JP5007328B2 - 対物レンズ - Google Patents
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MAX(Aij)/MIN(Aij)<3
ここで、
Aij=絶対値(Bij-mij)
Bij=(絶対値(Dj))*(ni-1)/λi−(NAij2)*K/λi
ni:波長λiにおけるレンズの屈折率
mij:Bijに最も値が近い整数
K=0.0004ミリメートル(NAij<0.55のとき)
K=0.0005ミリメートル(NAij>=0.55のとき)
このことは、基板の厚さが異なる光ディスクのいずれに対しても、その基板の厚さに対応する波長のレーザビームを用いた場合、このレーザビームの対物レンズと基板を通った全ての光線がこの基板の情報記録面上で良好に集光するような光路長を経るようにするものである。なお、この時本発明の一実施形態のレンズは後の実施形態で具体的に説明するように、そのレンズ面が複数の非球面に分割されてなり、分割されたいずれの非球面も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されるよう設計されている。
点P1〜入射点P2:空間距離=S1h 屈折率=n1
入射点P2〜出射点P3:空間距離=S2h 屈折率=n2
出射点P3〜入射点P4:空間距離=S3h 屈折率=n3
入射点P4〜集光点P5:空間距離=S4h 屈折率=n4
とすると、点P1から集光点P5までの光路長Lhは、
Lh=n1×S1h+n2×S2h+n3×S3h+n4×S4h
で表わされる。なお、光軸OA上での光路長Lhは、この式において、h=0の場合である。
し、各光線高さにおける光路長をLhとすると、波面収差Vhは、次の式で表される。
図10は、CDとDVDの波長におけるレンズの波面収差を対比して模式図的に示したものであり、横軸は光線高さ、縦軸は波面収差で、上側がCDの各非球面部の波面収差を、下側がDVDの各非球面部の上記式で求められる波面収差を表している。例えば非球面部の第1領域におけるその非球面部内の波面収差の最大値と最小値の差は、ΔV1(λ1)、ΔV1(λ2)で定義される。本発明の実施の形態では、後の実施形態で明らかにされているように、いずれの非球面部においても各波長の波面収差の最大値と最小値の差の比は0.4以上2.5以下である。すなわち、本発明の実施の形態はいずれの波長においても各非球面部で波面収差に一定の分布を有する点でも、従来の一方の波長を基準にレンズ面を構成し、他方の波長においてのみ位相ずれを利用して波面収差を補正する方式と異なる。なお、前記整数倍としては分割する非球面の数にもよるが0倍〜±10倍とすることが好ましく、0倍〜±5倍とすることが好ましい。
但し、C=-0.12301、K=3.312138、A4=0.01628151、A6=-0.004311717、A8=0.000682316、A10=-0.00004157469で表わされるようにする。
対物レンズ1の上記数1で表わされる光出射側面Bも、また、上記表1の点列データで表わされる光入射側面Aも、連続した非球面をなすものである。また、対物レンズ1の光軸上の面頂点f,e間の距離、即ち、中心厚t0は2.2mmであって、波長λ1=655nm(DVD)での屈折率nは1.54014であり、波長λ2=790nm(CD)での屈折率nは1.5365である。
(但し、i番目の該光ビームの波長をλi(i=1,2,......)、全ての波長にわたる個々のRMS波面収差の二乗の総和をΣWi2、波長λiの光ビームのRMS波面収差をWi・λiとする)を満足するようにする。このときの許容値W0としては、0.028、好ましくは0.026,さらに好ましくは0.025、さらに好ましくは0.023とする。上記第1の実施形態では、DVDのRMS波面収差をW1、CDのRMS波面収差をW2とし、かつi=1,2であるから、上記数2は、
となる。
1<Wmax/Wmin<Wth
とする。この場合の許容値Wthとしては、1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4とする。上記第1の実施形態の場合には、DVDのRMS波面収差W1とCDのRMS波面収差W2とのいずれか一方が最大のRMS波面収差Wmaxとなり、他方が最小のRMS波面収差Wminとする。
(i)まず、DVD,CDについて、RMS波面収差が0.02130λ,0.02410λと上記の許容値0.035λ、好ましくは、0.033λ、さらに好ましくは、0.030λよりも小さい。
Wmax/Wmin=0.02410/0.02130=1.1315
となるから、上記の許容値1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4以下となっている。
で表わされる。なお、数5での光源高さhは、j番目の区間でのものである。
