JP2010157315A

JP2010157315A - 非球面レンズ及びそれを対物レンズとして採用した光ピックアップ

Info

Publication number: JP2010157315A
Application number: JP2009298375A
Authority: JP
Inventors: Bong-Gi Kim; 鳳基金; Ichiro Morishita; 一郎森下; Soo-Han Park; 壽韓朴; Chugen Jo; 仲彦徐
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2010-07-15
Also published as: US20100165821A1; EP2202544A1; CN101793984A; KR20100076784A; US8194522B2

Abstract

【課題】非球面レンズ及びそれを対物レンズとして採用した光ピックアップを提供する。
【解決手段】非球面レンズは、少なくとも１つの非球面レンズ面を備え、非球面レンズ面は、傾斜角が６５°以下である。非球面レンズ面は、

（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）の非球面式を適用して形成されうる。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報記録媒体に／から情報を記録／再生する光情報記録媒体システムの光ピックアップの対物レンズとして用いられる非球面レンズ及びそれを対物レンズとして採用した光ピックアップに関する。

光学式情報記録媒体を採用する光情報記録媒体システムでは、情報記録媒体上に光をフォーカシングするために、非球面単一対物レンズが一般的に使われる。

情報記録媒体、例えば、光ディスクの記憶容量を決定する最も大きな要因は、光スポットの大きさである。光スポットが小さいほど、小さなマークまたはピットを記録／再生することができて、記憶密度を高めうる。

光スポットの大きさを縮めるためには、青色レーザーのような短波長光源と高い開口数（ＮＡ：ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）の対物レンズの採用が必須である。実際に、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ）規格の場合、約４０５ｎｍ波長の青色光を使用し、対物レンズのＮＡ値は０．８５である。

このように使用光の波長が短くなり、ＮＡ値が高まれば、光学系は多様な収差に対して脆弱になる。

このような高密度情報記録媒体のために、高開口数を有する非球面単一対物レンズの使用時、収差はレンズ面を非球面に形成して補正される。非球面対物レンズについては、特許文献１に開示されている。

非球面レンズの設計に使用する一般的な非球面式は、数式１のようである。
［数式１］

数式１で、

項は、球面や楕円面などの２次曲面を示し、ｒ^４項からｒ^２０項までの高次項は、収差補正のために適用される。数式１のように、一般的に非球面レンズには、ｒ^４項からｒ^２０項までの高次項が適用される。

ＢＤ用対物レンズの場合には、開口数が０．８５と大きいために、周辺部まで収差補正が必要である。このために、非球面形状に高次の項を使用せねばならない。

ところで、高次の項を使用すれば、変化量が大きいために、収差補正に大きく寄与するが、レンズ面の傾斜角が大きくなる。レンズ面の傾斜角が大きければ、両面の軸ズレの許容公差が小さくなる。

特開２００２−１０００６５号公報

前記課題を達成するために本発明は、レンズ面の傾斜角を大きくせずに、軸ズレの許容公差は大きくしうる非球面レンズ及びそれを対物レンズとして採用した光ピックアップを提供する。

本発明の実施例による非球面レンズは、少なくとも１つの非球面レンズ面を備え、前記非球面レンズ面は、傾斜角が６５°以下でありうる。

前記非球面レンズ面は、

（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）の非球面式を適用して形成されうる。

前記非球面レンズは、プラスチック材で形成されうる。

前記非球面レンズは、ＢＤ用光ピックアップの対物レンズとして使われうる。

前記非球面レンズは、０．８５の開口数を有しうる。

本発明の実施例による光情報記録媒体システムの対物レンズとして利用しうる非球面レンズは、少なくとも１つの非球面レンズ面を含み、前記非球面レンズ面は、楕円面特性に対応する項、放物面特性に対応する２次項及び前記非球面レンズ面のスロープ特性に対応する高次項を有する方程式により決定される。

前記方程式の前記項により形成される前記非球面レンズ面で傾斜角は、６５°より小さいか、又は同じである。

前記楕円面特性に対応する項は、

を含み、前記２次項はＬｒ^２（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数）を含みうる。

前記２次項は、Ｌｒ^２、前記高次項はＡｒ^４＋Ｂｒ^６＋Ｃｒ^８＋Ｄｒ^１０＋Ｅｒ^１２＋Ｆｒ^１４＋Ｇｒ^１６＋Ｈｒ^１８＋Ｊｒ^２０（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）を含みうる。

