JPH11337818A - 光ヘッド用対物レンズ - Google Patents
光ヘッド用対物レンズInfo
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- JPH11337818A JPH11337818A JP10150361A JP15036198A JPH11337818A JP H11337818 A JPH11337818 A JP H11337818A JP 10150361 A JP10150361 A JP 10150361A JP 15036198 A JP15036198 A JP 15036198A JP H11337818 A JPH11337818 A JP H11337818A
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- lens
- wavelength
- objective lens
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1372—Lenses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Head (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度変化による波面収差の変化を小さく抑
え、高ＮＡの対物レンズとして利用する場合にも、利用
可能な温度範囲を広げることができる光ヘッド用対物レ
ンズを提供することを課題(目的)とする。 【解決手段】 対物レンズ１０は、両面が凸の非球面で
ある樹脂製単レンズであり、一方のレンズ面１１に光軸
を中心とした輪帯状のパターンとして回折レンズ構造が
形成されている。回折レンズ構造は、入射光の波長が長
波長側にシフトした際に、球面収差が補正不足となる方
向に変化するような球面収差特性を有している。
え、高ＮＡの対物レンズとして利用する場合にも、利用
可能な温度範囲を広げることができる光ヘッド用対物レ
ンズを提供することを課題(目的)とする。 【解決手段】 対物レンズ１０は、両面が凸の非球面で
ある樹脂製単レンズであり、一方のレンズ面１１に光軸
を中心とした輪帯状のパターンとして回折レンズ構造が
形成されている。回折レンズ構造は、入射光の波長が長
波長側にシフトした際に、球面収差が補正不足となる方
向に変化するような球面収差特性を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ディジタルビデ
オディスク(ＤＶＤ)装置、あるいは光磁気ディスク(Ｍ
Ｏ)装置等の光情報記録再生装置の光ヘッドに使用され
る高ＮＡ(開口数)の対物レンズに関し、特に、屈折レン
ズのレンズ面に回折レンズ構造が形成された対物レンズ
に関する。
オディスク(ＤＶＤ)装置、あるいは光磁気ディスク(Ｍ
Ｏ)装置等の光情報記録再生装置の光ヘッドに使用され
る高ＮＡ(開口数)の対物レンズに関し、特に、屈折レン
ズのレンズ面に回折レンズ構造が形成された対物レンズ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】軽量化、小型化が要求される光情報記録
再生装置の光ヘッドには、一般に樹脂製の両面非球面レ
ンズが利用される。ただし、樹脂レンズはガラスレンズ
と比較して温度変化による屈折率変化や形状変化が大き
いため、それによる性能変化が問題となり易い。例え
ば、温度が上昇すると、樹脂レンズの屈折率は低下する
ため、これに伴って球面収差が補正過剰となる方向に変
化し、波面収差が劣化する。樹脂レンズの温度変化に対
する屈折率の変化率は、ほぼ−１０×１０-5／℃であ
る。
再生装置の光ヘッドには、一般に樹脂製の両面非球面レ
ンズが利用される。ただし、樹脂レンズはガラスレンズ
と比較して温度変化による屈折率変化や形状変化が大き
いため、それによる性能変化が問題となり易い。例え
ば、温度が上昇すると、樹脂レンズの屈折率は低下する
ため、これに伴って球面収差が補正過剰となる方向に変
化し、波面収差が劣化する。樹脂レンズの温度変化に対
する屈折率の変化率は、ほぼ−１０×１０-5／℃であ
る。
【０００３】図２７は、焦点距離３．０ｍｍ、使用波長
６５０ｎｍの樹脂製レンズについて、温度が４０度上昇
した際、すなわち屈折率が−４００×１０-5変化した際
の波面収差(単位：λ(波長))の変化量をＮＡをパラメー
タとして示したグラフである。このグラフから、温度変
化による波面収差の変化は、ほぼＮＡの４乗に比例する
ことがわかる。
６５０ｎｍの樹脂製レンズについて、温度が４０度上昇
した際、すなわち屈折率が−４００×１０-5変化した際
の波面収差(単位：λ(波長))の変化量をＮＡをパラメー
タとして示したグラフである。このグラフから、温度変
化による波面収差の変化は、ほぼＮＡの４乗に比例する
ことがわかる。
【０００４】一般に、コンパクトディスク装置用の対物
レンズは、ＮＡが０．４５程度であり、波面収差の許容
範囲の上限が０．０４λ程度であるため、９０度程度の
温度変化があっても波面収差は許容範囲内となり、温度
変化による波面収差の劣化は実用上は問題とならなかっ
た。
レンズは、ＮＡが０．４５程度であり、波面収差の許容
範囲の上限が０．０４λ程度であるため、９０度程度の
温度変化があっても波面収差は許容範囲内となり、温度
変化による波面収差の劣化は実用上は問題とならなかっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＤＶＤ
装置用の対物レンズはＮＡが０．６０、ＭＯ装置用の対
物レンズはＮＡが０．６５程度であり、波面収差の許容
範囲の上限が０．０３λ程度であるため、４０度〜５０
度程度の温度変化があると波面収差が許容範囲の上限を
越えてしまい、情報の記録、再生に支障をきたす可能性
がある。
装置用の対物レンズはＮＡが０．６０、ＭＯ装置用の対
物レンズはＮＡが０．６５程度であり、波面収差の許容
範囲の上限が０．０３λ程度であるため、４０度〜５０
度程度の温度変化があると波面収差が許容範囲の上限を
越えてしまい、情報の記録、再生に支障をきたす可能性
がある。
【０００６】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、温度変化による波面収差の
変化を小さく抑え、ＤＶＤ装置用、あるいはＭＯ装置用
の高ＮＡの対物レンズとして利用する場合にも、利用可
能な温度範囲を広げることができる光ヘッド用対物レン
ズを提供することを課題(目的)とする。
鑑みてなされたものであり、温度変化による波面収差の
変化を小さく抑え、ＤＶＤ装置用、あるいはＭＯ装置用
の高ＮＡの対物レンズとして利用する場合にも、利用可
能な温度範囲を広げることができる光ヘッド用対物レン
ズを提供することを課題(目的)とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる光ヘッ
ド用対物レンズは、上記の目的を達成させるため、正の
パワーを持つ屈折レンズの一面に回折レンズ構造を形成
し、この回折レンズ構造に、入射光の波長が長波長側に
シフトした際に、球面収差が補正不足となる方向に変化
するような球面収差特性を持たせたことを特徴とする。
前述のように、屈折レンズの球面収差は温度上昇により
補正過剰となる方向に変化する。一方、光ヘッドの光源
として一般に用いられる半導体レーザーは、温度上昇に
より発振波長が長波長側にシフトする特性を有する。そ
こで、上記のように回折レンズ構造に波長の長波長側へ
のシフトにより球面収差が補正不足となる方向に変化す
るような特性を持たせれば、温度上昇により補正過剰と
なる屈折レンズの球面収差の変化を、温度上昇による半
導体レーザーの長波長側への波長シフトにより補正不足
となる回折レンズ構造の球面収差の変化により打ち消す
ことができる。
ド用対物レンズは、上記の目的を達成させるため、正の
パワーを持つ屈折レンズの一面に回折レンズ構造を形成
し、この回折レンズ構造に、入射光の波長が長波長側に
シフトした際に、球面収差が補正不足となる方向に変化
