JPH08171052A - 単レンズ及びそれを用いた光ヘッド - Google Patents
単レンズ及びそれを用いた光ヘッドInfo
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- JPH08171052A JPH08171052A JP31378994A JP31378994A JPH08171052A JP H08171052 A JPH08171052 A JP H08171052A JP 31378994 A JP31378994 A JP 31378994A JP 31378994 A JP31378994 A JP 31378994A JP H08171052 A JPH08171052 A JP H08171052A
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- optical axis
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学式情報記録再生装置の光が器ヘッドに用
いられる単レンズの軸上色収差を除去する。 【構成】 単レンズの少なくとも１つの面上に回折効果
を生じる段差を同心円状に配した輪帯を形成し、面の形
状を 【数１】 により与えられる形状とする。
いられる単レンズの軸上色収差を除去する。 【構成】 単レンズの少なくとも１つの面上に回折効果
を生じる段差を同心円状に配した輪帯を形成し、面の形
状を 【数１】 により与えられる形状とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報記録再生装置等
に用いられる対物レンズに関し、特に軸上色収差を除去
した単レンズに関する。
に用いられる対物レンズに関し、特に軸上色収差を除去
した単レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学式情報記録再生装置における光学系
では、対物レンズにより光源からの光束を情報記録媒体
上に集光する。対物レンズは、アクチュエータにより、
情報記録媒体に対してトラッキング及びフォーカシング
制御される。従って、対物レンズは小型・軽量であるこ
とが望ましく、一般に、両面非球面の単レンズが多く用
いられている。
では、対物レンズにより光源からの光束を情報記録媒体
上に集光する。対物レンズは、アクチュエータにより、
情報記録媒体に対してトラッキング及びフォーカシング
制御される。従って、対物レンズは小型・軽量であるこ
とが望ましく、一般に、両面非球面の単レンズが多く用
いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光学式情報記録再生装
置の光源として用いられている半導体レーザは、温度及
び出力の変化に伴い波長が変動する。対物レンズに色収
差が残っている場合、光源の波長が変動すると、フォー
カス位置も変動する。温度変化の場合ような波長変動が
緩やかな場合には、フォーカシング制御によりフォーカ
ス位置の変化に追従することが可能である。しかし、例
えば記録時と再生時とで光源の出力を変化させる場合、
光源の波長変動が急激であり、フォーカシング制御によ
ってもフォーカス位置の変化に追従することができず、
正確な情報の記録・再生ができないという問題点を有し
ている。
置の光源として用いられている半導体レーザは、温度及
び出力の変化に伴い波長が変動する。対物レンズに色収
差が残っている場合、光源の波長が変動すると、フォー
カス位置も変動する。温度変化の場合ような波長変動が
緩やかな場合には、フォーカシング制御によりフォーカ
ス位置の変化に追従することが可能である。しかし、例
えば記録時と再生時とで光源の出力を変化させる場合、
光源の波長変動が急激であり、フォーカシング制御によ
ってもフォーカス位置の変化に追従することができず、
正確な情報の記録・再生ができないという問題点を有し
ている。
【０００４】対物レンズの色収差を除去する手段とし
て、分散値のことなる硝材を用いた正レンズと負レンズ
を接合させた接合色消しレンズを用いる方法が広く知ら
れているが、光ディスク用の対物レンズは上述のように
単レンズであることが望ましいため、必ずしも最適な方
法ではない。また、単レンズのままで軸上色収差を除去
する手法として、例えば特開平６−２４２３７３号公報
に示されているように、対物レンズのいずれかの表面に
回折効果を生ずるような段差又は透過率の変化を設け、
回折レンズを対物レンズの少なくとも一方の表面上に形
成する方法が提案されている。しかしながら、上記の公
報に開示されている手段は、各輪帯毎に非球面係数を決
定するため、設計が煩雑であるという問題点を有してい
た。
て、分散値のことなる硝材を用いた正レンズと負レンズ
を接合させた接合色消しレンズを用いる方法が広く知ら
れているが、光ディスク用の対物レンズは上述のように
単レンズであることが望ましいため、必ずしも最適な方
法ではない。また、単レンズのままで軸上色収差を除去
する手法として、例えば特開平６−２４２３７３号公報
に示されているように、対物レンズのいずれかの表面に
回折効果を生ずるような段差又は透過率の変化を設け、
回折レンズを対物レンズの少なくとも一方の表面上に形
成する方法が提案されている。しかしながら、上記の公
報に開示されている手段は、各輪帯毎に非球面係数を決
定するため、設計が煩雑であるという問題点を有してい
た。
【０００５】本発明は、以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、製作が容易で、且つ良好に
軸上色収差を補正した単レンズ及びそれを用いた光ヘッ
ドを提供することを目的とする。
ためになされたものであり、製作が容易で、且つ良好に
