JP2004514232A - 光走査デバイス - Google Patents
光走査デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004514232A JP2004514232A JP2002543429A JP2002543429A JP2004514232A JP 2004514232 A JP2004514232 A JP 2004514232A JP 2002543429 A JP2002543429 A JP 2002543429A JP 2002543429 A JP2002543429 A JP 2002543429A JP 2004514232 A JP2004514232 A JP 2004514232A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- wavelength
- scanning device
- record carrier
- radiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
- G11B7/13922—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration passive
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1372—Lenses
- G11B7/1374—Objective lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B2003/0093—Simple or compound lenses characterised by the shape
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
- G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光学対物レンズを含む光走査デバイスに関する。より具体的には、必ずしも排他的ではないが、本発明は、同じ光学対物レンズ系を使用して、異なる波長のレーザー放射で、コンパクトディスク(CD)及びデジタルバーサタイルディスク(DVD)のような、二つの異なるタイプの光記録担体からのデータを、それぞれ書き込む及び読み取ることが可能である光走査デバイスに関する。
【0002】
光走査デバイスが異なる形式の光記録担体を記録し再生することが可能であることは望ましい。CDは、とりわけ、CDA(CD−オーディオ)、CD−ROM(CD−リードオンリーメモリ)、CDR(CD−レコーダブル)として利用可能である。CDは、約780nmの波長及び0.45の開口数(NA)で走査されるように設計され、DVDは、660nmの領域の波長で走査されるように設計される。DVDを読み取るために、0.6のNAが、一般に使用される一方で、DVDに書き込むために、0.65のNAが、一般に要求される。
【0003】
DVD及びCDは、それらの透明な基板の厚さにおいて異なり、異なる情報層の深さを提供する。DVDに関する情報層の深さは、約0.6mmである一方で、CDに関する深さは、約1.2mmである。このように、CDが、DVDに関して最適化された対物レンズをもつ光走査デバイスで読み取られるとすれば、大量の球面収差が、情報層で結果として生じる。約0.45から0.38までCD−ROMを読み取るための開口数(NA)を減少させることにより、CD−ROM及びDVDの両方を読み取るために、単一の対物レンズ系及び660nmの波長のレーザービームを使用するとき、この効果を補償することは可能であり、CD−ROMの上に蓄積された情報の適切な再構成に対する限界内に球面収差をあることを引き起こす。しかしながら、加えて、CD−Rを、光走査デバイスによって走査しなければならないとすれば、780nmのレーザービームを、CD−Rが具体的にその波長で書き込む及び読み取るために設計されるので、当てなければならない。CD−Rについては、有機染料が、記録フィルムとして使用され、その反射の特徴は、波長と共に著しく変化する。CD−Rの上に蓄積された情報を再構成するために、660nmの反射された放射に対して十分な変調を達成することは困難である。DVDに対して使用されるのと同じ対物レンズでCDを読み取るために780nmのレーザービーム及び0.45のNAを使用することは、大きな球面収差を引き起こす。従って、単一の光学対物レンズと共に660nm及び780nmのレーザー放射を使用して、CD−R、CD−ROM及びDVDを読み取る及び/又は記録することが可能である光記憶デバイスを達成するために、何かの方法で球面収差を補償しなければならない。
【0004】
同じ対物レンズで異なる波長のレーザー放射の使用により、DVD及びCDを読み取ることが可能である系は、当技術において知られている。WO99/57720は、回折素子を含む、二つの屈折非球面又は一つの非球面及び一つの屈折球面のいずれかを有する成型されたプラスチックレンズを使用する、このような系を記載している。レンズは、色収差と同様に、二つのディスク形式に対する厚さの差によって引き起こされる球面収差を補正することが可能である。しかしながら、プラスチックを適用する主な欠点は、その大きな温度感度、及びその大きな分散、又は同等に、低いアッベ数である。温度の関数としてのプラスチックに関する屈折率の変化は、ガラスに関するものよりも約10倍大きい。大きな分散は、波長変動に対する大きな感度を意味する。光記憶デバイスにおいて、いくつかの波長変化の源、大量生産されたレーザーに対するレーザー波長における広がり
【0005】
【数1】
、レーザーの帯域幅
【0006】
【数2】
、出力電力に対する波長依存性
【0007】
【数3】
がある。
【0008】
