JP3566504B2 - 2開口2焦点光再生用光学装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体から記録情報を読み取るための光再生用光学装置に係り、特に、開口と焦点とに関し規格の異なる2種類の光記録媒体から記録情報の読み取りを可能にする2開口2焦点光再生用光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、相互に規格が異なるため、異なる記録方式で記録された光記録媒体であるDVD(ディジタルビデオディスク)(開口0.6で短焦点)とCD(コンパクトディスク)(開口0.45で長焦点)とを1個の光学装置で両方とも再生可能にするためには、再生用光学装置を2開口2焦点のものとして実現することが必要である。光再生用光学装置を2開口2焦点にした従来例を図6に示す。
【0003】
図6に示される2つのレーザ光の光路のうち、実線は、レーザモジュール(波長650nm)1から発生してDVD8からの記録情報を読み取るための、そして破線は、レーザモジュール(波長780nm)2から発生してCD9からの記録情報を読み取るためのそれぞれレーザ光の光路を示している。すなわち、図6において、波長650nmおよび780nm(それぞれDVDおよびCD再生用のレーザ光の波長)の各レーザ光は、図示のように、プリズム3、コリメートレンズ4、立ち上げミラー(反射鏡)5、ホログラム光学素子6および対物レンズ7を通ってDVD8およびCD9の情報記録面にそれぞれ集光されている。ここで、DVDおよびCDの基板厚はそれぞれ0.6mmおよび1.2mmであるから、CDの情報記録面の方が0.6mm遠くにある。
【0004】
このように、従来技術ではホログラム光学素子6を用いて光路を形成している。ここに、ホログラム光学素子6は素子の表面に同心円状のホログラムパターンが施されている。この同心円状のホログラムパターンは、+1次回折光に対して凹レンズのパワーをもっている。また、このホログラムパターンは、CD再生用の波長780nmのレーザ光に対してその大部分が回折されるように設計されている。さらにまた、ホログラムパターンは、CD再生用である波長780nmのレーザ光の1次回折光の集光点が透過光(0次光)の集光点(DVD再生用の集光点)よりも0.6mm遠くなるように設計されている。
【0005】
一方、対物レンズ7は、開口0.6で基盤厚0.6mmのディスク、すなわちDVD再生用に設計されているので、ホログラム光学素子6をほとんど透過するDVD再生用の波長650nmのレーザ光は、その基盤厚0.6mmのディスクの情報記録面に集光される。このようにして2種類の焦点を実現している。また、ホログラムパターンは、対物レンズの有効径よりも小さい直径の円形領域の内部にのみ施されている。このとき、DVD再生用の波長650nmのレーザ光は、ホログラムパターンが施されている円形領域の内部と外部の両方を透過するので、対応する開口は対物レンズ7の有効径で決まる0.6となる。
【0006】
また、CD再生用の波長780nmのレーザ光は、図6のように、ホログラムパターンの施してある円形領域に対応するようビームが絞られ、この領域内部でのみ回折されるため、対応する実効的な開口は円形領域の直径できまることになる。すなわちCD再生用の波長780nmのレーザ光に対する開口が、0.45となるように円形領域を設計することにより、2種類の開口を実現していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のDVDとCDに共用可能な2開口2焦点光再生用光学装置は、2開口2焦点を実現するための部品として、素子表面にホログラムパターンが施されたホログラム光学素子6と対物レンズ7(図6参照)を必要としていた。このことは、単に部品の点数が多くなるということだけでなく、所要の開口(DVDおよびCDに対して、それぞれ0.6および0.45)および所要の焦点(CDの方がDVDより0.6mm遠くになる)を満たすように、それぞれの配置位置を含めて両者(ホログラム光学素子6と対物レンズ7)が設計(また、取り付け時には調整)されなければならず、これは必ずしも容易なことではなかった。
