一体化されており、前記光学硝子材料の３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長に対する屈折率が１．８５〜２．２０、前記樹脂材料の３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長に対する屈折率が１．２０〜１．７０であり、この対物レンズへの光源からの入射光束径をＥ、前記対物レンズと前記光情報記録媒体との間の作動距離をＬとしたとき、ＬとＥの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような作動距離を有することを特徴とする対物レンズを提供する。
【００１７】
前記光情報記録媒体側の開口数は、０．８０〜０．８７が好ましいが、０．８３〜０．８７がより好ましい。また、前記光学硝子材料の屈折率は、１．８５〜２．２０が好ましいが、より好ましくは１．９０〜２．２０、特に好ましくは２．００〜２．２０とする。また、前記樹脂材料の屈折率は、１．２０〜１．７０が好ましいが、より好ましくは１．２０〜１．４０、特に好ましくは１．２０〜１．３０とする。
【００１８】
また、前記樹脂レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、前記硝子レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとしたとき、前記硝子レンズが光情報記録媒体側に配置される場合、ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０、前記樹脂レンズが光情報記録媒体側に配置される場合、ＧＩ＞ＰＯ＞ＧＯ＝ＰＩ＞０の関係を満足することを特徴とする上記対物レンズを提供する。
【００１９】
また、前記対物レンズは、前記硝子レンズと前記樹脂レンズの少なくとも一方のレンズ面が非球面であり、前記硝子レンズと前記樹脂レンズとが接触する界面の形状がほぼ同一形状であるレンズ面形状を有することが好ましい。また、前記対物レンズは、外径が４．５ｍｍφ以下で、かつ、前記入射光束径すなわち光源側の有効径が３．６ｍｍφ以下とするのが好ましい。
【００２０】
また、前記光学硝子材料は、鉛を含まないものとするのが好ましい。また、前記光学硝子材料の硝子転移温度が５００℃以下とするのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図である。
【００２２】
本発明に係る対物レンズは、波長４０５ｎｍ付近、すなわち３８５ｎｍ〜４２５ｎｍのレーザー光であるいわゆる青色レーザー光を使用して光情報記録媒体の記録層に対し書き込み、読み出しを行う光ピックアップ、すなわち青色レーザーピックアップなどに用いられるレンズである。この青色レーザーピックアップの光源としては、発振波長が４０５ｎｍ程度であり、この４０５ｎｍを中心として±１５ｎｍ程度、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長変動を有するレーザーダイオードなどのレーザー光源を使用する。
【００２３】
図１に示す本実施形態の対物レンズ１は、光学硝子材料からなる硝子レンズ１ａと樹脂材料からなる樹脂レンズ１ｂとを単体レンズのように複合一体化したものである。この対物レンズ１は、コリメータレンズ２によって平行光とされた図示しない光源からのレーザー光を集光し、光情報記録媒体３の情報記録面４上にビームスポットを形成する。すなわち、本実施形態の対物レンズ１は、無限遠方からの平行光を集光する無限系のレンズにより構成される。
【００２４】
本実施形態の対物レンズ１が青色レーザーピックアップに用いられる場合、レンズによって収斂される光束の開口数ＮＡは、青色レーザー記録媒体として規格化された次世代ＤＶＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ：青色ＤＶＤともいう）に対応するには規格により約０．８５であることが必要とされる。青色ＤＶＤは、記録容量が２３．３ＧＢ（ギガバイト）、２５ＧＢまたは２７ＧＢの直径１２０ｍｍのディスクであり、使用するレーザー光の波長：４０５ｎｍ、レンズの開口数：０．８５、ディスク厚：１．２ｍｍ、ディスクの光透過保護層厚：０．１ｍｍと規格により策定されている。また、記録方式は相変化記録、トラック方式はグルーブ記録であり、記録容量２７ＧＢのディスクで最小マーク長：０．１４μｍ、トラックピッチ：０．３２μｍとなっている。
【００２５】
また、高速回転する光情報記録媒体のぶれなどに合わせて高速で媒体上の記録情報を正確に読み取ったり、逆に書き込んだりするために、対物レンズを搭載する光ピックアップには、アクチュエータなどで対物レンズを高速に駆動してフォーカシング制御やトラッキング制御などを行うサーボ機構が設けられる。この場合、フォーカシング制御では対物レンズ１を光軸５に平行な方向に、トラッキング制御では対物レンズ１を光軸５と直交する方向にそれぞれ駆動する。その際に、光情報記録媒体と対物レンズの間の間隔、すなわち作動距離が小さいと、対物レンズ１が光情報記録媒体３に接触してしまい、対物レンズ１または光情報記録媒体３の表面が傷ついて記録再生機能が大きく損なわれる可能性がある。このため、対物レンズ１と光情報記録媒体３との間の間隔、すなわち作動距離は大きい程好ましい。
【００２６】
しかし、作動距離を単純に大きくしようとすると、レンズの外径サイズが大きくなり、かつ、レンズの重量も重くなるので、サーボ機構にかかる負担が増大する。一般に、対物レンズの外径サイズとしては、波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤ用光ピックアップ、波長７８０ｎｍのレーザー光を用いるＣＤ用光ピックアップのいずれにおいても、レンズ固定用の周辺ツバ部６を含めても約５ｍｍφ以下、レンズ面としては約４ｍｍφ以下のものが望ましい。青色ＤＶＤ用の光ピックアップの対物レンズでも同様である。
【００２７】
さらに、前述したように青色ＤＶＤの光透過保護層厚は０．１ｍｍと薄いのに対し、波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤの情報記録面までの光透過保護層厚は０．６ｍｍ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの情報記録面までの光透過保護層厚は１．２ｍｍもの厚さがある。したがって、これらの異なる規格の光情報記録媒体についても記録再生可能な互換性を持つように長い作動距離を有する対物レンズを実現するためには、屈折率が高い光学硝子を用いた方が実現性が高くなる。
【００２８】
しかし、波長４０５ｎｍ付近の屈折率が１．８０未満の光学硝子を用いた場合では、外径５．０ｍｍφ、ＮＡ＝０．８５の対物レンズで、入射光束径を３．９ｍｍφとかなり大きくしても、作動距離は長くても０．６ｍｍ程度である。この場合、対物レンズに入射する光束径をＥ、対物レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたとき、Ｌ／Ｅの値は１／６．５であり、この比が１／６以上の長作動距離を得ることはかなり難しい。また、仮に長作動距離が得られたとしても、レンズにおける入射側（光源側）の非球面の曲率が射出側（光情報記録媒体側）の非球面の曲率よりもかなり大きくなるため、レンズの周辺ツバ部の厚さが薄くなり、高精度に製作することが難しいレンズ形状となってしまう。
【００２９】
また、上記従来の技術で述べたように、青色レーザーピックアップの光源に使用される発振波長が４０５ｎｍのレーザーダイオードは、現状では４０５ｎｍ±１５ｎｍ程度、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の波長変動が生じることがある。このため、青色レーザーピックアップ用の対物レンズに使用する光学硝子材料としては、レーザー光の波長変動に対して屈折率変動の少ない低分散の硝子材料が望ましい。例えば、上記レーザーダイオードの発振波長変動に対して全範囲で実用可能な光学性能を有し、かつ、小型で長作動距離を有する青色レーザーピックアップ用対物レンズを１つの単レンズで実現するためには、光学硝子材料の屈折率としては少なくとも１．８０以上、好ましくは１．８５以上が必要である。また、光学硝子材料の低分散特性の指標となるアッベ数は７０以上が必要である。しかし、現在のところ上記屈折率とアッベ数の両方の特性を満たす光学硝子材料は得られていない。
【００３０】
そこで、本実施形態では、対物レンズ１を光学硝子材料からなる硝子レンズ１ａと樹脂材料からなる樹脂レンズ１ｂとを合わせて一体化した複合レンズにより構成する。これにより、外径が１．０ｍｍφ以上、５．０ｍｍφ以下の小型で、ＮＡ＝０．８５という高ＮＡを有し、さらに４０５ｎｍ±１５ｎｍの波長変動を有するレーザー光源を用いた光ピックアップ用として実用可能な対物レンズを実現する。レンズの外径が１．０ｍｍφ以上であると、ＮＡが大きい対物レンズを製作することが容易である。本実施形態の対物レンズ１は、非球面を有する硝子レンズ１ａの一方のレンズ面に、比較的薄く屈折力の小さい樹脂レンズ１ｂを密着形成することにより、単レンズと同等の取り扱いを可能とし、かつ、レーザーダイオードの発振波長変動に対する光学性能の劣化を抑えた良好な光学性能を有するレンズとしたものである。
【００３１】
ここで、樹脂レンズ１ｂの入射側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、射出側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、硝子レンズ１ａの入射側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、射出側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとしたとき、硝子レンズ１ａが光情報記録媒体側に配置される場合、
ＰＯ ＝ ＧＩ ＞ ＰＩ ＞ ＧＯ ＞ ０ …（１）
樹脂レンズ１ｂが光情報記録媒体側に配置される場合、
ＧＩ ＞ ＰＯ ＞ ＧＯ ＝ ＰＩ ＞ ０ …（２）
これらの式を満足するように対物レンズ１を製作する。これにより、２種の光学材料を用いたレンズを一体化することができ、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲に対して実用可能な光学性能を実現しながら、小型で長作動距離を有し、単レンズのように取り扱うことができる青色レーザーピックアップ用対物レンズを得ることができる。
【００３２】
（１）式において、ＰＯ＝ＧＩでない場合、または、（２）式において、ＧＯ＝ＰＩでない場合、樹脂レンズ１ｂと硝子レンズ１ａとの界面の一部あるいは全面に隙間ができてしまい、２つのレンズの界面を埋める光学材料がさらに必要になる。この場合、レンズ構造が複雑化して光学性能が低下したり、製作コストが上昇する。また、（１）式あるいは（２）式を満足しない場合、またはＰＯ、ＰＩ、ＧＩ、ＧＯのいずれか、あるいはいずれも負である場合、小型化、高ＮＡ化、長作動距離のいずれかが実現困難になる。
【００３３】
この複合一体化した対物レンズ１に用いる光学材料としては、硝子レンズ１ａの材料は、小型でも長作動距離を得るために、外径が５．０ｍｍφ以下のレンズの場合、波長４０５ｎｍ付近での屈折率が１．８５〜２．２０の光学硝子材料が好ましい。一方、樹脂レンズ１ｂの材料としては、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲で高透過率を有し、かつ硝子と密着性がある樹脂材料が好ましい。また、前記樹脂材料の屈折率は、硝子レンズ１ａに使用する光学硝子材料の屈折率によっても適切な屈折率は異なるが、硝子レンズ１ａおよび樹脂レンズ１ｂの非球面形状設計の最適化によって、屈折率が１．２０〜１．７０のものであれば使用可能である。すなわち、樹脂レンズ１ｂに用いる樹脂材料としては、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、オレフィン系樹脂、サイトップ樹脂などのような波長４０５ｎｍ付近の光を透過する光学用樹脂であれば何でも良い。しかし、上記樹脂の中でも、低分散性、高透過率、耐光性、耐水性などの良好な材料であるほうが望ましい。このように構成することにより、例えば外径５．０ｍｍφ、かつ入射光束径Ｅ＝３．９ｍｍφの対物レンズにおいて、作動距離Ｌとの比Ｌ／Ｅが１／６以上となり、Ｌ＝０．６５ｍｍ以上の長作動距離を得ることができる。
【００３４】
また、この硝子レンズ１ａと樹脂レンズ１ｂとを一体化した対物レンズ１の外周部は、主に硝子材料によって構成する方が光ピックアップに固定する際の強度面からも有利であり、望ましい。さらに、対物レンズの外径は前述のように小さい程望ましいため、外径は４．５ｍｍφ以下が望ましい。しかし、実際のレンズでは、レンズ固定用の周辺ツバ部とレンズ固定時に偏芯が生じても光束がカットされないレンズ面径とを確保するために、外径を４．５ｍｍφとした場合、入射光束径は３．６ｍｍφ前後と小さくなる。このように対物レンズを小径化することにより作動距離が小さくなってしまう傾向がある。したがって、外径が４．５ｍｍφ以下の青色レーザーピックアップ用対物レンズにおいて、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比Ｌ／Ｅが１／６以上の長作動距離を得るための硝子材料としては、前述した外径５．０ｍｍφの対物レンズの場合よりも屈折率が大きいもの、すなわち波長４０５ｎｍ付近での屈折率が１．９０〜２．２０の光学硝子材料が望ましい。さらにこの場合、作動距離が０．７ｍｍ以上のような長い作動距離を有し、外径が小さくかつ製作し易いレンズ面形状や周辺ツバ形状を有する対物レンズを得るには、波長４０５ｎｍ付近での屈折率が２．００〜２．２０の光学硝子材料が好ましい。
【００３５】
ここで、外径が５．０ｍｍφ以下、あるいは４．５ｍｍφ以下の対物レンズであっても、対物レンズに入射する光束のサイズを外径に近づくように大きくすれば、長作動距離を得ることは設計上では可能である。しかし、対物レンズを青色レーザーピックアップに確実に搭載固定するためには、有効径外の周辺部の大きさおよび面積を十分にとる必要がある。例えば、対物レンズの入射側の有効径としては、外径５．０ｍｍφ位のレンズでは、レンズ面の入射光束径（有効径）は３．０ｍｍφ〜４．０ｍｍφ、レンズ面径は３．２ｍｍφ〜４．２ｍｍφが望ましい。また、外径４．５ｍｍφ位のレンズでは、レンズ面の入射光束径は２．８ｍｍφ〜３．６ｍｍφ、レンズ面径は３．０ｍｍφ〜３．９ｍｍφが望ましい。
【００３６】
さらに、これより有効径を大きくし、レンズ面径を大きくして長作動距離の対物レンズを得ようとすると、レンズ固定用の周辺ツバ部の形状が小さくなり過ぎて、ピックアップに搭載固定した場合のサーボ駆動信頼性が低下することが懸念される。
【００３７】
上述したレンズのサイズの関係は、主として対物レンズの入射光束径に対する作動距離の比について述べているだけであり、作動距離が対物レンズの外径のみによって決まるものではない。例えば、前述した光透過保護層厚が０．６ｍｍの６５０ｎｍレーザー用の現行ＤＶＤや、１．２ｍｍ厚のＣＤ、ＣＤ−Ｒのような光情報記録媒体も記録再生可能とするような互換レンズではなく、光透過保護層厚が０．１ｍｍ程度の青色ＤＶＤのような薄いディスク専用の対物レンズの場合、作動距離はさほど長くなくても良い。光透過保護層厚が薄い青色ＤＶＤのみに用いる光ピックアップでは、作動距離が短くても媒体に接触する可能性が小さいので、少なくとも０．２ｍｍの作動距離があれば十分である。
【００３８】
この場合、外径が５．０ｍｍφ程度、入射光束径が４．０ｍｍφ程度の大きさであれば、低屈折率の樹脂を用いた対物レンズでも作動距離が０．２ｍｍ程度の小さいものが製作できる可能性がある。この対物レンズは、作動距離としては不十分であるが、青色ＤＶＤ専用ピックアップの対物レンズとしてのみ使用できる可能性がある。ここで、作動距離が０．２ｍｍ程度で使用可能となるならば、本実施形態の対物レンズでは、青色ＤＶＤ専用とした場合、外径は５．０ｍｍφ程度よりも、さらに小さい対物レンズを実現できる。
【００３９】
すなわち、本実施形態によれば、レンズの外径が２．０ｍｍφ程度、入射光束径が１．２ｍｍφ程度である場合、この入射光束径の１／６以上、すなわち０．２ｍｍ以上の作動距離を有し、レンズと光情報記録媒体との衝突防止に有効な青色ＤＶＤ専用の極小径の対物レンズを得ることができる。
【００４０】
