JP2004079146A - Optical pickup apparatus, objective lens, diffractive optical element, optical element, and recording / reproducing apparatus - Google Patents

Optical pickup apparatus, objective lens, diffractive optical element, optical element, and recording / reproducing apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2004079146A
JP2004079146A JP2002298493A JP2002298493A JP2004079146A JP 2004079146 A JP2004079146 A JP 2004079146A JP 2002298493 A JP2002298493 A JP 2002298493A JP 2002298493 A JP2002298493 A JP 2002298493A JP 2004079146 A JP2004079146 A JP 2004079146A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
wavelength
objective lens
information recording
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.)
Granted
Application number
JP2002298493A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4120788B2 (en
JP2004079146A5 (en
Inventor
Toru Kimura
Katsuya Sakamoto
Yuichi Shin
坂本 勝也
新 勇一
木村 徹
Original Assignee
Konica Minolta Holdings Inc
コニカミノルタホールディングス株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2001315105 priority Critical
Priority to JP2001400716 priority
Priority to JP2002180575 priority
Application filed by Konica Minolta Holdings Inc, コニカミノルタホールディングス株式会社 filed Critical Konica Minolta Holdings Inc
Priority to JP2002298493A priority patent/JP4120788B2/en
Publication of JP2004079146A publication Critical patent/JP2004079146A/en
Publication of JP2004079146A5 publication Critical patent/JP2004079146A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4120788B2 publication Critical patent/JP4120788B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical pickup apparatus capable of recording or reproducing information to or from three kinds of optical information recording media of different standards from each other. <P>SOLUTION: The optical pickup apparatus reproduces and/or records information to/from a first optical information recording medium having a first protection substrate with a thickness t1 by using a luminous flux from a first light source 1 with a wavelength λ1, and reproduces and/or records information to/from second and third optical information recording media having respective second and third protection substrates with respective thicknesses t2, t3 (t3>t2>t1) by using luminous fluxes from second and third light sources 2, 3 with wavelengths λ2, λ3 (λ1<λ2<λ3), respectively. The optical pickup apparatus uses a common objective lens 8 comprising one lens group to reproduce and/or record information from/to the first to third optical information recording media and has a substrate thickness difference correction means 7 to correct spherical aberration changed due to the difference of the thicknesses of the first to third protection substrates. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、規格(記録密度)の異なる3種類の光情報記録媒体について情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うことのできる光ピックアップ装置、この光ピックアップ装置に用いることのできる対物レンズ、回折光学素子、光学素子及びこの光ピックアップ装置を用いた記録・再生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、光ディスクは、CD(コンパクトディスク)またはDVD(デジタルバーサタイルディスク)で知られているように、音楽情報、映像情報の蓄積またはコンピューターデータの保存といった、デジタルデータの保存に広く使われている。そのような中で、近年、情報化社会の到来とともに、これらの光ディスクの大容量化が強く求められている。
【0003】
光ディスクにおいて、単位面積あたりの記録容量(記録密度)を向上するためには、光ピックアップ光学系から得られるスポット径を小さくすることで実現できる。このスポットの最小径は、周知のように、λ/NA(ただし、λは光源の波長、NAは光学系の開口数)に比例するので、スポット径を小さくするためには、光ピックアップ装置で使用される光源の短波長化、及び光学系において光情報記録媒体に対向して配置される対物レンズの高開口数化が有効である。
【0004】
このうち、光源の短波長化に関しては、波長400nm程度の光を発生する青紫色半導体レーザやSHG青紫色レーザの研究が進展を見せており実用化が近いといえる。この短波長光源を使用すると、DVDと同じNA0.65の対物レンズを使用した場合でも、DVDと同じ直径l2cmの光ディスクに対して、15GB程度の情報の記録が可能となる。
【0005】
また、対物レンズの高開口数化に関しては、2つのレンズを組み合わせることで、NA0.85の高開口数化を実現する対物レンズの研究が進んでいる。上述の短波長光源とNA0.85の高開口数対物レンズを組み合わせて使用することで、直径12cmの光ディスクに対して、25GB程度の情報の記録が可能となり、より一層の高密度化が達成できる。
【0006】
このような背景のもと、DVDをより高密度化した光ディスク(以下、本明細書では、「高密度DVD」、と呼ぶ。)を記録/再生するための光ピックアップシステムの研究開発が進んでいるが、この光ピックアップシステムにおいては、高密度DVD及びDVD及びCDといった規格(記録密度)の異なる3種類の光ディスクをコンパチブルに記録/再生することが求められる。
【0007】
コンパチビィリティーを達成する手段として、それぞれの光ディスクの規格に対応した対物レンズを機械的に切り替えたり、それぞれの光ディスクの規格に対応した光ピックアップ装置を搭載することが考えられるが、この場合、対物レンズの切替機構や複数の光ピックアップ装置が必要となるので、光ピックアップシステムの大型化、部品点数の増大、製造コストの上昇等が招来される。従って、DVD及びCDとのコンパチビィリティーが求められる高密度DVD用の光ピックアップシステムにおいて、光ピックアップシステムの小型化、部品点数の削減、コストダウンを図る上で、もっとも好ましいのは、規格の異なる3種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録/再生を行うようにすることであるといえる。
【0008】
ここで、規格の異なる3種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録/再生を行う光ピックアップシステムを実現するにあたっての課題を以下に述べる。
【0009】
(1)CDを記録/再生する場合の、対物レンズとCDとの距離(作動距離)の確保
【0010】
これは、対物レンズの開口数をDVD(NA0.6乃至0.65)よりも更に高めることによって顕在化する課題である。高密度DVDにおいて、対物レンズが高開口数化された場合には、保護基板(透明基板あるいは保護層ともいう)厚さがDVDと同じ0.6mmのままでは、光ディスクのスキュー(傾きや反り)によって発生するコマ収差が大きくなるので、保護基板厚さを0.6mmよりも小さくして、光ディスクのスキューに対するマージンを確保する必要がある。このような高密度DVD用の高開口数対物レンズとして、2枚のレンズから構成された対物レンズが特開平10−123410号公報に記載されている。
【0011】
ところが、2群構成の対物レンズは、従来の1群構成の対物レンズに比べて、作動距離が短くなるので、CDを記録/再生する場合の十分な作動距離を確保することが非常に困難となる。CDはNA0.45乃至0.5と、高密度DVDやDVDに比べて開口数が小さいために、保護基板厚さの製造誤差に対する公差がそれほど厳しくないので保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きい。従って、CDと対物レンズとの衝突によるデータの破損を防ぐためには、CDを記録/再生する場合の作動距離を十分確保しておく必要があり、この観点から、規格の異なる3種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録/再生を行う光ピックアップシステムにおいては、2群構成の対物レンズは好ましくないといえる。
【0012】
(2)保護基板厚さの違いによって発生する球面収差
【0013】
CD(保譲基板厚さ1.2mm)とDVD(保護基板厚さ0.6mm)とでは、保護基板厚さに0.6mmの違いがある。従って、規格の異なる3種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて記録/再生を行う光ピックアップシステムにおいては、少なくともCDとDVDとの保護基板厚さの違いによる球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。さらに、対物レンズの高開口数化によって高密度DVDの保護基板厚さが0.6mmよりも薄くなった場合には、保護基板厚さの互いに異なる3種類の光ディスクの保護基板厚さの違いによる球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。
【0014】
(3)波長の違いによって発生する球面収差
【0015】
上述したように、高密度DVDでは、高密度化を達成するために、波長400nm程度の青紫色光源を使う。ところが、従来の屈折型の対物レンズでは、レンズ材料の分散によって球面収差が変化するために、波長の異なる光源からの光束を、それぞれの光ディスクの情報記録面上にほぼ無収差で集光することは困難である。そのため、高密度DVD(波長400nm)と、DVD(波長650nm)と、CD(波長780nm)とのコンパチビリティーを達成するためには、波長の違いによって球面収差を補正するために何らかの工夫が必要となる。
【0016】
ところで、光ピックアップ装置においては、光源の短波長化と対物レンズの高開口数化によって、以下に述べる問題が顕在化する。
【0017】
第1の問題は、400nm程度の短波長の光を発生する青紫色半導体レーザを光源として用いる場合に対物レンズで発生する色収差である。
【0018】
光ピックアップ装置において、半導体レーザから出射されるレーザ光は一般に単一波長(シングルモード)であるので、対物レンズの色収差は問題にはならないと思われているが、実際には、温度変化や出力変化等により中心波長が瞬時的に数nm変化するモードホッピングを起こす。モードホッピングは対物レンズのフォーカシング機構が追従できないような瞬時的に起こる波長変化であるので、対物レンズの色収差が補正されていないと、結像位置の移動量に対応したデフォーカス成分が付加され、対物レンズの集光性能が劣化する。
【0019】
対物レンズに用いられる一般的なレンズ材料の分散は、赤外半導体レーザや赤色半導体レーザの波長領域である600nm乃至800nmにおいては、それほど大きくないので、CDやDVDでは、モードホッピングによる対物レンズの集光性能の劣化は問題にはならなかった。
【0020】
ところが、青紫色半導体レーザの波長領域である400nm近傍では、レンズ材料の分散は非常に大きくなるので、わずか数nmの波長変化でも、対物レンズの結像位置は大きくずれる。そのため、高密度DVDにおいて、青紫色半導体レーザを光源として使用する場合は、光源がモードホッピングを起こした場合、対物レンズの集光性能が大きく劣化し、安定した記録や再生が行えないおそれがある。
【0021】
第2の問題は、対物レンズを高開口数化した場合に様々な誤差要因で発生する球面収差の問題である。
【0022】
光ピックアップ装置において、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差によって発生する球面収差は対物レンズの開口数の4乗に比例する。この球面収差を許容内に抑えるためには、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差に対する公差を数μmとする必要があるが、この場合、光ディスクの製造の歩留まりが悪くなり、量産として成立しないおそれがある。従って、高密度DVDにおいて、対物レンズを高開口数化した場合には、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差によって発生する球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。
【0023】
また、光ピックアップ装置において、対物レンズは、大量生産に有利であることから、プラスチックレンズが多く用いられる。しかるに、その屈折率の温度変化において、プラスチックレンズはガラスレンズに比べて2桁程度大きいことが知られている。
【0024】
プラスチック材料から形成された対物レンズの環境温度が上昇して、その対物レンズの屈折率が変化すると、対物レンズでは球面収差が劣化する。この屈折率変化による球面収差の劣化量は対物レンズの開口数の4乗に比例するので、高開口数対物レンズを使用する高密度DVDにおいて、対物レンズをプラスチックレンズとした場合には、使用可能な温度範囲が非常に狭くなってしまうので、屈折率変化によって発生する球面収差を補正するための手段を設ける必要がある。
【0025】
【特許文献1】
特開2001−195769公報
【0026】
【特許文献2】
特開平10−123410号公報
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上述の各課題を解決し、高密度DVD、DVD、CDの規格の異なる3種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成する光ピックアップ装置であって、CDの作動距離が十分に確保された光ピックアップ装置を提案することを目的とする。
【0028】
また、高密度DVD、DVD、CDの規格の異なる3種類の光ディスクの相互互換を、回折光学素子と共通の対物レンズとを使用して達成する光ピックアップ装置であって、それぞれの光ディスクの使用波長領域において十分な光量の利用効率が得られる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【0029】
また、高密度DVD、DVD、CDの規格の異なる3種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成する光ピックアップ装置であって、高密度DVDを記録及び/または再生する場合に問題となる、光源の単色性の悪さに起因する色収差、温度変化や湿度変化等の環境変化に起因してプラスチックレンズで発生する球面収差、保護基板厚さの製造誤差に起因する球面収差を良好に補正でき、安定した高密度DVDの記録及び/または再生が行える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【0030】
また、上述の光ピックアップ装置に用いることのできる対物レンズ、回折光学素子及び光学素子を提供することを目的とする。更に、上述の光ピックアップ装置を用いて3種類の規格の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び/または再生を行うことのできる記録・再生装置を提供することを目的とする。
【0031】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光ピックアップ装置は、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2>t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3>t2)第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置であって、前記光ピックアップ装置は、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録について1つのレンズ群から構成される共通の対物レンズを用い、前記第1保護基板乃至第3保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段を有することを特徴とする。
【0032】
この光ピックアップ装置によれば、3種類の規格の異なる光情報記録媒体について情報の記録または再生を行う際に問題となる保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正できるので、3種類の規格の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び/又は再生を共通の対物レンズを用いて行うことができる。また、対物レンズは単玉レンズであるので、特に、透明基板厚の大きい、第3の光情報記録媒体について情報の記録及び/または再生を行う際の作動距離を十分に確保できる。
【0033】
本発明による光ピックアップ装置の光学系について図1乃至図8により説明する。なお、図1乃至図8は各光ピックアップ装置を概念的に示す図であり、図1乃至図8では光ピックアップ装置の光学系を構成する各素子の位置を概念的に示すために各素子が分離して示されているが、実際には同一の素子が2つ又は2つ以上の素子の機能を有する場合がある。
【0034】
本発明による光ピックアップ装置の光学系では、図1乃至図4のように、第1光源乃至第3光源からの各光束が通過する共通の光路に基板厚差補正手段を配置する。
【0035】
即ち、図1の光ピックアップ装置は、第1光源1乃至第3光源3からの各光束が通過する共通の光路に第1保護基板乃至第3保護基板のうち少なくとも2つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7と、第1光情報記録媒体が有する第1保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段6と、第1光源1の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段5と、を有し、第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。なお、各光源からの発散光束は光路合成手段9aにより光路が合成された後、カップリングレンズ4aにより発散角が変換されて、対物レンズ8にむかう。
【0036】
また、図2の光ピックアップ装置は、第1光源1乃至第3光源3からの各光束が通過する共通の光路に、基板厚差補正手段7と、基板厚誤差補正手段6と、を配置し、第1光源1からの光束のみが通過する光路に、第1光源1の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段5を配置し、第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。カップリングレンズ4bにより発散角が変換された第1光源1からの光束と、カップリングレンズ4cにより発散角が変換された第2光源2及び第3光源3からの光束は、光路合成手段9aにより光路が合成された後、対物レンズ8にむかうが、以下の図3乃至図7の光ピックアップ装置でも同様である。
【0037】
また、図3のピックアップ装置は、第1光源1乃至第3光源3からの各光束が通過する共通の光路に色収差補正手段5と基板厚差補正手段7とを配置し、第1光源1からの光束のみが通過する光路に第1保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段6を配置し、第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【0038】
また、図4の光ピックアップ装置は、第1光源1乃至第3光源3からの各光束が通過する共通の光路に基板厚差補正手段7を配置し、第1光源1からの光束のみが通過する光路に第1光源1の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段5と、第1保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段6とを配置し、第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【0039】
また、図5の光ピックアップ装置は、第1光源1乃至第3光源3からの各光束が通過する共通の光路に色収差補正手段5を配置し、第2光源2及び第3光源3からの各光束のみが通過する共通の光路に第1保護基板乃至第3保護基板のうち少なくとも2つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7を配置し、第1光源1からの光束のみが通過する光路に第1の保護基板の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段6を配置し、第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【0040】
また、図6の光ピックアップ装置は、第1光源1乃至第3光源3からの各光束が通過する共通の光路に基板厚誤差補正手段6を配置し、第2光源2及び第3光源3からの各光束のみが通過する共通の光路に第1保護基板乃至第3保護基板のうち少なくとも2つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7を配置し、第1光源1からの光束のみが通過する光路に第1光源の微少な波長変化に起因する色収差を補正するための色収差補正手段5を配置し、第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【0041】
また、図7の光ピックアップ装置は、第2光源2及び第3光源3からの各光束のみが通過する共通の光路に第1保護基板乃至第3保護基板のうち少なくとも2つの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7を配置し、第1光源1からの光束のみが通過する光路に第1光源1の微少な波長変化に起因して変化する色収差を補正するための色収差補正手段5と、第1の保護基板厚の厚み誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段6とを配置し、第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【0042】
また、本発明による光ピックアップ装置の光学系では、図8のように、第2光源からの光束のみが通過する光路に、第1保護基板及び第2保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7aを配置し、さらに、第3光源からの光束のみが通過する光路に、第1保護基板及び第3保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7bを配置する。
【0043】
即ち、図8の光ピックアップ装置は、第1光源1からの光束のみが通過する光路に色収差補正手段5と基板厚誤差補正手段6とを配置し、第2光源2からの光束のみが通過する光路に第1保護基板及び第2保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7aを配置し、第3光源3からの光束のみが通過する光路に、第1保護基板及び第3保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段7bを配置する。カップリングレンズ4bで発散角が変換された第1光源1からの光束と、カップリングレンズ4dで発散角が変換された第2光源2からの光束は、光路合成手段9bにより光路が合成されて、カップリングレンズ4eで発散角が変換された第3光源3からの光束は、光路合成手段9cにより第1光源1及び第2光源2からの光束と光路が合成される。第1光源1,第2光源2及び第3光源3からの各光束は共通の対物レンズ8により第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【0044】
なお、図1乃至図8の光ピックアップ装置では、各光源からの発散光束の発散角を、カップリングレンズ4aまたはカップリングレンズ4bまたはカップリングレンズ4cまたはカップリングレンズ4dを用いて変換する構成としたが、かかるカップリングレンズは本発明による光ピックアップ装置の光学系には含まれない場合もある。また、図1乃至図7の光ピックアップ装置では、図面の簡略化のために第2光源と第3光源を同一の記号を用いて表しているが、実際の光ピックアップ装置では、第2光源と第3光源は別体の光源である場合もある。さらに、図1乃至図8の光ピックアップ装置では、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体を同一の記号10を用いて表しているが、実際の光ピックアップ装置では各光情報記録媒体は当然別々である。さらに、図1乃至図8の光ピックアップ装置では、対物レンズ8を駆動するためのアクチュエータや1/4波長板、光情報記録媒体10からの反射光束を検出するための光検出器等は省略されているが、実際の光ピックアップ装置ではこれらを有する。
【0045】
上述の光ピックアップ装置において、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をそれぞれNA1、NA2、NA3としたとき、前記第1光源の波長λ1、前記第2光源の波長λ2、前記第3光源の波長λ3、前記第1保護基板の厚さt1、前記第2保護基板の厚さt2、前記第3保護基板の厚さt3、及び、前記対物レンズの所定の像側開口数NA1、NA2、NA3が次式を満たすことが好ましい。
350nm<λ1<550nm
600nm<λ2<700nm
700nm<λ3<850nm
0.0mm≦t1<0.3mm
0.5mm<t2<0.7mm
1.0mm<t3<1.3mm
0.99>NA1≧0.80
0.80>NA2≧0.55
0.55>NA3≧0.40
【0046】
また、前記対物レンズの前記波長λ1における焦点距離をf1(mm)、中心厚さをd(mm)、前記対物レンズに入射する前記波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をfB3(mm)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
0.7<d/f1<1.5
2.8<Φ1<5.8
fB3>0.2
【0047】
また、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm3としたとき、次式を満たすことが好ましい。−1<m3<0
【0048】
また、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm2としたとき、次式を満たすことが好ましい。−1<m2<0
【0049】
上述のように、保護基板厚の異なる3種類の光情報記録媒体のうち、保護基板厚の大きい第2光情報記録媒体及び/または第3光情報記録媒体に対して情報の再生及び/または記録を行う場合に、対物レンズを、発散光束が入射する有限仕様とすると、作動距離を十分に確保することができる。
【0050】
前記対物レンズはプラスチック材料から形成されるか、または、ガラス材料から形成される。
【0051】
前記対物レンズはガラス転移点Tgが400℃以下のガラス材料から形成されたことを特徴とする。
【0052】
前記基板厚差補正手段7は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された少なくとも1つの回折面を有することが好ましい。
【0053】
前記回折構造は、入射する光束の波長が長くなる方向に変化した場合に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性を有することを特徴とする。
【0054】
また、前記回折構造は前記対物レンズの少なくとも1つの光学面上に形成される。
【0055】
また、前記基板厚差補正手段7は、光軸方向に変移することで、前記対物レンズに入射する光束のマージナル光線の傾角を変化させることができる少なくとも1つの可動光学素子と、前記可動光学素子を光軸方向に変移させるための駆動手段と、を備えることが好ましい。
【0056】
また、前記基板厚差補正手段7は、少なくとも1つの屈折率分布可変材料層と、電場または磁場または熱を印加するための印加手段と、を備え、前記屈折率分布可変材料層に前記印加手段により電場または磁場または熱を印加することにより前記屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることが好ましい。
【0057】
また、前記第1光情報記録媒体に情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm1、前記第2光情報記録媒体に情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm2、前記第3光情報記録媒体に情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm3としたとき、前記m1、m2、m3のうち少なくとも2つの結像倍率の値を異なるようにすることで、前記第1保護基板乃至第3保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正することが好ましい。
【0058】
上述の光ピックアップ装置において、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数NA1が0.8以上であって、前記第1保護基板乃至第3保護基板のうち、前記第1保護基板の厚さ誤差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚誤差補正手段6を、前記第1光源からの光束が通過する光路中に有することが好ましい。これにより、特に、高密度記録用の第1光情報記録媒体について安定した記録及び/または再生が可能となる。
【0059】
また、前記第1光情報記録媒体は、同一光束入射面側に複数の情報記録層を有する構造を有し、前記第1光情報記録媒体の各々の情報記録層の情報記録面に、前記第1光源からの光束を集光させる際に、前記第1光情報記録媒体の光束入射面から各々の情報記録面までの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を、前記基板厚誤差補正手段6で補正することが好ましい。
【0060】
また、前記基板厚誤差補正手段6は、光軸方向に変移することで、前記対物レンズに入射する前記第1光源からの光束のマージナル光線の傾角を変化させることができる少なくとも1つの可動光学素子と、前記可動光学素子を光軸方向に変移させるための駆動手段と、を備えることが好ましい。これにより、特に第1光情報記録媒体が有する第1の保護基板厚の厚み誤差に起因する球面収差を補正できるとともに、対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の製造誤差、特に第1光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正できる。このため、特に、高密度記録用の第1光情報記録媒体について安定した記録及び/または再生が可能となる。
【0061】
また、前記基板厚誤差補正手段6は、前記第1光源からの発散光束の発散角を変化させるためのカップリングレンズであって、前記カップリングレンズを構成する光学素子のうち少なくとも1つが前記可動光学素子であることが好ましい。または、前記基板厚誤差補正手段6は、少なくとも1つの正レンズ群と、少なくとも1つの負レンズ群とから構成され、略平行光束である入射光束を略平行光束として射出することのできるビームエキスパンダ、及び/または、ビームシュリンカであって、前記正レンズ群、及び前記負レンズ群のうち少なくとも1つのレンズ群が前記可動光学素子であることが好ましい。
【0062】
また、前記基板厚誤差補正手段6は、少なくとも1つの屈折率分布可変材料層と、電場または磁場または熱を印加するための印加手段と、を備え、前記屈折率分布可変材料層に前記印加手段により電場または磁場または熱を印加することにより前記屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることが好ましい。これにより、特に第1光情報記録媒体が有する第1の保護基板厚の厚み誤差に起因する球面収差を補正できるとともに、対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の製造誤差、特に第1光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正できる。このため、特に、高密度記録用の第1光情報記録媒体について安定した記録及び/または再生が可能となる。
【0063】
上述の光ピックアップ装置において、前記第1光源の波長λ1が550nmより短く、前記第1光源の微少な波長変化に起因する前記対物レンズの色収差を補正するための色収差補正手段5を、前記第1光源からの光束が通過する光路中に有することが好ましい。これにより、光源の単色性の悪さ等に起因する色収差を補正できる。このため、特に、高密度記録用の第1光情報記録媒体について安定した記録及び/または再生が可能となる。
【0064】
前記第1光源乃至第3光源からの各光束がすべて通過する共通の光路に、前記色収差補正手段5を配置することが好ましい。
【0065】
また、前記色収差補正手段5は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された回折面を有する2つの光学素子が、前記回折面を互いに対向するように近接して配置された構造を有し、前記2つの光学素子の材料は前記波長λ1近傍の波長領域で所定の屈折率差を有するとともに、前記2つの光学素子の材料の前記波長λ2近傍の波長領域、及びλ3近傍の波長領域での屈折率差が略零であることが好ましい。これにより、第1光源の波長近傍の光のみが光学素子間の屈折率差により回折するので第1光源の波長変動に起因する対物レンズ8の色収差を補正することができる。
【0066】
また、前記色収差補正手段5は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有し、前記回折構造に前記第1光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn1、前記回折構造に前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn2、前記回折構造に前記第3光源からの波長λ3の第3光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn3とするとき、
|n1|>|n2|≧|n3|
を満たすことが好ましい。
【0067】
この場合、前記回折構造は前記対物レンズの少なくとも1つの光学面上に形成されることが好ましい。
【0068】
また、前記第1光源からの光束のみが通過し、かつ、前記第2光源及び前記第3光源からの光束は通過しない光路に、前記色収差補正手段を配置することが好ましい。
【0069】
また、前記色収差補正手段5は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された少なくとも1つの回折面を有し、第i回折面の回折構造により透過波面に付加される光路差を、
Φbi=ni・(b2i・hi+b4i・hi+b6i・hi+・・・)
により定義される光路差関数で表す場合に(ここで、niは、前記第i回折面の回折構造に前記波長λ1の光束が入射した場合に発生する、前記波長λ1の光束の回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数、hiは光軸からの高さ(mm)、b2i、b4i、b6i、・・・はそれぞれ2次、4次、6次、・・・の光路差関数係数(回折面係数ともいう)である)、
PD=Σ(−2・ni・b2i
により定義される回折構造のみのパワー(mm−1)が次式を満たすことが好ましい。
1.50×10−2<PD<15.0×10−2
【0070】
上記式の下限以上で、光情報記録媒体の情報記録面上に集光された波面の軸上色収差が補正不足になりすぎず、また、上限以下で、光情報記録媒体の情報記録面上に集光された波面の軸上色収差が補正過剰になりすぎない。
【0071】
また、前記色収差補正手段5は、相対的にアッベ数の大きい正レンズ群と相対的にアッベ数の小さい負レンズ群とから構成され、前記正レンズ群のアッベ数νdP及び前記負レンズ群のアッベ数νdNが次式を満たすことにより、色収差を適切に補正することができる。
νdP>55
νdN<35
【0072】
また、前記第1光源の波長が+1nm変化した場合の、前記対物レンズと前記色収差補正手段とを合わせた光学系の近軸焦点位置の変化量ΔfBOBJ+CAが次式を満たすことが好ましい。
|ΔfBOBJ+CA・NA1|<0.15(μm)
【0073】
なお、本明細書中において、「基板厚誤差補正手段6、及び/または、基板厚差補正手段7によって球面収差を(良好に)補正する」とは、少なくとも、基板厚誤差補正手段6、及び/または、基板厚差補正手段7と対物レンズとから構成される光学系を通過した光束が、各光情報記録媒体に対して情報の再生、及び/または、記録を行うのに必要な対物レンズの所定の各像側開口数内で、各情報記録媒体の情報記録面上に、λを光源の波長としたとき、波面収差が0.07λrms以下(より好ましくは0.05λrms以下)の状態で、集光されるように球面収差を補正することを指す。
【0074】
上述の光ピックアップ装置において、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をそれぞれNA1、NA2、NA3としたとき、
NA1>NA2>NA3
を満たし、前記NA1とNA2とNA3との開口切替手段を備えることにより、共通の対物レンズで第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体に対し情報の記録及び/または再生を行う際にそれぞれの対物レンズの所定の像側開口数に応じて開口の切り替えを行うことができる。
【0075】
これにより、第2光情報記録媒体及び第3光情報記録媒体に対する情報の再生、及び/または、記録を行う場合に、各情報記録媒体上での集光スポットの大きさが必要以上に小さくなりすぎないので、ディスクスキューで発生するコマ収差を小さくすることができ、十分なディスクスキューマージンを得ることができる。また、必要開口数以上の領域を通過した、集光に寄与しない不要光を光検出器が検出するのを防ぐことができるので、良好なフォーカシング特性やトラッキング特性を得ることができる。
【0076】
前記開口切替手段は、前記第1光源乃至前記第3光源からの各光束がすべて通過する共通の光路に配置されることを特徴とする。
【0077】
前記開口切替手段は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された少なくとも1つの回折面を有し、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数NA2からNA1に対応する前記開口切替手段の領域を通過する波長λ2の光束をフレア成分とし、及び/または、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数NA3からNA1に対応する前記開口切替手段の領域を通過する波長λ3の光束をフレア成分とすることで、第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または再生を行う場合に、第2光源からの波長λ2の光束を、NA1で決定される絞りに対し、開放で通過させても、NA2からNA1に対応する開口切替手段の領域を通過した光束は、第2光情報記録媒体の情報記録面上への集光に寄与しないので、開口切替手段として機能する。第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合も同様に、第3光源からの波長λ3の光束を、NA1で決定される絞りに対し、開放で通過させても、NA3からNA1に対応する開口切替手段の領域を通過した光束は、第3光情報記録媒体の情報記録面上への集光に寄与しないので、開口切替手段として機能する。このように、簡易な構造で、自動的に開口切替えを行うことができるので、特別な開口切替手段を設ける必要がなく、コスト上有利である。
【0078】
また、前記開口切替手段と前記対物レンズとを合わせた光学系において、前記像側開口数NA2と前記第2保護基板の厚さt2と前記第2光源の波長λ2との組合せにおける波面収差が0.07λ2rmsより小さいとともに、前記像側開口数NA1と前記第2保護基板の厚さt2と前記第2光源の波長λ2との組合せにおける波面収差が0.07λ2rmsより大きく、及び/または、前記像側開口数NA3と前記第3保護基板の厚さt3と前記第3光源の波長λ3との組合せにおける波面収差が0.07λ3rmsより小さいとともに、前記像側開口数NA1と前記第3保護基板の厚さt3と前記第3光源の波長λ3との組合せにおける波面収差が0.07λ3rmsより大きいことが好ましい。
【0079】
また、前記開口切替手段は、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数NA2内に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ2の光束を透過するとともに、前記対物レンズの像側開口数NA2からNA1に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ2の光束を遮断し、及び/または、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合に、前記対物レンズの像側開口数NA3内に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ3の光束を透過するとともに、前記対物レンズの像側開口数NA3からNA1に対応する前記開口切替手段の領域に入射する波長λ3の光束を遮断するような波長選択性を有するように構成してもよく、第2光情報記録媒体及び第3光情報記録媒体に対する情報の再生、及び/または、記録を行う場合に、必要開口数以上の領域を通過した光束を自動的に遮断するので、特別な切り替え手段を設ける必要がなく、コスト上有利である。
【0080】
また、前記開口切替手段は前記対物レンズの少なくとも1つの光学面上に形成されることが好ましく、開口切替手段を簡単に構成できる。
【0081】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光束入射面側に配置されるとともに、前記対物レンズと一体となってトラッキングを行うことが好ましい。これにより良好なトラッキング特性を得ることができる。
【0082】
上述の光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、前記像側開口数NA1と前記第1保護基板の厚さt1と前記第1光源の波長λ1との組合せにおいて球面収差が最小となるように収差補正され、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合に、前記第2保護基板と前記第1保護基板との厚さの違いに起因して変化する球面収差を前記基板厚差補正手段で補正するとともに、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合に、前記第3保護基板と前記第1保護基板との厚さの違いに起因して変化する球面収差を前記基板厚差補正手段で補正することが好ましい。これにより、上述の対物レンズで第2または第3光情報記録媒体について再生または記録を行うときの第1の保護基板厚t1に対する各保護基板厚の差に起因する球面収差を適正に補正できる。
【0083】
また、前記第1光源乃至第3光源のうち少なくとも2つの光源はユニット化されていることが好ましく、このように一体化することで部品点数を削減でき、光ピックアップ装置をコンパクトに構成できるとともにコスト減に寄与できる。
【0084】
また、前記基板厚差補正手段と、前記基板厚誤差補正手段と、前記色収差補正手段と、前記開口切替手段のうち、少なくとも2つは一体化されていることが好ましい。このように一体化することで部品点数を削減でき、光ピックアップ装置をコンパクトに構成できるとともにコスト減に寄与できる。
【0085】
また、本発明による記録・再生装置は、上述のいずれかの光ピックアップ装置を搭載し、音声及び/または画像を記録し、及び/または、音声及び/または画像を再生可能なように構成できる。例えば、上述の本発明による各光ピックアップ装置は、例えば、次世代のより高密度な第1光情報記録媒体と、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+RWD等の第2光情報記録媒体と、CD、CD−R,CD−RW,CD−Video,CD−ROM等の第3光情報記録媒体と、に対してコンパチブルなプレーヤーまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだAV機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および/または画像の記録装置および/または再生装置に搭載することができる。
【0086】
また、本発明による別の光ピックアップ装置は、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置であって、前記光ピックアップ装置は、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録について、共通の対物レンズを用い、前記光ピックアップ装置は、前記第1光源乃至第3光源からの各光束がすべて通過する共通の光路中に配置された、前記第1保護基板厚乃至第3保護基板厚の差に起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段を有し、前記基板厚差補正手段は、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有する回折光学素子であって、前記回折構造に前記第1光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn1、前記回折構造に前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn2、前記回折構造に前記第3光源からの波長λ3の第3光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn3とするとき、
|n1|>|n2|
かつ
|n1|>|n3|
を満たすとともに、前記波長λ1の光束により、前記第1光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA1、前記波長λ2の光束により、前記第2光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA2、前記波長λ3の光束により、前記第3光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA3、とするとき、前記対物レンズは、前記第1光束のn1次回折光を、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA1内で、良好な波面を形成するように、前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第2光束のn2次回折光を、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA2内で、良好な波面を形成するように、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第3光束のn3次回折光を、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA3内で、良好な波面を形成するように、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光できることを特徴とする。
【0087】
この光ピックアップ装置によれば、第1光源乃至第3光源からのすべての光束が通過する共通の光路に配置した基板厚差補正手段としての回折光学素子により、第1保護基板から第3保護基板の厚さのうち、少なくとも2つの異なる保護基板の厚さの差によって発生する球面収差を補正するので第1光情報記録媒体から第3光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記緑または再生を良好に行うことができる。
【0088】
ところで、規格の異なる3種類の光ディスクに対してコンパチブルな光ピックアップシステムでは、波長の異なる3つの光源が搭載される。その理由として以下のことがあげられる。第1に、短波長領域における、2層ディスクの情報記録層間の中間層の反射率が低いために、高密度DVD用の短波長レーザ光源では、DVDの2層ディスクが読めないことである。第2に、CD−RやCD−RWでは、情報記録面の反射特性を利用して情報の再生を行うために、高密度DVD用の短波長レーザ光源では、CDのうち、CD−RやCD−RWを読めないことである。従って、規格の異なる3種類の光ディスクに対してコンパチブルな光ピックアップシステムでは、400nm付近のレーザ光を発生する青紫色レーザと、650nm付近のレーザ光を発生する赤色レーザと、780nm付近のレーザ光を発生する赤外レーザとの波長の異なる3つの光源を搭載する必要がある。
【0089】
そこで、本発明による光ピックアップ装置では、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体の記録及び再生に使用する光束の回折次数が上式を満たすように基板厚差補正手段としての回折光学素子の回折構造を決定するようにした。これにより、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体の記録及び再生に使用する各光束に対して、それぞれ高い回折効率を得ることができる。また、基板厚差補正手段としての回折光学素子の回折作用により、波長の異なるそれぞれの光源からの光束が対物レンズに入射した場合に、レンズ材料の分散によって変化する球面収差を補正するので、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。
【0090】
前記回折構造が波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
300nm<λB<500nm
【0091】
また、次式を満たすことが好ましい。
|n1|≦10
【0092】
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
340nm<λB<440nm
|n1|=2
|n2|=1
|n3|=1
【0093】
また、次式を満たすことが好ましい。
350nm<λB<420nm
【0094】
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
400nm<λB<430nm
|n1|=6
|n2|=4
|n3|=3
【0095】
また、次式を満たすことが好ましい。
405nm<λB<425nm
【0096】
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
390nm<λB<420nm
|n1|=8
|n2|=5
|n3|=4
【0097】
次式を満たすことが好ましい。
395nm<λB<415nm
【0098】
また、前記回折構造が波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
390nm<λB<420nm
|n1|=10
|n2|=6
|n3|=5
【0099】
次式を満たすことが好ましい。
395nm<λB<412nm
【0100】
また、前記回折構造は正のパワーを有することが好ましい。
【0101】
また、波長λB、前記回折次数n1で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φ=n1・(b・h+b・h+b・h+・・・)
により定義される光路差関数で表す場合に(ここで、hは光軸からの高さ(mm)、b、b、b、・・・はそれぞれ2次、4次、6次、・・・の光路差関数係数(回折面係数ともいう)である)、
PD=Σ(−2・n1・b
により定義される回折構造のみのパワー(mm−1)が次式を満たすことが好ましい。
0.5×10−2<PD<5.0×10−2
【0102】
また、前記対物レンズは屈折型対物レンズであって、前記屈折型対物レンズの光束入射側に前記回折光学素子が配置されることが好ましい。
【0103】
また、前記回折構造は、平面上に形成されることが好ましい。または、前記回折構造は、非球面上に形成されることが好ましい。
【0104】
また、前記回折光学素子は、前記屈折型対物レンズと一体となってトラッキング駆動されることが好ましい。
【0105】
また、前記回折光学素子は、前記対物レンズと一体に形成され、前記回折構造は前記対物レンズの光源側の光学面を含む、少なくとも1つの光学面上に形成されることが好ましい。
【0106】
また、前記像側開口数NA1乃至NA3は、
NA1>NA2>NA3
を満たすとともに、
前記光ピックアップ装置は、前記第1光源乃至第3光源からの各光束がすべて通過する共通の光路中に配置された、NA1とNA2とNA3との開口切替手段を有することが好ましい。前記開口切替手段は、前記対物レンズと一体となってトラッキング駆動されることが好ましい。
【0107】
また、前記開口切替手段は、前記基板厚差補正手段と同一の回折光学素子であって、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域を通過した前記波長λ2の光束は、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ2rmsより大きい状態であり、かつ前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA2内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ2rmsより小さい状態であることが好ましい。
【0108】
また、前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.20λ2rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0109】
また、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域を通過した前記波長λ3の光束は、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ3rmsより大きい状態であり、かつ前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA3内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ3rmsより小さい状態であることが好ましい。
【0110】
また、前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.20λ3rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0111】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ2の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ2の光束が前記第2光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能であることが好ましい。
【0112】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ1の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ2の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
【0113】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ3の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する前記波長λ3の光束が前記第3光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能であることが好ましい。
【0114】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ1の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する、前記開口切替手段の領域に入射する波長λ3の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
【0115】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタに構成できる。
【0116】
上述の各光ピックアップ装置において、前記対物レンズは1つのレンズ群から構成されることが好ましい。これにより、光ピックアップ装置で特に第3の光情報記録媒体に対する作動距離を十分に確保できる。この場合、前記対物レンズの前記波長λ1における焦点距離をf1(mm)、中心厚さをd(mm)、前記対物レンズに入射する前記波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をfB3(mm)としたとき、次式を満たすことが作動距離を十分に確保する上で更に好ましい。
0.7<d/f1<1.5
2.8<Φ1<5.8
fB3>0.2
【0117】
また、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm3とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
m3<0
【0118】
この場合、次式を満たすことが好ましい。
−0.25<m3<−0.05
【0119】
また、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm2とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
m2<0
【0120】
この場合、次式を満たすことが好ましい。
−0.20<m2<−0.02
【0121】
また、上述の各光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、プラスチック材料から形成されるか、または、ガラス材料から形成されることが好ましい。
【0122】
また、上述の各光ピックアップ装置において、前記対物レンズはガラス転移点Tgが400℃以下であるガラス材料から形成されたことが好ましい。
【0123】
また、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
0.0mm≦t1<0.3mm
0.5mm<t2<0.7mm
1.0mm<t3<1.3mm
0.99>NA1≧0.70
0.70>NA2≧0.55
0.55>NA3≧0.40
【0124】
また、第1光源乃至第3光源のうち少なくとも2つの光源はユニット化されていることが好ましい。
【0125】
上述の各光ピックアップ装置を搭載し、音声及び/または画像を記録し、及び/または、音声及び/または画像を再生可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
【0126】
また、本発明による対物レンズは、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記対物レンズは、少なくとも1つの光学面上に、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有し、前記回折構造に前記第1光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn1、前記回折構造に前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn2、前記回折構造に前記第3光源からの波長λ3の第3光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn3、前記波長λ1の光束により、前記第1光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA1、前記波長λ2の光束により、前記第2光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA2、前記波長λ3の光束により、前記第3光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA3、
とするとき、
|n1|>|n2|
かつ
│n1│>│n3│
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記第1光束のn1次回折光を、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA1内で、良好な波面を形成するように、前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第2光束のn2次回折光を、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA2内で、良好な波面を形成するように、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第3光束のn3次回折光を、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA3内で、良好な波面を形成するように、前記第3情報記録媒体の情報記録面上に集光できることを特徴とする。
【0127】
本発明による別の対物レンズは、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記波長λ1の光束により、前記第1光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA1、前記波長λ2の光束により、前記第2光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA2、前記波長λ3の光束により、前記第3光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA3、とするとき、前記対物レンズの少なくとも1つの光学面は、前記第1乃至第3光情報記録媒体のすべてに対して再生及び/または記録を行うために用いられる前記開口数NA3内に対応する共通領域と、該共通領域よりも周辺側に位置し、少なくとも前記第1光情報記録媒体に対して再生及び/または記録を行うために用いられる周辺領域の、少なくとも2つの領域からなり、前記共通領域には、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成され、前記共通領域に形成された回折構造に光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn1、前記共通領域に形成された回折構造に前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn2、前記共通領域に形成された回折構造に前記第3光源からの波長λ3の第3光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn3、
とするとき、
|n1|>│n2|
かつ
│n1|>│n3│
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記共通領域で発生する前記第1の光束のn1次回折光を、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生び/又は記録を行うために前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第2光束のn2次回折光を、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第3光束のn3次回折光を、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために前記第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光することを特徴とする。
【0128】
上述の各対物レンズによれば、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体の記録及び再生に使用する光束の回折次数が上式を満たすように回折構造を決定するので、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体の記録及び再生に使用する各光束に対して、それぞれ高い回折効率を得ることができる。さらに、この回折構造の作用により、第1保護基板厚乃至第3保護基板厚のうち、少なくとも2つの異なる保護基板厚の差によって発生する球面収差を補正するので第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。また、回折構造の作用により、波長の異なるそれぞれの光源からの光束が対物レンズに入射した場合に、レンズ材料の分散によって変化する球面収差を補正するので、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。
【0129】
上記各対物レンズにおいて、前記回折次数n1乃至n3は次式を満たすことが好ましい。
|n2|=INT(λ1・|n1|/λ2)
|n3|=INT(λ1・|n1|/λ3)
|n1|>|n2|≧|n3|
ただし、n1は0、±1以外の整数であり、INT(λ1・|n1|/λ2)はλ1・|n1|/λ2を四捨五入して得られる整数であり、INT(λ1・|n1|/λ3)はλ1・|n1|/λ3を四捨五入して得られる整数である。
【0130】
この場合、次式を満たすことが好ましい。
|INT(λ1・|n1|/λ2)−(λ1・|n1|/λ2)|<0.4
|INT(λ1・|n1|/λ3)−(λ1・|n1|/λ3)|<0.4
【0131】
上述のようにして回折次数n1乃至n3を決定することで、各光束に対して、n1次回折光、n2次回折光、n3次回折光の各回折効率を高くすることができる。
【0132】
また、前記回折構造に入射する前記波長λ1の光束の光量をIIN(λ1)、該IIN(λ1)の光量を有する前記波長λ1の光束が前記回折構造を通過した後の光量をIOUT(λ1)、前記回折構造に入射する前記波長λ2の光束の光量をIIN(λ2)、該IIN(λ2)の光量を有する前記波長λ2の光束が前記回折構造を通過した後の光量をIOUT(λ2)、前記回折構造に入射する前記波長λ3の光束の光量をIIN(λ3)、該IIN(λ3)の光量を有する前記波長λ3の光束が前記回折構造を通過した後の光量をIOUT(λ3)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
OUT(λ1)/IIN(λ1)>0.7
OUT(λ2)/IIN(λ2)>0.7
OUT(λ3)/IIN(λ3)>0.7
【0133】
前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
300nm<λB<500nm
|n1|≦10
【0134】
前記回折構造が波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
340nm<λB<440nm
|n1|=2
|n2|=1
|n3|=1
【0135】
また、次式を満たすことが好ましい。
350nm<λB<420nm
【0136】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
【0137】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔCA、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際の前記開口数NA1に対応するマージナル光線の変化量をΔSAとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−1<ΔCA/ΔSA<0
【0138】
また、波長λB、前記回折次数n1で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φ=│n1|・(b・h+b・h+b・h+・・・・・・)
により定義される光路差関数で表す場合に(ここで、hは光軸からの高さ(mm)、b、b、b、・・・・・はそれぞれ2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数(回折面係数ともいう)である)、
PD=Σ(−2・│n1|・b
により定義される回折構造のみのパワー(mm−1)が次式を満たすことが好ましい。
0.5×10−2<PD<5.0×10−2
【0139】
また、前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
400nm<λB<430nm
|n1│=6
|n2│=4
│n3|=3
【0140】
また、次式を満たすことが好ましい。
405nm<λB<425nm
【0141】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
【0142】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔCA、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際の前記開口数NA1に対応するマージナル光線の変化量をΔSAとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−1<ΔCA/ΔSA<0
【0143】
また、波長λB、前記回折次数n1で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φ=│n1│・(b・h+b・h+b・h+・・・・・)
により定義される光路差関数で表す場合に(ここで、hは光軸からの高さ(mm)、b、b、b、・・・・・はそれぞれ2次、4次、6次、・・・・・の光路差関数係数(回折面係数ともいう)である)、
PD=Σ(−2・|n1|・b
により定義される回折構造のみのパワー(mm−1)が次式を満たすことが好ましい。
−5.0×10−2<PD<2.0×10−2
【0144】
また、前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
390nm<λB<420nm
|n1|=8
|n2│=5
|n3|=4
【0145】
また、次式を満たすことが好ましい。
395nm<λB<415nm
【0146】
前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
390nm<λB<420nm
|n1|=10
|n2│=6
|n3|=5
【0147】
また、次式を満たすことが好ましい。
395nm<λB<412nm
【0148】
また、前記対物レンズは、1つのレンズ群から構成されたことが好ましい。
【0149】
また、前記対物レンズの前記波長λ1における焦点距離をf1(mm)、中心厚さをd(mm)、前記対物レンズに入射する前記波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をfB3(mm)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
0.7<d/f1<1.5
2.8<Φ1<5.8
fB3>0.2
【0150】
また、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm3とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
m3<0
【0151】
また、次式を満たすことが好ましい。
−0.25<m3<−0.05
【0152】
また、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm2とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
m2<0
【0153】
また、次式を満たすことが好ましい。
−0.20<m2<−0.02
【0154】
また、前記像側開口数NA1及びNA2は、
NA1>NA2
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA2内に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA2内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ2rmsより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束は、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ2rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0155】
また、前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA2内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.05λ2rmsより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数NA1内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.20λ2rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0156】
また、前記対物レンズの前記像側開口数NA2内に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束の前記第2光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束の前記第2光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数NA2において不連続であることが好ましい。
【0157】
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数NA2内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第1光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造に、前記第1光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数NA2内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる波長と、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
【0158】
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ1、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
【0159】
また、前記対物レンズは、
NA1>NA2
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ2の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ2の光束が前記第2光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
【0160】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する波長λ1の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する波長λ2の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
【0161】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
【0162】
また、前記対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3は、
NA1>NA2>NA3
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA3内に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA3内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ3rmsより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束は、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ3rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0163】
また、前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA3内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.05λ3rmsより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数NA1内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.20λ3rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0164】
また、前記対物レンズの前記像側開口数NA3内に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束の前記第3光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束の前記第3光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数NA3において不連続であることが好ましい。
【0165】
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数NA3内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第1光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に形成された回折構造に、前記第1光源からの波長λ1の第2光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数NA3内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
【0166】
また、前記回折構造が形成された前記対物レンズの光学面において、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ1、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
【0167】
また、前記対物レンズは、
NA1>NA2>NA3
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ3の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ3の光束が前記第3光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
【0168】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する波長λ1の光束と波長λ2の光束とを透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する波長λ3の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
【0169】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
【0170】
また、上述の対物レンズはプラスチック材料から形成されることが好ましく、また、ガラス材料から形成されてもよい。この場合、前記ガラス材料は、転移点Tgが400℃以下であることが好ましい。
【0171】
また、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
0.0≦t1<0.3
0.5≦t2<0.7
1.0≦t3<1.3
0.99>NA1≧0.70
0.70>NA2≧0.55
0.55>NA3≧0.40
【0172】
また、本発明による更に別のピックアップ装置は、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置であって、上述の対物レンズを備えたことを特徴とする。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び/または画像の記録、及び/または、音声及び/または画像の再生が可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
【0173】
また、本発明による更に別の対物レンズは、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記対物レンズは、屈折型レンズと、前記屈折型レンズの光束入射面側に配置され、少なくとも1つの光学面上に、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有する回折光学素子とから構成された複合型対物レンズであって、前記回折構造に前記第1光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn1、前記回折構造に前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn2、前記回折構造に前記第3光源からの波長λ3の第3光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn3、前記波長λ1の光束により、前記第1光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA1、前記波長λ2の光束により、前記第2光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA2、前記波長λ3の光束により、前記第3光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA3、とするとき、
|n1|>|n2|
かつ
|n1|>|n3|
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記第1光束のn1次回折光を、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA1内で、良好な波面を形成するように、前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第2光束のn2次回折光を、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA2内で、良好な波面を形成するように、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に集光でき、前記第3光束のn3次回折光を、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために、前記開口数NA3内で、良好な波面を形成するように、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光できることを特徴とする。
【0174】
本発明による更に別の対物レンズは、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記対物レンズは、屈折型レンズと、前記屈折型レンズの光束入射面側に配置された回折光学素子とから構成された複合型対物レンズであって、前記波長λ1の光束により、前記第1光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA1、前記波長λ2の光束により、前記第2光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA2、前記波長λ3の光束により、前記第3光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA3、とするとき、前記回折光学素子の少なくとも1つの光学面は、前記第1乃至第3光情報記録媒体のすべてに対して再生及び/または記録を行うために用いられる前記開口数NA3内に対応する共通領域と、該共通領域よりも周辺側に位置し、少なくとも前記第1光情報記録媒体に対して再生及び/または記録を行うために用いられる周辺領域の、少なくとも2つの領域からなり、前記共通領域には、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成され、前記共通領域に形成された回折構造に光源からの波長λ1の第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn1、前記共通領域に形成された回折構造に前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn2、前記共通領域に形成された回折構造に前記第3光源からの波長λ3の第3光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn3、とするとき、
|n1|>|n2|
かつ
|n1|>|n3|
を満たすとともに、
前記対物レンズは、前記共通領域で発生する前記第1光束のn1次回折光を、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第2光束のn2次回折光を、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記共通領域で発生する前記第3光束のn3次回折光を、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行うために前記第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光することを特徴とする。
【0175】
上記各対物レンズによれば、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体の記録及び再生に使用する光束の回折次数が上式を満たすように回折光学素子の回折構造を決定するので、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体の記録及び再生に使用する各光束に対して、それぞれ高い回折効率を得ることができる。さらに、この回折構造の作用により、第1保護基板乃至第3保護基板の厚さのうち、少なくとも2つの異なる保護基板の厚さの差によって発生する球面収差を補正するので、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。また、回折構造の作用により、波長の異なるそれぞれの光源からの光束が対物レンズに入射した場合に、レンズ材料の分散によって変化する球面収差を補正するので、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のすべてに対して、情報の記録または再生を良好に行うことができる。
【0176】
上記各対物レンズにおいて、前記回折次数n1乃至n3は次式を満たすことが好ましい。
|n2|=INT(λ1・|n1|/λ2)
|n3|=INT(λ1・|n1|/λ3)
|n1|>|n2|≧|n3|
ただし、n1は0、±1以外の整数であり、INT(λ1・|n1|/λ2)はλ1・|n1|/λ2を四捨五入して得られる整数であり、INT(λ1・|n1|/λ3)はλ1・|n1|/λ3を四捨五入して得られる整数である。
【0177】
また、次式を満たすことが好ましい。
|INT(λ1・|n1|/λ2)−(λ1・|n1|/λ2)|<0.4
|INT(λ1・|n1|/λ3)−(λ1・|n1|/λ3)|<0.4
【0178】
また、前記回折構造に入射する前記波長λ1の光束の光量をIIN(λ1)、該IIN(λ1)の光量を有する前記波長λ1の光束が前記回折構造を通過した後の光量をIOUT(λ1)、前記回折構造に入射する前記波長λ2の光束の光量をIIN(λ2)、該IIN(λ2)の光量を有する前記波長λ2の光束が前記回折構造を通過した後の光量をIOUT(λ2)、前記回折構造に入射する前記波長λ3の光束の光量をIIN(λ3)、該IIN(λ3)の光量を有する前記波長λ3の光束が前記回折構造を通過した後の光量をIOUT(λ3)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
OUT(λ1)/IIN(λ1)>0.7
OUT(λ2)/IIN(λ2)>0.7
OUT(λ3)/IIN(λ3)>0.7
【0179】
また、前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
300nm<λB<500nm
|n1│≦10
【0180】
また、前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
340nm<λB<440nm
|n1│=2
|n2|=1
|n3|=1
【0181】
また、次式を満たすことが好ましい。
350nm<λB<420nm
【0182】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
【0183】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔCA、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際の前記開口数NA1に対応するマージナル光線の変化量をΔSAとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−1<ΔCA/ΔSA<0
【0184】
また、波長λB、前記回折次数n1で最適化された前記回折構造の前記復数の輪帯の各位置を、
Φ=|n1|・(b・h+b・h+b・h+・・・・・)
により定義される光路差関数で表す場合に(ここで、hは光軸からの高さ(mm)、b、b、b、・・・・・・はそれぞれ2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数(回折面係数ともいう)である)、
PD=Σ(−2・|n1|・b
により定義される回折構造のみのパワー(mm−1)が次式を満たすことが好ましい。
0.5×10−2<PD<5.0×10−2
【0185】
また、前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
400nm<λB<430nm
|n1|=6
|n2│=4
|n3|=3
【0186】
また、次式を満たすことが好ましい。
405nm<λB<425nm
【0187】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することが好ましい。
【0188】
また、前記対物レンズは、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際に、バックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を有し、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際のバックフォーカスの変化量をΔCA、前記波長λ1より5nm長い波長の光が入射した際の前記開口数NA1に対応するマージナル光線の変化量をΔSAとしたとき、次式を満たすことが好ましい。
−1<ΔCA/ΔSA<0
【0189】
また、波長λB、前記回折次数n1で最適化された前記回折構造の前記複数の輪帯の各位置を、
Φ=|n1|・(b・h+b・h+b・h+・・・・・)
により定義される光路差関数で表す場合に(ここで、hは光軸からの高さ(mm)、b、b、b・・・・・・はそれぞれ2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数(回折面係数ともいう)である)、
PD=Σ(−2・|n1|・b
により定義される回折構造のみのパワー(mm−1)が次式を満たすことが好ましい。
−5.0×10−2<PD<2.0×10−2
【0190】
また、前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
390nm<λB<420nm
|n1|=8
|n2|=5
│n3|=4
【0191】
また、次式を満たすことが好ましい。
395nm<λB<415nm
【0192】
また、前記回折構造は、波長λB、前記回折次数n1で最適化されているとともに、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
390nm<λB<420nm
|n1|=10
|n2|=6
│n3|=5
【0193】
また、次式を満たすことが好ましい。
395nm<λB<412nm
【0194】
また、前記屈折型レンズの近軸パワーをP1(mm−1)、前記回折光学素子の近軸パワーをP2(mm−1)としたとき、次式
|P1/P2|≦0.2
を満たすことが好ましい。
【0195】
また、前記回折光学素子を透過して前記屈折型レンズに入射する光束のマージナル光線が収斂光線であることが好ましい。
【0196】
また、前記回折構造は、平面上に形成されたことが好ましい。また、前記回折構造は、非球面上に形成されたことが好ましい。また、少なくとも2つの光学面上に、前記回折構造が形成されたことが好ましい。
【0197】
また、前記回折光学素子はプラスチック材料から形成されたことが好ましい。また、前記屈折型レンズは、プラスチック材料から形成されたことが好ましい。
【0198】
また、前記屈折型レンズは、ガラス材料から形成されたことが好ましい。前記ガラス材料は、転移点Tgが400℃以下であることが好ましい。
【0199】
また、光束を規制する絞りが、前記回折光学素子の前記屈折型レンズ側に位置する光学面と、前記屈折型レンズの前記回折光学素子側に位置する光学面との間に配置されたことが好ましい。
【0200】
また、前記屈折型レンズは、所定の結像倍率m、前記波長λ1、前記第1保護基板の厚さt1、前記像側開口数NA1の組合せに対してその波面収差が0.07λ1rms以下となるように収差補正されていることが好ましい。
【0201】
また、前記回折光学素子は、前記屈折型レンズと一体となってトラッキング駆動されることが好ましい。
【0202】
また、前記回折光学素子と前記屈折型レンズとはそれぞれ光学面と一体に成形されたフランジ部を有し、前記それぞれのフランジ部が嵌合されることで、前記回折光学素子と前記屈折型レンズとが一体化されることが好ましい。
【0203】
また、前記屈折型レンズは、1つのレンズ群から構成されたことが好ましい。
【0204】
また、前記屈折型レンズと前記回折光学素子とを合わせた前記対物レンズ全系の前記波長λ1における焦点距離をf1(mm)、前記屈折型レンズの中心厚さをd(mm)、前記対物レンズに入射する前記波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をfB3(mm)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
0.7<d/f1<1.5
2.8<Φ1<5.8
fB3>0.2
【0205】
また、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm3とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
m3<0
【0206】
また、次式を満たすことが好ましい。
−0.25<m3<−0.05
【0207】
また、前記対物レンズにより前記第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸上に配置された前記第3光源からの光束の波面収差を前記像側開口数NA3内で測定した際のコマ収差成分と、前記対物レンズにより前記第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸からその垂直方向に0.2mm離れた位置に配置された前記第3光源からの光束の波面収差を前記像側開口数NA3内で測定した際のコマ収差成分との差が、0.07λ3rmsより小さいことが好ましい。
【0208】
また、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm2とした場合に、次式を満たすことが好ましい。
m2<0
【0209】
また、次式を満たすことが好ましい。
−0.20<m2<−0.02
【0210】
また、前記対物レンズにより前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸上に配置された前記第2光源からの光束の波面収差を前記像側開口数NA2内で測定した際のコマ収差成分と、前記対物レンズにより前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、光軸からその垂直方向に0.2mm離れた位置に配置された前記第2光源からの光束の波面収差を前記像側開口数NA2内で測定した際のコマ収差成分との差が、0.07λ2rmsより小さいことが好ましい。
【0211】
また、前記像側開口数NA1及びNA2は、
NA1>NA2
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA2内に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA2内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ2rmsより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束は、前記第2光情報記録媒体の情報面上まで到達するとともに、前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ2rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0212】
また、前記波長λ2の光束は、前記像側開口数NA2内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.05λ2rmsより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数NA1内で、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.20λ2rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0213】
また、前記対物レンズの前記像側開口数NA2内に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束の前記第2光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ2の光束の前記第2光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数NA2において不連続であることが好ましい。
【0214】
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数NA2内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造に、前記第2光源からの波長λ2の第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数NA2内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
【0215】
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ1、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
【0216】
また、前記対物レンズは、
NA1>NA2
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ2の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ2の光束が前記第2光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
【0217】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する波長λ1の光束を透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に入射する波長λ2の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
【0218】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
【0219】
また、前記対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3は、
NA1>NA2>NA3
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA3内に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA3内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ3rmsより小さい状態であり、かつ、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束は、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上まで到達するとともに、前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA1内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.07λ3rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0220】
また、前記波長λ3の光束は、前記像側開口数NA3内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.05λ3rmsより小さい状態であり、かつ、前記像側開口数NA1内で、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上において、波面収差が0.20λ3rmsより大きい状態であることが好ましい。
【0221】
また、前記対物レンズの前記像側開口数NA3内に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束の前記第3光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差と、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域を通過した前記波長λ3の光束の前記第3光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差は、前記像側開口数NA3において不連続であることが好ましい。
