(57)【要約】【目的】プリズム型対物レンズにおいて、光入出射面を自由曲面とし、光束反射面を回折光学面とするとともに、光入射面に対する光出射面の子午面内における近軸曲率半径の比を１より大とすることで、異種光記録媒体の各々に、収差が極めて良好にされた状態で使用光を収束させ、さらに、レンズ製造誤差の許容値を緩和する。【構成】大略三角形状のプリズム型レンズ２からなり、光源側より順に、正の屈折力を有する自由曲面形状の第１面と、回折光学面（ＤＯＥ面）からなる反射面とされた第２面と、正の屈折力を有する自由曲面形状の第３面とを備えてなる。また、第１面２１の、子午面内における近軸曲率半径をＲ１、第３面２３の、子午面内における近軸曲率半径をＲ３としたとき、Ｒ３／Ｒ１＞１  なる条件式を満足するように構成されている。【選択図】          図２
2004296048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる基板厚および互いに異なる使用光波長に各々対応する複数の光記録媒体に対して、各使用光をその使用光に係る光記録媒体の記録面上に収束させる大略三角形状の断面を有するプリズム型の光記録媒体用対物レンズにおいて、
光入射面としての正の屈折力を有する自由曲面からなる、該大略三角形状の第１の辺を含むように設けられた第１面と、入射光を反射せしめる回折光学反射面からなる、該大略三角形状の第２の辺を含むように設けられた第２面と、光出射面としての正の屈折力を有する自由曲面からなる、該大略三角形状の第３の辺を含むように設けられた第３面とを備え、
前記第１面の子午面内の近軸曲率半径をＲ１、前記第３面の子午面内の近軸曲率半径をＲ３としたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする光記録媒体用対物レンズ。
Ｒ３／Ｒ１＞１        ……（１）
【請求項２】
ガラスまたはプラスチックにより一体成形されてなることを特徴とする請求項１記載の光記録媒体用対物レンズ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光記録媒体用対物レンズを備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、情報の記録または再生がなされる際に、使用光の波長および基板厚が互いに異なる２つ以上の光記録媒体に対して、各使用光を対応する光記録媒体の記録面上に効率良く収束させることができる光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の光記録媒体が開発されており、複数種の光記録媒体を共用して記録・再生し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク。−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等を含む。）とＣＤ（コンパクトディスク。−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等を含む。）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録・再生する装置が知られている。このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば６５０ｎｍ程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤについては、７８０ｎｍ程度の近赤外光を使用することとされている。したがって、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では、２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。
【０００３】
また、上記ＤＶＤではディスク厚を０．６ｍｍ（開口数は０．６）とし、上記ＣＤではディスク厚を１．２ｍｍ（開口数は０．４５）とするように、略規格統一されており、互いにディスク基板厚が異なっている。
上述したＤＶＤとＣＤのように、２つの光記録媒体における使用光波長、ディスク厚、さらには開口数が互いに異なる場合には、このような光ピックアップ装置において、再生または記録を行うための各波長の光に対し互いに異なる収束作用とする必要がある。
【０００４】
一方、近年、上述した如き光ディスクはノートパソコン等に装填されて記録・再生されることが一般化されている。また、家庭用、業務用の光ディスク記録／再生装置もコンパクト化の要求が強い。このような場合に、光ディスク記録／再生用の光学系の大部分およびディスク保持用のターンテーブル等は筐体の底面と平行となるように配置するのが装置全体のコンパクト化を図る上で望ましく、上記光学系から出射された光束を光ディスクの記録面上に収束させるためには、光束を直角に折り曲げる必要がある。
【０００５】
光束を直角に折り曲げるための反射ミラーは、例えば下記特許文献１に示すように独立して配することも可能であるが、光ピックアップ対物レンズの一部に反射ミラー機能を併せ持たせるようにすれば、コンパクト化等の要求にさらに対応することができる。
【０００６】
このような反射ミラー機能を備えた２波長用光ピックアップ対物レンズとしては、下記特許文献２に実質的に直角三角形の断面を有し、直角を挟む２辺の一方を非球面レンズを付した光入射面、他方を非球面レンズを付した光出射面とし、斜辺を平面状の光反射面としたものが知られている。
【０００７】
この特許文献２記載の従来技術においては、屈折面からなる第１面と第３面とを非球面とし、平面状の反射面からなる第２面にＨＯＥ（ホログラム光学素子）を付すことによって、異種の光記録媒体、すなわち異種のディスク基板厚および異種の使用光波長に対応させるように構成されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２５６６７１号公報
【特許文献２】
特許第３０７７９３７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２には、より詳細な説明はなされておらず、このような抽象的な情報のみによって上述したような異種の光記録媒体の記録面の各々に収差を良好に補正した状態で光を収束させることは難しい。
【００１０】
また、近年、光記録媒体の高密度化および記録／再生の高精度化が急速に望まれるようになってきており、収差補正を良好とする上で光ピックアップ対物レンズの形状は複雑なものとならざるを得ず、その製造誤差に対する感度が極めて高いものとなってきている。このような許容誤差の厳格化は、製造コストおよび製造時間に大きな影響を与えるため、光学性能を維持しつつ製造の許容誤差値を緩和し得る、光学設計およびレンズ製造が簡易な技術の開発が望まれていた。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、互いに異なる使用光波長および互いに異なる厚みとされた複数の光記録媒体の記録面の各々に、収差が極めて良好にされた状態で使用光を収束させることができるとともに、製造コストの低下および製造時間の短縮化を図り得る光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光記録媒体用対物レンズは、互いに異なる基板厚および互いに異なる使用光波長に各々対応する複数の光記録媒体に対して、各使用光をその使用光に係る光記録媒体の記録面上に収束させる大略三角形状の断面を有するプリズム型の光記録媒体用対物レンズにおいて、
光入射面としての正の屈折力を有する自由曲面からなる、該大略三角形状の第１の辺を含むように設けられた第１面と、入射光を反射せしめる回折光学反射面からなる、該大略三角形状の第２の辺を含むように設けられた第２面と、光出射面としての正の屈折力を有する自由曲面からなる、該大略三角形状の第３の辺を含むように設けられた第３面とを備え、
前記第１面の子午面内の近軸曲率半径をＲ１、前記第３面の子午面内の近軸曲率半径をＲ３としたとき、下記条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
Ｒ３／Ｒ１＞１        ……（２）
【００１３】
ここで、上記「大略三角形状」とは各辺が曲線であってもよく、全体として三角形状に類似した外観を有するものであることを意味する。
【００１４】
また、この光記録媒体用対物レンズは、ガラスまたはプラスチックにより一体成形されてなることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光ピックアップ装置は、上述したいずれかの光記録媒体用対物レンズを備えていることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光記録媒体用対物レンズ（以下、本実施形態において光ピックアップレンズと称する）について図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る光ピックアップレンズ２のレンズ構成図である。本実施形態に係る光ピックアップレンズ２は、図１に示すように、光ピックアップレンズ２の入射光軸と射出光軸を含む断面内において、大略三角形状のプリズム型レンズからなり、光源側より順に、正の屈折力を有する自由曲面形状の第１面と、回折光学面（ＤＯＥ面）からなる反射面とされた第２面と、正の屈折力を有する自由曲面形状の第３面とを備えてなり、図１の断面形状によれば第２面は大略三角形状の最長辺部分を含むように構成されている。
【００１８】
なお、上記各面（第１〜３面）の形状を規定する各座標軸のうちＹ軸およびＺ軸が図１中に記載されており、残りのＸ軸は各面のＹ軸、Ｚ軸の交叉位置において紙面に直交する方向に配される。
【００１９】
ここで、上記第１面と上記第３面は、使用光の収束位置において各収差が良好に補正され得るように、各々下記数式（３）で表される自由曲面とされている。
【００２０】
【数１】
2004296048.tif 000003
【００２１】
ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚは各々各面におけるＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値、ａ（ｉ，ｊ）は面形状多項式係数、Ｒは子午面内における近軸曲率半径、ｉおよびｊは０および正の整数である。ただし、Ｘの次数ｉは子午面に対する対称性から偶数とされている。
【００２２】
また、第２面は、下記（４）式で表される回折光学面からなる反射面とされており、この回折光学面において反射回折された各光束は、使用光の波長が互いに異なり、互いに厚みの異なる複数の光記録媒体の各々に対応する照射光束とされる。
【００２３】
【数２】
2004296048.tif 000004
【００２４】
ここで、Ｘ、Ｙは各々各面におけるＸ座標値、Ｙ座標値、ｂ（ｉ，ｊ）は位相差関数の係数、ｉおよびｊは０および正の整数である。ただし、Ｘの次数ｉは子午面に対する対称性から偶数とされている。なお、単位はラディアンである。
【００２５】
なお、この回折光学面におけるレンズ基板形状は平面であっても、所定形状の曲面であってもよい。また、回折光学面を構成する回折格子は、矩形状、階段状、三角波状等の種々の形状を選択しうる。
【００２６】
このように、本実施形態の光ピックアップレンズ２によれば、第２面を所定形状の回折光学面からなる反射面とし、さらに、第１面と第３面については自由曲面としているため、互いに異なる使用波長および互いに異なる厚みとされた複数の光記録媒体の記録面の各々に、収差を良好に補正した状態で光束を収束させることができる。
また、このように複雑な形状からなる光ピックアップレンズ２をガラスまたはプラスチックによる一体成形により製造すれば、その製造に要するコストおよび労力を軽減することができ、好ましい。
【００２７】
なお、本実施形態においては、例えばＤＶＤとＣＤ−Ｒの２つの光記録媒体に対応するように構成される。すなわち、ＤＶＤは、使用光波長６５０ｎｍ、ディスク基板厚０．６ｍｍ、開口数０．６のものが一般的であり、ＣＤ−Ｒは、使用光波長７８０ｎｍ、ディスク基板厚１．２ｍｍ、開口数０．４５で規格統一されているから、これらの条件に対応して収差を良好に補正し得るようになっている。しかし、本発明の光記録媒体用対物レンズとしては、本実施形態のものに限られるものではなく、その他の異種の光記録媒体の組合わせに対応する構成とすることが可能である。
【００２８】
また、本実施形態の光ピックアップレンズ２においては、上記第１面の子午面内における近軸曲率半径をＲ１、上記第３面の子午面内における近軸曲率半径をＲ３としたとき、下記条件式（５）を満足するように構成されている。
Ｒ３／Ｒ１＞１    ……（５）
【００２９】
上記条件式（５）を満足することにより、球面収差および正弦条件を同時に制御することが容易になり、比較的、光学設計および製造が容易となるとともにコストも安価なものとすることができる。すなわち、製造誤差の感度に与える影響を緩和することができ、製造コストの低下および製造時間の短縮化を図ることができる。また、歩留まりも向上させることができる。
【００３０】
次に、この光ピックアップレンズ２を搭載した光ピックアップ装置について説明する。図４に示すように、ＬＤ電源１１Ａからの電力供給により半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃから出力されたレーザ光５２がハーフミラー５３により反射され、コリメータレンズ５４により平行光とされて光ピックアップレンズ２に入射し、この光ピックアップレンズ２により光路を折り曲げられるとともに収束光とされて光ディスク１の記録領域６Ａ上に各収差が良好に補正された状態で収束される。なお、光ディスク１は、記録領域６Ａを保護するためのＰＣ板等からなる透明な保護板を有している。
【００３１】
なお、半導体レーザ１１Ｂは、例えばＣＤ−Ｒ（追記型コンパクトディスク）用の、波長７８０ｎｍの近赤外域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１１Ｃは、例えばＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）用の、波長６５０ｎｍの可視域のレーザ光を出力する光源であり、ハーフミラー１１Ｄを介していずれかの半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃから出力されたレーザ光５２がハーフミラー５３に照射されるようになっている。また、ＬＤ電源１１Ａと半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃとの間には切替スイッチ１１Ｅが配されており、この切替スイッチ１１Ｅの操作によりいずれかの半導体レーザ１１Ｂ、１１Ｃに電力が供給されるようになっている。
【００３２】
上記記録領域６Ａには信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域６Ａからの上記レーザ光５２の再生反射光は信号情報を担持した状態で光ピックアップレンズ２およびコリメータレンズ５４を介してハーフミラー５３に入射し、このハーフミラー５３を透過して４分割のフォトダイオード１７に入射する。このフォトダイオード１７では分割された４つのダイオード位置の各受光量を演算してデータ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得る。
【００３３】
なお、ハーフミラー５３は光ディスク１からの戻り光の光路に対して４５°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー５３を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード１７上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ５４は状況に応じて省略することも可能であり、さらにフォトダイオード１７とハーフミラー５３との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００３４】
この光ピックアップ装置では、例えばＣＤ−ＲとＤＶＤのいずれの光ディスク１についても信号の記録再生が可能となるように構成されている。
【００３５】
以下、実施例１〜２を用いて、本発明の光記録媒体用対物レンズについて、さらに具体的に説明する。
＜実施例１＞
この光ピックアップレンズ２は、ＤＶＤ１ａおよびＣＤ−Ｒ１ｂという規格の異なる光ディスクの記録および／または再生に好適な光記録媒体用対物レンズである。図２はこの実施例１に係る光ピックアップレンズ２を示す図である。この光ピックアップレンズ２の第１面２１および第３面２３には、各々上述のように自由曲面式で表される自由曲面が形成されている。
【００３６】
また、この光ピックアップレンズ２の第２面２２は、ＤＶＤ１ａ用の波長６５０ｎｍのレーザ光を反射し、ＤＶＤ１ａの記録領域上に収束させるとともに、ＣＤ−Ｒ１ｂ用の波長７８０ｎｍのレーザ光を反射し、ＣＤ−Ｒ１ｂの記録領域上に収束させるように機能する。この第２面２２は上述のように位相差関数式で表される回折光学反射面とされている。
【００３７】
図２に示すように、光ピックアップ装置として用いられ、ＤＶＤ１ａ（ディスク基板厚０．６ｍｍ；使用光に対する屈折率１．５８）が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長６５０ｎｍのレーザ光（実線で表された光束Ｉａ）が光ピックアップレンズ２に入射される。この後このレーザ光は、第２面２２により回折反射され、開口数が０．６となり、ＤＶＤ１ａの記録領域上に収束せしめられる。なお、波長６５０ｎｍのレーザ光に対する光ピックアップレンズ２の構成材料の屈折率は１．５８５３７である。
【００３８】
他方、図２に示すように、光ピックアップ装置として用いられ、ＣＤ−Ｒ１ｂ（ディスク基板厚１．２ｍｍ；使用光に対する屈折率１．５７）が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長７８０ｎｍのレーザ光（点線で表された光束Ｉｂ）が光ピックアップレンズ２に入射される。この後このレーザ光は、第２面２２により回折反射され、開口数が０．４５相当となり、光ピックアップレンズ２によりＣＤ−Ｒ１ｂの記録領域上に収束せしめられる。なお、波長７８０ｎｍのレーザ光に対する光ピックアップレンズ２の構成材料の屈折率は１．５８１４７である。
【００３９】
なお、ＤＶＤ用の焦点距離は３．５ｍｍに設定され、ＣＤ−Ｒ用の焦点距離も３．５ｍｍに設定されている。
光ピックアップレンズ２に入射されるレーザ光は、いずれの波長の場合も略平行光とされた状態で入射されるが、各面の屈折作用および反射作用により、厚さの異なるいずれの光ディスクの記録領域にも収差が補正された状態で良好に収束される。
【００４０】
下記表１に、この実施例１に係る光ピックアップレンズ２のレンズデータ（子午面内における近軸曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）をＤＶＤ１ａおよびＣＤ−Ｒ１ｂの各場合について示す。
さらに、光記録媒体としてＤＶＤ１ａおよびＣＤ−Ｒ１ｂをセットした各場合における使用光について、この実施例１に係る光ピックアップレンズ２の焦点距離およびＲＭＳ−ＯＰＤの各値を示す。
また、表２および４に各々第１面２１および第３面２３の面形状多項式係数を示す。
さらに、表３に第２面２２の位相差関数の係数を示す。
【００４１】
なお、下記表１から明らかなように、第１面２１の、子午面内における近軸曲率半径Ｒ１は２．９４１２とされ、第３面２３の、子午面内における近軸曲率半径Ｒ３は３．０７２５とされているので、Ｒ３／Ｒ１は約１．０４５となり、上記条件式（５）を満足する。
【００４２】
【表１】
2004296048.tif 000005
【００４３】
【表２】
2004296048.tif 000006
【００４４】
【表３】
2004296048.tif 000007
【００４５】
【表４】
2004296048.tif 000008
【００４６】
＜実施例２＞
実施例２の光ピックアップレンズ２は、図３に示すように、基本的構成は上記実施例１と略同様に構成されているので、実施例１と同様な部分については説明を省略する。
【００４７】
次に、表５に、この実施例２に係る光ピックアップレンズ２のレンズデータ（子午面内における近軸曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）をＤＶＤ１ａおよびＣＤ−Ｒ１ｂの各場合について示す。
さらに、光記録媒体としてＤＶＤ１ａおよびＣＤ−Ｒ１ｂをセットした各場合における使用光について、この実施例２に係る光ピックアップレンズ２の焦点距離およびＲＭＳ−ＯＰＤの各値を示す。
また、表６および８に各々第１面２１および第３面２３の面形状多項式係数を示す。
さらに、表７に第２面２２の位相差関数の係数を示す。
【００４８】
なお、下記表５から明らかなように、第１面２１の、子午面内における近軸曲率半径Ｒ１は２．６３１６とされ、第３面２３の、子午面内における近軸曲率半径Ｒ３は４．６０５０とされているので、Ｒ３／Ｒ１は約１．７５０となり、上記条件式（５）を満足する。
【００４９】
【表５】
2004296048.tif 000009
【００５０】
【表６】
2004296048.tif 000010
【００５１】
【表７】
2004296048.tif 000011
【００５２】
【表８】
2004296048.tif 000012
【００５３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光記録媒体用対物レンズおよび光ピックアップ装置によれば、光源側より順に、正の屈折力を有する自由曲面からなる第１面と、所定の回折光学面からなる反射面とされた第２面と、正の屈折力を有する自由曲面からなる第３面とを備えている。また、第１面の子午面内における近軸曲率半径Ｒ１に対する、第３面の子午面内における近軸曲率半径Ｒ３の比であるＲ３／Ｒ１を１より大きくしている。これにより異種の光記録媒体の記録面の各々に、収差が極めて良好とされた状態で使用光を収束させることができ、また、球面収差および正弦条件を同時にかつ容易に制御可能とすることで光学設計およびレンズ製造を容易なものとすることができる。また、これにより製造誤差の感度に与える影響を緩和することが可能となる。
【００５４】
したがって、異種の光記録媒体の記録面の各々に、収差が極めて良好にされた状態で使用光を収束させることができるとともに、レンズ製造時における、製造コストの低下および製造時間の短縮化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光記録媒体用対物レンズ（光ピックアップレンズ）を説明するためのレンズ構成図
【図２】本発明の実施例１に係る光ピックアップレンズを示すレンズ構成図
【図３】本発明の実施例２に係る光ピックアップレンズを示すレンズ構成図
【図４】本発明の光ピックアップ装置を示す概略図
【符号の説明】
１  光ディスク
１ａ  ＤＶＤ
１ｂ  ＣＤ−Ｒ
２  光ピックアップレンズ
６Ａ  記録領域
１１Ａ  ＬＤ光源
１１Ｂ、１１Ｃ  半導体レーザ
１１Ｄ、５３  ハーフミラー
１１Ｅ  切替スイッチ
１７  フォトダイオード
２１  第１面
２２  第２面
２３  第３面
５２  レーザ光
５４  コリメータレンズ
Ｉａ、Ｉｂ  光束
【図１】
2004296048.tif 000013
【図２】
2004296048.tif 000014
【図３】
2004296048.tif 000015
【図４】
2004296048.tif 000016