JP2008234814A - Objective optical system for optical information recording/reproducing device and optical information recording/reproducing device - 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および該装置に搭載される対物光学系に関する。 The present invention relates to an optical information recording / reproducing apparatus for recording / reproducing information on / from a plurality of types of optical disks having different recording densities and protective layer thicknesses, and an objective optical system mounted on the apparatus.
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。特に近年、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を使用する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光学系は、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。 Conventionally, there are a plurality of standards for optical disks, such as CD and DVD, which have different recording densities and protective layer thicknesses. In particular, in recent years, a new standard optical disc having a higher recording density than that of a DVD has been 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. In view of the convenience of users who use a plurality of optical discs with different standards in this way, in recent years, optical information recording / reproducing apparatuses, more strictly, the objective optical system provided in the apparatus have been used for the above three types of optical disks. It is required to have compatibility.
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。 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.
一般に、装置が規格の異なる三種類の光ディスクに対して互換性を持つためには、まず、規格が異なる光ディスクの差し替え時に、保護層の厚みによって変化する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大きさのビームスポットを得る必要がある。一般にスポット径は波長が短いほど小さくできる。そこで使用する光ディスクの記録密度に応じて、複数の波長のレーザー光が使い分けられることが提案されている。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408nmあたりのいわゆる青色レーザー光)が用いられる。 In general, in order for an apparatus to be compatible with three types of optical discs with different standards, first, when replacing optical discs with different standards, while correcting spherical aberration that varies depending on the thickness of the protective layer, It is necessary to obtain a beam spot having a size corresponding to the difference in recording density by changing the numerical aperture (NA) of light used for reproduction. Generally, the spot diameter can be made smaller as the wavelength is shorter. Accordingly, it has been proposed that laser light having a plurality of wavelengths can be used properly in accordance with the recording density of the optical disk used. 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. In addition, 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 408 nm) is used because of its high recording density.
上記のような新規格の光ディスクを使用する場合、既存の光ディスクよりも記録密度が高いため、レーザー光を記録面においてより小径なスポットが形成されるように収束させる必要がある。そのためには、諸収差を良好に補正する必要がある。 When the optical disc of the new standard as described above is used, since the recording density is higher than that of the existing optical disc, it is necessary to converge the laser beam so that a spot having a smaller diameter is formed on the recording surface. For that purpose, it is necessary to correct various aberrations satisfactorily.
補正が必要とされる収差の一つとしては、例えば軸上色収差が挙げられる。軸上色収差は、光源から照射されるレーザー光の波長が微小に変動することによって発生する。軸上色収差を補正しようとする構成は、以下の特許文献1〜特許文献3に例示される。
One of the aberrations that need to be corrected is, for example, axial chromatic aberration. Axial chromatic aberration is caused by minute fluctuations in the wavelength of laser light emitted from a light source. The configurations for correcting axial chromatic aberration are exemplified in
特許文献1は、いわゆる青色レーザー光を用いて新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う装置を開示している。特許文献1に記載の装置は、対物レンズの前段に正と負の二枚のレンズを接合してなる光学素子を配設することにより、軸上色収差を補正している。
しかし、上記特許文献1に記載の装置は、あくまで新規格の光ディスクのみに対して情報の記録または再生ができるように構成されている。そのため、新規格の光ディスク以外の光ディスクに対して軸上色収差が適切に補正されない場合もある。
However, the apparatus described in
特許文献2も、特許文献1と同様に、いわゆる青色レーザー光を用いて新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生を行う装置を開示している。該装置は、集光光学系を構成するレンズのいずれかの面に回折構造を設けることにより、軸上色収差を補正している。
Similarly to
しかし、一般に回折構造は、情報の記録または再生に使用する光の波長および回折次数によって一義的に決まってしまう。ここで、特許文献2に記載の装置は、特許文献1と同様に、あくまで新規格の光ディスクのみに対して情報の記録または再生ができるように構成されている。そのため、開示される回折構造は、いわゆる青色レーザー光を使用した場合に生じる軸上色収差を良好に補正するように設定される。従って、特許文献2に記載の構成に基づいて複数種類の光ディスクに対して互換性を有する装置を構築しようとしても、いわゆる青色レーザー光以外の波長の光を使用した場合に、該回折構造によって軸上色収差の量を適切にコントロールすることができない。
However, in general, the diffractive structure is uniquely determined by the wavelength and diffraction order of light used for recording or reproducing information. Here, similarly to
特許文献3は、新規格の光ディスク、DVDおよびCDの3種類の光ディスクに対して互換性を有する装置を開示している。該装置では、各光ディスクに対する情報の記録または再生に使用される各レーザー光の共通の光路中に一つ、新規格の光ディスクに対する情報の記録または再生に使用されるレーザー光の光路中に一つ、色収差補正素子が配置されている。つまり、新規格の光ディスク使用時は、二種類の光学素子によって色収差を補正し、DVDまたはCD使用時は、一種類の光学素子によって色収差を補正している。 Patent Document 3 discloses an apparatus that is compatible with three types of optical disks: a new standard optical disk, a DVD, and a CD. In this apparatus, one in the common optical path of each laser beam used for recording or reproducing information on each optical disc, and one in the optical path of laser beam used for recording or reproducing information on the new standard optical disc. A chromatic aberration correction element is arranged. That is, chromatic aberration is corrected by two types of optical elements when a new standard optical disk is used, and chromatic aberration is corrected by one type of optical elements when a DVD or CD is used.
しかし、特許文献3の構成では、色収差補正用の光学素子を複数個配設しなければならない。この部品点数の増加は、低コスト化や光学系全体の簡略化を妨げる要因となるため好ましくない。 However, in the configuration of Patent Document 3, a plurality of optical elements for correcting chromatic aberration must be provided. This increase in the number of parts is not preferable because it becomes a factor that hinders cost reduction and simplification of the entire optical system.
本発明は上記の事情に鑑み、規格が異なる複数種類の光ディスクに対して互換性を有するとともに、簡易な構成でありながらも、少なくとも記録密度が高い光ディスク使用時に発生する軸上色収差を効果的に補正することができる光情報記録再生装置用対物光学系および該対物光学系が好適に搭載される光情報記録再生装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention is compatible with a plurality of types of optical discs having different standards, and has a simple configuration, but at least effectively reduces axial chromatic aberration that occurs when using an optical disc with a high recording density. It is an object of the present invention to provide an objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus that can be corrected, and an optical information recording / reproducing apparatus in which the objective optical system is suitably mounted.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の光情報記録再生装置用対物光学系は、記録密度が高い順に第一と第二の光ディスクに対して、短波長側から順に第一の波長と第二の波長の二種類の光束を使い分けることにより、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おける対物光学系であって、互いに異なる材料からなる負のパワーを持つ第一のレンズと正のパワーを持つ第二のレンズを接合して構成され、軸上色収差補正作用を有する色収差補正素子と、同心状の複数の屈折面に分割され、入射光束に対して所定の光路長差を付与する段差が互いに隣り合う屈折面の間に形成される位相シフト構造を有する位相シフト面を少なくとも一面と、対物レンズと、を有し、色収差補正素子および位相シフト面は、二種類の光束に共通の光路中にあり、色収差補正素子は対物レンズよりも光源側に配設されており、該位相シフト構造は、第一の波長の光束に対して略3波長分の光路長差を付与する第一の段差を有し、位相シフト構造の有効半径内での輪帯数をN、第一の波長での第一のレンズの屈折率をnB1、第一の波長での第二のレンズの屈折率をnB2、第二の波長での第一のレンズの屈折率をnR1、第二の波長での第二のレンズの屈折率をnR2、色収差補正素子の接合面の曲率半径をR、第一の波長での対物光学系の合成焦点距離をf1、第一の波長での対物レンズの屈折率をnB3、第二の波長での対物レンズの屈折率をnR3、とすると、以下の数1に示す条件(1)、
請求項1に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、規格が異なる少なくとも二種類の光ディスクに対する互換性を有することができ、かつそれぞれの光ディスクに対する情報の記録または再生時に発生する相対的な軸上色収差を補正することができる。
According to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to
請求項2に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、以下の数2に示す条件(2)、
さらに、請求項3に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、以下の数3に示す条件(3)、
請求項4に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、位相シフト面を、対物レンズの少なくとも一方の面に配設してもよい。 According to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus described in claim 4, the phase shift surface may be disposed on at least one surface of the objective lens.
