WO2012005102A1 - 光ピックアップ対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents

光ピックアップ対物レンズ及び光ピックアップ装置 Download PDF

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objective lens
tangent angle
angle
pickup objective
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麻美 水口
杉　靖幸
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Maxell Finetech Ltd
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    • G11B2007/0013—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier for carriers having data stored in three dimensions, e.g. volume storage for carriers having multiple discrete layers

Definitions

  • the present invention relates to an objective lens for an optical pickup device mounted on an optical information reproducing device for recording / reproducing information on an optical recording medium (optical disc), and particularly used for an optical disc having a plurality of information recording layers of three or more layers.
  • an optical pickup objective lens capable of forming a light spot of an appropriate size on each information recording layer with little deterioration of wavefront aberration, and an optical pickup equipped with this optical pickup objective lens Relates to the device.
  • Blu-ray disc (registered trademark), a high-density optical disc with a recording capacity of 25 GB using a blue-violet laser, is commercialized as a type with two information recording layers, so-called double-layer disc, for further increase in capacity. Has been.
  • an optical pickup objective lens mounted on an optical pickup device for Blu-ray is designed to focus on the thickness of the cover layer at 0.0875 mm in the middle of the information recording layer in order to support a double-layer disc. Is done.
  • wavefront aberration occurs if the thickness of the cover layer is different from the designed thickness.
  • a collimator is provided with a movable mechanism, and wavefront aberration is compensated by changing the object distance of the light beam incident on the optical pickup objective lens.
  • the optical pickup objective lens for Blu-ray has a large numerical aperture NA of 0.85, and if plastic is used as the material, the change in refractive index when the ambient temperature changes is large, so that the wavefront aberration increases.
  • a multi-layer disc having a cover glass thickness of two or more layers has been developed. This is because the cover layer thickness is 0.05 mm to 0.1 mm, which is twice as large as before, and there is a concern that the wavefront aberration due to the change in the disc thickness is about twice as large as that of the two-layer disc.
  • FIG. 1 shows a calculation result of Conventional Example 1 (Example 2 of Patent Document 1).
  • the high-order spherical aberration at positions 0.075 mm and 0.1 mm deep from the cover layer surface in Conventional Example 1 was calculated, it was 7.3 m ⁇ rms at 0.075 mm and 5.5 m ⁇ rms at 0.1 mm.
  • FIG. 2 shows the calculation result of Conventional Example 2 (Example 3 of Patent Document 1).
  • the high-order spherical aberration at positions 0.075 mm and 0.1 mm deep from the surface of the cover layer in Conventional Example 2 was calculated, it was 7.6 m ⁇ rms at 0.075 mm and 6.9 m ⁇ rms at 0.1 mm.
  • Patent Document 1 proposes a method for improving the temperature characteristics by attaching a ring zone.
  • the cover layer thickness changes the amount of high-order spherical aberration generated increases.
  • a lens having a refractive index of 1.52 or less is further difficult to design, and the amount of high-order spherical aberration generated when the cover layer thickness changes is increased.
  • An object of the present invention is to provide high-order spherical aberration even when the disc thickness changes in a plastic optical pickup objective lens having a numerical aperture NA of 0.84 or more provided with an annular step for improving temperature characteristics.
  • An object of the present invention is to provide an optical pickup objective lens and an optical pickup device that can form an appropriately sized light spot at a depth position of each information recording surface without generating as much as possible.
  • FIG. 5 shows an example of an optical pickup objective lens 6 according to the present invention.
  • an annular structure composed of a plurality of annular zones 9 having different concentric sizes is formed on at least one surface of the optical pickup objective lens 6 according to the present invention.
  • step difference is formed between the ring zones which adjoin each ring zone structure. Due to this level difference, a phase difference is generated between the light beams transmitted through the respective annular zones.
  • the phase of the transmitted laser light is set to be different in wavelength units between adjacent annular zones. That is, when the laser light is incident on the optical pickup objective lens 6 under the same conditions as the design, the phases of the laser light transmitted through each annular zone 9 are different from each other by an integral multiple of the wavelength.
  • the phase difference of the laser light transmitted through each annular zone 9 is not an integral multiple of the wavelength. Therefore, when the wavelength changes, a phase difference occurs in the laser light transmitted through the different annular zone 9. This phase difference is so large as to reduce aberrations caused by changes in the ambient temperature.
  • each annular zone 9 is optimized to have a different surface shape so as to balance the design wavefront aberration and the ambient temperature.
  • the wavefront aberration is suppressed by adjusting the position of the collimator lens. Therefore, when the cover layer thickness deviates from the design, the laser light incident on the optical pickup objective lens 6 is divergent light or convergent light.
  • the third-order spherical aberration can be canceled, but the higher-order spherical aberration remains.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a tangent angle in the present invention.
  • the tangent angle is ⁇ in FIG. 6, and is an angle formed by a tangent at a point where a surface perpendicular to the optical axis intersects the lens surface and a surface perpendicular to the optical axis.
  • the normalized ray height h is a value obtained by normalizing the outermost circumference of the lens effective diameter to 1, and the tangent angle ⁇ (h) is an approximate tangent angle (°) at the normalized ray height h.
  • the surface shape at a certain radius is greatly different. Spherical aberration is generated.
  • FIG. 3 is a diagram in which the tangent angle of the second surface of Conventional Example 2 is plotted. In the design that does not satisfy Formula 1, the tangent angle of the second surface is not a smooth curve as shown in FIG.
  • the paraxial NA hereinafter referred to as “NA0”
  • NAM NA of the marginal ray
  • the light spot in this invention is The light spot diameter satisfies the following conditions.
  • Spot diameter ratio calculated spot diameter / theoretical spot diameter
  • Spot diameter theoretical value 0.82 ⁇ ⁇ / NA0, Defined in
  • the focal length f is Is desirable.
  • the reason why 1.15 ⁇ f is preferable is to secure a working distance.
  • the curvature radius R of the first surface and the second surface of the optical pickup objective lens 6 is decreased, and as a result, the edge thickness is decreased.
  • the edge thickness is reduced, problems such as breaking of the edge occur, and it becomes difficult to attach the optical pickup objective lens 6.
  • the optical pickup objective lens 6 that satisfies the expressions (1) and (2) at the same time, even if the cover layer thickness is different from 0.075 mm or 0.1 mm, the light does not deteriorate the wavefront aberration and the spot diameter.
  • the pickup objective lens 6 can be designed.
  • the wavefront aberration and the spot diameter are deteriorated even in a disc 7 having a wide cover layer thickness of 0.05 mm to 0.1 mm and a plurality of information recording surfaces of three or more layers such as the multilayer disc 7. It can be used without.
  • the optical pickup objective lens of the present invention is a plastic optical pickup objective lens having a numerical aperture of 0.84 or more mounted on an optical pickup device for recording and reproducing information on an optical information recording medium having a plurality of information recording surfaces.
  • this optical pickup objective lens at least one surface has an annular shape, and blue-violet laser light having a wavelength of 380 nm to 430 nm is incident on the optical pickup objective lens, and approximates to a tangent angle ⁇ (h).
  • the tangent angle ⁇ and the normalized ray height h satisfy the following conditional expression.
  • the tangent angle ⁇ (h) is the tangent angle (°) at the ray height h
  • the angle (°) value and the normalized ray height h are values obtained by normalizing the outermost circumference of the lens effective diameter to 1.
  • the optical pickup objective lens of the present invention is further characterized in that the focal length f (mm) satisfies the following expression.
  • the optical pickup objective lens of the present invention is made of a plastic having a numerical aperture of 0.84 or more mounted on an optical pickup device for recording and reproducing information on an optical information recording medium having a plurality of information recording surfaces of three or more layers.
