(57)【要約】【課題】小型化およびコストの低減を図りつつ、ＤＶＤおよびＣＤに対し有効に球面収差を補正する光ピックアップ用対物レンズを提供する。【解決手段】ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３とＤＶＤ専用レンズ部２は面形状の異なる２種類のレンズ部により分割構成される。両レンズ部２，３の入射面と射出面は非球面形状である。ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３の入射面３ａとＤＶＤ専用レンズ部２の入射面２ｂとの非球面形状は異なり、その接続部は不連続である。ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３の射出面３ｃとＤＶＤ専用レンズ部２の射出面２ｄの非球面形状も異なり、その接続部は不連続である。光ディスクの厚みや使用波長が異なるＤＶＤとＣＤの収差を補正するためレンズの入射光側、射出光側のいずれかの面には、基準となる上記非球面上に回折面が設けられる。【選択図】　　　　図１
2004069810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みが異なるＤＶＤとＣＤに対しデータを記録再生するために前記ＤＶＤとＣＤ面にレーザ光を集光させる対物レンズにおいて、
レンズの所定口径範囲にＤＶＤおよびＣＤに対し結像機能を持つＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部を、前記所定口径範囲外側部分にＤＶＤに対してのみ結像機能を持つＤＶＤ専用レンズ部を有し、前記ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部を一体に形成し、
前記一体に形成されたレンズの入射光側と射出側のそれぞれの面は、前記ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の接続部が不連続になるような面形状を持ち、
かつ、入射光側または射出光側のいずれかの面は回折面を有することを特徴とする光ピックアップ用対物レンズ。
【請求項２】
前記ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の入射光側と射出光側の面形状はそれぞれ異なる非球面形状であることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ用対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）のように使用波長やＮＡ、光ディスクの厚みが異なる光ピックアップ装置に使用される対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ装置で利用されている光ディスクは数種類が実用に供されている。特に近年では本発明が対象としているＤＶＤ、ＣＤにおいて小型化およびコストダウンの目的から同一の対物レンズでそれぞれの光ディスクの記録再生が可能であることが必要とされている。
【０００３】
しかし、規格が異なるＤＶＤ（例えば光ディスクの厚みが０．　６ｍｍ，記録再生波長６６０ｎｍ，ＮＡ０．　６）とＣＤ（例えば光ディスクの厚み：１．　２ｍｍ，記録再生波長７８５ｎｍ，ＮＡ０．　４５）に対して例えばＤＶＤ専用の光ピックアップ装置で使用されている対物レンズをＣＤ用の光ディスクに対して使用した場合には光ディスクの厚みと記録再生波長の差異により球面収差が発生する。
【０００４】
この発生した球面収差に対して対物レンズを該レンズの光軸方向に移動させることで抑制することが可能であるが、この抑制方法だけでは光ディスクの記録再生に必要な収差およびビームスポットは充分補正できず影響が残る。
さらにＣＤの記録再生ではＤＶＤとＣＤのＮＡ（開口数）の差異からＤＶＤとＣＤの有効光束径が異なることによりＣＤのＮＡ以上のレンズ部分を通過し光ディスク上に結像する光線はＣＤの記録再生には不必要なものであり、該光線が収差およびビームスポットに大きく影響を及ぼすことになる。
【０００５】
さらには、ＣＤのＮＡ以上の部分を通過する光線に対しては光ピックアップ装置内部で他部品を用いることにより除去または制御可能であるが、光ピックアップ装置の部品点数の増加によるコンパクト化およびコスト面で不利となる。
また、ＤＶＤとＣＤの光ディスクに対して適したレンズをそれぞれ採用することは収差や不要光の除去に最も有効な解決手段となる。しかしながら、上記と同様、部品数の増加によりコンパクト化が阻害されコスト面では不利となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＶＤの使用波長である６６０ｎｍでＤＶＤ専用の対物レンズを設計し、ＤＶＤの光ディスクの厚みが０．　６ｍｍ、使用波長が６６０ｎｍからＣＤの光ディスクの厚みが１．　２ｍｍ、使用波長が７８５ｎｍへ光ディスクを切り替えた場合、光ディスクの厚みと使用波長の変化によりオーバーの球面収差が発生する。ＤＶＤとＣＤの光ディスクの厚みと使用波長の差異で発生した球面収差は、対物レンズをレンズの光軸方向へ移動させるだけでは補正できない収差量である。
【０００７】
ＣＤの記録再生時にはＤＶＤとＣＤのＮＡの差異によりＣＤのＮＡ以上の部分を通過し光ディスク上に結像する光線がＣＤの結像特性に不要な光線となり収差およびビームスポットに大きな影響を与えることは上述した通りである。
