JPH04281418A - 光ディスク用対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク用対物レン
ズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ディスク記録においてデ−タ転
送速度を向上させるための方法として、複数のビ−ムを
媒体面上に結像させ、並列的に記録再生操作を行う方法
がある。この方法では、広視野な対物レンズが要求され
る。すなわち、用いられる対物レンズは、大きな画角の
光線に対して収差が小さくなければならない。

【０００３】また、並列的に記録再生動作を行う場合、
記録光と再生光の波長を変えることにより、再生時の分
解能向上や記録光と再生光の分離が容易となる。しかし
、この場合、それぞれの波長に対して焦点距離が屈折率
により異なり、焦点距離が変動するという問題がある。 単波長を用いる場合でも、光源の半導体レ−ザのように
波長が変動することを考慮すると、同様の問題がある。

【０００４】そこで、従来の光ディスク装置においては
、広視野で、かつ、異なる波長に対して焦点距離の変動
を補正した光ディスク用対物レンズが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ディスク用対物レンズは、多数のレンズを組み合わせ
るため、レンズの形状が大きくなり重量も大きくなって
いる。このため、ヘッドアクチュエ−タの可動部が大き
く、振動特性が十分でなく、高速のディスク回転に追従
できないという問題点があった。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、複数波長の光に対して広視野で
かつ焦点距離の変動が小さく、しかも可動部の小さい光
ディスク用対物レンズを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、一枚の両凸正レンズと二枚の平凹負レンズとの接合レ
ンズからなる第１群レンズと、正の焦点距離を有する第
２群レンズとからなる２群４枚構成を有し、光源から発
せられた波長が７８０ｎｍから８３０ｎｍの範囲の平行
ビ−ムを基板厚１．２ｍｍ　の光ディスク媒体に集光す
る対物レンズにおいて、　　前記第１群レンズは、光源
側から負・正・負の配列からなると共に、前記第２群レ
ンズは、入射面・射出面を非球面とした両凸レンズから
なり、かつ、これら第１群レンズおよび第２群レンズが
以下の（１）〜（７）の諸条件を満足する光ディスク用
対物レンズを構成した。

【０００８】［第１群レンズについて］（１）両凸正レ
ンズの入射側接合面の近軸の曲率ｃ０　（１／ｍｍ）お
よび射出側接合面の近軸の曲率ｃ１　（１／ｍｍ）、入
射側平凹負レンズの入射面と射出面との光軸上での距離
ｄ０　（ｍｍ）、両凸レンズの入射面と射出面の光軸上
での距離ｄ１　（ｍｍ）、並びに射出側平凹負レンズの
入射面と射出面の光軸上での距離ｄ２　が次の条件を満
足すること、 ０．１８１　＜ｃ０　＜０．２４５ −０．２４５＜ｃ１　＜−０．１８１ ０＜ｄ０　＜２０ １．１７＜ｄ１　＜２０ ０＜ｄ２　＜２０ （２）両平凹負レンズの硝材は、波長λ（μｍ）に対す
る屈折率ｎが次の式で表されるものであり、　　　　　
　ｎ２　＝Ｏ０　＋Ｏ１　λ２　＋Ｏ２　λ−２＋Ｏ３
　λ−４＋Ｏ４　λ−６＋Ｏ５　λ−８ただし、 Ｏ０　＝２．７９３６２９４ Ｏ１　＝−１．２３４３４９１×１０−２Ｏ２　＝２．
７２６３１３３　×１０−２Ｏ３　＝２．６１３３３０
２６×１０−３Ｏ４　＝−２．１５１３７８１×１０−
４Ｏ５　＝１．９５５５１００　×１０−５かつ、両凸
レンズの硝材は、波長λ（μｍ）に対する屈折率ｎが次
の式で表されるものであること、　　　　　　ｎ２　＝
Ｐ０　＋Ｐ１　λ２　＋Ｐ２　λ−２＋Ｐ３　λ−４＋
Ｐ４　λ−６＋Ｐ５　λ−８ただし、 Ｐ０　＝２．８０５５２４１ Ｐ１　＝−８．１６８３９４３×１０−３Ｐ２　＝２．
２０７９８８２　×１０−２Ｐ３　＝８．９４１９０５
４　×１０−５Ｐ４　＝２．０８８５５８３　×１０−
５Ｐ５　＝４．５２５９６６６　×１０−７［第２群レ
ンズについて］ （３）第２群レンズの入射面は以下の式で定義されるこ
と、

