WO2011033790A1 - 対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置 Download PDF

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lens element
optical
normal line
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林　克彦
田中　康弘
山形　道弘
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パナソニック株式会社
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
    • G11B7/13922—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration passive
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1372—Lenses
    • G11B7/1374—Objective lenses

Definitions

  • the present invention relates to an objective lens element used for performing at least one of recording / reproducing / erasing information on an optical information recording medium, and an optical pickup device using the objective lens element.
  • optical information recording / reproducing apparatuses that perform high-density recording using a blue laser are commercially available.
  • BD blue laser
  • DVD digital versatile disc
  • CD infrared laser
  • an objective lens for both a blue laser objective lens and a red laser objective lens and an infrared laser objective lens is generally mounted on the apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a technique for reducing the aberration that occurs when a lens is tilted with respect to the optical axis by preliminarily increasing the unsatisfactory sine condition of one lens during lens design.
  • An object of the present invention is to provide an objective lens element capable of obtaining an optimum spot performance only by simple position adjustment, and an optical pickup device using the objective lens element.
  • the present invention relates to an objective lens element that has optical functional surfaces on the incident side and the emission side, and collects incident light flux through a substrate to form a spot.
  • the axis of symmetry of the optical function surface is arranged parallel to the normal line of the substrate, and the incident light beam incident with the central ray inclined at 0.5 degrees with respect to the normal line of the substrate is condensed.
  • the amount of occurrence of third-order astigmatism in the spot is determined for the spot formed by concentrating the incident light beam incident in parallel to the normal of the substrate, with the axis of symmetry of the optical functional surface parallel to the normal of the substrate. The amount is smaller than the amount of spherical aberration.
  • the optical axis of symmetry is arranged at an angle of 0.5 degrees with respect to the normal line of the substrate, and the incident light beam incident in parallel to the normal line of the substrate is condensed and formed.
  • the amount of occurrence of the third-order coma aberration of the spot is such that the axis of symmetry of the optical function surface is arranged parallel to the normal line of the substrate, and the incident light beam incident with the central ray inclined at 0.5 degrees with respect to the normal line of the substrate You may make it not be larger than the generation amount of the 3rd-order coma aberration of the spot formed by condensing.
  • An optical pickup device includes a light source that emits laser light, and a laser beam emitted from the light source that is focused on an information recording surface of an optical information recording medium to form a spot.
  • the optimum spot performance can be obtained by simply adjusting the position of the objective lens element.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an objective lens element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a state in which off-axis light is incident on the objective lens element according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which the objective lens element according to the present embodiment is tilted with respect to the normal line of the substrate of the optical disc.
  • FIG. 4 is a configuration diagram illustrating the optical pickup device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is an optical path diagram of the objective lens element according to Numerical Example 1.
  • FIG. 6 is an aberration diagram showing spherical aberration and unsatisfactory sine conditions of the objective lens element according to Numerical Example 1.
  • FIG. 7 is a graph illustrating aberration components generated when light having an inclination with respect to the optical axis is incident on the objective lens element according to Numerical Example 1.
  • FIG. 8 is a graph showing aberration components generated when the optical axis of the objective lens element according to Numerical Example 1 is tilted with respect to the normal line of the substrate of the optical disc.
  • FIG. 9 is an optical path diagram of the objective lens element according to the value example 2.
  • FIG. 10 is an aberration diagram showing spherical aberration of the objective lens element according to Numerical Example 2 and an unsatisfactory amount of the sine condition.
  • FIG. 11 is a graph showing aberration components generated when light having an inclination with respect to the optical axis is incident on the objective lens element according to Numerical Example 2, that is, when off-axis light is incident.
  • FIG. 12 is a graph showing an aberration component generated when the optical axis of the objective lens element according to Numerical Example 2 is tilted with respect to the normal line of the substrate of the optical disc.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an objective lens element according to the first embodiment.
  • the objective lens element 1 is a BD dedicated objective lens element.
  • NA is 0.85
  • a wavelength of 408 nm is collected through a protective substrate having a thickness of 0.1 mm to form a well-corrected aberration-corrected spot on the information recording surface of the optical disc.
  • the protective substrate thickness at the time of design is 87.5 ⁇ m, which is an intermediate value between the thickest protective substrate thickness and the thinnest protective substrate thickness.
  • the thickness of the protective substrate at the time of designing is adjusted as appropriate.
  • a collimator lens is inserted on the optical path between the light source and the objective lens element 1.
  • the collimating lens functions as an aberration correction element that moves in the optical axis direction and corrects spherical aberration.
  • the light beam 2 emitted from the light source and transmitted through the collimator lens is incident on the first surface of the objective lens element 1 as convergent light.
  • the first surface of the objective lens element 1 is an aspherical surface.
  • the light beam incident on the objective lens element 1 is emitted from the second surface.
  • This second surface is aspheric.
  • the light beam transmitted through the second surface of the objective lens element 1 is condensed on the information recording surface of the BD disc 5 to form a spot.
  • the light beam 2 reflected by the information recording surface passes through the objective lens 1 again and is condensed on the detector by a relay lens (not shown).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a state in which off-axis light is incident on the objective lens element according to the first embodiment.
