JP3550480B2 - An objective lens and an optical head using the same - Google Patents

An objective lens and an optical head using the same Download PDF

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JP3550480B2
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健 島野
昭 有本
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株式会社日立製作所
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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は光記録媒体から光学的に情報を再生する光ディスク装置に係り、特に基板厚さが異なる光ディスクからそれぞれ異なる光波長の光源を用いて信号を再生する光ヘッドおよびそれに用いる対物レンズに関する。 The present invention relates to an optical disc apparatus for reproducing information optically from the optical recording medium, and an objective lens used and an optical head for reproducing a signal to it using a different optical wavelength light source in particular an optical disc substrate thickness is different.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
光ディスクは大容量可換情報記録媒体として近年めざましく進歩を続けている。 Optical disc continues to recent remarkable progress as a large-capacity exchangeable information recording medium. そのため記録再生方式や記録密度、ディスクサイズが多岐にわたっており、それらの互換性の確保が困難となりつつある。 Therefore recording and reproducing system and recording density, disk size are diversified, ensuring their compatibility is becoming difficult. 特にこれまで最も普及しているのがCD(Compact Disc)であり、これと再生互換性のある記録可能なCDであるCD−R(Compact Disk − Recordable)も付随的して普及している。 Of particular the most popular ever a CD (Compact Disc), which as a recordable CD with playback compatible CD-R - and (Compact Disk Recordable) also popular with incidental. 新たな光ディスクの開発にあたってはこれらCD、CD−Rとの互換性の要求が大きい。 These In developing new optical disc CD, greater compatibility requirements of the CD-R. これらに続く次世代高密度ROMとして、最近DVD(Digital Video Disk)が発売された。 As a next-generation high-density ROM following these, DVD (Digital Video Disk) was released recently. ここでは記録密度を向上させるために対物レンズの開口数(Numerical Aperture:NA)を従来CDの0.45から0.6に向上させている。 Wherein the numerical aperture of the objective lens in order to improve the recording density (Numerical Aperture: NA) and is improved to 0.45 from 0.6 conventional CD. 光ディスク上の集光スポットの大きさは使用するレーザ光源の波長をλとしたとき、λ/NAに比例するため、波長を短く、NAを大きくすればそれにしたがって光スポットを小さくすることができる。 When the size of the focused spot on the optical disk is obtained by the wavelength of the laser light source to be used lambda, proportional to lambda / NA, shorter the wavelength, accordingly it is possible to reduce the size of the light spot by increasing the NA. 光スポットが小さければ高密度の情報ピットを品質良く再生することができるので、光ディスクの記録密度を向上させることができるのである。 Since the smaller the light spot of high density information pits can be quality good reproduction, it is possible to improve the recording density of an optical disk. そこでDVDではまず使用する半導体レーザ波長をCDの780nmから650nmとしている。 So is the 650nm semiconductor laser wavelength from 780nm of CD used first in DVD. ところが一方、NAの増大は、ディスクが傾いたときに生じるコマ収差を急激に増大させ、光スポットをかえって劣化させるため、むやみ行うことができない。 However other hand, increasing the NA, the disk rapidly increases the coma aberration generated when the inclined, in order to degrade the light spot rather, can not be performed unnecessarily. そこでDVDは基板厚さをCDの1.2mmから0.6mmに薄くして、NA増大とともにそれによるディスク傾きのコマ収差を抑えている。 So DVD is thin to 0.6mm substrate thickness from 1.2mm to CD, thereby suppressing coma aberration disc tilt due therewith NA increases. ところが基板の厚さをCDと変えてしまうとDVD専用の対物レンズでCDを再生するときに今度は球面収差が生じて光スポットがぼけてしまう。 However now blurred light spot caused spherical aberration when playing a CD in thickness when the alter the CD DVD dedicated objective lens of the substrate. 光ディスク用の対物レンズでは特定の基板厚さに対応してそれを補償する球面収差を持つようにあらかじめ設計されているからである。 An objective lens for an optical disk is because is previously designed to have spherical aberration to compensate it in response to a particular substrate thickness.
【0003】 [0003]
この問題を解決する従来の手段は例えばオプティカル・レビュー第1巻第1号1994年27ー29頁(Optical Review ,Vol.1,No.1 (1994) pp.27−29.)に記載されている。 Conventional means, for example Optical Review Vol. 1, No. 1, 1994 27 over 29 pages to solve this problem (Optical Review, Vol.1, No.1 (1994) pp.27-29.) Is described in there. ここでは0.6mm用対物レンズ表面にホログラムを形成し、その回折光によってCDを再生し、透過光によてDVDを再生するというものである。 Here, by forming a hologram 0.6mm objective lens surface, playing a CD by the diffracted light, it is that by the transmitted light Te to play DVD. ここではCDを再生するときに生じる球面収差を補償するようにホログラムのパターンをあらかじめ設計しておくのである。 Here is the previously designed pattern of the hologram to compensate for spherical aberration caused when playing CD. しかしながらこれにおいてはホログラムを使用するため、CDを再生するときにもDVD用の光スポットが生じ、DVDを再生するときにもCD用の光スポットが生じる。 However, since the use of holograms in which, even cause the light spot for a DVD when playing CD, the light spot for the CD even when playing DVD occur. またディスクで反射した光も再び回折されてしまう。 The result is again diffracted also light reflected by the disk. これらにより光量の損失が避けられないという欠点がある。 These by the disadvantage that a loss of light quantity can not be avoided.
【0004】 [0004]
第2の従来例は三菱電機ニュース・リリース、開発No. The second conventional example, Mitsubishi Electric news release, development No. 9507(平成7年6月21日)に記載されている。 It has been described in 9507 (1995 June 21). これは0.6mm用の対物レンズと、1.2mm用の対物レンズを両方光ヘッドに搭載し、可動アクチュエータによって2つのレンズを切り替えて使用するというものである。 It was equipped with an objective lens for 0.6 mm, the objective lens for 1.2mm in both optical head, is that to use by switching two lenses by the movable actuator. しかしこれにおいては2つのレンズを切り替えるため、レンズを2個使用することによるコストの増大、レンズの位置の再現性や、アクチュエータが大きく、重くなることによる応答特性の劣化などの問題がある。 However for switching between the two lenses in this, the increase in cost due to use two lenses, and the reproducibility of the position of the lens, the actuator is large, there are problems such as deterioration of the response characteristic caused by heavy.
【0005】 [0005]
第3の従来例は日経エレクトロニクス1996年1月29日号(No.654)15ー16頁に記載されている。 The third conventional example is described in Nikkei Electronics 1996, January 29, No. (No.654) 15 over 16 pages. ここでは液晶による制限開口を設け、CDの再生にあたってはNAを0.35まで小さくして収差を小さくしている。 Here a limit opening by the liquid crystal is to reduce the aberration to reduce the NA to 0.35 when playing the CD. しかしここではCD、DVDとも波長635nmの半導体レーザを用いているため、CDのNAをここまで低減できたが、780nmより短い波長の光では反射率が著しく低下するCD−Rの再生時にはこの方法は使えないという欠点がある。 Here, however CD, because of the use of semiconductor lasers for DVD with a wavelength 635 nm, but can be reduced NA of CD far, the method when reproducing the CD-R which reflectance decreases significantly with light of shorter than 780nm wavelength there is a drawback that can not be used.
