JP2010040073A - Optical system for optical pickup - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ピックアップ光学系に関し、特に、温度変化及び波長変化に伴う性能劣化を抑制する光ピックアップ光学系に関する。 The present invention relates to an optical pickup optical system, and more particularly to an optical pickup optical system that suppresses performance deterioration due to temperature change and wavelength change.
BD(Blu−ray Disc)に用いられる対物レンズの開口数(NA:Numerical Aperture)は0.85であり、DVD(Digital Versatile Disc)などの従来の光ディスク(光情報記録媒体)に用いられる対物レンズの開口数より大きい。そのため、温度変化や波長変化に伴って収差が増大しやすく、光スポットが劣化しやすい。 An objective lens used in a conventional optical disc (optical information recording medium) such as a DVD (Digital Versatile Disc) has a numerical aperture (NA) of 0.85 and is used in a BD (Blu-ray Disc). Greater than the numerical aperture. Therefore, aberrations are likely to increase with changes in temperature and wavelength, and the light spot is likely to deteriorate.
一般に、ガラス材料の温度変化に伴う屈折率の変化量は、1×10−6(1/℃)のオーダーである。これに対し、プラスティック材料の温度変化に伴う屈折率の変化量は、1×10−4(1/℃)のオーダーである。したがって、プラスティック材料の温度変化に伴う屈折率の変化量は、ガラス材料に比べて、10倍から100倍大きい。そのため、一般に、BD専用の対物レンズは、温度変化時に屈折率変化及び形状変化の小さいガラス材料が用いられる。 In general, the amount of change in the refractive index accompanying the temperature change of the glass material is on the order of 1 × 10 −6 (1 / ° C.). On the other hand, the amount of change in the refractive index accompanying the temperature change of the plastic material is on the order of 1 × 10 −4 (1 / ° C.). Therefore, the amount of change in the refractive index accompanying the temperature change of the plastic material is 10 to 100 times larger than that of the glass material. Therefore, in general, a glass material having a small refractive index change and a small shape change when the temperature changes is used for the objective lens dedicated to BD.
しかし、一般に、プラスティック材料の方がガラス材料より、生産性、コスト、軽量化の点で優れている。そのため、プラスティック材料により形成したレンズの温度特性の向上が強く望まれている。 However, in general, plastic materials are superior to glass materials in terms of productivity, cost, and weight reduction. Therefore, it is strongly desired to improve the temperature characteristics of a lens formed of a plastic material.
また、光ピックアップ光学系では、レーザ光源の個体差による波長ばらつきやモードホップ現象による波長変化によって、フォーカス位置ズレや収差が発生してしまう。 Further, in the optical pickup optical system, focus position shift and aberration occur due to wavelength variation due to individual differences of laser light sources and wavelength change due to mode hop phenomenon.
そこで、特許文献1には、カップリングレンズの表面に輪帯構造を設けて、波長変化によって発生する収差の低減を図っている。特許文献1に記載の輪帯構造は回折現象を生じさせるものではなく、位相差を発生させるものである。
しかしながら、本願発明者は、鋭意検討の結果、特許文献1に記載の技術のように、カップリングレンズの表面に波長ズレに基づく収差を低減させる輪帯構造を形成し、対物レンズの表面に温度変化に基づく収差を低減させる輪帯構造を形成しても、光ピックアップ光学系の波長特性及び温度特性を向上することができないことを見出した。
However, as a result of intensive studies, the inventor of the present application formed an annular structure that reduces aberration based on wavelength shift on the surface of the coupling lens as in the technique described in
図15に、プラスティック製の対物レンズの表面に、温度変化によって生じる波面収差を補正する輪帯構造を形成した場合における温度特性と波長特性を示す。図15において、縦軸が波面収差を示し、横軸が規格化光線高さを示す。規格化光線高さとは、対物レンズの有効径によって規格化した、光軸からの光線の高さである。図15(a)は、当該対物レンズの温度が設計温度から30℃上昇した場合に発生する波面収差を示す。図15(b)は、波長が設計波長から1nm長くなった場合に発生する波面収差を示す。図15(a)に示すように、当該対物レンズは、温度変化によって生じる収差を補正することができる。一方、図15(b)に示すように、当該対物レンズは、波長変化によって生じる収差を大きくしてしまう。 FIG. 15 shows temperature characteristics and wavelength characteristics when an annular structure for correcting wavefront aberration caused by temperature change is formed on the surface of a plastic objective lens. In FIG. 15, the vertical axis represents the wavefront aberration, and the horizontal axis represents the normalized ray height. The normalized ray height is the ray height from the optical axis normalized by the effective diameter of the objective lens. FIG. 15A shows the wavefront aberration that occurs when the temperature of the objective lens rises by 30 ° C. from the design temperature. FIG. 15B shows wavefront aberration that occurs when the wavelength is 1 nm longer than the design wavelength. As shown in FIG. 15A, the objective lens can correct aberrations caused by temperature changes. On the other hand, as shown in FIG. 15B, the objective lens increases aberration caused by wavelength change.
また、図16に、図15の対物レンズに、波長変化によって生じる波面収差を補正する輪帯構造を形成したプラスティック製のカップリングレンズを組み合わせた場合における温度特性と波長特性を示す。図16において、縦軸が波面収差を示し、横軸が規格化光線高さを示す。図16(a)は、当該対物レンズ及び当該カップリングレンズの温度が設計温度から30℃上昇した場合に発生する波面収差を示す。図16(b)は、波長が設計波長から1nm長くなった場合に発生する波面収差を示す。図16(b)に示すように、当該対物レンズに当該カップリングレンズを組み合わせることにより、波長変化によって生じる収差を補正することができる。しかし、一方で、図16(a)に示すように、温度変化によって生じる波面収差を補正する輪帯段差を有する対物レンズと、波長変化によって生じる波面収差を補正する輪帯段差を有するカップリングレンズとを組み合わせると、温度特性が劣化してしまう。 FIG. 16 shows temperature characteristics and wavelength characteristics when the objective lens of FIG. 15 is combined with a plastic coupling lens having an annular structure that corrects a wavefront aberration caused by a wavelength change. In FIG. 16, the vertical axis indicates wavefront aberration, and the horizontal axis indicates the normalized ray height. FIG. 16A shows wavefront aberration that occurs when the temperature of the objective lens and the coupling lens rises by 30 ° C. from the design temperature. FIG. 16B shows the wavefront aberration that occurs when the wavelength is 1 nm longer than the design wavelength. As shown in FIG. 16B, by combining the coupling lens with the objective lens, it is possible to correct the aberration caused by the wavelength change. However, on the other hand, as shown in FIG. 16A, an objective lens having an annular step for correcting wavefront aberration caused by a temperature change and a coupling lens having an annular step for correcting wavefront aberration caused by a wavelength change. When combined with, the temperature characteristics deteriorate.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、温度特性及び波長特性を共に向上することができ、より容易に製造できる光ピックアップ光学系を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an optical pickup optical system that can improve both temperature characteristics and wavelength characteristics and can be manufactured more easily. .
