JP3810051B2 - 光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種以上の光記録媒体に共用し得る信号記録再生用の対物レンズおよび光ピックアップ装置において、該光記録媒体への照射光が光記録媒体の種類に応じて互いに波長の異なる光とされている場合に、各光を対応する光記録媒体上に効率良く集束させることのできる対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、種々の光記録媒体が開発されており、複数種の光記録媒体を共用して記録、再生し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録、再生する装置が知られている。
【０００３】
ところで、このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば650nm程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤ−Ｒについては、可視光領域の光に対して感度を有さないため、780nm程度の近赤外光を使用する必要があり、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。
【０００４】
しかしながら、上述した例示における２つの光記録媒体においては両者のディスク厚が厳密に定められているため、再生または記録を行うための各波長の光に対し互いに異なる所定位置に確実に集束させる必要がある。
このような事情から、再生または記録を行う光記録媒体の種類に応じて、集束作用が互いに異なる２つの対物レンズを交換可能とするシステムが知られているが、これでは光ピックアップ装置の構造が複雑となり、コンパクト化および低廉化の要請にも反する。
【０００５】
一方、近年、回折光学素子や複数輪帯領域からなる多焦点レンズを光ピックアップ装置の対物レンズ部分に用いるものが知られている（特開平8-62493号公報、特開平9-145994号公報等）。
しかしながら、上記回折光学素子を用いたものでは、回折光学素子からの、記録再生に寄与しない異なる次数の光がノイズ光となってしまう。また、上記多焦点レンズを用いたものでは、そのときの記録再生に寄与する輪帯領域以外の輪帯領域を透過した光がノイズ光となってしまう。これらのノイズ光により記録再生におけるＳ/Ｎ比が劣化する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、光ピックアップ装置の構造を複雑にすることなく、２つの波長の光を各々、対応する厚みの光記録媒体の記録面に良好に集束させることができる、コンパクトかつ低廉で、Ｓ/Ｎ比が良好な光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光記録媒体用対物レンズは、光束中に配される、互いに接合された２枚構成の対物レンズであって、
該２枚のレンズは、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる材料により構成され、第１の記録媒体の記録再生に使用される波長λ１の光に対して下記条件式（１）を、第２の記録媒体の記録再生に使用される波長λ２の光に対して下記条件式（２）を、それぞれ満足するように構成され、かつ各レンズ面の形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されていることを特徴とするものである。
Ｎ１（λ１）≒ Ｎ２（λ１）・・・（１）
Ｎ１（λ２）≠ Ｎ２（λ２）・・・（２）
ただし、
Ｎ１（λ１）は第１レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ１（λ２）は第１レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ２（λ１）は第２レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ２（λ２）は第２レンズの波長λ２の光に対する屈折率
【０００８】
また、本発明の光記録媒体用対物レンズは、光束中に配される、隣接するレンズが互いに接合された３枚構成の対物レンズであって、
該３枚のレンズのうち、少なくとも該隣接するレンズは、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる材料により構成され、第１の記録媒体の記録再生に使用される波長λ１の光に対して下記条件式（３）を、第２の記録媒体の記録再生に使用される波長λ２の光に対して下記条件式（４）を、それぞれ満足するように構成され、かつ各レンズ面の形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されていることを特徴とするものである。
Ｎ１（λ１）≒ Ｎ２（λ１）および Ｎ２（λ１）≒ Ｎ３（λ１）・・・（３）
Ｎ１（λ２）≠ Ｎ２（λ２）および Ｎ２（λ２）≠ Ｎ３（λ２）・・・（４）
ただし、
Ｎ１（λ１）は第１レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ１（λ２）は第１レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ２（λ１）は第２レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ２（λ２）は第２レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ３（λ１）は第３レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ３（λ２）は第３レンズの波長λ２の光に対する屈折率
【０００９】
また、前記２枚のレンズの接合面を非球面とすることも可能である。
さらに、本発明の光ピックアップ装置は、上述した光記録媒体用対物レンズを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
まず、図１１を用いて本発明の実施形態に係る光記録媒体用対物レンズを用いた光ピックアップ装置について説明する。
【００１１】
この光ピックアップ装置では、ＬＤ電源１１Ａからの電力供給により半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃから出力されたレーザ光１２がハーフミラー１３により反射され、コリメータレンズ４により平行光とされ、対物レンズ５により集束光とされて光ディスク６の記録領域６Ｐ上に照射される。なお、半導体レーザ１１Ｂは、ＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）用の、波長780nm程度の近赤外域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１１Ｃは、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）用の、例えば波長650nmの可視域のレーザ光を出力する光源であり、ハーフミラー１１Ｄを介していずれかの半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃから出力されたレーザ光１２がハーフミラー１３に照射されるようになっている。また、ＬＤ電源１１Ａと半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃとの間には切替スイッチ１１Ｅが配されており、この切替スイッチ１１Ｅの操作によりいずれかの半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃに電力が供給されるようになっている。
【００１２】
上記記録領域６Ｐには信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域６Ｐからの上記レーザ光１２の再生反射光は信号情報を担持した状態で対物レンズ５およびコリメータレンズ４を介してハーフミラー１３に入射し、このハーフミラー１３を透過して４分割のフォトダイオード７に入射する。このフォトダイオード７では分割された４つのダイオード位置の各受光量を演算してデータ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得る。
【００１３】
なお、ハーフミラー１３は光ディスク６からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー１３を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード７上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ４は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃとハーフミラー１３との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００１４】
このように本実施形態の光ピックアップ装置では、ＣＤ−ＲとＤＶＤのいずれの光ディスク６についても信号の記録再生が可能となるように構成されている。なお、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤは共にＰＣ（ポリカーボネート）からなる保護板を有している。
【００１５】
ところで、上記ＣＤ−Ｒは幾何学的厚みが1.2 ｍｍに規格統一されており、屈折率が1.55のものが多く使用されている。また、上記ＤＶＤは幾何学的厚みが0.6 ｍｍ、屈折率が1.58のものが多く使用されているため、これらいずれの光ディスク６についても確実にフォーカシングをなすべく、記録再生を行うための各波長の光に対し互いに異なる集束作用を有する構成を設ける必要がある。
そこで、上記光ピックアップ装置においては、図１１に示す如く、波長による屈折率変化率の異なる複数枚のレンズ１、２を接合してなる、各波長に応じて集束位置が変化する対物レンズ５を設け、ＣＤ−ＲおよびＤＶＤの記録再生を共用することができるように構成している。
【００１６】
すなわち、ＤＶＤが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１１Ｃからの波長650nm（λ１）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＤＶＤの記録面上に集束せしめられることになる。
【００１７】
一方、ＣＤ−Ｒが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１１Ｂからの波長780nm（λ２）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＣＤ−Ｒの記録面上に集束せしめられることになる。
【００１８】
ここで対物レンズ５は、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる複数のレンズを有する複合レンズからなる。
以下、上述した対物レンズ５を実施例１〜５により具体的に説明する。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１＞
図１（Ａ）に示されるようにＤＶＤ６Ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、波長650nm（λ１）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＤＶＤ６Ａの記録面上に集束せしめられる。一方、図１（Ｂ）に示されるようにＣＤ−Ｒ６Ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、波長780nm（λ２）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＣＤ−Ｒ６Ｂの記録面上に集束せしめられる。
【００２０】
実施例１における対物レンズ５は、光源側から順に、光源側に非球面（下記非球面式で示される。以下の非球面においても同じである。）の凸面を向け、光集束側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ１と、光源側に凹面を向け、光集束側に略平面に近い非球面を向けた負のメニスカスレンズ２とを接合してなる。なお、接合面は球面である。対物レンズ５の表裏面を非球面で構成することにより収差補正の設計自由度および補正の効果を大幅に向上することが可能である。
【００２１】
【数１】
【００２２】
下記表１の上段には、実施例１に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
【００２３】
この表１から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１、２の屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00057と互いに極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.011とされている。これにより、波長λが650nmの光について両レンズ１、２の界面（接合面）における屈折は無視できる程度となるから、対物レンズ５全体としての球面収差を小さくするための設計において、この接合面の設計は、波長780nmの光のみを考慮して行なえばよいこととなる。すなわち、本実施例においては、対物レンズ５を構成する２つのレンズ１、２のレンズ硝材を巧妙に組み合わせることで、使用する２波長の光のうち一方の光のみに対するレンズ曲率の調整により球面収差の小さいＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ共用の対物レンズ５を構成するようにしている。
【００２４】
【表１】
【００２５】
また、上記表１の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表１の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００２６】
＜実施例２＞
実施例２における対物レンズ５は、図２に示されるように、光源側から順に、光源側に非球面の凸面を向け、光集束側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ２ａと、光源側に強い曲率の凸面を向け、光集束側に略平面に近い非球面を向けた正レンズ１ａとを接合してなる。なお、接合面は球面とされている。
【００２７】
表２の上段には、実施例２に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表２から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１ａ、２ａの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00057と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.011とされている。これによる作用効果は実施例１と略同様である。
【００２８】
【表２】
【００２９】
また、上記表２の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表２の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００３０】
＜実施例３＞
実施例３における対物レンズ５は、図３に示されるように、光源側から順に、光集束側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ１ｂと、光源側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ２ｂとを接合してなる。なお、接合面を含む全てのレンズ面は非球面とされている。
【００３１】
表３の上段には、実施例３に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表３から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１ｂ、２ｂの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00016と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.01以上の値とされている。これによる作用効果は実施例１と略同様である。
【００３２】
【表３】
【００３３】
また、上記表３の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表３の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００３４】
＜実施例４＞
実施例４における対物レンズ５は、図４に示されるように、光源側から順に、光源側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ２Ｃと、光源側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ１Ｃとを接合してなる。なお、接合面を含む全てのレンズ面は非球面とされている。
【００３５】
表４の上段には、実施例４に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表４から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１Ｃ、２Ｃの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00016と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.01以上の値とされている。これによる作用効果は、実施例１と略同様である。
【００３６】
【表４】
【００３７】
また、上記表４の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表４の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００３８】
＜実施例５＞
実施例５における対物レンズ５は、図５に示されるように、光源側から順に、光源側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ２ｄと、光源側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ１ｄと、光源側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ３ｄとを順に接合してなる。なお、対物レンズ５の両側面は非球面であり、接合面は球面である。
【００３９】
表５の上段には、実施例５に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表５から明らかなように、対物レンズを構成する３つのレンズ１ｄ、２ｄ３ｄの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対し接合されているレンズ同士の差が0.00016と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対しては、その差が0.01以上の値とされている。これによる作用効果は上記２枚構成の実施例の場合と略同様である。
【００４０】
【表５】
【００４１】
また、上記表５の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表５の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００４２】
図６〜１０は、それぞれ上記実施例１〜５の波面収差図を示すものであり、いずれの実施例においてもＤＶＤおよびＣＤ−Ｒがともに良好とされていることが明らかである。
なお、本発明の対物レンズとしては上述した実施形態のものに限られず種々の態様の変更が可能であり、レンズを形成する材料としては、例えばプラスチック材料を使用することができる。さらに、熱や光によって硬化する樹脂を用いれば、この樹脂を一方のレンズに貼付しつつ、所望の形状に成形することで、一方のレンズに接合する薄肉レンズを形成することが可能である。
【００４３】
また、レンズ接合面の形状を決定するにあたっては、波長が例えば780nm（λ２）の光に対してもＮＡ＝0.6 程度までの性能保証がなされれば、ＤＶＤとＣＤ−Ｒの明るさを調整するための特別の絞り（液晶シャッタや波長選択性のあるフィルタ等）は不要である。
また、本発明の光ピックアップ装置としても、記録、再生対象となる光記録媒体としてはＤＶＤとＣＤ−Ｒに限られず、使用波長域の仕様が互いに異なる２つの光記録媒体を共通の光ピックアップ装置で記録、再生する場合に適用できる。
【００４４】
また、上記実施形態に係る光ピックアップ装置は互いに異なる波長の光を出力する各光源を設けているが、これに代えて２つの異なる波長の光を出力し得る１つの光源を設けるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態のものではλ１を650nm、λ２を780nmとしているが、λ１を780nm、λ２を650nmとしても上記と同等の作用効果を得ることが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置によれば、該対物レンズを構成する隣接レンズが互いに屈折率変化率が異なる材料により構成され、波長λ１の光に対して屈折率が略同等となるように、かつ波長λ２の光に対して屈折率が相違するように構成され、かつ前記各レンズの形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されている。
すなわち、屈折率は光の波長によって変化するものであり、接合レンズまたは対向面が極めて近接したレンズの場合は、この接合面や対向面において光が屈折し、２つの波長に対してであっても、その収差が良好となるレンズ形状を見つけ出すことは極めて困難である。
【００４６】
そこで、本発明においては、一方の波長においてのみ、２つのレンズの屈折率が略同等となるようにレンズの形成材料を選択し、上記接合面における光の屈折による収差量の変動は、他方の波長のみを考慮すればよいことに着目し、この接合面の形状を選択することにより、２つの波長の光を各々、対応する厚みの光記録媒体の記録面に収差が良好に補正された状態で集束させることを可能としている。
したがって、従来の光記録媒体用対物レンズや光ピックアップ装置のように、収差を良好とするために、装置が大型化したり、その構造が複雑になったり、製造コストが高価になったりするおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図２】本発明の実施例２に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図３】本発明の実施例３に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図４】本発明の実施例４に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図５】本発明の実施例５に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図６】本発明の実施例１の波面収差を示す収差図
【図７】本発明の実施例２の波面収差を示す収差図
【図８】本発明の実施例３の波面収差を示す収差図
【図９】本発明の実施例４の波面収差を示す収差図
【図１０】本発明の実施例５の波面収差を示す収差図
【図１１】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す概略図
【符号の説明】
４ コリメータレンズ
５ 対物レンズ
６ 光ディスク
６Ａ ＤＶＤ
６Ｂ ＣＤ−Ｒ
６Ｐ 記録領域（記録面）
７ ４分割フォトダイオード
１１Ａ ＬＤ電源
１１Ｂ、１１Ｃ 半導体レーザ
１１Ｄ、１３ ハーフミラー
１１Ｅ 切替スイッチ
１２ レーザ光
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種以上の光記録媒体に共用し得る信号記録再生用の対物レンズおよび光ピックアップ装置において、該光記録媒体への照射光が光記録媒体の種類に応じて互いに波長の異なる光とされている場合に、各光を対応する光記録媒体上に効率良く集束させることのできる対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、種々の光記録媒体が開発されており、複数種の光記録媒体を共用して記録、再生し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録、再生する装置が知られている。
【０００３】
ところで、このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば650nm程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤ−Ｒについては、可視光領域の光に対して感度を有さないため、780nm程度の近赤外光を使用する必要があり、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。
【０００４】
しかしながら、上述した例示における２つの光記録媒体においては両者のディスク厚が厳密に定められているため、再生または記録を行うための各波長の光に対し互いに異なる所定位置に確実に集束させる必要がある。
このような事情から、再生または記録を行う光記録媒体の種類に応じて、集束作用が互いに異なる２つの対物レンズを交換可能とするシステムが知られているが、これでは光ピックアップ装置の構造が複雑となり、コンパクト化および低廉化の要請にも反する。
【０００５】
一方、近年、回折光学素子や複数輪帯領域からなる多焦点レンズを光ピックアップ装置の対物レンズ部分に用いるものが知られている（特開平8-62493号公報、特開平9-145994号公報等）。
しかしながら、上記回折光学素子を用いたものでは、回折光学素子からの、記録再生に寄与しない異なる次数の光がノイズ光となってしまう。また、上記多焦点レンズを用いたものでは、そのときの記録再生に寄与する輪帯領域以外の輪帯領域を透過した光がノイズ光となってしまう。これらのノイズ光により記録再生におけるＳ/Ｎ比が劣化する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、光ピックアップ装置の構造を複雑にすることなく、２つの波長の光を各々、対応する厚みの光記録媒体の記録面に良好に集束させることができる、コンパクトかつ低廉で、Ｓ/Ｎ比が良好な光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光記録媒体用対物レンズは、光束中に配される、互いに接合された２枚構成の対物レンズであって、
該２枚のレンズは、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる材料により構成され、第１の記録媒体の記録再生に使用される波長λ１の光に対して下記条件式（１）を、第２の記録媒体の記録再生に使用される波長λ２の光に対して下記条件式（２）を、それぞれ満足するように構成され、かつ各レンズ面の形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されていることを特徴とするものである。
Ｎ１（λ１）≒ Ｎ２（λ１）・・・（１）
Ｎ１（λ２）≠ Ｎ２（λ２）・・・（２）
ただし、
Ｎ１（λ１）は第１レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ１（λ２）は第１レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ２（λ１）は第２レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ２（λ２）は第２レンズの波長λ２の光に対する屈折率
【０００８】
また、本発明の光記録媒体用対物レンズは、光束中に配される、隣接するレンズが互いに接合された３枚構成の対物レンズであって、
該３枚のレンズのうち、少なくとも該隣接するレンズは、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる材料により構成され、第１の記録媒体の記録再生に使用される波長λ１の光に対して下記条件式（３）を、第２の記録媒体の記録再生に使用される波長λ２の光に対して下記条件式（４）を、それぞれ満足するように構成され、かつ各レンズ面の形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されていることを特徴とするものである。
Ｎ１（λ１）≒ Ｎ２（λ１）および Ｎ２（λ１）≒ Ｎ３（λ１）・・・（３）
Ｎ１（λ２）≠ Ｎ２（λ２）および Ｎ２（λ２）≠ Ｎ３（λ２）・・・（４）
ただし、
Ｎ１（λ１）は第１レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ１（λ２）は第１レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ２（λ１）は第２レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ２（λ２）は第２レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ３（λ１）は第３レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ３（λ２）は第３レンズの波長λ２の光に対する屈折率
【０００９】
また、前記２枚のレンズの接合面を非球面とすることも可能である。
さらに、本発明の光ピックアップ装置は、上述した光記録媒体用対物レンズを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
まず、図１１を用いて本発明の実施形態に係る光記録媒体用対物レンズを用いた光ピックアップ装置について説明する。
【００１１】
この光ピックアップ装置では、ＬＤ電源１１Ａからの電力供給により半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃから出力されたレーザ光１２がハーフミラー１３により反射され、コリメータレンズ４により平行光とされ、対物レンズ５により集束光とされて光ディスク６の記録領域６Ｐ上に照射される。なお、半導体レーザ１１Ｂは、ＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）用の、波長780nm程度の近赤外域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１１Ｃは、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）用の、例えば波長650nmの可視域のレーザ光を出力する光源であり、ハーフミラー１１Ｄを介していずれかの半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃから出力されたレーザ光１２がハーフミラー１３に照射されるようになっている。また、ＬＤ電源１１Ａと半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃとの間には切替スイッチ１１Ｅが配されており、この切替スイッチ１１Ｅの操作によりいずれかの半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃに電力が供給されるようになっている。
【００１２】
上記記録領域６Ｐには信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域６Ｐからの上記レーザ光１２の再生反射光は信号情報を担持した状態で対物レンズ５およびコリメータレンズ４を介してハーフミラー１３に入射し、このハーフミラー１３を透過して４分割のフォトダイオード７に入射する。このフォトダイオード７では分割された４つのダイオード位置の各受光量を演算してデータ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得る。
【００１３】
なお、ハーフミラー１３は光ディスク６からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー１３を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード７上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ４は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃとハーフミラー１３との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００１４】
このように本実施形態の光ピックアップ装置では、ＣＤ−ＲとＤＶＤのいずれの光ディスク６についても信号の記録再生が可能となるように構成されている。なお、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤは共にＰＣ（ポリカーボネート）からなる保護板を有している。
【００１５】
ところで、上記ＣＤ−Ｒは幾何学的厚みが1.2 ｍｍに規格統一されており、屈折率が1.55のものが多く使用されている。また、上記ＤＶＤは幾何学的厚みが0.6 ｍｍ、屈折率が1.58のものが多く使用されているため、これらいずれの光ディスク６についても確実にフォーカシングをなすべく、記録再生を行うための各波長の光に対し互いに異なる集束作用を有する構成を設ける必要がある。
そこで、上記光ピックアップ装置においては、図１１に示す如く、波長による屈折率変化率の異なる複数枚のレンズ１、２を接合してなる、各波長に応じて集束位置が変化する対物レンズ５を設け、ＣＤ−ＲおよびＤＶＤの記録再生を共用することができるように構成している。
【００１６】
すなわち、ＤＶＤが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１１Ｃからの波長650nm（λ１）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＤＶＤの記録面上に集束せしめられることになる。
【００１７】
一方、ＣＤ−Ｒが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１１Ｂからの波長780nm（λ２）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＣＤ−Ｒの記録面上に集束せしめられることになる。
【００１８】
ここで対物レンズ５は、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる複数のレンズを有する複合レンズからなる。
以下、上述した対物レンズ５を実施例１〜５により具体的に説明する。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１＞
図１（Ａ）に示されるようにＤＶＤ６Ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、波長650nm（λ１）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＤＶＤ６Ａの記録面上に集束せしめられる。一方、図１（Ｂ）に示されるようにＣＤ−Ｒ６Ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、波長780nm（λ２）のレーザ光１２が略平行光とされた状態で対物レンズ５に入射することになるが、入射するレーザ光１２は、この対物レンズ５によりＣＤ−Ｒ６Ｂの記録面上に集束せしめられる。
【００２０】
実施例１における対物レンズ５は、光源側から順に、光源側に非球面（下記非球面式で示される。以下の非球面においても同じである。）の凸面を向け、光集束側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ１と、光源側に凹面を向け、光集束側に略平面に近い非球面を向けた負のメニスカスレンズ２とを接合してなる。なお、接合面は球面である。対物レンズ５の表裏面を非球面で構成することにより収差補正の設計自由度および補正の効果を大幅に向上することが可能である。
【００２１】
【数１】
下記表１の上段には、実施例１に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
【００２３】
この表１から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１、２の屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00057と互いに極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.011とされている。これにより、波長λが650nmの光について両レンズ１、２の界面（接合面）における屈折は無視できる程度となるから、対物レンズ５全体としての球面収差を小さくするための設計において、この接合面の設計は、波長780nmの光のみを考慮して行なえばよいこととなる。すなわち、本実施例においては、対物レンズ５を構成する２つのレンズ１、２のレンズ硝材を巧妙に組み合わせることで、使用する２波長の光のうち一方の光のみに対するレンズ曲率の調整により球面収差の小さいＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ共用の対物レンズ５を構成するようにしている。
【００２４】
【表１】
また、上記表１の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表１の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００２６】
＜実施例２＞
実施例２における対物レンズ５は、図２に示されるように、光源側から順に、光源側に非球面の凸面を向け、光集束側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ２ａと、光源側に強い曲率の凸面を向け、光集束側に略平面に近い非球面を向けた正レンズ１ａとを接合してなる。なお、接合面は球面とされている。
【００２７】
表２の上段には、実施例２に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表２から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１ａ、２ａの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00057と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.011とされている。これによる作用効果は実施例１と略同様である。
【００２８】
【表２】
また、上記表２の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表２の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００３０】
＜実施例３＞
実施例３における対物レンズ５は、図３に示されるように、光源側から順に、光集束側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ１ｂと、光源側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ２ｂとを接合してなる。なお、接合面を含む全てのレンズ面は非球面とされている。
【００３１】
表３の上段には、実施例３に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表３から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１ｂ、２ｂの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00016と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.01以上の値とされている。これによる作用効果は実施例１と略同様である。
【００３２】
【表３】
また、上記表３の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表３の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００３４】
＜実施例４＞
実施例４における対物レンズ５は、図４に示されるように、光源側から順に、光源側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ２Ｃと、光源側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ１Ｃとを接合してなる。なお、接合面を含む全てのレンズ面は非球面とされている。
【００３５】
表４の上段には、実施例４に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表４から明らかなように、対物レンズを構成する２つのレンズ１Ｃ、２Ｃの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対しその差が0.00016と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対し0.01以上の値とされている。これによる作用効果は、実施例１と略同様である。
【００３６】
【表４】
また、上記表４の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表４の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００３８】
＜実施例５＞
実施例５における対物レンズ５は、図５に示されるように、光源側から順に、光源側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ２ｄと、光源側に曲率の強い凸面を向けた両凸レンズ１ｄと、光源側に凹面を向けた負のメニスカスレンズ３ｄとを順に接合してなる。なお、対物レンズ５の両側面は非球面であり、接合面は球面である。
【００３９】
表５の上段には、実施例５に係る対物レンズ５のレンズデータ（曲率半径Ｒ、面間隔Ｄおよびλ＝650nm、780nmに対する屈折率Ｎ）が示されている。
この表５から明らかなように、対物レンズを構成する３つのレンズ１ｄ、２ｄ３ｄの屈折率は、波長λが650nm（λ１）の光に対し接合されているレンズ同士の差が0.00016と極めて近似しているものの、波長λが780nm（λ２）の光に対しては、その差が0.01以上の値とされている。これによる作用効果は上記２枚構成の実施例の場合と略同様である。
【００４０】
【表５】
また、上記表５の中段には、各非球面の非球面係数が示されている。
さらに、表５の下段には、光記録媒体としてＤＶＤおよびＣＤ−Ｒをセットした各場合における、対物レンズ５の焦点距離、対物レンズ５への入射光束径および対物レンズ５の開口数の各値を示す。
【００４２】
図６〜１０は、それぞれ上記実施例１〜５の波面収差図を示すものであり、いずれの実施例においてもＤＶＤおよびＣＤ−Ｒがともに良好とされていることが明らかである。
なお、本発明の対物レンズとしては上述した実施形態のものに限られず種々の態様の変更が可能であり、レンズを形成する材料としては、例えばプラスチック材料を使用することができる。さらに、熱や光によって硬化する樹脂を用いれば、この樹脂を一方のレンズに貼付しつつ、所望の形状に成形することで、一方のレンズに接合する薄肉レンズを形成することが可能である。
【００４３】
また、レンズ接合面の形状を決定するにあたっては、波長が例えば780nm（λ２）の光に対してもＮＡ＝0.6 程度までの性能保証がなされれば、ＤＶＤとＣＤ−Ｒの明るさを調整するための特別の絞り（液晶シャッタや波長選択性のあるフィルタ等）は不要である。
また、本発明の光ピックアップ装置としても、記録、再生対象となる光記録媒体としてはＤＶＤとＣＤ−Ｒに限られず、使用波長域の仕様が互いに異なる２つの光記録媒体を共通の光ピックアップ装置で記録、再生する場合に適用できる。
【００４４】
また、上記実施形態に係る光ピックアップ装置は互いに異なる波長の光を出力する各光源を設けているが、これに代えて２つの異なる波長の光を出力し得る１つの光源を設けるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態のものではλ１を650nm、λ２を780nmとしているが、λ１を780nm、λ２を650nmとしても上記と同等の作用効果を得ることが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置によれば、該対物レンズを構成する隣接レンズが互いに屈折率変化率が異なる材料により構成され、波長λ１の光に対して屈折率が略同等となるように、かつ波長λ２の光に対して屈折率が相違するように構成され、かつ前記各レンズの形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されている。
すなわち、屈折率は光の波長によって変化するものであり、接合レンズまたは対向面が極めて近接したレンズの場合は、この接合面や対向面において光が屈折し、２つの波長に対してであっても、その収差が良好となるレンズ形状を見つけ出すことは極めて困難である。
【００４６】
そこで、本発明においては、一方の波長においてのみ、２つのレンズの屈折率が略同等となるようにレンズの形成材料を選択し、上記接合面における光の屈折による収差量の変動は、他方の波長のみを考慮すればよいことに着目し、この接合面の形状を選択することにより、２つの波長の光を各々、対応する厚みの光記録媒体の記録面に収差が良好に補正された状態で集束させることを可能としている。
したがって、従来の光記録媒体用対物レンズや光ピックアップ装置のように、収差を良好とするために、装置が大型化したり、その構造が複雑になったり、製造コストが高価になったりするおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図２】本発明の実施例２に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図３】本発明の実施例３に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図４】本発明の実施例４に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図５】本発明の実施例５に係る対物レンズをＤＶＤに用いた場合の様子を示す概略図（Ａ）およびＣＤ−Ｒに用いた場合の様子を示す概略図（Ｂ）
【図６】本発明の実施例１の波面収差を示す収差図
【図７】本発明の実施例２の波面収差を示す収差図
【図８】本発明の実施例３の波面収差を示す収差図
【図９】本発明の実施例４の波面収差を示す収差図
【図１０】本発明の実施例５の波面収差を示す収差図
【図１１】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す概略図
【符号の説明】
４ コリメータレンズ
５ 対物レンズ
６ 光ディスク
６Ａ ＤＶＤ
６Ｂ ＣＤ−Ｒ
６Ｐ 記録領域（記録面）
７ ４分割フォトダイオード
１１Ａ ＬＤ電源
１１Ｂ、１１Ｃ 半導体レーザ
１１Ｄ、１３ ハーフミラー
１１Ｅ 切替スイッチ
１２ レーザ光
Claims (4)
- 光束中に配される、互いに接合された２枚構成の対物レンズであって、
該２枚のレンズは、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる材料により構成され、第１の記録媒体の記録再生に使用される波長λ１の光に対して下記条件式（１）を、第２の記録媒体の記録再生に使用される波長λ２の光に対して下記条件式（２）を、それぞれ満足するように構成され、かつ前記各レンズの形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されていることを特徴とする光記録媒体用対物レンズ。
Ｎ１（λ１）≒ Ｎ２（λ１）・・・（１）
Ｎ１（λ２）≠ Ｎ２（λ２）・・・（２）
ただし、
Ｎ１（λ１）は第１レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ１（λ２）は第１レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ２（λ１）は第２レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ２（λ２）は第２レンズの波長λ２の光に対する屈折率 - 光束中に配される、隣接するレンズが互いに接合された３枚構成の対物レンズであって、
該３枚のレンズのうち、少なくとも該隣接するレンズは、波長に応じた屈折率変化率が互いに異なる材料により構成され、第１の記録媒体の記録再生に使用される波長λ１の光に対して下記条件式（３）を、第２の記録媒体の記録再生に使用される波長λ２の光に対して下記条件式（４）を、それぞれ満足するように構成され、かつ前記各レンズの形状が、対物レンズ全体として収差を抑制するように構成されていることを特徴とする光記録媒体用対物レンズ。
Ｎ１（λ１）≒ Ｎ２（λ１）および Ｎ２（λ１）≒ Ｎ３（λ１）・・・（３）
Ｎ１（λ２）≠ Ｎ２（λ２）および Ｎ２（λ２）≠ Ｎ３（λ２）・・・（４）
ただし、
Ｎ１（λ１）は第１レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ１（λ２）は第１レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ２（λ１）は第２レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ２（λ２）は第２レンズの波長λ２の光に対する屈折率
Ｎ３（λ１）は第３レンズの波長λ１の光に対する屈折率
Ｎ３（λ２）は第３レンズの波長λ２の光に対する屈折率 - 前記２枚のレンズの接合面が非球面とされていることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体用対物レンズ。
- 請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光記録媒体用対物レンズを備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
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