対物レンズおよび光ピックアップ装置
【課題】ＢＤに用いて好適なスポット径にレーザ光を集束可能な対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】対物レンズＲは、レーザ光を開口数が０．８５でスポット状に集束させるレンズ面Ｒ１、Ｒ２と、レンズ面Ｒ１に形成された反射防止膜Ｒ１ａを備える。反射防止膜Ｒ１ａは、レンズ面Ｒ１の法線とレンズ面Ｒ１の光軸がなす角度が５５度以上であって、７０度以下のときに前記レーザ光に対する反射率が極小となるよう膜設計がなされている。
【解決手段】対物レンズＲは、レーザ光を開口数が０．８５でスポット状に集束させるレンズ面Ｒ１、Ｒ２と、レンズ面Ｒ１に形成された反射防止膜Ｒ１ａを備える。反射防止膜Ｒ１ａは、レンズ面Ｒ１の法線とレンズ面Ｒ１の光軸がなす角度が５５度以上であって、７０度以下のときに前記レーザ光に対する反射率が極小となるよう膜設計がなされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズおよび光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置では、所定の波長帯域のレーザ光が、対物レンズにより、光ディスク上にスポット状に集束されて照射され、光ディスクに対する記録または再生が行われる。この場合、対物レンズには、レンズ面におけるレーザ光の反射を抑止するため、反射防止膜が形成される。反射防止膜は、レンズ面に入射するレーザ光のレンズ面の法線からの傾き（以下、「入射角度」という）が変動すると、反射率が変動する、入射角依存性を有している。
【０００３】
一般的に、レーザ光源から出射されるレーザ光は、ガウス強度分布を有しており、レーザ光が透過するレンズの中央部に近いほど、レーザ光の強度は強く、対物レンズの中央部から外縁に近づくほど、レーザ光の強度は弱くなる。こうなると、レーザ光の集束力が弱まり、光ディスク上におけるスポット径の増大を招く。
【０００４】
かかる問題を解消するために、レンズ面の中央部よりややレンズ面の周辺部に近づく領域において、透過光量が大きくなるように反射防止膜の反射率が調整されることが知られている。たとえば、入射角度が０度でレンズ面を光が透過する場合の反射率が、レーザ光の波長帯域よりもやや長波長側にシフトした波長帯域において極小となるよう反射防止膜が形成される。波長４００〜４４０ｎｍのレーザ光が入射角度０度でレンズ面を透過する場合、反射防止膜は、反射率が波長４６０〜６５０ｎｍの範囲内に極小値を示すように形成される（たとえば、特許文献１）。
【０００５】
また、近年、光ディスクの高容量化が進められており、高密度で情報が記録されたブルーレイディスク（以下、「ＢＤ」という）が用いられている。かかるＢＤに対して、高密度の情報の記録／再生を行うため、レーザ光のスポット径の小径化が求められている。ここで、スポット径は、一般的に、再生信号の時間方向のずれ（ジッタ）と相関関係があり、スポット径が大きくなるほど、ジッタが大きくなることが知られている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１７２１８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２５７７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の対物レンズにおいて、スポット径が大きくなることに伴い、ジッタが所定以上に大きくなると、再生信号が適正に同期できなくなる等、光ディスクの記録または再生に悪影響を及ぼす惧れがある。
【０００８】
この関係から、特に、ＢＤに対して記録または再生を行う場合、ジッタによる再生信号への影響を抑えるためには、スポット径は、０．３８５μｍ程度以内であるのが望ましい。しかしながら、上記のように、入射角度が０度でレンズ面を光が透過する場合の反射率が波長４６０〜６５０ｎｍの範囲内に極小値を示すように形成された反射防止膜では、スポット径を０．３８５μｍ以内に抑えることができない。
【０００９】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、ＢＤに用いて好適なスポット径にレーザ光を集束可能な対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、ブルーレイディスク用のレーザ光が平行光化されて入射する対物レンズに関する。本態様に係る対物レンズは、前記レーザ光を開口数が０．８５でスポット状に集束させるレンズ部と、前記レンズ部の前記レーザ光の入射側に形成された第１レンズ面と、前記第１レンズ面に形成された第１反射防止膜と、を備える。前記第１反射防止膜は、前記第１レンズ面の法線と前記第１レンズ面の光軸がなす角度が５５度以上であって、７０度以下のときに前記レーザ光に対する反射率が極小となるよう膜設計がなされている。
【００１１】
第１の態様に係る対物レンズによれば、対物レンズの透過率を損ねずに、ＢＤに用いて好適なスポット径にレーザ光を集束することができる。
【００１２】
第１の態様において、前記第レンズ部の前記レーザ光の出射側に形成された第２レンズ面と、前記第２レンズ面に形成された第２反射防止膜と、をさらに備えるよう構成され得る。
【００１３】
この場合、前記第２反射防止膜は、前記反射率が前記レーザ光の有効径全面にわたって５％以下であるように構成され得る。こうすると、前記対物レンズを、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズの透過率に保つことができる。したがって、前記対物レンズを透過した前記レーザ光の強度を高めることができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、光ピックアップ装置に関する。本態様に係る光ピックアップ装置は、ブルーレイディスクに用いるレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズによって平行光に変換された前記レーザ光が入射される上記第１の態様に係る対物レンズとを有する。
【００１５】
本態様に係る光ピックアップ装置によれば、上記第１の態様と同様の効果が奏され得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＢＤに用いて好適なスポット径にレーザ光を集束可能な対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る対物レンズの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る対物レンズによるレーザ光のスポット形状の例とレンズ面の透過率の領域を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る対物レンズの光源側のレンズ面の反射率の入射角度依存性を示すグラフである。
【図４】実施の形態に係る対物レンズの光源側のレンズ面の反射率の波長依存特性を示すグラフである。
【図５】実施の形態に係る対物レンズのディスク側のレンズ面の反射率の入射角度依存性を示すグラフである。
【図６】実施の形態に係る対物レンズのＢＤ光の反射率が極小となる入射角度とスポット径の関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態に係る対物レンズのディスク側のレンズ面の最大反射率と透過率の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態では、ＢＤ用の対物レンズに本発明が適用されている。
【００２０】
＜対物レンズ＞
図１（ａ）は、本実施の形態に係る対物レンズＲを下方向（光源側）から見たときの平面図、図１（ｂ）は、対物レンズＲを上方向（ディスク側）から見たときの平面図である。図１（ｃ）は、対物レンズＲの光軸を含む当該光軸に平行な面によって対物レンズＲを切断したときの断面を模式的に示す図である。なお、図１（ｃ）には、ＢＤに対応するレーザ光（以下、「ＢＤ光」という）の光線のうち、対物レンズＲの光軸を通る光線と、有効径の最外角を通る光線が示されている。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）を参照して、対物レンズＲは、平面視において真円の形状を有している。対物レンズＲは、光透過性に優れる樹脂材料により形成されている。対物レンズＲの下面には、レンズ面Ｒ１が形成されている。また、対物レンズＲの上面には、レンズ面Ｒ２が形成されている。レンズ面Ｒ１の径φｏ、レンズ面Ｒ２の径φｉは、それぞれ、対物レンズＲの径φよりも、数段小さくなっている。また、レンズ面Ｒ１の径φｏは、レンズ面Ｒ２の径φｉよりも大きくなっている。レンズ面Ｒ１の有効径は、径φｏよりもやや小さくなっている。レンズ面Ｒ２の有効径は、径φｉよりもやや小さくなっている。
【００２２】
また、図１（ｃ）に示すように、レンズ面Ｒ１は、光源側方向に突出する非球面形状の凸面となっている。レンズ面Ｒ２は、ディスク側方向に突出する非球面形状の凸面となっている。レンズ面Ｒ１の曲率は、レンズ面Ｒ２の曲率よりも、数段大きくなっている。レンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２の光軸は、互いに一致している。レンズ面Ｒ１の有効径は、レンズ面Ｒ２の有効径よりも大きくなっている。
【００２３】
レンズ面Ｒ１、レンズ面Ｒ２は、それぞれ、平行光の状態で入射したＢＤ光をＢＤ上に適正に集束させることができるよう構成されている。ＢＤ光の波長は、４００ｎｍ〜４４０ｎｍ程度である。レンズ面Ｒ１に入射したＢＤ光は、レンズ面Ｒ１で光軸に向かう方向に屈折され、レンズ面Ｒ２に向かう。ＢＤ光の有効径の最外角を通ってレンズ面Ｒ１に入射する光線の入射角度θは、通常６０度以上で、最大でも７０度程度である。そして、ＢＤ光は、レンズ面Ｒ２によって、さらに光軸に向かう方向に屈折される。こうして対物レンズＲにより集束されたＢＤ光は、ＢＤに適する高い開口数（ＮＡ＝０．８５）にてＢＤに入射する。その後、ＢＤ光は、ＢＤのカバー層で屈折され、記録層上にフォーカスされる。なお、本願発明において、レンズ部とは、入射してくる光線を屈折させることができる機能を有する部分である。そして、本実施の形態においては、レンズ部はレンズ面Ｒ１およびレンズ面Ｒ２を含む。
【００２４】
また、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の表面には、それぞれ、反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが形成されている。反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａは、屈折率の異なる薄膜が積層された多層膜である。反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａは、レンズ表面でのＢＤ光の反射を抑制し、ＢＤ光の透過率を高めるよう、膜厚と層数が設計されている。
【００２５】
ところで、一般的に、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央付近を透過するレーザ光の光量に対してレンズ面Ｒ１、Ｒ２の周辺部を透過するレーザ光の光量が小さくなるほど、集束作用が弱まり、ＢＤ上におけるレーザ光のスポット径が大きくなり易い。逆に、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央付近を透過するレーザ光の光量に対してレンズ面Ｒ１、Ｒ２の周辺部を透過するレーザ光の光量が大きくなるほど、レーザ光のスポット径が小さくなる。
【００２６】
図２（ａ）は、対物レンズＲへの入射時におけるＢＤ光のビーム形状の例を示す模式図である。