特に、不可能でないとすれば、最後の論点は、再書込み可能な系において屈折プラスチックレンズの適用を非常に困難にする。書き込み動作中に、レーザーは、数マイクロ秒で低いパワーから高いパワーまで切り替り、波長変化及び分散によりデフォーカスを引き起こす。焦点アクチュエーターの機械的な帯域幅は、低すぎるので、このデフォーカスを補償することができず、結果としてデータは、適切に書き込まれない。この問題を回避するために、高いアッベ数をもつガラスが、通常選択されるが、それは一般的に高価なものである。
【0009】
複製工程中で製造される従来のガラスレンズに関しては、レーザー波長における広がりは、一般的にそれが導入する静止したデフォーカスをレンズアクチュエーターが補償することができるので、一般には問題ではない。他方では、回折又はハイブリッドレンズにおいて、この広がりは、それがデフォーカスだけでなく球面収差の色収差もまたもたらし、よってレンズの性能を制限するので、潜在的な問題である。
【0010】
また、WO99/57720は、対物レンズの開口数によりDVD形式の光記録担体にデータを書き込むことが可能である系を記述しない。ディスク当たり4.7ギガバイトを実現するのに十分な密度で適切にデータを書き込むために、NAを、一般には0.60から0.65まで増加させなければならない。開口数におけるこの増加は、球面収差、速い波長変動によるデフォーカス、及び球面収差の色収差に関して補正される、DVDにデータを読み取る及び書き込むこと並びにCDを走査することが可能である系に対する対物レンズの設計を、はるかにより困難にする。プラスチック材料で作られる高NAのレンズを、小さな曲率半径、及びレンズを製造することを本質的により困難にすると共により高価にする、一つよりも多い非球面、のみで実現することができる。
【0011】
米国5349471において、高い分散よって低いアッベ数のガラスで作られる、光データ記憶系における使用のための回折/屈折ハイブリッドレンズが記載されている。結果として生じる増加した縦の色収差は、回折レンズ素子によって補償される。記載された対物レンズは、例えば、レーザーダイオードの20nmの波長範囲を超える波長変動及び10nmまでの帯域幅を補正することができる。しかしながら、レンズは、異なる厚さの光記録担体からデータを読み取る及び書き込むことが可能ではない。
【0012】
米国5838496には、回折多焦点対物レンズが記載されている。第一の焦点は、より低い回折次数の放射によって形成されるのに対して、より高い回折次数の放射は、第一の焦点よりもレンズに近い光軸上の第二の焦点に収束する。加えて、レンズは、色収差を補償し、よって異なる厚さの透明な基板をもつ光ディスクからのデータを書き込む及び読み取ることが可能である。しかしながら、その系は、それが光走査デバイスにおける同じ対物レンズでDVD、CD−A、CD−R及びCDROM形式のデータを走査することができることが必要とされるような二つの異なる波長の放射の使用に対して設計されてない。
【0013】
EP936604は、二つの異なる波長のレーザー放射でDVD、CD−R及びCD−ROM形式のディスクを読み取る及び書き込むことに適切な光ピックアップデバイスを記載している。この目的のために、その中央領域に第一の回折素子及びその周辺領域に異なる格子構造をもつ第二の回折素子を有する光学素子が対物レンズに加えて使用される。階段の格子断面形状が、回折素子として選ばれてきた。光学素子の中央領域は、どんな変化もなく第一の波長のレーザー放射の透過を許容し、第二の波長のレーザー放射の直径を増加させる。また周辺領域は、どんな変化もなく第一の波長のレーザー放射の透過を許容し、同時に、第二の波長の放射がスポット形成に寄与することをを防止する。このように、第二の波長の放射の使用に対するNAを所望の値まで減少させる。
【0014】
記載されている系の不都合は、フォトリソグラフィー工程で通常製造される階段の格子断面形状が選ばれてきたことである。複製工程において小さな寸法の階段の格子断面形状を製造することは困難である。記載されている系のさらなる不都合は、追加の光学素子が、異なる回折特性をもつ二つの領域を含むことであり、このようなデバイスの製造をより複雑にする。
【0015】
本発明の目的は、光記録担体を走査するための改善された光走査デバイスを提供することである。
【0016】
本発明の一つの態様によれば、それぞれ第一の波長λ1及び第二の波長λ2の放射によって第一及び第二の情報層の深さをもつ第一及び第二の光記録担体を走査するための光走査デバイスが提供され、ここで好ましくは、620nm<λ1<700nm及び740nm<λ2<820nmであり、前記デバイスは、前記第一の形式の光記録担体を読み取る及び書き込むことが可能であり、そのデバイスは、少なくとも一つの屈折素子及び少なくとも一つの回折素子(11)並びに前記第一の波長λ1に対してNA>0.60の開口数NAをもつ対物レンズ(10)を含み、前記回折素子は、おおよそ鋸歯状の素子のパターンを含み、ここで、対物レンズの回折及び屈折特性は、前記第一の波長の放射を透過させると共に前記第一の厚さの光記録担体に集束させるように、前記第二の波長の放射を透過させると共に前記第二の厚さの光記録担体に集束させるように、及び、5nmの波長λ1における変動が0.03λ1以下の球面収差の色収差に帰着するように、選択される。
【0017】
このように、それぞれ第一及び第二の波長で第一及び第二の厚さの記録担体におけるデータを走査することが可能である光走査デバイスが達成される。対物レンズは、波長λ1の平行なビームをNA>0.60の収束するビームに変化させるように設計され、系が、高密度にデータを書き込むことが可能であることを保証する。
【0018】
本発明は、走査デバイスに次の特徴を提供することが可能である。
【0019】
系は、それが書き込み動作中の速い波長変動に起因する色収差に関して補正されるので、第一の形式の記録担体にデータを書き込むことが可能である。
