高光利用効率の DVD/CD 互換回折対物レンズ
A High Light Efficiency Diffractive Objective Lens for DVD/CD Compatible Use池中清乃＊

Ikenaka, Kiyono

本田浩

司＊Honda, Koji

We have developed a plastic objective lens which is compatible with DVD infinite and CD finite conjugatedsystems and which does not require a dichroic filter. The diffractive surface structure is designed for optimized
focus error signal and optimum temperature compensation. The difference in DVD and CD working distance issmall, and higher light efficiency is attained in comparison with a conventional infinite DVD/CD compatiblelens.
s DVD 専用領域

１ はじめにこの領域は輪帯状回折構造を有し、波長差を利用しDVD/CD互換用ピックアップ装置は各社で様々なタイて DVD 側では集光させ、CD 側では集光スポットに寄プが開発されているが、その１つに「ダイクロ方式」があ与しないフレアとする。フレアは以下の観点から最適る。
「ダイクロ方式」は、対物レンズに対し異なる波長の化し、密度の薄いアンダーフレアに決定した。

光が DVD 側平行光、CD 側発散光入射により DVD と CD

① センサーに対するフレア配置のディスク基板厚差に起因する球面収差を補正し、開口「ダイクロ方式」のピックアップ装置では、DVD と１）

開口制限素C D とで異なるセンサーが使用される。一例として、

子はレンズより光源側にダイクロイックフィルタを置く

CD側でトラッキング方法に３ビーム法、フォーカス方ものや、対物レンズにダイクロイックコートして対物レ法に非点収差法を用いる場合、センサーはメインセンンズに一体化する方法等があるが、そのために組み立てサーとサブセンサーから成る。Ｓ字特性のピークレベ工程またはコート工程が複雑となる。そこで私達は開口ルを開口制限素子を用いた場合と同じにするためには、制限素子を必要としない回折型のプラスチック対物レン

フレアがメインセンサーに入らないようなフレアの内ズ（周辺輪帯回折レンズ）を開発し、ピックアップ装置の径にすることが望ましい。しかし大きくデフォーカスコスト及びスペース削減を実現した。

した場合には、フレアはメインセンサーに入り込む。

制限素子により開口数の違いを調整する。

フレアが集光するようなデフォーカス位置が存在すると、その位置で擬似Ｓ字信号が生じる。特に、対物レンズが光ディスクから離れるFar方向に信号が生じると、対物レンズのアクチュエータの誤動作原因になる恐れがある。よって、フレアは密度が薄く、アンダー方向に生じるのが適している。またそのようなフレアであれば、サブセンサーに入り込んでもその光量が小さく、Fig.1 Geometry of objective lens toward axis

トラッキングエラー信号においてもフレアの影響を少なくすることが可能である。
（Fig. ２）２ 周辺輪帯回折レンズの設計
Fig. １に示すように、周辺輪帯回折レンズは、大別して、D V D 、C D 共にスポットに寄与する光が通過する
DVD/CD 共用領域と、その周辺に位置し、DVDのスポットにのみ寄与する光が通過する DVD 専用領域がある。
aDVD/CD 共用領域
DVD で無限光入射において無収差の屈折面は、CD

では、主に基板厚の違いからオーバーな球面収差を生じる。しかし、CD 側を発散光入射にすると CD 側でもFig.2 Flare light on the senser and focus error signal of CD無収差にすることができる。
＊ OPT & EM カンパニー オプト事業部 OC事業ユニット

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②

温度特性
フレアのディスク上の分布は回折効果と屈折効果の3 ピックアップ装置としての特徴
a WD（作動距離：対物レンズ、ディスク間距離）両方で決まる為、フレアと集光スポットの特性とは密接な関係がある。ピックアップ装置が常に安定して情

このピックアップ装置の特徴として、CD 側は発散報の記録再生を行う為には、実使用環境を想定し集光光入射のため、WDが長いことが挙げられる。
（Fig.４）

スポットの性能を満たす必要がある。その重要な特性

ノートパソコン等に用いる薄型ピックアップ装置は、の１つが温度特性である。環境温度が上昇するとレー対物レンズの焦点距離が短く WD も小さい。しかし、ザーの発振波長が伸び、 レンズの屈折率が変化する。

対物レンズと光ディスクとの接触回避のため可能な限

特にプラスチックは温度変化に対する屈折率の変化がり WD を確保したい。DVD、CD 共に無限光入射の互大きく、そのため屈折効果ではオーバー側に球面収差換レンズ（以下、両無限互換レンズ）に比較すると、焦が生じる。CD 側アンダーフレアは、DVD 専用領域の点距離に対する WD の比が大きく、薄型ピックアップ回折効果が長波長の変化に対しアンダー側に球面収差装置に適していると言える。

を生じさせる。結果、 Fig. ３に示すように、温度変化

s時のDVD専用領域の球面収差は、屈折効果と回折効果

高光利用効率
ここではレンズに入射する光に対して集光スポットで補正されている。に寄与する光の割合を光利用効率と定義する。周辺輪帯回折レンズは、両無限互換レンズに比べ光利用効率が高い。周辺輪帯回折レンズの共用領域は屈折面のため、回折効率は DVD、CD 共に 100％、また、専用領域は DVD 波長の光が 100％である。一方、両無限互換レンズは、共用領域の回折効率の理想値は DVD と CD に等分して 97％であるが、小型化に伴い共用領域の回折輪帯の加工が困難となり、回折効率はそれから更に下がること

Fig.3 Longitudinal spherical aberration for DVD and CDになる。
Table1 Specifications of lens 1 and lens 2

Fig.5 Interferogram of lens 2４ 試作
Table１に試作した周辺輪帯回折レンズ（Lens1、Lens2）の仕様と温度特性シミュレーション結果を、Fig. ５にLens 2 の干渉縞写真を示す。DVD 専用領域の光が CD 側でフレアになっている。

５ まとめ「ダイクロ方式」のピックアップ装置において、開口制限素子を必要としない対物レンズを設計・試作した。 対物レンズは、温度特性、フォーカシング方法、トラッキング方法の観点から最適化した。ピックアップ装置はDVD と CD とで個別のセンサーが必要であるが、WD、光利用効率の点から記録機能を備えたノートパソコン用途への応用が期待される。
●参考文献
１）笠澄研一、山本博昭、緒方大輔、西野清治、水野定夫、小林重政、
LD − PD ユニットを用いた DVD 用２波長光ヘッド 、第 44 回

Fig.4 Change of WD by focal length at CD

応用物理学関係連合講演会予稿集、30p − NF −２（1997）※64

第 27 回光学シンポジウム講演予稿集より転載

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