そこで本発明は、ＤＶＤとＣＤの記録再生にはコンパクト化やコスト面を考慮した上で１つの対物レンズで対応し、ＤＶＤとＣＤの光ディスクの厚みと使用波長の差異により発生する球面収差を補正するとともにＤＶＤとＣＤのＮＡの差異によりＤＶＤとＣＤの有効光束径が異なることによりＣＤの記録再生時に不必要なＣＤのＮＡ以上を通過し光ディスクに結像する光線をＣＤの結像特性に関与しない球面収差に補正することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による光ピックアップ用対物レンズは、厚みが異なるＤＶＤとＣＤに対しデータを記録再生するために前記ＤＶＤとＣＤ面にレーザ光を集光させる対物レンズにおいて、レンズの所定口径範囲にＤＶＤおよびＣＤに対し結像機能を持つＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部を、前記所定口径範囲外側部分にＤＶＤに対してのみ結像機能を持つＤＶＤ専用レンズ部を有し、前記ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部を一体に形成し、前記一体に形成されたレンズの入射光側と射出側のそれぞれの面は、前記ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の接続部が不連続になるような面形状を持ち、かつ、入射光側または射出光側のいずれかの面は回折面を備えて構成されている。
また、本発明における前記ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の入射光側と射出光側の面形状はそれぞれ異なる非球面形状を備えている。
【０００９】
すなわち、本発明は、レンズをＤＶＤ／ＣＤ共有部分とＤＶＤ専用部分の２種類のレンズ部に分割し、それぞれのレンズ部に上記目的を達成するために必要な特性を備えたものである。
この２種類のレンズ部を合成し構成した１つの対物レンズの入射光側、射出光側の面は不連続な面形状となる。
対物レンズの入射光側または射出光側の面に回折面を設けることによりＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部はＤＶＤとＣＤそれぞれの光ディスクに対して収差補正し、ＤＶＤ専用レンズ部はＤＶＤに対してはＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部のＤＶＤの収差同様に収差補正し、ＣＤに対してはＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部のＣＤの結像特性に関与しない収差補正したものである。
【００１０】
このように特性の異なる２種類のレンズ部を合成し１つの対物レンズとして構成とすることによりレンズ構成後はＤＶＤに対しては充分に収差補正された連続的な球面収差特性を有するレンズとなる。そしてＣＤに対してはＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の球面収差特性が大きく異なりＤＶＤ専用レンズ部を通過しＣＤの結像特性に不必要となる光線がＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部のＣＤの結像特性に関与しない不連続な球面収差特性となるレンズにすることができる。
【００１１】
上述したレンズは特性の異なる２種類のＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部で構成されているが、各レンズ部はＤＶＤの結像点の違いによる位相ずれや波長依存性を避けるため近軸曲率半径や回折面のパワー、レンズ中心厚は同じ値で設計することが望ましい。
また、ＤＶＤ専用レンズ部の各面形状はＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部の各面の面形状とは異なる非球面形状と回折面形状にすることによりＤＶＤの収差を補正しながらもＣＤの結像特性に影響を与えるＣＤのＮＡ以上を通過する不必要な光線をＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部の球面収差特性に対して不連続でありフレアーな成分となる球面収差特性にすることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明による光ピックアップ用対物レンズの実施の形態を示す図で、（ａ）は正面図，（ｂ）は右側面図，（ｃ）は背面図である。
本発明による光ピックアップ用対物レンズ１はＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３とＤＶＤ専用レンズ部２の面形状の異なる２種類のレンズ部により分割構成される。
【００１３】
ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３およびＤＶＤ専用レンズ部２の入射面と射出面は非球面形状であり、入射面側は所定口径範囲ＡがＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３に、所定口径範囲外側部分ＢがＤＶＤ専用レンズ部２になっている。また、射出面側は所定口径範囲ＣがＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３に、所定口径範囲外側部分ＤがＤＶＤ専用レンズ部２になっている。ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３の入射面３ａとＤＶＤ専用レンズ部２の入射面２ｂとの非球面形状は異なり、その接続部は不連続となっている。同様にＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３の射出面３ｃとＤＶＤ専用レンズ部２の射出面２ｄの非球面形状は異なり、その接続部は不連続となっている。
