JP3425845B2 - 光情報記録媒体の記録再生用光学系および対物レンズ - Google Patents
光情報記録媒体の記録再生用光学系および対物レンズInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光などの光ビ
ームを光情報記録媒体上に集光し、光情報を記録または
再生する記録再生用光学系および該光学系に用いる対物
レンズに関する。
ームを光情報記録媒体上に集光し、光情報を記録または
再生する記録再生用光学系および該光学系に用いる対物
レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスク等の情報記録媒体への記録再
生装置に用いられる記録再生用光学系（本明細書におい
ては、記録のみ行う光学系、再生のみ行う光学系および
記録と再生の両方を行う光学系を記録再生用光学系とい
う。）は、近年、光ディスク等の情報記録媒体への記録
再生の高密度化に対応させるため、対物レンズで集光さ
せる光スポットを小さくする必要が生じている。そのた
め、開口数（ＮＡ）の大きな対物レンズ（例えばＮＡ
０．６）が求められている。また、基板厚０．６ｍｍの
高密度ディスク（ＤＶＤ等）が実用化され、基板厚１．
２ｍｍの従来のディスク（ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等）のど
ちらにも対応できる光学系が求められている。この様に
ＮＡが大きい場合、集光光束中に置かれる基板の厚みが
所定の厚みからずれると大きな球面収差を発生させる。
ＮＡ０．６０、倍率が−１／１２の対物レンズにおい
て、レーザー光源から出射されるレーザー光の波長６３
５ｎｍ、基板厚み０．６ｍｍ、基板屈折率１．５８の条
件で最適化されているとき、基板の厚みを変えると、
０．０１ｍｍずれる毎に０．０１λｒｍｓ程度、収差が
増大する。従って、基板厚みが±０．０７ｍｍずれると
０．０７λｒｍｓの収差となり、読み取りが正常に行え
る目安となるマレシャルの限界値に達してしまう。
生装置に用いられる記録再生用光学系（本明細書におい
ては、記録のみ行う光学系、再生のみ行う光学系および
記録と再生の両方を行う光学系を記録再生用光学系とい
う。）は、近年、光ディスク等の情報記録媒体への記録
再生の高密度化に対応させるため、対物レンズで集光さ
せる光スポットを小さくする必要が生じている。そのた
め、開口数（ＮＡ）の大きな対物レンズ（例えばＮＡ
０．６）が求められている。また、基板厚０．６ｍｍの
高密度ディスク（ＤＶＤ等）が実用化され、基板厚１．
２ｍｍの従来のディスク（ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等）のど
ちらにも対応できる光学系が求められている。この様に
ＮＡが大きい場合、集光光束中に置かれる基板の厚みが
所定の厚みからずれると大きな球面収差を発生させる。
ＮＡ０．６０、倍率が−１／１２の対物レンズにおい
て、レーザー光源から出射されるレーザー光の波長６３
５ｎｍ、基板厚み０．６ｍｍ、基板屈折率１．５８の条
件で最適化されているとき、基板の厚みを変えると、
０．０１ｍｍずれる毎に０．０１λｒｍｓ程度、収差が
増大する。従って、基板厚みが±０．０７ｍｍずれると
０．０７λｒｍｓの収差となり、読み取りが正常に行え
る目安となるマレシャルの限界値に達してしまう。
【０００３】このため、光学系の配置を変更して対物レ
ンズの倍率を変化させ、球面収差を補正する方法が各種
提案されている。これらの方法としては、 光源やコリメータを含む光源からの発散光の発散角を
変換するレンズを移動して、対物レンズ単体の倍率を変
える方法（図２５） 対物レンズの光源側に補正レンズを着脱して、対物レ
ンズ単体の倍率を変える方法（図２６） 対物レンズより光源側にホログラムを置き、ホログラ
ムから射出された１次回折光束を用いた発散角変換によ
り、対物レンズ単体の倍率を変える方法（図２７） 対物レンズの少なくとも１面がホログラム面を有し、
ホログラムから射出された１次回折光束を用いた発散角
変換により、対物レンズ単体の倍率を変える方法 波長の異なる２光源を有し、２つの光源を切り換える
ことにより対物レンズの倍率を変える方法（図２８） なお、この方法を採用した場合、切り換えに伴う球面収
差の発生を、２つの光源から対物レンズまでの光路長を
変化させることによって補正することも出来る。等があ
る。
ンズの倍率を変化させ、球面収差を補正する方法が各種
提案されている。これらの方法としては、 光源やコリメータを含む光源からの発散光の発散角を
変換するレンズを移動して、対物レンズ単体の倍率を変
える方法（図２５） 対物レンズの光源側に補正レンズを着脱して、対物レ
ンズ単体の倍率を変える方法（図２６） 対物レンズより光源側にホログラムを置き、ホログラ
ムから射出された１次回折光束を用いた発散角変換によ
り、対物レンズ単体の倍率を変える方法（図２７） 対物レンズの少なくとも１面がホログラム面を有し、
ホログラムから射出された１次回折光束を用いた発散角
変換により、対物レンズ単体の倍率を変える方法 波長の異なる２光源を有し、２つの光源を切り換える
ことにより対物レンズの倍率を変える方法（図２８） なお、この方法を採用した場合、切り換えに伴う球面収
差の発生を、２つの光源から対物レンズまでの光路長を
変化させることによって補正することも出来る。等があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
で考慮されているのは、球面収差、すなわち軸上のスポ
ットについてであり、軸外特性は考慮されていない。情
報の記録再生のみを考慮すれば、軸上特性を良好に維持
できれば良いが、多分割受光素子を用いたトラッキング
においては、光軸外の受光特性が問題となり、また、製
作誤差等により対物レンズに傾きが生じれば、そのティ
ルト特性が問題となる。第一の倍率で球面収差および正
弦条件を最良に補正した対物レンズの１例について、像
高およびレンズティルトによる特性の変化を示す。この
対物レンズは ｆ＝３．３６０７５５ 第一の倍率ｍ1＝ ０.０ ＮＡ1：０.６０ 透明基板厚みｔ1＝０.６ 第二の倍率ｍ2＝−０.０５５ ＮＡ2：０.３８ 透明基板厚みｔ2＝１.２ の仕様による設計であり、その球面収差および正弦条件
の収差図を図２９に、像高特性を図３０に、またレンズ
ティルト特性を図３１に示す。図３０における第二の倍
率における特例の劣化は、主として、図２９に見られる
正弦条件が満足されないための影響である。本発明は、
一つの光ピックアップで異なる基板厚を有する光ディス
クの記録再生を可能とすると共に、その倍率変化の際、
各々の対物レンズ横倍率で、軸外特性（像高特性）、テ
ィルト特性を考慮に入れた収差補正を行い、対物レンズ
の横倍率を変化させても、軸外特性のバランスを取るこ
とにより、その性能を維持することを目的とする。
で考慮されているのは、球面収差、すなわち軸上のスポ
ットについてであり、軸外特性は考慮されていない。情
報の記録再生のみを考慮すれば、軸上特性を良好に維持
できれば良いが、多分割受光素子を用いたトラッキング
においては、光軸外の受光特性が問題となり、また、製
作誤差等により対物レンズに傾きが生じれば、そのティ
ルト特性が問題となる。第一の倍率で球面収差および正
弦条件を最良に補正した対物レンズの１例について、像
高およびレンズティルトによる特性の変化を示す。この
対物レンズは ｆ＝３．３６０７５５ 第一の倍率ｍ1＝ ０.０ ＮＡ1：０.６０ 透明基板厚みｔ1＝０.６ 第二の倍率ｍ2＝−０.０５５ ＮＡ2：０.３８ 透明基板厚みｔ2＝１.２ の仕様による設計であり、その球面収差および正弦条件
の収差図を図２９に、像高特性を図３０に、またレンズ
ティルト特性を図３１に示す。図３０における第二の倍
率における特例の劣化は、主として、図２９に見られる
正弦条件が満足されないための影響である。本発明は、
一つの光ピックアップで異なる基板厚を有する光ディス
クの記録再生を可能とすると共に、その倍率変化の際、
各々の対物レンズ横倍率で、軸外特性（像高特性）、テ
ィルト特性を考慮に入れた収差補正を行い、対物レンズ
の横倍率を変化させても、軸外特性のバランスを取るこ
とにより、その性能を維持することを目的とする。
【０００５】
【問題を解決するための手段】本発明の記録再生用光学
系は、光源、特にレーザー光源、該光源からの光束を光
情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光す
る対物レンズ、上記光情報記録媒体の透明基板の厚みに
応じて、上記対物レンズ単体の横倍率を第一の横倍率ｍ
1と第二の横倍率ｍ2（ｍ1＞ｍ2）とに相互に変更する手
段を含む光学系において、上記対物レンズについての上
