(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクの記録情報を記録再生するための光学系であって、
対物レンズと光ディスク側記録面との距離が、使用光源の光の波長オーダー以下の近接場光ディスク光学系であり、
上記対物レンズは単玉レンズからなり、物体側が非球面の曲面であり、該曲面上に、回折レンズの輪帯が刻まれており、
上記曲面の近軸曲率半径ＲをＲ0とし、単玉レンズの焦点距離をｆ、屈折率をｎとすると、
１．０５×（１−１／ｎ） ＜ Ｒ0／（ｎ・ｆ） ＜ ０．７×（１＋１／ｎ）
であり、
上記単玉レンズのアッベ数νｄとすると、
νｄ ＜ ４０
であることを特徴とする光学系
【請求項２】
上記対物レンズの像側が平面であることを特徴とする請求項１の光学系
【請求項３】
上記単玉レンズの光軸上の肉厚をｄとすると、
（１−１／ｎ） ＜ Ｒ0／ｄ ＜ （１＋１／ｎ）
であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２の光学系
【請求項４】
０．３×（１−３／νｄ） ＜ （ｎ−１）／Ｒ0 ＜ １／ｆ
であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの光学系
【請求項５】
０．４×（１−３／νｄ） ＜ （ｎ−１）／Ｒ0 ＜ １．２×（１−３／νｄ）
であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかの光学系
【請求項６】
νｄ ＜ ３０
であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかの光学系
【請求項７】
上記請求項１ないし請求項６のいずれかの対物レンズの色収差が補正過剰であり、これと組み合わせるコリメータレンズ系の色収差が補正不足であって、全光学系で色収差が補正されていることを特徴とする光学系
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光情報記録媒体の記録情報を高密度で記録再生するための光学系であって、対物レンズと光ディスク側記録面との距離が光の波長オーダー以下の近接場光ディスク光学系、特に対物レンズのＮＡが大きい高密度記録光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクなどを光情報記録媒体とした高密度記録再生装置において、近接場光学系を用いたものが提案されている。
このような近接場光ディスク光学系の対物レンズにおいては、屈折率の均質な分離された２枚のレンズを用い、特に光ディスク側のレンズには半球レンズを用いる光学系が米国特許第５１２５７５０号などで開示されている。
この光学系は、ＮＡの大きい精密な光学系を２枚のレンズで構成するため、組立て調整などに多くの工数を費やすほか、微小なレンズを研磨などで生産するのはコスト高でもあるなどの問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、単純な構成により、近接場光学系として良好な結像性能を持ち、組立て調整も簡便な高密度光情報記録媒体の記録再生用光学系を得ようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学系は、近接場光ディスク光学系において、対物レンズは単玉レンズからなり、物体側が非球面の曲面であって、該曲面上に、回折レンズの輪帯が刻まれていることを特徴とする。その像側の面は平面であり、全体として平凸レンズ形状をなしている。凸面上に回折レンズの輪帯を含まない一般の平凸レンズで近接場光ディスク光学系の対物レンズを形成しようとすると、凸面に非球面を用いると、球面収差は良好に補正出来、光軸上の結像性能は無収差の良好な状態を保つことが出来るが、画角±１°程度の光線に対しては、結像性能の劣化が大となる。これは屈折のみの平凸レンズでは正弦条件が悪いことに起因している。そのため、この物体側の凸面で、入射光を収束光に変える作用を、屈折のみでなく、回折パワーにも配分することにより凸面の曲率をゆるく出来、正弦条件を良くして、光軸上のみならず画角±１°程度の光線に対しても良好な結像性能を得ることが出来る。
【０００５】
【発明の実施の形態】
上記対物レンズは具体的には、ほぼ平行光線である入射光に対し、物体側面は非球面の屈折面を母面として、その上に光軸対称の輪帯を持つ回折レンズを形成いしている。
これにより光線は像側の平面側表面に無収差で結像する。
【０００６】
本発明の光学系においては、物体側面の屈折パワーと回折パワーとを配分して、屈折面の母面が結像点に対してほぼコンセントリックであることがレンズの正弦条件を良くする上で望ましい。
すなわち、物体側の非球面の近軸曲率半径ＲをＲ0とし、単玉レンズの光軸上の肉厚をｄ、単玉レンズの主波長での屈折率をｎとすると
（１−１／ｎ）  ＜  Ｒ0／ｄ  ＜  （１＋１／ｎ）    ・・・▲１▼
であるのがよい。
この式において、Ｒ0／ｄが下限を下回ると、正弦条件が補正出来ず、レンズの軸外性能の劣化が著しい。また、上限を上回ると正弦条件が補正過剰となり、同様にレンズの軸外性能の劣化が大きい。
また、上記条件は、
１．０５×（１−１／ｎ）＜Ｒ0／ｄ＜０．７×（１＋１／ｎ）  ・・・▲２▼
を満たすことが、正弦条件の補正上、さらに望ましい。
【０００７】
物体側の面が非球面であり、その近軸曲率半径ＲをＲ0とし、単玉レンズの焦点距離をｆ、屈折率をｎとすると、
（１−１／ｎ）＜Ｒ0／（ｎ・ｆ）＜（１＋１／ｎ）    ・・・▲３▼
であるのがよい。下限を下回ると正弦条件が補正不足となり、レンズの軸外性能が劣化する。また、上限を上回ると、正弦条件が補正過剰となり、同様にレンズの軸外性能の劣化が大きい。
また、上記条件は、
１．０５×（１−１／ｎ）＜Ｒ0／（ｎ・ｆ）＜０．７×（１＋１／ｎ）・・▲４▼
を満たすことが、正弦条件の補正上、さらに望ましい。
【０００８】
また、本発明の光学系においては、近接場光ディスクの記録再生光学系の対物レンズとして、光源の波長変化に対し、結像位置の変化が微小であるため、色消し光学系であることが望ましく、そのための条件として
上記曲面が非球面であり、その近軸曲率半径ＲをＲ0とし、単玉レンズの焦点距離をｆ、屈折率をｎ、アッベ数をνｄとすると、
０．３×（１−３／νｄ）＜（ｎ−１）／Ｒ0＜１／ｆ    ・・・▲５▼
を満たすのがよい。下限を下回ると色収差が補正過剰となり、上限を上回ると補正不足となる。
また同様に、色収差の補正の条件として、
０．４×（１−３／νｄ）＜（ｎ−１）／Ｒ0＜１．２×（１−３／νｄ）・・・▲６▼
を満たすことが望ましい。この下限を下回ると、屈折面のパワーが弱過ぎて色収差が補正過剰となり、逆に上限を上回ると、回折レンズとしてのパワーが弱過ぎて色収差が補正不足となる。
【０００９】
本発明の単玉レンズは、正レンズの屈折面パワーと正レンズの回折パワーとにより色消しを行なうものであるが、回折パワーの等価アッベ数が−３程度と小さいため、正弦条件と色消しとの両方を補正しやすくするためには、単玉レンズのアッベ数νｄが
νｄ  ＜  ４０            ・・・▲７▼
程度に小さい方が良く、より望ましくは
νｄ  ＜  ３０            ・・・▲８▼
であるのがよい。
上記両式でそれぞれ上限を越えると、色収差を補正している場合には正弦条件が補正不足であり、正弦条件が補正されている場合には、色収差が補正過剰となる。
【００１０】
本発明の対物レンズは、正弦条件を良好に補正した場合には、色収差が補正過剰となる場合が一般的であり、これと組み合わせるコリメータレンズ系の色収差を補正不足として、全光学系で色収差を補正することが可能である。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の実施例を示す。
下記の表中、Ｒはレンズの曲率半径、ｄは面間隔、ｎは主波長での屈折率、νｄはアッベ数である。
また非球面は
【数１】
0003799827.tif 000002
で表され、
回折面は位相差関数として表し、
【数２】
0003799827.tif 000003
で表している。なお、係数Ｂの単位はラジアンで表している。
例えば、実施例１のようにＢ2＝−４８８．２７８ラジアンのとき、有効径ｈ＝０．６５  内において
｛−４８８．２７８×（０．６５）2｝／２π≒−３２．８
となり、回折レンズの輪帯として３２輪帯が存在する。
【００１２】
（実施例１）
ｆ＝１．０    ＮＡ＝ｎ sinθ＝１．５４（入射瞳径φ＝１．３０）
主波長λ＝６８５ｎｍ
【表１】
0003799827.tif 000004
レンズの断面形状を図１に、その球面収差を図２に、また、その波面収差を図３に示す。
【００１３】
（実施例２）
ｆ＝１．０    ＮＡ＝ｎ sinθ＝１．１９（入射瞳径φ＝１．３０）
主波長λ＝６８５ｎｍ
【表２】
0003799827.tif 000005
レンズの断面形状を図４に、その球面収差を図５に、また、その波面収差を図６に示す。
【００１４】
（実施例３）
ｆ＝１．０    ＮＡ＝ｎ sinθ＝１．１９（入射瞳径φ＝１．３０）
主波長λ＝６８５ｎｍ
【表３】
0003799827.tif 000006
レンズの断面形状を図７に、その球面収差を図８に、また、その波面収差を図９に示す。
【００１５】
（実施例４）
ｆ＝１．０    ＮＡ＝ｎ sinθ＝１．０３（入射瞳径φ＝１．３０）
主波長λ＝６８５ｎｍ
【表４】
0003799827.tif 000007
レンズの断面形状を図１０に、その球面収差を図１１に、また、その波面収差を図１２に示す。
【００１６】
上記実施例の、本発明の条件に対応するデータは以下のようである。
【表５】
0003799827.tif 000008
【００１７】
【発明の効果】
本発明の近接場光ディスク光学系は、対物レンズは全体として平凸レンズ形状の単玉レンズであるにもかかわらず、入射光を収束光に変える作用を、屈折のみでなく、回折パワーにも配分することにより凸面の曲率をゆるく出来、正弦条件を良くして、光軸上のみならず画角±１°程度の光線に対しても良好な結像性能を得ることが出来た。また、その上、回折面の大きい分散を利用して、色収差までを補正出来たもので近接場光ディスク光学系の実用化に大きな効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近接場光ディスク装置の対物レンズの第１実施例の断面図である。
【図２】図１の対物レンズの球面収差図である。
【図３】図１の対物レンズの波面収差図である。
【図４】本発明の近接場光ディスク装置の対物レンズの第２実施例の断面図である。
【図５】図４の対物レンズの球面収差図である。
【図６】図４の対物レンズの波面収差図である。
【図７】本発明の近接場光ディスク装置の対物レンズの第３実施例の断面図である。
【図８】図７の対物レンズの球面収差図である。
【図９】図７の対物レンズの波面収差図である。
【図１０】本発明の近接場光ディスク装置の対物レンズの第４実施例の断面図である。
【図１１】図１０の対物レンズの球面収差図である。
【図１２】図１０の対物レンズの波面収差図である。
【図１】
0003799827.tif 000009
【図２】
0003799827.tif 000010
【図３】
0003799827.tif 000011
【図４】
0003799827.tif 000012
【図５】
0003799827.tif 000013
【図６】
0003799827.tif 000014
【図７】
0003799827.tif 000015
【図８】
0003799827.tif 000016
【図９】
0003799827.tif 000017
【図１０】
0003799827.tif 000018
【図１１】
0003799827.tif 000019
【図１２】
0003799827.tif 000020