【0006】 [0006]
一方、本発明者らは先に出願した特願平7ー342203において、波長650nmでDVDとCDの両方の互換をとるために、対物レンズの内側と外側で最適化する基板厚を変えるという発明を提案している。 On the other hand, the present inventors have in Japanese Patent Application No. 7-2 342203 filed previously, in order to take the compatibility of both the DVD and CD by the wavelength 650 nm, of changing the substrate thickness to optimize the inside and outside of the objective lens INVENTION It has proposed. しかしCDを波長780nmで再生する場合にはこの分割のNAを少なくともNA0.45以上にする必要があり、この場合にはDVDを再生するときの収差が非常に大きくなってしまうという欠点があった。 However, in case of reproducing the CD at a wavelength 780nm must the NA of the division into at least NA0.45 or more, in this case there is a disadvantage that the aberration becomes very large when playing a DVD .
【0007】 [0007]
これに鑑み、本発明の目的は光量の損失なく、安価に、精度よく波長780nmの光で基板厚さ1.2mmのCDを再生し、波長650nmの光で基板厚さ0.6mmのDVDを再生することである。 In view of this, an object of the present invention without loss of the light amount, a low cost, accurately reproduces the CD with a substrate thickness of 1.2mm in wavelength 780nm light, the substrate thickness of 0.6mm by using light of a wavelength of 650 nm DVD it is to play.
【0008】 [0008]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
前記の課題を解決するために本発明においては、2つの波長のレーザ光を異なる基板厚さの光ディスクに集光するにあたって、 In the present invention in order to solve the above problems, in order to focus the laser beam of two wavelengths different substrate thickness of the optical disk,
それぞれの波長の集光スポットの収差をともに低減させる輪帯状の位相シフタを該対物レンズと一体として付加させる。 Thereby adding a phase shifter zonal to both reduce the respective aberrations of the focused spot of a wavelength integrally with the objective lens.
【0009】 [0009]
あるいは一方の波長の集光スポットの収差を少なくとも変化させずに、他の一方の波長の集光スポットの収差を低減させる輪帯状の位相シフタを該対物レンズと一体として付加させる。 Or without at least changing the aberration of the focused spot of one wavelength, thereby adding a phase shifter zonal reducing the aberration of the focused spot of the other one of the wavelengths integrally with the objective lens.
【0010】 [0010]
あるいは対物レンズの内側と外側で収差なく集光するための基板厚さが異なるレンズに、2つの波長のレーザ光の集光スポットの収差をともに低減させる輪帯状の位相シフタを該レンズと一体として付加させる。 Or lens substrate thicknesses are different for aberrations without condensed inside and outside of the objective lens, the two are both phase shifter annular reducing the aberrations of the focusing spot of the laser beam having a wavelength integrally with the lens added to.
【0011】 [0011]
またあるいは光ヘッドとして、2つの波長の半導体レーザと、光ディスクからの反射光を半導体レーザから光ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段と、これによって分岐された反射光から集光スポット位置制御信号と再生信号を検出するための検出手段から少なくとも構成される光ヘッドでそれぞれの波長の光を異なる基板厚さの光ディスクに集光するのにあたって上記の対物レンズを用いる。 As also or optical head, the semiconductor laser of the two wavelengths, and branching means for branching the optical path of the reflected light from the optical disk from the semiconductor laser to the optical disc, which focused spot position control signal from the reflected light branched by the reproduction using the above objective lens when the converging at least configured optical head light of a respective wavelength from the detection means to the different substrate thickness of the optical disc to detect a signal.
【0012】 [0012]
またあるいは波長の異なる2つの半導体レーザと、そのそれぞれの波長の光を異なる基板厚さの光ディスクに集光する対物レンズと、光ディスクからの反射光を該半導体レーザから該光ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段と、該分岐手段によって分岐された反射光から集光スポット位置制御信号と再生信号を検出するための検出手段から少なくとも構成される光ヘッドにおいて、それぞれの波長の集光スポットの収差をともに低減させる輪帯状の位相シフタを付加する。 Or alternatively two semiconductor lasers of different wavelengths, an objective lens for focusing the light of the respective wavelengths to different substrate thicknesses of the optical disk, causing the reflected light from the optical disk branched from the optical path from the semiconductor laser to the optical disc a branching unit, at least composed optical head from the detecting means for detecting a reproduced signal and the focusing spot position control signal from the reflected light branched by said branching means, the aberration of the focused spot of each wavelength both adding annular phase shifter to reduce.
【0013】 [0013]
またあるいは波長の異なる2つの半導体レーザと、光ディスクからの反射光を該半導体レーザから該光ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段と、該分岐手段によって分岐された反射光から集光スポット位置制御信号と再生信号を検出するための検出手段から少なくとも構成される光ヘッドにおいて、それぞれの波長の光を異なる基板厚さの光ディスクに集光する内側と外側で収差なく集光するための基板厚さが異なる対物レンズを用い、それぞれの波長の集光スポットの収差をともに低減させる輪帯状の位相シフタを付加する。 Or alternatively two semiconductor lasers of different wavelengths, a branching unit for branching the reflected light from the optical disk from the optical path from the semiconductor laser to the optical disc, and the focusing spot position control signal from the reflected light branched by said branching means in at least composed optical head from the detecting means for detecting a reproduction signal, different substrate thicknesses for the aberrations without condensed inside and outside condensed on the optical disc of different substrate thicknesses light of each wavelength using an objective lens, it adds together the phase shifter annular reducing the aberration of the focused spot of each wavelength.
【0014】 [0014]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0015】 [0015]
図1は本発明による対物レンズの基本的なイメージ図である。 Figure 1 is a basic conceptual diagram of an objective lens according to the present invention. 本発明によるDVD用対物レンズ1は通常のDVD用対物レンズにドーナツ状の輪帯位相シフト領域101が付加されている。 DVD objective lens 1 according to the present invention is a donut-shaped annular phase shift region 101 is added to the normal objective lens for DVD. 輪帯位相シフト領域101は薄膜を装荷してもよいし、最初からレンズをそのような形状に直接加工しても良い。 It annular phase shift region 101 may be loaded with film, may be processed directly the lens from the first such shapes. 通常のDVD用のレンズは基板厚0.6mmのときに無収差となるように設計されているので、波長650nmのレーザ光でDVDを再生するときにはこの位相シフタによって加わる収差をなるべく小さくなるようにする。 Since normal lens for DVD it is designed to be no aberration when the substrate thickness 0.6 mm, so that as small as possible is an aberration exerted by the phase shifter when playing DVD with a laser beam having a wavelength of 650nm to. これに対して、波長780nmのレーザ光で基板厚1.2mmのCDを再生するときには、基板厚誤差0.6mmにより発生する球面収差を低減するようにする。 In contrast, when a laser beam having a wavelength of 780nm to play CD with a substrate thickness 1.2mm is such to reduce spherical aberration caused by the substrate thickness error 0.6 mm.
