JP2002267927A - 色収差補正可能な対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色収差補正可能な対物レンズ装置及びこれを
採用した光ピックアップを提供する。 【解決手段】 d線におけるアッベ数４５以下の材質で
形成された負のパワーを有するレンズを含んで３枚のレ
ンズよりなるが、前記３枚のレンズの少なくとも一面が
非球面である。このような構成を有する対物レンズ装置
は、０.７０以上の高開口数を実現できると共に青色光
に対して色収差を補正できるので、この対物レンズ装置
を採用した青色光を使用する光ピックアップは良好な記
録及び/または再生を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高開口数を有する対
物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップに係
り、より詳細には、高密度光集束を実現できるように高
開口数を有すると共に、光源から出射される光の波長の
変化及び/または波長線幅の増加による色収差を補正で
きる対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光記録再生機器において記録容量は、光
ピックアップ装置の対物レンズにより光ディスクに形成
される光スポットの大きさにより決定される。光スポッ
トの大きさSは波長λに比例し、対物レンズの開口数NA
(Numerical Aperture)に反比例する。

【０００３】したがって、現在開発されている次世代DV
D、いわゆる、HD-DVD用光ピックアップ装置(以下、高密
度用光ピックアップ装置)には、光ディスクに結ばれる
光スポットの大きさをさらに縮めて、従来のCDやDVD系
の光ディスクから得られる情報記録密度に比べて高い情
報記録密度が得られるように、青色光を出射する光源及
び０.６以上の開口数を有する対物レンズが採用される
場合もある。

【０００４】前記対物レンズの材料として使用するガラ
ス及びプラスチックのような光学材料は表１のように、
６５０nmよりも短い波長帯域で非常に険しい屈折率の変
化を示す。

【０００５】表１は、対物レンズモールディング用ガラ
ス材料として用いられるHoya社のM-BaCD５Nの波長によ
る屈折率の変化を示す。

【０００６】

【表１】

【０００７】表１から分かるように、光学材料は、１nm
程度の小さな波長変化に対して、DVD用光ピックアップ
装置に使われる６５０nm波長に比べて短い青色波長帯
域、例えば、４０５nm波長帯域で４倍程度大きい屈折率
の変化を示す。

【０００８】このような青色光に対する光学材料の急激
な屈折率の変化は、青色波長光源を使用する記録及び再
生が反復される記録可能な高密度用光記録再生機器にお
いて集束ずれに係る性能劣化の主要な原因となる。

【０００９】すなわち、記録可能型光記録再生機器で
は、相異なる記録光パワー及び再生光パワーを使用する
が、このような記録/再生光出力パワーの変動による波
長変動は、青色光源の場合、例えば、約０.５〜１nmで
ある。通常、光源の出力を高めればその光源から出射さ
れる光の波長は長くなる。したがって、青色光源を採用
した高密度用光ピックアップ装置の場合には、基準波長
に対して設計された対物レンズで記録/再生光出力の転
換時に波長変化による色収差がかなり生じて集束ずれが
誘発される。

【００１０】例えば、図１ないし図３から分かるよう
に、４０５nmに対して設計された開口数０.６５の対物
レンズ装置は１nm程度の微少な波長変化に対して大きい
波面収差及び集束ずれを示す。図１は、記録/再生時の
光出力パワーの変動による集束ずれに係る光ディスクに
結ばれる光スポットの強度を示すグラフであり、図２及
び図３は、各々波長変化に係る開口数０.６５の対物レ
ンズ装置の波面収差(Optical Path Difference: OPD)及
び集束ずれ量を示すグラフである。

【００１１】波長変動による集束ずれは対物レンズ装置
を調整して補正が可能であるが、アクチュエータで対物
レンズ装置を駆動して波長変動を追従するのに相対的に
長時間がかかるので、この時間中には再生及び記録信号
の品質が悪くなる。記録のための出力増加時の集束ずれ
は記録光パワーの不足をもたらし、再生のための出力減
少時の集束ずれはジッタを増やす。

【００１２】すなわち、光ディスクに情報を記録するた
めに光源の出力を増やせば光源から出射される光の波長
が、例えば、４０６nmに長くなって光ディスクに結ばれ
る光スポットは集束ずれが生じてアクチュエータがこれ
を追従するまでは正常に記録を行えない。そして、再生
のために光源の出力を減らせば、光源の波長が、例え
ば、４０５nmに短くなり、この場合にもアクチュエータ
は長くなった波長に合わせて追従した状態であるため、
再び集束ずれが起こる。このような集束ずれにより再生
信号にはジッタが増える。

【００１３】また、光ディスクから光源に戻る光による
光源のフィードバックノイズを減らすために光源をHF(H
igh Frequency)で駆動すれば、光源の波長の線幅が、例
えば、１nm程度に広くなり、これによる色収差が再生信
号を劣化させる。

【００１４】したがって、反復記録可能な高密度用光ピ
ックアップ装置は、記録及び再生出力の変動に係る光源
から出射される光の波長が変わってもこれによる色収差
の発生を抑制または補償できる光学系構造を有する必要
がある。

【００１５】従来、色収差の補正機能を有する２枚のレ
ンズよりなる対物レンズ装置が特開平１０−１２３４１
０号公開公報に提案されている。

【００１６】図４を参照すれば、従来の対物レンズ装置
は、アッベ数４０以上の低分散ガラスで少なくともその
一面が非球面になるように形成された第１及び第２レン
ズ１、４より構成され、波長６３５nmの光に対して色収
差補正及び高開口数を実現できるようになっている。色
収差はディスク６と光を集束する第２レンズ４との間に
備えられた第１レンズ１により補正され、対物レンズ装
置は０.７以上の開口数を有する。図４中、参照番号２
は光入射領域を制限するしぼりである。

【００１７】ところが、前記従来の対物レンズ装置は２
群２枚のレンズ構成を有し、アッベ数４０以上の低分散
ガラスを使用するために、波長６３５nmの光に対しては
色収差補正及び高開口数の実現が可能であるが、青色光
に対しては色収差を補正しつつ高開口数を実現し難い。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
点を勘案して案出されたものであって、高開口数を実現
できると共に、青色光に対して色収差補正が可能な対物
レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップを提供す
ることにその目的がある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る対物レンズ装置は、d線におけるアッベ
数４５以下の材質で形成された負のパワーを有するレン
ズを含んで３枚のレンズよりなり、前記３枚のレンズの
少なくとも一面が非球面であることを特徴とする。

【００２０】この時、前記３枚のレンズのうち少なくと
も一枚は正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレ
ンズは正のパワーを有する一レンズと二重接合された２
群３枚の構造よりなることが望ましい。

【００２１】前記３枚のレンズは、光が入射する側から
正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する第
２レンズ、正のパワーを有する第３レンズよりなりう
る。

【００２２】一方、前記負のパワーを有する第２レンズ
の焦点距離をfn、全体の焦点距離をfとする時、

【数５】 を満足するようになったことが望ましい。

【００２３】前記目的を達成するための本発明に係る光
ピックアップは、光を生成出射する光源と、前記光源側
から入射された光を集束させて記録媒体の光スポットに
結ばせる対物レンズ装置と、前記光源と対物レンズ装置
との間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換す
る光路変換手段と、前記記録媒体で反射された後、前記
対物レンズ装置及び光路変換手段を経由して入射された
光を受光する光検出器とを含み、前記対物レンズ装置
は、d線におけるアッベ数４５以下の材質で形成された
負のパワーを有するレンズを含んで３枚のレンズよりな
り、前記３枚のレンズの少なくとも一面が非球面である
ことを特徴とする。

【００２４】ここで、前記光源は約４００nmないし４２
０nm波長の光を出射し、前記対物レンズ装置は、０.７
０以上の開口数を有することが望ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施例について詳細に説明する。図５を
参照すれば、本発明に係る対物レンズ装置１０は、光が
入射する側から第１ないし第３レンズ１１、１３、１５
よりなり、前記第１ないし第３レンズ１１、１３、１５
のうち少なくとも一枚のレンズがd線におけるアッベ数
４５以下、望ましくは３５以下のガラスまたはプラスチ
ック材質より形成され、負のパワーを有するようになっ
ており、前記第１ないし第３レンズ１１、１３、１５の
少なくとも一面、例えば、第３レンズ１５の光が入射側
に向かう面１５aが非球面になっている。

【００２６】また、本発明に係る対物レンズ装置１０
は、例えば、負のパワーを有する第２レンズ１３の焦点
距離をfn、その対物レンズ装置１０の全体の焦点距離を
fとする時、数式１を満足するように形成される。

【００２７】（数式１）

【数６】

【００２８】図５は、前記第２レンズ１３が負のパワー
を有し、前記第１及び第３レンズ１１、１５が各々正の
パワーを有するように形成され、前記第１レンズ１１が
第２レンズ１３と二重接合された構造となって、本発明
に係る対物レンズ装置１０が２群３枚のレンズより構成
された例を示す。ここで、参照番号３０は、例えば、次
世代DVD系の記録媒体である。

【００２９】前記のように構成された本発明に係る対物
レンズ装置１０は、後述する光学的具体設計例から分か
るように、０.７０以上の高開口数を実現すると共に青
色波長領域での色収差を補正できる。

【００３０】図６は、本発明に係る対物レンズ装置１０
を採用した光ピックアップ装置の一実施例を示す図面で
ある。

【００３１】図面を参照すれば、本発明の一実施例に係
る光ピックアップ装置は、光源５１と、入射光の進行経
路を変換する光路変換手段と、前記光源５１側から入射
された光を集束して記録媒体３０に光スポットを形成す
る本発明に係る対物レンズ装置１０と、前記記録媒体３
０で反射された後、光路変換手段を経由して入射された
光を受光する光検出器７３とを含んでなる。

【００３２】前記光源５１としては、約４００nmないし
４２０nm波長の光、望ましくは、約４０５nm波長の光を
出射する青色半導体レーザーを具備する。前記半導体レ
ーザーには端面発光型レーザー（edge emitting lase
r）及び面発光型レーザー（vertical cavity surface e
mitting laser）がある。

【００３３】前記光路変換手段は、光源５１と対物レン
ズ装置１０との間の光路上に配置されて入射光の進行経
路を変換する。前記光路変換手段は、図６に示したよう
に、望ましくは、入射光を偏光によって選択的に透過ま
たは反射させる偏光ビームスプリッタ５７と、入射光の
位相を変える１/４波長板５９とよりなる。ここで、前
記光路変換手段として、入射光を所定の割合で透過及び
反射させるビームスプリッタ(図示せず)を具備すること
もできる。

【００３４】前記対物レンズ装置１０は、図５を参照し
て前述したような構成を有し、次世代DVD系の記録媒体
のような高密度記録媒体３０の記録/再生できる光スポ
ットを形成するように０.７以上、望ましくは０.８５の
開口数を有する。ここで、前記記録媒体３０は、次世代
DVD系の記録媒体であることが望ましい。この記録媒体
は、例えば、０.１mmの厚さを有することができる。

【００３５】前記光検出器７３は、前記記録媒体３０で
反射された光を受光して情報信号及び誤差信号などを検
出する。

【００３６】前記光源５１と光路変換手段との間の光路
上にはコリメーティングレンズ５３がさらに備えられて
いることが望ましい。前記コリメーティングレンズ５３
は光源５１から出射された発散光を集束させて平行光に
する。図６に示したように、光源５１と光路変換手段と
の間の光路上にコリメーティングレンズ５３を配置する
場合、光路変換手段と光検出器７３との間には集束レン
ズ７１がさらに設けられる。

【００３７】一方、前記光源５１として端面発光型レー
ザーを採用する場合、相対的に低い出力でも情報が記録
できるように、前記コリメーティングレンズ５３と光路
変換手段との間の光路上にはビーム整形プリズム５５を
さらに具備することが望ましい。このビーム整形プリズ
ム５５は、端面発光型レーザーから出射される楕円形ビ
ームを円形ビームに整形する。前記ビーム整形プリズム
５５は、光源５１とコリメーティングレンズ５３との間
に配置される場合もある。ここで、前記光源５１として
略円形のビームを出射する面発光型レーザーを採用する
場合には、図６の光学系でビーム整形プリズム５５は除
去される。

【００３８】ここで、参照番号７３はセンシングレンズ
（sensing lens）であって、例えば、非点収差法により
集束エラー信号を検出する場合、前記センシングレンズ
７３として、入射された光に非点収差を起こす非点収差
レンズを具備する場合もある。

【００３９】前記のような本発明に係る光ピックアップ
装置は、青色光に対して高開口数の実現及び色収差補正
が可能な対物レンズ装置１０を備えるので、次世代DVD
系の記録媒体を記録再生できる。

【００４０】したがって、再生及び記録モード変換時の
光出力量の変化による前記光源５１から出射される光の
波長変化及び/または前記光源５１をHFで駆動すること
によって波長線幅が増え、それにより生じた色収差は前
記対物レンズ装置１０で補正されるので、前記対物レン
ズ装置１０及び青色光源を採用した本発明に係る光ピッ
クアップは次世代DVD系の記録媒体に対して良質の記録
及び/または再生を行える。

【００４１】ここで、図６は本発明に係る対物レンズ装
置１０を採用した光ピックアップ装置の一実施例を示す
ものであって、本発明に係る光ピックアップ装置は図６
の光学的構成に限定されない。

【００４２】以下、本発明に係る対物レンズ装置１０の
青色光に対する色収差の補正効果を確認するために、本
発明に係る対物レンズ装置１０の第１ないし第４光学的
設計例を説明する。以下の第１ないし第４光学的設計例
は、本発明に係る対物レンズ装置１０が正のパワーを有
する第１レンズ１１、負のパワーを有する第２レンズ１
３及び正のパワーを有する第３レンズ１５よりなり、第
３レンズ１５の光が入射される側の一面１５aが非球面
で形成され、基準波長４０５nm、記録媒体５１の厚さ
０.１mmに対して１.７６５mmの全体の焦点距離を有し、
入射ひとみの直径が３.０mmである平行光が入射され、
０.７０以上の開口数を有する場合に対するものであ
る。

【００４３】表２及び図７は、本発明に係る対物レンズ
装置１０の第１光学的設計例であり、図８は、表２の光
学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１０の
収差図である。表３及び図９は、本発明に係る対物レン
ズ装置１０の第２光学的設計例であり、図１０は、表３
の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１
０の収差図である。また、表４及び図１１は、本発明に
係る対物レンズ装置１０の第３光学的設計例であり、図
１２は、表４光学的データを有する本発明に係る対物レ
ンズ装置１０の収差図である。

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】

【表４】

【００４７】表２ないし表４から分かるように、本発明
に係る対物レンズ装置１０の第１ないし第３光学的設計
例では、負のパワーを有する第２レンズ１３をアッベ数
２７.５のガラス材質で形成し、第２レンズ１３の焦点
距離を各々−３.７２５mm、−３.４０２mm、−２.７１
３mmに設計した。

【００４８】表２ないし表４の光学的データを有する対
物レンズ装置１０の収差図である図８、図１０、図１２
から分かるように、前記対物レンズ装置１０では光源５
１の出射光波長が基準波長４０５nmから外れて４０６nm
に変わる場合にも収差がほとんど生じない。

【００４９】表５及び図１３は、本発明に係る対物レン
ズ装置１０の第４光学的設計例であり、図１４は、表５
の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置１
０の収差図である。

【００５０】

【表５】

【００５１】表５から分かるように、本発明に係る対物
レンズ装置１０の第４光学的設計例では負のパワーを有
する第２レンズ１３をd線におけるアッベ数３１.２のガ
ラス材質より形成し、第２レンズ１３の焦点距離を−
３.９３３mmに設計した。

【００５２】表５のような光学的データを有する本発明
に係る対物レンズ装置１０では、図１４から分かるよう
に、光源５１の出射光波長が基準波長４０５nmから外れ
て４０６nmに変わる場合にも収差がほとんど生じない。

【００５３】前記非球面S１４、S２４、S３４、S４４に
対する非球面式は非球面の頂点からの深さをZとする
時、数式２のように示すことができる。

【００５４】（数式２）

【数７】

【００５５】表２ないし表５、数式２で、Kは前記第３
レンズ１５の非球面S１４、S２４、S３４、S４４の円錐
定数、A〜Jは非球面係数である。そして、hは光軸から
の高さ、cは曲率である。

【００５６】以上の光学的設計例を通じて確認したよう
に、本発明に係る対物レンズ装置１０は青色光に対して
色収差補正機能を有する。

【００５７】したがって、本発明に係る対物レンズ装置
１０を青色光源を使用する次世代DVD系の記録媒体用光
ピックアップ装置に採用すれば、良好な記録及び/また
は再生信号が得られる。

【００５８】

【発明の効果】前記のような本発明に係る対物レンズ装
置は、d線におけるアッベ数４５以下の材質で形成され
た負のパワーを有するレンズを含んで３枚のレンズより
なり、この３枚のレンズの少なくとも一面が非球面に形
成されるので、高開口数を実現できると共に青色光に対
して色収差を補正できる。

【００５９】したがって、このような本発明に係る対物
レンズ装置を採用した光ピックアップを用いれば、良好
な記録及び/または再生が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 記録/再生時の光出力パワーの変動による集
束ずれに係る記録媒体に結ばれる光スポットの強度を示
すグラフ。

【図２】 波長変化による開口数０.６５の対物レンズ
装置の波面収差を示すグラフ。

【図３】 波長変化による開口数０.６５の対物レンズ
装置の集束ずれ量を示すグラフ。

【図４】 従来の対物レンズ装置の一例を示す図。

【図５】 本発明の望ましい実施例に係る対物レンズ装
置を概略的に示す図。

【図６】 本発明に係る対物レンズ装置を採用した光ピ
ックアップの一実施例を概略的に示す図。

【図７】 表２のような本発明の第１光学的設計例に係
る対物レンズ装置の構造を示す図。

【図８】 表２の光学的データで設計された本発明に係
る対物レンズ装置の収差を示す図。

【図９】 表３のような本発明の第２光学的設計例に係
る対物レンズ装置の構造を示す図。

【図１０】 表３の光学的データで設計された本発明に
係る対物レンズ装置の収差を示す図。

【図１１】 表４のような本発明の第３光学的設計例に
係る対物レンズ装置の構造を示す図。

【図１２】 表４の光学的データで設計された本発明に
係る対物レンズ装置の収差を示す図。

【図１３】 表５のような本発明の第４光学的設計例に
係る対物レンズ装置の構造を示す図。

【図１４】 表５の光学的データで設計された本発明に
係る対物レンズ装置の収差を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徐 偕貞 大韓民国京畿道城南市中院区上大院３洞 1852番地 (72)発明者 鄭 鐘三 大韓民国京畿道水原市八達区靈通２洞988 −２番地サルグゴル東亜アパート718棟 1904号 Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 NA14 PA02 PA18 PB03 QA02 QA05 QA14 QA22 QA25 QA33 QA42 QA45 RA05 RA12 RA42 UA01 5D119 AA12 AA23 BA01 BB01 BB02 BB03 DA01 DA05 EC03 JA44 JA49 JB01 JB02 JB04

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 d線におけるアッベ数４５以下の材質で
   形成された負のパワーを有するレンズを含んでいる３枚
   のレンズよりなり、前記３枚のレンズの少なくとも一面
   が非球面であることを特徴とする対物レンズ装置。
2. 【請求項２】 前記３枚のレンズのうち少なくとも一枚
   は正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレンズ
   は、正のパワーを有する一つのレンズと二重接合され、
   ２群３枚の構造よりなることを特徴とする請求項１に記
   載の対物レンズ装置。
3. 【請求項３】 ０.７０以上の開口数を有することを特
   徴とする請求項１に記載の対物レンズ装置。
4. 【請求項４】 前記負のパワーを有するレンズは、d線
   におけるアッベ数４５以下のガラスまたはプラスチック
   材質より形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
   対物レンズ装置。
5. 【請求項５】 前記３枚のレンズは、光が入射する側か
   ら正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有する
   第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか一
   項に記載の対物レンズ装置。
6. 【請求項６】 前記負のパワーを有する第２レンズの焦
   点距離をfn、全体の焦点距離をfとする時、下記の式を
   満足するように設けられていることを特徴とする請求項
   ５に記載の対物レンズ装置。 【数１】
7. 【請求項７】 前記負のパワーを有するレンズの焦点距
   離をfn、全体の焦点距離をfとする時、下記の式を満足
   するように設けられていることを特徴とする請求項１な
   いし請求項４のうちいずれか一項に記載の対物レンズ装
   置。 【数２】
8. 【請求項８】 光を生成出射する光源と、 前記光源側から入射された光を集束させて記録媒体の光
   スポットに結ばせる対物レンズ装置と、 前記光源と対物レンズ装置との間の光路上に配置されて
   入射光の進行経路を変換する光路変換手段と、 前記記録媒体で反射された後、前記対物レンズ装置及び
   光路変換手段を経由して入射された光を受光する光検出
   器とを有し、 前記対物レンズ装置は、 d線におけるアッベ数４５以下の材質で形成された負の
   パワーを有するレンズを含んで３枚のレンズよりなり、
   前記３枚のレンズの少なくとも一面が非球面であること
   を特徴とする光ピックアップ。
9. 【請求項９】 前記対物レンズ装置の３枚のレンズのう
   ち少なくとも一枚のレンズは正のパワーを有し、前記負
   のパワーを有するレンズは、正のパワーを有する一枚の
   レンズと接合された二重接合構造よりなることを特徴と
   する請求項８に記載の光ピックアップ。
10. 【請求項１０】 前記光源は約４００nmないし４２０nm
    波長の光を出射し、 前記対物レンズ装置は、０.７０以上の開口数を有する
    ことを特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ。
11. 【請求項１１】 前記負のパワーを有するレンズはd線
    におけるアッベ数４５以下のガラスまたはプラスチック
    材質より形成されたことを特徴とする請求項８に記載の
    光ピックアップ。
12. 【請求項１２】 前記対物レンズ装置は、光が入射する
    側から正のパワーを有する第１レンズ、負のパワーを有
    する第２レンズ、正のパワーを有する第３レンズよりな
    ることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のうちい
    ずれか一項に記載の光ピックアップ。
13. 【請求項１３】 前記対物レンズ装置は、前記負のパワ
    ーを有する第２レンズの焦点距離をfn、全体の焦点距離
    をfとする時、下記の式を満足するようになったことを
    特徴とする請求項１２に記載の光ピックアップ。 【数３】
14. 【請求項１４】 前記対物レンズ装置は、前記負のパワ
    ーを有するレンズの焦点距離をfn、全体の焦点距離をf
    とする時、下記の式を満足するようになったことを特徴
    とする請求項８ないし請求項１１のうちいずれか一項に
    記載の光ピックアップ。 【数４】