【0020】
それは、それを例えば単一ステップの複製工程で製造してもよいような、おおよそ鋸歯状のパターンをもつ回折素子を有する。
【0021】
系は、第一の光記録担体(例えばDVD)を走査することに関して高い効率を、及び第二の光記録担体(例えばCD)を走査することに関して許容可能な効率を有する。また、レンズは、制限された球面収差の色収差を提供し、このように系は、波長変動に対処することができる。
【0022】
好ましくは、回折及び屈折特性が、さらに、Δλ=2nmのλ1における波長変動によるデフォーカスの量が0.03λ1以下であるように、選択される。
【0023】
これは、書き込み動作中にレーザーのパワーを切り替えることの結果として速い波長変動によるデフォーカスの量が、これらの速い波長変動から発生するデフォーカスを焦点アクチュエーターによって補償することができないので、制限されることを保証する。
【0024】
好ましくは、鋸歯状のパターン素子は、少なくとも10μmの幅を有する。
【0025】
これは、単一ステップの複製工程において容易な製造可能性を保証する。
【0026】
格子の構造を、有限の大きさの旋盤用バイトによって型に組み込んでもよい。
【0027】
本発明の別の態様によれば、それぞれ第一及び第二の波長λ1及びλ2の放射によって第一及び第二の形式の光記録担体を走査するための光走査デバイスが提供され、そのデバイスは、少なくとも一つの屈折及び一つの回折素子をもつ光学対物レンズを含み、ここで、波長λ1及びλ2の回折次数m1及びm2が、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査するために使用されるような屈折及び回折特性が選択され、(m1,m2)は、次の組み合わせ(m1,m2)=(−2,−2)、(−3,−2)、(−3,−3)又は(−4,−3)の一つである。
【0028】
このように、それぞれ第一及び第二の波長λ1及びλ2の放射によって第一及び第二の厚さの光記録担体を書き込む及び読み取ることが可能である高度に適切なデバイスを達成することができる一方で、(−1,−1)の先行技術の解は、除外される。
【0029】
ここで本発明の実施例を、添付する図面を参照して、例によってのみ、記載することにする。
【0030】
図1は、光記録担体1を走査するための以下に記載する実施例に一致するデバイスに共通な構成要素の概略的な実例である。記録担体1は、この実施例においては、以下に例によって記載するつもりであるような光ディスクである。
【0031】
光ディスク1は、透明層2を含み、その一方の側面に少なくとも一つの情報層3が配置される。透明層から離れて面する情報層の側面は、保護層4によって環境上の影響から保護される。デバイスに面する透明層の側面は、ディスク入口面5である。透明層2は、一つ又は複数の情報層に対する機械的支持を提供することによって、光ディスクに関する基板の機能を果たす。代わりに、機械的支持が、情報層の他方の側面における層によって、例えば保護層4によって又はさらなる情報層によって提供され、透明層が最上部の情報層に接続されると同時に、透明層2は、情報層3を保護するというただ一つの機能を有してもよい。
【0032】
情報を、図1に示してない実質的に平行な同心円又は螺旋のトラックに配置される光検出可能なマークの形態で、光ディスクの情報層3又は複数の情報層に蓄積してもよい。マークは、どんな光学的に読み取り可能な形態、例えばピット又は(それら領域の)周囲と異なる反射係数若しくは磁化の直接をもつ領域の形態、或いはこれらの形態の組み合わせであってもよい。
【0033】
走査デバイスは、レンズ系に向かう発散する放射ビーム7で第一の波長及び第二の波長の放射を放出する、調整可能な半導体レーザー又は二つの個別の半導体レーザーを含む放射源6を含む。レンズ系は、光軸13に沿って配置されるコリメーターレンズ9及び対物レンズ10を含む。コリメーターレンズ3は、放射源6から放出される発散するビーム7を実質的にコリメートされたビーム15に変換する。対物レンズ10は、パターン111によって図面に示すと共に以下により詳細に記載するつもりである回折素子を含む。対物レンズ10は、入射のコリメートされた放射ビーム15を、選択されたNAを有する、収束するビーム14に変換し、それは情報層3におけるスポット18に届く。データ信号及び対物レンズ10の軸上の位置を機械的に調節するために使用される焦点誤差信号を検出するために、検出系16、第二のコリメーターレンズ19、及びビームスプリッター8が提供される。
【0034】
図1及び2Aに示すような回折格子11は、放射源に面する対物レンズ10の側面に配置される。しかしながら、それを、代わりにレンズ10の他方の表面に配置してもよい。
【0035】
図2aは、上述した走査デバイスにおける使用のための対物レンズ10の概略的な実例である。走査デバイスは、第一の開口数NA1における第一の波長λ1のレーザー放射21で、第一の厚さの透明な基板をもつ光記録担体を走査することが可能である。デバイスは、さらに、同じ光学対物レンズ10を使用して、第二の開口数NA2における第二の波長λ2のレーザー放射23で、第二の厚さの透明層をもつ記録担体を走査することが可能である。DVD形式のディスクを、例えば620及び700nmの間における第一の波長λ1、好ましくはλ1=660nmのレーザー放射で走査してもよい。約0.6の開口数は、DVDを読み取るために使用され、0.6以上、好ましくはおおよそ0.65、のNAは、DVDに書き込むために適用される。CD形式の記録担体は、0.5以下、好ましくは0.45、の開口数における、例えば740及び820nmの間における第二の波長λ2、好ましくはλ2=780nmのレーザー放射で走査される。対物レンズ10は、それぞれDVD及びCD担体の透明層の厚さ31及び33の差によって引き起こされる球面収差を補正する。レンズは、以下により詳細に記載するような球面収差の色収差及び色収差を同様に補正する。