前記楕円面特性に対応する項は

、前記２次項はＬｒ^２、前記高次項はＡｒ^４＋Ｂｒ^６＋Ｃｒ^８＋Ｄｒ^１０＋Ｅｒ^１２＋Ｆｒ^１４＋Ｇｒ^１６＋Ｈｒ^１８＋Ｊｒ^２０（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）を含みうる。

前記方程式の項によって形成される非球面レンズの開口数は０．８５でありうる。

本発明の実施例による光ピックアップは、光を出射する光源、光を通過させて情報記録媒体から反射された光を受信する対物レンズを含み、前記対物レンズは、少なくとも１つの非球面レンズ面を有する非球面レンズを含み、前記非球面レンズ面は、楕円面特性に対応する項、放物面特性に対応する２次項及び前記非球面レンズ面のスロープ特性に対応する高次項を有する方程式により決定される。

本発明の実施例による光情報記録媒体システムは、光ピックアップ及び光を利用して情報を記録するか、読取るように、前記光ピックアップを制御する制御部を含み、前記光ピックアップは、光を出射する光源及び光を通過させ、情報記録媒体から反射された光を受信する対物レンズを含み、前記対物レンズは、少なくとも１つの非球面レンズ面を有する非球面レンズを含み、前記非球面レンズ面は、楕円面特性に対応する項、放物面特性に対応する２次項及び前記非球面レンズ面のスロープ特性に対応する高次項を有する方程式により決定される。

本発明の実施例による非球面レンズを対物レンズとして採用した光ピックアップの光学的構成の一例を概略的に示す図面である。図１の光ピックアップを採用した光情報記録媒体システムを概略的に示す図面である。図１の光ピックアップの非球面レンズを概略的に示す図面である。図１の光ピックアップの非球面レンズを概略的に示す図面である。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例による非球面レンズ及びそれを採用した光ピックアップの実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例による非球面レンズを対物レンズとして採用した光ピックアップの光学的構成の一例を概略的に示す。図２は、図１の光ピックアップを採用した光情報記録媒体システムを概略的に示す。

図１を参照すれば、光ピックアップ５０は、光源１１、例えば、レーザーダイオードと、入射光を集束して情報記録媒体、すなわち、光ディスク１０にフォーカシングする対物レンズ１７と、光ディスク１０に照射された後、反射された光を受光する光検出器１９を含む。また、前記光ピックアップ５０は、入射光の進行経路を変換する光路変換器１５、例えば、偏光ビームスプリッタと、入射光の偏光を変化させる波長板、例えば、１／４波長板１３と、対物レンズ１７に平行光を入射させるように、コリメーティングレンズ１２を含みうる。図１で、１８は入射光を集束させて光検出器１９上に適正サイズの光スポットに形成させる検出レンズである。この検出レンズ１８は、非点収差法によりフォーカスエラー信号を検出させる非点収差レンズでありうる。

前記光ディスク１０は、一面に対して単一または複数の情報記憶層を有する光ディスク、例えば、ブルーレイディスク（ＢＤ）でありうる。

前記光源１１は、光ディスク１０の記録及び再生に適した所定波長の光を出射する。前記光源１１は、例えば、ＢＤ規格に合う青色波長、すなわち、４０５ｎｍまたはその周辺波長の光を出射すべく備えられうる。

前記対物レンズ１７は、アクチュエータ１６によりフォーカス方向及び／またはトラッキング方向に駆動される。この対物レンズ１７は、ＢＤ規格に対して０．８５の有効開口数を有するように形成されうる。また、前記対物レンズ１７は、ＢＤ及びＨＤＤＶＤを互換採用するように、ＢＤに対しては０．８５の有効開口数、ＨＤＤＶＤに対しては０．６５の有効開口数を持たせて、ＢＤ及びＨＤＤＶＤ規格を互換採用するように備えられうる。前記アクチュエータ１６は、対物レンズ１７をフォーカス方向のみならず、トラッキング方向に駆動するように備えられうる。さらに、アクチュエータ１６は、対物レンズ１７をチルト方向に駆動するように備えられうる。

前記対物レンズ１７は、後述する本発明の実施例による非球面レンズを適用して、傾斜角６５°以下の少なくとも１つの非球面レンズ面を有しうる。また、前記対物レンズ１７は、プラスチック材で形成されうる。もちろん、前記対物レンズ１７は、ガラス材からなっても良い。

図３Ａ及び図３Ｂに示されたように、対物レンズ１７、すなわち、非球面レンズ１７は、非球面レンズ面（Ｓｂ）を有しうる。図３Ａ及び図３Ｂで、Ｒは光軸上の頂点での半径であり、ｒは光軸上の基準点から非球面レンズ面Ｓｂまでの半径または距離であり、ｈは光軸からの距離であってｒに比例する。Ｒ、ｒ、ｈは、後述のように、非球面レンズの決定に用いる記号である。

図３Ｂで、Ａは傾斜角を示し、非球面レンズ面Ｓｂの一点での接線Ｓｔ（面（ｓｕｒｆａｃｅ）または平面（ｐｌａｎｅ））と光軸とにより決定されうる。

図１では、光ピックアップ５０の光学的構成の一例を示したものであって、光源１１と光検出器１９とが分離された分離型光学系であり、光源１１と光検出器１９とを各々１つずつ備える例を示す。ここで、前記光源１１は、単一波長の光を出射すべく備えられうる。また前記光源１１は、複数フォーマットの光ディスク、例えば、ＢＤ及びＨＤＤＶＤのうち、少なくともいずれか１つとＤＶＤを互換採用するように複数波長の光を出射するマルチ型光源でありうる。前記光ピックアップ５０は、互いに異なる波長の光を使用する複数フォーマットの光ディスクを互換採用すべく、ホログラム光モジュール（図示せず）をさらに備えうる。その他、前記光ピックアップ５０の光学的構成は多様に変形されうる。

図２を参照すれば、光情報記録媒体システムは、光ディスク１０を回転させるためのスピンドルモータ３１２と、前記光ディスク１０の半径方向に移動可能に設けられて、光ディスク１０に／から情報を記録／再生する光ピックアップ５０と、前記光ピックアップ５０の検出信号からフォーカスエラー信号を検出する信号処理部１００と、スピンドルモータ３１２と光ピックアップ５０を駆動するための駆動部３０７と、光ピックアップ５０のフォーカス及びトラッキングサーボなどを制御するための制御部３０９とを含む。ここで、参照番号３５２は、ターンテーブル、３５３は光ディスク１０をチャッキングするためのクランプを示す。

光ディスク１０から反射された光は、光ピックアップ５０に備えられた光検出器１９を通じて検出され、光電変換されて電気的信号に変わる。信号処理部１００は、この電気的信号を入力されてフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）を生成する。このフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）は、駆動部３０７を通じて制御部３０９に入力される。ここで、前記信号処理部１００は、光検出器１９から出力される電気的信号からトラッキングエラー信号及び／またはチルト信号も検出するように備えられうる。

前記駆動部３０７は、スピンドルモータ３１２の回転速度を制御し、入力された信号を増幅させ、光ピックアップ５０を駆動する。前記制御部３０９は、駆動部３０７から入力された信号に基づいて調節されたフォーカスサーボ、トラッキングサーボ及び／またはチルトサーボ命令を再び駆動部３０７に送り、光ピックアップ５０のフォーカシング、トラッキング及び／またはチルト動作を具現させる。また、制御部３０９は、再生モード、記録モードによって光源１１から適正光パワーが出力されるように制御し、駆動部３０７を通じて記録モードへの転換に先立ち、対物レンズ１７にフォーカスオフセットが加えられるように、対物レンズ１７をデフォーカス駆動する信号がアクチュエータ１６に印加されるように制御する。この際、加えられるフォーカスオフセット量は、光源１１の出力光パワーに比例して調節される。一定時間フォーカスオフセットが加えられた後、フォーカスオフセットは除去されうる。

前記対物レンズ１７に適用されうる本発明の実施例による非球面レンズは、少なくとも１つの非球面レンズ面を備える。この非球面レンズは、両レンズ面が非球面レンズ面からなりうる。

本発明の実施例による非球面レンズにおいて、非球面レンズ面は、数式２の非球面式を適用して形成される。
［数式２］

ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数を示す。また、ｘ及びｙは、光軸からの半径または距離であり、基準面に対して非球面レンズ面（Ｓｂ）の点での半径ｒの形成に用いられる。

すなわち、本発明の実施例による非球面レンズは、

項により得られる非球面レンズ面の曲面、例えば、楕円面を、放物面を示す２次項（Ｌｒ^２項）により補正して、非球面補正を行うようになっている。

このように放物面を示す２次項（以下、２次項と称する）により非球面補正をすれば、例えば、楕円面のみの時に比べて、収差を補正しうる。したがって、さらに高次項、すなわち、ｒ^４項からｒ^２０項までの高次項の負担が軽くなり、非球面レンズ面の傾度も緩やかにしうる。

本発明の実施例による非球面レンズは、６５°以下の傾斜角を有するように形成されうる。この非球面レンズは、プラスチック材で形成されうる。もちろん、この非球面レンズは、ガラス材からなりうる。前記非球面レンズは、前述したように、ＢＤ用光ピックアップの対物レンズとして使われうる。この際、非球面レンズは、０．８５の開口数を有することができる。

表１は、本発明の実施例による非球面レンズの設計例を示す。表１のデータは、開口数（ＮＡ）０．８５、非球面レンズの有効径３．４ｍｍ、中心厚さ１．７６ｍｍ、材質の屈折率１．９８、焦点距離１．９８ｍｍ、作動距離０．７３ｍｍである時に得られたものである。

このように２次項を利用して非球面を補正すれば、レンズ面の傾斜角を緩やかにし、かつ軸ズレの許容公差を大きくして、製造公差を拡大しうる。

１０光ディスク
１１光源
１２コリメーティングレンズ
１３１／４波長板
１５光路変換器
１６アクチュエータ
１７対物レンズ
１８検出レンズ
１９光検出器
５０光ピックアップ

Claims

少なくとも１つの非球面レンズ面を備え、
前記非球面レンズ面は、傾斜角が６５°以下である非球面レンズ。
前記非球面レンズ面は、

（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）の非球面式を適用して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の非球面レンズ。
プラスチック材からなることを特徴とする請求項１に記載の非球面レンズ。
ＢＤ用光ピックアップの対物レンズとして使われることを特徴とする請求項１に記載の非球面レンズ。
０．８５の開口数を有することを特徴とする請求項４に記載の非球面レンズ。
方程式

（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）により決定される少なくとも１つの非球面レンズ面を備える非球面レンズ。
非球面レンズ面が、
楕円面特性に対応する項と、
放物面特性に対応する２次項と、
前記非球面レンズ面のスロープ特性に対応する高次項とを有する方程式により決定される、少なくとも１つの非球面レンズ面を含み、光情報記録媒体の対物レンズとして使われる非球面レンズ。
前記非球面レンズ面の傾斜角が６５°より小さいか同じであることを特徴とする請求項７に記載の非球面レンズ。
前記楕円面特性に対応する項は

を含み、
前記２次項は、Ｌｒ^２を含む（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数）ことを特徴とする請求項７に記載の非球面レンズ。
前記２次項はＬｒ^２を備え、
前記高次項は、Ａｒ^４＋Ｂｒ^６＋Ｃｒ^８＋Ｄｒ^１０＋Ｅｒ^１２＋Ｆｒ^１４＋Ｇｒ^１６＋Ｈｒ^１８＋Ｊｒ^２０を備える（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）ことを特徴とする請求項７に記載の非球面レンズ。
前記楕円面特性に対応する項は

を備え、
前記２次項はＬｒ^２を備え、
前記高次項はＡｒ^４＋Ｂｒ^６＋Ｃｒ^８＋Ｄｒ^１０＋Ｅｒ^１２＋Ｆｒ^１４＋Ｇｒ^１６＋Ｈｒ^１８＋Ｊｒ^２０を備える（ここで、Ｌ≠０、ｃは曲率、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２、Ｋはコーニック定数、Ｌ及びＡ〜Ｊは非球面係数）ことを特徴とする請求項７に記載の非球面レンズ。
前記非球面レンズの開口数は０．８５であることを特徴とする請求項７に記載の非球面レンズ。
光を出射する光源と、
請求項１ないし１２のうち、いずれか１項に記載の非球面レンズを含む対物レンズを備えて、情報記録媒体に情報を記録または再生する光ピックアップ。
請求項１３に記載の光ピックアップと、
前記光ピックアップを制御するための制御部と、を含む光情報記録媒体システム。