【0016】 [0016]
以下、定性的に収差が低減することを説明する。 Hereinafter, qualitatively aberration is described at reducing. 図2に焦点位置が最適化された場合の球面収差の波面形状概略図を示す。 Focal position in FIG. 2 illustrates a wavefront shape schematic view of the spherical aberration when the optimized. ここで横軸は対物レンズの瞳の半径座標、縦軸は波面収差量である。 Here the horizontal axis is the radial coordinate and the vertical axis the amount of wavefront aberration of the pupil of the objective lens. CDとDVDの基板厚の違いにより、DVD専用レンズでCDを再生する場合の光スポットは概略このような4次関数で表されるような波面形状となる。 The difference in the substrate thickness of CD and DVD, the light spot when reproducing a CD in DVD dedicated lens becomes wavefront shape as represented schematically in such quartic function. これに対して、輪帯状に位相シフトをさせた場合の波面形状の概略図を図3に示す。 In contrast, it shows a schematic view of a wavefront shape in the case where is a phase shift in annular in FIG. 位相シフトにより収差の最大値が小さくなっていることがわかる。 It can be seen that the maximum value of the aberration is reduced by the phase shift.
【0017】 [0017]
ところが一方、このレンズを用いてDVDを再生する場合にDVDの収差が大きくなってはならない。 However other hand, should not aberrations DVD is increased in case of reproducing the DVD by using the lens. そのための1つの方法としては、CDを再生する波長とDVDを再生する波長の違いを用いて、CDでのみ位相がシフトし、DVDでは位相がシフトしないようにすればよい。 One way for them, using the difference in wavelength of reproducing wavelength and DVD to play the CD, phase shifted only in CD, it is sufficient to phase the DVD is not shifted. そのためにはCD再生波長をλ1、DVD再生波長をλ2、CD再生時に生ずる位相差をφとして、 The CD playback wavelength for the λ1, a DVD playback wavelength λ2, the phase difference as φ produced during CD playback,
【0018】 [0018]
【数1】 [Number 1]
【0019】 [0019]
を満たすように整数m、nを選択すればよい。 Integer m, the n may be selected to meet. またこれで適当なm、nがない場合には位相シフトのさせかたを図4のようにしてもよい。 This also a suitable m, the way of the phase shift in the absence n may be as shown in FIG. 4. この場合は輪帯領域を除いたそれ以外の領域にーφの位相シフトを加えることにより、図3と同じ波面形状をで実現できる。 By adding a phase shift of over φ in this other region excluding the annular region when, can be realized out of the same wavefront shape as FIG. したがってこの場合は、 Accordingly, in this case,
【0020】 [0020]
【数2】 [Number 2]
【0021】 [0021]
を満たしていればよい。 A good long as it meets. これにより例えばλ1を780nm、λ2を650nmとすれば、それぞれにおける位相差φは図5のようになる。 Thus for example, 780nm to .lambda.1, if 650nm to .lambda.2, the phase difference φ in each is shown in FIG. このように位相差を選べば、DVDの波面にまったく影響を与えずにCD再生時の球面収差を低減することができる。 In this way, choose the phase difference, it is possible to reduce the spherical aberration at the time of CD playback without affecting all the wavefront of the DVD. ここでの逆輪帯位相シフタは空気よりも屈折率の大きい膜を付加する場合など位相ずれを位相遅れによって実現する場合を念頭においた命名である。 Here opposite annular phase shifter in a naming spaced case of realizing the phase lag of phase shift such as when adding a large film having a refractive index higher than air in mind. レンズをけずるなど位相ずれを位相進みによって実現できる場合には輪帯領域を直接けずればよい。 Scraping the annular region directly when a phase shift, etc. sharpen the lens can be realized by a phase lead. これはどちらでも等価であるが、以後はこの場合も含めて逆輪帯位相シフタと呼ぶことにする。 While this is either equivalent, hereafter will be referred to as reverse annular phase shifter including also in this case.
【0022】 [0022]
以下、輪帯位相シフタの形状、及び位相差の最適化について説明する。 Hereinafter, the shape of the annular phase shifter, and the optimization of the phase difference will be described. 光スポットの評価指標としては無収差スポットの中心強度で規格化した収差のある光スポットの中心強度であるストレール強度があるが、これだと制限開口がある場合のNAの違いが現れない。 As the evaluation index of the light spot is the Strehl intensity is the center intensity of the light spot with aberration normalized by the central intensity of no aberration spot, the difference of NA does not appear when it's this is limited aperture. そこで制限開口がある場合も含めて、対物レンズの瞳に入射する全光量に対するスポット中心強度の比を新たな評価指標とする。 So if there is a limiting aperture be included, as a new evaluation index ratio of spot center intensity relative to the total quantity of light incident on the pupil of the objective lens. これを用いると例えば同じ口径でもNAが大きく、スポット径が小さくて中心強度が大きい方がこの評価指標が大きいことになる。 This large NA is also used when for example, the same caliber, it central intensity has a small spot diameter is large so that large this metric. この評価指標は【0023】 This metric is [0023]
【数3】 [Number 3]
【0024】 [0024]
のようにストレール強度とレンズ全開口半径で規格化した制限開口半径Rの2乗の積に比例することがわかる。 It is seen to be proportional to the square of the product of limiting opening radius R normalized by the Strehl intensity and the lens fully open port radius as. 以下、このストレール強度に規格化制限開口半径の2乗をかけた値をηとする。 Hereinafter, a value obtained by multiplying the square of the normalized limiting aperture radius the Strehl intensity and eta. 通常のCDピックアップでは波長780nm、対物レンズNA0.45であるのでDVDの対物レンズNA0.6に対しては無収差であれば、η=1×(0.45/0.6)^2=0.56、マレシャルの基準によるストレール強度下限値0.8ではη=0.45となる。 Wavelength 780nm in a normal CD pickup, if no aberration for a DVD objective lens NA0.6 Since the objective lens NA0.45, η = 1 × (0.45 / 0.6) ^ 2 = 0 .56, the Strehl intensity lower limit value 0.8 at eta = 0.45 classified by the Marechal. 基板厚誤差による球面収差は4次の球面収差が【0025】 Spherical aberration due to the substrate thickness error is 4-order spherical aberration [0025]
【数4】 [Number 4]
【0026】 [0026]
6次の球面収差が【0027】 6-order spherical aberration [0027]
【数5】 [Number 5]
【0028】 [0028]
で与えられる。 It is given by. ただしこれらの式におけるnは屈折率を表している。 Where n represents the refractive index in these formulas. これらを用いて半径R1からR2までの位相をφ遅らせる輪帯位相シフタを加えた収差は【0029】 Aberration of the phase was added to the annular phase shifter to delay φ of these from the radius R1 using up to R2 is [0029]
【数6】 [6]
【0030】 [0030]
のように表せる。 It can be expressed as. またストレール強度は【0031】 The Strehl intensity [0031]
【数7】 [Equation 7]
【0032】 [0032]
のように近似できるから、これよりηを最大とするR1、R2、φ、制限開口のNA、W20、W00を求める。 Since can be approximated as, R1, R2 and maximize η than this, phi, the limiting aperture NA, W20, seeking W00. 実際には数式処理ソフトを用いて、W20、W00は解析的に求め、R1、R2、φ、制限開口のNAを数値的に求めた。 Actually, by using a formula processing software, W20, W00 is determined analytically, R1, R2, φ, it was numerically determine the NA of the limiting aperture. その結果、位相シフタの内径はNA0.20、外径はNA0.42、制限開口のNAを0.46とし、位相差を0.265λ(λ=780nm)のとき、η=0.48が最大となり、マレシャルの基準によるη=0.45を上回っていることがわかった。 Maximum result, the inner diameter of the phase shifter NA0.20, an outer diameter of NA0.42, and the NA of the restriction opening and 0.46, when the phase difference 0.265λ of (λ = 780nm), η = 0.48 is next, it was found that exceeds the eta = 0.45 classified by the Marechal. 一方、位相シフタを用いず、制限開口のみで最適化するとNA0.39でη=0.34が最大であった。 On the other hand, without using the phase shifter, eta = 0.34 was a maximum at NA0.39 Optimizing only limiting aperture. つまりNA0.45に換算すれば、ストレール強度で0.61から0.86まで改善したことに相当する。 That is, if terms of NA 0.45, equivalent to improved from 0.61 in the Strehl intensity to 0.86. この位相差に対してDVD再生時に生じる収差はRMS波面収差で0.033λ(λ=650nm)であった。 Aberration that occurs at the time of DVD playback for this phase difference was 0.033λ (λ = 650nm) in the RMS wavefront aberration. これはほぼレンズの加工精度と同等であり、実際上問題は生じないと考えられる。 This is equivalent to processing accuracy of approximately lens, practical problems would not occur.
