JP2008027569A - Optical information recording/reproducing device and objective lens for the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、記録密度や保護層の厚みが異なる複数種類の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置のように、波長が異なる複数種類の光を使用する装置に搭載される対物レンズに関する。 The present invention is mounted on a device that uses a plurality of types of light having different wavelengths, such as an optical information recording / reproducing device that records or reproduces information on a plurality of types of optical discs having different recording densities or protective layer thicknesses. Objective lens.
光ディスクには、従来、CDやDVDといった、記録密度や保護層の厚みが異なる複数の規格が存在する。また近年、情報記録のさらなる高容量化を実現すべく、DVDよりも一層記録密度の高い新規格の光ディスクが実用化されつつある。該新規格の光ディスクとしては、例えばHD DVDやBD(Blu-ray Disc)等がある。このような新規格の光ディスクは、DVDの保護層厚と同等もしくはそれ以下の保護層厚を有する。このように規格の異なる複数の光ディスクが存在するためユーザの利便性に鑑み、近年、光情報記録再生装置、より厳密には装置内に設けられる対物レンズは、上記の三種類の光ディスクに対して互換性を持つことが要求される。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。また、互換性を持つとは、使用する光ディスクを切り替えたとしても部品を交換したりすることなく情報の記録または再生が保証されることをいう。 Conventionally, there are a plurality of standards for optical disks, such as CD and DVD, which differ in recording density and protective layer thickness. In recent years, optical discs of a new standard having a higher recording density than that of DVDs are being put into practical use in order to realize a higher capacity for information recording. Examples of the new standard optical disc include HD DVD and BD (Blu-ray Disc). Such a new standard optical disc has a protective layer thickness equal to or less than the protective layer thickness of DVD. Since there are a plurality of optical discs with different standards in this way, in view of user convenience, in recent years, an optical information recording / reproducing device, more precisely, an objective lens provided in the device has been used for the above three types of optical discs. It is required to have compatibility. In the text, the term “optical information recording / reproducing apparatus” includes all of the information recording apparatus, the information reproduction apparatus, and the information recording / reproducing apparatus. “Compatible” means that recording or reproduction of information is guaranteed without changing parts even if the optical disk to be used is switched.
装置が規格の異なる複数の光ディスクに対して互換性を持つためには、規格が異なる光ディスクの切り替え時に、保護層の厚みによって変化してしまう球面収差を補正しつつ、情報の記録または再生に使用する光の開口数(NA)を変化させて記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるようにする必要がある。一般にスポット径は波長が短いほど小さくできる。そこで従来、記録密度に応じて、光情報記録再生装置では、複数の波長のレーザー光が使用される。例えば、DVD使用時には、CD使用時に用いられる約790nmより短い約660nmの波長のレーザー光が用いられる。また、該新規格の光ディスク使用時には、その記録密度の高さからDVDに対する情報の記録または再生時に用いられる波長よりもさらに短波長の光(例えば405nmあたりのいわゆる青色レーザー光)が用いられる。 In order for the device to be compatible with multiple optical discs with different standards, it can be used for recording or reproducing information while correcting spherical aberration that changes depending on the thickness of the protective layer when switching between optical discs with different standards. It is necessary to change the numerical aperture (NA) of the light to obtain a beam spot corresponding to the difference in recording density. Generally, the spot diameter can be made smaller as the wavelength is shorter. Therefore, conventionally, laser light having a plurality of wavelengths is used in the optical information recording / reproducing apparatus according to the recording density. For example, when using a DVD, laser light having a wavelength of about 660 nm, which is shorter than about 790 nm used when using a CD, is used. Further, when the optical disc of the new standard is used, light having a wavelength shorter than that used when recording or reproducing information on a DVD (for example, so-called blue laser light per 405 nm) is used because of its high recording density.
また、各々の光ディスクに対して、良好な状態で各光ディスクの記録面位置に収束させる一つの手段として、対物レンズにおける任意の一面に輪帯状の微細な段差を有する輪帯構造を設け、該輪帯構造の作用によって、異なる波長の光を各々対応する光ディスクの記録面において良好に収束させる技術が実用化されている。 Further, for each optical disk, as one means for converging to the recording surface position of each optical disk in a good state, an annular structure having a ring-shaped fine step on one surface of the objective lens is provided. A technique has been put into practical use that allows light of different wavelengths to converge well on the recording surface of the corresponding optical disk by the action of the band structure.
上記のように、例えば、CD、DVD、HD DVDのように三種類の光ディスクに対して互換性を持つ対物レンズは、例えば以下の特許文献1に提案される。
As described above, for example, an objective lens that is compatible with three types of optical disks such as CD, DVD, and HD DVD is proposed in
特許文献1に記載の対物レンズは、波長の異なる3種類の平行光束を回折構造を有する対物レンズに入射させることにより球面収差を補正して、記録密度の異なる3種類の光ディスクに対して互換性を持たせている。
The objective lens described in
しかし、特許文献1のように従来の構成では、CD使用時において、情報の記録または再生に用いられる正規回折次数光と、情報の記録または再生には用いられない不要回折次数光とがほぼ同量ずつ発生してしまう。そのため、特にCDのような比較的記録密度の低い光ディスクに対する情報の記録または再生であっても高精度に実行することができるようにさらなる改善が求められていた。
However, in the conventional configuration as in
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、波長が異なる複数種類の光束のいずれかを使用して規格の異なる三種類の光ディスクのいずれに対する情報の記録または再生を行った時であっても、高い回折効率を確保して高精度な情報の記録または再生を実現することができ、さらには各光ディスクの記録面上において球面収差をはじめとする諸収差を抑えて良好なスポットを形成することができる光情報記録再生装置用の対物レンズおよび該装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention is high even when information is recorded or reproduced on any of three types of optical discs having different standards by using any one of a plurality of types of light beams having different wavelengths. Highly accurate information recording or reproduction can be realized by ensuring diffraction efficiency, and furthermore, a good spot can be formed on the recording surface of each optical disk by suppressing various aberrations including spherical aberration. An object of the present invention is to provide an objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus and the apparatus.
上記課題を解決するため、本発明の光情報記録再生装置用対物レンズは、記録密度の異なる第一から第三の各光ディスクに対して順に第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束を使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられる対物レンズであって、第一から第三の波長を、それぞれλ1、λ2、λ3(各単位:nm)、とすると、
λ1<λ2<λ3
であり、第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をt1(単位:mm)、第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をt2(単位:mm)、第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をt3(単位:mm)、とすると、
t1≦t2<t3
であり、第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をNA1、第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をNA2、第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をNA3、とすると、
NA1>NA3かつNA2>NA3
であり、対物レンズは、異なる材料で構成された第一の光学部材と第二の光学部材が接合面で接合された接合レンズであり、接合面は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第一の位相シフト構造を少なくとも有し、第一の位相シフト構造は、第一の波長から第三の波長の各光束で回折効率が最大となる回折次数を順にm(λ1)、m(λ2)、m(λ3)とし、第一の波長から第三の波長の各光束に対する第一の光学部材の屈折率を順にn1(λ1)、n1(λ2)、n1(λ3)とし、第一の波長から第三の波長の各光束に対する第二の光学部材の屈折率を順にn2(λ1)、n2(λ2)、n2(λ3)とすると、以下の二つの条件(1)、(2)、
0.85<Φ2/Φ1<1.15…(1)
0.10<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.50…(2)
ただし、Φ1=m(λ1)×(λ1/(n2(λ1)−n1(λ1)))
Φ2=m(λ2)×(λ2/(n2(λ2)−n1(λ2)))
Φ3=m(λ3)×(λ3/(n2(λ3)−n1(λ3)))とする、
を満たすことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus of the present invention has three types of substantially parallel light beams having first to third wavelengths in order for the first to third optical disks having different recording densities. An objective lens used in an optical information recording / reproducing apparatus that records or reproduces information with respect to each optical disk by using a light beam. The first to third wavelengths are λ1, λ2, λ3 (units: nm), respectively. )
λ1 <λ2 <λ3
The thickness of the protective layer of the first optical disc on which information is recorded or reproduced using a light beam of the first wavelength is t1 (unit: mm), and information is recorded or reproduced using the light beam of the second wavelength. The thickness of the protective layer of the second optical disk to be recorded is t2 (unit: mm), and the thickness of the protective layer of the third optical disk on which information is recorded or reproduced using the light beam of the third wavelength is t3 (unit: mm). )
t1 ≦ t2 <t3
NA1 for the numerical aperture necessary for recording or reproducing information on the first optical disc, NA2 for the numerical aperture necessary for recording or reproducing information on the second optical disc, and recording or reproducing information on the third optical disc If the required numerical aperture is NA3,
NA1> NA3 and NA2> NA3
The objective lens is a cemented lens in which a first optical member and a second optical member made of different materials are joined at a joint surface, and the joint surface is continuously divided into a plurality of concentric shapes. At least a first phase shift structure composed of a refracting surface, and the first phase shift structure sequentially sets the diffraction order at which the diffraction efficiency is maximum for each light flux from the first wavelength to the third wavelength to m (Λ1), m (λ2), m (λ3), and the refractive index of the first optical member for each light flux from the first wavelength to the third wavelength is n1 (λ1), n1 (λ2), n1 ( λ3), and the refractive index of the second optical member for each light flux from the first wavelength to the third wavelength is n2 (λ1), n2 (λ2), and n2 (λ3) in order, the following two conditions ( 1), (2),
0.85 <Φ2 / Φ1 <1.15 (1)
0.10 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.50 (2)
However, Φ1 = m (λ1) × (λ1 / (n2 (λ1) −n1 (λ1)))
Φ2 = m (λ2) × (λ2 / (n2 (λ2) −n1 (λ2)))
Φ3 = m (λ3) × (λ3 / (n2 (λ3) −n1 (λ3)))
It is characterized by satisfying.
請求項1に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、接合面に位相シフト構造を持つ接合レンズを使用し、
各条件(1)、(2)を満たすことにより、略平行光束を対物レンズに入射させたとしても球面収差を良好に補正することができる。このことは、情報の記録または再生の対象が規格が異なる第一から第三の光ディスクのいずれであっても有効である。
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to
By satisfying the conditions (1) and (2), the spherical aberration can be corrected well even when a substantially parallel light beam is incident on the objective lens. This is effective regardless of which of the first to third optical discs with different standards for information recording or reproduction.
請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第一の位相シフト構造は、下記の条件(3)を満たす、つまり第二の波長の光に対する接合面の各段差によって付与される光路長付加量が第一の波長の光に対する接合面の各段差によって付与される光路長付加量よりも大きい場合、下記の条件(4)を満たすことが望ましい。
1.00≦Φ2/Φ1<1.15…(3)
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.50…(4)
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 2, the first phase shift structure satisfies the following condition (3), that is, is provided by each step of the joint surface with respect to the light of the second wavelength. When the added optical path length is larger than the added optical path length provided by each step of the joint surface with respect to the light of the first wavelength, it is desirable to satisfy the following condition (4).
