JPH103686A - 情報ピックアップ装置及びその対物レンズ - Google Patents

情報ピックアップ装置及びその対物レンズ

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JPH103686A
JPH103686A JP8155356A JP15535696A JPH103686A JP H103686 A JPH103686 A JP H103686A JP 8155356 A JP8155356 A JP 8155356A JP 15535696 A JP15535696 A JP 15535696A JP H103686 A JPH103686 A JP H103686A
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JP
Japan
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objective lens
information recording
recording medium
optical
lens
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Application number
JP8155356A
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English (en)
Inventor
Norikazu Arai
則一 荒井
Fumiaki Yoshida
文昭 吉田
Hiroyuki Kobayashi
宏至 木林
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Publication of JPH103686A publication Critical patent/JPH103686A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つの光ピックアップで異なる基板厚を有す
る光ディスクを再生可能とし、相互に互換性を有する構
造が簡単でコンパクトで消費電力の少ない情報ピックア
ップ装置及びその対物レンズを提供する。 【解決手段】 レーザ光源と、レーザ光源からの光束を
光情報記録媒体の情報記録面上に集光する対物レンズを
有する情報ピックアップ装置において、2種類の異なる
透明基板について、レンズ側の面と記録面までの基板厚
をt1A(mm),t2A(mm)、基板の屈折率をn
1,n2、記録面とは反対側の面までの距離をt1B
(mm),t2B(mm)、レンズに入射する光束のレ
ンズの結像倍率をm1,m2、t1A≠t2A及び/又
はt1B≠t2Bであり、レンズの焦点距離をf(m
m)としたとき、次式を満足するレンズ入射光の発散度
変更手段を設ける。 |(m2−m1)f+(1−1/n1)t1A−(1−
1/n2)t2A+t1B−t2B|<0.25(m
m)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光などの光
ビームを光情報記録媒体に照射することにより、光情報
を再生する光情報記録媒体の情報ピックアップ装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】高密度・大容量の記録媒体として光情報
記録媒体は種々のものが実用化されてきた。その中でコ
ンパクトディスク(CD)は、光源の波長が780(n
m)〜830(nm)、対物レンズの開口数0.45〜
0.5程度の光学系を用いた情報ピックアップ装置によ
り、記録されている音楽信号が再生されている。
【0003】CDでは前述の光学系によりポリカーボネ
ート製の基板厚1.2(mm)の透明基板を通して、光
源からの光束を情報記録面にほぼ回折限界性能を有する
スポットとなるよう絞り込んでいる。尚、CDの情報記
録面を境にして1.2(mm)の透明基板とは反対側
は、透明基板と比べてその厚みを事実上無視できる極薄
い情報記録面を保護する役割を持つ保護層が設けられて
いる。
【0004】近年、大きさ(光ディスクの場合は直
径)、基板厚、情報記録密度、記録再生の原理の異なる
種々の光情報記録媒体が次々と実用化されてきている。
その中でDVD(デジタルビデオディスク)は、CDと
同じ大きさながら片面タイプの場合でも約7倍の容量を
持つ。
【0005】このため、DVDの再生のためには、光源
の波長が600(nm)〜700(nm)、対物レンズ
の開口数0.55〜0.7程度の光学系を用いた情報ピ
ックアップ装置が必要となる。またDVDでは透明基板
の厚さは0.6(mm)であり、片面タイプと両面タイ
プがあるが、片面タイプのものも0.6(mm)の基板
が情報記録面とは反対側に張り合わせられている。
【0006】CDはすでに多量に生産販売されており、
今後のマルチメディア対応の再生装置はDVDだけでな
くCDもあわせて再生できることが望まれている。
【0007】図1は、従来例の情報ピックアップ装置の
一例で、DVDを再生する場合を想定している。
【0008】図1において、レーザ光源1から出射した
光束はビームスプリッタ2を通過してコリメータレンズ
3に入射し、平行光束となり絞り5で所定の光束に制限
されて対物レンズ6へ入射する。この対物レンズ6は、
平行光束が入射したときにある所定の厚みの基板7(こ
こではt=0.6(mm))を通して無収差の光スポッ
トを記録面8上へ結像させる。
【0009】この記録面8で情報ピットにより変調され
て反射した光束は、対物レンズ6、コリメータレンズ3
を介してビームスプリッタ2に戻り、ここでレーザ光源
1からの光路から分離され、受光手段9へ入射する。こ
の受光手段9は多分割されたPINフォトダイオードで
あり、各素子より、入射した光束の強度に比例した電流
を出力し、この電流を図には示さない検出回路系に送
り、ここで情報信号、フォーカスエラー信号、トラック
エラー信号を生成する。このフォーカスエラー信号、ト
ラックエラー信号に基づき、磁気回路とコイル等で構成