【0033】 [0033]
この最適な位相差0.265λを先に述べたDVDに影響を与えない位相差と比較すると、最も近いのはm=2、n=2のときの逆輪帯位相マスク、またはm=4、n=3のときの輪帯位相マスクの0.333λであることがわかる。 Compared to the phase difference does not affect the DVD mentioned the optimum phase difference 0.265λ above, the nearest of the m = 2, n = 2 opposite annular phase mask when or m = 4,, n = 3 it can be seen that a 0.333λ of the annular phase mask at the time of the. しかしmが大きくなると位相差を生じさせる膜、あるいはレンズの段差が厚くなり、半導体レーザに波長ずれが生じた場合の位相差のずれが大きくなるので、ここでは逆輪帯位相マスクの方が望ましい。 But m becomes large when the film causes a phase difference or level difference of the lens becomes thicker, since deviation of the phase difference in the case of wavelength shift in the semiconductor laser occurs increases, wherein the direction of Gyakuwa band phase mask desirable . このDVDに影響を与えない位相差に固定した場合の位相シフタの形状を求めると、内径がNA0.20、外径がNA0.44、制限開口NA0.48のとき、η=0.47が最大となった。 When determining the shape of the phase shifter in the case of fixed phase difference does not affect this DVD, when an inner diameter of NA0.20, an outer diameter of NA0.44, the limiting aperture NA0.48, η = 0.47 maximum It became. これは上記の最適な位相差と比べてほとんど遜色ない。 This is almost not inferior compared to the optimal phase difference of the above.
【0034】 [0034]
この輪帯位相シフタをDVD専用レンズに適用した場合の収差低減の効果を、光線追跡で確認した。 The effect of reducing aberration in the case of the annular phase shifter is applied to a DVD dedicated lens was confirmed by ray tracing. 図6に光線追跡に用いたレンズの仕様、及び面形状を示す。 6 shows specifications of the lenses used in the ray tracing, and the surface shape. ここで面形状のRは中心曲率半径、kは円錐定数、A4、A6、A8、A10はそれぞれ、4次、6次、8次、10次の非球面係数である。 Wherein R plane shaped central curvature radius, k is the conic constant, A4, A6, A8, A10, respectively, fourth, sixth, eighth and tenth aspheric coefficients. これらを用いて面形状は【0035】 Surface shape using these [0035]
【数8】 [Equation 8]
【0036】 [0036]
のように表せる。 It can be expressed as. ここでは光軸に対して対称な形状が仮定されており、rは半径座標である。 Here are symmetrical shape is assumed with respect to the optical axis, r is a radial coordinate. このレンズを用いて波長780nmの平行光をCDの基板厚1.2mmを通して集光したとき、開口数NA=0.45の範囲でのRMS(RootMean Square)波面収差は最良像点において、0.1279λであった。 When condensing the parallel light having a wavelength of 780nm by using the lens through the substrate thickness 1.2mm of CD, RMS (RootMean Square) wavefront aberration in the range of numerical aperture NA = 0.45 in the best image point, 0. It was 1279λ. これに対して上記の輪帯位相板を付加したとき、RMS波面収差は0.07366λに低減できた。 When added with the annular phase plate of the hand, RMS wavefront aberration could be reduced to 0.07366Ramuda. ただしこのとき用いた光線追跡ソフトでは1λ以上の位相差を扱えなかったため、位相板の厚さはm=1、n=1の0.3333λ相当の厚さを用いた。 However, since not handle a phase difference of more than 1λ a ray tracing software using this time, the thickness of the phase plate was used the thickness of the corresponding 0.3333λ of m = 1, n = 1. したがってDVDでの位相差は必然的に0となるため、波長650nmでのDVDの基板厚0.6mmを通したスポット収差は0.001λ以下となった。 Thus the phase difference of the DVD because inevitably 0, spot aberration through the substrate thickness 0.6mm for DVD at a wavelength of 650nm became less 0.001Ramuda.
【0037】 [0037]
以上では制限開口を用いるという前提で説明をしたが、これは必ずしも実際の開口を必要とすることを意味しない。 The above was described on the assumption that using restriction opening, but this is not meant to require actual opening necessarily. 実際にはRMS波面収差を評価関数として最適な焦点位置を求めるときの、瞳の評価範囲を指定するのとほぼ等価であると考えられる。 In practice, when determining the optimum focal position RMS wavefront aberration as an evaluation function, is considered to be substantially equivalent to specifying an evaluation range of the pupil. 制限開口の範囲内でなるべくRMS波面収差が小さくなるように焦点ずれを調整したとすると、制限開口の範囲外の光は当然収差が大きくなり、波面の傾斜も大きくなる。 If possible RMS wavefront aberration within the limits opening and to adjust defocus such that small, light outside the limiting aperture naturally aberration is increased, the greater the inclination of the wavefront. このためそのような領域の光線は焦点からは大きくはずれた位置で焦点面と交差する。 Thus rays of such a region intersects the focal plane at a position greatly deviates from the focal point. したがって集光スポットに対して、このような光線は存在しないのとほぼ等価となる。 Thus, for the focusing spot, such light is nonexistent for the substantially equivalent.