【0036】
本発明のこの実施例において、単一の対物素子を使用して(波長λ1及びλ2の放射によって)異なる形式のディスクにおけるデータを読み取る及び書き込むことは、無限―共役モードで、ハイブリッドレンズ、即ち回折及び屈折素子を組み合わせるレンズを使用することによって、達成される。このようなハイブリッドレンズを、屈折レンズの表面の一つに格子断面形状を適用することによって、形成することができる。製造することが容易であるロバストな高価でない解決方法を、ダイヤモンド旋削により型に回折構造を組み込むことによって、達成することができる。このように、レンズを単一ステップの複製工程で製造することができる。ダイヤモンド旋削デバイスの先端の寸法は、典型的には5μmのまわりである。10μmよりも小さい構造は、このように製造することが困難であり、10よりも大きい又は好ましくは20μmのパターン素子をもつ対物レンズを設計することは好都合である。好適な実施例において、高価でない高分散のガラスレンズを使用する。
【0037】
図2bは、本発明の好適な実施例による回折構造を説明する対物レンズ10の概略的な正面図である。環状の格子構造には、レンズの中心に向って徐々に増加する幅をもつ同軸の環形状のパターン素子のパターンが適用されてきたことがわかる。各パターン素子は、回折素子のいわゆる帯を定義する。
【0038】
単一の対物レンズを使用して波長λ1及びλ2の放射でデータを走査することを、例えば、選択された第一の回折次数の放射λ1及び選択された第二の回折次数の放射λ2がスポット形成のために使用される方法で、対物レンズの回折素子を設計することによって達成してもよい。
【0039】
階段の格子構造を適用することによって、ある一定波長の放射を、理想的には回折なしに回折素子を通じて透過させてもよく、このように十分に透過する零次の回折次数を、この波長でデータを走査するために使用することができる。しかしながら、鋸歯状の格子断面形状と比較して、このような階段の格子断面形状の構造は、はるかに小さい。このような階段の格子構造を、例えば単一ステップの複製工程で製造することは、ダイヤモンドバイトの有限の先端の寸法のために、構造の丸めにより透過効率における損失を引き起こすかもしれない。従って、鋸歯状のブレーズド格子の構造を、以下に記載する実施例に対して選んできた。この場合において、より高い回折次数m1及びm2(m1,m2>0)は、波長λ1及びλ2の放射で走査するために使用される。以下において、本発明の実施例によるレンズ設計を記載することにする。
【0040】
ブレーズ高さhをもつブレーズド回折素子に関して、波長λを使用するとき、m次における回折効率は、
【0041】
【数4】
であり、それによってsinc(x)は、sinc(x)=sin(x)/xとして定義され、nは、レンズ材料の屈折率である。効率effは、回折の過程による放射の強度の透過効率として定義される。光走査デバイスは、第一の形式の光記録担体でデータを読み取る及び書き込むことが可能であるべきであり、よって非常に高い回折効率が、波長λ1の放射に対して要求される。第二の形式の記録担体におけるデータを読み取ることができるために、それは、波長λ2の放射に対する適度に高い効率を達成するには十分である。従って、発明者等は、m1次及び波長λ1でeff>95%、並びにm2次及び波長λ2でeff>35%、の回折効率を要求する。式(1)と一緒に、発明者等は、このようにして、関係式
【0042】
【数5】
を見つけた。
【0043】
【数6】
であるので、式(2)を、
【0044】
【数7】
によって近似することができる。
【0045】
回折素子の分散は、屈折素子の分散よりもはるかに大きく、反対の符号を有する。このように色消しのハイブリッドレンズを、屈折及び回折素子を組み合わせることによって設計してもよい。K0を回折レンズのパワー、K1を屈折レンズのパワーであるとする。一つの回折及び一つの屈折素子をもつ色消しのハイブリッドレンズに関して、次の関係
【0046】
【数8】
が、満たされ、ここでViは、アッベ数である。屈折及び回折の分散に対する反対の符号の結果として、格子断面形状は、λ1放射に使用される十分な開口にわたって広がるべきであり、より小さなλ2の開口に制限されるべきではない。従来のレンズにおいて、可能な波長変動の範囲は、レンズアクチュエーターによって機械的に補正することができる、ある量のデフォーカスを導入する。しかしながら、ハイブリッドレンズにおいては、全体的な分散は、はるかに大きい。λ2の開口の中央領域に制限されるその回折素子をもつレンズは、この中央領域及び周辺領域において異なる量のデフォーカスを経験するかもしれない。λ1の放射でデータを走査するために、中央領域及び周辺領域の両方を使用しており、スポットの劣化を回避するために、回折素子をこのように十分なλ1の開口にわたって広げる。
【0047】
無限−共役様式で、波長λ1及びλ2の両方に対するレンズの動作を可能とするために、ディスクの厚さの差によって引き起こされる球面収差を、波長λ1及びλ2並びに回折次数ml及びm2の使用に起因する回折素子によって導入される球面収差によって補償する。
【0048】
回転対称な回折素子を、
【0049】
【数9】
の形態の位相関数によって記載することができ、rは、半径方向の座標であり、A及びGは、それぞれ色及び球面収差に関係する回折のパワーの係数である。そして各帯が開始する位置riは、
【0050】
【数10】
によって与えられる。
【0051】
(弱いパワーを有する)回折素子によって発生する球面収差に寄与する主要な項は、
【0052】
【数11】
であり、Fは、ハイブリッドレンズの焦点距離、NAは、その開口数である。そして、λ1、m1及びλ2、m2で使用するとき、球面収差における差は、
【0053】
【数12】
によって与えられる。