また、この第2の実施形態での光出射面Bの面形状ZBは、次の数6で表わされる。図13に、一般的なレンズ形状を示している。
但し、 C=-0.0747792、K=15.7398、A4=0.012308、A6=-0.0037652、A8=0.00068571、A10=-0.000048284
また、対物レンズ1の光軸上の面頂点f,e間の距離、即ち、中心厚さt0は2.2mmであって、波長λ1=655nm(DVD)での屈折率nは1.604194であり、波長λ2=790nm(CD)での屈折率nは1.599906である。
表3に示すように、790nmと655nmの共通使用領域において各波面収差の差の比ΔVd(λ790)/ΔVd(λ655)は、1.00〜1.04の間に入っている。また、比ΔVd(λ655)/ΔVd(λ790)は、0.96〜1.00の間に入っている。そして、その各領域の波面収差自体も両波長において0.14λ以下となっている。また、このレンズでは波面収差が790nmの波長において+側に、655nmの波長において−側に現れるようにしていて、両波面収差がほぼ対称形となる。
(i)まず、DVD,CDについて、RMS波面収差が0.01945λ1,0.02525λ2と上記の許容値0.035λ、好ましくは、0.033λ、さらに好ましくは、0.030λよりも小さい。
Wmax/Wmin=0.02525/0.01945=1.298
となるから、上記の許容値1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4以下となっている。
例1) DVD:0.001λ1 CD:0.047λ2
例2) DVD:0.019λ1 CD:0.037λ2
但し、λ1=640nm λ2=780nm
の2つの例が挙げられているが、いずれにおいても、CDについては、上記の許容値0.035λを越えるものである。
は、上記の例1、例2の夫々について0.0332,0.0294となり、いずれも上記の許容値0.028、0.026、0.025、0.023の全ての値を越えており、さらに、これらのWmax/Wminも例1、例2の夫々について47,1.847となり、いずれも上記の許容値1.8、1.6、1.4の全ての値を越えている。
一方または双方にDVDのときの波長655nmの光を透過し、CDのときの波長790nmの光を透過しない薄膜処理を施したり、あるいは、かかる外側領域での光入射側面A,光出射側面Bのいずれか一方または双方二波長655nmの光には作用しないが、波長790nmの光に作用するような回折格子を形成して、波長655nmの光利用効率を落とさず二波長790nmの光利用効率を落とすようにしてもよい。
差信号,トラッキング誤差信号が得られる。図示しないシステム制御回路は、得られたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号をもとに、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ1が位置するように、アクチュエータ駆動回路(図示せず)を制御してアクチュエータ19を駆動する。
ここで、
Aij=絶対値(Bij−mij)
Bij=(絶対値(Dj))*(ni-1)/λi−(NAij2)*K/λi
ni:波長λiにおけるレンズの屈折率
mij:Bijに最も値が近い整数
K=0.0004ミリメートル (NAij<0.55のとき)
K=0.0005ミリメートル (NAij>=0.55のとき)
または上記式(1)におけるAijが0.15以下であることが望ましい。また、MAX(Aij)/MIN(Aij)<2.5であることが望ましく、さらには、MAX(Aij)/MIN(Aij)<2(以下、式(2)とする)であることが好ましい。
前記第2実施形態における各非球面部の隣接部が段差量D1〜D7を有する場合の構造を図14に示す。なお、本第2実施形態では表2の区間1〜6までがDVD/CD共通使用領域であり、区間7〜8はDVD専用使用領域である。よって、式(1)、(2)での計算対象としては、DVD/CD共通使用領域内の段差についてのみなので、D1〜D5までが計算対象であり、D6とD7は式(1)、(2)の計算対象外である。また段差量D1〜D7については、段差部においてレンズ光軸に近い側の非球面が図の左側にある場合を正符号とし、右側にある場合を負符号とする。つまり本第2実施形態、図14、表5の場合にはD1、D2、D3がプラス符号の段差量で、D4、D5、D6、D7がマイナス符号の段差量である。第2実施形態の段差部の形状として図14に示したが、レンズを実際に作製する場合、レンズがプラスチック製の場合には射出成形、ガラス製の場合にはガラス成形レンズとすることが考えられる。いずれの場合でも金型を作製してその形状を転写して製品を得ることになるが、その金型作製や成形を考慮した形状を図15、図16に示す。
本第3実施形態は表2に示す第2実施形態から第1区間のA4の値を変えたものである。本第3実施形態の波面収差図を図17に、式(1)、(2)についての計算結果を表7に示す。