するような球面収差特性を持たせたことを特徴とする。
前述のように、屈折レンズの球面収差は温度上昇により
補正過剰となる方向に変化する。一方、光ヘッドの光源
として一般に用いられる半導体レーザーは、温度上昇に
より発振波長が長波長側にシフトする特性を有する。そ
こで、上記のように回折レンズ構造に波長の長波長側へ
のシフトにより球面収差が補正不足となる方向に変化す
るような特性を持たせれば、温度上昇により補正過剰と
なる屈折レンズの球面収差の変化を、温度上昇による半
導体レーザーの長波長側への波長シフトにより補正不足
となる回折レンズ構造の球面収差の変化により打ち消す
ことができる。
【０００８】屈折レンズとしては、軽量化、低コスト
化、および回折レンズ構造の転写の容易性を考慮する
と、樹脂により形成されることが望ましい。また、樹脂
レンズによる場合、高ＮＡ化のためには両面が非球面の
両凸レンズを用いることが望ましい。ところで、回折レ
ンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さｈ、
ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐn、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことがで
きる。
化、および回折レンズ構造の転写の容易性を考慮する
と、樹脂により形成されることが望ましい。また、樹脂
レンズによる場合、高ＮＡ化のためには両面が非球面の
両凸レンズを用いることが望ましい。ところで、回折レ
ンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さｈ、
ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐn、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことがで
きる。
【０００９】ここで、発明の対物レンズは、４次の光路
差関数係数Ｐ4、有効径の最大高さｈmax、屈折レンズと
回折レンズ構造とを合わせた全体の焦点距離ｆ、開口数
ＮＡが、 −７５．０＜Ｐ4×(ｈmax)4／(ｆ×ＮＡ4)＜−２５．０ …(１) の条件を満たすことが望ましい。
差関数係数Ｐ4、有効径の最大高さｈmax、屈折レンズと
回折レンズ構造とを合わせた全体の焦点距離ｆ、開口数
ＮＡが、 −７５．０＜Ｐ4×(ｈmax)4／(ｆ×ＮＡ4)＜−２５．０ …(１) の条件を満たすことが望ましい。
【００１０】また、屈折レンズと回折レンズ構造との作
用を合わせた場合、入射光の波長が長波長側にシフトし
た際に、バックフォーカスが延びる方向に変化するよう
な軸上色収差特性を有し、波長の変化に対するマージナ
ル光線の球面収差の変化量をΔＳＡ、軸上色収差の変化
量をΔＣＡとして、 −１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０ …(２) の条件を満たすことが望ましい。より望ましくは、以下
の条件(２')を満たすとよい。 −０．７＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜−０．５ …(２')
用を合わせた場合、入射光の波長が長波長側にシフトし
た際に、バックフォーカスが延びる方向に変化するよう
な軸上色収差特性を有し、波長の変化に対するマージナ
ル光線の球面収差の変化量をΔＳＡ、軸上色収差の変化
量をΔＣＡとして、 −１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０ …(２) の条件を満たすことが望ましい。より望ましくは、以下
の条件(２')を満たすとよい。 −０．７＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜−０．５ …(２')
【００１１】さらに、この発明の対物レンズは、２次の
光路差関数係数Ｐ2、波長λを用いてｆD＝１／(−Ｐ2×
２λ)により定義される回折レンズ構造のみの焦点距離
ｆDと、屈折レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体
の焦点距離ｆとの関係が、 ４０．０＜ｆD／ｆ＜１４０．０ …(３) の条件を満たすことが望ましい。
光路差関数係数Ｐ2、波長λを用いてｆD＝１／(−Ｐ2×
２λ)により定義される回折レンズ構造のみの焦点距離
ｆDと、屈折レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体
の焦点距離ｆとの関係が、 ４０．０＜ｆD／ｆ＜１４０．０ …(３) の条件を満たすことが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる光ヘッド
用対物レンズの実施形態を説明する。図１は、実施形態
にかかる対物レンズ１０を示す説明図であり、(Ａ)は正
面図、(Ｂ)は側面図、(Ｃ)は側面の一部拡大図である。
この対物レンズ１０は、ＤＶＤ装置、あるいはＭＯ装置
等の光情報記録再生装置の光ヘッドに適用され、光源で
ある半導体レーザーから発したレーザー光をディスク等
の媒体上に収束させる機能を有している。
用対物レンズの実施形態を説明する。図１は、実施形態
にかかる対物レンズ１０を示す説明図であり、(Ａ)は正
面図、(Ｂ)は側面図、(Ｃ)は側面の一部拡大図である。
この対物レンズ１０は、ＤＶＤ装置、あるいはＭＯ装置
等の光情報記録再生装置の光ヘッドに適用され、光源で
ある半導体レーザーから発したレーザー光をディスク等
の媒体上に収束させる機能を有している。
【００１３】対物レンズ１０は、非球面である２つのレ
ンズ面１１，１２を有する両凸の樹脂製単レンズであ
り、一方のレンズ面１１に図１(Ａ)に示したように光軸
を中心とした輪帯状のパターンとして回折レンズ構造が
形成されている。回折レンズ構造は、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つ。
ンズ面１１，１２を有する両凸の樹脂製単レンズであ
り、一方のレンズ面１１に図１(Ａ)に示したように光軸
を中心とした輪帯状のパターンとして回折レンズ構造が
形成されている。回折レンズ構造は、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つ。
【００１４】この回折レンズ構造は、入射光の波長が長
波長側にシフトした際に、球面収差が補正不足となる方
向に変化するような球面収差特性を有している。屈折レ
ンズの球面収差は、温度上昇により補正過剰となる方向
に変化する。一方、光源として用いられる半導体レーザ
ーの温度変化による波長シフトは、約０．２nm／℃であ
り、例えば温度が４０℃上昇した場合には８nm波長が長
波長側にシフトする。
波長側にシフトした際に、球面収差が補正不足となる方
向に変化するような球面収差特性を有している。屈折レ
ンズの球面収差は、温度上昇により補正過剰となる方向
に変化する。一方、光源として用いられる半導体レーザ
ーの温度変化による波長シフトは、約０．２nm／℃であ
り、例えば温度が４０℃上昇した場合には８nm波長が長
波長側にシフトする。
【００１５】そこで、上記のように回折レンズ構造に波
長の長波長側へのシフトにより球面収差が補正不足とな
る方向に変化するような特性を持たせることにより、温
度上昇により補正過剰となる屈折レンズの球面収差の変
化を、温度上昇による長波長側への波長シフトにより補
正不足となる回折レンズ構造の球面収差の変化により打
ち消すことができる。
長の長波長側へのシフトにより球面収差が補正不足とな
る方向に変化するような特性を持たせることにより、温
度上昇により補正過剰となる屈折レンズの球面収差の変
化を、温度上昇による長波長側への波長シフトにより補
正不足となる回折レンズ構造の球面収差の変化により打
ち消すことができる。
【００１６】回折レンズ構造による光路長の付加量は、
光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐ
n、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことがで
きる。P2、P4、P6、…はそれぞれ２次、４次、６次、…
の係数である。この表現形式では２次の項の係数Ｐ2が
負の時に近軸的に正のパワーを持ち、４次の項の係数Ｐ
4が正の時に周辺に向かって負のパワーが漸増すること
となる。
光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐ
n、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことがで
きる。P2、P4、P6、…はそれぞれ２次、４次、６次、…
の係数である。この表現形式では２次の項の係数Ｐ2が
負の時に近軸的に正のパワーを持ち、４次の項の係数Ｐ
4が正の時に周辺に向かって負のパワーが漸増すること
となる。
【００１７】実際のレンズの微細形状は光路長の波長の
整数倍の成分を消去したフレネルレンズ状の光路長付加
量φ'を持つように決定する。 φ'(ｈ)＝（MOD（P2h2＋P4h4＋P6h6＋…＋Const，l）−
Const）×λ 定数項Constは輪帯の境界位置の位相を設定する定数で
あり、０≦Const≦１の範囲で任意の数をとる。MOD
（X、Y）はXをYで割った剰余を与える関数である。MOD
（P2h2＋P4h4＋…＋Const，1）の値が0になるhの点が輪
帯の境になる。ベース形状の上に、φ'(ｈ)の光路差を
持つように、勾配、段差を設定する。
整数倍の成分を消去したフレネルレンズ状の光路長付加
量φ'を持つように決定する。 φ'(ｈ)＝（MOD（P2h2＋P4h4＋P6h6＋…＋Const，l）−
Const）×λ 定数項Constは輪帯の境界位置の位相を設定する定数で
あり、０≦Const≦１の範囲で任意の数をとる。MOD
（X、Y）はXをYで割った剰余を与える関数である。MOD
（P2h2＋P4h4＋…＋Const，1）の値が0になるhの点が輪
帯の境になる。ベース形状の上に、φ'(ｈ)の光路差を
持つように、勾配、段差を設定する。
【００１８】ここで、実施形態の対物レンズ１０は、４
次の光路差関数係数Ｐ4、有効径の最大高さｈmax、屈折
レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体の焦点距離
ｆ、開口数ＮＡが、 −７５．０＜Ｐ4×(ｈmax)4／(ｆ×ＮＡ4)＜−２５．０ …(１) の条件を満たすよう設計されている。
次の光路差関数係数Ｐ4、有効径の最大高さｈmax、屈折
レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体の焦点距離
ｆ、開口数ＮＡが、 −７５．０＜Ｐ4×(ｈmax)4／(ｆ×ＮＡ4)＜−２５．０ …(１) の条件を満たすよう設計されている。
【００１９】この条件を満たす場合には、屈折レンズの
屈折率変化による球面収差の変化を、回折レンズの波長
変動による球面収差の変化により良好に打ち消すことが
できる。条件(１)の下限を下回る場合には、波長シフト
による球面収差の変化が過剰となる。半導体レーザーの
発振波長には±１０ｎｍ程度の個体差があるため、波長
シフトによる球面収差の変化が過剰であると、基準とな
る波長からずれた半導体レーザーを用いることができ
ず、半導体レーザーの選別が必要になる。したがって、
回折レンズ構造の波長シフトによる球面収差補正効果
は、若干不足する程度が好ましい。
屈折率変化による球面収差の変化を、回折レンズの波長
変動による球面収差の変化により良好に打ち消すことが
できる。条件(１)の下限を下回る場合には、波長シフト
による球面収差の変化が過剰となる。半導体レーザーの
発振波長には±１０ｎｍ程度の個体差があるため、波長
シフトによる球面収差の変化が過剰であると、基準とな
る波長からずれた半導体レーザーを用いることができ
ず、半導体レーザーの選別が必要になる。したがって、
回折レンズ構造の波長シフトによる球面収差補正効果
は、若干不足する程度が好ましい。
【００２０】また、条件(１)の上限を越える場合には、
波長シフトによる球面収差の変化が過小となり、屈折率
変化による球面収差の変化を十分に打ち消すことができ
なくなる。なお、半導体レーザーの温度変化による波長
シフト(約０．２nm／℃)により回折レンズ構造に適度な
球面収差を発生させるためには、条件(１)の値は−５５
程度が最も好ましい。
波長シフトによる球面収差の変化が過小となり、屈折率
変化による球面収差の変化を十分に打ち消すことができ
なくなる。なお、半導体レーザーの温度変化による波長
シフト(約０．２nm／℃)により回折レンズ構造に適度な
球面収差を発生させるためには、条件(１)の値は−５５
程度が最も好ましい。
【００２１】ところで、半導体レーザーの発振波長の変
化には、上述したような温度変化に起因した緩やかな変
化と、例えばＭＯ装置における書き込み動作時のレーザ
ー出力の変化等に伴う急激な変化とがある。前者に対し
ては、上記のように球面収差を打ち消し合わせて波面収
差の劣化を抑えさえすれば、焦点位置の移動は光ヘッド
に設けられた焦点調節機構を用いて補正できるために考
慮する必要性は少ない。これに対して、後者の場合に
は、焦点調節機構を用いても完全には対応することがで
きず、したがって、対物レンズの側で波長変動による焦
点位置の変化を抑えることが望ましい。
化には、上述したような温度変化に起因した緩やかな変
化と、例えばＭＯ装置における書き込み動作時のレーザ
ー出力の変化等に伴う急激な変化とがある。前者に対し
ては、上記のように球面収差を打ち消し合わせて波面収
差の劣化を抑えさえすれば、焦点位置の移動は光ヘッド
に設けられた焦点調節機構を用いて補正できるために考
慮する必要性は少ない。これに対して、後者の場合に
は、焦点調節機構を用いても完全には対応することがで
きず、したがって、対物レンズの側で波長変動による焦
点位置の変化を抑えることが望ましい。
【００２２】なお、後者の波長シフトに対しては、一般
的には色収差を補正することにより対処が可能である
が、実施形態の対物レンズは上記のように波長のシフト
により球面収差を故意に発生させて波面収差の劣化を防
いでいるため、軸上色収差が完全に補正されていると、
かえって波長シフトによる最適書き込み位置の変化が大
きくなってしまう。そこで、色収差の補正と温度変化に
対する特性との間でバランスをとる必要がある。
的には色収差を補正することにより対処が可能である
が、実施形態の対物レンズは上記のように波長のシフト
により球面収差を故意に発生させて波面収差の劣化を防
いでいるため、軸上色収差が完全に補正されていると、
かえって波長シフトによる最適書き込み位置の変化が大
きくなってしまう。そこで、色収差の補正と温度変化に
対する特性との間でバランスをとる必要がある。
【００２３】このため、実施形態では、屈折レンズと回
折レンズ構造との作用を合わせた場合、入射光の波長が
長波長側にシフトした際に、バックフォーカスが延びる
方向に変化するような軸上色収差特性を有し、波長の変
化に対するマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳ
Ａ、軸上色収差の変化量をΔＣＡとして、 −１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０ …(２) の条件を満たすよう設計されている。
折レンズ構造との作用を合わせた場合、入射光の波長が
長波長側にシフトした際に、バックフォーカスが延びる
方向に変化するような軸上色収差特性を有し、波長の変
化に対するマージナル光線の球面収差の変化量をΔＳ
Ａ、軸上色収差の変化量をΔＣＡとして、 −１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０ …(２) の条件を満たすよう設計されている。
【００２４】条件(２)は、例えば波長が長波長側にシフ
トして近軸焦点が波長変化前よりレンズから遠ざかる位
置に移動した際に、マージナル光線による焦点が波長変
化前よりレンズに近づいた位置に移動することを意味し