【0008】
本発明の目的は、このような解決されるべき課題を含まない2開口2焦点光再生用光学装置提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明2開口2焦点光再生用光学装置は、規格の異なる2種類の光記録媒体から記録情報の読み取りを可能とする2開口2焦点光再生用光学装置であって、該光学装置は、該装置の対物レンズとして半径方向に屈折率の分布が変化している屈折率分布レンズを具え、前記2種類の光記録媒体のそれぞれに対応する2種類の情報読み取り用レーザ光の前記屈折率分布レンズへのレンズ光軸に対する傾きを相互に異ならせて2種類の開口を実現するとともに、前記レンズ中に相互に光路長の異なる2種類の光路を形成したことを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明2開口2焦点光再生用光学装置は、前記相互に光路長の異なる2種類の光路を形成するために、前記屈折率分布レンズは、レーザ光の入射端面が円形平面でかつ1個のレンズの中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有していることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
まず、本発明2開口2焦点光再生用光学装置の一実施形態を図1に示す。
この図1に示される光学装置を、すでに説明した図6に示される従来の光学装置と比較するに、従来装置において、本発明者らが解決されるべき課題として指摘したホログラム素子6および対物レンズ7(いずれも図6参照)を屈折率分布レンズ10(図1参照)に置き替えた点、および破線で示され、レーザモジュール(波長780nm)2から発生してCD9の記録情報を読み取るためのレーザ光の光出力の向かう方向が、図6(従来)においてはホログラム素子6の素子表面に垂直に(すなわち、光軸と平行に)入射するのに対し、図1(本発明)では屈折率分布レンズ10の光軸に傾斜して入射するように、図6のそれとはずらしてある点において相違している。
【0012】
従って、以下においては、これら相違点に基づいて本発明の特徴をなす屈折率分布レンズ(図1中、10にて示す)について詳細に説明する。
屈折率分布レンズ(レーザ光の入射端面は円形平面である)は、半径方向の屈折率の分布が、レンズ光軸からの距離rをパラメータとして次式で表わされるレンズである。
【数1】
ただし、n0 はレンズの光軸の位置での屈折率、nr は光軸から距離rの位置での屈折率、およびAはレンズの材料によって定まる定数である。
【0013】
本発明では、この屈折率分布レンズに対して、DVD再生用レーザ光RD はレンズの光軸と平行に、CD再生用レーザ光RC はレンズの光軸に対して次式で示される傾き−θ0 をもってそれぞれ入射させるものとする。この様子を図2に示す。
【数2】
ただし、r0 はレンズの半径である。
【0014】
屈折率分布レンズに光軸に対して傾き−θ0 で入射したレーザ光は、屈折率分布レンズ内で全反射を繰り返すことで進行していく。屈折率分布レンズは入射端面上の光軸からの半径方向の距離によって屈折率が異なるので、一般的に光軸に対して角度−θ0 で入射する光のうち、屈折率分布レンズ中を伝搬することのできるレーザ光は光軸から次式で示される半径r1 までの範囲内に限られる。この様子を図3に示す。
【数3】
【0015】
ここで、情報を読み取る対物レンズの開口は、CD再生用のレンズでは0.45、DVD再生用のレンズでは0.6となっているが、開口はレンズ径に依存するため、DVD再生用のレーザ光に対する開口が0.6になるよう設計した場合、CD再生用のレーザ光に対する開口を0.45とするには、CD再生用のレーザ光の入射する領域をDVD再生用レーザ光の入射する領域の75%とすればよいことになる。従って、屈折率分布レンズの開口を0.6として設計した上で、r1 =0.75r0 が成り立つようにパラメータを設定すれば(2)式における−θ0 で入射した光のうち、光軸から0.75r0 までの領域に入射した光のみ伝搬し、DVD再生用のレーザ光に対しては0.6の開口が得られ、CD再生用のレーザ光に対しては0.45の開口が得られることになる。