【００２７】
図示の如く、ＢＤ光の光強度は、ガウス分布を有しており、ＢＤ光の中心に近いほど強度が高く、中心から離れるほど強度が低くなる。したがって、ＢＤ光のビームＢＭは、中央部の領域ＢＭａでは、光量が大きく、中央部より外側の周辺部の領域ＢＭｂでは、光量が小さくなっている。このように、光強度のガウス分布の関係から、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央部を透過するＢＤ光の光量とレンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央部を透過するＢＤ光の光量が、アンバランスとなり、ＢＤ上におけるスポット径が大きくなり易い。
【００２８】
さらに、通常、反射防止膜Ｒ１ａは、中央部から周辺部にわたって光が透過する場合の反射率が、小さくなるように、膜厚と層数が設計される。または、反射防止膜Ｒ１ａは、スポット径の増大を抑えるために、入射角度が０度でレンズ面Ｒ１を光が透過する場合の反射率が、ＢＤ光の波長帯域よりもやや長波長側にシフトした波長帯域において極小となるように、膜厚と層数が設計される。このような場合、ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度は、０度〜５０度程度の範囲となる。
【００２９】
しかし、上述のように、レンズ面Ｒ１の最外縁に近い周辺部におけるＢＤ光の最大入射角度は略７０度程度と非常に大きくなっている。したがって、上記のように入射角度が０度〜５０度程度の範囲に反射防止膜Ｒ１ａの反射率の極小値があると、入射角度５０度よりも大きい角度で入射するＢＤ光に対する反射率は、極小値から離れるため、比較的大きくなり易い。
【００３０】
このように、レンズ面Ｒ１の最外縁に近い周辺部を透過するＢＤ光に対する反射率が大きくなると、光強度のガウス分布の関係と相俟って、レンズ面Ｒ１の最外縁に近い周辺部を透過するＢＤ光の光量が小さくなり、スポット径が増大し易い。
【００３１】
以上のことから、スポット径の増大を抑えるためには、図２（ｂ）に示すようにレンズ面Ｒ１において、極力、瞳座標Ｐｙが１となる領域Ｅに近づく領域の透過率が、中央部の領域Ａに近づく領域の透過率よりも大きくなるように反射防止膜Ｒ１ａが設計されるのが望ましい。瞳座標Ｐｙは、ＢＤ光の最外角（入射瞳）に対応するレンズ面Ｒ１の位置が１、レンズ面Ｒ１の光軸に対応するレンズ面Ｒ１の位置が０として、示されている。すなわち、瞳座標Ｐｙ＝１が、ＢＤ光の最大入射角度略７０度に対応する。
【００３２】
また、一般的に、スポット径の大きさは、対物レンズＲが光ピックアップ装置に用いられた場合における再生信号のジッタと相関関係があり、スポット径の大きさが大きくなるほど、ジッタが大きくなる。スポット径が大きくなり、ジッタが所定以上に大きくなると、再生信号が適正に同期できなくなる等、光ディスクの記録または再生に悪影響を及ぼす惧れがある。
【００３３】
この関係から、特に、ＢＤに対して再生を行う場合、ジッタの再生信号への影響を抑えるために、スポット径は、０．３８５μｍ以内とするのが望ましい。
【００３４】
そこで、本願発明者らは、ＢＤ光の最大入射角度の略７０度（瞳座標Ｐｙ＝１）以下の所定の入射角度において、反射率が極小値となるように、レンズ面Ｒ１の反射防止膜Ｒ１ａを複数設計し、ＢＤ光を略平行光の状態で対物レンズＲに入射させて、ＢＤ上におけるスポット径が０．３８５μｍ以内に収まるか否かをシミュレーションにより検証した。
【００３５】
各シミュレーションに用いた対物レンズＲの光源側のレンズ面Ｒ１、ＢＤ側のレンズ面Ｒ２の形状は、以下の式（１）で示される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
上記式（１）において、Ｚは、光軸方向のサグ量である。ｃは、曲率半径の逆数であり、ｒは、光軸と直交する方向の高さである。ｋは、コ―ニック定数である。Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４およびＡ１６は、それぞれ、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次および１６次の非球面係数である。
【００３８】
上記式（１）を満たすように設計した対物レンズＲのレンズ面Ｒ１、Ｒ２の設計例を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記表１で設計されたレンズ面Ｒ１の最大接線角度は、６７．７度であり、レンズ面Ｒ２の最大接線角度は、３４．３度である。レンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２を組み合わせることにより、対物レンズＲは、開口数（ＮＡ＝０．８５）に対応し、ＢＤ光をＢＤ上に適正に集束させることができる。
【００４１】
上記式（１）、および表１に基づいて設計された対物レンズＲのレンズ面Ｒ１の表面に形成される反射防止膜Ｒ１ａの膜設計の例を表２に示す。また、対物レンズＲのレンズ面Ｒ２の表面に形成される反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例を表３に示す。また、これらの反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、対物レンズＲに用いられる素材の屈折率を表４に示す。なお、表２には、実施例１と実施例２と比較例１の３つの反射防止膜Ｒ１ａの設計例が示されており、表３には、比較例２と実施例３の２つの反射防止膜Ｒ２ａの設計例が示されている。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】
表２の実施例１は、レンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の入射角度が５５度のときに、ＢＤ光に対する反射率が極小値となるように設計された反射防止膜Ｒ１ａの膜設計の例である。また、表２の実施例２は、レンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の入射角度が６０度のときに、ＢＤ光に対する反射率が極小値となるように設計された反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例である。また、表２の比較例１は、レンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の入射角度が５０度のときに、ＢＤ光に対する反射率が極小値になるように設計された反射防止膜Ｒ１ａの膜設計の例である。実施例１、２、及び比較例１の場合、光源側から順に、互いに屈折率の異なる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が積層された多層膜構造となっており、表２に示す如く、膜厚が設計されている。なお、基材には、三井化学株式会社製の環状ポリオレフィン系樹脂であるアペル（登録商標）を用いた。
【００４６】
また、表３の比較例２は、最大反射率が略１２％となるように設計された反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例である。表３の実施例３は、最大反射率が略４％となるように設計された反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例である。それぞれ、ディスク（ＢＤ）側から順に、互いに屈折率の異なる二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウムの２層膜構造となっており、表３に示す如く、膜厚が設計されている。なお、基材には、上記同様、三井化学株式会社製の環状ポリオレフィン系樹脂であるアペル（登録商標）を用いた。
【００４７】
図３（ａ）、（ｂ）は、上記実施例１、実施例２および比較例１のレンズ面Ｒ１におけるＢＤ光（波長４０５ｎｍ）の入射角度と反射率の特性を示したグラフである。図３（ａ）は、横軸にレンズ面Ｒ１に対するＢＤ光の入射角度が示されており、縦軸にレンズ面Ｒ１の反射率が示されている。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）の横軸の入射角度を図２（ｂ）に示した瞳座標Ｐｙに置き換えて示されたものであり、図３（ａ）と同等のグラフである。
【００４８】
図３（ａ）を参照して、実施例１の場合、反射率が極小となる入射角度は、５５度である。このときの反射率は、略２％程度である。また、入射角度が０度のときの反射率は、略２０％程度である。この場合、図３（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙでは、０．８のときに、反射率が極小となる。したがって、図２（ｂ）に示すＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が大きくなり、瞳座標Ｐｙが０付近の領域の透過光量が大きく減衰されることとなる。これにより、スポット径を小さく絞ることができる。
【００４９】
図３（ａ）に戻り、実施例２の場合、反射率が極小となる入射角度は、６０度である。このときの反射率は、略３％程度である。また、入射角度が０度のときの反射率は、略２０％程度となっている。この場合、図３（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙにすると、０．９のときに、反射率が極小となる。したがって、実施例１よりも、さらにＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が大きくなり、瞳座標Ｐｙが０付近の領域の透過光量が大きく減衰されることとなる。これにより、さらにスポット径を小さく絞ることができる。比較例１の場合、反射率が極小となる入射角度は、５０度である。このときの反射率は、略０．９％である。また、入射角度が０度のときの反射率は、略２０％程度となっている。この場合、図３（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙにすると０．７のときに、反射率が極小値とな
る。したがって、実施例１と実施例２と比較すると、ＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が小さくなることとなる。これにより、比較例１では、スポット径を絞ることができなくなり、実施例１や実施例２よりもスポット径が大きくなってしまう。
【００５０】
図４は、レーザ光が入射角度０度でレンズ面Ｒ１を透過する場合の反射率の波長依存特性を示すグラフである。図４は、横軸にレンズ面Ｒ１に対する入射するレーザ光の波長帯域が示されており、縦軸にレンズ面Ｒ１の反射率が示されている。なお、図４は、図３（ａ）、（ｂ）に示したグラフと同等のグラフである。図４のグラフに示すような特性を有する反射防止膜Ｒ１ａを設計すると、図３（ａ）、（ｂ）のグラフに示すようなＢＤ光における入射角度と反射率の特性が得られる。また、逆に、図３（ａ）、（ｂ）に示すような特性を有する反射防止膜Ｒ１ａを設計すると、図４に示すグラフの特性が得られる。
【００５１】
実施例１の場合、反射率が極小となる波長は、略７４０ｎｍである。すなわち、このような特性を持つ反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の反射率が極小となる入射角度は、５５度となる。
【００５２】
また、実施例２の場合、反射率が極小となる波長は、略８６０ｎｍである。すなわち、このような特性を持つ反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の反射率が極小となる入射角度は、６０度となる。また、比較例１の場合、反射率が極小となる波長は、略６８０ｎｍである。すなわち、このような特性を持つ反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の反射率が極小となる入射角度は、５０度となる。
