輪帯位相補正レンズおよび光ヘッド装置
【課題】 樹脂製であっても、環境温度が変化しても収差が大きく変化しない輪帯位相補正レンズ、この輪帯位相補正レンズを用いた光学系、およびこの光学系を用いたヘッド装置を提供すること。
【解決手段】 対物レンズ３として用いた輪帯位相補正レンズにおいて、第１レンズ面３１に光軸方向の段差Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４を備えた屈折面を形成する。その際、屈折面は、３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割するとともに、屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差を形成する。それにより、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量を１／２以下とする。
【解決手段】 対物レンズ３として用いた輪帯位相補正レンズにおいて、第１レンズ面３１に光軸方向の段差Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４を備えた屈折面を形成する。その際、屈折面は、３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割するとともに、屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差を形成する。それにより、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量を１／２以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の位相を補正する輪帯状屈折曲面を備えた輪帯位相補正レンズ、この輪帯位相補正レンズを用いた光学系、およびこの光学系を用いたヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＤＶＤ等の光記録媒体に対して情報の記録や再生を行なう光ヘッド装置では、半導体レーザから出射されたレーザ光を対物レンズによってＣＤやＤＶＤの記録面に収束させる。このような対物レンズとしては、従来、樹脂成形した単純非球面形状の屈折レンズや、屈折面に回折パターンを形成したレンズが用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、樹脂製の屈折レンズでは、通常、常温付近で収差が最小となるように設計、加工してあるため、環境温度が変化して屈折率変化や膨張収縮が発生すると、球面収差が変化する。従って、低温環境下や高温環境下では、大きな球面収差が発生する結果、ジッターが悪化する。ここで、樹脂製のレンズは、ガラス製のレンズより屈折率変化や膨張収縮が大きいが、安価であることを優先して採用されている。従って、樹脂製のレンズを用いる場合、ＮＡの小さなレンズを使うことにより収差の変化を小さくして高速化を犠牲にするか、使用温度範囲を狭く設定するなどの妥協を行わざるを得ない。
【０００４】
また、屈折面に回折パターンを付加したレンズに関しては、波長変化による回折力の変化を利用して球面収差の変化を相殺する方法も提案されているが、この種のレンズでは微細な回折パターンを形成する必要があるため、特殊な装置で金型を製作する必要がある。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、樹脂製であっても、環境温度が変化しても収差が大きく変化しない輪帯位相補正レンズ、この輪帯位相補正レンズを用いた光学系、およびこの光学系を用いたヘッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、第１レンズ面および第２レンズ面のうちの少なくとも一方に光軸方向の段差を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面を備えた屈折面を有し、半導体レーザから出射されたレーザ光の位相を当該輪帯状屈折曲面毎に補正する樹脂製の輪帯位相補正レンズにおいて、前記屈折面は、３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割されているとともに、当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差が形成され、前記屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下になっていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るレンズにおいて、温度が上昇すると、レンズの屈折率変化や膨張収縮によって球面収差が変化する。これに対して、温度が上昇すると、レーザ光の波長は長くなって球面収差が＋の方にシフトする。ここで、温度変化に起因する球面収差の発生は、レンズの有効径の１／２以上の領域で顕著である。そこで、本発明では、屈折面を３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割し、かつ、当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差を形成することにより、温度が上昇した際には、レンズの屈折率変化や膨張収縮によって変化する球面収差と、レーザ光の波長は長くなることに起因する球面収差とを相殺させる。すなわち、段差部分では、段差の高さ×（屈折率−１）の光路長差が存在しており、常温では、この光路長差が波長の略整数倍になっているため、波面収差が発生していないが、温度が変化すると、レーザ光の波長が変化し、波長の略整数倍からずれるので、このずれにより発生する波面収差が、温度変化により発生する球面収差をキャンセルする。それ故、屈折面のみで、例えば、−３０℃〜＋８０℃の広い範囲にわたって３次球面収差を抑えることができるので、常温と同程度の特性を得ることができる。
【０００８】
本発明において、開口数をＮＡとしたとき、ＮＡは下式
ＮＡ ＞ ０．４５
を満たし、かつ、温度をｔとしたとき、温度が下式
−３０℃ ＜ ｔ ＜ ８０℃
で表される範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明において、最内周を除く前記輪帯状屈折曲面の幅寸法の平均値をＷとしたとき、下式で示す条件
Ｗ／前記屈折面の有効半径 ＞ ０．０５
を満たすことが好ましい。輪帯状屈折曲面の数を増やせばその分、波面収差を抑えることができるが、その場合、段差の数が増えてしまい、回折方式と同様、段差部分での損失が増大し、光線の利用効率が低下する。しかるに輪帯状屈折曲面の幅をある程度以上広くすると、輪帯状屈折曲面の数、すなわち、段差の数が少ないので、段差部分での損失を低く抑えることができるので、光線の利用効率が高い。また、レンズを成形するための金型を製作する際、段差部分への加工が少なくて済む。それ故、段差部分を加工する際に発生するダレの影響が小さい。また、段差部分を加工するのに鋭利なバイトを用いてなくても、通常の非球面加工機で金型を製作できるという利点がある。
【００１０】
本発明を適用したレンズと半導体レーザとを備えた光学系では、前記半導体レーザは、温度が上昇すると、出射するレーザ光の波長が長波長側にシフトする特性を備え、温度１℃当たりの前記レーザ光の波長の変化量をＫ（ｎｍ／℃）とし、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くするような隣接段差の合計の絶対値をＴとしたとき、
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長） ＞ １．５
であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る光学系は、光ヘッド装置などに用いられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るレンズにおいては、屈折面を３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割し、かつ、当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差を形成することにより、温度が上昇した際には、レンズの屈折率変化や膨張収縮によって変化する球面収差と、レーザ光の波長は長くなることに起因する球面収差とを相殺することができるので、常温と同程度の収差特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照して、本発明を適用したレンズ（輪帯位相補正レンズ）、およびこのレンズを対物レンズとして用いた光ヘッド装置を説明する。
【００１４】
［光ヘッド装置の構成］
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明を適用したレンズを備えた有限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズを備えた無限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズの正面図、その断面図、本発明を適用したレンズの隣接段差の説明図、および頂点段差の説明図である。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光ヘッド装置１は、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒなどの光記録媒体４に対して情報の再生、記録を行うものであり、所定波長のレーザ光を出射する半導体レーザ２と、この半導体レーザ２から出射されたレーザ光を光記録媒体４の記録面に収束させる樹脂製の対物レンズ３とを備えている。また、図示を省略するが、光ヘッド装置１は、光記録媒体４で反射されたレーザ光束の戻り光を検出するための受光素子や、光記録媒体４で反射されたレーザ光束の戻り光を受光素子に導く光路分離素子なども備えている。
【００１６】
このような光学系は、図１（ａ）に示すように、光路の途中位置にコリメートレンズを備えていない有限共役系、あるいは図１（ｂ）に示すように、光路の途中位置にコリメートレンズ５を配置した無限共役系とに大別される。
【００１７】
ここで、後述する各面は、有限共役系の場合、
第１面ｃ１・・半導体レーザ
第２面ｃ２・・対物レンズ３の第１レンズ面３１
第３面ｃ３・・対物レンズ３の第２レンズ面３２
第４面ｃ４・・光記録媒体４の表面
第５面ｃ５・・光記録媒体４の記録面
であり、無限共役系の場合、
第１面ｃ１・・対物レンズ３の第１レンズ面３１
第２面ｃ２・・対物レンズ３の第２レンズ面３２
第３面ｃ３・・光記録媒体４の表面
第４面ｃ４・・光記録媒体４の記録面
となる。
【００１８】
本形態では、対物レンズ３として、図１（ｃ）、（ｄ）に示す樹脂製の輪帯位相補正レンズが用いられている。この輪帯位相補正レンズは、第１レンズ面３１および第２レンズ面３２のうちの少なくとも一方に光軸方向の段差を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面を備えた屈折面を有している。なお、図１（ｃ）、（ｄ）に示す輪帯位相補正レンズでは、入射側の第１レンズ面３１が、光軸方向の段差Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４を備えた屈折面になっており、半導体レーザ２から出射されたレーザ光の位相を輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４毎に補正するが、このような輪帯状屈折曲面や段差は、第２レンズ面３２に形成してもよい。なお、本願明細書において、図１（ｅ）、（ｆ）に示すように、隣接する輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４の間に形成される段差Ａ１１、１２Ａ、Ａ１３を「隣接段差」と定義し、隣接する輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４を光軸に向けて延長したときに、光軸上頂点と最内周屈折曲面の頂点との距離を「頂点段差」と定義する。
【００１９】
このような構成の輪帯位相補正レンズにおいて、本形態では、各実施例を後述するように、第１レンズ面３１（屈折面）は、３つ以上の輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４に分割されているとともに、第１レンズ面３１の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３が形成され、第１レンズ面３１が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下になっている。
【００２０】
また、半導体レーザ２は、温度が上昇すると、出射するレーザ光の波長が長波長側にシフトする特性を備え、温度１℃当たりのレーザ光の波長の変化量をＫ（ｎｍ／℃）とし、段差のうち、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くするような隣接段差の合計の絶対値をＴとしたとき、Ｔ、ｎは下式
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長） ＞ １．５
を満たしている。
【００２１】
従って、温度が変化すると、レーザ光の波長が変化し、波長の略整数倍からずれるので、このずれにより発生する波面収差が、温度変化により発生する球面収差をキャンセルする。それ故、本発明によれば、屈折面のみで、例えば、−３０℃〜＋８０℃の広い範囲にわたって３次球面収差を抑えることができるので、常温と同程度の特性を得ることができる。
【００２２】
また、本発明では、開口数をＮＡとしたとき、ＮＡは下式
ＮＡ ＞ ０．４５
を満たし、かつ、温度をｔとしたとき、温度が下式
−３０℃ ＜ ｔ ＜ ８０℃
で表される範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００２３】
さらに、最内周の輪帯状屈折曲面Ｂ１１を除く輪帯状屈折曲面Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４の幅寸法の平均値をＷとしたとき、下式で示す条件
Ｗ／前記屈折面の有効半径 ＞ ０．０５
を満たしている。このように構成すると、輪帯状屈折曲面の数、すなわち、段差の数が少ないので、段差部分での損失を低く抑えることができるので、光線の利用効率が高い。また、レンズを成形するための金型を製作する際、段差部分への加工が少なくて済む。それ故、段差部分を加工する際に発生するダレの影響が小さい。また、段差部分を加工するのに鋭利なバイトを用いてなくても、通常の非球面加工機で金型を製作できるという利点がある。
【００２４】
また、以下に説明する比較例および実施例のレンズ設計データにおいて、レンズ面３１の非球面形状Ｚ（ｒ）は、回転対称で、半径座標ｒに対して下式
Ｚ（ｒ）＝ｃｒ2／［１＋｛１−（１＋ｋ）ｃ2ｒ2｝1/2］
＋Ａ2・ｒ2＋Ａ4・ｒ4＋Ａ6・ｒ6＋・・
で表される。ｃは曲率半径Ｒの逆数、ｋは円錐定数、Ａ2、Ａ4、Ａ6・・は、それぞれ２次、４次、６次・・の非球面係数である。なお、非球面係数の表示において、Ａ−４、Ａ−６、Ａ−８・・・は、それぞれＡ4、Ａ6、Ａ8・・・を示し、Ｅに続く数字ｍは、１×１０mを意味する。なお、以下のデータにおいて、各輪帯データは最内周から外周へ向かう順番に記述してある。また、頂点段差は、外周側の輪帯状屈折曲面を内周側の輪帯状屈折曲面に対してレンズ厚を厚くしている場合には「−」を付してある。これに対して、隣接段差は、外周側の輪帯状屈折曲面が厚くなる場合には正の値をとる。
【００２５】
［比較例］
本発明を適用したレンズを説明する前に、その比較例に係るレンズの構成を説明しておく。ここに示す比較例は、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合に相当しており、この比較例に係るレンズを有限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝２．６２
λ＝７８０ｎｍ
ＮＡ＝０．４６
Ｋ＝０．２７ｎｍ／℃
線膨脹率６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
【００２６】
(光学系)
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 765nm 795nm
第１面 0.00000 15.65 1.00000 1.00000 1.00000
第２面 1.85827 1.50 1.51913 1.52491 1.51276
第３面 −3.68962 1.65 1.00000 1.00000 1.00000
第４面 0.00000 1.20 1.57238 1.57983 1.56358
第５面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００２７】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
Ｒ＝1.85827
ｋ＝−0.344578E＋00
Ａ−4＝−0.965394E−02
Ａ−6＝−0.973300E−03
Ａ−8＝0.359506E−04
Ａ−10＝−0.184903E−03
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−3.68962
ｋ＝−0.91720E＋01
Ａ−4＝0.447168E−03
Ａ−6＝0.256283E−02
Ａ−8＝−0.181727E−02
Ａ−10＝0.281000E−03
【００２８】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０３２ ０．０３２
２５℃ ０．０００ ０．０００
８０℃ ０．０３７ ―０．０３７
【００２９】
［実施例１］
以下に示す条件で構成した本発明の実施例１に係るレンズを有限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝２．６２
λ＝７８０ｎｍ
ＮＡ＝０．４６
Ｋ＝０．２７ｎｍ／℃
線膨脹率 ６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝２．２
【００３０】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 765nm 795nm
第１面 0.00000 15.65 1.00000 1.00000 1.00000
第２面 1.85827 1.50 1.51913 1.52491 1.51276
第３面 −3.68962 1.65 1.00000 1.00000 1.00000
第４面 0.00000 1.20 1.57238 1.57983 1.56358
第５面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００３１】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.00000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝1.85827
ｋ1＝−0.344578E＋00
Ａ1−4＝−0.965394E−02
Ａ1−6＝−0.973300E−03
Ａ1−8＝0.359506E−04
Ａ1−10＝−0.184903E−03
隣接段差＝0.00307
輪帯半径＝1.20000
頂点段差＝−0.00145
Ｒ＝1.88507
ｋ2＝−0.387393E＋00
Ａ2−4＝−0.897516E−02
Ａ2−6＝0.751439E−02
Ａ2−8＝−0.738029E−02
Ａ2−10＝0.186018E−02
隣接段差＝0.00314
輪帯半径＝1.32000
頂点段差＝−0.01521
Ｒ＝1.83336
ｋ3＝−0.321876E＋00
Ａ3−4＝−0.788244E−02
Ａ3−6＝0.830224E−02
Ａ3−8＝−0.117442E−01
Ａ3−10＝0.307881E−02
隣接段差＝0.00637
輪帯半径＝1.85610
頂点段差＝−0.01824
Ｒ＝1.82468
ｋ4＝−0.323170E＋00
Ａ4−4＝−0.163399E−01
Ａ4−6＝0.724155E−02
Ａ4−8＝−0.494129E−02
Ａ4−10＝0.726214E−03
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−3.68962
ｋ＝−0.91720E＋01
Ａ−4＝0.447168E−03
Ａ−6＝0.256283E−02
Ａ−8＝−0.181727E−02
Ａ−10＝0.281000E−03
【００３２】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０２１ ０．００１
２５℃ ０．００６ ―０．００１
８０℃ ０．０２１ ―０．０１０
【００３３】
このように、本例の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００３４】
［実施例２］
以下に示す条件で構成したレンズを無限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝３．４
λ＝７８０
ＮＡ＝０．５３
Ｋ＝０．２５ｎｍ／℃
線膨脹率 ６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝１．９
【００３５】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 765nm 795nm
第１面 2.12374 1.60 1.52499 1.53019 1.51912
第２面 −7.91494 1.75 1.00000 1.00000 1.00000
第３面 0.00000 1.20 1.57238 1.57980 1.56361
第４面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００３６】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.30000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝2.12374
ｋ1＝−0.101153E＋01
Ａ1−4＝0.718465E−02
Ａ1−6＝0.196934E−03
Ａ1−8＝0.177540E−04
Ａ1−10＝−0.608838E−05
隣接段差＝0.00318
輪帯半径＝1.50000
頂点段差＝−0.00359
Ｒ＝2.11897
ｋ2＝−0.101153E＋01
Ａ2−4＝0.699128E−02
Ａ2−6＝0.205894E−03
Ａ2−8＝0.177540E−04
Ａ2−10＝−0.608838E−05
隣接段差＝0.00326
輪帯半径＝1.65000
頂点段差＝−0.01019
Ｒ＝2.08325
ｋ3＝−0.101153E＋01
Ａ3−4＝0.536438E−02
Ａ3−6＝0.423921E−03
Ａ3−8＝0.177540E−04
Ａ3−10＝−0.608838E−05
隣接段差＝0.00502
輪帯半径＝1.85000
頂点段差＝−0.01080
Ｒ＝2.12374
ｋ4＝−0.101153E＋01
Ａ4−4＝0.700315E−02
Ａ4−6＝0.215630E−03
Ａ4−8＝0.177540E−04
Ａ4−10＝−0.608838E−05
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−7.91494
ｋ＝−0.38794E＋02
Ａ−2＝0.284111E−02
Ａ−4＝0.240191E−02
Ａ−6＝−0.599799E−03
Ａ−8＝0.501954E−04
Ａ−10＝−0.126791E−06
【００３７】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０１５ ０．００３
２５℃ ０．００２ ０．０００
８０℃ ０．０１６ ―０．００８
【００３８】
このように、本形態の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００３９】
［実施例３］
以下に示す条件で構成したレンズを無限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝３．０
λ＝６５５ｎｍ
ＮＡ＝０．６
Ｋ＝０．２ｎｍ／℃
線膨脹率＝７×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝３．３
【００４０】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
655nm 644nm 666nm
第１面 1.87382 1.75 1.54064 1.54447 1.53463
第２面 −8.14441 1.64 1.00000 1.00000 1.00000
第３面 0.00000 0.60 1.57824 1.58601 1.56912
第４面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００４１】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.40000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝1.87382
ｋ1＝−0.103847E＋01
Ａ1−4＝0.102800E−01
Ａ1−6＝0.621703E−03
Ａ1−8＝0.457556E−04
Ａ1−10＝0.909323E−05
Ａ1−12＝−0.533372E−06
隣接段差＝0.00405
輪帯半径＝1.62000
頂点段差＝−0.00373
Ｒ＝1.87382
ｋ2＝−0.103917E＋01
