JPWO2011065276A1 - 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

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 Download PDF

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Abstract

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用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供するために、光ディスクの透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)とし、(1)式を満たす透明基板厚T(mm)において、球面収差(λrms)が最小となるときの倍率Mが(2)式を満たし、TMAX×0.85≦T≦TMAX×1.1 (1)−0.003≦M≦0.003 (2)前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つ対物レンズ及び光ピックアップ装置とする。

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)を行う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、透明基板厚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。
これに対し特許文献1には、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が開示されている。また、特許文献2には、2層の情報記録面を有するBD用のプラスチック製の対物レンズが開示されている。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。
特許第4144763号明細書 特開2009−211775号公報
然るに、上記の特許文献1に記載された光ピックアップ装置により、例えば3層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/再生を行う為には、いずれかの情報記録面を選択する際に、カップリングレンズの移動距離が長く必要になる。カップリングレンズの移動距離が長くなると、光源から対物レンズまでの光路長が長くなり、例えば光ピックアップ装置の小型化を図れないという問題がある。又、カップリングレンズを駆動する大型のアクチュエータが必要になり、コストも増大するという問題がある。特に、小型化が要求される薄型の光ピックアップ装置では、光源から対物レンズまでの光路長が大きく出来ないという制約があるため、3層以上の情報記録面を有するBDへの対応が困難になるという課題がより顕在化する。
一般的に、光ピックアップ装置では、光ディスクに対して情報の記録/再生を行う際に、対物レンズを前記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沿って傾ける(本明細書ではレンズチルトと呼ぶ)ことで発生するコマ収差により、光ディスクの反りや傾き(本明細書ではディスクチルトと呼ぶ)によって発生するコマ収差をキャンセルさせることが可能となっている。従って、レンズチルトした際に発生するコマ収差量が小さいと、ディスクチルトによるコマ収差を補正するために必要なレンズチルト量が大きくなるため、レンズチルト量のダイナミックレンジを十分に大きく確保する必要が生じて、光ピックアップ装置が大型化したり、アクチュエータの消費電力が増大する、といった問題が発生する。しかし、BD用の光ピックアップ装置においては、透明基板厚が厚いほうの情報記録面L0(100μm)に対して情報の記録/再生を行う際には、カップリングレンズを光軸方向に移動させることにより、対物レンズに対して発散光束が入射するため、平行光束が入射する場合に比べてレンズチルトした際のコマ収差量が小さくなる。また、プラスチック材料からなる対物レンズで高NAを実現しようとすると、温度変化によるビームスポットでの球面収差の発生(本明細書では温度収差と呼ぶ)が顕著となり、例えば焦点距離1.41mmのプラスチック材料からなる対物レンズにおける30℃変化での球面収差の変化量は約100mλrmsとなり、マレシャル限界値である70mλrmsを超えてしまう。これは、従来のDVDではNAが0.60〜0.67程度であったため温度変化により発生する球面収差量は比較的小さく、この球面収差を補正する必要はなかったが、BD用の対物レンズになると球面収差がNAの4乗に比例することもあって、温度変化により発生する球面収差量が大きくなるためである。そのため、プラスチック製の対物レンズを搭載したBD用の光ピックアップ装置では、カップリングレンズを光軸方向に移動させることにより温度収差を補正する必要がある。以上より、BD用の光ピックアップ装置において、プラスチック製の対物レンズを用いて、情報記録面L0に対して情報の記録/再生を行っている間に、環境温度が高温になった場合には、対物レンズへの入射光の発散度合いが更に大きくなるため、レンズチルトした際のコマ収差量が更に小さくなり、ディスクチルトによるコマ収差を良好に補正することが出来なくなる。
かかる課題に対して、特許文献2では、2層の情報記録面を有するBD用のプラスチック製の対物レンズが開示されている。かかる対物レンズは、透明基板厚が厚い方の情報記録面L0(100μm)に対して情報の記録/再生を行う際に、環境温度が高温(55度)になりうることを考慮して、3次球面収差を対物レンズの倍率変更により補正した状態におけるディスクチルト感度に対するレンズチルト感度の比が小さくなりすぎないように、球面収差がゼロに補正されるカバーガラス厚をL0よりも厚くし、その際の倍率(設計倍率)を負(発散光入射)としている。また、設計倍率における正弦条件を有効半径内の全領域にて補正している。ここで、特許文献2の対物レンズを3層以上の情報記録面を有するBD用の光ピックアップ装置に適用することを考えた場合、以下に述べるような問題がある。
(1)特許文献2の対物レンズを用いると、設計倍率における正弦条件を有効半径の全領域にて補正しているため、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差が大きくなる傾向がある。つまり、倍率変化した際の3次球面収差と5次球面収差の比が、カバーガラス厚が変化した際の3次球面収差と5次球面収差の比(約5:1)から大きくかけ離れてしまうので、特許文献2の対物レンズは、2層のBDよりも情報記録面の透明基板厚の最大差が大きい3層以上のBDの情報記録面に光束を集光する為に用いるのには適していない。
(2)倍率変化した際の3次球面収差の変化量が小さいので、特許文献2の対物レンズは、フォーカスジャンプ時に大きなカップリングレンズの移動量が必要となり、従って薄型の光ピックアップ装置に用いるのに適していない。
本発明は、上述の問題を考慮してなされたものであり、フォーカスジャンプ時においても5次球面収差等の高次の球面収差が残留することなく、カップリングレンズの移動量を低減でき、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。
尚、本明細書において、「透明基板厚」は光ディスクの光束入射面から情報記録面までの距離のことであり、情報記録面を厚さ方向に複数有する光ディスクでは、それぞれの情報記録面の透明基板厚は互いに異なることになる。
また、一般的に、光ピックアップ用の対物レンズは、所定の厚みの透明基板と組み合わせて球面収差(λrms)が最小となるように球面収差の補正状態が決定される。本明細書では、かかる所定の厚みの透明基板をカバーガラスと称し、かかる所定の透明基板の厚みをカバーガラス厚又は設計カバーガラス厚と称している。設計時のカバーガラス厚は、光ディスクのいずれかの情報記録面の透明基板厚と同じである場合もあれば、異なる場合もある。カバーガラス厚が変わると対物レンズの特性も変わるので、光ピックアップ用の対物レンズの特性を議論する際には、カバーガラス厚もセットで考える必要がある。
このため、本明細書では、対物レンズの特性に関して述べる際には、「カバーガラス」なる言葉を使用し、光ディスクの「透明基板」と区別している。尚、「カバーガラス」という文言を使用しているが、カバーガラス厚は、ガラスに限定されるものではなく、樹脂であってもよい旨を付言しておく。
上記の目的は、以下の構成により達成される。
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、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用の対物レンズであって、
前記対物レンズは、単玉レンズであり、
像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、
プラスチック材料からなり、
前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、(1)式を満たすカバーガラス厚T(mm)において、球面収差(λrms)が最小となるときの倍率Mが(2)式を満たし、
MAX×0.85≦T≦TMAX×1.1 (1)
−0.003≦M≦0.003 (2)
前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つことを特徴とする。
3層以上の情報記録面を有するBDに適した対物レンズに要求される特性は、少なくとも以下の3つである。
(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差が小さいこと。
(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量が小さいこと。
(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う際の対物レンズのチルト感度が小さくなりすぎないこと。特に、プラスチック製の対物レンズを使用する場合には、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合のレンズチルト感度が小さくなり過ぎないことが必要である。
本発明者らは、鋭意検討の結果、上記(特性1)〜(特性3)の全ての特性を実用に耐えうるレベルで有する3層以上の情報記録面を有するBD(以下、3層以上のBDと称す)に適した対物レンズを見出した。以下に詳述する。
(特性1)について
本発明者らは、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。しかしながら、特許文献2に示すように、設計倍率を負(発散光入射)とし、かつ、設計倍率における正弦条件を有効半径内の全領域において満足するようにコマ収差の補正状態を設定すると、フォーカスジャンプ時に残留高次球面収差が大きくなり過ぎ、また倍率変化した際の3次球面収差と5次球面収差の比が、カバーガラス厚が変化した際の3次球面収差と5次球面収差の比(約5:1)から大きくかけ離れてしまうことがわかった。かかる知見に基づき本発明者らは、(2)式を満たす前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つようにすることで、フォーカスジャンプ時における高次球面収差を有効に抑制できることを見出したのである。
(特性2)について
フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量を小さくするためには、倍率変化に対する球面収差変化量を大きくする必要がある。本発明者らは、検討の結果、(2)式を満たす前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つようにすることで、フォーカスジャンプ時における高次球面収差を有効に抑制できるだけでなく、倍率変化に対する3次球面収差変化量も増大させることが可能となることを見出した。
(特性3)について
また、本発明者らは、レンズチルトした際に発生するコマ収差に関して、3層以上のBD用のプラスチック製の対物レンズが満たすべき目標値を検討した。現在、2層のBDに対して情報の記録/再生を行う光ピックアップ装置にはプラスチック製の対物レンズが搭載されているものがあり、かかる対物レンズは、透明基板厚が厚いほうの情報記録面L0(100μm)と透明基板厚が薄いほうの情報記録面L1(75μm)の中間のカバーガラス厚87.5μmと、ゼロの倍率(平行光束が入射する場合に相当する)との組み合わせにて球面収差が最小となるように設計されている。このように設計されたプラスチック製の対物レンズでは、上述したように、レンズチルトした際に発生するコマ収差量が最小となるのは、情報記録面L0に対して情報の記録/再生を実行中に環境温度が高温になる場合であり、この状態において対物レンズが傾いたこと(レンズチルト)による3次コマ収差発生量をCM(LT)とする。逆にいうと3層以上のBD用のプラスチック製の対物レンズは、レンズチルトした際に発生するコマ収差量の最小値がCM(LT)より大きくなるように設計されていれば実用に耐えうる、ということが出来る。比較例として後述するように、情報記録面L0に対して情報の記録/再生を行う場合に、高温(55度)にて0.5度のレンズチルトをした状態の2層BD用のプラスチック製の対物レンズのコマ収差発生量CM(LT)は0.02λrms程度であり、同じ状態にて光ディスクを同量傾けた際に発生する3次コマ収差CM(DT)と、CM(LT)との比は、0.36程度となる。本発明者らは、これらの値を目標値として、3層以上のBD用に好適なプラスチック製の対物レンズを検討した結果、常温(25±3℃)かつ(2)を満たす倍率において、球面収差が最小となるときのカバーガラス厚Tが(1)式の下限以上となるように球面収差の補正状態を設定することで、CM(LT)の目標値をみたすことを見出した。尚、CM(LT)は、カバーガラス厚Tが厚いほど大きくすることができるが、カバーガラス厚Tが(1)式の上限を超えると、透明基板厚が最も薄い情報記録面に情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなりすぎて、レンズシフト特性(光ピックアップ装置において、対物レンズがトラッキングを行った際の収差発生量を指す)が劣悪になったり、透明基板厚が最も薄い情報記録面へフォーカスジャンプした際の残留高次球面収差が大きくなったりするという課題が発生するので好ましくない。
以上説明したように、請求項1に記載の対物レンズは、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差が小さく、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量が小さく、また、プラスチック製の対物レンズでありながら、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度が小さくなり過ぎない、という全ての特性を実用に耐えうるレベルで有する。このため、本発明の対物レンズを使用することで、小型、低コスト、かつ、記録/再生特性に優れた、3つ以上の情報記録面を有する光ディスク用の光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
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、前記カバーガラス厚T(mm)が、以下の(3)式を満たす、
MAX×0.85≦T≦TMAX×1.0 (3)
ことを特徴とする。