【0222】
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数NA3内に対応する領域に形成された回折構造に、前記第3光源からの波長λ3の第3光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数と、前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に形成された回折構造に、前記第3光源からの波長λ3の第2光束が入射した場合に発生する前記第3光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数は、互いに異なる次数であって、前記像側開口数NA3内に対応する領域に形成された回折構造と、前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、互いに異なる波長と、互いに異なる次数で最適化されていることが好ましい。
【0223】
また、前記回折構造が形成された前記回折光学素子の光学面において、前記像側開口数NA2からNA1に対応する領域に形成された回折構造は、波長λ1、所定の回折次数で最適化されていることが好ましい。
【0224】
また、前記対物レンズは、
NA1>NA2>NA3
を満たすとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ3の光束を遮断して、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する前記波長λ3の光束が前記第3光情報記録媒体の情報記録面上まで到達しないようにすることが可能な開口切替手段を有することが好ましい。
【0225】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する波長λ1の光束と波長λ2の光束とを透過するとともに、前記対物レンズの前記像側開口数NA3からNA1に対応する領域に入射する波長λ3の光束を遮断するような波長選択性を有することが好ましい。
【0226】
また、前記開口切替手段は、前記対物レンズの光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
【0227】
また、次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
0.0≦t1<0.3
0.5≦t2<0.7
1.0≦t3<1.3
0.99>NA1≧0.70
0.70>NA2≧0.55
1.55>NA3≧0.40
【0228】
また、本発明による回折光学素子は、上述の各対物レンズに適用可能なものである。
【0229】
また、本発明による更に別の光ピックアップ装置は、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置であって、上述の対物レンズを備えたことを特徴とする。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び/または画像の記録、及び/または、音声及び/または画像の再生が可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
【0230】
また、本発明による更に別の対物レンズは、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置用の対物レンズであって、前記光ピックアップ装置は、前記第1保護基板乃至第3保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差を補正するための基板厚差補正手段を有し、前記波長λ1の光束により、前記第1光情報記録媒体に再生及び/または記録を行うのに必要な前記対物レンズの所定の像側開口数をNA1、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの結像倍率をm1とした場合に、前記対物レンズは、前記波長λ1、前記第1保護基板の厚さt1、前記像側開口数NA1、前記結像倍率m1の組み合わせにおいて、球面収差が最小にあるように最適化されたことを特徴とする。
【0231】
この対物レンズによれば、第1光情報記録媒体に用いられる波長の最も短い光束について球面収差が最小となるとともに3種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録または再生を行うときに適用できる対物レンズを提供できる。
【0232】
前記対物レンズは屈折型レンズであることが好ましく、また、前記対物レンズは1つのレンズ群から構成されることが好ましい。
【0233】
この場合、前記対物レンズの前記波長λ1における焦点距離をf1(mm)、中心厚さをd(mm)、前記対物レンズに入射する前記波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合の前記対物レンズの作動距離をfB1(mm)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
0.7<d/f1<1.5
2.8<Φ1<5.8
fB1>0.5
【0234】
上述の対物レンズは、プラスチック材料から形成されるか、または、ガラス材料から形成されることが好ましい。
【0235】
前記ガラス材料は、ガラス転移点Tgが400℃以下であることが好ましい。
【0236】
また、上述の対物レンズでは次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
0.0mm≦t1<0.3mm
0.99>NA1≧0.70
【0237】
また、本発明による更に別の光ピックアップ装置は、波長λ1の第1光源からの光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置であって、上述の対物レンズを備えたことを特徴とする。これにより、特に第1光情報記録媒体について安定して情報の記録及び/または再生を行うことができる。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び/または画像を記録し、及び/または、音声及び/または画像を再生可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
【0238】
また、本発明による光学素子は、波長λ1の第1光源からの第1光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの第2光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの第3光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、かつ、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子の入射瞳面を、光軸近傍から外側に向かって順に、第1光束領域、第2光束領域、第3光束領域、の輪帯状の3つの光束領域に分割した場合に、前記各光束領域に入射した光束が通過する前記光学素子の領域をそれぞれ、光軸近傍から外側に向かって順に、第1光学領域、第2光学領域、第3光学領域、としたとき、前記第1光学領域に入射した前記第1乃至第3光束は、それぞれ前記第1乃至第3光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光し、かつ、前記第2光学領域に入射した前記第1及び第2光束は、それぞれ前記第1及び第2光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第2光学領域に入射した前記第3光束は、前記第3光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成せず、かつ、前記第3光学領域に入射した前記第1光束は、前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第3光学領域に入射した前記第2及び第3光束は、それぞれ前記第2及び3光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成しないことを特徴とする。
【0239】
この光学素子によれば、3つの光学領域を有し3種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び/または再生を行う光ピックアップ装置に適用できる光学素子を提供できる。
【0240】
また、本発明による別の光学素子は、波長λ1の第1光源からの第1光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの第2光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの第3光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、かつ、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子の入射瞳面を、光軸近傍から外側に向かって順に、第1光束領域、第2光束領域、第3光束領域、の輪帯状の3つの光束領域に分割した場合に、前記各光束領域に入射した光束が通過する前記光学素子の領域をそれぞれ、光軸近傍から外側に向かって順に、第1光学領域、第2光学領域、第3光学領域、としたとき、前記第1光学領域に入射した前記第1乃至第3光束は、それぞれ前記第1乃至第3光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光し、かつ、前記第2光学領域に入射した前記第1及び第2光束は、それぞれ前記第1及び第2光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第2光学領域に入射した前記第3光束は、遮断され前記第3光情報記録媒体の情報記録面に到達せず、かつ、前記第3光学領域に入射した前記第1光束は、前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第3光学領域に入射した前記第2光束は、前記第2光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成しないとともに、前記第3光学領域に入射した前記第3光束は、遮断され前記第3光情報記録媒体の情報記録面に到達しないことを特徴とする。
【0241】
この光学素子によれば、3つの光学領域を有し3種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び/または再生を行う光ピックアップ装置に適用できる光学素子を提供できる。
【0242】
上述の光学素子は、前記第2及び第3光学領域に入射した前記第3光束が、遮断され前記第3光情報記録媒体の情報記録面に到達しないようにすることができる光束切替手段を有する光ピックアップ装置に用いられることが好ましい。
【0243】
この場合、前記光束切替手段は、前記光学素子の光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
【0244】
また、本発明による更に別の光学素子は、波長λ1の第1光源からの第1光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの第2光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの第3光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、かつ、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子の入射瞳面を、光軸近傍から外側に向かって順に、第1光束領域、第2光束領域、第3光束領域、の輪帯状の3つの光束領域に分割した場合に、前記各光束領域に入射した光束が通過する前記光学素子の領域をそれぞれ、光軸近傍から外側に向かって順に、第1光学領域、第2光学領域、第3光学領域、としたとき、前記第1光学領域に入射した前記第1乃至第3光束は、それぞれ前記第1乃至第3光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光し、かつ、前記第2光学領域に入射した前記第1及び第2光束は、それぞれ前記第1及び第2光情報記録媒体の各情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第2光学領域に入射した前記第3光束は、遮断され前記第3光情報記録媒体の情報記録面に到達せず、かつ、前記第3光学領域に入射した前記第1光束は、前記第1光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するが、前記第3光学領域に入射した前記第2及び第3光束は、ともに遮断されそれぞれ前記第2及び第3光情報記録媒体の情報記録面に到達しないことを特徴とする。
【0245】
この光学素子によれば、3つの光学領域を有し3種類の異なる光情報記録媒体について情報の記録及び/または再生を行う光ピックアップ装置に適用できる光学素子を提供できる。
【0246】
上述の光学素子は、前記第2及び第3光学領域に入射した前記第3光束が、遮断され前記第3光情報記録媒体の情報記録面に到達しないようにするとともに、前記第3光学領域に入射した前記第2光束が、遮断され前記第2光情報記録媒体の情報記録面に到達しないようにすることができる光束切替手段を有する光ピックアップ装置に用いられることが好ましい。
【0247】
この場合、前記光束切替手段は前記光学素子の光学面上に形成された波長選択フィルタであることが好ましい。
【0248】
また、前記光学素子は、対物レンズであることが好ましい。
【0249】
また、前記光学素子は、前記対物レンズの光束入射面側に配置されることが好ましい。
【0250】
また、前記光学素子は、前記対物レンズと一体になってトラッキング駆動されることが好ましい。
【0251】
また、前記第1光束を用いて、前記第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う際の前記対物レンズの所定の像側開口数をNA1、前記第2光束を用いて、前記第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う際の前記対物レンズの所定の像側開口数をNA2(NA2<NA1)、前記第3光束を用いて、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う際の前記対物レンズの所定の像側開口数をNA3、とするとき、次式を満たすことが好ましい。
NA2=N2・SINθ2
NA3=N3・SINθ3
ただし、
SINθ2:前記第2光学領域の最周辺を通過した前記第2光束のマージナル光線の、前記対物レンズ最終面からの、光軸を基準として測った出射角θ2(deg)の絶対値の正弦
SINθ3:前記第1光学領域の最周辺を通過した前記第3光束のマージナル光線の、前記対物レンズ最終面からの、光軸を基準として測った出射角θ3(deg)の絶対値の正弦
N2:前記対物レンズの像側空間の前記波長λ2における屈折率
N3:前記対物レンズの像側空間の前記波長λ3における屈折率
【0252】
この場合、前記第1乃至第3光学領域のうち、少なくとも1つの光学領域には、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成されることが好ましい。
【0253】
また、前記第i光学領域に形成された前記回折構造に、前記第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をni1、前記第i光学領域に形成された前記回折構造に、前記第2光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をni2、としたとき、次式を満たすことが好ましい。|ni1|>|ni2|(ただし、iは、1または2または3)
【0254】
この場合、前記第i光学領域に形成された前記回折構造に、前記第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をni1、前記第i光学領域に形成された前記回折構造に、前記第3光束が入射した場合に発生する前記第2光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をni3、としたとき、次式を満たすことが好ましい。
|ni1|>|ni3|(ただし、iは、1または2または3)
【0255】
また、前記第2及び第3光学領域には、それぞれ同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成され、前記第2光学領域に形成された前記回折構造に、前記第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn21、前記第3光学領域に形成された前記回折構造に、前記第1光束が入射した場合に発生する前記第1光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数をn31、としたとき、次式を満たすことが好ましい。
|n31|≠|n21|
【0256】
この場合、前記第2光学領域に形成された前記回折構造は、前記回折次数n21と波長λB2で最適化され、かつ、前記第3光学領域に形成された前記回折構造は、前記回折次数n31と波長λB3で最適化され、次式を満たすことが好ましい。
λB2≠λB3
【0257】
また、上述の回折光学素子は次式を満たすことが好ましい。
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
【0258】
また、本発明による更に別の光ピックアップ装置は、波長λ1の第1光源からの第1光束を用いて厚さt1の第1保護基板を有する第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源からの第2光束を用いて厚さt2(t2≧t1)の第2保護基板を有する第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源からの第3光束を用いて厚さt3(t3≧t2)の第3保護基板を有する第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、かつ、前記第1光情報記録媒体乃至前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録について、共通の対物レンズを用いる光ピックアップ装置であって、上述のいずれかの光学素子を備えたことを特徴とする。また、この光ピックアップ装置を搭載し、音声及び/または画像を記録し、及び/または、音声及び/または画像を再生可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
【0259】
本発明による更に別の光ピックアップ装置は、光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うための光ピックアップ装置において、第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うための波長λ1の光束を発生する第1光源と、第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うための波長λ2(λ2>λ1)の光束を発生する第2光源と、第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うための波長λ3(λ3>λ2)の光束を発生する第3光源と、入射光に対して所定の次数の回折光を発生する回折部と、前記第1乃至第3情報記録媒体の情報記録面に、前記第1乃至第3光源からの光束をそれぞれ集光させるために、前記第1乃至第3情報記録媒体に対向する位置に配置される対物レンズと、を有する集光光学系と、を具備し、前記波長λ1の光束が前記回折部を通過することで発生するn1次回折光の回折光量が、前記波長λ1の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きい場合に、前記波長λ2の光束が前記回折部を通過することで発生するn2次回折光の回折光量が、前記波長λ2の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、かつ、前記波長λ3の光束が前記回折部を通過することで発生するn3次回折光の回折光量が、前記波長λ3の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、さらに、前記回折次数n1乃至n3は次式を満たすことを特徴とする。
|n2|=INT(λ1・|n1│/λ2)
|n3|=INT(λ1・|n1|/λ3)
|n1|>|n2|≧|n3|
ただし、n1は0、±1以外の整数であり、INT(λ1・|n1|/λ2)はλ1・|n1|/λ2を四捨五入して得られる整数であり、INT(λ1・|n1|/λ3)はλ1・│n1|/λ3を四捨五入して得られる整数である。
【0260】
上記光ピックアップ装置は次式を満たすことが好ましい。
|INT(λ1・|n1|/λ2)−(λ1・|n1|/λ2)|<0.4
|INT(λ1・|n1|/λ3)−(λ1・|n1|/λ3)|<0.4
【0261】
また、前記集光光学系は、前記第1の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うための光ビームとして、前記n1次回折光を前記第1の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記第2の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うための光ビームとして、前記n2次回折光を前記第2の光情報記録媒体の情報記録面上に集光し、前記第3の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行うための光ビームとして、前記n3次回折光を前記第3の光情報記録媒体の情報記録面上に集光することが好ましい。
【0262】
また、前記回折部に入射する前記波長λ1の光束の光量をIIN(λ1)、該IIN(λ1)の光量を有する前記波長λ1の光束が前記回折部を通過した後の光量をIOUT(λ1)、前記回折部に入射する前記波長λ2の光束の光量をIIN(λ2)、該IIN(λ2)の光量を有する前記波長λ2の光束が前記回折部を通過した後の光量をIOUT(λ2)、前記回折部に入射する前記波長λ3の光束の光量をIIN(λ3)、該IIN(λ3)の光量を有する前記波長λ3の光束が前記回折部を通過した後の光量をIOUT(λ3)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
OUT(λ1)/IIN(λ1)>0.7
OUT(λ2)/IIN(λ2)>0.7
OUT(λ3)/IIN(λ3)>0.7
【0263】
また、前記第1情報記録媒体は、情報記録面の光束入射面側に所定の厚さt1を有する第1保護層を有し、前記第2情報記録媒体は、情報記録面の光束入射面側に所定の厚さt2(t2≧t1)を有する第2保護層を有し、前記第3情報記録媒体は、情報記録面の光束入射面側に所定の厚さt3(t3≧t2)を有する第3保護層を有し、前記集光光学系は、前記波長λ1の光束が前記回折部を通過することで発生する前記n1次回折光を、前記第1保護層を介して前記第1情報記録媒体の情報記録面に波面収差が0.07λ1rms以下の状態で集光し、前記波長λ2の光束が前記回折部を通過することで発生する前記n2次回折光を、前記第2保護層を介して前記第2情報記録媒体の情報記録面に波面収差が0.07λ2rms以下の状態で集光し、前記波長λ3の光束が前記回折部を通過することで発生する前記n3次回折光を、前記第3保護層を介して前記第3情報記録媒体の情報記録面に波面収差が0.07λ3rms以下の状態で集光することが好ましい。
【0264】
また、前記回折部は、前記対物レンズの光束入射面側に配置されたことが好ましい。
【0265】
また、前記回折部は、前記対物レンズの光学面上に形成されたことが好ましい。
【0266】
また、上述の光ピックアップ装置を搭載し、音声及び/または画像の記録、及び/または、音声及び/または画像の再生が可能なように本発明による記録・再生装置を構成できる。
【0267】
本発明による光学素子は、第1光源からの波長λ1の光束を用いて第1光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、第2光源からの波長λ2(λ2>λ1)の光束を用いて第2光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行い、第3光源からの波長λ3(λ3>λ2)の光束を用いて第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記光学素子は、入射光に対して所定の次数の回折光を発生する回折部を有し、前記波長λ1の光束が前記回折部を通過することで発生するn1次回折光の回折光量が、前記波長λ1の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きい場合に、前記波長λ2の光束が前記回折部を通過することで発生するn2次回折光の回折光量が、前記波長λ2の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、かつ、前記波長λ3の光束が前記回折部を通過することで発生するn3次回折光の回折光量が、前記波長λ3の光束の他のいずれの次数の回折光の回折光量よりも大きく、さらに、前記回折次数n1乃至n3は次式を満たすことを特徴とする。
|n2|=INT(λ1・|n1|/λ2)
|n3|=INT(λ1・|n1|/λ3)
│n1|>│n2|≧|n3│
ただし、n1は0、±1以外の整数であり、INT(λ1・|n1|/λ2)はλ1・|n1|/λ2を四捨五入して得られる整数であり、INT(λ1・|n1|/λ3)はλ1・|n1|/λ3を四捨五入して得られる整数である。
【0268】
上記光学素子は次式を満たすことが好ましい。
│INT(λ1・|n1|/λ2)−(λ1・|n1|/λ2)|<0.4
│INT(λ1・|n1|/λ3)−(λ1・│n1|/λ3)|<0.4
【0269】
また、前記回折部に入射する前記波長λ1の光束の光量をIIN(λ1)、該IIN(λ1)の光量を有する前記波長λ1の光束が前記回折部を通過した後の光量をIOUT(λ1)、前記回折部に入射する前記波長λ2の光束の光量をIIN(λ2)、該IIN(λ2)の光量を有する前記波長λ2の光束が前記回折部を通過した後の光量をIOUT(λ2)、前記回折部に入射する前記波長λ3の光束の光量をIIN(λ3)、該IIN(λ3)の光量を有する前記波長λ3の光束が前記回折部を通過した後の光量をIOUT(λ3)としたとき、次式を満たすことが好ましい。
OUT(λ1)/IIN(λ1)>0.7
OUT(λ2)/IIN(λ2)>0.7
OUT(λ3)/IIN(λ3)>0.7
【0270】
また、前記光学素子は、前記第1乃至第3光情報記録媒体の情報記録面に、前記第1乃至第3光源からの光束をそれぞれ集光させるために、前記第1乃至第3光情報記録媒体に対向する位置に配置される対物レンズであることが好ましい。
【0271】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による第1〜第7の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0272】
〈第1の実施の形態〉
【0273】
図9は第1の実施の形態による第1の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。図9に示すように、第1の光ピックアップ装置は、保護基板厚さが小さい第1の光ディスクの記録/再生用の第1光源である半導体レーザ11と、保護基板厚さが大きい第2の光ディスク記録/再生用の第2光源である半導体レーザ12と、保護基板厚さがさらに大きい第3の光ディスク記録/再生用の第3光源である半導体レーザ13とを有している。
【0274】
第1の光ディスクとしては、例えば、0.1mmの保護基板(透明基板)を有するDVDをより高密度化した光ディスク(高密度DVD)を用いることができ、第2の光ディスクとしては、0.6mmの保護基板を有するDVD、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+RW等の各種DVDを用いることができ、第3の光ディスクとしては、1.2mmの保護基板を有するCD、CD−R、CD−RW、CD−Video、CD−ROM等の各種CDを用いることができる。
【0275】
また、第1光源11としては、400nm程度の波長の光を発生するGaN系青紫色半導体レーザや青紫色SHGレーザ等を用いることができ、第2光源12としては、650nm程度の波長の光を発生する赤色半導体レーザを用いることができ、第3光源13としては、780nm程度の波長の光を発生する赤外半導体レーザを用いることができる。かかる第1乃至第3の光源11〜13は、情報の記録/再生を行う光ディスクの種類によって選択的に使用される。
【0276】
第1の光ピックアップ装置は、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、第1乃至第3の半導体レーザ11乃至13からの光束を、第1乃至第3の光ディスクのそれぞれの情報記録面91,92,93上に集光させることができる対物レンズ14を有する。
【0277】
対物レンズ14は第1乃至第3の半導体レーザ11〜13からの光束を第1乃至第3の光ディスクのそれぞれの情報記録面91,92,93上に集光させるための対物レンズとしての機能に加えて、基板厚差補正手段としての機能も有する。即ち対物レンズ14の光源側の面14a上には、同心円上の複数の輪帯からなる回折構造が形成されており、半導体レーザ11からの光束を、第1の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA1内で、回折限界内となる状態で保護基板を介して第1の光ディスクの情報記録面91上に集光させることができ、半導体レーザ12からの光束を、第2の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA2内で、回折限界内となる状態で保護基板を介して第2の光ディスクの情報記録面92上に集光させることができ、半導体レーザ13からの光束を、第3の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA3内で、回折限界内となる状態で保護基板を介して第3の光ディスクの情報記録面93上に集光させることができる。第1の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA1として例えば0.85程度、第2の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA2として、0.60程度、第3の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA3として、0.45程度とすることができる。
【0278】
また、第1の光ピックアップ装置は、半導体レーザ11のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ14で発生する色収差を補正するための色収差補正手段としての色収差補正用素子18を偏光ビームスプリッタ15と対物レンズ14との間に有する。高性能で簡易な構造の色収差補正素子として、複数の輪帯からなる回折構造を有する回折素子が知られているが、従来の回折素子を用いて、半導体レーザ11の波長(たとえば、400nm)近傍の光に対して、対物レンズ14で発生する色収差の補正を行った場合、半導体レーザ12の波長(たとえば、650nm)や半導体レーザ13の波長(たとえば、780nm)の光に対しては、色収差が補正過剰になり過ぎてしまうという問題があり、半導体レーザ11乃至13からの光束の共通の光路中に配置される色収差補正用素子としては好ましくない。
【0279】
そこで、本発明者らは、第1の光ピックアップ装置に用いて好ましい色収差補正用素子18として、図10に示すような多層回折素子を提案する。図10(a)の多層回折素子は、アッベ数の異なる2つの光学材料から形成された光学素子aと光学素子bとを貼り合わせた構造を有し、光学素子aと光学素子bの貼り合わせ面側には、複数の輪帯からなる回折構造が形成されている。光学素子a及び光学素子bの光学材料として、図10(b)に示すように、半導体レーザ12の波長(たとえば、650nm)から半導体レーザ13の波長(たとえば、780nm)にかけての波長領域においてはほとんど屈折率差がなく、半導体レーザ11の波長(たとえば、400nm)近傍の波長領域では、所定の屈折率差Δnを有するような屈折率−波長特性をもつ光学材料を選ぶとよい。これにより、半導体レーザ11の波長近傍の光のみが、光学素子aと光学素子bとの屈折率差Δnの影響により、貼り合わせ面の回折構造の作用を受けて回折するようにすることができるので、屈折率差Δnに対して、回折構造の形状を適切に設計することにより、半導体レーザ11の波長近傍のみの光に対して、対物レンズ14の色収差の補正を行うようにすればよく、半導体レーザ11から出射された光束は、色収差補正用素子18を経ることによってほとんど色収差なく第1の光ディスクの情報記録面91上に集光される。
【0280】
さらに、第1の光ピックアップ装置は、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ14等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ11の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段としての球面収差補正素子として、1軸アクチュエータ21によって光軸方向に変移されるコリメータ16を偏光ビームスプリッタ15と対物レンズ14との間に有する。
【0281】
第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットの球面収差の変化が図示しない光検出器によって検出された場合は、1軸アクチュエータ21によりコリメータ16を所定量変移させて、対物レンズ14に入射する光束の発散角を変化させることで、かかる球面収差の変化を補正する。集光スポットの球面収差が補正過剰(オーバー)方向に変化した場合は、コリメータ16を対物レンズ14から離れる方向に変移させ、集光スポットの球面収差が補正不足(アンダー)方向に変化した場合は、コリメータ16を対物レンズ14に近づく方向に変移させる。これにより、第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
【0282】
第1の光ディスクを記録/再生する場合、半導体レーザ11からビームを出射し、出射された光束は、半導体レーザ11乃至13からの出射光の合成手段である偏光ビームスプリッタ15、コリメータ16、色収差補正用素子18を透過し、対物レンズ14により第1の光ディスクの保護基板を介して情報記録面91に集光される。このとき、対物レンズ14は、像側開口数NA1内で回折限界内となるように、半導体レーザ11からの光束を集光させるので、高密度な次世代の光ディスクである第1の光ディスクを記録/再生することができる。
【0283】
そして、情報記録面91で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ14、色収差補正用素子18、コリメータ16を透過して図示しない光検出系に向かう。光検出系の光検出器上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2軸アクチュエータ22が半導体レーザ11からの光束を第1の光ディスクの情報記録面91上に結像するように対物レンズ14を光軸方向に変移させると共に、半導体レーザ11からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ14を光軸に垂直な方向に変移させる。
【0284】
また、第2の光ディスクを記録/再生する場合、半導体レーザ12からビームを出射し、出射された光束は、半導体レーザ12及び13からの出射光の合成手段である偏光ビームスプリッタ17及び偏光ビームスプリッタ15で反射され、さらに、上記半導体レーザ11からの光束と同様、コリメータ16、色収差補正用素子18を透過し、対物レンズ14により第2の光ディスクの保護基板を介して情報記録面92に集光される。このとき、対物レンズ14は、像側開口数NA2内で回折限界内となるように、半導体レーザ12からの光束を集光させるので、第2の光ディスクを記録/再生することができる。
【0285】
そして、情報記録面92で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ14、色収差補正用素子18、コリメータ16を透過して図示しない光検出系に向かう。第1の光ディスクの場合と同様、光検出系の光検出器上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2軸アクチュエータ22が半導体レーザ12からの光束を第2の光ディスクの情報記録面92上に結像するように対物レンズ14を光軸方向に変移させると共に、半導体レーザ12からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ14を光軸に垂直な方向に変移させる。
【0286】
また、第3の光ディスクを記録/再生する場合、半導体レーザ13からビームを出射し、出射された光束は、偏光ビームスプリッタ17を透過し、偏光ビームスプリッタ15で反射され、さらに、上記半導体レーザ11からの光束と同様、コリメータ16、色収差補正用素子18を透過し、対物レンズ14により第3の光ディスクの保護基板を介して情報記録面93に集光される。このとき、対物レンズ14は、像側開口数NA3内で回折限界内となるように、半導体レーザ13からの光束を集光させるので、第3の光ディスクを記録/再生することができる。
【0287】
そして、情報記録面93で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ14、色収差補正用素子18、コリメータ16を透過して図示しない光検出系に向かう。第1の光ディスクの場合と同様、光検出系の光検出器上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2軸アクチュエータ22が半導体レーザ13からの光束を第3の光ディスクの情報記録面93上に結像するように対物レンズ14を光軸方向に変移させると共に、半導体レーザ13からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ14を光軸に垂直な方向に変移させる。
【0288】
なお、本実施の形態の光ピックアップ装置では、光源と対物レンズとの間の光路中に配置される1/4波長板は省略されているが、実際の光ピックアップ装置では、1/4波長板が光源と対物レンズとの間の光路中に配置される場合がある。以降の実施の形態の光ピックアップ装置でも、1/4波長板は省略する。
【0289】
本実施の形態の対物レンズ14において、第2の光ディスクを記録/再生する場合に、像側開口数NA2からNA1の領域を通過した半導体レーザ12からの光束が、第2の光ディスクの情報記録面92上でフレアとなるように回折構造14aと、回折構造14aが形成される光学面の非球面形状とを決定すると、NA1とNA2との開口切替を自動的に行うことができ、特別な開口切替手段を設ける必要がないのでコスト上有利である。
【0290】
さらに、第3の光ディスクを記録/再生する場合に、像側開口数NA3からNA1の領域を通過した半導体レーザ13からの光束が、第3の光ディスクの情報記録面93上でフレアとなるように回折構造14aと、回折構造14aが形成される光学面の非球面形状とを決定すると、NA1とNA2とNA3との開口切替を自動的に行うことができるのでより好ましい。かかる場合には、回折構造14aは基板厚差補正手段としての機能と、開口切替手段としての機能を備えることになる。
【0291】
このように、像側開口数NA2からNA1の領域を通過した半導体レーザ12からの光束と、像側開口数NA3からNA1の領域を通過した半導体レーザ13からの光束とが、それぞれ第2の光ディスクの情報記録面92上、第3の光ディスクの情報記録面93上でフレアとなるようにする場合、像側開口数NA2からNA1に対応する領域を通過した波長λ2の光束は、像側開口数NA1内で、第2の光ディスクの情報記録面上において、波面収差が0.20λ2rmsより大きい状態であり、かつ、像側開口数NA3からNA1に対応する領域を通過した波長λ3の光束は、像側開口数NA1内で、第3の光ディスクの情報記録面上において、波面収差が0.20λ3rmsより大きい状態となるように回折構造14aが決定される。これにより、必要な像側開口数内の領域を通過した光束のスポットと、必要な像側開口数内より外側を通過した光束のフレアとが十分に分離され、光検出器の受光部における良好な信号検出特性が得られる。
【0292】
また、上述のように、対物レンズ14において、第2及び第3の光ディスクを記録/再生する場合に必要な像側開口数以上の光束をフレア成分としない場合には、本実施の形態の光ピックアップ装置は、上述した形態とは別の形態の開口切替手段を有することが好ましい。このような開口切替手段として、後述の図17,図18のような輪帯フィルタを用いることができる。また、NA1とNA2とNA3とに対応した絞りをそれぞれ、第1の光ディスク、第2の光ディスク、第3の光ディスクを記録/再生する際に機械的に切り替えるようにしてもよい。
【0293】
また、このような開口切替手段として、互いに対向する透明電極との間に配置された液晶層と1/4波長板とを備え、透明電極のうち少なくとも一方が光軸を中心とする複数の輪帯状の電圧印加部に分割されており、かかる電圧印加部のうち少なくとも1つの電圧印加部に電圧を印加することで、液晶層の液晶分子の配向状態を輪帯状に変化させることのできる素子を用いてもよい。かかる素子を用いると、対物レンズ14のNA2からNA1の領域とNA2内の領域に対応する光束の偏光面をそれぞれ独立に変化させたり、対物レンズ14のNA3からNA1の領域とNA3内の領域に対応する光束の偏光面をそれぞれ独立に変化させることができるので、第1乃至第3の光ディスクに対する開口切替手段として機能させることができる。
【0294】
また、本実施の形態では、対物レンズ14の少なくとも1つの面14a上に形成した、同心円上の複数の輪帯からなる基板厚差補正手段としての回折構造の作用により、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ11乃至13からの光束を、第1乃至第3の光ディスクのそれぞれの情報記録面91乃至93上に集光させることができるようにしたが、上記の回折構造は、対物レンズとは別に配設された光学素子の光学面上に設けてもよい。
【0295】
上述のように、対物レンズとは別に配設された光学素子の光学面上に基板厚差補正手段としての回折構造を設ける場合において、第2及び第3の光ディスクを記録/再生する場合に必要な像側開口数以上の光束をフレア成分として、かかる回折構造に開口切替手段としての機能も持たせる場合には、かかる回折構造が設けられた光学素子と対物レンズとが一体となってトッラキング駆動されることが好ましい。これにより良好なトラッキング特性を得ることができる。
【0296】
また、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、波長の異なる複数の光源からの光束を、保護基板の厚さの異なる複数の光ディスクの情報記録面上に集光させることができる対物レンズとして本出願人による特開平11−96585公報や特開2001−229567公報に記載の対物レンズを用いてもよい。
【0297】
また、第1の光ピックアップ装置では、対物レンズ14の少なくとも1つの面14a上に形成した回折構造の回折作用によって所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ11乃至13からの光束を、第1乃至第3の光ディスクのそれぞれの情報記録面91乃至93上に集光できるようにしたが、以下に、本実施の形態に用いることのできる、別の形態の対物レンズの例を説明する。
【0298】
即ち、対物レンズの少なくとも1つの面上に形成した回折構造の回折作用によって、半導体レーザ11及び12からの光束を、それぞれ、第1の光ディスク及び第2の光ディスクの情報記録面92上に、それぞれ,開口数NA1及びNA2内で回折限界内となるように集光できるようにし、第3の光ディスクに対しては、対物レンズに半導体レーザ13からの発散光束を入射させることで、保護基板厚さの違いに起因する球面収差の変化を、開口数NA3内で回折限界内となるように補正する。この場合、光ピックアップ装置は、第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う際の開口切替手段を有することが好ましく、このような開口切替手段として後述の図17,図19のような輪帯フィルタを用いることができる。
【0299】
また、球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、後述される屈折率分布可変材料層を有し、電場または磁場または温度を印加することにより屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることのできる素子や、構成レンズの少なくとも1つが光軸方向に変移可能とされたビームエキスパンダを用いてもよい。
【0300】
また、本実施の形態の基板厚誤差補正手段としてのコリメータ16は、1群構成としたが、複数のレンズから構成されるようにしてもよい。このように複数のレンズから構成された基板厚誤差補正手段としてのコリメータとして、本出願人による特願2000−392333号にあるようなコリメータがある。
【0301】
また、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ15から対物レンズ14にいたる半導体レーザ12からの光束の経路は省略している。同様に、偏光ビームスプリッタ15から対物レンズ14にいたる半導体レーザ13からの光束の経路は省略している。以降の実施の形態でも同様である。
【0302】
また、本実施の形態では、対物レンズのフォーカシング誤差及び/またはトラッキング誤差を検出するための光検出手段、及び、情報記録面91上の集光スポットの球面収差の変化を検出するための光検出手段は省略されているが、実際の光ピックアップ装置は、かかる光検出手段を有する。以降の実施の形態例においても同様に光検出手段は省略する。
【0303】
次に、図11により図9の光ピックアップ装置の変形例である第2の光ピックアップ装置を説明する。図11に示すように、第2の光ピックアップ装置は、図9における基板厚誤差補正手段としてのコリメータと色収差補正手段とが一体化された一体化素子20を有し、この一体化素子20は図9と同様に1軸アクチュエータ21により光軸方向に変移されるようになっている。さらに同一の基板上に形成された半導体レーザ12と半導体レーザ13が同一のケース19内に収納されてユニット化されている。図11の構成によれば、一体化素子20及びユニット化された半導体レーザにより光ピックアップ装置の部品点数を低減することができるので、よりコストダウンを図ることができる。
【0304】
なお、図11の第2の光ピックアップ装置では、半導体レーザ12と半導体レーザ13がユニット化されているが、半導体レーザ11と半導体レーザ12をユニット化してもよく、半導体レーザ11と半導体レーザ13をユニット化してもよい。また、半導体レーザ11と半導体レーザ12と半導体レーザ13をユニット化することでよりいっそうのコストダウン及び省スペース化が図れる。
【0305】
〈第2の実施の形態〉
【0306】
図12は第2の実施の形態による第3の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。図12に示すように、第3の光ピックアップ装置は、図9の第1の光ピックアップ装置と同様に、3種類の記録密度の異なる光ディスクに対して情報の記録/再生が可能な光ピックアップ装置である。
【0307】
第3の光ピックアップ装置は、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ11乃至13からの各光束を第1乃至第3の光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光させることができる対物レンズ14を有する。対物レンズ14としては、第1の光ピックアップ装置に用いた対物レンズと同様の対物レンズを用いることができるので、詳細な説明は割愛する。
【0308】
また、第3の光ピックアップ装置は、半導体レーザ11と、半導体レーザ11乃至13からの光束の光路合成手段である偏光ビームスプリッタ15との間の光路中に、半導体レーザ11のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ14で発生する色収差を補正するための色収差補正手段としてのコリメータ29を有する。コリメータ29の少なくとも1つの面上には同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成されており、半導体レーザ11から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、コリメータ29のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有する。さらに、コリメータ29の波長変化に対する焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値は、同じ量の波長変化に対する対物レンズ14の焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値と略一致するので、半導体レーザ11から出射された光束は、コリメータ29と対物レンズ14を経ることによってほとんど色収差なく第1の光ディスクの情報記録面91上に集光される。このような波長特性を有するコリメータとして、本出願人による特願2001−248819号にあるようなコリメータを用いることができる。
【0309】
また、第3の光ピックアップ装置に用いるのに好ましい色収差補正手段としてのコリメータ29として、相対的にアッベ数の大きい正レンズと、相対的にアッベ数の小さい負レンズとを貼り合わせたコリメータを用いることができる。このようなダブレット構造を有するコリメータとして、本出願人による特願2000−262372号にあるようなコリメータを用いることができる。
【0310】
また、第3の光ピックアップ装置では、コリメータに回折構造を形成して対物レンズ14で発生する色収差を補正したが、半導体レーザ11と偏光ビームスプリッタ15との間に、コリメータとは別に配置された、少なくとも1面に回折構造が形成された色収差補正手段としての色収差補正素子を用いてもよい。平行光中に配置することのできる色収差補正素子として、本出願人による特願2001−210659号にあるような色収差補正素子を用いることができる。半導体レーザ11から射出される楕円状の光束の整形するためのビーム整形プリズムペアを光路中に配置する場合は、かかる平行光中に配置することのできる色収差補正素子を用いるのが好ましい。
【0311】
また、第3の光ピックアップ装置は、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ11の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として屈折率分布可変素子23を偏光ビームスプリッタ15と対物レンズ14との間に配置している。
【0312】
屈折率分布可変素子23は、一対のガラス基板24a、24bに保持された互いに対向する一対の透明電極25a、25bとの間に配置された液晶層26を有し、透明電極25a、25bに駆動電源27から電圧を印加することで液晶層26の液晶分子の配向状態を電気的に制御し、液晶層26内の屈折率分布を変化させることができるように構成されている。
【0313】
透明電極25a、25bの少なくとも一方は光軸を中心とした複数の輪帯状の電圧印加部に分割されており、これら複数の輪帯状の電圧印加部の少なくとも1つに所定の電圧を印加することで、液晶層26の屈折率分布を光軸を中心として輪帯状に変化させることができる。第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットの球面収差の変化が図示しない光検出器によって検出された場合は、電源27により、電圧印加部に所定の電圧を印加することで、液晶層26の屈折率分布を光軸を中心とする輪帯状に変化させ、屈折率分布可変素子23を透過する波面に対し所定の光路差を付加し、かかる球面収差の変化を補正する。これにより、第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
【0314】
上述の説明では、屈折率分布可変素子23として上述したような形態の屈折率分布可変素子を用いたが、本実施の形態の光ピックアップ装置に用いることのできる屈折率分布可変素子は、光軸を中心として回転対称状に屈折率分布を変化させることのできるものであればよく、上述の形態に限るものではない。
【0315】
また、第3の光ピックアップ装置に用いることのできる基板厚誤差補正手段として、構成レンズの少なくとも1つが光軸方向に変移可能とされたビームエキスパンダを用いてもよい。
【0316】
次に、図13により図12の光ピックアップ装置の変形例である第4の光ピックアップ装置を説明する。図13に示すように、第4の光ピックアップ装置においては、半導体レーザ12と半導体レーザ13が図11と同様にユニット化されているので、光ピックアップ装置の部品点数の低減によりコストダウンが図れる。
【0317】
第4の光ピックアップ装置は、開口数NA1内で回折限界内となるように、半導体レーザ11の光束を、第1の光ディスクの情報記録面91上に集光させることができる対物レンズ34を有する。第1の光ディスク専用の対物レンズである対物レンズ34を用いて、半導体レーザ12からの光を用いて第2の光ディスクを記録/再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰(オーバー)方向に球面収差が変化するが、第4の光ピックアップ装置では、補正過剰方向に変化した球面収差を、基板厚差補正手段としての機能も備えた屈折率分布可変素子23により、開口数NA2内で回折限界内となるように補正することで第2の光ディスクに対する記録/再生を可能としている。
【0318】
更に、半導体レーザ13からの光を用いて第3の光ディスクを記録/再生する場合も同様に、保護基板厚さの違いにより補正過剰(オーバー)方向に変化した球面収差を、屈折率分布可変素子23により、開口数NA3内で回折限界内となるように補正する。
【0319】
また、第4の光ピックアップ装置は、NA1とNA2とNA3との開口切替手段として、図13の対物レンズ34の光源側の光学面34aに波長選択性のある後述の図17、図18のような輪帯フィルタを形成している。これにより、自動的に開口をNA1とNA2とNA3とに切り替えることができる。かかる波長選択性のある輪帯フィルタにより、第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を遮断することで光ディスクの情報記録面上で所望のスポット径を得ることができる。
【0320】
また、開口切替手段として、NA1とNA2とNA3とに対応した絞りをそれぞれ、第1の光ディスク、第2の光ディスク、第3の光ディスクを再生する際に機械的に切り替える手段を用いてよく、更に、第1の実施の形態で説明したような液晶を用いた開口切替素子を用いてもよい。
【0321】
また、かかる開口切替手段は、対物レンズ34と一体となってトラッキングを行うのが好ましく、これにより良好なトラッキング特性が得られる。図13では、対物レンズ34の光学面34aに設けているので、このトラックキング特性が向上する。
【0322】
また、図13の光ピックアップ装置において、対物レンズ34は、1つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ1における焦点距離をf1(mm)、中心厚さをd(mm)、対物レンズ14に入射する波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、第1の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合の作動距離をfB1(mm)としたとき、
0.7<d/f1<1.5 (2)
2.8<Φ1<5.8   (3)
fB1>0.5      (4)
を満足するように構成されている。
【0323】
高密度DVD用の高NA対物レンズとして、特開平10−123410号公報にあるような2つのレンズ群から構成される対物レンズが提案されているが、保護基板厚に1.1mmの違いがある、高密度DVDとCDとの相互互換を共通の対物レンズで行う場合には、対物レンズを、作動距離が確保しやすい単レンズ構成とするのが好ましい。このとき、上記(2)乃至(4)式を満たすことが特に好ましく、これにより、CDの作動距離を十分に確保することができる。この結果、DVDや高密度DVDのように、光ディスクの保護基板厚さの製造公差が比較的厳しく抑えられておらず、保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きいCDを記録/再生する場合でもCDと対物レンズとの衝突の可能性を十分小さくすることができる。
【0324】
〈第3の実施の形態〉
【0325】
図14は第3の実施の形態による第5の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。図14に示すように、第5の光ピックアップ装置は、図9の第1の光ピックアップ装置と同様に、3種類の記録密度の異なる光ディスクに対して情報の記録/再生が可能な光ピックアップ装置である。
【0326】
第5の光ピックアップ装置は、所定の像側開口数内で回折限界内となるように、半導体レーザ11乃至13からの光束を、第1乃至第3の光ディスクのそれぞれの情報記録面91乃至93上に集光させることができる対物レンズ14を有する。対物レンズ14としては、第1の光ピックアップ装置に用いた対物レンズと同様の対物レンズを用いることができるので、詳細な説明は割愛する。
【0327】
さらに、第5の光ピックアップ装置は、半導体レーザ11と、半導体レーザ11乃至13からの光束の光路合成手段である偏光ビームスプリッタ15との間の光路中に、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ11の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段としてビームエキスパンダ33を配置している。
【0328】
このビームエキスパンダ33は、負レンズ32と正レンズ31とから構成され、負レンズ32が1軸アクチュエータ21によって光軸方向に変移されるようになっている。負レンズ32には半導体レーザ11からの光束がコリメータ30で平行にされて入射する。
【0329】
第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットの球面収差の変化が図示しない光検出器によって検出された場合は、1軸アクチュエータ21により負レンズ32を所定量変移させて、対物レンズ14に入射する光束の発散角を変化させることで、かかる球面収差の変化を補正する。集光スポットの球面収差が補正過剰(オーバー)方向に変化した場合は、負レンズ32を正レンズ31に近づく方向に変移させ、集光スポットの球面収差が補正不足(アンダー)方向に変化した場合は、負レンズ32を正レンズ33から離れる方向に変移させる。これにより、第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
【0330】
なお、第5の光ピックアップ装置では、負レンズ32を光軸方向に変移させるようにしたが、正レンズ31を光軸方向に変移させるようにしてもよく、また負レンズ32と正レンズ31の両方を光軸方向に変移させるようにしてもよい。
【0331】
また、第5の光ピックアップ装置では、基板厚誤差補正手段として、負レンズ32を光軸方向に変移させるようにしたビームエキスパンダ33を用いたが、第1の光ピックアップ装置と同様に、光軸方向に変移させるようにしたコリメータを用いてもよいし、第3の光ピックアップ装置と同様に、屈折率分布可変素子を用いてもよい。いずれの場合でも、第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
【0332】
さらに、第5の光ピックアップ装置では、ビームエキスパンダ33は基板厚誤差補正手段として機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。すなわち、ビームエキスパンダ33の正レンズ31の光ディスク側の面31a上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成されており、半導体レーザ11から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、ビームエキスパンダ33のパワーが大きくなるような波長特性を有するので、半導体レーザ11から出射された光束は、ビームエキスパンダ33と対物レンズ14を経ることによってほとんど色収差なく第1の光ディスクの情報記録面91上に集光される。
【0333】
第5の光ピックアップ装置に用いるのが好ましいビームエキスパンダとして本出願人による特願2000−330009号にあるようなビームエキスパンダを用いることができる。
【0334】
第5の光ピックアップ装置では、ビームエキスパンダ33の正レンズ31の少なくとも1面上に回折構造を形成することで、対物レンズ14で発生する色収差を補償したが、負レンズ32の少なくとも1面上に回折構造を形成してもよく、負レンズ32と正レンズ31の両方に回折構造を形成してもよい。
【0335】
また、第5の光ピックアップ装置では、ビームエキスパンダ33の正レンズ31の少なくとも1面上に回折構造を形成することで、対物レンズ14で発生する色収差を補償したが、半導体レーザ11のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ14で発生する色収差を補正するための色収差補正手段として、特願2001−248819号や特願2000−262372号にあるようなコリメータを用いることができる。さらに、本出願人による特願2001−210659号にあるような色収差補正素子を用いることができる。
【0336】
次に、図15により図14の光ピックアップ装置の変形例である第6の光ピックアップ装置を説明する。図15に示すように、第6の光ピックアップ装置では、半導体レーザ11と、半導体レーザ11乃至13からの出射光の合成手段である偏光ビームスプリッタ15との間の光路中に、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ11の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、1軸アクチュエータ21により光軸方向に変移されるようにしたコリメータ39を備える。これにより、第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
【0337】
また、第6の光ピックアップ装置では、コリメータ39は基板厚誤差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。即ち半導体レーザ11のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ14で発生する色収差を補正するためにコリメータ39の光ディスク側の面39a上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を形成した。これにより、コリメータ39は半導体レーザ11から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、コリメータ39のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有するので、半導体レーザ11から射出された光束は、コリメータ39及び対物レンズ14を透過することでほとんど色収差なく第1の光ディスクの情報記録面91上に集光される。
【0338】
〈第4の実施の形態〉
【0339】
図16は第4の実施の形態による第7の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。図16に示すように、第5の光ピックアップ装置は、図9の第1の光ピックアップ装置と同様に、3種類の記録密度の異なる光ディスクに対して情報の記録/再生が可能な光ピックアップ装置である。
【0340】
本実施の形態の第7の光ピックアップ装置は、開口数NA1内で回折限界内となるように、半導体レーザ11の光束を、第1の光ディスクの情報記録面91上に集光させることができる対物レンズ34を有する。
【0341】
第7の光ピックアップ装置では、半導体レーザ11と、半導体レーザ11乃至13からの光束の光路合成手段である偏光ビームスプリッタ15との間の光路中に、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ11の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、1軸アクチュエータ21により光軸方向に変移されるようにしたコリメータ39を備える。これにより、第1の光ディスクの情報記録面91上の集光スポットは、常に球面収差が良好に補正された状態を保つことができる。
【0342】
また、第7の光ピックアップ装置では、コリメータ39は基板厚誤差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。すなわち半導体レーザ11のモードホッピング等の単色性の悪さに起因して、主に対物レンズ34で発生する色収差を補正するためにコリメータ39の光ディスク側の面39a上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を形成した。これにより、コリメータ39は半導体レーザ11から射出される光の波長が、長くなる方向に変化した場合に、コリメータ39のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有するので、半導体レーザ11から射出された光束は、コリメータ39及び対物レンズ34を透過することでほとんど色収差なく第1の光ディスクの情報記録面91上に集光される。
【0343】
第7の光ピックアップ装置では、半導体レーザ12と偏光ビームスプリッタ15との間の光路中であって、半導体レーザ12からの光束と半導体レーザ13からの光束との共通光路中に、光ディスク側の面35a上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造が形成された基板厚差補正手段としての回折光学素子35を備える。
【0344】
第1の光ディスク専用の対物レンズである対物レンズ34を用いて、半導体レーザ12からの光を用いて第2の光ディスクを記録/再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰(オーバー)方向に球面収差が変化する。同様に、対物レンズ34を用いて、半導体レーザ13からの光を用いて第3の光ディスクを記録/再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰(オーバー)方向に球面収差が変化する。第7の光ピックアップ装置では、補正過剰方向に変化した球面収差を、回折光学素子35の回折作用によって、半導体レーザ12からの光束を、第2の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA2内で回折限界内となるように補正し、さらに半導体レーザ13からの光束を、第3の光ディスクを記録/再生する際に必要な像側開口数NA3内で回折限界内となるように補正するので、第1の光ディスク専用の対物レンズ34を用いて、保護基板厚さの異なる第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生が可能である。
【0345】
図16の光ピックアップ装置において、回折光学素子35の回折構造35aは、半導体レーザ12からの波長λ2の光が入射したときに発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の次数n2と、半導体レーザ13からの波長λ3の光が入射したときに発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の次数n3とが同一となるように最適化され、その最適化波長は、λ2とλ3との中間の波長である。これにより、第2の光ディスクと第3の光ディスクの使用波長領域において、それぞれ高い回折効率を得ることができる。
【0346】
例えば、回折構造35aを、
680nm<λB<740nm
を満足する波長λBと回折次数1とで最適化すると、半導体レーザ12からの波長650nmの光と、半導体レーザ13からの波長780nmの光と、が回折構造35aに入射したときに発生する、それぞれの光の1次回折光の回折効率をともに95%以上とすることができる。
【0347】
また、図16の光ピックアップ装置のように、基板厚差補正手段としての回折光学素子35を、半導体レーザ12及び13からの光束は通過するが、半導体レーザ11からの光束は通過しない光路に配置して、半導体レーザ12及び13からの光束の同一次数の回折光を、それぞれ、第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対する記録/再生に使用するようにすると、半導体レーザ12からの光束の波長λ2と半導体レーザ13からの光束の波長λ3との中間の波長と、回折次数2で回折構造35aを最適化した場合でも、波長λ2の光と、波長λ3の光とで、ともに高い回折効率を確保できる。このように、回折次数2で回折構造35aを最適化することで、回折次数1で最適化する場合に比して、隣合う回折輪帯の間隔を2倍に広げることができるので、回折輪帯形状の製造誤差による回折効率の低下が小さい回折光学素子35を実現できる。
【0348】
例えば、n2=n3=1、λB=710nmで回折構造35aを最適化した場合、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率は、
第2の光ディスク(DVD、波長650nm)      :97.2%
第3の光ディスク(CD、波長780nm)      :97.3%
であるのに対し、n2=n3=2、λB=710nmで回折構造35aを最適化した場合でも、
第2の光ディスク(DVD、波長650nm)      :89.3%
第3の光ディスク(CD、波長780nm)      :89.8%
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域で十分な回折効率を確保できる。
【0349】
また、第7の光ピックアップ装置では、NA1とNA2とNA3との開口切替手段として、対物レンズ34の光源側の光学面34aに後述の図17,図18のような輪帯フィルタが形成されている。また、開口切替手段として、NA1とNA2とNA3とに対応した絞りをそれぞれ、第1の光ディスク、第2の光ディスク、第3の光ディスクを再生する際に機械的に切り替えるようにしてもよい。また、開口切替手段として第1の実施の形態で説明したような液晶を用いた開口切替素子を用いることができる。
【0350】
また、図16の光ピックアップ装置において、対物レンズ34は、1つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ1における焦点距離をf1(mm)、中心厚さをd(mm)、対物レンズ14に入射する波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、第1の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合の作動距離をfB1(mm)としたとき、
0.7<d/f1<1.5 (2)
2.8<Φ1<5.8   (3)
fB3>0.5      (4)
を満足するように構成されている。
【0351】
高密度DVD用の高NA対物レンズとして、特開平10−123410にあるような2つのレンズ群から構成される対物レンズが提案されているが、保護基板厚に1.1mmの違いがある、高密度DVDとCDとの相互互換を共通の対物レンズで行う場合には、対物レンズを、作動距離が確保しやすい単レンズ構成とするのが好ましい。このとき、上記(2)乃至(4)式を満たすことが特に好ましく、これにより、CDの作動距離を十分に確保することができる。この結果、DVDや高密度DVDのように、光ディスクの保護基板厚さの製造公差が比較的厳しく抑えられておらず、保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きいCDを記録/再生する場合でもCDと対物レンズとの衝突の可能性を十分小さくすることができる。
【0352】
図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置において、対物レンズ14の回折構造14aは、
340nm<λB<440nm           (A)
を満足する波長(以下、λBを最適化波長、または製造波長、またはブレーズ化波長とよぶ)と、回折次数2で最適化されているので、半導体レーザ11からの波長400nmの光が入射した場合には、2次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きな光量を有するよう発生し、対物レンズ14は、その2次回折光を第1の光ディスクの情報記録面上に集光する。
【0353】
このとき、対物レンズ14の回折構造14aに、半導体レーザ12からの波長650nmの光が入射した場合に、1次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きな光量を有するように発生し、対物レンズ14は、その1次回折光を第2の光ディスクの情報記録面上に集光するとともに、対物レンズ14の回折構造14aに、半導体レーザ13からの波長780nmの光が入射した場合に、1次回折光が他のいずれの次数の回折光よりも大きな光量を有するように発生し、対物レンズ14は、その1次回折光を第3の光ディスクの情報記録面上に集光する。
【0354】
このように、(A)式を満足する波長と回折次数2で、回折構造14aを最適化することで、第1の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数と、第2の光ディスク、及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数とを異なるようにし、かつ、第1の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数が、第2の光ディスク、及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数よりも大きくなるようにすると、それぞれの光ディスクの使用波長領域において、それぞれ高い回折効率を得ることができる。
【0355】
対物レンズ14の回折構造14aを決定する場合には、少なくとも、回折構造14aで発生する半導体レーザ11からの光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する次数の回折光の回折効率が70%より大きくなるように、回折構造14aを最適化するのが好ましい。より好ましくは、回折構造14aで発生する半導体レーザ11乃至13からのそれぞれの光束の回折光のうち、最大の回折光量を有する次数の回折光の回折効率がすべて70%より大きくなるように、回折構造14aが最適化されることである。
【0356】
以下に具体例を示す。ある製造波長λB、回折次数nで最適化された理想的なブレーズ構造が形成された回折レンズを考えると、この回折レンズのある波長λでの回折効率η(λ)は、波長λBにおけるレンズ材料の屈折率と、波長λにおけるレンズ材料の屈折率がほとんど変わらないと仮定すると、次式数1で表される。
【0357】
【数1】
【0358】
図60は、ある製造波長λB、回折次数1で最適化されたブレーズ構造で発生する、波長405nmの光の1次回折光と、波長650nmの光の1次回折光と、波長780nmの光の1次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
【0359】
図60から、特開2001−195769公報に記載の光ピックアップ装置のように、対物レンズ14の回折構造14aで発生する半導体レーザ11乃至13からの光の同一次数の回折光を、それぞれの光ディスクへの記録/再生再生に使用する場合には、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得ることはできないことがわかる。
【0360】
図61は、340nm≦λB≦450nmを満足する製造波長と、回折次数2で最適化されたブレーズ構造で発生する波長405nmの光の2次回折光と、波長650nmの光の1次回折光と、波長780nmの光の1次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
【0361】
図61から、第1の光ディスクへの記録/再生に半導体レーザ11からの光の2次回折光を、第2及び第3の光ディスクへの記録/再生に、それぞれ半導体レーザ12及び半導体レーザ13からの光の1次回折光を利用する場合には、350nmから420nmの間の波長を製造波長に設定した場合に、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得ることができることがわかる。特に、360nmから400nmの間の波長を製造波長に設定すると、それぞれの光ディスクの使用波長領域で80%以上という高い回折効率を得ることができるので好ましい。
【0362】
次に、対物レンズ14の回折構造14aのブレーズ構造の最適化の方法として好ましい別の例を説明する。
【0363】
図62は、390nm≦λB≦440nmを満足する製造波長と、回折次数6で最適化されたブレーズ構造で発生する波長405nmの光の6次回折光と、波長650nmの光の4次回折光と、波長780nmの光の3次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
【0364】
図62から、第1の光ディスクへの記録/再生に半導体レーザ11からの光の6次回折光を、第2の光ディスクへの記録/再生に半導体レーザ12からの光の4次回折光を、第3の光ディスクへの記録/再生に半導体レーザ13からの光の3次回折光を利用する場合には、405nmから425nmの間の波長を製造波長に設定した場合に、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得ることができることがわかる。特に、410nmから420nmの間の波長を製造波長に設定すると、それぞれの光ディスクの使用波長領域で80%以上という高い回折効率を得ることができるので好ましい。
【0365】
なお、上述した、それぞれの光ディスクの使用波長領域で高い回折効率を得るために好ましい製造波長の範囲は、半導体レーザ11乃至13から発振される光の波長がそれぞれ、
380nm<λ1<420nm
630nm<λ2<670nm
760nm<λ3<800nm
を満たす場合に適用可能である。
【0366】
半導体レーザ11乃至13からの光束のすべての光束が通過する共通の光路に、基板厚差補正手段を配置すると、図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置のように、対物レンズと、基板厚差補正手段としての回折構造とを一体化できるので、光ピックアップ光学系の光学素子の数を削減でき、コストの観点上好ましい。
【0367】
さらに、上述したように、開口数NA2より外側の領域を通過する半導体レーザ12からの光束と、開口数NA3より外側の領域を通過する半導体レーザ13からの光束と、がフレアとなるように、対物レンズの光学面上に形成した基板厚差補正手段としての回折構造を決定することで、この回折構造に開口切替手段としての機能も持たせることができるので、光ピックアップ光学系の光学素子の数をさらに、削減でき、コストの観点上より好ましい。
【0368】
また、図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置において、対物レンズ14は、1つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ1における焦点距離をf1(mm)、中心厚さをd(mm)、対物レンズ14に入射する波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、第3の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合の作動距離をfB3(mm)としたとき、
0.7<d/f1<1.5 (2)
2.8<Φ1<5.8   (3)
fB3>0.2      (4)
を満足するように構成されている。
【0369】
高密度DVD用の高NA対物レンズとして、特開平10−123410にあるような2つのレンズ群から構成される対物レンズが提案されているが、保護基板厚に1.1mmの違いがある、高密度DVDとCDとの相互互換を共通の対物レンズで行う場合には、対物レンズを、作動距離が確保しやすい単レンズ構成とするのが好ましい。このとき、上記(2)、(3)式を満たすことが特に好ましく、これにより、CDの作動距離を(4)式を満たすように十分に確保することができる。CDの作動距離が(4)式を満たしていれば、DVDや高密度DVDのように、光ディスクの保護基板厚さの製造公差が比較的厳しく抑えられておらず、保護基板厚さの個体差によるばらつきが大きいCDを記録/再生する場合でもCDと対物レンズとの衝突の可能性を十分小さくすることができる。
【0370】
また、図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置において、対物レンズ14は、さらに、第3の光ディスクに対する情報の再生及び/または記録を行う場合の結像倍率m3が
m3<0         (5)
を満たすように構成されている。これにより、CDの作動距離の確保が容易になる。
このとき、
−0.25<m3<−0.05             (6)
を満たすのが特に好ましく、CDの作動距離を十分に確保しつつ、第1乃至第3の光ディスクの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差補正を良好に行うことができる。
【0371】
図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置において、対物レンズ14は、さらに、第2の光ディスクに対する情報の再生及び/または記録を行う場合の結像倍率m2が
m2<0         (7)
を満たすように構成されている。これにより、DVDの作動距離の確保も容易になる。
このとき、
−0.20<m2<−0.02             (8)
を満たすのが特に好ましく、DVDの作動距離を十分に確保しつつ、第1乃至第3の光ディスクの保護基板の厚さの違いに起因して変化する球面収差補正を良好に行うことができる。
【0372】
次に、第3の実施の形態による第8の光ピックアップ装置について説明する。図63は第3の実施の形態による第8の光ピックアップ装置を概略的に示す図であって、図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置における対物レンズ14の基板厚差補正手段としての機能と、光ディスクの情報記録面上に光源からの光束を集光させるための集光レンズとしての機能を、それぞれ独立した光学素子に分離している。
【0373】
第8の光ピックアップ装置の対物レンズ100は、半導体レーザ11乃至13からの光束を、それぞれ、第1乃至第3の光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光レンズとしての機能を有する屈折型レンズ100aと、屈折型レンズ100aの光束入射面側に配置された、同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有する基板厚差補正手段としての機能を有する回折光学素子100bとを組合わせた複合型対物レンズである。屈折型レンズ100aと回折光学素子100bとは、フランジ部100cによって光軸と同軸に一体化され、2次元アクチュエータ22によって、一体となってトラッキング駆動やフォーカシング駆動される。
【0374】
屈折型レンズ100aは、1つのレンズ群から構成された単レンズであって、波長λ1における複合型対物レンズ100の焦点距離をf1(mm)、波長λ1における屈折型レンズ100aの中心厚さをd(mm)、複合型対物レンズ100に入射する波長λ1の光束の径をΦ1(mm)、第3の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合の作動距離をfB3(mm)としたとき、
0.7<d/f1<1.5 (9)
2.8<Φ1<5.8   (10)
fB3>0.2      (11)
を満足するように構成されている。
【0375】
屈折型レンズ100aとして、少なくとも波長λ1の領域で収差が補正された非球面レンズを用いることができる。
【0376】
また、回折光学素子100bの回折構造100dは、第1の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数と、第2の光ディスク、及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数とを異なるようにし、かつ、第1の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数が、第2の光ディスク、及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生に使用する回折光の次数よりも大きくなるように決定されている。
【0377】
回折光学素子100bの回折構造100dの最適化の方法は、図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置における対物レンズ14の回折構造14aのブレーズ構造の最適化の方法と同様なので、説明は割愛する。
【0378】
さらに、回折光学素子100bの回折構造100dは、波長λB、前記回折次数n1で最適化された複数の輪帯の各位置を、
Φ=n1・(b・h+b・h+b・h+・・・)
により定義される光路差関数で表す場合に(ここで、hは光軸からの高さ(mm)、b、b、b、・・・はそれぞれ2次、4次、6次、・・・の光路差関数係数(回折面係数ともいう)、n1は回折構造100dに半導体レーザ11からの波長λ1の光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の回折次数である)、
PD=Σ(−2・n1・b
により定義される回折構造のみのパワー(mm−1)が
0.5×10−2<PD<5.0×10−2
を満たすような正のパワーを有するのが好ましく、これにより半導体レーザ11のモードホップによる屈折型レンズ100aの結像位置の移動が小さく抑えることができる。すなわち、回折光学素子100bは、基板厚差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備えている。
【0379】
第8の光ピックアップ装置の対物レンズ100のように、対物レンズにおける基板厚差補正手段としての機能と、集光レンズとしての機能を、それぞれ独立した光学素子に分離することで、図9、11、12、14、15の光ピックアップ装置における対物レンズ14のように、屈折レンズの光学面上に、回折構造を一体形成する場合に比べ、回折光学素子100bとを作りやすくすることができる。
【0380】
具体的には、回折光学素子100bの回折構造100dは、平面上あるいは、曲率半径の大きい面上に形成されたブレーズ構造とすると良い。ブレーズ構造を平面上あるいは、曲率半径の大きい面上に形成することで、電子ビーム描画法により高精度にブレーズ構造を作製できるので、ブレーズ構造の形状誤差による回折効率の低下の小さい回折光学素子が得られる。この場合、ブレーズ構造が形成された面とは反対側の光学面を非球面とすると、さらに高性能な回折光学素子を得ることができる。
【0381】
さらに、第8の光ピックアップ装置は、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの透明基板厚さの製造誤差、対物レンズ100等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ11の製造誤差による波長の変化、温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、1軸アクチュエータ21によって光軸方向に変移されるコリメータ16を有する。
【0382】
〈第5の実施の形態〉
【0383】
図64は第5の実施の形態による第9の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。第9の光ピックアップ装置における、対物レンズ34は、半導体レーザ11の波長領域で収差最小となるように設計された、第1の光ディスク専用の非球面対物レンズである。
【0384】
対物レンズ34を使用して、半導体レーザ12により第2の光ディスクを記録/再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰方向に球面収差が変化するが、第9の光ピックアップ装置では、半導体レーザ12からの光だけが通過する光路である、半導体レーザ12と偏光ビームスプリッタ15との間の光路中に、上述の補正過剰方向に変化した球面収差を良好に補正し、対物レンズ34を使用して、半導体レーザ12により第2の光ディスクを記録/再生できるようにするための第1基板厚差補正手段である、カップリングレンズ110を備える。
【0385】
カップリングレンズ110の光学面上には、同芯円状の複数の輪帯からなる回折構造110aが形成されており、この回折構造は、入射する光の波長が長くなる方向に変化した場合に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性を有する。
【0386】
さらに、回折構造110aは、半導体レーザ12の波長に一致する波長で最適化されているので、良好な回折効率を得ることができる。
【0387】
同様に、対物レンズ34を使用して、半導体レーザ13により第3の光ディスクを記録/再生しようとすると、保護基板厚さの違いにより補正過剰方向に球面収差が変化するが、第9の光ピックアップ装置では、半導体レーザ13からの光だけが通過する光路である、半導体レーザ13と偏光ビームスプリッタ17との間の光路中に、上述の補正過剰方向に変化した球面収差を良好に補正し、対物レンズ34を使用して、半導体レーザ13により第3の光ディスクを記録/再生できるようにするための第2基板厚差補正手段である、カップリングレンズ111を備える。
【0388】
カップリングレンズ111の光学面上には、同芯円状の複数の輪帯からなる回折構造111aが形成されており、この回折構造は、入射する光の波長が長くなる方向に変化した場合に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性を有する。
【0389】
さらに、回折構造111aは、半導体レーザ13の波長に一致する波長で最適化されているので、良好な回折効率を得ることができる。
【0390】
また、第9の光ピックアップ装置では、対物レンズ34の光学面上には、NA1とNA2とNA3との開口切替手段として、図17に示すような輪帯フィルタが形成されており、この輪帯フィルタは、図18にあるような波長特性を有するので、情報の記録/再生を行う光ディスクの種類に応じて自動的に開口が切替わるので、光ピックアップ装置の構造を簡略化でき、コストを大幅に低減することができる。
【0391】
さらに、第9の光ピックアップ装置は、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの透明基板厚さの製造誤差、対物レンズ34等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、半導体レーザ11の製造誤差による波長の変化、温度変化や湿度変化による対物レンズ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段として、1軸アクチュエータ21によって光軸方向に変移されるコリメータ39を有する。
【0392】
また、コリメータ39は基板厚誤差補正手段としての機能に加えて、色収差補正手段としての機能も備える。すなわち、コリメータ39の光学面上には、同芯円状の複数の輪帯からなる回折構造39aが形成されており、回折構造39aは入射する光の波長が長くなる方向に変化した場合に、コリメータ39のバックフォーカスが短くなる方向に変化するような波長特性を有するので、コリメータ39と対物レンズ34を通過した、半導体レーザ11からの光束は、第1の光ディスクの情報記録面91上にほとんど色収差なく集光される。
【0393】
〈第6の実施の形態〉
【0394】
図91は、本実施の形態の対物レンズOBJ1を示す概略図であり、図91(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は側面を一部拡大した図である。この対物レンズOBJ1は、例えば、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度DVD等の高密度光ディスクと、赤色半導体レーザを使用するDVD、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+RW等のDVD規格の光ディスクと、赤外半導体レーザを使用するCD、CD−R、CD−RW、CD−Video、CD−ROM等のCD規格の光ディスクとに対して共通の対物レンズでコンパチブルに記録/再生するための光ピックアップ装置に適用され、光源から発したレーザ光を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有している。
【0395】
対物レンズOBJ1は、非球面である2つの光学面S1、S2を有する単レンズであり、一方の光学面S1上に図91(A)に示したように光軸を中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。この回折構造は、図91(C)に示したように、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持つ。輪帯に入射したレーザ光は、その輪帯の光軸に垂直な方向の幅(本明細書では、かかる輪帯の光軸に垂直な方向の幅を「輪帯ピッチ」と呼ぶ。)と、その輪帯の光軸方向の段差量とによって決定される方向に回折する。
【0396】
対物レンズOBJ1をプラスチックレンズとすると、軽量にすることができるので対物レンズOBJ1を駆動するアクチュエータへの負担を軽減でき、フォーカスエラーやトッラキングエラーに対する対物レンズOBJ1の追従を高速に行うことができる。
【0397】
さらに、プラスチックレンズは、所望の金型を精度良く製作することで、射出成形により高精度に量産することが可能であるので、対物レンズOBJ1の高性能化や低コスト化を図ることが可能となる。また、プラスチック材料は粘性が低いので、微細な構造である回折構造を高精度に転写することができ、形状誤差による回折効率の低下の小さい対物レンズを得ることができる。
【0398】
一方、対物レンズOBJ1をガラスレンズとすると、温度変化による屈折率変化の影響を受けにくくなるので、高密度光ディスクに対して記録/再生中にアクチュエータから放熱等によりピックアップ装置の温度が上昇しても、その集光性能が劣化することはない。また、ガラス材料は、一般的に400nm程度の短波長のレーザ光に対して透過率や耐光性が高いので、高密度光ディスク用の対物レンズとして信頼性の高いレンズを得ることができる。対物レンズOBJ1をガラスレンズとする場合には、ガラス転移点Tgが400℃以下であるガラス材料を使用して、金型を用いた成型法で作製するのが好ましい。これにより、通常のガラス材料よりも低い温度での成形が可能となるので、成形時間の短縮や金型の長寿命化等に関して有利となり、結果として対物レンズ1の低コスト化を実現できる。このようなガラス材料として、住田光学ガラス社製のPG375(商品名)やPG325(商品名)等がある。
【0399】
図92は、この対物レンズOBJ1を使用した光ピックアッフ装置PU1を示す概略図である。透明基板の厚さの異なる3種類の光ディスクは、透明基板が最も薄く記録密度が最も大きい、高密度DVDである第1光ディスクD1と、透明基板が0.6mmであるDVD規格の第2の光ディスクD2と、透明基板が1.2mmであるCD規格の第3の光ディスクD3である。
【0400】
光ピックアップ装置PU1は、第1の光ディスクD1の記録/再生用の光を発生する第1の光源である半導体レーザLD1と、第2の光ディスクD2の記録・再生用の光を発生する第2の光源である半導体レーザLD2と、第3の光ディスクD3の記録・再生用の光を発生する第3の光源である半導体レーザLD3、の3種類の半導体レーザを備えており、これらの半導体レーザは、情報を記録/再生する光ディスクに応じて選択的に発光される。
【0401】
半導体レーザLD1は、波長400nm程度のレーザ光を発生するGaN系青紫色レーザである。また、波長400nm程度のレーザ光を発生する光源として、上記のGaN系青紫色レーザのほかに、2次高調波を利用したSHG青紫色レーザを使用してもよい。半導体レーザLD2は、波長650nm程度のレーザ光を発生する赤色半導体レーザであり、半導体レーザLD3は、波長780nm程度のレーザ光を射出する赤外半導体レーザである。
【0402】
対物レンズOBJ1は、半導体レーザLD1から射出されコリメートレンズCLを介した平行光束を第1の光ディスクD1の透明基板を介して情報記録面Dr1上に、第1の開口数(NA1)内で回折限界内となるように集光し、半導体レーザLD2から射出された発散光束を第2の光ディスクD2の透明基板を介して情報記録面Dr2上に、第2の開口数(NA2)内で回折限界内となるように集光し、半導体レーザLD3から射出された発散光束を第3の光ディスクD3の透明基板を介して情報記録面Dr3上に、第3の開口数(NA3)内で回折限界内となるように集光するレンズであって、NA1は0.80以上とされ、NA2は0.60乃至0.70とされ、NA3は0.45乃至0.55とされている。
【0403】
このように、第2の光ディスクD2及び第3の光ディスクD3に対して情報の記録/再生を行う際に、対物レンズ1に対して、半導体レーザLD2及び半導体レーザLD3から射出された発散光束を入射するようにすると、透明基板の厚い第2の光ディスクD2及び第3の光ディスクD3に対して十分な作動距離を確保できる。
【0404】
対物レンズOBJ1の光源側の光学面2上に形成された回折構造は、図91(A)に示すように、光軸から周辺に向かって第1の光ディスクD1乃至第3の光ディスクD3のすべての光ディスクに対して記録/再生を行うのに使用されるNA3内に対応した共通領域と、第1の光ディスクD1及び第2の光ディスクD2に対して記録/再生を行うのに使用されるNA3〜NA2に対応した第1の周辺領域と、第1の光ディスクD1に対して記録/再生を行うのに使用されるNA2〜NA1に対応した第2の周辺領域とに分割されている。
【0405】
共通領域に形成された回折構造は、
350nm<λB<420nm
を満たす波長λBの光が入射した場合に、2次回折光が理論上100%の回折効率で発生するように最適化されている。このように決定された回折構造に、半導体レーザLD1から射出された光束が入射した場合、2次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、対物レンズ1はこの2次回折光を、第1の光ディスクD1の記録/再生用のビームとしてその情報記録面Dr1上に集光する。また、半導体レーザLD2から射出された光束が入射した場合、1次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、対物レンズ1はこの1次回折光を、第2の光ディスクD2の記録/再生用のビームとしてその情報記録面Dr2上に集光する。また、半導体レーザLD3から射出された光束が入射した場合、1次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、対物レンズ1はこの1次回折光を、第3の光ディスクD3の記録/再生用のビームとしてその情報記録面Dr3上に集光する。
【0406】
このように、共通領域に形成された回折構造で発生する最大の回折光量を有する回折光の次数を、
|n2|=INT(λ1・|n1|/λ2)
|n3|=INT(λ1・|n1|/λ3)
|n1|>|n2|≧|n3|
|INT(λ1・|n1|/λ2)−(λ1・|n1|/λ2)│<0.4
|INT(λ1・|n1|/λ3)−(λ1・|n1|/λ3)│<0.4
(ただし、n1は0、±1以外の整数であり、INT(λ1・│n1│/λ2)はλ1・|n1|/λ2を四捨五入して得られる整数であり、INT(λ1・|n1|/λ3)はλ1・|n1|/λ3を四捨五入して得られる整数である。)を満たすように決定することで、半導体レーザLD1乃至LD3のレーザ光に対して、それぞれn1次回折光、n2次回折光、n3次回折光の回折効率を高いものとすることができる。
【0407】
例えば、半導体レーザLD1、LD2、LD3の波長がそれぞれ405nm、650nm、780nmである場合、λBとして波長375nmを選択すると、それぞれの光ディスクの記録/再生用のビームの回折効率は、
405nmの2次回折光の回折効率:93.0%
650nmの1次回折光の回折効率:92.5%
780nmの1次回折光の回折効率:99.5%
となる。
【0408】
NA3〜NA2に対応した第1の周辺領域に形成された回折構造も、共通領域に形成された回折構造と同様に、
350nm<λB<420nm
を満たす波長λBの光が入射した場合に、2次回折光が理論上100%の回折効率で発生するように最適化されている。
【0409】
また、第2の周辺領域に形成された回折構造で発生する回折光は、第1の光ディスクD1に対して記録/再生を行うのに使用され、第2の光ディスクD2及び第3の光ディスクD3に対して記録/再生を行うのには使用されないので、第2の周辺領域においては、半導体レーザLD1から射出される光束の回折効率が重要となる。従って、第2の周辺領域に形成された回折構造に半導体レーザLD2と同じ波長の光が入射すると、2次回折光が理論上100%の回折効率で発生するように最適化した。
【0410】
また、共通領域に形成された回折構造は、
405nm<λB<425nm
を満たす波長λBの光が入射した場合に、6次回折光が理論上100%の回折効率で発生するように最適化しても良い。このように決定された回折構造に、半導体レーザLD1から射出された光束が入射した場合、6次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザLD2から射出された光束が入射した場合、4次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザLD3から射出された光束が入射した場合、3次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0411】
例えば、半導体レーザLD1、LD2、LD3の波長がそれぞれ405nm、650nm、780nmである場合、λBとして波長415nmを選択すると、それぞれの光ディスクの記録/再生用のビームの回折効率は、
405nmの6次回折光の回折効率;93.0%
650nmの4次回折光の回折効率:90.9%
780nmの3次回折光の回折効率;88.4%
となる。
【0412】
また、共通領域に形成された回折構造は、
390nm<λB<420nm
を満たす波長λBの光が入射した場合に、8次回折光が理論上100%の回折効率で発生するように最適化しても良い。このように決定された回折構造に、半導体レーザLD1から射出された光束が入射した場合、8次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザLD2から射出された光束が入射した場合、5次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、半導体レーザLD3から射出された光束が入射した場合、4次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0413】
例えば、半導体レーザLD1、LD2、LD3の波長がそれぞれ405nm、650nm、780nmである場合、λBとして波長405nmを選択すると、それぞれの光ディスクの記録/再生用のビームの回折効率は、
405nmの8次回折光の回折効率:100%
650nmの5次回折光の回折効率:99.9%
780nmの4次回折光の回折効率:92.5%
となる。
【0414】
また、第1及び第2の周辺領域に形成された回折構造は、第1及び第2の周辺領域を通過して第3の光ディスクD3の情報記録面Dr3上に到達する半導体レーザLD3から射出された光束に対して大きな球面収差が付加されるように決定されており、第1の周辺領域を通過する半導体レーザLD3から射出された光束は、第3の光ディスクD3の記録/再生に使用されるスポットの形成に寄与しないフレア成分となる。
【0415】
同様に、第2の周辺領域に形成された回折構造は、第2の周辺領域を通過して第2の光ディスクD2の情報記録面上に到達する半導体レーザLD2から射出された光束に対して大きな球面収差が付加されるように決定されており、第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD2から射出された光束は、第2の光ディスクD2の記録/再生に使用されるスポットの形成に寄与しないフレア成分となる。
【0416】
このように第2の光ディスクD2及び第3の光ディスクD3に対して記録/再生を行うのに使用される開口数より周辺の領域を通過する光束に対して、故意に大きな球面収差を付加してフレア成分とすると、自動的に開口切替が行われるので、NA2及びNA3に対応する絞りを別途設ける必要がなく光ピックアップ装置の構造が簡単になり好ましい。すなわち、対物レンズOBJ1の光学面S1上に形成された回折構造は、基板厚差補正手段としての機能と、開口切替手段としての機能を有している。
【0417】
また、対物レンズOBJ1では、第1の光ディスクD1の記録/再生用のビームとして、共通領域、第1の周辺領域、及び第2の周辺領域のそれぞれの領域で互いに同じ次数の回折光を利用するようにしたが、それぞれの領域で互いに異なる次数の回折光を利用するようにしてもよい。
【0418】