また、請求項5に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、位相シフト面を、対物レンズとは別個独立した光学素子に配設してもよい。
According to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus described in
請求項6に記載の光情報記録再生装置用対物光学系は、記録密度が高い順に第一と第二の光ディスクに対して、短波長側から順に第一の波長と第二の波長の二種類の光束を使い分けることにより、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おける対物光学系であって、互いに異なる材料からなる負のパワーを持つ第一のレンズと正のパワーを持つ第二のレンズを接合して構成され、軸上色収差補正作用を有する色収差補正素子と、回折構造を有する回折面を少なくとも一面と、対物レンズと、を有し、色収差補正素子および回折面は二種類の光束に共通の光路中にあり、色収差補正素子は対物レンズよりも光源側に配設されており、回折構造は、以下の数4、
P2、P4、P6、…は、それぞれ第iの光路差関数(iは自然数)における二次、四次、六次、…の係数、
mは、入射光束の回折効率が最大となる回折次数、
λは、入射光束の使用波長、を表す、
により表される少なくとも第一の光路差関数によって規定され、該回折構造は、第一の波長の光束に対して回折効率が最大となる回折次数が三次であり、第一の波長での第一のレンズの屈折率をnB1、第一の波長での第二のレンズの屈折率をnB2、第二の波長での第一のレンズの屈折率をnR1、第二の波長での第二のレンズの屈折率をnR2、色収差補正素子の接合面の曲率半径をR、第一の波長での対物光学系の合成焦点距離をf1、第一の波長での対物レンズの屈折率をnB3、第二の波長での対物レンズの屈折率をnR3、とすると、以下の数5に示す条件(4)、
P 2 , P 4 , P 6 ,... Are coefficients of second order, fourth order, sixth order,... In the i th optical path difference function (i is a natural number),
m is the diffraction order that maximizes the diffraction efficiency of the incident light beam,
λ represents the used wavelength of the incident light beam,
The diffraction structure is defined by at least a first optical path difference function represented by: the diffraction structure having a diffraction order that has the maximum diffraction efficiency with respect to a light beam of the first wavelength, and the first at the first wavelength. NB1, the refractive index of the second lens at the first wavelength is nB2, the refractive index of the first lens at the second wavelength is nR1, and the second lens at the second wavelength. NR2, the radius of curvature of the joint surface of the chromatic aberration correcting element is R, the synthetic focal length of the objective optical system at the first wavelength is f1, the refractive index of the objective lens at the first wavelength is nB3, and the second If the refractive index of the objective lens at a wavelength of nR3 is nR3, the condition (4) shown in the following
請求項6に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、規格が異なる二種類の光ディスクに対する互換性を有することができ、かつそれぞれの光ディスクに対する情報の記録または再生時に発生する相対的な軸上色収差を補正することができる。 According to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to claim 6, it is possible to have compatibility with two types of optical discs having different standards, and to generate relative information when recording or reproducing information on each optical disc. Axial chromatic aberration can be corrected.
請求項7に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、以下の数6に示す条件(5)、
さらに、請求項8に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、以下の数7に示す条件(6)、
請求項9に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、回折面を、対物レンズの少なくとも一方の面に配設してもよい。 According to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus described in claim 9, the diffractive surface may be disposed on at least one surface of the objective lens.
また、請求項10に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、回折面を、対物レンズとは別個独立した光学素子に配設してもよい。 According to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to the tenth aspect, the diffractive surface may be disposed on an optical element independent of the objective lens.
請求項11に記載の光情報記録再生装置用対物光学系によれば、第一のレンズは平凹レンズであり、第二のレンズは平凸レンズであり、色収差補正素子は、第一のレンズと第二のレンズの各曲面が接合面となるように構成されている。
According to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to
また、別の観点から、請求項12に記載の光情報記録再生装置は、記録密度の異なる第一から第三の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のうち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光情報記録再生装置であって、第一の波長をλ1(nm)、第二の波長をλ2(nm)、第三の波長をλ3(nm)とすると、
λ1<λ2<λ3
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、第一から第三の波長のうち最も短い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、第一の波長よりも長い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、第一から第三の波長のうち最も長い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、とすると、
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
であり、三種類の光束を照射する三つの光源と、請求項1から請求項11のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、を有し、第一の波長での、対物光学系の合成結像倍率をM1、第二の波長での、対物光学系の合成焦点距離および合成結像倍率をそれぞれf2、M2、第三の波長での、対物光学系の合成焦点距離および合成結像倍率をそれぞれf3、M3とすると、以下の条件(7)〜条件(9)、
−0.02<f1×M1<0.02…(7)
−0.02<f2×M2<0.02…(8)
−0.19<f3×M3<−0.05…(9)
を満たすことを特徴とする。
From another point of view, the optical information recording / reproducing apparatus according to
λ1 <λ2 <λ3
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 thickness of the protective layer of the first optical disc on which information is recorded or reproduced using the light beam having the shortest first wavelength among the first to third wavelengths is t1, which is longer than the first wavelength. The recording layer of the second optical disc on which information is recorded or reproduced using a light beam having a second wavelength is t2, and the information recording is performed using a light beam having the longest third wavelength among the first to third wavelengths. Or if the protective layer thickness of the third optical disk to be played is t3,
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
And having three light sources for irradiating three kinds of light fluxes and the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of
−0.02 <f1 × M1 <0.02 (7)
−0.02 <f2 × M2 <0.02 (8)
−0.19 <f3 × M3 <−0.05 (9)
It is characterized by satisfying.
請求項12に記載の光情報記録再生装置によれば、規格が異なる三種類の光ディスクのうち、比較的記録密度が高い第一と第二の光ディスクそれぞれに対する情報の記録または再生時には、略平行光束を対物光学系に入射させることにより、軸上色収差および球面収差を補正することができる。また、記録密度が最も低い第三の光ディスクに対する情報の記録または再生時には、発散光を対物光学系に入射させることにより、軸上色収差および球面収差を補正することができる。
According to the optical information recording / reproducing apparatus according to
また、別の観点から、請求項13に記載の光情報記録再生装置は、記録密度の異なる第一から第三の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のうち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光情報記録再生装置であって、第一の波長をλ1(nm)、第二の波長をλ2(nm)、第三の波長をλ3(nm)とすると、
λ1<λ2<λ3
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、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、第一から第三の波長のうち最も短い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、第一の波長よりも長い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、第一から第三の波長のうち最も長い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前記第三の光ディスクの保護層厚をt3、とすると、
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
であり、三種類の光束を照射する三つの光源と、請求項1から請求項5のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、を有し、位相シフト構造は、第一の段差とは異なる光路長差を付与する少なくとも第二の段差を有し、第一から第三の波長の光束は、いずれも略平行光束の状態で色収差補正素子に入射することを特徴とする。
From another point of view, the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 13 is any one of three kinds of light beams having first to third wavelengths with respect to first to third optical disks having different recording densities. Is an optical information recording / reproducing apparatus for recording or reproducing information to / from each optical disc, wherein the first wavelength is λ1 (nm), the second wavelength is λ2 (nm), and the third wavelength is If λ3 (nm),
λ1 <λ2 <λ3
NA1 is the numerical aperture necessary for recording or reproducing information on the first optical disc, NA2 is the numerical aperture necessary for recording or reproducing information on the second optical disc, and information is recorded or reproduced on the third optical disc. If the numerical aperture required for NA is NA3,
NA1> NA3 and NA2> NA3
The thickness of the protective layer of the first optical disc on which information is recorded or reproduced using the light beam having the shortest first wavelength among the first to third wavelengths is t1, which is longer than the first wavelength. The recording layer of the second optical disc on which information is recorded or reproduced using a light beam having a second wavelength is t2, and the information recording is performed using a light beam having the longest third wavelength among the first to third wavelengths. Or if the thickness of the protective layer of the third optical disk to be reproduced is t3,
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
And the three light sources for irradiating three kinds of light beams and the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of
請求項14に記載の光情報記録再生装置によれば、第二の段差は、第一の波長の光束に対して略偶数波長分の光路長差を付与することが好ましい。 According to the optical information recording / reproducing apparatus of the fourteenth aspect, it is preferable that the second step provides an optical path length difference of substantially even wavelengths with respect to the light beam having the first wavelength.
請求項13や請求項14に記載の光情報記録再生装置によれば、略平行光束を対物光学系に入射させ、かつ第一の波長の光束に対して略3波長分の光路長差を付与する第一の段差と、付与される光路長差が第一の段差とは異なる第二の段差と、の少なくとも二種類の段差を有する位相シフト構造を採用した。これにより、規格が異なる三種類の光ディスクいずれを使用した場合であっても、軸上色収差および球面収差の双方を良好に補正することができる。 According to the optical information recording / reproducing apparatus of claim 13 or claim 14, a substantially parallel light beam is made incident on the objective optical system, and an optical path length difference of approximately three wavelengths is given to the light beam of the first wavelength. A phase shift structure having at least two types of steps, that is, a first step that is different from the first step and a second step that is different in optical path length from the first step is employed. As a result, it is possible to satisfactorily correct both the longitudinal chromatic aberration and the spherical aberration even when any of the three types of optical discs having different standards is used.
また、別の観点から、請求項15に記載の光情報記録再生装置は、記録密度の異なる第一から第三の光ディスクに対して第一から第三の波長を持つ三種類の光束のうち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光情報記録再生装置であって、第一の波長をλ1(nm)、第二の波長をλ2(nm)、第三の波長をλ3(nm)とすると、
λ1<λ2<λ3
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、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、第一から第三の波長のうち最も短い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、第一の波長よりも長い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、第一から第三の波長のうち最も長い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前記第三の光ディスクの保護層厚をt3、とすると、
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
であり、三種類の光束を照射する三つの光源と、請求項6から請求項10のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、を有し、回折構造は、第一の光路差関数と、さらに第一の波長の光束に対して回折効率が最大になる回折次数が三次ではない第二の光路差関数との、少なくとも二種類の光路差関数で規定され、第一から第三の波長の光束は、いずれも略平行光束の状態で色収差補正素子に入射することを特徴とする。
From another point of view, the optical information recording / reproducing apparatus according to claim 15 is any of three types of light beams having first to third wavelengths with respect to first to third optical discs having different recording densities. Is an optical information recording / reproducing apparatus for recording or reproducing information to / from each optical disc, wherein the first wavelength is λ1 (nm), the second wavelength is λ2 (nm), and the third wavelength is If λ3 (nm),
λ1 <λ2 <λ3
NA1 is the numerical aperture necessary for recording or reproducing information on the first optical disc, NA2 is the numerical aperture necessary for recording or reproducing information on the second optical disc, and information is recorded or reproduced on the third optical disc. If the numerical aperture required for NA is NA3,
NA1> NA3 and NA2> NA3
The thickness of the protective layer of the first optical disc on which information is recorded or reproduced using the light beam having the shortest first wavelength among the first to third wavelengths is t1, which is longer than the first wavelength. The recording layer of the second optical disc on which information is recorded or reproduced using a light beam having a second wavelength is t2, and the information recording is performed using a light beam having the longest third wavelength among the first to third wavelengths. Or if the thickness of the protective layer of the third optical disk to be reproduced is t3,
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
And the three light sources for irradiating three kinds of light beams and the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 6 to 10, wherein the diffractive structure is the first The optical path difference function is defined by at least two types of optical path difference functions, ie, a second optical path difference function having a diffraction order that has the maximum diffraction efficiency with respect to the light beam having the first wavelength, and is not a third order. The third wavelength light beam is incident on the chromatic aberration correction element in a substantially parallel light beam state.
