JP4070936B2 - 光ヘッド用対物光学系 - Google Patents
光ヘッド用対物光学系 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4070936B2 JP4070936B2 JP2000113062A JP2000113062A JP4070936B2 JP 4070936 B2 JP4070936 B2 JP 4070936B2 JP 2000113062 A JP2000113062 A JP 2000113062A JP 2000113062 A JP2000113062 A JP 2000113062A JP 4070936 B2 JP4070936 B2 JP 4070936B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- optical system
- chromatic aberration
- lens
- refractive index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Optical Head (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ディスクに対して情報を記録し、あるいは再生する光ヘッドに用いられる対物光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの記録密度を高めるためには、光ディスクの記録面上に形成されるビームスポットの径を小さく絞る必要がある。スポット径は、開口数ＮＡに反比例し、波長に比例するため、対物レンズのＮＡを大きくし、あるいは光源の波長を短くすることにより記録密度を高めることができる。
【０００３】
ＮＡを大きくするためには、有効径を大きくする必要があるが、光ヘッド用の対物レンズは単レンズで構成すると曲率半径が極めて小さくなるため、レンズ周辺部で所定の厚さを確保するためには中心部のレンズ厚が過大になる。したがって、高ＮＡ化により記録密度を高めようとすると、対物レンズのサイズ、重量が大きくなり、装置の小型化を妨げるという問題がある。
【０００４】
一方、基準波長を短くすると、レンズ材料の屈折率の波長依存性が大きくなる。例えば、現在対物レンズに多く使われている材料の650nm付近での屈折率の波長依存性は-3×10-5[nm-1]程度であるのに対し、同じ材料の400nm付近での屈折率の波長依存性はその5倍の-15×10-5[nm-1]程度である。光源として一般に用いられる半導体レーザーは、製品の個体毎に発振波長にバラツキがある上、温度変化等によっても発振波長が変化するため、対物レンズは波長変動による収差の変動を抑える必要がある。特に、波長が短くなると上記のように屈折率の変化率が大きくなるばかりでなく焦点深度も小さくなるため、短波長の領域では色収差の補正が重要である。
【０００５】
対物レンズの色収差補正の方法としては、特開平7−294707号公報、特開平11−337818号公報等に開示されるように、同心円状に形成された多数の輪帯を備える回折レンズ構造を利用する方法が知られている。これらの公報では、回折構造を精度良く安価に形成するため、樹脂素材をレンズ材料として用い、射出成型法で製作することを想定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の公報に記載された技術をＦ線より短い短波長域に適用すると、充分な色収差補正効果を得るために必要な輪帯の数が非常に多くなるという問題を生じる。これは、上記のように短波長域でレンズ材料の屈折率の波長依存性が大きくなることにより、補正すべき色収差の量が大きくなるためである。
【０００７】
成形用の金型を加工する場合、輪帯の境界付近では加工バイトを非常に精密に制御する必要があるため、輪帯数が増加すれば加工時間は急激に増大し、加工コストの増加を招く。また、加工時間が長くなりすぎると、加工バイト自体が変形し、場合によっては設計通りの形状に加工することが不可能になるおそれもある。
【０００８】
さらに、完成した金型を利用して射出成形によりレンズを製造する段階においても、輪帯数が過大であると金型形状を良好に転写するためには成形時間を長くし、あるいは成形温度を高くするといった必要が生じ、コストの増大を招く。
【０００９】
なお、輪帯数を減らすためには、超低分散性のレンズ材料を選択すればよいが、現在知られている樹脂素材では適したものは存在しない。ガラスあるいは結晶を用いることも考えられるが、これらは樹脂に比べて成形性、転写性に劣り、たとえ輪帯数が少なかったとしても、回折レンズ構造を形成するのは困難である。
【００１０】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、Ｆ線より短い短波長領域において色収差を良好に補正することができる製造が容易でコストのかからない光ヘッド用対物光学系を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる光ヘッド用対物光学系は、光源から発するＦ線より短い波長の光束を光ディスクの記録面上に収束させる対物光学系であって、光軸から周辺に向かって曲率半径が大きくなる非球面を少なくとも1面有するガラス製の単レンズである屈折レンズと、
少なくともいずれかのレンズ面にブレーズ化された色収差補正用の回折レンズ構造が形成された樹脂製の色収差補正素子とからなり、以下の条件[1]を満たすことを特徴とする。
１／(ν3・λ×10-6) ＜ 0.0045 …[1]
ただし、νは屈折レンズのレンズ材料のｄ線に対するアッベ数、λは使用波長（単位nm）である。
ΔnL＝(ｎL+1−ｎL-1)／2
【００１２】
上記の構成によれば、条件[1]を満たすような屈折率の波長依存性が小さなレンズ材料を用いることにより色収差の発生量を抑え、発生した色収差を色収差補正素子に形成した回折レンズ構造を用いて補正することができる。
【００１３】
色収差補正素子は、基準波長λにおいては全体にパワーを持たず、以下の条件[2]を満たす。
｜ΔnC/ΔnL｜＞２ …[2]
ただし、ΔnCは基準波長λ、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎC+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎC-1を用いて以下の式で表される色収差補正素子の屈折率nCの変化率、ΔnLは基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎL+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎL-1を用いて以下の式で表される屈折レンズの屈折率nLの変化率である。
ΔnC＝(ｎC+1−ｎC-1)／2
ΔnL＝(ｎL+1−ｎL-1)／2
【００１４】
さらに、以下の条件[3]を満たす場合には、回折レンズ構造の輪帯数を少なく抑えることができる。
｜ΔnC/ΔnL｜＞４ …[3]
屈折レンズには回折レンズ構造は形成されないため、成形性、転写性を考慮する必要がなく、屈折率の波長依存性の小さな材料を選択できる。一方、色収差補正素子が上記のように光束を収束させるためのパワーを負担しない場合には、屈折のパワーとしては負になるため、屈折率の波長依存性が大きい材料を用いることにより色収差補正効果が大きくなり、回折レンズ構造の輪帯数を低減でき、成形性、転写性が高い樹脂材料を利用することができる。なお、屈折レンズは、色収差補正素子と光ディスクとの間に配置されていることがバックフォーカスの確保（ワーキングディスタンスの確保）のために望ましい。このとき、屈折レンズのパワーの強い方の面が色収差補正素子側に向いていることが望ましい。
【００１５】
さらに、この発明の対物光学系は、記録面が透明保護層により保護された光ディスクを対象とする場合は以下の条件[4]を満たすことが望ましく、記録面が透明保護層により保護されない光ディスクを対象とする場合は以下の条件[5]を満たすことが望ましい。
ただし、
Δnd：基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎd+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎd-1を用いて以下の式で表される光ディスク保護層の屈折率ndの変化率、
Δnd＝(nd+1−nd-1)／2
ｆ：対物光学系全体の焦点距離、
P2：回折レンズ構造による光路長の付加量φを光軸からの高さｈ、回折次数ｍ、波長λを用いて以下の式で表したときの２次の光路差係数、
φ(ｈ)＝(Ｐ0＋Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…)×ｍ×λ
td：光ディスクの保護層の厚さである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる光ヘッド用対物光学系の実施形態を７例説明する。
【００１７】
【実施形態１】