  • the optical pickup objective lens has an annular shape at least on one surface, and a blue-violet laser beam having a wavelength of 380 nm to 430 nm is incident on the optical pickup objective lens so that a tangential angle is obtained.
  • ⁇ (h) the approximate tangent angle ⁇ , and the normalized ray height h satisfy the following conditional expression.
  • the normalized ray height h is a value obtained by normalizing the outermost circumference of the lens effective diameter to 1, and the tangent angle ⁇ (h) is an approximate tangent angle (°) at the normalized ray height h.
  • the optical pickup device of the present invention is equipped with the above optical pickup objective lens.
  • the optical pickup device of the present invention is an optical pickup device capable of recording and reproducing an information recording medium having a cover layer thickness of 3 or more and having a plurality of information recording surfaces of 3 or more.
  • the optical pickup objective lens is mounted.
  • the present invention it is possible to improve both the wavefront aberration and the light spot of the optical pickup objective lens.
  • FIG. 1 shows a calculation result according to Conventional Example 1 (Example 2 of Patent Document 1).
  • FIG. 2 is a calculation result according to Conventional Example 2 (Example 3 of Patent Document 1).
  • FIG. 3 is a table of relative pupil coordinates and tangent angles according to Conventional Example 1, a graph of R1 plane relative pupil coordinates and tangent angles, and a normalized ray height and tangent angle on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens).
  • FIG. FIG. 4 is a table of relative pupil coordinates and tangent angles according to Conventional Example 2, a graph of R1 plane relative pupil coordinates and tangent angles, and a normalized ray height and tangent angle on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens).
  • FIG. 5 is a shape diagram of the optical pickup objective lens according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the tangent angle of the optical pickup objective lens according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining definitions of symbols of the optical pickup objective lens according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the normalized ray height of the R1 surface and the normalized ray height of the R2 surface of the optical pickup objective lens.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the optical pickup optical system 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a table showing aspherical coefficients, curvatures, and the like of the objective lens according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 11 shows the results according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 12 is a table of relative pupil coordinates and tangent angles according to Example 1 of the present invention, a graph of R1 plane relative pupil coordinates and tangent angles, and a normalized ray height on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens). It is a figure showing the relationship between the angle and the tangent angle.
  • FIG. 13 is a table showing aspherical coefficients, curvatures, and the like of the objective lens according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 14 shows the results according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 15 is a table of relative pupil coordinates and tangent angles, a graph of R1 plane relative pupil coordinates and tangent angles, and a normalized ray height on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the second embodiment of the present invention. It is a figure showing the relationship between the angle and the tangent angle.
  • FIG. 16 is a table showing aspherical coefficients, curvatures, and the like of the objective lens according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 17 shows the results according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 18 is a table of relative pupil coordinates and tangent angles, a graph of R1 plane relative pupil coordinates and tangent angles, and a normalized ray height on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the third embodiment of the present invention. It is a figure showing the relationship between the angle and the tangent angle.
  • FIG. 19 is a table showing aspheric coefficients, curvatures, and the like of the objective lens according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 20 shows the results according to Example 4 of the present invention.
  • FIG. 21 is a table of relative pupil coordinates and tangent angles according to Example 4 of the present invention, a graph of R1 surface relative pupil coordinates and tangent angles, and a normalized ray height on the R2 surface (the exit surface of the optical pickup objective lens). It is a figure showing the relationship between the angle and the tangent angle.
  • FIG. 22 is a table showing aspheric coefficients, curvatures, and the like of the objective lens according to Example 5 of the present invention.
  • FIG. 23 shows the results according to Example 5 of the present invention.
  • R 24 is a table of relative pupil coordinates and tangent angles, a graph of R1 plane relative pupil coordinates and tangent angles, and a normalized ray height on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the fifth embodiment of the present invention. It is a figure showing the relationship between the angle and the tangent angle.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of the optical pickup device PU1 of the present embodiment that can appropriately record and reproduce information on the Blu-ray disc (BD) 7. As shown in FIG.
  • Such an optical pickup device PU1 can be mounted on an optical information recording / reproducing device.
  • the optical pickup device PU1 is used when recording and reproducing information on the BD 7 and emits a laser beam of 380 nm or more.
  • a beam splitter 2 is provided on the optical path of the laser light. By passing through the beam splitter 2 and the quarter wavelength plate 3, it is converted into circularly polarized light.
  • a coupling lens 4 is provided on the optical path of the laser light emitted from the quarter-wave plate 3.
  • the coupling lens 4 is formed of a plastic material or a glass material, and is spread to light having an appropriate angle by moving the coupling lens 4 in the optical axis direction by an actuator.
  • the appropriate angle is generally an angle set so that the wavefront aberration when reaching the disk 7 is minimized.
  • the light passing through the coupling lens 4 passes through the diaphragm 5 and then enters the optical pickup objective lens 6 having the annular structure 9.
  • the cover layer thickness in the multilayer disk 7 is changed, it is designed not to generate higher-order spherical aberration.
  • the light having an appropriate spot and the numerical aperture NA of 0.85, the light is incident on the information recording surface of the optical disc 7.
  • the laser beam reflected by the information recording surface of the optical disc 7 enters the photodetector 8 through the optical pickup objective lens 6 and is detected.
  • the photodetector 8 detects the laser beam, performs photoelectric conversion, and outputs an output signal. Based on the output signal of the photodetector 8, a focus error signal, a track error signal, a reproduction signal, and the like are generated. Further, recording and / or reproduction of the optical disk 7 is performed using the focus error signal, track error signal, reproduction signal, and the like.
  • Example 1 according to the present invention will be described.
  • the table shown in FIG. 10 shows the refractive index, the center thickness, the width of the annular zone 9, the step difference of the annular zone 9, the aspherical coefficient, and the curvature of the optical pickup objective lens 6 of the optical pickup apparatus PU1 according to the first embodiment.
  • the coefficient shown in FIG. 10 is used as a coefficient of the formula (5) described later. Therefore, the surface shape of the optical pickup objective lens 6 according to the example 1 is expressed by Expression (5) using the coefficients shown in FIG.
  • Zj is an aspherical shape
  • h is the height of the light beam from the optical axis
  • C is the curvature
  • K is the conic coefficient
  • FIG. 11 shows the results of Example 1 of the present invention.
  • the refractive index is as low as 1.50.
  • the higher-order spherical aberration is 6.5 m ⁇ rms when the cover layer thickness is 0.075 mm, and the higher-order spherical aberration is 6.7 m ⁇ rms when the cover layer thickness is 0.1 mm. ing.
  • the spot diameter at the cover layer thickness of 0.075 mm is 0.393 ⁇ m
  • the spot diameter at the cover layer thickness of 0.0875 mm is 0.394 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.1 mm is 0.395 ⁇ m. Since the theoretical value of the spot diameter is 0.391 ⁇ m, it can be seen that the spot diameter is sufficiently small.
  • the information recording surface of the optical disc 7 is a three-layer Blu-ray optical disc provided at a cover layer thickness of 0.075 mm, 0.0875 mm, and 0.1 mm.
  • High-order spherical aberration is sufficiently small, and the spot diameter is also sufficiently small, so that the Blu-ray laser light can be converged well.
  • the information recording surface of the optical disc 7 is applied to a two-layer Blu-ray optical disc provided at a position where the cover layer thickness is 0.075 mm and 0.1 mm, and the focus is set to an intermediate position of 0.0875 mm, Even if the position of the focal point fluctuates, the wavefront aberration is sufficiently small and the spot diameter is sufficiently small on each information recording surface, so that the Blu-ray laser light can be converged well.
  • the ray height h and the tangent angle ⁇ (h) are It is designed to be a straight line that satisfies
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the normalized ray height and the tangent angle on the R2 surface (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the first embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 12 indicates the normalized light beam height relative to the normalized light beam height 1 on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens) indicated by point B in FIG.
