JP2004326984A - Optical head and its objective lens - Google Patents

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JP2004326984A
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Kenichi Hayashi
賢一 林
Yuji Fujita
雄二 藤田
Original Assignee
Sankyo Seiki Mfg Co Ltd
株式会社三協精機製作所
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical head and its objective lens that can provide excellent pickup characteristics even when focusing a first and a second laser beams different in frequencies with each other through an objective lens having a diffraction structure on a first and a second recording surfaces which have transparent protective layers different in thickness with each other. <P>SOLUTION: When setting the height H of the fine concentric level difference 30 constituting the center diffraction grating 35 in the center refraction surface area 33, the objective lens 3 of this optical head correlates the pit areas S<SB>1</SB>, S<SB>2</SB>of the first optical recording medium 41 and the second optical recording medium 42 with a first dimension h<SB>1</SB>corresponding to the wavelength of the first laser beam L1 and a second dimension h<SB>2</SB>corresponding to the wavelength of the second laser beam L2 so as to satisfy the formula H=(S<SB>1</SB>×h<SB>2</SB>+S<SB>2</SB>×h<SB>1</SB>)/(S<SB>1</SB>+S<SB>2</SB>). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる波長のレーザ光を用いて基板厚さの異なるCDやDVDなどの光記録媒体の再生、記録を行う光ヘッド装置に関するものである。さらに詳しくは、かかる光ヘッド装置に用いるのに適した対物レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光記録媒体としては、CDやDVD等のように記録面を保護する透明保護層の厚さや記録密度の異なるものが知られており、CD(CD−Rを含む)の再生記録用には波長785nmの第1のレーザ光を出射する第1のレーザ光源が用いられ、DVDの再生用には、波長655nmの第2のレーザ光を出射する第2のレーザ光源が用いられている。
【0003】
ここで、光記録媒体に対して情報の記録や再生を行なう光ヘッド装置では、その小型およびコンパクト化のために共通の対物レンズを用いて、CDおよびDVDの記録面にレーザ光を収束させる構成のものが提案されている。
【0004】
但し、CDは、記録面を保護する透明保護層の厚さが1.2mmであり、DVDは、透明保護層の厚さがCDよりも薄い0.6mmであり、その記録密度はCDより高い。そこで、対物レンズとしては、単一の屈折力を有するレンズ面に同心円状の微細な段差からなる回折格子を形成し、この回折格子によって入射光束を回折して、透明保護層の厚さが異なる2種類の光記録媒体の記録面に良好な焦点を結ばせるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
ここで、回折格子を構成する段差の高さは、レーザ光の位相2πとする必要があるが、回折格子には、CDの再生記録用の波長785nmの第1のレーザ光、およびDVD再生用の波長655nmの第2のレーザ光がそれぞれ入射することになる。このため、対物レンズにおける第1のレーザ光が入射したときの屈折率、対物レンズにおける第2のレーザ光が入射したときの屈折率、第1のレーザ光の波長、および第2のレーザ光の波長をそれぞれ、n、n、λ、およびλとしたとき、回折格子の段差の高さは、下式
=λ/(n−1)
=λ/(n−1)
で求められるhあるいはhに設定される。また、回折格子の段差の高さは、(h+h)/2に設定されることもある。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−81566号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第2のレーザ光を重視して、回折格子の段差の高さをhとした場合、そのSカーブ特性(フォーカシングエラー信号)は、図5(a)に示すようになり、DVDについては良好な解像度が得られるが、CDではSカーブが得られない。また、再生性能を示すジッターもDVDについては良好な値となるが、CDでは再生可能であっても要求仕様限界レベルの値となる。
【0008】
これに対して、第1のレーザ光を重視して、回折格子の段差の高さをhとした場合、そのSカーブ特性は、図5(b)に示すようになり、CDについては良好な解像度が得られるが、DVDではSカーブの振幅が低い。DVDのSカーブ振幅が低いと、2層ディスクの記録再生時のフォーカスサーボがとれない問題がある。また、指紋が付着したディスク(フィンガープリントディスク)などの粗悪ディスクのフォーカスサーボが外れる問題がある。また、ジッターもCDについては良好な値となるが、DVDでは要求仕様限界を超え、再生不可能なレベルとなる。
【0009】
また、回折格子の段差の高さを(h+h)/2とした場合、そのSカーブ特性は、図5(c)に示すようになり、このようなSカーブでは、CDについては図5(b)と同等レベルのほぼ良好な再生性能が得られるが、CDと比較して解像度を必要とするDVDでは再生性能が悪い。
【0010】
また、対物レンズの屈折面を中心側と外周側に分け、中心側に段差の高さを(h+h)/2とした中心側回折格子を形成し、外周側に段差の高さをhとした外周側回折格子を形成して、第1のレーザ光を用いるCDの再生には中心側回折格子による回折光を使用し、第2のレーザ光を用いるDVDの再生には中心側回折格子および外周側回折格子による回折光を使用することもある。この場合、外周側回折格子の段差高さは、従来、第2のレーザ光の効率を高くするためhにしていたが、こうすると、中心側回折格子と外周側回折格子とで第2のレーザ光における回折光の位相がずれるため、波面収差が悪くなり、レンズ全体での透過率が悪くなることがわかった。
【0011】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、波長の異なる第1および第2のレーザ光を回折レンズ構造を備えた対物レンズを介して透明保護層の厚さが異なる第1および第2の光記録媒体の記録面に集光させる場合でも良好なピックアップ特性を得ることのできる光ヘッド装置、および光ヘッド装置用対物レンズを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、第1の光記録媒体の記録面に対して第1のレーザ光源から出射した第1のレーザ光を対物レンズを介して集光させ、かつ、前記第1の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が薄い第2の光記録媒体の記録面に対して第2のレーザ光源から出射した、前記第1のレーザ光より波長の短い第2のレーザ光を前記対物レンズを介して集光させる光ヘッド装置において、前記対物レンズの屈折面を、その光軸を中心とする中心側屈折面領域と、この中心側屈折面領域の外側を取り囲んでいる外周側屈折面領域とに分割するとともに、前記中心側屈折面領域の全域に亘って同心円状の複数の微細な段差からなる中心側回折格子を形成し、前記第1のレーザ光源を用いて行う前記第1の光記録媒体の記録再生には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束を用い、前記第2のレーザ光源を用いて行う前記第2の光記録媒体の記録再生には、前記外周側屈折面領域を通過した光束と、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、前記中心側回折格子の前記段差の高さ、波長λの前記第1のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率、および波長λの前記第2のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率をそれぞれ、H、n、およびnとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
< H < (h+h)/2
但し、h=λ/(n−1)
=λ/(n−1)
を満たすように設定されてなることを特徴とする。
【0013】
本発明では、第2の光記録媒体、および第2のレーザ光が高密度記録用であることに着目して、中心側回折格子の段差の高さを、第1のレーザ光に対応させた寸法hと、第2のレーザ光に対応させた寸法hとの中間値よりも、第2のレーザ光に対応させた寸法hに近い値に設定している。すなわち、光記録媒体におけるピットサイズの大小や、ビームスポットの大小からみて、再生記録動作の難易度に対応する重み付けを行って段差の高さを設定している。このため、第2の光記録媒体では、十分なS字カーブ振幅が得られ、第1および第2の光記録媒体の双方において良好なピックアップ特性を得ることができるとともに、指紋が付着したディスク(フィンガープリントディスク)などの粗悪ディスクに対しても、フォーカスサーボが外れることなく、良好な記録再生性能が得られる。また、中心側回折格子の段差の高さを、寸法hと寸法hとの中間値よりも、波長の短い第2のレーザ光に対応させた寸法hに近い値に設定しているため、温度上昇によって、第2のレーザ光の波長が多少、長くなっても、中心温度における段差高さHを第2のレーザ光に近い波長に対応させてあるため、第2の光記録媒体において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0014】
本発明において、前記第1の光記録媒体の記録面に対して前記第1のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積、および前記第2の光記録媒体の記録面に対して前記第2のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積をそれぞれ、S、およびSとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
H=(S×h+S×h)/(S+S
を満たすように設定されてなることが好ましい。
【0015】