以上のような、小型で長作動距離を有する青色レーザーピックアップ用の対物レンズを製作するために、屈折率の大きい硝子材料としては、従来では鉛を含有したフリント系硝子がある。しかし、一般に従来の鉛を含む硝子材料は、波長４０５ｎｍ付近の光の吸収率が大きく、透過率が低下する傾向があるため、青色レーザーピックアップ用には好適な硝子材料とは言えないものが多い。また、鉛を含む硝子材料は環境問題の点からも使用を控えることが望ましい。
【００４１】
このため、鉛を含まず、波長４０５ｎｍ付近で高屈折率かつ高透過率を有する光学硝子材料としては、ＴｅＯ２ を主成分とする硝子材料が望ましい。また、硝子プレス成形に用いるには５００℃以下の硝子転移温度が望ましいが、ＴｅＯ２ を主成分とする硝子材料は、硝子転移温度を比較的低くすることができるので、この条件を満たすことができる。
【００４２】
上記のＴｅＯ２ を主成分とする光学硝子材料を使用することにより、硝子プレス成形用の金型材料として、ＷＣのような超硬材料を用いたり、あるいは樹脂成形用の金型材料として良く使用される高速度鋼表面に無電解メッキした金型材料を用いることが可能になる。したがって、長寿命の金型あるいは安価な金型を製作して用いることで安価な対物レンズを製作することができる。
【００４３】
本実施形態の対物レンズ１の樹脂レンズ部分を製作する方法としては、使用する樹脂材料の特性によって、次のような種々の方法が考えられる。
【００４４】
例えば、樹脂レンズ１ｂの光軸付近の中心厚が比較的厚めの樹脂レンズ形状の場合、硝子レンズ１ａとは独立して射出成形法、熱硬化法、ＵＶ硬化法などの公知の成形法で樹脂レンズ１ｂの部分を形成した後、硝子レンズ１ａと樹脂レンズ１ｂとを同一形状の面で互いに向かい合わせて接着し、一体化する方法を用いることができる。しかし、この製作方法では、硝子レンズと樹脂レンズを独立に製作し組み立てることになり、製作コストが上昇するおそれがある。そこで、他の製作方法としては、先に硝子レンズ１ａをプレス成形などにより比較的高温で成形し、次にこの硝子レンズ１ａにおいて樹脂レンズを設ける側の金型を樹脂レンズ成形用の金型と交換して、樹脂材料を射出成形法あるいは熱硬化法などの成形法で成形することにより、樹脂レンズ１ｂの部分を硝子レンズ１ａのレンズ面上に成形する方法も有効である。この製作方法を用いれば、より簡便で安価に硝子レンズと樹脂レンズとを一体化したレンズが得られる。
【００４５】
また、先に半硬化状態の樹脂材料を硝子レンズ１ａのレンズ面に載せておき、設計形状にならった精密な厚さ制御を加えながら、樹脂レンズ成形用の金型を用いて樹脂レンズ１ｂの部分を押圧密着成形する方法なども有効である。また、これとは逆の方法であるが、樹脂レンズ１ｂの中心厚が比較的薄いレンズの場合、高精度鏡面加工した樹脂レンズ成形用の金型を用い、この金型上に未硬化の樹脂材料を配置または滴下しておき、この樹脂材料の上から硝子レンズの樹脂レンズ側のレンズ面を前記樹脂材料に向けて載せて所定の厚みまで押しこんだ状態で保持し、熱硬化またはＵＶ硬化させた後、一体化した硝子レンズおよび樹脂レンズを樹脂金型から離型することにより、複合一体化された対物レンズを得る方法もある。
【００４６】
また、樹脂レンズ１ｂの光軸付近の中心厚が０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍ程度、あるいはこの厚さ以下の薄い膜状のものである場合、先に成形した硝子レンズ１ａの樹脂レンズ側のレンズ面に樹脂材料を滴下、コートし、所定の形状になるまで硬化させ、堆積膜を成形することで樹脂レンズ１ｂ部分を成形する方法も考えられる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明に係る対物レンズの実施例を説明する。なお、以下の実施例において、硝子レンズと樹脂レンズとの組合せの順序は、樹脂レンズを入射側に配置し、硝子レンズを射出側に配置した例を示しているが、本発明の原理上、硝子レンズを入射側に配置し、樹脂レンズを射出側に配置しても、同様の効果が得られることは明らかである。対物レンズを光ピックアップに搭載した状態での耐候性を考慮すると、射出側に硝子レンズを配置し、光ピックアップの光情報記録媒体側、すなわち外面側に硝子レンズが位置するようにした方が汚れや傷などが付き難くなり、実用上好ましい。
【００４８】
「例１（実施例）」
本発明に係る対物レンズの実施例として、例１の対物レンズの設計形状値を表１〜表３に示し、図１には例１の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００４９】
例１は、硝子レンズ１ａの硝子材料として、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする高屈折率の光学硝子材料を用い、樹脂レンズ１ｂの樹脂材料として、従来から光学材料として使用されているＰＭＭＡを使用した複合レンズの例である。
【００５０】
表１において、面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズ１における樹脂レンズ１ｂのレンズ面である。すなわち、図１において、第１面は樹脂レンズ１ｂの入射側の非球面１１、第２面は樹脂レンズ１ｂの硝子レンズ１ａとの界面の非球面１２に相当する。また、面番号３，４で表される第３面および第４面は、対物レンズ１における硝子レンズ１ａのレンズ面である。すなわち、図１において、第３面は硝子レンズ１ａの樹脂レンズ１ｂとの界面の非球面１３、第４面は硝子レンズ１ａの射出側の非球面１４に相当する。
【００５１】
なお、以下の表において、面間隔は次の面との間の距離、屈折率は波長４０５ｎｍにおける光源と反対側の媒質に対する屈折率をそれぞれ表している。ここで、樹脂レンズと硝子レンズとを接合した界面に相当する第２面と第３面は、同一形状のため曲率半径が同一となっており、これらの第２面と第３面の間、すなわち樹脂レンズと硝子レンズとの間の厚さは０．０で、第２面から第３面に対する屈折率は便宜上１．０としている。ただし、樹脂レンズと硝子レンズとを接着剤を用いて接合して一体化させた場合、樹脂レンズと硝子レンズとの界面において接着剤の厚さと屈折率を考慮した設計とする必要がある。
【００５２】
【表１】
【００５３】
上記第１面〜第４面は、下記の（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。
【００５４】
但し、ｈは第ｎ面の光軸上の頂点から光軸と垂直方向の距離（単位ｍｍ）、Ｒｎは表１の第ｎ面の曲率半径、ｋｎは同じく表１の第ｎ面の円錐定数、Ａｎｉは表１の第ｎ面のｉ＝１〜８項までの非球面係数である。Ｚｎは、以上のｈ、Ｒｎ、ｋｎ、Ａｎｉによって決まる第ｎ面の頂点の法線平面からの距離（単位ｍｍ）であり、このＺｎの値で決まる曲線が第ｎ面の非球面断面形状を与える。例１におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表２および表３に示す。なお、以下の表において、「Ｅ−０１」〜「Ｅ−０６」はそれぞれ１０−１〜１０−６を表す。
【００５５】
【表２】
【００５６】
【表３】
【００５７】
ここで、Ａｎ１＝０の場合、各レンズ面の頂点近傍の曲率Ｃｎは、Ｒｎの逆数にほぼ等しくなるため、
Ｃｎ ＝ １／Ｒｎ …（４）
とする。一方、Ａｎ１が０でない場合、各レンズ面の頂点付近の頂点付近の曲率Ｃｎは、
Ｃｎ ＝ １／Ｒｎ＋２・Ａｎ１ …（５）
とする必要がある。これは以下の他の実施例においても同様である。
【００５８】
さらに、例１の対物レンズの設計性能として、波長λ＝４０５±１５ｎｍ、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図２に示す。図２は、対物レンズ１に対して光軸に平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射し、この入射光束の波長を３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲で変化させたときの波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）の値を示したものである。この図２から明らかなように、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差のＲＭＳは０．０２λ以下であり、レンズの収差としては回折限界程度以上、すなわち、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能を有していることがわかる。したがって、例１の対物レンズによれば、青色レーザーピックアップに十分使用可能である良好な光学性能が得られる。
【００５９】
例１では、対物レンズ１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。ここで、周辺ツバ部６は硝子レンズ１ａ側に設けるため、第１面に相当する樹脂レンズ１ｂの非球面の外径は、レンズ面径だけで良い。よって、第１面における樹脂レンズ１ｂの外径（レンズ面径）Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．７ｍｍφとしてある。
【００６０】
また、樹脂レンズ１ｂの硝子レンズ面側の第２面の有効径と、硝子レンズ１ａの樹脂レンズ面側の第３面の有効径は共に３．５ｍｍφである。これに対し、硝子レンズ１ａの樹脂レンズ面側の第３面におけるレンズ面径は、製作時に樹脂レンズ１ｂと容易に一体化できるように、第１面と同じレンズ面径Ｄ２＝３．７ｍｍφと大きくしてある。また、硝子レンズ１ａと樹脂レンズ１ｂとの界面の第３面において、レンズ面径Ｄ２＝３．７ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部６を形成する平面部７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００６１】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第４面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．７ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は３．０ｍｍφと大きくしてある。この第４面と第５面の面間隔０．２１１８ｍｍが第４面のレンズの凹面の深さを示し、第５面はこの第４面のレンズ面外側の平面部８を示している。この第５面は、第３面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第３面の平面部７と第５面の平面部８との光軸５方向の間隔が対物レンズ１の周辺ツバ部６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例１では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．７４ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【００６２】
第６面と第７面が光情報記録媒体面を示し、第６面が光情報記録媒体３の媒体表面９であり、第７面に密着して記録層が設けられて情報記録面４を形成している。また、第６面と第７面との間隔が光透過保護層厚であり、０．１ｍｍとなっている。図示しない光源からのレーザー光はこの対物レンズ１によって情報記録面４に良好なスポット像として集光される。ここで、レンズ側の第５面の平面部８と光情報記録媒体側の第６面の媒体表面９との距離が作動距離Ｌを示し、例１ではＬ＝０．７９５７ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．７９５７／３．６０≒１／４．５２４となり、従来に類を見ないかなり長い作動距離が得られることを示している。
【００６３】
また、樹脂レンズ１ｂにおける入射側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、射出側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、硝子レンズ１ａにおける入射側の第３面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、射出側の第４面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとすると、
ＰＩ＝１／１．９７９０３５＝０．５０５２９６７７３＞０、
ＰＯ＝１／１．６４９９８７＝０．６０６０６５３８１＞０、
ＧＩ＝１／１．６４９９８７＝０．６０６０６５３８１＞０、
ＧＯ＝１／３．３３６５１８＝０．２９９７１３６５３＞０
である。これから、
ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０
となる。例１の場合、硝子レンズ１ａが光情報記録媒体側に配置されているので、ＰＩ，ＰＯ，ＧＩ，ＧＯは前述の（１）式を満足する良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【００６４】
青色レーザーピックアップ用のレンズは、ＮＡ＝０．８５という高開口数の対物レンズであるため、入射側のレンズ面曲率が大きくなり、加工しにくい形状になる傾向がある。しかし例１では、入射側のレンズ中心頂点の接線１５とレンズ非球面の接線１６とのなす傾斜角θの最大値は、レンズ周辺部で５１．６°である。ここで、各レンズ面のレンズ中心頂点の接線に対してレンズ面の接線のなす角度の最大値は、第１面では前記θ＝５１．６°、第２面と第３面では５０．２°、第４面では１３．０°であり、非球面金型加工においてもさほど製作困難ではない非球面形状となっている。
【００６５】
また、例１において硝子レンズ１ａに用いた硝子材料は、鉛を含まず、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする光学硝子材料である。この光学硝子材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は２．１６３７７と非常に高いが、内部透過率は約９２％であり、青色ＤＶＤ用のピックアップに用いる対物レンズとしては十分使用可能である。また、例１で用いた硝子材料の硝子転移温度は約３００℃〜３５０℃と低いため、硝子レンズをプレス成形により成形する場合は長寿命の金型あるいは安価な金型を用いて製作コストを削減できる。
【００６６】
一方、例１において樹脂レンズ１ｂに用いた樹脂材料は、光学用樹脂として一般的に用いられているＰＭＭＡ樹脂であり、この樹脂材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．５０６５５であり、レンズ中心部の厚さは０．１ｍｍとしている。なお、樹脂レンズ１ｂの厚さは、０．０１ｍｍ程度の薄肉のものや０．５ｍｍ以上の厚肉のものであっても、硝子レンズ１ａの硝子材料との組み合わせにおける最適化設計を行うことによって種々の厚さを実現可能である。
【００６７】
例１で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λ、すなわち０．０４λ以下であり、十分実用可能な高い光学性能を示した。また、作動距離は０．８ｍｍ前後と十分長い作動距離が得られた。
【００６８】
「例２（比較例）」
本発明に対する比較例として、例２の対物レンズの設計形状値を表４および表５に示し、図３には例２の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００６９】
例２は、青色レーザーピックアップ用対物レンズとして、複合レンズではなく、１種の硝子材料からなる単レンズによる設計例である。この例２において用いる硝子材料は、従来の硝子材料の中でも鉛を含まない高屈折率硝子材料で、かつ本発明における硝子材料の屈折率よりやや低い屈折率を持つものである。対物レンズ５１は、無限系の単レンズであり、コリメータレンズ５２によって平行光とされた図示しない光源からのレーザー光を集光し、光情報記録媒体５３の情報記録面５４上にビームスポットを形成するよう構成される。
【００７０】
表４において、面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズの入射側と出射側の面である。すなわち、図３において、対物レンズ５１の入射側の非球面６１と射出側の非球面６２に相当する。
