JP2006107706A - 光ピックアップ装置及びそれに用いる対物レンズ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い性能を有する対物レンズ素子を備え、軽量で小型の光ピックアップ装置及び該光ピックアップ装置に用いられ、薄型でありながら高い性能を有する有限系の対物レンズ素子を提供すること。
【解決手段】 光束を放射する光源と、前記光束を受光し、メディア上に収束するように配置された対物レンズ素子とを備え、前記対物レンズ素子の位置に応じて前記光源が配置されており、対物レンズ素子と光源との協働によってメディア上に光束を収束し、対物レンズ素子が条件：（１）−０．３００≦ｍ≦−０．２００（ただし、ｍは結像倍率）を満足する、光ピックアップ装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ピックアップ装置及びそれに用いる対物レンズ素子に関する。また特定的には、対物レンズ素子と発光素子とが一体駆動される全集積型光ピックアップ装置及びそれに適用される対物レンズ素子に関する。

従来から、ＣＤメディアやＤＶＤメディア等の光ディスクに情報を書き込んだり、それら光ディスクから情報を読み出したり、それら光ディスクから情報を消去することが可能な光情報記録装置において、対物レンズ素子を備える光ピックアップ装置が用いられている。このような光ピックアップ装置に適した対物レンズ素子として、特許文献１及び特許文献２に開示の対物レンズ素子が知られている。

図１１は、従来の光ピックアップ装置の構成図である。図１１において、従来の光ピックアップ装置は、光源１１０１と、ホログラム１１０２と、プリズム１１０３と、対物レンズ素子１１０４と、駆動部１１０６と、光検出器１１０７とを備える。従来の光ピックアップ装置において、光源１１０１から射出された発散光束は、ホログラム１１０２を透過し、プリズム１１０３の表面で反射され、対物レンズ素子１１０４により光ディスク１１０５上に収束する。また、光ディスク１１０５で反射された光束は、再び対物レンズ素子１１０４を通り、プリズム１１０３の表面で反射され、ホログラム１１０２で回折により偏向され、光検出器１１０７に入射する。

図１１に示す従来の光ピックアップ装置は、光源１１０１からの光束をプリズム１１０３により折り曲げる構成を採用しているため、光ディスク１１０５の情報記録面に対して垂直な方向に薄型化が図りやすいというメリットを有している。

一方、図１１に示す従来の光ピックアップ装置は、駆動部１１０６を用いて対物レンズ素子１１０４をトラッキング方向とフォーカシング方向の両方向に移動させている。図１１のように、対物レンズ素子１１０４を移動させることは、対物レンズ素子１１０４からみると相対的に光源１１０１が移動することと等価である。特に、対物レンズ素子１１０４がトラッキング方向に移動した場合、対物レンズ素子１１０４の光軸が光源１１０１の光軸に対して並行に偏心する。

対物レンズ素子１１０４の光軸と光源１１０１の光軸との間の偏差は、対物レンズ素子１１０４の結像倍率ｍが増大し、光ディスク上に形成されたスポットに大きな影響を及ぼす。図１１に示す従来の光ピックアップ装置において、対物レンズ素子１１０４をトラッキング方向に移動させて適切にトラッキングするためには、対物レンズ素子１１０４に±２°程度の画角で入射する光束についてコマ収差、球面収差、非点収差を補正しなければならない。
特開平０７−０７２３８６号公報（比較例２） 特開２００３−３３７２８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された対物レンズ素子は、僅か±０．５°の画角から非点収差が生じるため、光ピックアップ装置の対物レンズ素子として好ましくない。一方、特許文献２に記載された対物レンズ素子は、±２°程度の画角に対して非点収差を補正し得る設計をしている。しかしながら、特許文献２に記載された対物レンズ素子は、非点収差を補正するために光源側の第１面及び光ディスク側の第２面がいずれも複雑な非球面であり、したがって、レンズ素子を加工する際の許容される公差が極めて小さく、製造が困難である。

近年、前記のごとき対物レンズ素子の光軸と光源の光軸との間の偏差による問題を解決するために、互いの相対的な位置を変化させずに、光源から対物レンズ素子までの素子を一体的に駆動させることが可能な全集積型光ピックアップ装置が提案されている。かかる全集積型光ピックアップ装置によれば、対物レンズ素子と光源との間の相対的な位置は、対物レンズ素子がトラッキング方向に移動した場合であっても変化せず、コマ収差や非点収差といった軸外収差の補正を軽減することが可能である。

しかしながら、特許文献１に記載の対物レンズ素子では、物体と像との間の距離が短いため、かかる対物レンズ素子を全集積型光ピックアップ装置に適用した場合には、光束を屈曲させるためのプリズムを設置する場所がなく、光ディスクの法線方向に大きなデバイスを設定しなければならない。したがって、特許文献１に記載の対物レンズ素子を全集積型光ピックアップ装置に適用した場合には、薄型化が困難であるという問題がある。

また、光ピックアップ装置を小型軽量化するためには、光源からの光束をコリメータレンズを用いて平行にすることなく、発散光のまま対物レンズ素子に入射させる、いわゆる有限系の対物レンズ素子が有効である。全集積型光ピックアップ装置においては、駆動メカニズムへの負担が軽減するように、装置の小型軽量化が重要であるので、対物レンズ素子は有限系のものにすることが望ましい。

