JP2000260049A

JP2000260049A - 光ディスク装置の光学系

Info

Publication number: JP2000260049A
Application number: JP11060809A
Authority: JP
Inventors: Koichi Maruyama; 晃一丸山
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-22
Also published as: KR100457300B1; WO2000054262A1; US6344935B1; MY117210A; CN1136561C; ID30302A; DE10084813B4; DE10084813T1; KR20010112295A; CN1343354A; TW571115B; TW475065B

Abstract

(57)【要約】【課題】記録密度の異なる２種類の光ディスクに対
し、必要なサイズのスポットを絞り手段を用いずに得る
ことができる光ディスク装置の光学系を提供すること。【解決手段】光学系は、光源部１０、ビーム整形・分
離プリズム２０、対物レンズ３０、そして信号検出系４
０から構成されている。光源部１０は、ＤＶＤの記録・
再生時に波長の短い第１のレーザー光を発光する第１の
半導体レーザー１１と、ＣＤの再生時に波長の長い第２
のレーザー光を発する第２の半導体レーザー１２とを備
えている。対物レンズ３０は、光源部１０からのレーザ
ー光を光ディスクＤＶＤ，ＣＤの記録面上に集光させ
る。対物レンズ３０の第１面の周辺部には、第１のレー
ザー光に対する透過率が高く、第２のレーザー光に対す
る透過率が低くなるよう波長に依存して透過率が変化す
る輪帯状の透過率調整用回折構造３２が形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、記録密度が異な
る２種類の光ディスクに対して利用可能な光ディスク装
置用の光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ディスクの記録密度と記録面
上に形成されるスポットの径との間には密接な関係があ
る。すなわち、スポット径は、記録面上のトラック幅を
過不足なくカバーするサイズであることが要求される。
記録密度が高い場合には、トラック幅は狭くなるため、
スポット径を小さくする必要がある。他方、記録密度が
低い場合には、トラック幅が広くなるため、スポット径
を大きくする必要がある。トラック幅に対してスポット
径が大きすぎると、隣接するトラックの情報が混入する
可能性があり、逆にトラック幅に対してスポット径が小
さすぎると、特にＣＤ(コンパクトディスク)のように光
の回折を利用して信号を再生する方式では、十分な回折
効果が得られずに信号を読み落とす可能性がある。

【０００３】スポット径は、波長が短いほど、かつ、Ｎ
Ａが大きいほど小さくなるため、記録密度が高いＤＶＤ
(デジタルビデオディスク)用の光学系では比較的短波
長、高ＮＡであること、記録密度の低いＣＤ用の光学系
では比較的長波長、低ＮＡであることが要求される。

【０００４】ＣＤ，ＤＶＤ両用の従来の光ディスク装置
は、各ディスク用に上記の条件を満たす専用の光学系を
独立して設けたもの、あるいは、発振波長の異なる２つ
のレーザー光源を有し、対物レンズ等の光学系の一部を
共通化し、使用ディスクに応じてＮＡを切り替えるため
の絞り手段を設けたもの等が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、専用の
光学系を設けた場合には装置全体のサイズが大きくな
り、かつ、コストも高くなる。他方、光学系の一部を共
用する場合には、絞り手段をトラッキング制御のために
駆動される可動部に設けると、可動部の重量増によるト
ラッキング速度の低下を招き、可動部以外に設けると、
特に光を絞ったときに、トラッキング時の対物レンズの
移動により対物レンズに入射する光量が変化し、信号強
度が変化するという問題がある。

【０００６】すなわち、一般に光ディスク装置の光源部
は、通常対物レンズの瞳径より大きなビーム径でレーザ
ー光を対物レンズに入射させるため、このビーム径内で
対物レンズがトラッキングのために移動したとしても、
入射光量の変化は大きくない。これに対し、上記のよう
に対物レンズに入射するレーザー光を絞った場合には、
トラッキングのために対物レンズが移動して対物レンズ
の瞳の一部がビーム径から外れると、対物レンズに対す
る入射光量が変化することとなる。

【０００７】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、記録密度の異なる２種類の
光ディスクに対し、必要なサイズのスポットを絞り手段
を用いずに得ることができる光ディスク装置の光学系の
提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる光ディ
スク装置の光学系は、波長の比較的短い第１のレーザー
光と波長の比較的長い第２のレーザー光とを選択的に発
する光源部と、光源部からのレーザー光を光ディスクの
記録面上に集光させる対物レンズとを備え、記録密度の
異なる少なくとも２種類の光ディスクに対して記録ある
いは再生が可能な構成において、対物レンズの一つのレ
ンズ面上の周辺部に、第１のレーザー光に対する透過率
が高く、第２のレーザー光に対する透過率が低くなるよ
う波長に依存して透過率が変化する輪帯状の透過率調整
用回折構造を形成したことを特徴とする。透過率調整用
回折構造は、対物レンズ半径方向の断面において光軸に
ほぼ平行な段差を有し、光の通過する面がレンズ面の巨
視的な形状にほぼ一致する微細な凹凸部分として形成さ
れている。また、上記の「周辺部」は、対物レンズ射出
後に記録密度の低い光ディスクに必要なＮＡに相当する
光が透過する領域より外側の領域として定義される。な
お、上記の「透過率」は、対物レンズの周辺部に入射し
た光量のうち、中央部を透過した光により形成されるス
ポット位置に達する光量の比率をいう。