  • off-axis light may enter the objective lens element due to a shift of the objective lens element itself during tracking, a light source mounting error, an optical system arrangement error, or the like.
  • the amount of third-order astigmatism that occurs in the following state (1) is greater than the amount of third-order spherical aberration that occurs in the second state described below. Designed to be smaller.
  • An incident light beam (solid line in FIG. 2) in which the axis of symmetry (optical axis) of the optical function surface is arranged parallel to the normal line of the substrate of the optical disk 5 and the central ray is inclined with respect to the normal line of the substrate.
  • the axis of symmetry of the optical function surface is arranged in parallel to the normal line of the substrate, and the incident light beam (broken line in FIG. 2) incident in parallel to the normal line of the substrate is condensed.
  • spot formation (solid line in FIG. 2) in which the axis of symmetry (optical axis) of the optical function surface is arranged parallel to the normal line
  • the axis of symmetry of the optical function surface is arranged parallel to the normal line of the substrate of the optical disc 5, and the incident light beam that is incident with the central ray inclined at 0.5 degree with respect to the normal line of the substrate is condensed and formed.
  • the amount of generated third-order astigmatism of the spot is such that the axis of symmetry of the optical function surface is arranged parallel to the normal line of the substrate and the incident light beam incident parallel to the normal line of the substrate is condensed. It is preferably less than 2/3 of the generation amount of spherical aberration, and more preferably less than 1/2.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state in which the objective lens element according to the first embodiment is tilted with respect to the normal line of the substrate of the optical disk.
  • an objective lens element may be disposed at an inclination in order to optimally correct the aberration of the entire optical system during assembly.
  • an actuator equipped with an objective lens element may be used with an inclination. Therefore, in the objective lens element according to the present embodiment, the amount of third-order coma aberration generated in the following state (3) is greater than the amount of third-order coma aberration generated in the state (4) below. Designed not to be large.
  • the symmetry axis (optical axis) of the optical function surface is arranged with an inclination of 0.5 degrees with respect to the normal line of the substrate, and the incident light beam incident in parallel to the normal line of the substrate is condensed.
  • the third-order coma aberration is preferably 25 m ⁇ or less, and more preferably 15 m ⁇ or less.
  • the axis of symmetry of the optical function surface is arranged in parallel with the normal of the substrate of the optical disc 5, and the incident light flux incident with the central ray inclined at 0.5 degrees with respect to the normal of the substrate is It is preferable that the third-order coma aberration of the spot formed by focusing is 25 m ⁇ or more.
  • the symmetry axis of the optical function surface is arranged in parallel with the normal line of the substrate of the optical disc 5 and the incident light beam incident with the central ray inclined at 0.5 degrees with respect to the normal line of the substrate is
  • the third-order coma aberration of the spot formed by focusing is preferably 35 m ⁇ or more.
  • the amount of coma generated when the objective lens element is tilted with respect to the normal of the substrate of the optical disk is smaller than the amount of coma generated by off-axis light. Therefore, when an optical pickup device in which two objective lens elements are mounted on one actuator is assembled, adjustment of the actuator is facilitated, and manufacture of the optical pickup is facilitated. Hereinafter, this point will be described more specifically.
  • a DVD / CD compatible objective lens element is mounted on the same actuator together with a BD-dedicated objective lens element according to the present invention.
  • the tilt of the actuator equipped with two objective lens elements is adjusted so that the spot performance of DVD and CD is optimized.
  • the spot performance of the BD dedicated objective lens element mounted on the same actuator is not necessarily optimal.
  • coma aberration occurs because the objective lens element dedicated to BD is inclined with respect to the optical axis.
  • the lens is designed so that the sine condition is satisfied and no coma is generated for off-axis light.
  • coma generated when the objective lens element itself is tilted with respect to the optical axis becomes large.
  • it is possible to improve the spot performance by adjusting the tilt of only the objective lens element dedicated for BD the amount of coma generated with respect to the tilt angle of the objective lens element is extremely large. Adjustment is actually difficult.
  • the objective lens element 1 according to the present invention is designed so that the amount of coma generated when the optical axis is inclined with respect to the normal of the substrate of the optical disk 5 is small. That is, since the objective lens element 1 is insensitive to aberrations with respect to tilt, the spot performance does not deteriorate even if tilted to some extent. Therefore, even if the angle of the actuator is adjusted so that the spot performance of the objective lens element compatible with DVD / CD is optimized, the spot of the objective lens element 1 for BD is not greatly deteriorated from the optimum performance.
  • the information recording medium 20 may be, for example, a CD (Compact Disc), a CD-R (Compact Disk Recordable), a CD-RW (Compact Disk ReWriteable), a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a DVD (Discard).
