JPH0943401A - 結晶レンズ及びこれを用いた光ピックアップ光学系 - Google Patents

結晶レンズ及びこれを用いた光ピックアップ光学系

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JPH0943401A
JPH0943401A JP7195628A JP19562895A JPH0943401A JP H0943401 A JPH0943401 A JP H0943401A JP 7195628 A JP7195628 A JP 7195628A JP 19562895 A JP19562895 A JP 19562895A JP H0943401 A JPH0943401 A JP H0943401A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 実用できる光量が得られかつレーザーの波長
の変化に対して強い結晶レンズ及び光学素子並びに光ピ
ックアップ光学系を提供する。 【構成】 ２つの共軸面の少なくとも１つが曲面表面で
ある一軸結晶からなる二焦点結晶レンズ。透光性の一軸
結晶からなる第１レンズ体と、第１レンズ体に曲面の界
面を介して接合する透光性の光学材料からなる第２レン
ズ体と、からなる結晶レンズ。透光性の一軸結晶からな
る第１レンズ体及び、第１レンズ体に球面又は非球面の
界面を介して接合する透光性の第２の一軸結晶又は光学
的等方性材料からなる第２レンズ体からなる結晶レンズ
と、結晶レンズに共軸に配置された対物レンズと、を含
む光ピックアップ光学系であるので、同時に二焦点を達
成する光ピックアップ光学系が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光光学素子に関
し、特に光ピックアップを有する光学式情報読み取り装
置の光学系のレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆるＣＤ(compact disk)及びＳＤ(s
uper density disk)等の光ディスクから記録情報を読み
取りできるコンパチブル光学式ビデオディスクプレ―ヤ
等の光学式情報読み取り装置の光学系に用いられ得るよ
うに、二焦点レンズが求められている。ＣＤ及びＳＤな
どの光ディスクにおいて、光ディスク厚みの異なる仕様
のシステムが混在し、これらを同じプレーヤで再生する
ことができれば好都合である。また多層構造の光ディス
クでは、各層毎に実効上の光ディスクの厚みが異なる。
これら層厚みは読み取り対物レンズにとって、球面収差
が生ずることとなる。また、異なる光ディスクにおい
て、読み取り対物レンズの最適な開口数ＮＡも異なって
くることがある。これらを解決するために、上記二焦点
レンズは非常に有効である。
【０００３】二焦点レンズとしてホログラムレンズが知
られている。ホログラムレンズは、同心円状の凹凸ある
いは屈折率分布の回折格子を有するホログラムと基盤等
に凹凸、あるいは屈折率分布を設けて、これにレンズ作
用を持たせたものである。このホログラムレンズは、回
折を用いているため、入射ビームをいくつかのビームに
分けることができる。
【０００４】このホログラムレンズによる二焦点化方法
には、高い回折効率のホログラムを作製するのが難し
く、実際に利用できる光量が少ない、さらに、ホログラ
ムの波長依存性が強いため、レーザーの波長の変化に対
して弱い、などの欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、実用できる
光量が得られかつレーザーの波長の変化に対して強い二
焦点レンズ及び結晶レンズなどの光学素子並びにこれを
用いた光ピックアップ光学系を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【発明を解決するための手段】本発明は、２つの共軸面
の少なくとも１つが曲面表面である一軸結晶からなるこ
とを特徴とする二焦点結晶レンズである。一軸結晶の複
屈折を利用して互いに直行する振動面を有する異常光線
及び常光線の偏光を分離して二焦点を得るので、構成が
簡素で小型化低コスト化ができる故に、好ましい。
【０００７】一軸結晶が入射光線の光軸に垂直である光
学結晶軸を有する前記二焦点結晶レンズは、常光線屈折
率から最大に偏倚した異常光線屈折率を得ることがで
き、二焦点間を最大に設定できるので、好ましい。一軸
結晶が入射光線の光軸に平行である光学結晶軸を有する
前記二焦点結晶レンズは、入射光線の光軸から曲面表面
上の距離に応じて偏光の分離の程度を設定できるので、
好ましい。
【０００８】曲面表面が球面又は非球面である前記二焦
点結晶レンズは、近軸条件又は収差補正を満たすことが
できるので、好ましい。さらに、レンズ表面を円柱若し
