JP4259052B2 - 光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大容量の光ディスクを実現する高い開口数（ＮＡ）を有する対物レンズを用いた光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来ＣＤディスクは、開口数が０．４５〜０．５である対物レンズを用い、７８０ｎｍ程度の波長を有するレーザ光で読み取り又は書き込みされている。またＤＶＤディスクは、開口数が０．６程度の対物レンズを用い、６５０ｎｍ程度の波長を有するレーザ光で読み取り又は書き込みが行われている。
【０００３】
ところで、光ディスクの容量を上げるために、より短い波長のレーザ光とより高い開口数を有するレンズを使用する次世代光ディスク・ピックアップシステムの開発が進められている。
【０００４】
そして、より短い波長を有するレーザとしては、波長が約４００ｎｍのいわゆる青色レーザが考えられている。
【０００５】
前記高い開口数を有する対物レンズとしては、例えば以下のシステムが報告されている。
【０００６】
（１） Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp.978-979 M. Itonaga et al. “Optical Disk System Using a High-Numerical Aperture Single Objective Lens and a Blue LD”.
【０００７】
（２） Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp.937-942 I. Ichimura et al. “Optical Disk Recording Using a GaN Blue-Violet Laser Diode”.
【０００８】
ここで（１）は、開口数がＮＡ＝０．７の単レンズを用いたシステムを報告し、（２）は、ＮＡ＝０．８５の２群レンズを用いたシステムを報告する。
【０００９】
前記２群レンズを用いたシステム（２）は、開口数は（１）に比べて大きいものの、組み立て工程が必要な上にレンズが２枚必要なことから、量産性に劣り且つコストも高くなる。
【００１０】
そこで次世代システムとしては、開口数が０．７以上の単レンズによる光ディスク用対物レンズが望まれている。
【００１１】
特開平４−１６３５１０には、開口数が０．６〜０．８程度の単レンズを用いた対物レンズが記載されている。
【００１２】
この文献によれば、波長が５３２ｎｍより大きい波長に対して開口数が０．８程度の対物レンズを提供することができる。
【００１３】
しかしこの文献の対物レンズでは、波長が４００ｎｍ程度のレーザ光に対して実用上使用可能な特性を発揮することができない。またこの文献による対物レンズでは、次世代システムに適合した、薄いディスク再生透過層に対応することはできない。
【００１４】
より詳細には、次世代システムでは、開口数を大きくしたことによる性能余裕度の低下を防ぎ、システムとしての余裕度を上げるために、ディスクの厚さを０．３ｍｍ程度以下にすることが望まれている。ここで性能余裕度の低下とは、例えばディスクとピックアップとの間のチルトに対する余裕度の低下を意味する。しかし前記先行技術（特開平４−１６３５１０）においては、前記透過層は、１．２ｍｍ程度に設定されており、これ以下の厚さでは良好な性能を発揮することができない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、高い開口数あるいは大きい開口数を有する単レンズを実用化するための問題点は、（１）製造公差が厳しくなる点および（２）設計性能が悪くなる点である。
【００１６】
ここで（１）製造公差は、両面非対称レンズにおける入射・出射面間の間隔公差あるいは、前記入出面間の幾何学的中心間の間隔公差（偏芯公差）あるいは前記入射・出射面間の傾きの公差等を意味する。例えば偏芯公差は、偏芯がある場合の波面収差の増加量に基づいて定められる。しかしこれらの製造公差は、製造技術の改善と向上とで対応することは可能である。すなわち数μｍ〜数十μｍ程度の範囲の公差を確保した製造をすることは可能である。
【００１７】
一方（２）設計性能の悪化とは、レンズ設計上の性能悪化のことであり、より詳細には、軸外光線に対する収差発生（以下、軸外収差と略称する）および複数の波長を有する軸上光線に対する各波長での最良の像面での球面収差（以下、最良像面色収差と略称する）を意味する。ここで軸上光線とはレンズの光軸に平行に入射する光線を意味し、軸外光線とはレンズの光軸に対して傾斜して入射する光線を意味する。すなわち、設計基準波長を有する軸上光線に対しては球面収差が発生しないように設計することが可能であるが、前記軸外収差及び最良像面色収差については、従来のＣＤ用あるいはＤＶＤ用の対物レンズに比べて良い値を得ることが困難である。
【００１８】
前記軸外収差の問題は、より詳細には以下の通りである。
【００１９】
前記軸外収差は、前記製造公差を考慮せずに設計する場合においても一般的に従来より劣る。これは開口数が大きくなると光軸に対して大きな傾斜角を有する光線が入射するからである。
【００２０】
そして前記軸外収差は、製造公差を考慮すると更に悪くなる。より詳細には、以下の通りである。前記製造公差のうちで最も重要な公差は前記偏芯公差である。すなわち、レンズ面の間の偏芯は、モルードレンズの場合、上下の金型の取り付け精度、取り付けのガタ（成型時に金型が動くがその際の摺動の余裕、成型時の温度変化による収縮の余裕）等できまる。この偏芯で面の間の傾きが生じる場合もある。しかし、傾きと偏芯では、収差に与える影響はかなり近いことと、扱う量がμｍオーダーでかなり小さいため、通常は、偏芯として一括して扱われる。この公差は、製造上必須の値である。従来のＮＡの低い、たとえばＤＶＤ用のレンズでは、設計的に約１０ミクロン程度の偏芯があっても、収差の増加を０．０２λ以下に押さえる設計が可能であった。また、１０ミクロンに偏芯を抑える工法が確立されている。さらに、近年の工法の改良により、例えば５μｍ程度以下の精度を得ることも可能になっている。しかし、前記した摺動の余裕等を考えると、これを１ないし２μｍ以下にすることは、かなり困難である。
【００２１】
従って、レンズ設計においてある程度の大きさの偏芯公差を確保する必要がある。そして、このためには、前記軸上収差と前記軸外収差とを犠牲にする必要がある。すなわちある程度の軸上収差および軸外収差を有するように設計することにより、偏芯が生じても結果としてレンズ性能をほぼ維持することができるレンズを実現することが必要である。この場合軸上収差は僅かに劣化するだけであるが、開口数が０．６を超えるような大きな開口数レンズにおいては、軸外収差をかなり犠牲にしないと、製造が可能となるミクロンオーダーの偏芯公差を確保することができない。
【００２２】
さらに、ピックアップを小型化するために、出来るだけ焦点距離の短い対物レンズが望まれる。この要求は、特にビデオカメラのように、モバイル用途でのデータ記録用ドライブへ使用する場合に強い。この面から、対物レンズの焦点距離は例えば２．２ｍｍ以下にすることが望まれる。
【００２３】
さらに作動距離に関しては、ディスクへの衝突回避の点から０．２ｍｍ以上のレンズが望まれている。なお焦点距離を短くすると、一般的に作動距離が狭くなるが、使用するディスクの直径が８０ｍｍ乃至５０ｍｍ以下であれば面ぶれは少ない。従って、０．２ｍｍ以上あれば商品化上問題は無い。
【００２４】
ところで、使用するディスクの最大の面ぶれ量はディスクの径に依存する。さらに好ましくは、作動距離は、使用するディスクの半径の０．５％より広いことが望まれている。
【００２５】
また、前記したように、高ＮＡ化を図るために、２群レンズを採用した場合は、狭い作動距離のために、ディスクにレンズが衝突する危険性が著しく増大する問題点がある。光ディスクに用いられている、プラスチック製のディスクの場合、ディスクのそりは不可避である。このそりの量は、ＤＶＤの場合では、０．３ｍｍ程度ある。この値は、ＣＤの場合の０．６ｍｍに比べて半分に改善されているが、素材の特性に起因する量なので、これ以上の改善は厳しい。ここに対して、２群レンズの作動距離は前述のように、０．１３ｍｍである。この距離はレンズの設計により変わるが、レンズの焦点距離をピックアップの大型化を招かない範疇に設定した場合は、約０．２ｍｍ以上にすることは厳しい。すなわち、レンズがディスクへ焦点を合わせる位置、すなわち記録再生動作が行われる位置にある場合、フォーカスサーボが動作していない限り、ディスクに衝突する。すなわち、フォーカスサーボが、例えばディスクのディフェクトあるいは外乱振動等に起因するアクシデントではずれた場合は、ディスクに衝突する可能性がある。
