JP3402585B2 - 異なったディスク基板厚みに対応する対物レンズ系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大容量の光情報媒
体の記録、再生において異なったディスク基板厚みに対
応する対物レンズ系に関する。

【０００２】

【従来の技術】高密度、大容量の光情報媒体の記録、再
生には対物レンズのＮＡを大きくすることが有効である
が、このときレンズの光軸の傾きにより収差発生量が増
大する。この状態を防ぐためディスク基板の厚みを薄く
することが有利であり、ＤＶＤＤでは０．６ｍｍ厚のデ
ィスク基板が用いられている。一方コンパクトディスク
（ＣＤ）ではディスク基板の厚みは１．２ｍｍと厚い。
ディスク基板の厚みが増加すると球面収差が急激に補正
過剰となるため両者の共用は不可能であった。本発明者
はディスク基板厚みの変化に対応する対物レンズ系とし
て正レンズを光軸上で移動することにより、ディスク基
板厚みが連続的に変化しても球面収差を始め、各収差を
良好とする対物レンズ系を発想、出願（特開平９−１３
８３４３号）、特許（第３０１４３１１号）を得たが正
レンズを光軸で移動することに難点があるため、未だ実
現を見ない怨みがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は極めて簡単な
機構により正レンズを光軸上で移動することもなく、異
なったディスク基板厚みに対応し、良好な性能が得られ
る対物レンズ系を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述のように、ディスク
基板の厚みが増加するときは球面収差が著しく補正過剰
となる。この問題を解決するには対物レンズに入射する
光束を発散光束とすれば良いことは前述の出願にも明記
してあり、最早や公知となった。すなわち正レンズを光
軸上で光源側に近づけるか、正レンズの屈折力を減少す
れば良い。コンパクトディスク（ＣＤ）の場合ＮＡはビ
デオデスク（ＤＶＤ）より小さいので、これに対応した
内側の輪帯の曲率を小さくすれば高ＮＡ（ＤＶＤ）と低
ＮＡ（ＣＤ）の両方のディスク基板厚みに対応した対物
レンズ系を得ることができる。これを球面レンズのみで
解決するには正レンズを高ＮＡ用の外側と低ＮＡ用の内
側の二つの輪帯に分割し、外側の輪帯には屈折力の強い
球面を、内側の輪帯には屈折力の弱い球面を用いれば異
なったディスク基板厚みに対応した対物レンズ系を得る
ことができる。しかし、この方法での欠点はディスク基
板厚みの薄い位置に結像する外側の光束とディスク基板
厚みの厚い内側の光束とは結像位置が異なるため、高Ｎ
Ａ用光束は外側輪帯を通過した光束のみの結像となり穴
あき状態となることである。本発明は正レンズの輪帯の
一部分を非球面とするか、輪帯を分割し、それぞれの輪
帯に対応した異なった非球面を有することを特徴とする
ことにより、正レンズを光軸上で移動することなく異な
ったディスク基板厚みに対応する良好な性能が得られる
とするものである。高ＮＡ用の外側輪帯を球面、低ＮＡ
用の内側輪帯を非球面とし、非球面の頂点曲率半径を球
面と等しくおけば、光軸近辺の非球面量は微少のため、
高ＮＡでの中心近辺の光束は外側輪帯を通るディスク基
板の薄い像点を一致し、軸上で光量は充分確保できる。
すなわち高ＮＡ（ＤＶＤ）の外側輪帯および内側輪帯の
光束もディスク基板の厚みの薄い０．６ｍｍの位置に結
像し、低ＮＡ（ＣＤ）の内側輪帯を通る光束はディスク
基板の厚い１．２ｍｍの位置に結像する。

