JP4081857B2 - 光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等の光ディスクの記録又は再生に適する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
０．６ｍｍの厚みの透明基板を有するＤＶＤと１．２ｍｍの厚みの透明基板を有するＣＤを一つの対物レンズによって記録又は再生する光学装置が提案されている（特開平９−４３５１０、特開平９−８１９５３）。
【０００３】
特開平９−４３５１０の装置では、レーザ光源と対物レンズとの間にレーザ光源からの光の発散角を変換する発散角変換レンズを設け、ＤＶＤ、ＣＤを記録又は再生する際、透明基板の厚みに応じて発散角変換レンズを光軸に沿って移動させて収差を補正している。
【０００４】
特開平９−８１９５３の装置では、ＤＶＤ、ＣＤ兼用の有限系対物レンズを使用して、ＤＶＤ、ＣＤを記録又は再生する際、透明基板の厚みに応じてレーザ光源を光軸に沿って移動させて収差補正している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前者の装置では、ＤＶＤの記録又は再生からＣＤの記録又は再生に切り替える際、発散角変換レンズを光軸に沿って移動させれば、軸上の収差特性特に球面収差についてはほぼ０（ゼロ）にできる。しかし、発散角変換レンズを移動させるための機構を備えなければならず、さらに、軸外の特性、特に軸外コマ収差については記録又は再生にとって不充分であった。
【０００６】
後者の装置では、ＤＶＤの記録又は再生からＣＤの記録又は再生に切り替える際、光源を光軸に沿って移動させ物像間距離を変化させることにより、軸上の収差特性、特に球面収差についてはほぼ０（ゼロ）にできる。しかし、物像間距離を変化させるための機構を備えなければならず、さらに、軸外の特性、特に軸外コマ収差については記録又は再生にとって不充分であった。
【０００７】
上記の従来例では、軸外のコマ収差が大きいので、光源、対物レンズ等が光軸からの傾いたとき又は軸ずれが生じたときの光学性能の劣化が激しいため、光学装置を組み立てる際、対物レンズ等の位置決めに高精度を要求され、生産性が悪い。さらに、対物レンズ等の位置決めに高精度を要求されるのでレンズや光源を移動させるための機構（移動機構）の摩耗等による対物レンズ等が光軸からの傾き又は軸ずれが生じたときの光学性能の経年変化的な劣化が生じる。
【０００８】
また、軸外コマ収差が大きいので、実際に光学装置を作動させる際、対物レンズのオートフォーカス駆動による対物レンズの位置決め、特に軸ずれに対し許容範囲が狭くなり、そのため、光学性能の劣化が生じる。また、移動機構を備えるため、小型化、軽量化が困難である。
【０００９】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、異なる透明基板の厚みを有する光ディスクの記録又は再生する場合であっても、移動機構を備える必要がなく、そのため、小型化、軽量化が達成でき、生産性に優れ、さらに、光源、レンズ等の傾きの経年変化又は軸ずれの経年変化が少なく、かつ、収差特性が良好な光学装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の光源と、第２の光源と、前記第１の光源からの光及び前記第２の光源からの光を光ディスクの透明基板を通して前記光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズと、前記情報記録面からの反射光を前記対物レンズを透過して受光する受光素子と、前記第２の光源と前記対物レンズとの間に配された補助レンズとを備える光学装置において、前記光ディスクは、前記透明基板の厚みが異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクのいずれかが配置され、前記第１の光ディスクの情報記録面には前記第１の光源からの光を前記対物レンズ、前記第１の光ディスクの透明基板の順に透過させて集光させるとともに、前記第１の光ディスクの情報記録面からの反射光を前記第１の光ディスクの透明基板、前記対物レンズの順に透過させて前記受光素子で受光させ、前記第２の光ディスクの情報記録面には第２の光源からの光を前記補助レンズ、前記対物レンズ、前記第２の光ディスクの透明基板の順に透過させて集光させるとともに、前記第２の光ディスクの情報記録面からの反射光を前記第２の光ディスクの透明基板、前記対物レンズ、前記補助レンズの順に透過させて前記受光素子で受光させる光学装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光学装置は、複数の光源を有し、第１の光ディスク透明基板の厚みに対しては、第１の光源からの光に対して対物レンズの収差特性を軸外、軸上ともに最適化する。また、第２の光ディスク透明基板の厚みに対しては、第２の光源からの光に対して、第２の光源と対物レンズとの間に配された補助レンズを用いて該補助レンズと対物レンズとの組合せの収差特性を軸上、軸外ともに最適化する。このように光学系を構成して、透明基板の厚みの異なる光ディスクの記録又は再生を可能としている。
【００１３】
図１は、本発明の光学装置の一実施例を示す構成図である。図１において、１は第１の光源、２は光学媒体（ハーフミラー）、３は対物レンズ、４は第２の光源、５は補助レンズ、６は第１の光ディスク、６ａは第１の光ディスク６の透明基板（以下、第１の透明基板という）、６ｂは第１の光ディスク６の情報記録面（以下、第１の情報記録面という）、７は第２の光ディスク、７ａは第２の光ディスク７の透明基板（以下、第２の透明基板という）、７ｂは第２の光ディスク７の情報記録面（以下、第２の情報記録面という）、９は絞り、１１は第１の受光素子、１２は第１の受光素子１１用光学媒体、２１は第２の受光素子、２２は第２の受光素子２１用光学媒体、Ｓ２は第２の光源から補助レンズ５の第２の光源側の面（第１面）までの光軸上の距離、Ｓ３は補助レンズ５の光ディスク側の面（第２面）から対物レンズ３までの光軸上の距離である。なお、以下の説明において、特に記載のない場合、距離、間隔、長さ、厚み等寸法の単位はｍｍとする。
【００１４】
図１の光学装置では、第１の光源１を使用する場合の対物レンズ３の開口数が、第２の光源４を使用する場合の対物レンズ３の開口数より小さい。
【００１５】
また、図２は、図１とは別の実施例を示す構成図であり、図２におけるＳ１は第１の光源１から対物レンズ３の第１の光源１側の面（第１面）までの光軸上の距離である。
【００１６】
図１、２において、第１の光源１からの光は、順に第１の受光素子１１用光学媒体１２、光学媒体２、対物レンズ３を介して第１の情報記録面６ｂに導かれ収束する。第２の光源４からの光は、順に第２の受光素子２１用光学媒体２２、補助レンズ５、光学媒体２、対物レンズ３を介して第２の情報記録面７ｂに導かれ収束する。すなわち、本発明の光学装置の光学系は全体で有限系の光学系を構成する。
【００１７】
また、第１の情報記録面６ｂと第２の情報記録面７ｂにはデジタル信号を表すマークが記録されている。このマークにより表される１ビットの寸法が数μｍ以下の場合には精確な記録又は再生を行うために、本発明の光学装置の光学系が回折限界性能を有することが好ましい。
【００１８】
第１の光源１と第２の光源４とは、例えばレーザ光源等が挙げられ、レーザ光源としては例えばＣＤ用に波長７８０ｎｍのレーザ光源、ＤＶＤ用に波長６５０ｎｍのレーザ光源等が挙げられる。なお、第１の光源１と第２の光源４のレーザ光の波長は同一であってもよい。同一の波長の光源の例として、ＣＤ用、ＤＶＤ用ともに波長６５０ｎｍのレーザ光源が挙げられる。なお、光源の波長については、上述した６５０ｎｍ、７８０ｎｍに限定されない。
【００１９】
本発明では、第１の透明基板６ａの厚みに対して、第１の光源１からの光が第１の情報記録面６ｂに良好に収束するように対物レンズ３が最適化されている。換言すると、対物レンズ３は、第１の光源１の波長、物像間距離及び第１の透明基板６ａの厚みに対して適正に収差が補正されており、第１の光源１を使用して第１の光ディスク６の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。