球面収差がゼロに補正されるカバーガラス厚TをTMAXよりも厚くしないことにより、透明基板厚が薄い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなることをより一層防止できる。従って、透明基板厚が薄い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う際に、対物レンズがレンズシフトした際のコマ収差発生が大きくなることをより一層防止できる。2層のBDよりも情報記録面の透明基板厚の最大差が大きい3層以上のBDでは、透明基板厚が最も薄い情報記録面に情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなりすぎて、レンズシフト特性が劣悪になりやすいので、本請求項に係る発明は、そういった3層以上のBDならではのより大きな課題を、解決することが可能となる。即ち、カバーガラス厚Tが(3)式の上限を満たすことにより、透明基板厚が最も薄い情報記録面に情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなりすぎることを更に抑制し、その結果として、レンズシフト特性を更に良好にでき、透明基板厚が最も薄い情報記録面へフォーカスジャンプした際の残留高次球面収差も更に小さく出来るため好ましい。これにより、特許文献2の実施例に比してより優れた効果を奏することが可能となる。
請求項3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、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用の対物レンズであって、
前記対物レンズは、単玉レンズであり、
像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、
ガラス材料からなり、
前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、(4)式を満たす厚みのカバーガラス厚T(mm)において、球面収差(λrms)が最小となるときの倍率Mが(2)式を満たし、
MAX×0.75≦T≦TMAX×1.0 (4)
−0.003≦M≦0.003 (2)
前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つことを特徴とする。
前述したように、本発明者らは、(2)式を満たす前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つようにすることで、フォーカスジャンプ時における高次球面収差を有効に抑制できることを見出した。
また、本発明者らは、前述したように、検討の結果、(2)式を満たす前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つようにすることで、フォーカスジャンプ時における高次球面収差を有効に抑制できるだけでなく、倍率変化に対する3次球面収差変化量も増大させることが可能となることを見出した。
更に、本発明者らは、レンズチルトした際に発生するコマ収差に関して、3層以上のBD用のガラス製の対物レンズが満たすべき目標値を検討した。ガラス製の対物レンズにおいては、温度変化の影響を殆ど無視できるため、プラスチック製の対物レンズを用いた場合に比して、対物レンズへの入射光の発散度合いがそれ程大きくならない。従って、常温(25±3℃)かつ(2)を満たす倍率において、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚がより薄くなることを見出し、結果として、(4)式の下限以上となるように球面収差の補正状態を設定することで、レンズチルトによる3次コマ収差発生量CM(LT)の目標値を満たすことを見出した。また、カバーガラス厚Tが(4)式の上限を超えないようにすることにより、透明基板厚が最も薄い情報記録面に情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなりすぎることを防止し、レンズシフト特性が劣悪になったり、透明基板厚が最も薄い情報記録面へフォーカスジャンプした際の残留高次球面収差が大きくなったりすることを防止できる。
以上説明したように、請求項3に記載の対物レンズは、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差が小さく、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量が小さく、また、ガラス製の対物レンズにおいて、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合でもレンズシフトチルト感度が小さくなり過ぎず、レンズシフト特性を良好に保つことができる、という全ての特性を実用に耐えうるレベルで有する。このため、本発明の対物レンズを使用することで、小型、低コスト、かつ、記録/再生特性に優れた、3つ以上の情報記録面を有する光ディスク用の光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
請求項4に記載の対物レンズは、請求項3に記載の発明において、前記カバーガラス厚T(mm)が、以下の(5)式を満たす、
MAX×0.8≦T≦TMAX×0.95 (5)
ことを特徴とする。
(5)式を満たすことにより、レンズシフト特性を更に良好にし、透明基板厚が最も薄い情報記録面へフォーカスジャンプした際の残留高次球面収差をより小さくすることができる。
請求項5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、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用の対物レンズであって、前記対物レンズは、単玉レンズであり、像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、常温(25±3℃)、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚をT(mm)、常温(25±3℃)における前記波長λ1の焦点距離をf(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚Tにおいて、前記対物レンズの焦点距離fと倍率変化ΔMの積に対する3次球面収差の変化率ΔSA3/(ΔM×f)(λrms/mm)が(6)式を満たす、
−0.003≦M≦0.003 (2)
21<|ΔSA3/(ΔM×f)|<25 (6)
ことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立するための条件を別な観点から設定したものである。(6)式の下限より大きな値とすることで、倍率変化に対する3次球面収差変化量が十分大きくなり、カップリングレンズの移動量を低減することができ、かつ、フォーカスジャンプした際の高次球面収差が補正不足となることを防止できる。また、(6)式の上限より小さな値とすることで、倍率変化に対する3次球面収差変化量が大きくなりすぎることを防止でき、それにより、フォーカスジャンプした際の高次球面収差が補正過剰となることを防ぐことができる。即ち、(6)式を満たすようにすることで、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立することが可能となる。
請求項6に記載の対物レンズは、波長λ(390nm<λ<415nm)の光束を出射する光源と対物レンズとを有し、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用の対物レンズであって、前記対物レンズは、単玉レンズであり、像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、常温(25±3℃)、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚をT(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚Tにおいて、前記対物レンズの倍率を変化させた際に発生する3次球面収差ΔSA3(λrms)と5次球面収差ΔSA5(λrms)が(7)式を満たす、
−0.003≦M≦0.003 (2)
4.2<ΔSA3/ΔSA5<5.2 (7)
ことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立するための条件を別な観点から設定したものである。(7)式の下限より大きな値とすることで、倍率変化した際の3次球面収差変化量と5次球面収差変化量の比が小さくなりすぎず、フォーカスジャンプした際の高次球面収差が補正過剰となることを防止することができ、残留高次球面収差を低減できる。また、(7)式の上限より小さな値とすることで、倍率変化した際の3次球面収差変化量と5次球面収差変化量の比が大きくなりすぎず、倍率変化に対する3次球面収差変化量が小さくなりすぎず、カップリングレンズの移動量を低減でき、かつ、フォーカスジャンプした際の高次球面収差が補正不足となることを防止できる。即ち、(7)式を満たすようにすることで、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立することが可能となる。
請求項7に記載の対物レンズは、請求項1から6までのいずれかに記載の発明において、前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持ち、前記有効半径内において正弦条件違反量が負の極大値を持たないことを特徴とする。
この様な構成とすることにより、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差をより小さくでき、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量をより小さくでき、また、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度の低減をより抑えることが可能となる。
請求項8に記載の対物レンズは、請求項1から6のいずれかに記載の発明において、前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持ち、更に、前記正の極大値よりも光軸に近い位置で、正弦条件違反量が負の極大値を持つことを特徴とする。
この様な構成とすることにより、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差を小さくでき、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量を小さくでき、また、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度の低減をより抑えることが可能となることに加え、(特性4)対向する2つの光学面が製造誤差により光軸直交方向にシフトしてしまう場合の収差の発生量を抑えることができ、また、(特性5)光軸上のレンズ厚が製造誤差により光軸方向にずれてしまう場合の収差の発生量も抑えることが可能となるため、より製造しやすい対物レンズを提供することが可能となる。
請求項9に記載の対物レンズは、請求項1から8のいずれかに記載の発明において、常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚T、かつ、前記倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する5次コマ収差CM5(λrms)が(8)式を満たす、
0.02<|CM5|<0.05 (8)
ことを特徴とする。
請求項10に記載の対物レンズは、請求項9に記載の発明において、常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚T、かつ、前記倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する3次コマ収差CM3(λrms)が(9)式を満たす、
0≦|CM3|<0.02 (9)
ことを特徴とする。
請求項11に記載の対物レンズは、波長λ(390nm<λ<415nm)の光束を出射する光源と対物レンズとを有し、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、前記対物レンズは、単玉レンズであり、像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、常温(25±3℃)、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚をT(mm)としたとき、常温(25±3℃)、前記カバーガラス厚T、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する5次コマ収差CM5(λrms)が(8)式を満たす、
−0.003≦M≦0.003 (2)
0.02<|CM5|<0.05 (8)
ことを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立するための条件を別な観点から設定したものである。(2)式を満たす前記倍率Mにおいて、(8)式を満たすことにより、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立することが可能となる。
請求項12に記載の対物レンズは、請求項11に記載の発明において、常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚T、かつ、前記倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する3次コマ収差CM3(λrms)が(9)式を満たす、
0≦|CM3|<0.02 (9)
ことを特徴とする。
請求項12に記載の発明によって、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合であっても、レンズチルト感度が小さくなりすぎることを防止できる。更に、対物レンズがプラスチック製であったとしても、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度が小さくなり過ぎることを防止できるため好ましい。
請求項13に記載の対物レンズは、請求項5から12のいずれかに記載の発明において、前記対物レンズはプラスチック材料からなることを特徴とする。
請求項14に記載の対物レンズは、請求項13に記載の発明において、前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、前記カバーガラス厚Tが(1)式を満たすことを特徴とする。
MAX×0.85≦T≦TMAX×1.1 (1)
請求項15に記載の対物レンズは、請求項14に記載の発明において、前記カバーガラス厚Tと前記倍率Mが(3)式及び(10)式を満たす、
MAX×0.85≦T≦TMAX×1.0 (3)
M=0 (10)
ことを特徴とする。
請求項16に記載の対物レンズは、請求項5から12までのいずれかに記載の発明において、前記対物レンズはガラス材料からなることを特徴とする。
対物レンズをガラス材料によって構成することにより、温度変化時のカップリングレンズの移動量を低減できるため、カップリングレンズの移動量を小さく抑えることが可能となる。また、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合に、高温であったとしても、レンズチルト感度が小さくなりにくいため、好ましい。尚、BDの再生だけでなく、記録を行うことが可能な光ピックアップ装置では、高倍速化の要求が強いため高出力のレーザ光源を使用するケースが多い。ガラス材料は、青紫色波長に対する耐久性が高いので、光ピックアップ装置用の対物レンズとして好適である。
請求項17に記載の対物レンズは、請求項16に記載の発明において、前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、前記カバーガラス厚Tが(4)式を満たす、
MAX×0.75≦T≦TMAX×1.0 (4)
ことを特徴とする。
請求項18に記載の対物レンズは、請求項17に記載の発明において、前記カバーガラス厚Tと前記倍率Mが(5)式及び(10)式を満たす、
MAX×0.8≦T≦TMAX×0.95 (5)
M=0 (10)
ことを特徴とする。
請求項19に記載の対物レンズは、請求項1から18までのいずれかに記載の発明において、前記正弦条件違反量の正の極大値をOSCMAX(mm)とし、常温(25±3℃)における前記波長λ1の焦点距離をf(mm)としたとき、(11)式を満たす、
0.003<OSCMAX/f<0.022 (11)
ことを特徴とする。
請求項20に記載の対物レンズは、請求項1から3、請求項5から17、請求項19のいずれかに記載の発明において、高温(55±3℃)、かつ、前記最大の透明基板厚TMAXと等しいカバーガラス厚において、前記対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、前記対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態において、前記対物レンズを傾けた場合に発生する3次コマ収差CM(LT)(λrms)と、カバーガラスを同量傾けた場合に発生する3次コマ収差CM(DT)(λrms)が(12)式を満たす、
0.3≦|CM(LT)/CM(DT)|≦0.8 (12)
ことを特徴とする。
請求項20に記載の発明によって、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合であっても、レンズチルト感度が小さくなりすぎることを防止できる。更に、対物レンズがプラスチック製であったとしても、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度が小さくなり過ぎることを防止できるため好ましい。
請求項21に記載の対物レンズは、請求項1から3、請求項5から17、請求項19又は20のいずれかに記載の発明において、常温(25±3℃)、かつ、前記最大の透明基板厚TMAXと等しいカバーガラス厚において、前記対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、前記対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態における倍率M1と、常温(25±3℃)、かつ、前記透明基板厚のうち前記最小の透明基板厚TMINと等しいカバーガラス厚において、前記対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、前記対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態における倍率M2が(13)式を満たす、
0≦M1/M2<0.92 (13)
ことを特徴とする。
透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合に、レンズチルト感度が小さくなりすぎることを防止するためには、カバーガラス厚TがTMAXとTMINの間のうち、TMAXに近い方が好ましい。その好ましい範囲を倍率の観点から規定したものが、式(13)である。
請求項22に記載の対物レンズは、請求項1から21のいずれかに記載の発明において、常温(25±3℃)における前記波長λ1に対する前記対物レンズの屈折率Nと、前記光源側の光学面の有効径最周辺における傾斜角θ(度)が(14)式を満たす、
−59.8×N+162<θ<−59.8×N+166 (14)
ことを特徴とする。
本発明者等の鋭意研究の結果、図39に示すように、本発明の実施例は、レンズの屈折率Nと、物体側の光学面の有効径最周辺における傾斜角θとが、一定の条件の範囲内に存在することを見出した。当該知見から、本発明の対物レンズを好ましい形状の観点から規定したものが(14)式である。
請求項23に記載の対物レンズは、請求項1から22までのいずれかに記載の発明において、前記透明基板厚のうち最小の透明基板厚をTMINとし、前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAXとしたとき、(15)式を満たす、
0.03(mm)<TMAX−TMIN<0.06(mm) (15)
ことを特徴とする。
(15)式を満たすような、3層以上の情報記録面を有するような光ディスクにおいては、上述したように、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差が大きくなりがちであり、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量が大きくなりがちであり、また、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合にレンズチルト感度が大きくなりがちになる、というような課題が大きくなるものであるが、本発明は、その様な大きな課題を解決するものである。
請求項24に記載の対物レンズは、請求項1から23までのいずれかに記載の発明において、常温(25±3℃)における前記波長λ1に対する前記対物レンズの屈折率をN、前記光ディスク側の光学面の非球面変形量X(h)(mm)の1回微分X’(h)が負から正に入れ替わる半径高さをH(mm)としたとき、(16)式を満たすことを特徴とする。
−2.8×N+5.1<H<−2.8×N+5.4 (16)
但し、非球面変形量X(h)は、前記光ディスク側の光学面の面頂点に接する平面から非球面までの光軸方向の距離で規定し、前記平面から前記光源側に変形する場合を負、前記平面から前記光ディスク側に変形する場合を正とし、Hは有効半径を1とした場合の相対値とする。
本発明者等の鋭意研究の結果、図40に示すように、本発明の実施例は、レンズの屈折率Nと、像側の光学面の非球面変形量X(h)(mm)の1回微分X’(h)が負から正に入れ替わる半径高さH(mm)とが、一定の条件の範囲内に存在することを見出した。当該知見から、本発明の対物レンズを好ましい形状の観点から規定したものが(16)式である。
請求項25に記載の光ピックアップ装置は、請求項1から24まで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。
3層以上の情報記録面を有する光ディスクに対応した光ピックアップ装置は、(課題1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差が大きくなりがちであり、(課題2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量が大きくなりがちであり、また、(課題3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合にレンズチルト感度が大きくなりがちになる、というような課題が大きくなるものであるが、本発明の対物レンズを搭載した上で、カップリングレンズを光軸方向に移動させていずれかの情報記録面を選択することにより、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差を小さくでき、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量も小さく抑えられ、また、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合であっても、レンズチルト感度が小さくなり過ぎず、仮に、プラスチック製の対物レンズを用い、透明基板厚が厚く高温時の使用においても、レンズチルト感度が小さくなり過ぎないため、小型、低コスト、かつ、記録/再生特性に優れた、3つ以上の情報記録面を有する光ディスク用の光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
請求項26に記載の光ピックアップ装置は、請求項25に記載の発明において、前記カップリングレンズは単玉レンズからなることを特徴とする。
請求項27に記載の光ピックアップ装置は、請求項25に記載の発明において、前記カップリングレンズは正のレンズ群及び負のレンズ群の2群構成からなり、前記正のレンズ群の少なくとも1枚のレンズを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。
本発明によって、さらにカップリングレンズの移動量を小さく抑えることが可能となり、よりコンパクトな光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
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。尚、本明細書で「物体側」とは光源側を意味し、「像側」とは光ディスク側を意味するものとする。
第1光ディスクは、厚さがt1の透明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)の透明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)の透明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。即ち、第1光ディスクは、光ディスクの光束入射面から情報記録面までの距離(これを、本明細書で「透明基板厚」という)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。尚、「最大の透明基板厚」とは、複数の情報記録面のうち、光ディスクにおける光束の入射面から最も遠い情報記録面の透明基板厚をいい、「最小の透明基板厚」とは、光ディスクにおける光束の入射面に最も近い情報記録面の透明基板厚をいう。
透明基板厚のうち最小の透明基板厚をTMINとし、透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAXとしたとき、(15)式を満たす、
0.03(mm)<TMAX−TMIN<0.06(mm) (15)
ことが好ましい。
(15)式を満たすような、3層以上の情報記録面を有するような光ディスクにおいては、上述したように、(課題1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差が大きくなりがちであり、(課題2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量が大きくなりがちであり、また、(課題3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合にレンズチルト感度が大きくなりがちになる、というような課題が大きくなるものであるが、本発明は、その様な大きな課題を解決するものである。
従って、光ピックアップ装置は、第1光ディスクの複数の情報記録面のうち、いずれかの情報記録面を選択して、光源から出射された光束を対物レンズにより、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/または再生を行うものである。
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、透明基板の厚さが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。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、透明基板の厚さが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、透明基板の厚さが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、透明基板の厚さt1、t2、t3に関しては、以下の条件式(17)、(18)、(19)、
0.050mm≦t1≦0.125mm (17)
0.5mm≦t2≦0.7mm (18)
1.0mm≦t3≦1.3mm (19)
を満たすことが好ましいが、これに限られない。
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(20)、(21)、
1.5・λ1<λ2<1.7・λ1 (20)
1.8・λ1<λ3<2.0・λ1 (21)
を満たすことが好ましい。
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、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群のことをいう。尚、コリメータは、カップリングレンズの一種であって、入射した光束を平行光又は略平行光として出射するカップリングレンズである。カップリングレンズは、正レンズ群のみからなる場合と、正レンズ群と負レンズ群とを有している場合とがあり得る。正レンズ群は少なくとも1枚の正レンズを有する。正レンズ群は、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。負レンズ群を有する場合、負レンズ群は少なくとも1枚の負レンズを有する。負レンズ群は、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、単玉レンズの正レンズ1枚のみからなるか、又は、単玉の正レンズ1枚と単玉の負レンズ1枚との組み合わせからなるものである。
尚、本明細書では、カップリングレンズにおいて、光軸方向に移動可能とされたレンズを「可動レンズ」と呼ぶことがある。また、本明細書では、「カップリングレンズの移動量」を「可動レンズの移動量」と同じ意味で用いる。
ところで、フォーカスジャンプを行う際、カップリングレンズの移動量を小さく抑える方法として、カップリングレンズを構成するレンズ群のうち、光軸方向に移動されるレンズ群のパワーを大きく(すなわち、光軸方向に移動されるレンズ群の焦点距離を短く)することが考えられる。これは、光軸方向に移動されるレンズ群の移動量はそのレンズ群のパワーが大きくなるほど(すなわち、そのレンズ群の焦点距離が短くなるほど)小さくなるからである。然るに、カップリングレンズを一群構成とする場合、光軸方向に移動されるレンズ群の焦点距離(すなわち、カップリングレンズの焦点距離に等しい)を短くすると、対物レンズで集光されたスポットが楕円形状になり、BDに対する情報の記録及び/又は再生に支障が出る虞がある。この理由を以下に述べる。
一般的に、光ピックアップ装置の光源として用いられる半導体レーザから射出される光束は楕円形状であるため、楕円の長軸方向と短軸方向の光量分布は異なる。カップリングレンズの焦点距離が短くなりすぎると、カップリングレンズが取り込む光量分布の非対称性が顕著になるため、対物レンズで集光されたスポットが楕円形状になり、BDに対する情報の記録及び/又は再生に支障が出る虞がある。従って、カップリングレンズが一群構成の場合は、フォーカスジャンプ時に必要とされるカップリングレンズの移動量を小さくすることと、カップリングレンズが取り込む光量分布の対称性を両立させることは困難である。
上記を両立させるためには、カップリングレンズを正レンズ群と負レンズ群とから構成される2群構成とし、正レンズ群の少なくとも1つのレンズを光軸方向に移動させることにより、光ディスクにおけるいずれの情報記録面に集光するかを選択する構成にすると好ましい。
説明を簡略化するために、カップリングレンズを正レンズと負レンズとから構成される2群構成の薄肉レンズ系とし、フォーカスジャンプ時には正レンズを光軸方向に沿って移動させるものとする。正レンズのパワーをP、正レンズの焦点距離をf、負レンズのパワーをP、負レンズの焦点距離をf、正レンズと負レンズの距離をLとすると、カップリングレンズ全系のパワーP及びカップリングレンズ全系の焦点距離fは、以下の(22)式、
=P+P−L・P・P
=1/f
=1/f+1/f−L/(f・f) (22)
で表される。
ここで、対物レンズの焦点距離をfとすると、カップリングレンズと対物レンズとから構成される集光光学系の倍率Mは、以下の(23)式、
M=−f/f (23)
となる。
カップリングレンズが取り込む光量分布の対称性を良好にし、対物レンズで集光されたスポットの形状を円形状するためには、光源として使用する半導体レーザから射出される光束の楕円率に対して光学系倍率Mを最適な値に設定する必要がある。尚、BD用の光ピックアップ装置では集光光学系の倍率の最適な値は−0.1程度である。また、光源とカップリングレンズとの間に配置される偏光ビームスプリッタ等の光学素子を配置するスペースを考慮すると、カップリングレンズ全系の焦点距離fを極端に短くすることは出来ない。さらに、BDに対して情報の記録及び/または再生を行う際の、対物レンズとBDの距離(作動距離ともいう)が短くなりすぎず、かつ、光ピックアップ装置を薄型化するためには、対物レンズの焦点距離fの最適な範囲は自ずと決まる。以上より、(23)式から、BD用の光ピックアップ装置用のカップリングレンズとして、その全系の焦点距離範囲はある所定の範囲である必要があり、フォーカスジャンプ時に必要なカップリングレンズの移動量のみを考慮してカップリングレンズ全系の焦点距離fをむやみに小さくすることは出来ない。
ここで、フォーカスジャンプ時の移動量を小さく抑えるために、正レンズのパワーPを大きくし、さらに、カップリングレンズ全系の焦点距離fが短くなり過ぎないように、負レンズのパワーPの絶対値を大きくすると好ましい((22)式を参照)。
以上より、正レンズ群と負レンズ群の2レンズ群からなるカップリングレンズにおいて、正レンズ群を光軸方向に動かすことにより、フォーカスジャンプ時に必要とされる正レンズ群の移動量を小さくすることと、カップリングレンズが取り込む光量分布の対称性を両立させることが可能となる。
また、正レンズ群と負レンズ群の配置は、光源側から負レンズ群、正レンズ群の順に配置されていても良いし、光源側から正レンズ群、負レンズ群の順に配置されていても良い。好ましい配置は前者である。
以上より、カップリングレンズの移動量を減らすという観点から、光ピックアップ装置におけるカップリングレンズの最適な例は、正レンズ1枚と負レンズ1枚の組み合わせから成り、光源側から負レンズ、正レンズの順に配置されているものである。但し、本発明がこれに限られることはなく、カップリングレンズの構成を出来るだけ簡略にするという観点からは、単玉の正レンズ1枚のカップリングレンズという選択肢もあり得る。
以上のような理由から、第1光ディスクの選択された情報記録面において発生する球面収差を補正するために、正レンズ群の少なくとも1枚のレンズ(好ましくは正レンズ)は光軸方向に移動可能となっていることが好ましい。例えば、第1光ディスクのある情報記録面の記録及び/又は再生を行い、次に、第1光ディスクの他の情報記録面の記録及び/又は再生を行う場合、カップリングレンズ群の正レンズ群の中の少なくとも1枚のレンズが光軸方向に移動し、光束の発散度を変化させ、対物レンズの倍率を変化させることにより、第1光ディスクの異なる情報記録面へのフォーカスジャンプ時に発生する球面収差を補正する。
図1は、本発明者が行った検討結果を示す図である。本発明者は、プラスチック製であって、焦点距離f=1.18mmであり光学面が非球面もしくは回折面であり像側開口数が0.85である対物レンズを例として、複数の情報記録面を有する第1光ディスク(BD)において、最大限離れた情報記録面にそれぞれ最適な集光スポットを形成した際に生じる最大の球面収差の差A(λrms)と、環境温度が±30℃変化したときに生じる最大の球面収差B(λrms)と、光源の波長が±5nm変化した際に生じる最大の球面収差C(λrms)とを求めた。これを図1の棒グラフで表す。かかる球面収差は、カップリングレンズを光軸方向に移動させ、対物レンズの倍率を変化させることで補正できるが、同じカップリングレンズを用いるとすると、球面収差量の合計がカップリングレンズの移動量に相当することとなる。
ここで、図1(a)、(b)に示すように、情報記録面を2つ有する光ディスクを使用する場合、光学面が非球面屈折面、回折面のいずれの対物レンズでも、球面収差量の合計は410〜430mλrms程度であり、カップリングレンズの移動量は比較的小さいといえる。一方、図1(c)に示すように、情報記録面を4つ有する光ディスクを使用する場合、光学面が非球面屈折面の対物レンズでは、球面収差量の合計は680mλrmsとなり、カップリングレンズの移動量は、情報記録面を2つ有する光ディスクを使用する場合に比べて、約1.5倍必要になる。更に、図1(d)に示すように、光学面が回折面の対物レンズでは、情報記録面を4つ有する光ディスクを使用する場合、回折面の効果として、温度変化に伴って発生する球面収差を低減しているが、その分、波長変化に伴って発生する球面収差が増加してしまい、結果として、球面収差量の合計は660mλrmsとなり、カップリングレンズの移動量は、情報記録面を2つ有する光ディスクを使用する場合に比べて、同様に約1.5倍必要になる。
但し、対物レンズをガラス製とし且つ光学面を非球面屈折面とすると、環境温度変化による球面収差B(=140mλrms)がほぼゼロとなるため、よりカップリングレンズの移動量は小さく(図1(c)において球面収差540mλrmsの補正量相当)なる。さらに、対物レンズをガラス製とし且つ光学面を波長変動時に発生する球面収差を補正する回折面とすると、環境温度変化による球面収差Bに加え、回折面の機能により光源の波長変動による球面収差Cも減少できるため、カップリングレンズの移動量はより小さく(図1(c)において球面収差500mλrmsの補正量相当)なる。つまり、カップリングレンズの移動量を減らすためには、対物レンズがガラス材料からなることが好ましい。しかしながら、このように対物レンズを改良しても、2つの情報記録面を有する光ディスクの使用時におけるカップリングレンズの移動量に対し、4つの情報記録面を有する光ディスクの使用時におけるカップリングレンズの移動量は依然として2倍程度であるため、カップリングレンズの移動量を抑制するためには、更なる工夫をすることが好ましい。同様なことは、3つの情報記録面もしくは5つ以上の情報記録面を有する光ディスクの使用時におけるカップリングレンズの移動量についても言える。そこで、本発明においては、対物レンズの正弦条件を崩すことで、カップリングレンズの移動量をさらに低減することを可能としている。
尚、上記検討において、情報記録面を2つ有する光ディスクとして(光ディスクの光束入射面からの距離が小さいほうの情報記録面をRL1、光ディスクの光束入射面からの距離が大きいほうの情報記録面をRL2、とする)、光ディスクの光束入射面からRL1までの距離が75μmであり、光ディスクの光束入射面からRL2までの距離が100μmである光ディスクを想定した。さらに、情報記録面を4つ有する光ディスクとして(光ディスクの光束入射面からの距離が最小の情報記録面をRL1、光ディスクの光束入射面からの距離が最大の情報記録面をRL4、とする)、光ディスクの光束入射面からRL1までの距離が50μmであり、光ディスクの光束入射面からRL4までの距離が100μmである光ディスクを想定した。
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、単玉のプラスチックレンズ又はガラスレンズである。好ましくは単玉の凸レンズからなる対物レンズである。対物レンズは屈折面のみからなっていてもよいし、光路差付与構造を有していてもよい。尚、ガラスレンズの上に光硬化性樹脂、UV硬化性樹脂、又は熱硬化性樹脂などで光路差付与構造を設けたハイブリッドレンズであってもよい。また、対物レンズは、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ベース面が非球面であることが好ましい。なお、対物レンズの光源側の光学面を物体側の光学面と呼び、光ディスク側の光学面を像側の光学面と呼ぶことがある。対物レンズにおいて、光源側の光学面の曲率半径の絶対値が、像側の光学面の曲率半径の絶対値に比べて小さいことが好ましい。
対物レンズがガラスレンズであると、図1を参照して説明したように、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。
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、樹脂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(×10−7/K)以下にあることが好ましく、更に好ましくは120(×10−7/K)以下であることが好ましい。
ところで、ガラスレンズは一般的にプラスチック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。
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1.54〜1.60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〜−5×10−5(より好ましくは、−10×10−5〜−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。
脂環式炭化水素系重合体の好ましい例を幾つか、以下に示す。
第1の好ましい例は、下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕を含有する重合体ブロック〔A〕と、下記式(1)で表される繰り返し単位〔1〕並びに下記式(2)で表される繰り返し単位〔2〕または/および下記式(3)で表される繰り返し単位〔3〕を含有する重合体ブロック〔B〕とを有し、ブロック〔A〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率a(モル%)と、前記ブロック〔B〕中の繰り返し単位〔1〕のモル分率b(モル%)との関係がa>bであるブロック共重合体からなる樹脂組成物である。
(式中、Rは水素原子、または炭素数1〜20のアルキル基を表し、R−R12はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、またはハロゲン基である。)
(式中、R13は、水素原子、または炭素数1〜20のアルキル基を表す。)
(式中、R14およびR15はそれぞれ独立に、水素原子、または炭素数1〜20のアルキル基を表す。)
次に、第2の好ましい例は、少なくとも炭素原子数2〜20のα−オレフィンと下記一般式(1)で表される環状オレフィンからなる単量体組成物とを付加重合させることにより得られる重合体(A)と、炭素原子数2〜20のα−オレフィンと下記一般式(2)で表される環状オレフィンからなる単量体組成物とを付加重合させることにより得られる重合体(B)とを含む樹脂組成物である。
〔式中、nは0または1であり、mは0または1以上の整数であり、qは0または1であり、R〜R18、R及びRは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子または炭化水素基であり、R15〜R18は互いに結合して単環または多環を形成していてもよく、括弧内の単環または多環が二重結合を有していてもよく、またR15とR16と、またはR17とR18とでアルキリデン基を形成していてもよい。〕
〔式中、R19〜R26はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子または炭化水素基である。〕
樹脂材料に更なる性能を付加するために、以下のような添加剤を添加してもよい。
(安定剤)
フェノール系安定剤、ヒンダードアミン系安定剤、リン系安定剤及びイオウ系安定剤から選ばれた少なくとも1種の安定剤を添加することが好ましい。これらの安定剤を適宜選択し添加することで、例えば、405nmといった短波長の光を継続的に照射した場合の白濁や、屈折率の変動等の光学特性変動をより高度に抑制することができる。
好ましいフェノール系安定剤としては、従来公知のものが使用でき、例えば、2−t−ブチル−6−(3−t−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4−メチルフェニルアクリレート、2,4−ジ−t−アミル−6−(1−(3,5−ジ−t−アミル−2−ヒドロキシフェニル)エチル)フェニルアクリレートなどの特開昭63−179953号公報や特開平1−168643号公報に記載されるアクリレート系化合物;オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,2′−メチレン−ビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス(メチレン−3−(3′,5′−ジ−t−ブチル−4′−ヒドロキシフェニルプロピオネート))メタン[すなわち、ペンタエリスリメチル−テトラキス(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニルプロピオネート))]、トリエチレングリコールビス(3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート)などのアルキル置換フェノール系化合物;6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−2,4−ビスオクチルチオ−1,3,5−トリアジン、4−ビスオクチルチオ−1,3,5−トリアジン、2−オクチルチオ−4,6−ビス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−オキシアニリノ)−1,3,5−トリアジンなどのトリアジン基含有フェノール系化合物;などが挙げられる。
また、好ましいヒンダードアミン系安定剤としては、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)スクシネート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−オクトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−ベンジルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(N−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−ブチルマロネート、ビス(1−アクロイル−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)2,2−ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−ブチルマロネート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)デカンジオエート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルメタクリレート、4−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ]−1−[2−(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ)エチル]−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、2−メチル−2−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)アミノ−N−(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)プロピオンアミド、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート、テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート等が挙げられる。
また、好ましいリン系安定剤としては、一般の樹脂工業で通常使用される物であれば格別な限定はなく、例えば、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(ジノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、10−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−ホスファフェナントレン−10−オキサイドなどのモノホスファイト系化合物;4,4′−ブチリデン−ビス(3−メチル−6−t−ブチルフェニル−ジ−トリデシルホスファイト)、4,4′イソプロピリデン−ビス(フェニル−ジ−アルキル(C12〜C15)ホスファイト)などのジホスファイト系化合物などが挙げられる。これらの中でも、モノホスファイト系化合物が好ましく、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(ジノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイトなどが特に好ましい。
また、好ましいイオウ系安定剤としては、例えば、ジラウリル3,3−チオジプロピオネート、ジミリスチル3,3′−チオジプロピピオネート、ジステアリル 3,3−チオジプロピオネート、ラウリルステアリル3,3−チオジプロピオネート、ペンタエリスリトール−テトラキス−(β−ラウリル−チオ)−プロピオネート、3,9−ビス(2−ドデシルチオエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンなどが挙げられる。
これらの各安定剤の配合量は、本発明の目的を損なわれない範囲で適宜選択されるが、脂環式炭化水素系共重合体100質量部に対して通常0.01〜2質量部、好ましくは0.01〜1質量部であることが好ましい。
(界面活性剤)
界面活性剤は、同一分子中に親水基と疎水基とを有する化合物である。界面活性剤は樹脂表面への水分の付着や上記表面からの水分の蒸発の速度を調節することで、樹脂組成物の白濁を防止することが可能となる。
界面活性剤の親水基としては、具体的には、ヒドロキシ基、炭素数1以上のヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、カルボニル基、エステル基、アミノ基、アミド基、アンモニウム塩、チオール、スルホン酸塩、リン酸塩、ポリアルキレングリコール基などが挙げられる。ここで、アミノ基は1級、2級、3級のいずれであってもよい。界面活性剤の疎水基としては、具体的に炭素数6以上のアルキル基、炭素数6以上のアルキル基を有するシリル基、炭素数6以上のフルオロアルキル基などが挙げられる。ここで、炭素数6以上のアルキル基は置換基として芳香環を有していてもよい。アルキル基としては、具体的にヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデセニル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ミリスチル、ステアリル、ラウリル、パルミチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。芳香環としてはフェニル基などが挙げられる。この界面活性剤は、上記のような親水基と疎水基とをそれぞれ同一分子中に少なくとも1個ずつ有していればよく、各基を2個以上有していてもよい。
このような界面活性剤としては、より具体的には、例えば、ミリスチルジエタノールアミン、2−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシドデシルアミン、2−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシトリデシルアミン、2−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシテトラデシルアミン、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレート、ジ−2−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシドデシルアミン、アルキル(炭素数8〜18)ベンジルジメチルアンモニウムクロライド、エチレンビスアルキル(炭素数8〜18)アミド、ステアリルジエタノールアミド、ラウリルジエタノールアミド、ミリスチルジエタノールアミド、パルミチルジエタノールアミド、などが挙げられる。これらのうちでも、ヒドロキシアルキル基を有するアミン化合物またはアミド化合物が好ましく用いられる。本発明では、これら化合物を2種以上組合わせて用いてもよい。
界面活性剤は、温度、湿度の変動に伴なう成形物の白濁を効果的に抑え、成形物の光透過率を高く維持するという観点から、脂環式炭化水素系重合体100質量部に対して0.01〜10質量部添加されることが好ましい。界面活性剤の添加量は脂環式炭化水素系重合体100質量部に対して0.05〜5質量部とすることがより好ましく、0.3〜3質量部とすることが更に好ましい。
(可塑剤)
可塑剤は共重合体のメルトインデックスを調節するため、必要に応じて添加される。
可塑剤としては、アジピン酸ビス(2−エチルヘキシル)、アジピン酸ビス(2−ブトキシエチル)、アゼライン酸ビス(2−エチルヘキシル)、ジプロピレングリコールジベンゾエート、クエン酸トリ−n−ブチル、クエン酸トリ−n−ブチルアセチル、エポキシ化大豆油、2−エチルヘキシルエポキシ化トール油、塩素化パラフィン、リン酸トリ−2−エチルヘキシル、リン酸トリクレジル、リン酸−t−ブチルフェニル、リン酸トリ−2−エチルヘキシルジフェニル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソヘキシル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジシクロヘキシル、セバシン酸ジ−2−エチルヘキシル、トリメリット酸トリ−2−エチルヘキシル、Santicizer 278、Paraplex G40、Drapex 334F、Plastolein 9720、Mesamoll、DNODP−610、HB−40等の公知のものが適用可能である。可塑剤の選定及び添加量の決定は、共重合体の透過性や環境変化に対する耐性を損なわないことを条件に適宜行われる。
これらの樹脂としては、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。
対物レンズの像側開口数(NA)が0.8以上、0.95以下であるプラスチック材料からなる単玉レンズである場合、光ディスクの透明基板厚のうち最大の透明基板厚(最も深い位置にある情報記録面と光ディスクの表面の間の距離)をTMAX(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、以下の(1)式を満たすカバーガラス厚T(mm)において、球面収差(λrms)が最小となるときの倍率Mが(2)式を満たす、
MAX×0.85≦T≦TMAX×1.1 (1)
−0.003≦M≦0.003 (2)
ことが好ましい。
また、レンズチルトした際に発生するコマ収差に関して、3層以上のBD用のプラスチック製の対物レンズが満たすべき目標値を検討し、光束入射面から最も遠い位置にある情報記録面(すなわち、透明基板厚が最も厚い情報記録面)に対して情報の記録/再生を実行中に環境温度が高温になった場合に、光ディスクを傾けた際に発生する3次コマ収差CM(DT)と、CM(LT)との比は、0.36程度と設定した。この比の値は、前述したように、2層BDに対して情報の記録/再生を行う、プラスチック製の対物レンズが搭載された光ピックアップ装置にて、透明基板厚が厚いほうの情報記録面L0(100μm)に対して情報の記録/再生を実行中に環境温度が高温になった場合の、対物レンズがチルトした際の3次コマ収差CM(DT)と、光ディスクが傾いた際のCM(LT)との比に等しい。
本発明者らは、これらの値を目標値として、3層以上のBD用に好適なプラスチック製の対物レンズを検討した結果、常温(25±3℃)かつ(2)式を満たす倍率において、球面収差が最小となるときのカバーガラス厚Tが(1)式の下限以上となるように球面収差の補正状態を設定することで、CM(LT)の目標値をみたすことを見出した。尚、CM(LT)は、カバーガラス厚Tが厚いほど大きくすることができるが、カバーガラス厚Tが(1)式の上限を超えると、透明基板厚が最も薄い情報記録面に情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなりすぎて、レンズシフト特性が劣悪になったり、透明基板厚が最も薄い情報記録面へフォーカスジャンプした際の残留高次球面収差が大きくなったりするという課題が発生するので好ましくない。
より好ましくは、以下の(3)式を満たすことである。
MAX×0.85≦T≦TMAX×1.0 (3)
この時、M=0であると特に好ましい。
カバーガラス厚Tが(3)式の上限を満たすことにより、透明基板厚が最も薄い情報記録面に情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなりすぎることを更に抑制し、その結果として、レンズシフト特性を更に良好にでき、透明基板厚が最も薄い情報記録面へフォーカスジャンプした際の残留高次球面収差も更に小さく出来るため好ましい。
更に好ましくは、以下の条件式(3)′を満たすことである。
MAX×0.9≦T≦TMAX×0.95 (3)′
この時、M=0であると特に好ましい。
次に、対物レンズの像側開口数(NA)が0.8以上、0.95以下であるガラス材料からなる単玉レンズである場合、光ディスクの透明基板厚のうち最大の透明基板厚(最も深い位置にある情報記録面と光ディスクの表面の間の距離)をTMAX(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、以下の(4)式を満たす厚みのカバーガラス厚T(mm)において、球面収差(λrms)が最小となるときの倍率Mが(2)式を満たす、
MAX×0.75≦T≦TMAX×1.0 (4)
−0.003≦M≦0.003 (2)
ことが好ましい。
ガラス材料からなる対物レンズにおいては、温度変化の影響を殆ど無視できるため、プラスチック製の対物レンズを用いた場合に比して、対物レンズへの入射光の発散度合いがそれ程大きくならない。従って、常温(25±3℃)かつ(2)を満たす倍率において、球面収差が最小となるときのカバーガラス厚Tがより薄くなることを見出し、結果として、(4)式の下限以上となるように球面収差の補正状態を設定することで、レンズシフトチルトによる3次コマ収差発生量CM(LT)の目標値をみたすことを見出した。また、カバーガラス厚Tが(4)式の上限を超えないようにすることにより、透明基板厚が最も薄い情報記録面に情報の記録/再生を行う際に対物レンズに入射する光束の収束度合いが大きくなりすぎることを防止し、レンズシフト特性が劣悪になったり、透明基板厚が最も薄い情報記録面へフォーカスジャンプした際の残留高次球面収差が大きくなったりすることを防止できる。
より好ましくは、以下の(5)式を満たすことである。
MAX×0.8≦T≦TMAX×0.95 (5)
この時、M=0であると特に好ましい。
次に、対物レンズの正弦条件の好ましい条件について説明する。正弦条件とは図2に示すように、光軸からの高さhの光線が、レンズに対して光軸平行入射時に、かかる光線がレンズから出射した際の射出角度がUである時にh/sinUが一定値を満たすことである。これが光軸からの高さhからの高さに関わらず一定値である場合には、正弦条件が満たされて有効径内の各光線の横倍率が一定であるとみなせる。この正弦条件は軸上での計算値であるが、軸外の横倍率誤差(すなわち軸外コマ収差)補正を行う上では有効である。
一方、h/sinUが一定値にならない場合、OSC=h/sinU−fを正弦条件違反量と定義する。図3は、対物レンズにおける正弦条件違反量を横軸にとり、光軸からの高さを縦軸にとって示したグラフである。正弦条件を満足する対物レンズの場合、グラフは縦軸に一致するが、正弦条件を満足しない対物レンズの場合、図3に示すようにグラフは縦軸から正側及び/又は負側に離れることとなる。また、正弦条件を満足しない対物レンズについて、光軸及び有効径付近で正弦条件を満足させるようにすると、正弦条件違反量は必ず極大値を持つ。ここで、正弦条件違反量の正側の極大値をOSCmaxとし、負側の極大値をOSCminとする。
図3(a)に示す特性の対物レンズは、正弦条件違反量が負側の極大値OSCminを1つ有し、正側の極大値OSCmaxを有さない例である。このような対物レンズによれば、面シフト感度が小さく、また軸上厚誤差感度が小さいため、製造が容易である一方、カップリングレンズの移動に伴い、高次球面収差が増大し、倍率変化による球面収差の変化が小さいという特性を有する。従って、3層以上の光ディスクにおける情報記録面の選択のためカップリングレンズを移動する場合に、必要な移動量が増大する恐れがある。
これに対し、本発明の対物レンズである、図3(b)や図3(c)に示す特性の対物レンズは、上述した倍率Mにおいて、対物レンズの有効半径の7割から9割の間で正弦条件違反量が正側の極大値OSCmaxを少なくとも1つ有する(好ましくは1つのみ)。図3(b)や図3(c)に示すような、対物レンズの有効半径の7割から9割の間において正弦条件違反量が正側の極大値OSCmaxを有する対物レンズによれば、カップリングレンズの移動に伴って発生する高次球面収差が減少し、倍率変化による球面収差の変化が大きいという特性を有するため、3層以上の光ディスクにおける情報記録面の選択のためカップリングレンズを移動する場合に、必要な移動量を小さくできる。
図3(b)の例においては、正弦条件違反量が、正側の極大値よりも光軸側に負側の極大値を一つ有している。また、図3(c)の例においては、正弦条件違反量が、正側の極大値のみを有し、負側の極大値を有していない。また、図3(b)の例においても、図3(c)の例においても、極大値より周辺部で正弦条件違反量が単調に減少している。
図3(b)に示すような、倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持ち、更に、正弦条件違反量が負の極大値を持つ場合、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差を小さくでき、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量を小さくでき、また、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度の低減をより抑えることが可能となることに加え、(特性4)対向する2つの光学面が製造誤差により光軸直交方向にシフトしてしまう場合の収差の発生量を抑えることができ、また、(特性5)光軸上のレンズ厚が製造誤差により光軸方向にずれてしまう場合の収差の発生量も抑えることが可能となるため、より製造しやすい対物レンズを提供することが可能となる。
一方、図3(c)に示すような、倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持ち、正弦条件違反量が負の極大値を持たない場合、(特性1)フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差をより一層小さくでき、(特性2)フォーカスジャンプをする際のカップリングレンズの移動量をより一層小さくでき、また、(特性3)透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度の低減をより一層抑えることが可能となる。
また、高次球面収差をより抑制するためには、入射光の発散収束度の変化により対物レンズで発生する3次球面収差及び高次球面収差の変化が、フォーカスジャンプ時に発生する3次球面収差及び高次球面収差の変化とほぼ相似形となるように正弦条件の正の極大値を設定することが好ましい。
対物レンズは、カップリングレンズの移動量を小さくすることを優先して、正弦条件違反量の形状が設定されていてもよいし、フォーカスジャンプ時の残留収差を小さく抑えることを優先して、正弦条件違反量の形状が設定されていてもよい。
また、常温(25±3℃)、かつ、上述の(2)式を満たす倍率Mにおいて、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚をT(mm)、常温(25±3℃)における前記波長λ1の焦点距離をf(mm)としたとき、
常温(25±3℃)、かつ、カバーガラス厚Tにおいて、対物レンズの焦点距離fと倍率変化ΔMに対する3次球面収差の変化率ΔSA3/(ΔM×f)(λrms/mm)が(6)式を満たす、
21<|ΔSA3/(ΔM×f)|<25 (6)
ことが好ましい。
(6)式を満たすように、対物レンズの倍率変化に対する3次球面収差の変化率を規定することで、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立することが可能となる。
