JPH11337817A - 対物レンズ - Google Patents

対物レンズ

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JPH11337817A
JPH11337817A JP10149301A JP14930198A JPH11337817A JP H11337817 A JPH11337817 A JP H11337817A JP 10149301 A JP10149301 A JP 10149301A JP 14930198 A JP14930198 A JP 14930198A JP H11337817 A JPH11337817 A JP H11337817A
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JP
Japan
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objective lens
pickup
lens
refractive index
diffraction surface
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JP10149301A
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English (en)
Inventor
Kohei Ota
耕平 大田
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 近接した複数のレーザダイオードを光源と
し、光ディスク等を媒体とする光学式記録再生装置に用
いるのに適した、像面湾曲の良く補正されたピックアッ
プ用対物レンズを提供する。 【解決手段】 対物レンズの少なくとも一つの面に、正
のパワーを有し鋸歯状の回折輪帯を有する回折面を設け
る。又は対物レンズを、光軸上に較べ周辺で屈折率が低
下するラジアル型の屈折率分布レンズとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】光ディスク等の記録媒体に、
記録または再生を行う光学式記録再生装置のピックアッ
プ用対物レンズに係わり、特に複数のレーザダイオード
を線上または面上に近接して配置した、レーザダイオー
ドアレイを光源として用いる対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】光ディスク等を媒体とした光学式記録再
生装置の光学系において、記録再生の高速化を図るた
め、複数のレーザダイオードを平面上に近接して配置し
た、レーザダイオードアレイを光源として用いることが
提案されている。この光源をレンズにより記録媒体上に
結像させれば同時に複数の像が得られ、並列処理によっ
て記録再生の高速化が可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような光学系に用
いられる対物レンズには、光源全体の大きさをカバーす
る画角を有し、一つのフォーカス位置で画角全体に対し
て良好な収差を有することが要求される。従って、光源
として一つのレーザダイオードを用いる場合に要求され
る性能に加えて、像面湾曲も小さいことが必要である。
【0004】この発明の目的は、近接した複数のレーザ
ダイオードを光源とし、光ディスク等を媒体とする光学
式記録再生装置に用いるのに適した、像面湾曲の良く補
正されたピックアップ用対物レンズを提供することであ
る。特に焦点距離0.2〜5mm程度、NA0.5以
上、像高3〜30μm程度、倍率0〜−0.6程度の仕
様に適した対物レンズを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成を採ることによって達成される。
【0006】 近接した複数のレーザダイオードを光
源に用いる光学式記録再生装置のピックアップ用対物レ
ンズであって、該ピックアップ用対物レンズは、少なく
とも一つの面に正のパワーを有し鋸歯状の段差が輪帯状
に形成されるブレーズドグレーティング型の回折面を設
けたことを特徴とする対物レンズ。
【0007】 前記対物レンズは、次式を満足する単
玉の対物レンズであることを特徴とする対物レンズ。
【0008】 0.05≦φD/φ≦0.70 …(1) 但し、φ :全系のパワー φD:回折面のパワー 前記対物レンズは、短い方の共役側に回折面を有
