JP2010281847A - 対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】像高特性が良好であり、作動距離やコバ厚をある程度取りながらレンズ厚をできるだけ小さくした対物レンズを提供する。
【解決手段】光記録媒体の記録再生に用いられる対物レンズであって、互いに対向する第１面と第２面のうち少なくとも一面が非球面に形成され、下記の式を満たすことを特徴とする対物レンズ。ｔ＜１．１・ｆかつ、ｔ＞１．５２・ｆ−０．７９（ただし、ｔ：対物レンズの軸上厚さ、ｆ：対物レンズの焦点距離）
【選択図】図３

Description

本発明は、光記録媒体に情報を記録・再生する光ピックアップに用いられる対物レンズに関し、特にレンズ厚の薄型化を図りつつ光学的な特性が良好な対物レンズに関する。

光ディスクなどの光記録媒体に情報を記録または再生する光ピックアップには、光記録媒体と対向するように対物レンズが配置される。記録情報信号の高密度化を図るためには、対物レンズが光記録媒体上に集光するスポットを小さくすることが必要であり、青色レーザ等の短波長光源が用いられるようになっている。また、対物レンズの開口数を大きくすることもなされている。短波長光源を用いる場合には、非球面レンズを用いることによって球面収差やコマ収差を補正するが、開口数を大きくすることにより、像高特性が劣化することとなる。このため、特にレンズ厚と焦点距離を所定の範囲の関係とすることで像高特性を良好にした対物レンズが知られている。このような対物レンズとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。
特開２００１−３２４６７３号公報

しかし、従来の対物レンズはレンズ厚が比較的大きく、したがって光ピックアップの薄型化を阻害することとなっていた。また、レンズ厚が大きいのでバックフォーカスをあまり大きくできないため、出射側のレンズ面頂点から光記録媒体までの距離である作動距離が小さくなりすぎて、光記録媒体に歪みがある場合などに対物レンズと衝突する可能性があった。さらに、単にレンズ厚を小さくした場合には、入射側のレンズ面端と出射側のレンズ面端との距離であるコバ厚が小さくなり、あるいはこれが０になる場合もある。コバ厚が一定以上なければ、対物レンズを装置に固定するのが困難であり、また強度も不足することとなる。したがって、像高特性が良好であり、作動距離やコバ厚をある程度取りながらレンズ厚をできるだけ小さくした対物レンズが望まれていた。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、像高特性が良好であり、作動距離やコバ厚をある程度取りながらレンズ厚をできるだけ小さくした対物レンズを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る対物レンズは、光記録媒体の記録再生に用いられる対物レンズにおいて、
互いに対向する第１面と第２面のうち少なくとも一面が非球面に形成され、下記の式を満たすことを特徴として構成されている。
ｔ＜１．１・ｆ
かつ、
ｔ＞１．５２・ｆ−０．７９
ただし、
ｔ：対物レンズの軸上厚さ
ｆ：対物レンズの焦点距離

また、本発明に係る対物レンズは、前記第１面と第２面のいずれもが非球面に形成されることを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係る対物レンズは、前記対物レンズを透過する光の波長は５００ｎｍ以下であり、前記対物レンズの開口数は０．８０以上であることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係る対物レンズは、前記対物レンズを透過する光の波長は７００ｎｍ以下であり、前記対物レンズの開口数は０．５５以上であることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係る対物レンズは、前記対物レンズを透過する光の波長は８００ｎｍ以下であり、前記対物レンズの開口数は０．４０以上であることを特徴として構成されている。

本発明に係る対物レンズによれば、像高特性が良好であり、作動距離やコバ厚をある程度取りながらレンズ厚をできるだけ小さくすることができる。

また、本発明に係る対物レンズによれば、第１面と第２面のいずれもが非球面に形成されることにより、収差をより良好にすることができる。

さらに、本発明に係る対物レンズによれば、対物レンズを透過する光の波長は５００ｎｍ以下であり、対物レンズの開口数は０．８０以上であることにより、これが用いられる光ピックアップにおいて記録密度の向上を図ることができる。

一方、種類の異なるディスクを１つの対物レンズにて読取る場合もあり、前記対物レンズが、このような用いられ方をする場合には透過する光の波長は上記の限りではない。例えばＤＶＤに代表されるディスクの場合、前記対物レンズを透過する光の波長は７００ｎｍ以下であり、その場合の前記対物レンズの開口数は０．５５以上、同様に、ＣＤに代表されるディスクの場合は前記対物レンズを透過する光の波長は８００ｎｍ以下であり、その場合の前記対物レンズの開口数は０．４０以上であればよい。