【０００９】

【数３】

【００１０】ただし、Ｘ（ｍｍ）は光軸と非球面の入射
面との交点を原点としたときの光軸高さｈ（ｍｍ）にお
ける入射面の光軸方向座標で、それぞれの係数は次の条
件を満足すること、 ０．３０８７＜ｃ２　＜０．３１１３ −０．３８４７　＜ｋ１　＜−０．３７８５−０．６９
２１０−３＜Ａ２　＜−０．６５１×１０−３−０．７
９１×１０−４＜Ａ３　＜−０．７４２×１０−４−４
．２×１０−７＜Ａ４　＜２．６　×１０−７−０．１
２２８　×１０−５＜Ａ５　＜−０．１１２２　×１０
−５（４）第２群レンズの射出面は以下の式で定義され
ること、

【００１１】

【数４】

【００１２】ただし、Ｘ（ｍｍ）は光軸と非球面の射出
面との交点を原点としたときの光軸高さｈ（ｍｍ）にお
ける射出面の光軸方向座標で、それぞれの係数は次の条
件を満足すること、 −０．２１０＜ｃ３　＜−０．１８９ −０．１２３３　×１０＋２＜Ｋ２　＜−０．１１９０
　×１０＋２、０．５６３５×１０−２＜Ｂ２　＜０．
５８１５×１０−２−０．３０５１　×１０−２＜Ｂ３
　＜−０．２９８×１０−２０．７１８　×１０−３＜
Ｂ４　＜０．７５０　×１０−２−１．０４３×１０−
４＜Ｂ５　＜−０．８９０×１０−４（５）第２群レン
ズの入射面と射出面の光軸上での距離ｄ３　（ｍｍ）は
次の条件を満足すること、４．６４７　＜ｄ３　＜４．
７１５ （６）両凸レンズの硝材は、波長λ（μｍ）に対する屈
折率ｎが以下の式で表されるものであること、　　　　
　　ｎ２　＝Ｑ０　＋Ｑ１　λ２　＋Ｑ２　λ−２＋Ｑ
３　λ−４＋Ｑ４　λ−６＋Ｑ５　λ−８ただし、 Ｑ０　＝２．４８６１７４４ Ｑ１　＝−１．００９３４７０×１０−３Ｑ２　＝１．
４８８１２３８　×１０−２Ｑ３　＝−１．７６６９５
６７×１０−４Ｑ４　＝４．８３０８４１４　×１０−
５Ｑ５　＝−２．１７１６４４９×１０−６［両群レン
ズの配置について］ （７）両群レンズの中心軸ずれＤ（ｍｍ）および両群レ
ンズの間隔Ｌ（ｍｍ）が次の移管条件を満たすこと、｜
Ｄ｜＜０．５ ０＜Ｌ＜５０

【００１３】

【作用】次に、上記各条件について説明する。

【００１４】条件（１），（２）は、色収差の補正の条
件である。条件（２）で示した硝材を用いたとき、第１
群レンズの入射側接合面の曲率半径・射出側接合面の曲
率半径がｃ０　の範囲外ならば、色収差補正に対する作
用が小さすぎ、目的とする波長の変化による第１および
第２群レンズの合成焦点距離の変動を小さくすることが
できなくなり、好ましくない。

【００１５】条件（３），（４），（５）は、第２群レ
ンズのそれぞれ入射側、射出側の形状パラメ−タの条件
である。条件（６）で示した硝材を用いた場合、条件（
３），（４），（５）を満たさない形状では、目的とす
る画角に対して波面収差が大きくなり、レンズの視野が
十分広く取れず、好ましくない。