【００５３】
図５（ａ）は、レンズ面Ｒ２におけるＢＤ光（波長４０５ｎｍ）の入射角度と反射率の特性を示したグラフである。図５（ａ）は、横軸にレンズ面Ｒ２に対するＢＤ光の入射角度が示されており、縦軸にレンズ面Ｒ２の反射率が示されている。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）の横軸の入射角度を図２（ｂ）に示した瞳座標Ｐｙに置き換えて示されたものであり、図５（ａ）と同等のグラフである。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）には、比較例２として、レンズ面Ｒ２の中央部付近を透過するＢＤ光の反射率が、略１２％程度であり、レンズ面Ｒ２の周辺部を透過するＢＤ光の反射率が、略５％程度の反射防止膜Ｒ２ａが示されている。比較例２の場合、反射率が極小となる入射角度は、３０度である。この場合、図５（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙにすると、０．９のときに、反射率が極小となる。比較例２では、実施例１、２と同様に、ＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が大きくなり、中央付近の領域の透過光量が大きく減衰されることとなる。したがって、スポット径を小さく絞ることができる。
【００５５】
また、図５（ａ）、（ｂ）には、実施例３として、レンズ面Ｒ２を透過するＢＤ光の反射率が、有効径全面にわたって５％以下である反射防止膜Ｒ２ａが示されている。実施例３の場合、最大の反射率は、略４％であり、最小の反射率は、略１．５％である。反射率が極小となる入射角度は、比較例２と同様に３０度である。このように、最大の反射率と最小の反射率の差は、非常に小さい。したがって、実施例３の場合、スポット径を絞る作用は略発生しない。
【００５６】
本願の発明者らは、上記の実施例１、２、比較例１の反射防止膜Ｒ１ａ（反射率が極小となる入射角度＝５０度、５５度、６０度）とともに、それぞれ、入射角度が４０度、６５度のときに反射率が極小となる反射防止膜Ｒ１ａを設計し、上記の比較例２の反射防止膜Ｒ２ａと組み合わせて、それぞれの場合のＢＤ上におけるスポット径をシミュレーションにより求めた。
【００５７】
図６は、スポット径のシミュレーション結果を示すグラフである。図６において、横軸には、ＢＤ光の波長帯域において、反射防止膜Ｒ１ａの反射率が極小となるＢＤ光の入射角度（以下、単に「ボトム角度」という）が示されており、縦軸には、ＢＤ上におけるスポット径が示されている。
【００５８】
ボトム角度が４０度のとき、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８８μｍであり、ボトム角度が５０度のとき、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８６μｍである。これらのスポット径は、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５を上回っている。
【００５９】
また、ボトム角度が５５度になると、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８４μｍとなる。さらに、ボトム角度が６０度、６５度のとき、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８２μｍとなる。このように、５５度以上のような非常に入射角度が大きい場合においても、ボトム角度が大きくなるにつれて、スポット径が小さくなる傾向がある。このシミュレーションにおける対物レンズＲの最大接線角度は、６７．７度であるため、７０度のときのスポット径のシミュレーション結果はないが、上記の傾向から、ボトム角度が６５度のときよりも７０度のときの方が、スポット径が小さくなるものと想定される。
【００６０】
上述の如く、入射角度７０度は、瞳座標Ｐｙ＝１に対応し、ＢＤ光の有効径の最外角に略対応する。したがって、ボトム角度が、５５度以上であって、且つ、ボトム角度がＢＤ光の有効径の最外角に対応する７０度以下であれば、ＢＤ上におけるスポット径は、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３６５を下回ることがわかる。なお、入射角度が７０度以上でレンズ面Ｒ１に入射する光は、ＢＤ光の有効径よりも大きくなるため、不要な光である。
【００６１】
実施例１と実施例２と比較例１の場合におけるスポット径の大きさと対物レンズＲの透過率の関係を表５に示す。
【００６２】
【表５】
【００６３】
表５に示すように、実施例１のボトム角度が５５度のとき、スポット径は、略０．３８４μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８２．７％である。また、実施例２のボトム角度が６０度のとき、スポット径は、略０．３８２μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８３．５％である。また、比較例１のボトム角度が５０度のとき、スポット径は、０．３８６μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８３．９％である。このように、ボトム角度を大きくしても、対物レンズＲの透過率は略低下せずに、スポット径が小さくなることがわかる。
【００６４】
以上のことから、ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度が５５度以上であって７０度以下となるように反射防止膜Ｒ１ａがレンズ面Ｒ１に形成されることにより、対物レンズＲの透過率をさほど損ねずに、ＢＤ上におけるスポット径を、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５以下に収めることができる
。
【００６５】
このように反射防止膜Ｒ１ａのボトム角度を設定すると、透過率を損ねずに、スポット径を絞ることができるため、レンズ面Ｒ２の反射率をある程度小さくしても、スポット径を小さく保つことができる。したがって、ボトム角度を大きくするに応じて、レンズ面Ｒ２（反射防止膜Ｒ２ａ）の反射率を下げることにより、スポット径を小さく保ちつつ、透過光量を向上させることができる。また、透過率の向上が必要のない場合は、レンズ面Ｒ２（反射防止膜Ｒ２ａ）の反射率をそのままとすることで、スポット径をより小さく絞ることができる。このように、ボトム角度を大きくすると、透過率が略低下せずに、スポット径が小さくなるため、反射防止膜Ｒ２ａの反射率を適宜調整することにより、目的に応じて、より好適なスポット径、または透過率を得ることができる。
【００６６】
ここで、上述の如く、スポット径は、再生信号のジッタの関係から、できるだけ小さい方が望ましい。他方、対物レンズＲの透過率は、光ピックアップ装置に搭載される光検出器が検出する再生信号の出力がＢＤからの反射光の強度に比例するため、ある程度大きい方が望ましい。したがって、スポット径と透過光量は、再生信号のジッタによる影響と再生信号の出力強度とのバランスを考慮して設計する必要がある。光検出器からの再生信号の強度が小さくなると、再生信号のＳＮ比が劣化し、ＢＤに対する記録または再生処理に影響を及ぼす惧れがある。
【００６７】
これらの関係から、特に、ＢＤに対して記録または再生を行う場合、対物レンズＲの透過率は、８５％以上であることが望ましい。
【００６８】
そこで、本願発明者らは、ボトム角度が５５度以上から７０度以下となるように形成されたレンズ面Ｒ１の反射防止膜Ｒ１ａに加え、所定の最大反射率を有するレンズ面Ｒ２の反射防止膜Ｒ２ａを複数設計し、対物レンズＲの透過率が８５％以上を確保できるか否かをシミュレーションにより検証した。
【００６９】
各シミュレーションに用いた対物レンズＲの光源側のレンズ面Ｒ１、ＢＤ側のレンズ面Ｒ２の形状は、上記同様に式（１）、表２ないし表４で示される。
【００７０】
上記の比較例２（レンズ面Ｒ２の最大反射率＝１２％）とともに、それぞれ、レンズ面Ｒ２の最大反射率が０％、５％、８％である反射防止膜Ｒ２ａを設計し、それぞれの場合における対物レンズＲの透過率をシミュレーションにより求めた。
【００７１】
図７は、レンズ面Ｒ１のボトム角度が６０度である実施例２を組み合わせたときにおけるレンズ面Ｒ２の最大反射率と対物レンズＲの透過率の関係を示したグラフである。図７は、横軸にレンズ面Ｒ２の最大反射率が示されており、縦軸に対物レンズＲの透過率が示されている。
【００７２】
レンズ面Ｒ２の最大反射率が０％のとき、対物レンズＲの透過率は、略８９％であり、レンズ面Ｒ２の最大反射率が５％のとき、対物レンズＲの透過率は、略８８％である。これらの対物レンズＲの透過率は、ＢＤに用いる場合に好適な透過率の下限値８５％よりも上回る。
【００７３】
また、レンズ面Ｒ２の最大反射率が８％になると、対物レンズＲの透過率は、略８４．５％となる。さらに、レンズ面Ｒ２の最大反射率が１２％になると、再生信号の出力は、略８３％となる。したがって、レンズ面Ｒ２の最大反射率が５％を超えると、対物レンズＲの透過率は、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％よりも下回る。
【００７４】
以上のことから、レンズ面Ｒ１を上記のように構成することに加え、レンズ面Ｒ２の最大反射率を５％以下に抑えることにより、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％以上にすることができることがわかる。なお、ここでは、レンズ面Ｒ１のボトム角度が６０度であるときの例のみを示したが、上述のように、レンズ面Ｒ１のボトム角度が５５度、あるいは、６０度よりも大きくても、対物レンズＲの透過率は略変わらない。したがって、レンズ面Ｒ１のボトム角度が５５度以上であって７０度以下の範囲において、レンズ面Ｒ２の最大反射率を５％以下に抑えることにより、対物レンズＲの透過率を、下限値８５％以上とすることができることがわかる。
【００７５】
比較例２と実施例３の場合におけるスポット径と対物レンズＲの透過率の関係を表６に示す。
【００７６】
【表６】
【００７７】
表６に示すように、レンズ面Ｒ１にボトム角度が６０度である実施例２の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略１２％である比較例２の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８２μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８３．５％である。また、レンズ面Ｒ１に実施例２の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略４％である実施例３の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８４μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８７．９％である。
【００７８】