くは楕円柱などの曲面とすることもできる。なお、非球
面はレンズ径方向に連続的に異なった曲率半径を有する
面である。２つの共軸面の少なくとも一方の上に形成さ
れた光学的等方性材料からなる非球面層を有する前記二
焦点結晶レンズは、非球面層がサブミクロンオーダー鏡
面仕上金型により加工されたレンズ基板上に数十マイク
ロメータ厚で紫外線硬化樹脂などの重合形成で得られ、
小型化低コスト化ができるので、好ましい。
【０００９】さらに、本発明は、透光性の一軸結晶から
なる第１レンズ体と、前記第１レンズ体に曲面の界面を
介して接合する透光性の光学材料からなる第２レンズ体
と、からなることを特徴とする結晶レンズである。一軸
結晶の複屈折を利用して互いに直行する振動面を有する
異常光線及び常光線の偏光を分離して異なるレンズ作用
を同時に達成できるので、好ましい。
【００１０】結晶レンズの主面の法線が入射光線の光軸
に一致させて配置されたとき、前記第１又は２レンズ体
の一方は、該入射光線の光軸上に配置されかつ、その横
断面面積が入射光線の波面方向における入射光線の横断
面面積より小である前記結晶レンズは、部分的にレンズ
体を形成するだけなので、小型化低コスト化ができ好ま
しい。
【００１１】前記曲面の界面が球面又は非球面である前
記結晶レンズ並びに、入射光線の入射側及び屈折光線の
出射側の表面の少なくとも一方が平面、球面又は非球面
である前記結晶レンズも、近軸条件又は収差補正を満た
すことができるので、好ましく、曲面の界面並びに表面
を円柱若しくは楕円柱などの曲面とすることもできる。
【００１２】入射側及び出射側の表面が平面で平行であ
る前記結晶レンズは、安価に形成できる平板基板から一
面にレンズ体を形成するだけなので、小型化低コスト化
ができ好ましい。前記光学材料が第２の一軸結晶である
ことを特徴とする前記結晶レンズは、２つの一軸結晶の
異常光線及び常光線の屈折率差を選択的に使用できるの
で、好ましい。
【００１３】前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶が同
一材料である前記結晶レンズは、製造行程が簡略化でき
るので、小型化低コスト化ができ好ましい。前記一軸結
晶及び前記第２の一軸結晶が異なる種類の材料である前
記結晶レンズは、材料選択の範囲が拡がるので、好まし
い。前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶がそれぞれ入
射光線の光軸に垂直である光学結晶軸を有している前記
結晶レンズは、光学結晶軸設定、入射光線の光軸設定が
簡素になるので、好ましい。
【００１４】前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶の光
学結晶軸が互いに交差して配置されている前記結晶レン
ズは、２つの一軸結晶の異常光線及び常光線の任意の屈
折率差を任意に設定できるので、好ましい。前記一軸結
晶及び前記第２の一軸結晶の光学結晶軸が互いに９０度
の角度をなして配置されている前記結晶レンズは、２つ
の偏光の最大の屈折率を得ることができるので、好まし
い。
【００１５】前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶の光
学結晶軸が互いに４５度の角度をなして配置されている
ことを特徴とする前記結晶レンズは、２つの偏光の光量
を略等しくできるので、好ましい。前記光学材料が光学
的等方性材料である前記結晶レンズは、光学的等方性材
料が一軸結晶より安価の場合が多く、さらに製造行程が
簡略化できるので、小型化低コスト化ができ好ましい。
【００１６】前記光学的等方性材料の屈折率が前記一軸
結晶の異常光線屈折率又は常光線屈折率に略等しい前記
結晶レンズは、入射光線が平行ならば平行光線と収束又
は発散光線とが得られるので、好ましい。前記光学的等
方性材料が光学ガラス又は合成樹脂である前記結晶レン
ズは、一軸結晶より安価で、さらに製造行程が簡略化で
きるので、小型化低コスト化ができ好ましい。
【００１７】さらにまた、本発明は、２つの共軸面の少
なくとも１つが球面又は非球面である一軸結晶からなる
二焦点結晶レンズを対物レンズとして用いた光ピックア
ップ光学系である。これは、ＣＤ及びＳＤ用のコンパチ
ブルプレーヤの構造を極めて簡略化できるので、小型化
低コスト化ができ好ましい。また、本発明は、透光性の
一軸結晶からなる第１レンズ体及び、前記第１レンズ体
に球面又は非球面の界面を介して接合する透光性の第２
の一軸結晶又は光学的等方性材料からなる第２レンズ体
からなる結晶レンズと、前記結晶レンズに共軸に配置さ
れた対物レンズと、を含むことを特徴とする光ピックア
ップ光学系である。これは、同時に二焦点を達成する光
ピックアップ光学系となり、ＣＤ及びＳＤ用のコンパチ
ブルプレーヤの構造を簡略化できるので、小型化低コス
