JP4240769B2 - 光ピックアップレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップレンズに関するものであり、更に詳しくは、例えば光ディスク装置等に応用され、近接場光記録技術等を用いてデータの記録，再生，消去を行う光ピックアップレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ディスク等の記録メディアにおいて、記録密度を高くする事が望まれてきている。そして、記録密度の向上のために、光束を微小に集光する技術が使用されている。例えば、使用するレーザー光の波長を短くしたり、対物レンズの開口数を大きくしたりする事が行われている。ところが、これらの対策だけでは光の回折限界があるため、大幅な記録密度向上が実現できない。そこで、このような高密度化の要望に対して、いわゆる近接場光記録技術が最も注目されている。
【０００３】
例えば、近年提案されているＳＩＬ（Solid Immersion Lens）を用いて、屈折率の高い媒質内に集光スポットを絞る事で、空気中より遥かに小さい集光スポットを形成する事ができる。具体的には、例えば特開平１１−２９６８８９号公報に記載されている如く、少なくとも対物レンズとＳＩＬとを備え、そのＳＩＬを屈折率分布型光学素子（以下、ＧＲＩＮと呼ぶ。）で形成し、高開口数とした事を特徴としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１１−２９６８８９号公報に記載されているような構成では、レンズ構成枚数が複数であるため、光学ヘッドを小型化する上で問題となる。また、ＧＲＩＮについての記述はあるが、その具体的な例が示されていない。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、小型で高性能な光ピックアップレンズを提供する事を目的とする。さらには軸上色収差や倍率色収差等が良好に補正された光ピックアップレンズを提供する事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光源からの光束を少なくとも１回以上の反射を用いて記録面近傍に結像させるＳＩＭレンズより成り、そのＳＩＭレンズは以下の条件式を満足する屈折率分布型レンズで構成されている事を特徴とする。
−３．０＜Ｎ1／φSIM 2＜３．０
但し、
Ｎ1 ：屈折率分布型レンズの２次の屈折率分布係数
φSIM：ＳＩＭレンズのパワー
である。ここで、
Ｎ（ｈ）＝Ｎ0＋Ｎ1・ｈ2＋Ｎ2・ｈ4＋Ｎ3・ｈ6＋Ｎ4・ｈ8＋…
である。但し、
Ｎ（ｈ）：ＳＩＭレンズの位置ｈにおける屈折率
ｈ ：光軸に対して垂直な方向の高さ
Ｎ0 ：光軸上での屈折率
Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4，…：それぞれ２次，４次，６次，８次，…の屈折率分布係数
である。
【０００７】
また、前記ＳＩＭレンズの少なくとも１面は非球面である事を特徴とする。さらに、前記非球面は以下の条件式を満足する事を特徴とする。
０＜ｈ＜ｈmaxにおいて、
−６．０＜（φa−φ0a）／φSIM＜５．０
但し、
ｈ ：レンズ径方向の高さ
ｈmax ：レンズ有効径
φa ：非球面の局所的な面のパワー
φ0a ：非球面の基準曲率による面のパワー
φSIM ：ＳＩＭレンズのパワー
であり、φa及びφ0aは以下の式で表される。
非球面が屈折面の場合
φa＝Ｃalo｛Ｎ（ｈ）′−Ｎ（ｈ）｝
φ0a＝Ｃ0（Ｎ0′−Ｎ0）
非球面が反射面の場合
φa＝−２ＣaloＮr（ｈ）
φ0a＝−２Ｃ0Ｎr
但し、
Ｃalo ：非球面の各高さでの局所的な曲率
Ｃ0 ：非球面の基準曲率
Ｎ（ｈ）′：非球面像側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ（ｈ） ：非球面物体側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ0′ ：非球面像側媒質の光軸上での屈折率
Ｎ0 ：非球面物体側媒質の光軸上での屈折率
Ｎr（ｈ） ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の各高さでの屈折率
Ｎr ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の光軸上での屈折率
である。
【０００８】
また、前記ＳＩＭレンズは、その両面が非球面である事を特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。上述した近接場光記録技術において、データの記録，再生，消去を行う光ピックアップ用として、小型で高性能な光学系が望まれている。ＳＩＭ（Solid Immersion Mirror）レンズは、このような光学系において、高開口数化や光学ヘッドのコンパクト化を行う上で好適なレンズである。
【００１０】
一般に、光ディスク装置において、複数種のディスク、例えばＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等に対応させる場合や、記録媒体として例えばフォトクロミック材料を用いる場合には、記録，再生，消去それぞれを異なる波長で行うので、その光学系は多波長の光源に対応している事が望ましい。これに応じてＳＩＭレンズには、色収差の無い高性能なレンズである事が要求される。
【００１１】
本発明では、諸収差、特に色収差の無い高性能なＳＩＭレンズとするために、ＧＲＩＮを用いた構成としている。ＧＲＩＮの製造については、径の大きいＲａｄｉａｌＧＲＩＮの製造は非常に困難であるが、光ピックアップレンズとしてのＳＩＭレンズは小型化が要求されるので、その径も比較的小さくて済む。従って、製造面においてもＳＩＭレンズについてＧＲＩＮの応用が適している事が分かる。
【００１２】
本発明の光ピックアップレンズは、光源からの光束を少なくとも１回以上の反射を用いて、光ディスク等の記録面近傍に結像させるＳＩＭレンズより成る。そのＳＩＭレンズは、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）で構成されており、以下の条件式を満足する事が望ましい。
【００１３】
−３．０＜Ｎ1／φSIM 2＜３．０ （１）
但し、
Ｎ1 ：屈折率分布型レンズの２次の屈折率分布係数
φSIM：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００１４】
ここで、
Ｎ（ｈ）＝Ｎ0＋Ｎ1・ｈ2＋Ｎ2・ｈ4＋Ｎ3・ｈ6＋Ｎ4・ｈ8＋…
である。但し、
Ｎ（ｈ）：ＳＩＭレンズの位置ｈにおける屈折率
ｈ ：光軸に対して垂直な方向の高さ
Ｎ0 ：光軸上での屈折率
Ｎ1 ：２次の屈折率分布係数
Ｎ2 ：４次の屈折率分布係数
Ｎ3 ：６次の屈折率分布係数
Ｎ4 ：８次の屈折率分布係数
（以下同様）
である。
【００１５】
条件式（１）は、ＳＩＭレンズを構成する屈折率分布型レンズの屈折率分布に関する条件式であり、諸収差を補正するための条件式である。この条件式の範囲から外れると、ペッツバール和の補正が困難になるとともに、コマ収差も増大するので望ましくない。
【００１６】
また、前記ＳＩＭレンズの少なくとも１面は非球面とする事により、収差補正の自由度が増加するので、設計上望ましい。このとき、非球面は以下の条件式を満足する事が望ましい。
【００１７】
０＜ｈ＜ｈmaxにおいて、
−６．０＜（φa−φ0a）／φSIM＜５．０ （２）
但し、
ｈ ：レンズ径方向の高さ
ｈmax ：レンズ有効径
φa ：非球面の局所的な面のパワー
φ0a ：非球面の基準曲率による面のパワー
φSIM ：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００１８】
ここで、φa及びφ0aは以下の式で表される。
非球面が屈折面の場合
φa＝Ｃalo｛Ｎ（ｈ）′−Ｎ（ｈ）｝
φ0a＝Ｃ0（Ｎ0′−Ｎ0）
非球面が反射面の場合
φa＝−２ＣaloＮr（ｈ）
φ0a＝−２Ｃ0Ｎr
【００１９】
但し、
Ｃalo ：非球面の各高さでの局所的な曲率
Ｃ0 ：非球面の基準曲率
Ｎ（ｈ）′：非球面像側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ（ｈ） ：非球面物体側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ0′ ：非球面像側媒質の光軸上での屈折率
Ｎ0 ：非球面物体側媒質の光軸上での屈折率
Ｎr（ｈ） ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の各高さでの屈折率
Ｎr ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の光軸上での屈折率
である。
【００２０】
条件式（２）は、ＳＩＭレンズに用いる非球面の条件式であり、収差補正を行うための条件式である。非球面がこの条件式の範囲から外れてしまうと、コマ収差等が発生しやすくなり、それを補正しようとすると、高次の収差が大きくなってしまう事が多くなるので、望ましくない。
【００２１】
さらに、前記ＳＩＭレンズは、その両面が非球面であっても良い。これにより設計の自由度が、片面非球面のものより更に増えるので望ましい。
【００２２】
その他、本発明の光ピックアップレンズにおいては、以下の条件式を満足する事が望ましい。
−５．０＜Ｎ2／φSIM 4＜５．０ （３）
但し、
Ｎ2 ：屈折率分布型レンズの４次の屈折率分布係数
φSIM：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００２３】
条件式（３）は、ＳＩＭレンズを構成する屈折率分布型レンズの屈折率分布に関する条件式であり、諸収差を補正するための条件式である。この条件式の範囲から外れると、３次収差が増大して各収差の補正が困難になるとともに、特にコマ収差が増大するので望ましくない。
【００２４】
また、以下の条件式を満足する事が望ましい。
０＜Ｈ＜Ｈmaxにおいて、
−０．２＜｛νd（Ｈ）−νd（０）｝／νd（０）≦０．２ （４）
ここで、
νd（Ｈ）＝｛Ｎd（Ｈ）−１｝／｛ＮF（Ｈ）−ＮC（Ｈ）｝
但し、
νd（Ｈ）：屈折率分布型レンズ内で光軸から垂直な方向に高さＨだけ離れ た点での分散値
Ｎd（Ｈ）：高さＨでのｄ線屈折率
ＮF（Ｈ）：高さＨでのＦ線屈折率
ＮC（Ｈ）：高さＨでのＣ線屈折率
である。
【００２５】
また、以下の条件式を満足する事が望ましい。
−０．１＜（Ｎ1λ−Ｎ1d）／φSIM 2＜０．１ （５）
但し、
Ｎ1d ：屈折率分布型レンズのｄ線に対する２次の屈折率分布係数
Ｎ1λ ：屈折率分布型レンズのＣ線及びＦ線に対する２次の屈折率分布係数
φSIM ：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００２６】
ＳＩＭレンズを屈折率分布型レンズで構成する場合、屈折率分布型レンズは色収差を補正する働きもする。条件式（４），（５）は、ＳＩＭレンズに屈折率分布型レンズを用いた場合に、その屈折率分布型レンズが満たすべき分散と屈折率分布係数の条件であり、これらの条件式の範囲から外れると、レンズ内で発生する色収差のために、色補正が非常に困難となる。
【００２７】
また、以下の条件式を満足する事が望ましい。
−０．２＜φM／φS＜０．５ （６）
但し、
φS：屈折率分布型レンズの面のパワー
φM：屈折率分布型レンズの媒質のパワー
である。
【００２８】
ここで、φS及びφMは、ＳＩＭレンズを構成する屈折率分布型レンズのパワーをφSIMとすると、
φSIM＝φS＋φM
で表される。φSはレンズを均質レンズとした場合のパワーである。ちなみに、屈折率はレンズの光軸上の屈折率である。
【００２９】
また、φMはレンズが屈折率分布を持つ事による媒質の持つパワーであり、
φM＝−２Ｎ1d・Ｔ
で表される。但し、
Ｔ ：ＳＩＭレンズの心厚
Ｎ1d：屈折率分布型レンズのｄ線に対する２次の屈折率分布係数
である。
【００３０】
条件式（６）は、ＳＩＭレンズを屈折率分布型レンズで構成した場合に、その屈折率分布型レンズが満たすべき条件であり、条件式の上限値以上になると、屈折率分布が大きくなりすぎて、製造が困難になるとともに、高次の収差が発生するので望ましくない。また、条件式の下限値以下になると、屈折率分布の持つ負のパワーが大きくなりすぎて、面の持つ正のパワーが大きくなり、ペッツバール和の補正が困難になるとともに、各収差の補正、特に高次の収差の補正が困難となるので望ましくない。
【００３１】
ところで、ＳＩＭレンズを屈折率分布型レンズ１枚で構成する場合、物体側が平面の平凸正レンズ形状となる事が望ましい。それにより、レンズ面で発生する色収差を殆どなくす事ができるので、屈折率分布を持つ上での自由度が増大し、特に軸外のコマ収差を小さくする事ができる。
【００３２】
また、このとき、屈折率分布型レンズを用いないでＳＩＭレンズを構成しようとすると、凸側面だけの片面非球面の構成では、収差補正の自由度が不足して、軸外のコマ収差が増大するので望ましくない。また、それを防止するために両面非球面の構成としたり、物体側面を球面にして構成した場合には、色収差の問題が発生するので望ましくない。結局、屈折率分布型レンズが必要となる。
【００３３】
図１〜図４は、本発明の光ピックアップレンズの第１〜第４の実施形態にそれぞれ対応するレンズ構成図である。各図の左側が物体側（光源側）、右側が像側（記録面側）である。レンズ構成図中の面si(i=1,2,3,...)は、光源側から数えてｉ番目の面、＊印が付された面siは非球面である。また、各図は光源側からの光線Ｌの軌跡を示した光路図ともなっている。なお、Ｘは光軸である。
【００３４】
《実施例》
以下、本発明の光ピックアップレンズの構成を、コンストラクションデータ、収差図等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４は、前述した第１〜第４の実施形態にそれぞれ対応しており、各実施形態を表す光学構成図（図１〜図４）は、対応する実施例の光学構成をそれぞれ示している。各実施例のコンストラクションデータにおいて、si(i=1,2,3,...)は光源側から数えてｉ番目の面であり、ri(i=1,2,3,...)は面siの曲率半径(mm)である。
【００３５】
また、di(i=0,1,2,3,...)は光源側から数えてｉ番目の軸上面間隔(mm)を示している。また、各基準波長の光に対する屈折率及び屈折率分布係数を別途示す。ここで、各実施例共に第２面と第３面が反射面であり、第１面は第３面と、また第２面は第４面と共通である。また、各実施例中、＊印が付された面siは、非球面で構成された面である事を示し、非球面の面形状を表す以下の式で定義されるものとする。各非球面データを他のデータと併せて示す。
【００３６】
Ｘ（Ｈ）＝（Ｃ・Ｈ2）／｛１＋（１−ε・Ｃ2・Ｈ2）1/2｝＋ΣＡｉ・Ｈi
但し、
Ｈ：光軸と垂直な方向の高さ
Ｘ（Ｈ）：高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）
Ｃ：近軸曲率
ε：２次曲面パラメータ
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
である。
【００３７】
【００３８】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-8.51778×10-3
N4= 5.34182×10-2
N6=-5.91190×10-3
【００３９】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-8.48217×10-3
N4= 5.32367×10-2
N6=-5.82036×10-3
【００４０】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-8.60387×10-3
N4= 5.38535×10-2
N6=-6.12383×10-3
【００４１】
〔第１面(s1)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.12666×10-2
A6= -2.54647×10-2
A8= -5.25437×10-3
A10=-3.27467×10-3
【００４２】
〔第２面(s2)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.96267×10-2
A6= -2.74829×10-3
A8= -4.96284×10-4
A10=-4.35596×10-5
【００４３】
〔第３面(s3)の非球面データ〕
ε=1
A4= 1.12666×10-2
A6= 2.54647×10-2
A8= 5.25437×10-3
A10= 3.27467×10-3
【００４４】
〔第４面(s4)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.96267×10-2
A6= -2.74829×10-3
A8= -4.96284×10-4
A10=-4.35596×10-5
【００４５】
【００４６】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-2.15427×10-2
N4= 1.93470×10-2
【００４７】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-2.14399×10-2
N4= 1.92542×10-2
【００４８】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-2.18173×10-2
N4= 1.95936×10-2
【００４９】
〔第２面(s2)の非球面データ〕
ε=1
A4= -4.56298×10-3
A6= 1.22155×10-5
A8= 2.30733×10-4
A10=-7.40261×10-5
【００５０】
〔第４面(s4)の非球面データ〕
ε=1
A4= -4.56298×10-3
A6= 1.22155×10-5
A8= 2.30733×10-4
A10=-7.40261×10-5
【００５１】
【００５２】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-1.88189×10-2
N4= 3.78850×10-2
【００５３】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-1.87283×10-2
N4= 3.76971×10-2
【００５４】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-1.90597×10-2
N4= 3.83653×10-2
【００５５】
〔第２面(s2)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.11176×10-2
A6= 3.42294×10-4
A8= 3.15786×10-4
A10=-9.32458×10-5
【００５６】
〔第４面(s4)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.11176×10-2
A6= 3.42294×10-4
A8= 3.15786×10-4
A10=-9.32458×10-5
【００５７】
【００５８】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-1.60621×10-2
N4= 1.88522×10-2
N6=-2.52711×10-13
N8=-1.30901×10-18
【００５９】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-1.63944×10-2
N4= 1.87068×10-2
N6=-4.48542×10-13
N8=-2.60300×10-18
【００６０】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-1.52353×10-2
N4= 1.92167×10-2
N6=-3.25885×10-12
N8= 4.19719×10-18
【００６１】
〔第１面(s1)の非球面データ〕
ε=1
A4= 1.19299×10-2
A6= -1.74204×10-3
A8= -9.99859×10-4
A10= 3.79001×10-4
【００６２】
〔第３面(s3)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.19299×10-2
A6= 1.74204×10-3
A8= 9.99859×10-4
A10=-3.79001×10-4
【００６３】
図５〜図８は、実施例１〜実施例４にそれぞれ対応する収差図であり、各々左から順に、球面収差，非点収差，歪曲収差を示している。球面収差図において、縦軸は記録面への入射高さをその最大高さで規格化した値であり、横軸は焦点位置（近軸結像位置からの光軸方向のズレ量）(mm)である。そして、実線によるラインＣはＣ線（波長656.3nm）に対する球面収差量、点線によるラインｄはｄ線（波長587.6nm）に対する球面収差量、一点鎖線によるラインＦはＦ線（波長486.1nm）に対する球面収差量をそれぞれ表している。
【００６４】
非点収差図において、縦軸は半画角(deg)であり、横軸は焦点位置（近軸結像位置からの光軸方向のズレ量）(mm)である。そして、点線Ｓはサジタル面での非点収差量を表している。また、二点鎖線Ｔはタンジェンシャル面での非点収差量を表している。歪曲収差図において、縦軸は半画角(deg)であり、横軸は歪曲率（％）である。ここでの歪曲収差は殆ど見られない。
【００６５】
以下に、各実施例における条件式の値を示す。なお、表中のG1は、ＧＲＩＮレンズの第１面である事を意味している。
【００６６】
【００６７】
【００６８】
【００６９】
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型で高性能な光ピックアップレンズを提供する事ができる。さらには軸上色収差や倍率色収差等が良好に補正された光ピックアップレンズを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ピックアップレンズの第１の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図２】本発明の光ピックアップレンズの第２の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図３】本発明の光ピックアップレンズの第３の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図４】本発明の光ピックアップレンズの第４の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図５】実施例１に対応する収差図。
【図６】実施例２に対応する収差図。
【図７】実施例３に対応する収差図。
【図８】実施例４に対応する収差図。
【符号の説明】
Ｌ 光線
Ｘ 光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップレンズに関するものであり、更に詳しくは、例えば光ディスク装置等に応用され、近接場光記録技術等を用いてデータの記録，再生，消去を行う光ピックアップレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ディスク等の記録メディアにおいて、記録密度を高くする事が望まれてきている。そして、記録密度の向上のために、光束を微小に集光する技術が使用されている。例えば、使用するレーザー光の波長を短くしたり、対物レンズの開口数を大きくしたりする事が行われている。ところが、これらの対策だけでは光の回折限界があるため、大幅な記録密度向上が実現できない。そこで、このような高密度化の要望に対して、いわゆる近接場光記録技術が最も注目されている。
【０００３】
例えば、近年提案されているＳＩＬ（Solid Immersion Lens）を用いて、屈折率の高い媒質内に集光スポットを絞る事で、空気中より遥かに小さい集光スポットを形成する事ができる。具体的には、例えば特開平１１−２９６８８９号公報に記載されている如く、少なくとも対物レンズとＳＩＬとを備え、そのＳＩＬを屈折率分布型光学素子（以下、ＧＲＩＮと呼ぶ。）で形成し、高開口数とした事を特徴としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平１１−２９６８８９号公報に記載されているような構成では、レンズ構成枚数が複数であるため、光学ヘッドを小型化する上で問題となる。また、ＧＲＩＮについての記述はあるが、その具体的な例が示されていない。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、小型で高性能な光ピックアップレンズを提供する事を目的とする。さらには軸上色収差や倍率色収差等が良好に補正された光ピックアップレンズを提供する事を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光源からの光束を少なくとも１回以上の反射を用いて記録面近傍に結像させるＳＩＭレンズより成り、そのＳＩＭレンズは以下の条件式を満足する屈折率分布型レンズで構成されている事を特徴とする。
−３．０＜Ｎ1／φSIM 2＜３．０
但し、
Ｎ1 ：屈折率分布型レンズの２次の屈折率分布係数
φSIM：ＳＩＭレンズのパワー
である。ここで、
Ｎ（ｈ）＝Ｎ0＋Ｎ1・ｈ2＋Ｎ2・ｈ4＋Ｎ3・ｈ6＋Ｎ4・ｈ8＋…
である。但し、
Ｎ（ｈ）：ＳＩＭレンズの位置ｈにおける屈折率
ｈ ：光軸に対して垂直な方向の高さ
Ｎ0 ：光軸上での屈折率
Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4，…：それぞれ２次，４次，６次，８次，…の屈折率分布係数
である。
【０００７】
また、前記ＳＩＭレンズの少なくとも１面は非球面である事を特徴とする。さらに、前記非球面は以下の条件式を満足する事を特徴とする。
０＜ｈ＜ｈmaxにおいて、
−６．０＜（φa−φ0a）／φSIM＜５．０
但し、
ｈ ：レンズ径方向の高さ
ｈmax ：レンズ有効径
φa ：非球面の局所的な面のパワー
φ0a ：非球面の基準曲率による面のパワー
φSIM ：ＳＩＭレンズのパワー
であり、φa及びφ0aは以下の式で表される。
非球面が屈折面の場合
φa＝Ｃalo｛Ｎ（ｈ）′−Ｎ（ｈ）｝
φ0a＝Ｃ0（Ｎ0′−Ｎ0）
非球面が反射面の場合
φa＝−２ＣaloＮr（ｈ）
φ0a＝−２Ｃ0Ｎr
但し、
Ｃalo ：非球面の各高さでの局所的な曲率
Ｃ0 ：非球面の基準曲率
Ｎ（ｈ）′：非球面像側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ（ｈ） ：非球面物体側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ0′ ：非球面像側媒質の光軸上での屈折率
Ｎ0 ：非球面物体側媒質の光軸上での屈折率
Ｎr（ｈ） ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の各高さでの屈折率
Ｎr ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の光軸上での屈折率
である。
【０００８】
また、前記ＳＩＭレンズは、その両面が非球面である事を特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。上述した近接場光記録技術において、データの記録，再生，消去を行う光ピックアップ用として、小型で高性能な光学系が望まれている。ＳＩＭ（Solid Immersion Mirror）レンズは、このような光学系において、高開口数化や光学ヘッドのコンパクト化を行う上で好適なレンズである。
【００１０】
一般に、光ディスク装置において、複数種のディスク、例えばＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等に対応させる場合や、記録媒体として例えばフォトクロミック材料を用いる場合には、記録，再生，消去それぞれを異なる波長で行うので、その光学系は多波長の光源に対応している事が望ましい。これに応じてＳＩＭレンズには、色収差の無い高性能なレンズである事が要求される。
【００１１】
本発明では、諸収差、特に色収差の無い高性能なＳＩＭレンズとするために、ＧＲＩＮを用いた構成としている。ＧＲＩＮの製造については、径の大きいＲａｄｉａｌＧＲＩＮの製造は非常に困難であるが、光ピックアップレンズとしてのＳＩＭレンズは小型化が要求されるので、その径も比較的小さくて済む。従って、製造面においてもＳＩＭレンズについてＧＲＩＮの応用が適している事が分かる。
【００１２】
本発明の光ピックアップレンズは、光源からの光束を少なくとも１回以上の反射を用いて、光ディスク等の記録面近傍に結像させるＳＩＭレンズより成る。そのＳＩＭレンズは、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）で構成されており、以下の条件式を満足する事が望ましい。
【００１３】
−３．０＜Ｎ1／φSIM 2＜３．０ （１）
但し、
Ｎ1 ：屈折率分布型レンズの２次の屈折率分布係数
φSIM：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００１４】
ここで、
Ｎ（ｈ）＝Ｎ0＋Ｎ1・ｈ2＋Ｎ2・ｈ4＋Ｎ3・ｈ6＋Ｎ4・ｈ8＋…
である。但し、
Ｎ（ｈ）：ＳＩＭレンズの位置ｈにおける屈折率
ｈ ：光軸に対して垂直な方向の高さ
Ｎ0 ：光軸上での屈折率
Ｎ1 ：２次の屈折率分布係数
Ｎ2 ：４次の屈折率分布係数
Ｎ3 ：６次の屈折率分布係数
Ｎ4 ：８次の屈折率分布係数
（以下同様）
である。
【００１５】
条件式（１）は、ＳＩＭレンズを構成する屈折率分布型レンズの屈折率分布に関する条件式であり、諸収差を補正するための条件式である。この条件式の範囲から外れると、ペッツバール和の補正が困難になるとともに、コマ収差も増大するので望ましくない。
【００１６】
また、前記ＳＩＭレンズの少なくとも１面は非球面とする事により、収差補正の自由度が増加するので、設計上望ましい。このとき、非球面は以下の条件式を満足する事が望ましい。
【００１７】
０＜ｈ＜ｈmaxにおいて、
−６．０＜（φa−φ0a）／φSIM＜５．０ （２）
但し、
ｈ ：レンズ径方向の高さ
ｈmax ：レンズ有効径
φa ：非球面の局所的な面のパワー
φ0a ：非球面の基準曲率による面のパワー
φSIM ：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００１８】
ここで、φa及びφ0aは以下の式で表される。
非球面が屈折面の場合
φa＝Ｃalo｛Ｎ（ｈ）′−Ｎ（ｈ）｝
φ0a＝Ｃ0（Ｎ0′−Ｎ0）
非球面が反射面の場合
φa＝−２ＣaloＮr（ｈ）
φ0a＝−２Ｃ0Ｎr
【００１９】
但し、
Ｃalo ：非球面の各高さでの局所的な曲率
Ｃ0 ：非球面の基準曲率
Ｎ（ｈ）′：非球面像側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ（ｈ） ：非球面物体側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ0′ ：非球面像側媒質の光軸上での屈折率
Ｎ0 ：非球面物体側媒質の光軸上での屈折率
Ｎr（ｈ） ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の各高さでの屈折率
Ｎr ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の光軸上での屈折率
である。
【００２０】
条件式（２）は、ＳＩＭレンズに用いる非球面の条件式であり、収差補正を行うための条件式である。非球面がこの条件式の範囲から外れてしまうと、コマ収差等が発生しやすくなり、それを補正しようとすると、高次の収差が大きくなってしまう事が多くなるので、望ましくない。
【００２１】
さらに、前記ＳＩＭレンズは、その両面が非球面であっても良い。これにより設計の自由度が、片面非球面のものより更に増えるので望ましい。
【００２２】
その他、本発明の光ピックアップレンズにおいては、以下の条件式を満足する事が望ましい。
−５．０＜Ｎ2／φSIM 4＜５．０ （３）
但し、
Ｎ2 ：屈折率分布型レンズの４次の屈折率分布係数
φSIM：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００２３】
条件式（３）は、ＳＩＭレンズを構成する屈折率分布型レンズの屈折率分布に関する条件式であり、諸収差を補正するための条件式である。この条件式の範囲から外れると、３次収差が増大して各収差の補正が困難になるとともに、特にコマ収差が増大するので望ましくない。
【００２４】
また、以下の条件式を満足する事が望ましい。
０＜Ｈ＜Ｈmaxにおいて、
−０．２＜｛νd（Ｈ）−νd（０）｝／νd（０）≦０．２ （４）
ここで、
νd（Ｈ）＝｛Ｎd（Ｈ）−１｝／｛ＮF（Ｈ）−ＮC（Ｈ）｝
但し、
νd（Ｈ）：屈折率分布型レンズ内で光軸から垂直な方向に高さＨだけ離れ た点での分散値
Ｎd（Ｈ）：高さＨでのｄ線屈折率
ＮF（Ｈ）：高さＨでのＦ線屈折率
ＮC（Ｈ）：高さＨでのＣ線屈折率
である。
【００２５】
また、以下の条件式を満足する事が望ましい。
−０．１＜（Ｎ1λ−Ｎ1d）／φSIM 2＜０．１ （５）
但し、
Ｎ1d ：屈折率分布型レンズのｄ線に対する２次の屈折率分布係数
Ｎ1λ ：屈折率分布型レンズのＣ線及びＦ線に対する２次の屈折率分布係数
φSIM ：ＳＩＭレンズのパワー
である。
【００２６】
ＳＩＭレンズを屈折率分布型レンズで構成する場合、屈折率分布型レンズは色収差を補正する働きもする。条件式（４），（５）は、ＳＩＭレンズに屈折率分布型レンズを用いた場合に、その屈折率分布型レンズが満たすべき分散と屈折率分布係数の条件であり、これらの条件式の範囲から外れると、レンズ内で発生する色収差のために、色補正が非常に困難となる。
【００２７】
また、以下の条件式を満足する事が望ましい。
−０．２＜φM／φS＜０．５ （６）
但し、
φS：屈折率分布型レンズの面のパワー
φM：屈折率分布型レンズの媒質のパワー
である。
【００２８】
ここで、φS及びφMは、ＳＩＭレンズを構成する屈折率分布型レンズのパワーをφSIMとすると、
φSIM＝φS＋φM
で表される。φSはレンズを均質レンズとした場合のパワーである。ちなみに、屈折率はレンズの光軸上の屈折率である。
【００２９】
また、φMはレンズが屈折率分布を持つ事による媒質の持つパワーであり、
φM＝−２Ｎ1d・Ｔ
で表される。但し、
Ｔ ：ＳＩＭレンズの心厚
Ｎ1d：屈折率分布型レンズのｄ線に対する２次の屈折率分布係数
である。
【００３０】
条件式（６）は、ＳＩＭレンズを屈折率分布型レンズで構成した場合に、その屈折率分布型レンズが満たすべき条件であり、条件式の上限値以上になると、屈折率分布が大きくなりすぎて、製造が困難になるとともに、高次の収差が発生するので望ましくない。また、条件式の下限値以下になると、屈折率分布の持つ負のパワーが大きくなりすぎて、面の持つ正のパワーが大きくなり、ペッツバール和の補正が困難になるとともに、各収差の補正、特に高次の収差の補正が困難となるので望ましくない。
【００３１】
ところで、ＳＩＭレンズを屈折率分布型レンズ１枚で構成する場合、物体側が平面の平凸正レンズ形状となる事が望ましい。それにより、レンズ面で発生する色収差を殆どなくす事ができるので、屈折率分布を持つ上での自由度が増大し、特に軸外のコマ収差を小さくする事ができる。
【００３２】
また、このとき、屈折率分布型レンズを用いないでＳＩＭレンズを構成しようとすると、凸側面だけの片面非球面の構成では、収差補正の自由度が不足して、軸外のコマ収差が増大するので望ましくない。また、それを防止するために両面非球面の構成としたり、物体側面を球面にして構成した場合には、色収差の問題が発生するので望ましくない。結局、屈折率分布型レンズが必要となる。
【００３３】
図１〜図４は、本発明の光ピックアップレンズの第１〜第４の実施形態にそれぞれ対応するレンズ構成図である。各図の左側が物体側（光源側）、右側が像側（記録面側）である。レンズ構成図中の面si(i=1,2,3,...)は、光源側から数えてｉ番目の面、＊印が付された面siは非球面である。また、各図は光源側からの光線Ｌの軌跡を示した光路図ともなっている。なお、Ｘは光軸である。
【００３４】
《実施例》
以下、本発明の光ピックアップレンズの構成を、コンストラクションデータ、収差図等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４は、前述した第１〜第４の実施形態にそれぞれ対応しており、各実施形態を表す光学構成図（図１〜図４）は、対応する実施例の光学構成をそれぞれ示している。各実施例のコンストラクションデータにおいて、si(i=1,2,3,...)は光源側から数えてｉ番目の面であり、ri(i=1,2,3,...)は面siの曲率半径(mm)である。
【００３５】
また、di(i=0,1,2,3,...)は光源側から数えてｉ番目の軸上面間隔(mm)を示している。また、各基準波長の光に対する屈折率及び屈折率分布係数を別途示す。ここで、各実施例共に第２面と第３面が反射面であり、第１面は第３面と、また第２面は第４面と共通である。また、各実施例中、＊印が付された面siは、非球面で構成された面である事を示し、非球面の面形状を表す以下の式で定義されるものとする。各非球面データを他のデータと併せて示す。
【００３６】
Ｘ（Ｈ）＝（Ｃ・Ｈ2）／｛１＋（１−ε・Ｃ2・Ｈ2）1/2｝＋ΣＡｉ・Ｈi
但し、
Ｈ：光軸と垂直な方向の高さ
Ｘ（Ｈ）：高さＨの位置での光軸方向の変位量（面頂点基準）
Ｃ：近軸曲率
ε：２次曲面パラメータ
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
である。
【００３７】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-8.51778×10-3
N4= 5.34182×10-2
N6=-5.91190×10-3
【００３９】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-8.48217×10-3
N4= 5.32367×10-2
N6=-5.82036×10-3
【００４０】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-8.60387×10-3
N4= 5.38535×10-2
N6=-6.12383×10-3
【００４１】
〔第１面(s1)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.12666×10-2
A6= -2.54647×10-2
A8= -5.25437×10-3
A10=-3.27467×10-3
【００４２】
〔第２面(s2)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.96267×10-2
A6= -2.74829×10-3
A8= -4.96284×10-4
A10=-4.35596×10-5
【００４３】
〔第３面(s3)の非球面データ〕
ε=1
A4= 1.12666×10-2
A6= 2.54647×10-2
A8= 5.25437×10-3
A10= 3.27467×10-3
【００４４】
〔第４面(s4)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.96267×10-2
A6= -2.74829×10-3
A8= -4.96284×10-4
A10=-4.35596×10-5
【００４５】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-2.15427×10-2
N4= 1.93470×10-2
【００４７】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-2.14399×10-2
N4= 1.92542×10-2
【００４８】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-2.18173×10-2
N4= 1.95936×10-2
【００４９】
〔第２面(s2)の非球面データ〕
ε=1
A4= -4.56298×10-3
A6= 1.22155×10-5
A8= 2.30733×10-4
A10=-7.40261×10-5
【００５０】
〔第４面(s4)の非球面データ〕
ε=1
A4= -4.56298×10-3
A6= 1.22155×10-5
A8= 2.30733×10-4
A10=-7.40261×10-5
【００５１】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-1.88189×10-2
N4= 3.78850×10-2
【００５３】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-1.87283×10-2
N4= 3.76971×10-2
【００５４】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-1.90597×10-2
N4= 3.83653×10-2
【００５５】
〔第２面(s2)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.11176×10-2
A6= 3.42294×10-4
A8= 3.15786×10-4
A10=-9.32458×10-5
【００５６】
〔第４面(s4)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.11176×10-2
A6= 3.42294×10-4
A8= 3.15786×10-4
A10=-9.32458×10-5
【００５７】
〔屈折率及び屈折率分布係数（ｄ線）〕
N0=1.80518
N2=-1.60621×10-2
N4= 1.88522×10-2
N6=-2.52711×10-13
N8=-1.30901×10-18
【００５９】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｃ線）〕
N0=1.79610
N2=-1.63944×10-2
N4= 1.87068×10-2
N6=-4.48542×10-13
N8=-2.60300×10-18
【００６０】
〔屈折率及び屈折率分布係数（Ｆ線）〕
N0=1.82776
N2=-1.52353×10-2
N4= 1.92167×10-2
N6=-3.25885×10-12
N8= 4.19719×10-18
【００６１】
〔第１面(s1)の非球面データ〕
ε=1
A4= 1.19299×10-2
A6= -1.74204×10-3
A8= -9.99859×10-4
A10= 3.79001×10-4
【００６２】
〔第３面(s3)の非球面データ〕
ε=1
A4= -1.19299×10-2
A6= 1.74204×10-3
A8= 9.99859×10-4
A10=-3.79001×10-4
【００６３】
図５〜図８は、実施例１〜実施例４にそれぞれ対応する収差図であり、各々左から順に、球面収差，非点収差，歪曲収差を示している。球面収差図において、縦軸は記録面への入射高さをその最大高さで規格化した値であり、横軸は焦点位置（近軸結像位置からの光軸方向のズレ量）(mm)である。そして、実線によるラインＣはＣ線（波長656.3nm）に対する球面収差量、点線によるラインｄはｄ線（波長587.6nm）に対する球面収差量、一点鎖線によるラインＦはＦ線（波長486.1nm）に対する球面収差量をそれぞれ表している。
【００６４】
非点収差図において、縦軸は半画角(deg)であり、横軸は焦点位置（近軸結像位置からの光軸方向のズレ量）(mm)である。そして、点線Ｓはサジタル面での非点収差量を表している。また、二点鎖線Ｔはタンジェンシャル面での非点収差量を表している。歪曲収差図において、縦軸は半画角(deg)であり、横軸は歪曲率（％）である。ここでの歪曲収差は殆ど見られない。
【００６５】
以下に、各実施例における条件式の値を示す。なお、表中のG1は、ＧＲＩＮレンズの第１面である事を意味している。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型で高性能な光ピックアップレンズを提供する事ができる。さらには軸上色収差や倍率色収差等が良好に補正された光ピックアップレンズを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ピックアップレンズの第１の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図２】本発明の光ピックアップレンズの第２の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図３】本発明の光ピックアップレンズの第３の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図４】本発明の光ピックアップレンズの第４の実施形態に対応するレンズ構成図。
【図５】実施例１に対応する収差図。
【図６】実施例２に対応する収差図。
【図７】実施例３に対応する収差図。
【図８】実施例４に対応する収差図。
【符号の説明】
Ｌ 光線
Ｘ 光軸
Claims (4)
- 光源からの光束を少なくとも１回以上の反射を用いて記録面近傍に結像させるＳＩＭレンズより成り、該ＳＩＭレンズは以下の条件式を満足する屈折率分布型レンズで構成されている事を特徴とする光ピックアップレンズ；
−３．０＜Ｎ1／φSIM 2＜３．０
但し、
Ｎ1 ：屈折率分布型レンズの２次の屈折率分布係数
φSIM：ＳＩＭレンズのパワー
である。ここで、
Ｎ（ｈ）＝Ｎ0＋Ｎ1・ｈ2＋Ｎ2・ｈ4＋Ｎ3・ｈ6＋Ｎ4・ｈ8＋…
である。但し、
Ｎ（ｈ）：ＳＩＭレンズの位置ｈにおける屈折率
ｈ ：光軸に対して垂直な方向の高さ
Ｎ0 ：光軸上での屈折率
Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，Ｎ4，…：それぞれ２次，４次，６次，８次，…の屈折率分布係数
である。 - 前記ＳＩＭレンズの少なくとも１面は非球面である事を特徴とする請求項１に記載の光ピックアップレンズ。
- 前記非球面は以下の条件式を満足する事を特徴とする請求項２に記載の光ピックアップレンズ；
０＜ｈ＜ｈmaxにおいて、
−６．０＜（φa−φ0a）／φSIM＜５．０
但し、
ｈ ：レンズ径方向の高さ
ｈmax ：レンズ有効径
φa ：非球面の局所的な面のパワー
φ0a ：非球面の基準曲率による面のパワー
φSIM ：ＳＩＭレンズのパワー
であり、φa及びφ0aは以下の式で表される。
非球面が屈折面の場合
φa＝Ｃalo｛Ｎ（ｈ）′−Ｎ（ｈ）｝
φ0a＝Ｃ0（Ｎ0′−Ｎ0）
非球面が反射面の場合
φa＝−２ＣaloＮr（ｈ）
φ0a＝−２Ｃ0Ｎr
但し、
Ｃalo ：非球面の各高さでの局所的な曲率
Ｃ0 ：非球面の基準曲率
Ｎ（ｈ）′：非球面像側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ（ｈ） ：非球面物体側媒質の各高さでの屈折率
Ｎ0′ ：非球面像側媒質の光軸上での屈折率
Ｎ0 ：非球面物体側媒質の光軸上での屈折率
Ｎr（ｈ） ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の各高さでの屈折率
Ｎr ：反射非球面のとき、光線が存在している媒質の光軸上での屈折率
である。 - 前記ＳＩＭレンズは、その両面が非球面である事を特徴とする請求項１に記載の光ピックアップレンズ。
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