例えば、共通領域と第1の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された光束に対して2次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定し、第2の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された光束に対して4次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定すると、2次回折光を利用する場合に比して、第2の周辺領域における回折構造の隣り合う輪帯の間隔を広げることができ、輪帯の形状誤差による回折効率の低下を防ぐことができる。このとき、第2の周辺領域に形成された回折構造の隣り合う輪帯どうしの光路差は、半導体レーザLD2から射出された光束に対しては、波長の2.5倍であるので、半導体レーザLD2から射出された光束が第2の周辺領域に形成された回折構造に入射する場合、2次回折光と、2次回折光よりも大きな角度で回折する3次回折光とが同程度の回折光量で発生する。従って、第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD2から射出された光束によるフレア成分が、2次回折光によるフレア成分と3次回折光によるフレア成分とに分離されるとともに、それぞれの次数の回折光によるフレア成分強度を小さくすることができるので、光検出器PD2での信号の検出エラーを抑えることが可能となる。
【0419】
また、共通領域と第1の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された光束に対して2次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定し、第2の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された光束に対して3次回折光が最大の回折光量を有するように、その回折構造を決定すると、第2の周辺領域に形成された回折構造の隣り合う輪帯どうしの光路差は、半導体レーザLD3から射出された光束に対しては、波長の1.5倍であるので、半導体レーザLD3から射出された光束が第2の周辺領域に形成された回折構造に入射する場合、1次回折光と、1次回折光よりも大きな角度で回折する2次回折光とが同程度の回折光量で発生する。従って、第2の周辺側域を通過する半導体レーザLD2から射出された光束によるフレア成分が、1次回折光によるフレア成分と2次回折
光によるフレア成分とに分離されるとともに、それぞれの次数の回折光によるフレア成分強度を小さくすることができるので、光検出器PD2での信号の検出エラーを抑えることが可能となる。
【0420】
第1の光ディスクD1に対して情報/記録の再生を行う場合、半導体レーザLD1から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタBS1を透過した後、コリメートレンズCLによって平行光束とされ、偏光ビームスプリッタBS2、偏光ビームスプリッタBS3、および、図示しない絞りを通過した後、対物レンズOBJ1によって第1の光ディスクD1の透明基板を介して情報記録面Dr1上に集光されるスポットとなる。対物レンズ1は、その周辺に配置されたアクチュエータACによってフォーカス制御及びトラッキング制御される。
【0421】
そして、情報記録面Dr1で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ1、絞り、偏光ビームスプリッタBS3、偏光ビームスプリッタBS2、を通過した後、コリメートレンズCLによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタBS1によって反射され、シリンドリカルレンズCY1及び凹レンズN1を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器PD1に収束する。そして、光検出器PD1の出力信号を用いて第1の光ディスクD1に対して情報の記録/再生を行うことができる。
【0422】
第2の光ディスクD2に対して情報の記録/再生を行う場合、半導体レーザLD2から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタBS4を透過した後、偏光ビームスプリッタBS2によって反射され、偏光ビームスプリッタBS3、および、図示しない絞りを通過した後、対物レンズOBJ1によって第2の光ディスクD2の透明基板を介して情報記録面Dr2上に集光されるスポットとなる。
【0423】
そして、情報記録面Dr2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ1、絞り、偏光ビームスプリッタBS3、を通過した後、偏光ビームスプリッタBS2によって反射された後、偏光ビームスプリッタBS4によって反射され、シリンドリカルレンズCY2及び凹レンズN2を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器PD2に収束する。そして、光検出器PD2の出力信号を用いて第2の光ディスクD2に対して情報の記録/再生を行うことができる。
【0424】
第3の光ディスクD3に対して情報の記録/再生を行う場合、半導体レーザLD3から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタBS5を透過した後、偏光ビームスプリッタBS3によって反射され、図示しない絞りを通過した後、対物レンズOBJ1によって第3の光ディスクD3の透明基板を介して情報記録面Dr3上に集光されるスポットとなる。
【0425】
そして、情報記録面Dr3で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ1、絞り、を通過した後、偏光ビームスプリッタBS3、および、偏光ビームスプリッタBS5によって反射された後、シリンドリカルレンズCY3及び凹レンズN3を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器PD3に収束する。そして、光検出器PD3の出力信号を用いて第3の光ディスクD3に対して情報の記録/再生を行うことができる。
【0426】
また、光ピックアップ装置PU1は、半導体レーザLD1と対物レンズOBJ1との間、半導体レーザLD2と対物レンズOBJ1との間、及び半導体レーザLD3と対物レンズOBJ1との間の、それぞれの光路中に図示しない1/4波長板を備える。
【0427】
〈第7の実施の形態〉
【0428】
図93は、本実施の形態の対物レンズOBJ2を示す概略図であり、図93(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は側面を一部拡大した図である。この対物レンズOBJ1は、例えば、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する高密度DVD等の高密度光ディスクと、赤色半導体レーザを使用するDVD、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+RW等のDVD規格の光ディスクと、赤外半導体レーザを使用するCD、CD−R、CD−RW、CD−Video、CD−ROM等のCD規格の光ディスクとに対して共通の対物レンズでコンパチブルに記録/再生するための光ピックアップ装置に適用され、光源から発したレーザ光を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有している。
【0429】
対物レンズOBJ2は、非球面である2つの光学面S3、S4を有する光源から発したレーザ光をそれぞれの光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光レンズとしての第1の光学素子L1と、2つの光学面S1、S2を有する基板厚差補正手段としての第2の光学素子L2とから構成された複合型対物レンズであり、非球面である第2の光学素子L2の光学面S1上に図93(A)に示したように光軸を中心とした輪帯状の回折構造が形成されている。この回折構造は、図93(C)に示したように、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向に段差Δを持つ。輪帯に入射したレーザ光は、その輪帯ピッチと、その輪帯の光軸方向の段差量とによって決定される方向に回折する。
【0430】
第1の光学素子L1と第2の光学素子L2は当接部Mによって嵌合されている。当接部Mは金型を用いた成型法により光学面と一体成形されることで、その形状を高精度に作製することが可能であり、第1の光学素子L1と第2の光学素子L2との間の光軸に垂直な方向の位置決めや光軸方向の位置決めを高精度に行うことができる。
【0431】
対物レンズOBJ2は、赤色半導体レーザから射出された発散光束をDVDの情報記録面上に集光し、赤外半導体レーザから射出された発散光束をCDの情報記録面上に集光する。このように対物レンズに対して発散光束が入射する場合、トッラキングエラーにより発生するコマ収差が問題となる。これは、トラッキングエラーにより半導体レーザの発光点に対して対物レンズが偏芯すると、発光点が対物レンズに対して軸外物点となるからである。従って、発散光束を入射させて使用する対物レンズの設計においては、良好なトラッキング特性を得るために、軸外特性(像高特性)のコマ収差を補正しておく必要がある。しかるに、対物レンズに対して発散光束が入射する場合には、平行光束を入射する場合に比して、軸外特性のコマ収差の発生量は大きくなる傾向がある。そこで、対物レンズOBJ2では、第1の光学素子L1と第2の光学素子L2とから構成される複合型対物レンズとすることで、設計自由度(光学面の数)を増やし、DVDやCDの軸外特性のコマ収差を良好に補正したので、DVDやCDの記録/再生時に良好なトラッキング特性を得ることができる。
【0432】
ところで、高密度光ディスクのように対物レンズの開口数が0.85程度に設定された場合、光学面(特に、光源側の光学面)の曲率半径が小さくなる。このような曲率半径の小さい光学面に輪帯構造を設けようとすると、輪帯ピッチが非常に小さくなってしまう(数μ程度。)
【0433】
光学素子を成形するために用いられる金型は、SPDT(Single−Point Diamond Turning)と呼ばれる微小径のダイヤモンドバイトで切削する方法で作製されている。しかし、SPDTによる金型加工においては、光学面上にピッチが数μm程度の輪帯構造のごとき微細形状を形成する場合、ダイヤモンドバイトの先端形状が金型に転写されることで発生する位相不整合部分によるレーザ光の利用効率低下が問題となる。また、フォトリソグラフィとエッチングとを繰り返し適用するバイナリオプティクス作成技術や電子ビーム描画技術は、高精度に微細形状を形成するのに適した光学素子の作製法であるが、高密度光ディスク用の対物レンズのように、曲率半径が小さい光学面上に微細形状を有する光学素子を作製した例や、光学素子を射出成形するために用いる金型を作製した例は報告されていない。
【0434】
さらに、将来、SPDTによる金型加工において、位相不整合部分によるレーザビームの利用効率低下が問題とならない程度に、先端形状の小さいダイヤモンドバイトを使用することで、高精度に微細形状の作成が技術的に可能となったり、バイナリオプティクス作成技術や電子ビーム描画技術により、曲率半径が小さい光学面上に微細形状を有する光学素子の作製や、光学素子を射出成形するために用いる金型の作製が技術的に可能となった場合でも、曲率半径が小さい光学面上にピッチが数μ程度の輪帯構造を設けると、輪帯構造の段差部分による影の影響が大きくなるためにレーザ光の利用効率が低下するという課題が残る。
【0435】
そこで、対物レンズOBJ2では、第1の光学素子L1の近軸パワーP1(mm−1)と、第2の光学素子L2の近軸パワーP2(mm−1)とを、
|P1/P2|≦0.2
を満足するように設定している。光学面S1上に回折構造が形成された第2の光学素子L2の曲率半径を大きく設定することで、輪帯構造の段差部分での影の影響によるレーザ光の利用効率低下を小さくするとともに、第1の光学素子L1の第2の光学素子L2側の光学面S3の曲率半径を小さく設定することで、対物レンズOBJ2の高開口数化を図った。
【0436】
さらに、第2の光学素子L2の近軸パワーに対する第1の光学素子L1の近軸パワーの比を大きく設定することで、光束の集光作用をもっぱら第1の光学素子L1に持たせたので、対物レンズOBJ2の光ディスク側の光学面S4をマージナル光線が通過する高さが大きく、対物レンズOBJ1のように、対物レンズを単レンズ構成とする場合と同程度の作動距離を確保している。
【0437】
さらに、第2の光学素子L2の近軸パワーP2は、第2の光学素子L2を透過して第1の光学素子L1に入射する光束のマージナル光線が収斂光線となるように決定されている。これにより、光学面3Sの有効径が小さくなるので第1の光学素子L1の外径を小さくすることができ、それに伴い第2の光学素子L2の外径も小さくできるので、対物レンズOBJ2の小型化に有利である。
【0438】
光学面S1上に形成された回折構造は、対物レンズOBJ1の光学面S1上に形成された回折構造と同様の考え方により決定されているので、ここでは、その詳細な説明は省略する。
【0439】
図94は、この対物レンズOBJ2を使用した光ピックアップ装置PU2を示す概略図である。光ピックアップ装置PU2は、対物レンズが複合型対物レンズである対物レンズOBJ2となっている以外は、光ピックアップ装置PU1と同様であるので、ここでは、光ピックアップ装置PU2に関する詳細な説明は省略する。
【0440】
なお、本発明の実施の形態例に用いることのできる対物レンズとしては、1枚のレンズから構成される対物レンズのほかに、2枚以上の複数のレンズから構成される対物レンズも含まれる。
【0441】
【実施例】
次に、本発明を実施例1乃至実施例14により更に具体的に説明する。各実施例のレンズにおける非球面は光軸方向をX軸、光軸に垂直な方向の高さをh、屈折面の曲率半径をrとするとき次式の数2で表す。但し、κを円すい係数、A を非球面係数とする。
【0442】
【数2】
【0443】
また、各実施例における回折面は光路差関数Φbとして次式の数3により表すことができる。ここで、hは光軸に垂直な高さであり、b2iは光路差関数の係数であり、nは回折面で発生する回折光のうち、最大の回折光量を有する回折光の次数である。
【0444】
【数3】
【0445】
なお、以下の表または図では、10のべき乗の表現にE(またはe)を用いて、例えば、E−02(=10−2)のように表す場合がある。
【0446】
〈実施例1〉
【0447】
実施例1は、上述の図9,図11,図12,図14,図15の各光ピックアップ装置に適用することのできる対物レンズであって、記録密度の異なる3種類の光ディスクに対して情報の記録/再生が可能である。実施例1の対物レンズ特性を得るに当たって、第1の光ディスク(高密度DVD)用の第1の光源の波長λ1を405nm、第2の光ディスク(DVD)用の第2の光源の波長λ2を650nm、第3の光ディスク用(CD)の第3の光源の波長λ3を780nmとし、第1の光ディスクの保護基板厚さt1は0.1mm、第2の光ディスクの保護基板厚さt2は0.6mm、第3の光ディスクの保護基板厚さt3は1.2mmとした。また、第1乃至第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3として、それぞれ0.85、0.65、0.50を想定している。
【0448】
図20乃至図22に、実施例1の対物レンズのλ1=405nm、λ2=650nm、λ3=780nmにおける光路図を示す。実施例1の対物レンズは、光源側の非球面上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有しているが、本明細書中の光路図においては、回折構造は省略されている。実施例1の対物レンズの回折構造及び非球面形状は、波長λ1乃至λ3の光束の1次回折光がそれぞれ第1乃至第3の光ディスクの情報記録面上に良好な波面を形成するように決定される。また、実施例1の対物レンズは、λ1=405nmでは無限仕様とし、λ2=650nm、及びλ3=780nmでは有限仕様とした。このように、λ2=650nm、及びλ3=780nmで有限仕様とし、第1の光ディスクに比して保護基板厚さの大きい第2、第3の光ディスクに対して発散光束を入射するようにすると、作動距離(対物レンズ最終面と、光ディスクの光束入射面との間隔)を十分に確保できるとともに、回折構造が補正しなくてはならない、異なる種類の光ディスクの保護基板厚さの違いに起因して発生する球面収差量を軽減することができるので、隣り合う輪帯の間隔を広げることができ、輪帯形状の製造誤差による回折効率の低下を緩和することができる。
【0449】
図23に実施例1の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図24にλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図25にλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。図23乃至図25の球面収差図より明らかなように、回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、3種類の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、実施例1の対物レンズの波面収差は、
λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mmのとき、0.007λ1 rms
λ2=650nm、NA2 0.65、t2=0.6mmのとき、0.003λ2 rms
λ3=780nm、NA3 0.50、t3=1.2mmのとき、0.002λ3 rms
である。
【0450】
また、図26にλ2=650nmに対する別の球面収差図を示す。図26は、λ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の、実施例1の対物レンズの球面収差図である。図26の球面収差図から理解されるように、実施例1の対物レンズは、λ2=650nm、t2=0.6mmの組み合わせに対して、NA2 0.65までの光束をほぼ無収差で第2の光ディスクの情報記録面上に集光させ、NA2 0.65より外側を通過する光束は、大きな球面収差(以下、「フレア」と呼ぶ)を発生させることで、第2の光ディスクの情報記録面92上に集光しないようにしている。
【0451】
また、図27にλ3=780nmに対する別の球面収差図を示す。図27は、λ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3=780nmの光を入射させた場合の、実施例1の対物レンズの球面収差図である。図27の球面収差図から理解されるように、実施例1の対物レンズは、λ3=780nm、t3=1.2mmの組み合わせに対して、NA3 0.50までの光束をほぼ無収差で第3の光ディスクの情報記録面93上に集光させ、NA3 0.50より外側を通過する光束は、フレアを発生させることで、第3の光ディスクの情報記録面93上に集光しないようにしている。
【0452】
このように、第2及び第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う際に、必要開口数より外側の領域を通過する光束をフレアとすると、光ディスクの情報記録面上のスポットが必要以上に小さくならないので、光ディスクの保護基板がが光軸に対して傾いた(以下、「ディスクスキュー」と呼ぶ)場合に発生するコマ収差を小さくすることができ、ディスクスキューに対するマージンを確保できる。さらに、記録密度の異なる光ディスクに対応した開口切替手段を設ける必要がないので、構造が簡単になり好ましい。
【0453】
なお、実施例1の対物レンズでは、第1の光ディスク(高密度DVD)として、保護基板厚さt1を0.1mm、光源の波長を405nm、像側開口数を0.85と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0454】
また、第2の光ディスク(DVD)に対する像側開口数を0.65、第3の光ディスク(CD)に対する像側開口数を0.50として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0455】
また、本明細書において、「球面収差を(良好に)補正する」、「波面収差を(良好に)補正する」とは、光源から射出された光束が、光ディスクの情報記録面上に、その光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な対物レンズの所定の像側開口数内で、波面収差が回折限界内(λを光源の波長としたとき、0.07λrms以下、より好ましくは0.05λrms以下、)の状態で集光するように収差を補正することを指す。
【0456】
表1に実施例1の対物レンズのレンズデータを示す。表中、f1、f2、f3はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3における対物レンズの焦点距離、m1、m2、m3はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3における対物レンズの結像倍率、r(mm)は曲率半径、d(mm)は面間隔、Nλ1、Nλ2、Nλ3はそれぞれ、波長λ1、λ2、λ3における屈折率、νdはd線におけるアッベ数を表すが、以降の実施例2乃至14のレンズデータにおいても同様である。
【0457】
【表1】
【0458】
また、実施例1の対物レンズの光源側の非球面上に形成された回折構造は、波長λ1、回折次数1で最適化されているが、波長λ1以外の波長や、1以外の回折次数で、この回折構造を最適化してもよい。いずれの場合でも、若干の設計変更で本発明の光ピックアップ装置に適用可能な対物レンズとすることができる。
【0459】
〈実施例2〉
【0460】
実施例2は、上述の図12の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる3種類の光ディスクに対して、情報の記録/再生が可能である。第1の光ディスク(高密度DVD)として、保護基板厚さt1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第2の光ディスク(DVD)として、保護基板厚さt2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第3の光ディスク(CD)として、保護基板厚さt3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
【0461】
図28に実施例2の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図を示す。実施例2の集光光学系のコリメータ(図12のコリメータ29に対応する。)は、光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第1の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有する。第1の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合の、コリメータのバックフォーカスの変化量の符号を、同じ量の波長変化に対する対物レンズのバックフォーカスの変化量の符号と逆符合とし、さらに、コリメータの焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値を、同じ量の波長変化に対する対物レンズの焦点距離の二乗で規格化したバックフォーカスの変化量の絶対値とほぼ同じとしたので、第1の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償することができる。
【0462】
図29に実施例2の集光光学系の対物レンズのλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図30に実施例2の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。図29の球面収差図に示すように、実施例2の対物レンズは基準波長405nmから+10nm波長が変化すると、近軸焦点位置が0.005mm変化するが、上述したような波長特性を有するコリメータと組み合わせることで、図30の球面収差図にあるように、基準波長405nmから+10nm波長が変化した場合の近軸焦点位置の変化量を0.002mmと小さくすることができる。
【0463】
なお、青紫色半導体レーザのモードホッピングによる波長変化量を+1nmと仮定すると、実施例2の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.160λrmsと回折限界を超えてしまうが、実施例2の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.001λrms以下であり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
【0464】
さらに、実施例2の集光光学系は、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚誤差補正手段としての屈折率分布可変素子(図12の屈折率分布可変素子23に対応する。)を有する。
【0465】
このような屈折率分布可変素子としては、屈折率分布可変材料層を有し、電場または磁場または温度を印加することにより屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることのできる素子があげられる。具体的には、屈折率分布可変材料層は液晶層であって、液晶層は互いに対向する透明電極との間に配置され、かかる透明電極に電圧を印加することで液晶層の液晶分子の配向状態を電気的に制御することで液晶層内の屈折率分布を変化させることができる素子や、屈折率分布可変材料層は電気光学材料層であって、電気光学材料層は互いに対向する透明電極との間に配置され、透明電極に電圧を印加することで電気光学材料層の屈折率を電気的に制御することで電気光学材料層内の屈折率分布を変化させることができる素子等がある。
【0466】
実施例2では、このような屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布N(λ,h)を、hを光軸からの高さ(mm)、N(λ)を屈折率分布可変材料層の光軸上の波長λにおける屈折率、A2iを屈折率分布関数係数として、
N(λ,h)=N(λ)+ΣA2i・h2i      (B)
で表現される屈折率分布関数で表す。
【0467】
表2に、光源の製造誤差による基準波長(405nm)に対する±10nmの波長誤差、基準温度(25℃)に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第1の光ディスクの基準保護基板厚さ(0.1mm)に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることで補正した結果を示す。プラスチックレンズはガラスレンズに比べて温度変化による屈折率変化が大きいので、温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、−10×10−5/℃である。
【0468】
【表2】
【0469】
なお、実施例2の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータである。また、温度変化時の光源の波長変化量を+0.05nm/℃とした。表2から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
【0470】
また、表2において、補正前の波面収差は、波長誤差、あるいは温度変化による波長変化及び屈折率変化、あるいは保護基板厚さの誤差を与えた場合に、屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させる前、すなわち屈折率分布可変材料層の屈折率が一様にN(λ)であるときの集光光学系全系の波面収差を意味し、補正後の波面収差は、波長誤差、あるいは温度変化による波長変化及び屈折率変化、あるいは保護基板厚さの誤差を与えた場合に、屈折率分布可変材料層に、2次の屈折率分布関数係数AとN(λ)を用いて上記(B)式で表現される屈折率分布を与えたときの集光光学系全系の波面収差を意味する。
【0471】
図31及び図32に実施例2の集光光学系の対物レンズのλ2=650nm、λ3=780nmにおける光路図を示す。また、図33にλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図34にλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。実施例2の集光光学系の対物レンズは、光源側の非球面上に同心円状の輪帯回折構造を有しており、この回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、3種類の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。実施例2の集光光学系の対物レンズは実施例1の対物レンズと同じ対物レンズであるので、詳細な説明は割愛する。
【0472】
また、実施例2の集光光学系では、第1の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う場合にのみ、屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布を変化させて球面収差の変化を補正したが、第2の光ディスクあるいは第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う場合においても、屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させて球面収差の変化を補正してもよい。
【0473】
また、実施例2の光路図では、実際の光ピックアップ装置において、光源と対物レンズとの間の光路中に配置される偏光ビームスプリッタは省略している。実施例2の集光光学系において、光源と対物レンズとの間の非平行光束中に偏光ビームスプリッタが配置されると球面収差が発生するが、光源の位置を光軸方向に所定量移動することで、発生した球面収差を補正することができる。以降の実施例においても同様に、光源と対物レンズとの間の光路中に配置される偏光ビームスプリッタは省略する。
【0474】
表3に実施例2の集光光学系の、λ1=405nmに対するレンズデータを示す。実施例2の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ1、回折次数1で最適化されている。
【0475】
【表3】
【0476】
また、かかる回折構造を2次以上の回折次数で最適化すると、金型の加工時間の短縮やコリメータの透過光量の向上という点で有利となる。例えば、回折次数2で最適化すると回折輪帯数が1/2、隣り合う回折輪帯の間隔が2倍となる。この場合は、表3のレンズデータにおける第2面の回折面係数を1/2倍した値を用いて、前述の数3で表される光路差関数の値(ただしn=2)が最適化波長(この場合はλ1)の2倍かわる毎に回折輪帯を形成する。
【0477】
表4に実施例2の集光光学系の、λ2=650nm及びλ3=780nmに対するレンズデータを示す。
【0478】
【表4】
【0479】
〈実施例3〉
【0480】
実施例3は、図13の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる3種類の光ディスクに対して、情報の記録/再生が可能である。第1の光ディスク(高密度DVD)として、保護基板厚さt1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第2の光ディスク(DVD)として、保護基板厚さt2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第3の光ディスク(CD)として、保護基板厚さt3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
【0481】
図35に実施例3の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図を示す。また、図36に実施例3の集光光学系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。実施例3のコリメータは、実施例2の集光光学系のコリメータと同様に、光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第1の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有し、第1の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。実施例3の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.201λrmsであるのに対し、実施例3の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.003λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
【0482】
さらに、実施例3の集光光学系は、実施例2の集光光学系と同様に、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正する基板厚差補正手段としての屈折率分布可変素子を有する。
【0483】
表5に、光源の製造誤差による基準波長(405nm)に対する±10nmの波長の変化、基準温度(25℃)に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第1の光ディスクの基準保護基板厚さ(0.1mm)に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、屈折率分布可変素子の屈折率分布可変材料層の屈折率分布を変化させることで補正した結果を示す。
【0484】
【表5】
【0485】
実施例2と同様に、温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、−10×10−5/℃である。なお、実施例3の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータと対物レンズである。また、温度変化時の光源の波長変化量を+0.05nm/℃とした。なお、屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布は、実施例2と同様に(B)式で表される。表5から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
【0486】
図37に実施例3の集光光学系のλ2=650nmにおける光路図を示す。また、図38に実施例3の集光光学系のλ3=780nmにおける光路図を示す。また、また、図39にλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図40にλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。実施例3の集光光学系の対物レンズは、第1の光ディスク専用の対物レンズであって、λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mm、結像倍率m1=0の組み合わせで無収差となるように収差補正された屈折レンズである。
【0487】
したがって、実施例3の集光光学系の対物レンズで、第1の光ディスクに比して保護基板厚さの大きい第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行おうとすると、補正過剰方向に球面収差が変化する。そこで、屈折率分布可変素子により補正過剰方向に変化した球面収差を補正することで、第1の光ディスク専用の対物レンズを用いて、第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行えるようにした。
【0488】
さらに、第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う際に、対物レンズに対し発散光束を入射させることで、十分な作動距離を確保した。表6に、保護基板厚さの違いにより変化した球面収差を補正した結果を示す。屈折率分布可変材料層の光軸に垂直な方向に沿った屈折率分布は、実施例2と同様に(B)式で表される。また、5次以上の高次球面収差を良好に補正するために、2次の屈折率分布係数に加えて4次の屈折率分布係数を使用した。
【0489】
【表6】
【0490】
表6から、保護基板厚さの違いにより変化した球面収差は良好に補正され、第1の光ディスク専用の対物レンズを用いて、第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生が可能であることがわかる。
【0491】
また、対物レンズの光学面上には、開口切替手段として波長選択性のあるフィルタが形成されている。すなわち、図18に示すように、NA3内に対応する共通領域にはフィルタCが形成されており、NA3からNA2に対応する第1の周辺領域にはフィルタBが形成されており、NA2からNA1に対応する第2の周辺領域にはフィルタAが形成されている。かかる波長選択性のある輪帯フィルタにより、第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を遮断することにより、開口切り替えを自動的に行うことができる。
【0492】
表7に実施例3の集光光学系のλ1=405nmに対応するレンズデータを示す。実施例3の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ1、回折次数1で最適化されている。
【0493】
【表7】
【0494】
表8に実施例3の集光光学系の、λ2=650nm及びλ3=780nmに対するレンズデータを示す。
【0495】
【表8】
【0496】
〈実施例4〉
【0497】
実施例4は、図14の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる3種類の光ディスクに対して、情報の記録/再生が可能である。第1の光ディスク(高密度DVD)として、保護基板厚さt1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第2の光ディスク(DVD)として、保護基板厚さt2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第3の光ディスク(CD)として、保護基板厚さt3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
【0498】
図41に実施例4の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図を示す。また、図42に実施例4の集光光学系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。実施例4の集光光学系では、ビームエキスパンダを構成する正レンズの両面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第1の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、ビームエキスパンダのパワーが大きくなるような波長特性をビームエキスパンダに持たせることで、第1の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。実施例4の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.160λrmsであるのに対し、実施例4の集光光学系のビームエキスパンダと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.007λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
【0499】
さらに、実施例4の集光光学系が具備するビームエキスパンダは、負レンズ(図14の負レンズ32に対応する。)が光軸方向に変位可能となっており、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化、による球面収差の変化を補正するための基板厚誤差補正手段としての機能も備えている。負レンズを変移させるためのアクチュエータとしては、ボイスコイル型のアクチュエータやピエゾアクチュエータを用いることができる。また、実施例4では、ビームエキスパンダの負レンズを変移可能としたが、変移可能とするのは、正レンズでもよく、また、負レンズと正レンズの両方でもよい。
【0500】
表9に、光源の製造誤差による基準波長(405nm)に対する±10nmの波長の変化、基準温度(25℃)に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第1の光ディスクの基準保護基板厚さ(0.1mm)に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、ビームエキスパンダの負レンズを光軸方向に沿って変移させることで補正した結果を示す。
【0501】
【表9】
【0502】
温度変化時は、プラスチックレンズ、及びコリメータの光ディスク側の面上に形成された樹脂層の屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、−10×10−5/℃である。なお、実施例4の集光光学系において、プラスチックレンズはビームエキスパンダの負レンズと正レンズである。また、温度変化時の光源の波長変化量を+0.05nm/℃とした。表9から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
【0503】
なお、表9において、d5、d7は、それぞれ後述する表10における可変間隔d5、d7に相当する。d5及びd7の初期値は、それぞれ3.000mm、2.000mmである。
【0504】
図43及び図44に実施例4の集光光学系の対物レンズのλ2=650nm、λ3=780nmにおける光路図を示す。また、図45にλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図46にλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。実施例4の集光光学系の対物レンズは、光源側の非球面上に同心円状の輪帯回折構造を有しており、この回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、3種類の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。実施例4の集光光学系の対物レンズは実施例1の対物レンズと同じ対物レンズであるので、詳細な説明は割愛する。
【0505】
表10に実施例4の集光光学系のλ1=405nmに対するレンズデータを示す。実施例4の集光光学系のビームエキスパンダの両面上に形成した回折構造は、波長λ1、回折次数1で最適化されている。
【0506】
【表10】
【0507】
表11に実施例4の集光光学系の、λ2=650nm及びλ3=780nmに対するレンズデータを示す。
【0508】
【表11】
【0509】
〈実施例5〉
【0510】
実施例5は、図15の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる3種類の光ディスクに対して、情報の記録/再生が可能である。第1の光ディスク(高密度DVD)として、保護基板厚さt1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第2の光ディスク(DVD)として、保護基板厚さt2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第3の光ディスク(CD)として、保護基板厚さt3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
【0511】
図47乃至図49に実施例5の集光光学系のλ1=405nm、λ2=650nm、λ3=780nmにおける光路図をそれぞれ示す。また、図50に実施例5の集光光学系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図51にλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図52にλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。また、図53にλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
【0512】
実施例5の集光光学系の対物レンズは光源側の非球面上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を有しており、この回折構造の作用と結像倍率の違いとを利用することで、第1の光ディスクと第2の光ディスクの保護基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。また、実施例5の対物レンズの回折構造及び非球面形状は波長λ1乃至λ3の光束の1次回折光がそれぞれ第1乃至第3の光ディスクの情報記録面上に良好な波面を形成するように決定されている。
【0513】
また、図53の球面収差図からわかるように、第2の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う際に、必要開口数より外側の領域を通過する光束をフレアとしているので、第2の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う際の開口切替手段は不要である。
【0514】
また、実施例5の集光光学系では、λ3=780nmの発散光束を対物レンズに入射させ、像側開口数0.50以下における球面収差を補正することで、第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う。
【0515】
さらに、実施例5の集光光学系対物レンズの光学面上には、第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行う際の開口切替手段である波長選択性のあるフィルタが形成されている。第3の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を、波長選択性のある輪帯フィルタによって遮断する。これにより、開口切り替えを自動的に行うことができる。具体的には、波長選択性のある輪帯フィルタとして、図19に示すようにNA3内に対応する共通領域にはフィルタEが形成されており、NA3からNA2に対応する第1の周辺領域とNA2からNA1に対応する第2の周辺領域にはフィルタDが形成されている。
【0516】
なお、実施例5の集光光学系の対物レンズの波面収差は、
λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mmのとき、0.007λ1 rms
λ2=650nm、NA2 0.65、t2=0.6mmのとき、0.002λ2 rms
λ3=780nm、NA3 0.50、t3=1.2mmのとき、0.005λ3 rms
である。
【0517】
実施例5の集光光学系のコリメータは、実施例2の集光光学系のコリメータと同様に光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第1の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有し、第1の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。実施例5の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.163λrmsであるのに対し、実施例5の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.001λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
【0518】
さらに、実施例5の集光光学系が具備するコリメータは光軸方向に変位可能となっており、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正するための基板厚誤差補正手段としての機能も備えている。コリメータを変移させるためのアクチュエータとしては、ボイスコイル型のアクチュエータやピエゾアクチュエータを用いることができる。
【0519】
表12に、光源の製造誤差による基準波長(405nm)に対する±10nmの波長の変化、基準温度(25℃)に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第1の光ディスクの基準保護基板厚さ(0.1mm)に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、コリメータを光軸方向に沿って変移させることで補正した結果を示す。
【0520】
【表12】
【0521】
温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、−10×10−5/℃である。なお、実施例5の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータである。また、温度変化時の光源の波長変化量を+0.05nm/℃とした。表12から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されており、0.85という高い開口数を必要とする第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
【0522】
なお、表12において、d0、d2は、それぞれ後述する表13における可変間隔d0、d2に相当する。d0及びd2の初期値は、それぞれ9.847mm、15.000mmである。
【0523】
表13に実施例5の対物レンズのλ1=405nmに対するレンズデータを示す。実施例5の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ1、回折次数1で最適化されている。
【0524】
【表13】
【0525】
表14に実施例5の集光光学系の、λ2=650nm及びλ3=780nmに対するレンズデータを示す。
【0526】
【表14】
【0527】
実施例5の対物レンズの光源側の非球面上に形成した回折構造は、波長λ1、回折次数1で最適化されているが、波長λ1以外の波長や1以外の回折次数でこの回折構造を最適化してもよい。いずれの場合でも、若干の設計変更で本発明の光ピックアップ装置に適用可能な集光光学系を構成することができる。
【0528】
〈実施例6〉
【0529】
実施例6は、図16の光ピックアップ装置に適用することのできる集光光学系であって、記録密度の異なる3種類の光ディスクに対して、情報の記録/再生が可能である。第1の光ディスク(高密度DVD)として、保護基板厚さt1を0.1mm、光源の波長λ1を405nm、像側開口数NA1を0.85とし、第2の光ディスク(DVD)として、保護基板厚さt2を0.6mm、光源の波長λ2を650nm、像側開口数NA2を0.65とし、第3の光ディスク(CD)として、保護基板厚さt3を1.2mm、光源の波長λ3を780nm、像側開口数NA3を0.50とした。
【0530】
図54に実施例6の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図を示す。また、図55に実施例6の集光光学系の対物レンズのλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。
【0531】
実施例6のコリメータは、実施例2の集光光学系のコリメータと同様に、光ディスク側の非球面上に形成した同心円状の複数の輪帯からなる回折構造の作用により、第1の光源から射出される光の波長が405nmから長波長側に変化した場合に、コリメータのバックフォーカスが短くなるような波長特性を有し、第1の光源から射出される光の波長が変化した場合の対物レンズの焦点位置の変化を補償している。
【0532】
実施例6の対物レンズのみの系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分が、0.201λrmsであるのに対し、実施例6の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系でのモードホッピング時の波面収差のデフォーカス成分は、0.003λrmsであり、波長変化による対物レンズの最良像面位置の変化が良好に補償されていることがわかる。
【0533】
さらに、実施例6の集光光学系が具備するコリメータは光軸方向に変位可能となっており、第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合に、光ディスクの保護基板厚さの製造誤差、対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の製造誤差、光源の製造誤差による波長の変化、及び温度変化や湿度変化による対物レンズやコリメータ等の集光光学系を構成する光学素子の形状変化や屈折率変化による球面収差の変化を補正するための基板厚誤差補正手段としての機能も備える。コリメータを変移させるためのアクチュエータとしては、ボイスコイル型のアクチュエータやピエゾアクチュエータを用いることができる。
【0534】
表15に、光源の製造誤差による基準波長(405nm)に対する±10nmの波長の変化、基準温度(25℃)に対する±30℃の温度変化によるプラスチックレンズの屈折率変化、第1の光ディスクの基準保護基板厚さ(0.1mm)に対する±0.02mmの製造誤差、により集光光学系で発生する球面収差の変化を、コリメータを光軸方向に沿って変移させることで補正した結果を示す。
【0535】
【表15】
【0536】
温度変化時は、プラスチックレンズの屈折率変化のみを考慮し、その変化量は、−10×10−5/℃である。なお、実施例6の集光光学系において、プラスチックレンズはコリメータ及び対物レンズである。また、温度変化時の光源の波長変化量を+0.05nm/℃とした。表15から、いずれの場合も、良好に波面収差が補正されていることが分かり、0.85という高い開口数を必要とする第1の光ディスクに対して情報を記録/再生する場合でも常に集光状態の良好なスポットを得ることができる。
【0537】
なお、表15において、d0、d2は、それぞれ後述する表16における可変間隔d0、d2に相当する。d0及びd2の初期値は、それぞれ16.185mm、13.000mmである。
【0538】
図56に実施例6の集光光学系のλ2=650nmにおける光路図を示す。また、図57に実施例6の集光光学系のλ3=780nmにおける光路図を示す。また、図58にλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図59にλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図を示す。
【0539】
実施例6の集光光学系の対物レンズは、第1の光ディスク専用の対物レンズであって、λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mm、結像倍率m=0の組み合わせで無収差となるように収差補正された屈折レンズである。したがって、実施例6の集光光学系の対物レンズで、第1の光ディスクに比して保護基板厚さの大きい第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行おうとすると、補正過剰方向に球面収差が変化する。そこで、カップリングレンズの光ディスク側の非球面上に同心円状の複数の輪帯からなる回折構造を形成し、回折構造の作用によって、補正過剰方向に変化した球面収差を第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正することで、第1の光ディスク専用の対物レンズを用いて、第2の光ディスク及び第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行えるようにした。
【0540】
また、対物レンズの光学面上には、開口切替手段である波長選択性のあるフィルタが形成されている。第2、及び第3の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を、波長選択性のある輪帯フィルタによって遮断する。これにより、開口切り替えを自動的に行うことができる。波長選択性のある輪帯フィルタとしては実施例3と同様の輪帯フィルタを用いることができる。
【0541】
表16に実施例6の集光光学系のλ1=405nmに対するレンズデータを示す。実施例6の集光光学系のコリメータの光ディスク側の非球面上に形成された回折構造は、波長λ1、回折次数1で最適化されている。
【0542】
【表16】
【0543】
表17に実施例6の集光光学系の、λ2=650nm及びλ3=780nmに対するレンズデータを示す。
【0544】
【表17】
【0545】
また、本実施例の集光光学系において、カップリングレンズの光ディスク側の面(表17で第2面)の非球面上に、表18で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表18において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は36本である。
【0546】
【表18】
【0547】
表18の回折輪帯構造は、波長730nm、回折次数1で回折効率が理論的に100%となるように最適化されている。この回折構造に、第2の光ディスクの使用波長である波長650nmの光が入射した場合と、第3の光ディスクの使用波長である波長780nmの光が入射した場合に、1次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0548】
波長730nm、回折次数1で回折構造を最適化することにより、
DVD(波長650nm) :       95.1%
CD(波長780nm)  :       96.7%
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
【0549】
〈実施例7〉
【0550】
本実施例の対物レンズは、上述した第6の実施の形態における対物レンズOBJ1として好適なプラスチック単レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第1の光ディスク(高密度DVD)用の第1光源の波長λ1を405nm、第2の光ディスク(DVD)用の第2光源の波長をλ2を650nm、第3光ディスク用(CD)の第3光源の波長λ3を780nmとし、第1の光ディスクの透明基板厚さt1は0.1mm、第2の光ディスクの透明基板厚さt2は0.6mm、第3の光ディスクの透明基板厚さt3は1.2mmとした。また、第1乃至第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3として、それぞれ0.85、0.65、0.50を想定している。
【0551】
図65乃至図67に、本実施例の対物レンズのλ1=405nm、λ2=650nm、λ3=780nmにおける光路図を示す。また、図68に本実施例の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図69にλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図70にλ1=405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3=780nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
【0552】
本実施例の対物レンズでは、光源側の非球面(S1)上に形成した回折構造(図示せず)の作用と結像倍率の違いとを利用することで、3種類の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mmのとき、0.008λ1rms
λ2=650nm、NA2 0.65、t2=0.6mmのとき、0.003λ2rms
λ3=780nm、NA3 0.50、t3=1.2mmのとき、0.005λ3rms
である。
【0553】
また、本実施例の対物レンズでは、NA2 0.65より外側を通過する、波長650nmの光束を第2の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとし、さらに、NA3 0.50より外側を通過する光束を第3の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第2及び第3の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、それぞれの光ディスクに対応して、自動的に開口切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
【0554】
なお、本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスク(高密度DVD)として、透明基板厚さt1を0.1mm、光源の波長を405nm、像側開口数を0.85と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0555】
また、第2の光ディスク(DVD)に対する像側開口数を0.65、第3の光ディスク(CD)に対する像側開口数を0.50として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0556】
表19に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
【0557】
【表19】
【0558】
本実施例の対物レンズは、光源側の非球面(表19で第1面)上に、表20で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表20において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は83本である。
【0559】
【表20】
【0560】
表20の回折輪帯構造は、波長380nm、回折次数2で回折効率が理論的に100%となるように最適化されている。この回折構造に、第1の光ディスク(高密度DVD)の使用波長である波長405nmの光が入射した場合、2次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第2の光ディスク(DVD)の使用波長である波長650nmの光が入射した場合と、第3の光ディスク(CD)の使用波長である波長780nmの光が入射した場合には、1次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0561】
波長380nm、回折次数2で回折構造を最適化することにより、
高密度DVD(波長405nm)      :   95.1%
DVD(波長650nm) :       90.9%
CD(波長780nm)  :       99.8%
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
【0562】
〈実施例8〉
【0563】
本実施例の対物レンズは、上述した第6の実施の形態における対物レンズOBJ1として好適なガラス単レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第1の光ディスク(高密度DVD)用の第1光源の波長λ1を405nm、第2の光ディスク(DVD)用の第2光源の波長をλ2を650nm、第3光ディスク用(CD)の第3光源の波長λ3を780nmとし、第1の光ディスクの透明基板厚さt1は0.1mm、第2の光ディスクの透明基板厚さt2は0.6mm、第3の光ディスクの透明基板厚さt3は1.2mmとした。また、第1乃至第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3として、それぞれ0.85、0.65、0.50を想定している。
【0564】
図71乃至図73に、本実施例の対物レンズのλ1=405nm、λ2=650nm、λ3=780nmにおける光路図を示す。また、図74に本実施例の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図75にλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図76にλ1=405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3=780nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
【0565】
本実施例の対物レンズでは、光源側の非球面(S1)上に形成した回折構造(図示せず)の作用と結像倍率の違いとを利用することで、3種類の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mmのとき、0.008λ1rms
λ2=650nm、NA2 0.65、t2=0.6mmのとき、0.005λ2rms
λ3=780nm、NA3 0.50、t3=1.2mmのとき、0.005λ3rms
である。
【0566】
また、本実施例の対物レンズでは、NA2 0.65より外側を通過する、波長650nmの光束を第2の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとし、さらに、NA3 0.50より外側を通過する光束を第3の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第2及び第3の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、それぞれの光ディスクに対応して、自動的に開口が切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
【0567】
なお、本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスク(高密度DVD)として、透明基板厚さt1を0.1mm、光源の波長を405nm、像側開口数を0.85と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0568】
また、第2の光ディスク(DVD)に対する像側開口数を0.65、第3の光ディスク(CD)に対する像側開口数を0.50として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0569】
表21に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
【0570】
【表21】
【0571】
本実施例の対物レンズは、光源側の非球面(表21で第1面)上に、表22で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表22において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は30本である。
【0572】
【表22】
【0573】
表22の回折輪帯構造は、波長415nm、回折次数6で回折効率が理論的に100%となるように最適化されている。この回折構造に、第1の光ディスク(高密度DVD)の使用波長である波長405nmの光が入射した場合には、6次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第2の光ディスク(DVD)の使用波長である波長650nmの光が入射した場合には、4次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第3の光ディスク(CD)の使用波長である波長780nmの光が入射した場合には、3次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0574】
波長415nm、回折次数6で回折構造を最適化することにより、
高密度DVD(波長405nm)      :   93.0%
DVD(波長650nm) :       90.9%
CD(波長780nm)  :       88.4%
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
【0575】
〈実施例9〉
【0576】
本実施例の対物レンズは、上述した第7の実施の形態における対物レンズOBJ2として好適な対物レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第1の光ディスク(高密度DVD)用の第1光源の波長λ1を405nm、第2の光ディスク(DVD)用の第2光源の波長をλ2を650nm、第3光ディスク用(CD)の第3光源の波長λ3を780nmとし、第1の光ディスクの透明基板厚さt1は0.1mm、第2の光ディスクの透明基板厚さt2は0.6mm、第3の光ディスクの透明基板厚さt3は1.2mmとした。また、第1乃至第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3として、それぞれ0.85、0.60、0.50を想定している。
【0577】
図77乃至図79に、本実施例の対物レンズのλ1=405nm、λ2=650nm、λ3=780nmにおける光路図を示す。また、図80に本実施例の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図81にλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図82にλ1=405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3=780nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。
【0578】
本実施例の対物レンズは、両面が非球面とされた第1の光学素子L1としてのプラスチックレンズと、このプラスチックレンズの光束入射面側に配置された第2の光学素子L2としてのプラスチックレンズとから構成される複合型対物レンズであって、第2の光学素子L2の第1の光学素子L1側の光学面上に形成した回折構造(図示せず)の作用と結像倍率の違いとを利用することで、3種類の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、それぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mmのとき、0.004λ1 rms
λ2=650nm、NA2 0.60、t2=0.6mmのとき、0.001λ2 rms
λ3=780nm、NA3 0.50、t3=1.2mmのとき、0.002λ3 rms
である。
【0579】
また、本実施例の対物レンズの第2の光学素子L2は、基板厚差補正手段としての機能に加えて開口切替手段としての機能も有する。すなわち、NA2 0.65より外側を通過する、波長650nmの光束を第2の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとし、さらに、NA3 0.50より外側を通過する光束を第3の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第2及び第3の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、それぞれの光ディスクに対応して、自動的に開口切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
【0580】
なお、本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスク(高密度DVD)として、透明基板厚さt1を0.1mm、光源の波長を405nm、像側開口数を0.85と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0581】
また、第2の光ディスク(DVD)に対する像側開口数を0.65、第3の光ディスク(CD)に対する像側開口数を0.50として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0582】
表23に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
【0583】
【表23】
【0584】
本実施例の対物レンズは、第2の光学素子L2の光ディスク側の平面(表23で第2面)上に、表24で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表24において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は130本である。
【0585】
【表24】
【0586】
表24の回折輪帯構造は、波長375nm、回折次数2で回折効率が理論的に100%となるように最適化されている。この回折構造に、第1の光ディスク(高密度DVD)の使用波長である波長405nmの光が入射した場合、2次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第2の光ディスク(DVD)の使用波長である波長650nmの光が入射した場合と、第3の光ディスク(CD)の使用波長である波長780nmの光が入射した場合には、1次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0587】
波長375nm、回折次数2で回折構造を最適化することにより、
高密度DVD(波長405nm)      :   93.0%
DVD(波長650nm) :       92.5%
CD(波長780nm)  :       99.5%
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
【0588】
また、回折構造を形成する光学面が平面なので、本実施例の対物レンズの第2の光学素子L2の回折構造は、電子ビーム描画法による作製が可能であり、隣り合う輪帯間隔の最小値が、6ミクロンと小さい回折構造であっても高精度に作製でき、回折構造の形状誤差による回折効率の低下の小さい素子を実現できる。電子ビーム描画法による微細な回折構造の作製法に関しては、「OPTICS DESIGN 光設計研究グループ機関誌 No.20 2000.2.25 p26−p31」に記載されている。
【0589】
〈実施例10〉
【0590】
本実施例の対物レンズは、上述した第6の実施の形態における対物レンズOBJ1として好適なプラスチック単レンズである。本実施例の対物レンズ特性を得るに当たって、第1の光ディスク(高密度DVD)用の第1光源の波長λ1を405nm、第2の光ディスク(DVD)用の第2光源の波長をλ2を655nm、第3光ディスク用(CD)の第3光源の波長λ3を785nmとし、第1の光ディスクの透明基板厚さt1は0.1mm、第2の光ディスクの透明基板厚さt2は0.6mm、第3の光ディスクの透明基板厚さt3は1.2mmとした。また、第1乃至第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な対物レンズの像側開口数NA1、NA2、NA3として、それぞれ0.85、0.60、0.45を想定している。
【0591】
図83乃至図85に、本実施例の対物レンズのλ1=405nm、λ2=655nm、λ3=785nmにおける光路図を示す。また、図86に本実施例の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図を示す。また、図87にλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=655nmの光を入射させた場合の球面収差図を示す。さらに、図88にλ3=785nmに対する開口数0.45までの球面収差図を示す。
【0592】
本実施例の対物レンズでは、光源側の非球面(S1)上に形成した回折構造(図示せず)の作用により、第1の光ディスクと第2の光ディスクの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、第1の光ディスクと第2の光ディスクとのそれぞれの光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。また、第3の光ディスク似対しては、発散光である波長λ3の光束を対物レンズに入射させることで、第1光ディスクと第3の光ディスクとの透明基板厚さの違いにより発生する球面収差を、第3の光ディスクに対して情報の記録/再生を行うのに必要な像側開口数内で良好に補正している。なお、本実施例の対物レンズの、所定の像側開口数内における波面収差は、
λ1=405nm、NA1 0.85、t1=0.1mmのとき、0.004λ1 rms
λ2=655nm、NA2 0.60、t2=0.6mmのとき、0.007λ2 rms
λ3=785nm、NA3 0.45、t3=1.2mmのとき、0.005λ3 rms
である。
【0593】
また、本実施例の対物レンズでは、NA2 0.60より外側を通過する、波長655nmの光束を第2の光ディスクの情報記録面上に集光しないようにフレアとしているので、スポットが必要以上に絞られることがなく、第2の光ディスクのディスクスキューに対する十分なマージンを確保でき、さらに、第2の光ディスクに対応して、自動的に開口切り替えが行われるので、別途、開口切替手段を設ける必要がなく、光ピックアップの構造を簡単にすることができる。
【0594】
そして、対物レンズの光学面上には、第3の光ディスクに対し情報の記録/再生を行う際に必要な開口切替手段である波長選択性のあるフィルタが形成されている。第3の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合は、必要開口数以上の光束を、波長選択性のある輪帯フィルタによって遮断する。これにより、自動的に開口切り替えを行うことができる。波長選択性のある輪帯フィルタとして、図17に示す対物レンズにおいて、反射率が図89に示すような波長依存性を有するフィルタを対物レンズの光学面上に輪帯状に形成したものがあげられる。
【0595】
なお、本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスク(高密度DVD)として、透明基板厚さt1を0.1mm、光源の波長を405nm、像側開口数を0.85と仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0596】
また、第2の光ディスク(DVD)に対する像側開口数を0.60、第3の光ディスク(CD)に対する像側開口数を0.45として光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに対しても本発明は適用が可能である。
【0597】
表25に本実施例の対物レンズのレンズデータを示す。
【0598】
【表25】
【0599】
本実施例の対物レンズは、光源側の非球面(S1)上に、表26で示すような、輪帯状の回折構造が形成されている。表26において、「始点高さ」は、その輪帯の始点の光軸からの距離、「終点高さ」は、その輪帯の終点の光軸からの距離を表し、有効径内での輪帯数は101本である。
【0600】
【表26】
【0601】
表26の回折輪帯構造は、hを光軸からの高さを表すとしたときに、0≦h≦1.59を満たす領域の回折構造(表26において、輪帯番号1〜63)は、波長380nm、回折次数2で回折効率が理論的に100%となるように最適化されている。この回折構造に、第1の光ディスク(高密度DVD)の使用波長である波長405nmの光が入射した場合には、2次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第2の光ディスク(DVD)の使用波長である波長655nmの光が入射した場合と、第3の光ディスク(CD)の使用波長である波長785nmの光が入射した場合には、1次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0602】
一方、h>1.59を満たす領域の回折構造(表26において、輪帯番号64〜101)は、波長405nm、回折次数3で回折効率が理論的に100%となるように最適化されている。この回折構造に、第1の光ディスク(高密度DVD)の使用波長である波長405nmの光が入射した場合には、3次回折光が最大の回折光量を有するように発生し、第2の光ディスク(DVD)の使用波長である波長655nmの光が入射した場合には、2次回折光が最大の回折光量を有するように発生する。
【0603】
上記のように、回折構造の最適化波長と回折次数を設定することにより、
0≦h≦1.59の領域では、
高密度DVD(波長405nm)      :   95.1%
DVD(波長655nm) :       93.3%
CD(波長785nm)  :       99.7%
h>1.59の領域では、
高密度DVD(波長405nm)      :   100 %
DVD(波長655nm) :       91.8%
と、それぞれの光ディスクの使用波長領域での回折効率を得ることができる。
【0604】
また、上記のように、h>1.59を満たす領域の回折構造を、波長405nm、回折次数3で最適化することで、第2の光ディスクに対する情報の記録/再生を行う場合に、NA2より外側(すなわち、光源側の非球面のh>1.59を満たす領域)を通過した光束の球面収差の最大値が約70μmと、フレアの外径を大きくすることができたので、光検出器の受光部における良好な信号検出特性が得られる。
【0605】
〈実施例11〉
【0606】
表27にレンズデータを示す実施例11は、上述した第6の実施の形態における対物レンズOBJ1として好適なプラスチック単レンズであり、第1面(S1)上に輪帯状の回折構造が形成されている。
【0607】
【表27】
【0608】
本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスクD1、第2の光ディスクD2、第3の光ディスクD3に対する仕様をそれぞれ
NA1=0.85、λ1=405nm、t1=0.1mm、m1=0
NA2=0.65、λ2=650nm、t2≡0.6mm、m2=−0.03
NA3=0.50、λ3=780nm、t3=1.2mm、m3=−0.14
と想定している。
【0609】
NA3内に対応する共通領域及びNA3〜NA2内に対応する第1の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=415nm、nB=6であり、NA2〜NA1内に対応する第2の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=405nm、nB=8である。
【0610】
従って、共通領域及び第1の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された405nmのレーザ光に対して6次回折光、半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光に対して4次回折光、半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光に対して3次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生し、第2の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された405nmのレーザ光に対して8次回折光、半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光に対して5次回折光、半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光に対して4次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
【0611】
このように決定された回折構造に対して、λ1より5nm長い波長410nmのレーザ光が入射すると図95(A)に示す球面収差図(色収差図)からわかるように、本実施例の対物レンズの球面収差は補正不足方向に変化する。そこで本実施例の対物レンズでは、入射する光束の波長が長くなるとバックフォーカスが長くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を持たせることで、λ1より5nm長い波長410nmのレーザ光が入射した際のバックフォーカスの変化量ΔCAと、前記波長λ1より5nm長い波長410nmのレーザ光が入射した際のNA1に対応するマージナル光線の変化量ΔSAとが
−1<ΔCA/ΔSA<0
なる関係を満たすようにしたので、半導体レーザLD1がモードホップを起こしても最良像点位置の変化を小さく抑えられたレンズとなっている。ここで、バックフォーカスの変化量ΔCAは、図95(A)の405nm、410nmのグラフの下端の移動幅で示され、マージナル光線の変化量ΔSAは、405nmのグラフをその下端が410nmのグラフの下端に重なる位置まで平行移動させた際のグラフの上端と、410nmのグラフの上端との幅により示される。
【0612】
ところで、対物レンズOBJ1において、回折構造の近軸パワーPDを大きく設定すると、波長λ1近傍の軸上色収差を良好に補正することができるので、半導体レーザLD1のモードホップに対して集光性能の劣化の少ないレンズとすることができるが、波長λ1近傍の軸上色収差を完全に補正してしまうと、波長λ2から波長λ3の波長領域の軸上色収差が補正過剰となりすぎてしまい、半導体レーザLD2や半導体レーザLD3のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなり、第2の光ディスクや第3の光ディスクに対する情報の記録が正確に行えなくなる恐れがある。
【0613】
そこで、本実施例の対物レンズでは、回折構造の近軸パワーPDを
−5.0×10−2<PD<2.0×10−2
を満たすように設定することで、半導体レーザLD2や半導体レーザLD3のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
【0614】
また、図95(B)、(C)に示す球面収差図からわかるように、第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光は、第2の光ディスクD2の情報記録面上でフレア成分となり、第1の周辺領域及び第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光は、第3の光ディスクD3の情報記録面上でフレア成分となるので、NA2及びNA3に対する開口切り替えが自動的に行われる。
【0615】
〈実施例12〉
【0616】
表28にレンズデータを示す実施例12は、上述した第6の実施の形態における対物レンズOBJ1として好適なプラスチック単レンズであり、第1面(S1)上に輪帯状の回折構造が形成されている。
【0617】
【表28】
【0618】
本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスクD1、第2の光ディスクD2、第3の光ディスクD3に対する仕様をそれぞれ
NA1=0.85、λ1=405nm、t1=0.1mm、m1=0
NA2=0.65、λ2=650nm、t2=0.6mm、m2=−0.02
NA3=0.50、λ3=780nm、t3=1.2mm、m3=−0.15
と想定している。
【0619】
NA3内に対応する共通領域及びNA3〜NA2内に対応する第1の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=380nm、nB=2であり、NA2〜NA1内に対応する第2の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=405nm、nB=2である。
【0620】
従って、それぞれの領域に形成された回折構造では、半導体レーザLD1から射出された405nmのレーザ光に対して2次回折光、半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光に対して1次回折光、半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光に対して1次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
【0621】
上述の回折構造に対して、λ1より5nm長い波長410nm及び5nm短い波長410nmのレーザ光が入射したときの球面収差図(色収差図)を図96(A)に示す。
【0622】
さらに、本実施例の対物レンズでは、回折構造の近軸パワーPDを
0.5×10−2<PD<5.0×10−2
を満たすように設定することで、半導体レーザLD2や半導体レーザLD3のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
【0623】
また、図96(B)、(C)に示す球面収差図からわかるように、第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光は、第2の光ディスクD2の情報記録面上でフレア成分となり、第1の周辺領域及び第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光は、第3の光ディスクD3の情報記録面上でフレア成分となるので、NA2及びNA3に対する開口切り替えが自動的に行われる。
【0624】
〈実施例13〉
【0625】
表29にレンズデータを示す実施例13は、上述した第7の実施の形態における対物レンズOBJ2として好適な複合型対物レンズであり、両方の光学面が非球面とされた第1の光学素子L1としてのガラスレンズと、非球面とされた光源側の光学面上に輪帯状の回折構造が形成された第2の光学素子L2としてのプラスチックレンズから構成されている。
【0626】
【表29】
【0627】
本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスクD1、第2の光ディスクD2、第3の光ディスクD3に対する仕様をそれぞれ
NA1=0.85、λ1=405nm、t1=0.1mm、m1=0
NA2=0.65、λ2=655nm、t2=0.6mm、m2=−0.04
NA3=0.50、λ3=785nm、t3=1.2mm、m3=−0.14
と想定している。
【0628】
NA3内に対応する共通領域、NA3〜NA2内に対応する第1の周辺領域、及びNA2〜NA1内に対応する第2の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=380nm、nB=2である。
【0629】
従って、それぞれの領域に形成された回折構造では、半導体レーザLD1から射出された405nmのレーザ光に対して2次回折光、半導体レーザLD2から射出された655nmのレーザ光に対して1次回折光、半導体レーザLD3から射出された785nmのレーザ光に対して1次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
【0630】
このように決定された回折構造に対して、λ1より5nm長い波長410nmのレーザ光が入射すると図97(A)に示す球面収差図(色収差図)からわかるように、本実施例の対物レンズの球面収差は補正過剰方向に変化する。そこで本実施例の対物レンズでは入射する光束の波長が長くなるとバックフォーカスが短くなる方向に変化するような軸上色収差の波長依存性を持たせることで、λ1より5nm長い波長410nmのレーザ光が入射した際のバックフォーカスの変化量ΔCAと、前記波長λ1より5nm長い波長410nmのレーザ光が入射した際のNA1に対応するマージナル光線の変化量ΔSAとが
−1<ΔCA/ΔSA<0
なる関係を満たすようにしたので、半導体レーザLD1がモードホップを起こしても最良像点位置の変化を小さく抑えられたレンズとなっている。
【0631】
さらに、本実施例の対物レンズでは、回折構造の近軸パワーPDを
0.5×10−2<PD<5.0×10−2
を満たすように設定することで、半導体レーザLD2や半導体レーザLD3のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
【0632】
また、図97(B)、(C)に示す球面収差図からわかるように、第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD2から射出された655nmのレーザ光は、第2の光ディスクD2の情報記録面上でフレア成分となり、第1の周辺領域及び第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD3から射出された785nmのレーザ光は、第3の光ディスクD3の情報記録面上でフレア成分となるので、NA2及びNA3に対する開口切り替えが自動的に行われる。
【0633】
〈実施例14〉
【0634】
表30にレンズデータを示す実施例14は、上述した第7の実施の形態における対物レンズOBJ2として好適な複合型対物レンズであり、両方の光学面が非球面とされた第1の光学素子L1としてのプラスチックレンズと、非球面とされた両方の光学面上に輪帯状の回折構造が形成された第2の光学素子L2としてのプラスチックレンズから構成されている。
【0635】
【表30】
【0636】
本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスクD1、第2の光ディスクD2、第3の光ディスクD3に対する仕様をそれぞれ
NA1=0.85、λ1=405nm、t1=0.1mm、m1=0
NA2=0.65、λ2=650nm、t2=0.6mm、m2=−0.11
NA3=0.50、λ3=780nm、t3=1.2mm、m3=−0.20
と想定している。
【0637】
NA3内に対応する共通領域及びNA3〜NA2内に対応する第1の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=380nm、nB=2であり、NA2〜NA1内に対応する第2の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=405nm、nB=3である。
【0638】
従って、共通領域及び第1の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された405nmのレーザ光に対して2次回折光、半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光に対して1次回折光、半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光に対して1次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生し、第2の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された405nmのレーザ光に対して3次回折光、半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光に対して2次回折光、半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光に対して2次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
【0639】
上述の回折構造に対して、λ1、λ1より5nm長い波長410nm及び5nm短い波長400nmのレーザ光が入射したときの球面収差図(色収差図)を図98(A)に示す。
【0640】
さらに、本実施例の対物レンズでは、第2の光ディスクに対して記録/再生をする際の結像倍率m2、第3の光ディスクに対して記録/再生をする際の結像倍率m3に対して、回折構造の近軸パワーPDを
0.5×10−2<PD<5.0×10−2
を満たすように適切に設定することで、半導体レーザLD2や半導体レーザLD3のモードホップに対して集光性能の劣化が大きくなりすぎないようにした。
【0641】
また、本実施例の対物レンズの第2の光学素子L2は、基板厚差補正手段としての機能に加えて、開口切替手段としての機能も有する。すなわち、図98(B)、(C)に示す球面収差図からわかるように、第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD2から射出された650nmのレーザ光は、第2の光ディスクD2の情報記録面上でフレア成分となり、第1の周辺領域及び第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD3から射出された780nmのレーザ光は、第3の光ディスクD3の情報記録面上でフレア成分となるので、NA2及びNA3に対する開口切り替えが自動的に行われる。
【0642】
ところで、光ピックアップ装置において、対物レンズはトラッキングエラーにより半導体レーザの発光点に対し0.2mm程度偏芯する。これは、対物レンズに発散光束を入射させる場合、発光点が対物レンズに対して0.2mmの物体高をもつ軸外物点となることに相当する。本実施例の対物レンズの0.2mmの物体高に対する波面収差は、第2の光ディスクに対しては、0.025λ2rms、第3の光ディスクに対しては、0.033λ3rmsであり、対物レンズ発散光束を入射させて使用する第2の光ディスクや第3の光ディスクに対して良好なトラッキング特性を得ることができる。
【0643】
〈実施例15〉
【0644】
表31にレンズデータを示す実施例15は、上述した第7の実施の形態における対物レンズOBJ2として好適な複合型対物レンズであり、両方の光学面が非球面とされた第1の光学素子L1としてのプラスチックレンズと、両方の光学面が非球面とされ、光源側の非球面上に輪帯状の回折構造が形成された第2の光学素子L2としてのプラスチックレンズから構成されている。
【0645】
【表31】
【0646】
本実施例の対物レンズでは、第1の光ディスクD1、第2の光ディスクD2、第3の光ディスクD3に対する仕様をそれぞれ
NA1=0.87、λ1=408nm、t1=0.1mm、m1=0
NA2=0.67、λ2=658nm、t2=0.6mm、m2=−0.12
NA3=0.51、λ3=785nm、t3=1.2mm、m3=−0.20
と想定している。
【0647】
NA3内に対応する共通領域及びNA3〜NA2内に対応する第1の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=408nm、nB=8であり、NA2〜NA1内に対応する第2の周辺領域に形成された回折構造の最適化波長λBと最適化次数nBは、それぞれλB=408nm、nB=6である。
【0648】
従って、共通領域及び第1の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された408nmのレーザ光に対して8次回折光、半導体レーザLD2から射出された658nmのレーザ光に対して5次回折光、半導体レーザLD3から射出された785nmのレーザ光に対して4次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生し、第2の周辺領域では、半導体レーザLD1から射出された408nmのレーザ光に対して6次回折光、半導体レーザLD2から射出された658nmのレーザ光に対して4次回折光、半導体レーザLD3から射出された785nmのレーザ光に対して3次回折光がそれぞれ最大の回折光量を有するように発生する。
【0649】
図99(A)に403nm、408nm及び413nmの各レーザ光が入射したときの球面収差図(色収差図)を示す。また、本実施例の対物レンズの第2の光学素子L2は、基板厚差補正手段としての機能に加えて開口切替手段としての機能も有する。すなわち、図99(B)、(C)に示す球面収差図からわかるように、第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD2から射出された658nmのレーザ光は、第2の光ディスクD2の情報記録面上でフレア成分となり、第1の周辺領域及び第2の周辺領域を通過する半導体レーザLD3から射出された788nmのレーザ光は、第3の光ディスクD3の情報記録面上でフレア成分となるので、NA2及びNA3に対する開口切り替えが自動的に行われる。
【0650】
なお、本明細書において、回折構造が形成された面(回折面)とは、光学素子の表面に、レリーフを設けて、入射光束を回折させる作用を持たせる面のことをいい、同一光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折を生じる領域をいう。また、回折構造または回折パターンとは、この回折を生じる領域のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心として略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば、各輪帯は鋸歯状(かかる場合に、レリーフを特に「ブレーズ」とよぶ。)、あるいは階段状のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。
【0651】
一般に、回折面からは、0次回折光、±1次回折光、±2次回折光、・・・、と無数の次数の回折光が生じるが、例えば、上記のような子午断面が鋸歯状となるブレーズ、あるいは階段状の形状を持つ回折面の場合は、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の1つの次数(例えば、+1次回折光)の回折効率をほぼ100%とするように、このブレーズの形状または階段状の形状を設定することができる。本発明において、「回折構造が波長λB、回折次数nで最適化されている」とは、波長λBの光が入射したときに、回折次数nの回折光の回折効率が理論的に100%となるように、ブレーズの形状あるいは階段状の形状を設定することを指す(このとき、波長λBを製造波長または最適化波長とよび、回折次数nを最適化次数とよぶ)。別の言い方をすると、次のように説明することができる。「回折構造が波長λB、回折次数nで最適化されている」とは、実際に、光学素子上に形成されたブレーズあるいは階段状の回折構造において、輪帯の光軸方向の段差量を、Δd(μm)、回折構造に入射する光の波長のうち最も短い波長(すなわち、本明細書中において、第1光源が発生するλ1の光の波長)における、回折構造の屈折率をNλminとすると、Δd、Nλminと、最適化波長λB(nm)、回折次数nとの間に次の関係が成り立つことである。
λB(nm)=Δd×(Nλmin−1)/(n×10−3
上式において、nは、次式により算出される。
n=INT(Y)
Y=Δd×(Nλmin−1)/(λmin×10−3
ただし、INT(Y)は、Yを四捨五入して得られる整数である。
ここで、実際のブレーズまたは階段状の回折構造が製造誤差による形状誤差を有する場合には、図90のように、ブレーズまたは階段状の回折構造の理想形状を近似的に求めた場合の光軸方向の段差量をΔdとする。
【0652】
また、本明細書において、「対物レンズ」とは、光情報記録媒体(光ディスク)の情報記録面に情報の記録、及び/または、情報記録面の情報を再生するための光学系に含まれる光学素子うち、光情報記録媒体と対向する位置に配置され、光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための光学素子を指す。
【0653】
そして、「1つのレンズ群から構成される対物レンズ」とは、光情報記録媒体と対向する位置に配置された光学素子であって、1つの群(1枚の光学素子から構成される場合も、複数の光学素子が接合されている場合も含む)から構成された、光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための光学素子を指す。
【0654】
また、本明細書において、「光学素子」と「レンズ」は同義である。
【0655】
また、対物レンズが複数の光学素子(あるいは、レンズ群)から構成される場合は、光情報記録媒体と対向する位置に配置された光学素子と、鏡枠やフランジ等で一体とされた複数の光学素子の集合を本明細書での定義による対物レンズと呼ぶ。
【0656】
また、本明細書において、透明基板厚の異なる3種類の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録について、1つのレンズ群から構成される「共通の対物レンズを用いる」とは、それぞれの光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合に、光情報記録媒体に対向する位置に配置され、光源からの光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための光学素子が、同一の光学素子であることを指し、この同一の光学素子を「共通の対物レンズ」と定義する。
【0657】
そして、ある特定の透明基板厚を有する光情報記録媒体に対する情報の再生及び/または記録を行う場合にのみ、光源と光情報記録媒体との間の光路中に挿入されたり、光学素子としての機能が働く光学素子は、上記の共通の対物レンズには含まれないものとする。
【0658】
また、本明細書において、「保護基板」、及び「透明基板」、及び「保護層」とは、光情報記録媒体の情報記録面を保護するために、情報記録面の光束入射面側に形成された光学的に透明な平行平板を指し、光源から射出された光束は、対物レンズによって、上記の平行平板を介して光情報記録媒体の情報記録面上に集光される。そして、本明細書において、「保護基板厚(さ)」とは、上記の平行平板の厚さを指し、DVD規格の光情報記録媒体では、保護基板厚は0.6mm、CD規格の光情報記録媒体では、保護基板厚は1.2mmであるが、本明細書において、高密度DVD(第1光情報記録媒体、または、第1(の)光ディスク)には、明細書中で一例としてあげた、0.1mmの保護基板厚を有する光情報記録媒体の他に、保護基板厚がゼロ、すなわち、平行平板を有さないものや、DVD規格の光情報記録媒体と同じ0.6mmの保護基板厚を有するものも含まれる。
【0659】
また、本明細書において、光情報記録媒体が同一の光束入射面側に複数の情報記録層を有する、いわゆる、多層ディスクである場合、「保護基板」には、上記の複数の情報記録層のうち、最も光束入射面に近い情報記録層の光束入射面側に形成された平行平板の他に、上記の複数の情報記録層間に形成された、中間層も含まれる。
【0660】
また、本明細書において、「基板厚差補正手段」とは、情報を記録及び/または再生する光情報記録媒体を、異なる透明基板厚を有する光情報記録媒体に交換したときに(例えば、CDからDVDへの交換や、高密度DVDからCDへの交換等)、規格の異なる光情報記録媒体の保護基板厚の違いにより、情報記録面上でのスポットの波面収差の球面収差成分が変化して、0.07λrms(ただし、λは波長である)より大きくなってしまったのを、情報を記録及び/または再生できるように、その光情報記録媒体に対して情報の記録及び/または再生を行うのに必要な対物レンズの所定の像側開口数内で0.07λrms以下、より好ましくは、0.05λrms以下となるように、球面収差成分を補正することができる光学素子を指す。
【0661】