【００１４】
ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３とＤＶＤ専用レンズ部２よりなる光ピックアップ用対物レンズ１の入射光側、射出光側のいずれかの面には光ディスクの厚みや使用波長が異なるＤＶＤとＣＤの収差を補正するため、基準となる上記非球面上に回折面が設けられる。
【００１５】
ＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３およびＤＶＤ専用レンズ部２の基準となる非球面レンズ形状は以下の式で表される。
2004069810.tif 000003
但し、ｒ：近軸の曲率半径、ｋ：円錐係数、Ｙ：光軸からの高さ
ＡＮ　：非球面係数（Ｎ≧２の偶数値）
Ｚは光軸方向の軸、Ｙは光軸と垂直方向の軸を表し、光の進行方向を正とする。
【００１６】
回折面の形状は光路差を表す関数式と回折面を付加する基準面が鋸歯状の形状となるために削り量を表す式から与えられる。
回折面形状を表すための光路差関数式と削り量の式は以下の通りである。
（光路差関数）
2004069810.tif 000004
但し、Ｙ：光軸からの高さ、ＢＮ　：係数（Ｎ≧２の偶数値）
【００１７】
（削り量）
2004069810.tif 000005
但し、λ：形状を作製する波長、ｎ：基準となるレンズの屈折率
ｉ＝　０，１　，２・・・・・（０以上の整数値）
Ｌは光軸方向に対する値で符号は光の進行方向を正とする。
図３にレンズ入射面または射出面の回折面形状の説明図を示す。
光軸からｉ番目の回折面である鋸歯状波の削り量Ｌは、基準となる非球面位置から光軸方向に削り取った値である。
【００１８】
この２種類の対物レンズの入射光側、射出光側のいずれかの面（両面に設けても良い）に回折面を設けることによりＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３では光ディスクの厚みと使用波長の異なるＤＶＤとＣＤの光ディスクに対して記録再生に必要で充分な収差およびビームスポットに補正することができる。
【００１９】
ＤＶＤ専用レンズ部２ではＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３の面形状とは異なる面形状にすることによりＤＶＤでは記録再生に必要で充分な収差およびビームスポットに補正され、光ディスクの厚みと使用波長の異なるＣＤに対しては光ピックアップ装置の特性に合わせてＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とはＣＤの記録再生の結像特性に影響を与えないように不連続でフレアーな成分の球面収差補正をすることができる。
【００２０】
また、上述したＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部２とＤＶＤ専用レンズ部３の２種類の対物レンズを同じ値の近軸曲率半径，回折面のパワー，光軸上のレンズ中心厚で構成することにより面形状が異なるＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部３とＤＶＤ専用レンズ部２のレンズの間で発生する位相ずれや波長の変化による収差変化を抑制することができる。
【００２１】
このように２種類の収差補正の具合が異なる対物レンズを合成し１つの対物レンズとして構成することにより使用波長，ＮＡ，光ディスクの厚みが異なるＤＶＤとＣＤのような光ディスクに対して記録再生可能な光ピックアップ用対物レンズを提供することができる。
【００２２】
つぎに実施例１および２について説明する。
（実施例１）
実施例１はＤＶＤのＮＡ０．　６、ＣＤのＮＡ０．　４５の光ディスクに対して再生可能とする例である。
この対物レンズの外観は図１に示すように入射光側、射出光側でＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の２種類のレンズに分割され、入射光側の面に回折面を有する。
対物レンズの仕様を表１に、回折面を設けた基準となるレンズの構成を表２にそれぞれ示す。表３には表１の仕様および表２の構成で２種類レンズに分割された、特性が異なるＤＶＤ／ＣＤの共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の基準となるレンズの非球面形状を示す。さらに表４に回折面の形状を設けるために必要な光路差関数を示す。
【００２３】
表１において、λ１　，　ｆ１　はＤＶＤに対しての波長，焦点距離を、λ２　，　ｆ２　はＣＤに対しての波長，焦点距離をそれぞれ示す。表２において、面番号１および２は対物レンズの入射面および射出面であり，面番号３および４はＤＶＤまたはＣＤメディアの前後の面を示す。
ｄ１　およびｎ１　はＤＶＤメディアを用いた場合の面間隔および屈折率を示し、ｄ２　およびｎ２　はＣＤメディアを用いた場合の面間隔および屈折率をそれぞれ示す。
【００２４】
図２に対物レンズおよびメディアの各面の曲率半径および間隔の詳細を示す。
表２におけるｒの列方向の面番号１，２，３および４に対応する位置に記載された曲率半径の数値は、図２における対物レンズの入射面の曲率半径ｒ（１）　，　射出面の曲率半径ｒ（２）　およびＤＶＤまたはＣＤメディアの前後の曲率半径ｒ（３）　およびｒ（４）　である。
また、表２におけるｄ１　の列方向の面番号１，２および３に対応する位置に記載された面間隔の数値は、図２における対物レンズの光軸部分の厚さｄ１（１），　対物レンズの射出面とＤＶＤの前面の間隔ｄ１（２）およびＤＶＤメディアの厚さｄ１（３）である。さらに表２におけるｄ２　の列方向の面番号１，２および３に対応する位置に記載された面間隔の数値は、図２における対物レンズの光軸部分の厚さｄ２（１），　対物レンズの射出面とＣＤの前面との間隔ｄ２（２）およびＣＤメディアの厚さｄ２（３）である。
【００２５】
実施例１のＤＶＤおよびＣＤの球面収差図を図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。図４（ａ）よりＤＶＤの球面収差は面形状が２種類のＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部に分割されているが、ＮＡ０．　６まで充分に補正されている。
一方、図４（ｂ）に示されるＣＤの球面収差はＮＡ０．　４５までは充分に補正された状態でＤＶＤ専用レンズ部となるＮＡ０．　４５からＮＡ０．　６まではＣＤの再生に不必要となる光線としてＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とは充分に不連続となりフレアーな球面収差成分とされてＣＤの結像特性および再生に影響を及ぼすことなく補正されている。
【表１】
2004069810.tif 000006
【表２】
2004069810.tif 000007
【表３】
2004069810.tif 000008
2004069810.tif 000009
【表４】
2004069810.tif 000010
【００２６】
（実施例２）
実施例２は実施例１と同様にＤＶＤのＮＡ０．　６，ＣＤのＮＡ０．　４５の光ディスクに対してＤＶＤ専用レンズ部の収差の補正具合を変更し、ＤＶＤの球面収差特性に影響を与えることなく、ＣＤでは実施例１よりも大きく不連続となりフレアーな成分の球面収差の量をさらにオーバーな球面収差になるように収差補正をしたことを特徴とする。
対物レンズの仕様を表５に、回折面を設けた基準となるレンズの構成を表６にそれぞれ示す。表７には表５の仕様および表６の構成で２種類レンズに分割された、特性が異なるＤＶＤ／ＣＤの共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部の基準となるレンズの非球面形状を示す。さらに表８に回折面の形状を設けるために必要な光路差関数を示す。
【００２７】
表５，６，７および８における波長，焦点距離，曲率半径，間隔などの定義は実施例１の表１，２，３および４と同じ内容である。
実施例２のＤＶＤおよびＣＤの球面収差図を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。図５（ａ）よりＤＶＤの球面収差は面形状が２種類のＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とＤＶＤ専用レンズ部に分割されているが、ＮＡ０．　６まで充分に補正されるのは実施例１と同じである。
また、図５（ｂ）に示されるＣＤの球面収差はＮＡ０．　４５までは充分に補正された状態でＤＶＤ専用レンズ部となるＮＡ０．　４５からＮＡ０．　６まではＣＤの再生に不必要となる光線としてＤＶＤ／ＣＤ共有レンズ部とは充分に不連続となりフレアーな球面収差成分とされてＣＤの結像特性および再生に影響を及ぼすことなく補正されるのは実施例１と同様である。
【表５】
2004069810.tif 000011
【表６】
2004069810.tif 000012
【表７】
2004069810.tif 000013
2004069810.tif 000014
【表８】
2004069810.tif 000015
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、２種類の特性が異なるＤＶＤ／ＣＤ共有部分とＤＶＤ専用部分のレンズ部に分割し、この２種類のレンズ部にそれぞれ必要とされる収差特性を与えるため各レンズ部はそれぞれ異なる面形状とし、かつ少なくとも入射面または射出面のいずれかに回折面を形成し１つの対物レンズとして合成し構成することにより、従来の対物レンズと比較し小型化およびコスト削減を図りつつ、使用波長，ＮＡ，光ディスクの厚みが異なるＤＶＤおよびＣＤ兼用レンズとして有効な対物レンズを実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ピックアップ用対物レンズの実施の形態を示す図で、（ａ）は正面図，（ｂ）は右側面図，（ｃ）は背面図である。
【図２】対物レンズおよびメディアの各面の曲率半径，間隔の詳細を説明するための図である。
【図３】レンズ入射面または射出面の回折面形状を説明するための図である。
【図４】実施例１における対物レンズの球面収差図で、（ａ）はＤＶＤの球面収差図，（ｂ）はＣＤの球面収差図である。
【図５】実施例２における対物レンズの球面収差図で、（ａ）はＤＶＤの球面収差図，（ｂ）はＣＤの球面収差図である。
【符号の説明】
１　光ピックアップ用レンズ
２　ＤＶＤ専用レンズ部（ＤＶＤ専用部分）
２ｂ　ＤＶＤ専用レンズ部入射面
２ｄ　ＤＶＤ専用レンズ部射出面
３　ＤＶＤ／ＣＤ共用レンズ部（ＤＶＤ／ＣＤ共用部分）
３ａ　ＤＶＤ／ＣＤ共用レンズ部入射面
３ｃ　ＤＶＤ／ＣＤ共用レンズ部射出面
４　ＤＶＤまたはＣＤメディア
【図１】
2004069810.tif 000016
【図２】
2004069810.tif 000017
【図３】
2004069810.tif 000018
【図４】
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【図５】
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