JP2009199708A - 対物レンズおよび光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＡの大きなものであっても薄型化が可能で、軽量化できるとともに、量産性に富んだ対物レンズ、および低背の光ピックアップ装置を提供すること。
【解決手段】この対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた両凸単玉レンズであり、光軸上の厚さをｄ、無限遠物体での焦点距離をｆとし、光軸上で光源側表面位置をＴ１、前側主点位置をＨ、後側主点位置をＨ’、光情報記録媒体側表面位置をＴ２、光情報記録媒体側焦点の位置をＳとしたとき、以下の式を満たす。
３．５＜（Ｈ−Ｓ）／（Ｈ−Ｈ’）＜４．３
３．５＜（Ｈ’−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｈ）＜５０
０．９＜ｄ／ｆ＜１．１
（但し、０．８５≦ＮＡとする。ＮＡ：対物レンズの光情報記録媒体側の開口数）
【選択図】図２

Description

本発明は、特に光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズおよびこの対物レンズを含む光ピックアップ装置に関するものである。

従来から、ＣＤメディアやＤＶＤメディア等の光ディスクに情報を書き込んだり、それら光ディスクから情報を読み出したり、それら光ディスクから情報を消去することが可能な光情報記録装置において、対物レンズ素子を備える光ピックアップ装置が用いられている。近年青色レーザを用いたブルーレイディスクが開発され、開口数ＮＡが０．８５と非常に大きな対物レンズが必要となってきた。このレンズを実現するためには、レンズ厚が厚くなり、それに伴いこれを駆動するアクチュエータへの負担も大きくなってきている。さらに、軸外収差、ディセンターによるコマ収差の発生等も大きくなり、またＮＡが大きくなることによってレンズ面の傾斜角も大きくなり、金型の作成、成形における難易度も非常に大きくなってくる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−９１８５４号公報

本発明はこれらの課題を解決することを目的とし、ブルーレイディスク等に用いられる対物レンズのように、ＮＡの大きなものであっても薄型化が可能で、軽量化できるとともに、量産性に富んだ対物レンズを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の対物レンズは、光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、この対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた両凸単玉レンズであり、対物レンズの光軸上の厚さをｄ（ｍｍ）、無限遠物体での焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、光軸上で光源側対物レンズ表面位置をＴ１、光軸上で対物レンズの前側主点位置をＨ、光軸上で対物レンズの後側主点位置をＨ’、光軸上で光情報記録媒体側対物レンズ表面位置をＴ２、光軸上で対物レンズの光情報記録媒体側焦点の位置をＳとしたとき、以下の式を満たすことを特徴とする。
３．５＜（Ｈ−Ｓ）／（Ｈ−Ｈ’）＜４．３
３．５＜（Ｈ’−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｈ）＜５０
０．９＜ｄ／ｆ＜１．１
（但し、０．８５≦ＮＡとする。ＮＡ：対物レンズの光情報記録媒体側の開口数）
このようにすることにより、ＮＡの大きなものであっても薄型化が可能で、軽量化できるとともに、軸外収差、ディセンターによるコマ収差の発生等による劣化を抑えたレンズを提供することができる。

さらに本発明の対物レンズは、光源側有効径をφ１、光情報記録媒体側有効径をφ２としたとき、以下の式を満足することが望ましい。
０．７５＜φ２／φ１＜０．８
このようにすることによって、出射側でのエネルギーの集中度合いがそれほど大きくならず、大きなパワーの光が入射したときでも、温度上昇や光による劣化を低減することができ、性能および信頼性を向上させることができる。

さらに本発明の対物レンズは、光源側の最大傾斜角αが以下の式を満足することが望ましい。
６０°＜α＜６５°
このようにすることにより、金型の作成、成形においても実用上問題なく製造することができる。

本発明によると、ＮＡの大きなものであっても薄型化が可能で、軽量化できるとともに、量産性に富んだ対物レンズを提供することができる。

（実施の形態１）
以下本発明の実施の形態１を用いて、本発明の対物レンズについて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置の概略構成図である。実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置は、光源１と、コリメートレンズ３（コリメート手段）と、光を直角に曲げるプリズム４と、対物レンズ５と、アクチュエータ７とを備える。光源１は、半導体レーザからなり、３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲にある波長の光束２を放射する。

