(57)【要約】【課題】ＮＡを満足しつつＷＤを確保可能な、光学ヘッド用のアフォーカルレンズ、光学ヘッド、光ディスク装置、コンピュータ、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダを提供する。【解決手段】波長４００ｎｍ程度の青紫レーザ光源を用い、保護基板厚の異なる光ディスクに対する互換可能な光学ヘッドにおいて、コリメートレンズ１０４と対物レンズ１０６との間に、コリメートレンズからの光束径を拡大しかつ対物レンズに対して略平行光として出射するアフォーカルレンズ１０５を備えた。該構成により、ＮＡを満足しつつＷＤを確保可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射されたレーザ光を、保護基板厚を異にする複数種の情報記録媒体の情報記録面に異なる開口数によって収束させる光学ヘッドで、コリメートレンズ及び対物レンズを有する光学ヘッドに備わるアフォーカルレンズであって、
上記コリメートレンズと上記対物レンズとの間に設けられ、上記コリメートレンズ側から入射したレーザ光の光束径を拡大しかつ上記対物レンズに対して略平行光として出射する光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項２】
上記光学ヘッドは、波長λ１のレーザ光を出射する光源を有し、上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて上記波長λ１のレーザ光によって互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させる、請求項１記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項３】
上記光学ヘッドは、上記情報記録媒体の種類に応じて異なる波長のレーザ光を出射する光源を有する、請求項１記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項４】
上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させる、請求項３記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項５】
上記アフォーカルレンズにおける上記コリメートレンズ側の第１面、及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部を備えた、請求項１記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項６】
上記波長変動補正部を上記第１面に備えた、請求項５記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項７】
上記波長変動補正部を上記第２面に備えた、請求項５記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項８】
上記アフォーカルレンズにおける上記コリメートレンズ側の第１面及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部と、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部とを備えた、請求項１記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項９】
上記アフォーカルレンズにおける上記コリメートレンズ側を第１面、及び上記対物レンズ側を第２面とし、上記第１面に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部及び上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部の一方を備え、上記第２面に、上記次数回折部及び上記波長変動補正部の他方を備えた、請求項１記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項１０】
上記第１面に上記波長変動補正部を備え、上記第２面に上記次数回折部を備えた、請求項９記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項１１】
上記アフォーカルレンズにおけるレーザ光の拡大率は、上記コリメートレンズ側の面から入射するレーザ光の光束径をＤ１とし、上記対物レンズ側の面から出射されるレーザ光の光束径をＤ２として、
Ｄ１×１．１≦Ｄ２≦Ｄ１×１．５
を満足する倍率である、請求項１から１０のいずれかに記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項１２】
上記アフォーカルレンズは、樹脂材からなり、上記レーザ光の光軸に略垂直な面であるコバ面をコリメートレンズ側及び対物レンズ側に有し、上記アフォーカルレンズの上記対物レンズに対向する有効面は、上記対物レンズ側のコバ面よりも突出している、請求項１から８のいずれかに記載の光学ヘッド用アフォーカルレンズ。
【請求項１３】
光源と、
コリメートレンズと、
対物レンズと、を有し、
上記光源から出射されたレーザ光を、保護基板厚を異にする複数種の情報記録媒体の情報記録面に異なる開口数によって収束させる光学ヘッドであって、
上記コリメートレンズと上記対物レンズとの間に設けられ、上記コリメートレンズ側から入射したレーザ光の光束径を拡大しかつ上記対物レンズに対して略平行光として出射するアフォーカルレンズを備えたことを特徴とする光学ヘッド。
【請求項１４】
上記光源は、波長λ１のレーザ光を出射し、上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて上記波長λ１のレーザ光によって互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させる、請求項１３記載の光学ヘッド。
【請求項１５】
上記光源は、上記情報記録媒体の種類に応じて異なる波長のレーザ光を出射する、請求項１３記載の光学ヘッド。
【請求項１６】
上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させる、請求項１５記載の光学ヘッド。
【請求項１７】
上記対物レンズは、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部を備え、
上記アフォーカルレンズの上記コリメートレンズ側の第１面、及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部を備える、請求項１３記載の光学ヘッド。
【請求項１８】
上記波長変動補正部は、上記第１面に備わる、請求項１７記載の光学ヘッド。
【請求項１９】
上記アフォーカルレンズは、上記コリメートレンズ側の第１面及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部と、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部とを備えた、請求項１３記載の光学ヘッド。
【請求項２０】
上記アフォーカルレンズは、上記コリメートレンズ側の第１面に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部及び上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部の一方を備え、上記対物レンズ側の第２面に上記次数回折部及び上記波長変動補正部の他方を備えた、請求項１３記載の光学ヘッド。
【請求項２１】
上記次数回折部は、上記第２面に備わり、上記波長変動補正部は、上記第１面に備わる、請求項２０記載の光学ヘッド。
【請求項２２】
上記アフォーカルレンズにおけるレーザ光の拡大率は、上記コリメートレンズ側の面から入射するレーザ光の光束径をＤ１とし、上記対物レンズ側の面から出射されるレーザ光の光束径をＤ２として、
Ｄ１×１．１≦Ｄ２≦Ｄ１×１．５
を満足する倍率である、請求項１３から２１のいずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項２３】
請求項１３から２２のいずれかに記載の光学ヘッドと、
情報記録媒体を回転駆動するためのモータと、
上記光学ヘッドと上記モータとを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の光ディスク装置と、
上記光ディスク装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算手段と、
を備えた光情報機器。
【請求項２５】
凹状の屈折面と、該凹状屈折面に対向する凸状の屈折面とを有し、上記凹状屈折面又は上記凸状屈折面に回折レンズを形成したメニスカス状のアフォーカルレンズであって、