【００７１】
【表４】
【００７２】
上記第１面および第２面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例２におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表５に示す。
【００７３】
【表５】
【００７４】
例２では、対物レンズ５１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。これに対し、レンズ面径Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．９ｍｍφとやや大きくしてある。また、第１面においてレンズ面径Ｄ２＝３．９ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部５６を形成する平面部５７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００７５】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第２面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．５ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は２．７ｍｍφと大きくしてある。この第２面と第３面の面間隔０．１６８７ｍｍが第２面のレンズの凹面の深さを示し、第３面はこの第２面のレンズ面外側の平面部５８を示している。この第３面は、第１面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第１面の平面部５７と第３面の平面部５８との光軸５５方向の間隔が対物レンズ５１の周辺ツバ部５６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例２では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．４５ｍｍと薄いが、実用的にはほぼ十分な厚さを有している。
【００７６】
第４面と第５面は光情報記録媒体面を示す。図示しない光源からのレーザー光はこの対物レンズ５１によって情報記録面５４にスポット像として集光される。ここで、レンズ側の第３面の平面部５８と光情報記録媒体５３側の第４面の媒体表面５９との距離が作動距離Ｌを示し、例２ではＬ＝０．６９１６ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．６９１６／３．６０≒１／５．２０５、すなわち、１／６以上であり、長い作動距離が得られることを示している。
【００７７】
また、例２の対物レンズの設計性能として、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図４に示す。図４は、図２の例１の場合と同様に、光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差のＲＭＳの値を示したものである。この図４より、レンズの波面収差は、波長λ＝４０５ｎｍ付近では０．００２λと良好であるが、この４０５ｎｍを中心として波長が変化した場合は波面収差が急激に増大する傾向を有していることがわかる。すなわち、波長４０５ｎｍ±５〜６ｎｍ程度の波長変化に対しては使用可能光学性能の目安である波面収差０．０４λ以下となるが、それより外側の波長３９０ｎｍ〜３９９ｎｍ、または、波長４１１ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の入射光束に対しては０．０４λを大きく越えてしまう。したがって、例２のような単レンズでは、青色レーザーピックアップに使用するレーザー光源が、ロットばらつきや使用状態、環境変化などによって発振波長が変動する場合、対物レンズの光学性能が変動し、４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲を越えた波長変動に対しては、対物レンズとして使用することは不可能となる。
【００７８】
また、例２の対物レンズに用いた硝子材料は、鉛を含まない光学硝子材料であり、この硝子材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．８４４５２と高いものである。この硝子材料の屈折率は、上記例１で用いた光学硝子材料よりは低いが、光学硝子材料の中ではかなり高いものである。一方、例２の硝子材料の内部透過率は、厚さ１０ｍｍの平板でも約９４％と高い透過率を示し、青色ＤＶＤ用のピックアップに用いる対物レンズとしては十分な透過率を有している。しかし、例２の対物レンズの入射側の非球面形状は、周辺に行くにつれて非常に傾斜が大きくなり、レンズ面径３．９ｍｍφ付近の周辺部では、入射側のレンズ中心頂点の接線６３とレンズ非球面の接線６４とのなす傾斜角が約７１°となる。このため、非球面金型加工に時間がかかり、加工精度向上は難しくなる。
【００７９】
さらに、この例２で用いた硝子材料は、前述の例１で用いた光学硝子材料とは異なり、硝子転移温度は約５３０℃と高い。このため、実際にレンズを成形する際には硝子転移温度より数十度高い温度で成形する必要があるので、一般には超硬材料の金型が用いられるが、硝子転移温度が高いと金型表面の粗さが劣化する程度が早く、金型の寿命が短くなる。このように、例２においては、非球面形状の加工精度低下、硝子成形温度の高さなどの問題により、レンズ成形歩留まりが悪くなる。
【００８０】
例２で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、作動距離は０．７ｍｍ前後と長い作動距離が得られ、波長４０５ｎｍ付近の光学性能は、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λと十分実用可能な光学性能が得られた。しかし、４００ｎｍより短い波長か、または、４１０ｎｍより長い波長に対しては、波面収差のＲＭＳは使用可能な目安である０．０４λを大きく越えてしまい、４０５ｎｍを中心波長として±５ｎｍ以上の波長変動に対しては実用不可能な光学特性となった。
【００８１】
「例３（実施例）」
本発明に係る対物レンズの他の実施例として、例３の対物レンズの設計形状値を表６〜表８に示し、図５には例３の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００８２】
例３の対物レンズ３１は、硝子レンズ３１ａと樹脂レンズ３１ｂとを単体レンズのように合わせて一体化した複合レンズとなっている。この例３は、硝子レンズ３１ａの硝子材料として、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする高屈折率の光学硝子材料を用い、樹脂レンズ３１ｂの樹脂材料として、従来から光学材料として使用されているポリカーボネートを使用した例である。
【００８３】
上記例１の表１と同様に、表６における面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズ３１における樹脂レンズ３１ｂのレンズ面である。また、面番号３，４で表される第３面および第４面は、対物レンズ３１における硝子レンズ３１ａのレンズ面である。
【００８４】
【表６】
【００８５】
上記第１面〜第４面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例３におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表７および表８に示す。
【００８６】
【表７】
【００８７】
【表８】
【００８８】
さらに、例３の対物レンズの設計性能として、波長λ＝４０５±１５ｎｍ、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図６に示す。図６は、図２の例１の場合と同様に、光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差のＲＭＳの値を示したものである。この図６より、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差のＲＭＳは０．０２λ以下であり、レンズの収差としては回折限界程度以上、すなわち、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能を有していることがわかる。したがって、例３の対物レンズによれば、青色レーザーピックアップに十分使用可能である良好な光学性能が得られる。
【００８９】
例３では、対物レンズ３１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。ここで、例１と同様、周辺ツバ部６は硝子レンズ３１ａ側に設けるため、第１面に相当する樹脂レンズ３１ｂの非球面の外径は、レンズ面径だけで良い。よって、第１面における樹脂レンズ３１ｂの外径（レンズ面径）Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．８ｍｍφとしてある。
【００９０】
また、樹脂レンズ３１ｂの硝子レンズ面側の第２面の有効径と、硝子レンズ３１ａの樹脂レンズ面側の第３面の有効径は共に３．１ｍｍφである。これに対し、硝子レンズ３１ａの樹脂レンズ面側の第３面におけるレンズ面径は、余裕を見て３．３ｍｍφとしてある。また、硝子レンズ３１ａと樹脂レンズ３１ｂとの界面の第３面において、第３面のレンズ面径３．３ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部６を形成する平面部７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００９１】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第４面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．４ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は２．６ｍｍφと大きくしてある。この第４面と第５面の面間隔０．２２３３ｍｍが第４面のレンズの凹面の深さを示し、第５面はこの第４面のレンズ面外側の平面部８を示している。この第５面は、第３面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第３面の平面部７と第５面の平面部８との光軸５方向の間隔が対物レンズ３１の周辺ツバ部６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例３では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．５３ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【００９２】
第６面と第７面は上記例１と同様に光情報記録媒体面を示す。この例３では、作動距離ＬはＬ＝０．６７２１ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．６７２１／３．６０≒１／５．３５６、すなわち、１／６以上であり、長い作動距離が得られることを示している。
【００９３】
また、第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、第３面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、第４面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとすると、
ＰＩ＝１／２．０２４２３０＝０．４９４０１５００８＞０、
ＰＯ＝１／１．３８９０４９＝０．７１９９１７００７＞０、
ＧＩ＝１／１．３８９０４９＝０．７１９９１７００７＞０、
ＧＯ＝１／２．７０３３０６＝０．３６９９１７４２７＞０
である。これから、
ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０
となる。例３の場合、硝子レンズ３１ａが光情報記録媒体側に配置されているので、ＰＩ，ＰＯ，ＧＩ，ＧＯは前述の（１）式を満足する良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【００９４】
さらに、例３では、入射側のレンズ中心頂点の接線１５とレンズ非球面の接線１６とのなす傾斜角θの最大値は、レンズ周辺部で４９．９°である。ここで、各レンズ面のレンズ中心頂点の接線に対してレンズ面の接線のなす角度の最大値は、第１面では前記θ＝４９．９°、第２面と第３面では５８．０°、第４面では１９．２°であり、非球面金型加工においてもさほど製作困難ではない非球面形状となっている。
【００９５】
また、例３において硝子レンズ３１ａに用いた硝子材料は、例１と同じ光学硝子材料を使用している。一方、例３において樹脂レンズ３１ｂに用いた樹脂材料は、光学用樹脂として一般的に用いられているポリカーボネート樹脂であり、この樹脂材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．６２２３１であり、レンズ中心部の厚さは０．５ｍｍとしている。なお、樹脂レンズ３１ｂの厚さは、例１と同様、０．０１ｍｍ程度の薄肉のものや０．５ｍｍ以上の厚肉のものであっても、硝子レンズ３１ａの硝子材料との組み合わせにおける最適化設計を行うことによって種々の厚さを実現可能である。
【００９６】
例３で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λ、すなわち０．０４λ以下であり、十分実用可能な高い光学性能を示した。また、作動距離は０．６７ｍｍ前後と十分長い作動距離が得られた。
【００９７】
「例４（実施例）」
本発明に係る対物レンズの他の実施例として、例４の対物レンズの設計形状値を表９〜表１１に示し、図７には例４の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００９８】
この例４の対物レンズ４１は、硝子レンズ４１ａと樹脂レンズ４１ｂとを単体レンズのように合わせて一体化した複合レンズとなっている。この例４は、硝子レンズ４１ａの硝子材料として、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする高屈折率の光学硝子材料を用い、樹脂レンズ４１ｂの樹脂材料として、波長４０５ｎｍ付近の透過率が高く、波長変動に対して屈折率変動の少ない低分散性を有し、かつ、低屈折率の光学材料であるサイトップ樹脂を使用した複合レンズの例である。
【００９９】
上記例１の表１と同様に、表９における面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズ４１における樹脂レンズ４１ｂのレンズ面である。また、面番号３，４で表される第３面および第４面は、対物レンズ４１における硝子レンズ４１ａのレンズ面である。
【０１００】
【表９】
【０１０１】
上記第１面〜第４面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例４におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表１０および表１１に示す。
【０１０２】
【表１０】
【０１０３】
【表１１】
【０１０４】
さらに、例４の対物レンズの設計性能として、波長λ＝４０５±１５ｎｍ、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図８に示す。図８は、図２の例１の場合と同様に、光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差のＲＭＳの値を示したものである。この図８より、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差のＲＭＳは０．０２λ以下であり、レンズの収差としては回折限界程度以上、すなわち、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能を有していることがわかる。したがって、例４の対物レンズによれば、青色レーザーピックアップに十分使用可能である良好な光学性能が得られる。
【０１０５】