記第一の横倍率ｍ1におけるＮＡ2に対応する光線の正弦
条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2） ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）＝ｄ2・cos（ｕ2）／ＮＡ2−（１−
ｍ1）・ｆ が以下の条件を満足することを特徴とする。 ０．０６≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ≧０．００２ ・・・（１） ｆ ：対物レンズの焦点距離 ＮＡ2：上記第二の横倍率ｍ2における上記対物レンズの
開口数 ｄ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 対物レンズは、ガラス組合せレンズ（図１４）、プラス
チックとガラスのハイブリッドレンズ（図１５）、屈折
率不均質レンズ（図１６）、回折レンズ（図１７）、ホ
ログラムレンズ、両面非球面単レンズ等を用いることが
出来るが、特に加工し易く単玉であるため、両面非球面
プラスチック単レンズがコスト的に有利である。この単
玉非球面単レンズを形成する材質はガラスでも樹脂でも
よい。また、 ０．５５ ≧ ＮＡ2 ・・・（２） ０．０３≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ ・・・（３） を満足することが望ましい。
系は、光源、特にレーザー光源、該光源からの光束を光
情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面上に集光す
る対物レンズ、上記光情報記録媒体の透明基板の厚みに
応じて、上記対物レンズ単体の横倍率を第一の横倍率ｍ
1と第二の横倍率ｍ2（ｍ1＞ｍ2）とに相互に変更する手
段を含む光学系において、上記対物レンズについての上
記第一の横倍率ｍ1におけるＮＡ2に対応する光線の正弦
条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2） ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）＝ｄ2・cos（ｕ2）／ＮＡ2−（１−
ｍ1）・ｆ が以下の条件を満足することを特徴とする。 ０．０６≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ≧０．００２ ・・・（１） ｆ ：対物レンズの焦点距離 ＮＡ2：上記第二の横倍率ｍ2における上記対物レンズの
開口数 ｄ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 対物レンズは、ガラス組合せレンズ（図１４）、プラス
チックとガラスのハイブリッドレンズ（図１５）、屈折
率不均質レンズ（図１６）、回折レンズ（図１７）、ホ
ログラムレンズ、両面非球面単レンズ等を用いることが
出来るが、特に加工し易く単玉であるため、両面非球面
プラスチック単レンズがコスト的に有利である。この単
玉非球面単レンズを形成する材質はガラスでも樹脂でも
よい。また、 ０．５５ ≧ ＮＡ2 ・・・（２） ０．０３≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ ・・・（３） を満足することが望ましい。
【０００６】一方、対物レンズ単体でＮＡ1に対応する
光線の正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）は以下の条
件を満足する。 ０．００２≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）］／ｆ ・・（４） ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）／ｆ） ≧ −０．００２ ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）＝ｄ1・cos（ｕ1）／ＮＡ1−（１−
ｍ1）・ｆ ＮＡ1：上記第一の横倍率ｍ1における上記対物レンズの
開口数 ｄ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 また、以下の条件を満足することが望ましい。 ［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）］／ｆ≧−０．００３・・（５） −０．００３≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）］／ｆ ≧−０．０１２・・（６） さらに、対物レンズは、第一の配置における横倍率ｍ1
がほぼ０であってよい。
光線の正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）は以下の条
件を満足する。 ０．００２≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）］／ｆ ・・（４） ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）／ｆ） ≧ −０．００２ ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）＝ｄ1・cos（ｕ1）／ＮＡ1−（１−
ｍ1）・ｆ ＮＡ1：上記第一の横倍率ｍ1における上記対物レンズの
開口数 ｄ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 また、以下の条件を満足することが望ましい。 ［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）］／ｆ≧−０．００３・・（５） −０．００３≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）］／ｆ ≧−０．０１２・・（６） さらに、対物レンズは、第一の配置における横倍率ｍ1
がほぼ０であってよい。
【０００７】本発明の対物レンズは、以下の条件を満足
することが望ましい。 ＮＡ1 ≧ ０．５０ ・・・（７） および、または ０．８ ＞ ＮＡ2／ＮＡ1 ・・・（８）
することが望ましい。 ＮＡ1 ≧ ０．５０ ・・・（７） および、または ０．８ ＞ ＮＡ2／ＮＡ1 ・・・（８）
【０００８】
【作用】基板の厚さの変化△ｔに対する球面収差の変化
量△ＳＡｔは、同一ＮＡでは比例関係にあり、以下のよ
うに表すことが出来る。 △ｔ・（ｎｔ2−１）／ｎｔ3・α＝△ＳＡｔ ・・・〔１〕 ここでｎｔは透明基板の屈折率、αは比例定数である。
一方、単玉対物レンズ倍率変化△ｍによる球面収差変化
量△ＳＡｍは、ほぼ比例関係にあると考えることが出来
る。 ｆ・△ｍ・β＝△ＳＡｍ ・・・〔２〕 ここでｆは対物レンズの焦点距離、βは比例定数であ
る。このため、全体として球面収差を補正するには △ＳＡｔ＋△ＳＡｍ＝０ ・・・〔３〕 となるようにすればよい。すなわち、 △ｔ・（ｎｔ2−１）／（ｎｔ3・ｆ・△ｍ）＝−β／α・・・〔４〕
量△ＳＡｔは、同一ＮＡでは比例関係にあり、以下のよ
うに表すことが出来る。 △ｔ・（ｎｔ2−１）／ｎｔ3・α＝△ＳＡｔ ・・・〔１〕 ここでｎｔは透明基板の屈折率、αは比例定数である。
一方、単玉対物レンズ倍率変化△ｍによる球面収差変化
量△ＳＡｍは、ほぼ比例関係にあると考えることが出来
る。 ｆ・△ｍ・β＝△ＳＡｍ ・・・〔２〕 ここでｆは対物レンズの焦点距離、βは比例定数であ
る。このため、全体として球面収差を補正するには △ＳＡｔ＋△ＳＡｍ＝０ ・・・〔３〕 となるようにすればよい。すなわち、 △ｔ・（ｎｔ2−１）／（ｎｔ3・ｆ・△ｍ）＝−β／α・・・〔４〕
【０００９】このとき、〔１〕式においてｎｔが一定で
△ｔが正の場合、球面収差はオーバー方向に動く。この
ため ０＜△ＳＡｔ であり、１＜ｎｔ であるので、
定数αは正となる。また、〔２〕式において、横倍率変
化△ｍが正（０＜△ｍ）であれば、球面収差はオーバー
に動く。このため ０＜△ＳＡｍ であり、０＜ｆ で
あるので、定数βは正となる。この結果、△ｔ（＝ｔ2
−ｔ1＞０）が正であれば、〔４〕式から、△ｍは負と
なる。このとき、透明基板ｔ1における球面収差が一番
良好に補正される横倍率をｍ1、透明基板ｔ2における球
面収差が一番良好に補正される倍率をｍ2とすると △ｍ ＝ ｍ2−ｍ1 ・・・〔５〕 で表すことが出来、この結果、 ｍ1 ＞ ｍ2 ・・・〔６〕 が成立する。
△ｔが正の場合、球面収差はオーバー方向に動く。この
ため ０＜△ＳＡｔ であり、１＜ｎｔ であるので、
定数αは正となる。また、〔２〕式において、横倍率変
