JP2000035535A - ピックアップ用対物レンズ - Google Patents

ピックアップ用対物レンズ

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JP2000035535A
JP2000035535A JP10204998A JP20499898A JP2000035535A JP 2000035535 A JP2000035535 A JP 2000035535A JP 10204998 A JP10204998 A JP 10204998A JP 20499898 A JP20499898 A JP 20499898A JP 2000035535 A JP2000035535 A JP 2000035535A
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pickup
objective lens
diffraction
power
lens
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Kohei Ota
耕平 大田
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Konica Minolta Inc
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Head (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチック材料からなり、温度変化による
焦点位置の変化が小さい光ピックアップの対物レンズを
提供する。 【解決手段】 光学式記録再生装置のピックアップに用
いられる単玉のピックアップ用対物レンズであって、プ
ラスチック材料からなり、第1面または第2面の少なく
とも一方に、鋸歯状の段差が輪帯状に形成されたブレー
ズド格子型の回折面を設け、下記の条件式を満たすこと
を特徴とするピックアップ用対物レンズ。 0.4−(63ψ・λ/NA2)≦ψD/ψ≦0.8+
(63ψ・λ/NA2) 但し、ψ:全系のパワー、ψD:第1面および第2面の
回折面のパワーの和、λ:波長、NA:像側の開口数

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はピックアップ用対物
レンズに関し、更に詳しくは、光磁気ディスク、光ディ
スクなどの記録媒体に、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であり、特に、
媒体表面に保護層を有さない表面記録方式の記録再生装
置に用いられるピックアップ用対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、媒体表面に保護層を有さない
表面記録方式の記録再生装置では、対物レンズを有する
光ピックアップと記録媒体との距離が、ディスク回転に
よる空気浮上によって保持されて一定となり、フォーカ
シング制御が不要となる。このような対物レンズとして
非球面を有するガラスモールド単レンズが知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この対
物レンズをプラスチック材料で作れば、安価に製造でき
るが、温度変化によって焦点位置の変化を生じるという
問題があった。
【0004】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
で、この発明の目的はプラスチック材料からなり、温度
変化による焦点位置の変化が小さい光ピックアップ用対
物レンズを提供することにある。特に、像側開口数が
0.5以上であっても焦点位置の温度変化が深度内に収
まるピックアップ用対物レンズを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的は下記のいず
れかの手段により達成できる。即ち、 (1) 光学式記録再生装置のピックアップに用いられ
る単玉のピックアップ用対物レンズであって、プラスチ
ック材料からなり、第1面または第2面の少なくとも一
方に、鋸歯状の段差が輪帯状に形成されたブレーズド格
子型の回折面を設け、且つ、下記の条件式を満たすこと
を特徴とするピックアップ用対物レンズ。
【0006】 0.4−(63ψ・λ/NA2)≦ψD/ψ ≦0.8+(63ψ・λ/NA2) ・・・・・・・・・・(1)式 但し ψ:全系のパワー ψD:第1面および第2面の回折面のパワーの和 λ:波長 NA:像側の開口数 (2) 像側開口部数が0.5以上であって、前記回折
面を長い方の共役側に設け、その回折面が下記の条件式
を満たすことを特徴とする(1)に記載のピックアップ
用対物レンズ。
【0007】 0.2NA−(32ψ・λ/NA)≦m・λ/Pmin ≦2.6NA+(200ψ・λ/NA)・・・・・・・・(2)式 但し Pmin:ブレーズド格子の光軸垂直方向の最小ピッチ ψ:全系のパワー m:ブレーズ化の回折次数 NA:像側の開口数 λ:波長 (3) 前記回折面は、2次以上のいずれかの次数の回
折光に対して回折効率が最大となるようにブレーズ化さ
れていることを特徴とする(1)に記載のピックアップ
用対物レンズ。
【0008】請求項1に記載の発明は、対物レンズを、
その表面に回折面を設けた回折レンズとしている。この
回折面は基盤となるレンズの表面に回折輪帯をレリーフ
(表面の凹凸)として設けるもので、各輪帯は鋸歯の形
状をなし、ブレーズド格子と呼ばれるものである。
【0009】また、本発明は対物レンズをプラスチック
材料で作ることによって生じる、温度変化による焦点位
置の変化を、回折面に適性なパワーを与えることによっ
て補償するものである。更に例示して説明すると、温度
が上昇すると半導体レーザー発振波長が長くなり、回折
面のパワーが強くなって、プラスチックレンズの温度上
昇によるパワーの減少を相殺できる。
【0010】以下で、温度変化による焦点距離の変化に
ついて説明する。先ず、基盤レンズのパワーをψB、回
折面のパワーをψDとして、全系のパワーψをψ=ψB
ψDとする。ψBは回折面を設ける基盤となるレンズ面の
曲率による屈折力で定まる。
【0011】回折面のパワーψDは光路差関数により特
徴づけられる。光路差関数は回折面によって付加される
光路差をあらわすものとし、「数1」で表す。
【0012】
【数1】
【0013】この時この回折面のパワーをψD、回折次数
をmとすると、ψDは次式となる、 ψD=−2P2 また、回折面を両面に設ける場合は、回折面のパワーの
算術和をψDとする。
【0014】基盤レンズのパワーψBの温度tによる微
分係数dψB/dtは次の「数2」のように求まる。
【0015】
【数2】
【0016】なお、nは屈折率、λは波長、αは線膨張
係数であり、dλ/dtは半導体レーザの発振波長の変
化を表すものとする、同様に回折面のパワーψDの微分
係数dψD/dtは次の「数3」のように求まる。
【0017】
【数3】
【0018】温度変化による焦点距離の変化を求めると
き、全系のパワーψについて近似式ψ=ψB+ψDを用
い、また焦点距離をfとするとf=1/ψの関係から、
焦点距離の温度係数df/dtは次の「数4」となる。
【0019】
【数4】
【0020】あるいはψB=ψ−ψDを用いて、次の「数
5」となる。
【0021】
【数5】
【0022】以下の例を用いてC1,C2を計算する。例
えば、λ=660nm,n=1.54076、dn/d
t=−8.3×10-5、dn/dλ=−36、α=7×
10-5、dλ/dt=2×10-7とすると、C1=−
2.37×10-4,C2=1.63×10-4を得る、こ
こでNAを像側開口数として、焦点距離変化の許容量を
±λ/2NA2と仮定し、ΔT=±20°の温度変化に
対して、焦点距離変化がこの許容量を満たす条件を求め
ると、次の「数6」となる。
【0023】
【数6】
【0024】から次の「数7」を得る。
【0025】
【数7】
【0026】近似式ψ=ψB+ψDなどの誤差を見て、次
の「数8」を条件式とする。
【0027】
【数8】
【0028】望ましい条件式として、ΔT=±30°の
温度変化に対する条件として次の「数9」となる、
【0029】
【数9】
【0030】次に、請求項2に記載の発明は、長い方の
共役側に回折面を設けることによって、短い方の共役側
に設ける場合に較べ小さい回折面のパワーで、焦点位置
の温度補償を行うことができる。したがって回折面のパ
ワーが強くなることによって生じる製造性の困難さなど
の問題が生じにくい。
【0031】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、回折次数をmとすると、Pは光路
差関数を用いて次の「数10」で表される。
【0032】
【数10】
【0033】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rm
axのところで最小となる。
【0034】これをPminとすると、次の「数11」
となる、
【0035】
【数11】
【0036】結像倍率をM(M≦0)として rmax≒(1−M)・NA/φ とし、ψD=−2P2を用いて次の「数12」に変形す
る、
【0037】
【数12】
【0038】これを条件式(1)に代入して次の「数1
3」となる、
【0039】
【数13】
【0040】近似式Φ(r)≒P22の誤差を考え、ま
たMの範囲として0〜−0.6を想定して「数14」を
得る。
【0041】
【数14】
【0042】請求項3に記載の発明は、使用する回折光
の次数に関する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、回折効率が最大となる
ようにブレーズ化すれば、ピッチを次数倍に拡大でき、
例えば、回折次数mでブレーズ化するときは、回折輪帯
のピッチはm倍となる。従って、回折輪帯の加工上で有
利となる。
【0043】
【実施例】以下に、本発明の一実施例として表面記録方
式の記録再生装置に用いるピックアップ用レンズを図面
を参照して説明する。なお、本発明はこの実施例に限定
されるものではない。実施例で用いる符号は下記の通り
である。
【0044】R:面の曲率半径 D:軸上レンズ厚 N:屈折率 λ:波長 NA:像側開口数 m:ブレーズの回折次数 ψ:全系のパワー ψD:第1面および第2面の回折面のパワーの和 Pmin:ブレーズド格子の光軸垂直方向の最小ピッチ r:光軸からの距離 非球面の形状は、光軸方向にx軸、光軸と垂直方向にy
軸をとり、K、A4、A6、A8、A10を非球面係数とし
たとき、次の「数15」で表している。
【0045】
【数15】
【0046】(実施例1)実施例1のピックアップ用対
物レンズの光軸断面図を図1に、また対物レンズの収差
図を図2に示す。更に、対物レンズのデータを表1,表
2に示す。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】表1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すが、回折次数mでブレーズ化
するときは、光路差関数の各係数を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。
【0050】なお、温度変化δt、線膨張係数αよっ
て、回折輪帯の間隔がC倍(C=1+αδt)に変化す
るとき、光路差関数の係数はP2からP2/C2、P4から
4/C4、・・・と変化する。
【0051】(実施例2)実施例2のピックアップ用対
物レンズの光軸断面図を図3に、また対物レンズの収差
図を図4に示す。更に、対物レンズのデータを表3,表
4に示す。
【0052】
【表3】
【0053】
【表4】
【0054】表3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すが、回折次数mでブレーズ化
するときは、光路差関数の各係数を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。
【0055】ここで、前記条件式(1)、条件式(2)
との関係を表5に示す。
【0056】
【表5】
【0057】表5に示す如く、いずれも条件式を満足し
ている。
【0058】
【発明の効果】上記のように構成したので、本発明のピ
ックアップ用対物レンズによれば、プラスチック材料よ
りなり、温度変化による焦点位置の変化が小さい光ピッ
クアップ用対物レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1のピックアップ用対物レンズ
の光軸断面図である。
【図2】実施例1のレンズ収差図である。
【図3】本発明の実施例2のピックアップ用対物レンズ
の光軸断面図である。
【図4】実施例2のレンズ収差図である。
【符号の説明】
1 第1面 2 第2面 S サジタル M メリジオナル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学式記録再生装置のピックアップに用
    いられる単玉のピックアップ用対物レンズであって、プ
    ラスチック材料からなり、第1面または第2面の少なく
    とも一方に、鋸歯状の段差が輪帯状に形成されたブレー
    ズド格子型の回折面を設け、且つ、下記の条件式を満た
    すことを特徴とするピックアップ用対物レンズ。 0.4−(63ψ・λ/NA2)≦ψD/ψ≦0.8+
    (63ψ・λ/NA2) 但し ψ:全系のパワー ψD:第1面および第2面の回折面のパワーの和 λ:波長 NA:像側の開口数
  2. 【請求項2】 像側開口部数が0.5以上であって、前
    記回折面を長い方の共役側に設け、その回折面が下記の
    条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載のピッ
    クアップ用対物レンズ。 0.2NA−(32ψ・λ/NA)≦m・λ/Pmin
    ≦2.6NA+(200ψ・λ/NA) 但し Pmin:ブレーズド格子の光軸垂直方向の最小ピッチ ψ:全系のパワー m:ブレーズ化の回折次数 NA:像側の開口数 λ:波長
  3. 【請求項3】 前記回折面は、2次以上のいずれかの次
    数の回折光に対して回折効率が最大となるようにブレー
    ズ化されていることを特徴とする請求項1に記載のピッ
    クアップ用対物レンズ。
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