ている。変化前の波長で球面収差がほぼ補正されている
と想定すると、変化前の波長での近軸焦点の位置を基準
として、変化後の波長での近軸焦点はレンズから離れた
位置、変化後の波長でのマージナル光線による焦点はレ
ンズに近い位置にそれぞれ位置することになる。したが
って、近軸焦点からマージナル光線による焦点までを平
均した最適書き込み位置の変化は比較的小さく抑えられ
る。なお、回折レンズ構造の輪帯数を少なく抑えて光量
の損失を抑えるためには、上記の条件(２)の上限を−
０．５とし、かつ、光ヘッドに入射するレーザー光が光
軸上から周辺に向けて光量が減少するような光量分布を
有することを考慮して下限を−０．７として、以下の条
件(２')を満たすよう設計すると、より好ましい。 −０．７＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜−０．５ …(２')
トして近軸焦点が波長変化前よりレンズから遠ざかる位
置に移動した際に、マージナル光線による焦点が波長変
化前よりレンズに近づいた位置に移動することを意味し
ている。変化前の波長で球面収差がほぼ補正されている
と想定すると、変化前の波長での近軸焦点の位置を基準
として、変化後の波長での近軸焦点はレンズから離れた
位置、変化後の波長でのマージナル光線による焦点はレ
ンズに近い位置にそれぞれ位置することになる。したが
って、近軸焦点からマージナル光線による焦点までを平
均した最適書き込み位置の変化は比較的小さく抑えられ
る。なお、回折レンズ構造の輪帯数を少なく抑えて光量
の損失を抑えるためには、上記の条件(２)の上限を−
０．５とし、かつ、光ヘッドに入射するレーザー光が光
軸上から周辺に向けて光量が減少するような光量分布を
有することを考慮して下限を−０．７として、以下の条
件(２')を満たすよう設計すると、より好ましい。 −０．７＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜−０．５ …(２')
【００２５】さらに、急激な波長シフトによる最適書き
込み位置の移動量を小さく抑えるためには、２次の光路
差関数係数Ｐ2、波長λを用いてｆD＝１／(−Ｐ2×２
λ)により定義される回折レンズ構造のみの焦点距離ｆD
と、屈折レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体の焦
点距離ｆとの関係が、 ４０．０＜ｆD／ｆ＜１４０．０ …(３) の条件を満たすことが望ましい。
込み位置の移動量を小さく抑えるためには、２次の光路
差関数係数Ｐ2、波長λを用いてｆD＝１／(−Ｐ2×２
λ)により定義される回折レンズ構造のみの焦点距離ｆD
と、屈折レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体の焦
点距離ｆとの関係が、 ４０．０＜ｆD／ｆ＜１４０．０ …(３) の条件を満たすことが望ましい。
【００２６】条件(３)は、軸上色収差の発生の度合いを
規定する。分散に関して回折レンズは負のアッベ数を持
つ屈折レンズと等価であるため、正の回折レンズをを正
の屈折レンズと組み合わせることにより、色収差を補正
することができる。条件(３)を満たすことにより、回折
レンズ構造による球面収差補正効果とのバランスをとり
つつ、波長の急激なシフトによる最適書き込み位置の変
化を小さく抑えることができる。
規定する。分散に関して回折レンズは負のアッベ数を持
つ屈折レンズと等価であるため、正の回折レンズをを正
の屈折レンズと組み合わせることにより、色収差を補正
することができる。条件(３)を満たすことにより、回折
レンズ構造による球面収差補正効果とのバランスをとり
つつ、波長の急激なシフトによる最適書き込み位置の変
化を小さく抑えることができる。
【００２７】
【実施例】次に、上述した実施形態に基づく具体的な実
施例を８例提示する。実施例１〜４は保護層の厚さが
０．６ｍｍのディスクを利用するＤＶＤ装置の光ヘッ
ド、実施例５〜８は保護層の厚さが１．２ｍｍのディス
クを利用するＭＯ装置の光ヘッドに適用される対物レン
ズである。なお、以下に説明する実施例では、いずれも
第１面に回折レンズ構造が形成されている。
施例を８例提示する。実施例１〜４は保護層の厚さが
０．６ｍｍのディスクを利用するＤＶＤ装置の光ヘッ
ド、実施例５〜８は保護層の厚さが１．２ｍｍのディス
クを利用するＭＯ装置の光ヘッドに適用される対物レン
ズである。なお、以下に説明する実施例では、いずれも
第１面に回折レンズ構造が形成されている。
【００２８】
【実施例１】図２は、実施例１にかかる対物レンズ１０
と媒体であるディスクの保護層Ｄとを示す。実施例１の
対物レンズの具体的な数値構成は表１に示されている。
面番号１、２が対物レンズ１０、面番号３、４が媒体で
あるディスクの保護層を示している。表中、ＮＡは開口
数、ｆは全体の焦点距離(単位:mm)、ｆDは回折レンズ構
造の焦点距離(単位:mm)、ωは半画角(単位:degree)、λ
は使用波長(単位：nm)、ｈmaxは有効径の最大高さ(単
位：mm)、ｒはレンズ各面の巨視的な曲率半径(単位:m
m)、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔(単位:mm)、ｎλは
各レンズの波長λnmでの屈折率、νは各レンズのアッベ
数である。
と媒体であるディスクの保護層Ｄとを示す。実施例１の
対物レンズの具体的な数値構成は表１に示されている。
面番号１、２が対物レンズ１０、面番号３、４が媒体で
あるディスクの保護層を示している。表中、ＮＡは開口
数、ｆは全体の焦点距離(単位:mm)、ｆDは回折レンズ構
造の焦点距離(単位:mm)、ωは半画角(単位:degree)、λ
は使用波長(単位：nm)、ｈmaxは有効径の最大高さ(単
位：mm)、ｒはレンズ各面の巨視的な曲率半径(単位:m
m)、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔(単位:mm)、ｎλは
各レンズの波長λnmでの屈折率、νは各レンズのアッベ
数である。
【００２９】また、対物レンズ１０の第１面１１のベー
ス面(回折レンズ構造を除く屈折レンズとしての形状)お
よび第２面１２は非球面であり、そ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、非球面の光軸上での曲
率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０
次、１２次の非球面係数をＡ4、Ａ6、Ａ8、Ａ10、Ａ12
として、以下の式で表される。 Ｘ＝Ｃｈ2/(１+√(１-(１+Ｋ)Ｃ2ｈ2))+Ａ4ｈ4+Ａ6ｈ6+
Ａ8ｈ8+… なお、表１における非球面の曲率半径は光軸上の曲率半
径である。非球面を規定する円錐係数と非球面係数、そ
して回折レンズ構造を規定する光路差関数係数は、表２
に示される。なお、表２における表記Eは、10を基数、E
の右の数字を指数とする累乗を表しており、例えば表２
に示される第１面の４次の非球面係数A4の値「-0.3390E
-2」は「-0.003390」を意味する。
ス面(回折レンズ構造を除く屈折レンズとしての形状)お
よび第２面１２は非球面であり、そ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、非球面の光軸上での曲
率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０
次、１２次の非球面係数をＡ4、Ａ6、Ａ8、Ａ10、Ａ12
として、以下の式で表される。 Ｘ＝Ｃｈ2/(１+√(１-(１+Ｋ)Ｃ2ｈ2))+Ａ4ｈ4+Ａ6ｈ6+
Ａ8ｈ8+… なお、表１における非球面の曲率半径は光軸上の曲率半
径である。非球面を規定する円錐係数と非球面係数、そ
して回折レンズ構造を規定する光路差関数係数は、表２
に示される。なお、表２における表記Eは、10を基数、E
の右の数字を指数とする累乗を表しており、例えば表２
に示される第１面の４次の非球面係数A4の値「-0.3390E
-2」は「-0.003390」を意味する。