  • a CD Compact Disc
  • CD-R Compact Disk Recordable
  • CD-RW Compact Disk ReWriteable
  • CD-ROM Compact Disk Read Only Memory
  • DVD DVD
  • DVD-R Digital Versatile Disc Recordable
  • DVD-RW Digital Versatile Disc Rewriteable
  • DVD-ROM Digital Versatile DiscReadyMemoryRimableMemoryRim) Memory
  • EVD Enhanced Versatile Disc
  • EVD-R Enhanced Versatile Disc Recordable
  • EVD-RW Enhanced Versatile Disc ReWritable
  • EVD-ROM Enhanced Versatile Disc Read Only Memory
  • EVD-RAM Enhanced Versatile Disk Random Access Memory
  • BD Blu-ray Disc
  • BD-R Blu-ray Disc Recordable
  • BD-RW Blu-ray Disc ReWriteable
  • BD-ROM Blu-ray Disc Read On) y Memory
  • BD-RAM Blu-ray Disc Random Access Memory
  • an optical pickup apparatus in which two objective lens elements are mounted on the same actuator has been described.
  • the design of the present invention can be applied to an optical pickup apparatus in which only one objective lens element is mounted. Even in this case, a simple assembly of the optical pickup device can be similarly realized by performing the design that can obtain the optical characteristics described in this embodiment.
  • FIG. 4 is a configuration diagram illustrating the optical pickup device according to the second embodiment.
  • the optical pickup device shown in FIG. 4 includes a light source 10 that emits light of a predetermined wavelength, a beam shaping lens 11, a polarization beam splitter 12, a collimator lens 13, an objective lens element 14, a detection lens 17, and a detector. 18.
  • the objective lens element 14 is the BD-dedicated objective lens element described in the first embodiment.
  • the wavelength of the light source 10 is 390 to 450 nm
  • the NA of the objective lens element 14 is 0.8 or more
  • the distance (working distance) between the objective lens element 14 and the BD disc 20 is less than 100 ⁇ m.
  • the collimating lens 13 is movable in the optical axis direction, and moves in the optical axis direction, thereby changing the parallelism of the incident light beam and correcting the spherical aberration of the generated condensing spot.
  • the spherical aberration generated here refers to spherical aberration caused by wavelength change, temperature change, thickness change from the disk surface to the recording layer, optical element manufacturing error, and pickup assembly error.
  • FIG. 4 shows only the optical system for BD, but a DVD or CD optical system may be provided along with this.
  • a DVD-dedicated objective lens element, a CD-dedicated objective lens element, a DVD / CD compatible objective lens element, or other objective lens element may be mounted on the actuator on which the BD objective lens element 14 is mounted.
  • the first surface of the objective lens element 14 is aspheric.
  • the aspherical surface of the first surface is represented by one aspherical expression, but it may be divided into a plurality of concentric regions. Further, a diffractive structure may be provided on the optical functional surface.
  • the light beam 15 emitted from the light source 10 is shaped into an elliptical beam by the beam shaping lens 11, then reflected by the reflecting surface 12 a of the polarization beam splitter 12, and transmitted through the collimating lens 13.
  • the light enters the objective lens 14 as substantially parallel light and enters the first surface of the objective lens element 14.
  • the light beam 15 is emitted from the second surface of the objective lens element 14 and is well focused on the information recording surface of the BD disc 20. Then, the light 15 reflected by the information recording surface again passes through the objective lens element 14, passes through the collimating lens 13 and the polarization beam splitter 12, and is condensed on the detector 18 by the relay lens 17.
  • the collimating lens 13 is movable in the optical axis direction in order to correct spherical aberration that occurs during recording / reproduction of the BD disc 20.
  • the spherical aberration can be corrected instead of the collimating lens 13
  • other optical elements such as a liquid crystal element, a beam expander, and a liquid lens can be used as the aberration correcting element.
  • the beam shaping lens 11 may be omitted, but it is preferable that the beam shaping lens 11 is provided because the light use efficiency can be improved.
  • the amount of third-order astigmatism generated by off-axis incidence is suppressed to be smaller than the amount of third-order spherical aberration. Since there is no method for correcting third-order astigmatism with an optical pickup device, it is preferable to minimize the generated aberration. On the other hand, since the third-order spherical aberration can be corrected by an aberration correction element (for example, the collimating lens 13), there is no problem even if it occurs. Therefore, in the optical pickup device according to the present embodiment, a good spot can be formed on the information recording surface of the information recording medium, and stable recording and reproduction can be performed.
  • an aberration correction element for example, the collimating lens 13
  • the optical pickup device of the present invention it is possible to obtain the optimum spot performance only by performing simple adjustment at the time of assembly.
  • the amount of coma generated when the lens is tilted with respect to the optical axis is not larger than the amount of coma that occurs off-axis. Even when a lens element is provided, adjustment is easy and assembly can be performed easily.
  • the third-order coma aberration generated when the optical axis of the objective lens element for BD is tilted with respect to the BD is designed, but the present invention is not limited to this.
  • Other objective lens elements may be similarly designed.
  • the surface to which the aspheric coefficient is given is an aspherical refractive optical surface or a surface having a refractive action that is transparent to the aspherical surface.
  • the aspherical surface shape is defined by the following equation (1).
  • X distance from the tangent plane of the aspherical vertex of the aspherical point whose height from the optical axis is h
  • h height from the optical axis
  • k j the conic constant of the lens j-th surface
  • a j, n n-th order aspherical constant of the j- th lens surface.