しかしながら、特許文献２に記載の対物レンズ系では、平行光束を対物レンズ素子に入射させる無限系の対物レンズ素子を開示しているため、有限系における非点収差の補正についての有効な示唆は認められない。

このように、特許文献１及び特許文献２に記載の対物レンズ素子はいずれも、プリズムを用いることによって薄型化される全集積型光ピックアップ装置に適した対物レンズ素子であるとはいえない。

本発明の目的は、高い性能を有する対物レンズ素子を備え、軽量で小型の光ピックアップ装置を提供することである。また本発明の目的は、光ピックアップ装置に用いられ、薄型でありながら高い性能を有する有限系の対物レンズ素子を提供することである。

前記目的は、以下の光ピックアップ装置により達成される。すなわち、光束を放射する光源と、前記光束を受光し、メディア上に収束するように配置された対物レンズ素子とを備えた光ピックアップ装置であって、前記対物レンズ素子の位置に応じて前記光源が配置されており、対物レンズ素子と光源との協働によってメディア上に光束を収束し、対物レンズ素子が以下の条件を満足する。
（１）−０．３００≦ｍ≦−０．２００
ただし、
ｍ：結像倍率
である。

前記光ピックアップ装置において、好ましくは、光源と対物レンズ素子との間の光路にコリメータレンズが存在しない。

また好ましくは、対物レンズ素子が、前記光束に対応した発散光束を受光するように配置されている。

好ましくは、対物レンズ素子が均質媒質である。

好ましくは、対物レンズ素子が、その第１面で光束を受光し、第２面から該光束を出力するように配置され、該第１面及び第２面がともに正のパワーを有する。

好ましくは、メディア上への光束の収束を調整するための、光源及び対物レンズ素子を駆動させる駆動部をさらに備えている。

好ましくは、光源及び対物レンズ素子を保持する基台をさらに備え、該基台を駆動するように前記駆動部が設定されている。

好ましくは、対物レンズ素子が以下の条件を満足する。
（２）０．５≦ｄ／ｆ≦１．１
ただし、
ｄ：対物レンズ素子の第１面と第２面との間の光軸上面間隔、
ｆ：対物レンズ素子の焦点距離
である。

好ましくは、対物レンズ素子が以下の条件を満足する。
（３）−１．１≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．２
（４）１．５≦ｎ
（５）Ｎ．Ａ．≧０．４５
ただし、
Ｒ₁：対物レンズ素子の第１面の光軸付近の曲率半径、
Ｒ₂：対物レンズ素子の第２面の光軸付近の曲率半径、
ｎ：対物レンズ素子の使用波長に対する屈折率、
Ｎ．Ａ．：対物レンズ素子から出力された光束の開口数
である。

好ましくは、対物レンズ素子の第１面及び第２面が、いずれも４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面であり、該対物レンズ素子が以下の条件を満足する。
（３ａ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．８
ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じである。

好ましくは、対物レンズ素子の第１面及び第２面のうち、曲率半径の大きい面が非球面であり、該対物レンズ素子が以下の条件を満足する。
（３ｂ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．４
（６） −９．８８９×１０^-3≦Ｓａｇ_0.3≦−８．１７２×１０^-3
（７） −３．７２２×１０^-3≦Ｓａｇ_0.6≦−３．４１３×１０^-3
（８） −８．２３５×１０^-3≦Ｓａｇ_1.0≦−７．６６７×１０^-3
ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じであり、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
Ｓａｇ_0.3：有効径０．３における面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_0.6：有効径０．６における面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_1.0：有効径１．０における面サグ量（ｍｍ）
である。

好ましくは、対物レンズ素子の第１面及び第２面がいずれも非球面であり、該対物レンズ素子が以下の条件を満足する。
（９） ８．３８３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_1}≦ ３．０２６×１０^-3
（１０） ３．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_1}≦ １．３４０×１０^-3
（１１） ７．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_1}≦ １．３４０×１０^-3
（１２）−１．８９３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_2}≦−８．３８３×１０^-3
（１３）−８．０２４×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_2}≦−７．５３９×１０^-3
（１４）−１．３０１×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_2}≦−１．２８０×１０^-3
ただし、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
Ｓａｇ_{0.3_1}：有効径０．３における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.6_1}：有効径０．６における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{1.0_1}：有効径１．０における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.3_2}：有効径０．３における第２面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.6_2}：有効径０．６における第２面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{1.0_2}：有効径１．０における第２面サグ量（ｍｍ）
である。

好ましくは、対物レンズ素子により収束され、メディアにより反射された光束を受光し、電気的な信号に変換する光検出素子をさらに備えている。

さらに好ましくは、対物レンズ素子と光源との間で、略９０°で光束を屈曲させる反射面をさらに備えている。

また前記目的は、以下の対物レンズ素子により達成される。すなわち、光源から放射された光束をメディア上に集光するための対物レンズ素子であって、第１面及び該第１面と向かい合う第２面にて規定される均質媒質であり、該第１面及び第２面が、ともに正のパワーを有し、以下の条件を満足する。
（２）０．５≦ｄ／ｆ≦１．１
ただし、
ｄ：対物レンズ素子の第１面と第２面との間の光軸上面間隔、
ｆ：対物レンズ素子の焦点距離
である。

前記対物レンズ素子において、好ましくは、以下の条件を満足する。
（３）−１．１≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．２
（４）１．５≦ｎ
（５）Ｎ．Ａ．≧０．４５
ただし、
Ｒ₁：対物レンズ素子の第１面の光軸付近の曲率半径、
Ｒ₂：対物レンズ素子の第２面の光軸付近の曲率半径、
ｎ：対物レンズ素子の使用波長に対する屈折率、
Ｎ．Ａ．：対物レンズ素子から出力された光束の開口数
である。

また好ましくは、その第１面及び第２面が、いずれも４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面であり、以下の条件を満足する。
（３ａ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．８
ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じである。

好ましくは、その第１面及び第２面のうち、曲率半径の大きい面が非球面であり、
以下の条件を満足する。
（３ｂ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．４
（６） −９．８８９×１０^-3≦Ｓａｇ_0.3≦−８．１７２×１０^-3
（７） −３．７２２×１０^-3≦Ｓａｇ_0.6≦−３．４１３×１０^-3
（８） −８．２３５×１０^-3≦Ｓａｇ_1.0≦−７．６６７×１０^-3
ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じであり、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
Ｓａｇ_0.3：有効径０．３における面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_0.6：有効径０．６における面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_1.0：有効径１．０における面サグ量（ｍｍ）
である。

さらに好ましくは、その第１面及び第２面がいずれも非球面であり、以下の条件を満足する。
（９） ８．３８３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_1}≦ ３．０２６×１０^-3
（１０） ３．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_1}≦ １．３４０×１０^-3
（１１） ７．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_1}≦ １．３４０×１０^-3
（１２）−１．８９３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_2}≦−８．３８３×１０^-3
（１３）−８．０２４×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_2}≦−７．５３９×１０^-3
（１４）−１．３０１×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_2}≦−１．２８０×１０^-3
ただし、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
Ｓａｇ_{0.3_1}：有効径０．３における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.6_1}：有効径０．６における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{1.0_1}：有効径１．０における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.3_2}：有効径０．３における第２面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.6_2}：有効径０．６における第２面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{1.0_2}：有効径１．０における第２面サグ量（ｍｍ）
である。

本発明によれば、高い性能を有する対物レンズ素子を備え、軽量で小型の光ピックアップ装置を提供することができる。また本発明によれば、かかる光ピックアップ装置に用いられ、薄型でありながら高い性能を有する有限系の対物レンズ素子を提供することができる。

（実施の形態１〜４）
図１は、本発明に係る実施の形態１〜４に共通する光ピックアップ装置の光学系の光路図である。また図２は、本発明に係る実施の形態１〜４に共通する光ピックアップ装置の光学系の構成図である。図１及び図２において、各実施の形態に共通する光ピックアップ装置は、光源１０１と、ホログラム１０２と、対物レンズ素子１０３と、プリズム２０３と、保持部２０４と、光検出素子２０６と、駆動部２０７と、基台２０８とを含む。

光源１０１は、レーザダイオードであり、レーザ光束を放射する。ホログラム１０２は、例えば偏光方向等に基づいて、光源１０１からの光束を透過し、メディア１０４からの光束を偏向するように設計されている。プリズム２０３は、対物レンズ素子１０３と光源１０１との間に備えられた直角三角柱形状のプリズムであり、その斜面には、光源１０１から放射された光束及びメディア１０４で反射され、再び対物レンズ素子１０３を通る光束を略９０°で屈曲させる反射面が形成されている。保持部２０４は、光源１０１と、ホログラム１０２と、対物レンズ素子１０３と、プリズム２０３と、光検出素子２０６とを互いの相対的な位置が変化しないよう一体的に保持する。駆動部２０７は、メディア１０４上への光束の収束を調整するために、光源１０１及び対物レンズ素子１０３を駆動させるものであり、基台２０８は、保持部２０４を載置し、前記駆動部２０７により対物レンズ素子１０３のトラッキング方向及びフォーカシング方向に駆動される。また、光検出素子２０６はフォトダイオードであり、対物レンズ素子１０３により収束され、メディア１０４により反射された光束を受光し、これを電気的な信号に変換して出力する。なお、メディア１０４は、例えばＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤなどの光ディスク等に対応する。

以上の構成において、光源１０１から射出された光束は、対物レンズ素子１０３とかかる光源１０１との協働によってメディア１０４上に収束される。すなわち、対物レンズ素子１０３は、光源１０１からの発散光束を受光するように配置されており、該発散光束は、ホログラム１０２を透過し、プリズム２０３の表面で反射され、対物レンズ素子１０３によりメディア１０４上に収束する。また、メディア１０４で反射された光束は、再び対物レンズ素子１０３を通り、プリズム２０３の表面で反射され、ホログラム１０２で回折により偏向され、光検出素子２０６に入射する。

このように、各実施形態に対応する光ピックアップ装置は、光源１０１から対物レンズ素子１０３までの構成が、すべて一体的に保持される、いわゆる全集積型を採用している。このため、各実施形態に対応する光ピックアップ装置は、光源１０１と対物レンズ素子１０３との間の相対的な位置関係が変化することがない。したがって、対物レンズ素子１０３は、いずれも画角±０．５°の範囲で軸外の収差補正を行うだけで十分な光学性能を発揮することができる。

このため、各実施の形態に係る対物レンズ素子は、軸外光束に対する収差補正の負荷が非常に小さく、複雑な非球面を使用する必要がない。したがって、各実施の形態に係る対物レンズ素子は、製造に際して、金型加工やレンズ加工が容易で生産性の高いレンズ素子となっている。

また、各実施の形態に対応する光ピックアップ装置は、コリメータレンズを介さずに、光源１０１からの発散光束を対物レンズ素子１０３に入射させている。すなわち、光源１０１と対物レンズ素子１０３との間の光路にコリメータレンズが存在しない。このため各実施の形態に係る対物レンズ素子１０３は、有限系の光路で用いられるレンズ素子となっている。したがって、各実施の形態に対応する光ピックアップ装置は、全体をコンパクトに構成することを可能にしている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る対物レンズ素子の光路図である。図４は、本発明の実施の形態２に係る対物レンズ素子の光路図である。図５は、本発明の実施の形態３に係る対物レンズ素子の光路図である。図６は、本発明の実施の形態４に係る対物レンズ素子の光路図である。各図において、左から右へ向けて、第１面Ｓ１と、第２面Ｓ２と、メディアの保護層に該当する平行平板Ｄとが配置されている。図中、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間の光軸上面間隔をｄとしている。なお、各図は、メディアとしてＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）を用いた場合の例であり、メディアの保護層として１．２００ｍｍの光路図を示している。

各実施の形態に係る対物レンズ素子はいずれも、均質媒質からなる単レンズ素子であって、光源側の第１面で光束を受光し、メディア側の第２面から該光束を出力するように配置されており、これら第１面及び第２面は、ともに正のパワーを有する。各実施の形態に係る対物レンズ素子が、このように均質媒質からなる単レンズである場合、さらに製造が容易でコンパクトな光ピックアップ装置の構成を採ることができる。また、両面を正パワー面とした場合、十分な作動距離をより短くすることができ、さらにコンパクトな光ピックアップ装置の構成を採ることができる。

各実施の形態に係る対物レンズ素子は、以下の条件（１）を満足することが望ましい。
（１）−０．３００≦ｍ≦−０．２００
ただし、
ｍ：結像倍率
である。

ここで、ｍが条件（１）の下限を超えると、光源からメディア上の集光点までの距離が長くなり過ぎて、光ピックアップ装置を小型化することが困難となる。また、ｍが条件（１）の上限を超えると、無限遠の物体距離に換算した場合の開口数Ｎ．Ａ．が大きくなり過ぎて、軸外光束に対するコマ収差が補正しきれず、光ピックアップ装置の対物レンズ素子として十分な光学的性能を達成することが困難となる。

以下に、条件（１）におけるｍの範囲について図１２及び図１３を用いてさらに詳細に説明する。

図１２は、光ピックアップ装置における結像倍率とレーザパワーとの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２において、横軸は対物レンズ素子の結像倍率ｍを示す。縦軸は、光ピックアップ装置を正確に作動させるために必要な最低レベルのレーザパワーをレーザパワー比に換算して得られた値を示し、対物レンズ素子の結像倍率ｍが−０．３００のとき、かかるレーザパワー比は１で定義される。対物レンズ素子の結像倍率ｍが−０．３００のとき、かかる値は条件（１）の下限値に相当する。なお、一般的なレーザダイオードの光束拡散角を考慮して、垂直方向における半値全角が２５°、水平方向における半値全角が１０°の条件にて、シミュレーションを行った。

図１２のグラフに示すように、結像倍率ｍの絶対値が小さい場合、メディア上に有効なスポットを形成させるためには、大きなレーザパワーが必要である。一方、レーザパワーが大きくなると、レーザによる発熱が顕著になるという問題が生じる。光ピックアップ装置には対物レンズ素子や多くのプラスチック部品が含まれているので、大きな発熱を避けることが望ましい。特に、全集積型光ピックアップ装置においては、構造部品等の制限によって、放熱が困難な構成としなければならないため、レーザの発熱は最小限に抑えることが望ましい。

条件（１）の上限値はまた、許容レーザパワーの最大値を特定する条件を意味する。全集積型光ピックアップ装置において、対物レンズ素子の結像倍率ｍが−０．３００のときにレーザパワーが１であると仮定すると、レーザパワーが約１．８を超えたとき、発熱量が許容量を超え、放熱が困難となる。レーザパワー約１．８を結像倍率ｍに換算すると、かかるｍは−０．２００である。したがって、条件（１）の上限値を満足することにより、許容範囲内で発熱が制限される。

図１３は、光ピックアップ装置における、光軸に対して垂直方向（以下、水平方向という）での中央部分から周縁部分の間の、結像倍率とレーザパワー強度比（以下、周縁強度という）との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図１３において、横軸は対物レンズ素子の結像倍率ｍを示す。縦軸は、光ピックアップ装置を正確に作動させるために必要な最低レベルの周縁強度を示す。

前記周縁強度は、対物レンズ素子にて形成されたスポット径に関する。かかる周縁強度が小さくなり過ぎると、スポット径が大きくなり過ぎて、正確にメディアを再生したり、データを書き込むことが困難となる。周縁強度が０．２以下のとき、正確にメディアを再生したり、データを書き込むことができないことが確認されている。周縁強度０．２を結像倍率ｍに換算すると、かかるｍは−０．３００である。したがって、条件（１）の下限値を満足することにより、正確なスポット径を得ることができる。

なお、条件（１）の範囲を、さらに以下の条件（１）’とすることにより、前記の効果を顕著に奏功させることができる。
（１）’−０．２９０≦ｍ≦−０．２００

各実施の形態に係る対物レンズ素子は、以下の条件（２）を満足することが望ましい。
（２）０．５≦ｄ／ｆ≦１．１
ただし、
ｄ：対物レンズ素子の第１面と第２面との間の光軸上面間隔、
ｆ：対物レンズ素子の焦点距離
である。

条件（２）は非点収差を良好に補正する条件である。条件（２）の下限を超えた近傍では、低次の非点収差が小さくなるものの高次の非点収差が発生し、望ましくない。条件（２）の上限を超えた近傍では、低次の非点収差が増大し過ぎるので、望ましくない。

なお、条件（２）の範囲を、さらに以下の条件（２）’あるいは（２）’’とすることにより、前記の効果を顕著に奏功させることができる。
（２）’０．５≦ｄ／ｆ
（２）’’ｄ／ｆ≦０．８

各実施の形態に係る対物レンズ素子は、以下の条件（３）を満足することが望ましい。
（３）−１．１≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．２
ただし、
Ｒ₁：対物レンズ素子の第１面の光軸付近の曲率半径、
Ｒ₂：対物レンズ素子の第２面の光軸付近の曲率半径
である。

条件（３）は、第１面と第２面との横ズレによる偏心誤差感度を小さくするための条件である。特に、モールドによるレンズ加工を採用する場合、コスト面で有利である。型でレンズを加工する場合、第１面側の型と第２面の型との横ズレの許容範囲が小さいと生産性が低下する。したがって、第１面側の型と第２面側の型との横ズレに対する許容範囲が大きいほうが望ましい。条件（３）の上限、下限を超えた場合、横ズレの偏心誤差によって生じるコマ収差が大きくなる傾向がある。

なお、条件（３）の範囲を、さらに以下の条件（３）’とすることにより、前記の効果を顕著に奏功させることができる。
（３）’Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．８

各実施の形態に係る対物レンズ素子は、以下の条件（４）を満足することが望ましい。
（４）１．５≦ｎ
ただし、
ｎ：対物レンズ素子の使用波長に対する屈折率
である。

条件（４）は、条件（１）〜（３）を満足したうえで、さらに球面収差とコマ収差を良好に補正する条件である。条件（４）の下限を超えると、球面収差と正弦条件との両立が困難となる。

各実施の形態に係る対物レンズ素子は、以下の条件（５）を満足することが望ましい。
（５）Ｎ．Ａ．≧０．４５
ただし、
Ｎ．Ａ．：対物レンズ素子から出力された光束の開口数
である。

条件（５）は、メディアに情報の読み書きをするのに、必要な開口数を示している。したがって、この条件を満足しない場合、光ピックアップ装置の対物レンズ素子として適用することが困難となる。

実施の形態１に係る対物レンズ素子は、第１面及び第２面が、いずれも４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面である。以上のように構成すると、レンズ素子をモールドで製造する場合の型の加工が容易になり、望ましい。この場合において、特にＫ_jを０として球面にすると特に製造が容易になり、好ましい。

実施の形態１に係る対物レンズ素子のように、第１面及び第２面が、いずれも４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面である場合、以下の条件（３ａ）を満足することが望ましい。
（３ａ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．８
ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じである。

条件（３ａ）は、第１面及び第２面を、いずれも４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面とした場合に、各面のコマ収差及び球面収差を補正するための条件である。条件（３ａ）の下限を超えると、正弦条件不満足量（ＯＳＣ）が負の方に大きくなり過ぎる。条件（３ａ）の上限を超えると、ＯＳＣが正の方に大きくなり過ぎる。いずれの場合も、大きなコマ収差が生じてしまい、実用に供することが困難となる。

実施の形態２に係る対物レンズ素子は、第１面が、４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面であり、第２面が、４次以上の非球面係数を有する非球面である。以上のように構成すると、レンズ素子をモールドで製造する場合の型の加工の容易性と、非球面による収差補正能とのバランスをとることができ、望ましい。この場合において、特に第１面のＫ_jを０として球面にすると特に製造が容易になり、好ましい。

実施の形態２に係る対物レンズ素子のように、対物レンズ素子の第１面及び第２面のうち、曲率半径の大きい面は、以下の条件（３ｂ）及び（６）〜（８）を満足する非球面とすることが望ましい。
（３ｂ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．４
（６）−９．８８９×１０^-3≦Ｓａｇ_0.3≦−８．１７２×１０^-3
（７）−３．７２２×１０^-3≦Ｓａｇ_0.6≦−３．４１３×１０^-3
（８）−８．２３５×１０^-3≦Ｓａｇ_1.0≦−７．６６７×１０^-3
ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じであり、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
Ｓａｇ_0.3：有効径０．３における面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_0.6：有効径０．６における面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_1.0：有効径１．０における面サグ量（ｍｍ）
である。

条件（３ｂ）は、対物レンズ素子の第１面及び第２面のうち、曲率半径の大きい面を非球面にした場合に、第１面と第２面との横ズレによる偏心誤差感度を小さくするための条件である。条件（３ｂ）の上限、下限を超えた場合、横ズレの偏心誤差によって生じるコマ収差が大きくなる。

条件（６）〜（８）は、対物レンズ素子の第１面及び第２面のうち、曲率半径の大きい面を非球面にした場合に、いずれも波面収差を補正するための非球面の量である。条件（６）〜（８）の下限を超えた場合、５次非点収差の補正が困難となる。条件（６）〜（８）の上限を超えた場合、７次以上の非点収差、コマ収差が生じる。いずれも、波面収差の補正が困難となる。

実施の形態３及び４に係る対物レンズ素子は、第１面及び第２面が、いずれも４次以上の非球面係数を有する非球面である。以上のように構成すると、非球面による収差補正能を最大限に利用することができ、望ましい。

実施の形態３及び４に係る対物レンズ素子のように、対物レンズ素子の第１面及び第２面を、以下の条件（９）〜（１４）を満足する非球面とすることが望ましい。
（９） ８．３８３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_1}≦ ３．０２６×１０^-3
（１０） ３．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_1}≦ １．３４０×１０^-3
（１１） ７．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_1}≦ １．３４０×１０^-3
（１２）−１．８９３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_2}≦−８．３８３×１０^-3
（１３）−８．０２４×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_2}≦−７．５３９×１０^-3
（１４）−１．３０１×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_2}≦−１．２８０×１０^-3
ただし、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
Ｓａｇ_{0.3_1}：有効径０．３における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.6_1}：有効径０．６における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{1.0_1}：有効径１．０における第１面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.3_2}：有効径０．３における第２面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{0.6_2}：有効径０．６における第２面サグ量（ｍｍ）
Ｓａｇ_{1.0_2}：有効径１．０における第２面サグ量（ｍｍ）
である。

条件（９）〜（１４）は、対物レンズ素子の第１面及び第２面を非球面にした場合の波面収差を補正するための非球面の量である。条件（９）〜（１４）の下限を超えた場合、５次非点収差の補正が困難となる。条件（９）〜（１４）の上限を超えた場合、７次以上の非点収差、コマ収差が生じる。いずれも、波面収差の補正が困難となる。

なお、各実施の形態に係る対物レンズ素子は、光源の波長λが以下の条件（１５）の範囲にある場合、メディアの保護層の厚みが略１．２ｍｍに対応するように収差補正が行われる。
（１５） ７６０ｎｍ≦λ≦８１０ｎｍ

また、各実施の形態に係る対物レンズ素子は、光源の波長λが以下の条件（１６）の範囲にある場合、メディアの保護層の厚みが略０．６ｍｍに対応するように収差補正が行われる。
（１６） ６５０ｎｍ≦λ≦６８０ｎｍ

以下、各実施の形態に係る対物レンズ素子を具体化した数値実施例を示す。以下に示す各実施例１〜４は、それぞれ上述した実施の形態１〜４に対応する。また、各数値実施例の表において、面形状は以下の式（ＡＳ）で定義される。

ただし、
Ｘ：光軸とレンズ面との交点を０．０としたときのレンズ面形状、
Ｙ、Ｚ：それぞれＸに直交する方向の座標、
ｒ：曲率半径、
Ｋ_j：円錐係数、
Ａ_2i：非球面係数
である。

また、図７〜図１０は、実施例１〜４に係る対物レンズ素子の収差図である。各収差図において、（ａ）は、球面収差を評価するための縦収差図であり、縦軸は有効径で規格化した入射高さを示している。（ｂ）は、非点収差を評価するための縦収差図であり、縦軸は最大画角０．５°で規格化した画角を示している。（ｃ）は、コマ収差及び非点収差などの軸外性能を評価するための横収差図であり、縦軸は像面上の横収差量を示す。

（実施例１）
実施例１に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを表１に示す。また、併せて実施例１に係る対物レンズ素子の、焦点距離ｆ、メディアの保護層を換算した作動距離Ｗ．Ｄ、第１面と第２面との間の光軸上面間隔ｄ、使用波長に対する屈折率ｎ、物像間距離（光源からメディアまでの距離）Ｉ／Ｏ、条件式（１）〜（３）の値を示す。

図７の収差図からもわかるように、実施例１の対物レンズ素子は、軸上性能及び画角±０．５°における軸外性能が良好で、全集積型光ピックアップ装置の対物レンズ素子として十分な光学性能を有している。

（実施例２）
実施例２に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを表２に示す。また、併せて実施例２に係る対物レンズ素子の、焦点距離ｆ、メディアの保護層を換算した作動距離Ｗ．Ｄ、第１面と第２面との間の光軸上面間隔ｄ、使用波長に対する屈折率ｎ、物像間距離（光源からメディアまでの距離）Ｉ／Ｏ、条件式（１）〜（３）の値を示す。

図８の収差図からもわかるように、実施例２の対物レンズ素子は、軸上性能及び画角±０．５°における軸外性能が良好で、全集積型光ピックアップ装置の対物レンズ素子として十分な光学性能を有している。

（実施例３）
実施例３に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを表３に示す。また、併せて実施例３に係る対物レンズ素子の、焦点距離ｆ、メディアの保護層を換算した作動距離Ｗ．Ｄ、第１面と第２面との間の光軸上面間隔ｄ、使用波長に対する屈折率ｎ、物像間距離（光源からメディアまでの距離）Ｉ／Ｏ、条件式（１）〜（３）の値を示す。