【００３０】
【表１】 NA 0.6 f=3.00mm fD=155.49mm ω=1.1゜λ=650nm hmax=1.8mm 面番号 r d n650 ν 1 1.954 2.287 1.54082 55.6 2 -6.293 1.372 3 ∞ 0.600 1.58030 29.9 4 ∞
【００３１】
【表２】
【００３２】図３は実施例１の対物レンズの諸収差を示
す。図３(Ａ)は波長650nmにおける球面収差ＳＡおよび
正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は650nm,642nm,658nmの各波長の球
面収差で表される色収差、(Ｃ)は非点収差(S:サジタ
ル、M:メリディオナル)を示している。グラフ(Ａ)、
(Ｂ)の縦軸は開口数ＮＡ、(Ｃ)の縦軸は像高Ｙである。
また、横軸は各収差の発生量を示し、単位はｍｍであ
る。さらに、図４は、レンズを構成する樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の図３と同様の収差を示す。
この屈折率の変化は、温度が４０℃上昇した場合の変化
に対応している。
す。図３(Ａ)は波長650nmにおける球面収差ＳＡおよび
正弦条件ＳＣ、(Ｂ)は650nm,642nm,658nmの各波長の球
面収差で表される色収差、(Ｃ)は非点収差(S:サジタ
ル、M:メリディオナル)を示している。グラフ(Ａ)、
(Ｂ)の縦軸は開口数ＮＡ、(Ｃ)の縦軸は像高Ｙである。
また、横軸は各収差の発生量を示し、単位はｍｍであ
る。さらに、図４は、レンズを構成する樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の図３と同様の収差を示す。
この屈折率の変化は、温度が４０℃上昇した場合の変化
に対応している。
【００３３】図３，４を比較すると、屈折率の低下(温
度上昇)により球面収差がオーバー側、すなわち補正過
剰側に変化することが理解できる。次に、図３(Ｂ)に着
目すると、基準波長である650nmから波長が長波長側に
８nmシフトして658nmとなると、回折レンズ構造の作用
により球面収差は補正不足となる方向、すなわちアンダ
ー側に変化することが理解できる。＋８nmのシフトは、
温度が４０℃上昇した際の半導体レーザーの波長シフト
に対応している。したがって、この対物レンズの４０℃
温度が変化した際の球面収差は、図４(Ｂ)の658nmのグ
ラフにより表される。このように、温度が変化した際
に、屈折率変化によるオーバー側への球面収差の変化と
波長変化によるアンダー側への球面収差の変化とを打ち
消し合わせることができるため、波面収差の劣化が小さ
く抑えられる。なお、上記の変化により最適書き込み位
置はバックフォーカスが延びる方向に移動するが、この
移動については光ヘッドの焦点調節機構により対応する
ことができる。
度上昇)により球面収差がオーバー側、すなわち補正過
剰側に変化することが理解できる。次に、図３(Ｂ)に着
目すると、基準波長である650nmから波長が長波長側に
８nmシフトして658nmとなると、回折レンズ構造の作用
により球面収差は補正不足となる方向、すなわちアンダ
ー側に変化することが理解できる。＋８nmのシフトは、
温度が４０℃上昇した際の半導体レーザーの波長シフト
に対応している。したがって、この対物レンズの４０℃
温度が変化した際の球面収差は、図４(Ｂ)の658nmのグ
ラフにより表される。このように、温度が変化した際
に、屈折率変化によるオーバー側への球面収差の変化と
波長変化によるアンダー側への球面収差の変化とを打ち
消し合わせることができるため、波面収差の劣化が小さ
く抑えられる。なお、上記の変化により最適書き込み位
置はバックフォーカスが延びる方向に移動するが、この
移動については光ヘッドの焦点調節機構により対応する
ことができる。
【００３４】また、軸上色収差の変化量ΔＣＡは、図３
(Ｂ)の650nm,658nmのグラフの下端の移動幅で示され、
移動方向は入射光の長波長側へのシフトにより、バック
フォーカスが延びる方向となる。なお、マージナル光線
の球面収差の変化量ΔＳＡは、650nmのグラフをその下
端が658nmのグラフの下端に重なる位置まで平行移動さ
せた際のグラフの上端と、658nmのグラフの上端との幅
により示される。そして、これらが前記の条件(２)を満
たすことにより、波長変化後(658nm)にグラフが変化前
の近軸焦点を基準とする縦軸と交差することとなり、波
長シフトによる最適書き込み位置の変化が比較的小さく
抑えられる。
(Ｂ)の650nm,658nmのグラフの下端の移動幅で示され、
移動方向は入射光の長波長側へのシフトにより、バック
フォーカスが延びる方向となる。なお、マージナル光線
の球面収差の変化量ΔＳＡは、650nmのグラフをその下
端が658nmのグラフの下端に重なる位置まで平行移動さ
せた際のグラフの上端と、658nmのグラフの上端との幅
により示される。そして、これらが前記の条件(２)を満
たすことにより、波長変化後(658nm)にグラフが変化前
の近軸焦点を基準とする縦軸と交差することとなり、波
長シフトによる最適書き込み位置の変化が比較的小さく
抑えられる。
【００３５】
【実施例２】図５は、実施例２にかかる対物レンズを示
す。実施例２の具体的な数値構成は表３に示されてい
る。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に
形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表４
に示される。図６は実施例２の対物レンズの諸収差、図
７は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合の諸収差
を示す。
す。実施例２の具体的な数値構成は表３に示されてい
る。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に
形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表４
に示される。図６は実施例２の対物レンズの諸収差、図
７は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合の諸収差
を示す。
【００３６】
【表３】 NA 0.6 f=3.00mm fD=176.75mm ω=1.1゜λ=650nm hmax=1.8mm 面番号 r d n650 ν 1 1.950 2.283 1.54082 55.6 2 -6.239 1.372 3 ∞ 0.600 1.58030 29.9 4 ∞
【００３７】
【表４】
【００３８】
【実施例３】図８は、実施例３にかかる対物レンズを示
す。実施例の具体的な数値構成は表５に示されている。
第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に形成
された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表６に示
される。図９は実施例３の対物レンズの諸収差、図１０
は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合の諸収差を
示す。実施例３の対物レンズは、表６の係数P2が０であ
り、回折レンズ構造が近軸でパワーを持たず、軸上色収
差は補正されていない。書き込み動作を行わないＤＶＤ
装置用の読み出し用の対物レンズでは、波長の急激な変
化に対応する必要がないため、軸上色収差を補正しない
とにより回折レンズ構造の輪帯数を少なくすることがで
きる。輪帯数が少なければ、回折レンズ構造の段差部分
による不要回折光の発生が少なくなり、回折効率の低下
を防ぐことができる。
す。実施例の具体的な数値構成は表５に示されている。
第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に形成
された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表６に示
される。図９は実施例３の対物レンズの諸収差、図１０
は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合の諸収差を
示す。実施例３の対物レンズは、表６の係数P2が０であ
り、回折レンズ構造が近軸でパワーを持たず、軸上色収
差は補正されていない。書き込み動作を行わないＤＶＤ
装置用の読み出し用の対物レンズでは、波長の急激な変
化に対応する必要がないため、軸上色収差を補正しない
とにより回折レンズ構造の輪帯数を少なくすることがで
きる。輪帯数が少なければ、回折レンズ構造の段差部分
による不要回折光の発生が少なくなり、回折効率の低下
を防ぐことができる。
【００３９】
【表５】 NA 0.6 f=3.00mm fD=∞ ω=1.1゜ λ=635nm hmax=1.8mm 面番号 r d n635 ν 1 1.939 2.404 1.54142 55.6 2 -5.649 1.372 3 ∞ 0.600 1.58139 29.9 4 ∞
【００４０】
【表６】
【００４１】
【実施例４】図１１は、実施例４にかかる対物レンズを
示す。実施例４の具体的な数値構成は表７に示されてい
る。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に
形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表８
に示される。図１２は実施例４の対物レンズの諸収差、
図１３は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合の諸
収差を示す。
示す。実施例４の具体的な数値構成は表７に示されてい
る。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に
形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表８
に示される。図１２は実施例４の対物レンズの諸収差、
図１３は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合の諸
収差を示す。
【００４２】
【表７】 NA 0.6 f=3.00mm fD=176.84mm ω=1.1゜λ=635nm hmax=1.8mm 面番号 r d n635 ν 1 1.951 2.280 1.54142 55.6 2 -6.271 1.372 3 ∞ 0.600 1.58139 29.9 4 ∞
【００４３】
【表８】
【００４４】
【実施例５】図１４は、実施例５にかかる対物レンズを
示す。実施例５の具体的な数値構成は表９に示されてい
る。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に
形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表１
０に示される。図１５は実施例５の対物レンズの諸収
差、図１６は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
示す。実施例５の具体的な数値構成は表９に示されてい
る。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面に
形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表１
０に示される。図１５は実施例５の対物レンズの諸収
差、図１６は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
【００４５】
【表９】 NA 0.55 f=3.00mm fD=303.52mm ω=1.1゜λ=680nm hmax=1.65mm 面番号 r d n680 ν 1 1.976 1.909 1.53972 55.6 2 -6.234 1.211 3 ∞ 1.200 1.57834 29.9 4 ∞
【００４６】
【表１０】
【００４７】
【実施例６】図１７は、実施例６にかかる対物レンズを
示す。実施例６の具体的な数値構成は表１１に示されて
いる。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面
に形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表
１２に示される。図１８は実施例６の対物レンズの諸収
差、図１９は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
示す。実施例６の具体的な数値構成は表１１に示されて
いる。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面
に形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表
１２に示される。図１８は実施例６の対物レンズの諸収
差、図１９は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
【００４８】
【表１１】 NA 0.55 f=3.00mm fD=303.53mm ω=1.1゜λ=680nm hmax=1.65mm 面番号 r d n680 ν 1 1.976 1.909 1.53972 55.6 2 -6.234 1.211 3 ∞ 1.200 1.57834 29.9 4 ∞
【００４９】
【表１２】
【００５０】
【実施例７】図２０は、実施例７にかかる対物レンズを
示す。実施例７の具体的な数値構成は表１３に示されて
いる。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面
に形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表
１４に示される。図２１は実施例７の対物レンズの諸収
差、図２２は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
示す。実施例７の具体的な数値構成は表１３に示されて
いる。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面
に形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表
１４に示される。図２１は実施例７の対物レンズの諸収
差、図２２は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
【００５１】
【表１３】 NA 0.55 f=3.00mm fD=272.33mm ω=1.1゜λ=680nm hmax=1.65mm 面番号 r d n680 ν 1 1.976 1.909 1.53972 55.6 2 -6.234 1.211 3 ∞ 1.200 1.57834 29.9 4 ∞
【００５２】
【表１４】
【００５３】
【実施例８】図２３は、実施例８にかかる対物レンズを
示す。実施例８の具体的な数値構成は表１５に示されて
いる。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面
に形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表
１６に示される。図２４は実施例８の対物レンズの諸収
差、図２５は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
示す。実施例８の具体的な数値構成は表１５に示されて
いる。第１面、第２面の円錐係数、非球面係数、第１面
に形成された回折レンズ構造を表す光路差関数係数は表
１６に示される。図２４は実施例８の対物レンズの諸収
差、図２５は樹脂の屈折率が０．００４低くなった場合
の諸収差を示す。
【００５４】
【表１５】 NA 0.55 f=3.00mm fD=200.00mm ω=1.1゜λ=680nm hmax=1.65mm 面番号 r d n680 ν 1 1.971 1.830 1.53972 55.6 2 -6.621 1.245 3 ∞ 1.200 1.57834 29.9 4 ∞
