JP2004199768A - Optical pickup device and optical information recording/reproducing device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関し、特に、高密度な光情報記録又は再生を達成できる光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。
【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。更に、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という実情がある。
【０００３】
ここで、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）の向上は、光ピックアップ装置用光学系を介して得られる集光スポットのスポット径を小さくすることで実現できる。このスポット径は、周知のようにλ／ＮＡ（ただし、λは光源の波長、ＮＡは対物レンズの開口数）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、及び光ディスク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、光源の短波長に関しては、波長４００ｎｍ程度のレーザ光を発生する青紫色半導体レーザの研究が進展を見せており、その実用化も近いといえる。また、対物レンズの高開口数化に関しては、開口数０．８５の単レンズ構成の対物レンズを実現しようとする試みが各社で盛んに行われている。高開口数の単レンズでは、光源側の光学面の曲率がきつくなりがちであるので、光学面同士の光軸ずれによりコマ収差が発生する傾向がある。そのため、高開口数の単レンズを高い生産効率で作製するためには、高屈折率材料を使用することで、光学面同士の光軸ずれに対するマージンを十分に確保する必要がある。従来、ＣＤ、ＭＯ、ＤＶＤなどの光ディスク用の光ピックアップ装置に用いられる対物レンズには、主にプラスチック製の単レンズが用いられていたが、プラスチック材料は一般的に屈折率が低く、高開口数の単レンズをプラスチックレンズとすると、光学面同士の光軸ずれに対する許容度が厳格に制限され、製造コストが上昇する。これに対し、高屈折率材料の種類の豊富なガラス材料は、光学面同士の光軸ずれに対する許容度という観点からは、高開口数の単レンズの材料としては、より好適であるといえる。
【０００５】
ところで、光ピックアップ装置では、一般的に情報の再生時のレーザパワーよりも記録時のレーザパワーの方が大きいため、再生から記録に切り替える際に出力変化により中心波長が瞬時的に数ｎｍとぶ、モードホッピング現象を起こす場合がある。かかるモードホッピング現象に起因して発生するフォーカス位置ずれは、対物レンズをフォーカシングすることで除去できるが、対物レンズがフォーカシングするまでの数ｎｓｅｃの間は、デフォーカスによる記録不良等の不具合が生じる。対物レンズの色収差は光源波長が短くなるほど大きくなるので、それに伴いデフォーカスも大きくなる。更に、高屈折率のガラス材料は分散が大きいので、対物レンズとして上述のような高屈折率のガラスレンズを使用する場合には、デフォーカスがより大きく発生する。以上の理由から青紫色半導体レーザを光源として使用する場合、特に、対物レンズとして高屈折率のガラスレンズを使用する場合には、対物レンズの色収差の補正が必要である。
【０００６】
対物レンズの色収差を簡単な構成で補正するための素子として、回折作用を利用した回折素子が公知である。青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置において、対物レンズの色収差を補正するためのかかる回折素子を備えた光ピックアップ装置が、以下の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開２００１−２５６６７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に記載された光ピックアップ装置は、青紫色半導体レーザと対物レンズとの間の平行光束中に配置された回折素子により、対物レンズの色収差を補正するものであり、回折素子から射出されて対物レンズに向かう光束が、回折構造の作用により半導体レーザの波長が長くなる方向に変化した場合には収斂光束となり、半導体レーザの波長が短くなる方向に変化した場合には発散光束となるので、それにより対物レンズの色収差が補正される。
【０００８】
しかしながら、青紫色半導体レーザの波長変化により対物レンズに向かう光束の発散度が変化すると、対物レンズの倍率が変化するため球面収差が発生する。特に、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズの色収差を補正するためには、回折素子から対物レンズに向かう光束の、半導体レーザの波長変化に伴う発散度変化を大きく設定する必要があり、この結果、半導体レーザの波長が変化した場合に、対物レンズの倍率変化に伴う球面収差変化がより大きくなる。
【０００９】
特に、環境温度の変化やアクチュエータからの放熱により、青紫色半導体レーザの温度が上昇すると、青紫色半導体レーザから射出される波長は長くなる方向に変化する。この波長変化は上述したモードホッピング現象に比して比較的緩やかに起こる変化なので、これによるデフォーカス誤差は、対物レンズのフォーカシングにより除去可能である。しかし、上述のように、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズの色収差の補正のために回折素子を使用する光ピックアップ装置では、波長変化に対する球面収差変化が大きくなるため、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化は無視できない量となる。
【００１０】
本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、例えば青紫色半導体レーザのごとき短波長の光源と、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズを使用する光ピックアップ装置において、対物レンズの色収差を補正することで、フォーカシングが追従できない瞬時的な波長変化が起きた場合でも、発生したデフォーカスの量を小さく抑えるとともに、温度変化に伴う光源の発振波長変化により変化する球面収差を、温度変化に追従して補正することが可能な光ピックアップ装置及びそれを含む光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光ピックアップ装置は、光源と、前記光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行うことが可能な集光光学系と、を有している光ピックアップ装置において、
前記集光光学系は、
前記光源から射出された光束の波長に応じて所定の次数の回折光を発生する回折部と、
前記光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記回折部からの光束を集光して前記情報記録面上に集光スポットを形成するための、少なくとも１つのガラスレンズを含む対物レンズと、
前記光源と、前記対物レンズとの間の光路中に配置され、温度変化に伴って発生する前記集光スポットの球面収差変化を補正するための球面収差補正光学系と、を有していることを特徴とする。
【００１２】
前記回折部は、前記光源から射出された光束の波長に応じて所定の次数の回折光を発生するが、この回折効果を用いて、前記光源の波長が長くなるよう変化した場合に、その近軸パワーが大きくなり、また前記光源の波長が短くなるよう変化した場合に、その近軸パワーが小さくなるような近軸パワーの波長依存性を持たせるのが好ましい。更に、波長変化に対する前記回折部の近軸パワーの変化量を、前記対物レンズの色収差に対して適切な値とすることで、前記光源として半導体レーザを用いた場合に生ずるモードホップ現象に対して、デフォーカスの発生を小さく抑えることが可能となる。
【００１３】
又、その発振波長が５００ｎｍ以下である青紫色半導体レーザのごとき短波長半導体レーザを前記光源として使用する場合、前記対物レンズの色収差を補正するためには、波長変化に対する前記回折部の近軸パワーの変化量を大きく設定する必要がある。
【００１４】
特に、前記対物レンズを、単レンズ構成であって開口数が０．７以上とし、且つ光学面同士の光軸ずれに対する十分なマージン確保を目的として、ｄ線の屈折率が１．５５以上であるような屈折率の高いガラスレンズを使用する場合には、波長変化に対する前記回折部の近軸パワーの変化量を更に大きく設定する必要がある。
【００１５】
これにより、前記光源として半導体レーザを用いた場合、その波長変化に対する球面収差変化が大きくなり、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化は無視できなるが、本発明に係わる光ピックアップ装置では、かかる球面収差変化を温度変化に追従して球面収差補正光学系により補正するので、常に良好な記録・再生特性を得ることができる。
【００１６】
すなわち、上記の構成によれば、前記回折部の作用により前記対物レンズの色収差を補正することで、フォーカシングが追従できない瞬時的な波長変化が起きた場合でもデフォーカスの発生を小さく抑えるとともに、温度変化に伴う半導体レーザの発振波長変化により変化する集光スポットの球面収差を、温度変化に追従して前記球面収差補正光学系により補正することが可能である。
【００１７】
従って、請求項２に記載の光ピックアップ装置は、前記集光スポットの球面収差変化が、前記光源の波長が温度変化に伴ってシフトすることで発生する場合に、より高い作用効果を発揮する。
【００１８】
又、請求項３に記載の光ピックアップ装置は、前記回折部が、前記光源の波長が長くなった場合に、その近軸パワーが大きくなり、前記光源の波長が短くなった場合に、その近軸パワーが小さくなるような近軸パワーの波長依存性を有すると、上述の理由より好ましい。
【００１９】
更に、請求項４に記載の光ピックアップ装置は、前記光源が、５００ｎｍ以下の波長の光束を射出する場合に、より高い作用効果を発揮する。
【００２０】
又、請求項５に記載の光ピックアップ装置は、前記対物レンズが、１枚のガラスレンズから構成された前記光情報記録媒側の開口数が０．７以上とされた単レンズであって、前記ガラスレンズは、ｄ線の屈折率が１．５５以上である場合に、より高い作用効果を発揮する。
【００２１】
更に、請求項６に記載の光ピックアップ装置は、前記回折部を透過する波面に付加される光路差Φｂを、光軸からの高さｈ（ｍｍ）の関数として、
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・
（但し、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数）
により定義される光路差関数Φｂで表すとき、
ＰＤ＝−２・ｂ２