図１において、半導体レーザからなる光源１から出射された光束２はコリメートレンズ３により略平行光となる。そして、プリズム４により直角に曲げられ、対物レンズ５により光情報記録媒体６上に集光される。

ここで、対物レンズ５は、その光軸が略一致された状態でアクチュエータ７に取付けられ、これにより光軸方向に対して直角方向に移動可能になっており、波長が変わって光束が発散、収束してもスポットのトラック方向のずれ修正、すなわちトラッキングが行われる。

このような構成において、ブルーレイディスクでは、開口数ＮＡが０．８５と非常に大きな対物レンズが必要となる。このレンズを実現するためには、レンズ厚が厚くなり、それに伴いこれを駆動するアクチュエータへの負担も大きくなってきている。また、ＣＤ／ＤＶＤとの互換性も要求されるようになり、ワーキングディスタンスＷＤ即ちレンズ表面と光情報記録媒体との距離を大きくする必要が出てきている。また、パソコン等様々な機器に組み込むために光ピックアップ装置としての高さを低くする要望も強くなってきている。一方対物レンズとしては、軸外収差、ディセンターによるコマ収差の発生等も大きくなり、またＮＡが大きくなることによってレンズ面の傾斜角も大きくなり、金型の作成、成形における難易度も非常に大きくなってくる。

図２は、本発明の実施の形態１に係る対物レンズの光路図であり、光源側から平行光線を入射したときの光情報記録媒体側焦点の位置をＳ、光軸上で光源側対物レンズ表面位置をＴ１、光軸上で対物レンズの前側主点位置をＨ、光軸上で対物レンズの後側主点位置をＨ’、光軸上で光情報記録媒体側対物レンズ表面位置をＴ２とし、（Ｈ−Ｓ）、（Ｈ−Ｈ’）、（Ｈ’−Ｔ２）、（Ｔ１−Ｈ）をそれぞれの点の間の距離（ｍｍ）とする。また、対物レンズの光軸上の厚さをｄ（ｍｍ）、無限遠物体での焦点距離をｆ（ｍｍ）とする。

さらに光源側有効径をφ１（ｍｍ）、光情報記録媒体側有効径をφ２（ｍｍ）とする。ここで有効径とは、その光ピックアップ装置のシステムに必要とされる開口数の値（例えばブルーレイディスクの場合は０．８５）を満足する光線の最外径を意味する。

また、光源側有効径の最外部でのレンズ法線方向と入射光とのなす角度を光源側の最大傾斜角αとする。

以上のように定義した時に、本発明の対物レンズは、以下の式を満足することが望ましい。
３．５＜（Ｈ−Ｓ）／（Ｈ−Ｈ’）＜４．３
３．５＜（Ｈ’−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｈ）＜５０
０．９＜ｄ／ｆ＜１．１
（但し、０．８５≦ＮＡとする。ＮＡ：対物レンズの光情報記録媒体側の開口数）
このようにすることにより、ＮＡの大きな対物レンズであっても、必要なワーキングディスタンスを確保しながら対物レンズを薄くすることができ、かつ軸外収差、ディセンターによるコマ収差の発生等も抑えることができる。

さらに本発明の対物レンズは、以下の式を満足することが望ましい。
０．７５＜φ２／φ１＜０．８
φ２／φ１を０．７５より大きくすることで、対物レンズの光情報記録媒体側表面での光エネルギーの集中度合いを小さくすることができ、大きな光エネルギーが入射された場合でも、温度上昇を最小限にすることができ、温度上昇による光学特性の劣化を少なくすることができる。さらにレンズの材料に光学プラスチックを用いた場合、特にブルーレイディスクのように波長４００ｎｍ近傍の光を用いる場合には、その光エネルギーによってプラスチック材料が分解されていく可能性がある。これに対して本発明のようにφ２／φ１を０．７５より大きくすることにより、光エネルギーの集中度合いを小さくすることができ、信頼性の向上を図ることができる。