化△ｍが正（０＜△ｍ）であれば、球面収差はオーバー
に動く。このため ０＜△ＳＡｍ であり、０＜ｆ で
あるので、定数βは正となる。この結果、△ｔ（＝ｔ2
−ｔ1＞０）が正であれば、〔４〕式から、△ｍは負と
なる。このとき、透明基板ｔ1における球面収差が一番
良好に補正される横倍率をｍ1、透明基板ｔ2における球
面収差が一番良好に補正される倍率をｍ2とすると △ｍ ＝ ｍ2−ｍ1 ・・・〔５〕 で表すことが出来、この結果、 ｍ1 ＞ ｍ2 ・・・〔６〕 が成立する。
【００１０】このような光学系で、１つの対物レンズで
軸外特性を満足するためには、正弦条件を満足する必要
がある。倍率ｍで光線ｋの正弦条件の不満足量をＳＣ
（ｍ：ＮＡk）とすると、 ＳＣ（ｍ：ＮＡk）＝ｄk・cos（ｕk）／ＮＡk−（１−ｍ）・ｆ ・・〔７〕 ＮＡk ＝ sin（ｕk’） で表すことが出来る［松井吉哉著「レンズ設計法」（共
立出版：昭和４７年１１月５日初版１刷発行）第５９頁
（３．４７）式から導出］。ここでｍはレンズの横倍
率、ｆはレンズの焦点距離、ｕkは光線のレンズに入射
する光軸に対する角度、ｕk’ は光線がレンズから射出
したときの光軸に対する角度である。また、ｄk はその
光線のレンズの前側主点における高さを表す。レンズに
光線がほぼ平行光として入射すれば、ｕk ＝０、ｍ＝０
となり、 ＳＣ ＝ ｄk／ＮＡk−ｆ ・・・〔８〕 となる。
軸外特性を満足するためには、正弦条件を満足する必要
がある。倍率ｍで光線ｋの正弦条件の不満足量をＳＣ
（ｍ：ＮＡk）とすると、 ＳＣ（ｍ：ＮＡk）＝ｄk・cos（ｕk）／ＮＡk−（１−ｍ）・ｆ ・・〔７〕 ＮＡk ＝ sin（ｕk’） で表すことが出来る［松井吉哉著「レンズ設計法」（共
立出版：昭和４７年１１月５日初版１刷発行）第５９頁
（３．４７）式から導出］。ここでｍはレンズの横倍
率、ｆはレンズの焦点距離、ｕkは光線のレンズに入射
する光軸に対する角度、ｕk’ は光線がレンズから射出
したときの光軸に対する角度である。また、ｄk はその
光線のレンズの前側主点における高さを表す。レンズに
光線がほぼ平行光として入射すれば、ｕk ＝０、ｍ＝０
となり、 ＳＣ ＝ ｄk／ＮＡk−ｆ ・・・〔８〕 となる。
【００１１】正弦条件を満足するためには、
ＳＣ ＝０ ・・・
〔９〕
とならなければならない。実際に透明基板の厚みがｔ1
からｔ2 （ｔ1 ＜ｔ2 ）に変化したとき、対物レンズ単
体の横倍率を変化させて球面収差を補正するに当たっ
て、透明基板の厚みｔ1 での対物レンズの横倍率ｍ
1 （第一の倍率）とすると、厚みｔ2 における横倍率ｍ
2 （第二の倍率）は〔６〕式から ｍ1＞ｍ2となる。こ
のとき、第二の倍率ｍ2 での正弦条件不満足量は第一の
倍率ｍ1 での正弦条件不満足量よりアンダーとなる。す
なわち、 ＳＣ（ｍ1：ｋ）＞ＳＣ（ｍ2：ｋ） ・・・〔１０〕 となる。このため第一の倍率での正弦条件を満足する
［ＳＣ（ｍ1：ｋ）＝０］と、第二の倍率では ＳＣ
（ｍ2：ｋ）＜０ となり、正弦条件はアンダーとな
る。
からｔ2 （ｔ1 ＜ｔ2 ）に変化したとき、対物レンズ単
体の横倍率を変化させて球面収差を補正するに当たっ
て、透明基板の厚みｔ1 での対物レンズの横倍率ｍ
1 （第一の倍率）とすると、厚みｔ2 における横倍率ｍ
2 （第二の倍率）は〔６〕式から ｍ1＞ｍ2となる。こ
のとき、第二の倍率ｍ2 での正弦条件不満足量は第一の
倍率ｍ1 での正弦条件不満足量よりアンダーとなる。す
なわち、 ＳＣ（ｍ1：ｋ）＞ＳＣ（ｍ2：ｋ） ・・・〔１０〕 となる。このため第一の倍率での正弦条件を満足する
［ＳＣ（ｍ1：ｋ）＝０］と、第二の倍率では ＳＣ
（ｍ2：ｋ）＜０ となり、正弦条件はアンダーとな
る。
【００１２】第二の倍率ｍ2で軸外特性を満足するため
には、第二の倍率での開口数ＮＡ2に相当する正弦条件
を ＳＣ（ｍ2：ＮＡ2）＝０ としなければならないの
で、第一の倍率での正弦条件をオーバーにする必要があ
る。また、第二の倍率で開口数ＮＡ2 に対応する光線
と、第一の倍率で開口数ＮＡ2 に対応する光線の対物レ
ンズを通過する各光軸からの高さは近いため、第一の倍
率のＮＡ2 で正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）を適
正に設定することにより、第二の倍率での正弦条件不満
足量ＳＣ（ｍ2：ＮＡ2）をおおよそ０にすることが可能
である。実際には、第一の配置において正弦条件不満足
量を対物レンズの焦点距離でノーマライズした値ＳＣ
（ｍ1：ＮＡ2）／ｆが０．００２よりも小さいと、第二
の倍率において正弦条件はアンダーのままとなり、特に
ＮＡ2 が０．３より大きいと、軸外特性の性能も維持出
来なくなる。また、ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆが０．０６
より大きくなると、第二の倍率においても正弦条件はオ
ーバーとなるため、補正過剰となり、良好な性能を維持
することが出来ない。
には、第二の倍率での開口数ＮＡ2に相当する正弦条件
を ＳＣ（ｍ2：ＮＡ2）＝０ としなければならないの
で、第一の倍率での正弦条件をオーバーにする必要があ
る。また、第二の倍率で開口数ＮＡ2 に対応する光線
と、第一の倍率で開口数ＮＡ2 に対応する光線の対物レ
ンズを通過する各光軸からの高さは近いため、第一の倍
率のＮＡ2 で正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）を適
正に設定することにより、第二の倍率での正弦条件不満
足量ＳＣ（ｍ2：ＮＡ2）をおおよそ０にすることが可能
である。実際には、第一の配置において正弦条件不満足
量を対物レンズの焦点距離でノーマライズした値ＳＣ
（ｍ1：ＮＡ2）／ｆが０．００２よりも小さいと、第二
の倍率において正弦条件はアンダーのままとなり、特に
ＮＡ2 が０．３より大きいと、軸外特性の性能も維持出
来なくなる。また、ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆが０．０６
より大きくなると、第二の倍率においても正弦条件はオ
ーバーとなるため、補正過剰となり、良好な性能を維持
することが出来ない。
【００１３】また、ＮＡ2 を０．５５より小さく設定し
た場合、条件（３）の上限より大きいと第二の倍率でも
正弦条件はオーバーで補正過剰となり、軸外特性を良好
に維持することは出来ない。
た場合、条件（３）の上限より大きいと第二の倍率でも
正弦条件はオーバーで補正過剰となり、軸外特性を良好
に維持することは出来ない。
【００１４】第一の倍率において、ある程度開口数ＮＡ
1 が大きくなると、正弦条件が満足していても傾角特性
（レンズティルト特性）が厳しくなる。これに条件式
（４）の上限を越えると、傾角特性が厳しくなる。ま
た、同時に ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）／ｆ） の下限を越え
ると、第一倍率での像高特性を維持出来なくなる。
1 が大きくなると、正弦条件が満足していても傾角特性
（レンズティルト特性）が厳しくなる。これに条件式
（４）の上限を越えると、傾角特性が厳しくなる。ま
た、同時に ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）／ｆ） の下限を越え
ると、第一倍率での像高特性を維持出来なくなる。
【００１５】さらに、第二の倍率において軸外特性を維
持しつつ、第一の倍率において軸外特性および傾角特性
が正弦条件をほぼ満足したときの軸外特性および傾角特
性とほぼ同等とするためには、条件式（２）及び（３）
を満足しつつ条件式（５）を満足すれば良い。また、第
二の倍率において軸外特性を維持しつつ、第一の倍率に
おいて傾角特性が正弦条件をほぼ満足しているときの傾
角特性よりも効きを鈍くするためには、条件（３）を満
足しつつ条件（６）を満足すれば良い。
持しつつ、第一の倍率において軸外特性および傾角特性
が正弦条件をほぼ満足したときの軸外特性および傾角特
性とほぼ同等とするためには、条件式（２）及び（３）
を満足しつつ条件式（５）を満足すれば良い。また、第
二の倍率において軸外特性を維持しつつ、第一の倍率に
おいて傾角特性が正弦条件をほぼ満足しているときの傾
角特性よりも効きを鈍くするためには、条件（３）を満
足しつつ条件（６）を満足すれば良い。
【００１６】第一の倍率の開口数が０．５より小さい
と、各特性の許容度が拡がるため上記条件を満たさなく
ても軸外特性を両立できる可能性もでてくる。しかし、
第一の倍率の開口数が０．５０以上とした場合、上記条
件は特に有効である。
と、各特性の許容度が拡がるため上記条件を満たさなく
ても軸外特性を両立できる可能性もでてくる。しかし、