請求項16に記載の光情報記録再生装置によれば、第二の光路差関数は、第一の波長の光束に対して回折効率が最大になる回折次数が略偶数次であることが好ましい。 According to the optical information recording / reproducing apparatus of the sixteenth aspect, it is preferable that the second optical path difference function has an even-order diffraction order at which the diffraction efficiency becomes maximum with respect to the light beam having the first wavelength.
請求項15や請求項16に記載の光情報記録再生装置によれば、略平行光束を対物光学系に入射させ、かつ第一の波長の光束に対する回折効率が最大となる回折次数が3次である第一の光路差関数と、該回折次数が第一の段差とは異なる第二の光路差関数と、の少なくとも二種類の光路差関数により規定される回折構造を採用した。これにより、規格が異なる三種類の光ディスクいずれを使用した場合であっても、軸上色収差および球面収差の双方を良好に補正することができる。 According to the optical information recording / reproducing apparatus of claim 15 or 16, the substantially parallel light beam is made incident on the objective optical system, and the diffraction order that maximizes the diffraction efficiency for the light beam of the first wavelength is the third order. A diffraction structure defined by at least two types of optical path difference functions, that is, a certain first optical path difference function and a second optical path difference function having a diffraction order different from that of the first step is employed. As a result, it is possible to satisfactorily correct both the longitudinal chromatic aberration and the spherical aberration even when any of the three types of optical discs having different standards is used.
さらに、請求項17に記載の光情報記録再生装置によれば、上記色収差補正素子が以下の数8に示す条件(10)、
以上のように、本発明に係る光情報記録再生装置用対物光学系によれば、該対物光学系を構成する各光学部材に関して、所定の条件を満たすように構成することにより、二種類の光ディスクをそれぞれ使用した時に発生する軸上色収差を良好に補正することができる。 As described above, according to the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention, two types of optical disks can be obtained by configuring each optical member constituting the objective optical system so as to satisfy a predetermined condition. It is possible to satisfactorily correct the longitudinal chromatic aberration that occurs when each of these is used.
また、本発明に係る光情報記録再生装置は、上記のような対物光学系を使用し、かつ該対物光学系に含まれる位相シフト構造、あるいは回折構造や情報の記録または再生の対象となる光ディスクに応じて光源から照射される光束の発散度をコントロールしている。これにより、規格が異なる三種類の光ディスクのいずれを使用した場合であっても、軸上色収差や球面収差を良好に補正し、高精度な情報の記録または再生を実現することができる。 Further, an optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention uses the above-described objective optical system, and an optical disc to be recorded or reproduced with a phase shift structure, a diffraction structure, or information included in the objective optical system. The divergence of the light beam emitted from the light source is controlled according to the above. As a result, even when any of the three types of optical discs having different standards is used, it is possible to satisfactorily correct axial chromatic aberration and spherical aberration, and to realize highly accurate information recording or reproduction.
以下、本発明に係る光情報記録再生装置用対物光学系について実施形態を説明する。本実施形態の対物光学系は、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する光情報記録再生装置に搭載される。 Embodiments of an objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention will be described below. The objective optical system of this embodiment is mounted on an optical information recording / reproducing apparatus having compatibility with three types of optical discs having different standards such as protective layer thickness and 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光ディスク(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, an optical disc having the highest recording density among the above three types of optical discs (for example, a new standard optical disc such as HD DVD) is recorded relative to the first optical disc D1 and the first optical disc D1. An optical disk having a low density (for example, DVD or DVD-R) is referred to as a second optical disk D2, and an optical disk having the lowest recording density (for example, CD or CD-R) is referred to as a third optical disk D3.
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。 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≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
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大きさの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、各実施形態において、NA1〜NA3には以下のような関係がある。
NA1>NA3かつNA2>NA3
Further, when recording or reproducing information on each of the optical discs D1 to D3, it is necessary to change the required NA value so that a beam spot having a size corresponding to the difference in recording density can be obtained. There is. Here, assuming that the optimum numerical apertures required for recording or reproducing information on each of the optical discs D1 to D3 are NA1, NA2, and NA3, respectively, in each embodiment, the following relationships are associated with NA1 to NA3. There is.
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た状態で回転する。 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. Note that any optical disk rotates while being placed on a turntable (not shown) 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大きさのビームスポットが得られるように、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。以下、各記録密度に対応したスポット径を得るために好適な波長を設計波長という。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。そのため第一の光ディスクD1使用時には、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)が光源から照射される。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。そのため第三の光ディスクD3使用時には、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)が光源から照射される。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。そのため第二の光ディスクD2使用時には、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)が光源から照射される。 When using the optical discs D1 to D3 having different recording densities as described above, laser beams having different wavelengths are used so as to obtain a beam spot having a size corresponding to each recording density. Hereinafter, a wavelength suitable for obtaining a spot diameter corresponding to each recording density is referred to as a design wavelength. Specifically, when information is recorded on or reproduced from the first optical disc D1, the beam spot having the smallest diameter is formed on the recording surface of the first optical disc D1. Therefore, when the first optical disc D1 is used, a laser beam having the shortest wavelength (first wavelength) (hereinafter referred to as the first laser beam) is irradiated from the light source. Further, when information is recorded on or reproduced from the third optical disc D3, a beam spot having the largest diameter is formed on the recording surface of the third optical disc D3. Therefore, when the third optical disc D3 is used, a laser beam having the longest wavelength (third wavelength) (hereinafter referred to as a third laser beam) is emitted from the light source. When information is recorded on or reproduced from the second optical disc D2, a spot having a relatively small diameter is formed on the recording surface of the second optical disc D2. Therefore, when the second optical disk D2 is used, a laser beam (hereinafter referred to as a second laser beam) having a longer wavelength than the first laser beam and a shorter wavelength (second wavelength) than the third laser beam. ) Is emitted from the light source.
図1は、第一実施形態の対物光学系30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、回折格子2A、2B、2C、カップリングレンズ3A、3B、3C、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、対物光学系30を有する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical information recording / reproducing
図2(A)〜図2(C)は、各光ディスクD1〜D3使用時における対物光学系30および各光ディスクを含む光路を、使用する光ディスクごとに分けて示した図である。図2(A)は第一の光ディスクD1使用時の光路を、図2(B)は第二の光ディスクd2使用時の光路を、図2(C)は第三の光ディスク使用時の光路を、それぞれ表す。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、対物光学系30の光軸は基準軸AXと一致しているが、トラッキング動作などにより対物光学系30、または対物レンズ10の光軸が基準軸AXから外れる状態もある。
FIGS. 2A to 2C are diagrams showing the optical path including the objective
図1、図2(A)〜(C)に示すように、対物光学系30は、光路上、各光源側から順に色収差補正素子20、対物レンズ10を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2A to 2C, the objective
なお、光情報記録再生装置100では、上記の通り、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3(A)、(B)に示すような、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。
In the optical information recording / reproducing
図3(A)は、一例として開口制限素子60を配設した状態の対物光学系30近傍を拡大して示す図である。図3に示すように、配設可能な開口制限素子60は、光源側から順に第一面61と第二面62を有する。図3(B)は、開口制限素子60を第一面62側から見た概略図である。図3(B)に示すように、開口制限素子60の第一面61は、同心円状に区分けされた二つの光透過領域63a、63bを有する。第一の光透過領域63aは、第一から第三までの全てのレーザー光を透過する性質を持つ。また、第二の光透過領域63bは、第一と第二のレーザー光のみ透過し、第三のレーザー光を遮蔽する性質を持つ。なお、本実施形態では、開口制限素子60を第二面62側から臨んでも図3(B)と同様の状態が観察される。このような開口制限素子60を色収差補正素子20と対物レンズ10の間に配設することにより、第三のレーザー光を所定の径に規定する(絞る)ことができる。つまり、必要とするスポットを第三の光ディスクD3上に形成することができる。
FIG. 3A is an enlarged view showing the vicinity of the objective
図2(A)〜(C)に示すように、各光ディスクD1〜D3は、それぞれ保護層51、記録面52を有する。なお、実際の光ディスクD1〜D3において、記録面52は、保護層51と図示しない基板層あるいはレーベル層によって挟持されている。
As shown in FIGS. 2A to 2C, each of the optical disks D1 to D3 has a
図1、図2(A)〜(C)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、各回折格子2A〜2C、各カップリングレンズ3A〜3C、ビームスプリッタ41、42を介して共通の光路に導かれ、対物光学系30に入射する。対物光学系30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52近傍に収束する。記録面52で反射した各レーザー光は、入射時と同一の光路を戻り、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 and FIGS. 2A to 2C, the first to third laser beams irradiated from the light sources 1A to 1C are the
光情報記録再生装置100のように、各光ディスクD1〜D3使用時には異なる波長のレーザー光を用いる場合、対物レンズ10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。各光ディスクD1〜D3に対する互換性を光情報記録再生装置100に持たせるためには、いずれの光ディスクを使用した場合に発生する球面収差も良好に補正する必要がある。また、各光源から照射されるレーザー光は常に設計波長のままではなく、温度変化等の外的要因によって微小に変動することがある。波長の変動は軸上色収差を発生させる。軸上色収差が発生すると、モードホップなど波長変化が生じた際に各光ディスクの記録面上において情報の記録または再生に好適な径のスポットが形成されない。そのため光情報記録再生装置100では、球面収差と同様に軸上色収差も良好に補正する必要がある。
As in the optical information recording / reproducing
ただし、少ない枚数のレンズで構成される光情報記録再生装置用の対物光学系においては、第一の光ディスクD1使用時に発生する軸上色収差を略0に抑えようとすると、第二の光ディスクD2使用時に発生する軸上色収差が補正過剰になってしまう。また、同種の対物光学系においては、第二の光ディスクD2使用時に発生する軸上色収差を略0に抑えようとすると、第一の光ディスクD1使用時に発生する軸上色収差に対する補正が不足してしまう。そこで、複数の光ディスクに対して互換性を有しつつ、各光ディスク使用時に発生する軸上色収差を良好に補正すべく、本実施形態では、対物光学系30を以下のように構成している。
However, in an objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus constituted by a small number of lenses, if the axial chromatic aberration generated when the first optical disk D1 is used is suppressed to substantially zero, the second optical disk D2 is used. The axial chromatic aberration that sometimes occurs is overcorrected. Further, in the same type of objective optical system, if the axial chromatic aberration generated when the second optical disk D2 is used is suppressed to substantially zero, the correction for the axial chromatic aberration generated when the first optical disk D1 is used is insufficient. . Therefore, in this embodiment, the objective
対物レンズ10は、光源側から順に第一面11と第二面12を有する。対物レンズ10は、図2(A)〜(C)に示すように各面11、12とも非球面である両凸の単レンズである。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、4次、6次、8次、10次、12次…の非球面係数をA4、A6、A8、A10、A12、として、以下の数9の式で表される。
対物レンズ10の少なくとも一方の面(本実施形態では第一面11)には、基準軸AXを中心とした同心状に複数に分割された屈折面と各屈折面の境界に形成される複数の微小な段差からなる位相シフト構造を設けられている。
On at least one surface (
また、上記位相シフト構造は、以下の光路差関数φi(h)により表すことができる。光路差関数φi(h)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したもので、該位相シフト構造、換言すれば回折構造における段差を設ける位置と高さを規定するものである。光路差関数φi(h)は、数4に示す式によって表される。
The phase shift structure can be represented by the following optical path difference function φi (h). The optical path difference function φi (h) expresses the function of the
数4に示す第iの光路差関数φi(h)において、Pi2、Pi4、Pi6、…はそれぞれ二次、四次、六次、…の係数である。mi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(入射する)レーザー光の設計波長を、それぞれ表す。 In the i-th optical path difference function φi (h) shown in Equation 4, P i2 , P i4 , P i6 ,... Are coefficients of the second order, fourth order, sixth order ,. m i represents the diffraction order at which the diffraction efficiency of the laser beam to be used is maximized, and λ represents the design wavelength of the laser beam to be used (incident).
本実施形態の対物レンズ10に設けられる位相シフト構造は、第一のレーザー光(より正確には第一の波長の光)に対して略3波長分の光路長差を付与するように構成される。すなわち本実施形態では、上記数4において、λは第一の波長に、m1は3に設定される。このように設定することにより、対物レンズ10に第一のレーザー光や第二のレーザー光を平行光束として入射させた場合に球面収差の発生を効果的に抑制することができる。
The phase shift structure provided in the
色収差補正素子20は、主として第一の光ディスクD1と第二の光ディスクD2使用時における軸上色収差の量を適切にコントロールするために配設される色収差補正用の光学素子である。色収差補正素子20は、互いに材料が異なる正のレンズと負のレンズを接合して構成される。本実施形態の色収差補正素子20は、光源側から順に平凹レンズ20aと平凸レンズ20bを互いの曲面を接合して構成される。図2(A)〜(C)では、各レンズ20a、20bの接合面に符号21を付している。
The chromatic
ここで、色収差補正素子20は、第一の光ディスクD1と第二の光ディスクD2使用時における軸上色収差の量を適切にコントロールする作用を有するために、以下の条件(1)、(4)さらには条件(2)、(5)を満たすように構成される。
Here, since the chromatic
nB1は、第一の設計波長での平凹レンズ20aの屈折率を、
nB2は、第一の設計波長での平凸レンズ20bの屈折率を、
nR1は、第二の設計波長での平凹レンズの屈折率を、
nR2は、第二の設計波長での平凸レンズの屈折率を、
nB3は、第一の設計波長での対物レンズの屈折率を、
nR3は、第二の設計波長での対物レンズの屈折率を、
Rは、色収差補正素子20の接合面21の曲率半径を、
f1は、第一の設計波長での対物光学系30の合成焦点距離を、それぞれ表す。
nB1 is the refractive index of the plano-
nB2 is the refractive index of the plano-
nR1 is the refractive index of the plano-concave lens at the second design wavelength,
nR2 is the refractive index of the plano-convex lens at the second design wavelength,
nB3 is the refractive index of the objective lens at the first design wavelength,
nR3 is the refractive index of the objective lens at the second design wavelength,
R represents the radius of curvature of the
f1 represents the combined focal length of the objective
各条件(1)、(2)、(4)、(5)は、対物レンズ10第一面11の近軸パワー成分に関連して、色収差補正素子20を構成する各レンズ20a、20bの材料選択および接合面21の曲率半径を規定する条件である。条件(1)、(4)さらには条件(2)、(5)を満たすことにより、第一の光ディスクD1、第二の光ディスクD2のいずれを使用した場合に発生する軸上色収差も良好に補正することが可能になる。
Conditions (1), (2), (4), and (5) are related to the paraxial power component of the
条件(1)、(4)の値が下限以下になると、特に第一の光ディスクD1使用時に発生する軸上色収差の補正が不足してしまうため好ましくない。また、条件(1)、(4)の値が上限以上になると、特に第二の光ディスクD2使用時に発生する軸上色収差の補正が過剰になってしまうため好ましくない。 If the values of the conditions (1) and (4) are below the lower limit, correction of axial chromatic aberration that occurs particularly when the first optical disk D1 is used is not preferable. Further, if the values of the conditions (1) and (4) are equal to or higher than the upper limit, the correction of the longitudinal chromatic aberration that occurs particularly when the second optical disc D2 is used is not preferable.
なお、一般に、使用する光ディスクの記録密度が高ければ高いほど、収差に対する許容範囲が狭くなることが知られる。そこで、第一の光ディスクD1使用時に発生する軸上色収差をより一層低減するために、対物光学系30は、以下の条件(3)、(6)を満たすように構成される。
In general, it is known that the higher the recording density of the optical disc used, the narrower the tolerance for aberration. Therefore, in order to further reduce the longitudinal chromatic aberration that occurs when the first optical disc D1 is used, the objective
条件(3)、(6)の値が下限以下になると、第一の光ディスクD1使用時に発生する軸上色収差の補正が不足してしまい好ましくない。また、条件(3)、(6)の値が上限以上になると、第一の光ディスクD1使用時に発生する軸上色収差が過剰になってしまうため好ましくない。 If the values of the conditions (3) and (6) are below the lower limit, the correction of the longitudinal chromatic aberration that occurs when the first optical disc D1 is used is insufficient. On the other hand, if the values of the conditions (3) and (6) exceed the upper limit, the axial chromatic aberration generated when the first optical disc D1 is used becomes excessive, which is not preferable.
また、平凹レンズ20aと平凸レンズ20bは、以下の条件(10)を満たすように材料選択される。
The materials of the plano-
条件(10)は、第一の設計波長に対する各レンズ20a、20bの屈折率差と第二の設計波長に対する各レンズ20a、20bの屈折率差の比に関する条件である。該比を適切に設定することで対物レンズ10の結像倍率の絶対値を小さく抑えることができる。条件(10)の値が下限以下になると、第一の光ディスクD1使用時における対物レンズ10の結像倍率の絶対値が大きくなってしまうため好ましくない。また、条件(10)の値が上限以上になると、第二の光ディスクD2使用時における対物レンズ10の結像倍率の絶対値が大きくなってしまうため好ましくない。
Condition (10) is a condition relating to the ratio of the refractive index difference of each
以上のように対物光学系30を使用することにより、比較的記録密度が高い二種類の光ディスクD1、D2について軸上色収差を良好に補正しつつ互換を達成している。本実施形態の光情報記録再生装置100は、このような対物光学系30を使用し、かつ使用する光ディスクに応じて発散度の異なるレーザー光を入射させることにより、規格の異なる三種類の光ディスクD1〜D3に関する互換を達成している。以下、この点について詳述する。
As described above, by using the objective
通常、対物光学系30は、光情報記録再生装置100の基準軸AX上に配設される。しかし、情報の記録または再生の過程で実行されるトラッキングシフトによって、対物光学系30または、対物レンズ10の位置が基準軸AX上から外れることもある。この場合に、対物光学系30または対物レンズ10に平行光束が入射していれば収差の発生はないが、発散光や収束光などの非平行光が入射している場合にはコマ収差や非点収差といった軸外の収差が発生してしまう。上記の通り、一般に、情報の記録または再生に高NAが要求される光ディスクほど、収差に対する許容範囲が狭い。従って、情報の記録または再生に高NAが要求される光ディスク使用時は、対物光学系30がトラッキングシフト等した場合であっても、軸外光による諸収差の発生を抑えるために、対物光学系30には略平行光束を入射させることが望まれる。
Usually, the objective
例えば、上記の各条件を満たすように設計された対物光学系30を備える光情報記録再生装置100は、以下の条件(7)および条件(8)を満たすように設計される。
−0.02<f1×M1<0.02・・・(7)
−0.02<f2×M2<0.02・・・(8)
ただし、M1は、第一の設計波長での対物光学系30の合成結像倍率を、
f2、M2は、それぞれ第二の設計波長での対物光学系30の合成焦点距離と合成結像倍率を、表す。
For example, the optical information recording / reproducing
−0.02 <f1 × M1 <0.02 (7)
−0.02 <f2 × M2 <0.02 (8)
However, M1 is the composite imaging magnification of the objective
f2 and M2 respectively represent the combined focal length and the combined imaging magnification of the objective
光情報記録再装置100内において、条件(7)および条件(8)を満たすように対物光学系30を設計することにより、第一の光ディスクD1や第二の光ディスクD2に対する情報の記録または再生時に使用される光は略平行光束となる。よって、上述したような対物光学系30の性能を効果的に発揮しつつ、より詳しくは軸上色収差や球面収差を良好に補正しつつ、トラッキングシフト時におけるコマ収差や非点収差の発生量を無視できる程度まで良好に小さくすることができる。
In the optical information recording / reproducing
なお、本実施形態では、光源1Aと光源1Bを、各光源1A、1Bから照射されたレーザー光が各カップリングレンズ3A、3Bによって平行光束に変換されるような位置に配設する。これにより、対物光学系30の合成結像倍率M1やM2を0にしている。すなわち本実施形態の各カップリングレンズ3A、3Bは、第一のレーザー光および第二のレーザー光に対して、コリメートレンズとして機能する。
In the present embodiment, the light source 1A and the
上記のように、収差に対する許容範囲が狭い各光ディスクD1、D2使用時の諸収差を有効に抑えるような位相シフト構造を対物レンズ10に設けた場合、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平行光束を用いると球面収差が残存してしまう。そこで、第三の光ディスクD3使用時に発生する球面収差は、図2(C)に示すように対物光学系30に入射する光束を発散光にすることにより補正する。具体的には、第三の設計波長での対物光学系30の合成焦点距離をf3、合成結像倍率をM3とすると、光情報記録再生装置100内において、対物光学系30は、以下の条件(9)を満たすように設計される。
−0.19<f3×M3<−0.05・・・(9)
As described above, when the
−0.19 <f3 × M3 <−0.05 (9)
条件(9)の値が上限以上になると、光ディスクD3使用時において、オーバーな球面収差が残存してしまい好ましくない。また、条件(9)の値が下限以下になると、光ディスクD3使用時において、アンダーな球面収差が発生してしまい好ましくない。条件(9)を満たすように対物光学系30を設計することにより、第三の光ディスクD3使用時において、球面収差の発生を良好に抑えることができる。
If the value of the condition (9) exceeds the upper limit, excessive spherical aberration remains when the optical disc D3 is used, which is not preferable. On the other hand, when the value of the condition (9) is less than the lower limit, an under spherical aberration occurs when the optical disc D3 is used, which is not preferable. By designing the objective
なお、本発明に係る光情報記録再生装置は、必ずしも条件(9)を満たすように構成しなくても、上記と同様の効果を奏することができる。例えば、光源1Cを、自身から照射されたレーザー光がカップリングレンズ3Cによって平行光束に変換されるような位置に配設することにより、対物レンズ10の結像倍率を略0にする変形例が挙げられる。すなわち該変形例では、他のカップリングレンズ3A、3Bと同様に、カップリングレンズ3Cも、第三のレーザー光に対するコリメートレンズとしての機能を持つように配置、構成する。
Note that the optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention can achieve the same effects as described above even if it is not necessarily configured to satisfy the condition (9). For example, there is a modification in which the imaging magnification of the
上記変形例の構成を採用する場合、第一から第三の各レーザー光で波長が異なることによる対物レンズ10の屈折率変化、および各光ディスクD1〜D3の保護層厚の差による球面収差を入射光束の発散度を調整する以外の手法で良好に補正する必要がある。そこで、本変形例では、対物光学系30内に配設される位相シフト構造を、屈折率変化や球面収差をそれぞれコントロールして略0に抑えるように設計している。具体的には、本変形例の位相シフト構造は、入射光束に対して付与する光路長差が異なる少なくとも二種類の段差を有する。このような位相シフト構造は、第一から第三の各レーザー光束における回折効率が最大となる回折次数の比率が互いに異なる少なくとも二種類の光路差関数により規定される。
In the case of adopting the configuration of the above modified example, the refractive index change of the
詳しくは、上記少なくとも二種類の段差のうち、少なくとも一種類の段差は、第一のレーザー光に対して、略3波長分の光路長差を付与する。つまり、該一種類の段差を規定する光路差関数におけるm1は、3である。このように、少なくとも二種類の段差のうち、少なくとも一種類の段差が、第一のレーザー光に対して略奇数倍の波長分に相当する光路長差を付与するように構成されている場合、特に第三の光ディスクD3に対する情報の記録または再生時の光利用効率が低下してしまう。そこで、他の段差は、特に第三の光ディスクD3使用時における光利用効率を高くするように設計される。詳しくは、当該他の段差は、第一のレーザー光に対して、略偶数倍の波長分に相当する光路長差を付与するように構成される。これにより、いずれの光ディスクD1〜D3に対する情報の記録または再生においても、高い光利用効率を確保することができる。 Specifically, at least one of the at least two types of steps gives an optical path length difference of approximately three wavelengths to the first laser beam. That is, m 1 in the optical path difference function that defines the one type of step is 3. Thus, when at least one of the at least two types of steps is configured to give an optical path length difference corresponding to a substantially odd multiple of the wavelength of the first laser light, In particular, the light utilization efficiency at the time of recording or reproducing information on the third optical disk D3 is lowered. Therefore, the other steps are designed to increase the light use efficiency particularly when the third optical disc D3 is used. Specifically, the other steps are configured so as to give an optical path length difference corresponding to a substantially even multiple of wavelengths to the first laser light. Accordingly, high light utilization efficiency can be ensured in recording or reproducing information on any of the optical disks D1 to D3.
以上説明した本実施形態の対物光学系30および該光学系30を備える光情報記録再生装置100の具体的な実施例を4例、および従前の構成を比較例として以下に示す。
Four specific examples of the objective
なお、各実施例に関して、第三の光ディスクD3使用時は、情報の記録または再生に好適な開口数を得るために図3(A)、(B)に示すような開口制限素子60を用いて光束径を規定している。そのため、図2(A)〜(C)に示すように、第三の光ディスクD3使用時は、第一、第二の光ディスクD1、D2使用時に比べて有効光束径が小さくなる。
In each example, when the third optical disc D3 is used, an
また、各実施例および比較例において使用される光ディスクは、保護層厚t1=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t2=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t3=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。 The optical disks used in the examples and comparative examples are the first optical disk D1 having the highest recording density with the protective layer thickness t1 = 0.6 mm, and the first optical disk D1 with the protective layer thickness t2 = 0.6 mm. Further, a second optical disk D2 having a lower recording density and a third optical disk D3 having the lowest recording density with a protective layer thickness t3 = 1.2 mm are assumed.
実施例1の光情報記録再生装置100は、図1および図2(A)〜(C)に示される。実施例2、3の光情報記録再生装置100も同様である。実施例1の光情報記録再生装置100に搭載される対物光学系30の具体的な仕様は、表1に示されている。
The optical information recording / reproducing
表1中、倍率Mの値が示すように、実施例1では、光ディスクD1〜D2使用時には、レーザー光は平行光束として、光ディスクD3使用時には、レーザー光は発散光束として、対物光学系30に入射する。表1に示す対物光学系30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。
As shown by the value of magnification M in Table 1, in Example 1, the laser light is incident on the objective
表2〜表4中の備考に示すように、面番号0が各光源1A〜1C、面番号1、2が各回折格子2A〜2C、面番号3、4が各カップリングレンズ3A〜3C、表2〜表3の面番号5、6がビームスプリッタ41、表2〜3の面番号7、8および表4の面番号5,6がビームスプリッタ42、表2〜3の面番号9〜11および表4の面番号7〜9が色収差補正素子20、表2〜3の面番号12、13および表4の面番号10、11が対物レンズ10、表2〜3の面番号14、15および表4の面番号12、13が媒体である各光ディスクD1〜D3の保護層51および記録面52を示している。表2〜表4中、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。後述する実施例2および実施例3における各表においても同様である。
As shown in the remarks in Tables 2 to 4, the surface number 0 is the light sources 1A to 1C, the
また、各カップリングレンズ3A〜3Cの第二面、および対物レンズ10の両面11、12は非球面である。第一の光ディスクD1、第二の光ディスクD2、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おける各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表5〜7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。
Further, the second surfaces of the
実施例1の対物レンズ10の第一面11に形成される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P2…は表8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9に示される。表9に示すように、回折次数mは使用するレーザー光によって異なる値が設定されている。
Table 8 shows coefficients P 2 in the optical path difference function for defining the phase shift structure formed on the
各表より、条件(4)、(5)の値は、0.631となる。また、条件(6)の値は、0.631となる。よって、実施例1の対物光学系30は、条件(4)〜(6)をすべて満たす。
From each table, the values of the conditions (4) and (5) are 0.631. The value of condition (6) is 0.631. Therefore, the objective
実施例1の対物レンズ10の第一面11に形成される位相シフト構造は具体的には表10に示される。表10は、実施例1の対物レンズ10の第一面11に形成される各輪帯の範囲を示した表である。各輪帯の番号は光軸側から順に振られており、各輪帯の範囲は、光軸からの高さhmin〜hmaxで表されている。以下に説明する実施例で提示する同種の表に関しても同様とする。
The phase shift structure formed on the
表10に示すように、実施例1の対物レンズ10の第一面11の有効半径内の輪帯数Nは17個である。従って、条件(1)、(2)の値は、0.830となる。また、条件(3)の値は、0.978となる。よって、実施例1の対物光学系30は、条件(1)〜(3)をすべて満たす。
As shown in Table 10, the number N of ring zones within the effective radius of the
さらに、実施例1の光情報記録再生装置100は、表1から分かるように、f1×M1が0.000、f2×M2が0.000、f3×M3が−0.077であり、条件(7)から条件(9)も満たす。
Further, as can be seen from Table 1, in the optical information recording / reproducing
図4(A)〜(C)は、実施例1の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4(A)が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図4(B)が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図4(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。各収差図において、実線が設計波長での球面収差を、破線が設計波長から+10nm変化した波長での球面収差を、それぞれ表す。なお、各図(A)〜(C)で示す球面収差図および線種の定義は、次に説明する比較例、および後述する各実施例で提示する球面収差図に関しても同様とする。
FIGS. 4A to 4C are aberration diagrams showing spherical aberration that occurs when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図5(A)〜(C)は、比較例の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。比較例は、実施例1の対物光学系30の代替として一枚の対物レンズのみを用いる以外は実施例1と略同一に構成された光情報記録再生装置100を想定する。
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4(A)〜(C)および図5(A)〜(C)を比較すると、実施例1の対物光学系30を搭載した光情報記録再生装置100は、比較例の構成に比べ、各光ディスクD1、D2のいずれに対する情報の記録または再生時に生じる軸上色収差も良好に補正されていることが分かる。同様に実施例1の光情報記録再生装置100は、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ていることがわかる。つまり、実施例1の光情報記録再生装置100は、いずれの光ディスク使用時であっても、その記録面上において、情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。
When comparing FIGS. 4A to 4C and FIGS. 5A to 5C, the optical information recording / reproducing
実施例2の光情報記録再生装置100は、図1に示される。実施例2の光情報記録再生装置100に搭載される対物光学系30の具体的な仕様は、表11に示されている。
An optical information recording / reproducing
表11中、倍率Mの値が示すように、実施例2では、光ディスクD1〜D2使用時には、レーザー光は平行光束として、光ディスクD3使用時には、レーザー光は発散光束として、対物光学系30に入射する。表11に示す対物光学系30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12〜表14に示される。
As shown by the value of magnification M in Table 11, in Example 2, when the optical disks D1 to D2 are used, the laser light is incident on the objective
また、各カップリングレンズ3A〜3Cの第二面、および対物レンズ10の両面11、12は非球面である。第一の光ディスクD1、第二の光ディスクD2、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おける各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表15〜17に示される。
Further, the second surfaces of the
実施例2の対物レンズ10の第一面11に形成される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P2…は表18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19に示される。表19に示すように、回折次数mは使用するレーザー光によって異なる値が設定されている。
Table 18 shows coefficients P 2 in the optical path difference function for defining the phase shift structure formed on the
各表より、条件(4)、(5)の値は、0.833となる。よって、実施例2の対物光学系30は、条件(4)、(5)を満たす。
From each table, the values of conditions (4) and (5) are 0.833. Therefore, the objective
実施例2の対物レンズ10の第一面11に形成される位相シフト構造は具体的には表20に示される。表20は、実施例2の対物レンズ10の第一面11に形成される各輪帯の範囲を示した表である。
The phase shift structure formed on the
表20に示すように、実施例2の対物レンズ10の第一面11の有効半径内の輪帯数Nは23個である。従って、条件(1)、(2)の値は、1.017となる。よって、実施例2の対物光学系30は、条件(1)、(2)を満たす。
As shown in Table 20, the number N of ring zones within the effective radius of the
さらに、実施例2の光情報記録再生装置100は、表11から分かるように、f1×M1が0.000、f2×M2が0.000、f3×M3が−0.063であり、条件(7)から条件(9)も満たす。また、表12ないし表13から分かるように、(nB1−nB2)/(nR1−nR2)が−1.067であり、条件(10)も満たす。
Further, as can be seen from Table 11, in the optical information recording / reproducing
図6(A)〜(C)は、実施例2の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6(A)が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図6(B)が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図6(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。各収差図において、実線が設計波長での球面収差を、破線が設計波長から+10nm変化した波長での球面収差を、それぞれ表す。
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)に示すように、実施例2の対物光学系30を搭載した光情報記録再生装置100は、各光ディスクD1、D2のいずれに対する情報の記録または再生時に生じる軸上色収差も良好に補正されていることが分かる。同様に実施例2の光情報記録再生装置100は、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ていることがわかる。つまり、実施例2の光情報記録再生装置100は、いずれの光ディスク使用時であっても、その記録面上において、情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。
As shown in FIGS. 6A to 6C, the optical information recording / reproducing
実施例3の光情報記録再生装置100は、図1に示される。実施例3の光情報記録再生装置100に搭載される対物光学系30の具体的な仕様は、表21に示されている。
An optical information recording / reproducing
表21中、倍率Mの値が示すように、実施例3では、光ディスクD1〜D2使用時には、レーザー光は平行光束として、光ディスクD3使用時には、レーザー光は発散光束として、対物光学系30に入射する。表21に示す対物光学系30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22〜表24に示される。
As shown by the value of magnification M in Table 21, in Example 3, when the optical discs D1 to D2 are used, the laser light is incident on the objective
また、各カップリングレンズ3A〜3Cの第二面、および対物レンズ10の両面11、12は非球面である。第一の光ディスクD1、第二の光ディスクD2、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おける各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表25〜27に示される。
Further, the second surfaces of the
実施例3の対物レンズ10の第一面11に形成される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P2…は表28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29に示される。表29に示すように、回折次数mは使用するレーザー光によって異なる値が設定されている。
Table 28 shows coefficients P 2 in the optical path difference function for defining the phase shift structure formed on the
各表より、条件(4)、(5)の値は、0.792となる。また、条件(6)の値は、0.840となる。よって、実施例3の対物光学系30は、条件(4)〜(6)をすべて満たす。
From each table, the values of the conditions (4) and (5) are 0.792. The value of condition (6) is 0.840. Therefore, the objective
実施例3の対物レンズ10の第一面11に形成される位相シフト構造は具体的には表30に示される。表30は、実施例3の対物レンズ10の第一面11に形成される各輪帯の範囲を示した表である。
The phase shift structure formed on the
表30に示すように、実施例3の対物レンズ10の第一面11の有効半径内の輪帯数Nは13個である。従って、条件(1)、(2)の値は、0.810となる。また、条件(3)の値は、0.861となる。よって、実施例3の対物光学系30は、条件(1)〜(3)をすべて満たす。
As shown in Table 30, the number N of ring zones within the effective radius of the
さらに、実施例3の光情報記録再生装置100は、表21から分かるように、f1×M1が0.000、f2×M2が0.000、f3×M3が−0.179であり、条件(7)から条件(9)も満たす。また、表22ないし表23から分かるように、(nB1−nB2)/(nR1−nR2)が−0.852であり、条件(10)も満たす。
Further, as can be seen from Table 21, in the optical information recording / reproducing
図7(A)〜(C)は、実施例3の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7(A)が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図7(B)が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図7(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。各収差図において、実線が設計波長での球面収差を、破線が設計波長から+10nm変化した波長での球面収差を、それぞれ表す。
FIGS. 7A to 7C are aberration diagrams showing spherical aberration that occurs when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図7(A)〜(C)に示すように、実施例3の対物光学系30を搭載した光情報記録再生装置100は、各光ディスクD1、D2のいずれに対する情報の記録または再生時に生じる軸上色収差も良好に補正されていることが分かる。同様に実施例3の光情報記録再生装置100は、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ていることがわかる。つまり、実施例3の光情報記録再生装置100は、いずれの光ディスク使用時であっても、その記録面上において、情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。
As shown in FIGS. 7A to 7C, the optical information recording / reproducing
実施例4の光情報記録再生装置100は、図1および図8(A)〜(C)に示される。なお図8(A)〜(C)は、図2(A)〜(C)に対応する図である。実施例4の光情報記録再生装置100に搭載される対物光学系30の具体的な仕様は、表31に示されている。
The optical information recording / reproducing
表31中、倍率Mの値が示すように、実施例4では、いずれの光ディスクD1〜D3使用時にも平行光束を使用する。表31に示す対物光学系30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32〜表34に示される。
As shown by the value of magnification M in Table 31, in Example 4, a parallel light beam is used when any of the optical disks D1 to D3 is used. Specific numerical configurations of the optical information recording / reproducing
また、他の実施例と同様に、各カップリングレンズ3A〜3Cの第二面、および対物レンズ10の両面11、12は非球面である。第一の光ディスクD1、第二の光ディスクD2、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おける各非球面の形状を規定する円錐係数と非球面係数は、順に表35〜37に示される。
Similarly to the other embodiments, the second surfaces of the
既述の通り、実施例4では、いずれの光ディスクD1〜D3使用時にも平行光束を利用する。従って、実施例4の対物レンズ10の第一面11に形成される位相シフト構造は二種類の光路差関数(第一の光路差関数、第二の光路差関数)によって規定される。第一の光路差関数と第二の光路差関数それぞれにおける係数Pi2…は表38に示される。また、各光路差関数における各レーザー光の回折効率が最大になる回折次数mは表39に示される。表39に示すように、回折次数miは使用するレーザー光によって異なる値が設定されている。
As described above, in the fourth embodiment, a parallel light beam is used when any of the optical disks D1 to D3 is used. Accordingly, the phase shift structure formed on the
各表より、条件(4)、(5)の値は、0.67となる。また、条件(6)の値は、0.67となる。よって、実施例4の対物光学系30は、条件(4)〜(6)をすべて満たす。
From each table, the values of conditions (4) and (5) are 0.67. The value of condition (6) is 0.67. Therefore, the objective
図9(A)〜(C)は、実施例4の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9(A)が第一のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図9(B)が第二のレーザー光使用時に発生する球面収差を、図9(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。各収差図において、実線が設計波長での球面収差を、破線が設計波長から+10nm変化した波長での球面収差を、それぞれ表す。
FIGS. 9A to 9C are aberration diagrams illustrating spherical aberration that occurs when the first to third laser beams are used in the optical information recording / reproducing
図9(A)〜(C)に示すように、実施例4の対物光学系30を搭載した光情報記録再生装置100は、各光ディスクD1、D2のいずれに対する情報の記録または再生時に生じる軸上色収差も良好に補正されていることが分かる。同様に実施例4の光情報記録再生装置100は、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ていることがわかる。つまり、実施例4の光情報記録再生装置100は、いずれの光ディスク使用時であっても、その記録面上において、情報の記録または再生に好適なスポットを形成することができる。
As shown in FIGS. 9A to 9C, the optical information recording / reproducing
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく以下に例示するように、様々な範囲で変形が可能である。 The above is the embodiment of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments, and can be modified in various ranges as exemplified below.