本発明にかかるピックアップ光学系は、レーザ光源からの光束を光情報記録媒体に集光する光ピックアップ光学系である。また、本発明にかかるピックアップ光学系は、開口数0.85以上のプラスティック製の対物レンズと、前記レーザ光源からの光束の発散角を調整するカップリングレンズと、前記対物レンズと前記カップリングレンズとの間に配設される位相補正素子と、を有する。また、前記対物レンズと前記位相補正素子とは、少なくとも一方の面に、同心の大きさの異なる複数の輪帯からなる輪帯構造が形成されており、前記輪帯構造の隣り合う前記輪帯間には段差が形成されている。また、前記対物レンズ形成された前記段差は、前記対物レンズを透過する光束に、周囲の温度の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させる段差量を有している。また、前記位相補正素子に形成された前記段差は、前記位相補正素子を透過する光束に、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させる段差量を有するものである。 The pickup optical system according to the present invention is an optical pickup optical system that focuses a light beam from a laser light source onto an optical information recording medium. The pickup optical system according to the present invention includes a plastic objective lens having a numerical aperture of 0.85 or more, a coupling lens for adjusting a divergence angle of a light beam from the laser light source, the objective lens, and the coupling lens. And a phase correction element disposed between the two. In addition, the objective lens and the phase correction element have an annular structure formed of a plurality of annular zones having different concentric sizes on at least one surface, and the annular zones adjacent to the annular structure are formed. A step is formed between them. Further, the step formed on the objective lens has a step amount that causes a phase difference in the light beam transmitted through the objective lens so as to reduce wavefront aberration caused by a change in ambient temperature. In addition, the step formed in the phase correction element has a phase difference that reduces wavefront aberration caused by a change in the wavelength of the laser light emitted from the laser light source in the light beam transmitted through the phase correction element. It has a level difference to be generated.
本発明においては、対物レンズの少なくとも一方の面に形成された輪帯構造により、対物レンズを透過する光束に、周囲の温度の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させることができる。さらに、位相補正素子の少なくとも一方の面に輪帯構造により、位相補正素子を透過する光束に、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させることができる。したがって、対物レンズに形成した輪帯構造により温度特性の向上を図ることができ、位相補正素子に形成した輪帯構造により波長特性の向上を図ることができる。また、対物レンズに温度特性を向上させる輪帯構造を形成し、カップリングレンズに波長特性を向上させる輪帯構造を形成した場合、温度特性が劣化してしまうが、本発明では、温度特性を犠牲にすることなく、温度特性及び波長特性共に向上させることができる。
また、対物レンズがプラスティック製であるため、より容易に製造できる。
In the present invention, the annular structure formed on at least one surface of the objective lens generates a phase difference in the light beam transmitted through the objective lens so as to reduce wavefront aberration caused by a change in ambient temperature. Can do. Further, due to the ring zone structure on at least one surface of the phase correction element, the light flux transmitted through the phase correction element has a phase difference that reduces wavefront aberration caused by a change in the wavelength of the laser light emitted from the laser light source. Can be generated. Therefore, the temperature characteristics can be improved by the annular structure formed on the objective lens, and the wavelength characteristics can be improved by the annular structure formed on the phase correction element. In addition, when an annular structure that improves the temperature characteristics is formed on the objective lens and an annular structure that improves the wavelength characteristics is formed on the coupling lens, the temperature characteristics are deteriorated. Both temperature characteristics and wavelength characteristics can be improved without sacrificing.
Further, since the objective lens is made of plastic, it can be manufactured more easily.
また、前記カップリングレンズはプラスティック製であり、前記位相補正素子はガラス製であることが好ましい。
カップリングレンズがプラスティック製であると、周囲温度が変化した場合に、周囲温度の変化によってカップリングレンズにおいて発生する収差が、周囲温度の変化によって対物レンズにおいて発生する収差を低減することができる。
また、位相補正素子がガラス製であると、周囲温度の変化によって位相補正素子において発生する収差が小さいため、光ピックアップ光学系の温度特性を劣化することがない。
The coupling lens is preferably made of plastic, and the phase correction element is preferably made of glass.
When the coupling lens is made of plastic, when the ambient temperature changes, the aberration that occurs in the coupling lens due to the change in the ambient temperature can be reduced, and the aberration that occurs in the objective lens due to the change in the ambient temperature can be reduced.
In addition, when the phase correction element is made of glass, since the aberration generated in the phase correction element due to the change in the ambient temperature is small, the temperature characteristics of the optical pickup optical system are not deteriorated.
また、前記対物レンズに形成された前記輪帯構造は、前記対物レンズの径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、前記対物レンズのレンズ厚みが薄くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、前記対物レンズのレンズ厚みが厚くなるように形成されていることが好ましい。
これにより、温度変化に起因する収差を対物レンズに形成した輪帯構造によって補正する性能を保ちつつ、対物レンズに形成する輪帯数を最小限に抑えることができる。
Further, the annular structure formed in the objective lens is such that the lens thickness of the objective lens decreases as it goes from the optical axis to the outer edge in the radial direction of the objective lens, and further toward the outer edge side, the It is preferable that the objective lens is formed to have a large thickness.
Thereby, the number of annular zones formed on the objective lens can be minimized while maintaining the performance of correcting the aberration caused by the temperature change by the annular zone structure formed on the objective lens.
さらに、また、前記位相補正素子に形成された前記輪帯構造は、前記位相補正素子の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、前記位相補正素子の厚みが厚くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、前記位相補性素子の厚みが薄くなるように形成されていることが好ましい。
一般に、温度変化に起因する収差を対物レンズの輪帯構造によって補正する場合に、当該対物レンズの輪帯構造による補正量を大きくすると、対物レンズに形成する輪帯構造全体の段差量が増加する。これにより、対物レンズに形成した輪帯構造によって、波長変化によって生じる波面収差が増大してしまう。ここで、位相補正素子に、位相補正素子の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子の厚みが厚くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、位相補性素子の厚みが薄くなるように、輪帯構造を形成すると、温度変化に起因する収差を対物レンズの輪帯構造によって補正する場合に、当該対物レンズの輪帯構造による補正量を大きくすることによって悪化した波長特性を補償することができる。
Further, in the annular structure formed in the phase correction element, the thickness of the phase correction element becomes thicker toward the outer edge from the optical axis in the radial direction of the phase correction element, and further on the outer edge side. It is preferable that the complementary element is formed so that the thickness of the complementary element decreases as it goes.
In general, when correcting the aberration due to the temperature change by the annular structure of the objective lens, if the correction amount by the annular structure of the objective lens is increased, the step amount of the entire annular structure formed in the objective lens increases. . Thereby, the wavefront aberration which arises by a wavelength change will increase by the ring zone structure formed in the objective lens. Here, the thickness of the phase correction element increases toward the outer edge from the optical axis in the radial direction of the phase correction element, and the thickness of the complementary element decreases further toward the outer edge side. In this way, when the annular structure is formed, when the aberration due to the temperature change is corrected by the annular structure of the objective lens, the wavelength characteristic deteriorated by increasing the correction amount by the annular structure of the objective lens is compensated. can do.
また、位相補正素子に形成された前記輪帯構造は、前記位相補正素子の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、前記位相補正素子の厚みが厚くなるように形成されていることが好ましい。
温度変化に起因する収差を対物レンズの輪帯構造によって補正する補正量が大きくない場合には、位相補正素子に、位相補正素子の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子の厚みが厚くなるように、輪帯構造を形成することにより、波長変化に起因する収差を位相補正素子に形成した輪帯構造によって補正する性能を保ちつつ、位相補正素子に形成する輪帯数を最小限に抑えることができる。
Moreover, it is preferable that the said ring zone structure formed in the phase correction element is formed so that the thickness of the said phase correction element becomes thick as it goes to an outer edge from an optical axis in the radial direction of the said phase correction element.