【００２６】
また、別の論文（Ｃ）Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41(2002) pp. 1804-1807 G. Hashimoto et al. “Miniature Two-Axis Actuator for High-Data-Transfer-Rate Optical Strorage Sytem”. によれば、２群構成のＮＡ＝０．８５のレンズであって、焦点距離が０．８８ｍｍと小型なレンズが報告されている。このレンズを用いれば、アクチュエーター並びにピックアップの小型化と高速化を達成することが出来る。しかしながら、記載されたレンズの作動距離は０．１ｍｍとさらに狭くなっていて、上記した危険性がさらに上がるという問題点がある。
【００２７】
本発明の目的は、前記問題点を克服することであり、開口数が０．７から０．８の単一レンズから成り、且つ、０．３ｍｍ以下の薄い再生透過層を有する光ディスクに対応でき、４００ｎｍ程度の波長の光に対して以下の特性（ｉ）〜（ｉｖ）を有する光ディスク用対物レンズを提供することである。
【００２８】
（ｉ）レンズの両面間の偏芯公差が製造可能な範囲にある。
【００２９】
（ｉｉ）良好な軸上収差特性を有する。
【００３０】
（ｉｉｉ）軸外収差特性の劣化が少ない。
【００３１】
（ｉｖ）作動距離が広い（望ましくは０．２ｍｍ以上である）。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光ピックアップ装置は、青色レーザ光を出射するレーザ光源と、フォトディテクタ及び電流電圧変換器と、開口数が０．７〜０．８で作動距離が０．２ｍｍ以上であり、前記青色レーザ光を光ディスクの信号記録面に集光し、前記光ディスクの信号記録面で反射された反射光を前記フォトディテクタ及び電流電圧変換器側に出射する単レンズからなる光デバイス用対物レンズとから構成される光ピックアップ装置であって、前記光デバイス用対物レンズの焦点距離をｆ、中心厚さをｄ、前記光ディスク側の頂点における曲率半径をＲ２、屈折率をｎとするとき、
（１）０．８５＜ｄ／ｆ＜１．５
（２）０ ＞ｄ／Ｒ２＞−０．７
（３）ｎ＞１．６
（４）ｆ≦２．２ｍｍ
との条件を満足することを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の請求項２に係る光ピックアップ装置は、請求項１記載の光ピックアップ装置において、透過層の厚さが０．３ｍｍ以下である光ディスクに用いられ、前記透過層に前記青色レーザ光を入射させることを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の請求項３に係る光ピックアップ装置は、請求項１記載の光ピックアップ装置において、前記作動距離と前記光ディスクの半径とは、
（５）作動距離＞０．００５×光ディスクの半径
との関係を満足する光ディスクに用いられることを特徴とするものである。
【００４５】
本発明の請求項４に係る光ディスク記録再生装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて前記光ディスクに情報を記録再生する記録再生手段とを有することを特徴とするものである。
【００４６】
本発明の請求項５に係る光ディスク再生装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて前記光ディスクに記録されている情報を再生する再生手段を有することを特徴とするものである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態は、以下のような考察により発明された。
【００４８】
すなわち前記軸上収差を改善するためには、例えば球面収差を補正するようにレンズを設計すれば良い。また軸外収差を改善するには、例えばアッベの正弦条件を満たすようにレンズを設計すれば良い。そして両面非球面レンズは、これら２つの条件を同時に満たすことができる。すなわち入射面および出射面を非球面レンズとすることにより前記２条件を同時に満たすレンズを設計することができる。
【００４９】
しかしこのようなレンズは、開口数が０．６以上の場合、偏芯公差を確保することが難しい。すなわち偏芯公差を考慮する場合、前記軸上収差あるいは軸外収差は、前記偏芯公差を考慮しない場合の軸外収差あるいは軸上収差から劣化する。
【００５０】
従って、大きな偏芯公差を確保するためには、入射面および出射面が偏芯を有する場合でも、前記各収差が大きく増大しない非球面のレンズ形状が必要となる。換言すれば、前記軸上収差と軸外収差とを適切に劣化させて偏芯公差を確保できるバランスのとれた対物レンズを設計する必要がある。
【００５１】
前記考察によるこの対物レンズは、少なくとも一つの面を非球面形状とした開口数が０．７から０．８で、作動距離が０．２ｍｍ以上の単レンズであって、以下の条件を満足する光ディスク用対物レンズである。
【００５２】
(１)０．８５＜ｄ／ｆ＜１．５,
(２)０＞ｄ／Ｒ２＞−０．７,
(３)ｎ＞１．６。
【００５３】
ここでｆは当該レンズの焦点距離であり、ｄは当該レンズ２１の中心厚さ、Ｒ２は当該レンズの光ディスク側の頂点２１ｂにおける曲率半径である（図１参照）。
【００５４】
またさらに、この発明の対物レンズは、少なくとも一つの面を非球面形状とした開口数が０．７から０．８で、作動距離が、使用するディスクの最大の半径に関して、
作動距離 ＞ ０．００５ × ディスク半径
の関係を満足する単レンズであって、以下の条件を満足する光ディスク用対物レンズである。
【００５５】
(１)０．８５＜ｄ／ｆ＜１．５,
(２)０＞ｄ／Ｒ２＞−０．７,
(３)ｎ＞１．６。
【００５６】
この対物レンズによれば、軸上収差特性および軸外収差特性および偏芯公差（による収差増加の抑制）を同時に満足することができる。
【００５７】
より詳細には、前記軸上収差（波面収差）は、０．０１λ以下とすることができ、軸外収差（波面収差）は、例えば０．５度の入射光に対して０．０５λ以下とすることができる。また、偏芯公差δ（図１）は、例えば５μｍの偏芯に対して波面収差を０．０３λ以下とすることができる。なおこれらの収差は、焦点距離に応じてさらに小さくすることができる。
【００５８】
また後述するように、例えばｔ＝０．１ｍｍのディスク読み出し層の厚さに対して、少なくとも０．２ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上の作動距離を確保することができる。
【００５９】
より詳細には、以下の通りである。
【００６０】
前記条件（１）の内、０．８５＜ｄ／ｆを充足することにより、特に、軸上収差および軸外収差を抑制しながら偏芯公差を確保することができる。この理由は、レンズの芯厚が厚いほうがレンズ第１面（入射面）の半径を比較的大きくできるからである。より詳細には、第１面の曲率半径が大きくなると、レンズの外側の端部を通る光線Ｌ（図１）の、レンズへの入射角θ（レンズ面の法線と光線のなす角度）が小さくなり、これにより非線形現象としての屈折の効果が小さくなるからである。
【００６１】
また、前記条件（１）の内、ｄ／ｆ＜１．５を充足することにより、軸外収差特性を良好に保持することができる。より詳細には、ｄが比較的小さい場合、Ｒ２が比較的大きくても作動距離を確保することができる。従って比較的容易に、正弦条件を満足することができ、軸外収差を抑制することができる。
【００６２】
また、前記条件（１）により、レンズを小型化および軽量化し、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボ動作においてアクチュエータによる高速動作を保証することが出来る。またピックアップの小型化を保証することができる。
【００６３】
また、前記条件（２）０＞ｄ／Ｒ２＞−０．７を充足することにより、正弦条件の違反量を抑制し、軸外収差特性の劣化を防ぎ、且つ、作動距離を確保することができる。
【００６４】
より詳細には以下の通りである。
【００６５】
ｄ／Ｒ２が負であることは、Ｒ２が負であることを意味しこれは対物レンズが両凸レンズであることを意味する。これにより、偏芯公差を拡大することができる（以下の条件（４）の説明参照）。
【００６６】
またこれにより凸レンズとしてのパワーをＲ１とＲ２とで分担でき、結果としてＲ１を比較的大きく設定でき、作動距離ａ（図１）を長くできる。作動距離ａは、単レンズの場合、ａ＝ｆ−ｆ／Ｒ１・ｄ（ｎ−１）／ｎで表されるからである。なお、この式は、空気中での作動距離であるが、ディスクに対して集光される場合も、本質は変わらない。
【００６７】