図１は、実施形態１にかかる対物光学系を示すレンズ図である。この対物光学系は、光源から発するＦ線より短い波長の光束を光ディスクの透明保護層を介して記録面上に収束させる光学系であり、図中左側となる光源側から光ディスクＤ1側に向けて順に、ほぼ平板状の色収差補正素子１０と、屈折レンズ２０とが配列して構成されている。
【００１８】
色収差補正素子１０の光入射側となる第１面１１には、ブレーズ化された色収差補正用の回折レンズ構造が形成されている。第２面１２は平面である。回折レンズ構造は、光軸を中心とした同心円状の輪帯を多数備え、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向の段差を持ち、屈折レンズ２０で発生する色収差を補正する機能を有している。色収差補正素子１０は、成形性、転写性のよい樹脂材料により形成されており、回折レンズ構造のパターンを持つ金型を用いて射出成形により形成される。
【００１９】
一方、屈折レンズ２０は、第１面２１、第２面２２が共に光軸から周辺に向かって曲率半径が大きくなる非球面として形成されたガラス製の両凸単レンズであり、パワーの強いレンズ面を色収差補正素子１０側に向けて素子と光ディスクＤ1との間に配置されている。
【００２０】
色収差補正素子１０を屈折レンズ２０より光源側に配置することにより、対物光学系のバックフォーカス(光ディスクとの間隔)を長く確保できる。
【００２１】
実施形態１の屈折レンズ２０は、以下の条件[1]を満たすレンズ材料により形成されている。
１／(ν3・λ×10-6) ＜ 0.0045 …[1]
ただし、νは屈折レンズのレンズ材料のｄ線に対するアッベ数、λは使用波長（単位nm）である。
【００２２】
一方、色収差補正素子１０は、屈折レンズ２０との関係で以下の条件[2]を満たす。
｜ΔnC/ΔnL｜＞２ …[2]
ただし、ΔnCは基準波長λ、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎC+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎC-1を用いて以下の式で表される色収差補正素子の屈折率nCの変化率、ΔnLは基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎL+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎL-1を用いて以下の式で表される屈折レンズの屈折率nLの変化率である。
ΔnC＝(ｎC+1−ｎC-1)／2
ΔnL＝(ｎL+1−ｎL-1)／2
【００２３】
条件[1]を満たす屈折率の波長依存性が小さなレンズ材料を用いることにより、屈折レンズ２０により発生する色収差の量を抑え、発生した色収差を色収差補正素子１０の回折レンズ構造を用いて補正することができる。また、条件[2]で示すように、色収差補正素子１０の屈折率の波長による変化率を屈折レンズの値より大きくすることにより、充分な色収差補正効果が得られる。条件[1]の上限を越える場合には屈折レンズ２０により発生する色収差が大きくなり、条件[2]の下限を下回る場合には色収差補正素子１０の屈折による色収差補正量が小さくなり、いずれの場合にも充分な補正効果を得るために回折レンズ構造の輪帯数が多く、輪帯幅が小さくなるため、加工が困難となり、かつ、回折効率も低下する。
【００２４】
色収差補正素子１０は、基準波長λにおいては全体にパワーを持たず、色収差補正機能のみを負担する。このとき、色収差補正素子１０の屈折のパワーとしては負となるため、屈折率の波長依存性が大きい材料を用いることにより色収差補正効果を高めることができる。また、材料の屈折率の波長依存性が大きくて良いことから、成形性、転写性が高い樹脂材料を利用することができる。他方、屈折レンズ２０には回折レンズ構造は形成されないため、成形性、転写性を考慮する必要がなく、条件[1]に示すように屈折率の波長依存性の小さなガラス材料を選択できる。
【００２５】
ガラスは、プラスチックと比較すると温度変化による形状や屈折率の変化が少ないため、屈折レンズを設計する際にこれらの影響を無視できる。
【００２６】
色収差補正素子１０の第１面１１に形成された回折レンズ構造による光路長の付加量φは、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐi、回折次数ｍ、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｍ×λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表される。付加量は、軸上の光路長に対して光路長が長くなる方向を正として表す。
【００２７】
実際の回折レンズ構造の微細形状は、上記の光路差関数で表わされる光路長から波長の整数倍の成分を消去することにより、フレネルレンズ状の光路長付加量を持つように決定される。すなわち、輪帯幅は、例えば１次回折光を用いる場合には、輪帯の内周と外周とで光路差関数が一波長分の差を持つように決定される。
【００２８】
色収差補正素子１０の第１面の巨視的形状、屈折レンズ２０の第１面２１、第２面２２は、いずれも非球面である。非球面の形状は、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、ｉ次(偶数次)の非球面係数をAiとして、以下の式で表される。
Ｘ(h)=Ch2/(1+√(1-(1+κ)C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+…
【００２９】
ここで、色収差補正素子１０が基準波長に対してパワーを持たないようにするためには、非球面の係数と光路差関数のi次の係数Piとの間に、以下の関係が成り立つようにすればよい。
1/C= r＝(n1−n0)／(2・P2・m・λ)
κ＝−1
Ai＝[m・λ／(n1−n0)]Pi (i≧4)
n1：回折面の出射側の媒質の基準波長に対する屈折率
n0：回折面の入射側の媒質の基準波長に対する屈折率
【００３０】
さらに、実施形態１の対物光学系は、記録面が厚さ0.2mmの透明保護層により保護された光ディスクＤ1を対象とし、以下の条件[4]を満たす。
ただし、
Δnd：基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎd+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎd-1を用いて以下の式で表される光ディスク保護層の屈折率ndの変化率、
Δnd＝(nd+1−nd-1)／2
ｆ：対物光学系全体の焦点距離、
P2：２次の光路差係数、
td：光ディスクの保護層の厚さである。
【００３１】
条件[4]は、回折レンズ構造による回折作用を適正な範囲にコントロールするための条件である。条件[4]を満たすことにより、色収差を適正に補正することができる。条件[4]の下限を下回ると、色収差が補正過剰となり、上限を越えると補正不足となる。
【００３２】
なお、色収差補正素子１０に形成された回折レンズ構造は、１次回折光を利用するよう設計されている。ただし、いずれの次数の回折光を利用するかは任意であり、例えば２次回折光を利用することもできる。１次回折光利用の設計で輪帯の幅が小さくなりすぎる場合には、２次回折光を利用するよう設計すれば、輪帯の幅を大きくして加工を容易にし、回折効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
次に、上述した実施形態１の具体的な数値構成と光学的性能とを説明する。実施形態１の対物光学系の基本構成は、以下の表１に示される。面番号#1,#2が色収差補正素子１０、面番号#3,#4が屈折レンズ２０、面番号#5,#6が光ディスクＤ1の保護層をそれぞれ示す。表中、λ，ｆ，ＮＡ、νは、それぞれ基準波長(単位:nm)、対物光学系全体の焦点距離(単位:mm)、開口数、屈折レンズのアッベ数を示す。また、ｒは各面の光軸上での曲率半径(単位:mm)、ｄは面間の軸上の距離(単位:mm)、ｎは屈折率、Δｎは屈折率の変化率を示す。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表２に示されている。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
図２(Ａ)は実施形態１の対物光学系を保護層の厚さ０．２ｍｍの光ディスクＤ1に適用した際の基準波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404, 406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。各グラフの縦軸は開口数ＮＡ、横軸は収差の発生量を示し、単位はｍｍである。
【００３７】
また、図３は、各波長404,405,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。横軸がデフォーカス量(単位:mm)、縦軸が収差量(単位:波長)を示す。図２(Ｂ)，図３に示されるように、395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３８】
