(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長い共役長側から順に、長い共役長側に凸の第１面と、長い共役長側とは反対側に凸の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を通って屈折した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする反射微小光学系。
【請求項２】
前記第１面及び第２面が共に非球面であることを特徴とする請求項１記載の反射微小光学系。
【請求項３】
前記第１面が非球面であることを特徴とする請求項１記載の反射微小光学系。
【請求項４】
前記第２面が非球面であることを特徴とする請求項１記載の反射微小光学系。
【請求項５】
長い共役長側から順に、長い共役長側に凸の第１面と、平面の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を透過した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする反射微小光学系。
【請求項６】
前記第１面が非球面であることを特徴とする請求項５記載の反射微小光学系。
【請求項７】
長い共役長側から順に、平面の第１面と、長い共役長側とは反対側に凸の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を透過した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする反射微小光学系。
【請求項８】
前記第２面が非球面であることを特徴とする請求項７記載の反射微小光学系。
【請求項９】
長い共役長側から順に、長い共役長側に凹の第１面と、長い共役長側とは反対側に強い凸の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を通って屈折した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする反射微小光学系。
【請求項１０】
前記第１面及び第２面が共に非球面であることを特徴とする請求項９記載の反射微小光学系。
【請求項１１】
前記第１面が非球面であることを特徴とする請求項９記載の反射微小光学系。
【請求項１２】
前記第２面が非球面であることを特徴とする請求項９記載の反射微小光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射微小光学系に関するものであり、例えば小型光学ピックアップ(特に高密度光記録ピックアップ)に用いられる反射微小光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学記録媒体(光ディスク，光カード等)の情報記録密度を高めるために、対物レンズの開口数(ＮＡ)を大きくする方法が従来より提案されている。その一つが、光学記録媒体と対物レンズとの間にＳＩＬ(Solid Immersion Lens)を配置する方法である。しかし、光学ピックアップにＳＩＬを追加すると、高速で制御するヘッド部の重量が増大することになる。この問題を回避するために、ＳＩＭ(Solid Immersion Mirror)を用いる方法が提案されている(ODF'98,Tokyo June 16,1998 "Objective Lenses for DVD & Near Field Optical Disk Pick-up")。用いられているＳＩＭは、中心部分に入射した光束を周辺部分で反射させるカタディオプトリック系(cata-dioptric system)である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＳＩＭは不連続な式で表される面で構成されるため、各面の偏心誤差が大きく形状も複雑である。したがって、高屈折率のガラス材料を用いたガラスモールドによる製作は極めて困難である。また、一様な光が入射する場合に上記ＳＩＭを用いると、開口数を大きくすること(スポットに対する角度を大きくすること)はできるが、光束の中央しか使うことができないので光量的に不利である。
【０００４】
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、その目的は、連続した形状の２つの面のみから成るとともにガラスモールドに適した簡単な形状を有する反射微小光学系を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の反射微小光学系は、長い共役長側から順に、長い共役長側に凸の第１面と、長い共役長側とは反対側に凸の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を通って屈折した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする。
【０００６】
第２の発明の反射微小光学系は、上記第１の発明の構成において、前記第１面及び第２面が共に非球面であることを特徴とする。
【０００７】
第３の発明の反射微小光学系は、上記第１の発明の構成において、前記第１面が非球面であることを特徴とする。
【０００８】
第４の発明の反射微小光学系は、上記第１の発明の構成において、前記第２面が非球面であることを特徴とする。
【０００９】
第５の発明の反射微小光学系は、長い共役長側から順に、長い共役長側に凸の第１面と、平面の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を透過した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする。
【００１０】
第６の発明の反射微小光学系は、上記第５の発明の構成において、前記第１面が非球面であることを特徴とする。
【００１１】
第７の発明の反射微小光学系は、長い共役長側から順に、平面の第１面と、長い共役長側とは反対側に凸の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を透過した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする。
【００１２】
第８の発明の反射微小光学系は、上記第７の発明の構成において、前記第２面が非球面であることを特徴とする。
【００１３】
第９の発明の反射微小光学系は、長い共役長側から順に、長い共役長側に凹の第１面と、長い共役長側とは反対側に強い凸の第２面と、の２つの面から成り、前記第１面の周辺部分を通って屈折した光束が前記第２面の周辺部分で反射し、再び前記第１面の中心部分で反射し、前記第２面の面頂点近傍で結像し、エバネッセント光を利用することを特徴とする。
【００１４】
第１０の発明の反射微小光学系は、上記第９の発明の構成において、前記第１面及び第２面が共に非球面であることを特徴とする。
【００１５】
第１１の発明の反射微小光学系は、上記第９の発明の構成において、前記第１面が非球面であることを特徴とする。
【００１６】
第１２の発明の反射微小光学系は、上記第９の発明の構成において、前記第２面が非球面であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した反射微小光学系を、図面を参照しつつ説明する。図１，図３，図５，図７，図９，図１１，図１３，図１５，図１７は、ピックアップレンズとして使用可能な第１〜第９の実施の形態にそれぞれ対応するレンズ構成図である。レンズ構成図中、Si(i=1,2)が付された面は長い共役長側から数えてi番目の面であり、Siに*印が付された面は非球面である。いずれの実施の形態にも、入射光がレンズ内部で２回反射したのち第２面(S2)上で結像するように、第１面(S1)の光軸(AX)付近と第２面(S2)の周辺輪帯とに全反射コーティング(図１９中の斜線部分)が施されている。なお、各実施の形態では、光源から発した光を光学記録媒体に照射する系であるため、「長い共役長側」とは「光源側」になる。
【００１８】
第１，第２の実施の形態は、第１面(S1)及び第２面(S2)が共に非球面で構成された両凸形状のピックアップレンズである。第２の実施の形態は、開口数を第１の実施の形態よりも更に大きくしたものであり、媒質中での開口数は１を超えている。これは、マージナル光線が第２面(S2)で全反射している状態であり、第２面(S2)のごく近傍でのエバネッセント光も光記録に利用されることを意味する。第３の実施の形態は第１面(S1)だけが非球面で構成された両凸形状のピックアップレンズであり、第４の実施の形態は第２面(S2)だけが非球面で構成された両凸形状のピックアップレンズである。
【００１９】
第１〜第４の実施の形態のように、長い共役長側から順に、長い共役長側に凸の第１面(S1)と、長い共役長側とは反対側に凸の第２面(S2)と、の２つの面から成り、第１面(S1)の周辺部分を通って屈折した光束が第２面(S2)の周辺部分で反射し、再び第１面(S1)の中心部分で反射し、第２面(S2)の面頂点近傍で結像する構成が望ましい。第１〜第４の実施の形態の形状は両凸の単レンズの形状に近いので、通常の単レンズと同様、第１面(S1)の曲率を大きくすることにより、わずかの非球面量で収差を良好に補正することができる。
【００２０】
第３，第４の実施の形態のようにどちらか片方の面に非球面を用いれば、波面収差λ／８以下の性能を実現することが可能である。また、第１，第２の実施の形態のように両面に非球面を用いることにより１面当りの収差補正の負担を軽くすれば、開口数を大きくすることができる。したがって、ビームスポット径をより小さくして、更に高密度の光記録に対応することが可能である。
【００２１】
第５の実施の形態は、第１面(S1)が凸の非球面、第２面(S2)が平面で構成されたピックアップレンズである。第５の実施の形態のように、長い共役長側から順に、長い共役長側に凸の第１面(S1)と、平面の第２面(S2)と、の２つの面から成り、第１面(S1)の周辺部分を透過した光束が第２面(S2)の周辺部分で反射し、再び第１面(S1)の中心部分で反射し、第２面(S2)の面頂点近傍で結像する構成が望ましい。
【００２２】
第６の実施の形態は、第１面(S1)が平面、第２面(S2)が凸の非球面で構成されたピックアップレンズである。第７の実施の形態は、第１面(S1)が平面、第２面(S2)が回転放物面で構成されたピックアップレンズである。第６，第７の実施の形態のように、長い共役長側から順に、平面の第１面(S1)と、長い共役長側とは反対側に凸の第２面(S2)と、の２つの面から成り、第１面(S1)の周辺部分を透過した光束が第２面(S2)の周辺部分で反射し、再び第１面(S1)の中心部分で反射し、第２面(S2)の面頂点近傍で結像する構成が望ましい。
【００２３】
第５〜第７の実施の形態のように第１面(S1)又は第２面(S2)を平面としても、収差を良好に補正することができ、製造上は偏芯が少なくなり有利である。第５の実施の形態のように、第２面(S2)を平面で構成するとともに第１面(S1)に強い屈折面を持ってくれば、マージナル光線の角度が大きくなるので、できるだけ解像力を高めたい場合には有利となる。逆に、第６，第７の実施の形態のように第１面(S1)を平面で構成すれば、コリメート光の入射に対しては第１面(S1)での屈折の効果が無く、色収差が発生しない。したがって、使用するレーザー波長が変動しても焦点ずれが起こらない。また、用途に応じて複数の波長のレーザーを光源として使い分けることができるというメリットもある。なお、第７の実施の形態のように第２面(S2)を回転放物面で構成したり、第２面(S2)を回転放物面に近い非球面で構成したりすれば、いわゆる無収差レンズを得ることができる。
【００２４】
第８の実施の形態は、第１面(S1)が凹の球面、第２面(S2)が凸の非球面で構成されたピックアップレンズである。第９の実施の形態は、第１面(S1)が凹の非球面、第２面(S2)が凸の球面で構成されたピックアップレンズである。第８，第９の実施の形態のように、長い共役長側から順に、長い共役長側に凹の第１面(S1)と、長い共役長側とは反対側に強い凸の第２面(S2)と、の２つの面から成り、第１面(S1)の周辺部分を通って屈折した光束が第２面(S2)の周辺部分で反射し、再び第１面(S1)の中心部分で反射し、第２面(S2)の面頂点近傍で結像する構成が望ましい。
【００２５】
第８，第９の実施の形態の形状は、一見すると収差補正に不利な形状に見える。しかし、第１面(S1)で弱い発散光となった光束が第２面(S2)で強く収束されるため、球面収差を補正することは容易である。また、第１面(S1)を弱い凹面として外側に角度のついた光線を第２面(S2)で反射する構成となっているので、再び第１面(S1)で反射する光束の幅が第１面(S1)に入射する光束の幅と比べて小さくなる。したがって、第１面(S1)の全反射コーティング(図１９中の斜線部分)の面積を小さくすることができ、光量ロスが少なくなるというメリットがある。
【００２６】
第８，第９の実施の形態のようにどちらか一方の面を非球面で構成すれば、波面収差をλ／８以下に良好に補正することができる。また、両面を非球面で構成することにより１面当りの収差補正の負担を軽くすれば、開口数を大きくすることができるので、ビームスポット径をより小さくして、更に高密度の光記録に対応することが可能である。
【００２７】
いずれの実施の形態も、第１面(S1)の周辺部分を透過した光束が第２面(S2)の周辺部分で反射し、再び第１面(S1)の中心部分で反射し、第２面(S2)の面頂点近傍で結像するＳＩＭの構成をとることにより、連続した形状の２つの面(S1,S2)のみでガラスモールドに適した簡単な形状を達成している。このため、高屈折率のガラス材料を用いたガラスモールドでの製作が容易であり、光量的にも有利である。また、レンズ１枚で構成されるためヘッド部の重量が増大せず、レンズ内結像を行うＳＩＬの構成をとっているため集光スポットが小さくなる、といったメリットもある。なお、上記の実施の形態のように、光源から発した光を光学記録媒体に照射する系に限らず、別の系から記録媒体に照射された光の発散光を受光素子で受ける系にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施した反射微小光学系を、コンストラクションデータと収差図を挙げて、更に具体的に説明する。なお、以下に挙げる実施例１〜９は、前述した第１〜第９の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１〜第９の実施の形態を表すレンズ構成図(図１，図３，図５，図７，図９，図１１，図１３，図１５，図１７)は、対応する実施例１〜９のレンズ構成をそれぞれ示している。また、図２，図４，図６，図８，図１０，図１２，図１４，図１６，図１８に、実施例１〜９の球面収差をそれぞれ示す。
【００２９】
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)は長い共役長側から数えてi番目の面、riは面Siの曲率半径、dはレンズの厚み(軸上面間隔)、Nはレンズの屈折率を示している。*印が付された面Siは非球面で構成された面であることを示し、光軸(AX)をx軸、光軸(AX)に対して垂直な面内にy軸、面頂点を原点とすると、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義されるものとする。使用光線の波長λ，開口数NA，焦点距離fL及び各非球面の非球面データを併せて示す。
【００３０】
x＝(C・y2)／{1+√(1-ε・C2・y2)}＋Σ(Ai・yi)  …(AS)
ただし、式(AS)中、
x ：高さyの位置での基準面からの光軸(AX)方向の変位量、
y ：光軸(AX)に対して垂直方向の高さ、
C ：面頂点での曲率、
ε：２次曲面パラメータ、
Ai：i次の非球面係数、
である。
【００３１】
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【００３２】
0003918331.tif 000003
【００３３】
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【００３４】
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【００３５】
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【００３６】
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【００３７】
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【００３８】
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【００３９】
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【００４０】
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【００４１】
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【００４２】
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【００４３】
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【００４４】
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【００４５】
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【００４６】
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【００４７】
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【００４８】
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【００４９】
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【００５０】
0003918331.tif 000021
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、連続した形状の２つの面のみから成るとともにガラスモールドに適した簡単な形状を有する反射微小光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)の光路図。
【図２】実施例１の収差図。
【図３】第２の実施の形態(実施例２)の光路図。
【図４】実施例２の収差図。
【図５】第３の実施の形態(実施例３)の光路図。
【図６】実施例３の収差図。
【図７】第４の実施の形態(実施例４)の光路図。
【図８】実施例４の収差図。
【図９】第５の実施の形態(実施例５)の光路図。
【図１０】実施例５の収差図。
【図１１】第６の実施の形態(実施例６)の光路図。
【図１２】実施例６の収差図。
【図１３】第７の実施の形態(実施例７)の光路図。
【図１４】実施例７の収差図。
【図１５】第８の実施の形態(実施例８)の光路図。
【図１６】実施例８の収差図。
【図１７】第９の実施の形態(実施例９)の光路図。
【図１８】実施例９の収差図。
【図１９】各実施の形態に用いられている全反射コーティングの範囲を示す説明図。
【符号の説明】
S1  …第１面
S2  …第２面
【図１】
0003918331.tif 000022
【図２】
0003918331.tif 000023
【図３】
0003918331.tif 000024
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003918331.tif 000031
【図１１】
0003918331.tif 000032
【図１２】
0003918331.tif 000033
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003918331.tif 000036
【図１６】
0003918331.tif 000037
【図１７】
0003918331.tif 000038
【図１８】
0003918331.tif 000039
【図１９】
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