【0054】
第一及び第二の形式のディスク間におけるディスクの厚さの差Δdによって発生する球面収差は、
【0055】
【数13】
であり、npは、ディスクの屈折率である。この収差を補償するために、発明者等は、δW+ΔWdisc=0を目指し、よって式(8)及び(9)を使用して、
【0056】
【数14】
である。
【0057】
また、波長変動に対する系の感度は、好ましくは制限される。上述のように、大量生産されるレーザーに対する製造の公差による、波長における広がりは、約5乃至10nmである。ハイブリッドレンズに対して、これは、レンズのパワーにおける変化によるデフォーカスだけでなく球面収差の色収差もまた引き起こす。回折次数m1の放射に対して波長変動Δλによる球面収差の色収差によって導入される光路差(OPD)の平方二乗平均は、
【0058】
【数15】
によって与えられる。
【0059】
発明者等は、波長λ1でデータを走査するためにOPD<0.03λの制限された球面収差の色収差を要求する。λ2で走査するための開口数NAが、λ1で走査するためのものよりも実質的に小さいので、波長λ2に対する球面収差の色収差は、あまり厳しくない。式(10)及び(11)を使用して、発明者等は、このようにして、
【0060】
【数16】
を見つけ、よって、
【0061】
【数17】
である。
【0062】
λ1=660nm、λ2=780nm、Δλ=5nm、Δd=0.6mm、np=1.58及びNA=0.65に対して、発明者等は、最終的に次の関係(|m1|>0に対して)
【0063】
【数18】
を得る。
【0064】
これを式(3)の効率の要求と組み合わせると、発明者等は、(|m1|>0に対して)
【0065】
【数19】
を見つける。
【0066】
正の帯の間隔(ri>0)を有するために、係数Aは、正でなければならない。さらに、回折素子のパワーK0は、
【0067】
【数20】
によって与えられる。
【0068】
レンズ設計を色消しにするために、K0は、正であるべきである。従って、mは、負であるべきである。そして、条件(15)を満たす回折次数の組み合わせは、
【0069】
【数21】
のみである。
【0070】
最後に、発明者は、
【0071】
【数22】
であるとき、そのときA/G<0であることに注意する。A/G<0であるとき帯の間隔は、A/G>0であるときよりも大きい。より大きな帯の間隔は、それが素子の製造をより効率的にするので、好ましい。
【0072】
次に光学対物レンズは、ZEMAXTMのような商業的に入手可能なレンズ設計ソフトウェアの援助と共に設計され、それによって波長λ1及びλ2で走査するために使用される回折次数m1及びm2は、式(17)で与えられる解に一致して選択される。波長λ1及びλ2、焦点距離F、レンズの寸法等のような一組のパラメーターが指定され、レンズ設計は、結果として生じる量の速い波長変動によるデフォーカス、球面収差、及び球面収差の色収差を最小にするために、メリット導関数を使用するプログラムによって最適化される。
【0073】
レンズ設計に関する次の五つの異なる例が記載されることにおいて、式(17)に与えられる(m1,m2)の五つの解の各々に対するもの。
【0074】
以下に記載される五つの実施例において、波長λ1=660nm及びλ2=780nmの放射は、それぞれDVD及びCD形式のディスクを走査するために使用される。DVD及びCD形式のディスクは、ポリカーボネートで作られ、λ1で1.5796及びλ2で1.5733の屈折率を有する。これらの例の光学系は、それぞれ波長λ1及びλ2の放射の平行なビームを、NA=0.65及び0.45の収束するビームに、変化させる。全ての五つの実施例において、対物レンズは、一つの非球面及び一つの平面を有する。非球面は、凸面をもつガラスレンズ体の最上部に薄いアクリル層を適用することにより実現される。λ1−構成における作動距離fwd1を、五つの例に対して表2に列挙する。レンズは、2.53nmの光軸上の厚さ及び3.58mmの入射瞳の直径を有する。レンズ体は、λ1に対してn=1.7757の屈折率及び26のアッベ数をもつSFL56 Schott ガラスで作られる。コリメーターレンズの方に向くレンズ体の凸面は、2.43mmの半径を有する。アクリ1ル層は、λ1に対してn=1.5640の屈折率及び30のアッベ数を有する。光軸上のこの層の厚さは、19μmである。回転対称な非球面の形状を、式
【0075】
【数23】
によって記述することができ、zは、ミリメートルにおける光軸の方向での面の位置、rは、ミリメートルにおける光軸までの距離、及びBkは、rのk−乗の係数である。係数B2乃至B16の値を、記載する五つの実施例に関して表1に列挙する。
【0076】
回折構造によって導入される位相φ(r)は、
【0077】
【数24】
によって、与えられ、ここでmは、回折次数、rは、ミリメートルにおける光軸までの距離であり、係数A、G及びHを、記載する五つの実施例に関して表2に列挙する。
【0078】
回折素子によって導入される位相関数を、
【0079】
【数25】
によって近似してもよい。
【0080】
本発明の実施例において、係数A及びGは、好ましくは、次の条件
【0081】
【数26】
を満たし、ここでFは、焦点距離である。
【0082】
より好ましくは、係数A及びGは、次の範囲
【0083】
【数27】
にある。
【0084】
波長λ2の放射に対して、入射瞳の直径epd2及び作動距離fwd2を、五つの異なる例に関して表2に列挙する。レンズ体に関する屈折率は、λ2に対してn=1.7658、アクリル層に関するものは、λ2に対してn=1.5588である。
【0085】
【表1】
表1:屈折面を記述する係数
【0086】
【表2】
表2:回折面を記述する係数、入射瞳の直径における作動距離
表3は、五つの例の各々に対する結果として生じる特性を列挙する。
【0087】
【表3】
表3:(17)に与えられる解の組みの例の特性
第一列は、それぞれ第一及び第二の波長λ1及びλ2に対して使用される回折次数m1及びm2を与える。第二列には、デフォーカスの量が、Δλ=2nmの波長変動に対して与えられる。Δλ=2nmの非常に速い波長変動は、書き込みの工程中におけるレーザーのパワーの変化に起因する場合もある。結果として生じる量のデフォーカスは、全ての五つの実施例に関して0.03λ1よりも少ない。これは、変動が速すぎるためにレンズを焦点合わせするアクチュエーター自体が結果として生じるデフォーカスを補償することができないとき、記録担体がλ1の放射で適切に書き込まれることを保証する。第三列は、例えばレーザーの製造の公差によって引き起こされるようなΔλ=5nmの波長変動によって引き起こされる球面収差の色収差の量を示す。結果として生じる値は、全て0.03λ1以下である。第四及び第六列には、二つの波長λ1及びλ2の放射に関する回折効率が与えられる。第五列は、波長λ2での走査に対する、ディスクの厚さの差による、より高い次数の収差の量を与える。また、結果として生じる値は、波長λ2の放射で記録担体の適切な走査を保証する、0.03λ2以下である。第七及び第八列には、対物レンズの帯の総数及び最も小さい帯の帯間隔が与えられる。
【0088】
上述の実施例においてDVD及びCD形式の担体を走査するための走査デバイスを記載する一方で、走査デバイスを、代わりに、走査される他のどんなタイプの光記録担体に対しても使用することができることを認識することができる。上述の実施例において660mn及び780nmのレーザー放射を使用する一方で、光記録担体を走査するのに適切な他のどんな組み合わせの波長の放射を使用してもよいことを認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の一つの実施例による、光記録担体に対する走査デバイスの構成要素の概略的な実例である。
【図2a】
第一の波長及び第一の開口数のレーザー放射で第一の厚さの光記録担体を、並びに第二の波長及び第二の開口数のレーザー放射で第二の形式の記録担体を、走査することが可能である走査デバイスにおける使用のための、単一の対物レンズの概略的な実例である。
【図2b】
環形状の回折構造を示す対物レンズの正面図の概略的な実例である。
Claims (11)
- それぞれ第一の波長λ1及び第二の波長λ2の放射によって第一及び第二の情報層の深さを有する第一及び第二の光記録担体を走査する光走査デバイスであって、
前記デバイスは、前記第一の形式の光記録担体を読み取る及び書き込むことが可能であり、
前記デバイスは、少なくとも一つの屈折素子及び少なくとも一つの回折素子を有すると共に前記第一の波長λ1に対してNA>0.60の開口数NAを有する対物レンズを含み、
前記回折素子は、略鋸歯状の素子のパターンを含み、
前記対物レンズの回折及び屈折特性は、前記第一の波長の放射を透過させると共に前記第一の厚さの光記録担体に集束させるように、前記第二の波長の放射を透過させると共に前記第二の厚さの光記録担体に集束させるように、及び5nmの波長λ1における変動が0.03λ1以下の球面収差の色収差に帰着するように、選択される光走査デバイス。 - 620nm<λ1<700nm及び740nm<λ2<820nmである請求項1記載の光走査デバイス。
- 前記回折及び屈折特性は、さらに、Δλ=2nmのλ1における変動によるデフォーカスの量が0.03λ1以下であるように選択される請求項1記載の光走査デバイス。
- 前記鋸歯状のパターン素子は、少なくとも10μmの幅を有する請求項1記載の光走査デバイス。
- 前記光記録担体のΔdの情報層の深さにおける差は、0.5及び0.7mmの間であり、
前記回折及び屈折特性は、さらに、Δdによって引き起こされる球面収差が、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査する波長λ1及びλ2並びに回折次数m1及びm2の使用によって引き起こされる前記回折素子の球面収差によって、実質的に補償されるように選択され、0.03λ2より良好な、λ2による前記第二の形式の記録担体の走査に対する補償の確度を達成する請求項1記載の光走査デバイス。 - 前記回折及び屈折特性は、さらに、それぞれ少なくとも95%及び35%の、波長λ1及びλ2の放射による前記第一及び第二の形式の記録担体の走査の回折効率が達成されるように選択される請求項1記載の光走査デバイス。
- 前記波長λ1の第一の放射及び第二の波長λ2に対する次の回折次数m1及びm2、即ち(m1,m2)=(−1,−1)、(−2,−2)、(−3,−2)、(−3,−3)又は(−4,−3)の一つは、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査するために使用される請求項1記載の光走査デバイス。
- 前記鋸歯状のパターン素子は、少なくとも50μmの幅を有し、それぞれ波長λ1及びλ2の放射で前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査する回折次数m1及びm2の次の組み合わせ(m1,m2)=(−3,−2)及び(−4,−3)の一つの使用に適合する請求項1記載の光走査デバイス。
- 前記対物レンズは、高分散ガラス材料を含む請求項1記載の光走査デバイス。
- 前記対物レンズは、前記第一及び第二の形式の記録担体の走査に対して無限−共役モードで使用される請求項1記載の光走査デバイス。
- それぞれ第一及び第二の波長λ1及びλ2の放射によって第一及び第二の形式の光記録担体を走査する光走査デバイスであって、
前記デバイスは、少なくとも一つの屈折及び一つの回折素子を有する光学対物レンズを含み、
前記屈折及び回折特性は、波長λ1及びλ2の回折次数m1及びm2が、それぞれ前記第一及び第二の形式の光記録担体を走査するために使用されるように選択され、