レンズ面Ｒ１にボトム角度が５５度である実施例１の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略１２％である比較例２の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８３７μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８２．７％である。また、レンズ面Ｒ１に実施例１の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略４％である実施例３の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８５μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８７．７％である。
【００７９】
このように、ボトム角度が大きい反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１に、最大反射率が低く抑えられた反射防止膜Ｒ２ａが形成されたレンズ面Ｒ２を組み合わせることによって、スポット径をＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５以下に収めつつ、且つ、対物レンズＲの透過率をＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％以上に保たせることができることがわかる。
【００８０】
＜対物レンズの効果＞
本実施の形態による対物レンズによれば、以下の効果が奏され得る。
【００８１】
ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度が５５度以上であって７０度以下となるように反射防止膜Ｒ１ａがレンズ面Ｒ１に形成されることにより
、対物レンズＲの透過率をさほど損ねずに、ＢＤ上におけるスポット径を、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５以下に収めることができる。
【００８２】
また、ボトム角度を大きくすると、透過率が略低下せずに、スポット径が小さくなるため、反射防止膜Ｒ２ａの反射率を下げることにより、スポット径を小さく保ちつつ、透過光量を向上させることができる。
【００８３】
さらに、最大反射率を５％以下に抑えるように反射防止膜Ｒ２ａが形成されたレンズ面Ｒ２を組み合わせることにより、対物レンズＲの透過率を、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％以上に保つことができる。
【００８４】
＜光ピックアップ装置＞
図８に、上記の対物レンズＲを搭載する光ピックアップ装置１００の光学系（ＢＤ用の光学系）の構成を例示する。
【００８５】
ＢＤ用の光学系は、半導体レーザ１０１と、回折格子１０２と、偏光ビームスプリッタ１０３と、コリメータレンズ１０４と、コリメータレンズアクチュエータ１０５と、立ち上げミラー１０６と、λ／４板１０７と、対物レンズ１０８と、アナモレンズ１０９と、光検出器１１０と、ＦＭＤ（Front Monitor Diode）１１１から構成されている。
【００８６】
半導体レーザ１０１は、波長４００〜４４０ｎｍ程度の青色レーザ光を出力する。回折格子１０２は、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光をメインビームと２つのサブビームに分割する。偏光ビームスプリッタ１０３は、回折格子１０２側から入射されたレーザ光を反射および透過する。なお、半導体レーザ１０１は、出射レーザ光の偏光方向が偏光ビームスプリッタ１０３に対してＳ偏光となる方向からややずれるように配置されている。これにより、回折格子１０２を透過したレーザ光は、たとえば、９５％が偏光ビームスプリッタ１０３により反射され、残り５％が偏光ビームスプリッタ１０３を透過する。
【００８７】
コリメータレンズ１０４は、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射されたレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズアクチュエータ１０５は、コリメータレンズ１０４をレーザ光の光軸方向に駆動する。なお、コリメータレンズ１０４とコリメータレンズアクチュエータ１０５は、収差補正手段として機能する。
【００８８】
立ち上げミラー１０６は、コリメータレンズ１０４を介して入射されたレーザ光を対物レンズＲ８に向かう方向に反射する。λ／４板１０７は、立ち上げミラー１０６によって反射されたレーザ光を円偏光に変換するとともに、ディスク（ＢＤ）からの反射光を、ディスクへ向かうときの偏光方向に直交する直線偏光に変換する。これにより、ディスクによって反射されたレーザ光は偏光ビームスプリッタ１０３を透過して光検出器１１０へと導かれる。
【００８９】
対物レンズ１０８は、樹脂材料により射出成形にて形成されており、上記実施の形態の対物レンズＲのように、光源側に反射防止膜ｒａが形成されたレンズ面１０８ａ、ディスク（ＢＤ）側に反射防止膜ｒｂが形成されたレンズ面１０８ｂが形成されている。反射防止膜ｒａは、ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度が５５度以上であって７０度以下になるように設計されている。また、反射防止膜ｒｂは、最大反射率が５％以内に抑えられるように設計されている。また、対物レンズ１０８は、前記光源側がホルダ１２１に載置されて装着されている。このホルダ１２１は、対物レンズアクチュエータ１２２によって、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。なお、対物レンズ１０８におけるＢＤ光の開口数は０．８５である。
【００９０】
アナモレンズ１０９は、ディスクによって反射されたレーザ光を光検出器１１０上に集束させる。光検出器１１０は、受光したレーザ光の強度分布から再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターンを有している。なお、本実施の形態では、フォーカスエラー信号の生成手法として非点収差法が採用され、トラッキングエラー信号の生成手法としてＤＰＰ（Differential Push Pull）法が採用されている。光検出器１１０は、これらの手法に従ってフォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターンを有している。
【００９１】
ＦＭＤ１１１は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過したレーザ光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する。ＦＭＤ１１１からの信号は、半導体レーザ１０１のパワー制御に用いられる。
【００９２】
本実施の形態の光ピックアップ装置によれば、上記対物レンズの実施の形態と略同様の効果が奏され得る。
【００９３】
上記構成において、光ピックアップ装置（光学装置）は、上記対物レンズと、その対物レンズを通過する構成により結像される像を制御する制御系（コリメータレンズアクチュエータ１０５、対物レンズアクチュエータ１２２、光検出器１１０等）を備えていることとなる。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【００９５】
たとえば、上記実施の形態では、レンズ面Ｒ１のボトム角度を大きくし、且つ、レンズ面Ｒ２の反射率を下げることによって透過率の向上を図ったが、レンズ面Ｒ１の反射率を下げること、または、レンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２の両方の反射率を下げることによって、透過率の向上を図っても良い。たとえば、レンズ面Ｒ１の反射率を下げる場合、上記実施の形態では、レンズ面Ｒ１の最大反射率が略２０％程度であったが、対物レンズＲの透過率が８５％以上を保つことができる範囲で、レンズ面Ｒ１の最大反射率を下げれば良い。
【００９６】
また、上記実施の形態では、レンズ面Ｒ１およびレンズ面Ｒ２の両方に、反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが設けられたが、レンズ面Ｒ１のみに設けられても良い。
【００９７】
また、上記実施の形態では、図３、図６に示すように、波長が４０５ｎｍにおける反射率特性での反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａの設計例が示されたが、ＢＤ光として用いられ得る波長４００〜４４０ｎｍ以内の範囲であれば、どのような波長における反射率特性で反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが設計されても良い。また、図４に示す反射率の波長依存特性から反射防止膜Ｒ１ａが設計されても良い。この場合、ＢＤ光におけるボトム角度が５５度に対応するように、入射角度が０度でレンズ面Ｒ１を光が透過する場合の反射率が、波長が７４０ｎｍ以上において極小となるように反射防止膜Ｒ１ａが設計されれば良い。
【００９８】
また、上記実施の形態では、単一の対物レンズＲが示されたが、複数のレンズからなる複合レンズが用いられても良い。
【００９９】
また、上記実施の形態では、ＢＤ用の対物レンズが示されたが、当該レンズは、ＢＤと、ＣＤ／ＤＶＤのうちの１つまたは２つに対して互換性を持つ対物レンズに本発明を適用することも可能である。また、同様に、上記実施の形態では、ＢＤ用の光ピックアップ装置の構成が示されたが、ＢＤと、ＣＤ／ＤＶＤのうち１つまたは２つに対して互換型の光
ピックアップ装置に本発明を適用することも可能である。
【０１００】
また、上記実施の形態では、最大接線角度が６７．７度であるレンズ面Ｒ１が示されたが、レンズ面Ｒ１の最大接線角度は、５５度以上７０度以下であって、ＢＤ光を適正に集光可能であれば、どのような角度であっても良い。同様に、レンズ面Ｒ２の最大接線角度は、最大反射率が５％以下に抑えられれば、どのような角度であっても良い。
【０１０１】
また、上記実施の形態では、所定の厚みの二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウムの複数層構造の反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが示されたが、本発明に示す特性を有すれば、反射防止膜は、どのような厚み、層数、素材であっても良い。また、上記実施の形態では、対物レンズＲは、樹脂製のレンズが用いられたが、ガラス製のレンズが用いられても良い。
【０１０２】
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｒ … 対物レンズ
Ｒ１ … レンズ面（レンズ部、第１レンズ面）
Ｒ１ａ… 反射防止膜（第１反射防止膜）
Ｒ２ … レンズ面（レンズ部、第２レンズ面）
Ｒ２ａ… 反射防止膜（第２反射防止膜）
１００ … 光ピックアップ装置
１０８ … 対物レンズ
１０８ａ… レンズ面（レンズ部、第１レンズ面）
１０８ｂ… レンズ面（レンズ部、第２レンズ面）
１１２ … コリメータレンズ
ｒａ … 反射防止膜（第１反射防止膜）
ｒｂ … 反射防止膜（第２反射防止膜）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズおよび光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置では、所定の波長帯域のレーザ光が、対物レンズにより、光ディスク上にスポット状に集束されて照射され、光ディスクに対する記録または再生が行われる。この場合、対物レンズには、レンズ面におけるレーザ光の反射を抑止するため、反射防止膜が形成される。反射防止膜は、レンズ面に入射するレーザ光のレンズ面の法線からの傾き（以下、「入射角度」という）が変動すると、反射率が変動する、入射角依存性を有している。
【０００３】