【実施形態２】
図４は、実施形態２の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第２面１２に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成され、厚さ0.2mmの保護層を有する光ディスクＤ1を対象として各条件[1],[4]を満たし、さらに、条件[2]より限定された以下の条件[3]を満たすよう構成されている。
｜ΔnC/ΔnL｜＞４ …[3]
条件[3]を満たすことにより、色収差補正素子１０の屈折率の波長による変化率が屈折レンズの値よりさらに大きくなるため、回折レンズ構造の輪帯数が少ない場合にも充分な色収差補正効果が得られる。
【００３９】
実施形態２の対物光学系の基本構成は、以下の表３に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表４に示されている。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
図５(Ａ)は実施形態２の対物光学系を保護層の厚さ0.2mmの光ディスクＤ1に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図６は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４３】
【実施形態３】
図７は、実施形態３の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第２面１２に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクＤ2を対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００４４】
実施形態３の対物光学系の基本構成は、以下の表５に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表６に示されている。
【００４５】
【表５】
【００４６】
【表６】
【００４７】
図８(Ａ)は実施形態３の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図９は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４８】
【実施形態４】
図１０は、実施形態４の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第１面１１に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクＤ2を対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００４９】
実施形態４の対物光学系の基本構成は、以下の表７に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表８に示されている。
【００５０】
【表７】
【００５１】
【表８】
【００５２】
図１１(Ａ)は実施形態４の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長420nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長420,419,421,410,430nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１２は、各波長420,419,421,410,430nm におけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。410nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５３】
【実施形態５】
以下の表９および表１０は、実施形態５の対物光学系の数値構成を示す。レンズ形状は実施形態４と同様であるため、図示を省略する。実施形態５の対物光学系は、色収差補正素子と屈折レンズとから構成され、色収差補正素子の第１面に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子は樹脂材料、屈折レンズはガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクを対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００５４】
表９は実施形態５の対物光学系の基本構成、表１０は回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数を示す。
【００５５】
【表９】
【００５６】
【表１０】
【００５７】
図１３(Ａ)は実施形態５の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長420nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長420,419,421,410,430nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１４は、各波長420,419,421,410,430nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。410nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５８】
【実施形態６】
以下の表１１および表１２は、実施形態６の対物光学系の数値構成を示す。レンズ形状は実施形態１と同様であるため、図示を省略する。実施形態６の対物光学系は、色収差補正素子と屈折レンズとから構成され、色収差補正素子の第１面に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子は樹脂材料、屈折レンズはガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクを対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００５９】
表１１は実施形態６の対物光学系の基本構成、表１２は回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数を示す。
【００６０】
【表１１】
【００６１】
【表１２】
【００６２】
図１５(Ａ)は実施形態６の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１６は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６３】
【実施形態７】
図１７は、実施形態７の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第２面１２に回折レンズ構造が形成されている。色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成されている。また、実施形態７の対物光学系は、記録面が保護層により保護されない光ディスクＤ3を対象としており、各条件[1],[3]と、以下の条件[5]とを満たすように設計されている。
【００６４】
条件[5]は、回折レンズ構造による回折作用を適正な範囲にコントロールするための条件である。条件[5]を満たすことにより、色収差を適正に補正することができる。条件[5]の下限を下回ると、色収差が補正過剰となり、上限を越えると補正不足となる。
実施形態７の対物光学系の基本構成は、以下の表１３に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表１４に示されている。
【００６５】
【表１３】
【００６６】
【表１４】
【００６７】
図１８(Ａ)は実施形態７の対物光学系を保護層のない光ディスクＤ3に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１９は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６８】
以下の表１５は、前記の条件[1],[2],[3],[4],[5]に対する各実施形態の値を示す。実施形態１は条件[1],[2],[4]、実施例２〜６は条件[1],[3],[4]、実施形態７は条件[1],[3],[5]を満たしており、色収差を良好に補正することができる。
【００６９】
【表１５】
【００７０】
実施形態１で必要輪帯数、輪帯幅を計算すると、輪帯数は58、最小輪帯幅は10.3μmである。これに対し、レンズの仕様や光ディスクの保護層等の条件を変えずに、屈折レンズの材料を分散が大きいν＝55.8の樹脂材料に変えた場合、実施形態１と同等の色収差補正をするためには輪帯数108、最小輪帯幅5.7μmとする必要がある。輪帯数が増加し最小輪帯幅が小さくなると、金型加工が困難となり、成形時の転写性が劣化することから、屈折レンズを条件[1]を満たすガラス製とすることは、製造を容易にし、回折効率の低下を防ぐ上で重要となる。