【００５５】
【表１６】
【００５６】以下の表１７は、前述した各条件(１)、
(２)、(３)と各実施例との対応を示す。条件(１)につい
ては全ての実施例が満たしており、これにより温度変化
による波面収差の劣化を有効に防ぐことができる。ま
た、条件(２)についても全ての実施例が満たしており、
波長の急激なシフトによる最適書き込み位置の変化を抑
えることができる。さらに、条件(３)については、実施
例３を除く他の実施例が満たしており、これにより波長
シフトによる軸上色収差と球面収差の変化とのバランス
をとり最適書き込み位置の変化をより小さく抑えること
ができる。
(２)、(３)と各実施例との対応を示す。条件(１)につい
ては全ての実施例が満たしており、これにより温度変化
による波面収差の劣化を有効に防ぐことができる。ま
た、条件(２)についても全ての実施例が満たしており、
波長の急激なシフトによる最適書き込み位置の変化を抑
えることができる。さらに、条件(３)については、実施
例３を除く他の実施例が満たしており、これにより波長
シフトによる軸上色収差と球面収差の変化とのバランス
をとり最適書き込み位置の変化をより小さく抑えること
ができる。
【００５７】
【表１７】
【００５８】図２６は、実施例５の対物レンズを例とし
て温度変化と波面収差の劣化との関係を示したグラフで
ある。基準波長λを680nmとし、半導体レーザーの個体
差を考慮して、670nm,675nm,680nm,685nm,680nmの５つ
の波長によるデータを記載した。細かい破線で示した比
較例は、実施形態と同様に屈折レンズの一面に回折レン
ズ構造を付した対物レンズであるが、回折レンズ構造に
軸上色収差の補正機能と、球面収差の波長変化を抑える
ような特性を持たせてあり、本発明のような球面収差の
波長依存特性を持たせてない。これらのグラフを比較す
ると、２５℃を基準として±６０℃の範囲において、比
較例では波面収差が０．０３５λを越えるのに対し、実
施例５では、ほぼ０．０２０λを下回る基準にあり、許
容範囲が厳しいＤＶＤ装置用、あるいはＭＯ装置用の光
ヘッドの対物レンズとしても十分な性能を有しているこ
とがわかる。
て温度変化と波面収差の劣化との関係を示したグラフで
ある。基準波長λを680nmとし、半導体レーザーの個体
差を考慮して、670nm,675nm,680nm,685nm,680nmの５つ
の波長によるデータを記載した。細かい破線で示した比
較例は、実施形態と同様に屈折レンズの一面に回折レン
ズ構造を付した対物レンズであるが、回折レンズ構造に
軸上色収差の補正機能と、球面収差の波長変化を抑える
ような特性を持たせてあり、本発明のような球面収差の
波長依存特性を持たせてない。これらのグラフを比較す
ると、２５℃を基準として±６０℃の範囲において、比
較例では波面収差が０．０３５λを越えるのに対し、実
施例５では、ほぼ０．０２０λを下回る基準にあり、許
容範囲が厳しいＤＶＤ装置用、あるいはＭＯ装置用の光
ヘッドの対物レンズとしても十分な性能を有しているこ
とがわかる。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、温度上昇により補正過剰となる屈折レンズの球面収
差の変化を、温度上昇による半導体レーザーの長波長側
への波長シフトにより補正不足となる回折レンズ構造の
球面収差の変化により打ち消すことができ、温度変化に
よる波面収差の劣化が少ない対物レンズを提供すること
ができる。したがって、この発明をＤＶＤ装置用、ＭＯ
装置用の高ＮＡの対物レンズに適用した場合には、装置
の利用可能な温度範囲を広げることができる。
ば、温度上昇により補正過剰となる屈折レンズの球面収
差の変化を、温度上昇による半導体レーザーの長波長側
への波長シフトにより補正不足となる回折レンズ構造の
球面収差の変化により打ち消すことができ、温度変化に
よる波面収差の劣化が少ない対物レンズを提供すること
ができる。したがって、この発明をＤＶＤ装置用、ＭＯ
装置用の高ＮＡの対物レンズに適用した場合には、装置
の利用可能な温度範囲を広げることができる。
【００６０】請求項２のように屈折レンズを樹脂レンズ
とした場合には、軽量化、低コスト化が可能になると共
に、回折レンズ構造の転写が容易となる。また、屈折レ
ンズを樹脂レンズとする場合には、請求項３のように屈
折レンズの両面を凸の非球面とすることにより、高ＮＡ
の対物レンズに適用した場合にも収差の少ない良好な性
能の対物レンズを提供することができる。
とした場合には、軽量化、低コスト化が可能になると共
に、回折レンズ構造の転写が容易となる。また、屈折レ
ンズを樹脂レンズとする場合には、請求項３のように屈
折レンズの両面を凸の非球面とすることにより、高ＮＡ
の対物レンズに適用した場合にも収差の少ない良好な性
能の対物レンズを提供することができる。
【００６１】請求項４のように回折レンズ構造が条件
(１)を満たすよう設計されている場合には、屈折レンズ
の屈折率変化による球面収差の変化を、回折レンズの波
長変動による球面収差の変化により良好に打ち消すこと
ができ、温度変化による波面収差の劣化を効果的に抑え
ることができる。
(１)を満たすよう設計されている場合には、屈折レンズ
の屈折率変化による球面収差の変化を、回折レンズの波
長変動による球面収差の変化により良好に打ち消すこと
ができ、温度変化による波面収差の劣化を効果的に抑え
ることができる。
【００６２】また、請求項５のように回折レンズ構造が
条件(２)を満たすよう設計されている場合には、レーザ
ーの波長が急激に変化した場合にも、近軸焦点からマー
ジナル光線による焦点までを平均した最適書き込み位置
の変化を比較的小さく抑えることができる。請求項６の
ように、より制限的な条件(２')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て光量の損失を抑
え、光ヘッドに入射するレーザー光の光量分布に適合し
た良好な性能を得ることができる。
条件(２)を満たすよう設計されている場合には、レーザ
ーの波長が急激に変化した場合にも、近軸焦点からマー
ジナル光線による焦点までを平均した最適書き込み位置
の変化を比較的小さく抑えることができる。請求項６の
ように、より制限的な条件(２')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て光量の損失を抑
え、光ヘッドに入射するレーザー光の光量分布に適合し
た良好な性能を得ることができる。
【００６３】さらに、請求項７のように回折レンズ構造
のパワーと全体のパワーとが条件(３)を満たすように設
定されている場合には、回折レンズ構造による球面収差
補正効果とのバランスをとりつつ、波長の急激なシフト
による最適書き込み位置の変化を小さく抑えることがで
きる。
のパワーと全体のパワーとが条件(３)を満たすように設
定されている場合には、回折レンズ構造による球面収差
補正効果とのバランスをとりつつ、波長の急激なシフト
による最適書き込み位置の変化を小さく抑えることがで
きる。
【図１】 実施形態にかかる対物レンズの外形を示す説
明図であり、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は側面図、(Ｃ)は側面
の一部拡大図である。
明図であり、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は側面図、(Ｃ)は側面
の一部拡大図である。
【図２】 実施例１の対物レンズのレンズ図である。
【図３】 実施例１の対物レンズの諸収差図である。
【図４】 実施例１の対物レンズの樹脂の屈折率が０．
００４低くなった場合の諸収差図である。
００４低くなった場合の諸収差図である。
【図５】 実施例２の対物レンズのレンズ図である。
【図６】 実施例２の対物レンズの諸収差図である。
【図７】 実施例２の対物レンズの樹脂の屈折率が０．
００４低くなった場合の諸収差図である。
００４低くなった場合の諸収差図である。
【図８】 実施例３の対物レンズのレンズ図である。
【図９】 実施例３の対物レンズの諸収差図である。
【図１０】 実施例３の対物レンズの樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
【図１１】 実施例４の対物レンズのレンズ図である。
【図１２】 実施例４の対物レンズの諸収差図である。
【図１３】 実施例４の対物レンズの樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
【図１４】 実施例５の対物レンズのレンズ図である。
【図１５】 実施例５の対物レンズの諸収差図である。
【図１６】 実施例５の対物レンズの樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
【図１７】 実施例６の対物レンズのレンズ図である。
【図１８】 実施例６の対物レンズの諸収差図である。
【図１９】 実施例６の対物レンズの樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
【図２０】 実施例７の対物レンズのレンズ図である。
【図２１】 実施例７の対物レンズの諸収差図である。
【図２２】 実施例７の対物レンズの樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
【図２３】 実施例８の対物レンズのレンズ図である。
【図２４】 実施例８の対物レンズの諸収差図である。
【図２５】 実施例８の対物レンズの樹脂の屈折率が
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
０．００４低くなった場合の諸収差図である。
【図２６】 実施例５の対物レンズの温度変化と波面収
差の劣化との関係を示したグラフである。
差の劣化との関係を示したグラフである。
【図２７】 焦点距離３．０ｍｍ、使用波長６５０ｎｍ
の樹脂製レンズについて、温度が４０度上昇した際の波
面収差(単位：λ(波長))の変化量をＮＡをパラメータと
して示したグラフである。
の樹脂製レンズについて、温度が４０度上昇した際の波
面収差(単位：λ(波長))の変化量をＮＡをパラメータと
して示したグラフである。
１０ 対物レンズ １１ 第１面(回折レンズ構造) １２ 第２面 Ｄ ディスク保護層
Claims (7)
- 【請求項１】 正のパワーを有する屈折レンズの少なく
とも一方のレンズ面に、微細な輪帯状の段差を有する回
折レンズ構造を形成して構成される光ヘッド用対物レン
ズにおいて、 前記回折レンズ構造は、入射光の波長が長波長側にシフ
トした際に、球面収差が補正不足となる方向に変化する
ような球面収差特性を有することを特徴とする光ヘッド
用対物レンズ。 - 【請求項２】 前記屈折レンズは、樹脂製であることを
特徴とする請求項１に記載の光ヘッド用対物レンズ。 - 【請求項３】 前記屈折レンズは、両面が凸の非球面で
あることを特徴とする請求項２に記載の光ヘッド用対物
レンズ。 - 【請求項４】 前記回折レンズ構造による光路長の付加
量を、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係
数Ｐn、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表したとき、
４次の光路差関数係数Ｐ4、有効径の最大高さｈmax、屈
折レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体の焦点距離
ｆ、開口数ＮＡが、 −７５．０＜Ｐ4×(ｈmax)4／(ｆ×ＮＡ4)＜−２５．０ …(１) の条件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レンズ。 - 【請求項５】 前記屈折レンズと前記回折レンズ構造と
の作用を合わせた場合、入射光の波長が長波長側にシフ
トした際に、バックフォーカスが延びる方向に変化する
ような軸上色収差特性を有し、波長の変化に対するマー
ジナル光線の球面収差の変化量をΔＳＡ、軸上色収差の
変化量をΔＣＡとして、 −１＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜０ …(２) の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに記載の光ヘッド用対物レンズ。 - 【請求項６】 前記球面収差の変化量ΔＳＡ、前記軸上
色収差の変化量ΔＣＡが、さらに −０．７＜ΔＣＡ／ΔＳＡ＜−０．５ …(２') の条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の光ヘ
ッド用対物レンズ。 - 【請求項７】 前記回折レンズ構造は、近軸的に正のパ
ワーを有し、前記回折レンズ構造による光路長の付加量
を、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数
Ｐn、波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ2＋Ｐ4ｈ4＋Ｐ6ｈ6＋…）×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表したとき、 ｆD＝１／(−Ｐ2×２λ) により定義される回折レンズ構造のみの焦点距離ｆD
と、屈折レンズと回折レンズ構造とを合わせた全体の焦
点距離ｆとの関係が、 ４０．０＜ｆD／ｆ＜１４０．０ …(３) の条件を満たすことを特徴とする請求項４〜６のいずれ
かに記載の光ヘッド用対物レンズ。
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|---|---|---|---|
| JP15036198A JP3385213B2 (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 光ヘッド用対物レンズ |
| DE19924640A DE19924640B4 (de) | 1998-05-29 | 1999-05-28 | Optisches Abtastgerät für eine optische Platte |
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| KR1019990019385A KR100361587B1 (ko) | 1998-05-29 | 1999-05-28 | 광헤드용 대물렌즈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15036198A JP3385213B2 (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 光ヘッド用対物レンズ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3385213B2 JP3385213B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=15495320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15036198A Expired - Lifetime JP3385213B2 (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 光ヘッド用対物レンズ |
Country Status (4)
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|---|---|
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| JP (1) | JP3385213B2 (ja) |
| KR (1) | KR100361587B1 (ja) |
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