  • the axis indicates the tangent angle of the R2 plane.
  • the tangential angle ⁇ (i) of R2 increases from the central portion of the optical pickup lens 6 as the normalized light beam height increases, and then gently toward the lens periphery of the optical pickup lens 6. Becomes a curve in which the tangent angle ⁇ (i) decreases.
  • the table shown in FIG. 13 shows the refractive index, the center thickness, the width of the annular zone 9, the level difference of the annular zone 9, the aspherical coefficient, and the curvature of the optical pickup objective lens 6 of the optical pickup apparatus PU1 according to the second embodiment.
  • the coefficients shown in FIG. 13 are used as the coefficients in the above formula (5). Therefore, the surface shape of the optical pickup objective lens 6 according to the second embodiment is expressed by Expression (5) using the coefficients shown in FIG.
  • FIG. 14 shows the results of Example 2.
  • the high-order spherical aberration at the cover layer thickness of 0.075 mm is 5.1 m ⁇ rms
  • the high-order spherical aberration at 0.1 mm is 4.4 m ⁇ rms
  • the high-order spherical aberration is sufficiently small.
  • the spot diameter at a cover layer thickness of 0.075 mm is 0.393 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.1 mm is 0.395 ⁇ m. Since the theoretical value of the spot diameter is 0.391 ⁇ m, it can be seen that the spot diameter is sufficiently small.
  • the information recording surface of the optical disc 7 is a three-layer Blu-ray optical disc provided with cover layer thicknesses of 0.075 mm, 0.0875 mm, and 0.1 mm. High-order spherical aberration is sufficiently small, and the spot diameter is also sufficiently small, so that the Blu-ray laser light can be converged well.
  • the information recording surface of the optical disc 7 is applied to a two-layer Blu-ray optical disc provided at a position where the cover layer thickness is 0.075 mm and 0.1 mm, and the focus is set to an intermediate position of 0.0875 mm, Even if the position of the focal point fluctuates, the high-order spherical aberration is sufficiently small on each information recording surface, and the spot diameter is also sufficiently small, so that the Blu-ray laser beam can be converged well.
  • the light ray height h and the tangent angle ⁇ (h) are It is designed to be a straight line that satisfies
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the normalized ray height and the tangent angle on the R2 surface (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the second embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 15 indicates the relative normalized beam height with respect to the normalized beam height 1 on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens) indicated by point B in FIG.
  • the axis indicates the tangent angle of the R2 plane.
  • the tangent angle ⁇ (i) of R2 increases from the central portion of the optical pickup lens 6 as the normalized light beam height increases, and then gently toward the lens periphery of the optical pickup lens 6. Becomes a curve in which the tangent angle ⁇ (i) decreases.
  • This embodiment is used for a multilayer disk, and the cover layer thickness is in the range of 0.05 mm to 0.1 mm.
  • the cover layer thickness is designed to be 0.075 mm which is an intermediate cover layer thickness of 0.05 mm to 0.1 mm.
  • the table shown in FIG. 16 shows the refractive index, the center thickness, the width of the annular zone 9, the step amount of the annular zone 9, the aspherical coefficient, and the curvature of the optical pickup objective lens 6 of the optical pickup apparatus PU1 according to the third embodiment.
  • the coefficient shown in FIG. 16 is used as a coefficient of Equation (5) described later. Therefore, the surface shape of the optical pickup objective lens 6 according to the example 3 is expressed by Equation (5) using the coefficients shown in FIG.
  • FIG. 17 shows the results of Example 3.
  • the higher-order spherical aberration at the cover layer thickness of 0.05 mm is 12.6 m ⁇ rms
  • the wavefront aberration at 0.0625 mm is 5.6 m ⁇ rms
  • the higher-order spherical aberration at 0.075 mm is 0.2 mm.
  • the higher order spherical aberration at 0 m ⁇ rms and 0.0875 mm is 4.8 m ⁇ rms and the higher order spherical aberration at 0.1 mm is 9.3 m ⁇ rms, and the higher order spherical aberration is sufficiently small.
  • the spot diameter at a cover layer thickness of 0.05 mm is 0.393 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.0625 mm is 0.394 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.075 mm is 0.394 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.0875 mm is 0.396 ⁇ m.
  • the spot diameter at 0.1 mm is 0.396 ⁇ m. Since the theoretical value of the spot diameter is 0.391 ⁇ m, it can be seen that the spot diameter is sufficiently small.
  • Example 3 of the present invention in an information recording surface of an optical disc 7 in a five-layer Blu-ray optical disc provided with cover layer thicknesses of 0.05 mm, 0.0625 mm, 0.075 mm, 0.0875 mm, and 0.1 mm.
  • cover layer thicknesses 0.05 mm, 0.0625 mm, 0.075 mm, 0.0875 mm, and 0.1 mm.
  • high-order spherical aberration is sufficiently small on each information recording surface, and the spot diameter is sufficiently small, so that the Blu-ray laser beam can be converged well.
  • the information recording surface of the optical disc 7 is applied to a three-layer Blu-ray optical disc provided with cover layer thicknesses of 0.05 mm, 0.075 mm, and 0.1 mm, and positions of 0.0625 mm and 0.0875 mm in the middle. Even when the focus is adjusted, the high-order spherical aberration is sufficiently small on each information recording surface, and the spot diameter is sufficiently small on each information recording surface. Can do.
  • the ray height h and the tangent angle ⁇ (h) are It is designed to be a straight line that satisfies
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the normalized ray height and the tangent angle on the R2 surface (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the third embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 18 indicates the relative normalized beam height with respect to the normalized beam height 1 on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens) indicated by point B in FIG.
  • the axis indicates the tangent angle of the R2 plane.
  • the tangent angle ⁇ (i) of R2 increases from the central portion of the optical pickup lens 6 as the normalized light beam height increases, and thereafter gently toward the lens periphery of the optical pickup lens 6. It becomes a curve in which the tangent angle ⁇ (i) decreases.
  • the table shown in FIG. 19 shows the refractive index, the center thickness, the width of the annular zone 9, the step difference of the annular zone 9, the aspherical coefficient, and the curvature of the optical pickup objective lens 6 of the optical pickup apparatus PU1 according to the fourth embodiment.
  • the coefficients shown in FIG. 19 are used as the coefficients of the above formula (5). Therefore, the surface shape of the optical pickup objective lens 6 according to the example 4 is expressed by Expression (5) using the coefficients shown in FIG.
  • FIG. 20 shows the results of Example 4.
  • Example 4 has the same effective diameter, focal length f, NA, and refractive index as Conventional Example 1, and is designed to be equivalent to Example 4.
  • the higher order spherical aberration at the cover layer thickness of 0.075 mm is 3.6 m ⁇ rms
  • the higher order spherical aberration at 0.1 mm is 3.2 m ⁇ rms.
  • 0.0625 mm and 0.1125 mm which are 0.025 mm apart from 0.0875
  • 0.0625 mm is 8.2 m ⁇ rms
  • 0.1125 mm is 6.3 m ⁇ rms
  • the average value is 7.25 m ⁇ rms. . It can be seen that the average value is 5.35 m ⁇ rms smaller than that of Conventional Example 1.
  • the spot diameter at the cover layer thickness of 0.0625 mm is 0.391 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.075 mm is 0.391 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.1 mm is 0.393 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.1125 mm is 0.394 ⁇ m. It has become. Since the theoretical value of the spot diameter is 0.391 ⁇ m, it can be seen that the spot diameter is sufficiently small.
  • the ray height h and the tangent angle ⁇ (h) are It is designed to be a straight line that satisfies
  • FIG. 21 is a diagram illustrating the relationship between the normalized ray height and the tangent angle on the R2 surface (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the fourth embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 21 indicates the normalized light beam height relative to the normalized light beam height 1 on the R2 surface (the exit surface of the optical pickup objective lens) indicated by point B in FIG.
  • the axis indicates the tangent angle of the R2 plane.
  • the tangent angle ⁇ (i) of R2 increases from the central portion of the optical pickup lens 6 as the normalized ray height increases, and then gently toward the lens periphery of the optical pickup lens 6. Becomes a curve in which the tangent angle ⁇ (i) decreases.
  • the table shown in FIG. 22 shows the refractive index, the center thickness, the width of the annular zone 9, the stepped amount of the annular zone 9, the aspherical coefficient, and the curvature of the optical pickup objective lens 6 of the optical pickup apparatus PU1 according to the fifth embodiment.
  • the coefficients shown in FIG. 22 are used as the coefficients of the above mathematical formula (5). Therefore, the surface shape of the optical pickup objective lens 6 according to the example 4 is expressed by Expression (5) using the coefficients shown in FIG.
  • FIG. 23 shows the results of Example 5.
  • Example 5 has the same effective diameter, focal length f, NA, and refractive index as Conventional Example 2, and is designed to be equivalent to Example 4.
  • Example 5 the higher order spherical aberration at the cover layer thickness of 0.075 mm is 4.9 m ⁇ rms, and the higher order spherical aberration at 0.1 mm is 5.5 m ⁇ rms.
  • 0.0625 mm and 0.1125 mm which are 0.025 mm apart from 0.0875, are calculated, 0.0625 mm is 9.1 m ⁇ rms, 0.1125 mm is 11.7 m ⁇ rms, and the average value is 10.4 m ⁇ rms. .
  • the average value is 3.7 m ⁇ rms smaller than that of Conventional Example 2.
  • the spot diameter at the cover layer thickness of 0.0625 mm is 0.391 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.075 mm is 0.392 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.1 mm is 0.392 ⁇ m
  • the spot diameter at 0.1125 mm is 0.393 ⁇ m. It has become. Since the theoretical value of the spot diameter is 0.391 ⁇ m, it can be seen that the spot diameter is sufficiently small.
  • the ray height h and the tangent angle ⁇ (h) are It is designed to be a straight line that satisfies
  • FIG. 24 is a diagram illustrating the relationship between the normalized ray height and the tangent angle on the R2 surface (the exit surface of the optical pickup objective lens) according to the fifth example.
  • the horizontal axis of FIG. 24 indicates the normalized ray height relative to the normalized ray height 1 on the R2 plane (the exit surface of the optical pickup objective lens) indicated by point B in FIG.
  • the axis indicates the tangent angle of the R2 plane.
  • the contact angle ⁇ (i) of R2 increases from the central portion of the optical pickup lens 6 as the normalized light beam height increases, and thereafter gently toward the lens periphery of the optical pickup lens 6. Becomes a curve in which the tangent angle ⁇ (i) decreases.
  • Optical pickup device PU 1 Optical pickup device PU 2 Beam splitter 3 1/4 wavelength plate 4 Coupling lens 5 Aperture 6 Optical pickup objective lens 7 Multilayer disc 8 Photo detector 9 Ring zone

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Abstract

　温度特性改善のための輪帯段差を設けた開口数ＮＡが０．８４以上のプラスチック製光ピックアップ対物レンズにおいて、ディスク厚が変化した場合にも、高次球面収差をできる限り発生させることなく、適切なサイズの光スポットを３個以上の各情報記録面の深さ位置に形成することができる光ピックアップ対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供する。　光ピックアップ対物レンズの接線角θ（ｈ）と近似接線角φと規格化光線高さｈとが以下の条件式を満足する。－１＜接線角θ（ｈ）－（近似接線角φ×規格化光線高さｈ）＜＋１、但し、接線角θ（ｈ）は、光線高さｈの時の接線角（°）、近似接線角φは、接線角θ（ｈ）の各点を線形近似した時のｈ＝１の時の角度（°）の値、規格化光線高さｈは、レンズ有効径の最外周を１に規格化した値である。

Description

光ピックアップ対物レンズ及び光ピックアップ装置
　本発明は、光記録媒体（光ディスク）の情報を記録再生する光情報再生装置に搭載される光ピックアップ装置用の対物レンズに関し、特に、３層以上の複数の情報記録層を有する光ディスクに使用したときでも、波面収差の劣化が小さく、且つ、各情報記録層に適切なサイズの光スポットを形成することができるプラスチック製の光ピックアップ対物レンズの構造、およびこの光ピックアップ対物レンズを搭載した光ピックアップ装置に関する。
　青紫色レーザーを使った記録容量２５ＧＢの高密度光ディスクのブルーレイディスク（Ｂｌｕ－ｒａｙ　ｄｉｓｃ：登録商標）では更なる高容量化のため、情報記録層を２層もつタイプ、いわゆる２層ディスクが製品化されている。
　これは光ディスクのカバー層表面から０．０７５ｍｍと０．１００ｍｍの深さに２層の情報記録層を設けることで、５０ＧＢもの記録容量を達成している。一般的に、Ｂｌｕ－ｒａｙ用の光ピックアップ装置に搭載する光ピックアップ対物レンズは、２層ディスクに対応するため、カバー層の厚みを情報記録層の中間の０．０８７５ｍｍに焦点を結ぶように設計される。
　この光ピックアップ対物レンズを使って、各層を記録再生する場合、カバー層の厚みが設計の厚みと異なる場合には、波面収差が発生してしまう。これを補正するためにコリメータに可動機構を設けて、光ピックアップ対物レンズに入射する光束の物体距離を変えることで波面収差を補償している。
　また、Ｂｌｕ－ｒａｙ用の光ピックアップ対物レンズは開口数ＮＡが０．８５と大きく、材料にプラスチックを使うと周囲温度が変化したときの屈折率変化が大きい為、波面収差が増大してしまう。
　特に、近年ではさらなる記憶容量増大の為、カバーガラス厚みが２層以上ある多層ディスクが開発されている。これはカバー層厚みが０．０５ｍｍから０．１ｍｍと今までよりも２倍広くなっており、ディスク厚変化による波面収差が２層ディスクに比べ、２倍程度大きくなる事が懸念される。
特許４１９３９１４号公報
　一般に、対物レンズを２層ディスクに使用する場合には、３次球面収差をキャンセルする為にカバー層厚み０．０７５ｍｍでは収束光、０．１ｍｍでは発散光が使用されるが、この時、高次球面収差（以下、高次球面収差は√（ＳＡ５２＋ＳＡ７２＋ＳＡ９２＋ＳＡ１１２）を示す）はキャンセルする事が出来ない事が知られている。
　特許文献１の実施例についての波面収差計算結果とスポット径計算結果を図１～３に記載した。
　図１は、従来例１（特許文献１の実施例２）の計算結果を示している。従来例１におけるカバー層表面から０．０７５ｍｍと０．１ｍｍの深さの位置の高次球面収差について計算したところ、０．０７５ｍｍで７．３ｍλｒｍｓ、０．１ｍｍで５．５ｍλｒｍｓとなった。
　これを多層ディスクとして仮定し、設計ディスク厚み０．０８７５ｍｍから０．０２５ｍｍずれた０．０６２５ｍｍと０．１１２５ｍｍで計算してみたところ、０．０６２５ｍｍでは１３．４ｍλｒｍｓ、０．１１２５ｍｍでは１１．８ｍλｒｍｓとなった。平均値は１２．６ｍλｒｍｓであり、高次球面収差が発生している。
　図２は、従来例２（特許文献１の実施例３）の計算結果を示している。従来例２におけるカバー層表面から０．０７５ｍｍと０．１ｍｍの深さの位置の高次球面収差について計算したところ、０．０７５ｍｍで７．６ｍλｒｍｓ、０．１ｍｍで６．９ｍλｒｍｓとなった。
　これを多層ディスクとして仮定し、設計ディスク厚み０．０８７５ｍｍから０．０２５ｍｍずれた０．０６２５ｍｍと０．１１２５ｍｍで計算してみたところ、０．０６２５ｍｍでは１４．４ｍλｒｍｓ、０．１１２５ｍｍでは１３．８ｍλｒｍｓとなった。平均値は１４．１ｍλｒｍｓであり、高次球面収差が発生している。
　このように、複数層あるディスクでは高次球面収差の劣化がおこる。特にプラスチックレンズの場合には温度特性を改善する方法として、例えば特許文献１では輪帯をつける事で温度特性を改善する方法が提案されているが、このような輪帯がついた場合には、カバー層厚みが変化した場合に高次球面収差の発生量が大きくなる。また、屈折率が１．５２以下のレンズでは更に設計が困難になりカバー層厚みが変化した時の高次球面収差発生量が大きくなる。
　本発明の目的は、温度特性改善のための輪帯段差を設けた開口数ＮＡが０．８４以上のプラスチック製の光ピックアップ対物レンズにおいて、ディスク厚が変化した場合にも、高次球面収差をできる限り発生させることなく、適切なサイズの光スポットを各情報記録面の深さ位置に形成することができる光ピックアップ対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することにある。
　図５に本発明にかかわる光ピックアップ対物レンズ６の一例を示す。図５に示すように、本発明にかかわる光ピックアップ対物レンズ６の少なくとも一方の面には、同心の大きさの異なる複数の輪帯９からなる輪帯構造が形成される。そして、各輪帯構造のとなり合う輪帯間には段差が形成されている。この段差により、それぞれの輪帯を透過する光束間に位相差が生じる。
　光ピックアップ対物レンズの設計においては、透過したレーザー光の位相が隣接する輪帯間において波長単位で異なるように設定されている。すなわち、設計と同条件でレーザー光が光ピックアップ対物レンズ６に入射する場合、各輪帯領域９を透過したレーザー光の位相は相互に波長の整数倍だけ異なる。
　したがって、光ピックアップ対物レンズ６から出射したレーザー光には位相差が発生せず光ピックアップ対物レンズ６から出射されるレーザー光の収差は、段差が形成されていない光ピックアップ対物レンズから出射されるレーザー光の収差とほぼ同じとなる。
　一方、周辺温度が変化し、波長が変化したレーザー光が光ピックアップ対物レンズ６に入射する場合、各輪帯領域９を透過したレーザー光の位相の違いは波長の整数倍とならない。したがって、波長が変化した場合には、異なる輪帯領域９を透過したレーザー光に位相差が発生する。そしてこの位相差は、周辺温度が変化したことによって発生する収差を低減するような大きさとなっている。
　さらに、周辺温度が変化した場合の収差を小さくするため、各輪帯９は設計での波面収差と周辺温度が変化した場合のバランスをとるように、異なる面形状に最適化されている。
　一般に、カバー層厚が設計からずれた場合にはコリメータレンズの位置の調整をすることで波面収差を抑える事がおこなわれている。その為、カバー層厚みが設計からずれた場合には光ピックアップ対物レンズ６に入射するレーザー光は発散光や収束光となっている。
　発散する光や収束する光が光ピックアップ対物レンズ６に入射した場合に３次球面収差はキャンセルする事が出来るが、高次球面収差は残ってしまう。
　そこで、このような高次球面収差の発生が起こらないための輪帯９の形状が満たすべき条件を見出した。その詳細な説明を行うために、先ず接線角の定義を説明する。図６は本発明における接線角の説明図である。接線角は図６におけるθであり、光軸に垂直な面がレンズ面の交わる点での接線と、光軸に垂直な面のなす角度である。
　本発明では、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 を満足する面形状を設定することにより、多層ディスク７での各カバー層の厚みにおいても高次球面収差の発生を抑制する。
　但し、規格化光線高さｈは、レンズ有効径の最外周を１に規格化した値であり、接線角θ（ｈ）は、規格化光線高さｈの時の接線角（°）、近似接線角φは、接線角θ（ｈ）の各点を線形近似した時のｈ＝１の時の角度（°）の値であり、詳細は図７に示すとおりである。接線角φ（°）が（１）式を満たさない領域では、ある半径での面形状が大きく異なっている為、発散する光や収束する光が入射した場合に屈折力に差ができ高次球面収差を発生させる。
　図３に従来例２の第２面の接線角をプロットした図を載せた。１式を満たさない場合の設計では、図３のように第２面の接線角は滑らかな曲線とならない。
　同様に、図４に従来例３の第２面の接線角をプロットした図を載せた。１式を満たさない場合の設計では、図４のように第２面の接線角は滑らかな曲線とならない。
　このような第２面の形状をもったレンズでは、カバー層厚みが変化した事による球面収差を補正する為にコリメータの位置を変える事で発散する光や収束する光となった場合に第２面の到着地点が変わり屈折力の異なる形状の位置に当たる事で高次球面収差が発生する。
　逆に（１）式を満たす面形状となっている場合には、各半径での面形状に差がない為に、発散する光や収束する光が光ピックアップ対物レンズ６に入射した場合にも波面のズレによる高次球面収差を発生させることなく収束する。
　さらに接線角θ（ｈ＝１）は下記を満たす事が望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 （２）式を満足することで、近軸のＮＡ（以下、「ＮＡ０」という。）とマージナル光線のＮＡ（以下、「ＮＡＭ」という。）がほぼ一致する。ＮＡ０とＮＡＭが一致すると光線のバラツキが小さくなる為、高次球面収差の小さい、良好な光スポットを得ることができる。
　なお、本発明での光スポットは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 を満足する光スポット径となることを特徴としている。
ここで、
スポット径比＝スポット径計算値／スポット径理論値、
スポット径理論値＝０．８２×λ／ＮＡ０、
で定義している。
　さらに、焦点距離ｆは
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 とすることが望ましい。１．１５＜ｆとすることが好ましい理由は、ワーキングディスタンスを確保することにある。
　さらに、焦点距離ｆが短いということは、光ピックアップ対物レンズ６の第一面と第二面の曲率半径Ｒが小さくなり、結果としてコバ厚が薄くなる。コバ厚が薄くなると、コバが割れるなどの不具合が発生し、光ピックアップ対物レンズ６の取り付けが困難になる。
　また、式（１）、（２）を同時に満たすような光ピックアップ対物レンズ６を設計することにより、カバー層厚みが０．０７５ｍｍや０．１ｍｍと異なる場合でも波面収差とスポット径が悪くならない光ピックアップ対物レンズ６の設計が可能となる
　さらに、多層ディスク７のような、カバー層厚みが０．０５ｍｍから０．１ｍｍと範囲が広く、情報記録面が３層以上の複数層形成されるディスク７においても波面収差とスポット径を劣化させることなく使用可能である。
　本発明の光ピックアップ対物レンズは、複数の情報記録面をもつ光情報記録媒体に情報の記録及び再生を行う光ピックアップ装置に搭載される開口数０．８４以上のプラスチック製の光ピックアップ対物レンズであって、当該光ピックアップ対物レンズは少なくとも一面が輪帯形状となっており、前記光ピックアップ対物レンズに、波長が３８０ｎｍ～４３０ｎｍの青紫色レーザー光が入射して、接線角θ（ｈ）と近似接線角φと規格化光線高さｈとが以下の条件式を満足することを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　但し、接線角θ（ｈ）は、光線高さｈの時の接線角（°）、近似接線角φは、接線角θ（ｈ）の各点を線形近似した時のｈ＝１の時の角度（°）の値、規格化光線高さｈは、レンズ有効径の最外周を１に規格化した値である。
本発明の光ピックアップ対物レンズは、更に、屈折率ｎと接線角θ（ｈ＝１）が、以下の式を満足することを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　本発明の光ピックアップ対物レンズは、更に、スポット径比が、以下の式を満足することを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 　但し、スポット径比＝スポット径計算値／スポット径理論値、（スポット径理論値＝０．８２×λ／ＮＡ０）、ＮＡ０は近軸での開口数であり、λは入射する光の波長である。
　本発明の光ピックアップ対物レンズは、更に、焦点距離ｆ（ｍｍ）が、以下の式を満足することを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　また、本発明の光ピックアップ対物レンズは、３層以上の複数の情報記録面をもつ光情報記録媒体に情報の記録及び再生を行う光ピックアップ装置に搭載される開口数０．８４以上のプラスチック製の光ピックアップ対物レンズであって、当該光ピックアップ対物レンズは少なくとも一面が輪帯形状となっており、前記光ピックアップ対物レンズに、波長が３８０ｎｍ～４３０ｎｍの青紫色レーザー光が入射して、接線角θ（ｈ）と近似接線角φと規格化光線高さｈとが以下の条件式を満足することを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 　但し、規格化光線高さｈは、レンズ有効径の最外周を１に規格化した値であり、接線角θ（ｈ）は、規格化光線高さｈの時の接線角（°）、近似接線角φは、接線角θ（ｈ）の各点を線形近似した時のｈ＝１の時の角度（°）の値である。
　本発明の光ピックアップ装置は、上記の光ピックアップ対物レンズを搭載していることを特徴とする。
　また、本発明の光ピックアップ装置は、カバー層厚みが３層以上であり、３個以上の複数の情報記録面を備えた情報記録媒体を記録再生することができる光ピックアップ装置であって、上記の光ピックアップ対物レンズを搭載していることを特徴とする。
　本発明によれば、光ピックアップ対物レンズの波面収差、光スポットをともに向上することが出来る。
図１は、従来例１（特許文献１の実施例２）にかかる計算結果である。 図２は、従来例２（特許文献１の実施例３）にかかる計算結果である。 図３は、従来例１にかかる相対瞳座標と接線角の表と、Ｒ１面相対瞳座標と接線角のグラフとＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。 図４は、従来例２にかかる相対瞳座標と接線角の表と、Ｒ１面相対瞳座標と接線角のグラフとＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。 図５は、本実施の形態にかかる光ピックアップ対物レンズの形状図である。 図６は、本実施の形態にかかる、光ピックアップ対物レンズの接線角を説明した図である。 図７は、本実施の形態にかかる、光ピックアップ対物レンズの記号の定義を説明した図である。 図８は、光ピックアップ対物レンズのＲ１面の規格化光線高さとＲ２面の規格化光線高さを説明した図である。 図９は、本実施形態にかかる光ピックアップ光学系１の一例を示す図である 図１０は、本発明の実施例１にかかる対物レンズの非球面係数、曲率などを示す表である。 図１１は、本発明の実施例１にかかる結果である。 図１２は、本発明の実施例１にかかる相対瞳座標と接線角の表と、Ｒ１面相対瞳座標と接線角のグラフとＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。 図１３は、本発明の実施例２にかかる対物レンズの非球面係数、曲率などを示す表である。 図１４は、本発明の実施例２にかかる結果である。 図１５は、本発明の実施例２にかかる相対瞳座標と接線角の表と、Ｒ１面相対瞳座標と接線角のグラフとＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。 図１６は、本発明の実施例３にかかる対物レンズの非球面係数、曲率などを示す表である。 図１７は、本発明の実施例３にかかる結果である。 図１８は、本発明の実施例３にかかる相対瞳座標と接線角の表と、Ｒ１面相対瞳座標と接線角のグラフとＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。 図１９は、本発明の実施例４にかかる対物レンズの非球面係数、曲率などを示す表である。 図２０は、本発明の実施例４にかかる結果である。 図２１は、本発明の実施例４にかかる相対瞳座標と接線角の表と、Ｒ１面相対瞳座標と接線角のグラフとＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。 図２２は、本発明の実施例５にかかる対物レンズの非球面係数、曲率などを示す表である。 図２３は、本発明の実施例５にかかる結果である。 図２４は、本発明の実施例５にかかる相対瞳座標と接線角の表と、Ｒ１面相対瞳座標と接線角のグラフとＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。
　次に、本発明の実施の形態にかかわる光ピックアップ装置について説明する。図８は、ブルーレイディスク（ＢＤ）７に対して適切に情報の記録、再生をおこなえる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。
　光ピックアップ装置ＰＵ１は、ＢＤ７に対して情報の記録再生を行う場合に使用され３８０ｎｍ以上のレーザー光束を発光する。レーザー光の光路上にビームスプリッタ２が設けられている。ビームスプリッタ２及び１／４波長板３を透過することにより、円偏光に変換される。
　１／４波長板３から出射されたレーザー光の光路上にカップリングレンズ４が設けられている。カップリングレンズ４は、プラスチック素材またはガラス素材から形成され、カップリングレンズ４がアクチュエータにより光軸方向を動く事で適切な角度をもった光に広げられる。適切な角度とは一般的にディスク７に到達した時の波面収差が一番小さくなるように設定された角度である。
　このようにして、カップリングレンズ４を通過した光は、絞り５を通過した後、輪帯構造９をもった光ピックアップ対物レンズ６に入射される。この時、本発明によれば、多層ディスク７でのカバー層厚みが変化した場合にも高次球面収差を発生させないよう設計されている。
　このように、適切なスポットを持った開口数ＮＡ０．８５の光とした後、光ディスク７の情報記録面に入射することになる。
　光ディスク７の情報記録面で反射されたレーザー光は、光ピックアップ対物レンズ６を介して光検出器８に入射し、検出される。光検出器８は、当該レーザー光を検出し、光電変換して出力信号を出力する。そして、光検出器８の出力信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号、再生信号などを生成する。また、当該フォーカスエラー信号、トラックエラー信号、再生信号などを用いて、光ディスク７の記録及び／又は再生を行う。
　次に、本発明にかかる実施例１について説明する。図１０に示す表に、実施例１にかかる光ピックアップ装置ＰＵ１の光ピックアップ対物レンズ６の屈折率、中心厚、輪帯９の幅、輪帯９の段差量、非球面係数、曲率を示す。図１０に示す係数は後述する数式（５）の係数として用いられる。したがって、実施例１にかかる光ピックアップ対物レンズ６の面形状は図１０に示す係数を用いた数式（５）で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 　但し、Ｚｊは非球面形状、ｈは光軸からの光線の高さ、Ｃは曲率、Ｋはコーニック係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６はそれぞれ、４次から１６次までの非球面係数である。なお、Ｃ＝１／Ｒ（Ｒは曲率半径）である。
　図１１に本発明の実施例１の結果を示す。屈折率は１．５０と低い場合の例となっている。実施例１はカバー層厚み０．０７５ｍｍでの高次球面収差は６．５ｍλｒｍｓ、カバー層厚み０．１ｍｍでの高次球面収差は６．７ｍλｒｍｓとなっており、高次球面収差は十分小さくなっている。
　また、カバー層厚み０．０７５ｍｍでのスポット径は０．３９３μｍ、カバー層厚み０．０８７５ｍｍでのスポット径は０．３９４μｍ、０．１ｍｍでのスポット径は０．３９５μｍとなっている。スポット径の理論値は０．３９１μｍであるので、スポット径も十分小さくなっていることが分かる。
　本発明の実施例１では、光ディスク７の情報記録面を、カバー層厚み０．０７５ｍｍ、０．０８７５ｍｍ、０．１ｍｍの位置に設けられた３層のブルーレイ光ディスクにおいても、各情報記録面に、高次球面収差は十分小さく、また、スポット径も十分小さく、良好に、ブルーレイのレーザー光を収束することができる。
　また、光ディスク７の情報記録面を、カバー層厚み０．０７５ｍｍ、０．１ｍｍの位置に設けられた２層のブルーレイ光ディスクに適用し、中間の０．０８７５ｍｍの位置に焦点を合わせる場合にも、焦点の位置が変動しても、各情報記録面において、波面収差は十分小さく、また、スポット径も十分小さく、良好に、ブルーレイのレーザー光を収束することができる。
　このような設計では、図１１に示す通り、光線高さｈと接線角θ（ｈ）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 を満たすような直線となるよう設計されている。
　さらに、この時の有効径での接線角θ（ｈ＝１）は７３．６８７度（°）であり、屈折率ｎは１．５０なので、屈折率ｎ＊接線角θ（ｈ＝１）は１１０．５３０５となり、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 を満足する光ピックアップ対物レンズとなっている。
　図１２は、実施例１にかかるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。図１２の横軸は、図８のＢ点で示されるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さ１に対する相対的な規格化光線高さを示し、図１２の縦軸はＲ２面の接線角を示している。
　実施例１においては、Ｒ２の接線角θ（ｉ）は、光ピックアップレンズ６の中央部から、規格化光線高さが増加するにつれて増加し、その後、光ピックアップレンズ６のレンズ周辺に向かってなだらかに接線角θ（ｉ）が減少していく曲線となる。
　次に、本発明にかかる実施例２について説明する。図１３に示す表に、実施例２にかかる光ピックアップ装置ＰＵ１の光ピックアップ対物レンズ６の屈折率、中心厚、輪帯９の幅、輪帯９の段差量、非球面係数、曲率を示す。図１３に示す係数は上述の数式（５）の係数として用いられる。したがって、実施例２にかかる光ピックアップ対物レンズ６の面形状は図１３に示す係数を用いた数式（５）で表現される。
　図１４に実施例２の結果を示す。実施例２はカバー層厚み０．０７５ｍｍでの高次球面収差は５．１ｍλｒｍｓ、０．１ｍｍでの高次球面収差は４．４ｍλｒｍｓとなっており、高次球面収差は十分小さくなっている。
　また、カバー層厚み０．０７５ｍｍでのスポット径は０．３９３μｍ、０．１ｍｍでのスポット径は０．３９５μｍとなっている。スポット径の理論値は０．３９１μｍであるので、スポット径も十分小さくなっていることが分かる。
　本発明の実施例２では、光ディスク７の情報記録面を、カバー層厚み０．０７５ｍｍ、０．０８７５ｍｍ、０．１ｍｍの位置に設けられた３層のブルーレイ光ディスクにおいても、各情報記録面に、高次球面収差は十分小さく、また、スポット径も十分小さく、良好に、ブルーレイのレーザー光を収束することができる。
　また、光ディスク７の情報記録面を、カバー層厚み０．０７５ｍｍ、０．１ｍｍの位置に設けられた２層のブルーレイ光ディスクに適用し、中間の０．０８７５ｍｍの位置に焦点を合わせる場合にも、焦点の位置が変動しても、各情報記録面において、高次球面収差は十分小さく、また、スポット径も十分小さく、良好に、ブルーレイのレーザー光を収束することができる。
　本実施例でも図１５に示す通り、光線高さｈと接線角θ（ｈ）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 を満たすような直線となるように設計されている。
　さらに、この時の有効径での接線角θ（ｈ＝１）は７２．７４４度であり、屈折率ｎは１．５２なので、接線角×屈折率は１１０．５７１となり、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 を満足するレンズとなっている。
　図１５は、実施例２にかかるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。図１５の横軸は、図８のＢ点で示されるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さ１に対する相対的な規格化光線高さを示し、図１５の縦軸はＲ２面の接線角を示している。
　実施例２においても、Ｒ２の接線角θ（ｉ）は、光ピックアップレンズ６の中央部から、規格化光線高さが増加するにつれて増加し、その後、光ピックアップレンズ６のレンズ周辺に向かってなだらかに接線角θ（ｉ）が減少していく曲線となる。
　次に、本発明にかかる実施例３について説明する。本実施例は多層ディスクに使用されるものであり、カバー層厚みは０．０５ｍｍから０．１ｍｍの範囲である。本実施例ではカバー層厚み０．０５ｍｍから０．１ｍｍの中間カバー層厚みである０．０７５ｍｍで設計されている。
　図１６に示す表に、実施例３にかかる光ピックアップ装置ＰＵ１の光ピックアップ対物レンズ６の屈折率、中心厚、輪帯９の幅、輪帯９の段差量、非球面係数、曲率を示す。図１６に示す係数は後述する数式（５）の係数として用いられる。したがって、実施例３にかかる光ピックアップ対物レンズ６の面形状は図１６に示す係数を用いた数式（５）で表現される。
　図１７に実施例３の結果を示す。実施例３では、カバー層厚み０．０５ｍｍでの高次球面収差は１２．６ｍλｒｍｓ、０．０６２５ｍｍでの波面収差高次球面収差は５．６ｍλｒｍｓ、０．０７５ｍｍでの高次球面収差は０．０ｍλｒｍｓ、０．０８７５ｍｍでの高次球面収差は４．８ｍλｒｍｓ、０．１ｍｍでの高次球面収差は９．３ｍλｒｍｓとなっており、高次球面収差は十分小さくなっている。
　カバー層厚み０．０５ｍｍでのスポット径は０．３９３μｍ、０．０６２５ｍｍでのスポット径は０．３９４μｍ、０．０７５ｍｍでのスポット径は０．３９４μｍ、０．０８７５ｍｍでのスポット径は０．３９６μｍ、０．１ｍｍでのスポット径は０．３９６μｍとなっている。スポット径の理論値は０．３９１μｍであるので、スポット径も十分小さくなっていることが分かる。
　本発明の実施例３では、光ディスク７の情報記録面を、カバー層厚み０．０５ｍｍ、０．０６２５ｍｍ、０．０７５ｍｍ、０．０８７５ｍｍ、０．１ｍｍの位置に設けられた５層のブルーレイ光ディスクにおいても、各情報記録面に、高次球面収差は十分小さく、また、スポット径も十分小さく、良好に、ブルーレイのレーザー光を収束することができる。
　また、光ディスク７の情報記録面を、カバー層厚み０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍ、０．１ｍｍの位置に設けられた３層のブルーレイ光ディスクに適用し、中間の０．０６２５ｍｍと０．０８７５ｍｍの位置に焦点を合わせる場合にも、焦点の位置が変動しても、各情報記録面において、高次球面収差は十分小さく、また、スポット径も十分小さく、良好に、ブルーレイのレーザー光を収束することができる。
　本実施例でも図１８に示す通り、光線高さｈと接線角θ（ｈ）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 を満たすような直線となるよう設計されている。
　さらに、この時の有効径での接線角θ（ｈ＝１）は７２．６６８度であり、屈折率ｎは１．５２なので、接線角×屈折率は１１０．４５５となり
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 を満足するレンズとなっている。
　図１８は、実施例３にかかるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。図１８の横軸は、図８のＢ点で示されるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さ１に対する相対的な規格化光線高さを示し、図１８の縦軸はＲ２面の接線角を示している。
　実施例３においても、Ｒ２の接線角θ（ｉ）は、光ピックアップレンズ６の中央部から、規格化光線高さが増加するにつれて増加し、その後、光ピックアップレンズ６のレンズ周辺に向かってなだらか接線角θ（ｉ）が減少していく曲線となる。