で定義される前記回折部の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）、前記対物レンズの焦点距離ｆ（ｍｍ）、前記ガラスレンズのｄ線のアッベ数νｄとが、以下の条件式を満足することを特徴とする。
５．０×１０−３＞ｆ・ＰＤ／νｄ＞５．０×１０−３ （１）
【００２２】
対物レンズを単レンズ構成のガラスレンズとする場合、対物レンズで発生する色収差量（近軸値）は、焦点距離ｆ（ｍｍ）と、ｄ線のアッベ数νｄとを用いて、ｆ／νｄで表すことができる。この色収差量に対して回折部の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）を（１）式を満足するように決定することで、半導体レーザのモードホップ現象に対して、デフォーカスの発生を小さく抑えることが可能となる。
【００２３】
更に、請求項７に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、その構成レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記対物レンズに向かう光束の発散角を変化させることが可能であるように構成されると好ましい。
【００２４】
又、請求項８に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、少なくとも２つのレンズ群から構成されたエキスパンダーレンズであって、前記レンズ群のうち少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記集光スポットの球面収差変化の補正を行うと好ましい。
【００２５】
更に、請求項９に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、前記光源から射出された発散光束の発散角を変換するカップリングレンズであって、その構成レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群を光軸方向に移動させることで、前記集光スポットの球面収差変化の補正を行うと好ましい。
【００２６】
又、請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、前記回折部が、前記球面収差補正光学系の光学面上に形成されていると、部品点数の削減やコスト低減を図ることができる。
【００２７】
更に、請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、前記球面収差補正光学系が、電極と、液晶分子層とから構成され、前記電極に所定の電圧を印可して、前記液晶分子層の配列パターンを変化させることが可能であるように構成されたものであっても良い。このように液晶を利用した前記球面収差補正光学系を使用する場合は、上述のエキスパンダーレンズやカップリングレンズのような機械的駆動部が不要であり、低電力での作動が可能であるので、光ピックアップ装置の省スペース化、省電力化に有効である。
【００２８】
又、請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、前記光ピックアップ装置が、更に、前記情報記録媒体からの反射光束を受光することで、前記集光スポットの球面収差変化を検出するための光検出器と、前記光検出器の検出結果に応じて前記球面収差補正光学系を作動させるための作動手段と、を備えると好ましい。球面収差変化の検出方法としては、記録・再生信号のＲＦ振幅などをモニターする方法や、同一出願人による特開２００２−３０４７６３号公報に記載の方法が好ましい。
【００２９】
更に、前記球面収差補正光学系としてエキスパンダーレンズやカップリングレンズを使用する場合には、ボイスコイル型アクチュエータやピエゾアクチュエータ等の作動手段により、その構成レンズ群を光軸方向に移動させ、前記球面収差補正光学系として液晶を利用した素子を使用する場合には、電源により電極に所定の電圧を印可して液晶分子層の配列パターンを変化させることができる。
【００３０】
請求項１３に記載の光情報記録再生装置は、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置と、光情報記録媒体を前記光ピックアップ装置による情報信号の記録及び／又は再生が可能となるように支持する光情報記録媒体支持手段とを有することを特徴とする。
【００３１】
尚、回折部の回折パターンの形状として、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、あるいは階段状のような形状が知られているが、本明細書における回折部の回折パターンとは、そのような形状を含むものである。
【００３２】
一般に、回折パターンからは、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回折パターンの場合は、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、この回折パターンの形状を設定することができる。
【００３３】
更に、本明細書において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体（例えば光ディスク）を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に駆動されるレンズを指すものとする。従って、本明細書において、対物レンズの開口数及び像側開口数とは、光情報記録媒体側（例えば光ディスク側）の開口数であって、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいは、それぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録・再生をするために必要なスポット径を得ることができる、回折限界性能を有する開口数を指すものとする。
【００３４】
また、本明細書において、情報の記録とは、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をいう。また、本明細書において、情報の再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明による対物レンズは、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。尚、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。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による光ピックアップ装置用光学系ＯＳを搭載した光ピックアップ装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本発明に係わる第１の光ピックアップ装置ＰＵ１を概略的に表す図であり、図１（ｂ）は、エキスパンダーレンズの光学断面を拡大して示す図である。図１（ａ）において、光ピックアップ装置ＰＵ１は、光源として青紫色半導体レーザＬＤと、青紫色半導体レーザＬＤから射出された光束を、光ディスクＯＤの保護層ＤＰを介して情報記録面ＤＲ上に集光させる集光光学系とを備えており、この集光光学系は、青紫色半導体レーザＬＤから射出された発散光束を平行光束に変換するカップリングレンズＣＵＬと、負の近軸パワーを有する第１レンズ群Ｌ１と、正の近軸パワーを有する第２レンズ群Ｌ２とから構成され、且つカップリングレンズＣＵＬからの平行光束の径を変換するエキスパンダーレンズＥＸＰと、対物レンズＯＢＪとから構成されている。波長４００ｎｍ近傍の短波長光源として、青紫色半導体レーザＬＤの代わりに、２次高調波発生を利用したＳＨＧ半導体レーザを使用してもよい。対物レンズＯＢＪは、ｄ線の屈折率が１．５５以上の単レンズ構成のガラスレンズであり、その光ディスクＯＤ側の開口数は０．７以上とされている。そして、対物レンズＯＢＪは、フランジ部ＦＬにより光ピックアップ装置ＰＵに高精度に取り付けることが可能である。
【００３７】
青紫色半導体レーザＬＤから射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタＢＳを透過し、１／４波長板ＷＰを経て円偏光の光束となった後、カップリングレンズＣＵＬで平行光束となる。この平行光束は、エキスパンダーレンズＥＸＰに入射される。エキスパンダーレンズＥＸＰを経た光束は、光束径を拡大され、絞りＳＴを経た後、対物レンズＯＢＪによって光ディスクＯＤの保護層ＤＰを介して、情報記録面ＤＲ上に形成される集光スポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動される。情報記録面ＤＲ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ＯＢＪ、絞りＳＴ、エキスパンダーレンズＥＸＰを透過した後、カップリングレンズＣＵＬにより収斂光束となる。この収斂光束は、１／４波長板ＷＰにより直線偏光とされた後、偏光ビームスプリッタＢＳによって反射され、シリンドリカルレンズＣＹ、凹レンズＮＬを経ることによって非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成されたフォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号を用いて光ディスクＯＤに対して情報の記録・再生を行うことができる。
【００３８】
対物レンズＯＢＪは、光学面同士の光軸ずれに対する十分な許容公差を確保するために、ｄ線の屈折率が１．５５以上以上のガラス材料から構成されているが、高屈折率のガラス材料は分散が大きいので、半導体レーザＬＤのモードホッピング現象により情報記録面ＤＲ上の集光スポットにデフォーカスが大きく発生する恐れがある。そこで、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１の光学面上に、拡大図（図１（ｂ））に示したような輪帯状の回折パターンを回折部として形成して、モードホッピングによるデフォーカス発生を小さく抑えた。この際、回折パターンにより対物レンズＯＢＪの色収差を良好に補正するために、波長変化に対する回折パターンの近軸パワーの変化量を大きく設定しているので、半導体レーザの波長変化に対する球面収差変化が大きくなり、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により、無視できない量の球面収差変化が発生する。光ピックアップ装置ＰＵでは、かかる温度変化に伴う球面収差変化を、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１を光軸方向に移動させて、対物レンズＯＢＪに入射する光束の発散度を変化させて補正するので、常に良好な記録・再生特性が得られる。第１レンズ群Ｌ１は、光検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成された情報記録面ＤＲ上の集光スポットの球面収差変化信号を用いて、その周辺に配置された作動手段である１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に所定の量だけ移動される。
【００３９】