  • Table 1 shows the construction data of Numerical Example 1.
  • the design wavelength is 408 nm
  • the disk substrate thickness is 0.0725 mm
  • the focal length is 1.3 mm
  • the effective diameter is 2.18 mm
  • NA is 0.86
  • the lens thickness is 1.73 mm.
  • the effective diameter is the value of the first surface (surface number 1 in Table 1) of the objective lens element.
  • FIG. 5 is an optical path diagram of the objective lens element according to Numerical Example 1.
  • FIG. 6 is an aberration diagram showing spherical aberration and unsatisfactory sine conditions of the objective lens element according to Numerical Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing aberration components generated when light having an inclination with respect to the optical axis is incident on the objective lens element according to Numerical Example 1, that is, when off-axis light is incident.
  • the horizontal axis represents the angle of view of the light beam, and the vertical axis represents the amount of aberration. From FIG. 7, when the inclination of off-axis light is 0.5 degree, the generated third-order astigmatism is 9 m ⁇ , the coma aberration is 55 m ⁇ , and the spherical aberration is 10 m ⁇ .
  • FIG. 8 is a graph showing an aberration component generated when the optical axis of the objective lens element according to Numerical Example 1 is tilted with respect to the normal line of the substrate of the optical disc.
  • the horizontal axis represents the tilt angle of the optical axis with respect to the normal of the optical disk substrate, and the vertical axis represents the amount of aberration. From FIG. 8, when the lens tilt angle is 0.5 degree, the third-order coma aberration that occurs is 10 m ⁇ .
  • FIG. 9 is an optical path diagram of the objective lens element according to Numerical Example 2.
  • FIG. 10 is an aberration diagram showing spherical aberration of the objective lens element according to Numerical Example 2 and an unsatisfactory amount of the sine condition.
  • FIG. 11 is a graph showing aberration components generated when light having an inclination with respect to the optical axis is incident on the objective lens element according to Numerical Example 2, that is, when off-axis light is incident.
  • the horizontal axis represents the angle of view of the light beam, and the vertical axis represents the amount of aberration. From FIG. 11, when the inclination of off-axis light is 0.5 degree, the generated third-order astigmatism is 8 m ⁇ , the third-order coma aberration is 55 m ⁇ , and the third-order spherical aberration is 12 m ⁇ .
  • FIG. 12 is a graph showing an aberration component generated when the optical axis of the objective lens element according to Numerical Example 2 is tilted with respect to the normal line of the substrate of the optical disk.
  • the horizontal axis represents the tilt angle of the optical axis with respect to the normal of the optical disk substrate, and the vertical axis represents the amount of aberration. From FIG. 12, when the lens tilt angle is 0.5 degrees, the generated third-order coma aberration is 10 m ⁇ .