また、ｄ／Ｒ２を、−０．７よりも大きく設定することにより、完全アプラナート形態からの乖離を小さくし、もって軸外収差を小さく抑制し、前記収差のバランスを取ることが可能となる。
【００６８】
前記条件（３）ｎ＞１．６を充足することにより、加工が容易である比較的浅い球面（レンズの最外周におけるレンズ表面の法線方向と光軸のなす角度θ（図１）が小さい球面）で、大きな開口数を容易に達成することができる。
【００６９】
なお、屈折率ｎは１．７以上であることがさらに好ましい。これによりさらに浅い球面を有する対物レンズで必要な開口数を実現することができる。
【００７０】
この実施形態の対物レンズはさらに、条件、
（４）０．６５＜Ｒ１／ｆ＜０．９
を充足するのが望ましい。
【００７１】
これにより、正弦条件の補正が容易となり、軸外収差の劣化を抑制することができる。
【００７２】
より詳細には、Ｒ１／ｆを、０．９より小さく設定することにより、正弦条件の違反量を抑制し、軸外収差を良好に保持できる。
【００７３】
さらに詳細には以下の通りである。
【００７４】
前述の如く、偏芯公差を確保しながら軸上収差および軸外収差を抑制する必要があるが、この場合第１面の曲率半径Ｒ１の値を大きく設定し、両凸レンズとすることが好ましい。ここで焦点距離を一定とする場合、Ｒ１を、前記の範囲に設定することにより、Ｒ２の値も比較的小さく保持でき、結果として容易に正弦条件の違反量を抑制し、軸外収差を良好に保持できる。例えば焦点距離が２ｍｍのレンズの場合、前記条件を満足することにより、０．５度の入射角を有する入射光に対して軸外収差（波面収差）を０．０７λ以下に抑制することができる。
【００７５】
また、Ｒ１／ｆを、０．６５より大きく設定することにより、光ディスク２３に対する対物レンズ２１の作動距離ａ（図１）を大きく確保することができる。
【００７６】
より詳細には、一般に単レンズを用いる場合光ピックアップの作動距離ａは、厚さｔ、屈折率Ｎの光ディスクがある場合、以下のように表される。
【００７７】
ａ＝ｆ−（ｆ／Ｒ１）ｄ（ｎ−１）／ｎ−ｔ／Ｎ
【００７８】
ここでｎは対物レンズの屈折率である。従って前述のようにＲ１／ｆを大きく設定することにより作動距離を大きく確保することができる。例えばｔ＝０．１のディスク読み出し層に対して０．２ｍｍ以上望ましくは０．４ｍｍ以上の作動距離を確保することができる。より詳細には例えばｎ＝１．７５、ｆ＝２ｍｍ、ｄ＝２．６ｍｍ、ｔ＝０．１ｍｍ、Ｎ＝１．６の場合、（Ｒ１／ｆが０．６５よりも大きい場合）０．２２ｍｍ以上の作動距離を確保することができる。
【００７９】
また例えばｎ＝１．７５、ｆ＝１ｍｍ、ｄ＝１．２ｍｍ、ｔ＝０．１ｍｍ、Ｎ＝１．６の場合、（Ｒ１／ｆが０．６５よりも大きい場合）０．１５ｍｍ以上の作動距離を確保することができる
また、この実施形態のレンズはさらに、条件、
（５）｜Ｒ１／Ｒ２｜ ＜０．６
を充足するのが好ましい。
【００８０】
これにより、球面収差（波面収差）を前述の如く小さく抑制することができる。
【００８１】
より詳細には、両面球面レンズにおいて球面収差を最小にする半径の組み合わせが知られておりこのようなレンズはベストフォーム・レンズと呼ばれる。Ｒ１およびＲ２を、前記条件を満足するように設定することにより、前記ベストフォーム・レンズからの乖離を小さくし球面収差を小さくすることができる。
【００８２】
この実施形態の光ディスク用対物レンズはさらに、｜Ｒ１／Ｒ２｜＜０．３であるのが好ましい。
【００８３】
これにより、さらに容易に球面収差を補正し前記軸上収差及び軸外収差および偏芯公差の間のバランスを良好に保つことができる。
【００８４】
この実施形態のレンズはさらに、焦点距離を２．２ｍｍ以下に設定するのが望ましい。
【００８５】
これにより、光ピックアップを小型化することができる。前記したようにこの小型ピックアップは例えば、モバイル用途でのデータ記録用ドライブに使用され得る。
【００８６】
またこの実施形態のレンズは、透過層が０．３ｍｍ以下の光ディスクと共に使用され得るものであるのが好ましい。
【００８７】
これにより、システム余裕の低下に容易に対処することが出来る。
【００８８】
次に、上記したレンズを用いた光ピックアップ、記録装置、再生装置に関する事項の詳細な説明を記載する。
【００８９】
まず、レンズに求められる作動距離に関して、少なくともその作動距離がディスクの面ぶれの最大値より大きいことが望まれる。
【００９０】
理由は、フォーカスサーボが、例えばディスクのディフェクトあるいは外乱振動等に起因するアクシデントではずれた場合であっても、ディスクに衝突する可能性を低く押さえることが出来るためである。なおフォーカスサーボが動作していない状態においては、例えばレンズをディスクから遠ざける方向に待避しておく等の衝突回避策を取ることが出来るので、フォーカスサーボ動作時の上記アクシデントが最も危険が高い状態と言える。
【００９１】
このとき、ディスクのそりの角度をαとして、ディスクが単純なお椀型にそっていると考えると、ディスクの面ぶれ量Ｌは、半径Ｒにおいて、Ｌ＝Ｒ・ｔａｎ（α）となる。
【００９２】
ディスクのそり角は、ディスクの規格で定義されているが、ＣＤにおいて０．６度、ＤＶＤにおいて、０．３度とされている。ディスクの面ぶれは、前述のそり形状の場合最外周で最大になるから、直径１２０ｍｍのディスクにおいて、各々、０．３ｍｍあるいは、０．６ｍｍの面ぶれが生じうる。
【００９３】
ところで、より高密度化を図ったシステムにおいても、ディスク素材はプラスチックであり、ＤＶＤの場合のディスクのそり角をこれ以上改善することは難しい。また、ディスクの最大の面ぶれは、半径に比例する。これより、光ピックアップ、あるいは記録再生装置で用いるディスクの最大の半径をＲとした場合、ディスクの面ぶれＬは Ｌ＝０．００５・Ｒとなる。
【００９４】
ここで、レンズの作動距離ｄｗは、次の式で求めることが出来る。
【００９５】
ｄｗ＝ｆｂ−ｄ／ｎｄ
【００９６】
ここで、ｄは光ディスクの厚さであり、ｎｄは光ディスクの屈折率である。ｆｂは、次の式で規定される。Ｒ１は、前述の式によって規定されている。
【００９７】
ｆｂ＝ｆ（１−ｔ（ｎ−１）／ｎ／Ｒ１）
【００９８】
すなわち、レンズが厚くなると、作動距離が短くなるが、レンズとして成立するためには、作動距離が有限である必要がある。したがって、レンズ厚さの上限は、作動距離が有限な値である範囲になる。この範囲は、レンズの焦点距離と、厚さと、ディスクの厚さで決まる。
【００９９】
レンズの厚さの範囲は、例えば２ｍｍ以上、３．５ｍｍ以下に設定することができる。
【０１００】
ここにおいて、好ましくは、作動距離ｄＷは、前述したディスクの最大の面ぶれ量Ｌより大きく定める。
【０１０１】
【０１０２】
したがって、例えば記録再生機で扱うディスクの最大半径が６０ｍｍの時は、作動距離が０．３ｍｍ以上、２５ｍｍの時は、作動距離が０．１２５ｍｍ以上、４０ｍｍの時は、作動距離が０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１０３】
ここで本願によれば前記したように、、作動距離ａを２群構成のレンズに比べて、大きくすることが出来る。
【０１０４】
以下この実施形態の実施例を示す。
【０１０５】
＜実施例１＞
この対物レンズの仕様は、表１に示す通りである。
【０１０６】
【表１】
【０１０７】
またこの対物レンズの設計値は表２に示す通りである。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
なお、第３面、第４面は、光ディスク２３の透過層の各表面を意味する（図１参照）。又、半径、厚さの単位はｍｍである。
【０１１０】
また、前記第１面、第２面の非球面係数は、それぞれ表３、表４に示す通りである。
【０１１１】
【表３】
【０１１２】
【表４】
【０１１３】
図２は、実施例１の縦収差図であり、図３は、非点収差図である。
【０１１４】
この実施例１の対物レンズによれば、軸上での波面収差は０．００６λと小さく実用上、無収差と言える。また光軸に対して０．５度の入射角を有する軸外入射光線に対する波面収差は０．０４１λであり同様に良好な特性を示す。さらに、面間の偏芯については、偏芯量が５μｍのときの波面収差は０．０１６λであり多少の収差の増加は見られるが実用上問題はない。すなわち、この対物レンズは充分に量産に耐え得る製造公差を有する。また作動距離は０．７２ｍｍであり、充分大きな値を有する。
【０１１５】
＜実施例２＞
この対物レンズの仕様は、表５に示す通りである。
【０１１６】
【表５】
【０１１７】
またこの対物レンズの設計値は表６に示す通りである。
【０１１８】
【表６】
【０１１９】
なお、第３面、第４面は、光ディスク２３の透過層の各表面を意味する（図１）。又、半径、厚さの単位はｍｍである。
【０１２０】