【００１６】条件（７）は、第１群レンズと第２群レン
ズの相対的配置を規定したものである。

【００１７】以上の各条件を満足することにより、視野
として１００μｍで波面収差λ／３０、７８０ｎｍから
８３０ｎｍの波長変動に対して焦点距離の変動を±０．
３５μｍに抑えられる光ディスク用対物レンズが実現で
きる。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明に係る光ディスク用対物レン
ズの一実施例を示す構成図である。図１において、１は
第１群レンズ、２は第２群非球面レンズ、３は光ディス
ク、４は光軸である。なお、図１においては、図面の簡
単化のため、記録、再生用の光ビ−ムを発する光源を省
略しているが、本実施例で用いられる光源としては波長
が７８０ｎｍから８３０ｎｍの範囲のものが適用される
。

【００１９】第１群レンズ１は、一枚の両凸正レンズ１
１と二枚の平凹負レンズ１２、１３との接合レンズから
構成されている。具体的には、図示しない光源側（図中
、左側）から平凹負レンズ１２、両凸正レンズ１１、平
凹負レンズ１３の順に配置し凹部と凸部が互いに対向す
るように接合されている。

【００２０】従って、平凹負レンズ１２の平面側が第１
群レンズ１の入射面１ｉを構成し、平凹負レンズ１３の
平面側が第１群レンズ１の射出面１ｏを構成している。 また、平凹負レンズ１２と両凸正レンズ１１との接合面
１ａの曲率ｃ０　および両凸正レンズ１１と平凹負レン
ズ１３との接合面１ｂの曲率ｃ１　は、次の値ｃ０　＝
０．２　（１／ｍｍ） ｃ１　＝−０．２（１／ｍｍ） に設定されている。

【００２１】また、平凹負レンズ１２および１３の硝材
はＳＦ１５、両凸正レンズ１１の硝材はＬａＫ０８であ
る。

【００２２】さらに、入射側平凹負レンズ１２の厚さｄ
０　、両凸正レンズ１１の厚さｄ１　並びに射出側平凸
負レンズ１３の厚さｄ２　は、次の各値 ｄ０　＝１ｍｍ ｄ１　＝４ｍｍ ｄ２　＝１ｍｍ に設定されている。

【００２３】第２群非球面レンズ２は、入射面２ｉと射
出面２ｏを非球面とした両凸レンズからなり、硝材はＭ
−ＢａＣＤ５である。

【００２４】この第２群非球面レンズ２の入射面２ｉの
形状は、その曲率をｃ２　として以下の式で表される。

【００２５】

【数５】

【００２６】ただし、Ｘ（ｍｍ）は光軸４と非球面の入
射面２ｉとの交点を原点としたときの光軸高さｈ（ｍｍ
）における入射面２ｉの光軸方向座標であり、各係数は
次の値 ｃ２　＝０．３１００００６２０ Ｋ１　＝−０．３８１４８９５４０９５２５Ａ２　＝−
０．６７１３３６１２８６８５５×１０−３Ａ３　＝−
０．７６５９９８５６６７０８１×１０−４Ａ４　＝−
０．６７１３３６１２８６８５５×１０−７Ａ５　＝−
０．１１７３６４７２３２０８１×１０−５を満足する
。

【００２７】一方、第２群非球面レンズ２の射出面２ｏ
の形状は、その曲率をｃ３　として以下の式で表される
。

【００２８】

【数６】

【００２９】ただし、Ｘ（ｍｍ）は光軸４と非球面の射
出面２ｏとの交点を原点としたときの光軸高さｈ（ｍｍ
）における射出面２ｏの光軸方向座標であり、各係数は
次の値 ｃ３　＝−０．１９７３００９２３ Ｋ２　＝−０．１２１０８３２９６２３５２×１０＋２
Ｂ２　＝０．５７２２９６３８３７２１２　×１０−２
Ｂ３　＝−０．３０１６８２９４４８７０３×１０−２
Ｂ４　＝０．７３３４１９８７７３６７８　×１０−３
Ｂ５　＝−０．９６８９０９９２７８５４４×１０−４
を満足する。