し、該回折面が次式を満足することを特徴とする単玉の
対物レンズ。
【0009】 0.7≦Pmin/mλ≦32 …(2) 但し、Pmin:ブレーズドグレーティングの光軸垂直方
向の最小ピッチ rmax:回折面の有効半径 m :ブレーズ化の回折次数 λ :波長 前記対物レンズの回折面は、2次以上の次数の回折
光に対してブレーズ化されていることを特徴とする対物
レンズ。
【0010】 近接した複数のレーザダイオードを光
源に用いる光学式記録再生装置のピックアップ用対物レ
ンズであって、該ピックアップ用対物レンズは、少なく
とも1枚のレンズが、光軸上よりも周辺で屈折率が減少
するラジアル型の屈折率分布を有することを特徴とする
対物レンズ。
【0011】 前記対物レンズは、前記屈折率分布を
次式で表したとき、下記の条件を満足することを特徴と
する対物レンズ。
【0012】 N(r)=N0+N12+N24+・・・ 0.75≦N(r′max)/N(0)≦0.995…(3) 但し、N :屈折率 Ni(i=0,1,2,...):屈折率係数 r :光軸からの距離 r′max:この対物レンズの最大有効半径 次に、ここで前記〜の作用について説明する。
【0013】については、対物レンズに回折面を設け
ている。この回折レンズは基盤となるレンズの表面に回
折輪帯をレリーフとして設けるもので、各輪帯は鋸歯の
形状をなし、ブレーズドグレーティングと呼ばれるもの
である。
【0014】回折面はペッツバール和に寄与しないこと
が知られているので、回折面が正のパワーを有すれば、
基盤となるレンズのパワーを減じることが出来、その結
果対物レンズのペッツバール和を減少させて良い像面特
性を得ることができる。
【0015】については、回折面の基本的な性質は光
路差関数により特徴づけられる。光路差関数は基準波長
の1次回折光に対し回折面によって付加される光路差を
表すものとし、次式で表す。
【0016】 Φ(r)=P22+P44+P66+・・・(単位mm) 但し、r:光軸からの距離 この時、回折面のパワーをφDとすると、φDは次式とな
る。
【0017】φD=−2P2m 但し、m:回折次数 条件式(1)は、単玉の対物レンズにおいて、少なくと
も1面に設けられた回折面のパワーの適切な範囲を定め
るものである。回折面のパワーをφD、回折面を付加す
る基盤となる屈折レンズのパワーをφBとし、対物レン
ズのパワーφをφ≒φB+φDとする近似を考えると、ペ
ッツバール和は近似的に、回折面を用いないで同じパワ
ーのレンズを得るとき、φ/Nとなるものが、回折面を
用いることにより、φB/Nとなり、φD/Nだけ減じら
れる。但しNは屈折率。従ってφD/φは回折面によっ
て減じられるペッツバール和と回折面を用いないときの
ペッツバール和の近似的な比となり、回折面によるペッ
ツバール和減少の目安を示す。
【0018】この下限を外れると、回折面を設ける効果
が微小となる。上限を外れて、回折面のパワーが大きく
なると、正弦条件を満たすことが困難になりコマ収差が
劣化する。望ましい範囲は下記のとおりである。
【0019】望ましい範囲:0.10≦φD/φ≦0.
6 については、の発明において、短い方の共役側の面
に回折面を設けることが、コマ収差の劣化を生ぜずにペ
ッツバール和を補正することが出来、効果的である。条
件式(2)は、条件式(1)に該当する回折輪帯のピッ
チを表したものである。回折輪帯の光軸垂直方向のピッ
チをPとするとPは、光路差関数を用いて次式で表され
る。
【0020】
【数1】
【0021】光路差関数を近似的にr2の項だけで表
し、Φ(r)≒P22とすると、ピッチは有効半径r
maxのところで最小となり、これをPminとすると次式と
なる。
【0022】Pmin≒|λ/2P2max| 結像倍率をM、このときの像側開口数をNAとすると、
max=(1−M)NA/φと近似する。又、φD=−2
2mを用いて次式に変形する。
【0023】
【数2】
【0024】NAとして0.5〜1、又Mとして0〜−
0.6を想定し、条件式(1)と併せると条件式(2)
を得る。
【0025】望ましい範囲は下記の通りである。
【0026】望ましい範囲:2.0≦Pmin/mλ≦3
2 については、この発明の回折レンズをモールドレンズ
として製造するとき、ピッチが型加工のための刃先のサ
イズ程度に小さくなると型加工が困難になる。このとき
は2次以上の特定の次数の回折光に対して、回折輪帯を