軸上色収差を補正した単レンズ及びそれを用いた光ヘッ
ドを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の単レンズは、少なくとも１つの面上に、位
相差を生じる段差を同心円状に配した輪帯が形成され、
前記輪帯が形成された面の形状が（数１）により与えら
れる形状である。
め、本発明の単レンズは、少なくとも１つの面上に、位
相差を生じる段差を同心円状に配した輪帯が形成され、
前記輪帯が形成された面の形状が（数１）により与えら
れる形状である。
【０００７】上記構成において、光軸から数えて第ｚ番
目の輪帯が、光軸からｈ（ｚ−１）からｈ（ｚ）の間の
高さにあって、光軸から数えてｚ＋１番目の輪帯との間
の段差の大きさをｄ（ｚ）として、前記（数２）、（数
３）及び（数４）により与えられるｒ（ｚ）及びｓ
（ｚ）を用いて構成されていることが好ましい。
目の輪帯が、光軸からｈ（ｚ−１）からｈ（ｚ）の間の
高さにあって、光軸から数えてｚ＋１番目の輪帯との間
の段差の大きさをｄ（ｚ）として、前記（数２）、（数
３）及び（数４）により与えられるｒ（ｚ）及びｓ
（ｚ）を用いて構成されていることが好ましい。
【０００８】また、本発明の別の単レンズは、少なくと
も一つの面上に、位相差を生じる段差を同心円状に配し
た輪帯が形成され、前記輪帯の段差の大きさ（面の光軸
方向におけるシフト量）が光軸から離れるにしたがい大
きくなり、前記（数５）を満足する。
も一つの面上に、位相差を生じる段差を同心円状に配し
た輪帯が形成され、前記輪帯の段差の大きさ（面の光軸
方向におけるシフト量）が光軸から離れるにしたがい大
きくなり、前記（数５）を満足する。
【０００９】また、本発明のさらに別の単レンズは、少
なくとも一つの面上に、位相差を生じる段差を同心円状
に配した輪帯が形成され、前記輪帯の段差の大きさ（面
の光軸方向におけるシフト量）が光軸から離れるにした
がい大きくなり、前記（数６）を満足する。
なくとも一つの面上に、位相差を生じる段差を同心円状
に配した輪帯が形成され、前記輪帯の段差の大きさ（面
の光軸方向におけるシフト量）が光軸から離れるにした
がい大きくなり、前記（数６）を満足する。
【００１０】また、本発明のさらに別の単レンズは、少
なくとも１つの面上に、位相差を生じる段差を同心円状
に配した輪帯が形成され、前記輪帯の段差が、全ての輪
帯においてほぼ同一の大きさであり、前記（数７）を満
足する。
なくとも１つの面上に、位相差を生じる段差を同心円状
に配した輪帯が形成され、前記輪帯の段差が、全ての輪
帯においてほぼ同一の大きさであり、前記（数７）を満
足する。
【００１１】上記各構成において、前記輪帯が形成され
た面の形状が前記（数１）により与えられる形状である
ことが好ましい。また、上記各構成において、光軸から
数えて第ｚ番目の輪帯が、光軸からｈ（ｚ−１）からｈ
（ｚ）の間の高さにあって、光軸から数えてｚ＋１番目
の輪帯との間の段差の大きさｄ（ｚ）が前記（数２）、
（数３）及び（数４）により与えられるｒ（ｚ）及びｓ
（ｚ）を用いて構成されていることが好ましい。
た面の形状が前記（数１）により与えられる形状である
ことが好ましい。また、上記各構成において、光軸から
数えて第ｚ番目の輪帯が、光軸からｈ（ｚ−１）からｈ
（ｚ）の間の高さにあって、光軸から数えてｚ＋１番目
の輪帯との間の段差の大きさｄ（ｚ）が前記（数２）、
（数３）及び（数４）により与えられるｒ（ｚ）及びｓ
（ｚ）を用いて構成されていることが好ましい。
【００１２】また、本発明の光ヘッドは、光源と、光源
からの光束を略平行光束にするコリメート手段と、略平
行光束を情報記録媒体上に集光する集光手段と、情報記
録媒体からの透過或いは反射光を検出する検出手段を有
する光情報記録再生装置において、前記集光手段とし
て、上記各構成のうちのいずれかを有する単レンズを対
物レンズとして用いる。
からの光束を略平行光束にするコリメート手段と、略平
行光束を情報記録媒体上に集光する集光手段と、情報記
録媒体からの透過或いは反射光を検出する検出手段を有
する光情報記録再生装置において、前記集光手段とし
て、上記各構成のうちのいずれかを有する単レンズを対
物レンズとして用いる。
【００１３】
【作用】回折効果によるレンズの設計手法として、非常
に高屈折率の仮想の硝材を用いる方法が知られている
（例えば、スウェット著、「デスクライビングホログラ
フィックオプティカルエレメンツアズレンジーズ」、ジ
ャーナルオブオプティカルソサエティーオブアメリカ、
６７巻６号、１９７７年 William C.Sweatt,"Describi
ng holographic optical elements as lenses",J.Opt.S
oc.Am,Vol.67,No6(1977)）。まず、レンズの屈折による
パワーと、レンズ表面の回折効果によるパワーにより軸
上色収差を補正できるように、各レンズのパワー配分を
決定する。次に、通常の硝材のレンズと仮想の高屈折率
硝材のレンズとの接合レンズを設計する。このとき、仮
想の高屈折率硝材を用いたレンズの肉厚を非常に薄く設
計する。これで、レンズの表面に回折効果のレンズを設
けたレンズの設計ができたことになる。
に高屈折率の仮想の硝材を用いる方法が知られている
（例えば、スウェット著、「デスクライビングホログラ
フィックオプティカルエレメンツアズレンジーズ」、ジ
ャーナルオブオプティカルソサエティーオブアメリカ、
６７巻６号、１９７７年 William C.Sweatt,"Describi
ng holographic optical elements as lenses",J.Opt.S
oc.Am,Vol.67,No6(1977)）。まず、レンズの屈折による
パワーと、レンズ表面の回折効果によるパワーにより軸