【００７１】
一方、実施形態２，３，６，７では、色収差補正素子に実施形態１より分散の大きいν＝29.9の樹脂材料を利用しており、この結果、輪帯数は52、最小輪帯幅も11.4μmとなる。全ての実施形態で条件[2]を満たしているが、実施形態２〜７のように条件[3]を満たすよう屈折レンズと色収差補正素子との材料を選択することにより、製造上、および性能上のメリットを大きくすることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、回折レンズ構造が形成された色収差補正素子と屈折レンズとを組み合わせることにより、かつ、屈折レンズの材料として屈折率の波長による変化率が小さい材料を選ぶことにより、Ｆ線より短い短波長の領域において、色収差が良好に補正された光ディスク用対物光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１の対物光学系を示すレンズ図。
【図２】 実施形態１の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図３】 実施形態１の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図４】 実施形態２の対物光学系を示すレンズ図。
【図５】 実施形態２の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図６】 実施形態２の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図７】 実施形態３の対物光学系を示すレンズ図。
【図８】 実施形態３の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図９】 実施形態３の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１０】 実施形態４の対物光学系を示すレンズ図。
【図１１】 実施形態４の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１２】 実施形態４の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１３】 実施形態５の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１４】 実施形態５の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１５】 実施形態６の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１６】 実施形態６の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１７】 実施形態７の対物光学系を示すレンズ図。
【図１８】 実施形態７の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１９】 実施形態７の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０ 色収差補正素子
１１ 第１面
１２ 第２面
２０ 屈折レンズ
２１ 第１面
２２ 第２面
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ディスクに対して情報を記録し、あるいは再生する光ヘッドに用いられる対物光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの記録密度を高めるためには、光ディスクの記録面上に形成されるビームスポットの径を小さく絞る必要がある。スポット径は、開口数ＮＡに反比例し、波長に比例するため、対物レンズのＮＡを大きくし、あるいは光源の波長を短くすることにより記録密度を高めることができる。
【０００３】
ＮＡを大きくするためには、有効径を大きくする必要があるが、光ヘッド用の対物レンズは単レンズで構成すると曲率半径が極めて小さくなるため、レンズ周辺部で所定の厚さを確保するためには中心部のレンズ厚が過大になる。したがって、高ＮＡ化により記録密度を高めようとすると、対物レンズのサイズ、重量が大きくなり、装置の小型化を妨げるという問題がある。
【０００４】
一方、基準波長を短くすると、レンズ材料の屈折率の波長依存性が大きくなる。例えば、現在対物レンズに多く使われている材料の650nm付近での屈折率の波長依存性は-3×10-5[nm-1]程度であるのに対し、同じ材料の400nm付近での屈折率の波長依存性はその5倍の-15×10-5[nm-1]程度である。光源として一般に用いられる半導体レーザーは、製品の個体毎に発振波長にバラツキがある上、温度変化等によっても発振波長が変化するため、対物レンズは波長変動による収差の変動を抑える必要がある。特に、波長が短くなると上記のように屈折率の変化率が大きくなるばかりでなく焦点深度も小さくなるため、短波長の領域では色収差の補正が重要である。
【０００５】
対物レンズの色収差補正の方法としては、特開平7−294707号公報、特開平11−337818号公報等に開示されるように、同心円状に形成された多数の輪帯を備える回折レンズ構造を利用する方法が知られている。これらの公報では、回折構造を精度良く安価に形成するため、樹脂素材をレンズ材料として用い、射出成型法で製作することを想定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の公報に記載された技術をＦ線より短い短波長域に適用すると、充分な色収差補正効果を得るために必要な輪帯の数が非常に多くなるという問題を生じる。これは、上記のように短波長域でレンズ材料の屈折率の波長依存性が大きくなることにより、補正すべき色収差の量が大きくなるためである。
【０００７】
成形用の金型を加工する場合、輪帯の境界付近では加工バイトを非常に精密に制御する必要があるため、輪帯数が増加すれば加工時間は急激に増大し、加工コストの増加を招く。また、加工時間が長くなりすぎると、加工バイト自体が変形し、場合によっては設計通りの形状に加工することが不可能になるおそれもある。
【０００８】
さらに、完成した金型を利用して射出成形によりレンズを製造する段階においても、輪帯数が過大であると金型形状を良好に転写するためには成形時間を長くし、あるいは成形温度を高くするといった必要が生じ、コストの増大を招く。
【０００９】
なお、輪帯数を減らすためには、超低分散性のレンズ材料を選択すればよいが、現在知られている樹脂素材では適したものは存在しない。ガラスあるいは結晶を用いることも考えられるが、これらは樹脂に比べて成形性、転写性に劣り、たとえ輪帯数が少なかったとしても、回折レンズ構造を形成するのは困難である。
【００１０】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、Ｆ線より短い短波長領域において色収差を良好に補正することができる製造が容易でコストのかからない光ヘッド用対物光学系を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる光ヘッド用対物光学系は、光源から発するＦ線より短い波長の光束を光ディスクの記録面上に収束させる対物光学系であって、光軸から周辺に向かって曲率半径が大きくなる非球面を少なくとも1面有するガラス製の単レンズである屈折レンズと、
少なくともいずれかのレンズ面にブレーズ化された色収差補正用の回折レンズ構造が形成された樹脂製の色収差補正素子とからなり、以下の条件[1]を満たすことを特徴とする。
１／(ν3・λ×10-6) ＜ 0.0045 …[1]
ただし、νは屈折レンズのレンズ材料のｄ線に対するアッベ数、λは使用波長（単位nm）である。
ΔnL＝(ｎL+1−ｎL-1)／2
【００１２】
上記の構成によれば、条件[1]を満たすような屈折率の波長依存性が小さなレンズ材料を用いることにより色収差の発生量を抑え、発生した色収差を色収差補正素子に形成した回折レンズ構造を用いて補正することができる。
【００１３】
色収差補正素子は、基準波長λにおいては全体にパワーを持たず、以下の条件[2]を満たす。
｜ΔnC/ΔnL｜＞２ …[2]
ただし、ΔnCは基準波長λ、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎC+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎC-1を用いて以下の式で表される色収差補正素子の屈折率nCの変化率、ΔnLは基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎL+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎL-1を用いて以下の式で表される屈折レンズの屈折率nLの変化率である。
ΔnC＝(ｎC+1−ｎC-1)／2