また、レンズの材料にガラスを用いた場合であっても、光エネルギーの集中度合いが大きい場合、温度が上昇し、これによって焦点位置がずれるというような課題が発生する。これに対し光エネルギーの集中度合いを小さくすることにより、性能の安定性を確保することができる。

一方、φ２／φ１を０．８以上とすると、成形時のディセンターに対してコマ収差の発生が大きくなるため、０．８より小さくすることが望ましい。

さらに本発明の対物レンズは、以下の式を満足することが望ましい。
６０°＜α＜６５°
このようにすることにより、設計可能なレンズが得られるとともに、金型作成、および成形においても実現可能なものが得られ、量産性が向上する。

また、光ピックアップ装置の高さを低くするために、図１のようにプリズムを用いて入射光を直角に曲げているが、この場合光ピックアップ装置の高さ制限するものは、対物レンズの厚さｄと光源側有効径１の和（ｄ＋φ１）となる。一方ワーキングディスタンスＷＤを大きくしようとするとφ２が大きくなる。従ってφ１も大きくなり結果として光ピックアップ装置の高さが高くなってしまう。そこで、ＷＤ／（ｄ＋φ１）を指標とすると、この数値を大きくすることが、光ピックアップ装置の低背化に寄与することとなる。本発明によれば、ＷＤ／（ｄ＋φ１）の値を０．１２以上とすることができ、より好ましくは０．１４以上とすることができるため、光ピックアップ装置を低背化することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るコンピュータシステムを示す構成図である。図３において、コンピュータシステム１０は、本体１１と、出力装置としての液晶ディスプレイ１２と、入力装置としてのキーボード１３とを備える。また、本体１１は、ＣＰＵ１１ａと、光ディスクドライブ１１ｂとを含む。

図４は、本発明の実施の形態２に係るコンピュータシステムを構成する光ディスクドライブを示す構成図である。光ディスクドライブ１１ｂは、信号線１１ｃを介してＣＰＵ１１ａと接続されている。光ディスクドライブ１１ｂは、実施の形態１に係る光ピックアップ装置１１１と、インターフェース１１２と、モータ１１４と、ターンテーブル１１６と、クランパ１１５とを備える。また、図中、ターンテーブル１１６の上に、光ディスク１１３が載置されている。

ＣＰＵ１１ａは、各種制御信号をインターフェース１１２を介して、光ピックアップ装置１１１と、モータ１１４とに送信する。モータ１１４は、制御信号に基づいて、ターンテーブル１１６に搭載され、クランパ１１５によって固定された光ディスク１１３を回転駆動する。光ピックアップ装置１１１は、ＣＰＵ１１ａからの各種制御信号を受信し、光ディスク１１３の記録層に、データを読み書きする。

実施の形態２に係るコンピュータシステム１０を構成する光ディスクドライブ１１ｂは、実施の形態１において説明した光ピックアップ装置を具備しているので、低背化されコンパクトに構成することが可能となっている。

なお、実施の形態２において、コンピュータシステムに含まれる光ディスクドライブを例にしたが、適用対象は、これに限られない。例えば、実施の形態１の光ピックアップ装置は、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダ、カーナビゲーションシステム、編集システム、データサーバー、ＡＶコンポーネント、車両など、情報を蓄えるあらゆる光情報システムに応用展開可能である。

（実施例）
次に、本発明の光ピックアップ装置に適用可能な非球面両凸単玉対物レンズの実施例１〜３について説明する。各実施例のレンズデータを（表１）に示す。

（表１）において、λは設計波長、ｎは設計波長におけるレンズ材料の屈折率とする。

なお、本実施例のレンズにおける非球面形状は、以下の（数１）で与えられる。

但し、各符号の意味は、以下の通りである。

Ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離
ｈ：光軸からの高さ
Ｃｊ：対物レンズの第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）
Ｋｊ：対物レンズの第ｊ面の円錐定数
Ａｊ，ｎ：対物レンズの第ｊ面のｎ次の非球面係数
実施例１は、ｆ＝１．４０８ｍｍ、ＮＡ＝０．８５の両面非球面両凸単玉レンズである。実施例１のレンズデータを（表２）に示す。また、このレンズの縦収差図を図５に、横収差図を図６に示す。

