WO2003001270A1

WO2003001270A1 - Objectif pour tete de lecture optique et tete de lecture utilisant cet objectif

Info

Publication number: WO2003001270A1
Application number: PCT/JP2002/006246
Authority: WO
Inventors: Satoshi Hineno
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2003-01-03
Also published as: KR20030023751A; CN1606709A; CN100489590C; JPWO2003001270A1; TW578005B; US6795254B2; US20040001261A1; JP4273966B2

Description

明細書光ピックァヅプ用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技術分野本発明は、ディスク状光記録媒体、即ち光ディスクの信号記録面に光ビームであるレーザ光を集光して照射するために用いられる光ビックアップ用対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアツブに関し、更には光ディスク装置に関する。背景技術情報の記録媒体として、記録媒体に対し記録再生用のへッドを接触させることなく情報の記録再生を可能となし、しかも、記録密度の向上を図った記録媒体として光ディスクが用いられている。この種の光ディスクに記録された情報は、光ディスクに記録再生用のへッドとしての光ピックアップから出射されるレーザ光を光ディスクの信号記録層に照射し、この信号記録層から反射されたレーザ光を光ピックアップに設けた光検出器によって検出することによって読み出しが行われ再生される。

情報の記録再生を可能とした光ディスクとして、例えばレーザ光の照射によつて結晶化の状態と非結晶の状態を繰り返す相変化型の記録層を用いたものがある < この種の光ディスクへの情報の記録は、記録すべき情報信号に応じて変調されたレーザ光を信号記録層に照射することによって行われる。

情報の記録再生を可能とした相変化型の記録層を用いた光ディスクとして、 D V D (Digital Video D i sk又は Digi tal Versati le Di sk)がある。 D V Dは、広く用いられている光ディスクである C D ( Compact Di sk )に対し、記録密度が極めて向上されている。 C Dは、記録トラックのトラックピッチを 1 . 6〃mとするのに対し、 D V Dは、記録トラックのトラックピッチを 0 . 7 4〃mとして、高記録密度化を実現している。

高記録密度の情報の書き込みを可能とした光ディスクに対しレーザ光を照射して情報を記録するためには、光デイスの信号記録層上に更に小さいビ一ムスポットを形成する必要がある。レーザ光のスポット径は、レーザ光の設計波長に比例し、レーザ光を集光する対物レンズの開口数（N A ) に反比例するため、光ディスクの高記録密度化を図るためには、対物レンズの高開口数化とレーザ光の短波長化が必要となる。

光ディスクの記録密度の更なる向上を図るため、情報の記録再生に用いるレーザ光の波長を 4 0 5 n mとし、対物レンズの開口数（ N A ) を超解像を使わない場合では 0 . 8 5とし、超解像を用いた場合には、所謂 Sol id Immers ion Lens (以下、「 S I L」と略記）では 1 . 5程度とする光ピックアップが提案されている

光ディスクの高記録密度化を実現するため、対物レンズの高開口数化を図る手法として、従来、 S I Lに代表される 2枚組み構造の対物レンズが提案されている。 S I Lは、 1以上の開口数（N A ) を有する対物レンズで光の滲み出しを利用したものであり、対物レンズの先端からレーザ光の集光点である光ディスクの信号記録層に至るまでの距離である作動距離、即ち、ワーキングディスタンス (以下、「W D」と略記）が数十 n mである。

S I Lを採用することなく閧口数（N A ) を大きくするようにした対物レンズとして、特開平 1 0— 1 0 4 5 0 7号公報に記載されるものや図 1に示すように構成されたものが提案されている。上記公報及び図 1に示す対物レンズは、 S I Lと同様な 2枚組み構造のレンズ構成が採用されている。その理由としては、 2 枚のレンズにパワーを分散させることにより、各面での屈折力の負担を低減させることを目的としたものであり、各面の曲率をそれそれ緩くすることができ、非球面係数も小さくできるため、レンズ加工上有利であるためである。

ところで、図 1に示す対物レンズ 2 0 0は、第 1のレンズ 2 0 1 と第 2のレンズ 2 0 2を光軸 P方向に配列し、各レンズ 2 0 1， 2 0 2に屈折力を分散させることから、主点が対物レンズ 2 0 0の内側に入り込み、光ディスク 1 0 5の信号記録面 2 1 0 aに至るまでの W Dが短くなつてしまう。なお、図 1に示す対物レンズ 2 0 0の W Dは、 0 . 1 5 m mである。

