JPH09159808A - 二重焦点レンズおよびこれを用いた光ディスク記録再生装置 - Google Patents
二重焦点レンズおよびこれを用いた光ディスク記録再生装置Info
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- JPH09159808A JPH09159808A JP7318364A JP31836495A JPH09159808A JP H09159808 A JPH09159808 A JP H09159808A JP 7318364 A JP7318364 A JP 7318364A JP 31836495 A JP31836495 A JP 31836495A JP H09159808 A JPH09159808 A JP H09159808A
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Abstract
録再生装置を提供する。 【解決手段】 ±1次回折光20、21を生じるホログ
ラム3を形成し、前記ホログラム3を対物レンズ2に近
接して配設し、二重焦点を有するレンズ系、即ち二重焦
点レンズ4を構成する。また、前記ホログラム3の外周
部位に、回折効率のより高いホログラム領域を形成し、
または屈折型光学素子を形成し、回折次数に対して異な
る開口数を有する二重焦点レンズ4とする。更に、情報
記録面12までの厚さが異なる光ディスク1を記録再生
するために、前記ホログラム3と対物レンズ2とで構成
される二重焦点レンズ4を光ピックアップ90に用いて
光ディスク記録再生装置を構成する。
Description
し、更に詳しくは二重焦点レンズの構成と、この二重焦
点レンズを用いた光ディスク記録再生装置に関するもの
である。
録、コンピュータ等のデータ保存のシステム等への利用
が急拡大し、それに伴い、取り扱うデータ量は年々増加
の一途を辿り、今後、光ディスクの更なる高密度化、大
容量化の要求はますます高まるものと思われる。
長の短い光源と開口数の高いレンズを使う必要がある。
しかし、波長の短い光源と開口数の高いレンズを用いる
ことは光ディスクの傾きによって生じるコマ収差等のノ
イズ要因は増加することになる。また一方、光ディスク
の基板が薄いほど前記コマ収差等のノイズ要因を小さく
押さえることができ、これらの観点から、更なる高密度
化のために、現在のCD等に用いられている基板厚が
1.2mmよりも薄い基板が高密度フォーマットの光デ
ィスクとして用いられることが十分想定されるものであ
る。
れた場合、従来の基板厚に対応して構成されていた光学
ピックアップでは、厚みによって生じる球面収差が異な
るため記録再生することは困難である。従って、従来の
光ディスクと今後想定される高密度フォーマットの薄い
光ディスクを共に記録再生できる、互換性を有した光デ
ィスク記録再生装置の実現が望まれるところである。
グラムとして、0次光と1次回折光でそれぞれ異なった
フォーマットの光ディスクを読む方法が報告されている
〔ISOM’95 Post−deadline Pa
per TechnicalDigest p38〜3
9、第56回応用物理学会予講集 No3.p956〜
957、SPIE VOL.2338 Optical
Data Storage(1994)p282〜2
88〕。しかし、ホログラム領域と外周部の位相差によ
って生じるアポダイゼイションの補正が必要であり、或
いはアポダイゼイションの効果でディスクの傾きにより
コマ収差が通常以上に発生し、更には製造工程が複雑で
高度な精度を要する等の欠点があった。また、この0次
光と1次回折光を用いる方式では、光量を分配するため
に輪帯のピッチや深さを変えて回折効率を設計しなけれ
ばならず、これは製造上の歩留りの低下要因ともなって
いた。
芯コマ収差が発生するが、その収差を補正するためにレ
ンズ全体をディスクに対して傾けることが一般的に行わ
れてきた。2焦点レンズにおいては、この補正角を2焦
点に対して一致させなければならないという問題があ
る。0次光と1次回折光を用いた対物レンズにおいて
は、これに対する設計解が発表されているが(第56回
応用物理学会予講集 No3.29a−ZA−8)、未
だ、良い対物レンズの設計ができる基準となるものは得
られていない。
る。対物レンズのディスクに対する傾きで生じる偏芯コ
マ収差は、軸外入射によるコマ収差Fθと、ディスクと
レンズの傾きによるコマ収差Dθに分類される。これら
は対物レンズの傾き角θに比例する。レンズが持つ偏芯
コマ収差をLとすれば、補正すべき傾き角θ、即ち補正
角θは(3)式で与えられる。
みに対応した2つの焦点に対して1つの補正角θでこの
条件を同時に満たす必要があり、これが満たされないと
十分な補正を行うことができない。基板厚みの異なる2
つのディスクの諸量を添字1、2で与えれば偏芯コマ収
差の同時補正条件は(4)式で与えられる。
にレンズの偏芯コマ収差Lは偏芯がない場合の球面収差
とコマ収差を変数とする関数である。
飛躍的に増大させる有力な手段である。しかし、各層の
厚みの違いによって生じる球面収差の量の違いを補正し
なければならず、この解決のために幾つかの手段が提案
されているが、いずれも複数の光ピックアップが必要で
あること、また、可動部が必要であること、更には、必
要な開口数が確保できない等の問題点があった。
は、厚みが異なる光ディスクに対して互換性を確保した
光ディスク記録再生装置を提供することであり、また、
多層構造の光ディスクに対して各層の情報記録面に一台
で記録再生が可能な光ディスク記録再生装置を提供しよ
うとするものである。
み、なされたものであって、+1次回折光と−1次回折
光を生じる回折型光学素子を形成すると共に、前記回折
型光学素子を対物レンズに近接して配置し、2枚の異な
る厚みの基板に対し、それぞれに対して収差補正され、
異なる焦点距離の2焦点を有する二重焦点レンズを構成
する。また、前記回折型光学素子は2ステップの階段形
状の位相ホログラムで構成する。
率のより高いホログラム領域を同心円状に形成し、回折
次数に対して異なる開口数を有する二重焦点レンズを構