第一の倍率の開口数が０．５０以上とした場合、上記条
件は特に有効である。
【００１７】また、第二の倍率の開口数と第一の倍率の
開口数の比率ＮＡ2／ＮＡ1が０．８を越えると、軸外特
性および傾角特性について、各倍率間のバランスを取る
と、各倍率でのバランスを取るのが難しくなる。このよ
うに、軸外特性（像高特性）、ティルト特性を考慮に入
れた収差補正を行い、対物レンズの横倍率を変化させて
も、軸外特性のバランスを取ることにより、その性能を
維持する手法は、上記のようにガラス組合せレンズ、プ
ラスチックとガラスのハイブリッドレンズ、屈折率不均
質レンズ、回折レンズ、ホログラムレンズ、両面非球面
単レンズ等の対物レンズにおいて実現可能であるだけで
なく、波長の異なる２光源を有し、２つの光源を切り換
えることにより対物レンズの倍率を変える場合にも実施
可能である。
開口数の比率ＮＡ2／ＮＡ1が０．８を越えると、軸外特
性および傾角特性について、各倍率間のバランスを取る
と、各倍率でのバランスを取るのが難しくなる。このよ
うに、軸外特性（像高特性）、ティルト特性を考慮に入
れた収差補正を行い、対物レンズの横倍率を変化させて
も、軸外特性のバランスを取ることにより、その性能を
維持する手法は、上記のようにガラス組合せレンズ、プ
ラスチックとガラスのハイブリッドレンズ、屈折率不均
質レンズ、回折レンズ、ホログラムレンズ、両面非球面
単レンズ等の対物レンズにおいて実現可能であるだけで
なく、波長の異なる２光源を有し、２つの光源を切り換
えることにより対物レンズの倍率を変える場合にも実施
可能である。
【００１８】
【実施例】以下実施例を説明する。実施例１から実施例
４においては、透明基板の厚みｔ1＝０．６、ｔ2＝１．
２として、これに対する開口数はＮＡ1＝０．６、ＮＡ2
＝０．３８とした。また、仮にＮＡを制限する絞り位置
については、絞り位置と対物レンズの光源側面の間隔を
０とした。実施例５においては、透明基板の厚みｔ1＝
０．６、ｔ2＝１．２として、これに対する開口数はＮ
Ａ1＝０．５８、ＮＡ2＝０．５５とした。この実施例に
おいて、絞り位置は対物レンズの透明基板側面から透明
基板方向に０．０５ｍｍの位置に配置し、絞り径は第一
の倍率及び第二の倍率において同じとした。光源側から
順に第ｉ番目の面の曲率半径をｒi 、第ｉ番目の面と第
ｉ＋１番目の面との光軸上の厚み、間隔を第一の配置に
おいてはｄ1i、第二の配置においてはｄ2i、第ｉ番目の
面と第ｉ＋１番目の面との間の媒質の光源波長での屈折
率をｎi で表す。また、空気の屈折率は１とする。ま
た、レンズ面の非球面形状は、面の頂点を原点とし、光
軸方向をＸ軸とした直交座標系において、κを円錐係
数、Ａi を非球面係数、Ｐi を非球面のべき数とすると
き、
４においては、透明基板の厚みｔ1＝０．６、ｔ2＝１．
２として、これに対する開口数はＮＡ1＝０．６、ＮＡ2
＝０．３８とした。また、仮にＮＡを制限する絞り位置
については、絞り位置と対物レンズの光源側面の間隔を
０とした。実施例５においては、透明基板の厚みｔ1＝
０．６、ｔ2＝１．２として、これに対する開口数はＮ
Ａ1＝０．５８、ＮＡ2＝０．５５とした。この実施例に
おいて、絞り位置は対物レンズの透明基板側面から透明
基板方向に０．０５ｍｍの位置に配置し、絞り径は第一
の倍率及び第二の倍率において同じとした。光源側から
順に第ｉ番目の面の曲率半径をｒi 、第ｉ番目の面と第
ｉ＋１番目の面との光軸上の厚み、間隔を第一の配置に
おいてはｄ1i、第二の配置においてはｄ2i、第ｉ番目の
面と第ｉ＋１番目の面との間の媒質の光源波長での屈折
率をｎi で表す。また、空気の屈折率は１とする。ま
た、レンズ面の非球面形状は、面の頂点を原点とし、光
軸方向をＸ軸とした直交座標系において、κを円錐係
数、Ａi を非球面係数、Ｐi を非球面のべき数とすると
き、
【数１】
で表される。
【００１９】実施例１
この実施例は、第一の倍率および第二の倍率で、軸外特
性でバランスを取ったものである。 ｆ＝３．３６０７５５ 第一の倍率ｍ1＝ ０．０ ＮＡ1：０．６０ 絞り径φ1：４．０５０ 第二の倍率ｍ2＝−０．０６３５ ＮＡ2：０．３８ 絞り径φ2：２．６８４ ｉ ｒi ｄ1i ｄ2i ｎi １ ２．０６５ ２．６０ ２．６０ １．４９８１０ ２ −５．１４０ １．５７ １．４０８ ３ ∞ ０．６０ １．２ １．５８０００ ４ ∞ 非球面データ 第１面 κ ＝−８．４８１８０×１０-1 Ａ1 ＝ ５．０９７７０×１０-3 Ｐ1＝ ４．００００ Ａ2 ＝ ４．１２２１０×１０-4 Ｐ2＝ ６．００００ Ａ3 ＝ ２．１７９５０×１０-5 Ｐ3＝ ８．００００ Ａ4 ＝−５．８６９３０×１０-6 Ｐ4＝１０．００００ 第２面 κ ＝−１．００３００×１０ Ａ1 ＝ ２．２３５９０×１０-2 Ｐ1＝ ４．００００ Ａ2 ＝−８．０９２８０×１０-3 Ｐ2＝ ６．００００ Ａ3 ＝ １．５６２３０×１０-3 Ｐ3＝ ８．００００ Ａ4 ＝−１．３０８７０×１０-4 Ｐ4＝１０．００００ その各倍率での光学配置図を図１に、その球面収差およ
び正弦条件の収差図を図２に、像高特性を図３に、レン
ズティルト特性を図４に示す。第一の倍率でのＮＡ1、
ＮＡ2についての正弦条件不満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．００３８ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００５２ 第一の倍率では軸外特性、傾角特性共に第一の倍率にお
いて各ＮＡで正弦条件を満足している従来例とほぼ同等
のレベルである。第二の倍率での軸外特性は、この実施
例は従来の約半分まで改善されている。傾角特性につい
ては、第二の倍率においてはこの実施例のほうが変化が
大きいが、第一の倍率においても第二の倍率においても
対物レンズ自身は同一であるため、調整時に第一の倍率
のときの傾角を抑えれば、第一の倍率よりも第二の倍率
での傾角による波面収差の効きが小さいので、第二の倍
率での傾角特性は問題がない。
性でバランスを取ったものである。 ｆ＝３．３６０７５５ 第一の倍率ｍ1＝ ０．０ ＮＡ1：０．６０ 絞り径φ1：４．０５０ 第二の倍率ｍ2＝−０．０６３５ ＮＡ2：０．３８ 絞り径φ2：２．６８４ ｉ ｒi ｄ1i ｄ2i ｎi １ ２．０６５ ２．６０ ２．６０ １．４９８１０ ２ −５．１４０ １．５７ １．４０８ ３ ∞ ０．６０ １．２ １．５８０００ ４ ∞ 非球面データ 第１面 κ ＝−８．４８１８０×１０-1 Ａ1 ＝ ５．０９７７０×１０-3 Ｐ1＝ ４．００００ Ａ2 ＝ ４．１２２１０×１０-4 Ｐ2＝ ６．００００ Ａ3 ＝ ２．１７９５０×１０-5 Ｐ3＝ ８．００００ Ａ4 ＝−５．８６９３０×１０-6 Ｐ4＝１０．００００ 第２面 κ ＝−１．００３００×１０ Ａ1 ＝ ２．２３５９０×１０-2 Ｐ1＝ ４．００００ Ａ2 ＝−８．０９２８０×１０-3 Ｐ2＝ ６．００００ Ａ3 ＝ １．５６２３０×１０-3 Ｐ3＝ ８．００００ Ａ4 ＝−１．３０８７０×１０-4 Ｐ4＝１０．００００ その各倍率での光学配置図を図１に、その球面収差およ
び正弦条件の収差図を図２に、像高特性を図３に、レン
ズティルト特性を図４に示す。第一の倍率でのＮＡ1、
ＮＡ2についての正弦条件不満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．００３８ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００５２ 第一の倍率では軸外特性、傾角特性共に第一の倍率にお
いて各ＮＡで正弦条件を満足している従来例とほぼ同等
のレベルである。第二の倍率での軸外特性は、この実施
例は従来の約半分まで改善されている。傾角特性につい
ては、第二の倍率においてはこの実施例のほうが変化が
大きいが、第一の倍率においても第二の倍率においても
対物レンズ自身は同一であるため、調整時に第一の倍率
のときの傾角を抑えれば、第一の倍率よりも第二の倍率
での傾角による波面収差の効きが小さいので、第二の倍
率での傾角特性は問題がない。
【００２０】実施例２
ｆ＝３．０６７９９６８
第一の倍率ｍ1＝ ０．０ ＮＡ1：０．６０ 絞り径φ1：３．７００
第二の倍率ｍ2＝−０．０６０６ ＮＡ2：０．３８ 絞り径φ2：２．４３９
ｉ ｒi ｄ1i ｄ2i ｎi
１ １．９２９ ２．６０ ２．６０ １．４９８１０
２ −４．０５８ １．３１３ １．１２０
３ ∞ ０．６０ １．２ １．５８０００
４ ∞
非球面データ
第１面
κ ＝−５．５８９８０×１０-1
