JP3710960B2 - 光ピックアップ装置及び光記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に情報の記録、再生を行う光ピックアップ装置及び光記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を利用した技術は、周波数が高い（高速）、空間情報処理ができる、位相処理ができる等の多くの特徴を有しているため、通信、計測、加工などの多岐に渡る分野で研究・開発・実用化が行われている。
【０００３】
その技術の中で、光ビームを絞り込むために高精度の対物レンズが用いられている。
【０００４】
近年、特に光を利用した画像記録装置等への要求は大きく、大容量化へ向けての技術は大変重要になりつつある。光情報記録の大容量化のためには、記録媒体の向上にも増してビームスポットの小径化、即ち対物レンズによるビームスポットの十分な絞り込みが必要である。周知のように、ビームスポット径は、光の波長に比例し対物レンズのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）に反比例する。波長については、近年、青色レーザダイオードや青あるいは緑色ＳＨＧレーザが開発されつつある。一方、対物レンズの高ＮＡ化については、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）のＮＡ０．４５に比べてＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）ではＮＡ０．６とし高密度化を達成してきたが、これらに用いられる２面非球面の１枚レンズではこれ以上のＮＡは製造上困難であり、２群２枚のレンズにより高ＮＡ化を図ろうとする対物レンズ及び光ピックアップ装置が、特開平１０−１２３４１０号公報に開示されている。
【０００５】
図１９に、前記公報に開示される対物レンズである２群２枚の対物レンズを示す。この対物レンズは、ＮＡが０．８５であり、ディスク側のレンズ１００は平凸レンズで凸面は球面、光源側のレンズ１０１は両面非球面である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光ピックアップ装置における対物レンズにあっては、レーザ光源がいわゆるガウス強度分布を持ち、対物レンズの光軸中心付近が最も強度が大きく、対物レンズ周辺にいくにつれて小さくなる。更に、高いＮＡの対物レンズにあっては、対物レンズ全体のパワーを強くしなければならないので各面の曲率を大きくする必要があり、対物レンズ各面の周辺部においては入射光角度が大きいことから光の透過率が小さく、そのため光量低下が大きい。
【０００７】
図１０は、例えば、レンズ１００の屈折率を１．５とした場合の対物レンズのＮＡとその対物レンズの光出射面の最周辺部における透過率の関係を示したものである。光出射面の透過率は、ＮＡ０．７以上で大きく低下していく。
【０００８】
従って、レーザ光源の光量分布と併せてレンズ周辺部での光量は低下し、そのため、対物レンズで絞り込まれたビームスポット径は十分小さくならず、高いＮＡに見合うだけの十分小さい径を得ることが困難であると言う問題があった。
【０００９】
本発明は、この問題を解決するためになされたものであって、レンズ周辺部での光量低下を抑制できる高ＮＡの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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、光源からの出射光を開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光して光記録媒体に照射することで、該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装置において、前記対物レンズ及びそれに形成された反射防止膜は、前記光源から前記対物レンズの中心への入射光の強度に対して、前記対物レンズの最周辺部の入射光の強度が４５％以上８０％以下となるよう、設定されてなるものである。
【００１１】
また、光源からの出射光を開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光して光記録媒体に照射することで、該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装置において、前記対物レンズ及びそれに形成された反射防止膜は、前記対物レンズの中心部における透過率に対して、前記対物レンズの最周辺部の透過率の比が９０％以上となるよう、設定されてなるものである。
【００１２】
また、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズの少なくとも一方の光源側の面に、単層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、
で求められる値以下であるものである。
【００１３】
また、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズの光源側のレンズの光記録媒体側の面に、単層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、
で求められる値以下であるものである。
【００１４】
さらに、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズの少なくとも一方の光源側の面に、多層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、
で求められる値以下であるものである。
【００１５】
また、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズのうち光源側のレンズの光記録媒体側の面に、多層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、−６００×（ＮＡ）3＋１２９４×（ＮＡ）2−９３８×（ＮＡ）＋２６４で求められる値以下であるものである。
【００１６】
また、光源からの出射光を開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光して光記録媒体に照射することで、該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装置において、前記対物レンズの少なくとも１つのレンズ面に、光透過率が最大となる部位が前記対物レンズのレンズ中心以外となるよう設定された反射防止膜が形成されてなるものである。
【００１７】
また、前記対物レンズに入射する光が楕円率０．４以上の楕円偏光または円偏光であるものである。
【００１８】
また、本発明の光記録媒体は、開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光された光により、情報が記録または再生される光記録媒体において、光入射側の面に反射防止膜が形成されており、該反射防止膜は、透過率が最大となる光入射角度が、垂直入射以外の角度となるよう設定されているものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
まず、本発明の光ピックアップ装置の一実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態の光ピックアップ装置に用いる対物レンズの光線図である。この図に示すように、２群対物レンズ（以下、単に対物レンズと記す）１は２群２枚で構成されており、これにより高ＮＡを実現する。なお、図１における光源側のレンズを第１レンズ２、光記録媒体側レンズを第２レンズ３、第１レンズ２の光源側の面を第１面Ｓ１、他方の面を第２面Ｓ２、第２レンズ３の光源側の面を第３面Ｓ３、他方の面を第４面Ｓ４と呼ぶことにする。１４は光記録媒体である。
【００２１】
図３は、対物レンズ１としてＮＡ０．８５のものを用いた場合における対物レンズ中心部に対する最周辺部の入射光強度（Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）とビームスポット径（中心強度の１／ｅ2にあたる強度の直径）の関係を示す図である。本図より、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの低下に伴い、スポット径が増大することが分かる。スポット径が増大すると、記録密度の低下やジッタ特性の悪化、クロストークの増大が生じる。ここで、ビームスポット面積の増大がＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ１００％時と比較して、１０％以内であれば、安定なジッタ特性及び許容される記録密度の低下であると言える。これは、ビームスポット径にして５％以下の増加量にあたる。従って、このビームスポット径を達成するためには少なくともＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上必要である。
【００２２】