本発明において、前記第1の光記録媒体の記録面に対して前記第1のレーザ光によって形成されるビームスポットの径、および前記第2の光記録媒体の記録面に対して前記第2のレーザ光によって形成されるビームスポットの径をそれぞれ、φ、およびφとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
H=(φ ×h+φ ×h)/(φ +φ
を満たすように設定されてなることが好ましい。
【0016】
本発明において、2.6から4.0の値の定数をkとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
H=(k×h+1×h)/(k+1)
を満たすように設定されてなることが好ましい。
【0017】
本発明において、前記外周側屈折面領域が、前記第2のレーザ光束が前記第2の光記録媒体の記録面上に前記第2のビームスポットを形成するのに略適した屈折力となるように形成されていることが好ましい。外周側屈折面領域に回折格子を形成しようとすると、微細な段差を狭いピッチで形成する必要があるが、屈折力で第2のレーザ光を第2の光記録媒体の記録面上に集光させるのであれば、外周側屈折面領域に微細な段差を狭いピッチで形成する必要がない。また、段差部分による効率ロスをなくすことができる。
【0018】
また、本発明においては、前記外周側屈折面領域の全域に亘って、同心円状の複数の微細な段差からなる外周側回折格子を形成して、前記第2のレーザ光源を用いて行う前記第2の光記録媒体の記録再生の際には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束と、前記外周側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用いる構成を採用してもよいが、このような場合には、前記外周側回折格子を構成する前記段差の高さを前記中心側回折格子の段差高さと同じ高さHに設定することが好ましい。中心側回折格子の段差の高さをHとし、外周側回折格子の段差の高さhとする構成では、中心側回折格子と外周側回折格子で位相がずれるため、波面収差が悪くなるが、中心側回折格子も外周側回折格子も段差の高さをHとする構成では、位相ずれが無く、波面収差が良好になり、レンズ全体での透過率が向上する。
【0019】
次に、本発明は光ヘッド装置に用いる対物レンズに関するものであり、本発明の対物レンズは、上記構成の屈折面を備えていることを特徴としている。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した対物レンズを備えた光ヘッド装置を説明する。
【0021】
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本例の光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。
【0022】
図1において、本形態の光ヘッド装置1は、CD、CD−R、DVDなど、基板厚さや記録密度が異なる複数種類の光記録媒体4に対して情報の再生、記録を行うものである。そのために、CDなどの記録再生に用いる中心波長が785nmの第1のレーザL1を出射する第1のレーザ光源11と、DVDの再生等に用いる波長が655nmの第2のレーザL2を出射する第2のレーザ光源12を備えている。各レーザ光は共通の集光光学系Loを介して光記録媒体4に導かれると共に、当該光記録媒体4で反射された各レーザ光束の戻り光は共通受光素子25に導かれる。
【0023】
集光光学系Loには、第1のレーザL1を直進させ、第2のレーザL2を反射させて双方の光を共にシステム光軸L(対物レンズの光軸)に一致させる第1のビームスプリッタ21と、システム光軸Lに沿って進むレーザL1、L2を通過させる第2のビームスプリッタ22と、この第2のビームスプリッタ22を通過したレーザ光L1、L2を平行光化するコリメートレンズ23と、コリメートレンズ23から出射されたレーザ光L1、L2のビームスポットを光記録媒体4の記録面に形成するための対物レンズ3とが含まれている。
【0024】
このように構成した光ヘッド装置1では、第1の光記録媒体4としてのCD41の記録面41aに対して、対物レンズ3によって、第1のレーザ光L1のビームスポットがCD41の記録面上に形成される。また、第2の光記録媒体4としてのDVD42の記録面42aに対して、対物レンズ3によって、第2のレーザ光L2のビームスポットがDVD42の記録面上に形成される。
【0025】
このようにして光記録媒体4(CD41、DVD42)に集光された第1および第2のレーザ光L1、L2はそれぞれ、光記録媒体4で反射された後、共通の集光光学系Loを戻り光として逆に辿り、第2のビームスプリッタ22において反射されて共通受光素子25に集光する。そして、共通受光素子25で検出された信号により光記録媒体4(CD41、DVD42)の情報再生等が行われる。
【0026】
(対物レンズの構成)
図2および図3を参照して、本例の対物レンズ3の構成を詳しく説明する。図2(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ、対物レンズ3を示す平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、およびこの中心側屈折面領域に形成された段差を示す部分拡大断面図である。図3は対物レンズ3による各波長のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
【0027】
図2(a)、(b)、(c)において、本例の対物レンズ3は、第1のレーザ光源11および第2のレーザ光源12から出射されたレーザ光L1、L2が入射する正のパワーを備えた入射側屈折面31と、光記録媒体4に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面32を備えた凸レンズである。
【0028】
入射側屈折面31は、光軸Lを中心にして同心円状に光軸Lを含む円形の中心側屈折面領域33と、この中心側屈折面領域33の外周を環状に囲んでいる外周側屈折面領域34とに二分割されており、中心側屈折面領域33と外周側屈折面領域34との境界部分は、NA=0.45〜0.55に相当する位置である。
【0029】
中心側屈折面領域33の全域に亘っては、同心円状の複数の微細な段差30によって中心側回折格子35が形成されている。
【0030】
対物レンズ3の中心側屈折面領域33は、外周側屈折面領域34とは異なる屈折力を有する屈折面領域である。この中心側屈折面領域33に形成された中心側回折格子35は、当該領域を通過する第1のレーザ光L1の回折光束のビームスポットをCD41の記録面上に形成する回折特性を備えている。これに加えて、当該領域を通過する第2のレーザ光L2の回折光束のビームスポットをDVD42の記録面上に形成する回折特性を備えている。
【0031】
本例では、中心側回折格子35による第1のレーザ光L1の回折光束および第2のレーザ光L2の回折光束ともに1次回折光を使用している。
【0032】
これに対して、対物レンズ3の外周側屈折面領域34は、第2のレーザ光L2における当該領域を通る光束部分のビームスポットをDVD42の記録面上に形成する屈折力を有している。すなわち、外周側屈折面領域34には、回折格子を構成する狭ピッチの溝が形成されていない。このため、対物レンズ3を成形するための金型の製作が容易である。また、段差部分が無いため、外周側屈折領域34を通過する光のロスがなく透過率が高い。
【0033】
このような構成の対物レンズ3を備えた光ヘッド装置1において、CD41の情報再生時には、第1のレーザ光源11のみが駆動され第1のレーザ光L1が出射される。この第1のレーザ光L1における対物レンズ3の中心側屈折面領域33を通過する光束成分のうち、そこに形成されている中心側回折格子35による回折により生成された回折光束成分のビームスポットB(41)が、図3において点線で示すように、CD41の記録面上に形成される。対物レンズ3の外周側屈折面領域34を通る第1のレーザ光L1の光束成分は、再生に必要のない不要光であり、CD41の記録面上にビームスポットとしては集光しない。
【0034】
これに対して、DVD42の情報再生時には、第2のレーザ光源12のみが駆動され第2のレーザ光L2が出射される。図3において実線で示すように、このレーザ光L2における対物レンズ3の中心側屈折面領域33を通過する光束成分のうち、そこに形成されている中心側回折格子35によって回折されて発生した回折光成分と、第2のレーザ光L2における対物レンズ3の外周側屈折面領域34を通過する光束成分とによって、DVD42の記録面上にビームスポットB(42)が形成される。
【0035】
(中心側回折格子の構成例1)
図2(a)、(b)、(c)、(d)において、本形態の光ヘッド装置1に用いられている対物レンズ3では、中心側回折格子35を構成する複数の段差30の高さ、波長λの第1のレーザ光L1が入射したときの中心側屈折面領域33の屈折率、および波長λの第2のレーザ光L2が入射したときの中心側屈折面領域33の屈折率をそれぞれ、H、n、およびnとしたとき、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
< H < (h+h)/2
但し、h=λ/(n−1)
=λ/(n−1)
を満たすように設定されている。
【0036】
ここで、中心側屈折面領域33における屈折率n(n=n=nとする)、第1のレーザ光L1の波長λ、および第2のレーザ光L2の波長λをそれぞれ、例えば、1.54、785nm、および655nmとした場合、h、およびhは、それぞれ1.45μm、および1.21μmとなるので、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
1.21μm<H(μm)<1.33μm
を満たすように設定される。
【0037】
また、本形態では、中心側回折格子35の段差30の高さHについては、上記範囲のうち、CD41の記録面41aに対して第1のレーザ光L1によって形成されるピットの面積、およびDVD42の記録面42aに対して第2のレーザ光L2によって形成されるピットの面積をそれぞれ、S、およびSとしたとき、下式
H=(S×h+S×h)/(S+S
を満たすように設定されている。
【0038】
ここで、CD41の記録面41aに形成される最小ピット長(ピットのトラック方向における幅寸法)は、約0.8μmであるのに対して、DVD42の記録面42aに形成される最小ピット長(ピットのトラック方向における幅寸法)は、約0.4μmであり、また、CD41のトラックピッチは1.6μmであるのに対して、DVD42のトラックピッチは0.74μmである。従って、CD41の記録面41aに形成されるピットの面積Sと、DVD42の記録面42aに形成されるピットの面積Sの比は、約4:1である。
【0039】
従って、本形態において、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
H=(4×h+1×h)/5
で求められ、1.26μmに設定されている。
【0040】
このような高さHの段差30を中心側屈折面領域33に形成した対物レンズ3を用いれば、中心側回折格子35の段差30の高さHを、第1のレーザ光L1に対応させた寸法hと、第2のレーザ光L2に対応させた寸法hとの中間値よりも、第2のレーザ光L2に対応させた寸法hに近い値に設定しているため、この対物レンズ3を用いた場合のSカーブ特性は、図5(a)に示したSカーブ特性と、図5(c)に示したSカーブ特性との中間で表される。従って、CD41およびDVD42の双方において十分なSカーブ振幅が得られ、特にDVD42ではフィンガープリントディスクに対しても良好なフォーカスサーボが得られ、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0041】
しかも、ピットの面積の比に基づいて、第2のレーザ光L2に対応させた寸法hに偏らせる程度を設定し、再生記録動作の難易度に対応する、適正な重み付けを行って段差30の高さHを設定しているため、DVD42では良好な波面収差および透過率が得られ、CD41でも許容範囲内の波長収差および透過率が得られる。よって、CD41およびDVD42の双方において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0042】
また、中心側回折格子35の段差30の高さHを、寸法hと寸法hとの中間値よりも、波長の短い第2のレーザ光L2に対応させた寸法hに近い値に設定しているため、温度上昇によって、第2のレーザ光L2の波長が多少、長くなっても、中心温度における段差高さHを第2のレーザ光L2に近い波長に対応させてあるため、DVD42において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0043】
(中心側回折格子の構成例2)
図2(a)、(b)、(c)、(d)において、本形態の光ヘッド装置1に用いられている対物レンズ3では、本例でも、構成例1と同様、中心側回折格子35を構成する複数の段差30の高さ、波長λの第1のレーザ光L1が入射したときの中心側屈折面領域33の屈折率、および波長λの第2のレーザ光L2が入射したときの中心側屈折面領域33の屈折率をそれぞれ、H、n、およびnとしたとき、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
<H < (h+h)/2
但し、h=λ/(n−1)
=λ/(n−1)
を満たすように設定されている。
【0044】
ここで、中心側屈折面領域33における屈折率n(n=n=nとする)、第1のレーザ光L1の波長λ、および第2のレーザ光L2の波長λをそれぞれ、1.54、785nm、および655nmとした場合、h、およびhは、それぞれ1.45μm、および1.21μmとなるので、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
1.21μm<H(μm)<1.33μm
を満たすように設定される。
【0045】
また、本形態では、中心側回折格子35の段差30の高さHについては、上記範囲のうち、CD41の記録面41aに対して第1のレーザ光L1によって形成されるビームスポットの径、およびDVD42の記録面42aに対して第2のレーザ光L2によって形成されるビームスポットの径をそれぞれ、φ、およびφとしたとき、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
H=(φ ×h+φ ×h)/(φ +φ
を満たすように設定されている。
【0046】
ここで、ビームスポットの径は、定数×波長÷レンズの開口率(NA)で表されるので、例えば、第1のレーザ光L1に対する開口率を0.45とし、第2のレーザ光L2に対する開口率を0.60とすると、φとφの比は1.6:1であるので、φ とφ の比は約2.6:1となる。
【0047】
従って、本形態において、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
H=(2.6×h+1×h)/3.6
で求められ、1.28μmに設定されている。
【0048】
このような高さHの段差30を中心側屈折面領域33に形成した対物レンズ3を用いれば、中心側回折格子35の段差30の高さHを、第1のレーザ光L1に対応させた寸法hと、第2のレーザ光L2に対応させた寸法hとの中間値よりも、第2のレーザ光L2に対応させた寸法hに近い値に設定しているため、この対物レンズ3を用いた場合のSカーブ特性は、図5(a)に示したSカーブ特性と、図5(c)に示したSカーブ特性との中間で表される。従って、CD41およびDVD42の双方において十分なSカーブ振幅が得られ、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0049】
しかも、ビームスポットの面積の比に基づいて、第2のレーザ光L2に対応させた寸法hに偏らせる程度を設定し、再生記録動作の難易度に対応する、適正な重み付けを行って段差30の高さHを設定しているため、CD41およびDVD42の双方において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0050】
また、中心側回折格子35の段差30の高さHを、寸法hと寸法hとの中間値よりも、波長の短い第2のレーザ光L2に対応させた寸法hに近い値に設定しているため、温度上昇によって、第2のレーザ光L2の波長が多少、長くなっても、中心温度における段差高さHを第2のレーザ光L2に近い波長に対応させてあるため、DVD42において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0051】
(中心側回折格子の構成例3)
図2(a)、(b)、(c)、(d)において、本形態の光ヘッド装置1に用いられている対物レンズ3では、構成例1、2と同様、中心側回折格子35を構成する複数の段差30の高さ、波長λの第1のレーザ光L1が入射したときの中心側屈折面領域33の屈折率、および波長λの第2のレーザ光L2が入射したときの中心側屈折面領域33の屈折率をそれぞれ、H、n、およびnとしたとき、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
<H < (h+h)/2
但し、h=λ/(n−1)
=λ/(n−1)
を満たすように設定されている。
【0052】
ここで、中心側屈折面領域33における屈折率n(n=n=nとする)、第1のレーザ光L1の波長λ、および第2のレーザ光L2の波長λをそれぞれ、1.54、785nm、および655nmとした場合、h、およびhは、それぞれ1.45μm、および1.21μmとなるので、中心側回折格子35の段差30の高さHは、下式
1.21μm<H(μm)<1.33μm
を満たすように設定されている。
【0053】
また、本形態では、中心側回折格子35の段差30の高さHについては、前記の構成例1と構成例2の双方を考慮して、
H=(k×h+1×h)/(k+1)
定数k=2.6〜4.0
を満たすように設定されている。
【0054】
ここで、k=3とすると、中心側回折格子35の段差30の高さHは、1.27μmに設定されることになる。
【0055】
このような高さHの段差30を中心側屈折面領域33に形成した対物レンズ3を用いた場合も、構成例1、2と同様、CD41およびDVD42の双方において十分なSカーブ振幅が得られ、良好なピックアップ特性を得ることができる。
【0056】
(対物レンズ3の別の例)
上記の対物レンズ3では、外周側屈折面領域34の屈折力を設定することにより、当該領域を通る第2のレーザ光束の光束成分によるビームスポットをDVD42の記録面上に形成するようにしている。しかるに、この外周側屈折面領域34にも回折格子を形成し、この回折格子による第2のレーザ光L2の回折光束成分のビームスポットがDVD42の記録面上に形成されるようにすることもできる。
【0057】
図4(a)は外周側屈折面領域にも回折格子を形成した対物レンズの例を示す平面図であり、図4(b)はその断面図であり、図4(c)および(d)はそれぞれその部分拡大断面図である。
【0058】
これらの図に示すように、本例の対物レンズ3Aは、第1のレーザ光源11および第2のレーザ光源12から出射されたレーザ光L1、L2が入射する正のパワーを有する屈折面である入射側屈折面31Aと、光記録媒体に向けてレーザ光束を出射する出射側屈折面32Aを有した凸レンズである。
【0059】
入射側屈折面31Aは、光軸Lを含む円形の中心側屈折面領域33Aと、この中心側屈折面領域33Aを同心状に取り囲んでいる環状の外周側屈折面領域34Aとに分けられている。また、中心側屈折面領域33Aには、この領域全体に亘って同心円状の微細な段差30からなる中心側回折格子35Aが形成されている。また、外周側屈折面領域34Aにも、この領域全体に亘って同心円状の微細な段差30からなる外周側回折格子36が形成されている。
【0060】
本例の対物レンズ3Aは、CD41の記録あるいは再生時に出射される第1のレーザ光L1のうち中心側屈折面領域33Aを通過する光束成分によって、CD41の記録面41a上にビームスポットを形成する。詳しくは、当該光束成分のうち、中心側屈折面領域33Aに形成された中心側回折格子35Aによる回折作用を受けて生成された回折光束成分によってCD41の記録面上にビームスポットB(41)が形成される。
【0061】
しかるに、第1のレーザ光L1のうち、外周側屈折面領域34Aを通る光束成分は、記録あるいは再生に寄与しない不要光成分であり、本例では、当該外周側屈折面領域34Aに形成されている外周側回折格子36による回折作用を受けて、CD41の記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように回折される。
【0062】
また、本例の対物レンズ3Aは、DVD42の再生時に出射される第2のレーザ光L2によるビームスポットをDVD42の記録面42a上に形成する。すなわち、中心側屈折面領域33Aを通過する第2のレーザ光束の光束成分のうち、中心側屈折面領域33Aに形成された中心側回折格子35Aによる回折作用を受けて生成された回折光成分により、DVD42の記録面上にビームスポットが形成される。これと共に、この第2のレーザ光L2における外周側屈折面領域34Aを通過する光束成分のうち、当該領域に形成された外周側回折格子36による回折作用を受けて生成された回折光束成分によっても、DVD42の記録面上の同一位置にビームスポットが形成される。
【0063】
本例では、CD41の記録あるいは再生時、DVD42の再生時ともに、第1のレーザ光L1、または、第2のレーザ光L2の1次回折光を利用している。
【0064】
このような構成の対物レンズ3Aにおいても、中心側回折格子35Aの段差30の高さHについては、前記の構成例1、2、3で説明したように、例えば、1.28μmに設定する。
【0065】
また、本例の対物レンズ3Aでは、その外周側屈折面領域34Aにも外周側回折格子36が形成されているが、この外周側回折格子36については、第1のレーザ光L1における外周側部分の不要光成分がCD41の記録面上におけるビームスポット形成位置に集光しないように、外周側回折格子36の段差30の高さも、中心側屈折面領域33Aと同じ高さ寸法H、例えば、1.28μmに設定されている。よって、第2のレーザ光L2においては、中心側と外周側の位相を揃えることができるため、良好な波面収差を得ることができ、透過率を向上させることができる。従って、外周側を通過する光束成分が回折されない場合より、良好な再生性能を得ることができる。
【0066】
(その他の形態)
なお、本発明は、光ヘッド装置1における対物レンズ3以外で異なる波長のレーザ光束が通るレンズ、例えば、コリメートレンズ23などにも適用可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第2の光記録媒体、および第2のレーザ光が高密度記録用であることに着目して、中心側回折格子の段差の高さを、第1のレーザ光に対応させた寸法と、第2のレーザ光に対応させた寸法との中間よりも、第2のレーザ光に対応させた寸法に近い値に設定している。すなわち、光記録媒体におけるピットサイズの大小や、ビームスポットの大小からみて、再生記録動作の難易度に対応する重み付けを行って段差の高さを設定している。このため、第2の光記録媒体のSカーブ振幅が十分大きいため、フィンガープリントディスクでもフォーカスサーボが外れない。また2層ディスクでも良好なフォーカスサーボができ、第1および第2の光記録媒体の双方において良好なピックアップ特性を得ることができる。また、中心側回折格子の段差の高さを第2のレーザ光に対応させた寸法に近い値に設定しているため、温度上昇によって、第2のレーザ光の波長が多少、長くなっても、第2の光記録媒体において良好なピックアップ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した光ヘッド装置の光学系を中心に示す概略構成図である。
【図2】(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ、図1に示す対物レンズの平面図、断面図、光軸を中心とする中心側屈折面領域の部分拡大断面図、およびこの中心側屈折面領域に形成された段差を示す部分拡大断面図である。
【図3】図2の対物レンズによる第1および第2のレーザ光の収束状態を示す説明図である。
【図4】対物レンズの別の例を示す図であり、(a)はその平面図であり、(b)はその断面図であり、(c)および(d)はそれぞれその部分拡大断面図である。
【図5】(a)、(b)、(c)はそれぞれ、従来の対物レンズを用いた場合のSカーブ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 光ヘッド装置
3、3A 対物レンズ
4 光記録媒体
11 第1のレーザ光源
12 第2のレーザ光源
21 第1のビームスプリッタ
22 第2のビームスプリッタ
23 コリメートレンズ
24 グレーティング
25 共通受光素子
30 同心円状の微細な段差
31、31A 入射側屈折面
32、32A 出射側屈折面
33 中心側屈折面領域
34、34A 外周側屈折面領域
35 中心側回折格子
36 外周側回折格子
41 CD(第1の光記録媒体)
41a 記録面
42 DVD(第2の光記録媒体)
42a 記録面
B(41) ビームスポット
B(42) ビームスポット
L 対物レンズの光軸(システム光軸)
Lo 集光光学系
L1 第1のレーザ光束
L2 第2のレーザ光束
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical head device for reproducing and recording optical recording media such as CDs and DVDs having different substrate thicknesses using laser beams having different wavelengths. More specifically, the present invention relates to an objective lens suitable for use in such an optical head device.
[0002]
[Prior art]
As optical recording media, those having different thicknesses and different recording densities of a transparent protective layer for protecting a recording surface, such as CDs and DVDs, are known. For reproduction and recording of CDs (including CD-Rs), wavelengths are required. A first laser light source that emits a first laser light of 785 nm is used, and a second laser light source that emits a second laser light of a wavelength of 655 nm is used for DVD reproduction.
[0003]
Here, in an optical head device for recording and reproducing information on and from an optical recording medium, a configuration is used in which a common objective lens is used to converge a laser beam on the recording surface of a CD and a DVD for miniaturization and compactness. Stuff has been proposed.
[0004]
However, in the case of a CD, the thickness of the transparent protective layer for protecting the recording surface is 1.2 mm, and in the case of the DVD, the thickness of the transparent protective layer is 0.6 mm, which is thinner than the CD, and the recording density is higher than that of the CD. . Therefore, as an objective lens, a diffraction grating consisting of concentric fine steps is formed on a lens surface having a single refractive power, and the incident light beam is diffracted by this diffraction grating, so that the thickness of the transparent protective layer varies. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 proposes that a good focus can be obtained on the recording surfaces of two types of optical recording media.
[0005]
Here, the height of the step forming the diffraction grating needs to be 2π of the phase of the laser beam, but the diffraction grating includes a first laser beam having a wavelength of 785 nm for CD reproduction and recording and a DVD reproduction. The second laser light having a wavelength of 655 nm is incident. Therefore, the refractive index of the objective lens when the first laser light is incident, the refractive index of the objective lens when the second laser light is incident, the wavelength of the first laser light, and the refractive index of the second laser light Let n be the wavelength1, N2, Λ1, And λ2And the height of the step of the diffraction grating is
h1= Λ1/ (N1-1)
h2= Λ2/ (N2-1)
H required by1Or h2Is set to The height of the step of the diffraction grating is (h1+ H2) / 2.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-81566 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, emphasizing the second laser beam, the height of the step of the diffraction grating is increased by h.2In this case, the S-curve characteristics (focusing error signal) are as shown in FIG. 5A, and a good resolution is obtained for DVD, but no S-curve is obtained for CD. In addition, the jitter indicating the reproduction performance is a good value for a DVD, but is a value of a required specification limit level even if a CD can be reproduced.
[0008]
On the other hand, emphasizing the first laser light, the height of the step of the diffraction grating is set to h.15B, the S-curve characteristics are as shown in FIG. 5B. A good resolution can be obtained for a CD, but the amplitude of the S-curve is low for a DVD. If the S-curve amplitude of the DVD is low, there is a problem that focus servo cannot be performed at the time of recording / reproducing on a two-layer disc. In addition, there is a problem that the focus servo of a bad disk such as a disk (fingerprint disk) to which a fingerprint is attached comes off. The jitter is also a good value for a CD, but exceeds the required specification limit for a DVD, and is at a level at which reproduction is impossible.
[0009]
In addition, the height of the step of the diffraction grating is set to (h1+ H2) / 2, the S-curve characteristics are as shown in FIG. 5 (c). With such an S-curve, almost satisfactory reproduction performance of a CD equivalent to that of FIG. 5 (b) is obtained. However, DVDs that require a higher resolution than CDs have poorer reproduction performance.
[0010]
Further, the refracting surface of the objective lens is divided into a center side and an outer peripheral side, and the height of the step is set to (h1+ H2) / 2 is formed on the center side diffraction grating, and the height of the step is h on the outer peripheral side.2A diffraction grating formed by the center side diffraction grating is used for reproducing a CD using the first laser beam, and a center diffraction grating is used for reproducing a DVD using the second laser beam. In addition, the light diffracted by the outer diffraction grating may be used. In this case, the step height of the outer peripheral side diffraction grating is conventionally set to h in order to increase the efficiency of the second laser light.2However, in this case, the phase of the diffracted light in the second laser light is shifted between the center-side diffraction grating and the outer-peripheral-side diffraction grating, so that the wavefront aberration becomes worse and the transmittance of the entire lens becomes worse. all right.
[0011]
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide first and second laser beams having different thicknesses of transparent protective layers through an objective lens having a diffractive lens structure. It is an object of the present invention to provide an optical head device and an objective lens for the optical head device which can obtain good pickup characteristics even when the light is focused on the recording surface of the optical recording medium.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention focuses a first laser beam emitted from a first laser light source on a recording surface of a first optical recording medium via an objective lens, and A second laser beam having a shorter wavelength than the first laser light, emitted from a second laser light source, to a recording surface of a second optical recording medium having a transparent protective layer thinner than the transparent protective layer of the first optical recording medium. In the optical head device for condensing the laser light through the objective lens, the refraction surface of the objective lens surrounds a center-side refraction surface region centered on the optical axis and an outside of the center-side refraction surface region. And a central diffraction grating formed of a plurality of concentric fine steps over the entire area of the central refractive surface region, and using the first laser light source. Recording and reproduction of the first optical recording medium The recording / reproducing of the second optical recording medium using the second laser light source using the diffracted light beam obtained through the center side refraction surface region includes the light beam passing through the outer periphery side refraction surface region. And a diffracted light beam obtained through the center-side refraction surface region, the height of the step of the center-side diffraction grating, the wavelength λ1And the wavelength λ when the first laser beam of2H and n are the refractive indices of the central refraction surface area when the second laser light is incident, respectively.1, And n2Where, the height H of the step of the center-side diffraction grating is
h2  <H <(h1+ H2) / 2
Where h1= Λ1/ (N1-1)
h2= Λ2/ (N2-1)
Is set so as to satisfy the following.
[0013]
In the present invention, focusing on the fact that the second optical recording medium and the second laser beam are for high-density recording, the height of the step of the center-side diffraction grating is made to correspond to the first laser beam. Dimension h1And a dimension h corresponding to the second laser beam.2And the dimension h corresponding to the second laser beam2Is set to a value close to. That is, the height of the step is set by performing weighting corresponding to the difficulty of the reproducing / recording operation in view of the size of the pit size and the size of the beam spot on the optical recording medium. For this reason, in the second optical recording medium, a sufficient S-shaped curve amplitude can be obtained, good pickup characteristics can be obtained in both the first and second optical recording media, and the disc (to which the fingerprint is attached) can be obtained. Good recording / reproducing performance can be obtained without deviating the focus servo even for a bad disk such as a fingerprint disk. Also, the height of the step of the center-side diffraction grating is set to the dimension h.1And dimension h2The dimension h corresponding to the second laser light having a shorter wavelength than the intermediate value of2Therefore, even if the wavelength of the second laser beam becomes slightly longer due to the temperature rise, the step height H at the center temperature is made to correspond to the wavelength closer to the second laser beam. Therefore, good pickup characteristics can be obtained in the second optical recording medium.
[0014]
In the present invention, the area of a pit recorded or reproduced by the first laser beam with respect to the recording surface of the first optical recording medium and the second pit with respect to the recording surface of the second optical recording medium. The area of the pit recorded or reproduced by the laser light of1, And S2Where, the height H of the step of the center-side diffraction grating is
H = (S1× h2+ S2× h1) / (S1+ S2)
Is preferably set to satisfy the following.
[0015]
In the present invention, the diameter of a beam spot formed by the first laser light with respect to the recording surface of the first optical recording medium, and the second diameter with respect to the recording surface of the second optical recording medium. Let the diameter of the beam spot formed by the laser light be φ1, And φ2Where, the height H of the step of the center-side diffraction grating is
H = (φ1 2× h2+ Φ2 2× h1) / (Φ1 2+ Φ2 2)
Is preferably set to satisfy the following.
[0016]
In the present invention, when a constant of a value of 2.6 to 4.0 is k, the height H of the step of the center-side diffraction grating is represented by the following equation.
H = (k × h2+ 1 × h1) / (K + 1)
Is preferably set to satisfy the following.
[0017]
In the present invention, the outer peripheral side refraction surface region has a refracting power substantially suitable for the second laser beam to form the second beam spot on a recording surface of the second optical recording medium. Is preferably formed. In order to form a diffraction grating in the outer refractive surface area, it is necessary to form minute steps at a narrow pitch. However, the second laser beam is focused on the recording surface of the second optical recording medium by the refracting power. In this case, it is not necessary to form fine steps at a narrow pitch in the outer-side refractive surface area. Further, the efficiency loss due to the step portion can be eliminated.
[0018]
Further, in the present invention, an outer peripheral diffraction grating formed of a plurality of concentric fine steps is formed over the entire outer peripheral refraction surface region, and the second laser light source is used. In the recording / reproducing of the optical recording medium of No. 2, a configuration using a diffracted light beam obtained through the center-side refractive surface region and a diffracted light beam obtained through the outer-side refractive surface region may be adopted. In such a case, it is preferable that the height of the step constituting the outer peripheral diffraction grating is set to the same height H as the step height of the central diffraction grating. The height of the step of the center-side diffraction grating is H, and the height of the step of the outer-side diffraction grating is h.2In the configuration described above, the phase shift between the center-side diffraction grating and the outer-peripheral-side diffraction grating deteriorates the wavefront aberration. Is eliminated, the wavefront aberration is improved, and the transmittance of the entire lens is improved.
[0019]
Next, the present invention relates to an objective lens used for an optical head device, and the objective lens of the present invention is provided with the refractive surface having the above-described configuration.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an optical head device including an objective lens to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0021]
[Embodiment 1]
(overall structure)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram mainly showing an optical system of the optical head device of the present embodiment.
[0022]
In FIG. 1, an optical head device 1 of the present embodiment reproduces and records information on a plurality of types of optical recording media 4 having different substrate thicknesses and recording densities, such as CDs, CD-Rs, and DVDs. For this purpose, a first laser light source 11 that emits a first laser L1 having a center wavelength of 785 nm used for recording and reproduction of a CD and a second laser L2 having a wavelength of 655 nm used for reproduction of a DVD are used. Two laser light sources 12 are provided. Each laser beam is guided to the optical recording medium 4 via the common light condensing optical system Lo, and return light of each laser beam reflected by the optical recording medium 4 is guided to the common light receiving element 25.
[0023]
The condensing optical system Lo includes a first beam splitter that causes the first laser L1 to travel straight and reflects the second laser L2 so that both lights coincide with the system optical axis L (the optical axis of the objective lens). 21, a second beam splitter 22 that passes lasers L1 and L2 that travel along the system optical axis L, and a collimator lens 23 that converts the laser beams L1 and L2 that have passed through the second beam splitter 22 into parallel light. And an objective lens 3 for forming a beam spot of the laser beams L1 and L2 emitted from the collimating lens 23 on the recording surface of the optical recording medium 4.
[0024]
In the optical head device 1 configured as described above, the beam spot of the first laser beam L1 is placed on the recording surface of the CD 41 by the objective lens 3 with respect to the recording surface 41a of the CD 41 as the first optical recording medium 4. It is formed. A beam spot of the second laser beam L2 is formed on the recording surface of the DVD 42 by the objective lens 3 on the recording surface 42a of the DVD 42 as the second optical recording medium 4.
[0025]
The first and second laser beams L1 and L2 condensed on the optical recording medium 4 (CD41, DVD42) in this manner are reflected by the optical recording medium 4 and then transmitted through the common condensing optical system Lo. The light returns to the second beam splitter 22 and converges on the common light receiving element 25. Then, information reproduction or the like of the optical recording medium 4 (CD41, DVD42) is performed based on the signal detected by the common light receiving element 25.
[0026]
(Structure of objective lens)
The configuration of the objective lens 3 of the present example will be described in detail with reference to FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D are a plan view, a cross-sectional view, and a partially enlarged cross-sectional view of a center-side refraction surface region centered on the optical axis, respectively, showing the objective lens 3. FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing a step formed in a center-side refraction surface region. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the convergence state of laser light of each wavelength by the objective lens 3.
[0027]
2A, 2B, and 2C, the objective lens 3 of the present example is a positive lens on which the laser beams L1 and L2 emitted from the first laser light source 11 and the second laser light source 12 are incident. It is a convex lens provided with an incident-side refracting surface 31 having power and an exit-side refracting surface 32 for emitting a laser beam toward the optical recording medium 4.
[0028]
The incident-side refracting surface 31 includes a circular center-side refracting surface region 33 that includes the optical axis L concentrically around the optical axis L, and an outer-side refraction that annularly surrounds the outer periphery of the center-side refracting surface region 33. And the boundary portion between the center side refraction surface region 33 and the outer periphery side refraction surface region 34 is a position corresponding to NA = 0.45 to 0.55.
[0029]
A central diffraction grating 35 is formed by a plurality of concentric fine steps 30 over the entire central refractive surface region 33.
[0030]
The center side refraction surface region 33 of the objective lens 3 is a refraction surface region having a different refracting power from the outer peripheral side refraction surface region 34. The center side diffraction grating 35 formed in the center side refraction surface region 33 has a diffraction characteristic of forming a beam spot of the diffracted light beam of the first laser beam L1 passing through the region on the recording surface of the CD 41. . In addition, it has a diffraction characteristic of forming a beam spot of the diffracted light beam of the second laser beam L2 passing through the area on the recording surface of the DVD 42.
[0031]
In this example, the first-order diffracted light is used for both the diffracted light flux of the first laser light L1 and the diffracted light flux of the second laser light L2 by the center-side diffraction grating 35.
[0032]
On the other hand, the outer peripheral refraction surface area 34 of the objective lens 3 has a refracting power for forming a beam spot of a light beam portion of the second laser beam L2 passing through the area on the recording surface of the DVD 42. That is, in the outer peripheral side refraction surface area 34, grooves with a narrow pitch forming the diffraction grating are not formed. Therefore, it is easy to manufacture a mold for molding the objective lens 3. Further, since there is no stepped portion, there is no loss of light passing through the outer peripheral side refraction region 34, and the transmittance is high.
[0033]
In the optical head device 1 including the objective lens 3 having such a configuration, when reproducing information from the CD 41, only the first laser light source 11 is driven and the first laser light L1 is emitted. The beam spot B of the diffracted light beam component of the first laser light L1 generated by diffraction by the center-side diffraction grating 35 formed in the light beam component passing through the central refraction surface region 33 of the objective lens 3 (41) is formed on the recording surface of the CD 41 as shown by a dotted line in FIG. The light beam component of the first laser beam L1 passing through the outer peripheral refraction surface area 34 of the objective lens 3 is unnecessary light that is not necessary for reproduction, and is not converged as a beam spot on the recording surface of the CD 41.
[0034]
On the other hand, when reproducing information from the DVD 42, only the second laser light source 12 is driven to emit the second laser light L2. As shown by a solid line in FIG. 3, of the light beam components of the laser beam L2 that pass through the central refraction surface region 33 of the objective lens 3, the diffraction generated by being diffracted by the central diffraction grating 35 formed therein. A beam spot B (42) is formed on the recording surface of the DVD 42 by the light component and the light beam component of the second laser light L2 that passes through the outer refraction surface area 34 of the objective lens 3.
[0035]
(Configuration example 1 of center-side diffraction grating)
2A, 2B, 2C, and 2D, in the objective lens 3 used in the optical head device 1 of the present embodiment, the height of the plurality of steps 30 forming the center-side diffraction grating 35 is high. The wavelength λ1Of the center side refraction surface region 33 when the first laser light L12The refractive indices of the center side refraction surface region 33 when the second laser light L2 is1, And n2Then, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is given by the following equation.
h2  <H <(h1+ H2) / 2
Where h1= Λ1/ (N1-1)
h2= Λ2/ (N2-1)
Is set to meet.
[0036]
Here, the refractive index n (n1= N2= N), the wavelength λ of the first laser light L11, And the wavelength λ of the second laser light L22Is 1.54, 785 nm, and 655 nm, respectively, h1, And h2Are 1.45 μm and 1.21 μm, respectively, so the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is
1.21 μm <H (μm) <1.33 μm
Is set to satisfy
[0037]
Further, in the present embodiment, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is set within the above range, the area of the pit formed by the first laser beam L1 with respect to the recording surface 41a of the CD 41, and the DVD 42 The area of the pit formed by the second laser beam L2 with respect to the recording surface 42a of1, And S2And the following equation
H = (S1× h2+ S2× h1) / (S1+ S2)
Is set to meet.
[0038]
Here, the minimum pit length (width of the pit in the track direction) formed on the recording surface 41a of the CD 41 is about 0.8 μm, whereas the minimum pit length (width of the pit formed on the recording surface 42a of the DVD 42) is about 0.8 μm. The width of the pit in the track direction is about 0.4 μm, and the track pitch of the CD 41 is 1.6 μm, while the track pitch of the DVD 42 is 0.74 μm. Therefore, the area S of the pit formed on the recording surface 41a of the CD 411And the area S of a pit formed on the recording surface 42a of the DVD 422Is about 4: 1.
[0039]
Therefore, in the present embodiment, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is expressed by the following equation.
H = (4 × h2+ 1 × h1) / 5
And set to 1.26 μm.
[0040]
If the objective lens 3 in which the step 30 having the height H is formed in the center-side refraction surface region 33 is used, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 corresponds to the first laser beam L1. Dimension h1And a dimension h corresponding to the second laser beam L2.2And the dimension h corresponding to the second laser beam L22Since the value is set to a value close to the S curve, the S curve characteristic when the objective lens 3 is used is different from the S curve characteristic shown in FIG. 5A and the S curve characteristic shown in FIG. Represented in the middle. Therefore, a sufficient S-curve amplitude can be obtained for both the CD 41 and the DVD 42. In particular, in the DVD 42, a good focus servo can be obtained even for a fingerprint disk, and a good pickup characteristic can be obtained.
[0041]
Moreover, based on the ratio of the area of the pit, the dimension h corresponding to the second laser beam L2 is determined.2And the height H of the step 30 is set by performing appropriate weighting corresponding to the difficulty of the reproducing / recording operation, so that the DVD 42 can obtain good wavefront aberration and transmittance, Even with the CD 41, wavelength aberration and transmittance within the allowable range can be obtained. Therefore, good pickup characteristics can be obtained for both the CD 41 and the DVD 42.
[0042]
In addition, the height H of the step 30 of the center side diffraction grating 35 is set to the dimension h.1And dimension h2The dimension h corresponding to the second laser light L2 having a shorter wavelength than the intermediate value of2Therefore, even if the wavelength of the second laser beam L2 becomes slightly longer due to the temperature rise, the step height H at the center temperature is made to correspond to the wavelength closer to the second laser beam L2. Therefore, good pickup characteristics can be obtained in the DVD 42.
[0043]
(Configuration example 2 of center diffraction grating)
2A, 2B, 2C, and 2D, the objective lens 3 used in the optical head device 1 according to the present embodiment also has a center-side diffraction grating in this example, similarly to the configuration example 1. 35, the height of the plurality of steps 30 and the wavelength λ1Of the center side refraction surface region 33 when the first laser light L12The refractive indices of the center side refraction surface region 33 when the second laser light L2 is1, And n2Then, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is given by the following equation.
h2  <H <(h1+ H2) / 2
Where h1= Λ1/ (N1-1)
h2= Λ2/ (N2-1)
Is set to meet.
[0044]
Here, the refractive index n (n1= N2= N), the wavelength λ of the first laser light L11, And the wavelength λ of the second laser light L22Are 1.54, 785 nm, and 655 nm, respectively, h1, And h2Are 1.45 μm and 1.21 μm, respectively, so the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is
1.21 μm <H (μm) <1.33 μm
Is set to satisfy
[0045]
In the present embodiment, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is the diameter of the beam spot formed by the first laser light L1 on the recording surface 41a of the CD 41, and The diameter of the beam spot formed by the second laser beam L2 on the recording surface 42a of the DVD 42 is φ1, And φ2Then, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is given by the following equation.