ΔnL＝(ｎL+1−ｎL-1)／2
【００１４】
さらに、以下の条件[3]を満たす場合には、回折レンズ構造の輪帯数を少なく抑えることができる。
｜ΔnC/ΔnL｜＞４ …[3]
屈折レンズには回折レンズ構造は形成されないため、成形性、転写性を考慮する必要がなく、屈折率の波長依存性の小さな材料を選択できる。一方、色収差補正素子が上記のように光束を収束させるためのパワーを負担しない場合には、屈折のパワーとしては負になるため、屈折率の波長依存性が大きい材料を用いることにより色収差補正効果が大きくなり、回折レンズ構造の輪帯数を低減でき、成形性、転写性が高い樹脂材料を利用することができる。なお、屈折レンズは、色収差補正素子と光ディスクとの間に配置されていることがバックフォーカスの確保（ワーキングディスタンスの確保）のために望ましい。このとき、屈折レンズのパワーの強い方の面が色収差補正素子側に向いていることが望ましい。
【００１５】
さらに、この発明の対物光学系は、記録面が透明保護層により保護された光ディスクを対象とする場合は以下の条件[4]を満たすことが望ましく、記録面が透明保護層により保護されない光ディスクを対象とする場合は以下の条件[5]を満たすことが望ましい。
Δnd：基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎd+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎd-1を用いて以下の式で表される光ディスク保護層の屈折率ndの変化率、
Δnd＝(nd+1−nd-1)／2
ｆ：対物光学系全体の焦点距離、
P2：回折レンズ構造による光路長の付加量φを光軸からの高さｈ、回折次数ｍ、波長λを用いて以下の式で表したときの２次の光路差係数、
φ(ｈ)＝(Ｐ0＋Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…)×ｍ×λ
td：光ディスクの保護層の厚さである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる光ヘッド用対物光学系の実施形態を７例説明する。
【００１７】
【実施形態１】
図１は、実施形態１にかかる対物光学系を示すレンズ図である。この対物光学系は、光源から発するＦ線より短い波長の光束を光ディスクの透明保護層を介して記録面上に収束させる光学系であり、図中左側となる光源側から光ディスクＤ1側に向けて順に、ほぼ平板状の色収差補正素子１０と、屈折レンズ２０とが配列して構成されている。
【００１８】
色収差補正素子１０の光入射側となる第１面１１には、ブレーズ化された色収差補正用の回折レンズ構造が形成されている。第２面１２は平面である。回折レンズ構造は、光軸を中心とした同心円状の輪帯を多数備え、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向の段差を持ち、屈折レンズ２０で発生する色収差を補正する機能を有している。色収差補正素子１０は、成形性、転写性のよい樹脂材料により形成されており、回折レンズ構造のパターンを持つ金型を用いて射出成形により形成される。
【００１９】
一方、屈折レンズ２０は、第１面２１、第２面２２が共に光軸から周辺に向かって曲率半径が大きくなる非球面として形成されたガラス製の両凸単レンズであり、パワーの強いレンズ面を色収差補正素子１０側に向けて素子と光ディスクＤ1との間に配置されている。
【００２０】
色収差補正素子１０を屈折レンズ２０より光源側に配置することにより、対物光学系のバックフォーカス(光ディスクとの間隔)を長く確保できる。
【００２１】
実施形態１の屈折レンズ２０は、以下の条件[1]を満たすレンズ材料により形成されている。
１／(ν3・λ×10-6) ＜ 0.0045 …[1]
ただし、νは屈折レンズのレンズ材料のｄ線に対するアッベ数、λは使用波長（単位nm）である。
【００２２】
一方、色収差補正素子１０は、屈折レンズ２０との関係で以下の条件[2]を満たす。
｜ΔnC/ΔnL｜＞２ …[2]
ただし、ΔnCは基準波長λ、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎC+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎC-1を用いて以下の式で表される色収差補正素子の屈折率nCの変化率、ΔnLは基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎL+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎL-1を用いて以下の式で表される屈折レンズの屈折率nLの変化率である。
ΔnC＝(ｎC+1−ｎC-1)／2
ΔnL＝(ｎL+1−ｎL-1)／2
【００２３】
条件[1]を満たす屈折率の波長依存性が小さなレンズ材料を用いることにより、屈折レンズ２０により発生する色収差の量を抑え、発生した色収差を色収差補正素子１０の回折レンズ構造を用いて補正することができる。また、条件[2]で示すように、色収差補正素子１０の屈折率の波長による変化率を屈折レンズの値より大きくすることにより、充分な色収差補正効果が得られる。条件[1]の上限を越える場合には屈折レンズ２０により発生する色収差が大きくなり、条件[2]の下限を下回る場合には色収差補正素子１０の屈折による色収差補正量が小さくなり、いずれの場合にも充分な補正効果を得るために回折レンズ構造の輪帯数が多く、輪帯幅が小さくなるため、加工が困難となり、かつ、回折効率も低下する。
【００２４】
色収差補正素子１０は、基準波長λにおいては全体にパワーを持たず、色収差補正機能のみを負担する。このとき、色収差補正素子１０の屈折のパワーとしては負となるため、屈折率の波長依存性が大きい材料を用いることにより色収差補正効果を高めることができる。また、材料の屈折率の波長依存性が大きくて良いことから、成形性、転写性が高い樹脂材料を利用することができる。他方、屈折レンズ２０には回折レンズ構造は形成されないため、成形性、転写性を考慮する必要がなく、条件[1]に示すように屈折率の波長依存性の小さなガラス材料を選択できる。
【００２５】
ガラスは、プラスチックと比較すると温度変化による形状や屈折率の変化が少ないため、屈折レンズを設計する際にこれらの影響を無視できる。
【００２６】
色収差補正素子１０の第１面１１に形成された回折レンズ構造による光路長の付加量φは、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐi、回折次数ｍ、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×ｍ×λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表される。付加量は、軸上の光路長に対して光路長が長くなる方向を正として表す。
【００２７】
実際の回折レンズ構造の微細形状は、上記の光路差関数で表わされる光路長から波長の整数倍の成分を消去することにより、フレネルレンズ状の光路長付加量を持つように決定される。すなわち、輪帯幅は、例えば１次回折光を用いる場合には、輪帯の内周と外周とで光路差関数が一波長分の差を持つように決定される。
【００２８】
色収差補正素子１０の第１面の巨視的形状、屈折レンズ２０の第１面２１、第２面２２は、いずれも非球面である。非球面の形状は、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をκ、ｉ次(偶数次)の非球面係数をAiとして、以下の式で表される。
Ｘ(h)=Ch2/(1+√(1-(1+κ)C2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+…
【００２９】
ここで、色収差補正素子１０が基準波長に対してパワーを持たないようにするためには、非球面の係数と光路差関数のi次の係数Piとの間に、以下の関係が成り立つようにすればよい。
1/C= r＝(n1−n0)／(2・P2・m・λ)
κ＝−1
Ai＝[m・λ／(n1−n0)]Pi (i≧4)
n1：回折面の出射側の媒質の基準波長に対する屈折率
n0：回折面の入射側の媒質の基準波長に対する屈折率
【００３０】
さらに、実施形態１の対物光学系は、記録面が厚さ0.2mmの透明保護層により保護された光ディスクＤ1を対象とし、以下の条件[4]を満たす。
Δnd：基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎd+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎd-1を用いて以下の式で表される光ディスク保護層の屈折率ndの変化率、
Δnd＝(nd+1−nd-1)／2
ｆ：対物光学系全体の焦点距離、
P2：２次の光路差係数、
td：光ディスクの保護層の厚さである。
【００３１】
条件[4]は、回折レンズ構造による回折作用を適正な範囲にコントロールするための条件である。条件[4]を満たすことにより、色収差を適正に補正することができる。条件[4]の下限を下回ると、色収差が補正過剰となり、上限を越えると補正不足となる。