一方、周知のようにレーザ光源の強度分布は、ガウス分布となっており、一般のピックアップにおいては、対物レンズ１に入射する光の内、中心部に対して周辺部の強度が小さくなっている。Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは大きい方がビームスポットを小さく絞り込めるので有利であるが、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを大きくするほど、レーザ光との結合効率（レーザ光の利用効率）が小さくなるため読み出し、書き込みパワーが不足する。図４は、レーザ光との結合効率とＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの関係を示す図である。結合効率が１０％以下では光記録媒体上での書き込み、読み出しに必要なパワーが得られないため、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは、８０％以下である必要がある。
【００２３】
これらより、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上８０％以下であることが必要である。
【００２４】
更に、対物レンズ１各面における透過率の入射光角度依存性による光量低下を考慮する必要があり、これによるビームスポット径の変化量を１％以内に抑える必要があるが、そのためには、図３の結果から必要なＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙが求まり、そこから対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比（総比透過率と呼ぶ）を求めると、９０％以上となる。
【００２５】
なお、ここでは、ＮＡが０．８５の場合における、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの許容範囲、及び、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比の許容範囲について記したが、ＮＡが０．７以上の場合には、これらの許容範囲に大きな変化はなく、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙが４５％以上８０％以下、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比が９０％であれば、良好な記録再生動作を実現できる。
【００２６】
次に、以上説明した条件を満たす対物レンズ１の具体的な条件について説明する。
【００２７】
対物レンズ１に反射防止のための単層膜を形成した場合について考える。総比透過率を大きくするためには、入射光角度が大きくなることによる各レンズ周辺部で生じる透過率低下を抑える必要がある。図５に、光線が空気よりレンズ（屈折率１．５の場合）に入射する面における場合における、レンズ周辺部での入射光角度０゜の時を１００％とした透過率（比透過率と呼ぶ）を示す。また、図６に、レンズ（屈折率１．５の場合）より空気に出射する面における場合における、レンズ周辺部での比透過率を示す。なお、図５，６の両者とも反射防止のための単層膜を形成した場合について示している。
【００２８】
対物レンズ１の第４面Ｓ４における入射光角度はＮＡと第２レンズの屈折率より決まる。ＮＡが０．８５の場合（第２レンズの屈折率を１．５から１．６として）、入射光角度は３２゜から３４゜であり、単層の反射防止膜を形成した場合は、比透過率は９５％程度となる。
【００２９】
このとき、レンズ２枚計４面でのレンズ中心に対する最周辺部の透過率を９０％以上とするためには、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の各面につき比透過率を９８％以上とする必要である。
【００３０】
また、一方では、ｐ波、ｓ波に分けた場合の入射角依存性を見ると、光線が空気よりレンズに入射する面における場合（図５）は、入射角が５０゜を越えるとｐ波、ｓ波の間で５％以上の透過率の開きができるため、直線偏光が対物レンズに入射する場合や、楕円偏光においても楕円率の小さい場合には射出瞳上での光量分布が大きくなりビームスポット形状に支障を及ぼす。同様に、光線がレンズより空気に射出する面における場合（図６）には、入射角が３０゜を越えるとｐ波、ｓ波の間で５％以上の透過率の開きができる。ここでの楕円偏光の楕円率とは、電場ベクトルの長軸に対する短軸の比の２乗である（光学の原理Ｉ（マックス・ボルン他著、草川徹他訳），ｐｐ．４４−４８）。
【００３１】
ここで、図７に対物レンズ入射瞳１７と楕円偏光の長軸の方向１８を示す。ことき時の図７中Ａ点及びＢ点における透過率と楕円率の関係を入射角度４０゜と５０゜の場合について図８に示す。入射角度５０゜においては、Ａ点とＢ点の透過率の差を２％程度以下（即ちＡ点に対するＢ点の透過率を９８％以上）とするためには、楕円率は０．４以上であることが望ましく、同じく、入射角度４０゜においては、楕円率０．２以上であることが望ましい。
【００３２】
また、図５，図６に示す通り、透過率の入射角依存性はｐ波とｓ波で異なるため図７中に示すＣ点においては偏光方向が反時計方向に回転する（Ｄ点，Ｅ点，Ｆ点においても同様の理由で回転する（但し、回転方向は、Ｅ点は反時計方向、Ｄ点、Ｆ点は時計方向）。直線偏光でのＣ点における偏光の回転角とｐ波に対するｓ波の透過率との関係を図９に示す。偏光の回転を各面１゜から２゜以内に抑えるためにはｐ波に対するｓ波の透過率を９５％以上としなければならないため、図５、図６より第１面及び第３面においては、最大入射角が４７．５゜以下、第２面においては同じく２９．３゜以下であることが必要である。対物レンズへの入射光が楕円偏光であっても同様の傾向があり、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点では楕円長軸方向が前記と同じ方向に回転する。
【００３３】
以上の結果より、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の最大入射光角度は、それぞれ４７．５゜、２９．３゜、４７．５゜以下であることが必要である、これにより、第１レンズ２、第２レンズ３併せて、比透過率を９０％以上にすることができる。
【００３４】
また、第１面Ｓ１の入射光角度を２０゜以下とすると、第１面Ｓ１の屈折力が小さくなり、第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３の屈折力を大きくしなければならない。これにより、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３の入射光角度が大きくなったり、収差配分が適切にできず公差が厳しくなるという問題が生じる。第３面Ｓ３についても同様のことがいえる。
【００３５】
従って、第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３の入射光角度は、各々２０゜以上、４７．５゜以下が望ましく、第２面Ｓ２は２９．３゜以下であることが望ましい。
【００３６】
以上のようにして、レンズ１が満たすべき具体的条件が求まる。ここでは、ＮＡが０．８５の場合における具体的条件を示したが、異なるＮＡの場合にも同様にして求めることができる。
【００３７】
図１１，１２は、上述したような対物レンズ１が満たすべき具体的条件を様々なＮＡについて求め、それをグラフ化した図である。図１１は第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値を示し、図１２は第２面Ｓ２での最大入射角度を示す図である。
【００３８】
これらの図から、第１面Ｓ１〜第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値をＮＡの関数として求めると、
となる。したがって、第１面Ｓ１，第２面Ｓ２，第３面Ｓ３としては、最大入射角度が上記限界値以下となるものを採用する必要がある。
【００３９】
以上説明した対物レンズ１の構成により、レンズ入射光角度による透過率低下からくる対物レンズ周辺部での光量低下は１０％以下にできる。
【００４０】
更に、対物レンズ１（第１レンズ）入射光のＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを６０％以上とすることでビームスポット径の増大を理想状態の２％以下とでき、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００４１】
また、対物レンズ１に入射する光の偏光を楕円率０．４以上の楕円偏光若しくは円偏光にすることで、レンズ周辺部での透過率の分布を小さく、入射偏光の回転も小さくできる。
【００４２】
なお、ここでは、単層の反射防止膜として、λ／４ｎ（ｎは屈折率）の厚さのフッ化マグネシウム膜を用いた場合について示した。単層の反射防止膜を用いた場合、他の材料を用いた場合でも大きな特性変化はないため、上述した各レンズの最大入射角等の値はそれらの場合においても適用できる。
【００４３】
次に、具体的な構成について説明する。図２は、本具体例の光ピックアップ装置の構成図である。
【００４４】
光源であるＬＤ９より発した波長が６３５ｎｍのレーザ光は、コリメータレンズ１０で平行光束にされた後、整形プリズム１１によりトラック幅方向に光束を拡大し整形され、偏光ビームスプリッタ１２、１／４λ板１３を通って対物レンズ１の第１レンズ２第１面Ｓ１に入射する。ここで、対物レンズに入射する光は１／４λ板１３で円偏光となっている。対物レンズ１を透過した光束は光記録媒体１４の信号記録面上にビームスポットを結ぶ。光記録媒体１４で反射した光は前記往路を逆に辿り、偏光ビームスプリッタ１２にて反射し、受光部１６にてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号、ＲＥＳ（Ｒａｄｉａｌ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）、ＦＥＳ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）を検出する。１／４波長板１３により対物レンズに入射する光は円偏光となっている。１５は凸レンズである。
【００４５】
対物レンズ１の構成を表１に示す。
【００４６】
【表１】
ＮＡは０．８５で、第１レンズ２は両面非球面、第２レンズ３は平凸レンズで凸面は非球面となっており、第１レンズ２、第２レンズ３共に反射防止のための単層膜、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）を０．２５λの厚さで形成している。本実施の形態における対物レンズの第１面Ｓ１の最大入射光角度は４５．５゜、第２面Ｓ２の最大入射光角度は７．５゜、第３面Ｓ３の最大入射光角度は３０．１゜である。但し、非球面係数については、次式に表す関係である。
【００４７】
ここで、Ｚは光軸からの高さｙにおける非球面上の点の非球面頂点からの距離、ｙは光軸からの高さ、ｒは非球面頂点の曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは非球面係数である。また、表において、Ｓ５は光記録媒体表面に設けられたカバーガラスを、ＩＭＧは像面を示している。
【００４８】
このような構成によれば、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比を求めると、９０％以上となり、ビームスポット径の拡大を抑えることができた。
【００４９】
［実施の形態２］
本実施の形態の光ピックアップ及び対物レンズは、対物レンズに反射防止膜として多層膜を形成している点を除き、実施の形態１の構成と同様である。ここでも、上述の図１，２を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一部分については説明を省略する。
【００５０】
実施の形態１と同様、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上８０％以下であることが必要であり、更に、対物レンズ各面における透過率の入射光角度依存性による光量低下を考慮する必要があり、これによるビームスポット径への影響を、ビームスポット径の変化量を１％以内とするためには、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比（総比透過率）を９０％以上とすることが必要となる。
【００５１】
本実施の形態では、反射防止のために多層膜が形成されている。図１３に入射光角度０゜の時を１００％とした透過率（比透過率）の入射角度依存性（光入射光角度の関係を光線が空気よりレンズに入射する場合）を、図１４に比透過率の入射角度依存性（レンズより空気に出射する場合）を示す。
【００５２】
総比透過率を確保するためには、レンズ周辺部で生じる入射光角度が大きくなることによる比透過率低下を抑える必要がある。ＮＡが０．８５の場合、対物レンズ１の第４面Ｓ４の入射光角度は、第２レンズ３の屈折率を１．５から１．６として３２゜から３４゜であるので、多層の反射防止膜を形成する場合は、図１４より比透過率は９６％となる。従って、レンズ２枚計４面でのレンズ中心に対する最周辺部の透過率（比透過率）を９０％以上とするためには、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の面の比透過率は９８％以上必要である。
【００５３】
したがって、この場合、図１３，１４より、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の最大入射光角度は、各々５６．３゜、３３．１°、５６．３゜以下にすることで、第１レンズ２、第２レンズ３併せて、比透過率９０％以上とできる。
【００５４】
このとき、実施の形態１と同様、上記角度範囲であれば、ｐ波、ｓ波の透過率比も９５％以上あり、偏光方向の回転角も小さい。
【００５５】
また、第１面Ｓ１の入射光角度を２０゜以下とすると、第１面Ｓ１の屈折力が小さくなり、第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３の屈折力を大きくしなければならない。これにより、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３の入射光角度が大きくなったり、収差配分が適切にできず公差が大きくなると言う問題が生じる。第３面Ｓ３についても同様のことがいえる。
【００５６】
従って、第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３の入射光角度は、各々２０゜以上、５６．３゜以下、第２面Ｓ２は３３．１゜以下であることが必要である。
【００５７】
以上のようにして、対物レンズ１が満たすべき具体的条件が求まる。ここでは、ＮＡが０．８５の場合における具体的条件を示したが、異なるＮＡの場合にも同様にして求めることができる。
【００５８】
図１５，１６は、上述したような対物レンズ１が満たすべき具体的条件を様々なＮＡについて求め、それをグラフ化した図である。図１５は第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値を示し、図１６は第２面Ｓ２での最大入射角度を示す図である。
【００５９】
これらの図から、第１面Ｓ１〜第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値をＮＡの関数として求めると、
となる。したがって、第１面Ｓ１，第２面Ｓ２，第３面Ｓ３としては、最大入射角度が上述の限界値以下であるものを採用する必要がある。
【００６０】
このような具体的構成により、レンズ入射光角度による透過率低下からくる対物レンズ周辺部での光量低下は１０％以下とできる。
【００６１】
更に対物レンズ（第１レンズ２）入射光のＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを６０％以上とすることでビームスポット径の増大を理想状態の２％以下とでき、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００６２】
以下に具体例を示す。なお、ここでは、本例の対物レンズを上述した図１を用いて説明する。
【００６３】
表２は対物レンズ１の構成例を示す表である。ＮＡは０．８５で、第１レンズ２は両面非球面、第２レンズ３は平凸レンズで凸面は非球面となっており、第１レンズ２、第２レンズ３共に反射防止のための多層膜、ＭｇＦ2／ＺｒＯ2／ＣｅＦ3を形成している。
【００６４】
【表２】
本実施の形態における対物レンズ１の第１面の最大入射光角度は３７．６゜、第２面の最大入射光角度は８．９゜、第３面の最大入射光角度は３６．５゜である。但し、非球面係数については、次式に表す関係である。
【００６５】
ここで、Ｚは光軸からの高さｙにおける非球面上の点の非球面頂点からの距離、ｙは光軸からの高さ、ｒは非球面頂点の曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは非球面係数である。また、表において、Ｓ５は光記録媒体表面に設けられたカバーガラスを、ＩＭＧは像面を示している。
【００６６】
このような構成によれば、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比を求めると、９０％以上となり、ビームスポット径の拡大を抑えることができた。
【００６７】
［実施の形態３］
実施の形態１，２では、対物レンズに、レンズ中心部において最も反射防止の効果が得られる反射防止膜（実施の形態１では単層膜，実施の形態２では多層膜）を設けた場合について説明した。本実施の形態は、この反射防止膜が実施の形態１，２と異なるものである。なお、本実施の形態においても図１，２を参照し、実施の形態１，２と同一部分については説明を省略する。
【００６８】
実施の形態１と同様、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上８０％以下であることが必要である。また、対物レンズ各面における透過率の入射光角度依存性による光量低下を考慮する必要があり、これによるビームスポット径への影響を、ビームスポット径の変化量を１％以内とするためには、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比（総比透過率と呼ぶ）を９０％以上とすることが必要となる。
【００６９】
本実施の形態では、上記のような総比透過率を実現するために、レンズに設ける反射防止膜を、レンズ中心ではなく周辺部において良好な透過率が得られるように設定する。この場合、レンズ中心位置以外に比透過率が最大となる位置が存在することになる。
【００７０】
このように設定すれば、総比透過率を大きくすることができ、レーザスポット径の拡大を抑制できる。
【００７１】
以下、本実施の形態の光ピックアップの具体例について説明する。
【００７２】
対物レンズ３０の構成を表３に示す。ＮＡは０．８５で、第１レンズ３１は両面非球面、第２レンズ３２は平凸レンズで凸面は非球面となっており、本実施例における対物レンズの第１面Ｓ１の最大入射光角度は５４．８゜、第２面Ｓ２の最大入射光角度は７．８゜、第３面Ｓ３の最大入射光角度は３４．０゜である。第１レンズ、第２レンズ共に反射防止のための単層膜、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）は第１レンズについては、第１面Ｓ１の最大入射光角度５４．８゜に対して最も透過率が大きくなるように０．２９３λの厚さで、第２レンズは第３面の最大入射光角度３４．２゜に対して最も透過率が大きくなるように０．２７５３λの厚さで形成している。但し、非球面係数については、次式に表す関係である。
【００７３】
ここで、Ｚは光軸からの高さｙにおける非球面上の点の非球面頂点からの距離、ｙは光軸からの高さ、ｒは非球面頂点の曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは非球面係数である。また、表において、Ｓ５は光記録媒体表面に設けられたカバーガラスを、ＩＭＧは像面を示している。
【００７４】
【表３】
図１７は、上述のように反射防止のために単層膜を形成した場合に、入射光角度０゜の時を１００％とした透過率（比透過率）と光入射光角度の関係を、光線が空気より第１レンズ２に入射する場合について示したものであり、図１８は、比透過率と光入射光角度の関係を、光線が空気より第２レンズ３に入射する場合について示したものである。上述の総比透過率を確保するためには、レンズ周辺部で生じる入射光角度が大きくなることによる比透過率低下を抑える必要がある。
【００７５】
単層の反射防止膜を形成する場合は、対物レンズの第４面の入射光角度は、ＮＡ０．８５より（第２レンズの屈折率を１．５から１．６として）３２゜から３４゜であるので、比透過率は９５％となる。従って、レンズ２枚計４面でのレンズ中心に対する最周辺部の透過率（比透過率）を９０％以上とするためには、第１面と第２面と第３面の合計比透過率は９５％となり、各面の比透過率は９８％以上必要である。
【００７６】
各面の最大入射光角度のときの透過率が最大になるように設計した単層反射防止膜を形成した本実施の形態の対物レンズについて、表４に第１面Ｓ１から第４面Ｓ４までの比透過率と合計比透過率を示す。合計値は、０．２５λの膜厚の時に比べて、１．５％増加している。
【００７７】
【表４】
以上の結果より、第１面Ｓ１と第３面Ｓ３の最大入射光角度である、５５゜と３４゜の入射光角度において最大透過率を得られるように第１レンズ２と第２レンズ３の反射防止膜の厚さを各々、０．２９３３λ、０．２７５３λとすることによって、比透過率の許容度を更に増加させることができ、第１面Ｓ１と第３面Ｓ３の最大入射光角度は６０゜以下、第２面Ｓ２の最大入射光角度は４０゜以下であれば、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを確保できる。
【００７８】
また、第１面Ｓ１の入射光角度を２０゜以下とすると、第１面Ｓ１の屈折力が小さくなり、第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３の屈折力を大きくしなければならない。これにより、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３の入射光角度が大きくなったり、収差配分が適切にできず公差が大きくなると言う問題が生じる。第３面Ｓ３についても同様のことがいえる。
【００７９】
従って、第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３の入射光角度は、各々２０゜以上、６０゜以下、第２面は４０゜以下であることが必要である。
【００８０】
このとき、実施の形態１と同様、上記角度範囲であれば、ｐ波、ｓ波の透過率比も９５％以上あり、偏光方向の回転角も小さい。
【００８１】
更に、光記録媒体についても、ＮＡ０．８５における最大入射光角度は５８．２゜であり、透過率は小さくなるため、最大入射光角度において透過率が最適となるように設定した反射防止膜を光記録媒体に設けて、その角度での透過率を向上させることは有効である。例えば、光記録媒体表面に垂直な角度以外の角度において、入射光の透過率を最大とさせるように反射防止膜を設定する。具体例を示すと、最大入射光角度５８．２゜で最適化した単層膜（ＭｇＦ2）を形成する場合の透過率は、反射防止膜のない場合に比べて、入射光角度５８．２゜において、透過率は７．２％増加し、比透過率は同じく２．３％増加する。この効果は、多層膜を形成する場合においても同様である。
【００８２】
なお、以上説明した本発明の実施の形態において、光記録媒体の反射防止膜については、多層膜を形成する際、多層膜の内の１面以上を、硬質膜で構成する事で、対物レンズと接触した場合においても記録面にダメージが及ぶことを防止することができる。硬質膜としては、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、ＳｉＮ、ＣｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等である。
【００８３】
これら対物レンズと光記録媒体における本発明により、レンズ入射光角度による透過率低下からくる対物レンズ周辺部での光量低下を抑え、ビームスポット径の増大を理想状態の２％以下とでき、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００８４】
また、一般にガラス材料は波長が４００ｎｍ付近より低くなった時、ガラスの内部透過率が低下する。上述した実施の形態における波長の中心値は４１０ｎｍであるが、例えば波長が１０ｎｍ低波長側になった場合においても、十分大きい内部透過率を持つガラス材料を選択した。ここで示した第１レンズの硝材はＦＣＤ１（ＨＯＹＡ）で４００ｎｍにおける内部透過率は、９９．９％、第２レンズの硝材はＭ−ＢａＣＤ５Ｎ（ＨＯＹＡ）で、同じく９９．１％である。この様に、４００ｎｍ付近の光源を使用する際には、ガラス材料についても考慮することが必要であり、４００ｎｍ付近の透過率が大きい硝材としては、ＢＫ（硼硅クラウン）、Ｋ（クラウン）、ＢａＫ（バリウムクラウン）、ＳＫ（重クラウン）、ＬａＫ（ランタンクラウン）等のクラウンガラス及びＦＫ（Ｓｃｈｏｔｔ）、ＦＣＤ（ＨＯＹＡ）に類する低分散ガラスが最も好ましく、逆に透過率が小さいのは、ＢａＦ（バリウムフリント）、ＬＦ（軽フリント）、Ｆ（フリント）ＢａＳＦ、ＳＦ（重フリント）、ＬａＦ（ランタンフリント）等のフリントガラスで、これらフリントガラスを使用すると特に波長が小さい方向にばらついた際には、５％以上もの透過率低下につながる。
【００８５】
従って、本実施の形態の対物レンズにおいては、前記クラウンガラス及び低分散ガラスを用いることで、波長４００ｎｍ近傍の光に対して、透過率が良く、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００８６】
また、本発明において、レーザ波長が変わっても、或いは反射防止膜や硬質膜の材質が変わっても効果は変わらない。また、本明細書における入射光角度とは各光学面における光線方向と光線と光学面の交点における光学面の法線方向のなす角度である。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、ビームスポット径を決める重要な要素である、ビームスポット外周部の光強度の低下を防ぎ、高いＮＡに応じた十分小さいビームスポット径とすることができ、良好なジッタ特性を実現でき、より高密度な光記録が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す対物レンズの光線図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す光ピックアップの構成図である。
【図３】スポット径とＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの関係を示す図である。
【図４】Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙと結合効率の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気よりレンズに入射する場合）。
【図６】実施の形態１の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線がレンズから空気に射出する場合）。
【図７】対物レンズの入射瞳と楕円偏光の長軸方向を示す説明図である。
【図８】楕円偏光の楕円率と透過率の関係を示す図である。
【図９】偏光方向の回転角とｐ波、ｓ波の透過率の関係を示す図である。
【図１０】実施の形態１における対物レンズのＮＡと第４面の透過率の関係を示す図である。
【図１１】実施の形態１の第１面，第３面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１２】実施の形態２の第２面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１３】実施の形態２の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気よりレンズに入射する場合）。
【図１４】実施の形態２の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線がレンズから空気に射出する場合）。
【図１５】実施の形態２の第１面，第３面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１６】実施の形態２の第１面，第３面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１７】実施の形態３の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気より第１レンズに入射する場合）。
【図１８】実施の形態３の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気より第２レンズに入射する場合）。
【図１９】従来例を示す対物レンズの光線図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ
２ 第１レンズ
３ 第２レンズ
８ 光記録媒体
９ ＬＤ光源
１０ コリメータレンズ
１１ 整形プリズム
１２ 偏光ビームスプリッタ
１３ １／４波長板
１４ 光記録媒体
１５ 凸レンズ
１６ 受光部
１７ 対物レンズの入射瞳
１８ 楕円偏光の長軸方向
Ｓ１ 第１面
Ｓ２ 第２面
Ｓ３ 第３面
Ｓ４ 第４面
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に情報の記録、再生を行う光ピックアップ装置及び光記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を利用した技術は、周波数が高い（高速）、空間情報処理ができる、位相処理ができる等の多くの特徴を有しているため、通信、計測、加工などの多岐に渡る分野で研究・開発・実用化が行われている。
【０００３】
その技術の中で、光ビームを絞り込むために高精度の対物レンズが用いられている。
【０００４】
近年、特に光を利用した画像記録装置等への要求は大きく、大容量化へ向けての技術は大変重要になりつつある。光情報記録の大容量化のためには、記録媒体の向上にも増してビームスポットの小径化、即ち対物レンズによるビームスポットの十分な絞り込みが必要である。周知のように、ビームスポット径は、光の波長に比例し対物レンズのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）に反比例する。波長については、近年、青色レーザダイオードや青あるいは緑色ＳＨＧレーザが開発されつつある。一方、対物レンズの高ＮＡ化については、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）のＮＡ０．４５に比べてＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）ではＮＡ０．６とし高密度化を達成してきたが、これらに用いられる２面非球面の１枚レンズではこれ以上のＮＡは製造上困難であり、２群２枚のレンズにより高ＮＡ化を図ろうとする対物レンズ及び光ピックアップ装置が、特開平１０−１２３４１０号公報に開示されている。
【０００５】
図１９に、前記公報に開示される対物レンズである２群２枚の対物レンズを示す。この対物レンズは、ＮＡが０．８５であり、ディスク側のレンズ１００は平凸レンズで凸面は球面、光源側のレンズ１０１は両面非球面である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光ピックアップ装置における対物レンズにあっては、レーザ光源がいわゆるガウス強度分布を持ち、対物レンズの光軸中心付近が最も強度が大きく、対物レンズ周辺にいくにつれて小さくなる。更に、高いＮＡの対物レンズにあっては、対物レンズ全体のパワーを強くしなければならないので各面の曲率を大きくする必要があり、対物レンズ各面の周辺部においては入射光角度が大きいことから光の透過率が小さく、そのため光量低下が大きい。
【０００７】
図１０は、例えば、レンズ１００の屈折率を１．５とした場合の対物レンズのＮＡとその対物レンズの光出射面の最周辺部における透過率の関係を示したものである。光出射面の透過率は、ＮＡ０．７以上で大きく低下していく。
【０００８】
従って、レーザ光源の光量分布と併せてレンズ周辺部での光量は低下し、そのため、対物レンズで絞り込まれたビームスポット径は十分小さくならず、高いＮＡに見合うだけの十分小さい径を得ることが困難であると言う問題があった。
【０００９】
本発明は、この問題を解決するためになされたものであって、レンズ周辺部での光量低下を抑制できる高ＮＡの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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、光源からの出射光を開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光して光記録媒体に照射することで、該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装置において、前記対物レンズ及びそれに形成された反射防止膜は、前記光源から前記対物レンズの中心への入射光の強度に対して、前記対物レンズの最周辺部の入射光の強度が４５％以上８０％以下となるよう、設定されてなるものである。
【００１１】
また、光源からの出射光を開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光して光記録媒体に照射することで、該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装置において、前記対物レンズ及びそれに形成された反射防止膜は、前記対物レンズの中心部における透過率に対して、前記対物レンズの最周辺部の透過率の比が９０％以上となるよう、設定されてなるものである。
【００１２】
また、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズの少なくとも一方の光源側の面に、単層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、
【００１３】
また、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズの光源側のレンズの光記録媒体側の面に、単層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、
【００１４】
さらに、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズの少なくとも一方の光源側の面に、多層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、
【００１５】
また、前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズのうち光源側のレンズの光記録媒体側の面に、多層の反射防止膜が形成されており、該面における最大入射角度が、−６００×（ＮＡ）3＋１２９４×（ＮＡ）2−９３８×（ＮＡ）＋２６４で求められる値以下であるものである。
【００１６】
また、光源からの出射光を開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光して光記録媒体に照射することで、該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装置において、前記対物レンズの少なくとも１つのレンズ面に、光透過率が最大となる部位が前記対物レンズのレンズ中心以外となるよう設定された反射防止膜が形成されてなるものである。
【００１７】
また、前記対物レンズに入射する光が楕円率０．４以上の楕円偏光または円偏光であるものである。
【００１８】
また、本発明の光記録媒体は、開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光された光により、情報が記録または再生される光記録媒体において、光入射側の面に反射防止膜が形成されており、該反射防止膜は、透過率が最大となる光入射角度が、垂直入射以外の角度となるよう設定されているものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
まず、本発明の光ピックアップ装置の一実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態の光ピックアップ装置に用いる対物レンズの光線図である。この図に示すように、２群対物レンズ（以下、単に対物レンズと記す）１は２群２枚で構成されており、これにより高ＮＡを実現する。なお、図１における光源側のレンズを第１レンズ２、光記録媒体側レンズを第２レンズ３、第１レンズ２の光源側の面を第１面Ｓ１、他方の面を第２面Ｓ２、第２レンズ３の光源側の面を第３面Ｓ３、他方の面を第４面Ｓ４と呼ぶことにする。１４は光記録媒体である。
【００２１】
図３は、対物レンズ１としてＮＡ０．８５のものを用いた場合における対物レンズ中心部に対する最周辺部の入射光強度（Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）とビームスポット径（中心強度の１／ｅ2にあたる強度の直径）の関係を示す図である。本図より、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの低下に伴い、スポット径が増大することが分かる。スポット径が増大すると、記録密度の低下やジッタ特性の悪化、クロストークの増大が生じる。ここで、ビームスポット面積の増大がＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ１００％時と比較して、１０％以内であれば、安定なジッタ特性及び許容される記録密度の低下であると言える。これは、ビームスポット径にして５％以下の増加量にあたる。従って、このビームスポット径を達成するためには少なくともＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上必要である。
【００２２】
一方、周知のようにレーザ光源の強度分布は、ガウス分布となっており、一般のピックアップにおいては、対物レンズ１に入射する光の内、中心部に対して周辺部の強度が小さくなっている。Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは大きい方がビームスポットを小さく絞り込めるので有利であるが、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを大きくするほど、レーザ光との結合効率（レーザ光の利用効率）が小さくなるため読み出し、書き込みパワーが不足する。図４は、レーザ光との結合効率とＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの関係を示す図である。結合効率が１０％以下では光記録媒体上での書き込み、読み出しに必要なパワーが得られないため、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは、８０％以下である必要がある。
【００２３】
これらより、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上８０％以下であることが必要である。
【００２４】
更に、対物レンズ１各面における透過率の入射光角度依存性による光量低下を考慮する必要があり、これによるビームスポット径の変化量を１％以内に抑える必要があるが、そのためには、図３の結果から必要なＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙが求まり、そこから対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比（総比透過率と呼ぶ）を求めると、９０％以上となる。
【００２５】
なお、ここでは、ＮＡが０．８５の場合における、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの許容範囲、及び、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比の許容範囲について記したが、ＮＡが０．７以上の場合には、これらの許容範囲に大きな変化はなく、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙが４５％以上８０％以下、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比が９０％であれば、良好な記録再生動作を実現できる。
【００２６】
次に、以上説明した条件を満たす対物レンズ１の具体的な条件について説明する。
【００２７】
対物レンズ１に反射防止のための単層膜を形成した場合について考える。総比透過率を大きくするためには、入射光角度が大きくなることによる各レンズ周辺部で生じる透過率低下を抑える必要がある。図５に、光線が空気よりレンズ（屈折率１．５の場合）に入射する面における場合における、レンズ周辺部での入射光角度０゜の時を１００％とした透過率（比透過率と呼ぶ）を示す。また、図６に、レンズ（屈折率１．５の場合）より空気に出射する面における場合における、レンズ周辺部での比透過率を示す。なお、図５，６の両者とも反射防止のための単層膜を形成した場合について示している。
【００２８】
対物レンズ１の第４面Ｓ４における入射光角度はＮＡと第２レンズの屈折率より決まる。ＮＡが０．８５の場合（第２レンズの屈折率を１．５から１．６として）、入射光角度は３２゜から３４゜であり、単層の反射防止膜を形成した場合は、比透過率は９５％程度となる。
【００２９】
このとき、レンズ２枚計４面でのレンズ中心に対する最周辺部の透過率を９０％以上とするためには、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の各面につき比透過率を９８％以上とする必要である。
【００３０】
また、一方では、ｐ波、ｓ波に分けた場合の入射角依存性を見ると、光線が空気よりレンズに入射する面における場合（図５）は、入射角が５０゜を越えるとｐ波、ｓ波の間で５％以上の透過率の開きができるため、直線偏光が対物レンズに入射する場合や、楕円偏光においても楕円率の小さい場合には射出瞳上での光量分布が大きくなりビームスポット形状に支障を及ぼす。同様に、光線がレンズより空気に射出する面における場合（図６）には、入射角が３０゜を越えるとｐ波、ｓ波の間で５％以上の透過率の開きができる。ここでの楕円偏光の楕円率とは、電場ベクトルの長軸に対する短軸の比の２乗である（光学の原理Ｉ（マックス・ボルン他著、草川徹他訳），ｐｐ．４４−４８）。
【００３１】
ここで、図７に対物レンズ入射瞳１７と楕円偏光の長軸の方向１８を示す。ことき時の図７中Ａ点及びＢ点における透過率と楕円率の関係を入射角度４０゜と５０゜の場合について図８に示す。入射角度５０゜においては、Ａ点とＢ点の透過率の差を２％程度以下（即ちＡ点に対するＢ点の透過率を９８％以上）とするためには、楕円率は０．４以上であることが望ましく、同じく、入射角度４０゜においては、楕円率０．２以上であることが望ましい。
【００３２】
また、図５，図６に示す通り、透過率の入射角依存性はｐ波とｓ波で異なるため図７中に示すＣ点においては偏光方向が反時計方向に回転する（Ｄ点，Ｅ点，Ｆ点においても同様の理由で回転する（但し、回転方向は、Ｅ点は反時計方向、Ｄ点、Ｆ点は時計方向）。直線偏光でのＣ点における偏光の回転角とｐ波に対するｓ波の透過率との関係を図９に示す。偏光の回転を各面１゜から２゜以内に抑えるためにはｐ波に対するｓ波の透過率を９５％以上としなければならないため、図５、図６より第１面及び第３面においては、最大入射角が４７．５゜以下、第２面においては同じく２９．３゜以下であることが必要である。対物レンズへの入射光が楕円偏光であっても同様の傾向があり、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点では楕円長軸方向が前記と同じ方向に回転する。
【００３３】
以上の結果より、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の最大入射光角度は、それぞれ４７．５゜、２９．３゜、４７．５゜以下であることが必要である、これにより、第１レンズ２、第２レンズ３併せて、比透過率を９０％以上にすることができる。
【００３４】
また、第１面Ｓ１の入射光角度を２０゜以下とすると、第１面Ｓ１の屈折力が小さくなり、第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３の屈折力を大きくしなければならない。これにより、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３の入射光角度が大きくなったり、収差配分が適切にできず公差が厳しくなるという問題が生じる。第３面Ｓ３についても同様のことがいえる。
【００３５】
従って、第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３の入射光角度は、各々２０゜以上、４７．５゜以下が望ましく、第２面Ｓ２は２９．３゜以下であることが望ましい。
【００３６】
以上のようにして、レンズ１が満たすべき具体的条件が求まる。ここでは、ＮＡが０．８５の場合における具体的条件を示したが、異なるＮＡの場合にも同様にして求めることができる。
【００３７】
図１１，１２は、上述したような対物レンズ１が満たすべき具体的条件を様々なＮＡについて求め、それをグラフ化した図である。図１１は第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値を示し、図１２は第２面Ｓ２での最大入射角度を示す図である。
【００３８】
これらの図から、第１面Ｓ１〜第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値をＮＡの関数として求めると、
【００３９】
以上説明した対物レンズ１の構成により、レンズ入射光角度による透過率低下からくる対物レンズ周辺部での光量低下は１０％以下にできる。
【００４０】
更に、対物レンズ１（第１レンズ）入射光のＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを６０％以上とすることでビームスポット径の増大を理想状態の２％以下とでき、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００４１】
また、対物レンズ１に入射する光の偏光を楕円率０．４以上の楕円偏光若しくは円偏光にすることで、レンズ周辺部での透過率の分布を小さく、入射偏光の回転も小さくできる。
【００４２】
なお、ここでは、単層の反射防止膜として、λ／４ｎ（ｎは屈折率）の厚さのフッ化マグネシウム膜を用いた場合について示した。単層の反射防止膜を用いた場合、他の材料を用いた場合でも大きな特性変化はないため、上述した各レンズの最大入射角等の値はそれらの場合においても適用できる。
【００４３】
次に、具体的な構成について説明する。図２は、本具体例の光ピックアップ装置の構成図である。
【００４４】
光源であるＬＤ９より発した波長が６３５ｎｍのレーザ光は、コリメータレンズ１０で平行光束にされた後、整形プリズム１１によりトラック幅方向に光束を拡大し整形され、偏光ビームスプリッタ１２、１／４λ板１３を通って対物レンズ１の第１レンズ２第１面Ｓ１に入射する。ここで、対物レンズに入射する光は１／４λ板１３で円偏光となっている。対物レンズ１を透過した光束は光記録媒体１４の信号記録面上にビームスポットを結ぶ。光記録媒体１４で反射した光は前記往路を逆に辿り、偏光ビームスプリッタ１２にて反射し、受光部１６にてＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号、ＲＥＳ（Ｒａｄｉａｌ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）、ＦＥＳ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ）を検出する。１／４波長板１３により対物レンズに入射する光は円偏光となっている。１５は凸レンズである。
【００４５】
対物レンズ１の構成を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【００４８】
このような構成によれば、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比を求めると、９０％以上となり、ビームスポット径の拡大を抑えることができた。
【００４９】
［実施の形態２］
本実施の形態の光ピックアップ及び対物レンズは、対物レンズに反射防止膜として多層膜を形成している点を除き、実施の形態１の構成と同様である。ここでも、上述の図１，２を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一部分については説明を省略する。
【００５０】
実施の形態１と同様、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上８０％以下であることが必要であり、更に、対物レンズ各面における透過率の入射光角度依存性による光量低下を考慮する必要があり、これによるビームスポット径への影響を、ビームスポット径の変化量を１％以内とするためには、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比（総比透過率）を９０％以上とすることが必要となる。
【００５１】
本実施の形態では、反射防止のために多層膜が形成されている。図１３に入射光角度０゜の時を１００％とした透過率（比透過率）の入射角度依存性（光入射光角度の関係を光線が空気よりレンズに入射する場合）を、図１４に比透過率の入射角度依存性（レンズより空気に出射する場合）を示す。
【００５２】
総比透過率を確保するためには、レンズ周辺部で生じる入射光角度が大きくなることによる比透過率低下を抑える必要がある。ＮＡが０．８５の場合、対物レンズ１の第４面Ｓ４の入射光角度は、第２レンズ３の屈折率を１．５から１．６として３２゜から３４゜であるので、多層の反射防止膜を形成する場合は、図１４より比透過率は９６％となる。従って、レンズ２枚計４面でのレンズ中心に対する最周辺部の透過率（比透過率）を９０％以上とするためには、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の面の比透過率は９８％以上必要である。
【００５３】
したがって、この場合、図１３，１４より、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２と第３面Ｓ３の最大入射光角度は、各々５６．３゜、３３．１°、５６．３゜以下にすることで、第１レンズ２、第２レンズ３併せて、比透過率９０％以上とできる。
【００５４】
このとき、実施の形態１と同様、上記角度範囲であれば、ｐ波、ｓ波の透過率比も９５％以上あり、偏光方向の回転角も小さい。
【００５５】
また、第１面Ｓ１の入射光角度を２０゜以下とすると、第１面Ｓ１の屈折力が小さくなり、第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３の屈折力を大きくしなければならない。これにより、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３の入射光角度が大きくなったり、収差配分が適切にできず公差が大きくなると言う問題が生じる。第３面Ｓ３についても同様のことがいえる。
【００５６】
従って、第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３の入射光角度は、各々２０゜以上、５６．３゜以下、第２面Ｓ２は３３．１゜以下であることが必要である。
【００５７】
以上のようにして、対物レンズ１が満たすべき具体的条件が求まる。ここでは、ＮＡが０．８５の場合における具体的条件を示したが、異なるＮＡの場合にも同様にして求めることができる。
【００５８】
図１５，１６は、上述したような対物レンズ１が満たすべき具体的条件を様々なＮＡについて求め、それをグラフ化した図である。図１５は第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値を示し、図１６は第２面Ｓ２での最大入射角度を示す図である。
【００５９】
これらの図から、第１面Ｓ１〜第３面Ｓ３での最大入射角度の限界値をＮＡの関数として求めると、
【００６０】
このような具体的構成により、レンズ入射光角度による透過率低下からくる対物レンズ周辺部での光量低下は１０％以下とできる。
【００６１】
更に対物レンズ（第１レンズ２）入射光のＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙを６０％以上とすることでビームスポット径の増大を理想状態の２％以下とでき、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００６２】
以下に具体例を示す。なお、ここでは、本例の対物レンズを上述した図１を用いて説明する。
【００６３】
表２は対物レンズ１の構成例を示す表である。ＮＡは０．８５で、第１レンズ２は両面非球面、第２レンズ３は平凸レンズで凸面は非球面となっており、第１レンズ２、第２レンズ３共に反射防止のための多層膜、ＭｇＦ2／ＺｒＯ2／ＣｅＦ3を形成している。
【００６４】
【表２】
【００６５】
【００６６】
このような構成によれば、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比を求めると、９０％以上となり、ビームスポット径の拡大を抑えることができた。
【００６７】
［実施の形態３］
実施の形態１，２では、対物レンズに、レンズ中心部において最も反射防止の効果が得られる反射防止膜（実施の形態１では単層膜，実施の形態２では多層膜）を設けた場合について説明した。本実施の形態は、この反射防止膜が実施の形態１，２と異なるものである。なお、本実施の形態においても図１，２を参照し、実施の形態１，２と同一部分については説明を省略する。
【００６８】
実施の形態１と同様、Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙは４５％以上８０％以下であることが必要である。また、対物レンズ各面における透過率の入射光角度依存性による光量低下を考慮する必要があり、これによるビームスポット径への影響を、ビームスポット径の変化量を１％以内とするためには、対物レンズ１の４面透過後の中心部の透過率に対する周辺部の透過率の比（総比透過率と呼ぶ）を９０％以上とすることが必要となる。
【００６９】
本実施の形態では、上記のような総比透過率を実現するために、レンズに設ける反射防止膜を、レンズ中心ではなく周辺部において良好な透過率が得られるように設定する。この場合、レンズ中心位置以外に比透過率が最大となる位置が存在することになる。
【００７０】
このように設定すれば、総比透過率を大きくすることができ、レーザスポット径の拡大を抑制できる。
【００７１】
以下、本実施の形態の光ピックアップの具体例について説明する。
【００７２】
対物レンズ３０の構成を表３に示す。ＮＡは０．８５で、第１レンズ３１は両面非球面、第２レンズ３２は平凸レンズで凸面は非球面となっており、本実施例における対物レンズの第１面Ｓ１の最大入射光角度は５４．８゜、第２面Ｓ２の最大入射光角度は７．８゜、第３面Ｓ３の最大入射光角度は３４．０゜である。第１レンズ、第２レンズ共に反射防止のための単層膜、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）は第１レンズについては、第１面Ｓ１の最大入射光角度５４．８゜に対して最も透過率が大きくなるように０．２９３λの厚さで、第２レンズは第３面の最大入射光角度３４．２゜に対して最も透過率が大きくなるように０．２７５３λの厚さで形成している。但し、非球面係数については、次式に表す関係である。
【００７３】
【００７４】
【表３】
【００７５】
単層の反射防止膜を形成する場合は、対物レンズの第４面の入射光角度は、ＮＡ０．８５より（第２レンズの屈折率を１．５から１．６として）３２゜から３４゜であるので、比透過率は９５％となる。従って、レンズ２枚計４面でのレンズ中心に対する最周辺部の透過率（比透過率）を９０％以上とするためには、第１面と第２面と第３面の合計比透過率は９５％となり、各面の比透過率は９８％以上必要である。
【００７６】
各面の最大入射光角度のときの透過率が最大になるように設計した単層反射防止膜を形成した本実施の形態の対物レンズについて、表４に第１面Ｓ１から第４面Ｓ４までの比透過率と合計比透過率を示す。合計値は、０．２５λの膜厚の時に比べて、１．５％増加している。
【００７７】
【表４】
【００７８】
また、第１面Ｓ１の入射光角度を２０゜以下とすると、第１面Ｓ１の屈折力が小さくなり、第２面Ｓ２及び第３面Ｓ３の屈折力を大きくしなければならない。これにより、第２面Ｓ２、第３面Ｓ３の入射光角度が大きくなったり、収差配分が適切にできず公差が大きくなると言う問題が生じる。第３面Ｓ３についても同様のことがいえる。
【００７９】
従って、第１面Ｓ１及び第３面Ｓ３の入射光角度は、各々２０゜以上、６０゜以下、第２面は４０゜以下であることが必要である。
【００８０】
このとき、実施の形態１と同様、上記角度範囲であれば、ｐ波、ｓ波の透過率比も９５％以上あり、偏光方向の回転角も小さい。
【００８１】
更に、光記録媒体についても、ＮＡ０．８５における最大入射光角度は５８．２゜であり、透過率は小さくなるため、最大入射光角度において透過率が最適となるように設定した反射防止膜を光記録媒体に設けて、その角度での透過率を向上させることは有効である。例えば、光記録媒体表面に垂直な角度以外の角度において、入射光の透過率を最大とさせるように反射防止膜を設定する。具体例を示すと、最大入射光角度５８．２゜で最適化した単層膜（ＭｇＦ2）を形成する場合の透過率は、反射防止膜のない場合に比べて、入射光角度５８．２゜において、透過率は７．２％増加し、比透過率は同じく２．３％増加する。この効果は、多層膜を形成する場合においても同様である。
【００８２】
なお、以上説明した本発明の実施の形態において、光記録媒体の反射防止膜については、多層膜を形成する際、多層膜の内の１面以上を、硬質膜で構成する事で、対物レンズと接触した場合においても記録面にダメージが及ぶことを防止することができる。硬質膜としては、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、ＳｉＮ、ＣｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等である。
【００８３】
これら対物レンズと光記録媒体における本発明により、レンズ入射光角度による透過率低下からくる対物レンズ周辺部での光量低下を抑え、ビームスポット径の増大を理想状態の２％以下とでき、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００８４】
また、一般にガラス材料は波長が４００ｎｍ付近より低くなった時、ガラスの内部透過率が低下する。上述した実施の形態における波長の中心値は４１０ｎｍであるが、例えば波長が１０ｎｍ低波長側になった場合においても、十分大きい内部透過率を持つガラス材料を選択した。ここで示した第１レンズの硝材はＦＣＤ１（ＨＯＹＡ）で４００ｎｍにおける内部透過率は、９９．９％、第２レンズの硝材はＭ−ＢａＣＤ５Ｎ（ＨＯＹＡ）で、同じく９９．１％である。この様に、４００ｎｍ付近の光源を使用する際には、ガラス材料についても考慮することが必要であり、４００ｎｍ付近の透過率が大きい硝材としては、ＢＫ（硼硅クラウン）、Ｋ（クラウン）、ＢａＫ（バリウムクラウン）、ＳＫ（重クラウン）、ＬａＫ（ランタンクラウン）等のクラウンガラス及びＦＫ（Ｓｃｈｏｔｔ）、ＦＣＤ（ＨＯＹＡ）に類する低分散ガラスが最も好ましく、逆に透過率が小さいのは、ＢａＦ（バリウムフリント）、ＬＦ（軽フリント）、Ｆ（フリント）ＢａＳＦ、ＳＦ（重フリント）、ＬａＦ（ランタンフリント）等のフリントガラスで、これらフリントガラスを使用すると特に波長が小さい方向にばらついた際には、５％以上もの透過率低下につながる。
【００８５】
従って、本実施の形態の対物レンズにおいては、前記クラウンガラス及び低分散ガラスを用いることで、波長４００ｎｍ近傍の光に対して、透過率が良く、良好なジッタ特性と高い記録密度が得られる。
【００８６】
また、本発明において、レーザ波長が変わっても、或いは反射防止膜や硬質膜の材質が変わっても効果は変わらない。また、本明細書における入射光角度とは各光学面における光線方向と光線と光学面の交点における光学面の法線方向のなす角度である。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、ビームスポット径を決める重要な要素である、ビームスポット外周部の光強度の低下を防ぎ、高いＮＡに応じた十分小さいビームスポット径とすることができ、良好なジッタ特性を実現でき、より高密度な光記録が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す対物レンズの光線図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す光ピックアップの構成図である。
【図３】スポット径とＲｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙの関係を示す図である。
【図４】Ｒｉｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙと結合効率の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気よりレンズに入射する場合）。
【図６】実施の形態１の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線がレンズから空気に射出する場合）。
【図７】対物レンズの入射瞳と楕円偏光の長軸方向を示す説明図である。
【図８】楕円偏光の楕円率と透過率の関係を示す図である。
【図９】偏光方向の回転角とｐ波、ｓ波の透過率の関係を示す図である。
【図１０】実施の形態１における対物レンズのＮＡと第４面の透過率の関係を示す図である。
【図１１】実施の形態１の第１面，第３面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１２】実施の形態２の第２面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１３】実施の形態２の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気よりレンズに入射する場合）。
【図１４】実施の形態２の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線がレンズから空気に射出する場合）。
【図１５】実施の形態２の第１面，第３面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１６】実施の形態２の第１面，第３面での最大入射角度の限界値とＮＡとの関係を示す図である。
【図１７】実施の形態３の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気より第１レンズに入射する場合）。
【図１８】実施の形態３の入射光角度と透過率の関係を示す図である（光線が空気より第２レンズに入射する場合）。
【図１９】従来例を示す対物レンズの光線図である。
【符号の説明】
１ 対物レンズ
２ 第１レンズ
３ 第２レンズ
８ 光記録媒体
９ ＬＤ光源
１０ コリメータレンズ
１１ 整形プリズム
１２ 偏光ビームスプリッタ
１３ １／４波長板
１４ 光記録媒体
１５ 凸レンズ
１６ 受光部
１７ 対物レンズの入射瞳
１８ 楕円偏光の長軸方向
Ｓ１ 第１面
Ｓ２ 第２面
Ｓ３ 第３面
Ｓ４ 第４面
Claims (4)
- 光源からの出射光を開口数ＮＡが０．７以上の対物レンズにより集光して光記録媒体に照射することで、該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装置において、前記対物レンズ及びそれに形成された反射防止膜は、前記光源から前記対物レンズの中心への入射光の強度に対して、前記対物レンズの最周辺部の入射光の強度が４５％以上８０％以下であり、
前記対物レンズは、２つのレンズにより構成された２群レンズからなり、前記２つのレンズは光源側の面にも光記録媒体側の面にも反射防止膜が形成されており、
前記光源側の面に形成された反射防止膜は、
単層膜であって、該面における最大入射角度が、
−４４００×（ＮＡ） 3 ＋９５４９×（ＮＡ） 2 −６９１７×（ＮＡ）＋１７３０
で求められる値以下であるか、または、
多層膜であって、該面における最大入射角度が、
−５７０７×（ＮＡ） 3 ＋１２８６７×（ＮＡ） 2 −９６８５×（ＮＡ）＋２４９７
で求められる値以下であり、
なおかつ、
前記２つのレンズのうち光源側のレンズの前記光記録媒体側の面に形成された反射防止膜は、
単層膜であって、該面における最大入射角度が、
−１０６７×（ＮＡ） 3 ＋２２７４×（ＮＡ） 2 −１６２４×（ＮＡ）＋４２２
で求められる値以下であるか、または、
多層膜であって、該面における最大入射角度が、
−６００×（ＮＡ） 3 ＋１２９４×（ＮＡ） 2 −９３８×（ＮＡ）＋２６４
で求められる値以下であることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズの少なくとも１つのレンズ面に、光透過率が最大となる部位が前記対物レンズのレンズ中心以外となるよう設定された反射防止膜が形成されてなることを特徴とする光ピックアップ装置。
- 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズに入射する光が楕円率０．４以上の楕円偏光または円偏光であることを特徴とする光ピックアップ装置。
- 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズにより集光された光により、情報が記録または再生される光記録媒体において、光入射側の面に反射防止膜が形成されており、該反射防止膜は、透過率が最大となる光入射角度が、垂直入射以外の角度となるよう設定されていることを特徴とする光記録媒体。
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