ト化ができ好ましい。
【００１８】前記第１又は２レンズ体の一方がその横断
面面積が入射光線の波面方向における入射光線の横断面
面積より小である前記光ピックアップ光学系は、結晶レ
ンズ自体を開口数制限手段となし、二焦点を達成すると
同時に開口数を制限する光ピックアップ光学系となり、
異なる仕様のＣＤ及びＳＤ用のコンパチブルプレーヤの
構造を極めて簡略化できるので、小型化低コスト化がで
き好ましい。
【００１９】前記結晶レンズの入射側に共軸に配置され
開口数を制限する開口数制限手段を含む前記光ピックア
ップ光学系は、前記開口数制限手段が該入射光線の光軸
上に形成されかつ、入射光線の波面方向における入射光
線の横断面面積より小である開口を有する環状偏光板で
ある場合、並びに、前記開口数制限手段が入射光線の横
断面面積より小である１／４波長板である場合、とも
に、ＣＤ及びＳＤ用のコンパチブルプレーヤの構造を簡
素にできる。
【００２０】
【実施例】
（二焦点結晶レンズ）本実施例の二焦点結晶レンズは一
軸結晶からなり、２つのレンズ共軸面の少なくとも１つ
が球面又は非球面で、その光学結晶軸が入射光線の光軸
に対し垂直又は平行になされている。二焦点レンズは、
２つの共軸面の少なくとも１方に非球面樹脂層を設ける
こともできる。発明者は、光学的異方性材料の示す複屈
折に着目し、複屈折性材料をレンズへ応用した。異方性
結晶材料内の電場が光電場である場合、異方性物質ある
いは結晶は、直交する２つの偏光に対して異なる屈折率
を有するという複屈折性を示す。いま、電気変位ベクト
ルＤの各成分をＤiとすると、
【００２１】
【数１】
【００２２】このような結晶中での光波の振舞いは、そ
のエネルギーＵが一定の条件（Ａ２）及び（Ａ３）を連
立することによって記述できる。結晶中の直交軸を適当
に定めれば、εijを対角化することができる。
【００２３】
【数２】
【００２４】屈折率楕円体（Ａ４）と平面（Ａ５）の交
線は一般に楕円となり、その直交する２つの主軸方向に
偏光した（光電場が振動方向をもつ）光波は、主軸の長
さに相当する２つの異なる屈折率をもって結晶中を伝搬
する。ｘiは光学的主軸，ｎiは主屈折率とよばれ、結晶
は以下の３通りに分類される。 １） ｎ1＝ｎ2＝ｎ3の場合、複屈折性を示さない等方
性結晶（等軸晶系） ２） ｎ1＝ｎ2≠ｎ3の場合、一軸結晶（正方晶系、三
方晶系、六方晶系） ３） ｎ1≠ｎ2≠ｎ3の場合、二軸結晶（三斜晶系、単
斜晶系、斜方晶系） 一軸結晶においては、ｚ軸と光波の伝搬方向で作られる
平面（主断面）に垂直な偏光方向を有する常光線は、そ
の伝搬方向によらず、一定の屈折率ｎ1＝ｎ2＝ｎ0（常
光線屈折率）をもって結晶中を伝搬する。一方、主断面
内の偏光方向を有する異常光線は、その伝搬方向と、ｚ
軸のなす角をθとすると、次式のｎ（θ）で与えられる
屈折率をもって結晶中を伝搬する。
【００２５】
【数３】
【００２６】ここでｎ（θ）＝ｎ3は、異常光線の結晶
内伝搬方向に依存してθ＝０〜９０度でｎo（常光線屈
折率）〜ｎe（異常光線屈折率）に変わる。一軸結晶で
は、ｎ（θ）＝ｎoとなる方向（θ＝０に対応するｚ軸
方向＝光学軸又は光学結晶軸）が１つだけある。ｎe＞
ｎoの場合の水晶（石英）等を正結晶、ｎo＞ｎeの場合
の方解石等を負結晶という。
【００２７】従って、一軸結晶の光学結晶軸が入射光線
の光軸に非平行であれば、異常光線及び常光線の互いに
垂直な振動面の２つ偏光を分離できる二焦点レンズが得
られる。特に、入射光線の光軸に垂直な光学結晶軸の一
軸結晶の二焦点レンズでは最大の偏角で２つ偏光が得ら
れる。二焦点レンズにおいて、例えば、ガウス領域にお
ける２つの球面からなる単レンズを考えた場合に、この
結像式は次式のように示される。
【００２８】
【数４】
【００２９】式中、ｆは焦点距離、ｎはレンズの屈折
率、ｒ1，ｒ2は２つの球面の極率半径、ｄはレンズ厚を
示す。ここで、例えば、二焦点レンズを平凸レンズを構
成した場合（ｒ2＝∞）、上記式より
【００３０】
【数５】ｆ（ｎ−１）＝ｒ1 となり、偏光ごとの屈折率の変化により焦点距離を変化
させることができる。すなわち、入射光線の光軸に対し
て一軸結晶の光学結晶軸のなす角を適宜に選択すること
によって、二焦点距離の差を変化させることができる。
【００３１】さらに、入射光線の光軸に対して一軸結晶
の光学結晶軸のなす角を零、すなわち平行にしたときで
も、入射光線の光軸上ではｎ（θ）＝ｎoで該光軸から
離れるに従って異常光線が分離する。二焦点レンズの曲
面表面は球面の他に、非球面とすることもでき、２つ偏
光の分離方向、収差を補正するように設定できる。さら
に、偏光分離方向、収差補正のために、二焦点レンズ
は、２つの共軸面の少なくとも１方に非球面樹脂層を設
けることもできる。
【００３２】なお、一軸結晶に代え二軸結晶からなるレ