また、前記第１面、第２面の非球面係数は、それぞれ表７、表８に示す通りである。
【０１２１】
【表７】
【０１２２】
【表８】
【０１２３】
図４は、実施例１の縦収差図であり、図５は、非点収差図である。
【０１２４】
実施例２の対物レンズによれば、軸上波面収差は０．００３λでありほぼ無収差と言える。また０．５度の入射角を有する軸外入射光線に対する軸外波面収差は、０．０４５λであり実用上良好な特性を有する。
【０１２５】
また面間の偏芯量（偏芯公差）については、偏芯量が５μｍのとき波面収差は０．０１２λである。従ってこの対物レンズも量産に耐え得る製造公差を有する。またこの対物レンズの作動距離は、０．５ｍｍであり実用上充分広い値を有する。
【０１２６】
＜実施例３＞
図６は、実施例３の対物レンズの断面図である。
【０１２７】
対物レンズ１１に入射した光束Lは、第１面１と第２面２で屈折し、光ディスク２１の第３面３と透過層を透過して信号記録面に集光される。
【０１２８】
レンズ仕様は、表９の通りである。
【０１２９】
【表９】
【０１３０】
レンズの設計値は、表１０の通りである。
【０１３１】
【表１０】
【０１３２】
第１面の非球面係数は、表１１の通りである。
【０１３３】
【表１１】
【０１３４】
第２面の非球面係数は、表１２の通りである。
【０１３５】
【表１２】
【０１３６】
図７は縦収差図であり、図８は正弦条件不満足量を示す図であり、図９は非点収差図である。
【０１３７】
この実施例１の対物レンズによれば、軸上での波面収差は０．０００λとほぼ無収差と言える。また光軸に対して０．５度の入射角を有する軸外入射光線に対する波面収差は０．００７λであり同様に良好な特性を示す。さらに、面間の偏芯については、偏芯量が５μｍのときの波面収差は０．０３７λであり多少の収差の増加は見られるが実用上問題はない。すなわち、この対物レンズは充分に量産に耐え得る製造公差を有する。また作動距離は０．２５５ｍｍであり、半径５０ｍｍ以下のディスクに対して充分大きな値を有する。
【０１３８】
次に、光ピックアップ装置の実施例を図１０をもって説明する。光ピックアップ装置３０は、レーザー光源である青色レーザーダイオード（LD）３１と、ビームスプリッタ３２と、対物レンズ３３と、フォトディテクタ（PD）及び電流電圧変換器（Ｉ−Ｖ）３４とを有している。
【０１３９】
青色ＬＤ３１は、例えば約４０５ｎｍの青色光（レーザー光）を発する。ビームスプリッタ３２は、青色ＬＤ３２から光ディスク３５に向かう光と、光ディスク３５からＰＤ及びＩ−Ｖ３４に向かう光を分離する。対物レンズ３３は、前述の実施例に示したものを用いる。ＰＤ及びＩ−Ｖ３４は、入射した光を電流に変換し、さらにこの電流を電圧に変換して出力する。
【０１４０】
光ピックアップ装置３０は、光ディスク３５に信号（情報）を記録することができる。すなわち、青色ＬＤ３１は、入力される記録信号によって変調された青色光を発する。この青色光は、ビームスプリッタ３２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５に集光される。光ディスク３５においては、光ピックアップ装置３０から照射されたレーザー光の強さによって信号記録面に情報信号が記録される。例えば、光ディスク３５のランド又はグループに、ピット又は相変化によって信号を記録する。
【０１４１】
また、光ピックアップ装置３０は、光ディスク３５から信号を再生することができる。すなわち、青色ＬＤ３１から発した所定の強さの光は、ビームスプリッタ３２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５の信号記録面に集光される。光ディスク３５からの反射光は、対物レンズ３３とビームスプリッタ３２を介してＰＤ及びＩ−Ｖ３４に入力され、電圧に変換される。このように、例えば光ディスク３５の信号記録面のランド又はグルーブにピットとして記録された信号は、電圧として出力される。
【０１４２】
次に、光ディスク記録再生装置又は光ディスク再生装置の実施例を図１１をもって説明する。
【０１４３】
光ディスク記録再生装置は、ＰＲＭＬ（Partial Response Maxim likelihood）ブロック５０と、コントローラブロック６０と、記録補償ブロック７０とを有している。また、光ディスク記録再生装置は、前述の光ピックアップ装置３０を有している。さらにこの例では、信号変調方式に１−７ＲＬＬ（Run Length Limit）を用いている。
【０１４４】
ＰＲＭＬブロック５０は、Ａ／Ｄ変換器５１と、ディジタル等化器５２と、タップ係数制御器５３と、フェーズシフタ５４と、ＰＬＬ５５と、ビタビ検出器５６とを有している。コントローラブロック６０は、１−７ＲＬＬ（Run Length Limited）処理部６１を有している。
【０１４５】
ＰＲＭＬブロック５０は、光ピックアップ３０から前置増幅器を介して信号が入力され、ＰＲＭＬ信号処理を施す。コントローラブロック６０は、ＰＲＭＬブロック５０のビタビ復号器５６から信号が入力され、１−７ＲＬＬ処理部６１によって処理を行う。記録補償ブロック７０は、コントローラブロック６０から信号が入力され、この信号に応じてＬＤ駆動部を介して光ピックアップ装置３０の青色ＬＤ３１を駆動制御する。
【０１４６】
このように、光ディスク記録再生装置は、光ディスク３５から光ピックアップ装置３０で読み出した信号に対して所定の復号を施して復調して出力することによって再生する。また、入力された信号に所定の符号化を施して変調し、光ピックアップ３０を介して光ディスク３５に書き込むことによって記録する。なお、光ディスク記録再生装置の有する記録ブロックを設けない光ディスク再生装置として構成することもできる。また、上記したビームスプリッタの一例として、偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、開口数が０．７から０．８の単一レンズから成り、且つ、０．３ｍｍ以下の薄い再生透過層を有する光ディスクに対応でき、４００ｎｍ程度の波長の光に対して、偏芯公差が製造可能な範囲にあり、良好な軸上収差特性・軸外収差特性を有し、作動距離が広い対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップ装置、この光ピックアップ装置を用いた光ディスク記録再生装置、光ディスク再生装置を提供することができる。
【０１４８】
またさらに、使用するディスクの最大半径に応じて、充分に広い作動距離を有する光ピックアップないし光ディスク記録再生装置及び再生装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の対物レンズのパラメータを説明する説明図である。
【図２】図２は、実施例１の縦収差図である。
【図３】図３は、実施例１の非点収差図である。
【図４】図４は、実施例２の縦収差図である。
【図５】図５は、実施例２の非点収差図である。
【図６】図６は、実施例３の対物レンズの断面図である。
【図７】図７は、実施例３の縦収差図である。
【図８】図８は、実施例３の正弦条件不満足量を示す図である。
【図９】図９は、実施例３の非点収差を示す図である。
【図１０】図１０は、光ピックアップ装置の実施例を示す図である。
【図１１】図１１は、光ディスク記録再生装置の実施例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は大容量の光ディスクを実現する高い開口数（ＮＡ）を有する対物レンズを用いた光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来ＣＤディスクは、開口数が０．４５〜０．５である対物レンズを用い、７８０ｎｍ程度の波長を有するレーザ光で読み取り又は書き込みされている。またＤＶＤディスクは、開口数が０．６程度の対物レンズを用い、６５０ｎｍ程度の波長を有するレーザ光で読み取り又は書き込みが行われている。
【０００３】
ところで、光ディスクの容量を上げるために、より短い波長のレーザ光とより高い開口数を有するレンズを使用する次世代光ディスク・ピックアップシステムの開発が進められている。
【０００４】
そして、より短い波長を有するレーザとしては、波長が約４００ｎｍのいわゆる青色レーザが考えられている。
【０００５】
前記高い開口数を有する対物レンズとしては、例えば以下のシステムが報告されている。
【０００６】
（１） Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp.978-979 M. Itonaga et al. “Optical Disk System Using a High-Numerical Aperture Single Objective Lens and a Blue LD”.
【０００７】
（２） Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp.937-942 I. Ichimura et al. “Optical Disk Recording Using a GaN Blue-Violet Laser Diode”.
【０００８】
ここで（１）は、開口数がＮＡ＝０．７の単レンズを用いたシステムを報告し、（２）は、ＮＡ＝０．８５の２群レンズを用いたシステムを報告する。
【０００９】
前記２群レンズを用いたシステム（２）は、開口数は（１）に比べて大きいものの、組み立て工程が必要な上にレンズが２枚必要なことから、量産性に劣り且つコストも高くなる。
【００１０】
そこで次世代システムとしては、開口数が０．７以上の単レンズによる光ディスク用対物レンズが望まれている。
【００１１】
特開平４−１６３５１０には、開口数が０．６〜０．８程度の単レンズを用いた対物レンズが記載されている。
【００１２】
この文献によれば、波長が５３２ｎｍより大きい波長に対して開口数が０．８程度の対物レンズを提供することができる。
【００１３】
しかしこの文献の対物レンズでは、波長が４００ｎｍ程度のレーザ光に対して実用上使用可能な特性を発揮することができない。またこの文献による対物レンズでは、次世代システムに適合した、薄いディスク再生透過層に対応することはできない。
【００１４】
より詳細には、次世代システムでは、開口数を大きくしたことによる性能余裕度の低下を防ぎ、システムとしての余裕度を上げるために、ディスクの厚さを０．３ｍｍ程度以下にすることが望まれている。ここで性能余裕度の低下とは、例えばディスクとピックアップとの間のチルトに対する余裕度の低下を意味する。しかし前記先行技術（特開平４−１６３５１０）においては、前記透過層は、１．２ｍｍ程度に設定されており、これ以下の厚さでは良好な性能を発揮することができない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、高い開口数あるいは大きい開口数を有する単レンズを実用化するための問題点は、（１）製造公差が厳しくなる点および（２）設計性能が悪くなる点である。
【００１６】
ここで（１）製造公差は、両面非対称レンズにおける入射・出射面間の間隔公差あるいは、前記入出面間の幾何学的中心間の間隔公差（偏芯公差）あるいは前記入射・出射面間の傾きの公差等を意味する。例えば偏芯公差は、偏芯がある場合の波面収差の増加量に基づいて定められる。しかしこれらの製造公差は、製造技術の改善と向上とで対応することは可能である。すなわち数μｍ〜数十μｍ程度の範囲の公差を確保した製造をすることは可能である。
【００１７】
一方（２）設計性能の悪化とは、レンズ設計上の性能悪化のことであり、より詳細には、軸外光線に対する収差発生（以下、軸外収差と略称する）および複数の波長を有する軸上光線に対する各波長での最良の像面での球面収差（以下、最良像面色収差と略称する）を意味する。ここで軸上光線とはレンズの光軸に平行に入射する光線を意味し、軸外光線とはレンズの光軸に対して傾斜して入射する光線を意味する。すなわち、設計基準波長を有する軸上光線に対しては球面収差が発生しないように設計することが可能であるが、前記軸外収差及び最良像面色収差については、従来のＣＤ用あるいはＤＶＤ用の対物レンズに比べて良い値を得ることが困難である。
【００１８】
前記軸外収差の問題は、より詳細には以下の通りである。
【００１９】
前記軸外収差は、前記製造公差を考慮せずに設計する場合においても一般的に従来より劣る。これは開口数が大きくなると光軸に対して大きな傾斜角を有する光線が入射するからである。
【００２０】
そして前記軸外収差は、製造公差を考慮すると更に悪くなる。より詳細には、以下の通りである。前記製造公差のうちで最も重要な公差は前記偏芯公差である。すなわち、レンズ面の間の偏芯は、モルードレンズの場合、上下の金型の取り付け精度、取り付けのガタ（成型時に金型が動くがその際の摺動の余裕、成型時の温度変化による収縮の余裕）等できまる。この偏芯で面の間の傾きが生じる場合もある。しかし、傾きと偏芯では、収差に与える影響はかなり近いことと、扱う量がμｍオーダーでかなり小さいため、通常は、偏芯として一括して扱われる。この公差は、製造上必須の値である。従来のＮＡの低い、たとえばＤＶＤ用のレンズでは、設計的に約１０ミクロン程度の偏芯があっても、収差の増加を０．０２λ以下に押さえる設計が可能であった。また、１０ミクロンに偏芯を抑える工法が確立されている。さらに、近年の工法の改良により、例えば５μｍ程度以下の精度を得ることも可能になっている。しかし、前記した摺動の余裕等を考えると、これを１ないし２μｍ以下にすることは、かなり困難である。
【００２１】
従って、レンズ設計においてある程度の大きさの偏芯公差を確保する必要がある。そして、このためには、前記軸上収差と前記軸外収差とを犠牲にする必要がある。すなわちある程度の軸上収差および軸外収差を有するように設計することにより、偏芯が生じても結果としてレンズ性能をほぼ維持することができるレンズを実現することが必要である。この場合軸上収差は僅かに劣化するだけであるが、開口数が０．６を超えるような大きな開口数レンズにおいては、軸外収差をかなり犠牲にしないと、製造が可能となるミクロンオーダーの偏芯公差を確保することができない。
【００２２】
さらに、ピックアップを小型化するために、出来るだけ焦点距離の短い対物レンズが望まれる。この要求は、特にビデオカメラのように、モバイル用途でのデータ記録用ドライブへ使用する場合に強い。この面から、対物レンズの焦点距離は例えば２．２ｍｍ以下にすることが望まれる。
【００２３】
さらに作動距離に関しては、ディスクへの衝突回避の点から０．２ｍｍ以上のレンズが望まれている。なお焦点距離を短くすると、一般的に作動距離が狭くなるが、使用するディスクの直径が８０ｍｍ乃至５０ｍｍ以下であれば面ぶれは少ない。従って、０．２ｍｍ以上あれば商品化上問題は無い。
【００２４】
ところで、使用するディスクの最大の面ぶれ量はディスクの径に依存する。さらに好ましくは、作動距離は、使用するディスクの半径の０．５％より広いことが望まれている。
【００２５】
また、前記したように、高ＮＡ化を図るために、２群レンズを採用した場合は、狭い作動距離のために、ディスクにレンズが衝突する危険性が著しく増大する問題点がある。光ディスクに用いられている、プラスチック製のディスクの場合、ディスクのそりは不可避である。このそりの量は、ＤＶＤの場合では、０．３ｍｍ程度ある。この値は、ＣＤの場合の０．６ｍｍに比べて半分に改善されているが、素材の特性に起因する量なので、これ以上の改善は厳しい。ここに対して、２群レンズの作動距離は前述のように、０．１３ｍｍである。この距離はレンズの設計により変わるが、レンズの焦点距離をピックアップの大型化を招かない範疇に設定した場合は、約０．２ｍｍ以上にすることは厳しい。すなわち、レンズがディスクへ焦点を合わせる位置、すなわち記録再生動作が行われる位置にある場合、フォーカスサーボが動作していない限り、ディスクに衝突する。すなわち、フォーカスサーボが、例えばディスクのディフェクトあるいは外乱振動等に起因するアクシデントではずれた場合は、ディスクに衝突する可能性がある。
【００２６】
また、別の論文（Ｃ）Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41(2002) pp. 1804-1807 G. Hashimoto et al. “Miniature Two-Axis Actuator for High-Data-Transfer-Rate Optical Strorage Sytem”. によれば、２群構成のＮＡ＝０．８５のレンズであって、焦点距離が０．８８ｍｍと小型なレンズが報告されている。このレンズを用いれば、アクチュエーター並びにピックアップの小型化と高速化を達成することが出来る。しかしながら、記載されたレンズの作動距離は０．１ｍｍとさらに狭くなっていて、上記した危険性がさらに上がるという問題点がある。
【００２７】
本発明の目的は、前記問題点を克服することであり、開口数が０．７から０．８の単一レンズから成り、且つ、０．３ｍｍ以下の薄い再生透過層を有する光ディスクに対応でき、４００ｎｍ程度の波長の光に対して以下の特性（ｉ）〜（ｉｖ）を有する光ディスク用対物レンズを提供することである。
【００２８】
（ｉ）レンズの両面間の偏芯公差が製造可能な範囲にある。
【００２９】
（ｉｉ）良好な軸上収差特性を有する。
【００３０】
（ｉｉｉ）軸外収差特性の劣化が少ない。
【００３１】
（ｉｖ）作動距離が広い（望ましくは０．２ｍｍ以上である）。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光ピックアップ装置は、青色レーザ光を出射するレーザ光源と、フォトディテクタ及び電流電圧変換器と、開口数が０．７〜０．８で作動距離が０．２ｍｍ以上であり、前記青色レーザ光を光ディスクの信号記録面に集光し、前記光ディスクの信号記録面で反射された反射光を前記フォトディテクタ及び電流電圧変換器側に出射する単レンズからなる光デバイス用対物レンズとから構成される光ピックアップ装置であって、前記光デバイス用対物レンズの焦点距離をｆ、中心厚さをｄ、前記光ディスク側の頂点における曲率半径をＲ２、屈折率をｎとするとき、
（１）０．８５＜ｄ／ｆ＜１．５
（２）０ ＞ｄ／Ｒ２＞−０．７
（３）ｎ＞１．６
（４）ｆ≦２．２ｍｍ
との条件を満足することを特徴とするものである。
【００３３】
本発明の請求項２に係る光ピックアップ装置は、請求項１記載の光ピックアップ装置において、透過層の厚さが０．３ｍｍ以下である光ディスクに用いられ、前記透過層に前記青色レーザ光を入射させることを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の請求項３に係る光ピックアップ装置は、請求項１記載の光ピックアップ装置において、前記作動距離と前記光ディスクの半径とは、
（５）作動距離＞０．００５×光ディスクの半径
との関係を満足する光ディスクに用いられることを特徴とするものである。
【００４５】
本発明の請求項４に係る光ディスク記録再生装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて前記光ディスクに情報を記録再生する記録再生手段とを有することを特徴とするものである。
【００４６】
本発明の請求項５に係る光ディスク再生装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて前記光ディスクに記録されている情報を再生する再生手段を有することを特徴とするものである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態は、以下のような考察により発明された。
【００４８】
すなわち前記軸上収差を改善するためには、例えば球面収差を補正するようにレンズを設計すれば良い。また軸外収差を改善するには、例えばアッベの正弦条件を満たすようにレンズを設計すれば良い。そして両面非球面レンズは、これら２つの条件を同時に満たすことができる。すなわち入射面および出射面を非球面レンズとすることにより前記２条件を同時に満たすレンズを設計することができる。
【００４９】
しかしこのようなレンズは、開口数が０．６以上の場合、偏芯公差を確保することが難しい。すなわち偏芯公差を考慮する場合、前記軸上収差あるいは軸外収差は、前記偏芯公差を考慮しない場合の軸外収差あるいは軸上収差から劣化する。
【００５０】
従って、大きな偏芯公差を確保するためには、入射面および出射面が偏芯を有する場合でも、前記各収差が大きく増大しない非球面のレンズ形状が必要となる。換言すれば、前記軸上収差と軸外収差とを適切に劣化させて偏芯公差を確保できるバランスのとれた対物レンズを設計する必要がある。
【００５１】
前記考察によるこの対物レンズは、少なくとも一つの面を非球面形状とした開口数が０．７から０．８で、作動距離が０．２ｍｍ以上の単レンズであって、以下の条件を満足する光ディスク用対物レンズである。
【００５２】
(１)０．８５＜ｄ／ｆ＜１．５,
(２)０＞ｄ／Ｒ２＞−０．７,
(３)ｎ＞１．６。
【００５３】
ここでｆは当該レンズの焦点距離であり、ｄは当該レンズ２１の中心厚さ、Ｒ２は当該レンズの光ディスク側の頂点２１ｂにおける曲率半径である（図１参照）。
【００５４】
またさらに、この発明の対物レンズは、少なくとも一つの面を非球面形状とした開口数が０．７から０．８で、作動距離が、使用するディスクの最大の半径に関して、
作動距離 ＞ ０．００５ × ディスク半径
の関係を満足する単レンズであって、以下の条件を満足する光ディスク用対物レンズである。
【００５５】
(１)０．８５＜ｄ／ｆ＜１．５,
(２)０＞ｄ／Ｒ２＞−０．７,
(３)ｎ＞１．６。
【００５６】
この対物レンズによれば、軸上収差特性および軸外収差特性および偏芯公差（による収差増加の抑制）を同時に満足することができる。
【００５７】
より詳細には、前記軸上収差（波面収差）は、０．０１λ以下とすることができ、軸外収差（波面収差）は、例えば０．５度の入射光に対して０．０５λ以下とすることができる。また、偏芯公差δ（図１）は、例えば５μｍの偏芯に対して波面収差を０．０３λ以下とすることができる。なおこれらの収差は、焦点距離に応じてさらに小さくすることができる。
【００５８】
また後述するように、例えばｔ＝０．１ｍｍのディスク読み出し層の厚さに対して、少なくとも０．２ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上の作動距離を確保することができる。
【００５９】
より詳細には、以下の通りである。
【００６０】
前記条件（１）の内、０．８５＜ｄ／ｆを充足することにより、特に、軸上収差および軸外収差を抑制しながら偏芯公差を確保することができる。この理由は、レンズの芯厚が厚いほうがレンズ第１面（入射面）の半径を比較的大きくできるからである。より詳細には、第１面の曲率半径が大きくなると、レンズの外側の端部を通る光線Ｌ（図１）の、レンズへの入射角θ（レンズ面の法線と光線のなす角度）が小さくなり、これにより非線形現象としての屈折の効果が小さくなるからである。
【００６１】
また、前記条件（１）の内、ｄ／ｆ＜１．５を充足することにより、軸外収差特性を良好に保持することができる。より詳細には、ｄが比較的小さい場合、Ｒ２が比較的大きくても作動距離を確保することができる。従って比較的容易に、正弦条件を満足することができ、軸外収差を抑制することができる。
【００６２】
また、前記条件（１）により、レンズを小型化および軽量化し、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボ動作においてアクチュエータによる高速動作を保証することが出来る。またピックアップの小型化を保証することができる。
【００６３】
また、前記条件（２）０＞ｄ／Ｒ２＞−０．７を充足することにより、正弦条件の違反量を抑制し、軸外収差特性の劣化を防ぎ、且つ、作動距離を確保することができる。
【００６４】
より詳細には以下の通りである。
【００６５】
ｄ／Ｒ２が負であることは、Ｒ２が負であることを意味しこれは対物レンズが両凸レンズであることを意味する。これにより、偏芯公差を拡大することができる（以下の条件（４）の説明参照）。
【００６６】
またこれにより凸レンズとしてのパワーをＲ１とＲ２とで分担でき、結果としてＲ１を比較的大きく設定でき、作動距離ａ（図１）を長くできる。作動距離ａは、単レンズの場合、ａ＝ｆ−ｆ／Ｒ１・ｄ（ｎ−１）／ｎで表されるからである。なお、この式は、空気中での作動距離であるが、ディスクに対して集光される場合も、本質は変わらない。
【００６７】
また、ｄ／Ｒ２を、−０．７よりも大きく設定することにより、完全アプラナート形態からの乖離を小さくし、もって軸外収差を小さく抑制し、前記収差のバランスを取ることが可能となる。
【００６８】
前記条件（３）ｎ＞１．６を充足することにより、加工が容易である比較的浅い球面（レンズの最外周におけるレンズ表面の法線方向と光軸のなす角度θ（図１）が小さい球面）で、大きな開口数を容易に達成することができる。
【００６９】
なお、屈折率ｎは１．７以上であることがさらに好ましい。これによりさらに浅い球面を有する対物レンズで必要な開口数を実現することができる。
【００７０】
この実施形態の対物レンズはさらに、条件、
（４）０．６５＜Ｒ１／ｆ＜０．９
を充足するのが望ましい。
【００７１】
これにより、正弦条件の補正が容易となり、軸外収差の劣化を抑制することができる。
【００７２】
より詳細には、Ｒ１／ｆを、０．９より小さく設定することにより、正弦条件の違反量を抑制し、軸外収差を良好に保持できる。
【００７３】
さらに詳細には以下の通りである。
【００７４】
前述の如く、偏芯公差を確保しながら軸上収差および軸外収差を抑制する必要があるが、この場合第１面の曲率半径Ｒ１の値を大きく設定し、両凸レンズとすることが好ましい。ここで焦点距離を一定とする場合、Ｒ１を、前記の範囲に設定することにより、Ｒ２の値も比較的小さく保持でき、結果として容易に正弦条件の違反量を抑制し、軸外収差を良好に保持できる。例えば焦点距離が２ｍｍのレンズの場合、前記条件を満足することにより、０．５度の入射角を有する入射光に対して軸外収差（波面収差）を０．０７λ以下に抑制することができる。
【００７５】
また、Ｒ１／ｆを、０．６５より大きく設定することにより、光ディスク２３に対する対物レンズ２１の作動距離ａ（図１）を大きく確保することができる。
【００７６】
より詳細には、一般に単レンズを用いる場合光ピックアップの作動距離ａは、厚さｔ、屈折率Ｎの光ディスクがある場合、以下のように表される。
【００７７】
ａ＝ｆ−（ｆ／Ｒ１）ｄ（ｎ−１）／ｎ−ｔ／Ｎ
【００７８】
ここでｎは対物レンズの屈折率である。従って前述のようにＲ１／ｆを大きく設定することにより作動距離を大きく確保することができる。例えばｔ＝０．１のディスク読み出し層に対して０．２ｍｍ以上望ましくは０．４ｍｍ以上の作動距離を確保することができる。より詳細には例えばｎ＝１．７５、ｆ＝２ｍｍ、ｄ＝２．６ｍｍ、ｔ＝０．１ｍｍ、Ｎ＝１．６の場合、（Ｒ１／ｆが０．６５よりも大きい場合）０．２２ｍｍ以上の作動距離を確保することができる。
【００７９】
また例えばｎ＝１．７５、ｆ＝１ｍｍ、ｄ＝１．２ｍｍ、ｔ＝０．１ｍｍ、Ｎ＝１．６の場合、（Ｒ１／ｆが０．６５よりも大きい場合）０．１５ｍｍ以上の作動距離を確保することができる
また、この実施形態のレンズはさらに、条件、
（５）｜Ｒ１／Ｒ２｜ ＜０．６
を充足するのが好ましい。
【００８０】
これにより、球面収差（波面収差）を前述の如く小さく抑制することができる。
【００８１】
より詳細には、両面球面レンズにおいて球面収差を最小にする半径の組み合わせが知られておりこのようなレンズはベストフォーム・レンズと呼ばれる。Ｒ１およびＲ２を、前記条件を満足するように設定することにより、前記ベストフォーム・レンズからの乖離を小さくし球面収差を小さくすることができる。
【００８２】
この実施形態の光ディスク用対物レンズはさらに、｜Ｒ１／Ｒ２｜＜０．３であるのが好ましい。
【００８３】
これにより、さらに容易に球面収差を補正し前記軸上収差及び軸外収差および偏芯公差の間のバランスを良好に保つことができる。
【００８４】
この実施形態のレンズはさらに、焦点距離を２．２ｍｍ以下に設定するのが望ましい。
【００８５】
これにより、光ピックアップを小型化することができる。前記したようにこの小型ピックアップは例えば、モバイル用途でのデータ記録用ドライブに使用され得る。
【００８６】
またこの実施形態のレンズは、透過層が０．３ｍｍ以下の光ディスクと共に使用され得るものであるのが好ましい。
【００８７】
これにより、システム余裕の低下に容易に対処することが出来る。
【００８８】
次に、上記したレンズを用いた光ピックアップ、記録装置、再生装置に関する事項の詳細な説明を記載する。
【００８９】
まず、レンズに求められる作動距離に関して、少なくともその作動距離がディスクの面ぶれの最大値より大きいことが望まれる。
【００９０】
理由は、フォーカスサーボが、例えばディスクのディフェクトあるいは外乱振動等に起因するアクシデントではずれた場合であっても、ディスクに衝突する可能性を低く押さえることが出来るためである。なおフォーカスサーボが動作していない状態においては、例えばレンズをディスクから遠ざける方向に待避しておく等の衝突回避策を取ることが出来るので、フォーカスサーボ動作時の上記アクシデントが最も危険が高い状態と言える。
【００９１】
このとき、ディスクのそりの角度をαとして、ディスクが単純なお椀型にそっていると考えると、ディスクの面ぶれ量Ｌは、半径Ｒにおいて、Ｌ＝Ｒ・ｔａｎ（α）となる。
【００９２】
ディスクのそり角は、ディスクの規格で定義されているが、ＣＤにおいて０．６度、ＤＶＤにおいて、０．３度とされている。ディスクの面ぶれは、前述のそり形状の場合最外周で最大になるから、直径１２０ｍｍのディスクにおいて、各々、０．３ｍｍあるいは、０．６ｍｍの面ぶれが生じうる。
【００９３】
ところで、より高密度化を図ったシステムにおいても、ディスク素材はプラスチックであり、ＤＶＤの場合のディスクのそり角をこれ以上改善することは難しい。また、ディスクの最大の面ぶれは、半径に比例する。これより、光ピックアップ、あるいは記録再生装置で用いるディスクの最大の半径をＲとした場合、ディスクの面ぶれＬは Ｌ＝０．００５・Ｒとなる。
【００９４】
ここで、レンズの作動距離ｄｗは、次の式で求めることが出来る。
【００９５】
ｄｗ＝ｆｂ−ｄ／ｎｄ
【００９６】
ここで、ｄは光ディスクの厚さであり、ｎｄは光ディスクの屈折率である。ｆｂは、次の式で規定される。Ｒ１は、前述の式によって規定されている。
【００９７】
ｆｂ＝ｆ（１−ｔ（ｎ−１）／ｎ／Ｒ１）
【００９８】
すなわち、レンズが厚くなると、作動距離が短くなるが、レンズとして成立するためには、作動距離が有限である必要がある。したがって、レンズ厚さの上限は、作動距離が有限な値である範囲になる。この範囲は、レンズの焦点距離と、厚さと、ディスクの厚さで決まる。
【００９９】
レンズの厚さの範囲は、例えば２ｍｍ以上、３．５ｍｍ以下に設定することができる。
【０１００】
ここにおいて、好ましくは、作動距離ｄＷは、前述したディスクの最大の面ぶれ量Ｌより大きく定める。
【０１０１】
したがって、例えば記録再生機で扱うディスクの最大半径が６０ｍｍの時は、作動距離が０．３ｍｍ以上、２５ｍｍの時は、作動距離が０．１２５ｍｍ以上、４０ｍｍの時は、作動距離が０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１０３】
ここで本願によれば前記したように、、作動距離ａを２群構成のレンズに比べて、大きくすることが出来る。
【０１０４】
以下この実施形態の実施例を示す。
【０１０５】
＜実施例１＞
この対物レンズの仕様は、表１に示す通りである。
【０１０６】
【表１】
またこの対物レンズの設計値は表２に示す通りである。
【０１０８】
【表２】
なお、第３面、第４面は、光ディスク２３の透過層の各表面を意味する（図１参照）。又、半径、厚さの単位はｍｍである。
【０１１０】
また、前記第１面、第２面の非球面係数は、それぞれ表３、表４に示す通りである。
【０１１１】
【表３】
【表４】
図２は、実施例１の縦収差図であり、図３は、非点収差図である。
【０１１４】
この実施例１の対物レンズによれば、軸上での波面収差は０．００６λと小さく実用上、無収差と言える。また光軸に対して０．５度の入射角を有する軸外入射光線に対する波面収差は０．０４１λであり同様に良好な特性を示す。さらに、面間の偏芯については、偏芯量が５μｍのときの波面収差は０．０１６λであり多少の収差の増加は見られるが実用上問題はない。すなわち、この対物レンズは充分に量産に耐え得る製造公差を有する。また作動距離は０．７２ｍｍであり、充分大きな値を有する。
【０１１５】
＜実施例２＞
この対物レンズの仕様は、表５に示す通りである。
【０１１６】
【表５】
またこの対物レンズの設計値は表６に示す通りである。
【０１１８】
【表６】
なお、第３面、第４面は、光ディスク２３の透過層の各表面を意味する（図１）。又、半径、厚さの単位はｍｍである。
【０１２０】
また、前記第１面、第２面の非球面係数は、それぞれ表７、表８に示す通りである。
【０１２１】
【表７】
【表８】
図４は、実施例１の縦収差図であり、図５は、非点収差図である。
【０１２４】
実施例２の対物レンズによれば、軸上波面収差は０．００３λでありほぼ無収差と言える。また０．５度の入射角を有する軸外入射光線に対する軸外波面収差は、０．０４５λであり実用上良好な特性を有する。
【０１２５】
また面間の偏芯量（偏芯公差）については、偏芯量が５μｍのとき波面収差は０．０１２λである。従ってこの対物レンズも量産に耐え得る製造公差を有する。またこの対物レンズの作動距離は、０．５ｍｍであり実用上充分広い値を有する。
【０１２６】
＜実施例３＞
図６は、実施例３の対物レンズの断面図である。
【０１２７】
対物レンズ１１に入射した光束Lは、第１面１と第２面２で屈折し、光ディスク２１の第３面３と透過層を透過して信号記録面に集光される。
【０１２８】
レンズ仕様は、表９の通りである。
【０１２９】
【表９】
レンズの設計値は、表１０の通りである。
【０１３１】
【表１０】
第１面の非球面係数は、表１１の通りである。
【０１３３】
【表１１】
第２面の非球面係数は、表１２の通りである。
【０１３５】
【表１２】
図７は縦収差図であり、図８は正弦条件不満足量を示す図であり、図９は非点収差図である。
【０１３７】
この実施例１の対物レンズによれば、軸上での波面収差は０．０００λとほぼ無収差と言える。また光軸に対して０．５度の入射角を有する軸外入射光線に対する波面収差は０．００７λであり同様に良好な特性を示す。さらに、面間の偏芯については、偏芯量が５μｍのときの波面収差は０．０３７λであり多少の収差の増加は見られるが実用上問題はない。すなわち、この対物レンズは充分に量産に耐え得る製造公差を有する。また作動距離は０．２５５ｍｍであり、半径５０ｍｍ以下のディスクに対して充分大きな値を有する。
【０１３８】
次に、光ピックアップ装置の実施例を図１０をもって説明する。光ピックアップ装置３０は、レーザー光源である青色レーザーダイオード（LD）３１と、ビームスプリッタ３２と、対物レンズ３３と、フォトディテクタ（PD）及び電流電圧変換器（Ｉ−Ｖ）３４とを有している。
【０１３９】
青色ＬＤ３１は、例えば約４０５ｎｍの青色光（レーザー光）を発する。ビームスプリッタ３２は、青色ＬＤ３２から光ディスク３５に向かう光と、光ディスク３５からＰＤ及びＩ−Ｖ３４に向かう光を分離する。対物レンズ３３は、前述の実施例に示したものを用いる。ＰＤ及びＩ−Ｖ３４は、入射した光を電流に変換し、さらにこの電流を電圧に変換して出力する。
【０１４０】
光ピックアップ装置３０は、光ディスク３５に信号（情報）を記録することができる。すなわち、青色ＬＤ３１は、入力される記録信号によって変調された青色光を発する。この青色光は、ビームスプリッタ３２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５に集光される。光ディスク３５においては、光ピックアップ装置３０から照射されたレーザー光の強さによって信号記録面に情報信号が記録される。例えば、光ディスク３５のランド又はグループに、ピット又は相変化によって信号を記録する。
【０１４１】
また、光ピックアップ装置３０は、光ディスク３５から信号を再生することができる。すなわち、青色ＬＤ３１から発した所定の強さの光は、ビームスプリッタ３２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５の信号記録面に集光される。光ディスク３５からの反射光は、対物レンズ３３とビームスプリッタ３２を介してＰＤ及びＩ−Ｖ３４に入力され、電圧に変換される。このように、例えば光ディスク３５の信号記録面のランド又はグルーブにピットとして記録された信号は、電圧として出力される。
【０１４２】
次に、光ディスク記録再生装置又は光ディスク再生装置の実施例を図１１をもって説明する。
【０１４３】
光ディスク記録再生装置は、ＰＲＭＬ（Partial Response Maxim likelihood）ブロック５０と、コントローラブロック６０と、記録補償ブロック７０とを有している。また、光ディスク記録再生装置は、前述の光ピックアップ装置３０を有している。さらにこの例では、信号変調方式に１−７ＲＬＬ（Run Length Limit）を用いている。
【０１４４】
ＰＲＭＬブロック５０は、Ａ／Ｄ変換器５１と、ディジタル等化器５２と、タップ係数制御器５３と、フェーズシフタ５４と、ＰＬＬ５５と、ビタビ検出器５６とを有している。コントローラブロック６０は、１−７ＲＬＬ（Run Length Limited）処理部６１を有している。
【０１４５】
ＰＲＭＬブロック５０は、光ピックアップ３０から前置増幅器を介して信号が入力され、ＰＲＭＬ信号処理を施す。コントローラブロック６０は、ＰＲＭＬブロック５０のビタビ復号器５６から信号が入力され、１−７ＲＬＬ処理部６１によって処理を行う。記録補償ブロック７０は、コントローラブロック６０から信号が入力され、この信号に応じてＬＤ駆動部を介して光ピックアップ装置３０の青色ＬＤ３１を駆動制御する。
【０１４６】
このように、光ディスク記録再生装置は、光ディスク３５から光ピックアップ装置３０で読み出した信号に対して所定の復号を施して復調して出力することによって再生する。また、入力された信号に所定の符号化を施して変調し、光ピックアップ３０を介して光ディスク３５に書き込むことによって記録する。なお、光ディスク記録再生装置の有する記録ブロックを設けない光ディスク再生装置として構成することもできる。また、上記したビームスプリッタの一例として、偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【０１４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、開口数が０．７から０．８の単一レンズから成り、且つ、０．３ｍｍ以下の薄い再生透過層を有する光ディスクに対応でき、４００ｎｍ程度の波長の光に対して、偏芯公差が製造可能な範囲にあり、良好な軸上収差特性・軸外収差特性を有し、作動距離が広い対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップ装置、この光ピックアップ装置を用いた光ディスク記録再生装置、光ディスク再生装置を提供することができる。
【０１４８】
またさらに、使用するディスクの最大半径に応じて、充分に広い作動距離を有する光ピックアップないし光ディスク記録再生装置及び再生装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の対物レンズのパラメータを説明する説明図である。
【図２】図２は、実施例１の縦収差図である。
【図３】図３は、実施例１の非点収差図である。
【図４】図４は、実施例２の縦収差図である。
【図５】図５は、実施例２の非点収差図である。
【図６】図６は、実施例３の対物レンズの断面図である。
【図７】図７は、実施例３の縦収差図である。
【図８】図８は、実施例３の正弦条件不満足量を示す図である。
【図９】図９は、実施例３の非点収差を示す図である。
【図１０】図１０は、光ピックアップ装置の実施例を示す図である。
【図１１】図１１は、光ディスク記録再生装置の実施例を示す図である。
Claims (5)
- 青色レーザ光を出射するレーザ光源と、フォトディテクタ及び電流電圧変換器と、開口数が０．７〜０．８で作動距離が０．２ｍｍ以上であり、前記青色レーザ光を光ディスクの信号記録面に集光し、前記光ディスクの信号記録面で反射された反射光を前記フォトディテクタ及び電流電圧変換器側に出射する単レンズからなる光デバイス用対物レンズとから構成される光ピックアップ装置であって、
前記光デバイス用対物レンズの焦点距離をｆ、中心厚さをｄ、前記光ディスク側の頂点における曲率半径をＲ２、屈折率をｎとするとき、
（１）０．８５＜ｄ／ｆ＜１．５
（２）０ ＞ｄ／Ｒ２＞−０．７
（３）ｎ＞１．６
（４）ｆ≦２．２ｍｍ
との条件を満足する
ことを特徴とする光ピックアップ装置。 - 透過層の厚さが０．３ｍｍ以下である光ディスクに用いられ、前記透過層に前記青色レーザ光を入射させる
ことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。 - 前記作動距離と前記光ディスクの半径とは、
（５）作動距離＞０．００５×光ディスクの半径
との関係を満足する光ディスクに用いられる
ことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて前記光ディスクに情報を記録再生する記録再生手段とを有する
ことを特徴とする光ディスク記録再生装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて前記光ディスクに記録されている情報を再生する再生手段を有する
ことを特徴とする光ディスク再生装置。
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