  • the present invention relates to an objective lens element for recording / reproducing / erasing information on / from an optical disc, an optical pickup device using the same, an information device such as a personal computer incorporating the optical pickup device, an optical disc recorder, etc. It can be used for video equipment and audio equipment.

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Abstract

　簡易な位置調整のみで、最適なスポット性能を得ることが可能な対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置を提供する。本発明の対物レンズ素子において、光学機能面の対称軸を基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束（図の実線）を集光して形成したスポットの３次非点収差の発生量を、光学機能面の対称軸を基板の法線と平行に配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束（図の破線）を集光して形成したスポットの球面収差の発生量より小さくする。

Description

対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置
　本発明は、光情報記録媒体に対して情報の記録・再生・消去の少なくとも１つを行うために用いられる対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置に関する。
　近年、青色レーザを用いて高密度記録を行う光情報記録再生装置が市販されている。青色レーザを用いる規格（例えば、ＢＤ）と、これより旧世代の赤色レーザを用いる規格（例えば、ＤＶＤ）及び赤外レーザを用いる規格（例えば、ＣＤ）との全てに互換性のある光ピックアップ装置を構成する場合、青色レーザ用対物レンズと、赤色レーザ及び赤外レーザ用対物レンズ（いわゆるＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズ）との両方の対物レンズを装置に搭載することが一般に行われている。
　しかしながら、この２レンズタイプの光ピックアップ装置を製造する際に、一方の対物レンズのスポットが最適になるようにアクチュエータの調整を行うと、他方の対物レンズのスポット性能が劣化してしまうという課題がある。また、両方のスポット性能を最適に調整するには、組み立て工程及び組み立て時間が増え、製造コスト高に繋がる。
　特許文献１には、レンズ設計時において、一方のレンズの正弦条件不満足量を予め大きくしておき、レンズが光軸に対して傾いた時に発生する収差を低減する技術が開示されている。
特許第３２３５５１９号公報
　しかしながら、単に一方の対物レンズの性能を改善し、光軸に対して傾いた時に発生する収差を低減したとしても、光軸に対して傾いた軸外の光がレンズに入射した場合、収差が発生してしまい、結局、スポットとしては最適な性能が得られないこととなる。
　本発明の目的は、簡易な位置調整のみで、最適なスポット性能を得ることが可能な対物レンズ素子及びこれを用いた光ピックアップ装置を提供することである。
　本発明は、入射側及び出射側に光学機能面を有し、入射光束を基板を介して集光しスポットを形成する対物レンズ素子に関する。当該対物レンズ素子において、光学機能面の対称軸を基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次非点収差の発生量を、光学機能面の対称軸を基板の法線と平行に配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの球面収差の発生量より小さくする。
　あるいは、上記の構成に変えて、光学機能面の対称軸を基板の法線に対して０．５度傾けて配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差の発生量が、光学機能面の対称軸を基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差の発生量より大きくないようにしてもよい。
　本発明に係る光ピックアップ装置は、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を光情報記録媒体の情報記録面上に集光してスポットを形成する、上記のいずれかの対物レンズ素子と、光源と対物レンズ素子との間の光路上に配置され、光路に沿って移動することによって収差を補正する収差補正素子と、情報記録面で反射された反射光を検出する検出器とを備える。
　本発明によれば、対物レンズ素子の位置を簡易に調整するだけで、最適なスポット性能を得ることができる。
図１は、実施の形態１に係る対物レンズ素子の構成図である。 図２は、実施の形態１に係る対物レンズ素子に対して軸外光が入射した状態を説明する図図である。 図３は、本実施の形態に係る対物レンズ素子が光ディスクの基板の法線に対して傾いた状態を示す図である。 図４は、実施の形態２に係る光ピックアップ装置を示す構成図である。 図５は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図である。 図６は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の球面収差、正弦条件の不満足量示す収差図である。 図７は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に、光軸に対して傾きをもった光が入射した場合に発生する収差成分を示すグラフである。 図８は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光軸が、光ディスクの基板の法線に対して傾いた場合に発生する収差成分を示すグラフである。 図９は、値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図である。 図１０は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の球面収差、正弦条件の不満足量を示す収差図である。 図１１は、数値実施例２に係る対物レンズ素子に、光軸に対して傾きをもった光が入射した場合、すなわち、軸外光が入射した場合に発生する収差成分を示すグラフである。 図１２は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の光軸が、光ディスクの基板の法線に対して傾いた場合に発生する収差成分を示すグラフである。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る対物レンズ素子の構成図である。