上記回折レンズにおける凹又は凸のレンズパワーとは反対のレンズパワーを有する屈折面に上記回折レンズを形成した、アフォーカルレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アフォーカルレンズ、特に複数種類の光ディスク等の情報記録媒体に対して、光学的に情報の記録または再生を行う光学ヘッド用のアフォーカルレンズ、該アフォーカルレンズを有する光学ヘッド、該光学ヘッドを具備した光ディスク装置、該光ディスク装置を具備した光情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青紫半導体レーザの実用化に伴い、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）と同じ大きさで、高密度・大容量の光情報記録媒体（以下、光ディスクともいう）であるＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤ）が実用化されている。このＢＤは、波長４００ｎｍ程度の青紫レーザ光源と、開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ、ＮＡ）を０．８５まで高めた対物レンズを用いて記録または再生を行う、保護基板厚約０．１ｍｍの光ディスクである。
【０００３】
一方、同じく波長４００ｎｍ程度の青紫レーザ光源と、開口数０．６５の対物レンズを用いた、保護基板厚０．６ｍｍのＨＤ  ＤＶＤも実用化されている。
【０００４】
そこで以上のような、それぞれ保護基板厚が異なる光ディスクの情報記録面に対し、レーザ光を一つの対物レンズを用いて収束させて情報の記録または再生を行う、互換性を有する光学ヘッドが提案されている。
異なる保護基板厚の光ディスク上に、回折限界までレーザ光を収束することのできる集光光学系を備えた光学ヘッドが、特許文献１および特許文献２に示されている。
【０００５】
特許文献１に示されている従来の光学ヘッドの構成例を図１８に示す。図１８において、１は赤色レーザ光を出射する光源、３はビームスプリッタ、４はコリメートレンズ、５はホログラムレンズ、６は対物レンズ、８は検出レンズ、９は受光素子であり、これらが光学ヘッド２０を構成している。また、７０は保護基板厚０．６ｍｍの光ディスクであるＤＶＤである。
【０００６】
ＤＶＤ７０に対して、情報の記録または再生を行う光学ヘッド２０の動作について述べる。光源１から出射された赤色レーザ光は、ビームスプリッタ３を透過し、コリメートレンズ４で略平行光に変換され、ホログラムレンズ５を透過し、対物レンズ６によって、保護基板越しにＤＶＤ７０の情報記録面に光スポットとして収束される。ＤＶＤ７０の情報記録面で反射した復路の赤色レーザ光は、往路と同じ光路で対物レンズ６、ホログラムレンズ５、コリメートレンズ４を透過する。そして、ビームスプリッタ３で反射され、検出レンズ８で所定の非点収差を与えられて、受光素子９に導かれ、情報信号およびサーボ信号を生成する。
【０００７】
次に図１９を用いて、保護基板厚１．２ｍｍの光ディスクであるＣＤ８０の記録または再生を行う場合の光学ヘッド２０の動作について述べる。光源１から出射された赤色レーザ光は、ビームスプリッタ３を透過し、コリメートレンズ４で略平行光に変換され、ホログラムレンズ５で回折された後、対物レンズ６によって、保護基板越しにＣＤ８０の情報記録面に光スポットとして収束される。ＣＤ８０の情報記録面で反射した復路の赤色レーザ光は、往路と同じ光路で対物レンズ６、ホログラム５、コリメートレンズ４を通過する。そして、ビームスプリッタ３で反射され、検出レンズ８で所定の非点収差を与えられて、受光素子９に導かれ、情報信号およびサーボ信号を生成する。
【０００８】
ＤＶＤ７０およびＣＤ８０を記録または再生するためのフォーカス誤差信号の生成は、検出レンズ８によって非点収差を与えられた集光スポットを受光素子９内の４分割受光パターンで検出する、いわゆる非点収差法等を用いることが可能である。またトラッキング誤差信号の生成は、回折格子（図示せず）によって生成されたメインビームとサブビームを用いた、いわゆる３ビーム法や差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）等を用いることが可能である。
【０００９】
次にホログラムレンズ５と対物レンズ６の機能について、図２０、図２１Ａ、及び図２１Ｂを用いて詳細に説明する。
ホログラムレンズ５には、ＤＶＤ７０およびＣＤ８０に対して、それぞれ微小な光スポットとして収束させるため、図２０に示すような格子パターン５ａを備えている。ホログラムレンズ５の＋１次回折光の回折効率は１００％未満であり、透過光（以下、本願では回折しない透過光を０次回折光とも表現する場合があり、透過光を回折光の一つとして扱う）も充分な強度を有するように設計されている。なお、ホログラムレンズ５はブレーズ化することによって、０次回折光と＋１次回折光の光量和を大きくすることができ、光の利用効率を高くできる。
【００１０】
対物レンズ６は、開口数ＮＡが０．６で、図２１Ａに示すように、ホログラムレンズ５を回折されずに透過したレーザ光（すなわち０次回折光）が入射したときに、保護基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ７０上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。
【００１１】
一方、図２１Ｂに示すように、ホログラムレンズ５で回折された＋１次回折光は対物レンズ６によってＣＤ８０上に収束される。ここで＋１次回折光は保護基板厚１．２ｍｍのＣＤ８０上に回折限界の集光スポットを形成できるよう収差補正を施されている。
【００１２】
このように入射光の一部を回折するホログラムレンズ５と対物レンズ６を組み合わせることによって異なる基板厚の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで収束される集光スポットを形成することができる２焦点レンズを実現できる。
【００１３】
なお、ホログラムレンズ５はレンズ作用を有するので２つの焦点の光軸方向の位置は異なっている。従って、一方の焦点に形成された光スポットを用いて情報の記録または再生をしているとき、他方の焦点に形成された光スポットは大きく広がり、情報の記録または再生に影響を与えない。
【００１４】
以上、このような光学ヘッド２０を用いることで、それぞれ異なる種類の光ディスクに対して、一つの対物レンズを用いて情報の記録または再生を行うことができる。
【特許文献１】特開平７−９８４３１号公報
【特許文献２】特開平１０−１０３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記特許文献１及び上記特許文献２には、ホログラムを用いた２焦点レンズを用いて、例えばＤＶＤとＣＤのような、保護基板厚の異なる複数種類の光ディスクに対して互換可能な光学ヘッドの構成が示されている。
【００１６】
又、図２１Ａと図２１Ｂとを見比べると明らかなように、保護基板厚の異なる光ディスクに対して共用可能な光学ヘッドでは、保護基板厚の相違等に起因して、対物レンズと光ディスクとの間隔である作動距離（Working Distance : ＷＤ）に違いが生じ、保護基板厚が厚い光ディスクに対しては上記ＷＤが小さくなる。該現象は、波長４００ｎｍ程度の青紫レーザ光源を用い、例えば複数の情報記録面を備えた光ディスクを記録または再生する光学ヘッドにおいても同様に生じる。一方、対物レンズから出射される光の角度、換言すると対物レンズのＮＡ（開口数）は規定されている。よって、上記ＮＡを満足しつつ上記ＷＤを確保する必要があるが、上述の特許文献１及び上記特許文献２では、このようなＮＡを満足しつつＷＤを確保する方策については言及されていない。
【００１７】
本発明は、アフォーカルレンズ、特に保護基板厚の異なる光ディスクに対して共用可能な光学ヘッドにおいて、上記ＮＡを満足しつつ上記ＷＤを確保可能な、光学ヘッド用のアフォーカルレンズ、該アフォーカルレンズを有する光学ヘッド、該光学ヘッドを具備した光ディスク装置、該光ディスク装置を具備した光情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における光学ヘッド用アフォーカルレンズは、光源から出射されたレーザ光を、保護基板厚を異にする複数種の情報記録媒体の情報記録面に異なる開口数によって収束させる光学ヘッドで、コリメートレンズ及び対物レンズを有する光学ヘッドに備わるアフォーカルレンズであって、
上記コリメートレンズと上記対物レンズとの間に設けられ、上記コリメートレンズ側から入射したレーザ光の光束径を拡大しかつ上記対物レンズに対して略平行光として出射することを特徴とする。
【００１９】
上記光学ヘッドは、波長λ１のレーザ光を出射する光源を有し、上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて上記波長λ１のレーザ光によって互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させるように構成可能である。
【００２０】
上記光学ヘッドは、上記情報記録媒体の種類に応じて異なる波長のレーザ光を出射する光源を有してもよい。
【００２１】
上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させてもよい。
【００２２】
又、上記アフォーカルレンズにおける上記コリメートレンズ側の第１面及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部を備えることもできる。