される2次元アクチュエータ(図示せず)で対物レンズ
6を制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合
わせる。
【0010】このような情報ピックアップでは対物レン
ズ6で集光される光スポットを小さくする為大NA(例
えばNA0.6)であるので、このような集光光束中に
置かれる基板7の厚みが所定の厚みからずれると大きな
球面収差を発生させる。
【0011】図2は、基板厚みと波面収差との関係を示
す図で、図2によりこれを説明するとNA0.6、レー
ザ光源から出射されるレーザ光の波長635(nm)、
基板厚み0.6(mm)、基板屈折率1.58の条件で
最適化された対物レンズで、基板の厚みを変えた場合、
0.01(mm)ずれるごとに0.01λrms程収差
が増大する。基板厚みが±0.07(mm)ずれると
0.07λrmsの収差となり、読み取りが正常に行え
る目安となるマレシャルの限界値に達してしまう。この
ため、CDを再生しようとする場合には特別な工夫が必
要でいくつかの方式が提案されている。
【0012】一つは、別に従来から用いられているCD
用の情報ピックアップを用いる方法である。
【0013】あるいは、図1に戻ってDVDに変えてC
Dを再生使用とする場合、アクチュエータ部でCD対応
の対物レンズ11と絞り10に切り替えて再生するよう
にする。この場合レーザ光源の波長が635(nm)で
あるから、CDの再生で必要なNAは0.38程度とな
る。
【0014】前述の二つの方法は、対物レンズはDVD
用とCD用と2種類のものが必要であるが、一つの対物
レンズで、DVDとCDを再生しようとする提案がされ
ている。
【0015】特開平6−259804号公報に記載の方
法は、二つの光源を使用するものである。
【0016】特開平7−65407号公報には、プリズ
ムやホログラム素子を使用し一つの光源からの光束をD
VD用とCD用とに分離し、それぞれに光路長差を与え
てそれぞれの光情報記録媒体に関して回折限界性能を有
するスポットを得ようとする方法が記載されている。
【0017】特開平7−98431号公報に記載の方法
によれば、情報ピックアップ装置上にホログラムを設
け、これを透過する0次光と1次光の各々をDVDとC
Dに振り分けることで、それぞれの光情報記録媒体に関
して回折限界性能を有するスポットを得ることができ
る。
【0018】特開平7−302437号公報に記載の方
法によれば、対物レンズの屈折面をリング形状の複数の
領域に分割することで、DVDとCD双方に対して対物
レンズが光軸方向のほぼ同じ位置にありながら、どちら
の光情報記録媒体に関しても回折限界性能を有するスポ
ットを得ることができる。
【0019】特開平8−45105号公報に記載の方法
は、CD再生時に開口を制限し、CD再生時の集光スポ
ットを改善しようとしたものである。
【0020】特開平8−55363号公報に記載の方法
では、二つの光源と絞りの大きさを最適化することで、
DVDとCDの双方の結像スポットをその波面収差がそ
れぞれ0.01λrm以下となるように配置した例を示
している。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】情報ピックアップ装置
は、低コストであり、また低消費電力であることが望ま
しい。前述のようにDVD用の情報ピックアップ装置に
加えて、CD用の情報ピックアップ装置を加えたり、D
VDとCDそれぞれに対応する対物レンズを2個取り付
けた情報ピックアップ装置では、情報ピックアップ装置
及び光ディスク装置をコンパクトで低コストとすること
はできない。
【0022】特開平6−259804号公報、特開平8
−55363号公報の方法は二つの光源を必要としてお
り、情報ピックアップ装置の部品数も多く、複雑な光学
系となることから、情報ピックアップ装置及び光ディス
ク装置をコンパクトで低コストとすることはできない。
【0023】特開平7−65407号公報、特開平7−
98431号公報、特開平7−302437号公報に記
載の方法で、レーザ光源からの光束をDVD用とCD用
に分割する方法では、常に光情報記録媒体の情報記録面
に向けて複数の光束が出射されるため、一方の光束によ
る光スポットでの情報読み出しを行うときは他方の光束
は読み出しには寄与しない不要光となり、ノイズ増大の
要因となる。又レーザ光の強度を分割して用いることに
なるため、光量低下によるS/N比低下や、光量を増大
させた場合には消費電力の増大とレーザ寿命が短くなっ
てしまうといった問題がある。
【0024】特開平8−45105号公報に記載の方法
では、DVDとCDとで対物レンズに入射する光束は同
じであることから、DVDを基準としてCDではその情
報記録面に集光スポットを得るために対物レンズを約
0.4(mm)レーザ光源とは反対方向に移動する必要
が生じる。このためDVDを基準として設計された情報
ピックアップ装置においては、CDを再生するときにア
クチュエーターに0.4(mm)対物レンズを移動させ
るための駆動電流を常に流しておく必要がある。またア
クチュエーターもDVDもしくはCD専用の場合に比べ
て大型となるといった問題がある。
【0025】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものである。即ち、一つの光ピックアップで異なる
基板厚を有する光ディスクを再生可能とし、相互に互換
性を有する構造が簡単でコンパクトで消費電力の少ない
情報ピックアップ装置及びその対物レンズを提供するこ
とを目的としたものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成を採ることによって達成される。
【0027】即ち、レーザ光源と、前記レーザ光源から
の光束を、該光束が入射する側の面とは反対側の面を基
準位置となるように配置された光情報記録媒体の透明基
板を介して、情報記録面上に集光する正の屈折率を有す
る対物レンズを有する光情報記録媒体の情報ピックアッ
プ装置において、少なくとも2種類の異なる透明基板
(それぞれ第1の光情報記録媒体、第2の光情報記録媒