上色収差を補正できるように、各レンズのパワー配分を
決定する。次に、通常の硝材のレンズと仮想の高屈折率
硝材のレンズとの接合レンズを設計する。このとき、仮
想の高屈折率硝材を用いたレンズの肉厚を非常に薄く設
計する。これで、レンズの表面に回折効果のレンズを設
けたレンズの設計ができたことになる。
【００１４】次に、具体的なレンズの面形状を決定する
作業を行う。段差を設けるべき位置は、仮想の高屈折率
硝材を通る光線の光路長が波長のちょうど整数倍になる
位置としてもとまる。次に、先に求めた位置で段差がで
きるように元のレンズの非球面形状のサグ量（レンズ面
上の点からレンズの光軸における接平面までの距離）に
回折レンズ用のサグ量を加える。このとき、回折レンズ
用のサグ量も理想的には高次多項式で表される２次曲線
にて与えられる。しかしながら、その２次曲線を求める
のは設計作業において容易ではなく、さらに、各輪帯毎
に与えられる定数の数が多くなるため、加工機の記憶容
量に制約がある場合などには用いることができないなど
の欠点がある。尚、本明細書中での段差とは、面の光軸
方向への移動量をさすものとする。実際の加工時には段
差の頂点部は面取り加工を施すため、例えば図１に示す
実線のような形状となるが、ここでいう段差は面を面取
り加工を行なわなかったものとして延長した（図１中の
破線）面の間にある光軸に平行な線分の長さ（図１中で
Ａ−Ａ’）を意味するものとする。
作業を行う。段差を設けるべき位置は、仮想の高屈折率
硝材を通る光線の光路長が波長のちょうど整数倍になる
位置としてもとまる。次に、先に求めた位置で段差がで
きるように元のレンズの非球面形状のサグ量（レンズ面
上の点からレンズの光軸における接平面までの距離）に
回折レンズ用のサグ量を加える。このとき、回折レンズ
用のサグ量も理想的には高次多項式で表される２次曲線
にて与えられる。しかしながら、その２次曲線を求める
のは設計作業において容易ではなく、さらに、各輪帯毎
に与えられる定数の数が多くなるため、加工機の記憶容
量に制約がある場合などには用いることができないなど
の欠点がある。尚、本明細書中での段差とは、面の光軸
方向への移動量をさすものとする。実際の加工時には段
差の頂点部は面取り加工を施すため、例えば図１に示す
実線のような形状となるが、ここでいう段差は面を面取
り加工を行なわなかったものとして延長した（図１中の
破線）面の間にある光軸に平行な線分の長さ（図１中で
Ａ−Ａ’）を意味するものとする。
【００１５】ここで、本発明の単レンズでは輪帯の形状
を記述する式として、上記（数１）を用いていることを
特徴としている。（数１）は大きく２つの部分からでき
ており、第１の項と第２の項が回転対称非球面の定義式
であって、第３項及び第４項が輪帯の段差を表す項であ
る。ここで、第３項及び第４項は光軸上に中心がある半
径ｒ（ｚ）の円弧の一部を用いた分だけサグ量を増減す
ることを意味する。この（数１）で形状を表した場合、
回折レンズ用のサグ量を高次多項式で表した場合に比べ
ると若干収差が増えるが、実質上問題にならない程度に
抑えることが可能である。また、各輪帯に固有の定数が
少ないため、比較的容易に定数を決定することができ
る。
を記述する式として、上記（数１）を用いていることを
特徴としている。（数１）は大きく２つの部分からでき
ており、第１の項と第２の項が回転対称非球面の定義式
であって、第３項及び第４項が輪帯の段差を表す項であ
る。ここで、第３項及び第４項は光軸上に中心がある半
径ｒ（ｚ）の円弧の一部を用いた分だけサグ量を増減す
ることを意味する。この（数１）で形状を表した場合、
回折レンズ用のサグ量を高次多項式で表した場合に比べ
ると若干収差が増えるが、実質上問題にならない程度に
抑えることが可能である。また、各輪帯に固有の定数が
少ないため、比較的容易に定数を決定することができ
る。
【００１６】さらに、段差を与えるべき光軸からの高さ
と段差の大きさがわかっている場合、上記（数２）、
（数３）及び（数４）を用いれば（数１）にとって最適
なｒ（ｚ）、ｓ（ｚ）を計算することができる。また、
上記（数５）又は（数６）は回折レンズの輪帯の最適な
範囲を与える。回折レンズを設計する場合、輪帯間の段
差は光路長が波長の整数倍になるように与える。硝材の
屈折率をＮ、光の波長をλとするとき位相差が整数倍に
なるような段差の大きさｔはＭを任意の定数として、
と段差の大きさがわかっている場合、上記（数２）、
（数３）及び（数４）を用いれば（数１）にとって最適
なｒ（ｚ）、ｓ（ｚ）を計算することができる。また、
上記（数５）又は（数６）は回折レンズの輪帯の最適な
範囲を与える。回折レンズを設計する場合、輪帯間の段
差は光路長が波長の整数倍になるように与える。硝材の
屈折率をＮ、光の波長をλとするとき位相差が整数倍に
なるような段差の大きさｔはＭを任意の定数として、
【数８】 （数８）で表すことができる。平面上に回折レンズを形
成する場合には上式の段差を用いてもほぼ問題がない
が、球面や非球面などのような曲面上に回折レンズを形
成する場合には、光軸から離れるにしたがい屈折による
光線の偏角が大きくなるため、上式よりも深く作らねば
ならない。光線の偏角を考慮して位相差が波長の整数倍
になる深さを厳密に求めるのは困難であるが、近似的に
は
成する場合には上式の段差を用いてもほぼ問題がない
が、球面や非球面などのような曲面上に回折レンズを形
成する場合には、光軸から離れるにしたがい屈折による
光線の偏角が大きくなるため、上式よりも深く作らねば
ならない。光線の偏角を考慮して位相差が波長の整数倍
になる深さを厳密に求めるのは困難であるが、近似的に
は
【数９】 （数９）により求めることができる。レンズ設計におい
て、屈折光線の方向ベクトルや、非球面の法線方向など