When the correction amount for correcting the aberration due to the temperature change by the annular structure of the objective lens is not large, the thickness of the phase correction element increases from the optical axis toward the outer edge in the radial direction of the phase correction element. By forming the ring structure so that the thickness of the ring is increased, the number of ring zones formed on the phase correction element is minimized while maintaining the performance of correcting the aberration caused by the wavelength change by the ring structure formed on the phase correction element. To the limit.
本発明により、温度特性及び波長特性を共に向上することができ、より容易に製造できる。 According to the present invention, both the temperature characteristic and the wavelength characteristic can be improved, and the production can be facilitated.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
まず、本発明における輪帯構造による波面収差、球面収差の補正原理について説明する。
図1に、本実施形態にかかる対物レンズ17の一例を示す。図1に示すように、本実施形態にかかる対物レンズ17の少なくとも一方の表面には、同心の大きさの異なる複数の輪帯からなる輪帯構造が形成されている。また、本実施形態にかかる位相補正素子15の少なくとも一方の表面には、同様の輪帯構造が形成されている。
そして、各輪帯構造の隣り合う輪帯間には段差が形成されている。この段差により、隣り合う輪帯のそれぞれの輪帯を透過する光束間に位相差が生じる。
Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
First, the principle of correction of wavefront aberration and spherical aberration by the annular structure in the present invention will be described.
FIG. 1 shows an example of the
And the level | step difference is formed between the adjacent ring zones of each ring zone structure. Due to this level difference, a phase difference is generated between the light fluxes transmitted through the adjacent annular zones.
図2(a)に、隣り合う輪帯間の段差部分を拡大した断面図を示す。図2(a)では、紙面向かって左側の輪帯より右側の輪帯の方が低くなっており、当該輪帯間に段差量dを有する段差が形成されている。また、紙面下側のハッチングが付された部分の屈折率をN1、紙面上側の部分の屈折率をN0とする。また、左側の輪帯を透過する光束を光束Aとし、右側の輪帯を透過する光束を光束Bとする。また、光束A及び光束Bの波長をλとする。このとき、当該段差により光束Aと光束Bとの間に発生する波面収差をOPD(A−B)は、以下の数式(1)で表される。
また、図2(b)に、波面収差OPD(A−B)の位相成分と段差量dとの関係を表すグラフを示す。図2(b)において、縦軸が波面収差OPD(A−B)の位相成分を示し、横軸が段差量dを示す。なお、波面収差OPD(A−B)の位相成分の波長λの整数倍分のズレは、当該ズレがない場合と同等である。そのため、図2(b)において、波面収差OPD(A−B)の位相成分を、−0.5λから0.5λまでの範囲で示している。また、図2において、実線(状態1)は、設計状態における波面収差OPD(A−B)の位相成分を示し、破線(状態2)は、周囲温度や光束の波長などの周辺環境が変化した場合における波面収差OPD(A−B)の位相成分を示す。 FIG. 2B is a graph showing the relationship between the phase component of the wavefront aberration OPD (AB) and the step amount d. In FIG. 2B, the vertical axis represents the phase component of the wavefront aberration OPD (AB), and the horizontal axis represents the step amount d. Note that the deviation of the phase component of the wavefront aberration OPD (AB) by an integral multiple of the wavelength λ is equivalent to the case where there is no such deviation. Therefore, in FIG. 2B, the phase component of the wavefront aberration OPD (AB) is shown in a range from −0.5λ to 0.5λ. In FIG. 2, the solid line (state 1) indicates the phase component of the wavefront aberration OPD (AB) in the designed state, and the broken line (state 2) indicates that the surrounding environment such as the ambient temperature and the wavelength of the light flux has changed. The phase component of wavefront aberration OPD (AB) in the case is shown.
図2(b)に示すように、設計状態において発生する波面収差OPD(A−B)の位相成分と、周辺環境が変化した場合に発生する波面収差OPD(A−B)とは異なっている。また、図2(b)に示すように、d=d1のとき、設計状態における波面収差OPD(A−B)の位相成分は0であるのに対し、周辺環境が変化した場合におけるOPD(A−B)の位相成分は、δWとなっている。換言すれば、設計状態では波面収差を発生させず、周辺環境が変化した場合にのみ波面収差を発生させる段差量dがd1であることを示している。本発明では、設計状態では波面収差を発生させず、周辺環境が変化した場合にのみ、周辺環境の変化によって発生する波面収差を相殺する波面収差を発生させる段差量dを選ぶことにより、周辺環境の変化による収差の劣化の防止を図る。 As shown in FIG. 2B, the phase component of the wavefront aberration OPD (AB) generated in the design state is different from the wavefront aberration OPD (AB) generated when the surrounding environment changes. . As shown in FIG. 2B, when d = d1, the phase component of the wavefront aberration OPD (AB) in the designed state is 0, whereas the OPD (A The phase component of -B) is δW. In other words, no wavefront aberration is generated in the design state, and the step amount d that generates the wavefront aberration only when the surrounding environment changes is d1. In the present invention, the wavefront aberration is not generated in the design state, and only when the surrounding environment changes, the step amount d that generates the wavefront aberration that cancels the wavefront aberration caused by the change in the surrounding environment is selected. To prevent aberrations from deteriorating due to changes in angle.
図3に、温度変化又は波長変化によって生じる波面収差と、輪帯構造によって補正された波面収差とを示す。図3において、縦軸が波面収差を示し、横軸が光軸を中心とする光束径方向の半径位置を示している。また、図3において、破線が、温度変化又は波長変化によって生じる波面収差を示し、太い実線が、輪帯構造によって補正された波面収差を示し、細い実線が、輪帯構造によって発生させる波面収差を示している。
図3に示すように、輪帯構造によって階段状の波面収差を発生することにより、温度変化又は波長変化によって生じる球面収差を低減することができる。具体的には、例えば、半径R1、R2、R3、R4のぞれぞれの位置において、温度変化又は波長変化によって生じる球面収差を低減するために必要なδWを発生させる段差量dを有する段差を光学素子の表面に形成する。換言すれば、温度変化又は波長変化によって生じる球面収差を低減する波面収差δWを発生させ、且つ、設計状態において波面収差を発生させない段差量dを有する輪帯構造を光学素子の表面に形成することにより、光ピックアップ光学系1の温度特性又は波長特性を向上することができる。
FIG. 3 shows wavefront aberration caused by temperature change or wavelength change, and wavefront aberration corrected by the annular structure. In FIG. 3, the vertical axis indicates the wavefront aberration, and the horizontal axis indicates the radial position in the light beam radial direction centered on the optical axis. In FIG. 3, the broken line indicates wavefront aberration caused by temperature change or wavelength change, the thick solid line indicates wavefront aberration corrected by the annular structure, and the thin solid line indicates wavefront aberration generated by the annular structure. Show.