Ａ1 ＝ １．１８９３０×１０-3 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝−１．９３１２０×１０-4 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝ ４．０４９７０×１０-6 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝−２．６９９８０×１０-5 Ｐ4＝１０．００００
第２面
κ ＝−２．４１９００×１０
Ａ1 ＝ ６．６１３７０×１０-3 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝−４．２５１３０×１０-3 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝ ７．２６４２０×１０-4 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝−３．９９０４０×１０-6 Ｐ4＝１０．００００
この実施例も、実施例１と同様、第一の倍率及び第二の
倍率での軸外特性においてバランスを取った例である。
各倍率での球面収差および正弦条件の不満足量を示す収
差図を図５に示す。第一の倍率でのＮＡ1、ＮＡ2につい
ての正弦条件不満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．００４７ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００４２ この実施例の軸外特性（像高特性）を表した波面収差変
化図を図６に、傾角特性を表した波面収差変化図を図７
に示す。
倍率での軸外特性においてバランスを取った例である。
各倍率での球面収差および正弦条件の不満足量を示す収
差図を図５に示す。第一の倍率でのＮＡ1、ＮＡ2につい
ての正弦条件不満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．００４７ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００４２ この実施例の軸外特性（像高特性）を表した波面収差変
化図を図６に、傾角特性を表した波面収差変化図を図７
に示す。
【００２１】実施例３
ｆ＝３．３６０７５５
第一の倍率ｍ1＝ ０．０ ＮＡ1：０．６０ 絞り径φ1：４．０３４
第二の倍率ｍ2＝−０．０５９７ ＮＡ2：０．３８ 絞り径φ2：２．６７６
ｉ ｒi ｄ1i ｄ2i ｎi
１ ２．０８０ ２．７０ ２．７０ １．４９８１０
２ −４．８７５ １．５３ １．３５１
３ ∞ ０．６０ １．２ １．５８０００
４ ∞
非球面データ
第１面
κ ＝−８．９４５２０×１０-1
Ａ1 ＝ ６．３９０６０×１０-3 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝ ３．１６０９０×１０-4 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝ １．７６４９０×１０-5 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝−１．５８９４０×１０-5 Ｐ4＝１０．００００
第２面
κ ＝−２．０３２５０×１０
Ａ1 ＝ １．９８９００×１０-2 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝−１．１１８９０×１０-2 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝ ２．６９７１０×１０-3 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝−２．６４９２０×１０-4 Ｐ4＝１０．００００
この実施例は、第一の倍率で傾角特性を抑え、第二の倍
率で軸外特性を抑えた例である。その各倍率での球面収
差および正弦条件の不満足量を示す収差図を図８に示
す。第一の倍率でのＮＡ1、ＮＡ2についての正弦条件不
満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．００００ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００７８ この実施例の軸外特性を表した波面収差変化図を図９
に、傾角特性を表した波面収差変化図を図１０に示す。
第一の倍率では傾角特性については同仕様で第一の倍率
において各ＮＡで正弦条件を満足している（ＳＡ＝０）
従来例に比べて約半分近くに抑えられている。軸外特性
はかなり変化しているが対物レンズが無限配置となる場
合、トラッキングしても、像高を持たないため問題はな
い。第二の倍率での軸外特性は、従来例の約半分にまで
改善されている。第二の倍率での傾角特性については、
この実施例の方が変化が大きいが、実際に第一の倍率も
第二の倍率も、対物レンズ自身は同一物であるため、調
整時に第一の倍率のときの傾角を抑えれば、第一の倍率
のときよりも第二の倍率での傾角による波面収差の効き
が小さければ第二の倍率についての傾角特性は問題がな
い。
率で軸外特性を抑えた例である。その各倍率での球面収
差および正弦条件の不満足量を示す収差図を図８に示
す。第一の倍率でのＮＡ1、ＮＡ2についての正弦条件不
満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．００００ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００７８ この実施例の軸外特性を表した波面収差変化図を図９
に、傾角特性を表した波面収差変化図を図１０に示す。
第一の倍率では傾角特性については同仕様で第一の倍率
において各ＮＡで正弦条件を満足している（ＳＡ＝０）
従来例に比べて約半分近くに抑えられている。軸外特性
はかなり変化しているが対物レンズが無限配置となる場
合、トラッキングしても、像高を持たないため問題はな
い。第二の倍率での軸外特性は、従来例の約半分にまで
改善されている。第二の倍率での傾角特性については、
この実施例の方が変化が大きいが、実際に第一の倍率も
第二の倍率も、対物レンズ自身は同一物であるため、調
整時に第一の倍率のときの傾角を抑えれば、第一の倍率
のときよりも第二の倍率での傾角による波面収差の効き
が小さければ第二の倍率についての傾角特性は問題がな
い。
【００２２】実施例４
ｆ＝３．３６０７５５０
第一の倍率ｍ1＝ ０．０ ＮＡ1：０．６０ 絞り径φ1：４．１１６
第二の倍率ｍ2＝−０．０７４２ ＮＡ2：０．３８ 絞り径φ2：２．７０６
ｉ ｒi ｄ1i ｄ2i ｎi
１ ２．１３８ ２．７０ ２．７０ １．４９８１０
２ −４．４７３ １．５７ １．４４
３ ∞ ０．６０ １．２ １．５８０００
４ ∞
非球面データ
第１面
κ ＝−４．８８７３０×１０-1
Ａ1 ＝−５．０９６４０×１０-4 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝−２．７１６１０×１０-4 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝−９．２７４００×１０-6 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝−２．５３９００×１０-6 Ｐ4＝１０．００００
第２面
κ ＝−２．２４５６０×１０
Ａ1 ＝ ７．７３０４０×１０-4 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝ ４．１２３８０×１０-4 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝−８．５４５３０×１０-5 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝ ８．７１８３０×１０-6 Ｐ4＝１０．００００
この実施例は、第二の倍率で特に軸外特性を抑えた例で
ある。各倍率での球面収差および正弦条件の不満足量を
示す収差図を図１１に示す。第一の倍率でのＮＡ1、Ｎ
Ａ2についての正弦条件不満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．０２１２ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００６５ である。この実施例の軸外特性を表した波面収差変化図
を図１２に、傾角特性を表した波面収差変化図を図１３
に示す。
ある。各倍率での球面収差および正弦条件の不満足量を
示す収差図を図１１に示す。第一の倍率でのＮＡ1、Ｎ