図17より、第1区間でのCD波面収差が低減されていることがわかる。RMS波面収差では、第2実施形態では、第1区間においてCDの波面収差が図11の第2実施形態では0〜0.095λまでの値を取っていたのに対して、図17に示す第3実施形態では、0〜0.03λまでの値となっていて改善されていることがわかる。しかし、第1区間でのDVDの波面収差については図11の第2実施形態では0〜−0.1λの値であったが、図17の第3実施形態では0〜−0.2λと劣化した値となっている。RMS波面収差値としては、
DVD CD
第2実施形態 0.01945λrms 0.02525λrms
第3実施形態 0.02495λrms 0.02574λrms
となっており、DVDで第3実施形態の方が劣化しているが、まだ0.025λRMS以下の値をキープできている。表7に示す式(1)、(2)の値については、段差量D1に相当する部分でMAX(Aij)/MIN(Aij)の値が第3実施形態では18.1324と3よりも大きく、また2よりも大きい。D2、D3、D4、D5に相当する部分では2未満の値となっており、MAX(Aij)/MIN(Aij)については5つのうち4つは2未満を満足し、1つは不満足である。5つのうち4つを満足していればDVD、CD共にRMS波面収差で0.025λRMS以下を満足できているが、5つとも満足している場合に比べるとDVDでの波面収差の劣化が認められる例である。なお第3実施形態で第1区間におけるCD波面収差を低減する例について記述したが、同様にして第1区間でDVD波面収差を低減させることも可能であり、その場合にはRMS波面収差においてCD側が劣化してくる。
本第4実施形態は表6に示す第3実施形態から第2区間のA16の値を変えたものである。本第4実施形態の波面収差図を図18に、式(1)、(2)についての計算結果を表9に示す。
図18より、第3実施形態に比べて更に第2区間でのCD波面収差が低減されていることがわかる。RMS波面収差では、第2、第3実施形態に比べて第4実施形態は、第2区間においてCDの波面収差が図11の第2実施形態、図17の第3実施形態では0〜0.098λまでの値を取っていたのに対して、図18の第4実施形態では0〜0.05λまでの値となっていて改善されていることがわかる。しかし、第2区間でのDVDの波面収差については図11の第2実施形態、図17の第3実施形態では0〜−0.1λの値であったが、図18の第4実施形態では0〜−0.2λと劣化した値となっている。RMS波面収差値としては、
DVD CD
第2実施形態 0.01945λrms 0.02525λrms
第3実施形態 0.02495λrms 0.02574λrms
第4実施形態 0.02926λrms 0.02489λrms
となっており、第4実施形態ではDVDのRMSの波面収差が第3実施形態に比べて更に劣化しているが、まだ0.03λRMS以下の値をキープできている。表9に示す式(1)、(2)の値について、段差量D1、D2に相当する部分でMAX(Aij)/MIN(Aij)の値が第4実施形態では17.8242、31.8655と3よりも大きく、また2よりも大きい。D3、D4、D5に相当する部分では2未満の値となっており、MAX(Aij)/MIN(Aij)については5つのうち3つは2未満を満足し、2つは不満足である。5つのうち3つを満足していればDVD、CD共にRMS波面収差で0.030λRMS以下を満足できているが、5つとも満足している場合及び5つのうち4つで満足している場合に比べるとDVDでの波面収差の劣化が認められる例である。なお第4実施形態で第1、第2区間におけるCD波面収差を低減する例について記述したが、同様にして第1、第2区間でDVD波面収差を低減させることも可能であり、その場合にはRMS波面収差においてCD側が劣化してくる。
本比較例は表8に示す第4実施形態から第3区間のA16の値を変えたものである。本比較例の波面収差図を図19に、式(1)、(2)についての計算結果を表11に示す。
図19より、第4実施形態に比べて更に第3区間でのCD波面収差が低減されていることがわかる。RMS波面収差では、第2、第3、第4実施形態に比べて比較例は、第3区間においてCDの波面収差が図11の第2実施形態、図17の第3実施形態、図18の第4実施形態では0〜0.098λまでの値を取っていたのに対して、図19の比較例では−0.01〜0.04λまでの値となっていて改善されていることがわかる。しかし、第3区間でのDVDの波面収差については図11の第2実施形態、図17の第3実施形態では0〜−0.1λの値であったが、図18の第4実施形態では0〜−0.2λと劣化した値となっている。RMS波面収差値としては、
DVD CD
第2実施形態 0.01945λrms 0.02525λrms
第3実施形態 0.02495λrms 0.02574λrms
第4実施形態 0.02926λrms 0.02489λrms