Ａ2−4＝0.100273E−01
Ａ2−6＝0.796436E−03
Ａ2−8＝0.118799E−05
Ａ2−10＝0.518841E−05
Ａ2−12＝0.167356E−05
隣接段差＝0.00859
輪帯半径＝1.75000
頂点段差＝−0.01722
Ｒ＝1.87024
ｋ3＝−0.103221E＋01
Ａ3−4＝0.151900E−01
Ａ3−6＝−0.362686E−02
Ａ3−8＝0.175083E−02
Ａ3−10＝−0.380942E−03
Ａ3−12＝0.387693E−04
隣接段差＝0.00743
輪帯半径＝2.00000
頂点段差＝−0.02580
Ｒ＝1.87016
ｋ4＝−0.103135E＋01
Ａ4−4＝0.144483E−01
Ａ4−6＝−0.373525E−02
Ａ4−8＝0.246716E−02
Ａ4−10＝−0.672818E−03
Ａ4−12＝0.710146E−04
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−8.14441
ｋ＝−0.49536E＋02
Ａ−4＝0.612361E−02
Ａ−6＝−0.861128E−03
Ａ−8＝ 0.575377E−04
Ａ−10＝−0.967370E−06
【００４２】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０２８ ０．０００
２５℃ ０．０１０ ０．００３
８０℃ ０．０２２ ―０．００６
【００４３】
このように、本形態の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００４４】
［実施例４］
以下に示す条件で構成したレンズを有限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝２．６２
λ＝７８０ｎｍ
ＮＡ＝０．４６
Ｋ＝０．１５ｎｍ／℃
線膨脹率＝６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝１．９
【００４５】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 772nm 788nm
第１面 0.00000 15.65 1.00000 1.00000 1.00000
第２面 1.85827 1.50 1.51913 1.52476 1.51290
第３面 −3.68962 1.65 1.00000 1.00000 1.00000
第４面 0.00000 1.20 1.57238 1.57961 1.56376
第５面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００４６】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.00000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝1.85827
ｋ1＝−0.344578E＋00
Ａ1−4＝−0.965394E−02
Ａ1−6＝−0.973300E−03
Ａ1−8＝0.359506E−04
Ａ1−10＝−0.184903E−03
隣接段差＝0.00462
輪帯半径＝1.20000
頂点段差＝−0.00316
Ｒ＝1.88514
ｋ2＝−0.387389E＋00
Ａ2−4＝−0.872489E−02
Ａ2−6＝0.796437E−02
Ａ2−8＝−0.821551E−02
Ａ2−10＝0.216747E−02
隣接段差＝0.00472
輪帯半径＝1.32000
頂点段差＝−0.02212
Ｒ＝1.83275
ｋ3＝−0.321735E＋00
Ａ3−4＝−0.363852E−02
Ａ3−6＝0.100096E−01
Ａ3−8＝−0.160570E−01
Ａ3−10＝0.441230E−02
隣接段差＝0.00957
輪帯半径＝1.85610
頂点段差＝−0.02715
Ｒ＝1.81824
ｋ4＝−0.323170E＋00
Ａ4−4＝−0.164982E−01
Ａ4−6＝0.933401E−02
Ａ4−8＝−0.670466E−02
Ａ4−10＝0.109637E−02
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−3.68962
ｋ＝−0.91720E＋01
Ａ−4＝0.447168E−03
Ａ−6＝0.256283E−02
Ａ−8＝−0.181727E−02
Ａ−10＝0.281000E−03
【００４７】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０２２ ０．０００
２５℃ ０．００９ ―０．００１
８０℃ ０．０２１ ―０．００９
【００４８】
このように、本形態の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００４９】
［他の実施例］
上記実施例では、波長が約６５５ｎｍのレーザ光、および波長が約７８５ｎｍのレーザ光を例に説明したが、波長が約４０５ｎｍのレーザ光を用い、表面保護層が０．１ｍｍとさらに薄いＢｌｕｅ−ｒａｙ Ｄｉｓｃを用いる場合に本発明を適用してもよい。
【００５０】
また、上記実施例では、本発明を適用した輪帯位相補正レンズを対物レンズとして用いた例を説明したが、光軸上に配置されるその他のレンズに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明を適用したレンズを備えた有限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズを備えた無限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズの正面図、その断面図、本発明を適用したレンズの隣接段差の説明図、および頂点段差の説明図である。
【図２】本発明の比較例に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例３に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例４に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 光ヘッド装置
２ 半導体レーザ
３ 対物レンズ
４ 光記録媒体
３１ 対物レンズの第１レンズ面
３２ 対物レンズの第２レンズ面
Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３ 段差
Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４ 輪帯状屈折曲面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の位相を補正する輪帯状屈折曲面を備えた輪帯位相補正レンズ、この輪帯位相補正レンズを用いた光学系、およびこの光学系を用いたヘッド装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＤＶＤ等の光記録媒体に対して情報の記録や再生を行なう光ヘッド装置では、半導体レーザから出射されたレーザ光を対物レンズによってＣＤやＤＶＤの記録面に収束させる。このような対物レンズとしては、従来、樹脂成形した単純非球面形状の屈折レンズや、屈折面に回折パターンを形成したレンズが用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、樹脂製の屈折レンズでは、通常、常温付近で収差が最小となるように設計、加工してあるため、環境温度が変化して屈折率変化や膨張収縮が発生すると、球面収差が変化する。従って、低温環境下や高温環境下では、大きな球面収差が発生する結果、ジッターが悪化する。ここで、樹脂製のレンズは、ガラス製のレンズより屈折率変化や膨張収縮が大きいが、安価であることを優先して採用されている。従って、樹脂製のレンズを用いる場合、ＮＡの小さなレンズを使うことにより収差の変化を小さくして高速化を犠牲にするか、使用温度範囲を狭く設定するなどの妥協を行わざるを得ない。
【０００４】
また、屈折面に回折パターンを付加したレンズに関しては、波長変化による回折力の変化を利用して球面収差の変化を相殺する方法も提案されているが、この種のレンズでは微細な回折パターンを形成する必要があるため、特殊な装置で金型を製作する必要がある。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、樹脂製であっても、環境温度が変化しても収差が大きく変化しない輪帯位相補正レンズ、この輪帯位相補正レンズを用いた光学系、およびこの光学系を用いたヘッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、第１レンズ面および第２レンズ面のうちの少なくとも一方に光軸方向の段差を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面を備えた屈折面を有し、半導体レーザから出射されたレーザ光の位相を当該輪帯状屈折曲面毎に補正する樹脂製の輪帯位相補正レンズにおいて、前記屈折面は、３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割されているとともに、当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差が形成され、前記屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下になっていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るレンズにおいて、温度が上昇すると、レンズの屈折率変化や膨張収縮によって球面収差が変化する。これに対して、温度が上昇すると、レーザ光の波長は長くなって球面収差が＋の方にシフトする。ここで、温度変化に起因する球面収差の発生は、レンズの有効径の１／２以上の領域で顕著である。そこで、本発明では、屈折面を３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割し、かつ、当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差を形成することにより、温度が上昇した際には、レンズの屈折率変化や膨張収縮によって変化する球面収差と、レーザ光の波長は長くなることに起因する球面収差とを相殺させる。すなわち、段差部分では、段差の高さ×（屈折率−１）の光路長差が存在しており、常温では、この光路長差が波長の略整数倍になっているため、波面収差が発生していないが、温度が変化すると、レーザ光の波長が変化し、波長の略整数倍からずれるので、このずれにより発生する波面収差が、温度変化により発生する球面収差をキャンセルする。それ故、屈折面のみで、例えば、−３０℃〜＋８０℃の広い範囲にわたって３次球面収差を抑えることができるので、常温と同程度の特性を得ることができる。
【０００８】
本発明において、開口数をＮＡとしたとき、ＮＡは下式
ＮＡ ＞ ０．４５
を満たし、かつ、温度をｔとしたとき、温度が下式
−３０℃ ＜ ｔ ＜ ８０℃
で表される範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明において、最内周を除く前記輪帯状屈折曲面の幅寸法の平均値をＷとしたとき、下式で示す条件
Ｗ／前記屈折面の有効半径 ＞ ０．０５
を満たすことが好ましい。輪帯状屈折曲面の数を増やせばその分、波面収差を抑えることができるが、その場合、段差の数が増えてしまい、回折方式と同様、段差部分での損失が増大し、光線の利用効率が低下する。しかるに輪帯状屈折曲面の幅をある程度以上広くすると、輪帯状屈折曲面の数、すなわち、段差の数が少ないので、段差部分での損失を低く抑えることができるので、光線の利用効率が高い。また、レンズを成形するための金型を製作する際、段差部分への加工が少なくて済む。それ故、段差部分を加工する際に発生するダレの影響が小さい。また、段差部分を加工するのに鋭利なバイトを用いてなくても、通常の非球面加工機で金型を製作できるという利点がある。
【００１０】
本発明を適用したレンズと半導体レーザとを備えた光学系では、前記半導体レーザは、温度が上昇すると、出射するレーザ光の波長が長波長側にシフトする特性を備え、温度１℃当たりの前記レーザ光の波長の変化量をＫ（ｎｍ／℃）とし、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くするような隣接段差の合計の絶対値をＴとしたとき、
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長） ＞ １．５
であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る光学系は、光ヘッド装置などに用いられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るレンズにおいては、屈折面を３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割し、かつ、当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差を形成することにより、温度が上昇した際には、レンズの屈折率変化や膨張収縮によって変化する球面収差と、レーザ光の波長は長くなることに起因する球面収差とを相殺することができるので、常温と同程度の収差特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照して、本発明を適用したレンズ（輪帯位相補正レンズ）、およびこのレンズを対物レンズとして用いた光ヘッド装置を説明する。
【００１４】
［光ヘッド装置の構成］
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明を適用したレンズを備えた有限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズを備えた無限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズの正面図、その断面図、本発明を適用したレンズの隣接段差の説明図、および頂点段差の説明図である。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光ヘッド装置１は、ＤＶＤ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒなどの光記録媒体４に対して情報の再生、記録を行うものであり、所定波長のレーザ光を出射する半導体レーザ２と、この半導体レーザ２から出射されたレーザ光を光記録媒体４の記録面に収束させる樹脂製の対物レンズ３とを備えている。また、図示を省略するが、光ヘッド装置１は、光記録媒体４で反射されたレーザ光束の戻り光を検出するための受光素子や、光記録媒体４で反射されたレーザ光束の戻り光を受光素子に導く光路分離素子なども備えている。
【００１６】
このような光学系は、図１（ａ）に示すように、光路の途中位置にコリメートレンズを備えていない有限共役系、あるいは図１（ｂ）に示すように、光路の途中位置にコリメートレンズ５を配置した無限共役系とに大別される。
【００１７】
ここで、後述する各面は、有限共役系の場合、
第１面ｃ１・・半導体レーザ
第２面ｃ２・・対物レンズ３の第１レンズ面３１
第３面ｃ３・・対物レンズ３の第２レンズ面３２
第４面ｃ４・・光記録媒体４の表面
第５面ｃ５・・光記録媒体４の記録面
であり、無限共役系の場合、
第１面ｃ１・・対物レンズ３の第１レンズ面３１
第２面ｃ２・・対物レンズ３の第２レンズ面３２
第３面ｃ３・・光記録媒体４の表面
第４面ｃ４・・光記録媒体４の記録面
となる。
【００１８】
本形態では、対物レンズ３として、図１（ｃ）、（ｄ）に示す樹脂製の輪帯位相補正レンズが用いられている。この輪帯位相補正レンズは、第１レンズ面３１および第２レンズ面３２のうちの少なくとも一方に光軸方向の段差を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面を備えた屈折面を有している。なお、図１（ｃ）、（ｄ）に示す輪帯位相補正レンズでは、入射側の第１レンズ面３１が、光軸方向の段差Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４を備えた屈折面になっており、半導体レーザ２から出射されたレーザ光の位相を輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４毎に補正するが、このような輪帯状屈折曲面や段差は、第２レンズ面３２に形成してもよい。なお、本願明細書において、図１（ｅ）、（ｆ）に示すように、隣接する輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４の間に形成される段差Ａ１１、１２Ａ、Ａ１３を「隣接段差」と定義し、隣接する輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４を光軸に向けて延長したときに、光軸上頂点と最内周屈折曲面の頂点との距離を「頂点段差」と定義する。
【００１９】
このような構成の輪帯位相補正レンズにおいて、本形態では、各実施例を後述するように、第１レンズ面３１（屈折面）は、３つ以上の輪帯状屈折曲面Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４に分割されているとともに、第１レンズ面３１の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３が形成され、第１レンズ面３１が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下になっている。
【００２０】
また、半導体レーザ２は、温度が上昇すると、出射するレーザ光の波長が長波長側にシフトする特性を備え、温度１℃当たりのレーザ光の波長の変化量をＫ（ｎｍ／℃）とし、段差のうち、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くするような隣接段差の合計の絶対値をＴとしたとき、Ｔ、ｎは下式
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長） ＞ １．５
を満たしている。
【００２１】
従って、温度が変化すると、レーザ光の波長が変化し、波長の略整数倍からずれるので、このずれにより発生する波面収差が、温度変化により発生する球面収差をキャンセルする。それ故、本発明によれば、屈折面のみで、例えば、−３０℃〜＋８０℃の広い範囲にわたって３次球面収差を抑えることができるので、常温と同程度の特性を得ることができる。
【００２２】
また、本発明では、開口数をＮＡとしたとき、ＮＡは下式
ＮＡ ＞ ０．４５
を満たし、かつ、温度をｔとしたとき、温度が下式
−３０℃ ＜ ｔ ＜ ８０℃
で表される範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００２３】
さらに、最内周の輪帯状屈折曲面Ｂ１１を除く輪帯状屈折曲面Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４の幅寸法の平均値をＷとしたとき、下式で示す条件
Ｗ／前記屈折面の有効半径 ＞ ０．０５
を満たしている。このように構成すると、輪帯状屈折曲面の数、すなわち、段差の数が少ないので、段差部分での損失を低く抑えることができるので、光線の利用効率が高い。また、レンズを成形するための金型を製作する際、段差部分への加工が少なくて済む。それ故、段差部分を加工する際に発生するダレの影響が小さい。また、段差部分を加工するのに鋭利なバイトを用いてなくても、通常の非球面加工機で金型を製作できるという利点がある。
【００２４】
また、以下に説明する比較例および実施例のレンズ設計データにおいて、レンズ面３１の非球面形状Ｚ（ｒ）は、回転対称で、半径座標ｒに対して下式
Ｚ（ｒ）＝ｃｒ2／［１＋｛１−（１＋ｋ）ｃ2ｒ2｝1/2］
＋Ａ2・ｒ2＋Ａ4・ｒ4＋Ａ6・ｒ6＋・・
で表される。ｃは曲率半径Ｒの逆数、ｋは円錐定数、Ａ2、Ａ4、Ａ6・・は、それぞれ２次、４次、６次・・の非球面係数である。なお、非球面係数の表示において、Ａ−４、Ａ−６、Ａ−８・・・は、それぞれＡ4、Ａ6、Ａ8・・・を示し、Ｅに続く数字ｍは、１×１０mを意味する。なお、以下のデータにおいて、各輪帯データは最内周から外周へ向かう順番に記述してある。また、頂点段差は、外周側の輪帯状屈折曲面を内周側の輪帯状屈折曲面に対してレンズ厚を厚くしている場合には「−」を付してある。これに対して、隣接段差は、外周側の輪帯状屈折曲面が厚くなる場合には正の値をとる。
【００２５】
［比較例］
本発明を適用したレンズを説明する前に、その比較例に係るレンズの構成を説明しておく。ここに示す比較例は、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合に相当しており、この比較例に係るレンズを有限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝２．６２
λ＝７８０ｎｍ
ＮＡ＝０．４６
Ｋ＝０．２７ｎｍ／℃
線膨脹率６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
【００２６】
(光学系)
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 765nm 795nm
第１面 0.00000 15.65 1.00000 1.00000 1.00000
第２面 1.85827 1.50 1.51913 1.52491 1.51276
第３面 −3.68962 1.65 1.00000 1.00000 1.00000
第４面 0.00000 1.20 1.57238 1.57983 1.56358
第５面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００２７】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
Ｒ＝1.85827
ｋ＝−0.344578E＋00
Ａ−4＝−0.965394E−02
Ａ−6＝−0.973300E−03
Ａ−8＝0.359506E−04
Ａ−10＝−0.184903E−03
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−3.68962
ｋ＝−0.91720E＋01
Ａ−4＝0.447168E−03
Ａ−6＝0.256283E−02
Ａ−8＝−0.181727E−02
Ａ−10＝0.281000E−03
【００２８】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０３２ ０．０３２
２５℃ ０．０００ ０．０００
８０℃ ０．０３７ ―０．０３７
【００２９】
［実施例１］
以下に示す条件で構成した本発明の実施例１に係るレンズを有限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝２．６２
λ＝７８０ｎｍ
ＮＡ＝０．４６
Ｋ＝０．２７ｎｍ／℃
線膨脹率 ６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝２．２
【００３０】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 765nm 795nm
第１面 0.00000 15.65 1.00000 1.00000 1.00000
第２面 1.85827 1.50 1.51913 1.52491 1.51276
第３面 −3.68962 1.65 1.00000 1.00000 1.00000
第４面 0.00000 1.20 1.57238 1.57983 1.56358
第５面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００３１】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.00000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝1.85827
ｋ1＝−0.344578E＋00
Ａ1−4＝−0.965394E−02
Ａ1−6＝−0.973300E−03
Ａ1−8＝0.359506E−04
Ａ1−10＝−0.184903E−03
隣接段差＝0.00307
輪帯半径＝1.20000
頂点段差＝−0.00145
Ｒ＝1.88507
ｋ2＝−0.387393E＋00
Ａ2−4＝−0.897516E−02
Ａ2−6＝0.751439E−02
Ａ2−8＝−0.738029E−02
Ａ2−10＝0.186018E−02
隣接段差＝0.00314
輪帯半径＝1.32000
頂点段差＝−0.01521
Ｒ＝1.83336
ｋ3＝−0.321876E＋00
Ａ3−4＝−0.788244E−02
Ａ3−6＝0.830224E−02
Ａ3−8＝−0.117442E−01
Ａ3−10＝0.307881E−02
隣接段差＝0.00637
輪帯半径＝1.85610
頂点段差＝−0.01824
Ｒ＝1.82468
ｋ4＝−0.323170E＋00
Ａ4−4＝−0.163399E−01
Ａ4−6＝0.724155E−02
Ａ4−8＝−0.494129E−02
Ａ4−10＝0.726214E−03
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−3.68962
ｋ＝−0.91720E＋01
Ａ−4＝0.447168E−03
Ａ−6＝0.256283E−02
Ａ−8＝−0.181727E−02
Ａ−10＝0.281000E−03
【００３２】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０２１ ０．００１
２５℃ ０．００６ ―０．００１
８０℃ ０．０２１ ―０．０１０
【００３３】
このように、本例の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００３４】
［実施例２］
以下に示す条件で構成したレンズを無限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝３．４
λ＝７８０
ＮＡ＝０．５３
Ｋ＝０．２５ｎｍ／℃
線膨脹率 ６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝１．９
【００３５】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 765nm 795nm
第１面 2.12374 1.60 1.52499 1.53019 1.51912
第２面 −7.91494 1.75 1.00000 1.00000 1.00000
第３面 0.00000 1.20 1.57238 1.57980 1.56361
第４面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００３６】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.30000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝2.12374
ｋ1＝−0.101153E＋01
Ａ1−4＝0.718465E−02
Ａ1−6＝0.196934E−03
Ａ1−8＝0.177540E−04
Ａ1−10＝−0.608838E−05
隣接段差＝0.00318
輪帯半径＝1.50000
頂点段差＝−0.00359
Ｒ＝2.11897
ｋ2＝−0.101153E＋01
Ａ2−4＝0.699128E−02
Ａ2−6＝0.205894E−03
Ａ2−8＝0.177540E−04
Ａ2−10＝−0.608838E−05
隣接段差＝0.00326
輪帯半径＝1.65000
頂点段差＝−0.01019
Ｒ＝2.08325
ｋ3＝−0.101153E＋01
Ａ3−4＝0.536438E−02
Ａ3−6＝0.423921E−03
Ａ3−8＝0.177540E−04
Ａ3−10＝−0.608838E−05
隣接段差＝0.00502
輪帯半径＝1.85000
頂点段差＝−0.01080
Ｒ＝2.12374
ｋ4＝−0.101153E＋01
Ａ4−4＝0.700315E−02
Ａ4−6＝0.215630E−03
Ａ4−8＝0.177540E−04
Ａ4−10＝−0.608838E−05
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−7.91494
ｋ＝−0.38794E＋02
Ａ−2＝0.284111E−02
Ａ−4＝0.240191E−02
Ａ−6＝−0.599799E−03
Ａ−8＝0.501954E−04
Ａ−10＝−0.126791E−06
【００３７】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０１５ ０．００３
２５℃ ０．００２ ０．０００
８０℃ ０．０１６ ―０．００８
【００３８】
このように、本形態の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００３９】
［実施例３］
以下に示す条件で構成したレンズを無限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝３．０
λ＝６５５ｎｍ
ＮＡ＝０．６
Ｋ＝０．２ｎｍ／℃
線膨脹率＝７×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝３．３
【００４０】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
655nm 644nm 666nm
第１面 1.87382 1.75 1.54064 1.54447 1.53463
第２面 −8.14441 1.64 1.00000 1.00000 1.00000
第３面 0.00000 0.60 1.57824 1.58601 1.56912
第４面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００４１】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.40000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝1.87382
ｋ1＝−0.103847E＋01
Ａ1−4＝0.102800E−01
Ａ1−6＝0.621703E−03
Ａ1−8＝0.457556E−04
Ａ1−10＝0.909323E−05
Ａ1−12＝−0.533372E−06
隣接段差＝0.00405
輪帯半径＝1.62000
頂点段差＝−0.00373
Ｒ＝1.87382
ｋ2＝−0.103917E＋01
Ａ2−4＝0.100273E−01
Ａ2−6＝0.796436E−03
Ａ2−8＝0.118799E−05
Ａ2−10＝0.518841E−05
Ａ2−12＝0.167356E−05
隣接段差＝0.00859
輪帯半径＝1.75000
頂点段差＝−0.01722
Ｒ＝1.87024
ｋ3＝−0.103221E＋01
Ａ3−4＝0.151900E−01
Ａ3−6＝−0.362686E−02
Ａ3−8＝0.175083E−02
Ａ3−10＝−0.380942E−03
Ａ3−12＝0.387693E−04
隣接段差＝0.00743
輪帯半径＝2.00000
頂点段差＝−0.02580
Ｒ＝1.87016
ｋ4＝−0.103135E＋01
Ａ4−4＝0.144483E−01
Ａ4−6＝−0.373525E−02
Ａ4−8＝0.246716E−02
Ａ4−10＝−0.672818E−03
Ａ4−12＝0.710146E−04
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−8.14441
ｋ＝−0.49536E＋02
Ａ−4＝0.612361E−02
Ａ−6＝−0.861128E−03
Ａ−8＝ 0.575377E−04
Ａ−10＝−0.967370E−06
【００４２】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０２８ ０．０００
２５℃ ０．０１０ ０．００３
８０℃ ０．０２２ ―０．００６
【００４３】
このように、本形態の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００４４】
［実施例４］
以下に示す条件で構成したレンズを有限共役系の対物レンズとして用いた場合の−３０℃、２５℃、８０℃での特性を図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
ｆ＝２．６２
λ＝７８０ｎｍ
ＮＡ＝０．４６
Ｋ＝０．１５ｎｍ／℃
線膨脹率＝６×１０-5ｃｍ／ｃｍ℃
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長）の条件式＝１．９
【００４５】
（光学系）
曲率半径 間隔 屈折率
25℃ −30℃ 80℃
780nm 772nm 788nm
第１面 0.00000 15.65 1.00000 1.00000 1.00000
第２面 1.85827 1.50 1.51913 1.52476 1.51290
第３面 −3.68962 1.65 1.00000 1.00000 1.00000
第４面 0.00000 1.20 1.57238 1.57961 1.56376
第５面 0.00000 1.00000 1.00000 1.00000
【００４６】
（レンズ設計データ）
第１レンズ面 非球面形状
輪帯半径＝1.00000
頂点段差＝0.00000
Ｒ＝1.85827
ｋ1＝−0.344578E＋00
Ａ1−4＝−0.965394E−02
Ａ1−6＝−0.973300E−03
Ａ1−8＝0.359506E−04
Ａ1−10＝−0.184903E−03
隣接段差＝0.00462
輪帯半径＝1.20000
頂点段差＝−0.00316
Ｒ＝1.88514
ｋ2＝−0.387389E＋00
Ａ2−4＝−0.872489E−02
Ａ2−6＝0.796437E−02
Ａ2−8＝−0.821551E−02
Ａ2−10＝0.216747E−02
隣接段差＝0.00472
輪帯半径＝1.32000
頂点段差＝−0.02212
Ｒ＝1.83275
ｋ3＝−0.321735E＋00
Ａ3−4＝−0.363852E−02
Ａ3−6＝0.100096E−01
Ａ3−8＝−0.160570E−01
Ａ3−10＝0.441230E−02
隣接段差＝0.00957
輪帯半径＝1.85610
頂点段差＝−0.02715
Ｒ＝1.81824
ｋ4＝−0.323170E＋00
Ａ4−4＝−0.164982E−01
Ａ4−6＝0.933401E−02
Ａ4−8＝−0.670466E−02
Ａ4−10＝0.109637E−02
第２レンズ面 非球面形状
Ｒ＝−3.68962
ｋ＝−0.91720E＋01
Ａ−4＝0.447168E−03
Ａ−6＝0.256283E−02
Ａ−8＝−0.181727E−02
Ａ−10＝0.281000E−03
【００４７】
（結果）
本例の対物レンズにおける温度と３次球面収差は以下の通りであった。
温度 波面収差 ３次球面収差（λｒｍｓ）
−３０℃ ０．０２２ ０．０００
２５℃ ０．００９ ―０．００１
８０℃ ０．０２１ ―０．００９
【００４８】
このように、本形態の輪帯位相補正レンズは、屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合（比較例）と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下である。また、温度が−３０℃〜８０℃の範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下である。
【００４９】
［他の実施例］
上記実施例では、波長が約６５５ｎｍのレーザ光、および波長が約７８５ｎｍのレーザ光を例に説明したが、波長が約４０５ｎｍのレーザ光を用い、表面保護層が０．１ｍｍとさらに薄いＢｌｕｅ−ｒａｙ Ｄｉｓｃを用いる場合に本発明を適用してもよい。
【００５０】
また、上記実施例では、本発明を適用した輪帯位相補正レンズを対物レンズとして用いた例を説明したが、光軸上に配置されるその他のレンズに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、本発明を適用したレンズを備えた有限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズを備えた無限共役系の光ヘッド装置の構成を示す説明図、本発明を適用したレンズの正面図、その断面図、本発明を適用したレンズの隣接段差の説明図、および頂点段差の説明図である。
【図２】本発明の比較例に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例３に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例４に係るレンズの−３０℃、２５℃、８０℃における球面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 光ヘッド装置
２ 半導体レーザ
３ 対物レンズ
４ 光記録媒体
３１ 対物レンズの第１レンズ面
３２ 対物レンズの第２レンズ面
Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３ 段差
Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４ 輪帯状屈折曲面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レンズ面および第２レンズ面のうちの少なくとも一方に光軸方向の段差を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面を備えた屈折面を有し、半導体レーザから出射されたレーザ光の位相を当該輪帯状屈折曲面毎に補正する樹脂製の輪帯位相補正レンズにおいて、
前記屈折面は、３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割されているとともに、
当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差が形成され、
前記屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下になっていることを特徴とする輪帯位相補正レンズ。
【請求項２】
請求項１において、開口数をＮＡとしたとき、ＮＡは下式
ＮＡ ＞ ０．４５
を満たし、かつ、温度をｔとしたとき、温度が下式
−３０℃ ＜ ｔ ＜ ８０℃
で表される範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下であることを特徴とするレンズ。
【請求項３】
請求項１または２において、最内周を除く前記輪帯状屈折曲面の幅寸法の平均値をＷとしたとき、下式で示す条件
Ｗ／前記屈折面の有効半径 ＞ ０．０５
を満たすことを特徴とするレンズ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに規定するレンズと、半導体レーザとを備えた光学系であって、
前記半導体レーザは、温度が上昇すると、出射するレーザ光の波長が長波長側にシフトする特性を備え、
温度１℃当たりの前記レーザ光の波長の変化量をＫ（ｎｍ／℃）とし、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くするような隣接段差の合計の絶対値をＴとしたとき、Ｔ、ｎ、Ｋは下式
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長） ＞ １．５
を満たすことを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項４に規定する光学系を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１】
第１レンズ面および第２レンズ面のうちの少なくとも一方に光軸方向の段差を介して隣接する複数の輪帯状屈折曲面を備えた屈折面を有し、半導体レーザから出射されたレーザ光の位相を当該輪帯状屈折曲面毎に補正する樹脂製の輪帯位相補正レンズにおいて、
前記屈折面は、３つ以上の輪帯状屈折曲面に分割されているとともに、
当該屈折面の有効半径の１／２以上の外側領域には、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くする段差が形成され、
前記屈折面が最内周の非球面式のみで表された分割の無い場合と比較して温度変化による３次球面収差の変化量が１／２以下になっていることを特徴とする輪帯位相補正レンズ。
【請求項２】
請求項１において、開口数をＮＡとしたとき、ＮＡは下式
ＮＡ ＞ ０．４５
を満たし、かつ、温度をｔとしたとき、温度が下式
−３０℃ ＜ ｔ ＜ ８０℃
で表される範囲内で３次球面収差の絶対値が０．０１５λｒｍｓ以下であることを特徴とするレンズ。
【請求項３】
請求項１または２において、最内周を除く前記輪帯状屈折曲面の幅寸法の平均値をＷとしたとき、下式で示す条件
Ｗ／前記屈折面の有効半径 ＞ ０．０５
を満たすことを特徴とするレンズ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに規定するレンズと、半導体レーザとを備えた光学系であって、
前記半導体レーザは、温度が上昇すると、出射するレーザ光の波長が長波長側にシフトする特性を備え、
温度１℃当たりの前記レーザ光の波長の変化量をＫ（ｎｍ／℃）とし、外側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚を内側の輪帯状屈折曲面でのレンズ厚よりも厚くするような隣接段差の合計の絶対値をＴとしたとき、Ｔ、ｎ、Ｋは下式
（Ｔ×（ｎ−１）×Ｋ／波長） ＞ １．５
を満たすことを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項４に規定する光学系を有することを特徴とする光ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１０７６８０（Ｐ２００６−１０７６８０Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９６５４３（Ｐ２００４−２９６５４３）
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【出願人】（５９１０２１６７１）日本電産ニッシン株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【出願人】（５９１０２１６７１）日本電産ニッシン株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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