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光ピックアップ用対物レンズ - ミノルタ株式会社
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発明の名称 光ピックアップ用対物レンズ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−6910(P2003−6910A)
公開日 平成15年1月10日(2003.1.10)
出願番号 特願2001−188797(P2001−188797)
出願日 平成13年6月21日(2001.6.21)
代理人
発明者 橋村 淳司 / 高田 球 / 長田 英喜
要約 課題
大きい開口数でワーキングディスタンスを確保しながら高性能で小型の光ピックアップ用対物レンズを提供する。

解決手段
光源からの光束を情報記録媒体上に集光することで情報の読み書きを行う光ピックアップ用の対物レンズであって、光源側から順に、光源側に凸面の第1面、光源側に凹面の第2面よりなる第1レンズと、光源側に凸面の第3面、光源側に凸面の第4面よりなる第2レンズとの2枚のレンズからなり、前記第1面、第2面、第4面に非球面を有する。
特許請求の範囲
【請求項1】 光源からの光束を情報記録媒体上に集光することで情報の読み書きの少なくともいずれかを行う光ピックアップ用の対物レンズであって、光源側から順に、光源側に凸面の第1面、光源側に凹面の第2面よりなる第1レンズと、光源側に凸面の第3面、光源側に凸面の第4面よりなる第2レンズとの2枚のレンズからなり、前記第1面、第2面、第4面に非球面を有することを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項2】 前記第1面の非球面は、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ用対物レンズ;
第1面 0.01≦α1max-α1min≦1.0…(1)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【請求項3】 前記第2面の非球面は、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ用対物レンズ;
第2面 0.01≦α2max-α2min≦1.0…(2)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【請求項4】 前記第4面の非球面は、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ用対物レンズ;
第4面 0.01≦α4max-α4min≦1.0…(3)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【請求項5】 前記第1レンズが以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ用対物レンズ;
0.8≦R1/f≦120.0…(4)ただし、R1:第1レンズの光源側面の曲率半径、f :対物レンズの焦点距離、である。
【請求項6】 前記第2レンズが以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ用対物レンズ;
0.4≦R3/f≦250.0…(5)ただし、R3:第2レンズの光源側面の曲率半径、f:対物レンズの焦点距離、である。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光ピックアップ用対物レンズに関するものであり、例えば、光情報記録装置や光磁気記録装置等に搭載される光ピックアップに対物レンズとして用いられる、開口数(NA:numerical aperture)の大きい光ピックアップ用対物レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より知られている光情報記録装置には、情報記録媒体(光ディスク等)に対して情報の読み書きの少なくともいずれかを行う対物レンズが、光ピックアップ用対物レンズとして用いられている。光ピックアップ用対物レンズには様々なタイプのものがあり、例えば青色レーザー用の光ピックアップ用対物レンズとして、正の屈折力を持つ2枚構成の対物レンズが特開2000−75107号公報,特開2000−206404号公報,特開2000−180717号公報等で提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開2000−75107号公報や特開2000−206404号公報に提案されている光ピックアップ用対物レンズでは、ほぼ半球・平凸形状の第2レンズ(情報記録媒体側のレンズ)を用いることにより開口数を大きくしている。しかし、第1レンズ(光源側のレンズ)が両凸形状になっているため、光ピックアップ用対物レンズのバックフォーカスを確保することが困難であり、よってディスク基板の厚さを大きくすることができない。特開2000−180717号公報に提案されている光ピックアップ用対物レンズでは、第2レンズの形状を光源側に凸のメニスカス形状としている。このため、バックフォーカスを大きくしてもレンズ周辺部とディスク基板との間隔を確保するのが困難であり、したがってワーキングディスタンス(working distance)に関しては望ましくない。
【0004】本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、大きい開口数でワーキングディスタンスを確保しながら高性能で小型の光ピックアップ用対物レンズを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、第1の発明の光ピックアップ用対物レンズは、光源からの光束を情報記録媒体上に集光することで情報の読み書きの少なくともいずれかを行う光ピックアップ用の対物レンズであって、 光源側から順に、光源側に凸面の第1面、光源側に凹面の第2面よりなる第1レンズと、光源側に凸面の第3面、光源側に凸面の第4面よりなる第2レンズとの2枚のレンズからなり、前記第1面、第2面、第4面、に非球面を有することを特徴とする。
【0006】第2の発明の光ピックアップ用対物レンズは、上記第1の発明の構成において、前記第1面の非球面は、以下の条件式(1)を満たすことを特徴とする。
【0007】
第1面 0.01≦α1max-α1min≦1.0…(1)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【0008】第3の発明の光ピックアップ用対物レンズは、上記第1の発明の構成において、前記第2面の非球面は、以下の条件式(2)を満たすことを特徴とする。
【0009】
第2面 0.01≦α2max-α2min≦1.0…(2)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【0010】第4の発明の光ピックアップ用対物レンズは、上記第1の発明の構成において、前記第4面の非球面は、以下の条件式(3)を満たすことを特徴とする。
【0011】
第4面 0.01≦α4max-α4min≦1.0…(3)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【0012】第5の発明の光ピックアップ用対物レンズは、前記第1レンズが以下の条件式(4)を満たすことを特徴とする。
【0013】0.8≦R1/f≦120.0…(4)ただし、R1:第1レンズの光源側面の曲率半径、f :対物レンズの焦点距離、である。
【0014】第6の発明の光ピックアップ用対物レンズは、前記第2レンズが以下の条件式(5)を満たすことを特徴とする。
【0015】0.4≦R3/f≦250.0…(5)ただし、R3:第2レンズの光源側面の曲率半径、f:対物レンズの焦点距離、である。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した光ピックアップ用対物レンズを、図面を参照しつつ説明する。図1〜図8は、第1〜第8の実施の形態の光ピックアップ用対物レンズにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、各レンズ構成図中、si(i=1,2,...)が付された面は光源側から数えてi番目の面であり、siに*印が付された面は非球面である。これらの光ピックアップ用対物レンズは、光源からの光束を情報記録媒体上に集光することで情報の読み書きの少なくともいずれかを行う光ピックアップ用の対物レンズであって、光源側から順に、光源側に 光源側から順に、光源側に凸面の第1面、光源側に凹面の第2面よりなる第1レンズと、光源側に凸面の第3面、光源側に凸面の第4面よりなる第2レンズとの2枚の正レンズから成っており、各光ピックアップ用対物レンズの像側に位置する平行平板(PL)はディスク基板に相当する。なお、図1〜図8は平行光入射の光路を示しているが、各光ピックアップ用対物レンズは無限系に限らず有限系としても使用可能である。
【0017】光ディスク等の高密度化を達成するには、光ピックアップ用対物レンズの高NA化と設計波長の青色側(すなわち短波長側)へのシフトが有効である。光ピックアップ用対物レンズを高NA化する場合、その焦点距離域を従来のCD(compactdisc)用光ピックアップ用対物レンズと同じにすると、レンズ径の増大により系のコンパクト化が達成困難になるとともに、レンズ重量の増大により光ヘッドの軽量化が達成困難になる。従来に比べて短い焦点距離域でレンズ径を小さくしようとすれば、従来と同程度のワーキングディスタンスが必要になる。用いるディスク基板を薄くすれば、光ディスクのチルトに対するマージンを稼ぐことは可能である。しかし、ディスク基板の厚さをあまり薄くすると基板強度や生産性の面で問題が発生する。よって、光ディスクの厚さもある程度確保することが望ましいといえる。また、レーザー波長を青色側にシフトさせると、波面の誤差も短い波長で考えなければならなくなるため、光ピックアップ用対物レンズに要求される光学性能は従来に比べて高くなる。
【0018】そこで各実施の形態では前記第1面、第2面、第4面に非球面を有することにより高NAを確保している。したがって、このような特徴的形状を有する2枚のレンズ(G1,G2)用いれば、高性能・高NAでありながら従来のCDやDVD(digital video disc)用の光ピックアップ用対物レンズの焦点距離領域よりも短い焦点距離域でバックフォーカス及びワーキングディスタンスを確保しつつ、径の小さい小型の光ピックアップ用対物レンズを実現することが可能となる。
【0019】また高性能化を図る上で、各実施の形態のように前記第1面の非球面は、以下の条件式(1)を満たすことが更に望ましい。条件式(1)は、高NAで小型の光ピックアップ用対物レンズにおいて、高性能を達成するための条件を規定している。条件式(1)の範囲を超えると、非球面による高次の収差が発生して収差補正が困難となるので、高性能化を図る上では望ましくない。また下限を超えると、非球面による収差補正効果が小さくなり、特に球面収差補正が困難となることで高性能化を図ることが難しくなり望ましくない。
【0020】
第1面 0.01≦α1max-α1min≦1.0…(1)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【0021】また高性能化を図る上で、各実施の形態のように前記第2面の非球面は、以下の条件式(2)を満たすことが更に望ましい。条件式(2)は、高NAで小型の光ピックアップ用対物レンズにおいて、高性能を達成するための条件を規定している。条件式(2)の範囲を超えると、非球面による高次の収差が発生して収差補正が困難となるので、高性能化を図る上では望ましくない。また下限を超えると、非球面による収差補正効果が小さくなり、特に球面収差補正が困難となることで高性能化を図ることが難しくなり望ましくない。
【0022】
第2面 0.01≦α2max-α2min≦1.0…(2)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【0023】また高性能化を図る上で、各実施の形態のように前記第4面の非球面は、以下の条件式(3)を満たすことが更に望ましい。条件式(3)は、高NAで小型の光ピックアップ用対物レンズにおいて、高性能を達成するための条件を規定している。条件式(3)の範囲を超えると、非球面による高次の収差が発生して収差補正が困難となるので、高性能化を図る上では望ましくない。また下限を超えると、非球面による収差補正効果が小さくなり、特に球面収差補正が困難となることで高性能化を図ることが難しくなり望ましくない。
【0024】
第4面 0.01≦α4max-α4min≦1.0…(3)ただし、α(h)≡dz(h)/dh-h/(r*SQRT(1-(h/r)^2))h:非球面に入射する軸上光線の光軸からの入射高さ、hmax:非球面に入射する軸上マージナル光線の光軸からの入射高さ、Z(h):非球面形状(各高さでの非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、Z(h)=r-(r^2-εh^2)^1/2+(A4H^4+A6H^6+A8H^8+…)r:非球面の近軸曲率半径、ε:楕円係数、Ai:非球面のi次の非球面係数、dZ(h)/dh:非球面形状の入射高さに対する微分値、SQRT:平方根、として非球面を有する第x面の0からhmaxまでを割合として0.1ピッチで刻んだときのαの値の最大値がαxmax、最小値がαxminiである。
【0025】第1レンズ(G1)が以下の条件式(4)を満たすことが望ましい。条件式(4)は高NAを達成しながらバックフォーカスを確保し、かつコンパクト性を保つために望ましい条件を規定している。条件式(4)の下限を超えた場合、レンズ曲率半径が小さくなりすぎてレンズコバの確保が難しくなり製造上望ましくなくなるとともにレンズ保持が困難になったりする。条件式(4)の上限を超えるとレンズ全長が大きくなって高NA化を図った場合にレンズの径も大きくなってしまいレンズのコンパクト化が困難になる。
【0026】0.8≦R1/f≦120.0…(4)ただし、R1:第1レンズの光源側面の曲率半径、f :対物レンズの焦点距離、である。
【0027】第2レンズ(G2)が以下の条件式(5)を満たすことが望ましい。条件式(5)は第2レンズ(G2)の形状として望ましい条件を規定している。条件式(5)の下限を超えた場合、レンズ曲率半径が小さくなりすぎてレンズコバの確保が難しくなり製造上望ましくなくなるとともにレンズ保持が困難になったりする。逆に条件式(5)の上限を超えると、レンズ曲率半径が大きくなることでこの面で発生する収差が大きくなってしまい高NA化に対して望ましくなくなってしまう。
【0028】0.4≦R3/f≦250.0…(5)ただし、R3:第2レンズの光源側面の曲率半径、f:対物レンズの焦点距離、である。
【0029】また第2面は非球面を有さないことが望ましい。1つのレンズに非球面が複数あると、レンズ内での偏心が厳しくなる。光源に近い側、第1面、第2面の非球面は、より効果の大きい第1面で十分である。
【0030】
【実施例】以下、本発明を実施した光ピックアップ用対物レンズを、コンストラクションデータ等を挙げて、更に具体的に説明する。なお、以下に挙げる表1〜表16に示される実施例1〜8は、前述した第1〜第8の実施の形態にそれぞれ対応しており、第1〜第8の実施の形態を表すレンズ構成図(図1〜図8)は、対応する実施例1〜8のレンズ構成をそれぞれ示している。
【0031】各実施例のコンストラクションデータにおいて、si(i=1,2,...)は光源側から数えてi番目の面、ri(i=1,2,...)は面siの曲率半径(mm)、di(i=1,2,...)は光源側から数えてi番目の軸上面間隔(心厚,mm)を示しており、Ni(i=1,2,3),νi(i=1,2,3)は光源側から数えてi番目の光学要素の、波長405nmとd線の各光に対する屈折率(Nd),アッベ数(νd)を示している。*印が付された面siは非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす前記式(Z(H)=...)で定義されるものとする。使用光線の波長(λ),開口数(NA)及び各非球面の非球面データを他のデータと併せて示し、また表17〜表24に各実施例の条件式対応値を示す。図9〜図16は実施例1〜実施例8にそれぞれ対応する収差図であり、(A)はタンジェンシャル光束での波面収差(TANGENTIAL)、(B)はサジタル光束での波面収差(SAGITTAL)を示している(λ=405nm)。なお、光ピックアップ用対物レンズでは波面収差が重要になるので、各収差図では像高=0での波面収差を示している。
【0032】
【表1】

【0033】
【表2】

【0034】
【表3】

【0035】
【表4】

【0036】
【表5】

【0037】
【表6】

【0038】
【表7】

【0039】
【表8】

【0040】
【表9】

【0041】
【表10】

【0042】
【表11】

【0043】
【表12】

【0044】
【表13】

【0045】
【表14】

【0046】
【表15】

【0047】
【表16】

【0048】
【表17】

【0049】
【表18】

【0050】
【表19】

【0051】
【表20】

【0052】
【表21】

【0053】
【表22】

【0054】
【表23】

【0055】
【表24】

【0056】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大きい開口数でワーキングディスタンスを確保しながら高性能で小型の光ピックアップ用対物レンズを実現することができる。そして、本発明に係る光ピックアップ用対物レンズを光ピックアップ装置(光情報記録装置,光磁気記録装置等)に使用すれば、光ディスク等の高密度化に寄与することができる。




 

 


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