一般的に、レーザ光源から出射されるレーザ光は、ガウス強度分布を有しており、レーザ光が透過するレンズの中央部に近いほど、レーザ光の強度は強く、対物レンズの中央部から外縁に近づくほど、レーザ光の強度は弱くなる。こうなると、レーザ光の集束力が弱まり、光ディスク上におけるスポット径の増大を招く。
【０００４】
かかる問題を解消するために、レンズ面の中央部よりややレンズ面の周辺部に近づく領域において、透過光量が大きくなるように反射防止膜の反射率が調整されることが知られている。たとえば、入射角度が０度でレンズ面を光が透過する場合の反射率が、レーザ光の波長帯域よりもやや長波長側にシフトした波長帯域において極小となるよう反射防止膜が形成される。波長４００〜４４０ｎｍのレーザ光が入射角度０度でレンズ面を透過する場合、反射防止膜は、反射率が波長４６０〜６５０ｎｍの範囲内に極小値を示すように形成される（たとえば、特許文献１）。
【０００５】
また、近年、光ディスクの高容量化が進められており、高密度で情報が記録されたブルーレイディスク（以下、「ＢＤ」という）が用いられている。かかるＢＤに対して、高密度の情報の記録／再生を行うため、レーザ光のスポット径の小径化が求められている。ここで、スポット径は、一般的に、再生信号の時間方向のずれ（ジッタ）と相関関係があり、スポット径が大きくなるほど、ジッタが大きくなることが知られている（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１７２１８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２５７７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の対物レンズにおいて、スポット径が大きくなることに伴い、ジッタが所定以上に大きくなると、再生信号が適正に同期できなくなる等、光ディスクの記録または再生に悪影響を及ぼす惧れがある。
【０００８】
この関係から、特に、ＢＤに対して記録または再生を行う場合、ジッタによる再生信号への影響を抑えるためには、スポット径は、０．３８５μｍ程度以内であるのが望ましい。しかしながら、上記のように、入射角度が０度でレンズ面を光が透過する場合の反射率が波長４６０〜６５０ｎｍの範囲内に極小値を示すように形成された反射防止膜では、スポット径を０．３８５μｍ以内に抑えることができない。
【０００９】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、ＢＤに用いて好適なスポット径にレーザ光を集束可能な対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、ブルーレイディスク用のレーザ光が平行光化されて入射する対物レンズに関する。本態様に係る対物レンズは、前記レーザ光を開口数が０．８５でスポット状に集束させるレンズ部と、前記レンズ部の前記レーザ光の入射側に形成された第１レンズ面と、前記第１レンズ面に形成された第１反射防止膜と、を備える。前記第１反射防止膜は、前記第１レンズ面の法線と前記第１レンズ面の光軸がなす角度が５５度以上であって、７０度以下のときに前記レーザ光に対する反射率が極小となるよう膜設計がなされている。
【００１１】
第１の態様に係る対物レンズによれば、対物レンズの透過率を損ねずに、ＢＤに用いて好適なスポット径にレーザ光を集束することができる。
【００１２】
第１の態様において、前記第レンズ部の前記レーザ光の出射側に形成された第２レンズ面と、前記第２レンズ面に形成された第２反射防止膜と、をさらに備えるよう構成され得る。
【００１３】
この場合、前記第２反射防止膜は、前記反射率が前記レーザ光の有効径全面にわたって５％以下であるように構成され得る。こうすると、前記対物レンズを、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズの透過率に保つことができる。したがって、前記対物レンズを透過した前記レーザ光の強度を高めることができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、光ピックアップ装置に関する。本態様に係る光ピックアップ装置は、ブルーレイディスクに用いるレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記コリメータレンズによって平行光に変換された前記レーザ光が入射される上記第１の態様に係る対物レンズとを有する。
【００１５】
本態様に係る光ピックアップ装置によれば、上記第１の態様と同様の効果が奏され得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＢＤに用いて好適なスポット径にレーザ光を集束可能な対物レンズおよび光ピックアップ装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る対物レンズの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る対物レンズによるレーザ光のスポット形状の例とレンズ面の透過率の領域を説明する図である。
【図３】実施の形態に係る対物レンズの光源側のレンズ面の反射率の入射角度依存性を示すグラフである。
【図４】実施の形態に係る対物レンズの光源側のレンズ面の反射率の波長依存特性を示すグラフである。
【図５】実施の形態に係る対物レンズのディスク側のレンズ面の反射率の入射角度依存性を示すグラフである。
【図６】実施の形態に係る対物レンズのＢＤ光の反射率が極小となる入射角度とスポット径の関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態に係る対物レンズのディスク側のレンズ面の最大反射率と透過率の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。本実施の形態では、ＢＤ用の対物レンズに本発明が適用されている。
【００２０】
＜対物レンズ＞
図１（ａ）は、本実施の形態に係る対物レンズＲを下方向（光源側）から見たときの平面図、図１（ｂ）は、対物レンズＲを上方向（ディスク側）から見たときの平面図である。図１（ｃ）は、対物レンズＲの光軸を含む当該光軸に平行な面によって対物レンズＲを切断したときの断面を模式的に示す図である。なお、図１（ｃ）には、ＢＤに対応するレーザ光（以下、「ＢＤ光」という）の光線のうち、対物レンズＲの光軸を通る光線と、有効径の最外角を通る光線が示されている。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）を参照して、対物レンズＲは、平面視において真円の形状を有している。対物レンズＲは、光透過性に優れる樹脂材料により形成されている。対物レンズＲの下面には、レンズ面Ｒ１が形成されている。また、対物レンズＲの上面には、レンズ面Ｒ２が形成されている。レンズ面Ｒ１の径φｏ、レンズ面Ｒ２の径φｉは、それぞれ、対物レンズＲの径φよりも、数段小さくなっている。また、レンズ面Ｒ１の径φｏは、レンズ面Ｒ２の径φｉよりも大きくなっている。レンズ面Ｒ１の有効径は、径φｏよりもやや小さくなっている。レンズ面Ｒ２の有効径は、径φｉよりもやや小さくなっている。
【００２２】
また、図１（ｃ）に示すように、レンズ面Ｒ１は、光源側方向に突出する非球面形状の凸面となっている。レンズ面Ｒ２は、ディスク側方向に突出する非球面形状の凸面となっている。レンズ面Ｒ１の曲率は、レンズ面Ｒ２の曲率よりも、数段大きくなっている。レンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２の光軸は、互いに一致している。レンズ面Ｒ１の有効径は、レンズ面Ｒ２の有効径よりも大きくなっている。
【００２３】
レンズ面Ｒ１、レンズ面Ｒ２は、それぞれ、平行光の状態で入射したＢＤ光をＢＤ上に適正に集束させることができるよう構成されている。ＢＤ光の波長は、４００ｎｍ〜４４０ｎｍ程度である。レンズ面Ｒ１に入射したＢＤ光は、レンズ面Ｒ１で光軸に向かう方向に屈折され、レンズ面Ｒ２に向かう。ＢＤ光の有効径の最外角を通ってレンズ面Ｒ１に入射する光線の入射角度θは、通常６０度以上で、最大でも７０度程度である。そして、ＢＤ光は、レンズ面Ｒ２によって、さらに光軸に向かう方向に屈折される。こうして対物レンズＲにより集束されたＢＤ光は、ＢＤに適する高い開口数（ＮＡ＝０．８５）にてＢＤに入射する。その後、ＢＤ光は、ＢＤのカバー層で屈折され、記録層上にフォーカスされる。なお、本願発明において、レンズ部とは、入射してくる光線を屈折させることができる機能を有する部分である。そして、本実施の形態においては、レンズ部はレンズ面Ｒ１およびレンズ面Ｒ２を含む。
【００２４】
また、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の表面には、それぞれ、反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが形成されている。反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａは、屈折率の異なる薄膜が積層された多層膜である。反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａは、レンズ表面でのＢＤ光の反射を抑制し、ＢＤ光の透過率を高めるよう、膜厚と層数が設計されている。
【００２５】
ところで、一般的に、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央付近を透過するレーザ光の光量に対してレンズ面Ｒ１、Ｒ２の周辺部を透過するレーザ光の光量が小さくなるほど、集束作用が弱まり、ＢＤ上におけるレーザ光のスポット径が大きくなり易い。逆に、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央付近を透過するレーザ光の光量に対してレンズ面Ｒ１、Ｒ２の周辺部を透過するレーザ光の光量が大きくなるほど、レーザ光のスポット径が小さくなる。
【００２６】
図２（ａ）は、対物レンズＲへの入射時におけるＢＤ光のビーム形状の例を示す模式図である。
【００２７】
図示の如く、ＢＤ光の光強度は、ガウス分布を有しており、ＢＤ光の中心に近いほど強度が高く、中心から離れるほど強度が低くなる。したがって、ＢＤ光のビームＢＭは、中央部の領域ＢＭａでは、光量が大きく、中央部より外側の周辺部の領域ＢＭｂでは、光量が小さくなっている。このように、光強度のガウス分布の関係から、レンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央部を透過するＢＤ光の光量とレンズ面Ｒ１、Ｒ２の中央部を透過するＢＤ光の光量が、アンバランスとなり、ＢＤ上におけるスポット径が大きくなり易い。
【００２８】
さらに、通常、反射防止膜Ｒ１ａは、中央部から周辺部にわたって光が透過する場合の反射率が、小さくなるように、膜厚と層数が設計される。または、反射防止膜Ｒ１ａは、スポット径の増大を抑えるために、入射角度が０度でレンズ面Ｒ１を光が透過する場合の反射率が、ＢＤ光の波長帯域よりもやや長波長側にシフトした波長帯域において極小となるように、膜厚と層数が設計される。このような場合、ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度は、０度〜５０度程度の範囲となる。
【００２９】
しかし、上述のように、レンズ面Ｒ１の最外縁に近い周辺部におけるＢＤ光の最大入射角度は略７０度程度と非常に大きくなっている。したがって、上記のように入射角度が０度〜５０度程度の範囲に反射防止膜Ｒ１ａの反射率の極小値があると、入射角度５０度よりも大きい角度で入射するＢＤ光に対する反射率は、極小値から離れるため、比較的大きくなり易い。
【００３０】
