JP2010215443A - 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス転移点温度が低くＬ１／Ｌ２値が大きいガラスを用いて形成したにもかかわらず、トラッキングやフォーカシング時の応答性を高め、アクチュエータの負担を減少させ、省エネを図ることができる対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】（１）式を満たすことで、比較的小径で軸上厚の薄い対物レンズを形成できるため、対物レンズの質量を減少させることにより、トラッキングやフォーカシング時の応答性を高め、アクチュエータの負担を減少させ、省エネを図ることができる。
１．１０≦ｄ／ｆ≦１．２９ （１）
【選択図】図２

Description

本発明は光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置に関し、より詳細には、中屈折率且つ低分散の光学定数を有し、プレス成形に適した光学ガラスから成形された光ピックアップ装置用の対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４、７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２３〜２７ＧＢの情報の記録が可能である。このような光ディスクを高密度光ディスクと呼ぶ。

このような高密度光ディスクシステムにおいて、レーザの短波長化や対物レンズの高ＮＡ化が図られてくると、ＣＤやＤＶＤのごとき従来の光ディスクに対して情報の記録又は再生を行うような比較的長波長のレーザと低ＮＡの対物レンズとの組み合わせからなる光ピックアップ装置ではほとんど無視できる問題でもより顕在化されることが予想される。レーザの短波長化と対物レンズの高ＮＡ化の組み合わせにおいて顕在化する別な問題は、温度・湿度変化による光学系の球面収差の変動である。すなわち、一般的に使用されているプラスチックは温度や湿度変化を受けて変形しやすく、また屈折率が大きく変化しやすいという特性を有するが、従来のＣＤやＤＶＤ用の光ピックアップ装置においては、レーザ光の波長が比較的長く、開口数ＮＡも小さいため、プラスチック製の対物レンズであっても、屈折率変化による球面収差の変動は特に問題とならなかった。これに対し、ＢＤ用の光ピックアップ装置においては、レーザ光の波長が４００ｎｍ前後と短波長であり、開口数ＮＡも０．８以上と高ＮＡとなるため、従来の光ピックアップ装置では問題にならなかったプラスチック製の対物レンズにおける屈折率変化による球面収差の変動も、無視できない量となる。

これに対し特許文献１には、温度変化や湿度変化に対する屈折率変化が少ないガラス素材を用いて対物レンズを形成することで、かかる問題を解消する技術が開示されている。

特開2001-324673号公報

しかるに、ガラスを用いて対物レンズを形成する際の問題点としては、樹脂に対してガラスのガラス転移温度が大幅に高いため、金型の寿命を短くするということがある。又、従前より用いられていたガラス材料は、ビッカース圧子を押し込むことにより得られる圧痕の対角線長さＬ１を、当該圧痕の四隅から伸びるき裂の長さＬ２で除した値（Ｌ１／Ｌ２）が、樹脂に比べると小さく、従って脆いという問題もある。これに対し、ガラス転移温度を低くし、且つＬ１／Ｌ２値を大きく確保したガラスも開発されつつある。

しかしながら、そのようなガラスは比重が高い傾向があり、特にＢＤ用の対物レンズは軸上厚が厚いこともあり、かかるガラスを用いて形成した対物レンズの質量が増大するために、トラッキングやフォーカシング時の応答性が低下することに加え、対物レンズ駆動用のアクチュエータの負担が増大し、省エネが図れないという問題を招く。一方、光ピックアップ装置の構成上、ある程度のワーキングディスタンスを確保したいという要請もある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ガラス転移点温度が低くＬ１／Ｌ２値が大きいガラスを用いて形成したにもかかわらず、トラッキングやフォーカシング時の応答性を高め、アクチュエータの負担を減少させ、省エネを図ることができ、さらにワーキングディスタンスも長めに確保することが可能となる対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、
波長λ１（３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ）の光束を出射する光源と、前記光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズと、前記光ディスクの情報記録面上で反射した光を受光する受光素子とを有し、前記光束を前記光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
前記対物レンズの像側開口数（ＮＡ）は０．８以上であり、
前記対物レンズは単玉であって、ガラス素材から形成されており、
前記対物レンズの軸上厚をｄ（ｍｍ）とし、前記対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ（ｍｍ）としたときに、
１．００≦ｄ／ｆ≦１．２９ （１）
を満たし、
更に前記対物レンズを形成するガラス素材が、ガラス成分全体に対する質量％で、
Ｐ₂Ｏ₅：３５〜４５質量％（但し、４５質量％を含まない）、
Ｂ₂Ｏ₃：０．５〜１０質量％（但し、１０質量％を含まない）、
Ａｌ₂Ｏ₃：０〜１６質量％、
ＳｉＯ₂：０〜２．５質量％、
ＢａＯ：０〜２６質量％、
ＳｒＯ：０〜２０質量％、
ＺｎＯ：２３〜５０質量％、
ＣａＯ：６〜２０質量％（但し、６質量％を含まない）、
ＭｇＯ：０〜１６質量％、
（但し、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ及びＭｇＯの合計含有量は、２９質量％以上、５５質量％以下）
Ｌｉ₂Ｏ：０〜１質量％（但し、１％を含まない）、
Ｎａ₂Ｏ：３〜１９質量％、
Ｋ₂Ｏ：０〜２０質量％、
（但し、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合計含有量は、３質量％以上、２４質量％以下）
の各ガラス成分を含有することを特徴とする。