【００３０】また、第２群非球面レンズ２の入射面２ｉ
と射出面２ｏの光軸４上における距離ｄ３　は、次の値
ｄ３　＝４．６８０　（ｍｍ） に設定されている。

【００３１】以上のような特徴を持つ第１群レンズ１と
第２群非球面レンズ２とは、互いに光軸が一致するよう
に、第１群レンズ１の射出面１ｏと第２群非球面レンズ
２の入射面２ｉを対向させ、かつ、所定の距離Ｌをおい
て配置されている。

【００３２】なお、距離Ｌは、次の値 Ｌ＝２０．０ｍｍ に設定されている。

【００３３】また、第１群レンズ１の軸４１と第２群非
球面レンズ２の軸４２との中心軸ずれＤ（図２参照）は
、次の条件 ｜Ｄ｜＜０．５　（ｍｍ） を満足するように調整される。

【００３４】光ディスク３は、基板厚１．２ｍｍのガラ
スあるいはプラスチック等からなり、当該対物レンズで
集光された光ビ−ムが記録膜３１に照射される。

【００３５】図３乃至図５は、本発明に係る対物レンズ
の計算により求めた諸収差をそれぞれ示している。

【００３６】図３は、上記構成の対物レンズの計算より
求めた諸収差線図である。同図の（ａ）はタンジェンシ
ャル方向の横収差図、（ｂ）はサジタル方向の横収差図
、（ｃ）は球面収差と正弦条件図、（ｄ）は非点収差図
、（ｅ）は歪曲収差図である。

【００３７】図３の（ａ）及び（ｂ）では、瞳上での光
線の高さを横軸に、それぞれタンジェンシャル方向のサ
ジタル方向の横収差を縦軸にとってある。横軸は瞳径で
規格化した値で、縦軸はｍｍ単位で表示してある。また
、（イ）乃至（ホ）は、それぞれ像高５０μｍ、４０μ
ｍ、３０μｍ、２０μｍ及び０μｍの場合を示している
。また、（ａ）の左上に、各画角での波面収差のＲＭＳ
値を波長単位で示している。（ｃ）では、ｍｍ単位で示
した球面収差と正弦条件の不満足量を縦軸に、瞳上での
高さを瞳径で規格化した値を縦軸に示している。図中、
ｓで示す曲線が球面収差を、ｔで示す曲線が正弦条件の
不満足量をそれぞれ表している。

【００３８】また、（ｄ）および（ｅ）では、画角を縦
軸に、横軸にそれぞれｍｍ単位で示した非点収差と歪曲
収差を示している。画角は、像高が５０μｍになる画角
で規格化してある。

【００３９】波面収差（ＲＭＳ値）は計算値から、軸上
で０．０００７波長、像高５０μｍで０．０１９９波長
である。ただし、波長は８００ｎｍとした。また、７８
０ｎｍから８３０ｎｍに波長が変化した場合、焦点距離
の変動は０．６６５　μｍである。

【００４０】図４は、上記各条件を満足する図１の対物
レンズにおける第２群非球面レンズ２の射出面２ｏの形
状パラメ−タのｃ３　の値だけを、ｃ３　＝−０．２１
０（条件外）に変更した場合の収差の計算例を示してい
る。各収差の縦軸・横軸の表示の仕方は図３と同様であ
る。波面収差（ＲＭＳ値）は計算値から、軸上で０．０
２９５波長、像高５０μｍで０．０５９４波長である。

【００４１】また、図５は、図１の対物レンズにおける
第２群非球面レンズ２の入射面２ｉの形状パラメ−タの
ｃ２　の値だけを、ｃ２　＝０．３１１２３０（条件内
であるが境界近傍値）に変えた場合の収差の計算例を示
している。各収差の縦軸・横軸の表示の仕方は図３およ
び図４と同様である。波面収差（ＲＭＳ値）は計算値か
ら、軸上で０．００４８５　波長、像高５０μｍで０．
０２９９波長である。

