【手続補正書】
【提出日】平成16年3月19日(2004.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】光学装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】光源からの光を対物レンズにより光ディスクの情報記録面に集光し、情報記録面からの反射光を対物レンズを通して受光素子に照射して情報記録面のデータを記録又は再生する光学装置において、
光ディスクの保護層の厚さが異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生するに当たり、
光ディスクの保護層の厚さ及び／又は保護層の屈折率を保護層の仕様というとき、
記録又は再生の対象となっていない第３の光ディスクの保護層の仕様であって、第１の光ディスクと第２の光ディスクとの保護層の仕様とは異なる保護層の仕様を想定し、第３の光ディスクを想定光ディスクというとき、
対物レンズは想定光ディスクの保護層の仕様に合わせて収差が補正されるように設定され、
第１の光ディスクを記録又は再生する際に収差が適正になるような物像間距離をＬ１とし、第２の光ディスクを記録又は再生する際に収差が適正になるような物像間距離をＬ２とするとき、
Ｌ１とＬ２との差が２ｍｍ以内であることを特徴とする光学装置。
【請求項２】光源からの光を対物レンズにより光ディスクの情報記録面に集光し、情報記録面からの反射光を対物レンズを通して受光素子に照射して情報記録面のデータを記録又は再生する光学装置において、
光ディスクの保護層の厚さが異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生するに当たり、
光ディスクの保護層の厚さ及び／又は保護層の屈折率を保護層の仕様というとき、
記録又は再生の対象となっていない第３の光ディスクの保護層の仕様であって、第１の光ディスクと第２の光ディスクとの保護層の仕様とは異なる保護層の仕様を想定し、第３の光ディスクを想定光ディスクというとき、
対物レンズは想定光ディスクの保護層の仕様に合わせて収差が補正されるように設定され、第１の光ディスクと第２の光ディスク間で記録又は再生を行う際、物像間距離を変化させる必要がないように、想定光ディスクの保護層の仕様が設定されていることを特徴とする光学装置。
【請求項３】想定光ディスクの保護層の厚さをｔＳ、第１の光ディスクの保護層の厚さをｔ１、第２の光ディスクの保護層の厚さをｔ２とし、
第１の光ディスクの保護層の屈折率及び第２の光ディスクの保護層の屈折率が１．５０〜１．６０であるとき、
想定光ディスクの保護層の屈折率を１．５０〜１．６０に設定するとき、
ｔＳ≦ｔ１≦ｔ２である請求項１又は２記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【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）用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】
従来、ＤＶＤ用の保護層厚０．６ｍｍの薄型光ディスク（以下、ＤＶＤという）と保護層厚１．２ｍｍの光ディスク（以下、ＣＤという）を一つの対物レンズによって記録再生することが、特開平９−４３５１０により知られている。ここで、光ディスクがＣＤである場合、保護層とは円盤状の透明基板そのものを意味する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来例では、ＣＤからＤＶＤに切り換える際に、物像間距離を２ｍｍ超変化させる必要があり、物像間距離を変化させるための機構が大がかりなものとなるため、生産性が悪く、装置の小型化、軽量化及び高精度化が達成しにくい問題があった。
【０００４】
本発明は、従来技術の有する前述の欠点を解消することを目的とし、物像間距離を変化させるための機構が大がかりなものとならず、生産性が良く、装置の小型化、軽量化及び高精度化が達成しやすい光学装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源からの光を対物レンズにより光ディスクの情報記録面に集光し、情報記録面からの反射光を対物レンズを通して受光素子に照射して情報記録面のデータを記録又は再生する光学装置において、光ディスクの保護層の厚さが異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生するに当たり、光ディスクの保護層の厚さ及び／又は保護層の屈折率を保護層の仕様というとき、記録又は再生の対象となっていない第３の光ディスクの保護層の仕様であって、第１の光ディスクと第２の光ディスクとの保護層の仕様とは異なる保護層の仕様を想定し、第３の光ディスクを想定光ディスクというとき、対物レンズは想定光ディスクの保護層の仕様に合わせて収差が補正されるように設定され、第１の光ディスクを記録又は再生する際に収差が適正になるような物像間距離をＬ１とし、第２の光ディスクを記録又は再生する際に収差が適正になるような物像間距離をＬ２とするとき、Ｌ１とＬ２との差が２ｍｍ以内であることを特徴とする光学装置を提供する。
【０００６】
また、光源からの光を対物レンズにより光ディスクの情報記録面に集光し、情報記録面からの反射光を対物レンズを通して受光素子に照射して情報記録面のデータを記録又は再生する光学装置において、光ディスクの保護層の厚さが異なる第１の光ディスクと第２の光ディスクの情報記録面のデータを記録又は再生するに当たり、光ディスクの保護層の厚さ及び／又は保護層の屈折率を保護層の仕様というとき、記録又は再生の対象となっていない第３の光ディスクの保護層の仕様であって、第１の光ディスクと第２の光ディスクとの保護層の仕様とは異なる保護層の仕様を想定し、第３の光ディスクを想定光ディスクというとき、対物レンズは想定光ディスクの保護層の仕様に合わせて収差が補正されるように設定され、第１の光ディスクと第２の光ディスク間で記録又は再生を行う際、物像間距離を変化させる必要がないように、想定光ディスクの保護層の仕様が設定されていることを特徴とする光学装置を提供する。
【０００７】
また、想定光ディスクの保護層の厚さをｔＳ、第１の光ディスクの保護層の厚さをｔ１、第２の光ディスクの保護層の厚さをｔ２とし、第１の光ディスクの保護層の屈折率及び第２の光ディスクの保護層の屈折率が１．５０〜１．６０であるとき、想定光ディスクの保護層の屈折率を１．５０〜１．６０に設定するとき、ｔＳ≦ｔ１≦ｔ２である上記光学装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に従って詳細に説明する。図１は実施例の基本的構成図である。図１において、１は光源、３は対物レンズ、４は第１の光ディスクであるＤＶＤ（保護層の薄い方）、３０は受光素子、４０はＤＶＤの保護層、４１はＤＶＤの情報記録面（データが形成されている光ディスクの面）、５は第２の光ディスクであるＣＤ（保護層の厚い方）、５０はＣＤ５の保護層、５１はＣＤ５の情報記録面、７０はハーフミラーである。以下、特に記載しない限り距離の単位はｍｍとする。
【０００９】
本発明では、通常、記録又は再生の対象となっていない任意の光ディスクである光ディスク（想定光ディスク）の保護層の厚さ及び／又は保護層の屈折率（以下、単に保護層の仕様という）を想定し、想定光ディスクの保護層の仕様に合わせて収差が補正されるように対物レンズの仕様を決定して設定し、この仕様に合わせて対物レンズを設計して、実際に記録又は再生の対象となっている別仕様の光ディスク（想定光ディスクの保護層の仕様と異なる保護層の仕様の光ディスク）を記録又は再生する。対物レンズの仕様を決定して設定する際、対物レンズの仕様は想定光ディスクに適正な物像間距離を有することとなる。
【００１０】
対物レンズの仕様を決定する際、光ディスクの屈折率も影響するため、想定光ディスクの保護層の屈折率は、第１の光ディスクの保護層の屈折率又は第２の光ディスクの保護層の屈折率と一致させるか、第１の光ディスクの保護層の屈折率又は第２の光ディスクの保護層の屈折率との間に設定することが好ましい。記録又は再生精度を向上させるためである。
【００１１】
ただし、光ディスクは、通常合成樹脂製のため、光ディスクの種類が異なっても光ディスクの保護層の屈折率の差は微小であって記録又は再生精度に対して影響が少ないので、光ディスクの保護層の厚さのみを考慮して対物レンズの仕様を決定してもよい。想定光ディスクとして、保護層の厚さをゼロとする場合には、想定光ディスクの保護層の屈折率は考慮しない。
【００１２】
以上述べたとおり、対物レンズの仕様を決定する際、光ディスクの保護層の厚さと保護層の屈折率の両方を考慮する必要があるが、光ディスクの保護層の材質は、通常、合成樹脂であるので、光ディスクの保護層の屈折率は、通常、１．５０〜１．６０の範囲であり、物像間距離を変化させて収差補正する際、光ディスク媒体の保護層の厚さを考慮すれば足りる。したがって、光ディスクの保護層の屈折率が、１．５０〜１．６０の範囲であることを前提に説明する。
【００１３】
想定光ディスクの保護層の屈折率を１．５０〜１．６０に設定するとき、想定光ディスクの保護層の厚さをｔＳ、第１の光ディスクの保護層の厚さをｔ１、第２の光ディスクの保護層の厚さをｔ２とするとき、ｔＳ≦ｔ１≦ｔ２とすることが好ましい。記録又は再生の精度を向上させるためである。
【００１４】
また、例えば、保護層の屈折率が同一であるＤＶＤとＣＤとを再生することを前提とする場合、想定光ディスクとして、保護層の厚さがゼロのもの（保護層が設けられていないもの）を想定する。想定光ディスクに合わせて収差が補正されるように対物レンズの仕様を決定して設定し、この仕様に合わせて対物レンズを設計する。
【００１５】
ＤＶＤとＣＤとを記録又は再生する際は、ＤＶＤとＣＤ、それぞれ、収差が適正になるように想定光ディスクと同様の物像間距離を設定してもよい。また、記録又は再生精度が向上するのであれば、ＤＶＤとＣＤとを記録又は再生する際は、ＤＶＤとＣＤとの間で物像間距離を変更しないようにし、想定光ディスクに適当な物像間距離は、ＤＶＤとＣＤとを記録又は再生する際の物像間距離と相違させてもよい。換言すると、対物レンズは想定光ディスクの保護層の厚さに合わせて収差が補正されるように設定され、ＤＶＤとＣＤ間で記録又は再生を行う際、物像間距離を変化させる必要がないように、想定光ディスクの保護層の厚さが設定されてもよい。なお、開口数及び光源の光の波長については、想定光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤ、それぞれ、同じにしてもよく、異なるようにしてもよい。
【００１６】
光学装置用光学系に用いる対物レンズは、光ディスクの保護層の厚さを特定して収差が補正されるように設計するため、本来設定すべき適正な物像間距離がある。本発明ではＤＶＤとＣＤとを記録又は再生する際、ＤＶＤとＣＤの少なくとも一方は本来設定すべき適正な物像間距離とならないため、ＤＶＤ又はＣＤを記録又は再生する際、ＤＶＤ又はＣＤの保護層の厚さに応じた収差、特に３次の球面収差が発生することもある。
【００１７】
一方、有限系の光学系においては、本来設定すべき適正な物像間距離から物像間距離を変化させると、その変化量に応じて、３次の球面収差が生じる。したがって、想定光ディスクとは異なる保護層の厚さの光ディスクを記録又は再生する場合、光ディスクの保護層の厚さに依存して発生する３次の球面収差ができるだけ少なくなるように、想定光ディスクの仕様、すなわち、主に想定光ディスクの保護層の厚さを決定すればよい。
【００１８】
また、ＤＶＤ、ＣＤ等の情報記録面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、対物レンズが回折限界性能を有することが好ましい。
【００１９】
できるだけ精確に記録又は再生を行うため、適正な３次の球面収差としては、計算上、３次の球面収差のＲＭＳ値の絶対値は０．０３λ以下が好ましく、０．０１λ以下がより好ましい（なお、λは波長であり、３次の球面収差のＲＭＳ値の最適値はゼロである）。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。０．０１λ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０．５％〜数％以上向上する。なお、３次の球面収差ＲＭＳ値の符号は、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。
【００２０】
本発明において、オートフォーカスのため、物像間距離をわずかに変化させてもよい。この物像間距離の変化は２ｍｍ以内とする。２ｍｍ以内なら簡易な機構で足りるからである。
【００２１】
本発明において、物像間距離を変化させる場合には、それに伴って、作動距離（対物レンズの光ディスク側の面から光ディスクの対物レンズ側の面までの距離）も変化させることが好ましい。光源からの光を光ディスクの情報記録面に精確に集光し、情報記録面からの反射光を対物レンズを通して受光素子３０に精確に照射して情報記録面のデータを忠実に記録又は再生するためである。
【００２２】
本発明はこの作用を有し、１個以上の対物レンズを用いて光学収差性能を損なうことなく、例えば、ＤＶＤとＣＤのような異なる保護層の厚さの光ディスクを記録又は再生できる。
【００２３】
物像間距離を変化させる手段としては下記のものが例示できる。
１）光源１のみを移動する手段、
２）光ディスクのみを移動する手段（作動距離も変化する）、
３）光源１及び光ディスクの両方を移動する手段（作動距離も変化する）、
４）光源１と対物レンズ３との間に透明性光学媒体を配する手段、
５）対物レンズ３と光ディスクとの間に透明性光学媒体を配する手段（作動距離も変化する）、
６）光源１と対物レンズ３との間に透明性光学媒体を配し、かつ、対物レンズ３と光ディスクとの間にも透明性光学媒体を配する手段（作動距離も変化する）。
【００２４】
上記１）〜６）の手段のうちで、１）の手段が２）〜６）の手段と比較して機械的構造が複雑とならず、さらに、移動しても光軸に影響しにくく、好ましい。上記４）〜６）の手段については、物像間距離は実際に変化せず、見かけ上変化するだけである。光学媒体によって光路が変化するからである。
【００２５】
また、作動距離を変化させる手段としては、下記のものが例示できる。
ａ）対物レンズ３のみを移動する手段、
ｂ）光ディスクのみを移動する手段、
ｃ）対物レンズ３及び光ディスクの両方を移動する手段、
ｄ）対物レンズ３と光ディスクとの間に透明性光学媒体を配する手段。
【００２６】
上記ａ）〜ｄ）の手段のうちで、ａ）の手段がｂ）〜ｄ）の手段と比較して構成が複雑とならず、好ましい。
ｄ）の手段については、作動距離は実際に変化せず、見かけ上変化するだけである。光学媒体によって光路が変化するからである。また、作動距離が変化すればそれに伴って物像間距離も変化する。
【００２７】
物像間距離、作動距離を変化させる手段に使用する透明性光学媒体としては、例えば、アクリル等の合成樹脂、ガラス等からなる透明性を有する板状体、レンズ、プリズム等が挙げられる。
【００２８】
また、図１では、対物レンズ３を１個のレンズによって構成している。しかし、これに限定されず、対物レンズを複数個のレンズ群によって構成してもよい。
【００２９】
また、図１に示すように、通常、光軸と所定の角度をなすように光源と対物レンズ３との間にハーフミラー７０を配し、対物レンズ３を通った光ディスクからの反射光をハーフミラー７０により反射させて受光素子３０に当てる。
【００３０】
また、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種類以上の異なる保護層の厚さの光ディスクを記録又は再生の対象としてもよい。
【００３１】
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に当たり、１つの光源を使用し光の波長を光ディスクごとに変化させずに同波長としてもよく、複数種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。
【００３２】
異なる２種以上の光ディスクを記録又は再生するに当たり、１つの光源を使用し同波長を使用する場合、光ディスクの読み取るべきデータ部分（マーク）の寸法に合わせて開口数を変化させて調整することが好ましい。要するに、データ部分の寸法が大きければそれに合わせて光源の光のスポット径を大きくすることが読み取り精度が向上し好ましい。
【００３３】
例えば、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生において、１つの光源（同波長）を使用する場合について説明する。ＤＶＤ及びＣＤでは、デジタル化された「０」、「１」の信号を略楕円形状のくぼみ（ピット）に変換してマークとして記録している。ＣＤのピットの幅は約０．４μｍ、ＤＶＤのピットの幅は、通常、ＣＤのピットの幅の半分程度である。
【００３４】
ＣＤのピットの幅を読み取る（記録又は再生する）場合、通常、波長７８０ｎｍのレーザを光源として使用している。この理由は開口数０．４５がレーザ光のスポット径の寸法を最良とし、収差を最良とするうえで最適であるからである。
【００３５】
しかし、ＤＶＤのピットの寸法がＣＤのピットの寸法より小さいので、分解能を向上させ読み取り精度を向上させる必要があり、ＤＶＤの記録又は再生には、通常、波長６１５〜６８３ｎｍのレーザを光源として使用することが好ましく、波長６３５〜６５０ｎｍがより好ましい。このような波長の変更に伴って、開口数０．５８〜０．６０がレーザ光のスポット径の寸法を最良とし、収差を最良とするうえで最適であった。
【００３６】
そこで、例えば、ＣＤの記録又は再生にも波長６３５〜６５０ｎｍの使用を試みると、開口数０．４５・（６３５〜６５０ｎｍ／７８０ｎｍ）＝開口数０．３６〜０．３８が最適である。レーザ光のスポット径の寸法を大きくして、収差を最良とするためである。ただし、ＣＤの記録又は再生には、通常、最適開口数値の±５％以内の範囲なら許容できるので、（開口数０．３６〜０．３８）・（０．９５〜１．０５）、すなわち、開口数０．３４２〜０．３９９が好ましい。ＣＤの記録又は再生には、最適開口数値の±１０％以内の範囲なら許容できる場合もある。ＤＶＤの記録又は再生には、６１５〜６８３ｎｍの波長に限定されず、この範囲以外の波長も使用できる。
【００３７】
要するに、ＤＶＤの記録又は再生に使用する波長をλＤＶＤ（単位：ｎｍ）とする場合、ＣＤの記録又は再生にもλＤＶＤを使用するものとすると、ＣＤの記録又は再生には、開口数を０．４５・（λＤＶＤ／７８０ｎｍ）・（０．９５〜１．０５）の範囲とすることが好ましい。ＣＤ、ＤＶＤの記録の場合についても上記波長、開口数が使用できる。
【００３８】
【実施例】
対物レンズは、再生の対象となっていない保護層厚がゼロの想定光ディスクを想定して、回折限界性能を有する対物レンズを設計した。この対物レンズを使用し、保護層厚１．２０ｍｍ、保護層の屈折率１．５５のＣＤ及び保護層厚０．６ｍｍ、保護層の屈折率１．５５のＤＶＤを記録又は再生した。
【００３９】
表１は、対物レンズの諸数値を示す。表１において、ｆは焦点距離、βは横倍率、ＮＡは想定光ディスク側（像側）の開口数、Ｌは光源から想定光ディスクの情報記録面までの距離、すなわち、物像間距離、Ｐは作動距離、ｄは対物レンズの中心厚、ｎは対物レンズの屈折率である。
【００４０】
また、非球面形状は、数１で表すこととし、各係数を表１に示した。数１においてｊ＝１は光源側、ｊ＝２は光ディスク側である。「Ｅ−１」は１０−１、「Ｅ−２」は１０−２を表す。
【００４１】
【数１】
1999306580.tif 000001
【００４２】
ただし、
ｈ：光軸からの高さ、
ｚｊ：第ｊ面（ｊ＝１又は２）非球面頂点の接平面から、その非球面上の点であって高さｈの点までの距離、
ｒｊ、ｋｊ、ａｉ，ｊ：係数（ｉ＝４又は６、ｊ＝１又は２）。
【００４３】
この対物レンズを使用し、波長６５０ｎｍのレーザを光源として使用してＮＡを０．６０に設定しＤＶＤを記録又は再生すると、物像間距離が２０．８４ｍｍ、作動距離１．９９ｍｍのときに３次の球面収差が０．０００になることが計算によりわかった。この場合、横倍率は−１／４．２３である。
【００４４】
この対物レンズを使用し、波長７８０ｎｍのレーザを光源として使用してＮＡを０．３８に設定しＣＤを記録又は再生すると、物像間距離が１９．０５ｍｍ、作動距離１．７５ｍｍのときに３次の球面収差が０．０００になることが計算によりわかった。この場合、横倍率は−１／３．５３である。
【００４５】
プラスチックを射出成形して、表１に示す形状の対物レンズを作成し、上記物像間距離等の仕様をＤＶＤ、ＣＤにそれぞれ合わせて設定し、ＤＶＤ、ＣＤを、それぞれ記録又は再生したところ収差が最良になることを確認した。
【００４６】
なお、物像間距離を１９．０５ｍｍと２０．８４ｍｍの中間位置で固定し、この固定された物像間距離でＤＶＤ、ＣＤの記録又は再生を行ったところ、両方とも良好に記録又は再生できた。
【００４７】
また、本発明は、実施例にあげた数値に限定されない。実施例では、ＤＶＤ用に、ＮＡ０．６０、ＣＤ用にＮＡ０．３８を設定したが、異なるＮＡを設定しても、有限系の対物レンズを用いて、異なる保護層厚の光ディスクに対しても物像間距離を変更すれば対応できる。
【００４８】
【表１】
1999306580.tif 000002
【００４９】
【発明の効果】
本発明では、対物レンズは想定光ディスクの保護層の厚さに合わせて収差が補正されるように設定され、第１の光ディスクの記録又は再生時の物像間距離と第１の光ディスクの記録又は再生時の物像間距離とを２ｍｍ以内にできるようにするため、物像間距離を変化させるための機構が大掛かりなものとならないため、生産性がよく、光学装置の小型化、軽量化及び高精度化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の基本的構成図
【符号の説明】
１：光源
３：対物レンズ
３０：受光素子
４：ＤＶＤ
４０：ＤＶＤ４の保護層
４１：ＤＶＤ４の情報記録面
５：ＣＤ
５０：ＣＤ５の保護層
５１：ＣＤ５の情報記録面
７０：ハーフミラー