体)についてそれぞれ、対物レンズ側の面と情報記録面
までの透明基板厚をt1A(mm),t2A(mm)、
透明基板の屈折率をn1,n2、情報記録面とは反対側
の面までの距離をt1B(mm),t2B(mm)、前
記対物レンズに入射する光束に対する対物レンズの結像
倍率をm1,m2、t1A≠t2A及び/又はt1B≠
t2Bであり、対物レンズの焦点距離をf(mm)とし
たとき、以下の条件を満足するように、前記対物レンズ
に入射する光束の発散度を変える発散度変更手段を設け
たことを特徴とする情報ピックアップ装置。
【0028】|(m2−m1)f+(1−1/n1)t
1A−(1−1/n2)t2A+t1B−t2B|<
0.25(mm) 又、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光束を、該光
束が入射する側の面が基準位置となるように配置された
光情報記録媒体の透明基板を介して、情報記録面上に集
光する正の屈折率を有する対物レンズを有する光情報記
録媒体の情報ピックアップ装置において、少なくとも2
種類の異なる透明基板(それぞれ第1の光情報記録媒
体、第2の光情報記録媒体)についてそれぞれ、対物レ
ンズ側の面と情報記録面までの透明基板厚をt1A(m
m),t2A(mm)、透明基板の屈折率をn1,n
2、前記対物レンズに入射する光束に対する対物レンズ
の結像倍率をm1,m2、t1A≠t2Aであり、対物
レンズの焦点距離をf(mm)としたとき、以下の条件
を満足するように、前記対物レンズに入射する光束の発
散度を変える発散度変更手段を設けたことを特徴とする
情報ピックアップ装置。
【0029】|(m2−m1)f−t1A/n1+t2
A/n2|<0.25(mm) 又、情報ピックアップ装置に用いる対物レンズにおい
て、出射側のNAがNA=λ(μm)/1060(μ
m)となるように波長λ(μm)のレーザ光束を曲率の
強いレンズ面側から入射して、基板厚t=0.6(m
m)、屈折率n=1.57の透明基板を介した光束につ
いてデフォーカス成分を補正した波面収差のRMS値が
最小となる結像倍率で、その波面収差を測定したとき、
0.41NA1から0.82NA1の間のNA4におい
て、光軸から外に向かって波面収差の球面収差成分がオ
ーバーからアンダーとなることを特徴とする対物レン
ズ。
【0030】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図3
〜図13により、詳細に説明する。但し本発明は、説明
する本実施の形態に限定されるものではない。
【0031】本発明は、複数の光ディスクに対してもア
クチュエータにはフォーカシングに必要な電流以外の余
分な電流を必要としないよう対物レンズの光軸方向の位
置をほぼ一定とする条件を提供し、具体的には対物レン
ズに入射するレーザ光源からの光束の発散度を、光情報
記録媒体の透明基板の厚みに応じて変えることによりこ
れを実現しようとするもので、本発明は光ディスクのト
レイが情報記録面に対して対物レンズと反対側に設けら
れた情報ピックアップ装置である。
【0032】図3は、種類の異なる第1の光ディスク7
1,第2の光ディスク72に関して、対物レンズ6の光
軸方向の位置が一致する条件を見いだすための説明図
で、(a)は第1の光ディスク71の場合の説明図、
(b)は第2の光ディスク72の場合の説明図である。
【0033】図3において、第1の光ディスク71、第
2の光ディスク72それぞれに対して、対物レンズ側の
面と情報記録面(それぞれ81,82)までの透明基板
厚をt1A(mm),t2A(mm)、透明基板の屈折
率をn1,n2、情報記録面とは反対側の面までの距離
をt1B(mm),t2B(mm)、前記対物レンズに
入射する光束に対する結像倍率をm1,m2、対物レン
ズ6の焦点距離をf(mm)とし、図中Fは対物レンズ
単体での焦点位置、Q1,Q2は対物レンズの結像倍率
がそれぞれm1,m2のとき、光ディスクが存在しない
場合の結像位置、P1,P2はそれぞれ第1の光ディス
ク71、第2の光ディスク72をその位置が固定されて
いる共通のトレイ12上に置いたときの結像位置で、各
々情報記録面81,82上に結像している。またTを光
軸とトレイが交わる位置とする。
【0034】説明を簡単にするために、対物レンズ6を
薄肉レンズとしたが、通常の厚肉レンズに置き換えるに
は、対物レンズ6の位置を対物レンズ6の光ディスク側
の主点位置に置き換えればよい。
【0035】この図では、m1>0、m2<0の場合を
例示しているがこの例から導出された条件式はあらゆる
場合に適用できる。
【0036】対物レンズ6の光軸方向の位置とトレイ1
2の位置は固定されている。それぞれにおいて、FTFQ1Q1P1P1T (1)FTFQ2Q2P2P2T (2) 上記式中のFTはFからTの光軸方向の距離で、レーザ
光源から光ディスクの方向を正とする。その他のアンダ
ーラインの意味もFTと同様である。
【0037】図3(a)において、FQ1 =−m1f (3)Q1P1 =(1−1/n1)t1A (4)P1T =t1B (5) 同様に図3(b)において、FQ2 =−m2f (6)Q2P2 =(1−1/n2)t2A (7)P2T =t2B (8) (3),(4),(5)を(1)に代入し、(6),
(7),(8)を(2)に代入しそれぞれを等しいとお
くと、 −m1f+(1−1/n1)t1A+t1B=−m2f
+(1−1/n1)t2A+t2B よって、この式を変形して以下の条件式が得られる。
【0038】 (m2−m1)f+(1−1/n1)t1A−(1−1/n2)t2A+t1 B−t2B=0 (9) 現実のピックアップでは、それぞれの光ディスクに対し
てフォーカスエラー信号に基づきフォーカシングを行っ
ているための駆動電流が発生しているため、(9)を必
ずしも厳密に満たす必要はなく、実際には下記(10)
の条件式を満足すれば駆動電流の問題は解決できる。
【0039】 |(m2−m1)f+(1−1/n1)t1A−(1−1/n2)t2A+t 1B−t2B|<0.25(mm) (10) またアクチュエータを大型化させないためには、以下の
条件とすればよい。
【0040】 |(m2−m1)f+(1−1/n1)t1A−(1−1/n2)t2A+t 1B−t2B|<0.15(mm) (11) 第1の光ディスク71がDVD、第2の光ディスク72
がCDのとき、 t1A=0.6 t1B=0.6 n1=1.57 t2A=1.2 t2B=0 n2=1.57 である。
【0041】このときレーザ光源の波長λ=635(n
m)、対物レンズの焦点距離f=3.36(mm)とす
ると、(9)より m2−m1={−(1−1/n1)t1A+(1−1/n2)t2A−t1B +t2B}/f (12) m2−m1=−0.114 (13) 次に図4により、図3で説明した場合と同様に、複数の
光ディスクに対してもアクチュエータにはフォーカシン
グに必要な電流以外の余分な電流を必要としないよう、
対物レンズの光軸方向の位置をほぼ一定とする条件を提
供し、具体的には本発明の場合も対物レンズに入射する
レーザ光源からの光束の発散度を、光情報記録媒体の透
明基板の厚みに応じて変えることにより、これを実現し
ようとする別の発明で、光ディスクのトレイが情報記録
面に対して対物レンズと反対側に設けられた図3の情報
ピックアップ装置に対して、トレイが情報記録面に対し
て対物レンズ側にある本発明の情報ピックアップ装置を
説明する。
【0042】図4は、種類の異なる第1の光ディスク7
1,第2の光ディスク72に関して、対物レンズ6の光
軸方向の位置が一致する条件を見いだすための説明図
で、(a)は第1の光ディスク71の場合の説明図、
(b)は第2の光ディスク72の場合の説明図である。
【0043】図4において、第1の光ディスク71、第
2の光ディスク72それぞれに対して、対物レンズ側の
面と情報記録面(それぞれ81,82)までの透明基板
厚をt1A(mm),t2A(mm)、透明基板の屈折
率をn1,n2、情報記録面とは反対側の面までの距離
をt1B(mm),t2B(mm)、前記対物レンズに
入射する光束に対する結像倍率をm1,m2、対物レン
ズ6の焦点距離をf(mm)とし、図中Fは対物レンズ
単体での焦点位置、Q1,Q2は対物レンズの結像倍率
がそれぞれm1,m2のとき、光ディスクが存在しない
場合の結像位置、P1,P2はそれぞれ第1の光ディス
ク71、第2の光ディスク72をその位置が固定されて
いる共通のトレイ12上に置いたときの結像位置で、各
々情報記録面81,82上に結像している。またTを光
軸とトレイが交わる位置とする。
【0044】説明を簡単にするために、対物レンズ6を
薄肉レンズとしたが、通常の厚肉レンズに置き換えるに
は、対物レンズ6の位置を対物レンズ6の光ディスク側
の主点位置に置き換えればよい。
【0045】対物レンズ6の光軸方向の位置と光ディス
クの対物レンズ側の面の光軸方向の位置12が固定され
ている。それぞれにおいてFTFQ1Q1P1P1T (14)FTFQ2Q2P2P2T (15) 上記式中のFTはFからTの光軸方向の距離で、レーザ
光源から光ディスクの方向を正とする。その他のアンダ
ーラインの意味もFTと同様である。
【0046】図4(a)において、FQ1 =−m1f (16)Q1P1 =(1−1/n1)t1A (17)P1T =−t1A (18) 同様に図4(b)において、FQ2 =−m2f (19)Q2P2 =(1−1/n2)t2A (20)P2T =−t2A (21) (16),(17),(18)を(14)に代入し、
(19),(20),(21)を(15)に代入しそれ
ぞれを等しいとおくと、 −m1f+(1−1/n1)t1A−t1A=−m2f
+(1−1/n1)t2A−t2A よって、この式を変形して以下の条件式が得られる。
【0047】 (m2−m1)f−t1A/n1+t2A/n2=0 (22) 現実のピックアップでは、それぞれの光ディスクに対し
てフォーカスエラー信号に基づきフォーカシングを行っ
ているための駆動電流が発生しているため、(22)を
必ずしも厳密に満たす必要はなく、実際には下記(2
3)の条件式を満足すれば駆動電流の問題は解決でき
る。
【0048】 |(m2−m1)f−t1A/n1+t2A/n2|<0.25(mm) (23) またアクチュエータを大型化させないためには、以下の
条件とすればよい。
【0049】 |(m2−m1)f−t1A/n1+t2A/n2|<0.15(mm) (24) 第1の光ディスク71がDVD、第2の光ディスク72
がCDのとき、 t1A=0.6 t1B=0.6 n1=1.57 t2A=1.2 t2B=0 n2=1.57 である。
【0050】このときレーザ光源の波長λ=635(n
m)、対物レンズの焦点距離f=3.36(mm)とす
ると、(22)より m2−m1=(t1A/n1+t2A/n2)/f (25) m2−m1=−0.114 (26) DVDとCDのどちらかの倍率を0とすることで、対物
レンズをトラッキングのために光軸に垂直に移動させた
ときの収差発生を抑えることが出来る。またフォーカシ
ングによる性能変動も同時に抑えられる。尚、倍率が0
でない方の光ディスクに対しては、正弦条件を補正して
おくと、トラッキングによるコマ収差の発生は少ない。
【0051】DVDとCDの場合に関しては、DVDを
再生する場合において倍率を0とすることで、より高密
度な光ディスクであるDVDに関しての情報ピックアッ
プ装置としての信頼性を高めることが出来る。
【0052】また逆にCDを再生する場合において倍率
を0とすることで、DVDを再生する場合に倍率は正と
なることで、対物レンズをプラスチックレンズとした場
合でも温度変化による球面収差変動を抑えることができ
る。
【0053】図5は対物レンズに対する光路を説明する
図で、NA0.60、基板厚み0.60(mm)、基板
屈折率1.58の条件で波長635(nm)の平行光束
が入射するときに収差補正が最適化された対物レンズ6
に光束を入射させたときの光路図である。無限遠よりの
光束は絞り5、対物レンズ6、基板7を通り記録面8に
相当する位置に集光する。このような対物レンズ6はレ
ンズ面に非球面を用いることにより容易に波面収差0.
000λrmsのものを得ることができる。
【0054】図6は対物レンズ6を用いたときの、透明
基板の厚さtAと発散度の関係を示したものである。横
軸は基板厚みtA、縦軸は対物レンズに入射する光束の
発散度の関数である前記対物レンズに入射する光束に対
する結像倍率mである。
【0055】図中に示す曲線は各基板厚に対して、波面
収差を最小とする倍率を結んだものである。基準である
基板厚みは0.6(mm)、平行光入射に対して厚みが
厚くなるときマイナス、すなわち発散光、薄くなるとき
はプラスすなわち収斂光を入射させてやると収差が小さ
くなる。
【0056】基板の厚みが厚くなったときに、対物レン
ズ6に発散光を入射させることで、基板の厚みが厚くな
るとその分球面収差がオーバーとなるのを、発散光入射
とすることにより対物レンズでアンダーの球面収差を発
生させ打ち消している。これは第1の光ディスクがDV
Dでm1=0の場合に相当する。
【0057】第2の光ディスクがCDの場合、波面収差
を最小とする倍率は図6より、−0.05倍程度となる
ことから、式(13),(26)で求まった結像倍率m
2=−0.114の場合、波面収差はアンダーとなって
しまう。
【0058】例えば、3次の波面収差はNA4に比例す
るから、NAを小さくすることで波面収差は大幅に減少
させることが出来る。従って、このアンダーの波面収差
に対する対策としては、対物レンズの出射側のNAを制
限するような開口変化手段(例えば、液晶絞り、虹彩絞
り、複数の径の異なる穴を有する絞り板の選択)を設け
れば良い。
【0059】図7、図8は開口変化手段として液晶絞り
を設けた情報ピックアップ装置の例を示す図である。
【0060】図7(a)は基板厚み0.6(mm)に対
応するときの構成を示す。レーザ光源1から出射した光
束は、ビームスプリッタであるホログラムビームスプリ
ッタ2を通過し、光軸方向に移動可能な枠20で保持さ
れたコリメータレンズであるレンズ3を通ってほぼ平行
光束となり固定配置された液晶絞り4を通り、絞り5で
所定の光束に制限されて対物レンズ6に入射する。この
とき液晶絞り4は、図7(b)に示すように絞り5の径
(点線)よりも大きな径(実線)の光束を通過できるよ
うになっているので、絞り5により光束の径は決定され
る。対物レンズ6に入射した光束は対物レンズ6で集光
され基板7を通して記録面8上に集光される。
【0061】この記録面8で情報ピットにより変調され
て反射した光束は、対物レンズ6、レンズ3を介してホ
ログラムビームスプリッタ2に戻り、ここでレーザ光源
1の光路から分離され、受光手段9へ入射する。この受
光手段9は多分割されたPINフォトダイオードで構成
され、各素子より入射した光束の強度に比例した電流を
出力し、この電流を図には示さない検出回路系に送りこ
こで情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー
信号を生成する。このフォーカスエラー信号、トラック
エラー信号に基づき磁気回路とコイル等で構成される2
次元アクチュエータ(図示せず)で一体的に設けられて
いる対物レンズ6と絞り5を制御し、常に情報トラック
上に光スポット位置を合わせるように構成されている。
【0062】次に、より厚い第2の厚みt=1.2(m
m)の光情報記録媒体の読み取り時は、図8(a)に示
すようにレンズ移動手段21によりレンズ3を光軸方向
レーザ光源1側の所定位置へ移動させる。及びNAを調
整する為、液晶絞り4を図8(b)の実線で示すような
径として絞り5よりも小さい径の光束が対物レンズ6に
入射するようにする。
【0063】このように、レンズ3を光軸上で移動させ
ることで基板7の厚みに違いがあっても対物レンズ6の
光軸方向の位置を一致させることができ、又液晶絞り4
により対物レンズ6に入射する光束の径を小さくするこ
とで、波面収差を小さくすることが出来る。
【0064】なお、基板厚みとして2種類(例えば0.
6(mm),1.2(mm))のみに対応する場合は、
このレンズ移動手段21はモータやソレノイドを用い、
レンズ3を保持している枠20を機械的に2点突き当て
固定されるようにすれば良く、構成が簡単である。3種
以上に対応する場合は位置センサを設け、このセンサか
らの出力により移動手段を制御すれば良い。
【0065】なおこの例の場合、円形の絞りとしたがト
ラッキング方向(トラックと直交する方向)に長穴とな
っている絞りを用いるようにしても良い。更に液晶絞り
は、トラッキングやフォーカシング時に対物レンズと一
体的に移動するようにしても良い。
【0066】図9は図7、図8で説明した情報ピックア
ップ装置の光学系の断面図で、(a)は、第1の光情報
記録媒体である基板7の透明基板厚t1A=0.6(m
m)、(b)は第2の光情報記録媒体である基板7の透
明基板厚t2A=1.2(mm)の場合を示している。
【0067】図中レーザ光源1とレンズ3の間はカバー
ガラス30が挿入されている。図からわかるように、対
物レンズ6の光軸方向の位置および基板7の光束の入射
する側の面の光軸方向の位置は、それぞれの場合におい
て一定である。
【0068】第1の実施例の光学系の具体例(以下、数
値例1という)を次に説明する。なお、液晶絞りは光学
素子(平行平板)であるので数値例においては、液晶絞
りを抜いた光学系として説明する。
【0069】数値例1において、以下の表中に示すsは
光学系の面番号、rは各光学面の曲率半径、dは各光学
面間の厚みまたは間隔、nは各光学系媒質の屈折率を表
す。
【0070】光学系の面番号は、カバーガラス30のレ
ーザ光源側の面を1、レンズ3側の面を2、レンズ3の
レーザ光源側の面を3、対物レンズ6側の面を4、対物
レンズ6のレンズ3側の面を5、基板7側の面を6、基
板7の対物レンズ6側の面を7としている。
【0071】各数値例において、レンズ面及び光学面に
非球面を用いている場合においては、その非球面形状は
光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行方向
を正とし、rを近軸曲率半径、Kを円錐係数、Ajを非
球面係数、Pjを非球面のべき数としたとき、
【0072】
【数1】
【0073】で表す。
【0074】各数値データは、透明基板厚t1A=0.
6(mm)である第1の光情報記録媒体に対するときの
各光学面間の厚みまたは間隔をd1、透明基板厚t2A
=1.2(mm)である第2の光情報記録媒体に対する
ときの各光学面間の厚みまたは間隔をd2で記載してい
る。
【0075】(数値例1)表1で数値例1を示す。
【0076】レンズ3の焦点距離fc=23.0(m
m) 対物レンズの焦点距離f= 3.36(mm) 対物レンズの第1の光情報記録媒体に対する結像倍率m
1=−1/∞ 対物レンズの第2の光情報記録媒体に対する結像倍率m
2=−1/8.86 第1の光情報記録媒体に対して対物レンズを出射する光
束の開口数NA1=0.6 レーザ光源の波長λ=635(nm) 表1の上の表は数値例1の数値データである。
【0077】表1の下の表は数値例1の第s面の円錐係
数、非球面係数、非球面べき数を示す。
【0078】
【表1】
【0079】図10(a),(b)はそれぞれ数値例1
において、第1の光情報記録媒体、第2の光情報記録媒
体に対して開口数を0.6としたときの球面収差図であ
る。
【0080】第1の光情報記録媒体では、球面収差はほ
ぼ完全に補正されている。第1の光情報記録媒体がDV
Dの場合、これを再生するのには十分な性能である。
【0081】一方、第2の光情報記録媒体では、球面収
差はアンダーとなっている。しかしながら、これを前述
の開口変化手段で光束を絞った場合、NA0.36で
0.07λ以下となることから、CDの再生には十分な
性能となる。
【0082】第2の実施例の光学系の具体例(以下、数
値例2という)を説明する。
【0083】光学系の面番号は、カバーガラス30のレ
ーザ光源側の面を1、レンズ3側の面を2、レンズ3の
レーザ光源側の面を3、対物レンズ6側の面を4、対物
レンズ6のレンズ3側の面を5、基板7側の面を6、基
板7の対物レンズ6側の面を7としている。
【0084】(数値例2)表2で数値例2を示す。
【0085】レンズ3の焦点距離fc=23.0(m
m) 対物レンズの焦点距離f= 3.36(mm) 対物レンズの第1の光情報記録媒体に対する結像倍率m
1=−1/∞ 対物レンズの第2の光情報記録媒体に対する結像倍率m
2=−1/8.86 第1の光情報記録媒体に対して対物レンズを出射する光
束の開口数NA1=0.6 レーザ光源の波長λ=635(nm) 表2の上の表は数値例2の数値データである。
【0086】表2の下に表は数値例2の第s面の円錐係
数、非球面係数、非球面べき数を示す。
【0087】
【表2】
【0088】図11(a),(b)はそれぞれ数値例2
において、第1の光情報記録媒体、第2の光情報記録媒
体に対して開口数を0.6としたときの球面収差図であ
る。
【0089】第1の光情報記録媒体では、レーザ光源の
波長λ=635(nm)のとき、CDの再生を可能とす
る光スポットを得るための前記対物レンズの光情報記録
媒体側の必要開口数NA2は約0.36であるが、本数
値例では、第1の光情報記録媒体に対する球面収差は
(1/2)NA2付近の開口数では補正不足(アンダ
ー)、NA2付近の開口数ではほぼ完全に補正されてい
ることがわかる。球面収差カーブは(1/2)NA2よ
りNA2の開口数にかけて補正過剰(オーバー)の方向
になっている。
【0090】基板厚みがt2Aのときの球面収差図にお
いて、数値例1では基板厚みt1A=0.6(mm)に
対して完全に補正されているため、基板厚みが厚くなる
ことと、レンズ3を移動することで、対物レンズ6の移
動なしに、2種類の光情報記録媒体の情報記録面に光ス
ポットを結ばせるようにしたことの双方の影響により、
基板厚みt2A=1.2(mm)のときには非常に大き
なアンダー球面収差が発生している。本数値例では、基
板厚みt1A=0.6(mm)に対して(1/2)NA
2の開口数の光束をNA2の光束より補正不足にしてお
くことで、NA2の開口数の光束は(1/2)NA2の
光束よりオーバーとなっており、前述のアンダーの球面
収差を補正して減少させることができる。
【0091】図11(b)からわかるように、CDの再
生に必要な開口数NA2の範囲内では、球面収差が比較
的小さく、全開口数NA1=0.6の光束を通したとし
ても、NA2以上の光束は大きな球面収差を持つことか
らフレア光となり、最適なフォーカス位置を選ぶことに
より良好な結像スポットを得ることが可能となる。
【0092】もちろん本実施例においても、前述の開口
変化手段によりNA2からNA1の光束を遮蔽すればさ
らに良好なスポットを得ることができる。
【0093】図12は第1の光情報記録媒体に対して開
口数を0.6としたときの球面収差を波面収差として表
現したものである。横軸は光情報記録媒体側の開口数、
縦軸は波面収差である。波面収差のプラス方向は波面が
遅れる(オーバー)ことを表している。デフォーカス位
置は、波面収差のrms値が最小となるように選んでい
る。このときの波面収差は約0.025λrmsであ
り,第1の光情報記録媒体がDVDの場合、これを再生
するのには十分な性能である。
【0094】前述の第2の光情報記録媒体に対する補正
効果は、0.41NA1から0.82NA1の間のNA
4において、光軸から外に向かって波面収差の球面収差
成分がオーバーからアンダーへと変わる変極点を持つこ
とに相当している。本数値例においては、NA4は約
0.41である。
【0095】レンズ3、対物レンズ6、レンズ3および
対物レンズ6以外の光学素子の光学面のいずれかに、非
球面を使用することで前述の波面収差とすることができ
る。しかしながら、対物レンズ6単独でこの波面収差と
することが望ましい。
【0096】このような波面収差の測定は、情報ピック
アップ装置及び対物レンズいずれの場合においても干渉
計を用いて基板厚t1Aの透明基板を介して干渉縞を観
察したとき、球面収差が完全に補正されている場合に観
察される直線状の干渉縞に対して図12のように、0.
41NA1よりも大きく0.82NA1よりも小さい開
口数NA4(この例においては、NA4=0.41)に
おいて、光軸から外に向かって波面収差の球面収差成分
がオーバーからアンダーへと変わる変極点はV字状の屈
曲部として観察される。
【0097】図13は、光スポットの干渉縞の一例を示
す図で、矢印方向がオーバー方向である。
【0098】DVDの再生用として対物レンズを考えた
場合、レーザ光源の波長λに対して必要な開口数NA1
はNA1=λ(nm)/1060(nm)であり、前述
の波面収差となるように設計するためには、少なくとも
レーザ光束が入射する側をより曲率の強い面とし、また
これを非球面とすれば達成できる。
【0099】以上の実施例は、レンズ3を移動して二つ
の光情報記録媒体の再生に対応したが、公知のプリズム
等を使って光路を分割する方式、2つのレーザ光源を利
用して光を一つの対物レンズで再生する方式等にも幅広
く使用できる。
【0100】また第1のより記録密度が高い光情報記録
媒体としてDVD、第2の光情報記録媒体としてCDを
想定したがこの限りではない。光情報記録媒体の組み合
わせによっては、第2の光情報記録媒体に対しては、逆
に球面収差がオーバーとなる場合もあるが、この場合前
述とは逆の特性の波面収差をもつ対物レンズを使用すれ
ばよく、また球面収差が小さい場合は、既存のアプラナ
ティックな対物レンズを使用すればよい。
【0101】
【発明の効果】本発明により、一つの光ピックアップで
異なる基板厚を有する光ディスクを再生可能とし、相互
に互換性を有する構造が簡単でコンパクトで、低コスト
の消費電力の少ない情報ピックアップ装置及びその対物
レンズが提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例の情報ピックアップ装置の一例を示す図
である。
【図2】基板厚みと波面収差との関係を示す図である。
【図3】本発明に係わる条件の情報ピックアップ装置を
説明する図である。
【図4】本発明に係わる別の条件の情報ピックアップ装
置を説明する図である。
【図5】対物レンズに対する光路を説明する図である。
【図6】対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示す図
である。
【図7】液晶絞りを使用した時の絞り口径が大きい場合
の情報ピックアップ装置を示す図である。
【図8】液晶絞りを使用した時の絞り口径が小さい場合
の情報ピックアップ装置を示す図である。
【図9】図7、図8で説明した情報ピックアップ装置の
光学系の断面図である。
【図10】数値例1において第1、第2の光情報記録媒
体に対して開口数を0.6としたときの球面収差図であ
る。
【図11】数値例2において第1、第2の光情報記録媒
体に対して開口数を0.6としたときの球面収差図であ
る。
【図12】第1の光情報記録媒体に対して、開口数を
0.6としたときの球面収差を波面収差として示した図
である。
【図13】光スポットの干渉縞の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 12 トレイ 21 レンズ移動手段 3 レンズ(コリメータレンズ) 4 液晶絞り 5 絞り 6 対物レンズ 7 基板 71,72 光ディスク 8 記録面 81,82 情報記録面

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源と、前記レーザ光源からの光
    束を、該光束が入射する側の面とは反対側の面を基準位
    置となるように配置された光情報記録媒体の透明基板を
    介して、情報記録面上に集光する正の屈折率を有する対
    物レンズを有する光情報記録媒体の情報ピックアップ装
    置において、少なくとも2種類の異なる透明基板(それ
    ぞれ第1の光情報記録媒体、第2の光情報記録媒体)に
    ついてそれぞれ、対物レンズ側の面と情報記録面までの
    透明基板厚をt1A(mm),t2A(mm)、透明基
    板の屈折率をn1,n2、情報記録面とは反対側の面ま
    での距離をt1B(mm),t2B(mm)、前記対物
    レンズに入射する光束に対する対物レンズの結像倍率を
    m1,m2、t1A≠t2A及び/又はt1B≠t2B
    であり、対物レンズの焦点距離をf(mm)としたと
    き、以下の条件を満足するように、前記対物レンズに入
    射する光束の発散度を変える発散度変更手段を設けたこ
    とを特徴とする情報ピックアップ装置。 |(m2−m1)f+(1−1/n1)t1A−(1−
    1/n2)t2A+t1B−t2B|<0.25(m
    m)
  2. 【請求項2】 |(m2−m1)f+(1−1/n1)
    t1A−(1−1/n2)t2A+t1B−t2B|<
    0.15(mm) の条件を満足するように、前記対物レンズに入射する光
    束の発散度を変える発散度変更手段を設けたことを特徴
    とする請求項1に記載の情報ピックアップ装置。
  3. 【請求項3】 レーザ光源と、前記レーザ光源からの光
    束を、該光束が入射する側の面が基準位置となるように
    配置された光情報記録媒体の透明基板を介して、情報記
    録面上に集光する正の屈折率を有する対物レンズを有す
    る光情報記録媒体の情報ピックアップ装置において、少
    なくとも2種類の異なる透明基板(それぞれ第1の光情
    報記録媒体、第2の光情報記録媒体)についてそれぞ
    れ、対物レンズ側の面と情報記録面までの透明基板厚を
    t1A(mm),t2A(mm)、透明基板の屈折率を
    n1,n2、前記対物レンズに入射する光束に対する対
    物レンズの結像倍率をm1,m2、t1A≠t2Aであ
    り、対物レンズの焦点距離をf(mm)としたとき、以
    下の条件を満足するように、前記対物レンズに入射する
    光束の発散度を変える発散度変更手段を設けたことを特
    徴とする情報ピックアップ装置。 |(m2−m1)f−t1A/n1+t2A/n2|<
    0.25(mm)
  4. 【請求項4】 |(m2−m1)f−t1A/n1+t
    2A/n2|<0.15(mm) の条件を満足するように、前記対物レンズに入射する光
    束の発散度を変える発散度変更手段を設けたことを特徴
    とする請求項3に記載の情報ピックアップ装置。
  5. 【請求項5】 前記発散度変更手段は、前記対物レンズ
    と前記レーザ光源との間に配置されたレンズ及び/又は
    前記レーザ光源を光軸方向に移動する手段により構成さ
    れていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に
    記載の情報ピックアップ装置。
  6. 【請求項6】 前記発散度変更手段は、レンズと、該レ
    ンズを前記レーザ光源と前記対物レンズの間で移動させ
    るレンズ移動手段とにより構成されることを特徴とする
    請求項1〜5の何れか1項に記載の情報ピックアップ装
    置。
  7. 【請求項7】 前記第1の光情報記録媒体の情報記録密
    度をj1、前記第2の光情報記録媒体の情報記録密度を
    j2としたときに、 j1>j2,t1<t2 であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記
    載の情報ピックアップ装置。
  8. 【請求項8】 前記レーザ光源の波長をλ、前記第1の
    光情報記録媒体がDVDであり、第1の光情報記録媒体
    に対して対物レンズを出射する光束の開口数をNA1と
    したときに、 600(nm)<λ<700(nm) 0.5<NA1<0.7 であることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記
    載の情報ピックアップ装置。
  9. 【請求項9】 レーザ光源と前記対物レンズの間に、前
    記第1もしくは第2の光情報記録媒体に応じて前記光束
    の開口を変化させる選択的開口変化手段が設けられてい
    ることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の
    情報ピックアップ装置。
  10. 【請求項10】 前記第2の光情報記録媒体はCDであ
    り、第2の光情報記録媒体の記録及び/又は再生を可能
    とする光スポットを得るための前記対物レンズの光情報
    記録媒体側の必要開口数をNA2としたとき、 0.34<NA2<0.4 であり、前記対物レンズを含む集光光学系は、前記第1
    の光情報記録媒体を介したとき、前記NA1の範囲内に
    おいて波面収差が0.05λrms以下で、且つNA2
    に比べて(1/2)NA2の球面収差が補正不足(アン
    ダー)となっていることを特徴とする請求項8に記載の
    情報ピックアップ装置。
  11. 【請求項11】 前記第2の光情報記録媒体はCDであ
    り、前記対物レンズを含む集光光学系は、前記第1の光
    情報記録媒体を介した光束について、デフォーカス成分
    を補正した波面収差のRMS値が最小となる状態で波面
    収差を測定したとき、0.41NA1から0.82NA
    1の間のNA4において、光軸から外に向かって波面収
    差の球面収差成分がオーバーからアンダーとなることを
    特徴とする請求項8に記載の情報ピックアップ装置。
  12. 【請求項12】 m1もしくはm2の絶対値が0.05
    以下であることを特徴とする請求項1〜11の何れか1
    項に記載の情報ピックアップ装置。
  13. 【請求項13】 情報ピックアップ装置に用いる対物レ
    ンズにおいて、出射側のNAが NA=λ(μm)/1060(μm) となるように波長λ(μm)のレーザ光束を曲率の強い
    レンズ面側から入射して、基板厚t=0.6(mm)、
    屈折率n=1.57の透明基板を介した光束についてデ
    フォーカス成分を補正した波面収差のRMS値が最小と
    なる結像倍率で、その波面収差を測定したとき、0.4
    1NA1から0.82NA1の間のNA4において、光
    軸から外に向かって波面収差の球面収差成分がオーバー
    からアンダーとなることを特徴とする対物レンズ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009146505A (ja) * 2007-12-14 2009-07-02 Sanyo Electric Co Ltd 光ピックアップ装置
JP4821081B2 (ja) * 1999-10-06 2011-11-24 ソニー株式会社 光ピックアップ装置

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JP4821081B2 (ja) * 1999-10-06 2011-11-24 ソニー株式会社 光ピックアップ装置
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