(m1,m2)は、次の組み合わせ(m1,m2)=(−2,−2)、(−3,−2)、(−3,−3)又は(−4,−3)の一つである光走査デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP00203998 | 2000-11-14 | ||
PCT/EP2001/013045 WO2002041303A2 (en) | 2000-11-14 | 2001-11-08 | Optical scanning device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004514232A true JP2004514232A (ja) | 2004-05-13 |
JP4162996B2 JP4162996B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=8172271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002543429A Expired - Fee Related JP4162996B2 (ja) | 2000-11-14 | 2001-11-08 | 光走査デバイス |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6751021B2 (ja) |
EP (1) | EP1338008A2 (ja) |
JP (1) | JP4162996B2 (ja) |
KR (1) | KR100834864B1 (ja) |
CN (1) | CN1206642C (ja) |
WO (1) | WO2002041303A2 (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100813945B1 (ko) * | 2001-08-13 | 2008-03-14 | 삼성전자주식회사 | 광픽업장치 및 이에 적용되는 기록매체 |
JP3864749B2 (ja) * | 2001-10-11 | 2007-01-10 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 光ピックアップ装置の光学系及び光ピックアップ装置の対物レンズ |
JP2003296961A (ja) * | 2002-04-03 | 2003-10-17 | Konica Corp | 光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用対物レンズ |
SE524828C2 (sv) * | 2002-06-06 | 2004-10-12 | Alfa Exx Ab | Resonator |
US7408866B2 (en) * | 2003-02-14 | 2008-08-05 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Objective lens for optical pickup apparatus, optical pickup apparatus and optical information recording reproducing apparatus |
JP2005209295A (ja) * | 2004-01-23 | 2005-08-04 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 光ヘッド装置 |
JP4654350B2 (ja) * | 2004-12-13 | 2011-03-16 | Hoya株式会社 | 走査光学系 |
EP1839303B1 (en) * | 2005-01-11 | 2008-10-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical scanning device |
US20100085861A1 (en) * | 2006-11-27 | 2010-04-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Lens system for scanning device |
US7830772B2 (en) * | 2007-08-21 | 2010-11-09 | Hoya Corporation | Objective optical system and optical information recording/reproducing device having the same |
CN109218567A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-15 | 南昌欧菲光电技术有限公司 | 摄像模组及其感光组件 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6088322A (en) * | 1998-05-07 | 2000-07-11 | Broome; Barry G. | Single objective lens for use with CD or DVD optical disks |
ATE362172T1 (de) * | 1999-01-22 | 2007-06-15 | Konica Minolta Opto Inc | Optische abtastvorrichtung zur informationsaufzeichnung und informationswiedergabe |
-
2001