実施例２は、ｆ＝１．７６５ｍｍ、ＮＡ＝０．８５の両面非球面両凸単玉レンズである。実施例２のレンズデータを（表３）に示す。また、このレンズの縦収差図を図７に、横収差図を図８に示す。

実施例３は、ｆ＝２．５ｍｍ、ＮＡ＝０．８５の両面非球面両凸単玉レンズである。実施例３のレンズデータを（表４）に示す。また、このレンズの縦収差図を図９に、横収差図を図１０に示す。

以上、実施例１〜３の対物レンズでは、上記条件式を満足するように設計することにより、ＮＡの大きなものであっても薄型化が可能で、軽量化できるとともに、ディセンターによるコマ収差の発生を抑えることができる等量産性も向上させることができる。

本発明の対物レンズは、ＮＡの大きなものであっても薄型化が可能で、軽量化できるとともに、量産性に富んだ対物レンズを得ることができ、またこれを用いた光ピックアップ装置では低背化を図ることができ、産業上の利用価値に富んだものである。そして、光ピックアップ装置は、コンピュータ、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダ、カーナビゲーションシステム、編集システム、データサーバー、ＡＶコンポーネント、車両など、情報を蓄えるあらゆる光情報システムに応用展開可能である。

本発明の実施の形態１に係る光ピックアップ用レンズ装置の概略構成図 本発明の実施の形態１に係る対物レンズの光路図 本発明の実施の形態２に係るコンピュータシステムを示す構成図 本発明の実施の形態２に係るコンピュータシステムを構成する光ディスクドライブを示す構成図 本発明の実施例１に係る対物レンズの縦収差図 本発明の実施例１に係る対物レンズの横収差図 本発明の実施例２に係る対物レンズの縦収差図 本発明の実施例２に係る対物レンズの横収差図 本発明の実施例３に係る対物レンズの縦収差図 本発明の実施例３に係る対物レンズの横収差図

符号の説明

１ 光源
２ 光束
３ コリメートレンズ
４ プリズム
５ 対物レンズ
６ 光情報記録媒体
７ アクチュエータ
１１ 本体
１１ａ ＣＰＵ
１１ｂ 光ディスクドライブ
１１ｃ 信号線
１２ 液晶ディスプレイ
１３ キーボード
１１１ 光ピックアップ装置
１１２ インターフェース
１１３ 光ディスク
１１４ モータ
１１５ クランパ
１１６ ターンテーブル

Claims (6)

1. 光情報記録媒体の情報の記録および／または再生用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされた両凸単玉レンズであり、前記対物レンズの光軸上の厚さをｄ（ｍｍ）、無限遠物体での焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、光軸上で光源側前記対物レンズ表面位置をＴ１、光軸上で前記対物レンズの前側主点位置をＨ、光軸上で前記対物レンズの後側主点位置をＨ’、光軸上で光情報記録媒体側前記対物レンズ表面位置をＴ２、光軸上で前記対物レンズの光情報記録媒体側焦点の位置をＳとしたとき、以下の式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
   ３．５＜（Ｈ−Ｓ）／（Ｈ−Ｈ’）＜４．３
   ３．５＜（Ｈ’−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｈ）＜５０
   ０．９＜ｄ／ｆ＜１．１
   （但し、０．８５≦ＮＡとする。ＮＡ：対物レンズの光情報記録媒体側の開口数）
2. 光源側有効径をφ１、光情報記録媒体側有効径をφ２としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
   ０．７５＜φ２／φ１＜０．８
3. 対物レンズは光学プラスチック材料から形成されたことを特徴とする請求項２記載の対物レンズ。
4. 対物レンズは光学ガラス材料から形成されたことを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
5. 光源側の最大傾斜角αが以下の式を満たすことを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
   ６０°＜α＜６５°
6. 光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための対物レンズを含む集光光学系と、を備え、前記情報記録面からの反射光を検出することで前記光情報記録媒体に対する情報の記録および／または再生を行う光ピックアップ装置であって、前記対物レンズとして請求項１ないし５のいずれか１項に記載の対物レンズを有することを特徴とする光ピックアップ装置。

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