このように、レンズ面Ｒ１の最外縁に近い周辺部を透過するＢＤ光に対する反射率が大きくなると、光強度のガウス分布の関係と相俟って、レンズ面Ｒ１の最外縁に近い周辺部を透過するＢＤ光の光量が小さくなり、スポット径が増大し易い。
【００３１】
以上のことから、スポット径の増大を抑えるためには、図２（ｂ）に示すようにレンズ面Ｒ１において、極力、瞳座標Ｐｙが１となる領域Ｅに近づく領域の透過率が、中央部の領域Ａに近づく領域の透過率よりも大きくなるように反射防止膜Ｒ１ａが設計されるのが望ましい。瞳座標Ｐｙは、ＢＤ光の最外角（入射瞳）に対応するレンズ面Ｒ１の位置が１、レンズ面Ｒ１の光軸に対応するレンズ面Ｒ１の位置が０として、示されている。すなわち、瞳座標Ｐｙ＝１が、ＢＤ光の最大入射角度略７０度に対応する。
【００３２】
また、一般的に、スポット径の大きさは、対物レンズＲが光ピックアップ装置に用いられた場合における再生信号のジッタと相関関係があり、スポット径の大きさが大きくなるほど、ジッタが大きくなる。スポット径が大きくなり、ジッタが所定以上に大きくなると、再生信号が適正に同期できなくなる等、光ディスクの記録または再生に悪影響を及ぼす惧れがある。
【００３３】
この関係から、特に、ＢＤに対して再生を行う場合、ジッタの再生信号への影響を抑えるために、スポット径は、０．３８５μｍ以内とするのが望ましい。
【００３４】
そこで、本願発明者らは、ＢＤ光の最大入射角度の略７０度（瞳座標Ｐｙ＝１）以下の所定の入射角度において、反射率が極小値となるように、レンズ面Ｒ１の反射防止膜Ｒ１ａを複数設計し、ＢＤ光を略平行光の状態で対物レンズＲに入射させて、ＢＤ上におけるスポット径が０．３８５μｍ以内に収まるか否かをシミュレーションにより検証した。
【００３５】
各シミュレーションに用いた対物レンズＲの光源側のレンズ面Ｒ１、ＢＤ側のレンズ面Ｒ２の形状は、以下の式（１）で示される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
上記式（１）において、Ｚは、光軸方向のサグ量である。ｃは、曲率半径の逆数であり、ｒは、光軸と直交する方向の高さである。ｋは、コ―ニック定数である。Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４およびＡ１６は、それぞれ、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次および１６次の非球面係数である。
【００３８】
上記式（１）を満たすように設計した対物レンズＲのレンズ面Ｒ１、Ｒ２の設計例を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記表１で設計されたレンズ面Ｒ１の最大接線角度は、６７．７度であり、レンズ面Ｒ２の最大接線角度は、３４．３度である。レンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２を組み合わせることにより、対物レンズＲは、開口数（ＮＡ＝０．８５）に対応し、ＢＤ光をＢＤ上に適正に集束させることができる。
【００４１】
上記式（１）、および表１に基づいて設計された対物レンズＲのレンズ面Ｒ１の表面に形成される反射防止膜Ｒ１ａの膜設計の例を表２に示す。また、対物レンズＲのレンズ面Ｒ２の表面に形成される反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例を表３に示す。また、これらの反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａ、対物レンズＲに用いられる素材の屈折率を表４に示す。なお、表２には、実施例１と実施例２と比較例１の３つの反射防止膜Ｒ１ａの設計例が示されており、表３には、比較例２と実施例３の２つの反射防止膜Ｒ２ａの設計例が示されている。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】
表２の実施例１は、レンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の入射角度が５５度のときに、ＢＤ光に対する反射率が極小値となるように設計された反射防止膜Ｒ１ａの膜設計の例である。また、表２の実施例２は、レンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の入射角度が６０度のときに、ＢＤ光に対する反射率が極小値となるように設計された反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例である。また、表２の比較例１は、レンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の入射角度が５０度のときに、ＢＤ光に対する反射率が極小値になるように設計された反射防止膜Ｒ１ａの膜設計の例である。実施例１、２、及び比較例１の場合、光源側から順に、互いに屈折率の異なる二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）が積層された多層膜構造となっており、表２に示す如く、膜厚が設計されている。なお、基材には、三井化学株式会社製の環状ポリオレフィン系樹脂であるアペル（登録商標）を用いた。
【００４６】
また、表３の比較例２は、最大反射率が略１２％となるように設計された反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例である。表３の実施例３は、最大反射率が略４％となるように設計された反射防止膜Ｒ２ａの膜設計の例である。それぞれ、ディスク（ＢＤ）側から順に、互いに屈折率の異なる二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウムの２層膜構造となっており、表３に示す如く、膜厚が設計されている。なお、基材には、上記同様、三井化学株式会社製の環状ポリオレフィン系樹脂であるアペル（登録商標）を用いた。
【００４７】
図３（ａ）、（ｂ）は、上記実施例１、実施例２および比較例１のレンズ面Ｒ１におけるＢＤ光（波長４０５ｎｍ）の入射角度と反射率の特性を示したグラフである。図３（ａ）は、横軸にレンズ面Ｒ１に対するＢＤ光の入射角度が示されており、縦軸にレンズ面Ｒ１の反射率が示されている。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）の横軸の入射角度を図２（ｂ）に示した瞳座標Ｐｙに置き換えて示されたものであり、図３（ａ）と同等のグラフである。
【００４８】
図３（ａ）を参照して、実施例１の場合、反射率が極小となる入射角度は、５５度である。このときの反射率は、略２％程度である。また、入射角度が０度のときの反射率は、略２０％程度である。この場合、図３（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙでは、０．８のときに、反射率が極小となる。したがって、図２（ｂ）に示すＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が大きくなり、瞳座標Ｐｙが０付近の領域の透過光量が大きく減衰されることとなる。これにより、スポット径を小さく絞ることができる。
【００４９】
図３（ａ）に戻り、実施例２の場合、反射率が極小となる入射角度は、６０度である。このときの反射率は、略３％程度である。また、入射角度が０度のときの反射率は、略２０％程度となっている。この場合、図３（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙにすると、０．９のときに、反射率が極小となる。したがって、実施例１よりも、さらにＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が大きくなり、瞳座標Ｐｙが０付近の領域の透過光量が大きく減衰されることとなる。これにより、さらにスポット径を小さく絞ることができる。比較例１の場合、反射率が極小となる入射角度は、５０度である。このときの反射率は、略０．９％である。また、入射角度が０度のときの反射率は、略２０％程度となっている。この場合、図３（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙにすると０．７のときに、反射率が極小値とな
る。したがって、実施例１と実施例２と比較すると、ＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が小さくなることとなる。これにより、比較例１では、スポット径を絞ることができなくなり、実施例１や実施例２よりもスポット径が大きくなってしまう。
【００５０】
図４は、レーザ光が入射角度０度でレンズ面Ｒ１を透過する場合の反射率の波長依存特性を示すグラフである。図４は、横軸にレンズ面Ｒ１に対する入射するレーザ光の波長帯域が示されており、縦軸にレンズ面Ｒ１の反射率が示されている。なお、図４は、図３（ａ）、（ｂ）に示したグラフと同等のグラフである。図４のグラフに示すような特性を有する反射防止膜Ｒ１ａを設計すると、図３（ａ）、（ｂ）のグラフに示すようなＢＤ光における入射角度と反射率の特性が得られる。また、逆に、図３（ａ）、（ｂ）に示すような特性を有する反射防止膜Ｒ１ａを設計すると、図４に示すグラフの特性が得られる。
【００５１】
実施例１の場合、反射率が極小となる波長は、略７４０ｎｍである。すなわち、このような特性を持つ反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の反射率が極小となる入射角度は、５５度となる。
【００５２】
また、実施例２の場合、反射率が極小となる波長は、略８６０ｎｍである。すなわち、このような特性を持つ反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の反射率が極小となる入射角度は、６０度となる。また、比較例１の場合、反射率が極小となる波長は、略６８０ｎｍである。すなわち、このような特性を持つ反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１を透過するＢＤ光の反射率が極小となる入射角度は、５０度となる。
【００５３】
図５（ａ）は、レンズ面Ｒ２におけるＢＤ光（波長４０５ｎｍ）の入射角度と反射率の特性を示したグラフである。図５（ａ）は、横軸にレンズ面Ｒ２に対するＢＤ光の入射角度が示されており、縦軸にレンズ面Ｒ２の反射率が示されている。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）の横軸の入射角度を図２（ｂ）に示した瞳座標Ｐｙに置き換えて示されたものであり、図５（ａ）と同等のグラフである。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）には、比較例２として、レンズ面Ｒ２の中央部付近を透過するＢＤ光の反射率が、略１２％程度であり、レンズ面Ｒ２の周辺部を透過するＢＤ光の反射率が、略５％程度の反射防止膜Ｒ２ａが示されている。比較例２の場合、反射率が極小となる入射角度は、３０度である。この場合、図５（ｂ）に示すように、瞳座標Ｐｙにすると、０．９のときに、反射率が極小となる。比較例２では、実施例１、２と同様に、ＢＤ光の最外角に近い領域の透過光量が大きくなり、中央付近の領域の透過光量が大きく減衰されることとなる。したがって、スポット径を小さく絞ることができる。
【００５５】
また、図５（ａ）、（ｂ）には、実施例３として、レンズ面Ｒ２を透過するＢＤ光の反射率が、有効径全面にわたって５％以下である反射防止膜Ｒ２ａが示されている。実施例３の場合、最大の反射率は、略４％であり、最小の反射率は、略１．５％である。反射率が極小となる入射角度は、比較例２と同様に３０度である。このように、最大の反射率と最小の反射率の差は、非常に小さい。したがって、実施例３の場合、スポット径を絞る作用は略発生しない。
【００５６】
本願の発明者らは、上記の実施例１、２、比較例１の反射防止膜Ｒ１ａ（反射率が極小となる入射角度＝５０度、５５度、６０度）とともに、それぞれ、入射角度が４０度、６５度のときに反射率が極小となる反射防止膜Ｒ１ａを設計し、上記の比較例２の反射防止膜Ｒ２ａと組み合わせて、それぞれの場合のＢＤ上におけるスポット径をシミュレーションにより求めた。
【００５７】
図６は、スポット径のシミュレーション結果を示すグラフである。図６において、横軸には、ＢＤ光の波長帯域において、反射防止膜Ｒ１ａの反射率が極小となるＢＤ光の入射角度（以下、単に「ボトム角度」という）が示されており、縦軸には、ＢＤ上におけるスポット径が示されている。
【００５８】
ボトム角度が４０度のとき、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８８μｍであり、ボトム角度が５０度のとき、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８６μｍである。これらのスポット径は、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５を上回っている。
【００５９】
また、ボトム角度が５５度になると、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８４μｍとなる。さらに、ボトム角度が６０度、６５度のとき、ＢＤ上におけるスポット径は、略０．３８２μｍとなる。このように、５５度以上のような非常に入射角度が大きい場合においても、ボトム角度が大きくなるにつれて、スポット径が小さくなる傾向がある。このシミュレーションにおける対物レンズＲの最大接線角度は、６７．７度であるため、７０度のときのスポット径のシミュレーション結果はないが、上記の傾向から、ボトム角度が６５度のときよりも７０度のときの方が、スポット径が小さくなるものと想定される。
【００６０】
上述の如く、入射角度７０度は、瞳座標Ｐｙ＝１に対応し、ＢＤ光の有効径の最外角に略対応する。したがって、ボトム角度が、５５度以上であって、且つ、ボトム角度がＢＤ光の有効径の最外角に対応する７０度以下であれば、ＢＤ上におけるスポット径は、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３６５を下回ることがわかる。なお、入射角度が７０度以上でレンズ面Ｒ１に入射する光は、ＢＤ光の有効径よりも大きくなるため、不要な光である。
【００６１】
実施例１と実施例２と比較例１の場合におけるスポット径の大きさと対物レンズＲの透過率の関係を表５に示す。
【００６２】
【表５】
【００６３】
表５に示すように、実施例１のボトム角度が５５度のとき、スポット径は、略０．３８４μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８２．７％である。また、実施例２のボトム角度が６０度のとき、スポット径は、略０．３８２μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８３．５％である。また、比較例１のボトム角度が５０度のとき、スポット径は、０．３８６μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８３．９％である。このように、ボトム角度を大きくしても、対物レンズＲの透過率は略低下せずに、スポット径が小さくなることがわかる。
【００６４】
以上のことから、ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度が５５度以上であって７０度以下となるように反射防止膜Ｒ１ａがレンズ面Ｒ１に形成されることにより、対物レンズＲの透過率をさほど損ねずに、ＢＤ上におけるスポット径を、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５以下に収めることができる
。
【００６５】
このように反射防止膜Ｒ１ａのボトム角度を設定すると、透過率を損ねずに、スポット径を絞ることができるため、レンズ面Ｒ２の反射率をある程度小さくしても、スポット径を小さく保つことができる。したがって、ボトム角度を大きくするに応じて、レンズ面Ｒ２（反射防止膜Ｒ２ａ）の反射率を下げることにより、スポット径を小さく保ちつつ、透過光量を向上させることができる。また、透過率の向上が必要のない場合は、レンズ面Ｒ２（反射防止膜Ｒ２ａ）の反射率をそのままとすることで、スポット径をより小さく絞ることができる。このように、ボトム角度を大きくすると、透過率が略低下せずに、スポット径が小さくなるため、反射防止膜Ｒ２ａの反射率を適宜調整することにより、目的に応じて、より好適なスポット径、または透過率を得ることができる。
【００６６】
ここで、上述の如く、スポット径は、再生信号のジッタの関係から、できるだけ小さい方が望ましい。他方、対物レンズＲの透過率は、光ピックアップ装置に搭載される光検出器が検出する再生信号の出力がＢＤからの反射光の強度に比例するため、ある程度大きい方が望ましい。したがって、スポット径と透過光量は、再生信号のジッタによる影響と再生信号の出力強度とのバランスを考慮して設計する必要がある。光検出器からの再生信号の強度が小さくなると、再生信号のＳＮ比が劣化し、ＢＤに対する記録または再生処理に影響を及ぼす惧れがある。
【００６７】
これらの関係から、特に、ＢＤに対して記録または再生を行う場合、対物レンズＲの透過率は、８５％以上であることが望ましい。
【００６８】
そこで、本願発明者らは、ボトム角度が５５度以上から７０度以下となるように形成されたレンズ面Ｒ１の反射防止膜Ｒ１ａに加え、所定の最大反射率を有するレンズ面Ｒ２の反射防止膜Ｒ２ａを複数設計し、対物レンズＲの透過率が８５％以上を確保できるか否かをシミュレーションにより検証した。
【００６９】
各シミュレーションに用いた対物レンズＲの光源側のレンズ面Ｒ１、ＢＤ側のレンズ面Ｒ２の形状は、上記同様に式（１）、表２ないし表４で示される。
【００７０】
上記の比較例２（レンズ面Ｒ２の最大反射率＝１２％）とともに、それぞれ、レンズ面Ｒ２の最大反射率が０％、５％、８％である反射防止膜Ｒ２ａを設計し、それぞれの場合における対物レンズＲの透過率をシミュレーションにより求めた。
【００７１】
図７は、レンズ面Ｒ１のボトム角度が６０度である実施例２を組み合わせたときにおけるレンズ面Ｒ２の最大反射率と対物レンズＲの透過率の関係を示したグラフである。図７は、横軸にレンズ面Ｒ２の最大反射率が示されており、縦軸に対物レンズＲの透過率が示されている。
【００７２】
レンズ面Ｒ２の最大反射率が０％のとき、対物レンズＲの透過率は、略８９％であり、レンズ面Ｒ２の最大反射率が５％のとき、対物レンズＲの透過率は、略８８％である。これらの対物レンズＲの透過率は、ＢＤに用いる場合に好適な透過率の下限値８５％よりも上回る。
【００７３】
また、レンズ面Ｒ２の最大反射率が８％になると、対物レンズＲの透過率は、略８４．５％となる。さらに、レンズ面Ｒ２の最大反射率が１２％になると、再生信号の出力は、略８３％となる。したがって、レンズ面Ｒ２の最大反射率が５％を超えると、対物レンズＲの透過率は、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％よりも下回る。
【００７４】
以上のことから、レンズ面Ｒ１を上記のように構成することに加え、レンズ面Ｒ２の最大反射率を５％以下に抑えることにより、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％以上にすることができることがわかる。なお、ここでは、レンズ面Ｒ１のボトム角度が６０度であるときの例のみを示したが、上述のように、レンズ面Ｒ１のボトム角度が５５度、あるいは、６０度よりも大きくても、対物レンズＲの透過率は略変わらない。したがって、レンズ面Ｒ１のボトム角度が５５度以上であって７０度以下の範囲において、レンズ面Ｒ２の最大反射率を５％以下に抑えることにより、対物レンズＲの透過率を、下限値８５％以上とすることができることがわかる。
【００７５】
比較例２と実施例３の場合におけるスポット径と対物レンズＲの透過率の関係を表６に示す。
【００７６】
【表６】
【００７７】
表６に示すように、レンズ面Ｒ１にボトム角度が６０度である実施例２の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略１２％である比較例２の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８２μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８３．５％である。また、レンズ面Ｒ１に実施例２の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略４％である実施例３の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８４μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８７．９％である。
【００７８】
レンズ面Ｒ１にボトム角度が５５度である実施例１の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略１２％である比較例２の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８３７μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８２．７％である。また、レンズ面Ｒ１に実施例１の反射防止膜Ｒ１ａが形成され、レンズ面Ｒ２に最大反射率が略４％である実施例３の反射防止膜Ｒ２ａが形成されている場合、スポット径は、略０．３８５μｍであり、対物レンズＲの透過率は、８７．７％である。
【００７９】
このように、ボトム角度が大きい反射防止膜Ｒ１ａが形成されたレンズ面Ｒ１に、最大反射率が低く抑えられた反射防止膜Ｒ２ａが形成されたレンズ面Ｒ２を組み合わせることによって、スポット径をＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５以下に収めつつ、且つ、対物レンズＲの透過率をＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％以上に保たせることができることがわかる。
【００８０】
＜対物レンズの効果＞
本実施の形態による対物レンズによれば、以下の効果が奏され得る。
【００８１】
ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度が５５度以上であって７０度以下となるように反射防止膜Ｒ１ａがレンズ面Ｒ１に形成されることにより
、対物レンズＲの透過率をさほど損ねずに、ＢＤ上におけるスポット径を、ＢＤに用いる場合に好適なスポット径の上限値０．３８５以下に収めることができる。
【００８２】
また、ボトム角度を大きくすると、透過率が略低下せずに、スポット径が小さくなるため、反射防止膜Ｒ２ａの反射率を下げることにより、スポット径を小さく保ちつつ、透過光量を向上させることができる。
【００８３】
さらに、最大反射率を５％以下に抑えるように反射防止膜Ｒ２ａが形成されたレンズ面Ｒ２を組み合わせることにより、対物レンズＲの透過率を、ＢＤに用いる場合に好適な対物レンズＲの透過率の下限値８５％以上に保つことができる。
【００８４】
＜光ピックアップ装置＞
図８に、上記の対物レンズＲを搭載する光ピックアップ装置１００の光学系（ＢＤ用の光学系）の構成を例示する。
【００８５】