尚、本実施の形態で球面収差補正光学系を構成するエキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１及び第２レンズ群Ｌ２は、それぞれ単レンズであってもよく、また、複数枚のレンズから構成されるものでもよい。また、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは、エキスパンダーレンズＥＸＰは２つのレンズ群から構成されているが、３つ以上のレンズ群から構成されるものでもよい。また、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは、エキスパンダーレンズＥＸＰは入射光束の径を拡大する構成とされているが、入射光束の径を縮小する構成としても良い。更に、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは回折パターンを第２レンズ群Ｌ２の光学面上に形成したが、第１レンズ群Ｌ１の光学面上に形成してもよく、また、２つ以上の複数の光学面上にかかる回折パターンを形成してもよい。そして、図１の光ピックアップ装置ＰＵでは、第１レンズ群Ｌ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に移動させる構成としたが、第２レンズ群Ｌ２を移動させる構成としてもよく、いずれの場合でも温度変化に伴う半導体レーザの波長変化による球面収差変化を補正することが可能である。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図２（ａ）は、本発明に係わる第２の光ピックアップ装置ＰＵ２を概略的に表す図であり、図２（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。図２（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ２では、半導体レーザＬＤのモードホッピング現象により発生するデフォーカスを小さく抑えるために、図１（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ１に対し、エキスパンダーレンズＥＸＰを省略し、カップリングレンズＣＵＬの光学面上に、拡大図（図２（ｂ））に示したような輪帯状の回折パターンを回折部として形成したことと、カップリングレンズＣＵＬを、検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成された情報記録面ＤＲ上の集光スポットの球面収差変化信号を用いて、その周辺に配置された１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に所定の量だけ移動させることで、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化を補正すること以外は、図１の光ピックアップ装置ＰＵ１と同じ構成であるので、詳細な説明は割愛する。
【００４１】
尚、図２の光ピックアップ装置ＰＵ２では、球面収差補正光学系であるカップリングレンズＣＵＬは、半導体レーザＬＤからの発散光束を平行光束にコリメートして対物レンズＯＢＪに導くコリメートレンズとしたが、半導体レーザＬＤからの発散光束の発散角を小さくして、緩い発散光束として対物レンズＯＢＪに導くレンズであってもよく、或いは、半導体レーザＬＤからの発散光束を収斂光束に変換して対物レンズＯＢＪに導くレンズであってもよい。また、カップリングレンズＣＵＬは、１つのレンズ群から構成されるものであってもよく、また、複数のレンズ群から構成されるものでもよい。更に、図２の光ピックアップ装置ＰＵ２では、回折パターンを対物レンズＯＢＪ側の光学面上に形成したが、２つ以上の複数の光学面上にかかる回折パターンを形成してもよい。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図３（ａ）は、本発明に係わる第３の光ピックアップ装置ＰＵ３を概略的に表す図であり、図３（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。図３（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ３では、図２（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ２と同様に、半導体レーザＬＤのモードホッピング現象により発生するデフォーカスを小さく抑えるために、カップリングレンズＣＵＬの光学面上に、拡大図（図３（ｂ））に示したような、輪帯状の回折パターンを回折部として形成している。
【００４３】
また、図３の光ピックアップ装置ＰＵ３では、温度変化に伴う半導体レーザの波長変化により発生する球面収差変化を補正するために、カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとの間の光路中に液晶を利用した素子（以下、ＬＣＤ）を、球面収差補正光学系として配置している。
【００４４】
素子ＬＣＤは、絶縁基板ＳＵＢ（例えば、ガラス基板）、電極ＥＰ、液晶分子層ＬＣ、電極ＥＰ、絶縁基板ＳＵＢ（例えば、ガラス基板）の順に積層された構造を有しており、電極ＥＰのうち、少なくとも一方は光軸を中心とした輪帯パターンに分割されている。光検出器ＰＤの出力信号に基づいて生成された情報記録面ＤＲ上の集光スポットの球面収差変化信号を用いて、このように輪帯パターンに分割された電極ＥＰに対し、電極ＰＳで所定の電圧を印可すると、液晶分子層ＬＣの配列パターンが輪帯状に変化し、結果として、光軸を中心とした輪帯状の屈折率分布を素子ＬＣＤに持たせることができる。かかる輪帯状の屈折率分布を有する素子ＬＣＤを透過した光束の波面には球面収差が付加されるので、これにより温度変化に伴う半導体レーザＬＤの波長変化により発生する球面収差変化を補正することが可能となる。
【００４５】
図３（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ３では、素子ＬＣＤの構成を上述のような構成としたが、本発明に係わる光ピックアップ装置ＰＵ３に適用可能なＬＣＤは、光軸を中心とした輪帯状の屈折率分布を形成できるものであればよく、上述の構成に限られない。また、図３（ａ）の光ピックアップ装置ＰＵ３では、回折パターンを、カップリングレンズＣＵＬの対物レンズＯＢＪ側の光学面上に形成したが、２つ以上の複数の光学面上にかかる回折パターンを形成してもよい。
【００４６】
また、本発明に係わる光情報記録再生装置は、上述した光ピックアップ装置ＰＵ１〜ＰＵ３と、光ディスクＯＤをこの光ピックアップ装置ＰＵ１〜ＰＵ３により情報の記録・再生が可能に支持する図示しない光情報記録媒体支持手段とを有して構成されるものである。光情報記録媒体支持手段は、光ディスクＯＤの中心部分を保持して回転動作する回転動作装置によって構成される。
【００４７】
次に、上述した光ピックアップ装置の集光光学系として好適な実施例を、２例提示する。何れの実施例も設計波長（例えば光学素子に対して倍率、温度、入射光束径等、全く同じ条件で様々な波長の光を入射させた場合に、収差が最小となる波長）は４０５ｎｍであり、対物レンズＯＢＪの開口数は０．８５、対物レンズの焦点距離は１．７６ｍｍである。
【００４８】
各実施例における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数１で表される。ただし、κを円錐係数、Ａ２ｉを非球面係数とする。
【数１】
また、各実施例における回折パターンは、この回折パターンにより透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、ｂ２ｊを光路差関数係数とするとき次の数２で定義される光路差関数Φｂ（ｍｍ）で表される。
【数２】
この光路差関数Φｂ（ｍｍ）の値をもとに輪帯状の回折パターンを形成する場合、光路差関数Φｂ（ｍｍ）の値が設計波長のｎ倍（ただし、ｎは自然数）変わる毎に輪帯を形成する。
【００５１】
また、各実施例のレンズデータ表において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎｄはｄにｄ線における屈折率、Ｎ４０５は設計波長４０５ｎｍにおける屈折率、Ｎ４１０は波長４１０ｎｍにおける屈折率、Ｎ４００は波長４００ｎｍにおける屈折率、Ｎｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０−３）を、Ｅ（例えば ２．５×Ｅ―３）を用いて表すものとする。
【００５２】
（実施例１）
図４に光路図を示す集光光学系は、図１の光ピックアップ装置ＰＵ１の集光光学系として好適なものであり、そのレンズデータを表１に示す。対物レンズＯＢＪは、開口数０．８５のガラスレンズあり、光学面同士の光軸ずれに対するマージンを十分に確保するために、ｄ線の屈折率が１．７５４７６の高屈折率材料を使用した。一般的に、高屈折のガラス材料は分散が大きいが、このガラス材料においてもｄ線のアッベ数は４５．６と分散が大きく、図５の球面収差・色収差図に示すように、±５ｎｍの波長変化に対して±２．５μｍの軸上色収差が発生する。青紫色半導体レーザのモードホップによる波長変化量は１ｎｍ程度であるが、対物レンズＯＢＪの１ｎｍの波長変化に対するデフォーカス込みの波面収差のＲＭＳ値は０．１５６λｒｍｓであり、マレシャル限界（０．０７λｒｍｓ）を大きく越えてしまう。本実施例の集光光学系では、エキスパンダーレンズＥＸＰの第２レンズ群Ｌ２の両方の光学面上に数２で表される回折パターンを形成することで、このデフォーカスによる波面収差の劣化を小さく抑えた。
【表１】
図６は、対物レンズＯＢＪにエキスパンダーレンズＥＸＰを組み合わせた場合の球面収差・色収差図であり、軸上色収差を過剰補正として、設計波長である４０５ｎｍの球面収差カーブに４０５±５ｎｍの球面収差カーブを交差させることで、波長変化に対するデフォーカスの発生を小さく抑えている。この系の１ｎｍの波長変化に対するデフォーカス込みの波面収差のＲＭＳ値は０．０１５λｒｍｓであり、デフォーカスの発生は良好に補正されている。
【００５４】
本実施例の集光光学系では、青紫色半導体レーザのモードホップによるデフォーカスの発生を小さく抑えるために、エキスパンダーレンズＥＸＰの第２レンズ群Ｌ２の光学面上に形成した回折パターンの近軸パワーの波長依存性を大きく設定したため、波長変化に対する球面収差変化が大きくなっている。そのため、温度変化により青紫色半導体レーザの発振波長が変化すると無視できない量の球面収差が発生する。一般的に青紫色半導体レーザは、１度の温度上昇あたり０．１ｎｍ程度波長が長くなるので、６０度温度が上昇した場合、光源波長は４０５ｎｍから４１１ｎｍとなる。気温の低い環境下で、光ディスクの記録／再生を始めた場合、光ディスクプレーヤーの内部温度が６０度上昇することは十分に考えられる。本実施例の集光光学系において光源波長が４１１ｎｍとなると、波面収差のＲＭＳ値は０．０８８λｒｍｓであり光ディスクの記録／再生に支障をきたす恐れがある。本実施例の集光光学系によれば、かかる場合でも、エキスパンダーレンズＥＸＰの第１レンズ群Ｌ１を光軸方向に０．３ｍｍ移動させて、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔を１．２ｍｍとすると、波長変化により発生した球面収差を補正することができ、その際の波面収差のＲＭＳ値を０．０２２λｒｍｓと十分に小さく抑えることができるので、情報の記録／再生を良好に行える。
【００５５】
（実施例２）
図７に光路図を示す集光光学系は、図２及び図３の光ピックアップ装置ＰＵ２，ＰＵ３の集光光学系として好適なものであり、そのレンズデータを表２に示す。対物レンズＯＢＪは、実施例１の対物レンズＯＢＪと同じものであるので、詳細な説明は割愛する。本実施例の集光光学系では、カップリングレンズＣＵＬの両方の光学面上に数２で表される回折パターンを形成することで、青紫色半導体レーザのモードホップによるデフォーカスの発生を小さく抑えた。図８は、対物レンズＯＢＪにカップリングレンズＣＵＬを組み合わせた場合の球面収差・色収差図であり、軸上色収差を過剰補正として、設計波長である４０５ｎｍの球面収差カーブに４０５±５ｎｍの球面収差カーブを交差させることで、波長変化に対するデフォーカスの発生を小さく抑えている。この系の１ｎｍの波長変化に対するデフォーカス込みの波面収差のＲＭＳ値は０．０１５λｒｍｓであり、デフォーカスの発生は良好に補正されている。
【表２】
本実施例の集光光学系では、実施例１のエキスパンダーレンズＥＸＰと同様に、青紫色半導体レーザのモードホップ現象によるデフォーカスの発生を小さく抑えるために、カップリングレンズＣＵＬの光学面上に形成した回折パターンの近軸パワーの波長依存性を大きく設定したため、波長変化に対する球面収差変化が大きくなっている。本実施例の集光光学系において、光源波長が４１１ｎｍとなると、波面収差のＲＭＳ値は０．０８７λｒｍｓとなるが、カップリングレンズＣＵＬを光軸方向に０．８ｍｍ移動させて、カップリングレンズＣＵＬと対物レンズＯＢＪとの間隔を５．８ｍｍとすると、波長変化により発生した球面収差を補正することができ、その際の波面収差のＲＭＳ値は０．０２２λｒｍｓと十分に小さく抑えることができるので、情報の記録／再生を良好に行える。
【００５７】
実施例１及び２では、回折パターンが２つの光学面上に形成されているが、このように、２つ以上の光学面上に回折パターンを形成する場合には、本明細書における回折部の近軸パワーとは、上述の（１）式により各光学面上に形成した回折パターンの近軸パワーを計算し、それらの和として定義される。尚、請求項６に示す値に対応する各実施例の値は、表３に示す通りである。
【表３】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば青紫色半導体レーザのごとき短波長の光源と、高屈折率のガラス材料からなる対物レンズを使用する光ピックアップ装置において、対物レンズの色収差を補正することで、フォーカシングが追従できない瞬時的な波長変化が起きた場合でも、発生したデフォーカスの量を小さく抑えるとともに、温度変化に伴う光源の発振波長変化により変化する球面収差を、温度変化に追従して補正することが可能な光ピックアップ装置及びそれを含む光情報記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係わる第１の光ピックアップ装置ＰＵ１を概略的に表す図であり、図１（ｂ）は、エキスパンダーレンズの光学断面を拡大して示す図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明に係わる第２の光ピックアップ装置ＰＵ２を概略的に表す図であり、図２（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明に係わる第３の光ピックアップ装置ＰＵ３を概略的に表す図であり、図３（ｂ）は、カップリングレンズの光学断面を拡大して示す図である。
【図４】図１の光ピックアップ装置ＰＵ１の集光光学系として好適な集光光学系（実施例１）の光路図である。
【図５】対物レンズにかかる球面収差・色収差図である。
【図６】対物レンズＯＢＪにエキスパンダーレンズＥＸＰを組み合わせた場合の球面収差・色収差図である。
【図７】図２，３の光ピックアップ装置ＰＵ２〜ＰＵ３の集光光学系として好適な集光光学系（実施例２）の光路図である。
【図８】実施例２の集光光学系にかかる球面収差・色収差図である。
【符号の説明】
ＰＵ 光ピックアップ装置
ＯＢＪ 対物レンズ
ＣＵＬ カップリングレンズ
ＥＸＰ エキスパンダーレンズ
ＬＤ 半導体レーザ
ＡＣ１，ＡＣ２ アクチュエータ
ＳＴ 絞り
ＰＤ 光検出器
ＯＤ 光ディスク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical pickup device and an optical information recording / reproducing device, and more particularly, to an optical pickup device and an optical information recording / reproducing device capable of achieving high-density optical information recording or reproduction.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, optical disks are widely used for storing digital data such as storage of music information and video information or storage of computer data, as is known as CD (compact disk) or DVD (digital versatile disk). Furthermore, in recent years, with the advent of the information-oriented society, there is a situation in which the capacity of these optical discs is strongly required.
[0003]
Here, in the optical disk, the recording capacity (recording density) per unit area can be improved by reducing the spot diameter of the condensed spot obtained through the optical system for an optical pickup device. As is well known, the spot diameter is proportional to λ / NA (where λ is the wavelength of the light source and NA is the numerical aperture of the objective lens). Therefore, in order to reduce the spot diameter, it is used in an optical pickup device. It is effective to shorten the wavelength of the light source and increase the numerical aperture of the objective lens arranged to face the optical disk.
[0004]
Among them, with respect to the short wavelength of the light source, research on a blue-violet semiconductor laser that generates laser light with a wavelength of about 400 nm has been progressing, and it can be said that its practical use is near. With regard to increasing the numerical aperture of the objective lens, many companies are actively trying to realize a single lens objective lens having a numerical aperture of 0.85. In a single lens having a high numerical aperture, since the curvature of the optical surface on the light source side tends to be sharp, coma aberration tends to occur due to optical axis shift between the optical surfaces. Therefore, in order to manufacture a single lens having a high numerical aperture with high production efficiency, it is necessary to secure a sufficient margin for optical axis deviation between optical surfaces by using a high refractive index material. Conventionally, an objective lens used for an optical pickup device for an optical disk such as a CD, MO, or DVD mainly uses a single lens made of plastic. However, plastic materials generally have a low refractive index and a high aperture. If the number of single lenses is a plastic lens, the tolerance for optical axis deviation between optical surfaces is strictly limited, and the manufacturing cost increases. On the other hand, a glass material with a wide variety of high refractive index materials is more suitable as a material for a single lens having a high numerical aperture, from the viewpoint of tolerance for optical axis deviation between optical surfaces.
