JP2000011425A - 光ピックアップ用光学系 - Google Patents

光ピックアップ用光学系

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JP2000011425A
JP2000011425A JP10183261A JP18326198A JP2000011425A JP 2000011425 A JP2000011425 A JP 2000011425A JP 10183261 A JP10183261 A JP 10183261A JP 18326198 A JP18326198 A JP 18326198A JP 2000011425 A JP2000011425 A JP 2000011425A
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JP
Japan
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optical
light
objective lens
optical system
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JP10183261A
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Noriyuki Yamazaki
敬之 山崎
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Konica Minolta Inc
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Konica Minolta Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の光情報記録媒体を同一の光ピックアッ
プによって記録再生を行なうため、球面収差を利用し
て、波長の異なる光源及び/または記録面の厚みの異な
る透明基板に対して回折限界内のスポットを生じるよう
に収差補正された対物レンズを用いる光ピックアップ
で、収束効率を高める。 【解決手段】 集光光学系の光束が光軸近傍から外側に
向かって輪帯状に4つの光束に分割される手段を含み、
光軸近傍から外側に向かって順次第1、第2、第3、第
4光束としたとき、第1光束は第1、第2光情報記録媒
体用であり、第2光束は主に第1光情報記録媒体用、第
3光束は主に第2光情報記録媒体用、第4光束は主に第
1光情報記録媒体用であることを特徴とする。この分割
手段は、対物レンズの輪帯状の屈折面とすることが出来
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は厚みの異なる透明基板を
有する複数の光情報記録媒体の記録情報を記録再生する
ための光ピックアップ用集光光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、従来の光情報記録媒体であるCD
と同程度の大きさで、記録再生が可能なCD−Rや、記
録密度を高めたDVDなど、記録面の透明基板の厚みや
記録再生用レーザ光の波長の異なる複数の光情報記録媒
体の開発が進み、これらの光情報記録媒体に対して、同
一の光ピックアップでの記録再生を可能とすることが求
められている。このため、使用波長に応じた複数のレー
ザ光源を備えながら、同一の対物レンズで記録面へ必要
な開口数でレーザ光を収束する光ピックアップが、各種
提案されている(例えば特開平8−55363号公報、
同平10−92010など)。しかし、このような提案
の多くは、光学系の構成が複雑となる。新たな駆動装置
が必要となる。集光光学系は共通となるものの性能が低
下するなどの問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は先に、同
心円状に分割された3つの輪帯からなり、各輪帯は、波
長の異なる複数の光源、及び/または、記録面の厚みの
異なる透明基板に対して、それによって生じる球面収差
を積極的に利用することにより、それぞれの光情報記録
媒体に対して回折限界内に収差補正された特殊対物レン
ズを開発し、これを用いた構成が簡素化された光ピック
アップを提案した(特願平9−286954号)。この
対物レンズは、使用波長及び/または透明基板の厚みに
応じて自動的に必要な開口を得られるという機能を有し
ている。しかし、3輪帯では、特にDVD用途時の光量
損失、性能低下が大きいという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
用集光光学系は、レーザ光源、集光レンズおよび光源か
らのレーザビームを記録面に収束する対物レンズを含む
集光光学系、および記録面からの反射光を検出する受光
素子からなり、記録面の透明基板の厚みの異なる少なく
とも2種の光情報記録媒体の記録再生用光ピックアップ
のための光学系であって、該光学系は、集光光学系の光
束が光軸近傍から外側に向かって輪帯状に4つの光束に
分割される手段を含み、光軸近傍から外側に向かって順
次第1、第2、第3、第4光束としたとき、第1光束は
第1、第2光情報記録媒体用であり、第2光束は主に第
1光情報記録媒体用、第3光束は主に第2光情報記録媒
体用、第4光束は主に第1光情報記録媒体用であること
を特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】上記光束の分割手段が対物レンズ
であることができ、対物レンズの光源側に設けられた同
心円状に分割された複数の輪帯からなる屈折面であって
よく、または、対物レンズの光情報記録媒体側面に設け
られた同心円状に分割された複数の輪帯からなる屈折面