Ａ2についての正弦条件不満足量は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．６０）／ｆ＝０．０２１２ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．３８）／ｆ＝０．００６５ である。この実施例の軸外特性を表した波面収差変化図
を図１２に、傾角特性を表した波面収差変化図を図１３
に示す。
【００２３】実施例５
ｆ＝３．３６０７５４４
第一の倍率ｍ1＝ ０．０ ＮＡ1：０．５８ 絞り径φ1：２．７１
第二の倍率ｍ2＝−０．０５６１ ＮＡ2：０．５５ 絞り径φ2：２．７１
ｉ ｒi ｄ1i ｄ2i ｎi
１ ２．１３０ ２．６ ２．６ １．４９８１０
２ −４．６４４ ０．０５ ０．０５
絞り ∞ １．５６７ １．３７６
３ ∞ ０．６０ １．２０ １．５８０００
４ ∞
非球面データ
第１面
κ ＝−５．９７５００×１０-1
Ａ1 ＝ ５．２５３９０×１０-3 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝−１．９５４８０×１０-3 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝ ５．７６５９０×１０-4 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝−６．３２８２０×１０-6 Ｐ4＝１０．００００
第２面
κ ＝−６．３５７５０×１０
Ａ1 ＝−１．３１６６０×１０-2 Ｐ1＝ ４．００００
Ａ2 ＝ １．０５９３０×１０-2 Ｐ2＝ ６．００００
Ａ3 ＝−３．４６０１０×１０-3 Ｐ3＝ ８．００００
Ａ4 ＝ ３．９４２８０×１０-4 Ｐ4＝１０．００００
この実施例は、図１８のように、第一の倍率においても
第二の倍率においても、対物レンズの透明基板側に同じ
絞り径の絞りを配置し、第一の倍率における開口数が
０．５８で、第二の倍率における開口数が０．５５と大
きいときの実施例である。各倍率における球面収差およ
び正弦条件不満足量を示す収差図を図１９に示す。第一
の倍率でのＮＡ1、ＮＡ2についての正弦条件不満足量
は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．５８）／ｆ＝０．０１７２ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．５５）／ｆ＝０．０１７９ である。この実施例の軸外特性（像高特性）を表した波
面収差変化図を図２０に、傾角特性を表した波面収差変
化図を図２１に示す。
第二の倍率においても、対物レンズの透明基板側に同じ
絞り径の絞りを配置し、第一の倍率における開口数が
０．５８で、第二の倍率における開口数が０．５５と大
きいときの実施例である。各倍率における球面収差およ
び正弦条件不満足量を示す収差図を図１９に示す。第一
の倍率でのＮＡ1、ＮＡ2についての正弦条件不満足量
は、 ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ1＝０．５８）／ｆ＝０．０１７２ ＳＣ（ｍ1＝０：ＮＡ2＝０．５５）／ｆ＝０．０１７９ である。この実施例の軸外特性（像高特性）を表した波
面収差変化図を図２０に、傾角特性を表した波面収差変
化図を図２１に示す。
【００２４】ここで、実施例５と第一の倍率で正弦条件
が満足されている従来のレンズとを比較する。この従来
例として先に「発明が解決しようとする課題」の項で述
べた仕様と同じ設計のレンズを用い、焦点距離は実施例
５とほぼ同等で第一の対物レンズ単体の横倍率ｍ1 は実
施例５と同様に０としている。絞り位置を実施例５と同
様に対物レンズの透明基板側の面から透明基板側に０．
０５離れた位置とし、絞り径は第一の倍率において開口
数ＮＡ1 ＝０．５８となるように設定している。また、
第二の横倍率ｍ2＝−０．０５５８でこのときＮＡ2＝
０．５５となる。この従来例の各倍率における球面収差
および正弦条件不満足量を示す収差図を図２２に、この
従来例の軸外特性を図２３に、傾角特性を図２４に示
す。軸外特性について、上記従来例と実施例５を比較す
る。第一の倍率においては、像高による波面収差変化
は、従来例の方が本発明の実施例５より小さい。しかし
ながら、第一の倍率はｍ1 ＝０で無限光入射のためトラ
ッキングしても像高は発生しない。このため、初期調整
さえ十分であれば、この軸外特性の差は問題とならな
い。第二の倍率における像高による波面収差変化は、本
発明の実施例５の方が従来例に比べて小さい。トラッキ
ング量を０．５ｍｍとすると、倍率ｍ2 の値から、この
トラッキング量は像高約０．０２８に相当する。従来は
この像高においては波面収差はマレシャル限界より大き
くなるが、実施例５においてはほぼマレシャル限界内と
なる。
が満足されている従来のレンズとを比較する。この従来
例として先に「発明が解決しようとする課題」の項で述
べた仕様と同じ設計のレンズを用い、焦点距離は実施例
５とほぼ同等で第一の対物レンズ単体の横倍率ｍ1 は実
施例５と同様に０としている。絞り位置を実施例５と同
様に対物レンズの透明基板側の面から透明基板側に０．
０５離れた位置とし、絞り径は第一の倍率において開口
数ＮＡ1 ＝０．５８となるように設定している。また、
第二の横倍率ｍ2＝−０．０５５８でこのときＮＡ2＝
０．５５となる。この従来例の各倍率における球面収差
および正弦条件不満足量を示す収差図を図２２に、この
従来例の軸外特性を図２３に、傾角特性を図２４に示
す。軸外特性について、上記従来例と実施例５を比較す
る。第一の倍率においては、像高による波面収差変化
は、従来例の方が本発明の実施例５より小さい。しかし
ながら、第一の倍率はｍ1 ＝０で無限光入射のためトラ
ッキングしても像高は発生しない。このため、初期調整
さえ十分であれば、この軸外特性の差は問題とならな
い。第二の倍率における像高による波面収差変化は、本
発明の実施例５の方が従来例に比べて小さい。トラッキ
ング量を０．５ｍｍとすると、倍率ｍ2 の値から、この
トラッキング量は像高約０．０２８に相当する。従来は
この像高においては波面収差はマレシャル限界より大き
くなるが、実施例５においてはほぼマレシャル限界内と
なる。
【００２５】
【発明の効果】本発明により、一つの光ピックアップで
異なる基板厚を有する光ディスクの記録再生を可能とす
ると共に、その倍率変化の際、各々の対物レンズ横倍率
で、軸外特性（像高特性）、ティルト特性を考慮に入れ
た収差補正を行い、対物レンズの横倍率を変化させて
も、軸外特性のバランスを取ることにより、その性能を
維持することが出来た。
異なる基板厚を有する光ディスクの記録再生を可能とす
ると共に、その倍率変化の際、各々の対物レンズ横倍率
で、軸外特性（像高特性）、ティルト特性を考慮に入れ
た収差補正を行い、対物レンズの横倍率を変化させて
も、軸外特性のバランスを取ることにより、その性能を
維持することが出来た。
【図１】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍ、１．
２ｍｍのときの対物レンズの実施例１の光路図である。
２ｍｍのときの対物レンズの実施例１の光路図である。
【図２】上記光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍの
とき、１．２ｍｍのときの実施例１の対物レンズの収差
曲線図である。
とき、１．２ｍｍのときの実施例１の対物レンズの収差
曲線図である。
【図３】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのとき
および１．２ｍｍのときの実施例１の像高特性を示す波
面収差図である。
および１．２ｍｍのときの実施例１の像高特性を示す波
面収差図である。
【図４】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのとき
および１．２ｍｍのときの実施例２のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
および１．２ｍｍのときの実施例２のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
【図５】上記光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍの
とき、１．２ｍｍのときの実施例２の対物レンズの収差
曲線図である。
とき、１．２ｍｍのときの実施例２の対物レンズの収差
曲線図である。
【図６】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのとき
および１．２ｍｍのときの実施例２の像高特性を示す波
面収差図である。