【0038】 [0038]
このように輪帯位相シフタのみを用いた場合に、スポット性能は改善されるものの、NA0.45でのストレール強度換算で0.86相当では、光学部品のずれや、ディスクの傾き、焦点ずれなどによるスポットの劣化を見込むと必ずしも十分でない可能性がある。 Thus in the case of using only the annular phase shifter, although the spot performance is improved, the 0.86 corresponds with Strehl intensity in terms of at NA 0.45, and the deviation of the optical component, the inclination of the disk, defocusing, etc. there may not be necessarily sufficient and allow for the deterioration of the spot by. そこでさらにこれに組み合わせてレンズの内側と外側で最適化する基板厚を変える。 Therefore further changing the substrate thickness to optimize the inside and outside of the lens in combination thereto. 以下これを分割レンズと呼ぶ。 Hereinafter referred to as this division lens. これは発明者らによって波長650nmでDVDとCDの両方の互換をとる方法として発明された(特願平7ー342203)が、CDを波長780nmで再生する場合にはこの分割のNAを少なくともNA0.45以上にする必要があり、この場合にはDVDを再生するときの収差が非常に大きくなってしまうという欠点があった。 It was invented as a method of taking the compatibility of both the DVD and CD at a wavelength of 650nm by the inventors (Japanese Patent Application No. 7-2 342203), the NA of the division in case of reproducing the CD at a wavelength 780nm least NA0 must be .45 or higher, in this case, there is a disadvantage that the aberration becomes very large when you play a DVD. そこで位相シフタと分割レンズを組み合わせて、位相シフタ形状、位相差、内外分割半径、内側基板厚を同時に最適化したところ、分割レンズで発生する波長780nmでのCD再生時の収差と、波長650nmでのDVD再生時の収差を両方とも低減し、CDのスポット性能がさらに改善される解があることがわかった。 Therefore by combining a phase shifter and the split lens, the phase shifter shape, phase difference, and out division radius, it was simultaneously optimized inner substrate thickness, and the aberration at the time of CD playback at a wavelength 780nm generated by dividing lenses, at a wavelength of 650nm aberrations during DVD playback both reduced, it was found that there is a solution to CD spot performance is further improved. 以下これについて説明する。 Hereinafter, this will be described.
【0039】 [0039]
分割レンズと位相シフタを組み合わせた場合の波面収差は【0040】 Wavefront aberration in the case of a combination of a split lens and a phase shifter [0040]
【数9】 [Equation 9]
【0041】 [0041]
のように表せる。 It can be expressed as. ここではR1が輪帯位相シフタ内径、R2が分割半径、R3が輪帯位相シフタ外径、R4が制限開口半径である。 R1 is annular phase shifter inner diameter here, R2 is split radially, R3 is annular phase shifter OD is R4 is limiting aperture radius. 分割半径を境として無収差となるためのディスク基板厚が異なり、外側ではDVDに合わせて0.6mm、内側では最適化によってこれが0.6mmと1.2mmの間となる。 Different disc substrate thicknesses for the aplanatic division radius as a boundary, 0.6mm in outer to fit DVD, is thereby optimized inside is between 0.6mm and 1.2 mm. したがってそれにともなって球面収差の収差係数W60、W40が添字1、2をつけて異なるように表示されている。 Therefore the aberration coefficient of the spherical aberration accompanied therewith W60, W40 are displayed differently with the subscripts 1 and 2. また焦点ずれW201、W202は分割の内外でRMS波面収差を最小にするように球面収差量から決まり、定数項W001、W002は分割の内外で波面収差の平均値が同じなるようにして決まり、全体のRMS波面収差を最適化する。 The defocus W201, W202 is determined from the amount of spherical aberration to the RMS wavefront aberration to a minimum inside and outside of the split, the constant terms W001, W002 determined as the average value of the wavefront aberration in and out of the division is the same, the whole to optimize the RMS wavefront aberration of. W201とW202、W001とW002の差はレンズ内外の対応基板厚差で決まり、W202、W002を与えられた位相シフタの条件下でRMSを最小とする条件から、数式処理ソフトで解析的に求めることでW201とW001も求めた。 W201 and W202, the difference W001 and W002 are determined by the corresponding substrate thickness difference of the lens out, W202, from the condition for minimizing the RMS under the conditions of phase shifter given W002, be determined analytically by the equation processing software in W201 and W001 it was also determined. さらに与えられた内側対応基板厚、分割半径R2について、R1、R3、R4、位相差を数値的に変えてηを最大とする条件を求めた。 Further inside the corresponding substrate thickness given for dividing a radius R2, R1, R3, R4, determine the conditions to maximize the η by changing the phase difference numerically. その結果を図7に示す。 The results are shown in Figure 7. ここで横軸は分割レンズの分割半径、縦軸はηであり、中心部基板厚を変えて最適条件での計算結果をプロットしている。 Dividing the radius of where the horizontal axis divided lens, the vertical axis represents the eta, plots the calculation results in the optimum conditions by changing the center substrate thickness. またグラフ中にCDの無収差と、ストレール強度0.8相当の下限レベル、上記の最適位相シフタ、固定位相シフタを波線で示している。 And no aberration of CD in the graph also Strehl intensity 0.8 equivalent of lower levels, are shown above the optimum phase shifter, a fixed phase shifter by a wavy line. これらは分割レンズを用いていないのでこのグラフ上にはポイントではプロットできない。 These can not be plotted with the point on the graph is not used the split lens. 一方、このときDVD再生で生じるRMS波面収差を図8に示した。 On the other hand, it showed an RMS wavefront aberration occurring in DVD playback this time in Fig. 図7と図8を見比べるとわかるように中心部基板厚を1.2mmに近づければ近づけるほどCDの性能は上がり、DVDの収差は増大する。 CD performance The closer to 1.2mm the center substrate thickness As can be seen compare to FIGS. 7 and 8 rises, the aberration of the DVD is increased. したがってこれらのポイントの内、どこを最適点として採用するかは、システムのいろいろなマージンの配分によって判断が分かれる。 Therefore of these points, where the to be adopted as the optimum point, divided it is determined by the distribution of various margins of the system. しかし例えば中心基板厚0.76mm、分割の境界のNA0.45のときの、CD性能η=0.526(CDストレール強度換算0.94)、DVDのRMS波面収差0.0299λ程度であればほぼ許容できるのではないかと考えられる。 But for example, the center substrate thickness 0.76 mm, when the NA0.45 division boundary, CD performance η = 0.526 (CD Strehl intensity in terms of 0.94), approximately be about RMS wavefront aberration 0.0299λ the DVD It is considered that it would be acceptable. このとき位相シフタがない場合には、DVDのRMS波面収差は0.031λであり、CDについてはη=0.414であった。 In this case when there is no phase shifter, RMS wavefront aberration of the DVD is a 0.031λ, for the CD was η = 0.414. したがってCD、DVDともに位相シフタによって収差が低減していることがわかる。 Therefore CD, it can be seen that the aberration is reduced by the DVD both phase shifter. またこのポイントではCD性能の最大値と、DVD収差の最小値が一致している。 Also the maximum value of the CD performance at this point, the minimum value of the DVD aberration coincide with each other. このとき輪帯位相シフタの位相差は0.2985λ(λ=780nm)、内径はNA0.2145であり、外径はNA0.45で分割の境界のNAと一致していた。 In this case the phase difference of the annular phase shifter is 0.2985λ (λ = 780nm), an inner diameter of NA0.2145, outer diameter was consistent with NA of the boundary of the split NA 0.45.
【0042】 [0042]
図9に逆輪帯位相マスク作りつけの分割レンズ模式図を示す。 Figure 9 shows the split lens schematic of Gyakuwa band phase mask making wear. 逆輪帯マスクがレンズに作りつけであるため、輪帯位相マスクの領域が凹んでいる。 For Gyakuwatai mask is worn to make the lens is recessed the area of ​​the annular phase mask. このときディスク側の比較的曲率がゆるやかな面にも分割レンズによる段差を示しているが、これは設計上、像側のみにすることも可能である。 Although relatively curvature at this time the disc side is shown the step by also dividing lenses gradual surface, which is the design, it is also possible to image side only.