本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態における対物レンズを用いた光ピックアップの概要的な構成図を示している。この図に示すように光ピックアップは、半導体レーザからなる光源３と、光源３から射出される発散光を平行光とするコリメータレンズ２と、コリメータレンズ２からの光を光記録媒体５の情報記録面５ａに集光する対物レンズ１と、光記録媒体５の情報記録面５ａからの反射光を受光する受光部４とを備えている。ここで、光源３から射出される光は、波長が５００ｎｍ以下の短波長の光であり、具体的には本実施形態では４０５ｎｍの光であるものとする。

また、光ピックアップは、情報記録面５ａからの反射光を受光部４に向けて分離するビームスプリッタ６と、コリメータレンズ２と対物レンズ１との間に配置された１／４波長板／開口制限板／位相補正板機能を併せ持つ光学素子７と、対物レンズ１に前置された絞り８と、受光レンズ９と、フォーカス・トラッキング用の２軸アクチュエータ１０とを備えている。本実施形態の対物レンズは、このような光ピックアップに用いられる対物レンズ１であって、対物レンズ１の外周部には、光軸に対し垂直方向に延びた面を持つフランジ部１ａが形成されている。このフランジ部１ａにより、対物レンズ１を光ピックアップ装置に精度よく取付けることができる。

次に、対物レンズの実施例について説明する。図２には、対物レンズ１と光記録媒体５との関係を表した模式図を示している。図２に示すように、対物レンズ１は互いに対向する第１面１１と第２面１２とを有し、第１面１１と第２面１２はいずれも非球面に形成されている。光源３からの光は第１面１１から対物レンズ１に入射され、第２面１２から出射されて光記録媒体５に照射される。

光記録媒体５は、対物レンズ１の第２面１２と対向するようにカバーガラス５ｂを有している。このため、光が照射される情報記録面５ａは、光記録媒体５の表面からカバーガラス５ｂの厚み分だけ離れた位置にある。対物レンズ１から出射された光は、光記録媒体５のカバーガラス５ｂに入射し、屈折した上で情報記録面５ａに集光される。

ここで図２に示すように、対物レンズ１のレンズ厚は、第１面１１のレンズ面頂点と第２面１２のレンズ面頂点との距離であり、コバ厚は、第１面１１のレンズ面端と第２面１２のレンズ面端との距離であり、作動距離は、第２面１２のレンズ面頂点と光記録媒体５の表面との距離であるものとする。

本実施形態では、本発明の範囲に含まれる対物レンズの実施例として５つの例を挙げ、本発明の範囲に含まれない対物レンズの参考例を２つ挙げることとする。各実施例及び参考例に係る対物レンズのパラメータを表１に示している。

表１における非球面は、光軸方向をｘ軸、光軸に垂直な方向の高さをｈ、面の曲率半径をｒとするとき次式（数１）で表される。但し、Ｋを円錐係数、Ａ_2iを非球面係数とする。

図３には、各実施例及び参考例について焦点距離とレンズ厚の関係を表したグラフを示している。この図に示すように実施例１〜３と参考例１、２は、同じ焦点距離を有してそれぞれレンズ厚が異なるように設計されている。また、実施例４、５は、実施例１に対して焦点距離及びレンズ厚を変化させつつ収差の特性が略同じとなるように設計されたものである。

実施例１の対物レンズは、参考例１の対物レンズよりもレンズ厚が小さくなるように設計されている。図４には、実施例１と参考例１における画角と収差の関係を表した図を示している。この図は各対物レンズの像高特性を示している。この図に示すように、実施例１の対物レンズと参考例１の対物レンズは、いずれも概ね同様の良好な像高特性を有している。

このように、いずれも良好な像高特性を有する実施例１と参考例１の対物レンズは、レンズ厚の違いに伴いコバ厚が大きく異なっている。図５には、実施例１の対物レンズの断面図を、図６には参考例１の対物レンズの断面図を、それぞれ示している。これら各図に示すように、実施例１の対物レンズは参考例１の対物レンズよりもコバ厚が小さくなっている。その一方で実施例１の対物レンズは、これを光ピックアップに取付けるのに充分なコバ厚を有している。

図３に示すように、実施例１の対物レンズと同等の収差特性を有するように焦点距離及びレンズ厚を変化させた場合、実施例１と実施例４及び実施例５から次式（数２）を満たす焦点距離とレンズ厚の関係を有すればよいことがわかる。なお、ｔは対物レンズの軸上厚さ（ｍｍ）でｆは焦点距離（ｍｍ）である。

