(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
規格の異なる２種類の光記録媒体から記録情報の読み取りを可能とする２開口２焦点光再生用光学装置であって、該光学装置は、該装置の対物レンズとして半径方向に屈折率の分布が変化している屈折率分布レンズを具え、前記２種類の光記録媒体のそれぞれに対応する２種類の情報読み取り用レーザ光の前記屈折率分布レンズへのレンズ光軸に対する傾きを相互に異ならせて２種類の開口を実現するとともに、前記レンズ中に相互に光路長の異なる２種類の光路を形成したことを特徴とする２開口２焦点光再生用光学装置。
【請求項２】
請求項１記載の２開口２焦点光再生用光学装置において、前記相互に光路長の異なる２種類の光路を形成するために、前記屈折率分布レンズは、レーザ光の入射端面が円形平面でかつ１個のレンズの中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有していることを特徴とする２開口２焦点光再生用光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体から記録情報を読み取るための光再生用光学装置に係り、特に、開口と焦点とに関し規格の異なる２種類の光記録媒体から記録情報の読み取りを可能にする２開口２焦点光再生用光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、相互に規格が異なるため、異なる記録方式で記録された光記録媒体であるＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）（開口０．６で短焦点）とＣＤ（コンパクトディスク）（開口０．４５で長焦点）とを１個の光学装置で両方とも再生可能にするためには、再生用光学装置を２開口２焦点のものとして実現することが必要である。光再生用光学装置を２開口２焦点にした従来例を図６に示す。
【０００３】
図６に示される２つのレーザ光の光路のうち、実線は、レーザモジュール（波長６５０ｎｍ）１から発生してＤＶＤ８からの記録情報を読み取るための、そして破線は、レーザモジュール（波長７８０ｎｍ）２から発生してＣＤ９からの記録情報を読み取るためのそれぞれレーザ光の光路を示している。すなわち、図６において、波長６５０ｎｍおよび７８０ｎｍ（それぞれＤＶＤおよびＣＤ再生用のレーザ光の波長）の各レーザ光は、図示のように、プリズム３、コリメートレンズ４、立ち上げミラー（反射鏡）５、ホログラム光学素子６および対物レンズ７を通ってＤＶＤ８およびＣＤ９の情報記録面にそれぞれ集光されている。ここで、ＤＶＤおよびＣＤの基板厚はそれぞれ０．６ｍｍおよび１．２ｍｍであるから、ＣＤの情報記録面の方が０．６ｍｍ遠くにある。
【０００４】
このように、従来技術ではホログラム光学素子６を用いて光路を形成している。ここに、ホログラム光学素子６は素子の表面に同心円状のホログラムパターンが施されている。この同心円状のホログラムパターンは、＋１次回折光に対して凹レンズのパワーをもっている。また、このホログラムパターンは、ＣＤ再生用の波長７８０ｎｍのレーザ光に対してその大部分が回折されるように設計されている。さらにまた、ホログラムパターンは、ＣＤ再生用である波長７８０ｎｍのレーザ光の１次回折光の集光点が透過光（０次光）の集光点（ＤＶＤ再生用の集光点）よりも０．６ｍｍ遠くなるように設計されている。
【０００５】
一方、対物レンズ７は、開口０．６で基盤厚０．６ｍｍのディスク、すなわちＤＶＤ再生用に設計されているので、ホログラム光学素子６をほとんど透過するＤＶＤ再生用の波長６５０ｎｍのレーザ光は、その基盤厚０．６ｍｍのディスクの情報記録面に集光される。このようにして２種類の焦点を実現している。また、ホログラムパターンは、対物レンズの有効径よりも小さい直径の円形領域の内部にのみ施されている。このとき、ＤＶＤ再生用の波長６５０ｎｍのレーザ光は、ホログラムパターンが施されている円形領域の内部と外部の両方を透過するので、対応する開口は対物レンズ７の有効径で決まる０．６となる。
【０００６】
また、ＣＤ再生用の波長７８０ｎｍのレーザ光は、図６のように、ホログラムパターンの施してある円形領域に対応するようビームが絞られ、この領域内部でのみ回折されるため、対応する実効的な開口は円形領域の直径できまることになる。すなわちＣＤ再生用の波長７８０ｎｍのレーザ光に対する開口が、０．４５となるように円形領域を設計することにより、２種類の開口を実現していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のＤＶＤとＣＤに共用可能な２開口２焦点光再生用光学装置は、２開口２焦点を実現するための部品として、素子表面にホログラムパターンが施されたホログラム光学素子６と対物レンズ７（図６参照）を必要としていた。このことは、単に部品の点数が多くなるということだけでなく、所要の開口（ＤＶＤおよびＣＤに対して、それぞれ０．６および０．４５）および所要の焦点（ＣＤの方がＤＶＤより０．６ｍｍ遠くになる）を満たすように、それぞれの配置位置を含めて両者（ホログラム光学素子６と対物レンズ７）が設計（また、取り付け時には調整）されなければならず、これは必ずしも容易なことではなかった。
【０００８】
本発明の目的は、このような解決されるべき課題を含まない２開口２焦点光再生用光学装置提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明２開口２焦点光再生用光学装置は、規格の異なる２種類の光記録媒体から記録情報の読み取りを可能とする２開口２焦点光再生用光学装置であって、該光学装置は、該装置の対物レンズとして半径方向に屈折率の分布が変化している屈折率分布レンズを具え、前記２種類の光記録媒体のそれぞれに対応する２種類の情報読み取り用レーザ光の前記屈折率分布レンズへのレンズ光軸に対する傾きを相互に異ならせて２種類の開口を実現するとともに、前記レンズ中に相互に光路長の異なる２種類の光路を形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明２開口２焦点光再生用光学装置は、前記相互に光路長の異なる２種類の光路を形成するために、前記屈折率分布レンズは、レーザ光の入射端面が円形平面でかつ１個のレンズの中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有していることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
まず、本発明２開口２焦点光再生用光学装置の一実施形態を図１に示す。
この図１に示される光学装置を、すでに説明した図６に示される従来の光学装置と比較するに、従来装置において、本発明者らが解決されるべき課題として指摘したホログラム素子６および対物レンズ７（いずれも図６参照）を屈折率分布レンズ１０（図１参照）に置き替えた点、および破線で示され、レーザモジュール（波長７８０ｎｍ）２から発生してＣＤ９の記録情報を読み取るためのレーザ光の光出力の向かう方向が、図６（従来）においてはホログラム素子６の素子表面に垂直に（すなわち、光軸と平行に）入射するのに対し、図１（本発明）では屈折率分布レンズ１０の光軸に傾斜して入射するように、図６のそれとはずらしてある点において相違している。
【００１２】
従って、以下においては、これら相違点に基づいて本発明の特徴をなす屈折率分布レンズ（図１中、１０にて示す）について詳細に説明する。
屈折率分布レンズ（レーザ光の入射端面は円形平面である）は、半径方向の屈折率の分布が、レンズ光軸からの距離ｒをパラメータとして次式で表わされるレンズである。
【数１】
0003566504.tif 000002
ただし、ｎ０  はレンズの光軸の位置での屈折率、ｎｒ  は光軸から距離ｒの位置での屈折率、およびＡはレンズの材料によって定まる定数である。
【００１３】
本発明では、この屈折率分布レンズに対して、ＤＶＤ再生用レーザ光ＲＤ  はレンズの光軸と平行に、ＣＤ再生用レーザ光ＲＣ  はレンズの光軸に対して次式で示される傾き−θ０  をもってそれぞれ入射させるものとする。この様子を図２に示す。
【数２】
0003566504.tif 000003
ただし、ｒ０  はレンズの半径である。
【００１４】
屈折率分布レンズに光軸に対して傾き−θ０  で入射したレーザ光は、屈折率分布レンズ内で全反射を繰り返すことで進行していく。屈折率分布レンズは入射端面上の光軸からの半径方向の距離によって屈折率が異なるので、一般的に光軸に対して角度−θ０  で入射する光のうち、屈折率分布レンズ中を伝搬することのできるレーザ光は光軸から次式で示される半径ｒ１  までの範囲内に限られる。この様子を図３に示す。
【数３】
0003566504.tif 000004
【００１５】
ここで、情報を読み取る対物レンズの開口は、ＣＤ再生用のレンズでは０．４５、ＤＶＤ再生用のレンズでは０．６となっているが、開口はレンズ径に依存するため、ＤＶＤ再生用のレーザ光に対する開口が０．６になるよう設計した場合、ＣＤ再生用のレーザ光に対する開口を０．４５とするには、ＣＤ再生用のレーザ光の入射する領域をＤＶＤ再生用レーザ光の入射する領域の７５％とすればよいことになる。従って、屈折率分布レンズの開口を０．６として設計した上で、ｒ１  ＝０．７５ｒ０  が成り立つようにパラメータを設定すれば（２）式における−θ０  で入射した光のうち、光軸から０．７５ｒ０  までの領域に入射した光のみ伝搬し、ＤＶＤ再生用のレーザ光に対しては０．６の開口が得られ、ＣＤ再生用のレーザ光に対しては０．４５の開口が得られることになる。
【００１６】
次に、２焦点のための条件について検討する。
２焦点を実現するための、屈折率分布レンズの長さ方向の断面図とレーザ光の光路を図４に示す。
また、屈折率分布レンズをレーザ光出射端面側から見た外観図を図５に示す。本発明においては、前述したように、屈折率分布レンズ中に２種類の光路を形成するために、レーザ光の入射端面が円形平面の１個の屈折率分布レンズ中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有しているような構造とする。この場合、入射端面が平面であることから、屈折率分布レンズの出射端面側にＤＶＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＤ  とＣＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＣ  とを設けた構造となる。入射端面ＩよりＤＶＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＤ  までの距離ＺＤ  （ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの長さと言う）と、入射端面ＩよりＣＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＣ  までの距離ＺＣ  （ＣＤ再生用の屈折率分布レンズの長さと言う）との差、すなわち図４に示す距離Δ１  は次式で与えられる。
【数４】
0003566504.tif 000005
である。
【００１７】
ＤＶＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＤ  から主点ＨＤ  までの距離ｈＤ  は、次式で与えられる。
【数５】
0003566504.tif 000006
ただし、ＺＤ  はＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの長さである。
同様にＣＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＣ  から主点ＨＣ  までの距離ｈＣ  は、次式で与えられる。
【数６】
0003566504.tif 000007
ただし、ＺＣ  はＣＤ再生用の屈折率分布レンズの長さである。
【００１８】
また、ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの長さＺＤ  に対する焦点距離ｆＤ  は、次式で与えられる。
【数７】
0003566504.tif 000008
また、同様に、ＣＤ再生用の屈折率分布レンズの長さＺＣ  に対する焦点距離ｆｃ  は、次式で与えられる。
【数８】
0003566504.tif 000009
【００１９】
（５），  （７）  式より、ＤＶＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＤ  から同レーザ光に対する焦点（集光点）ＦＤ  までの距離ＬＤ  は、次式で与えられる。
【数９】
0003566504.tif 000010
同様に、  （６），  （８）  式より、ＣＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＣ  から同レーザ光に対する焦点（集光点）ＦＣ  までの距離ＬＣ  は、次式で与えられる。
【数１０】
0003566504.tif 000011
【００２０】
ＤＶＤ再生用レーザ光の出射端面ＯＤ  を基準とした場合、  （９），  （１０）  式より、ＤＶＤ再生用レーザ光に対する焦点ＦＤ  とＣＤ再生用レーザ光に対する焦点ＦＣ  との間の距離は次式で与えられる。
【数１１】
0003566504.tif 000012
【００２１】
すなわち、（４）式のように距離Δ１  を設定することにより、ＤＶＤ用レーザ光に対する焦点ＦＤ  とＣＤ用レーザ光に対する焦点ＦＣ  との間の距離｜ＦＣ  −ＦＤ  ｜が、δ（ＤＶＤとＣＤの基盤厚の差＝０．６ｍｍ）と等しくなるのでＤＶＤとＣＤの双方の再生が可能となる。
【００２２】
ここで、図４中の距離Δ２  （ＤＶＤ再生用レーザ光を遮ることのない範囲）は次式で与えられる。
【数１２】
0003566504.tif 000013
である。
【００２３】
すなわち、（１２）式のように距離Δ２  を決めれば、ｒ０  ＋ｒ２Ｄより距離Δ２  が小さいので、屈折率分布レンズはＤＶＤ再生用のレーザ光を遮ることが無い。また、ｒ０  ＋ｒ２Ｃより距離Δ２  が大きいので、ＣＤ再生用のレーザ光は全て出射端面から出射することになる。つまり、ＤＶＤ再生用のレーザ光とＣＤ再生用のレーザ光の各々を使用した場合に、それらいずれのレーザ光をも遮ること無くＤＶＤおよびＣＤを再生することが可能になる。
【００２４】
最後に、屈折率分布レンズの長さＺＤ  に関しては、ＤＶＤとＣＤの基盤厚の差δを０．６ｍｍとし、屈折率分布レンズの光軸における屈折率ｎ０  を１．５とした場合、
【外１】
0003566504.tif 000014
は、（１２）式の条件から次式で与えられる。
【数１３】
0003566504.tif 000015
以上から、ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの長さＺＤ  に対する条件は、ＺＤ  を
【数１４】
0003566504.tif 000016
のように定めればよい。
【００２５】
以上の説明は、ＤＶＤ再生とＣＤ再生とに共用できる再生用光学系を念頭において説明したが、２開口２焦点が要求される光再生用光学装置であれば、本発明の適用範囲がＤＶＤとＣＤに限られるものでないことは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部分的に２種類の長さをもつ１個の屈折率分布レンズのみを対物レンズとして使用し、その屈折率分布レンズにＤＶＤ再生用レーザ光とＣＤ再生用レーザ光をレンズ光軸に対して異なる傾きをもって入射させ、また屈折率分布レンズを、レーザ光の入射端は平面とし、レンズ中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有する構造にすることにより、２開口２焦点光再生用光学装置の実現を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明２開口２焦点光再生用光学装置の一実施形態を示している。
【図２】ＤＶＤ再生用レーザ光とＣＤ再生用レーザ光のそれぞれについてレーザ光がレンズに入射する様子を示している。
【図３】屈折率分布レンズ中におけるレーザ光の伝搬可能範囲を示している。
【図４】屈折率分布レンズの長さ方向の断面図とレーザ光の光路を示している。
【図５】屈折率分布レンズをレーザ光出射端面側から見た外観図を示している。
【図６】従来の２開口２焦点光再生用光学装置を示している。
【符号の説明】
１    ＤＶＤ用レーザモジュール
２    ＣＤ用レーザモジュール
３    プリズム
４    コリメートレンズ
５    立ち上げミラー（反射鏡）
６    ホログラム光学素子
７    対物レンズ
８    ＤＶＤ
９    ＣＤ
１０  屈折率分布レンズ
θ０    屈折率分布レンズの光軸に対するＣＤ再生用レーザ光の傾き
ｒ０    屈折率分布レンズの半径
ｒ１    入射端面における入射レーザ光の光軸からの距離
Ｉ    屈折率分布レンズの入射端面
ＺＤ    ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの長さ
ＺＣ    ＣＤ再生用の屈折率分布レンズの長さ
ｒ２Ｄ  ＤＶＤ再生用レーザ光のうち、屈折率分布レンズの入射端面Ｉ上の光軸から−ｒ０  の位置に入射したレーザ光が、入射端面ＩよりＺＣ  の位置での光軸からの位置（ｒ２Ｄ＜０）
ｒ２Ｃ  ＣＤ再生用レーザ光のうち、屈折率分布レンズの入射端面Ｉ上の光軸からｒ１  の位置に入射したレーザ光が、入射端面ＩよりＺＣ  の位置での光軸からの位置（ｒ２Ｃ＜０）
ＨＤ    ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの長さＺＤ  に対する主点位置
ＨＣ    ＣＤ再生用の屈折率分布レンズの長さＺＣ  に対する主点位置
ＯＤ    ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの出射端面
ＯＣ    ＣＤ再生用の屈折率分布レンズの出射端面
ｈＤ    ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの出射端面ＯＤ  からＨＤ  までの距離
ｈＣ    ＣＤ再生用の屈折率分布レンズの出射端面ＯＣ  からＨＣ  までの距離
ＦＤ    ＤＶＤ再生用の屈折率分布レンズの長さＺＤ  に対する焦点位置
ＦＣ    ＣＤ再生用の屈折率分布レンズの長さＺＣ  に対する焦点位置
ｆＤ    ＨＤ  からＦＤ  までの距離
ｆＣ    ＨＣ  からＦＣ  までの距離
ＬＤ    ＯＤ  からＦＤ  までの距離
ＬＣ    ＯＣ  からＦＣ  までの距離
δ    ＦＣ  からＦＤ  までの距離
Δ１    ＯＤ  からＯＣ  までの距離
Δ２    屈折率分布レンズの長さがＺＣ  である領域長
【図１】
0003566504.tif 000017
【図２】
0003566504.tif 000018
【図３】
0003566504.tif 000019
【図４】
0003566504.tif 000020
【図５】
0003566504.tif 000021
【図６】
0003566504.tif 000022