JP2004039248A - Objective lens, optical head unit, and optical disk device - Google Patents
Objective lens, optical head unit, and optical disk device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004039248A JP2004039248A JP2003293771A JP2003293771A JP2004039248A JP 2004039248 A JP2004039248 A JP 2004039248A JP 2003293771 A JP2003293771 A JP 2003293771A JP 2003293771 A JP2003293771 A JP 2003293771A JP 2004039248 A JP2004039248 A JP 2004039248A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- objective lens
- optical
- information
- transparent substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光ディスクあるいは光カードなど、光媒体もしくは光磁気媒体(情報媒体)上に記憶される情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置に関するものである。 The present invention relates to an optical head device for recording / reproducing or erasing information stored on an optical medium or a magneto-optical medium (information medium) such as an optical disk or an optical card.
高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。微小に絞られた光ビームを介して光ディスクへの情報の記録再生が高い信頼性のもとに首尾よく遂行されるメカニズムは、ひとえにその光学系によっている。その光学系の主要部である光ヘッド装置の基本的な機能は、回折限界の微小スポットを形成する集光性、前記光学系の焦点制御とトラッキング制御、及び、ピット信号の検出に大別される。これらは、目的、用途に応じて、各種の光学系ならびに光電変換検出方式の組合せによって現わされている。 Optical memory technology using an optical disk having a pit-shaped pattern as a high-density, large-capacity storage medium has been put to practical use while expanding its applications to digital audio disks, video disks, document file disks, and data files. . The mechanism by which recording and reproduction of information on and from an optical disk via a minutely focused light beam is successfully performed with high reliability depends solely on the optical system. The basic functions of the optical head device, which is the main part of the optical system, are broadly divided into light-collecting ability to form a diffraction-limited small spot, focus control and tracking control of the optical system, and detection of a pit signal. You. These are manifested by combinations of various optical systems and photoelectric conversion detection systems depending on the purpose and application.
近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザの短波長化により、従来以上の高密度の記憶容量を持つ光ディスクの開発が進んでいる。高密度化のアプローチとしては、光ディスク上へ光ビームを微小に絞る集光光学系の光ディスク側開口数(NA)を大きくすることが検討されている。その際、問題となるのが光軸の傾き(いわゆるチルト)による収差の発生量の増大である。開口数NAを大きくすると、チルトに対して発生する収差量が大きくなる。これを防ぐためには、光ディスクの基板の厚み(基材厚)を薄くすれば良い。例えばNA=0.5、基板の厚みt1=1.2mmの時と同じ量のチルト許容度を得るためには、NA=0.6の時には基板の厚みt2=0.6mmにすれば良い。上記の理由から、高密度の光ディスクでは基板の厚みを薄くすることが望ましい。このため、既に市販されているコンパクトディスク(CD)を初めとした多くの在来の光ディスクよりも、次世代の高密度光ディスクの基板の厚みは薄くなると考えられる。当然、在来の光ディスクと次世代の高密度光ディスクとの両方を記録再生できる光ディスク装置が必要になる。そのためには、異なる基板の厚みの光ディスク上に、回折限界まで光ビームを集光することのできる集光光学系を備えた光ヘッド装置が必要である。 In recent years, due to advances in optical system design technology and shortening of the wavelength of a semiconductor laser as a light source, the development of an optical disc having a higher-density storage capacity than before has been progressing. As an approach for increasing the density, it has been considered to increase the numerical aperture (NA) on the optical disc side of a condensing optical system that narrows a light beam onto an optical disc. At this time, a problem is an increase in the amount of aberration generated due to the tilt (so-called tilt) of the optical axis. Increasing the numerical aperture NA increases the amount of aberration generated with respect to tilt. To prevent this, the thickness (base material thickness) of the substrate of the optical disk may be reduced. For example, to obtain the same amount of tilt tolerance as when NA = 0.5 and the substrate thickness t1 = 1.2 mm, the substrate thickness t2 = 0.6 mm when NA = 0.6. For the above reasons, it is desirable to reduce the thickness of the substrate in a high-density optical disk. For this reason, it is considered that the substrate of the next-generation high-density optical disk will be thinner than many conventional optical disks including a compact disk (CD) already on the market. Naturally, an optical disk device that can record and reproduce both conventional optical disks and next-generation high-density optical disks is required. For that purpose, an optical head device having a condensing optical system capable of condensing a light beam to a diffraction limit on an optical disk having a different substrate thickness is required.
本発明者は、基板の厚みの異なる複数の光ディスクに対して使用できる光ヘッドを既に提案している(特開平第7−98431号公報)。光ヘッドにおいて、光源からの光ビームを平行光にし、対物レンズにより微小スポットに集光して光ディスク上を照射する。光ディスクからの反射光は、もとの光路を逆にたどるが、ビームスプリッタで反射され、光検出器により検出される。ここで、基板の厚みの異なる複数の光ディスクに対して光ヘッドを使用するために、対物レンズと、入射光の1部を回折するホログラムレンズとを組み合わせた2焦点レンズを用い、異なる厚みの光ディスク上にそれぞれ回折限界まで集光される集光スポットを形成する。ホログラムレンズは、入射光の1部を回折するため、たとえば、同心円状の格子パターンを備え、透過光(0次回折光)も十分な強度を有する。ホログラムレンズにより回折された光と回折されない光とは、光軸上の異なる焦点位置に集光される。したがって、異なる厚みの基板上に微小スポットを形成できる。ここで、ホログラムレンズはレンズ作用を有するので、2つの焦点の光軸方向の位置は異なり、一方の焦点で情報の記録再生をしているときには、他方の焦点を集光点とする光ビームは大きく広がっており光強度は小さく、記録再生には影響を与えない。
上述した2焦点レンズを用いた光ヘッド装置には、改良、発展すべき点がある。たとえば、2焦点レンズを、対物レンズとホログラムレンズとを組み合わせて構成するが、種々の構成が考えられる。特に、光ヘッド装置を小型化するために、光源としては半導体レーザーを用いることが望ましいが、半導体レーザーを用いることによる問題もある。図1に示すように、半導体レーザーは、光ビームを活性層2001の端面近傍の発光点2002から出射する。ここで、光ビームの遠視野像は、活性層2001に平行なX方向の広がり角度θXよりも、活性層2001に直交するY方向の広がり角度θYの方が広い。図2は、半導体レーザーから出射する光ビーム(光ビーム径がφ4mmの場合)のX方向(a)とY方向(b)の光強度分布2003を示す。上述のように、両方向で分布が大きく異なっている。この光ビームを、入射光の1部を回折する上述のホログラムレンズに入射させると、斜線部分にそれぞれ示すように、X方向(a)とY方向(b)において外周部の光強度のほうが内周部よりも強くなる。Y方向の広がり角が広いので、特に、Y方向の外周部の光強度が、内周部の光強度よりも強くなる。
The optical head device using the above-mentioned bifocal lens has points to be improved and developed. For example, the bifocal lens is configured by combining an objective lens and a hologram lens, but various configurations are conceivable. Particularly, in order to reduce the size of the optical head device, it is desirable to use a semiconductor laser as a light source, but there is a problem caused by using a semiconductor laser. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser emits a light beam from a light emitting point 2002 near an end face of the active layer 2001. Here, the far-field image of the light beam has a wider spread angle θ Y in the Y direction orthogonal to the active layer 2001 than in the spread direction θ X in the X direction parallel to the active layer 2001. FIG. 2 shows a
ここでサイドローブについて、説明する。図3は、入射光の1部を回折するホログラムレンズを用いた場合の、基板厚の薄い情報媒体上での集光スポットのX方向(a)とY方向(b)での光強度分布の計算結果を示したものである。ここに、光強度は、メインローブ380の最大値を100として規格化した。メインローブ380が記録再生に必要な光量であり、サイドローブ381は記録ピット形状や再生信号を劣化させる原因となる不要な光量である。メインローブ380の光強度の最大値を100として規格化したときのサイドローブ381の光強度は、X方向は約1%であり十分に低いが、Y方向は約4%であり、やや高い。サイドローブの高さが4%程度あっても、情報信号の読み取りは十分に可能であるが、振動や温度変化などの外乱に対してより安定に情報信号を読み取るためには、サイドローブをより低くするなどの方法によって、その影響を緩和するほうが望ましい。
サ イ ド Here, the side lobe will be described. FIG. 3 shows the distribution of the light intensity distribution in the X direction (a) and the Y direction (b) of the condensed spot on the information medium having a small substrate thickness when a hologram lens that diffracts a part of the incident light is used. It shows a calculation result. Here, the light intensity was standardized with the maximum value of the
本発明の第1の目的は、透過光も十分な強度であるホログラムレンズを利用することによって基板厚みの異なる情報媒体(光ディスク)上に回折限界まで光ビームを集光することができ、さらに、外周部の光強度が高くなることの影響を緩和して、より安定な情報信号を得ることのできる光ヘッド装置を提供することである。
本発明の第2の目的は、透過光も十分な強度であるホログラムレンズを利用することによって基板厚みの異なる情報媒体(光ディスク)上に回折限界まで光ビームを集光することができる改良された光ヘッド装置を提供することである。
A first object of the present invention is to make it possible to focus a light beam up to a diffraction limit on an information medium (optical disk) having a different substrate thickness by using a hologram lens having a sufficient intensity of transmitted light. An object of the present invention is to provide an optical head device capable of obtaining a more stable information signal by alleviating the influence of an increase in the light intensity of the outer peripheral portion.
A second object of the present invention is to improve a light beam to a diffraction limit on an information medium (optical disc) having a different substrate thickness by using a hologram lens having a sufficient intensity of transmitted light. An object of the present invention is to provide an optical head device.
本発明に係る第1の対物レンズの設計方法は、光ヘッドに用いる対物レンズに入射する光の通過領域の前記入射光の光軸からの距離によって、少なくとも第1と第2の複数の領域に分割し、第1の領域を通る光は透明基板厚さt2の光ディスクに対して収束するように設計し、かつ、凹凸形状の輪帯を具備することによって第2の領域を通る光はt1とt2(t2<t1)の透明基板厚さの光ディスクに対して収束するように設計する。ここで、前記輪帯は前記対物レンズの光軸を中心とする同心円形状とし、かつ、前記輪帯を前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧する。
好ましくは、特定の透明基板厚さt2の光ディスクのみに対して光を収束するように設計される対物レンズの第1の領域を、光軸からの距離の最も遠い最外周領域とすることによって、透明基板厚さt2に対する開口数NA2よりも、透明基板厚さt1に対する開口数NA1を小さく(NA1<NA2)する。また、好ましくは、開口数NA1と等しい又は前記開口数NA1より大きく、開口数NA2より小さい開口数NA3で不連続な面を少なくとも1つ有する。
The first method for designing an objective lens according to the present invention is characterized in that at least a first and a second plurality of regions are set depending on a distance from a light axis of the incident light to a passing region of light incident on the objective lens used in the optical head. The light passing through the first region is divided and designed so as to converge on the optical disk having the thickness t2 of the transparent substrate, and the light passing through the second region is provided with an annular zone having an uneven shape. It is designed to converge on an optical disk having a transparent substrate thickness of t2 (t2 <t1). Here, the orbicular zone is formed concentrically with the optical axis of the objective lens as a center, and the orbicular zone is formed integrally with a surface having a large curvature of the objective lens, that is, a surface with a small radius of curvature, so that the orbicular zone is formed on the optical axis. Suppresses aberrations that occur when tilted.
Preferably, the first region of the objective lens designed to converge light only to an optical disk having a specific transparent substrate thickness t2 is an outermost peripheral region farthest from the optical axis, The numerical aperture NA1 for the transparent substrate thickness t1 is made smaller (NA1 <NA2) than the numerical aperture NA2 for the transparent substrate thickness t2. Further, it is preferable to have at least one discontinuous surface with a numerical aperture NA3 equal to or larger than the numerical aperture NA1 and smaller than the numerical aperture NA2.
本発明に係る第2の対物レンズの設計方法は、放射光源から出射する光ビームを情報媒体の透明基板を介して情報記録面に集光する光ヘッド装置用対物レンズの設計方法であって、厚さt1の透明基板を有する第1情報媒体と、厚さt2(但し、t2<t1)の透明基板を有する第2情報媒体の2種類の情報媒体の情報記録面上に集光可能なように、前記対物レンズを、基本的に厚さt2の透明基板を介したとき、収差が最小となるように構成するとともに、前記集光光学系のリング状の範囲の領域を通過する光束の位相を他の部分の位相とずらすための輪帯を、前記対物レンズの前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって、第1情報媒体への集光時に、透明基板の厚さt1とt2との差により発生する波面収差を前記輪帯によって低減するとともに光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧する。 A second method for designing an objective lens according to the present invention is a method for designing an objective lens for an optical head device that focuses a light beam emitted from a radiation light source on an information recording surface via a transparent substrate of an information medium, Light can be collected on the information recording surfaces of two types of information media, a first information medium having a transparent substrate with a thickness of t1 and a second information medium having a transparent substrate with a thickness of t2 (where t2 <t1). The objective lens is configured so that aberration is minimized when the objective lens is basically passed through a transparent substrate having a thickness of t2, and the phase of a light beam passing through a ring-shaped area of the condensing optical system is adjusted. Is formed integrally with a surface of the objective lens having a large curvature of the objective lens, that is, a surface having a small radius of curvature, so as to be transparent when condensed on the first information medium. The difference between the substrate thicknesses t1 and t2 Suppressing aberration that occurs when tilted with respect to the optical axis with the wavefront aberration generation caused reduced by the annular.
本発明に係る第3の対物レンズの設計方法は、放射光源から出射する光ビームを情報媒体の透明基板を介して情報記録面に集光する光ヘッド装置用対物レンズの設計方法であって、前記情報媒体上に入射する光の通過領域を、輪帯状の凹凸形状によって、前記入射光の光軸からの距離に応じて、少なくとも第1と第2の領域を含む複数の領域に分割し、第1の領域を通る光は特定の厚さt2の情報媒体に対して収束するように最適化し、第2の領域を通る光はt1(t2<t1)の厚さの光ディスクに対して収束するように最適化し、前記輪帯状の凹凸形状を、前記対物レンズの前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって、第1情報媒体への集光時に、透明基板の厚さt1とt2との差により発生する波面収差を前記輪帯によって低減するとともに、光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧する。 A third method for designing an objective lens according to the present invention is a method for designing an objective lens for an optical head device that focuses a light beam emitted from a radiation light source on an information recording surface via a transparent substrate of an information medium, The passage area of the light incident on the information medium is divided into a plurality of areas including at least the first and second areas according to the distance from the optical axis of the incident light, by an annular uneven shape, Light passing through the first region is optimized to converge on an information medium having a specific thickness t2, and light passing through the second region converges on an optical disk having a thickness of t1 (t2 <t1). In this way, the annular substrate is formed integrally with the surface of the objective lens having a large curvature of the objective lens, that is, a surface having a small radius of curvature. Due to the difference between the thicknesses t1 and t2 of The wavefront aberration generated while reducing by said annular suppresses the aberration that occurs when tilted with respect to the optical axis.
本発明に係る第4の対物レンズの設計方法は、情報媒体の情報記録面上に放射光源からの光束を透明基板を介して集光させ、前記情報記録面上の情報を再生するための光ヘッド装置用対物レンズの設計方法であって、2種の厚みの透明基板の厚みをt1およびt2、t1の透明基板厚みを有する情報媒体の情報を読み出せる集光スポットを得るために必要な開口数をNA1、t2の透明基板厚みを有する情報媒体の情報を読み出せる集光スポットを得るために必要な開口数をNA2として、t1>t2、NA1<NA2のとき、前記開口数NA1と等しい又は前記開口数NA1より小さい範囲において、厚さt1の透明基板に収束するように光線の一部を変換するホログラムを前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって、光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧する。 A fourth objective lens designing method according to the present invention is a method for converging a light beam from a radiation light source on an information recording surface of an information medium through a transparent substrate, and reproducing light from the information recording surface. A method for designing an objective lens for a head device, wherein an aperture necessary for obtaining a converging spot from which information of an information medium having transparent substrate thicknesses of t1 and t2 and t1 can be read out. The numerical aperture is NA1, and the numerical aperture necessary to obtain a focused spot from which information on an information medium having a transparent substrate thickness of t2 can be read is NA2, and when t1> t2 and NA1 <NA2, it is equal to the numerical aperture NA1 or In a range smaller than the numerical aperture NA1, a hologram that converts a part of a light beam so as to converge on a transparent substrate having a thickness t1 is formed on a surface having a large curvature of the objective lens, that is, a surface having a small radius of curvature. By integrally forming suppresses the aberration that occurs when tilted with respect to the optical axis.
本発明に係る光ヘッド装置の情報再生方法では、好ましくは、上述のいずれかの対物レンズの設計方法によって設計した対物レンズを用いて、放射光源から出射した光を異なる基板厚を介して情報媒体上に集光し、前記情報媒体から反射して戻る光を光り検出器で受光することによって、異なる基板厚の情報媒体の情報再生を行う。 In the information reproducing method of the optical head device according to the present invention, preferably, the light emitted from the radiation light source is transmitted to the information medium through different substrate thicknesses by using the objective lens designed by any of the objective lens designing methods described above. Information is reproduced from information media having different substrate thicknesses by condensing the light on the upper surface and receiving light reflected from the information medium and returned by the light detector.
また、本発明に係る光ディスク装置の情報再生方法では、好ましくは、上述のいずれかの対物レンズの設計方法によって設計した対物レンズを用いて、放射光源から出射した光を異なる基板厚を介して情報媒体上に集光し、前記情報媒体から反射して戻る光を光検出器で受光し、異なる基板厚の情報媒体の情報再生を行うことを特徴とする光ヘッド装置を用いて、在来の光ディスクと次世代の高密度光ディスクとの両方を記録再生する。 In the information reproducing method of the optical disk device according to the present invention, preferably, the light emitted from the radiation light source is transmitted through different substrate thicknesses by using the objective lens designed by any one of the objective lens designing methods described above. A conventional optical head device characterized in that light condensed on a medium, light reflected from the information medium and returned is received by a photodetector, and information is reproduced from an information medium having a different substrate thickness. Record and reproduce both optical disks and next generation high density optical disks.
本発明に係る光ヘッド装置は、放射光源と、放射光源から出射される光ビームを受けて情報媒体上へ微小スポットに収束する対物レンズと、情報媒体で反射、回折された光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出器と、放射光源から対物レンズへと至る光路中に設けられ、部分的に回折格子部を有するホログラムとを具備する。このホログラムは、放射光源と対物レンズの中心とを結ぶ光軸付近は前記回折格子部のない透過部であり、前記光軸から離れた領域に回折格子部を形成したものである。回折格子部から回折する回折光のうち、光軸に近づく方向に回折する回折光を対物レンズによって情報媒体上に集光し、前記情報媒体から反射して戻る光を前記光検出器で受光することによって、トラッキングエラー信号を検出する。 An optical head device according to the present invention includes a radiation light source, an objective lens that receives a light beam emitted from the radiation light source and converges to a minute spot on an information medium, and receives a light beam reflected and diffracted by the information medium. A photodetector that outputs an electric signal in accordance with the amount of light and a hologram provided in an optical path from a radiation light source to an objective lens and partially having a diffraction grating portion are provided. This hologram is a transmission part without the diffraction grating part near the optical axis connecting the radiation light source and the center of the objective lens, and has a diffraction grating part formed in a region away from the optical axis. Of the diffracted light diffracted from the diffraction grating portion, the diffracted light diffracted in the direction approaching the optical axis is converged on the information medium by the objective lens, and the light reflected from the information medium and returned is received by the photodetector. Thus, a tracking error signal is detected.
本発明に係る光ヘッド装置では、好ましくは、放射光源から出射する光ビームは、放射方向に対して垂直で、かつ、互いに垂直な2方向に対して光強度の変化率が異なり、前記ホログラムは、光強度の変化率が最も緩やかな方向をY方向とし、前記Y方向にも前記放射方向にも垂直な方向をX方向としたときに、回折格子部を形成する領域を、Y方向に光軸から離れた方向に具備する。 In the optical head device according to the present invention, preferably, the light beam emitted from the radiation light source is perpendicular to the radiation direction, and has a different rate of change in light intensity in two directions perpendicular to each other. When the direction in which the rate of change of the light intensity is the slowest is defined as the Y direction, and the direction perpendicular to both the Y direction and the radiation direction is defined as the X direction, the area where the diffraction grating portion is formed is shifted in the Y direction. Provide in a direction away from the axis.
本発明に係る光ヘッド装置では、好ましくは、光強度補正手段の前記回折格子部を、光軸に近づく方向に回折する1次回折光の強度が強くなる方向にブレーズ化する。 In the optical head device according to the present invention, preferably, the diffraction grating portion of the light intensity correcting means is blazed in a direction in which the intensity of the first-order diffracted light diffracting in the direction approaching the optical axis increases.
本発明に係る光ヘッド装置では、好ましくは、さらに、放射光源から対物レンズに至る光路の間に、前記放射光源から出射する光ビームを並行光にするコリメートレンズを具備し、光強度補正手段を、前記コリメートレンズの表面に一体形成する。 In the optical head device according to the present invention, preferably, a collimating lens for parallelizing a light beam emitted from the radiation light source is provided between an optical path from the radiation light source to the objective lens, and a light intensity correction unit is provided. , Formed integrally with the surface of the collimating lens.
本発明に係る光ヘッド装置では、好ましくは、対物レンズは、前記対物レンズに入射する光の通過領域の前記入射光の軸からの距離によって、少なくとも第1と第2の複数の領域に分割され、第1の領域を通る光は透明基板厚さt2の光ディスクに対して収束するように設計され、かつ、凹凸形状の輪帯を具備することによって第2の領域を通る光はt1とt2の透明基板厚さの光ディスクに対して収束するように設計され、t2<t1であり、前記輪帯は前記対物レンズの光軸を中心とする同心円形状であり、かつ、前記輪帯を前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧する。 In the optical head device according to the present invention, preferably, the objective lens is divided into at least a first and a second plurality of regions by a distance from an axis of the incident light to a passing region of the light incident on the objective lens. , The light passing through the first area is designed to converge on the optical disc having the transparent substrate thickness t2, and the light passing through the second area is provided with the concavo-convex annular zone. It is designed to converge to an optical disk having a transparent substrate thickness, t2 <t1, the orbicular zone is concentric around the optical axis of the objective lens, and the orbicular zone is connected to the objective lens. Is formed integrally with a surface having a large curvature, that is, a surface having a small radius of curvature, thereby suppressing an aberration generated when the lens is inclined with respect to the optical axis.
本発明に係る光ヘッド装置では、好ましくは、特定の透明基板厚さt2の光ディスクのみに対して光を収束するように設計される対物レンズの第1の領域を、光軸からの距離の最も遠い最外周領域とすることによって、透明基板厚さt2に対する開口数NA2よりも、透明基板厚さt1に対する開口数NA1を小さく(NA1<NA2)する。 In the optical head device according to the present invention, preferably, the first region of the objective lens designed to converge light only on the optical disk having the specific transparent substrate thickness t2 is set at the maximum distance from the optical axis. By making the outermost peripheral region far, the numerical aperture NA1 for the transparent substrate thickness t1 is made smaller (NA1 <NA2) than the numerical aperture NA2 for the transparent substrate thickness t2.
ここで、「対物レンズ」とは、狭義の「対物レンズ」のみならず、広く、光ビームを情報媒体上へ微小スポットに収束する複合レンズも含む。この光ヘッド装置において、対物レンズにおいて、入射光の一部を回折するホログラムレンズと対物レンズとを組み合わせることによって、異なる基板厚(t1とt2)の光ディスク(情報媒体)上に、それぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成することのできる2焦点レンズを実現できる。この2焦点レンズを用いて少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で行うことができる。 Here, the "objective lens" includes not only the "objective lens" in a narrow sense but also a broadly complex lens which converges a light beam to a minute spot on an information medium. In this optical head device, by combining the objective lens with the hologram lens that diffracts a part of the incident light in the objective lens, the diffraction limit is set on an optical disk (information medium) having different substrate thicknesses (t1 and t2). It is possible to realize a bifocal lens capable of forming a condensed spot that condenses light up to the maximum. Using this bifocal lens, a small, lightweight, low-cost optical head device with a small number of components can be used to perform recording and reproduction of optical disks having different substrate thicknesses with one optical head device.
本発明に係る光ディスク装置は、上述のいずれかの光ヘッド装置を用いて、放射光源から出射した光を情報媒体上に集光し、前記情報媒体から反射して戻る光を光検出器で受光することによってトラッキングエラー信号を検出し、情報媒体の情報再生を行う。 An optical disc device according to the present invention uses any one of the optical head devices described above to condense light emitted from a radiation light source onto an information medium, and receive light reflected from the information medium and returned by a photodetector. Thus, a tracking error signal is detected, and information is reproduced from the information medium.
本発明では以下のような効果が得られる。
(1)入射光の一部を回折するホログラムレンズと対物レンズとを組み合わせることによって、異なる基板厚(t1とt2)の光ディスク(情報媒体)上に、それぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる2焦点レンズを実現でき、この2焦点レンズを用いて少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で行うことができる。
(2)補正ホログラムあるいは補正フィルタ等の光強度補正手段を具備することにより、情報媒体上で光ビーム(集光スポット)のサイドローブがより一層低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができる。
(3)補正ホログラムあるいは補正フィルタ等の光強度補正手段の0次回折効率あるいは透過率の高い部分を厚くし、光路長を長くすることによって、光源として半導体レーザーを用いる場合に、半導体レーザーの非点隔差の悪影響を取り除くか、あるいは、軽減できる。
(4)補正ホログラムあるいは補正フィルタ等の光強度補正手段と組み合わせて、サーボ信号検出用の光検出器の周囲に大きな(望ましくはφ1mm以上)光検出器を設けて、外周の光を受光し、両光検出器の和を情報信号とすることにより、さらに、一層S/N比を向上し、また、周波数特性の向上を図ることもできる。
(5)補正ホログラムあるいは補正フィルタ等の光強度補正手段を対物レンズあるいはコリメートレンズの表面に形成し、部品点数を削減し、より低価格化を図ることもできる。
(6)ホログラムレンズを対物レンズ表面に形成する際に、格子パターンの格子の平均面と格子パターンのない面との表面を連続的につなぎ、かつ、格子パターンの格子の平均面と格子パターンのない面との表面を光ビームをほぼ回折限界に集光できるように設計することにより、良好な集光特性を得ることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) By combining a hologram lens that diffracts a part of the incident light and an objective lens, light condensed to the diffraction limit on optical disks (information media) having different substrate thicknesses (t1 and t2). A bifocal lens capable of forming a spot can be realized. Using this bifocal lens, a small, lightweight, low-cost optical head device with a small number of parts can be used for recording and reproducing optical discs having different substrate thicknesses. And two optical head devices.
(2) By providing a light intensity correction means such as a correction hologram or a correction filter, the side lobe of the light beam (condensed spot) on the information medium is further reduced, and a reproduced signal having excellent characteristics can be obtained. it can.
(3) When a semiconductor laser is used as a light source by increasing the thickness of the portion having high zero-order diffraction efficiency or transmittance of the light intensity correcting means such as a correction hologram or a correction filter, thereby increasing the optical path length, The adverse effects of point difference can be eliminated or reduced.
(4) In combination with a light intensity correcting means such as a correction hologram or a correction filter, a large (preferably φ1 mm or more) photodetector is provided around the photodetector for servo signal detection to receive light on the outer periphery, By using the sum of the two photodetectors as an information signal, the S / N ratio can be further improved, and the frequency characteristics can be further improved.
(5) Light intensity correction means such as a correction hologram or a correction filter is formed on the surface of the objective lens or the collimator lens, so that the number of components can be reduced and the cost can be further reduced.
(6) When the hologram lens is formed on the surface of the objective lens, the surfaces of the lattice plane of the lattice pattern and the plane without the lattice pattern are continuously connected, and the average plane of the lattice pattern and the lattice plane are not connected. By designing the surface with and without the surface to be able to condense the light beam to the diffraction limit, it is possible to obtain good light condensing characteristics.
以下、添付の図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態の光ヘッド装置を示す。この光ヘッド装置の特徴は、対物レンズ4とホログラムレンズ107から2焦点レンズを構成することと、外周部の光量を低下させる補正ホログラム1221を設けることである。この光ヘッド装置において、半導体レーザなどの放射光源2から出射した光ビーム3は、コリメートレンズ122によって略平行光になり、補正ホログラム1221を通過して外周部の光強度が低下する。光ビームは、さらに、偏光ビームスプリッター42を透過し、1/4波長板15によって円偏光になる。次に、光ビームは、ホログラムレンズ107と対物レンズ4とに入射し、異なった焦点位置に位置される厚い情報媒体5または薄い情報媒体51の上に集光される。情報媒体5は、基板の厚みt1=1.2mmの光ディスクであり、情報媒体51は、基板の厚みt2=0.6mmの光ディスクである。ここで、「基板の厚み」とは、情報媒体に光ビームの入射する面から情報記録面までの厚みを指す。また、ここで「集光」という言葉を用いたが、「集光」とは、「発散光または平行光を回折限界の微小スポットにまで収束すること」と定義する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 4 shows an optical head device according to the first embodiment of the present invention. The features of this optical head device are that a bifocal lens is constituted by the
ホログラムレンズ107は、図5と図6に図式的に示すように、光ビーム3に対して透明な基板9に形成されていて、中央部の輪帯状の格子パターン107aと、その周囲の格子パターンのない領域107bとからなる。格子パターン107aは、同心円状であり、その中心すなわち光軸は対物レンズ4と組立誤差内で一致している。
As schematically shown in FIGS. 5 and 6, the
ホログラムレンズ107の+1次回折光の回折効率は100%未満であり、ホログラムレンズ107は、光ビーム3aの透過光(0次回折光)61aも、充分な強度を有するように設計する。これは、ホログラムレンズ107を例えば図4に示したように凹凸形状によって作製する場合には、(レリーフ型)凹凸の高さhをh<λ/(n−1)というようにより小さく、すなわち、格子部107aで光ビームに与える位相変化の振幅量を、2πよりも小さくすることによって、容易に実現できる。ここで、λは光ビーム3の波長、nは透明基板9の屈折率である。このようにホログラムレンズ107のどの位置においても、透過光が充分な強度を持つようにすることによって、情報媒体51上に透過光の形成する集光ビームのサイドローブ(図7参照)を低く抑えることができる効果を有する。
The diffraction efficiency of the + 1st-order diffracted light of the
なお、ホログラムレンズ107が格子パターン107aと、格子パターンのない領域107bからなる。格子パターン107aの0次回折光(透過光)の位相は、格子パターン107aによって与えられる位相変調量の平均値となる。これに対し、格子パターンのない領域107bの透過光の位相を同じぐらいに合わせることによって、集光性能を向上させることが望ましい。そこで、例えばホログラムレンズ107の格子パターン107aをレリーフ型にする場合は、図6に示すように、格子パターン部の凹凸の平均ぐらいのレベルに格子パターンのない領域107bの表面の高さを合わせる。
The
情報媒体5または51で反射した光ビ−ムは、もとの光路を逆にたどる。透過光61は、実線で示したようにホログラムレンズ107を再び透過し、また、+1次回折光64は、破線のようにホログラムレンズ107で再び+1次回折光として回折し、どちらも初めに偏光ビームスプリッター42を通った後と同じ光路を通り、偏光ビームスプリッター42で反射される。反射された光は、収束レンズ121によって集光され、シリンドリカルレンズ131などの波面変換手段によってフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などのサーボ信号を得ることができるように波面を変換された後に、光検出器71に入射する。光検出器71の出力を演算することによって、サーボ信号(フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号)及び情報信号を得ることができる。
(4) The light beam reflected by the information medium 5 or 51 reverses the original optical path. The transmitted light 61 again passes through the
ホログラムレンズ107は、例えば図4に示したようにブレーズ化することによって、後述のように2焦点の光ビームを形成する透過光と+1次回折光との光量和を大きくすることができ、光の利用効率を高くできるという効果がある。
The
対物レンズ4は、図8の(a)に示すように、ホログラムレンズ107を回折されずに透過した光ビーム61が入射したときに、開口数NAが0.6以上で、基板37の厚みt2の薄い光ディスク51上に、回折限界の集光スポット38aを形成できるよう設計されている。また、この場合ではホログラムレンズ107の格子パターン107aは、対物レンズ4によって決まる開口よりも小さな径の中にだけ形成されている。従って、ホログラムレンズ107の格子パターンが形成されていない部分107bでは回折が全く起こらず、高NAの集光スポット38aの光量が多くなる。
As shown in FIG. 8A, when the light beam 61 transmitted through the
他方、図8の(b)は、低NAで基板37の厚い(厚さt1)情報媒体5上に、回折限界に集光スポット38bを集光できることを示す。ホログラムレンズ107で回折された+1次回折光64は、対物レンズ4によって情報媒体5上に集光される。ここで+1次回折光64は、厚さt1の基板37を通して回折限界まで絞れるように収差補正を施されている。このような収差補正作用を有するホログラムレンズ107の設計方法は、例えば集光スポット38bから発散する球面波が、厚さt1の基板37を透過した後、対物レンズ4を透過し、ホログラムレンズ107を形成している透明基板9を透過した光ビームと、図8の(b)の光ビーム3の位相の正負を反転した光ビームの干渉パターン(ホログラムレンズの格子パターン107a)を計算すればよい。そして、例えばコンピューター・ジェネレイティッド・ホログラム(CGH)の手法などによって、容易にホログラムレンズ107を作製できる。このように、入射光の一部を回折するホログラムレンズ107と対物レンズ4とを組み合わせることによって、異なる基板厚(t1とt2)の光ディスク上に、それぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる2焦点レンズを実現できる。
(B) On the other hand, FIG. 8 (b) shows that the focused spot 38b can be focused to the diffraction limit on the thick (thickness t1) information medium 5 of the
ここで、ホログラムレンズ107はレンズ作用を有するので、2つの焦点の光軸方向の位置は異なり、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときには、他方の焦点を集光点とする光ビームは大きく広がっており、光強度が小さく記録再生には影響を与えない。例えば図8の(a)のように、情報媒体51に対して集光スポット38aが合焦点位置にあるときは、+1次回折光64は情報媒体51の情報記録面上では大きく広がっており、記録再生には影響を与えない。これは図8の(b)の場合もまた同様である。
Here, since the
この2つの焦点位置の差は、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに、他方の焦点を集光点とする光ビームが大きく広がって光強度が小さく記録再生に影響を与えないようにするためには、50μm以上でなるべく大きくすることが望ましい。また、コンパクトディスク(CD)やレーザディスク(LD)などの基板厚t1が1.2mm程度で、高密度光ディスクの基板厚t2は0.4mm〜0.8mmが適当と考えられることから、対物レンズのフォーカスサーボ動作を担うアクチュエータの可動範囲を考えて、2焦点位置の差はt1とt2との差0.8mm程度を大きく越えないことが望ましい。従って、図8の(a)のように、高NAで薄い基板に対応した集光スポット38aの焦点距離を短くする場合、2焦点位置の差は50μm以上1mm以下にする。 The difference between the two focal positions affects the recording / reproducing when the information beam is recorded / reproduced at one focal spot, the light beam having the other focal point as the focal point spreads widely and the light intensity is small. In order to avoid this, it is desirable that the thickness be as large as possible at 50 μm or more. Further, since the substrate thickness t1 of a compact disk (CD) or a laser disk (LD) is about 1.2 mm, and the substrate thickness t2 of a high-density optical disk is considered to be 0.4 mm to 0.8 mm, the objective lens Considering the movable range of the actuator that performs the focus servo operation, it is desirable that the difference between the two focal positions does not greatly exceed the difference between t1 and t2 of about 0.8 mm. Therefore, as shown in FIG. 8A, when shortening the focal length of the condensing spot 38a corresponding to a thin substrate with a high NA, the difference between the two focal positions is set to 50 μm or more and 1 mm or less.
本実施形態において、対物レンズ4は、図4に示すように、ホログラムレンズ107を回折されずに透過した光ビーム61が入射したときに、基板の厚み(t2)の薄い光ディスク上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。また、本実施形態のホログラムレンズ107の格子パターン107aは、対物レンズ4によって決まる開口よりも小さな径の中にだけ形成されている。従って、ホログラムレンズ107の格子パターン107bの形成されていない部分では回折が全く起こらない。このように、入射光の一部を回折するホログラムレンズ107と対物レンズ4とを組み合わせることによって、異なる基板厚(t1とt2)の光ディスク上に、それぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成することのできる2焦点レンズを実現できる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, when the light beam 61 that has passed through the
情報媒体5、51により反射されたホログラムレンズ107をふたたび通った上記の透過光61と上記の+1次回折光とは、偏光ビームスプリッター42を初めに通ったときと同じ光路を通って偏光ビームスプリッター42で反射され、次に、収束レンズ121によって集光される。この集光された光ビームを用いて光検出器71によりサーボ信号の検出を行う。従って、2焦点から反射してきた光ビームの光検出器側での集光点39は、放射光源2の出射点と共役関係にある点で一致する。このため、サーボ信号検出手段も光検出器71も単一のものを共通に用いることができ、少ない部品点数で小型、軽量、低コストの光ヘッド装置でありながら、異なる基板の厚みの光ディスクの記録再生を一つの光ヘッド装置で行うことができるという効果を有する。
The transmitted light 61 and the + 1st-order diffracted light, which have passed through the
フォーカスエラー信号の検出方式は、スポットサイズディテクション法(SSD法:特開平2−185722号公報)や、非点収差法や、ナイフエッジ法など任意の方法を用いることができる。また、トラッキングエラー信号は、プッシュプル法、ヘテロダイン法、3ビーム法など、やはり任意の方法を採用可能である。 As a method of detecting a focus error signal, any method such as a spot size detection method (SSD method: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-185722), an astigmatism method, and a knife edge method can be used. As the tracking error signal, any method such as a push-pull method, a heterodyne method, and a three-beam method can be adopted.
本発明の特徴の1つは、補正ホログラム1221や補正フィルタ1225のような光強度を外周部で部分的に補正する素子を用いる点にある。光は強さと位相をもっているが、これらの素子は、光量と位相の変調素子であり、これを光学系に具備して光量と位相を所望どおりに変化させ、外周部での光強度を低下させる。
One of the features of the present invention is that an element such as the
図9に、放射光源2から対物レンズ4へと至る往路の光学系を示す。補正ホログラム1221は、例えば(b)に示すように、光軸3000に近いところには、光を全透過する透過部1223を設け、光軸3000から離れたところには、回折格子部1222を設ける。そして、(a)に示したように、往路において、放射光源2から出射した光ビーム3の光軸付近の光を全て透過し、光軸から離れた部分の光は一部を回折して透過率を低くする。
FIG. 9 shows an optical system on the outward path from the
ここで、回折格子部1222の0次回折光(透過光)の位相は、回折格子部1221によって与えられる位相変調量の平均値となる。これに対して、格子パターンのない領域1223の透過光の位相を同じぐらいに合わせることによって、対物レンズ4による集光性能を向上させることが望ましい。そこで、例えば図9の(b)に示すように、ホログラムの格子パターンをレリーフ型にする場合は、回折格子部1222の凹凸の平均(頂上部と底部の平均)ぐらいのレベルに透過部1223の表面の高さを合わせる。
Here, the phase of the zero-order diffracted light (transmitted light) of the
ただし、放射光源2に半導体レーザーを用い、かつ、その半導体レーザーが非点隔差を持つ場合(図1参照)は、図10に示すように、光軸3000を含む中央部の透過部1223aの表面の高さを回析格子部1222の平均より高くする。いいかえれば、透過部1223aの厚みを回析格子部1222よりも厚くし、光路長を長くする。これによって、半導体レーザーの非点隔差の悪影響を減らし、光学系の集光特性をより良くすることもできる。半導体レーザーが非点隔差を持った場合、出射光の広がり角の狭い方向の平面内での集光点が、半導体レーザーの活性層内部へ入り込んでいる。従って、これと直角方向、つまり、出射光の広がり角の広い方向に光学系の凸レンズ作用をより大きくすることによって両方向の集光位置を一致させると、波面収差を低減できる。後述のように、図10のY方向を広がり角の広い方向に一致させることが望ましいので、このY方向に凸レンズ作用を持たせることが望ましい。これが、透過部1223aを厚くするとよい理由である。
However, when a semiconductor laser is used as the
また、補正ホログラム1221から回折する回折光1224は、不要な迷光になる。そこで、対物レンズ4の開口内に入らないようにするか、あるいは、情報媒体5または51で反射した後に、光検出器71に入射しないように設計することが望ましい。
回 折 Further, the diffracted light 1224 diffracted from the
回折光1224を対物レンズ4の開口内に入らないようにするには、回折格子部1222の格子ピッチを5μm以下、望ましくは2μm以下にするか、図9の(b)に示したように、光軸から離れる方向に回折する回折光強度が強くなる方向に回折格子部1222をブレーズ化した上で、格子ピッチを20μm以下、望ましくは12μm以下にする。
In order to prevent the diffracted light 1224 from entering the opening of the
他の方法として、回折光1224が情報媒体5または51で反射した後に、光検出器71に入射しないように設計するためには、回折格子部の格子ピッチを30μm以下、望ましくは10μm以下にする。
As another method, in order to design so that the diffracted light 1224 does not enter the
また逆に、この回析光を情報媒体上に集光し、情報媒体からの反射光を光検出器で受光してその出力から、いわゆる3ビーム法によるトラッキングエラー信号を得ることも可能である。この場合は、上述の場合とは逆に光軸に近づく方向に回析する回析光強度が強くなる方向に回析格子部1222をブレーズ化することが望ましい。
Conversely, it is also possible to condense the diffracted light on the information medium, receive the reflected light from the information medium with a photodetector, and obtain a tracking error signal by the so-called three-beam method from the output. . In this case, contrary to the above-described case, it is desirable to blaze the
図11は、補正ホログラム1221を図9の光軸3000の方向、すなわちZ方向から見た例を示す。光軸3000を表す丸と、光ビーム有効径1224を表す円は、説明のために仮想的に描いたもので、補正ホログラム1221には実際には形成しない。座標軸は、図1や図9と共通である。光ビームの広がり角度の広い方向、すなわち図1のY方向に光軸から離れた部分の光量を下げるため、図11においても、Y方向に光軸から離れた部分を回折格子部1222にすることが望ましい。
FIG. 11 shows an example in which the
また、遠視野像(FFP)の光強度の等高線は楕円形状であるので、回折格子部1222と透過部1223との境界線を光軸3000から外側に向かって凸にすることにより、光量を有効に利用できるという効果を得ることができる。
In addition, since the contour line of the light intensity of the far-field image (FFP) has an elliptical shape, the light amount is made effective by making the boundary between the
図12は、補正ホログラム1221の0次回折効率(透過率)のY軸方向の変化の例を示す。原点は、光軸3000と補正ホログラム1221との交点である。外周ほど0次回折効率を低くする。このように、補正ホログラム1221を具備することにより、ホログラムレンズ107を通過した光ビームの遠視野像は、図13のようになる。
FIG. 12 shows an example of a change in the 0-order diffraction efficiency (transmittance) of the
図13は、X方向(a)とY方向(b)の光強度の分布を示す。補正ホログラム1221によってY方向の光強度を低減することによって、Y方向の光強度分布(b)が、図2と異なっている。すなわち、Y方向の外周部の光強度が内周部よりも低くなっている。
FIG. 13 shows the distribution of light intensity in the X direction (a) and the Y direction (b). By reducing the light intensity in the Y direction by the
なお、Y方向の外周部の光強度を内周部よりも低くするためには、補正ホログラム1221の回折格子部1222の0次回折効率を、ホログラムレンズ107の0次回折効率より低くすることが望ましい。
In order to make the light intensity at the outer periphery in the Y direction lower than that at the inner periphery, the zero-order diffraction efficiency of the diffraction
図13の(b)の破線は、遠視野像を計算する際に用いた補正ホログラム1221の0次回折効率分布であり、図12の例とは少し異なっている。
The broken line in (b) of FIG. 13 is the 0th-order diffraction efficiency distribution of the
この時の情報媒体51上での集光スポットプロファイルを計算した結果を図14に示す。(a)X方向、(b)Y方向共にサイドローブ381の高さはメインローブ380の最大値の1%程度に納まっている。すなわち、情報媒体上で光ビーム(集光スポット)のサイドローブ381がより一層低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができるという効果を得ることができる。
結果 FIG. 14 shows the result of calculating the focused spot profile on the information medium 51 at this time. In both (a) X direction and (b) Y direction, the height of the
なお、図4のようにコリメートレンズ122を具備する構成では、図15に示したように、補正ホログラム1221をコリメートレンズ122の表面の周辺部に形成することによって部品点数を削減し、より安価に光ヘッド装置を構成することができる。
In the configuration including the
なお、以上の実施形態では、補正ホログラムはレリーフ型として説明してきたが、特開昭第61−189504号公報や、特開昭第63−241735号公報にも開示されているように、ニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換したり、液晶セルを利用しても、同様に位相変調型の補正ホログラムを作製することができる。 In the above embodiment, the correction hologram has been described as a relief type. However, as disclosed in JP-A-61-189504 and JP-A-63-241735, niobium acid is used. Even if a part of the lithium substrate is exchanged with a proton or a liquid crystal cell is used, a phase modulation type correction hologram can be similarly produced.
また、補正ホログラム1221において、回折格子部1222は透過率を低減するために設けているので、回折格子部の代わりに金属膜や誘電体膜を形成して透過率を低減しても良い。この場合、たとえば図16に示すように、補正ホログラムを設ける代わりに、図17に示す補正フィルタ1225が、偏光ビームスプリッター42の表面に備えられる。この補正フィルタ1225は、金属膜または誘電体膜を両側に透過率低減部1226として設け、その間の中央に透過部1227を設けたものである。図16と図17に挿入したX軸とZ軸は共通である。光ビームの有効径1224は、透過部1227の幅より広くする。このようにビームスプリッター42の表面に補正フィルタ1225を直接形成することにより、部品点数を低減できると共に、光学部品の面の数を低減でき、反射による光量の損失を避けることができるという効果を得ることができる。また、金属膜としては、安定なクロム等で形成することが望ましい。
In addition, in the
なお、ビームスプリッターの表面に代えて、コリメートレンズ122において、表面に透過率低減部を設けても同様の効果を得ることができる。なお、反射光が半導体レーザーへの戻り光となって戻りノイズを誘発しないために、上記補正フィルタ表面の法線を光軸に対して傾けるとよい。特に図16のように補正フィルタ1225をビームスプリッター42の表面に備える場合はビームスプリッター42を傾ける。さらに、前述の回折格子を用いた実施形態と同様に、補正フィルタ1225の透過部1227を図18に示すように厚くし、光路長を長くすることによって、半導体レーザーの非点隔差の悪影響を取り除くことができるという効果をも得ることができる。
Note that the same effect can be obtained by providing a transmittance reducing portion on the surface of the
本実施形態に用いる補正ホログラムまたは補正フィルタと一見似たものが特開昭第58−85944号公報及び特開昭第62−67737号公報に開示されている。前者には、光軸の傾きによるクロストークを減少させるため、たとえば透明な中央部と、光を吸収または反射する縁部とからなる放射減衰素子が光路中に設置され、縁部での放射強度を低減させる。また、後者では、主ビームの他に2本の副ビームを形成するため、光分割手段を光路中に設置する。ここで、サイドローブによるクロストークを減少するため、光分割手段は、主ビームの光強度分布を周辺部で小さくする。しかし、これらは、いずれも、通常の光ビームについて、周辺で光強度を低減させ、光ビームのサイドローブを小さくさせるものである。これに対し、本発明は、入射光の1部を回折するホログラムレンズ107を用いた2焦点レンズ特有の問題点を解決するものである。この場合、光量分布が図2の(b)に示したように特にy方向の外周部で大きく、情報読み取りが不安定になる可能性がある。そこで、本発明は、補正ホログラム(あるいは補正フィルタ)を用いて通常の平坦な光強度分布に戻すものである。これにより、本発明は、上述の従来技術よりもサイドローブ低減の効果が大きく、かつ、異なる基材厚に適した光ビームを1つのレンズで形成できるという顕著な効果を得ることができるものである。
補正 A correction hologram or a correction filter which is seemingly similar to the correction hologram or the correction filter used in the present embodiment is disclosed in JP-A-58-85944 and JP-A-62-67737. In the former, in order to reduce crosstalk due to the inclination of the optical axis, a radiation attenuating element having, for example, a transparent central portion and an edge that absorbs or reflects light is installed in the optical path, and the radiation intensity at the edge is reduced. Is reduced. In the latter case, a light splitting unit is provided in the optical path to form two sub beams in addition to the main beam. Here, in order to reduce crosstalk due to side lobes, the light splitting unit reduces the light intensity distribution of the main beam in the peripheral portion. However, these methods reduce the light intensity around the normal light beam and reduce the side lobe of the light beam. On the other hand, the present invention solves a problem unique to a bifocal lens using a
図19に示すように、本光ヘッド装置では、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光の一部は光検出器上で大きく広がる。例えば、ホログラムレンズ107を用いた本発明の光ヘッド装置で、情報媒体51(基板の厚みがt2の時)の再生を行うとき、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光が、ホログラムレンズ107を透過した光を用いてサーボ信号や情報信号を読み出す。ここで、情報記録面上に集光されて情報を読みとった光がホログラムレンズ107で回折された光は、図19に示した1次回折光430の様に大きく広がる。そこで、サーボ信号検出用の光検出器75の周囲に大きな(望ましくはφ1mm以上の大きさの)光検出器75cを設けて、これらの光を受光し、光検出器75の出力と、光検出器75cの出力の和を情報信号とする。これにより、さらに、S/Nを向上し、また、周波数特性の向上を図ることもできるという効果を得ることができる。
As shown in FIG. 19, in the present optical head device, a part of the light collected on the information recording surface and reading the information greatly spreads on the photodetector. For example, when reproducing the information medium 51 (when the thickness of the substrate is t2) with the optical head device of the present invention using the
本実施形態で用いる対物レンズは、光を屈折する対物レンズ4と光の一部を回折するホログラムレンズ107との組み合わせで基本的に構成されている。そこで、ホログラムレンズ107と対物レンズ4とを、パッケージ化手段を用いて連結したり、図20に示すように、対物レンズ4上にホログラムレンズの格子パターンを直接作製したりすることにより一体化してもよい。こうすることによって、ホログラムレンズと対物レンズとの光軸ずれを小さくすることができ、ホログラムレンズの+1次回折光の軸外収差をより小さくでき、かつ、一層の軽量化と低コスト化を図ることもできるという効果がある。
The objective lens used in the present embodiment is basically composed of a combination of the
さらにまた、設計上ホログラムレンズが光軸に対して傾くと収差が発生するような場合は、図20に示すように、ホログラムレンズ107の格子パターンを対物レンズ4の曲率の大きな(曲率半径の小さな)面、すなわち情報媒体(光ディスク)の逆側に形成することにより、ホログラムレンズの光軸に対する収差を抑圧することができるという効果を得ることもまた可能である。
Furthermore, in a case where the hologram lens is designed to cause an aberration when tilted with respect to the optical axis, as shown in FIG. 20, the lattice pattern of the
なお、図20の格子パターン107aの0次回折光(透過光)の位相は、格子パターン107aによって与えられる位相変調量の平均値となる。従って、格子パターン107aの格子の凹凸の高さの平均の面1070(点線で表示)と、格子パターンのない面1071との表面を連続的につなぎ、かつ、格子パターン107aの格子の平均面1070と格子パターンのない面1071との表面を、基板厚t2を通して光ビームをほぼ回折限界に集光できるように設計する。
The phase of the zero-order diffracted light (transmitted light) of the grating pattern 107a in FIG. 20 is the average value of the amount of phase modulation given by the grating pattern 107a. Therefore, the surface of the average height 1070 (shown by a dotted line) of the height of the unevenness of the lattice of the lattice pattern 107a and the
さらに、次の実施形態として、ホログラムレンズ107を凸レンズ型に設計し、+1次回折光を、基板厚みt2に対して集光し、0次光を基板厚みt1に対して集光することも可能である。この時、外周部の+1次回折効率はほぼ100%とし、内周部の回折効率は100%より小さくする。そして、上述の実施形態の説明中、ホログラムレンズ107の0次回折効率を+1次回折効率と読み代え、ホログラムレンズ107の+1次回折効率を0次回折効率と読み代えることにより、補正ホログラム1221は、同様の構成で同様の効果を得ることができる。そして、この実施形態では基板厚t2に対して、色収差が低減される、あるいは、発生しなくなるという効果がある。また逆に、この回析光を情報媒体上に集光し、情報媒体からの反射光を光検出器で受光して、その出力から、いわゆる3ビーム法によるトラッキングエラー信号を得ることも可能である。この場合は、上述とは逆に、光軸に近づく方向に回析する回析光強度が強くなる方向に回析格子部1222をブレーズ化することが望ましい。
Further, as the next embodiment, it is also possible to design the
なお、図21は、光ヘッド装置の別の実施形態の概略を示す。この光ヘッド装置が図4に示す光ヘッド装置と異なる点は、有限光学系を用いている点と、ビームスプリッタ363が平板である点である。この差異により、部品点数の低減とコストダウンの効果がある。放射光源2からの光ビーム3は、補正ホログラム1221により外周部の光強度を変化された後、ビームスプリッタ363により90°反射されて、ホログラムレンズの格子パターン107を備えた対物レンズ(2焦点レンズ)4(図20参照)により、情報媒体5、51上に集光される。情報媒体5、51からの反射光は、ビームスプリッタ363を透過して、光検出器71に入射する。
FIG. 21 schematically shows another embodiment of the optical head device. This optical head device differs from the optical head device shown in FIG. 4 in that a finite optical system is used and that the
光量と位相の変調素子(補正フィルタなど)は、簡単に製造できることが望ましい。補正フィルタ1225は、透過率低減部1226と段差の2種のパターンを形成する必要があるが、以下に例示する製作法においては、パターニングのためのマスキング工程は1回だけ行えばよく、簡単かつ安価に製造可能である。以下、透過率低減部1226は、クロムなどの金属膜を例にとって説明するが、誘電体膜に代えることもできる。図22は、補正フィルタ1225の製造法を示す。
(4) It is desirable that the light quantity and phase modulation element (such as a correction filter) be easily manufactured. The
まず、(a)に示すように、透明基板12252を洗浄したのち、レジスト膜12251をその表面にコートする。基板12252は、図16に示した例のように、ビームスプリッタ42の表面に補正フィルタ1225を作成する場合は、ビームスプリッタそのものである。
{Circle over (1)} First, after cleaning the
次に、(b)に示すように、基板12254上の1部に光を遮るマスク材料(一般的にクロム)12255を形成したフォトマスク12253がレジスト膜12251の上に載せられる。このフォトマスク12253を通してレジスト膜12251をパターニングのために露光する。
Next, as shown in (b), a
次に、(c)に示すように、フォトマスク12253を除いて、レジスト膜12251を現像する。これにより、補正フィルタ1225の透過部1227に相当する部分のみにレジスト膜が残る。
Next, as shown in (c), the resist
次に、(d)に示すように、残ったレジスト膜12251をマスクにしてエッチングを行なう。これにより、基板12252の表面のうち、レジスト膜12251のない部分のみがエッチングされる。こうして、レジスト膜12251を上に載せた段差が形成される。
Next, as shown in (d), etching is performed using the remaining resist
次に、(e)に示すように、金属膜12261を蒸着またはスパッタにより形成する。金属膜12261の厚さは、段差の高さより小さい。
Next, as shown in (e), a
最後に、(f)に示すように、レジスト膜12251を有機溶剤などにより除去する。このとき、レジスト膜12251上に形成された金属膜も同時に除去できる(リフトオフ)。こうして、補正フィルタ1225が完成する。
(4) Finally, as shown in (f), the resist
図23は、補正フィルタ1225の別の製造法を示す。まず、(a)に示すように、透明基板12252を洗浄したのち、基板12251の表面上に金属膜12261を蒸着する。
FIG. 23 shows another method of manufacturing the
次に、(b)に示すように、さらにレジスト膜12251を金属膜12261上に塗布する。
Next, as shown in (b), a resist
次に、(c)に示すように、基板12254上の1部に光を遮るマスク材料(一般的にクロム)12255を形成したフォトマスク12253がレジスト膜12251の上に載せられる。マスク材料12255は、中央部以外に形成される。このフォトマスク12253を通してレジスト膜12251をパターニングのために露光する。
Next, as shown in (c), a
次に、フォトマスク12253を取り除き、レジスト膜12251を現像する。こうして、(d)に示すように、レジスト膜12251は、露光されない部分にのみ残る。
次に、残ったレジスト膜12251をマスクにして金属膜12261をエッチする。こうして、(e)に示すように、透過部1227に相当する部分の金属膜12261が除去される。
Next, the
Next, the
次に、(f)に示すように、SiO2などの透明な膜12262を形成する。この膜12262の厚さは、金属膜12261の厚さより大きい。
Next, as shown in (f), a
次に、(g)に示すように、レジスト膜12251を溶剤で溶かすなどして除去する。このとき、レジスト膜12251の上に載っているSiO2は、同時に除去される(リフトオフ)。こうして、補正フィルタ1225が完成する。
Next, as shown in (g), the resist
本発明に係る対物レンズの設計方法、光ヘッド装置及び光ディスク装置は、光媒体もしくは光磁気媒体(情報媒体)上に記憶される情報の記録・再生あるいは消去に利用される。 The method for designing an objective lens, an optical head device, and an optical disk device according to the present invention are used for recording / reproducing or erasing information stored on an optical medium or a magneto-optical medium (information medium).
2 放射光源、 3 光ビーム、 4 対物レンズ、 5、51 情報媒体、 71 光検出器、 36 ビームスプリッター、 107 ホログラムレンズ、 121 収束レンズ、 122 コリメートレンズ、 1221 補正ホログラム、 1225 補正フィルタ。 {2} radiation source, {3} light beam, {4} objective lens, {5, 51} information medium, {71} photodetector, {36} beam splitter, {107} hologram lens, {121} converging lens, {122} collimating lens, {1221} correction hologram, {1225} correction filter.
Claims (15)
厚さt1の透明基板を有する第1情報媒体と、厚さt2(但し、t2<t1)の透明基板を有する第2情報媒体の2種類の情報媒体の情報記録面上に集光可能なように、前記対物レンズを、基本的に厚さt2の透明基板を介したとき、収差が最小となるように構成するとともに、
前記集光光学系のリング状の範囲の領域を通過する光束の位相を他の部分の位相とずらすための輪帯を、前記対物レンズの前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって第1情報媒体への集光時に、透明基板の厚さt1とt2との差により発生する波面収差を前記輪帯によって低減するとともに光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧することを特徴とする対物レンズの設計方法。 A method for designing an objective lens for an optical head device for focusing a light beam emitted from a radiation light source on an information recording surface via a transparent substrate of an information medium,
Light can be collected on the information recording surfaces of two types of information media, a first information medium having a transparent substrate with a thickness of t1 and a second information medium having a transparent substrate with a thickness of t2 (where t2 <t1). In addition, the objective lens is configured such that aberration is minimized when the objective lens is basically passed through a transparent substrate having a thickness of t2.
An annular zone for shifting the phase of the light beam passing through the ring-shaped range region of the condensing optical system from the phase of the other portion is provided on the surface of the objective lens having a large curvature of the objective lens, that is, a surface having a small radius of curvature. When the light is condensed on the first information medium, the wavefront aberration caused by the difference between the thicknesses t1 and t2 of the transparent substrate is reduced by the annular zone and generated when the light is inclined with respect to the optical axis. A method for designing an objective lens, characterized in that the objective lens suppresses aberrations.
前記情報媒体上に入射する光の通過領域を、輪帯状の凹凸形状によって、前記入射光の光軸からの距離に応じて、少なくとも第1と第2の領域を含む複数の領域に分割し、
第1の領域を通る光は特定の厚さt2の情報媒体に対して収束するように最適化し、
第2の領域を通る光はt1の厚さの光ディスクに対して収束するように最適化し、
ここに、t2<t1とし、
前記輪帯状の凹凸形状を、前記対物レンズの前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって、
第1情報媒体への集光時に、透明基板の厚さt1とt2との差により発生する波面収差を前記輪帯によって低減するとともに、光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧することを特徴とする対物レンズの設計方法。 A method for designing an objective lens for an optical head device that focuses a light beam emitted from a radiation light source on an information recording surface via a transparent substrate of an information medium,
The passage area of the light incident on the information medium is divided into a plurality of areas including at least the first and second areas according to the distance from the optical axis of the incident light, by an annular uneven shape,
The light passing through the first region is optimized to converge for an information medium of a particular thickness t2,
The light passing through the second area is optimized to converge on an optical disc having a thickness of t1,
Here, t2 <t1, and
By forming the ring-shaped unevenness integrally with a surface of the objective lens having a large curvature of the objective lens, that is, a surface having a small radius of curvature,
At the time of focusing on the first information medium, the wavefront aberration generated due to the difference between the thicknesses t1 and t2 of the transparent substrate is reduced by the annular zone, and the aberration generated when tilted with respect to the optical axis is suppressed. A method for designing an objective lens, characterized in that:
2種の厚みの透明基板の厚みをt1およびt2、t1の透明基板厚みを有する情報媒体の情報を読み出せる集光スポットを得るために必要な開口数をNA1、t2の透明基板厚みを有する情報媒体の情報を読み出せる集光スポットを得るために必要な開口数をNA2として、t1>t2、NA1<NA2のとき、前記開口数NA1と等しい又は前記開口数NA1より小さい範囲において、厚さt1の透明基板に収束するように光線の一部を変換するホログラムを前記対物レンズの曲率の大きな、すなわち曲率半径の小さな面に一体形成することによって、光軸に対して傾いたときに発生する収差を抑圧することを特徴とする対物レンズの設計方法。 A method for designing an objective lens for an optical head device for condensing a light beam from a radiation light source on an information recording surface of an information medium via a transparent substrate and reproducing information on the information recording surface,
The numerical apertures required to obtain a condensed spot from which information of an information medium having a transparent substrate thickness of t1 and t2 are obtained, and information having a transparent substrate thickness of t2 are shown. When t1> t2 and NA1 <NA2, the thickness t1 is equal to or smaller than the numerical aperture NA1 when NA1 is the numerical aperture required to obtain a focused spot from which information on the medium can be read. By forming a hologram that converts a part of the light beam so as to converge on the transparent substrate on the surface having a large curvature of the objective lens, that is, a surface having a small radius of curvature, aberration generated when the objective lens is inclined with respect to the optical axis. A method of designing an objective lens, characterized by suppressing the following.
前記ホログラムは、放射光源と対物レンズの中心とを結ぶ光軸付近は前記回折格子部のない透過部であり、前記光軸から離れた領域に回折格子部を形成したものであり、
前記回折格子部から回折する回折光のうち、光軸に近づく方向に回折する回折光を前記対物レンズによって前記方法媒体上に集光し、前記情報媒体から反射して戻る光を前記光検出器で受光することによって、トラッキングエラー信号を検出することを特徴とする光ヘッド装置。 A radiation light source, an objective lens that receives a light beam emitted from the radiation light source and converges to a minute spot on an information medium, and receives an optical beam reflected and diffracted by the information medium and outputs an electric signal according to the amount of light. And a hologram that is provided in the optical path from the radiation light source to the objective lens and has a diffraction grating part partially,
The hologram is a transmission part near the optical axis connecting the radiation light source and the center of the objective lens, is a transmission part without the diffraction grating part, and forms a diffraction grating part in a region away from the optical axis,
Of the diffracted light diffracted from the diffraction grating portion, diffracted light diffracted in a direction approaching an optical axis is condensed on the method medium by the objective lens, and light reflected from the information medium and returned is detected by the photodetector. An optical head device for detecting a tracking error signal by receiving light at the optical head.
放射光源から出射した光を情報媒体上に集光し、
前記情報媒体から反射して戻る光を光検出器で受光することによってトラッキングエラー信号を検出し、
情報媒体の情報再生を行うことを特徴とする光ディスク装置。 Using the optical head device according to any one of claims 9 to 14,
Focus the light emitted from the radiation source on the information medium,
Detecting a tracking error signal by receiving light reflected back from the information medium with a photodetector,
An optical disk device for reproducing information from an information medium.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003293771A JP2004039248A (en) | 1995-05-30 | 2003-08-15 | Objective lens, optical head unit, and optical disk device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13136095 | 1995-05-30 | ||
JP2003293771A JP2004039248A (en) | 1995-05-30 | 2003-08-15 | Objective lens, optical head unit, and optical disk device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13182996A Division JPH0950648A (en) | 1995-05-30 | 1996-05-27 | Optical head device |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004164262A Division JP4201196B2 (en) | 1995-05-30 | 2004-06-02 | Optical head device and optical disk device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004039248A true JP2004039248A (en) | 2004-02-05 |
Family
ID=31718946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003293771A Pending JP2004039248A (en) | 1995-05-30 | 2003-08-15 | Objective lens, optical head unit, and optical disk device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004039248A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109891265A (en) * | 2016-10-25 | 2019-06-14 | 特里纳米克斯股份有限公司 | Detector at least one object of optical detection |
-
2003
- 2003-08-15 JP JP2003293771A patent/JP2004039248A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109891265A (en) * | 2016-10-25 | 2019-06-14 | 特里纳米克斯股份有限公司 | Detector at least one object of optical detection |
CN109891265B (en) * | 2016-10-25 | 2023-12-01 | 特里纳米克斯股份有限公司 | Detector for optically detecting at least one object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100283502B1 (en) | Optical head apparatus | |
JP3677319B2 (en) | Focus control method and optical disc apparatus | |
JPH05232321A (en) | Hologram and optical device using the same | |
JPH0440634A (en) | Optical pickup head device | |
JPH1010308A (en) | Hologram, condensing optical system formed by using hologram as well as optical head device optical disk device having this condensing optical system | |
US7206275B2 (en) | Optical pickup device | |
JPH04318333A (en) | Optical head device | |
JP2800156B2 (en) | Optical head device | |
JP3677342B2 (en) | Optical head device and optical disk device | |
JPH11271608A (en) | Polarization hologram lens, optical pickup, information reproducing device and information recorder | |
JP4098989B2 (en) | Objective lens for optical head | |
JP3550914B2 (en) | Optical pickup device | |
JP4201196B2 (en) | Optical head device and optical disk device | |
JP2004039248A (en) | Objective lens, optical head unit, and optical disk device | |
JPH0950648A (en) | Optical head device | |
JP2683293B2 (en) | Optical head device | |
JP3661680B2 (en) | Optical lens, optical head device, and optical disk device | |
JP3462987B2 (en) | Diffraction grating for generating multiple beams and multi-beam optical pickup | |
JPH0460931A (en) | Optical pickup | |
JP2735062B2 (en) | Optical head device | |
JPH097191A (en) | Optical pickup device | |
JP3462988B2 (en) | Diffraction grating and optical pickup for generating multiple beams | |
JP3982547B2 (en) | Optical lens, optical head device, information device | |
JP3982546B2 (en) | Optical lens, optical head device, information device | |
JP4148287B2 (en) | Optical lens and diffraction lens, optical head device, optical information device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040206 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040406 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040602 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040621 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20050408 |