例えば、上記実施形態では、対物レンズ10の一方の面に位相シフト構造、換言すれば回折構造を配設している。本発明に係る対物光学系は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、位相シフト構造を持つ光学素子を対物レンズ10とは別個独立して配設することも可能である。この場合、該光学素子は、対物レンズ10よりも光源側に配設される。
For example, in the above embodiment, a phase shift structure, in other words, a diffractive structure is arranged on one surface of the
また、上記実施形態では、第一から第三までの三種類の光ディスクに対して互換性を有する対物光学系および光情報記録再生装置を説明した。本発明は、必ずしも三種類の光ディスクに互換性を有する対物光学系および光情報記録再生装置に限定されるものではない。例えば、記録密度が高い二種類の光ディスクD1、D2にのみ互換性を有する対物光学系および光情報記録再生装置であっても好適に実施される。 In the above embodiment, the objective optical system and the optical information recording / reproducing apparatus having compatibility with the three types of optical disks from the first to the third have been described. The present invention is not necessarily limited to an objective optical system and an optical information recording / reproducing apparatus compatible with three types of optical disks. For example, even an objective optical system and an optical information recording / reproducing apparatus having compatibility only with two types of optical disks D1 and D2 having a high recording density are preferably implemented.
1A、1B、1C 光源
2A、2B、2C 回折格子
3A、3B、3C カップリングレンズ
41、42 ビームスプリッタ
5A、5B、5C ハーフミラー
6A、6B、6C 受光部
10 対物レンズ
D1〜D3 光ディスク
100 光情報記録再生装置
1A, 1B,
Claims (17)
互いに異なる材料からなる、負のパワーを持つ第一のレンズと正のパワーを持つ第二のレンズを接合して構成され、軸上色収差補正作用を有する色収差補正素子と、
同心状の複数の屈折面に分割され、入射光束に対して所定の光路長差を付与する段差が互いに隣り合う屈折面の間に形成される位相シフト構造を有する位相シフト面を少なくとも一面と、
対物レンズと、を有し、
前記色収差補正素子および位相シフト面は、前記二種類の光束に共通の光路中にあり、
前記色収差補正素子は、前記対物レンズよりも光源側に配設されており、
前記位相シフト構造は、前記第一の波長の光束に対して略3波長分の光路長差を付与する第一の段差を有し、
前記位相シフト構造の有効半径内での輪帯数をN、前記第一の波長での前記第一のレンズの屈折率をnB1、前記第一の波長での前記第二のレンズの屈折率をnB2、前記第二の波長での前記第一のレンズの屈折率をnR1、前記第二の波長での前記第二のレンズの屈折率をnR2、前記色収差補正素子の接合面の曲率半径をR、前記第一の波長での前記対物光学系の合成焦点距離をf1、前記第一の波長での前記対物レンズの屈折率をnB3、前記第二の波長での前記対物レンズの屈折率をnR3、とすると、以下の数1に示す条件(1)、
A chromatic aberration correcting element having a longitudinal chromatic aberration correcting action, which is formed by joining a first lens having a negative power and a second lens having a positive power made of different materials;
At least one phase shift surface having a phase shift structure that is divided into a plurality of concentric refracting surfaces, and a step providing a predetermined optical path length difference with respect to an incident light beam is formed between adjacent refracting surfaces;
An objective lens,
The chromatic aberration correcting element and the phase shift surface are in an optical path common to the two types of light fluxes,
The chromatic aberration correction element is disposed closer to the light source than the objective lens,
The phase shift structure has a first step that gives an optical path length difference of approximately three wavelengths to the light flux of the first wavelength,
The number of annular zones within the effective radius of the phase shift structure is N, the refractive index of the first lens at the first wavelength is nB1, and the refractive index of the second lens at the first wavelength. nB2, the refractive index of the first lens at the second wavelength is nR1, the refractive index of the second lens at the second wavelength is nR2, and the radius of curvature of the joint surface of the chromatic aberration correcting element is R. F1 is the combined focal length of the objective optical system at the first wavelength, nB3 is the refractive index of the objective lens at the first wavelength, and nR3 is the refractive index of the objective lens at the second wavelength. Then, condition (1) shown in the following equation 1
以下の数2に示す条件(2)、
Condition (2) shown in the following formula 2,
さらに以下の数3に示す条件(3)、
Furthermore, the condition (3) shown in the following formula 3,
前記位相シフト面は、前記対物レンズの少なくとも一方の面に配設されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。 In the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus, wherein the phase shift surface is disposed on at least one surface of the objective lens.
前記位相シフト面は、前記対物レンズとは別個独立した光学素子に配設されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。 In the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus, wherein the phase shift surface is disposed in an optical element independent of the objective lens.
互いに異なる材料からなる負のパワーを持つ第一のレンズと正のパワーを持つ第二のレンズを接合して構成され、軸上色収差補正作用を有する色収差補正素子と、
回折構造を有する回折面を少なくとも一面と、
対物レンズと、を有し、
前記色収差補正素子および前記回折面は、前記二種類の光束に共通の光路中にあり、
前記色収差補正素子は、前記対物レンズよりも光源側に配設されており、
前記回折構造は、以下の数4、
Pi2、Pi4、Pi6、…は、それぞれ第iの光路差関数(iは自然数)における二次、四次、六次、…の係数、
mは、前記入射光束の回折効率が最大となる回折次数、
λは、前記入射光束の使用波長、を表す、
により表される少なくとも第一の光路差関数によって規定され、
前記回折構造は、前記第一の波長の光束に対して回折効率が最大になる回折次数が三次であり、
前記第一の波長での前記第一のレンズの屈折率をnB1、前記第一の波長での前記第二のレンズの屈折率をnB2、前記第二の波長での前記第一のレンズの屈折率をnR1、前記第二の波長での前記第二のレンズの屈折率をnR2、前記色収差補正素子の接合面の曲率半径をR、前記第一の波長での前記対物光学系の合成焦点距離をf1、前記第一の波長での前記対物レンズの屈折率をnB3、前記第二の波長での前記対物レンズの屈折率をnR3、とすると、以下の数5に示す条件(4)、
A chromatic aberration correcting element having an axial chromatic aberration correcting action, which is formed by joining a first lens having a negative power and a second lens having a positive power made of different materials;
At least one diffractive surface having a diffractive structure;
An objective lens,
The chromatic aberration correcting element and the diffractive surface are in an optical path common to the two kinds of light beams,
The chromatic aberration correction element is disposed closer to the light source than the objective lens,
The diffractive structure has the following formula 4,
P i2 , P i4 , P i6 ,... Are coefficients of second order, fourth order, sixth order,... In the i th optical path difference function (i is a natural number), respectively.
m is the diffraction order that maximizes the diffraction efficiency of the incident light beam,
λ represents a wavelength used for the incident light beam,
Defined by at least a first optical path difference function represented by:
The diffractive structure has a third diffraction order in which the diffraction efficiency is maximized with respect to the light flux of the first wavelength,
The refractive index of the first lens at the first wavelength is nB1, the refractive index of the second lens at the first wavelength is nB2, and the refraction of the first lens at the second wavelength. NR1, the refractive index of the second lens at the second wavelength is nR2, the radius of curvature of the joint surface of the chromatic aberration correction element is R, and the combined focal length of the objective optical system at the first wavelength Is f1, the refractive index of the objective lens at the first wavelength is nB3, and the refractive index of the objective lens at the second wavelength is nR3, the condition (4) shown in the following equation (5):
以下の数6に示す条件(5)、
Condition (5) shown in Equation 6 below,
さらに以下の数7に示す条件(6)、
Furthermore, the condition (6) shown in the following formula 7,
前記回折面は、前記対物レンズの少なくとも一方の面に配設されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。 In the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 6 to 8,
The objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus, wherein the diffraction surface is disposed on at least one surface of the objective lens.
前記回折面は、前記対物レンズとは別個独立した光学素子に配設されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。 In the objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 6 to 8,
The objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus, wherein the diffractive surface is disposed in an optical element independent of the objective lens.
前記第一のレンズは平凹レンズであり、
前記第二のレンズは平凸レンズであり、
前記色収差補正素子は、前記第一、第二の各レンズの曲面が前記接合面となるように構成されていることを特徴とする光情報記録再生装置用対物光学系。 The objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 10,
The first lens is a plano-concave lens;
The second lens is a plano-convex lens;
The objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus, wherein the chromatic aberration correcting element is configured such that a curved surface of each of the first and second lenses becomes the cemented surface.
前記第一の波長をλ1(nm)、前記第二の波長をλ2(nm)、前記第三の波長をλ3(nm)とすると、
λ1<λ2<λ3
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、
前記第一から第三の波長のうち最も短い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前記第一の光ディスクの保護層厚をt1、前記第一の波長よりも長い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前記第二の光ディスクの保護層厚をt2、前記第一から第三の波長のうち最も長い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前記第三の光ディスクの保護層厚をt3、とすると、
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
であり、
前記三種類の光束を照射する三つの光源と、
請求項1から請求項11のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、を有し、
前記第一の波長での、前記対物光学系の合成結像倍率をM1、前記第二の波長での、前記対物光学系の合成焦点距離および合成結像倍率をそれぞれf2、M2、前記第三の波長での、前記対物光学系の合成焦点距離および合成結像倍率をそれぞれf3、M3とすると、以下の条件(7)〜条件(9)、
−0.02<f1×M1<0.02…(7)
−0.02<f2×M2<0.02…(8)
−0.19<f3×M3<−0.05…(9)
を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。 Optical information recording / reproduction for recording / reproducing information on / from each optical disc by using one of three kinds of light beams having first to third wavelengths for the first to third optical discs having different recording densities A device,
When the first wavelength is λ1 (nm), the second wavelength is λ2 (nm), and the third wavelength is λ3 (nm),
λ1 <λ2 <λ3
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 protective layer thickness of the first optical disk on which information is recorded or reproduced using the light beam having the shortest first wavelength among the first to third wavelengths is set to t1, which is longer than the first wavelength. The thickness of the protective layer of the second optical disc on which information is recorded or reproduced using a light beam having a second wavelength is t2, and information is obtained using a light beam having the longest third wavelength among the first to third wavelengths. When the protective layer thickness of the third optical disc on which recording or reproduction is performed is t3,
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
And
Three light sources for irradiating the three kinds of light fluxes;
An optical information recording / reproducing apparatus objective optical system according to any one of claims 1 to 11,
The synthetic imaging magnification of the objective optical system at the first wavelength is M1, and the synthetic focal length and synthetic imaging magnification of the objective optical system at the second wavelength are f2, M2, and the third, respectively. When the synthetic focal length and the synthetic imaging magnification of the objective optical system at the wavelength of f3 and f3 are respectively f3 and M3, the following conditions (7) to (9)
−0.02 <f1 × M1 <0.02 (7)
−0.02 <f2 × M2 <0.02 (8)
−0.19 <f3 × M3 <−0.05 (9)
An optical information recording / reproducing apparatus characterized by satisfying the above.
前記第一の波長をλ1(nm)、前記第二の波長をλ2(nm)、前記第三の波長をλ3(nm)とすると、
λ1<λ2<λ3
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、
前記第一から第三の波長のうち最も短い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前記第一の光ディスクの保護層厚をt1、前記第一の波長よりも長い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前記第二の光ディスクの保護層厚をt2、前記第一から第三の波長のうち最も長い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前記第三の光ディスクの保護層厚をt3、とすると、
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
であり、
前記三種類の光束を照射する三つの光源と、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、を有し、
前記位相シフト構造は、前記第一の段差と、前記第一の段差とは異なる光路長差を付与する少なくとも第二の段差を有し、
前記第一から第三の波長の光束は、いずれも略平行光束の状態で前記色収差補正素子に入射することを特徴とする光情報記録再生装置。 Optical information recording / reproduction for recording / reproducing information on / from each optical disc by using one of three kinds of light beams having first to third wavelengths for the first to third optical discs having different recording densities A device,
When the first wavelength is λ1 (nm), the second wavelength is λ2 (nm), and the third wavelength is λ3 (nm),
λ1 <λ2 <λ3
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 protective layer thickness of the first optical disk on which information is recorded or reproduced using the light beam having the shortest first wavelength among the first to third wavelengths is set to t1, which is longer than the first wavelength. The thickness of the protective layer of the second optical disc on which information is recorded or reproduced using a light beam having a second wavelength is t2, and information is obtained using a light beam having the longest third wavelength among the first to third wavelengths. When the protective layer thickness of the third optical disc on which recording or reproduction is performed is t3,
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
And
Three light sources for irradiating the three kinds of light fluxes;
An objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The phase shift structure has the first step and at least a second step that provides an optical path length difference different from the first step,
The optical information recording / reproducing apparatus, wherein the light beams having the first to third wavelengths are incident on the chromatic aberration correction element in a substantially parallel light beam state.
前記第二の段差は、前記第一の波長の光束に対して略偶数波長分の光路長差を付与す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 13,
The optical information recording / reproducing apparatus characterized in that the second step provides an optical path length difference of substantially even wavelengths to the light flux having the first wavelength.
前記第一の波長をλ1(nm)、前記第二の波長をλ2(nm)、前記第三の波長をλ3(nm)とすると、
λ1<λ2<λ3
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、
前記第一から第三の波長のうち最も短い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前記第一の光ディスクの保護層厚をt1、前記第一の波長よりも長い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前記第二の光ディスクの保護層厚をt2、前記第一から第三の波長のうち最も長い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前記第三の光ディスクの保護層厚をt3、とすると、
t1≒0.6mm
t2≒0.6mm
t3≒1.2mm
であり、
前記三種類の光束を照射する三つの光源と、
請求項6から請求項10のいずれかに記載の光情報記録再生装置用対物光学系と、を有し、
前記回折構造は、前記第一の光路差関数と、さらに前記第一の波長の光束に対して回折効率が最大になる回折次数が三次ではない第二の光路差関数との、少なくとも二種類の光路差関数で規定され、
前記第一から第三の波長の光束は、いずれも略平行光束の状態で前記色収差補正素子に入射することを特徴とする光情報記録再生装置。 Optical information recording / reproduction for recording / reproducing information on / from each optical disc by using one of three kinds of light beams having first to third wavelengths for the first to third optical discs having different recording densities A device,
When the first wavelength is λ1 (nm), the second wavelength is λ2 (nm), and the third wavelength is λ3 (nm),
λ1 <λ2 <λ3
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 protective layer thickness of the first optical disk on which information is recorded or reproduced using the light beam having the shortest first wavelength among the first to third wavelengths is set to t1, which is longer than the first wavelength. The thickness of the protective layer of the second optical disc on which information is recorded or reproduced using a light beam having a second wavelength is t2, and information is obtained using a light beam having the longest third wavelength among the first to third wavelengths. When the protective layer thickness of the third optical disc on which recording or reproduction is performed is t3,
t1 ≒ 0.6mm
t2 ≒ 0.6mm
t3 ≒ 1.2mm
And
Three light sources for irradiating the three kinds of light fluxes;
An objective optical system for an optical information recording / reproducing apparatus according to any one of claims 6 to 10,
The diffractive structure includes at least two types of the first optical path difference function and a second optical path difference function whose diffraction order that maximizes the diffraction efficiency for the light beam having the first wavelength is not a third order. It is defined by the optical path difference function,
The optical information recording / reproducing apparatus, wherein the light beams having the first to third wavelengths are incident on the chromatic aberration correction element in a substantially parallel light beam state.
前記第二の光路差関数は、前記第一の波長の光束に対して回折効率が最大になる回折次数が略偶数次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 15,
2. The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the second optical path difference function has a diffraction order at which the diffraction efficiency is maximized with respect to the light beam having the first wavelength, which is substantially an even order.
前記色収差補正素子が以下の数8に示す条件(10)、
Condition (10) where the chromatic aberration correcting element is shown in the following equation (8)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007313107A JP2008234814A (en) | 2007-02-21 | 2007-12-04 | Objective optical system for optical information recording/reproducing device and optical information recording/reproducing device |
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
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