および１．２ｍｍのときの実施例２の像高特性を示す波
面収差図である。
【図７】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのとき
および１．２ｍｍのときの実施例２のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
および１．２ｍｍのときの実施例２のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
【図８】上記光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍの
とき、１．２ｍｍのときの実施例３の対物レンズの収差
曲線図である。
とき、１．２ｍｍのときの実施例３の対物レンズの収差
曲線図である。
【図９】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのとき
および１．２ｍｍのときの実施例３の像高特性を示す波
面収差図である。
および１．２ｍｍのときの実施例３の像高特性を示す波
面収差図である。
【図１０】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの実施例３のレンズティルト
特性を示す波面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの実施例３のレンズティルト
特性を示す波面収差図である。
【図１１】上記光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍ
のとき、１．２ｍｍのときの実施例４の対物レンズの収
差曲線図である。
のとき、１．２ｍｍのときの実施例４の対物レンズの収
差曲線図である。
【図１２】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの実施例４の像高特性を示す
波面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの実施例４の像高特性を示す
波面収差図である。
【図１３】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの実施例４のレンズティルト
特性を示す波面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの実施例４のレンズティルト
特性を示す波面収差図である。
【図１４】ガラス組合せ対物レンズの構成の１例を示す
レンズ断面図である。
レンズ断面図である。
【図１５】プラスチックとガラスのハイブリッド対物レ
ンズの構成の１例を示す断面図である。
ンズの構成の１例を示す断面図である。
【図１６】屈折率不均質対物レンズの構成の１例を示す
断面図である。
断面図である。
【図１７】レンズの一面を回折面とした対物レンズの構
成の１例を示す断面図である。
成の１例を示す断面図である。
【図１８】実施例５の対物レンズにおける、第一の倍率
と第二の倍率における絞りの配置図である。
と第二の倍率における絞りの配置図である。
【図１９】上記光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍ
のとき、１．２ｍｍのときの実施例５の対物レンズの収
差曲線図である。
のとき、１．２ｍｍのときの実施例５の対物レンズの収
差曲線図である。
【図２０】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの実施例５の像高特性を示す
波面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの実施例５の像高特性を示す
波面収差図である。
【図２１】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの実施例５のレンズティルト
特性を示す波面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの実施例５のレンズティルト
特性を示す波面収差図である。
【図２２】上記光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍ
のとき、１．２ｍｍのときの従来例の対物レンズの収差
曲線図である。
のとき、１．２ｍｍのときの従来例の対物レンズの収差
曲線図である。
【図２３】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの従来例の像高特性を示す波
面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの従来例の像高特性を示す波
面収差図である。
【図２４】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの従来例のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの従来例のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
【図２５】光学系を構成するレンズの移動により対物レ
ンズの倍率を変える方法の１例を示す概念図である。
ンズの倍率を変える方法の１例を示す概念図である。
【図２６】補正レンズの着脱により対物レンズの倍率を
変える方法の１例を示す概念図である。
変える方法の１例を示す概念図である。
【図２７】ホログラムにより対物レンズの倍率を変える
方法の１例を示す概念図である。
方法の１例を示す概念図である。
【図２８】光源の波長を切り換えることにより、対物レ
ンズの倍率を変える方法の１例を示す概念図である。
ンズの倍率を変える方法の１例を示す概念図である。
【図２９】上記光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍ
のとき、１．２ｍｍのときの従来例の対物レンズの収差
曲線図である。
のとき、１．２ｍｍのときの従来例の対物レンズの収差
曲線図である。
【図３０】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの従来例の像高特性を示す波
面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの従来例の像高特性を示す波
面収差図である。
【図３１】光情報記録媒体の基板厚みが０．６ｍｍのと
きおよび１．２ｍｍのときの従来例のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
きおよび１．２ｍｍのときの従来例のレンズティルト特
性を示す波面収差図である。
─────────────────────────────────────────────────────
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 13/00
G11B 7/135
Claims (23)
- 【請求項１】 光源、該光源からの光束を光情報記録媒
体の透明基板を介して情報記録面上に集光する対物レン
ズ、上記光情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて、上
記対物レンズ単体の横倍率を第一の横倍率ｍ1と第二の
横倍率ｍ2(ｍ1＞ｍ2）とに相互に変更する手段を含む光
学系であって、 上記対物レンズについての上記第一の横倍率ｍ1におけ
るＮＡ2に対応する光線の正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：
ＮＡ2） ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）＝ｄ2・cos（ｕ2）／ＮＡ2−（１−
ｍ1）・ｆ が以下の条件を満足することを特徴とする光情報記録媒
体の記録再生用光学系。 ０．０６≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ≧０．００２ ｆ ：対物レンズの焦点距離 ＮＡ2：上記第二の横倍率ｍ2における上記対物レンズの
開口数 ｄ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 - 【請求項２】 上記対物レンズは、両面非球面単レンズ
であることを特徴とする請求項１の光情報記録媒体の記
録再生用光学系。 - 【請求項３】 第一の横倍率ｍ1 において、ＮＡ2および
上記正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）が以下の条件
を満足することを特徴とする請求項１または請求項２の
