JP2004061519A

JP2004061519A - 光ピックアップ用対物レンズ

Info

Publication number: JP2004061519A
Application number: JP2002171523A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kaneko; 金子　勇
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-02-26
Also published as: EP1369857A3; US7027379B2; US20040027971A1; EP1369857A2

Abstract

【課題】特に、短波長領域においてレーザ光の波長が基準波長からわずかに変動したとしても、色収差を良好に補正して情報の記録・再生を確実且つ安定して行う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。
【解決手段】光源側から光記録媒体８側に向かって順に、負、正、負または正、負、正のパワーを有する３枚のレンズ２，３，４を有し、かつ、前記３枚のレンズ２，３，４が２つの接合面５，６を介して接合され、さらに、少なくとも前記２つの接合面５，６が非球面形状に形成されていること。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ピックアップ用対物レンズに係り、特に、光記録媒体に対する高密度情報の記録あるいは再生に適した光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＣＤやＤＶＤをはじめとする光ディスク等の光記録媒体に対してレーザ光を照射することにより、光記録媒体への情報の記録や、光記録媒体に記録された情報の再生を行う光ピックアップ装置が広く利用されている。
【０００３】
このような光ピックアップ装置においては、光記録媒体に記録される記録情報の高密度化の要請が強く、近年において更にその傾向が強まっている。
【０００４】
ここで、記録密度を向上するためには、より波長の短いレーザ光を用いることが必要であり、例えば、前述したＣＤにおいては、使用されるレーザ光の波長が７８０乃至７９０ｎｍであるのに対して、これよりも記録密度が高いＤＶＤにおいては、波長が６５０ｎｍと更に短いものが使用されている。また、更に高密度化を実現するためには、使用するレーザ光の波長も更に短いものとする必要がある。
【０００５】
このような記録情報の高密度化にともなう使用レーザ光の短波長化に対応するためには、光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用対物レンズについても、その光学性能を向上することが求められており、短波長のレーザ光に対応できる対物レンズが要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般に、レーザ光の波長には温度依存性があり、レーザ光は温度が変動することにともなってその波長が微妙に変動するという性質を有している。また、レーザ光の波長変動は、印加電圧の変動によっても生じるものであり、例えば、光記録媒体に対する再生動作と記録動作とを切り替えるときのように、半導体レーザへの印加電圧を変動させる際にも生じる。
【０００７】
このようなレーザ光の波長変動は、光ピックアップ用対物レンズの屈折率に影響を及ぼし、結像点を微妙にずらしてしまう結果、色収差（軸上色収差）を発生させてしまうといった問題が生じていた。
【０００８】
かかる色収差の問題は、前述のように記録密度を更に高密度化してレーザ光の波長を短波長化するほど顕著なものとなり、例えば４００ｎｍ付近、あるいはそれ以下の短波長のレーザ光を用いた光ピックアップ装置を実現するために、解決しなければならない大きな課題であった。
【０００９】
なお、レーザ光の波長変動を考慮した光ピックアップ用対物レンズとしては、既に、二枚構成のレンズとして特開２０００−９０４７７号公報、特開２００１−１３４０６号公報、特開２００１−２１６６７８号公報に記載のものが提案されているが、これら各公報に記載のレンズにおいても、波長変動にともなう色収差の問題について充分な解決がなされていないのが実情であった。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、特に、短波長領域においてレーザ光の波長が基準波長からわずかに変動したとしても、色収差を良好に補正して情報の記録、再生を確実且つ安定して行う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ものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の請求項１に係る光ピックアップ用対物レンズの特徴は、光源側から光記録媒体側に向かって順に、負、正、負または正、負、正のパワーを有する３枚のレンズを有し、かつ、前記３枚のレンズが２つの接合面を介して接合され、さらに、少なくとも前記２つの接合面が非球面形状に形成されている点にある。
【００１２】
そして、この請求項１に係る発明によれば、レンズの枚数を３枚とすることによってレーザ光の波長変動が生じたとしても色収差を良好に補正することができ、また、レンズの接合面を非球面形状に形成することによって、色収差をはじめとする諸収差をさらに良好に補正することが可能となる。
【００１３】
また、請求項２に係る光ピックアップ用対物レンズの特徴は、請求項１において、　更に、（１）の条件式、
−０．０１Φ＜ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２＜０Φ　　　　　　　　（１）