　本実施の形態に係る対物レンズ素子１は、ＢＤ専用対物レンズ素子である。具体的に、ＮＡは０．８５であり、波長４０８ｎｍを厚み０．１ｍｍの保護基板を介して集光し、光ディスクの情報記録面上に良好に収差補正されたスポットを形成する。ただし、２層のＢＤディスクへの対応を可能とする場合は、設計時の保護基板厚みとして、最も厚い保護基板厚みと最も薄い保護基板厚みとの中間の値である８７．５μｍが用いられる。また、３層以上の多層対応の場合は、この設計時の保護基板厚みは適宜調整される。
　また、本実施の形態に係る対物レンズ素子１を用いて光ピックアップ装置を構成する場合、光源と対物レンズ素子１との間の光路上にコリメートレンズが挿入される。コリメートレンズは、光軸方向に移動して、球面収差を補正する収差補正素子として機能する。
　図１に示すように、ＢＤディスク５の記録再生時においては、光源から出射されコリメートレンズを透過した光束２は、対物レンズ素子１の第１面に収束光として入射する。この対物レンズ素子１の第１面は非球面である。
　対物レンズ素子１に入射した光束は、第２面から出射される。この第２面は非球面である。次に、対物レンズ素子１の第２面を透過した光束は、ＢＤディスク５の情報記録面に集光されスポットを形成する。情報記録面で反射された光束２は、再び対物レンズ１を透過し、リレーレンズ（図示せず）によって検出器に集光される。
　図２は、実施の形態１に係る対物レンズ素子に対して軸外光が入射した状態を説明する図である。
　光ピックアップ装置では、トラッキング時の対物レンズ素子自体のシフトや、光源の取り付け誤差や、光学系の配置誤差等により、対物レンズ素子に軸外からの光が入射する場合がある。そこで、本実施の形態に係る対物レンズ素子は、以下の（１）の状態において発生する３次非点収差の発生量が、以下の第２の状態において発生する３次球面収差の発生量より小さくなるように設計されている。
　（１）光学機能面の対称軸（光軸）を光ディスク５の基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が傾いて入射した入射光束（図２の実線）を集光してスポットを形成した状態
　（２）光学機能面の対称軸を基板の法線と平行に配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束（図２の破線）を集光してスポットを形成した状態
　ここで、光学機能面の対称軸を光ディスク５の基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次非点収差の発生量が、光学機能面の対称軸を基板の法線と平行に配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの球面収差の発生量の２／３より小さいことが好ましく、１／２より小さいことがより好ましい。
　このような設計を行うと、補正できない非点収差を抑制し、入射光束の傾きに起因する球面収差は、収差補正素子によって補正を行うことができる。したがって、対物レンズ素子に対して軸外光が入射しても、情報記録面上に形成されるスポットは良好に保たれる。
　図３は、本実施の形態１に係る対物レンズ素子が光ディスクの基板の法線に対して傾いた状態を示す図である。
　光ピックアップ装置では、組み立ての際に、光学系全体の収差を最適に補正するため、対物レンズ素子を傾けて配置することがある。また、光ディスクの製造誤差による基板の厚みむらや、光ディスク自体の傾き、光ディスクの回転による傾きに起因する収差を補正するため、対物レンズ素子が搭載されたアクチュエータを傾けて使用する場合がある。そこで、本実施の形態に係る対物レンズ素子は、以下の（３）の状態で発生する３次コマ収差の発生量が、以下の（４）の状態で発生する３次コマ収差の発生量より大きくないように設計されている。
　（３）光学機能面の対称軸を基板の法線に対して傾けて配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束を集光してスポットを形成した状態
　（４）光学機能面の対称軸（光軸）を光ディスク５の基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が傾いて入射した入射光束を集光してスポットを形成した状態
　ここで、光学機能面の対称軸（光軸）を基板の法線に対して０．５度傾けて配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差が２５ｍλ以下であることが好ましく、１５ｍλ以下であることがより好ましい。
　光学機能面の対称軸（光軸）を基板の法線に対して０．５度傾けて配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差が２５ｍλ以下である場合、光学機能面の対称軸を光ディスク５の基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差が２５ｍλ以上であることが好ましい。
　光学機能面の対称軸（光軸）を基板の法線に対して０．５度傾けて配置し、基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差が１５ｍλ以下である場合、光学機能面の対称軸を光ディスク５の基板の法線と平行に配置し、基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差が３５ｍλ以上であることが好ましい。
　このような設計を行うと、軸外光で発生するコマ収差の量よりも、対物レンズ素子が光ディスクの基板の法線に対して傾いた場合に発生するコマ収差の量の方が少なくなる。したがって、１つのアクチュエータに２つの対物レンズ素子を搭載した光ピックアップ装置の組み立て時に、アクチュエータの調整が容易となり、光ピックアップの製造が容易となる。以下、この点を更に具体的に説明する。
　本発明に係るＢＤ専用の対物レンズ素子と共に、ＤＶＤ／ＣＤ互換の対物レンズ素子がが同じアクチュエータに搭載される場合を想定する。例えば、最初に、ＤＶＤ及びＣＤのスポット性能が最適となるように、２つの対物レンズ素子を搭載したアクチュエータの傾きを調整する。この場合、同じアクチュエータに搭載されているＢＤ専用対物レンズ素子のスポット性能は必ずしも最適とはなっていない。その理由の一つとして、ＢＤ専用の対物レンズ素子が光軸に対して傾いているために、コマ収差が発生していることが考えられる。通常、正弦条件を満たし、軸外の光に対してコマ収差が発生しないようにレンズ設計を行う。このような設計を行った場合、対物レンズ素子自体が光軸に対して傾いた場合に発生するコマ収差は大きくなってしまう。ＢＤ専用の対物レンズ素子のみ単独で傾きを調整することで、スポット性能を向上させることは可能ではあるが、対物レンズ素子の傾き角度に対して発生するコマ収差量が極めて大きいため、そのような調整は実際には困難である。
　上述したように、本発明に係る対物レンズ素子１は、その光軸が光ディスク５の基板の法線に対して傾いた場合に発生するコマ収差の量が小さくなるように設計されている。つまり、対物レンズ素子１は、傾きに対して収差感度が鈍感であるため、ある程度傾いたとしてもスポット性能は劣化しない。したがって、ＤＶＤ／ＣＤ互換の対物レンズ素子の「スポット性能が最適化されるようにアクチュエータの角度を調整しても、ＢＤ専用対物レンズ素子１のスポットも最適性能から大きく劣化することはない。
