JP2011249002A - 光ピックアップレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】高ＮＡの光ピックアップレンズにおいて、良好な軸上特性及び軸外特性を兼ね備えつつ、より長いワーキングディスタンスを確保することができる光ピックアップレンズを提供すること。
【解決手段】光ピックアップレンズ１ａは、レーザ光源からの光束を光情報記録媒体に集光するものであって、単レンズであって、その２面のうち、レーザ光源に近いＲ１面１１とは反対側のＲ２面１２の面形状は、連続形状であり、光軸からレンズ外径に向かって、半径ｈ１、半径ｈ２、半径ｈ３（ｈ１＜ｈ２＜ｈ３）とした場合、半径ｈ１、半径ｈ２、半径ｈ３での各サグ量をｓａｇ１、ｓａｇ２、ｓａｇ３とし、各サグの変化量をΔｓａｇ１、Δｓａｇ２、Δｓａｇ３としたときに、０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２、及びΔｓａｇ２＜Δｓａｇ３を満足するｈ１、ｈ２、ｈ３が存在するものとなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスクに対する記録または再生を行う光学系に使用される光ピックアップレンズに関する。

近年、光ディスクの記録容量は増大し続けており、単位面積あたりの記録密度も増大し続けている。光ディスクの情報の読み出しにおいては、光ディスク装置の光源からの光を波長板やコリメータレンズ等の透明部品を光路として、最終的に光ピックアップレンズを使用して光スポットを光ディスク上に形成することにより、光ディスク上の情報を読み取ることができる。通常、レーザ光源から発せられた光をコリメータレンズ等で平行光にし、光ピックアップレンズに入射する。
ここで、大容量の光ディスクを読み出すことに使用される光ピックアップレンズにおいては、波長が４１０ｎｍ以下のレーザ光が使用され、さらに開口数ＮＡは０．８４以上となる場合が多い。

従来の光ピックアップレンズとしては例えば特許文献１乃至３に記載のものがある。特許文献１に記載の光ディスク用対物レンズは、開口数が０．７以上の両面非球面単レンズであり、レンズの中心厚さが焦点距離より長い。また、特許文献２に記載の対物レンズは、１面が非球面であり、ｄ１を軸上レンズ厚、ｆを焦点距離としたとき、１．１≦ｄ１／ｆ≦３を満たす。更に、特許文献３に記載の対物レンズは開口数が０．７５以上の対物レンズであって、この対物レンズが両面が非球面の単玉対物レンズであり、使用波長の少なくとも１つにおける屈折率をｎとし、ｄ線におけるアッベ数をνとすると、１．７５＜ｎ、かつ３５＜νを満足するものとなっている。

特開２００２−１５６５７９号公報 特開２００１−３２４６７３号公報 特開２００２−３０３７８７号公報

ところで、光ピックアップレンズをピックアップに取り付けるのに、軸外の特性をよくする必要がある。しかしながら開口数ＮＡが０．８０より大きくなると、ピックアップレンズの球面収差などの軸上収差、及び非点収差やコマ収差などの軸外収差の両特性を良好とすることが難しくなってくる。特にレーザ光源に近い側の面（Ｒ１面）及びその反対側の面（Ｒ２面）が凸状の両凸レンズは、良好な画角特性を持たせることが難しい。

また、開口数ＮＡが０．８０より大きくなると、光ピックアップレンズと光ディスクとの距離を示すワーキングディスタンス（ＷＤ）が小さくなる。Ｒ２面が凸形状でないメニスカスレンズ等は特にワーキングディスタンスが小さくなって光ディスクと光ピックアップレンズとが衝突する場合がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、高ＮＡの光ピックアップレンズにおいて、良好な軸上特性及び軸外特性を兼ね備えつつ、より長いワーキングディスタンスを確保することができる光ピックアップレンズを提供することを目的とする。

本発明にかかる光ピックアップレンズは、レーザ光源からの光束を光情報記録媒体に集光する光ピックアップレンズであって、前記レンズは単レンズであって、その２面のうち、前記レーザ光源に近い第１の面とは反対側の第２の面の面形状は、連続形状であり、光軸からレンズ外径に向かって、半径ｈ１、半径ｈ２、半径ｈ３（ｈ１＜ｈ２＜ｈ３）とした場合、半径ｈ１、半径ｈ２、半径ｈ３での各サグ量をｓａｇ１、ｓａｇ２、ｓａｇ３とし、各サグの変化量をΔｓａｇ１、Δｓａｇ２、Δｓａｇ３としたときに、０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２、及びΔｓａｇ２＜Δｓａｇ３を満足するｈ１、ｈ２、ｈ３が存在する。

本発明においては、第２の面の面形状が０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２、及びΔｓａｇ２＜Δｓａｇ３を満たすため、ワーキングディスタンス（光ピックアップレンズと光ディスクとの距離）を十分に確保することができ、また、軸上収差特性が良好なレンズを得ることができる。

また、前記第２の面の面形状は、レンズの半径ｈ４（ｈ３＜ｈ４）におけるサグ量をｓａｇ４としたとき、ｓａｇ２＞ｓａｇ３、及びｓａｇ３＜ｓａｇ４を満たすｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４が存在することが好ましい。または、前記第２の面の面形状は、レンズの半径ｈ４（ｈ３＜ｈ４）におけるサグ量をｓａｇ４、サグ変化量をΔｓａｇ４としたとき、Δｓａｇ３＜０、Δｓａｇ４＞０を満たすｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４が存在することが好ましい。または前記第２の面の形状は極小値を有することが好ましい。または前記第２の面は中央部分が凸状で外周部分が凹状の面形状からなることが好ましい。これらの条件を満たすことで、ワーキングディスタンスを更に十分確保でき、かつ更に良好な軸上特性及び軸外特性が得られる。

さらに、４１０ｎｍ以下の波長のレーザを使用する記録及び／又は再生用ピックアップ装置に使用され、開口数をＮＡ、単レンズ中心厚をｄ、対物レンズの焦点距離をｆとしたとき、０．８４≦ＮＡ、及び０．９≦ｄ／ｆを満たすことが好ましい。

この場合、４１０ｎｍ以下の波長のレーザを使用する記録及び／又は再生用ピックアップ装置に使用され、開口数をＮＡ、単レンズ中心厚をｄ、対物レンズの焦点距離をｆとしたとき、０．８４≦ＮＡ、及び０．９≦ｄ／ｆ≦１．２を満たすことが更に好ましい。この条件を満たすことにより、適切なコバ厚を確保することができ、０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２、及びΔｓａｇ２＜Δｓａｇ３を満たす第２の面の面形状の製造が容易になる。

さらにまた、４０５ｎｍの波長における屈折率ｎが、１．５１≦ｎ≦１．６４であることが好ましい。

この場合、４０５ｎｍの波長における屈折率ｎが、１．５９≦ｎ≦１．６２であることが更に好ましい。これらの条件を満たすことにより、適切なコバ厚を確保することができると共に０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２、及びΔｓａｇ２＜Δｓａｇ３を満たす第２の面の設計が容易となる。

また、前記単レンズの有効径Ｄが、１．８≦Ｄ≦３．２ｍｍであることが好ましい。この有効径のレンズに本発明を適用することで、ワーキングディスタンス長の確保及び軸上特性及び軸外特性向上の効果を発揮する。

さらに、軸外特性として、画角０．３度のときに、収差１５ｍλｒｍｓ以下であることが好ましい。

さらにまた、前記第１の面の接線角度αが６０°≦αであることが好ましい。接線角度αが大きくなると第１の面のサグ量が大きくなり、これに伴い第２の面のサグ量が小さくなり、よって０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２、及びΔｓａｇ２＜Δｓａｇ３を満たす第２の面形状が製造しやすくなる。

また、レンズ材料のアッベ数νｄが５０≦νｄであることが好ましい。これにより、光ディスクに正確にピット列を書き込みすることができる。アッベ数が大きいほど書込み時の波長飛びに対して強いレンズとすることができる。

さらに、前記第１の面側から平行光又は弱有限光が入射されるものとすることができる。また、前記単レンズは、プラスティック材料又はガラス材料とすることができる。

本発明によれば、高ＮＡの光ピックアップレンズにおいて、良好な軸上特性及び軸外特性を兼ね備えつつ、より長いワーキングディスタンスを確保することができる光ピックアップレンズを提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップレンズを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に破線で囲んだ部分を拡大して示す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態にかかる他の光ピックアップレンズを示す図であり、（ｂ）は（ａ）の破線で示す部分を拡大して示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる光ピックアップレンズのレンズ中心厚ｄ、有効径Ｄ、ワーキングディスタンスＷＤを説明する図である。 本発明にかかる実施例における波面収差を示す図である。 本発明の実施例１にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例３にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例３にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例４にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例４にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例５にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例５にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例６にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例６にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例７にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例７にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例８にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例８にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例９にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例９にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１０にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１０にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１１にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１１にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１２にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１２にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１３にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１３にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１４にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１４にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１５にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１５にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１６にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１６にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１７にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１７にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１８にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１８にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例１９にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例１９にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２０にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２０にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２１にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２１にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２２にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２２にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２３にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２３にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２４にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２４にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２５にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２５にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２６にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２６にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２７にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２７にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２８にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２８にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例２９にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例２９にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例３０にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例３０にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例３１にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例３１にかかる光ピックアップレンズを示す図である。 本発明の実施例３２にかかる光ピックアップレンズの特性値を示す図である。 （ａ）は縦収差、（ｂ）は半径方向のサグ量、（ｃ）は実施例３２にかかる光ピックアップレンズを示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、光学的情報記録媒体に情報の記録・再生を行なうための光ピックアップレンズに適用したものである。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップレンズを示す図である。また、図１（ｂ）は、光ピックアップレンズのサグ量を説明するための図であって、図１（ａ）に破線で囲んだ部分を拡大して示す模式図である。図１に示すように、単レンズからなる本実施の形態にかかる光ピックアップレンズ１ａの２面のうち、レーザ光源に近い第１の面（以下、Ｒ１面という。）１１とは反対側、すなわち光ディスク基板３２及び光ディスク内光透過層３１からなる光ディスク３０に対向する側の面である第２の面（以下、Ｒ２面という。）１２ａにおいて、以下のような面形状を有する。

すなわち、レンズ外径に向かって半径ｈ１＜半径ｈ２＜半径ｈ３とし、半径ｈ１、半径ｈ２、半径ｈ３のサグの変化量をΔｓａｇ１、Δｓａｇ２、Δｓａｇ３とした場合、Ｒ２面１２の面形状が下記（１）及び（２）の関係を満たす。
０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２・・・（１）
Δｓａｇ２＜Δｓａｇ３・・・（２）

先ず、サグｓａｇ及びサグの変化量Δｓａｇについて説明する。図１（ｂ）はＲ２面１２ｂの中心ｈ０から外周端１３ｂまでを模式的に示している。図１（ｂ）に示すように、サグ量（ｓａｇ）とは、光ピックアップレンズ１の光軸とＲ２面のレンズ中心ｈ０とが一致するよう配置したとき、任意の半径ｈにおいて、レンズ中心ｈ０における光軸の垂線ＬからＲ２面までの距離をいう。なおＲ１面１１からＲ２面１２ａへ向く方向を正とする。
また、サグの変化量Δｓａｇとは、Ｒ２面１２ａにおける任意の半径ｈでのサグの傾き量、すなわち、半径ｈにおけるＲ２面の接線の、直線Ｌからの傾きをいう。なお、内周から外周へ向かってサグ量が増加する場合を正、減少する場合を負とする。

図１においては、半径ｈ１、ｈ２、ｈ３に対応するサグ量をそれぞれｓａｇ１、ｓａｇ２、ｓａｇ３としたとき、
ｈ１＜ｈ２＜ｈ３ｓａｇ１＞ｓａｇ２＞ｓａｇ３
となっている。

図２（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる他の光ピックアップレンズを示す図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線で示す部分を拡大して示す模式図である。図１に示す形状のみならず、図２に示す形状であってもよい。すなわち、図２に示すように、Ｒ２面１２ｂは、上記式（１）、（２）を満たし、かつ極小値ｋ（半径ｈｋ）を有する面形状を有する。

ここで、極小値を有するとは、半径ｈ１＜ｈ２＜ｈ３＜ｈ４とし、そのサグ量をそれぞれｓａｇ１、ｓａｇ２、ｓａｇ３、ｓａｇ４としたとき、
ｓａｇ１＞ｓａｇ２＞ｓａｇ３・・・（３）
ｓａｇ３＜ｓａｇ４・・・（４）
の関係を満たすことを示す。すなわち、Ｒ２面１２ｂは、式（３）、（４）を満たす半径ｈ１乃至ｈ４を有する。

また、この場合、レンズの半径ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４がｈ１＜ｈ２＜ｈ３＜ｈ４を満たし、半径ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４におけるサグの変化量をΔｓａｇ１、Δｓａｇ２、Δｓａｇ３、Δｓａｇ４としたとき、式（１）、（２）のみならず、式（５）を満たすｈ１乃至ｈ４を有する。
０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２・・・（１）
Δｓａｇ２＜Δｓａｇ３＜０・・・（２）
Δｓａｇ４＞０・・・（５）

図１においては、レンズ中心ｈ０から外側に向かって傾き（Δｓａｇ）が緩やかから急峻になり再び緩やかになるような、中央部分が凸レンズの面形状となっている。図２においては、さらに縁周部に凹部を有し、半径方向にみたとき凹凸を繰り返すような面形状となっている。すなわち、図２に示す光ピックアップレンズのＲ２面１２ｂは、中央部分が凸状で外周部分が凹状の面形状からなる。

図１及び図２に示した光ピックアップレンズのＲ２面は連続形状であり、回折レンズのような段差のある輪帯構造が形成されるものではない。ただし、本件発明の技術思想を損なわない程度に２、３の段差を設けることは妨げない。Ｒ１面は連続形状であっても段差のある輪帯構造のいずれでも構わない。

また、光ピックアップレンズのＲ２面は、傾きが連続的であるものであれば足り、Ｒ２面形状が連続している場合と、連続しているＲ２面形状をレンズ面の一部区間を光軸方向に平行移動したような形状を含む。

このようなＲ２面１２ａ又は１２ｂの面形状を有することで、以下の効果を奏する。すなわち、通常のピックアップレンズは、両面が凸の両凸レンズ、または、凸レンズと凹レンズによって構成されるメニスカスレンズである。それぞれのレンズには特徴があり、Ｒ２面の中心位置とディスク３０までの距離をワーキングディスタンス（ＷＤ）とした場合、メニスカスレンズはＲ２面が凹んでいる関係上、両凸レンズに比べて、ワーキングディスタンスが短くなってしまう。一方、軸外特性の画角特性は、メニスカスレンズは、両面が同方向に湾曲していることにより、凸レンズよりもよい特性を示す。

これに対し、本実施の形態にかかる光ピックアップレンズ１ａ又は１ｂであると、外周側に凹部が形成され中央部に凸部が形成されていることから、このメニスカスレンズと両凸レンズの、両方の特性を満たすことができる。すなわち、ワーキングディスタンスが長く、また、軸上特性を満たしつつ、軸外特性として画角特性をよくすることが可能となる。

つまり、図１に示す光ピックアップレンズ１ａにおいては、Ｒ２面１２ａの半径方向中心ｈ０から外周１３ａに向かとサグ量が徐々に増加し、ある半径、図１においては半径ｈ３以降はサグ量がほとんど変化しない。また、図２に示す光ピックアップレンズ１ｂにおいては、Ｒ２面１２ｂの半径方向中心ｈ０から外周１３ｂに向かうとサグ量が徐々に増加し、ある半径、本例では半径ｈ４に到達すると、そこから外周１３ｂまでは、それまでとは逆にサグ量が徐々に小さくなる。これらのサグ量の増減量が変わる位置から内径では両凸レンズの特徴を有し、これより外径では、メニスカスレンズの特性を持たせることが可能となる。

すなわち、レンズ中央部分は、両凸レンズであることから、ワーキングディスタンスを長くすることができ、それほど大きな極率半径をもたないため、両凸レンズでありながら、画角特性をよくすることも可能である。そして、このサグ量の増減量が変わる位置から外径側（Ｒ２面の外周部）にはメニスカスの特徴を持たせることにより、メニスカスレンズの特長である良好な画角特性を得ることができる。また、メニスカスレンズに相当する部分がレンズ中央部ではなく外周部分に形成されていることにより、ワーキングディスタンスを短くすることがない。このように、本実施の形態にかかる光ピックアップレンズ１ａ、１ｂは、外周部分は略平坦乃至凹部を形成することでメニスカスレンズの特長を取り入れ、内周部分は凸部を形成して両凸レンズの特長を取り入れることで、長いワーキングディスタンスを確保し、かつ軸上特性はもとより、画角特性も良好とすることができる。
以上の観点からは、図１及び図２の半径ｈ１〜ｈ４はすべてレーザの光束が通過する領域に存在するのが好ましい。

また、図１に示す光ピックアップレンズ１ａにおいては、サグ量の増減量が変わる半径ｈ３の位置から外径にかけてメニスカス形状にしたが、図２に示す光ピックアップレンズ１ｂは、極小値ｋを持たせる程度に極端なメニスカス形状としている。このような形状にすることにより、さらに、ワーキングディスタンスを長くとることができ、かつ軸上特性及び軸外特性として画角特性を更に良好にすることができる。

ここで、光ピックアップレンズ１ａ、１ｂは、光ヘッド及び光ディスク装置に使用されているレーザとして４１０ｎｍ以下の波長を使用する記録及び／又は再生用ピックアップ装置に使用される場合、以下の式を満たすことが好ましい。
０．８４≦ＮＡ
０．９≦ｄ／ｆ≦１．２

ただし、ＮＡは、光ピックアップレンズの開口数を示す。また、ｄは光ピックアップレンズの単レンズ中心厚（図３参照）、ｆは焦点距離を示す。

ここで、開口数ＮＡが０．８４より小さいと、それに伴い、Ｒ２面の有効径も小さくなる。Ｒ２面の有効径が小さくなると、上述したように、両凸レンズとメニスカスレンズとの結合部分を、Ｒ２面の外周部分に形成することが困難になる。したがって、開口数ＮＡが０．８以上が好ましく、０．８４以上とすることが更に好ましい。

また、一般に、ワーキングディスタンスの観点からいえば、中心厚ｄを薄くし、また、屈折率ｎを低くするとよい。しかしながら、開口数ＮＡが０．８４より大きく、ワーキングディスタンスを長くし、且つ、画角特性を良好にするためには、レンズの性能、すなわち焦点距離ｆと中心厚ｄの関係ｄ／ｆを規定することが好ましい。

先ず、ｄ／ｆを０．９以上とすることが好ましい理由について説明する。焦点距離ｆを固定値とした場合、中心厚ｄを薄くするとｄ／ｆの値が小さくなる。ｄ／ｆの値が小さくなると、Ｒ１面とＲ２面のそれぞれの面径の端での距離（コバ厚）が小さくなる。コバが薄くなると、コバが割れるなどの不具合が発生し、レンズの取り付けが困難になる。また、ｆ＝ｈ／ＮＡ（ｆ：焦点距離、ｈ：半径）であることから、ｄ／ｆ＝ｄ×ＮＡ／ｈの関係を有するが、上述のごとく、開口数ＮＡは０．８４以上が好ましいため、ＮＡを固定値とした場合、半径を大きくとればとるほどｄ／ｆの値が小さくなり、これに応じて中心厚ｄを大きくしなければコバ厚を十分に確保することができなくなる。よってｄ／ｆは０．９以上とすることが好ましい。

また、ｄ／ｆを１．２以下とすることにより、Ｒ２面の面形状が形成しやすくなる。よってｄ／ｆは１．２以下とすることが好ましい。

このように、開口数ＮＡを０．８４以上とし、ｄ／ｆを少なくとも０．９以上とすることにより、図１及び図２に示す形状の光ピックアップレンズを設計することが容易となり、ワーキングディスタンスを長くとることができ、軸上特性はもとより、画角特性も良好になる。

また、屈折率を１．５１≦ｎ≦１．６４に設定することが好ましい。ここで、ｎは波長が４０５ｎｍの青紫色レーザでの屈折率を示す。屈折率ｎが１．５１より小さくなると、同じ中心厚で屈折率が大きいレンズに比べて曲率が大きくなり、Ｒ１面とＲ２面の面径端の距離であるコバ厚が小さくなってしまう。よって屈折率が１．５１以上であることが好ましい。

一方、屈折率ｎが１．６４より大きくなると、両凸レンズとメニスカスレンズの両方の形状を有する本発明のＲ２面の形状を維持することが困難となり、完全なメニスカスレンズになりやすくなる。よって、屈折率ｎは１．６４以下であることが好ましいが、Ｒ２面の中央部分を凸状とし外周部分に凹部を形成できる場合は、屈折率ｎが１．６４より大きくてもよいことは勿論である。

また、屈折率を１．５９≦ｎ≦１．６２に設定することが更に好ましい。屈折率ｎを１．５９乃至１．６２とすることにより、図２に示す形状の光ピックアップレンズを設計することが容易となる。よって屈折率を１．５９乃至１．６２とすることが更に好ましい。

屈折率ｎを１．５１乃至１．６４、更に好ましくは１．５９乃至１．６２とすることにより、図１及び図２に示す形状の光ピックアップレンズを設計することが可能となり、長いワーキングディスタンスを確保することができると共に、軸上特性及び画角特性を向上させることができる。なお、光ピックアップレンズは、実用的なレンズ径とする。

さらに、有効径Ｄ（図３参照）は１．８≦Ｄ≦３．２ｍｍであることが好ましい。有効径Ｄが３．２ｍｍより大きいと、ワーキングディスタンスが広くなりすぎて作製することが困難となる。また、有効径Ｄが１．８ｍｍよりも小さいと、ワーキングディスタンスが小さくなりすぎて実用的ではない。よって、有効径Ｄは１．８乃至３．２ｍｍであることが好ましい。

さらに、光ピックアップレンズの単レンズの２面のうち、レーザ光源に近い面であるＲ１面の接線角度αを、６０°≦αとすることが好ましい。接線角度αが大きくなるとＲ１面のサグ量が大きくなり、これに伴いＲ２面のサグ量が小さくなり、よって図１又は図２に記載の光ピックアップレンズの形状を製造しやすくなる。一方、接線角度αが６０度より小さくなるとＲ１面のサグ量が小さくなり、Ｒ２面のサグ量が大きくなってしまう。そうすると、Ｒ２面の形状を製造することが困難になると共に、画角特性が悪くなる。よって、Ｒ１面の接線角度αが６０°以上であることが好ましい。これにより、Ｒ２面の形状を製造容易とすると共に軸上特性及び良好な画角特性を得ることができる。

更に、アッベ数νｄが、５０≦νｄであることが好ましい。アッベ数の大きいレンズであればあるほど、ピックアップレンズでの特性の色収差をよくすることができる。色収差とは、波長が＋１ｎｍずれたときのベストスポット位置のずれを示す。ピックアップレンズでは記録を行うときに、レーザパワーを上げるが、レーザパワーを上げるために、波長が一時的に長波長側にずれる現象が起こる。記録時にベストスポット位置がずれると、トラッキングが外れり、ベストスポット位置での記録が難しくなる。よって、良好な記録特性を維持するためには、アッベ数νｄを上げる必要がある。ここで、アッベ数νｄは、屈折率と反比例の関係にある。上述したように、屈折率は１．５１≦ｎ≦１．６４であることが好ましいが、当該範囲の屈折率の場合、アッベ数は、５０≦νｄ≦８１程度となる。
このように、よってアッベ数は５０以上が好ましく、更に好ましくは６０以上とする。

次に、本発明を適用した実施例について説明する。図４は、各実施例１乃至３２における波面収差を示す。また、実施例１は図５、図６に、実施例２は図７、図８に、実施例３は、図９、図１０にそれぞれ対応しており、以下同様にして、図６７、図６８の実施例３２まで対応している。ここで、実施例１乃至実施例４は、図１に示す光ピックアップレンズ１ａに対応する実施例である。また、実施例５乃至実施例３２は、図２に示す光ピックアップレンズ１ｂに対応する実施例である。また、例えば実施例１において、図５は、光ピックアップレンズの各特性値を示す。さらに、図６（ａ）は縦収差を示し、図６（ｂ）はＲ２面の中心位置から外径までのサグ量を示し、図６（ｃ）は実施例１の光ピックアップレンズを示している。

次に、実施例１乃至３４における各係数について説明する。先ず、光ピックアップレンズＲ１面の曲線の式Ｚ１（ｈ１）は式（６）のように表される。

ここで、
Ｚ１（ｈ１）：光軸からｈ１の高さにおける光ピックアップレンズＲ１面のサグｈ１：光軸からの高さｋ１：光ピックアップレンズＲ１面の円錐係数Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ１１０、Ａ１１２、Ａ１１４、Ａ１１６：光ピックアップレンズＲ１面の非球面係数Ｒ１：Ｒ１面の曲率半径を示す。

次に、光ピックアップレンズＲ２面の曲線の式Ｚ２（ｈ２）は下記（７）のように表される。

ここで、
Ｚ２（ｈ２）：光軸からｈ２の高さにおける光ピックアップレンズＲ２面のサグ
ｈ２：光軸からの高さ
ｋ２：光ピックアップレンズＲ２面の円錐係数
Ａ２４、Ａ２６、Ａ２８、Ａ２１０、Ａ２１２、Ａ２１４、Ａ２１６：光ピックアップレンズＲ２面の非球面係数
Ｒ２：Ｒ２面の曲率半径
を示す。

次に、図１に示す光ピックアップレンズ１ａを代表する図５、図６に示す実施例１、及び図２に示す光ピックアップレンズ１ｂを代表する図１３、図１４に示す実施例５について説明する。実施例１は、図５（ａ）に示す曲率半径Ｒ、面間隔ｄ、波長が４０５ｎｍでの屈折率屈折率ｎ、アッベ数νｄを有する実施例１にかかる単レンズ（光ピックアップレンズ）及び光ディスクに対し縦収差を測定した。図６（ａ）はその結果を示す。また、実施例１に係る光ピックアップレンズの焦点距離ｄ、ワーキングディスタンスＷＤ、開口数ＮＡ、有効径を図５（ｂ）に、Ｒ１面、Ｒ２面の非球面係数を図５（ｃ）、図５（ｄ）に、その光ピックアップレンズの模式図を図６（ｃ）に示す。また、図６（ｂ）に、そのＲ２面の形状を横軸に中心ｈ０から外径端（有効径）までをとり、縦軸にｓａｇ量をとって示す。この実施例１は、図６（ｂ）に示すように、図１に示す光ピックアップレンズ１ａと同様に、レンズ有効径の範囲において
０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２・・・（１）
Δｓａｇ２＜Δｓａｇ３・・・（２）
及び
ｈ１＜ｈ２＜ｈ３
ｓａｇ１＞ｓａｇ２＞ｓａｇ３
を満たしていることがわかる。このようなＲ２面を有する実施例１に係る光ピックアップレンズは、図６（ａ）に示すように、レンズ有効径にいたるまで良好な縦収差をえることができた。また、図４に示されるように良好な画角特性を得ることができた。

また、実施例２は、図１４（ｂ）に示すように、図２に示す光ピックアップレンズ１ｂと同様に、
ｓａｇ１＞ｓａｇ２＞ｓａｇ３・・・（３）
ｓａｇ３＜ｓａｇ４・・・（４）
及び
０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２・・・（１）
Δｓａｇ２＜Δｓａｇ３＜０・・・（２）
Δｓａｇ４＞０・・・（５）
を満たしていることが分かる。このようなＲ２面を有する実施例１１に係る光ピックアップレンズは、図１４（ａ）に示すように、レンズ有効径にいたるまで良好な縦収差をえることができた。また、図４に示されるように良好な画角特性を得ることができた。

同様に、他の実施例についても、レンズ有効径にいたるまで良好な縦収差をえることができ、図４に示されるように良好な画角特性を得ることができた。

すなわち、図４、及び図５乃至図６８に示すように、実施例１乃至３２においては、高ＮＡの光ピックアップレンズにおいて、良好な正弦条件、軸外特性を兼ね備えつつ、長いワーキングディスタンスを有する光ピックアップレンズを作製することができた。

１ａ、１ｂ 光ピックアップレンズ
１１ Ｒ１面
１２ａ、１２ｂ Ｒ２面
２１ 絞り
３０ 光ディスク
３１ 光ディスク内光透過層
３２ 光ディスク基板

Claims (1)

1. レーザ光源からの光束が入射する光源側に凸の第１の面と、前記第１の面と反対側の光ディスク基板及び光ディスク内光透過層からなる光ディスクに対向する側の第２の面とを備え、専ら波長が４１０ｎｍ以下の前記レーザ光源からの光束を、前記光ディスクに集光する開口数ＮＡが０．８４以上で、有効径Ｄが２．０≦Ｄ≦２．５ｍｍである単レンズであって、
   前記第２の面は、光軸からレンズ外径に向かって、半径ｈ１、半径ｈ２、半径ｈ３（ｈ１＜ｈ２＜ｈ３）とした場合、半径ｈ１、半径ｈ２、半径ｈ３での各サグ量をｓａｇ１、ｓａｇ２、ｓａｇ３とし、各サグの変化量をΔｓａｇ１、Δｓａｇ２、Δｓａｇ３としたときに、０＞Δｓａｇ１＞Δｓａｇ２、及びΔｓａｇ２＜Δｓａｇ３を満足するｈ１、ｈ２、ｈ３が存在する光ディスク側に凸の非球面形状であり、波長４０５ｎｍでの屈折率ｎが１．５１≦ｎ≦１．６４であり、前記レーザ光源からの平行光束に対して、前記光ディスク内の前記光ディスク内光透過層から面間隔０．０８７５ｍｍの位置で集光することを特徴とする光ピックアップレンズ。

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