JPH09159808A

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

Info

Publication number: JPH09159808A
Application number: JP7318364A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suganuma; 洋菅沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1997-06-20
Anticipated expiration: 2015-12-06
Also published as: JP3944919B2

Abstract

(57)【要約】【課題】厚みの異なる光ディスクの互換性がとれた記
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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二重焦点レンズに関
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。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクは音声、動画等の記
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。

【０００３】光ディスクの高密度化のためには、より波
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。

【０００４】そこで、基板厚の薄い光ディスクが導入さ
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。

【０００５】これについて、対物レンズの中心部をホロ
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’９５Ｐｏｓｔ−ｄｅａｄｌｉｎｅＰａ
ｐｅｒＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔｐ３８〜３
９、第５６回応用物理学会予講集Ｎｏ３．ｐ９５６〜
９５７、ＳＰＩＥＶＯＬ．２３３８Ｏｐｔｉｃａｌ
ＤａｔａＳｔｏｒａｇｅ（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。

【０００６】また、製造上の偏芯誤差で対物レンズに偏
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。

【０００７】そこで述べられている解析は次の通りであ
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。

【数３】

【０００８】二重焦点レンズでは、２つの異なる基板厚
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。

【数４】ここで、ＦとＬはレンズの設計で決まる関数である。特
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。

【０００９】また、多層構造の光ディスクは、情報量を
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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題に鑑
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。

【００１２】前記回折型光学素子の外周部位に、回折効
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。

【００１３】また、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二重焦点レンズを構成する。

【００１４】＋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焦点を有する二重焦点
レンズを構成する。

【００１５】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Ｎ_A、基板
圧がｔ_A、開口数がＮＡ_A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Ｎ_B、基板圧が
ｔ_B、開口数がＮＡ_B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。

【００１６】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、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／IIE_Bが、１．３５０以上、
２．０２５以下である二重焦点レンズを構成する。

【００１７】上述した二重焦点レンズの何れか一つを用
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。

【００１８】上述したように、回折次数に対して異なる
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。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の光学的背景について図１
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。

【００２０】図１は本発明による二重焦点レンズの＋１
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。

【００２１】まず、球面収差について検討する。屈折率
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。

【数５】

【００２２】（５）式から分かるように光ディスク基板
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。

【００２３】そこで、まず第一に球面収差をホログラム
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。

【数６】

【００２４】ここで、（６）式におけるＳI は（７）式
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。

【数７】

【数８】

【数９】

【数１０】

【数１１】Ｈはラグランジェ不変量、ｎはレンズの屈折率、Ｐはレ
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。

【数１２】

【数１３】

【００２５】回転対称であれば、回折型レンズの波面の
位相φ（ｒ）は、（１４）式で与えられる。

【数１４】

【００２６】ここで、レンズのパワーＰはｍ次の回折光
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。

【数１５】

【００２７】つぎに、厚みがａ、ｂの２つの平行平板を
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。

【数１６】

【数１７】

【００２８】これをホログラムの＋１次と−１次で補償
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。

【００２９】この原理を用いると、図１に示すように薄
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。

【００３０】従って、図３に示すように従来と同様の構
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。

【００３１】例えば、基板厚が０．６ｍｍと１．２ｍｍ
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。

【００３２】平行平板によって生じる球面収差は、横収
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。

【数１８】ホログラムの球面収差量が、この符号を反転させた値で
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。

【００３３】このうち、（８）式で示されるコマ収差
（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。

【００３４】他に、球面収差を補正するには、パワーだ
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。

【数１９】

【００３５】この条件に合致させることにより、球面収
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。

【００３６】ここで、この位相ホログラムを階段のよう
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。

【００３７】これに対して、従来の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。

【００３８】実際に光ディスクの対物レンズとして使う
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。

【００３９】つぎに、対物レンズの開口数について検討
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。

【００４０】このため、それぞれのシステムにおいて最
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。

【００４１】開口数に関する上述した問題の解決手段と
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。

【００４２】つぎに、ホログラムを非球面対物レンズの
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。

【数２０】

【００４３】また、二重焦点レンズでは、２つの異なる
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。

【数２１】ここで、ＦとＬはレンズの設計で決まる関数である。特
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。