比較例 0.03503λrms 0.02477λrms
となっており、比較例ではDVDのRMSの波面収差が第4実施形態に比べて更に劣化して0.035λrms以上となってしまっている。表11に示す式(1)、(2)の値について、段差量D1、D2、D3に相当する部分でMAX(Aij)/MIN(Aij)の値が比較例では17.8242、24.6772、6.6199と3よりも大きく、また2よりも大きい。D4、D5に相当する部分では2未満の値となっており、MAX(Aij)/MIN(Aij)については5つのうち2つは2未満を満足し、3つは不満足である。5つのうち2つしか満足できていないためにDVD、CD共にRMS波面収差で0.035λRMS以下を満足できていないというのが本比較例である。
また、対物レンズの光軸上の面頂点f,e間の距離、即ち、中心厚さt0は1.94mmであって、波長λ1=405nm(ブルー)での屈折率nは1.54972であり、
波長λ2=655nm(DVD)での屈折率nは1.53である。透明基板の厚さと屈折率は、波長λ1=405nm(ブルー)では、厚み0.6mmで屈折率1.6235であり、波長λ2=655nm(DVD)では厚み0.6mmで屈折率は1.58である。
また、波長405nmのブルーの時のNAは0.65、焦点距離は3.1015mmで、波長655nmのDVDの時のNAは0.6277で、焦点距離は3.2116mmである。入射平行光束有効直径=焦点距離×NA×2であり、前記NAと焦点距離の値からわかるように、波長405nmのブルーの時は
入射平行光束有効直径=3.1015×0.65×2=Φ4.032であり、
波長655nmのDVDの時は
入射平行光束有効直径=3.2116×0.6277×2=Φ4.032である。
式(1)、(2)の値についてはD1〜D8の全ての隣接段差部において1.23以下となっており、式(1)、(2)を全ての隣接段差部で満足している。
2 DVDの透明基板
2a 情報記録面
3 CDの透明基板
3a 情報記録面
4,5 レーザビーム
11 DVDレーザ
12 CDレーザ
13,14 ハーフプリズム
15 コリメータレンズ
16 検出レンズ
17 光検出器
18 回析格子
19 アクチュエータ
20 アクチュエータ駆動回路
21 信号処理回路
22 レーザ駆動回路
23 システム制御回路
24 ディスク判別手段
Claims (5)
- 透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体毎に異なる波長λi(i=1、2、3、4、・・・)のレーザビームが入射され、前記光記録媒体の前記透明基板に設けられた情報記録面に前記レーザビームを集光させる正のパワーを有する対物レンズであって、
少なくとも一方のレンズ面に、
前記異なる複数種類のレーザビームをそれぞれ対応する光記録媒体の情報記録面上に集光させる共通使用領域と、
前記共通使用領域の外側に位置し、前記異なる波長のレーザビームのうち、前記複数種類の光記録媒体のうちの一種類の光記録媒体に対応する第1レーザビームのみを前記一種類の光記録媒体の情報記録面に集光させる専用使用領域と、を備え、
前記共通使用領域は、光軸から半径方向に複数の区間に区分され、
前記複数の区間には、前記異なる波長λi(i=1、2、3、4、・・・)のレーザビームのうち、前記第1レーザビームと、前記第1レーザビーム以外で前記共通使用領域を通って集光される一つのレーザビームである第2レーザビームと、に関し、前記光記録媒体の前記透明基板の厚さの違いによって発生する球面収差を前記レーザビームの波長の違いによって発生する色収差で相殺する非球面形状が設定され、
前記第1レーザビームと前記第2レーザビームが、それぞれ対応する前記光記録媒体の前記情報記録面上に集光する際に発生する波面収差のうち、最大の波面収差をWmax、最小の波面収差をWmin、としたとき、
1≦Wmax/Wmin<1.8かつWmax≦0.035λRMSを満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 - 請求項1に記載の対物レンズにおいて、
1≦Wmax/Wmin<1.6を満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 - 請求項1に記載の対物レンズにおいて、
1≦Wmax/Wmin<1.4を満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の対物レンズにおいて、
Wmax≦0.033λRMSを満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の対物レンズにおいて、
Wmax≦0.030λRMSを満たす
ことを特徴とする対物レンズ。
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