As shown in FIG. 3, spherical aberration caused by temperature change or wavelength change can be reduced by generating stepwise wavefront aberration by the annular structure. Specifically, for example, at each of the radii R1, R2, R3, and R4, a step having a step amount d that generates δW necessary to reduce spherical aberration caused by temperature change or wavelength change. Is formed on the surface of the optical element. In other words, an annular structure having a step amount d that generates a wavefront aberration δW that reduces spherical aberration caused by a temperature change or a wavelength change and that does not generate a wavefront aberration in a designed state is formed on the surface of the optical element. Thus, the temperature characteristic or wavelength characteristic of the optical pickup
図4に、波長変化によって生じるフォーカス位置ズレによって発生する波面収差と、輪帯構造によって補正された波面収差とを示す。図4において、縦軸が波面収差を示し、横軸が光軸を中心とする光束径方向の半径位置を示している。また、図4において、破線が、波長変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差を示し、太い実線が、輪帯構造によって補正された波面収差を示し、細い実線が、輪帯構造によって発生させる波面収差を示している。
図4に示すように、輪帯構造によって階段状の波面収差を発生することにより、波長変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差を低減することができる。具体的には、例えば、半径R1、R2、R3、R4のぞれぞれの位置において、波長変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差を低減するために必要なδWを発生させる段差量dを有する段差を光学素子の表面に形成する。換言すれば、波長変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差を低減する波面収差δWを発生させ、且つ、設計状態において波面収差を発生させない段差量dを有する輪帯構造を光学素子の表面に形成することにより、光ピックアップ光学系1の波長特性を向上することができる。
FIG. 4 shows wavefront aberration caused by focus position shift caused by wavelength change and wavefront aberration corrected by the annular structure. In FIG. 4, the vertical axis indicates the wavefront aberration, and the horizontal axis indicates the radial position in the light beam radial direction centered on the optical axis. In FIG. 4, the broken line indicates the wavefront aberration generated by the focus position shift accompanying the wavelength change, the thick solid line indicates the wavefront aberration corrected by the annular structure, and the thin solid line is generated by the annular structure. Wavefront aberration is shown.
As shown in FIG. 4, by generating a stepped wavefront aberration by the annular structure, it is possible to reduce the wavefront aberration generated by the focus position shift accompanying the wavelength change. Specifically, for example, at each of the radii R1, R2, R3, and R4, the step amount d that generates δW necessary to reduce the wavefront aberration caused by the focus position shift accompanying the wavelength change. Is formed on the surface of the optical element. In other words, an annular structure having a step amount d that generates a wavefront aberration δW that reduces wavefront aberration caused by a focus position shift accompanying a wavelength change and that does not generate a wavefront aberration in the design state is formed on the surface of the optical element. By forming, the wavelength characteristic of the optical pickup
本発明にかかる実施形態では、対物レンズ17の一方の表面に、図3に示すように、温度変化によって生じる球面収差を低減する波面収差を発生させる輪帯構造を形成する。また、位相補正素子15の一方の表面に、図3に示すように、波長変化によって生じる球面収差を低減する波面収差を発生させるとともに、図4に示すように、波長変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差を低減する輪帯構造を形成する。これにより、光ピックアップ光学系1の温度特性及び波長特性を共に向上することができる。
上述のように、対物レンズの一方の表面に温度補正用の輪帯構造を形成し、カップリングレンズの一方の表面に波長補正用の輪帯構造を形成すると、光ピックアップ光学系の温度特性が劣化してしまう。しかし、本実施形態にかかる光ピックアップ光学系1では、対物レンズの一方の表面に温度補正用の輪帯構造を形成し、位相補正素子の一方の表面に波長補正用の輪帯構造を形成するため、光ピックアップ光学系1の温度特性及び波長特性を共に向上させることができる。
In the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 3, an annular structure for generating wavefront aberration for reducing spherical aberration caused by temperature change is formed on one surface of the
As described above, when an annular structure for temperature correction is formed on one surface of the objective lens and an annular structure for wavelength correction is formed on one surface of the coupling lens, the temperature characteristics of the optical pickup optical system are increased. It will deteriorate. However, in the optical pickup
また、本実施形態にかかる位相補正素子15は、ガラス製である。これにより、温度変化によって、位相補正素子15の表面に形成した輪帯構造によって生じる波面収差を小さくすることができる。したがって、位相補正素子15に輪帯構造を形成しても、温度変化によって生じる球面収差の劣化を助長しない。そのため、光ピックアップ光学系1の温度特性を劣化させない。
The
また、本実施形態にかかるカップリングレンズ14は、プラスティック製である。これにより、温度変化によって対物レンズにおいて発生する球面収差を低減することができる。具体的には、温度が上昇した場合、プラスティックの屈折率は小さくなる。そのため、対物レンズ17の屈折力は小さくなる。したがって、温度が上昇した場合、プラスティック製である対物レンズ17において、球面収差がプラス方向に発生する。一方、カップリングレンズ14から出射される光束は温度上昇前に比べてより発散した光束となる。そして、発散した光束が対物レンズ17に入射すると、対物レンズ17において、球面収差がマイナス方向に発生する。したがって、カップリングレンズ14を温度変化による屈折率変化の大きいプラスティックにより形成することにより、対物レンズ17において温度変化によって発生する球面収差を相殺することができる。
カップリングレンズがガラス製である場合、温度変化による屈折率変化量は小さい。また、カップリングレンズがガラス製である場合、温度が上昇すると、屈折率が増加する場合もある。したがって、カップリングレンズがガラス製である場合、カップリングレンズの出射光束の発散度合いが温度変化によって変化する量は小さい。そのため、当該光束が対物レンズに入射した場合に、対物レンズで発生する球面収差も小さくなる。そのため、カップリングレンズがガラス製である場合、プラスティック製の対物レンズにおいて温度変化によって発生する球面収差の相殺効果は小さくなってしまう。
Further, the
When the coupling lens is made of glass, the amount of change in refractive index due to temperature change is small. Further, when the coupling lens is made of glass, the refractive index may increase as the temperature rises. Therefore, when the coupling lens is made of glass, the amount by which the degree of divergence of the emitted light beam from the coupling lens changes due to temperature change is small. For this reason, when the light beam enters the objective lens, the spherical aberration generated in the objective lens is also reduced. For this reason, when the coupling lens is made of glass, the effect of canceling out spherical aberration caused by a temperature change in the plastic objective lens is reduced.
次に、本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系1について説明する。図5は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系1の一例を示したものである。光ピックアップ光学系1は、レーザ光源11(レーザ光源)、ビームスプリッタ12、1/4波長板13、カップリングレンズ14、位相補正素子15、絞り16、対物レンズ17、光検出器18等を備えている。なお、本実施形態では、光ディスク19(光情報記録媒体)としてBD(ブルーレイ)を用いた。
Next, the optical pickup
レーザ光源11は、400nm程度の光束を出射する青紫色半導体レーザ等を備えている。
The
レーザ光源11から出射されたレーザ光(光束)の光路上にビームスプリッタ12が設けられている。また、ビームスプリッタ12より出射したレーザ光の光路上に、1/4波長板13が設けられている。そして、レーザ光源11から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ12及び1/4波長板13を透過することにより、円偏光に変換される。
A
1/4波長板13から出射されたレーザ光の光路上にカップリングレンズ14が設けられている。カップリングレンズ14は、1/4波長板13から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。また、カップリングレンズ14は、プラスティック素材から形成されている。
A
カップリングレンズ14から出射されたレーザ光の光路上に位相補正素子15が設けられている。位相補正素子15の側面図を図6(a)に示す。図6(a)に示すように、位相補正素子15の少なくとも一方の面には、位相補正素子15の光軸を同心とする大きさの異なる複数の輪帯からなる輪帯構造が形成されている。
また、輪帯構造の隣り合う輪帯間には段差が形成されている。換言すれば、位相補正素子15の少なくとも一方の面は、複数の段差により、位相補正素子15の光軸を同心とする複数の輪帯領域に分割されている。また、位相補正素子15は、ガラス素材から形成されている。
A
Further, a step is formed between adjacent annular zones of the annular zone structure. In other words, at least one surface of the
そして、位相補正素子15に形成された段差の段差量は、通常時(レーザ光の波長が変化していない場合)に透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯領域相互に波長単位で異なるように設定されている。即ち、位相補正素子15に形成された段差の段差量は、通常時のレーザ光の波長の略整数倍となっている。また、位相補正素子15に形成された段差は、当該位相補正素子15を透過する光束に、レーザ光源11から出射されるレーザ光の波長の変化によって発生する球面収差、及びレーザ光の波長の変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させる段差量を有している。したがって、位相補正素子15は、カップリングレンズ14から出射されたレーザ光に、レーザ光の波長の変化によって発生する球面収差、及びレーザ光の波長の変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差を低減するような位相差を与えて、出射する。
The amount of the step formed in the
位相補正素子15から出射されたレーザ光の光路上に絞り16が設けられている。また絞り16を透過したレーザ光の光路上に対物レンズ17が設けられている。
対物レンズ17は、入射された光を光ディスク(BD)19の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。対物レンズ17は、さらに、光ディスク19の情報記録面で反射されたレーザ光を光検出器18に導く機能も有する。
対物レンズ17の側面図を図6(b)に示す。図6(b)に示すように、対物レンズ17の少なくとも一方の面には、対物レンズ17の光軸を同心とする大きさの異なる複数の輪帯からなる輪帯構造が形成されている。
また、輪帯構造の隣り合う輪帯間には段差が形成されている。換言すれば、対物レンズ17の少なくとも一方の面は、複数の段差により、対物レンズ17の光軸を同心とする複数の輪帯領域に分割されている。また、対物レンズ17は、プラスティック素材から形成されている。
A
The
A side view of the
Further, a step is formed between adjacent annular zones of the annular zone structure. In other words, at least one surface of the
そして、対物レンズ17に形成された複数の段差の段差量は、通常時(周囲温度が変化していない場合)に透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯領域相互に波長単位で異なるように設定されている。即ち、対物レンズ17に形成された段差の段差量は、通常時のレーザ光の波長の略整数倍となっている。また、対物レンズ17に形成された複数の段差は、対物レンズ17を透過する光束に、周囲の温度の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させる段差量を有する。したがって、対物レンズ17は、絞り16を通過したレーザ光に、周囲の温度の変化によって発生する球面収差を低減するような位相差を与えて、出射する。
The step amounts of the plurality of steps formed on the
フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、対物レンズ17が図示されないアクチュエータにより動作する。
At the time of focus servo and tracking servo, the
次に、レーザ光源11から出射されたレーザ光が光ディスク19の情報記録面で反射され光検出器18に検出されるまでの挙動について説明する。レーザ光源11から出射されたレーザ光はビームスプリッタ12及び1/4波長板13を透過してカップリングレンズ14に入射する。
Next, the behavior until the laser beam emitted from the
カップリングレンズ14は、レーザ光源11から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。
The
カップリングレンズ14を透過したレーザ光は、位相補正素子15に入射される。ここで、本実施の形態においては、レーザ光の波長が変化した場合、この位相補正素子15に設けられた複数の段差は、レーザ光の波長の変化によって発生する収差を低減するようにレーザ光の位相を補正する。
The laser light that has passed through the
次いで、位相補正素子15を透過したレーザ光は、絞り16を通過した後、対物レンズ17に入射される。ここで、本実施の形態においては、周囲の温度が変化した場合、この対物レンズ17に設けられた複数の段差は、周囲の温度の変化によって発生する収差を低減するようにレーザ光の位相を補正する。そして、対物レンズ17は、補正後のレーザ光を光ディスク19の情報記録面に回折限界近くまで集光させる。光ディスク19の情報記録面で反射されたレーザ光は、対物レンズ17を介して光検出器18に入射し、検出される。光検出器18は、当該レーザ光を検出し、光電変換して出力信号を出力する。そして、光検出器18の出力信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号、再生信号などを生成する。また、当該フォーカスエラー信号、トラックエラー信号、再生信号などを用いて光ディスク19の記録及び/又は再生を行う。
Next, the laser light transmitted through the
次に、本発明の実施の形態にかかる位相補正素子15について詳細に説明する。本実施形態では、位相補正素子15の光ディスク19側の面に、上述した複数の段差を設ける。そして、複数の段差の段差量は、通常時(レーザ光の波長が変化していない場合)において透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯領域相互に波長単位で異なるように設定されている。また、位相補正素子15の段差は、レーザ光の波長が変化した場合に、レーザ光の波長の変化によって生じる収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。
Next, the
すなわち、通常時にレーザ光が位相補正素子15に入射する場合、各輪帯領域を透過したレーザ光の位相は相互に波長の整数倍だけ異なる。従って、通常時には、異なる輪帯領域を透過したレーザ光には位相差が発生しない。そのため、位相補正素子15に入射したレーザ光は、同一位相のまま、出射する。従って、通常時において、位相補正素子15から出射されるレーザ光の収差は、段差が形成されていない位相補正素子から出射されるレーザ光の収差と略同じとなる。
That is, when the laser beam is incident on the
他方、レーザ光の波長が変化し、波長が変化したレーザ光が位相補正素子15に入射する場合、各輪帯領域を透過したレーザ光の位相の違いは波長の整数倍とならない。従って、波長が変化した場合には、異なる輪帯領域を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、本発明においては、当該位相差は、レーザ光の波長の変化によって発生する収差を低減するような大きさとなっている。そのため、レーザ光の波長が変化した場合、従来では対物レンズにより集光されるレーザ光の収差が増大してしまうが、本発明においては、位相補正素子15の各輪帯領域を透過したレーザ光の位相差により、レーザ光の波長の変化に伴う収差の増大が抑制される。そして、対物レンズ17より出射したレーザ光は、光ディスク19の情報記録面に良好に集光する。
On the other hand, when the wavelength of the laser light changes and the laser light having the changed wavelength enters the
次に、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ17について詳細に説明する。本実施形態では、対物レンズ17のレーザ光源11側の面に、上述した複数の段差を設ける。そして、複数の段差の段差量は、通常時(周囲温度が変化していない場合)において透過したレーザ光の位相が隣接する輪帯領域相互に波長単位で異なるように設定されている。また、対物レンズ17の段差は、周囲温度が変化した場合に周囲温度の変化によって生じる収差を低減するようにレーザ光に位相差を発生させる段差量を有する。
Next, the
すなわち、通常時にレーザ光が対物レンズ17に入射する場合、各輪帯領域を透過したレーザ光の位相は相互に波長の整数倍だけ異なる。従って、通常時には、異なる輪帯領域を透過したレーザ光には位相差が発生しない。そのため、対物レンズ17に入射したレーザ光は、同一位相のまま、出射する。従って、通常時において、対物レンズ17から出射されるレーザ光の収差は、段差が形成されていない対物レンズから出射されるレーザ光の収差と略同じとなる。
That is, when the laser light is normally incident on the
他方、周囲温度が変化し、波長が変化したレーザ光が対物レンズ17に入射する場合、各輪帯領域を透過したレーザ光の位相の違いは波長の整数倍とならない。従って、波長が変化した場合には、異なる輪帯領域を透過したレーザ光に位相差が発生する。そして、本発明においては、当該位相差は、周囲温度の変化によって発生する収差を低減するような大きさとなっている。そのため、周囲温度が変化した場合、従来では対物レンズにより集光されるレーザ光の収差が増大してしまうが、本発明においては、対物レンズ17の各輪帯領域を透過したレーザ光の位相差により、周囲温度の変化に伴う収差の増大が抑制される。そして、対物レンズ17より出射したレーザ光は、光ディスク19の情報記録面に良好に集光する。
On the other hand, when the ambient temperature changes and the laser light whose wavelength has changed enters the
また、図6(b)に示すように、対物レンズ17に形成された輪帯構造は、対物レンズ17の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、対物レンズのレンズ厚みが薄くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、対物レンズのレンズ厚みが厚くなるように形成されている。換言すれば、対物レンズ17の入射面の形状が、対物レンズ17の中央部分において凸形状となり、当該中央部分の外側の外縁部分において凹形状となるように、対物レンズ17の輪帯構造は形成されている。これにより、温度変化に起因する収差を対物レンズ17に形成した輪帯構造によって補正する性能を保ちつつ、対物レンズ17に形成する輪帯数を最小限に抑えることができる。
In addition, as shown in FIG. 6B, the annular structure formed in the
また、図6(a)に示すように、位相補正素子15に形成された輪帯構造は、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが薄くなるように形成されている。換言すれば、位相補正素子15の出射面の形状が、位相補正素子15の中央部分において凹形状となり、当該中央部分の外側の外縁部分において凸形状となるように、位相補正素子15の輪帯構造は形成されている。
一般に、温度変化に起因する収差を対物レンズ17の輪帯構造によって補正する場合に、当該対物レンズ17の輪帯構造による補正量を大きくすると、対物レンズ17に形成する輪帯構造全体の段差量が増加する。これにより、対物レンズ17に形成した輪帯構造によって、波長変化によって生じる波面収差が増大してしまう。ここで、位相補正素子15に、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、位相補性素子15の厚みが薄くなるように、輪帯構造を形成すると、温度変化に起因する収差を対物レンズ17の輪帯構造によって補正する場合に、当該対物レンズ17の輪帯構造による補正量を大きくすることによって悪化した波長特性を補償することができる。
Further, as shown in FIG. 6A, in the annular structure formed in the
In general, when the aberration due to the temperature change is corrected by the annular structure of the
なお、図6(c)に示すように、位相補正素子15に形成された輪帯構造は、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなるように形成されてもよい。換言すれば、位相補正素子15の出射面の形状が凹形状となるように、位相補正素子15の輪帯構造は形成されてもよい。
温度変化に起因する収差を対物レンズ17の輪帯構造によって補正する補正量が大きくない場合には、位相補正素子15に、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなるように、輪帯構造を形成することにより、波長変化に起因する収差を位相補正素子15に形成した輪帯構造によって補正する性能を保ちつつ、位相補正素子15に形成する輪帯数を最小限に抑えることができる。
As shown in FIG. 6C, in the annular structure formed in the
When the correction amount for correcting the aberration due to the temperature change by the annular structure of the
このように構成された本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系1によれば、対物レンズ17の少なくとも一方の面に形成された輪帯構造により、対物レンズ17を透過する光束に、周囲の温度の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させることができる。さらに、位相補正素子15の少なくとも一方の面に輪帯構造により、位相補正素子15を透過する光束に、レーザ光源11から出射されるレーザ光の波長の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させることができる。したがって、対物レンズ17に形成した輪帯構造により温度特性の向上を図ることができ、位相補正素子15に形成した輪帯構造により波長特性の向上を図ることができる。また、対物レンズ17に温度特性を向上させる輪帯構造を形成し、カップリングレンズ14に波長特性を向上させる輪帯構造を形成した場合、温度特性が劣化してしまうが、本発明では、温度特性を犠牲にすることなく、温度特性及び波長特性共に向上させることができる。
また、対物レンズ17がプラスティック製であるため、より容易に製造できる。
According to the optical pickup
Further, since the
また、カップリングレンズ14はプラスティック製であり、位相補正素子15はガラス製である。
カップリングレンズ14がプラスティック製であると、周囲温度が変化した場合に、周囲温度の変化によってカップリングレンズ14において発生する収差が、周囲温度の変化によって対物レンズ17において発生する収差を低減することができる。
また、位相補正素子15がガラス製であると、周囲温度の変化によって位相補正素子15において発生する収差が小さいため、光ピックアップ光学系1の温度特性を劣化することがない。
The
When the
If the
また、対物レンズ17に形成された輪帯構造は、対物レンズ17の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、対物レンズ17のレンズ厚みが薄くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、対物レンズ17のレンズ厚みが厚くなるように形成されている。
これにより、温度変化に起因する収差を対物レンズ17に形成した輪帯構造によって補正する性能を保ちつつ、対物レンズ17に形成する輪帯数を最小限に抑えることができる。
Further, the annular structure formed in the
Thereby, the number of ring zones formed on the
さらに、また、位相補正素子15に形成された輪帯構造は、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、位相補性素子15の厚みが薄くなるように形成されていることが好ましい。
一般に、温度変化に起因する収差を対物レンズ17の輪帯構造によって補正する場合に、当該対物レンズ17の輪帯構造による補正量を大きくすると、対物レンズ17に形成する輪帯構造全体の段差量が増加する。これにより、対物レンズ17に形成した輪帯構造によって、波長変化によって生じる波面収差が増大してしまう。ここで、位相補正素子15に、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなり、且つ、さらに外縁側に向かうにつれて、位相補性素子15の厚みが薄くなるように、輪帯構造を形成すると、温度変化に起因する収差を対物レンズ17の輪帯構造によって補正する場合に、当該対物レンズ17の輪帯構造による補正量を大きくすることによって悪化した波長特性を補償することができる。
Furthermore, in the annular structure formed in the
In general, when the aberration due to the temperature change is corrected by the annular structure of the
また、位相補正素子15に形成された輪帯構造は、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなるように形成されていてもよい。
温度変化に起因する収差を対物レンズ17の輪帯構造によって補正する補正量が大きくない場合には、位相補正素子15に、位相補正素子15の径方向において光軸から外縁に向かうにつれて、位相補正素子15の厚みが厚くなるように、輪帯構造を形成することにより、波長変化に起因する収差を位相補正素子15に形成した輪帯構造によって補正する性能を保ちつつ、位相補正素子15に形成する輪帯数を最小限に抑えることができる。
Further, the annular structure formed in the
When the correction amount for correcting the aberration due to the temperature change by the annular structure of the
[実施例1]
次に、本発明にかかる実施例1について説明する。図7に示す表に、実施例1にかかるピックアップ光学系1の設計データを示す。図7に示す表において、面番号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9は、それぞれ、レーザ光源11の出射面、カップリング14の入射面、カップリングレンズ14の出射面、位相補正素子15の入射面、位相補正素子15の出射面、絞り16の絞り面、対物レンズ17の入射面、対物レンズ17の出射面、光ディスク19の保護層の面、光ディスク19の情報記録面である。そして、図7では、各面における曲率半径R、次の面までの面間距離、材質、屈折率(設計条件)、備考を示している。
[Example 1]
Next, Example 1 according to the present invention will be described. The table shown in FIG. 7 shows design data of the pickup
実施例1にかかる光ピックアップ光学系1の設計波長は405nm、設計温度は25℃である。また、対物レンズ17の焦点距離は1.41mm、対物レンズ17の開口数は0.85、対物レンズ17の入射光束径は2.4mmである。また、カップリングレンズ14の焦点距離は15.51mmである。
The optical pickup
実施例1にかかる光ピックアップ光学系1では、図7に示すように、カップリングレンズ14をプラスティックにより形成した。また、カップリングレンズ14の入射面は、曲率半径Rが8.0745mmである単一非球面形状を有する。また、カップリングレンズ14の出射面の曲率半径Rは無限大であり、略平面となっている。
In the optical pickup
また、実施例1にかかる光ピックアップ光学系1では、図7に示すように、位相補正素子15をガラスにより形成した。また、位相補正素子15の入射面は、略平面となっている。また、位相補正素子15の出射面には、輪帯構造が形成されている。
Further, in the optical pickup
また、実施例1にかかる光ピックアップ光学系1では、図7に示すように、対物レンズ17をプラスティックにより形成した。また、対物レンズ17の入射面は、輪帯構造が形成された非球面形状を有している。また、位相補正素子15の出射面は、曲率半径Rが−1.4515mmである単一非球面形状を有している。
Further, in the optical pickup
図8に示す表に、カップリングレンズ14の非球面係数、曲率などを示す。図8に示す係数は後述する数式(2)で用いられる。従って、実施例1にかかるカップリングレンズ14の入射面の面形状は、図8に示す係数と数式(2)により規定される。
そして、数式(2)と図8に示す係数の値とにより、実施例1にかかるカップリングレンズ14の入射面の面形状が規定される。
The table shown in FIG. 8 shows the aspheric coefficient, curvature, etc. of the
The surface shape of the incident surface of the
図9に示す表に、対物レンズ17の入射面に形成された輪帯構造の輪帯位置、段差量を示す。内側輪帯位置とは、各輪帯領域の内側の縁部の半径方向における位置である。また、外側輪帯位置とは、各輪帯領域の外側の縁部の半径方向における位置である。また、各輪帯位置は、半径方向における光軸からの位置である。
また、図10に示す表に、対物レンズ17の非球面係数、曲率などを示す。
図9、図10に示すように、対物レンズ17の入射面には、複数の輪帯が形成されており、各輪帯はそれぞれ異なる非球面形状を有している。そして、各輪帯の非球面形状は、図10に示す各輪帯の非球面係数、曲率、コーニック係数と数式(2)により規定される。
また、対物レンズ17の出射面は、単一の非球面形状を有している。対物レンズ17の出射面の非球面形状は、図10に示す出射面の非球面係数、曲率、コーニック係数と数式(2)により規定される。
The table shown in FIG. 9 shows the annular zone position and the level difference of the annular zone formed on the incident surface of the
In addition, the table shown in FIG. 10 shows the aspheric coefficient, curvature, etc. of the
As shown in FIGS. 9 and 10, a plurality of annular zones are formed on the incident surface of the
The exit surface of the
また、対物レンズ17の入射面に形成された輪帯構造では、第1輪帯(輪帯No.1)から第7輪帯(輪帯No.7)まで段差量が大きくなり、第7輪帯で段差量が最大となった後、第7輪帯から第16輪帯(輪帯No.16)まで減少している。なお、本実施形態において、プラスの段差量を有する段差はレーザ光源11から光ディスク19に向かう方向に作られ、マイナスの段差量を有する段差は光ディスク19からレーザ光源11に向かう方向に作られる。したがって、対物レンズ17の入射面の形状が、対物レンズ17の中央部分において凸形状となり、当該中央部分の外側の外縁部分において凹形状となるように、対物レンズ17の入射面に輪帯構造が形成されている。これにより、温度変化に起因する収差を対物レンズ17に形成した輪帯構造によって補正する性能を保ちつつ、対物レンズ17に形成する輪帯数を最小限に抑えることができる。
Further, in the annular structure formed on the entrance surface of the
図11に示す表に、位相補正素子15の出射面に形成された輪帯構造の輪帯位置と段差量とを示す。
図11に示すように、位相補正素子15の出射面に形成された輪帯構造では、第1輪帯(輪帯No.1)から第13輪帯(輪帯No.13)まで段差量が大きくなり、第13輪帯で段差量が最大となった後、第13輪帯から第17輪帯(輪帯No.17)まで段差量が減少している。換言すれば、位相補正素子15の出射面の形状が、位相補正素子15の中央部分において凹形状となり、当該中央部分の外側の外縁部分において凸形状となるように、位相補正素子15の出射面に輪帯構造が形成されている。
The table shown in FIG. 11 shows the zone position and the step amount of the zone structure formed on the exit surface of the
As shown in FIG. 11, in the annular structure formed on the emission surface of the
対物レンズ17に温度補正用の輪帯構造を形成した場合に、レーザ光の波長が変化すると、波長変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差の他に、対物レンズ17に形成した輪帯構造によっても波面収差が生じる。そのため、対物レンズ17に温度補正用の輪帯構造を形成すると、波面収差が増大してしまう。そして、位相補正素子15の出射面の形状が、位相補正素子15の中央部分において凹形状となり、当該中央部分の外側の外縁部分において凸形状となるように、位相補正素子15の出射面に形成された輪帯構造により、対物レンズ17に温度補正用の輪帯構造を形成することによって増大した波面収差を補正することができる。
In the case where an annular structure for temperature correction is formed on the
対物レンズ17に温度補正用の輪帯構造を形成しない場合、レーザ光の波長変化によって生じる波面収差は、フォーカス位置ズレによって発生する波面収差のみとなる。また、対物レンズ17に形成した輪帯構造による温度補正範囲が比較的狭い場合に、レーザ光の波長が変化しても、当該輪帯構造によって発生する波面収差は比較的小さい。そのため、当該輪帯構造によって発生する波面収差よりもフォーカス位置ズレによって発生する波面収差の方が支配的となる。この場合には、第1輪帯から最外周の輪帯まで、段差量が単純に増加又は減少するように、輪帯構造が形成されてもよい。
When the temperature correction ring zone structure is not formed in the
また、実施例1にかかる位相補正素子15に形成される各輪帯の面形状は平面となっているが、本発明の範囲はこれに限られない。例えば、本発明にかかる位相補正素子15に形成される各輪帯の面形状は、球面や非球面であってもよい。位相補正素子15に形成される各輪帯の面形状を球面や非球面とすることにより、各輪帯を透過した光束の波面収差をさらに精度良く制御することができる。
Moreover, although the surface shape of each annular zone formed in the
図12に、設計状態において光ピックアップ光学系1で発生する波面収差を示す。図12において、縦軸が波面収差を示し、横軸が規格化光線高さを示す。規格化光線高さとは、対物レンズ17の有効径によって規格化した、光軸からの光線の高さである。図12に示すように、設計状態において発生するTOTAL波面収差値は0.0093λrmsである。したがって、光ピックアップ光学系の波面収差量の評価指標であるマレシャル基準値0.07λrmsに比べて小さい。すなわち、設計状態において実施例1にかかる光ピックアップ光学系1で発生する波面収差値は、良好な値となっている。
FIG. 12 shows wavefront aberrations that occur in the optical pickup
図13に、モードホップ現象によりレーザ光源11の波長が設計波長405nmから+1nm変化した場合に発生する波面収差を示す。図13において、縦軸が波面収差を示し、横軸が規格化光線高さを示す。また、図13(a)は、実施例1にかかる位相補正素子15を用いた場合の波面収差を示す。図13(b)は、実施例1にかかる位相補正素子15の代わりに、輪帯構造を有さない位相補正素子を用いた場合の波面収差を示す。図13に示す波面収差は、設計波長のフォーカス位置における波面収差であり、フォーカス位置ズレに伴う波面収差を含む。
FIG. 13 shows the wavefront aberration that occurs when the wavelength of the
図13(a)に示す波面収差のTOTAL波面収差値は、0.0122λrmsであり、図13(b)に示す波面収差のTOTAL波面収差値は、0.1055λrmsである。なお、図13(a)に示す波面収差のTOTAL波面収差値のうち、対物レンズ17に温度補正用の輪帯構造を形成することによって発生する球面収差量が−0.0021λrmsであり、図13(b)に示す波面収差のTOTAL波面収差値のうち、対物レンズ17に温度補正用の輪帯構造を形成することによって発生する球面収差量が0.0492λrmsである。したがって、輪帯構造が形成された位相補正素子15を用いることにより、対物レンズ17に温度補正用の輪帯構造を形成することによって、レーザ光の波長が変化した場合に発生する球面収差と、レーザ光の波長変化に伴うフォーカス位置ズレによって発生する波面収差の双方が良好に補正されている。
The TOTAL wavefront aberration value of the wavefront aberration shown in FIG. 13A is 0.0122 λrms, and the TOTAL wavefront aberration value of the wavefront aberration shown in FIG. 13B is 0.1055 λrms. Of the TOTAL wavefront aberration values of the wavefront aberration shown in FIG. 13 (a), the amount of spherical aberration generated by forming the temperature correction ring zone structure on the
また、実施例1にかかる位相補正素子15を用いた場合、レーザ光の波長が設計波長405nmから+1nm変化することによって生じるフォーカス位置ズレ量は0.015μm/nmである。一方、実施例1にかかる位相補正素子15の代わりに、輪帯構造を有さない位相補正素子を用いた場合、レーザ光の波長が設計波長405nmから+1nm変化することによって生じるフォーカス位置ズレ量は0.283μm/nmである。したがって、実施例1にかかる位相補正素子15を用いることにより、波長変化によって生じるフォーカス位置ズレも改善されている。なお、ここでのフォーカス位置とは、波面収差量が最小となるフォーカス位置であり、近軸のフォーカス位置とは異なる。
Further, when the
また、図13(a)及び図13(b)における近軸色収差を計算すると、共に、約0.223μm/nmであり、ほぼ同じである。したがって、位相補正素子15に形成した輪帯構造は、近軸色収差の補正効果を有していない。即ち、位相補正素子15に形成した輪帯構造は、回折構造ではない。
なお、レーザ光の波長が設計波長405nmから+1nm変化した場合における、カップリングレンズ14及び対物レンズ17に用いたプラスティックの屈折率変化量Δn/Δλは−1.54×10−4であり、位相補正素子15に用いたガラスの屈折率変化量Δn/Δλは−3.40×10−6であり、光ディスク19の保護層に用いたプラスティックの屈折率変化量Δn/Δλは−4.14×10−4である。
Further, the paraxial chromatic aberration in FIGS. 13A and 13B is calculated to be about 0.223 μm / nm, which is almost the same. Therefore, the annular structure formed in the
In addition, when the wavelength of the laser beam changes from the design wavelength 405 nm to +1 nm, the refractive index change amount Δn / Δλ of the plastic used for the
図14に、光ピックアップ光学系1の使用温度が設計温度より+30℃変化した場合に、光ピックアップ光学系1において発生する波面収差を示す。図14において、縦軸が波面収差を示し、横軸が規格化光線高さを示す。また、図14(a)は、実施例1にかかる位相補正素子15を用いた場合の波面収差を示す。図14(b)は、実施例1にかかる位相補正素子15の代わりに、プラスティック製の位相補正素子を用いた場合の波面収差を示す。
図14(a)に示す波面収差のTOTAL波面収差値は、0.0143λrmsであり、図14(b)に示す波面収差のTOTAL波面収差値は、0.0887λrmsである。したがって、ガラス製の位相補正素子15を用いることにより、温度変化によって位相補正素子15において発生する波面収差を低減することができる。なお、温度が+1℃変化した場合における、カップリングレンズ14及び対物レンズ17及び図14(b)の位相補正素子に用いたプラスティックの屈折率変化量Δn/ΔTは−1.00×10−4であり、位相補正素子15に用いたガラスの屈折率変化量Δn/ΔTは−3.50×10−6であり、光ディスク19の保護層に用いたプラスティックの屈折率変化量Δn/ΔTは−1.00×10−4である。
FIG. 14 shows wavefront aberrations that occur in the optical pickup
The TOTAL wavefront aberration value of the wavefront aberration shown in FIG. 14A is 0.0143 λrms, and the TOTAL wavefront aberration value of the wavefront aberration shown in FIG. 14B is 0.0887 λrms. Therefore, by using the
また、実施例1にかかる光ピックアップ光学系1において、プラスティック製のカップリングレンズ14の代わりに、ガラス製のカップリングレンズを用いた場合、温度が設計温度から+30℃変化することによって生じる波面収差のTOTAL波面収差値は、0.0239λrmsである。一方、図14(b)に示すように、プラスティック製のカップリングレンズ14を用いる場合、温度が設計温度から+30℃変化することによって生じる波面収差のTOTAL波面収差値は、0.0143λrmsである。したがって、プラスティック製のカップリングレンズ14の代わりに、ガラス製のカップリングレンズを用いると、温度特性が悪化してしまう。すなわち、プラスティック製のカップリングレンズ14を用いた方が温度変化によって発生する収差を補正するのに好ましい。なお、温度が+1℃変化した場合における、カップリングレンズに用いたガラスの屈折率変化量Δn/ΔTは−1.00×10−6である。
Further, in the optical pickup
1 光ピックアップ光学系
11 レーザ光源
14 カップリングレンズ
15 位相補正素子
17 対物レンズ
19 光ディスク(光情報記録媒体)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
開口数0.85以上のプラスティック製の対物レンズと、
前記レーザ光源からの光束の発散角を調整するカップリングレンズと、
前記対物レンズと前記カップリングレンズとの間に配設される位相補正素子と、
を有し、
前記対物レンズと前記位相補正素子とは、少なくとも一方の面に、同心の大きさの異なる複数の輪帯からなる輪帯構造が形成されており、
前記輪帯構造の隣り合う前記輪帯間には段差が形成されており、
前記対物レンズに形成された前記段差は、前記対物レンズを透過する光束に、周囲の温度の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させる段差量を有し、
前記位相補正素子に形成された前記段差は、前記位相補正素子を透過する光束に、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の変化によって発生する波面収差を低減するような位相差を発生させる段差量を有する光ピックアップ光学系。 An optical pickup optical system for condensing a light beam from a laser light source on an optical information recording medium,
A plastic objective lens having a numerical aperture of 0.85 or more;
A coupling lens for adjusting the divergence angle of the light beam from the laser light source;
A phase correction element disposed between the objective lens and the coupling lens;
Have
The objective lens and the phase correction element have an annular structure formed of a plurality of annular zones having different concentric sizes on at least one surface,
A step is formed between the annular zones adjacent to each other,
The step formed on the objective lens has a step amount that generates a phase difference that reduces wavefront aberration caused by a change in ambient temperature in the light beam transmitted through the objective lens,
The step formed in the phase correction element generates a phase difference that reduces wavefront aberration caused by a change in the wavelength of the laser light emitted from the laser light source in the light beam transmitted through the phase correction element. An optical pickup optical system having a step amount.
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