【０００５】次に本発明の特許請求の範囲につい説明す
る。（請求項１）は正レンズの低ＮＡ（ＣＤ）に必要な
内側輪帯のみを非球面とすることによりディスク基板厚
みの厚い（１．２ｍｍ）の像点における収差を良好とす
るものである。高ＮＡ（ＤＶＤ）の外側輪帯を通る光束
はディスク基板厚みの薄い（０．６ｍｍ）の時、収差が
良好であるが低ＮＡの非球面の頂点曲率半径が球面の曲
率半径と等しければ内側輪帯の性能も良好となる。図１
の（ａ）の部分は実施例１における正レンズが球面で内
側輪帯のみを非球面とした図であるが高ＮＡ、低ＮＡの
光束とも薄いディスク基板厚みに対して良好な収差で結
像されていることを示す。図１の（ｂ）の部分は同じく
実施例１における正レンズの内側輪帯のみを非球面と
し、厚いディスク基板厚みに対し収差を良好としたもの
である。非球面の形状においてディスク基板の薄い時の
球面収差が補正不足、厚い時の球面収差が補正過剰とな
るがその両者を振り分けにすれば双方共許容範囲の１／
２に収まり光量のカットを行はなくてもよい結果が得ら
れる。高ＮＡ時に球面を採用するには対物レンズが無限
遠設計の場合光源と正レンズとの距離は正レンズの前側
像点よりも若干離した方がよい。

【０００６】また正レンズの輪帯を分割し、それぞれの
輪帯に対応して異なった非球面とすることにより、異な
ったディスク基板厚みに対して良好な性能を得るもので
ある。 外側の輪帯を高ＮＡ、薄いディスク基板厚 内側の輪帯を低ＮＡ、厚いディスク基板厚 とし、外側輪帯は弱い非球面量 内側輪帯は強い非球面量で発散効果 となる。この場合は対物レンズが無限遠系であれば光源
は正レンズの前側焦点位置に一致する。図３の（ａ）の
部分は実施例２における正レンズの高ＮＡの外側輪帯、
低ＮＡの内側輪帯共薄いディスク基板厚に対して良好な
収差で結像されていることを示す。図３の（ｂ）の部分
は同じく実施例２における正レンズの低ＮＡの内側輪帯
の光束が厚いディスク基板厚に対し収差が良好に結像さ
れていることを示す。非球面の形状においてディスク基
板の薄い時の球面収差が補正不足、厚い時の球面収差が
補正過剰となるがその両者を振り分けにすれば双方共許
容範囲の１／２に収まり光量のカットを行わなくてもよ
い結果が得られる。

【０００７】（請求項２）は正レンズの非球面が像側お
よび光源側の何れでも良く、また高ＮＡ、低ＮＡ用の非
球面が像側および光源側に分かれていても良いとするも
のである。レンズ形状について多くの制限が無いことも
本発明の特長である。（請求項３）は輪帯に分割し、それぞれの輪帯に対応
し、球面と非球面または、異なった非球面とする場合、
輪帯の境や近辺に溝等の段差を設けることを可能とする
もので非球面量の違いによる段差の調節や、境界近辺の
面の乱れを防止するものである。 （請求項４）は、正レンズの非球面化に関するものでガ
ラス球面レンズに紫外線硬化樹脂を付着して非球面化す
る方法やガラスをプレス成形により非球面レンズを作る
方法、およびプラスチック非球面レンズの何れも可とす
るものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の異なったディスク基
板厚みに対応する対物レンズ系の実施例１から実施例６
までを第１表から第６表に示す。表中の記号は次の通り
である。 ｒ_i ：順次に球面の曲率半径または非球面の頂点曲率半
径 ｄ_i ：順次にレンズの光軸上の厚みまたは空気間隔 ｎ_i ：順次にレンズの材質の波長６５５ｎｍにおける屈
折率 ｔ ：ディスク基板の光軸上の厚み ｎ_b ：ディスク基板の材質の波長６５５ｎｍにおける屈
折率 ＷＤ：作動距離 Ｌ１：正レンズから光源までの光軸上の距離 ｆ ：全系の焦点距離 ｆ_c ：正レンズの焦点距離 ｆｆ_c ：正レンズの前側像点距離 ｆ_M ：対物レンズの焦点距離 ＮＡ_M ：対物レンズのＮＡ ＥＹ_h ：有効半径の上限 ＥＹ_l ：有効半径の下限 非球面の形状の式は Ｘ ：非球面上の点のレンズ面頂点における接平面から
の距離 ｈ ：光軸からの高さ Ｃ ：非球面頂点の曲率（Ｃ＝１／ｒ） Ｋ ：円錐定数 とするとき