【0043】 [0043]
図10にCD再生波長のずれによるCD再生スポット性能ηの値を示す。 Figure 10 shows the values ​​of CD playback spot performance η due to the deviation of the CD playback wavelength. 横軸の範囲は±20nmあるが、実際上、温度変化などでずれる波長範囲は±10nm程度と考えられる。 Although the scope of the horizontal axis is ± 20 nm, in practice, the wavelength range shifted by a temperature change is considered to be about ± 10 nm. この範囲だとη=0.53から波長ずれー10nmでη=0.52程度の劣化であり、NA0.45でのストレール強度換算で0.93から0.92程度の変化で、ほとんど影響はない。 It is this range but the eta = 0.53 from the wavelength Zure 10 nm eta = 0.52 about deterioration, a change from the Strehl intensity converted at 0.93 about 0.92 in NA 0.45, little effect Absent. 図中には先に述べた最適輪帯位相シフタ、固定輪帯位相シフタについても合わせて表示している。 Optimal annular phase shifter previously described in the figure, are displayed together also fixed annular phase shifter.
【0044】 [0044]
図11は波長650nmでのDVD再生時の波長ずれに対するRMS波面収差であり、分割レンズと最適位相シフタを組み合わせた場合、収差は0.030λから、波長ずれー10nmで0.036λまで増加している。 Figure 11 is a RMS wavefront aberration for a wavelength shift during DVD playback at a wavelength of 650 nm, when combined split lens and the optimal phase shifter, the aberration from 0.030Ramuda, increasing at a wavelength Zure 10nm to 0.036λ there. これも十分、許容範囲内と考えられる。 This is also sufficiently considered within the allowable range. また図中には先に述べた最適輪帯位相シフタ、固定輪帯位相シフタについても合わせて表示している。 The optimum annular phase shifter previously described in the figure, are displayed together also fixed annular phase shifter. 固定位相シフタについてはDVDでは収差が発生しないような位相差が選ばれているので、波長ずれ0で収差は0となっている。 Since the fixed phase shifters are selected phase difference such as aberration in the DVD is not generated, the aberration at wavelength shift 0 is zero. 最適位相シフタのみについては位相差がDVDで収差を生じない位相差からずれているため、その位相差になる波長ずれ量に向けて線形に波面収差が変化している。 Since the only optimal phase shifters are shifted from the phase difference the phase difference does not cause aberrations in DVD, the wavefront aberration is changed linearly toward a wavelength shift amount becomes the phase difference.
【0045】 [0045]
図12は波長780nmによるCD再生時の波面収差形状を示している。 Figure 12 shows a wavefront aberration shape upon CD reproduction with the wavelength 780 nm. それぞれ制限開口のNA範囲で焦点ずれを最適化し、横軸はNA0.6の全開口にわたる瞳の半径座標で示しているため、周辺部は収差が非常に大きくなっている。 Each optimizing defocus in NA range limiting opening, since the horizontal axis represents the pupil radius coordinate over the entire opening of NA 0.6, periphery aberration is very large. またそのとき縦軸は±0.5λの範囲内に折り畳んで表示しているため、周辺部は急激に振動しているように見えている。 The vertical axis that time because of the display is folded within a range of ± 0.5 [lambda, and appeared to be the peripheral portion is rapidly vibrate. これらは制限開口のみで最適化した場合に比べてより広いNAで収差が抑えられている。 These are aberration is suppressed in a wider NA as compared with the case of optimized only limiting aperture. また制限開口NAの範囲の外側の波面の立ち上がりも急峻となっており、収差の大きいことによる制限開口の効果もより顕著となることが期待される。 The rise of the outside of the wave front in the range limiting opening NA also has a sharp, it is expected to become more pronounced effect of limiting aperture by aberrations large.
【0046】 [0046]
図13は波長650nmによるDVD再生時の波面収差である。 FIG. 13 is a wavefront aberration at the time of DVD playback according to the wavelength of 650nm. 図12での制限開口のみの場合と、固定位相シフタのみの場合には波面収差は完全に0となるので、ここでは分割レンズと最適位相シフタを組み合わせた場合と、最適位相シフタのみの場合を表示している。 In the case of only a limited opening in FIG. 12, because the wave front aberration becomes completely zero when the fixed phase shifter only, and when combined split lens and the optimal phase shifter here, the case of the optimum phase shifter only it's shown. 収差のまったく発生しない最外周部分でも収差が0となっていないことから、全体に若干焦点ずれを生じさせていることがわかる。 Since even not at all occur outermost peripheral portion of the aberration is not aberration becomes 0, it can be seen that cause slight defocus throughout. これは位相シフタで発生した位相差を収差と考えた場合に、若干焦点ずれさせた方が全体のRMS波面収差が小さくなるためである。 This is when considering the aberration phase difference generated in the phase shifter, who was allowed to slightly shifted focus is because the overall RMS wavefront aberration becomes smaller. いずれにせよグラフ縦軸の値はかなり小さく、波面形状の特異さは実際上影響を及ぼさない程度のRMS波面収差に抑えられている。 The value of the graph ordinate anyway quite small, specifically of the wavefront shape is suppressed to RMS wavefront aberration of the degree that does not adversely practice effects.