を満たす点にある。
【００１４】
そして、この請求項２に係る発明によれば、光ピックアップ用対物レンズ全体の色収差を表す一因子であるΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　の値が（１）式を満足するように構成することによって、色収差をさらに効果的に補正することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズの実施形態について、図１を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態における光ピックアップ用対物レンズ１は、図１に示すように、光軸Ｌを中心とした軸対称形状に形成されており、光源側から光記録媒体８側に向かって順に、負のパワーを有する第１レンズ２と、正のパワーを有する第２レンズ３と、負のパワーを有する第３レンズ４との３枚のレンズ２，３，４を有している。これら３枚のレンズ２，３，４は、２つの接合面、すなわち第１レンズの第２面とこれに隣接する第２レンズの第１面との接合面（第１接合面５）および第２レンズの第２面とこれに隣接する第３レンズの第１面との接合面（第２接合面６）を介して一体的に接合されている。さらに、２つの接合面５，６は、非球面形状に形成されている。
【００１７】
このように、光ピックアップ用対物レンズ１を３枚のレンズ２，３，４によって構成することによって、例えば４００ｎｍ付近の短波長のレーザ光を用いる場合において、前述した温度や印加電圧の変動に基づくレーザ光の波長変動が生じたとしても、色収差を良好に補正することができる。また、第１接合面５および第２接合面６を非球面形状に形成することによって、色収差をはじめとする諸収差をさらに良好に補正することが可能となる。
【００１８】
なお、図１においては、第１レンズ２と第３レンズ４とを負のパワーを有するように形成し、第２レンズ３を正のパワーを有するように形成しているが、これに限る必要はなく、第１レンズ２と第３レンズ４とを正のパワーを有するように形成し、第２レンズ３を負のパワーを有するように形成してもよい（図７、図９参照）。この場合においても、３枚構成のレンズによって色収差を良好に補正することが可能となる。
【００１９】
更に、本実施形態においては、次の（１）式に示す条件式を満たすようにする。
【００２０】
−０．０１Φ＜ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２＜０Φ　　　　　　　　（１）
但し、（１）式におけるΦは、光ピックアップ用対物レンズ１全体のパワーであり、Φ_ｉは、各レンズ２，３，４のパワー（ただしｉ＝１，２，３）である。また、Δｉは、各レンズ２，３，４の材料の使用波長（基準波長）近傍での分散能である。ｈ_ｉは、各レンズ２，３，４の有効高さである。なお、各レンズ２，３，４の有効高さを示す位置を結んだ図１に示す破線は、この光ピックアップ用対物レンズ１の機能面の端部を進行するレーザ光の光路を示している。また、前述したΔｉは、ｎ_ｉｃを使用波長での屈折率、ｎ_ｉｌを短波長側屈折率、ｎ_ｉｈを長波長側屈折率とすると、Δｉ＝（ｎ_ｉｌ−ｎ_ｉｈ）／（ｎ_ｉｃ−１）で表される。
【００２１】
ここで、（１）式におけるΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　は、光ピックアップ用対物レンズ１のレンズ全体の色収差を表す一因子である。この（ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　）の値が（１）式に示す値（０Φ）を超えて大きくなると、球面収差の補正が不足する結果、色収差を良好に補正することができなくなる。一方、（１）式に示す値（−０．０１Φ）よりも小さくなると、逆に過剰補正となる結果、やはり色収差を良好に補正することができなくなる。
【００２２】
従って、本実施形態によれば、（ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　）の値を（１）の条件式を満足するようにすることによって、レーザ光の波長変動が生じたとしても色収差を更に良好に補正することが可能となる。
【００２３】
なお、３枚のレンズ２，３，４のうち、正のパワーを有するレンズ（図１において第２レンズ）をガラスによって形成し、負のパワーを有するレンズ（図１において第１、第３レンズ）をプラスチック等の樹脂材料によって形成するようにしてもよい。このようにすれば、正のパワーを有するガラス製の一枚のレンズの両面あるいは二枚のレンズの間に、金型を用いたインサート成形等の方法によって負のパワーを有する樹脂製のレンズを簡便に形成することができ、ひいては、光ピックアップ用対物レンズ１全体の製造効率を向上することが可能となる。また、ガラスと樹脂材料とは屈折率が異なるため、これら屈折率が異なる光学材料の組み合わせによって軸上色収差を良好に補正することが可能となる。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、図２乃至図１０を参照して説明する。
【００２５】
ここで、本実施例において、ｆｌは、光ピックアップ用対物レンズ１の焦点距離（ｍｍ）、ＮＡは開口数を示す。また、ｉは、物体側（光源側）から像面側（光記録媒体８側）へ順に数えて第ｉ番目の光学面を示す。また、ｃ_ｉ（１／ｍｍ）は、第ｉ番目の光学面の中心曲率、ｄ_ｉ（ｍｍ）は、物体側より順に数えた場合の第ｉ番目の光学面から次の光学面までの距離、ｎ_ｉは、第ｉ番目の光学面から次の光学面までの間に存在する光学系の屈折率を示す。
【００２６】
ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、次の（２）式における各係数を示す。すなわち、レンズの非球面の形状は、光軸方向にＺ軸、光軸に直交する方向にＸ軸とり、光の進行方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを非球面係数としたとき次式で表される。
【００２７】