【００４４】（４）式の両辺の分母はＦとＤの２項から
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。

【００４５】屈折率Ｎ、厚みｔのディスク基板と開口数
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。

【数２２】従って、光ディスクのフォーマットＡの屈折率をＮ_A、
基板厚をｔ_A、開口数をＮＡ_Aとし、またフォーマット
Ｂの屈折率をＮ_B、基板厚をｔ_B、開口数をＮＡ_B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
Ｄ_A、Ｄ_Bとすると、その比Ｄ_A／Ｄ_Bは定数となる。

【００４６】ここで、（２０）式を変形して（２１）式
の関係を得る。

【数２３】例えば、基板厚が０．６ｍｍと１．２ｍｍであって、屈
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。

【００４７】一方、第ν面の偏芯Ｅνにより生じるコマ
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）。

【数２４】ここで、 ΔＹ′：像面の横収差Ｙ′：像高 β ：横倍率Ｙ：物体高 α′：物体近軸光線の像面への入射角Ｒ：物体平面上に換算した入射瞳半径 φ ：入射瞳でのアジマス角Ｎ：物体の屈折率 ω ：物点と物体側主点を結ぶ直線が基準軸となす角度 IIμ ：第μ面コマ収差係数Ｅν：第ν面の偏芯量 IIＥν：第ν面の偏芯コマ係数

【００４８】第ν面の偏芯コマ係数IIＥνは、一般に
（２３）式で与えられる。

【数２５】ここで、 αν：近軸輪帯光線第ν面入射角 αν′：近軸輪帯光線第ν面出射角 αν：近軸主光線第ν面入射角 αν′：近軸主光線第ν面出射角 Iμ ：第μ面球面収差係数 IIμ ：第μ面コマ収差係数

【００４９】従って、±１次回折光を用いたホログラム
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。

【数２６】

【００５０】（２４）式の左辺はレンズ設計プログラム
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。

【００５１】以上、ホログラムと非球面対物レンズとを
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。

【００５２】上述したような二重焦点レンズを光ディス
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。

【００５３】実施の形態例つぎに、上述した技術的背景に基づき、本発明の具体的
構成について添付した図面を参照して説明する。

【００５４】図１は本発明の対物レンズ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。

【００５５】図３は本発明の対物レンズ２とホログラム
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。

【００５６】半導体レーザ５から出射されたレーザ光１
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。

【００５７】ホログラム３で回折された＋１次回折光２
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。

【００５８】図４は本発明に用いるホログラム３の形状
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。

【００５９】図５は図４に示すホログラム３の高ＮＡ領
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。

【００６０】つぎに、二重焦点レンズ４の具体的な設計
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。

【００６１】非球面形状は一般に、（２５）式で表され
る。

【数２７】ここで、ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面頂点の
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。

【００６２】また、本発明に関するバイナリー型のレリ
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。

【数２８】

【００６３】実施形態例１−１図７ないし図１４を参照して実施形態例１−１について
説明する。本実施形態例はホログラムを対物レンズ２の
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。

【００６４】それには、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。

【００６５】本実施形態例１−１の設計データを表１に
示す。

【表１】

【００６６】図７はディスク基板１ａの厚みが０．６ｍ
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。

【００６７】図９はディスク基板１ａの厚みが０．６ｍ
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。

【００６８】図１１はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００６９】図１３はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００７０】上記、図９、図１０の収差特性、図１１、
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。

【００７１】実施形態例１−２図１５ないし図２２を参照して実施形態例１−２につい
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。