H = (φ1 2× h2+ Φ2 2× h1) / (Φ1 2+ Φ2 2)
Is set to meet.
[0046]
Here, since the diameter of the beam spot is represented by (constant × wavelength ÷ aperture ratio (NA) of the lens), for example, the aperture ratio for the first laser beam L1 is 0.45, and the aperture ratio for the second laser beam L2 is When the aperture ratio is 0.60, φ1And φ2Is 1.6: 1, so φ1 2And φ2 2Will be about 2.6: 1.
[0047]
Therefore, in the present embodiment, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is expressed by the following equation.
H = (2.6 × h2+ 1 × h1) /3.6
And set to 1.28 μm.
[0048]
If the objective lens 3 in which the step 30 having the height H is formed in the center-side refraction surface region 33 is used, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 corresponds to the first laser beam L1. Dimension h1And a dimension h corresponding to the second laser beam L2.2And the dimension h corresponding to the second laser beam L22Since the value is set to a value close to the S curve, the S curve characteristic when the objective lens 3 is used is different from the S curve characteristic shown in FIG. 5A and the S curve characteristic shown in FIG. Represented in the middle. Therefore, a sufficient S-curve amplitude can be obtained in both the CD 41 and the DVD 42, and good pickup characteristics can be obtained.
[0049]
Moreover, based on the ratio of the beam spot areas, the dimension h corresponding to the second laser beam L2 is determined.2And the height H of the step 30 is set by performing appropriate weighting corresponding to the difficulty of the reproducing / recording operation, so that good pickup characteristics can be obtained in both the CD 41 and the DVD 42. Can be.
[0050]
In addition, the height H of the step 30 of the center side diffraction grating 35 is set to the dimension h.1And dimension h2The dimension h corresponding to the second laser light L2 having a shorter wavelength than the intermediate value of2Therefore, even if the wavelength of the second laser beam L2 becomes slightly longer due to the temperature rise, the step height H at the center temperature is made to correspond to the wavelength closer to the second laser beam L2. Therefore, good pickup characteristics can be obtained in the DVD 42.
[0051]
(Configuration example 3 of center side diffraction grating)
2A, 2B, 2C, and 2D, the objective lens 3 used in the optical head device 1 according to the present embodiment employs the center-side diffraction grating 35 as in the first and second configuration examples. The height and wavelength λ of the plurality of steps 30 to be constituted1Of the center side refraction surface region 33 when the first laser light L12The refractive indices of the center side refraction surface region 33 when the second laser light L2 is1, And n2Then, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is given by the following equation.
h2  <H <(h1+ H2) / 2
Where h1= Λ1/ (N1-1)
h2= Λ2/ (N2-1)
Is set to meet.
[0052]
Here, the refractive index n (n1= N2= N), the wavelength λ of the first laser light L11, And the wavelength λ of the second laser light L22Are 1.54, 785 nm, and 655 nm, respectively, h1, And h2Are 1.45 μm and 1.21 μm, respectively, so the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is
1.21 μm <H (μm) <1.33 μm
Is set to meet.
[0053]
In the present embodiment, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is determined in consideration of both the configuration example 1 and the configuration example 2.
H = (k × h2+ 1 × h1) / (K + 1)
Constant k = 2.6 to 4.0
Is set to meet.
[0054]
Here, if k = 3, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35 is set to 1.27 μm.
[0055]
Also in the case where the objective lens 3 in which the step 30 having the height H is formed in the center-side refraction surface region 33 is used, a sufficient S-curve amplitude is obtained in both the CD 41 and the DVD 42 as in the configuration examples 1 and 2. And good pickup characteristics can be obtained.
[0056]
(Another example of the objective lens 3)
In the objective lens 3 described above, by setting the refracting power of the outer peripheral refraction surface area 34, a beam spot based on the light beam component of the second laser light beam passing through the area is formed on the recording surface of the DVD 42. . However, a diffraction grating can also be formed in the outer-side refraction surface region 34 so that the beam spot of the diffracted light beam component of the second laser beam L2 by the diffraction grating is formed on the recording surface of the DVD 42. .
[0057]
FIG. 4A is a plan view showing an example of an objective lens in which a diffraction grating is also formed on the outer-side refraction surface region, and FIG. 4B is a cross-sectional view thereof, and FIGS. 4C and 4D. Is a partially enlarged sectional view of each of them.
[0058]
As shown in these figures, the objective lens 3A of the present example is a refracting surface having a positive power on which the laser beams L1 and L2 emitted from the first laser light source 11 and the second laser light source 12 are incident. It is a convex lens having an incident side refraction surface 31A and an exit side refraction surface 32A for emitting a laser beam toward an optical recording medium.
[0059]
The incident side refraction surface 31A is divided into a circular center side refraction surface region 33A including the optical axis L, and an annular outer periphery side refraction surface region 34A concentrically surrounding the center side refraction surface region 33A. . In the center side refraction surface region 33A, a center side diffraction grating 35A composed of concentric fine steps 30 is formed over the entire region. Further, an outer-side diffraction grating 36 formed of concentric fine steps 30 is also formed in the outer-side refraction surface area 34A over the entire area.
[0060]
The objective lens 3A of the present example forms a beam spot on the recording surface 41a of the CD 41 by a light beam component of the first laser beam L1 emitted during recording or reproduction of the CD 41 and passing through the central refraction surface region 33A. . More specifically, the beam spot B (41) is formed on the recording surface of the CD 41 by the diffracted light beam component generated by the diffraction effect of the center side diffraction grating 35A formed in the center side refraction surface region 33A among the light beam components. It is formed.
[0061]
However, of the first laser beam L1, a light beam component passing through the outer peripheral side refraction surface region 34A is an unnecessary light component that does not contribute to recording or reproduction, and in this example, is formed in the outer peripheral side refraction surface region 34A. Due to the diffraction effect of the outer peripheral side diffraction grating 36, the light is diffracted so as not to converge on the beam spot forming position on the recording surface of the CD 41.
[0062]
In addition, the objective lens 3A of this example forms a beam spot on the recording surface 42a of the DVD 42 by the second laser light L2 emitted during reproduction of the DVD 42. That is, of the light beam components of the second laser beam that pass through the center-side refraction surface region 33A, the diffracted light components generated by the diffraction effect of the center-side diffraction grating 35A formed in the center-side refraction surface region 33A , A beam spot is formed on the recording surface of the DVD 42. At the same time, of the light beam components of the second laser light L2 that pass through the outer peripheral side refraction surface region 34A, the diffracted light beam components generated by the diffraction effect of the outer peripheral side diffraction grating 36 formed in the relevant region are also used. , A beam spot is formed at the same position on the recording surface of the DVD 42.
[0063]
In the present example, the first-order diffracted light of the first laser light L1 or the second laser light L2 is used for both recording and reproduction of the CD 41 and reproduction of the DVD.
[0064]
Also in the objective lens 3A having such a configuration, the height H of the step 30 of the center-side diffraction grating 35A is set to, for example, 1.28 μm as described in the configuration examples 1, 2, and 3.
[0065]
Further, in the objective lens 3A of this example, the outer peripheral side diffraction grating 36 is also formed in the outer peripheral side refraction surface region 34A, but the outer peripheral side diffraction grating 36 is the outer peripheral side portion of the first laser beam L1. The height of the step 30 of the outer diffraction grating 36 is also the same as the height H of the central refraction surface region 33A, for example, 1 so that the unnecessary light components of .28 μm. Therefore, in the second laser light L2, the phases on the center side and the outer peripheral side can be matched, so that good wavefront aberration can be obtained and the transmittance can be improved. Therefore, better reproduction performance can be obtained than when the light beam component passing through the outer peripheral side is not diffracted.
[0066]
(Other forms)
The present invention is also applicable to a lens other than the objective lens 3 in the optical head device 1 through which a laser beam of a different wavelength passes, for example, a collimator lens 23 or the like.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, focusing on the fact that the second optical recording medium and the second laser beam are for high-density recording, the height of the step of the center-side diffraction grating is set to the first level. The value is set to a value closer to the dimension corresponding to the second laser light than to the middle between the dimension corresponding to the laser light and the dimension corresponding to the second laser light. That is, the height of the step is set by performing weighting corresponding to the difficulty of the reproducing / recording operation in view of the size of the pit size and the size of the beam spot on the optical recording medium. For this reason, since the S-curve amplitude of the second optical recording medium is sufficiently large, the focus servo is not deviated even with a fingerprint disk. Also, good focus servo can be performed with a two-layer disc, and good pickup characteristics can be obtained in both the first and second optical recording media. Further, since the height of the step of the center-side diffraction grating is set to a value close to the dimension corresponding to the second laser light, even if the wavelength of the second laser light becomes slightly longer due to the temperature rise. In addition, good pickup characteristics can be obtained in the second optical recording medium.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram mainly showing an optical system of an optical head device to which the present invention is applied.