ンズ又は光学素子としてもよい。二軸結晶においては、
光学的主軸ｘ3，ｘ1と方位角θ，φをなして伝搬する直
交する２つの偏光に対する屈折率ｎは、ｎ2に関する２
次方程式
【００３３】
【数６】
【００３４】の２つの解で与えられる。よって、２つ光
学結晶軸方向を適宜設定してレンズ又は光学素子が得ら
れる。一軸結晶の例を下表に示す。
【００３５】
【表１】 具体的には、図１に示すように、一例の二焦点結晶レン
ズ１は一軸結晶からなる単レンズで、空気中で入射光線
の光軸２上に配置されており、入射側及び出射側の２つ
の共軸面３，４を有している。この一軸結晶はｎｏ＞ｎ
ｅの関係がある方解石などの負結晶である。入射側面３
は平面で、出射側面４は球面である。一軸結晶の光学結
晶軸５が入射光線の光軸２に垂直になされている。入射
側面３側から例えば直線偏光を入射した場合に、一軸結
晶の主断面に垂直な振動面を有する常光線７(O-ray)と
一軸結晶の主断面に平行な振動面を有する異常光線８(E
-ray)とに別れ、それぞれ常光線焦点ｆｎｏ及び異常光
線焦点ｆｎｅに収束する。ｎ e＞ｎoの水晶（石英）など
の正一軸結晶を用いた場合は、ｆｎｏ及びｆｎｅの順序
が逆になる。
【００３６】一軸結晶の光学結晶軸５を、入射光線の光
軸２に対して垂直の他に、非平行としても、又は、平行
になるようにしても良い。また、共軸面３，４は両面と
も球面にしても又は非球面とても良い。さらに、二焦点
レンズは、共軸面の少なくとも１方に非球面樹脂層を設
けることもできる。 （結晶レンズ）次に、図２に示すように、第２実施例の
結晶レンズ１０は、入射側に配置され透光性の負一軸結
晶からなる第１の凸レンズ体１１と、出射側に配置され
第１の凸レンズ体に球面又は非球面の曲面界面９を介し
て接合する同一の一軸結晶からなる第２の凹レンズ体１
２と、からなる平板複合レンズである。結晶レンズ１０
では、それぞれの一軸結晶の光学結晶軸が入射光線の光
軸２に垂直になされて、２枚の凹凸レンズの光学結晶軸
を直角になるように貼り合わせてある。ｎｏ＞ｎｅの関
係がある負一軸結晶であるために、凸レンズ体１１を通
過した入射光線の振動方向によって、図２ように凸レン
ズとして働いたり、凹レンズとして働く。
【００３７】このように、本発明の結晶レンズは、入射
側に配置され透光性の一軸結晶からなる第１レンズ体
と、出射側に配置され第１レンズ体に曲面の界面を介し
て接合する透光性の第２の一軸結晶の光学材料からなる
第２レンズ体と、からなる複合レンズである。上記では
第２及び第１レンズ体が同一の一軸結晶からなるが、一
軸結晶及び第２の一軸結晶の種類は異同を問わず、種々
の一軸結晶から選択できる。
【００３８】また、図３に示すように、結晶レンズ１０
は、一軸結晶及び第２の一軸結晶の光学結晶軸（双矢
印）が互いに９０度の他に４５度の角度で傾斜又は交差
して配置されている複合レンズとしてもよい。図４に示
すように、上記二焦点結晶レンズと同様に、一軸結晶１
１及び第２の一軸結晶１２それぞれの光学結晶軸が入射
光線の光軸２に垂直でそれぞれが垂直である他に、一軸
結晶１１光学結晶軸が光軸２に平行でかつ第２の一軸結
晶１２がこれに垂直若しくはこの逆、などの軸の設定が
なされ得る。結晶レンズは、入射側及び出射側の表面が
平面で平行である平板レンズとしてもよい。結晶レンズ
の出射側又は入射側の表面は平面、球面又は非球面とし
てもよい。
【００３９】さらに、第３実施例の結晶レンズとして
は、第１及び第２レンズ体の一方を一軸結晶に代えて、
光学ガラス、合成樹脂などの光学的等方性材料としても
よい。すなわち、図５に示すように、片方のレンズ体例
えば第１の凸レンズ体を、光学結晶でなく、光学ガラ
ス、合成樹脂などの光学的等方性材料の凸レンズ１１ａ
（屈折率＝ｎｇ＝ｎｅ）とした結晶レンズ１０すること
もできる。
【００４０】この場合、異常光線に対してはレンズ作用
が無く単なる平行平板となる。一方、常光線の場合に
は、凹レンズとして作用する。このように光学結晶を用
いることにより、様々なレンズ作用を入射光線の偏光方
向によって自由に変えることができる。上記実施例同様
に、これら一軸結晶の光学結晶軸を、入射光線の光軸に
平行にすることによって、様々なレンズ作用を得ること
もできる。入射及び出射両端で平行平面で構成された結
晶レンズ例で説明したが、実行上効果が許される範囲
で、入射及び出射両端を球面や非球面で構成することも
できることは明らかである。
【００４１】また図５の結晶レンズ１０とは逆に、例え
ば第３実施例の全面貼り合わせタイプとしては、図６に
示すように、水晶などの比較的屈折率が低い正一軸結晶
（ｎｏ＜ｎｅ）を第１の凸レンズ体に用い、光学結晶軸
を入射光線光軸に垂直とし、光学ガラス（屈折率＝ｎｇ
＝ｎｏ）を第２凹レンズ体に用いることもできる。すな
わち、結晶レンズ２０は、第１の凸レンズ体２１と、こ
れに球曲界面９を介して接合する透光性の光学ガラス材