ＢＤ用の光学系は、半導体レーザ１０１と、回折格子１０２と、偏光ビームスプリッタ１０３と、コリメータレンズ１０４と、コリメータレンズアクチュエータ１０５と、立ち上げミラー１０６と、λ／４板１０７と、対物レンズ１０８と、アナモレンズ１０９と、光検出器１１０と、ＦＭＤ（Front Monitor Diode）１１１から構成されている。
【００８６】
半導体レーザ１０１は、波長４００〜４４０ｎｍ程度の青色レーザ光を出力する。回折格子１０２は、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光をメインビームと２つのサブビームに分割する。偏光ビームスプリッタ１０３は、回折格子１０２側から入射されたレーザ光を反射および透過する。なお、半導体レーザ１０１は、出射レーザ光の偏光方向が偏光ビームスプリッタ１０３に対してＳ偏光となる方向からややずれるように配置されている。これにより、回折格子１０２を透過したレーザ光は、たとえば、９５％が偏光ビームスプリッタ１０３により反射され、残り５％が偏光ビームスプリッタ１０３を透過する。
【００８７】
コリメータレンズ１０４は、偏光ビームスプリッタ１０３によって反射されたレーザ光を平行光に変換する。コリメータレンズアクチュエータ１０５は、コリメータレンズ１０４をレーザ光の光軸方向に駆動する。なお、コリメータレンズ１０４とコリメータレンズアクチュエータ１０５は、収差補正手段として機能する。
【００８８】
立ち上げミラー１０６は、コリメータレンズ１０４を介して入射されたレーザ光を対物レンズＲ８に向かう方向に反射する。λ／４板１０７は、立ち上げミラー１０６によって反射されたレーザ光を円偏光に変換するとともに、ディスク（ＢＤ）からの反射光を、ディスクへ向かうときの偏光方向に直交する直線偏光に変換する。これにより、ディスクによって反射されたレーザ光は偏光ビームスプリッタ１０３を透過して光検出器１１０へと導かれる。
【００８９】
対物レンズ１０８は、樹脂材料により射出成形にて形成されており、上記実施の形態の対物レンズＲのように、光源側に反射防止膜ｒａが形成されたレンズ面１０８ａ、ディスク（ＢＤ）側に反射防止膜ｒｂが形成されたレンズ面１０８ｂが形成されている。反射防止膜ｒａは、ＢＤ光の波長４００〜４４０ｎｍに対する反射率が極小となる入射角度が５５度以上であって７０度以下になるように設計されている。また、反射防止膜ｒｂは、最大反射率が５％以内に抑えられるように設計されている。また、対物レンズ１０８は、前記光源側がホルダ１２１に載置されて装着されている。このホルダ１２１は、対物レンズアクチュエータ１２２によって、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。なお、対物レンズ１０８におけるＢＤ光の開口数は０．８５である。
【００９０】
アナモレンズ１０９は、ディスクによって反射されたレーザ光を光検出器１１０上に集束させる。光検出器１１０は、受光したレーザ光の強度分布から再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターンを有している。なお、本実施の形態では、フォーカスエラー信号の生成手法として非点収差法が採用され、トラッキングエラー信号の生成手法としてＤＰＰ（Differential Push Pull）法が採用されている。光検出器１１０は、これらの手法に従ってフォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を導出するためのセンサーパターンを有している。
【００９１】
ＦＭＤ１１１は、偏光ビームスプリッタ１０３を透過したレーザ光を受光して、受光光量に応じた信号を出力する。ＦＭＤ１１１からの信号は、半導体レーザ１０１のパワー制御に用いられる。
【００９２】
本実施の形態の光ピックアップ装置によれば、上記対物レンズの実施の形態と略同様の効果が奏され得る。
【００９３】
上記構成において、光ピックアップ装置（光学装置）は、上記対物レンズと、その対物レンズを通過する構成により結像される像を制御する制御系（コリメータレンズアクチュエータ１０５、対物レンズアクチュエータ１２２、光検出器１１０等）を備えていることとなる。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記の他に種々の変更が可能である。
【００９５】
たとえば、上記実施の形態では、レンズ面Ｒ１のボトム角度を大きくし、且つ、レンズ面Ｒ２の反射率を下げることによって透過率の向上を図ったが、レンズ面Ｒ１の反射率を下げること、または、レンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２の両方の反射率を下げることによって、透過率の向上を図っても良い。たとえば、レンズ面Ｒ１の反射率を下げる場合、上記実施の形態では、レンズ面Ｒ１の最大反射率が略２０％程度であったが、対物レンズＲの透過率が８５％以上を保つことができる範囲で、レンズ面Ｒ１の最大反射率を下げれば良い。
【００９６】
また、上記実施の形態では、レンズ面Ｒ１およびレンズ面Ｒ２の両方に、反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが設けられたが、レンズ面Ｒ１のみに設けられても良い。
【００９７】
また、上記実施の形態では、図３、図６に示すように、波長が４０５ｎｍにおける反射率特性での反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａの設計例が示されたが、ＢＤ光として用いられ得る波長４００〜４４０ｎｍ以内の範囲であれば、どのような波長における反射率特性で反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが設計されても良い。また、図４に示す反射率の波長依存特性から反射防止膜Ｒ１ａが設計されても良い。この場合、ＢＤ光におけるボトム角度が５５度に対応するように、入射角度が０度でレンズ面Ｒ１を光が透過する場合の反射率が、波長が７４０ｎｍ以上において極小となるように反射防止膜Ｒ１ａが設計されれば良い。
【００９８】
また、上記実施の形態では、単一の対物レンズＲが示されたが、複数のレンズからなる複合レンズが用いられても良い。
【００９９】
また、上記実施の形態では、ＢＤ用の対物レンズが示されたが、当該レンズは、ＢＤと、ＣＤ／ＤＶＤのうちの１つまたは２つに対して互換性を持つ対物レンズに本発明を適用することも可能である。また、同様に、上記実施の形態では、ＢＤ用の光ピックアップ装置の構成が示されたが、ＢＤと、ＣＤ／ＤＶＤのうち１つまたは２つに対して互換型の光
ピックアップ装置に本発明を適用することも可能である。
【０１００】
また、上記実施の形態では、最大接線角度が６７．７度であるレンズ面Ｒ１が示されたが、レンズ面Ｒ１の最大接線角度は、５５度以上７０度以下であって、ＢＤ光を適正に集光可能であれば、どのような角度であっても良い。同様に、レンズ面Ｒ２の最大接線角度は、最大反射率が５％以下に抑えられれば、どのような角度であっても良い。
【０１０１】
また、上記実施の形態では、所定の厚みの二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウムの複数層構造の反射防止膜Ｒ１ａ、Ｒ２ａが示されたが、本発明に示す特性を有すれば、反射防止膜は、どのような厚み、層数、素材であっても良い。また、上記実施の形態では、対物レンズＲは、樹脂製のレンズが用いられたが、ガラス製のレンズが用いられても良い。
【０１０２】
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｒ … 対物レンズ
Ｒ１ … レンズ面（レンズ部、第１レンズ面）
Ｒ１ａ… 反射防止膜（第１反射防止膜）
Ｒ２ … レンズ面（レンズ部、第２レンズ面）
Ｒ２ａ… 反射防止膜（第２反射防止膜）
１００ … 光ピックアップ装置
１０８ … 対物レンズ
１０８ａ… レンズ面（レンズ部、第１レンズ面）
１０８ｂ… レンズ面（レンズ部、第２レンズ面）
１１２ … コリメータレンズ
ｒａ … 反射防止膜（第１反射防止膜）
ｒｂ … 反射防止膜（第２反射防止膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブルーレイディスク用のレーザ光が平行光化されて入射する対物レンズにおいて、
前記レーザ光を開口数が０．８５でスポット状に集束させるレンズ部と、
前記レンズ部の前記レーザ光の入射側に形成された第１レンズ面と、
前記第１レンズ面に形成された第１反射防止膜と、
を備え、
前記第１反射防止膜は、前記第１レンズ面の法線と前記第１レンズ面の光軸がなす角度が５５度以上であって、７０度以下のときに前記レーザ光に対する反射率が極小となるよう膜設計がなされている、
ことを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
前記第レンズ部の前記レーザ光の出射側に形成された第２レンズ面と、
前記第２レンズ面に形成された第２反射防止膜と、をさらに備える、
ことを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項２に記載の対物レンズにおいて、
前記第２反射防止膜は、前記反射率が前記レーザ光の有効径全面にわたって５％以下である、
ことを特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
ブルーレイディスクに用いるレーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズによって平行光に変換された前記レーザ光が入射される請求項１ないし３の何れか一項に記載の対物レンズと、を有する
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１】
ブルーレイディスク用のレーザ光が平行光化されて入射する対物レンズにおいて、
前記レーザ光を開口数が０．８５でスポット状に集束させるレンズ部と、
前記レンズ部の前記レーザ光の入射側に形成された第１レンズ面と、
前記第１レンズ面に形成された第１反射防止膜と、
を備え、
前記第１反射防止膜は、前記第１レンズ面の法線と前記第１レンズ面の光軸がなす角度が５５度以上であって、７０度以下のときに前記レーザ光に対する反射率が極小となるよう膜設計がなされている、
ことを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、
前記第レンズ部の前記レーザ光の出射側に形成された第２レンズ面と、
前記第２レンズ面に形成された第２反射防止膜と、をさらに備える、
ことを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項２に記載の対物レンズにおいて、
前記第２反射防止膜は、前記反射率が前記レーザ光の有効径全面にわたって５％以下である、
ことを特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
ブルーレイディスクに用いるレーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズによって平行光に変換された前記レーザ光が入射される請求項１ないし３の何れか一項に記載の対物レンズと、を有する
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１４７２５（Ｐ２０１３−１１４７２５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１６０９（Ｐ２０１１−２６１６０９）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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