【００３２】
なお、色収差補正素子１０に形成された回折レンズ構造は、１次回折光を利用するよう設計されている。ただし、いずれの次数の回折光を利用するかは任意であり、例えば２次回折光を利用することもできる。１次回折光利用の設計で輪帯の幅が小さくなりすぎる場合には、２次回折光を利用するよう設計すれば、輪帯の幅を大きくして加工を容易にし、回折効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
次に、上述した実施形態１の具体的な数値構成と光学的性能とを説明する。実施形態１の対物光学系の基本構成は、以下の表１に示される。面番号#1,#2が色収差補正素子１０、面番号#3,#4が屈折レンズ２０、面番号#5,#6が光ディスクＤ1の保護層をそれぞれ示す。表中、λ，ｆ，ＮＡ、νは、それぞれ基準波長(単位:nm)、対物光学系全体の焦点距離(単位:mm)、開口数、屈折レンズのアッベ数を示す。また、ｒは各面の光軸上での曲率半径(単位:mm)、ｄは面間の軸上の距離(単位:mm)、ｎは屈折率、Δｎは屈折率の変化率を示す。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表２に示されている。
【００３４】
【表１】
【表２】
図２(Ａ)は実施形態１の対物光学系を保護層の厚さ０．２ｍｍの光ディスクＤ1に適用した際の基準波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404, 406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。各グラフの縦軸は開口数ＮＡ、横軸は収差の発生量を示し、単位はｍｍである。
【００３７】
また、図３は、各波長404,405,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。横軸がデフォーカス量(単位:mm)、縦軸が収差量(単位:波長)を示す。図２(Ｂ)，図３に示されるように、395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００３８】
【実施形態２】
図４は、実施形態２の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第２面１２に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成され、厚さ0.2mmの保護層を有する光ディスクＤ1を対象として各条件[1],[4]を満たし、さらに、条件[2]より限定された以下の条件[3]を満たすよう構成されている。
｜ΔnC/ΔnL｜＞４ …[3]
条件[3]を満たすことにより、色収差補正素子１０の屈折率の波長による変化率が屈折レンズの値よりさらに大きくなるため、回折レンズ構造の輪帯数が少ない場合にも充分な色収差補正効果が得られる。
【００３９】
実施形態２の対物光学系の基本構成は、以下の表３に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表４に示されている。
【００４０】
【表３】
【表４】
図５(Ａ)は実施形態２の対物光学系を保護層の厚さ0.2mmの光ディスクＤ1に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図６は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４３】
【実施形態３】
図７は、実施形態３の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第２面１２に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクＤ2を対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００４４】
実施形態３の対物光学系の基本構成は、以下の表５に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表６に示されている。
【００４５】
【表５】
【表６】
図８(Ａ)は実施形態３の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図９は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００４８】
【実施形態４】
図１０は、実施形態４の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第１面１１に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクＤ2を対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００４９】
実施形態４の対物光学系の基本構成は、以下の表７に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表８に示されている。
【００５０】
【表７】
【表８】
図１１(Ａ)は実施形態４の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長420nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長420,419,421,410,430nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１２は、各波長420,419,421,410,430nm におけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。410nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５３】
【実施形態５】
以下の表９および表１０は、実施形態５の対物光学系の数値構成を示す。レンズ形状は実施形態４と同様であるため、図示を省略する。実施形態５の対物光学系は、色収差補正素子と屈折レンズとから構成され、色収差補正素子の第１面に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子は樹脂材料、屈折レンズはガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクを対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００５４】
表９は実施形態５の対物光学系の基本構成、表１０は回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数を示す。
【００５５】
【表９】
【表１０】
図１３(Ａ)は実施形態５の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長420nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長420,419,421,410,430nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１４は、各波長420,419,421,410,430nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。410nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５８】
【実施形態６】
以下の表１１および表１２は、実施形態６の対物光学系の数値構成を示す。レンズ形状は実施形態１と同様であるため、図示を省略する。実施形態６の対物光学系は、色収差補正素子と屈折レンズとから構成され、色収差補正素子の第１面に回折レンズ構造が形成されている。実施形態１と同様に、色収差補正素子は樹脂材料、屈折レンズはガラス材料により形成され、厚さ0.6mmの保護層を有する光ディスクを対象として、各条件[1],[3],[4]を満たすように設計されている。
【００５９】
表１１は実施形態６の対物光学系の基本構成、表１２は回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数を示す。
【００６０】
【表１１】
【表１２】
図１５(Ａ)は実施形態６の対物光学系を保護層の厚さ0.6mmの光ディスクＤ2に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１６は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６３】
【実施形態７】
図１７は、実施形態７の対物光学系を示す。対物光学系は、色収差補正素子１０と屈折レンズ２０とから構成され、色収差補正素子１０の第２面１２に回折レンズ構造が形成されている。色収差補正素子１０は樹脂材料、屈折レンズ２０はガラス材料により形成されている。また、実施形態７の対物光学系は、記録面が保護層により保護されない光ディスクＤ3を対象としており、各条件[1],[3]と、以下の条件[5]とを満たすように設計されている。