＜第１実施例＞
図２は、本発明の第１実施例を示したもので、本実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、図１に示したものと同様に、物体側から順に、負、正、負のパワーを有する第１乃至第３レンズの３枚のレンズ２，３，４を２つの接合面５，６を介して一体的に接合したものである。
【００２８】
なお、本第１実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、以下の条件に設定されている。
基準波長　４０５ｎｍ、入射瞳直径　３ｍｍ、ＮＡ＝０．８５、ｆｌ＝１．７６ｍｍ、Φ＝０．５６８１８２（１／ｍｍ）、

このような条件の下で、ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　＝−０．００７５Φとなり、前記（１）式を満足するものである。
【００２９】
この第１実施例の光ピックアップ用対物レンズ１において、レーザ光の波長と球面収差（縦収差表示）との関係を図３に、波長変動と波面収差との関係を図４に示す。図３によれば、基準波長（４０５ｎｍ）から±５ｎｍの波長変動に対しても球面収差を充分に抑えることができ、軸上色収差を良好に補正し得ることが分かる。また、光ピックアップ用対物レンズ１に許容される波面収差は、一般に０．０７λｒｍｓ以下とされているが、図４によれば、基準波長（４０５ｎｍ）から±１０ｎｍの波長変動が生じたとしても、波面収差を０．０７λｒｍｓ以下に充分に抑えることができる。
＜第２実施例＞
図５は、本発明の第２実施例を示したもので、本実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、図１に示したものと同様に、物体側から順に、負、正、負のパワーを有する第１乃至第３レンズの３枚のレンズ２，３，４を２つの接合面５，６を介して一体的に接合したものである。
【００３０】
なお、本第２実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、以下の条件に設定されている。
基準波長　４０５ｎｍ、入射瞳直径　３ｍｍ、ＮＡ＝０．８５、ｆｌ＝１．７６ｍｍ、Φ＝０．５６８１８２（１／ｍｍ）、

このような条件の下で、ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　＝−０．００５４Φとなり、前記（１）式を満足するものである。
【００３１】
この第２実施例の光ピックアップ用対物レンズ１において、レーザ光の波長と球面収差との関係を図６に示す。図６によれば、基準波長（４０５ｎｍ）から±５ｎｍの波長変動に対しても球面収差を充分に抑えることができ、軸上色収差を良好に補正し得ることが分かる。
＜第３実施例＞
図７は、本発明の第３実施例を示したもので、本実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、図１に示したものとは異なり、物体側から順に、正、負、正のパワーを有する第１乃至第３レンズの３枚のレンズ２，３，４を２つの接合面５，６を介して一体的に接合したものである。
【００３２】
なお、本第３実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、以下の条件に設定されている。
基準波長　４０５ｎｍ、入射瞳直径　３ｍｍ、ＮＡ＝０．８５、ｆｌ＝１．７６ｍｍ、Φ＝０．５６８１８２（１／ｍｍ）、