光情報記録媒体の記録再生用光学系。 ０．５５ ≧ ＮＡ2 ０．０３≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ≧０．００２ - 【請求項４】 第一の横倍率ｍ1におけるＮＡ1に対応す
る光線の正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）および上
記正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）が以下の条件を
満足することを特徴とする請求項１または請求項２の光
情報記録媒体の記録再生用光学系。 ０．００２≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：Ｎ
Ａ2）］／ｆ ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）／ｆ ≧ −０．００２ ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）＝ｄ1・cos（ｕ1）／ＮＡ1−（１−
ｍ1）・ｆ ＮＡ1：上記第一の横倍率ｍ1における上記対物レンズの
開口数 ｄ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 - 【請求項５】 以下の条件を満足することを特徴とする
請求項４の光情報記録媒体の記録再生用光学系。 ０．００２≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：Ｎ
Ａ2）］／ｆ≧−０．００３ - 【請求項６】 以下の条件を満足することを特徴とする
請求項４の光情報記録媒体の記録再生用光学系。 −０．００３≧［ＳＣ(ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ
2)］／ｆ≧−０．０１２ - 【請求項７】 上記対物レンズは、第一の配置における
横倍率ｍ1がほぼ０であることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２の光情報記録媒体の記録再生用光学系。 - 【請求項８】 以下の条件を満足することを特徴とする
請求項１または請求項２の光情報記録媒体の記録再生用
光学系。 ＮＡ1 ≧ ０．５０ - 【請求項９】 以下の条件を満足することを特徴とする
請求項１または請求項２の光情報記録媒体の記録再生用
光学系。 ＮＡ2／ＮＡ1 ＜ ０．８ - 【請求項１０】 上記対物レンズ単体の横倍率変更手段
は、上記対物レンズの上記光源側に配設された発散度変
換レンズの光軸方向への移動手段であることを特徴とす
る請求項１の光情報記録媒体の記録再生用光学系。 - 【請求項１１】 上記対物レンズ単体の横倍率変更手段
は、上記対物レンズの上記光源側に配設された補正レン
ズの挿脱手段であることを特徴とする請求項１の光情報
記録媒体の記録再生用光学系。 - 【請求項１２】 上記対物レンズ単体の横倍率変更手段
は、上記対物レンズの上記光源側に配設されたホログラ
ムから出射された回折光束を用いた手段であることを特
徴とする請求項１の光情報記録媒体の記録再生用光学
系。 - 【請求項１３】 上記対物レンズの一面がホログラム面
とされ、上記対物レンズ単体の横倍率変更手段は、上記
ホログラム面から出射された回折光を用いた手段である
ことを特徴とする請求項１の光情報記録媒体の記録再生
用光学系。 - 【請求項１４】 上記光源は波長の異なる２つの光源を
含み、上記対物レンズ単体の横倍率変更手段は、上記２
つの光源の切り換え手段であることを特徴とする請求項
１の光情報記録媒体の記録再生用光学系。 - 【請求項１５】 光源からの光束を第一の光情報記録媒
体の情報記録面上へ第一の厚みを有する透明基板を介し
て集光する場合には第一の横倍率ｍ1および第一の開口
数ＮＡ1を有し、 上記光源からの光束を第二の光情報記録媒体の情報記録
面上へ第二の厚みを有する透明基板を介して集光する場
合には第二の横倍率ｍ2および第二の開口数ＮＡ2を有す
る対物レンズであって、 ｍ1＞ｍ2 および ＮＡ1＞ＮＡ2 であり、 上記対物レンズについての上記第一の横倍率ｍ1におけ
るＮＡ2に対応する光線の正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：
ＮＡ2） ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）＝ｄ2・cos（ｕ2）／ＮＡ2−（１−
ｍ1）・ｆ が以下の条件を満足することを特徴とする光情報記録媒
体の記録再生用対物レンズ。 ０．０６≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ≧０．００２ ｆ ：対物レンズの焦点距離 ＮＡ2：上記第二の横倍率ｍ2における上記対物レンズの
開口数 ｄ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ2 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ2 に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 - 【請求項１６】 上記対物レンズは、両面非球面単レン
ズであることを特徴とする請求項１５の光情報記録媒体
の記録再生用対物レンズ。 - 【請求項１７】 第一の横倍率ｍ1 において、ＮＡ2およ
び上記正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）が以下の条
件を満足することを特徴とする請求項１５または請求項
１６の光情報記録媒体の記録再生用対物レンズ。 ０．５５ ≧ ＮＡ2 ０．０３≧ＳＣ（ｍ1：ＮＡ2）／ｆ≧０．００２ - 【請求項１８】 第一の横倍率ｍ1におけるＮＡ1に対応
する光線の正弦条件不満足量ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）および
上記ＮＡ2に対応する光線の正弦条件不満足量ＳＣ
（ｍ1：ＮＡ2）が以下の条件を満足することを特徴とす
る請求項１５または請求項１６の光情報記録媒体の記録
再生用対物レンズ。 ０．００２≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：Ｎ
Ａ2）］／ｆ ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）／ｆ ≧ −０．００２ ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）＝ｄ1・cos（ｕ1）／ＮＡ1−（１−
ｍ1）・ｆ ＮＡ1：上記第一の横倍率ｍ1における上記対物レンズの
開口数 ｄ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズ前側主平面での光軸からの高さ ｕ1 ：上記第一の横倍率ｍ1でのＮＡ1に対応する光線
の上記対物レンズに対する入射角 - 【請求項１９】 以下の条件を満足することを特徴とす
る請求項１８の光情報記録媒体の記録再生用対物レン
ズ。 ０．００２≧［ＳＣ（ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：Ｎ
Ａ2）］／ｆ≧−０．００３ - 【請求項２０】 以下の条件を満足することを特徴とす
る請求項１８の光情報記録媒体の記録再生用対物レン
ズ。 −０．００３≧［ＳＣ(ｍ1：ＮＡ1）−ＳＣ（ｍ1：ＮＡ
2)］／ｆ≧−０．０１２ - 【請求項２１】 上記対物レンズは、第一の配置におけ
る横倍率ｍ1がほぼ０であることを特徴とする請求項１
５または請求項１６の光情報記録媒体の記録再生用対物
レンズ。 - 【請求項２２】 以下の条件を満足することを特徴とす
る請求項１５または請求項１６の光情報記録媒体の記録
再生用対物レンズ。 ＮＡ1 ≧ ０．５０ - 【請求項２３】 以下の条件を満足することを特徴とす
る請求項１５または請求項１６の光情報記録媒体の記録
再生用対物レンズ。 ０．８ ＞ ＮＡ2／ＮＡ1
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| JP29928195 | 1995-10-25 | ||
| JP29785596A JP3425845B2 (ja) | 1995-10-25 | 1996-10-23 | 光情報記録媒体の記録再生用光学系および対物レンズ |
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-
1996
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