【0047】 [0047]
図14にスポット形状の計算結果を示す。 Figure 14 shows the calculation results of the spot shape. グラフの横軸はスポットのピーク強度に対してexp(ー2)倍の強度のスポットの全幅、縦軸はサイドローブの強度を中心強度で規格化した値である。 The horizontal axis exp (-2) to the peak intensity of the spot times the intensity of the spots of the total width of the graph, the vertical axis represents the value obtained by normalizing the intensity of the side lobe in the central intensity. したがってスポット、サイドローブ共に小さい方が望ましいので、プロット点がグラフの左下に近いほど分解能が高いスポットであるということができる。 Thus spot, since it is desirable sidelobe are small, it is possible that the resolution plot point is closer to the lower left of the graph has a high spot. ここで対物レンズの瞳の強度分布としては対称なガウス分布を仮定し、瞳におけるガウス分布の中心の強度に対してexp(ー2)倍の強度の範囲の幅に対するレンズ口径の比が0.1、レンズの中心部分の強度に対する周辺部分の強度が0.98となる場合の計算結果である。 Here assuming a symmetrical Gaussian distribution as the intensity distribution in a pupil of the objective lens, the ratio of the lens aperture to the width of the range of exp (-2) times the intensity with respect to the intensity of the center of the Gaussian distribution in the pupil is 0. 1, the calculation result in the case where the intensity of the peripheral portion to the intensity of the center portion of the lens is 0.98. 図中白抜きの丸印が無収差のCDであり、これに近いほどCDと同レベルの再生性能が期待できる。 Circles in the figure white is of no aberration CD, as can be expected CD and the same level of playback performance is close to this. 黒い四角は通常のDVDレンズに制限開口のみを用いた場合であり、実際に制限開口を挿入した場合、その焦点位置でそのまま制限開口をとりはらった場合、制限開口をとりはらってスポット中心強度が最大となるように焦点位置をずらした場合の3つのプロット点がある。 Black squares is a case where only limited opening to the normal DVD lens, when actually inserting the restriction opening, if it was rid of the restriction opening at its focal position, the spot center intensity is rid the limiting aperture there are three plotted points in the case of shifting the focal position so as to maximize. この場合はいずれも無収差CDよりもスポット分解能が劣っている。 In this case have poor spot resolution than the aberration-free CD are both. 黒い三角印は最適輪帯位相シフタのみを挿入した場合であり、同様にして3つのプロット点がある。 Black triangle shows the case of inserting the only optimal annular phase shifter, there are three plotted points in the same manner. 制限開口のみに比べてスポット径はかなり改善しているが、制限開口がないとサイドローブがかなり大きくなっている。 Although the spot diameter than limiting aperture only has improved considerably, and without side lobes limiting aperture is considerably larger. 白抜きの四角は分割レンズと最適輪帯位相シフタを組み合わせた場合である。 Open squares are the case where a combination of split lens and the optimal annular phase shifter. 同様にして3つのプロット点があるが、この3つがかなり接近していることがわかる。 There is a similar manner three plotted points, but it is understood that although the three are quite close. つまりこの場合には制限開口はあってもなくてもほとんど変わらず、仮想的な制限開口の範囲外の光の収差が急峻に増大しているためスポット形成には実質的に影響を与えていないことがわかる。 That hardly changed with or without restriction opening there in this case, it does not substantially affect the spot formation for aberration of light outside the virtual limiting aperture is steeply increased it can be seen. この場合光スポットはCD無収差に比べてスポット径がやや小さく、サイドローブが若干大きめとなっている。 In this case the light spot is slightly smaller spot diameter than that of the CD no aberration, the side lobe has become a slightly larger. これでスポット性能の評価指標であったηの値がCDとほぼ同等から若干劣る程度であったのは、おそらく、サイドローブを低減しきれていない影響をスポット径を小さくして相殺している状況となっているのではないかと推測される。 Now the value of η was an evaluation index of spot performance was the degree to which inferior slightly from substantially the same as the CD is, perhaps, have been offset by reducing the spot diameter of the impact that is not completely reduce the side lobes it is presumed that it would be has become a situation. 一方DVDを再生する場合のスポットの計算結果を白抜きの三角とひし形でグラフの左下にプロットしている。 On the other hand it is plotted in the lower left corner of the graph the spot of the calculation result of the case in the triangular and diamond of white to play a DVD. ひし形がDVDを無収差で再生するスポット、三角が最適分割レンズと最適位相シフタを組み合わせた場合である。 Spot diamonds to play a DVD without aberration, and when the triangle combines optimal split lens and the optimal phase shifter. DVDについてはほとんど同じスポット形状となっている。 It has become almost the same spot shape for the DVD.
【0048】 [0048]
図15に光ヘッドの実施例を示す。 Shows an embodiment of an optical head in FIG. 15. 半導体レーザ4からの光をコリメートレンズ5により平行光としてビーム成形プリズム61、62により楕円ビームを円形ビームとする。 The elliptical beam with circular beam by the beam shaping prism 61 as parallel light by the collimator lens 5 light from the semiconductor laser 4. ビーム成形プリズムは光学系の効率が十分高いか、ディスクのトラックピッチがディスク上の光スポットの主ローブと第1暗線の間隔より広い場合に、取り除いた方が部品点数、隣接トラッククロストーク低減のために有利となる場合もある。 Or beam shaping prism is sufficiently high efficiency of the optical system, when the track pitch of a disk is wider than the distance between the main lobe and the first dark line of the light spot on the disk, the removed it is parts of the adjacent track cross talk reduction in some cases it is advantageous in order. さらにこの光はビームスプリッタ71を透過し、さらに立ち上げミラー8により反射され、2次元アクチュエータ9に搭載された本発明による対物レンズ3により光ディスク上に集光される。 The light further passes through the beam splitter 71, is further reflected by the mirror 8 up, is focused on the optical disk by the objective lens 3 according to the present invention mounted on a two-dimensional actuator 9. 光ディスクはCDでもDVDでもよい。 Optical disc may be a DVD even CD. 2次元アクチュエータ9はトラッキング誤差信号により、ディスク半径方向に可動し、光スポットをトラック上に位置決めし、焦点誤差信号により光軸方向に可動し、焦点位置をディスク上に位置決めする。 The tracking error signal 2-dimensional actuator 9, and movable in the radial direction of the disk, the light spot is positioned on the track, and movable in the optical axis direction by the focus error signal to position the focus position on the disk. 反射光は再び、対物レンズ3、立ち上げミラー8を経由して、ビームスプリッタ71を反射し、検出光学系に導かれる。 The reflected light again, the objective lens 3 via a raising mirror 8, reflects the beam splitter 71 and guided to the detection optical system. ビームスプリッタ72を透過した光は集光レンズ111により集光光束とされ、ビームスプリッタ73に入射する。 Light transmitted through the beam splitter 72 is a condensed light beam by the condenser lens 111, is incident on the beam splitter 73. ここでは透過光はシリンドリカルレンズ12を透過し、4分割光検出器13に入射する。 Here the transmitted light is transmitted through the cylindrical lens 12, is incident on the quadrant photodetector 13. この分割検出器の対角成分の和信号どうしの差動信号を差動増幅器141により出力し、焦点ずれ信号とする。 The differential signal of the sum signal with each other in the diagonal components of this split detector output by the differential amplifier 141, a focus error signal. 一方ビームスプリッタ73で反射した光は2分割光検出器15に入射し、それぞれの出力の差動信号を差動増幅器142により出力することにより、トラッキング誤差信号を得る。 Meanwhile the light reflected by the beam splitter 73 is incident on the two-division photodetector 15 by outputting a differential signal of the respective output by the differential amplifier 142 to obtain a tracking error signal. またビームスプリッタ72を反射した光は集光レンズ112により光検出器16に集光され光電変換された信号は、アンプ17で増幅され再生信号を得る。 The light reflected by the beam splitter 72 is condensed photoelectrically converted signal to the optical detector 16 by the condenser lens 112, it is amplified by the amplifier 17 to obtain a reproduced signal. 再生信号はサーボ信号検出用のディテクタの出力の和信号から検出しても差し支えない。 Reproduction signal no problem be detected from the sum signal of the output of the detector for detecting servo signals. この場合、信号帯域まで検出した信号をローパスフィルタなどで帯域制限してサーボ信号を検出すればよい。 In this case, it may be detected servo signal detection signal to the signal band, such as a low-pass filter and band-limited. サーボ検出光学系は一例であり、他の方式を用いることも可能である。 Servo detection optical system is an example, it is also possible to use other methods.
【0049】 [0049]
以上では輪帯位相シフタは対物レンズに作りつけられている実施例を説明してきたが、図16はDVD専用の対物レンズ18と、独立した輪帯位相シフタ19をハイブリッドに一体化して2次元アクチュエータに搭載した実施例である。 Although annular phase shifter has been described an example that is attached making the objective lens in the above, and FIG. 16 is DVD dedicated objective lens 18, independent of the annular phase shifter 19 are integrated in a hybrid two-dimensional actuator is an example mounted on. ここでは図15の立ち上げミラーからディスクまでの光学系に相当する部分だけを置き換えることを想定し、その部分だけを示した。 Here, assume that to replace only the portion corresponding to the optical system from rising mirror 15 to the disk, showing only that portion.