は比較的容易に求めることができるため、それらを用い
て近似的に段差を求めることができると設計時に有効で
ある。また、段差の大きさは（数９）による値から５％
以内の誤差であれば問題ない。より望ましくは、３％以
内がよい。
て、屈折光線の方向ベクトルや、非球面の法線方向など
は比較的容易に求めることができるため、それらを用い
て近似的に段差を求めることができると設計時に有効で
ある。また、段差の大きさは（数９）による値から５％
以内の誤差であれば問題ない。より望ましくは、３％以
内がよい。
【００１７】なお、上記（数５）及び（数６）は、それ
ぞれ回折レンズの輪帯の深さが、（数９）で与えられる
深さから５％及び３％以内に入るための条件式である。
つまり、（数５）の下限を越えると段差で生じる位相差
が少なくなりすぎ、上限を越えると段差で生じる位相差
が大きくなりすぎ、いずれの場合も収差が発生して望ま
しくない。また、（数６）で与えられる範囲内に製造で
きれば段差の誤差が非常に小さくなり、望ましい。
ぞれ回折レンズの輪帯の深さが、（数９）で与えられる
深さから５％及び３％以内に入るための条件式である。
つまり、（数５）の下限を越えると段差で生じる位相差
が少なくなりすぎ、上限を越えると段差で生じる位相差
が大きくなりすぎ、いずれの場合も収差が発生して望ま
しくない。また、（数６）で与えられる範囲内に製造で
きれば段差の誤差が非常に小さくなり、望ましい。
【００１８】また、加工機の制約から段差の深さを各輪
帯ごとに変えることが困難な場合もある。その場合に
は、（数８）で各輪帯の最適段差を求めた後に、その中
心付近の値で全ての段差の大きさを決定してもかまわな
い。このようにした場合には、光軸近傍では位相差が大
きすぎ、光軸から離れるにしたがい位相差が小さくなっ
ていき、最外周付近の輪帯では位相差が小さすぎる。こ
のため、理想的な場合に比べて収差が多くなるが、段差
を（数９）で与える場合に比べ、加工機の制約が大幅に
軽減される。
帯ごとに変えることが困難な場合もある。その場合に
は、（数８）で各輪帯の最適段差を求めた後に、その中
心付近の値で全ての段差の大きさを決定してもかまわな
い。このようにした場合には、光軸近傍では位相差が大
きすぎ、光軸から離れるにしたがい位相差が小さくなっ
ていき、最外周付近の輪帯では位相差が小さすぎる。こ
のため、理想的な場合に比べて収差が多くなるが、段差
を（数９）で与える場合に比べ、加工機の制約が大幅に
軽減される。
【００１９】
（第１の実施例）本発明の単レンズの好適な第１の実施
例を説明する。（表１）は、仮想の高屈折率硝材を用い
て設計した第１の仮想レンズの設計データである。第１
の仮想レンズの開口数（ＮＡ）は０．５５、焦点距離は
３．０ｍｍである。
例を説明する。（表１）は、仮想の高屈折率硝材を用い
て設計した第１の仮想レンズの設計データである。第１
の仮想レンズの開口数（ＮＡ）は０．５５、焦点距離は
３．０ｍｍである。
【００２０】
【表１】 （表１）において、第２面が仮想の高屈折率硝材を用い
た面であり、第３面及び第４面が屈折レンズであり、第
５面及び第６面がディスクの保護樹脂である。第２面、
第３面及び第４面は、次の（数１０）で表される非球面
である。
た面であり、第３面及び第４面が屈折レンズであり、第
５面及び第６面がディスクの保護樹脂である。第２面、
第３面及び第４面は、次の（数１０）で表される非球面
である。
【数１０】
【００２１】各面での非球面係数をそれぞれ以下に示
す。
す。
【００２２】
【数１１】
【００２３】
【数１２】
【００２４】
【数１３】
【００２５】上記のレンズデータの光路長差（以下、Ｏ
ＰＤと略称する）のグラフを図２に示す。このＯＰＤの
グラフは、軸上光線に対して光路長が長い場合を負に、
短い場合を正に取ってある。次の（表２）は、第１の実
施例の単レンズにおける、位相差を生じる段差を有する
面の形状に関する表である。第１の実施例の単レンズ
は、（表１）に示した仮想の高屈折率硝材を用いて設計
した第１の仮想レンズを元に（数２）、（数３）及び
（数４）を用いてｒ（ｚ）、ｓ（ｚ）を計算したもので
ある。
ＰＤと略称する）のグラフを図２に示す。このＯＰＤの
グラフは、軸上光線に対して光路長が長い場合を負に、
短い場合を正に取ってある。次の（表２）は、第１の実
施例の単レンズにおける、位相差を生じる段差を有する
面の形状に関する表である。第１の実施例の単レンズ
は、（表１）に示した仮想の高屈折率硝材を用いて設計
した第１の仮想レンズを元に（数２）、（数３）及び
（数４）を用いてｒ（ｚ）、ｓ（ｚ）を計算したもので
ある。
【００２６】
【表２】
【００２７】図３は第１の実施例の単レンズの光路図で
ある。図３において、１は単レンズ、２は情報記録媒体
の保護樹脂、３は回折レンズを形成した面である。図４
は、回折レンズを形成した面の段差をわかりやすくする
ため、光軸方向に誇張して拡大した図面の一部である。
第１の実施例の単レンズのＯＰＤを図５に示す。図５か
ら、輪帯ごとに光路が長くなるため、ＯＰＤが階段状に
なっていることがわかる。図５を元に、１輪帯ごとに１
波長づつ光路を短く補正して描いたＯＰＤを図６に示
す。また、図７は図２と図６とを重ねて描いた図であ
る。図７中、実線は第１の実施例の単レンズのＯＰＤで
あり、破線は第１の実施例の元となった第１の仮想レン
ズのＯＰＤである。図６から、第１の実施例の単レンズ
が満足な性能を有していることがわかる。また、図７か
ら、第１の実施例の単レンズのＯＰＤと、その元となっ
た第１の仮想レンズのＯＰＤとの誤差が充分小さいこと
がわかる。従って、本手法により面形状を決定した、レ
ンズ面上に回折レンズを形成した第１の実施例の単レン
ズが、仮想の高屈折率硝材を用いて設計した第１の仮想
レンズとほぼ同等の光学性能を有することがわかる。
ある。図３において、１は単レンズ、２は情報記録媒体
の保護樹脂、３は回折レンズを形成した面である。図４
は、回折レンズを形成した面の段差をわかりやすくする
ため、光軸方向に誇張して拡大した図面の一部である。
第１の実施例の単レンズのＯＰＤを図５に示す。図５か
ら、輪帯ごとに光路が長くなるため、ＯＰＤが階段状に
なっていることがわかる。図５を元に、１輪帯ごとに１
波長づつ光路を短く補正して描いたＯＰＤを図６に示
す。また、図７は図２と図６とを重ねて描いた図であ
る。図７中、実線は第１の実施例の単レンズのＯＰＤで
あり、破線は第１の実施例の元となった第１の仮想レン
ズのＯＰＤである。図６から、第１の実施例の単レンズ
が満足な性能を有していることがわかる。また、図７か
ら、第１の実施例の単レンズのＯＰＤと、その元となっ
た第１の仮想レンズのＯＰＤとの誤差が充分小さいこと
がわかる。従って、本手法により面形状を決定した、レ
ンズ面上に回折レンズを形成した第１の実施例の単レン
ズが、仮想の高屈折率硝材を用いて設計した第１の仮想
レンズとほぼ同等の光学性能を有することがわかる。
【００２８】（第２の実施例）次に、本発明の単レンズ
の好適な第２の実施例を説明する。（表３）は、仮想の
高屈折率硝材を用いて設計した第２の仮想レンズの設計
データを示す。第２の仮想レンズの開口数（ＮＡ）は
０．５５、焦点距離は３．０ｍｍ、設計波長は７８０ｎ
ｍである。
の好適な第２の実施例を説明する。（表３）は、仮想の
高屈折率硝材を用いて設計した第２の仮想レンズの設計
データを示す。第２の仮想レンズの開口数（ＮＡ）は
０．５５、焦点距離は３．０ｍｍ、設計波長は７８０ｎ
ｍである。
【００２９】
【表３】
【００３０】（表３）において、第２面が仮想の高屈折
率硝材を用いた面であり、第３面及び第４面が屈折レン
ズ、第５面及び第６面が情報記録媒体の保護樹脂であ
る。ここで、第２面、第３面、第４面は（数１）で表さ
れる非球面であり、各面のその非球面データを以下に示
す。また、第２の仮想レンズのＯＰＤを図８に示す。
率硝材を用いた面であり、第３面及び第４面が屈折レン
ズ、第５面及び第６面が情報記録媒体の保護樹脂であ
る。ここで、第２面、第３面、第４面は（数１）で表さ
れる非球面であり、各面のその非球面データを以下に示
す。また、第２の仮想レンズのＯＰＤを図８に示す。
【００３１】
【数１４】
【００３２】
【数１５】
【００３３】
【数１６】
【００３４】次の（表４）は第２の実施例の単レンズに
おける、位相差を生じる段差を有する面の形状に関する
表であり、段差の位置及び大きさとそれらを元に計算し
た（数１）のｒ（ｚ）及びｓ（ｚ）に関する。第２の実
施例の単レンズは、（表３）に示した仮想の高屈折率硝
材を用いた第２の仮想レンズの設計データを元に構成し
たものである。
おける、位相差を生じる段差を有する面の形状に関する
表であり、段差の位置及び大きさとそれらを元に計算し
た（数１）のｒ（ｚ）及びｓ（ｚ）に関する。第２の実
施例の単レンズは、（表３）に示した仮想の高屈折率硝
材を用いた第２の仮想レンズの設計データを元に構成し
たものである。
【００３５】
【表４】
【００３６】第２の実施例の単レンズのＯＰＤを図９に
示す。図９を元に、各輪帯毎に１波長づつ光路長差を、
少なくなるように補正したＯＰＤが図１０である。図１
１は図８と図１０を重ねて描いた図である。図１０か
ら、第２の実施例の単レンズが満足な性能を有している
ことがわかる。また、図１１から、第２の実施例の単レ
ンズのＯＰＤと、その元となった第２の仮想レンズのＯ
ＰＤの誤差が充分小さいことがわかる。従って、本手法
により面形状を決定した、レンズ面上に回折レンズを形
成した第２の実施例の単レンズが、仮想の高屈折率硝材
を用いて設計した第２の仮想レンズとほぼ同等の光学性
能を有することがわかる。
示す。図９を元に、各輪帯毎に１波長づつ光路長差を、
少なくなるように補正したＯＰＤが図１０である。図１
１は図８と図１０を重ねて描いた図である。図１０か
ら、第２の実施例の単レンズが満足な性能を有している
ことがわかる。また、図１１から、第２の実施例の単レ
ンズのＯＰＤと、その元となった第２の仮想レンズのＯ
ＰＤの誤差が充分小さいことがわかる。従って、本手法
により面形状を決定した、レンズ面上に回折レンズを形
成した第２の実施例の単レンズが、仮想の高屈折率硝材
を用いて設計した第２の仮想レンズとほぼ同等の光学性
能を有することがわかる。
【００３７】（第３の実施例）次に、本発明の単レンズ
の好適な第３の実施例を説明する。（表５）は、本発明
の第３の実施例の単レンズにおける、位相差を生じる段
差を有する面の形状に関する表であり、段差の位置及び
大きさとそれらを元に計算した（数１）のｒ（ｚ）及び
ｓ（ｚ）に関する。第３の実施例の単レンズは、（表
１）に示す仮想の高屈折率硝材を用いて設計した第１の
仮想レンズのレンズデータを用いたものであり、段差の
大きさを一定値としたものである。
の好適な第３の実施例を説明する。（表５）は、本発明
の第３の実施例の単レンズにおける、位相差を生じる段
差を有する面の形状に関する表であり、段差の位置及び
大きさとそれらを元に計算した（数１）のｒ（ｚ）及び
ｓ（ｚ）に関する。第３の実施例の単レンズは、（表
１）に示す仮想の高屈折率硝材を用いて設計した第１の
仮想レンズのレンズデータを用いたものであり、段差の
大きさを一定値としたものである。
【００３８】
【表５】
【００３９】第３の実施例の単レンズのＯＰＤを図１２
に示す。図１２を元に、各輪帯毎に１波長づつ光路長差
を、少なくなるように補正したＯＰＤが図１３である。
図１３から、光軸付近の輪帯では最適な段差よりも深め
になっているため、位相差が大きすぎ、第７番目から第
９番目辺りの輪帯では最適な深さとなり、最外周付近で
は逆に最適な段差よりも浅めであることから、位相差が
小さすぎることが分かる。しかし、全体的には使用可能
な収差性能である。
に示す。図１２を元に、各輪帯毎に１波長づつ光路長差
を、少なくなるように補正したＯＰＤが図１３である。
図１３から、光軸付近の輪帯では最適な段差よりも深め
になっているため、位相差が大きすぎ、第７番目から第
９番目辺りの輪帯では最適な深さとなり、最外周付近で
は逆に最適な段差よりも浅めであることから、位相差が
小さすぎることが分かる。しかし、全体的には使用可能
な収差性能である。
【００４０】（第４の実施例）次に、本発明の単レンズ
の好適な第４の実施例を説明する。（表６）は本発明の
第４の実施例における位相差を生じる段差を有する面の
形状に関する表であり、段差の位置及び大きさとそれら
を元に（数５）を用いて計算した、（数１）のｒ（ｚ）
及びｓ（ｚ）に関する。第４の実施例は、（表３）に示
した仮想の高屈折率硝材を用いて設計した第２の仮想レ
ンズのレンズデータを用いたものであり、段差の大きさ
を一定値としたものである。
の好適な第４の実施例を説明する。（表６）は本発明の
第４の実施例における位相差を生じる段差を有する面の
形状に関する表であり、段差の位置及び大きさとそれら
を元に（数５）を用いて計算した、（数１）のｒ（ｚ）
及びｓ（ｚ）に関する。第４の実施例は、（表３）に示
した仮想の高屈折率硝材を用いて設計した第２の仮想レ
ンズのレンズデータを用いたものであり、段差の大きさ
を一定値としたものである。
【００４１】
【表６】
【００４２】第４の実施例の単レンズのＯＰＤを図１４
に示す。図１４を元に、各輪帯毎に１波長づつ光路長差
を、少なくなるように補正したＯＰＤが図１５である。
図１５から、光軸付近の輪帯では最適な段差よりも深め
になっているため、位相差が大きすぎ、第７番目から第
９番目辺りの輪帯では最適な深さとなり、最外周付近で
は逆に最適な段差よりも浅めであることから、位相差が
小さすぎることが分かる。しかし、全体的には使用可能
な収差性能である。
に示す。図１４を元に、各輪帯毎に１波長づつ光路長差
を、少なくなるように補正したＯＰＤが図１５である。
図１５から、光軸付近の輪帯では最適な段差よりも深め
になっているため、位相差が大きすぎ、第７番目から第
９番目辺りの輪帯では最適な深さとなり、最外周付近で
は逆に最適な段差よりも浅めであることから、位相差が
小さすぎることが分かる。しかし、全体的には使用可能
な収差性能である。
【００４３】（第５の実施例）次に、上記本発明の単レ
ンズを用いた、光ヘッドの好適な実施例（第５の実施
例）を説明する。図１６は第５の実施例の光ヘッドの概
略構成図である。第５の実施例の光ヘッドは、対物レン
ズとして第１の実施例に示した単レンズを用いている。
半導体レーザ４からの発散光束５は、コリメートレンズ
６により平行光となった後、ビームスプリッタ７を透過
し、本発明の対物レンズ８により情報記録媒体９の記録
面上に集光される。情報記録媒体９からの反射光束は、
本発明の対物レンズ８により平行光となった後、ビーム
スプリッタ７により反射され、検出光学系のレンズ系１
０により、受光素子１１に結像される。情報の記録時と
再生時に半導体レーザ４の出力を変動させると、発振波
長も変動するが、本発明の光ヘッドでは、対物レンズ８
として第１の実施例に示したレンズを用いているため、
軸上色収差が除去されている。そのため、作動距離１２
の変動はコリメートレンズ６などの色収差分のみであ
り、変動量は微少である。従って、本発明の光ヘッド
は、記録と再生動作を安定して行うことができる。
ンズを用いた、光ヘッドの好適な実施例（第５の実施
例）を説明する。図１６は第５の実施例の光ヘッドの概
略構成図である。第５の実施例の光ヘッドは、対物レン
ズとして第１の実施例に示した単レンズを用いている。
半導体レーザ４からの発散光束５は、コリメートレンズ
６により平行光となった後、ビームスプリッタ７を透過
し、本発明の対物レンズ８により情報記録媒体９の記録
面上に集光される。情報記録媒体９からの反射光束は、
本発明の対物レンズ８により平行光となった後、ビーム
スプリッタ７により反射され、検出光学系のレンズ系１
０により、受光素子１１に結像される。情報の記録時と
再生時に半導体レーザ４の出力を変動させると、発振波
長も変動するが、本発明の光ヘッドでは、対物レンズ８
として第１の実施例に示したレンズを用いているため、
軸上色収差が除去されている。そのため、作動距離１２
の変動はコリメートレンズ６などの色収差分のみであ
り、変動量は微少である。従って、本発明の光ヘッド
は、記録と再生動作を安定して行うことができる。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、本発明の単レンズによれ
ば、輪帯の形状を記述する式として、上記（数１）を用
いているので、実質上問題にならない程度に収差を抑え
ることができ、且つ各輪帯に固有の定数が少ないため、
比較的容易に定数を決定することができる。さらに、段
差を与えるべき光軸からの高さと段差の大きさがわかっ
ている場合、上記（数２）、（数３）及び（数４）を用
いることにより、（数１）にとって最適なｒ（ｚ）、ｓ
（ｚ）を計算することができる。
ば、輪帯の形状を記述する式として、上記（数１）を用
いているので、実質上問題にならない程度に収差を抑え
ることができ、且つ各輪帯に固有の定数が少ないため、
比較的容易に定数を決定することができる。さらに、段
差を与えるべき光軸からの高さと段差の大きさがわかっ
ている場合、上記（数２）、（数３）及び（数４）を用
いることにより、（数１）にとって最適なｒ（ｚ）、ｓ
（ｚ）を計算することができる。
【００４５】また、前記（数６）で近似することによ
り、平面上に回折レンズを形成する場合に、実用状問題
のない単レンズを簡単な式により得ることができる。ま
たは、前記（数７）で近似することにより、光軸から離
れるにしたがい屈折による光線の偏角が大きくなる球面
や非球面などのような曲面上に回折レンズを形成する場
合に、光線の偏角を考慮した単レンズを得ることができ
る。また、上記（数５）又は（数６）の条件を満たすこ
とにより、段差の大きさが（数９）による値から誤差が
５％以内となり、回折レンズの輪帯の最適な範囲が得ら
れる。
り、平面上に回折レンズを形成する場合に、実用状問題
のない単レンズを簡単な式により得ることができる。ま
たは、前記（数７）で近似することにより、光軸から離
れるにしたがい屈折による光線の偏角が大きくなる球面
や非球面などのような曲面上に回折レンズを形成する場
合に、光線の偏角を考慮した単レンズを得ることができ
る。また、上記（数５）又は（数６）の条件を満たすこ
とにより、段差の大きさが（数９）による値から誤差が
５％以内となり、回折レンズの輪帯の最適な範囲が得ら
れる。
【００４６】また、加工機の制約から段差の深さを各輪
帯ごとに変えることが困難な場合もある。その場合に
は、（数８）で各輪帯の最適段差を求めた後に、その中
心付近の値で全ての段差の大きさを決定してもかまわな
い。このようにした場合には、光軸近傍では位相差が大
きすぎ、光軸から離れるにしたがい位相差が小さくなっ
ていき、最外周付近の輪帯では位相差が小さすぎる。こ
のため、理想的な場合に比べて収差が多くなるが、段差
を（数９）で与える場合に比べて大幅に改善される。
帯ごとに変えることが困難な場合もある。その場合に
は、（数８）で各輪帯の最適段差を求めた後に、その中
心付近の値で全ての段差の大きさを決定してもかまわな
い。このようにした場合には、光軸近傍では位相差が大
きすぎ、光軸から離れるにしたがい位相差が小さくなっ
ていき、最外周付近の輪帯では位相差が小さすぎる。こ
のため、理想的な場合に比べて収差が多くなるが、段差
を（数９）で与える場合に比べて大幅に改善される。
【００４７】従って、本発明によれば、色収差を補正で
きるような位相差を生じる段差を有する単レンズを比較
的容易に設計及び製造できる。また、本発明の単レンズ
を対物レンズとして用いることにより、軸上色収差が除
去されているため、記録と再生の切り替え時でも安定し
て動作する光ヘッドを構成することが可能となる。
きるような位相差を生じる段差を有する単レンズを比較
的容易に設計及び製造できる。また、本発明の単レンズ
を対物レンズとして用いることにより、軸上色収差が除
去されているため、記録と再生の切り替え時でも安定し
て動作する光ヘッドを構成することが可能となる。
【図１】本発明の単レンズにおける段差を説明するため
の図
の図
【図２】第１の実施例における仮想の高屈折率硝材を用
いて設計した第１の仮想レンズのＯＰＤを示す図
いて設計した第１の仮想レンズのＯＰＤを示す図
【図３】第１の実施例の単レンズの光路図
【図４】第１の実施例の単レンズにおける回折レンズを
有する面の拡大図
有する面の拡大図
【図５】第１の実施例の単レンズのＯＰＤ
【図６】第１の実施例の単レンズの補正ＯＰＤ
【図７】第１の仮想レンズと第１の実施例の単レンズの
ＯＰＤを重ね書きした図
ＯＰＤを重ね書きした図
【図８】第２の実施例における仮想の高屈折率硝材を用
いて設計した第２の仮想レンズのＯＰＤ
いて設計した第２の仮想レンズのＯＰＤ
【図９】第２の実施例の単レンズのＯＰＤ
【図１０】第２の実施例の単レンズの補正ＯＰＤ
【図１１】第２の仮想レンズと第２の実施例の単レンズ
のＯＰＤを重ね書きした図
のＯＰＤを重ね書きした図
【図１２】第３の実施例の単レンズのＯＰＤ
【図１３】第３の実施例の単レンズの補正ＯＰＤ
【図１４】第４の実施例の単レンズのＯＰＤ
【図１５】第４の実施例の単レンズの補正ＯＰＤ
【図１６】第５の実施例の光ヘッドの光路図
１ ：単レンズ ２ ：情報記録媒体の保護樹脂 ３ ：回折レンズを形成したレンズ面 ４ ：半導体レーザ ５ ：光源からの発散光束 ６ ：コリメートレンズ ７ ：ビームスプリッタ ８ ：対物レンズ ９ ：情報記録媒体の保護樹脂 １０：検出レンズ系 １１：受光素子 １２：作動距離
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくとも１つの面上に、位相差を生じ
る段差を同心円状に配した輪帯が形成された単レンズで
あって、前記輪帯が形成された面の形状が（数１）によ
り与えられる形状である単レンズ。 【数１】 - 【請求項２】 光軸から数えて第ｚ番目の輪帯が、光軸
からｈ（ｚ−１）からｈ（ｚ）の間の高さにあって、光
軸から数えてｚ＋１番目の輪帯との間の段差の大きさを
ｄ（ｚ）として、 【数２】 【数３】 ただし、 【数４】 上記（数２）、（数３）及び（数４）により与えられる
ｒ（ｚ）及びｓ（ｚ）を用いて構成されている請求項１
記載の単レンズ。 - 【請求項３】 少なくとも一つの面上に、位相差を生じ
る段差を同心円状に配した輪帯が形成された単レンズで
あって、前記輪帯の段差の大きさ（面の光軸方向におけ
るシフト量）が光軸から離れるにしたがい大きくなり、
（数５）を満足する単レンズ。 【数５】 - 【請求項４】 少なくとも一つの面上に、位相差を生じ
る段差を同心円状に配した輪帯が形成された単レンズで
あって、前記輪帯の段差の大きさ（面の光軸方向におけ
るシフト量）が光軸から離れるにしたがい大きくなり、
（数６）を満足する単レンズ。 【数６】 - 【請求項５】 少なくとも１つの面上に、位相差を生じ
る段差を同心円状に配した輪帯が形成された単レンズで
あって、前記輪帯の段差が、全ての輪帯においてほぼ同
一の大きさであり、（数７）を満足する単レンズ。 【数７】 - 【請求項６】 前記輪帯が形成された面の形状が前記
（数１）により与えられる形状である請求項３から５の
いずれかに記載の単レンズ。 - 【請求項７】 光軸から数えて第ｚ番目の輪帯が、光軸
からｈ（ｚ−１）からｈ（ｚ）の間の高さにあって、光
軸から数えてｚ＋１番目の輪帯との間の段差の大きさｄ
（ｚ）が前記（数２）、（数３）及び（数４）により与
えられるｒ（ｚ）及びｓ（ｚ）を用いて構成されている
請求項３から６のいずれかに記載の単レンズ。 - 【請求項８】 光源と、光源からの光束を略平行光束に
するコリメート手段と、略平行光束を情報記録媒体上に
集光する集光手段と、情報記録媒体からの透過或いは反
射光を検出する検出手段を有する光ヘッドであって、前
記集光手段として、請求項１から９のいずれかに記載の
単レンズを対物レンズとして用いた光ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31378994A JPH08171052A (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | 単レンズ及びそれを用いた光ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31378994A JPH08171052A (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | 単レンズ及びそれを用いた光ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08171052A true JPH08171052A (ja) | 1996-07-02 |
Family
ID=18045555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31378994A Pending JPH08171052A (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | 単レンズ及びそれを用いた光ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08171052A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5978140A (en) * | 1996-10-24 | 1999-11-02 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for designing diffractive lenses |
| US6349000B1 (en) | 1997-09-24 | 2002-02-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for calculating diffraction efficiencies of a diffraction lens, lens with grating element, and optical system for reading |
| WO2005101084A1 (ja) * | 2004-04-14 | 2005-10-27 | Nidec Sankyo Corporation | 固定焦点レンズ |
| JP2012189995A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-10-04 | Panasonic Corp | 回折光学素子およびそれを用いた撮像装置 |
-
1994
- 1994-12-16 JP JP31378994A patent/JPH08171052A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5978140A (en) * | 1996-10-24 | 1999-11-02 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for designing diffractive lenses |
| US6349000B1 (en) | 1997-09-24 | 2002-02-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for calculating diffraction efficiencies of a diffraction lens, lens with grating element, and optical system for reading |
| US7046350B2 (en) | 1997-09-24 | 2006-05-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Device for calculating diffraction efficiencies of a diffraction lens, lens with grating element, and optical system for reading |
| WO2005101084A1 (ja) * | 2004-04-14 | 2005-10-27 | Nidec Sankyo Corporation | 固定焦点レンズ |
| JP2012189995A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-10-04 | Panasonic Corp | 回折光学素子およびそれを用いた撮像装置 |
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