[0005]
By the way, in an optical pickup device, since the laser power at the time of recording is generally larger than the laser power at the time of information reproduction, the center wavelength instantaneously jumps several nm due to an output change when switching from reproduction to recording. Mode hopping may occur. The focus position shift caused by the mode hopping phenomenon can be removed by focusing the objective lens. However, a defect such as a recording defect due to defocus occurs for a few nsec until the objective lens focuses. Since the chromatic aberration of the objective lens increases as the wavelength of the light source decreases, the defocus increases accordingly. Further, since a glass material having a high refractive index has a large dispersion, when a glass lens having a high refractive index as described above is used as an objective lens, a larger defocus occurs. For the above reasons, when a blue-violet semiconductor laser is used as a light source, particularly when a glass lens having a high refractive index is used as the objective lens, it is necessary to correct the chromatic aberration of the objective lens.
[0006]
As an element for correcting chromatic aberration of an objective lens with a simple configuration, a diffractive element utilizing a diffractive action is known. An optical pickup device using a blue-violet semiconductor laser as a light source and including such a diffractive element for correcting chromatic aberration of an objective lens is described in
[Patent Document 1]
JP 2001-256672 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The optical pickup device described in
[0008]
However, if the divergence of the light beam toward the objective lens changes due to the change in the wavelength of the blue-violet semiconductor laser, the magnification of the objective lens changes, causing spherical aberration. In particular, in order to correct the chromatic aberration of the objective lens made of a glass material having a high refractive index, it is necessary to set a large change in the divergence of the light beam from the diffraction element to the objective lens due to the change in the wavelength of the semiconductor laser. As a result, when the wavelength of the semiconductor laser changes, the spherical aberration change accompanying the magnification change of the objective lens becomes larger.
[0009]
In particular, when the temperature of the blue-violet semiconductor laser rises due to a change in environmental temperature or heat radiation from the actuator, the wavelength emitted from the blue-violet semiconductor laser changes in a longer direction. Since this wavelength change occurs relatively slowly as compared with the mode hopping phenomenon described above, the defocus error due to this change can be removed by focusing the objective lens. However, as described above, in an optical pickup device that uses a diffractive element to correct chromatic aberration of an objective lens made of a glass material having a high refractive index, a change in spherical aberration with respect to a change in wavelength becomes large, so The change in spherical aberration caused by the change in the wavelength of the violet semiconductor laser is not negligible.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems. For example, in an optical pickup device using a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser and an objective lens made of a glass material having a high refractive index, By correcting chromatic aberration, even if an instantaneous wavelength change that cannot be followed by focusing occurs, the amount of generated defocus is kept small, and spherical aberration that changes due to a change in the oscillation wavelength of the light source due to temperature change is reduced by temperature. It is an object of the present invention to provide an optical pickup device capable of performing correction following changes and an optical information recording / reproducing device including the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The optical pickup device according to
The condensing optical system,
A diffractive unit that generates diffracted light of a predetermined order according to the wavelength of the light beam emitted from the light source,
An objective lens including at least one glass lens, which is arranged at a position facing the optical information recording medium and forms a condensed spot on the information recording surface by condensing a light beam from the diffraction unit;
The light source and a spherical aberration correction optical system arranged in an optical path between the objective lens and correcting a spherical aberration change of the condensed spot generated with a temperature change. It is characterized by.
[0012]
The diffractive portion generates a predetermined order of diffracted light according to the wavelength of the light beam emitted from the light source. When the axial power increases and the wavelength of the light source changes so as to be shorter, it is preferable that the paraxial power has a wavelength dependency such that the paraxial power decreases. Furthermore, by changing the amount of change in paraxial power of the diffraction unit with respect to wavelength change to a value appropriate for the chromatic aberration of the objective lens, a mode hop phenomenon that occurs when a semiconductor laser is used as the light source is Thus, the occurrence of defocus can be reduced.
[0013]
When a short-wavelength semiconductor laser such as a blue-violet semiconductor laser whose oscillation wavelength is 500 nm or less is used as the light source, in order to correct the chromatic aberration of the objective lens, the paraxial power of the diffraction unit with respect to a wavelength change is corrected. Needs to be set large.
[0014]
In particular, the objective lens has a single-lens configuration, a numerical aperture of 0.7 or more, and a d-line refractive index of 1.55 or more for the purpose of securing a sufficient margin for optical axis deviation between optical surfaces. When a glass lens having a high refractive index is used, it is necessary to set the amount of change in the paraxial power of the diffractive portion with respect to the change in wavelength to a larger value.
[0015]
Accordingly, when a semiconductor laser is used as the light source, the spherical aberration change with respect to the wavelength change becomes large, and the spherical aberration change caused by the wavelength change of the semiconductor laser with the temperature change can be neglected. In the pickup device, such a change in spherical aberration is corrected by the spherical aberration correcting optical system following the change in temperature, so that good recording / reproducing characteristics can always be obtained.
[0016]
That is, according to the above configuration, by correcting the chromatic aberration of the objective lens by the action of the diffractive portion, even when an instantaneous wavelength change that cannot be followed by focusing occurs, the occurrence of defocus is suppressed and the temperature is reduced. The spherical aberration of the condensed spot that changes due to the change in the oscillation wavelength of the semiconductor laser due to the change can be corrected by the spherical aberration correction optical system according to the temperature change.
[0017]
Therefore, the optical pickup device according to the second aspect exerts a higher operational effect when the spherical aberration change of the condensed spot occurs due to the wavelength of the light source being shifted with the temperature change.
[0018]
Further, in the optical pickup device according to claim 3, the diffractive portion has a large paraxial power when the wavelength of the light source is long, and has a small paraxial power when the wavelength of the light source is short. It is preferable to have the wavelength dependence of the paraxial power such that the axial power is reduced for the above-described reason.
[0019]
Further, in the optical pickup device according to the fourth aspect, when the light source emits a light beam having a wavelength of 500 nm or less, a higher effect can be obtained.
[0020]
The optical pickup device according to claim 5, wherein the objective lens is a single lens having a numerical aperture of 0.7 or more on the optical information recording medium side, which is formed of one glass lens, The glass lens exhibits a higher effect when the refractive index of the d-line is 1.55 or more.
[0021]
Further, the optical pickup device according to claim 6, wherein the optical path difference Φ added to the wavefront transmitted through the diffraction portion.bAs a function of the height h (mm) from the optical axis,
Φb= B2・ H2+ B4・ H4+ B6・ H6＋ ・ ・ ・
(However, b2, B4, B6,... Are second-order, fourth-order, sixth-order,.
Optical path difference function Φ defined bybWhen represented by
PD= −2 · b2
Paraxial power P of the diffraction section defined byD(Mm-1), The focal length f (mm) of the objective lens, and the Abbe number νd of the d-line of the glass lens satisfy the following conditional expressions.
5.0 × 10-3> FPD/Νd>5.0×10-3 (1)
[0022]
When the objective lens is a glass lens having a single-lens configuration, the amount of chromatic aberration (paraxial value) generated by the objective lens is expressed by f / νd using the focal length f (mm) and the Abbe number νd of the d-line. Can be represented. The paraxial power P of the diffractive portion with respect to this chromatic aberrationD(Mm-1) Is determined so as to satisfy the expression (1), it is possible to suppress the occurrence of defocus with respect to the mode hop phenomenon of the semiconductor laser.
[0023]
Further, in the optical pickup device according to claim 7, the spherical aberration correction optical system moves at least one lens group of the constituent lens groups in the optical axis direction, thereby forming a light beam toward the objective lens. It is preferable that the divergence angle be configured to be variable.
[0024]
The optical pickup device according to claim 8, wherein the spherical aberration correction optical system is an expander lens including at least two lens groups, and at least one of the lens groups is moved in the optical axis direction. It is preferable to correct the spherical aberration change of the condensing spot by moving the focusing spot.
[0025]
Further, in the optical pickup device according to claim 9, the spherical aberration correction optical system is a coupling lens that converts a divergence angle of a divergent light beam emitted from the light source, and at least one of the constituent lens groups. Preferably, one lens group is moved in the optical axis direction to correct a change in spherical aberration of the focused spot.
[0026]
In the optical pickup device according to the tenth aspect, when the diffractive portion is formed on the optical surface of the spherical aberration correcting optical system, the number of parts and the cost can be reduced.
[0027]
12. The optical pickup device according to claim 11, wherein the spherical aberration correction optical system includes an electrode and a liquid crystal molecular layer, and a predetermined voltage is applied to the electrode to form an arrangement pattern of the liquid crystal molecular layer. May be configured to be able to be changed. In the case of using the spherical aberration correction optical system using the liquid crystal as described above, a mechanical driving unit such as the above-described expander lens or coupling lens is unnecessary, and operation with low power is possible. This is effective for saving space and power of the optical pickup device.
[0028]
13. The optical pickup device according to claim 12, wherein the optical pickup device further receives a reflected light beam from the information recording medium to detect a change in spherical aberration of the focused spot. It is preferable to include a detector and an operating means for operating the spherical aberration correcting optical system according to a detection result of the photodetector. As a method of detecting a change in spherical aberration, a method of monitoring the RF amplitude or the like of a recording / reproducing signal or a method described in JP-A-2002-304763 by the same applicant is preferable.
[0029]
Further, when an expander lens or a coupling lens is used as the spherical aberration correcting optical system, the constituent lens group is moved in the optical axis direction by operating means such as a voice coil type actuator or a piezo actuator, and the spherical aberration is corrected. When an element using liquid crystal is used as the correction optical system, a predetermined voltage can be applied to the electrodes by a power supply to change the arrangement pattern of the liquid crystal molecular layers.
[0030]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an optical information recording / reproducing apparatus in which an optical pickup device according to any one of the first to twelfth aspects is used to record and / or reproduce an information signal on an optical information recording medium by the optical pickup device. And an optical information recording medium supporting means for supporting the optical information recording medium so as to be possible.
[0031]
Incidentally, as the shape of the diffraction pattern of the diffractive portion, for example, a substantially concentric annular zone is formed on the surface of the optical element with the optical axis as the center. Although a shape such as a shape or a step shape is known, the diffraction pattern of the diffraction portion in the present specification includes such a shape.
[0032]
In general, the diffraction pattern produces an infinite number of diffracted lights such as 0th-order diffracted light, ± 1st-order diffracted light, ± 2nd-order diffracted light,..., For example, the meridional section as described above has a sawtooth shape. In the case of a diffraction pattern, the diffraction efficiency of a specific order is 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) is set to approximately 100%. Thus, the shape of this diffraction pattern can be set.
[0033]
Further, in the present specification, in a narrow sense, an objective lens is disposed at a position closest to the optical information recording medium when the optical information recording medium (for example, an optical disk) is loaded in the optical pickup device so as to face the optical lens. In a broad sense, it refers to a lens that is driven at least in the direction of its optical axis by an actuator. Therefore, in this specification, the numerical aperture and the image-side numerical aperture of the objective lens are the numerical aperture on the optical information recording medium side (for example, the optical disk side), and are defined by the standards of the respective optical information recording media. Numerical aperture or, for each optical information recording medium, the numerical aperture with diffraction-limited performance that can obtain the spot diameter necessary for recording and reproducing information according to the wavelength of the light source used. Shall point to.
[0034]
Further, in this specification, recording information means recording information on the information recording surface of the optical information recording medium as described above. Further, in this specification, the reproduction of information refers to the reproduction of information recorded on the information recording surface of the optical information recording medium as described above. The objective lens according to the present invention may be used for performing only recording or reproduction, or may be used for performing both recording and reproduction. 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 the reproduction here includes simply reading information.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an optical pickup device equipped with an optical system OS for an optical pickup device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
(First Embodiment)
FIG. 1A is a diagram schematically illustrating a first optical pickup device PU1 according to the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating an enlarged optical cross section of an expander lens. 1A, an optical pickup device PU1 collects a blue-violet semiconductor laser LD as a light source and a light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD on an information recording surface DR via a protective layer DP of an optical disc OD. A coupling lens CUL for converting a divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD into a parallel light beam, and a condensing optical system having a negative paraxial power. The first lens unit L1 and the second lens unit L2 having a positive paraxial power, and include an expander lens EXP for converting the diameter of a parallel light beam from the coupling lens CUL, and an objective lens OBJ. I have. As a short-wavelength light source having a wavelength of about 400 nm, an SHG semiconductor laser using second harmonic generation may be used instead of the blue-violet semiconductor laser LD. The objective lens OBJ is a single-lens glass lens having a d-line refractive index of 1.55 or more, and has a numerical aperture on the optical disk OD side of 0.7 or more. The objective lens OBJ can be attached to the optical pickup device PU with high accuracy by the flange portion FL.
[0037]
The divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD passes through the polarizing beam splitter BS, becomes a circularly-polarized light beam through a quarter-wave plate WP, and becomes a parallel light beam by the coupling lens CUL. This parallel light beam enters the expander lens EXP. The light beam that has passed through the expander lens EXP has a larger light beam diameter, passes through the stop ST, and then becomes a condensed spot formed on the information recording surface DR via the protective layer DP of the optical disk OD by the objective lens OBJ. The objective lens OBJ is driven in a focusing direction and a tracking direction by a biaxial actuator AC1 disposed around the objective lens OBJ. The reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface DR passes through the objective lens OBJ, the aperture ST, and the expander lens EXP again, and then becomes a convergent light beam by the coupling lens CUL. The convergent light beam is converted into linearly polarized light by the quarter-wave plate WP, reflected by the polarization beam splitter BS, and given astigmatism by passing through the cylindrical lens CY and the concave lens NL. Converge on the surface. Then, information can be recorded / reproduced on / from the optical disc OD using the focus error signal and the tracking error signal generated based on the output signal of the photodetector PD.
[0038]
The objective lens OBJ is made of a glass material having a d-line refractive index of 1.55 or more in order to secure a sufficient tolerance for the optical axis deviation between the optical surfaces. Since the dispersion is large, the mode hopping phenomenon of the semiconductor laser LD may cause a large defocus at the condensed spot on the information recording surface DR. Therefore, a ring-shaped diffraction pattern as shown in an enlarged view (FIG. 1B) is formed as a diffraction portion on the optical surface of the first lens unit L1 of the expander lens EXP, and defocus occurs due to mode hopping. Was kept small. At this time, in order to satisfactorily correct the chromatic aberration of the objective lens OBJ by the diffraction pattern, the amount of change in the paraxial power of the diffraction pattern with respect to the wavelength change is set large, so that the spherical aberration change with respect to the wavelength change of the semiconductor laser is large. In other words, a change in wavelength of the semiconductor laser caused by a change in temperature causes a non-negligible change in spherical aberration. In the optical pickup device PU, the spherical aberration change due to the temperature change is corrected by moving the first lens unit L1 of the expander lens EXP in the optical axis direction and changing the divergence of the light beam incident on the objective lens OBJ. Therefore, good recording / reproducing characteristics are always obtained. The first lens group L1 is a single-axis operating means disposed around the first lens group L1 using a spherical aberration change signal of a condensed spot on the information recording surface DR generated based on an output signal of the photodetector PD. It is moved by a predetermined amount in the optical axis direction by the actuator AC2.
[0039]
Note that the first lens unit L1 and the second lens unit L2 of the expander lens EXP constituting the spherical aberration correcting optical system in the present embodiment may each be a single lens, or include a plurality of lenses. It may be something. In the optical pickup device PU of FIG. 1, the expander lens EXP is composed of two lens groups, but may be composed of three or more lens groups. In the optical pickup device PU of FIG. 1, the expander lens EXP is configured to increase the diameter of the incident light beam, but may be configured to reduce the diameter of the incident light beam. Further, although the diffraction pattern is formed on the optical surface of the second lens unit L2 in the optical pickup device PU of FIG. 1, it may be formed on the optical surface of the first lens unit L1. Such a diffraction pattern may be formed on the optical surface. In the optical pickup device PU of FIG. 1, the first lens unit L1 is moved in the optical axis direction by the one-axis actuator AC2. However, the second lens unit L2 may be moved. It is possible to correct a change in spherical aberration due to a change in wavelength of the semiconductor laser due to a change in temperature.