より好ましくは、以下の条件式(6)′、
21.5<|ΔSA3/(ΔM×f)|<24.5 (6)′
を満たすことである。
また、常温(25±3℃)、かつ、カバーガラス厚Tにおいて、対物レンズの倍率を変化させた際に発生する3次球面収差ΔSA3と5次球面収差ΔSA5が(7)式を満たす、
4.2<ΔSA3/ΔSA5<5.2 (7)
ことが好ましい。
(7)式を満たすようにすることで、倍率変化時の3次球面収差と5次球面収差の変化の比が、カバーガラス厚が変化した際の3次球面収差と5次球面収差の比に近づくため、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立することが可能となる。
より好ましくは、以下の条件式(7)′、
4.3<ΔSA3/ΔSA5<4.9 (7)′
を満たすことである。
また、常温(25±3℃)、前述の透明基板厚T、かつ、倍率Mにおいて、対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する5次コマ収差CM5(λrms)が(8)式を満たす、
0.02<|CM5|<0.05 (8)
ことが好ましい。
条件式(8)は、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立するための条件を別な観点から設定したものである。(2)式を満たす倍率Mにおいて、(8)式を満たすことにより、フォーカスジャンプ時の残留高次球面収差の抑制とカップリングレンズの移動量の抑制を両立することが可能となる。
また、常温(25±3℃)、かつ、カバーガラス厚、かつ、前記倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する3次コマ収差CM3(λrms)が(9)式を満たす、
0≦|CM3|<0.02 (9)
ことが好ましい。
条件式(9)を満たすことによって、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合であっても、レンズチルト感度が小さくなりすぎることを防止できる。更に、対物レンズがプラスチック製であったとしても、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度が小さくなり過ぎることを防止できるため好ましい。
また、対物レンズは、正弦条件違反量の正の極大値をOSCMAX(mm)とし、常温(25±3℃)における前記波長λ1の焦点距離をf(mm)としたとき、(11)式を満たす、
0.003<OSCMAX/f<0.022 (11)
ことが好ましい。
正弦条件違反量が(11)式の下限より大きくなるように斜め光束が入射した際のコマ収差の補正状態を設定すると、フォーカスジャンプ時における高次球面収差が補正不足にならず、正弦条件違反量が(11)式の上限より小さくなるように斜め光束が入射した際のコマ収差の補正状態を設定すると、高次球面収差が補正過剰にならないので、フォーカスジャンプ時における高次球面収差を有効に抑制できる。
より好ましくは、
0.003<OSCMAX/f<0.015 (11)′
を満たすことである。
光ディスクに対して情報の記録及び/または再生を行う際に、対物レンズを前記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沿って傾けることが可能になっていると、光ディスクの反りや傾き(本明細書ではディスクチルトと呼ぶ)によって発生するコマ収差を対物レンズが傾く(本明細書ではレンズチルトと呼ぶ)ことによって発生するコマ収差でキャンセルさせることが可能となり、光ディスクに対する情報の記録及び/または再生を安定して行うことが可能になる。
ここで、レンズチルトにより発生するコマ収差が、ディスクチルトにより発生するコマ収差に対して小さすぎると、ディスクチルトにより発生するコマ収差を補正するために必要なレンズチルト量が大きくなるため、消費電力が増大したり、レンズチルト時に対物レンズと光ディスクが衝突する、といった問題が発生する。
尚、レンズチルトにより発生するコマ収差は、対物レンズの正弦条件違反量に依存して変化し、その正弦条件違反量は、光ディスクに対して情報の記録/再生を行う状態における対物レンズの倍率に依存して変化する。具体的には、対物レンズに対して平行光束が入射する状態において正弦条件違反量が補正された対物レンズは、対物レンズに対して発散光束が入射する状態では正弦条件違反量がマイナス側に変化するため、レンズチルトにより発生するコマ収差量が小さくなる。かかるコマ収差量は、対物レンズに入射する光束の発散度が大きいほど小さくなる。
BD用の光ピックアップ装置において対物レンズに入射する光束の発散度が最も大きくなるのは、光束入射面からの距離が最も大きい情報記録面に対して情報の記録及び/または再生を行う場合であり、更にプラスチック材料からなる対物レンズの場合、環境温度の変化に起因して発生する球面収差を補正するために、光束の発散度は一層大きくなる。
そこで、高温(55±3℃)時に、最大の透明基板厚TMAXと等しいカバーガラス厚において、対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態において、対物レンズを傾けた場合に発生する3次コマ収差CM(LT)に対する、カバーガラスを同量傾けた場合に発生する3次コマ収差CM(DT)の比の絶対値が0.3以上となるように、光束入射面からの距離が最も大きい情報記録面に対して情報の記録及び/または再生を行う状態における対物レンズの正弦条件違反量を設定すると好ましい。これにより、光束入射面からの距離が最も大きい情報記録面に対して情報の記録及び/または再生を行う場合でも、ディスクチルトによるコマ収差をレンズチルトにより良好に補正することが可能となり、光ディスクに含まれる全ての情報記録面に対して良好な記録/再生特性が得られる。
即ち、以下の条件式(12)、
0.3≦|CM(LT)/CM(DT)|≦0.8 (12)
を満たすことによって、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合であっても、レンズチルト感度が小さくなりすぎることを防止できる。更に、対物レンズがプラスチック製であったとしても、透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う最中に環境温度が高温になった場合でもレンズチルト感度が小さくなり過ぎることを防止できるため好ましい。
尚、好ましくは、以下の条件式(12)′、
0.35≦|CM(LT)/CM(DT)|≦0.8 (12)′
を満たすことである。
また、かかる効果をより一層発揮するためには、対物レンズの正弦条件違反量や球面収差の補正状態を以下に述べるように設定することがより好ましい。
対物レンズに対して(2)式を満たす倍率Mの光束が入射する状態において、最大の透明基板厚TMAXと等しいカバーガラス厚を介して集光されたスポットの球面収差の絶対値よりも、最小の透明基板厚TMINと等しいカバーガラス厚を介して集光されたスポットの球面収差のほうが小さくなるように、対物レンズの球面収差の補正状態を設定することである。
これは、光ピックアップ装置において、対物レンズに前記倍率Mの光束が入射する状態における可動レンズの位置をT0、透明基板厚がTMAXである情報記録面に対して情報の記録及び/または再生を行う状態における可動レンズの位置をT1、透明基板厚がTMINである情報記録面に対して情報の記録及び/または再生を行う状態における可動レンズの位置をT2としたとき、以下の(24)式、
|T1−T0|<|T2−T0| (24)
が成り立つことと同義である。
さらに、常温(25±3℃)、かつ、最大の透明基板厚TMAXにおいて、対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態における倍率M1と、常温(25±3℃)、かつ、最小の透明基板厚TMINにおいて、対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態における倍率M2が(13)式を満たす、
0≦M1/M2<0.92 (13)
ことが好ましい。
透明基板厚が厚い方の情報記録面に対して情報の記録/再生を行う場合に、レンズチルト感度が小さくなりすぎることを防止するためには、TがTMAXとTMINの間のうち、TMAXに近い方が好ましい。その好ましい範囲を倍率の観点から規定したものが、式(13)である。
より好ましくは、
0≦M1/M2<0.8 (13)′
を満たすことである。
また、レンズ形状の観点から、常温(25±3℃)における波長λ1に対する対物レンズの屈折率Nと、光源側(物体側)の光学面の有効径最周辺における傾斜角θ(度)が(14)式を満たす、
−59.8×N+162<θ<−59.8×N+166 (14)
ことが好ましい。
図39に示すように、本発明の実施例は、レンズの屈折率Nと、物体側の光学面の有効径最周辺における傾斜角θとが、一定の条件の範囲内に存在することを見出した。当該知見から、本発明の対物レンズを好ましい形状の観点から規定したものが(14)式である。尚、図39は、横軸に、常温(25±3℃)における波長λ1の屈折率Nをとり、縦軸に、物体側の光学面の有効径最周辺における傾斜角θ(度)をとって、後述する比較例と実施例1〜16をプロットした図である。
さらに、レンズ形状の観点から、常温(25±3℃)における波長λ1に対する対物レンズの屈折率をN、光ディスク側の光学面の非球面変形量X(h)(mm)の1回微分X’(h)が負から正に入れ替わる半径高さをH(mm)としたとき、(16)式を満たすことを特徴とする。
−2.8×N+5.1<H<−2.8×N+5.4 (16)
但し、非球面変形量X(h)は、光ディスク側の光学面の面頂点に接する平面から非球面までの光軸方向の距離で規定し、当該平面から光源側に変形する場合を負、当該平面から光ディスク側に変形する場合を正とし、Hは有効半径を1とした場合の相対値とする。
図40に示すように、本発明の実施例は、レンズの屈折率Nと、像側の光学面の非球面変形量X(h)(mm)の1回微分X’(h)が負から正に入れ替わる半径高さをH(mm)とが、一定の条件の範囲内に存在することを見出した。当該知見から、本発明の対物レンズを好ましい形状の観点から規定したものが(16)式である。尚、図40は、横軸に、常温(25±3℃)における波長λ1の屈折率Nをとり、縦軸に、像側の光学面の非球面変形量X(h)の1回微分X’(h)が負から正に入れ替わる半径高さHをとって、後述する実施例1〜16をプロットした図であり、実施例の相関関係を示している。
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、0.8以上、0.95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(25)を満たすことが好ましい。
0.9≦d/f≦1.5 (25)
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(25)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を提供することができる。
本発明者が行った検討結果に基づく各球面収差を比較して示す図である。 正弦条件を説明するための図である。 正弦条件不満足量の例を示す図である。 光ピックアップ装置PU1の構成を概略的に示す図である。 比較例について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 比較例について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例1について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例1について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例2について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例2について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例3について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例3について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例4について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例4について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例5について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例5について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例6について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例6について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例7について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例7について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例8について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例8について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例9について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例9について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例10について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例10について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例11について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例11について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例12について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例12について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例13について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例13について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例14について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例14について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例15について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例15について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 実施例16について、縦軸に有効半径をとり、横軸に球面収差及び正弦条件をとって示すグラフである。 実施例16について、縦軸に有効半径をとり、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分X’(h)をとって示すグラフである。 横軸に、常温(25±3℃)における前記波長λの屈折率Nをとり、縦軸に、物体側の光学面の有効径最周辺における傾斜角θ(度)をとって、比較例と実施例1〜16をプロットした図である。 横軸に、常温(25±3℃)における前記波長λの屈折率Nをとり、縦軸に、像側の光学面の非球面変形量X(h)の1回微分X’(h)が負から正に入れ替わる半径高さHをとって、実施例1〜16をプロットした図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図4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、光情報記録再生装置に搭載できる。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4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、正の屈折力を有する1枚の正レンズからなる正レンズ群L2と負の屈折力を有する1枚の負レンズからなる負レンズ群L3とを有するカップリングCL、正レンズ群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。尚、本実施の形態では、対物レンズOBJはプラスチック製またはガラス製の単玉レンズである。
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の正レンズ群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の負レンズ群L3を通過して発散角が増大され、更に正レンズ群L2を通過して弱い収束光束とされた後、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、コリメートレンズCLの正レンズ群L2及び負レンズ群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の正レンズ群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の負レンズ群L3を通過して発散角が増大され、更に正レンズ群L2を通過して略平行光束とされた後、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、コリメートレンズCLの正レンズ群L2及び負レンズ群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の正レンズ群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の負レンズ群L3を通過して発散角が増大され、更に正レンズ群L2を通過して弱い発散光束とされた後、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、コリメートレンズCLの正レンズ群L2及び負レンズ群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。
また、以上の実施の形態において、光ディスクに対して情報の記録及び/または再生行う際に、光ディスクの反りや傾きにより発生するコマ収差を補正するために、3軸アクチュエータAC2で、対物レンズOBJを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沿って傾ける。これにより、反りを持つ光ディスクに対する情報の記録及び/または再生を安定して行え、かつ、光ディスクが回転中に傾いた場合でも情報記録面上のスポットの品質を良好に保つことが可能になる。
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。対物レンズの設計波長は405nm、以下の表中のrは曲率半径、dは第i面から第i+1面までの光軸方向の間隔、Ndはd線(587.6nm)における各面の屈折率、N405は設計波長405nmにおける各面の屈折率、νdはd線におけるアッベ数を表している。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、A2i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。
(比較例)
実施例を説明する前に、比較例について説明する。表1に比較例の対物レンズにかかるレンズデータを示す。比較例は、情報記録面を2つ有する2層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.075mm)に対応するプラスチック材料からなる対物レンズである。比較例と、後述する実施例1〜9、14、16のプラスチック材料における屈折率の温度依存性(温度変化に対する屈折率変化)は、−10×10−5/℃とした。図5に比較例の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図6に、比較例の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図5に示すように、比較例の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCがほぼゼロであり、即ち正弦条件を満たす設計がなされている。
(実施例1)
表2に実施例1のレンズデータを示す。本実施例は3層以上の多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.075mm(基準状態のd4が対応)とした。図7に実施例1の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図8に、実施例1の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図7に示すように、実施例1の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割4分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例2)
表3に実施例2のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.080mm(基準状態のd4が対応)とした。図9に実施例2の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図10に、実施例2の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図9に示すように、実施例2の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例3)
表4に実施例3のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.085mm(基準状態のd4が対応)とした。図11に実施例3の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図12に、実施例3の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図11に示すように、実施例3の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例4)
表5に実施例4のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.090mm(基準状態のd4が対応)とした。図13に実施例4の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図14に、実施例4の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図13に示すように、実施例4の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例5)
表6に実施例5のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.095mm(基準状態のd4が対応)とした。図15に実施例5の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図16に、実施例5の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図15に示すように、実施例5の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割6分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例6)
表7に実施例6のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.1mm(基準状態のd4が対応)とした。図17に実施例6の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図18に、実施例6の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図17に示すように、実施例6の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割3分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例7)
表8に実施例7のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.11mm(基準状態のd4が対応)とした。図19に実施例7の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図20に、実施例7の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図19に示すように、実施例7の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割4分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例8)
表9に実施例8のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.090mm(基準状態のd4が対応)とした。本実施例は、実施例4に対して軸外収差のCM3が大きめである。図21に実施例8の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図22に、実施例8の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図21に示すように、実施例8の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の7割9分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例9)
表10に実施例9のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.090mm(基準状態のd4が対応)とした。本実施例は、実施例8に対して軸外収差のCM3が大きめである。図23に実施例9の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図24に、実施例9の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図23に示すように、実施例9の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の7割2分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例10)
表11に実施例10のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したガラス製の対物レンズであり、その素材はSK5(株式会社オハラ製)であって、T=0.075mm(基準状態のd4が対応)とした。図25に実施例10の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図26に、実施例10の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図25に示すように、実施例10の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例11)
表12に実施例11のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したガラス製の対物レンズであり、その素材はSK12(株式会社オハラ製)であって、T=0.08mm(基準状態のd4が対応)とした。図27に実施例11の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図28に、実施例11の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図27に示すように、実施例11の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例12)
表13に実施例12のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したガラス製の対物レンズであり、その素材はLAC13(HOYA株式会社製)であって、T=0.095mm(基準状態のd4が対応)とした。図29に実施例12の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図30に、実施例12の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図29に示すように、実施例12の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割7分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例13)
表14に実施例13のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したガラス製の対物レンズであり、その素材はSK5(株式会社オハラ製)であって、T=0.1mm(基準状態のd4が対応)とした。図31に実施例13の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図32に、実施例13の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図31に示すように、実施例13の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例14)
表15に実施例14のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.09mm(基準状態のd4が対応)とした。図33に実施例14の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図34に、実施例14の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図33に示すように、実施例14の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
(実施例15)
表16に実施例15のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したガラス製の対物レンズであり、その素材はSK5(株式会社オハラ製)であって、T=0.08mm(基準状態のd4が対応)とした。図35に実施例15の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図36に、実施例15の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図35に示すように、実施例15の対物レンズは、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っており、さらに、正の極大値よりも光軸に近い位置にて、負の極大値も持つ例である。