また、本明細書において、「基板厚誤差補正手段」とは、ある特定の規格の光情報記録媒体において、光情報記録媒体の製造誤差により、保護基板の厚さが均一でなく、場所によって違いがあったり、製造メーカーや製造機器の違いにより、保護基板の厚さに、個体差があったりすることに起因して、球面収差が発生し、情報記録面上でのスポットの波面収差が、0.07λrms(ただし、λは波長である)より大きくなってしまったのを、情報を記録及び/または再生できるように、その光情報記録媒体に対して情報の記録及び/または再生を行うのに必要な対物レンズの所定の像側開口数内で0.07λrms以下、より好ましくは、0.05λrms以下となるように、球面収差成分を補正することができる光学素子を指す。
【0662】
また、本明細書において、「色収差補正手段」とは、ある特定の規格の光情報記録媒体に対し情報の記録及び/または再生を行うのに使用する光源において、製造誤差や温度変化や湿度変化等の環境変化や、出力の変化等により、出射される光の波長の単色性が悪い場合に、対物レンズで発生する色収差を補正することのできる光学素子を指し、具体的には、前記光学素子が、光源と対物レンズとの間の光路中に配置されない場合の、±1nmの波長変化に対する対物レンズのピント移動量をA、前記光学素子が、光源と対物レンズとの間の光路中に配置された場合の、同じ量の波長変化に対する対物レンズのピント移動量をBとしたとき、
|A|>|B|
を満たすことのできる光学素子を指す。
【0663】
また、本明細書において、光情報記録媒体の情報記録面上に「良好な波面を形成する」とは、波長をλとした場合に、波面収差が0.07λ以下、より好ましくは、0.05λ以下の状態で集光することを指す。
【0664】
また、本明細書における「フレア」は以下のように定義される。第i光情報記録媒体(i=1または2または3)に対し情報の記録及び/または再生を行う際の、波長をλi、対物レンズの像側開口数をNAiとする。第j光情報記録媒体(j=2または3)に対する情報の記録及び/または再生を行う際に、次の2つの条件のいずれか(より好ましくは両方)が満たされるときに、NAjより外側を通過し、第j光情報記録媒体の情報記録面に到達した光束を「フレア」とする。
【0665】
第1の条件は、NA1とλ1から決定される絞りすべてを通過した波長λjの光束のうちNAjより外側を通過する光束の情報記録面上における球面収差の最大値が10μmより大きく、かつ、NAj内における球面収差が5μmより小さい場合、である。
【0666】
第2の条件は、NA1とλ1から決定される絞りすべてを通過した波長λjの光束の情報記録面上における波面収差が0.07λjより大きく、かつ、NAj以内で、情報記録面上における波面収差が0.07λjより小さい場合、である。
【0667】
上記第1の条件及び/または第2の条件において、球面収差は、NAjにおいて連続していても良いし、NAjにおいて不連続であっても良い。
【0668】
また、本明細書において、情報の記録および再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の対物レンズ及び光ピックアップ装置及び集光光学系は、記録だけあるいは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、ある光情報記録媒体に対しては記録を行い、別の光情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録および再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
【0669】
また、本明細書において、第1保護基板厚乃至第3保種基板厚のすべてがすべて同じ値である場合、すなわち、第1光情報記録媒体乃至第3光情報記録媒体のすべてが同じ厚さの保護基板を有している場合は、本発明の課題がなく、本発明の技術的範囲には属さないものとする。
【0670】
【発明の効果】
本発明の光ピックアップ装置によれば、規格(記録密度)の異なる例えば高密度DVD、DVD、CDのような3種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成できる光ピックアップ装置を提供できる。また、CDのような保護基板厚の厚い光ディスクに対する作動距離が十分に確保された光ピックアップ装置を提供できる。
【0671】
また、規格(記録密度)の異なる例えば高密度DVD、DVD、CDのような3種類の光ディスクの相互互換を、回折光学素子と共通の対物レンズとを使用して達成し、それぞれの光ディスクの使用波長領域において十分な光量の利用効率が得られる光ピックアップ装置を提供できる。
【0672】
また、規格(記録密度)の異なる例えば高密度DVD、DVD、CDのような3種類の光ディスクの相互互換を共通の対物レンズを使用して達成し、高密度DVDのような高記録密度の光ディスクを記録及び/または再生する場合に問題となる、光源の単色性の悪さに起因する色収差、温度変化や湿度変化等の環境変化に起因してプラスチックレンズで発生する球面収差、保護基板厚さの製造誤差に起因する球面収差を良好に補正でき、安定した高密度DVDのような高記録密度の光ディスクの記録及び/または再生が行える光ピックアップ装置を提供できる。
【0673】
また、上述の光ピックアップ装置に用いることのできる対物レンズ、回折光学素子及び光学素子を提供できる。
【0674】
更に、上述の光ピックアップ装置を用いて規格(記録密度)の異なる3種類の光情報記録媒体について情報の記録及び/または再生を行うことのできる記録・再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図2】本発明による別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図3】本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図4】本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図5】本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図6】本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図7】本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図8】本発明による更に別の光ピックアップ装置を概念的に示す図である。
【図9】第1の実施の形態による第1の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図10】図9の第1の光ピックアップ装置に用いられる色収差補正用素子である多層回折素子の側断面図(a)及び多層回折素子の作用を説明するために波長と屈折率との関係を示す図(b)である。
【図11】第1の実施の形態による第2の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図12】第2の実施の形態による第3の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図13】第2の実施の形態による第4の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図14】第3の実施の形態による第5の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図15】第3の実施の形態による第6の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図16】第4の実施の形態による第7の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図17】各実施の形態及び各実施例で用いることのできる開口切替手段として対物レンズに設けた輪帯フィルタを説明するための図である。
【図18】図17の輪帯フィルタの作用を説明するための図である。
【図19】図17の別の輪帯フィルタの作用を説明するための図である。
【図20】実施例1の対物レンズのλ1=405nmにおける光路図である。
【図21】実施例1の対物レンズのλ2=650nmにおける光路図である。
【図22】実施例1の対物レンズのλ3=780nmにおける光路図である。
【図23】実施例1の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図24】実施例1の対物レンズのλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図25】実施例1の対物レンズのλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図26】実施例1の対物レンズのλ2=650nmに対する別の球面収差図である。
【図27】実施例1の対物レンズのλ3=780nmに対する別の球面収差図である。
【図28】実施例2の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図である。
【図29】実施例2の集光光学系の対物レンズのλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図30】実施例2の集光光学系のコリメータと対物レンズとの合成系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図31】実施例2の集光光学系の対物レンズのλ2=650nmにおける光路図である。
【図32】実施例2の集光光学系の対物レンズのλ3=780nmにおける光路図である。
【図33】実施例2の集光光学系の対物レンズのλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図34】実施例2の集光光学系の対物レンズのλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図35】実施例3の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図である。
【図36】実施例3の集光光学系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図37】実施例3の集光光学系のλ2=650nmにおける光路図である。
【図38】実施例3の集光光学系のλ3=780nmにおける光路図である。
【図39】実施例3の集光光学系のλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図40】実施例3の集光光学系のλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図41】実施例4の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図である。
【図42】実施例4の集光光学系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図43】実施例4の集光光学系の対物レンズのλ2=650nmにおける光路図である。
【図44】実施例4の集光光学系の対物レンズのλ3=780nmにおける光路図である。
【図45】実施例4の集光光学系のλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図46】実施例4の集光光学系のλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図47】実施例5の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図である。
【図48】実施例5の集光光学系のλ2=650nmにおける光路図である。
【図49】実施例5の集光光学系のλ3=780nmにおける光路図である。
【図50】実施例5の集光光学系のλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図51】実施例5の集光光学系のλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図52】実施例5の集光光学系のλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図53】実施例5の集光光学系においてλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図54】実施例6の集光光学系のλ1=405nmにおける光路図である。
【図55】実施例6の集光光学系の対物レンズのλ1=405nm±10nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図56】実施例6の集光光学系のλ2=650nmにおける光路図である。
【図57】実施例6の集光光学系のλ3=780nmにおける光路図である。
【図58】実施例6の集光光学系のλ2=650nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図59】実施例6の集光光学系のλ3=780nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図60】製造波長λB、回折次数1で最適化されたブレーズ構造で発生する波長405nmの光の1次回折光と、波長650nmの光の1次回折光と、波長780nmの光の1次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
【図61】340nm≦λB≦450nmを満足する製造波長λBと回折次数2で最適化されたブレーズ構造で発生する波長405nmの光の2次回折光と、波長650nmの光の1次回折光と、波長780nmの光の1次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
【図62】390nm≦λB≦440nmを満足する製造波長λBと回折次数6で最適化されたブレーズ構造で発生する 波長405nmの光の6次回折光と、波長650nmの光の4次回折光と、波長780nmの光の3次回折光との回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。回折効率の製造波長に対する依存性を表す図である。
【図63】第3の実施の形態による第8の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図64】第5の実施の形態による第9の光ピックアップ装置を概略的に示す図である。
【図65】実施例7の対物レンズのλ1=405nmにおける光路図である。
【図66】実施例7の対物レンズのλ2=650nmにおける光路図である。
【図67】実施例7の対物レンズのλ3=780nmにおける光路図である。
【図68】実施例7の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図69】実施例7の対物レンズのλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図70】実施例7の対物レンズのλ1=405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3=780nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図71】実施例8の対物レンズのλ1=405nmにおける光路図である。
【図72】実施例8の対物レンズのλ2=650nmにおける光路図である。
【図73】実施例8の対物レンズのλ3=780nmにおける光路図である。
【図74】実施例8の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図75】実施例8の対物レンズのλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図76】実施例8の対物レンズのλ1=405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3=780nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図77】実施例9の対物レンズのλ1=405nmにおける光路図である。
【図78】実施例9の対物レンズのλ2=650nmにおける光路図である。
【図79】実施例9の対物レンズのλ3=780nmにおける光路図である。
【図80】実施例9の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図81】実施例9の対物レンズのλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=650nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図82】実施例9の対物レンズのλ1=405nmとNA2 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ3=780nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図83】実施例10の対物レンズのλ1=405nmにおける光路図である。
【図84】実施例10の対物レンズのλ2=655nmにおける光路図である。
【図85】実施例10の対物レンズのλ3=785nmにおける光路図である。
【図86】実施例10の対物レンズのλ1=405nmに対する開口数0.85までの球面収差図である。
【図87】実施例10の対物レンズのλ1=405nmとNA1 0.85との組み合わせで決定される絞り径と等しい光束径のλ2=655nmの光を入射させた場合の球面収差図である。
【図88】実施例10の対物レンズのλ3=785nmに対する開口数0.45までの球面収差図である。
【図89】図17に示す対物レンズに形成した輪帯状フィルタの反射率と波長依存性を表す図である。
【図90】ブレーズの理想形状を近似的に求めた場合の光軸方向の段差量Δdを説明するための図である。
【図91】第6の実施の形態における対物レンズOBJ1を示す概略図であり、(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は側面を一部拡大した図である。
【図92】図91の対物レンズOBJ1を使用した第6の実施の形態による光ピックアッフ装置PU1を示す概略図である。
【図93】第7の実施の形態における対物レンズOBJ2を示す概略図であり、(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は側面を一部拡大した図である。
【図94】図93の対物レンズOBJ2を使用した第7の実施の形態による光ピックアッフ装置PU2を示す概略図である。
【図95】実施例11における波長がそれぞれ405nm(A)、650nm(B)、780nm(C)の場合の球面収差図(色収差図)である。
【図96】実施例12における波長がそれぞれ405nm(A)、650nm(B)、780nm(C)の場合の球面収差図(色収差図)である。
【図97】実施例13における波長がそれぞれ405nm(A)、650nm(B)、780nm(C)の場合の球面収差図(色収差図)である。
【図98】実施例14における波長がそれぞれ405nm(A)、650nm(B)、780nm(C)の場合の球面収差図(色収差図)である。
【図99】実施例15における波長がそれぞれ408nm(A)、658nm(B)、785nm(C)の場合の球面収差図(色収差図)である。
【符号の説明】
1      第1光源
2      第2光源
3      第3光源
5       色収差補正手段
6      基板厚誤差補正手段
7      基板厚差補正手段
8      対物レンズ
11      第1の半導体レーザ
12      第2の半導体レーザ
13      第3の半導体レーザ
14      対物レンズ
15,17   偏光ビームスプリッタ
16      コリメータ
18      色収差補正用素子、多層回折素子
19      第1の半導体レーザ11と第2の半導体レーザ12の筐体
20      多層回折素子とコリメータとを一体化した素子
21      1軸アクチュエータ
22      2軸アクチュエータ
23      屈折率分布可変素子
25a、25b 一対の透明電極
26      液晶層
27      駆動電源
29、35   コリメータ
31      正レンズ
32      負レンズ
33      ビームエキスパンダ
34      対物レンズ
41      NA3内に対応する共通領域
42      NA3からNA2に対応する第1の周辺領域
43      NA2からNA1に対応する第2の周辺領域
91      第1の光ディスクの情報記録面
92      第2の光ディスクの情報記録面
93      第3の光ディスクの情報記録面
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical pickup device that can perform at least one of recording and reproduction of information on three types of optical information recording media having different standards (recording densities), an objective lens that can be used in the optical pickup device, and diffractive optics. The present invention relates to an element, an optical element, and a recording / reproducing apparatus using the optical pickup device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, optical disks are widely used for storing digital data, such as storing music information and video information or storing computer data, as is known as CDs (compact disks) or DVDs (digital versatile disks). Under such circumstances, in recent years, with the advent of the information society, there is a strong demand for increasing the capacity of these optical disks.
[0003]
In the optical disc, the recording capacity (recording density) per unit area can be improved by reducing the spot diameter obtained from the optical pickup optical system. As is well known, the minimum diameter of this spot is proportional to λ / NA (where λ is the wavelength of the light source and NA is the numerical aperture of the optical system). It is effective to shorten the wavelength of the light source used and to increase the numerical aperture of the objective lens arranged to face the optical information recording medium in the optical system.
[0004]
Among them, with regard to shortening the wavelength of the light source, research on a blue-violet semiconductor laser or SHG blue-violet laser that generates light with a wavelength of about 400 nm is progressing, and it can be said that practical use is near. When this short wavelength light source is used, even when an objective lens having the same NA of 0.65 as that of a DVD is used, about 15 GB of information can be recorded on an optical disk having the same diameter of 12 cm as a DVD.
[0005]
As for the numerical aperture of the objective lens, research on an objective lens realizing a high numerical aperture of NA 0.85 by combining two lenses is being advanced. By using a combination of the above-mentioned short wavelength light source and a high numerical aperture objective lens with a NA of 0.85, it is possible to record about 25 GB of information on an optical disc having a diameter of 12 cm, and to achieve higher density. .
[0006]
Against this background, research and development of an optical pickup system for recording / reproducing an optical disk having a higher density DVD (hereinafter, referred to as “high density DVD”) has progressed. However, in this optical pickup system, it is required that three types of optical disks having different standards (recording densities) such as a high-density DVD and a DVD and a CD be recorded / reproduced in a compatible manner.
[0007]
As means for achieving the compatibility, it is conceivable to mechanically switch the objective lens corresponding to the standard of each optical disk or to mount an optical pickup device corresponding to the standard of each optical disk. Since a lens switching mechanism and a plurality of optical pickup devices are required, an increase in the size of the optical pickup system, an increase in the number of components, an increase in manufacturing costs, and the like are caused. Therefore, in an optical pickup system for a high-density DVD that requires compatibility with DVDs and CDs, the most preferable is to reduce the size of the optical pickup system, to reduce the number of parts, and to reduce the cost. It can be said that recording / reproducing is performed on three types of optical disks using a common objective lens.
[0008]
Here, the problems in realizing an optical pickup system that performs recording / reproduction on three types of optical discs having different standards by using a common objective lens will be described below.
[0009]
(1) Ensuring the distance (working distance) between the objective lens and the CD when recording / reproducing a CD
[0010]
This is a problem that becomes apparent when the numerical aperture of the objective lens is further increased than that of DVD (NA 0.6 to 0.65). In a high-density DVD, when the numerical aperture of the objective lens is increased, the skew (tilt or warp) of the optical disk is maintained if the thickness of the protective substrate (also referred to as a transparent substrate or a protective layer) remains 0.6 mm, which is the same as that of the DVD. Therefore, it is necessary to reduce the thickness of the protective substrate to less than 0.6 mm to secure a margin for skew of the optical disk. As such a high numerical aperture objective lens for a high-density DVD, an objective lens composed of two lenses is described in JP-A-10-123410.
[0011]
However, since the working distance of the two-group objective lens is shorter than that of the conventional one-group objective lens, it is extremely difficult to secure a sufficient working distance when recording / reproducing a CD. Become. Since the CD has a numerical aperture of 0.45 to 0.5, which is smaller than that of a high-density DVD or DVD, the tolerance for the manufacturing error of the thickness of the protective substrate is not so strict. large. Therefore, in order to prevent data damage due to collision between a CD and an objective lens, it is necessary to secure a sufficient working distance when recording / reproducing a CD. From this viewpoint, three types of optical discs having different standards are required. On the other hand, in an optical pickup system that performs recording / reproduction using a common objective lens, it can be said that an objective lens having a two-group configuration is not preferable.
[0012]
(2) Spherical aberration caused by difference in protective substrate thickness
[0013]
There is a difference of 0.6 mm in the protective substrate thickness between the CD (transferable substrate thickness 1.2 mm) and the DVD (protective substrate thickness 0.6 mm). Therefore, in an optical pickup system that performs recording / reproduction with respect to three types of optical discs having different standards using a common objective lens, at least spherical aberration due to a difference in protective substrate thickness between a CD and a DVD is corrected. Means must be provided. Further, when the protective substrate thickness of the high-density DVD is reduced to less than 0.6 mm due to the high numerical aperture of the objective lens, the protective substrate thickness of three types of optical disks having different protective substrate thicknesses is different. It is necessary to provide a means for correcting spherical aberration.
[0014]
(3) Spherical aberration caused by difference in wavelength
[0015]
As described above, in a high-density DVD, a blue-violet light source with a wavelength of about 400 nm is used in order to achieve higher density. However, in the conventional refraction type objective lens, since the spherical aberration changes due to the dispersion of the lens material, light beams from light sources having different wavelengths are focused on the information recording surface of each optical disc almost without aberration. It is difficult. Therefore, in order to achieve compatibility between a high-density DVD (wavelength of 400 nm), a DVD (wavelength of 650 nm), and a CD (wavelength of 780 nm), some measures are required to correct spherical aberration depending on the difference in wavelength. It becomes.
[0016]
By the way, in the optical pickup device, the following problems become apparent due to the short wavelength of the light source and the high numerical aperture of the objective lens.
[0017]
The first problem is chromatic aberration generated by an objective lens when a blue-violet semiconductor laser that generates light having a short wavelength of about 400 nm is used as a light source.
[0018]
In an optical pickup device, since laser light emitted from a semiconductor laser generally has a single wavelength (single mode), chromatic aberration of an objective lens is not considered to be a problem. Mode hopping occurs in which the center wavelength instantaneously changes by several nm due to a change or the like. Since mode hopping is a wavelength change that occurs instantaneously such that the focusing mechanism of the objective lens cannot follow, if the chromatic aberration of the objective lens is not corrected, a defocus component corresponding to the amount of movement of the imaging position is added, The focusing performance of the objective lens is deteriorated.
[0019]
The dispersion of the general lens material used for the objective lens is not so large in the wavelength range of 600 nm to 800 nm of the infrared semiconductor laser and the red semiconductor laser. Deterioration of light performance was not a problem.
[0020]
However, in the vicinity of 400 nm, which is the wavelength region of a blue-violet semiconductor laser, the dispersion of the lens material becomes very large, so that even if the wavelength changes by only a few nm, the image formation position of the objective lens is largely shifted. Therefore, when a blue-violet semiconductor laser is used as a light source in a high-density DVD, if the light source undergoes mode hopping, the light-collecting performance of the objective lens is greatly deteriorated, and stable recording and reproduction may not be performed. .
[0021]
The second problem is a problem of spherical aberration caused by various error factors when the numerical aperture of the objective lens is increased.
[0022]
In an optical pickup device, spherical aberration caused by a manufacturing error in the thickness of a protective substrate of an optical disk is proportional to the fourth power of the numerical aperture of an objective lens. In order to suppress this spherical aberration within an allowable range, the tolerance for the manufacturing error of the protective substrate thickness of the optical disk needs to be several μm, but in this case, the yield of the optical disk manufacturing is deteriorated, and the optical disk may not be realized as mass production There is. Therefore, when the numerical aperture of the objective lens is increased in a high-density DVD, it is necessary to provide a means for correcting spherical aberration caused by a manufacturing error in the thickness of the protective substrate of the optical disk.
[0023]
In the optical pickup device, a plastic lens is often used as the objective lens because it is advantageous for mass production. However, it is known that the plastic lens is about two orders of magnitude larger than the glass lens in the temperature change of the refractive index.
[0024]
When the environmental temperature of the objective lens formed of a plastic material rises and the refractive index of the objective lens changes, the spherical aberration of the objective lens deteriorates. Since the amount of deterioration of the spherical aberration due to the change in the refractive index is proportional to the fourth power of the numerical aperture of the objective lens, it can be used when the objective lens is a plastic lens in a high-density DVD using a high numerical aperture objective lens. Since the temperature range becomes extremely narrow, it is necessary to provide a means for correcting spherical aberration caused by a change in the refractive index.
[0025]
[Patent Document 1]
JP 2001-195768 A
[0026]
[Patent Document 2]
JP-A-10-123410
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention is an optical pickup device that solves the above-described problems and achieves mutual compatibility between three types of optical disks having different high-density DVD, DVD, and CD standards using a common objective lens. An object of the present invention is to propose an optical pickup device in which a working distance of a CD is sufficiently ensured.
[0028]
An optical pickup device which achieves mutual compatibility between three types of optical disks having different standards of high density DVD, DVD, and CD by using a diffractive optical element and a common objective lens. It is an object of the present invention to provide an optical pickup device capable of obtaining a sufficient light use efficiency in a region.
[0029]
An optical pickup device which achieves mutual compatibility between three types of optical discs having different high-density DVD, DVD, and CD standards by using a common objective lens. Good chromatic aberration caused by poor monochromaticity of light source, spherical aberration caused by plastic change due to environmental change such as temperature change and humidity change, and spherical aberration caused by manufacturing error of protective substrate thickness. It is an object of the present invention to provide an optical pickup device that can perform stable and high-density DVD recording and / or reproduction.
[0030]
It is another object of the present invention to provide an objective lens, a diffractive optical element, and an optical element that can be used in the above-described optical pickup device. Still another object of the present invention is to provide a recording / reproducing apparatus capable of recording and / or reproducing information on and from three types of optical information recording media having different standards using the above-described optical pickup device.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an optical pickup device according to the present invention uses a light flux from a first light source having a wavelength λ1 to reproduce and / or reproduce information from and to a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1. Alternatively, recording is performed, and reproduction and / or reproduction of information from / to a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2> t1) using a light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2). Recording is performed, and information is reproduced and / or recorded on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3> t2) using a light flux from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An optical pickup device for performing reproduction and / or recording of information on the first optical information recording medium to the third optical information recording medium by a common pair composed of one lens group. Using a lens, characterized by having a substrate thickness difference correcting means for correcting the spherical aberration which changes due to the difference in thickness of the first protective substrate to the third protective substrate.
[0032]
According to this optical pickup device, it is possible to correct spherical aberration that changes due to the difference in the thickness of the protective substrate, which is a problem when recording or reproducing information on optical information recording media of three different standards. Recording and / or reproduction of information on three types of optical information recording media having different standards can be performed using a common objective lens. Further, since the objective lens is a single lens, it is possible to secure a sufficient working distance particularly when recording and / or reproducing information on the third optical information recording medium having a large transparent substrate thickness.
[0033]
The optical system of the optical pickup device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 are diagrams conceptually showing each optical pickup device. In FIGS. 1 to 8, each element is shown in order to conceptually show the position of each element constituting the optical system of the optical pickup device. Although shown separately, the same element may actually have the function of two or more elements.
[0034]
In the optical system of the optical pickup device according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 4, the substrate thickness difference correcting means is arranged on a common optical path through which each light flux from the first to third light sources passes.
[0035]
That is, the optical pickup device of FIG. 1 has a thickness of at least two of the first to third protection substrates in a common optical path through which each light beam from the first to third light sources 3 passes. Substrate thickness difference correcting means 7 for correcting spherical aberration that changes due to the difference, and correcting the spherical aberration that changes due to a thickness error of the first protective substrate of the first optical information recording medium. A first light source, a second light source, and a third light source having a substrate thickness error correcting unit and a chromatic aberration correcting unit for correcting chromatic aberration caused by a minute wavelength change of the first light source; Are focused on the respective information recording surfaces of the first to third optical information recording media by the common objective lens 8. The divergent light flux from each light source is combined with the optical path by the optical path combining means 9a, then the divergence angle is converted by the coupling lens 4a, and the divergent light is directed to the objective lens 8.
[0036]
In addition, the optical pickup device of FIG. 2 has a substrate thickness difference correcting unit 7 and a substrate thickness error correcting unit 6 arranged on a common optical path through which the light beams from the first to third light sources 1 to 3 pass. A chromatic aberration corrector 5 for correcting chromatic aberration caused by a minute change in wavelength of the first light source 1 is disposed in an optical path through which only a light beam from the first light source 1 passes. Each light beam from the third light source 3 is condensed on each information recording surface of the first optical information recording medium to the third optical information recording medium by the common objective lens 8. The luminous flux from the first light source 1 whose divergence angle has been converted by the coupling lens 4b and the luminous flux from the second light source 2 and the third light source 3 whose divergence angle has been converted by the coupling lens 4c are converted by the optical path combining means 9a. After the optical paths are combined, the light goes to the objective lens 8, but the same applies to the optical pickup devices shown in FIGS.
[0037]
In the pickup device of FIG. 3, the chromatic aberration corrector 5 and the substrate thickness difference corrector 7 are arranged on a common optical path through which each light beam from the first light source 1 to the third light source 3 passes. A substrate thickness error correcting means 6 for correcting a spherical aberration that changes due to a thickness error of the first protective substrate is arranged in an optical path through which only the light beam passes, and the first light source 1, the second light source 2 and the third light source Each light beam from the light source 3 is condensed on each information recording surface of the first to third optical information recording media by the common objective lens 8.
[0038]
In the optical pickup device shown in FIG. 4, the substrate thickness difference correcting means 7 is arranged on a common optical path through which the light beams from the first light source 1 to the third light source 3 pass, and only the light beam from the first light source 1 passes. Chromatic aberration correcting means 5 for correcting chromatic aberration caused by a minute change in wavelength of the first light source 1 in a light path to be changed, and a substrate thickness error for correcting spherical aberration which changes due to a thickness error of the first protective substrate. A correction means 6 is provided, and each light beam from the first light source 1, the second light source 2 and the third light source 3 is transmitted by a common objective lens 8 to respective information of the first to third optical information recording media. It is focused on the recording surface.
[0039]
In the optical pickup device of FIG. 5, the chromatic aberration corrector 5 is disposed on a common optical path through which each light beam from the first light source 1 to the third light source 3 passes, and each of the chromatic aberration correctors 5 Substrate thickness difference correcting means 7 for correcting spherical aberration that changes due to a difference in thickness of at least two of the first to third protective substrates in a common optical path through which only the light beam passes. A substrate thickness error correcting means for correcting spherical aberration that changes due to a thickness error of the first protective substrate in an optical path through which only a light beam from the first light source passes; Each light flux from the first, second and third light sources 2 and 3 is condensed on the respective information recording surfaces of the first to third optical information recording media by a common objective lens 8.
[0040]
Further, in the optical pickup device of FIG. 6, the substrate thickness error correcting means 6 is arranged on a common optical path through which each light beam from the first light source 1 to the third light source 3 passes, and the second light source 2 and the third light source 3 Substrate thickness difference correcting means for correcting a spherical aberration that changes due to a difference in thickness of at least two of the first to third protection substrates in a common optical path through which only each light beam passes. 7, a chromatic aberration corrector 5 for correcting chromatic aberration caused by a minute wavelength change of the first light source is disposed in an optical path through which only the light beam from the first light source 1 passes. Each light beam from the light source 2 and the third light source 3 is condensed by the common objective lens 8 on each information recording surface of the first to third optical information recording media.
[0041]
In addition, the optical pickup device of FIG. 7 has a thickness of at least two of the first to third protection substrates in a common optical path through which only the light beams from the second light source 2 and the third light source 3 pass. Substrate thickness difference correcting means 7 for correcting the spherical aberration that changes due to the difference between the first and second light sources 1 and 2 is provided in the optical path where only the light beam from the first light source 1 passes. Chromatic aberration correcting means 5 for correcting chromatic aberration that varies due to the change in thickness, and substrate thickness error correcting means 6 for correcting spherical aberration that changes due to the thickness error of the first protective substrate thickness. Light beams from the light source 1, the second light source 2, and the third light source 3 are condensed by the common objective lens 8 on the respective information recording surfaces of the first to third optical information recording media.
[0042]
Further, in the optical system of the optical pickup device according to the present invention, as shown in FIG. 8, an optical path through which only a light beam from the second light source passes is caused by a difference in thickness between the first protection substrate and the second protection substrate. A substrate thickness difference correcting means 7a for correcting the changing spherical aberration is arranged, and further, due to a difference in thickness between the first protection substrate and the third protection substrate, an optical path through which only the light beam from the third light source passes. The substrate thickness difference correcting means 7b for correcting the spherical aberration which changes in this way is arranged.
[0043]
That is, in the optical pickup device of FIG. 8, the chromatic aberration corrector 5 and the substrate thickness error corrector 6 are arranged in an optical path through which only the light beam from the first light source 1 passes, and only the light beam from the second light source 2 passes. A substrate thickness difference correcting unit 7a for correcting a spherical aberration that changes due to a difference in thickness between the first protection substrate and the second protection substrate is disposed in the optical path, and only a light beam from the third light source 3 passes. A substrate thickness difference correcting means 7b for correcting a spherical aberration that changes due to a difference in thickness between the first protection substrate and the third protection substrate is arranged in the optical path. The light beam from the first light source 1 whose divergence angle has been converted by the coupling lens 4b and the light beam from the second light source 2 whose divergence angle has been converted by the coupling lens 4d have their optical paths combined by the optical path combining means 9b. The light flux from the third light source 3 whose divergence angle has been converted by the coupling lens 4e is combined with the light flux from the first light source 1 and the second light source 2 by the optical path combining means 9c. Each light beam from the first light source 1, the second light source 2 and the third light source 3 is condensed on the respective information recording surfaces of the first to third optical information recording media by the common objective lens 8. .
[0044]
Note that the optical pickup device of FIGS. 1 to 8 has a configuration in which the divergence angle of the divergent light flux from each light source is converted using the coupling lens 4a or the coupling lens 4b or the coupling lens 4c or the coupling lens 4d. However, such a coupling lens may not be included in the optical system of the optical pickup device according to the present invention. In addition, in the optical pickup devices of FIGS. 1 to 7, the second light source and the third light source are represented by using the same symbols for simplification of the drawings. The third light source may be a separate light source. Further, in the optical pickup devices of FIGS. 1 to 8, the first to third optical information recording media are represented by the same reference numeral 10, but in the actual optical pickup device, each optical information recording medium is Are of course separate. Further, in the optical pickup device shown in FIGS. 1 to 8, an actuator for driving the objective lens 8, a quarter-wave plate, a photodetector for detecting a light beam reflected from the optical information recording medium 10, and the like are omitted. However, an actual optical pickup device has these.
[0045]
In the above-described optical pickup device, the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for reproducing and / or recording information on the first to third optical information recording media is NA1, Assuming NA2 and NA3, the wavelength λ1 of the first light source, the wavelength λ2 of the second light source, the wavelength λ3 of the third light source, the thickness t1 of the first protection substrate, and the thickness t2 of the second protection substrate It is preferable that the thickness t3 of the third protective substrate and the predetermined image-side numerical apertures NA1, NA2, NA3 of the objective lens satisfy the following expression.
350 nm <λ1 <550 nm
600 nm <λ2 <700 nm
700 nm <λ3 <850 nm
0.0mm ≦ t1 <0.3mm
0.5mm <t2 <0.7mm
1.0 mm <t3 <1.3 mm
0.99> NA1 ≧ 0.80
0.80> NA2 ≧ 0.55
0.55> NA3 ≧ 0.40
[0046]
The focal length of the objective lens at the wavelength λ1 is f1 (mm), the center thickness is d (mm), the diameter of the light beam of the wavelength λ1 incident on the objective lens is Φ1 (mm), and the third light Assuming that the working distance of the objective lens is fB3 (mm) when reproducing and / or recording information on the information recording medium, it is preferable to satisfy the following expression.
0.7 <d / f1 <1.5
2.8 <Φ1 <5.8
fB3> 0.2
[0047]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m3 when reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium. -1 <m3 <0
[0048]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied, where m2 is the imaging magnification of the objective lens when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium. -1 <m2 <0
[0049]
As described above, of the three types of optical information recording media having different protective substrate thicknesses, information reproduction and / or recording is performed on the second optical information recording medium and / or the third optical information recording medium having a large protective substrate thickness. When the objective lens has a finite specification in which a divergent light beam is incident, a sufficient working distance can be secured.
[0050]
The objective lens is formed of a plastic material or a glass material.
[0051]
The objective lens is formed of a glass material having a glass transition point Tg of 400 ° C. or less.
[0052]
The substrate thickness difference correcting means 7 preferably has at least one diffraction surface on which a diffraction structure including a plurality of concentric annular zones is formed.
[0053]
The diffractive structure has a spherical aberration characteristic such that when the wavelength of the incident light beam changes in a direction in which the wavelength increases, the spherical aberration changes in a direction undercorrected.
[0054]
Further, the diffraction structure is formed on at least one optical surface of the objective lens.
[0055]
Further, the substrate thickness difference correcting means 7 includes at least one movable optical element capable of changing a tilt angle of a marginal ray of a light beam incident on the objective lens by moving in a direction of an optical axis, and the movable optical element. And a driving unit for shifting the optical axis in the optical axis direction.
[0056]
Further, the substrate thickness difference correcting means 7 includes at least one refractive index distribution variable material layer, and an applying means for applying an electric field, a magnetic field, or heat. It is preferable to change the refractive index distribution of the refractive index distribution variable material layer by applying an electric field, a magnetic field, or heat.
[0057]
Further, the imaging magnification of the objective lens when reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium is m1, and when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium. When the imaging magnification of the objective lens is m2 and the imaging magnification of the objective lens when reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium is m3, among the m1, m2, and m3, It is preferable that at least two values of the imaging magnification are made different to correct spherical aberration that changes due to a difference in the thickness of the first to third protection substrates.
[0058]
In the above-described optical pickup device, the predetermined image-side numerical aperture NA1 of the objective lens required for reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium is 0.8 or more; The light flux from the first light source passes through a substrate thickness error correction unit 6 for correcting spherical aberration that changes due to a thickness error of the first protection substrate among the first protection substrate to the third protection substrate. It is preferable to have it in the optical path. Thereby, in particular, stable recording and / or reproduction can be performed on the first optical information recording medium for high-density recording.
[0059]
Further, the first optical information recording medium has a structure having a plurality of information recording layers on the same light beam incident surface side, and the information recording surface of each information recording layer of the first optical information recording medium has When condensing a light beam from one light source, a spherical aberration that changes due to a difference in the thickness of the protective substrate from the light beam incident surface of the first optical information recording medium to each information recording surface is reduced by the substrate. It is preferable that the thickness error is corrected by the thickness error correcting means 6.
[0060]
Further, the substrate thickness error correcting means 6 can change at least one movable optical element which can change a tilt angle of a marginal ray of a light beam from the first light source incident on the objective lens by shifting in the optical axis direction. And a driving unit for displacing the movable optical element in the optical axis direction. Accordingly, it is possible to correct spherical aberration caused by a thickness error of the first protective substrate thickness of the first optical information recording medium, and to make a manufacturing error of an optical element constituting an optical system such as an objective lens, in particular, a first light source. It is possible to correct a change in wavelength due to a manufacturing error, and a change in spherical aberration due to a change in shape or refractive index of an optical element constituting an optical system such as an objective lens due to a change in temperature or humidity. Therefore, in particular, stable recording and / or reproduction can be performed on the first optical information recording medium for high-density recording.
[0061]
The substrate thickness error correcting means 6 is a coupling lens for changing a divergence angle of a divergent light beam from the first light source, and at least one of the optical elements constituting the coupling lens is movable. Preferably, it is an optical element. Alternatively, the substrate thickness error correcting means 6 includes at least one positive lens group and at least one negative lens group, and is a beam expander that can emit an incident light beam, which is a substantially parallel light beam, as a substantially parallel light beam. And / or a beam shrinker, wherein at least one of the positive lens group and the negative lens group is the movable optical element.
[0062]
Further, the substrate thickness error correcting means 6 includes at least one refractive index distribution variable material layer, and an applying means for applying an electric field, a magnetic field or heat, and the applying means is applied to the refractive index distribution variable material layer. It is preferable to change the refractive index distribution of the refractive index distribution variable material layer by applying an electric field, a magnetic field, or heat. Accordingly, it is possible to correct spherical aberration caused by a thickness error of the first protective substrate thickness of the first optical information recording medium, and to make a manufacturing error of an optical element constituting an optical system such as an objective lens, in particular, a first light source. It is possible to correct a change in wavelength due to a manufacturing error, and a change in spherical aberration due to a change in shape or refractive index of an optical element constituting an optical system such as an objective lens due to a change in temperature or humidity. Therefore, in particular, stable recording and / or reproduction can be performed on the first optical information recording medium for high-density recording.
[0063]
In the above-mentioned optical pickup device, the wavelength λ1 of the first light source is shorter than 550 nm, and the chromatic aberration correction means 5 for correcting the chromatic aberration of the objective lens caused by a minute wavelength change of the first light source is provided by the first light source. It is preferable to have it in the optical path through which the light beam from the light source passes. This makes it possible to correct chromatic aberration caused by poor monochromaticity of the light source. Therefore, in particular, stable recording and / or reproduction can be performed on the first optical information recording medium for high-density recording.
[0064]
It is preferable that the chromatic aberration corrector 5 is disposed on a common optical path through which all light beams from the first to third light sources pass.
[0065]
The chromatic aberration corrector 5 has a structure in which two optical elements having a diffraction surface on which a diffraction structure including a plurality of concentric annular zones are formed are arranged close to each other such that the diffraction surfaces face each other. And the material of the two optical elements has a predetermined refractive index difference in the wavelength region near the wavelength λ1, and the wavelength region of the material of the two optical elements near the wavelength λ2, and the wavelength near λ3. Preferably, the refractive index difference in the region is substantially zero. Accordingly, only the light near the wavelength of the first light source is diffracted by the difference in the refractive index between the optical elements, so that the chromatic aberration of the objective lens 8 due to the wavelength fluctuation of the first light source can be corrected.
[0066]
The chromatic aberration corrector 5 has a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones, and the first luminous flux having a wavelength λ1 from the first light source is incident on the diffractive structure. Among the diffracted light beams, the diffraction order of the diffracted light beam having the largest amount of diffracted light is n1, and the diffraction of the second light beam generated when the second light beam having the wavelength λ2 from the second light source is incident on the diffraction structure. Of the light, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n2, and the diffracted light of the third light flux generated when the third light flux of wavelength λ3 from the third light source is incident on the diffraction structure. When the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n3,
| N1 |> | n2 | ≧ | n3 |
It is preferable to satisfy the following.
[0067]
In this case, it is preferable that the diffractive structure is formed on at least one optical surface of the objective lens.
[0068]
In addition, it is preferable that the chromatic aberration corrector is disposed in an optical path through which only the light beam from the first light source passes and through which the light beams from the second light source and the third light source do not pass.
[0069]
The chromatic aberration corrector 5 has at least one diffraction surface on which a diffraction structure composed of a plurality of concentric annular zones is formed, and determines the optical path difference added to the transmitted wavefront by the diffraction structure of the ith diffraction surface. ,
Φbi= Ni ・ (b2i・ Hi2+ B4i・ Hi4+ B6i・ Hi6+ ・ ・ ・)
(Where ni is the diffracted light of the light beam of the wavelength λ1 generated when the light beam of the wavelength λ1 is incident on the diffraction structure of the i-th diffraction surface. The diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light, hi is the height (mm) from the optical axis, b2i, B4i, B6i,... Are the second-order, fourth-order, sixth-order,... Optical path difference function coefficients (also referred to as diffraction surface coefficients), respectively.
PD = Σ (-2 · ni · b2i)
Power of only the diffractive structure defined by-1) Preferably satisfies the following expression.
1.50 × 10-2<PD <15.0 × 10-2
[0070]
Above the lower limit of the above formula, the axial chromatic aberration of the wavefront focused on the information recording surface of the optical information recording medium is not too undercorrected, and below the upper limit, on the information recording surface of the optical information recording medium. The axial chromatic aberration of the focused wavefront is not overcorrected.
[0071]
The chromatic aberration corrector 5 includes a positive lens group having a relatively large Abbe number and a negative lens group having a relatively small Abbe number. The Abbe number νdP of the positive lens group and the Abbe number When the number νdN satisfies the following equation, chromatic aberration can be appropriately corrected.
νdP> 55
νdN <35
[0072]
Further, when the wavelength of the first light source changes by +1 nm, the change amount ΔfB of the paraxial focal position of the optical system combining the objective lens and the chromatic aberration correcting unit.OBJ + CAPreferably satisfies the following expression.
| ΔfBOBJ + CA・ NA12| <0.15 (μm)
[0073]
In this specification, "correcting spherical aberration (satisfactorily) by the substrate thickness error correcting means 6 and / or the substrate thickness difference correcting means 7" means at least the substrate thickness error correcting means 6 and / or And / or an objective lens necessary for reproducing and / or recording information from / to each optical information recording medium by a light beam having passed through an optical system including the substrate thickness difference correcting means 7 and an objective lens. When λ is the wavelength of the light source on the information recording surface of each information recording medium within the predetermined image-side numerical apertures, the wavefront aberration is 0.07 λrms or less (more preferably 0.05 λrms or less). Correction of spherical aberration so that light is condensed.
[0074]
In the above-described optical pickup device, the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for reproducing and / or recording information on the first to third optical information recording media is NA1, Assuming NA2 and NA3,
NA1> NA2> NA3
And the provision of the aperture switching means for NA1, NA2, and NA3 makes it possible to record and / or reproduce information on the first to third optical information recording media with a common objective lens. The aperture can be switched according to a predetermined image-side numerical aperture of each objective lens.
[0075]
Thereby, when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium and the third optical information recording medium, the size of the converging spot on each information recording medium becomes smaller than necessary. Therefore, the coma aberration generated by the disk skew can be reduced, and a sufficient disk skew margin can be obtained. In addition, since it is possible to prevent the photodetector from detecting unnecessary light that does not contribute to light condensing and has passed through a region having a required numerical aperture or more, good focusing characteristics and tracking characteristics can be obtained.
[0076]
The aperture switching means is disposed on a common optical path through which all light beams from the first to third light sources pass.
[0077]
The aperture switching means has at least one diffractive surface on which a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones is formed, and when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium, A light beam having a wavelength λ2 passing through the area of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens is used as a flare component, and / or reproducing and / or reproducing information from / to the third optical information recording medium. When recording is performed, a light beam of wavelength λ3 passing through the area of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens is used as a flare component, so that information on the second optical information recording medium can be recorded. When performing reproduction and / or reproduction, even if the light beam of the wavelength λ2 from the second light source is allowed to pass through the aperture determined by NA1 in an open state, the aperture corresponding to NA2 from NA2. The light beam which has passed through the region of the switching means, does not contribute to the condensing onto the information recording surface of the second optical information recording medium, and functions as the aperture switching means. Similarly, when reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium, even if the light flux of the wavelength λ3 from the third light source is allowed to pass through the aperture determined by NA1 in an open state, the light beam from NA3 is also transmitted. The luminous flux that has passed through the area of the aperture switching means corresponding to NA1 does not contribute to focusing on the information recording surface of the third optical information recording medium, and thus functions as aperture switching means. As described above, since the opening can be automatically switched with a simple structure, there is no need to provide any special opening switching means, which is advantageous in cost.
[0078]
In an optical system in which the aperture switching means and the objective lens are combined, the wavefront aberration in a combination of the image-side numerical aperture NA2, the thickness t2 of the second protective substrate, and the wavelength λ2 of the second light source is zero. 0.07λ2 rms, and the wavefront aberration in the combination of the image-side numerical aperture NA1, the thickness t2 of the second protective substrate, and the wavelength λ2 of the second light source is larger than 0.07λ2rms, and / or the image-side. The wavefront aberration in a combination of the numerical aperture NA3, the thickness t3 of the third protective substrate, and the wavelength λ3 of the third light source is smaller than 0.07λ3 rms, and the image-side numerical aperture NA1 and the thickness of the third protective substrate It is preferable that the wavefront aberration in the combination of t3 and the wavelength λ3 of the third light source is larger than 0.07λ3rms.
[0079]
Further, when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium, the aperture switching means enters an area of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical aperture NA2 of the objective lens. Transmitting the light beam of wavelength λ2 and blocking the light beam of wavelength λ2 incident on the area of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, and / or recording the third optical information When reproducing and / or recording information on / from a medium, a light beam having a wavelength λ3 incident on a region of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical aperture NA3 of the objective lens is transmitted and an image of the objective lens is formed. The second light may be configured to have a wavelength selectivity that blocks a light beam of wavelength λ3 incident on the area of the aperture switching means corresponding to the side numerical apertures NA3 to NA1. When reproducing and / or recording information from / to the information recording medium and the third optical information recording medium, a light beam passing through an area having a required numerical aperture or more is automatically cut off. There is no cost advantage.
[0080]
Preferably, the aperture switching means is formed on at least one optical surface of the objective lens, so that the aperture switching means can be simply configured.
[0081]
Further, it is preferable that the aperture switching means is disposed on the light beam incident surface side of the objective lens, and performs tracking integrally with the objective lens. Thereby, good tracking characteristics can be obtained.
[0082]
In the optical pickup device described above, the objective lens corrects aberration such that spherical aberration is minimized in a combination of the image-side numerical aperture NA1, the thickness t1 of the first protective substrate, and the wavelength λ1 of the first light source. When reproducing and / or recording information from / to the second optical information recording medium, a spherical aberration that changes due to a difference in thickness between the second protective substrate and the first protective substrate is reduced by the substrate. When the information is read and / or recorded on the third optical information recording medium while being corrected by the thickness difference correcting means, due to a difference in thickness between the third protection substrate and the first protection substrate. Preferably, the changing spherical aberration is corrected by the substrate thickness difference correcting means. This makes it possible to appropriately correct the spherical aberration caused by the difference between the first protective substrate thickness t1 and the thickness of each protective substrate when reproducing or recording on the second or third optical information recording medium with the objective lens.
[0083]
In addition, it is preferable that at least two of the first to third light sources are unitized. By integrating the light sources in this way, the number of parts can be reduced, and the optical pickup device can be made compact and the cost can be reduced. It can contribute to reduction.
[0084]
Preferably, at least two of the substrate thickness difference correcting unit, the substrate thickness error correcting unit, the chromatic aberration correcting unit, and the aperture switching unit are integrated. By integrating in this way, the number of components can be reduced, and the optical pickup device can be made compact and contribute to cost reduction.
[0085]
Further, a recording / reproducing apparatus according to the present invention can be configured so that any one of the above-described optical pickup devices is mounted, and can record audio and / or images and / or reproduce audio and / or images. For example, each of the optical pickup devices according to the present invention described above includes, for example, a next-generation higher-density first optical information recording medium, a DVD, a DVD-ROM, a DVD-RAM, a DVD-R, a DVD-RW, a DVD + RWD, and the like. A player or drive compatible with the second optical information recording medium of the above, and a third optical information recording medium such as a CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, or the like, or incorporating them. It can be installed in audio and / or image recording devices and / or playback devices such as AV equipment, personal computers, and other information terminals.
[0086]
Another optical pickup device according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength of λ1. Performing reproduction and / or recording of information on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1) using a light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2); An optical pickup for reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An optical pickup device, wherein the optical pickup device uses a common objective lens for reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium to the third optical information recording medium; A spherical aberration, which is arranged in a common optical path through which all light beams from the first light source to the third light source pass and changes due to a difference in the thickness of the first to third protective substrates, is corrected. Substrate thickness difference correcting means, wherein the substrate thickness difference correcting means is a diffractive optical element having a diffraction structure comprising a plurality of concentric annular zones, wherein the diffraction structure has a wavelength from the first light source. Of the diffracted light of the first light flux generated when the first light flux of λ1 is incident, the diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light is n1, and the diffraction order of the wavelength λ2 from the second light source to the diffractive structure is Of the diffracted light of the second light flux generated when the two light fluxes are incident, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n2, and the third light flux of wavelength λ3 from the third light source is incident on the diffraction structure. The diffracted light of the third light beam generated when the light is incident That is, when the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n3,
| N1 |> | n2 |
And
| N1 |> | n3 |
With the luminous flux of the wavelength λ1, the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing reproduction and / or recording on the first optical information recording medium is set to NA1, and the luminous flux of the wavelength λ2 is used. The predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing reproduction and / or recording on the second optical information recording medium is set to NA2 and reproduced and / or reproduced on the third optical information recording medium by a light beam of the wavelength λ3. Alternatively, when the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing recording is NA3, the objective lens converts the n1st-order diffracted light of the first light flux into information for the first optical information recording medium. In order to perform reproduction and / or recording, light can be converged on the information recording surface of the first optical information recording medium so as to form a good wavefront within the numerical aperture NA1, and the n2 next light flux Folding the second light In order to reproduce and / or record information on the information recording medium, the light can be focused on the information recording surface of the second optical information recording medium so as to form a good wavefront within the numerical aperture NA2, In order to reproduce and / or record information on the third optical information recording medium, the third optical information is formed so as to form a favorable wavefront within the numerical aperture NA3 by using the n3 order diffracted light of the third light flux. It is characterized in that it can be focused on the information recording surface of the recording medium.
[0087]
According to this optical pickup device, the first protective substrate is converted to the third protective substrate by a diffractive optical element serving as a substrate thickness difference correcting means disposed on a common optical path through which all light beams from the first to third light sources pass. Of the thicknesses of at least two different protective substrates, the spherical aberration caused by the difference between the thicknesses of the at least two different protective substrates is corrected. Reproduction can be performed well.
[0088]
By the way, in an optical pickup system compatible with three types of optical disks having different standards, three light sources having different wavelengths are mounted. The reasons are as follows. First, a short-wavelength laser light source for a high-density DVD cannot read a two-layer DVD disc because the reflectivity of an intermediate layer between information recording layers of the two-layer disc is low in a short wavelength region. Second, in the case of CD-R and CD-RW, information is reproduced using the reflection characteristic of the information recording surface. CD-RW cannot be read. Therefore, in an optical pickup system compatible with three types of optical discs having different standards, a blue-violet laser that generates a laser beam near 400 nm, a red laser that generates a laser beam near 650 nm, and a laser beam near 780 nm are used. It is necessary to mount three light sources having different wavelengths from the generated infrared laser.
[0089]
Therefore, in the optical pickup device according to the present invention, the diffractive optics as the substrate thickness difference correcting means is used so that the diffraction order of the light beam used for recording and reproduction of the first to third optical information recording media satisfies the above equation. The diffraction structure of the element was determined. Thereby, high diffraction efficiency can be obtained for each light flux used for recording and reproduction of the first to third optical information recording media. Further, when a light beam from each light source having a different wavelength enters the objective lens by the diffractive action of the diffractive optical element as the substrate thickness difference correcting means, the spherical aberration that changes due to the dispersion of the lens material is corrected. Information can be recorded or reproduced satisfactorily on all of the first to third optical information recording media.
[0090]
It is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and the following expression is satisfied.
300 nm <λB <500 nm
[0091]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
| N1 | ≦ 10
[0092]
In addition, it is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
340 nm <λB <440 nm
| N1 | = 2
| N2 | = 1
| N3 | = 1
[0093]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
350 nm <λB <420 nm
[0094]
In addition, it is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
400 nm <λB <430 nm
| N1 | = 6
| N2 | = 4
| N3 | = 3
[0095]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
405 nm <λB <425 nm
[0096]
In addition, it is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
390 nm <λB <420 nm
| N1 | = 8
| N2 | = 5
| N3 | = 4
[0097]
It is preferable to satisfy the following expression.
395 nm <λB <415 nm
[0098]
In addition, it is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
390 nm <λB <420 nm
| N1 | = 10
| N2 | = 6
| N3 | = 5
[0099]
It is preferable to satisfy the following expression.
395 nm <λB <412 nm
[0100]
Preferably, the diffraction structure has a positive power.
[0101]
Further, each position of the plurality of annular zones of the diffraction structure optimized by the wavelength λB and the diffraction order n1 is
Φb= N1 · (b2・ H2+ B4・ H4+ B6・ H6+ ・ ・ ・)
Where h is the height from the optical axis (mm), b2, B4, B6,... Are the second-order, fourth-order, sixth-order,... Optical path difference function coefficients (also referred to as diffraction surface coefficients), respectively.
PD = Σ (−2 · n1 · b2)
Power of only the diffractive structure defined by-1) Preferably satisfies the following expression.
0.5 × 10-2<PD <5.0 × 10-2
[0102]
Further, it is preferable that the objective lens is a refraction type objective lens, and the diffractive optical element is arranged on a light beam incident side of the refraction type objective lens.
[0103]
Further, it is preferable that the diffraction structure is formed on a plane. Alternatively, the diffraction structure is preferably formed on an aspheric surface.
[0104]
Further, it is preferable that the diffractive optical element is tracking-driven integrally with the refractive objective lens.
[0105]
Preferably, the diffractive optical element is formed integrally with the objective lens, and the diffractive structure is formed on at least one optical surface including an optical surface on the light source side of the objective lens.
[0106]
The image-side numerical apertures NA1 to NA3 are:
NA1> NA2> NA3
While satisfying
It is preferable that the optical pickup device includes an aperture switching unit for NA1, NA2, and NA3, which is disposed in a common optical path through which all light beams from the first to third light sources pass. It is preferable that the aperture switching means is driven for tracking integrally with the objective lens.
[0107]
Further, the aperture switching means is the same diffractive optical element as the substrate thickness difference correction means, and corresponds to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, and has passed through the area of the aperture switching means. The light beam of the wavelength λ2 reaches the information recording surface of the second optical information recording medium, and the light beam of the wavelength λ2 is within the image-side numerical aperture NA1 of the information recording surface of the second optical information recording medium. In the above, the wavefront aberration is greater than 0.07λ2 rms, and the light beam of the wavelength λ2 has a wavefront aberration of 0 on the information recording surface of the second optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA2. Preferably, the state is smaller than 0.07λ2 rms.
[0108]
Preferably, the light beam of the wavelength λ2 has a wavefront aberration of greater than 0.20λ2rms on the information recording surface of the second optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA1.
[0109]
Further, the luminous flux of the wavelength λ3, which corresponds to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens and has passed through the area of the aperture switching means, reaches the information recording surface of the third optical information recording medium and The light beam of the wavelength λ3 has a wavefront aberration of greater than 0.07λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA1, and the light beam of the wavelength λ3 is Preferably, the wavefront aberration is smaller than 0.07λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA3.
[0110]
Preferably, the light beam having the wavelength λ3 has a wavefront aberration of greater than 0.20λ3rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA1.
[0111]
Further, the aperture switching means interrupts a light beam of the wavelength λ2 incident on a region of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, and It is preferable that it is possible to prevent the light flux of the wavelength λ2 incident on the area of the aperture switching means corresponding to the numerical apertures NA2 to NA1 from reaching the information recording surface of the second optical information recording medium. .
[0112]
Further, the aperture switching means transmits a light beam having a wavelength λ1 incident on the area of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, and transmits the image-side aperture of the objective lens. It is preferable to have a wavelength selectivity corresponding to a number NA2 to NA1 so as to block a light beam of wavelength λ2 incident on the area of the aperture switching means.
[0113]
Further, the aperture switching means interrupts a light beam of the wavelength λ3 incident on a region of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens, and It is preferable that it is possible to prevent the light flux of the wavelength λ3 incident on the area of the aperture switching means corresponding to the numerical apertures NA3 to NA1 from reaching the information recording surface of the third optical information recording medium. .
[0114]
Further, the aperture switching means transmits a light flux having a wavelength λ1 incident on the area of the aperture switching means corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens, and transmits the image-side aperture of the objective lens. It is preferable to have a wavelength selectivity that blocks a light beam of wavelength λ3 incident on the area of the aperture switching means corresponding to the numbers NA3 to NA1.
[0115]
Further, the aperture switching means can be configured as a wavelength selection filter formed on an optical surface of the objective lens.
[0116]
In each of the optical pickup devices described above, it is preferable that the objective lens is formed of one lens group. This makes it possible to secure a sufficient working distance particularly to the third optical information recording medium in the optical pickup device. In this case, the focal length at the wavelength λ1 of the objective lens is f1 (mm), the center thickness is d (mm), the diameter of the light beam of the wavelength λ1 incident on the objective lens is Φ1 (mm), and the third Assuming that the working distance of the objective lens is fB3 (mm) when information is reproduced and / or recorded on the optical information recording medium, it is more preferable to satisfy the following expression in order to sufficiently secure the working distance.
0.7 <d / f1 <1.5
2.8 <Φ1 <5.8
fB3> 0.2
[0117]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m3 when reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium.
m3 <0
[0118]
In this case, it is preferable to satisfy the following expression.
−0.25 <m3 <−0.05
[0119]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m2 when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium.
m2 <0
[0120]
In this case, it is preferable to satisfy the following expression.
−0.20 <m2 <−0.02
[0121]
In each of the optical pickup devices described above, it is preferable that the objective lens is formed of a plastic material or a glass material.
[0122]
In each of the above-described optical pickup devices, it is preferable that the objective lens is formed of a glass material having a glass transition point Tg of 400 ° C. or less.
[0123]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
0.0mm ≦ t1 <0.3mm
0.5mm <t2 <0.7mm
1.0 mm <t3 <1.3 mm
0.99> NA1 ≧ 0.70
0.70> NA2 ≧ 0.55
0.55> NA3 ≧ 0.40
[0124]
It is preferable that at least two of the first to third light sources are unitized.
[0125]
The recording / reproducing apparatus according to the present invention can be configured so that each of the above-described optical pickup devices is mounted, audio and / or images can be recorded, and / or audio and / or images can be reproduced.
[0126]
Further, the objective lens according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 by using a light beam from a first light source having a wavelength of λ1. Reproduction and / or recording of information on a second optical information recording medium having a second protection substrate with a thickness t2 (t2 ≧ t1) is performed using a light beam from a second light source (λ1 <λ2), and a wavelength λ3 ( For an optical pickup device for reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness of t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source of λ2 <λ3). An objective lens, wherein the objective lens has, on at least one optical surface, a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones, and the diffractive structure includes a first light beam having a wavelength λ1 from the first light source. Before the incident occurs when Of the diffracted light beams of the first light beam, the diffraction order of the diffracted light beam having the maximum amount of diffracted light is n1, and the second light beam having a wavelength λ2 from the second light source is incident on the diffraction structure. Of the diffracted light of the light beam, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n2, and the diffraction of the third light beam generated when the third light beam of wavelength λ3 from the third light source is incident on the diffraction structure. Of the light, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n3, and the predetermined amount of the objective lens required for reproducing and / or recording on the first optical information recording medium by the light flux of the wavelength λ1. The image-side numerical aperture is NA1, the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing reproduction and / or recording on the second optical information recording medium with the light beam of the wavelength λ2 is NA2, and the wavelength is λ3. The third optical information recording medium The predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing reproduction and / or recording on the body is NA3,
When
| N1 |> | n2 |
And
| N1 |> | n3 |
While satisfying
The objective lens forms an excellent wavefront within the numerical aperture NA1 in order to reproduce and / or record information on the first optical information recording medium with the n1st-order diffracted light of the first light flux. The aperture can be converged on the information recording surface of the first optical information recording medium, and the n2 order diffracted light of the second light flux is used to reproduce and / or record information on the second optical information recording medium. Within a few NA2, the light can be converged on the information recording surface of the second optical information recording medium so as to form a good wavefront, and the n3 order diffracted light of the third light flux is transmitted to the information on the third optical information recording medium. In order to perform reproduction and / or recording of the information, the light can be focused on the information recording surface of the third information recording medium so as to form a good wavefront within the numerical aperture NA3.
[0127]
Another objective lens according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength of λ1, and a wavelength of λ2. Reproduction and / or recording of information on a second optical information recording medium having a second protection substrate with a thickness t2 (t2 ≧ t1) is performed using a light beam from a second light source (λ1 <λ2), and a wavelength λ3 ( For an optical pickup device for reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness of t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source of λ2 <λ3). An objective lens, wherein a predetermined image-side numerical aperture of the objective lens necessary for performing reproduction and / or recording on the first optical information recording medium is set to NA1, and a light beam of the wavelength λ2 is used. The second optical information A predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing reproduction and / or recording on the recording medium is set to NA2, and reproduction and / or recording is performed on the third optical information recording medium with a light beam of the wavelength λ3. When the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for the above is NA3, at least one optical surface of the objective lens reproduces and / or reproduces all of the first to third optical information recording media. A common area corresponding to the numerical aperture NA3 used for performing recording, and a common area located on the peripheral side of the common area, for performing reproduction and / or recording on at least the first optical information recording medium. The common region has a diffraction structure including a plurality of concentric annular zones, and the common region has a diffraction structure formed in the common region. The diffraction structure formed in the common region has a wavelength from a light source. Of the diffracted light of the first light flux generated when the first light flux of λ1 is incident, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n1, and the second light source is applied to the diffractive structure formed in the common area. Out of the diffracted light of the second light flux generated when the second light flux of the wavelength λ2 from Of the diffracted light of the third light flux generated when the third light flux of wavelength λ3 from the third light source is incident, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n3,
When
| N1 |> | n2 |
And
| N1 |> | n3 |
While satisfying
The objective lens converts the n1st-order diffracted light of the first light flux generated in the common area into information on the first optical information recording medium to reproduce and / or record information on the first optical information recording medium. The second optical information recording medium is used for reproducing and / or recording information on and from the second optical information recording medium by condensing an n2 order diffracted light of the second light flux generated in the common area on a recording surface. The third optical information for reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium by converting the n3rd-order diffracted light of the third light flux generated in the common area into the third optical information recording medium. Light is condensed on an information recording surface of a recording medium.
[0128]
According to each objective lens described above, the diffraction structure is determined so that the diffraction order of the light beam used for recording and reproduction on the first to third optical information recording media satisfies the above expression. High diffraction efficiency can be obtained for each light beam used for recording and reproduction on the information recording medium to the third optical information recording medium. Further, the operation of the diffraction structure corrects spherical aberration caused by a difference between at least two different protective substrate thicknesses among the first to third protective substrate thicknesses. Information can be recorded or reproduced satisfactorily on all optical information recording media. Further, when the light beams from the respective light sources having different wavelengths enter the objective lens by the action of the diffractive structure, the spherical aberration that changes due to the dispersion of the lens material is corrected. Information can be recorded or reproduced satisfactorily on all information recording media.
[0129]
In each of the objective lenses, it is preferable that the diffraction orders n1 to n3 satisfy the following expression.
| N2 | = INT (λ1 · | n1 | / λ2)
| N3 | = INT (λ1 · | n1 | / λ3)
| N1 |> | n2 | ≧ | n3 |
Here, n1 is an integer other than 0 and ± 1, and INT (λ1 · n1 | / λ2) is an integer obtained by rounding λ1 || n1 | / λ2, and INT (λ1 || n1 | / λ3) is an integer obtained by rounding λ1 · | n1 | / λ3.
[0130]
In this case, it is preferable to satisfy the following expression.
| INT (λ1 · | n1 | / λ2) − (λ1 · | n1 | / λ2) | <0.4
| INT (λ1 · | n1 | / λ3) − (λ1 · | n1 | / λ3) | <0.4
[0131]
By determining the diffraction orders n1 to n3 as described above, it is possible to increase the respective diffraction efficiencies of the n1st-order diffracted light, the n2nd-order diffracted light, and the n3rd-order diffracted light for each light beam.
[0132]
Further, the light amount of the light beam of the wavelength λ1 incident on the diffraction structure is represented by IIN(Λ1), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ1 having the light amount of (λ1) has passed through the diffraction structure is represented by IOUT(Λ1), the light amount of the light beam of the wavelength λ2 incident on the diffraction structure is represented by IIN(Λ2), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ2 having the light amount of (λ2) has passed through the diffraction structure is represented by IOUT(Λ2), the light amount of the light beam of the wavelength λ3 incident on the diffraction structure is represented by IIN(Λ3), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ3 having the light amount of (λ3) has passed through the diffraction structure is represented by IOUTWhen (λ3) is satisfied, it is preferable that the following expression is satisfied.
IOUT(Λ1) / IIN(Λ1)> 0.7
IOUT(Λ2) / IIN(Λ2)> 0.7
IOUT(Λ3) / IIN(Λ3)> 0.7
[0133]
It is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
300 nm <λB <500 nm
| N1 | ≦ 10
[0134]
It is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
340 nm <λB <440 nm
| N1 | = 2
| N2 | = 1
| N3 | = 1
[0135]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
350 nm <λB <420 nm
[0136]
In addition, it is preferable that the objective lens has a wavelength dependence of spherical aberration such that when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 by 5 nm is incident, the spherical aberration changes in the overcorrected direction.
[0137]
Further, the objective lens has a wavelength dependency of axial chromatic aberration such that the back focus changes in a direction in which the back focus becomes shorter when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 is incident by 5 nm, and is longer by 5 nm than the wavelength λ1. When the change amount of the back focus when the light having the wavelength is incident is ΔCA, and the change amount of the marginal light beam corresponding to the numerical aperture NA1 when the light having the wavelength longer than the wavelength λ1 is 5 nm is ΔSA, It is preferable to satisfy the following.
-1 <ΔCA / ΔSA <0
[0138]
Further, each position of the plurality of annular zones of the diffraction structure optimized by the wavelength λB and the diffraction order n1 is
Φb= | N1 | · (b2・ H2+ B4・ H4+ B6・ H6+ ・ ・ ・ ・ ・ ・)
Where h is the height from the optical axis (mm), b2, B4, B6,... Are the second-order, fourth-order, sixth-order,..., Optical path difference function coefficients (also referred to as diffraction surface coefficients), respectively.
PD = Σ (-2 · | n1 | · b2)
Power of only the diffractive structure defined by-1) Preferably satisfies the following expression.
0.5 × 10-2<PD <5.0 × 10-2
[0139]
Preferably, the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
400 nm <λB <430 nm
| N1 | = 6
| N2 | = 4
| N3 | = 3
[0140]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
405 nm <λB <425 nm
[0141]
Further, it is preferable that the objective lens has a wavelength dependence of spherical aberration such that when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 by 5 nm is incident, the spherical aberration changes in a direction of insufficient correction.
[0142]
The objective lens has a wavelength dependency of axial chromatic aberration such that the back focus changes in a longer direction when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 by 5 nm is incident, and the objective lens is longer by 5 nm than the wavelength λ1. When the change amount of the back focus when the light having the wavelength is incident is ΔCA, and the change amount of the marginal light beam corresponding to the numerical aperture NA1 when the light having the wavelength longer than the wavelength λ1 is 5 nm is ΔSA, It is preferable to satisfy the following.
-1 <ΔCA / ΔSA <0
[0143]
Further, each position of the plurality of annular zones of the diffraction structure optimized by the wavelength λB and the diffraction order n1 is
Φb= | N1 | · (b2・ H2+ B4・ H4+ B6・ H6+ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・)
Where h is the height from the optical axis (mm), b2, B4, B6,... Are second-order, fourth-order, sixth-order,..., Optical path difference function coefficients (also referred to as diffraction surface coefficients), respectively.
PD = Σ (-2 · | n1 | · b2)
Power of only the diffractive structure defined by-1) Preferably satisfies the following expression.
−5.0 × 10-2<PD <2.0 × 10-2
[0144]
Preferably, the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
390 nm <λB <420 nm
| N1 | = 8
| N2 | = 5
| N3 | = 4
[0145]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
395 nm <λB <415 nm
[0146]
It is preferable that the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
390 nm <λB <420 nm
| N1 | = 10
| N2 | = 6
| N3 | = 5
[0147]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
395 nm <λB <412 nm
[0148]
Further, it is preferable that the objective lens is constituted by one lens group.
[0149]
The focal length of the objective lens at the wavelength λ1 is f1 (mm), the center thickness is d (mm), the diameter of the light beam of the wavelength λ1 incident on the objective lens is Φ1 (mm), and the third light Assuming that the working distance of the objective lens is fB3 (mm) when reproducing and / or recording information on the information recording medium, it is preferable to satisfy the following expression.
0.7 <d / f1 <1.5
2.8 <Φ1 <5.8
fB3> 0.2
[0150]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m3 when reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium.
m3 <0
[0151]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
−0.25 <m3 <−0.05
[0152]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m2 when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium.
m2 <0
[0153]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
−0.20 <m2 <−0.02
[0154]
The image-side numerical apertures NA1 and NA2 are
NA1> NA2
While passing through the area corresponding to the image-side numerical aperture NA2 of the objective lens, the luminous flux of the wavelength λ2 falls within the image-side numerical aperture NA2 on the information recording surface of the second optical information recording medium. In the above, the light beam of the wavelength λ2 that has a wavefront aberration smaller than 0.07λ2 rms and has passed through a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens is While reaching the information recording surface, the light beam of the wavelength λ2 is in a state where the wavefront aberration is larger than 0.07λ2rms on the information recording surface of the second optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA1. Is preferred.
[0155]
The light beam of the wavelength λ2 has a wavefront aberration of less than 0.05λ2 rms on the information recording surface of the second optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA2, and It is preferable that the wavefront aberration is larger than 0.20λ2 rms on the information recording surface of the second optical information recording medium within the number NA1.
[0156]
Further, the spherical aberration on the information recording surface of the second optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ2 that has passed through a region corresponding to the image-side numerical aperture NA2 of the objective lens, and the image of the objective lens The spherical aberration on the information recording surface of the second optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ2 that has passed through the area corresponding to the side numerical apertures NA2 to NA1 may be discontinuous at the image side numerical aperture NA2. preferable.
[0157]
Further, on the optical surface of the objective lens on which the diffractive structure is formed, a first light beam of wavelength λ1 from the first light source is incident on a diffractive structure formed in a region corresponding to the image-side numerical aperture NA2. The diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light out of the diffracted light of the first light flux generated in the case where Among the diffracted lights of the first light flux generated when the first light flux of the wavelength λ1 from one light source is incident, the diffraction orders of the diffracted lights having the maximum amount of diffracted light are different orders from each other, and The diffraction structure formed in the area corresponding to the numerical aperture NA2 and the diffraction structure formed in the area corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 are optimized at different wavelengths and different orders. Prefer New
[0158]
Further, on the optical surface of the objective lens on which the diffraction structure is formed, the diffraction structure formed in a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 is optimized at a wavelength λ1 and a predetermined diffraction order. Is preferred.
[0159]
Further, the objective lens is
NA1> NA2
While blocking the luminous flux of the wavelength λ2 incident on the area corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, to the area corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens. It is preferable to have an aperture switching unit that can prevent the incident light beam of the wavelength λ2 from reaching the information recording surface of the second optical information recording medium.
[0160]
The aperture switching means transmits a light beam having a wavelength λ1 incident on a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, and corresponds to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens. It is preferable to have a wavelength selectivity so as to block a light beam having a wavelength λ2 incident on a region where the light beam is incident.
[0161]
Further, it is preferable that the aperture switching means is a wavelength selection filter formed on an optical surface of the objective lens.
[0162]
The image-side numerical apertures NA1, NA2, and NA3 of the objective lens are:
NA1> NA2> NA3
While passing through the area corresponding to the image-side numerical aperture NA3 of the objective lens, the luminous flux of the wavelength λ3 falls within the image-side numerical aperture NA3 on the information recording surface of the third optical information recording medium. In the above, the light beam of the wavelength λ3 that has a wavefront aberration of less than 0.07λ3 rms and has passed through the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens is While reaching the information recording surface, the light beam of the wavelength λ3 is in a state where the wavefront aberration is greater than 0.07λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA1. Is preferred.
[0163]
The light beam of the wavelength λ3 has a wavefront aberration of less than 0.05λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA3, and It is preferable that the wavefront aberration is larger than 0.20λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the number NA1.
[0164]
Further, the spherical aberration on the information recording surface of the third optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ3 that has passed through an area corresponding to the image-side numerical aperture NA3 of the objective lens, and the image of the objective lens The spherical aberration on the information recording surface of the third optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ3 that has passed through the area corresponding to the side numerical apertures NA3 to NA1 may be discontinuous at the image side numerical aperture NA3. preferable.
[0165]
Further, on the optical surface of the objective lens on which the diffractive structure is formed, a first light beam of wavelength λ1 from the first light source is incident on a diffractive structure formed in a region corresponding to the image-side numerical aperture NA3. The diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light out of the diffracted light of the first light flux generated in the case where the Among the diffracted lights of the first light flux generated when the second light flux of wavelength λ1 from one light source is incident, the diffraction orders of the diffracted lights having the maximum amount of diffracted light are different orders from each other, and It is preferable that the diffraction structure formed in the area corresponding to the numerical aperture NA3 and the diffraction structure formed in the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 are optimized with different orders.
[0166]
Further, on the optical surface of the objective lens on which the diffraction structure is formed, the diffraction structure formed in a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 is optimized at a wavelength λ1 and a predetermined diffraction order. Is preferred.
[0167]
Further, the objective lens is
NA1> NA2> NA3
While blocking the luminous flux of the wavelength λ3 incident on the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens, to the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens. It is preferable to have an aperture switching means capable of preventing the incident light flux of the wavelength λ3 from reaching the information recording surface of the third optical information recording medium.
[0168]
Further, the aperture switching means transmits a light flux having a wavelength λ1 and a light flux having a wavelength λ2 incident on a region corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens, and also transmits the image-side aperture of the objective lens. It is preferable to have a wavelength selectivity that blocks a light beam of wavelength λ3 incident on a region corresponding to several NA3 to NA1.
[0169]
Further, it is preferable that the aperture switching means is a wavelength selection filter formed on an optical surface of the objective lens.
[0170]
Further, the above-mentioned objective lens is preferably formed of a plastic material, and may be formed of a glass material. In this case, the glass material preferably has a transition point Tg of 400 ° C. or lower.
[0171]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
0.0 ≦ t1 <0.3
0.5 ≦ t2 <0.7
1.0 ≦ t3 <1.3
0.99> NA1 ≧ 0.70
0.70> NA2 ≧ 0.55
0.55> NA3 ≧ 0.40
[0172]
Still another pickup device according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength of λ1. Performing reproduction and / or recording of information on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1) using a light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2); An optical pickup for reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An apparatus is provided with the above-mentioned objective lens. Further, the recording / reproducing apparatus according to the present invention can be configured so that the optical pickup device is mounted and audio and / or image recording and / or audio and / or image reproduction can be performed.
[0173]
Still another objective lens according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength λ1. Performing reproduction and / or recording of information on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1) using a light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2); An optical pickup for reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An objective lens for an apparatus, wherein the objective lens is disposed on a light flux incident surface side of the refractive lens, and includes at least one optical surface having a diffraction ring including a plurality of concentric annular zones. Diffractive optics with structure A composite objective lens comprising: a diffracted light of the first light flux generated when the first light flux of the wavelength λ1 from the first light source is incident on the diffraction structure; The diffraction order of the diffracted light having the light quantity is n1, and the diffracted light of the second light flux generated when the second light flux of the wavelength λ2 from the second light source is incident on the diffraction structure has the largest diffracted light quantity. The diffraction order of the diffracted light is n2. Of the diffracted light of the third light flux generated when the third light flux of the wavelength λ3 from the third light source is incident on the diffraction structure, the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is obtained. The diffraction order is n3, the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing reproduction and / or recording on the first optical information recording medium is NA1, and the light beam of the wavelength λ2 is the light beam of the wavelength λ2. The second optical information recording medium. And / or the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing recording is set to NA2 and the light flux having the wavelength λ3 is used to perform reproduction and / or recording on the third optical information recording medium. When the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens is NA3,
| N1 |> | n2 |
And
| N1 |> | n3 |
While satisfying
The objective lens forms an excellent wavefront within the numerical aperture NA1 in order to reproduce and / or record information on the first optical information recording medium with the n1st-order diffracted light of the first light flux. The aperture can be converged on the information recording surface of the first optical information recording medium, and the n2 order diffracted light of the second light flux is used to reproduce and / or record information on the second optical information recording medium. Within a few NA2, the light can be converged on the information recording surface of the second optical information recording medium so as to form a good wavefront, and the n3 order diffracted light of the third light flux is transmitted to the information on the third optical information recording medium. In order to perform the reproduction and / or the recording, the light can be focused on the information recording surface of the third optical information recording medium so as to form a good wavefront within the numerical aperture NA3.
[0174]
Still another objective lens according to the present invention performs reproduction and / or recording of information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength λ1, and Using a light beam from a second light source of λ2 (λ1 <λ2), information is reproduced and / or recorded on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1), and a wavelength λ3 For an optical pickup device that reproduces and / or records information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source (λ2 <λ3). Wherein the objective lens is a composite objective lens including a refractive lens and a diffractive optical element arranged on the light beam incident surface side of the refractive lens, wherein the objective lens has a wavelength of λ1. By the light beam, the first A predetermined image-side numerical aperture of the objective lens necessary for performing reproduction and / or recording on the optical information recording medium is set to NA1, and reproduction and / or recording is performed on the second optical information recording medium by a light beam of the wavelength λ2. A predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for performing the operation is NA2, and a predetermined amount of the objective lens required for performing reproduction and / or recording on the third optical information recording medium with a light beam of the wavelength λ3. When the image-side numerical aperture is NA3, at least one optical surface of the diffractive optical element is used for performing reproduction and / or recording on all of the first to third optical information recording media. At least a common area corresponding to the numerical aperture NA3 and a peripheral area located on the peripheral side of the common area and used at least for reproducing and / or recording on the first optical information recording medium. Is also formed in the common area, a diffraction structure including a plurality of concentric annular zones is formed in the common area, and the first light beam of the wavelength λ1 from the light source is incident on the diffraction structure formed in the common area. The diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light out of the diffracted light of the first light flux generated in the case is n1, and the second light flux of wavelength λ2 from the second light source is applied to the diffractive structure formed in the common area. Out of the diffracted light of the second light flux generated when the incident light is incident, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is n2, When the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light among the diffracted lights of the third light flux generated when the third light flux enters is n3,
| N1 |> | n2 |
And
| N1 |> | n3 |
While satisfying
The objective lens records information on the first optical information recording medium to reproduce and / or record information on the first optical information recording medium using the n1st-order diffracted light of the first light flux generated in the common area. The second optical information recording medium is condensed on a surface, and the n2nd-order diffracted light of the second light flux generated in the common area is reproduced and / or recorded on the second optical information recording medium by the second optical information recording medium. The third optical information recording is performed to condense the n3 order diffracted light of the third light flux generated in the common area on the information recording surface and reproduce and / or record information on the third optical information recording medium. Light is condensed on the information recording surface of the medium.
[0175]
According to each of the objective lenses, the diffraction structure of the diffractive optical element is determined so that the diffraction order of the light beam used for recording and reproduction of the first to third optical information recording media satisfies the above equation. High diffraction efficiency can be obtained for each light beam used for recording and reproduction on the first to third optical information recording media. Further, by the function of the diffraction structure, among the thicknesses of the first to third protective substrates, spherical aberration caused by a difference between the thicknesses of at least two different protective substrates is corrected, so that the first optical information recording is performed. Information can be recorded or reproduced satisfactorily on all of the medium to the third optical information recording medium. Further, when the light beams from the respective light sources having different wavelengths enter the objective lens by the action of the diffractive structure, the spherical aberration that changes due to the dispersion of the lens material is corrected. Information can be recorded or reproduced satisfactorily on all information recording media.
[0176]
In each of the objective lenses, it is preferable that the diffraction orders n1 to n3 satisfy the following expression.
| N2 | = INT (λ1 · | n1 | / λ2)
| N3 | = INT (λ1 · | n1 | / λ3)
| N1 |> | n2 | ≧ | n3 |
Here, n1 is an integer other than 0 and ± 1, and INT (λ1 · n1 | / λ2) is an integer obtained by rounding λ1 || n1 | / λ2, and INT (λ1 || n1 | / λ3) is an integer obtained by rounding λ1 · | n1 | / λ3.
[0177]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
| INT (λ1 · | n1 | / λ2) − (λ1 · | n1 | / λ2) | <0.4
| INT (λ1 · | n1 | / λ3) − (λ1 · | n1 | / λ3) | <0.4
[0178]
Further, the light amount of the light beam of the wavelength λ1 incident on the diffraction structure is represented by IIN(Λ1), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ1 having the light amount of (λ1) has passed through the diffraction structure is represented by IOUT(Λ1), the light amount of the light beam of the wavelength λ2 incident on the diffraction structure is represented by IIN(Λ2), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ2 having the light amount of (λ2) has passed through the diffraction structure is represented by IOUT(Λ2), the light amount of the light beam of the wavelength λ3 incident on the diffraction structure is represented by IIN(Λ3), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ3 having the light amount of (λ3) has passed through the diffraction structure is represented by IOUTWhen (λ3) is satisfied, it is preferable that the following expression is satisfied.
IOUT(Λ1) / IIN(Λ1)> 0.7
IOUT(Λ2) / IIN(Λ2)> 0.7
IOUT(Λ3) / IIN(Λ3)> 0.7
[0179]
Preferably, the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
300 nm <λB <500 nm
| N1 | ≦ 10
[0180]
Preferably, the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
340 nm <λB <440 nm
| N1 | = 2
| N2 | = 1
| N3 | = 1
[0181]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
350 nm <λB <420 nm
[0182]
In addition, it is preferable that the objective lens has a wavelength dependence of spherical aberration such that when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 by 5 nm is incident, the spherical aberration changes in the overcorrected direction.
[0183]
Further, the objective lens has a wavelength dependency of axial chromatic aberration such that the back focus changes in a direction in which the back focus becomes shorter when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 is incident by 5 nm, and is longer by 5 nm than the wavelength λ1. When the change amount of the back focus when the light having the wavelength is incident is ΔCA, and the change amount of the marginal light beam corresponding to the numerical aperture NA1 when the light having the wavelength longer than the wavelength λ1 is 5 nm is ΔSA, It is preferable to satisfy the following.
-1 <ΔCA / ΔSA <0
[0184]
In addition, the wavelength λB, each position of the annular zone of the diffraction number of the diffraction structure optimized by the diffraction order n1,
Φb= | N1 | · (b2・ H2+ B4・ H4+ B6・ H6+ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・)
Where h is the height from the optical axis (mm), b2, B4, B6,... Are second-order, fourth-order, sixth-order,..., Optical path difference function coefficients (also referred to as diffraction surface coefficients), respectively.
PD = Σ (-2 · | n1 | · b2)
Power of only the diffractive structure defined by-1) Preferably satisfies the following expression.
0.5 × 10-2<PD <5.0 × 10-2
[0185]
Preferably, the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
400 nm <λB <430 nm
| N1 | = 6
| N2 | = 4
| N3 | = 3
[0186]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
405 nm <λB <425 nm
[0187]
Further, it is preferable that the objective lens has a wavelength dependence of spherical aberration such that when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 by 5 nm is incident, the spherical aberration changes in a direction of insufficient correction.
[0188]
The objective lens has a wavelength dependency of axial chromatic aberration such that the back focus changes in a longer direction when light having a wavelength longer than the wavelength λ1 by 5 nm is incident, and the objective lens is longer by 5 nm than the wavelength λ1. When the change amount of the back focus when the light having the wavelength is incident is ΔCA, and the change amount of the marginal light beam corresponding to the numerical aperture NA1 when the light having the wavelength longer than the wavelength λ1 is 5 nm is ΔSA, It is preferable to satisfy the following.
-1 <ΔCA / ΔSA <0
[0189]
Further, each position of the plurality of annular zones of the diffraction structure optimized by the wavelength λB and the diffraction order n1 is
Φb= | N1 | · (b2・ H2+ B4・ H4+ B6・ H6+ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・)
Where h is the height from the optical axis (mm), b2, B4, B6... are optical path difference function coefficients (also referred to as diffraction surface coefficients) of second, fourth, sixth, ..., respectively.
PD = Σ (-2 · | n1 | · b2)
Power of only the diffractive structure defined by-1) Preferably satisfies the following expression.
−5.0 × 10-2<PD <2.0 × 10-2
[0190]
Preferably, the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
390 nm <λB <420 nm
| N1 | = 8
| N2 | = 5
| N3 | = 4
[0191]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
395 nm <λB <415 nm
[0192]
Preferably, the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n1, and satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
390 nm <λB <420 nm
| N1 | = 10
| N2 | = 6
| N3 | = 5
[0193]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
395 nm <λB <412 nm
[0194]
Further, the paraxial power of the refraction lens is P1 (mm-1), The paraxial power of the diffractive optical element is P2 (mm-1) And the following equation
| P1 / P2 | ≦ 0.2
It is preferable to satisfy the following.
[0195]
In addition, it is preferable that a marginal ray of a light beam transmitted through the diffractive optical element and incident on the refractive lens is a convergent ray.
[0196]
Preferably, the diffraction structure is formed on a plane. Preferably, the diffraction structure is formed on an aspherical surface. Further, it is preferable that the diffractive structure is formed on at least two optical surfaces.
[0197]
Further, it is preferable that the diffractive optical element is formed from a plastic material. Further, it is preferable that the refractive lens is formed of a plastic material.
[0198]
Further, it is preferable that the refractive lens is formed from a glass material. The glass material preferably has a transition point Tg of 400 ° C. or lower.
[0199]
In addition, the stop for regulating the light flux may be disposed between an optical surface of the diffractive optical element located on the refractive lens side and an optical surface of the refractive lens located on the diffractive optical element side. preferable.
[0200]
In addition, the refractive lens has a wavefront aberration of 0.07λ1 rms or less for a combination of a predetermined imaging magnification m, the wavelength λ1, the thickness t1 of the first protective substrate, and the image-side numerical aperture NA1. It is preferable that the aberration is corrected as described above.
[0201]
Further, it is preferable that the diffractive optical element is tracking-driven integrally with the refractive lens.
[0202]
Further, each of the diffractive optical element and the refractive lens has a flange portion integrally formed with an optical surface, and the respective flange portions are fitted to each other to form the diffractive optical element and the refractive lens. Are preferably integrated.
[0203]
Further, it is preferable that the refraction type lens is constituted by one lens group.
[0204]
The focal length at the wavelength λ1 of the entire objective lens system including the refractive lens and the diffractive optical element is f1 (mm), the center thickness of the refractive lens is d (mm), and the objective lens is When the diameter of the light beam having the wavelength λ1 incident on the third optical information recording medium is Φ1 (mm) and the working distance of the objective lens when reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium is fB3 (mm), It is preferable to satisfy the following expression.
0.7 <d / f1 <1.5
2.8 <Φ1 <5.8
fB3> 0.2
[0205]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m3 when reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium.
m3 <0
[0206]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
−0.25 <m3 <−0.05
[0207]
Further, the wavefront aberration of the light beam from the third light source disposed on the optical axis and condensed on the information recording surface of the third optical information recording medium by the objective lens is determined within the image-side numerical aperture NA3. The coma aberration component at the time of measurement and the second light beam condensed on the information recording surface of the third optical information recording medium by the objective lens and disposed at a position 0.2 mm away from the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis. It is preferable that the difference from the coma aberration component when the wavefront aberration of the light beams from the three light sources is measured within the image-side numerical aperture NA3 is smaller than 0.07λ3 rms.
[0208]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied when the imaging magnification of the objective lens is m2 when reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium.
m2 <0
[0209]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
−0.20 <m2 <−0.02
[0210]
Further, the wavefront aberration of a light beam from the second light source disposed on the optical axis, which is converged on the information recording surface of the second optical information recording medium by the objective lens, is measured within the image-side numerical aperture NA2. The coma aberration component at the time of measurement and the second optical information condensed on the information recording surface of the second optical information recording medium by the objective lens and disposed at a position 0.2 mm away from the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis. It is preferable that the difference from the coma aberration component when the wavefront aberration of the light beams from the two light sources is measured within the image-side numerical aperture NA2 is smaller than 0.07λ2 rms.
[0211]
The image-side numerical apertures NA1 and NA2 are
NA1> NA2
While passing through the area corresponding to the image-side numerical aperture NA2 of the objective lens, the luminous flux of the wavelength λ2 falls within the image-side numerical aperture NA2 on the information recording surface of the second optical information recording medium. In the above, the light beam of the wavelength λ2 that has a wavefront aberration smaller than 0.07λ2 rms and has passed through a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens is The light flux having the wavelength λ2 reaches the information surface and the wavefront aberration is larger than 0.07λ2rms on the information recording surface of the second optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA1. Is preferred.
[0212]
The light beam of the wavelength λ2 has a wavefront aberration of less than 0.05λ2 rms on the information recording surface of the second optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA2, and It is preferable that the wavefront aberration is larger than 0.20λ2 rms on the information recording surface of the second optical information recording medium within the number NA1.
[0213]
Further, the spherical aberration on the information recording surface of the second optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ2 that has passed through a region corresponding to the image-side numerical aperture NA2 of the objective lens, and the image of the objective lens The spherical aberration on the information recording surface of the second optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ2 that has passed through the area corresponding to the side numerical apertures NA2 to NA1 may be discontinuous at the image side numerical aperture NA2. preferable.
[0214]
Also, on the optical surface of the diffractive optical element on which the diffractive structure is formed, a second light beam of wavelength λ2 from the second light source is applied to a diffractive structure formed in a region corresponding to the image-side numerical aperture NA2. Of the diffracted light of the second light flux generated when incident, the diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light and the diffractive structure formed in the area corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1, Among the diffracted lights of the second light flux generated when the second light flux of the wavelength λ2 from the second light source is incident, the diffraction orders of the diffracted lights having the maximum amount of diffracted light are different from each other, and It is preferable that the diffraction structure formed in the area corresponding to the side numerical aperture NA2 and the diffraction structure formed in the area corresponding to the image side numerical apertures NA2 to NA1 are optimized with different orders.
[0215]
On the optical surface of the diffractive optical element on which the diffractive structure is formed, the diffractive structure formed in a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 is optimized at a wavelength λ1 and a predetermined diffraction order. Is preferred.
[0216]
Further, the objective lens is
NA1> NA2
While blocking the luminous flux of the wavelength λ2 incident on the area corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, to the area corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens. It is preferable to have an aperture switching unit that can prevent the incident light beam of the wavelength λ2 from reaching the information recording surface of the second optical information recording medium.
[0219]
The aperture switching means transmits a light beam having a wavelength λ1 incident on a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens, and corresponds to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 of the objective lens. It is preferable to have a wavelength selectivity so as to block a light beam having a wavelength λ2 incident on a region where the light beam is incident.
[0218]
Further, it is preferable that the aperture switching means is a wavelength selection filter formed on an optical surface of the objective lens.
[0219]
The image-side numerical apertures NA1, NA2, and NA3 of the objective lens are:
NA1> NA2> NA3
While passing through the area corresponding to the image-side numerical aperture NA3 of the objective lens, the luminous flux of the wavelength λ3 falls within the image-side numerical aperture NA3 on the information recording surface of the third optical information recording medium. In the above, the light beam of the wavelength λ3 that has a wavefront aberration of less than 0.07λ3 rms and has passed through the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens is While reaching the information recording surface, the light beam of the wavelength λ3 is in a state where the wavefront aberration is greater than 0.07λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA1. Is preferred.
[0220]
The light beam of the wavelength λ3 has a wavefront aberration of less than 0.05λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the image-side numerical aperture NA3, and It is preferable that the wavefront aberration is larger than 0.20λ3 rms on the information recording surface of the third optical information recording medium within the number NA1.
[0221]
Further, the spherical aberration on the information recording surface of the third optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ3 that has passed through an area corresponding to the image-side numerical aperture NA3 of the objective lens, and the image of the objective lens The spherical aberration on the information recording surface of the third optical information recording medium of the light beam of the wavelength λ3 that has passed through the area corresponding to the side numerical apertures NA3 to NA1 may be discontinuous at the image side numerical aperture NA3. preferable.
[0222]
In addition, on the optical surface of the diffractive optical element on which the diffractive structure is formed, a third light beam having a wavelength λ3 from the third light source is applied to a diffractive structure formed in a region corresponding to the image-side numerical aperture NA3. Of the diffracted light of the third light flux generated upon incidence, the diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light and the diffractive structure formed in the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1, Among the diffracted lights of the third light flux generated when the second light flux of the wavelength λ3 from the third light source is incident, the diffraction orders of the diffracted lights having the maximum amount of diffracted light are different orders from each other, and The diffraction structure formed in the area corresponding to the side numerical aperture NA3 and the diffraction structure formed in the area corresponding to the image side numerical apertures NA3 to NA1 are optimized with different wavelengths and different orders. Good to be Good.
[0223]
On the optical surface of the diffractive optical element on which the diffractive structure is formed, the diffractive structure formed in a region corresponding to the image-side numerical apertures NA2 to NA1 is optimized at a wavelength λ1 and a predetermined diffraction order. Is preferred.
[0224]
Further, the objective lens is
NA1> NA2> NA3
While blocking the luminous flux of the wavelength λ3 incident on the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens, to the area corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens. It is preferable to have an aperture switching means capable of preventing the incident light flux of the wavelength λ3 from reaching the information recording surface of the third optical information recording medium.
[0225]
Further, the aperture switching means transmits a light flux having a wavelength λ1 and a light flux having a wavelength λ2 incident on a region corresponding to the image-side numerical apertures NA3 to NA1 of the objective lens, and also transmits the image-side aperture of the objective lens. It is preferable to have a wavelength selectivity that blocks a light beam of wavelength λ3 incident on a region corresponding to several NA3 to NA1.
[0226]
Further, it is preferable that the aperture switching means is a wavelength selection filter formed on an optical surface of the objective lens.
[0227]
Further, it is preferable that the following expression is satisfied.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
0.0 ≦ t1 <0.3
0.5 ≦ t2 <0.7
1.0 ≦ t3 <1.3
0.99> NA1 ≧ 0.70
0.70> NA2 ≧ 0.55
1.55> NA3 ≧ 0.40
[0228]
The diffractive optical element according to the present invention is applicable to each of the above-mentioned objective lenses.
[0229]
Still another optical pickup device according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength of λ1. Then, using a light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2), information is reproduced and / or recorded on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1). For reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). A pickup device comprising the above-described objective lens. Further, the recording / reproducing apparatus according to the present invention can be configured so that the optical pickup device is mounted and audio and / or image recording and / or audio and / or image reproduction can be performed.
[0230]
Still another objective lens according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength λ1. Performing reproduction and / or recording of information on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1) using a light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2); An optical pickup for reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An objective lens for a device, wherein the optical pickup device has a substrate thickness difference correcting unit for correcting a spherical aberration that changes due to a difference in thickness of the first to third protective substrates. And the luminous flux of the wavelength λ1 A predetermined image-side numerical aperture of the objective lens necessary for performing reproduction and / or recording on the first optical information recording medium is NA1, and reproduction and / or recording of information on the first optical information recording medium is performed. When the imaging magnification of the objective lens is set to m1 when performing, the objective lens is a combination of the wavelength λ1, the thickness t1 of the first protective substrate, the image-side numerical aperture NA1, and the imaging magnification m1. Is characterized in that the spherical aberration is optimized so as to be minimized.
[0231]
According to this objective lens, the spherical aberration is minimized for the light beam having the shortest wavelength used for the first optical information recording medium, and the objective lens can be applied when recording or reproducing information on three different types of optical information recording media. Can provide lens.
[0232]
The objective lens is preferably a refraction lens, and the objective lens is preferably constituted by one lens group.
[0233]
In this case, the focal length of the objective lens at the wavelength λ1 is f1 (mm), the center thickness is d (mm), the diameter of the light beam of the wavelength λ1 incident on the objective lens is Φ1 (mm), and the first Assuming that the working distance of the objective lens is fB1 (mm) when reproducing and / or recording information on the optical information recording medium, it is preferable that the following formula is satisfied.
0.7 <d / f1 <1.5
2.8 <Φ1 <5.8
fB1> 0.5
[0234]
The objective lens described above is preferably formed from a plastic material or from a glass material.
[0235]
The glass material preferably has a glass transition point Tg of 400 ° C. or lower.
[0236]
It is preferable that the above-mentioned objective lens satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
0.0mm ≦ t1 <0.3mm
0.99> NA1 ≧ 0.70
[0237]
Still another optical pickup device according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a light beam from a first light source having a wavelength of λ1. Then, using a light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2), information is reproduced and / or recorded on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1). For reproducing and / or recording information on a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). A pickup device comprising the above-described objective lens. Thereby, it is possible to stably record and / or reproduce information particularly on the first optical information recording medium. Further, the recording / reproducing apparatus according to the present invention can be configured so that the optical pickup device is mounted, audio and / or images are recorded, and / or audio and / or images can be reproduced.
[0238]
Further, the optical element according to the present invention reproduces and / or records information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a first light beam from a first light source having a wavelength λ1, Using a second light beam from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2), information is reproduced and / or recorded on a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1). Using a third light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3), reproduction and / or recording of information on / from a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) is performed. An optical element for an optical pickup device using a common objective lens for reproducing and / or recording information on the first to third optical information recording media. Move the entrance pupil plane near the optical axis. The optical element through which the light flux entering each of the light flux areas passes when divided into three annular light flux areas of a first light flux area, a second light flux area, and a third light flux area in order from Are defined as a first optical region, a second optical region, and a third optical region in this order from the vicinity of the optical axis to the outside, and the first to third light fluxes incident on the first optical region are The first and second light fluxes condensed so as to form a good wavefront on each of the information recording surfaces of the first to third optical information recording media, and incident on the second optical region, Each of the first and second optical information recording media is condensed so as to form a good wavefront on each of the information recording surfaces, and the third light flux incident on the second optical area is the third optical information. A good wavefront is not formed on the information recording surface of the recording medium; The first light flux incident on the third optical area is condensed so as to form a good wavefront on the information recording surface of the first optical information recording medium. The third light beam does not form a good wavefront on each of the information recording surfaces of the second and third optical information recording media.
[0239]
According to this optical element, it is possible to provide an optical element applicable to an optical pickup device having three optical regions and recording and / or reproducing information on three different types of optical information recording media.
[0240]
Further, another optical element according to the present invention performs reproduction and / or recording of information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a first light beam from a first light source having a wavelength λ1. And reproducing and / or recording information on and from a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness of t2 (t2 ≧ t1) using a second light beam from a second light source having a wavelength of λ2 (λ1 <λ2). And reproducing and / or reproducing information from / to a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a third light flux from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An optical element for an optical pickup device that performs recording and reproduces and / or records information on the first optical information recording medium to the third optical information recording medium using a common objective lens. Light entrance pupil plane of the element When the light is divided into three annular light flux areas of a first light flux area, a second light flux area, and a third light flux area in order from the vicinity to the outside, the light passing through each of the light flux areas passes therethrough. Assuming that the element regions are a first optical region, a second optical region, and a third optical region in order from the vicinity of the optical axis to the outside, the first to third light fluxes incident on the first optical region Are respectively focused so as to form a good wavefront on each of the information recording surfaces of the first to third optical information recording media, and the first and second light fluxes incident on the second optical region are Focusing on the information recording surfaces of the first and second optical information recording media so as to form good wavefronts. However, the third light flux incident on the second optical area is blocked and the 3 does not reach the information recording surface of the optical information recording medium, and The first light beam incident on the optical area is collected so as to form a good wavefront on the information recording surface of the first optical information recording medium, but the second light beam incident on the third optical area is A good wavefront is not formed on the information recording surface of the second optical information recording medium, and the third light flux incident on the third optical area is cut off, and is not reflected on the information recording surface of the third optical information recording medium. It is not reached.
[0241]
According to this optical element, it is possible to provide an optical element applicable to an optical pickup device having three optical regions and recording and / or reproducing information on three different types of optical information recording media.
[0242]
The above-described optical element has a light beam switching unit capable of blocking the third light beam incident on the second and third optical areas from reaching the information recording surface of the third optical information recording medium. It is preferably used for an optical pickup device.
[0243]
In this case, it is preferable that the light beam switching means is a wavelength selection filter formed on an optical surface of the optical element.
[0244]
Still another optical element according to the present invention is a device for reproducing and / or recording information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a first light beam from a first light source having a wavelength λ1. And reproducing and / or reproducing information from and to a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1) using a second light flux from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2). Performs recording, and reproduces and / or reproduces information from and to a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a third light flux from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). Or an optical element for an optical pickup device using a common objective lens for performing recording and reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium to the third optical information recording medium, The entrance pupil plane of the optical element When divided into three annular light flux areas of a first light flux area, a second light flux area, and a third light flux area in order from the vicinity of the optical axis to the outside, the light flux incident on each of the light flux areas passes. When the regions of the optical element are referred to as a first optical region, a second optical region, and a third optical region, respectively, in order from the vicinity of the optical axis to the outside, the first to the third incident on the first optical region. The three luminous fluxes are condensed so as to form good wavefronts on each of the information recording surfaces of the first to third optical information recording media, and the first and second light beams are incident on the second optical area. The light beams are condensed so as to form good wavefronts on the information recording surfaces of the first and second optical information recording media, respectively, but the third light beam incident on the second optical area is blocked. Does not reach the information recording surface of the third optical information recording medium, and The first light beam incident on the third optical area is condensed so as to form a good wavefront on the information recording surface of the first optical information recording medium, but the second light beam incident on the third optical area is condensed. The third light beam and the third light beam are both blocked and do not reach the information recording surfaces of the second and third optical information recording media, respectively.
[0245]
According to this optical element, it is possible to provide an optical element applicable to an optical pickup device having three optical regions and recording and / or reproducing information on three different types of optical information recording media.
[0246]
The above-described optical element prevents the third light flux incident on the second and third optical areas from being blocked and from reaching the information recording surface of the third optical information recording medium, It is preferable to use the optical pickup device having a light beam switching unit that can block the incident second light beam so as not to reach the information recording surface of the second optical information recording medium.
[0247]
In this case, it is preferable that the light beam switching means is a wavelength selection filter formed on an optical surface of the optical element.
[0248]
Preferably, the optical element is an objective lens.
[0249]
Further, it is preferable that the optical element is arranged on a light beam incident surface side of the objective lens.
[0250]
Further, it is preferable that the optical element is driven for tracking integrally with the objective lens.
[0251]
Further, a predetermined image-side numerical aperture of the objective lens at the time of reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium using the first light beam is set to NA1, and using the second light beam. When reproducing and / or recording information on the second optical information recording medium, a predetermined image-side numerical aperture of the objective lens is set to NA2 (NA2 <NA1), and the third optical information is written using the third light flux. When the predetermined image-side numerical aperture of the objective lens when reproducing and / or recording information on a recording medium is NA3, it is preferable that the following expression is satisfied.
NA2 = N2 · SINθ2
NA3 = N3 · SINθ3
However,
SIN θ2: the sine of the absolute value of the exit angle θ2 (deg) of the marginal ray of the second light flux passing through the outermost periphery of the second optical area from the final surface of the objective lens, measured with reference to the optical axis
SIN θ3: sine of the absolute value of the output angle θ3 (deg) of the marginal ray of the third light beam, which has passed through the outermost periphery of the first optical area, measured from the final surface of the objective lens with respect to the optical axis
N2: refractive index at the wavelength λ2 of the image side space of the objective lens
N3: refractive index at the wavelength λ3 of the image side space of the objective lens
[0252]
In this case, it is preferable that at least one of the first to third optical regions has a diffraction structure including a plurality of concentric annular zones.
[0253]
Further, among the diffracted lights of the first light flux generated when the first light flux enters the diffractive structure formed in the i-th optical area, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is ni1. , The diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light among the diffracted lights of the second light flux generated when the second light flux enters the diffractive structure formed in the i-th optical area is ni2; It is preferable that the following formula is satisfied. | Ni1 |> | ni2 | (where i is 1 or 2 or 3)
[0254]
In this case, among the diffracted lights of the first light flux generated when the first light flux enters the diffractive structure formed in the i-th optical area, the diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light is determined. ni1, among the diffracted lights of the second light flux generated when the third light flux enters the diffractive structure formed in the i-th optical area, the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light is ni3. , It is preferable to satisfy the following expression.
| Ni1 |> | ni3 | (where i is 1 or 2 or 3)
[0255]
Further, a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones is formed in the second and third optical regions, respectively, and the first light beam is incident on the diffractive structure formed in the second optical region. In the case where the diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light is n21 among the diffracted lights of the first light flux generated in the case, the first light flux is incident on the diffraction structure formed in the third optical area. When the diffraction order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light out of the diffracted light of the first light flux generated in the above is n31, it is preferable that the following expression is satisfied.
| N31 | ≠ | n21 |
[0256]
In this case, the diffraction structure formed in the second optical region is optimized with the diffraction order n21 and the wavelength λB2, and the diffraction structure formed in the third optical region has the diffraction order n31. It is preferable to optimize at the wavelength λB3 and satisfy the following expression.
λB2 ≠ λB3
[0257]
Further, the above-mentioned diffractive optical element preferably satisfies the following expression.
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
[0258]
Further, still another optical pickup device according to the present invention reproduces and / or reproduces information on a first optical information recording medium having a first protective substrate having a thickness of t1 using a first light beam from a first light source having a wavelength of λ1. Recording is performed, and reproduction and / or reproduction of information from / to a second optical information recording medium having a second protective substrate having a thickness t2 (t2 ≧ t1) is performed using a second light flux from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2). Alternatively, recording is performed, and reproduction and reproduction of information from and to a third optical information recording medium having a third protective substrate having a thickness t3 (t3 ≧ t2) using a third light beam from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An optical pickup device for performing recording and / or reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium to the third optical information recording medium using a common objective lens. Optical element And it said that there were pictures. Further, the recording / reproducing apparatus according to the present invention can be configured so that the optical pickup device is mounted, audio and / or images are recorded, and / or audio and / or images can be reproduced.
[0259]
Still another optical pickup device according to the present invention is an optical pickup device for reproducing and / or recording information on / from an optical information recording medium, wherein the optical pickup device is for reproducing / recording information on / from a first optical information recording medium. A first light source for generating a light beam of wavelength λ1, a second light source for generating a light beam of wavelength λ2 (λ2> λ1) for reproducing and / or recording information on and from a second optical information recording medium, and a third light beam A third light source for generating a light beam of a wavelength λ3 (λ3> λ2) for reproducing and / or recording information on an information recording medium, a diffraction unit for generating diffracted light of a predetermined order with respect to incident light, In order to converge light beams from the first to third light sources on the information recording surfaces of the first to third information recording media, respectively, they are arranged at positions facing the first to third information recording media. Objective And a light-condensing optical system having a light beam having the wavelength λ1. The amount of diffraction of the n1st-order diffracted light generated when the light beam having the wavelength λ1 passes through the diffraction portion is any other order of the light beam having the wavelength λ1. When the diffracted light of the wavelength λ2 is larger than the diffracted light of the wavelength λ2, the diffracted light of the n2nd-order diffracted light generated when the luminous flux of the wavelength λ2 passes through the diffracting portion is the diffracted light of any other order of the luminous flux of the wavelength λ2. Is larger than the amount of diffraction light, and the amount of diffraction of the nth-order diffracted light generated when the light beam of the wavelength λ3 passes through the diffraction portion is the amount of diffraction light of any other order of the light beam of the wavelength λ3. And the diffraction orders n1 to n3 satisfy the following expression.
| N2 | = INT (λ1 · | n1 | / λ2)
| N3 | = INT (λ1 · | n1 | / λ3)
| N1 |> | n2 | ≧ | n3 |
Here, n1 is an integer other than 0 and ± 1, and INT (λ1 · n1 | / λ2) is an integer obtained by rounding λ1 || n1 | / λ2, and INT (λ1 || n1 | / λ3) is an integer obtained by rounding λ1 · | n1 | / λ3.
[0260]
It is preferable that the optical pickup device satisfies the following expression.
| INT (λ1 · | n1 | / λ2) − (λ1 · | n1 | / λ2) | <0.4
| INT (λ1 · | n1 | / λ3) − (λ1 · | n1 | / λ3) | <0.4
[0261]
Further, the condensing optical system converts the n1st-order diffracted light into an information recording surface of the first optical information recording medium as a light beam for reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium. The n-order diffracted light is collected on the information recording surface of the second optical information recording medium as a light beam for converging the light on the second optical information recording medium to reproduce and / or record information on the second optical information recording medium. Converging the n3rd-order diffracted light on the information recording surface of the third optical information recording medium as a light beam for reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium; Is preferred.
[0262]
Further, the light amount of the light beam of the wavelength λ1 incident on the diffraction portion is represented by IIN(Λ1), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ1 having the light amount of (λ1) has passed through the diffraction unit is represented by IOUT(Λ1), the light amount of the light beam of the wavelength λ2 incident on the diffraction portion is represented by IIN(Λ2), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ2 having the light amount of (λ2) has passed through the diffractionOUT(Λ2), the light amount of the light beam of the wavelength λ3 incident on the diffraction portion is represented by IIN(Λ3), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ3 having the light amount of (λ3) has passed through the diffractionOUTWhen (λ3) is satisfied, it is preferable that the following expression is satisfied.
IOUT(Λ1) / IIN(Λ1)> 0.7
IOUT(Λ2) / IIN(Λ2)> 0.7
IOUT(Λ3) / IIN(Λ3)> 0.7
[0263]
Further, the first information recording medium has a first protective layer having a predetermined thickness t1 on the light beam incident surface side of the information recording surface, and the second information recording medium has a light beam incident surface side of the information recording surface. A second protective layer having a predetermined thickness t2 (t2 ≧ t1), and the third information recording medium has a predetermined thickness t3 (t3 ≧ t2) on the light beam incident surface side of the information recording surface. A third protection layer, wherein the condensing optical system is configured to transfer the n1st-order diffracted light generated when the light beam of the wavelength λ1 passes through the diffraction section through the first protection layer to the first information recording. The wavefront aberration is condensed on the information recording surface of the medium in a state of 0.07λ1 rms or less, and the n2nd-order diffracted light generated when the light beam of the wavelength λ2 passes through the diffractive portion passes through the second protective layer. Wavefront aberration of 0.07λ2 rms or less on the information recording surface of the second information recording medium The n3rd-order diffracted light generated when the light beam of the wavelength λ3 passes through the diffracting portion is condensed and the wavefront aberration of the third information recording medium is set to 0.degree. It is preferable to condense light in a state of not more than 07λ3 rms.
[0264]
Further, it is preferable that the diffractive portion is disposed on a light beam incident surface side of the objective lens.
[0265]
Further, it is preferable that the diffraction section is formed on an optical surface of the objective lens.
[0266]
In addition, the recording / reproducing apparatus according to the present invention can be configured so that the above-described optical pickup device is mounted, and audio and / or image recording and / or audio and / or image reproduction can be performed.
[0267]
The optical element according to the present invention reproduces and / or records information on the first optical information recording medium using a light beam of wavelength λ1 from the first light source, and emits a light beam of wavelength λ2 (λ2> λ1) from the second light source. To reproduce and / or record information from / to the second optical information recording medium, and / or to reproduce and / or reproduce information from / to the third optical information recording medium using a light beam of wavelength λ3 (λ3> λ2) from the third light source. An optical element for an optical pickup device for performing recording, wherein the optical element has a diffractive portion that generates diffracted light of a predetermined order with respect to incident light, and the light beam of the wavelength λ1 passes through the diffractive portion. When the diffracted light amount of the n1st-order diffracted light generated by performing the above operation is larger than the diffracted light amount of the diffracted light of any other order of the light beam of the wavelength λ1, the light beam of the wavelength λ2 passes through the diffracting unit. N2 order diffracted light generated The amount of folding light is greater than the amount of diffraction of the diffracted light of any other order of the light beam of the wavelength λ2, and the amount of diffraction of the n3rd-order diffracted light generated when the light beam of the wavelength λ3 passes through the diffraction unit. The diffraction light amount is larger than the diffracted light amount of the diffracted light of any other order of the light beam of the wavelength λ3, and the diffraction orders n1 to n3 satisfy the following expression.
| N2 | = INT (λ1 · | n1 | / λ2)
| N3 | = INT (λ1 · | n1 | / λ3)
| N1 |> | n2 | ≧ | n3 |
Here, n1 is an integer other than 0 and ± 1, and INT (λ1 · n1 | / λ2) is an integer obtained by rounding λ1 || n1 | / λ2, and INT (λ1 || n1 | / λ3) is an integer obtained by rounding λ1 · | n1 | / λ3.
[0268]
The above optical element preferably satisfies the following expression.
| INT (λ1 · | n1 | / λ2) − (λ1 · | n1 | / λ2) | <0.4
| INT (λ1 · | n1 | / λ3) − (λ1 · | n1 | / λ3) | <0.4
[0269]
Further, the light amount of the light beam of the wavelength λ1 incident on the diffraction portion is represented by IIN(Λ1), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ1 having the light amount of (λ1) has passed through the diffraction unit is represented by IOUT(Λ1), the light amount of the light beam of the wavelength λ2 incident on the diffraction portion is represented by IIN(Λ2), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ2 having the light amount of (λ2) has passed through the diffractionOUT(Λ2), the light amount of the light beam of the wavelength λ3 incident on the diffraction portion is represented by IIN(Λ3), the IINThe light amount after the light beam of the wavelength λ3 having the light amount of (λ3) has passed through the diffractionOUTWhen (λ3) is satisfied, it is preferable that the following expression is satisfied.
IOUT(Λ1) / IIN(Λ1)> 0.7
IOUT(Λ2) / IIN(Λ2)> 0.7
IOUT(Λ3) / IIN(Λ3)> 0.7
[0270]
Further, the optical element is configured to collect the light beams from the first to third light sources on the information recording surfaces of the first to third optical information recording media, respectively. It is preferable that the objective lens is disposed at a position facing the medium.
[0271]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, first to seventh embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0272]
<First Embodiment>
[0273]
FIG. 9 is a diagram schematically showing a first optical pickup device according to the first embodiment. As shown in FIG. 9, the first optical pickup device includes a semiconductor laser 11 which is a first light source for recording / reproducing a first optical disk having a small protective substrate thickness and a second laser having a large protective substrate thickness. It has a semiconductor laser 12, which is a second light source for recording / reproducing an optical disc, and a semiconductor laser 13, which is a third light source for recording / reproducing a third optical disc, having a larger protective substrate thickness.
[0274]
As the first optical disk, for example, an optical disk (high-density DVD) obtained by increasing the density of a DVD having a 0.1 mm protective substrate (transparent substrate) can be used, and as the second optical disk, a 0.6 mm Various DVDs such as DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, and DVD + RW having a protective substrate of 1.2 mm can be used. As the third optical disk, a CD having a protective substrate of 1.2 mm is used. , CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM and the like.
[0275]
Further, as the first light source 11, a GaN-based blue-violet semiconductor laser or a blue-violet SHG laser that generates light having a wavelength of about 400 nm can be used, and as the second light source 12, light having a wavelength of about 650 nm can be used. A red semiconductor laser that generates light can be used, and an infrared semiconductor laser that generates light having a wavelength of about 780 nm can be used as the third light source 13. The first to third light sources 11 to 13 are selectively used depending on the type of an optical disc for recording / reproducing information.
[0276]
The first optical pickup device converts the luminous flux from the first to third semiconductor lasers 11 to 13 into each of the first to third optical discs so as to be within the diffraction limit within a predetermined image-side numerical aperture. It has an objective lens 14 that can focus light on the information recording surfaces 91, 92, 93.
[0277]
The objective lens 14 functions as an objective lens for condensing light beams from the first to third semiconductor lasers 11 to 13 on the information recording surfaces 91, 92, and 93 of the first to third optical disks. In addition, it also has a function as a substrate thickness difference correcting means. That is, on the light source side surface 14a of the objective lens 14, a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones is formed, and the luminous flux from the semiconductor laser 11 is used when recording / reproducing the first optical disk. The light can be focused on the information recording surface 91 of the first optical disk via the protective substrate within a required image-side numerical aperture NA1 and within the diffraction limit, and the light beam from the semiconductor laser 12 is focused on the second optical disk. Can be focused on the information recording surface 92 of the second optical disk via the protective substrate in a state of being within the diffraction limit within the image-side numerical aperture NA2 required for recording / reproducing the optical disk. The light beam from the laser 13 is applied to the information recording surface 93 of the third optical disc via the protective substrate in a state of being within the diffraction limit within the image-side numerical aperture NA3 required for recording / reproducing the third optical disc. Can be focused . For example, an image-side numerical aperture NA1 required when recording / reproducing the first optical disc is about 0.85, and an image-side numerical aperture NA2 necessary when recording / reproducing the second optical disc is about 0.60. The image-side numerical aperture NA3 required when recording / reproducing the third optical disk can be set to about 0.45.
[0278]
Further, the first optical pickup device is a chromatic aberration correcting element as chromatic aberration correcting means for correcting chromatic aberration mainly generated in the objective lens 14 due to poor monochromaticity such as mode hopping of the semiconductor laser 11. 18 is provided between the polarizing beam splitter 15 and the objective lens 14. A diffractive element having a diffractive structure including a plurality of orbicular zones is known as a chromatic aberration correcting element having a high performance and a simple structure, but using a conventional diffractive element, a wavelength near the semiconductor laser 11 (for example, 400 nm) is used. When the chromatic aberration generated by the objective lens 14 is corrected with respect to the light of the above, the chromatic aberration of the wavelength of the semiconductor laser 12 (for example, 650 nm) or the wavelength of the semiconductor laser 13 (for example, 780 nm) is reduced. There is a problem that the correction is excessively performed, which is not preferable as a chromatic aberration correcting element arranged in a common optical path of the light beams from the semiconductor lasers 11 to 13.
[0279]
Therefore, the present inventors propose a multilayer diffraction element as shown in FIG. 10 as a preferred chromatic aberration correcting element 18 used in the first optical pickup device. The multilayer diffraction element in FIG. 10A has a structure in which an optical element a and an optical element b formed of two optical materials having different Abbe numbers are bonded, and the optical element a and the optical element b are bonded. On the surface side, a diffraction structure composed of a plurality of annular zones is formed. As shown in FIG. 10B, the optical material of the optical element a and the optical element b is almost in the wavelength range from the wavelength of the semiconductor laser 12 (for example, 650 nm) to the wavelength of the semiconductor laser 13 (for example, 780 nm). In a wavelength region near the wavelength (for example, 400 nm) of the semiconductor laser 11 without a refractive index difference, an optical material having a refractive index-wavelength characteristic having a predetermined refractive index difference Δn may be selected. Thus, only light near the wavelength of the semiconductor laser 11 can be diffracted by the effect of the diffraction structure on the bonding surface due to the influence of the refractive index difference Δn between the optical element a and the optical element b. Therefore, by appropriately designing the shape of the diffraction structure with respect to the refractive index difference Δn, it is sufficient to correct the chromatic aberration of the objective lens 14 only for light near the wavelength of the semiconductor laser 11, The light beam emitted from the semiconductor laser 11 passes through the chromatic aberration correcting element 18 and is condensed on the information recording surface 91 of the first optical disk with almost no chromatic aberration.
[0280]
Further, when recording / reproducing information on / from the first optical disk, the first optical pickup device has an optical element which constitutes a condensing optical system such as a manufacturing error of a protective substrate thickness of the optical disk and an objective lens 14. In this case, a change in wavelength due to a manufacturing error of the semiconductor laser 11, a change in wavelength due to a manufacturing error in the semiconductor laser 11, and a change in spherical aberration due to a change in the shape or refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens due to a change in temperature or humidity are corrected. A collimator 16 that is displaced in the optical axis direction by a uniaxial actuator 21 between the polarization beam splitter 15 and the objective lens 14 as a spherical aberration correction element as a substrate thickness error correction unit.
[0281]
When a change in the spherical aberration of the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc is detected by a photodetector (not shown), the collimator 16 is displaced by a predetermined amount by the uniaxial actuator 21 and The change in the spherical aberration is corrected by changing the divergence angle of the incident light beam. If the spherical aberration of the focused spot changes in the overcorrected (over) direction, the collimator 16 is moved away from the objective lens 14, and if the spherical aberration of the focused spot changes in the undercorrected (under) direction. Then, the collimator 16 is shifted in a direction approaching the objective lens 14. Thereby, the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc can always maintain the state in which the spherical aberration is satisfactorily corrected.
[0282]
When recording / reproducing on / from the first optical disk, a beam is emitted from the semiconductor laser 11 and the emitted light flux is polarized by a polarization beam splitter 15, a collimator 16, which is a means for combining the emitted light from the semiconductor lasers 11 to 13, Through the optical element 18 and focused on the information recording surface 91 by the objective lens 14 via the protection substrate of the first optical disk. At this time, the objective lens 14 focuses the light beam from the semiconductor laser 11 so as to be within the diffraction limit within the image-side numerical aperture NA1, so that the first optical disk, which is a high-density next-generation optical disk, is recorded. / Play.
[0283]
The light flux modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 91 again passes through the objective lens 14, the chromatic aberration correcting element 18, and the collimator 16, and travels to a light detection system (not shown). Focus detection and track detection are performed by detecting changes in the light amount due to changes in the shape and position of the spot on the photodetector of the photodetection system. Based on this detection, the biaxial actuator 22 shifts the objective lens 14 in the optical axis direction so that the light beam from the semiconductor laser 11 forms an image on the information recording surface 91 of the first optical disk. The objective lens 14 is shifted in a direction perpendicular to the optical axis so that the light beam forms an image on a predetermined track.
[0284]
When recording / reproducing on / from the second optical disk, a beam is emitted from the semiconductor laser 12, and the emitted luminous flux is used as a polarization beam splitter 17 and a polarization beam splitter which are means for synthesizing light emitted from the semiconductor lasers 12 and 13. The light is reflected at 15 and further passes through the collimator 16 and the chromatic aberration correcting element 18 like the light beam from the semiconductor laser 11, and is condensed on the information recording surface 92 by the objective lens 14 via the protection substrate of the second optical disk. Is done. At this time, the objective lens 14 condenses the light beam from the semiconductor laser 12 so as to be within the diffraction limit within the image-side numerical aperture NA2, so that the second optical disc can be recorded / reproduced.
[0285]
The light flux modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 92 passes through the objective lens 14, the chromatic aberration correcting element 18, and the collimator 16 again, and travels to a light detection system (not shown). As in the case of the first optical disc, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the light amount due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector of the photodetection system. Based on this detection, the biaxial actuator 22 shifts the objective lens 14 in the optical axis direction so that the light beam from the semiconductor laser 12 forms an image on the information recording surface 92 of the second optical disk, The objective lens 14 is shifted in a direction perpendicular to the optical axis so that the light beam forms an image on a predetermined track.
[0286]
When recording / reproducing the third optical disc, a beam is emitted from the semiconductor laser 13, and the emitted light beam passes through the polarization beam splitter 17 and is reflected by the polarization beam splitter 15. Similarly to the light flux from the optical disk, the light passes through the collimator 16 and the chromatic aberration correcting element 18 and is focused on the information recording surface 93 by the objective lens 14 via the protection substrate of the third optical disk. At this time, the objective lens 14 condenses the light beam from the semiconductor laser 13 so as to be within the diffraction limit within the image-side numerical aperture NA3, so that the third optical disk can be recorded / reproduced.
[0287]
The light flux modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 93 passes through the objective lens 14, the chromatic aberration correcting element 18, and the collimator 16 again, and travels to a light detection system (not shown). As in the case of the first optical disc, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the light amount due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector of the photodetection system. Based on this detection, the biaxial actuator 22 shifts the objective lens 14 in the optical axis direction so that the light beam from the semiconductor laser 13 forms an image on the information recording surface 93 of the third optical disk. The objective lens 14 is shifted in a direction perpendicular to the optical axis so that the light beam forms an image on a predetermined track.
[0288]
In the optical pickup device according to the present embodiment, the quarter wavelength plate disposed in the optical path between the light source and the objective lens is omitted, but in the actual optical pickup device, the quarter wavelength plate is used. May be arranged in the optical path between the light source and the objective lens. Also in the optical pickup devices of the following embodiments, the 波長 wavelength plate is omitted.
[0289]
In the objective lens 14 of the present embodiment, when recording / reproducing the second optical disk, the light beam from the semiconductor laser 12 that has passed through the area from the image-side numerical aperture NA2 to NA1 is applied to the information recording surface of the second optical disk. When the diffractive structure 14a and the aspherical shape of the optical surface on which the diffractive structure 14a is formed are determined so as to cause flare on 92, the aperture switching between NA1 and NA2 can be automatically performed, and the special aperture There is no need to provide a switching means, which is advantageous in cost.
[0290]
Further, when recording / reproducing on / from the third optical disk, the light flux from the semiconductor laser 13 passing through the area from the image-side numerical aperture NA3 to NA1 is flare on the information recording surface 93 of the third optical disk. It is more preferable to determine the diffractive structure 14a and the aspherical shape of the optical surface on which the diffractive structure 14a is formed, because the aperture switching between NA1, NA2, and NA3 can be performed automatically. In such a case, the diffraction structure 14a has a function as a substrate thickness difference correcting unit and a function as an aperture switching unit.
[0291]
As described above, the light beam from the semiconductor laser 12 that has passed through the region of the image-side numerical aperture NA2 to NA1 and the light beam from the semiconductor laser 13 that has passed through the region of the image-side numerical aperture NA3 are respectively on the second optical disk. When the flare is formed on the information recording surface 92 of the third optical disc and the information recording surface 93 of the third optical disc, the light flux of the wavelength λ2 that has passed through the area corresponding to the image side numerical apertures NA2 to NA1 becomes the image side numerical aperture. Within NA1, on the information recording surface of the second optical disk, the light beam having a wavefront aberration of greater than 0.20λ2 rms and having a wavelength λ3 that has passed through a region corresponding to NA1 from the image-side numerical aperture NA3 is an image beam. Within the side numerical aperture NA1, the diffraction structure 14a is determined such that the wavefront aberration is greater than 0.20λ3 rms on the information recording surface of the third optical disc. As a result, the spot of the light beam that has passed through the area within the required image-side numerical aperture and the flare of the light beam that has passed outside the area within the required image-side numerical aperture are sufficiently separated. Signal detection characteristics can be obtained.
[0292]
Further, as described above, when the objective lens 14 does not use a light flux having an image-side numerical aperture or more necessary for recording / reproducing the second and third optical disks as a flare component, the light of the present embodiment is used. It is preferable that the pickup device has an opening switching unit in a form different from the above-described form. A ring filter as shown in FIGS. 17 and 18 described later can be used as such an aperture switching means. Further, the apertures corresponding to NA1, NA2, and NA3 may be mechanically switched when recording / reproducing the first optical disk, the second optical disk, and the third optical disk, respectively.
[0293]
Further, as such an aperture switching means, a liquid crystal layer and a quarter-wave plate disposed between transparent electrodes facing each other are provided, and at least one of the transparent electrodes has a plurality of rings around the optical axis. The element is divided into a belt-shaped voltage applying unit, and an element capable of changing the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer into an annular shape by applying a voltage to at least one of the voltage applying units. May be used. When such an element is used, the polarization planes of the light beams corresponding to the region from NA2 to NA1 of the objective lens 14 and the region within NA2 are independently changed, or the regions of the objective lens 14 from NA3 to NA1 and the region within NA3 are changed. Since the polarization planes of the corresponding light beams can be independently changed, they can function as aperture switching means for the first to third optical disks.
[0294]
Further, in the present embodiment, a predetermined image-side numerical aperture is obtained by the action of a diffraction structure formed on at least one surface 14a of the objective lens 14 and comprising a plurality of concentric annular zones as a substrate thickness difference correcting means. The light beams from the semiconductor lasers 11 to 13 can be condensed on the respective information recording surfaces 91 to 93 of the first to third optical disks so as to be within the diffraction limit. May be provided on the optical surface of an optical element provided separately from the objective lens.
[0295]
As described above, when the diffraction structure as the substrate thickness difference correcting means is provided on the optical surface of the optical element provided separately from the objective lens, it is necessary for recording / reproducing the second and third optical disks. In the case where a light flux having a higher image side numerical aperture or more is used as a flare component and such a diffraction structure also has a function as an aperture switching means, an optical element provided with such a diffraction structure and an objective lens are integrated into a tracking drive. Preferably. Thereby, good tracking characteristics can be obtained.
[0296]
Further, light beams from a plurality of light sources having different wavelengths may be condensed on the information recording surfaces of a plurality of optical disks having different thicknesses of the protective substrate so as to be within a diffraction limit within a predetermined image-side numerical aperture. As an objective lens that can be used, an objective lens described in JP-A-11-96585 or JP-A-2001-229567 by the present applicant may be used.
[0297]
Further, in the first optical pickup device, the semiconductor lasers 11 to 13 are set so as to be within the diffraction limit within a predetermined image-side numerical aperture by the diffraction effect of the diffraction structure formed on at least one surface 14a of the objective lens 14. Is focused on the information recording surfaces 91 to 93 of the first to third optical discs. However, an objective lens of another form which can be used in the present embodiment will be described below. Will be described.
[0298]
That is, by the diffractive action of the diffractive structure formed on at least one surface of the objective lens, the luminous fluxes from the semiconductor lasers 11 and 12 are respectively transferred onto the information recording surfaces 92 of the first optical disk and the second optical disk, respectively. , So that the light can be condensed so as to be within the diffraction limit within the numerical apertures NA1 and NA2. The change in spherical aberration caused by the difference is corrected to be within the diffraction limit within the numerical aperture NA3. In this case, it is preferable that the optical pickup device has an aperture switching means for recording / reproducing information on / from the third optical disk, and such an aperture switching means as shown in FIGS. An annular filter can be used.
[0299]
Further, as a substrate thickness error correcting means for correcting a change in spherical aberration, a refractive index distribution variable material layer described later is provided, and by applying an electric field or a magnetic field or temperature, the refractive index distribution of the refractive index distribution variable material layer is adjusted. An element that can be changed, or a beam expander in which at least one of the constituent lenses can be shifted in the optical axis direction may be used.
[0300]
Further, although the collimator 16 as the substrate thickness error correcting means of the present embodiment has a single-group configuration, the collimator 16 may include a plurality of lenses. As a collimator as a substrate thickness error correcting means constituted by a plurality of lenses as described above, there is a collimator as disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-392333 by the present applicant.
[0301]
In the present embodiment, the path of the light flux from the semiconductor laser 12 from the polarizing beam splitter 15 to the objective lens 14 is omitted. Similarly, the path of the light flux from the semiconductor laser 13 from the polarization beam splitter 15 to the objective lens 14 is omitted. The same applies to the following embodiments.
[0302]
Further, in the present embodiment, light detection means for detecting a focusing error and / or a tracking error of the objective lens, and light detection for detecting a change in spherical aberration of a condensed spot on the information recording surface 91. Although the means is omitted, an actual optical pickup device has such a light detecting means. Similarly, in the following embodiments, the light detecting means is omitted.
[0303]
Next, a second optical pickup device which is a modification of the optical pickup device of FIG. 9 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the second optical pickup device has an integrated element 20 in which a collimator as a substrate thickness error correcting means and a chromatic aberration correcting means in FIG. 9 are integrated. As in FIG. 9, the displacement is made in the optical axis direction by the uniaxial actuator 21. Further, the semiconductor laser 12 and the semiconductor laser 13 formed on the same substrate are housed in the same case 19 to form a unit. According to the configuration of FIG. 11, the number of components of the optical pickup device can be reduced by the integrated element 20 and the unitized semiconductor laser, so that the cost can be further reduced.
[0304]
Although the semiconductor laser 12 and the semiconductor laser 13 are unitized in the second optical pickup device of FIG. 11, the semiconductor laser 11 and the semiconductor laser 12 may be unitized. It may be unitized. Further, unitizing the semiconductor laser 11, the semiconductor laser 12, and the semiconductor laser 13 can further reduce costs and save space.
[0305]
<Second embodiment>
[0306]
FIG. 12 is a view schematically showing a third optical pickup device according to the second embodiment. As shown in FIG. 12, the third optical pickup device is an optical pickup device capable of recording / reproducing information on / from three types of optical disks having different recording densities, similarly to the first optical pickup device of FIG. It is.
[0307]
The third optical pickup device focuses each light beam from the semiconductor lasers 11 to 13 on the respective information recording surfaces of the first to third optical disks so that the light flux is within the diffraction limit within a predetermined image-side numerical aperture. It has an objective lens 14 that can emit light. As the objective lens 14, an objective lens similar to the objective lens used in the first optical pickup device can be used, and thus a detailed description is omitted.
[0308]
The third optical pickup device includes a single-color light source such as mode hopping of the semiconductor laser 11 in an optical path between the semiconductor laser 11 and a polarization beam splitter 15 which is an optical path synthesizing unit for luminous fluxes from the semiconductor lasers 11 to 13. A collimator 29 is provided as chromatic aberration correcting means for correcting chromatic aberration mainly generated in the objective lens 14 due to poor quality. On at least one surface of the collimator 29, a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones is formed, and when the wavelength of light emitted from the semiconductor laser 11 changes in a longer direction, the collimator 29 is formed. Has a wavelength characteristic that changes in a direction in which the back focus becomes shorter. Further, the absolute value of the back focus change amount standardized by the square of the focal length with respect to the wavelength change of the collimator 29 is the back focus change amount standardized by the square of the focal length of the objective lens 14 with respect to the same amount of the wavelength change. Since the light flux substantially coincides with the absolute value, the light flux emitted from the semiconductor laser 11 is condensed on the information recording surface 91 of the first optical disc with almost no chromatic aberration by passing through the collimator 29 and the objective lens 14. As a collimator having such a wavelength characteristic, a collimator as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-248819 filed by the present applicant can be used.
[0309]
Further, as the collimator 29 as a chromatic aberration correcting means preferable for use in the third optical pickup device, a collimator in which a positive lens having a relatively large Abbe number and a negative lens having a relatively small Abbe number are bonded. be able to. As a collimator having such a doublet structure, a collimator as disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-262372 by the present applicant can be used.
[0310]
Further, in the third optical pickup device, a diffractive structure is formed in the collimator to correct the chromatic aberration generated in the objective lens 14. However, the third optical pickup device is disposed between the semiconductor laser 11 and the polarization beam splitter 15 separately from the collimator. Alternatively, a chromatic aberration correcting element as a chromatic aberration correcting unit having a diffractive structure formed on at least one surface may be used. As a chromatic aberration correction element that can be arranged in parallel light, a chromatic aberration correction element as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-210659 filed by the present applicant can be used. When a beam shaping prism pair for shaping an elliptical light beam emitted from the semiconductor laser 11 is arranged in the optical path, it is preferable to use a chromatic aberration correction element that can be arranged in such parallel light.
[0311]
Further, the third optical pickup device, when recording / reproducing information on / from the first optical disk, has a manufacturing error in the thickness of the protective substrate of the optical disk, an optical element such as an objective lens, which constitutes a condensing optical system. A substrate that corrects a change in wavelength due to a manufacturing error, a change in manufacturing of the semiconductor laser 11, and a change in spherical aberration due to a change in shape or a refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens due to a change in temperature or humidity. A variable refractive index distribution element 23 is disposed between the polarizing beam splitter 15 and the objective lens 14 as a thickness error correcting means.
[0312]
The refractive index distribution variable element 23 has a liquid crystal layer 26 disposed between a pair of transparent electrodes 25a, 25b opposed to each other held by a pair of glass substrates 24a, 24b, and is driven by the transparent electrodes 25a, 25b. By applying a voltage from a power supply 27, the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 26 is electrically controlled, and the refractive index distribution in the liquid crystal layer 26 can be changed.
[0313]
At least one of the transparent electrodes 25a and 25b is divided into a plurality of ring-shaped voltage applying sections centered on the optical axis, and a predetermined voltage is applied to at least one of the plurality of ring-shaped voltage applying sections. Thus, the refractive index distribution of the liquid crystal layer 26 can be changed in an annular shape around the optical axis. When a change in the spherical aberration of the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc is detected by a photodetector (not shown), a predetermined voltage is applied to the voltage application unit by the power supply 27, and the liquid crystal is applied. The refractive index distribution of the layer 26 is changed into an annular shape around the optical axis, and a predetermined optical path difference is added to the wavefront transmitted through the variable refractive index element 23 to correct such a change in spherical aberration. Thereby, the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc can always maintain the state in which the spherical aberration is satisfactorily corrected.
[0314]
In the above description, the variable refractive index distribution element having the above-described configuration is used as the variable refractive index distribution element 23. However, the variable refractive index distribution element that can be used in the optical pickup device according to the present embodiment has an optical axis What is necessary is just to be able to change the refractive index distribution in a rotationally symmetric manner with respect to the center, and is not limited to the above-described embodiment.
[0315]
Further, as a substrate thickness error correcting means that can be used in the third optical pickup device, a beam expander in which at least one of the constituent lenses can be shifted in the optical axis direction may be used.
[0316]
Next, a fourth optical pickup device which is a modification of the optical pickup device of FIG. 12 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13, in the fourth optical pickup device, the semiconductor laser 12 and the semiconductor laser 13 are unitized as in FIG. 11, so that the cost can be reduced by reducing the number of components of the optical pickup device.
[0317]
The fourth optical pickup device has an objective lens 34 capable of condensing the light beam of the semiconductor laser 11 on the information recording surface 91 of the first optical disc so that the light flux is within the diffraction limit within the numerical aperture NA1. . When an attempt is made to record / reproduce data on / from the second optical disc using the light from the semiconductor laser 12 using the objective lens 34 which is a dedicated objective lens for the first optical disc, an excessive correction (over) occurs due to a difference in the thickness of the protective substrate. In the fourth optical pickup device, the spherical aberration changed in the overcorrected direction is converted into the spherical aberration in the numerical aperture NA2 by the refractive index distribution variable element 23 also having a function as a substrate thickness difference correcting means. By performing correction so as to be within the diffraction limit, recording / reproducing with respect to the second optical disk is enabled.
[0318]
Further, when recording / reproducing the third optical disk using the light from the semiconductor laser 13, similarly, the spherical aberration changed in the overcorrected direction due to the difference in the thickness of the protective substrate is changed by the refractive index distribution variable element. The correction by 23 is performed so as to be within the diffraction limit within the numerical aperture NA3.
[0319]
The fourth optical pickup device, as an aperture switching means between NA1, NA2, and NA3, has a wavelength selectable optical surface 34a on the light source side of the objective lens 34 in FIG. 13 as shown in FIGS. A simple annular filter is formed. Thereby, the aperture can be automatically switched between NA1, NA2, and NA3. When recording / reproducing information with respect to the second optical disc and the third optical disc by using such a wavelength-selective annular filter, a light beam having a required numerical aperture or more is cut off to obtain a desired information on the information recording surface of the optical disc. Can be obtained.
[0320]
Further, as the aperture switching means, means for mechanically switching the apertures corresponding to NA1, NA2, and NA3 when reproducing the first optical disk, the second optical disk, and the third optical disk may be used. An aperture switching element using liquid crystal as described in the first embodiment may be used.
[0321]
In addition, it is preferable that the aperture switching means performs the tracking integrally with the objective lens 34, whereby good tracking characteristics can be obtained. In FIG. 13, the tracking characteristics are improved because the optical element is provided on the optical surface 34a of the objective lens 34.
[0322]
In the optical pickup device shown in FIG. 13, the objective lens 34 is a single lens composed of one lens group. The focal length at the wavelength λ1 is f1 (mm), the center thickness is d (mm), When the diameter of the light beam of wavelength λ1 incident on the lens 14 is Φ1 (mm), and the working distance when recording / reproducing information on the first optical disk is fB1 (mm),
0.7 <d / f1 <1.5 (2)
2.8 <Φ1 <5.8 (3)
fB1> 0.5 (4)
It is configured to satisfy the following.
[0323]
As a high NA objective lens for a high-density DVD, an objective lens composed of two lens groups as disclosed in JP-A-10-123410 has been proposed, but there is a difference of 1.1 mm in the thickness of the protective substrate. In the case where the high-density DVD and the CD are mutually compatible with a common objective lens, it is preferable that the objective lens has a single-lens configuration in which the working distance is easily secured. At this time, it is particularly preferable that the above expressions (2) to (4) are satisfied, whereby the working distance of the CD can be sufficiently ensured. As a result, even when recording / reproducing a CD such as a DVD or a high-density DVD, the manufacturing tolerance of the protective substrate thickness of the optical disk is not relatively strictly controlled and the individual variation of the protective substrate thickness greatly varies. The possibility of collision between the CD and the objective lens can be sufficiently reduced.
[0324]
<Third embodiment>
[0325]
FIG. 14 is a diagram schematically showing a fifth optical pickup device according to the third embodiment. As shown in FIG. 14, the fifth optical pickup device is an optical pickup device capable of recording / reproducing information on / from three types of optical disks having different recording densities, similarly to the first optical pickup device of FIG. It is.
[0326]
The fifth optical pickup device transmits the luminous flux from the semiconductor lasers 11 to 13 to the respective information recording surfaces 91 to 93 of the first to third optical discs so that the luminous flux is within the diffraction limit within a predetermined image-side numerical aperture. It has an objective lens 14 that can be focused on. As the objective lens 14, an objective lens similar to the objective lens used in the first optical pickup device can be used, and thus a detailed description is omitted.
[0327]
Further, the fifth optical pickup device transmits information to the first optical disc in an optical path between the semiconductor laser 11 and a polarization beam splitter 15 which is an optical path synthesizing means of the light beams from the semiconductor lasers 11 to 13. In recording / reproducing, a manufacturing error of the thickness of the protective substrate of the optical disk, a manufacturing error of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens, a wavelength change due to a manufacturing error of the semiconductor laser 11, a temperature change and a humidity. A beam expander 33 is provided as substrate thickness error correction means for correcting a change in spherical aberration caused by a change in the shape or refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens due to the change.
[0328]
The beam expander 33 includes a negative lens 32 and a positive lens 31, and the negative lens 32 is displaced in the optical axis direction by the one-axis actuator 21. The light beam from the semiconductor laser 11 is collimated by the collimator 30 and enters the negative lens 32.
[0329]
When a change in the spherical aberration of the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disk is detected by a photodetector (not shown), the negative lens 32 is displaced by a predetermined amount by the uniaxial actuator 21 and the objective lens 14 is moved. The change in the spherical aberration is corrected by changing the divergence angle of the light beam incident on the lens. When the spherical aberration of the condensed spot changes in the overcorrected (over) direction, the negative lens 32 is shifted in a direction approaching the positive lens 31, and the spherical aberration of the condensed spot changes in the undercorrected (under) direction. Moves the negative lens 32 away from the positive lens 33. Thereby, the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc can always maintain the state in which the spherical aberration is satisfactorily corrected.
[0330]
In the fifth optical pickup device, the negative lens 32 is shifted in the optical axis direction. However, the positive lens 31 may be shifted in the optical axis direction. Both may be shifted in the optical axis direction.
[0331]
Further, in the fifth optical pickup device, the beam expander 33 in which the negative lens 32 is displaced in the optical axis direction is used as the substrate thickness error correcting means. A collimator that is displaced in the axial direction may be used, or a variable refractive index distribution element may be used as in the third optical pickup device. In any case, the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc can always maintain a state in which the spherical aberration is satisfactorily corrected.
[0332]
Further, in the fifth optical pickup device, the beam expander 33 has a function as a chromatic aberration correcting means in addition to a function as a substrate thickness error correcting means. That is, a diffractive structure composed of a plurality of concentric annular zones is formed on the surface 31a on the optical disk side of the positive lens 31 of the beam expander 33, and the wavelength of light emitted from the semiconductor laser 11 increases. Has a wavelength characteristic such that the power of the beam expander 33 is increased when the light beam is changed to the first state. Therefore, the luminous flux emitted from the semiconductor laser 11 passes through the beam expander 33 and the objective lens 14 and has a first chromatic aberration. Is focused on the information recording surface 91 of the optical disk.
[0333]
As a beam expander preferably used for the fifth optical pickup device, a beam expander as disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-330009 filed by the present applicant can be used.
[0334]
In the fifth optical pickup device, the chromatic aberration generated in the objective lens 14 was compensated by forming a diffractive structure on at least one surface of the positive lens 31 of the beam expander 33. Alternatively, a diffractive structure may be formed on both the negative lens 32 and the positive lens 31.
[0335]
In the fifth optical pickup device, the chromatic aberration generated in the objective lens 14 was compensated for by forming a diffractive structure on at least one surface of the positive lens 31 of the beam expander 33, but the mode hopping of the semiconductor laser 11 was performed. For example, a collimator as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-248819 or Japanese Patent Application No. 2000-262372 is used as chromatic aberration correction means for correcting chromatic aberration mainly generated in the objective lens 14 due to poor monochromaticity. be able to. Further, a chromatic aberration correcting element as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-210659 by the present applicant can be used.
[0336]
Next, a sixth optical pickup device which is a modification of the optical pickup device of FIG. 14 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 15, in the sixth optical pickup device, a first optical disc is provided in an optical path between a semiconductor laser 11 and a polarization beam splitter 15 which is a means for combining light emitted from the semiconductor lasers 11 to 13. When recording / reproducing information with respect to the optical disk, a manufacturing error in the thickness of the protective substrate of the optical disk, a manufacturing error in an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens, a change in wavelength due to a manufacturing error in the semiconductor laser 11, And a uniaxial actuator 21 as a substrate thickness error correcting means for correcting a change in spherical aberration due to a change in shape or refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens due to a change in temperature or humidity. Is provided. Thereby, the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc can always maintain the state in which the spherical aberration is satisfactorily corrected.
[0337]
In the sixth optical pickup device, the collimator 39 has a function as a chromatic aberration correcting means in addition to a function as a substrate thickness error correcting means. That is, due to poor monochromaticity such as mode hopping of the semiconductor laser 11, a plurality of concentric annular zones are provided on the optical disc side surface 39 a of the collimator 39 to mainly correct chromatic aberration generated by the objective lens 14. A diffraction structure was formed. Accordingly, the collimator 39 has a wavelength characteristic such that when the wavelength of light emitted from the semiconductor laser 11 changes in a longer direction, the back focus of the collimator 39 changes in a shorter direction. Is transmitted through the collimator 39 and the objective lens 14 and condensed on the information recording surface 91 of the first optical disk with almost no chromatic aberration.
[0338]
<Fourth embodiment>
[0339]
FIG. 16 is a diagram schematically showing a seventh optical pickup device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 16, the fifth optical pickup device is an optical pickup device capable of recording / reproducing information on / from three types of optical disks having different recording densities, similarly to the first optical pickup device of FIG. It is.
[0340]
The seventh optical pickup device of the present embodiment can focus the light beam of the semiconductor laser 11 on the information recording surface 91 of the first optical disc so as to be within the diffraction limit within the numerical aperture NA1. It has an objective lens 34.
[0341]
In the seventh optical pickup device, information is recorded / recorded on the first optical disc in the optical path between the semiconductor laser 11 and the polarization beam splitter 15 which is an optical path synthesizing unit for the light beams from the semiconductor lasers 11 to 13. In the case of reproduction, a manufacturing error in the thickness of the protective substrate of the optical disc, a manufacturing error in an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens, a change in wavelength due to a manufacturing error in the semiconductor laser 11, and a change in temperature or humidity. As a substrate thickness error correcting means for correcting a change in spherical aberration due to a change in shape or refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens, the optical axis is shifted by a uniaxial actuator 21. A collimator 39 is provided. Thereby, the condensed spot on the information recording surface 91 of the first optical disc can always maintain the state in which the spherical aberration is satisfactorily corrected.
[0342]
In the seventh optical pickup device, the collimator 39 has a function as a chromatic aberration correcting means in addition to a function as a substrate thickness error correcting means. In other words, due to poor monochromaticity such as mode hopping of the semiconductor laser 11, a plurality of concentric annular zones are provided on the optical disk side surface 39 a of the collimator 39 to mainly correct chromatic aberration generated by the objective lens 34. A diffraction structure was formed. Accordingly, the collimator 39 has a wavelength characteristic such that when the wavelength of light emitted from the semiconductor laser 11 changes in a longer direction, the back focus of the collimator 39 changes in a shorter direction. Is transmitted through the collimator 39 and the objective lens 34 and condensed on the information recording surface 91 of the first optical disk with almost no chromatic aberration.
[0343]
In the seventh optical pickup device, the surface on the optical disk side is in the optical path between the semiconductor laser 12 and the polarization beam splitter 15 and in the common optical path of the light beam from the semiconductor laser 12 and the light beam from the semiconductor laser 13. A diffractive optical element 35 as a substrate thickness difference correcting means having a diffraction structure composed of a plurality of concentric annular zones formed on 35a.
[0344]
When an attempt is made to record / reproduce data on / from the second optical disc using the light from the semiconductor laser 12 using the objective lens 34 which is a dedicated objective lens for the first optical disc, an excessive correction (over) occurs due to a difference in the thickness of the protective substrate. The spherical aberration changes in the direction. Similarly, when recording / reproducing the third optical disc using the light from the semiconductor laser 13 using the objective lens 34, the spherical aberration changes in the overcorrected direction due to the difference in the thickness of the protective substrate. . In the seventh optical pickup device, the spherical aberration changed in the overcorrected direction is converted into a light beam from the semiconductor laser 12 by the diffractive action of the diffractive optical element 35 so that the image side necessary for recording / reproducing the second optical disc is reproduced. Correction is performed so as to be within the diffraction limit within the numerical aperture NA2, and further, the light beam from the semiconductor laser 13 is within the diffraction limit within the image-side numerical aperture NA3 required when recording / reproducing the third optical disk. Therefore, information can be recorded / reproduced on the second optical disc and the third optical disc having different protective substrate thicknesses using the objective lens 34 dedicated to the first optical disc.
[0345]
In the optical pickup device of FIG. 16, the diffractive structure 35a of the diffractive optical element 35 has the order n2 of the diffracted light having the largest amount of diffracted light among the diffracted lights generated when the light of the wavelength λ2 from the semiconductor laser 12 is incident. Is optimized so that the order n3 of the diffracted light having the largest amount of diffracted light out of the diffracted light generated when the light of the wavelength λ3 from the semiconductor laser 13 is incident, and the optimized wavelength is , Λ2 and λ3. Thereby, high diffraction efficiency can be obtained in the used wavelength regions of the second optical disk and the third optical disk.
[0346]
For example, the diffraction structure 35a is
680 nm <λB <740 nm
When optimization is performed with the wavelength λB and the diffraction order 1 satisfying the following conditions, light having a wavelength of 650 nm from the semiconductor laser 12 and light having a wavelength of 780 nm from the semiconductor laser 13 are generated when the light enters the diffraction structure 35a. And the diffraction efficiency of the first-order diffracted light can be 95% or more.
[0347]
Also, as in the optical pickup device of FIG. 16, the diffractive optical element 35 as the substrate thickness difference correcting means is arranged on an optical path through which the light beams from the semiconductor lasers 12 and 13 pass but the light beam from the semiconductor laser 11 does not pass. Then, if the diffracted lights of the same order of the light beams from the semiconductor lasers 12 and 13 are used for recording / reproducing on the second optical disk and the third optical disk, respectively, the wavelength λ2 of the light beam from the semiconductor laser 12 is obtained. Even if the diffraction structure 35a is optimized by the diffraction order 2 and a wavelength intermediate between the wavelength of the light beam from the semiconductor laser 13 and the wavelength λ3 of the light beam, a high diffraction efficiency is secured for both the light of the wavelength λ2 and the light of the wavelength λ3. it can. In this way, by optimizing the diffraction structure 35a with the diffraction order 2, the interval between adjacent diffraction zones can be doubled as compared with the case of optimizing with the diffraction order 1, so that the diffraction ring The diffractive optical element 35 in which the reduction in the diffraction efficiency due to the band-shaped manufacturing error is small can be realized.
[0348]
For example, when the diffraction structure 35a is optimized with n2 = n3 = 1 and λB = 710 nm, the diffraction efficiency of each optical disc in the used wavelength region is:
Second optical disk (DVD, wavelength 650 nm): 97.2%
Third optical disc (CD, wavelength 780 nm): 97.3%
On the other hand, even when the diffraction structure 35a is optimized at n2 = n3 = 2 and λB = 710 nm,
Second optical disk (DVD, wavelength 650 nm): 89.3%
Third optical disk (CD, wavelength 780 nm): 89.8%
Thus, sufficient diffraction efficiency can be ensured in the used wavelength region of each optical disc.
[0349]
In the seventh optical pickup device, as an aperture switching means between NA1, NA2, and NA3, an annular filter as shown in FIGS. 17 and 18 described later is formed on the optical surface 34a on the light source side of the objective lens 34. I have. As the aperture switching means, the apertures corresponding to NA1, NA2, and NA3 may be mechanically switched when reproducing the first optical disk, the second optical disk, and the third optical disk, respectively. Further, as the aperture switching means, an aperture switching element using liquid crystal as described in the first embodiment can be used.
[0350]
In the optical pickup device shown in FIG. 16, the objective lens 34 is a single lens composed of one lens group. The focal length at the wavelength λ1 is f1 (mm), the center thickness is d (mm), and the objective lens 34 is When the diameter of the light beam of wavelength λ1 incident on the lens 14 is Φ1 (mm), and the working distance when recording / reproducing information on the first optical disk is fB1 (mm),
0.7 <d / f1 <1.5 (2)
2.8 <Φ1 <5.8 (3)
fB3> 0.5 (4)
It is configured to satisfy the following.
[0351]
As a high NA objective lens for a high-density DVD, an objective lens composed of two lens groups as disclosed in JP-A-10-123410 has been proposed. When the interchangeability between the density DVD and the CD is performed by a common objective lens, it is preferable that the objective lens has a single lens configuration in which a working distance is easily secured. At this time, it is particularly preferable that the above expressions (2) to (4) are satisfied, whereby the working distance of the CD can be sufficiently ensured. As a result, even when recording / reproducing a CD such as a DVD or a high-density DVD, the manufacturing tolerance of the protective substrate thickness of the optical disk is not relatively strictly controlled and the individual variation of the protective substrate thickness greatly varies. The possibility of collision between the CD and the objective lens can be sufficiently reduced.
[0352]
9, 11, 12, 14, and 15, the diffraction structure 14a of the objective lens 14
340 nm <λB <440 nm (A)
(Hereinafter, λB is referred to as an optimization wavelength, a manufacturing wavelength, or a blazed wavelength) and the diffraction order is 2, so that light of wavelength 400 nm from the semiconductor laser 11 is incident. In this case, the second-order diffracted light is generated so as to have a larger amount of light than any other order, and the objective lens 14 condenses the second-order diffracted light on the information recording surface of the first optical disc.
[0353]
At this time, when light having a wavelength of 650 nm from the semiconductor laser 12 is incident on the diffraction structure 14a of the objective lens 14, the first-order diffracted light is generated so as to have a larger amount of light than any other order diffracted light, The objective lens 14 condenses the first-order diffracted light on the information recording surface of the second optical disk, and when the light having a wavelength of 780 nm from the semiconductor laser 13 is incident on the diffraction structure 14a of the objective lens 14, The second-order diffracted light is generated so as to have a larger amount of light than any other order, and the objective lens 14 condenses the first-order diffracted light on the information recording surface of the third optical disc.
[0354]
As described above, by optimizing the diffractive structure 14a with the wavelength and the diffraction order 2 satisfying the expression (A), the order of the diffracted light used for recording / reproducing information on the first optical disc and the second order are obtained. The order of the diffracted light used for recording / reproducing information on the optical disc and the third optical disc is different from the order of the diffracted light used for recording / reproducing information on the first optical disc. If the order is larger than the order of the diffracted light used for recording / reproducing information on the optical disc and the third optical disc, it is possible to obtain a high diffraction efficiency in the used wavelength region of each optical disc.
[0355]
When determining the diffractive structure 14a of the objective lens 14, at least the diffraction efficiency of the diffracted light of the order having the largest amount of diffracted light out of the diffracted light from the semiconductor laser 11 generated by the diffractive structure 14a is 70%. Preferably, the diffraction structure 14a is optimized to be larger. More preferably, of the diffracted lights of the respective light beams from the semiconductor lasers 11 to 13 generated by the diffraction structure 14a, the diffracted light of the order having the largest amount of diffracted light has a diffraction efficiency of more than 70%. That is, the structure 14a is optimized.
[0356]
Specific examples are shown below. Considering a diffractive lens having an ideal blazed structure optimized at a certain manufacturing wavelength λB and diffraction order n, the diffraction efficiency η (λ) at a certain wavelength λ of this diffractive lens is determined by the lens material at a wavelength λB. Assuming that the refractive index of the lens material does not substantially change at the wavelength λ, the following equation (1) is used.
[0357]
(Equation 1)
[0358]
FIG. 60 shows first-order diffracted light of light having a wavelength of 405 nm, first-order diffracted light of light having a wavelength of 650 nm, and first-order diffracted light of light having a wavelength of 780 nm generated by a blaze structure optimized at a certain manufacturing wavelength λB and diffraction order 1. It is a figure showing the dependence on the manufacturing wavelength of the diffraction efficiency with a folding light.
[0359]
As shown in FIG. 60, like the optical pickup device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-195768, diffracted light of the same order of light from the semiconductor lasers 11 to 13 generated by the diffractive structure 14a of the objective lens 14 is transmitted to each optical disk. It can be seen that when used for recording / reproducing, it is not possible to obtain high diffraction efficiency in the working wavelength region of each optical disc.
[0360]
FIG. 61 shows a production wavelength satisfying 340 nm ≦ λB ≦ 450 nm, a second-order diffracted light of a light having a wavelength of 405 nm, a first-order diffracted light of a light having a wavelength of 650 nm generated by a blaze structure optimized by the diffraction order 2, It is a figure showing the dependence on the manufacturing wavelength of the diffraction efficiency with respect to the 1st-order diffracted light of 780 nm light.
[0361]
From FIG. 61, the second-order diffracted light of the light from the semiconductor laser 11 is used for recording / reproducing on the first optical disk, and the light from the semiconductor laser 12 and the semiconductor laser 13 is used for recording / reproducing on the second and third optical disks, respectively. It can be seen that when the first-order diffracted light is used, when the wavelength between 350 nm and 420 nm is set as the manufacturing wavelength, a high diffraction efficiency can be obtained in the used wavelength region of each optical disc. In particular, it is preferable to set the wavelength between 360 nm and 400 nm as the manufacturing wavelength because a high diffraction efficiency of 80% or more can be obtained in the wavelength region used for each optical disc.
[0362]
Next, another preferred example of a method for optimizing the blaze structure of the diffraction structure 14a of the objective lens 14 will be described.
[0363]
FIG. 62 shows a manufacturing wavelength satisfying 390 nm ≦ λB ≦ 440 nm, a sixth-order diffracted light of a light having a wavelength of 405 nm, a fourth-order diffracted light of a light having a wavelength of 650 nm generated by a blaze structure optimized by the diffraction order 6, It is a figure showing the dependence on the manufacturing wavelength of the diffraction efficiency with respect to the 3rd-order diffracted light of 780 nm light.
[0364]
From FIG. 62, the sixth-order diffracted light of the light from the semiconductor laser 11 is used for recording / reproducing on the first optical disc, the fourth-order diffracted light of the light from the semiconductor laser 12 is used for recording / reproducing on the second optical disc, and the third When the third order diffracted light of the light from the semiconductor laser 13 is used for recording / reproducing to / from the optical disk, when the wavelength between 405 nm and 425 nm is set as the manufacturing wavelength, the wavelength is high in the used wavelength region of each optical disk. It can be seen that diffraction efficiency can be obtained. In particular, it is preferable to set the wavelength between 410 nm and 420 nm as the manufacturing wavelength because a high diffraction efficiency of 80% or more can be obtained in the working wavelength region of each optical disc.
[0365]
The above-described preferable manufacturing wavelength range for obtaining high diffraction efficiency in the working wavelength region of each optical disk is such that the wavelengths of light oscillated from the semiconductor lasers 11 to 13 are respectively:
380 nm <λ1 <420 nm
630 nm <λ2 <670 nm
760 nm <λ3 <800 nm
It is applicable when satisfying.
[0366]
When the substrate thickness difference correcting means is disposed on a common optical path through which all of the light beams from the semiconductor lasers 11 to 13 pass, the objective lens and the objective lens are connected as shown in FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15. Since the diffraction structure as the substrate thickness difference correcting means can be integrated, the number of optical elements in the optical system of the optical pickup can be reduced, which is preferable from the viewpoint of cost.
[0367]
Further, as described above, the luminous flux from the semiconductor laser 12 passing through the area outside the numerical aperture NA2 and the luminous flux from the semiconductor laser 13 passing through the area outside the numerical aperture NA3 become flare. By determining the diffraction structure as the substrate thickness difference correcting means formed on the optical surface of the objective lens, this diffraction structure can also have a function as an aperture switching means, so that the optical element of the optical system of the optical pickup optical system can be provided. The number can be further reduced, which is more preferable in terms of cost.
[0368]
In the optical pickup devices of FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15, the objective lens 14 is a single lens composed of one lens group, and has a focal length f1 (mm) at a wavelength λ1, a center thickness Where d (mm) is the diameter, Φ1 (mm) is the diameter of the light beam of wavelength λ1 incident on the objective lens 14, and fB3 (mm) is the working distance when recording / reproducing information on / from the third optical disk.
0.7 <d / f1 <1.5 (2)
2.8 <Φ1 <5.8 (3)
fB3> 0.2 (4)
It is configured to satisfy the following.
[0369]
As a high NA objective lens for a high-density DVD, an objective lens composed of two lens groups as disclosed in JP-A-10-123410 has been proposed. When the interchangeability between the density DVD and the CD is performed by a common objective lens, it is preferable that the objective lens has a single lens configuration in which a working distance is easily secured. At this time, it is particularly preferable that the above expressions (2) and (3) are satisfied, whereby the working distance of the CD can be sufficiently ensured to satisfy the expression (4). If the working distance of the CD satisfies the formula (4), the manufacturing tolerance of the protective substrate thickness of the optical disk is not relatively tightly controlled as in the case of DVD and high-density DVD, and the individual difference in the protective substrate thickness Therefore, the possibility of collision between the CD and the objective lens can be sufficiently reduced even when recording / reproducing a CD having a large variation due to the above.
[0370]
In the optical pickup devices of FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15, the objective lens 14 further has an imaging magnification m3 for reproducing and / or recording information on the third optical disk.
m3 <0 (5)
It is configured to satisfy. Thereby, it is easy to secure the working distance of the CD.
At this time,
−0.25 <m3 <−0.05 (6)
It is particularly preferable to satisfy the following condition, and it is possible to satisfactorily perform the spherical aberration correction that changes due to the difference in the thickness of the protective substrate of the first to third optical disks while sufficiently securing the working distance of the CD.
[0371]
In the optical pickup devices of FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15, the objective lens 14 further has an imaging magnification m2 for reproducing and / or recording information on the second optical disc.
m2 <0 (7)
It is configured to satisfy. This also facilitates securing the working distance of the DVD.
At this time,
−0.20 <m2 <−0.02 (8)
It is particularly preferable to satisfy the following condition, and it is possible to satisfactorily perform the spherical aberration correction that changes due to the difference in the thickness of the protective substrate of the first to third optical disks while sufficiently securing the working distance of the DVD.
[0372]
Next, an eighth optical pickup device according to the third embodiment will be described. FIG. 63 is a view schematically showing an eighth optical pickup device according to the third embodiment. FIG. 63 shows a means for correcting a substrate thickness difference of the objective lens 14 in the optical pickup devices of FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15. And a function as a condenser lens for condensing a light beam from a light source on the information recording surface of the optical disk are separated into independent optical elements.
[0373]
The objective lens 100 of the eighth optical pickup device has a function as a condensing lens for condensing light beams from the semiconductor lasers 11 to 13 on the information recording surfaces of the first to third optical disks, respectively. A refraction type lens 100a and a diffractive optical element 100b disposed on the light beam incident surface side of the refraction type lens 100a and having a function of correcting a substrate thickness difference having a diffraction structure including a plurality of concentric annular zones are assembled. This is a combined compound objective lens. The refractive lens 100a and the diffractive optical element 100b are coaxially integrated with the optical axis by a flange portion 100c, and are integrally driven and driven for tracking and focusing by a two-dimensional actuator 22.
[0374]
The refractive lens 100a is a single lens composed of one lens group, and the focal length of the compound objective lens 100 at the wavelength λ1 is f1 (mm), and the center thickness of the refractive lens 100a at the wavelength λ1 is d. (Mm), the diameter of the light beam of wavelength λ1 incident on the composite objective lens 100 is Φ1 (mm), and the working distance for recording / reproducing information on the third optical disc is fB3 (mm).