[0040]
(Second embodiment)
FIG. 2A is a diagram schematically illustrating a second optical pickup device PU2 according to the present invention, and FIG. 2B is an enlarged diagram illustrating an optical cross section of a coupling lens. In the optical pickup device PU2 of FIG. 2A, the expander lens EXP is omitted from the optical pickup device PU1 of FIG. 1A in order to reduce the defocus generated by the mode hopping phenomenon of the semiconductor laser LD. On the optical surface of the coupling lens CUL, a ring-shaped diffraction pattern as shown in an enlarged view (FIG. 2B) was formed as a diffraction portion, and the coupling lens CUL was used as an output signal of the detector PD. By using the spherical aberration change signal of the condensed spot on the information recording surface DR generated based on the above, by moving a predetermined amount in the optical axis direction by the one-axis actuator AC2 disposed around the spot, the
[0041]
In the optical pickup device PU2 of FIG. 2, the coupling lens CUL, which is a spherical aberration correction optical system, is a collimating lens that collimates a divergent light beam from the semiconductor laser LD into a parallel light beam and guides the collimated light beam to the objective lens OBJ. A lens which reduces the divergence angle of the divergent light beam from the laser LD and guides it to the objective lens OBJ as a gentle divergent light beam, or converts the divergent light beam from the semiconductor laser LD into a convergent light beam to the objective lens OBJ It may be a guiding lens. Further, the coupling lens CUL may be configured by one lens group, or may be configured by a plurality of lens groups. Further, in the optical pickup device PU2 of FIG. 2, the diffraction pattern is formed on the optical surface on the objective lens OBJ side, but the diffraction pattern may be formed on two or more optical surfaces.
[0042]
(Third embodiment)
FIG. 3A is a diagram schematically illustrating a third optical pickup device PU3 according to the present invention, and FIG. 3B is an enlarged diagram illustrating an optical cross section of a coupling lens. In the optical pickup device PU3 shown in FIG. 3A, similarly to the optical pickup device PU2 shown in FIG. 2A, in order to reduce the defocus generated by the mode hopping phenomenon of the semiconductor laser LD, the optical pickup device PU3 is used. On the surface, a ring-shaped diffraction pattern as shown in an enlarged view (FIG. 3B) is formed as a diffraction portion.
[0043]
Further, in the optical pickup device PU3 of FIG. 3, a liquid crystal is used in an optical path between the coupling lens CUL and the objective lens OBJ in order to correct a spherical aberration change caused by a wavelength change of the semiconductor laser due to a temperature change. The element (hereinafter, LCD) is arranged as a spherical aberration correction optical system.
[0044]
The element LCD has a structure in which an insulating substrate SUB (for example, a glass substrate), an electrode EP, a liquid crystal molecular layer LC, an electrode EP, and an insulating substrate SUB (for example, a glass substrate) are stacked in this order. , At least one of which is divided into an annular pattern centered on the optical axis. Using the spherical aberration change signal of the condensed spot on the information recording surface DR generated based on the output signal of the photodetector PD, the electrode PS divided into the annular pattern is determined by the electrode PS. When the voltage is applied, the arrangement pattern of the liquid crystal molecule layer LC changes in a ring shape, and as a result, the element LCD can have a ring-shaped refractive index distribution centered on the optical axis. Since a spherical aberration is added to the wavefront of the light beam transmitted through the element LCD having such a ring-shaped refractive index distribution, it is possible to correct a spherical aberration change caused by a wavelength change of the semiconductor laser LD due to a temperature change. It becomes possible.
[0045]
In the optical pickup device PU3 of FIG. 3A, the structure of the element LCD is as described above. However, the LCD applicable to the optical pickup device PU3 according to the present invention has a ring-like shape centered on the optical axis. What is necessary is just to be able to form a refractive index distribution, and it is not limited to the above-described configuration. In addition, in the optical pickup device PU3 of FIG. 3A, the diffraction pattern is formed on the optical surface of the coupling lens CUL on the objective lens OBJ side, but the diffraction pattern on two or more optical surfaces is formed. It may be formed.
[0046]
Further, the optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention comprises the above-described optical pickup devices PU1 to PU3 and an optical information recording medium (not shown) which supports the optical disc OD so that information can be recorded / reproduced by the optical pickup devices PU1 to PU3. And supporting means. The optical information recording medium support means is constituted by a rotating device that rotates while holding the central portion of the optical disk OD.
[0047]
Next, two examples of the light collecting optical system of the above-described optical pickup device will be described. In each embodiment, the design wavelength (the wavelength at which the aberration is minimized when light of various wavelengths is incident on the optical element under exactly the same conditions such as magnification, temperature, incident light beam diameter, etc.) is 405 nm. The numerical aperture of the objective lens OBJ is 0.85, and the focal length of the objective lens is 1.76 mm.
[0048]
The aspherical surface in each of the embodiments is such that when the amount of deformation from a plane contacting the vertex of the surface is X (mm), the height in the direction perpendicular to the optical axis is h (mm), and the radius of curvature is r (mm). , Expressed by the following equation (1). Where κ is the conic coefficient and A2iIs an aspheric coefficient.
(Equation 1)
Further, the diffraction pattern in each embodiment is represented by an optical path difference added to the transmitted wavefront by the diffraction pattern. Such an optical path difference is represented by height (h (mm), b) in a direction perpendicular to the optical axis.2jIs the optical path difference function coefficient, the optical path difference function Φ defined by the following equation (2)b(Mm).
(Equation 2)
This optical path difference function ΦbWhen forming an annular diffraction pattern based on the value of (mm), the optical path difference function ΦbAn annular zone is formed each time the value of (mm) changes by n times (where n is a natural number) the design wavelength.
[0051]
In the lens data table of each example, r (mm) is a radius of curvature, d (mm) is a surface interval, Nd is a refractive index at d at d line, N405 is a refractive index at a design wavelength of 405 nm, and N410 is a wavelength of 410 nm. , N400 represents a refractive index at a wavelength of 400 nm, Nd represents a refractive index at a d-line (wavelength 587.6 nm), and νd represents an Abbe number at a d-line. In the following (including the lens data in the table), a power of 10 (for example, 2.5 × 10-3) Is expressed using E (for example, 2.5 × E-3).
[0052]
(Example 1)
The condensing optical system whose optical path diagram is shown in FIG. 4 is suitable as the condensing optical system of the optical pickup device PU1 of FIG. 1, and its lens data is shown in Table 1. The objective lens OBJ is a glass lens having a numerical aperture of 0.85, and is made of a high refractive index material having a d-line refractive index of 1.75476 in order to sufficiently secure a margin for optical axis deviation between optical surfaces. In general, a glass material having a high refractive index has a large dispersion. Even in this glass material, the Abbe number of the d-line is as large as 45.6, and as shown in the spherical aberration / chromatic aberration diagram of FIG. An axial chromatic aberration of ± 2.5 μm occurs with respect to the wavelength change. Although the amount of wavelength change due to mode hop of the blue-violet semiconductor laser is about 1 nm, the RMS value of the wavefront aberration including defocus for the 1 nm wavelength change of the objective lens OBJ is 0.156 λrms, and the Marechal limit (0.07 λrms) Will greatly exceed. In the condensing optical system of the present embodiment, by forming a diffraction pattern represented by Expression 2 on both optical surfaces of the second lens unit L2 of the expander lens EXP, deterioration of wavefront aberration due to this defocus is reduced. Suppressed.
[Table 1]
FIG. 6 is a diagram of spherical aberration and chromatic aberration in the case where the expander lens EXP is combined with the objective lens OBJ. In FIG. By making them intersect, the occurrence of defocus with respect to the wavelength change is suppressed to a small value. The RMS value of the wavefront aberration including defocus for a wavelength change of 1 nm in this system is 0.015λrms, and the occurrence of defocus is well corrected.