ブレーズ化すれば、ピッチを次数倍に拡大でき、加工上
有利となる。
【0027】については、対物レンズをラジアル型の
屈折率分布レンズとしている。この屈折率分布を次式で
表す。
【0028】N(r)=N0+N12+N24+・・・ 媒質のパワーをφmとすると、φmは次式で近似できる。
即ち、φm≒−2N1dである。但し、dはレンズ厚であ
る。又、ペッツバール和PTZは次式で表される。即
ち、PTZ=(φs/N0)+(φm/N0 2)である。但
し、φsは面の屈折力である。以上のことから光軸上に
比べ周辺で屈折率が低下する屈折率分布レンズを用いる
と、ペッツバール和が小さく出来ることが知られてい
る。
【0029】について条件式(3)は、複数のレーザ
ダイオードを光源として用いるピックアップ用対物レン
ズに適した屈折率分布の範囲を定めるものである。下限
を外れると、ペッツバール和減少の効果が微小になる。
上限を外れると、屈折率分布によって球面収差が大きく
アンダーになり補正が難しい。
【0030】望ましい範囲は下記の通りである。
【0031】望ましい範囲:0.90≦N(r′max
/N(0)≦0.992
【0032】
【実施例】下記各実施例における表中のRは面の曲率半
径、Dは面間隔、Nは屈折率である。
【0033】非球面については光軸方向をX軸、光軸に
垂直な方向をY軸とするとき次式で表す。
【0034】
【数3】
【0035】実施例1 実施例1は、請求項1,2,3に対応する。物体位置は
無限遠であり、コリメータレンズを併用する。回折面は
第2面に設けられている。
【0036】レンズデータを表1、非球面係数を表2に
示す。実施例1のレンズを図1に示すが、(a)は断面
図であり、(b)は収差図である。
【0037】実施例では焦点距離を1mmとしている
が、これは必要な値に拡大・縮小できるものである。特
に条件式(2)の値は、焦点距離の拡大・縮小には影響
されない。
【0038】又表1、表2では、回折次数1でブレーズ
化するときの光路差関数の係数を記しているが、回折次
数mでブレーズ化するときは、各光路差関数の係数を1
/m倍すれば良い。この時回折輪帯のピッチはm倍とな
る。
【0039】実施例1のデータ 焦点距離: 1(mm) 倍率 : 0 像側NA: 0.50 像高 : ±0.020(mm) 波長 :660nm
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】光路差関数の係数 P2 =−0.71950×10-14 =−0.31000 P6 = 0.54884×10 P8 =−0.17012×10310= 0.12650×104 m = 1 φD = 0.144 φD/φ = 0.144 rmax = 0.25 Pmin = 0.012 Pmin/mλ=18 実施例2 実施例2も請求項1,2,3に対応する。物体位置は有
限距離であり、回折面は第2面に設けられている。
【0043】レンズデータを表3、非球面係数を表4に
示す。実施例2のレンズを図2に示すが、(a)は断面
図であり、(b)は収差図である。
【0044】実施例2のデータ 焦点距離: 1(mm) 倍率 : −0.50 像側NA: 0.50 像高 : ±0.020(mm) 波長 :660nm
【0045】
【表3】
【0046】
【表4】
【0047】光路差関数の係数 P2 =−0.28620 P4 = 0.12157 P6 =−0.12620 P8 =−0.22075×10 P10=−0.16910×10-1 m =1 φD =0.572 φD/φ =0.572 rmax =0.47 Pmin =0.0021 Pmin/mλ=3.2 実施例3 実施例3は請求項5に対応する。
【0048】レンズデータを表5、非球面係数を表6に
示す。実施例3のレンズを図3に示すが、(a)は断面
図であり、(b)は収差図である。
【0049】実施例3のデータ 焦点距離: 1(mm) 倍率 : 0 像側NA: 0.50 像高 : ±0.020(mm) 波長 :660nm
【0050】
【表5】
【0051】
【表6】
【0052】屈折率係数 N0= 1.80000 N1=−0.4037×10-1 r′max =0.60 N(r′max) =1.7855 N(r′max)/N(0)=0.992 実施例4 実施例4も請求項5に対応する。
【0053】レンズデータを表7、非球面係数を表8に
示す。実施例4のレンズを図4に示すが、(a)は断面
図であり、(b)は収差図である。
【0054】実施例4のデータ 焦点距離: 1(mm) 倍率 : 0.50 像側NA: 0.50 像高 : ±0.020(mm) 波長 :660nm
【0055】
【表7】
【0056】
【表8】
【0057】屈折率係数 N0= 1.80000 N1=−0.1870 r′max =0.65 N(r′max) =1.7210 N(r′max)/N(0)=0.956
【0058】
【発明の効果】本発明により、近接した複数のレーザダ
イオードを光源とし、光ディスク等を媒体とする光学式
記録再生装置に用いるのに適した、像面湾曲の良く補正
されたピックアップ用対物レンズが提供されることとな
った。特に焦点距離0.2〜5mm程度、NA0.5以
上、像高3〜30μm程度、倍率0〜−0.6程度の仕
様に適した対物レンズが提供されることとなった。
【0059】又、この発明の対物レンズの像側に、近接
場現象を利用するソリッドイマージョンレンズを組み合
わせて用いることによって、大きな開口数を得て記録再
生の高密度化を図ることが出来る。
【0060】なお、ソリッドイマージョンレンズとして
は、半球レンズと超半球レンズと呼ばれる形状のレンズ
が提案されており、何れも像側は近接場現象を生じるよ
う像面に近接した平面であり、光源側は球面収差とコマ
収差を生じないように半球を配置するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のレンズの断面図と収差図である。
【図2】実施例2のレンズの断面図と収差図である。
【図3】実施例3のレンズの断面図と収差図である。
【図4】実施例4のレンズの断面図と収差図である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 近接した複数のレーザダイオードを光源
    に用いる光学式記録再生装置のピックアップ用対物レン
    ズであって、該ピックアップ用対物レンズは、少なくと
    も一つの面に正のパワーを有し鋸歯状の段差が輪帯状に
    形成されるブレーズドグレーティング型の回折面を設け
    たことを特徴とする対物レンズ。
  2. 【請求項2】 前記対物レンズは、次式を満足する単玉
    の対物レンズであることを特徴とする請求項1に記載の
    対物レンズ。 0.05≦φD/φ≦0.70 但し、φ :全系のパワー φD:回折面のパワー
  3. 【請求項3】 前記対物レンズは、短い方の共役側に回
    折面を有し、該回折面が次式を満足することを特徴とす
    る請求項1に記載の単玉の対物レンズ。 0.7≦Pmin/mλ≦32 但し、Pmin:ブレーズドグレーティングの光軸垂直方
    向の最小ピッチ rmax:回折面の有効半径 m :ブレーズ化の回折次数 λ :波長
  4. 【請求項4】 前記対物レンズの回折面は、2次以上の
    次数の回折光に対してブレーズ化されていることを特徴
    とする請求項1に記載の対物レンズ。
  5. 【請求項5】 近接した複数のレーザダイオードを光源
    に用いる光学式記録再生装置のピックアップ用対物レン
    ズであって、該ピックアップ用対物レンズは、少なくと
    も1枚のレンズが、光軸上よりも周辺で屈折率が減少す
    るラジアル型の屈折率分布を有することを特徴とする対
    物レンズ。
  6. 【請求項6】 前記対物レンズは、前記屈折率分布を次
    式で表したとき、下記の条件を満足することを特徴とす
    る請求項5に記載の対物レンズ。 N(r)=N0+N12+N24+・・・ 0.75≦N(r′max)/N(0)≦0.995 但し、N :屈折率 Ni(i=0,1,2,...):屈折率係数 r :光軸からの距離 r′max:この対物レンズの最大有効半径
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2804758A1 (fr) * 2000-02-04 2001-08-10 Luneau Sa Procede et dispositif pour la mesure automatique de la puissance de refraction de verres de correction

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