【００２３】
上記波長変動補正部を上記第１面に備えてもよい。
【００２４】
上記波長変動補正部を上記第２面に備えてもよい。
【００２５】
又、上記アフォーカルレンズにおける上記コリメートレンズ側の第１面及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部と、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部とを備えることもできる。
【００２６】
又、上記アフォーカルレンズにおける上記コリメートレンズ側を第１面、及び上記対物レンズ側を第２面とし、上記第１面に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部及び上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部の一方を備え、上記第２面に、上記次数回折部及び上記波長変動補正部の他方を備えることもできる。
【００２７】
上記第１面に上記波長変動補正部を備え、上記第２面に上記次数回折部を備えてもよい。
【００２８】
又、上記アフォーカルレンズにおけるレーザ光の拡大率は、上記コリメートレンズ側の面から入射するレーザ光の光束径をＤ１とし、上記対物レンズ側の面から出射されるレーザ光の光束径をＤ２として、
Ｄ１×１．１≦Ｄ２≦Ｄ１×１．５
を満足する倍率とすることができる。
【００２９】
又、上記アフォーカルレンズは、樹脂材からなり、上記レーザ光の光軸に垂直な面であるコバ面をコリメートレンズ側及び対物レンズ側に有し、上記アフォーカルレンズの上記対物レンズに対向する面は、上記対物レンズ側のコバ面よりも突出して構成することができる。
【００３０】
さらに本発明の第２態様における光学ヘッドは、光源と、
コリメートレンズと、
対物レンズと、を有し、
上記光源から出射されたレーザ光を、保護基板厚を異にする複数種の情報記録媒体の情報記録面に異なる開口数によって収束させる光学ヘッドであって、
上記コリメートレンズと上記対物レンズとの間に設けられ、上記コリメートレンズ側から入射したレーザ光の光束径を拡大しかつ上記対物レンズに対して略平行光として出射するアフォーカルレンズを備えたことを特徴とする。
【００３１】
上記第２態様において、上記光源は、波長λ１のレーザ光を出射し、上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて上記波長λ１のレーザ光によって互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させてもよい。
【００３２】
上記第２態様において、上記光源は、上記情報記録媒体の種類に応じて異なる波長のレーザ光を出射するようにしてもよい。
【００３３】
上記第２態様において、上記対物レンズは、上記情報記録媒体の種類に応じて互いに異なる複数の次数を有する回折光を上記情報記録面に収束させてもよい。
【００３４】
上記第２態様において、上記対物レンズは、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部を備え、
上記アフォーカルレンズの上記コリメートレンズ側の第１面、及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部を備えることができる。
【００３５】
上記第２態様において、上記波長変動補正部は、上記第１面に備えることができる。
【００３６】
上記第２態様において、上記アフォーカルレンズは、上記コリメートレンズ側の第１面及び上記対物レンズ側の第２面のいずれか一方に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部と、上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部とを備えることができる。
【００３７】
上記第２態様において、上記アフォーカルレンズは、上記コリメートレンズ側の第１面に、ｎ次及びｍ次（ｎ及びｍは互いに異なる整数）の回折光を発生させる次数回折部及び上記レーザ光の波長変動に伴って生じる収差を補正する波長変動補正部の一方を備え、上記対物レンズ側の第２面に上記次数回折部及び上記波長変動補正部の他方を備えることができる。
【００３８】
上記第２態様において、上記次数回折部は上記第２面に備わり、上記波長変動補正部は上記第１面に備えることができる。
【００３９】
上記第２態様において、上記アフォーカルレンズにおけるレーザ光の拡大率は、上記コリメートレンズ側の面から入射するレーザ光の光束径をＤ１とし、上記対物レンズ側の面から出射されるレーザ光の光束径をＤ２として、
Ｄ１×１．１≦Ｄ２≦Ｄ１×１．５
を満足する倍率とすることができる。
【００４０】
さらに本発明の第３態様における光ディスク装置は、上記第２態様の光学ヘッドと、情報記録媒体を回転駆動するためのモータと、
上記光学ヘッドと上記モータとを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【００４１】
さらに本発明の第４態様におけるコンピュータは、上記第３態様の光ディスク装置と、
情報を入力するための入力手段と、
上記光ディスク装置から再生された情報及び上記入力手段から入力された情報の少なくとも一方に基づいて演算を行う演算手段と、
上記光ディスク装置から再生された情報、上記入力手段から入力された情報、及び上記演算手段によって演算された結果の少なくとも一つを出力するための出力手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００４２】
さらに本発明の第５態様における光ディスクプレーヤは、上記第３態様の光ディスク装置と、上記光ディスク装置から得られる情報信号を画像情報に変換するデコーダと、
を備えたことを特徴とする。
【００４３】
さらに本発明の第６態様における光ディスクレコーダは、上記第３態様の光ディスク装置と、画像情報を上記光ディスク装置によって記録するための情報信号に変換するエンコーダと、
を備えたことを特徴とする。
【００４４】
さらに本発明の第７態様におけるアフォーカルレンズは、凹状の屈折面と、該凹状屈折面に対向する凸状の屈折面とを有し、上記凹状屈折面又は上記凸状屈折面に回折レンズを形成したメニスカス状のアフォーカルレンズであって、
上記回折レンズにおける凹又は凸のレンズパワーとは反対のレンズパワーを有する屈折面に上記回折レンズを形成した。
【００４５】
さらに本発明の第８態様におけるアフォーカルレンズは、開口数が０．８５以上を有する対物レンズと、コリメートレンズとの間に配置されるアフォーカルレンズであって、上記アフォーカルレンズにおけるレーザ光の拡大率は、上記コリメートレンズ側の面から入射するレーザ光の光束径をＤ１とし、上記対物レンズ側の面から出射されるレーザ光の光束径をＤ２として、Ｄ１×１．１≦Ｄ２≦Ｄ１×１．５を満足する倍率である。
【発明の効果】
【００４６】
上述の第１態様におけるアフォーカルレンズによれば、コリメートレンズから対物レンズへレーザ光を入射する場合に比べて、対物レンズへ入射させるレーザ光の光束径を大きくすることができる。よって、対物レンズの入射側における有効光束径が大きくなることから、対物レンズの焦点距離を大きくすることができる。従って、対物レンズのＮＡを満足しつつＷＤを確保することができ、対物レンズと光ディスクとの間隔であるＷＤを既定値に設定することができる。又、アフォーカルレンズを設けたことでアフォーカルレンズの入射側におけるレーザ光の光束径を縮小してもよいことから、光学系全体を従来に比して小型化することも可能である。
【００４７】
又、アフォーカルレンズを用いることで、対物レンズに入射するレーザ光の光束が略平行光となるため、対物レンズとアフォーカルレンズが位置ずれした場合に対物レンズで生じる軸外収差が非常に小さくなる。従って、対物レンズアクチュエータにアフォーカルレンズを搭載する場合の位置ずれの許容度が拡がり、実質的に無調整で搭載することができる。
【００４８】
又、アフォーカルレンズにおけるコリメートレンズ側の面及び対物レンズ側の面のいずれか一方に、次数回折部及び波長変動補正部を備えることで、アフォーカルレンズを作製するための金型の加工を一面のみにすることができ、金型、ひいてはアフォーカルレンズの作製を容易にすることができる。
さらに、アフォーカルレンズにおける対物レンズ側の面に上記次数回折部及び波長変動補正部を備えるときには、対物レンズ側の面は凸形状であり凹形状であるコリメートレンズ側の面に比べて有効光束径が大きいことから、次数回折部の回折ピッチを広く取ることができる。よって、アフォーカルレンズの製作を容易にすることができる。
【００４９】
又、アフォーカルレンズにおけるコリメートレンズ側の面及び対物レンズ側の面の一方に、次数回折部及び波長変動補正部の一方を備え、コリメートレンズ側の面及び対物レンズ側の面の他方に、上記次数回折部及び波長変動補正部の他方を備えることで、アフォーカルレンズを作製するための金型における回折構造の形状を簡単にすることができる。
【００５０】
アフォーカルレンズにおけるレーザ光の拡大率を１．１〜１．５倍に設定することで、従来に比べると大きな拡大率を得るものであり、又、上限を１．５倍に規定することで、アフォーカルレンズと一体的に構成される対物レンズのトラッキング動作において最大にシフトしたときでも、アフォーカルレンズに入射するレーザ光量が低下することを防止できる。
【００５１】
アフォーカルレンズの対物レンズ側の面をコバ面に対して凸状にすることで、アフォーカルレンズの成形を容易にすることができる。
【００５２】
又、上記第２態様の光学ヘッド、上記第３態様の光ディスク装置、第４態様のコンピュータ、第５態様の光ディスクプレーヤ、及び第６態様の光ディスクレコーダによれば、上述したアフォーカルレンズを備えることで、レーザ光より生成したｎ次及びｍ次（ｎ，ｍは異なる整数）の各回折光における上記ｎ次の回折光が情報記録面に合焦する第１の情報記録媒体、及び上記ｍ次の回折光が情報記録面に合焦する第２の情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び再生が可能となる。
【００５３】
又、第７態様のアフォーカルレンズによれば、回折レンズにおける凹又は凸のレンズパワーとは反対のレンズパワーを有するアフォーカルレンズの屈折面に上記回折レンズを形成することから、当該アフォーカルレンズを成型する金型の作製が容易になり、結果として当該アフォーカルレンズを容易に成型することができる。
【００５４】
又、第８態様のアフォーカルレンズによれば、対物レンズに入射する光束径を拡大することができることから、０．８５以上のような大きなＮＡを有する対物レンズを使用する場合でも、光学系を大型化することなく、規定のＷＤ（作動距離）を達成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明の実施形態である、光学ヘッド用アフォーカルレンズ、光学ヘッド、光ディスク装置、コンピュータ、光ディスクプレーヤ、及び光ディスクレコーダについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、上記光学ヘッドは、上記光学ヘッド用アフォーカルレンズを備えたものであり、上記光ディスク装置は上記光学ヘッドを備えた装置であり、上記コンピュータ、上記光ディスクプレーヤ、及び上記光ディスクレコーダは、上記光ディスク装置を備えたものである。ここで、上記コンピュータ、上記光ディスクプレーヤ、及び上記光ディスクレコーダを総称して、光情報機器と呼ぶ。
又、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００５６】
第１実施形態
図１および図２は、本発明の一実施の形態における光学ヘッドの概略構成図である。
図１および図２において、１０１は青紫レーザ光を出射する光源、１０３はビームスプリッタ、１０４はコリメートレンズ、１０５は光束拡大レンズとして機能し詳細後述するアフォーカルレンズ、１０６は次数回折部に相当するホログラムをレンズと一体的に成形した、詳細後述する対物レンズ、１０８は検出レンズ、１０９はレーザ光を受光する受光素子であり、これらが光学ヘッド１１０を構成している。また、５０は、第１情報記録媒体の一例に相当する、保護基板厚０．０６５ｍｍ〜０．１１０ｍｍのいずれかの値を有する光ディスクである第１の光ディスクであり、６０は、第２情報記録媒体の一例に相当する、保護基板厚０．５７０ｍｍ〜０．６３０ｍｍのいずれかの値を有する光ディスクである第２の光ディスクである。
【００５７】
図１を用いて、第１の光ディスク５０に対して、情報の記録または再生を行う光学ヘッド１１０の動作について述べる。光源１０１から出射された青紫レーザ光は、ビームスプリッタ１０３を透過し、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換され、アフォーカルレンズ１０５を透過しかつ光束径が拡大され、対物レンズ１０６によって、保護基板越しに第１の光ディスク５０の情報記録面に光スポットとして収束される。第１の光ディスク５０の情報記録面で反射した復路の青紫レーザ光は、往路と同じ光路で対物レンズ１０６、アフォーカルレンズ１０５、コリメートレンズ１０４を透過する。そして、ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で所定の非点収差を与えられて、受光素子１０９に導かれ、情報信号およびサーボ信号を生成する。
【００５８】
次に図２を用いて、第２の光ディスク６０に対して、情報の記録または再生を行う場合の光学ヘッド１１０の動作について述べる。光源１０１から出射された青紫レーザ光は、ビームスプリッタ１０３を透過し、コリメートレンズ１０４で略平行光に変換され、アフォーカルレンズ１０５を透過しかつ光束径が拡大され、対物レンズ１０６で回折された後、保護基板越しに第２の光ディスク６０の情報記録面に光スポットとして収束される。第２の光ディスク６０の情報記録面で反射した復路の青紫レーザ光は、往路と同じ光路で対物レンズ１０６、アフォーカルレンズ１０５、コリメートレンズ１０４を通過する。そして、ビームスプリッタ１０３で反射され、検出レンズ１０８で所定の非点収差を与えられて、受光素子１０９に導かれ、情報信号およびサーボ信号を生成する。
【００５９】
第１の光ディスク５０および第２の光ディスク６０を記録または再生するためのフォーカス誤差信号の生成は、検出レンズ１０８によって非点収差を与えられた集光スポットを受光素子１０９内の４分割受光パターンで検出する、いわゆる非点収差法等を用いることが可能である。またトラッキング誤差信号の生成は、回折格子（図示せず）によって生成されたメインビームとサブビームを用いた、いわゆる３ビーム法や差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）等を用いることが可能である。
【００６０】
次に、アフォーカルレンズ１０５及び対物レンズ１０６について、詳細に説明する。
まず、対物レンズ１０６について説明する。
ホログラム一体型対物レンズ１０６には、図３に示すように、次数回折部として機能する同心円状の格子パターン１０６ａがアフォーカルレンズ１０５側の面に形成されており、その中心はホログラム一体型対物レンズ１０６の光軸と一致している。また、格子パターン１０６ａは、ホログラム一体型対物レンズ１０６によって決まる開口よりも小さな径の中にだけ形成されている。従って格子パターン１０６ａが形成されていない部分１０６ｂでは回折が全く起こらない。
【００６１】
ホログラム一体型対物レンズ１０６の＋１次回折光の回折効率は、１００％未満であり、透過光（０次回折光）も充分な強度を有するように設計されている。なお、ホログラム一体型対物レンズ１０６は、ブレーズ化することによって、０次回折光と＋１次回折光の光量和を大きくすることができ、光の利用効率を高くできる。
【００６２】
ここで、例えば第１の光ディスク５０および第２の光ディスク６０に対して、どちらも再生専用の光学ヘッドとしてホログラム一体型対物レンズ１０６を用いる場合は、＋１次回折光の回折効率を３０％〜７０％程度にすることが望ましい。このように回折効率を設定することによって、第１の光ディスク５０と第２の光ディスク６０が同程度の光量を用いて情報の再生を行うことができるという効果が得られ、光源の出力を低減することができる。
【００６３】
一方、第２の光ディスク６０に対しては再生のみを行い、第１の光ディスク５０に対しては記録および再生が可能な光学ヘッドとしてホログラム一体型対物レンズ１０６を用いる場合は、＋１次回折光の回折効率を３０％以下にすることが望ましい。このように回折効率を設定することによって、ホログラム一体型対物レンズ１０６の透過率（０次回折光の回折効率）を大きくすることができるため、記録を行う第１の光ディスク５０に対する光利用効率を高くすることができるという効果が得られ、記録時の光源の出力を低減することができる。
【００６４】
ホログラム一体型対物レンズ１０６は、開口数ＮＡが０．８５で、図４Ａに示すように、ホログラム一体型対物レンズ１０６を回折されずに透過したレーザ光（すなわち０次回折光）が入射したときに、保護基板厚約０．１ｍｍの第１の光ディスク５０上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。
【００６５】
一方、図４Ｂに示すように、ホログラム一体型対物レンズ１０６で回折された＋１次回折光は、第２の光ディスク６０上に収束される。ここで＋１次回折光は、保護基板厚約０．６ｍｍの第２の光ディスク６０上に回折限界の集光スポットを形成できるよう収差補正を施されている。
【００６６】
このように入射光の一部を回折するホログラム一体型対物レンズ１０６よって異なる基板厚の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで収束される集光スポットを形成することができる２焦点レンズを実現できる。
【００６７】
なお、本実施の形態のホログラム一体型対物レンズ１０６は、０次回折光に対して＋１次回折光に凹レンズのパワーを付加させる効果を備えているので、ホログラム一体型対物レンズ１０６に対する＋１次回折光の焦点位置は、０次回折光の焦点位置よりも遠くになり、第１の光ディスク５０よりも保護基板厚の大きい第２の光ディスク６０の情報記録面に＋１次回折光を収束させる場合に、第２の光ディスク６０とホログラム一体型対物レンズ１０６の間隔であるＷＤ（作動距離）を確保することが容易となる。
【００６８】
このように、ホログラム一体型対物レンズ１０６は、＋１次回折光に対して凹レンズ作用を持たせているので、第１の光ディスク５０を記録または再生するための０次回折光と、第２の光ディスク６０を記録または再生するための＋１次回折光の２つの焦点の光軸方向の位置は異なっている。従って、一方の焦点に形成された光スポットを用いて情報の記録または再生をしているときには、他方の焦点に形成された光スポットは大きく広がるため、情報の記録または再生に影響を与えない。
【００６９】
次に、アフォーカルレンズ１０５について説明する。アフォーカルレンズ１０５は、焦点距離が無限遠のレンズであり、図１、図２、図７、及び図８に示すように、コリメートレンズ１０４と対物レンズ１０６との間に配置され、図示するように、アフォーカルレンズ１０５のコリメートレンズ１０４側の面、つまりレーザ光の往路での入射面１０５ａは、凹状に形成され、アフォーカルレンズ１０５の対物レンズ１０６側の面、つまりレーザ光の往路での出射面１０５ｂは、凸状に形成される。このような形状により、アフォーカルレンズ１０５は、図５に示すように、コリメートレンズ１０４から入射したレーザ光の有効光束径ｄ１を拡大して、対物レンズ１０６に対して有効光束径ｄ２の略平行光を出射する。
【００７０】
ここで、アフォーカルレンズ１０５を設ける理由について説明する。図２１Ａ及び図２１Ｂを参照して上述したように、保護基板厚の異なる光ディスクに対して共用され互換可能な光学ヘッドでは、上記ＷＤに違いが生じる。該現象は、青紫レーザ光を用いる上述の光学ヘッド１１０においても同様に発生し、保護基板厚が薄い光ディスクに比べて、保護基板厚が厚い光ディスクに対しては、ＷＤが小さくなる。ＷＤが規定値よりも小さくなった場合、光ディスクと対物レンズとの干渉の可能性が生じるため、所定のＷＤを確保する必要がある。一方、対物レンズから出射される光の角度、換言すると対物レンズのＮＡ（開口数）は規定されている。よって、上記ＮＡを満足しつつ上記ＷＤを確保するためには、対物レンズに入射するレーザ光の光束径を大きくすればよい。上記光束径を大きくする方法の一つとして、光源からビームスプリッタ、コリメートレンズに至るまでの光学系全体を大きくする方法が考えられる。しかしながら該方法は、光学ヘッドに要求されるコンパクト化とは相反する。
【００７１】
そこで、本実施形態に示すように、コリメートレンズ１０４と対物レンズ１０６との間に、光束拡大レンズとして機能するアフォーカルレンズ１０５を配置し、アフォーカルレンズ１０５への入射光の光束径に対して拡大された有効光束径を有し略平行光にてなるレーザ光を対物レンズ１０６に入射させる。これにより、上記ＮＡ及び上記ＷＤを規定値に設定した状態で、上記第１の光ディスク５０及び第２の光ディスク６０の両者に対して互換性を有する光学ヘッドにおいて、コンパクト化を図ることができる。尚、各実施形態における光学ヘッドにおいて、上記ＷＤは、例えば０．３ｍｍ以上に設定される。
【００７２】
又、アフォーカルレンズ１０５を設けることで、アフォーカルレンズ１０５への往路での入射光の光束径が従来に比べて小さい場合でも、対物レンズ１０６には十分な有効光束径にてなるレーザ光を入射可能となる。よって、アフォーカルレンズ１０５を設けることで、光源１０１からビームスプリッタ１０３、コリメートレンズ１０４に至るまでの光学系の構成を従来に比べて小さくすることも可能となる。したがって、光学ヘッド１１０のさらなる小型化に寄与することができる。
【００７３】
さらに、本実施形態では、アフォーカルレンズ１０５は、図１、図２、図７、及び図８に示すように、回折レンズ作用を有する波長変動補正部１０５１を有する。
光源１０１は、基準波長４０８ｎｍの青紫レーザ光を発するが、光源１０１に備わる半導体レーザ素子の製造のバラツキや、光ディスクに対する情報の記録及び再生に伴うレーザ光出力の切り換え、等に起因して、上記基準波長は、若干変動する。そこで、このような波長変動を打ち消すための、換言すると、色収差を補正する色消し用の回折格子を、波長変動補正部１０５１として、アフォーカルレンズ１０５は有する。アフォーカルレンズ１０５は、波長変動補正部１０５１が凸レンズのパワーを備えた同心円状の格子パターンによって形成されており、基準波長４０８ｎｍの平行光が入射した場合に、凸の回折パワーと凹の屈折パワーが等しくなる。レーザ光の波長が上記基準波長に対して長くなった場合には、波長変動補正部１０５１での回折角が大きくなって凸のパワーが強くなり、平行光が入射した場合に収束光を出射するレンズとして機能する。一方、レーザ光の波長が上記基準波長に対して短くなった場合には、波長変動補正部１０５１での回折角が小さくなって凹のパワーが強くなり、平行光が入射した場合に発散光を出射するレンズとして機能する。波長変動補正部１０５１を形成する上記回折格子は、その形成ピッチが細かい程、色収差補正の効果が大きい。アフォーカルレンズ１０５は、上述のように、一方の屈折面が凹状で、他方の屈折面が凸状であることから、表面積がより大きくなり、かつ有効光束径がより大きくなる凸状の屈折面、つまり対物レンズ１０６に対向する面１０５ｂに、波長変動補正部１０５１を形成するのが、アフォーカルレンズ１０５の製造が容易になる。
しかしながら、これに限定するものではなく、アフォーカルレンズ１０５のコリメートレンズ１０４に対向する面１０５ａに波長変動補正部１０５１を形成してもよい。
【００７４】
一方、メニスカス状のアフォーカルレンズに回折レンズを形成する場合に、回折レンズにおけるレンズパワーと、アフォーカルレンズにおける凹、凸面との関係を開示した文献は、従来、存在しない。よって、出願人は、上記関係について、以下のように考察を行った。
即ち、上述のように、アフォーカルレンズ１０５の対物レンズ１０６に対向する面１０５ｂに波長変動補正部１０５１を形成した場合、波長変動補正部１０５１を形成する回折格子のピッチの観点からは有利であるが、凸レンズの作用を持つ波長変動補正部１０５１をアフォーカルレンズ１０５の凸状の屈折面に形成することから、図１３に示すように、波長変動補正部１０５１を形成する回折格子における屈折面とのなす角が鋭角となり、アフォーカルレンズ成型用金型の製作が難しくなる場合がある。一方、アフォーカルレンズ１０５のコリメートレンズ１０４に対向する面１０５ａ、つまり凹状の屈折面に波長変動補正部１０５１を形成する場合、面１０５ａの曲率半径は小さくなり、上記回折格子のピッチも小さくなる。しかしながら、図１４に示すように、凹状の屈折面である面１０５ａに凸レンズの作用を持つ波長変動補正部１０５１を形成することから、回折格子における屈折面とのなす角が鈍角となり、アフォーカルレンズ成型用金型の製作は比較的容易になる。
したがって、これらの点を考慮して、アフォーカルレンズ１０５において波長変動補正部１０５１を形成する面を選択すればよい。
【００７５】
即ち、波長変動補正部１０５１のような回折レンズを、アフォーカルレンズ１０５のような、凹状の屈折面と、該凹状屈折面に対向する凸状の屈折面とを有するメニスカス状のアフォーカルレンズに形成する場合、一般的に言えば、上記回折レンズにおける凹又は凸のレンズパワー（レンズ作用）とは反対のレンズパワーを有するアフォーカルレンズの屈折面に上記回折レンズを形成することで、回折格子における屈折面とのなす角を鈍角にすることが可能である。よって、例えば、回折レンズが凸のレンズパワーを有するときには、当該回折レンズをアフォーカルレンズの凹状の屈折面に形成し、逆に、回折レンズが凹のレンズパワーを有するときには、当該回折レンズをアフォーカルレンズの凸状の屈折面に形成すればよい。
尚、繰り返しになるが、上記関係は、光学ヘッドに備えるためのアフォーカルレンズ用に限定されず、他の分野の光学系に備わるアフォーカルレンズにも適用可能である。
【００７６】
尚、物理的に、色収差を補正するための回折格子は、平行光を収束させるように作用する、いわゆる凸パワーを有する。よって、色収差補正用の回折格子から平行光を出射させるためには、上記凸パワーを相殺する程度に光束が広がる拡大光を上記色収差補正用の回折格子に入射させればよい。このような観点に基づいて、入射面を凹状とした色収差補正用部材が存在する。しかしながら、このような色収差補正用部材は、上述のように平行光を出射させることを目的として上記凸パワーを相殺する程度に光束を拡大させた部材であり、入射光の光束径に対する出射光の光束径の拡大率は、高々、１〜５％程度である。したがって、本実施形態におけるアフォーカルレンズ１０５のように、積極的に光束径の拡大を目的として構成されたものとは、上記色収差補正用部材は全く別の物である。本実施形態におけるアフォーカルレンズ１０５における光束径の拡大率は、以下に説明するように、１．１倍以上、１．５倍以下の値に設定している。ここで上記拡大率は、アフォーカルレンズ１０５において、コリメートレンズ１０４側の面から入射するレーザ光の光束径をＤ１とし、対物レンズ１０６側の面から出射されるレーザ光の光束径をＤ２としたとき、Ｄ１×１．１≦Ｄ２≦Ｄ１×１．５を満足するような倍率である。
【００７７】
本実施形態におけるアフォーカルレンズ１０５における光束径の拡大率について説明する。
まず、最小の拡大率１．１倍について説明する。上述したように、本実施形態における光学ヘッド１１０では、上記第１の光ディスク５０及び第２の光ディスク６０の両者に対して互換性を有する光学ヘッドにおけるコンパクト化を図ることが目的の一つである。よって、上述のような１〜５％程度の拡大率では、上記コンパクト化に寄与することはできないことから、コンパクト化に寄与可能な最低限の値として、１．１倍を決定した。
【００７８】
次に最大の拡大率１．５倍について説明する。上述のように光学ヘッドに対してコンパクト化が要求されており、光学ヘッドに含まれる対物レンズについても同様である。又、光ディスク５０，６０に対して光学ヘッド１１０全体が粗動し、さらに光ディスク５０，６０に対してトラッキング制御を行うため、本実施形態の光学ヘッド１１０では、アフォーカルレンズ１０５及び対物レンズ１０６が一体として微動する構造を有する。ここで、アフォーカルレンズ１０５と一体として微動する対物レンズ１０６のシフト量を例えば±１５０μｍ、対物レンズ１０６の位置ずれ等、その他の考慮すべき誤差を５０μｍとすると、入射光束に対するアフォーカルレンズ１０５及び対物レンズ１０６の位置ずれは、最大±２００μｍ（０．２ｍｍ）となる。ここで、対物レンズ１０６への入射光束径に対して上記位置ずれが大きすぎると、シフト時のトラッキング誤差信号の振幅が低下する。一般的に、対物レンズへの入射光束径の１０％を超えて対物レンズがシフトすると、トラッキング誤差信号の振幅の低下が顕著になる。本実施形態では、対物レンズ１０６はアフォーカルレンズ１０５と一体で微動することから、上記位置ずれは、アフォーカルレンズ１０５への入射光の光束径の１０％程度に抑えるのが望ましい。従って、アフォーカルレンズ１０５への往路における入射光の光束径は、２．０ｍｍ以上を確保することが望ましい。
【００７９】
これに対し、対物レンズ１０６のサイズは、上述のようにＷＤがより小さい上記第２の光ディスク６０の場合を考慮しながら、ＷＤを確保する観点から決定される。
【００８０】
例えば、第１の光ディスク５０に対してＮＡを０．８５、作動距離ＷＤを０．５０ｍｍに確保し、第２の光ディスク６０に対してＮＡを０．６５、作動距離ＷＤを０．３０ｍｍに確保できる対物レンズ１０６を設計した場合、第１の光ディスク５０に対する対物レンズ１０６の焦点距離は、１．７ｍｍ程度となり、第２の光ディスク６０に対する対物レンズ１０６の焦点距離は１．８５ｍｍ程度となる。
第１の光ディスク５０に対して情報の記録又は再生を行う場合、当該対物レンズへ入射するレーザ光の光束径、換言するとアフォーカルレンズ１０５から出射される略平行光の光束径は、２．８９（＝１．７×０．８５×２）ｍｍとなる。よって、アフォーカルレンズ１０５の拡大率は、２．８９／２．０＝１．４４５、つまり約１．５倍となる。
一方、第２の光ディスク６０に対して情報の記録又は再生を行う場合、当該対物レンズへ入射するレーザ光の光束径、換言するとアフォーカルレンズ１０５から出射される略平行光の光束径は、２．４０５（＝１．８５×０．６５×２）ｍｍとなる。よって、アフォーカルレンズ１０５の拡大率は、２．４０５／２．０＝１．２０２５、つまり約１．２倍となる。
以上のように、アフォーカルレンズ１０５の最大拡大率は、１．５倍以下であることが望ましく、さらに１．２倍以下であることが望ましい。
【００８１】
以上の構成を有するアフォーカルレンズ１０５は、例えば樹脂材にて製作可能であり、金型にて成形することができる。このとき、レンズを保持するためのコバ部を、図６に示すようなコバ部１０５２の形状ではなく、図５に示すように、コバ部１０５３のコバ面１０５３ａよりも、アフォーカルレンズ１０５の対物レンズ１０６に対向する有効面１０５ｂが突出するように、アフォーカルレンズ１０５のコバ部１０５３を規定する。尚、コバ面とは、アフォーカルレンズ１０５へのレーザ光の光軸に略垂直な面で、コリメートレンズ１０４側のコバ面１０５３ｂと、対物レンズ１０６側のコバ面１０５３ａとが該当する。アフォーカルレンズ１０５をホルダ等に対して位置決めするとき、これらコバ面の内、いずれか一方の面が位置決めの基準面として用いられる。
このようなコバ部１０５３を規定することで、アフォーカルレンズ１０５の成型時における樹脂材の流れ、いわゆる湯流れが良好となり、アフォーカルレンズ１０５の成形が容易になる。
【００８２】
第２実施形態
さらにまた、アフォーカルレンズは、図７に示すような構成を採ることもできる。
図７では、図１及び図２を参照して上述した光学ヘッド１１０における構成の内、アフォーカルレンズ１０５及び対物レンズ１０６を、アフォーカルレンズ１２１及び対物レンズ１２２に変更した構成を有する光学ヘッド１２０が示されている。尚、光学ヘッド１２０におけるその他の構成部分及びその機能は、光学ヘッド１１０の構成部分及びその機能に同じである。又、図７は、上記第１の光ディスク５０に対して光学ヘッド１２０が作用している場合を図示する。しかしながら、光学ヘッド１２０も上述の光学ヘッド１１０と同様に、上記第１の光ディスク５０及び上記第２の光ディスク６０に対して共用性を有する光学ヘッドであり、光学ヘッド１２０は、第２の光ディスク６０に対して作用可能である。
【００８３】
図７に示す対物レンズ１２２は、対物レンズ１０６から次数回折部として機能する同心円状の格子パターン１０６ａを削除してなる対物レンズであり、上記第１の光ディスク５０に対して情報の記録及び再生が可能なように、規定のＮＡ、焦点距離、等を有して設計されている。
【００８４】
図７に示すアフォーカルレンズ１２１は、対物レンズ１０６に形成されている次数回折部として機能する同心円状の格子パターン１０６ａを、アフォーカルレンズ１２１の対物レンズ１２２に対向する面１２１ｂに備えたレンズである。即ち、アフォーカルレンズ１２１における対物レンズ１２２側の面１２１ｂには、同心円状の格子パターン１０６ａと、上述した波長変動補正部１０５１を構成する回折格子とを重畳して形成した、次数回折及び波長変動補正部１２１１が形成されている。
【００８５】
このように、アフォーカルレンズ１２１の一つの面に次数回折及び波長変動補正部１２１１を形成することで、アフォーカルレンズ１２１を成形する金型の加工を一つの面とすることができるというメリットがある。又、対物レンズ１２２には、格子パターン１０６ａを形成する必要が無くなることから、対物レンズ１２２の製作を非常に容易にするというメリットもある。
【００８６】
上述のようなアフォーカルレンズ１２１及び対物レンズ１２２を有する光学ヘッド１２０は、アフォーカルレンズ１２１が格子パターン１０６ａを有することから、第１の光ディスク５０及び第２の光ディスク６０に対して情報の記録及び再生が可能であり、かつ、アフォーカルレンズ１２１が波長変動補正部１０５１を有することから、上記記録及び再生時におけるレーザ光の色収差補正をも行うことが可能である。即ち、光学ヘッド１２０でも、光学ヘッド１１０と同一の機能及び効果を達成することができる。
【００８７】
尚、光学ヘッド１２０では、上述のように、アフォーカルレンズ１２１の対物レンズ１２２側の面１２１ｂに上記次数回折及び波長変動補正部１２１１を有している。これは、対物レンズ１２２側の面１２１ｂは、アフォーカルレンズ１２１のコリメートレンズ１０４に対向する面１２１ａに比して表面積が大きくかつ有効光束径が大きく、コリメートレンズ１０４側の面１２１ａに次数回折及び波長変動補正部１２１１を形成する場合に比べて形成が容易であることに起因する。しかしながら、これに限定するものではなく、次数回折及び波長変動補正部１２１１をコリメートレンズ１０４側の面１２１ａに形成してもよい。
【００８８】
第３実施形態
さらにまた、アフォーカルレンズは、図８に示すような構成を採ることもできる。
図８では、図７を参照して上述した光学ヘッド１２０における構成の内、アフォーカルレンズ１２１を、アフォーカルレンズ１３１に変更した構成を有する光学ヘッド１３０が示されている。尚、光学ヘッド１３０におけるその他の構成部分及びその機能は、光学ヘッド１２０の構成部分及びその機能に同じである。又、図８は、上記第１の光ディスク５０に対して光学ヘッド１３０が作用している場合を図示する。しかしながら、光学ヘッド１３０も上述の光学ヘッド１１０、１２０と同様に、上記第１の光ディスク５０及び上記第２の光ディスク６０に対して共用性を有する光学ヘッドであり、光学ヘッド１３０は、第２の光ディスク６０に対して作用可能である。
【００８９】
図８に示すアフォーカルレンズ１３１は、上述したアフォーカルレンズ１２１と同様の機能を有する。即ち、アフォーカルレンズ１２１では、対物レンズ１２２側の面１２１ｂに、格子パターン１０６ａと、波長変動補正部１０５１を構成する回折格子とを重畳して次数回折及び波長変動補正部１２１１を形成したが、アフォーカルレンズ１３１では、対物レンズ１２２に対向する面１３１ｂに同心円状の格子パターン１０６ａを形成し、コリメートレンズ１０４に対向する面１３１ａに波長変動補正部１０５１を構成する回折格子を形成した。
【００９０】
このように、アフォーカルレンズ１３１の対物レンズ１２２側の面１３１ｂに格子パターン１０６ａを形成し、コリメートレンズ１０４側の面１３１ａに波長変動補正部１０５１を構成する回折格子を形成することで、アフォーカルレンズ１３１を成形する金型の加工が、次数回折及び波長変動補正部１２１１を重畳した格子パターンを加工する場合に比べて、容易になるというメリットがある。
【００９１】
上述のようなアフォーカルレンズ１３１及び対物レンズ１２２を有する光学ヘッド１３０は、アフォーカルレンズ１３１が格子パターン１０６ａを有することから、第１の光ディスク５０及び第２の光ディスク６０に対して情報の記録及び再生が可能であり、かつ、アフォーカルレンズ１３１が波長変動補正部１０５１を有することから、上記記録及び再生時におけるレーザ光の色収差補正をも行うことが可能である。即ち、光学ヘッド１３０でも、光学ヘッド１１０、１２０と同一の機能及び効果を達成することができる。
【００９２】
尚、光学ヘッド１３０では、上述のように、アフォーカルレンズ１３１の対物レンズ１２２側の面１３１ｂに上記次数回折部としての格子パターン１０６ａを形成している。これは、波長変動補正部１０５１の回折格子よりも格子パターン１０６ａの方が、格子を形成するピッチが細かいことから、凸状でありアフォーカルレンズ１３１のコリメートレンズ１０４側の面１３１ａに比して表面積が大きくかつ有効光束径が大きい対物レンズ１２２側の面１３１ｂに、格子パターン１０６ａを形成する方が容易であることに起因する。
さらに凸レンズの作用を有する波長変動補正部１０５１を、アフォーカルレンズ１３１のコリメートレンズ１０４に対向する面１３１ａ、つまり凹状の屈折面に形成することで、回折格子における屈折面とのなす角が鈍角となり、アフォーカルレンズ成型用金型の製作は比較的容易になるという効果がある。
したがって、これらの点を考慮して、アフォーカルレンズにおいて波長変動補正部１０５１を形成する面を選択すればよい。
しかしながら、これに限定するものではなく、対物レンズ１２２側の面１３１ｂに波長変動補正部１０５１を形成し、コリメートレンズ１０４側の面１３１ａに格子パターン１０６ａを形成してもよい。
【００９３】
又、上述した第１〜第３の実施形態において、情報記録面に対して表面の反射率が大きい光ディスクを記録または再生する際に、記録または再生に寄与しない不要な回折光がディスク表面で反射して受光素子に入射する迷光の影響を低減させる構成を、さらに備えることもできる。例えば、
光源と、
上記光源から出射されたレーザ光を回折させ、複数の次数の回折光を発生させる回折素子と、
ｎとｍをそれぞれ異なる整数として、
上記回折素子で発生したｎ次の回折光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、ｍ次の回折光を第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させる対物レンズと、
上記第１の情報記録媒体の情報記録面または上記第２の情報記録媒体の情報記録面で反射されたレーザ光を集光させる集光レンズと、
上記集光レンズで集光されたレーザ光を受光し、それぞれフォーカス誤差信号を生成する受光部と、を具備した光学ヘッドであって、
上記情報記録媒体で反射される前のレーザ光の光路を往路とし、上記情報記録媒体で反射された後のレーザ光の光路を復路として、
上記第１の情報記録媒体の情報記録面で反射した、往路がｎ次かつ復路がｎ次の回折光が、上記集光レンズによって集光される位置と、
上記第１の情報記録媒体の表面で反射した、往路と復路の少なくとも一方がｎ次とは異なる回折光が、上記集光レンズによって集光される位置とが、異なる構成をさらに備えることもできる。
【００９４】
又、他の例として、
光源と、
上記光源から出射されたレーザ光を回折させ、複数の次数の回折光を発生させる回折素子と、
ｎとｍをそれぞれ異なる整数として、
上記回折素子で発生したｎ次の回折光を第１の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、ｍ次の回折光を第２の情報記録媒体の情報記録面に収束させ、
上記第１の情報記録媒体の情報記録面または上記第２の情報記録媒体の情報記録面で反射されたレーザ光と、を集光する対物レンズと、
上記対物レンズで集光されたレーザ光を受光し、それぞれフォーカス誤差信号を生成する受光部と、を具備した光学ヘッドであって、
上記情報記録媒体で反射される前のレーザ光の光路を往路とし、上記情報記録媒体で反射された後のレーザ光の光路を復路として、
上記第１の情報記録媒体の情報記録面で反射した、往路がｎ次かつ復路がｎ次の回折光が、上記集光レンズによって集光される位置と、
上記第１の情報記録媒体の表面で反射した、往路と復路の少なくとも一方がｎ次とは異なる回折光が、上記集光レンズによって集光される位置とが、異なる構成をさらに備えることもできる。
【００９５】
第４実施形態
上述したように、第１〜第３の実施形態における光学ヘッド１１０，１２０，１３０は、同じ波長のレーザ光から異なる次数の回折光を生成して、第１の光ディスク５０と第２の光ディスク６０との両方に適用可能なつまり互換可能な光学ヘッドである。
一方、第１〜第３の実施形態にて説明したアフォーカルレンズ１０５，１２１，１３１は、同じ波長のレーザ光から異なる次数の回折光を生成する光学ヘッドへの適用に限定されるものではなく、互いに異なる波長のレーザ光から、同じ次数あるいは異なる次数の回折光を生成して、これらの回折光を異なる種類の光ディスクの情報記録面に収束させる対物レンズを備えた光学ヘッドにも適用可能である。これについて以下に詳しく説明する。
【００９６】
一般的に、レンズパワーを表す回折角θは、
ｎ・λ＝ｄ・ｓｉｎθ
で決定される。ここで、ｎ：回折次数、λ：波長、ｄ：格子ピッチである。
該式は、レーザ光を、異なる種類の光ディスクの情報記録面に収束させる場合には、格子ピッチｄは回折格子設計時に決定される数値であることから、回折次数ｎ及び波長λの少なくとも一つを変更すればよいことを示している。つまり、異なる種類の光ディスクに対して互換可能な光学ヘッドを実現する場合、上述の第１〜第３の実施形態のように同一波長で次数の異なる回折光を用いるか、同一次数で波長の異なる回折光を用いるか、さらには次数及び波長の異なる回折光を用いるかを選択すればよい。
【００９７】
上記異なる種類の光ディスクとして、上述の第１の光ディスク５０、第２の光ディスク６０、図１８に示す保護基板厚０．６ｍｍの光ディスクであるＤＶＤ７０、及び、図１９に示す保護基板厚１．２ｍｍの光ディスクであるＣＤ８０がある。一方、本明細書における発明が解決しようとする課題の欄で既に述べたように、異なる種類の光ディスクに対して共用可能な光学ヘッドでは、ＷＤ（作動距離）に違いが生じ、さらに対物レンズにおけるＮＡ（開口数）は規定されている。よって、共用の光学ヘッドでは、ＮＡを満足しつつ、対物レンズと各種光ディスクとの干渉を防止するためにＷＤを確保する必要がある。該要求は、例えば第１の光ディスク５０、ＤＶＤ７０、ＣＤ８０に対して互換性を有する光学ヘッドに対してもなされる。したがって、例えば第１の光ディスク５０、ＤＶＤ７０、ＣＤ８０に対して互換性を有する光学ヘッドに対しても、第１〜第３の実施形態にて説明したアフォーカルレンズ１０５等を採用することで、ＮＡを満足しつつＷＤを確保するという要求を満足させることができ、第１〜第３の実施形態にて説明したのと同様の効果が得られる。
【００９８】
図１５から図１７には、上述の互換性を有する光学ヘッド１４０を示しており、図１５は光学ヘッド１４０が第１の光ディスク５０にアクセスする場合を示し、図１６は光学ヘッド１４０がＤＶＤ７０にアクセスする場合を示し、図１７は光学ヘッド１４０がＣＤ８０にアクセスする場合を示している。
【００９９】
図１５から図１７において、符号１０５−１は、上述したアフォーカルレンズ１０５に相当するアフォーカルレンズであり、アフォーカルレンズ１０５−１では、波長変動補正部１０５１を、アフォーカルレンズ１０５−１のコリメートレンズ１０４側の面１０５ａに形成している。又、図１５から図１７において、符号１０６−１は、上述した対物レンズ１０６に相当する対物レンズである。対物レンズ１０６−１では、図１等に示す上記格子パターン１０６ａに代えて格子パターン１０６ａ−１を形成している。該格子パターン１０６ａ−１は、格子パターン１０６ａに比して凹レンズ作用を弱めた格子パターンである。尚、図１等に示す対物レンズ１０６においても上記格子パターン１０６ａ−１を形成してもよい。
又、光源１０２は、一つのパッケージにて、青紫レーザ光、赤色レーザ光、及び赤外レーザ光を出射可能な光源である。
【０１００】
対物レンズ１０６−１は、波長の差を利用して、青紫レーザ光の＋３次回折光を保護基板厚０．１ｍｍのＢＤ５０の情報記録面に収束させ、赤色レーザ光の＋２次回折光を保護基板厚０．６ｍｍのＤＶＤ７０の情報記録面に収束させ、赤外レーザ光の＋２次回折光を保護基板厚１．２ｍｍのＣＤ８０の情報記録面に収束させるための回折構造を備えている。又、対物レンズ１０６−１は、例えば、ＢＤ５０のＷＤが０．５ｍｍ、ＤＶＤ７０のＷＤが０．４ｍｍ、ＣＤ８０のＷＤが０．３ｍｍとなるように設計されている。
【０１０１】
又、アフォーカルレンズ１０５−１及び対物レンズ１０６−１に対して上述した第２、第３の実施形態における形態を採用することも可能である。
【０１０２】
第５実施形態
図９は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置の概略構成図である。
図９において、４００は光ディスク装置を表しており、光ディスク装置４００の内部に光ディスク駆動部４０１、制御部４０２、光学ヘッド４０３を備える。また５０は、第１の光ディスクであるが、第２の光ディスク６０に交換可能である。さらには、ＤＶＤ７０及びＣＤ８０に交換することも可能である。
【０１０３】
光ディスク駆動部４０１は、第１の光ディスク５０（または第２の光ディスク６０）を回転駆動する機能を有し、光学ヘッド４０３は、上述の第１〜第４の実施形態で説明したいずれかの光学ヘッドである。制御部４０２は、光ディスク駆動部４０１と光学ヘッド４０３の駆動および制御を行う機能を有すると共に、光学ヘッド４０３で受光された制御信号、情報信号の信号処理を行う機能と、情報信号を光ディスク装置４００の外部と内部でインタフェースさせる機能を有する。
【０１０４】
光ディスク装置４００は、上述の第１〜第４の実施形態で説明したいずれかの光学ヘッドを搭載しているので、本実施の形態における光ディスク装置４００は、複数の光ディスクをそれぞれ良好に記録または再生を行なうことができる。
【０１０５】
第６実施形態
図１０は、本発明の一実施の形態における光情報機器の一例としてのコンピュータの概略構成図である。
図１０において、コンピュータ５００は、第５実施形態の光ディスク装置４００と、情報の入力を行うためのキーボードあるいはマウス、タッチパネルなどの入力装置５０１と、入力装置５０１から入力された情報や、光ディスク５０から読み出した情報などに基づいて演算を行う中央演算装置（ＣＰＵ）などの演算装置５０２と、演算装置５０２によって演算された結果などの情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンタなどの出力装置５０３を備える。
【０１０６】
コンピュータ５００は、第５実施形態の光ディスク装置４００を備えるので、異なる種類の光ディスクを、それぞれ良好に記録または再生を行なうことができるため、広い用途に適用できる効果を有する。
【０１０７】
第７実施形態
図１１は、本発明の一実施の形態における光情報機器の一例としての光ディスクプレーヤの概略構成図である。
図１１において、光ディスクプレーヤ６００は、第５実施形態の光ディスク装置４００と、光ディスク装置４００から得られる情報信号を画像信号に変換する情報から画像への変換装置（例えばデコーダ６０１）を備える。
【０１０８】
なお、本光ディスクプレーヤ６００は、ＧＰＳ等の位置センサーや中央演算装置（ＣＰＵ）を加えることによりカーナビゲーションシステムとしても利用可能である。また、また、液晶モニタなどの表示装置６０２を加えた形態も可能である。
【０１０９】
光ディスクプレーヤ６００は、第５実施形態の光ディスク装置４００を備えるので、異なる種類の光ディスクを、それぞれ良好に記録または再生を行なうことができるため、広い用途に適用できる効果を有する。
【０１１０】
第８実施形態
図１２は、本発明の一実施の形態における光情報機器の一例としての光ディスクレコーダの概略構成図である。
図１２において、光ディスクレコーダ７００は、第５実施形態の光ディスク装置４００と、画像情報を光ディスク装置４００によって光ディスクへ記録する情報信号に変換する画像から情報への変換装置（例えばエンコーダ７０１）を備える。望ましくは、光ディスク装置４００から得られる情報信号を画像情報に変換する情報から画像への変換装置（デコーダ７０２）も備えることにより、記録した画像を再生することも可能となる。なお情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンタなどの出力装置７０３を備えてもよい。
【０１１１】
光ディスクレコーダ７００は、第５実施形態の光ディスク装置４００を備えるので、異なる種類の光ディスクを、それぞれ良好に記録または再生を行なうことができるため、広い用途に適用できる効果を有する。
【０１１２】
第９実施形態
上述の各実施形態では、保護基板厚の異なる複数の光ディスクに対して共用可能な光学ヘッドにおいてＮＡ（開口数）を満足しつつＷＤ（作動距離）を確保可能とするための構成として、アフォーカルレンズを設けた構成について説明を行った。
しかしながら、上述の説明からも明らかとなるが、上述した各実施形態におけるアフォーカルレンズは、保護基板厚の異なる複数の光ディスクに対して共用可能な光学ヘッド用のアフォーカルレンズに限定されることなく、一般的に、開口数ＮＡが０．８５以上を有する対物レンズを有する光学系に使用可能である。即ち、０．８５以上のような大きなＮＡを有する対物レンズでは、規定のＷＤ（作動距離）を達成するためには、つまり焦点距離を確保するためには、対物レンズに入射する光束径を大きくする必要がある。そこで、光学系を大型化することなく、上記光束径を上げる方法として、対物レンズと、コリメートレンズとの間にアフォーカルレンズを設ける方法を採用可能である。このとき、アフォーカルレンズにおけるレーザ光の拡大率は、コリメートレンズ側の面から入射するレーザ光の光束径をＤ１とし、対物レンズ側の面から出射されるレーザ光の光束径をＤ２として、Ｄ１×１．１≦Ｄ２≦Ｄ１×１．５を満足する倍率であるのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、複数種類の光ディスク等の情報記録媒体に対して、光学的に情報の記録または再生を行う光学ヘッド用のアフォーカルレンズ、該アフォーカルレンズを有する光学ヘッド、該光学ヘッドを具備した光ディスク装置、該光ディスク装置を具備したコンピュータ、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施形態における光学ヘッドの一例における構成を示す図であり、第１の光ディスクに対して作用する場合を示す図である。
【図２】図１に示す光学ヘッドが第２の光ディスクに対して作用する場合を示す図である。
【図３】図１及び図２に示す対物レンズの拡大図である。
【図４Ａ】図１に示す光学ヘッドに備わる対物レンズと第１の光ディスクとの作用状態を示す図である。
【図４Ｂ】図１に示す光学ヘッドに備わる対物レンズと第２の光ディスクとの作用状態を示す図である。
【図５】図１及び図２に示すアフォーカルレンズを説明するための図である。
【図６】図１及び図２に示すアフォーカルレンズの作製方法とは異なる方法にて作成されるアフォーカルレンズの形状を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における光学ヘッドの他の例における構成を示す図である。
【図８】図７に示す光学ヘッドの変形例における構成を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態における光ディスク装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の別の実施形態におけるコンピュータの概略構成図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態における光ディスクプレーヤの概略構成図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態における光ディスクレコーダの概略構成図である。
【図１３】図１等に示すアフォーカルレンズの拡大図である。
【図１４】図１等に示すアフォーカルレンズの凹状面に波長変動補正部を形成した場合を示す図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態における、３波長互換用の光学ヘッドの構成を示す図であり、第１の光ディスクに対して作用する場合を示す図である。
【図１６】図１５に示す３波長互換用の光学ヘッドの構成を示す図であり、ＤＶＤに対して作用する場合を示す図である。
【図１７】図１５に示す３波長互換用の光学ヘッドの構成を示す図であり、ＣＤに対して作用する場合を示す図である。
【図１８】従来の光学ヘッドにおいて、ＤＶＤを記録または再生する場合の光学ヘッドの概略構成図である。
【図１９】従来の光学ヘッドにおいて、ＣＤを記録または再生する場合の光学ヘッドの概略構成図である。
【図２０】従来の光学ヘッドのホログラムレンズの構成を模式的に示す図である。
【図２１Ａ】従来の光学ヘッドのホログラムレンズと対物レンズの機能を示す図である。
【図２１Ｂ】従来の光学ヘッドのホログラムレンズと対物レンズの機能を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
５０…第１の光ディスク、６０…第２の光ディスク、
１０１…光源、１０４…コリメートレンズ、１０５…アフォーカルレンズ、
１０５ａ…入射面、１０５ｂ…出射面、１０６…対物レンズ、
１０６ａ…格子パターン、１１０、１２０、１３０…光学ヘッド、
１０５１…波長変動補正部、１０５３ａ…コバ面、
４００…光ディスク装置、５００…コンピュータ、
６００…光ディスクプレーヤ、７００…光ディスクレコーダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2008165968.tif 000008
【図６】
2008165968.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2008165968.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008165968.tif 000022
【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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