- 2001-11-08 JP JP2002543429A patent/JP4162996B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2001-11-08 CN CNB018062776A patent/CN1206642C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2001-11-08 KR KR1020027009034A patent/KR100834864B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-11-08 WO PCT/EP2001/013045 patent/WO2002041303A2/en active Application Filing
- 2001-11-08 EP EP01996853A patent/EP1338008A2/en not_active Withdrawn
- 2001-11-08 US US10/169,926 patent/US6751021B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1338008A2 (en) | 2003-08-27 |
WO2002041303A3 (en) | 2002-09-06 |
US20030169498A1 (en) | 2003-09-11 |
CN1416568A (zh) | 2003-05-07 |
KR20020071017A (ko) | 2002-09-11 |
CN1206642C (zh) | 2005-06-15 |
KR100834864B1 (ko) | 2008-06-03 |
JP4162996B2 (ja) | 2008-10-08 |
US6751021B2 (en) | 2004-06-15 |
WO2002041303A2 (en) | 2002-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6687037B2 (en) | Optical scanning device | |
US6865025B2 (en) | Aberration compensating optical element, optical system, optical pickup device, recorder and reproducer | |
US7889618B2 (en) | Objective optical element and optical pickup apparatus | |
KR20040061658A (ko) | 하이브리드 애크로매틱 광학 렌즈 및 그 제조방법 | |
US6760295B1 (en) | Optical pick-up | |
KR20060128030A (ko) | 다초점 대물렌즈, 광 픽업 장치 및 광 정보 기록 재생 장치 | |
JP2000311374A (ja) | 光ディスク装置の光学系 | |
EP1169701A1 (en) | Optical element | |
JPWO2007145202A1 (ja) | 光学素子の設計方法、光学素子及び光ピックアップ装置 | |
JP4162996B2 (ja) | 光走査デバイス | |
JP2005515579A (ja) | 光走査デバイス | |
JP4846975B2 (ja) | 光学素子、対物光学系および光ピックアップ装置 | |
KR100647299B1 (ko) | 대물렌즈 광학계 및 이를 채용한 광픽업장치 | |
KR100617350B1 (ko) | 광헤드용 대물렌즈 | |
US20070253310A1 (en) | Coupling Lens and Optical Pickup Apparatus | |
JP2000260056A (ja) | 複合対物レンズ,球面収差補正素子及び光情報記録再生装置 | |
JP4400326B2 (ja) | 光ピックアップ光学系、光ピックアップ装置及び光ディスクドライブ装置 | |
JP4789169B2 (ja) | 色収差補正用光学素子、光学系、光ピックアップ装置及び記録・再生装置 | |
JP5013237B2 (ja) | カップリングレンズ、光ピックアップ装置、記録装置及び再生装置 | |
US20020060972A1 (en) | Optical system for optical head | |
JP2004177527A (ja) | 光ピックアップ装置用光学系、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及び色収差補正素子 | |
JP2006147078A (ja) | 光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
US7221492B2 (en) | Scanning device including an objective system with a lens protection device | |
JP2002050069A (ja) | 光ピックアップ装置用対物レンズ及び光ピックアップ装置 | |
JP2002050067A (ja) | 光ピックアップ装置用対物レンズ及び光ピックアップ装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041105 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080602 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080624 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080723 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |