JP5713248B2 - 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、厚さ方向に３つ以上の情報記録面を有する光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置に関する。

波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムが知られており、その一例であるＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。

ところで、従来のＢＤは１層もしくは２層の情報記録面を有しているものが多いが、１枚のＢＤに、より大きなデータを保存したいという市場の要求から、３層以上の情報記録面を有するＢＤについても実用化を目指して研究が進んでいる。しかるに、情報の記録／再生を行う際の光束のＮＡが０．８５と大きいため、複数の情報記録面を有するＢＤでは、一の情報記録面に対して最小の球面収差を付与するようにすると、基板厚さが異なる他の情報記録面においては球面収差が増大し、適切に情報の記録／再生を行えなくなるという問題がある。かかる球面収差の問題は情報記録面の数が多くなるほど（すなわち、表面からの距離が最も小さい情報記録面と表面からの距離が最も大きい情報記録面との間隔が大きくなるほど）顕在化する。一方、例えば薄形テレビの背面等に設置すべく、光ピックアップ装置の薄形化の要求もある。

これに対し、光源と対物レンズとの間に配置したカップリングレンズを光軸方向に移動させることで対物レンズの倍率を変更し、選択した情報記録面に対して、３次球面収差を抑えた光束を集光させることができる光ピックアップ装置も開発されている。尚、情報の記録／再生を行うべき情報記録面をある情報記録面から他の情報記録面へと変える動作を、本明細書では「フォーカスジャンプ」と呼ぶことがある。

ところで、３層以上の情報記録面を持つＢＤ多層ディスクでは当然、現在の２面の情報記録面を持つＢＤ２層ディスクに比べて、光入射側の表面から見て最も近い情報記録面と最も遠い情報記録面のカバー層厚さの差が大きくなる。そのため、上記特許文献１記載のようにコリメートレンズを前後に動かすという手段のみではＢＤ多層ディスクの各情報記録面において、球面収差補正が不十分であることが予想され、合焦点状態における光スポットの品質を良好に保つことが難しいという懸念がある。

これに対し、特許文献１に示す技術では、ＢＤ用の対物レンズの基準カバー層厚さ（設計基板厚ともいう）を、２層の情報記録面を持つＢＤ２層ディスクの中間面でのカバー層厚さ（基板厚ともいう）より薄く設定し、例えば最小のカバー層厚さ＝７５μｍ、最大のカバー層厚さ＝１００μｍとしたときに、基準カバー層厚さ＝（７５＋１００）／２＝８７.５μｍとすることによって、各情報記録層における集光スポットの波面収差を良好なものとしている。

特開２０１０−７３２３８号公報

ここで、コリメートレンズを光軸方向に変位させることで、異なる基板厚の情報記録面に、適切に集光スポットを形成できる原理を説明する。コリメートレンズの移動により対物レンズへの入射光が発散光となると球面収差は負になる一方、対物レンズへの入射光が収束光となると球面収差は正となる。又、設計基板厚よりも基板厚が厚くなると球面収差は正となる一方、設計基板厚よりも基板厚が薄くなると球面収差は負となる。つまり、コリメートレンズを光軸方向に移動させることで発生する球面収差を用いて、基板厚が異なることにより生じる球面収差をキャンセルしているのである。

ところで、対物レンズへの入射光束を発散光とする為に、コリメートレンズを光源側へ変位させると、コリメートレンズへの入射光束径が平行光よりも小さくなる。一方、対物レンズへの入射光束を収束光にする為に、コリメータを対物レンズ側へ変位させると、コリメートレンズへの入射光束径が平行光よりも大きくなる。

ここで、光ピックアップ装置の薄型化を図るには、光束径を極力小さくすることが望ましいとされている。それにより各素子の大きさを抑えられるからである。つまり、コリメートレンズの変位と入射光束の上記の関係から、出来る限り複数の情報記録層にて発散光を利用して倍率補正するような光学系にすれば、それだけ光束径を小さく出来るといえる。かかる観点からは、平行光束で収差補正される対物レンズの情報記録層の基板厚（設計基板厚）を薄くする方が好ましいといえる。ところが、設計基板厚を単に薄くしたのみでは、実使用時に新たな問題が生じることを本発明者が見出した。