0.7 <d / f1 <1.5 (9)
2.8 <Φ1 <5.8 (10)
fB3> 0.2 (11)
It is configured to satisfy the following.
[0375]
As the refractive lens 100a, an aspheric lens whose aberration is corrected at least in the region of the wavelength λ1 can be used.
[0376]
The diffractive structure 100d of the diffractive optical element 100b is used for the order of the diffracted light used for recording / reproducing information on / from the first optical disc and for recording / reproducing information on / from the second and third optical discs. The order of the diffracted light is made different, and the order of the diffracted light used for recording / reproducing information on / from the first optical disc is used for recording / reproducing information on / from the second optical disc and the third optical disc. It is determined to be larger than the order of the diffracted light.
[0377]
The method of optimizing the diffraction structure 100d of the diffractive optical element 100b is the same as the method of optimizing the blaze structure of the diffraction structure 14a of the objective lens 14 in the optical pickup device of FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15. Is omitted.
[0378]
Further, the diffractive structure 100d of the diffractive optical element 100b stores each position of a plurality of orbicular zones optimized by the wavelength λB and the diffraction order n1.
Φb= N1 · (b2・ H2+ B4・ H4+ B6・ H6+ ・ ・ ・)
Where h is the height from the optical axis (mm), b2, B4, B6,... Are the second-order, fourth-order, sixth-order,... Optical path difference function coefficients (also referred to as diffraction plane coefficients), and n1 is the case where the light beam of wavelength λ1 from the semiconductor laser 11 is incident on the diffraction structure 100d. Is the diffraction order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light among the diffracted lights generated in
PD = Σ (−2 · n1 · b2)
Power of only the diffractive structure defined by-1)But
0.5 × 10-2<PD <5.0 × 10-2
It is preferable to have a positive power that satisfies the above condition, so that the movement of the imaging position of the refraction lens 100a due to the mode hop of the semiconductor laser 11 can be suppressed to be small. That is, the diffractive optical element 100b has a function as a chromatic aberration correcting means in addition to a function as a substrate thickness difference correcting means.
[0379]
Like the objective lens 100 of the eighth optical pickup device, the function as a substrate thickness difference correcting means and the function as a condenser lens in the objective lens are separated into independent optical elements, respectively. , 12, 14, and 15, the diffractive optical element 100b can be more easily formed as compared with the case where the diffractive structure is integrally formed on the optical surface of the refractive lens like the objective lens 14 in the optical pickup device.
[0380]
Specifically, the diffractive structure 100d of the diffractive optical element 100b may be a blaze structure formed on a plane or a surface having a large radius of curvature. By forming the blazed structure on a flat surface or a surface with a large radius of curvature, the blazed structure can be manufactured with high precision by electron beam lithography. can get. In this case, if the optical surface opposite to the surface on which the blaze structure is formed is made aspheric, a higher-performance diffractive optical element can be obtained.
[0381]
Further, the eighth optical pickup device has an optical element that constitutes a condensing optical system such as a manufacturing error in the thickness of the transparent substrate of the optical disk and an objective lens 100 when recording / reproducing information on / from the first optical disk. Of spherical aberration due to a change in wavelength due to a manufacturing error of the semiconductor laser 11, a change in wavelength due to a manufacturing error in the semiconductor laser 11, a change in shape or refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens due to a change in temperature or humidity. As a substrate thickness error correcting means, a collimator 16 displaced in the optical axis direction by a uniaxial actuator 21 is provided.
[0382]
<Fifth Embodiment>
[0383]
FIG. 64 is a diagram schematically showing a ninth optical pickup device according to the fifth embodiment. The objective lens 34 in the ninth optical pickup device is an aspherical objective lens dedicated to the first optical disc, which is designed to minimize aberration in the wavelength region of the semiconductor laser 11.
[0384]
When recording / reproducing the second optical disk with the semiconductor laser 12 using the objective lens 34, the spherical aberration changes in the overcorrected direction due to the difference in the thickness of the protective substrate. However, in the ninth optical pickup device, In the optical path between the semiconductor laser 12 and the polarization beam splitter 15, which is an optical path through which only the light from the semiconductor laser 12 passes, the above-mentioned spherical aberration changed in the overcorrected direction is satisfactorily corrected. A coupling lens 110 is used as a first substrate thickness difference correcting means for enabling the semiconductor laser 12 to record / reproduce the second optical disk.
[0385]
On the optical surface of the coupling lens 110, a diffraction structure 110a composed of a plurality of concentric annular zones is formed, and this diffraction structure is used when the wavelength of incident light changes in a direction in which the wavelength becomes longer. Have spherical aberration characteristics such that spherical aberration changes in a direction of undercorrection.
[0386]
Furthermore, the diffraction structure 110a is optimized at a wavelength that matches the wavelength of the semiconductor laser 12, so that good diffraction efficiency can be obtained.
[0387]
Similarly, when the third optical disc is recorded / reproduced by the semiconductor laser 13 using the objective lens 34, the spherical aberration changes in the overcorrected direction due to the difference in the thickness of the protective substrate. In the apparatus, in the optical path between the semiconductor laser 13 and the polarization beam splitter 17, which is an optical path through which only the light from the semiconductor laser 13 passes, the above-mentioned spherical aberration changed in the overcorrected direction is corrected favorably. A coupling lens 111 is provided as a second substrate thickness difference correcting means for enabling the semiconductor laser 13 to record / reproduce the third optical disk using the lens 34.
[0388]
On the optical surface of the coupling lens 111, a diffractive structure 111a composed of a plurality of concentric annular zones is formed, and this diffractive structure is used when the wavelength of incident light changes in a direction in which the wavelength becomes longer. Have spherical aberration characteristics such that spherical aberration changes in a direction of undercorrection.
[0389]
Furthermore, the diffraction structure 111a is optimized at a wavelength that matches the wavelength of the semiconductor laser 13, so that good diffraction efficiency can be obtained.
[0390]
In the ninth optical pickup device, a ring filter as shown in FIG. 17 is formed on the optical surface of the objective lens 34 as aperture switching means for NA1, NA2, and NA3. Since the filter has a wavelength characteristic as shown in FIG. 18, the aperture is automatically switched in accordance with the type of the optical disc on which information is recorded / reproduced, so that the structure of the optical pickup device can be simplified and the cost can be greatly reduced. Can be reduced.
[0391]
Further, the ninth optical pickup device is an optical element that constitutes a condensing optical system such as a manufacturing error in the thickness of the transparent substrate of the optical disc and the objective lens 34 when recording / reproducing information on / from the first optical disc. And the spherical aberration caused by changes in the shape and refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens due to a change in wavelength due to a manufacturing error of the semiconductor laser 11, a change in temperature due to a change in temperature or a change in humidity. As a substrate thickness error correcting means, a collimator 39 which is displaced in the optical axis direction by the uniaxial actuator 21 is provided.
[0392]
Further, the collimator 39 has a function as a chromatic aberration correcting means in addition to a function as a substrate thickness error correcting means. That is, on the optical surface of the collimator 39, a diffraction structure 39a composed of a plurality of concentric annular zones is formed, and the diffraction structure 39a changes when the wavelength of incident light changes in a direction in which the wavelength becomes longer. Since it has a wavelength characteristic that the back focus of the collimator 39 changes in a shorter direction, the light flux from the semiconductor laser 11 that has passed through the collimator 39 and the objective lens 34 almost remains on the information recording surface 91 of the first optical disk. Light is collected without chromatic aberration.
[0393]
<Sixth Embodiment>
[0394]
FIG. 91 is a schematic diagram showing the objective lens OBJ1 of the present embodiment. FIG. 91 (A) is a front view, FIG. 91 (B) is a side view, and FIG. The objective lens OBJ1 includes, for example, a high-density optical disk such as a high-density DVD using a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser, and a DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R using a red semiconductor laser. , DVD-RW, DVD + RW, etc., and optical discs such as CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, etc. using an infrared semiconductor laser. It is applied to an optical pickup device for recording / reproducing compatible with an objective lens, and has a function of condensing laser light emitted from a light source on an information recording surface of an optical disk.
[0395]
The objective lens OBJ1 is a single lens having two aspherical optical surfaces S1 and S2, and has a ring-like diffraction centered on the optical axis as shown in FIG. 91A on one optical surface S1. A structure is formed. As shown in FIG. 91 (C), this diffractive structure has a step Δ in the optical axis direction at the boundary of each annular zone like a Fresnel lens. The laser light incident on the orbicular zone has a width in the direction perpendicular to the optical axis of the orbicular zone (in this specification, the width of the orbicular zone in the direction perpendicular to the optical axis is referred to as “orbicular zone pitch”). , And diffracts in the direction determined by the step amount in the optical axis direction of the annular zone.
[0396]
If the objective lens OBJ1 is a plastic lens, the weight can be reduced, so that the load on the actuator that drives the objective lens OBJ1 can be reduced, and the objective lens OBJ1 can quickly follow a focus error or a tracking error.
[0397]
Furthermore, since a plastic lens can be mass-produced with high precision by injection molding by accurately manufacturing a desired mold, it is possible to achieve high performance and low cost of the objective lens OBJ1. Become. Further, since the plastic material has a low viscosity, a diffraction structure, which is a fine structure, can be transferred with high precision, and an objective lens with a small reduction in diffraction efficiency due to a shape error can be obtained.
[0398]
On the other hand, if the objective lens OBJ1 is a glass lens, it is less likely to be affected by a change in the refractive index due to a change in temperature. The light-collecting performance does not deteriorate. Further, a glass material generally has high transmittance and light resistance to laser light having a short wavelength of about 400 nm, so that a highly reliable lens can be obtained as an objective lens for a high-density optical disk. In the case where the objective lens OBJ1 is a glass lens, it is preferable to use a glass material having a glass transition point Tg of 400 ° C. or less and to manufacture it by a molding method using a mold. This enables molding at a temperature lower than that of a normal glass material, which is advantageous in terms of shortening the molding time and extending the life of the mold, and as a result, the cost of the objective lens 1 can be reduced. Examples of such a glass material include PG375 (trade name) and PG325 (trade name) manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd.
[0399]
FIG. 92 is a schematic diagram showing an optical pickup device PU1 using this objective lens OBJ1. The three types of optical disks having different thicknesses of the transparent substrate include a first optical disk D1 which is a high-density DVD having the thinnest transparent substrate and the highest recording density, and a second optical disk conforming to the DVD standard having a transparent substrate of 0.6 mm. D2 and a third optical disc D3 of the CD standard having a transparent substrate of 1.2 mm.
[0400]
The optical pickup device PU1 includes a semiconductor laser LD1 as a first light source for generating light for recording / reproducing on the first optical disk D1, and a second laser for generating light for recording / reproducing on the second optical disk D2. There are three types of semiconductor lasers, a semiconductor laser LD2 as a light source and a semiconductor laser LD3 as a third light source for generating light for recording / reproducing on the third optical disc D3. Light is selectively emitted according to the optical disk on which information is recorded / reproduced.
[0401]
The semiconductor laser LD1 is a GaN blue-violet laser that generates a laser beam having a wavelength of about 400 nm. In addition to the GaN blue-violet laser described above, an SHG blue-violet laser using a second harmonic may be used as a light source that generates a laser beam having a wavelength of about 400 nm. The semiconductor laser LD2 is a red semiconductor laser that emits laser light with a wavelength of about 650 nm, and the semiconductor laser LD3 is an infrared semiconductor laser that emits laser light with a wavelength of about 780 nm.
[0402]
The objective lens OBJ1 converts a parallel light beam emitted from the semiconductor laser LD1 through the collimating lens CL onto the information recording surface Dr1 via the transparent substrate of the first optical disc D1 within a first numerical aperture (NA1). The divergent light beam emitted from the semiconductor laser LD2 is focused on the information recording surface Dr2 via the transparent substrate of the second optical disc D2, within the diffraction limit within the second numerical aperture (NA2). The divergent light beam emitted from the semiconductor laser LD3 is focused on the information recording surface Dr3 via the transparent substrate of the third optical disc D3 within the third numerical aperture (NA3) within the diffraction limit. This is a lens that condenses light so that NA1 is 0.80 or more, NA2 is 0.60 to 0.70, and NA3 is 0.45 to 0.55.
[0403]
As described above, when recording / reproducing information on the second optical disc D2 and the third optical disc D3, the divergent light beams emitted from the semiconductor laser LD2 and the semiconductor laser LD3 enter the objective lens 1. By doing so, a sufficient working distance can be secured for the second optical disk D2 and the third optical disk D3 having a thick transparent substrate.
[0404]
As shown in FIG. 91A, the diffractive structure formed on the optical surface 2 on the light source side of the objective lens OBJ1 has all of the first to third optical disks D1 to D3 from the optical axis toward the periphery. A common area corresponding to NA3 used for recording / reproducing on / from the optical disc, and NA3-NA2 used for recording / reproducing on / from the first optical disc D1 and the second optical disc D2. And a second peripheral area corresponding to NA2 to NA1 used for recording / reproducing on / from the first optical disc D1.
[0405]
The diffraction structure formed in the common area is
350 nm <λB <420 nm
Is optimized so that when light of wavelength λB satisfying the following condition is incident, the second-order diffracted light is theoretically generated at a diffraction efficiency of 100%. When the light beam emitted from the semiconductor laser LD1 is incident on the thus determined diffraction structure, the second-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the objective lens 1 converts the second-order diffracted light into the first diffracted light. As a recording / reproducing beam of the optical disc D1. When the light beam emitted from the semiconductor laser LD2 enters, the first-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the objective lens 1 uses the first-order diffracted light for recording / reproducing on the second optical disc D2. And condensed on the information recording surface Dr2. When the light beam emitted from the semiconductor laser LD3 enters, the first-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the objective lens 1 uses the first-order diffracted light for recording / reproducing on the third optical disc D3. And condensed on the information recording surface Dr3.
[0406]
Thus, the order of the diffracted light having the maximum amount of diffracted light generated by the diffractive structure formed in the common area is represented by
| N2 | = INT (λ1 · | n1 | / λ2)
| N3 | = INT (λ1 · | n1 | / λ3)
| N1 |> | n2 | ≧ | n3 |
| INT (λ1 · | n1 | / λ2) − (λ1 · | n1 | / λ2) | <0.4
| INT (λ1 · | n1 | / λ3) − (λ1 · | n1 | / λ3) | <0.4
(However, n1 is an integer other than 0 and ± 1, and INT (λ1│n1│ / λ2) is an integer obtained by rounding λ1│n1│ / λ2, and INT (λ1│n1│ / Λ3) is an integer obtained by rounding λ1 · | n1 | / λ3.), So that the n1st-order diffracted light and the n2nd-order diffracted light respectively with respect to the laser beams of the semiconductor lasers LD1 to LD3. The diffraction efficiency of folded light and nth-order diffracted light can be increased.
[0407]
For example, when the wavelengths of the semiconductor lasers LD1, LD2, and LD3 are 405 nm, 650 nm, and 780 nm, respectively, and a wavelength of 375 nm is selected as λB, the diffraction efficiency of the recording / reproducing beam of each optical disk becomes
Diffraction efficiency of second-order diffracted light of 405 nm: 93.0%
Diffraction efficiency of 650 nm first-order diffracted light: 92.5%
Diffraction efficiency of first-order diffracted light of 780 nm: 99.5%
It becomes.
[0408]
The diffraction structure formed in the first peripheral region corresponding to NA3 to NA2 is also similar to the diffraction structure formed in the common region.
350 nm <λB <420 nm
Is optimized so that when light of wavelength λB satisfying the following condition is incident, the second-order diffracted light is theoretically generated at a diffraction efficiency of 100%.
[0409]
The diffracted light generated by the diffractive structure formed in the second peripheral area is used for recording / reproducing on the first optical disc D1, and is recorded on the second optical disc D2 and the third optical disc D3. On the other hand, since it is not used for recording / reproducing, the diffraction efficiency of the light beam emitted from the semiconductor laser LD1 is important in the second peripheral region. Therefore, when the light having the same wavelength as that of the semiconductor laser LD2 is incident on the diffraction structure formed in the second peripheral region, the second-order diffracted light is optimized so as to be theoretically generated with a diffraction efficiency of 100%.
[0410]
The diffraction structure formed in the common area is
405 nm <λB <425 nm
May be optimized so that the sixth-order diffracted light is theoretically generated at a diffraction efficiency of 100% when the light of the wavelength λB that satisfies is satisfied. When the light beam emitted from the semiconductor laser LD1 is incident on the thus determined diffraction structure, the sixth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the light beam emitted from the semiconductor laser LD2 is incident. When the fourth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light and the light beam emitted from the semiconductor laser LD3 is incident, the third-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light.
[0411]
For example, if the wavelengths of the semiconductor lasers LD1, LD2, and LD3 are 405 nm, 650 nm, and 780 nm, respectively, and a wavelength of 415 nm is selected as λB, the diffraction efficiency of the recording / reproducing beam of each optical disk becomes
Diffraction efficiency of 6th-order diffracted light of 405 nm; 93.0%
Diffraction efficiency of 650 nm fourth-order diffracted light: 90.9%
Diffraction efficiency of 780 nm third-order diffracted light; 88.4%
It becomes.
[0412]
The diffraction structure formed in the common area is
390 nm <λB <420 nm
May be optimized so that the eighth-order diffracted light is theoretically generated with a diffraction efficiency of 100% when the light having the wavelength λB that satisfies is satisfied. When the light beam emitted from the semiconductor laser LD1 is incident on the thus determined diffraction structure, the eighth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the light beam emitted from the semiconductor laser LD2 is incident. When the fifth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light and the light beam emitted from the semiconductor laser LD3 is incident, the fourth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light.
[0413]
For example, if the wavelengths of the semiconductor lasers LD1, LD2, and LD3 are 405 nm, 650 nm, and 780 nm, respectively, and a wavelength of 405 nm is selected as λB, the diffraction efficiency of the recording / reproducing beam of each optical disk becomes
Diffraction efficiency of 8th-order diffracted light of 405 nm: 100%
Diffraction efficiency of 650 nm fifth-order diffracted light: 99.9%
Diffraction efficiency of 780 nm fourth-order diffracted light: 92.5%
It becomes.
[0414]
The diffractive structures formed in the first and second peripheral regions are emitted from the semiconductor laser LD3 passing through the first and second peripheral regions and reaching the information recording surface Dr3 of the third optical disc D3. The light beam emitted from the semiconductor laser LD3 passing through the first peripheral region is used for recording / reproducing on the third optical disc D3. It is a flare component that does not contribute to spot formation.
[0415]
Similarly, the diffractive structure formed in the second peripheral area is large with respect to the light beam emitted from the semiconductor laser LD2 that passes through the second peripheral area and reaches the information recording surface of the second optical disc D2. The light beam emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral region does not contribute to the formation of a spot used for recording / reproducing on the second optical disc D2. It becomes a flare component.
[0416]
As described above, a large spherical aberration is intentionally added to the light flux passing through the area around the numerical aperture used for recording / reproducing the second optical disc D2 and the third optical disc D3. When the flare component is used, the aperture is automatically switched, so that it is not necessary to separately provide apertures corresponding to NA2 and NA3, and the structure of the optical pickup device is simplified, which is preferable. That is, the diffraction structure formed on the optical surface S1 of the objective lens OBJ1 has a function as a substrate thickness difference correction unit and a function as an aperture switching unit.
[0417]
Further, in the objective lens OBJ1, diffracted light beams of the same order are used in the common area, the first peripheral area, and the second peripheral area as recording / reproducing beams of the first optical disc D1. However, the diffracted lights of different orders may be used in the respective regions.
[0418]
For example, in the common region and the first peripheral region, the diffraction structure is determined such that the second-order diffracted light has the maximum amount of diffracted light with respect to the light beam emitted from the semiconductor laser LD1, and in the second peripheral region, When the diffraction structure is determined so that the fourth-order diffracted light has the maximum amount of diffracted light with respect to the light beam emitted from the semiconductor laser LD1, the diffraction in the second peripheral region is smaller than when the second-order diffracted light is used. The interval between adjacent annular zones in the structure can be widened, and a reduction in diffraction efficiency due to a shape error of the annular zones can be prevented. At this time, the optical path difference between adjacent zones in the diffraction structure formed in the second peripheral region is 2.5 times the wavelength of the light beam emitted from the semiconductor laser LD2. When the light beam emitted from the LD 2 enters the diffraction structure formed in the second peripheral area, the second-order diffracted light and the third-order diffracted light diffracted at an angle larger than the second-order diffracted light are generated with the same amount of diffracted light. I do. Accordingly, the flare component due to the light beam emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral region is separated into a flare component due to the second-order diffracted light and a flare component due to the third-order diffracted light, and the respective order diffracted lights are used. Since the intensity of the flare component can be reduced, it is possible to suppress a signal detection error in the photodetector PD2.
[0419]
In the common region and the first peripheral region, the diffraction structure is determined so that the second-order diffracted light has the maximum amount of diffracted light with respect to the light beam emitted from the semiconductor laser LD1, and in the second peripheral region, When the diffractive structure is determined so that the third-order diffracted light has the maximum amount of diffracted light with respect to the light beam emitted from the semiconductor laser LD1, the optical path between adjacent annular zones of the diffractive structure formed in the second peripheral region is determined. The difference is 1.5 times the wavelength with respect to the light beam emitted from the semiconductor laser LD3. Therefore, when the light beam emitted from the semiconductor laser LD3 is incident on the diffraction structure formed in the second peripheral region. First-order diffracted light and second-order diffracted light diffracted at an angle larger than the first-order diffracted light are generated with the same amount of diffracted light. Therefore, the flare component due to the light beam emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral side region is different from the flare component due to the first-order diffracted light and the second-order diffraction.
Since the light is separated into flare components due to light and the intensity of flare components due to diffracted light of each order can be reduced, it is possible to suppress a signal detection error in the photodetector PD2.
[0420]
When information / recording reproduction is performed on the first optical disc D1, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser LD1 is transmitted through the polarization beam splitter BS1, then is converted into a parallel light beam by the collimator lens CL, and the polarization beam splitter BS2. After passing through the polarizing beam splitter BS3 and the aperture (not shown), the objective lens OBJ1 becomes a spot focused on the information recording surface Dr1 via the transparent substrate of the first optical disc D1. Focus control and tracking control of the objective lens 1 are performed by an actuator AC arranged around the objective lens 1.
[0421]
The reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface Dr1 passes again through the objective lens OBJ1, the stop, the polarizing beam splitter BS3, and the polarizing beam splitter BS2, and is then converged by the collimating lens CL into a converging light flux. The light is reflected by the splitter BS1, passes through the cylindrical lens CY1 and the concave lens N1, is given astigmatism, and converges on the photodetector PD1. Then, information can be recorded / reproduced on / from the first optical disc D1 using the output signal of the photodetector PD1.
[0422]
When information is recorded / reproduced on / from the second optical disc D2, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser LD2 passes through the polarization beam splitter BS4, is reflected by the polarization beam splitter BS2, and is reflected by the polarization beam splitter BS3. After passing through an aperture (not shown), the spot becomes a light spot focused on the information recording surface Dr2 via the transparent substrate of the second optical disc D2 by the objective lens OBJ1.
[0423]
The reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface Dr2 passes through the objective lens OBJ1, the stop, and the polarizing beam splitter BS3 again, is reflected by the polarizing beam splitter BS2, and is reflected by the polarizing beam splitter BS4. Then, astigmatism is given by passing through the cylindrical lens CY2 and the concave lens N2, and converges on the photodetector PD2. Then, information can be recorded / reproduced on / from the second optical disc D2 using the output signal of the photodetector PD2.
[0424]
When information is recorded / reproduced on / from the third optical disc D3, the divergent light beam emitted from the semiconductor laser LD3 passes through the polarization beam splitter BS5, is reflected by the polarization beam splitter BS3, and passes through a stop (not shown). After that, a spot is focused on the information recording surface Dr3 via the transparent substrate of the third optical disc D3 by the objective lens OBJ1.
[0425]
Then, the reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface Dr3 passes through the objective lens OBJ1, the stop again, is reflected by the polarizing beam splitter BS3 and the polarizing beam splitter BS5, and then is reflected by the cylindrical lens CY3 and Astigmatism is given through the concave lens N3 and converges on the photodetector PD3. Then, information can be recorded / reproduced on / from the third optical disk D3 using the output signal of the photodetector PD3.
[0426]
The optical pickup device PU1 is not shown in the respective optical paths between the semiconductor laser LD1 and the objective lens OBJ1, between the semiconductor laser LD2 and the objective lens OBJ1, and between the semiconductor laser LD3 and the objective lens OBJ1. A quarter wave plate is provided.
[0427]
<Seventh Embodiment>
[0428]
FIG. 93 is a schematic view showing the objective lens OBJ2 of the present embodiment. FIG. 93 (A) is a front view, FIG. 93 (B) is a side view, and FIG. 93 (C) is a partially enlarged view of the side. The objective lens OBJ1 includes, for example, a high-density optical disk such as a high-density DVD using a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser, and a DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R using a red semiconductor laser. , DVD-RW, DVD + RW, etc., and optical discs such as CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, etc. using an infrared semiconductor laser. It is applied to an optical pickup device for recording / reproducing compatible with an objective lens, and has a function of condensing laser light emitted from a light source on an information recording surface of an optical disk.
[0429]
The objective lens OBJ2 is a first optical element L1 as a condenser lens for condensing laser light emitted from a light source having two aspherical optical surfaces S3 and S4 on the information recording surface of each optical disc. And a second optical element L2 as a substrate thickness difference correcting means having two optical surfaces S1 and S2, the optical surface S1 of the second optical element L2 being an aspherical surface. As shown in FIG. 93A, a ring-like diffraction structure centering on the optical axis is formed. As shown in FIG. 93 (C), this diffractive structure has a step Δ in the optical axis direction at the boundary of each annular zone like a Fresnel lens. The laser light incident on the annular zone is diffracted in a direction determined by the pitch of the annular zone and the amount of a step in the optical axis direction of the annular zone.
[0430]
The first optical element L1 and the second optical element L2 are fitted by a contact portion M. Since the contact portion M is integrally formed with the optical surface by a molding method using a mold, the shape can be manufactured with high precision, and the first optical element L1 and the second optical element L2 can be formed. Positioning in the direction perpendicular to the optical axis and positioning in the optical axis direction can be performed with high accuracy.
[0431]
The objective lens OBJ2 converges a divergent light beam emitted from the red semiconductor laser on the information recording surface of the DVD, and converges a divergent light beam emitted from the infrared semiconductor laser on the information recording surface of the CD. When the divergent light beam enters the objective lens as described above, a coma aberration caused by a tracking error becomes a problem. This is because if the objective lens is decentered with respect to the light emitting point of the semiconductor laser due to a tracking error, the light emitting point becomes an off-axis object point with respect to the objective lens. Therefore, in designing an objective lens to be used with a divergent light beam incident, it is necessary to correct coma aberration of off-axis characteristics (image height characteristics) in order to obtain good tracking characteristics. However, when a divergent light beam enters the objective lens, the amount of off-axis characteristic coma tends to be larger than when a parallel light beam enters. Therefore, the objective lens OBJ2 is a composite objective lens composed of the first optical element L1 and the second optical element L2, so that the degree of freedom in design (the number of optical surfaces) is increased, and the DVD and CD are used. Since coma aberration of the off-axis characteristic is corrected well, good tracking characteristic can be obtained at the time of recording / reproducing of DVD or CD.
[0432]
By the way, when the numerical aperture of the objective lens is set to about 0.85 like a high-density optical disk, the radius of curvature of the optical surface (particularly, the optical surface on the light source side) becomes small. When an annular structure is provided on such an optical surface having a small radius of curvature, the annular pitch becomes extremely small (about several μ).
[0433]
A mold used for molding an optical element is manufactured by a method of cutting with a diamond tool having a small diameter called SPDT (Single-Point Diamond Turning). However, in the die processing by SPDT, when a fine shape such as an annular structure having a pitch of about several μm is formed on the optical surface, the phase shift caused by the transfer of the tip shape of the diamond bite to the die is caused. A problem arises in that the use efficiency of the laser light is reduced by the matching portion. In addition, binary optics creation technology and electron beam writing technology that repeatedly apply photolithography and etching are methods for fabricating optical elements suitable for forming fine shapes with high precision. No examples have been reported of producing an optical element having a fine shape on an optical surface having a small radius of curvature, or producing a mold used for injection-molding the optical element.
[0434]
Furthermore, in the future, in the die processing by SPDT, the use of a diamond bit with a small tip shape to the extent that reduction in the efficiency of using the laser beam due to the phase mismatch does not become a problem will enable the creation of fine shapes with high precision. It is possible to produce optical elements having a fine shape on an optical surface with a small radius of curvature, and to produce a mold used for injection molding of optical elements by using binary optics creation technology and electron beam writing technology. Even if it becomes technically feasible, the use of laser light is important if a ring structure with a pitch of about several μm is provided on an optical surface with a small radius of curvature because the shadow effect due to the step portion of the ring structure increases. The problem of reduced efficiency remains.
[0435]
Therefore, in the objective lens OBJ2, the paraxial power P1 (mm-1) And the paraxial power P2 of the second optical element L2 (mm-1) And
| P1 / P2 | ≦ 0.2
Is set to satisfy. By setting the radius of curvature of the second optical element L2 having the diffractive structure formed on the optical surface S1 to be large, it is possible to reduce the reduction in the use efficiency of the laser light due to the influence of the shadow at the step portion of the annular zone structure. The numerical aperture of the objective lens OBJ2 was increased by setting the radius of curvature of the optical surface S3 of the first optical element L1 on the side of the second optical element L2 to be small.
[0436]
Further, by setting the ratio of the paraxial power of the first optical element L1 to the paraxial power of the second optical element L2 to be large, the first optical element L1 has a light condensing function exclusively. The height at which the marginal ray passes through the optical surface S4 of the objective lens OBJ2 on the optical disk side is large, and the working distance is substantially the same as in the case where the objective lens has a single lens configuration like the objective lens OBJ1.
[0437]
Further, the paraxial power P2 of the second optical element L2 is determined such that a marginal ray of a light beam transmitted through the second optical element L2 and incident on the first optical element L1 becomes a convergent ray. Thereby, the effective diameter of the optical surface 3S is reduced, so that the outer diameter of the first optical element L1 can be reduced, and the outer diameter of the second optical element L2 can be reduced accordingly. It is advantageous for conversion.
[0438]
Since the diffractive structure formed on the optical surface S1 is determined based on the same concept as the diffractive structure formed on the optical surface S1 of the objective lens OBJ1, the detailed description is omitted here.
[0439]
FIG. 94 is a schematic diagram showing an optical pickup device PU2 using the objective lens OBJ2. The optical pickup device PU2 is the same as the optical pickup device PU1 except that the objective lens is an objective lens OBJ2 which is a compound type objective lens, and thus a detailed description of the optical pickup device PU2 is omitted here.
[0440]
It should be noted that the objective lens that can be used in the embodiment of the present invention includes an objective lens composed of two or more lenses in addition to an objective lens composed of one lens.
[0441]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to Examples 1 to 14. The aspherical surface of the lens of each embodiment is represented by the following equation (2), where the optical axis direction is the X axis, the height in the direction perpendicular to the optical axis is h, and the radius of curvature of the refraction surface is r. Where κ is the cone coefficient, A2 iIs an aspheric coefficient.
[0442]
(Equation 2)
[0443]
The diffractive surface in each embodiment can be expressed by the following equation 3 as an optical path difference function Φb. Here, h is a height perpendicular to the optical axis, and b2iIs the coefficient of the optical path difference function, and n is the order of the diffracted light having the largest amount of diffracted light among the diffracted lights generated on the diffractive surface.
[0444]
(Equation 3)
[0445]
In the following tables and figures, E (or e) is used to express a power of 10, for example, E-02 (= 10-2).
[0446]
<Example 1>
[0447]
The first embodiment is an objective lens that can be applied to each of the optical pickup devices shown in FIGS. 9, 11, 12, 14, and 15, and is used for information recording on three types of optical discs having different recording densities. Can be recorded / reproduced. In obtaining the objective lens characteristics of the first embodiment, the wavelength λ1 of the first light source for the first optical disk (high-density DVD) is set to 405 nm, and the wavelength λ2 of the second light source for the second optical disk (DVD) is set to 650 nm. The wavelength λ3 of the third light source for the third optical disk (CD) is 780 nm, the protective substrate thickness t1 of the first optical disk is 0.1 mm, and the protective substrate thickness t2 of the second optical disk is 0.6 mm. The thickness t3 of the protective substrate of the third optical disk was 1.2 mm. Also, 0.85, 0.65, and 0.50 are used as the image-side numerical apertures NA1, NA2, and NA3 of the objective lens necessary for recording / reproducing information on the first to third optical disks, respectively. I assume.
[0448]
20 to 22 show optical path diagrams of the objective lens of Example 1 at λ1 = 405 nm, λ2 = 650 nm, and λ3 = 780 nm. The objective lens of Example 1 has a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones on the aspheric surface on the light source side, but the diffractive structure is omitted in the optical path diagrams in this specification. . The diffractive structure and the aspherical shape of the objective lens according to the first embodiment are determined so that the first-order diffracted light beams having the wavelengths λ1 to λ3 form good wavefronts on the information recording surfaces of the first to third optical disks, respectively. You. The objective lens of Example 1 had an infinite specification at λ1 = 405 nm, and a finite specification at λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm. As described above, when λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm are finite, and the divergent light flux is incident on the second and third optical disks having a larger protective substrate thickness than the first optical disk, The working distance (the distance between the final surface of the objective lens and the light-incident surface of the optical disk) can be sufficiently ensured, and the diffraction structure must be corrected. Since the amount of generated spherical aberration can be reduced, the interval between adjacent ring zones can be widened, and the reduction in diffraction efficiency due to manufacturing errors in the ring shape can be reduced.
[0449]
FIG. 23 shows a spherical aberration diagram of the objective lens of Example 1 up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm. FIG. 24 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm. FIG. 25 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.50 for λ3 = 780 nm. As is clear from the spherical aberration diagrams of FIGS. 23 to 25, by using the function of the diffraction structure and the difference in the imaging magnification, the spherical aberration caused by the difference in the protective substrate thickness of the three types of optical disks is reduced. Correction is performed well within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on each optical disc. Note that the wavefront aberration of the objective lens of Example 1 is
When λ1 = 405 nm, NA110.85, t1 = 0.1 mm, 0.007λ10.1rms
When λ2 = 650 nm, NA2 0.65, t2 = 0.6 mm, 0.003λ2 rms
When λ3 = 780 nm, NA3 0.50, t3 = 1.2 mm, 0.002λ3 rms
It is.
[0450]
FIG. 26 shows another spherical aberration diagram for λ2 = 650 nm. FIG. 26 is a spherical aberration diagram of the objective lens of Example 1 when light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident. . As can be understood from the spherical aberration diagram of FIG. 26, the objective lens of the first embodiment is capable of transmitting the light flux up to NA2 0.65 with almost no aberration for the combination of λ2 = 650 nm and t2 = 0.6 mm. The light flux condensed on the information recording surface of the second optical disc and passing outside NA2 外側 0.65 generates a large spherical aberration (hereinafter, referred to as “flare”), whereby the information recording face of the second optical disc is The light is not condensed on 92.
[0451]
FIG. 27 shows another spherical aberration diagram for λ3 = 780 nm. FIG. 27 is a spherical aberration diagram of the objective lens of Example 1 when light of λ3 = 780 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident. . As can be understood from the spherical aberration diagram of FIG. 27, the objective lens of the first embodiment is capable of transmitting the light flux up to NA3 0.50 with almost no aberration for the combination of λ3 = 780 nm and t3 = 1.2 mm. The light beam passing outside the area of NA3 0.50 is focused on the information recording surface 93 of the third optical disk so as not to be focused on the information recording surface 93 of the third optical disk by generating flare. .
[0452]
As described above, when recording / reproducing information on the second and third optical disks, if a light beam passing through an area outside the required numerical aperture is regarded as a flare, a spot on the information recording surface of the optical disk is required. Since it does not become smaller as described above, coma aberration which occurs when the protection substrate of the optical disk is inclined with respect to the optical axis (hereinafter, referred to as “disk skew”) can be reduced, and a margin for the disk skew can be secured. Further, since there is no need to provide an aperture switching means corresponding to optical discs having different recording densities, the structure is simplified and preferable.
[0453]
In the objective lens of Example 1, as the first optical disk (high-density DVD), the thickness t1 of the protective substrate is 0.1 mm, the wavelength of the light source is 405 nm, and the image-side numerical aperture is 0.85. Although the design has been advanced, the present invention can be applied to optical disks having other specifications.
[0454]
The optical design was advanced with the image-side numerical aperture for the second optical disk (DVD) being 0.65 and the image-side numerical aperture for the third optical disk (CD) being 0.50. However, the present invention can be applied to such a case.
[0455]
In this specification, “correct spherical aberration (good)” and “correct wavefront aberration (good)” mean that a light beam emitted from a light source is placed on an information recording surface of an optical disc. Within a predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for recording / reproducing information on / from the optical disc, the wavefront aberration is within the diffraction limit (when λ is the wavelength of the light source, 0.07λrms or less, more preferably Indicates that the aberration is corrected so that light is condensed in a state of 0.05λrms or less.
[0456]
Table 1 shows lens data of the objective lens of Example 1. In the table, f1, f2, and f3 are the focal lengths of the objective lens at wavelengths λ1, λ2, and λ3, respectively, m1, m2, and m3 are the imaging magnifications of the objective lens at wavelengths λ1, λ2, and λ3, respectively, and r (mm). Is the radius of curvature, d (mm) is the surface spacing, Nλ1, Nλ2, and Nλ3 are the refractive indexes at wavelengths λ1, λ2, and λ3, respectively, and νd is the Abbe number at the d-line. The same applies to data.
[0457]
[Table 1]
[0458]
The diffractive structure formed on the aspherical surface on the light source side of the objective lens in Example 1 is optimized at the wavelength λ1 and the diffraction order 1. However, the diffraction structure at the wavelength other than the wavelength λ1 and the diffraction order other than 1 is used. The diffraction structure may be optimized. In any case, the objective lens can be applied to the optical pickup device of the present invention with a slight design change.
[0459]
<Example 2>
[0460]
The second embodiment is a condensing optical system applicable to the above-described optical pickup device shown in FIG. 12, and is capable of recording / reproducing information on three types of optical discs having different recording densities. As the first optical disk (high-density DVD), the protective substrate thickness t1 is 0.1 mm, the light source wavelength λ1 is 405 nm, the image-side numerical aperture NA1 is 0.85, and the second optical disk (DVD) is the protective substrate. The thickness t2 is 0.6 mm, the light source wavelength λ2 is 650 nm, the image-side numerical aperture NA2 is 0.65, and as a third optical disc (CD), the protective substrate thickness t3 is 1.2 mm, and the light source wavelength λ3 is 780 nm, and the image-side numerical aperture NA3 was 0.50.
[0461]
FIG. 28 shows an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of the second embodiment. The collimator (corresponding to the collimator 29 in FIG. 12) of the condensing optical system according to the second embodiment is a first collimator formed of a plurality of concentric annular zones formed on an aspheric surface on the optical disk side. When the wavelength of light emitted from the light source changes from 405 nm to the longer wavelength side, the collimator has a wavelength characteristic such that the back focus becomes shorter. When the wavelength of the light emitted from the first light source changes from 405 nm to the longer wavelength side, the sign of the change amount of the back focus of the collimator is changed to the sign of the change amount of the back focus of the objective lens with respect to the same amount of wavelength change. And the absolute value of the back focus change normalized by the square of the focal length of the collimator, and the back focus change normalized by the square of the focal length of the objective lens for the same amount of wavelength change. Since the absolute value is almost the same, it is possible to compensate for a change in the focal position of the objective lens when the wavelength of the light emitted from the first light source changes.
[0462]
FIG. 29 shows a spherical aberration diagram of the objective lens of the focusing optical system of Example 2 up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm. FIG. 30 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm of the combined system of the collimator of the condensing optical system and the objective lens according to the second embodiment. As shown in the spherical aberration diagram of FIG. 29, the objective lens of Example 2 changes the paraxial focal position by 0.005 mm when the reference wavelength changes from 405 nm to +10 nm. By combining them, as shown in the spherical aberration diagram of FIG. 30, the amount of change in the paraxial focal position when the wavelength of the reference wavelength changes from 405 nm to +10 nm can be reduced to 0.002 mm.
[0463]
Assuming that the amount of wavelength change due to mode hopping of the blue-violet semiconductor laser is +1 nm, the defocus component of wavefront aberration during mode hopping in the system including only the objective lens of Example 2 exceeds the diffraction limit of 0.160 λrms. However, the defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping in the combined system of the collimator of the condenser optical system and the objective lens according to the second embodiment is 0.001λrms or less, and the best image of the objective lens due to the wavelength change is obtained. It can be seen that the change in the surface position is well compensated.
[0464]
Further, the condensing optical system according to the second embodiment constitutes a condensing optical system such as a manufacturing error of a protective substrate thickness of the optical disc and an objective lens or a collimator when recording / reproducing information on / from the first optical disc. Of the optical elements that make up the converging optical system, such as the objective lens and collimator, due to the manufacturing error of the optical element, the manufacturing error of the light source, and the temperature change or the humidity 12. A variable refractive index distribution element (corresponding to the variable refractive index distribution element 23 in FIG. 12) is provided as a substrate thickness error correction means for correcting the above.
[0465]
As such a variable refractive index distribution element, there is an element having a variable refractive index distribution material layer and capable of changing the refractive index distribution of the variable refractive index distribution material layer by applying an electric field, a magnetic field, or a temperature. Can be Specifically, the refractive index distribution variable material layer is a liquid crystal layer, and the liquid crystal layer is disposed between the transparent electrodes facing each other. When a voltage is applied to the transparent electrodes, the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is performed. An element that can change the refractive index distribution in the liquid crystal layer by electrically controlling the state, and a variable refractive index distribution material layer is an electro-optic material layer, and the electro-optic material layer is a transparent electrode facing each other. And an element which can change the refractive index distribution in the electro-optic material layer by electrically controlling the refractive index of the electro-optic material layer by applying a voltage to the transparent electrode. .
[0466]
In the second embodiment, the refractive index distribution N (λ, h) of such a refractive index distribution variable material layer along the direction perpendicular to the optical axis is represented by h: height from the optical axis (mm), N0(Λ) is the refractive index at the wavelength λ on the optical axis of the refractive index distribution variable material layer, A2iIs the refractive index distribution function coefficient,
N (λ, h) = N0(Λ) + ΣA2i・ H2i(B)
Is expressed by a refractive index distribution function expressed by
[0467]
Table 2 shows a wavelength error of ± 10 nm with respect to a reference wavelength (405 nm) due to a manufacturing error of a light source, a refractive index change of a plastic lens due to a temperature change of ± 30 ° C. with respect to a reference temperature (25 ° C.), a reference protection substrate of a first optical disk. The result of correcting the change of the spherical aberration generated in the condensing optical system due to the manufacturing error of ± 0.02 mm with respect to the thickness (0.1 mm) by changing the refractive index distribution of the variable refractive index distribution material layer is shown. . Since the plastic lens has a large refractive index change due to a temperature change as compared with a glass lens, at the time of a temperature change, only the change in the refractive index of the plastic lens is considered, and the amount of change is -10 × 10-5/ ° C.
[0468]
[Table 2]
[0469]
In the focusing optical system according to the second embodiment, the plastic lens is a collimator. The amount of wavelength change of the light source at the time of temperature change was +0.05 nm / ° C. From Table 2, it can be seen that in each case, the wavefront aberration is satisfactorily corrected, and the light is always focused even when recording / reproducing information on / from the first optical disk requiring a high numerical aperture of 0.85. Good spots can be obtained.
[0470]
Also, in Table 2, the wavefront aberration before correction is the refractive index distribution of the refractive index distribution variable material layer when a wavelength error, a wavelength change and a refractive index change due to a temperature change, or an error in the protective substrate thickness are given. Is changed, that is, the refractive index of the refractive index distribution variable material layer is uniformly N0(Λ) means the wavefront aberration of the entire condensing optical system, and the corrected wavefront aberration gives a wavelength error, a wavelength change and a refractive index change due to a temperature change, or an error in the protective substrate thickness. In this case, the second-order refractive index distribution function coefficient A2And N0(Λ) means the wavefront aberration of the entire converging optical system when the refractive index distribution expressed by the above equation (B) is given.
[0471]
FIGS. 31 and 32 show optical path diagrams at λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm of the objective lens of the light-converging optical system according to the second embodiment. FIG. 33 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm. FIG. 34 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.50 for λ3 = 780 nm. The objective lens of the condensing optical system according to the second embodiment has a concentric ring-shaped diffraction structure on the aspherical surface on the light source side, and utilizes the effect of this diffraction structure and the difference in imaging magnification. The spherical aberration generated due to the difference in the protective substrate thickness of the three types of optical disks is satisfactorily corrected within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on each optical disk. The objective lens of the condensing optical system according to the second embodiment is the same as the objective lens according to the first embodiment, and thus the detailed description is omitted.
[0472]
Further, in the condensing optical system according to the second embodiment, the refractive index distribution along the direction perpendicular to the optical axis of the refractive index distribution variable material layer is obtained only when information is recorded / reproduced on / from the first optical disk. The change in the spherical aberration is corrected by changing the refractive index distribution. However, even when information is recorded / reproduced on the second optical disk or the third optical disk, the spherical surface is changed by changing the refractive index distribution of the variable refractive index distribution material layer. The change in aberration may be corrected.
[0473]
In the optical path diagram of the second embodiment, the polarization beam splitter arranged in the optical path between the light source and the objective lens in the actual optical pickup device is omitted. In the condensing optical system according to the second embodiment, if a polarizing beam splitter is disposed in a non-parallel light beam between the light source and the objective lens, spherical aberration occurs, but the position of the light source is moved by a predetermined amount in the optical axis direction. Thus, the generated spherical aberration can be corrected. Similarly, in the following embodiments, the polarizing beam splitter disposed in the optical path between the light source and the objective lens is omitted.
[0474]
Table 3 shows lens data of the condensing optical system of Example 2 with respect to λ1 = 405 nm. The diffraction structure formed on the aspherical surface on the optical disk side of the collimator of the condensing optical system according to the second embodiment is optimized at the wavelength λ1 and the first diffraction order.
[0475]
[Table 3]
[0476]
Further, optimizing such a diffractive structure with two or more diffraction orders is advantageous in terms of shortening the processing time of the mold and improving the amount of transmitted light of the collimator. For example, when optimization is performed with the diffraction order 2, the number of diffraction zones is 1 /, and the interval between adjacent diffraction zones is doubled. In this case, the value of the optical path difference function (where n = 2) expressed by the above-mentioned equation (3) is optimized using the value obtained by multiplying the diffraction surface coefficient of the second surface in the lens data of Table 3 by 1 /. A diffraction ring zone is formed every time the wavelength changes (in this case, λ1) twice.
[0477]
Table 4 shows lens data of the condensing optical system of Example 2 with respect to λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm.
[0478]
[Table 4]
[0479]
<Example 3>
[0480]
The third embodiment is a condensing optical system applicable to the optical pickup device of FIG. 13, and is capable of recording / reproducing information on three types of optical discs having different recording densities. As the first optical disk (high-density DVD), the protective substrate thickness t1 is 0.1 mm, the light source wavelength λ1 is 405 nm, the image-side numerical aperture NA1 is 0.85, and the second optical disk (DVD) is the protective substrate. The thickness t2 is 0.6 mm, the light source wavelength λ2 is 650 nm, the image-side numerical aperture NA2 is 0.65, and as a third optical disc (CD), the protective substrate thickness t3 is 1.2 mm, and the light source wavelength λ3 is 780 nm, and the image-side numerical aperture NA3 was 0.50.
[0481]
FIG. 35 shows an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of the third embodiment. FIG. 36 shows a spherical aberration diagram of the focusing optical system of Example 3 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm up to a numerical aperture of 0.85. The collimator of the third embodiment is similar to the collimator of the light-converging optical system of the second embodiment, and operates from the first light source by the action of the diffraction structure including a plurality of concentric annular zones formed on the aspheric surface on the optical disk side. When the wavelength of the emitted light changes from 405 nm to the longer wavelength side, the collimator has a wavelength characteristic to shorten the back focus, and the objective when the wavelength of the light emitted from the first light source changes. It compensates for changes in the focal position of the lens. The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping in the system including only the objective lens of the third embodiment is 0.201λrms, whereas the defocus component of the collimator of the condensing optical system of the third embodiment and the objective lens are different. The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping is 0.003λrms, and it can be seen that the change in the best image plane position of the objective lens due to the wavelength change is well compensated.
[0482]
Further, similarly to the light-collecting optical system of the second embodiment, the light-collecting optical system of the third embodiment has a manufacturing error in the thickness of the protection substrate of the optical disk when recording / reproducing information on / from the first optical disk. Manufacturing errors of the optical elements that make up the condensing optical system such as the objective lens and collimator, changes in wavelength due to manufacturing errors in the light source, and optical elements that make up the condensing optical system such as the objective lens and collimator due to changes in temperature and humidity. And a refractive index distribution variable element as a substrate thickness difference correcting means for correcting a change in spherical aberration due to a change in shape or a change in refractive index.
[0483]
Table 5 shows a change in the wavelength of ± 10 nm with respect to the reference wavelength (405 nm) due to a manufacturing error of the light source, a change in the refractive index of the plastic lens due to a temperature change of ± 30 ° C. with respect to the reference temperature (25 ° C.), and the reference protection of the first optical disk. Due to a manufacturing error of ± 0.02 mm with respect to the substrate thickness (0.1 mm), a change in spherical aberration generated in the condensing optical system is changed by changing the refractive index distribution of the variable refractive index material layer of the variable refractive index element. This shows the result of the correction.
[0484]
[Table 5]
[0485]
As in the second embodiment, when the temperature changes, only the change in the refractive index of the plastic lens is considered, and the change amount is −10 × 10-5/ ° C. In the focusing optical system of the third embodiment, the plastic lenses are a collimator and an objective lens. The amount of wavelength change of the light source at the time of temperature change was +0.05 nm / ° C. The refractive index distribution of the variable refractive index distribution material layer along the direction perpendicular to the optical axis is expressed by the formula (B), as in the second embodiment. From Table 5, it can be seen that in each case, the wavefront aberration is satisfactorily corrected, and even when information is recorded / reproduced on / from the first optical disk requiring a high numerical aperture of 0.85, the light is always focused. Good spots can be obtained.
[0486]
FIG. 37 shows an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the condensing optical system of the third embodiment. FIG. 38 shows an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the condensing optical system of the third embodiment. FIG. 39 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm. FIG. 40 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.50 with respect to λ3 = 780 nm. The objective lens of the condensing optical system according to the third embodiment is an objective lens dedicated to the first optical disc, and has no combination of λ1 = 405 nm, NA1、0.85, t1 = 0.1 mm, and an imaging magnification m1 = 0. This is a refractive lens that has been aberration-corrected so as to be an aberration.
[0487]
Therefore, when the objective lens of the condensing optical system according to the third embodiment attempts to record / reproduce information on the second optical disc and the third optical disc whose protective substrate thickness is larger than that of the first optical disc. , The spherical aberration changes in the overcorrected direction. Then, by correcting the spherical aberration changed in the overcorrected direction by the refractive index distribution variable element, information can be recorded / recorded on the second optical disc and the third optical disc using the objective lens dedicated to the first optical disc. Added support for playback.
[0488]
Further, when recording / reproducing information on / from the second optical disc and the third optical disc, a sufficient working distance was secured by causing a divergent light beam to enter the objective lens. Table 6 shows the result of correcting the spherical aberration changed by the difference in the thickness of the protective substrate. The refractive index distribution of the variable refractive index distribution material layer along the direction perpendicular to the optical axis is expressed by the formula (B), as in the second embodiment. In order to favorably correct fifth-order or higher-order spherical aberration, a fourth-order refractive index distribution coefficient was used in addition to a second-order refractive index distribution coefficient.
[0489]
[Table 6]
[0490]
From Table 6, it can be seen that the spherical aberration changed due to the difference in the thickness of the protective substrate is well corrected, and information can be recorded / reproduced on / from the second optical disc and the third optical disc using the objective lens dedicated to the first optical disc. It can be seen that it is.
[0490]
On the optical surface of the objective lens, a filter having wavelength selectivity is formed as aperture switching means. That is, as shown in FIG. 18, a filter C is formed in a common area corresponding to NA3, a filter B is formed in a first peripheral area corresponding to NA3 to NA2, and a filter B is formed from NA2 to NA1. Are formed in the second peripheral region corresponding to the above. When recording / reproducing information to / from the second optical disc and the third optical disc by using the annular filter having the wavelength selectivity, the aperture switching is automatically performed by blocking a light flux having a required numerical aperture or more. be able to.
[0492]
Table 7 shows lens data corresponding to λ1 = 405 nm of the condensing optical system of the third embodiment. The diffraction structure formed on the aspherical surface on the optical disk side of the collimator of the condensing optical system according to the third embodiment is optimized at the wavelength λ1 and the first diffraction order.
[0493]
[Table 7]
[0494]
Table 8 shows lens data of the condensing optical system of Example 3 with respect to λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm.
[0495]
[Table 8]
[0496]
<Example 4>
[0497]
The fourth embodiment is a condensing optical system applicable to the optical pickup device of FIG. 14, and is capable of recording / reproducing information on three types of optical discs having different recording densities. As the first optical disk (high-density DVD), the protective substrate thickness t1 is 0.1 mm, the light source wavelength λ1 is 405 nm, the image-side numerical aperture NA1 is 0.85, and the second optical disk (DVD) is the protective substrate. The thickness t2 is 0.6 mm, the light source wavelength λ2 is 650 nm, the image-side numerical aperture NA2 is 0.65, and as a third optical disc (CD), the protective substrate thickness t3 is 1.2 mm, and the light source wavelength λ3 is 780 nm, and the image-side numerical aperture NA3 was 0.50.
[0498]
FIG. 41 shows an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of the fourth embodiment. FIG. 42 shows a spherical aberration diagram of the focusing optical system of Example 4 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm up to a numerical aperture of 0.85. In the condensing optical system according to the fourth embodiment, the wavelength of light emitted from the first light source is obtained by the action of the diffraction structure including a plurality of concentric annular zones formed on both surfaces of the positive lens constituting the beam expander. When the wavelength of light emitted from the first light source changes, the beam expander has a wavelength characteristic that increases the power of the beam expander when the wavelength changes from 405 nm to the longer wavelength side. The change in the focal position of the objective lens is compensated. The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping in the system including only the objective lens of the fourth embodiment is 0.160 λrms, whereas the combination of the beam expander of the condensing optical system of the fourth embodiment with the objective lens. The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping in the system is 0.007λrms, and it can be seen that the change in the best image plane position of the objective lens due to the wavelength change is well compensated.
[0499]
Further, in the beam expander included in the condensing optical system according to the fourth embodiment, the negative lens (corresponding to the negative lens 32 in FIG. 14) can be displaced in the optical axis direction, and the first optical disk can be displaced. When information is recorded / reproduced, the manufacturing error of the thickness of the protective substrate of the optical disk, the manufacturing error of the optical element that constitutes the condensing optical system such as the objective lens and the collimator, the wavelength change due to the manufacturing error of the light source, and the temperature change It also has a function as a substrate thickness error correcting means for correcting a change in spherical aberration caused by a change in the shape or refractive index of an optical element constituting a condensing optical system such as an objective lens or a collimator due to a change in humidity or humidity. As an actuator for displacing the negative lens, a voice coil type actuator or a piezo actuator can be used. In the fourth embodiment, the negative lens of the beam expander is movable. However, the movable lens may be a positive lens, or both the negative lens and the positive lens.
[0500]
Table 9 shows a change in the wavelength of ± 10 nm with respect to the reference wavelength (405 nm) due to a manufacturing error of the light source, a change in the refractive index of the plastic lens with a temperature change of ± 30 ° C. with respect to the reference temperature (25 ° C.), and the reference protection of the first optical disc. A change in spherical aberration generated in the condensing optical system due to a manufacturing error of ± 0.02 mm with respect to the substrate thickness (0.1 mm) was corrected by moving the negative lens of the beam expander along the optical axis direction. The results are shown.
[0501]
[Table 9]
[0502]
When the temperature changes, only the change in the refractive index of the plastic lens and the resin layer formed on the surface of the collimator on the optical disk side is considered, and the change amount is -10 × 10-5/ ° C. In the focusing optical system of the fourth embodiment, the plastic lenses are a negative lens and a positive lens of the beam expander. The amount of wavelength change of the light source at the time of temperature change was +0.05 nm / ° C. From Table 9, it can be seen that in all cases, the wavefront aberration is well corrected and the light is always focused even when recording / reproducing information on / from the first optical disk which requires a high numerical aperture of 0.85. Good spots can be obtained.
[0503]
In Table 9, d5 and d7 correspond to variable intervals d5 and d7 in Table 10 described later, respectively. The initial values of d5 and d7 are 3.000 mm and 2.000 mm, respectively.
[0504]
43 and 44 show optical path diagrams at λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm of the objective lens of the condensing optical system according to the fourth embodiment. FIG. 45 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm. FIG. 46 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.50 for λ3 = 780 nm. The objective lens of the condensing optical system according to the fourth embodiment has a concentric annular diffractive structure on the aspherical surface on the light source side. By utilizing the function of this diffractive structure and the difference in the imaging magnification, the objective lens is used. The spherical aberration generated due to the difference in the protective substrate thickness of the three types of optical disks is satisfactorily corrected within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on each optical disk. The objective lens of the condensing optical system according to the fourth embodiment is the same as the objective lens according to the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
[0505]
Table 10 shows lens data of the condensing optical system of Example 4 for λ1 = 405 nm. The diffraction structure formed on both surfaces of the beam expander of the condensing optical system according to the fourth embodiment is optimized at the wavelength λ1 and the first diffraction order.
[0506]
[Table 10]
[0507]
Table 11 shows lens data of the condensing optical system of Example 4 with respect to λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm.
[0508]
[Table 11]
[0509]
<Example 5>
[0510]
The fifth embodiment is a condensing optical system applicable to the optical pickup device shown in FIG. 15, and is capable of recording / reproducing information on three types of optical discs having different recording densities. As the first optical disk (high-density DVD), the protective substrate thickness t1 is 0.1 mm, the light source wavelength λ1 is 405 nm, the image-side numerical aperture NA1 is 0.85, and the second optical disk (DVD) is the protective substrate. The thickness t2 is 0.6 mm, the light source wavelength λ2 is 650 nm, the image-side numerical aperture NA2 is 0.65, and as a third optical disc (CD), the protective substrate thickness t3 is 1.2 mm, and the light source wavelength λ3 is 780 nm, and the image-side numerical aperture NA3 was 0.50.
[0511]
47 to 49 show optical path diagrams at λ1 = 405 nm, λ2 = 650 nm, and λ3 = 780 nm of the condensing optical system of the fifth embodiment, respectively. FIG. 50 shows a spherical aberration diagram of the focusing optical system of Example 5 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm up to a numerical aperture of 0.85. FIG. 51 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm. FIG. 52 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.50 with respect to λ3 = 780 nm. FIG. 53 shows a spherical aberration diagram in the case where light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by the combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident.
[0512]
The objective lens of the condensing optical system according to the fifth embodiment has a diffractive structure including a plurality of concentric annular zones on the aspherical surface on the light source side, and utilizes the function of this diffractive structure and the difference in imaging magnification. By doing so, the spherical aberration generated due to the difference in the thickness of the protective substrate between the first optical disk and the second optical disk can be controlled within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on each optical disk. Corrected well. Further, the diffractive structure and aspherical shape of the objective lens of the fifth embodiment are determined so that the first-order diffracted light beams having the wavelengths λ1 to λ3 form good wavefronts on the information recording surfaces of the first to third optical disks, respectively. Have been.
[0513]
Further, as can be seen from the spherical aberration diagram of FIG. 53, when recording / reproducing information on / from the second optical disc, the light beam passing through the area outside the required numerical aperture is used as a flare. No aperture switching means is required when recording / reproducing information on / from the optical disc.
[0514]
In the condensing optical system according to the fifth embodiment, the divergent light beam of λ3 = 780 nm is made incident on the objective lens, and the spherical aberration at the image-side numerical aperture of 0.50 or less is corrected. Recording / playback.
[0515]
Further, on the optical surface of the converging optical system objective lens of the fifth embodiment, a filter having a wavelength selectivity as an aperture switching means for recording / reproducing information on / from the third optical disc is formed. I have. When recording / reproducing information on / from the third optical disc, a light flux having a required numerical aperture or more is cut off by a ring filter having wavelength selectivity. Thereby, opening switching can be performed automatically. Specifically, as a ring filter having wavelength selectivity, a filter E is formed in a common region corresponding to NA3 as shown in FIG. 19, and a first peripheral region corresponding to NA2 from NA3. A filter D is formed in a second peripheral area corresponding to NA2 to NA1.
[0516]
The wavefront aberration of the objective lens of the condensing optical system of the fifth embodiment is
When λ1 = 405 nm, NA110.85, t1 = 0.1 mm, 0.007λ10.1rms
When λ2 = 650 nm, NA2 0.65, t2 = 0.6 mm, 0.002λ2 rms
0.005λ3 rms when λ3 = 780 nm, NA3 0.50, t3 = 1.2 mm
It is.
[0517]
The collimator of the condensing optical system according to the fifth embodiment is similar to the collimator of the converging optical system according to the second embodiment. When the wavelength of the light emitted from the first light source changes from 405 nm to the longer wavelength side, the collimator has a wavelength characteristic such that the back focus becomes shorter, and the wavelength of the light emitted from the first light source changes. In this case, the change in the focal position of the objective lens is compensated for. The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping in the system including only the objective lens of the fifth embodiment is 0.163λrms, whereas the defocus component of the collimator of the converging optical system and the objective lens of the fifth embodiment is the same. The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping is 0.001λrms, and it can be seen that the change in the best image plane position of the objective lens due to the wavelength change is well compensated.
[0518]
Further, the collimator included in the condensing optical system of the fifth embodiment can be displaced in the optical axis direction, and when recording / reproducing information on / from the first optical disk, the thickness of the protective substrate of the optical disk can be increased. Errors, manufacturing errors of optical elements that constitute a focusing optical system such as an objective lens and a collimator, changes in wavelength due to manufacturing errors of a light source, and configuring a focusing optical system such as an objective lens and a collimator due to changes in temperature and humidity. It also has a function as substrate thickness error correction means for correcting a change in spherical aberration due to a change in the shape or refractive index of the optical element. As an actuator for displacing the collimator, a voice coil type actuator or a piezo actuator can be used.