条件[5]は、回折レンズ構造による回折作用を適正な範囲にコントロールするための条件である。条件[5]を満たすことにより、色収差を適正に補正することができる。条件[5]の下限を下回ると、色収差が補正過剰となり、上限を越えると補正不足となる。
実施形態７の対物光学系の基本構成は、以下の表１３に示される。符号、面番号の定義は実施形態１と同一である。また、回折レンズ構造を規定する係数、非球面を規定する係数は、面毎に表１４に示されている。
【００６５】
【表１３】
【表１４】
図１８(Ａ)は実施形態７の対物光学系を保護層のない光ディスクＤ3に適用した際の波長405nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は波長405,404,406,395,415nmの球面収差により表される色収差を示している。また、図１９は、各波長405,404,406,395,415nmにおけるデフォーカスと波面収差の発生量(rms値)との関係を示すグラフである。395nmを除く各波長においては、球面収差、波面収差の最小点がほぼ一致し、この範囲で色収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６８】
以下の表１５は、前記の条件[1],[2],[3],[4],[5]に対する各実施形態の値を示す。実施形態１は条件[1],[2],[4]、実施例２〜６は条件[1],[3],[4]、実施形態７は条件[1],[3],[5]を満たしており、色収差を良好に補正することができる。
【００６９】
【表１５】
実施形態１で必要輪帯数、輪帯幅を計算すると、輪帯数は58、最小輪帯幅は10.3μmである。これに対し、レンズの仕様や光ディスクの保護層等の条件を変えずに、屈折レンズの材料を分散が大きいν＝55.8の樹脂材料に変えた場合、実施形態１と同等の色収差補正をするためには輪帯数108、最小輪帯幅5.7μmとする必要がある。輪帯数が増加し最小輪帯幅が小さくなると、金型加工が困難となり、成形時の転写性が劣化することから、屈折レンズを条件[1]を満たすガラス製とすることは、製造を容易にし、回折効率の低下を防ぐ上で重要となる。
【００７１】
一方、実施形態２，３，６，７では、色収差補正素子に実施形態１より分散の大きいν＝29.9の樹脂材料を利用しており、この結果、輪帯数は52、最小輪帯幅も11.4μmとなる。全ての実施形態で条件[2]を満たしているが、実施形態２〜７のように条件[3]を満たすよう屈折レンズと色収差補正素子との材料を選択することにより、製造上、および性能上のメリットを大きくすることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、回折レンズ構造が形成された色収差補正素子と屈折レンズとを組み合わせることにより、かつ、屈折レンズの材料として屈折率の波長による変化率が小さい材料を選ぶことにより、Ｆ線より短い短波長の領域において、色収差が良好に補正された光ディスク用対物光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１の対物光学系を示すレンズ図。
【図２】 実施形態１の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図３】 実施形態１の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図４】 実施形態２の対物光学系を示すレンズ図。
【図５】 実施形態２の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図６】 実施形態２の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図７】 実施形態３の対物光学系を示すレンズ図。
【図８】 実施形態３の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図９】 実施形態３の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１０】 実施形態４の対物光学系を示すレンズ図。
【図１１】 実施形態４の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１２】 実施形態４の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１３】 実施形態５の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１４】 実施形態５の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１５】 実施形態６の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１６】 実施形態６の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【図１７】 実施形態７の対物光学系を示すレンズ図。
【図１８】 実施形態７の対物光学系の(Ａ)球面収差および正弦条件、(Ｂ)球面収差の色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１９】 実施形態７の光学系のデフォーカスと波面収差との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０ 色収差補正素子
１１ 第１面
１２ 第２面
２０ 屈折レンズ
２１ 第１面
２２ 第２面
Claims (5)
- 光源から発するＦ線より短い波長の光束を光ディスクの記録面上に収束させる光ヘッド用対物光学系であって、
光軸から周辺に向かって曲率半径が大きくなる非球面を少なくとも1面有するガラス製の単レンズである屈折レンズと、
少なくともいずれかのレンズ面にブレーズ化された色収差補正用の回折レンズ構造が形成され、基準波長λにおいては全体にパワーを持たない樹脂製の色収差補正素子とからなり、
以下の条件[1]及び[2]を満たすことを特徴とする光ヘッド用対物光学系。
１／(ν3・λ×10-6) ＜ 0.0045 …[1]
｜ΔnC/ΔnL｜＞２ …[2]
ただし、νは屈折レンズのレンズ材料のｄ線に対するアッベ数、λは使用波長（単位nm）、ΔnCは基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎC+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎC-1を用いて以下の式で表される色収差補正素子の屈折率nCの変化率、ΔnLは基準波長λnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎL+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎL-1を用いて以下の式で表される屈折レンズの屈折率nLの変化率である。
ΔnC＝(ｎC+1−ｎC-1)／2
ΔnL＝(ｎL+1−ｎL-1)／2 - さらに、以下の条件[3]を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド用対物光学系。
｜ΔnC/ΔnL｜＞４ …[3] - 前記屈折レンズは、前記色収差補正素子と前記光ディスクとの間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド用対物光学系。
- 前記記録面を覆う透明保護層が設けられた光ディスクに適用され、以下の条件[4]を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ヘッド用対物光学系。
0.0001＜[{-2・P2・m・(1.0×10-6)f＋1}-1
−(ΔnL / nL−1)−1]・f＋Δnd・td/ nd2＜0.0003 …[4]
ただし、
Δnd：基準波長をλnm、波長(λ+1)nmでの屈折率ｎd+1、波長(λ-1)nmでの屈折率ｎd-1を用いて以下の式で表される光ディスク保護層の屈折率ndの変化率、
Δnd＝(nd+1−nd-1)／2
ｆ：対物光学系全体の焦点距離、
P2：回折レンズ構造による光路長の付加量φを光軸からの高さｈ、回折次数ｍ、波長λを用いて以下の式で表したときの２次の光路差係数、
φ(ｈ)＝(Ｐ0＋Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…)×ｍ×λ
td：光ディスクの保護層の厚さである。 - 前記記録面が保護層により覆われていない光ディスクに適用され、以下の条件[5]を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ヘッド用対物光学系。
0.0001＜[{-2・P2・m・(1.0×10-6)f＋1}-1
−(ΔnL / nL−1)−1]・f＜0.0003 …[5]
ただし、
ｆ：対物光学系全体の焦点距離、