　更に、光ディスク５の基板の法線にして対物レンズ素子の光軸が傾くことで発生するコマ収差とは別に、光学系全体の組み立て誤差や各光学素子が保有するコマ収差が残存している場合がある。この場合でも、本発明の対物レンズ素子においては、光が軸外から入射した場合に発生するコマ収差の量が大きいため、少しの光源位置の調整で光学系全体のコマ収差をキャンセルすることが可能である。従来の一般的な正弦条件を満足する対物レンズ素子の場合、光が軸外から入射した場合に発生するコマ収差の量は小さいため、この調整でコマ収差をキャンセルすることは困難である。
　本発明に係る対物レンズ素子１を用いれば、このように簡易な調整方法で、全ての波長の集光スポットが最適になるように光ピックアップ装置を組み立てる事が可能である。ここで、情報記録媒体２０の種類は特に限定されるものではない。情報記録媒体２０は、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）、ＣＤ－Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ　Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＣＤ－ＲＷ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ　ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ－Ｒ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＤＶＤ－ＲＷ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ　ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＡＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＶＤ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、ＥＶＤ－Ｒ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＥＶＤ－ＲＷ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ　ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＥＶＤ－ＲＯＭ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＶＤ－ＲＡＭ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ）、ＢＤ－Ｒ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＢＤ－ＲＷ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ　ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）、ＢＤ－ＲＯＭ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＢＤ－ＲＡＭ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）（以上、すべて登録商標）であってもよい。
　本実施の形態では、同一のアクチュエータに２つの対物レンズ素子を搭載した光ピックアップ装置を説明したが、１つの対物レンズ素子のみを搭載した光ピックアップ装置にも本発明の設計を適用できる。この場合でも、本実施の形態で説明した光学特性が得られる設計を行うことで、同様に、簡易な光ピックアップ装置の組み立てを実現できる。
（実施の形態２）
　図４は、実施の形態２に係る光ピックアップ装置を示す構成図である。
　図４に示す光ピックアップ装置は、所定の波長の光を出射する光源１０と、ビーム整形レンズ１１と、偏光ビームスプリッタ１２と、コリメートレンズ１３と、対物レンズ素子１４と、検出レンズ１７と、ディテクタ１８とを備える。対物レンズ素子１４は、実施の形態１で説明したＢＤ専用対物レンズ素子である。一例として、光源１０の波長は３９０～４５０ｎｍ、対物レンズ素子１４のＮＡは０．８以上、対物レンズ素子１４とＢＤディスク２０との距離（作動距離）は１００μｍ未満である。
　コリメートレンズ１３は、光軸方向に可動であり、光軸方向に移動することによって、入射した光束の平行度を変化させ、発生した集光スポットの球面収差を補正する。ここで発生した球面収差とは、波長変化、温度変化、ディスクの表面から記録層までの厚み変化、光学素子の製造誤差、ピックアップ組み立て誤差に起因して発生する球面収差を指す。
　図４では、ＢＤ用光学系のみ記載しているが、これと共にＤＶＤまたはＣＤの光学系が設けられていても良い。ＢＤ用対物レンズ素子１４が搭載されているアクチュエータに、ＤＶＤ専用対物レンズ素子、ＣＤ専用用対物レンズ素子、ＤＶＤ／ＣＤ互換用対物レンズ素子、またはその他の対物レンズ素子が搭載されても良い。
　対物レンズ素子１４の第１面は、非球面である。本実施の形態では、第１面の非球面は、一つの非球面式で表されるが、同心円状の複数の領域に分割されていても良い。また、光学機能面に回折構造が設けられていても良い。
　図４に示すように、光源１０から出射されたの光束１５は、ビーム整形レンズ１１で楕円ビームに整形された後、偏光ビームスプリッタ１２の反射面１２aで反射され、コリメートレンズ１３を透過し、対物レンズ１４に略平行光として入射し、対物レンズ素子１４の第１面に入射する。
　光束１５は、対物レンズ素子１４の第２面から出射され、ＢＤディスク２０の情報記録面に良好に集光される。そして、この情報記録面で反射された光１５は、再び対物レンズ素子１４を透過し、コリメートレンズ１３、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、リレーレンズ１７により検出器１８に集光される。
　上述したように、ＢＤディスク２０の記録再生時に発生する球面収差を補正するために、コリメートレンズ１３は光軸方向に可動となっている。コリメートレンズ１３の代わりに球面収差を補正可能のものであれば、例えば、液晶素子、ビームエキスパンダー、液体レンズなど、他の光学素子を収差補正素子として利用できる。また、ビーム整形レンズ１１はなくても良いが、光利用効率を向上できるため、ある方が好ましい。
　対物レンズ素子１４は、軸外入射で発生する３次非点収差の量が、３次球面収差の量より小さく抑えられている。３次非点収差は、光ピックアップ装置で補正する方法がないため、発生する収差を極力小さくしておくことが好ましい。一方、３次球面収差は、収差補正素子（例えば、コリメートレンズ１３）によって補正が可能であるため、発生しても問題がない。それ故、本実施の形態に係る光ピックアップ装置では、情報記録媒体の情報記録面上に良好なスポットを形成することができ、安定した記録再生を可能とする。