[0054]
In the focusing optical system of the present embodiment, in order to reduce the occurrence of defocus due to mode hopping of the blue-violet semiconductor laser, the paraxial power of the diffraction pattern formed on the optical surface of the second lens unit L2 of the expander lens EXP is reduced. Is set to be large, the change in spherical aberration with respect to the change in wavelength is large. Therefore, if the oscillation wavelength of the blue-violet semiconductor laser changes due to a temperature change, a considerable amount of spherical aberration occurs. Generally, the wavelength of a blue-violet semiconductor laser increases by about 0.1 nm per one degree of temperature rise. Therefore, when the temperature rises by 60 degrees, the light source wavelength changes from 405 nm to 411 nm. When recording / reproducing of the optical disc is started in a low temperature environment, it is sufficiently considered that the internal temperature of the optical disc player rises by 60 degrees. When the wavelength of the light source is 411 nm in the condensing optical system of this embodiment, the RMS value of the wavefront aberration is 0.088 λrms, which may hinder recording / reproducing of the optical disc. According to the condensing optical system of the present embodiment, even in such a case, the first lens unit L1 of the expander lens EXP is moved by 0.3 mm in the optical axis direction to move the first lens unit L1 and the second lens unit L2. When the interval is 1.2 mm, the spherical aberration caused by the wavelength change can be corrected, and the RMS value of the wavefront aberration at that time can be sufficiently suppressed to 0.022 λrms. Can be performed well.
[0055]
(Example 2)
The condensing optical system whose optical path diagram is shown in FIG. 7 is suitable as the condensing optical system of the optical pickup devices PU2 and PU3 shown in FIGS. 2 and 3, and the lens data is shown in Table 2. Since the objective lens OBJ is the same as the objective lens OBJ of the first embodiment, a detailed description is omitted. In the condensing optical system according to the present embodiment, by forming a diffraction pattern represented by Expression 2 on both optical surfaces of the coupling lens CUL, occurrence of defocus due to mode hop of the blue-violet semiconductor laser is suppressed. Was. FIG. 8 is a diagram of spherical aberration and chromatic aberration in the case where the coupling lens CUL is combined with the objective lens OBJ. , The occurrence of defocus with respect to the wavelength change is suppressed to a small value. The RMS value of the wavefront aberration including defocus for a wavelength change of 1 nm in this system is 0.015λrms, and the occurrence of defocus is well corrected.
[Table 2]
In the condensing optical system according to the present embodiment, similarly to the expander lens EXP according to the first embodiment, the condensing optical system is formed on the optical surface of the coupling lens CUL in order to suppress the occurrence of defocus due to the mode hop phenomenon of the blue-violet semiconductor laser. Since the wavelength dependence of the paraxial power of the obtained diffraction pattern is set to be large, the change in spherical aberration with respect to the change in wavelength is large. In the focusing optical system of this embodiment, when the light source wavelength is 411 nm, the RMS value of the wavefront aberration is 0.087 λrms. However, the coupling lens CUL is moved by 0.8 mm in the optical axis direction, and the coupling lens CUL is moved. If the distance between the lens and the objective lens OBJ is 5.8 mm, the spherical aberration generated by the wavelength change can be corrected, and the RMS value of the wavefront aberration at that time can be sufficiently suppressed to 0.022 λrms. Information can be recorded / reproduced satisfactorily.
[0057]
In the first and second embodiments, the diffraction pattern is formed on two optical surfaces. In the case where a diffraction pattern is formed on two or more optical surfaces as described above, the diffraction portion in the present specification is used. The paraxial power is defined as the paraxial power of the diffraction pattern formed on each optical surface calculated by the above equation (1) and the sum thereof. Incidentally, the values of the respective embodiments corresponding to the values shown in claim 6 are as shown in Table 3.
[Table 3]
【The invention's effect】
According to the present invention, in an optical pickup device using a short-wavelength light source such as a blue-violet semiconductor laser and an objective lens made of a glass material having a high refractive index, focusing follows by correcting chromatic aberration of the objective lens. Even if there is an instantaneous wavelength change that cannot be made, the amount of generated defocus can be kept small and the spherical aberration that changes due to the change in the oscillation wavelength of the light source due to the temperature change can be corrected by following the temperature change. An optical pickup device and an optical information recording / reproducing device including the same can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a view schematically showing a first optical pickup device PU1 according to the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view showing an optical cross section of an expander lens. is there.
FIG. 2A is a view schematically showing a second optical pickup device PU2 according to the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view showing an optical cross section of a coupling lens. It is.
FIG. 3A is a view schematically showing a third optical pickup device PU3 according to the present invention, and FIG. 3B is an enlarged view showing an optical cross section of a coupling lens. It is.
FIG. 4 is an optical path diagram of a light-converging optical system (Example 1) suitable as a light-converging optical system of the optical pickup device PU1 of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing spherical aberration and chromatic aberration applied to an objective lens.
FIG. 6 is a diagram of spherical aberration and chromatic aberration when an expander lens EXP is combined with an objective lens OBJ.
FIG. 7 is an optical path diagram of a light collecting optical system (Example 2) suitable as a light collecting optical system of the optical pickup devices PU2 to PU3 of FIGS.
FIG. 8 is a diagram of spherical aberration and chromatic aberration applied to the condensing optical system of Example 2.
[Explanation of symbols]
PU optical pickup device
OBJ objective lens
CUL coupling lens
EXP expander lens
LD semiconductor laser
AC1, AC2 Actuator
ST aperture
PD photodetector
OD optical disk
Claims (13)
前記光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行うことが可能な集光光学系と、を有している光ピックアップ装置において、
前記集光光学系は、
前記光源から射出された光束の波長に応じて所定の次数の回折光を発生する回折部と、
前記光情報記録媒体に対向する位置に配置され、前記回折部からの光束を集光して前記情報記録面上に集光スポットを形成するための、少なくとも１つのガラスレンズを含む対物レンズと、
前記光源と、前記対物レンズとの間の光路中に配置され、温度変化に伴って発生する前記集光スポットの球面収差変化を補正するための球面収差補正光学系と、を有していることを特徴とする光ピックアップ装置。A light source,
A light-collecting optical system capable of recording and / or reproducing information by converging a light beam emitted from the light source on an information recording surface of an optical information recording medium. At
The condensing optical system,
A diffractive unit that generates diffracted light of a predetermined order according to the wavelength of the light beam emitted from the light source,
An objective lens including at least one glass lens, which is arranged at a position facing the optical information recording medium and forms a condensed spot on the information recording surface by condensing a light beam from the diffraction unit;
The light source and a spherical aberration correction optical system arranged in an optical path between the objective lens and correcting a spherical aberration change of the condensed spot generated with a temperature change. An optical pickup device characterized by the above-mentioned.
Φｂ＝ｂ２・ｈ２＋ｂ４・ｈ４＋ｂ６・ｈ６＋・・・
（但し、ｂ２、ｂ４、ｂ６、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数）
により定義される光路差関数Φｂで表すとき、
ＰＤ＝−２・ｂ２
で定義される前記回折部の近軸パワーＰＤ（ｍｍ−１）、前記対物レンズの焦点距離ｆ（ｍｍ）、前記ガラスレンズのｄ線のアッベ数νｄとが、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
５．０×１０−３＞ｆ・ＰＤ／νｄ＞５．０×１０−３ （１）The optical path difference Φ b added to the wavefront passing through the diffractive portion is a function of the height h (mm) from the optical axis,
Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 + ...
(However, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are second-order, fourth-order, sixth-order,..., Optical path difference function coefficients, respectively.)
When represented by an optical path difference function Φ b defined by
P D = −2 · b 2
The paraxial power P D (mm −1 ) of the diffraction unit, the focal length f (mm) of the objective lens, and the Abbe number νd of the d-line of the glass lens satisfy the following conditional expressions defined by The optical pickup device according to claim 5, wherein:
5.0 × 10 −3 > f · P D /νd>5.0×10 −3 (1)
光情報記録媒体を前記光ピックアップ装置による情報信号の記録及び／又は再生が可能となるように支持する光情報記録媒体支持手段とを有することを特徴とする光情報記録再生装置。An optical pickup device according to any one of claims 1 to 12,
An optical information recording / reproducing apparatus comprising: an optical information recording medium supporting means for supporting an optical information recording medium so that recording and / or reproduction of an information signal by the optical pickup device is enabled.
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