【００７２】本例ではホログラム３の基板が平行平板と
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。

【００７３】対物レンズ２は次のように平行平板厚に対
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。

【００７４】本実施形態例１−２の設計データを表２に
示す。

【表２】

【００７５】図１５はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００７６】図１７はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００７７】図１９はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００７８】図２１はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００７９】上記、図１７、図１８の収差特性、図１
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。

【００８０】実施形態例１３図２３ないし図３０を参照して実施形態例１−３につい
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。

【００８１】本実施形態例はホログラムを対物レンズ２
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。

【００８２】本実施形態例１−３の設計データを表３に
示す。

【表３】

【００８３】図２３はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００８４】図２５はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００８５】図２７はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００８６】図２９はディスク基板１ａの厚みが０．６
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。

【００８７】上記、図２５、図２６の収差特性、図２
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。

【００８８】実施形態例２つぎに、上述した３つの実施形態例の開口を制限する方
法について説明する。

【００８９】形態例２１図４および図５を参照して、図４に示す周辺の高ＮＡ領
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。

【００９０】形態例２２つぎに、図４および図６を参照して、図４に示す周辺の
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。

【００９１】従って上述した実施形態例２１および実
施形態例２２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。

【００９２】更に、上述した構成に加えて幾つかの変形
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。

【００９３】第２は、ホログラム３を図３に示す光学系
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。

【００９４】第３は、光ディスクの傾きによって生じる
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。

【００９５】以上説明した二重焦点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、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。

【００９６】また、多層構造の光ディスクも同様のホロ
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。

【００９７】また、収差特性と回折効率から本発明によ
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。

【表４】

【００９８】つぎに、上述した二重焦点レンズを搭載し
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。

【００９９】レーザ光源ユニット３１は半導体レーザ、
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。

【０１００】移動部３２は２本の平行な軸３９に軸受４
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。

【０１０１】尚、上述した光ディスク記録再生装置１０
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。

【０１０２】また、主に二重の焦点を有するレンズ系に
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。

【０１０３】

【発明の効果】本発明は、対物レンズにホログラムを加
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。

【０１０４】適合されて形成された１枚のホログラムに
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による二重焦点レンズの＋１次回折光
の光路図である。

【図２】本発明による二重焦点レンズの−１次回折光
の光路図である。

【図３】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る。

【図４】二重焦点レンズに用いるホログラムの図であ
る。

【図５】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る。

【図６】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。

【図７】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数Ｎ
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。

【図８】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数Ｎ
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。

【図９】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数Ｎ
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。

【図１０】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図１１】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図１２】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図１３】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図１４】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図１５】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図１６】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図１７】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図１８】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図１９】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図２０】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図２１】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図２２】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図２３】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図２４】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図２５】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図２６】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図２７】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図２８】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図２９】ディスク基板の厚みが０．６ｍｍ、開口数
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。

【図３０】ディスク基板の厚みが１．２ｍｍ、開口数
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。

【図３１】本発明の二重焦点レンズを用いた光ディス
ク記録再生装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ光ディスク２対物レンズ３、３ａ、３ｂホログラム４二重焦点レンズ５半導体レーザ６ビームスピリッタ７コリメータ８凹レンズ９受光素子１０第一層１１第二層１２情報記録面１５低ＮＡ領域１６高ＮＡ領域１７低ＮＡレンズとしての瞳領域１８高ＮＡレンズとしての瞳領域１９レーザ光２０＋１次回折光２１ −１次回折光２２回折光２３屈折光２４高効率回折型光学素子２５屈折型光学素子３１レーザ光源ユニット３２移動部３３移動台３４、３５ヨーク３６マグネット３７ボビン３８コイル３９軸４０軸受け４１外側板４２スピンドルモータ４３レーザ光

Claims

【特許請求の範囲】

【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Ｎ_A、基板圧がｔ_A、開口数が
ＮＡ_A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Ｎ_B、基板圧がｔ_B、開口数がＮＡ_B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。