【0016】
次に、2焦点のための条件について検討する。
2焦点を実現するための、屈折率分布レンズの長さ方向の断面図とレーザ光の光路を図4に示す。
また、屈折率分布レンズをレーザ光出射端面側から見た外観図を図5に示す。本発明においては、前述したように、屈折率分布レンズ中に2種類の光路を形成するために、レーザ光の入射端面が円形平面の1個の屈折率分布レンズ中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有しているような構造とする。この場合、入射端面が平面であることから、屈折率分布レンズの出射端面側にDVD再生用レーザ光の出射端面OD とCD再生用レーザ光の出射端面OC とを設けた構造となる。入射端面IよりDVD再生用レーザ光の出射端面OD までの距離ZD (DVD再生用の屈折率分布レンズの長さと言う)と、入射端面IよりCD再生用レーザ光の出射端面OC までの距離ZC (CD再生用の屈折率分布レンズの長さと言う)との差、すなわち図4に示す距離Δ1 は次式で与えられる。
【数4】
である。
【0017】
DVD再生用レーザ光の出射端面OD から主点HD までの距離hD は、次式で与えられる。
【数5】
ただし、ZD はDVD再生用の屈折率分布レンズの長さである。
同様にCD再生用レーザ光の出射端面OC から主点HC までの距離hC は、次式で与えられる。
【数6】
ただし、ZC はCD再生用の屈折率分布レンズの長さである。
【0018】
また、DVD再生用の屈折率分布レンズの長さZD に対する焦点距離fD は、次式で与えられる。
【数7】
また、同様に、CD再生用の屈折率分布レンズの長さZC に対する焦点距離fc は、次式で与えられる。
【数8】
【0019】
(5), (7) 式より、DVD再生用レーザ光の出射端面OD から同レーザ光に対する焦点(集光点)FD までの距離LD は、次式で与えられる。
【数9】
同様に、 (6), (8) 式より、CD再生用レーザ光の出射端面OC から同レーザ光に対する焦点(集光点)FC までの距離LC は、次式で与えられる。
【数10】
【0020】
DVD再生用レーザ光の出射端面OD を基準とした場合、 (9), (10) 式より、DVD再生用レーザ光に対する焦点FD とCD再生用レーザ光に対する焦点FC との間の距離は次式で与えられる。
【数11】
【0021】
すなわち、(4)式のように距離Δ1 を設定することにより、DVD用レーザ光に対する焦点FD とCD用レーザ光に対する焦点FC との間の距離|FC −FD |が、δ(DVDとCDの基盤厚の差=0.6mm)と等しくなるのでDVDとCDの双方の再生が可能となる。
【0022】
ここで、図4中の距離Δ2 (DVD再生用レーザ光を遮ることのない範囲)は次式で与えられる。
【数12】
である。
【0023】
すなわち、(12)式のように距離Δ2 を決めれば、r0 +r2Dより距離Δ2 が小さいので、屈折率分布レンズはDVD再生用のレーザ光を遮ることが無い。また、r0 +r2Cより距離Δ2 が大きいので、CD再生用のレーザ光は全て出射端面から出射することになる。つまり、DVD再生用のレーザ光とCD再生用のレーザ光の各々を使用した場合に、それらいずれのレーザ光をも遮ること無くDVDおよびCDを再生することが可能になる。
【0024】
最後に、屈折率分布レンズの長さZD に関しては、DVDとCDの基盤厚の差δを0.6mmとし、屈折率分布レンズの光軸における屈折率n0 を1.5とした場合、
【外1】
は、(12)式の条件から次式で与えられる。
【数13】
以上から、DVD再生用の屈折率分布レンズの長さZD に対する条件は、ZD を
【数14】
のように定めればよい。
【0025】
以上の説明は、DVD再生とCD再生とに共用できる再生用光学系を念頭において説明したが、2開口2焦点が要求される光再生用光学装置であれば、本発明の適用範囲がDVDとCDに限られるものでないことは言うまでもない。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部分的に2種類の長さをもつ1個の屈折率分布レンズのみを対物レンズとして使用し、その屈折率分布レンズにDVD再生用レーザ光とCD再生用レーザ光をレンズ光軸に対して異なる傾きをもって入射させ、また屈折率分布レンズを、レーザ光の入射端は平面とし、レンズ中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有する構造にすることにより、2開口2焦点光再生用光学装置の実現を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明2開口2焦点光再生用光学装置の一実施形態を示している。
【図2】DVD再生用レーザ光とCD再生用レーザ光のそれぞれについてレーザ光がレンズに入射する様子を示している。
【図3】屈折率分布レンズ中におけるレーザ光の伝搬可能範囲を示している。
【図4】屈折率分布レンズの長さ方向の断面図とレーザ光の光路を示している。
【図5】屈折率分布レンズをレーザ光出射端面側から見た外観図を示している。
【図6】従来の2開口2焦点光再生用光学装置を示している。
【符号の説明】
1 DVD用レーザモジュール
2 CD用レーザモジュール
3 プリズム
4 コリメートレンズ
5 立ち上げミラー(反射鏡)
6 ホログラム光学素子
7 対物レンズ
8 DVD
9 CD
10 屈折率分布レンズ
θ0 屈折率分布レンズの光軸に対するCD再生用レーザ光の傾き
r0 屈折率分布レンズの半径
r1 入射端面における入射レーザ光の光軸からの距離
I 屈折率分布レンズの入射端面
ZD DVD再生用の屈折率分布レンズの長さ
ZC CD再生用の屈折率分布レンズの長さ
r2D DVD再生用レーザ光のうち、屈折率分布レンズの入射端面I上の光軸から−r0 の位置に入射したレーザ光が、入射端面IよりZC の位置での光軸からの位置(r2D<0)
r2C CD再生用レーザ光のうち、屈折率分布レンズの入射端面I上の光軸からr1 の位置に入射したレーザ光が、入射端面IよりZC の位置での光軸からの位置(r2C<0)
HD DVD再生用の屈折率分布レンズの長さZD に対する主点位置
HC CD再生用の屈折率分布レンズの長さZC に対する主点位置
OD DVD再生用の屈折率分布レンズの出射端面
OC CD再生用の屈折率分布レンズの出射端面
hD DVD再生用の屈折率分布レンズの出射端面OD からHD までの距離
hC CD再生用の屈折率分布レンズの出射端面OC からHC までの距離
FD DVD再生用の屈折率分布レンズの長さZD に対する焦点位置
FC CD再生用の屈折率分布レンズの長さZC に対する焦点位置
fD HD からFD までの距離
fC HC からFC までの距離
LD OD からFD までの距離
LC OC からFC までの距離
δ FC からFD までの距離
Δ1 OD からOC までの距離
Δ2 屈折率分布レンズの長さがZC である領域長
Claims (2)
- 規格の異なる2種類の光記録媒体から記録情報の読み取りを可能とする2開口2焦点光再生用光学装置であって、該光学装置は、該装置の対物レンズとして半径方向に屈折率の分布が変化している屈折率分布レンズを具え、前記2種類の光記録媒体のそれぞれに対応する2種類の情報読み取り用レーザ光の前記屈折率分布レンズへのレンズ光軸に対する傾きを相互に異ならせて2種類の開口を実現するとともに、前記レンズ中に相互に光路長の異なる2種類の光路を形成したことを特徴とする2開口2焦点光再生用光学装置。
- 請求項1記載の2開口2焦点光再生用光学装置において、前記相互に光路長の異なる2種類の光路を形成するために、前記屈折率分布レンズは、レーザ光の入射端面が円形平面でかつ1個のレンズの中にレンズ長の長い部分と短い部分とを有していることを特徴とする2開口2焦点光再生用光学装置。
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JP19397897A JP3566504B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 2開口2焦点光再生用光学装置 |
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