【００２０】
さらに、第２の透明基板７ａの厚みに対して、第２の光源４からの光が第２の情報記録面７ｂに良好に収束するように補助レンズ５と対物レンズ３との組合せが最適化されている。換言すると、補助レンズ５と対物レンズ３との組合せは、第２の光源４の波長、物像間距離及び第２の透明基板７ａの厚みに対して適正に収差が補正されており、第２の光源４を使用して第２の光ディスク７の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。このようにして、透明基板厚の異なる第１の光ディスク６と第２の光ディスク７との記録又は再生を良好にする。補助レンズ５は、対物レンズ３と組合せて用いたときに収差が最適になるよう設定されている。なお、上記収差特性には透明基板の厚みのみならず、透明基板の屈折率もわずかながら影響する。
【００２１】
光ディスク用の光学装置における光学系において一般に、収差、特に３次の球面収差が生じる。本発明における上述した最適化については、光源からの光の波長をλとする場合、光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する際、軸上の３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０３λ以下となるようにし、かつ、像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ以下となるようにすることが好ましい。
【００２２】
３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０３λ以下の場合には０．０３λ超の場合と比較して記録又は再生精度が０．１％〜数％以上向上する。３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値のより好ましい範囲は０．０１λ以下であり、この場合には３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０１λ超の場合と比較して記録再生精度が０．５％〜数％以上向上する。なお、３次の球面収差ＲＭＳ値の符号については、波面の位相に関して光軸上の位相より周辺の位相の方が進んでいるときを正、遅れているときを負とする。
【００２３】
像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ以下の場合には０．０３λ超の場合と比較して、光源、補助レンズ、対物レンズ又は光ディスクの、光軸からの傾き又は軸ずれに対する許容範囲が０．１％〜数％以上拡大する。像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差のより好ましい範囲は０．０１λ以下であり、この場合には０．０１λ超の場合と比較してこの許容範囲が０．５％〜数％以上拡大する。
【００２４】
対物レンズ３は有限系のレンズであり、同様に補助レンズ５と対物レンズ３との組合せで有限系のレンズを構成する。光ディスクからみて有限の距離範囲に位置する光源の光を光ディスクの情報記録面に収束させるためである。
【００２５】
本発明では、透明基板の厚みが異なる第１の光ディスク６と第２の光ディスク７のそれぞれの情報記録面のデータを記録又は再生する場合、第１の透明基板６ａの厚みをｔ１、第２の透明基板７ａの厚みをｔ２とするとき、ｔ１＞ｔ２であることが好ましい。この条件を満足する場合には、補助レンズ５について、４次以下の低次の非球面係数で収差補正ができる。したがって、補助レンズ５の形状が複雑になりすぎないため、加工が困難にならず、生産性の向上が図れる。
【００２６】
また、第１の光源１と第１の透明基板６ａとの組合せに対応する、対物レンズ３の横倍率をβ１、第２の光源４と第２の透明基板７ａとの組合せに対応する、対物レンズ３と補助レンズ５からなる横倍率をβ２とするとき、下記（Ａ）と下記（Ｂ）とのいずれか一方又は両方の条件を満足することが好ましい。
（Ａ）０．０５≦｜β１｜≦０．３、
（Ｂ）０．０５≦｜β２｜≦０．３。
【００２７】
０．０５≦｜β１｜、又は、０．０５≦｜β２｜を満足しない場合には、物像間距離が長くなりすぎ、光学装置の小型化が困難となり好ましくない。
また、｜β１｜≦０．３、又は、｜β２｜≦０．３を満足しない場合には、収差補正が困難となり好ましくない。
【００２８】
また、第２の光源から補助レンズ５の第２の光源側の面までの光軸上の距離であるＳ２について、８ｍｍ≦Ｓ２≦２５ｍｍであることが好ましい。Ｓ２が８ｍｍ未満であると収差補正が困難となり好ましくなく、Ｓ２が２５ｍｍ超であると光学装置の小型化が困難となり好ましくない。
【００２９】
また、図３は、図１とは別の実施例を示す構成図であり、第１の光源１を使用する開口数が、第２の光源４を使用する開口数より大きい場合の光路を表している。図３の光学装置は、図１の光学装置と第１の光源１、第２の光源４、光学媒体２、補助レンズ５、対物レンズ３の配置が同様である。また、図３では、絞り９、第１の受光素子１１、第１の受光素子１１用光学媒体１２、第２の受光素子２１、第２の受光素子２１用光学媒体２２が省略されて図示されており、これらが図１と同様の箇所に設けられることが好ましい。
【００３０】
また、光学媒体２、第１の受光素子１１用光学媒体１２及び第２の受光素子２１用光学媒体２２の例として、例えばハーフミラー等が挙げられる。図１、２、３では光学媒体２としてハーフミラーを使用している。図１において、第１の光源１からの光はハーフミラー（光学媒体２）により反射されて対物レンズ３に照射され、第２の光源４からの光は補助レンズ５を透過後、ハーフミラーを透過して対物レンズ３に照射される。
【００３１】
光学媒体２は必要に応じて設けられるものであり、図１、３において、光学媒体２を設けずに、第１の光源１からの光が直接対物レンズ３に照射されるような位置に第１の光源１を配してもよい。また、図２において、光学媒体２を設けずに、第２の光源４からの光が補助レンズ５を透過後、対物レンズ３に照射されるような位置に第２の光源４と補助レンズ５とを配してもよい。光学媒体２が設けられる場合には、光学媒体２はハーフミラーに限定されず、プリズム等であってもよい。
【００３２】
また、図１、２では、第１の受光素子１１用光学媒体１２と第２の受光素子２１用光学媒体２２にハーフミラーを使用し、このハーフミラーの反射光を受光素子に照射して、光ディスクの情報記録面のデータを読み込んでいる。しかし、第１の受光素子１１用光学媒体１２と第２の受光素子２１用光学媒体２２とはハーフミラーに限定されない。また、光ディスクの情報記録面のデータを受光素子に読み込む手段は図１、２に示す手段に限定されない。
【００３３】
絞り９は開口数（ＮＡ）を変化させる機能を有する。絞り９を設ける理由は、記録又は再生の際、第１の光ディスク６に使用される開口数と第２の光ディスク７に使用される開口数とが異なる場合、絞り９により開口数を調整するためである。第１の光ディスク６に使用される開口数と第２の光ディスク７に使用される開口数とが同じである場合には絞り９は通常不要である。絞り９には、機械的絞り、光学的絞りがあり、特に限定されない。
【００３４】
対物レンズ３は有限系レンズが使用できる。ただし、有限系対物レンズは無限系として設計され有限系としても使用できる対物レンズを含むものとする。
【００３５】
図１、２、３では、対物レンズ３、補助レンズ５をそれぞれ１個のレンズによって構成しているが、これに限定されず、対物レンズ３、補助レンズ５をそれぞれ複数個のレンズ群によって構成してもよい。
【００３６】
以上２種類の光ディスクの記録又は再生について述べたが、これに限定されず、３種類以上の異なる透明基板の厚みの光ディスクを記録又は再生の対象としてもよい。また、本発明における光ディスクは、ＤＶＤ、ＣＤに限定されず、他の種類の光ディスクであってもよい。
【００３７】
本発明において、異なる２種以上の光ディスクを記録又は再生する場合、同波長の２つの光源を使用し、光ディスクごとに光の波長を変化させなくてもよく、複数の光源を使用し光の波長を光ディスクごとに変化させてもよい。
【００３８】
補助レンズ５及び対物レンズ３には材料として合成樹脂を通常使用する。しかし、合成樹脂に限定されず、ガラスを用いてもよい。また、本発明の光学装置は、対物レンズのオートフォーカス駆動を必要に応じて備えてもよい。
【００３９】
本発明の光学装置における光学設計手順の一例について説明する。最初に、第１の光源１の使用を前提とし、第１の透明基板６ａの厚みに対して軸上球面収差及び軸外コマ収差ができるだけ小さくなるよう対物レンズ３を設計する。
【００４０】
次に、第２の光源４の使用を前提とし、第２の透明基板７ａの厚みに対して、補助レンズ５と対物レンズ３とを組合せたときに、軸上球面収差及び軸外コマ収差ができるだけ小さくなるように補助レンズ５を設計する。
【００４１】
この手順で光学装置の設計を行い、光源を切り替えることで、光ディスクとして複数の厚みの異なる透明基板に対して、球面収差、コマ収差が良好に補正された状態で光ディスクの記録又は再生が可能となる。
【００４２】
【実施例】
「例１」
例１は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＞ｔ２である場合の実施例である。
第１の光ディスク６としてＣＤを用い、第２の光ディスク７としてＤＶＤを用いることとし、ＣＤ、ＤＶＤの記録又は再生を前提とし、図１に示す光学装置を製作した。
【００４３】
第１の光源１は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。第１の光源１の光をハーフミラー（光学媒体２）で反射させ対物レンズ３を透過後、ＣＤの情報記録面に集光させた。
【００４４】
第２の光源４は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。補助レンズ５と対物レンズ３とで有限系のレンズを構成するように補助レンズ５の仕様を設定した。第２の光源４からの光を補助レンズ５、ハーフミラー（光学媒体２）、対物レンズ３の順に透過させてＤＶＤの情報記録面に集光させた。
【００４５】
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡを０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズをＮＡ０．３８に絞って用いる。
【００４６】
表１に、この対物レンズ３の諸数値、各係数を示す。表１において、ｆは焦点距離、Ｌは第１の光源１から第１の情報記録面６ｂまでの距離（物像間距離）、Ｐは対物レンズ３のＣＤ側の面とＣＤの対物レンズ３側の面との距離（作動距離）、ｄは対物レンズ３の中心厚、ｎは対物レンズ３の屈折率である。対物レンズ３の非球面形状は、数１で表す。
【００４７】
なお、数１において、ｉは２，４，６，８，１０であり、ｊは１，２であり、ｈは光軸からの高さであり、ｚｊは第ｊ面非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さｈの点までの距離であり、ｒｊ，ｋｊ，ａｉ，ｊは第ｊ面の各係数である。
【００４８】
【数１】
【００４９】
【表１】
【００５０】
補助レンズ５の設計は次のように行った。
表１の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系が、光ディスクの透明基板の厚みが０．６ｍｍ（ＤＶＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有するように、補助レンズ５を設計した。表１の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系のＮＡは０．６０に設定した。表２に、この補助レンズ５の諸特性、各係数を示す。
【００５１】
表２において、Ｐは対物レンズ３のＤＶＤ側の面とＤＶＤの対物レンズ３側の面との距離（作動距離）、ｄは補助レンズの中心厚、ｎは補助レンズ５の屈折率である。また、補助レンズ５の非球面形状も対物レンズ３と同様に数１で表す。
【００５２】
図４にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。図４において実線はすべての種類の収差を含む波面収差を示す。また、破線は軸外波面収差のうちの軸外コマ収差のみを示す。また図５にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。実線、破線の意味は図４と同様である。なお、以下の収差特性図においても実線、破線の意味は図４と同様とする。各実施例についての収差特性図及び後述する表９の収差の値はすべて計算値である。
【００５３】
３次の球面収差のＲＭＳ値（計算値）、像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差のＲＭＳ値（計算値）については、表９に示し、例２〜４のものについても同様に示す。表９において、例１、３、４のＤＶＤ用光学系は、対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系であり、例２のＣＤ用光学系は、対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系である。
【００５４】
また、例１の光学系の横倍率、対物レンズ３の有効径（光が通過する範囲の最大径）については、表１０に示し、例２〜４についても同様に示した。
【００５５】
プラスチックを射出成形して、例１に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例１の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００５６】
【表２】
【００５７】
「例２」
例２は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＜ｔ２である場合の実施例である。
第１の光ディスク６としてＤＶＤを用い、第２の光ディスク７としてＣＤを用いることとし、ＣＤ、ＤＶＤの記録又は再生を前提とし、図３に示す光学装置を製作した。
【００５８】
第１の光源１は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。第１の光源１の光をハーフミラー（光学媒体２）で反射させ対物レンズ３を透過後、ＤＶＤの情報記録面に集光させた。
【００５９】
第２の光源４は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。補助レンズ５と対物レンズ３とで有限系のレンズを構成するように補助レンズ５の仕様を設定した。第２の光源４からの光を補助レンズ５、ハーフミラー（光学媒体２）、対物レンズ３の順に透過させてＣＤの情報記録面に集光させた。
【００６０】
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが０．６ｍｍ（ＤＶＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡ０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。
【００６１】
ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズ３と組合せて最適化される補助レンズ５を設け、この対物レンズをＮＡ０．３８に絞って用いる。絞り径が可変の絞りは光学媒体２と対物レンズ３との間に設けた。また、例１と同様、非球面形状は、数１で表すこととし、諸数値、各係数を表３に示す。
【００６２】
【表３】
【００６３】
補助レンズの設計は次のように行った。
表３の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系が、光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有するように、補助レンズ５を設計した。表３の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系のＮＡは０．３８に設定した。表４に、この補助レンズ５の諸特性、各係数を示す。
【００６４】
表４において、Ｐは対物レンズ３のＣＤ側の面とＣＤの対物レンズ３側の面との距離（作動距離）、ｄは補助レンズ５の中心厚、ｎは補助レンズ５の屈折率である。また、補助レンズ５の非球面形状も対物レンズ３と同様に数１で表す。
【００６５】
図６にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また、図７にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。
【００６６】
プラスチックを射出成形して、例２に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例２の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００６７】
【表４】
【００６８】
「例３」
例３は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＞ｔ２である場合の実施例である。
第１の光源１の波長を７８０ｎｍに変更し、第２の光源４の波長を６５０ｎｍに変更して、さらに、対物レンズ３の仕様及び補助レンズ５の仕様を変更する以外は、例１と同様の仕様とした光学装置を製作した。
【００６９】
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡ０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズをＮＡ０．４５に絞って用いる。対物レンズ３の非球面形状は、数１で表すこととし、諸数値、各係数を表５に示す。
【００７０】
【表５】
【００７１】
補助レンズ５の非球面形状は、数１で表すこととし、表６に諸特性、各係数を示す。図８にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また、図９にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。
【００７２】
プラスチックを射出成形して、例３に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例３の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００７３】
【表６】
【００７４】
「例４」
例４は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＞ｔ２である場合の実施例である。
対物レンズ３の仕様及び補助レンズ５の仕様を変更する以外は、例３と同様の仕様とした光学装置を製作した。
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡ０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズをＮＡ０．４５に絞って用いる。対物レンズ３の非球面形状は、数１で表すこととし、諸数値、各係数を表７に示す。
【００７５】
【表７】
【００７６】
補助レンズ５の非球面形状は、数１で表すこととし、表８に諸特性、各係数を示す。図１０にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また、図１１にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。
【００７７】
プラスチックを射出成形して、例４に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例４の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００７８】
【表８】
【００７９】
【表９】
【００８０】
【表１０】
【００８１】
【発明の効果】
本発明の光学装置は、光源２個、対物レンズ１個及び補助レンズ１個で製作でき、光源又はレンズを移動させる必要がないため、移動機構を備える必要がなく、小型化、軽量化が達成でき、生産性に優れる。
【００８２】
さらに、本発明の光学装置は、光源やレンズの、光軸からの傾きの経年変化又は軸ずれの経年変化が少なく、かつ、軸上及び軸外の収差が良好であり、高精度化が容易となって、光学性能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学装置の一実施例を示す構成図
【図２】図１とは別の実施例を示す構成図
【図３】図１とは別の実施例を示す構成図
【図４】例１のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図５】例１のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図６】例２のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図７】例２のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図８】例３のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図９】例３のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図１０】例４のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図１１】例４のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【符号の説明】
１：第１の光源
２：光学媒体
３：対物レンズ
４：第２の光源
５：補助レンズ
６：第１の光ディスク
６ａ：第１の光ディスク６の透明基板（第１の透明基板）
６ｂ：第１の光ディスク６の情報記録面（第１の情報記録面）
７：第２の光ディスク
７ａ：第２の光ディスク７の透明基板（第２の透明基板）
７ｂ：第２の光ディスク７の情報記録面（第２の情報記録面）
９：絞り
１１：第１の受光素子
１２：第１の受光素子１１用光学媒体
２１：第２の受光素子
２２：第２の受光素子２１用光学媒体
Ｓ２：第２の光源から補助レンズ５の第２の光源側の面（第１面）までの光軸上の距離
Ｓ３：補助レンズ５の光ディスク側の面（第２面）から対物レンズ３までの光軸上の距離
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等の光ディスクの記録又は再生に適する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
０．６ｍｍの厚みの透明基板を有するＤＶＤと１．２ｍｍの厚みの透明基板を有するＣＤを一つの対物レンズによって記録又は再生する光学装置が提案されている（特開平９−４３５１０、特開平９−８１９５３）。
【０００３】
特開平９−４３５１０の装置では、レーザ光源と対物レンズとの間にレーザ光源からの光の発散角を変換する発散角変換レンズを設け、ＤＶＤ、ＣＤを記録又は再生する際、透明基板の厚みに応じて発散角変換レンズを光軸に沿って移動させて収差を補正している。
【０００４】
特開平９−８１９５３の装置では、ＤＶＤ、ＣＤ兼用の有限系対物レンズを使用して、ＤＶＤ、ＣＤを記録又は再生する際、透明基板の厚みに応じてレーザ光源を光軸に沿って移動させて収差補正している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前者の装置では、ＤＶＤの記録又は再生からＣＤの記録又は再生に切り替える際、発散角変換レンズを光軸に沿って移動させれば、軸上の収差特性特に球面収差についてはほぼ０（ゼロ）にできる。しかし、発散角変換レンズを移動させるための機構を備えなければならず、さらに、軸外の特性、特に軸外コマ収差については記録又は再生にとって不充分であった。
【０００６】
後者の装置では、ＤＶＤの記録又は再生からＣＤの記録又は再生に切り替える際、光源を光軸に沿って移動させ物像間距離を変化させることにより、軸上の収差特性、特に球面収差についてはほぼ０（ゼロ）にできる。しかし、物像間距離を変化させるための機構を備えなければならず、さらに、軸外の特性、特に軸外コマ収差については記録又は再生にとって不充分であった。
【０００７】
上記の従来例では、軸外のコマ収差が大きいので、光源、対物レンズ等が光軸からの傾いたとき又は軸ずれが生じたときの光学性能の劣化が激しいため、光学装置を組み立てる際、対物レンズ等の位置決めに高精度を要求され、生産性が悪い。さらに、対物レンズ等の位置決めに高精度を要求されるのでレンズや光源を移動させるための機構（移動機構）の摩耗等による対物レンズ等が光軸からの傾き又は軸ずれが生じたときの光学性能の経年変化的な劣化が生じる。
【０００８】
また、軸外コマ収差が大きいので、実際に光学装置を作動させる際、対物レンズのオートフォーカス駆動による対物レンズの位置決め、特に軸ずれに対し許容範囲が狭くなり、そのため、光学性能の劣化が生じる。また、移動機構を備えるため、小型化、軽量化が困難である。
【０００９】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、異なる透明基板の厚みを有する光ディスクの記録又は再生する場合であっても、移動機構を備える必要がなく、そのため、小型化、軽量化が達成でき、生産性に優れ、さらに、光源、レンズ等の傾きの経年変化又は軸ずれの経年変化が少なく、かつ、収差特性が良好な光学装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の光源と、第２の光源と、前記第１の光源からの光及び前記第２の光源からの光を光ディスクの透明基板を通して前記光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズと、前記情報記録面からの反射光を前記対物レンズを透過して受光する受光素子と、前記第２の光源と前記対物レンズとの間に配された補助レンズとを備える光学装置において、前記光ディスクは、前記透明基板の厚みが異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクのいずれかが配置され、前記第１の光ディスクの情報記録面には前記第１の光源からの光を前記対物レンズ、前記第１の光ディスクの透明基板の順に透過させて集光させるとともに、前記第１の光ディスクの情報記録面からの反射光を前記第１の光ディスクの透明基板、前記対物レンズの順に透過させて前記受光素子で受光させ、前記第２の光ディスクの情報記録面には第２の光源からの光を前記補助レンズ、前記対物レンズ、前記第２の光ディスクの透明基板の順に透過させて集光させるとともに、前記第２の光ディスクの情報記録面からの反射光を前記第２の光ディスクの透明基板、前記対物レンズ、前記補助レンズの順に透過させて前記受光素子で受光させる光学装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光学装置は、複数の光源を有し、第１の光ディスク透明基板の厚みに対しては、第１の光源からの光に対して対物レンズの収差特性を軸外、軸上ともに最適化する。また、第２の光ディスク透明基板の厚みに対しては、第２の光源からの光に対して、第２の光源と対物レンズとの間に配された補助レンズを用いて該補助レンズと対物レンズとの組合せの収差特性を軸上、軸外ともに最適化する。このように光学系を構成して、透明基板の厚みの異なる光ディスクの記録又は再生を可能としている。
【００１３】
図１は、本発明の光学装置の一実施例を示す構成図である。図１において、１は第１の光源、２は光学媒体（ハーフミラー）、３は対物レンズ、４は第２の光源、５は補助レンズ、６は第１の光ディスク、６ａは第１の光ディスク６の透明基板（以下、第１の透明基板という）、６ｂは第１の光ディスク６の情報記録面（以下、第１の情報記録面という）、７は第２の光ディスク、７ａは第２の光ディスク７の透明基板（以下、第２の透明基板という）、７ｂは第２の光ディスク７の情報記録面（以下、第２の情報記録面という）、９は絞り、１１は第１の受光素子、１２は第１の受光素子１１用光学媒体、２１は第２の受光素子、２２は第２の受光素子２１用光学媒体、Ｓ２は第２の光源から補助レンズ５の第２の光源側の面（第１面）までの光軸上の距離、Ｓ３は補助レンズ５の光ディスク側の面（第２面）から対物レンズ３までの光軸上の距離である。なお、以下の説明において、特に記載のない場合、距離、間隔、長さ、厚み等寸法の単位はｍｍとする。
【００１４】
図１の光学装置では、第１の光源１を使用する場合の対物レンズ３の開口数が、第２の光源４を使用する場合の対物レンズ３の開口数より小さい。
【００１５】
また、図２は、図１とは別の実施例を示す構成図であり、図２におけるＳ１は第１の光源１から対物レンズ３の第１の光源１側の面（第１面）までの光軸上の距離である。
【００１６】
図１、２において、第１の光源１からの光は、順に第１の受光素子１１用光学媒体１２、光学媒体２、対物レンズ３を介して第１の情報記録面６ｂに導かれ収束する。第２の光源４からの光は、順に第２の受光素子２１用光学媒体２２、補助レンズ５、光学媒体２、対物レンズ３を介して第２の情報記録面７ｂに導かれ収束する。すなわち、本発明の光学装置の光学系は全体で有限系の光学系を構成する。
【００１７】
また、第１の情報記録面６ｂと第２の情報記録面７ｂにはデジタル信号を表すマークが記録されている。このマークにより表される１ビットの寸法が数μｍ以下の場合には精確な記録又は再生を行うために、本発明の光学装置の光学系が回折限界性能を有することが好ましい。
【００１８】
第１の光源１と第２の光源４とは、例えばレーザ光源等が挙げられ、レーザ光源としては例えばＣＤ用に波長７８０ｎｍのレーザ光源、ＤＶＤ用に波長６５０ｎｍのレーザ光源等が挙げられる。なお、第１の光源１と第２の光源４のレーザ光の波長は同一であってもよい。同一の波長の光源の例として、ＣＤ用、ＤＶＤ用ともに波長６５０ｎｍのレーザ光源が挙げられる。なお、光源の波長については、上述した６５０ｎｍ、７８０ｎｍに限定されない。
【００１９】
本発明では、第１の透明基板６ａの厚みに対して、第１の光源１からの光が第１の情報記録面６ｂに良好に収束するように対物レンズ３が最適化されている。換言すると、対物レンズ３は、第１の光源１の波長、物像間距離及び第１の透明基板６ａの厚みに対して適正に収差が補正されており、第１の光源１を使用して第１の光ディスク６の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。
【００２０】
さらに、第２の透明基板７ａの厚みに対して、第２の光源４からの光が第２の情報記録面７ｂに良好に収束するように補助レンズ５と対物レンズ３との組合せが最適化されている。換言すると、補助レンズ５と対物レンズ３との組合せは、第２の光源４の波長、物像間距離及び第２の透明基板７ａの厚みに対して適正に収差が補正されており、第２の光源４を使用して第２の光ディスク７の記録又は再生を行う光学系の収差特性は軸外、軸上ともに最適化されている。このようにして、透明基板厚の異なる第１の光ディスク６と第２の光ディスク７との記録又は再生を良好にする。補助レンズ５は、対物レンズ３と組合せて用いたときに収差が最適になるよう設定されている。なお、上記収差特性には透明基板の厚みのみならず、透明基板の屈折率もわずかながら影響する。
【００２１】
光ディスク用の光学装置における光学系において一般に、収差、特に３次の球面収差が生じる。本発明における上述した最適化については、光源からの光の波長をλとする場合、光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生する際、軸上の３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０３λ以下となるようにし、かつ、像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ以下となるようにすることが好ましい。
【００２２】
３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０３λ以下の場合には０．０３λ超の場合と比較して記録又は再生精度が０．１％〜数％以上向上する。３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値のより好ましい範囲は０．０１λ以下であり、この場合には３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０１λ超の場合と比較して記録再生精度が０．５％〜数％以上向上する。なお、３次の球面収差ＲＭＳ値の符号については、波面の位相に関して光軸上の位相より周辺の位相の方が進んでいるときを正、遅れているときを負とする。
【００２３】
像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ以下の場合には０．０３λ超の場合と比較して、光源、補助レンズ、対物レンズ又は光ディスクの、光軸からの傾き又は軸ずれに対する許容範囲が０．１％〜数％以上拡大する。像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差のより好ましい範囲は０．０１λ以下であり、この場合には０．０１λ超の場合と比較してこの許容範囲が０．５％〜数％以上拡大する。
【００２４】
対物レンズ３は有限系のレンズであり、同様に補助レンズ５と対物レンズ３との組合せで有限系のレンズを構成する。光ディスクからみて有限の距離範囲に位置する光源の光を光ディスクの情報記録面に収束させるためである。
【００２５】
本発明では、透明基板の厚みが異なる第１の光ディスク６と第２の光ディスク７のそれぞれの情報記録面のデータを記録又は再生する場合、第１の透明基板６ａの厚みをｔ１、第２の透明基板７ａの厚みをｔ２とするとき、ｔ１＞ｔ２であることが好ましい。この条件を満足する場合には、補助レンズ５について、４次以下の低次の非球面係数で収差補正ができる。したがって、補助レンズ５の形状が複雑になりすぎないため、加工が困難にならず、生産性の向上が図れる。
【００２６】
また、第１の光源１と第１の透明基板６ａとの組合せに対応する、対物レンズ３の横倍率をβ１、第２の光源４と第２の透明基板７ａとの組合せに対応する、対物レンズ３と補助レンズ５からなる横倍率をβ２とするとき、下記（Ａ）と下記（Ｂ）とのいずれか一方又は両方の条件を満足することが好ましい。
（Ａ）０．０５≦｜β１｜≦０．３、
（Ｂ）０．０５≦｜β２｜≦０．３。
【００２７】
０．０５≦｜β１｜、又は、０．０５≦｜β２｜を満足しない場合には、物像間距離が長くなりすぎ、光学装置の小型化が困難となり好ましくない。
また、｜β１｜≦０．３、又は、｜β２｜≦０．３を満足しない場合には、収差補正が困難となり好ましくない。
【００２８】
また、第２の光源から補助レンズ５の第２の光源側の面までの光軸上の距離であるＳ２について、８ｍｍ≦Ｓ２≦２５ｍｍであることが好ましい。Ｓ２が８ｍｍ未満であると収差補正が困難となり好ましくなく、Ｓ２が２５ｍｍ超であると光学装置の小型化が困難となり好ましくない。
【００２９】
また、図３は、図１とは別の実施例を示す構成図であり、第１の光源１を使用する開口数が、第２の光源４を使用する開口数より大きい場合の光路を表している。図３の光学装置は、図１の光学装置と第１の光源１、第２の光源４、光学媒体２、補助レンズ５、対物レンズ３の配置が同様である。また、図３では、絞り９、第１の受光素子１１、第１の受光素子１１用光学媒体１２、第２の受光素子２１、第２の受光素子２１用光学媒体２２が省略されて図示されており、これらが図１と同様の箇所に設けられることが好ましい。
【００３０】
また、光学媒体２、第１の受光素子１１用光学媒体１２及び第２の受光素子２１用光学媒体２２の例として、例えばハーフミラー等が挙げられる。図１、２、３では光学媒体２としてハーフミラーを使用している。図１において、第１の光源１からの光はハーフミラー（光学媒体２）により反射されて対物レンズ３に照射され、第２の光源４からの光は補助レンズ５を透過後、ハーフミラーを透過して対物レンズ３に照射される。
【００３１】
光学媒体２は必要に応じて設けられるものであり、図１、３において、光学媒体２を設けずに、第１の光源１からの光が直接対物レンズ３に照射されるような位置に第１の光源１を配してもよい。また、図２において、光学媒体２を設けずに、第２の光源４からの光が補助レンズ５を透過後、対物レンズ３に照射されるような位置に第２の光源４と補助レンズ５とを配してもよい。光学媒体２が設けられる場合には、光学媒体２はハーフミラーに限定されず、プリズム等であってもよい。
【００３２】
また、図１、２では、第１の受光素子１１用光学媒体１２と第２の受光素子２１用光学媒体２２にハーフミラーを使用し、このハーフミラーの反射光を受光素子に照射して、光ディスクの情報記録面のデータを読み込んでいる。しかし、第１の受光素子１１用光学媒体１２と第２の受光素子２１用光学媒体２２とはハーフミラーに限定されない。また、光ディスクの情報記録面のデータを受光素子に読み込む手段は図１、２に示す手段に限定されない。
【００３３】
絞り９は開口数（ＮＡ）を変化させる機能を有する。絞り９を設ける理由は、記録又は再生の際、第１の光ディスク６に使用される開口数と第２の光ディスク７に使用される開口数とが異なる場合、絞り９により開口数を調整するためである。第１の光ディスク６に使用される開口数と第２の光ディスク７に使用される開口数とが同じである場合には絞り９は通常不要である。絞り９には、機械的絞り、光学的絞りがあり、特に限定されない。
【００３４】
対物レンズ３は有限系レンズが使用できる。ただし、有限系対物レンズは無限系として設計され有限系としても使用できる対物レンズを含むものとする。
【００３５】
図１、２、３では、対物レンズ３、補助レンズ５をそれぞれ１個のレンズによって構成しているが、これに限定されず、対物レンズ３、補助レンズ５をそれぞれ複数個のレンズ群によって構成してもよい。
【００３６】
以上２種類の光ディスクの記録又は再生について述べたが、これに限定されず、３種類以上の異なる透明基板の厚みの光ディスクを記録又は再生の対象としてもよい。また、本発明における光ディスクは、ＤＶＤ、ＣＤに限定されず、他の種類の光ディスクであってもよい。
【００３７】
本発明において、異なる２種以上の光ディスクを記録又は再生する場合、同波長の２つの光源を使用し、光ディスクごとに光の波長を変化させなくてもよく、複数の光源を使用し光の波長を光ディスクごとに変化させてもよい。
【００３８】
補助レンズ５及び対物レンズ３には材料として合成樹脂を通常使用する。しかし、合成樹脂に限定されず、ガラスを用いてもよい。また、本発明の光学装置は、対物レンズのオートフォーカス駆動を必要に応じて備えてもよい。
【００３９】
本発明の光学装置における光学設計手順の一例について説明する。最初に、第１の光源１の使用を前提とし、第１の透明基板６ａの厚みに対して軸上球面収差及び軸外コマ収差ができるだけ小さくなるよう対物レンズ３を設計する。
【００４０】
次に、第２の光源４の使用を前提とし、第２の透明基板７ａの厚みに対して、補助レンズ５と対物レンズ３とを組合せたときに、軸上球面収差及び軸外コマ収差ができるだけ小さくなるように補助レンズ５を設計する。
【００４１】
この手順で光学装置の設計を行い、光源を切り替えることで、光ディスクとして複数の厚みの異なる透明基板に対して、球面収差、コマ収差が良好に補正された状態で光ディスクの記録又は再生が可能となる。
【００４２】
【実施例】
「例１」
例１は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＞ｔ２である場合の実施例である。
第１の光ディスク６としてＣＤを用い、第２の光ディスク７としてＤＶＤを用いることとし、ＣＤ、ＤＶＤの記録又は再生を前提とし、図１に示す光学装置を製作した。
【００４３】
第１の光源１は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。第１の光源１の光をハーフミラー（光学媒体２）で反射させ対物レンズ３を透過後、ＣＤの情報記録面に集光させた。
【００４４】
第２の光源４は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。補助レンズ５と対物レンズ３とで有限系のレンズを構成するように補助レンズ５の仕様を設定した。第２の光源４からの光を補助レンズ５、ハーフミラー（光学媒体２）、対物レンズ３の順に透過させてＤＶＤの情報記録面に集光させた。
【００４５】
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡを０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズをＮＡ０．３８に絞って用いる。
【００４６】
表１に、この対物レンズ３の諸数値、各係数を示す。表１において、ｆは焦点距離、Ｌは第１の光源１から第１の情報記録面６ｂまでの距離（物像間距離）、Ｐは対物レンズ３のＣＤ側の面とＣＤの対物レンズ３側の面との距離（作動距離）、ｄは対物レンズ３の中心厚、ｎは対物レンズ３の屈折率である。対物レンズ３の非球面形状は、数１で表す。
【００４７】
なお、数１において、ｉは２，４，６，８，１０であり、ｊは１，２であり、ｈは光軸からの高さであり、ｚｊは第ｊ面非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さｈの点までの距離であり、ｒｊ，ｋｊ，ａｉ，ｊは第ｊ面の各係数である。
【００４８】
【数１】
【表１】
補助レンズ５の設計は次のように行った。
表１の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系が、光ディスクの透明基板の厚みが０．６ｍｍ（ＤＶＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有するように、補助レンズ５を設計した。表１の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系のＮＡは０．６０に設定した。表２に、この補助レンズ５の諸特性、各係数を示す。
【００５１】
表２において、Ｐは対物レンズ３のＤＶＤ側の面とＤＶＤの対物レンズ３側の面との距離（作動距離）、ｄは補助レンズの中心厚、ｎは補助レンズ５の屈折率である。また、補助レンズ５の非球面形状も対物レンズ３と同様に数１で表す。
【００５２】
図４にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。図４において実線はすべての種類の収差を含む波面収差を示す。また、破線は軸外波面収差のうちの軸外コマ収差のみを示す。また図５にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。実線、破線の意味は図４と同様である。なお、以下の収差特性図においても実線、破線の意味は図４と同様とする。各実施例についての収差特性図及び後述する表９の収差の値はすべて計算値である。
【００５３】
３次の球面収差のＲＭＳ値（計算値）、像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差のＲＭＳ値（計算値）については、表９に示し、例２〜４のものについても同様に示す。表９において、例１、３、４のＤＶＤ用光学系は、対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系であり、例２のＣＤ用光学系は、対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系である。
【００５４】
また、例１の光学系の横倍率、対物レンズ３の有効径（光が通過する範囲の最大径）については、表１０に示し、例２〜４についても同様に示した。
【００５５】
プラスチックを射出成形して、例１に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例１の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００５６】
【表２】
「例２」
例２は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＜ｔ２である場合の実施例である。
第１の光ディスク６としてＤＶＤを用い、第２の光ディスク７としてＣＤを用いることとし、ＣＤ、ＤＶＤの記録又は再生を前提とし、図３に示す光学装置を製作した。
【００５８】
第１の光源１は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。第１の光源１の光をハーフミラー（光学媒体２）で反射させ対物レンズ３を透過後、ＤＶＤの情報記録面に集光させた。
【００５９】
第２の光源４は波長６５０ｎｍのレーザ光源とした。補助レンズ５と対物レンズ３とで有限系のレンズを構成するように補助レンズ５の仕様を設定した。第２の光源４からの光を補助レンズ５、ハーフミラー（光学媒体２）、対物レンズ３の順に透過させてＣＤの情報記録面に集光させた。
【００６０】
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが０．６ｍｍ（ＤＶＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡ０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。
【００６１】
ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズ３と組合せて最適化される補助レンズ５を設け、この対物レンズをＮＡ０．３８に絞って用いる。絞り径が可変の絞りは光学媒体２と対物レンズ３との間に設けた。また、例１と同様、非球面形状は、数１で表すこととし、諸数値、各係数を表３に示す。
【００６２】
【表３】
補助レンズの設計は次のように行った。
表３の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系が、光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有するように、補助レンズ５を設計した。表３の対物レンズ３と補助レンズ５との組合せの光学系のＮＡは０．３８に設定した。表４に、この補助レンズ５の諸特性、各係数を示す。
【００６４】
表４において、Ｐは対物レンズ３のＣＤ側の面とＣＤの対物レンズ３側の面との距離（作動距離）、ｄは補助レンズ５の中心厚、ｎは補助レンズ５の屈折率である。また、補助レンズ５の非球面形状も対物レンズ３と同様に数１で表す。
【００６５】
図６にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また、図７にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。
【００６６】
プラスチックを射出成形して、例２に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例２の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００６７】
【表４】
「例３」
例３は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＞ｔ２である場合の実施例である。
第１の光源１の波長を７８０ｎｍに変更し、第２の光源４の波長を６５０ｎｍに変更して、さらに、対物レンズ３の仕様及び補助レンズ５の仕様を変更する以外は、例１と同様の仕様とした光学装置を製作した。
【００６９】
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡ０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズをＮＡ０．４５に絞って用いる。対物レンズ３の非球面形状は、数１で表すこととし、諸数値、各係数を表５に示す。
【００７０】
【表５】
補助レンズ５の非球面形状は、数１で表すこととし、表６に諸特性、各係数を示す。図８にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また、図９にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。
【００７２】
プラスチックを射出成形して、例３に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例３の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００７３】
【表６】
「例４」
例４は、第１の透明基板６ａの厚みｔ１、第２の透明基板７ａの厚みｔ２とがｔ１＞ｔ２である場合の実施例である。
対物レンズ３の仕様及び補助レンズ５の仕様を変更する以外は、例３と同様の仕様とした光学装置を製作した。
対物レンズ３の設計は次のように行った。
光ディスクの透明基板の厚みが１．２ｍｍ（ＣＤ）、光ディスクの透明基板の屈折率が１．５８の条件で最適に用いられ、回折限界性能を有し、ＮＡ０．６０に設定した対物レンズ３を設計した。ＣＤの記録又は再生にはこの対物レンズをＮＡ０．４５に絞って用いる。対物レンズ３の非球面形状は、数１で表すこととし、諸数値、各係数を表７に示す。
【００７５】
【表７】
補助レンズ５の非球面形状は、数１で表すこととし、表８に諸特性、各係数を示す。図１０にＣＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。また、図１１にＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性を示す。
【００７７】
プラスチックを射出成形して、例４に係る形状の対物レンズ３と補助レンズ５とを作製し、例４の光学装置を製作した。ＤＶＤとＣＤについてこの光学装置により記録又は再生を行ったところ、両方とも忠実に記録再生できた。
【００７８】
【表８】
【表９】
【表１０】
【発明の効果】
本発明の光学装置は、光源２個、対物レンズ１個及び補助レンズ１個で製作でき、光源又はレンズを移動させる必要がないため、移動機構を備える必要がなく、小型化、軽量化が達成でき、生産性に優れる。
【００８２】
さらに、本発明の光学装置は、光源やレンズの、光軸からの傾きの経年変化又は軸ずれの経年変化が少なく、かつ、軸上及び軸外の収差が良好であり、高精度化が容易となって、光学性能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学装置の一実施例を示す構成図
【図２】図１とは別の実施例を示す構成図
【図３】図１とは別の実施例を示す構成図
【図４】例１のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図５】例１のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図６】例２のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図７】例２のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図８】例３のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図９】例３のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図１０】例４のＣＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【図１１】例４のＤＶＤ用光学系の軸外波面収差特性図
【符号の説明】
１：第１の光源
２：光学媒体
３：対物レンズ
４：第２の光源
５：補助レンズ
６：第１の光ディスク
６ａ：第１の光ディスク６の透明基板（第１の透明基板）
６ｂ：第１の光ディスク６の情報記録面（第１の情報記録面）
７：第２の光ディスク
７ａ：第２の光ディスク７の透明基板（第２の透明基板）
７ｂ：第２の光ディスク７の情報記録面（第２の情報記録面）
９：絞り
１１：第１の受光素子
１２：第１の受光素子１１用光学媒体
２１：第２の受光素子
２２：第２の受光素子２１用光学媒体
Ｓ２：第２の光源から補助レンズ５の第２の光源側の面（第１面）までの光軸上の距離
Ｓ３：補助レンズ５の光ディスク側の面（第２面）から対物レンズ３までの光軸上の距離
Claims (6)
- 第１の光源と、
第２の光源と、
前記第１の光源からの光及び前記第２の光源からの光を光ディスクの透明基板を通して前記光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズと、
前記情報記録面からの反射光を前記対物レンズを透過して受光する受光素子と、
前記第２の光源と前記対物レンズとの間に配された補助レンズとを備える光学装置において、
前記光ディスクは、前記透明基板の厚みが異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクのいずれかが配置され、
前記第１の光ディスクの情報記録面には前記第１の光源からの光を前記対物レンズ、前記第１の光ディスクの透明基板の順に透過させて集光させるとともに、前記第１の光ディスクの情報記録面からの反射光を前記第１の光ディスクの透明基板、前記対物レンズの順に透過させて前記受光素子で受光させ、
前記第２の光ディスクの情報記録面には第２の光源からの光を前記補助レンズ、前記対物レンズ、前記第２の光ディスクの透明基板の順に透過させて集光させるとともに、前記第２の光ディスクの情報記録面からの反射光を前記第２の光ディスクの透明基板、前記対物レンズ、前記補助レンズの順に透過させて前記受光素子で受光させる光学装置。 - 前記対物レンズ、前記補助レンズとは別に、光学媒体が設けられており、
前記第１の光源からの光が前記光学媒体を介して前記対物レンズに到達し、
前記補助レンズを透過した前記第２の光源からの光が前記光学媒体を介して前記対物レンズに到達するように構成されている請求項１記載の光学装置。 - 前記光学媒体がハーフミラーである請求項２記載の光学装置。
- 前記第１の光源と前記第１の光ディスクの透明基板との組合せに対応する前記対物レンズの横倍率をβ１、前記第２の光源と前記第２の光ディスクの透明基板との組合せに対応する、前記対物レンズと前記補助レンズからなる横倍率をβ２とするとき、
下記（Ａ）と下記（Ｂ）とのいずれか一方又は両方の条件を満足する請求項１〜３いずれか１項記載の光学装置。
（Ａ）０．０５≦｜β１｜≦０．３、
（Ｂ）０．０５≦｜β２｜≦０．３。 - 前記第２の光源から前記補助レンズの光源側の面までの光軸上の距離をＳ２とするとき、８ｍｍ≦Ｓ２≦２５ｍｍである請求項１〜４いずれか１項記載の光学装置。
- 前記第１の光源の波長をλ１、前記第２の光源の波長をλ２とするとき、
前記第１の光ディスクの情報記録面のデータの記録又は再生に対応して、３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０３λ１以下となるようにし、かつ、像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ１以下となるように前記対物レンズの仕様を設定し、
前記第２の光ディスクの情報記録面のデータの記録又は再生に対応して、３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値が０．０３λ２以下となるようにし、かつ、像高０．１ｍｍにおける軸外コマ収差が０．０３λ２以下となるように前記対物レンズと前記補助レンズの組合せの仕様を設定する請求項１〜５いずれか１項記載の光学装置。
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