より具体的には、正弦条件を満たした状態で、平行光束を用いて薄目の設計基板厚で対物レンズを最適に設計すると、対物レンズティルト感度が鈍くなり、粗悪光ディスク（反り光ディスク）を使用した場合に、対物レンズを傾けて（対物レンズティルトさせて）コマ収差を補正できる機能が制限されてしまうということである。

本発明は、上述の問題を考慮してなされたものであり、光ピックアップ装置の薄型化に貢献しつつも、対物レンズティルトによりコマ収差補正を行える機能を確保することで、コマ収差の補正を良好に行うことができる光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の対物レンズは、波長λ１（３９０ｎｍ＜λ１＜４１５ｎｍ）の光束を出射する光源と対物レンズとを有し、光束入射面からの距離（透明基板厚）が互いに異なる情報記録面を厚さ方向に３つ以上有する光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択して、前記光源から出射された波長λ１の光束を前記対物レンズにより前記選択された情報記録面に集光することによって、情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置に使用される対物レンズであって、
像側開口数（ＮＡ）は０．８以上、０．９５以下であり、
倍率をＭ、光ディスクの基板厚をＴとしたときに、３次球面収差が最小になる組み合わせ（Ｍ、Ｔ）のうち、１つの組み合わせは、Ｍ＝０、Ｔ＝Ｔｃｅｎ（μｍ）であり、
又、それとは別な組み合わせであって、対物レンズティルトに対する単位角度あたりの３次コマ収差の値をＬＴ、光ディスクティルトに対する単位角度あたりの３次コマ収差の値をＤＴとしたときに、││ＬＴ│−│ＤＴ││が最小となるものは、Ｍ＝Ｍｃｍｃ、Ｔ＝Ｔｃｍｃ（μｍ）であり、更に以下の式を満たし、更にＭ＝０、Ｔｃｅｎ＝７０μｍのときに有効径内の全域で正弦条件違反量が負の値をとることを特徴とする。
０．５・Ｔ０≦Ｔｃｅｎ≦０．８５・Ｔ０ （１）
Ｔｃｅｎ＜Ｔｃｍｃ （２）
Ｍｃｍｃ＜０ （３）
但し、Ｔ０：前記光ディスクの基板厚のうち最大の基板厚（μｍ）

本発明者は、対物レンズの設計において正弦条件を満たすべきとする従来の技術常識から離れ、正弦条件をあえて崩すことによって従来技術の問題を解消できないか検討した。つまり、（１）式を満たすように、設計基板厚が薄い状態で対物レンズを設計することで、薄形化した光ピックアップ装置に好適な対物レンズを提供できるが、対物レンズティルト感度が低下するという問題に対し、敢えて正弦条件を崩すことで対物レンズティルト感度を増大させれば、対物レンズのティルト量に対するコマ収差補正量を増大させることができ、これにより粗悪光ディスク等にも対応できる許容度を確保できることを見出したのである。

尚、正弦条件を満たす対物レンズの場合、一般的には、Ｍ＝０，設計基板厚Ｔｃｅｎのときに、単位角度だけ対物レンズを傾けた際に発生するコマ収差ＬＴの絶対値と、単位角度だけ光ディスクを傾けた際に発生するコマ収差ＤＴの絶対値とがほぼ一致する（│ＬＴ│≒│ＤＴ│）。ところが、正弦条件を満たさない場合には、（│ＬＴ│≠│ＤＴ│）となる。一方、３次球面収差が最小になる前記組み合わせ（Ｍ、Ｔ）として、Ｍ＝Ｍｃｍｃ、Ｔ＝Ｔｃｍｃであるとき、││ＬＴ│−│ＤＴ││が最小となれば、かかる状態ではＴｃｅｎ＜Ｔｃｍｃとなり、つまり（２）式を満たせば正弦条件を満たしていないことになる。これにより上述の効果を得ることができる。本明細書中、「最小」というときは、実際の最小値に対して＋１０％の範囲の値も含むものとする。

本発明によれば、条件式（１）、（２）を満たすように設計することで、従来（現在使用しているレンズ）と同じ対物レンズティルト特性を有しながらも、光ピックアップ装置の小型化に貢献する対物レンズを実現できる。

請求項２に記載の対物レンズは、請求項１に記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
５（μｍ）＜Ｔｃｍｃ−Ｔｃｅｎ＜２０（μｍ） （４）

（４）式の下限を上回れば、十分に対物レンズティルト感度を確保でき、対物レンズティルト調整機能を高めることができる。一方、（４）式の上限を下回れば、対物レンズティルト感度が大きくなりすぎることがなく、例えばティルト感度が敏感すぎて対物レンズの初期調整が難しくなる（取り付け誤差が大きくなる）といった問題を回避できる。

請求項３に記載の対物レンズは、請求項１又は２に記載の発明において、Ｍ＝０、Ｔ＝Ｔｃｅｎのとき、以下の式を満たすことを特徴とする。
ｈ／（ＯＳＣ＋ｆ）＞０．８４５ （５）
但し、
ｈ：前記対物レンズの有効径の半径（ｍｍ）
ＯＳＣ：正弦条件違反量（ｍｍ）
ｆ：前記対物レンズの焦点距離（ｍｍ）

（５）式を満たすように正弦条件違反量を設定すれば、対物レンズティルト感度が増大し、対物レンズのティルト量に対するコマ収差補正量が増大しても良好なスポット径を得る事が出来る。

請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の対物レンズと、光軸方向に移動可能なカップリングレンズとを有し、前記カップリングレンズを光軸方向に移動させることによって、光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択することを特徴とする。

尚、「対物レンズに対して平行光束が入射する状態」とは、カップリングレンズから射出されて対物レンズに向かう光束が平行光束となるように、カップリングレンズの可動レンズの位置を最適化することと同義である。

本発明に係る光ピックアップ装置は、少なくとも１つの光源（第１光源）を有する。勿論、複数種類の光ディスクに対応できるように、複数種類の光源を有していてもよい。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも第１光源からの第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有する。複数種類の光ディスクに対応可能な光ピックアップ装置においては、集光光学系が、第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させ、第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光するようにしてもよい。また、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも第１光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有する。複数種類の光ディスクに対応可能な光ピックアップ装置においては、受光素子が、第２光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光し、第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光するようにしてもよい。

第１光ディスクは、厚さがｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さがｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクがＢＤであり、第２光ディスクがＤＶＤであり、第３光ディスクがＣＤであることが好ましいが、これに限られるものではない。

第１光ディスクは、厚み方向に重ねて３つ以上の情報記録面を有するものである。当然、４つ以上の情報記録面を有していてもよい。また、第２光ディスクや第３光ディスクも複数の情報記録面を有していてもよい。

本明細書において、ＢＤとは、波長３９０〜４１５ｎｍ程度の光束、ＮＡ０．８〜０．９程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．０５〜０．１２５ｍｍ程度であるＢＤ系列光ディスクの総称であり、単一の情報記録面のみ有するＢＤや、３層以上の情報記録面を有するＢＤ等を含むものであるが、本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも３層以上の情報記録面を有するＢＤに対応可能であることが好ましい。更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ− Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５１程度の対物レンズにより情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ 程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。

なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（６）、（７）、（８）を満たすことが好ましいが、これに限られない。尚、ここで言う、保護基板の厚さとは、光ディスク表面に設けられた保護基板の厚さのことである。即ち、光ディスク表面から、表面に最も近い情報記録面までの保護基板の厚さのことをいう。

０．０５０ｍｍ ≦ ｔ１ ≦ ０．１２５ｍｍ （６）
０．５ｍｍ ≦ ｔ２ ≦ ０．７ｍｍ （７）
１．０ｍｍ ≦ ｔ３ ≦ １．３ｍｍ （８）

本明細書において、第１光源、第２光源、第３光源は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第１光源から出射される第１光束の第１波長λ１、第２光源から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３光源から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式（９）、（１０）を満たすことが好ましい。
１．５・λ１ ＜ λ２ ＜ １．７・λ１ （９）
１．８・λ１ ＜ λ３ ＜ ２．０・λ１ （１０）

また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第１光源の第１波長λ１は好ましくは、３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下、より好ましくは、３９０ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、第２光源の第２波長λ２は好ましくは５７０ｎｍ以上、６８０ｎｍ以下、より好ましくは、６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、第３光源の第３波長λ３は好ましくは、７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下、より好ましくは、７６０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である。

また、第１光源、第２光源、第３光源のうち少なくとも２つの光源をユニット化してもよい。ユニット化とは、例えば第１光源と第２光源とが１パッケージに固定収納されているようなものをいう。また、光源に加えて、後述する受光素子を１パッケージ化してもよい。

受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物レンズを移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光素子を有していてもよい。

集光光学系は、カップリングレンズと対物レンズを有する。カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配置され、光束の発散角を変えるレンズのことをいう。カップリングレンズは、正レンズと負レンズとを有すると好ましい。正レンズは少なくとも１枚の正レンズを有するが、正レンズ１枚のみでもよいし、複数のレンズを有していてもよい。負レンズは少なくとも１枚の負レンズを有するが、負レンズ１枚のみでもよいし、複数のレンズを有していてもよい。好ましいカップリングレンズの例は、正レンズ１枚と負レンズ１枚との組み合わせからなるものである。

本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。対物レンズは、単玉のレンズであることが好ましいが、複数の光学素子から形成されていても良い。また、対物光学素子は、ガラスレンズであってもプラスチックレンズであっても、又は、ガラスレンズの上に光硬化性樹脂などで回折構造などを設けたハイブリッドレンズであってもよい。また、対物光学素子は、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物レンズは、光路差付与構造が設けられる場合、そのベース面が非球面であることが好ましい。

対物レンズがガラスレンズであると、温度変化によって発生する球面収差を補正するためにカップリングレンズを移動させる必要がないため、カップリングレンズの移動量を減らすことができ、光ピックアップ装置を小型化できるため好ましい。

また、対物レンズをガラスレンズとする場合は、ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下、更に好ましくは４００℃以下であるガラス材料を使用することが好ましい。ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下であるガラス材料を使用することにより、比較的低温での成形が可能となるので、金型の寿命を延ばすことが出来る。このようなガラス転移点Ｔｇが低いガラス材料としては、例えば（株）住田光学ガラス製のＫ−ＰＧ３２５や、Ｋ−ＰＧ３７５（共に製品名） がある。

ところで、ガラスレンズは一般的に樹脂レンズよりも比重が大きいため、対物レンズをガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物レンズを駆動するアクチュエータに負担がかかる。そのため、対物レンズをガラスレンズとする場合には、比重が小さいガラス材料を使用するのが好ましい。具体的には、比重が４．０以下であるのが好ましく、更に好ましくは比重が３．０以下であるものである。

加えて、ガラスレンズを成形して製作する際に重要となる物性値の一つが線膨張係数αである。仮にＴｇが４００℃以下の材料を選んだとしても、プラスチック材料と比較して室温との温度差は依然大きい。線膨張係数αが大きい硝材を用いてレンズ成形を行った場合、降温時に割れが発生しやすくなる。硝材の線膨張係数αは、２００（１０Ｅ−７／Ｋ）以下にあることが好ましく、更に好ましくは１２０以下であることが好ましい。

また、対物レンズをプラスチックレンズとする場合は、環状オレフィン系の樹脂材料等の脂環式炭化水素系重合体材料を使用するのが好ましい。また、当該樹脂材料は、波長４０５ｎｍに対する温度２５℃ での屈折率が１．５４乃至１．６０の範囲内であって、−５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長４０５ｎｍに対する屈折率変化率ｄＮ／ｄＴ（℃ ^-1） が−２０×１０^-5乃至−５×１０^-5（より好ましくは、−１０×１０^-5乃至−８×１０^-5）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物レンズをプラスチックレンズとする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ましい。

プラスチックとしては、シクロオレフィン樹脂が好適に用いられ、具体的には、日本ゼオン社製のＺＥＯＮＥＸや、三井化学社製のＡＰＥＬ、ＴＯＰＡＳ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＰＯＬＹＭＥＲＳ社製のＴＯＰＡＳ、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮなどが好ましい例として挙げられる。

また、対物レンズを構成する材料のアッベ数は、５０以上であることが好ましい。

第１光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１＞ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生／記録するために必要な対物レンズの像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．７５以上、０．９以下であることが好ましく、より好ましくは、０．８以上、０．９以下である。特にＮＡ１は０．８５であることが好ましい。ＮＡ２は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。特にＮＡ２は０．６０又は０．６５であることが好ましい。また、ＮＡ３は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。特にＮＡ３は０．４５又は０．５３であることが好ましい。

また、対物レンズは、以下の条件式(１１)を満たすことが好ましい。
０．９≦ｄ／ｆ≦１．５ （１１）
但し、ｄは、対物レンズの光軸上の厚さ（ｍｍ）を表し、ｆは、第１光束における対物レンズの焦点距離を表す。なお、ｆは、１．０ｍｍ以上、１．８ｍｍ以下となることが好ましい。

ＢＤのような短波長、高ＮＡの光ディスクに対応する対物レンズの場合、対物レンズの焦点距離に対する光軸上の厚さの比が大きくなりすぎると、対物レンズに対して軸外光束が入射した際に非点収差が発生しやすくなったり、作動距離が確保出来なくなるという課題が生じる。一方、対物レンズの焦点距離に対する光軸上の厚さの比が小さくなりすぎると、面シフト感度が大きくなるという課題が生じる。条件式（１１）を満たすことにより非点収差の発生や面シフト感度を抑制することが可能となる。

また、第１光ディスクを用いる際の対物レンズの作動距離は、０．１５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。

ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体ごと、外部に取り出される方式とがある。

上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。

前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。

本発明によれば、コンパクト且つ低コストでありながら、多層の情報記録面を有する光ディスクに対して情報の記録／再生を行うことができる光ピックアップ装置及びカップリングレンズを提供することができる。

光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。 実施例１の対物レンズにおいて、倍率Ｍ＝０，設計基板厚Ｔｃｅｎ＝７０μｍのときの、縦球面収差ＳＡと、正弦条件違反量ＳＣを示す図である。 実施例２の対物レンズにおいて、倍率Ｍ＝０，設計基板厚Ｔｃｅｎ＝７０μｍのときの、縦球面収差ＳＡと、正弦条件違反量ＳＣを示す図である。 基板厚に対する対物レンズティルト感度を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、厚さ方向に３つの情報記録面ＲＬ１〜ＲＬ３（光ディスクの光束入射面からの距離が小さい順にＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３とする）を有する光ディスクであるＢＤに対して適切に情報の記録／再生を行うことができ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、高さＨ＝８ｍｍ以下のスリムタイプの光ピックアップ装置（点線で外形を概略的に示す）である。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。例えば、図３ではＢＤ専用の光ピックアップ装置を示しているが、対物レンズＯＢＪをＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用としたり、或いはＤＶＤ／ＣＤ用の対物レンズを別個に配置することで、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の光ピックアップ装置とすることもできる。

光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物レンズＯＢＪ、対物レンズＯＢＪをフォーカシング方向及びトラッキング方向に移動させ、光ディスクのラジアル方向、及び／または、タンジェンシャル方向に傾ける３軸アクチュエータＡＣ２、λ／４波長板ＱＷＰ、立ち上げミラーＭＲ、正の屈折力を有する正レンズＬ２と負の屈折力を有する負レンズＬ３とを有するカップリングＣＬ、正レンズＬ２のみ光軸方向に移動させる１軸アクチュエータＡＣ１、偏光プリズムＰＢＳ、４０５ｎｍのレーザ光束（光束）を射出する半導体レーザＬＤ、センサ用レンズＳＬ、ＢＤの情報記録面ＲＬ１〜ＲＬ３からの反射光束を受光する受光素子ＰＤを有する。

本実施の形態においては、カップリングレンズＣＬは、偏光プリズムＰＢＳとλ／４波長板ＱＷＰとの間に配置されている。半導体レーザＬＤから、負レンズＬ３、正レンズＬ２の順で配置されているが、半導体レーザＬＤから、正レンズＬ２、負レンズＬ３の順で配置しても良い。又、負レンズＬ３が光軸方向に移動可能となっており、正レンズＬ２は光ピックアップ装置に固定されている。

ここで、像側開口数（ＮＡ）は０．８以上、０．９５以下であり、倍率をＭ、光ディスクの基板厚をＴとしたときに、３次球面収差が最小になる組み合わせ（Ｍ、Ｔ）のうち、１つの組み合わせは、Ｍ＝０、Ｔ＝Ｔｃｅｎ（μｍ）であり、又、それとは別な組み合わせであって、対物レンズティルトに対する単位角度あたりの３次コマ収差の値をＬＴ、光ディスクティルトに対する単位角度あたりの３次コマ収差の値をＤＴとしたときに、││ＬＴ│−│ＤＴ││が最小となるものは、Ｍ＝Ｍｃｍｃ、Ｔ＝Ｔｃｍｃ（μｍ）であり、更に以下の式を満たす。
０．５・Ｔ０≦Ｔｃｅｎ≦０．８５・Ｔ０ （１）
Ｔｃｅｎ＜Ｔｃｍｃ （２）
Ｍｃｍｃ＜０ （３）
但し、Ｔ０：ＢＤの基板厚のうち最大の基板厚（μｍ）

まず、ＢＤの第１の情報記録面ＲＬ１に対して記録／再生を行う場合について説明する。かかる場合、カップリングレンズＣＬの正レンズＬ２は、１軸アクチュエータＡＣ１により実線の位置に移動させられる。ここで、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光プリズムＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＬの負レンズＬ３を通過して発散角が増大され、更に正レンズＬ２を通過して弱い収束光束とされた後、立ち上げミラーＭＲで反射され、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって第１の厚さの透明基板ＰＬ１を介して、実線で示すように第１の情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。

第１の情報記録面ＲＬ１上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、立ち上げミラーＭＲで反射され、コリメートレンズＣＬの正レンズＬ２及び負レンズＬ３を通過して収束光束とされ、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、３軸アクチュエータＡＣ２により対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、第１の情報記録面ＲＬ１に記録された情報を読み取ることができる。

次に、ＢＤの第２の情報記録面ＲＬ２に対して記録／再生を行う場合について説明する。かかる場合、カップリングレンズＣＬの正レンズＬ２は、１軸アクチュエータＡＣ１により一点鎖線の位置に移動させられる。ここで、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光プリズムＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＬの負レンズＬ３を通過して発散角が増大され、更に正レンズＬ２を通過して略平行光束とされた後、立ち上げミラーＭＲで反射され、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって第２の厚さ（第１の厚さより厚い）の透明基板ＰＬ２を介して、一点鎖線で示すように第２の情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。

第２の情報記録面ＲＬ２上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、立ち上げミラーＭＲで反射され、コリメートレンズＣＬの正レンズＬ２及び負レンズＬ３を通過して収束光束とされ、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、３軸アクチュエータＡＣ２により対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、第２の情報記録面ＲＬ２に記録された情報を読み取ることができる。

次に、ＢＤの第３の情報記録面ＲＬ３に対して記録／再生を行う場合について説明する。かかる場合、カップリングレンズＣＬの正レンズＬ２は、１軸アクチュエータＡＣ１により点線の位置に移動させられる。ここで、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光プリズムＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＬの負レンズＬ３を通過して発散角が増大され、更に正レンズＬ２を通過して弱い発散光束とされた後、立ち上げミラーＭＲで反射され、λ／４波長板ＱＷＰにより直線偏光から円偏光に変換され、図示しない絞りによりその光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって第３の厚さ（第２の厚さより厚い）の透明基板ＰＬ３を介して、点線で示すように第３の情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。

第３の情報記録面ＲＬ３上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りを透過した後、λ／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光に変換され、立ち上げミラーＭＲで反射され、コリメートレンズＣＬの正レンズＬ２及び負レンズＬ３を通過して収束光束とされ、偏光プリズムＰＢＳで反射した後、センサ用レンズＳＬによって、受光素子ＰＤの受光面上に収束する。そして、受光素子ＰＤの出力信号を用いて、３軸アクチュエータＡＣ２により対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、第３の情報記録面ＲＬ３に記録された情報を読み取ることができる。

更に、以上の実施の形態において、対物レンズＯＢＪの焦点距離は、１．０ｍｍから１．８ｍｍの範囲であることが好ましい。これにより、小型化が要求される薄型の光ピックアップ装置に対して好適な光ピックアップ装置を得ることができる。

（実施例）
次に、上述の実施の形態に用いることができる対物レンズの実施例について、以下に説明する。ここで、設計波長は４０５ｎｍ、以下の表中のｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の位置、ｎｉは設計波長４０５ｎｍにおける各面の屈折率を表している。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０^-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表すものとする。対物レンズの光学面は、それぞれ数１式に表１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。

ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ_iは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径である。

（実施例１）
表１に、実施例１のレンズデータを示す。本実施例の対物レンズは、プラスチック製であり、上記実施の形態に好適であり、表１中の非球面係数を数１式に代入して得られる非球面を有する。図２は、実施例１の対物レンズにおいて、３次球面収差が最小になるように、倍率Ｍ＝０，設計基板厚Ｔｃｅｎ＝７０μｍのときの、３次球面収差ＳＡと、正弦条件違反量ＳＣを示す図である。図２に示すように、３次球面収差は最小であるが、正弦条件は大きく崩れている。尚、３次球面収差が最小になり、││ＬＴ│−│ＤＴ││が最小となる組み合わせ（Ｍ、Ｔ）におけるＭｃｍｃ＝−１／１６６．１４，Ｔｃｍｃ＝８３．７μｍ、ｈ／（ＯＳＣ＋ｆ）＝０．８５０、Ｔ０＝１００μｍである。

（実施例２）
表２に、実施例２のレンズデータを示す。本実施例の対物レンズは、ガラス製であり、上記実施の形態に好適であり、表２中の非球面係数を数１式に代入して得られる非球面を有する。図３は、実施例２の対物レンズにおいて、３次球面収差が最小になるように、倍率Ｍ＝０，設計基板厚Ｔｃｅｎ＝７０μｍのときの、３次球面収差ＳＡと、正弦条件違反量ＳＣを示す図である。図３に示すように、３次球面収差は最小であるが、正弦条件は大きく崩れている。尚、３次球面収差が最小になり、││ＬＴ│−│ＤＴ││が最小となる組み合わせ（Ｍ、Ｔ）におけるＭｃｍｃ＝−１／２１１．８，Ｔｃｍｃ＝８０．８μｍ、ｈ／（ＯＳＣ＋ｆ）＝０．８５０、Ｔ０＝１００μｍである。

図４は、基板厚に対する対物レンズティルト感度を示す図である。図４中、点線で示す値は、ＮＡ＝０．８５の対物レンズにおいて、単位角度だけ対物レンズを傾けた際に発生するコマ収差ＬＴの絶対値と、単位角度だけ光ディスクを傾けた際に発生するコマ収差ＤＴの絶対値とが一致するラインであり、このライン上に位置すれば正弦条件を満たすこととなる。

図４のプロットした点Ａは、比較例１にかかるものであり、３次球面収差が最小になるように、倍率Ｍ＝０，Ｔｃｅｎ＝（最大の基板厚＋最小の基板厚）／２を設計基板厚＝８７．５μｍとして設計した正弦条件を満たす対物レンズの特性（２層式のＢＤ用の対物レンズの特性と同様）を示す。かかる対物レンズでは、基板厚が最大の１００μｍのときにも、対物レンズティルト感度が０．０７λｒｍｓ／ｄｅｇあり、対物レンズティルトによりコマ収差を十分補正できるが、光ピックアップ装置の薄形化を図るのは困難な例である。

図４のプロットした点Ｂは、比較例２にかかるものであり、３次球面収差が最小になるように、││ＬＴ│−│ＤＴ││が最小となる組み合わせ（Ｍ、Ｔ）における倍率Ｍ＝０，Ｔｃｅｎ＝Ｔｃｍｃ＝７０μｍを設計基板厚として設計した正弦条件を満たす対物レンズの特性を示す。かかる対物レンズを用いれば、光ピックアップ装置の薄形化に貢献するが、基板厚が最大の１００μｍのときに、対物レンズティルト感度が０．０２５λｒｍｓ／ｄｅｇ程度しか余裕がなく、対物レンズティルトによりコマ収差を十分に補正できるとはいえないものである。

これに対し、図４のプロットした点Ｃ、Ｄは、実施例１、２にかかるものであり、３次球面収差が最小になるように、倍率Ｍ＝０，Ｔｃｅｎ＝７０μｍを設計基板厚として設計した正弦条件を満たさない対物レンズの特性を示す。点Ｂに対して、対物レンズティルト感度が０．０３λｒｍｓ／ｄｅｇ程度増大していることが分かり、点Ａとほぼ等しい対物レンズティルト感度を持つので、対物レンズティルトによりコマ収差を十分補正しつつ、更に光ピックアップ装置の薄形化を図ることができる。

本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。

ＯＢＪ 対物レンズ
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＬＤ 青紫色半導体レーザ
ＡＣ１ １軸アクチュエータ
ＡＣ２ ３軸アクチュエータ
ＰＢＳ 偏光プリズム
ＣＬ カップリングレンズ
Ｌ２ 正レンズ
Ｌ３ 負レンズ
ＭＲ 立ち上げミラー
ＰＬ１ 第１の透明基板
ＰＬ２ 第２の透明基板
ＰＬ３ 第３の透明基板
ＲＬ１ 第１の情報記録面
ＲＬ２ 第２の情報記録面
ＲＬ３ 第３の情報記録面
ＱＷＰ λ／４波長板

Claims (4)

1. 波長λ１（３９０ｎｍ＜λ１＜４１５ｎｍ）の光束を出射する光源と対物レンズとを有し、光束入射面からの距離（基板厚）が互いに異なる情報記録面を厚さ方向に３つ以上有する光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択して、前記光源から出射された波長λ１の光束を前記対物レンズにより前記選択された情報記録面に集光することによって、情報の記録及び／または再生を行う光ピックアップ装置に使用される対物レンズであって、
   像側開口数（ＮＡ）は０．８以上、０．９５以下であり、
   倍率をＭ、光ディスクの基板厚をＴとしたときに、３次球面収差が最小になる組み合わせ（Ｍ、Ｔ）のうち、１つの組み合わせは、Ｍ＝０、Ｔ＝Ｔｃｅｎ（μｍ）であり、
   又、それとは別な組み合わせであって、対物レンズティルトに対する単位角度あたりの３次コマ収差の値をＬＴ、光ディスクティルトに対する単位角度あたりの３次コマ収差の値をＤＴとしたときに、││ＬＴ│−│ＤＴ││が最小となるものは、Ｍ＝Ｍｃｍｃ、Ｔ＝Ｔｃｍｃ（μｍ）であり、更に以下の式を満たし、更にＭ＝０、Ｔｃｅｎ＝７０μｍのときに有効径内の全域で正弦条件違反量が負の値をとることを特徴とする対物レンズ。
   ０．５・Ｔ０≦Ｔｃｅｎ≦０．８５・Ｔ０ （１）
   Ｔｃｅｎ＜Ｔｃｍｃ （２）
   Ｍｃｍｃ＜０ （３）
   但し、Ｔ０：前記光ディスクの基板厚のうち最大の基板厚（μｍ）
2. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
   ５（μｍ）＜Ｔｃｍｃ−Ｔｃｅｎ＜２０（μｍ） （４）
3. Ｍ＝０、Ｔ＝Ｔｃｅｎのとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の対物レンズ。
   ｈ／（ＯＳＣ＋ｆ）＞０．８４５ （５）
   但し、
   ｈ：前記対物レンズの有効径の半径（ｍｍ）
   ＯＳＣ：正弦条件違反量（ｍｍ）
   ｆ：前記対物レンズの焦点距離（ｍｍ）
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の対物レンズと、光軸方向に移動可能なカップリングレンズとを有し、前記カップリングレンズを光軸方向に移動させることによって、光ディスクにおけるいずれかの情報記録面を選択することを特徴とする光ピックアップ装置。