Ｐ₂Ｏ₅系のガラスにおいて、ＺｎＯを多く含有させることにより、所定の光学定数を維持し、かつ、靱性を大きく低下させることなく、ガラス転移温度Ｔｇを下げることができる。更に、Ｌｉ₂Ｏの含有量を１質量％未満に抑制した上で、Ｒ'₂Ｏ成分（Ｒ'＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ）を合計量を限定することで、靱性を大きく向上できる。その上で、Ｂ₂Ｏ₃を所定量含有させることにより、ガラス転移温度Ｔｇが低く、靱性が高くてクラック（き裂）が入りにくいガラスが得られる。加えて、耐候性を向上させるため、ＣａＯを６質量％よりも多く含有させることができる。但し、製造時の作業環境に配慮し、ＰｂＯ、Ａｓ₂Ｏ₃、ＴｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃及びフッ化物成分は、いずれも含有しないことが望ましい。しかるに、このようなＰ₂Ｏ₅系のガラスの一つの問題点は比重が高いということである。そこで、本発明においては、前記対物レンズの軸上厚をｄ（ｍｍ）とし、前記対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ（ｍｍ）としたときに、
１．００≦ｄ／ｆ≦１．２９ （１）
を満たすようにすることで、例えば比較的質量の小さなＢＤ用の対物レンズを形成し、それによりトラッキングやフォーカシング時の応答性を高め、アクチュエータの負担を減少させ、省エネを図ることができ、さらにワーキングディスタンスを長く確保することも可能となり、フォーカシング時に素早く対物レンズを動かしたとしても、ＢＤと対物レンズとが衝突する危険性をより少なくすることが可能となる。また、ＮＡ０．８以上という高ＮＡ、波長が３８０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下という短波長の条件においては、非点収差、偏心コマ収差等が大きく発生しやすくなるが、ｄ／ｆの値を上記の範囲にすることにより、非点収差や偏心コマ収差が大きく発生することを防止できる。

請求項２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１に記載の発明において、前記対物レンズを形成するガラス素材が、ガラス成分全体に対する質量％で、
ＴｉＯ₂：０〜５質量％（但し、５質量％を含まない）、
ＺｒＯ₂：０〜１０質量％、
Ｔａ₂Ｏ₅：０〜１０質量％、
のガラス成分のうち少なくとも１種類を更に含有することを特徴とする。

請求項３に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、ビッカース圧子を押し込むことにより得られる圧痕の対角線長さＬ１を、当該圧痕の四隅から伸びるき裂の長さＬ２で除した値（Ｌ１／Ｌ２）が、０．３８以上であることを特徴とする。
ここで、Ｌ１＝（Ａ１＋Ａ２）／２であり、
（但し、Ａ１、Ａ２：直交する２方向における前記圧痕の対角線長さ）
又、Ｌ２＝（Ｂ１＋Ｂ２）／２である。
（但し、Ｂ１：Ａ１方向に伸びた２本の前記き裂の両端の長さ、Ｂ２：Ａ２方向に伸びた２本の前記き裂の両端の長さ）

請求項４に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズを形成するガラス素材の比重が３以上、４以下であることを特徴とする。

請求項５に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズを形成するガラス素材の屈折率ｎｄが、１．５５０以上、１．５８８以下であることを特徴とする。

請求項６に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズを形成するガラス素材のアッベ数νｄが、５９．８以上であることを特徴とする。

請求項７に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズを形成するガラス素材のガラス転移温度Ｔｇが、４５０℃以下であることを特徴とする。

請求項８に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
１．１６≦ｄ／ｆ≦１．２７ （１’）

請求項９に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズの有効径φが、１．７ｍｍ以上、２．６ｍｍ以下であることを特徴とする。好ましくは、前記対物レンズの有効径φが、２．０ｍｍ以上、２．４ｍｍ以下である。

請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の対物レンズを有することを特徴とする。

本発明に係る光ピックアップ装置は、波長λ１の光束を出射する光源（以下、第１の光源という）を有するが、第２の光源及び／又は第３の光源を有していてもよい。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、第２の光源から出射された波長λ２の光束を、光ディスクのガイド層に集光すると同時に、第１の光源から出射された波長λ１の光束を、光ディスクの情報記録層のいずれかの層に集光するための集光光学系を有していても良い。また、本発明の光ピックアップ装置は、光ディスクの情報記録面及びガイド層からの反射光束を受光する受光素子を有していても良い。

ＢＤは、ＮＡ０．８５の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．１ｍｍ程度である。尚、複数の情報記録面を有するＢＤであってもよい。その場合、保護基板の厚さは０．１ｍｍでない場合もある。ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５３程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。

本明細書において、第１の光源、第２の光源、第３の光源等の光源は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第１の光源から出射される第１光束の第１波長λ１、第２の光源から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３の光源から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式を満たすことが好ましい。

１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１
１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１

また、第１の光源の第１波長λ１は、０．３８μｍ以上、０．４２μｍ以下である。また、第２の光源の第２波長λ２は好ましくは０．５７μｍ以上、０．６８μｍ以下、より好ましくは０．６３μｍ以上、０．６７μｍ以下であって、第３の光源を有する場合、第３光源の第３波長λ３は好ましくは、０．７５μｍ以上、０．８８μｍ以下、より好ましくは、０．７６μｍ以上、０．８２μｍ以下である。

また、第１の光源、第２の光源、第３の光源のうち少なくとも２つの光源をユニット化してもよい。ユニット化とは、例えば第１光源と第２光源とが１パッケージに固定収納されているようなものをいうが、これに限られず、２つの光源が収差補正不能なように固定されている状態を広く含むものである。また、光源に加えて、後述する受光素子を１パッケージ化してもよい。

光ピックアップ装置は、光ディスクから反射した光束を受光する受光素子を有していても良い。受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物レンズを移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光素子を有していてもよい。

光ピックアップ装置に用いる集光光学系は、対物レンズを有する。集光光学系は、対物レンズのみを有していても良いが、対物レンズの他にコリメートレンズ等のカップリングレンズを有していてもよい。カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。コリメートレンズは、カップリングレンズの一種で、コリメートレンズに入射した光を平行光にして出射するレンズである。更に集光光学系は、光源から射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラッキング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を有していてもよい。本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。好ましくは、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系であって、更に、アクチュエータにより少なくとも光軸方向に一体的に変位可能とされた光学系を指す。

対物レンズは、単玉の対物レンズである。また、対物レンズは、屈折面が非球面であることが好ましいが、回折面を設けていても良い。

対物レンズは後述するガラス素材から形成されている。

また、対物レンズを構成する材料のアッベ数は、５５以上であることが好ましい。より好ましくは、５９．８以上であり、更に好ましくは、６０以上である。

また、光ピックアップ装置は、光軸方向に移動可能な単玉のカップリングレンズや、単玉のコリメータレンズや、少なくとも１つの正レンズと少なくとも１つの負レンズを有し、いずれかを光軸方向に可動する２群カップリングレンズや、少なくとも１つの正レンズと少なくとも１つの負レンズを有して良いが、いずれかを光軸方向に可動するビームエキスパンダー等が挙げられる。

対物レンズの軸上厚をｄ（ｍｍ）とし、対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ（ｍｍ）としたときに、
１．１０≦ｄ／ｆ≦１．２９ （１）
を満たすと好ましい。より好ましくは、
１．１６≦ｄ／ｆ≦１．２７ （１’）
を満たすことである。

対物レンズを形成するガラス素材の屈折率（ｎ）が、波長４０５ｎｍにおいて１．５５〜１．６２（好ましくは１．５５〜１．６０）であることが好ましい。また、対物レンズを形成するガラス素材の屈折率ｎｄが１．５５０以上、１．５８８以下であることが好ましい。更に、ガラス転移温度（Ｔｇ）が４５０℃以下であると好ましい。３００℃以上であることが好ましい。

対物レンズを形成するガラス素材の比重が３以上、４以下であると好ましい。より好ましくは、３．１以上、３．５以下とすることである。更に好ましくは、３．１以上、３．３以下とすることである。

また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
１．７ｍｍ≦φ≦２．６mm （２）
尚、Φは、対物レンズの有効径を表す。より好ましくは、
２．０mm≦φ≦２．４mm （２’）
を満たすことである。

また、ｆ／νｄの値を、０より大きく、０．０５以下とすることが好ましい。ＮＡ０．８以上という高ＮＡ、波長が３８０ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下という短波長の条件においては、軸上色収差が大きく発生しやすくなるが、ｆ／νｄの値を上記の範囲にすることにより、軸上色収差が大きく発生することを防止できる。より好ましくは、ｆ／νｄの値を、０．０３以下とすることである。更に好ましくは、ｆ／νｄの値を、０．０２５以下とすることである。

光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有すると好ましい。

ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体ごと、外部に取り出される方式とがある。

上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。

前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。

以下、本発明の対物レンズに用いられるガラス素材について説明する。

（Ｌ１／Ｌ２）について：
本明細書では、ビッカース圧子を押し込むことにより得られる圧痕の対角線長さＬ１を、当該圧痕の四隅から伸びるき裂の長さＬ２で除した値（Ｌ１／Ｌ２）を、クラック（き裂）の入りにくさ（靱性の高さ）を表す指標として用いている。ここで、Ｌ１及びＬ２は、それぞれ下記の式によって求める。

Ｌ１＝（Ａ１＋Ａ２）／２
Ａ１、Ａ２：直交する２方向における前記圧痕の対角線長さ
Ｌ２＝（Ｂ１＋Ｂ２）／２
Ｂ１：Ａ１方向に伸びた２本の前記き裂の両端の長さ
Ｂ２：Ａ２方向に伸びた２本の前記き裂の両端の長さ

図１は、ガラスの表面にビッカース圧子を押し込むことにより得られる圧痕（ビッカース圧痕１０）の模式図である。ビッカース圧痕１０の四隅から、それぞれ、き裂１１ａ〜１１ｄが伸びている。図１に示すように、直交する２方向におけるビッカース圧痕１０の対角線長さ（Ａ１、Ａ２）、Ａ１方向に伸びた２本のき裂（１１ａ、１１ｂ）の両端の長さ（Ｂ１）、Ａ２方向に伸びた２本のき裂（１１ｃ、１１ｄ）の両端の長さ（Ｂ２）をそれぞれ測定し、上記の式によってＬ１とＬ２を求める。上記の式から分かるように、（Ｌ１／Ｌ２）は、０〜１までの値をとり、クラック（き裂）が入りにくいほど大きくなって１に近づく。

（ガラス成分）
次に、本発明の光学ガラスの各成分の含有量を上記のように限定した理由について、詳細に説明する。なお、特に断らない限り、各成分の含有量は、ガラス成分全体に対する含有量を表す。

Ｐ₂Ｏ₅はガラス骨格を構成する成分（ガラスフォーマー）であり、含有量が３５質量％未満であるとガラスが不安定となり失透傾向が強く見られる。他方、Ｐ₂Ｏ₅の含有量が４５質量％以上になると所望の光学定数が得られず、また、耐候性が著しく悪化する。そのため、Ｐ₂Ｏ₅の含有量は３５〜４５質量％（但し、４５質量％を含まない）の範囲とする必要がある。その中でも、４０〜４４．５質量％の範囲がより好ましい。

Ｂ₂Ｏ₃は、ガラスを安定化する効果と、靱性（Ｌ１／Ｌ２）を高めてクラック（き裂）が入りにくくする効果とを有しており、０．５質量％以上含有させる必要がある。また、線膨張係数を小さくする効果も有している。他方、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が１０質量％以上になるとガラス転移温度Ｔｇが上昇し、耐失透性が低下する。そのため、Ｂ₂Ｏ₃の含有量は０．５〜１０質量％（但し、１０質量％を含まない）の範囲とする必要がある。その中でも、１〜５質量％の範囲がより好ましい。

Ａｌ₂Ｏ₃は、線膨張係数を小さくする効果と共に、ガラスの耐候性を向上させる効果を有している。しかし、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が１６質量％を超えると、ガラス転移温度Ｔｇが高くなると共に、ガラスが不安定になり耐失透性が低下する。そのため、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量は０〜１６質量％の範囲（０を含む）とする必要がある。その中でも、１〜６質量％の範囲がより好ましい。

ＳｉＯ₂は、屈折率ｎｄを下げる効果と、耐候性を向上させる効果とを有している。しかし、ＳｉＯ₂の含有量が２．５質量％を超えると、ガラス中に未溶物が残りやすくなる。そのため、ＳｉＯ₂の含有量は０〜２．５質量％の範囲（０を含む）とする必要がある。

ＢａＯは、屈折率ｎｄを高める効果と、ガラスの安定性を向上させる効果とを有している。しかし、ＢａＯの含有量が２６質量％を超えると、線膨張係数が大きくなりすぎる。そのため、ＢａＯの含有量は０〜２６質量％の範囲（０を含む）とする必要がある。その中でも、１〜１５質量％の範囲がより好ましい。

ＳｒＯは、ガラスの安定性を向上させる効果を有している。しかし、ＳｒＯの含有量が２０質量％を超えると、ガラスが不安定となって失透傾向が大きくなる。そのため、ＳｒＯの含有量は０〜２０質量％の範囲（０を含む）とする必要がある。その中でも、０〜１０質量％の範囲（０を含む）がより好ましい。

ＺｎＯは、靱性（Ｌ１／Ｌ２）を大きく低下させることなく、ガラス転移温度Ｔｇを低下させる効果を有している。また、線膨張係数を増大させることもない。ＺｎＯの含有量が２３質量％未満であると、ガラス転移温度Ｔｇを低下させる効果が十分に得られない。他方、ＺｎＯの含有量が４９質量％を超えると、ガラスの安定性が低下し失透傾向が大きくなる。そのため、ＺｎＯの含有量は２３〜４９質量％の範囲とする必要がある。その中でも、２３．５〜３８質量％の範囲がより好ましい。

ＣａＯは、線膨張係数を小さくし、ガラスの化学的耐久性や耐候性を向上させる効果を有している。ＣａＯの含有量が６質量％以下では、これらの効果が十分に得られない。他方、ＣａＯの含有量が２０質量％を超えると、ガラス転移温度Ｔｇが上昇し、ガラスが不安定となって失透傾向が大きくなり、更に、靱性（Ｌ１／Ｌ２）も低下する。そのため、ＣａＯの含有量は６〜２０質量％（但し、６質量％を含まない）の範囲とする必要がある。その中でも、６．５〜１０質量％の範囲がより好ましい。

ＭｇＯは、線膨張係数を小さくし、ガラスの耐候性を向上させる効果を有している。しかし、ＭｇＯの含有量が１６質量％を超えると、ガラスが不安定となって失透傾向が大きくなり、更に、靱性（Ｌ１／Ｌ２）も低下する。そのため、ＭｇＯの含有量は０〜１６質量％の範囲（０を含む）とする必要がある。その中でも、０〜７質量％の範囲（０を含む）がより好ましい。

ここで、上記ＲＯ成分（ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ及びＭｇＯ）の合計含有量が５５質量％を超えると、ガラスが不安定となって失透傾向が大きくなる。そのため、上記ＲＯ成分の合計含有量は５５質量％以下とする必要がある。その中でも、４８質量％以下がより好ましい。下限は２９％であることが好ましい。

Ｌｉ₂Ｏは、ガラス転移温度Ｔｇを低下させる効果が非常に高い。しかし、Ｌｉ₂Ｏの含有量が１質量％以上になると、靱性（Ｌ１／Ｌ２）が著しく低下する。また、線膨張係数が大きくなり、ガラスの耐候性も大きく低下する。そのため、Ｌｉ₂Ｏの含有量は０〜１質量％の範囲（０を含む。但し、１質量％を含まない。）とする必要がある。その中でも、０．２〜０．６質量％の範囲がより好ましい。

Ｎａ₂Ｏは、ガラス転移温度Ｔｇを低下させる効果を有しており、３質量％以上含有させる必要がある。他方、Ｎａ₂Ｏの含有量が１９質量％を超えると、靱性（Ｌ１／Ｌ２）が低下すると共に、化学的耐久性が低下する。そのため、Ｎａ₂Ｏの含有量は３〜１９質量％の範囲とする必要がある。その中でも、３．５〜１０質量％の範囲がより好ましい。

Ｋ₂Ｏは、Ｎａ₂Ｏと同様に、ガラス転移温度Ｔｇを低下させる効果を有している。しかし、Ｋ₂Ｏの含有量が２０質量％を超えると、靱性（Ｌ１／Ｌ２）が低下すると共に、耐失透性が低下する。そのため、Ｋ₂Ｏの含有量は０〜２０質量％の範囲（０を含む）とする必要がある。その中でも、１〜１０質量％の範囲がより好ましい。

ここで、上記Ｒ'₂Ｏ成分（Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏ）の合計含有量が２４質量％を超えると、靱性（Ｌ１／Ｌ２）が低下すると共に、耐候性が悪化する。そのため、上記Ｒ'₂Ｏ成分の合計含有量は２４質量％以下とする必要がある。その中でも、１２質量％以下がより好ましい。また、下限は３％とすることが好ましい。

ＴｉＯ₂は、屈折率ｎｄを上昇させ、ガラスを安定化させる効果を有している。しかし、ＴｉＯ₂の含有量が５質量％以上になると、アッベ数νｄが小さくなり所望の光学定数を得るのが難しくなる場合があり、また、ガラスが着色するおそれもある。そのため、ＴｉＯ₂の含有量は０〜５質量％の範囲（０を含む。但し、５質量％を含まない）が好ましい。

ＺｒＯ₂は、光学定数を調整する効果と、耐候性を向上させる効果とを有している。しかし、ＺｒＯ₂の含有量が１０質量％を超えると、所望のアッベ数νｄを維持することが困難となる場合がある。そのため、ＺｒＯ₂の含有量は０〜１０質量％の範囲（０を含む）が好ましい。

Ｔａ₂Ｏ₅は、光学定数を調整する効果と、化学的耐久性を向上させる効果とを有している。しかし、Ｔａ₂Ｏ₅の含有量が１０質量％を超えると、ガラスが不安定となり失透傾向が増大する場合がある。そのため、Ｔａ₂Ｏ₅の含有量は０〜１０質量％の範囲（０を含む）が好ましい。

本発明の光学ガラスにおいては、一般的に光学ガラスに使用されることのある成分のうち、上記以外の成分（例えば、Ｌａ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＷＯ₃など）は含有しないことが好ましい。但し、本発明の光学ガラスの特性に影響を与えない程度に含有することは許容される。この場合、Ｐ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、及びＴａ₂Ｏ₅の合計含有量は９８質量％以上であることが好ましい。より好ましくは９９質量％以上であり、さらに好ましくは９９．９質量％以上である。

ＰｂＯ、Ａｓ₂Ｏ₃、ＴｅＯ₂、及びフッ化物については、製造時の作業環境に配慮し、作業者の安全性を確保するという観点から、何れの成分も含有しないことが好ましい。

上述したガラスは、ガラス転移温度Ｔｇが低く、クラック（き裂）が入りにくい（Ｌ１／Ｌ２が大きい）というプレス成形法に適した特性を有しているため、プレス成形法によって生産性良く低コストで対物レンズを製造することができる。プレス成形の方法に特に制限はなく、公知の方法によって製造すればよい。プレス成形の方法は、再加熱方式でもダイレクトプレス方式でもよいが、ダイレクトプレス方式によれば、より高い生産性で光学素子を製造することができる。

ダイレクトプレス方式では、成形金型は、光学素子に良好な光学面を転写できるように所定温度に加熱しておく必要がある。製造する光学素子の形状や大きさ等種々の条件によって異なるが、光学ガラスのガラス転移温度Ｔｇ近傍の温度に設定するのが一般的である。そのため、通常は、光学ガラスのガラス転移温度Ｔｇが高いほど、成形金型の加熱温度を高くする必要があるため、成形金型の劣化が激しくなる。成形金型の劣化を抑える観点からは、光学ガラスのガラス転移温度Ｔｇはできるだけ低いことが好ましい。本発明の光学ガラスは、ガラス転移温度Ｔｇが非常に低いため、成形金型の劣化を効果的に抑制することができ、高い生産性で光学素子を製造することができるというメリットがある。

また、ダイレクトプレス方式では、下型の上に滴下された溶融ガラス滴は、上下一対の成形金型でプレス成形される。成形金型による加圧の間、溶融ガラス滴は主に成形金型との接触面からの放熱によって急速に冷却・固化して光学素子となる。本発明の光学ガラスは、高い靱性（Ｌ１／Ｌ２）を有しているため、プレス成形の際の加圧による衝撃や、急激な温度変化を受けてもクラック（き裂）が入りにくいというメリットがある。

本発明によれば、ガラス転移点温度が低くＬ１／Ｌ２値が大きいガラスを用いて形成したにもかかわらず、トラッキングやフォーカシング時の応答性を高め、アクチュエータの負担を減少させ、省エネを図ることができる対物レンズ及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図２は、光ディスク（光情報記録媒体ともいう）ＢＤに対して適切に情報の記録／再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、各種の光情報再生装置や光情報記録再生装置等に搭載できる。光源としての半導体レーザＬＤと、ガラス製の単玉の対物レンズＯＢＪとの間には、正のコリメートレンズを配置し、ている。尚、カップリング光学系は２群でも、３群以上であっても良いし、２群以上のカップリング光学系のうち１つ又は一部を取り出して、カップリングレンズと呼ぶことができる。

半導体レーザＬＤから射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタＰＢＳを通過し、コリメートレンズＣＯＬで平行光束とされた後、λ／４波長板ＱＷＰ、絞りＡＰを通過し、対物レンズＯＢＪにより、光ディスク（光情報記録媒体ともいう）ＢＤの保護基板ＰＬ（厚さｔ１）を介してその情報記録面ＲＬに集光され、ここに集光スポットを形成する。

そして情報記録面ＲＬで情報ピットにより変調された光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＡＰ、λ／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＯＬを透過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射され、センサレンズＳＥＮを介して光検出器ＰＤの受光面に入射するので、その出力信号を用いて、光ディスクＢＤに情報記録された情報の読み取り信号が得られる。

また、光検出器ＰＤ上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて、アクチュエータＡＣ１が、半導体レーザＬＤからの光束を光ディスクＢＤの情報記録面上に結像するように対物レンズＯＢＪを移動させ、フォーカシングやトラッキングを行うようになっている。

［対物レンズの実施例］
次に、上述の実施の形態に用いることができる対物レンズとしての実施例Ａ〜Ｆについて説明する。実施例Ａ〜Ｆの対物レンズは図２の光ピックアップ装置に好適である。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^-3）を、Ｅ（例えば、２．５Ｅ−０３）を用いて表すものとする。本実施例の対物レンズは、後述するガラスを素材とする。

対物レンズの光学面は、それぞれ数１式に、表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。

表１に実施例Ａのレンズデータを示す。実施例Ａは、表２に示すガラス素材（比重３．２６，ガラス転移温度４１７℃、アッベ数５９．８、屈折率ｎｄ＝１．５８６０９）を用いている。又、実施例Ａのｄ／ｆ＝１．１７，像側の有効径φ＝２．４ｍｍである。

表３に実施例Ｂのレンズデータを示す。実施例Ｂも、表２に示すガラス素材（比重３．２６，ガラス転移温度４１７℃、アッベ数５９．８、屈折率ｎｄ＝１．５８６０９）を用いている。又、実施例Ｂのｄ／ｆ＝１．１７，像側の有効径φ＝２．４ｍｍである。

表４に実施例Ｃのレンズデータを示す。実施例Ｃも、表２に示すガラス素材（比重３．２６，ガラス転移温度４１７℃、アッベ数５９．８、屈折率ｎｄ＝１．５８６０９）を用いている。又、実施例Ｃのｄ／ｆ＝１．１６，像側の有効径φ＝２．０ｍｍである。

表５に実施例Ｄのレンズデータを示す。実施例Ｄも、表２に示すガラス素材（比重３．２６，ガラス転移温度４１７℃、アッベ数５９．８、屈折率ｎｄ＝１．５８６０９）を用いている。又、実施例Ｄのｄ／ｆ＝１．１６，像側の有効径φ＝２．０ｍｍである。

表６に実施例Ｅのレンズデータを示す。実施例Ｅも、表２に示すガラス素材（比重３．２６，ガラス転移温度４１７℃、アッベ数５９．８、屈折率ｎｄ＝１．５８６０９）を用いている。又、実施例Ｅのｄ／ｆ＝１．２７，像側の有効径φ＝１．７ｍｍである。

表７に実施例Ｆのレンズデータを示す。実施例Ｆも、表２に示すガラス素材（比重３．２６，ガラス転移温度４１７℃、アッベ数５９．８、屈折率ｎｄ＝１．５８６０９）を用いている。又、実施例Ｆのｄ／ｆ＝１．２７，像側の有効径φ＝１．７ｍｍである。

以上の実施例によれば、比較的小径で軸上厚の薄い対物レンズを用いることで、対物レンズの質量を減少させ、それによりトラッキングやフォーカシング時の応答性を高め、アクチュエータの負担を減少させ、省エネを図ることができ、さらにワーキングディスタンスも長めに確保することが可能となる。また、ｄ／ｆを１．１以上、１．２９以下とすることにより、軸上厚をある程度薄くしながらも、非点収差や偏心コマ収差を小さく抑えることが可能となる。実施例Ａ〜Ｆについて、各値を表８にまとめて示す。

［ガラスの実施例］
以下に、対物レンズに好適なガラスの実施例について、更に具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。上述した対物レンズＡ〜Ｆの製作には、以下の実施例９のガラスを用いたが、それ以外の実施例のガラスも用いることができる。

下記の手順に従って、本発明の組成範囲内のガラス３０種類（実施例１〜３０）を作製した。実施例１〜３０のガラス組成を表９〜表１１に示す。

先ず、酸化物原料、炭酸塩原料、硝酸塩原料、リン酸塩原料など、一般的なガラス原料を用いて、表９〜表１１に示す目標組成となるようにガラスの原料を調合し、粉末状態で十分に混合して調合原料とした。これを、９００℃〜１３００℃に加熱された溶融炉に投入し、溶融・清澄の後、撹拌均質化して予め加熱された鉄製の鋳型に鋳込み、徐冷して各サンプルを製造した。

次に、製造した各サンプルについて、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、ガラス転移温度Ｔｇ及び靱性（Ｌ１／Ｌ２）を測定した。測定結果を表９〜表１１に併せて示す。

ここで、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、ガラス転移温度Ｔｇの測定は、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）に規定された試験方法に準じて行った。屈折率ｎｄとアッベ数νｄは、上述のように鋳型に鋳込んだガラスを室温（２５℃）まで−２．３℃／時間の冷却速度で徐冷したサンプルを、カルニュー光学工業社製の測定装置「ＫＰＲ−２００」を用いて測定した。ガラス転移温度Ｔｇは、セイコーインスツルメンツ社製の熱機械的分析装置「ＴＭＡ／ＳＳ６０００」を用いて、毎分１０℃の昇温条件で測定した。また、靱性（Ｌ１／Ｌ２）は、アカシ社製のマイクロビッカース硬度計「ＨＭ−１１２」を用いて、押し込み時間１５秒、押し込み荷重１００ｇの条件でビッカース圧痕を形成した後、圧痕の対角線長さと、圧痕の四隅から伸びたき裂の長さとを光学顕微鏡を用いて測定して求めた。