2A, 2B, 2C, and 2D are a plan view, a cross-sectional view, and a partially enlarged cross-section of a center-side refracting surface region centered on an optical axis, respectively, of the objective lens shown in FIG. FIG. 3 is a diagram and a partially enlarged cross-sectional view showing a step formed in a center-side refraction surface region.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a convergence state of first and second laser beams by the objective lens of FIG. 2;
4A and 4B are diagrams showing another example of the objective lens, wherein FIG. 4A is a plan view thereof, FIG. 4B is a sectional view thereof, and FIGS. 4C and 4D are partially enlarged sectional views thereof. It is.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are graphs each showing an S-curve characteristic when a conventional objective lens is used.
[Explanation of symbols]
1 Optical head device
3, 3A objective lens
4 Optical recording media
11 First laser light source
12 Second laser light source
21 1st beam splitter
22 Second beam splitter
23 Collimating lens
24 grating
25 Common light receiving element
30 Concentric small steps
31, 31A Incident-side refraction surface
32, 32A Outgoing side refraction surface
33 Center refraction surface area
34, 34A Outer peripheral refraction surface area
35 Center diffraction grating
36 Outer side diffraction grating
41 CD (first optical recording medium)
41a Recording surface
42 DVD (second optical recording medium)
42a Recording surface
B (41) Beam spot
B (42) Beam spot
L Optical axis of objective lens (system optical axis)
Lo focusing optics
L1 First laser beam
L2 Second laser beam

Claims (7)

  1. 第1の光記録媒体の記録面に対して第1のレーザ光源から出射した第1のレーザ光を対物レンズを介して集光させ、かつ、前記第1の光記録媒体の透明保護層より透明保護層が薄い第2の光記録媒体の記録面に対して第2のレーザ光源から出射した、前記第1のレーザ光より波長の短い第2のレーザ光を前記対物レンズを介して集光させる光ヘッド装置において、
    前記対物レンズの屈折面を、その光軸を中心とする中心側屈折面領域と、この中心側屈折面領域の外側を取り囲んでいる外周側屈折面領域とに分割するとともに、前記中心側屈折面領域の全域に亘って同心円状の複数の微細な段差からなる中心側回折格子を形成し、
    前記第1のレーザ光源を用いて行う前記第1の光記録媒体の記録再生には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束を用い、前記第2のレーザ光源を用いて行う前記第2の光記録媒体の記録再生には、前記外周側屈折面領域を通過した光束と、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、
    前記中心側回折格子の前記段差の高さ、波長λの前記第1のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率、および波長λの前記第2のレーザ光が入射したときの前記中心側屈折面領域の屈折率をそれぞれ、H、n、およびnとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
    < H < (h+h)/2
    但し、h=λ/(n−1)
    =λ/(n−1)
    を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
    The first laser light emitted from the first laser light source is focused on the recording surface of the first optical recording medium via the objective lens, and is transparent to the transparent protective layer of the first optical recording medium. A second laser light emitted from a second laser light source and having a shorter wavelength than the first laser light is focused on the recording surface of the second optical recording medium having a thin protective layer via the objective lens. In the optical head device,
    Dividing the refractive surface of the objective lens into a central refractive surface region centered on the optical axis thereof and an outer peripheral refractive surface region surrounding the outside of the central refractive surface region, Forming a central diffraction grating composed of a plurality of concentric fine steps over the entire area,
    The recording and reproduction of the first optical recording medium performed using the first laser light source is performed using the second laser light source using a diffracted light beam obtained through the center-side refraction surface region. For recording and reproduction of the second optical recording medium, using a light beam that has passed through the outer-side refractive surface region and a diffracted light beam obtained through the center-side refractive surface region,
    The height of the step of the center-side diffraction grating, the refractive index of the center-side refraction surface region when the first laser light of wavelength λ 1 is incident, and the incidence of the second laser light of wavelength λ 2 Assuming that the refractive index of the center-side refraction surface region at this time is H, n 1 , and n 2 , respectively, the height H of the step of the center-side diffraction grating is represented by the following equation: h 2 <H <(h 1 + h 2) / 2
    Where h 1 = λ 1 / (n 1 −1)
    h 2 = λ 2 / (n 2 −1)
    An optical head device set to satisfy the following.
  2. 請求項1において、前記第1の光記録媒体の記録面に対して前記第1のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積、および前記第2の光記録媒体の記録面に対して前記第2のレーザ光によって記録あるいは再生されるピットの面積をそれぞれ、S、およびSとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
    H=(S×h+S×h)/(S+S
    を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
    2. The pit area recorded or reproduced by the first laser beam with respect to a recording surface of the first optical recording medium, and the pit area with respect to a recording surface of the second optical recording medium. Assuming that the areas of the pits recorded or reproduced by the laser light of No. 2 are S 1 and S 2 , respectively, the height H of the step of the center-side diffraction grating is expressed by the following equation: H = (S 1 × h 2) + S 2 × h 1 ) / (S 1 + S 2 )
    An optical head device set to satisfy the following.
  3. 請求項1において、前記第1の光記録媒体の記録面に対して前記第1のレーザ光によって形成されるビームスポットの径、および前記第2の光記録媒体の記録面に対して前記第2のレーザ光によって形成されるビームスポットの径をそれぞれ、φ、およびφとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
    H=(φ ×h+φ ×h)/(φ +φ
    を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
    2. The device according to claim 1, wherein a diameter of a beam spot formed by the first laser beam with respect to a recording surface of the first optical recording medium, and a diameter of the second beam with respect to a recording surface of the second optical recording medium. each diameter of a beam spot formed by the laser beam, when the phi 1, and phi 2, the height H of the step of the center side diffraction grating, the following equation H = (φ 1 2 × h 2 + φ 2 2 × h 1) / ( φ 1 2 + φ 2 2)
    An optical head device set to satisfy the following.
  4. 請求項1において、2.6から4.0の値の定数をkとしたとき、前記中心側回折格子の前記段差の高さHは、下式
    H=(k×h+1×h)/(k+1)
    を満たすように設定されてなることを特徴とする光ヘッド装置。
    In claim 1, assuming that a constant having a value of 2.6 to 4.0 is k, the height H of the step of the center-side diffraction grating is represented by the following equation: H = (k × h 2 + 1 × h 1 ) / (K + 1)
    An optical head device set to satisfy the following.
  5. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記外周側屈折面領域は、前記第2のレーザ光束が前記第2の光記録媒体の記録面上に前記第2のビームスポットを形成するのに略適した屈折力となるように形成されていることを特徴とする光ヘッド装置。5. The outer peripheral refraction surface region according to claim 1, wherein the outer peripheral side refraction surface region is suitable for the second laser beam to form the second beam spot on a recording surface of the second optical recording medium. An optical head device formed so as to have a high refractive power.
  6. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記外周側屈折面領域の全域に亘って、同心円状の複数の微細な段差からなる外周側回折格子を形成し、
    前記第2のレーザ光源を用いて行う前記第2の光記録媒体の記録再生の際には、前記中心側屈折面領域を介して得られる回折光束と、前記外周側屈折面領域を介して得られる回折光束とを用い、
    当該外周側回折格子を構成する前記段差の高さを前記中心側回折格子の段差高さと同じ高さHに設定してなることを特徴とする光ヘッド装置。
    5. An outer peripheral diffraction grating comprising a plurality of concentric fine steps over the entire outer peripheral refraction surface region according to any one of claims 1 to 4,
    When performing recording and reproduction of the second optical recording medium using the second laser light source, a diffracted light beam obtained through the center-side refractive surface region and a diffracted light beam obtained through the outer-side refractive surface region are obtained. Using the diffracted light beam
    An optical head device, wherein the height of the step constituting the outer peripheral side diffraction grating is set to the same height H as the step height of the center side diffraction grating.
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の光ヘッド装置用対物レンズ。An objective lens for an optical head device according to claim 1.
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