（数２）
ｔ＜１．１・ｆ

図７にはレンズ厚に対する収差、作動距離及びコバ厚の関係を表したグラフを示している。この図に示した各実施例及び参考例は、いずれも焦点距離が１．１７６ｍｍである。図７に示すように、レンズ厚を大きくするのに伴い、コバ厚は大きく、作動距離は小さく、収差は良好になる。前述のように参考例１は、コバ厚は大きいものの全体のレンズ厚が大きく、図７に示すように作動距離も小さくなるので、対物レンズが光記録媒体に衝突する可能性がある。また、レンズ厚が実施例３の対物レンズよりも小さい参考例２の対物レンズは、作動距離は大きいもののコバ厚がとれず、また収差も悪化しているため、対物レンズとしての機能を充分に果たすことができない。

したがって、焦点距離が１．１７６ｍｍの場合においては、実施例１から実施例３の範囲を本発明の対物レンズの設計範囲とした。さらに、実施例１の対物レンズと同等の収差特性を有する焦点距離及びレンズ厚の関係式（数２）を上限範囲とし、実施例３の対物レンズと同等の収差特性を有する焦点距離及びレンズ厚の関係式である次式（数３）を下限範囲として、本発明の対物レンズの設計範囲とする。

（数３）
ｔ＞１．５２・ｆ−０．７９

このように対物レンズのレンズ厚と焦点距離が、数２と数３の間の領域となるようにしたので、像高特性が良好であり、作動距離やコバ厚をある程度取りながらレンズ厚をできるだけ小さくした対物レンズとすることができる。なお、この領域で良好な特性を得るためには、第１面１１と第２面１２に形成される各非球面レンズの軸ずれをできるだけ小さくする必要があり、そのためには対物レンズを製造する際の金型の加工精度を高くしなければならない。具体的には、第１面１１と第２面１２の軸ずれを１μｍ以下程度とすることにより、良好な像高特性を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、本実施形態では対物レンズ１の第１面１１と第２面１２の両方が非球面であるものとしたが、非球面がいずれか一方の面のみであってもよい。また、表１に示すように、対物レンズ１の各実施例は、いずれも開口数を０．８５としているが、開口数は０．８以上であればよい。

一方、種類の異なるディスクを１つの対物レンズにて読取る場合もある。対物レンズが、かような用いられ方をする場合には透過する光の波長は上記の限りではない。ＤＶＤに代表されるディスクの場合、対物レンズを透過する光の波長は７００ｎｍ以下であり、その場合の対物レンズの開口数は図１に示す光学素子７の効果により０．５５以上とされる。同様に、ＣＤに代表されるディスクの場合は対物レンズを透過する光の波長は８００ｎｍ以下であり、その場合の対物レンズの開口数は図１に示す光学素子７の効果により０．４０以上とされる。

本実施形態における対物レンズを用いた光ピックアップの概要的な構成図である。 対物レンズと光記録媒体との関係を表した模式図である。 各実施例及び参考例について焦点距離とレンズ厚の関係を表したグラフである。 実施例１と参考例１における画角と収差の関係を表した図である。 実施例１の対物レンズの断面図である。 参考例１の対物レンズの断面図である。 レンズ厚に対する収差、作動距離及びコバ厚の関係を表したグラフである。

符号の説明

１ 対物レンズ
２ コリメータレンズ
３ 光源
４ 受光部
５ 光記録媒体
５ａ 情報記録面
６ ビームスプリッタ
７ 光学素子
８ 絞り
９ 受光レンズ
１０ ２軸アクチュエータ
１１ 対物レンズ 第１面
１２ 対物レンズ 第２面

Claims (5)

1. 光記録媒体の記録再生に用いられる対物レンズにおいて、
   互いに対向する第１面と第２面のうち少なくとも一面が非球面に形成され、下記の式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
   ｔ＜１．１・ｆ
   かつ、
   ｔ＞１．５２・ｆ−０．７９
   ただし、
   ｔ：対物レンズの軸上厚さ
   ｆ：対物レンズの焦点距離
2. 前記第１面と第２面のいずれもが非球面に形成されることを特徴とする請求項１記載の対物レンズ。
3. 前記対物レンズを透過する光の波長は５００ｎｍ以下であり、前記対物レンズの開口数は０．８０以上であることを特徴とする請求項１または２記載の対物レンズ。
4. 前記対物レンズを透過する光の波長は７００ｎｍ以下であり、前記対物レンズの開口数は０．５５以上であることを特徴とする請求項１または２記載の対物レンズ。
5. 前記対物レンズを透過する光の波長は８００ｎｍ以下であり、前記対物レンズの開口数は０．４０以上であることを特徴とする請求項１または２記載の対物レンズ。

Images