P2：回折レンズ構造による光路長の付加量φを光軸からの高さｈ、回折次数ｍ、波長λを用いて以下の式で表したときの２次の光路差係数である。
φ(ｈ)＝(Ｐ0＋Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…)×ｍ×λ
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000113062A JP4070936B2 (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | 光ヘッド用対物光学系 |
| US09/833,612 US6515955B2 (en) | 2000-04-14 | 2001-04-13 | Objective optical system for optical pick-up |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000113062A JP4070936B2 (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | 光ヘッド用対物光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001296472A JP2001296472A (ja) | 2001-10-26 |
| JP4070936B2 true JP4070936B2 (ja) | 2008-04-02 |
Family
ID=18625103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000113062A Expired - Fee Related JP4070936B2 (ja) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | 光ヘッド用対物光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4070936B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW571116B (en) * | 2001-02-28 | 2004-01-11 | Sony Corp | Optical pickup-use object lens, optical pickup and optical disk unit |
| JP2004327003A (ja) | 2002-07-26 | 2004-11-18 | Sharp Corp | 光ピックアップ |
| JP2004199768A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | Konica Minolta Holdings Inc | 光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 |
| JP4730099B2 (ja) * | 2003-11-04 | 2011-07-20 | コニカミノルタオプト株式会社 | 光ピックアップ装置 |
| JP2007042154A (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-15 | Fujinon Corp | 光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置 |
| WO2007069612A1 (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 光ヘッドおよび光情報装置 |
| CN101405800B (zh) | 2006-03-20 | 2011-04-13 | 松下电器产业株式会社 | 光学头及光盘装置 |
-
2000
- 2000-04-14 JP JP2000113062A patent/JP4070936B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001296472A (ja) | 2001-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100361587B1 (ko) | 광헤드용 대물렌즈 | |
| JP4610118B2 (ja) | 光ヘッド用対物レンズ | |
| JP3689266B2 (ja) | 光ヘッド用対物レンズ | |
| US6865025B2 (en) | Aberration compensating optical element, optical system, optical pickup device, recorder and reproducer | |
| JP4073396B2 (ja) | ハイブリッドアクロマティック光学レンズ及びその製造方法 | |
| KR101000664B1 (ko) | 기록 재생용 광학계, 대물 렌즈 및 광픽업 장치 | |
| US20040036972A1 (en) | Objective lens, light converging optical system, optical pickup apparatus, and recording/reproducing apparatus | |
| US6515955B2 (en) | Objective optical system for optical pick-up | |
| KR101061347B1 (ko) | 광픽업 장치용 대물 렌즈, 광픽업 장치 및 광정보 기록 재생 장치 | |
| CN101681643B (zh) | 光拾取装置用物镜以及光拾取装置 | |
| KR20020096938A (ko) | 대물 렌즈와 광 픽업 장치 및 녹화·재생 장치 | |
| JP2000311374A (ja) | 光ディスク装置の光学系 | |
| KR100882063B1 (ko) | 대물 렌즈, 광픽업 장치 및 기록 또는 재생 장치 | |
| JPH06331887A (ja) | 複合レンズ | |
| KR100530177B1 (ko) | 회절광학소자 | |
| JPH09179020A (ja) | 光情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズ | |
| JP2004062971A (ja) | 対物レンズユニット、光ピックアップ装置、及び光学式情報記録再生装置 | |
| JP4070936B2 (ja) | 光ヘッド用対物光学系 | |
| KR20080071096A (ko) | 광 픽업용 대물 렌즈 | |
| WO2005117002A1 (ja) | 対物光学系、光ピックアップ装置、及び光ディスクドライブ装置 | |
| US6937396B2 (en) | Hybrid lens with high numerical aperture | |
| JP4170231B2 (ja) | 光ディスク用対物レンズ | |
| US20070253310A1 (en) | Coupling Lens and Optical Pickup Apparatus | |
| JP2001296471A (ja) | 光ヘッド用対物レンズ | |
| US20070263523A1 (en) | Objective lens optical system and optical pickup optical system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040616 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050301 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070320 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070521 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070821 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071015 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080108 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080116 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130125 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140125 Year of fee payment: 6 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |