JPH09230114A

JPH09230114A - 光ディスクドライブの光ピックアップヘッド用対物レンズ

Info

Publication number: JPH09230114A
Application number: JP8116696A
Authority: JP
Inventors: Chokyo Shu; 朝居朱; Somei Yo; 聡明楊; Sogai Cho; 宗凱張
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1997-09-05
Also published as: US5777803A

Abstract

(57)【要約】【課題】焦点切り替え機構を簡単にすることが可能な
光ディスクドライブの光ピックアップヘッド用の対物レ
ンズで、製造コストが安く、一枚のレンズ又は二枚の簡
単なレンズを利用して二重焦点を達成するため実質的に
エネルギーの損失が零であることを特徴とする光ディス
クドライブの光ピックアップヘッド用の対物レンズを提
供することが本発明の課題である。【解決手段】前記対物レンズは所定の波長の光ビーム
を所定の焦点に集束するため各々非球面を有する４部分
よりなる。第一の部分は前記の光ビームが第一焦点へ集
束するための第一非球面を有する。第二の部分は前記の
光ビームが第二焦点へ集束するための第二非球面を有す
る。第三の部分は第一非球面と同じ曲率特性と非球面係
数を有し、第一焦点へ前記の光ビームが集束するための
第三非球面を有する。又第四部分は第二非球面と同じ曲
率特性と非球面係数を有し、第二焦点へ前記の光ビーム
が集束するための第四非球面を有するものである。前記
対物レンズはいずれに集束してもエネルギー損失のない
１枚のレンズとして製作可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンパクトディ
スクドライブの光ピックアップ用の対物レンズに関し、
特に、本発明は２焦点レンズセットによる多層のデータ
層を有する高密度ディスクの読取りが可能なコンパクト
ディスクドライブの光ピックアップ用の対物レンズに関
する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク、特にオランダのフィリップ
スコーポレイション並びに日本のソニーコーポレイショ
ンによって１９７０年代に創始されたコンパクトディス
ク（ＣＤ）は、各種の情報の記憶装置のカテゴリに発展
した。即ちこの装置はデイジタルコンピユータ装置で検
索可能なオーデイオ、ビデオ、及びその他のテキスト又
はグラフィック情報を含むデイジタル情報を記憶するた
めに広く使用されているものである。最初のオーデイオ
ＣＤ及びコンピユータデータの記憶用ＣＤ−ＲＯＭ、相
互に作用するマルチメデイアプログラム規格のＣＤ−
Ｉ，ビデオプログラム記憶用ＶＣＤ，ＳＤＣＤ（超密度
コンパクトディスク）と尚開発中のＤＶＤ（デイジタル
ビデオディスク）のようなその直接の後継品並びに誘導
品は、すべて能率的な情報の記憶及び検索に重要な幾つ
かの特筆すべき特性を有する。これらにはデイジタルの
記憶、エラー訂正装置及びディスクの寿命がある。

【０００３】それらの多方面の応用については光ディス
クは、コンピュータプログラムとデータ及びマルチメデ
イアプログラム用の記憶メデイアの大容量記憶装置を含
む一般用途のマイクロプロセッサに基ずく家庭用及び事
務所用コンピュータ装置が好評を博している。デイジタ
ルデータ圧縮規格の開発と確立並びにパソコン用ＣＤ−
ＲＯＭドライブの価格の引き下げを含め、デイジタル信
号処理技術の進歩がこれらの光ディスク装置の人気を増
大させると、その人気が又更に高容量の光ディスク装置
の開発の傾向を促進させている。

【０００４】より高度の記憶密度手段を有する光ディス
クにデイジタルデータを簡単に記憶させるため、これら
の光ディスクの読み書きを行う装置のより高度な光学的
分解能を達成する必要がある。光学的分解能はディスク
データ処理に使用する光の波長並びに画像ピックアップ
に使用する対物レンズの開口数を含むファクタに直接左
右される。特に高度な光学的分解能は短い波長と開口数
が多くなければならない。しかし、開口数が多くなると
より正確な光学的配列を必要とするのが欠点である。開
口数の多いレンズに対する画像のピックアップの光学的
配列が悪いと画像の分解能が劣化する。これはその焦点
面を最善の位置に調節出来ないからである。データ記憶
用の光ディスクにアクセスする光ビームを正確に配列す
る助けになる１解決方法は光ディスクの透明基板の厚み
を出来るだけ薄くすることである。

【０００５】例えば、開発中の高密度デイジタルビデオ
光ディスク規格にはマルチメデイアコンパクトディスク
（ＭＭＣＤ）と０．６ｍｍの厚みを有する光ディスク
基板を使用するスーパーディスク（ＳＤ）があり、０．
６の開口数を有する対物レンズを使用し、６５０ｎｍ又
は６３５ｎｍの波長のレーザー光によるイルミネイシヨ
ンデータ画像がある。従来のＣＤオーディオ（同じくＣ
Ｄ−ＲＯＭ）は０．４５の開口数を有する光ピックアッ
プ用対物レンズを使用し、１．２ｍｍの厚みのディスク
基板へ７８０ｎｍの波長のレ−ザーを照射することが標
準化されている。

【０００６】従来のＣＤ−ＲＯＭと新しいＳＤディスク
の両方のデータのアクセス、即ち互換が可能な光デイス
クドライブを作るには上記二つの光学的仕様の両方を処
理できる光ピックアップを使用しなければならない。即
ちかかる光デイスクドライブのピックアップヘッド用の
二重焦点対物レンズを開発し、同じ光デイスクドライブ
で従来のＣＤ−ＲＯＭ又は新ＳＤを使用できるようにす
ることである。

【０００７】１個の光ピックアップヘッド用の二重焦点
の能力を向上させるため今まで幾つかの技術が提案され
ている。最も目立つ３つの提案の１つは、それぞれ光学
的な規格に適した２枚の対物レンズ間を機械的にスイッ
チする複雑なサーボ機構を使用している。二番目の技術
はホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）技術を使用する
もので、分極ビームスプリッタと円筒型レンズを組合わ
せて１素子として二つの異なる光学的規格に対応するも
のである。第３の技術は、同じ目的で、対物レンズのホ
ログラフィック二重焦点法を使用する。これらの公知技
術の方法と装置を以下に簡単に説明する。

【０００８】添付の図２は先行技術の二重対物レンズ機
構の概要を示す斜視図であり光ディスク装置に二重焦点
光ピックアップヘッドを出し入れするものである。図か
ら解るように、その装置の光ピックアップヘッド用に二
枚の対物レンズ１２及び１４を使用し２種類の光ディス
クを操作できる。例えば、対物レンズ１２は大きい開口
数と短い焦点距離を必要とするＳＤ規格のＣＤをアクセ
スするためのものであろう。他方もう一つの対物レンズ
１４は、比較的小さい開口数と長い焦点距離を必要とす
る従来のＣＤ−ＲＯＭディスクのアクセスするためのも
のであろう。図には無いサ−ボ機構が２枚の対物レンズ
１２及び１４の夫々の位置を定めて正確な点へと２枚の
異なる形式のＣＤ上にデータを配置する。同一の光の通
路へ交互にスイッチを切替え可能な二枚の異なる対物レ
ンズを使用すると一本の光源を二枚の対物レンズ用に光
の通路を二つに分ける必要がないので光のエネルギー能
率は良いが不利な点も明らかである。

【０００９】まづ第一に、ＣＤ規格から、ミクロンの範
囲の調節が必要であるので精密にレンズを切り替えるサ
ーボ機構が必要である。そのサーボ機構は方向を精密に
調整するのに加え、位置を保持しなければならない。こ
れは大量生産で安くすべきディスクドライブのコストを
上げることになる。二番目には、１個のディスクドライ
ブに対し１枚でなく、２枚の対物レンズが必要であり製
造コストが増加する。

【００１０】図３Ａ及び３Ｂは対物レンズ２４に加えＨ
ＯＥレンズ２２を使うことを示し、二重レンズ機構と比
較し、１枚の対物レンズを使用して一つの光の通路に二
重焦点をつくるための零及び１のオ−ダの光の夫々の通
路の概要を示す。図面から判るように、このＨＯＥ多重
焦点方法は従来の対物レンズ２４の前の照射光の通路に
置かれたＨＯＥレンズ２２を使用し、そのＨＯＥレンズ
２２の格子を通過する零オーダの光２６を対物レンズ２
４でＳＤデータの画像の層のある光ディスク２８の深い
ところに集束する。他方、前記ＨＯＥレンズ２２がある
ための第一オーダの回折光はＨＯＥレンズ２２を出ると
き幾分発散し、又対物レンズ２４でＣＤデータ画像層の
ある光ディスク２９の深いところに集束する。図３Ｃは
ＨＯＥレンズ２２の断面拡大図である。ＨＯＥはスリッ
ト格子により回折が起こる。原則的には、階段型のスリ
ット格子は高い光通路光エネルギー効率の維持には有利
である。図３Ｃの実施例では全部で４つのスリット格子
レベルが使用されている。

【００１１】本質的に、このＨＯＥ多重焦点方式はホロ
グラフィック格子における回折によってできる第一オー
ダ光は発散するが、零オーダ光は発散しないということ
を利用している。一つの光源と一枚の対物レンズを使用
して二つの焦点距離は可能であり、零オーダの光で非常
に高度の画像分解が達成できるがこの方式にも欠点があ
る。第一に、ＨＯＥレンズはレンズに回折格子をつくる
ので比較的製造が困難である。４レベルの階段式格子は
大体良好な画像をつくるが光ディスクドライブ用のレン
ズ装置のコストを大幅に上昇させる。第二にその光エネ
ルギー効率はＨＯＥ多重焦点方式を使用するので低下す
る。図３Ｃに示す４段式レベルを有する格子に対して約
２４％の損失は避けられない。

【００１２】図４Ａは対物レンズのホログラフィック多
重焦点方式の先行技術装置の概略断面図である。この方
式は図３ＡとＢのＨＯＥレンズ２２と対物レンズ２４の
組み合わせを単に使用するものと考えることができる。
図３ＡとＢのレンズ２２と２４と同一の作動原理に基づ
き、光学的に組合わせたホログラフィック二重焦点対物
レンズはＣＤとＳＤディスク両方の基板に二重焦点を結
ぶ。図４Ｂは二重焦点用に、前記ＨＯＥ多重焦点方式を
使用する１ビームの光ピックアップヘッドの実施例を示
す。レーザビームはレーザダイオード３２で発生させ、
ビームスプリッタ３４で反射させ、零オ−ダの光でＳＤ
光ディスクのデータ画像層上に前記ホログラフイック二
重焦点対物レンズにより焦点を結ぶ。

【００１３】他方、レーザビームの回析した第一オーダ
部分も同様に、もしあれば、ＣＤの光ディスク１９のデ
ータ画像層上に焦点を結ぶ。いずれの場合もディスク３
８か３９のいずれかのデータ画像層で反射される画像ビ
ームはビームスリッタ３４を通過しホトディテクタ３５
で感知する。上記のように、光学的に組み合わされたシ
ングルの対物レンズ及びＨＯＥレンズであるホログラフ
ィック二重焦点対物レンズは従来のＣＤ互換可能な光デ
ィスクドライブの光ピックアップヘッド中の対物レンズ
の直接交換用として十分に利用できる。これらのＣＤド
ライブの他の部分はこのＨＯＥ技術のレンズに合わせる
ために交換する必要はないが、そのドライブには幾つか
の欠点がある。先ず第一に、上記のようにＨＯＥ技術の
レンズは作るのが難しく、第二にＨＯＥレンズは光エネ
ルギーのロスが約２４％で効率が良くない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従って、焦点切り替え
機構を簡単にすることが可能な光ディスクドライブの光
ピックアップヘッド用の対物レンズを提供するのが本発
明が解決しようとする主要な課題である。更に、簡単で
製造コストの安い光ディスクドライブの光ピックアップ
ヘッド用の対物レンズを提供するのも本発明の課題であ
る。又更に、一枚のレンズ又は二枚の簡単なレンズを利
用して二重焦点を達成するため実質的にエネルギーのロ
スが零であることを特徴とする光ディスクドライブの光
ピックアップヘッド用の対物レンズを提供するのも本発
明の課題である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を光
ディスクドライブ用の対物レンズを提供することにより
解決するものである。即ち、その対物レンズは所定の波
長の光ビームを所定の焦点に集束するため各々非球面を
有する４部分よりなる。第一の部分は前記の光ビームが
第一焦点へ集束するための第一非球面を有する。第二の
部分は前記の光ビームが第二焦点へ集束するための第二
非球面を有する。第三の部分は第一非球面と同じ曲率特
性と非球面係数を有し、第一焦点へ前記の光ビームが集
束するための第三非球面を有する。又第四部分は第二非
球面と同じ曲率特性と非球面係数を有し、第二焦点へ前
記の光ビームが集束するための第四非球面を有するもの
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本願発明の好ましい実施例の詳細
を説明する前に、デカルト座標系における非球面レンズ
を説明する基礎方程式を下記の通り数学的に概説する。

【００１７】

【数１】

【００１８】但し、Ｚ：Ｚ軸上の位置を示す。ｃ：非球面の曲率ｋ：円錐係数、但しｋ＝０は非球面を示す。 −１＜ｋ＜０は楕円面を示す。ｋ＝−１は放物面を示す。ｋ＜−１は双曲面を示す。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ及びＪは夫々４、６、
８、１０、１２、１４、１６、１８及び２０次の変形係
数を示す。ｈは原点、即ちｈ²＝Ｘ²＋Ｙ²からのｘ−ｙ面上の距
離を示す。

【００１９】上記の方程式（１）において、非球面表面
曲率ｃ，円錐係数ｋ，変形係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，
Ｆ，Ｇ，Ｈ及びＪは組合わされて非球面レンズの表面特
性を決定する特性のパラメータである。従って、これら
の係数は通常非球面特性係数として引用する。特定の波
長の光源に対する非球面レンズの焦点は、レンズの製造
材料、開口数、表面の非球面特性係数、レンズの厚み等
からなるパラメータによって決定する。

【００２０】本発明の好ましい実施例の光ディスクドラ
イブの光ピックアップヘッド用の二重焦点対物レンズ組
立てを図５に示す。光ディスクの透明な基板の異なる深
さに二つの焦点を有するレンズ組立てを形成する二重凸
面レンズ４０と一重凹面レンズ４２の組合わせを示す断
面図である。レンズ４０とレンズ４２の凸面及び凹面は
それぞれ非球面である。特にレンズ４２の二重平面部分
４４を通過し、二重凸面レンズ４０で集束される第一ビ
ームである所定の波長を有する照明光の部分光は前記光
ディスク基板の０．６ｍｍの深さのＳＤデータ画像層上
に焦点を結ぶ。この光の通路を太線で概略を示す。これ
と対照的に、レンズ４２の一重凹面部分４６を通る第一
ビームである照明光の部分光も二重凸面レンズ４０で集
束され光ディスク基板の１．２ｍｍの深さのＣＤデータ
画像層上に焦点を結ぶことを仮線（点線）で示す光の通
路で概説する。照明光の第二部分光は、また再び二重凸
レンズ４０で集束される前にレンズ４２の一重凹面部分
４６が光を分散するので、第一部分光よりも焦点距離が
長くなる。両方のレンズ４０及び４２の非球面曲率を適
切に選択すれば、光コンパクトディスクの透明な基板内
部夫々０．６ｍｍ及び１．２ｍｍ上に二つの焦点を結ば
せるのは決して困難ではない。

【００２１】図６は、本発明の好ましい実施例による光
ディスクドライブの光ピックアップヘッド用二重焦点対
物レンズを示す。二重焦点対物レンズ５０は基本的には
部分５２と５４で示す異なる表面曲率の二つの同心部分
を有する一枚のレンズである。両方の同心部分は基本的
に非球面であり、部分５４は部分５２より大きい表面曲
率を有する。

【００２２】操作にあたってはレンズ５０の部分５４を
通る所定の波長の照明光の部分光は光ディスク基板の
０．６ｍｍの深さのＳＤデータ画像層上に焦点を結ぶ。
この光の通路は図面に点線で概略を示す。対照的にレン
ズ５０の部分５２を通る照明光の部分光は光ディスク基
板の１．２ｍｍの深さのＣＤデータ画像層上に焦点を結
ぶ。この光の通路は図面に実線で概略を示す。照明光の
この第二の部分光は、レンズ５０の部分５４の曲率が部
分５２の曲率より大きいので第一の部分光より焦点距離
が長い。上記のように両方の部分５２及び５４の非球面
曲率を適切に選択すれば光コンパクトディスクの透明な
基板内部夫々０．６ｍｍ及び１．２ｍｍ上に二つの焦点
を結ばせるのは容易である。

【００２３】図５及び６は、本発明の好ましい実施例に
よる光ピックアップヘッド用の二重焦点対物レンズの二
つの設計配列を示すが、一つの光源をコンパクトディス
クの二つの異なる仕様、即ち実施例ではＳＤ及びＣＤ規
格、のデータの出し入れに使用するので、ＳＤ仕様に対
しては６５０ｎｍ又は６３５ｎｍの短い波長を使用する
のが好ましい。

【００２４】本発明の二重焦点対物レンズは下記のよう
に優れた画像集束効果を有する。一重焦点レンズで集束
する異なる省略度を有するガウスのビームは下記の方程
式で決定する大きさを有する焦点面上のスポット中に像
を結ぶ。

【００２５】

【数２】

【００２６】但し、ＮＡ：ｎＳｉｎθ（θは最大集束細まり角でｎは反射
率）に等しい開口数。 λ：波長Ｃ：焦点面のスポットに焦点を結ぶ異なる打切り度を有
するガウス・ビームのエネルギー密度に関する係数。Ｃ
係数の値が大きくなると、焦点を結ぶスポットの大きさ
は大きくなる。

【００２７】

【表１】

【００２８】但し、ｈ：対物レンズを通る前の
ガウスのビーム用の打切り面パラメータ。（ｈ²＝０
は均一な照明を示し、ｈ²＝０．６９３はガウスの強度
分布の値の半分を示す。）ＦＷＨＭ：対物レンズを通過した後、焦点を結んだスポ
ットの画像のエネルギーは１／２となる。１／ｅ²：対物レンズを通過した後、焦点を結んだスポ
ットの画像のエネルギーは１／ｅ²（１４％）となる。第一次の回析リング：対物レンズを通過し、第一次の回
析が発生した時。

【００２９】上記の方程式（２）及び表１から、スポッ
トの大きさは、そのスポットの照明強度によるのは明ら
かである。光ディスクドライブ用の光ピックアップ・ヘ
ッドに応用するためには、同じ照明強度即ち同じ光エネ
ルギーに基づきスポットの大きさは小さくするのが良い
のは明らかである。

【００３０】図７Ａは一焦点の非球面対物レンズの平面
図を示す。このレンズは、比較的短い焦点距離を有する
ＳＤデータ画像層に焦点を結ぶように設計されている。
図７Ｂは二枚の同心非球面レンズからなる二重焦点対物
レンズの平面図である。更に、図７Ｃは本発明の好まし
い実施例による二重焦点非球面対物レンズの平面図であ
る。図７Ｂに示すレンズは上記図６で説明したものに類
似している。しかし、図７Ｃに示す一枚のレンズは図６
の２部分のレンズより複雑である。部分６０及び６２に
加え、図６のものに、更に二つの非球面の表面部分６４
及び６６を加えたものである。全部で四つの非球面の表
面部分が組合わされて光ピックアップヘッド用の対物レ
ンズを形成する。図７Ｃの平面図から、四つの部分は同
心円に見えるのが判る。

【００３１】図７Ｃのシングルレンズの四つの異なる部
分６０、６２、６４及び６６の表面曲率を適切に設計計
算することにより、同一の非球面の中心、厚み及び開口
数を部分６０と６４に配分し、又同一の非球面曲率、厚
み、開口数を部分６２と６６に配分可能である。これに
より四つの部分６０、６２、６４及び６６で二つの異な
る焦点距離を有するレンズの製作が可能となる。重要な
ことは縁の部分６０と内部の部分６４はＳＤディスクへ
のアクセスに適切な０．６ｍｍの同じく短い焦点距離と
０．６の開口数を有することである。

【００３２】他方、前記の縁部分から第二の部分６２及
び一番内部の部分６６はＣＤディスクへのアクセスに適
した１．２ｍｍの同じく長い焦点距離と０．３８と０．
４３の間の開口数となるようにする。部分６２と６４の
開口数の範囲を保つ理由は短い波長の照明光を利用して
良い効果を出すためである。図７Ａのレンズ全面、図７
Ｂのレンズの部分６１又は図７Ｃのレンズの部分６０及
び６４それぞれを通過する光ビームの集束する光学的強
度の比較の概要を図８及び下記の表２に記載する。

【００３３】

【表２】

【００３４】図８と表２は図７Ａの一焦点対物レンズを
通過する光が図８の山形模様７０にはっきり見られるよ
うに第一次の回析がないのが特徴である。この焦点合わ
せは同じ光エネルギー強度で最大のスポットの大きさと
なるのが特徴である。他方、図８の山形模様７２は図７
Ｂのレンズの縁部分６１の回析特性を示す。この部分の
レンズのスポットの大きさは最小であるが、過大の回析
リングを有する。その回析リングは大きすぎるので、実
際には余り使えない。最後に図８の山形模様７４は図７
Ｃのレンズの縁部分６０と内部部分６４の回析特性を表
す。この部分のレンズはエネルギー強度が同じ時は、図
７Ａのレンズよりも小さいスポットの大きさを有し、そ
の回析リングも又小さい。

【００３５】図７Ａ及び７Ｃに記載した長い焦点距離及
び短い焦点距離のレンズ部分を経由して焦点を結ばせて
形成した照明スポットの大きさの比率を表３に記載す
る。この表から明らかのように、シングルレンズの長い
径の部分及び短い径の部分が少し変動しても焦点距離の
短いレンズ部分を通過する光の部分の光の強度及びスポ
ットの大きさには余り影響しない。大きく影響するファ
クタは問題の一枚物のレンズの長い焦点距離及び短い焦
点距離を形成する個々の部分の全体の数である。一般
的に、個々の部分の全体の数が増えると画像の結果は良
くなる。

【００３６】

【表３】

【００３７】但し、表３の“影の部分”は短い焦点距離
のレンズ部分の遮蔽と同じ効果を有するレンズの長い焦
点距離部分の径の範囲を表す。照明光が図７Ｂ及び７Ｃ
における長い焦点距離を有するレンズ部分、即ち図７Ｂ
の部分６３と図７Ｃの部分６２と６４、を通る時の、光
の強度とスポットの大きさに関するパラメータを下記の
表４に記載する。図７Ｂ及び７Ｃの両レンズ部分に対応
する山形模様を夫々図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａ及
び図９Ｂを検討すると、短い焦点距離及び長い焦点距離
のレンズ部分の径の範囲が多少調節されても光の強度並
びにスポットの大きさには変化のないことが判る。この
形状では第一次の回析光はほとんど観察できない。

【００３８】

【表４】

【００３９】但し、“影の部分”の場は長い焦点距離の
レンズ部分の遮蔽と同じ効果を有するレンズの短い焦点
距離部分の径の範囲を表し、Ｄはレンズの長い焦点距離
部分の径である。次に、図１０Ａと図１０Ｂを比較する
と、図１０Ａは図７Ｃのレンズの短い焦点距離の部分の
径の関数として光エネルギー強度分布を示すのに対し、
図１０Ｂは図７Ｃのレンズの長い焦点距離部分の分布を
示す。図１０Ａ及び１０Ｂ両方の影の部分は、照明光が
短い焦点距離及び長い焦点距離の焦点面に夫々集束する
部分を表す。

【００４０】図１０Ａと図１０Ｂの二つのエネルギー分
布の形状から、これらを組合わせて一つの平滑な形状に
することができることがわかる。これは図７Ｃのレンズ
の焦点面に焦点を結ぶ光りエネルギー強度が、短い焦点
距離及び長い焦点距離部分を含め、ほぼ奇麗に二つの部
分に分離されることを示す。言い換えれば、レンズの短
い焦点距離部分及び長い焦点距離部分は照明光の出す光
エネルギーを補完的に消費する。一枚もののレンズの二
つの焦点部分間で光エネルギーを分割するためにレンズ
装置を使用しても光エネルギーは消費しない。従来のＨ
ＯＥ技術によるレンズは照明光源が提供する光エネルギ
ーの約２４％を消費する。上記のように本発明の二重焦
点レンズの製造技術によれば先行技術によるレンズより
も優れた特性を有し、複数のレンズを使用するレンズ機
構にも同様に使用可能であることがわかる。例えば、一
枚の二重凸レンズと部分分散レンズを含むレンズ装置
は、関係する非球面が夫々適切な曲率を有することを条
件としてエネルギー消費なしの二重焦点距離を達成する
ことができる。実際には、簡単にするため、二つの焦点
の内で短い焦点に等しい焦点距離の二重凸レンズと最初
の分散レンズと組み合わせることができて、二つの焦点
距離の内、長い方を生成するために適切な分散特性が必
要な部分を有する平面レンズを使用すると、優れた二重
焦点レンズ装置となり製作が簡単で安価である。

【００４１】

【実施例】図１は本発明の好ましい実施例に記載の二重
焦点対物レンズを有する光ピックアップヘッドの配列を
示す斜視図である。格子１０１を通過する光ビームを発
生する光源としてレーザダイオード１００を利用する。
その光はビームスプリッタ１０２で反射されコリメータ
レンズ１０３を通過して折り畳み鏡１０４へ向って進
む。この光のビームはそれから図７Ｃに示す本発明の二
重焦点レンズ１０５により集束し、アクセスするデータ
の光ディスクの基板中０．６又は１．２ｍｍの適切な深
さに焦点を結ぶ。データポットがあれば反射光はレンズ
１０５を経由して帰り、折り畳み鏡１０４で反射されビ
ームスプリッタ１０２を通って最後にホトディテクタ１
０６に入る。

【００４２】図７Ｃに示す本発明の二重焦点対物レンズ
を、下記の表５に示す非球面特性、厚み等を含むレンズ
パラメータで計算するコンピュータソフトウエアプログ
ラムにて解析する。表５の特性を有する二重焦点対物レ
ンズは図１に示す光ピックアップヘッドに使用する。異
なる曲率特性と非球面係数の四つの非球面を有する一枚
物のレンズの四つの部分は前記レンズの入射面に形成す
るのでレンズの射出屈折面のみの非球面でよい。表５に
関係部分の異なる開口数を記載する。

【００４３】

【表５】

【００４４】図１１は、画像の高さと、多くの異なるタ
イプの対物レンズ機構に対する影響された波面の画像エ
ラーとの間の関係を数個の特性曲線で示す。横軸は画像
の高さを示し、縦軸は影響された波面の画像エラーを示
す。曲線１１０はシングルレンズの特性であり、シング
ル系は最大量の組立てエラーを許容できる。即ちシング
ルレンズ系では波面の画像エラーは最小である。上記の
表５に記載の特性値の対物レンズで番号１１６は二番目
の許容値を有する。ＨＯＥ技術（図３Ｂに示す）で製造
した別の対物レンズで番号１１４は可なり悪い値であ
る。二枚のレンズを必要とするレンズ装置、即ち番号１
１２は最悪の特性である。図１１の水平な線１１８は対
物レンズの設計に対し許容できる波面の画像エラーを表
す。本発明の二重焦点レンズはシングル焦点レンズと同
等の優れた性能を有し組み立て許容量０．１２ｍｍまで
許容できる。

【００４５】

【発明の効果】本発明は異なる非球面を有する四つの部
分を持つ一枚の対物レンズの使用に限定するものではな
い。又本発明は一枚のレンズで非球面を多く有する同心
構造に限定するものでもない。非同心で二つの異なる焦
点距離を特徴とする更に多くの異なる非球面部分も可能
であり、本発明の開示の範囲内にある。即ち、本発明の
一枚で二重焦点の対物レンズは従来技術の多レンズ装置
に対し少なくとも下記の効果を有する。１．本発明の二重焦点対物レンズは複雑な機械的レンズ
切り替え機構を不必要とするのでディスクドライブが簡
単になり製造が容易になる。２．従来のＨＯＥレンズのエネルギー損失を防止でき
る。３．本発明の二重焦点レンズは開口数が増加してもスポ
ットの大きさは小さく、本発明のレンズを使用して光ピ
ックアップヘッドのデータ画像能力を増大できる。本発明を実施例で説明したが、本発明は開示した実施例
に限定するものではなく、特許請求の範囲内にある各種
の変形及び類似の配列を包含する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による二重焦点対物レンズを特徴とする
光ピックアップヘッドの配列の概要を示す斜視図であ
る。

【図２】二重焦点の光ピックアップヘッドでアクセスを
行う従来技術の二重対物レンズ機構の概要を示す斜視図
である。

【図３】（Ａ）ＨＯＥレンズと一枚のシングル対物レ
ンズを使用し一つの光の通路に二重焦点を結ぶ零次の光
モードの対物レンズとを使用する従来技術の概要を示
す。（Ｂ）ＨＯＥレンズと一枚のシングル対物レンズを使
用し一つの光の通路に二重焦点を結ぶ第一次の光モード
の対物レンズとを使用する従来技術の概要を示す。（Ｃ）図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示すＨＯＥレンズの
拡大断面図を示す。

【図４】（Ａ）従来技術の対物レンズのホログラフィ
ック二重焦点法の断面図である。（Ｂ）二重焦点を容易にするためＨＯＥの二重焦点法
を使用する従来の１ビームの光ピックアップヘッドの概
要を示す。

【図５】本発明の実施例による光ディスクドライブディ
バイスの光ピックアップヘッド用の二重焦点対物レンズ
装置の概要を示す。

【図６】本発明の別の実施例による光デイスクドライブ
ディバイスの光ピックアップヘッド用の二重焦点対物レ
ンズ装置の概要を示す。

【図７】（Ａ）１重焦点非球面対物レンズの平面図を
示す。（Ｂ）２枚の同心円非球面レンズよりなる二重焦点対
物レンズの平面図である。（Ｃ）本発明の実施例による二重焦点非球面対物レン
ズの平面図である。

【図８】図７（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）のレンズ部分の
回析特性の山形模様を示す。

【図９】（Ａ）図７（Ｂ）のレンズ部分の山形模様を
示す。（Ｂ）図７（Ｃ）のレンズ部分の山形模様を示す。

【図１０】（Ａ）図７（Ｃ）のレンズの短い焦点距離
部分に対するレンズの径の関数として光エネルギー強度
分布を示す。（Ｂ）図７（Ｃ）のレンズの長い焦点距離部分に対す
るレンズの径の関数として光エネルギー強度分布を示
す。

【図１１】各種の対物レンズ装置の画像の高さと波面の
画像エラーとの関係を示す。

【符号の説明】

１２対物レンズ１４対物レンズ２２ＨＯＥ（ホログラフィックオプティカルエレメ
ント）レンズ２４対物レンズ２６零次の光２７第１次の光２８光デイスク２９光デイスク３０ホログラフィック二重焦点対物レンズ３２レーザダイオード３４ビームスプリッタ３５ホトディテクタ３６ホログラフィック二重焦点対物レンズ３８ＳＤ光デイスク３９ＣＤ光デイスク４０二重凸面レンズ４２一重凹面レンズ４４二重平面部分４６一重凹面部分５０二重焦点対物レンズ５２異なる表面曲率を有する同心部分５４異なる表面曲率を有する同心部分６０外側の同心非球面部分６１外側の同心非球面部分６２外側から２番目の同心非球面部分６３同心非球面部分６４内側の同心非球面部分６６一番内側の同心非球面部分７０山形模様７２山形模様７４山形模様１００レーザダイオード１０１格子１０２ビームスプリッタ１０３コリメータレンズ１０４折り畳みミラー１０５二重焦点レンズ１０６ホトディテクタ１１０シングルレンズの特性曲線１１２２枚組レンズの特性曲線１１４ＨＯＥレンズの特性曲線１１６対物レンズの特性曲線１１８許容可能な波面の画像エラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の波長を有する光ビームを第一の焦
点に集束する第一の非球面を有する第一部分；所定の波
長を有する前記光ビームを第二の焦点に集束する第二の
非球面を有する第二の部分；所定の波長を有する前記光
ビームを前記第一の焦点に集束する第三の非球面を有
し、その第三の非球面の開口数は前記第一の非球面の開
口数によって決まる第三の部分；及び所定の波長を
有する前記光ビームを前記第二の焦点に集束する第四の
非球面を有し、その第四の非球面の開口数は前記第二の
非球面の開口数によって決まる第四の部分；からなる光
デイスクドライブディバイス用の対物レンズ。
【請求項２】前記第一、第二、第三及び第四部分は、
前記第一部分が前記レンズの外端に配置され、前記第二
部分が前記第一部分の内側に、前記第三部分は前記第二
部分の内側に、そして前記第四部分は前記対物レンズの
中心に配置された前記対物レンズの同心レンズ部分であ
ることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】前記第一、第二、第三及び第四部分は、
前記第四部分が前記レンズの外端に配置され、前記第三
部分は前記第四部分の内側に、前記第二部分は前記第三
部分の内側、そして前記第一部分は前記対物レンズの中
心に配置された前記対物レンズの同心レンズ部分である
ことを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項４】前記の所定の波長は６５０ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項５】前記の所定の波長は６３５ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項６】前記第一及び第三非球面の開口数は約
０．６であることを特徴とする請求項１に記載の対物レ
ンズ。
【請求項７】前記第二及び第四非球面の開口数は約
０．３５及び０．４３であることを特徴とする請求項１
に記載の対物レンズ。
【請求項８】凸面集束性レンズと局部的に凹面発散性
レンズからなり、その局部的に凹面発散性レンズは；所
定の波長を有する光ビームを、前記凸面集束レンズと組
み合わせる時、第一焦点に集束する第一非球面を有する
第一部分；所定の波長を有する前記光ビームを、前記凸
面集束レンズと組み合わせる時、第二焦点に集束する第
二非球面を有する第二部分；前記第一非球面と同一の表
面曲率特性と非球面係数を有し、所定の波長を有する前
記光ビームを、前記凸面集束レンズと組み合わせる時、
第一焦点に集束する第三非球面を有する第三部分；及び
前記第二非球面と同一の表面曲率特性と非球面係数を有
し、所定の波長を有する前記光ビームを、前記凸面集束
レンズと組み合わせる時、第二焦点に集束する第四非球
面を有する第四部分；よりなる光デイスクドライブディ
バイス用対物レンズ装置。
【請求項９】前記第一、第二、第三及び第四部分は、
前記第一部分が前記レンズの外端に配置され、前記第二
部分が前記第一部分の内側に、前記第三部分は前記第二
部分の内側に、そして前記第四部分は前記対物レンズの
中心に配置された前記局部的に凹面発散性レンズ部分の
同心レンズ部分であることを特徴とする請求項８に記載
の対物レンズ装置。
【請求項１０】前記第一、第二、第三及び第四部分
は、前記第四部分が前記レンズの外端に配置され、前記
第三部分が前記第四部分の内側に、前記第二部分は前記
第三部分の内側に、そして前記第一部分は前記対物レン
ズの中心に配置された前記局部的に凹面発散性レンズ部
分の同心レンズ部分であることを特徴とする請求項８に
記載の対物レンズ装置。
【請求項１１】前記非球面曲率特性は曲率、円錐係数
及び第四、第六、第八及び第十次数の変形係数を含むこ
とを特徴とする請求項８に記載の対物レンズ装置。
【請求項１２】前記所定の波長は６５０ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項８に記載の対物レンズ装置。
【請求項１３】前記所定の波長は６３５ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項８に記載の対物レンズ装置。
【請求項１４】前記第一及び第三非球面部分を平面と
することを特徴とする請求項８に記載の対物レンズ装
置。
【請求項１５】前記第三非球面は前記第一非球面と同
一の表面曲率特性及び非球面係数を有し、前記第四非球
面は前記第二非球面と同一の表面曲率特性及び非球面特
性を有することを特徴とする請求項１に記載の対物レン
ズ。
【請求項１６】前記表面曲率特性及び非球面係数は曲
率、円錐係数及び第四、第六、第八及び第十次数の変形
係数を含むことを特徴とする請求項１５に記載の対物レ
ンズ。