(実施例16)
表17に実施例16のレンズデータを示す。本実施例は、多層BD(TMAX=0.1mm、TMIN=0.05mm)に対応したプラスチック製の対物レンズであり、T=0.09mm(基準状態のd4が対応)とした。図37に実施例16の球面収差及び正弦条件カーブを示し、図38に、実施例16の光ディスク側光学面における非球面形状の1階微分カーブを示す。図37に示すように、実施例16の対物レンズにおいては、正弦条件違反量OSCが有効半径の8割5分の位置で正の極大値を持っている。一方、正弦条件違反量OSCは負の極大値を持たない。
表18(A)〜表18(C)に比較例及び実施例1〜5、表19(A)〜表19(C)に実施例6〜11、表20(A)〜表20(C)に実施例12〜16の特性値をまとめて示す。又、表21、表22、表23に、請求項に記載された各条件式の値を示す。尚、表21〜表23の値は常温(25±3℃)の値であり、T、TMAX、TMAX−TMIN、Hの単位はmmであり、ΔSA3/ΔM、CM3、CM5の単位はλrmsであり、θの単位は度(°)である。各実施例を用いると、比較例と比べ、フォーカスジャンプ時の高次球面収差(表18〜表20のカバーガラス厚最大における軸上収差の5次球面収差の項を参照)が抑制され、また倍率変化量と焦点距離の積に対する3次球面収差変化量(表21〜表23の|ΔSA3/(ΔM×f)|の項を参照)が増大することがわかる。また、特許文献2のフォーカスジャンプ時の高次球面収差の差が絶対値で0.02λrms以上発生しているのに対し、本実施例の高次球面収差の差は、殆どが0か0.001λrmsであり、最大でも0.01λrms程度である。ここからも、本発明の対物レンズが、フォーカスジャンプ時の高次球面収差の抑制という点で優れていることが伺える。
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 正レンズ群
L3 負レンズ群
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 (27)

  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、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用の対物レンズであって、
    前記対物レンズは、単玉レンズであり、
    像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、
    プラスチック材料からなり、
    前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、(1)式を満たすカバーガラス厚T(mm)において、球面収差(λrms)が最小となるときの倍率Mが(2)式を満たし、
    MAX×0.85≦T≦TMAX×1.1 (1)
    −0.003≦M≦0.003 (2)
    前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つことを特徴とする対物レンズ。
  2. 前記カバーガラス厚T(mm)が、以下の(3)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。
    MAX×0.85≦T≦TMAX×1.0 (3)
  3. 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、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用の対物レンズであって、
    前記対物レンズは、単玉レンズであり、
    像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、
    ガラス材料からなり、
    前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、常温(25±3℃)、かつ、(4)式を満たすカバーガラス厚T(mm)において、球面収差(λrms)が最小となるときの倍率Mが(2)式を満たし、
    MAX×0.75≦T≦TMAX×1.0 (4)
    −0.003≦M≦0.003 (2)
    前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持つことを特徴とする対物レンズ。
  4. 前記カバーガラス厚T(mm)が、以下の(5)式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の対物レンズ。
    MAX×0.8≦T≦TMAX×0.95 (5)
  5. 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、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用の対物レンズであって、
    前記対物レンズは、単玉レンズであり、
    像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、
    常温(25±3℃)、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚をT(mm)、常温(25±3℃)における前記波長λ1の焦点距離をf(mm)としたとき、
    常温(25±3℃)、かつ、前記透明基板厚Tにおいて、前記対物レンズの焦点距離fと倍率変化ΔMの積に対する3次球面収差の変化率ΔSA3/(ΔM×f)(λrms/mm)が(6)式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
    −0.003≦M≦0.003 (2)
    21<|ΔSA3/(ΔM×f)|<25 (6)
  6. 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、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用の対物レンズであって、
    前記対物レンズは、単玉レンズであり、
    像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、
    常温(25±3℃)、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚をT(mm)としたとき、
    常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚Tにおいて、前記対物レンズの倍率を変化させた際に発生する3次球面収差ΔSA3(λrms)と5次球面収差ΔSA5(λrms)が(7)式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
    −0.003≦M≦0.003 (2)
    4.2<ΔSA3/ΔSA5<5.2 (7)
  7. 前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持ち、前記有効半径内において正弦条件違反量が負の極大値を持たないことを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
  8. 前記倍率Mにおいて、有効半径の7割から9割の間で、正弦条件違反量が正の極大値を持ち、更に、前記正の極大値よりも光軸に近い位置で、正弦条件違反量が負の極大値を持つことを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
  9. 常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚T、かつ、前記倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する5次コマ収差CM5(λrms)が(8)式を満たすことを特徴とする請求項1から8までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
    0.02<|CM5|<0.05 (8)
  10. 常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚T、かつ、前記倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する3次コマ収差CM3(λrms)が(9)式を満たすことを特徴とする請求項9に記載の対物レンズ。
    0≦|CM3|<0.02 (9)
  11. 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、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用の対物レンズであって、
    前記対物レンズは、単玉レンズであり、
    像側開口数(NA)は0.8以上、0.95以下であり、
    常温(25±3℃)、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、球面収差(λrms)が最小となるときのカバーガラス厚をT(mm)としたとき、
    常温(25±3℃)、前記カバーガラス厚T、かつ、(2)式を満たす倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する5次コマ収差CM5(λrms)が(8)式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
    −0.003≦M≦0.003 (2)
    0.02<|CM5|<0.05 (8)
  12. 常温(25±3℃)、かつ、前記カバーガラス厚T、かつ、前記倍率Mにおいて、前記対物レンズに対して半画角1度の斜め光束を入射させた場合に発生する3次コマ収差CM3(λrms)が(9)式を満たすことを特徴とする請求項11に記載の対物レンズ。
    0≦|CM3|<0.02 (9)
  13. 前記対物レンズはプラスチック材料からなることを特徴とする請求項5から12までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
  14. 前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、前記カバーガラス厚Tが(1)式を満たすことを特徴とする請求項13に記載の対物レンズ。
    MAX×0.85≦T≦TMAX×1.1 (1)
  15. 前記カバーガラス厚Tと前記倍率Mが(3)式及び(10)式を満たすことを特徴とする請求項14に記載の対物レンズ。
    MAX×0.85≦T≦TMAX×1.0 (3)
    M=0 (10)
  16. 前記対物レンズはガラス材料からなることを特徴とする請求項5から12までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
  17. 前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAX(mm)としたとき、前記カバーガラス厚Tが(4)式を満たすことを特徴とする請求項16に記載の対物レンズ。
    MAX×0.75≦T≦TMAX×1.0 (4)
  18. 前記カバーガラス厚Tと前記倍率Mが(5)式及び(10)式を満たすことを特徴とする請求項17に記載の対物レンズ。
    MAX×0.8≦T≦TMAX×0.95 (5)
    M=0 (10)
  19. 前記正弦条件違反量の正の極大値をOSCMAX(mm)とし、常温(25±3℃)における前記波長λ1の焦点距離をf(mm)としたとき、(11)式を満たすことを特徴とする請求項1から18までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
    0.003<OSCMAX/f<0.022 (11)
  20. 高温(55±3℃)、かつ、前記最大の透明基板厚TMAXと等しいカバーガラス厚において、前記対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、前記対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態において、前記対物レンズを傾けた場合に発生する3次コマ収差CM(LT)(λrms)と、カバーガラスを同量傾けた場合に発生する3次コマ収差CM(DT)(λrms)が(12)式を満たすことを特徴とする請求項1から3、請求項5から17、請求項19のいずれか一項に記載の対物レンズ。
    0.3≦|CM(LT)/CM(DT)|≦0.8 (12)
  21. 常温(25±3℃)、かつ、前記最大の透明基板厚TMAXと等しいカバーガラス厚において、前記対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、前記対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態における倍率M1と、常温(25±3℃)、かつ、前記透明基板厚のうち最小の透明基板厚TMINと等しいカバーガラス厚において、前記対物レンズによる集光スポットの3次球面収差が補正されるように、前記対物レンズに対して非平行光束を入射させた状態における倍率M2が(13)式を満たすことを特徴とする請求項1から3、請求項5から17、請求項19又は20のいずれか一項に記載の対物レンズ。
    0≦M1/M2<0.92 (13)
  22. 常温(25±3℃)における前記波長λ1に対する前記対物レンズの屈折率Nと、前記光源側の光学面の有効径最周辺における傾斜角θ(度)が(14)式を満たすことを特徴とする請求項1から21までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
    −59.8×N+162<θ<−59.8×N+166 (14)
  23. 前記透明基板厚のうち最小の透明基板厚をTMINとし、前記透明基板厚のうち最大の透明基板厚をTMAXとしたとき、(15)式を満たすことを特徴とする請求項1から22までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
    0.03(mm)<TMAX−TMIN<0.06(mm) (15)
  24. 常温(25±3℃)における前記波長λ1に対する前記対物レンズの屈折率をN、前記光ディスク側の光学面の非球面変形量X(h)(mm)の1回微分X’(h)が負から正に入れ替わる半径高さをH(mm)としたとき、(16)式を満たすことを特徴とする請求項1から23までのいずれか一項に記載の対物レンズ。
    −2.8×N+5.1<H<−2.8×N+5.4 (16)
    但し、非球面変形量X(h)は、前記光ディスク側の光学面の面頂点に接する平面から非球面までの光軸方向の距離で規定し、前記平面から前記光源側に変形する場合を負、前記平面から前記光ディスク側に変形する場合を正とし、Hは有効半径を1とした場合の相対値とする。
  25. 請求項1から24までのいずれか一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。
  26. 前記カップリングレンズは単玉レンズからなることを特徴とする請求項25に記載の光ピックアップ装置。
  27. 前記カップリングレンズは正のレンズ群及び負のレンズ群の2群構成からなり、前記正のレンズ群の少なくとも1枚のレンズを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請求項25に記載の光ピックアップ装置。
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