1.00 ≦ Φ2 / Φ1 <1.15 (3)
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.50 (4)
請求項3に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第一の位相シフト構造は、さらに以下の条件(5)を満たすことにより、特に情報の記録または再生に使用される光の波長が設計波長から微小に変化した場合に生じる球面収差を良好に抑えることができる。
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.40…(5)
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 3, the first phase shift structure further satisfies the following condition (5), so that the light used particularly for recording or reproducing information can be obtained. Spherical aberration that occurs when the wavelength changes slightly from the design wavelength can be satisfactorily suppressed.
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.40 (5)
請求項4に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第一の位相シフト構造は、下記の条件(6)を満たす、つまり第一の波長の光に対する接合面の各段差によって付与される光路長付加量が第二の波長の光に対する接合面の各段差によって付与される光路長付加量よりも大きい場合、下記の条件(7)を満たすことが望ましい。
0.85<Φ2/Φ1<1.00…(6)
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.35…(7)
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 4, the first phase shift structure satisfies the following condition (6), that is, provided by each step of the joint surface with respect to the light of the first wavelength. When the added optical path length is larger than the added optical path length provided by each step of the joint surface with respect to the light of the second wavelength, it is desirable to satisfy the following condition (7).
0.85 <Φ2 / Φ1 <1.00 (6)
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.35 (7)
請求項5に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第二の位相シフト構造を有しており、第二の位相シフト構造は、互いに隣り合う屈折面において、第一の波長の光束に対して付与される光路長が略2波長分であることが望ましい。 According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 5, any one of the two surfaces other than the cemented surface is formed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces. It is desirable that the optical path length given to the light beam of the first wavelength is approximately two wavelengths on the refracting surfaces adjacent to each other in the second phase shift structure. .
請求項6に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第二の位相シフト構造を有しており、第二の位相シフト構造は、互いに隣り合う屈折面において、第一の波長の光束に対して付与される光路長が略10波長分であることが望ましい。 According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 6, any one of the two surfaces other than the cemented surface is constituted by a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces. It is desirable that the optical path length given to the light beam having the first wavelength is approximately 10 wavelengths on the refracting surfaces adjacent to each other in the second phase shift structure. .
請求項7に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第一の位相シフト構造は、少なくとも第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる、光軸を含む第一の領域に配設される。 According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 7, the first phase shift structure has an optical axis for converging at least a third wavelength light beam on the recording surface of the third optical disc. It is arranged in the first region including.
請求項8に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、接合面は、第一の領域の外側に、第一の波長の光束および第二の波長の光束をそれぞれ第一の光ディスクおよび第二の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有することができる。 According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 8, the bonding surface allows the first wavelength light flux and the second wavelength light flux to be outside the first region, respectively, It is possible to have a second region that converges on each recording surface of the second optical disc and does not contribute to the convergence of the light beam having the third wavelength.
ここで、第二の領域は、第一の光学部材と第二の光学部材の材料を適切に選択することにより、第一の波長の光束および第二の波長の光束をそれぞれ第一の光ディスクおよび第二の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ第三の波長の光束の収束には寄与しない作用を備えることができる。従って、第二の領域は、屈折面として構成することができる。また、第二の領域に複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第三の位相シフト構造を配設することにより上記作用をより効果的に実現しても良い(請求項9)。 Here, in the second region, by appropriately selecting the materials of the first optical member and the second optical member, the light beam having the first wavelength and the light beam having the second wavelength are respectively transmitted to the first optical disk and the second optical member. It is possible to provide an effect of converging on each recording surface of the second optical disc and not contributing to the convergence of the light beam having the third wavelength. Accordingly, the second region can be configured as a refractive surface. Further, the above-described operation may be more effectively realized by disposing a third phase shift structure including a plurality of concentrically divided refractive surfaces in the second region. Item 9).
請求項10に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第二の位相シフト構造は、少なくとも第三の波長の光束を第三の光ディスクの記録面上に収束させる、光軸を含む第三の領域に配設される。
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to
請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、第三の領域の外側に第四の領域を有し、第四の領域は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成され、第一の波長の光束に対して略3波長分の光路長を付与する第四の位相シフト構造を有することができる。
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to
また、第四の位相シフト構造が、第一の波長の光束に対して付与する光路長が、略5波長分であってもよい(請求項12)。これにより、特に情報の記録または再生に使用される光の波長が設計波長から微小に変化した場合に生じる球面収差を良好に抑えることができるとともに、第三の波長の光束に対して開口制限機能を付与することができる。 Further, the fourth phase shift structure may be provided with an optical path length of approximately 5 wavelengths with respect to the light beam having the first wavelength (claim 12). This makes it possible to satisfactorily suppress spherical aberration that occurs particularly when the wavelength of light used for recording or reproducing information changes minutely from the design wavelength, and provides an aperture limiting function for a third wavelength light beam. Can be granted.
また、請求項13に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件(8)が成立する場合、上記位相シフト構造は、第二の領域の外側に、第一の波長の光束のみ収束させ、第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第五の領域を設けることが望ましい。
f1×NA1>f2×NA2・・・(8)
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing device according to
f1 × NA1> f2 × NA2 (8)
また、請求項14に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件(9)が成立する場合、上記位相シフト構造には、第二の領域の外側に、第二の波長の光束のみ収束させ、第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第五の領域を設けることが望ましい。
f1×NA1<f2×NA2・・・(9)
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 14, when the following condition (9) is satisfied, the phase shift structure has a second wavelength outside the second region. It is desirable to provide a fifth region that converges only the luminous flux of, and does not contribute to the convergence of the luminous fluxes of the first and third wavelengths.
f1 × NA1 <f2 × NA2 (9)
請求項15に記載の光情報記録再生用対物レンズによれば、該第五の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して、少なくとも一種類の光路長差を有する第五の位相シフト構造を有し、該光路長差の絶対値が、第二の領域における少なくとも一種類の光路長差の絶対値と異なる。 According to the objective lens for optical information recording / reproducing according to claim 15, the fifth region has a fifth difference having at least one optical path length difference with respect to an incident light beam at a boundary between adjacent refracting surfaces. The absolute value of the optical path length difference is different from the absolute value of at least one optical path length difference in the second region.
また、請求項16に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件(8)が成立する場合、上記位相シフト構造は、第四の領域の外側に、第一の波長の光束のみ収束させ、第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第六の領域を設けることが望ましい。該第五の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して、少なくとも一種類の光路長差を有する第六の位相シフト構造を有し、該光路長差の絶対値が、第四の領域における少なくとも一種類の光路長差の絶対値と異なる。
f1×NA1>f2×NA2・・・(8)
Further, according to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 16, when the following condition (8) is satisfied, the phase shift structure has a first wavelength outside the fourth region. It is desirable to provide a sixth region that converges only the light beam and does not contribute to the convergence of the light beams of the second and third wavelengths. The fifth region has a sixth phase shift structure having at least one kind of optical path length difference with respect to an incident light beam at a boundary between adjacent refracting surfaces, and an absolute value of the optical path length difference is It differs from the absolute value of at least one kind of optical path length difference in the fourth region.
f1 × NA1> f2 × NA2 (8)
また、請求項17に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、以下の条件(9)が成立する場合、上記位相シフト構造には、第四の領域の外側に、第二の波長の光束のみ収束させ、第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第六の領域を設けることが望ましい。該第六の領域は、互いに隣り合う屈折面の境界において、入射光束に対して、少なくとも一種類の光路長差を有する第六の位相シフト構造を有し、該光路長差の絶対値が、第四の領域における少なくとも一種類の光路長差の絶対値と異なる。
f1×NA1<f2×NA2・・・(9)
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing device according to claim 17, when the following condition (9) is satisfied, the phase shift structure has a second wavelength outside the fourth region. It is desirable to provide a sixth region that converges only the luminous flux of λ and does not contribute to the convergence of the luminous fluxes of the first and third wavelengths. The sixth region has a sixth phase shift structure having at least one kind of optical path length difference with respect to an incident light beam at a boundary between adjacent refractive surfaces, and an absolute value of the optical path length difference is It differs from the absolute value of at least one kind of optical path length difference in the fourth region.
f1 × NA1 <f2 × NA2 (9)
請求項18に記載の光情報記録再生装置用対物レンズによれば、第一の光学部材の中心厚をd1(単位:mm)、第二の光学部材の中心厚をd2(単位:mm)とすると、以下の条件(10)、
0.01<d1/d2<0.20…(10)
を満たすことが望ましい。条件(10)を満たすことにより、対物レンズを容易に製造することができる。
According to the objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 18, the center thickness of the first optical member is d1 (unit: mm), and the center thickness of the second optical member is d2 (unit: mm). Then, the following condition (10),
0.01 <d1 / d2 <0.20 (10)
It is desirable to satisfy. By satisfying the condition (10), the objective lens can be easily manufactured.
別の観点から、請求項19に記載の光情報記録再生装置は、互いに異なる第一から第三の波長を持つ三種類の略平行光束を照射する光源と、上述した請求項1から請求項18のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズを有し、記録密度の異なる複数の光ディスクそれぞれに対して三種類の略平行光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行うことを特徴とする。
From another point of view, an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 19 is a light source that irradiates three types of substantially parallel light beams having first to third wavelengths different from each other, and the above-described
請求項20に記載の光情報記録再生装置によれば、第一の光ディスクの保護層厚t1、第二の光ディスクの保護層厚t2、第三の保護層厚t3は、それぞれ以下の通りに定義される。
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
According to the optical information recording / reproducing apparatus of claim 20, the protective layer thickness t1 of the first optical disc, the protective layer thickness t2 of the second optical disc, and the third protective layer thickness t3 are respectively defined as follows: Is done.
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
以上のように、本発明にかかる対物レンズは、光学性能が互いに異なる二つの光学部材を所定の位相シフト構造が形成された接合面で接合することにより構成される。これにより、いずれの光ディスク、特に記録密度が低いCD等の光ディスクを使用するときでも、高い回折効率を確保することができ、より高精度な情報の記録または再生が実現される。 As described above, the objective lens according to the present invention is configured by joining two optical members having different optical performances to each other on the joining surface on which a predetermined phase shift structure is formed. As a result, even when any optical disc, particularly an optical disc such as a CD having a low recording density, is used, high diffraction efficiency can be ensured, and more accurate information recording or reproduction can be realized.
また本発明によれば、どの光ディスクを使用する場合にも略平行光束を用いることも可能である。これにより、既存の光ディスクおよび新規格の光ディスクのいずれを使用した場合であっても、球面収差のみならずトラッキングシフト時に発生する収差を良好に抑えることができる。 Further, according to the present invention, it is possible to use a substantially parallel light beam when any optical disk is used. Thereby, it is possible to satisfactorily suppress not only spherical aberration but also aberration generated during tracking shift regardless of whether an existing optical disc or a new standard optical disc is used.
以下、本発明の実施形態の対物レンズについて説明する。本実施形態の対物レンズは、光情報記録再生装置に搭載され、保護層厚、記録密度等といった規格がそれぞれ異なる三種類の光ディスクについて互換性を有している。 The objective lens according to the embodiment of the present invention will be described below. The objective lens of this embodiment is mounted on an optical information recording / reproducing apparatus, and is compatible with three types of optical discs having different standards such as a protective layer thickness and a recording density.
以下では説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスク(例えばHD DVDやBD等の新規格の光ディスク)を第一の光ディスクD1、第一の光ディスクD1に比べて相対的に記録密度が低い(例えばDVDやDVD−R等)を第二の光ディスクD2、記録密度が最も低い光ディスク(例えばCDやCD−R等)を第三の光ディスクD3、と記す。 In the following, for convenience of explanation, among the above three types of optical discs, an optical disc having the highest recording density (for example, a new standard optical disc such as HD DVD or BD) is relatively compared to the first optical disc D1 and the first optical disc D1. The second optical disk D2 has a low recording density (for example, DVD or DVD-R), and the third optical disk D3 has the lowest recording density (for example, CD or CD-R).
各光ディスクD1〜D3の保護層厚をそれぞれt1〜t3とすると、各保護層厚には、以下のような関係がある。
t1≦t2<t3
Assuming that the protective layer thicknesses of the optical disks D1 to D3 are t1 to t3, the protective layer thicknesses have the following relationship.
t1 ≦ t2 <t3
また、各光ディスクD1〜D3のそれぞれに対して情報の記録または再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされるNAの値を変化させる必要がある。ここで、各光ディスクD1〜D3に対する情報の記録または再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれNA1、NA2、NA3とすると、各NAには以下のような関係がある。
NA1>NA3かつNA2>NA3
Further, when information is recorded on or reproduced from each of the optical discs D1 to D3, it is necessary to change the required NA value so that a beam spot corresponding to the difference in recording density can be obtained. Here, assuming that the optimum design numerical apertures required for recording or reproducing information with respect to each of the optical discs D1 to D3 are NA1, NA2, and NA3, each NA has the following relationship.
NA1> NA3 and NA2> NA3
つまり、記録密度の高い第一の光ディスクD1および第二の光ディスクD2に対する情報の記録または再生時には、より小径なスポットの形成が要求されるため、必要なNAが高くなる。これに対し、最も記録密度の低い第三の光ディスクD3に対する情報の記録または再生時には、必要とされるNAは比較的小さい。なお、どの光ディスクも、情報の記録または再生時には、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。 That is, when recording or reproducing information with respect to the first optical disc D1 and the second optical disc D2 having a high recording density, formation of a spot with a smaller diameter is required, so that the necessary NA is increased. On the other hand, when recording or reproducing information on the third optical disc D3 having the lowest recording density, the required NA is relatively small. All optical disks are placed on a turntable (not shown) and rotated when information is recorded or reproduced.
上記のように記録密度が異なる各光ディスクD1〜D3を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。具体的には、第一の光ディスクD1に対して情報の記録または再生を行う際には、最も小径のビームスポットを第一の光ディスクD1の記録面上において形成するために、最も短波長(第一の波長)であるレーザー光(以下、第一のレーザー光という)を光源から照射する。また、第三の光ディスクD3に対して情報の記録または再生を行う際には、最も大きな径のビームスポットを第三の光ディスクD3の記録面上において形成するために、最も長波長(第三の波長)であるレーザー光(以下、第三のレーザー光という)を光源から照射する。そして第二の光ディスクD2に対して情報の記録または再生を行う際には、第二の光ディスクD2の記録面上において比較的小径のスポットを形成するために、第一のレーザー光よりは長波長であってかつ第三のレーザー光よりは短波長(第二の波長)であるレーザー光(以下、第二のレーザー光という)を光源から照射する。 When using the optical discs D1 to D3 having different recording densities as described above, laser beams having different wavelengths are used in the optical information recording / reproducing apparatus so as to obtain beam spots corresponding to the recording densities. Specifically, when information is recorded on or reproduced from the first optical disc D1, in order to form the beam spot having the smallest diameter on the recording surface of the first optical disc D1, the shortest wavelength (the first wavelength) A laser beam (hereinafter, referred to as a first laser beam) that is one wavelength) is irradiated from a light source. Further, when recording or reproducing information on the third optical disc D3, in order to form a beam spot with the largest diameter on the recording surface of the third optical disc D3, A laser beam having a wavelength) (hereinafter referred to as a third laser beam) is irradiated from a light source. When recording or reproducing information on the second optical disc D2, a longer wavelength than that of the first laser beam is formed in order to form a relatively small-diameter spot on the recording surface of the second optical disc D2. In addition, a laser beam (hereinafter referred to as a second laser beam) having a shorter wavelength (second wavelength) than the third laser beam is irradiated from a light source.
図1は、本実施形態の対物レンズ10を有する光情報記録再生装置100の概略構成を表す模式図である。光情報記録再生装置100は、第一のレーザー光を照射する光源1A、第二のレーザー光を照射する光源1B、第三のレーザー光を照射する光源1C、カップリングレンズ2A、2B、2C、ビームスプリッタ41、42、ハーフミラー5A、5B、5C、受光部6A、6B、6Cを有する。なお、光情報記録再生装置100では、上記の各光ディスク使用時に必要とされるNAが各々異なることに対応する必要がある。そのため、光情報記録再生装置100では、図示しないが、光源1C〜対物レンズ10間に第三のレーザー光の光束径を規定する開口制限素子が配設されていてもよい。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical information recording / reproducing
図1に示すように、各光源1A〜1Cから照射された第一〜第三の各レーザー光束は、ハーフミラー5A〜5Cによって偏向され、各カップリングレンズ2A〜2Cにより平行光束に変換される。つまり本実施形態では、各カップリングレンズ2A〜2Cは、コリメートレンズとして機能する。各カップリングレンズ2A〜2Cを透過した各レーザー光束は、ビームスプリッタ41、42によって共通の光路に導かれ、対物レンズ10に入射する。対物レンズ10を透過した各光束は、情報の記録または再生の対象となる各光ディスクD1〜D3の記録面近傍に収束する。記録面で反射した各レーザー光は、ハーフミラー5A〜5Cを透過し、受光部6A〜6Cにより検出される。
As shown in FIG. 1, the first to third laser light beams emitted from the
上記のように、対物レンズ10に入射する各レーザー光を平行光束にすることにより、対物レンズ10をトラッキングした時におけるコマ収差等の軸外収差の発生を抑えることができる。
As described above, by making each laser beam incident on the
なお、厳密には、各光源1A〜1Cの個体差や設置位置、さらには光情報記録再生装置100のおかれた環境の変化等の理由によって、各カップリングレンズ2A〜2Cから射出される光束は必ずしも平行光束にはならない場合もある。しかし、上記の理由による光束の発散角は、非常に小さいため、トラッキングシフト時に生じる収差も小さい。よって、実使用上問題ないと言える。
Strictly speaking, the light fluxes emitted from the
図2(A)〜図2(C)は、対物レンズ10および各光ディスクD1〜D3を各光ディスク使用時における光路ごとに分けて示した図である。図2(A)〜(C)において、光情報記録再生装置100の基準軸AXは、図中一点鎖線で表示されている。図2(A)〜(C)に示す状態では、対物レンズの光軸は光学系の基準軸AXと一致しているが、トラッキング動作などにより対物レンズの光軸が光学系の基準軸AXから外れる状態もある。
2A to 2C are diagrams showing the
図2に示すように、各光ディスクD1〜D3は、それぞれ保護層21、記録面22を有する。なお、実際の光ディスクD1〜D3において、記録面22は、保護層21と図示しないレーベル層によって挟持されている。
As shown in FIG. 2, each of the optical discs D1 to D3 has a
図3は、対物レンズ10を拡大して示す模式図である。対物レンズ10は、互いに材料が異なる二つの光学部材10A、10Bを接合面13で接合することにより形成される両凸のプラスチック製接合レンズである。接合されることにより形成される対物レンズ10は、接合面13のほかに光源側から順に第一面11と第二面12を有する。本実施形態の対物レンズ10は、各面11〜13を非球面として構成している。非球面の形状は光軸からの高さがhとなる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をX(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をC、円錐係数をK、四次、六次、八次、十次、十二次…の非球面係数をA2i(但し、iは1以上の整数)として、以下の式で表される。
FIG. 3 is an enlarged schematic diagram showing the
光情報記録再生装置100のように、各光ディスクD1〜D3使用時において、それぞれ適切な波長のレーザー光を用いる場合、各光ディスク使用時によって、対物レンズの屈折率の変化や、各光ディスクD1〜D3の保護層21の厚さの違いに起因して、球面収差が変化する。
As in the optical information recording / reproducing
従って、三種類の光ディスクD1〜D3をそれぞれ使用する時に発生する球面収差を補正して各光ディスクD1〜D3に対する互換性を持たせるため、本実施形態の対物レンズ10の少なくとも接合面13には、三種類の光束に影響を与える回折作用を持つ位相シフト構造が設けられる。接合面13に設けられた位相シフト構造は、光軸AXを中心とした同心状の複数の屈折面と各屈折面間に形成される複数の微小な段差からなる。
Therefore, in order to correct the spherical aberration generated when each of the three types of optical discs D1 to D3 is used and to have compatibility with each of the optical discs D1 to D3, at least the cemented
本実施形態の対物レンズは、接合面13での回折作用ならびに屈折作用および第一面11、第二面12の屈折作用により、第一から第三の各レーザー光の光束を、それぞれ対応するディスクの記録面上に、球面収差が略0になるように補正しつつ集光させる機能を持つ。
The objective lens according to the present embodiment uses the diffraction action and the refraction action at the cemented
なお、上記位相シフト構造を規定する光路差関数は、対物レンズ10の回折レンズとしての機能を光軸からの高さhにおける光路長付加量の形で表現される。光路差関数をφ(h)とすると、該φ(h)は、以下の式によって表される。
The optical path difference function that defines the phase shift structure represents the function of the
数2に示す光路差関数φ(h)において、P2i(但し、iは1以上の整数)はそれぞれ二次、四次、六次、…の係数である。mは使用するレーザー光の回折効率が最大となる回折次数を、λは使用するレーザー光の設計波長を、それぞれ表す。以下に示す各条件においても同様である。 In the optical path difference function φ (h) shown in Equation 2 , P 2i (where i is an integer equal to or greater than 1) is a coefficient of second order, fourth order, sixth order,. m represents the diffraction order at which the diffraction efficiency of the laser beam used is maximized, and λ represents the design wavelength of the laser beam used. The same applies to the following conditions.
さらに本実施形態の対物レンズ10は、球面収差を補正する作用をより実効性あるものとするために、接合面13に設けられる位相シフト構造が以下の条件(1)および条件(2)を満たすように構成される。
0.85<Φ2/Φ1<1.15…(1)
0.10<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.50…(2)
ただし、Φ1=m(λ1)×(λ1/(n2(λ1)−n1(λ1)))、
Φ2=m(λ2)×(λ2/(n2(λ2)−n1(λ2)))、
Φ3=m(λ3)×(λ3/(n2(λ3)−n1(λ3)))とする。より詳しくは、m(λ1)、m(λ2)、m(λ3)は、順に第一の波長から第三の波長の各光束で回折効率が最大となる回折次数を、n1(λ1)、n1(λ2)、n1(λ3)は、順に第一の波長から第三の波長の各光束に対する第一の光学部材の屈折率を、n2(λ1)、n2(λ2)、n2(λ3)は、順に第一の波長から第三の波長の各光束に対する第二の光学部材の屈折率を、それぞれ表す。
Further, in the
0.85 <Φ2 / Φ1 <1.15 (1)
0.10 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.50 (2)
Where Φ1 = m (λ1) × (λ1 / (n2 (λ1) −n1 (λ1))),
Φ2 = m (λ2) × (λ2 / (n2 (λ2) −n1 (λ2))),
Φ3 = m (λ3) × (λ3 / (n2 (λ3) −n1 (λ3))). More specifically, m (λ1), m (λ2), and m (λ3) are the diffraction orders at which the diffraction efficiency becomes maximum for each light flux from the first wavelength to the third wavelength in order, n1 (λ1), n1 (Λ2), n1 (λ3) are the refractive indices of the first optical member for the light beams of the first wavelength to the third wavelength in order, and n2 (λ1), n2 (λ2), and n2 (λ3) are The refractive indexes of the second optical member with respect to each light flux from the first wavelength to the third wavelength are shown in order, respectively.
Φ1〜Φ3は、数2により規定される位相シフト構造を持つ接合面13の、第一から第三の各レーザー光に対して、各段差によって付与する光路長付加量に相当する。つまり、条件(1)は、第一のレーザー光と第二のレーザー光に対する接合面13の各段差によって付与される光路長付加量の比に関する条件である。条件(2)は、各レーザー光に対する接合面13の各段差によって付与される光路長付加量の関係を表す条件である。
Φ1 to Φ3 correspond to the optical path length addition amount provided by each step for each of the first to third laser beams on the
条件(1)に関し、数値が上限以上になると特に第二の光ディスクD2使用時における球面収差に対する補正が過剰になり、該数値が下限以下になると特に第二の光ディスクD2使用時における球面収差に対する補正が不足するため、好ましくない。また、条件(2)に関し、数値が上限以上になると特に第三の光ディスクD3使用時における球面収差に対する補正が過剰になり、該数値が下限以下になると特に第三の光ディスクD3使用時における球面収差に対する補正が不足するため、好ましくない。 Regarding the condition (1), when the numerical value exceeds the upper limit, correction for spherical aberration becomes excessive especially when the second optical disc D2 is used, and when the numerical value becomes lower than the lower limit, correction for spherical aberration particularly when the second optical disc D2 is used. Is not preferable because of lack of. Regarding the condition (2), when the numerical value exceeds the upper limit, correction for spherical aberration becomes excessive especially when the third optical disc D3 is used, and when the numerical value is lower than the lower limit, spherical aberration particularly when the third optical disc D3 is used. This is not preferable because there is insufficient correction.
また、Φ2/Φ1が以下の条件(3)を満たす場合、詳しくは、第二のレーザー光に対する接合面13の各段差によって付与される光路長付加量が第一のレーザー光に対する接合面13の各段差によって付与される光路長付加量よりも大きい場合、条件(4)を満たすように構成される。
1.00≦Φ2/Φ1<1.15…(3)
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.50…(4)
Further, when Φ2 / Φ1 satisfies the following condition (3), in detail, the optical path length addition amount provided by each step of the
1.00 ≦ Φ2 / Φ1 <1.15 (3)
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.50 (4)
条件(3)を満たす接合面13は、さらに、以下の条件(5)を満たすことにより、情報の記録または再生に使用される光の波長(例えば、第一の光ディスクD1使用時は第一のレーザー光)が設計波長から微小に変化した場合に生じる球面収差を良好に抑えることができる。
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.40…(5)
The
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.40 (5)
また、Φ2/Φ1が以下の条件(6)を満たす場合、詳しくは、第一のレーザー光に対する接合面13の各段差によって付与される光路長付加量が第二のレーザー光に対する接合面13の各段差によって付与される光路長付加量よりも大きい場合、条件(7)を満たすように構成される。
0.85<Φ2/Φ1<1.00…(6)
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.35…(7)
In addition, when Φ2 / Φ1 satisfies the following condition (6), in detail, the optical path length addition amount provided by each step of the
0.85 <Φ2 / Φ1 <1.00 (6)
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.35 (7)
条件(6)、(7)に関する臨界的意義は上述した条件(3)、(4)と同一である。以上のように、接合面13に位相シフト構造を設けることにより、空気との界面に位相シフト構造を設けた場合に比べて、二つの光学部材の屈折率差も有効に作用する。これにより、より高い回折効率が得られる。
The critical significance regarding the conditions (6) and (7) is the same as the conditions (3) and (4) described above. As described above, by providing the phase shift structure on the
なお、図3に示した対物レンズ10は、単一の位相シフト構造を接合面13の全領域にわたって施している。これに対して、本発明に係る対物レンズ10は、各光ディスクに対する情報の記録または再生をより高精度に実現するため、接合面13を入射光に対して異なる作用を付与する複数の領域に分割することも可能である。図4は、別の態様の対物レンズ10を示す模式図である。
The
図4に示すように、接合面13は、光軸AXを含む第一の領域13aと第一の領域13aの外側に位置する第二の領域13bを有する。さらに、対物レンズ10の第一面11における第一のレーザー光の入射光束径と、第二のレーザー光の有効光束径が異なる場合、第二の領域13bの外側に、第五の領域13cを有する。第一の領域13aは、各光ディスクD1〜D3に対する情報の記録または再生時に使用されるいずれのレーザー光に対しても収束に寄与するような位相シフト構造が設けられている。本実施形態では、第一の領域13aは、上述した構成の位相シフト構造、つまり各条件(1)〜(7)を満たす位相シフト構造(以下、便宜上、第一の位相シフト構造という。)が配設されている。
As shown in FIG. 4, the
第二の領域13bは、第一のレーザー光と第二のレーザー光に関する球面収差を良好に補正し、各レーザー光が対応する光ディスクの記録面上に良好に収束するような領域として構成される。ここで、本実施形態の対物レンズ10は、互いに異なる屈折率を持つ二つの光学部材10A、10Bから構成される。従って各光学部材10A、10Bを、第一のレーザー光と第二のレーザー光に関して球面収差が良好に補正されるような屈折率を持つ材料によって構成すれば、第二の領域13bは、単なる屈折面(非球面)として設計するだけで、球面収差の発生を抑えて第一と第二のレーザー光に対する光利用効率を向上させる領域となる。
The
なお、第二の領域13bに、第一のレーザー光と第二のレーザー光が対応する光ディスクの記録面上に良好に収束し、かつ第三のレーザー光の収束には寄与しない位相シフト構造(第三の位相シフト構造)を積極的に施すことも可能である。
In addition, the phase shift structure in which the first laser beam and the second laser beam converge well on the recording surface of the corresponding optical disk and do not contribute to the convergence of the third laser beam in the
第五の領域13cは、第一の光ディスクD1使用時の焦点距離をf1、第二の光ディスクD2使用時の焦点距離をf2としたとき、以下の条件(8)、
f1×NA1>f2×NA2・・・(8)
が成立する場合、つまり、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径が、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径より大きい場合に設けられる。第一のレーザー光に関する球面収差を良好に補正し、各レーザー光が対応する光ディスクの記録面上に良好に収束するような領域として構成される。
The
f1 × NA1> f2 × NA2 (8)
That is, that is, when the first laser beam is incident, the effective beam diameter on the incident surface of the
条件(8)が成立するときに形成される第五の領域は、第二の領域とは異なり、第二のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件(8)が成立するときに形成される第五の領域は、第二、または第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する。例えば、第五の領域に位相シフト構造(第五の位相シフト構造)を設ける場合、該構造は、第一のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長差が、第二の領域における第一のレーザー光についての光路長差とは異なるように設計される。具体的には、第五の位相シフト構造は、第一のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。 Unlike the second region, the fifth region formed when the condition (8) is satisfied does not contribute to the convergence of the second laser beam. That is, the fifth region formed when the condition (8) is satisfied has an aperture limiting function for the second or third laser beam. For example, when a phase shift structure (fifth phase shift structure) is provided in the fifth region, the structure is such that the optical path length difference imparted at the boundary between the refracting surfaces adjacent to each other for the first laser light It is designed to be different from the optical path length difference for the first laser light in the region. Specifically, the fifth phase shift structure is blazed so that the diffraction efficiency with respect to the first laser beam is maximized.
一方、第五の領域13cは、第一の光ディスクD1使用時の焦点距離をf1、第二の光ディスクD2使用時の焦点距離をf2としたとき、以下の条件(9)、
f1×NA1<f2×NA2・・・(9)
が成立する場合、つまり、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径が、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径より大きい場合に設けられる。第二のレーザー光に関する球面収差を良好に補正し、各レーザー光が対応する光ディスクの記録面上に良好に収束するような領域として構成される。
On the other hand, the
f1 × NA1 <f2 × NA2 (9)
That is, that is, the effective light beam diameter on the incident surface of the
条件(9)が成立するときに形成される第五の領域は、第二の領域とは異なり、第一のレーザー光の収束には寄与しない。つまり、条件(9)が成立するときに形成される第五の領域は、第一、または第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する。例えば、第五の領域に位相シフト構造(第五の位相シフト構造)を設ける場合、該構造は、第二のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長差が、第四の領域における第二のレーザー光についての光路長差とは異なるように設計される。具体的には、第五の位相シフト構造は、第二のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。 Unlike the second region, the fifth region formed when the condition (9) is satisfied does not contribute to the convergence of the first laser beam. That is, the fifth region formed when the condition (9) is satisfied has an aperture limiting function for the first or third laser beam. For example, when a phase shift structure (fifth phase shift structure) is provided in the fifth region, the structure is such that the optical path length difference provided at the boundary between the refracting surfaces adjacent to each other for the second laser light is the fourth. It is designed to be different from the optical path length difference for the second laser light in the region. Specifically, the fifth phase shift structure is blazed so that the diffraction efficiency with respect to the second laser beam is maximized.
また、波長変化により生じる球面収差を抑える、あるいは対物レンズ10に第三のレーザー光に対する開口制限機能を持たせる目的から、対物レンズ10における空気との界面すなわち第一面11や第二面12を複数の領域に分割して、各々に異なる位相シフト構造を設けることも可能である。
Further, for the purpose of suppressing spherical aberration caused by wavelength change or providing the
なお、フォーカシング動作時にターンテーブル上に載置された光ディスクに近接する可能性があることを踏まえると、位相シフト構造は図4に示すように第一面11に設けた方が好ましい。第一面11は、接合面13における各領域の境界の光軸からの高さと略同一の高さを有する境界によって三つの領域11a、11b、11cに分割されている。つまり、第三の領域11aは第一の領域13aに対応し、第四の領域11bは第二の領域13bに対応し、第六の領域11cは第五の領域13cに対応する。従って、図3のように接合面13全域に単一の位相シフト構造を施す、換言すれば接合面13が第一の領域13aのみからなる構成である場合には、空気との界面(ここでは第一面11)には第三の領域11aのみが存在することになる。
In consideration of the possibility of being close to the optical disk placed on the turntable during the focusing operation, the phase shift structure is preferably provided on the
第三の領域11aには、第一のレーザー光に対して略2波長分の光路長付加量を付与する位相シフト構造(第二の位相シフト構造)が設けられる。これにより、各レーザー光において第三の位相シフト構造で回折効率が最大となる回折次数は、第一のレーザー光から順に2次:1次:1次となり、いずれのレーザー光も高い回折効率を有する。これにより、いずれの光ディスクに対する情報の記録または再生時に際しても、高い光利用効率を維持しつつも、各光源1A〜3Aから照射される光が設計波長から微小にずれたことに起因する球面収差を補正する作用も得られる。
The
また第四の領域11bには、第一のレーザー光および第二のレーザー光が入射した場合には各光を対応する光ディスクD1、D2の記録面上に良好に収束させ、かつ第三のレーザー光に対しては収束に寄与しない作用を持つ位相シフト構造(第四の位相シフト構造)が設けられる。これにより、対物レンズ10には、第三のレーザー光に対する開口制限機能が付与されることになる。よって、第四の位相シフト構造を設けた場合には、上述した開口制限素子は設けるに及ばない。
Further, when the first laser light and the second laser light are incident on the
上記の作用を持つ第四の位相シフト構造は、詳しくは、第一のレーザー光に対して略3波長分あるいは略5波長分の光路長付加量を付与するような段差構造を有する。これにより、第一のレーザー光と第二のレーザー光の回折効率を高めると共に、各光源1A〜3Aから照射される光が設計波長から微小にずれたことに起因する球面収差を補正する作用も得られる。
Specifically, the fourth phase shift structure having the above-described action has a step structure that gives an additional optical path length of about 3 wavelengths or about 5 wavelengths to the first laser light. As a result, the diffraction efficiency of the first laser beam and the second laser beam is increased, and the spherical aberration caused by the slight deviation of the light emitted from each of the
第六の領域11cは、第一の光ディスクD1使用時の焦点距離をf1、第二の光ディスクD2使用時の焦点距離をf2としたとき、以下の条件(8)、
f1×NA1>f2×NA2・・・(8)
が成立する場合、つまり、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径が、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径より大きい場合に設けられる。
The
f1 × NA1> f2 × NA2 (8)
That is, that is, when the first laser beam is incident, the effective beam diameter on the incident surface of the
条件(8)が成立するときに形成される第六の領域は、第四の領域とは異なり、第二のレーザー光の収束には寄与しない位相シフト構造(第六の位相シフト構造)を有する。つまり、条件(8)が成立するときに形成される第六の領域は、第二、または第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する。具体的には、第六の位相シフト構造は、第一のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長差が、第四の領域における第一のレーザー光についての光路長差とは異なるように設計される。該設計時には、第六の領域は、第一のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。 Unlike the fourth region, the sixth region formed when the condition (8) is satisfied has a phase shift structure (sixth phase shift structure) that does not contribute to the convergence of the second laser beam. . That is, the sixth region formed when the condition (8) is satisfied has an aperture limiting function for the second or third laser beam. Specifically, in the sixth phase shift structure, the optical path length difference given to the boundary between the refractive surfaces adjacent to each other for the first laser light is different from the optical path length difference for the first laser light in the fourth region. Designed to be different. At the time of the design, the sixth region is blazed so that the diffraction efficiency with respect to the first laser beam is maximized.
また、第六の領域11cは、第一の光ディスクD1使用時の焦点距離をf1、第二の光ディスクD2使用時の焦点距離をf2としたとき、以下の条件(9)、
f1×NA1<f2×NA2・・・(9)
が成立する場合、つまり、第二のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径が、第一のレーザー光が入射する場合の対物レンズ10の入射面での有効光束径より大きい場合にも設けられる。
The
f1 × NA1 <f2 × NA2 (9)
That is, that is, the effective light beam diameter on the incident surface of the
条件(9)が成立するときに形成される第六の領域は、第四の領域とは異なり、第一のレーザー光の収束には寄与しない位相シフト構造(第六の位相シフト構造)を有する。つまり、条件(9)が成立するときに形成される第六の領域は、第一、または第三のレーザー光に対する開口制限機能を有する。具体的には、第六の位相シフト構造は、第二のレーザー光について互いに隣り合う屈折面の境界において付与される光路長差が、第四の領域における第二のレーザー光についての光路長差とは異なるように設計される。該設計時には、第六の領域は、第二のレーザー光に対する回折効率が最大となるようにブレーズ化される。 Unlike the fourth region, the sixth region formed when the condition (9) is satisfied has a phase shift structure (sixth phase shift structure) that does not contribute to the convergence of the first laser beam. . That is, the sixth region formed when the condition (9) is satisfied has an aperture limiting function for the first or third laser beam. Specifically, in the sixth phase shift structure, the optical path length difference given to the boundary between the refractive surfaces adjacent to each other for the second laser light is different from the optical path length difference for the second laser light in the fourth region. Designed to be different. At the time of the design, the sixth region is blazed so that the diffraction efficiency for the second laser beam is maximized.
なお、上記説明では、第一〜第六のいずれの領域にも位相シフト構造が配設可能として説明した。しかし、本発明に係る対物レンズ10において、少なくとも第一の領域13aに第一の位相シフト構造が配設されてさえいれば、それ以外の位相シフト構造については、必ずしも必須とされるものではない。つまり、第二から第六の領域に位相シフト構造を設けるか否かは、設計の容易性や対物レンズ10に必要とされる光学性能等を総合的に勘案して任意に決定することができる。
In the above description, the phase shift structure can be disposed in any of the first to sixth regions. However, in the
なお、対物レンズ10は、製造の容易性を確保するため、以下の条件(10)を満たすように構成される。
0.01<d1/d2<0.20…(10)
ただし、d1は第一の光学部材10Aの中心厚(単位:mm)を、
d2は第二の光学部材10Bの中心厚(単位:mm)を、それぞれ表す。
The
0.01 <d1 / d2 <0.20 (10)
However, d1 is the center thickness (unit: mm) of the first
d2 represents the center thickness (unit: mm) of the second
以下に上述した特徴を有する対物レンズ10の具体的な実施例を5例説明する。実施例1、2の対物レンズ10の概略構成は図3に、実施例3から5の対物レンズ10の概略構成は図4に、それぞれ示される。各実施例において使用される光ディスクは、保護層厚0.6mmの最も記録密度の高い第一の光ディスクD1、保護層厚0.6mmであり第一の光ディスクD1よりは記録密度の低い第二の光ディスクD2、保護層厚1.2mmの最も記録密度の低い第三の光ディスクD3を想定する。
Hereinafter, five specific examples of the
実施例1の対物レンズ10の各レーザー光に対する具体的仕様は表1に示される。
Specific specifications for each laser beam of the
表1中、倍率の値が示すように、実施例1では、いずれの光ディスクD1〜D3使用時であっても、レーザー光は平行光束として対物レンズ10に入射する。表1に示す対物レンズ10を備える光情報記録再生装置100の各光ディスクD1〜D3使用時における具体的数値構成は、表2〜表4に示される。但し、表2〜表4では、説明の便宜上、光源と対物レンズの間に配設される部材に関する数値構成を省略している。後述する各実施例で提示する具体的数値構成に関する表においても同様とする。
As shown in Table 1, the magnification value indicates that in Example 1, the laser light is incident on the
表2〜表4中、面番号0は光源1A〜1C、面番号1は対物レンズ10の第一面11、面番号2は対物レンズ10の接合面13、面番号3は対物レンズ10の第二面12、面番号4と5はそれぞれ各光ディスクD1〜D3における保護層21と記録面22、をそれぞれ表す。なお、表2〜表4および後述する各表において、rはレンズ各面の曲率半径(単位:mm)、dは情報の記録または再生時におけるレンズ厚またはレンズ間隔(単位:mm)、n(Xnm)は波長Xnmでの屈折率である。
In Tables 2 to 4, surface number 0 is the
対物レンズ10の第一面11、接合面13、第二面12(順に面番号1、2、3)は、いずれも非球面である。各面11〜13の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表5に示される。なお各表における表記Eは、10を基数、Eの右の数字を指数とする累乗を表している。
The
また実施例1の対物レンズ10は、接合面13の全域に位相シフト構造(上記の第一の位相シフト構造に相当)が設けられている。該位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数P2iは表6に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数mは表7に示される。
In addition, the
上記の各表から、Φ1=0.043、Φ2=0.044、Φ3=0.054である。従って、実施例1の対物レンズ10は、Φ2/Φ1=1.023、|(Φ3−Φ2)/Φ1|=0.233となり、条件(1)〜(5)を全て満たす。
From the above tables, Φ1 = 0.043, Φ2 = 0.044, and Φ3 = 0.054. Therefore, the
表8に実施例1の対物レンズ、および従来の単レンズ(比較例1)における各光ディスクD1〜D3使用時の、各レーザー光の回折効率を示す。 Table 8 shows the diffraction efficiency of each laser beam when the optical disks D1 to D3 are used in the objective lens of Example 1 and the conventional single lens (Comparative Example 1).
表8に示すように、比較例1と比べて実施例1では、光ディスクD2、およびD3使用時の回折効率が高くなっている。すなわち実施例1によれば、いずれの光ディスク使用時であっても高い光利用効率を維持することができる。 As shown in Table 8, in Example 1, the diffraction efficiency when using the optical discs D2 and D3 is higher than that in Comparative Example 1. That is, according to the first embodiment, high light utilization efficiency can be maintained even when any optical disk is used.
図5(A)〜(C)は、実施例1の対物レンズ10を有する光情報記録再生装置100において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。図5(A)が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図5(B)が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図5(C)が第三のレーザー光使用時に発生する球面収差を、それぞれ表す。また、図5(A)〜(C)において、実線が表1に示す波長のレーザー光が入射した際の球面収差を表し、破線が表1に示す波長から5nm変化したレーザー光が入射した際の球面収差を表す。なお、後述する各実施例において提示する各収差図においても同様の表記をしている。
FIGS. 5A to 5C are aberration diagrams showing spherical aberrations that occur when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図5(A)〜(C)の各実線に示すように、条件(1)〜(5)を満たす実施例1の対物レンズ10を使用すると、各光ディスクD1〜D3のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差が良好に補正され、対応する設計波長のレーザー光が各光ディスクの記録面22上に良好に収束することがわかる。また、図5(A)〜(C)の各破線に示すように、条件(1)〜(5)を満たす実施例1の対物レンズ10を使用すると、各光源1A〜1Cから照射されるレーザー光に微小な波長ずれがあった場合であっても、該波長ずれによる球面収差の変化を殆ど生じさせず、良好な収束状態が維持されていることが分かる。なお、各破線で示す球面収差の横軸方向のずれは、光ディスクと対物レンズの光軸方向の相対位置を調整することによって補正が可能であるため問題にはならない。
As shown by the solid lines in FIGS. 5A to 5C, when the
なお、表2〜表4に示すように、第一の光学部材10Aの中心厚d1は0.10、第二の光学部材10Bの中心厚d2は2.20である。従って、d1/d2は0.045となるため、対物レンズ10は、条件(10)を満たす。
As shown in Tables 2 to 4, the center thickness d1 of the first
実施例2の対物レンズ10の各レーザー光に対する具体的仕様は表9に示される。
Specific specifications for each laser beam of the
表9中、倍率の値が示すように、実施例2でも、いずれの光ディスクD1〜D3使用時であっても、レーザー光は平行光束として対物レンズ10に入射する。表9に示す対物レンズ10を備える光情報記録再生装置100の各光ディスクD1〜D3使用時における具体的数値構成は、表10〜表12に示される。
As shown in Table 9, the magnification value indicates that the laser light is incident on the
表10〜表12中、面番号0は光源1A〜1C、面番号1は対物レンズ10の第一面11、面番号2は対物レンズ10の接合面13、面番号3は対物レンズ10の第二面12、面番号4と5はそれぞれ各光ディスクD1〜D3における保護層21と記録面22、をそれぞれ表す。
In Tables 10 to 12, surface number 0 is the
対物レンズ10の第一面11、接合面13、第二面12(順に面番号1、2、3)は、いずれも非球面である。各面11〜13の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表13に示される。
The
また実施例2の対物レンズ10は、接合面13の全域に位相シフト構造(上記の第一の位相シフト構造に相当)が設けられている。該位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数P2iは表14に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数mは表15に示される。
In addition, the
上記の各表から、Φ1=0.072、Φ2=0.067、Φ3=0.081である。従って、実施例2の対物レンズ10は、Φ2/Φ1=0.931、|(Φ3−Φ2)/Φ1|=0.194となり、条件(1)、(2)、(4)〜(7)を満たす。
From the above tables, Φ1 = 0.072, Φ2 = 0.067, and Φ3 = 0.081. Therefore, in the
表16に実施例2の対物レンズ、および従来の単レンズ(比較例2)における各光ディスクD1〜D3使用時の、各レーザー光の回折効率を示す。 Table 16 shows the diffraction efficiencies of the laser beams when the optical disks D1 to D3 are used in the objective lens of Example 2 and the conventional single lens (Comparative Example 2).
表16に示すように、比較例2と比べて実施例2では、光ディスクD2使用時の回折効率は若干低くなっているものの、光ディスクD3使用時の回折効率が約2倍以上と非常に高くなっている。よって実施例2の対物レンズは、いずれの光ディスクD1〜D3に対しても互換性を有し、かつ全ての光ディスク使用時の光利用効率を高く維持するように構成されている。 As shown in Table 16, in Example 2, the diffraction efficiency when using the optical disc D2 is slightly lower than that in Comparative Example 2, but the diffraction efficiency when using the optical disc D3 is very high, about twice or more. ing. Therefore, the objective lens of Example 2 is compatible with any of the optical discs D1 to D3, and is configured to maintain high light utilization efficiency when using all the optical discs.
図6(A)〜(C)は、実施例1の対物レンズ10を有する光情報記録再生装置100において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
FIGS. 6A to 6C are aberration diagrams showing spherical aberrations that occur when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図6(A)〜(C)の各実線に示すように、条件(1)、(2)、(4)〜(7)を満たす実施例2の対物レンズ10を使用すると、各光ディスクD1〜D3のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差が良好に補正され、対応する設計波長のレーザー光が各光ディスクの記録面22上に良好に収束することがわかる。また、図6(A)〜(C)の各破線に示すように、実施例2の対物レンズ10を使用すると、各光源1A〜1Cから照射されるレーザー光に微小な波長ずれがあった場合に発生する球面収差も、実使用上影響がない程度に好適に抑えていることが分かる。
As shown by the solid lines in FIGS. 6A to 6C, when the
なお、表10〜表12に示すように、実施例2において、第一の光学部材10Aの中心厚d1は0.10、第二の光学部材10Bの中心厚d2は2.50である。従って、d1/d2は0.040となるため、実施例2の対物レンズ10は、条件(8)も満たす。
As shown in Tables 10 to 12, in Example 2, the center thickness d1 of the first
実施例3の対物レンズ10は、上記実施例2の対物レンズ10をさらに改良したものである。詳しくは、実施例3の対物レンズ10は、第一面11に回折面、つまり第二の位相シフト構造を設けることによりさらなる性能の向上を図っている。実施例3の対物レンズ10の各レーザー光に対する具体的仕様は、表17に示される。表17に示す対物レンズ10を備える光情報記録再生装置100の各光ディスクD1〜D3使用時における具体的数値構成は、表18〜表20に示される。なお、表18〜表20中に示す面番号の意味は上記の各実施例1、2と同一であるためここでの説明は省略する。
The
実施例3の対物レンズ10の第一面11、接合面13、第二面12(順に面番号1、2、3)は、いずれも非球面である。各面11〜13の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表21に示される。
The
実施例3の対物レンズ10は、第一面11の全域に位相シフト構造(上記の第二の位相シフト構造に相当)が、接合面13の全域に位相シフト構造(上記の第一の位相シフト構造に相当)が設けられている。各位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数P2iは表22に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数mは表23に示される。
The
上記の各表から、Φ1=0.072、Φ2=0.067、Φ3=0.081である。従って、実施例3の対物レンズ10は、Φ2/Φ1=0.931、|(Φ3−Φ2)/Φ1|=0.194となり、条件(1)、(2)、(4)〜(7)を満たす。
From the above tables, Φ1 = 0.072, Φ2 = 0.067, and Φ3 = 0.081. Therefore, in the
表24に実施例3の対物レンズ、および従来の単レンズ(比較例2)における各光ディスクD1〜D3使用時の、各レーザー光の回折効率を示す。 Table 24 shows the diffraction efficiencies of the laser beams when the optical disks D1 to D3 are used in the objective lens of Example 3 and the conventional single lens (Comparative Example 2).
表24に示すように、比較例2と比べて実施例3では、光ディスクD2使用時の回折効率は若干低くなっているものの、光ディスクD3使用時の回折効率が約2倍以上と非常に高くなっている。よって実施例3の対物レンズは、いずれの光ディスクD1〜D3に対しても互換性を有し、かつ全ての光ディスク使用時の光利用効率を高く維持するように構成されている。 As shown in Table 24, in Example 3, the diffraction efficiency when using the optical disc D2 is slightly lower than that in Comparative Example 2, but the diffraction efficiency when using the optical disc D3 is very high, about twice or more. ing. Therefore, the objective lens of Example 3 is compatible with any of the optical discs D1 to D3, and is configured to maintain high light utilization efficiency when all the optical discs are used.
図7(A)〜(C)は、実施例3の対物レンズ10を有する光情報記録再生装置100において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
FIGS. 7A to 7C are aberration diagrams showing spherical aberrations that occur when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図7(A)〜(C)の各実線に示すように、実施例3の対物レンズ10を使用すると、各光ディスクD1〜D3のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差が良好に補正され、対応する設計波長のレーザー光が各光ディスクの記録面22上に良好に収束することがわかる。また、図7(A)〜(C)の各破線に示すように、実施例3の対物レンズ10を使用すると、各光源1A〜1Cから照射されるレーザー光に微小な波長ずれがあった場合であっても、該波長ずれにより生じる球面収差が小さく、良好な収束状態が維持されているとと言える。
As shown by the solid lines in FIGS. 7A to 7C, when the
なお、表18〜表20に示すように、第一の光学部材10Aの中心厚d1は0.30、第二の光学部材10Bの中心厚d2は2.30である。従って、d1/d2は0.130となるため、実施例3の対物レンズ10は、条件(10)も満たす。
As shown in Tables 18 to 20, the center thickness d1 of the first
実施例4の対物レンズ10は、実施例2、3の構成に基づき、さらに第二の位相シフト構造を持つ第三の領域と、該第三の領域の外側に位置し第四の位相シフト構造を持つ第四の領域とが第一面11に形成された構成である。実施例4の対物レンズ10の各レーザー光に対する具体的仕様は表25に示される。表25に示す対物レンズ10を備える光情報記録再生装置100の各光ディスクD1〜D3使用時における具体的数値構成は、表26〜表28に示される。
The
表26〜表28中、面番号0は光源1A〜1C、面番号1は対物レンズ10の第一面11、面番号2は対物レンズ10の接合面13、面番号3は対物レンズ10の第二面12、面番号4と5はそれぞれ各光ディスクD1〜D3における保護層21と記録面22、をそれぞれ表す。ただし、上記の通り実施例4の対物レンズ10の第一面11は、第三の領域と第四の領域を持つため、それぞれ別個独立して示している。
In Tables 26 to 28, surface number 0 is the
対物レンズ10の第一面11、接合面13、第二面12(順に面番号1、2、3)は、いずれも非球面である。各面11〜13の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表29に示される。
The
実施例4の対物レンズ10は、接合面13の全域に位相シフト構造(上記の第一の位相シフト構造に相当)が設けられている。また、上記の通り、第一面において、光軸を含む領域(第三の領域)には第二の位相シフト構造が、第三の領域の外側に位置する第四の領域には第四の位相シフト構造が、それぞれ設けられている。各位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数P2iは表30に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数mおよび各面(第一面11については各領域)の有効半径(単位:mm)は表31に示される。
In the
上記の各表から、Φ1=0.072、Φ2=0.067、Φ3=0.081である。従って、実施例4の対物レンズ10は、Φ2/Φ1=0.931、|(Φ3−Φ2)/Φ1|=0.194となり、条件(1)、(2)、(4)〜(7)を満たす。
From the above tables, Φ1 = 0.072, Φ2 = 0.067, and Φ3 = 0.081. Therefore, in the
表32に実施例4の対物レンズ、および従来の単レンズ(比較例2)における各光ディスクD1〜D3使用時の、各レーザー光の回折効率を示す。 Table 32 shows the diffraction efficiencies of the respective laser beams when the optical disks D1 to D3 are used in the objective lens of Example 4 and the conventional single lens (Comparative Example 2).
表32に示すように、比較例2と比べて実施例4では、光ディスクD2、およびD3使用時の回折効率が高くなっている。すなわち実施例4によれば、いずれの光ディスク使用時であっても高い光利用効率を維持することができる。 As shown in Table 32, the diffraction efficiency when using the optical discs D2 and D3 is higher in Example 4 than in Comparative Example 2. That is, according to the fourth embodiment, high light utilization efficiency can be maintained regardless of which optical disk is used.
図8(A)〜(C)は、実施例4の対物レンズ10を有する光情報記録再生装置100において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
FIGS. 8A to 8C are aberration diagrams showing spherical aberrations that occur when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図8(A)〜(C)の各実線に示すように、実施例4の対物レンズ10を使用すると、各光ディスクD1〜D3のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差が良好に補正され、対応する設計波長のレーザー光が各光ディスクの記録面22上に良好に収束することがわかる。また、図8(A)〜(C)の各破線に示すように、実施例4の対物レンズ10を使用すると、各光源1A〜1Cから照射されるレーザー光に微小な波長ずれがあった場合であっても、該波長ずれにより生じる球面収差が小さく、良好な収束状態が維持されていると言える。
As shown by the solid lines in FIGS. 8A to 8C, when the
また、既述の通り、実施例4の対物レンズ10は、第一面11の第四の領域を、第一のレーザー光に対する回折効率が最大となる回折次数が5次となるように設計されている。従って、第四の領域を透過した第三のレーザー光は、収束に寄与しない。すなわち実施例4の対物レンズ10は、第三のレーザー光に対する開口制限機能を有すると言える。
In addition, as described above, the
なお、表26〜表28に示すように、第一の光学部材10Aの中心厚d1は0.10、第二の光学部材10Bの中心厚d2は2.50である。従って、d1/d2は0.040となる。そのため、実施例4の対物レンズ10は、条件(10)も満たす。
As shown in Tables 26 to 28, the center thickness d1 of the first
実施例5の対物レンズ10は、実施例4の構成に基づき、さらに第六の位相シフト構造を持つ第六の領域が第一面11に形成された構成である。実施例6の対物レンズ10の各レーザー光に対する具体的仕様は表25に示される。表25に示す対物レンズ10を備える光情報記録再生装置100の各光ディスクD1〜D3使用時における具体的数値構成は、表33〜表36に示される。
The
表33〜表36中、面番号0は光源1A〜1C、面番号1は対物レンズ10の第一面11、面番号2は対物レンズ10の接合面13、面番号3は対物レンズ10の第二面12、面番号4と5はそれぞれ各光ディスクD1〜D3における保護層21と記録面22、をそれぞれ表す。ただし、上記の通り実施例4の対物レンズ10の第一面11は、第三、第四、第六の各領域を持つため、それぞれ別個独立して示している。
In Tables 33 to 36, the surface number 0 is the
対物レンズ10の第一面11、接合面13、第二面12(順に面番号1、2、3)は、いずれも非球面である。各面11〜13の各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、表37に示される。
The
実施例5の対物レンズ10は、接合面13の全域に位相シフト構造(上記の第一の位相シフト構造に相当)が設けられている。また、上記の通り、第一面において、光軸を含む領域(第三の領域)には第二の位相シフト構造が、第三の領域の外側に位置する第四の領域には第四の位相シフト構造が、第四の領域のさらに外側に位置する第六の領域には第六の位相シフト構造が、それぞれ設けられている。各位相シフト構造を規定するための光路差関数における係数P2iは表38に示される。また、各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数mおよび各面(第一面11については各領域)の有効半径(単位:mm)は表39に示される。
In the
上記の各表から、Φ1=0.072、Φ2=0.067、Φ3=0.081である。従って、実施例5の対物レンズ10は、Φ2/Φ1=0.931、|(Φ3−Φ2)/Φ1|=0.194となり、条件(1)、(2)、(4)〜(7)を満たす。
From the above tables, Φ1 = 0.072, Φ2 = 0.067, and Φ3 = 0.081. Therefore, in the
表40に実施例5の対物レンズ、および従来の単レンズ(比較例2)における各光ディスクD1〜D3使用時の、各レーザー光の回折効率を示す。 Table 40 shows the diffraction efficiencies of the laser beams when the optical disks D1 to D3 are used in the objective lens of Example 5 and the conventional single lens (Comparative Example 2).
表40に示すように、比較例2と比べて実施例5では、光ディスクD2、およびD3使用時の回折効率が高くなっている。すなわち実施例4によれば、いずれの光ディスク使用時であっても高い光利用効率を維持することができる。 As shown in Table 40, the diffraction efficiency when using the optical discs D2 and D3 is higher in Example 5 than in Comparative Example 2. That is, according to the fourth embodiment, high light utilization efficiency can be maintained regardless of which optical disk is used.
図9(A)〜(C)は、実施例5の対物レンズ10を有する光情報記録再生装置100において、第一から第三の各レーザー光を使用した時に発生する球面収差を表す収差図である。
FIGS. 9A to 9C are aberration diagrams showing spherical aberration that occurs when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図9(A)〜(C)の各実線に示すように、実施例5の対物レンズ10を使用すると、各光ディスクD1〜D3のいずれに対する情報の記録または再生時であっても、球面収差が良好に補正され、対応する設計波長のレーザー光が各光ディスクの記録面22上に良好に収束することがわかる。また、図9(A)〜(C)の各破線に示すように、実施例5の対物レンズ10を使用すると、各光源1A〜1Cから照射されるレーザー光に微小な波長ずれがあった場合であっても、該波長ずれにより生じる球面収差が小さく、良好な収束状態が維持されていると言える。
As shown by the solid lines in FIGS. 9A to 9C, when the
また、既述の通り、実施例5の対物レンズ10は、第一面11において、第四の領域と第六の領域を有する。第四の領域は、第一のレーザー光に対する回折効率が最大となる回折次数が5次となるように設計されている。これにより、第四の領域を透過した第三のレーザー光は、収束に寄与しない。また、実施例5の対物レンズは、条件(9)を満たす。よって、第六の領域は、第二のレーザー光に対する回折効率が最大となる回折字数が1次となるように設計される。これにより、第六の領域を透過した第一のレーザー光は収束に寄与しない。このように、実施例5の対物レンズ10は、好適な開口制限機能を有すると言える。
Further, as described above, the
なお、表26〜表28に示すように、第一の光学部材10Aの中心厚d1は0.10、第二の光学部材10Bの中心厚d2は2.50である。従って、d1/d2は0.040となる。そのため、実施例4の対物レンズ10は、条件(10)も満たす。
As shown in Tables 26 to 28, the center thickness d1 of the first
以上が本発明の実施形態および該実施形態の具体的実施例の説明である。本発明に係る対物レンズは、上記実施例の構成に限定されるものではない。例えば、接合面を、互いに異なる位相シフト構造(第一の位相シフト構造と第三の位相シフト構造)を持つ二種類の領域(第一の領域と第二の領域)に分けることによっても、第三のレーザー光に対する開口制限機能を付与することができる。 The above is description of embodiment of this invention and the specific Example of this embodiment. The objective lens according to the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment. For example, by dividing the bonding surface into two types of regions (first region and second region) having mutually different phase shift structures (first phase shift structure and third phase shift structure), It is possible to provide an aperture limiting function for the three laser beams.
1A、2A、3A 光源
10 対物レンズ
13 接合面
D1〜D3 光ディスク
100 光情報記録再生装置
1A, 2A,
Claims (20)
前記第一から第三の波長を、それぞれλ1、λ2、λ3(各単位:nm)、とすると、
λ1<λ2<λ3
であり、
前記第一の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第一の光ディスクの保護層厚をt1(単位:mm)、前記第二の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第二の光ディスクの保護層厚をt2(単位:mm)、前記第三の波長の光束を用いて情報の記録または再生が行われる第三の光ディスクの保護層厚をt3(単位:mm)、とすると、
t1≦t2<t3
であり、
前記第一の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をNA1、前記第二の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をNA2、前記第三の光ディスクに対する情報の記録または再生に必要な開口数をNA3、とすると、
NA1>NA3かつNA2>NA3
であり、
前記対物レンズは、異なる材料で構成された第一の光学部材と第二の光学部材が接合面で接合された接合レンズであり、
前記接合面は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第一の位相シフト構造を少なくとも有し、
前記第一の位相シフト構造は、前記第一の波長から第三の波長の各光束で回折効率が最大となる回折次数を順にm(λ1)、m(λ2)、m(λ3)とし、前記第一の波長から第三の波長の各光束に対する前記第一の光学部材の屈折率を順にn1(λ1)、n1(λ2)、n1(λ3)とし、前記第一の波長から第三の波長の各光束に対する前記第二の光学部材の屈折率を順にn2(λ1)、n2(λ2)、n2(λ3)とすると、以下の二つの条件(1)、(2)、
0.85<Φ2/Φ1<1.15 ・・・(1)
0.10<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.50 ・・・(2)
ただし、Φ1=m(λ1)×(λ1/(n2(λ1)−n1(λ1)))
Φ2=m(λ2)×(λ2/(n2(λ2)−n1(λ2)))
Φ3=m(λ3)×(λ3/(n2(λ3)−n1(λ3)))とする、
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 Optical information recording / reproduction for recording / reproducing information on / from each optical disc by using three types of substantially parallel light beams having first to third wavelengths in order for the first to third optical discs having different recording densities. An objective lens used in the apparatus,
When the first to third wavelengths are λ1, λ2, and λ3 (each unit: nm),
λ1 <λ2 <λ3
And
The thickness of the protective layer of the first optical disk on which information is recorded or reproduced using the light beam of the first wavelength is t1 (unit: mm), and information is recorded or reproduced using the light beam of the second wavelength. The thickness of the protective layer of the second optical disc to be performed is t2 (unit: mm), and the thickness of the protective layer of the third optical disc on which information is recorded or reproduced using the light beam of the third wavelength is t3 (unit: mm). )
t1 ≦ t2 <t3
And
The numerical aperture required for recording or reproducing information on the first optical disc is NA1, the numerical aperture required for recording or reproducing information on the second optical disc is NA2, and the information is recorded or reproduced on the third optical disc. If the required numerical aperture is NA3,
NA1> NA3 and NA2> NA3
And
The objective lens is a cemented lens in which a first optical member and a second optical member made of different materials are joined at a joint surface,
The joint surface has at least a first phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
The first phase shift structure has m (λ1), m (λ2), and m (λ3) in order as diffraction orders at which diffraction efficiency is maximized in each light flux from the first wavelength to the third wavelength, The refractive index of the first optical member for each light flux from the first wavelength to the third wavelength is set to n1 (λ1), n1 (λ2), n1 (λ3) in order, and the first wavelength to the third wavelength. Assuming that the refractive index of the second optical member with respect to each light beam is n2 (λ1), n2 (λ2), and n2 (λ3) in order, the following two conditions (1), (2),
0.85 <Φ2 / Φ1 <1.15 (1)
0.10 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.50 (2)
However, Φ1 = m (λ1) × (λ1 / (n2 (λ1) −n1 (λ1)))
Φ2 = m (λ2) × (λ2 / (n2 (λ2) −n1 (λ2)))
Φ3 = m (λ3) × (λ3 / (n2 (λ3) −n1 (λ3)))
An objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus, characterized in that:
前記第一の位相シフト構造は、さらに以下の二つの条件(3)、(4)、
1.00≦Φ2/Φ1<1.15 ・・・(3)
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.50 ・・・(4)
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1,
The first phase shift structure further includes the following two conditions (3), (4),
1.00 ≦ Φ2 / Φ1 <1.15 (3)
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.50 (4)
An objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus, characterized in that:
前記第一の位相シフト構造は、さらに以下の条件(5)、
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.40 ・・・(5)
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1 or 2,
The first phase shift structure further includes the following condition (5):
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.40 (5)
An objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus, characterized in that:
前記第一の位相シフト構造は、さらに以下の二つの条件(6)、(7)、
0.85<Φ2/Φ1<1.00 ・・・(6)
0.20<|(Φ3−Φ2)/Φ1|<0.35 ・・・(7)
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1,
The first phase shift structure further includes the following two conditions (6), (7),
0.85 <Φ2 / Φ1 <1.00 (6)
0.20 <| (Φ3-Φ2) / Φ1 | <0.35 (7)
An objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus, characterized in that:
前記接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第二の位相シフト構造を有しており、
前記第二の位相シフト構造は、互いに隣り合う前記屈折面において、前記第一の波長の光束に対して付与される光路長が略2波長分であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 In the objective lens for optical information recording / reproducing apparatuses according to any one of claims 1 to 4,
Either one of the two surfaces other than the joint surface has a second phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
In the optical information recording / reproducing apparatus, the second phase shift structure has an optical path length applied to the light beam having the first wavelength on the refracting surfaces adjacent to each other for approximately two wavelengths. Objective lens.
前記接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第二の位相シフト構造を有しており、
前記第二の位相シフト構造は、互いに隣り合う前記屈折面において、前記第一の波長の光束に対して付与される光路長が略10波長分であることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 In the objective lens for optical information recording / reproducing apparatuses according to any one of claims 1 to 4,
Either one of the two surfaces other than the joint surface has a second phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
In the optical information recording / reproducing apparatus, the second phase shift structure has an optical path length of about 10 wavelengths applied to the light flux having the first wavelength on the refracting surfaces adjacent to each other. Objective lens.
前記第一の位相シフト構造は、少なくとも前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる、光軸を含む第一の領域に配設されることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The first phase shift structure is disposed in a first region including an optical axis for converging at least the light beam having the third wavelength on the recording surface of the third optical disc. Objective lens for information recording / reproducing device.
前記接合面は、前記第一の領域の外側に、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域は、屈折面として構成されていることを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 7,
The joining surface converges the light flux of the first wavelength and the light flux of the second wavelength on the recording surfaces of the first optical disc and the second optical disc, respectively, outside the first region. And having a second region that does not contribute to the convergence of the light flux of the third wavelength,
The objective lens for optical information recording / reproducing, wherein the second region is configured as a refractive surface.
前記接合面は、前記第一の領域の外側に、前記第一の波長の光束および前記第二の波長の光束をそれぞれ前記第一の光ディスクおよび前記第二の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ前記第三の波長の光束の収束には寄与しない第二の領域を有し、
前記第二の領域は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第三の位相シフト構造を有していることを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 7,
The joining surface converges the light flux of the first wavelength and the light flux of the second wavelength on the recording surfaces of the first optical disc and the second optical disc, respectively, outside the first region. And having a second region that does not contribute to the convergence of the light flux of the third wavelength,
The optical information recording / reproducing objective lens, wherein the second region has a third phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously refracting surfaces.
前記第二の位相シフト構造は、少なくとも前記第三の波長の光束を前記第三の光ディスクの記録面上に収束させる、光軸を含む第三の領域に配設されることを特徴とする光情報記録再生装置用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 5 to 9,
The second phase shift structure is disposed in a third region including an optical axis for converging at least the light beam having the third wavelength on the recording surface of the third optical disc. Objective lens for information recording / reproducing device.
前記接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、前記第三の領域の外側に第四の領域を有し、
前記第四の領域は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第四の位相シフト構造を有し、
前記第四の位相シフト構造は、前記第一の波長の光束に対して付与される光路長が、略3波長分であることを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for optical information recording / reproducing according to claim 10,
Either one of the two surfaces other than the bonding surface has a fourth region outside the third region,
The fourth region has a fourth phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
The optical information recording / reproducing objective lens according to the fourth phase shift structure, wherein an optical path length given to the light flux having the first wavelength is approximately three wavelengths.
前記接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、前記第三の領域の外側に第四の領域を有し、
前記第四の領域は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第四の位相シフト構造を有し、
前記第四の位相シフト構造は、前記第一の波長の光束に対して付与される光路長が、略5波長分であることを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 10,
Either one of the two surfaces other than the bonding surface has a fourth region outside the third region,
The fourth region has a fourth phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
The optical information recording / reproducing objective lens according to the fourth phase shift structure, wherein an optical path length given to the light beam having the first wavelength is about five wavelengths.
以下の条件(8)、
f1×NA1>f2×NA2・・・(8)
を満たし、
前記接合面は、前記第二の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを前記第一の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ前記第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第五の領域を有することを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 In the objective lens for optical information recording / reproducing apparatus according to claim 8 or 9,
The following condition (8),
f1 × NA1> f2 × NA2 (8)
The filling,
The joint surface is configured to focus only the light beam having the first wavelength on each recording surface of the first optical disc and to converge the light beams having the second and third wavelengths outside the second region. An optical information recording / reproducing objective lens, characterized in that it has a fifth region which does not contribute to.
以下の条件(9)、
f1×NA1<f2×NA2・・・(9)
を満たし、
前記接合面は、前記第二の領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを前記第二の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ前記第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第五の領域を有することを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 In the objective lens for optical information recording / reproducing apparatus according to claim 8 or 9,
The following condition (9),
f1 × NA1 <f2 × NA2 (9)
The filling,
The joint surface is configured to converge only the light beam having the second wavelength on each recording surface of the second optical disc outside the second region, and converge the light beam having the first and third wavelengths. An optical information recording / reproducing objective lens, characterized in that it has a fifth region which does not contribute to.
前記第五の領域は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第五の位相シフト構造を有し、
前記第五の位相シフト構造によって付与される光路長差の絶対値は、前記第二の領域の段差により付与される光路長差の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for optical information recording / reproducing according to claim 13 or 14,
The fifth region has a fifth phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
An optical information recording / reproducing objective characterized in that the absolute value of the optical path length difference provided by the fifth phase shift structure is different from the absolute value of the optical path length difference provided by the step of the second region. lens.
以下の条件(8)、
f1×NA1>f2×NA2・・・(8)
を満たし、
前記接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、前記第四の領域の外側に、前記第一の波長の光束のみを前記第一の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ前記第二および第三の波長の光束の収束には寄与しない第六の領域を有し、
前記第六の領域は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第六の位相シフト構造を有し、
前記第六の位相シフト構造によって付与される光路長差の絶対値は、前記第四の領域の段差により付与される光路長差の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 11 or 12,
The following condition (8),
f1 × NA1> f2 × NA2 (8)
The filling,
Either one of the two surfaces other than the bonding surface is configured to converge only the light beam having the first wavelength on each recording surface of the first optical disc outside the fourth region, and Having a sixth region that does not contribute to the convergence of the light fluxes of the second and third wavelengths;
The sixth region has a sixth phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
An optical information recording / reproducing objective characterized in that the absolute value of the optical path length difference provided by the sixth phase shift structure is different from the absolute value of the optical path length difference provided by the step of the fourth region. lens.
以下の条件(9)、
f1×NA1<f2×NA2・・・(9)
を満たし、
前記接合面以外の二つの面のうちいずれか一方は、前記第四の領域の外側に、前記第二の波長の光束のみを前記第二の光ディスクの各記録面上に収束させ、かつ前記第一および第三の波長の光束の収束には寄与しない第六の領域を有し、
前記第六の領域は、複数の同心状に連続して分割された屈折面で構成された第六の位相シフト構造を有し、
前記第六の位相シフト構造によって付与される光路長差の絶対値は、前記第四の領域の段差により付与される光路長差の絶対値とは異なることを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 11 or 12,
The following condition (9),
f1 × NA1 <f2 × NA2 (9)
The filling,
Either one of the two surfaces other than the bonding surface is configured to focus only the light beam having the second wavelength on the recording surface of the second optical disc outside the fourth region, and Having a sixth region that does not contribute to the convergence of the luminous flux of the first and third wavelengths,
The sixth region has a sixth phase shift structure composed of a plurality of concentric and continuously divided refractive surfaces,
An optical information recording / reproducing objective characterized in that the absolute value of the optical path length difference provided by the sixth phase shift structure is different from the absolute value of the optical path length difference provided by the step of the fourth region. lens.
前記第一の光学部材の中心厚をd1(単位:mm)、前記第二の光学部材の中心厚をd2(単位:mm)とすると、以下の条件(10)、
0.01<d1/d2<0.20 ・・・(10)
を満たすことを特徴とする光情報記録再生用対物レンズ。 The objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 17,
When the center thickness of the first optical member is d1 (unit: mm) and the center thickness of the second optical member is d2 (unit: mm), the following condition (10):
0.01 <d1 / d2 <0.20 (10)
An optical information recording / reproducing objective lens characterized by satisfying
請求項1から請求項18のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物レンズを有し、
記録密度の異なる複数の光ディスクそれぞれに対して前記三種類の略平行光束のいずれかを使うことにより、各光ディスクに対する情報の記録または再生を行うことを特徴とする光情報記録再生装置。 A light source that irradiates three types of substantially parallel light beams having different first to third wavelengths;
An objective lens for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 18,
An optical information recording / reproducing apparatus which records or reproduces information on each optical disk by using any one of the three types of substantially parallel light beams for each of a plurality of optical disks having different recording densities.
前記第一の光ディスクの保護層厚t1、前記第二の光ディスクの保護層厚t2、前記第三の保護層厚t3は、それぞれ、
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
であることを特徴とする光情報記録再生装置。 The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 19,
The protective layer thickness t1 of the first optical disc, the protective layer thickness t2 of the second optical disc, and the third protective layer thickness t3 are respectively
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
An optical information recording / reproducing apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007162661A JP2008027569A (en) | 2006-06-21 | 2007-06-20 | Optical information recording/reproducing device and objective lens for the same |
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JP2007162661A JP2008027569A (en) | 2006-06-21 | 2007-06-20 | Optical information recording/reproducing device and objective lens for the same |
Publications (1)
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