図 1に示すように構成された対物レンズ 2 0 0は、閧口数（N A ) を大きくすることができるが、 W Dが小さいため、光ピックアップに組み込み、光ディスクの記録再生を行うとき、対物レンズと光ディスクとが衝突してしまう。即ち、回転操作される光ディスクの面振れや、光ディスクに集光されるレーザ光のフォーカス制御を行うときの対物レンズの光軸方向の変位等によって、対物レンズと光ディスクとの衝突を避けることができない。

図 1に示す対物レンズは、対物レンズから出射直後のレーザ光のビーム径が非常に小さくなるため、対物レンズのレーザ光の出射面や光ディスクのレーザ光の入射面に小さな塵埃等が付着しても、十分な光量をもって正確に信号記録層にレ —ザ光を集光させることができなくなってしまう。

2枚のレンズを組み合わせた対物レンズは、先玉と後玉間の距離を高精度に維持し、偏心や傾き等を発生させることなく組み立てることが要求され、製造大組み立てが極めて困難である。図 1に示す対物レンズ 2 0 0にあっては、第 1のレンズ 2 0 1 と第 2のレンズ 2 0 2との間の距離誤差を 5 m以下の範囲に抑え、互いのレンズ 2 0 1 ， 2 0 2間の傾きを 1 m r a d以下に抑えることが要求される。

このような 2枚組み合わせ型の対物レンズが有する問題点を対決するため、光ピヅクァヅブ用の対物レンズとして、 W Dを大きくでき、複数のレンズの組み合わせを行うことを必要としない単玉構成の対物レンズが求められている。

従来提案され、あるいは用いられている単玉構成の対レンズは、開口数（N A ) を大きくすると、レーザ光の入射側の面である第 1面の深さ（ s a g量）が基本曲率に対して大きくなつてしまうため、成形用金型を用いた加工が困難となつてしまっている。発明の鬨示本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されるものであって、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって高記録密度化された光記録媒体に対し情報を記録し、光記録媒体に記録された情報の再生に用いられる光学ピックアツプに用いて有用な新規な対物レンズを提供することを目的とするものであり、更に具体的には、回折限界までレーザ光を集光することができる光ピックアツブ用対物レンズを提供することを目的とする。

更に、本発明は、回折限界までレーザ光を集光することができる対物レンズを用いた光学ピックァヅブ、この光学ピックアツプを用いた光ディスク装置を提供をすることを目的とする。

更に、本発明は、成形用金型を用いた加工を可能とし、容易に製造することができる光ビックアップ用対物レンズを提供すること目的とする。

上述のような目的を達成するために提案される本発明は、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の開口数（NA) を有する光ビックアップ用対物レンズであり、第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Z iが、光軸からの高さを hとして以下の式によって示され、

A ⁴ +B ⁶ +D ^W + E ¹² + Rh¹⁴ +G_th¹⁶ + / ⁸ + J_ih²⁰

(但し、 iは非球面の光源側からの面番号であり、 rは非球面の曲率半径を示し、 kは円錐係数で k< 0であり、 A〜 Jは非球面係数である。）

且つ、以下の条件を満足ししたものである。

( r ,/r ₂) ≤ (2 N²_N— 4) / {N ( 2 N+ 1 ) }

(但し、 r！は第 1面の曲率半径であり、 r ₂は第 2面の曲率半径であり、 Nは硝材の屈折率である。）

更に、本発明に係る光ビックアップ用対物レンズは、更に、以下の条件を満足する。 r i< f · N A

(但し、 r ,は第 1面の曲率半径であり、 f は焦点距離であり、 N Aは開口数である。）

また、本発明は、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の閧口数 (NA) を有する光ピックアップ用対物レンズであり、第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Z iが、光軸からの高さをとして以下の式によって示され、

r;—^lh

z_; = +

' 1+ -(1+ ² A_:h⁴ +B_;h⁶ +C_;h' +E_;h¹² +F ¹⁴ +G_;h¹⁶ +H + J_;h²⁰

(但し、 iは非球面の光源側からの面番号であり、 rは非球面の曲率半径を示し、 kは円錐係数で k < 0であり、 A~ Jは非球面係数である。）

且つ、以下の条件を満足するものである。

r i< f · N A

(但し、 r ,は第 1面の曲率半径であり、 f は焦点距離であり、 N Aは鬨口数である。）

本発明に係る光ビックアップ用対物レンズは、屈折率が 1 . 7以上の硝材によつて形成される。

本発明は、レーザ光を出射する光源と、ビームスプリッタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ピヅクァヅブであり、この光ピックァヅブの対物レンズとして、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の開口数（NA) を有し、第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Z iが光軸からの高さを hとして以下の式によって示され、

r~^lh'

Z.. = +

-21-1

l + l-il + k^h

20

A +B;h⁶ +D,.h¹⁰ +E_;hⁿ + F_:h^¼ +G, ⁶ +H;h + J_;h

且つ、以下の条件を満足してなるものを用いる。

( r ι/r ₂) ≤ (2 N² - N - 4) / {N ( 2 N+ 1 ) }

(但し、 r iは第 1面の曲率半径であり、 r ₂は第 2面の曲率半径であり、 Nは硝材の屈折率である。）

ここで、対物レンズは、更に、以下の条件を満足する。

r i< f · N A

(但し、 r iは第 1面の曲率半径であり、 f は焦点距離であり、 N Aは開口数である。）

また、本発明は、レーザ光を出射する光源と、ビームスブリツ夕と、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ピックアップであり、この光ピックアップの対物レンズとして、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の開口数（NA) を有し、第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Z iが光軸からの高さを hとして以下の式によって示され、 -\ i.2

r_; ^→h

z_: = +

' - (i ) -²h

20

A_;h⁴ +B_;h⁶ +C_;h^s +D,h¹⁰ +E;h¹² +Rh^M +G,h¹⁶ +H_;h + J,h

且つ、以下の条件を満足するものを用いる。

r i< f · N A

本発明は、ディスク状光記録媒体を回転駆動する回転駆動機構と、上記回転駆動機構によって回転操作されるディスク状光記録媒体の半径方向に移動操作され、光源から出射されるレーザ光によって上記ディスク状光記録媒体の信号記録領域を走査して情報の記録又は再生を光ピックアツブを備えた光ディスク装置であり、この装置の光ビックァヅブとして上述した光ピックアツプのいずれかを用いる。本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。図面の簡単な説明図 1は、従来の対物レンズのレンズ構成を示す縦断面図である。

図 2は、本発明が適用される光ディスク装置の外観を概略的に示す斜視図であり、図 3は、光ディスク装置の内部構成を示す分解斜視図である。

図 4は、本発明に係る光学ピックアツブを示す側面図である。

図 5は、本発明に係る対物レンズを示す縦断面図である。

図 6は、球面収差と硝材の屈折率との関係を示すグラフである。

図 Ίは、対物レンズの第 1面及び第 2面の曲率半径と硝材の屈折率との関係を示すグラフである。図 8は、対物レンズの第 1面と第 2面との曲率半径の比率と硝材の屈折率との関係を示すグラフである。

図 9は、対物レンズの光学有効径外の面の形状の一例を概略的に示す拡大断面図である。

図 1 0 Aは本発明の実施例 1 における対物レンズの球面収差を示し、図 1 0 B は非点収差を示し、図 1 0 Cは歪曲収差を示す図である。

図 1 1 Aは本発明の実施例 2における対物レンズの球面収差を示し、図 1 1 B は非点収差を示し、図 1 1 Cは歪曲収差を示す図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズ、この対物レンズを用いた光ピックアツプ及び光ディスク装置を図面を参照して説明する。

以下に示す本発明の実施の形態は、本発明をディスク状の光記録媒体である C D (Compact D isc) に設けられる記録トラックのトラックピッチよりも狭い 0 . 6 m程度のトラックピッチを有するディスク状の光記録媒体、例えば、 D V D (D igi tal Video D isc/D igi tal Versati le Di sc) 等、記録トラックのトラックピツチを狭くすることによって情報の記録密度を高めた規格のディスク状の光記録媒体に対して、情報の記録を行い、この記録媒体に記録された情報の再生を行う光ディスク装置に適用したものである。

まず、本発明に係る対物レンズを用いた光学ビックアツプを用いる光ディスク装置を説明する。

本発明が適用される光ディスク装置 1は、回転数を高くして記録された記録信号の読み込み及び情報信号の書き込みが高速化されたものであり、トラックピッチが非常に細かくされて記録容量が高められた、例えば、 D V D (Digi tal Vide o/Versat i le Disc) 等の光記録媒体として用いるものであって、パーソナルコンビュー夕等の情報処理装置の外部記憶装置として用いられる。

ディスクドライブ装置 1は、図 2及び図 3に示すように、各種機構が配置されたメカフレーム 2を有し、メカフレーム 2の上方、左右及び前後が、ネジ止め等の適宜な手段によって取り付けられたカバー体 3及び前面パネル 4によって覆われている。

カバ一体 3は、天板部 3 aと該天板部 3 aの両側縁からそれそれ垂設された側面部 3 b， 3 bと図示しない後面部とがー体に形成されている。前面パネル 4には、横長の開口 4 aが形成され、該閧ロ 4 aを閧閉する扉体 5が、その上端部を支点として前面パネル 4に回動自在に支持されている。前面パネル 4には、各種操作を行う複数の操作ポタン 6が配設されている。

メカフレーム 2は各種機構が配置される機構配置面部 7 aと、機構配置面部 7 aの両側縁から立設された側部 7 b， 7 bとを有し、機構配置面部 7 aの前端部にカム板や各種ギアを有するローディング機構 8が配置されている。

メカフレーム 2には、図 3に示すように、ディスクトレイ · 9が図 3中矢印方向及び矢印 A ₂方向の前後方向に移動可能に支持されている。ディスクトレイ 9には、前後方向に長い挿通孔 9 aとディスク状の光記録媒体（以下、単に「光ディスク」という。） 1 0 0が載置されるディスク載置凹部 9 bとが形成されている。ディスク載置凹部 9 bに光ディスク 1 0 0を載置するとき、ディスクトレイ 9は口一ディング機構 8によって移動操作され、前面パネル 4の開口 4 aから装置本体の外部に突出され、光ディスク 1 0 0へ情報の記録又は再生を行うときには、ディスク載置凹部 9 bに光ディスク 1 0 0を載置した状態で装置本体の内部に引き込まれる。

メカフレーム 2の機構配置面部 7 aには、図 3に示すように、移動フレーム 1 0がその後端部を回動支点として回動自在な状態で支持されている。

移動フレーム 1 0には、光ディスク 1 0 0を回転させるためのモー夕ュニット 1 1が配置されている。モータユニット 1 1は、ディスクテーブル 1 l aと駆動モータ 1 1 bを含んでいる。移動フレーム 1 0には、光学ビックアップ 1 2が、図示しないガイド軸及びリードスクリユーによってディスクテーブル 1 1 aに装着された光ディスク 1 0 0の半径方向に移動可能な状態で支持されている。

移動フレーム 1 0には、リードスクリユーを回転させる送りモータ 1 3が取着されている。従って、リードスクリユーが送りモータ 1 3によって回転されると、その回転方向に応じた方向へ光学ピックアップ 1 2がガイド軸に案内されて移動される。

本発明に係るディスクドライブ装置 1は、光ディスク 1 0 0が、ディスクトレィ 9のディスク載置凹部 9 bに載置さた状態で装置内部に引き込まれ、ディスクテ一ブル 1 1 a上に適宜な手段によって保持され、モータユニット 1 1の駆動モ一夕 1 1 bによる駆動によってディスクテーブル 1 1 aと共に回転されると、光学ピックアップ 1 2が光ディスク 1 0 0の半径方向に移動しながら、光ディスク 1 0 0に対する情報の記録又は再生が行われる。

次に、光ディスク 1 0 0に対する情報の記録又は再生を行う光学ビックアップ 1 2の構成について説明する。

光学ピックアップ 1 2は、図 4に示すように、光ディスク 1 0 0の半径方向に移動自在に支持され、例えば、ハウジング 1 6上に支持された図示しない 2軸ァクチユエ一タを有する。ハウジング 1 6内には、レーザ光を発生させるレーザ発光素子 1 7 と、このレーザ発光素子 1 Ίから出射されたレーザ光 1 8を平行光束にするコリメ一タレンズ 1 9等が配設され、更に、光ディスク 1 0 0の記録層にレーザ光 1 8を集光する、本発明が適用された対物レンズ 2 0が図示しない 2軸ァクチユエ一夕に保持されている。

光ディスク 1 0 0は、 0 . 3〃m程度の狭いトラックピッチを有し、基板が薄い高密度記録対応規格のものであり、光学ピックアップ 1 2は、このような光デイスク 1 0 0に対して情報の記録及び再生をするのに適したものである。従って、レーザ発光素子 1 Ίは、従来の C D規格の波長を 7 8 0 n mとするレーザ光よりも波長の短い 4 0 0 n m乃至 4 1 0 n m程度の波長のレーザ光 1 8を発生させるものであり、レーザノィズを低減するために高周波電流を駆動電流に重ねることでレーザ光 1 8の波長が短い周期で変動する。

光ディスク 1 0 0の記録層に記録を行う際には、レーザ発光素子 1 7から高工ネルギ一のレーザ光 1 8が出射される。レーザ光 1 8は、コリメ一タレンズ 1 9 によって平行光束にされ、対物レンズ 2 0によって光ディスク 1 0 0の記録層に集光され、相変化等によって情報を記録したピットが形成される。

一方、記録された情報を読み取る場合には、情報に記録を行うときよりも低ェネルギ一のレーザ光 1 8が光ディスク 1 0 0の記録層に照射され、光ディスク 1 0 0から反射されたレーザ光 1 8が光学ピックアツプ 1 2内の図示しないビームスプリッ夕等を含む受光系によって検出されることによってなされる。

次に、本発明が適用された対物レンズ 2 0の詳細について説明する。

本発明に係る対物レンズ 2 0は、図 5に示すように、光源側より順に、正の屈折力を有し非球面によって構成された第 1面 S >と、負の屈折力を有し非球面によつて構成された第 2面 S ₂からなるメニスカス構造の単レンズで構成したものである。

D V D等のトラックピッチを狭くして情報の記録密度向上させた光ディスクに対しレ一ザ光を照射して情報信号の記録や再生を行うためには、トラックピッチの大きい光ディスクに対する場合よりも更に小さいビームスポットをその記録面上に形成する必要がある。

ところで、対物レンズによって集光されるレーザ光のビームスポットの径は、レーザ光の設計波長に比例し、対物レンズの開口数（N A ) に反比例する。従つて、光ディスクに照射されるビームスポットの径を小さくするためには、対物レンズの高開口数化とレーザ光の短波長化が必要となる。

対物レンズの高開口数化を図る手法として、上述したように、 S I Lに代表される 2枚組み構造の対物レンズが提案されているが、これら対物レンズは、 2枚のレンズを組み合わせた構造を有するものであり、高精度に組み立て精度を高精度に維持して製造することが極めて困難であり、また十分なヮ一キングディスタンス（W D ) を確保することができない。そこで、本発明に係る対物レンズは、複数のレンズの組立工程を不要とし、大きな W Dを得られるようにするため、単レンズによって構成しものであり、更に、成形用金型を用いた加工を可能とするものである。

上述したような要求を満たすために提案される本発明に係る対物レンズ 2 0は、図 4及び図 5に示すように、光源側より順に、正の屈折力を有し非球面によって構成された第 1面 S！と、負の屈折力を有し非球面によって構成された第 2面 S ₂ からなるメニスカス構造の単レンズによって構成されている。

なお、以下の説明において、「r i」はレーザ発光素子 1 7側から数えて i番目の面 S iの曲率半径を示す。非球面の定義は、対物レンズ 20の各面 Siの s a g量 Zが光軸 P ,からの高さ hをパラメ一夕として以下の式 1で表される。なお、 iは面番号、即ち光源側から数えて i番目の面、は第 i面 Siの曲率半径、 kは円錐定数、 Ai乃至 Jiは第 i面 Siの 4次乃至 20次の非球面係数である。

r;一¹ n

Z 二 —— , ' = +

A_th⁴ +Β^⁶ +( ÷Dih^w +£ ¹² + F_th¹⁴ + G./z¹⁶ +H_th + J_ih²⁰

• · · ( l ) また、対物レンズ 20は、 r !を第 1面の曲率半径、 f を焦点距離、 NAを開口数とすると、以下の式 2に示す条件を満足するように構成される。

r i< f · N A · · · ( 2 )

更に、対物レンズ 20は、 Γ を第 1面の曲率半径、 r₂を第 2面の曲率半径、 Nを硝材の屈折率とすると、以下の式 3に示す条件を満足するように形成されている。

( r i/r ₂) ≤ ( 2 N²-N- 4 ) / {N ( 2 N + 1 ) } · · · (3) 上述の式 2及び式 3で規定された条件は、非球面係数の値をできるだけ抑えながら、球面収差を最小とすることが可能にするための条件である。

即ち、式 2の条件は、開口数（NA) を NA> 0. 8とするときに、軸上波面収差を回折限界にするために必要な条件であり、式 3の条件は、式 1の非球面の定義式で非球面係数を光線高さの 2 0乗項まで使用して各係数に重みを分散させ、非球面係数全体の大きさを最小にするための条件である。

本発明に係る対物レンズ 20は、 0. 8以上の鬨口数（NA) を有するようにされると共に、 1. 7以上の屈折率を有する硝材によって形成される。屈折率を高くすることにより、対物レンズ 2 0の曲率半径を大きくして、球面収差を抑えることが可能になる。

図 6は、球面のみで構成されたレンズにおいて理論的に発生する球面収差 S A の最小値と硝材の屈折率との関係を示すグラフであり、図 7及び図 8は、球面収差が最小とするための第 1面 S ,の曲率半径 r！と第 2面 S ,との曲率半径 r ₂との関係を示すグラフである。

即ち、図 6から屈折率 Nが大きいほど球面収差を小さくすることが可能なことが分かる。また、図 7から屈折率 Nが大きいほど、第 1面 S iの曲率半径 r ,が小さくなることが分かる。これら図 6及び図 7から、屈折率 Nが N> 1. 7であれば球面収差の最小値は略収束し、第 1面 S ,の基本曲率半径 r も略一定となることが分かる。この条件によれば、図 8に示すように、対物レンズ 2 0は、第 2面 S ₂の曲率半径 r ₂も正となって、所謂メニスカス構造のレンズとなる。

ところで、本発明に係る対物レンズ 2 0は、開口数（NA) が高いため、非球面係数が光軸からの高さの高次の関数であることと、上記各条件によって第 1面 S iの s a g量が大きく、有効径付近で 0. 8 mm乃至 1. 0 mmとなる。また、第 2面 S ₂では、有効径がレンズ外径の 1 /3程度である。そのため、第 1面 S t 及び第 2面 S₂とも、有効径内と有効径外で面を構成する式を異ならせないと、この対物レンズ 2 0を成形するための成形金型を作製できない。

本発明が適用される対物レンズ 2 0においては、非球面により形成される第 1 面 S t及び第 2面 S₂を上述の条件で形成しながら、成形金型を用いた成形を可能とするため、図 9に示すように、光学有効径外の面を、本願出願人が先に出願している特閧 2000— 2498 1 2号公報に記載されている光学素子に準ずる形状としている。光学有効径外の面を、この公報に記載され条件で形成することにより、上記公報に記載された成形用型の加工方法を採用し、成形金型を用いた成形が可能となる。なお、この成形用型を用いた加工方法については、特鬨 200 0 - 249 8 1 2号公報の記載を引用して、その詳細については説明を省略する。即ち、本発明に係る対物レンズ 2 0の第 1面 S！及び第 2面 S ₂は、図 9に概略的に示すょゔに、矢印 Aで示す光学的に有効なエリアの内側、即ち、光学有効経内が所定の非球面 r ,からなるる内周部 2 0 aと、内周部 2 0 aと連続した矢印 B で示す光学有効径外の面が光学有効径内の非球面の曲率よりも滑らかな非球面 r _{l b}からなる外周部 2 0 bとを有するように形成されている。

即ち、第 1面 S !は、全ての曲面を一定の非球面式によって形成したものではなく、内周部 2 0 aを非球面 Γ によって構成し、外周部 2 0 bを非球面 r！よりも曲率が滑らかな非球面 r _{l b}で形成し、内周部 2 0 aと外周部 2 0 bとを滑らかに連続するようにしたものである。このとき、内周部 2 0 aと外周部 2 0 bの境界部は、一層滑らかに連続するようにすることが好ましい。

また、第 2面 S ₂も第 1面と同様に、全ての曲面を一定の非球面式によって形成したものではなく、内周部 2 0 aを非球面 r ₂によって形成し、外周部 2 O b を非球面 r ₂よりも曲率が滑らかな非球面 r _{2 b}で形成し、内周部 2 0 aと外周部 2 0 bとを滑らかに連続するようにしたものである。このとき、内周部 2 0 aと外周部 2 0 bの境界部は、一層滑らかに連続するようにすることが好ましい。

上述のように対物レンズ 2 0の第 1面 S 1及び第 2面 S 2を形成することによつて、特に、閧口数（N A ) が大きくなることによって第 1面 S 1の s a g量が大きくなっても、モールド成形用成形金型を用いた成形時における成形不能部分の発生を防止し、成形時における金型からの離型を容易に行うことが可能となる。次に、本発明に係る対物レンズ 2 0の具体的な設計例を、実施例 1及び実施例 2を挙げて説明する。

本発明の実施例 1及び 2に相当する対物レンズ 2 0は、前述した図 5に示すとおりの構成を備えるものである。

実施例 1及び実施例 2の対物レンズ 2 0は、いずれも硝材により形成されたものであり、硝材として L A H 5 3 (商品名）相当材質（屈折率 1 . 8程度）を用いたものである。実施例 1及び実施例 2の対物レンズ 2 0の軸上波面収差は、設計上 0 . 0 0 2 え r m sである。

なお、本発明に係る対物レンズ 2 0は、光ピヅクアップに取り付けられ、この光ビックアップが光ディスク装置に組み込まれて光ディスク 1 0 0に対する情報の記録再生を行う状態とされたとき、対物レンズ 2 0とレーザ光の結像面となる光ディスク 1 0 0の信号記録層との間には、光ディスク 1 0 0のレーザ光の入射面側に設けられた保護層 1 0 0 aが位置する。光ディスク 1 0 0に設けられる保護層 1 0 0 aは、光ディスク 1 0 0に設けられた信号記録層を覆って形成され、信号記録層の保護を図るために設けられてなるものである。保護層 1 0 0 aは、光ディスク 1 0 0の信号記録層が形成された面上に紫外線硬化樹脂を塗布し、これに紫外線を照射して硬化させることによって形成され、あるいは、信号記録面上にァクリル樹脂製のシートを貼着することによって形成される。

本発明の実施例 1 に係る対物レンズ 2 0の第 1面 S ,及び第 2面 S ₂の曲率及び 4次乃至 2 0次の非球面係数 A乃至 Jを表 1に示す。表 1

本発明の実施例 1に係る対物レンズ 2 0の第 1面 S ,及び第 2面 S ₂の曲率及び 4次乃至 2 0次の非球面係数 A乃至 Jを表 2に示す。

表 2

表 3に本発明に係る対物レンズ 20の実施例 1及び 2のレーザ発光素子 1 7のレーザ光 1 8の波長人、焦点距離、開口数（NA) 、光ディスク 1 00のカバ —層としての保護層 1 00 aの厚み、作動距離 WD、対物レンズ 2 0を構成する硝材の屈折率 N、前記式 2及び式 3に係わる各数値を示す。

表 3

本発明に係る対物レンズ 2 0の実施例 1の球面収差、歪曲収差及び非点収差を図 1 0 A乃至図 1 0 Cにそれそれ示し、実施例 2の球面収差、歪曲収差及び非点収差を図 1 1 A乃至図 1 1 Cにそれそれ示す。

図 1 O A乃至図 1 0 C、図 1 1 A乃至図 1 1 Cにそれそれ示す球面収差、歪曲収差及び非点収差の特性図から明らかなように、各収差が補正されている。その結果、本発明に係る対物レンズは、入射されるレーザ光を回折限界まで集光させることができる。

上述したように、本発明は、閧口数（NA) が 0. 8以上の対物レンズを、単玉で構成することが可能にしたものである。本発明に係る対物レンズ 2 0は、光ディスク 1 0 0にも受けられる 0. 1 mmのディスクカバ一、即ち保護層 1 0 0 aの厚みに対し、 0. 5 mm以上の作動距離（WD) を確保できるので、光ピヅクアツブに取り付けて光ディスク装置に組み込んだ場合に、対物レンズ 2 0がデイスク 1 0 0と接触を防止するようにすることができる。

また、本発明に係る対物レンズ 2 0は、非球面として形成される第 1面 S！及び第 2面 S ₂の非球面係数を光線高さの 2 0乗項まで使用して各係数に重みを分散させることにより、非球面係数全体の大きさを最小にすることが可能になる。

更に、非球面として形成される第 1面 S！及び第 2面 S ₂は、光学有効経内が所定の非球面からなる内周部と、内周部と連続した光学有効径外の面が光学有効径内の非球面の曲率よりも滑らかな非球面からなる外周部とによって構成したので、 s a g量が大きい場合でも成形金型を用いたモールドの加工を容易に行うことが可能になる。

なお、本発明は、上述した実施例に特定されるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能なものである。産業上の利用可能性上述したように、本発明に係る対物レンズは、単玉のレンズを用いて、高開口数（N A ) を確保し、光源から出射され光記録媒体に集光されるレーザ光を回折限界まで集光させることができる。この対物レンズを用いた光ビックアップ及び光ディスク装置は、記録トラックのトラックピッチを狭くすることによって高記録密度化された光記録媒体に対し良好な記録再生特性をもって情報の記録又は再生を行うことを可能とする。

Claims

請求の範囲

1. 光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の鬨口数（NA) を有する光ピックアツプ用対物レンズにおいて、

上記第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Z iは、光軸からの高さをとして以下の式によって示され、

+

1 + (1+ん,) :

A_th⁴ + B_th⁶ + C ⁸ + D_th^w + E_th^u + F_th^H + G ¹⁶ + H + ²⁰

且つ、以下の条件を満足してなる光ピックアップ用対物レンズ。

( r ι/r ₂) ≤ (2 N² - N— 4) / {N ( 2 N+ 1 ) }

(但し、 r ,は第 1面の曲率半径であり、 r ₂は第 2面の曲率半径であり、 Nは硝材の屈折率である。）

2. 上記対物レンズは、更に、以下の条件を満足する請求の範囲第 1項記載の光ピックアツプ用対物レンズ。

r i< f · N A

(但し、 r ,は第 1面の曲率半径であり、 f は焦点距離であり、 N Aは閧口数である。）

3. 上記硝材の屈折率が 1. 7以上である請求の範囲第 1項記載の光ビックアツブ用対物レンズ。

4. 光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の開口数（NA) を有する光ピックアツプ用対物レンズにおいて、

上記第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Z iは、光軸からの高さを hとして以下の式によって示され、

-\ι.2

Z.. = +

' 1 + -（l + ki)r「²h^:

20

A h⁴ +B_;h⁶ +Ch" +D_;h +E_;hⁿ +F_;h^u +G./2¹⁶ +H_;h + J

(但し、 iは非球面の光源側からの面番号であり、 rは非球面の曲率半径を示し、 kは円錐係数で k< 0であり、 A〜Jは非球面係数である。）

且つ、以下の条件を満足する光ピックァヅブ用対物レンズ。

r i< f · A

(但し、 r！は第 1面の曲率半径であり、 f は焦点距離であり、 NAは開口数である。）

5. 上記硝材の屈折率が 1. 7以上である請求の範囲第 4項記載の光ピックアツプ用対物レンズ。

6. レーザ光を出射する光源と、ビームスプリヅタと、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ビックアツプにおいて、

上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の閧口数 (NA) を有し、上記第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Ziが光軸からの高さをとして以下の式によって示され、 r~ h

z, = +

• 1+ —(1+ん ) ²/?²

20 A_;h⁴ + B_;h⁶ +C +D_:h^w +E_;hⁿ +F_;h^u +G;h¹⁶ +H;h +J_;h

且つ、以下の条件を満足してなる光ピックアップ。

( r i/r ₂) ≤ ( 2 N²-N- 4 ) / {N ( 2 N + 1 ) }

(但し、 r iは第 1面の曲率半径であり、 r₂は第 2面の曲率半径であり、 Nは硝材の屈折率である。）

7. 上記対物レンズは、更に、以下の条件を満足する請求の範囲第' 6項記載の光ピックアップ。

r .< f · N A

8. レーザ光を出射する光源と、ビームスブリツ夕と、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備える光ピックアツブにおいて、

上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の開口数 (NA) を有し、上記第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Z iが光軸からの高さを hとして以下の式によって示され、

A. + B h⁶ + C ⁸ + A ⁰ + E_thⁿ + F_th¹⁴ + G_th¹⁶ + +ゾ ²⁰

且つ、以下の条件を満足する光ビックアップ。

r i< f · N A

9. ディスク状光記録媒体を回転駆動する回転駆動機構と、上記回転駆動機構によって回転操作されるディスク状光記録媒体の半径方向に移動操作され、光源から出射されるレーザ光によって上記ディスク状光記録媒体の信号記録領域を走査して情報の記録又は再生を光ビックアツプを備えた光ディスク装置において、上記光ピックアップは、上記レーザ光を出射する光源と、ビ一ムスブリツ夕と、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備え、

上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の閧口数 (NA) を有し、上記第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Ziが光軸からの高さを hとして以下の式によって示され、 1L2

r_; ^→h

'― 1+ 卜（1+ ,.) —^{2 2}

20

A_th⁴ +B_th⁶ +Cih& ÷ϋ ^ι + E + F_{h^M +G_th¹⁶ +H_ih^l" + J_th

(但し、 iは非球面の光源側からの面番号であり、 rは非球面の曲率半径を示し、 kは円錐係数で kく 0であり、 A〜 Jは非球面係数である。）

且つ、以下の条件を満足してなる光ディスク装置。

( r i/r ₂) ≤ ( 2 N²-N- 4 ) / {N (2 N+ 1 ) }

1 0. 上記対物レンズは、更に、以下の条件を満足する請求の範囲第 9項記載の光ディスク装置。

r i< f · N A

(但し、 r！は第 1面の曲率半径であり、 f は焦点距離であり、 N Aは開口数である。）

1 1. ディスク状光記録媒体を回転駆動する回転駆動機構と、上記回転駆動機構によって回転操作されるディスク状光記録媒体の半径方向に移動操作され、光源から出射されるレーザ光によって上記ディスク状光記録媒体の信号記録領域を走査して情報の記録又は再生を光ピックアツプを備えた光ディスク装置において、上記光ピックアップは、上記レーザ光を出射する光源と、ビームスプリツ夕と、レーザ光をディスク状光記録媒体の信号記録面に集光させる対物レンズと、上記ディスク状光記録媒体の信号記録面から反射されたレーザ光を受光する受光素子とを備え、

上記対物レンズは、光源側より順に、正の屈折力を有する非球面によって構成された第 1面と、負の屈折力を有する非球面によって形成された第 2の面とからなるメニスカス構造の単レンズによって構成されると共に、 0. 8以上の閧口数 (NA) を有し、上記第 1及び第 2の非球面の非球面形状 Ziが光軸からの高さを hとして以下の式によって示され、 r_;~h'

z.. = +

ι ₊ /ι— (i+ん,) 一²

A_;h⁴ +B_;h⁶ +C_;h" +D_;h^w +E;h^u +F_;h^M +GV⁶ 20

+H_;h^l" + J_;h

且つ、以下の条件を満足する光ディスク装置。

r i< f · N A