成する。
屈折型光学素子を同心円状に設け、回折次数に対して異
なる開口数を有する二重焦点レンズを構成する。
型光学素子を非球面レンズの入射側もしくは出射側の表
面に形成し、異なる焦点距離の2焦点を有する二重焦点
レンズを構成する。
を非球面上に加工した入射側非球面、第2面を出射側非
球面、第3面を入射側基板面、第4面を出射側基板面、
第5面を像面とし、ディスク基板の屈折率がNA 、基板
圧がtA 、開口数がNAA である光ディスクのフォーマ
ットAと、ディスク基板の屈折率がNB 、基板圧が
tB 、開口数がNAB である光ディスクのフォーマット
Bに対して、それぞれのフォーマットでの収差係数と近
軸光線との関数として表される第1面と第2面の間に生
ずる、請求項6に記載した(1)式で示される偏芯感度
IIE の比が、フォーマットで決まる定数の、同項の
(2)式で示されるコマ収差係数Dの比に対して、80
%以上120%以下の値である二重焦点レンズを構成す
る。
1.58、開口数が0.40であるフォーマットの偏芯
感度IIE A と、ディスクの厚みが0.6mm、屈折率が
1.58、開口数が0.60であるフォーマットの偏芯
感度IIE B との比IIE A /IIEB が、1.350以上、
2.025以下である二重焦点レンズを構成する。
いて光ディスク記録再生装置を構成して上記課題を解決
する。
開口数を有する二重焦点のレンズ系を構成することがで
き、これを用いることで厚さが異なる光ディスクに記録
再生する互換性を有する光ディスク記録再生装置が、ま
た、複数の層の情報記録面を有する光ディスクを記録再
生する光ディスク記録再生装置が構成できる。
ないし図6を参照して説明し、その後、添付した図面を
参照して実施の形態について説明する。
次回折光の光路図であり、図2は−1次回折光の光路図
である。図3は本発明による二重焦点レンズを用いた光
ピックアップの構成を示す図であり、図4は二重焦点レ
ンズに用いる回折型光学素子であるホログラムの図であ
る。また、図5は高効率回折型光学素子を用いて開口を
制限した二重焦点レンズの模式図であり、更に、図6は
屈折型光学素子を用いて開口を制限した二重焦点レンズ
の模式図である。尚、以下において、回折型光学素子は
ホログラムで構成するものとして説明する。
Ndの平行平板で発生する球面収差の量はその厚みtに
比例する。この球面収差の縦収差量(LSA)は(5)
式で与えられる。
の厚みが異なれば、球面収差の量が異なり、これを補正
することが必要となる。また、この基板厚の違いにより
他の収差も付随的に発生するが、光ディスクの記録再生
用対物レンズでは光軸付近の狭い視野内で使用するた
め、球面収差の除去を行うことが最も重要である。
により2つの基板厚に対して補正することを考える。平
面基盤上に作成された回折型光学素子は数学的には薄肉
レンズと等価であり、その3次の波面Wは、瞳極座標
(r、u)で物体高をhとすると(6)式で与えられ
る。
で、SIIは(8)式で、SIII は(9)式で、SIVは
(10)式で、また、SV は(11)式で与えられる。
ンズのパワー、yは近軸周辺光のレンズの光線高であ
る。また、EとTはレンズの曲率c1 、c2 および近軸
光線の入射角u、出射角u’を変数とするベンディング
パラメータと共役パラメータであり、Eは(12)式
で、また、Tは(13)式で示される。
位相φ(r)は、(14)式で与えられる。
に対して、P=−2Aλm(λ;波長)で与えられる。
4次以上の高次の波面係数も同様に、回折次数と波長に
比例する。従って、+1次と−1次の回折光は、正負を
反転させた波面を生じることが分かる。特に、球面収差
を縦収差で表すと、屈折率で正規化された近軸像面入射
角α、瞳半径Rとして(15)式で与えられる。
考える。それぞれが生じる球面収差は厚みがaの平行平
板については(16)式で、また、厚みがbの平行平板
については(17)式で与えられる。
するには、ホログラム以外の非球面対物レンズの球面収
差を−k(a+b)/2とし、ホログラムの+1次と−
1次の球面収差がそれぞれ−k(a−b)/2、およ
び、k(a−b)/2であればよい。このときホログラ
ムと非球面対物レンズの球面収差の和が、それぞれ−k
a、−kbとなり、厚みa、bの基板によって生じる球
面収差ka、kbと打ち消しあうことになる。
い光ディスク1aにはホログラム3の+1次回折光20
を用い、逆に図2に示すように厚い光ディスク1bには
ホログラム3の−1次回折光21を用いて球面収差を補
正することができる。当然、この逆の回折次数とディス
ク厚の組み合わせも可能である。
成をした光学ピックアップ90の対物レンズに替わっ
て、対物レンズ2とホログラム3とで構成する二重焦点
レンズ4を用いることにより、厚みの異なる複数の光デ
ィスクの記録再生をすることが可能となり、厚さの異な
る光ディスク間の互換性を採ることができる。また、複
数の情報記録層を有する光ディスクであっても、この二
重焦点レンズ4を用いることにより一台の装置で記録再
生が可能となる。
の2種類の光ディスクに対しては、対物レンズ2を
(0.6+1.2)/2=0.9mmの基板厚に対して
設計し、ホログラム3の+1次回折光20、および−1
次回折光21で±0.3mmの基板厚に相当する球面収
差を発生させればよい。
差係数としては3次の範囲で(15)式、(16)式、
(17)式より、(18)式で与えられる。
あれば、球面収差は補正される。しかし、もし、ホログ
ラムの球面収差を上の値になるようにパワーを与える
と、(7)式、(8)式、(9)式、(10)式、およ
び(11)式から分かるように、他の収差が付随的に発
生することになる。
(SII)はパワーPの二乗に比例するので、この値は+
1次回折光20と−1次回折光21とで等しい。また、
非球面レンズの入射側面のコマ収差量は、非球面レンズ
の出射側面のコマ収差量を用いて、補正することができ
る。
けでなく(14)式の4次のホログラムの非球面係数G
を用いる方法が簡単で効果的である。ホログラムの4次
の非球面係数は(19)式で与えられる。(19)式は
(6)式と(14)式のr4の係数を比べ、(18)式
を代入して得ることができる。
差は3次の範囲で完全に補正することができる。しか
も、ホログラムがパワーを持っていたとしても、そのパ
ワーによって生じる球面収差は、この4次の非球面係数
Gと同じ符号であるから、それを含めた補正が可能であ
る。上述したようにコマ収差についても非球面レンズの
出射側面において十分な補正ができる。更に、他の収差
についても、ホログラムの高次非球面係数と非球面レン
ズの非球面係数を変数として、レンズ設計プログラムの
自動設計により、容易に最適化が可能である。
な矩形位相形状、即ち、2ステップのバイナリーオプテ
ィクスとして設計すれば、±1次回折光は41%づつの
回折効率を持つ。つまり、どちらの次数の回折光に対し
ても同じ光量が効率よく得られるという利点がある。こ
れは、曲率の正負を反転させた凹レンズと凸レンズを2
ステップのバイナリーレンズとしてみれば、同じものと
なることからも明らかである。
を用いる方式では、光量を分配するために輪帯のピッチ
や深さを変えて回折効率を設計しなければならない。こ
れは製造上の厳しい条件となるもので、歩留り低下の大
きな要因になる。
には、2つの焦点を適当な距離に分離する必要がある。
これは、2つの焦点間の干渉の回避や、フォーカス信号
とトラッキング信号のクロストークを避けるためであ
る。この分離が十分でなければ、他方の光がバックグラ
ウンドとして加わり、システムの成立が困難になる。そ
のためにホログラムは弱いパワーを持つ必要がある。
する。光ディスクのシステムにおいては、対物レンズの
開口数はシステム全体において重要な意味を持つもので
ある。即ち、開口数が高くなれば、それに反比例してス
ポットサイズは小さくなり、記録密度を高くすることが
できるが、光ディスクの基板厚や傾き等に対する許容幅
が狭まり、記録再生のための余裕が確保できなくなる。
適な開口数を独自に有しており、そのため、低い開口数
で設計された光ディスクを高い開口数の光学系で読む場
合は、何らかの手段を用いて開口数を制限する必要があ
る。これには電気的、機械的な手段が種々考えられる
が、特別な機構を必要とする手段では、装置が複雑にな
り、コスト上昇の要因となっていた。
して、ホログラムの回折効率を部分的に変えることが考
えられる。図4はこれに対応したホログラムの模式図で
あって、同図(a)は上面図であり、同図(b)は断面
側面図である。低NA領域15では、階段状の2ステッ
プ・バイナリーの位相ホログラムとし、±1次に光を回
折させる。また、高NA領域16では、2ステップ以上
の位相ホログラム(例えば4ステップ、8ステップ、・
・・、究極的にはブレーズド形状の回折型光学素子)を
形成し、または通常の屈折型レンズを用いて+1次回折
光(もしくはそれと同様の波面を持つ屈折光)を増加さ
せる。これによって、図5および図6に示すように低い
NAレンズとしての瞳領域17と高いNAレンズとして
の瞳領域18とが形成され、開口数を制限することにな
る。
入射面上に形成する二重焦点レンズの設計について説明
する。前述したように、対物レンズのディスクに対する
傾きで生じる偏芯コマ収差は、軸外入射によるコマ収差
Fθと、ディスクとレンズの傾きによるコマ収差Dθに
分類される。これらは対物レンズの傾き角θに比例す
る。レンズが持つ偏芯コマ収差をLとすれば、補正すべ
き傾き角θ、即ち補正角θは前述したように(3)式で
与えられる。
基板厚みに対応した2つの焦点に対して1つの補正角θ
でこの条件を同時に満たす必要があり、これが満たされ
ないと十分な補正を行うことができない。基板厚みの異
なる2つのディスクの諸量を添字1、2で与えれば偏芯
コマ収差の同時補正条件は(4)式で与えられる。
にレンズの偏芯コマ収差Lは偏芯がない場合の球面収差
とコマ収差を変数とする関数である。
なるが、最終的な解では偏芯がない場合のコマ収差は十
分に完全に補正されていなければならず、従ってD≫F
であることが必要である。よって、同時補正の近似条件
は、L1 /D1 =L2 /D2で十分精度のよい近似がで
きる。実際に設計例でFとDを計算すると、FはDの1
/10以下である。
NAのレンズの傾きθによるコマ収差Dθは、3次収差
の範囲で(20)式で与えられることが知られている。
基板厚をtA 、開口数をNAA とし、またフォーマット
Bの屈折率をNB 、基板厚をtB 、開口数をNAB とし
た場合、レンズの傾きによるコマ収差係数をそれぞれを
DA 、DB とすると、その比DA /DB は定数となる。
の関係を得る。
折率が共に1.57965の2種類の光ディスクを、そ
れぞれNAが0.60と0.52の対物レンズを使い再
生しようとする場合、(21)式の右辺は0.7681
となる。また、NAが0.60と0.40の対物レンズ
を用いる場合は、(21)式の右辺は1.6875とな
る。ここでは、3次収差の範囲を考えたが、実際には更
に高次の5次以上のコマ収差が、波面収差で3次収差の
15〜20%程存在する。
収差は、(22)式で与えられる(「偏芯の存在する光
学系の3次の収差論」松居吉哉著、日本オプトメカトロ
ニクス協会)。
(23)式で与えられる。
を非球面対物レンズの入射面上に作成して一体化したレ
ンズについて、 物体面:無限遠 第一面:ホログラムを非球面上に加工した入射側非球面 第二面:出射側非球面 第三面:入射側基板面 第四面:出射側基板面 第五面:像面 とし、前記フォーマットAとフォーマットBに対して、
それぞれのフォーマットでの収差係数と近軸光線の関数
として表される偏芯感度の比が、フォーマットで決まる
定数のコマ収差係数の比と等しいか、或いは5次コマ収
差の影響を考えて、少なくとも20%の範囲以内で一致
すれば、十分なコマ収差補正を行うことができ、従っ
て、(24)式を得る。
で自動設計の条件として与えることができるため、この
条件を満たす設計解を容易に得ることができる。また、
実際の設計においては自動設計による最適化が一般的に
行われていて、球面収差、非点収差、更に高次の収差な
どを含めた像面の最適化が行える。
一体化したタイプについて、その偏芯感度の設計につい
て説明した。ホログラムと非球面対物レンズとを個々に
