(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側から光路順に、発散作用のある屈折面から成る第１面と、反射面から成る第２面と、前記第１面の近傍にあり収束作用のある反射面から成る第３面と、前記第２面の近傍にあり透過面から成る第４面と、を有する反射屈折対物レンズであって、
前記第１面が以下の式(AS)で定義される面形状の非球面から成り、その１次の非球面係数A1が以下の条件式▲１▼を満足することを特徴とする反射屈折対物レンズ；
x＝(C・y2)／[1+{1-(1+K)・C2・y2}1/2]＋Σ(Ai・yi)  …(AS)
-0.1＜A1＜0.0  …▲１▼
ただし、
x：高さyの位置での基準面からの光軸方向の変位量、
y：光軸に対して垂直方向の高さ、
C：面頂点での曲率、
K：円錐定数、
Ai：ｉ次の非球面係数、
Σ：ｉについての和、
である。
【請求項２】
前記第２面と前記第４面とが同一面で構成されていることを特徴とする請求項１記載の反射屈折対物レンズ。
【請求項３】
前記第４面から結像点までのワーキングディスタンスが使用波長以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の反射屈折対物レンズ。
【請求項４】
前記第４面が平面又は凸面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射屈折対物レンズ。
【請求項５】
更に以下の条件式▲１▼'を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の反射屈折対物レンズ。
-0.05＜A1＜-0.0001  …▲１▼'
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射屈折対物レンズに関するものであり、例えば光情報の記録装置，再生装置，記録再生装置等に搭載される光ピックアップ用の反射屈折対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクが高密度化されていく最近の状況においては、光ピックアップに使用される対物レンズの高開口数化が必要不可欠なものとなっている。しかし、開口数(NA:numerical aperture)が0.8以上になってくると、１枚のレンズの屈折力のみで対物レンズを構成することは不可能である。有効径位置での面の法線と光軸とのなす角度が45°以上になるため、加工が困難になるとともに誤差感度が大きくなってしまうからである。しかし、対物レンズをレンズ１枚で構成すると、レンズ２枚以上で構成する場合と比べて、部品点数が少なくなり組み立てコストも安価になる。したがって、１枚構成の対物レンズが切望されている。
【０００３】
対物レンズをカタディオプトリック系(cata-dioptric system)で構成すれば、１枚のレンズで４面分の働きをさせることが可能である。そのような対物レンズは、ニアフィールド用として特開平１２−９９９９０号公報，特開平１２−１１３４８４号公報等で提案されており、光源側から光路順に、光源側に凹の屈折面から成る第１面と、反射平面から成る第２面と、像側に凹の反射面から成る第３面と、透過平面から成る第４面と、を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１２−９９９９０号公報，特開平１２−１１３４８４号公報等で提案されている対物レンズは、第１面が球面で構成されているか、あるいは通常の非球面(つまり２次以上の非球面係数で規定される非球面)で構成されていると考えられる。このため、第１面を透過した光束の中央部分が第２面で反射されずに第４面を透過したり、第２面で反射した光束の中央部分が第３面で反射されずに第１面を透過したりすることになる。その結果、利用可能な有効光束は中央部分が抜けたドーナツ形状となる。光束の中抜けの面積比は開口数(NA)が大きいほど高くなり、入射光量を充分にとらないと光量不足になってしまう。例えば、開口数(NA)が0.8以上になると、中抜け径が外側の径の半分よりも大きくなり、利用可能な光量は入射光量の約75％以下になってしまう。
【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、その目的は、入射光量を高い効率で利用することが可能な反射屈折対物レンズを提供することにある。
【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、第１の発明の反射屈折対物レンズは、光源側から光路順に、発散作用のある屈折面から成る第１面と、反射面から成る第２面と、前記第１面の近傍にあり収束作用のある反射面から成る第３面と、前記第２面の近傍にあり透過面から成る第４面と、を有する反射屈折対物レンズであって、前記第１面が以下の式(AS)で定義される面形状の非球面から成り、その１次の非球面係数A1が以下の条件式▲１▼を満足することを特徴とする。
x＝(C・y2)／[1+{1-(1+K)・C2・y2}1/2]＋Σ(Ai・yi)  …(AS)
-0.1＜A1＜0.0  …▲１▼
ただし、
x：高さyの位置での基準面からの光軸方向の変位量、
y：光軸に対して垂直方向の高さ、
C：面頂点での曲率、
K：円錐定数、
Ai：ｉ次の非球面係数、
Σ：ｉについての和、
である。
【０００７】
第２の発明の反射屈折対物レンズは、上記第１の発明の構成において、前記第２面と前記第４面とが同一面で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の反射屈折対物レンズは、上記第１又は第２の発明の構成において、前記第４面から結像点までのワーキングディスタンスが使用波長以下であることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の反射屈折対物レンズは、上記第１〜第３のいずれか一つの発明の構成において、前記第４面が平面又は凸面であることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の反射屈折対物レンズは、上記第１〜第４のいずれか一つの発明の構成において、更に以下の条件式▲１▼'を満足することを特徴とする。
-0.05＜A1＜-0.0001  …▲１▼'
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した反射屈折対物レンズを、図面を参照しつつ説明する。図１，図３は、第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する反射屈折対物レンズの光学構成図である。光学構成図中、Si(i=1,2,...)が付された面は光源側から光路順に数えてi番目の面であり、Siに*印が付された面は非球面である。これらの反射屈折対物レンズは、光源からの光束を光ディスク等の光学記録媒体上に集光することで情報の読み書きを行う光ピックアップ用の対物レンズであって、第４面(S4)から結像点までのワーキングディスタンスが使用波長以下であるニアフィールド用の光学構成になっている。また、いずれの対物レンズもレンズ１枚で構成されており、光源側には第１面(S1)と第３面(S3)が位置しており、像側には第２面(S2)と第４面(S4)が位置している。
【００１２】
いずれの対物レンズも、光源側から光路順に、発散作用のある屈折面から成る第１面(S1)と、反射面から成る第２面(S2)と、第１面(S1)の近傍にあり収束作用のある反射面から成る第３面(S3)と、第２面(S2)の近傍にあり透過面から成る第４面(S4)と、を有しており、入射光束(コリメート光)がレンズ内部で２回反射したのちニアフィールド{つまり第４面(4)近傍}で結像するように、第２面(S2)と第３面(S3)には反射コーティングが施されている。したがって光源からの光束は、凹面から成る第１面(S1)での屈折により発散し、第２面(S2)で反射し、第３面(S3)での反射により集光し、第４面(S4)での透過とほぼ同時に光学記録面上で結像することになる。
【００１３】
前述したように、対物レンズをカタディオプトリック系で構成すると、利用可能な有効光束は中央部分が抜けたドーナツ形状になってしまう。一般に開口数(NA)が大きくなるほど光束の中抜け部分が大きくなるため、有効に使うことのできる光量は極端に少なくなる。そこで、各実施の形態に係る対物レンズでは、第１面(S1)が以下の式(AS)で定義される面形状の非球面から成り、その１次の非球面係数(A1)が以下の条件式▲１▼を満足する構成としている。
【００１４】
x＝(C・y2)／[1+{1-(1+K)・C2・y2}1/2]＋Σ(Ai・yi)  …(AS)
-0.1＜A1＜0.0  …▲１▼
ただし、
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、
K：円錐定数、
Ai：ｉ次の非球面係数、
Σ：ｉについての和、
である。
【００１５】
光束が最初に入射する第１面(S1)を、１次の非球面係数(A1)を使った非球面(すなわち円錐が変形した形状の円錐非球面)にすれば、光軸(AX)付近の光線を急速に外側へ広げることができる。つまり、１次の非球面係数(A1)をゼロより小さい値にすることで、光軸(AX)付近の光束を周辺に比べてより発散させた状態(光束の中央部分がない状態)にすることができる。これにより使われない光束部分が減少するため、中抜け面積が同じでも実質的に利用可能な光量は入射光量の約85％程度となる。ただし、円錐度合いが高いと収差補正が困難になるので、各実施の形態では条件式▲１▼を満たすことで良好な光学性能を保持している。なお、光学構成図では分かりにくいが、第１面(S1)の頂点は少し尖った形状になっている。
【００１６】
条件式▲１▼の下限を超えて１次の非球面係数(A1)が小さくなると、光軸(AX)付近の球面収差が急激にアンダーに倒れてしまい、高次の非球面係数を用いても使用範囲の球面収差を真っ直ぐ立てることが困難になる。その結果、対物レンズに必要な光学性能を得ることができなくなる。条件式▲１▼の上限を超えて１次の非球面係数(A1)が大きくなると、第１面(S1)は球面と同じになってしまうため、光量を有効利用する効果はなくなる。このように良好な光学性能を保持する上で条件式▲１▼を満足することが望ましく、なかでも以下の条件式▲１▼'を満足することが更に望ましい。
-0.05＜A1＜-0.0001  …▲１▼'
【００１７】
また対物レンズの製造を簡単にするには、各実施の形態のように第２面(S2)と第４面(S4)とが同一面で構成されることが望ましい。光ピックアップ用の対物レンズには外径が小さいことが望まれているが、小さい面において中央部分と周辺部分とを異なる面で構成しようとすると、加工が大変困難になる。第２面(S2)と第４面(S4)とを同一面で構成すれば、製造を容易にすることが可能になる。
【００１８】
前述したように、いずれの実施の形態においても、第４面(S4)から結像点までのワーキングディスタンスが使用波長以下になっている。ワーキングディスタンスを使用波長以下にすると、近接場光を使用することが可能になり、開口数(NA)が1.0以上の対物レンズを実現できる可能性もある。このとき、光束を有効利用するために第１面(S1)の１次の非球面係数(A1)をゼロ以下にすれば、高開口数であっても光の利用効率は良くなる。
【００１９】
いずれの実施の形態においても第４面(S4)は平面になっているが、近接場光を使う場合には、対物レンズの射出面である第４面(S4)は凸面であることが望ましい。近接場光を使うには、光学記録媒体(光ディスク等)の表面に対して使用波長以下の空気間隔があくように、対物レンズの射出面を近づけなくてはならない。このときレンズ保持の誤差や光ディスクのわずかな傾きがあると、射出面が平面の対物レンズでは光学記録媒体表面を傷つけてしまう可能性がある。第４面(S4)は結像作用には寄与していないので、収差補正上は凸面である必要はない。したがって、第４面(S4)の形状を工夫することで、より使い易い光ピックアップとすることができる。
【００２０】
なお、前述した第１〜第４面(S1〜S4)のうちの少なくとも１面を別部材に設けることにより、２以上の光学要素から成るカタディオプトリック系で対物レンズを構成してもよい。ただし、実際にはサイズ，コスト，軸合わせ等の関係から、単一の光学素子で対物レンズを構成することが望ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施した反射屈折対物レンズを、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。以下に挙げる実施例１，２は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応しており、第１，第２の実施の形態を表す光学構成図(図１，図３)は、対応する実施例１，２のレンズ形状や光路をそれぞれ示している。
【００２２】
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,...)は光源側から光路順に数えてi番目の面、Ri(i=1,2,...)は面Siの曲率半径(mm)、Di(i=0,1,2,...)は光源側から光路順に数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており(D4：ワーキングディスタンス)、Ni(i=1,2,...)は使用波長λでの面Siの後の光学材料(各実施例ではガラス)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、非球面の面形状を表わす前記式(AS)で定義されるものとする。使用波長λ(nm)，開口数NA，焦点距離FL(mm)及び各非球面の非球面データを他のデータと併せて示す。
【００２３】
図２，図４に、実施例１，２の球面収差(横軸の単位:mm，縦軸の1.00はNAに相当する。)をそれぞれ示す。なお、輪帯光束しか使わないので、収差図の下1/3〜1/2の斜線部分は集光スポットに関係ない。実施例１，２では、第１面(S1)の１次の非球面係数(A1)をゼロよりも小さくすることで、いずれも入射光束の85％以上を利用することができている。
【００２４】
《実施例１》
0004250870.tif 000002
【００２５】
[第１面(S1)の非球面データ]
K= 0.000000,A1=-1.0000×10-2,A4=-2.1471,A6= 2.4423×10,A8=-1.4287×102,A10= 3.1415×102
[第３面(S3)の非球面データ]
K=-1.289458,A4= 0.165969×10-2,A6= 0.852087×10-4,A8=-0.230396×10-4,A10= 0.334107×10-5
【００２６】
《実施例２》
0004250870.tif 000003
【００２７】
[第１面(S1)の非球面データ]
K= 0.000000,A1=-1.2000×10-2,A4=-1.3392,A6= 3.3416×10,A8=-2.3219×102,A10= 5.2609×102
[第３面(S3)の非球面データ]
K=-0.161338,A4= 0.488687×10-2,A6=-0.755868×10-2,A8= 0.396075×10-2,A10=-0.706527×10-3
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、入射光量を高い効率で利用することが可能な反射屈折対物レンズを実現することができる。そして、本発明に係る反射屈折対物レンズを光ピックアップ装置(光情報の記録装置，再生装置，記録再生装置等)に使用すれば、光学記録媒体(光ディスク等)の高密度化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)の光学構成図。
【図２】実施例１の収差図。
【図３】第２の実施の形態(実施例２)の光学構成図。
【図４】実施例２の収差図。
【符号の説明】
S1  …第１面
S2  …第２面
S3  …第３面
S4  …第４面
【図１】
0004250870.tif 000004
【図２】
0004250870.tif 000005
【図３】
0004250870.tif 000006
【図４】
0004250870.tif 000007