であってもよい。さらに、上記の同心円状に分割された
複数の輪帯からなる屈折面は対物レンズの両面に設けら
れてもよく、あるいは対物レンズ以外の光学素子に設け
ることによっても実施することが出来る。
【0006】
【実施例】以下図面を参照して、実施例によって本発明
をさらに詳細に説明する。実施例に先立ち、本発明を実
施する光ピックアップ装置について説明する。図5は本
発明を実施する光ピックアップ装置の構成を示す概念図
であり、光ピックアップ装置10は光源である半導体レ
ーザ111、112、偏光ビームスプリッタ12、コリ
メータレンズ13、1/4λ板14、絞り17、対物レ
ンズ16、非点収差素子であるシリンドリカルレンズ1
8、光検出器30、およびフォーカス制御およびトラッ
キング制御のための2次元アクチュエータ15などから
なる。
【0007】光源である半導体レーザ111からの光束
は、偏光ビームスプリッタ12、コリメータレンズ13
および1/4λ板14を透過して円偏光の平行光束とな
り、絞り17により絞られ、対物レンズ16によって光
ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22上
に集光される。情報記録面22で情報ピットにより変調
された反射光束は、再び対物レンズ16、1/4λ板1
4、コリメータレンズ13により収束光となり、偏光ビ
ームスプリッタ12で反射し、シリンドリカルレンズ1
8を経て光検出器30に入射する。その出力信号を用い
て光ディスク20に情報記録された情報の読み取り信号
が得られる。一方、光検出器30上でのスポットの形状
変化による光量分布変化を検出して合焦検出やトラック
検出を行なう。光検出器30からの出力を用いて周知の
ように図示しない演算回路によってフォーカスエラー信
号およびトラッキングエラー信号が生成され、このフォ
ーカスエラー信号に基づいて2次元アクチュエータ15
が、光束を情報記録面22上に結像するように対物レン
ズ16を光軸方向に移動させ、同時にトラッキングエラ
ー信号に基づいて光束を所定のトラックに結像するよう
に対物レンズ16を光軸と垂直な方向に移動させる。波
長の異なる光源である半導体レーザ112からの光束
は、ビームスプリッタ19で反射し、事後の光路は上記
と同じとなる。
【0008】透明基板の厚さが異なる第1光ディスクと
第2光ディスクを1つの光ピックアップ装置10で再生
するために、対物レンズ16に本発明を実施した例を説
明する。図1は、対物レンズ16を模式的に示した断面
図である。本実施例において、対物レンズ16は、光源
側の面S1および光ディスク20側の屈折面S2は共に
非球面形状を呈した正の屈折力を有した凸レンズであ
り、図示の実施例においてはその光源側の屈折面S1は
同心円状に分割された4つの輪帯面Sd1,Sd2,S
d3,Sd4からなり、各輪帯は、その球面収差を利用
して波長の異なる複数の光源、及び/または、厚みの異
なる透明基板に対して回折限界内に収差補正されたレン
ズである。図1において、光軸から上側は透明基板20
の薄い第1光ディスクへの集光状況を、下側は厚い透明
基板20’を有する第2光ディスクへの集光状況を表
し、情報の記録再生に有効な光束を斜線で示す。
【0009】図1において、光軸を含む第1分割面Sd
1を通過する光束(第1光束)は第1光ディスク(DV
D)に記録された情報の再生および第2光ディスク(C
DR)に記録された情報の再生に利用し、第1分割面S
d1より外側の第2分割面Sd2および最外側の第4分
割面Sd4を通過する光束(第2光束、第4光束)は主
に第1光ディスクに記録された情報の再生に利用し、第
2分割面Sd2より外側の第3分割面Sd3を通過する
光束(第3光束)は主に第2光ディスクに記録された情
報の再生に利用するような形状となっている。
【0010】4輪帯からなる対物レンズの1実施例を下
表に、その収差図を図2に示す。 波長λ(nm) 635 780 焦点距離(mm) 3.36 3.39 絞り径(mm) φ4.04 対物レンズの横倍率 0 面 ri di di' ni ni' 1 2.120 2.200 1.5383 1.5337 2 -7.844 1.760 1.405 1.0 1.00 3 ∞ 0.600 1.200 1.58 1.58 4 ∞ 表中(’)が附されているのはCDR対応時である。
【0011】図2(a)はDVD対応時の収差補正状況
であり、第1輪帯はその焦点深度の深さによって、NA=
0.45近傍の第3輪帯を除いて回折限界に補正されてい
る。また同図(b)はCD対応時であり、第1輪帯、第
3輪帯は、透明基板の厚さの違いによって発生する球面
収差によって、CD記録面に回折限界に補正される。そ
れぞれの輪帯の非球面データは以下のようである。 非球面データ 第1面 第1 0≦H<1.000 (第1輪帯) (屈折面) 非球面 κ= -0.94906 A1= 0.64105×10-2 P1= 4.0 A2= 0.22750×10-3 P2= 6.0 A3= 0.43134×10-4 P3= 8.0 A4= -0.16003×10-4 P4=10.0 第2 1.000≦H<1.266 (第2輪帯) 非球面 1.532≦H (第4輪帯) κ= -0.92181 A1= 0.55814×10-2 P1= 4.0 A2= 0.22821×10-3 P2= 6.0 A3= 0.15486×10-4 P3= 8.0 A4= -0.13388×10-4 P4=10.0 第3 1.266≦H<1.532 (第3輪帯) 非球面 d2=2.1966 κ= -0.94909 A1= 0.64105×10-2 P1= 4.0 A2= 0.22750×10-3 P2= 6.0 A3= 0.43134×10-4 P3= 8.0 A4= -0.18003×10-4 P4=10.0 第2面 κ= -0.26025×102 (屈折面) A1= 0.93136×10-2 P1= 4.0 A2= -0.37028×10-2 P2= 6.0 A3= 0.61663×10-3 P3= 8.0 A4= -0.43150×10-4 P4=10.0 表中、d2は、第3輪帯の形状を非球面形状式に従って光
軸まで延長したときの光軸との交点と、第3面との光軸
上の間隔を示している。また、非球面は次式に基づくも
のである。
【数1】 但しXは光軸方向の軸、Hは光軸と垂直方向の軸、光の
進行方向を正とし、rは近軸曲率半径、κは円錐形数、
Ajは非球面係数、Pjは非球面のべき数(ただし、P
j≧3)である。
【0012】このように補正された対物レンズによる波
面は、球面収差により、また屈折面の位置のずれによ
り、光路長の差を生じる。このため、収束点における各
輪帯の光束の位相のずれにより、スポットの光強度は強
い影響を受ける。すなわち、位相差が波長の倍数であれ
ば各輪帯の光束は互いに強めあうが、1/2波長のずれ
があれば反って弱めあうこととなる。
【0013】上記データおよび図1に示す実施例におけ
る波面収差を図3に示す。同図(a)はDVD対応時、
同図(b)はCD対応時を示す。第1輪帯の光束と、第
2輪帯の光束とは波面のずれは少なく、収差曲線上での
不連続がありながら、収束点では互いに干渉して強めあ
っていることがわかる。また、第3輪帯の屈折面は第2
輪帯、第4輪帯の屈折面とは段差が設けられており、第
3輪帯の光束は第2輪帯、第4輪帯の光束との波面のず
れが生じている。しかし、この段差の大きさを適当に選
択することにより、2つの波長の異なる光源に対して、
どちらの波長においても位相のずれを波長の整数倍と
し、スポットを形成するときに各輪帯の光束が2つの波
長のどちらにおいても強めあう形状とすることが出来
る。図4に集光スポットの光強度分布を示す。サイドロ
ーブも小さく、良好なスポット形状を示している。
【0014】
【発明の効果】本発明の光ピックアップ用集光光学系
は、光源から出射される光束を、分割利用することによ
り、光源からの光を光量損失を抑えつつ、1つの集光光
学系で複数の光ディスクの再生が可能となる。しかもこ
の場合、第2光ディスクの再生時には第4光束の大部分
は不要光であるが、この不要光が第2光ディスクの再生
には利用されないので、絞り17を第1光ディスクの再
生に必要な開口数にしておくだけで、絞り17の開口数
を変える手段を何ら必要とせずに再生することが出来る
ので、このため光学系の構成が複雑となり、これにつれ
て使用部品点数が増加する、あるいは性能が低下するな
どの問題が生ぜず、低コストで、制度の高い光学系を得
ることが出来た。なお、実施例は波長の異なる2つの光
源を使用するものとして説明したが、同一光源で2種の
光ディスクを記録再生する光ピックアップ用集光光学系
とすることもできることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する光ピックアップ光学系用対物
レンズの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】図1の対物レンズの集光状況を示す光強度分布
図である。
【図5】本発明を実施する光ピックアップの構成を示す
概念図である。
【符号の説明】
10 光ピックアップ装置 111,112 半
導体レーザ 12 偏光ビームスプリッタ 13 コ
リメータレンズ 14 1/4λ板 15 2
次元アクチュエータ 16 対物レンズ 17 絞
り 18 シリンドリカルレンズ 19 ビ
ームスプリッタ 20 光ディスク 30 光
検出器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源、集光レンズおよび光源から
    のレーザビームを記録面に収束する対物レンズを含む集
    光光学系、および記録面からの反射光を検出する受光素
    子からなり、記録面の透明基板の厚みの異なる少なくと
    も2種の光情報記録媒体の記録再生用光ピックアップの
    ための光学系において、 該光学系は、集光光学系の光束が光軸近傍から外側に向
    かって輪帯上に4つの光束に分割される手段を含み、光
    軸近傍から外側に向かって順次第1、第2、第3、第4
    光束としたとき、第1光束は第1、第2光情報記録媒体
    用であり、第2光束は主に第1光情報記録媒体用、第3
    光束は主に第2光情報記録媒体用、第4光束は主に第1
    光情報記録媒体用であることを特徴とする光ピックアッ
    プ用集光光学系
  2. 【請求項2】 上記光束の分割手段が対物レンズである
    ことを特徴とする請求項1の光ピックアップ用集光光学
  3. 【請求項3】 上記光束の分割手段が、対物レンズの光
    源側に設けられた同心円状に分割された複数の輪帯から
    なる屈折面であることを特徴とする請求項1または2の
    光ピックアップ用集光光学系
  4. 【請求項4】 上記光束の分割手段が、対物レンズの光
    情報記録媒体側面に設けられた同心円状に分割された複
    数の輪帯からなる屈折面であることを特徴とする請求項
    1または2の光ピックアップ用集光光学系
  5. 【請求項5】 上記光束の分割手段が、対物レンズの両
    面に設けられた同心円状に分割された複数の輪帯からな
    る屈折面であることを特徴とする請求項1または2の光
    ピックアップ用集光光学系
  6. 【請求項6】 上記光束の分割手段が、対物レンズ以外
    の光学素子に設けられたことを特徴とする請求項1の光
    ピックアップ用集光光学系
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