[0519]
Table 12 shows a change in the wavelength of ± 10 nm with respect to the reference wavelength (405 nm) due to a manufacturing error of the light source, a change in the refractive index of the plastic lens with a temperature change of ± 30 ° C. with respect to the reference temperature (25 ° C.), and the reference protection of the first optical disk. The result of correcting the change of the spherical aberration generated in the focusing optical system due to the manufacturing error of ± 0.02 mm with respect to the substrate thickness (0.1 mm) by correcting the collimator along the optical axis direction is shown.
[0520]
[Table 12]
[0521]
When the temperature changes, only the change in the refractive index of the plastic lens is considered, and the change amount is -10 × 10-5/ ° C. In the focusing optical system of the fifth embodiment, the plastic lens is a collimator. The amount of wavelength change of the light source at the time of temperature change was +0.05 nm / ° C. From Table 12, it can be seen that, in each case, the wavefront aberration is satisfactorily corrected, and the light is always focused even when information is recorded / reproduced on / from the first optical disk which requires a high numerical aperture of 0.85. Good spots can be obtained.
[0522]
In Table 12, d0 and d2 correspond to variable intervals d0 and d2 in Table 13 described later, respectively. The initial values of d0 and d2 are 9.847 mm and 15.000 mm, respectively.
[0523]
Table 13 shows lens data of the objective lens of Example 5 for λ1 = 405 nm. The diffraction structure formed on the aspherical surface on the optical disk side of the collimator of the condensing optical system according to the fifth embodiment is optimized at the wavelength λ1 and the first diffraction order.
[0524]
[Table 13]
[0525]
Table 14 shows lens data of the condensing optical system of Example 5 with respect to λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm.
[0526]
[Table 14]
[0527]
The diffraction structure formed on the aspherical surface on the light source side of the objective lens according to the fifth embodiment is optimized at the wavelength λ1 and the diffraction order 1. May be optimized. In any case, a light collecting optical system applicable to the optical pickup device of the present invention can be configured with a slight design change.
[0528]
<Example 6>
[0529]
The sixth embodiment is a condensing optical system applicable to the optical pickup device shown in FIG. 16, and is capable of recording / reproducing information on three types of optical discs having different recording densities. As the first optical disk (high-density DVD), the protective substrate thickness t1 is 0.1 mm, the light source wavelength λ1 is 405 nm, the image-side numerical aperture NA1 is 0.85, and the second optical disk (DVD) is the protective substrate. The thickness t2 is 0.6 mm, the light source wavelength λ2 is 650 nm, the image-side numerical aperture NA2 is 0.65, and as a third optical disc (CD), the protective substrate thickness t3 is 1.2 mm, and the light source wavelength λ3 is 780 nm, and the image-side numerical aperture NA3 was 0.50.
[0530]
FIG. 54 shows an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of the sixth embodiment. FIG. 55 shows a spherical aberration diagram of the objective lens of the focusing optical system according to the sixth embodiment up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm.
[0531]
The collimator according to the sixth embodiment is similar to the collimator of the light-converging optical system according to the second embodiment, and operates from the first light source by the action of the diffraction structure including a plurality of concentric annular zones formed on the aspherical surface on the optical disk side. When the wavelength of the emitted light changes from 405 nm to the longer wavelength side, the collimator has a wavelength characteristic to shorten the back focus, and the objective when the wavelength of the light emitted from the first light source changes. It compensates for changes in the focal position of the lens.
[0532]
The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping in the system including only the objective lens of the sixth embodiment is 0.201λrms, whereas the defocus component of the collimator and the objective lens of the condensing optical system of the sixth embodiment is different. The defocus component of the wavefront aberration at the time of mode hopping is 0.003λrms, and it can be seen that the change in the best image plane position of the objective lens due to the wavelength change is well compensated.
[0533]
Further, the collimator included in the condensing optical system according to the sixth embodiment can be displaced in the optical axis direction, and when recording / reproducing information on / from the first optical disk, manufacturing the thickness of the protective substrate of the optical disk. Errors, manufacturing errors of optical elements that constitute a condensing optical system such as an objective lens and a collimator, changes in wavelength due to manufacturing errors of a light source, and condensing optical systems such as an objective lens and a collimator due to changes in temperature and humidity. It also has a function as a substrate thickness error correcting means for correcting a change in spherical aberration due to a change in the shape or refractive index of the optical element. As an actuator for displacing the collimator, a voice coil type actuator or a piezo actuator can be used.
[0534]
Table 15 shows a change in the wavelength of ± 10 nm with respect to the reference wavelength (405 nm) due to a manufacturing error of the light source, a change in the refractive index of the plastic lens due to a temperature change of ± 30 ° C. with respect to the reference temperature (25 ° C.), and the reference protection of the first optical disc. The result of correcting the change of the spherical aberration generated in the focusing optical system due to the manufacturing error of ± 0.02 mm with respect to the substrate thickness (0.1 mm) by correcting the collimator along the optical axis direction is shown.
[0535]
[Table 15]
[0536]
At the time of temperature change, only the change in the refractive index of the plastic lens is considered, and the change amount is -10 × 10-5/ ° C. In the focusing optical system of Example 6, the plastic lenses are a collimator and an objective lens. The amount of wavelength change of the light source at the time of temperature change was +0.05 nm / ° C. From Table 15, it can be seen that in each case, the wavefront aberration is favorably corrected, and even when information is recorded / reproduced on / from the first optical disk which requires a numerical aperture as high as 0.85, it is always collected. A good light spot can be obtained.
[0537]
In Table 15, d0 and d2 correspond to variable intervals d0 and d2 in Table 16 described later, respectively. The initial values of d0 and d2 are 16.185 mm and 13.000 mm, respectively.
[0538]
FIG. 56 shows an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the condensing optical system of the sixth embodiment. FIG. 57 shows an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the condensing optical system of the sixth embodiment. FIG. 58 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm. FIG. 59 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.50 for λ3 = 780 nm.
[0539]
The objective lens of the condensing optical system according to the sixth embodiment is an objective lens dedicated to the first optical disc, and has no combination of λ1 = 405 nm, NA1、0.85, t1 = 0.1 mm, and an imaging magnification m = 0. This is a refractive lens that has been aberration-corrected so as to be an aberration. Therefore, if the objective lens of the condensing optical system according to the sixth embodiment attempts to record / reproduce information on the second optical disc and the third optical disc whose protective substrate thickness is larger than that of the first optical disc. , The spherical aberration changes in the overcorrected direction. Therefore, a diffraction structure composed of a plurality of concentric annular zones is formed on the aspherical surface of the coupling lens on the optical disk side, and the spherical aberration changed in the overcorrected direction is corrected by the action of the diffraction structure. The second optical disk and the third optical disk can be satisfactorily corrected within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on the first optical disk by using an objective lens dedicated to the first optical disk. To record / reproduce information.
[0540]
On the optical surface of the objective lens, a filter having wavelength selectivity, which is an aperture switching unit, is formed. When recording / reproducing information to / from the second and third optical disks, a light flux having a required numerical aperture or more is cut off by a ring filter having wavelength selectivity. Thereby, opening switching can be performed automatically. As the annular filter having wavelength selectivity, the same annular filter as in the third embodiment can be used.
[0541]
Table 16 shows lens data of the focusing optical system of Example 6 with respect to λ1 = 405 nm. The diffraction structure formed on the aspherical surface on the optical disk side of the collimator of the condensing optical system according to the sixth embodiment is optimized at the wavelength λ1 and the first diffraction order.
[0542]
[Table 16]
[0543]
Table 17 shows lens data of the condenser optical system of Example 6 for λ2 = 650 nm and λ3 = 780 nm.
[0544]
[Table 17]
[0545]
Further, in the condensing optical system of this embodiment, an annular diffraction structure as shown in Table 18 is formed on the aspherical surface of the coupling lens on the optical disk side (the second surface in Table 17). I have. In Table 18, “start point height” indicates the distance from the optical axis of the start point of the ring zone, and “end point height” indicates the distance of the end point of the ring zone from the optical axis. The number of bands is 36.
[0546]
[Table 18]
[0547]
The diffraction ring structure shown in Table 18 is optimized so that the diffraction efficiency is theoretically 100% at a wavelength of 730 nm and a diffraction order of 1. When light having a wavelength of 650 nm, which is the wavelength used by the second optical disk, is incident on this diffraction structure, and when light having a wavelength of 780 nm, which is the wavelength used by the third optical disk, is incident, the first-order diffracted light has the maximum diffraction. Generated to have a light quantity.
[0548]
By optimizing the diffraction structure with a wavelength of 730 nm and a diffraction order of 1,
DVD (wavelength: 650 nm): 95.1%
CD (wavelength 780 nm): 96.7%
Then, the diffraction efficiency in the used wavelength region of each optical disc can be obtained.
[0549]
<Example 7>
[0550]
The objective lens of this example is a plastic single lens suitable as the objective lens OBJ1 in the above-described sixth embodiment. In obtaining the objective lens characteristics of this embodiment, the wavelength λ1 of the first light source for the first optical disk (high-density DVD) is 405 nm, the wavelength of the second light source for the second optical disk (DVD) is 650 nm, The wavelength λ3 of the third light source for the third optical disc (CD) is 780 nm, the transparent substrate thickness t1 of the first optical disc is 0.1 mm, the transparent substrate thickness t2 of the second optical disc is 0.6 mm, and the third The thickness t3 of the transparent substrate of the optical disk was 1.2 mm. Also, 0.85, 0.65, and 0.50 are used as the image-side numerical apertures NA1, NA2, and NA3 of the objective lens necessary for recording / reproducing information on the first to third optical disks, respectively. I assume.
[0551]
65 to 67 show optical path diagrams of the objective lens of this example at λ1 = 405 nm, λ2 = 650 nm, and λ3 = 780 nm. FIG. 68 shows a spherical aberration diagram of the objective lens of this example up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm. FIG. 69 shows a spherical aberration diagram when light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident. FIG. 70 shows a spherical aberration diagram when light of λ3 = 780 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA2 0.85 is incident.
[0552]
In the objective lens of this embodiment, the transparent substrate thickness of the three types of optical discs is obtained by utilizing the function of the diffractive structure (not shown) formed on the aspheric surface (S1) on the light source side and the difference in the imaging magnification. The spherical aberration generated due to the difference is properly corrected within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on each optical disk. Incidentally, the wavefront aberration of the objective lens of this embodiment within a predetermined image-side numerical aperture is as follows:
0.008λ1 rms when λ1 = 405 nm, NA1 0.85, t1 = 0.1 mm
0.003λ2rms when λ2 = 650 nm, NA2 0.65, t2 = 0.6 mm
0.005λ3 rms when λ3 = 780 nm, NA3 0.50, t3 = 1.2 mm
It is.
[0553]
Further, in the objective lens of the present embodiment, a light beam having a wavelength of 650 nm, which passes outside NA2 0.65, is flared so as not to be focused on the information recording surface of the second optical disk. Since the luminous flux passing outside is not flared on the information recording surface of the third optical disc, the spot is not narrowed more than necessary, and the skew of the second and third optical discs is sufficient for the disc skew. Since a margin can be secured, and the aperture is automatically switched for each optical disc, there is no need to separately provide an aperture switching means, and the structure of the optical pickup can be simplified.
[0554]
In the objective lens of the present embodiment, as the first optical disk (high-density DVD), it is assumed that the thickness t1 of the transparent substrate is 0.1 mm, the wavelength of the light source is 405 nm, and the numerical aperture on the image side is 0.85. Although the design has been advanced, the present invention can be applied to optical disks having other specifications.
[0555]
The optical design was advanced with the image-side numerical aperture for the second optical disk (DVD) being 0.65 and the image-side numerical aperture for the third optical disk (CD) being 0.50. However, the present invention can be applied to such a case.
[0556]
Table 19 shows lens data of the objective lens of this example.
[0557]
[Table 19]
[0558]
In the objective lens of this example, a ring-shaped diffraction structure as shown in Table 20 is formed on the aspherical surface (the first surface in Table 19) on the light source side. In Table 20, “start point height” indicates the distance from the optical axis of the start point of the ring zone, and “end point height” indicates the distance from the optical axis of the end point of the ring zone. The number of bands is 83.
[0559]
[Table 20]
[0560]
The diffraction ring structure shown in Table 20 is optimized so that the diffraction efficiency is theoretically 100% at a wavelength of 380 nm and a diffraction order of 2. When light having a wavelength of 405 nm, which is the operating wavelength of the first optical disc (high-density DVD), enters this diffraction structure, the second-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the second optical disc (DVD) When light having a wavelength of 650 nm, which is the working wavelength of the third optical disc (CD), and light having a wavelength of 780 nm, which is the working wavelength of the third optical disk (CD), are incident, the first-order diffracted light has the maximum amount of diffracted light. appear.
[0561]
By optimizing the diffraction structure with a wavelength of 380 nm and a diffraction order of 2,
High-density DVD (wavelength: 405 nm): 95.1%
DVD (wavelength 650 nm): 90.9%
CD (wavelength 780 nm): 99.8%
Then, the diffraction efficiency in the used wavelength region of each optical disc can be obtained.
[0562]
<Example 8>
[0563]
The objective lens of this example is a single glass lens suitable as the objective lens OBJ1 in the above-described sixth embodiment. In order to obtain the objective lens characteristics of this embodiment, the wavelength λ1 of the first light source for the first optical disk (high-density DVD) is 405 nm, the wavelength of the second light source for the second optical disk (DVD) is 650 nm, and The wavelength λ3 of the third light source for the third optical disc (CD) is 780 nm, the transparent substrate thickness t1 of the first optical disc is 0.1 mm, the transparent substrate thickness t2 of the second optical disc is 0.6 mm, and the third The thickness t3 of the transparent substrate of the optical disk was 1.2 mm. Also, 0.85, 0.65, and 0.50 are used as the image-side numerical apertures NA1, NA2, and NA3 of the objective lens necessary for recording / reproducing information on the first to third optical disks, respectively. I assume.
[0564]
FIGS. 71 to 73 show optical path diagrams at λ1 = 405 nm, λ2 = 650 nm, and λ3 = 780 nm of the objective lens of this example. FIG. 74 shows a spherical aberration diagram of the objective lens of this example up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm. FIG. 75 shows a spherical aberration diagram when light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident. Further, FIG. 76 shows a spherical aberration diagram when light of λ3 = 780 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA2 0.85 is incident.
[0565]
In the objective lens of this embodiment, the transparent substrate thickness of the three types of optical discs is obtained by utilizing the function of the diffractive structure (not shown) formed on the aspheric surface (S1) on the light source side and the difference in the imaging magnification. The spherical aberration generated due to the difference is properly corrected within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on each optical disk. Incidentally, the wavefront aberration of the objective lens of this embodiment within a predetermined image-side numerical aperture is as follows:
0.008λ1 rms when λ1 = 405 nm, NA1 0.85, t1 = 0.1 mm
0.005λ2rms when λ2 = 650 nm, NA2 0.65, t2 = 0.6 mm
0.005λ3 rms when λ3 = 780 nm, NA3 0.50, t3 = 1.2 mm
It is.
[0566]
Further, in the objective lens of the present embodiment, a light beam having a wavelength of 650 nm, which passes outside NA2 0.65, is flared so as not to be focused on the information recording surface of the second optical disk. Since the luminous flux passing outside is not flared on the information recording surface of the third optical disc, the spot is not narrowed more than necessary, and the skew of the second and third optical discs is sufficient for the disc skew. Since a margin can be secured, and the aperture is automatically switched for each optical disc, there is no need to separately provide an aperture switching means, and the structure of the optical pickup can be simplified.
[0567]
In the objective lens of the present embodiment, as the first optical disk (high-density DVD), it is assumed that the thickness t1 of the transparent substrate is 0.1 mm, the wavelength of the light source is 405 nm, and the numerical aperture on the image side is 0.85. Although the design has been advanced, the present invention can be applied to optical disks having other specifications.
[0568]
The optical design was advanced with the image-side numerical aperture for the second optical disk (DVD) being 0.65 and the image-side numerical aperture for the third optical disk (CD) being 0.50. However, the present invention can be applied to such a case.
[0569]
Table 21 shows lens data of the objective lens of this example.
[0570]
[Table 21]
[0571]
In the objective lens of this example, a ring-shaped diffraction structure as shown in Table 22 is formed on the aspherical surface on the light source side (the first surface in Table 21). In Table 22, “start point height” indicates the distance from the optical axis of the start point of the ring zone, and “end point height” indicates the distance from the optical axis of the end point of the ring zone. The number of bands is 30.
[0572]
[Table 22]
[0573]
The diffraction ring structure shown in Table 22 is optimized so that the diffraction efficiency is theoretically 100% at a wavelength of 415 nm and a diffraction order of 6. When light having a wavelength of 405 nm, which is the operating wavelength of the first optical disc (high-density DVD), enters this diffraction structure, the sixth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the second optical disc ( When light having a wavelength of 650 nm, which is the operating wavelength of a DVD, is incident, the fourth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffraction, and light having a wavelength of 780 nm, which is the operating wavelength of the third optical disk (CD), is generated. When incident, the third-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light.
[0574]
By optimizing the diffraction structure with a wavelength of 415 nm and a diffraction order of 6,
High density DVD (wavelength 405 nm): 93.0%
DVD (wavelength 650 nm): 90.9%
CD (wavelength 780 nm): 88.4%
Thus, the diffraction efficiency in the used wavelength region of each optical disc can be obtained.
[0575]
<Example 9>
[0576]
The objective lens of the present example is an objective lens suitable as the objective lens OBJ2 in the above-described seventh embodiment. In obtaining the objective lens characteristics of this embodiment, the wavelength λ1 of the first light source for the first optical disk (high-density DVD) is 405 nm, the wavelength of the second light source for the second optical disk (DVD) is 650 nm, The wavelength λ3 of the third light source for the third optical disc (CD) is 780 nm, the transparent substrate thickness t1 of the first optical disc is 0.1 mm, the transparent substrate thickness t2 of the second optical disc is 0.6 mm, and the third The thickness t3 of the transparent substrate of the optical disk was 1.2 mm. Further, 0.85, 0.60, and 0.50 are used as the image-side numerical apertures NA1, NA2, and NA3 of the objective lens necessary for recording / reproducing information on the first to third optical disks, respectively. I assume.
[0577]
77 to 79 show optical path diagrams at λ1 = 405 nm, λ2 = 650 nm, and λ3 = 780 nm of the objective lens of this example. FIG. 80 shows a spherical aberration diagram of the objective lens of this example up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm. FIG. 81 shows a spherical aberration diagram when light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident. Further, FIG. 82 shows a spherical aberration diagram when light of λ3 = 780 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by the combination of λ1 = 405 nm and NA2 0.85 is incident.
[0578]
The objective lens of the present embodiment includes a plastic lens as a first optical element L1 having both aspheric surfaces, and a plastic lens as a second optical element L2 disposed on the light incident surface side of the plastic lens. And a difference in the imaging magnification and the function of a diffractive structure (not shown) formed on the optical surface of the second optical element L2 on the first optical element L1 side. By using this, the spherical aberration caused by the difference in the thickness of the transparent substrate of the three types of optical discs can be satisfactorily corrected within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information for each optical disc. ing. Incidentally, the wavefront aberration of the objective lens of this embodiment within a predetermined image-side numerical aperture is as follows:
When λ1 = 405 nm, NA110.85, and t1 = 0.1 mm, 0.004λ1 rms
When λ2 = 650 nm, NA2 0.60 and t2 = 0.6 mm, 0.001λ2 rms
When λ3 = 780 nm, NA3 0.50, t3 = 1.2 mm, 0.002λ3 rms
It is.
[0579]
Further, the second optical element L2 of the objective lens of the present embodiment has a function as an aperture switching means in addition to a function as a substrate thickness difference correcting means. That is, a light beam having a wavelength of 650 nm that passes outside NA2 0.65 is flared so as not to converge on the information recording surface of the second optical disc, and a light beam that passes outside NA3 0.50 is used as the third light beam. The optical disk has a flare so that it does not converge on the information recording surface of the optical disk. Therefore, the spot is not narrowed more than necessary, and a sufficient margin for the disk skew of the second and third optical disks can be secured. The aperture switching is automatically performed in accordance with the optical disk of (1), so that there is no need to separately provide an aperture switching unit, and the structure of the optical pickup can be simplified.
[0580]
In the objective lens of the present embodiment, as the first optical disk (high-density DVD), it is assumed that the thickness t1 of the transparent substrate is 0.1 mm, the wavelength of the light source is 405 nm, and the numerical aperture on the image side is 0.85. Although the design has been advanced, the present invention can be applied to optical disks having other specifications.
[0581]
The optical design was advanced with the image-side numerical aperture for the second optical disk (DVD) being 0.65 and the image-side numerical aperture for the third optical disk (CD) being 0.50. However, the present invention can be applied to such a case.
[0582]
Table 23 shows lens data of the objective lens of this example.
[0583]
[Table 23]
[0584]
In the objective lens of this example, a ring-shaped diffraction structure as shown in Table 24 is formed on the plane (the second surface in Table 23) of the second optical element L2 on the optical disk side. In Table 24, “start point height” indicates the distance from the optical axis of the start point of the ring zone, and “end point height” indicates the distance from the optical axis of the end point of the ring zone. The number of bands is 130.
[0585]
[Table 24]
[0586]
The diffraction ring structure shown in Table 24 is optimized so that the diffraction efficiency is theoretically 100% at a wavelength of 375 nm and a diffraction order of 2. When light having a wavelength of 405 nm, which is the operating wavelength of the first optical disc (high-density DVD), enters this diffraction structure, the second-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the second optical disc (DVD) When light having a wavelength of 650 nm, which is the working wavelength of the third optical disc (CD), and light having a wavelength of 780 nm, which is the working wavelength of the third optical disk (CD), are incident, the first-order diffracted light has the maximum amount of diffracted light. appear.
[0587]
By optimizing the diffraction structure at a wavelength of 375 nm and a diffraction order of 2,
High density DVD (wavelength 405 nm): 93.0%
DVD (wavelength 650 nm): 92.5%
CD (wavelength 780 nm): 99.5%
Thus, the diffraction efficiency in the used wavelength region of each optical disc can be obtained.
[0588]
Further, since the optical surface forming the diffraction structure is flat, the diffraction structure of the second optical element L2 of the objective lens according to the present embodiment can be manufactured by the electron beam drawing method, and the minimum value of the interval between adjacent ring zones can be obtained. However, even a diffraction structure as small as 6 microns can be manufactured with high accuracy, and an element with a small reduction in diffraction efficiency due to a shape error of the diffraction structure can be realized. The method for producing a fine diffraction structure by an electron beam drawing method is described in “OPTICS DESIGN” Optical Design Research Group Organization Magazine No. 20 200.25.25 p26-p31.
[0589]
<Example 10>
[0590]
The objective lens of this example is a plastic single lens suitable as the objective lens OBJ1 in the above-described sixth embodiment. To obtain the objective lens characteristics of this embodiment, the wavelength λ1 of the first light source for the first optical disk (high-density DVD) is 405 nm, the wavelength of the second light source for the second optical disk (DVD) is 655 nm, and The wavelength λ3 of the third light source for the third optical disk (CD) is 785 nm, the transparent substrate thickness t1 of the first optical disk is 0.1 mm, the transparent substrate thickness t2 of the second optical disk is 0.6 mm, and the third The thickness t3 of the transparent substrate of the optical disk was 1.2 mm. Further, 0.85, 0.60, and 0.45 are used as the image-side numerical apertures NA1, NA2, and NA3 of the objective lens necessary for recording / reproducing information on the first to third optical disks, respectively. I assume.
[0591]
83 to 85 show optical path diagrams of the objective lens of this example at λ1 = 405 nm, λ2 = 655 nm, and λ3 = 785 nm. FIG. 86 shows a spherical aberration diagram of the objective lens of this example up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm. FIG. 87 shows a spherical aberration diagram in the case where λ2 = 655 nm light having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident. Further, FIG. 88 shows a spherical aberration diagram up to a numerical aperture of 0.45 for λ3 = 785 nm.
[0592]
In the objective lens according to the present embodiment, a difference occurs in the thickness of the transparent substrate between the first optical disk and the second optical disk due to the action of the diffractive structure (not shown) formed on the aspheric surface (S1) on the light source side. The spherical aberration is satisfactorily corrected within the image-side numerical aperture required for recording / reproducing information on the first optical disk and the second optical disk. Further, for the third optical disk, a luminous flux having a wavelength of λ3, which is divergent light, is incident on the objective lens, thereby reducing spherical aberration caused by a difference in the thickness of the transparent substrate between the first optical disk and the third optical disk. The correction is satisfactorily performed within the image-side numerical aperture necessary for recording / reproducing information on / from the third optical disk. Incidentally, the wavefront aberration of the objective lens of this embodiment within a predetermined image-side numerical aperture is as follows:
When λ1 = 405 nm, NA110.85, and t1 = 0.1 mm, 0.004λ1 rms
0.007λ2 rms when λ2 = 655 nm, NA2 0.60, t2 = 0.6 mm
0.005λ3 rms when λ3 = 785 nm, NA3 0.45, t3 = 1.2 mm
It is.
[0593]
Further, in the objective lens of the present embodiment, the light beam having a wavelength of 655 nm, which passes outside NA2NA0.60, is flared so as not to be focused on the information recording surface of the second optical disk. Since the aperture is not narrowed down, a sufficient margin for the disk skew of the second optical disk can be ensured, and the aperture switching is automatically performed corresponding to the second optical disk. And the structure of the optical pickup can be simplified.
[0594]
Then, on the optical surface of the objective lens, a filter having a wavelength selectivity, which is an aperture switching means necessary for recording / reproducing information on / from the third optical disc, is formed. When recording / reproducing information on / from the third optical disc, a light flux having a required numerical aperture or more is cut off by a ring filter having wavelength selectivity. Thereby, the opening can be automatically switched. As an orbicular zone filter having wavelength selectivity, a filter in which a filter having a wavelength dependence as shown in FIG. 89 in the objective lens shown in FIG. 17 is formed in an orbicular shape on the optical surface of the objective lens can be mentioned. .
[0595]
In the objective lens of the present embodiment, as the first optical disk (high-density DVD), it is assumed that the thickness t1 of the transparent substrate is 0.1 mm, the wavelength of the light source is 405 nm, and the numerical aperture on the image side is 0.85. Although the design has been advanced, the present invention can be applied to optical disks having other specifications.
[0596]
The optical design was advanced with the image-side numerical aperture for the second optical disk (DVD) being 0.60 and the image-side numerical aperture for the third optical disk (CD) being 0.45. However, the present invention can be applied to such a case.
[0597]
Table 25 shows lens data of the objective lens of this example.
[0598]
[Table 25]
[0599]
In the objective lens of this example, a ring-shaped diffraction structure as shown in Table 26 is formed on the aspherical surface (S1) on the light source side. In Table 26, "start point height" indicates the distance from the optical axis of the start point of the ring zone, "end point height" indicates the distance from the optical axis of the end point of the ring zone, and the ring within the effective diameter The number of bands is 101.
[0600]
[Table 26]
[0601]
The diffraction orbicular zone structure in Table 26 is such that, where h represents the height from the optical axis, the diffractive structure in the region satisfying 0 ≦ h ≦ 1.59 (in Table 26, the orbicular zone numbers 1 to 63) is , Wavelength 380 nm, diffraction order 2 so that the diffraction efficiency is theoretically 100%. When light having a wavelength of 405 nm, which is the wavelength used for the first optical disc (high-density DVD), enters this diffraction structure, the second-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the second optical disc ( When light having a wavelength of 655 nm, which is the operating wavelength of a DVD, is incident, and when light having a wavelength of 785 nm, which is the operating wavelength of a third optical disc (CD), is incident, the first-order diffracted light has the maximum amount of diffracted light. So happens.
[0602]
On the other hand, the diffraction structure in the region satisfying h> 1.59 (ring numbers 64 to 101 in Table 26) is optimized such that the diffraction efficiency is theoretically 100% at a wavelength of 405 nm and a diffraction order of 3. I have. When light having a wavelength of 405 nm, which is the wavelength used by the first optical disc (high-density DVD), enters this diffraction structure, the third-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light, and the second optical disc ( When light having a wavelength of 655 nm, which is the operating wavelength of a DVD, enters, the second-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light.
[0603]
As described above, by setting the optimized wavelength and diffraction order of the diffraction structure,
In the region of 0 ≦ h ≦ 1.59,
High-density DVD (wavelength: 405 nm): 95.1%
DVD (wavelength: 655 nm): 93.3%
CD (wavelength: 785 nm): 99.7%
In the region of h> 1.59,
High density DVD (wavelength 405 nm): {100}%
DVD (wavelength: 655 nm): 91.8%
Thus, the diffraction efficiency in the used wavelength region of each optical disc can be obtained.
[0604]
Further, as described above, by optimizing the diffraction structure in the region satisfying h> 1.59 with a wavelength of 405 nm and a diffraction order of 3, the information recording / reproducing on the second optical disc is performed with a higher NA2. Since the maximum value of the spherical aberration of the light beam passing through the outside (that is, the region of the light source side where the aspheric surface satisfies h> 1.59) was about 70 μm and the outer diameter of the flare could be increased, the photodetector was used. , A good signal detection characteristic in the light receiving section is obtained.
[0605]
<Example 11>
[0606]
Example 11 in which lens data is shown in Table 27 is a plastic single lens suitable as the objective lens OBJ1 in the above-described sixth embodiment, and has a ring-shaped diffraction structure formed on the first surface (S1). I have.
[0607]
[Table 27]
[0608]
In the objective lens of the present embodiment, the specifications for the first optical disc D1, the second optical disc D2, and the third optical disc D3 are respectively set.
NA1 = 0.85, λ1 = 405 nm, t1 = 0.1 mm, m1 = 0
NA2 = 0.65, λ2 = 650 nm, t2≡0.6 mm, m2 = −0.03
NA3 = 0.50, λ3 = 780 nm, t3 = 1.2 mm, m3 = −0.14
It is assumed.
[0609]
The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the common area corresponding to NA3 and the first peripheral area corresponding to NA3 to NA2 are λB = 415 nm and nB = 6, respectively. The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the second peripheral region corresponding to NANA1 are λB = 405 nm and nB = 8, respectively.
[0610]
Therefore, in the common region and the first peripheral region, the sixth-order diffracted light for the 405 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD1, the fourth-order diffracted light for the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2, and the semiconductor laser Third-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light with respect to the 780 nm laser light emitted from the LD 3. In the second peripheral region, 8th order is generated with respect to the 405 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD 1. The 5th-order diffracted light with respect to the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2 and the 4th-order diffracted light with respect to the 780 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD3 are generated so as to have the maximum amount of diffracted light, respectively. .
[0611]
When a laser beam having a wavelength of 410 nm, which is 5 nm longer than λ1, is incident on the diffraction structure determined in this manner, as can be seen from the spherical aberration diagram (chromatic aberration diagram) shown in FIG. The spherical aberration changes in the direction of undercorrection. Therefore, in the objective lens of the present embodiment, by giving the wavelength dependence of the axial chromatic aberration such that the back focus changes in the direction in which the back focus becomes longer when the wavelength of the incident light beam becomes longer, the laser light having a wavelength of 410 nm longer than λ1 by 410 nm. Is the change amount ΔCA of the back focus when the laser beam enters, and the change amount ΔSA of the marginal ray corresponding to NA1 when the laser beam having a wavelength of 410 nm, which is 5 nm longer than the wavelength λ1, is incident.
-1 <ΔCA / ΔSA <0
Since the following relationship is satisfied, a change in the best image point position is suppressed even when the semiconductor laser LD1 causes a mode hop. Here, the change amount ΔCA of the back focus is indicated by the movement width of the lower end of the graphs of 405 nm and 410 nm in FIG. 95A, and the change amount ΔSA of the marginal ray is obtained by changing the graph of 405 nm to the lower end of the graph of 410 nm. It is indicated by the width between the upper end of the graph when translated to the position overlapping the lower end and the upper end of the graph at 410 nm.
[0612]
By the way, in the objective lens OBJ1, when the paraxial power PD of the diffractive structure is set to be large, the axial chromatic aberration near the wavelength λ1 can be favorably corrected, so that the light focusing performance is deteriorated with respect to the mode hop of the semiconductor laser LD1. However, if the axial chromatic aberration near the wavelength λ1 is completely corrected, the axial chromatic aberration in the wavelength region from the wavelength λ2 to the wavelength λ3 is excessively corrected, and the semiconductor laser LD2 or There is a possibility that the light-collecting performance deteriorates greatly with respect to the mode hop of the semiconductor laser LD3, and information cannot be accurately recorded on the second optical disk or the third optical disk.
[0613]
Therefore, in the objective lens of this embodiment, the paraxial power PD of the diffraction structure is
−5.0 × 10-2<PD <2.0 × 10-2
By setting so as to satisfy the condition, the deterioration of the light-collecting performance against the mode hop of the semiconductor laser LD2 and the semiconductor laser LD3 is prevented from becoming too large.
[0614]
Further, as can be seen from the spherical aberration diagrams shown in FIGS. 95 (B) and (C), the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral region is used for information recording on the second optical disk D2. The 780 nm laser beam emitted from the semiconductor laser LD3 passing through the first peripheral region and the second peripheral region becomes a flare component on the surface, and becomes a flare component on the information recording surface of the third optical disc D3. , NA2 and NA3 are automatically switched.
[0615]
<Example 12>
[0616]
Example 12 in which lens data is shown in Table 28 is a plastic single lens suitable as the objective lens OBJ1 in the above-described sixth embodiment, in which an annular diffraction structure is formed on the first surface (S1). I have.
[0617]
[Table 28]
[0618]
In the objective lens of the present embodiment, the specifications for the first optical disc D1, the second optical disc D2, and the third optical disc D3 are respectively set.
NA1 = 0.85, λ1 = 405 nm, t1 = 0.1 mm, m1 = 0
NA2 = 0.65, λ2 = 650 nm, t2 = 0.6 mm, m2 = −0.02
NA3 = 0.50, λ3 = 780 nm, t3 = 1.2 mm, m3 = −0.15
It is assumed.
[0619]
The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the common area corresponding to NA3 and the first peripheral area corresponding to NA3 to NA2 are λB = 380 nm and nB = 2, respectively. The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the second peripheral region corresponding to 対 応 NA1 are λB = 405 nm and nB = 2, respectively.
[0620]
Therefore, in the diffraction structures formed in the respective regions, the second-order diffracted light for the 405 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD1, the first-order diffracted light for the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2, and the semiconductor The first-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light with respect to the 780 nm laser light emitted from the laser LD3.
[0621]
FIG. 96A shows a spherical aberration diagram (chromatic aberration diagram) when laser light having a wavelength of 410 nm longer than λ1 and a wavelength of 410 nm shorter than 5 nm is incident on the above-described diffraction structure.
[0622]
Further, in the objective lens of the present embodiment, the paraxial power PD of the diffractive structure is
0.5 × 10-2<PD <5.0 × 10-2
By setting so as to satisfy the condition, the deterioration of the light-collecting performance against the mode hop of the semiconductor laser LD2 and the semiconductor laser LD3 is prevented from becoming too large.
[0623]
Further, as can be seen from the spherical aberration diagrams shown in FIGS. 96 (B) and (C), the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral region is used for information recording on the second optical disk D2. The 780 nm laser beam emitted from the semiconductor laser LD3 passing through the first peripheral region and the second peripheral region becomes a flare component on the surface, and becomes a flare component on the information recording surface of the third optical disc D3. , NA2 and NA3 are automatically switched.
[0624]
<Example 13>
[0625]
Example 13 in which lens data is shown in Table 29 is a composite objective lens suitable as the objective lens OBJ2 in the seventh embodiment described above, and the first optical element L1 in which both optical surfaces are aspherical. , And a plastic lens as a second optical element L2 in which an annular diffractive structure is formed on the optical surface on the light source side, which is an aspheric surface.
[0626]
[Table 29]
[0627]
In the objective lens of the present embodiment, the specifications for the first optical disc D1, the second optical disc D2, and the third optical disc D3 are respectively set.
NA1 = 0.85, λ1 = 405 nm, t1 = 0.1 mm, m1 = 0
NA2 = 0.65, λ2 = 655 nm, t2 = 0.6 mm, m2 = −0.04
NA3 = 0.50, λ3 = 785 nm, t3 = 1.2 mm, m3 = −0.14
It is assumed.
[0628]
The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the common area corresponding to NA3, the first peripheral area corresponding to NA3 to NA2, and the second peripheral area corresponding to NA2 to NA1. Are λB = 380 nm and nB = 2, respectively.
[0629]
Therefore, in the diffraction structures formed in the respective regions, the second-order diffracted light for the 405 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD1, the first-order diffracted light for the 655 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2, and the semiconductor The first-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light with respect to the 785 nm laser light emitted from the laser LD3.
[0630]
As can be seen from the spherical aberration diagram (chromatic aberration diagram) shown in FIG. 97A when laser light having a wavelength of 410 nm, which is 5 nm longer than λ1, is incident on the diffraction structure determined in this manner, the objective lens of the present example is not affected. The spherical aberration changes in the overcorrected direction. Therefore, in the objective lens of the present embodiment, by giving the wavelength dependence of the axial chromatic aberration such that the back focus changes in the direction in which the back focus becomes shorter as the wavelength of the incident light beam becomes longer, the laser beam having a wavelength of 410 nm longer than λ1 by 410 nm can be obtained. The change amount ΔCA of the back focus upon incidence and the change amount ΔSA of the marginal ray corresponding to NA1 when a laser beam having a wavelength of 410 nm longer than the wavelength λ1 by 5 nm are incident.
-1 <ΔCA / ΔSA <0
Since the following relationship is satisfied, a change in the best image point position is suppressed even when the semiconductor laser LD1 causes a mode hop.
[0631]
Further, in the objective lens of the present embodiment, the paraxial power PD of the diffractive structure is
0.5 × 10-2<PD <5.0 × 10-2
By setting so as to satisfy the condition, the deterioration of the light-collecting performance against the mode hop of the semiconductor laser LD2 and the semiconductor laser LD3 is prevented from becoming too large.
[0632]
Further, as can be seen from the spherical aberration diagrams shown in FIGS. 97 (B) and (C), the 655 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral region is used for information recording on the second optical disk D2. The 785 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD3 passing through the first peripheral region and the second peripheral region becomes a flare component on the surface, and becomes a flare component on the information recording surface of the third optical disc D3. , NA2 and NA3 are automatically switched.
[0633]
<Example 14>
[0634]
Example 14 in which lens data is shown in Table 30 is a composite objective lens suitable as the objective lens OBJ2 in the above-described seventh embodiment, and the first optical element L1 in which both optical surfaces are aspherical. , And a plastic lens as a second optical element L2 in which an annular diffractive structure is formed on both aspherical optical surfaces.
[0635]
[Table 30]
[0636]
In the objective lens of the present embodiment, the specifications for the first optical disc D1, the second optical disc D2, and the third optical disc D3 are respectively set.
NA1 = 0.85, λ1 = 405 nm, t1 = 0.1 mm, m1 = 0
NA2 = 0.65, λ2 = 650 nm, t2 = 0.6 mm, m2 = −0.11
NA3 = 0.50, λ3 = 780 nm, t3 = 1.2 mm, m3 = −0.20
It is assumed.
[0637]
The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the common area corresponding to NA3 and the first peripheral area corresponding to NA3 to NA2 are λB = 380 nm and nB = 2, respectively. The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the second peripheral region corresponding to NANA1 are λB = 405 nm and nB = 3, respectively.
[0638]
Therefore, in the common region and the first peripheral region, second-order diffracted light for the 405 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD1, first-order diffracted light for the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2, and the semiconductor laser First-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light with respect to the 780 nm laser light emitted from the LD 3, and in the second peripheral region, 3rd order light is generated with respect to the 405 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD 1. The second-order diffracted light, the second-order diffracted light with respect to the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2, and the second-order diffracted light with respect to the 780 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD3 are generated so as to have the maximum amount of diffracted light, respectively. .
[0639]
FIG. 98A shows a spherical aberration diagram (a chromatic aberration diagram) when λ1, a laser beam having a wavelength of 410 nm longer than λ1 and 410 nm and a wavelength of 400 nm shorter than 5 nm are incident on the above-described diffraction structure.
[0640]
Further, in the objective lens of the present embodiment, the imaging magnification m2 for recording / reproducing on / from the second optical disc and the imaging magnification m3 for recording / reproducing on / from the third optical disc are different. , Paraxial power PD of diffraction structure
0.5 × 10-2<PD <5.0 × 10-2
By appropriately setting so as to satisfy the condition, the deterioration of the light-collecting performance with respect to the mode hop of the semiconductor laser LD2 and the semiconductor laser LD3 is prevented from becoming too large.
[0641]
Further, the second optical element L2 of the objective lens according to the present embodiment has a function as an aperture switching means in addition to a function as a substrate thickness difference correcting means. That is, as can be seen from the spherical aberration diagrams shown in FIGS. 98 (B) and (C), the 650 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral region is used for information recording on the second optical disk D2. The 780 nm laser beam emitted from the semiconductor laser LD3 passing through the first peripheral region and the second peripheral region becomes a flare component on the surface, and becomes a flare component on the information recording surface of the third optical disc D3. , NA2 and NA3 are automatically switched.
[0642]
Incidentally, in the optical pickup device, the objective lens is decentered by about 0.2 mm with respect to the light emitting point of the semiconductor laser due to a tracking error. This means that when a divergent light beam is incident on the objective lens, the light emitting point is an off-axis object point having an object height of 0.2 mm with respect to the objective lens. The wavefront aberration of the objective lens of this embodiment with respect to the object height of 0.2 mm is 0.025λ2 rms for the second optical disc and 0.033λ3 rms for the third optical disc. Good tracking characteristics can be obtained for the second optical disc and the third optical disc which are used with the light incident.
[0643]
<Example 15>
[0644]
Example 15 in which lens data is shown in Table 31 is a composite objective lens suitable as the objective lens OBJ2 in the seventh embodiment described above, and the first optical element L1 in which both optical surfaces are aspherical. And a plastic lens as a second optical element L2 in which both optical surfaces are aspherical and an annular diffractive structure is formed on the aspherical surface on the light source side.
[0645]
[Table 31]
[0646]
In the objective lens of the present embodiment, the specifications for the first optical disc D1, the second optical disc D2, and the third optical disc D3 are respectively set.
NA1 = 0.87, λ1 = 408 nm, t1 = 0.1 mm, m1 = 0
NA2 = 0.67, λ2 = 658 nm, t2 = 0.6 mm, m2 = −0.12
NA3 = 0.51, λ3 = 785 nm, t3 = 1.2 mm, m3 = −0.20
It is assumed.
[0647]
The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the common area corresponding to NA3 and the first peripheral area corresponding to NA3 to NA2 are λB = 408 nm and nB = 8, respectively. The optimization wavelength λB and the optimization order nB of the diffraction structure formed in the second peripheral region corresponding to NANA1 are λB = 408 nm and nB = 6, respectively.
[0648]
Therefore, in the common region and the first peripheral region, an eighth-order diffracted light for the 408 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD1, a fifth-order diffracted light for the 658 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2, and the semiconductor laser Fourth-order diffracted light is generated so as to have the maximum amount of diffracted light with respect to the 785 nm laser light emitted from the LD 3, and in the second peripheral region, 6th order light is generated with respect to the 408 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD 1. The fourth-order diffracted light for the 658 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2 and the third-order diffracted light for the 785 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD3 are generated so as to have the maximum amount of diffracted light, respectively. .
[0649]
FIG. 99A shows a spherical aberration diagram (chromatic aberration diagram) when laser beams of 403 nm, 408 nm, and 413 nm are incident. Further, the second optical element L2 of the objective lens of the present embodiment has a function as an aperture switching means in addition to a function as a substrate thickness difference correcting means. That is, as can be seen from the spherical aberration diagrams shown in FIGS. 99 (B) and (C), the 658 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD2 passing through the second peripheral region is used to record information on the second optical disk D2. The 788 nm laser light emitted from the semiconductor laser LD3 passing through the first peripheral region and the second peripheral region becomes a flare component on the surface, and becomes a flare component on the information recording surface of the third optical disc D3. , NA2 and NA3 are automatically switched.
[0650]
In this specification, the surface on which the diffractive structure is formed (diffractive surface) refers to a surface provided with a relief on the surface of an optical element to have a function of diffracting an incident light beam, and has the same optical surface. When there is a region where diffraction occurs and a region where diffraction does not occur, it refers to a region where diffraction occurs. Further, a diffraction structure or a diffraction pattern refers to a region where this diffraction occurs. As the shape of the relief, for example, a substantially concentric annular zone is formed on the surface of the optical element with the optical axis as the center. The relief is particularly called a "blaze".) Or a step-like shape is known, but includes such a shape.
[0651]
In general, the diffraction surface generates infinitely many orders of diffracted light, such as 0th-order diffracted light, ± 1st-order diffracted light, ± 2nd-order diffracted light,... In the case of a diffractive surface having a step-like shape, the diffraction efficiency of a specific order is made higher than the diffraction efficiency of another order, and in some cases, the diffraction efficiency of one specific order (for example, + 1st order diffracted light) The shape of the blaze or the staircase shape can be set so that the diffraction efficiency is approximately 100%. In the present invention, “the diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n” means that when light of the wavelength λB is incident, the diffraction efficiency of the diffraction light of the diffraction order n is theoretically 100%. This means setting the shape of the blaze or step-like shape so that the wavelength λB is called the manufacturing wavelength or the optimized wavelength, and the diffraction order n is called the optimization order. In other words, it can be explained as follows. “The diffraction structure is optimized at the wavelength λB and the diffraction order n” means that, in a blazed or stair-like diffraction structure formed on the optical element, the step amount in the optical axis direction of the annular zone is actually calculated. Let Δd (μm) be the refractive index of the diffractive structure at Nλmin at the shortest wavelength among the wavelengths of light incident on the diffractive structure (that is, the wavelength of light of λ1 generated by the first light source in this specification). , Δd, Nλmin, the optimized wavelength λB (nm), and the diffraction order n.
λB (nm) = Δd × (Nλmin-1) / (n × 10-3)
In the above equation, n is calculated by the following equation.
n = INT (Y)
Y = Δd × (Nλmin-1) / (λmin × 10-3)
Here, INT (Y) is an integer obtained by rounding Y.
Here, when the actual blazed or stepped diffraction structure has a shape error due to a manufacturing error, as shown in FIG. 90, the optical axis when the ideal shape of the blazed or stepped diffraction structure is approximately obtained is obtained. The amount of step in the direction is defined as Δd.
[0652]
In this specification, an “objective lens” is an optical system included in an optical system for recording information on an information recording surface of an optical information recording medium (optical disk) and / or reproducing information on the information recording surface. Among the elements, it refers to an optical element that is arranged at a position facing the optical information recording medium and focuses a light beam from a light source on the information recording surface of the optical information recording medium.
[0653]
The “objective lens composed of one lens group” is an optical element arranged at a position facing the optical information recording medium, and is composed of one group (even if it is composed of one optical element). , Including a case where a plurality of optical elements are joined) for condensing a light beam from a light source on the information recording surface of the optical information recording medium.
[0654]
In this specification, “optical element” and “lens” have the same meaning.
[0655]
Further, when the objective lens is composed of a plurality of optical elements (or lens groups), an optical element arranged at a position facing the optical information recording medium and a plurality of optical elements integrated by a lens frame, flange, or the like. A set of optical elements is called an objective lens as defined herein.
[0656]
Further, in the present specification, regarding the reproduction and / or recording of information on three types of optical information recording media having different transparent substrate thicknesses, “using a common objective lens” composed of one lens group means When reproducing and / or recording information on an optical information recording medium, the optical element is arranged at a position facing the optical information recording medium and focuses a light beam from a light source on an information recording surface of the optical information recording medium. The elements are the same optical element, and this same optical element is defined as a “common objective lens”.
[0657]
Only when information is reproduced and / or recorded on an optical information recording medium having a specific transparent substrate thickness, the optical information recording medium is inserted into the optical path between the light source and the optical information recording medium or functions as an optical element. It is assumed that the optical element that works is not included in the common objective lens.
[0658]
Further, in this specification, the “protective substrate”, “transparent substrate”, and “protective layer” are formed on the light beam incident surface side of the information recording surface in order to protect the information recording surface of the optical information recording medium. The light beam emitted from the light source is condensed by the objective lens on the information recording surface of the optical information recording medium via the parallel plate. In this specification, the term “protective substrate thickness (thickness)” refers to the thickness of the above-mentioned parallel flat plate. In the DVD-standard optical information recording medium, the protective substrate thickness is 0.6 mm, and the CD-standard optical information thickness is 0.6 mm. In the recording medium, the protective substrate thickness is 1.2 mm. In this specification, a high-density DVD (a first optical information recording medium or a first optical disk) is given as an example in the specification. In addition to an optical information recording medium having a protective substrate thickness of 0.1 mm, a protective substrate having a thickness of zero, that is, having no parallel flat plate, or a 0.6 mm protective layer which is the same as an optical information recording medium of DVD standard. Those having a substrate thickness are also included.
[0659]
Further, in the present specification, when the optical information recording medium has a plurality of information recording layers on the same light beam incident surface side, that is, a so-called multilayer disc, the “protection substrate” includes the above-mentioned plurality of information recording layers. Among them, in addition to the parallel flat plate formed on the light beam incident surface side of the information recording layer closest to the light beam incident surface, an intermediate layer formed between the plurality of information recording layers is also included.
[0660]
In this specification, “substrate thickness difference correcting means” means that an optical information recording medium for recording and / or reproducing information is replaced with an optical information recording medium having a different transparent substrate thickness (for example, a CD). , DVD and CD, and high-density DVD to CD), and the difference in the protective substrate thickness of optical information recording media of different standards, the spherical aberration component of the wavefront aberration of the spot on the information recording surface changes. The recording and / or reproduction of information on the optical information recording medium is performed so that the information can be recorded and / or reproduced, when it becomes larger than 0.07λrms (where λ is a wavelength). It refers to an optical element capable of correcting a spherical aberration component so as to be 0.07 λrms or less, more preferably 0.05 λrms or less within a predetermined image-side numerical aperture of an objective lens required for performing the operation.
[0661]
In this specification, the term "substrate thickness error correcting means" refers to an optical information recording medium of a specific standard, in which the thickness of the protective substrate is not uniform due to a manufacturing error of the optical information recording medium, and varies depending on the location. Due to differences in the thickness of the protective substrate due to differences between manufacturers and manufacturing equipment, spherical aberration occurs, and the wavefront aberration of the spot on the information recording surface, When the value becomes larger than 0.07λrms (where λ is a wavelength), the information is recorded and / or reproduced on the optical information recording medium so that the information can be recorded and / or reproduced. Refers to an optical element capable of correcting a spherical aberration component so as to be 0.07 λrms or less, more preferably 0.05 λrms or less within a predetermined image-side numerical aperture of the objective lens required for the optical system.
[0662]
In this specification, “chromatic aberration correcting means” refers to a light source used for recording and / or reproducing information on an optical information recording medium of a specific standard, and includes a manufacturing error, a temperature change, and a humidity change. When the monochromaticity of the wavelength of emitted light is poor due to environmental changes such as changes in output, etc., it refers to an optical element that can correct chromatic aberration generated in an objective lens. When the element is not arranged in the optical path between the light source and the objective lens, the focus movement amount of the objective lens for a wavelength change of ± 1 nm is A, and the optical element is in the optical path between the light source and the objective lens. Assuming that the amount of focus movement of the objective lens with respect to the same amount of wavelength change when placed is B,
| A |> | B |
Refers to an optical element that can satisfy the following.
[0663]
Further, in this specification, "forming a good wavefront" on the information recording surface of the optical information recording medium means that, when the wavelength is λ, the wavefront aberration is 0.07λ or less, more preferably, 0.17λ. It indicates that light is condensed in a state of 05λ or less.
[0664]
Further, “flare” in this specification is defined as follows. When recording and / or reproducing information on the i-th optical information recording medium (i = 1, 2 or 3), the wavelength is λi, and the image-side numerical aperture of the objective lens is NAi. When recording and / or reproducing information on / from the j-th optical information recording medium (j = 2 or 3), when one of the following two conditions (more preferably, both) is satisfied, The light beam that has passed and reached the information recording surface of the j-th optical information recording medium is referred to as “flare”.
[0665]
The first condition is that the maximum value of the spherical aberration on the information recording surface of the light beam that passes outside NAj among the light beams of wavelength λj that have passed through all the apertures determined from NA1 and λ1 is larger than 10 μm and NAj The case where the spherical aberration is smaller than 5 μm.
[0666]
The second condition is that the wavefront aberration on the information recording surface of the light beam of wavelength λj passing through all the apertures determined from NA1 and λ1 is greater than 0.07λj, and within NAj, the wavefront aberration on the information recording surface Is smaller than 0.07λj.
[0667]
Under the first condition and / or the second condition, the spherical aberration may be continuous at NAj or discontinuous at NAj.
[0668]
Further, in this specification, recording and reproducing information refer to recording information on the information recording surface of the optical information recording medium as described above and reproducing information recorded on the information recording surface. . The objective lens, the optical pickup device, and the condensing optical system of the present invention may be used to perform only recording or reproduction, or may be used to perform both recording and reproduction. Is also good. Further, it may be used for recording on one optical information recording medium and reproducing on another optical information recording medium, or may be used for recording on one optical information recording medium. Alternatively, it may be used for performing reproduction and performing recording and reproduction on another optical information recording medium. Note that reproduction here includes simply reading information.
[0669]
In this specification, when all of the first to third protective substrate thicknesses have the same value, that is, all of the first to third optical information recording media have the same thickness. In the case of having the protective substrate described above, there is no problem of the present invention and does not belong to the technical scope of the present invention.
[0670]
【The invention's effect】
According to the optical pickup device of the present invention, there is provided an optical pickup device capable of achieving mutual compatibility between three types of optical disks such as high-density DVD, DVD, and CD having different standards (recording densities) using a common objective lens. Can be provided. Further, it is possible to provide an optical pickup device in which a working distance with respect to an optical disk having a thick protective substrate such as a CD is sufficiently secured.
[0671]
Further, mutual compatibility between three types of optical disks such as high-density DVD, DVD, and CD having different standards (recording densities) is achieved by using a diffractive optical element and a common objective lens. It is possible to provide an optical pickup device capable of obtaining sufficient light amount utilization efficiency in a wavelength region.
[0672]
Further, mutual compatibility between three types of optical disks such as high-density DVDs, DVDs, and CDs having different standards (recording densities) is achieved by using a common objective lens, and high-density optical disks such as high-density DVDs are achieved. Chromatic aberration caused by poor monochromaticity of the light source, spherical aberration caused by a plastic lens due to environmental changes such as temperature change and humidity change, and thickness of the protective substrate, which are problems when recording and / or reproducing It is possible to provide an optical pickup device capable of satisfactorily correcting spherical aberration caused by a manufacturing error and performing recording and / or reproduction of an optical disk having a high recording density such as a stable high-density DVD.
[0673]
Further, an objective lens, a diffractive optical element, and an optical element that can be used in the above-described optical pickup device can be provided.
[0674]
Further, it is possible to provide a recording / reproducing apparatus capable of recording and / or reproducing information on three types of optical information recording media having different standards (recording densities) using the above-described optical pickup device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view conceptually showing an optical pickup device according to the present invention.
FIG. 2 is a view conceptually showing another optical pickup device according to the present invention.
FIG. 3 is a view conceptually showing still another optical pickup device according to the present invention.
FIG. 4 is a view conceptually showing still another optical pickup device according to the present invention.
FIG. 5 is a view conceptually showing still another optical pickup device according to the present invention.
FIG. 6 is a view conceptually showing still another optical pickup device according to the present invention.
FIG. 7 is a view conceptually showing still another optical pickup device according to the present invention.
FIG. 8 is a view conceptually showing still another optical pickup device according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a first optical pickup device according to the first embodiment.
10A is a side sectional view of a multilayer diffraction element serving as a chromatic aberration correcting element used in the first optical pickup device shown in FIG. 9 and the relationship between wavelength and refractive index for explaining the operation of the multilayer diffraction element; (B) of FIG.
FIG. 11 is a view schematically showing a second optical pickup device according to the first embodiment.
FIG. 12 is a diagram schematically showing a third optical pickup device according to a second embodiment.
FIG. 13 is a diagram schematically showing a fourth optical pickup device according to a second embodiment.
FIG. 14 is a diagram schematically showing a fifth optical pickup device according to a third embodiment.
FIG. 15 is a view schematically showing a sixth optical pickup device according to a third embodiment.
FIG. 16 is a view schematically showing a seventh optical pickup device according to a fourth embodiment.
FIG. 17 is a diagram for explaining an annular filter provided on an objective lens as an aperture switching unit that can be used in each of the embodiments and examples.
FIG. 18 is a view for explaining the operation of the annular filter of FIG. 17;
FIG. 19 is a view for explaining the operation of another annular filter of FIG. 17;
FIG. 20 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the objective lens of Example 1.
FIG. 21 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the objective lens of Example 1.
FIG. 22 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the objective lens of Example 1.
FIG. 23 is a diagram showing spherical aberration of the objective lens of Example 1 up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm.
FIG. 24 is a spherical aberration diagram of the objective lens of Example 1 with respect to λ2 = 650 nm up to a numerical aperture of 0.65.
FIG. 25 is a spherical aberration diagram of the objective lens of Example 1 with respect to λ3 = 780 nm up to a numerical aperture of 0.50.
FIG. 26 is another spherical aberration diagram of the objective lens of Example 1 with respect to λ2 = 650 nm.
FIG. 27 is another spherical aberration diagram for the objective lens of Example 1 with respect to λ3 = 780 nm.
FIG. 28 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the focusing optical system of Example 2.
FIG. 29 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm of the objective lens of the condensing optical system of Example 2.
30 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm in a combined system of the collimator and the objective lens of the condensing optical system of Example 2. FIG.
FIG. 31 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the objective lens of the condensing optical system of Example 2.
FIG. 32 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the objective lens of the condensing optical system according to the second embodiment.
FIG. 33 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm of the objective lens of the condensing optical system of Example 2.
FIG. 34 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.50 with respect to λ3 = 780 nm of the objective lens of the condensing optical system of Example 2.
FIG. 35 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of the third embodiment.
FIG. 36 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm in the condensing optical system of Example 3.
FIG. 37 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the condensing optical system of the third embodiment.
FIG. 38 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the condensing optical system of the third embodiment.
FIG. 39 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm in the condensing optical system of Example 3.
FIG. 40 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.50 with respect to λ3 = 780 nm in the condensing optical system of Example 3.
FIG. 41 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of Example 4.
FIG. 42 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm in the condensing optical system of Example 4.
FIG. 43 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the objective lens of the condensing optical system of Example 4.
FIG. 44 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the objective lens of the condensing optical system of Example 4.
FIG. 45 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm in the condensing optical system of Example 4.
FIG. 46 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.50 with respect to λ3 = 780 nm in the condensing optical system of Example 4.
FIG. 47 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of Example 5.
FIG. 48 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the condensing optical system of the fifth embodiment.
FIG. 49 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the condensing optical system of Example 5.
FIG. 50 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm in the condensing optical system of Example 5.
FIG. 51 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm in the condensing optical system of Example 5.
FIG. 52 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.50 with respect to λ3 = 780 nm in the condensing optical system of Example 5.
FIG. 53 is a diagram showing spherical aberration when light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 is incident on the condensing optical system of Example 5; is there.
FIG. 54 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the condensing optical system of Example 6.
FIG. 55 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm ± 10 nm of the objective lens of the condensing optical system of Example 6;
FIG. 56 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the condensing optical system of the sixth embodiment.
FIG. 57 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the condensing optical system of the sixth embodiment.
FIG. 58 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.65 with respect to λ2 = 650 nm in the condensing optical system of Example 6.
FIG. 59 is a diagram of spherical aberration up to a numerical aperture of 0.50 with respect to λ3 = 780 nm in the condensing optical system of Example 6.
FIG. 60 shows first-order diffracted light of light having a wavelength of 405 nm, first-order diffracted light of light having a wavelength of 650 nm, and first-order diffracted light of light having a wavelength of 780 nm generated by a blaze structure optimized at a manufacturing wavelength λB and a diffraction order 1. FIG. 4 is a diagram illustrating the dependence of the diffraction efficiency of a sample on the production wavelength.
FIG. 61 shows second-order diffracted light of light having a wavelength of 405 nm, light having a wavelength of 650 nm, and first-order diffracted light of light having a wavelength of 650 nm generated by a blaze structure optimized with a manufacturing wavelength λB satisfying 340 nm ≦ λB ≦ 450 nm and a diffraction order 2. It is a figure showing the dependence on the manufacturing wavelength of the diffraction efficiency with respect to the 1st-order diffracted light of 780 nm light.
FIG. 62 shows a sixth-order diffracted light of a 405-nm light, a fourth-order diffracted light of a 650-nm light, and a wavelength generated by a blaze structure optimized with a manufacturing wavelength λB satisfying 390 nm ≦ λB ≦ 440 nm and a diffraction order 6. It is a figure showing the dependence on the manufacturing wavelength of the diffraction efficiency with respect to the 3rd-order diffracted light of 780 nm light. FIG. 4 is a diagram illustrating the dependence of diffraction efficiency on a manufacturing wavelength.
FIG. 63 is a drawing schematically showing an eighth optical pickup device according to the third embodiment.
FIG. 64 is a view schematically showing a ninth optical pickup device according to a fifth embodiment.
FIG. 65 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the objective lens of Example 7;
FIG. 66 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the objective lens of Example 7;
FIG. 67 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the objective lens of Example 7;
FIG. 68 is a diagram showing spherical aberration of the objective lens of Example 7 up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm;
FIG. 69 is a diagram of spherical aberration when light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 of the objective lens of Example 7 is incident.
FIG. 70 is a spherical aberration diagram when a beam of λ3 = 780 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA2 0.85 of the objective lens of Example 7 is incident.
FIG. 71 is an optical path diagram at λ1 = 405 nm of the objective lens in Example 8;
FIG. 72 is an optical path diagram at λ2 = 650 nm of the objective lens of Example 8;
FIG. 73 is an optical path diagram at λ3 = 780 nm of the objective lens in Example 8;
74 is a diagram showing spherical aberration of the objective lens of Example 8 up to a numerical aperture of 0.85 with respect to λ1 = 405 nm; FIG.
FIG. 75 is a diagram of spherical aberration when light of λ2 = 650 nm having a light beam diameter equal to the stop diameter determined by a combination of λ1 = 405 nm and NA1 0.85 of the objective lens of Example 8 is incident.
FIG. 76 is a diagram of spherical aberration when light of λ3 = 780 nm having a light beam diam