作成した場合、ホログラム面とレンズの2つの非球面の
合計3面の偏芯が問題となり、より複雑な設計が必要と
なる。
クの記録再生装置に用いることで、基板の厚みと対物レ
ンズの開口数が異なる複数のフォーマットで形成された
光ディスクの互換性を確保することが可能となる。ま
た、同様に多層構造の光ディスクの各層のディスク表面
からの距離の違いによって生じる球面収差の量の違い
を、前記二重焦点レンズを光ディスクの記録再生装置に
用いて、各層の記録再生を可能とすることも容易に理解
できる。
構成について添付した図面を参照して説明する。
3とで構成する二重焦点レンズ4が、厚みの小さい光デ
ィスク1aに対応している状態を示している。レーザ光
19はホログラム3による+1次回折光20を対物レン
ズ2を通して光ディスク1aの情報記録面12に集光
し、情報の記録再生を行う。また、図2は前記二重焦点
レンズ4が、厚みの大きな光ディスク1bに対応してい
る状態を示している。レーザ光19はホログラム3によ
る−1次回折光21を対物レンズ2を通して光ディスク
1bの情報記録面12に集光し、情報の記録再生を行う
ものである。
3を分離した構成の二重焦点レンズ4を用いて光ピック
アップ90を構成した一例であって、半導体レーザ5、
ビームスプリッタ6、コリメータ7、対物レンズ2とホ
ログラム3とで構成する二重焦点レンズ4、凹レンズ8
および受光素子9を含んで構成されている。
9はビームスプリッタ6の表面で反射し、コリメータ7
で平行光に変換されてホログラム3に入射する。ホログ
ラム3では上述したように+1次回折光20と−1次回
折光21を生成し、対物レンズ2によって光ディスク1
の情報記録面12に集光される。図3においては光ディ
スク1は第一層10と第二層11の二層構成としている
が、第一層10の厚みを有する第一の光ディスクと第一
層10と第二層11を加えた厚みを有する第二の光ディ
スクとしてもよいことは当然である。
0は第一層10の情報記録面12に、また、−1次回折
光21は第二層11の情報記録面12にそれぞれ集光さ
れる。情報記録面12からの反射光は対物レンズ2、ホ
ログラム3、コリメータ7およびビームスプリッタ6を
通って、凹レンズ8を介して受光素子9上に集光され、
記録情報の再生を行う。
の例を示し、同心円状のパターンからなっていて、中央
部は階段状の2ステップ・バイナリーの位相ホログラム
として±1次に光を回折させる低NA領域15を構成
し、また、周縁部は2ステップ以上の位相ホログラムと
して+1次回折光を増加させる高NA領域16を構成し
ている。
域16を回折効率のより高い高効率回折型光学素子(ホ
ログラム)24で構成した二重焦点レンズ4であって、
光ディスク1の第一層10および第二層11のそれぞれ
の情報記録面12に集光することを示す。また、図6は
前記高NA領域16を屈折型光学素子25を用いて構成
した二重焦点レンズ4であって、光ディスク1の第一層
10および第二層11のそれぞれの情報記録面12に集
光することを示す。
例とその特性について図7ないし図30を参照して説明
する。図7ないし図14は実施形態例1−1のホログラ
ム3を対物レンズ2の前側(光源側)に置いた二重焦点
レンズ4について説明するための図であり、図15ない
し図22は実施形態例1−2のホログラム3を対物レン
ズ2の後側(光ディスク側)に置いた二重焦点レンズ4
について説明するための図であり、また、図23ないし
図30は実施形態例1−3のホログラムを対物レンズ2
に一体として形成した二重焦点レンズ4について説明す
るための図である。尚、図中におけるレンズ等の各特性
は波長が635nmの光に対するものである。レンズ形
状については、光学設計ソフトウエア「CODE−V」
に従って定義する。
る。
接平面からの距離 h:光軸からの高さ c:非球面頂点の曲率(=1/R) k:円錐定数 A:第4次の非球面係数 B:第6次の非球面係数 C:第8次の非球面係数 D:第10次の非球面係数 である。
ーフ型ホログラムは、製造時の2つの光源を無限遠にあ
るとしたときの非球面的位相ずれの係数として、ホログ
ラム基板上の極座標多項式により形状指定がなされる。
ここで、多項式の係数は、製造波長での光路差(OP
D)をmm単位で与えるものであり、この光路差(OP
D)は(26)式で表される。
説明する。本実施形態例はホログラムを対物レンズ2の
前側(光源側)に置いた二重焦点レンズ4であって、厚
さ=0.6mmの基板とNA=0.60の対物レンズを
用いる第一のフォーマットの光ディスク1aと、厚さ=
1.2mmの基板とNA=0.52の対物レンズを用い
る第二のフォーマットの光ディスク1bを、波長635
nmの半導体レーザで記録再生をするものである。第一
のフォーマットと第二のフォーマットに対応する光学系
は自動設計させる。
2)/2=0.9mmの基板厚に対して設計し、ホログ
ラム3で±0.3mmの基板厚に相当する球面収差を発
生させればよい。球面収差は4次の波面であり、適当な
4次の非球面係数を与えれば略球面収差は補正できる。
しかしながら、これだけでは非球面対物レンズ中での光
路が変わってしまうため、その補正のために更に高次の
項を利用して補正を行う必要がある。
示す。
m、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦点
レンズ4の光路図であり、また、図8はディスク基板1
bの厚みが1.2mm、開口数NAが0.52に対して
設計された二重焦点レンズ4の光路図である。
m、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦点
レンズ4の収差図であって、(a)は球面収差を、
(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示し、また、
図10はディスク基板1bの厚みが1.2mm、開口数
NAが0.52に対して設計された二重焦点レンズ4の
収差図であって、(a)は球面収差を、(b)は非点収