表９〜表１１に示した実施例１〜３０の光学ガラスは、いずれも屈折率ｎｄが１．５５〜１．６２、アッベ数νｄが５５以上の範囲の光学定数を有していた。また、いずれも、ガラス転移温度Ｔｇが４５０℃以下、（Ｌ１／Ｌ２）が０．３８以上という良好な特性を有していることが確認された。

ビッカース圧痕の模式図である。 光ディスクＢＤに対して適切に情報の記録／再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。

１０ ビッカース圧痕
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ き裂
ＡＣ１ アクチュエータ
ＡＰ 絞り
ＢＤ 光ディスク
ＣＯＬ第２のレンズ
ＣＵＬ第１のレンズ
ＬＤ 半導体レーザ
ＯＢＪ 対物レンズ
ＯＤ 光ディスク
ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ
ＰＤ 光検出器
ＰＬ 保護基板
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＱＷＰ λ／４波長板
ＲＬ 情報記録面
ＳＥＮ センサレンズ

Claims (10)

1. 波長λ１（３８０ｎｍ＜λ１＜４２０ｎｍ）の光束を出射する光源と、前記光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズと、前記光ディスクの情報記録面上で反射した光を受光する受光素子とを有し、前記光束を前記光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、
   前記対物レンズの像側開口数（ＮＡ）は０．８以上であり、
   前記対物レンズは単玉であって、ガラス素材から形成されており、
   前記対物レンズの軸上厚をｄ（ｍｍ）とし、前記対物レンズの前記波長λ１における焦点距離をｆ（ｍｍ）としたときに、
   １．００≦ｄ／ｆ≦１．２９ （１）
   を満たし、
   更に前記対物レンズを形成するガラス素材が、ガラス成分全体に対する質量％で、
   Ｐ₂Ｏ₅：３５〜４５質量％（但し、４５質量％を含まない）、
   Ｂ₂Ｏ₃：０．５〜１０質量％（但し、１０質量％を含まない）、
   Ａｌ₂Ｏ₃：０〜１６質量％、
   ＳｉＯ₂：０〜２．５質量％、
   ＢａＯ：０〜２６質量％、
   ＳｒＯ：０〜２０質量％、
   ＺｎＯ：２３〜５０質量％、
   ＣａＯ：６〜２０質量％（但し、６質量％を含まない）、
   ＭｇＯ：０〜１６質量％、
   （但し、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ及びＭｇＯの合計含有量は、２９質量％以上、５５質量％以下）
   Ｌｉ₂Ｏ：０〜１質量％（但し、１％を含まない）、
   Ｎａ₂Ｏ：３〜１９質量％、
   Ｋ₂Ｏ：０〜２０質量％、
   （但し、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ及びＫ₂Ｏの合計含有量は、３質量％以上、２４質量％以下）
   の各ガラス成分を含有することを特徴とする光ピックアップ装置用の対物レンズ。
2. 前記対物レンズを形成するガラス素材が、ガラス成分全体に対する質量％で、
   ＴｉＯ₂：０〜５質量％（但し、５質量％を含まない）、
   ＺｒＯ₂：０〜１０質量％、
   Ｔａ₂Ｏ₅：０〜１０質量％、
   のガラス成分のうち少なくとも１種類を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
3. ビッカース圧子を押し込むことにより得られる圧痕の対角線長さＬ１を、当該圧痕の四隅から伸びるき裂の長さＬ２で除した値（Ｌ１／Ｌ２）が、０．３８以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   ここで、Ｌ１＝（Ａ１＋Ａ２）／２であり、
   （但し、Ａ１、Ａ２：直交する２方向における前記圧痕の対角線長さ）
   又、Ｌ２＝（Ｂ１＋Ｂ２）／２である。
   （但し、Ｂ１：Ａ１方向に伸びた２本の前記き裂の両端の長さ、Ｂ２：Ａ２方向に伸びた２本の前記き裂の両端の長さ）
4. 前記対物レンズを形成するガラス素材の比重が３以上、４以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
5. 前記対物レンズを形成するガラス素材の屈折率ｎｄが、１．５５０以上、１．５８８以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
6. 前記対物レンズを形成するガラス素材のアッベ数νｄが、５９．８以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
7. 前記対物レンズを形成するガラス素材のガラス転移温度Ｔｇが、４５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
8. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
   １．１６≦ｄ／ｆ≦１．２７ （１’）
9. 前記対物レンズの有効径φが、１．７ｍｍ以上、２．６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光ピックアップ装置用の対物レンズ。
10. 請求項１〜９のいずれか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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