【数１】 で表される。

【数２】

【表１】

【数３】

【表２】

【数４】

【表３】

【数５】

【表４】

【数６】

【表５】

【数７】

【表６】

【０００９】実施例１乃至５における対物レンズは共通
で焦点距離３．４ｍｍ，特定ディスク基板厚み０．６ｍ
ｍ，ＮＡ＝０．６，像高０．０６ｍｍである。実施例６
における対物レンズは焦点距離２．３３ｍｍ，特定ディ
スク基板厚み０．６ｍｍ，ＮＡ＝０．６，像高０．０４
ｍｍである。ディスク基板厚みが０．６ｍｍおよび１．
２ｍｍに対する収差も良好であり、基板厚みがこれと異
なっても正レンズの非球面係数を変更すれば充分対応で
きる。

【００１０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明はコリメー
タに相当する正レンズを光軸上で移動することもなく、
その一部を非球面または輪帯に分割し、それぞれの輪帯
に対応した異なった非球面とするのみの極めて簡単な機
構により、異なったディスク基板厚みに対応し、光量の
カットや減少もない。またディスク基板厚みの厚い低Ｎ
Ａに対しても絞りを設ける必要もなく、しかも良好な収
差とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による異なったディスク基板厚みに対応
する対物レンズ系の実施例１の光線経路図であり、同図
の（ａ）の部分は薄い基板厚みに対する光線経路図、同
図の（ｂ）の部分は厚い基板厚みに対する光線経路図で
ある。

【図２】実施例１において基板厚みが薄い時と厚い時の
収差曲線図である。

【図３】本発明による異なったディスク基板厚みに対応
する対物レンズ系の実施例２の光線経路図であり、同図
の（ａ）の部分は薄い基板厚みに対する光線経路図、同
図の（ｂ）の部分は厚い基板厚みに対する光線経路図で
ある。

【図４】実施例２において基板厚みが薄い時と厚い時の
収差曲線図である。

【図５】実施例３において基板厚みが薄い時と厚い時の
収差曲線図である。

【図６】実施例４において基板厚みが薄い時と厚い時の
収差曲線図である。

【図７】実施例５において基板厚みが薄い時と厚い時の
収差曲線図である。

【図８】本発明による異なったディスク基板厚みに対応
する対物レンズ系の実施例６の光線経路図であり、同図
の（ａ）の部分は薄い基板厚みに対する光線経路図、同
図の（ｂ）の部分は厚い基板厚みに対する光線経路図で
ある。

【図９】実施例６において基板厚みが薄い時と厚い時の
収差曲線図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−5909（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−237612（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−223401（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−8701（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−67740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−249120（ＪＰ，Ａ) 特開2001−324673（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−138343（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−43510（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 13/18 G02B 13/00 G11B 7/135

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源側より順次に正レンズ、正の対物レ
   ンズおよびディスク基板が配置され、ディスク基板の厚
   みの変化に起因する収差の増大に対しては正レンズの少
   なくとも輪帯の一部分を非球面とすることにより収差を
   補正し、ディスク基板の厚みの変化による像点位置の移
   動には、対物レンズを光軸上で微少量移動することによ
   り合焦する対物レンズ系であって、 前記正レンズの内側の輪帯をより厚い基板に対応させ、
   前記内側の輪帯を通過した光が前記対物レンズに発散光
   として入射するように構成した 異なったディスク基板厚
   みに対応する対物レンズ系。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の対物レンズ系におい
   て、 正レンズを像側および光源側またはいずれかの側で輪帯
   に分割し、少なくとも１以上の面を非球面としたことを
   特徴とする異なったディスク基板厚みに対応する対物レ
   ンズ系。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の対物レンズ系
   において、 輪帯の境および付近に溝等の段差を設けることを 特徴と
   する異なったディスク基板厚みに対応する対物レンズ
   系。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３に記載の対物レンズ系に
   おいて、 正レンズの非球面化は、球面ガラスレンズに紫外線硬化
   樹脂を付着するか、ガラスをプレス成形により非球面化
   するか、または、 プラスチック非球面レンズにするか、何れかの方法によ
   り製造された異なったディスク基板厚みに対応する対物
   レンズ系。