差を、(c)は歪曲収差を示す。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4の横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、(b)、
(d)、(f)はサジッタル方向に関するものであり、
また、図12はディスク基板1bの厚みが1.2mm、
開口数NAが0.52に対して設計された二重焦点レン
ズ4の横収差図であって、(a)、(c)、(e)はタ
ンジェンシャル方向に関し、また、(b)、(d)、
(f)はサジッタル方向に関するものである。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4のMTFであり、また、図14はディスク基
板1bの厚みが1.2mm、開口数NAが0.52に対
して設計された二重焦点レンズ4のMTFである。
図12の横収差特性、および図13、図14のMTF特
性から、本設計による二重焦点レンズ4の特性は光ディ
スクシステムに用いて好適であって、これを記録再生装
置に搭載することにより、フォーマットの異なる2つの
光ディスクの互換性を確保できることが分かる。
て説明する。本実施形態例はホログラムを対物レンズ2
の後側(光ディスク側)に置いた二重焦点レンズ4であ
って、厚さ=0.6mmの基板とNA=0.60の対物
レンズを用いる第一のフォーマットの光ディスク1a
と、厚さ=1.2mmの基板とNA=0.40の対物レ
ンズを用いる第二のフォーマットの光ディスク1bを、
波長635nmの半導体レーザで記録再生をするもので
ある。
して収束光中に加わる。しかし、対物レンズ2中の光路
はホログラム3によって影響されないので、設計を完全
に分離して行える利点がある。
して設計する。第一のフォーマットの基板厚と屈折率を
a、n1 とし、第二のフォーマットの基板厚と屈折率を
b、n2 とし、ホログラム3の基板厚と屈折率をc、n
3 とすれば、n3 c+(n1a+n2 b)/2の基板厚
に対して対物レンズ2を設計する。この対物レンズ2を
出発点として、ホログラム3では、±(n1 a−n2
b)/2の基板厚に相当する球面収差の補正を行う。
示す。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4の光路図であり、また、図16はディスク基
板1bの厚みが1.2mm、開口数NAが0.40に対
して設計された二重焦点レンズ4の光路図である。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4の収差図であって、(a)は球面収差を、
(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示し、また、
図18はディスク基板1bの厚みが1.2mm、開口数
NAが0.40に対して設計された二重焦点レンズ4の
収差図であって、(a)は球面収差を、(b)は非点収
差を、(c)は歪曲収差を示す。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4の横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、(b)、
(d)、(f)はサジッタル方向に関するものであり、
また、図20はディスク基板1bの厚みが1.2mm、
開口数NAが0.40に対して設計された二重焦点レン
ズ4の横収差図であって、(a)、(c)、(e)はタ
ンジェンシャル方向に関し、また、(b)、(d)、
(f)はサジッタル方向に関するものである。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4のMTFであり、また、図22はディスク基
板1bの厚みが1.2mm、開口数NAが0.40に対
して設計された二重焦点レンズ4のMTFである。
9、図20の横収差特性、および図21、図22のMT
F特性から、本設計による二重焦点レンズ4の特性は光
ディスクシステムに用いて好適であって、これを記録再
生装置に搭載することにより、フォーマットの異なる2
つの光ディスクの互換性を確保できることが分かる。
て説明する。現在、光ピックアップ用対物レンズは、金
型を用いたモールディングによって作成されている。金
型の加工はコンピュータ制御による切削加工なので、ホ
ログラムを位相ホログラムとして、この金型で非球面レ
ンズと一体化して作ることが可能である。本発明の原理
を用いた二重焦点レンズも、同様の方法で作ることが可
能であり、一体化することで、組立が不要になり、ホロ
グラムと非球面対物レンズの偏芯誤差を取り除くことが
できると共に、低コストで大量生産することが可能とな
る。
と一体に形成するもので、厚さ=0.6mmの基板とN
A=0.60の対物レンズを用いる第一のフォーマット
の光ディスク1aと、厚さ=1.2mmの基板とNA=
0.40の対物レンズを用いる第二のフォーマットの光
ディスク1bを、波長635nmの半導体レーザで記録
再生をするものである。
示す。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4の光路図であり、また、図24はディスク基
板1bの厚みが1.2mm、開口数NAが0.40に対
して設計された二重焦点レンズ4の光路図である。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4の収差図であって、(a)は球面収差を、
(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示し、また、
図26はディスク基板1bの厚みが1.2mm、開口数
NAが0.40に対して設計された二重焦点レンズ4の
収差図であって、(a)は球面収差を、(b)は非点収
差を、(c)は歪曲収差を示す。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4の横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、(b)、
(d)、(f)はサジッタル方向に関するものであり、
また、図28はディスク基板1bの厚みが1.2mm、
開口数NAが0.40に対して設計された二重焦点レン
ズ4の横収差図であって、(a)、(c)、(e)はタ
ンジェンシャル方向に関し、また、(b)、(d)、
(f)はサジッタル方向に関するものである。
mm、開口数NAが0.60に対して設計された二重焦
点レンズ4のMTFであり、また、図30はディスク基
板1bの厚みが1.2mm、開口数NAが0.40に対
して設計された二重焦点レンズ4のMTFである。
7、図28の横収差特性、および図29、図30のMT
F特性から、本設計による二重焦点レンズ4の特性は光
ディスクシステムに用いて好適であって、これを記録再
生装置に搭載することにより、フォーマットの異なる2
つの光ディスクの互換性を確保できることが分かる。
法について説明する。
域16を高効率回折型光学素子24で置き換えたホログ
ラム3aを用いた構成について説明する。図4の低NA
領域15では2ステップ・バイナリーの位相ホログラム
とし、±1次回折光20、21を生成する。その外側の
高NA領域16では、より高い回折効率の位相ホログラ
ム(4ステップ、8ステップ、・・・、ブレーズド形状
などの回折型光学素子)によって+1次回折光20を増
加させる。これによって高NA領域16では−1次の回
折効率が著しく低いため、−1次回折光21に対しては
実効的に開口数が下がり、開口数が制限されるものであ
る。
高NA領域16を屈折型光学素子25で置き換えたホロ
グラム3bを用いた構成について説明する。本例は図6
に示すように、低NA領域15では2ステップ・バイナ
リーの位相ホログラムとし、±1次回折光20、21を
生成する。その外側の高NA領域16では、屈折型光学
素子25により屈折型レンズを構成して、例えば+1次
回折光20と同様の波面を持つ屈折光23のみを得るよ
うにする。これによって高NA領域16では−1次の回
折効率が著しく低いため、−1次回折光21に対しては
実効的に開口数が下がり、開口数が制限されるものであ
る。
施形態例2 2の手段によって、厚みの異なる光ディス
クのそれぞれに合致した開口数を得ることができる。
例が考えられる。まず第一は、位相ホログラムは表面の
レリーフであるから、光ピックアップを構成する他の光
学部品、例えば回折格子や波長板等の表面に一体化して
作成してもよい。この方法により部品点数の低減、小型
化を図ることができる。
のビームスプリッタ5の半導体レーザ4側に配置し、光
ディスク1への往路のみで、レーザ光19はホログラム
3を通過するように配置する。これによって復路での回
折が生じなくなり、実質的な光の利用効率が上がること
になる。
コマ収差を補正するために、正負の4次の非球面を作動
させることによって補償を行う方法である。また、コリ
メータレンズを僅かに傾けることで同様の効果が得ら
れ、この方法と本発明とを組み合わせることで外乱によ
る摂動に対して安定な光ピックアップを構成することが
可能となる。
ックアップを光ディスク記録再生装置に搭載することに
より、ディスク基板の厚みの異なる光ディスクのフォー
マットの互換性をこの光ディスク記録再生装置によって
確保することができる。
グラムによるレンズを用いた光ピックアップを光ディス
ク記録再生装置に搭載することにより、この光ディスク
記録再生装置一台で全ての情報面に記録再生することが
できる。これは多層構造のそれぞれの層を基板厚の異な
る光ディスクと考えればよく、更に、2層以上の構造に
ついては、ホログラムの高次の回折光を使うことにより
一台での記録再生が可能となる。
る±1次回折光を用いる方式は従来の0次光と1次回折
光を用いる方法に比して、同等もしくはそれ以上の特性
を有し、更に、±1次回折光を用いる方式は従来の方法
に比べて表4に示すような製造上の利点がある。
た光ディスク記録再生装置の一例にについて図31を参
照して説明する。光ディスク記録再生装置100はレー
ザ光源ユニット31と、移動部32と、マグネット36
等で構成される移動部32を駆動する機構と、光ディス
クを回転するスピンドルモータ42とを主要な要素とし
て構成されている。
レーザ変調回路、コリメートレンズ、ビームスプリッタ
ー、受光素子、プリアンプ(以上図示せず)等を内蔵し
ていて、光ディスク基板1上に信号を記録再生するため
のレーザ光43を発生し、また、光ディスク基板1から
反射してきた光を受光し復調する。レーザ光源ユニット
31は光ディスク記録再生装置100の一方の外側板4
1に固定されていて、外側板14に設けた孔を通してレ
ーザ光43を、二重焦点レンズ4を搭載した移動部32
に向けて出射する。移動部32の内部にはレーザ光43
を光ディスク基板1の方向に曲げる光学部材(図示せ
ず)が設けられていて、二重焦点レンズ4を通して光デ
ィスク基板1上に集光される。
0を介してL方向に移動自在に保持され、移動台33の
両端部にボビン37が固定されていて、ボビン37にコ
イル38が巻回されている。更に、コイル38と組み合
わされて、リニアモータを構成するようにヨーク34と
ヨーク35、およびヨーク34とヨーク35の間にマグ
ネット36が配置されていて、ボビン37の中心空洞部
をヨーク35が非接触状態で貫通し、従って、可動部は
コイル38とマグネット36との間の電磁力によってL
方向に移動制御される。
0に限ることなく、光ディスクを記録再生するための他
の構成の装置に本発明の二重焦点レンズを用いて効果が
大きいことは当然である。
ついて述べてきたが、説明した技術的手段によって多重
の焦点を有するレンズ系を構成してもよいことは論を待
たない。
え、+1次と−1次の回折光を用いて2つの焦点を作る
こと、および、その一部を回折効率のより高いホログラ
ムや通常のレンズ等で置き換えることで、それぞれの回
折次数に対して異なる開口数を得ることができ、従って
この二重焦点レンズを光ディスク記録再生装置に用いて
フォーマットの互換性を実現する。また、多層構造の光
ディスクを一台の光ディスク記録再生装置で記録再生す
ることができる。
より、異なった開口数を与えるフォーマットの互換性を
実現し、更に、収差については同等以上、レンズとして
のパワーは半分にすることができる。
の光路図である。
の光路図である。
クアップの構成を示す図である。
る。
た二重焦点レンズの模式図である。
焦点レンズの模式図である。
Aが0.60に対して設計された実施形態例1−1の二
重焦点レンズの光路図である。
Aが0.52に対して設計された実施形態例1−1の二
重焦点レンズの光路図である。
Aが0.60に対して設計された実施形態例1−1の二
重焦点レンズの収差図であって、(a)は球面収差を、
(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示す。
NAが0.52に対して設計された実施形態例1−1の
二重焦点レンズの収差図であって、(a)は球面収差
を、(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示す。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−1の
二重焦点レンズの横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、同図
(b)、(d)、(f)はサジッタル方向に関するもの
である。
NAが0.52に対して設計された実施形態例1−1の
二重焦点レンズの横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、同図
(b)、(d)、(f)はサジッタル方向に関するもの
である。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−1の
二重焦点レンズのMTFである。
NAが0.52に対して設計された実施形態例1−1の
二重焦点レンズのMTFである。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズの光路図である。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズの光路図である。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズの収差図であって、(a)は球面収差
を、(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示す。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズの収差図であって、(a)は球面収差
を、(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示す。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズの横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、同図
(b)、(d)、(f)はサジッタル方向に関するもの
である。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズの横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、同図
(b)、(d)、(f)はサジッタル方向に関するもの
である。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズのMTFである。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−2の
二重焦点レンズのMTFである。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズの光路図である。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズの光路図である。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズの収差図であって、(a)は球面収差
を、(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示す。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズの収差図であって、(a)は球面収差
を、(b)は非点収差を、(c)は歪曲収差を示す。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズの横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、同図
(b)、(d)、(f)はサジッタル方向に関するもの
である。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズの横収差図であって、(a)、(c)、
(e)はタンジェンシャル方向に関し、また、同図
(b)、(d)、(f)はサジッタル方向に関するもの
である。
NAが0.60に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズのMTFである。
NAが0.40に対して設計された実施形態例1−3の
二重焦点レンズのMTFである。
ク記録再生装置の概略斜視図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 +1次回折光と−1次回折光を生じる回
折型光学素子を形成すると共に、 前記回折型光学素子を対物レンズに近接して配置し、2
枚の異なる厚みの基板に対し、それぞれに対して収差補
正され、異なる焦点距離の2焦点を有するレンズ系に構
成されたことを特徴とする二重焦点レンズ。 - 【請求項2】 前記回折型光学素子は2ステップの階段
形状の位相ホログラムであることを特徴とする、請求項
1に記載の二重焦点レンズ。 - 【請求項3】 請求項1〜2において、前記回折型光学
素子の外周部位に、回折効率のより高い領域を同心円状
に形成し、回折次数に対して異なる開口数を有すること
を特徴とする二重焦点レンズ。 - 【請求項4】 請求項1〜2において、前記回折型光学
素子の外周部位に、屈折型光学素子を同心円状に設け、
回折次数に対して異なる開口数を有することを特徴とす
る二重焦点レンズ。 - 【請求項5】 請求項1〜4において、+1次回折光と
−1次回折光を生じる回折型光学素子を非球面レンズの
入射側もしくは出射側の表面に形成し、異なる焦点距離
の2焦点を有するレンズ系に構成されたことを特徴とす
る二重焦点レンズ。 - 【請求項6】 請求項1〜5において、物体面を無限
遠、第1面を回折型光学素子を非球面上に加工した入射
側非球面、第2面を出射側非球面、第3面を入射側基板
面、第4面を出射側基板面、第5面を像面とし、 ディスク基板の屈折率がNA 、基板圧がtA 、開口数が
NAA である光ディスクのフォーマットAと、ディスク
基板の屈折率がNB 、基板圧がtB 、開口数がNAB で
ある光ディスクのフォーマットBに対して、それぞれの
フォーマットでの収差係数と近軸光線との関数として表
される第1面と第2面の間に生ずる、(1)式で示され
る偏芯感度IIE の比 【数1】 が、フォーマットで決まる定数の、(2)式で示される
コマ収差係数Dの比、 【数2】 に対して、80%以上120%以下の値であることを特
徴とする二重焦点レンズ。但し、 α2 :近軸輪帯光線第2面入射角 α2 ′:近軸輪帯光線第2面出射角 α2 :近軸主光線第2面入射角 α2 ′:近軸主光線第2面出射角 Iμ :第μ面球面収差係数 IIμ :第μ面コマ収差係数 - 【請求項7】 請求項1〜6において、光ディスクの厚
みが1.2mm、屈折率が1.58、開口数が0.40
であるフォーマットの偏芯感度IIE A と、光ディスクの
厚みが0.6mm、屈折率が1.58、開口数が0.6
0であるフォーマットの偏芯感度IIE B との比IIE A /
IIE B が、1.350以上、2.025以下であること
を特徴とする二重焦点レンズ。 - 【請求項8】 請求項1〜請求項7に記載した二重焦点
レンズの何れか一つを用いて構成したことを特徴とする
光ディスク記録再生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31836495A JP3944919B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 二重焦点レンズおよびこれを用いた光ディスク記録再生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31836495A JP3944919B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 二重焦点レンズおよびこれを用いた光ディスク記録再生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09159808A true JPH09159808A (ja) | 1997-06-20 |
JP3944919B2 JP3944919B2 (ja) | 2007-07-18 |
Family
ID=18098330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31836495A Expired - Fee Related JP3944919B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 二重焦点レンズおよびこれを用いた光ディスク記録再生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3944919B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006338782A (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-14 | Ricoh Co Ltd | 光ピックアップ装置と情報記録再生装置 |
JP2007087479A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Konica Minolta Opto Inc | 対物光学系及び光ピックアップ装置 |
WO2010116852A1 (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | コニカミノルタオプト株式会社 | 対物レンズ、カップリング素子及び光ピックアップ装置 |
WO2010116828A1 (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | コニカミノルタオプト株式会社 | 光ピックアップ装置用の集光光学系の光学素子、集光光学系及び光ピックアップ装置 |
-
1995
- 1995-12-06 JP JP31836495A patent/JP3944919B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2006338782A (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-14 | Ricoh Co Ltd | 光ピックアップ装置と情報記録再生装置 |
JP2007087479A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Konica Minolta Opto Inc | 対物光学系及び光ピックアップ装置 |
WO2010116852A1 (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | コニカミノルタオプト株式会社 | 対物レンズ、カップリング素子及び光ピックアップ装置 |
WO2010116828A1 (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | コニカミノルタオプト株式会社 | 光ピックアップ装置用の集光光学系の光学素子、集光光学系及び光ピックアップ装置 |
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