　次に、本発明にかかる実施例４について説明する。図１９に示す表に、実施例４にかかる光ピックアップ装置ＰＵ１の光ピックアップ対物レンズ６の屈折率、中心厚、輪帯９の幅、輪帯９の段差量、非球面係数、曲率を示す。図１９に示す係数は上述の数式（５）の係数として用いられる。したがって、実施例４にかかる光ピックアップ対物レンズ６の面形状は図１９に示す係数を用いた数式（５）で表現される。
　図２０に実施例４の結果を示す。実施例４は従来例１と同じ有効径、焦点距離ｆ、ＮＡ、屈折率となっており、実施例４と等価の設計となっている。実施例４はカバー層厚み０．０７５ｍｍでの高次球面収差は３．６ｍλｒｍｓ、０．１ｍｍでの高次球面収差は３．２ｍλｒｍｓとなっており、更に多層用と仮定して設計カバー層０．０８７５から０．０２５ｍｍずれた０．０６２５ｍｍと０．１１２５ｍｍを計算してみると、０．０６２５ｍｍは８．２ｍλｒｍｓ、０．１１２５ｍｍは６．３ｍλｒｍｓとなっており、平均値は７．２５ｍλｒｍｓである。前記平均値を従来例１と比べると５．３５ｍλｒｍｓ小さくなっていることが分かる。
　カバー層厚み０．０６２５ｍｍでのスポット径は０．３９１μｍ、０．０７５ｍｍでのスポット径は０．３９１μｍ、０．１ｍｍでのスポット径は０．３９３μｍ、０．１１２５ｍｍでのスポット径は０．３９４μｍ、となっている。スポット径の理論値は０．３９１μｍであるので、スポット径も十分小さくなっていることが分かる。
　本実施例でも図２１に示す通り、光線高さｈと接線角θ（ｈ）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
 を満たすような直線となるよう設計されている。
　さらに、この時の有効径での接線角θ（ｈ＝１）は７０．８５５度であり、屈折率は１．５６なので、接線角×屈折率は１０９．５３４となり
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
 を満足するレンズとなっている。
　図２１は、実施例４にかかるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。図２１の横軸は、図８のＢ点で示されるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さ１に対する相対的な規格化光線高さを示し、図２１の縦軸はＲ２面の接線角を示している。
　実施例４においても、Ｒ２の接線角θ（ｉ）は、光ピックアップレンズ６の中央部から、規格化光線高さが増加するにつれて増加し、その後、光ピックアップレンズ６のレンズ周辺に向かってなだらかに接線角θ（ｉ）が減少していく曲線となる。
　次に、本発明にかかる実施例５について説明する。図２２に示す表に、実施例５にかかる光ピックアップ装置ＰＵ１の光ピックアップ対物レンズ６の屈折率、中心厚、輪帯９の幅、輪帯９の段差量、非球面係数、曲率を示す。図２２に示す係数は上述の数式（５）の係数として用いられる。したがって、実施例４にかかる光ピックアップ対物レンズ６の面形状は図２２に示す係数を用いた数式（５）で表現される。
　図２３に実施例５の結果を示す。実施例５は従来例２と同じ有効径、焦点距離ｆ、ＮＡ、屈折率となっており、実施例４と等価の設計となっている。
　実施例５はカバー層厚み０．０７５ｍｍでの高次球面収差は４．９ｍλｒｍｓ、０．１ｍｍでの高次球面収差は５．５ｍλｒｍｓとなっており、更に多層用と仮定して設計カバー層０．０８７５から０．０２５ｍｍずれた０．０６２５ｍｍと０．１１２５ｍｍを計算してみると、０．０６２５ｍｍは９．１ｍλｒｍｓ、０．１１２５ｍｍは１１．７ｍλｒｍｓとなっており、平均値は１０．４ｍλｒｍｓである。
　前記平均値を従来例２と比べると３．７ｍλｒｍｓ小さくなっていることが分かる。カバー層厚み０．０６２５ｍｍでのスポット径は０．３９１μｍ、０．０７５ｍｍでのスポット径は０．３９２μｍ、０．１ｍｍでのスポット径は０．３９２μｍ、０．１１２５ｍｍでのスポット径は０．３９３μｍ、となっている。スポット径の理論値は０．３９１μｍであるので、スポット径も十分小さくなっていることが分かる。
　本実施例でも図２４に示す通り、光線高さｈと接線角θ（ｈ）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 を満たすような直線となるよう設計されている。
　さらに、この時の有効径での接線角θ（ｈ＝１）は７０．９８４度であり、屈折率は１．５６なので、接線角×屈折率は１１０．７３５となり
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
 を満足するレンズとなっている。
　図２４は、実施例５にかかるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さと接線角の関係を表した図である。図２４の横軸は、図８のＢ点で示されるＲ２面（光ピックアップ対物レンズの出射面）側の規格化光線高さ１に対する相対的な規格化光線高さを示し、図２４の縦軸はＲ２面の接線角を示している。
　実施例５においても、Ｒ２の接戦角θ（ｉ）は、光ピックアップレンズ６の中央部から、規格化光線高さが増加するにつれて増加し、その後、光ピックアップレンズ６のレンズ周辺に向かってなだらかに接線角θ（ｉ）が減少していく曲線となる。
　１　光ピックアップ装置ＰＵ
　２　ビームスプリッタ
　３　１／４波長板
　４　カップリングレンズ
　５　絞り
　６　光ピックアップ対物レンズ
　７　多層ディスク
　８　光検出器
　９　輪帯

Claims (7)

  1. 　複数の情報記録面をもつ光情報記録媒体に情報の記録及び再生を行う光ピックアップ装置に搭載される開口数０．８４以上のプラスチック製の光ピックアップ対物レンズであって、当該光ピックアップ対物レンズは少なくとも一面が輪帯形状となっており、前記光ピックアップ対物レンズに、波長が３８０ｎｍ～４３０ｎｍの青紫色レーザー光が入射して、接線角θ（ｈ）と近似接線角φと規格化光線高さｈとが以下の条件式を満足することを特徴とする光ピックアップ対物レンズ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　但し、接線角θ（ｈ）は、光線高さｈの時の接線角（°）、近似接線角φは、接線角θ（ｈ）の各点を線形近似した時のｈ＝１の時の角度（°）の値、規格化光線高さｈは、レンズ有効径の最外周を１に規格化した値である。
  2. 　屈折率ｎと接線角θ（ｈ＝１）が、以下の式を満足することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ対物レンズ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  3. 　スポット径比が、以下の式を満足することを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ対物レンズ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     　但し、スポット径比＝スポット径計算値／スポット径理論値、（スポット径理論値＝０．８２×λ／ＮＡ０）、ＮＡ０は近軸での開口数であり、λは入射する光の波長である。
  4. 　焦点距離ｆ（ｍｍ）が、以下の式を満足することを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ対物レンズ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  5. 　３層以上の複数の情報記録面をもつ光情報記録媒体に情報の記録及び再生を行う光ピックアップ装置に搭載される開口数０．８４以上のプラスチック製の光ピックアップ対物レンズであって、当該光ピックアップ対物レンズは少なくとも一面が輪帯形状となっており、前記光ピックアップ対物レンズに、波長が３８０ｎｍ～４３０ｎｍの青紫色レーザー光が入射して、接線角θ（ｈ）と近似接線角φと規格化光線高さｈとが以下の条件式を満足することを特徴とする光ピックアップ対物レンズ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
     　但し、接線角θ（ｈ）は、光線高さｈの時の接線角（°）、近似接線角φは、接線角θ（ｈ）の各点を線形近似した時のｈ＝１の時の角度（°）の値、規格化光線高さｈは、レンズ有効径の最外周を１に規格化した値である。
  6. 　請求項１ないし５のいずれかの請求項に記載の光ピックアップ対物レンズを搭載していることを特徴とする光ピックアップ装置。
  7. 　カバー層厚みが３層以上であり、３個以上の複数の情報記録面を備えた情報記録媒体を記録再生することができる光ピックアップ装置であって、請求項１ないし５のいずれかの請求項に記載の光ピックアップ対物レンズを搭載していることを特徴とする光ピックアップ装置。
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