図９の収差図からもわかるように、実施例３の対物レンズ素子は、軸上性能及び画角±０．５°における軸外性能が良好で、全集積型光ピックアップ装置の対物レンズ素子として十分な光学性能を有している。

（実施例４）
実施例４に係る対物レンズ素子のコンストラクションデータを表４に示す。また、併せて実施例４に係る対物レンズ素子の、焦点距離ｆ、メディアの保護層を換算した作動距離Ｗ．Ｄ、第１面と第２面との間の光軸上面間隔ｄ、使用波長に対する屈折率ｎ、物像間距離（光源からメディアまでの距離）Ｉ／Ｏ、条件式（１）〜（３）の値を示す。

図１０の収差図からもわかるように、実施例４の対物レンズ素子は、軸上性能及び画角±０．５°における軸外性能が良好で、全集積型光ピックアップ装置の対物レンズ素子として十分な光学性能を有している。

以上説明したように、各実施例の対物レンズ素子は、薄型であり、いずれも軸上性能及び画角±０．５°における軸外性能が良好で、有限系の全集積型光ピックアップ装置の対物レンズ素子として十分な光学性能を発揮している。

したがって、各実施例の対物レンズ素子を光ピックアップ装置に適用することにより、軽量で小型な装置を構成することができる。

本発明は、例えばＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＭＤ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＨＤ−ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｋといった光ディスク等のメディアへ、情報を書き込んだり、これらのメディアから、情報を消去したり、あるいはこれらのメディアから情報を読み出したりする際に用いられる光ピックアップ装置に好適である。

本発明に係る実施の形態１〜４に共通する光ピックアップ装置の光学系の光路図 本発明に係る実施の形態１〜４に共通する光ピックアップ装置の光学系の構成図 本発明の実施の形態１に係る対物レンズ素子の光路図 本発明の実施の形態２に係る対物レンズ素子の光路図 本発明の実施の形態３に係る対物レンズ素子の光路図 本発明の実施の形態４に係る対物レンズ素子の光路図 本発明の実施の形態１に係る対物レンズ素子の収差図 本発明の実施の形態２に係る対物レンズ素子の収差図 本発明の実施の形態３に係る対物レンズ素子の収差図 本発明の実施の形態４に係る対物レンズ素子の収差図 従来の光ピックアップ装置の構成図 本発明に係る光ピックアップ装置における、結像倍率とレーザパワーとの関係のシミュレーション結果を示すグラフ 本発明に係る光ピックアップ装置における、結像倍率と周縁強度との関係のシミュレーション結果を示すグラフ

符号の説明

１０１ 光源
１０２ ホログラム
１０３ 対物レンズ素子
１０４ メディア
２０３ プリズム
２０４ 保持部
２０６ 光検出素子
２０７ 駆動部
２０８ 基台

Claims (19)

1. 光束を放射する光源と、
   前記光束を受光し、メディア上に収束するように配置された対物レンズ素子とを備え、
   前記対物レンズ素子の位置に応じて前記光源が配置されており、
   対物レンズ素子と光源との協働によってメディア上に光束を収束し、
   対物レンズ素子が以下の条件を満足する、光ピックアップ装置：
   （１）−０．３００≦ｍ≦−０．２００
   ただし、
   ｍ：結像倍率
   である。
2. 光源と対物レンズ素子との間の光路にコリメータレンズが存在しない、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 対物レンズ素子が、前記光束に対応した発散光束を受光するように配置された、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
4. 対物レンズ素子が均質媒質である、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
5. 対物レンズ素子が、その第１面で光束を受光し、第２面から該光束を出力するように配置され、該第１面及び第２面がともに正のパワーを有する、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
6. メディア上への光束の収束を調整するための、光源及び対物レンズ素子を駆動させる駆動部をさらに備えた、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
7. 光源及び対物レンズ素子を保持する基台をさらに備え、該基台を駆動するように前記駆動部が設定された、請求項６に記載の光ピックアップ装置。
8. 対物レンズ素子が以下の条件を満足する、請求項１に記載の光ピックアップ装置：
   （２）０．５≦ｄ／ｆ≦１．１
   ただし、
   ｄ：対物レンズ素子の第１面と第２面との間の光軸上面間隔、
   ｆ：対物レンズ素子の焦点距離
   である。
9. 対物レンズ素子が以下の条件を満足する、請求項８に記載の光ピックアップ装置：
   （３）−１．１≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．２
   （４）１．５≦ｎ
   （５）Ｎ．Ａ．≧０．４５
   ただし、
   Ｒ₁：対物レンズ素子の第１面の光軸付近の曲率半径、
   Ｒ₂：対物レンズ素子の第２面の光軸付近の曲率半径、
   ｎ：対物レンズ素子の使用波長に対する屈折率、
   Ｎ．Ａ．：対物レンズ素子から出力された光束の開口数
   である。
10. 対物レンズ素子の第１面及び第２面が、いずれも４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面であり、該対物レンズ素子が以下の条件を満足する、請求項９に記載の光ピックアップ装置：
    （３ａ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．８
    ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じである。
11. 対物レンズ素子の第１面及び第２面のうち、曲率半径の大きい面が非球面であり、該対物レンズ素子が以下の条件を満足する、請求項９に記載の光ピックアップ装置：
    （３ｂ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．４
    （６） −９．８８９×１０^-3≦Ｓａｇ_0.3≦−８．１７２×１０^-3
    （７） −３．７２２×１０^-3≦Ｓａｇ_0.6≦−３．４１３×１０^-3
    （８） −８．２３５×１０^-3≦Ｓａｇ_1.0≦−７．６６７×１０^-3
    ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じであり、
    光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
    Ｓａｇ_0.3：有効径０．３における面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_0.6：有効径０．６における面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_1.0：有効径１．０における面サグ量（ｍｍ）
    である。
12. 対物レンズ素子の第１面及び第２面がいずれも非球面であり、該対物レンズ素子が以下の条件を満足する、請求項９に記載の光ピックアップ装置：
    （９） ８．３８３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_1}≦ ３．０２６×１０^-3
    （１０） ３．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_1}≦ １．３４０×１０^-3
    （１１） ７．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_1}≦ １．３４０×１０^-3
    （１２）−１．８９３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_2}≦−８．３８３×１０^-3
    （１３）−８．０２４×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_2}≦−７．５３９×１０^-3
    （１４）−１．３０１×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_2}≦−１．２８０×１０^-3
    ただし、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
    Ｓａｇ_{0.3_1}：有効径０．３における第１面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{0.6_1}：有効径０．６における第１面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{1.0_1}：有効径１．０における第１面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{0.3_2}：有効径０．３における第２面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{0.6_2}：有効径０．６における第２面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{1.0_2}：有効径１．０における第２面サグ量（ｍｍ）
    である。
13. 対物レンズ素子により収束され、メディアにより反射された光束を受光し、電気的な信号に変換する光検出素子をさらに備えた、請求項９に記載の光ピックアップ装置。
14. 対物レンズ素子と光源との間で、略９０°で光束を屈曲させる反射面をさらに備えた、請求項９に記載の光ピックアップ装置。
15. 光源から放射された光束をメディア上に集光するための対物レンズ素子であって、
    第１面及び該第１面と向かい合う第２面にて規定される均質媒質であり、
    該第１面及び第２面が、ともに正のパワーを有し、
    以下の条件を満足する、対物レンズ素子：
    （２）０．５≦ｄ／ｆ≦１．１
    ただし、
    ｄ：対物レンズ素子の第１面と第２面との間の光軸上面間隔、
    ｆ：対物レンズ素子の焦点距離
    である。
16. 以下の条件を満足する、請求項１５に記載の対物レンズ素子：
    （３）−１．１≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．２
    （４）１．５≦ｎ
    （５）Ｎ．Ａ．≧０．４５
    ただし、
    Ｒ₁：対物レンズ素子の第１面の光軸付近の曲率半径、
    Ｒ₂：対物レンズ素子の第２面の光軸付近の曲率半径、
    ｎ：対物レンズ素子の使用波長に対する屈折率、
    Ｎ．Ａ．：対物レンズ素子から出力された光束の開口数
    である。
17. その第１面及び第２面が、いずれも４次未満の非球面係数のみを有する二次曲面であり、
    以下の条件を満足する、請求項１６に記載の対物レンズ素子：
    （３ａ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．８
    ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じである。
18. その第１面及び第２面のうち、曲率半径の大きい面が非球面であり、
    以下の条件を満足する、請求項１６に記載の対物レンズ素子：
    （３ｂ）−１．０≦Ｒ₁／Ｒ₂≦−０．４
    （６） −９．８８９×１０^-3≦Ｓａｇ_0.3≦−８．１７２×１０^-3
    （７） −３．７２２×１０^-3≦Ｓａｇ_0.6≦−３．４１３×１０^-3
    （８） −８．２３５×１０^-3≦Ｓａｇ_1.0≦−７．６６７×１０^-3
    ただし、Ｒ₁及びＲ₂は前記と同じであり、
    光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
    Ｓａｇ_0.3：有効径０．３における面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_0.6：有効径０．６における面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_1.0：有効径１．０における面サグ量（ｍｍ）
    である。
19. その第１面及び第２面がいずれも非球面であり、
    以下の条件を満足する、請求項１６に記載の対物レンズ素子：
    （９） ８．３８３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_1}≦ ３．０２６×１０^-3
    （１０） ３．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_1}≦ １．３４０×１０^-3
    （１１） ７．５２０×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_1}≦ １．３４０×１０^-3
    （１２）−１．８９３×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.3_2}≦−８．３８３×１０^-3
    （１３）−８．０２４×１０^-3≦Ｓａｇ_{0.6_2}≦−７．５３９×１０^-3
    （１４）−１．３０１×１０^-3≦Ｓａｇ_{1.0_2}≦−１．２８０×１０^-3
    ただし、光軸とレンズ面との交点及び有効径に対応する位置を、それぞれ有効径０．０及び有効径１．０と表したとき、
    Ｓａｇ_{0.3_1}：有効径０．３における第１面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{0.6_1}：有効径０．６における第１面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{1.0_1}：有効径１．０における第１面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{0.3_2}：有効径０．３における第２面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{0.6_2}：有効径０．６における第２面サグ量（ｍｍ）
    Ｓａｇ_{1.0_2}：有効径１．０における第２面サグ量（ｍｍ）
    である。

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