このような条件の下で、ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　＝−０．００４７Φとなり、前記（１）式を満足するものである。
【００３３】
この第３実施例の光ピックアップ用対物レンズ１において、レーザ光の波長と球面収差との関係を図８に示す。図８によれば、基準波長（４０５ｎｍ）から±５ｎｍの波長変動に対しても球面収差を充分に抑えることができ、軸上色収差を良好に補正し得ることが分かる。
＜第４実施例＞
図９は、本発明の第４実施例を示したもので、本実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、図７に示したものと同様に、物体側から順に、正、負、正のパワーを有する第１乃至第３レンズの３枚のレンズ２，３，４を２つの接合面５，６を介して一体的に接合したものである。
【００３４】
なお、本第４実施例における光ピックアップ用対物レンズ１は、以下の条件に設定されている。
基準波長　４０５ｎｍ、入射瞳直径　３ｍｍ、ＮＡ＝０．８５、ｆｌ＝１．７６ｍｍ、Φ＝０．５６８１８２（１／ｍｍ）、

このような条件の下で、ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２　＝−０．００４３Φとなり、前記（１）式を満足するものである。
【００３５】
この第４実施例の光ピックアップ用対物レンズ１において、レーザ光の波長と球面収差との関係を図１０に示す。図１０によれば、基準波長（４０５ｎｍ）から±５ｎｍの波長変動に対しても球面収差を充分に抑えることができ、軸上色収差を良好に補正し得ることが分かる。
【００３６】
【比較例】
次に、比較例について、図１１および図１２を参照して説明する。
【００３７】
図１１は、比較例として、従来の単玉の光ピックアップ用対物レンズ７を示したもので、このレンズ７は、以下の条件に設定されている。
基準波長　４０５ｎｍ、入射瞳直径　３ｍｍ、ＮＡ＝０．８５、ｆｌ＝１．７６ｍｍ、Φ＝０．５６８１８２（１／ｍｍ）、

この比較例の光ピックアップ用対物レンズ７において、レーザ光の波長と球面収差との関係を図１２に示す。図１２によれば、基準波長（４０５ｎｍ）から±５ｎｍの波長変動に対して球面収差が大きく変動してしまい、軸上色収差を良好に補正し得ないことが分かる。
【００３８】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００３９】
例えば、第１乃至第３レンズ２，３，４の接合は、インサート成形による方法、樹脂レンズの部分を光硬化性樹脂を用いることにより形成する方法、光学的接着剤を用いて３枚のレンズを貼り合わせる方法等により行うようにすればよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１に係る光ピックアップ用対物レンズによれば、レーザ光の波長変動に基づく色収差を良好に補正することができ、特に短波長のレーザ光を用いる場合でも、情報の記録・再生を確実に且つ安定して行うことのできる光ピックアップ用対物レンズを実現できる。
【００４１】
請求項２に係る光ピックアップ用対物レンズによれば、請求項１に係る光ピックアップ用対物レンズの効果に加えて、さらに良好に色収差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ピックアップ用対物レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】本発明に係る光ピックアップ用対物レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】図２に示す光ピックアップ用対物レンズの球面収差（縦収差表示）を示す説明図
【図４】図２に示す光ピックアップ用対物レンズの波長変動と波面収差との関係を示す説明図
【図５】本発明に係る光ピックアップ用対物レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図６】図５に示す光ピックアップ用対物レンズの球面収差を示す説明図
【図７】本発明に係る光ピックアップ用対物レンズの第３実施例を示す概略構成図
【図８】図７に示す光ピックアップ用対物レンズの球面収差を示す説明図
【図９】本発明に係る光ピックアップ用対物レンズの第４実施例を示す概略構成図
【図１０】図９に示す光ピックアップ用対物レンズの球面収差を示す説明図
【図１１】比較例としての従来の光ピックアップ用対物レンズを示す概略構成図
【図１２】図１１に示す光ピックアップ用対物レンズの球面収差を示す説明図
【符号の説明】
１　光ピックアップ用対物レンズ
２　第１レンズ
３　第２レンズ
４　第３レンズ
５　第１接合面
６　第２接合面

Claims

光源から出射されたレーザ光を光記録媒体の記録面上に集光する光ピックアップ用対物レンズにおいて、
光源側から光記録媒体側に向かって順に、負、正、負または正、負、正のパワーを有する３枚のレンズを有し、かつ、前記３枚のレンズが２つの接合面を介して接合され、さらに、少なくとも前記２つの接合面が非球面形状に形成されていることを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
更に、（１）の条件式、
−０．０１Φ＜ΣΦ_ｉΔｉ（ｈ_ｉ／ｈ_１）^２＜０Φ　　　　　　　　（１）

を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ用対物レンズ。