【0050】 [0050]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
輪帯位相シフタ、またはそれとレンズ内外で無収差となる基板厚が異なる対物レンズを最適に組み合わせることにより、波長650nmのレーザ光で基板厚0.6mmのDVDを、波長780nmのレーザ光で基板厚1.2mmのCDを、制限開口を必要とすることなく1つのレンズで再生することが可能となり、小型で安価な光ヘッドを提供できる。 By combining annular phase shifter, or it and the lens out with no aberration become objective lens substrate thickness are different optimum, the DVD substrate thickness 0.6mm by a laser beam with a wavelength between 650 nm, the substrate thickness with a laser beam having a wavelength of 780nm the 1.2mm of CD, and reproduced by one lens without the need for limiting opening can be provided an inexpensive optical head compact.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明による対物レンズの基本的なイメージ図。 Basic image view of an objective lens according to the invention; FIG.
【図2】球面収差波面形状。 [Figure 2] spherical aberration wavefront shape.
【図3】輪帯位相シフタによる波面収差形状。 [Figure 3] wavefront aberration shape by the annular phase shifter.
【図4】逆輪帯位相シフタによる波面収差形状。 [Figure 4] wavefront aberration shape by reverse annular phase shifter.
【図5】DVDに影響のない条件でのCDの位相シフト量。 FIG. 5 is a phase shift amount of CD in the conditions with no impact on the DVD.
【図6】光線追跡に用いたDVDレンズ仕様。 [6] DVD lens specifications using the ray tracing.
【図7】分割レンズと位相シフタを組み合わせた場合のCD再生スポット性能。 [7] CD playback spot performance when combined split lens and a phase shifter.
【図8】DVD再生で生じるRMS波面収差。 [8] RMS wavefront aberration that occurs in DVD playback.
【図9】最適逆輪帯位相シフタ作りつけの分割レンズ形状模式図。 [9] divided lens shape schematic diagram of the best reverse annular phase shifter making wearing.
【図10】CD再生波長のずれによるCD再生スポット性能の変化。 FIG. 10 is a variation of CD playback spot performance due to the deviation of CD playback wavelength.
【図11】DVD再生時の波長ずれに対するRMS波面収差。 [11] RMS wavefront aberration for a wavelength shift at the time of DVD playback.
【図12】CD再生時の波面収差形状。 [12] wavefront aberration shape at the time of CD playback.
【図13】DVD再生時の波面収差形状。 [13] DVD playback of the wavefront aberration shape.
【図14】スポット形状の計算結果。 [14] spot shape of the calculation result.
【図15】光ヘッドの実施例。 [15] Examples of the optical head.
【図16】対物レンズと輪帯位相シフタがハイブリッドに一体化された実施例。 [16] Examples objective lens and the annular phase shifter are integrated in a hybrid.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1‥‥輪帯位相シフタつき対物レンズ、101‥‥輪帯位相シフト領域、2‥‥球面収差波面、102‥‥逆輪帯位相シフト領域、3‥‥逆輪帯位相シフタ一体型分割レンズ、4‥‥半導体レーザ、5‥‥コリメートレンズ、61、62‥‥ビーム成形プリズム、71、72、73‥‥ビームスプリッタ、8‥‥立ち上げミラー、9‥‥2次元アクチュエータ、10‥‥光ディスク、111、112‥‥集光レンズ、12‥‥シリンドリカルレンズ、13‥‥4分割ディテクタ、141、142‥‥差動アンプ、15‥‥2分割ディテクタ、16‥‥ディテクタ、17‥‥アンプ、18‥‥DVD用対物レンズ、19‥‥輪帯位相シフタ。 1 ‥‥ annular phase shifter with an objective lens, 101 ‥‥ annular phase shift region, 2 ‥‥ spherical aberration wavefront, 102 ‥‥ opposite annular phase shift region, 3 ‥‥ opposite annular phase shifter integrated split lens, 4 ‥‥ semiconductor laser, 5 ‥‥ collimating lens, 61, 62 ‥‥ beam shaping prism, 71, 72, 73 ‥‥ beam splitter, 8 ‥‥ rising mirror, 9 ‥‥ 2-dimensional actuator, 10 ‥‥ optical disc, 111 and 112 ‥‥ condenser lens, 12 ‥‥ cylindrical lens, 13 ‥‥ 4-split detector, 141 and 142 ‥‥ differential amplifier, 15 ‥‥ 2-split detector, 16 ‥‥ detector, 17 ‥‥ amplifier, 18 ‥ ‥ DVD objective lens, 19 ‥‥ annular phase shifter.

Claims (4)

  1. 第1の波長のレーザ光を第1の厚さの基板に集光し、前記第1の波長とは波長の異なる第2の波長のレーザ光を前記第1の厚さとは異なる厚さの第2の厚さの基板に集光する対物レンズであって、 The laser beam of the first wavelength is focused on the first thickness of the substrate, the thickness different from a laser beam the first thickness of the first second wavelength different from the wavelength a objective lens for focusing the second thick substrate,
    前記対物レンズの内側と外側で収差なく集光するための基板厚さが異なっており、 The substrate thickness for aberrations without condensed inside and outside of the objective lens is different,
    前記対物レンズは凹型に輪帯位相シフタを有し、 The objective lens has a annular phase shifter concave,
    前記第1の波長を用いた際に生じる収差と前記第2の波長を用いた際に生じる収差を共に低減させるように前記凹型の深さが調整されていることを特徴とする対物レンズ。 An objective lens, wherein a depth of the concave is adjusted so as to both reduce aberrations occurring when using the aberration and the second wavelength that occurs when using the first wavelength.
  2. 前記第1の波長は780nmであり、前記第2の波長は650nmであることを特徴とする請求項1記載の対物レンズ。 Wherein the first wavelength is 780 nm, the objective lens according to claim 1, wherein said second wavelength is 650 nm.
  3. 前記第1の厚さは1.2mmであり、前記第2の厚さは0.6mmであることを特徴とする請求項1または2記載の対物レンズ。 Wherein the first thickness is 1.2 mm, according to claim 1 or 2, wherein the objective lens, wherein said second thickness is 0.6 mm.
  4. 第1の波長と、前記第1の波長と波長の異なる第2の波長のレーザ光を出射する半導体レーザ光源と、 A semiconductor laser source for emitting a first wavelength, the laser light of the second wavelength different from the first wavelength and the wavelength,
    前記レーザ光を基板に集光する対物レンズとを有し、 Has an objective lens for focusing the laser beam on the substrate,
    前記対物レンズの内側と外側で収差なく集光するための基板厚さが異なっており、 The substrate thickness for aberrations without condensed inside and outside of the objective lens is different,
    前記対物レンズに凹型の輪帯位相シフタを有し、 The have a concave annular phase shifter to the objective lens,
    前記第1の波長を用いた際に生じる収差と前記第2の波長を用いた際に生じる収差を共に低減させる用に前記凹型の深さが調整されていることを特徴とする光ヘッド An optical head, characterized in that the depth of the concave is adjusted for thereby both reduce aberrations occurring when using the aberration and the second wavelength that occurs when using the first wavelength.
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