料からなる第２の凹レンズ体２２ａと、する。そして、
凸レンズ体２１の光学結晶軸に対して４５°に傾斜した
振動面の直線偏光の光を入射させる。
【００４２】光学結晶軸に対し４５°傾斜直線偏光を入
射すると、水晶の複屈折性から結晶の常光線の直線偏光
と異常光線の直線偏光に別れる。球曲界面に入射する際
に、常光線は屈折率の変化がないので、平行平板を透過
した場合と同じような振る舞いをする。一方、異常光線
は次の面に入射する際に屈折率の差によって屈折され凹
レンズような振る舞いをする。
【００４３】さらにまた、第４実施例として図７に示す
ように、平行平板の結晶レンズ３０は、負一軸結晶から
なる第１の凸レンズ体３１と、これに球曲界面９を介し
て接合する透光性の光学ガラス材料（屈折率＝ｎｇ＝ｎ
ｏ）からなる第２の凹レンズ体３２と、からなる。入射
光波面における第１レンズ体の横断面面積は、入射光線
の横断面面積より小である。ここで、凸レンズ体３１の
光学結晶軸に対して４５°に傾斜した振動面の直線偏光
の光を入射させる。この光は常光線と異常光線の成分に
分けて考えることができ、図８に示すように、常光線の
成分（図では紙面の上下に振動している成分）は、周辺
部で全部光学素子を通過する。光学素子中心部も光学結
晶は常光線に対してｎｏで、光学ガラス３２のｎｇと等
しくなるので、常光線は平行平板ガラスを通過した場合
と同じで、何のレンズ効果も発生しない。一方、異常光
線の成分（図の紙面と垂直に振動している成分）は、周
辺部で全部光学素子を通過するが、中心部では異常光線
に対してｎｅとなり、光学ガラスの屈折率（ｎｇ）より
低く、凹レンズとして働く。
【００４４】異常光線及び常光線の成分の通過光量を変
化させる場合は、図９に示すように、第４実施例に加え
て、さらに、入射光線の全偏光成分が第１レンズ体へ直
接入射するような開口を有する環状偏光板４０を第２レ
ンズ体３２の入射側上に配置する。環状偏光板４０が常
光線を通すものとすると、異常光線の成分は、中心部で
は偏光板により遮断され、光学結晶周辺部の光は通過す
ることはできないので異常光線束は制限される。
【００４５】この第４実施例の第１レンズ体中心埋め込
みタイプの結晶レンズ構造は、第１及び第２レンズ体に
ＬｉＮｂＯ3などの比較的屈折率が高い結晶を用いた場
合に適用できる。図１０に示すように、例えば結晶レン
ズ５０は、ＬｉＮｂＯ3の第１凸レンズ体５１の光学結
晶軸に対して４５°に傾斜したＬｉＮｂＯ3の第２凹レ
ンズ体５２を有する。この結晶レンズ５０は、図１１に
示すように、外周部分に入射した光はそのまま平行平板
を透過する。中心部分に入射した光は、次の面に入射す
る際に、後の結晶の常光線の直線偏光、および異常光線
の直線偏光に別れる。常光線の光は次の面に移る際に、
屈折率の変化がないので、平行平板を透過した場合と同
じような振る舞いをする。一方、異常光線は次の面に入
射する際に屈折率の差によって屈折される。このよう
に、結晶レンズは、第１及び２レンズ体を一軸結晶とし
て、それぞれの光学結晶軸を入射光線の光軸に垂直と
し、第１及び２の一軸結晶の光学結晶軸が互いに４５度
の角度をなして配置されている複合レンズとしてもよ
い。
【００４６】これら実施例は、例えば光ピックアップを
有する光学式情報読み取り装置の光学系に利用すること
ができる。ＣＤ及びＳＤなどの光ディスクにおいて、球
面収差をもたらす各層毎厚みが異なる多層構造の光ディ
スクでも、また、読み取り対物レンズの最適な開口数Ｎ
Ａも異なる仕様の場合でも、これら光ディスクを同じプ
レーヤで再生することができ、上記結晶レンズの偏光光
学素子は非常に有効である。 （光ピックアップ光学系）ＣＤ再生時の光学系とＳＤ再
生時の光学系では以下のような違いがある。
【００４７】(1)開口数ＮＡの違い。（ＳＤ再生時が
０．６に対して、ＣＤ再生時は０．３７である） (2) 光ディスク厚みの違い。（ＳＤ再生時が０．６ｍｍ
に対して、ＣＤ再生時は１．２ｍｍである） 従って、ＣＤ／ＳＤコンパチブル光ピックアップを実現
するためには、最低限上記の２つの違いを補正してやる
必要がある。光ディスク厚み及びＮＡの違いは、結晶レ
ンズの一軸結晶材料及び等方性材料の選択、並びにその
表面及び界面の曲面球面の曲率、形状を適宜設計するこ
とで補正することができる。
【００４８】例えば上記第４実施例の結晶レンズ３０を
偏光光学素子として、図１２に示すように、光ディスク
の厚みと読み取り対物レンズの最適ＮＡとが異なる仕様
の光ディスク用の光ピックアップ光学系に用いるこでき
る。すなわち、光ピックアップ光学系には、この結晶レ
ンズ３０下流に対物レンズ９０が配置され、さらに下流
に光ディスク６０，７０が配置され、結晶レンズ３０及
び対物レンズ９０間の距離を保ったままで対物レンズ９
０及び光ディスク６０，７０の対物レンズ光ディスク間
距離wdを変えるフォーカスサーボ手段を備えられてい
る。
【００４９】この光ピックアップ光学系により、ＳＤ再
生時の光ディスク７０の厚み０．６ｍｍ、ＮＡ＝０．６
と、ＣＤ再生時の光ディスク６０の厚み１．２ｍｍ、Ｎ
Ａ＝０．３７のシステムと、で最適のシステムを同じピ
ックアップ（結晶レンズ４０及び対物レンズ９０間の距
離一定）で読みとることができる。ＳＤ再生時の結晶レ
ンズ３０は、常光線の場合で単なる平行平板ガラスとし
て機能し、対物レンズ光ディスク間距離wdの設定で光デ
ィスクに集光できる。
【００５０】ＣＤ再生時の結晶レンズ３０は、光ディス
ク厚み、ＮＡ共に変化させなくてはならない。このとき
異常光線を用いて、結晶レンズ３０は第１凸レンズ体３
１周辺の偏光板４０により、光束を小さくして実効ＮＡ
を下げている。すなわち、光軸から半径ｒ以上の第２レ
ンズ体領域を通る光線については、平行平板として作用
する。一方、半径ｒ以下の第１レンズ体領域を通る光線
のみが、レンズ作用を受ける。
【００５１】この光ピックアップ光学系よれば、ＳＤシ
ステムによる、２層の記録層を有する光ディスクに同時
に２つの偏光光を集光できる。また、この一軸結晶第１
レンズ及び光学ガラス第２レンズからなる結晶レンズに
代えて、上記図１０の一軸結晶第１レンズ及び一軸結晶
第２レンズからなる結晶レンズにしても同様な光ピック
アップ光学系が得られる。なお、光ディスク厚みの違い
により発生する球面収差は、像物点間距離を変えること
で、除去することができる。光ディスク厚みの変化が大
きく球面収差の発生が大きい時、このような偏光光学素
子で取りきれない場合には、レンズ体界面を非球面形状
にすることにより、より効果を上げることができる。
【００５２】このように、本発明の光ピックアップ光学
系は、入射側に配置され透光性の一軸結晶からなる第１
レンズ体、及び、出射側に配置され第１レンズ体に曲面
の界面を介して接合する透光性の一軸結晶又は等方性光
学材料からなる第２レンズ体、からなる結晶レンズを含
み、結晶レンズをその主面の法線が入射光線の光軸に一
致させ配置したとき、入射光線が第２レンズ体へ直接入
射するように第１レンズ体の横断面面積が入射光線の横
断面面積より小であることが必要である。
【００５３】たの実施例として、上記図１２の光ピック
アップ光学系の小横断面面積第１レンズ体を有する結晶
レンズに代えて、上記第３実施例の全面貼り合わせタイ
プの結晶レンズを用いる場合、ＮＡの補正については、
入射ビーム径をＳＤ再生時に比べて細くする開口数制限
手段を設けることで対応できる。すなわち、図９に示し
た結晶レンズの前に偏光板４０を挿入することにより、
図１３に示すように、前述の光ピックアップ光学系と同
様にＣＤ／ＳＤコンパチブル光ピックアップを実現でき
る。
【００５４】さらにまた、図１４に示すように、その他
の光ピックアップ光学系では、図１３の偏光板４０に代
えて、結晶レンズの前に１／４波長板４０ａを挿入する
ことによって、前述の光ピックアップ光学系と同様にＣ
Ｄ／ＳＤコンパチブル光ピックアップを実現できる。こ
のように、開口数制限手段は、結晶レンズをその主面の
法線が入射光線の光軸に一致させ配置したとき、入射光
線の全偏光成分が第１レンズ体へ直接入射するような開
口を有する環状偏光板か、あるいは、入射光線の横断面
面積より小である面積を有する１／４波長板であること
が必要である。 （具体例）複屈折媒体としては水晶（ｎｏ＝1.542，ｎ
ｅ＝1.551）(波長650nm）を用い、光学ガラスとしては
ショット(SCHOTT）社製造のＢＡＬＦ８（ｎ＝ 1.55125
9）を用いて、曲面界面形状は球面を用いて行った。光
ディスク厚ｔｄをどのくらいにまで厚くできるか検討を
行った。以下の表にその結果を示す。
【００５５】
【表２】 複屈曲媒体としては水晶を用いて、曲面界面形状は非球
面を用いて行った。その結果、光ディスク厚１．２ｍｍ
に対しても最適な設計値を得ることができた。その結果
を示す。
【００５６】
【数７】ｔｄ＝１．２ｍｍ ＯＰＤ（ｒｍｓ）＝０．００１５８８ Ａ４＝０．０２７４０１（４次の非球面係数） 複屈折媒体としてはＬｉＮｂＯ3を用いて、曲面界面形
状は球面とした。以下の表にその結果を示す。
【００５７】
【表３】 複屈折媒体としてはＴｉＯ2を用いて、形状は球面を用
いて行った。その結果、１．２ｍｍの光ディスクに対し
ても、ほぼ無収差の理想的な結晶レンズを得ることがで
きた。
【００５８】
【数８】ｔｄ＝１．２ｍｍ ＯＰＤ（ｒｍｓ）＝０．００２９６８
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、２つの共軸面の少なく
とも１つが曲面表面である一軸結晶からなる二焦点結晶
レンズであるので、一軸結晶の複屈折を利用して互いに
直行する振動面を有する異常光線及び常光線の偏光を分