　また、本発明の光ピックアップ装置によれば、組み立て時に簡単な調整を行うだけで最適なスポット性能をえることができる。特に、本発明に係る対物レンズ素子１４では、軸外で発生するコマ収差の量よりもレンズが光軸に対して傾いた場合に発生するコマ収差の量の方が大きくないため、２つの対物レンズ素子を備える場合でも、調整が容易で組み立てを簡易に行うことができる。
　尚、本実施の形態では、ＢＤ用の対物レンズ素子の光軸がに対して傾いた場合に発生する３次のコマ収差を抑えた設計としているが、これに限らない。他の対物レンズ素子を同様に設計してもよい。
　本発明の実施例をコンストラクションデータ、収差図等を挙げてさらに具体的に説明する。なお、数値実施例１、２は、上述の実施の形態１、２にそれぞれ対応している。
　各数値実施例において、非球面係数が与えられた面は、非球面形状の屈折光学面又は非球面と透過な屈折作用を有する面であることを示す。非球面の面形状は、次の数１により定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　但し、
　Ｘ：光軸からの高さがｈである非球面状の点の非球面頂点の接平面からの距離、
　ｈ：光軸からの高さ、
　Ｃｊ：レンズ第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）、
　ｋｊ：レンズ第ｊ面の円錐定数、
　Ａｊ，ｎ：レンズ第ｊ面のｎ次の非球面定数、である。
　（数値実施例１）
　表１に数値実施例１のコンストラクションデータを示す。表１に示すように、設計波長４０８ｎｍ、ディスク基材厚（設計中心基材厚）０．０７２５ｍｍ、焦点距離１．３ｍｍ、有効径φ２．１８ｍｍ、ＮＡ０．８６、レンズ厚み１．７３ｍｍである。有効径とは、対物レンズ素子の第１面（表１の面番号１）の値である。また、図５は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光路図である。図６は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の球面収差、正弦条件の不満足量示す収差図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図７は、数値実施例１に係る対物レンズ素子に、光軸に対して傾きをもった光が入射した場合、すなわち、軸外光が入射した場合に発生する収差成分を示すグラフである。横軸に光線の画角を、縦軸に収差量をとる。図７より、軸外光の傾きが０．５度の場合、発生する３次非点収差は９ｍλ、コマ収差は５５ｍλ、球面収差は１０ｍλである。
　図８は、数値実施例１に係る対物レンズ素子の光軸が、光ディスクの基板の法線に対して傾いた場合に発生する収差成分を示すグラフである。横軸に光ディスクの基板の法線に対する光軸の傾斜角を、縦軸に収差量をとる。図８より、レンズチルト角が０．５度の場合、発生する３次コマ収差は１０ｍλである。
　（数値実施例２）
　表２に数値実施例２のコンストラクションデータを示す。表２に示すように、設計波長４０８ｎｍ、ディスク基材厚（設計中心基材厚）０．０７２５ｍｍ、焦点距離１．３ｍｍ、有効径φ２．１８ｍｍ、ＮＡ０．８６、レンズ厚み１．７４ｍｍである。有効径とは、対物レンズ素子の第１面（表２の面番号１）の値である。また、図９は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の光路図である。図１０は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の球面収差、正弦条件の不満足量を示す収差図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図１１は、数値実施例２に係る対物レンズ素子に、光軸に対して傾きをもった光が入射した場合、すなわち、軸外光が入射した場合に発生する収差成分を示すグラフである。横軸に光線の画角を、縦軸に収差量をとる。図１１より、軸外光の傾きが０．５度の場合、発生する３次非点収差は８ｍλ、３次コマ収差は、５５ｍλ、３次球面収差は１２ｍλである。
　図１２は、数値実施例２に係る対物レンズ素子の光軸が、光ディスクの基板の法線に対して傾いた場合に発生する収差成分を示すグラフである。横軸に光ディスクの基板の法線に対する光軸の傾斜角を、縦軸に収差量をとる。図１２より、レンズチルト角が０．５度の場合、発生する３次コマ収差は１０ｍλである。
　本発明は、光ディスクに対して情報の記録・再生・消去を行うための対物レンズ素子、これ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組み込んだ、パーソナルコンピュータなどの情報機器、光ディスクレコーダーなどの映像機器や音響機器等に利用できる。
　１　　対物レンズ素子
　２　　波長４０８ｎｍの光束
　３　　ＢＤ用対物レンズ
　４　　ＤＶＤ／ＣＤ互換用対物レンズ
　５　　ＢＤディスク
１０　　光源
１１　　ビーム成形レンズ
１２　　ビームスプリッタ
１２ａ　ビームスプリッタ反射面
１３　　コリメータレンズ
１４　　対物レンズ素子
１５　　波長４０８ｎｍの光束
１６　　検出系
１７　　検出レンズ
１８　　検出器
１９　　光ピックアップ装置
２０　　情報記録媒体

Claims (3)

  1. 　入射側及び出射側に光学機能面を有し、入射光束を基板を介して集光しスポットを形成する対物レンズ素子であって、
    　前記光学機能面の対称軸を前記基板の法線と平行に配置し、前記基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次非点収差の発生量が、前記光学機能面の対称軸を前記基板の法線と平行に配置し、前記基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの球面収差の発生量より小さい、対物レンズ素子。
  2. 　入射側及び出射側に光学機能面を有し、入射光束を基板を介して集光しスポットを形成する対物レンズ素子であって、
    　前記光学機能面の対称軸を前記基板の法線に対して０．５度傾けて配置し、前記基板の法線に平行に入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差の発生量が、前記光学機能面の対称軸を前記基板の法線と平行に配置し、前記基板の法線に対して、中心光線が０．５度傾いて入射した入射光束を集光して形成したスポットの３次コマ収差の発生量より大きくない、対物レンズ素子。
  3. 　光ピックアップ装置であって、
    　レーザ光を出射する光源と、
    　前記光源から出射されたレーザ光を光情報記録媒体の情報記録面上に集光してスポットを形成する、請求項１または２に記載の対物レンズ素子と、
    　前記光源と前記対物レンズ素子との間の光路上に配置され、前記光路に沿って移動することによって収差を補正する収差補正素子と、
    　前記情報記録面で反射された反射光を検出する検出器とを備える、光ピックアップ装置。
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