【０００９】上記の構成によれば、記録密度の高い光デ
ィスクの記録・再生時には、波長の短い第１のレーザー
光が用いられる。透過率調整用回折構造は、第１のレー
ザー光に対する透過率が高いため、第１のレーザー光は
対物レンズの中央部及び周辺部を含む広い範囲を透過す
る。したがって、第１のレーザー光に対しては対物レン
ズのＮＡが比較的大きくなり、スポット径を小さく絞る
ことができる。

【００１０】記録密度の低い光ディスクの記録・再生時
には、波長の長い第２のレーザー光が用いられる。第２
のレーザー光は、透過率調整用回折構造により遮られ、
スポットは主として透過率調整用回折構造が形成されて
いない対物レンズの中央部を透過した光により形成され
る。したがって、第２のレーザー光に対しては対物レン
ズのＮＡが比較的小さくなり、そのスポット径を第１の
レーザー光によるスポット径より大きくすることができ
る。

【００１１】なお、この明細書において、「対物レン
ズ」は少なくとも収束作用と透過率調整作用とを有する
レンズをいい、これが単一のレンズ素子であるか、複数
のレンズ素子であるかを問わない。また、収束作用を持
つレンズ素子と透過率調整作用を有する平板状の素子と
を組み合わせたレンズをも含む概念である。

【００１２】透過率調整用回折構造は、凹凸部分の段差
による光路長差が第１のレーザー光に対しては波長のほ
ぼｐ倍(ｐは整数)になり、第２のレーザー光に対しては
波長のほぼ(ｑ＋0.5)倍(ｑは整数)となるように設定す
ることが望ましい。

【００１３】また、光源部は、第１のレーザー光の波長
をλ１、第２のレーザー光の波長をλ２としたときに、
以下の条件(１)を満足するように設定することが望まし
い。

【００１４】０．８１＜ λ１／λ２＜０．８５ …(１) さらに、透過率調整用回折構造の凹部となる輪帯の光が
入射する面の面積Ｒ1と、これに隣接する凸部となる輪
帯の光が入射する面の面積Ｒ2との比率が１：１でない
こと、すなわちアンバランスであることが望ましい。具
体的には、周辺部のいずれかの領域について、望ましく
は周辺部の内側半分程度の領域について、以下の条件
(２)，(３)のいずれかを満たすことが望ましい。

【００１５】１．２＜Ｒ1／Ｒ2 ＜３．０ …(２) １．２＜Ｒ2／Ｒ1 ＜３．０ …(３) なお、透過率調整用回折構造の凹凸ピッチは周辺部の全
ての領域において一定にしてもよいが、面積Ｒ1と面積
Ｒ2との比率を、周辺部のレンズ半径方向の位置により
異ならせる方が望ましい。特に、面積Ｒ1と面積Ｒ2との
差が、周辺部内の内周側ほど大きく、外周に向かうにし
たがって小さくなるように設定することが望ましい。ま
た、射出成型で金属型のパターンを対物レンズに転写す
ることを想定すると、周辺部のいずれかの領域について
Ｒ1＜Ｒ2を満たすことが望ましい。

【００１６】透過率調整用回折構造が形成されたレンズ
面の周辺部より内側が、レンズ半径方向の断面が単一の
曲線で表される屈折面である場合、光源部は、第１のレ
ーザー光をほぼ平行光として、第２のレーザー光を発散
光として対物レンズに対して入射させる。

【００１７】一方、透過率調整用回折構造が形成された
レンズ面の周辺部より内側に、波長が長くなるにしたが
って補正不足となる球面収差の波長依存性を対物レンズ
に与える輪帯状の収差補正用回折構造がレンズ半径方向
の断面が鋸歯状となるよう形成されている場合には、光
源部は、第１，第２のレーザー光をいずれも対物レンズ
に対してほぼ平行光として入射させる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる光ディス
ク装置の光学系の実施形態を説明する。実施形態の光学
系は、記録密度の異なる少なくとも２種類の光ディス
ク、この例では記録密度の高いＤＶＤ(デジタルビデオ
ディスク)と記録密度の低いＣＤ(コンパクトディスク)
に対して記録あるいは再生が可能である。図１及び図２
は、実施形態にかかる光ディスク装置の光学系を示す説
明図であり、図１はＤＶＤへの記録・再生時、図２はＣ
Ｄの再生時をそれぞれ示している。また、図３は、図１
及び図２の光学系で使用される対物レンズの構造を模式
的に示す説明図である。

【００１９】図１及び図２に示すように、この光学系
は、光源部１０、ビーム整形・分離プリズム２０、対物
レンズ３０、そして信号検出系４０から構成されてい
る。光源部１０は、ＤＶＤの記録・再生時に波長の短い
第１のレーザー光を発光する第１の半導体レーザー１１
と、ＣＤの再生時に波長の長い第２のレーザー光を発す
る第２の半導体レーザー１２と、偏光ビームスプリッタ
ー１３及びコリメートレンズ１４とを備えている。第１
の半導体レーザー１１は、発光光がＰ偏光として偏光ビ
ームスプリッター１３に入射するように配置され、第２
の半導体レーザー１２は、発光光がＳ偏光として偏光ビ
ームスプリッター１３に入射するよう配置されている。

【００２０】なお、コリメートレンズ１４は、単体の正
レンズであり、第１の半導体レーザー１１からのレーザ
ー光を図１に示すように平行光とするようにそのパワー
が設定されている。したがって、第２の半導体レーザー
１２からのレーザー光は、図２に示すように発散光とし
て対物レンズ３０に入射する。

【００２１】ビーム整形・分離プリズム２０は、２つの
プリズム２１，２２が貼り合わされて構成され、光源部
１０から発したレーザー光の断面形状を整形すると共
に、光ディスクＤＶＤ，ＣＤからの反射光を貼り合わせ
面で反射させて信号検出系４０に導く。

【００２２】対物レンズ３０は、ＰＭＭＡ等のプラスチ
ック製であり、光源部１０側の第１面３０ａ、及びディ
スク側の第２面３０ｂが共に非球面として形成された１
群１枚構成のレンズである。対物レンズ３０は、光源部
１０からのレーザー光を光ディスクＤＶＤ，ＣＤの記録
面上に集光させる。対物レンズ３０の第１面３０ａに
は、その周辺部に透過率調整用回折構造３２が形成さ
れ、周辺部より内側は、レンズ半径方向の断面が単一の
曲線で表される屈折面３１として形成されている。

【００２３】信号検出系４０は、ビーム整形・分離プリ
ズム２０からの反射光を集光させる集光レンズ４１を備
える。第１の半導体レーザー１１から発したレーザー光
は、ディスクにより反射された後、偏光ビームスプリッ
ター４２を透過し、シリンドリカルレンズ４３を介して
第１のセンサ４４に入射する。一方、第２の半導体レー
ザー１２から発したレーザー光は、ディスクにより反射
された後、偏光ビームスプリッター４２により反射さ
れ、シリンドリカルレンズ４５を介して第２のセンサ４
６に入射する。

【００２４】次に、図３に基づいて対物レンズ３０の構
造について詳細に説明する。対物レンズ３０は、上記の
ように周辺部に透過率調整用回折構造３２が形成され、
周辺部より内側は屈折面３１とされている。透過率調整
用回折構造３２は、第１のレーザー光に対する透過率が
高く、第２のレーザー光に対する透過率が低くなるよう
波長に依存して透過率が変化する輪帯状の構造を有す
る。この構造は、対物レンズ半径方向の断面において光
軸にほぼ平行な段差を有し、光の通過する面がレンズ面
の巨視的な形状にほぼ一致する微細な凹凸部分として形
成されている。透過率調整用回折構造３２の凸部は滑ら
かな曲面に沿っている。この面が第１面３０ａである。
そして、凹部の底面をつなぐ滑らかな曲面を、破線で示
すような中間面３０ｃとして定義する。屈折面は、図３
に示すように第１面３０ａに沿って設けてもよいし、中
間面３０ｃに沿って形成されていてもよい。なお、図３
では説明のため段差部分を誇張して示しているが、実際
にはより細かいピッチで多数の凹凸輪帯が形成される。

【００２５】透過率調整用回折構造３２は、第１のレー
ザー光に対する透過率が高いため、第１のレーザー光は
対物レンズ３０の中央部及び周辺部を含む広い範囲を透
過する。したがって、第１のレーザー光に対しては対物
レンズ３０のＮＡが比較的大きくなり、ＤＶＤに適した
比較的小径のスポットを形成することができる。また、
第２のレーザー光は、周辺部をほぼ透過せず中央の屈折
面３１のみを主として透過するため、対物レンズ３０の
ＮＡが小さくなり、ＣＤに適した比較的大径のスポット
を形成することができる。

【００２６】上記の「周辺部」は、対物レンズ射出後に
記録密度の低い光ディスク、ここではＣＤに必要なＮ
Ａ、例えば０．４５に相当する光が透過する領域より外
側の領域として定義される。

【００２７】透過率調整用回折構造３２は、凹凸部分の
段差による光路長差が第１のレーザー光に対しては波長
のほぼｐ倍(ｐは整数)になり、第２のレーザー光に対し
ては波長のほぼ(ｑ＋0.5)倍(ｑは整数)となるように設
定される。段差が波長の整数倍であれば、回折構造は凹
凸のない平面と同一の作用を有し、高い透過率を持つ。
これに対して半波長分の段差を有する場合には、凹部を
通った光と凸部を通った光とが互いに打ち消し合い、透
過率が低くなる。

【００２８】透過率調整用回折構造３２に要求される性
能は、(ａ)第１のレーザー光の０次回折光(非回折光)と
しての透過率をできる限り高めること、(ｂ)第２のレー
ザー光の０次回折光としての透過率をできる限り低くす
ること、(ｃ)第２のレーザー光がプラス、あるいはマイ
ナスの次数の回折光としてディスクに向かい、同じ次数
の反対符号の回折光としてセンサ４４，４６に入射する
のをできる限り防ぐこと、の３点である。

【００２９】透過率調整用回折構造３２による第２のレ
ーザー光の回折光のうち、ディスクへの入射時における
回折次数と、ディスクからの反射時における回折次数と
が同じ次数で反対符号となると、この回折光は非回折光
と同一の光路でセンサに入射する。例えば、入射時に−
１次回折光として回折され、反射時に＋１次回折光とし
て回折された光は、非回折光と同一光路をたどる。回折
光は、ディスク上では非回折光より広がりを持つため、
反射光は多くの記録内容が平均化された強度を持ち、セ
ンサに戻った場合にも特定の情報を表すような強度変化
はない。しかしながら、非回折光と同一光路でセンサに
入射した場合にはセンサ上での強度は比較的大きく、信
号にＤＣ成分となるノイズを与え、ＳＮ比を悪化させ
る。したがって、(ａ)(ｂ)のみでなく(ｃ)の要求を満た
すことも重要となる。

【００３０】凹凸の段差が大きいと、たとえ段差による
光路差が波長の整数倍であったとしても、損失が増加し
て透過率が低くなり、かつ、加工が難しくなる。そこ
で、上記(ａ)の要求を満たし、かつ、加工を容易にする
ためには、凹凸の段差はできる限り小さいことが望まし
い。このため、凹凸の段差を決定するｑ，ｐの値は小さ
い方が望ましい。このようにｑ，ｐの値を小さくするた
めには、第１のレーザー光の波長λ１と、第２のレーザ
ー光の波長λ２とがある程度離れた値をとる必要があ
り、具体的には以下の条件(１)を満足することが望まし
い。

【００３１】０．８１＜ λ１／λ２＜０．８５ …(１) 現実的に選択可能な半導体レーザーの発振波長を考慮す
ると、第１の波長として６５０ｎｍ、第２の波長として
７８０ｎｍを選択すると、λ１／λ２＝０．８３３とな
って条件(１)を満たし、ｐ＝３，ｑ＝２のときに光路長
１．９５μｍという解が存在する。この場合、例えばレ
ンズの屈折率を１．５とし、空気中での使用を前提とす
ると、凹凸の段差は３．９０μｍとなる。

【００３２】上記(ｂ)の要求を満たすためには、透過率
調整用回折構造の凹部となる輪帯の光が入射する面の面
積Ｒ1と、これに隣接する凸部となる輪帯の光が入射す
る面の面積Ｒ2との比率が１：１に近いことが望まし
い。他方、(ｃ)の要求を満たすためには、上記の比率が
１：１でないこと、すなわちアンバランスであることが
望ましい。したがって、これらの矛盾する(ｂ)及び(ｃ)
の要求の妥協点を見いだす必要がある。下の表１は、第
２のレーザー光に対して半波長分の光路差を有する透過
率調整用回折構造３２について、凹凸部分のデューティ
ー比Ｒ1：Ｒ2の変化と、各デューティー比において発生
する各次数の回折光の強度(入射光量を100%とする％表
示)との関係を示すものである。

【００３３】

【表１】デューティー比 0.5:0.5 0.45:0.55 0.4:0.6 0.35:0.65 0.3:0.7 0.25:0.75 ０次 0.0％ 1.0 4.0 9.0 16.0 25.0 ±１次 40.5％ 39.5 36.7 32.2 26.5 20.3 ±２次 0.0％ 1.0 3.5 6.6 9.2 10.1 ±３次 4.5％ 3.6 1.6 0.1 0.4 2.2 ±４次 0.0％ 0.9 2.3 2.3 0.9 0.0 ±５次 1.6％ 0.8 0.0 0.8 1.6 0.8 例えば、透過率調整用回折構造３２の凸部と凹部の面積
が等しくなるよう設定した場合(デューティー比0.5:0.
5)には、回折せずに透過する０次回折光は発生せず、デ
ィスク上での集光スポットがＣＤ用として過度に小さく
なることはない。ただし、透過率調整用回折構造３２に
入射したうちの81％のレーザー光は、±１次回折光とし
てディスク上で直径100μm程度の円形に広がる。＋１次
回折光としてディスクへ向かい、−１次回折光としてセ
ンサに向かうノイズ光と、−１次回折光としてディスク
へ向かい、＋１次回折光としてセンサに向かうノイズ光
との総光量は入射光量の約３３％になる。一方、凸部と
凹部の面積比が１：３あるいは３：１となるよう設定し
た場合(デューティー比0.25:0.75)には、回折せずに透
過する０次回折光は２５％となり、振幅量で５０％がデ
ィスク上での集光点に向かい、第２のレーザー光による
スポットはＣＤ用としては小さくなる。ただし、透過率
調整用回折構造３２に入射した光のうち、所定の次数の
回折光としてディスクに向かい、逆符号の回折光として
センサに向かうノイズ光の光量は約１０％となる。

【００３４】そこで、上記(ｂ)(ｃ)の要求の妥協点とし
て、周辺部のいずれかの領域について、望ましくは周辺
部の内側半分程度の領域について、デューティー比が以
下の条件(２)，(３)のいずれかを満たすよう設定する。

【００３５】１．２＜Ｒ1／Ｒ2 ＜３．０ …(２) １．２＜Ｒ2／Ｒ1 ＜３．０ …(３) デューテイー比が１．２より小さいと、センサに入射す
るノイズ光の光量が大きくなり、(ｃ)の要求を満たすこ
とができない。他方、３．０を越える場合には、０次回
折光の振幅が５０％を越え、(ｂ)の要求を満たすことか
できず、ＣＤ用のスポット径が小さくなり過ぎる。

【００３６】なお、透過率調整用回折構造３２の凹凸ピ
ッチは周辺部の全ての領域において一定にしてもよい
が、(ｂ)(ｃ)の要求のよりよい妥協点を見いだすために
は、面積Ｒ1と面積Ｒ2との比率を周辺部のレンズ半径方
向の位置により異ならせることが望ましい。周辺部の中
でも、外側の領域を透過する光ほどスポット径を小さく
するのに寄与するため、第２のレーザー光により形成さ
れるスポット径が小さくなり過ぎるのを防ぐためには、
外側の領域ほど要求(ｂ)をよく満たす必要性が高い。そ
こで、面積Ｒ1と面積Ｒ2との差が、周辺部内の内周側ほ
ど大きく、外周に向かうにしたがって小さくなるように
設定することが望ましい。

【００３７】なお、凹部と凸部との面積比は、Ｒ1：Ｒ2
＝ｘ：ｙであっても、Ｒ2：Ｒ1＝ｘ：ｙであっても光学
的な性能には違いがない。そこで、型を精密旋盤で作
り、レプリカをレンズとする場合、周辺部の特に外側の
領域についてＲ1＜Ｒ2を満たすことが型の作成を容易に
する上で望ましい。型を作成する際に、凹部の幅が狭い
とバイト先端の幅により最適な形状に加工できない領域
が広くなるため、これを避けるために型の凹部の幅を相
対的に広くしておくこと、すなわちレンズ上の凸部の面
積を広くしておくことが望ましい。

【００３８】ＤＶＤとＣＤとは、記録密度が異なるだけ
でなく、記録面をカバーする透明な保護層の厚さが異な
る。ＤＶＤは０．６ｍｍ、ＣＤは１．２ｍｍである。記
録面の位置の違いについては、光ディスク装置に設けら
れたオートフォーカス機構を利用することにより補償が
可能である。一方、収束光中に配置された平行平面板は
厚さに応じた球面収差補正効果を有するため、保護層の
薄いディスクを用いた際に球面収差が補正されるよう光
学系を設計すると、保護層の厚いディスクを用いた際に
球面収差が補正過剰となる。

【００３９】対物レンズ３０は、ＤＶＤ用に球面収差が
補正されているため、同一の状態でＣＤに対して用いる
と、球面収差が補正過剰となる。そこで、この例では、
ＤＶＤ使用時には対物レンズ３０に対して平行光を入射
させるのに対し、ＣＤ再生時には対物レンズ３０に対し
て発散光を入射させるようにしている。これにより、平
行光を入射させた場合には補正過剰(オーバー)となる球
面収差を、アンダー側に戻し、適正な値に設定すること
ができる。

【００４０】ＣＤ再生時の球面収差を補正するために
は、上記のように発散光を入射させる他、周辺部の内側
に、波長が長くなるにしたがって補正不足となる球面収
差の波長依存性を対物レンズに与える輪帯状の収差補正
用回折構造を形成してもよい。図４に示すように、この
対物レンズ５０は、周辺部に図３の例と同様の透過率調
整用回折構造５２を有すると共に、周辺部の内側に、レ
ンズ半径方向の断面が鋸歯状に形成された収差補正用回
折構造５１を有している。対物レンズ５０を用いる場合
には、光源部は、第１，第２のレーザー光をいずれも対
物レンズ５０に対してほぼ平行光として入射させればよ
い。

【００４１】次に、図３、図４にそれぞれ対応する対物
レンズの具体的な実施例を説明する。

【００４２】

【実施例１】実施例１は図３に対応する対物レンズであ
り、第１面の周辺部に透過率調整用回折構造が形成さ
れ、その内側は連続した屈折面として形成されている。
図５は対物レンズ３０とＤＶＤとを示し、図６はＤＶＤ
の記録面上での諸収差を示す。また、図７は対物レンズ
３０とＣＤとを示し、図８はＣＤの記録面上での諸収差
を示す。なお、レンズ図では、回折構造については図示
しない。

【００４３】実施例１の対物レンズ３０の具体的な数値
構成は表２に示されている。面番号１、２が対物レンズ
３０(Ｍは中間面)、面番号３、４が媒体であるＤＶＤま
たはＣＤの保護層を示している。表中、λ1はＤＶＤ使
用時の波長、λ2はＣＤ使用時の波長、ｆ1はλ1での全
体の焦点距離(単位:mm)、ｆ2はλ2での全体の焦点距離
(単位:mm)、M1はλ1での倍率、M2はλ2での倍率、ｒは
レンズ各面の巨視的な曲率半径(単位:mm)、ｄは各面の
光軸に沿った間隔(単位:mm)、ｎλは各媒体の波長λnm
での屈折率、νは各媒体のアッベ数である。なお、ｄ
2、ｄ3については、前者がＤＶＤ使用時、後者がＣＤ使
用時の値を示している。また、ＤＶＤ使用時には対物レ
ンズへの入射光は平行光であり、入射光物体距離は第１
面から無限遠の位置にある。一方、ＣＤ使用時には、対
物レンズへの入射光は発散光であり、入射光物体距離は
第１面から-84.0mmの位置にある。

【００４４】対物レンズ３０の第１面３０ａ、第２面３
０ｂ、中間面３０ｃはいずれも非球面であり、その形状
は光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面
の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ、非球面の
光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６
次、８次、１０次、１２次、０次の非球面係数をＡ4、
Ａ6、Ａ8、Ａ10、Ａ12、Δとして、以下の式で表され
る。

【００４５】Ｘ＝Ｃｈ²/(１+√(１-(１+Ｋ)Ｃ²ｈ²))+Ａ
4ｈ⁴+Ａ6ｈ⁶+Ａ8ｈ⁸+Ａ10ｈ¹⁰+Ａ12ｈ¹²+Δ なお、表２における非球面の曲率半径は光軸上の曲率半
径である。非球面を規定する円錐係数と非球面係数は、
表３に示される。

【００４６】

【表２】 λ1=650nm f1=4.00mm M1=0.0 λ2=780nm f2=4.03mm M2=-0.050 面番号 r d n650 n780 ν 1 2.49626 0.00361 M 2.49500 2.40000 1.54082 1.53677 55.6 2 -10.78900 2.270/2.115 3 ∞ 0.600/1.200 1.58030 1.57346 29.9 4 ∞

【００４７】

【表３】第１面中間面第２面ｒ 2.49626 2.49500 -10.78900 κ -0.440 -0.440 0.000 A4 -5.865×10^-4 -5.867×10^-4 7.378×10^-3 A6 -2.887×10^-5 -2.837×10^-5 -9.690×10^-4 A8 -2.274×10^-5 -2.274×10^-5 2.830×10^-5 A10 3.393×10^-6 3.393×10^-6 1.500×10^-6 A12 -8.400×10^-7 -8.365×10^-7 0.000 Δ 0.000 0.000 0.000 図６(Ａ)はＤＶＤ使用時の波長650nmにおける球面収差
ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)はその際の非点収差(S:
サジタル、M:メリディオナル)を示している。グラフ
(Ａ)の縦軸は開口数ＮＡ、(Ｂ)の縦軸は像高Ｙである。
また、横軸は各収差の発生量を示し、単位はｍｍであ
る。図８(Ａ)はＣＤ使用時の波長780nmにおける球面収
差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(Ｂ)はその際の非点収差を
それぞれ示す。

【００４８】透過率調整用回折構造の凹凸パターンは、
凹部となる輪帯の光が入射する面の面積Ｒ1と、これに
隣接する凸部となる輪帯の光が入射する面の面積Ｒ2と
のデューティー比Ｒ1：Ｒ2＝0.5:0.5にする場合には、
以下の表４のように形成できる。この表は、光軸からの
距離ｈの２値で挟まれた範囲(輪帯)が第１面３０ａ上に
位置する凸部であるか、中間面Ｍ上に位置する凹部であ
るかを示す。例えば、表４の例では、ｈが0.000 〜 1.8
72の範囲にある中央の屈折面３１は、中間面Ｍ上に位置
し、その外側のｈが1.872 〜 1.901の範囲にある第１輪
帯は凸部として第１面上に位置することを意味する。デ
ューティー比0.5:0.5の場合には、前述のようにＣＤ使
用時の780nmの光は０次光としては透過しない。そこ
で、ＮＡ0.45に相当する半径約1.9mmを境として、これ
より外側の部分に透過率調整用回折構造を設けている。

【００４９】

【表４】また、デューティー比Ｒ1：Ｒ2＝0.7:0.3にする場合に
は、各輪帯の範囲を以下の表５のように定めることがで
きる。デューティー比0.7:0.3の場合には、前述のよう
にＣＤ使用時の780nmの光も０次光として１６％透過す
る。そこで、表５の例では、ＮＡ0.45に相当する半径約
1.9mmより僅かに内側の半径約1.6mmを境として、これよ
り外側の部分に透過率調整用回折構造を設けている。

【００５０】

【表５】表４，５に示した例は、いずれも透過率調整用回折構造
の全ての領域でデューティー比を一定に設定している。
これに対して、表６の例では、デューティー比を内側の
部分では0.7:0.3とし、外側に向かうにしたがって徐々
に0.5:0.5に近づくように設定している。

【００５１】

【表６】

【００５２】

【実施例２】実施例２は図４に対応する対物レンズであ
り、第１面の周辺部に透過率調整用回折構造が形成さ
れ、その内側には収差補正用回折構造が形成されてい
る。図９は対物レンズ５０とＤＶＤとを示し、図１０は
ＤＶＤの記録面上での諸収差を示す。また、図１１は対
物レンズ５０とＣＤとを示し、図１２はＣＤの記録面上
での諸収差を示す。

【００５３】実施例２の対物レンズ５０の具体的な数値
構成は表７に示されている。この対物レンズ５０の第１
面５０ａは、中心から第１６輪帯までが収差補正用の断
面鋸歯状の回折構造、第１７輪帯より外周に透過率調整
用回折構造が形成されている。なお、実施例２では、Ｄ
ＶＤとＣＤの保護層の厚さに基づく球面収差の変化は、
収差補正用回折構造により補正されるため、いずれのデ
ィスクの使用時にも対物レンズには平行光を入射させれ
ばよい。すなわち、光ディスク装置への適用の際には、
コリメートレンズの色収差を補正しておくことが望まれ
る。

【００５４】第１６輪帯までの第１面５０ａの輪帯の区
分を表８に示し、第１６輪帯までの第１面５０ａの巨視
的形状及び第２面５０ｂを規定する非球面係数を表９に
示す。

【００５５】

【表７】

【００５６】

【表８】Ｎ光軸からの距離Ｎ光軸からの距離 0 0.000 〜 0.436 9 1.241 〜 1.283 1 0.436 〜 0.689 10 1.283 〜 1.322 2 0.689 〜 0.833 11 1.322 〜 1.358 3 0.833 〜 0.936 12 1.358 〜 1.391 4 0.936 〜 1.017 13 1.391 〜 1.422 5 1.017 〜 1.085 14 1.422 〜 1.452 6 1.085 〜 1.143 15 1.452 〜 1.480 7 1.143 〜 1.195 16 1.480 〜 1.500 8 1.195 〜 1.241

【００５７】

【表９】収差補正用回折構造は、波長715nmにブレーズ化した回
折型レンズである。回折レンズ構造による光路長の付加
量は、光軸からの高さｈ、２次、４次、６次、８次、１
０次の光路差関数係数Ｐ2、Ｐ4、Ｐ6、Ｐ8、Ｐ10、ブレ
ーズ化波長λを用いて、 φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ²＋Ｐ4ｈ⁴＋Ｐ6ｈ⁶＋Ｐ8ｈ⁸＋Ｐ10
ｈ¹⁰）×λ により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことがで
きる。実際のレンズの微細形状は光路長の波長の整数倍
の成分を消去したフレネルレンズ状の光路長付加量φ'
を持つように決定する。

【００５８】φ'(ｈ)＝（MOD（P2h²＋P4h⁴＋P6h⁶＋…＋
Const，l）−Const）×λ 定数項Constは輪帯の境界位置の位相を設定する定数で
あり、０≦Const≦１の範囲で任意の数をとる。MOD
（X、Y）はXをYで割った剰余を与える関数である。MOD
（P2h²＋P4h⁴＋…＋Const，1）の値が0になるhの点が輪
帯の境になる。ベース形状の上に、φ'(ｈ)の光路差を
持つように、勾配、段差を設定する。

【００５９】実施例２における収差補正用回折構造を示
す各光路差関数係数の値は、以下の表１０に示されると
おりである。

【００６０】

【表１０】 P2 -2.3272 P4 -1.5269 P6 -5.5184×10^-1 P8 1.5292×10^-1 P10 -1.6178×10^-2 また、第１面５０ａの第０輪帯から第１６輪帯までの光
が入射する面は、輪帯の番号をＮとして、以下の表１１
に示す曲率半径ｒN、円錐係数κN、非球面係数A4N〜A12
N、ΔNをそれぞれ以下の非球面式に当てはめることによ
り定義される非球面として表される。

【００６１】Ｘ＝Ｃ_Nｈ²/(１+√(１-(１+κ_N)ＣN²ｈ²))
+Ａ4_Nｈ⁴+Ａ6_Nｈ⁶+Ａ8_Nｈ⁸+Ａ10_Nｈ¹⁰+Ａ12_Nｈ¹²+Δ_N

【００６２】

【表１１】ｒ_N ＝ 2.08970 ＋0.000467×Ｎ κ_N ＝-0.4400 A4_N ＝-7.000×10^-4＋1.5625×10^-6×Ｎ A6_N ＝ 1.000×10^-5 A8_N ＝-1.700×10^-4 A10_N ＝ 5.100×10^-5 A12_N ＝-1.280×10^-6＋1.8750×10^-8×Ｎ Δ_N ＝−0.001328×Ｎ第１面５０ａの第１７輪帯より外側の透過率調整用回折
構造の分岐点は実施例1の場合と同様に適当なデューテ
ィー比を選択し、最小輪帯幅が10μmを下回らない程度
の範囲で任意に設定できる。このとき、第１７輪帯以降
の透過率調整用回折構造の凸部を規定する第１面５０
ａ、及び凹部を規定する中間面５０ｃは、表１２の各係
数により規定される非球面により定義される。

【００６３】

【表１２】なお、上記の各実施例では、対物レンズのレンズ面上に
透過率調整用回折構造を形成する構成についてのみ説明
したが、対物レンズに隣接して平面板を配置し、その上
に透過率制御用回折構造を形成することも可能である。
この場合には、回折構造をリソグラフィー手法で作るこ
とができるため、切削によるよりもシャープなエッジ部
が作りやすい。また、対物レンズから離れた平面板上に
透過率調整用回折構造を形成すると、０次以外の回折光
が対物レンズの瞳等でけられてセンサーに戻るノイズ光
を削減することもできる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、対物レンズの周辺部に、波長に依存して透過率が変
化する透過率調整用回折構造を形成することにより、可
動絞り等の可動部品を別途設けることなく、記録密度の
異なるそれぞれの光ディスクに応じて波長を切り替える
ことにより、各光ディスクに適したＮＡを得ることがで
き、適正なサイズのスポットを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態にかかる光ディスク装置
の光学系を示すＤＶＤ使用時の説明図。

【図２】この発明の実施形態にかかる光ディスク装置
の光学系を示すＣＤ使用時の説明図。

【図３】この発明の第１の実施形態にかかる対物レン
ズの拡大図。

【図４】この発明の第２の実施形態にかかる対物レン
ズの拡大図。

【図５】この発明の実施例１を示すＤＶＤ使用時のレ
ンズ図。

【図６】図５の状態での球面収差、非点収差を示すグ
ラフ。

【図７】この発明の実施例１を示すＣＤ使用時のレン
ズ図。

【図８】図７の状態での球面収差、非点収差を示すグ
ラフ。

【図９】この発明の実施例２を示すＤＶＤ使用時のレ
ンズ図。

【図１０】図１０の状態での球面収差、非点収差を示
すグラフ。

【図１１】この発明の実施例２を示すＣＤ使用時のレ
ンズ図。

【図１２】図１１の状態での球面収差、非点収差を示
すグラフ。

【符号の説明】

１０光源部１１第１の半導体レーザー１２第２の半導体レーザー２０ビーム整形・分離プリズム３０対物レンズ３１屈折面３２透過率調整用回折構造４０信号検出系４４第１のセンサ４６第２のセンサ

フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 AA03 AA57 AA64 BA06 BA46 BB61 BC00 BC21 2H087 KA13 PA01 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA05 RA43 RA46 UA01 5D119 AA41 BA01 CA16 EC01 EC45 EC47 FA05 JA44 JA47 JB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長の比較的短い第１のレーザー光と波
長の比較的長い第２のレーザー光とを選択的に発する光
源部と、該光源部からのレーザー光を光ディスクの記録
面上に集光させる対物レンズとを備え、記録密度の異な
る少なくとも２種類の光ディスクに対して記録あるいは
再生が可能な光ディスク装置の光学系において、前記対物レンズの一つのレンズ面上の周辺部に、前記第
１のレーザー光に対する透過率が高く、前記第２のレー
ザー光に対する透過率が低くなるよう波長に依存して透
過率が変化する輪帯状の透過率調整用回折構造が形成さ
れ、前記透過率調整用回折構造は、対物レンズ半径方向
の断面において光軸にほぼ平行な段差を有し、光の通過
する面がレンズ面の巨視的な形状にほぼ一致する微細な
凹凸部分として形成され、前記周辺部は、前記対物レン
ズ射出後に記録密度の低い光ディスクに必要なＮＡに相
当する光が透過する領域より外側の領域として定義され
ることを特徴とする光ディスク装置の光学系。
【請求項２】前記透過率調整用回折構造は、凹凸部分
の段差による光路長差が前記第１のレーザー光に対して
は波長のほぼｐ倍(ｐは整数)になり、第２のレーザー光
に対しては(ｑ＋0.5)倍(ｑは整数)となることを特徴と
する請求項１に記載の光ディスク装置の光学系。
【請求項３】ｐ＝３，ｑ＝２であることを特徴とする
請求項２に記載の光ディスク装置の光学系。
【請求項４】前記第１のレーザー光の波長をλ１、前
記第２のレーザー光の波長をλ２としたときに、以下の
条件(１)を満足することを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の光ディスク装置の光学系。０．８１＜ λ１／λ２＜０．８５ …(１)
【請求項５】前記透過率調整用回折構造の凹部となる
輪帯の光が入射する面の面積Ｒ1と、これに隣接する凸
部となる輪帯の光が入射する面の面積Ｒ2との比率が、
前記周辺部のいずれかの領域について以下の条件(２)，
(３)のいずれかを満たすことを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の光ディスク装置の光学系。１．２＜Ｒ1／Ｒ2 ＜３．０ …(２) １．２＜Ｒ2／Ｒ1 ＜３．０ …(３)
【請求項６】前記透過率調整用回折構造の凹部となる
輪帯の光が入射する面の面積Ｒ1と、これに隣接する凸
部となる輪帯の光が入射する面の面積Ｒ2との比率が、
前記周辺部のレンズ半径方向の位置により異なることを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ディスク
装置の光学系。
【請求項７】前記透過率調整用回折構造の凹部となる
輪帯の光が入射する面の面積Ｒ1と、これに隣接する凸
部となる輪帯の光が入射する面の面積Ｒ2との差が、前
記周辺部内の内周側ほど大きく、外周に向かうにしたが
って、小さくなることを特徴とする請求項６に記載の光
ディスク装置の光学系。
【請求項８】前記透過率調整用回折構造の凹部となる
輪帯の光が入射する面の面積Ｒ1と、これに隣接する凸
部となる輪帯の光が入射する面の面積Ｒ2とが、前記周
辺部のいずれかの領域についてＲ1＜Ｒ2を満たすことを
特徴とする請求項６に記載の光ディスク装置の光学系。
【請求項９】前記透過率調整用回折構造が形成された
レンズ面の前記周辺部より内側は、レンズ半径方向の断
面が単一の曲線で表される屈折面であり、前記光源部
は、前記第１のレーザー光をほぼ平行光として、前記第
２のレーザー光を発散光として前記対物レンズに対して
入射させることを特徴とする請求項１に記載の光ディス
ク装置の光学系。
【請求項１０】前記透過率調整用回折構造が形成され
たレンズ面の前記周辺部より内側に、波長が長くなるに
したがって補正不足となる球面収差の波長依存性を前記
対物レンズに与える輪帯状の収差補正用回折構造が形成
され、該収差補正用回折構造は、レンズ半径方向の断面
が鋸歯状に形成され、前記光源部は、前記第１，第２の
レーザー光をいずれも前記対物レンズに対してほぼ平行
光として入射させることを特徴とする請求項１に記載の
光ディスク装置の光学系。
【請求項１１】正のパワーを有し、一方のレンズ面の
周辺部に、前記透過率調整用回折構造が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光ディスク装置の光
学系に用いられる対物レンズ。