例４では、対物レンズ４１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。ここで、例１と同様、周辺ツバ部６は硝子レンズ４１ａ側に設けるため、第１面に相当する樹脂レンズ４１ｂの非球面の外径は、レンズ面径だけで良い。よって、第１面における樹脂レンズ４１ｂの外径（レンズ面径）Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．８ｍｍφとしてある。
【０１０６】
また、樹脂レンズ４１ｂの硝子レンズ面側の第２面の有効径と、硝子レンズ４１ａの樹脂レンズ面側の第３面の有効径は共に３．５３ｍｍφである。これに対し、硝子レンズ４１ａの樹脂レンズ面側の第３面におけるレンズ面径は、第１面と同じレンズ面径Ｄ２＝３．８ｍｍφとしてある。また、硝子レンズ４１ａと樹脂レンズ４１ｂとの界面の第３面において、第３面のレンズ面径３．８ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部６を形成する平面部７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【０１０７】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第４面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．８７ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は３．２ｍｍφと大きくしてある。この第４面と第５面の面間隔０．２５４４ｍｍが第４面のレンズの凹面の深さを示し、第５面はこの第４面のレンズ面外側の平面部８を示している。この第５面は、第３面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第３面の平面部７と第５面の平面部８との光軸５方向の間隔が対物レンズ４１の周辺ツバ部６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例４では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．６３ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【０１０８】
第６面と第７面は上記例１と同様に光情報記録媒体面を示す。この例４では、作動距離ＬはＬ＝０．８３２７ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．８３２７／３．６０≒１／４．３２３、すなわち、１／６以上であり、かなり長い作動距離が得られることを示している。
【０１０９】
また、第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、第３面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、第４面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとすると、
ＰＩ＝１／２．０８３９１８＝０．４７９８６５３３＞０、
ＰＯ＝１／１．６５７８４２＝０．６０３１９３７９＞０、
ＧＩ＝１／１．６５７８４２＝０．６０３１９３７９＞０、
ＧＯ＝１／３．３８７３７８＝０．２９５２１３５８＞０
である。これから、
ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０
となる。例４の場合、硝子レンズ４１ａが光情報記録媒体側に配置されているので、ＰＩ，ＰＯ，ＧＩ，ＧＯは前述の（１）式を満足する良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【０１１０】
さらに、例４では、入射側のレンズ中心頂点の接線１５とレンズ非球面の接線１６とのなす傾斜角θの最大値は、レンズ周辺部で５２．９°である。ここで、各レンズ面のレンズ中心頂点の接線に対してレンズ面の接線のなす角度の最大値は、第１面では前記θ＝５２．９°、第２面と第３面では５２．０°、第４面では１４．８°であり、非球面金型加工においてもさほど製作困難ではない非球面形状となっている。
【０１１１】
また、例４において硝子レンズ４１ａに用いた硝子材料は、例１と同じ光学硝子材料を使用している。一方、例４において樹脂レンズ４１ｂに用いた樹脂材料は、旭硝子株式会社製のサイトップ樹脂であり、この樹脂材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．３４７９８であり、レンズ中心部の厚さは０．０１ｍｍとしている。なお、樹脂レンズ４１ｂの厚さは、例１と同様、０．０１ｍｍ程度の薄肉のものや０．５ｍｍ以上の厚肉のものであっても、硝子レンズ４１ａの硝子材料との組み合わせにおける最適化設計を行うことによって種々の厚さを実現可能である。
【０１１２】
例４で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λ、すなわち０．０４λ以下であり、十分実用可能な高い光学性能を示した。また、作動距離は０．８３ｍｍ前後と非常に長い作動距離が得られた。
【０１１３】
上述した例１、例３および例４のような本実施例によれば、波長４０５ｎｍ付近の発振波長を有するレーザー光源を使用する青色レーザーピックアップにおいて、発振波長４０５ｎｍを中心とした±１５ｎｍ程度の波長変動を有するものに使用した場合に、この波長変動が生じる可能性のある波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能である高い光学性能を有する対物レンズを、鉛を含まない光学材料で実現できる。
【０１１４】
また、レンズの外径が５．０ｍｍφ以下で、入射光束径をＥ、レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたときにＬ／Ｅの比が１／６以上となる長作動距離を有し、小型で高開口数の青色レーザーピックアップ用対物レンズを得ることができる。また、硝子レンズと樹脂レンズとを合わせて一体化した複合レンズとしたため、単レンズと同様な取り扱いができる。さらに、硝子レンズ部分は比較的低温で成形でき、成形が容易であるため、対物レンズを安価に製作することができる。また、対物レンズの非球面形状は傾斜が大き過ぎることなく、加工精度を向上できる。
【０１１５】
特に、青色ＤＶＤ対応の光ピックアップ用対物レンズとしては、ＮＡ＝０．８５という高開口数を維持しながら長い作動距離を有しているので、高速回転する光情報記録媒体に対するフォーカシング制御やトラッキング制御のためのサーボ駆動などの際に、対物レンズが光情報記録媒体に接触してしまうことを回避できる。
【０１１６】
また、本実施形例の対物レンズを、６５０ｎｍレーザーを用いる現行ＤＶＤ、７８０ｎｍレーザーを用いるＣＤ、ＣＤ−Ｒなどの厚い光透過保護層厚を有する光情報記録媒体の記録再生用ピックアップに用いる際にも、光情報記録媒体に接触する可能性の少なく、互換レンズとしても有用なピックアップ用レンズを得ることができる。さらに、青色ＤＶＤ専用レンズとしてならば、外径２ｍｍあるいはそれ以下の対物レンズとしても実現可能であるので、光情報記録媒体に接触することなしに記録再生できる超小型の青色レーザーピックアップ用対物レンズが得られる。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズの外径が５．０ｍｍφ以下で、入射光束径をＥ、レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたときにＬ／Ｅの比が１／６以上となるような小型で高開口数かつ長作動距離を有するとともに、波長４０５ｎｍ付近のレーザー光に対して、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差が０．０４λ以下である高い光学性能を有する光ピックアップ用の対物レンズを提供できる。
【０１１８】
また、樹脂レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、硝子レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとしたとき、硝子レンズが光情報記録媒体側に配置される場合は、ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０、樹脂レンズが光情報記録媒体側に配置される場合は、ＧＩ＞ＰＯ＞ＧＯ＝ＰＩ＞０の関係を満足することにより、小型、高開口数、長作動距離を同時に満たし、単体レンズのように取り扱い可能な光ピックアップ用の対物レンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態および例１の実施例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図２】本発明の例１の実施例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【図３】本発明に対する比較例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図４】本発明に対する比較例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【図５】本発明の例３の実施例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図６】本発明の例３の実施例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【図７】本発明の例４の実施例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図８】本発明の例４の実施例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【符号の説明】
１，３１，４１：対物レンズ
１ａ，３１ａ，４１ａ：硝子レンズ
１ｂ，３１ｂ，４１ｂ：樹脂レンズ
２：コリメータレンズ
３：光情報記録媒体
４：情報記録面
５：光軸
６：周辺ツバ部
７：入射側の面である第１面の平面部
８：射出側の面である第５面の平面部
９：媒体表面
１１：樹脂レンズの入射側の非球面（第１面）
１２：樹脂レンズの射出側の非球面（硝子レンズとの界面、第２面）
１３：硝子レンズの入射側の非球面（樹脂レンズとの界面、第３面）
１４：硝子レンズの射出側の非球面（第４面）
１５：入射側のレンズ中心頂点の接線
１６：入射側のレンズ非球面の接線
Ｄ１：レンズの外径
Ｄ２：第１面におけるレンズ面径
Ｄ３：第２面の有効径（出射光束径）
Ｄ４：第２面におけるレンズ面径
Ｅ：第１面の有効径（入射光束径）
Ｌ：作動距離
θ：入射側のレンズ非球面の傾斜角
Ｔ１：周辺ツバ厚
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光によって光情報記録媒体の記録、再生を行う光ピックアップに用いられ、光源からの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光する対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光磁気ディスクやＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＣＤ（コンパクトディスク）などの光情報記録媒体に特定波長のレーザー光を用いて記録する場合、その記録密度を増大させるためにはレーザー光のビームスポット径ｄを小さくすることが必要である。ビームスポット径ｄとレーザー光の波長λ、対物レンズの開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）との間には、ｄ∝λ／ＮＡの関係があり、波長の短いレーザーを用いる、または、ＮＡの大きなレンズを使用することでビームスポット径ｄが小さくなり、記録密度は増大する。
【０００３】
従来、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなどの光情報記録媒体に記録再生を行う光ピックアップでは、ＣＤなどには波長λ＝７８０ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．４〜０．４５程度の対物レンズを使用し、ＤＶＤなどのより高記録密度であるものには波長λ＝６５０ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．６５程度の対物レンズを使用している。さらに最近は、より高記録密度が要求され、波長λ＝４０５ｎｍのレーザー光とＮＡ＝０．８５程度の対物レンズが使用されようとしている。
【０００４】
上記のような光ピックアップにおいて、対物レンズの材料にはガラスと樹脂とが一般的に用いられている。しかし、従来の樹脂レンズは屈折率が低く、高いものでもｄ線に対する屈折率ｎｄはｎｄ≒１．７程度と低い。したがって、高記録密度のために波長４０５ｎｍの青色レーザーを使用する光ピックアップ、すなわち青色レーザーピックアップに好適な、外径５ｍｍφ以下の小型でＮＡが０．８５を有する単レンズを得ようとすると、対物レンズと光情報記録媒体との間の作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を大きくとることができない。
【０００５】
光ピックアップでは、出射したレーザー光のビームスポットが光情報記録媒体の情報記録面上で所定の合焦状態となるように、アクチュエータなどにより対物レンズを光軸方向に駆動するフォーカシング制御が行われる。上記作動距離が小さい場合は、光情報記録媒体が高速回転する際のぶれなどに対してフォーカシング制御を行う際に、対物レンズと光情報記録媒体とが接触する可能性が増大してしまう。
【０００６】
もし仮に、青色レーザーピックアップ用の対物レンズを前述の樹脂のような低屈折率の材料で実現できたとしても、少なくとも一方の面の曲率が非常に大きく、製作困難なレンズ形状となってしまい、良好な波面収差やスポット性能を得られる単レンズとして実現することは非常に困難となる。したがって、対物レンズの作動距離を長くするためには、高屈折率の光学硝子材料を用いることが望ましい。
【０００７】
また、波長４０５ｎｍの青色レーザーを使用する光情報記録媒体（以下、青色レーザー記録媒体と称する）として規格化されつつある次世代ＤＶＤのカバー樹脂厚、すなわち光透過保護層厚は０．１ｍｍと薄いのに対し、前述の波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤの情報記録面までの光透過保護層厚は０．６ｍｍ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの情報記録面までの光透過保護層厚は１．２ｍｍもの厚さがある。したがって、これらの異なる規格の光情報記録媒体についても記録再生可能な互換性を有する光ピックアップを実現するためにも、できるだけ長い作動距離を有する対物レンズが望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような青色レーザーピックアップの光源に使用される波長４０５ｎｍを中心としたレーザー光を発生するレーザーダイオードは、レーザー光の出力や温度状態などの使用状態の変動に対して発振波長の波長変動が大きく、現状では４０５ｎｍ±１５ｎｍ程度、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の波長変動が見込まれている。このため、青色レーザーピックアップ用の対物レンズに使用する光学硝子材料としては、レーザーダイオードの発振波長変動に対して屈折率変動の少ない低分散の硝子材料が望ましい。例えば、レーザーダイオードにおける３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長変動に対して全範囲において実用可能な光学性能を有し、かつ、小型で長作動距離を有する青色レーザーピックアップ用対物レンズを１つの単レンズで実現する場合を考える。この場合、光学硝子材料の屈折率としては少なくとも１．８０以上、好ましくは１．８５以上が必要とされる。また、光学硝子材料の低分散特性の指標となるアッベ数は７０以上が必要である。
【０００９】
しかしながら、従来の光学硝子材料では、屈折率は高くても１．８０程度であり、アッベ数は大きくても４５程度のものが限界であり、前述のような高屈折率かつ低分散の光学硝子材料を得ることは非常に困難である。このような従来の光学硝子材料を用いた単レンズによって青色レーザーピックアップ用の対物レンズを製作した場合、波長範囲が４０５ｎｍ±５ｎｍ程度、すなわち４００ｎｍ〜４１０ｎｍ程度の１０ｎｍ幅の波長変動に対して実用可能なレンズとすることは可能である。しかし、レーザーダイオードの発振波長変動がそれ以上大きい場合、例えば前述した３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の３０ｎｍ幅の波長変動に対しては、光学性能が許容範囲を大きく逸脱してしまうことがあった。
【００１０】
このように従来では、青色レーザーピックアップに使用される対物レンズを製作する場合、レーザーダイオードの発振波長４０５ｎｍを中心として±１５ｎｍ程度の波長変動に対して、安定した光学性能、すなわちほぼ回折限界性能である実用可能な光学性能を有し、かつ、小型で長作動距離を有する対物レンズを得ることは困難であった。
【００１１】
上記レーザーダイオードの発振波長変動に対する光学性能を満たす手段としては、対物レンズを１つのレンズではなく、別々に製作した２つのレンズを組み合わせることが考えられる。しかしこの場合、２つのレンズを高精度に製作し、かつ、これら２つのレンズを鏡筒等のホルダに組み込み、高精度に組立調整を行って対物レンズセットとする必要がある。このため、レンズやホルダの製作費や組立調整費などが高くなり、また、対物レンズが大型化し重くなってしまう問題点があった。
【００１２】
特開２０００−９０４７７号公報には、プラスチックまたは硝子材料からなる集光レンズと、この集光レンズに密着した紫外線硬化樹脂材料からなる密着レンズとにより構成される複合レンズを対物レンズとして用いた光ピックアップが開示されている。この従来例によれば、波長６５０ｎｍ程度の赤色レーザー光と波長４３０ｎｍ程度の青色レーザー光との２つの波長のレーザー光に対して色収差を補償することが可能である。しかしながら、上記公報の従来例は、２つの波長のレーザー光における色収差を補償可能にするものではあるが、レーザーダイオードの発振波長変動に対応したものではなく、レーザーダイオードの発振波長の全範囲において実用可能な光学性能を得ることは困難であることが予想される。
【００１３】
さらに、従来の高屈折率硝子材料は鉛を含むものが多く、今後の環境問題への影響を考慮すると使用に適しているものとは言えない。また、鉛を含有した高屈折率硝子材料は分散特性が低いものが多く、少しでも低分散のものが望まれる青色レーザーピックアップ用の対物レンズの材料としてはあまり好ましくない。一方、鉛を含まない高屈折率かつ高透過率の硝子材料としては、使用波長域の４０５ｎｍでの屈折率が１．８０未満のものが多く、これらの硝子材料で前述のような小型で長作動距離の対物レンズを得ることは非常に困難であった。また、仮に実現できたとしても、高屈折率硝子材料は硝子転移温度が高くなる傾向があるため、成形用金型の寿命が短くなり、プレス成形でのコストが高くなってしまう問題点があった。
【００１４】
以上のように、従来では、発振波長が４０５ｎｍのレーザーダイオードの発振波長変動に対応するために、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、ほぼ回折限界性能である高い光学性能と長作動距離とを有し、かつ、波長４０５ｎｍのレーザー光に対して高屈折率、高透過率であり、さらに低ガラス転移温度、鉛非含有を同時に満足する光学硝子を用い、小型で単体レンズのように実用可能な光ピックアップ用対物レンズを実現することは困難であった。
【００１５】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、小型で長作動距離を有するとともに、波長４０５ｎｍ付近のレーザー光に対して、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において高い光学性能を有する光ピックアップ用の対物レンズの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録または再生を行う光学系に用いる対物レンズであって、前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０〜０．８７で、かつ、外径が１．０ｍｍφ〜５．０ｍｍφのレンズであり、また、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差が０．０４λ以下であり、この対物レンズは光学硝子材料からなる硝子レンズと樹脂材料からなる樹脂レンズとが単体レンズのように複合化されて一体化されており、前記光学硝子材料の３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長に対する屈折率が１．８５〜２．２０、前記樹脂材料の３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長に対する屈折率が１．２０〜１．７０であり、この対物レンズへの光源からの入射光束径をＥ、前記対物レンズと前記光情報記録媒体との間の作動距離をＬとしたとき、ＬとＥの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような作動距離を有することを特徴とする対物レンズを提供する。
【００１７】
前記光情報記録媒体側の開口数は、０．８０〜０．８７が好ましいが、０．８３〜０．８７がより好ましい。また、前記光学硝子材料の屈折率は、１．８５〜２．２０が好ましいが、より好ましくは１．９０〜２．２０、特に好ましくは２．００〜２．２０とする。また、前記樹脂材料の屈折率は、１．２０〜１．７０が好ましいが、より好ましくは１．２０〜１．４０、特に好ましくは１．２０〜１．３０とする。
【００１８】
また、前記樹脂レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、前記硝子レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとしたとき、前記硝子レンズが光情報記録媒体側に配置される場合、ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０、前記樹脂レンズが光情報記録媒体側に配置される場合、ＧＩ＞ＰＯ＞ＧＯ＝ＰＩ＞０の関係を満足することを特徴とする上記対物レンズを提供する。
【００１９】
また、前記対物レンズは、前記硝子レンズと前記樹脂レンズの少なくとも一方のレンズ面が非球面であり、前記硝子レンズと前記樹脂レンズとが接触する界面の形状がほぼ同一形状であるレンズ面形状を有することが好ましい。また、前記対物レンズは、外径が４．５ｍｍφ以下で、かつ、前記入射光束径すなわち光源側の有効径が３．６ｍｍφ以下とするのが好ましい。
【００２０】
また、前記光学硝子材料は、鉛を含まないものとするのが好ましい。また、前記光学硝子材料の硝子転移温度が５００℃以下とするのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図である。
【００２２】
本発明に係る対物レンズは、波長４０５ｎｍ付近、すなわち３８５ｎｍ〜４２５ｎｍのレーザー光であるいわゆる青色レーザー光を使用して光情報記録媒体の記録層に対し書き込み、読み出しを行う光ピックアップ、すなわち青色レーザーピックアップなどに用いられるレンズである。この青色レーザーピックアップの光源としては、発振波長が４０５ｎｍ程度であり、この４０５ｎｍを中心として±１５ｎｍ程度、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長変動を有するレーザーダイオードなどのレーザー光源を使用する。
【００２３】
図１に示す本実施形態の対物レンズ１は、光学硝子材料からなる硝子レンズ１ａと樹脂材料からなる樹脂レンズ１ｂとを単体レンズのように複合一体化したものである。この対物レンズ１は、コリメータレンズ２によって平行光とされた図示しない光源からのレーザー光を集光し、光情報記録媒体３の情報記録面４上にビームスポットを形成する。すなわち、本実施形態の対物レンズ１は、無限遠方からの平行光を集光する無限系のレンズにより構成される。
【００２４】
本実施形態の対物レンズ１が青色レーザーピックアップに用いられる場合、レンズによって収斂される光束の開口数ＮＡは、青色レーザー記録媒体として規格化された次世代ＤＶＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ：青色ＤＶＤともいう）に対応するには規格により約０．８５であることが必要とされる。青色ＤＶＤは、記録容量が２３．３ＧＢ（ギガバイト）、２５ＧＢまたは２７ＧＢの直径１２０ｍｍのディスクであり、使用するレーザー光の波長：４０５ｎｍ、レンズの開口数：０．８５、ディスク厚：１．２ｍｍ、ディスクの光透過保護層厚：０．１ｍｍと規格により策定されている。また、記録方式は相変化記録、トラック方式はグルーブ記録であり、記録容量２７ＧＢのディスクで最小マーク長：０．１４μｍ、トラックピッチ：０．３２μｍとなっている。
【００２５】
また、高速回転する光情報記録媒体のぶれなどに合わせて高速で媒体上の記録情報を正確に読み取ったり、逆に書き込んだりするために、対物レンズを搭載する光ピックアップには、アクチュエータなどで対物レンズを高速に駆動してフォーカシング制御やトラッキング制御などを行うサーボ機構が設けられる。この場合、フォーカシング制御では対物レンズ１を光軸５に平行な方向に、トラッキング制御では対物レンズ１を光軸５と直交する方向にそれぞれ駆動する。その際に、光情報記録媒体と対物レンズの間の間隔、すなわち作動距離が小さいと、対物レンズ１が光情報記録媒体３に接触してしまい、対物レンズ１または光情報記録媒体３の表面が傷ついて記録再生機能が大きく損なわれる可能性がある。このため、対物レンズ１と光情報記録媒体３との間の間隔、すなわち作動距離は大きい程好ましい。
【００２６】
しかし、作動距離を単純に大きくしようとすると、レンズの外径サイズが大きくなり、かつ、レンズの重量も重くなるので、サーボ機構にかかる負担が増大する。一般に、対物レンズの外径サイズとしては、波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤ用光ピックアップ、波長７８０ｎｍのレーザー光を用いるＣＤ用光ピックアップのいずれにおいても、レンズ固定用の周辺ツバ部６を含めても約５ｍｍφ以下、レンズ面としては約４ｍｍφ以下のものが望ましい。青色ＤＶＤ用の光ピックアップの対物レンズでも同様である。
【００２７】
さらに、前述したように青色ＤＶＤの光透過保護層厚は０．１ｍｍと薄いのに対し、波長６５０ｎｍのレーザー光を用いる現行のＤＶＤの情報記録面までの光透過保護層厚は０．６ｍｍ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒの情報記録面までの光透過保護層厚は１．２ｍｍもの厚さがある。したがって、これらの異なる規格の光情報記録媒体についても記録再生可能な互換性を持つように長い作動距離を有する対物レンズを実現するためには、屈折率が高い光学硝子を用いた方が実現性が高くなる。
【００２８】
しかし、波長４０５ｎｍ付近の屈折率が１．８０未満の光学硝子を用いた場合では、外径５．０ｍｍφ、ＮＡ＝０．８５の対物レンズで、入射光束径を３．９ｍｍφとかなり大きくしても、作動距離は長くても０．６ｍｍ程度である。この場合、対物レンズに入射する光束径をＥ、対物レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたとき、Ｌ／Ｅの値は１／６．５であり、この比が１／６以上の長作動距離を得ることはかなり難しい。また、仮に長作動距離が得られたとしても、レンズにおける入射側（光源側）の非球面の曲率が射出側（光情報記録媒体側）の非球面の曲率よりもかなり大きくなるため、レンズの周辺ツバ部の厚さが薄くなり、高精度に製作することが難しいレンズ形状となってしまう。
【００２９】
また、上記従来の技術で述べたように、青色レーザーピックアップの光源に使用される発振波長が４０５ｎｍのレーザーダイオードは、現状では４０５ｎｍ±１５ｎｍ程度、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の波長変動が生じることがある。このため、青色レーザーピックアップ用の対物レンズに使用する光学硝子材料としては、レーザー光の波長変動に対して屈折率変動の少ない低分散の硝子材料が望ましい。例えば、上記レーザーダイオードの発振波長変動に対して全範囲で実用可能な光学性能を有し、かつ、小型で長作動距離を有する青色レーザーピックアップ用対物レンズを１つの単レンズで実現するためには、光学硝子材料の屈折率としては少なくとも１．８０以上、好ましくは１．８５以上が必要である。また、光学硝子材料の低分散特性の指標となるアッベ数は７０以上が必要である。しかし、現在のところ上記屈折率とアッベ数の両方の特性を満たす光学硝子材料は得られていない。
【００３０】
そこで、本実施形態では、対物レンズ１を光学硝子材料からなる硝子レンズ１ａと樹脂材料からなる樹脂レンズ１ｂとを合わせて一体化した複合レンズにより構成する。これにより、外径が１．０ｍｍφ以上、５．０ｍｍφ以下の小型で、ＮＡ＝０．８５という高ＮＡを有し、さらに４０５ｎｍ±１５ｎｍの波長変動を有するレーザー光源を用いた光ピックアップ用として実用可能な対物レンズを実現する。レンズの外径が１．０ｍｍφ以上であると、ＮＡが大きい対物レンズを製作することが容易である。本実施形態の対物レンズ１は、非球面を有する硝子レンズ１ａの一方のレンズ面に、比較的薄く屈折力の小さい樹脂レンズ１ｂを密着形成することにより、単レンズと同等の取り扱いを可能とし、かつ、レーザーダイオードの発振波長変動に対する光学性能の劣化を抑えた良好な光学性能を有するレンズとしたものである。
【００３１】
ここで、樹脂レンズ１ｂの入射側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、射出側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、硝子レンズ１ａの入射側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、射出側の非球面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとしたとき、硝子レンズ１ａが光情報記録媒体側に配置される場合、
ＰＯ ＝ ＧＩ ＞ ＰＩ ＞ ＧＯ ＞ ０ …（１）
樹脂レンズ１ｂが光情報記録媒体側に配置される場合、
ＧＩ ＞ ＰＯ ＞ ＧＯ ＝ ＰＩ ＞ ０ …（２）
これらの式を満足するように対物レンズ１を製作する。これにより、２種の光学材料を用いたレンズを一体化することができ、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲に対して実用可能な光学性能を実現しながら、小型で長作動距離を有し、単レンズのように取り扱うことができる青色レーザーピックアップ用対物レンズを得ることができる。
【００３２】
（１）式において、ＰＯ＝ＧＩでない場合、または、（２）式において、ＧＯ＝ＰＩでない場合、樹脂レンズ１ｂと硝子レンズ１ａとの界面の一部あるいは全面に隙間ができてしまい、２つのレンズの界面を埋める光学材料がさらに必要になる。この場合、レンズ構造が複雑化して光学性能が低下したり、製作コストが上昇する。また、（１）式あるいは（２）式を満足しない場合、またはＰＯ、ＰＩ、ＧＩ、ＧＯのいずれか、あるいはいずれも負である場合、小型化、高ＮＡ化、長作動距離のいずれかが実現困難になる。
【００３３】
この複合一体化した対物レンズ１に用いる光学材料としては、硝子レンズ１ａの材料は、小型でも長作動距離を得るために、外径が５．０ｍｍφ以下のレンズの場合、波長４０５ｎｍ付近での屈折率が１．８５〜２．２０の光学硝子材料が好ましい。一方、樹脂レンズ１ｂの材料としては、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲で高透過率を有し、かつ硝子と密着性がある樹脂材料が好ましい。また、前記樹脂材料の屈折率は、硝子レンズ１ａに使用する光学硝子材料の屈折率によっても適切な屈折率は異なるが、硝子レンズ１ａおよび樹脂レンズ１ｂの非球面形状設計の最適化によって、屈折率が１．２０〜１．７０のものであれば使用可能である。すなわち、樹脂レンズ１ｂに用いる樹脂材料としては、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、オレフィン系樹脂、サイトップ樹脂などのような波長４０５ｎｍ付近の光を透過する光学用樹脂であれば何でも良い。しかし、上記樹脂の中でも、低分散性、高透過率、耐光性、耐水性などの良好な材料であるほうが望ましい。このように構成することにより、例えば外径５．０ｍｍφ、かつ入射光束径Ｅ＝３．９ｍｍφの対物レンズにおいて、作動距離Ｌとの比Ｌ／Ｅが１／６以上となり、Ｌ＝０．６５ｍｍ以上の長作動距離を得ることができる。
【００３４】
また、この硝子レンズ１ａと樹脂レンズ１ｂとを一体化した対物レンズ１の外周部は、主に硝子材料によって構成する方が光ピックアップに固定する際の強度面からも有利であり、望ましい。さらに、対物レンズの外径は前述のように小さい程望ましいため、外径は４．５ｍｍφ以下が望ましい。しかし、実際のレンズでは、レンズ固定用の周辺ツバ部とレンズ固定時に偏芯が生じても光束がカットされないレンズ面径とを確保するために、外径を４．５ｍｍφとした場合、入射光束径は３．６ｍｍφ前後と小さくなる。このように対物レンズを小径化することにより作動距離が小さくなってしまう傾向がある。したがって、外径が４．５ｍｍφ以下の青色レーザーピックアップ用対物レンズにおいて、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比Ｌ／Ｅが１／６以上の長作動距離を得るための硝子材料としては、前述した外径５．０ｍｍφの対物レンズの場合よりも屈折率が大きいもの、すなわち波長４０５ｎｍ付近での屈折率が１．９０〜２．２０の光学硝子材料が望ましい。さらにこの場合、作動距離が０．７ｍｍ以上のような長い作動距離を有し、外径が小さくかつ製作し易いレンズ面形状や周辺ツバ形状を有する対物レンズを得るには、波長４０５ｎｍ付近での屈折率が２．００〜２．２０の光学硝子材料が好ましい。
【００３５】
ここで、外径が５．０ｍｍφ以下、あるいは４．５ｍｍφ以下の対物レンズであっても、対物レンズに入射する光束のサイズを外径に近づくように大きくすれば、長作動距離を得ることは設計上では可能である。しかし、対物レンズを青色レーザーピックアップに確実に搭載固定するためには、有効径外の周辺部の大きさおよび面積を十分にとる必要がある。例えば、対物レンズの入射側の有効径としては、外径５．０ｍｍφ位のレンズでは、レンズ面の入射光束径（有効径）は３．０ｍｍφ〜４．０ｍｍφ、レンズ面径は３．２ｍｍφ〜４．２ｍｍφが望ましい。また、外径４．５ｍｍφ位のレンズでは、レンズ面の入射光束径は２．８ｍｍφ〜３．６ｍｍφ、レンズ面径は３．０ｍｍφ〜３．９ｍｍφが望ましい。
【００３６】
さらに、これより有効径を大きくし、レンズ面径を大きくして長作動距離の対物レンズを得ようとすると、レンズ固定用の周辺ツバ部の形状が小さくなり過ぎて、ピックアップに搭載固定した場合のサーボ駆動信頼性が低下することが懸念される。
【００３７】
上述したレンズのサイズの関係は、主として対物レンズの入射光束径に対する作動距離の比について述べているだけであり、作動距離が対物レンズの外径のみによって決まるものではない。例えば、前述した光透過保護層厚が０．６ｍｍの６５０ｎｍレーザー用の現行ＤＶＤや、１．２ｍｍ厚のＣＤ、ＣＤ−Ｒのような光情報記録媒体も記録再生可能とするような互換レンズではなく、光透過保護層厚が０．１ｍｍ程度の青色ＤＶＤのような薄いディスク専用の対物レンズの場合、作動距離はさほど長くなくても良い。光透過保護層厚が薄い青色ＤＶＤのみに用いる光ピックアップでは、作動距離が短くても媒体に接触する可能性が小さいので、少なくとも０．２ｍｍの作動距離があれば十分である。
【００３８】
この場合、外径が５．０ｍｍφ程度、入射光束径が４．０ｍｍφ程度の大きさであれば、低屈折率の樹脂を用いた対物レンズでも作動距離が０．２ｍｍ程度の小さいものが製作できる可能性がある。この対物レンズは、作動距離としては不十分であるが、青色ＤＶＤ専用ピックアップの対物レンズとしてのみ使用できる可能性がある。ここで、作動距離が０．２ｍｍ程度で使用可能となるならば、本実施形態の対物レンズでは、青色ＤＶＤ専用とした場合、外径は５．０ｍｍφ程度よりも、さらに小さい対物レンズを実現できる。
【００３９】
すなわち、本実施形態によれば、レンズの外径が２．０ｍｍφ程度、入射光束径が１．２ｍｍφ程度である場合、この入射光束径の１／６以上、すなわち０．２ｍｍ以上の作動距離を有し、レンズと光情報記録媒体との衝突防止に有効な青色ＤＶＤ専用の極小径の対物レンズを得ることができる。
【００４０】
以上のような、小型で長作動距離を有する青色レーザーピックアップ用の対物レンズを製作するために、屈折率の大きい硝子材料としては、従来では鉛を含有したフリント系硝子がある。しかし、一般に従来の鉛を含む硝子材料は、波長４０５ｎｍ付近の光の吸収率が大きく、透過率が低下する傾向があるため、青色レーザーピックアップ用には好適な硝子材料とは言えないものが多い。また、鉛を含む硝子材料は環境問題の点からも使用を控えることが望ましい。
【００４１】
このため、鉛を含まず、波長４０５ｎｍ付近で高屈折率かつ高透過率を有する光学硝子材料としては、ＴｅＯ２ を主成分とする硝子材料が望ましい。また、硝子プレス成形に用いるには５００℃以下の硝子転移温度が望ましいが、ＴｅＯ２ を主成分とする硝子材料は、硝子転移温度を比較的低くすることができるので、この条件を満たすことができる。
【００４２】
上記のＴｅＯ２ を主成分とする光学硝子材料を使用することにより、硝子プレス成形用の金型材料として、ＷＣのような超硬材料を用いたり、あるいは樹脂成形用の金型材料として良く使用される高速度鋼表面に無電解メッキした金型材料を用いることが可能になる。したがって、長寿命の金型あるいは安価な金型を製作して用いることで安価な対物レンズを製作することができる。
【００４３】
本実施形態の対物レンズ１の樹脂レンズ部分を製作する方法としては、使用する樹脂材料の特性によって、次のような種々の方法が考えられる。
【００４４】
例えば、樹脂レンズ１ｂの光軸付近の中心厚が比較的厚めの樹脂レンズ形状の場合、硝子レンズ１ａとは独立して射出成形法、熱硬化法、ＵＶ硬化法などの公知の成形法で樹脂レンズ１ｂの部分を形成した後、硝子レンズ１ａと樹脂レンズ１ｂとを同一形状の面で互いに向かい合わせて接着し、一体化する方法を用いることができる。しかし、この製作方法では、硝子レンズと樹脂レンズを独立に製作し組み立てることになり、製作コストが上昇するおそれがある。そこで、他の製作方法としては、先に硝子レンズ１ａをプレス成形などにより比較的高温で成形し、次にこの硝子レンズ１ａにおいて樹脂レンズを設ける側の金型を樹脂レンズ成形用の金型と交換して、樹脂材料を射出成形法あるいは熱硬化法などの成形法で成形することにより、樹脂レンズ１ｂの部分を硝子レンズ１ａのレンズ面上に成形する方法も有効である。この製作方法を用いれば、より簡便で安価に硝子レンズと樹脂レンズとを一体化したレンズが得られる。
【００４５】
また、先に半硬化状態の樹脂材料を硝子レンズ１ａのレンズ面に載せておき、設計形状にならった精密な厚さ制御を加えながら、樹脂レンズ成形用の金型を用いて樹脂レンズ１ｂの部分を押圧密着成形する方法なども有効である。また、これとは逆の方法であるが、樹脂レンズ１ｂの中心厚が比較的薄いレンズの場合、高精度鏡面加工した樹脂レンズ成形用の金型を用い、この金型上に未硬化の樹脂材料を配置または滴下しておき、この樹脂材料の上から硝子レンズの樹脂レンズ側のレンズ面を前記樹脂材料に向けて載せて所定の厚みまで押しこんだ状態で保持し、熱硬化またはＵＶ硬化させた後、一体化した硝子レンズおよび樹脂レンズを樹脂金型から離型することにより、複合一体化された対物レンズを得る方法もある。
【００４６】
また、樹脂レンズ１ｂの光軸付近の中心厚が０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍ程度、あるいはこの厚さ以下の薄い膜状のものである場合、先に成形した硝子レンズ１ａの樹脂レンズ側のレンズ面に樹脂材料を滴下、コートし、所定の形状になるまで硬化させ、堆積膜を成形することで樹脂レンズ１ｂ部分を成形する方法も考えられる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明に係る対物レンズの実施例を説明する。なお、以下の実施例において、硝子レンズと樹脂レンズとの組合せの順序は、樹脂レンズを入射側に配置し、硝子レンズを射出側に配置した例を示しているが、本発明の原理上、硝子レンズを入射側に配置し、樹脂レンズを射出側に配置しても、同様の効果が得られることは明らかである。対物レンズを光ピックアップに搭載した状態での耐候性を考慮すると、射出側に硝子レンズを配置し、光ピックアップの光情報記録媒体側、すなわち外面側に硝子レンズが位置するようにした方が汚れや傷などが付き難くなり、実用上好ましい。
【００４８】
「例１（実施例）」
本発明に係る対物レンズの実施例として、例１の対物レンズの設計形状値を表１〜表３に示し、図１には例１の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００４９】
例１は、硝子レンズ１ａの硝子材料として、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする高屈折率の光学硝子材料を用い、樹脂レンズ１ｂの樹脂材料として、従来から光学材料として使用されているＰＭＭＡを使用した複合レンズの例である。
【００５０】
表１において、面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズ１における樹脂レンズ１ｂのレンズ面である。すなわち、図１において、第１面は樹脂レンズ１ｂの入射側の非球面１１、第２面は樹脂レンズ１ｂの硝子レンズ１ａとの界面の非球面１２に相当する。また、面番号３，４で表される第３面および第４面は、対物レンズ１における硝子レンズ１ａのレンズ面である。すなわち、図１において、第３面は硝子レンズ１ａの樹脂レンズ１ｂとの界面の非球面１３、第４面は硝子レンズ１ａの射出側の非球面１４に相当する。
【００５１】
なお、以下の表において、面間隔は次の面との間の距離、屈折率は波長４０５ｎｍにおける光源と反対側の媒質に対する屈折率をそれぞれ表している。ここで、樹脂レンズと硝子レンズとを接合した界面に相当する第２面と第３面は、同一形状のため曲率半径が同一となっており、これらの第２面と第３面の間、すなわち樹脂レンズと硝子レンズとの間の厚さは０．０で、第２面から第３面に対する屈折率は便宜上１．０としている。ただし、樹脂レンズと硝子レンズとを接着剤を用いて接合して一体化させた場合、樹脂レンズと硝子レンズとの界面において接着剤の厚さと屈折率を考慮した設計とする必要がある。
【００５２】
【表１】
上記第１面〜第４面は、下記の（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。
【００５４】
【００５５】
【表２】
【表３】
ここで、Ａｎ１＝０の場合、各レンズ面の頂点近傍の曲率Ｃｎは、Ｒｎの逆数にほぼ等しくなるため、
Ｃｎ ＝ １／Ｒｎ …（４）
とする。一方、Ａｎ１が０でない場合、各レンズ面の頂点付近の頂点付近の曲率Ｃｎは、
Ｃｎ ＝ １／Ｒｎ＋２・Ａｎ１ …（５）
とする必要がある。これは以下の他の実施例においても同様である。
【００５８】
さらに、例１の対物レンズの設計性能として、波長λ＝４０５±１５ｎｍ、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図２に示す。図２は、対物レンズ１に対して光軸に平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射し、この入射光束の波長を３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲で変化させたときの波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）の値を示したものである。この図２から明らかなように、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差のＲＭＳは０．０２λ以下であり、レンズの収差としては回折限界程度以上、すなわち、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能を有していることがわかる。したがって、例１の対物レンズによれば、青色レーザーピックアップに十分使用可能である良好な光学性能が得られる。
【００５９】
例１では、対物レンズ１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。ここで、周辺ツバ部６は硝子レンズ１ａ側に設けるため、第１面に相当する樹脂レンズ１ｂの非球面の外径は、レンズ面径だけで良い。よって、第１面における樹脂レンズ１ｂの外径（レンズ面径）Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．７ｍｍφとしてある。
【００６０】
また、樹脂レンズ１ｂの硝子レンズ面側の第２面の有効径と、硝子レンズ１ａの樹脂レンズ面側の第３面の有効径は共に３．５ｍｍφである。これに対し、硝子レンズ１ａの樹脂レンズ面側の第３面におけるレンズ面径は、製作時に樹脂レンズ１ｂと容易に一体化できるように、第１面と同じレンズ面径Ｄ２＝３．７ｍｍφと大きくしてある。また、硝子レンズ１ａと樹脂レンズ１ｂとの界面の第３面において、レンズ面径Ｄ２＝３．７ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部６を形成する平面部７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００６１】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第４面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．７ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は３．０ｍｍφと大きくしてある。この第４面と第５面の面間隔０．２１１８ｍｍが第４面のレンズの凹面の深さを示し、第５面はこの第４面のレンズ面外側の平面部８を示している。この第５面は、第３面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第３面の平面部７と第５面の平面部８との光軸５方向の間隔が対物レンズ１の周辺ツバ部６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例１では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．７４ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【００６２】
第６面と第７面が光情報記録媒体面を示し、第６面が光情報記録媒体３の媒体表面９であり、第７面に密着して記録層が設けられて情報記録面４を形成している。また、第６面と第７面との間隔が光透過保護層厚であり、０．１ｍｍとなっている。図示しない光源からのレーザー光はこの対物レンズ１によって情報記録面４に良好なスポット像として集光される。ここで、レンズ側の第５面の平面部８と光情報記録媒体側の第６面の媒体表面９との距離が作動距離Ｌを示し、例１ではＬ＝０．７９５７ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．７９５７／３．６０≒１／４．５２４となり、従来に類を見ないかなり長い作動距離が得られることを示している。
【００６３】
また、樹脂レンズ１ｂにおける入射側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、射出側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、硝子レンズ１ａにおける入射側の第３面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、射出側の第４面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとすると、
ＰＩ＝１／１．９７９０３５＝０．５０５２９６７７３＞０、
ＰＯ＝１／１．６４９９８７＝０．６０６０６５３８１＞０、
ＧＩ＝１／１．６４９９８７＝０．６０６０６５３８１＞０、
ＧＯ＝１／３．３３６５１８＝０．２９９７１３６５３＞０
である。これから、
ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０
となる。例１の場合、硝子レンズ１ａが光情報記録媒体側に配置されているので、ＰＩ，ＰＯ，ＧＩ，ＧＯは前述の（１）式を満足する良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【００６４】
青色レーザーピックアップ用のレンズは、ＮＡ＝０．８５という高開口数の対物レンズであるため、入射側のレンズ面曲率が大きくなり、加工しにくい形状になる傾向がある。しかし例１では、入射側のレンズ中心頂点の接線１５とレンズ非球面の接線１６とのなす傾斜角θの最大値は、レンズ周辺部で５１．６°である。ここで、各レンズ面のレンズ中心頂点の接線に対してレンズ面の接線のなす角度の最大値は、第１面では前記θ＝５１．６°、第２面と第３面では５０．２°、第４面では１３．０°であり、非球面金型加工においてもさほど製作困難ではない非球面形状となっている。
【００６５】
また、例１において硝子レンズ１ａに用いた硝子材料は、鉛を含まず、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする光学硝子材料である。この光学硝子材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は２．１６３７７と非常に高いが、内部透過率は約９２％であり、青色ＤＶＤ用のピックアップに用いる対物レンズとしては十分使用可能である。また、例１で用いた硝子材料の硝子転移温度は約３００℃〜３５０℃と低いため、硝子レンズをプレス成形により成形する場合は長寿命の金型あるいは安価な金型を用いて製作コストを削減できる。
【００６６】
一方、例１において樹脂レンズ１ｂに用いた樹脂材料は、光学用樹脂として一般的に用いられているＰＭＭＡ樹脂であり、この樹脂材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．５０６５５であり、レンズ中心部の厚さは０．１ｍｍとしている。なお、樹脂レンズ１ｂの厚さは、０．０１ｍｍ程度の薄肉のものや０．５ｍｍ以上の厚肉のものであっても、硝子レンズ１ａの硝子材料との組み合わせにおける最適化設計を行うことによって種々の厚さを実現可能である。
【００６７】
例１で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λ、すなわち０．０４λ以下であり、十分実用可能な高い光学性能を示した。また、作動距離は０．８ｍｍ前後と十分長い作動距離が得られた。
【００６８】
「例２（比較例）」
本発明に対する比較例として、例２の対物レンズの設計形状値を表４および表５に示し、図３には例２の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００６９】
例２は、青色レーザーピックアップ用対物レンズとして、複合レンズではなく、１種の硝子材料からなる単レンズによる設計例である。この例２において用いる硝子材料は、従来の硝子材料の中でも鉛を含まない高屈折率硝子材料で、かつ本発明における硝子材料の屈折率よりやや低い屈折率を持つものである。対物レンズ５１は、無限系の単レンズであり、コリメータレンズ５２によって平行光とされた図示しない光源からのレーザー光を集光し、光情報記録媒体５３の情報記録面５４上にビームスポットを形成するよう構成される。
【００７０】
表４において、面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズの入射側と出射側の面である。すなわち、図３において、対物レンズ５１の入射側の非球面６１と射出側の非球面６２に相当する。
【００７１】
【表４】
上記第１面および第２面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例２におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表５に示す。
【００７３】
【表５】
例２では、対物レンズ５１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。これに対し、レンズ面径Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．９ｍｍφとやや大きくしてある。また、第１面においてレンズ面径Ｄ２＝３．９ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部５６を形成する平面部５７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００７５】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第２面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．５ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は２．７ｍｍφと大きくしてある。この第２面と第３面の面間隔０．１６８７ｍｍが第２面のレンズの凹面の深さを示し、第３面はこの第２面のレンズ面外側の平面部５８を示している。この第３面は、第１面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第１面の平面部５７と第３面の平面部５８との光軸５５方向の間隔が対物レンズ５１の周辺ツバ部５６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例２では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．４５ｍｍと薄いが、実用的にはほぼ十分な厚さを有している。
【００７６】
第４面と第５面は光情報記録媒体面を示す。図示しない光源からのレーザー光はこの対物レンズ５１によって情報記録面５４にスポット像として集光される。ここで、レンズ側の第３面の平面部５８と光情報記録媒体５３側の第４面の媒体表面５９との距離が作動距離Ｌを示し、例２ではＬ＝０．６９１６ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．６９１６／３．６０≒１／５．２０５、すなわち、１／６以上であり、長い作動距離が得られることを示している。
【００７７】
また、例２の対物レンズの設計性能として、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図４に示す。図４は、図２の例１の場合と同様に、光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差のＲＭＳの値を示したものである。この図４より、レンズの波面収差は、波長λ＝４０５ｎｍ付近では０．００２λと良好であるが、この４０５ｎｍを中心として波長が変化した場合は波面収差が急激に増大する傾向を有していることがわかる。すなわち、波長４０５ｎｍ±５〜６ｎｍ程度の波長変化に対しては使用可能光学性能の目安である波面収差０．０４λ以下となるが、それより外側の波長３９０ｎｍ〜３９９ｎｍ、または、波長４１１ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の入射光束に対しては０．０４λを大きく越えてしまう。したがって、例２のような単レンズでは、青色レーザーピックアップに使用するレーザー光源が、ロットばらつきや使用状態、環境変化などによって発振波長が変動する場合、対物レンズの光学性能が変動し、４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲を越えた波長変動に対しては、対物レンズとして使用することは不可能となる。
【００７８】
また、例２の対物レンズに用いた硝子材料は、鉛を含まない光学硝子材料であり、この硝子材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．８４４５２と高いものである。この硝子材料の屈折率は、上記例１で用いた光学硝子材料よりは低いが、光学硝子材料の中ではかなり高いものである。一方、例２の硝子材料の内部透過率は、厚さ１０ｍｍの平板でも約９４％と高い透過率を示し、青色ＤＶＤ用のピックアップに用いる対物レンズとしては十分な透過率を有している。しかし、例２の対物レンズの入射側の非球面形状は、周辺に行くにつれて非常に傾斜が大きくなり、レンズ面径３．９ｍｍφ付近の周辺部では、入射側のレンズ中心頂点の接線６３とレンズ非球面の接線６４とのなす傾斜角が約７１°となる。このため、非球面金型加工に時間がかかり、加工精度向上は難しくなる。
【００７９】
さらに、この例２で用いた硝子材料は、前述の例１で用いた光学硝子材料とは異なり、硝子転移温度は約５３０℃と高い。このため、実際にレンズを成形する際には硝子転移温度より数十度高い温度で成形する必要があるので、一般には超硬材料の金型が用いられるが、硝子転移温度が高いと金型表面の粗さが劣化する程度が早く、金型の寿命が短くなる。このように、例２においては、非球面形状の加工精度低下、硝子成形温度の高さなどの問題により、レンズ成形歩留まりが悪くなる。
【００８０】
例２で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、作動距離は０．７ｍｍ前後と長い作動距離が得られ、波長４０５ｎｍ付近の光学性能は、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λと十分実用可能な光学性能が得られた。しかし、４００ｎｍより短い波長か、または、４１０ｎｍより長い波長に対しては、波面収差のＲＭＳは使用可能な目安である０．０４λを大きく越えてしまい、４０５ｎｍを中心波長として±５ｎｍ以上の波長変動に対しては実用不可能な光学特性となった。
【００８１】
「例３（実施例）」
本発明に係る対物レンズの他の実施例として、例３の対物レンズの設計形状値を表６〜表８に示し、図５には例３の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００８２】
例３の対物レンズ３１は、硝子レンズ３１ａと樹脂レンズ３１ｂとを単体レンズのように合わせて一体化した複合レンズとなっている。この例３は、硝子レンズ３１ａの硝子材料として、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする高屈折率の光学硝子材料を用い、樹脂レンズ３１ｂの樹脂材料として、従来から光学材料として使用されているポリカーボネートを使用した例である。
【００８３】
上記例１の表１と同様に、表６における面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズ３１における樹脂レンズ３１ｂのレンズ面である。また、面番号３，４で表される第３面および第４面は、対物レンズ３１における硝子レンズ３１ａのレンズ面である。
【００８４】
【表６】
上記第１面〜第４面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例３におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表７および表８に示す。
【００８６】
【表７】
【表８】
さらに、例３の対物レンズの設計性能として、波長λ＝４０５±１５ｎｍ、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図６に示す。図６は、図２の例１の場合と同様に、光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差のＲＭＳの値を示したものである。この図６より、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差のＲＭＳは０．０２λ以下であり、レンズの収差としては回折限界程度以上、すなわち、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能を有していることがわかる。したがって、例３の対物レンズによれば、青色レーザーピックアップに十分使用可能である良好な光学性能が得られる。
【００８９】
例３では、対物レンズ３１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。ここで、例１と同様、周辺ツバ部６は硝子レンズ３１ａ側に設けるため、第１面に相当する樹脂レンズ３１ｂの非球面の外径は、レンズ面径だけで良い。よって、第１面における樹脂レンズ３１ｂの外径（レンズ面径）Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．８ｍｍφとしてある。
【００９０】
また、樹脂レンズ３１ｂの硝子レンズ面側の第２面の有効径と、硝子レンズ３１ａの樹脂レンズ面側の第３面の有効径は共に３．１ｍｍφである。これに対し、硝子レンズ３１ａの樹脂レンズ面側の第３面におけるレンズ面径は、余裕を見て３．３ｍｍφとしてある。また、硝子レンズ３１ａと樹脂レンズ３１ｂとの界面の第３面において、第３面のレンズ面径３．３ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部６を形成する平面部７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【００９１】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第４面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．４ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は２．６ｍｍφと大きくしてある。この第４面と第５面の面間隔０．２２３３ｍｍが第４面のレンズの凹面の深さを示し、第５面はこの第４面のレンズ面外側の平面部８を示している。この第５面は、第３面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第３面の平面部７と第５面の平面部８との光軸５方向の間隔が対物レンズ３１の周辺ツバ部６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例３では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．５３ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【００９２】
第６面と第７面は上記例１と同様に光情報記録媒体面を示す。この例３では、作動距離ＬはＬ＝０．６７２１ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．６７２１／３．６０≒１／５．３５６、すなわち、１／６以上であり、長い作動距離が得られることを示している。
【００９３】
また、第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、第３面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、第４面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとすると、
ＰＩ＝１／２．０２４２３０＝０．４９４０１５００８＞０、
ＰＯ＝１／１．３８９０４９＝０．７１９９１７００７＞０、
ＧＩ＝１／１．３８９０４９＝０．７１９９１７００７＞０、
ＧＯ＝１／２．７０３３０６＝０．３６９９１７４２７＞０
である。これから、
ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０
となる。例３の場合、硝子レンズ３１ａが光情報記録媒体側に配置されているので、ＰＩ，ＰＯ，ＧＩ，ＧＯは前述の（１）式を満足する良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【００９４】
さらに、例３では、入射側のレンズ中心頂点の接線１５とレンズ非球面の接線１６とのなす傾斜角θの最大値は、レンズ周辺部で４９．９°である。ここで、各レンズ面のレンズ中心頂点の接線に対してレンズ面の接線のなす角度の最大値は、第１面では前記θ＝４９．９°、第２面と第３面では５８．０°、第４面では１９．２°であり、非球面金型加工においてもさほど製作困難ではない非球面形状となっている。
【００９５】
また、例３において硝子レンズ３１ａに用いた硝子材料は、例１と同じ光学硝子材料を使用している。一方、例３において樹脂レンズ３１ｂに用いた樹脂材料は、光学用樹脂として一般的に用いられているポリカーボネート樹脂であり、この樹脂材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．６２２３１であり、レンズ中心部の厚さは０．５ｍｍとしている。なお、樹脂レンズ３１ｂの厚さは、例１と同様、０．０１ｍｍ程度の薄肉のものや０．５ｍｍ以上の厚肉のものであっても、硝子レンズ３１ａの硝子材料との組み合わせにおける最適化設計を行うことによって種々の厚さを実現可能である。
【００９６】
例３で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λ、すなわち０．０４λ以下であり、十分実用可能な高い光学性能を示した。また、作動距離は０．６７ｍｍ前後と十分長い作動距離が得られた。
【００９７】
「例４（実施例）」
本発明に係る対物レンズの他の実施例として、例４の対物レンズの設計形状値を表９〜表１１に示し、図７には例４の対物レンズに対応する形状断面図を示す。
【００９８】
この例４の対物レンズ４１は、硝子レンズ４１ａと樹脂レンズ４１ｂとを単体レンズのように合わせて一体化した複合レンズとなっている。この例４は、硝子レンズ４１ａの硝子材料として、ＴｅＯ２ 、ＺｎＯ、Ｎａ２ Ｏを主成分とする高屈折率の光学硝子材料を用い、樹脂レンズ４１ｂの樹脂材料として、波長４０５ｎｍ付近の透過率が高く、波長変動に対して屈折率変動の少ない低分散性を有し、かつ、低屈折率の光学材料であるサイトップ樹脂を使用した複合レンズの例である。
【００９９】
上記例１の表１と同様に、表９における面番号１，２で表される第１面および第２面は、対物レンズ４１における樹脂レンズ４１ｂのレンズ面である。また、面番号３，４で表される第３面および第４面は、対物レンズ４１における硝子レンズ４１ａのレンズ面である。
【０１００】
【表９】
上記第１面〜第４面は、上記例１と同様に（３）式で表される非球面形状によって、これらの面の面外径までレンズ面として決定される。この例４におけるＲｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表１０および表１１に示す。
【０１０２】
【表１０】
【表１１】
さらに、例４の対物レンズの設計性能として、波長λ＝４０５±１５ｎｍ、すなわち３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差の値を図８に示す。図８は、図２の例１の場合と同様に、光軸に平行な３．６ｍｍφの入射光束に対する波面収差のＲＭＳの値を示したものである。この図８より、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差のＲＭＳは０．０２λ以下であり、レンズの収差としては回折限界程度以上、すなわち、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能を有していることがわかる。したがって、例４の対物レンズによれば、青色レーザーピックアップに十分使用可能である良好な光学性能が得られる。
【０１０５】
例４では、対物レンズ４１の外径Ｄ１は４．５ｍｍφである。そして、光情報記録媒体側の開口数ＮＡが０．８５となるときの第１面の有効径、すなわち入射光束径Ｅは３．６ｍｍφである。ここで、例１と同様、周辺ツバ部６は硝子レンズ４１ａ側に設けるため、第１面に相当する樹脂レンズ４１ｂの非球面の外径は、レンズ面径だけで良い。よって、第１面における樹脂レンズ４１ｂの外径（レンズ面径）Ｄ２は、ピックアップ搭載時の取り付け偏芯やサーボ駆動時の光束の斜め入射などによってもレンズ面のエッジで光束の一部がカットされることのないように、３．８ｍｍφとしてある。
【０１０６】
また、樹脂レンズ４１ｂの硝子レンズ面側の第２面の有効径と、硝子レンズ４１ａの樹脂レンズ面側の第３面の有効径は共に３．５３ｍｍφである。これに対し、硝子レンズ４１ａの樹脂レンズ面側の第３面におけるレンズ面径は、第１面と同じレンズ面径Ｄ２＝３．８ｍｍφとしてある。また、硝子レンズ４１ａと樹脂レンズ４１ｂとの界面の第３面において、第３面のレンズ面径３．８ｍｍφから外側のレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの領域に相当する周辺ツバ部６を形成する平面部７が、青色レーザーピックアップに搭載固定されるときの基準平面部となる。
【０１０７】
同様に、光情報記録媒体側のＮＡが０．８５となるときの第４面の有効径、すなわち出射光束径Ｄ３は２．８７ｍｍφであり、これに対し、レンズ面径Ｄ４は３．２ｍｍφと大きくしてある。この第４面と第５面の面間隔０．２５４４ｍｍが第４面のレンズの凹面の深さを示し、第５面はこの第４面のレンズ面外側の平面部８を示している。この第５面は、第３面と同様にレンズ外径Ｄ１＝４．５ｍｍφまでの平面部となっている。前述の第３面の平面部７と第５面の平面部８との光軸５方向の間隔が対物レンズ４１の周辺ツバ部６の厚さ、いわゆる周辺ツバ厚Ｔ１を示し、例４では、この周辺ツバ厚Ｔ１は約０．６３ｍｍであり、十分な厚さを有している。
【０１０８】
第６面と第７面は上記例１と同様に光情報記録媒体面を示す。この例４では、作動距離ＬはＬ＝０．８３２７ｍｍである。また、作動距離Ｌと入射光束径Ｅとの比はＬ／Ｅ＝０．８３２７／３．６０≒１／４．３２３、すなわち、１／６以上であり、かなり長い作動距離が得られることを示している。
【０１０９】
また、第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、第３面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、第４面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとすると、
ＰＩ＝１／２．０８３９１８＝０．４７９８６５３３＞０、
ＰＯ＝１／１．６５７８４２＝０．６０３１９３７９＞０、
ＧＩ＝１／１．６５７８４２＝０．６０３１９３７９＞０、
ＧＯ＝１／３．３８７３７８＝０．２９５２１３５８＞０
である。これから、
ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０
となる。例４の場合、硝子レンズ４１ａが光情報記録媒体側に配置されているので、ＰＩ，ＰＯ，ＧＩ，ＧＯは前述の（１）式を満足する良好な曲率の関係を有していることがわかる。
【０１１０】
さらに、例４では、入射側のレンズ中心頂点の接線１５とレンズ非球面の接線１６とのなす傾斜角θの最大値は、レンズ周辺部で５２．９°である。ここで、各レンズ面のレンズ中心頂点の接線に対してレンズ面の接線のなす角度の最大値は、第１面では前記θ＝５２．９°、第２面と第３面では５２．０°、第４面では１４．８°であり、非球面金型加工においてもさほど製作困難ではない非球面形状となっている。
【０１１１】
また、例４において硝子レンズ４１ａに用いた硝子材料は、例１と同じ光学硝子材料を使用している。一方、例４において樹脂レンズ４１ｂに用いた樹脂材料は、旭硝子株式会社製のサイトップ樹脂であり、この樹脂材料の波長４０５ｎｍ付近での屈折率は１．３４７９８であり、レンズ中心部の厚さは０．０１ｍｍとしている。なお、樹脂レンズ４１ｂの厚さは、例１と同様、０．０１ｍｍ程度の薄肉のものや０．５ｍｍ以上の厚肉のものであっても、硝子レンズ４１ａの硝子材料との組み合わせにおける最適化設計を行うことによって種々の厚さを実現可能である。
【０１１２】
例４で得られた対物レンズに対し、波長４０５ｎｍの青色レーザー光学干渉計を用いて、＋１５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲で可能な限り波長を変動させ、レンズ光軸にほぼ平行な３．６ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズの波面収差を測定した。その結果、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、測定光学系の残留収差を含んでも波面収差のＲＭＳは０．０２λ〜０．０４λ、すなわち０．０４λ以下であり、十分実用可能な高い光学性能を示した。また、作動距離は０．８３ｍｍ前後と非常に長い作動距離が得られた。
【０１１３】
上述した例１、例３および例４のような本実施例によれば、波長４０５ｎｍ付近の発振波長を有するレーザー光源を使用する青色レーザーピックアップにおいて、発振波長４０５ｎｍを中心とした±１５ｎｍ程度の波長変動を有するものに使用した場合に、この波長変動が生じる可能性のある波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において、ほぼ回折限界性能、または回折限界性能である高い光学性能を有する対物レンズを、鉛を含まない光学材料で実現できる。
【０１１４】
また、レンズの外径が５．０ｍｍφ以下で、入射光束径をＥ、レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたときにＬ／Ｅの比が１／６以上となる長作動距離を有し、小型で高開口数の青色レーザーピックアップ用対物レンズを得ることができる。また、硝子レンズと樹脂レンズとを合わせて一体化した複合レンズとしたため、単レンズと同様な取り扱いができる。さらに、硝子レンズ部分は比較的低温で成形でき、成形が容易であるため、対物レンズを安価に製作することができる。また、対物レンズの非球面形状は傾斜が大き過ぎることなく、加工精度を向上できる。
【０１１５】
特に、青色ＤＶＤ対応の光ピックアップ用対物レンズとしては、ＮＡ＝０．８５という高開口数を維持しながら長い作動距離を有しているので、高速回転する光情報記録媒体に対するフォーカシング制御やトラッキング制御のためのサーボ駆動などの際に、対物レンズが光情報記録媒体に接触してしまうことを回避できる。
【０１１６】
また、本実施形例の対物レンズを、６５０ｎｍレーザーを用いる現行ＤＶＤ、７８０ｎｍレーザーを用いるＣＤ、ＣＤ−Ｒなどの厚い光透過保護層厚を有する光情報記録媒体の記録再生用ピックアップに用いる際にも、光情報記録媒体に接触する可能性の少なく、互換レンズとしても有用なピックアップ用レンズを得ることができる。さらに、青色ＤＶＤ専用レンズとしてならば、外径２ｍｍあるいはそれ以下の対物レンズとしても実現可能であるので、光情報記録媒体に接触することなしに記録再生できる超小型の青色レーザーピックアップ用対物レンズが得られる。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズの外径が５．０ｍｍφ以下で、入射光束径をＥ、レンズと光情報記録媒体間の作動距離をＬとしたときにＬ／Ｅの比が１／６以上となるような小型で高開口数かつ長作動距離を有するとともに、波長４０５ｎｍ付近のレーザー光に対して、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差が０．０４λ以下である高い光学性能を有する光ピックアップ用の対物レンズを提供できる。
【０１１８】
また、樹脂レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、硝子レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとしたとき、硝子レンズが光情報記録媒体側に配置される場合は、ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０、樹脂レンズが光情報記録媒体側に配置される場合は、ＧＩ＞ＰＯ＞ＧＯ＝ＰＩ＞０の関係を満足することにより、小型、高開口数、長作動距離を同時に満たし、単体レンズのように取り扱い可能な光ピックアップ用の対物レンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態および例１の実施例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図２】本発明の例１の実施例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【図３】本発明に対する比較例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図４】本発明に対する比較例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【図５】本発明の例３の実施例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図６】本発明の例３の実施例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【図７】本発明の例４の実施例に係る対物レンズの構成を示す図であり、対物レンズの光軸を通る断面図。
【図８】本発明の例４の実施例に係る対物レンズの波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲における波面収差を示す特性図。
【符号の説明】
１，３１，４１：対物レンズ
１ａ，３１ａ，４１ａ：硝子レンズ
１ｂ，３１ｂ，４１ｂ：樹脂レンズ
２：コリメータレンズ
３：光情報記録媒体
４：情報記録面
５：光軸
６：周辺ツバ部
７：入射側の面である第１面の平面部
８：射出側の面である第５面の平面部
９：媒体表面
１１：樹脂レンズの入射側の非球面（第１面）
１２：樹脂レンズの射出側の非球面（硝子レンズとの界面、第２面）
１３：硝子レンズの入射側の非球面（樹脂レンズとの界面、第３面）
１４：硝子レンズの射出側の非球面（第４面）
１５：入射側のレンズ中心頂点の接線
１６：入射側のレンズ非球面の接線
Ｄ１：レンズの外径
Ｄ２：第１面におけるレンズ面径
Ｄ３：第２面の有効径（出射光束径）
Ｄ４：第２面におけるレンズ面径
Ｅ：第１面の有効径（入射光束径）
Ｌ：作動距離
θ：入射側のレンズ非球面の傾斜角
Ｔ１：周辺ツバ厚
Claims (2)
- 光情報記録媒体の情報記録面に集光して情報の記録または再生を行う光学系に用いる対物レンズであって、
前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０〜０．８７で、かつ、外径が１．０ｍｍφ〜５．０ｍｍφのレンズであり、また、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの全範囲において波面収差が０．０４λ以下であり、
この対物レンズは光学硝子材料からなる硝子レンズと樹脂材料からなる樹脂レンズとが単体レンズのように複合化されて一体化されており、前記光学硝子材料の３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長に対する屈折率が１．８５〜２．２０、前記樹脂材料の３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長に対する屈折率が１．２０〜１．７０であり、
この対物レンズへの光源からの入射光束径をＥ、前記対物レンズと前記光情報記録媒体との間の作動距離をＬとしたとき、ＬとＥの比Ｌ／Ｅが１／６以上となるような作動距離を有することを特徴とする対物レンズ。 - 前記樹脂レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＰＯ、前記硝子レンズにおける光源側の第１面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＩ、光情報記録媒体側の第２面のレンズ面頂点近傍の曲率をＧＯとしたとき、
前記硝子レンズが光情報記録媒体側に配置される場合、ＰＯ＝ＧＩ＞ＰＩ＞ＧＯ＞０、前記樹脂レンズが光情報記録媒体側に配置される場合、ＧＩ＞ＰＯ＞ＧＯ＝ＰＩ＞０の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
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