離して二焦点を得、構成が簡素で小型化低コスト化がで
きる対物レンズが得られる。また本発明は、透光性の一
軸結晶からなる第１レンズ体と、第１レンズ体に曲面の
界面を介して接合する透光性の光学材料からなる第２レ
ンズ体と、からなる結晶レンズであるので、異常光線及
び常光線の偏光を分離して異なるレンズ作用を同時に達
成できる。よって、実用できる光量が得られかつレーザ
ーの波長の変化に対して強い結晶レンズ及び光学素子を
得ることができる。
【００６０】さらに本発明は、２つの共軸面の少なくと
も１つが球面又は非球面である一軸結晶からなる二焦点
結晶レンズを対物レンズとして用いた光ピックアップ光
学系であるので、ＣＤ及びＳＤ用のコンパチブルプレー
ヤの構造を極めて簡略化でき、小型化低コスト化が達成
される。本発明は、透光性の一軸結晶からなる第１レン
ズ体及び、第１レンズ体に球面又は非球面の界面を介し
て接合する透光性の第２の一軸結晶又は光学的等方性材
料からなる第２レンズ体からなる結晶レンズと、結晶レ
ンズに共軸に配置された対物レンズと、を含む光ピック
アップ光学系であるので、同時に二焦点を達成する光ピ
ックアップ光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の二焦点結晶レンズの斜視図である。
【図２】 実施例の結晶レンズの断面図である。
【図３】 他の実施例の結晶レンズの斜視図である。
【図４】 他の実施例の結晶レンズの断面図である。
【図５】 他の実施例の結晶レンズの断面図である。
【図６】 他の実施例の結晶レンズの断面図である。
【図７】 他の実施例の結晶レンズの斜視図である。
【図８】 他の実施例の結晶レンズの断面図である。
【図９】 他の実施例の結晶レンズの断面図である。
【図１０】 他の実施例の結晶レンズの斜視図である。
【図１１】 他の実施例の結晶レンズの断面図である。
【図１２】 実施例の光ピックアップ光学系の概略断面
図である。
【図１３】 他の実施例の光ピックアップ光学系の概略
断面図である。
【図１４】 他の実施例の光ピックアップ光学系の概略
断面図である。
【主要部分の符号の説明】
１ 二焦点結晶レンズ １０、２０，３０，５０ 結晶レンズ ６０，７０ 光ディスク ９０ 対物レンズ

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの共軸面の少なくとも１つが曲面表
    面である一軸結晶からなることを特徴とする二焦点結晶
    レンズ。
  2. 【請求項２】 前記一軸結晶が入射光線の光軸に垂直で
    ある光学結晶軸を有することを特徴とする請求項１記載
    の二焦点結晶レンズ。
  3. 【請求項３】 前記一軸結晶が入射光線の光軸に平行で
    ある光学結晶軸を有することを特徴とする請求項１記載
    の二焦点結晶レンズ。
  4. 【請求項４】 前記曲面表面が球面又は非球面であるこ
    とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の二焦点
    結晶レンズ。
  5. 【請求項５】 前記２つの共軸面の少なくとも一方の上
    に形成された光学的等方性材料からなる非球面層を有す
    ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の二
    焦点結晶レンズ。
  6. 【請求項６】 透光性の一軸結晶からなる第１レンズ体
    と、前記第１レンズ体に曲面の界面を介して接合する透
    光性の光学材料からなる第２レンズ体と、からなること
    を特徴とする結晶レンズ。
  7. 【請求項７】 前記一軸結晶が入射光線の光軸に垂直で
    ある光学結晶軸を有することを特徴とする請求項６記載
    の結晶レンズ。
  8. 【請求項８】 前記一軸結晶が入射光線の光軸に平行で
    ある光学結晶軸を有することを特徴とする請求項６記載
    の結晶レンズ。
  9. 【請求項９】 その主面の法線が入射光線の光軸に一致
    させて配置されたとき、前記第１又は２レンズ体の一方
    は、該入射光線の光軸上に配置されかつ、その横断面面
    積が入射光線の波面方向における入射光線の横断面面積
    より小であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか
    １記載の結晶レンズ。
  10. 【請求項１０】 前記曲面の界面が球面又は非球面であ
    ることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１記載の結
    晶レンズ。
  11. 【請求項１１】 入射光線の入射側及び屈折光線の出射
    側の表面の少なくとも一方が平面、球面又は非球面であ
    ることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１記載の
    結晶レンズ。
  12. 【請求項１２】 前記入射側及び出射側の表面が平面で
    平行であることを特徴とする請求項１１記載の結晶レン
    ズ。
  13. 【請求項１３】 前記光学材料が第２の一軸結晶である
    ことを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１記載の結
    晶レンズ。
  14. 【請求項１４】 前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶
    が同一材料であることを特徴とする請求項１３記載の結
    晶レンズ。
  15. 【請求項１５】 前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶
    が異なる種類の材料であることを特徴とする請求項１３
    記載の結晶レンズ。
  16. 【請求項１６】 前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶
    がそれぞれ入射光線の光軸に垂直である光学結晶軸を有
    していることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか
    １記載の結晶レンズ。
  17. 【請求項１７】 前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶
    の光学結晶軸が互いに交差して配置されていることを特
    徴とする請求項１３〜１６のいずれか１記載の結晶レン
    ズ。
  18. 【請求項１８】 前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶
    の光学結晶軸が互いに９０度の角度をなして配置されて
    いることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１記
    載の結晶レンズ。
  19. 【請求項１９】 前記一軸結晶及び前記第２の一軸結晶
    の光学結晶軸が互いに４５度の角度をなして配置されて
    いることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１記
    載の結晶レンズ。
  20. 【請求項２０】 前記光学材料が光学的等方性材料であ
    ることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１記載の
    結晶レンズ。
  21. 【請求項２１】 前記光学的等方性材料の屈折率が前記
    一軸結晶の異常光線屈折率又は常光線屈折率に略等しい
    ことを特徴とする請求項２０記載の結晶レンズ。
  22. 【請求項２２】 前記光学的等方性材料が光学ガラス又
    は合成樹脂であることを特徴とする請求項２１又は２２
    記載の結晶レンズ。
  23. 【請求項２３】 ２つの共軸面の少なくとも１つが球面
    又は非球面である一軸結晶からなる二焦点結晶レンズを
    対物レンズとして用いたことを特徴とする光ピックアッ
    プ光学系。
  24. 【請求項２４】 透光性の一軸結晶からなる第１レンズ
    体及び、前記第１レンズ体に球面又は非球面の界面を介
    して接合する透光性の第２の一軸結晶又は光学的等方性
    材料からなる第２レンズ体からなる結晶レンズと、前記
    結晶レンズに共軸に配置された対物レンズと、を含むこ
    とを特徴とする光ピックアップ光学系。
  25. 【請求項２５】 前記第１又は２レンズ体の一方は、そ
    の横断面面積が入射光線の波面方向における入射光線の
    横断面面積より小であることを特徴とする請求項２４記
    載の光ピックアップ光学系。
  26. 【請求項２６】 前記結晶レンズの入射側に共軸に配置
    され開口数を制限する開口数制限手段を含むことを特徴
    とする請求項２４又は２５記載の光ピックアップ光学
    系。
  27. 【請求項２７】 前記開口数制限手段は、該入射光線の
    光軸上に形成されかつ、入射光線の波面方向における入
    射光線の横断面面積より小である開口を有する環状偏光
    板であることを特徴とする請求項２６記載の光ピックア
    ップ光学系。
  28. 【請求項２８】 前記開口数制限手段は、入射光線の横
    断面面積より小である１／４波長板であることを特徴と
    する請求項２６記載の光ピックアップ光学系。
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