【００４２】以上の各図から本実施例の対物レンズが良
好な特性を有することが分かる。即ち、上記に述べた形
状により、視野として１００μｍで波面収差λ／３０、
７８０ｎｍから８３０ｎｍの波長変動に対して焦点距離
の変動を±０．３５μｍに抑えられる光ディスク用対物
レンズが実現できる。

【００４３】また、軸上のレンズ間隔Ｌのずれの許容値
は±１０ｍｍ以上、軸横断方向の軸ずれＤは０．５ｍｍ
　であるので、光ディスクのレンズアクチュエ−タには
第２群レンズ２のみを搭載すればよい。従って、軽量な
非球面対物レンズを搭載したアクチュエ−タにより高速
回転ディスクに対する追従が可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大きな画角の光線に対しても収差を補正できると共に、
複数波長に対する焦点距離の変動を補正でき、複数波長
の光に対して広視野でかつ焦点距離の変動が小さく、し
かも可動部の小さい光ディスク用対物レンズを実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る対物レンズの一実施例を示す構成
図である。

【図２】第１群レンズと第２群非球面レンズの中心軸の
ずれＤを説明するための図である。

【図３】図１の対物レンズの諸収差を示す図である。

【図４】図１の対物レンズにおける第２群非球面レンズ
の射出面の形状パラメ−タのｃ３　の値だけを、ｃ３　
＝−０．２１０（条件外）に変更した場合の諸収差を示
す図である。

【図５】図１の対物レンズにおける第２群非球面レンズ
の入射面の形状パラメ−タのｃ２　の値だけを、ｃ２　
＝０．３１１２３０（条件内であるが境界近傍値）に変
えた場合の諸収差を示す図である。

【符号の説明】

１…第１群レンズ １１…両凸正レンズ１１ １２，１３…平凹負レンズ ２…第２群非球面レンズ ３…光ディスク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一枚の両凸正レンズと二枚の平凹負レ
   ンズとの接合レンズからなる第１群レンズと、正の焦点
   距離を有する第２群レンズとからなる２群４枚構成を有
   し、光源から発せられた波長が７８０ｎｍから８３０ｎ
   ｍの範囲の平行ビ−ムを基板厚１．２ｍｍ　の光ディス
   ク媒体に集光する対物レンズにおいて、前記第１群レン
   ズは、光源側から負・正・負の配列からなると共に、前
   記第２群レンズは、入射面・射出面を非球面とした両凸
   レンズからなり、かつ、これら第１群レンズおよび第２
   群レンズは以下の諸条件を満足することを特徴とする光
   ディスク用対物レンズ。 ［第１群レンズについて］ （１）両凸正レンズの入射側接合面の近軸の曲率ｃ０　
   （１／ｍｍ）および射出側接合面の近軸の曲率ｃ１　（
   １／ｍｍ）、入射側平凹負レンズの入射面と射出面との
   光軸上での距離ｄ０　（ｍｍ）、両凸レンズの入射面と
   射出面の光軸上での距離ｄ１　（ｍｍ）、並びに射出側
   平凹負レンズの入射面と射出面の光軸上での距離ｄ２　
   が次の条件を満足すること、 ０．１８１　＜ｃ０　＜０．２４５ −０．２４５＜ｃ１　＜−０．１８１ ０＜ｄ０　＜２０ １．１７＜ｄ１　＜２０ ０＜ｄ２　＜２０ （２）両平凹負レンズの硝材は、波長λ（μｍ）に対す
   る屈折率ｎが次の式で表されるものであり、　　　　　
   　ｎ２　＝Ｏ０　＋Ｏ１　λ２　＋Ｏ２　λ−２＋Ｏ３
   　λ−４＋Ｏ４　λ−６＋Ｏ５　λ−８ただし、 Ｏ０　＝２．７９３６２９４ Ｏ１　＝−１．２３４３４９１×１０−２Ｏ２　＝２．
   ７２６３１３３　×１０−２Ｏ３　＝２．６１３３３０
   ２６×１０−３Ｏ４　＝−２．１５１３７８１×１０−
   ４Ｏ５　＝１．９５５５１００　×１０−５かつ、両凸
   レンズの硝材は、波長λ（μｍ）に対する屈折率ｎが次
   の式で表されるものであること、　　　　　　ｎ２　＝
   Ｐ０　＋Ｐ１　λ２　＋Ｐ２　λ−２＋Ｐ３　λ−４＋
   Ｐ４　λ−６＋Ｐ５　λ−８ただし、 Ｐ０　＝２．８０５５２４１ Ｐ１　＝−８．１６８３９４３×１０−３Ｐ２　＝２．
   ２０７９８８２　×１０−２Ｐ３　＝８．９４１９０５
   ４　×１０−５Ｐ４　＝２．０８８５５８３　×１０−
   ５Ｐ５　＝４．５２５９６６６　×１０−７［第２群レ
   ンズについて］ （３）第２群レンズの入射面は以下の式で定義されるこ
   と、 【数１】 ただし、Ｘ（ｍｍ）は光軸と非球面の入射面との交点を
   原点としたときの光軸高さｈ（ｍｍ）における入射面の
   光軸方向座標で、それぞれの係数は次の条件を満足する
   こと、 ０．３０８７＜ｃ２　＜０．３１１３ −０．３８４７　＜ｋ１　＜−０．３７８５−０．６９
   ２１０−３＜Ａ２　＜−０．６５１×１０−３−０．７
   ９１×１０−４＜Ａ３　＜−０．７４２×１０−４−４
   ．２×１０−７＜Ａ４　＜２．６　×１０−７−０．１
   ２２８　×１０−５＜Ａ５　＜−０．１１２２　×１０
   −５（４）第２群レンズの射出面は以下の式で定義され
   ること、 【数２】 ただし、Ｘ（ｍｍ）は光軸と非球面の射出面との交点を
   原点としたときの光軸高さｈ（ｍｍ）における射出面の
   光軸方向座標で、それぞれの係数は次の条件を満足する
   こと、 −０．２１０＜ｃ３　＜−０．１８９ −０．１２３３　×１０＋２＜Ｋ２　＜−０．１１９０
   　×１０＋２、０．５６３５×１０−２＜Ｂ２　＜０．
   ５８１５×１０−２−０．３０５１　×１０−２＜Ｂ３
   　＜−０．２９８×１０−２０．７１８　×１０−３＜
   Ｂ４　＜０．７５０　×１０−２−１．０４３×１０−
   ４＜Ｂ５　＜−０．８９０×１０−４（５）第２群レン
   ズの入射面と射出面の光軸上での距離ｄ３　（ｍｍ）は
   次の条件を満足すること、４．６４７　＜ｄ３　＜４．
   ７１５ （６）両凸レンズの硝材は、波長λ（μｍ）に対する屈
   折率ｎが以下の式で表されるものであること、　　　　
   　　ｎ２　＝Ｑ０　＋Ｑ１　λ２　＋Ｑ２　λ−２＋Ｑ
   ３　λ−４＋Ｑ４　λ−６＋Ｑ５　λ−８ただし、 Ｑ０　＝２．４８６１７４４ Ｑ１　＝−１．００９３４７０×１０−３Ｑ２　＝１．
   ４８８１２３８　×１０−２Ｑ３　＝−１．７６６９５
   ６７×１０−４Ｑ４　＝４．８３０８４１４　×１０−
   ５Ｑ５　＝−２．１７１６４４９×１０−６［両群レン
   ズの配置について］ （７）両群レンズの中心軸ずれＤ（ｍｍ）および両群レ
   ンズの間隔Ｌ（ｍｍ）が次の以下条件を満たすこと、｜
   Ｄ｜＜０．５ ０＜Ｌ＜５０