JP3794229B2 - OPTICAL PICKUP DEVICE, RECORDING / REPRODUCING DEVICE EQUIPPED WITH THE OPTICAL PICKUP DEVICE, INFORMATION RECORDING / REPRODUCING METHOD, AND OBJECTIVE LENS FOR OPTICAL PICKUP DEVICE - Google Patents

OPTICAL PICKUP DEVICE, RECORDING / REPRODUCING DEVICE EQUIPPED WITH THE OPTICAL PICKUP DEVICE, INFORMATION RECORDING / REPRODUCING METHOD, AND OBJECTIVE LENS FOR OPTICAL PICKUP DEVICE Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置、この光ピックアップ装置を備えた記録再生装置、情報の記録再生方法、及び光ピックアップ装置に使用される対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、短波長赤色レーザの実用化に伴い、CD(コンパクトディスク)と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体(光ディスクともいう)であるDVDが製品化されている。DVD用記録再生装置では、650nmの半導体レーザを使用したときの対物レンズの光デイスク側の開口数NAを0.6〜0.65としている。DVDはトラックピッチ0.74μm、最短ビット長0.4μmであり、CDのトラックピッチ1.6μm、最短ピット長0.83μmに対して半分以下に高密度化されている。また、DVDにおいては、光ディスクが光軸に対して傾いたときに生じるコマ収差を小さく抑えるために、透明基板厚は0.6mmとCDの透明基板厚の半分になっている。
【0003】
また、上述したCD、DVDの他に、光源波長や透明基板厚さが異なるなど種々の規格の光ディスク、例えばCD−R,RW(追記型コンパクトディスク)、VD(ビデオディスク)、MD(ミニディスク)、MO(光磁気ディスク)なども商品化されて普及している。さらに半導体レーザの短波長化が進み、発振波長400nm程度の短波長青色レーザが実用化されようとしている。波長が短くなることでたとえDVDと同じ開口数を用いても光情報記録媒体の更なる大容量化が可能となる。
【0004】
また、上述のような従来の光情報記録媒体であるCDと同程度の大きさで、記録再生が可能なCD−Rや、記録密度を高めたDVDなど、記録面の透明基板の厚みや記録再生用レーザ光の波長の異なる複数の光情報記録媒体の開発が進み、これらの光情報記録媒体に対して、同一の光ピックアップでの記録再生を可能とすることが求められている。このため、使用波長に応じた複数のレーザ光源を備えながら、同一の対物レンズで記録面へ必要な開口数でレーザ光を収束する光ピックアップが、各種提案されている(例えば特開平8−55363号公報、同平10−92010号公報など)。
【0005】
これらのうち、特開平9−54973号公報には、635nmを透過光(0次回折光)、785nmは−1次回折光を利用したホログラム光学素子を用いた光学系および635nmを+1次回折光、785nmは透過光(0次回折光)を利用したホログラム光学素子を用いた光学系が開示されている。また、特開平10−283668号公報には、650nmではホログラム型リングレンズを100%透過し、780nmでは、ホログラム型リングレンズで1次回折される光学系が開示されている。
【0006】
しかしながら、これらのホログラム素子ならびにホログラム型リングレンズにおいて、一方の波長で0次光の回折効率をほぼ100%とした場合に、どうしても、他方の波長での、+1次回折光もしくは−1次回折光の回折効率には限界があり、所望の高い回折効率は得られず、光量のロスが生じ、光量の利用効率が悪くなってしまうという問題があった。光量のロスが生じる場合、特に情報の記録時においては、より高パワーのレーザが必要になってしまう。
【0007】
また、ホログラム素子ならびにホログラム型リングレンズにおいて、一方の波長で0次光の回折効率をほぼ100%とし、他方の波長で、できるだけ0次光を透過させず、+1次回折光もしくは−1次回折光の回折効率を大きくする場合、ホログラムの深さが3.8〜5.18μmと深くなってしまっていた。このため、特に対物レンズに、ホログラム光学素子もしくはホログラム型リングレンズの機能を一体化させた場合、金型の加工、成形が非常に困難であるという問題も有していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は先に、同心円状に分割された複数の輪帯からなり、各輪帯は、波長の異なる複数の光源、及び/または、記録面の厚みの異なる透明基板に対してほぼ回折限界に収差補正され、構成が簡素化された光ピックアップを構成できる対物レンズを提案した(特願平9−286954号)。この対物レンズは、使用波長及び/または透明基板の厚みに応じて自動的に必要な開口を得られるという機能を有している。しかし、レーザ光源と光検出器が一体となったレーザ/検出器集積ユニットを使用した場合、光検出器に入射するフレア光により、正確な検出が出来ない場合が生じるという問題があった。これは特に、ホログラムを利用して光束を偏向し光検出器に導く方式のレーザ/検出器集積ユニットにおいて顕著である。また、DVD系の記録可能なディスク(DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+RW等)や、CD系の記録可能なディスク(CD−R、CD−RW等)に高速記録する場合、専用レンズを使った光学系と比べて、一部の光がフレアとなるため光量の利用効率が悪く、レーザ光源のパワーを大きくする必要があった。
【0009】
本発明の目的は、互いに異なる少なくとも2つの波長の光をそれぞれ用いる、異なる種類の光情報記録媒体の記録及び/または再生を、1つの光ピックアップ装置で可能とする、光ピックアップ装置、記録再生装置、光学素子、記録再生方法を提供することである。
【0010】
さらには、互いに異なる少なくとも2つの波長の光を用い、異なる種類の光情報記録媒体に適用する場合であっても、大きな球面収差や色収差を発生させることなくそれぞれの異なる光情報記録媒体に対して、情報の記録および/または再生を、1つのピックアップ装置で可能とすることを目的とする。しかも、簡単な構成である光ピックアップ装置を提供することも目的とする。特に、厚さの異なる透明基板を有する異なる種類の光情報記録媒体を用いる場合には、球面収差の問題がさらに深刻になるが、そのような場合であっても、大きな球面収差や色収差を発生させることなくそれぞれの異なる光情報記録媒体に対して、情報を記録および/または再生を、1つの光ピックアップ装置で行えるようにすることも目的とする。
【0011】
さらに、複数のレーザーや複数の検出器の集積ユニットを用いたピックアップ装置においても、検出に悪影響を与えてしまうようなフレア光が光検出器上に照射されることなく、光検出器による光の検出が良好に行え、検出におけるS字特性も良好とすることを目的とする。さらに、光量のロスが少なく、光量の利用効率に優れた光ピックアップ装置、記録再生装置、光学素子、記録再生方法を提供することも本発明の目的である。
【0012】
使用波長および透明基板厚さが異なるDVDおよびCDの両方に対して、大きな球面収差や色収差を発生させることなく一つの対物レンズを使用して情報を記録および/または再生するための互換性のある光学系が種々提案されている。しかしながら、実用化されているものは、光源からの発散光束をカップリングレンズでその発散度を弱めるかもしくは平行光束とするかあるいは弱い収束光束とし、対物レンズと光情報記録媒体の透明基板とを介して情報記録面に光束を収束させる構成になっており、カップリングレンズと対物レンズの2つのレンズを必要としている。そのため、光ピックアップ装置を小型薄型化するのが困難で、しかもコストが高くなるという問題がある。
【0013】
一方、前述の様にCDやDVD以外の様々な光ディスクが普及してきており、これらの光ディスクに対しても互換性があって、しかも構成が簡単な光学系およびこれを備えた光ピックアップ装置が必要とされている。かかる光学系、レンズ、光ディスク用回折光学系、再生装置及び光ピックアップ装置用対物レンズを提供することも本発明の目的である。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の光ピックアップ装置は、光情報記録媒体から情報を再生し、または、光情報記録媒体に情報を記録するための光ピックアップ装置において、第1の透明基板を有する第1の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するための第1の波長を有する第1の光束を射出する第1の光源と、前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を有する第2の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するための前記第1の波長と異なる第2の波長を有する第2の光束を射出する第2の光源と、対物レンズと光軸と回折部とを有する集光光学系と、前記第1の光情報記録媒体の情報記録面または前記第2の光情報記録媒体の情報記録面から反射された光束を受光するための光検出器と、を具備し、前記集光光学系は、前記第1の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第1の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第1の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第1の光束の前記n次回折光を、前記第1の透明基板を介して前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができ、前記集光光学系は、前記第2の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第2の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第2の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第2の光束の前記n次回折光を、前記第2の透明基板を介して前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができるとともに、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
−0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
λ1<λ2
t1<t2
NA1>NA2
ここで、ΔT(℃):温度変化
Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
λ1:前記第1の光束の波長
λ2:前記第2の光束の波長
t1:前記第1の透明基板の厚さ
t2:前記第2の透明基板の厚さ
NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
【0015】
また、請求項19の光ピックアップ装置用対物レンズは、光情報記録媒体から情報を再生し、または、光情報記録媒体に情報を記録するための光ピックアップ装置において使用される対物レンズであって、光軸と回折部とを有し、第1の透明基板を有する第1の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するための第1の波長を有する第1の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第1の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第1の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第1の光束の前記n次回折光を、前記第1の透明基板を介して前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができ、前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を有する第2の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するための前記第1の波長と異なる第2の波長を有する第2の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第2の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第2の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第2の光束の前記n次回折光を、前記第2の透明基板を介して前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができるとともに、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
−0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
λ1<λ2
t1<t2
NA1>NA2
ここで、ΔT(℃):温度変化
Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
λ1:前記第1の光束の波長
λ2:前記第2の光束の波長
t1:前記第1の透明基板の厚さ
t2:前記第2の透明基板の厚さ
NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
【0016】
また、請求項37の記録再生装置は、光情報記録媒体から情報を再生し、または、光情報記録媒体に情報を記録するための装置であって、光ピックアップ装置を備え、前記光ピックアップ装置は、第1の透明基板を有する第1の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するための第1の波長を有する第1の光束を射出する第1の光源と、前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を有する第2の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するための前記第1の波長と異なる第2の波長を有する第2の光束を射出する第2の光源と、対物レンズと光軸と回折部とを有する集光光学系と、前記第1の光情報記録媒体の情報記録面または前記第2の光情報記録媒体の情報記録面から反射された光束を受光するための光検出器と、を具備し、前記集光光学系は、前記第1の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第1の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第1の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第1の光束の前記n次回折光を、前記第1の透明基板を介して前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができ、前記集光光学系は、前記第2の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第2の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第2の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第2の光束の前記n次回折光を、前記第2の透明基板を介して前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができるとともに、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
−0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
λ1<λ2
t1<t2
NA1>NA2
ここで、ΔT(℃):温度変化
Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
λ1:前記第1の光束の波長
λ2:前記第2の光束の波長
t1:前記第1の透明基板の厚さ
t2:前記第2の透明基板の厚さ
NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
【0017】
また、請求項38の情報の記録再生方法は、光ピックアップ装置により、少なくとも2種類の光情報記録媒体に対して情報の再生または記録する記録再生方法であって、前記光ピックアップ装置は、第1の光源と、第2の光源と、以下の条件式を満たす対物レンズと光軸と回折部とを有する集光光学系と、光検出器と、を備え、前記第1の光源から第1の光束をまたは前記第2の光源から前記第1の光束の波長と異なる第2の光束を射出するステップと、前記第1の光束または前記第2の光束を前記回折部の少なくとも一部を通過させて前記第1の光束の少なくとも1つの次数の回折光または前記第2の光束の少なくとも1つの次数の回折光を発生するステップ(ここで、前記第1の光束の少なくとも1つの次数の回折光の内のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きいとしたとき、前記第2の光束の少なくとも1つの次数の回折光の内のn次回折光の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい)と、前記集光光学系により、前記第1の光束の前記n次回折光を第1の透明基板を介して第1の光情報記録媒体の情報記録面にまたは前記第2の光束の前記n次回折光を前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を介して第2の光情報記録媒体の情報記録面に、前記光ピックアップ装置が前記第1の光情報記録媒体または前記第2の光情報記録媒体に情報を記録しまたはそこから情報を再生するために、集光するステップと、前記光検出器により、前記集光された前記n次回折光の前記第1の光情報記録媒体の情報記録面からの第1の反射光または前記集光された前記n次回折光の前記第2の光情報記録媒体の情報記録面からの第2の反射光を検出するステップと、を含むとともに、以下の条件式を満足することを特徴とする。
−0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
λ1<λ2
t1<t2
NA1>NA2
ここで、ΔT(℃):温度変化
Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
λ1:前記第1の光束の波長
λ2:前記第2の光束の波長
t1:前記第1の透明基板の厚さ
t2:前記第2の透明基板の厚さ
NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
【0018】
なお、n次回折光量が他のいずれの次数の回折光量よりも大きいとは、所定の波長の光に対して、n次の回折光の回折効率が、n次以外の他の次数のそれぞれの回折光の回折効率よりも高いということである。また、n次のnは符号まで含むものであり、本発明の回折部を通過した第1の光束において、+1次の回折光を、他の次数の回折光に比して多く発生させた場合は、回折部を通過した第2の光束においても、+1次の回折光を、他の次数の回折光に比して多く発生させる事を意図し、回折部を通過した第2の光束において、−1次の回折光を、他の次数の回折光に比して多く発生させる事まで含むものではない。
【0019】
また、本発明の光ピックアップ装置は、互いに異なる少なくとも2つの波長の光を用いる、異なる種類の光情報記録媒体の記録及び/または再生を、1つのピックアップ装置で可能とするものである。すなわち、本発明の光ピックアップ装置は、第1の光情報記録媒体及び第2の光情報記録媒体という異なる情報記録媒体の記録/再生に用いられるものである。本発明の光ピックアップ装置の第1の光源の第1の光束は、第1の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、第1の光情報記録媒体に情報を記録するために使用され、第2の光源の第2の光束は、第2の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、第2の光情報記録媒体に情報を記録するために使用する。また、通常、光情報記録媒体は、情報記録面上に、透明基板を有するものである。
【0020】
また、本発明の機能を、別の言い方で表すと、集光光学系は、回折部に達した第1の光束により回折部で発生した第1の光束のn次回折光を第1の光情報記録媒体に記録された情報を再生するためにまたは第1の情報記録媒体に情報を記録するために、第1の透明基板を介して第1の光情報記録媒体の第1の情報記録面に集光することができ、集光光学系は、回折部に達した第2の光束により回折部で発生した第2の光束のn次回折光を第2の光情報記録媒体に記録された情報を再生するためにまたは第2の情報記録媒体に情報を記録するために、第2の透明基板を介して第2の光情報記録媒体の第2の情報記録面に集光することができ、光検出器は、第1の情報記録面または第2の情報記録面から反射した光束を受光することができるということになる。
【0021】
より好ましい態様を以下に示す。集光光学系は、回折部を通過した第1の光束におけるn次回折光を第1の光情報記録媒体の第1の情報記録面に、対物レンズの像側の、第1の光束における所定開口数内では0.07λrms以下の状態で、即ち、実使用上開口内の光束が最良像点において回折限界性能もしくはそれ以下となる状態で集光することができ、そして集光光学系は、回折部を通過した第2の光束におけるn次回折光を第2の光情報記録媒体の第2の情報記録面に、対物レンズの像側の、第2の光束における所定開口数内では0.07λrms以下の状態で、即ち、実使用上開口内の光束が最良像点において回折限界性能もしくはそれ以下となる状態で集光することができる。
【0022】
さらに、第1の光源もしくは第2の光源において、温度変化や電流変化に基づく±10nm以下程度の波長シフトが起きる場合であっても、それぞれの情報記録面上において、対物レンズの像側の所定開口数内では0.07λrms以下の状態で、n次回折光が集光されることが好ましい。特に、第1の光束 もしくは、第2の光束が600nm以下の波長(例えば、350nm〜480nm等)の光束であり、±10nm以下程度の波長シフトが発生する場合であっても、対物レンズの像側の所定開口数内では0.07λrms以下の状態で、n次回折光が集光されることが、特に好ましい。
【0023】
なお、n次回折光が、1次回折光もしくは−1次回折光であると、±1次より高次の回折光を用いる場合と比較して光量の損失が少なくなり好ましい。
【0024】
また、回折部における第1の光束のn次回折光の回折効率をA%とし、他のある次数(好ましくはn以外の次数のうちで、回折効率が最も大きい次数)の回折光の回折効率をB%としたとき、A−B≧10であることが好ましく、回折部における第2の光束のn次回折光の回折効率をA’%とし、他のある次数の回折光の回折効率をB’%としたとき、A’−B’≧10であることが好ましい。さらにA−B≧30、A’−B’≧30であることがより好ましく、A−B≧50、A’−B’≧50、であることがより好ましく、A−B≧70、A’−B’≧70であることがさらに好ましい。
【0025】
また、第1の光束も第2の光束も、光情報記録媒体の情報の記録に用いる場合は、回折部におけるn次回折光の回折効率が、第1の光束の波長と第2の光束の波長との間の波長において最大となるようにすることが好ましい。
【0026】
また、第1の光束か第2の光束のいずれかのみを、光情報記録媒体の情報の記録に用い、他方の光束は再生のみに用いる場合は、回折部におけるn次回折光の回折効率が、第1の光束の波長と第2の光束の波長との間の波長において最小となるようにすることが好ましい。より好ましくは、回折部におけるn次回折光の回折効率が、第1の光束の波長か、第2の光束の波長かの、情報の記録に用いる方において、最大となるようにすることである。
【0027】
また、回折部が設けられる光学素子としては、特に限定されないが、集光光学系に設けられる、屈折面を持つレンズや、平板状素子などが挙げられる。
【0028】
回折部を設ける光学素子として、屈折面を持つレンズを用いる場合、光学素子の具体例としては、対物レンズやコリメーターレンズやカップリングレンズなどが挙げられる。これらのレンズの屈折面上等に回折部を設けることができる。また、回折部を設けることのみを目的とした平板状やレンズ状の光学素子を、集光光学系に加えてもよい。
【0029】
なお、対物レンズの屈折面上に回折部を設ける場合、対物レンズの外径(フランジを有する場合はフランジも含む外径)が、絞り径よりも、0.4mm〜2mm大きいことが好ましい。
【0030】
回折部は、光学素子の光源側の光学面に設けてもよいし、像側(光情報記録媒体側)に設けてもよいし、両面に設けるようにしてもよい。また、回折部は凸面に設けてもよいし、凹面に設けてもよい。
【0031】
対物レンズに回折部を設けると、部品点数の削減につながり、しかも光ピックアップ装置の製造時の組立誤差も減少できるるため、より好ましい。その場合、対物レンズは、1枚玉であることが好ましいが、2枚玉であってもよい。プラスチックレンズが好ましいが、ガラスレンズであってもよい。また、ガラスレンズ表面に回折部が形成された樹脂層を設けてもよい。また、回折部が設けられている対物レンズは、外周に、光軸に対し垂直方向に延びた面を持つフランジ部を有することが好ましい。これにより、ピックアップ装置への精度の高い取り付けが容易に行え、しかも環境温度が変化しても安定した性能を得られる。また、対物レンズの屈折面が非球面であって、その非球面に回折部が設けられていることが好ましい。もちろん、回折部は対物レンズの片面に設けてもよいし、両面に設けてもよい。
【0032】
また、回折部が設けられている光学素子は、アッベ数νdが50以上、100以下の材料でできていることが好ましい。また、プラスチックであっても、ガラスであってもよい。なお、プラスチックレンズである場合、その材料の屈折率が1.4〜1.75であることが好ましく、1.48〜1.6であることがさらに好ましく、1.5〜1.56であることがさらに好ましい。
【0033】
また、回折部が、レンズ(好ましくはプラスチックレンズ)に設けられている場合、温度変化に対して安定した光ピックアップ装置及び光学素子を得るために、以下の条件式を満たすことが好ましい。
-0.0002/℃<Δn/ΔT<-0.00005/℃
ΔT:温度変化
Δn:前記レンズの屈折率の変化量
【0034】
さらに以下の条件式を満たすことが好ましい。
0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
Δλ1(nm):温度変化ΔTがあったときの、第1の光源の波長の変化量
【0035】
回折部は、振幅型の回折部であってもよいが、光利用効率の観点から、位相型の回折部であることが好ましい。また、回折部の回折パターンは、光軸に対して回転対称であることが好ましい。また、回折部は、光軸の方向から見て、複数の輪帯を有し、この複数の輪帯が光軸または光軸近傍の点を中心としたほぼ同心円上に形成されていることが好ましい。円が好ましいが、楕円であってもよい。特に段差を有するブレーズド型の輪帯回折面が好ましい。また、階段状に形成された輪帯回折面であってもよい。また、光軸から離れるに従って、レンズ厚が厚くなる方向へ離散的にシフトする輪帯として階段状に形成された輪帯回折面であってもよい。なお、回折部は輪帯状であることが好ましいが、1次元回折格子であってもよい。
【0036】
回折部が同心円の輪帯状である場合、回折輪帯のピッチは、位相差関数もしくは光路差関数を使って定義される。この場合、複数の輪帯の各位置を示す冪級数で表される位相差関数が、2乗項以外の少なくとも1つの項に、0以外の係数を有することが好ましい。この構成により、異なる波長の光に起因する色収差の球面収差を補正することが可能となる。
【0037】
また、回折部の複数の輪帯の各位置を示す冪級数で表される位相差関数が、2乗項に、0以外の係数を有すると、近軸色収差を補正でき好ましい。しかし、回折輪帯のピッチを過小としないことを重視する場合、回折部の複数の輪帯の各位置を示す冪級数で表される位相差関数が、2乗項を含まないようにしてもよい。
【0038】
なお、回折部の回折輪帯のステップ数が、2以上、45以下であることが好ましい。より好ましくは、40以下である。さらに好ましくは、15以下である。なお、ステップ数を数えるには、輪帯の段差の数を数えればよい。
【0039】
また、回折部の回折輪帯の段差の光軸方向の深さが、2μm以下であることが好ましい。この構成にすることにより、光学素子の製造がしやすくなり、しかもn次回折光を容易に1次または−1次回折光にすることができる。
【0040】
また、光学素子の光源側の面に回折部を設ける場合、光軸から離れるにつれて、段差の深さが深くなる方が好ましい。
【0041】
光線を偏向する回折面の作用について、本発明では光線を、より光軸の方に偏向させる場合を正の作用と呼び、光軸から離れる方向に偏向するとき負の作用と呼ぶ。
【0042】
また、輪帯回折面のピッチは、光軸からの高さに反比例してピッチを設けてもよい。また、ピッチの設けられ方が、光軸からの高さに反比例していない、つまり、光路差関数が高次の項を有するピッチを設けてもよい。
【0043】
特に、光路差関数の高次の項を有するピッチを設ける場合、つまり、光軸からの高さに反比例してピッチが設けられていない場合、光路差関数において、変曲点を有してもよいが、変曲点を有さないことが好ましい。
【0044】
また、回折部で付加される回折作用は、回折部の全面において正であってもよいし、回折部の全面において負であってもよい。また、回折部で付加される回折作用の正負の符号が、光軸と垂直に光軸から離れる方向において少なくとも1回切り替わるようにしてもよい。例えば、図47(c)に示されるような、光軸と垂直に光軸から離れる方向において負から正に変化するタイプが挙げられる。異なる言い方をすると、回折部の複数の輪帯が、ブレーズ化されており、光軸に近い側の回折輪帯では、その段差部が光軸 から離れた側に位置し、光軸から離れた側の回折輪帯では、その段差部が光軸に近い側に位置する、とも言える。また、図47(d)に示されるような、光軸と垂直に光軸から離れる方向において正から負に変化するタイプなどでもよい。これについても異なる言い方をするなら、回折部の複数の輪帯が、ブレーズ化されており、光軸に近い側の前記回折輪帯では、その段差部が光軸に近い側に位置し、光軸から離れた側の前記回折輪帯では、その段差部が光軸から離れた側に位置するとも言える。
【0045】
なお、回折輪帯のピッチとは、図134において、光軸と垂直方向の輪帯の段差と輪帯の段差の間の距離pをいい、段差の深さとは、光軸方向の段差の長さdをいう。
【0046】
なお、ピッチが細かくなると、その部分の収束度合いや発散度合いは強くなり、ピッチが大きくなると、その部分の収束度合いや発散度合いは弱くなる。
【0047】
また、回折部を有する光学素子において、光束が通過する面の全面に回折部を設けてもよい。異なる言い方では、対物レンズの像側の最大開口数以下の光束が全て、回折部を通過するようにしてもよい、ともいえる。また、単純に光学素子の光学面の1面全面に回折部を設けてもよく、光学素子の光学面の1面の70%以上(好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上)を回折部としてもよい。
【0048】
また、光学素子の光束が通過する面の一部にのみ回折部を設け、他の部分を屈折面、もしくは透過面としてもよい。異なる言い方では、対物レンズの像側の最大開口数に対応する光束のうち、光軸と垂直方向の領域の一部の領域の光束が、回折部を通過し、他の一部の領域の光束が回折部を通過せず、屈折面や透過面を通過するようにする、とも言える。光束が通過する面の一部にのみ回折部を設ける場合、回折部を光軸を含む光軸近辺のみに設けてもよいし、光軸近辺に回折部を設けず、回折部を環状に設けてもよい。例えば、光学素子の光学面の1面の10%以上、90%未満を回折部としてもよい。または、10%以上、50%未満を回折部としてもよい。
【0049】
なお、光学素子の光束が通過する面の一部にのみ回折部を設ける場合、NA1>NA2の場合は、NA1>NAH1,NAH1≧NA2,NA2≧NAL1≧0であることが好ましい。また、NA2>NA1の場合は、NA2>NAH2,NAH2≧NA1,NA1≧NAL2≧0であることが好ましい。なお、NA1,NA2は、それぞれ第1の光束及び第2の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数である。NAH1,NAH2は、回折部の最も外側を通過した第1の光束及び第2の光束の対物レンズの像側の開口数である。NAL1,NAL2は、回折部の最も内側を通過した第1の光束及び第2の光束の対物レンズの像側の開口数である。
【0050】
また、光学素子の光束が通過する面の一部にのみ回折部を設ける場合、NA1>NA2のとき、第1の光束のうち、NA1以下で回折部を通過した光束と、回折部以外の屈折面を通過した光の集光位置がほぼ等しいことが好ましい。NA2>NA1の場合は、第2の光束のうち、NA2以下で回折部を通過した光束と、回折部以外の屈折面を通過した光の集光位置がほぼ等しいことが好ましい。
【0051】
また、回折部が、第1の回折パターンと、第2の回折パターンを有し、第2の回折パターンが、第1の回折パターンよりも光軸から離れているという態様であってもよい。また、回折部と回折部のない屈折面とを同一面上に組み合わせてもよい。
【0052】
また、2種の回折パターンを有する場合、回折部の第1の回折パターンを通過した第1の光束において、n次の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生し、第1の情報記録面 上に集光可能であり、回折部の第1の回折パターンを通過した第2の光束においても、n次の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生し、第2の情報記録面 上に集光可能であり、回折部の第2の回折パターンを通過した第1の光束において、n次の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生し、第1の情報記録面 上に集光可能であり、回折部の前記第2の回折パターンを通過した第2の光束においては、透過光である0次光が、他の次数の回折光に比して多く発生するようにしてもよい。この場合のn次としては、1次が好ましい。
【0053】
また、別の態様としては、回折部の第1の回折パターンを通過した第1の光束において、n次の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生し、第1の情報記録面上に集光可能であり、回折部の前記第1の回折パターンを通過した第2の光束においても、n次の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生し、第2の情報記録面上に集光可能であり、回折部の第2の回折パターンを通過した第1の光束において、n次の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生し、第1の情報記録面 上に集光可能であり、回折部の第2の回折パターンを通過した第2の光束においては、n次ではない負の次数の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生する。この場合のn次としては、1次が好ましく、負の次数としては−1次が好ましい。
【0054】
また、透明基板の厚さが異なる、複数の光情報記録媒体において使用する光ピックアップ装置もしくは光学素子の場合、回折部の輪帯のピッチは以下の条件式を満たすことが特に好ましい。
0.4≦|(Ph/Pf)−2|≦25
【0055】
より好ましくは、0.8≦|(Ph/Pf)−2|≦6であり、さらに好ましくは、1.2≦|(Ph/Pf)−2|≦である。
【0056】
対物レンズの像側の最大開口数に対応する回折部の輪帯のピッチがPfであり、最大開口数の1/2に対応する回折部の輪帯のピッチがPhである。なお、最大開口数とは、その光ピックアップ装置において、情報の読取/記録が行われる幾つかの種類の光情報記録媒体の所定開口数のうち、最も最大のものを最大開口数と見なす。なお、所定開口数とは、その光ピックアップ装置において、所定の波長の光束によって、光情報記録媒体の情報の読取/記録を可能とする開口数をいうが、ある光情報記録媒体の規格で定められた開口数であってもよい。また、対物レンズの像側の最大開口数に対応する回折部の輪帯のピッチとは、最大開口数の際に、回折部において、通過する光束の最も外周部に位置する輪帯のピッチを意味する。また、最大開口数の1/2に対応する回折部の輪帯のピッチとは、最大開口数の1/2の開口数の際に、回折部において、通過する光束の最も外周部に位置する輪帯のピッチを意味する。
【0057】
なお、2つの光源の光束のうち、一方の光束については、実使用上の開口までを無収差とし、その外側の部分については収差をフレアにするような光ピックアップ装置としてもよい。
【0058】
違う言い方をすると以下のように表すことができる。第1の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数内である第1の光束は、第1の光情報記録媒体の第1の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光され、第1の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数より外側を通過した第1の光束は、第1の情報記録面上では、0.07λrmsより大きい状態となり、第2の光束を用いて上記所定開口数内を通過した第2の光束も、上記所定開口数より外側を通過した第2の光束も、第2の光情報記録媒体の第2の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光される。この場合NA1<NA2であって、第1の光情報記録媒体の記録・再生を行う際に、NA1とNA2の間の光束はフレアにするということである。
【0059】
もしくは、第2の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数内である第2の光束は、第2の光情報記録媒体の第2の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光され、第2の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数より外側を通過した第2の光束は、第2の情報記録面上では、0.07λrmsより大きい状態となり、第1の光束を用いて上記所定開口数内を通過した第1の光束も、上記所定開口数より外側を通過した第1の光束も、第1の光情報記録媒体の第1の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光される。この場合、NA1>NA2であって、第2の光情報記録媒体の記録・再生を行う際に、NA2とNA1の間の光束はフレアにするということである。
【0060】
これらの態様は、回折部の設計によって、任意に設定できる。例えば、光学素子の全面に回折部を設けつつ、回折部の設計によって、所定開口数以上においてフレアを発生させるようにしてもよいし、光学素子の面の一部に回折部を設け、他は屈折面とし、屈折面や回折部によってフレアを発生させるようにしてもよい。
【0061】
上記フレアを発生させる態様においては、第1の光束を用いる際の対物レンズの像側の所定開口数よりも外側の第1の光束を遮蔽もしくは回折し、第2の光束は透過する開口制限手段も、第2の光束を用いる際の対物レンズの像側の所定開口数よりも外側の第2の光束を遮蔽もしくは回折し、第1の光束は透過する開口制限手段も有さないことが好ましい。つまり、ダイクロイックフィルタやホログラムフィルタを設けずに、通常の絞りのみを設けることが好ましい。回折部を上記機能を満たすように設計しさえすれば、通常の絞りだけ設ければよいため、機構が簡単になり好ましい。
【0062】
しかし、ホログラムフィルタ等のフィルタを用いて、フレアを発生させるようにしてもよい。なお、ホログラムフィルタなどのフィルタを設ける場合、別体のフィルタを集光光学系に設けてもよいし、対物レンズ上にフィルタを設けてもよい。
【0063】
また、所定開口数がより小さい方の光束を集光させた際の、最小スポットを作る位置に対して、アンダーにフレアを設けるようにしてもよいし、オーバーにフレアを設けるようにしてもよい。好ましくは、オーバーに設ける方がよい。
【0064】
また、上述のようにフレアを発生させる場合、球面収差図において、連続的にフレアを発生させるようにしてもよいし、不連続にフレアを発生させるようにしてもよい。
【0065】
また、別の態様として、フレアを発生させない光ピックアップ装置の態様が挙げられる。以下のようなものが挙げられる。
【0066】
違う言い方をすると以下のように表すことができる。第1の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数内である第1の光束は、第1の光情報記録媒体の第1の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光され、第1の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数より外側を通過した第1の光束は、第1の情報記録面 上では、0.07λrms以下の状態で集光されるか、もしくは、遮蔽されて、第1の情報記録面上まで達することがなく、第2の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数内を通過した第2の光束も、所定開口数より外側を通過した第2の光束も、第2の光情報記録媒体の第2の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光される。この場合、NA1<NA2であって、第1の光情報記録媒体の記録・再生を行う際に、NA1とNA2の間の光束も集光するか、もしくは遮蔽するということである。
【0067】
もしくは、第2の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数内である第2の光束は、第2の光情報記録媒体の第2の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光され、第2の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数より外側を通過した第2の光束は、第2の情報記録面 上では、0.07λrms以下の状態で集光されるか、もしくは、遮蔽されて、第2の情報記録面上まで達することがなく、第1の光束を用いる際の、対物レンズの像側の所定開口数内を通過した第1の光束も、前記所定開口数より外側を通過した第1の光束も、第1の光情報記録媒体の第1の情報記録面上に、0.07λrms以下の状態で集光される。この場合、NA1>NA2であって、第2の光情報記録媒体の記録・再生を行う際に、NA2とNA1の間の光束も集光するか、もしくは遮蔽するということである。
【0068】
これらの態様は、回折部の設計によって、任意に設定できる。
【0069】
上記フレアを発生させず、NA1とNA2の間、もしくはNA2とNA1の間の光束を遮蔽する態様においては、第1の光束を用いる際の対物レンズの像側の所定開口数よりも外側の第1の光束を遮蔽もしくは回折し、第2の光束は透過する開口制限手段か、もしくは、第2の光束を用いる際の対物レンズの像側の所定開口数よりも外側の第2の光束を遮蔽もしくは回折し、第1の光束は透過する開口制限手段を設けることが好ましい。または、それぞれの光束において所定開口数となるような開口制限手段を設けることが好ましい。
【0070】
つまり、第1の光束もしくは第2の光束の一方の光束において、所定開口数以上において、開口制限手段であるダイクロイックフィルタやホログラムフィルタなどの輪帯フィルタによって、光束を遮蔽することが好ましい。なお、ダイクロイックフィルタやホログラムフィルタなどのフィルタを設ける場合、別体のフィルタを集光光学系に設けてもよいし、対物レンズ上にフィルタを設けてもよい。
【0071】
しかしながら、フレアを発生させない場合であっても、ダイクロイックフィルタやホログラムフィルタを設けることなく、通常の絞りのみを設け、最大開口数内の全ての光束を情報記録面上に集光させるようにしてもよい。別の言い方をすれば、対物レンズの像側の最大開口数内において、第1の光束及び第2の光束共に、情報記録面上で、0.07λrms以下の状態で集光されるようにしてもよい。
【0072】
また、NA1=NA2の場合にも、上記のような態様で、フレアを発生させないことが好ましい。
【0073】
なお、第1の光情報記録媒体及び第2の光情報記録媒体という異なる情報記録媒体とは、各々の記録/再生に使用される光の波長が異なる情報記録媒体であることを意味する。透明基板の厚さや、屈折率が同じであっても、異なっていてもよい。また、所定開口数の値が同じであっても、異なっていてもよい。もちろん、情報の記録密度が同じであっても、異なっていてもよい。異なる情報記録媒体各々の記録/再生に使用される光の波長の差異によって発生する近軸色収差や球面収差が、本発明の回折部によって、補正される。なお、球面収差も近軸色収差も補正することが最も好ましく、球面収差のみを補正し、近軸色収差を補正しない態様が次に好ましいが、近軸色収差のみを補正し、球面収差を補正しない態様であってもよい。
【0074】
さらに、異なる情報記録媒体において、透明基板の厚さが異なり、透明基板の厚さに基づいて、球面収差が発生する場合であっても、その球面収差が本発明の回折部によって、補正される。なお、第1の光情報記録媒体及び第2の光情報記録媒体において、透明基板の厚さが各々異なる場合は、発生する球面収差がより大きくなるため、本発明の効果がより顕著となり好ましい。
【0075】
なお、第1の光束の波長と、第2の光束の波長との差が80nm以上、400nm以下であることが好ましい。さらに好ましくは、100nm以上、200nm以下である。さらに好ましくは、120nm以上、200nm以下である。また、第1の光源と、第2の光源としては、例えば、760〜820nm,630〜670nm,350nm〜480nm等の波長の光を照射する光源の中から2種類をいずれかを好ましく組み合わせて用いることができる。もちろん、3光源や4光源であってもよい。第3の光束を射出する第3光源や第4の光束を射出する第4光源を有する場合、回折部を通過した第3の光束や第4の光束においても、n次の回折光が、他の次数の回折光に比して多く発生するようにすることが好ましい。
【0076】
また、第2の光束の波長の方が、第1の光束の波長よりも波長が長い場合、第2の光束と第1の光束とにおける軸上色収差が、以下の条件式を満たすことが好ましい。
−λ2/{2×(NA2)}≦Z≦λ2/{2×(NA2)
λ2:第2の光束の波長
NA2:第2の光束 に対する、前記対物レンズの像側の所定開口数
【0077】
また、透明基板の厚さが異なる光情報記録媒体を用い、t2>t1であって、λ2>λ1である場合に、以下の条件式を満たすことが好ましい。
0.2×10−6/℃<ΔWSA3・λ1/{f・(NA1)・ΔT}<2.2×10−6/℃
NA1:第1の光束を用いて、光情報記録媒体の再生もしくは記録する場合に、必要な像側の対物レンズの開口数
λ1:第1の光束の波長
f: 第1の光束に対する対物レンズの焦点距離
ΔT:環境温度変化
ΔWSA3(λ1rms): 第1の光束を用いて、光情報記録媒体の再生もしくは記録する場合に、光情報記録面に集光された光束の波面収差の3次球面収差成分の変化量
【0078】
また、第1の光束を用いる場合において、発散光や収束光等の非平行光束である第1の光束を対物レンズに入射させ、第2の光束を用いる場合において、発散光や収束光等の非平行光束である第2の光束を対物レンズに入射させるようにしてもよい。
【0079】
または、第1の光束を用いる場合において、平行光束である第1の光束を対物レンズに入射させ、第2の光束を用いる場合において、発散光や収束光等の非平行光束である第2の光束を対物レンズに入射させてもよい。または、第1の光束を用いる場合において、発散光や収束光等の非平行光束である第1の光束を対物レンズに入射させ、第2の光束を用いる場合において、平行光束である第2の光束を対物レンズに入射させるようにしてもよい。
【0080】
なお、第1の光束、第2の光束どちらかの光束、もしくは両方の光束において、非平行光束を用いる場合、第1の光束を用いる場合の対物レンズに対する倍率m1と、第2の光束を用いる場合の対物レンズに対する倍率m2との差の絶対値が、0〜1/15であることが好ましい。より好ましくは、0〜1/18である。λ2>λ1,t2>t1の場合、m1の方が大きいことが好ましい。特に、第2の光束をCDに用い、第1の光束をDVDに用いる場合に、上記範囲が好ましい。なお、第1の光源の波長がλ1であり、第2の光源の波長がλ2であり、第1の透明基板の厚さがt1であり、第2の透明基板の厚さがt2である。
【0081】
または、第1の光束を用いる場合においても、第2の光束を用いる場合においても、平行光束を対物レンズに入射させるようにしてもよい。この場合、回折部が、図47(b)(c)の様な形態であってもよいが、図47(a)(d)の形態の方が好ましい。
【0082】
また、光ピックアップ装置に対物レンズに入射する光束の発散度を補正する発散度変更手段(以下、「発散度補正手段」ともいう。)を設け、第1の光束と第2の光束において、対物レンズに入射する光束の発散度を変化させるようにしてもよい。
【0083】
なお、発散光を対物レンズに入射する場合は、対物レンズがガラスレンズであることが好ましい。
【0084】
なお、第1の情報記録媒体もしくは、第2の情報記録媒体のどちらかのみに対して再生・記録を行え、他方に対しては再生のみを行う場合は、光ピックアップ装置において、第1の光束に対する光ピックアップ装置全体の結像倍率と、第2の光束に対する光ピックアップ装置の全体の結像倍率が、異なることが好ましい。この場合、第1の光束に対する対物レンズの結像倍率と、第2の光束に対する対物レンズの結像倍率とは、同じであっても、異なっていてもよい。
【0085】
また、λ1<λ2,t1<t2であって、第1の情報記録媒体のみに対して再生・記録を行え、第2の情報記録媒体に対しては再生のみを行う場合は、第1の光束に対する光ピックアップ装置全体の結像倍率が、第2の光束に対する光ピックアップ装置の全体の結像倍率に比して小さいことが好ましい。さらに、上記を満たし、0.61<NA1<0.66である場合、集光光学系において、第1の光源と、コリメータレンズの間に、倍率を変化させるカップリングレンズを設けることや、集光光学系において、第1の光束用コリメータレンズと第2の光束用コリメータレンズを別に設けることが好ましい。なお、第1の光束に対する対物レンズの結像倍率と、第2の光束に対する対物レンズの結像倍率とが、共に0であることが好ましい。なお、第1の光源の波長がλ1であり、第2の光源の波長がλ2であり、第1の透明基板の厚さがt1であり、第2の透明基板の厚さがt2であり、第1の光情報記録媒体の記録または再生に必要な対物レンズの像側の所定開口数がNA1である。
【0086】
また、λ1<λ2,t1<t2であって、第2の情報記録媒体のみに対して再生・記録を行え、第1の情報記録媒体に対しては再生のみを行う場合は、第1の光束に対する光ピックアップ装置全体の結像倍率が、第2の光束に対する光ピックアップ装置の全体の結像倍率に比して大きいことが好ましい。なお、第1の光束に対する対物レンズの結像倍率と、第2の光束に対する対物レンズの結像倍率とが、共に0であることが好ましい。
【0087】
なお、第1の情報記録媒体及び第2の情報記録媒体の両方に対して、再生・記録を行える場合、もしくは、両方に対して、再生のみを行う場合は、光ピックアップ装置において、第1の光束に対する光ピックアップ装置全体の結像倍率と、第2の光束に対する光ピックアップ装置の全体の結像倍率が、ほぼ等しいことが好ましい。この場合、第1の光束に対する対物レンズの結像倍率と、第2の光束に対する対物レンズの結像倍率とは、同じであっても、異なっていてもよい。
【0088】
また、光検出器は、第1の光束と第2の光束とに対して、共通としてもよい。もしくは、第2の光検出器を設け、光検出器を第1の光束用とし、第2の光検出器を第2の光束用としてもよい。
【0089】
また、光検出器と、第1の光源もしくは第2の光源とがユニット化されていてもよい。または、光検出器と、第1の光源及び第2の光源とがユニット化されていてもよい。または、光検出器と、第2の光検出器と、第1の光源及び第2の光束とが全て一体にユニット化されていてもよい。さらには、第1の光源及び第2の光源のみがユニット化されていてもよい。
【0090】
特に、第1の光源と第2の光源がユニット化されていて、同一面上にならべて設けられている場合は、NA1>NA2である場合は、第1の光源を対物レンズの光軸上に設けることが好ましく、NA1<NA2である場合は、第2の光源を対物レンズの光軸上に設けることが好ましい。なお、第1の光情報記録媒体の記録または再生に必要な対物レンズの像側の所定開口数がNA1であり、第2の光情報記録媒体の記録または再生に必要な対物レンズの像側の所定開口数がNA2である。
【0091】
なお、第1の光情報記録媒体の記録・再生を行う際の、ワーキングディスタンスをWD1とし、第2の光情報記録媒体の記録・再生を行う際の、ワーキングディスタンスをWD2とした際に、|WD1−WD2|≦0.29mmとなることが好ましい。この場合、第1の光情報記録媒体の記録・再生を行う際の倍率と、第2の光情報記録媒体の記録・再生を行う際の倍率が等しいことがより好ましい。また、その倍率が0であることがさらに好ましい。また、t1<t2,λ1<λ2の場合、WD1≧WD2であることが好ましい。これらのワーキングディスタンスに関する条件は、第1の光情報記録媒体がDVD、第2の光情報記録媒体がCDである場合に、特に好ましい。なお、上記ワーキングディスタンスを満たす場合は、回折部が、図47(a)(d)の様な形態であってもよいが、図47(b)(c)の形態の方が好ましい。
【0092】
また、集光光学系、または対物レンズ等の光学素子は、光情報記録媒体の情報記録面上に、光束を集光して、情報の記録・再生を行えるように、スポットを形成するものである。特に、NA1>NA2,λ1<λ2である場合であって、しかも、第2の光束について、NA2よりも外側の光束を、第2の光情報記録媒体の第2の情報記録面上においてフレアとする(結像面上での波面収差を0.07λ2rmsより大とする)場合に、そのスポットが以下の条件を満たすことが好ましい。
0.66×λ2/NA2≦w≦1.15×λ2/NA2
w>0.83×λ2/NA1
λ1:第1の光束の波長
λ2:第2の光束の波長
NA1:第1の光束に対する所定開口数
NA2:第2の光束に対する所定開口数
w:第2の光束の結像面での13.5%強度のビーム径
【0093】
なお、スポットが真円でない場合、ビーム径は、ビーム径が一番絞られている方向でのビーム径を上記ビーム径(w)とすることが好ましい。
【0094】
さらに、好ましくは以下の条件を満たすことである。
0.74×λ2/NA2≦w≦0.98×λ2/NA2
【0095】
また、スポットの形状は、中心に光強度の強い記録・再生に用いられるスポットが存在し、その周りに連続して、検出に悪影響を及ぼさない程度に光強度が弱いフレアが存在している形状であってもよいし、中心に光強度の強い記録・再生に用いられるスポットが存在し、その周りにドーナツ状に、フレアが存在している形状であってもよい。
【0096】
また、スポットのS字特性が良好であることが好ましい。具体的には、オーバーシュートが、0〜20%であることが好ましい。
【0097】
第1の光源の波長をλ1とし、第2の光源の波長をλ2とし、第1の透明基板の厚さをt1とし、第2の透明基板の厚さをt2とし、波長がλ1の光による第1の光情報記録媒体の記録または再生に必要な対物レンズの像側の所定開口数をNA1、波長がλ2の光による第2の光情報記録媒体の記録または再生に必要な対物レンズの像側の所定開口数をNA2とした場合、好ましい1例として、以下の条件式が挙げられる。この場合、n次回折光は1次回折光であることが好ましい。もちろん、好ましい態様は下記の条件式に限られるものではない。
λ1<λ2
t1<t2
NA1>NA2(好ましくはNA1>NA2>0.5×NA1)
【0098】
上記条件式を満たす場合、集光光学系の対物レンズが回折部を有し、第2光情報記録媒体の記録・再生を行うために、集光光学系が、回折部を通過した第2光束におけるn次回折光を、第2光情報記録媒体の第2情報記録面上に集光する場合に、図112に示すように、球面収差が少なくとも1箇所の不連続部を有するようにしてもよい。
【0099】
不連続部を有する場合、NA2近傍において、球面収差が不連続部を有することが好ましい。例えば、開口数(NA)が0.45において、球面収差が不連続部を有する場合や、開口数(NA)が0.5において、球面収差が不連続部を有する場合が挙げられる。
【0100】
また、球面収差が不連続部を有する場合、集光光学系は、回折部を通過した第1光束における、開口数がNA1以下のn次回折光を、第1光情報記録媒体の第1情報記録面上に、最良像点における波面収差が0.07λrmsとなるように集光し、集光光学系は、回折部を通過した第2光束における、不連続部となる開口数以下のn次回折光を、第2光情報記録媒体の第2情報記録面上に、最良像点における波面収差が0.07λrmsとなるように集光することが好ましい。
【0101】
また、上記条件式を満たす場合集光光学系の対物レンズが回折部を有し、第2光情報記録媒体の記録・再生を行うために、集光光学系が、回折部を通過した第2光束におけるn次回折光を、第2光情報記録媒体の第2情報記録面上に集光する場合に、図27に示すように、球面収差が連続していて、不連続部を有さないようにしてもよい。
【0102】
球面収差が連続していて、不連続部を有さない場合、NA1では、球面収差が20μm以上であって、NA2では球面収差が10μm以下であることが好ましい。より好ましくは、NA1では、球面収差が50μm以上であって、NA2では球面収差が2μm以下である
【0103】
上記条件の中で、例えば、第1の光情報記録媒体としてDVDの一種を用い、第2の光情報記録媒体としてCDの一種を用いる場合の、具体的な好ましい1例を挙げるなら以下のような態様が挙げられるが、これに限られるものではない。0.55mm<t1<0.65mm
1.1mm<t2<1.3mm
630nm<λ1<670nm
760nm<λ2<820nm
0.55<NA1<0.68
0.40<NA2<0.55
【0104】
上記範囲の場合であって、回折部が輪帯回折の場合、NA2以下に相当する回折部は19輪帯以下か、21輪帯以上であることが好ましい。また、回折部は全体で、35輪帯以上か、33輪帯以下であることが好ましい。
【0105】
また、上記範囲を満たす場合、スポット径が以下の態様を満たすことが好ましい。
【0106】
集光光学系の対物レンズが回折部を有し、λ1=650nm,t1=0.6mm,NA1=0.6であって、前記対物レンズに、強度分布が一様な平行光である第1の光束を入射し、第1の透明基板を介して、第1の情報記録面上に集光した場合に、ベストフォーカスにおけるスポット径が0.88〜0.91μmであることが好ましい。
【0107】
または、λ1=650nm,t1=0.6mm,NA1=0.65であって、前記対物レンズに、強度分布が一様な平行光である第1の光束を入射し、第1の透明基板を介して、第1の情報記録面上に集光した場合に、ベストフォーカスにおけるスポット径が0.81〜0.84μmであることが好ましい。
【0108】
さらに上記範囲を満たす場合であって、且つ、回折部が対物レンズに設けられている場合、開口数(NA)が0.4における、回折部のピッチが10〜70μmであることが好ましい。さらに好ましくは、20〜50μmである。
【0109】
さらに、上記条件の中で、具体的な好ましい1例を挙げるなら以下のような態様が挙げられるが、これに限られるものではない。特に、第2の光情報記録媒体としてのCDについて、記録も行う場合は、NA2を0.5とすることが好ましい。さらに、第1の光情報記録媒体としてのDVDについて、記録も行う場合は、NA1を0.65とすることが好ましい。
t1=0.6mm
t2=1.2mm
λ1=650nm
λ2=780nm
NA1=0.6
NA2=0.45
【0110】
また、以下のような態様であってもよい。以下の態様の場合、n次回折光は−1次光であることが好ましい。
λ1<λ2
t1>t2
【0111】
また、本発明の光ピックアップ装置を有する、光情報記録媒体から情報を再生しまたは光情報記録媒体に情報を記録する光情報記録媒体記録または再生装置の具体例としては、DVD/CD再生装置や、DVD/CD/CD-R記録再生装置や、DVD-RAM/DVD/CD-R/CD記録再生装置や、DVD/CD/CD-RW記録再生装置や、DVD/LD再生装置、DVD/ブルーレーザ(350〜480nm等、特に400nm程度)を使用する光情報記録媒体記録再生装置、CD/ブルーレーザを使用する光情報記録媒体記録再生装置、などを挙げることができるが、これに限られるものではない。また、これらの光情報記録媒体記録または再生装置は、光ピックアップ装置の他に、電源や、スピンドルモーターなどを有する。
【0112】
また、本発明の対物レンズは、第1の光源の波長と第2の光源の波長のうち少なくとも一方の波長の微小な変化に対する、マージナル光線の球面収差の変化量を△SA、軸上色収差の変化量を△CAとするとき、以下の条件式を満たすことが好ましい。
−1<△SA/△CA <−0.2
【0113】
なお、本明細書において、各用語は以下に定義する通りである。まず、光学素子とは、情報記録媒体上への情報の記録及び/又は情報記録媒体上の情報を再生するための光学系に適用可能な全ての光学素子の個々を指し、一般には、カップリングレンズ、対物レンズ、偏光ビームスプリッタ、1/4波長板、また、2つ以上の光源からの光を合成するためのビームスプリッタ等が挙げられるが、これらに限ったものではない。また、本発明の回折部のみを設け、他の役割は一切持たない光学素子であってもよい。
【0114】
また、本発明における光学系とは、例えばCDとDVDとを記録又は再生可能とするような上記光学素子の1以上の集合であって、情報記録媒体上への情報の記録及び/又は情報記録媒体上の情報を再生可能とするための光学系全体のみならず、その光学系の一部を意味するものであってもよく、上記のような光学素子を少なくとも1つ含むものである。
【0115】
本発明における情報記録媒体には、例えば、CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM等の各種CD、DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW等の各種DVD、或いはMD,LD,MO等のディスク状の情報記録媒体が挙げられる。一般に、情報記録媒体の情報記録面上には透明基板が存在する。もちろん、これらに限られるものではなく、現在市販されていないような、ブルーレーザを用いるような光情報記録媒体も含まれる。
【0116】
本発明において、情報記録媒体に対する情報の記録および再生とは、上記のような情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明のピックアップ装置・光学系は、記録だけ或いは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、或る情報記録媒体に対しては記録を行い、別の情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、或る情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の情報記録媒体に対しては記録及び再生を行うために用いられるものであってもよい。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
【0117】
また、上記の情報記録媒体に対する情報の記録および再生の少なくともいずれか一方に用いられるピックアップ装置・光学系とは、それに適用可能であることは勿論のこと、実際に適用されるかもしくはそのような用途に用いることを意図したピックアップ装置・光学系をも含むものである。
【0118】
本発明において、互いに異なる少なくとも2つの波長の光とは、例えば、CD用に使用される780nmの波長の光と、DVD用に使用される635nm或いは650nmの波長の光との異なる2つの波長の光であってもよいし、高密度記録された大容量の情報記録媒体の記録及び/又は再生のための例えば400nmの波長の光をさらに含んだ、異なる3つの波長の光であってもよい。勿論、4以上の異なる波長の光であってもよい。また、実際に異なる3以上の波長の光が使用される光学系或いはそれを意図した光学系であっても、その内の少なくとも異なる2つの波長の光を意味することは勿論である。もちろん、400nmと780nmの組み合わせや、400nmと650nmの組み合わせであってもよい。
【0119】
本発明において、異なる波長の光とは、上に例示したような情報記録媒体の種類や記録密度の相違などに応じて使用される、互いに十分な波長差を有する複数の波長の光を意味しており、1つの波長の光を出力する1つの光源の温度変化や出力変化に起因して生じる±10nm程度以内の一時的なシフトによって異なる波長の光を指すものではない。また、異なる波長の光が使用される要因としては、上記した情報記録媒体の種類や記録密度の相違のほかに、例えば、情報記録媒体の透明基板の厚さの相違や記録と再生との相違等が挙げられる。
【0120】
また、回折面とは、光学素子の表面、例えばレンズの表面に、レリーフを設けて、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせる面のことをいい、同一光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折を生じる領域をいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心とする同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。
【0121】
一般に回折面からは0次光、±1次光、±2次光・・・と無数の次数の回折光が生じるが、例えば上記のような子午断面が鋸歯状となるレリーフを持つ回折面の場合は、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の1つの次数(例えば+1次光)の回折効率をほぼ100%とするように、このレリーフの形状を設定することができる。
【0122】
また、回折効率は、全回折光に対するそれぞれの次数の回折光の光量の割合を回折面の形状(レリーフの形状)に基づき、また照射する光の波長を所定の波長に設定したシュミレーションによる計算で求める。所定の波長には、一例として780nm,650nmの波長が挙げられる。
【0123】
レンズの回折面で付加される回折作用(以下、「回折パワー」ともいう。)に関し、特に、屈折作用と回折作用とを有する光学面を備えた光学素子、言い換えれば屈折作用を有する光学面上に回折面が設けられたが如き光学素子の場合、回折面の作用により、ベースとなる屈折面の屈折作用に対して、光束を収束あるいは発散させる作用が付加される。このとき近軸領域に限らず実際の有限の高さの光線に対して、収束させる作用が付加される時、本発明においては回折面の所定の位置が正の回折パワーを有するとし、発散させる作用が付加される時、負の回折パワーを有するとしている。
【0124】
回折限界性能とは、光束の波面収差を測定し、その光束全体の波面収差の自乗平均根(rms値)がマレシャルの許容値である波長の0.07倍以下であることを意味する。また、実使用上の開口とは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数を意味し、それぞれの光情報記録媒体に対して情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対物レンズの開口数に相当する。
【0125】
実使用上の開口数を光情報記録媒体に対して規定するので、ピックアップ装置の光学系を通る実際の光束の光情報記録媒体側の開口数が、実使用上の開口数より大きくてもよい。
【0126】
また、最大開口数は実使用上の開口数のうちの最大のものを意味することが好ましい。すなわち、複数の光情報記録媒体に対して互換的に用いるピックアップ装置の場合、複数の実使用上の開口数が定義されるが、このうち最大のものを最大開口数とすることが好ましい。また、所定の開口数および必要開口数とは、実使用上の開口数と同じ意味である。
【0127】
なお、その光情報記録媒体に対して情報を記録または再生する場合において、規格で規定される光源とは異なった波長の光源を実際の光ピックアップ装置で使用する場合は、規定の波長と規定の開口数との比と、実使用波長と実使用開口数の比が一定となるように実使用開口数を設定する。例として、CDについて、規格では780nmの波長の光源を使用したとき開口数は0.45であるが、650nmの波長の光源を使用したときは、開口数は0.38となる。
【0128】
上述のような対物レンズに第1の光源から無収差の平行光束が入射し、第1の光情報記録媒体の透明基板(厚さt1)を通して無収差で収束するように設計された専用対物レンズを使って、この対物レンズに第2の光源から無収差の平行光が入射し、第2の光情報記録媒体の透明基板(厚さt2 ただし、t2>t1)を通った場合について検討する。
【0129】
入射した平行光に対して、基板のないとき、波長λ1のときのバックフォーカスをfB1、波長λ2(ただし、λ2>λ1)のときのバックフォーカスをfB2とする。
【0130】
このとき、近軸の色収差ΔfBを
ΔfB=fB2−fB1 ・・・(1)
で定義すると、対物レンズが屈折型の非球面単レンズの場合、ΔfB>0である。
【0131】
また、波長λ2のとき第2の光情報記録媒体の透明基板を介して収束したときの近軸焦点位置を基準とした球面収差は、以下の要因によって0とはならない。
▲1▼波長がλ1からλ2に変わったことによる対物レンズの屈折率の波長依存性 に起因する球面収差。
▲2▼第1の光情報記録媒体の透明基板厚t1と第2の光情報記録媒体の透明基板 厚t2の差により発生する球面収差。
▲3▼第1の光情報記録媒体の透明基板屈折率nd1(λ1)と第2の光情報記録 媒体の透明基板屈折率nd2(λ2)の差異に起因する球面収差。
【0132】
対物レンズが屈折型の非球面単レンズの場合、▲1▼の要因による球面収差はオーバーとなる。▲2▼の要因による球面収差もオーバーとなる。また、nd2<nd1であり、▲3▼の要因による球面収差もオーバーとなる。
【0133】
▲1▼〜▲3▼の要因により発生するオーバーな球面収差は、▲2▼の要因によるものがほとんどで、▲1▼がそれに次いでいる。▲3▼についてはほとんど無視できる。
【0134】
前記の前提は、例えば、第1の光情報記録媒体をDVD、第1の光源の波長λ1が650nm、第2の光情報記録媒体をCD、第2の光源の波長λ2が780nmとした場合に相当し、DVD(厚さt1=0.6mm)とCD(t2=1.2mm)とでは、透明基板の材質は同じであるが厚さが異なる。
【0135】
次に、光軸に対して回転対称な回折パターンの+1次回折光について見れば、図113(a)に示すように、+1次光は、波長が長くなると回折角が大きくなり、より光軸側に回折され、光はよりアンダー側に曲げられることになる。すなわち、+1次回折光は、波長がλ1の第1の光源からの無収差の平行光束が入射した場合と比較して、波長がλ2の第2の光源からの無収差の平行光束が入射した場合、近軸の色収差、球面収差をアンダーにする作用を有する。この作用を利用し、波長λ2で第2の光情報記録媒体の透明基板を介したときの球面収差と、波長λ1で第1の光情報記録媒体の透明基板を介したときの球面収差との差を、回転対称の回折パターンを導入し、その+1次回折光を利用して少なくすることができる。
【0136】
第1光情報記録媒体の基板の厚さt1が第2光情報記録媒体の透明基板厚さt2よりも大であるときは、前記▲2▼の要因による球面収差はアンダーとなり、同図(b)のように、生じる近軸の色収差、球面収差がオーバーになる作用を持つ−1次回折光を利用することによって収差を少なくすることができる。
【0137】
本発明において、+1次回折光を利用した場合、波長がλ1のときの対物レンズ素材の屈折率をn(λ1)、波長がλ2のときの対物レンズ素材の屈折率をn(λ2)としたとき、回折パターンの深さはλ1/{n(λ1)−1}ないしλ2/{n(λ2)−1}となり、屈折率の比較的小さいプラスチック素材を使ったとしても、2μm以下であるので、上述の従来のホログラム光学素子やホログラム型リングレンズより、回折パターンを一体化した対物レンズの製造が容易である。
【0138】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0139】
本発明の第1の実施の形態の光学系は、基本的には両面非球面の単玉レンズであり、一方の非球面上には回折輪帯(輪帯状の回折面)を設けてある。一般に非球面屈折面では、ある主波長光に対して球面収差を補正した場合、主波長光より短い波長光に対しては球面収差がアンダー(補正不足)となる。これとは逆に、回折面を有するレンズである回折レンズでは、ある主波長光で球面収差を補正した場合、主波長光より短い波長で球面収差をオーバー(補正過剰)とすることが可能である。従って、屈折による非球面レンズの非球面係数と、回折レンズの位相差関数の係数を適当に選んで、屈折パワーと回折パワーとを組み合わせることにより、異なる2波長光の両方で、球面収差を良好に補正することが可能である。
【0140】
また、一般に、回折輪帯のピッチは、後述の実施例で詳述する位相差関数若しくは光路差関数を使って定義される。具体的には、位相差関数ΦBは単位をラジアンとして以下の〔数1〕で表され、光路差関数Φbは単位をmmとして〔数2〕で表わされる。
【0141】
【数1】
【0142】
【数2】
【0143】
これら2つの表現方法は、単位が異なるが、回折輪帯のピッチを表わす意味では同等である。即ち、主波長λ(単位mm)に対し、位相差関数の係数Bに、λ/2πを掛ければ光路差関数の係数bに換算でき、また逆に光路差関数の係数bに、2π/λを掛ければ位相差関数の係数Bに換算できる。
【0144】
今、説明を簡単にする為、1次回折光を用いる回折レンズについて述べることにすると、光路差関数なら、関数値が主波長λの整数倍を超える毎に輪帯が刻まれ、位相差関数なら、関数値が2πの整数倍を超える毎に輪帯が刻まれることになる。
【0145】
例えば、屈折パワーのない円筒状の両平面の物体側面に回折輪帯を刻んだレンズを想定し、主波長を0.5μ=0.0005mm、光路差関数の2次係数(2乗項)を−0.05(位相差関数の2次係数に換算すると−628.3)、他の次数の係数を全て零とすると、第1輪帯の半径はh=0.1mmであり、第2輪帯の半径はh=0.141mmということになる。また、この回折レンズの焦点距離fについては、光路差関数の2次係数b2=−0.05に対して、f=−1/(2・b2)=10mmとなることが知られている。
【0146】
今、上記の定義を基にした場合、位相差関数若しくは光路差関数の2次係数を零でない値とすることにより、光軸に近い、いわゆる近軸領域での色収差を補正することができる。また、位相差関数若しくは光路差関数の2次以外の係数、例えば、4次係数、6次係数、8次係数、10次係数等を零でない値とすることにより、2波長間での球面収差を制御することができる。尚、ここで、制御するということは、2波長間で、球面収差の差を極めて小さくすることもできるし、光学的仕様に必要な差を設けることも可能であるということを意味する。
【0147】
上記の具体的な適用としては、波長の違う2光源からのコリメート光(平行光)を同時に対物レンズに入射させ、光ディスク上に結像させるときは、まず、位相差関数若しくは光路差関数の2次係数を使って近軸の軸上色収差を補正するとともに、位相差関数若しくは光路差関数の4次以降の係数を使って球面収差の2波長間での差を許容内になるよう小さくするのがよい。
【0148】
また、別の例として、波長の違う2光源からの光を一つの対物レンズを使い、一方の波長の光に対しては、t1の厚み(透明基板の厚み)のディスクに対して収差が補正されるようにし、もう一方の波長の光に対しては、t2の厚みのディスクに対して収差が補正されるようにする仕様の場合について考えてみる。この場合、主に位相差関数若しくは光路差関数の4次以降の係数を使うことにより、球面収差の2波長間での差を設け、それぞれの厚みに対しては、それぞれの波長で球面収差が補正されるようにすることができる。また、いずれの場合にも屈折面は球面であるよりも非球面であるほうが、2波長間での収差補正をし易い。
【0149】
上記の非球面屈折面は、異なる波長に対してはそれぞれ屈折力が異なり、集光点が異なるので、それぞれの集光点をそれぞれ基板厚の異なる光ディスクに対応させることができる。この場合、短い方の光源波長は700nm以下であり、長い方の光源波長は600nm以上であり、その波長差が80nm以上であることが好ましい。また、その波長差が400nm以下であることがより好ましく、更に好ましくは、その波長差が100nm以上200nm以下である、そして、回折面は、異なる2波長光に対し、ほぼその中間の波長で回折効率が最大であることが望ましいが、どちらか一方の波長で最大の回折効率を有するものであってもよい。
【0150】
上記球面収差の補正と同一の作用を利用することにより、光学面上に回折輪帯レンズを設け、異なる2波長の光源の各々に対して、ある1つの同次数の回折光により軸上色収差を補正することができる。すなわち、異なる2波長の光源の光に対する軸上色収差を±λ/(2NA)の範囲に補正することができる。ただし、λは2波長のうち長いほうの波長、NAは長いほうの波長に対応する像側開口数とする。
【0151】
また、上記異なる2波長の光源の波長差が80nm以上であり、対物レンズの硝材のアッベ数をνdとしたとき、
νd > 50 ・・・(1)
を満足することが望ましい。上記条件(1)は、異なる2波長の光源に対して軸上色収差を補正した場合に、2次スペクトルを小さくするための条件である。
【0152】
次に、薄肉単玉レンズの一方の面に回折面が設けられている場合に、単玉レンズ全体を、回折レリーフを外したベースとなる屈折レンズと回折面との合成と考えてこの合成レンズの色収差について検討する。ある波長λx と波長λy (λx <λy )とでの色消し条件は次式となる。
【0153】
fR ・νR +fD ・νD =0
ただし、fR 、fD :それぞれ屈折レンズ、回折面の焦点距離
νR 、νD :それぞれ屈折レンズ、回折面のアッベ数で、次式で定まる。
νR =(n0−1)/(nx −ny )
νD =λ0/(λx −λy )
【0154】
ただし、n0:基準波長での屈折率、λ0:基準波長
【0155】
このとき、ある波長λz に対する色収差δfは次式となる。
δf=f(θR −θD )/(νR −νD ) ・・・(2)
ただし、θR 、θD :それぞれ屈折レンズ、回折面の部分分散比で次式で定まる。
【0156】
θR =(nx −nz )/(nx −ny )
【0157】
θD =(λx −λz )/(λx −λy )
ただし、nz :波長λz での屈折率
【0158】
例として、λ0=λx =635nm、λy =780nm、λz =650nmとし、ベースとなる屈折レンズの硝材をホーヤ社BSC7(νd=64.2)としてみると、
νR=134.5, νD=−4.38, θR=0.128, θD=0.103となり、δf=0.18×10−3fとなる。
【0159】
また、ベースとなる屈折レンズの硝材をホーヤ社E−FD1(νd=29.5)に変えてみると、
νR=70.5, θR=0.136 となり、 δf=0.44×10−3fとなる。
【0160】
このように式(2)においては、右辺分母(νR −νD )は|νD|が|νR|より十分小さいため、屈折レンズの硝材を変えることによる色収差δfの変化にとっては、屈折レンズのアッベ数νRの変化が支配的である。一方、θR とθD とは波長によってのみ定まり、右辺分子(θR −θD )は、その変化の寄与が右辺分母(νR −νD )に比べて小さい。
【0161】
上記により、回折面を有するレンズにおいては、2次スペクトルδfを小さく抑えるには、屈折レンズの材料としてアッベ数νRの大きい材料を選ぶことが有効であることがわかる。条件式(1)は光源の波長変化などに対応できるよう、2次スペクトルを抑えるのに有効な限界を示す。
【0162】
また、回折面を使用せずに、2種類の材料の屈折レンズを貼合わせて色消しを行う場合は、それぞれの材料について、θR =a+b・νR +△θR (a,bは定数)と表したとき、△θR は小さく、異常分散性が無いならば2次スペクトルδfは2つの屈折レンズのアッベ数νR にはよらない。したがって、式(1)は回折光学系に特有の条件であることがわかる。
【0163】
本実施の形態の回折レンズを簡易に製造するためには、対物レンズをプラスチック材料で構成することが望ましい。条件式(1)を満たすプラスチック材料としては、アクリル系、ポリオレフィン系が用いられるが、耐湿性、耐熱性などから、ポリオレフィン系が好ましい。
【0164】
次に、本発明の第2の実施の形態の対物レンズおよびこれを備えた光ピックアップ装置の構成を具体的に説明する。
【0165】
図48に、本実施の形態の光ピックアップ装置の概略構成図を示す。光ピックアップ装置により情報記録および/または再生する光情報記録媒体である光ディスク20は、透明基板の厚さt1の第1光ディスク(例えばDVD)及び第2光ディスク(例えば青色レーザ使用次世代高密度光ディスク)と、t1とは異なる透明基板の厚さt2を有する第3光ディスク(例えばCD)の3種であるとして説明する。ここでは、透明基板の厚さt1=0.6mm、t2=1.2mmである。
【0166】
図示の光ピックアップ装置は、光源として第1光源である第1半導体レーザ11(波長λ=610nm〜670nm)と、第2光源である青色レーザ12(波長λ=400nm〜440nm)と、第3光源である第2半導体レーザ13(波長λ=740nm〜870nm)とを有しているとともに、光学系の一部として対物レンズ1を有している。第1光源、第2光源及び第3光源は、情報を記録および/または再生する光ディスクに応じて選択使用される。
【0167】
第1半導体レーザ11、青色レーザ12あるいは第2半導体レーザ13から出射された発散光束は、ビームスプリッタ19および絞り3を介し、光ディスク20の透明基板21を透過して、対物レンズ1によってそれぞれの情報記録面22上に集光され、スポットを形成する。
【0168】
各レーザからの入射光は、情報記録面22上の情報ピットによって変調された反射光となり、ビームスプリッタ18、トーリックレンズ29を介して共通の光検出器30に入射し、その出力信号を用いて、光ディスク20に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【0169】
また、光路内に設けられている絞り3は、この例においては固定の開口数(NA0.65)を有する絞りであり、余分な機構を必要とせず、低コスト化を実現できるものである。なお、第3光ディスクの記録および/または再生時には不要光(NA0.45以上)を除去できるように、絞り3の開口数を可変としてもよい。
【0170】
対物レンズ1の光学面に実使用開口の外側の一部の光束を遮蔽するように輪帯状のフィルターを一体に形成することで、実使用開口の外側のフレア光を安価な構成で容易に除去することも可能である。
【0171】
本実施の形態のように有限共役型の光学系を用いる場合には、集光性能を維持するため、光源と集光光学系との関係を一定に保つ必要があり、合焦やトラッキングのための移動は、光源11、12、13と対物レンズ1とを1つのユニットとして行うことが望ましい。
【0172】
次に、本発明の第3の実施の形態の対物レンズおよびこれを含む光ピックアップ装置の構成を具体的に説明する。
【0173】
図49に、本実施の形態の光ピックアップ装置の概略構成図を示す。図49の光ピックアップ装置はレーザー、光検出器およびホログラムをユニット化したレーザ/検出器集積ユニット40を用いた例であり、図48と同じ構成要素は同じ符号で示す。この光ピックアップ装置においては、第1半導体レーザ11、青色レーザ12、第1の光検出手段31、第2の光検出手段32、ホログラムビームスプリッタ23がレーザ/検出器集積ユニット40としてユニット化されている。
【0174】
第1光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ11から出射された光束は、ホログラムビームスプリッタ23を透過し、絞り3によって絞られ、対物レンズ1により第1光ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22に集光される。そして、情報記録面22で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ1、絞り3を介してホログラムビームスプリッタ23のディスク側の面で回折され、第1半導体レーザ11に対応した第1の光検出器31上へ入射する。そして、第1の光検出器31の出力信号を用いて、第1光ディスク20に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【0175】
第2光ディスクを再生する場合、青色レーザ12から出射された光束は、ホログラムビームスプリッタ23のレーザ側の面で回折され、上記の第1半導体レーザ11からの光束と同じ光路を取る。すなわち、このホログラムビームスプリッタ23の半導体レーザ側の面は、光合成手段としての機能を果たす。さらに絞り3、対物レンズ1を介して第2光ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22に集光される。そして、情報記録面22で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ1、絞り3を介して、ホログラムビームスプリッタ23のディスク側の面で回折されて青色レーザ12対応した第2の光検出器32上へ入射する。そして、第2の光検出器32の出力信号を用いて、第2光ディスク20に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【0176】
さらに、第3光ディスクを再生する場合、第2半導体レーザ13、第3の光検出手段33、およびホログラムビームスプリッタ24がユニット化されたレーザ/検出器集積ユニット41が使用される。第2半導体レーザ13から出射された光束は、ホログラムビームスプリッタ24を透過し、出射光の合成手段であるビームスプリッタ19で反射し、絞り3によって絞られ、対物レンズ1により光ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22に集光される。そして、情報記録面22で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ1、絞り3、ビームスプリッタ19を介してホログラムビームスプリッタ24で回折されて第3の光検出器33上へ入射する。そして、第3の光検出機33の出力信号を用いて、第3光ディスク20に記録された情報の読み取り信号、合焦検出信号やトラック検出信号が得られる。
【0177】
第2および第3の実施の形態の光ピックアップ装置においては、対物レンズ1の非球面屈折面に光軸4と同心の輪帯状回折面が構成されている。一般に非球面屈折面だけで対物レンズを構成すると、ある波長λaに対して球面収差を補正した場合、λaよりも短い波長λbに対しては球面収差がアンダーとなる。一方回折面を使用すると、ある波長λaに対して球面収差を補正した場合、λaよりも短い波長λbに対しては球面収差がオーバーとなる。従って、屈折面による非球面光学設計と、回折面の位相差関数の係数を適当に選んで、屈折パワーと回折パワーとを組み合わせることにより、異なる波長間での球面収差を補正することが可能となる。また、非球面屈折面では、波長が異なると屈折力も変化し集光位置も異なる。よって、非球面屈折面を適当に設計することで、異なる波長に対しても各透明基板21の情報記録面22に集光させることができる。
【0178】
また、第2および第3の実施の形態の対物レンズ1では、非球面屈折面と輪帯状回折面の位相差関数とを適当に設計することで、第1半導体レーザ11、青色レーザ12あるいは第2半導体レーザ13から出射した各光束に対して、光ディスク20の透明基板21厚さの違いにより発生する球面収差を補正している。さらに、輪帯状回折面において、輪帯の位置を表す位相差関数が、冪級数の4乗以降の項の係数を用いると球面収差の色収差を補正することが可能となる。なお、第3光ディスク(CD)については実使用上の開口はNA0.45であり、第3光ディスクではNA0.45以内で球面収差を補正し、NA0.45より外側の領域の球面収差をフレアとしている。これらの補正により各光ディスク20に対して、情報記録面22上の集光スポットの収差が回折限界(0.07λrms)とほぼ同程度あるいはそれ以下になっている。
【0179】
上記のような第2および第3の実施の形態の光ピックアップ装置は、例えばCD、CD−R、CD−RW、CD−Video、CD−ROM、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、MD等の、任意の異なる2つまたはそれ以上の複数の光情報記録媒体に対して、コンパチブルなプレーヤ、またはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだAV機器、パソコン、その他の情報端末等、の音声および/または画像の記録、および/または、音声および/または画像の再生装置に搭載することができる。
【0180】
次に、本発明の第4の実施の形態の対物レンズおよびこれを含む光ピックアップ装置の構成を具体的に説明する。
【0181】
図67は本実施の形態の光ピックアップ装置10の概略構成図である。図67においては、第2および第3の実施の形態と共通の部材については同じ符号を用いることがある。図67において光ピックアップ装置10は、光情報記録媒体である複数の光ディスク20を記録/再生するものである。以下、この複数の光ディスク20は、透明基板の厚さt1の第1光ディスク(DVD)および第2光ディスク(青色レーザ使用次世代高密度光ディスク)と、t1とは異なる透明基板の厚さt2を有する第3光ディスク(CD)として説明する。ここでは、透明基板の厚さt1=0.6mm、t2=1.2mmである。
【0182】
光ピックアップ装置10は、光源として第1光源である第1半導体レーザ11(波長λ=610nm〜670nm)と第2光源である青色レーザ12(波長λ=400nm〜440nm)及び第3光源である第2半導体レーザ13(波長λ=740nm〜870nm)とを有している。これら第1光源、第2光源及び第3光源は、記録/再生する光ディスクに応じて排他的に使用される。
【0183】
集光光学系5は、第1半導体レーザ11、青色レーザ12あるいは第2半導体レーザ13から出射された光束を、光ディスク20の透明基板21を介して、それぞれの情報記録面22上に集光させ、スポットを形成する手段である。本実施の形態では、集光光学系5として、光源から出射された光束を平行光(略平行でよい)に変換するコリメータレンズ2と、コリメータレンズ2によって平行光とされた光束を集光させる対物レンズ1とを有している。
【0184】
対物レンズ1の両面には、光軸4と同心の輪帯状回折面が構成されている。一般に非球面屈折面だけで集光光学系5を構成すると、ある波長λaに対して球面収差を補正した場合、λaよりも短い波長λbに対しては球面収差がアンダーとなる。一方、回折面を使用すると、ある波長λaに対して球面収差を補正した場合、λaよりも短い波長λbに対しては球面収差がオーバーとなる。従って、屈折面による非球面光学設計と、回折面の位相関数の係数を適当に選んで、屈折パワーと回折パワーとを組み合わせることにより、異なる波長間での球面収差を補正することが可能となる。また非球面屈折面では、波長が異なると屈折力も変化し集光位置も異なる。よって、非球面屈折面を適当に設計することで、異なる波長に対しても各透明基板の情報記録面22に集光させることができる。
【0185】
上記の輪帯状回折面では、第1半導体レーザ11、青色レーザ12あるいは第2半導体レーザ13から出射した各光束に対して1次回折光を利用して収差補正を行っている。同次数の回折光を対応させると、異なる次数の回折光を対応させる場合に比べて光量損出が少なく、さらに、高次の回折光を対応させるよりも、1次回折光を用いると光量損出が少ない。したがって、本実施の形態の対物レンズ1は、DVD−RAMなどの高密度な情報を記録する光ディスクに情報を記録する光ピックアップ装置において有効となる。また、回折面は、異なる3つの波長光に対し、その中間の波長で回折効率が最大であることが望ましいが、両端の波長で最大の回折効率を有するものであってもよい。
【0186】
また、非球面屈折面と輪帯状回折面の位相差関数とを適当に設計することで、第1半導体レーザ11、青色レーザ12あるいは第2半導体レーザ13から出射した各光束に対して、光ディスク20の透明基板21厚さの違いにより発生する球面収差を補正している。さらに、対物レンズ1に形成された輪帯の位置を表す位相差関数において、冪級数の4乗以降の項の係数を用いると球面収差の色収差を補正することが可能となる。なお、第3光ディスク(CD)については実使用上の開口はNA0.45であり、NA0.45以内で球面収差を補正し、NA0.45より外側の領域の球面収差をフレアとしている。NA0.45以内の領域を通過する光束が情報記録面で光スポットを形成し、NA0.45の外側を通るフレア光は、悪影響を与えないように情報記録面で光スポットから間隔を隔てたところを通る。これらの補正により各光ディスク20に対して、情報記録面22上の集光スポットの収差が回折限界(0.07λrms)とほぼ同程度あるいはそれ以下になっている。
【0187】
本実施の形態では、光路内に設けられた絞り3は固定の開口数(NA0.65)を有しており、余分な機構を必要とせず、低コスト化を実現できるものである。なお、第3光ディスクの記録/再生時には不要光(NA0.45以上)を除去できるように、絞り3の開口数を可変としてもよい。また、ビームスプリッタ6、7は、各レーザ光の光軸を合わせるためのものである。光検出器(図示せず)は、周知のように、各光源ごとにそれぞれ設けても良く、1つの光検出器で3つの光源11、12、13に対応する反射光を受光するようにしても良い。
【0188】
次に、本発明の第5の実施の形態の対物レンズについて説明する。
【0189】
本実施の形態では、対物レンズの輪帯状回折面において、輪帯の位置を表す位相差関数が冪級数の2乗の項の係数を用いる点のみにおいて、上述した第4の実施の形態の対物レンズと異なっており、これによって軸上色収差をも補正することが可能となっている。また、本実施の形態の対物レンズによると、第4の実施の形態と同様に各光ディスク20に対して、情報記録面22上の集光スポットの収差が回折限界(0.07λrms)とほぼ同程度あるいはそれ以下となっている。
【0190】
次に、本発明の第6の実施の形態の光ピックアップ装置について説明する。
【0191】
本実施の形態の光ピックアップ装置では、第1光ディスク(例えばDVD)と第2光ディスク(例えば、青色レーザ使用次世代高密度光ディスク)に対しては、光源から射出された光束をカップリングレンズによって平行光とし、第3光ディスク(例えばCD)に対しては、光源から射出された光束をカップリングレンズによって発散光とし、それぞれ対物レンズによって集光させる。第1および第2光ディスクの透明基板21の厚さは0.6mmであり、第3光ディスクの透明基板21の厚さは1.2mmである。
【0192】
本実施の形態では、第1光ディスクと第2光ディスクとの両方の球面収差を回折面の効果により回折限界以内に補正し、また、第3光ディスクに対しては第1および第2光ディスクよりディスク厚が大きいことによって生じる球面収差を主として対物レンズに発散光束が入射することによって生じる球面収差によって打ち消し、第3光ディスクの記録/再生に必要な所定の開口数NA、例えばNA0.5或いはNA0.45以下における球面収差を回折限界以内に補正するようにしている。
【0193】
従って、λ、λ、λ(λ<λ<λ)の各波長に対応する光情報記録媒体に対して、記録/再生を行うのに必要な所定の開口数をNA1、NA2、NA3とするとき、それぞれの波長に対して、NA1の範囲で波面収差のRMSを0.07λ以下、NA2の範囲で0.07λ以下、NA3の範囲で0.07λ
下に補正することができる。
【0194】
また、第3光ディスクに対しては、所定の開口数NAよりも大きい開口数NAの光束によってビームスポット径が小さくなり過ぎることは好ましくない。そのため、第4の実施の形態と同様に必要な開口数よりも大きな開口数では球面収差をフレアとすることが好ましい。
【0195】
上記のような異なる波長光の3光源を有する第4〜第6の実施の形態の光ピックアップ装置は、例えばCD、CD−R、CD−RW、CD−Video、CD−ROM、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、MD等の、任意の異なる2つ以上の複数の光情報記録媒体に対して、コンパチブルなプレーヤ、またはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだAV機器、パソコン、その他の情報端末等、の音声および/または画像の記録、および/または、音声および/または画像の再生装置に搭載することができる。
【0196】
【実施例】
以下、本発明の対物レンズについての実施例について説明する。
〈実施例1〜8〉
【0197】
実施例1〜8の対物レンズは、第1の実施の形態に係る対物レンズの具体例であり、次の〔数3〕で表される非球面形状を屈折面に有している。
【0198】
【数3】
【0199】
ただし、Zは光軸方向の軸、hは光軸と垂直方向の軸(光軸からの高さ:光の進行方向を正とする)、R0は近軸曲率半径、κは円錐係数、Aは非球面係数、2iは非球面のべき数である。また、実施例1〜3、6〜8では回折面が単位をラジアンとした位相差関数ΦBとして〔数1〕で表され、同様に実施例4,5では回折面が単位をmmとした光路差関数Φbとして〔数2〕で表わされる。
【0200】
【数1】
【0201】
【数2】
【0202】
(実施例1)
【0203】
図1に、実施例1の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図を示す。また、図2に、実施例1の回折光学レンズについてのλ=635nmに対する開口数0.60までの球面収差図を示す。また、図3および図4に、実施例1の回折光学レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45および0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。なお、図1の回折光学レンズは、レンズ全面にブレーズド型の同心円状の輪帯回折部を有しているが、図面において回折部のレリーフ形状は省略されている。また、以降の多くの図面においても、回折部のレリーフ形状は省略されている。
【0204】
実施例1の回折光学レンズによると、図2に示すように、波長λ=635nmに対してはNA0.60までの全開口がほぼ無収差である。また、図3に示すように、波長λ=780nmに対しては、実使用範囲であるNA0.45までがほぼ無収差である。その外側のNA0.45〜0.60の部分については、図4に示すように球面収差は大きくアンダーとされ、フレアとなっている。これによって、波長λ=780nmについて、適正なスポット径を得ることが可能となっている。
【0205】
図5、図6に、実施例1の回折光学レンズについてのλ=635nmおよび波長λ=780nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。これらの図から分かるように、実施例1の回折光学レンズによると、いずれの波長に対しても、光軸上ではほぼ無収差となり、像高0.03mmにおいても、実用上無収差に近いレベルとなっている。
【0206】
以下、実施例1のレンズデータを示す。〔表1〕中、Rは曲率半径、dは面間隔、nは主波長での屈折率、νはアッベ数を示す。
【0207】
実施例1
【0208】
光源波長λ1=635nmのとき
焦点距離f1=3.34 開口数NA1=0.60 無限仕様
【0209】
光源波長λ2=780nmのとき
焦点距離f2=3.36 開口数NA2=0.45 無限仕様
【0210】
本実施例は、λ1の光束において+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ2の光束においても、+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。λ1に対する+1次回折光の回折効率を100%とすれば、λ2に対する回折効率は84%となる。また、λ2に対する+1次回折光の回折効率を100%とすれば、λ1に対する回折効率は89%となる。
【0211】
【表1】
【0212】
非球面係数
非球面1
κ =−0.17021
A4 =−0.0032315
A6 =−0.00058160
A8 =−4.6316×10−5
A10=−3.79858×10−5
A12=−6.0308×10−6
非球面2
κ =−11.653
A4 =0.038456
A6 =−0.020800
A8 =0.0078648
A10= −0.0019431
A12= 0.00024343
【0213】
回折面係数
B2 =−96.766
B4 = −2.9950
B6 = 2.1306
B8 = −0.12614
B10= −0.095285
【0214】
(実施例2、実施例3)
【0215】
次に、実施例2、実施例3について説明する。図7および図8に、実施例2の対物レンズである回折光学レンズのλ=405nmおよび635nmに対する光路図をそれぞれ示す。また、図9および図10に、実施例2の回折光学レンズについてのλ=405nmおよび635nmに対する開口数0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図11および図12に、実施例2の回折光学レンズについての波長λ=405nmおよび635nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【0216】
また、図13および図14に、実施例3の対物レンズである回折光学レンズのλ=405nmおよび635nmに対する光路図をそれぞれ示す。また、図15および図16に、実施例3の回折光学レンズについてのλ=405nmおよび635nmに対する開口数0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図17および図18に、実施例3の回折光学レンズについての波長λ=405nmおよび635nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【0217】
実施例2、3においては、波長λ=405nmおよび波長λ=635nmに対し、基板厚は共に0.6mm、NAは0.60であり、波面収差は光軸上はほぼ無収差、像高0.03mmにおいても、実用上無収差に近いレベルとなっている。
【0218】
以下、実施例2、3のレンズデータを示す。
【0219】
実施例2
【0220】
光源波長λ1=405nmのとき
焦点距離f1=3.23 開口数NA1=0.60 無限仕様
【0221】
光源波長λ2=635nmのとき
焦点距離f2=3.34 開口数NA2=0.60 無限仕様
【0222】
本実施例は、λ1の光束において+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ2の光束においても、+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【0223】
【表2】
【0224】
非球面係数
非球面1
κ =−0.15079
A4 =−0.0021230
A6 =−0.00076528
A8 =−8.84957×10−5
A10=−3.49803×10−5
A12=−2.38916×10−6
非球面2
κ =−3.8288
A4 = 0.036962
A6 =−0.020858
A8 = 0.0079732
A10=−0.0018713
A12= 0.00022504
【0225】
回折面係数
B2 = 0.0
B4 =−6.7169
B6 = 2.0791
B8 =−0.31970
B10= 0.00016708
【0226】
実施例3
【0227】
光源波長λ1=405nmのとき
焦点距離f1=3.31 開口数NA1=0.60 無限仕様
【0228】
光源波長λ2=635nmのとき
焦点距離f2=3.34 開口数NA2=0.60 無限仕様
【0229】
本実施例は、λ1の光束において+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ2の光束においても、+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【0230】
【表3】
【0231】
非球面係数
非球面1
κ =−0.19029
A4 = 0.00030538
A6 =−0.0010619
A8 =−7.5747×10−5
A10=−6.7599×10−5
A12=−3.3788×10−6
非球面2
κ = 6.4430
A4 = 0.037045
A6 =−0.021474
A8 = 0.0078175
A10=−0.0016064
A12= 0.00014332
【0232】
回折面係数
B2 =−96.766
B4 = −2.9950
B6 = −0.25560
B8 = −0.08789
B10= 0.014562
【0233】
(実施例4、実施例5)
【0234】
次に、色収差補正を行った実施例4、実施例5について説明する。図19に、実施例4の対物レンズである回折光学レンズの光路図をそれぞれ示す。また、図20に、実施例4の回折光学レンズについてのλ=635nm、650nmおよび780nmに対する開口数0.50までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図21に、実施例5の対物レンズである回折光学レンズの光路図をそれぞれ示す。また、図22に、実施例5の回折光学レンズについてのλ=635nm、650nmおよび780nmに対する開口数0.50までの球面収差図をそれぞれ示す。
【0235】
図20および図22から分かるように、実施例4、5の回折光学レンズによると、波長λ=635nm、波長λ=780nmに対しては、ほぼ完全に色によるずれは補正され、波長λ=650nmに対しても、実用上全く問題はない程度に補正されている。
【0236】
以下、実施例4、5のレンズデータを示す。
【0237】
実施例4
【0238】
光源波長λ1=635nmのとき
焦点距離f1=3.40 開口数NA1=0.50 無限仕様
【0239】
光源波長λ2=780nmのとき
焦点距離f2=3.41 開口数NA2=0.50 無限仕様
【0240】
本実施例は、λ1の光束において+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ2の光束においても、+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【0241】
【表4】
【0242】
非球面係数
非球面1
κ =−0.53245
A4 = 0.24033×10−2
A6 =−0.91472×10−3
A8 = 0.15590×10−4
A10=−0.11131×10−3
非球面2
κ = 7.3988
A4 = 0.90408×10−2
A6 =−0.18704×10−2
A8 =−0.47368×10−3
A10= 0.16891×10−3
【0243】
回折面係数
b2 =−0.36764×10−2
b4 =−0.91727×10−4
b6 =−0.34903×10−4
b8 = 0.77485×10−5
b10=−0.15750×10−5
【0244】
実施例5
【0245】
光源波長λ1=635nmのとき
焦点距離f1=3.40 開口数NA1=0.50 無限仕様
【0246】
光源波長λ2=780nmのとき
焦点距離f2=3.40 開口数NA2=0.50 無限仕様
【0247】
本実施例は、λ1の光束において+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、λ2の光束においても、+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。
【0248】
【表5】
【0249】
非球面係数
非球面1
κ =−0.17006
A4 =−0.30563×10−2
A6 =−0.45199×10−3
A8 = 0.58811×10−5
A10=−0.13002×10−4
非球面2
κ =−40.782
A4 = 0.73447×10−2
A6 = 0.85177×10−3
A8 = −0.82795×10−3
A10= 0.23029×10−3
【0250】
回折面係数
b2 =−0.74461×10−2
b4 = 0.11193×10−2
b6 =−0.85257×10−3
b8 = 0.50517×10−3
b10=−0.11242×10−3
【0251】
(実施例6〜8)
【0252】
次に、実施例6〜8について説明する。図23、図30および図37に、実施例6〜8の対物レンズである回折光学レンズのλ=650nmに対する光路図をそれぞれ示す。また、図24、図31および図38に、実施例6〜8の回折光学レンズのλ=780nm(NA=0.5)に対する光路図をそれぞれ示す。また、図25、図32および図39に、実施例6〜8の回折光学レンズについてのλ=650±10nmに対する開口数0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図26、図33および図40に、実施例6〜8の回折光学レンズについてのλ=780±10nmに対する開口数0.50までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図27、図34および図41に、実施例6〜8の回折光学レンズについてのλ=780nmに対する開口数0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。
【0253】
また、図28、図35および図42に、実施例6〜8の回折光学レンズについてのλ=650nmに対する波面収差rms図をそれぞれ示す。また、図29、図36および図43に、実施例6〜8の回折光学レンズについてのλ=780nmに対する波面収差rms図をそれぞれ示す。また、図44、図45および図46に、実施例6〜8の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフをそれぞれ示す。ここで、回折輪帯数は、位相差関数を2πで割った値として定義される。
【0254】
実施例6〜8では、球面収差図に示されたとおり、波長λ=650nmに対してはNA0.60までの全開口がほぼ無収差となっている。また、波長λ=780nmに対しては、実使用範囲であるNA0.50までがほぼ無収差となっているが、その外側のNA0.50〜0.60の部分については球面収差が大きく、フレアとなっている。これによって、波長λ=780nmについて、適正なスポット径を得ることが可能となっている。
【0255】
以下、実施例6〜8のレンズデータを示す。〔表6〕〜〔表8〕、更に〔表15〕〜〔表18〕中、STOは絞り、IMAは像面を表しており、絞りを含めた形で表現している。また、OBJは、物点(光源)を表しており、以下の各表においても同じである。
【0256】
実施例6
【0257】
光源波長λ=650nmのとき
焦点距離f=3.33 像側開口数NA=0.60 無限仕様
【0258】
光源波長λ=780nmのとき
焦点距離f=3.37 像側開口数NA=0.50(NA=0.60) 無限仕様
w(780nmの光束の結像面での13.5%強度のビーム径)=1.20μm
【0259】
本実施例は、図44に見るように、λ1の光束においても、λ2の光束においても、光軸からの高さが有効径のおよそ半分以下の中心部では、−1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、光軸からの高さが有効径のおよそ半分以上の周辺部では、+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。ただし、本実施例において、輪帯ピッチを整数倍して、±1次回折光ではなく、高次の同次回折光を発生させるようにしてもよい。
【0260】
また、本実施例において、図27に示されるように、第2の光情報記録媒体では、NA1=0.6のとき、球面収差は+29μmであり、NA2=0.5のとき、球面収差は+1μmである。
また、本実施例において、開口数(NA)0.4における回折部のピッチは14μmである。
【0261】
【表6】
【0262】
非球面係数
非球面1
κ= −1.07952
A4 = 0.51919725×10−2
A6 = 0.10988861×10−2
A8 =−0.44386519×10−3
A10= 5.4053137×10−5
非球面2
κ= −3.452929
A4 = 0.15591292×10−1
A6 =−0.44528738×10−2
A8 = 0.65423404×10−3
A10=−4.7679992×10−5
【0263】
回折面係数
B2 =29.443104
B4 =−14.403683
B6 =3.9425951
B8 =−2.1471955
B10=0.31859248
【0264】
実施例7
【0265】
光源波長λ=650nmのとき
焦点距離f=3.33 像側開口数NA=0.60 無限仕様
【0266】
光源波長λ=780nmのとき
焦点距離f=3.37 像側開口数NA=0.50(NA=0.60) 有限仕様
【0267】
本実施例は、図45に見るように、λ1の光束においても、λ2の光束においても、全面的に、+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。ただし、本実施例において、輪帯ピッチを整数倍して、+1次回折光ではなく、高次の同次回折光を発生させるようにしてもよい。
【0268】
【表7】
【0269】
非球面係数
非球面1
κ= −1.801329
A4 = 0.1615422×10−1
A6 =−0.4937969×10−3
A8 = 0.11038322×10−3
A10=−2.1823306×10−5
非球面2
κ= −8.871647
A4 = 0.1492511×10−1
A6 =−0.4447445×10−2
A8 = 0.60067143×10−3
A10=−3.4684206×10−5
【0270】
回折面係数
B2 =−17.150237
B4 =−4.1227045
B6 =1.1902249
B8 =−0.26202222
B10=0.018845315
【0271】
実施例8
【0272】
光源波長λ=650nmのとき
焦点距離f=3.33 像側開口数NA=0.60 無限仕様
【0273】
光源波長λ=780nmのとき
焦点距離f=3.35 像側開口数NA=0.50(NA=0.60) 無限仕様
w(780nmの光束の結像面での13.5%強度のビーム径)=1.27μm
【0274】
本実施例は、図46に見るように、λ1の光束においても、λ2の光束においても、ごく周辺部のみ−1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させ、他は+1次回折光を他の次数の回折光に比して多く発生させる。ただし、本実施例において、輪帯ピッチを整数倍して、±1次回折光ではなく、高次の同次回折光を発生させるようにしてもよい。
【0275】
また、本実施例において、図41に示されるように、第2の光情報記録媒体では、NA1=0.6のとき、球面収差は+68μmであり、NA2=0.5のとき、球面収差は+9μmである。
【0276】
また、本実施例において、開口数(NA)0.4におけるピッチは61μmである。
【0277】
【表8】
【0278】
非球面係数
非球面1
κ= −1.2532
A4 = 0.1007×10−1
A6 =−0.85849×10−3
A8 =−1.5773×10−5
A10= 3.2855×10−5
非球面2
κ= −9.151362
A4 = 0.133327×10−1
A6 =−0.378682×10−2
A8 = 0.3001×10−3
A10= 4.02221×10
【0279】
回折面係数
B2 =3.4251×10−21
B4 =0.0763977
B6 =−5.5386
B8 =0.05938
B10=0.2224
ここで、実施例6〜8に基づいて、レンズに入射する半導体レーザの波長の変動要因について考察する。半導体レーザの波長の個体ばらつきは、±2から3nm程度、多モード発振の幅が±2nm程度、書き込み時のモードホップが2nm程度と考えられる。これらの要因による半導体レーザの波長変動に伴う、レンズの球面収差の変動を考慮した場合について説明する。
【0280】
つまり、異なる2波長の光源に対し、光ディスクの透明基板の厚みがそれぞれで異なる場合、実施例6に関するデータから理解されるように、異なる2波長の光源からの無限光(平行光束)に対して無収差に補正したレンズでは、1つの光源での波長10nm程度の変化に対し、球面収差変動が比較的大きい。実施例6では、650nmの波長においては波面収差が0.001λrmsであるが、640nmおよび660nmの波長においては、波面収差が0.035λrms程度に劣化する。もちろん、レーザの波長がよく管理された光学系に対しては、実施例6も十分実用に供することができる。これに対し、実施例7のレンズのように、どちらか一方の光源からの無限光に対してほぼ無収差で、もう一方の波長の光源からの有限光(非平行光束)に対してほぼ無収差に補正したレンズでは、1つの光源の波長10nm程度の変化に対し、球面収差変動を極めて小さく抑えることが可能となる。
【0281】
次に、本実施の形態の回折光学系(回折光学レンズを有する光学系)の性能の温度変化について考察する。まず、半導体レーザの波長は、温度が30℃上昇すると6nm程度伸びる傾向がある。これに対し、回折光学系がプラスチックレンズで構成されている場合、30℃温度が上昇すると、屈折率が0.003ないし0.004程度減少する傾向がある。実施例6のような、2つの波長のどちらの無限光に対しても無収差に補正したレンズでは、半導体レーザの波長の温度変化による要因とプラスチックレンズの屈折率の温度変化による要因とが補償効果を起こし、温度変化に極めて強い光学系を作り出すことができる。また、実施例6において、素材がガラスである場合も、温度変化に対し許容幅のある光学系にすることは可能である。また、実施例7においても、実施例6には及ばないものの、30℃の温度変化で、波面収差の劣化は0.035λrms程度であり、実用上充分な温度補償ができている。
【0282】
上述の温度変化の補償効果について更に説明する。波長の異なる2つの光源により、透明基板の厚さが異なる2種類の光情報記録媒体の記録及び/または再生する場合において、回折パターンを有する対物レンズを用いることにより、それぞれの光ディスクの情報記録面に必要とされる開口数ないしそれ以上の開口数においても波面収差のrms値がそれぞれの波長の0.07以下とすることができるので、専用の対物レンズと同等の結像特性を得ることができる。低価格でコンパクトな光ピックアップ装置とするために、光源には半導体レーザが用いられ、対物レンズにはプラスチックレンズが用いられることが多い。
【0283】
レンズ用のプラスチック材料には種々のものがあるが、屈折率の温度変化や線膨張係数がガラスに比べて大きい。特に、屈折率の温度変化がレンズの諸特性に影響を及ぼす。25℃近傍の屈折率の温度変化としては、光ピックアップの光学素子として用いられるプラスチック材料では、−0.0002/℃ないし−0.00005/℃である。さらに、低複屈折材料は−0.0001/℃のものが多い。また、レンズ用の熱硬化性プラスチックはさらに温度変化に対して屈折率の変化が大きく、上記範囲を外れるものもある。
【0284】
半導体レーザに関しても、現在の技術で製作されるものについては、発振波長に温度依存性があり、25℃近傍の発振波長の温度変化は、0.05nm/℃ないし0.5nm/℃である。
【0285】
光情報記録媒体の情報を再生または光情報記録媒体に情報を記録するための光束の波面収差が温度により変化しrms値が波長の0.07以上となると光ピックアップ装置としての特性を維持することが困難であり、特に、より高密度の光情報媒体において波面収差の温度変化について留意する必要がある。プラスチックレンズの温度変化による波面収差の変化では焦点ズレと球面収差の変化の双方が起こっているが、前者は光ピックアップ装置において焦点制御を行うので、後者が重要である。ここで、プラスチック材料は温度変化ΔT(℃)があったときの屈折率の変化量をΔnとしたときに、
−0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
の関係を満たし、半導体レーザは、温度変化ΔTがあったときの発振波長の変化量をΔλ1としたときに、
0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
の関係を満たすと、プラスチックレンズの屈折率の温度変化による波面収差の変動と、半導体レーザ光源の波長の温度変化とによる波面収差の変動とが打ち消しあう方向に作用し、補償効果を得ることができる。
【0286】
また、環境温度変化が△T(℃)あったときに、波面収差の3次の球面収差成分の変化量を△WSA3(λrms)とすると、これは対物レンズを通過する光束の対物レンズの光情報媒体側の開口数(NA)の4乗に比例し、プラスチックレンズの焦点距離f(mm)に比例し、波面収差を波長単位で評価しているので光源の波長λ(mm)に反比例する。したがって、次式が成立する。
△WSA3=k・(NA)・f・△T/λ (a1)
ここで、kは対物レンズの種類に依存する量である。
ちなみに、プラスチック製の両面非球面対物レンズで、焦点距離3.36mm、光情報媒体側の開口数が0.6で入射光束が平行光の場合に最適化されているものが、MOC/GRIN'97 Techical Digest C5 p40-p43、"The Temperature characteristics of a new optical system with quasi-finite conjugate plastic objective for high density optical disk use"に記載されているが、この文献の中のグラフから、30℃の温度変化でWSA3が0.045λrmsだけ変化しており、DVD用途であることから、波長は、λ=650nmと考えられる。以上のデータを式(a1)に代入すると、k=2.2×10−6が得られる。また、温度変化による波長変化の影響に関しては記載がないが、発振波長の温度変化が小さい場合、回折を使用しない対物レンズについては、温度による屈折率変化の影響のほうが大きい。
【0287】
DVDについて記録及び/または再生する光ピックアッブ装置に関しては、kが上記値以下であることが必要となる。透明基板の厚さが異なる2種類の光情報記録媒体の記録及び/または再生する場合に、回折パターンを有する対物レンズにおいて、温度変化による波長変化の影響も無視することはできなくなる。特にkに関し、焦点距離、プラスチック材料の屈折率の温度変化、透明基板の厚さの差、二つの光源の発振波長の差等によりkの値は異なるが、実施例6においては、半導体レーザの波長の温度変化による要因とプラスチックレンズの屈折率の温度変化による要因とが補償効果を起こし、対物レンズがプラスチックレンズであっても温度変化による波面収差の変化は少なくシミュレーションによると、
k=2.2×10−6/℃、k=0.4×10−6/℃
となる。
【0288】
kとしては、0.3<k<2.2の範囲を取ることができる。したがって、式(a1)より、
k=ΔWSA3・λ/{f・(NA1)・ΔT(NA)} (a2)
であるから、
0.3×10−6/℃<ΔWSA3・λ/{f・(NA1)・ΔT}<
2.2×10−6/℃ (a3)
となる。式(a3)において、kの値が上限を越えると、温度変化により光ピックアップ装置としての特牲を維持することが困難となり易く、また、下限を越えると、温度変化に対しての変動は少ないが、波長たけが変化した場合において光ピックアップ装置としての特性を維持することが困難となり易い。
【0289】
また、実施例8においては、実施例6と比較して、一方の波長、即ち、780nmの波長の性能を許容範囲内でやや悪くすることにより、もう一方の波長、即ち、650nmの波長近傍±10nmでの球面収差変動を小さくすることができる。実施例6においては、波長640nm若しくは660nmでの波面収差は0.035λrms程度であるが、実施例8においては、波長640nm若しくは660nmでの波面収差は0.020λrms程度に向上させることができる。この二つの要因はトレードオフの関係があるが、バランスを保つことが重要であり、0.07λrmsを超えると、レンズ性能が悪化し、光ディスク用光学系として用いることは困難となってくる。
【0290】
次に、実施例6に基づいて、波長変化に対する、マージナル光線の球面収差の変化量と軸上色収差の変化量との関係について説明する。実施例6のように透明基板の厚さが薄い方の情報記録媒体には短い方の波長の光束を使用し、透明基板の厚さが厚い方の情報記録媒体には長い方の波長の光束を使用する一つの光ピックアップ装置で、それら光束に使用される対物レンズでは、回折面の作用によって、或る波長に対して波長が長くなった場合に球面収差をアンダー側に変位させることで、透明基板厚の差によって生じる球面収差を補正することができる。
【0291】
この対物レンズにおいて、少なくとも一方の光源の使用波長の微小な変化に対する、マージナル光線の球面収差の変化量と軸上色収差の変化量とを、それぞれ△SA、△CAとすれば、
−1<△SA/△CA<−0.2
を満たすことが望ましい。この式は使用波長が変化した時の、マージナル光線の球面収差の変化量と軸上色収差の変化量との比を示し、この条件式の下限を上回ることで、回折輪帯の間隔を大きくでき、回折効率の高い回折面が製造し易く、条件式の上限を下回ることで、回折面が負で大きな屈折力を持つことを抑制でき、また軸上色収差の波長変化が過大にならず、モードポップ等の波長変化に対して焦点位置の変動を抑えることができる。なお、波長の微小な変化とは、10nm以下程度の変化を意味する。実施例6では図25に見るように、波長650nmにおいて△SA/△CAの値は−0.7である。
【0292】
ここで、回折パワーとレンズ形状との関係について説明する。図47に、回折パワーとレンズ形状との関係を模式的に示す。図47(a)は回折パワーがすべての部分で正のレンズ形状を示す図であり、図47(b)は回折パワーがすべての部分で負のレンズ形状を示す図である。実施例6のレンズは、図47(c)に示すように、回折パワーが光軸付近では負のパワーであり、途中で正のパワーに切り替わるように設計されている。これにより、回折輪帯のピッチが細かくなりすぎないようにすることができる。また、実施例8のように、レンズの周辺部付近で回折パワーが、正のパワーから負のパワーに切り替わるように設計することにより、2波長間で、良好な収差を得ることもできる。図47(d)のように、例えば、回折パワーが光軸付近では正のパワーであり、途中で負のパワーに切り替わるようにできる。
【0293】
図47(c)では、回折面はブレーズ化された複数の回折輪帯を有し、光軸に近い側の回折輪帯ではその段差部が光軸から離れた側に位置し、光軸から離れた側の回折輪帯ではその段差部が光軸に近い側に位置している。また、図47(d)では、回折面はブレーズ化された複数の回折輪帯を有し、光軸に近い側の回折輪帯ではその段差部が光軸に近い側に位置し、光軸から離れた側の回折輪帯ではその段差部が光軸から離れた側に位置している。
【0294】
〈実施例9、10〉
【0295】
実施例9、10の対物レンズは、上述した〔数3〕で表される非球面形状を屈折面に有しており、実施例9は2光源対応の有限共役型、実施例10は、第2の実施の形態に係る対物レンズの具体例であり、3光源対応の有限共役型である。また、実施例9、10では回折面が単位をラジアンとした位相差関数ΦBとして上述の〔数1〕で表される。
【0296】
図50および図51に、実施例9の対物レンズのλ=650nmおよびλ=780nmにおける光路図を示す。また、図52に、実施例9の対物レンズについてのλ=650nmに対する開口数0.60までの球面収差図を示す。また、図53および図54に、実施例9の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45および0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図55、図56に、実施例9の対物レンズについてのλ=650nmおよび波長λ=780nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【0297】
図57〜図59に、実施例10の対物レンズのλ=650nm、λ=400nmおよびλ=780nmにおける光路図を示す。また、図60、図61に、実施例10の対物レンズについてのλ=650nmおよびλ=400nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図62および図63に、実施例10の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45および0.65までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図64〜図66に、実施例10の対物レンズについてのλ=650nm、λ=400nmおよび波長λ=780nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【0298】
実施例9、10の対物レンズによると、何れの実施例でも、780nm波長光に対しては、実使用上のNA0.45を超える光束では大きな球面収差を生じ、フレアとして情報の記録および/または再生には寄与しない。
【0299】
以下、実施例9、10のレンズデータを示す。〔表9〕、〔表10〕中、rはレンズの曲率半径、dは面間隔、nは各波長での屈折率、νはアッベ数を示す。また、参考として、d線(λ=587.6nm)での屈折率と、νd(アッベ数)を記す。また、面No.の数字は、絞りを含めて表示しており、また、本実施例では、便宜上、光ディスクの透明基板に相当する部分の前後2か所に空気間隔を分けて表現している。
【0300】
実施例9
f=3.33 像側 NA 0.60 倍率 -0.194 (波長λ=650nmのとき)
f=3.35 像側 NA 0.45(NA 0.60) 倍率 -0.195 (波長λ=780nmのとき)
【0301】
【表9】
【0302】
非球面1
κ =-0.1295292
A4 =-0.0045445253
A6 =-0.0011967305
A8 =-0.00011777995
A10=-5.3843777×10−5
A12=-9.0807729×10−6
回折面1
B2 = 0
B4 =-7.6489594
B6 = 0.9933123
B8 =-0.28305522
B10= 0.011289605
【0303】
非球面2
κ =-5.161871
A4 = 0.019003845
A6 =-0.010002187
A8 = 0.004087239
A10=-0.00085994626
A12= 7.5491556×10−5
【0304】
実施例10
f=3.31 像側 NA 0.65 倍率 -0.203 (波長λ=650nmのとき)
f=3.14 像側 NA 0.65 倍率 -0.190 (波長λ=400nmのとき)
f=3.34 像側 NA 0.45(NA 0.65) 倍率 -0.205 (波長λ=780nmのとき)
【0305】
【表10】
【0306】
非球面1
κ =-0.08796008
A4 =-0.010351744
A6 = 0.0015514472
A8 =-0.00043894535
A10= 5.481801×10−5
A12=-4.2588508×10−6
回折面1
B2 = 0
B4 =-61.351934
B6 = 5.9668445
B8 = -1.2923244
B10= 0.041773541
【0307】
非球面2
κ =-302.6352
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10= -0.0022
A12= 0.0004
回折面2
B2 = 0
B4 = 341.19136
B6 =-124.16233
B8 = 49.877242
B10= -5.9599182
【0308】
なお、上記実施例10の対物レンズの具体例は、第3の実施の形態にも同様に適用できる。
【0309】
〈実施例11〜14〉
【0310】
実施例11〜14の対物レンズは、上述した〔数3〕で表される非球面形状を屈折面に有しており、また、実施例11〜13では回折面が単位をラジアンとした位相差関数ΦBとして上述の〔数1〕で表され。実施例14では回折面が単位をmmとした光路差関数Φbとして上述の〔数2〕で表わされる。
【0311】
これら実施例11〜14の対物レンズ特性を得るに当たって、第1光ディスク(DVD)用の光源波長を650nm、第2光ディスク(青色レーザ使用次世代高密度光ディスク)用の光源波長を400nmとし、第1および第2光ディスクの透明基板厚さt1は共にt1=0.6mmである。また、t1とは異なる透明基板の厚さt2=1.2mmを有する第3光ディスク(CD)用の光源波長は780nmとした。また、光源波長400nm、650nm、780nmに対応する開口数NAとして、0.65、0.65、0.5をそれぞれ想定している。
【0312】
(実施例11)
【0313】
実施例11は、第4の実施の形態に係わる対物レンズの具体例であり、対物レンズには平行光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の位相差関数の係数に2乗項が含まれず(B2=0)、2乗項以外の項の係数だけを使用している。
【0314】
図68〜図70に、実施例11の対物レンズのλ=650nm、λ=400nmおよびλ=780nmにおける光路図を示す。また、図71および図72に、実施例11の対物レンズについてのλ=650nmおよびλ=400nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図73および図74に、実施例11の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45および0.65までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図75〜図77に、実施例11の対物レンズについてのλ=650nm、λ=400nmおよびλ=780nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【0315】
以下、実施例11のレンズデータを示す。〔表11〕中、rはレンズの曲率半径、dは面間隔、nは各波長での屈折率を示す。また、面No.の数字は、絞りを含めて表示している。
【0316】
実施例11
f=3.33 像側 NA 0.65 (波長λ=650nmのとき)
f=3.15 像側 NA 0.65 (波長λ=400nmのとき)
f=3.37 像側 NA 0.45(NA 0.65) (波長λ=780nmのとき)
【0317】
【表11】
【0318】
非球面1
κ =-0.1847301
A4 =-0.0090859227
A6 = 0.0016821871
A8 =-0.00071180761
A10= 0.00012406905
A12=-1.4004589×10−5
回折面1
B2 = 0
B4 =-69.824562
B6 = 0.35641549
B8 = 0.6877372
B10= -0.18333885
【0319】
非球面2
κ =-186.4056
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10= -0.0022
A12= 0.0004
回折面2
B2 = 0
B4 = 745.72117
B6 =-334.75078
B8 = 81.232224
B10= -5.3410176
【0320】
実施例11(および後述する実施例12)のような対物レンズと3つの光源とを有する光ピックアップ装置において、非球面係数及び位相差関数の係数を適当に設計することで、透明基板厚さの違いにより発生する球面収差及び波長の違いにより発生する球面収差の色収差を各ディスクともに補正することが可能である。また、図74から明らかなように、第3光ディスクでは実使用上の開口数NA0.45の外側をフレアとしている。
【0321】
(実施例12)
【0322】
また、実施例12の対物レンズは、有限距離からの発散光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の位相差関数の係数に2乗項が含まれず(B2=0)、2乗項以外の項の係数だけを使用している。
【0323】
図78〜図80に、実施例12の対物レンズのλ=650nm、λ=400nmおよびλ=780nmにおける光路図を示す。また、図81および図82に、実施例12の対物レンズについてのλ=650nmおよびλ=400nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。また、図83および図84に、実施例12の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45および0.65までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図85〜図87に、実施例12の対物レンズについてのλ=650nm、λ=400nmおよびλ=780nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【0324】
以下、実施例12のレンズデータを示す。
【0325】
実施例12
f=3.31 像側 NA 0.65 倍率 -0.203 (波長λ=650nmのとき)
f=3.14 像側 NA 0.65 倍率 -0.190 (波長λ=400nmのとき)
f=3.34 像側 NA 0.45(NA 0.65) 倍率 -0.205 (波長λ=780nmのとき)
【0326】
【表12】
【0327】
非球面1
κ =-0.08796008
A4 =-0.010351744
A6 = 0.0015514472
A8 =-0.00043894535
A10= 5.481801×10−5
A12=-4.2588508×10−6
回折面1
B2 = 0
B4 =-61.351934
B6 = 5.9668445
B8 = -1.2923244
B10= 0.041773541
【0328】
非球面2
κ =-302.6352
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10= -0.0022
A12= 0.0004
回折面2
B2 = 0
B4 = 341.19136
B6 =-124.16233
B8 = 49.877242
B10= -5.9599182
【0329】
実施例12のような対物レンズと3つの光源とを有する光ピックアップ装置において、透明基板厚さの違いにより発生する球面収差及び波長の違いにより発生する球面収差の色収差について各ディスクともに補正することが可能である。また、図84から明らかなように、第3光ディスクでは実使用上の開口数NA0.45の外側をフレアとしている。
【0330】
(実施例13)
【0331】
また、実施例13の対物レンズは、第4の実施の形態に係わる対物レンズの他の具体例であり、無限距離からの平行光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の位相差関数の係数として2乗項および2乗項以外の項が使用されている。
【0332】
図88〜図90に、実施例13の対物レンズのλ=650nm、λ=400nmおよびλ=780nmにおける光路図を示す。また、図91および図92に、実施例13の対物レンズについてのλ=650nmおよびλ=400nmに対する開口数0.60までの球面収差図を示す。また、図93および図94に、実施例13の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45および0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。また、図95〜図97に、実施例13の対物レンズについてのλ=650nm、λ=400nmおよびλ=780nmに対する波面収差図をそれぞれ示す。
【0333】
以下、実施例13のレンズデータを示す。
【0334】
実施例13
f=3.31 像側 NA 0.60 (波長λ=650nmのとき)
f=3.14 像側 NA 0.60 (波長λ=400nmのとき)
f=3.34 像側 NA 0.45(NA 0.60) (波長λ=780nmのとき)
【0335】
【表13】
【0336】
非球面1
κ =-0.3363369
A4 =-0.0025421455
A6 =-0.0010660122
A8 = 4.7189743×10−5
A10= 1.5406396×10−6
A12=-7.0004876×10−6
回折面1
B2 =-177.66083
B4 = -46.296284
B6 = -6.8014831
B8 = 1.6606499
B10= -0.39075825
【0337】
非球面2
κ =43.44262
A4 = 0.002
A6 =-0.0014
A8 = 0.0042
A10=-0.0022
A12= 0.0004
回折面2
B2 = 241.52445
B4 = 402.41974
B6 =-191.87213
B8 = 64.779696
B10= -8.6741764
【0338】
本実施例では、回折面の位相差関数の係数として2乗項および2乗項以外の項が使用されているために、透明基板厚さの違いにより発生する球面収差及び波長の違いにより発生する球面収差の色収差と軸上色収差について各ディスクともに補正することが可能となっている。また、図94から明らかなように、第3光ディスクでは実使用上の開口数NA0.45の外側をフレアとしている。
【0339】
(実施例14)
【0340】
実施例14の対物レンズは、第6の実施の形態に係わる対物レンズの具体例であり、無限距離から波長400nmと650nmの平行光が入射し、有限距離から波長780nmの発散光が入射するように構成されている。この実施例では、回折面の光路差関数の係数として2乗項および2乗項以外の項が使用されている。
【0341】
図98に、実施例14の対物レンズのλ=400nmにおける光路図を示す。また、図99および図101に、実施例14の対物レンズについてのλ=400nm±10nm、λ=650nm±10nmおよびλ=780nm±10nmに対する開口数0.65までの球面収差図を示す。
【0342】
以下、実施例14のレンズデータを示す。
【0343】
実施例14
f= 像側 NA 0.65 (波長λ=650nmのとき)
f= 像側 NA 0.65 (波長λ=400nmのとき)
f= 像側 NA 0.45(NA 0.65) (波長λ=780nmのとき)
【0344】
【表14】
【0345】
非球面1
κ =-2.0080
A4 = 0.18168×10−1
A6 =-0.91791×10−3
A8 = 0.16455×10−3
A10=-0.11115×10−4
回折面
b2 =-0.51589×10−3
b4 =-0.24502×10−3
b6 = 0.49557×10−4
b8 =-0.14497×10−4
【0346】
非球面2
κ = 3.1831
A4 = 0.14442×10−1
A6 = -0.17506×10−2
A8 = 0.21593×10−4
A10= 0.12534×10−4
【0347】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。回折を対物レンズの両面に形成したが、光ピックアップ装置の光学系内の光学素子のある一面に設けてもよい。また輪帯状回折面をレンズ面全体に形成したが、部分的に回折面を形成しても良い。さらに、青色レーザ使用次世代高密度光ディスクとして、光源波長400nm、透明基板の厚さ0.6mmと仮定して光学設計を進めたが、これ以外の仕様である光ディスクに関しても本発明は適用が可能である。
【0348】
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。
【0349】
図117は、本実施の形態の対物レンズ及びこれを含む光ピックアップ装置の概略構成である。図117のように、第1の半導体レーザ111と第2の半導体レーザ112が光源としてユニット化されている。コリメータ13と対物レンズ16との間にビームスプリッタ120が配置され、コリメータ13でほぼ平行にされた光がビームスプリッタ120を通過し対物レンズ16へ向かう。また、情報記録面22から反射した光束が光路変更手段としてのビームスプリッタ120で光検出器30に向かうように光路を変える。対物レンズ16はその外周にフランジ部16aを有し、このフランジ部16aにより対物レンズ16を光ピックアップ装置に容易に取り付けることができる。また、フランジ部16aは対物レンズ16の光軸に対し略垂直方向に延びた面を有するから、更に精度の高い取付が容易にできる。
【0350】
第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111から出射された光束は、コリメータ13を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ120を経て絞り17によって絞られ、対物レンズ16により第1の光ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22に集光される。そして、情報記録面22で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ16、絞り17を介して、ビームスプリッタ120で反射され、シリンドリカルレンズ180により非点収差が与えられ、凹レンズ50を経て、光検出器30上ヘ入射し、光検出器30から出力される信号を用いて、第1の光ディスク20に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0351】
また、光検出器30上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ150が第1の半導体レーザ111からの光束を第1の光ディスク20の情報記録面22上に結像するように対物レンズ16を移動させるとともに、第1の半導体レ―ザ111からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ16を移動させる。
【0352】
次に、第2の光ディスクを再生する場合、第2の半導体レーザ112から出射された光束は、コリメータ13を透過し平行光束となる。さらにビームスプリッタ120を経て絞り17によって絞られ、対物レンズ16により第2の光ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22に集光される。そして、情報記録面22で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ16、絞り17を介して、ビームスプリッタ120で反射され、シリンドリカルレンズ180により非点収差が与えられ、凹レンズ50を経て、光検出器30上ヘ入射し、光検出器30から出力される信号を用いて、第2の光ディスク20に記録された情報の読み取り信号が得られる。また、光検出器30上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ15か第1の半導体レーザ112からの光束を第2光ディスク20の情報記録面22上に結像するように対物レンズ16を移動させるとともに、第2の半導体レーサ112からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ16を移動させる。
【0353】
対物レンズ(回折レンズ)16は、第1の光ディスク、第2の光ディスクの記録及び/または再生に必要な開口数のうち大きい方の開口数(最大開口数)まで、それぞれの半導体レーザからの入射光に対して、それぞれの波長(λ)に対して0.07λrms以下であるように設計されている。このため、それぞれの光束の結像面上の波面収差は、0.07λrms以下となっている。従って、結像面上及び検出器30上でどちらの光ディスクの記録及び/または再生時にフレアがなく、合焦誤差検出やトラック誤差検出の特性が良好となる。
【0354】
なお、第1の光ディスクをDVD(光源波長650nm)、第2の光ディスクをCD(光源波長780nm)とするケースや、第1の光ディスクを次世代高密度光ディスク(光源波長400nm)、第2の光ディスクをDVD(光源波長650nm)のケースが想定されるが、特に、それぞれの光ディスクの必要開口数に大きな差がある場合には、上記のような場合には、必要なスポット径に比較してスポットが小さすぎる場合もある。このときは本明細書の他の箇所で説明している開口制限手段を導入し、所望のスポット径とすればよい。
【0355】
以下、第7の実施の形態に係わる対物レンズの具体例として、球面収差補正レンズの実施例15、16,17,18を説明する。各実施例で波面収差が、最大開口数に対し0.07λrms以下に補正されている。なお、以下において像側とは光情報記録媒体側の意味である。
【0356】
〈実施例15〉
【0357】
図118に、実施例15の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図を示す。また、図119に、実施例15の回折光学レンズについての波長(λ)=640,650,660nmに対する開口数0.60までの球面収差図を示す。また、図120は光情報記録媒体の透明基板が図118より厚い場合の実施例15の回折光学レンズの光路図を示す。図121に、図120の場合の回折光学レンズについての波長λ=770,780,790nmに対する開口数0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。
【0358】
実施例15の回折光学レンズによると、図119に示すように、波長λ=650nmに対してはNA0.60までの全開口がほぼ無収差である。また、図120、図121に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ=780nmに対しては、NA0.60までがほぼ無収差である。なお、λ=780nmのときの所定開口数は0.45である。
【0359】
以上のように、実施例15では、実施例1,6,8と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が780nmの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が650nmの場合と同じ開口数(NA0.60)まで補正できる。
【0360】
以下、実施例15のレンズデータを示す。
【0361】
光源波長λ=650nmのとき
焦点距離f=3.33 像側開口数 NA=0.60 無限仕様(平行光束入射)
【0362】
光源波長λ=780nmのとき
焦点距離f=3.38 像側開口数 NA=0.60 無限仕様
【0363】
【表15】
【0364】
非球面係数
非球面1
κ =−1.0358
=4.8632×10−3
=5.3832×10−4
=−1.5773×10−4
10=3.8683×10−7
【0365】
非球面2
κ =−9.256352
=1.5887×10−2
=−5.97422×10−3
=1.11613×10−3
10=−9.39682×10−5
【0366】
回折面係数(基準波長650nm)
=6.000×10−3
=−1.317×10−3
=1.5274×10−4
=−6.5757×10−5
10=6.221×10−6
【0367】
〈実施例16〉
【0368】
図122に、実施例16の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図を示す。また、図123に、実施例16の回折光学レンズについての波長(λ)=640,650,660nmに対する開口数0.60までの球面収差図を示す。また、図124は光情報記録媒体の透明基板が図122より厚い場合の実施例16の回折光学レンズの光路図を示す。図125に、図124の場合の回折光学レンズについての波長λ=770,780,790nmに対する開口数0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。
【0369】
実施例16の回折光学レンズによると、図123に示すように、波長λ=650nmに対してはNA0.60までの全開口がほぼ無収差である。また、図124、図125に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ=780nmに対しては、NA0.60までがほぼ無収差である。なお、λ=780nmのときの所定開口数は0.45である。
【0370】
以上のように、実施例16では、実施例1,6,8と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が780nmの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が650nmの場合と同じ開口数(NA0.60)まで補正できる。なお、実施例15,16では、透明基板の厚さの差による球面収差をNA0.6まで補正するために、回折による球面収差の補正作用が強いことが必要であるが、このため輪帯ピッチが狭くなるが、回折の近軸パワーを負にしてピッチの減少を緩和している。
【0371】
以下、実施例16のレンズデータを示す。
【0372】
光源波長λ=650nmのとき
焦点距離f=3.33 像側開口数 NA=0.60 無限仕様
【0373】
光源波長λ=780nmのとき
焦点距離f=3.36 像側開口数 NA=0.60 無限仕様
【0374】
【表16】
【0375】
非球面係数
非球面1
κ=−1.1331
=4.5375×10−3
=1.2964×10−3
=−3.6164×10−4
10=2.0765×10−5
【0376】
非球面2
κ=−4.356298
=1.57427×10−2
=−4.91198×10−3
=7.72605×10−4
10=−5.75456×10−5
【0377】
回折面係数(基準波長650nm)
=2.1665×10−3
=−2.0272×10−3
=5.5178×10−4
=−1.8391×10−4
10=1.8148×10−5
【0378】
〈実施例17〉
【0379】
図126に、実施例17の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図を示す。また、図127に、実施例17の回折光学レンズについての波長(λ)=640,650,660nmに対する開口数0.60までの球面収差図を示す。また、図128は光情報記録媒体の透明基板が図126より厚い場合の実施例17の回折光学レンズの光路図を示す。図129に、図128の場合の回折光学レンズについての波長λ=770,780,790nmに対する開口数0.60までの球面収差図をそれぞれ示す。
【0380】
実施例17の回折光学レンズによると、図127に示すように、波長λ=650nmに対してはNA0.60までの全開口がほぼ無収差である。また、図128、図129に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ=780nmに対しては、NA0.60までがほぼ無収差である。なお、λ=780nmのときの所定開口数は0.45である。また、実施例15〜17は軸上色収差が異なり、また、輪帯ピッチも変わっている。
【0381】
以上のように、実施例17では、実施例1,6,8と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が780nmの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が650nmの場合と同じ開口数(NA0.60)まで補正できる。
【0382】
以下、実施例17のレンズデータを示す。
【0383】
光源波長λ=650nmのとき
焦点距離f=3.33 像側開口数 NA=0.60 無限仕様
【0384】
光源波長λ=780nmのとき
焦点距離f=3.34 像側開口数 NA=0.60 無限仕様
【0385】
【表17】
【0386】
非球面係数
非球面1
κ=−1.0751
=5.0732×10−3
=4.3722×10−4
=−1.4774×10−4
10=9.6694×10−7
【0387】
非球面2
κ=−10.41411
=1.59463×10−2
=−6.02963×10−3
=1.11268×10−3
10=−9.3151×10−5
【0388】
回折面係数(基準波長650nm)
=−2.000×10−3
=−1.4462×10−3
=1.1331×10−4
=−6.6211×10−5
10=6.8220×10−6
【0389】
〈実施例18〉
【0390】
図130に、実施例18の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図を示す。また、図131に、実施例18の回折光学レンズについての波長(λ)=390,400,410nmに対する開口数0.70までの球面収差図を示す。また、図132は光情報記録媒体の透明基板が図130より厚い場合の実施例18の回折光学レンズの光路図を示す。図133に、図132の場合の回折光学レンズについての波長λ=640,650,660nmに対する開口数0.70までの球面収差図をそれぞれ示す。
【0391】
実施例18の回折光学レンズによると、図131に示すように、波長λ=400nmに対してはNA0.70までの全開口がほぼ無収差である。また、図132、図133に示すように、透明基板が厚い場合で、波長λ=650nmに対しては、NA0.70までがほぼ無収差である。
【0392】
以上のように、実施例17では、実施例1,6,8と比べて、光情報記録媒体の透明基板が厚く波長が650nmの場合の球面収差を透明基板がこれよりも薄く波長が400nmの場合と同じ開口数(NA0.70)まで補正できる。
【0393】
以下、実施例18のレンズデータを示す。
【0394】
光源波長λ=400nmのとき
焦点距離f=3.33 像側開口数 NA=0.70 無限仕様
【0395】
光源波長λ=650nmのとき
焦点距離f=3.43 像側開口数 NA=0.70 無限仕様
【0396】
【表18】
【0397】
非球面係数
非球面1
κ=0.0
=−7.9616×10−4
=−5.7265×10−4
=8.3209×10−5
10=−4.1599×10−5
【0398】
非球面2
κ=0.0
=3.11131×10−2
=−1.18548×10−2
=1.63937×10−3
10=−6.60514×10−5
【0399】
回折面係数(基準波長400nm)
=−1.4046×10−3
=−8.6959×10−4
=2.3488×10−4
=−5.2455×10−5
10=3.6385×10−6
【0400】
次に、上述の実施例1〜3,14〜18の各回折光学レンズの複数の輪帯のピッチについて説明する。複数の輪帯は光軸を中心としたほぼ同心円状に形成されており、レンズの像側の最大開口数に対応する輪帯のピッチPf(mm)、最大開口数の1/2の開口数に対応する輪帯のピッチPh(mm)、及び((Ph/Pf)−2)の各値を表19に示す。
【0401】
【表19】
【0402】
0.4≦|(Ph/Pf)−2|≦25 (b1)
【0403】
本発明者らの更なる検討によれば、上述の式(b1)が成立すると、即ち、この式の下限以上であると、高次の球面収差を補正する回折の作用が弱まることがなく、従って、透明基板の厚さが異なることによって生じる2波長間の球面収差の差を回折の作用で補正でき、また、上限以下であると、回折輪帯のピッチが過小となる箇所が生じ難くなり、回折効率の高いレンズを製造することが可能となることが判明した。
【0404】
また、上記関係式は、次の式(b2)が好ましく、式(b3)が更に好ましい。
【0405】
0.8≦|(Ph/Pf)−2|≦6.0 (b2)
【0406】
1.2≦|(Ph/Pf)−2|≦2.0 (b3)
【0407】
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。
【0408】
波長650nmの光源を使ってのDVDの記録再生に必要な対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数NA1は0.6程度であり、波長780nmの光源を使ってのCDの再生に必要な対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数NA2は0.45程度(記録のときは0.5程度)である。したがって、上述の収差補正のための回折パターンは、開口数NA1までは必須ではない。
【0409】
さらに、光軸近傍は焦点深度が深く、球面収差量も少ないので、回折パターンは必須ではない。
【0410】
必要最低限の部分に回折パターンを形成し、残りの部分を屈折面とすることで、金型加工時のツールの損傷、成形時の離型性の向上、CD側で必要以上に集光スポットが絞られることに起因するディスクの厚みに誤差があるときや、ディスクが傾いたときの性能劣化を防ぐことができる。
【0411】
このためには、対物レンズの回折パターンは光軸に対して回転対称であり、前記第1の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンの最も光軸から離れた円周からの+1次回折光は、光情報記録媒体の開口数がNAH1の光束に変換され、前記第1の光源からの光束の前記対物レンズの回折パターンの最も光軸側の円周からの+1次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がNAL1の光束に変換されるとき、下記の条件を満足すれば良い。
NAH1 < NA1
0 ≦ NAL1 ≦ NA2
【0412】
第1の光情報記録媒体がDVDで、第1の光源の波長λ1が650nm、第2の光情報記録媒体がCDで第2の光源の波長λ2か780nmの場合、
NAH1は0.43から0.55
NAL1は0.10から0.40
であることが好ましい。
【0413】
回折パターンを有する部分についての対物レンズの光学設計は、第1の光源から対物レンズに入射する光束の+1次回折光がほぼ無収差の集光スポットとなるように行われる。一方、回折パターンのない部分についての対物レンズの光学設計は、第1の光源から対物レンズに入射する光束がほぼ無収差の集光スポットとなるように行われる。
【0414】
両者の集光位置は、ほぼ一致する必要がある。さらに、それぞれの光束の位相も揃っていることが重要である。なお、位相に関しては、kを小さな整数としたとき、2kπずれていても、設計波長での集光特性は殆ど変わらないが、|k|の絶対値が大きくなると、波長変動に弱くなってしまう。|k|は1〜10であることが好ましい。
【0415】
このとき、第2の光源からの光束のうち、対物レンズの回折パターンの最も光軸から離れた円周からの+1次回折光は光情報記録媒体側の開口数がNAH2の光束に変換され、同時に回折パターンの最も光軸側の円周からの+1次回折光は、光情報記録媒体側の開口数がNAL2の光束に変換され、
【0416】
第2光情報記録媒体の記録再生が可能となるようなスポットを、第2の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がNAH2以下の光束を利用して光情報記録媒体の情報記録面上に形成するように、回折パターンを有する部分からの光束と、回折パターンのない部分からの光束との集光位置と位相差が最適となるように、対物レンズを通った光束の球面収差の設定がなされている。
【0417】
実際には、前記第1の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がNA1以下の光束が第1光情報記録媒体の透明基板を介した最良像点における波面収差が0.07λrms以下であり、かつ、前記第2の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がNAH2以下の光束が第2光情報記録媒体の透明基板を介した最良像点における波面収差が0.07λrms以下であることが望ましい。
【0418】
なお、特に、第1の光源からの光束のうち、対物レンズを通ったときの開口数がNA1以下の光束が、第1光情報記録媒体の透明基板を介した最良像点における波面収差の球面収差成分は0.05λrms以下であることが望ましい。
【0419】
第1の光源と対物レンズの間および第2の光源と対物レンズの間に少なくとも一つのコリメータを含み、第1の光源から対物レンズに入射する光束および第2の光源から対物レンズに入射する光束が、それぞれ平行光であるような光ピックアップ装置とすることで、ピックアップの調整が容易となる。
【0420】
また、第1の光源からの光束と第2の光源からの光束に対してコリメータを共通にすることで、光ピックアップ装置のコストダウンを図ることができる。
【0421】
なお、第1の光源と第2の光源が別のパッケージである場合、コリメータに対してそれぞれの光源の位置を対物レンズに入射する光束がそれぞれ平行光となるように設定すれば良い。
【0422】
また、第1の光源と第2の光源とが同じパッケージである場合、それぞれの光源の位置の光軸方向の差を適切に設定して、対物レンズへの入射光がそれぞれ平行光となるようにしても良いし、その調整ができない場合、コリメータの色収差が最適化されたものを用いて対物レンズへの入射光がそれぞれ平行光になるようにしても良い。
【0423】
さらに、対物レンズに入射する光束が、収束光束であっても発散光束であっても良く、特に第1の光源から対物レンズに入射する光束よりも第2の光源から対物レンズに入射する光束をより発散度の強いものとすることによって、発散度の差によるアンダーの球面収差が発生し、回折パターンで補正する球面収差量を減らすことができる。
【0424】
図114は、開口数NAH2、NAL2が同じであり、近軸色収差を補正しない場合とした場合(ΔfB=0)に、第2光源からの光束について、第2光情報記録媒体(CD)の透明基板を通過した光束の球面収差を表す模式図である。
【0425】
NAH2以下の第2光情報記録媒体の再生に寄与する光束の収束位置は、回折パターンによって補正されていない場合、B点にあるが、回折パターンによって補正され、ΔfBをほぼ0にされてA点に収束する。しかし、NAH2より外側では回折パターンによって補正されず、その収差は屈折面のみによる収差曲線Sを示すことになる。
【0426】
図から明らかなように、光束の収束点とNAH2における球面収差の跳びは、近軸色収差の補正量ΔfBだけ大きくなり、NAH2からNA1までのフレア成分が収束する位置は、NAH2以下の第2光情報記録媒体の再生に寄与する光束の収束位置と大きく離れるため、光検出器上においてフレア成分の影響が小さくなる。
【0427】
また、λ1とλ2で近軸色収差を補正することで、λ1近傍とλ2近傍においても、近軸色収差は小さくなり、光情報記録媒体への情報記録時に、レーザのパワー変動で発振波長が変化しても、焦点ずれが起きにくくなり、高速記録が可能となる。
【0428】
前述のようにNAH2からNA1までのフレア成分の収束位置とNAH2以下の光束の収束位置とを離れたものとするためには、前記の回折パターンの外側に、第2の回折パターンを配設し、第1光源からの光束に対しては第2の回折パターンの+1次回折光が前記の収束位置に集光され、第2光源からの光束は第2の回折パターンでは回折されずに透過するように第2の回折パターンを設計することによって、図115に示す収差補正状況にすることができる。
【0429】
すなわち、同図(a)は第1光源からの光束の収差補正状況を示し、NAH1以上においても以下においても、比較的大きく設定された屈折面による収差は、+1次回折光の補正効果により、無収差で収束位置に集光されている。しかし、同図(b)のように、第2光源からの光束は、NAH2より外側の回折パターン部分を通過する光束では、回折作用を受けない0次光となるので、その収差補正状況は回折パターンによる補正を受けない収差がそのまま表れるため、NAH2における球面収差の跳びが大きくなり、フレア成分の収束位置と情報の再生に寄与する光束の収束位置が大きく離れるため、光検出器上においてフレア成分の影響が小さくなる。
【0430】
また、この第2の回折パターンでは、第1の光源からの光束は回折されず、第2の光源からの光束は、主に−1次回折光となるように第2の回折パターンを設計しても良い。これにより、図113で見るように、NAH2からNA1までの光束の、回折による球面収差をよりオーバーにすることによって、第2の光源について、対物レンズを通ったときの開口数がNAH2以下の光束の第2光情報記録媒体の透明基板を通ったときの球面収差は良好に補正され、一方、NAH2より外側の光束のオーバーの球面収差を大きくすることが出来る。その結果、図116(b)に見るように、NAH2における球面収差の跳びが大きくなり、フレア成分の収束位置と情報の再生に寄与する光束の収束位置が大きく離れるため、光検出器上においてフレア成分の影響が小さくなる。
【0431】
同様に、光源から対物レンズまでの光路中に第1光源からの光束は透過し、第2光源の光束のうち、前記第1の回折パターンの光軸とは反対側の領域を通過する光束を透過させない開口制限手段を設け、光検出器上へ到達するフレア成分を減ずることで、その影響を小さくすることができる。
【0432】
この開口制限手段は、第1の光源からの出射光束と、第2光源からの出射光束とを光合波手段により合波した後の光路中に、第1光源からの光束は透過し、第2光源の光束のうち、前記第1の回折パターンの光軸とは反対側の領域を通過する光束を反射または吸収する輪帯フィルターを配設すれば良い。
【0433】
このようなフィルターには、例えば多層膜を利用したダイクロイックフィルターを利用することができる。勿論、対物レンズのいずれかの面に、上述のフィルター効果を持たせることもできる。
【0434】
また、この開口制限手段は、第1光源からの光束は透過し、第2光源の光束のうち、前記回折パターンの光軸とは反対側の領域を通過する光束を回折させる輪帯フィルターであっても良い。
【0435】
以下、図面を参照して本発明の第8の実施の形態にかかるる第1〜第7の光ピックアップ装置を具体的に説明する。
【0436】
図102に示す第1の光ピックアップ装置は、第1の光ディスクの再生用の第1光源である半導体レーザ111と、第2の光ディスク再生用の半導体レーザ112とを有している。
【0437】
まず第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111からビームを出射し、出射された光束は、両半導体レーザ111、112からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ190を透過し、偏光ビームスプリッタ120、コリメータ130、1/4波長版14を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0438】
そして情報記録面220で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170、1/4波長板140、コリメータ130を透過して、偏光ビームスプリッタ120に入射し、ここで反射してシリンドリカルレンズ18により非点収差が与えられ、光検出器300上へ入射し、その出力信号を用いて、第1の光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0439】
また、光検出器300上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ150が第1の半導体レーザ111からの光束を第1の光ディスク200の記録面220上に結像するように対物レンズ160を移動させると共に、半導体レーザ111からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ160を移動させる。
【0440】
第2の光ディスクを再生する場合、第2半導体レーザ112からビームを出射し、出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ190で反射され、上記第1半導体111からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ120、コリメータ130、1/4波長板140、絞り170、対物レンズ160を介して第2の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0441】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170、1/4波長板140、コリメータ130、偏光ビームスプリッタ120、シリンドリカルレンズ180を介して、光検出器300上へ入射し、その出力信号を用いて、第2の光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0442】
また、第1の光ディスクの場合と同様、光検出器300上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0443】
図103の第2の光ピックアップ装置は、記録再生用の光学系に適した構成であるが、再生の場合について説明する。なお、以下の実施例において、図102の光ピックアップ装置と同一部材は同一符号で示す。
【0444】
第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111からビームを出射し、出射された光束は、偏光ビームスプリッタ121で反射され、コリメータ131、1/4波長板141を透過して円偏光の平行光となる。さらに、光合成手段であるビームスプリッタ190を透過し、絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0445】
そして情報記録面220で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、さらにビームスプリッタ190、1/4波長板141、コリメータ131を透過して、偏光ビームスプリッタ121に入射し、ここを透過して非点収差が与えられ、光検出器301上へ入射し、その出力信号を用いて、第1の光ディスク200に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0446】
また、光検出器301上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ150が第1の半導体レーザ111からの光束を第2の光ディスク200の記録面220上に結像するように対物レンズ160を移動させると共に、半導体レーザ111からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ160を移動させる。
【0447】
第2の光ディスクを再生する場合、第2半導体レーザ112からビームを出射し、出射された光束は、偏光ビームスプリッタ122で反射され、コリメータ132、1/4波長板142を透過して円偏光の平行光となる。さらに、光合成手段であるビームスプリッタ190で反射され、絞り170、対物レンズ160により第2の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0448】
そして情報記録面220で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介してビームスプリッタ190で反射され、1/4波長板142、コリメータ132を透過して、偏光ビームスプリッタ122に入射し、ここを透過して非点収差が与えられ、光検出器302上へ入射し、その出力信号を用いて、第2の光ディスク200に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0449】
また、光検出器302上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ150が第2の半導体レーザ112からの光束を第1の光ディスク200の記録面220上に結像するように対物レンズ160を移動させると共に、半導体レーザ112からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ160を移動させることは同様である。
【0450】
図104の第3の光ピックアップ装置は、記録再生用の光学系に適した構成であるが、再生の場合について説明する。
【0451】
第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111からビームを出射し、発散光束の発散度を小さくするカップリングリングレンズ60、光合成手段であるビームスプリッタ190、ビームスプリッタ120を透過し、さらにコリメータ130、1/4波長板140を透過して円偏光の平行光となる。さらに、絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0452】
そして情報記録面220で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、1/4波長板140、コリメータ130を透過して、ビームスプリッタ120に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ180で非点収差が与えられ、凹レンズ50を介して光検出器301上へ入射し、その出力信号を用いて、第1の光ディスク200に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0453】
また、光検出器301上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ150が第1の半導体レーザ111からの光束を第1光ディスク200の記録面220上に結像するように対物レンズ160を移動させると共に、半導体レーザ111からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ160を移動させる。
【0454】
第2の光ディスクを再生するための第2半導体レーザ112は、レーザ/検出器集積ユニット400に光検出器302およびホログラム230とユニット化されている。「ユニット」あるいは「ユニット化」とは、ユニット化されている部材や手段が一体となって光ピックアップ装置に組込ができるようになっていることを意味し、装置の組立て時には1部品として組付けることができる上タイトされている。
【0455】
第2半導体レーザ112から出射された光束は、ホログラム230を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ190で反射され、ビームスプリッタ120、コリメータ130、1/4波長板140を透過し平行光束となる。さらに絞り170、対物レンズ160を介して第2の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0456】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介し、1/4波長板140、コリメータ130、ビームスプリッタ120を透過し、ビームスプリッタ190で反射され、ホログラム230で回折されて光検出器302上へ入射し、その出力信号を用いて、第2光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0457】
また、光検出器302上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0458】
図105の第4の光ピックアップ装置においては、第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111は、レーザ/検出器集積ユニット410に光検出器301およびホログラム231とユニット化され、第1半導体レーザ111から出射された光束は、ホログラム231を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ190、コリメータ130を透過し平行光束となる。さらに絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0459】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、コリメータ130、ビームスプリッタ190を透過し、ホログラム231で回折されて光検出器301上へ入射し、その出力信号を用いて、第1光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0460】
また、光検出器302上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0461】
第2の光ディスクを再生する場合、第2半導体レーザ112は、レーザ/検出器集積ユニット42に光検出器302およびホログラム232とユニット化され、第2半導体レーザ112から出射された光束は、ホログラム232を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ190で反射され、コリメータ130を透過して平行光束となる。さらに絞り170、対物レンズ160を介して第2の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0462】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、コリメータ130を透過し、ビームスプリッタ190で反射され、ホログラム232で回折されて光検出器302上へ入射し、その出力信号を用いて、第2光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0463】
また、光検出器302上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0464】
図106の第5の光ピックアップ装置においては、第1半導体レーザ111、第2半導体レーザ112、光検出手段30、ホログラム230がレーザ/検出器集積ユニット430としてユニット化されている。
【0465】
第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111から出射された光束は、ホログラム230、コリメータ130を透過し平行光束となる。さらに絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0466】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、コリメータ130を透過し、ホログラム230で回折されて光検出器300上へ入射し、その出力信号を用いて、第1光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0467】
また、光検出器300上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0468】
第2の光ディスクを再生する場合、第2半導体レーザ112から出射された光束は、ホログラム230、コリメータ130を透過してほぼ平行光束となる。さらに絞り170、対物レンズ160を介して第2の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0469】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、コリメータ130を透過し、ホログラム230で回折されて光検出器300上へ入射し、その出力信号を用いて、第2の光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0470】
また、光検出器300上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0471】
図107の第6の光ピックアップ装置においては、第1半導体レーザ111、第2半導体レーザ112、第1の光検出手段301、第2の光検出手段302、ホログラム230がレーザ/検出器集積ユニット430としてユニット化されている。
【0472】
第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111から出射された光束は、ホログラム230のディスク側の面、コリメータ130を透過し平行光束となる。さらに絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0473】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、コリメータ130を透過し、ホログラム230のディスク側の面で回折され、第1の光源に対応した光検出器301上へ入射し、その出力信号を用いて、第1の光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0474】
また、光検出器301上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0475】
第2の光ディスクを再生する場合、第2半導体レーザ112から出射された光束は、ホログラム230の半導体レーザ側の面で回折され、、コリメータ130を透過してほぼ平行光束となる。このホログラムの半導体レーザ側の面は、光合成手段としての機能を果たす。さらに絞り170、対物レンズ160を介して第2の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0476】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、コリメータ130を透過し、ホログラム230のディスク側の面で回折されて第2の光源対応した光検出器302上へ入射し、その出力信号を用いて、第2の光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0477】
また、光検出器302上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、この検出に基づいて2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0478】
図108の第7の光ピックアップ装置は、記録再生用の光学系に適した構成であるが、再生の場合について説明する。
【0479】
第1の光ディスクを再生する場合、第1半導体レーザ111からビームを出射し、発散光束の発散度を小さくするカップリングリングレンズ60、光合成手段であるビームスプリッタ190、ビームスプリッタ120を透過し、さらにコリメータ130、1/4波長板140を透過して円偏光の平行光となる。さらに、絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0480】
そして情報記録面220で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、1/4波長板140、コリメータ130を透過して、ビームスプリッタ120に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ180で非点収差が与えられ、凹レンズ50を介して光検出器301上へ入射し、その出力信号を用いて、第1の光ディスク200に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0481】
また、光検出器301上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ150が第1の半導体レーザ111からの光束を第1光ディスク200の記録面220上に結像するように対物レンズ160を移動させると共に、半導体レーザ111からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ160を移動させる。
【0482】
第2の光ディスクを再生するための第2半導体レーザ112は、レーザ/検出器集積ユニット400に光検出器302およびホログラム230とユニット化されている。
【0483】
第2半導体レーザ112から出射された光束は、ホログラム230を透過し、光合成手段であるビームスプリッタ190で反射され、ビームスプリッタ120、コリメータ130、1/4波長板140を透過し平行光束となる。さらに絞り170、対物レンズ160を介して第2の光ディスク200の透明基板210を介して情報記録面220に集光される。
【0484】
そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介し、1/4波長板140、コリメータ130、ビームスプリッタ120を透過し、ビームスプリッタ190で反射され、ホログラム230で回折されて光検出器302上へ入射し、その出力信号を用いて、第2光ディスク200に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0485】
また、光検出器302上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、2次元アクチュエータ150により、合焦、トラッキングのために対物レンズ160を移動させる。
【0486】
透明基板の厚さt1が第1の光ディスクとほぼ同じで、波長λ1の第1の光源で記録再生するために必要な前記対物レンズの光情報記録媒体側の必要開口数NAも第1の光ディスクと同程度の第3のSuper RENS方式のディスクを記録再生する場合について説明する。
【0487】
Super RENS方式のディスクは、現在精力的に検討が進められているもので、その構成の1例を図109に示す。その記録再生は近接場光学に基づき、再生信号としては反射光を利用する方式と透過光を利用する方式があり、本実施例の構成は透過光を利用して再生信号を得る方式を示す。
【0488】
Super RENS方式の第3のディスクを記録再生する場合には、第1半導体レーザ111からビームを出射し、発散光束の発散度を小さくするカップリングレンズ60、光合成手段であるビームスプリッタ190、ビームスプリッタ120を透過し、さらにコリメータ130、1/4波長板140を透過し平行光束となる。さらに絞り170によって絞られ、対物レンズ160により第1の光ディスク200の透明基板210、第1の保護膜240を介して非線形光学膜250に集光される。非線形光学膜250には、微小な開口が形成され、第2の保護膜260を介して情報記録層上の情報記録面220にエネルギーが伝達される。そして、情報記録面220で情報ピットにより変調されて透過した光は、第3の保護膜270を透過し、対物レンズとは反対側の集光レンズ90で集められ、光検出器305に到達し、その出力信号により、第3の光ディスク200に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0489】
一方、非線形光学膜250から反射された光束は、再び対物レンズ160、絞り170を介して、1/4波長板140、コリメータ130を透過して、ビームスプリッタ120に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ180で非点収差が与えられ、凹レンズ50を介して光検出器301上へに入射する。光検出器301上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ150が第1の半導体レーザ111からの光束を第1の光ディスク200の非線形光学膜250上に結像する用に対物レンズ160を移動させると共に、半導体レーザ111からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ160を移動させる。
【0490】
前述の光ピックアップ装置の対物レンズとして、第1の光源から無収差の平行光束が入射し、DVDの透明基板を通して無収差のスポットを形成するように設計された専用対物レンズを使って、対物レンズに第2の光源から無収差の平行光が入射し、CDの透明基板を通ってスポットを形成した場合、
▲1▼対物レンズの屈折率の波長依存性
▲2▼光情報記録媒体の透明基板厚みの差
▲3▼透明基板屈折率の波長依存性
により球面収差が発生するが、▲2▼によるものがほとんどであることは既に述べた。
【0491】
この▲2▼の要因による球面収差は、CDの記録再生に必要な開口数NA2において、ほぼ|t2−t1|および(NA2)に比例する。図110は、対物レンズに波長λ1=650nmの平行光束が入射したときにDVDの透明基板を通して無収差となるように設計された専用レンズについて、透明基板がCDの厚さで、波長λ2=780nmの光源を使用したときの、対物レンズから出射する光束の開口数を0.45としたときの結像倍率M2と波面収差との関係を示したものである。結像倍率M2が0の場合は、DVDと同様、対物レンズに平行光束が入射する。
【0492】
図示のように、M2=0のときは、約0.13λrmsの球面収差が発生し、回折限界性能のマレシャルの限界0.07λrmsより大きい。従って、何らかの手段によりDVD、CD双方とも波面収差がマレシャルの限界以下となるように球面収差を設定する必要が生じる。
【0493】
この対物レンズにおいて、結像倍率を負にして行くと、対物レンズで負の球面収差が発生し、M≒−0.06のとき極小値となり、マレシャル限界内の値になる。このように、結像倍率によって、補正しなければならない球面収差量は異なり、図示の例においては、M≒−0.06のときはあえて他の手段によって球面収差を補正する必要はない。また、CD−Rの情報記録に必要なNAが0.5のときは、さらに補正する球面収差は大きくなる。
【0494】
次に、上述の各光ピックアップ装置において、好ましいコリメート調整手段について説明する。説明を簡単にするために、コリメータと対物レンズからなる集光光学系を使用した光ピックアップ装置について考察する。コリメータと光源の距離は、コリメータの光軸上の焦点位置に光源を配置することで所望の平行光がコリメータより出射する。コリメータのバックフォーカス、半導体レーザの取り付け位置と発光点との間隔、コリメータや半導体レーザをマウントする光ピックアップ装置のハウジングの製造バラツキが小さく押さえられているため、半導体レーザとコリメータの間隔を調整しなくても、実用上間題ない精度の平行光が得られる。
【0495】
ところで、波長の異なる2つの光源により、透明基板の厚さが異なる2種類の光情報記録媒体の記録及び/または再生する場合において、回折パターンを有する対物レンズを用い、さらにそれぞれの光源に対して0でない同じ次数の回折光を利用する場合において、レーザの発振波長の変動により球面収差の変動が既存の両面非球面対物レンズと比較して大きい。特に、実施例6のような対物レンズでは、650nmの波長においては波面収差が0.001λmsであるが波長が±10nm変化すると0.035λrms程度に劣化する。このとき発生するのは球面収差である。半導体レーザには発振波長の個体差があり、光ピックアップ装置に個体差の大きい半導体レーザを適用すると、回折パターンを有する対物レンズの球面収差の規格が厳しくなるといった問題が生じる。
【0496】
光ピックアップ装置に用いられる対物レンズでは、入射光束が平行光から発散光になると負の3次球面収差が増加し、平行光束から収束光になると正の3次球面収差が増加するのであるが、対物レンズヘの入射光束の発散度を変えることで、3次の球面収差をコントロールすることができる。実施例6のような対物レンズにおいては、半導体レーザの発振波長の個体差で発生する球面収差の主成分は3次の球面収差であることから、対物レンズヘの入射光束の発散度を変えることにより、集光光学系全体の3次の球面収差を設計値通りにすることができる。
【0497】
なお、集光光学系にコリメータ等のカップリングレンズがあれば、これを光軸方向に動かすことで、対物レンズの3次の球面収差をコントロールすることができる。また、コリメータ等のカップリングレンズがある場合は、半導体レーザを光軸方向に動かすことで同様に目的が達成される。もちろん、コリメータ等のカップリングレンズがある場合も、半導体レーザを光軸方向に動かしてもよい。
【0498】
〈実施例19〉
【0499】
以下、第8の実施の形態に係わる対物レンズの具体例として、球面収差補正レンズの実施例19を図111及び表20,表21に示す。
【0500】
表20中、riは屈折面の曲率半径、di、di’は面間隔、ni、ni’は主波長での屈折率を示す。また、面形状式を次の〔数4〕に示す。
【0501】
【数4】
【0502】
但し、Xは光軸方向の軸、hは光軸と垂直方向の軸、光の進行方向を正とし、rは近軸曲率半径、κは円錐形数、Ajは非球面係数、Pj(Pi≧3)は非球面べき数である。
【0503】
また、回折面は光路差関数として数1に示す通りである。単位はmmとして表している。
【0504】
【表20】
【0505】
di,niは、第1光情報記録媒体(t1=0.6mm)のときの値
di’,ni’は、第2光情報記録媒体(t2=1.2mm)のときの値
【0506】
【表21】
【0507】
上記実施例のレンズ断面図を図111に、その球面収差を図112に示す。図111において、第2面S2の光軸を含む部分S2dは回折パターンを有し、その外側の部分S2rは非球面屈折面である。図112(a)は波長635nm、第1光情報記録媒体(t1=0.6mm)での球面収差図で十分に収差補正されている。同図(b)は波長780nm、第2光情報記録媒体(t2=1.2mm)での球面収差図であり、第1分割面S2dを通る光束は回折の効果により球面収差が補正されており、第2分割面S2rを通る光束はフレア光となり絞りと同様の効果になっている。
【0508】
上記実施例のレンズは、NAH2=0.5とし、NAL2=0の対物レンズである。このレンズの回折パターン部分は、光軸を中心とした輪帯上のパターンとなり、そのステップ数は13程度となる。また、回折パターン部の最も光軸から離れた円周部分と屈折面との境界は、約21μmの段差を持っている。
【0509】
NAH2=0.45とした場合においては、回折パターンのステップ数は9程度で、上記段差量は13μm程度である。段差量、回折パターンのステップ数は、ほぼNAH2の4乗に比例する。
【0510】
この例のようにNAL2=0の場合には、補正する球面収差に比例して回折パターンのステップ数が増加してしまう。
【0511】
本発明の対物レンズにおいては、回折パターンの光軸方向の深さは2μm以下でも良好な効果を得ることができるが、やはり回折パターンのステップ数が多いと、金型加工、成形が難しくなるので、できるだけステップ数が少ないことが望ましい。
【0512】
これは、▲1▼CDの結像倍率をDVDの結像倍率よりやや小さくし、補正すべき球面収差量をあらかじめ小さくする。好ましくは、mCD(CDの記録・再生時の倍率)-mDVD(DVDの記録・再生時の倍率)が、-1/15〜0であることが好ましい、▲2▼深度の深い開口数の小さい部分には回折パターンを設けない、等によって達成できる。
【0513】
例えば、DVDの結像倍率を0、CDの結像倍率を−0.03とすれば補正すべき球面収差は半分になるので、CD−R対応のため、NAH2を0.5としても、ステップ数は7程度で、段差量も11μm程度となる。
【0514】
段差量が小さい場合、段差S2sの形状は回折パターン部S2dから屈折面部S2rへ滑らかに移行するものであっても良い。
【0515】
また、DVDの結像倍率、CDの結像倍率とも0の場合においては、例えばNAL2=0.36とすれば、開口数がNAL2以下の光束の波面収差の残留球面収差成分WSA(NAL2)は約0.053λrmsである。これに最適な回折パターンを付けることで、DVDの波面収差をほぼ0にに保ちながらNAH2までの波面収差のRMS値を小さくすることができる。
【0516】
開口数がNAH2以下の光束の波面収差の残留球面収差成分WSA(NAH2)は、以下の式で近似できる。
【0517】
WSA(NAH2)=(NAL2/NAH2)2×WSA(NAL2)
よって、NAH2=0.45のとき、上記値は0.034λrms、NAH2=0.5のとき0.027λrmsとなり、マレシャルの限界値より十分小さい。
【0518】
このとき、NAL2以下ではオーバーの球面収差が発生しているため、NAL2からNAH2までの球面収差を0とするのではなく、NAL2以下の光束のベストフォーカスにほぼ一致するようにすれば良い。このベストフォーカス位置は近軸焦点よりオーバーな位置であるため、回折パターンで補正する球面収差量は小さくてすむ。また、NAL2以下の光束に対しては、回折パターンは不要である。この二つの効果で、NAH2=0.5のとき、回折パターンのステップ数は約6、NAH2=0.45のときは回折パターンのステップ数は4ですむ。
【0519】
勿論、CDの結像倍率をDVDの結像倍率より小さくすることで、回折パターンをさらに少なくでき、最低2ステップあれば、DVDとCDの互換再生が可能となる。
【0520】
ところで、透明基板厚が0.1mmの高密度光情報記録媒体が提案されている。この記録再生には青色半導体レーザを使用し、2枚玉の対物レンズを用い、NA1として0.85が必要とされている。一方において、CD−RWは透明基板厚が1.2mmで波長780なのの光源を用い、NA2は0.55とされている。この互換光学系では、DVD、CD−R(NAH2=0.5)の場合と比較して、NA2が大きく、t1−t2も大きいため、球面収差の補正量も2.7倍大きい。そのため、回折パターンのステップ数も35程度になる。
【0521】
さらに、近軸の色収差を補正するには、回折パターンのステップ数が増加する。またNA1まで近軸色収差を含めて補正するとなると、数百のステップ数になる。このような場合、回折パターンを複数の光学面に施すことも可能である。
【0522】
また、必要に応じて、NAL2からNAH2までのある部分を屈折面としても良い。
【0523】
さらに、t1>t2である場合には、発生する球面収差の符号が逆になるので、−1次光を利用することになる。
【0524】
同様に、DVDとCDの場合も、対物レンズのCDの結像倍率がDVDの結像倍率よりかなり小さくなり、アンダーの球面収差が残る場合も、同様に−1次光を利用することになる。
【0525】
なお、現在重要関心事であるDVDとCDについて、記録または波長の異なる2つのレーザを使って単一の対物レンズで実施する例について示した。既に説明したとおり、第1の光源の波長をλ1とし、第2の光源の波長をλ2(λ2>λ1)とした場合、t1<t2である場合は+1次回折光を利用し、t1>t2である場合は−1次回折光を利用した第1の回折パターンを導入するのであるが、DVD(第1の光源を利用)とCD(第2の光源を利用)の場合は前者である。
【0526】
ところで、青色半導体レーザ、SHGレーザ等、近年様々な波長の光源が実用化され、今後とも多くの新しい光情報記録媒体が登場すると思われる。この場合、光情報記録媒体の記録密度から必要となるスポットサイズが決まるが、記録または記録再生に必要なNAは、使用する光源の波長によって変化する。このため、光情報記録媒体の透明基板の厚さ、必要NAが2つの光情報記録媒体にたいして、以下の4つに分類される。
(1) t1<t2, NA1>NA2
(2) t1<t2, NA1<NA2
(3) t1>t2, NA1>NA2
(4) t1>t2, NA1<NA2
【0527】
以上の説明においては、特に(1)のケースについて使用する第1の回折パターンのそれぞれの光源に対する回折次数、第1の回折パターンの範囲(NAH1,NAL1,NAH2,NAL2)、回折パターン部と透過部が同一位置に集光する必要のある光源の種類とNA範囲、各光源に対しての球面収差を設定するNAの範囲、各光源に対して波面収差が0.07λrms以下である必要性があるNAの範囲、第2の回折パターンのそれぞれの光源に対する回折次数と第1の回折パターンと同一位置に集光させる必要性、開口制限を導入する場合の、どちらの光源からの光束を制限するかの条件等について詳述したが、(2)(3)(4)の場合については、(1)の詳述から容易に遂行しえるので、詳細な説明は省略した。
【0528】
また、レンズの製作時には、回折パターンを刻んだ金型により、プラスチック材料やガラス材料を一体成形することも可能であり、ガラスないしプラスチックの母材に紫外線硬化樹脂等により、本発明の回折パターンを含む光学面を形成しても良い。さらに、コーティングや、直接加工により製作しても良い。
【0529】
上述のように、本発明の効果を持つ光学面は、対物レンズとは別の光学素子に設け、該光学素子を対物レンズの光源側ないしは光情報記録媒体側に配設しても良い。勿論、コリメータや光合成手段の第一の光源からの光束と第2の光源からの光束とが共に通過する光学面に配設しても良い。しかし、トラッキング等で対物レンズが動く際に、回折パターンの光軸と対物レンズの光軸とが相対的に移動するため、トラッキングの量が制限される。
【0530】
また、説明の都合上、回折パターンは光学軸に対して同心円状としたが、これに制限されるものではない。
【0531】
以上の実施例1〜19に具体的に示した対物レンズは、いずれも単レンズからなる例を挙げたが、対物レンズが複数のレンズから構成されたものでもよく、その少なくとも1つの面に本発明の回折面を有する場合も本発明に含まれるものである。
【0532】
本発明において、互いに異なる2つの波長のそれぞれの光に対して、その特定次数の回折光の回折効率が他の次数のそれぞれの回折光の回折効率よりも10%以上高い効率であることが好ましく、30%以上高い効率であることが更に好ましく、また、その特定次数の回折光の回折効率が50%以上であることが好ましく、更に好ましくは70%以上であることが、光量損失が少なく、実用上も好ましい。
【0533】
また、本発明の回折面は、以上の実施の形態およびレンズの具体的な実施例にも示されたように、その回折面があることによって、互いに異なる少なくとも2つの波長の選択的に発生された特定次数の回折光がそれぞれ焦点を結ぶに際して、その回折面が無い場合すなわちその回折面のレリーフを包絡した面をシュミレーション等により想定した場合に比較して球面収差が改善されることが望ましい。
【0534】
また、更に、本発明において、互いに異なる少なくとも2つの波長のそれぞれの光(波長λ)に対して、それぞれ選択的に発生する特定次数の回折光は、その結像面上での波面収差が0.07λrms以下であることが、実用上で有効な所望のスポットを得るうえで好ましい。なお、上述した実施の態様は本発明の技術的思想及び範囲から逸脱しないで当業者により変更が可能である。
【0535】
以上のように、本発明によると、回折面を有する少なくとも1つの光学素子を用いた簡単な構成で互いに異なる少なくとも2つの波長の光に対して球面収差および軸上色収差の補正が可能になる光学系、光ピックアップ装置、記録再生装置、レンズ、光学素子、光ディスク用回折光学系、音声および/または画像の記録および/または再生装置、および対物レンズを得ることができる。また、少なくとも光学系の小型軽量化および低コスト化を図ることができる。また、光学素子が互いに異なる少なくとも2つの波長の光に対して同じ次数の回折光の回折効率を最大とする回折面を有する場合には、回折面が異なる次数の回折光の回折効率を最大とする場合と比較して光量の損失を少なくすることができる。
【0536】
また、特に、屈折面上に回折レンズを設けることにより、波長の異なる2つの光源を持つ記録再生用光学系に用い、それぞれの光源波長に対して光量の損失が少なく、ほぼ回折限界まで収差の補正された回折光学系を得ることができる。
【0537】
また、特に、上記のように、互いに波長の異なる3光源に対して、1つの対物レンズによって、異なる光ディスクに情報を記録および/または情報の再生を可能とするだけでなく、コリメーター等のカップリングレンズを使用していないため、光ピックアップ装置を薄型化することができ、しかもコストが高いといった問題を解消することができる。
【0538】
また、特に、異なる波長の3光源を有する光ピックアップ装置において、非球面係数及び位相差関数の係数を適当に設計することで、透明基板厚さの違いにより発生する球面収差及び波長の違いにより発生する球面収差の色収差、さらには軸上色収差を補正した光ピックアップ装置及び対物レンズを提供することができる。
【0539】
また、特に、対物レンズに複数の分割面を設けて、第1分割面に回折面を配設することによって、厚さの異なる透明基板を有する光情報記録媒体に対し、単一の集光光学系によって、波長の異なる光束によって記録再生するのできる光情報記録媒体の記録再生用球面収差補正対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供できる。
【0540】
更に、光ピックアップ装置用対物レンズは、同心円状に分割された複数の輪帯からなり、各輪帯は、波長の異なる複数の光源、及び/または、記録面の厚みの異なる透明基板に対してほぼ回折限界に収差補正され、光検出器に入射するフレア光を減じ、製作の容易なものにできる。
【0541】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、回折面を有する少なくとも1つの光学素子を用いた簡単な構成で互いに異なる少なくとも2つの波長の光に対して球面収差および軸上色収差の補正が可能で、温度変化に対して安定したピックアップ装置、記録再生装置、記録再生方法、および対物レンズを得ることができる。また、少なくとも光学系の小型軽量化および低コスト化を図ることができる。また、光学素子が互いに異なる少なくとも2つの波長の光に対して同じ次数の回折光の回折効率を最大とする回折面を有する場合には、回折面が異なる次数の回折光の回折効率を最大とする場合と比較して光量の損失を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の回折光学レンズの光路図である。
【図2】本発明の実施例1の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する球面収差図である。
【図3】本発明の実施例1の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対するNA0.45までの球面収差図である。
【図4】本発明の実施例1の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対するNA0.60までの球面収差図である。
【図5】本発明の実施例1の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する波面収差図である。
【図6】本発明の実施例1の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対する波面収差図である。
【図7】本発明の実施例2の回折光学レンズによる波長λ=405nmに対する光路図である。
【図8】本発明の実施例2の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する光路図である。
【図9】本発明の実施例2の回折光学レンズによる波長λ=405nmに対する球面収差図である。
【図10】本発明の実施例2の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する球面収差図である。
【図11】本発明の実施例2の回折光学レンズによる波長λ=405nmに対する波面収差図である。
【図12】本発明の実施例2の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する波面収差図である。
【図13】本発明の実施例3の回折光学レンズによる波長λ=405nmに対する光路図である。
【図14】本発明の実施例3の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する光路図である。
【図15】本発明の実施例3の回折光学レンズによる波長λ=405nmに対する球面収差図である。
【図16】本発明の実施例3の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する球面収差図である。
【図17】本発明の実施例3の回折光学レンズによる波長λ=405nmに対する波面収差図である。
【図18】本発明の実施例3の回折光学レンズによる波長λ=635nmに対する波面収差図である。
【図19】本発明の実施例4の回折光学レンズによる光路図である。
【図20】本発明の実施例4の回折光学レンズによる波長λ=635nm、650nm、、780nmに対する球面収差図である。
【図21】本発明の実施例5の回折光学レンズによる光路図である。
【図22】本発明の実施例5の回折光学レンズによる波長λ=635nm、650nm、、780nmに対する球面収差図である。
【図23】本発明の実施例6の回折光学レンズによる波長λ=650nmに対する光路図である。
【図24】本発明の実施例6の回折光学レンズによる波長λ=780nm(NA=0.5)に対する光路図である。
【図25】本発明の実施例6の回折光学レンズによる波長λ=650±10nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図26】本発明の実施例6の回折光学レンズによる波長λ=780±10nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図27】本発明の実施例6の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図28】本発明の実施例6の回折光学レンズによる波長λ=650nmに対する波面収差rms図である。
【図29】本発明の実施例6の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対する波面収差rms図である。
【図30】本発明の実施例7の回折光学レンズによる波長λ=650nmに対する光路図である。
【図31】本発明の実施例7の回折光学レンズによる波長λ=780nm(NA=0.5)に対する光路図である。
【図32】本発明の実施例7の回折光学レンズによる波長λ=650±10nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図33】本発明の実施例7の回折光学レンズによる波長λ=780±10nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図34】本発明の実施例7の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図35】本発明の実施例7の回折光学レンズによる波長λ=650nmに対する波面収差rms図である。
【図36】本発明の実施例7の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対する波面収差rms図である。
【図37】本発明の実施例8の回折光学レンズによる波長λ=650nmに対する光路図である。
【図38】本発明の実施例8の回折光学レンズによる波長λ=780nm(NA=0.5)に対する光路図である。
【図39】本発明の実施例8の回折光学レンズによる波長λ=650±10nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図40】本発明の実施例8の回折光学レンズによる波長λ=780±10nmに対する開口数0.50までの球面収差図である。
【図41】本発明の実施例8の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図42】本発明の実施例8の回折光学レンズによる波長λ=650nmに対する波面収差rms図である。
【図43】本発明の実施例8の回折光学レンズによる波長λ=780nmに対する波面収差rms図である。
【図44】本発明の実施例6の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図45】本発明の実施例7の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図46】本発明の実施例8の回折光学レンズについての回折輪帯数と光軸からの高さとの関係を示すグラフである。
【図47】本発明の実施例にかかる回折光学レンズについて、回折レンズパワーとレンズ形状との関係を模式的に示す図である。
【図48】本発明の第2の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。
【図49】本発明の第3の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。
【図50】本発明の実施例9の対物レンズの波長λ=650nmに対する光路図である。
【図51】本発明の実施例9の対物レンズの波長λ=780nmに対する光路図である。
【図52】本発明の実施例9の対物レンズについての波長λ=650nmに対する球面収差図である。
【図53】本発明の実施例9の対物レンズについての波長λ=780nmに対するNA0.45までの球面収差図である。
【図54】本発明の実施例9の対物レンズについての波長λ=780nmに対するNA0.60までの球面収差図である。
【図55】本発明の実施例9の対物レンズについての波長λ=650nmに対する波面収差図である。
【図56】本発明の実施例9の対物レンズについての波長λ=780nmに対する波面収差図である。
【図57】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=650nmに対する光路図である。
【図58】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=400nmに対する光路図である。
【図59】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=780nmに対する光路図である。
【図60】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=650nmに対する球面収差図である。
【図61】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=400nmに対する球面収差図である。
【図62】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=780nmに対するNA0.45までの球面収差図である。
【図63】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=780nmに対するNA0.65までの球面収差図である。
【図64】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=650nmに対する波面収差図である。
【図65】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=400nmに対する波面収差図である。
【図66】本発明の実施例10の対物レンズについての波長λ=780nmに対する波面収差図である。
【図67】本発明の第4の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図68】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=650nmに対する光路図である。
【図69】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=400nmに対する光路図である。
【図70】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=780nmに対する光路図である。
【図71】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=650nmに対する球面収差図である。
【図72】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=400nmに対する球面収差図である。
【図73】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45までの球面収差図である。
【図74】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図75】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=650nmに対する波面収差図である。
【図76】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=400nmに対する波面収差図である。
【図77】本発明の実施例11の対物レンズについての波長λ=780nmに対する波面収差図である。
【図78】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=650nmに対する光路図である。
【図79】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=400nmに対する光路図である。
【図80】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=780nmに対する光路図である。
【図81】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=650nmに対する球面収差図である。
【図82】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=400nmに対する球面収差図である。
【図83】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45までの球面収差図である。
【図84】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図85】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=650nmに対する波面収差図である。
【図86】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=400nmに対する波面収差図である。
【図87】本発明の実施例12の対物レンズについての波長λ=780nmに対する波面収差図である。
【図88】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=650nmに対する光路図である。
【図89】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=400nmに対する光路図である。
【図90】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=780nmに対する光路図である。
【図91】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=650nmに対する球面収差図である。
【図92】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=400nmに対する球面収差図である。
【図93】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.45までの球面収差図である。
【図94】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=780nmに対する開口数0.65までの球面収差図である。
【図95】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=650nmに対する波面収差図である。
【図96】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=400nmに対する波面収差図である。
【図97】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=780nmに対する波面収差図である。
【図98】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=400nmに対する光路図である。
【図99】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=400nm±10nmに対する球面収差図を示す。
【図100】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=650nm±10nmに対する球面収差図を示す。
【図101】本発明の実施例13の対物レンズについての波長λ=780nm±10nmに対する球面収差図を示す。
【図102】本発明の第8の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第1の構成を示す光路図である。
【図103】本発明の第8の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第2の構成を示す光路図である。
【図104】本発明の第8の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第3の構成を示す光路図である。
【図105】本発明の第8の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第4の構成を示す光路図である。
【図106】本発明の第8の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第5の構成を示す光路図である。
【図107】本発明の第8の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第6の構成を示す光路図である。
【図108】本発明の第8の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の第7の構成を示す光路図である。
【図109】Super RENS方式の光ディスクの構成を示す模式図である。
【図110】本発明の第8の実施の形態にかかる実施例15の対物レンズの、結像倍率m2と波面収差との関係を示すグラフである。
【図111】本発明の第8の実施の形態にかかる実施例15の断面図である。
【図112】上記実施例15の球面収差図である。
【図113】回折パターンの作用の説明図である。
【図114】本発明の第8の実施の形態にかかる対物レンズの球面収差への色収差の影響を示す模式図である。
【図115】本発明の第8の実施の形態にかかる対物レンズの球面収差への+1次回折の影響を示す模式図である。
【図116】本発明の第8の実施の形態にかかる対物レンズの球面収差への−1次回折の影響を示す模式図である。
【図117】本発明の第7の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の構成を示す光路図である。
【図118】本発明の第7の実施の形態にかかる実施例15の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図である。
【図119】図118の回折光学レンズについての波長(λ)=640,650,660nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図120】実施例15において光情報記録媒体の透明基板が図118より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図121】図120の回折光学レンズについての波長λ=770,780,790nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図122】本発明の第7の実施の形態にかかる実施例16の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図である。
【図123】図122の回折光学レンズについての波長(λ)=640,650,660nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図124】実施例16において光情報記録媒体の透明基板が図122より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図125】図124の回折光学レンズについての波長λ=770,780,790nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図126】本発明の第7の実施の形態にかかる実施例17の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図である。
【図127】図126の回折光学レンズについての波長(λ)=640,650,660nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図128】実施例17において光情報記録媒体の透明基板が図126より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図129】図128の回折光学レンズについての波長λ=770,780,790nmに対する開口数0.60までの球面収差図である。
【図130】本発明の第7の実施の形態にかかる実施例18の対物レンズである回折光学レンズ(回折面を有する対物レンズ)の光路図である。
【図131】図130の回折光学レンズについての波長(λ)=390,400,410nmに対する開口数0.70までの球面収差図である。
【図132】実施例18において光情報記録媒体の透明基板が図130より厚い場合の回折光学レンズの光路図である。
【図133】図132の回折光学レンズについての波長λ=640,650,660nmに対する開口数0.70までの球面収差図である。
【図134】本発明における回折輪帯のピッチと、段差の深さを説明するための図である。
【符号の説明】
1 対物レンズ
2 コリメータレンズ
3 絞り
4 光軸
5 集光光学系
6,7 ビームスプリッタ
10 光ピックアップ装置
11 第1半導体レーザ
12 青色レーザ
13 第2半導体レーザ
16 対物レンズ
16a フランジ部
20 光ディスク
21 透明基板
22 情報記録面
111,112 半導体レーザ
120,121,122 偏光ビームスプリッタ
130,131,132 コリメータ
140,141,142 1/4波長板
150 2次元アクチュエータ
160 対物レンズ
170 絞り
180 シリンドリカルレンズ
190 ビームスプリッタ
200 光ディスク
210 透明基板
220 情報記録面
230,231,232 ホログラム
240 第1の保護膜
250 非線形光学膜
260 第2の保護膜
270 第3の保護膜
300,301,302,305 光検出器
400,410,420,430 レーザ/検出器集積ユニット
50 凹レンズ
60 カップリングリングレンズ
90 集光レンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical pickup device, a recording / reproducing device including the optical pickup device, a method for recording / reproducing information, and an objective lens used in the optical pickup device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the practical use of short-wavelength red lasers, DVDs, which are high-density optical information recording media (also referred to as optical discs) that have the same size and large capacity as CDs (compact discs), have been commercialized. . In the DVD recording / reproducing apparatus, the numerical aperture NA on the optical disk side of the objective lens when a 650 nm semiconductor laser is used is set to 0.6 to 0.65. DVD has a track pitch of 0.74 μm and a shortest bit length of 0.4 μm, and has a density less than half that of a CD track pitch of 1.6 μm and a shortest pit length of 0.83 μm. Further, in the DVD, the transparent substrate thickness is 0.6 mm, which is half of the CD transparent substrate thickness, in order to suppress coma aberration generated when the optical disk is tilted with respect to the optical axis.
[0003]
In addition to the above-mentioned CD and DVD, optical discs of various standards such as different light source wavelengths and transparent substrate thicknesses, such as CD-R, RW (recordable compact disc), VD (video disc), MD (mini disc). ), MO (magneto-optical disk), etc. are also commercialized and popularized. Further, as the wavelength of semiconductor lasers has been shortened, a short wavelength blue laser having an oscillation wavelength of about 400 nm is being put to practical use. Since the wavelength is shortened, the capacity of the optical information recording medium can be further increased even if the same numerical aperture as that of the DVD is used.
[0004]
In addition, the thickness and recording of the transparent substrate on the recording surface, such as a CD-R that can be recorded and reproduced, and a DVD that has a higher recording density, are approximately the same size as a CD that is a conventional optical information recording medium as described above. Development of a plurality of optical information recording media having different wavelengths of reproduction laser light has progressed, and it has been demanded that these optical information recording media can be recorded and reproduced with the same optical pickup. For this reason, various types of optical pickups have been proposed in which a plurality of laser light sources corresponding to the used wavelengths are provided and the laser beam is converged with a necessary numerical aperture on the recording surface with the same objective lens (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-55363). No., No. 10-92010, etc.).
[0005]
Among these, in JP-A-9-54973, 635 nm is transmitted light (0th order diffracted light), 785 nm is an optical system using a hologram optical element using -1st order diffracted light, and 635 nm is + 1st order diffracted light, 785 nm is An optical system using a hologram optical element using transmitted light (0th order diffracted light) is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-283668 discloses an optical system that transmits 100% through a hologram type ring lens at 650 nm and first-order diffracts at a hologram type ring lens at 780 nm.
[0006]
However, in these hologram elements and hologram type ring lenses, when the diffraction efficiency of the 0th order light is almost 100% at one wavelength, the diffraction of the + 1st order diffracted light or the −1st order diffracted light at the other wavelength is unavoidable. There is a limit to the efficiency, and a desired high diffraction efficiency cannot be obtained, and there is a problem that a loss of light amount occurs and the light amount utilization efficiency deteriorates. When a loss of light intensity occurs, a higher power laser is required, particularly when recording information.
[0007]
Further, in the hologram element and the hologram type ring lens, the diffraction efficiency of the 0th order light is almost 100% at one wavelength, and the 0th order light is not transmitted as much as possible at the other wavelength. When the diffraction efficiency is increased, the depth of the hologram is increased to 3.8 to 5.18 μm. For this reason, in particular, when the function of the hologram optical element or the hologram type ring lens is integrated with the objective lens, there is a problem that it is very difficult to process and mold the mold.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The inventors of the present invention previously consisted of a plurality of concentric annular zones, and each annular zone is substantially diffracted with respect to a plurality of light sources having different wavelengths and / or transparent substrates having different recording surface thicknesses. An objective lens that can constitute an optical pickup whose aberration has been corrected to the limit and whose structure has been simplified has been proposed (Japanese Patent Application No. 9-286554). This objective lens has a function of automatically obtaining a necessary aperture according to the wavelength used and / or the thickness of the transparent substrate. However, when a laser / detector integrated unit in which a laser light source and a photodetector are integrated is used, there is a problem in that accurate detection may not be possible due to flare light incident on the photodetector. This is particularly remarkable in a laser / detector integrated unit in which a light beam is deflected using a hologram and guided to a photodetector. In addition, when recording on a DVD-type recordable disc (DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD + RW, etc.) or a CD-type recordable disc (CD-R, CD-RW, etc.), Compared to an optical system using a dedicated lens, a part of the light is flare, so the efficiency of using the light amount is poor, and it is necessary to increase the power of the laser light source.
[0009]
An object of the present invention is to provide an optical pickup device and a recording / reproducing device that enable recording and / or reproduction of different types of optical information recording media using light of at least two wavelengths different from each other with one optical pickup device. It is to provide an optical element and a recording / reproducing method.
[0010]
Furthermore, even when light of at least two wavelengths different from each other is used and applied to different types of optical information recording media, different optical information recording media can be used without causing large spherical aberration or chromatic aberration. It is an object to enable recording and / or reproduction of information with a single pickup device. Moreover, it is an object to provide an optical pickup device having a simple configuration. In particular, when different types of optical information recording media having transparent substrates with different thicknesses are used, the problem of spherical aberration becomes more serious, but even in such a case, large spherical aberration and chromatic aberration are generated. It is another object of the present invention to record and / or reproduce information on different optical information recording media with a single optical pickup device.
[0011]
Furthermore, even in a pickup device using an integrated unit of a plurality of lasers and a plurality of detectors, flare light that adversely affects detection is not irradiated on the photodetector, and the light from the photodetector is not irradiated. The object is to perform detection well and to improve the S-characteristic in detection. Furthermore, it is an object of the present invention to provide an optical pickup device, a recording / reproducing apparatus, an optical element, and a recording / reproducing method that have little loss of light amount and are excellent in light quantity utilization efficiency.
[0012]
Compatible for recording and / or reproducing information using one objective lens without generating large spherical aberration or chromatic aberration for both DVD and CD with different working wavelength and transparent substrate thickness Various optical systems have been proposed. However, what is put into practical use is that the divergent light beam from the light source is reduced by a coupling lens, the divergence is reduced to a parallel light beam, or a weak convergent light beam, and the objective lens and the transparent substrate of the optical information recording medium are connected. Thus, the light beam is converged on the information recording surface, and two lenses, a coupling lens and an objective lens, are required. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the size and thickness of the optical pickup device and the cost is increased.
[0013]
On the other hand, as described above, various optical discs other than CD and DVD have become widespread, and an optical system that is compatible with these optical discs and that has a simple configuration and an optical pickup device including the same are required. It is said that. It is also an object of the present invention to provide such an optical system, a lens, a diffractive optical system for an optical disc, a reproducing device, and an objective lens for an optical pickup device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an optical pickup device according to claim 1 is a first transparent substrate in an optical pickup device for reproducing information from an optical information recording medium or recording information on an optical information recording medium. A first light source that emits a first light beam having a first wavelength for reproducing information from a first optical information recording medium having a recording medium or recording information on the first optical information recording medium For reproducing information from a second optical information recording medium having a second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate, or for recording information on the second optical information recording medium A second light source that emits a second light beam having a second wavelength different from the first wavelength; a condensing optical system having an objective lens, an optical axis, and a diffraction portion; and the first optical information recording. Information recording surface of the medium or the second optical information recording medium A light detector for receiving the light beam reflected from the information recording surface, and the condensing optical system allows the first light beam to pass through at least a part of the diffraction part, thereby Diffracted light of at least one order in which the amount of light of n-order diffracted light (where n is an integer other than 0) of one light beam is larger than the amount of light of any other order of diffracted light of the first light beam is generated. In order to reproduce information from the first optical information recording medium or to record information on the first optical information recording medium, the nth-order diffracted light of the first light flux is used as the first optical information recording medium. The light can be condensed on the information recording surface of the first optical information recording medium via the transparent substrate, and the condensing optical system allows the second light beam to pass through at least a part of the diffraction part. By doing so, the second-order diffracted light of the second light beam (where n is other than 0) In order to reproduce information from the second optical information recording medium by generating at least one order of diffracted light having a light quantity of (integer) greater than the light quantity of any other order of diffracted light of the second light flux Alternatively, in order to record information on the second optical information recording medium, the n-th order diffracted light of the second light flux is transmitted through the second transparent substrate to the second optical information recording medium. In addition to being able to concentrate on the information recording surface,Less thanThe following conditional expression is satisfied.
−0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
λ1 <λ2
t1 <t2
NA1> NA2
Where ΔT (° C): temperature change
Δn:When there was a temperature change ΔTChange in refractive index of the objective lens
Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first luminous flux when there is a temperature change ΔT
λ1: wavelength of the first light beam
λ2: wavelength of the second light flux
t1: thickness of the first transparent substrate
t2: thickness of the second transparent substrate
NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
[0015]
  ClaimsFor 19 optical pickup devicesThe objective lens is an objective lens used in an optical pickup device for reproducing information from an optical information recording medium or recording information on the optical information recording medium, and has an optical axis and a diffraction part. A first light beam having a first wavelength for reproducing information from a first optical information recording medium having a first transparent substrate or recording information on the first optical information recording medium is diffracted. By passing at least a part of the part, the light quantity of the nth-order diffracted light (where n is an integer other than 0) of the first light flux is any light quantity of any other order of the first light flux. In order to generate at least one order of diffracted light that is greater than and reproduce information from the first optical information recording medium or to record information on the first optical information recording medium. The n-th order diffracted light of one luminous flux is A second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate, the second transparent substrate being capable of condensing on the information recording surface of the first optical information recording medium via the transparent substrate. A second light beam having a second wavelength different from the first wavelength for reproducing information from the optical information recording medium or recording information on the second optical information recording medium is at least in the diffractive portion. By passing through a part, the light quantity of the n-th order diffracted light (where n is an integer other than 0) of the second light flux is greater than the light quantity of any other order of the second light flux. In order to generate diffracted light of at least one order and reproduce information from the second optical information recording medium, or to record information on the second optical information recording medium, the second light flux The nth-order diffracted light of the second through the second transparent substrate It is possible to condense on the information recording surface of the optical information recording medium, and satisfies the following conditional expression.
−0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
λ1 <λ2
t1 <t2
NA1> NA2
Where ΔT (° C): temperature change
Δn:When there was a temperature change ΔTChange in refractive index of the objective lens
Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first luminous flux when there is a temperature change ΔT
λ1: wavelength of the first light beam
λ2: wavelength of the second light flux
t1: thickness of the first transparent substrate
t2: thickness of the second transparent substrate
NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
[0016]
  Claims37The recording / reproducing apparatus is an apparatus for reproducing information from an optical information recording medium or recording information on an optical information recording medium, comprising an optical pickup device, and the optical pickup device includes a first transparent device. A first light source that reproduces information from a first optical information recording medium having a substrate or emits a first light beam having a first wavelength for recording information on the first optical information recording medium And reproducing information from a second optical information recording medium having a second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate, or recording information on the second optical information recording medium. A second light source that emits a second light beam having a second wavelength different from the first wavelength, a condensing optical system having an objective lens, an optical axis, and a diffractive portion, and the first optical information The information recording surface of the recording medium or the information of the second optical information recording medium A light detector for receiving the light beam reflected from the recording surface, and the condensing optical system allows the first light beam to pass through at least a part of the diffractive portion, thereby Generating at least one order of diffracted light in which the amount of light of n-order diffracted light (where n is an integer other than 0) is greater than the amount of light of any other order of diffracted light of the first light beam, In order to reproduce information from the first optical information recording medium or to record information on the first optical information recording medium, the nth-order diffracted light of the first light flux is used as the first optical information recording medium. The light can be condensed on the information recording surface of the first optical information recording medium via a transparent substrate, and the condensing optical system allows the second light flux to pass through at least a part of the diffraction section. N-order diffracted light of the second light flux (where n is other than 0) In order to reproduce information from the second optical information recording medium by generating at least one order of diffracted light that is greater than the amount of light of any other order of diffracted light in the second light flux Alternatively, in order to record information on the second optical information recording medium, the n-th order diffracted light of the second light flux is transmitted through the second transparent substrate to the second optical information recording medium. In addition to being able to concentrate on the information recording surface,Less thanThe following conditional expression is satisfied.
−0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
λ1 <λ2
t1 <t2
NA1> NA2
Where ΔT (° C): temperature change
Δn:When there was a temperature change ΔTChange in refractive index of the objective lens
Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first luminous flux when there is a temperature change ΔT
λ1: wavelength of the first light beam
λ2: wavelength of the second light flux
t1: thickness of the first transparent substrate
t2: thickness of the second transparent substrate
NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
[0017]
  Claims38The information recording / reproducing method is a recording / reproducing method for reproducing or recording information on at least two types of optical information recording media by an optical pickup device, the optical pickup device comprising: a first light source; 2, a condensing optical system having an objective lens that satisfies the following conditional expression, an optical axis, and a diffractive portion, and a photodetector, and the first light flux from the first light source or the first A step of emitting a second light flux different from the wavelength of the first light flux from two light sources, and passing the first light flux or the second light flux through at least a part of the diffractive portion. Generating at least one order diffracted light of the light beam or at least one order diffracted light of the second light beam (here, nth order diffracted light of at least one order diffracted light of the first light beam) (Where n is 0 or greater ) Is larger than the light quantity of any other order of diffracted light of the first light flux, the light quantity of n-order diffracted light of at least one order of diffracted light of the second light flux. Is larger than the amount of diffracted light of any other order of the second light beam) and the condensing optical system causes the n-th order diffracted light of the first light beam to pass through the first transparent substrate. The second optical information recording medium is provided on the information recording surface of the first optical information recording medium or through the second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate. Condensing the optical pickup device on the information recording surface to record information on or reproduce information from the first optical information recording medium or the second optical information recording medium; and The first n-order diffracted light collected by the photodetector is collected. Detecting a first reflected light from the information recording surface of the optical information recording medium or a second reflected light from the information recording surface of the second optical information recording medium of the condensed n-th order diffracted light; ,includingAnd satisfies the following conditional expressionIt is characterized by that.
−0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
λ1 <λ2
t1 <t2
NA1> NA2
Where ΔT (° C): temperature change
Δn:When there was a temperature change ΔTChange in refractive index of the objective lens
Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first luminous flux when there is a temperature change ΔT
λ1: wavelength of the first light beam
λ2: wavelength of the second light flux
t1: thickness of the first transparent substrate
t2: thickness of the second transparent substrate
NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
[0018]
Note that the n-th order diffracted light amount is larger than any other order diffracted light amount, and the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light with respect to light of a predetermined wavelength is that of each other order other than the n-th order. That is, it is higher than the diffraction efficiency of diffracted light. The n-th order n includes up to the sign, and in the first light flux that has passed through the diffractive portion of the present invention, more + 1st-order diffracted light is generated than other orders of diffracted light. Is intended to generate more + 1st order diffracted light than other orders of diffracted light in the second light flux that has passed through the diffracting section, and in the second light flux that has passed through the diffracting section, It does not include the generation of -1st order diffracted light more than other orders of diffracted light.
[0019]
The optical pickup apparatus of the present invention enables recording and / or reproduction of different types of optical information recording media using light of at least two wavelengths different from each other with a single pickup apparatus. That is, the optical pickup device of the present invention is used for recording / reproduction of different information recording media such as a first optical information recording medium and a second optical information recording medium. The first light beam of the first light source of the optical pickup device of the present invention is used for reproducing information from the first optical information recording medium or recording information on the first optical information recording medium. The second light flux of the second light source is used to reproduce information from the second optical information recording medium or to record information on the second optical information recording medium. In general, the optical information recording medium has a transparent substrate on the information recording surface.
[0020]
In other words, the function of the present invention is expressed by the condensing optical system using the first light information as the nth-order diffracted light of the first light beam generated in the diffractive part by the first light beam reaching the diffractive part. In order to reproduce information recorded on the recording medium or to record information on the first information recording medium, the first information recording surface of the first optical information recording medium is passed through the first transparent substrate. The condensing optical system can collect the information recorded on the second optical information recording medium by the n-th order diffracted light of the second light beam generated in the diffractive part by the second light beam reaching the diffractive part. In order to reproduce or record information on the second information recording medium, the light can be condensed on the second information recording surface of the second optical information recording medium via the second transparent substrate. The detector can receive the light beam reflected from the first information recording surface or the second information recording surface. It will be.
[0021]
A more preferred embodiment is shown below. The condensing optical system has a predetermined aperture in the first light flux on the image side of the objective lens, on the first information recording surface of the first optical information recording medium, the nth-order diffracted light in the first light flux that has passed through the diffraction section. The number can be collected in a state of 0.07λrms or less, that is, in a state where the light beam in the aperture is at the diffraction limit performance or less at the best image point in practical use. The nth-order diffracted light in the second light flux that has passed through the part is 0.07λ rms or less within the predetermined numerical aperture of the second light flux on the image information side of the objective lens on the second information recording surface of the second optical information recording medium. In other words, the light beam in the aperture in practical use can be condensed in a state where the diffraction limit performance or less is obtained at the best image point.
[0022]
Further, even when a wavelength shift of about ± 10 nm or less based on a temperature change or a current change occurs in the first light source or the second light source, a predetermined value on the image side of the objective lens on each information recording surface. It is preferable that the n-th order diffracted light is collected in a state of 0.07λrms or less within the numerical aperture. In particular, even if the first light beam or the second light beam has a wavelength of 600 nm or less (for example, 350 nm to 480 nm) and a wavelength shift of about ± 10 nm or less occurs, the image of the objective lens It is particularly preferable that the nth-order diffracted light is collected in a state of 0.07λrms or less within the predetermined numerical aperture on the side.
[0023]
In addition, it is preferable that the n-order diffracted light is the first-order diffracted light or the −1st-order diffracted light because the loss of the light amount is reduced as compared with the case where higher-order diffracted light is used.
[0024]
Further, the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light of the first light flux in the diffractive portion is A%, and the diffraction efficiency of the diffracted light of another certain order (preferably the order having the highest diffraction efficiency among orders other than n) is When B%, it is preferable that A−B ≧ 10, the diffraction efficiency of the nth-order diffracted light of the second light flux in the diffractive portion is A ′%, and the diffraction efficiency of other diffracted light of a certain order is B ′. %, It is preferable that A′−B ′ ≧ 10. Further, AB ≧ 30 and A′−B ′ ≧ 30 are more preferable, AB ≧ 50 and A′−B ′ ≧ 50 are more preferable, and AB ≧ 70, A ′. More preferably, −B ′ ≧ 70.
[0025]
Further, when both the first light flux and the second light flux are used for recording information on the optical information recording medium, the diffraction efficiency of the nth-order diffracted light in the diffractive portion is determined by the wavelength of the first light flux and the wavelength of the second light flux. It is preferable to maximize the wavelength between the two.
[0026]
When only the first light beam or the second light beam is used for recording information on the optical information recording medium and the other light beam is used only for reproduction, the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light in the diffractive portion is It is preferable to minimize the wavelength between the wavelength of the first light flux and the wavelength of the second light flux. More preferably, the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light in the diffractive portion is maximized in the information recording method of the wavelength of the first light beam or the wavelength of the second light beam.
[0027]
The optical element provided with the diffractive portion is not particularly limited, and examples thereof include a lens having a refracting surface, a flat element, and the like provided in the condensing optical system.
[0028]
When a lens having a refracting surface is used as the optical element for providing the diffractive portion, specific examples of the optical element include an objective lens, a collimator lens, and a coupling lens. A diffractive portion can be provided on the refractive surface of these lenses. Moreover, you may add the flat plate-shaped or lens-shaped optical element only for providing a diffraction part to a condensing optical system.
[0029]
When the diffractive portion is provided on the refracting surface of the objective lens, it is preferable that the outer diameter of the objective lens (the outer diameter including the flange when the flange is provided) is 0.4 mm to 2 mm larger than the aperture diameter.
[0030]
The diffractive portion may be provided on the optical surface on the light source side of the optical element, may be provided on the image side (optical information recording medium side), or may be provided on both surfaces. The diffractive portion may be provided on the convex surface or the concave surface.
[0031]
Providing a diffractive portion in the objective lens is more preferable because it leads to a reduction in the number of parts and an assembly error during the manufacture of the optical pickup device can be reduced. In this case, the objective lens is preferably a single ball, but may be a double ball. A plastic lens is preferable, but a glass lens may also be used. Moreover, you may provide the resin layer in which the diffraction part was formed in the glass lens surface. Moreover, it is preferable that the objective lens provided with the diffraction part has a flange part having a surface extending in a direction perpendicular to the optical axis on the outer periphery. As a result, high-precision mounting to the pickup device can be easily performed, and stable performance can be obtained even when the environmental temperature changes. Moreover, it is preferable that the refracting surface of the objective lens is an aspheric surface, and the diffractive portion is provided on the aspheric surface. Of course, the diffraction part may be provided on one side of the objective lens or on both sides.
[0032]
The optical element provided with the diffractive part is preferably made of a material having an Abbe number νd of 50 or more and 100 or less. Further, it may be plastic or glass. In the case of a plastic lens, the refractive index of the material is preferably 1.4 to 1.75, more preferably 1.48 to 1.6, and 1.5 to 1.56. More preferably.
[0033]
Further, when the diffractive portion is provided in a lens (preferably a plastic lens), it is preferable to satisfy the following conditional expression in order to obtain an optical pickup device and an optical element that are stable with respect to temperature changes.
-0.0002 / ℃ <Δn / ΔT <-0.00005 / ℃
ΔT: Temperature change
Δn: change in refractive index of the lens
[0034]
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditional expression.
0.05nm / ℃ <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ℃
Δλ1 (nm): Amount of change in wavelength of the first light source when there is a temperature change ΔT
[0035]
The diffraction part may be an amplitude type diffraction part, but is preferably a phase type diffraction part from the viewpoint of light utilization efficiency. The diffraction pattern of the diffraction part is preferably rotationally symmetric with respect to the optical axis. In addition, the diffractive portion has a plurality of annular zones when viewed from the direction of the optical axis, and the plurality of annular zones are formed on substantially concentric circles centered on the optical axis or a point near the optical axis. preferable. A circle is preferable, but an ellipse may be used. In particular, a blazed annular diffractive surface having a step is preferable. Further, it may be an annular diffraction surface formed in a step shape. Further, it may be an annular diffraction surface formed stepwise as an annular zone that discretely shifts in a direction in which the lens thickness increases as the distance from the optical axis increases. The diffractive portion is preferably ring-shaped, but may be a one-dimensional diffraction grating.
[0036]
When the diffractive portion is a concentric ring zone, the pitch of the diffraction zone is defined using a phase difference function or an optical path difference function. In this case, it is preferable that the phase difference function represented by the power series indicating each position of the plurality of annular zones has a coefficient other than 0 in at least one term other than the square term. With this configuration, it is possible to correct spherical aberration of chromatic aberration caused by light of different wavelengths.
[0037]
In addition, it is preferable that the phase difference function represented by the power series indicating each position of the plurality of annular zones of the diffractive portion has a coefficient other than 0 in the square term, because it is possible to correct paraxial chromatic aberration. However, when emphasizing not to make the pitch of the diffraction ring zone too small, the phase difference function represented by the power series indicating each position of the plurality of ring zones of the diffraction unit may not include the square term. Good.
[0038]
In addition, it is preferable that the number of steps of the diffraction ring zone of a diffraction part is 2 or more and 45 or less. More preferably, it is 40 or less. More preferably, it is 15 or less. In order to count the number of steps, the number of steps in the annular zone may be counted.
[0039]
Moreover, it is preferable that the depth in the optical axis direction of the step of the diffraction zone of the diffractive portion is 2 μm or less. With this configuration, the optical element can be easily manufactured, and the n-order diffracted light can be easily converted into the first-order or −1st-order diffracted light.
[0040]
Moreover, when providing a diffraction part in the light source side surface of an optical element, it is preferable that the depth of a level | step difference becomes deep as it leaves | separates from an optical axis.
[0041]
In the present invention, the action of the diffractive surface for deflecting the light beam is referred to as a positive action when the light beam is deflected further toward the optical axis, and is referred to as a negative action when it is deflected away from the optical axis.
[0042]
Further, the pitch of the zonal diffraction surface may be provided in inverse proportion to the height from the optical axis. Further, the way in which the pitch is provided is not inversely proportional to the height from the optical axis, that is, a pitch having a higher-order term in the optical path difference function may be provided.
[0043]
In particular, when a pitch having a higher-order term of the optical path difference function is provided, that is, when no pitch is provided in inverse proportion to the height from the optical axis, the optical path difference function may have an inflection point. Although it is good, it is preferable not to have an inflection point.
[0044]
Further, the diffractive action added by the diffractive part may be positive on the entire surface of the diffractive part or negative on the entire surface of the diffractive part. Further, the sign of the diffracting action added by the diffractive portion may be switched at least once in the direction perpendicular to the optical axis and away from the optical axis. For example, there is a type that changes from negative to positive in the direction away from the optical axis perpendicular to the optical axis as shown in FIG. In other words, the multiple zones of the diffractive part are blazed, and in the diffractive ring zone closer to the optical axis, the step is located on the side away from the optical axis and away from the optical axis. In the diffractive ring zone on the side, it can be said that the step portion is located on the side close to the optical axis. Further, as shown in FIG. 47 (d), a type that changes from positive to negative in the direction away from the optical axis perpendicular to the optical axis may be used. In other words, the zonal zone of the diffractive part is blazed, and in the diffractive ring zone on the side close to the optical axis, the step is located on the side close to the optical axis. In the diffraction ring zone on the side away from the axis, it can be said that the step portion is located on the side away from the optical axis.
[0045]
In FIG. 134, the pitch of the diffraction ring zone means the distance p between the ring zone step perpendicular to the optical axis and the step of the zone, and the step depth means the length of the step in the optical axis direction. Say d.
[0046]
As the pitch becomes finer, the degree of convergence and divergence of that part becomes stronger, and as the pitch becomes larger, the degree of convergence and divergence of that part becomes weaker.
[0047]
In an optical element having a diffractive part, the diffractive part may be provided on the entire surface through which the light beam passes. In other words, it can be said that all the light beams having the maximum numerical aperture or less on the image side of the objective lens may pass through the diffraction section. Further, a diffractive portion may be provided on the entire optical surface of the optical element, and 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 90% or more) of one optical surface of the optical element is diffracted. It is good also as a part.
[0048]
Further, the diffraction part may be provided only on a part of the surface through which the light beam of the optical element passes, and the other part may be a refracting surface or a transmitting surface. In other words, among the light fluxes corresponding to the maximum numerical aperture on the image side of the objective lens, the light flux in a part of the area perpendicular to the optical axis passes through the diffraction part and the light flux in the other part of the area. It can be said that does not pass through the diffractive part but passes through the refracting surface or the transmitting surface. When the diffractive part is provided only on a part of the surface through which the light beam passes, the diffractive part may be provided only in the vicinity of the optical axis including the optical axis, or the diffractive part is provided in an annular shape without providing the diffractive part in the vicinity of the optical axis. May be. For example, 10% or more and less than 90% of one optical surface of the optical element may be used as the diffraction part. Alternatively, the diffraction part may be 10% or more and less than 50%.
[0049]
When the diffractive portion is provided only on a part of the surface through which the light beam of the optical element passes, it is preferable that NA1> NAH1, NAH1 ≧ NA2, NA2 ≧ NAL1 ≧ 0 when NA1> NA2. When NA2> NA1, it is preferable that NA2> NAH2, NAH2 ≧ NA1, NA1 ≧ NAL2 ≧ 0. NA1 and NA2 are predetermined numerical apertures on the image side of the objective lens when using the first light flux and the second light flux, respectively. NAH1 and NAH2 are the numerical apertures on the image side of the objective lens of the first light flux and the second light flux that have passed through the outermost part of the diffraction section. NAL1 and NAL2 are the numerical apertures on the image side of the objective lens of the first light flux and the second light flux that have passed through the innermost side of the diffraction section.
[0050]
Further, in the case where the diffractive portion is provided only on a part of the surface through which the light beam of the optical element passes, when NA1> NA2, the light beam that has passed through the diffractive portion at NA1 or less and the refraction other than the diffractive portion when NA1> NA2. It is preferable that the condensing positions of the light passing through the surface are substantially equal. In the case of NA2> NA1, it is preferable that the condensing position of the light beam that has passed through the diffractive portion with NA2 or less and the light beam that has passed through the refracting surface other than the diffractive portion in the second light beam is substantially equal.
[0051]
Moreover, the aspect in which a diffraction part has the 1st diffraction pattern and the 2nd diffraction pattern, and the 2nd diffraction pattern is separated from the optical axis rather than the 1st diffraction pattern may be sufficient. Moreover, you may combine a diffraction part and the refractive surface without a diffraction part on the same surface.
[0052]
In addition, in the case of having two types of diffraction patterns, a large amount of nth-order diffracted light is generated in the first light flux that has passed through the first diffraction pattern of the diffractive portion, compared to diffracted light of other orders, and The n-th order diffracted light is generated more than the other orders of diffracted light even in the second light beam that can be condensed on one information recording surface and passed through the first diffraction pattern of the diffraction section. In the first light beam that can be condensed on the second information recording surface and has passed through the second diffraction pattern of the diffractive portion, the n-th order diffracted light is compared with other orders of diffracted light. In the second light flux that is generated frequently and can be condensed on the first information recording surface and has passed through the second diffraction pattern of the diffractive portion, the 0th-order light that is transmitted light has other orders. It may be generated more than diffracted light. In this case, the nth order is preferably the first order.
[0053]
As another aspect, in the first light flux that has passed through the first diffraction pattern of the diffractive portion, a large amount of nth-order diffracted light is generated as compared with diffracted light of other orders, and the first information Even in the second light beam that can be condensed on the recording surface and has passed through the first diffraction pattern of the diffractive portion, a large amount of n-th order diffracted light is generated as compared with other orders of diffracted light, In the first light beam that can be condensed on the second information recording surface and passed through the second diffraction pattern of the diffractive portion, more n-th order diffracted light is generated compared to other orders of diffracted light. In the second light beam that can be condensed on the first information recording surface and has passed through the second diffraction pattern of the diffractive portion, negative order diffracted light that is not nth order has other orders. It occurs more than diffracted light. In this case, the nth order is preferably the first order, and the negative order is preferably the −1st order.
[0054]
In the case of an optical pickup device or an optical element used in a plurality of optical information recording media having different thicknesses of the transparent substrate, it is particularly preferable that the pitch of the annular zone of the diffraction part satisfies the following conditional expression.
0.4 ≦ | (Ph / Pf) −2 | ≦ 25
[0055]
More preferably, 0.8 ≦ | (Ph / Pf) −2 | ≦ 6, and further preferably 1.2 ≦ | (Ph / Pf) −2 | ≦.
[0056]
The pitch of the annular zone of the diffraction part corresponding to the maximum numerical aperture on the image side of the objective lens is Pf, and the pitch of the annular zone of the diffraction part corresponding to 1/2 of the maximum numerical aperture is Ph. The maximum numerical aperture is the maximum numerical aperture among the predetermined numerical apertures of several types of optical information recording media in which information is read / recorded in the optical pickup device. The predetermined numerical aperture is a numerical aperture that enables reading / recording of information on an optical information recording medium with a light beam having a predetermined wavelength in the optical pickup device, and is determined by a standard of an optical information recording medium. It may be a numerical aperture. Further, the pitch of the annular zone of the diffractive portion corresponding to the maximum numerical aperture on the image side of the objective lens is the pitch of the annular zone located at the outermost peripheral portion of the light beam passing therethrough at the maximum numerical aperture. means. In addition, the pitch of the annular zone of the diffractive portion corresponding to ½ of the maximum numerical aperture is positioned at the outermost peripheral portion of the light beam passing through the diffractive portion when the numerical aperture is ½ of the maximum numerical aperture. It means the pitch of the ring zone.
[0057]
It should be noted that one of the light beams of the two light sources may be an optical pickup device in which no aberration is obtained up to the actual use aperture and aberration is flare in the outer portion.
[0058]
In other words, it can be expressed as follows. When the first light flux is used, the first light flux within a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens is in a state of 0.07λrms or less on the first information recording surface of the first optical information recording medium. When the first light flux is used, the first light flux that has passed outside the predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens is in a state larger than 0.07 λrms on the first information recording surface. The second light beam that has passed through the predetermined numerical aperture using the second light beam and the second light beam that has passed outside the predetermined numerical aperture are both recorded in the second information recording medium of the second optical information recording medium. The light is collected on the surface in a state of 0.07λrms or less. In this case, NA1 <NA2, and the light flux between NA1 and NA2 is flare when recording / reproducing the first optical information recording medium.
[0059]
Alternatively, when the second light flux is used, the second light flux within a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens is 0.07 λrms or less on the second information recording surface of the second optical information recording medium. When the second light flux is used, the second light flux that has passed outside the predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens is larger than 0.07λrms on the second information recording surface. The first light beam that has passed through the predetermined numerical aperture using the first light beam and the first light beam that has passed outside the predetermined numerical aperture are both the first light beam of the first optical information recording medium. The light is condensed on the information recording surface in a state of 0.07λrms or less. In this case, NA1> NA2, and when the second optical information recording medium is recorded / reproduced, the light flux between NA2 and NA1 is flare.
[0060]
These modes can be arbitrarily set depending on the design of the diffraction part. For example, while providing a diffractive part on the entire surface of the optical element, the design of the diffractive part may cause flare to occur at a predetermined numerical aperture or more, or a diffractive part may be provided on a part of the surface of the optical element. A refracting surface may be used, and flare may be generated by the refracting surface or the diffraction part.
[0061]
In the aspect of generating the flare, aperture limiting means that shields or diffracts the first light beam outside the predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when the first light beam is used, and transmits the second light beam. However, it is preferable that the second light beam outside the predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when the second light beam is used is shielded or diffracted and there is no aperture limiting means for transmitting the first light beam. . That is, it is preferable to provide only a normal diaphragm without providing a dichroic filter or a hologram filter. As long as the diffractive portion is designed to satisfy the above functions, only a normal diaphragm needs to be provided, which is preferable because the mechanism is simple.
[0062]
However, flare may be generated using a filter such as a hologram filter. When a filter such as a hologram filter is provided, a separate filter may be provided in the condensing optical system, or a filter may be provided on the objective lens.
[0063]
Further, a flare may be provided in the under or a flare may be provided in the over with respect to the position where the minimum spot is formed when the light beam having a smaller predetermined numerical aperture is condensed. . Preferably, it should be provided over.
[0064]
Further, when flare is generated as described above, flare may be generated continuously or discontinuously in the spherical aberration diagram.
[0065]
Further, as another aspect, there is an aspect of an optical pickup device that does not generate flare. The following are listed.
[0066]
In other words, it can be expressed as follows. When the first light flux is used, the first light flux within a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens is in a state of 0.07λrms or less on the first information recording surface of the first optical information recording medium. When the first light beam is condensed and passed through the outside of the predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens, the first light beam is in a state of 0.07 λrms or less on the first information recording surface. The second light that is condensed or shielded and does not reach the first information recording surface and has passed through a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when using the second light flux. Both the light beam and the second light beam that has passed outside the predetermined numerical aperture are collected on the second information recording surface of the second optical information recording medium in a state of 0.07 λrms or less. In this case, NA1 <NA2 and when the first optical information recording medium is recorded / reproduced, the light flux between NA1 and NA2 is also condensed or shielded.
[0067]
Alternatively, when the second light flux is used, the second light flux within a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens is 0.07 λrms or less on the second information recording surface of the second optical information recording medium. When the second light beam is collected in this state, the second light beam that has passed outside the predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens is 0.07λrms or less on the second information recording surface. Condensed in the state or shielded so as not to reach the second information recording surface and passed through a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when using the first light flux. Both the first luminous flux and the first luminous flux that has passed outside the predetermined numerical aperture are collected on the first information recording surface of the first optical information recording medium in a state of 0.07λrms or less. In this case, NA1> NA2 and when the second optical information recording medium is recorded / reproduced, the light flux between NA2 and NA1 is also condensed or shielded.
[0068]
These modes can be arbitrarily set depending on the design of the diffraction part.
[0069]
In an aspect in which the flare is not generated and the light beam between NA1 and NA2 or between NA2 and NA1 is shielded, a second numerical aperture outside the predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when the first light beam is used. An aperture limiting unit that shields or diffracts one light beam and transmits the second light beam, or shields a second light beam outside a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when the second light beam is used. Alternatively, it is preferable to provide aperture limiting means that diffracts and transmits the first light flux. Alternatively, it is preferable to provide an aperture limiting means that provides a predetermined numerical aperture for each light beam.
[0070]
That is, in one of the first light flux and the second light flux, the light flux is preferably shielded by an annular filter such as a dichroic filter or a hologram filter that is an aperture limiting unit at a predetermined numerical aperture or more. When a filter such as a dichroic filter or a hologram filter is provided, a separate filter may be provided in the condensing optical system, or a filter may be provided on the objective lens.
[0071]
However, even when flare is not generated, it is possible to provide only a normal aperture without providing a dichroic filter or hologram filter so that all light beams within the maximum numerical aperture are condensed on the information recording surface. Good. In other words, within the maximum numerical aperture on the image side of the objective lens, both the first light beam and the second light beam are condensed on the information recording surface in a state of 0.07λrms or less. Also good.
[0072]
Even when NA1 = NA2, it is preferable not to generate flare in the above-described manner.
[0073]
Note that different information recording media such as the first optical information recording medium and the second optical information recording medium mean information recording media having different wavelengths of light used for recording / reproducing. The thickness and refractive index of the transparent substrate may be the same or different. Further, the predetermined numerical aperture values may be the same or different. Of course, the recording density of information may be the same or different. Paraxial chromatic aberration and spherical aberration caused by the difference in wavelength of light used for recording / reproduction of different information recording media are corrected by the diffraction section of the present invention. It is most preferable to correct both the spherical aberration and the paraxial chromatic aberration, and the mode in which only the spherical aberration is corrected and the paraxial chromatic aberration is not corrected is the next preferred mode, but the mode in which only the paraxial chromatic aberration is corrected and the spherical aberration is not corrected. It may be.
[0074]
Furthermore, even when different information recording media have different transparent substrate thicknesses and spherical aberration occurs based on the thickness of the transparent substrate, the spherical aberration is corrected by the diffraction unit of the present invention. . In the first optical information recording medium and the second optical information recording medium, when the thicknesses of the transparent substrates are different, the generated spherical aberration becomes larger, so that the effect of the present invention is more remarkable and preferable.
[0075]
The difference between the wavelength of the first light beam and the wavelength of the second light beam is preferably 80 nm or more and 400 nm or less. More preferably, it is 100 nm or more and 200 nm or less. More preferably, it is 120 nm or more and 200 nm or less. In addition, as the first light source and the second light source, for example, two types of light sources that emit light having a wavelength of 760 to 820 nm, 630 to 670 nm, 350 nm to 480 nm, and the like are preferably used in combination. be able to. Of course, three light sources or four light sources may be used. In the case of having a third light source that emits the third light beam and a fourth light source that emits the fourth light beam, the n-th order diffracted light is also detected in the third light beam and the fourth light beam that have passed through the diffraction section. It is preferable to generate a larger amount than the diffracted light of the order.
[0076]
In addition, when the wavelength of the second light beam is longer than the wavelength of the first light beam, it is preferable that the axial chromatic aberration in the second light beam and the first light beam satisfy the following conditional expression: .
-Λ2 / {2 × (NA2)2} ≦ Z ≦ λ2 / {2 × (NA2)2}
λ2: wavelength of the second light beam
NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens with respect to the second light flux
[0077]
In addition, when optical information recording media having different transparent substrate thicknesses are used, and t2> t1 and λ2> λ1, it is preferable that the following conditional expression is satisfied.
0.2 × 10-6/ ℃ <ΔWSA3 ・ λ1 / {f ・ (NA1)4・ ΔT} <2.2 × 10-6/ ℃
NA1: Necessary numerical aperture of the objective lens on the image side when reproducing or recording an optical information recording medium using the first light flux
λ1: Wavelength of the first beam
f: Focal length of the objective lens for the first beam
ΔT: Environmental temperature change
ΔWSA3 (λ1rms): The amount of change in the third-order spherical aberration component of the wavefront aberration of the light beam collected on the optical information recording surface when the optical information recording medium is reproduced or recorded using the first light beam.
[0078]
In addition, when the first light beam is used, the first light beam, which is a non-parallel light beam such as divergent light or convergent light, is incident on the objective lens, and when the second light beam is used, divergent light, convergent light, or the like is used. A second light beam that is a non-parallel light beam may be incident on the objective lens.
[0079]
Alternatively, when the first light beam is used, the first light beam that is a parallel light beam is incident on the objective lens, and when the second light beam is used, the second light beam that is a non-parallel light beam such as divergent light or convergent light is used. The light beam may be incident on the objective lens. Alternatively, when the first light beam is used, the first light beam, which is a non-parallel light beam such as divergent light or convergent light, is incident on the objective lens, and when the second light beam is used, the second light beam is a parallel light beam. You may make it make a light beam inject into an objective lens.
[0080]
When a non-parallel light beam is used in either the first light beam, the second light beam, or both, the magnification m1 with respect to the objective lens in the case of using the first light beam and the second light beam are used. In this case, the absolute value of the difference from the magnification m2 with respect to the objective lens is preferably 0 to 1/15. More preferably, it is 0 to 1/18. When λ2> λ1, t2> t1, m1 is preferably larger. In particular, the above range is preferable when the second light beam is used for a CD and the first light beam is used for a DVD. Note that the wavelength of the first light source is λ1, the wavelength of the second light source is λ2, the thickness of the first transparent substrate is t1, and the thickness of the second transparent substrate is t2.
[0081]
Alternatively, in the case of using the first light beam and the case of using the second light beam, a parallel light beam may be incident on the objective lens. In this case, the diffractive portion may have a form as shown in FIGS. 47B and 47C, but the form shown in FIGS. 47A and 47D is preferable.
[0082]
Further, the optical pickup device is provided with a divergence changing means (hereinafter also referred to as “divergence correction means”) for correcting the divergence of the light beam incident on the objective lens, and the objective lens is used for the first light beam and the second light beam. You may make it change the divergence degree of the light beam which injects into a lens.
[0083]
When diverging light is incident on the objective lens, the objective lens is preferably a glass lens.
[0084]
In the case where reproduction / recording can be performed only on either the first information recording medium or the second information recording medium and only reproduction is performed on the other, the first light flux can be obtained in the optical pickup device. It is preferable that the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to is different from the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to the second light flux. In this case, the imaging magnification of the objective lens for the first light flux and the imaging magnification of the objective lens for the second light flux may be the same or different.
[0085]
Further, when λ1 <λ2 and t1 <t2 and reproduction / recording can be performed only on the first information recording medium and reproduction is performed only on the second information recording medium, the first light flux It is preferable that the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to is smaller than the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to the second light flux. Further, when the above is satisfied and 0.61 <NA1 <0.66, in the condensing optical system, a coupling lens that changes the magnification is provided between the first light source and the collimator lens, In the optical optical system, it is preferable to provide a first collimator lens for the light beam and a second collimator lens for the light beam. It is preferable that the imaging magnification of the objective lens for the first light flux and the imaging magnification of the objective lens for the second light flux are both 0. The wavelength of the first light source is λ1, the wavelength of the second light source is λ2, the thickness of the first transparent substrate is t1, and the thickness of the second transparent substrate is t2. The predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens necessary for recording or reproduction of the first optical information recording medium is NA1.
[0086]
Further, when λ1 <λ2 and t1 <t2 and reproduction / recording can be performed only on the second information recording medium and reproduction is performed only on the first information recording medium, the first light flux It is preferable that the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to is larger than the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to the second light flux. It is preferable that the imaging magnification of the objective lens for the first light flux and the imaging magnification of the objective lens for the second light flux are both 0.
[0087]
In the case where reproduction / recording can be performed with respect to both the first information recording medium and the second information recording medium, or when only reproduction is performed with respect to both, the optical pickup device uses the first information recording medium and the second information recording medium. It is preferable that the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to the light beam is substantially equal to the imaging magnification of the entire optical pickup device with respect to the second light beam. In this case, the imaging magnification of the objective lens for the first light flux and the imaging magnification of the objective lens for the second light flux may be the same or different.
[0088]
The photodetector may be common to the first light flux and the second light flux. Alternatively, a second photodetector may be provided, the photodetector may be for the first light flux, and the second photodetector may be for the second light flux.
[0089]
Moreover, the photodetector and the first light source or the second light source may be unitized. Alternatively, the photodetector, the first light source, and the second light source may be unitized. Alternatively, the photodetector, the second photodetector, the first light source, and the second light beam may all be integrated into a unit. Furthermore, only the first light source and the second light source may be unitized.
[0090]
In particular, when the first light source and the second light source are unitized and are arranged on the same plane, if NA1> NA2, the first light source is placed on the optical axis of the objective lens. If NA1 <NA2, it is preferable to provide the second light source on the optical axis of the objective lens. The predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens necessary for recording or reproduction of the first optical information recording medium is NA1, and the image side of the objective lens necessary for recording or reproduction of the second optical information recording medium is NA1. The predetermined numerical aperture is NA2.
[0091]
When the working distance when recording / reproducing the first optical information recording medium is WD1, and when the working distance when recording / reproducing the second optical information recording medium is WD2, | It is preferable that WD1-WD2 | ≦ 0.29 mm. In this case, it is more preferable that the magnification when recording / reproducing the first optical information recording medium is equal to the magnification when recording / reproducing the second optical information recording medium. Further, the magnification is more preferably 0. Further, when t1 <t2 and λ1 <λ2, it is preferable that WD1 ≧ WD2. These conditions regarding working distance are particularly preferable when the first optical information recording medium is a DVD and the second optical information recording medium is a CD. When the working distance is satisfied, the diffractive portion may have a form as shown in FIGS. 47A and 47D, but the form shown in FIGS. 47B and 47C is preferable.
[0092]
An optical element such as a condensing optical system or an objective lens forms a spot on the information recording surface of an optical information recording medium so that the light beam is condensed and information can be recorded / reproduced. is there. In particular, when NA1> NA2 and λ1 <λ2, and with respect to the second light flux, the light flux outside NA2 is caused to flare on the second information recording surface of the second optical information recording medium. (When the wavefront aberration on the imaging surface is larger than 0.07λ2 rms), the spot preferably satisfies the following conditions.
0.66 × λ2 / NA2 ≦ w ≦ 1.15 × λ2 / NA2
w> 0.83 × λ2 / NA1
λ1: wavelength of the first light beam
λ2: wavelength of the second light beam
NA1: Predetermined numerical aperture for the first luminous flux
NA2: a predetermined numerical aperture for the second light flux
w: 13.5% intensity beam diameter on the image plane of the second light flux
[0093]
When the spot is not a perfect circle, the beam diameter in the direction in which the beam diameter is most narrowed is preferably the beam diameter (w).
[0094]
Furthermore, it is preferable to satisfy the following conditions.
0.74 × λ2 / NA2 ≦ w ≦ 0.98 × λ2 / NA2
[0095]
In addition, the spot shape has a spot with high light intensity used for recording / reproduction at the center, and a flare with low light intensity is present around the spot so as not to adversely affect detection. It may be a shape in which a spot used for recording / reproduction with high light intensity exists at the center, and a flare exists in a donut shape around the spot.
[0096]
Moreover, it is preferable that the S-shaped characteristic of a spot is favorable. Specifically, the overshoot is preferably 0 to 20%.
[0097]
The wavelength of the first light source is λ1, the wavelength of the second light source is λ2, the thickness of the first transparent substrate is t1, the thickness of the second transparent substrate is t2, and the wavelength is λ1. An image of the objective lens necessary for recording or reproduction of the second optical information recording medium with light having a predetermined numerical aperture NA1 on the image side of the objective lens necessary for recording or reproduction of the first optical information recording medium and a wavelength of λ2. When the predetermined numerical aperture on the side is NA2, a preferable example is the following conditional expression. In this case, the nth order diffracted light is preferably a first order diffracted light. Of course, the preferred embodiment is not limited to the following conditional expression.
λ1 <λ2
t1 <t2
NA1> NA2 (preferably NA1> NA2> 0.5 × NA1)
[0098]
When the above conditional expression is satisfied, the objective lens of the condensing optical system has a diffractive portion, and the second optical flux that has passed through the diffracting portion in order to record / reproduce the second optical information recording medium. 112, when the n-th order diffracted light is condensed on the second information recording surface of the second optical information recording medium, the spherical aberration may have at least one discontinuous portion as shown in FIG. .
[0099]
When it has a discontinuous part, it is preferable that spherical aberration has a discontinuous part in the vicinity of NA2. For example, when the numerical aperture (NA) is 0.45, the spherical aberration has a discontinuous portion, and when the numerical aperture (NA) is 0.5, the spherical aberration has a discontinuous portion.
[0100]
When the spherical aberration has a discontinuous portion, the condensing optical system uses the first information recording medium of the first optical information recording medium for the nth-order diffracted light having a numerical aperture of NA1 or less in the first light flux that has passed through the diffracting portion. On the surface, the light is condensed so that the wavefront aberration at the best image point is 0.07 λrms, and the condensing optical system has an nth-order diffracted light having a numerical aperture equal to or less than the numerical aperture that becomes a discontinuous part in the second light flux that has passed through the diffractive part. Is preferably focused on the second information recording surface of the second optical information recording medium so that the wavefront aberration at the best image point is 0.07 λrms.
[0101]
In addition, when the above conditional expression is satisfied, the objective lens of the condensing optical system has a diffractive part, and the second optical information recording medium passes through the diffractive part in order to perform recording / reproduction of the second optical information recording medium. When the nth-order diffracted light in the light beam is collected on the second information recording surface of the second optical information recording medium, as shown in FIG. 27, the spherical aberration is continuous and does not have a discontinuous portion. It may be.
[0102]
When the spherical aberration is continuous and does not have a discontinuous portion, it is preferable that the NA1 has a spherical aberration of 20 μm or more and the NA2 has a spherical aberration of 10 μm or less. More preferably, NA1 has a spherical aberration of 50 μm or more, and NA2 has a spherical aberration of 2 μm or less.
[0103]
In the above conditions, for example, a specific preferable example in the case where a type of DVD is used as the first optical information recording medium and a type of CD is used as the second optical information recording medium is as follows. However, the present invention is not limited to this. 0.55mm <t1 <0.65mm
1.1mm <t2 <1.3mm
630 nm <λ1 <670 nm
760 nm <λ2 <820 nm
0.55 <NA1 <0.68
0.40 <NA2 <0.55
[0104]
In the case of the above range, when the diffraction part is annular diffraction, it is preferable that the diffraction part corresponding to NA2 or less is 19 or less or 21 or more. Moreover, it is preferable that a diffraction part as a whole is 35 ring zones or more or 33 ring zones or less.
[0105]
Moreover, when satisfy | filling the said range, it is preferable that a spot diameter satisfy | fills the following aspects.
[0106]
The objective lens of the condensing optical system has a diffractive portion, λ1 = 650 nm, t1 = 0.6 mm, NA1 = 0.6, and the objective lens is a parallel light having a uniform intensity distribution. When the light beam is incident and condensed on the first information recording surface via the first transparent substrate, the spot diameter at the best focus is preferably 0.88 to 0.91 μm.
[0107]
Alternatively, λ1 = 650 nm, t1 = 0.6 mm, NA1 = 0.65, and the first light beam, which is parallel light having a uniform intensity distribution, is incident on the objective lens, and the first transparent substrate is formed. When the light is condensed on the first information recording surface, the spot diameter at the best focus is preferably 0.81 to 0.84 μm.
[0108]
Further, when the above range is satisfied and the diffractive portion is provided in the objective lens, it is preferable that the pitch of the diffractive portion is 10 to 70 μm at a numerical aperture (NA) of 0.4. More preferably, it is 20-50 micrometers.
[0109]
Furthermore, the following embodiments can be cited as specific preferred examples of the above conditions, but the present invention is not limited to these. In particular, when recording is also performed on a CD as the second optical information recording medium, NA2 is preferably set to 0.5. Further, when recording is also performed on a DVD as the first optical information recording medium, NA1 is preferably set to 0.65.
t1 = 0.6mm
t2 = 1.2mm
λ1 = 650 nm
λ2 = 780 nm
NA1 = 0.6
NA2 = 0.45
[0110]
Moreover, the following aspects may be sufficient. In the case of the following aspects, it is preferable that the nth order diffracted light is −1st order light.
λ1 <λ2
t1> t2
[0111]
Further, specific examples of an optical information recording medium recording or reproducing apparatus that reproduces information from an optical information recording medium or records information on an optical information recording medium having the optical pickup apparatus of the present invention include a DVD / CD reproducing apparatus, DVD / CD / CD-R recording / playback device, DVD-RAM / DVD / CD-R / CD recording / playback device, DVD / CD / CD-RW recording / playback device, DVD / LD playback device, DVD / Blue Examples include, but are not limited to, an optical information recording medium recording / reproducing apparatus using a laser (350 to 480 nm, especially about 400 nm), an optical information recording medium recording / reproducing apparatus using a CD / blue laser, and the like. is not. These optical information recording medium recording or reproducing devices have a power source, a spindle motor, and the like in addition to the optical pickup device.
[0112]
Further, the objective lens of the present invention has a change amount of the spherical aberration of the marginal ray for a minute change in at least one of the wavelength of the first light source and the wavelength of the second light source. When the change amount is ΔCA, the following conditional expression is preferably satisfied.
−1 <ΔSA / ΔCA <−0.2
[0113]
In this specification, each term is as defined below. First, an optical element refers to each of all optical elements applicable to an optical system for recording information on an information recording medium and / or reproducing information on the information recording medium. Examples include, but are not limited to, a lens, an objective lens, a polarizing beam splitter, a quarter wave plate, and a beam splitter for combining light from two or more light sources. Further, the optical element may be an optical element that is provided with only the diffraction portion of the present invention and has no other role.
[0114]
Also, the optical system in the present invention is a set of one or more of the above optical elements that can record or reproduce, for example, CDs and DVDs, and records information and / or records information on an information recording medium. It may mean not only the entire optical system for making information on the medium reproducible, but also a part of the optical system, and includes at least one optical element as described above.
[0115]
Examples of the information recording medium in the present invention include various CDs such as CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, and CD-ROM, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, and DVD-RW. And various discs such as MD, LD, and MO. Generally, a transparent substrate exists on the information recording surface of the information recording medium. Of course, the present invention is not limited to these, and includes an optical information recording medium using a blue laser, which is not commercially available at present.
[0116]
In the present invention, recording and reproduction of information with respect to an information recording medium refers to recording information on the information recording surface of the information recording medium as described above and reproducing information recorded on the information recording surface. . The pickup device / optical system of the present invention may be used for only recording or reproduction, or may be used for both recording and reproduction. Further, it may be used for recording on a certain information recording medium and reproducing on another information recording medium, or may be used for recording or recording on a certain information recording medium. It may be used for performing reproduction and recording and reproduction on another information recording medium. Note that reproduction here includes simply reading information.
[0117]
The pickup device / optical system used for at least one of recording and reproduction of information with respect to the information recording medium is of course applicable to such a pickup apparatus / optical system, or such a pickup apparatus / optical system. It also includes a pickup device / optical system that is intended for use.
[0118]
In the present invention, at least two wavelengths of light different from each other include, for example, two different wavelengths of light having a wavelength of 780 nm used for CD and light having a wavelength of 635 nm or 650 nm used for DVD. It may be light, or may be light of three different wavelengths further including light of a wavelength of, for example, 400 nm for recording and / or reproduction of a large-capacity information recording medium recorded with high density . Of course, it may be light of four or more different wavelengths. Of course, even an optical system that uses light of three or more wavelengths that are actually different or an optical system intended for it, it means light of at least two different wavelengths. Of course, a combination of 400 nm and 780 nm or a combination of 400 nm and 650 nm may be used.
[0119]
In the present invention, light of different wavelengths means light of a plurality of wavelengths having a sufficient wavelength difference, which is used according to the type of information recording medium and the difference in recording density as exemplified above. It does not indicate light of different wavelengths due to a temporary shift within about ± 10 nm caused by temperature change or output change of one light source that outputs light of one wavelength. In addition to the above-described differences in the types and recording densities of information recording media, for example, the differences in the thickness of the transparent substrate of the information recording media and the difference between recording and reproduction Etc.
[0120]
A diffractive surface is a surface that provides relief on the surface of an optical element, for example, the surface of a lens, and has a function of condensing or diverging a light beam by diffraction. If there is a region that does not occur, it refers to a region where diffraction occurs. As the shape of the relief, for example, it is formed as a concentric ring zone centered on the optical axis on the surface of the optical element, and each ring zone has a sawtooth shape when viewed in cross section in a plane including the optical axis. Although known, it includes such shapes.
[0121]
In general, diffracted light of infinite number of orders such as 0th order light, ± 1st order light, ± 2nd order light, etc. is generated from the diffracting surface. In this case, the diffraction efficiency of a specific order is made higher than the diffraction efficiency of other orders, or in some cases, the diffraction efficiency of a specific one order (for example, + 1st order light) is almost 100%. The shape of the relief can be set.
[0122]
The diffraction efficiency is calculated by simulation based on the ratio of the amount of diffracted light of each order to the total diffracted light based on the shape of the diffracting surface (relief shape) and the wavelength of the irradiated light set to a predetermined wavelength. Ask. Examples of the predetermined wavelength include wavelengths of 780 nm and 650 nm.
[0123]
Regarding the diffractive action (hereinafter also referred to as “diffraction power”) added to the diffractive surface of the lens, in particular, an optical element having an optical surface having a refractive action and a diffractive action, in other words, on an optical surface having a refractive action. In the case of an optical element having a diffractive surface, an effect of converging or diverging a light beam is added to the refracting function of the refracting surface as a base by the action of the diffractive surface. At this time, when a converging action is added to a light beam of an actual finite height as well as the paraxial region, in the present invention, it is assumed that a predetermined position of the diffractive surface has a positive diffractive power. It is said that it has a negative diffractive power when the action to be added is added.
[0124]
Diffraction-limited performance means that the wavefront aberration of a light beam is measured, and the root mean square (rms value) of the wavefront aberration of the entire light beam is 0.07 times or less the wavelength that is the allowable value of Marechal. Moreover, the aperture in actual use means the numerical aperture defined by the standard of each optical information recording medium, and is a spot necessary for recording or reproducing information on each optical information recording medium. This corresponds to the numerical aperture of a diffraction-limited objective lens capable of obtaining a diameter.
[0125]
Since the numerical aperture in actual use is defined for the optical information recording medium, the numerical aperture on the optical information recording medium side of the actual light beam passing through the optical system of the pickup device may be larger than the numerical aperture in actual use. .
[0126]
Moreover, it is preferable that the maximum numerical aperture means the largest numerical aperture in practical use. That is, in the case of a pickup device that is used interchangeably with a plurality of optical information recording media, a plurality of numerical apertures in actual use are defined. Further, the predetermined numerical aperture and the required numerical aperture have the same meaning as the numerical aperture in actual use.
[0127]
When recording or reproducing information with respect to the optical information recording medium, when using a light source having a wavelength different from the light source specified by the standard in an actual optical pickup device, the specified wavelength and the specified wavelength are used. The actual use numerical aperture is set so that the ratio between the numerical aperture and the ratio between the actual use wavelength and the actual use numerical aperture is constant. As an example, for a CD, the numerical aperture is 0.45 when a light source with a wavelength of 780 nm is used in the standard, but when a light source with a wavelength of 650 nm is used, the numerical aperture is 0.38.
[0128]
A dedicated objective lens designed so that a non-aberration parallel light beam enters the objective lens as described above from the first light source and converges without aberration through the transparent substrate (thickness t1) of the first optical information recording medium. , The case where non-aberration parallel light enters the objective lens from the second light source and passes through the transparent substrate (thickness t2, where t2> t1) of the second optical information recording medium will be considered.
[0129]
For the incident parallel light, when there is no substrate, the back focus when the wavelength is λ1 is fB1, and the back focus when the wavelength is λ2 (where λ2> λ1) is fB2.
[0130]
At this time, the paraxial chromatic aberration ΔfB is
ΔfB = fB2−fB1 (1)
In the case where the objective lens is a refractive aspherical single lens, ΔfB> 0.
[0131]
In addition, the spherical aberration based on the paraxial focal position when converged through the transparent substrate of the second optical information recording medium at the wavelength λ2 does not become zero due to the following factors.
(1) Spherical aberration due to the wavelength dependence of the refractive index of the objective lens due to the change of wavelength from λ1 to λ2.
(2) Spherical aberration caused by the difference between the transparent substrate thickness t1 of the first optical information recording medium and the transparent substrate thickness t2 of the second optical information recording medium.
(3) Spherical aberration caused by the difference between the transparent substrate refractive index nd1 (λ1) of the first optical information recording medium and the transparent substrate refractive index nd2 (λ2) of the second optical information recording medium.
[0132]
When the objective lens is a refractive aspherical single lens, the spherical aberration due to the factor (1) is over. The spherical aberration due to factor (2) is also over. Further, nd2 <nd1, and the spherical aberration due to the factor (3) is also over.
[0133]
The over spherical aberration caused by factors (1) to (3) is mostly due to factor (2), followed by (1). (3) can be almost ignored.
[0134]
The above premise is, for example, when the first optical information recording medium is DVD, the wavelength λ1 of the first light source is 650 nm, the second optical information recording medium is CD, and the wavelength λ2 of the second light source is 780 nm. Correspondingly, the material of the transparent substrate is the same for DVD (thickness t1 = 0.6 mm) and CD (t2 = 1.2 mm), but the thickness is different.
[0135]
Next, looking at the + 1st order diffracted light having a diffraction pattern rotationally symmetric with respect to the optical axis, as shown in FIG. 113 (a), the + 1st order light has a larger diffraction angle as the wavelength becomes longer, and the optical axis side is further increased. The light is diffracted and bent further to the underside. That is, the + 1st-order diffracted light is a case where a non-aberration parallel light beam from a second light source having a wavelength of λ2 is incident as compared to a case where a non-aberration parallel light beam from the first light source having a wavelength of λ1 is incident. , It has the effect of making paraxial chromatic aberration and spherical aberration under. Using this action, spherical aberration when the second optical information recording medium is passed through the transparent substrate at wavelength λ2 and spherical aberration when the wavelength λ1 is passed through the transparent substrate of the first optical information recording medium The difference can be reduced by introducing a rotationally symmetric diffraction pattern and utilizing the + 1st order diffracted light.
[0136]
When the thickness t1 of the substrate of the first optical information recording medium is larger than the transparent substrate thickness t2 of the second optical information recording medium, the spherical aberration due to the factor {circle around (2)} is under, and FIG. As shown in FIG. 5B, the aberration can be reduced by using −1st order diffracted light having an effect that the paraxial chromatic aberration and spherical aberration that occur are over.
[0137]
In the present invention, when + 1st order diffracted light is used, the refractive index of the objective lens material when the wavelength is λ1 is n (λ1), and the refractive index of the objective lens material when the wavelength is λ2 is n (λ2). The depth of the diffraction pattern is λ1 / {n (λ1) -1} to λ2 / {n (λ2) -1}. Even if a plastic material having a relatively small refractive index is used, it is 2 μm or less. The objective lens integrated with the diffraction pattern is easier to manufacture than the conventional hologram optical element and hologram ring lens described above.
[0138]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0139]
The optical system of the first embodiment of the present invention is basically a double-sided aspherical single lens, and a diffraction zone (annular diffraction surface) is provided on one aspherical surface. In general, in the case of aspherical refracting surfaces, when spherical aberration is corrected with respect to a certain main wavelength light, the spherical aberration is under (undercorrected) for light with a wavelength shorter than the main wavelength light. On the other hand, in a diffractive lens that is a lens having a diffractive surface, when spherical aberration is corrected with a certain main wavelength light, it is possible to overshoot (overcorrect) the spherical aberration with a shorter wavelength than the main wavelength light. is there. Therefore, by properly selecting the aspherical coefficient of the aspherical lens by refraction and the coefficient of the phase difference function of the diffractive lens and combining the refractive power and the diffractive power, the spherical aberration is improved in both different two-wavelength light. It is possible to correct it.
[0140]
In general, the pitch of the diffraction ring zone is defined by using a phase difference function or an optical path difference function, which will be described in detail in an embodiment described later. Specifically, the phase difference function ΦB is expressed by the following [Equation 1] in units of radians, and the optical path difference function Φb is expressed by [Equation 2] in units of mm.
[0141]
[Expression 1]
[0142]
[Expression 2]
[0143]
Although these two representation methods are different in unit, they are equivalent in terms of representing the pitch of the diffraction zone. That is, if the principal wavelength λ (unit: mm) is multiplied by the phase difference function coefficient B by λ / 2π, it can be converted to the optical path difference function coefficient b, and conversely, the optical path difference function coefficient b is 2π / λ. Can be converted to the coefficient B of the phase difference function.
[0144]
For the sake of simplicity, a diffractive lens using first-order diffracted light will be described. If the optical path difference function is used, an annular zone is engraved every time the function value exceeds an integral multiple of the main wavelength λ. Each time the function value exceeds an integer multiple of 2π, an annular zone is engraved.
[0145]
For example, assuming a lens with a diffracting ring zone formed on both sides of a cylindrical object with no refractive power, the principal wavelength is 0.5 μ = 0.0005 mm, and the second order coefficient (square term) of the optical path difference function is -0.05 (-628.3 when converted to the second order coefficient of the phase difference function), when all other order coefficients are zero, the radius of the first ring zone is h = 0.1 mm, and the second wheel The band radius is h = 0.141 mm. Further, it is known that the focal length f of the diffractive lens is f = −1 / (2 · b2) = 10 mm with respect to the second-order coefficient b2 = −0.05 of the optical path difference function.
[0146]
Now, based on the above definition, the chromatic aberration in the so-called paraxial region close to the optical axis can be corrected by setting the second-order coefficient of the phase difference function or the optical path difference function to a non-zero value. Further, spherical aberration between two wavelengths is obtained by setting non-secondary coefficients of the phase difference function or the optical path difference function, for example, fourth-order coefficients, sixth-order coefficients, eighth-order coefficients, tenth-order coefficients, and the like to non-zero values. Can be controlled. Here, controlling means that the difference in spherical aberration between the two wavelengths can be made extremely small, and the difference necessary for the optical specifications can be provided.
[0147]
As a specific application described above, when collimated light (parallel light) from two light sources having different wavelengths is simultaneously incident on the objective lens and imaged on the optical disk, first, the phase difference function or the optical path difference function of 2 is used. Corrects paraxial axial chromatic aberration using the second order coefficient, and reduces the difference between the two wavelengths of spherical aberration to within the allowable range using the fourth and subsequent coefficients of the phase difference function or optical path difference function. Is good.
[0148]
As another example, a single objective lens is used for light from two light sources having different wavelengths, and the aberration is corrected for a disk having a thickness of t1 (thickness of the transparent substrate) for light of one wavelength. Let us consider a case where the specification is such that the aberration is corrected for a disk having a thickness of t2 with respect to the light of the other wavelength. In this case, the difference between the two wavelengths of the spherical aberration is provided mainly by using the fourth and subsequent coefficients of the phase difference function or the optical path difference function, and for each thickness, the spherical aberration is different at each wavelength. It can be corrected. In either case, it is easier to correct aberrations between two wavelengths when the refractive surface is aspherical than spherical.
[0149]
The above-mentioned aspherical refracting surfaces have different refractive powers for different wavelengths and different condensing points, so that each condensing point can correspond to an optical disc having a different substrate thickness. In this case, the shorter light source wavelength is 700 nm or less, the longer light source wavelength is 600 nm or more, and the wavelength difference is preferably 80 nm or more. Further, the wavelength difference is more preferably 400 nm or less, and further preferably, the wavelength difference is 100 nm or more and 200 nm or less, and the diffractive surface is diffracted at a substantially intermediate wavelength with respect to two different wavelength lights. Although it is desirable that the efficiency is maximum, it may have the maximum diffraction efficiency at either one of the wavelengths.
[0150]
By utilizing the same action as the correction of the spherical aberration, a diffractive ring zone lens is provided on the optical surface, and axial chromatic aberration is caused by one diffracted light of the same order for each of two different wavelength light sources. It can be corrected. That is, the axial chromatic aberration for the light of two different wavelength light sources is ± λ / (2NA2) Can be corrected. Where λ is the longer wavelength of the two wavelengths, and NA is the image-side numerical aperture corresponding to the longer wavelength.
[0151]
Further, when the wavelength difference between the two different wavelength light sources is 80 nm or more and the Abbe number of the glass material of the objective lens is νd,
νd> 50 (1)
It is desirable to satisfy The condition (1) is a condition for reducing the secondary spectrum when axial chromatic aberration is corrected for light sources having two different wavelengths.
[0152]
Next, when a diffractive surface is provided on one surface of a thin single lens, this entire lens is considered as a combination of a refracting lens and a diffractive surface as a base with the diffraction relief removed. The chromatic aberration of the lens is examined. The achromatic condition at a certain wavelength λx and wavelength λy (λx <λy) is as follows.
[0153]
fR · νR + fD · νD = 0
Where fR and fD are the refractive lens and the focal length of the diffractive surface, respectively.
νR and νD: Abbe numbers of the refractive lens and the diffractive surface, respectively, which are determined by the following equations.
.nu.R = (n0-1) / (nx-ny)
νD = λ0 / (λx -λy)
[0154]
Where n0: refractive index at the reference wavelength, λ0: reference wavelength
[0155]
At this time, the chromatic aberration δf for a certain wavelength λz is expressed by the following equation.
δf = f (θR−θD) / (νR−νD) (2)
However, θR and θD are respectively determined by the following equations with partial dispersion ratios of the refractive lens and the diffraction surface.
[0156]
θR = (nx -nz) / (nx -ny)
[0157]
θD = (λx −λz) / (λx −λy)
Where nz: refractive index at wavelength λz
[0158]
As an example, λ0 = λx = 635 nm, λy = 780 nm, λz = 650 nm, and the glass material of the refractive lens serving as the base is assumed to be Hoya BSC7 (νd = 64.2).
νR = 134.5, νD = −4.38, θR = 0.128, θD = 0.103, and δf = 0.18 × 10-3f.
[0159]
In addition, when changing the glass material of the base refractive lens to Hoya E-FD1 (νd = 29.5),
νR = 70.5, θR = 0.136, and δf = 0.44 × 10-3f.
[0160]
Thus, in the expression (2), the right-side denominator (νR −νD) is sufficiently smaller than | νD | because | νD | is smaller than | νR |. The change in νR is dominant. On the other hand, θR and θD are determined only by the wavelength, and the contribution of the change in the numerator on the right side (θR −θD) is smaller than that in the denominator on the right side (νR −νD).
[0161]
From the above, it can be seen that, in a lens having a diffractive surface, it is effective to select a material having a large Abbe number ν R as the material of the refractive lens in order to keep the secondary spectrum δf small. Conditional expression (1) indicates an effective limit for suppressing the secondary spectrum so as to cope with a wavelength change of the light source.
[0162]
Further, when achromatic lenses are bonded together by using two types of refractive lenses without using a diffractive surface, θR = a + b · νR + ΔθR (a and b are constants) are shown for each material. Then, ΔθR is small and if there is no anomalous dispersion, the secondary spectrum δf does not depend on the Abbe number νR of the two refractive lenses. Therefore, it can be seen that the expression (1) is a condition specific to the diffractive optical system.
[0163]
In order to easily manufacture the diffractive lens of the present embodiment, it is desirable that the objective lens is made of a plastic material. As the plastic material satisfying the conditional expression (1), an acrylic type or a polyolefin type is used, but a polyolefin type is preferable from the viewpoint of moisture resistance, heat resistance and the like.
[0164]
Next, the objective lens according to the second embodiment of the present invention and the configuration of the optical pickup device including the objective lens will be specifically described.
[0165]
FIG. 48 shows a schematic configuration diagram of the optical pickup device of the present embodiment. An optical disc 20 that is an optical information recording medium for recording and / or reproducing information by an optical pickup device includes a first optical disc (eg, DVD) and a second optical disc (eg, next-generation high-density optical disc using a blue laser) having a transparent substrate thickness t1. And a third optical disk (for example, a CD) having a transparent substrate thickness t2 different from t1 will be described. Here, the thickness t1 = 0.6 mm and t2 = 1.2 mm of the transparent substrate.
[0166]
The illustrated optical pickup device includes a first semiconductor laser 11 (wavelength λ) as a first light source as a light source.1= 610 nm to 670 nm) and the blue laser 12 (wavelength λ) as the second light source2= 400 nm to 440 nm) and the second semiconductor laser 13 (wavelength λ) as the third light source3= 740 nm to 870 nm) and the objective lens 1 as part of the optical system. The first light source, the second light source, and the third light source are selectively used according to the optical disc on which information is recorded and / or reproduced.
[0167]
The divergent light beams emitted from the first semiconductor laser 11, the blue laser 12, or the second semiconductor laser 13 are transmitted through the transparent substrate 21 of the optical disk 20 through the beam splitter 19 and the diaphragm 3, and each information is obtained by the objective lens 1. The light is condensed on the recording surface 22 to form a spot.
[0168]
Incident light from each laser becomes reflected light modulated by information pits on the information recording surface 22, enters the common photodetector 30 via the beam splitter 18 and toric lens 29, and uses the output signal thereof. A read signal, a focus detection signal, and a track detection signal for information recorded on the optical disc 20 are obtained.
[0169]
In addition, the diaphragm 3 provided in the optical path is a diaphragm having a fixed numerical aperture (NA 0.65) in this example, and does not require an extra mechanism and can realize cost reduction. The numerical aperture of the diaphragm 3 may be variable so that unnecessary light (NA 0.45 or more) can be removed during recording and / or reproduction of the third optical disk.
[0170]
By forming an annular filter integrally on the optical surface of the objective lens 1 so as to shield a part of the light beam outside the actual use aperture, flare light outside the actual use aperture can be easily removed with an inexpensive configuration. It is also possible to do.
[0171]
When using a finite conjugate optical system as in this embodiment, the relationship between the light source and the condensing optical system must be kept constant in order to maintain the condensing performance. It is desirable to move the light sources 11, 12, and 13 and the objective lens 1 as one unit.
[0172]
Next, the objective lens according to the third embodiment of the present invention and the configuration of the optical pickup device including the objective lens will be specifically described.
[0173]
FIG. 49 shows a schematic configuration diagram of the optical pickup device of the present embodiment. The optical pickup device of FIG. 49 is an example using a laser / detector integrated unit 40 in which a laser, a photodetector, and a hologram are unitized, and the same components as in FIG. In this optical pickup device, the first semiconductor laser 11, the blue laser 12, the first light detection means 31, the second light detection means 32, and the hologram beam splitter 23 are unitized as a laser / detector integrated unit 40. Yes.
[0174]
When reproducing the first optical disk, the light beam emitted from the first semiconductor laser 11 passes through the hologram beam splitter 23, is narrowed down by the diaphragm 3, and information is transmitted through the transparent substrate 21 of the first optical disk 20 by the objective lens 1. The light is condensed on the recording surface 22. Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is diffracted again on the disk side surface of the hologram beam splitter 23 through the objective lens 1 and the diaphragm 3, and the first light beam corresponding to the first semiconductor laser 11 is diffracted. 1 is incident on the photodetector 31. Then, using the output signal of the first optical detector 31, a read signal of information recorded on the first optical disc 20, a focus detection signal, and a track detection signal are obtained.
[0175]
When reproducing the second optical disk, the light beam emitted from the blue laser 12 is diffracted on the laser side surface of the hologram beam splitter 23 and takes the same optical path as the light beam from the first semiconductor laser 11 described above. That is, the surface of the hologram beam splitter 23 on the semiconductor laser side functions as a light combining unit. Further, the light is condensed on the information recording surface 22 through the transparent substrate 21 of the second optical disk 20 through the diaphragm 3 and the objective lens 1. Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is diffracted again on the disk side surface of the hologram beam splitter 23 via the objective lens 1 and the diaphragm 3, and the second light beam corresponding to the blue laser 12 is obtained. The light is incident on the photodetector 32. Then, using the output signal of the second photodetector 32, a read signal, a focus detection signal, and a track detection signal for information recorded on the second optical disc 20 are obtained.
[0176]
Further, when reproducing the third optical disk, a laser / detector integrated unit 41 in which the second semiconductor laser 13, the third light detection means 33, and the hologram beam splitter 24 are unitized is used. The light beam emitted from the second semiconductor laser 13 passes through the hologram beam splitter 24, is reflected by the beam splitter 19 that is a synthesis means of the emitted light, is narrowed down by the diaphragm 3, and is transparent by the objective lens 1 on the transparent substrate 21 of the optical disk 20. Is condensed on the information recording surface 22. The light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is again diffracted by the hologram beam splitter 24 via the objective lens 1, the diaphragm 3 and the beam splitter 19, and is incident on the third photodetector 33. To do. Then, using the output signal of the third photodetector 33, a read signal, a focus detection signal, and a track detection signal for information recorded on the third optical disc 20 are obtained.
[0177]
In the optical pickup devices of the second and third embodiments, an annular diffractive surface concentric with the optical axis 4 is formed on the aspherical refracting surface of the objective lens 1. In general, when an objective lens is composed only of an aspheric refracting surface, when spherical aberration is corrected for a certain wavelength λa, the spherical aberration becomes under for a wavelength λb shorter than λa. On the other hand, when the diffractive surface is used, when the spherical aberration is corrected for a certain wavelength λa, the spherical aberration is over for a wavelength λb shorter than λa. Therefore, it is possible to correct spherical aberration between different wavelengths by combining the refractive power and the diffraction power by appropriately selecting the aspherical optical design by the refractive surface and the phase difference function coefficient of the diffraction surface. Become. On the aspherical refracting surface, when the wavelength is different, the refractive power is changed and the condensing position is also different. Therefore, by appropriately designing the aspherical refracting surface, it is possible to focus on the information recording surface 22 of each transparent substrate 21 even for different wavelengths.
[0178]
In the objective lens 1 of the second and third embodiments, the first semiconductor laser 11, the blue laser 12, or the first laser diode 11 is designed by appropriately designing the phase difference function of the aspherical refracting surface and the annular diffractive surface. (2) The spherical aberration generated due to the difference in the thickness of the transparent substrate 21 of the optical disk 20 is corrected for each light beam emitted from the semiconductor laser 13. Further, in the annular diffractive surface, the chromatic aberration of the spherical aberration can be corrected by using the coefficient of the term after the fourth power of the power series as the phase difference function representing the position of the annular zone. For the third optical disc (CD), the actual opening is NA 0.45. In the third optical disc, spherical aberration is corrected within NA 0.45, and spherical aberration in the area outside NA 0.45 is used as flare. Yes. With these corrections, the aberration of the focused spot on the information recording surface 22 is approximately the same as or less than the diffraction limit (0.07λrms) for each optical disc 20.
[0179]
The optical pickup devices of the second and third embodiments as described above are, for example, CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD- Compatible with any two or more different optical information recording media such as R, DVD-RW, MD, etc., players, drives, etc., or AV equipment, personal computers, and other information incorporating them It can be mounted on a voice and / or image recording device such as a terminal and / or a voice and / or image playback device.
[0180]
Next, the objective lens according to the fourth embodiment of the present invention and the configuration of the optical pickup device including the objective lens will be specifically described.
[0181]
FIG. 67 is a schematic configuration diagram of the optical pickup device 10 of the present embodiment. In FIG. 67, the same reference numerals may be used for members common to the second and third embodiments. In FIG. 67, an optical pickup device 10 records / reproduces a plurality of optical disks 20 which are optical information recording media. Hereinafter, the plurality of optical disks 20 have a first optical disk (DVD) and a second optical disk (blue laser next-generation high-density optical disk) having a transparent substrate thickness t1, and a transparent substrate thickness t2 different from t1. The third optical disk (CD) will be described. Here, the thickness t1 = 0.6 mm and t2 = 1.2 mm of the transparent substrate.
[0182]
The optical pickup device 10 includes a first semiconductor laser 11 (wavelength λ) as a first light source as a light source.1= 610 nm to 670 nm) and the blue laser 12 (wavelength λ) as the second light source2= 400 nm to 440 nm) and the second semiconductor laser 13 (wavelength λ) as the third light source3= 740 nm to 870 nm). These first light source, second light source and third light source are used exclusively according to the optical disc to be recorded / reproduced.
[0183]
The condensing optical system 5 condenses the light beam emitted from the first semiconductor laser 11, the blue laser 12, or the second semiconductor laser 13 on each information recording surface 22 via the transparent substrate 21 of the optical disk 20. , Means for forming spots. In the present embodiment, as the condensing optical system 5, the collimator lens 2 that converts the light beam emitted from the light source into parallel light (may be substantially parallel), and the light beam that has been converted into parallel light by the collimator lens 2 is collected. An objective lens 1.
[0184]
An annular diffractive surface concentric with the optical axis 4 is formed on both surfaces of the objective lens 1. In general, when the condensing optical system 5 is configured with only an aspherical refracting surface, when the spherical aberration is corrected for a certain wavelength λa, the spherical aberration becomes under for a wavelength λb shorter than λa. On the other hand, when the diffractive surface is used, when the spherical aberration is corrected for a certain wavelength λa, the spherical aberration is over for a wavelength λb shorter than λa. Therefore, it is possible to correct spherical aberration between different wavelengths by combining the refractive power and the diffraction power by appropriately selecting the aspherical optical design by the refractive surface and the phase function coefficient of the diffraction surface. . On the aspherical refracting surface, when the wavelength is different, the refractive power is changed and the condensing position is also different. Therefore, by appropriately designing the aspherical refracting surface, it is possible to focus on the information recording surface 22 of each transparent substrate even for different wavelengths.
[0185]
In the ring-shaped diffraction surface, aberration correction is performed on each light beam emitted from the first semiconductor laser 11, the blue laser 12, or the second semiconductor laser 13 using first-order diffracted light. Corresponding diffracted light of the same order causes less light loss than when corresponding diffracted light of different orders, and moreover, when using first-order diffracted light, the loss of light is less than corresponding to higher-order diffracted light. Less is. Therefore, the objective lens 1 of the present embodiment is effective in an optical pickup device that records information on an optical disk that records high-density information such as a DVD-RAM. Further, although it is desirable that the diffraction surface has the maximum diffraction efficiency at the intermediate wavelength for light of three different wavelengths, the diffraction surface may have the maximum diffraction efficiency at both wavelengths.
[0186]
Further, by appropriately designing the aspherical refracting surface and the phase difference function of the ring-shaped diffractive surface, the optical disc 20 can be applied to each light beam emitted from the first semiconductor laser 11, the blue laser 12, or the second semiconductor laser 13. The spherical aberration caused by the difference in thickness of the transparent substrate 21 is corrected. Further, in the phase difference function representing the position of the annular zone formed on the objective lens 1, the chromatic aberration of the spherical aberration can be corrected by using the coefficient of the term after the fourth power of the power series. For the third optical disc (CD), the aperture in actual use is NA 0.45, the spherical aberration is corrected within NA 0.45, and the spherical aberration in the region outside NA 0.45 is flare. A light beam passing through an area within NA 0.45 forms a light spot on the information recording surface, and flare light passing outside the NA 0.45 is spaced from the light spot on the information recording surface so as not to adversely affect it. Pass through. With these corrections, the aberration of the focused spot on the information recording surface 22 is approximately the same as or less than the diffraction limit (0.07λrms) for each optical disc 20.
[0187]
In the present embodiment, the diaphragm 3 provided in the optical path has a fixed numerical aperture (NA 0.65), and does not require an extra mechanism, so that the cost can be reduced. The numerical aperture of the diaphragm 3 may be variable so that unnecessary light (NA 0.45 or more) can be removed during recording / reproduction of the third optical disk. The beam splitters 6 and 7 are for aligning the optical axes of the respective laser beams. As is well known, a photodetector (not shown) may be provided for each light source, and a single photodetector may receive reflected light corresponding to the three light sources 11, 12, and 13. Also good.
[0188]
Next, an objective lens according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0189]
In the present embodiment, the objective of the fourth embodiment described above is only used in that the phase difference function representing the position of the annular zone uses the coefficient of the power-square term in the annular diffraction surface of the objective lens. Unlike a lens, this makes it possible to correct axial chromatic aberration. Further, according to the objective lens of the present embodiment, the aberration of the focused spot on the information recording surface 22 is substantially the same as the diffraction limit (0.07λrms) for each optical disc 20 as in the fourth embodiment. It is about or below.
[0190]
Next, an optical pickup device according to a sixth embodiment of the present invention will be described.
[0191]
In the optical pickup device of the present embodiment, the light beam emitted from the light source is made parallel by the coupling lens with respect to the first optical disk (for example, DVD) and the second optical disk (for example, the next generation high-density optical disk using blue laser). For the third optical disc (for example, CD), the light beam emitted from the light source is diverged by the coupling lens and condensed by the objective lens. The thickness of the transparent substrate 21 of the first and second optical disks is 0.6 mm, and the thickness of the transparent substrate 21 of the third optical disk is 1.2 mm.
[0192]
In the present embodiment, the spherical aberration of both the first optical disc and the second optical disc is corrected within the diffraction limit by the effect of the diffraction surface, and the disc thickness of the third optical disc is larger than that of the first and second optical discs. Is canceled by spherical aberration caused by the divergent light beam incident on the objective lens, and a predetermined numerical aperture NA required for recording / reproduction of the third optical disk, for example, NA 0.5 or NA 0.45 or less. Is corrected within the diffraction limit.
[0193]
Therefore, λ1, Λ2, Λ3123) Where NA1, NA2, and NA3 are predetermined numerical apertures required for recording / reproducing with respect to the optical information recording medium corresponding to each wavelength in the range of NA1. Aberration RMS is 0.07λ1Hereinafter, 0.07λ in the range of NA2.2Hereinafter, 0.07λ in the range of NA32After
It can be corrected below.
[0194]
For the third optical disk, it is not preferable that the beam spot diameter becomes too small due to the light flux having a numerical aperture NA larger than a predetermined numerical aperture NA. Therefore, it is preferable to make the spherical aberration flare at a numerical aperture larger than the required numerical aperture as in the fourth embodiment.
[0195]
The optical pickup devices of the fourth to sixth embodiments having the three light sources with different wavelengths as described above are, for example, CD, CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, DVD, DVD- Compatible player or drive for any two or more different optical information recording media such as ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, MD, etc., or AV equipment incorporating them It can be mounted on a sound and / or image recording device and / or a sound and / or image reproducing device such as a personal computer or other information terminal.
[0196]
【Example】
Examples of the objective lens according to the present invention will be described below.
<Examples 1-8>
[0197]
The objective lenses of Examples 1 to 8 are specific examples of the objective lens according to the first embodiment, and have an aspheric shape expressed by the following [Equation 3] on the refractive surface.
[0198]
[Equation 3]
[0199]
However, Z is an axis in the optical axis direction, h is an axis perpendicular to the optical axis (height from the optical axis: the light traveling direction is positive), R0 is a paraxial radius of curvature, κ is a conical coefficient, A Is the aspheric coefficient, and 2i is the power of the aspheric surface. In Examples 1 to 3 and 6 to 8, the diffractive surface is expressed by [Equation 1] as a phase difference function ΦB in which the unit is radians. Similarly, in Examples 4 and 5, the diffractive surface has an optical path in which the unit is mm. The difference function Φb is expressed by [Equation 2].
[0200]
[Expression 1]
[0201]
[Expression 2]
[0202]
(Example 1)
[0203]
FIG. 1 shows an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is the objective lens of Example 1. FIG. 2 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 with respect to λ = 635 nm for the diffractive optical lens of Example 1. FIG. FIGS. 3 and 4 show spherical aberration diagrams up to numerical apertures 0.45 and 0.60 with respect to the wavelength λ = 780 nm for the diffractive optical lens of Example 1, respectively. The diffractive optical lens of FIG. 1 has a blazed concentric annular zone diffraction part on the entire lens surface, but the relief shape of the diffraction part is omitted in the drawing. Also, the relief shape of the diffractive portion is omitted in many subsequent drawings.
[0204]
According to the diffractive optical lens of Example 1, as shown in FIG. 2, the entire aperture up to NA 0.60 is almost no aberration with respect to the wavelength λ = 635 nm. Further, as shown in FIG. 3, for the wavelength λ = 780 nm, there is almost no aberration up to NA0.45 which is the actual use range. As for the portion of NA 0.45 to 0.60 on the outside, the spherical aberration is largely under and flare as shown in FIG. This makes it possible to obtain an appropriate spot diameter for the wavelength λ = 780 nm.
[0205]
5 and 6 show wavefront aberration diagrams with respect to λ = 635 nm and wavelength λ = 780 nm for the diffractive optical lens of Example 1, respectively. As can be seen from these figures, according to the diffractive optical lens of Example 1, for any wavelength, there is almost no aberration on the optical axis, and practically no aberration at an image height of 0.03 mm. It has become.
[0206]
The lens data of Example 1 is shown below. In [Table 1], R is a radius of curvature, d is a surface separation, n is a refractive index at a dominant wavelength, and ν is an Abbe number.
[0207]
Example 1
[0208]
When the light source wavelength is λ1 = 635 nm
Focal length f1 = 3.34 Numerical aperture NA1 = 0.60 Infinite specification
[0209]
When the light source wavelength is λ2 = 780 nm
Focal length f2 = 3.36 Numerical aperture NA2 = 0.45 Infinite specification
[0210]
In the present embodiment, the + 1st order diffracted light is generated more in the λ1 light beam than the other order diffracted light, and the + 1st order diffracted light is generated in the λ2 light beam more than the other order diffracted light. . If the diffraction efficiency of + 1st order diffracted light with respect to λ1 is 100%, the diffraction efficiency with respect to λ2 is 84%. If the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light with respect to λ2 is 100%, the diffraction efficiency with respect to λ1 is 89%.
[0211]
[Table 1]
[0212]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −0.17021
A4 = -0.30032315
A6 = -0.050005160
A8 = −4.6316 × 10-5
A10 = −3.77988 × 10-5
A12 = −6.0308 × 10-6
Aspherical surface 2
κ = −11.653
A4 = 0.038456
A6 = -0.020800
A8 = 0.0078648
A10 = −0.00001943
A12 = 0.00024343
[0213]
Diffraction surface coefficient
B2 = -96.766
B4 = -2.9950
B6 = 2.1306
B8 = -0.1614
B10 = −0.095285
[0214]
(Example 2, Example 3)
[0215]
Next, Example 2 and Example 3 will be described. 7 and 8 show optical path diagrams for λ = 405 nm and 635 nm of the diffractive optical lens that is the objective lens of Example 2, respectively. FIGS. 9 and 10 show spherical aberration diagrams of the diffractive optical lens of Example 2 up to numerical aperture 0.60 for λ = 405 nm and 635 nm, respectively. FIGS. 11 and 12 show wavefront aberration diagrams with respect to wavelengths λ = 405 nm and 635 nm, respectively, for the diffractive optical lens of Example 2. FIGS.
[0216]
FIGS. 13 and 14 show optical path diagrams with respect to λ = 405 nm and 635 nm of the diffractive optical lens which is the objective lens of Example 3, respectively. FIGS. 15 and 16 show spherical aberration diagrams up to a numerical aperture of 0.60 with respect to λ = 405 nm and 635 nm for the diffractive optical lens of Example 3, respectively. 17 and 18 show wavefront aberration diagrams with respect to wavelengths λ = 405 nm and 635 nm, respectively, for the diffractive optical lens of Example 3. FIG.
[0217]
In Examples 2 and 3, with respect to the wavelength λ = 405 nm and the wavelength λ = 635 nm, the substrate thickness is both 0.6 mm, the NA is 0.60, the wavefront aberration is almost no aberration on the optical axis, and the image height is 0. Even at 0.03 mm, the level is practically close to no aberration.
[0218]
The lens data of Examples 2 and 3 are shown below.
[0219]
Example 2
[0220]
When the light source wavelength is λ1 = 405 nm
Focal length f1 = 3.23 Numerical aperture NA1 = 0.60 Infinite specification
[0221]
When the light source wavelength is λ2 = 635 nm
Focal length f2 = 3.34 Numerical aperture NA2 = 0.60 Infinite specification
[0222]
In the present embodiment, the + 1st order diffracted light is generated more in the λ1 light beam than the other order diffracted light, and the + 1st order diffracted light is generated in the λ2 light beam more than the other order diffracted light. .
[0223]
[Table 2]
[0224]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −0.15079
A4 = -0.000021230
A6 = -0.0067528
A8 = −8.84957 × 10-5
A10 = −3.48803 × 10-5
A12 = -2.38916 × 10-6
Aspherical surface 2
κ = −3.8288
A4 = 0.036962
A6 = -0.020858
A8 = 0.0007732
A10 = −0.00001813
A12 = 0.00022504
[0225]
Diffraction surface coefficient
B2 = 0.0
B4 = -6.7169
B6 = 2.0791
B8 = -0.31970
B10 = 0.0016708
[0226]
Example 3
[0227]
When the light source wavelength is λ1 = 405 nm
Focal length f1 = 3.31 Numerical aperture NA1 = 0.60 Infinite specification
[0228]
When the light source wavelength is λ2 = 635 nm
Focal length f2 = 3.34 Numerical aperture NA2 = 0.60 Infinite specification
[0229]
In the present embodiment, the + 1st order diffracted light is generated more in the λ1 light beam than the other order diffracted light, and the + 1st order diffracted light is generated in the λ2 light beam more than the other order diffracted light. .
[0230]
[Table 3]
[0231]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −0.109029
A4 = 0.0030538
A6 = -0.00001019
A8 = −7.5747 × 10-5
A10 = −6.7599 × 10-5
A12 = −3.3788 × 10-6
Aspherical surface 2
κ = 6.4430
A4 = 0.037045
A6 = -0.021474
A8 = 0.0078175
A10 = −0.00001664
A12 = 0.0014332
[0232]
Diffraction surface coefficient
B2 = -96.766
B4 = -2.9950
B6 = -0.25560
B8 = -0.08789
B10 = 0.014562
[0233]
(Example 4, Example 5)
[0234]
Next, Example 4 and Example 5 in which chromatic aberration correction is performed will be described. FIG. 19 shows optical path diagrams of the diffractive optical lens that is the objective lens of Example 4. FIG. 20 shows spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.50 for λ = 635 nm, 650 nm and 780 nm for the diffractive optical lens of Example 4. FIG. 21 shows optical path diagrams of the diffractive optical lens that is the objective lens of Example 5. FIG. 22 shows spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.50 for λ = 635 nm, 650 nm and 780 nm for the diffractive optical lens of Example 5.
[0235]
As can be seen from FIGS. 20 and 22, according to the diffractive optical lenses of Examples 4 and 5, for the wavelength λ = 635 nm and the wavelength λ = 780 nm, the color shift is almost completely corrected, and the wavelength λ = 650 nm. However, it has been corrected to such a degree that there is no practical problem at all.
[0236]
The lens data of Examples 4 and 5 are shown below.
[0237]
Example 4
[0238]
When the light source wavelength is λ1 = 635 nm
Focal length f1 = 3.40 Numerical aperture NA1 = 0.50 Infinite specification
[0239]
When the light source wavelength is λ2 = 780 nm
Focal length f2 = 3.41 Numerical aperture NA2 = 0.50 Infinite specification
[0240]
In the present embodiment, the + 1st order diffracted light is generated more in the λ1 light beam than the other order diffracted light, and the + 1st order diffracted light is generated in the λ2 light beam more than the other order diffracted light. .
[0241]
[Table 4]
[0242]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −0.53245
A4 = 0.24033 × 10-2
A6 = -0.91472 × 10-3
A8 = 0.1590 × 10-4
A10 = −0.111131 × 10-3
Aspherical surface 2
κ = 7.3988
A4 = 0.90408 × 10-2
A6 = −0.17044 × 10-2
A8 = -0.47368 × 10-3
A10 = 0.16891 × 10-3
[0243]
Diffraction surface coefficient
b2 = −0.36764 × 10-2
b4 = -0.912727 × 10-4
b6 = −0.39033 × 10-4
b8 = 0.77745 × 10-5
b10 = −0.175050 × 10-5
[0244]
Example 5
[0245]
When the light source wavelength is λ1 = 635 nm
Focal length f1 = 3.40 Numerical aperture NA1 = 0.50 Infinite specification
[0246]
When the light source wavelength is λ2 = 780 nm
Focal length f2 = 3.40 Numerical aperture NA2 = 0.50 Infinite specification
[0247]
In the present embodiment, the + 1st order diffracted light is generated more in the λ1 light beam than the other order diffracted light, and the + 1st order diffracted light is generated in the λ2 light beam more than the other order diffracted light. .
[0248]
[Table 5]
[0249]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −0.17006
A4 = -0.35633 × 10-2
A6 = -0.45199 × 10-3
A8 = 0.58811 × 10-5
A10 = −0.13022 × 10-4
Aspherical surface 2
κ = −40.782
A4 = 0.73447 × 10-2
A6 = 0.885177 × 10-3
A8 = −0.82795 × 10-3
A10 = 0.203029 × 10-3
[0250]
Diffraction surface coefficient
b2 = −0.74641 × 10-2
b4 = 0.1193x10-2
b6 = −0.885257 × 10-3
b8 = 0.50517 × 10-3
b10 = −0.11242 × 10-3
[0251]
(Examples 6 to 8)
[0252]
Next, Examples 6 to 8 will be described. 23, 30 and 37 show optical path diagrams for λ = 650 nm of the diffractive optical lens which is the objective lens of Examples 6 to 8, respectively. FIGS. 24, 31 and 38 show optical path diagrams for λ = 780 nm (NA = 0.5) of the diffractive optical lenses of Examples 6 to 8, respectively. FIGS. 25, 32, and 39 show spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.60 with respect to λ = 650 ± 10 nm for the diffractive optical lenses of Examples 6 to 8, respectively. FIGS. 26, 33, and 40 show spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.50 with respect to λ = 780 ± 10 nm for the diffractive optical lenses of Examples 6 to 8, respectively. FIGS. 27, 34, and 41 show spherical aberration diagrams up to a numerical aperture of 0.60 with respect to λ = 780 nm for the diffractive optical lenses of Examples 6 to 8, respectively.
[0253]
28, 35 and 42 show wavefront aberration rms diagrams for λ = 650 nm for the diffractive optical lenses of Examples 6 to 8, respectively. 29, 36, and 43 show wavefront aberration rms diagrams with respect to λ = 780 nm for the diffractive optical lenses of Examples 6 to 8, respectively. 44, 45 and 46 are graphs showing the relationship between the number of diffractive ring zones and the height from the optical axis for the diffractive optical lenses of Examples 6 to 8, respectively. Here, the number of diffraction ring zones is defined as a value obtained by dividing the phase difference function by 2π.
[0254]
In Examples 6 to 8, as shown in the spherical aberration diagram, the entire aperture up to NA 0.60 is almost no aberration with respect to the wavelength λ = 650 nm. In addition, for the wavelength λ = 780 nm, there is almost no aberration up to the actual use range of NA 0.50, but the outer portion of NA 0.50 to 0.60 has large spherical aberration and flare. It has become. This makes it possible to obtain an appropriate spot diameter for the wavelength λ = 780 nm.
[0255]
The lens data of Examples 6 to 8 will be shown below. In [Table 6] to [Table 8] and [Table 15] to [Table 18], STO represents an aperture, and IMA represents an image plane, which is expressed in a form including the aperture. OBJ represents an object point (light source), and the same applies to the following tables.
[0256]
Example 6
[0257]
When the light source wavelength is λ = 650 nm
Focal length f = 3.33 Image-side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0258]
When the light source wavelength λ = 780 nm
Focal length f = 3.37 Image-side numerical aperture NA = 0.50 (NA = 0.60) Infinite specification
w (beam diameter of 13.5% intensity on the imaging surface of the light beam of 780 nm) = 1.20 μm
[0259]
In the present embodiment, as shown in FIG. 44, in the central portion where the height from the optical axis is about half or less of the effective diameter in both the light flux of λ1 and the light flux of λ2, the −1st order diffracted light is changed to other orders. The + 1st order diffracted light is generated more than the other orders of diffracted light at the peripheral portion where the height from the optical axis is about half or more of the effective diameter. However, in this embodiment, the annular zone pitch may be multiplied by an integer to generate higher-order homogeneous diffraction light instead of ± first-order diffracted light.
[0260]
In this example, as shown in FIG. 27, in the second optical information recording medium, when NA1 = 0.6, the spherical aberration is +29 μm, and when NA2 = 0.5, the spherical aberration is +1 μm.
In the present embodiment, the pitch of the diffractive portions at a numerical aperture (NA) of 0.4 is 14 μm.
[0261]
[Table 6]
[0262]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −1.07952
A4 = 0.51919725 × 10-2
A6 = 0.10888861 × 10-2
A8 = −0.443686519 × 10-3
A10 = 5.40553137 × 10-5
Aspherical surface 2
κ = −3,452929
A4 = 0.15591292 × 10-1
A6 = −0.4528738 × 10-2
A8 = 0.6542404 × 10-3
A10 = −4.7769992 × 10-5
[0263]
Diffraction surface coefficient
B2 = 29.443104
B4 = -14.403683
B6 = 3.9425951
B8 = -2.471955
B10 = 0.31859248
[0264]
Example 7
[0265]
When the light source wavelength is λ = 650 nm
Focal length f = 3.33 Image-side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0266]
When the light source wavelength λ = 780 nm
Focal length f = 3.37 Image-side numerical aperture NA = 0.50 (NA = 0.60) Finite specification
[0267]
As shown in FIG. 45, the present embodiment generates more + 1st order diffracted light than the other orders of diffracted light over the entire surface of both the light flux of λ1 and the light flux of λ2. However, in this embodiment, the annular zone pitch may be multiplied by an integer to generate higher-order same-order diffracted light instead of + 1st-order diffracted light.
[0268]
[Table 7]
[0269]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −1.801329
A4 = 0.161522 × 10-1
A6 = −0.4937969 × 10-3
A8 = 0.11038322 × 10-3
A10 = −2.1823306 × 10-5
Aspherical surface 2
κ = −8.8871647
A4 = 0.1492951 × 10-1
A6 = −0.4447445 × 10-2
A8 = 0.60067143 × 10-3
A10 = −3.4684206 × 10-5
[0270]
Diffraction surface coefficient
B2 = -17.150237
B4 = -4.1227045
B6 = 1.1902249
B8 = -0.2620202222
B10 = 0.0188845315
[0271]
Example 8
[0272]
When the light source wavelength is λ = 650 nm
Focal length f = 3.33 Image-side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0273]
When the light source wavelength λ = 780 nm
Focal length f = 3.35 Image-side numerical aperture NA = 0.50 (NA = 0.60) Infinite specification
w (beam diameter of 13.5% intensity at the imaging surface of the light beam of 780 nm) = 1.27 μm
[0274]
In this embodiment, as shown in FIG. 46, both the light flux of λ1 and the light flux of λ2 generate a larger amount of −1st order diffracted light than the diffracted light of other orders only in the very peripheral portion, and the others are +1. More diffracted light is generated than diffracted light of other orders. However, in this embodiment, the annular zone pitch may be multiplied by an integer to generate higher-order homogeneous diffraction light instead of ± first-order diffracted light.
[0275]
In this example, as shown in FIG. 41, in the second optical information recording medium, when NA1 = 0.6, the spherical aberration is +68 μm, and when NA2 = 0.5, the spherical aberration is +9 μm.
[0276]
In this embodiment, the pitch at a numerical aperture (NA) of 0.4 is 61 μm.
[0277]
[Table 8]
[0278]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −1.2532
A4 = 0.0107 × 10-1
A6 = -0.885849 × 10-3
A8 = -1.5773 × 10-5
A10 = 3.2855 × 10-5
Aspherical surface 2
κ = −9.1151362
A4 = 0.133327 × 10-1
A6 = -0.378682 × 10-2
A8 = 0.3001 × 10-3
A10 = 4.022221 × 106
[0279]
Diffraction surface coefficient
B2 = 3.4251 × 10-21
B4 = 0.076397
B6 = -5.5386
B8 = 0.05938
B10 = 0.224
Here, based on Examples 6 to 8, a factor of fluctuation in the wavelength of the semiconductor laser incident on the lens will be considered. The individual variation of the wavelength of the semiconductor laser is considered to be about ± 2 to 3 nm, the width of the multimode oscillation is about ± 2 nm, and the mode hop at the time of writing is about 2 nm. The case where the variation of the spherical aberration of the lens accompanying the variation of the wavelength of the semiconductor laser due to these factors is considered will be described.
[0280]
That is, when the thickness of the transparent substrate of the optical disc is different for different two-wavelength light sources, infinite light (parallel light flux) from the different two-wavelength light sources, as can be understood from the data related to Example 6. In a lens corrected to be free of aberrations, the spherical aberration fluctuation is relatively large with respect to a change of about 10 nm in wavelength with one light source. In Example 6, the wavefront aberration is 0.001 λrms at a wavelength of 650 nm, but the wavefront aberration is degraded to about 0.035 λrms at wavelengths of 640 nm and 660 nm. Of course, for an optical system in which the wavelength of the laser is well controlled, Example 6 can be sufficiently put into practical use. On the other hand, like the lens of Example 7, there is almost no aberration for infinite light from one of the light sources, and almost no aberration for finite light (non-parallel light beam) from the light source of the other wavelength. With a lens corrected to aberrations, it is possible to keep the spherical aberration fluctuations extremely small with respect to changes in the wavelength of about 10 nm of one light source.
[0281]
Next, a temperature change in the performance of the diffractive optical system (an optical system having a diffractive optical lens) of the present embodiment will be considered. First, the wavelength of the semiconductor laser tends to increase by about 6 nm when the temperature rises by 30 ° C. On the other hand, when the diffractive optical system is formed of a plastic lens, the refractive index tends to decrease by about 0.003 to 0.004 when the temperature of 30 ° C. rises. In a lens that is corrected without aberration for infinite light of two wavelengths as in the sixth embodiment, the factor due to the temperature change of the wavelength of the semiconductor laser and the factor due to the temperature change of the refractive index of the plastic lens are compensated. It is possible to produce an optical system that is effective and extremely resistant to temperature changes. In Example 6, even when the material is glass, it is possible to make an optical system having an allowable width with respect to temperature change. Also in Example 7, although not as much as Example 6, with a temperature change of 30 ° C., the degradation of wavefront aberration is about 0.035 λrms, and practically sufficient temperature compensation is achieved.
[0282]
The above-described compensation effect for temperature change will be further described. When recording and / or reproducing two types of optical information recording media having different transparent substrate thicknesses by using two light sources having different wavelengths, an information recording surface of each optical disc can be obtained by using an objective lens having a diffraction pattern. Since the rms value of the wavefront aberration can be 0.07 or less of the respective wavelengths even at the numerical aperture required for or higher than that, an imaging characteristic equivalent to that of the dedicated objective lens can be obtained. it can. In order to obtain a low-cost and compact optical pickup device, a semiconductor laser is often used as a light source, and a plastic lens is often used as an objective lens.
[0283]
There are various plastic materials for lenses, but the temperature change of the refractive index and the linear expansion coefficient are larger than those of glass. In particular, a change in refractive index with temperature affects various characteristics of the lens. The temperature change of the refractive index in the vicinity of 25 ° C. is −0.0002 / ° C. to −0.00005 / ° C. for a plastic material used as an optical element of an optical pickup. Further, many low birefringence materials are -0.0001 / ° C. Further, some thermosetting plastics for lenses have a large change in refractive index with respect to temperature change, and some of them are outside the above range.
[0284]
With respect to semiconductor lasers manufactured with the current technology, the oscillation wavelength has temperature dependence, and the temperature change of the oscillation wavelength near 25 ° C. is 0.05 nm / ° C. to 0.5 nm / ° C.
[0285]
Maintaining characteristics as an optical pickup device when the wavefront aberration of a light beam for reproducing information on an optical information recording medium or recording information on an optical information recording medium changes with temperature and the rms value is 0.07 or more of the wavelength. In particular, it is necessary to pay attention to the temperature change of wavefront aberration in a higher-density optical information medium. The change of the wavefront aberration due to the temperature change of the plastic lens causes both the focus shift and the change of the spherical aberration. However, the latter is important because the former performs focus control in the optical pickup device. Here, when the amount of change in refractive index when the plastic material has a temperature change ΔT (° C.) is Δn,
−0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
In the semiconductor laser, when the change in oscillation wavelength when there is a temperature change ΔT is Δλ1,
0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
If the above relationship is satisfied, the wavefront aberration fluctuation due to the temperature change of the refractive index of the plastic lens and the wavefront aberration fluctuation due to the temperature change of the wavelength of the semiconductor laser light source will act in a direction to cancel each other, thereby obtaining a compensation effect. it can.
[0286]
Further, when the change in the third-order spherical aberration component of the wavefront aberration is ΔWSA3 (λrms) when the environmental temperature change is ΔT (° C.), this is the light of the objective lens of the light beam passing through the objective lens. It is proportional to the fourth power of the numerical aperture (NA) on the information medium side, proportional to the focal length f (mm) of the plastic lens, and wavefront aberration is evaluated in units of wavelength, and therefore inversely proportional to the wavelength λ (mm) of the light source. . Therefore, the following equation is established.
△ WSA3 = k · (NA)4・ F ・ △ T / λ (a1)
Here, k is an amount depending on the type of the objective lens.
Incidentally, a double-sided aspherical objective lens made of plastic that is optimized when the focal length is 3.36 mm, the numerical aperture on the optical information medium side is 0.6, and the incident light beam is parallel light is MOC / GRIN ' 97 Techical Digest C5 p40-p43, "The Temperature characteristics of a new optical system with quasi-finite conjugate plastic objective for high density optical disk use". Since WSA3 is changed by 0.045λrms due to the change and it is used for DVD, the wavelength is considered to be λ = 650nm. Substituting the above data into equation (a1), k = 2.2 × 10-6Is obtained. Further, although there is no description about the influence of the wavelength change due to the temperature change, when the temperature change of the oscillation wavelength is small, the influence of the refractive index change due to the temperature is larger for the objective lens not using diffraction.
[0287]
With respect to an optical pickup apparatus that records and / or reproduces a DVD, k needs to be equal to or less than the above value. When recording and / or reproducing two types of optical information recording media having different thicknesses of the transparent substrate, the influence of the wavelength change due to the temperature change cannot be ignored in the objective lens having the diffraction pattern. In particular, regarding k, the value of k varies depending on the focal length, the temperature change of the refractive index of the plastic material, the difference in the thickness of the transparent substrate, the difference in the oscillation wavelength of the two light sources, and the like. The factor due to the temperature change of the wavelength and the factor due to the temperature change of the refractive index of the plastic lens cause a compensation effect, and even if the objective lens is a plastic lens, the change in wavefront aberration due to the temperature change is small, and according to the simulation,
k = 2.2 × 10-6/ ° C, k = 0.4 × 10-6/ ℃
It becomes.
[0288]
k can be in a range of 0.3 <k <2.2. Therefore, from equation (a1),
k = ΔWSA3 · λ / {f · (NA1)4ΔT (NA)} (a2)
Because
0.3 × 10-6/ ° C <ΔWSA3 · λ / {f · (NA1)4・ ΔT} <
2.2 × 10-6/ ℃ (a3)
It becomes. In the formula (a3), if the value of k exceeds the upper limit, it is difficult to maintain the characteristics as the optical pickup device due to the temperature change, and if the value exceeds the lower limit, there is little variation with respect to the temperature change. However, it is difficult to maintain the characteristics of the optical pickup device when the wavelength shift changes.
[0289]
Further, in Example 8, compared with Example 6, the performance of one wavelength, that is, a wavelength of 780 nm is slightly deteriorated within an allowable range, so that the other wavelength, that is, the vicinity of the wavelength of 650 nm ± The spherical aberration fluctuation at 10 nm can be reduced. In Example 6, the wavefront aberration at a wavelength of 640 nm or 660 nm is about 0.035 λrms, but in Example 8, the wavefront aberration at a wavelength of 640 nm or 660 nm can be improved to about 0.020 λrms. Although these two factors have a trade-off relationship, it is important to maintain a balance. If the ratio exceeds 0.07λrms, the lens performance deteriorates and it becomes difficult to use the optical system for an optical disc.
[0290]
Next, based on Example 6, the relationship between the amount of change in the spherical aberration of the marginal ray and the amount of change in the longitudinal chromatic aberration with respect to the wavelength change will be described. As in the sixth embodiment, a light beam having a shorter wavelength is used for an information recording medium having a thinner transparent substrate, and a light beam having a longer wavelength is used for an information recording medium having a thicker transparent substrate. In the objective lens used for these light beams in one optical pickup device that uses the diffractive surface, when the wavelength becomes longer with respect to a certain wavelength, the spherical aberration is displaced to the under side, Spherical aberration caused by the difference in the thickness of the transparent substrate can be corrected.
[0291]
In this objective lens, if the change amount of the spherical aberration of the marginal ray and the change amount of the axial chromatic aberration are ΔSA and ΔCA, respectively, with respect to a minute change in the wavelength used by at least one of the light sources,
−1 <△ SA / △ CA <−0.2
It is desirable to satisfy. This formula shows the ratio between the amount of change in spherical aberration of the marginal ray and the amount of change in axial chromatic aberration when the wavelength used changes. By exceeding the lower limit of this conditional expression, the distance between the diffraction zones can be increased. It is easy to manufacture a diffractive surface with high diffraction efficiency, and by lowering the upper limit of the conditional expression, it is possible to suppress the diffractive surface from being negative and have a large refractive power, and the wavelength change of axial chromatic aberration is not excessive, and the mode It is possible to suppress fluctuations in the focal position with respect to wavelength changes such as pop. A minute change in wavelength means a change of about 10 nm or less. In Example 6, as shown in FIG. 25, the value of ΔSA / ΔCA is −0.7 at a wavelength of 650 nm.
[0292]
Here, the relationship between the diffraction power and the lens shape will be described. FIG. 47 schematically shows the relationship between the diffraction power and the lens shape. FIG. 47A is a diagram showing a positive lens shape at all portions where the diffraction power is present, and FIG. 47B is a diagram showing a negative lens shape at all portions where the diffraction power is present. As shown in FIG. 47 (c), the lens of Example 6 is designed such that the diffraction power is a negative power near the optical axis and is switched to a positive power in the middle. Thereby, it is possible to prevent the pitch of the diffraction zone from becoming too fine. Further, as in Example 8, by designing the diffraction power to be switched from the positive power to the negative power near the periphery of the lens, it is possible to obtain a good aberration between the two wavelengths. As shown in FIG. 47 (d), for example, the diffraction power is a positive power near the optical axis, and can be switched to a negative power in the middle.
[0293]
In FIG. 47 (c), the diffractive surface has a plurality of blazed diffractive ring zones, and in the diffractive ring zone close to the optical axis, the step portion is located on the side away from the optical axis. In the diffracting ring zone on the far side, the stepped portion is located on the side close to the optical axis. In FIG. 47 (d), the diffractive surface has a plurality of blazed diffraction ring zones, and in the diffraction ring zone near the optical axis, the step portion is located on the side close to the optical axis. In the diffractive ring zone on the side away from the optical axis, the step is located on the side away from the optical axis.
[0294]
<Examples 9 and 10>
[0295]
The objective lenses of Examples 9 and 10 have the above-described aspherical shape represented by [Equation 3] on the refracting surface. Example 9 is a finite conjugate type corresponding to two light sources. It is a specific example of the objective lens which concerns on 2 embodiment, and is a finite conjugate type corresponding to 3 light sources. In Examples 9 and 10, the diffractive surface is expressed by the above-described [Equation 1] as a phase difference function ΦB having a unit of radians.
[0296]
50 and 51 show optical path diagrams of the objective lens of Example 9 at λ = 650 nm and λ = 780 nm. FIG. 52 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for λ = 650 nm with respect to the objective lens of Example 9. FIGS. 53 and 54 show spherical aberration diagrams up to numerical apertures 0.45 and 0.60 with respect to the wavelength λ = 780 nm for the objective lens of Example 9, respectively. FIGS. 55 and 56 show wavefront aberration diagrams with respect to λ = 650 nm and wavelength λ = 780 nm, respectively, for the objective lens of Example 9. FIGS.
[0297]
57 to 59 show optical path diagrams of the objective lens of Example 10 at λ = 650 nm, λ = 400 nm, and λ = 780 nm. 60 and 61 show spherical aberration diagrams up to the numerical aperture 0.65 for λ = 650 nm and λ = 400 nm for the objective lens of Example 10. FIG. 62 and 63 show spherical aberration diagrams up to numerical apertures 0.45 and 0.65 with respect to the wavelength λ = 780 nm for the objective lens of Example 10, respectively. FIGS. 64 to 66 show wavefront aberration diagrams for the objective lens of Example 10 with respect to λ = 650 nm, λ = 400 nm, and wavelength λ = 780 nm, respectively.
[0298]
According to the objective lenses of Examples 9 and 10, in any of the Examples, with respect to light having a wavelength of 780 nm, a large spherical aberration is caused by a light beam exceeding NA 0.45 in actual use, and information recording and / or flare is performed. Does not contribute to regeneration.
[0299]
The lens data of Examples 9 and 10 are shown below. In Table 9 and Table 10, r is the radius of curvature of the lens, d is the surface spacing, n is the refractive index at each wavelength, and ν is the Abbe number. For reference, the refractive index at d line (λ = 587.6 nm) and νd (Abbe number) are shown. In addition, the surface number is displayed including the aperture, and in this embodiment, for convenience, the air interval is divided into two places before and after the portion corresponding to the transparent substrate of the optical disk. .
[0300]
Example 9
f = 3.33 Image side NA 0.60 Magnification -0.194 (Wavelength λ = 650 nm)
f = 3.35 Image side NA 0.45 (NA 0.60) Magnification -0.195 (When wavelength λ = 780 nm)
[0301]
[Table 9]
[0302]
Aspherical surface 1
κ = -0.1295292
A4 = -0.0045445253
A6 = -0.0011967305
A8 = -0.00011777995
A10 = -5.3843777 × 10-5
A12 = -9.0807729 × 10-6
Diffraction surface 1
B2 = 0
B4 = -7.6489594
B6 = 0.9933123
B8 = -0.28305522
B10 = 0.011289605
[0303]
Aspherical surface 2
κ = -5.161871
A4 = 0.019003845
A6 = -0.010002187
A8 = 0.004087239
A10 = -0.00085994626
A12 = 7.5491556 × 10-5
[0304]
Example 10
f = 3.31 Image side NA 0.65 Magnification -0.203 (Wavelength λ = 650 nm)
f = 3.14 Image side NA 0.65 Magnification -0.190 (When wavelength λ = 400 nm)
f = 3.34 Image side NA 0.45 (NA 0.65) Magnification -0.205 (When wavelength λ = 780 nm)
[0305]
[Table 10]
[0306]
Aspherical surface 1
κ = -0.08796008
A4 = -0.010351744
A6 = 0.0015514472
A8 = -0.00043894535
A10 = 5.481801 × 10-5
A12 = -4.2588508 × 10-6
Diffraction surface 1
B2 = 0
B4 = -61.351934
B6 = 5.9668445
B8 = -1.2923244
B10 = 0.041773541
[0307]
Aspherical surface 2
κ = -302.6352
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10 = -0.0022
A12 = 0.0004
Diffraction surface 2
B2 = 0
B4 = 341.19136
B6 = -124.16233
B8 = 49.877242
B10 = -5.9599182
[0308]
It should be noted that the specific example of the objective lens of Example 10 can be similarly applied to the third embodiment.
[0309]
<Examples 11 to 14>
[0310]
The objective lenses of Examples 11 to 14 have the above-described aspheric shape represented by [Equation 3] on the refracting surface, and in Examples 11 to 13, the diffractive surface has a phase difference in units of radians. It is expressed by the above [Equation 1] as the function ΦB. In Example 14, the diffractive surface is expressed by the above-described [Equation 2] as an optical path difference function Φb in which the unit is mm.
[0311]
In obtaining the objective lens characteristics of Examples 11 to 14, the light source wavelength for the first optical disc (DVD) is 650 nm, the light source wavelength for the second optical disc (blue laser next-generation high-density optical disc) is 400 nm, The transparent substrate thickness t1 of the second optical disk is t1 = 0.6 mm. The light source wavelength for the third optical disc (CD) having a transparent substrate thickness t2 = 1.2 mm different from t1 was 780 nm. In addition, 0.65, 0.65, and 0.5 are assumed as numerical apertures NA corresponding to light source wavelengths of 400 nm, 650 nm, and 780 nm, respectively.
[0312]
(Example 11)
[0313]
Example 11 is a specific example of the objective lens according to the fourth embodiment, and is configured such that parallel light is incident on the objective lens. In this embodiment, the coefficient of the phase difference function of the diffraction surface does not include the square term (B2 = 0), and only the coefficient of the term other than the square term is used.
[0314]
68 to 70 show optical path diagrams of the objective lens of Example 11 at λ = 650 nm, λ = 400 nm, and λ = 780 nm. 71 and 72 show spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.65 for λ = 650 nm and λ = 400 nm for the objective lens of Example 11. FIG. 73 and 74 show spherical aberration diagrams up to numerical apertures 0.45 and 0.65 with respect to the wavelength λ = 780 nm for the objective lens of Example 11, respectively. 75 to 77 show wavefront aberration diagrams with respect to λ = 650 nm, λ = 400 nm, and λ = 780 nm for the objective lens of Example 11, respectively.
[0315]
The lens data of Example 11 is shown below. In Table 11, r is the radius of curvature of the lens, d is the surface separation, and n is the refractive index at each wavelength. The surface number is displayed including the aperture.
[0316]
Example 11
f = 3.33 Image side NA 0.65 (When wavelength λ = 650nm)
f = 3.15 Image side NA 0.65 (When wavelength λ = 400 nm)
f = 3.37 Image side NA 0.45 (NA 0.65) (Wavelength λ = 780nm)
[0317]
[Table 11]
[0318]
Aspherical surface 1
κ = -0.1847301
A4 = -0.0090859227
A6 = 0.0016821871
A8 = -0.00071180761
A10 = 0.00012406905
A12 = -1.4004589 × 10-5
Diffraction surface 1
B2 = 0
B4 = -69.824562
B6 = 0.35641549
B8 = 0.6877372
B10 = -0.18333885
[0319]
Aspherical surface 2
κ = -186.4056
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10 = -0.0022
A12 = 0.0004
Diffraction surface 2
B2 = 0
B4 = 745.72117
B6 = -334.75078
B8 = 81.232224
B10 = -5.3410176
[0320]
In the optical pickup apparatus having the objective lens and the three light sources as in the eleventh embodiment (and the twelfth embodiment described later), the aspherical surface coefficient and the phase difference function coefficient are appropriately designed, so that the thickness of the transparent substrate can be increased. It is possible to correct the spherical aberration caused by the difference and the chromatic aberration of the spherical aberration caused by the difference in wavelength for each disk. As is clear from FIG. 74, the third optical disc has a flare outside the numerical aperture NA0.45 in actual use.
[0321]
Example 12
[0322]
Further, the objective lens of Example 12 is configured so that divergent light from a finite distance is incident thereon. In this embodiment, the coefficient of the phase difference function of the diffraction surface does not include the square term (B2 = 0), and only the coefficient of the term other than the square term is used.
[0323]
78 to 80 show optical path diagrams of the objective lens of Example 12 at λ = 650 nm, λ = 400 nm, and λ = 780 nm. 81 and 82 show spherical aberration diagrams up to the numerical aperture 0.65 for λ = 650 nm and λ = 400 nm for the objective lens of Example 12. FIG. 83 and 84 show spherical aberration diagrams up to numerical apertures 0.45 and 0.65 with respect to the wavelength λ = 780 nm for the objective lens of Example 12, respectively. 85 to 87 show wavefront aberration diagrams with respect to λ = 650 nm, λ = 400 nm, and λ = 780 nm for the objective lens of Example 12, respectively.
[0324]
The lens data of Example 12 is shown below.
[0325]
Example 12
f = 3.31 Image side NA 0.65 Magnification -0.203 (Wavelength λ = 650 nm)
f = 3.14 Image side NA 0.65 Magnification -0.190 (When wavelength λ = 400 nm)
f = 3.34 Image side NA 0.45 (NA 0.65) Magnification -0.205 (When wavelength λ = 780 nm)
[0326]
[Table 12]
[0327]
Aspherical surface 1
κ = -0.08796008
A4 = -0.010351744
A6 = 0.0015514472
A8 = -0.00043894535
A10 = 5.481801 × 10-5
A12 = -4.2588508 × 10-6
Diffraction surface 1
B2 = 0
B4 = -61.351934
B6 = 5.9668445
B8 = -1.2923244
B10 = 0.041773541
[0328]
Aspherical surface 2
κ = -302.6352
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10 = -0.0022
A12 = 0.0004
Diffraction surface 2
B2 = 0
B4 = 341.19136
B6 = -124.16233
B8 = 49.877242
B10 = -5.9599182
[0329]
In the optical pickup apparatus having the objective lens and the three light sources as in the twelfth embodiment, each disk can correct the spherical aberration caused by the difference in the transparent substrate thickness and the chromatic aberration of the spherical aberration caused by the difference in wavelength. Is possible. As is apparent from FIG. 84, the third optical disc has a flare outside the numerical aperture NA0.45 in actual use.
[0330]
(Example 13)
[0331]
The objective lens of Example 13 is another specific example of the objective lens according to the fourth embodiment, and is configured such that parallel light from an infinite distance enters. In this embodiment, terms other than the square term and the square term are used as the coefficients of the phase difference function of the diffractive surface.
[0332]
88 to 90 show optical path diagrams of the objective lens of Example 13 at λ = 650 nm, λ = 400 nm, and λ = 780 nm. 91 and 92 show spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.60 for λ = 650 nm and λ = 400 nm for the objective lens of Example 13. FIG. 93 and 94 show spherical aberration diagrams up to numerical apertures 0.45 and 0.60 with respect to the wavelength λ = 780 nm for the objective lens of Example 13, respectively. 95 to 97 show wavefront aberration diagrams with respect to λ = 650 nm, λ = 400 nm, and λ = 780 nm for the objective lens of Example 13, respectively.
[0333]
The lens data of Example 13 is shown below.
[0334]
Example 13
f = 3.31 Image side NA 0.60 (when wavelength λ = 650 nm)
f = 3.14 Image side NA 0.60 (When wavelength λ = 400 nm)
f = 3.34 Image side NA 0.45 (NA 0.60) (Wavelength λ = 780nm)
[0335]
[Table 13]
[0336]
Aspherical surface 1
κ = -0.3363369
A4 = -0.0025421455
A6 = -0.0010660122
A8 = 4.7189743 × 10-5
A10 = 1.5406396 × 10-6
A12 = -7.0004876 × 10-6
Diffraction surface 1
B2 = -177.66083
B4 = -46.296284
B6 = -6.8014831
B8 = 1.6606499
B10 = -0.39075825
[0337]
Aspherical surface 2
κ = 43.44262
A4 = 0.002
A6 = -0.0014
A8 = 0.0042
A10 = -0.0022
A12 = 0.0004
Diffraction surface 2
B2 = 241.52445
B4 = 402.41974
B6 = -191.87213
B8 = 64.779696
B10 = -8.6741764
[0338]
In the present embodiment, since a term other than the square term and the square term is used as the coefficient of the phase difference function of the diffractive surface, it occurs due to the difference in spherical aberration and wavelength caused by the difference in the transparent substrate thickness. Spherical aberration chromatic aberration and axial chromatic aberration can be corrected for each disk. As is apparent from FIG. 94, the third optical disk has a flare outside the numerical aperture NA0.45 in actual use.
[0339]
(Example 14)
[0340]
The objective lens of Example 14 is a specific example of the objective lens according to the sixth embodiment. Parallel light having wavelengths of 400 nm and 650 nm is incident from an infinite distance, and divergent light having a wavelength of 780 nm is incident from a finite distance. It is configured. In this embodiment, terms other than the square term and the square term are used as coefficients of the optical path difference function of the diffractive surface.
[0341]
FIG. 98 shows an optical path diagram of the objective lens of Example 14 at λ = 400 nm. 99 and 101 show spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.65 for λ = 400 nm ± 10 nm, λ = 650 nm ± 10 nm and λ = 780 nm ± 10 nm for the objective lens of Example 14. FIG.
[0342]
The lens data of Example 14 is shown below.
[0343]
Example 14
f = image side NA 0.65 (wavelength λ = 650 nm)
f = image side NA 0.65 (wavelength λ = 400 nm)
f = Image side NA 0.45 (NA 0.65) (When wavelength λ = 780 nm)
[0344]
[Table 14]
[0345]
Aspherical surface 1
κ = -2.00080
A4 = 0.18168 × 10-1
A6 = -0.91791 × 10-3
A8 = 0.16455 × 10-3
A10 = -0.11115 × 10-4
Diffractive surface
b2 = -0.51589 × 10-3
b4 = -0.24502 × 10-3
b6 = 0.49557 × 10-4
b8 = -0.14497 × 10-4
[0346]
Aspherical surface 2
κ = 3.1831
A4 = 0.14442 × 10-1
A6 = -0.17506 × 10-2
A8 = 0.21593 × 10-4
A10 = 0.12534 × 10-4
[0347]
In addition, this invention is not limited to the said Example. Although diffraction is formed on both sides of the objective lens, it may be provided on one side of the optical element in the optical system of the optical pickup device. Further, although the annular diffractive surface is formed on the entire lens surface, a diffractive surface may be partially formed. Furthermore, as a next-generation high-density optical disk using a blue laser, the optical design has been advanced on the assumption that the light source wavelength is 400 nm and the thickness of the transparent substrate is 0.6 mm. However, the present invention can also be applied to optical disks having other specifications. It is.
[0348]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
[0349]
FIG. 117 is a schematic configuration of an objective lens according to the present embodiment and an optical pickup device including the objective lens. As shown in FIG. 117, the first semiconductor laser 111 and the second semiconductor laser 112 are unitized as a light source. A beam splitter 120 is disposed between the collimator 13 and the objective lens 16, and the light substantially parallelized by the collimator 13 passes through the beam splitter 120 toward the objective lens 16. Further, the optical path is changed so that the light beam reflected from the information recording surface 22 is directed to the photodetector 30 by the beam splitter 120 as the optical path changing means. The objective lens 16 has a flange portion 16a on the outer periphery thereof, and the objective lens 16 can be easily attached to the optical pickup device by the flange portion 16a. Further, since the flange portion 16a has a surface extending in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the objective lens 16, attachment with higher accuracy can be facilitated.
[0350]
When reproducing the first optical disk, the light beam emitted from the first semiconductor laser 111 passes through the collimator 13 and becomes a parallel light beam. Further, the light is focused by the diaphragm 17 through the beam splitter 120, and is condensed on the information recording surface 22 by the objective lens 16 through the transparent substrate 21 of the first optical disk 20. Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is reflected again by the beam splitter 120 via the objective lens 16 and the diaphragm 17, and given astigmatism by the cylindrical lens 180. Then, a read signal of information recorded on the first optical disc 20 is obtained using a signal incident on the photodetector 30 and output from the photodetector 30.
[0351]
In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 30. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 16 so that the light beam from the first semiconductor laser 111 forms an image on the information recording surface 22 of the first optical disc 20, and also moves the first semiconductor laser. The objective lens 16 is moved so that the light beam from the 111 is imaged on a predetermined track.
[0352]
Next, when reproducing the second optical disk, the light beam emitted from the second semiconductor laser 112 passes through the collimator 13 and becomes a parallel light beam. Further, the light is focused by the diaphragm 17 through the beam splitter 120, and is condensed on the information recording surface 22 by the objective lens 16 through the transparent substrate 21 of the second optical disk 20. Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is reflected again by the beam splitter 120 through the objective lens 16 and the diaphragm 17, and astigmatism is given by the cylindrical lens 180. After that, a read signal of information recorded on the second optical disc 20 is obtained using a signal incident on the photodetector 30 and output from the photodetector 30. In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 30. Based on this detection, the objective lens 16 is moved so that the light beam from the two-dimensional actuator 15 or the first semiconductor laser 112 is imaged on the information recording surface 22 of the second optical disk 20, and the second semiconductor laser 112 is used. The objective lens 16 is moved so that the light beam from the light beam is imaged on a predetermined track.
[0353]
The objective lens (diffraction lens) 16 is incident from each semiconductor laser up to the larger numerical aperture (maximum numerical aperture) of the numerical apertures necessary for recording and / or reproduction of the first optical disc and the second optical disc. It is designed to be 0.07λrms or less for each wavelength (λ) with respect to light. For this reason, the wavefront aberration on the imaging surface of each light flux is 0.07λrms or less. Accordingly, there is no flare during recording and / or reproduction of either optical disc on the image plane and on the detector 30, and the focus error detection and track error detection characteristics are good.
[0354]
The first optical disk is a DVD (light source wavelength 650 nm), the second optical disk is a CD (light source wavelength 780 nm), the first optical disk is a next-generation high-density optical disk (light source wavelength 400 nm), and the second optical disk. The case of DVD (light source wavelength: 650 nm) is assumed. In particular, when there is a large difference in the required numerical aperture of each optical disk, in the above case, the spot is compared with the required spot diameter. May be too small. At this time, the aperture limiting means described elsewhere in this specification may be introduced to obtain a desired spot diameter.
[0355]
Hereinafter, Examples 15, 16, 17, and 18 of spherical aberration correction lenses will be described as specific examples of the objective lens according to the seventh embodiment. In each embodiment, the wavefront aberration is corrected to 0.07 λrms or less with respect to the maximum numerical aperture. In the following, the image side means the optical information recording medium side.
[0356]
<Example 15>
[0357]
FIG. 118 shows an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is the objective lens of Example 15. FIG. 119 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths (λ) = 640, 650, and 660 nm of the diffractive optical lens of Example 15. FIG. 120 shows an optical path diagram of the diffractive optical lens of Example 15 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than FIG. FIG. 121 shows spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.60 for wavelengths λ = 770, 780, and 790 nm for the diffractive optical lens in the case of FIG.
[0358]
According to the diffractive optical lens of Example 15, as shown in FIG. 119, for the wavelength λ = 650 nm, the entire aperture up to NA 0.60 is almost no aberration. In addition, as shown in FIGS. 120 and 121, when the transparent substrate is thick, up to NA 0.60 is almost no aberration for the wavelength λ = 780 nm. The predetermined numerical aperture when λ = 780 nm is 0.45.
[0359]
As described above, in Example 15, compared with Examples 1, 6, and 8, the spherical aberration when the transparent substrate of the optical information recording medium is thick and the wavelength is 780 nm is thinner than this, and the wavelength is 650 nm. Correction can be made up to the same numerical aperture (NA 0.60).
[0360]
The lens data of Example 15 is shown below.
[0361]
When the light source wavelength is λ = 650 nm
Focal length f = 3.33 Image-side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification (parallel beam incidence)
[0362]
When the light source wavelength λ = 780 nm
Focal length f = 3.38 Image side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0363]
[Table 15]
[0364]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −1.0358
A4= 4.8632 × 10-3
A6= 5.383 × 10-4
A8= -1.5773 × 10-4
A10= 3.8683 × 10-7
[0365]
Aspherical surface 2
κ = −9.256352
A4= 1.5887 × 10-2
A6= -5.97422 × 10-3
A8= 1.11613 × 10-3
A10= −9.36682 × 10-5
[0366]
Diffraction surface coefficient (reference wavelength 650nm)
b2= 6.000 × 10-3
b4= -1.317x10-3
b6= 1.5274 × 10-4
b8= −6.5757 × 10-5
b10= 6.221 × 10-6
[0367]
<Example 16>
[0368]
FIG. 122 shows an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is the objective lens of Example 16. FIG. 123 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths (λ) = 640, 650, and 660 nm of the diffractive optical lens of Example 16. FIG. 124 shows an optical path diagram of the diffractive optical lens of Example 16 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than FIG. FIG. 125 shows spherical aberration diagrams up to a numerical aperture of 0.60 with respect to wavelengths λ = 770, 780 and 790 nm for the diffractive optical lens in the case of FIG.
[0369]
According to the diffractive optical lens of Example 16, as shown in FIG. 123, the entire aperture up to NA 0.60 is almost no aberration for the wavelength λ = 650 nm. As shown in FIGS. 124 and 125, when the transparent substrate is thick, up to NA 0.60 is almost no aberration for the wavelength λ = 780 nm. The predetermined numerical aperture when λ = 780 nm is 0.45.
[0370]
As described above, in Example 16, compared with Examples 1, 6, and 8, the spherical aberration when the transparent substrate of the optical information recording medium is thick and the wavelength is 780 nm is thinner than this, and the wavelength is 650 nm. Correction can be made up to the same numerical aperture (NA 0.60). In Examples 15 and 16, in order to correct the spherical aberration due to the difference in the thickness of the transparent substrate up to NA 0.6, it is necessary that the action of correcting the spherical aberration due to diffraction is strong. However, the paraxial power of diffraction is made negative to mitigate pitch reduction.
[0371]
The lens data of Example 16 is shown below.
[0372]
When the light source wavelength is λ = 650 nm
Focal length f = 3.33 Image-side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0373]
When the light source wavelength λ = 780 nm
Focal length f = 3.36 Image side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0374]
[Table 16]
[0375]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −1.1331
A4= 4.5375 × 10-3
A6= 1.2964 × 10-3
A8= −3.6164 × 10-4
A10= 2.0765 × 10-5
[0376]
Aspherical surface 2
κ = −4.3356298
A4= 1.574727 × 10-2
A6= -4.991198x10-3
A8= 7.772605 × 10-4
A10= -5.75456 × 10-5
[0377]
Diffraction surface coefficient (reference wavelength 650nm)
b2= 2.1665 × 10-3
b4= −2.0272 × 10-3
b6= 5.5178 × 10-4
b8= -1.8391 × 10-4
b10= 1.8148 × 10-5
[0378]
<Example 17>
[0379]
FIG. 126 shows an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is the objective lens of Example 17. FIG. 127 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths (λ) = 640, 650, and 660 nm of the diffractive optical lens of Example 17. FIG. FIG. 128 shows an optical path diagram of the diffractive optical lens of Example 17 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than FIG. FIG. 129 shows spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.60 for wavelengths λ = 770, 780 and 790 nm for the diffractive optical lens in the case of FIG.
[0380]
According to the diffractive optical lens of Example 17, as shown in FIG. 127, the entire aperture up to NA 0.60 is almost no aberration for the wavelength λ = 650 nm. In addition, as shown in FIGS. 128 and 129, when the transparent substrate is thick, up to NA 0.60 is almost no aberration for the wavelength λ = 780 nm. The predetermined numerical aperture when λ = 780 nm is 0.45. In Examples 15 to 17, the axial chromatic aberration is different, and the annular pitch is also changed.
[0381]
As described above, in Example 17, compared to Examples 1, 6, and 8, the spherical aberration when the transparent substrate of the optical information recording medium is thick and the wavelength is 780 nm is thinner than this, and the wavelength is 650 nm. Correction can be made up to the same numerical aperture (NA 0.60).
[0382]
The lens data of Example 17 is shown below.
[0383]
When the light source wavelength is λ = 650 nm
Focal length f = 3.33 Image-side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0384]
When the light source wavelength λ = 780 nm
Focal length f = 3.34 Image side numerical aperture NA = 0.60 Infinite specification
[0385]
[Table 17]
[0386]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = −1.0751
A4= 5.0732 × 10-3
A6= 4.3722 × 10-4
A8= -1.4774 × 10-4
A10= 9.6694 × 10-7
[0387]
Aspherical surface 2
κ = -10.41411
A4= 1.59463 × 10-2
A6= −6.002963 × 10-3
A8= 1.11268 × 10-3
A10= -9.3151 × 10-5
[0388]
Diffraction surface coefficient (reference wavelength 650nm)
b2= -2.000 × 10-3
b4= -1.4462x10-3
b6= 1.1331 × 10-4
b8= −6.6211 × 10-5
b10= 6.8220 × 10-6
[0389]
<Example 18>
[0390]
FIG. 130 shows an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is the objective lens of Example 18. FIG. 131 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.70 for wavelengths (λ) = 390, 400, 410 nm of the diffractive optical lens of Example 18. FIG. 132 shows an optical path diagram of the diffractive optical lens of Example 18 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than FIG. FIG. 133 shows spherical aberration diagrams up to numerical aperture 0.70 for wavelengths λ = 640, 650, and 660 nm for the diffractive optical lens in the case of FIG. 132, respectively.
[0390]
According to the diffractive optical lens of Example 18, as shown in FIG. 131, the entire aperture up to NA 0.70 is almost no aberration for the wavelength λ = 400 nm. Further, as shown in FIGS. 132 and 133, when the transparent substrate is thick, up to NA 0.70 is almost no aberration for the wavelength λ = 650 nm.
[0392]
As described above, in Example 17, the spherical aberration when the transparent substrate of the optical information recording medium is thick and the wavelength is 650 nm is thinner than that of Examples 1, 6, and 8, and the wavelength is 400 nm. Correction can be made up to the same numerical aperture (NA 0.70).
[0393]
The lens data of Example 18 is shown below.
[0394]
When the light source wavelength λ = 400 nm
Focal length f = 3.33 Image-side numerical aperture NA = 0.70 Infinite specification
[0395]
When the light source wavelength is λ = 650 nm
Focal length f = 3.43 Image-side numerical aperture NA = 0.70 Infinite specification
[0396]
[Table 18]
[0397]
Aspheric coefficient
Aspherical surface 1
κ = 0.0
A4= -7.9616 × 10-4
A6= −5.7265 × 10-4
A8= 8.3209 × 10-5
A10= -4.1599x10-5
[0398]
Aspherical surface 2
κ = 0.0
A4= 3.11131 × 10-2
A6= -1.18548 × 10-2
A8= 1.63937 × 10-3
A10= −6.60514 × 10-5
[0399]
Diffraction surface coefficient (reference wavelength 400nm)
b2= -1.4046 × 10-3
b4= -8.6959 × 10-4
b6= 2.3488 × 10-4
b8= −5.2455 × 10-5
b10= 3.6385 × 10-6
[0400]
Next, the pitches of the plurality of annular zones of the diffractive optical lenses of Examples 1 to 3 and 14 to 18 will be described. The plurality of annular zones are formed substantially concentrically around the optical axis, the annular zone pitch Pf (mm) corresponding to the maximum numerical aperture on the image side of the lens, and the numerical aperture that is 1/2 of the maximum numerical aperture. Table 19 shows the values of the annular zone pitches Ph (mm) and ((Ph / Pf) -2) corresponding to.
[0401]
[Table 19]
[0402]
0.4 ≦ | (Ph / Pf) −2 | ≦ 25 (b1)
[0403]
According to further studies by the present inventors, when the above formula (b1) is established, that is, when the value is equal to or higher than the lower limit of this formula, the action of diffraction for correcting higher-order spherical aberration is not weakened. Accordingly, the difference in spherical aberration between the two wavelengths caused by the difference in the thickness of the transparent substrate can be corrected by the action of diffraction, and if it is below the upper limit, it becomes difficult to generate a portion where the pitch of the diffraction zone is too small. It has been found that a lens with high diffraction efficiency can be manufactured.
[0404]
Further, the above relational expression is preferably the following expression (b2), more preferably expression (b3).
[0405]
0.8 ≦ | (Ph / Pf) −2 | ≦ 6.0 (b2)
[0406]
1.2 ≦ | (Ph / Pf) −2 | ≦ 2.0 (b3)
[0407]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
[0408]
The required numerical aperture NA1 on the optical information recording medium side of the objective lens necessary for DVD recording / reproducing using a light source having a wavelength of 650 nm is about 0.6, and is necessary for reproducing a CD using a light source having a wavelength of 780 nm. The required numerical aperture NA2 on the optical information recording medium side of the objective lens is about 0.45 (about 0.5 for recording). Therefore, the diffraction pattern for correcting the aberration described above is not essential up to the numerical aperture NA1.
[0409]
Further, since the depth of focus is deep near the optical axis and the amount of spherical aberration is small, a diffraction pattern is not essential.
[0410]
By forming a diffraction pattern in the minimum necessary part and making the remaining part a refracting surface, damage to the tool during mold processing, improved releasability during molding, and a more focused spot on the CD side It is possible to prevent performance degradation when there is an error in the disc thickness due to the narrowing of the disc or when the disc is tilted.
[0411]
For this purpose, the diffraction pattern of the objective lens is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and the + 1st order diffracted light from the circumference farthest from the optical axis of the diffraction pattern of the objective lens of the light beam from the first light source. The optical information recording medium has a numerical aperture NAH1 converted into a light beam. When the numerical aperture on the medium side is converted into a NAL1 light beam, the following condition should be satisfied.
NAH1 <NA1
0 ≤ NAL1 ≤ NA2
[0412]
When the first optical information recording medium is a DVD, the wavelength λ1 of the first light source is 650 nm, the second optical information recording medium is a CD, and the wavelength λ2 or 780 nm of the second light source,
NAH1 is 0.43 to 0.55
NAL1 is 0.10 to 0.40
It is preferable that
[0413]
The optical design of the objective lens for the portion having the diffraction pattern is performed so that the + 1st order diffracted light of the light beam incident on the objective lens from the first light source becomes a substantially aberration-free focused spot. On the other hand, the optical design of the objective lens for the portion without the diffraction pattern is performed so that the light beam incident on the objective lens from the first light source becomes a substantially aberration-free focused spot.
[0414]
The condensing positions of the two need to be substantially the same. Furthermore, it is important that the phases of the respective light beams are also aligned. Regarding the phase, when k is a small integer, the light collection characteristic at the design wavelength is hardly changed even if it is shifted by 2 kπ, but when the absolute value of | k | becomes large, it becomes weak against wavelength fluctuation. . | K | is preferably 1 to 10.
[0415]
At this time, of the light flux from the second light source, the + 1st order diffracted light from the circumference farthest from the optical axis of the diffraction pattern of the objective lens is converted into a light flux having a numerical aperture of NAH2 on the optical information recording medium side. + 1st order diffracted light from the circumference on the most optical axis side of the diffraction pattern is converted into a light flux with a numerical aperture on the optical information recording medium side of NAL2,
[0416]
An optical information recording medium that uses a light beam having a numerical aperture of NAH2 or less when passing through an objective lens, out of the light beam from the second light source, as a spot that enables recording and reproduction of the second optical information recording medium The light beam that has passed through the objective lens so that the focal position and the phase difference between the light beam from the portion having the diffraction pattern and the light beam from the portion without the diffraction pattern are optimized so as to be formed on the information recording surface of The spherical aberration is set.
[0417]
Actually, among the light beams from the first light source, the light beam having a numerical aperture of NA1 or less when passing through the objective lens has zero wavefront aberration at the best image point through the transparent substrate of the first optical information recording medium. 0.07λrms or less, and among the light fluxes from the second light source, the light flux having a numerical aperture of NAH2 or less when passing through the objective lens is at the best image point through the transparent substrate of the second optical information recording medium. It is desirable that the wavefront aberration is 0.07λrms or less.
[0418]
In particular, among the light beams from the first light source, a light beam having a numerical aperture of NA1 or less when passing through the objective lens is a spherical surface wavefront aberration at the best image point through the transparent substrate of the first optical information recording medium. The aberration component is desirably 0.05 λrms or less.
[0419]
A light beam incident on the objective lens from the first light source and a light beam incident on the objective lens from the first light source, including at least one collimator between the first light source and the objective lens and between the second light source and the objective lens However, the adjustment of the pickup is facilitated by using the optical pickup device that is parallel light.
[0420]
Further, by using a common collimator for the light flux from the first light source and the light flux from the second light source, the cost of the optical pickup device can be reduced.
[0421]
When the first light source and the second light source are separate packages, the position of each light source with respect to the collimator may be set so that the light beams incident on the objective lens become parallel lights.
[0422]
Further, when the first light source and the second light source are the same package, the difference in the optical axis direction of the position of each light source is appropriately set so that the incident light to the objective lens becomes parallel light. Alternatively, if the adjustment cannot be performed, the light incident on the objective lens may be parallel light using a collimator whose chromatic aberration is optimized.
[0423]
Further, the light beam incident on the objective lens may be a convergent light beam or a divergent light beam. In particular, the light beam incident on the objective lens from the second light source is more than the light beam incident on the objective lens from the first light source. By making the divergence higher, under spherical aberration due to the difference in divergence occurs, and the amount of spherical aberration corrected by the diffraction pattern can be reduced.
[0424]
In FIG. 114, when the numerical apertures NAH2 and NAL2 are the same and the paraxial chromatic aberration is not corrected (ΔfB = 0), the second optical information recording medium (CD) is transparent for the light flux from the second light source. It is a schematic diagram showing the spherical aberration of the light beam which passed the board | substrate.
[0425]
The convergence position of the light beam that contributes to the reproduction of the second optical information recording medium of NAH2 or less is at point B when it is not corrected by the diffraction pattern, but is corrected by the diffraction pattern, ΔfB is made almost zero, and point A is reached. Converge to. However, outside the NAH2, it is not corrected by the diffraction pattern, and its aberration shows an aberration curve S due to only the refractive surface.
[0426]
As is apparent from the figure, the spherical aberration jump at the convergence point of the light beam and the NAH2 is increased by the correction amount ΔfB of the paraxial chromatic aberration, and the position at which the flare component from NAH2 to NA1 converges is the second light of NAH2 or less. Since it is far away from the convergence position of the light beam contributing to the reproduction of the information recording medium, the influence of the flare component is reduced on the photodetector.
[0427]
In addition, by correcting the paraxial chromatic aberration with λ1 and λ2, the paraxial chromatic aberration is reduced in the vicinity of λ1 and λ2, and when the information is recorded on the optical information recording medium, the oscillation wavelength changes due to laser power fluctuations. However, defocusing is less likely to occur and high speed recording is possible.
[0428]
As described above, in order to separate the convergence position of the flare component from NAH2 to NA1 and the convergence position of the luminous flux below NAH2, a second diffraction pattern is provided outside the diffraction pattern. For the light beam from the first light source, the + 1st order diffracted light of the second diffraction pattern is condensed at the convergence position, and the light beam from the second light source is transmitted without being diffracted by the second diffraction pattern. In addition, by designing the second diffraction pattern, the aberration correction state shown in FIG. 115 can be achieved.
[0429]
That is, FIG. 9A shows the aberration correction status of the light flux from the first light source. In both NAH1 and above, the aberration caused by the relatively large refractive surface is not affected by the correction effect of the + 1st order diffracted light. It is condensed at the convergence position due to aberration. However, as shown in FIG. 5B, the light beam from the second light source is zero-order light that does not receive the diffractive action when the light beam passes through the diffraction pattern portion outside NAH2, and the aberration correction status is diffracted. Since aberrations that are not corrected by the pattern appear as they are, the jump of spherical aberration in NAH2 increases, and the flare component convergence position and the light flux convergence position that contributes to the reproduction of information are greatly separated. The effect of.
[0430]
Also, in this second diffraction pattern, the second diffraction pattern is designed so that the light beam from the first light source is not diffracted, and the light beam from the second light source is mainly −1st order diffracted light. Also good. As a result, as shown in FIG. 113, by making the spherical aberration due to diffraction of the light beams from NAH2 to NA1 more over, the second light source has a numerical aperture of NAH2 or less when passing through the objective lens. The spherical aberration when passing through the transparent substrate of the second optical information recording medium is corrected well, while the spherical aberration of the light beam outside NAH2 can be increased. As a result, as shown in FIG. 116 (b), the jump of spherical aberration in NAH2 increases, and the convergence position of the flare component and the convergence position of the light beam contributing to the reproduction of information are greatly separated from each other. The effect of the ingredients is reduced.
[0431]
Similarly, the light beam from the first light source is transmitted in the optical path from the light source to the objective lens, and the light beam passing through the region opposite to the optical axis of the first diffraction pattern out of the light beam of the second light source. By providing aperture limiting means that does not transmit light, and reducing the flare component that reaches the photodetector, the effect can be reduced.
[0432]
The aperture limiting means transmits the light beam from the first light source into the optical path after the light beam emitted from the first light source and the light beam emitted from the second light source are combined by the light multiplexing means, and the second light source An annular filter that reflects or absorbs a light beam passing through a region opposite to the optical axis of the first diffraction pattern out of the light beam of the light source may be provided.
[0433]
As such a filter, for example, a dichroic filter using a multilayer film can be used. Of course, any of the surfaces of the objective lens can have the above-described filter effect.
[0434]
The aperture limiting means is an annular filter that diffracts a light beam passing through a region opposite to the optical axis of the diffraction pattern out of the light beam of the second light source through the light beam from the first light source. May be.
[0435]
The first to seventh optical pickup devices according to the eighth embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
[0436]
The first optical pickup device shown in FIG. 102 includes a semiconductor laser 111 that is a first light source for reproducing the first optical disk, and a semiconductor laser 112 for reproducing the second optical disk.
[0437]
First, when reproducing the first optical disk, a beam is emitted from the first semiconductor laser 111, and the emitted light beam is transmitted through a beam splitter 190, which is a means for synthesizing the emitted light from both semiconductor lasers 111 and 112, and polarized. It passes through the beam splitter 120, the collimator 130, and the quarter wavelength plate 14 and becomes a circularly polarized parallel light beam. This light beam is focused by a diaphragm 170 and is focused on the information recording surface 220 by the objective lens 160 through the transparent substrate 210 of the first optical disk 200.
[0438]
Then, the light beam modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 220 is transmitted again through the objective lens 160, the diaphragm 170, the quarter-wave plate 140, and the collimator 130, and enters the polarization beam splitter 120, where it is reflected. Then, astigmatism is given by the cylindrical lens 18 and incident on the photodetector 300, and a read signal of information recorded on the first optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0439]
In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 300. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 so that the light beam from the first semiconductor laser 111 forms an image on the recording surface 220 of the first optical disk 200, and the light beam from the semiconductor laser 111. The objective lens 160 is moved so as to form an image on a predetermined track.
[0440]
When reproducing the second optical disk, a beam is emitted from the second semiconductor laser 112, and the emitted light beam is reflected by the beam splitter 190, which is a light combining unit, and is polarized as in the case of the light beam from the first semiconductor 111. The light is condensed on the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the second optical disk 200 via the splitter 120, the collimator 130, the quarter wavelength plate 140, the diaphragm 170, and the objective lens 160.
[0441]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 is detected again through the objective lens 160, the diaphragm 170, the quarter wavelength plate 140, the collimator 130, the polarization beam splitter 120, and the cylindrical lens 180. A signal for reading information recorded on the second optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0442]
Further, as in the case of the first optical disc, the spot shape change on the photodetector 300 and the light quantity change due to the position change are detected, and focus detection and track detection are performed. The objective lens 160 is moved for tracking.
[0443]
The second optical pickup device shown in FIG. 103 has a configuration suitable for an optical system for recording / reproduction, but the case of reproduction will be described. In the following embodiments, the same members as those in the optical pickup device in FIG.
[0444]
When reproducing the first optical disk, a beam is emitted from the first semiconductor laser 111, and the emitted light beam is reflected by the polarization beam splitter 121, passes through the collimator 131 and the quarter-wave plate 141, and is circularly polarized. It becomes parallel light. Further, the light passes through a beam splitter 190 that is a light combining unit, is narrowed by a diaphragm 170, and is condensed by the objective lens 160 onto the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the first optical disk 200.
[0445]
Then, the light beam modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 220 passes through the objective lens 160 and the diaphragm 170 again, and further passes through the beam splitter 190, the quarter wavelength plate 141, and the collimator 131, and is then polarized. Astigmatism is given through the light beam 121 and incident on the photodetector 301, and a read signal of information recorded on the first optical disc 200 is obtained using the output signal. .
[0446]
In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 301. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 so that the light beam from the first semiconductor laser 111 forms an image on the recording surface 220 of the second optical disk 200, and the light beam from the semiconductor laser 111. The objective lens 160 is moved so as to form an image on a predetermined track.
[0447]
When reproducing the second optical disk, a beam is emitted from the second semiconductor laser 112, and the emitted light beam is reflected by the polarization beam splitter 122, passes through the collimator 132 and the quarter wavelength plate 142, and is circularly polarized. It becomes parallel light. Further, the light is reflected by a beam splitter 190 which is a light synthesizing unit, and is condensed by the diaphragm 170 and the objective lens 160 onto the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the second optical disc 200.
[0448]
Then, the light beam modulated and reflected by the information recording surface 220 by the information bit is reflected again by the beam splitter 190 through the objective lens 160 and the diaphragm 170, passes through the quarter-wave plate 142 and the collimator 132, and is polarized. The light enters the splitter 122, passes through this, is given astigmatism, enters the photodetector 302, and uses the output signal to obtain a read signal of information recorded on the second optical disc 200. It is done.
[0449]
In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 302. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 so that the light beam from the second semiconductor laser 112 forms an image on the recording surface 220 of the first optical disk 200, and the light beam from the semiconductor laser 112. Moving the objective lens 160 so as to form an image on a predetermined track is the same.
[0450]
The third optical pickup device shown in FIG. 104 has a configuration suitable for an optical system for recording / reproduction, but the case of reproduction will be described.
[0451]
When reproducing the first optical disk, a beam is emitted from the first semiconductor laser 111 and transmitted through the coupling lens 60 that reduces the divergence of the divergent light beam, the beam splitter 190 that is the light combining means, and the beam splitter 120. The light passes through the collimator 130 and the quarter-wave plate 140 and becomes circularly polarized parallel light. Further, the aperture is narrowed down by a diaphragm 170 and focused on the information recording surface 220 by the objective lens 160 through the transparent substrate 210 of the first optical disk 200.
[0452]
The light beam modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 220 passes through the objective lens 160 and the diaphragm 170 again, passes through the quarter-wave plate 140 and the collimator 130, and enters the beam splitter 120. Astigmatism is given by the cylindrical lens 180, is incident on the photodetector 301 via the concave lens 50, and the read signal of information recorded on the first optical disc 200 is output using the output signal. Is obtained.
[0453]
In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 301. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 so that the light beam from the first semiconductor laser 111 forms an image on the recording surface 220 of the first optical disk 200, and the light beam from the semiconductor laser 111 is changed. The objective lens 160 is moved so that an image is formed on a predetermined track.
[0454]
The second semiconductor laser 112 for reproducing the second optical disk is unitized with the photodetector 302 and the hologram 230 in the laser / detector integrated unit 400. “Unit” or “unitized” means that the unitized members and means can be integrated into an optical pickup device and assembled as one component when the device is assembled. Can be put on tight.
[0455]
The light beam emitted from the second semiconductor laser 112 passes through the hologram 230, is reflected by the beam splitter 190, which is a light combining unit, and passes through the beam splitter 120, the collimator 130, and the quarter wavelength plate 140 to become a parallel light beam. Further, the light is focused on the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the second optical disk 200 via the diaphragm 170 and the objective lens 160.
[0456]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 is transmitted again through the quarter wavelength plate 140, the collimator 130, and the beam splitter 120 through the objective lens 160 and the diaphragm 170, and reflected by the beam splitter 190. Then, the light is diffracted by the hologram 230 and incident on the photodetector 302, and a read signal of information recorded on the second optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0457]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 302 is detected, and focus detection and track detection are performed. The two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 for focusing and tracking. Move.
[0458]
In the fourth optical pickup device of FIG. 105, when the first optical disk is reproduced, the first semiconductor laser 111 is unitized with the photodetector 301 and the hologram 231 in the laser / detector integrated unit 410, so that the first optical disk is reproduced. The light beam emitted from the semiconductor laser 111 passes through the hologram 231 and passes through the beam splitter 190 and the collimator 130 which are light combining means to become a parallel light beam. Further, the aperture is narrowed down by a diaphragm 170 and focused on the information recording surface 220 by the objective lens 160 through the transparent substrate 210 of the first optical disk 200.
[0459]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 passes through the collimator 130 and the beam splitter 190 through the objective lens 160 and the diaphragm 170 again, and is diffracted by the hologram 231 to be reflected on the photodetector 301. The read signal of the information recorded on the first optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0460]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 302 is detected, and focus detection and track detection are performed. The two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 for focusing and tracking. Move.
[0461]
When reproducing the second optical disk, the second semiconductor laser 112 is unitized with the photodetector 302 and the hologram 232 in the laser / detector integrated unit 42, and the light beam emitted from the second semiconductor laser 112 is converted into the hologram 232. Is reflected by the beam splitter 190, which is a light combining means, and passes through the collimator 130 to become a parallel light beam. Further, the light is focused on the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the second optical disk 200 via the diaphragm 170 and the objective lens 160.
[0462]
The light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 passes through the collimator 130 again through the objective lens 160 and the diaphragm 170, is reflected by the beam splitter 190, is diffracted by the hologram 232, and is detected. A signal for reading information recorded on the second optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0463]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 302 is detected, and focus detection and track detection are performed. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 performs focusing and tracking. The objective lens 160 is moved.
[0464]
In the fifth optical pickup device of FIG. 106, the first semiconductor laser 111, the second semiconductor laser 112, the light detection means 30, and the hologram 230 are unitized as a laser / detector integrated unit 430.
[0465]
When reproducing the first optical disk, the light beam emitted from the first semiconductor laser 111 passes through the hologram 230 and the collimator 130 and becomes a parallel light beam. Further, the aperture is narrowed down by a diaphragm 170 and focused on the information recording surface 220 by the objective lens 160 through the transparent substrate 210 of the first optical disk 200.
[0466]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 passes through the collimator 130 again through the objective lens 160 and the diaphragm 170, is diffracted by the hologram 230, and enters the photodetector 300, A read signal of information recorded on the first optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0467]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 300 is detected, and focus detection and track detection are performed. The two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 for focusing and tracking. Move.
[0468]
When reproducing the second optical disk, the light beam emitted from the second semiconductor laser 112 passes through the hologram 230 and the collimator 130 and becomes a substantially parallel light beam. Further, the light is focused on the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the second optical disk 200 via the diaphragm 170 and the objective lens 160.
[0469]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 passes through the collimator 130 again through the objective lens 160 and the diaphragm 170, is diffracted by the hologram 230, and enters the photodetector 300, A read signal of information recorded on the second optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0470]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 300 is detected, and focus detection and track detection are performed. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 performs focusing and tracking. The objective lens 160 is moved.
[0471]
In the sixth optical pickup device of FIG. 107, the first semiconductor laser 111, the second semiconductor laser 112, the first light detection means 301, the second light detection means 302, and the hologram 230 are included in the laser / detector integrated unit 430. As a unit.
[0472]
When reproducing the first optical disk, the light beam emitted from the first semiconductor laser 111 passes through the disk-side surface of the hologram 230 and the collimator 130 to become a parallel light beam. Further, the aperture is narrowed down by a diaphragm 170 and focused on the information recording surface 220 by the objective lens 160 through the transparent substrate 210 of the first optical disk 200.
[0473]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 is transmitted again through the collimator 130 through the objective lens 160 and the diaphragm 170, and is diffracted by the surface on the disk side of the hologram 230. The signal 301 is incident on the light detector 301 corresponding to the above, and the read signal of the information recorded on the first optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0474]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 301 is detected, focus detection and track detection are performed, and the objective lens 160 is used for focusing and tracking by the two-dimensional actuator 150. Move.
[0475]
When reproducing the second optical disk, the light beam emitted from the second semiconductor laser 112 is diffracted on the surface of the hologram 230 on the semiconductor laser side, passes through the collimator 130, and becomes a substantially parallel light beam. The surface of the hologram on the semiconductor laser side functions as a photosynthesis means. Further, the light is focused on the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the second optical disk 200 via the diaphragm 170 and the objective lens 160.
[0476]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 is transmitted again through the collimator 130 through the objective lens 160 and the diaphragm 170, and is diffracted by the disk side surface of the hologram 230 to be the second light source. The signal is incident on the corresponding photodetector 302, and a read signal of information recorded on the second optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0477]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 302 is detected, and focus detection and track detection are performed. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 performs focusing and tracking. The objective lens 160 is moved.
[0478]
The seventh optical pickup device shown in FIG. 108 has a configuration suitable for an optical system for recording / reproduction, and the case of reproduction will be described.
[0479]
When reproducing the first optical disk, a beam is emitted from the first semiconductor laser 111 and transmitted through the coupling lens 60 that reduces the divergence of the divergent light beam, the beam splitter 190 that is the light combining means, and the beam splitter 120. The light passes through the collimator 130 and the quarter-wave plate 140 and becomes circularly polarized parallel light. Further, the aperture is narrowed down by a diaphragm 170 and focused on the information recording surface 220 by the objective lens 160 through the transparent substrate 210 of the first optical disk 200.
[0480]
The light beam modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 220 passes through the objective lens 160 and the diaphragm 170 again, passes through the quarter-wave plate 140 and the collimator 130, and enters the beam splitter 120. Astigmatism is given by the cylindrical lens 180, is incident on the photodetector 301 via the concave lens 50, and the read signal of information recorded on the first optical disc 200 is output using the output signal. Is obtained.
[0481]
In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 301. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 so that the light beam from the first semiconductor laser 111 forms an image on the recording surface 220 of the first optical disk 200, and the light beam from the semiconductor laser 111 is changed. The objective lens 160 is moved so that an image is formed on a predetermined track.
[0482]
The second semiconductor laser 112 for reproducing the second optical disk is unitized with the photodetector 302 and the hologram 230 in the laser / detector integrated unit 400.
[0483]
The light beam emitted from the second semiconductor laser 112 passes through the hologram 230, is reflected by the beam splitter 190, which is a light combining unit, and passes through the beam splitter 120, the collimator 130, and the quarter wavelength plate 140 to become a parallel light beam. Further, the light is focused on the information recording surface 220 via the transparent substrate 210 of the second optical disk 200 via the diaphragm 170 and the objective lens 160.
[0484]
Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 220 is transmitted again through the quarter wavelength plate 140, the collimator 130, and the beam splitter 120 through the objective lens 160 and the diaphragm 170, and reflected by the beam splitter 190. Then, the light is diffracted by the hologram 230 and incident on the photodetector 302, and a read signal of information recorded on the second optical disc 200 is obtained using the output signal.
[0485]
Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 302 is detected, and focus detection and track detection are performed. The two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 for focusing and tracking. Move.
[0486]
The thickness t1 of the transparent substrate is substantially the same as that of the first optical disk, and the required numerical aperture NA on the optical information recording medium side of the objective lens necessary for recording / reproducing with the first light source having the wavelength λ1 is also the first optical disk. A case of recording / reproducing a third Super RENS disc of the same level as in FIG.
[0487]
The Super RENS disk is being studied energetically, and an example of its configuration is shown in FIG. The recording / reproducing is based on near-field optics, and there are a method using reflected light and a method using transmitted light as a reproduction signal, and the configuration of this embodiment shows a method for obtaining a reproduced signal using transmitted light.
[0488]
When recording / reproducing a third disk of the Super RENS system, a coupling lens 60 that emits a beam from the first semiconductor laser 111 to reduce the divergence of the divergent light beam, a beam splitter 190 that is a light combining unit, a beam splitter 120 passes through the collimator 130 and the quarter-wave plate 140 and becomes a parallel light beam. Further, the aperture is narrowed down by a diaphragm 170 and is condensed by the objective lens 160 onto the nonlinear optical film 250 through the transparent substrate 210 and the first protective film 240 of the first optical disc 200. A minute opening is formed in the nonlinear optical film 250, and energy is transmitted to the information recording surface 220 on the information recording layer via the second protective film 260. The light modulated and transmitted by the information pits on the information recording surface 220 passes through the third protective film 270, is collected by the condenser lens 90 on the side opposite to the objective lens, and reaches the photodetector 305. The read signal of the information recorded on the third optical disc 200 is obtained from the output signal.
[0489]
On the other hand, the light beam reflected from the nonlinear optical film 250 passes through the objective lens 160 and the diaphragm 170 again, passes through the quarter-wave plate 140 and the collimator 130, enters the beam splitter 120, and is reflected there. Astigmatism is given by the cylindrical lens 180 and is incident on the photodetector 301 through the concave lens 50. Focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 301. Based on this detection, the two-dimensional actuator 150 moves the objective lens 160 so as to form an image of the light beam from the first semiconductor laser 111 on the nonlinear optical film 250 of the first optical disk 200, and from the semiconductor laser 111. The objective lens 160 is moved so that the light beam is focused on a predetermined track.
[0490]
As the objective lens of the optical pickup device described above, an objective lens is used by using a dedicated objective lens designed so that a non-aberration parallel light beam enters from the first light source and forms a non-aberration spot through the transparent substrate of the DVD. When a non-aberration parallel light is incident from the second light source to form a spot through the transparent substrate of the CD,
(1) Wavelength dependence of refractive index of objective lens
(2) Difference in transparent substrate thickness of optical information recording media
(3) Wavelength dependence of transparent substrate refractive index
As described above, spherical aberration occurs due to the above, but most are due to (2).
[0491]
The spherical aberration due to the factor (2) is substantially equal to | t2-t1 | and (NA2) at the numerical aperture NA2 necessary for CD recording / reproduction.4Is proportional to FIG. 110 shows a CD with a transparent substrate having a thickness of CD and a wavelength λ2 = 780 nm for a dedicated lens designed to be free of aberration through a transparent substrate of a DVD when a parallel light beam having a wavelength λ1 = 650 nm is incident on the objective lens. 6 shows the relationship between the imaging magnification M2 and the wavefront aberration when the numerical aperture of the light beam emitted from the objective lens is 0.45 when the above light source is used. When the imaging magnification M2 is 0, a parallel light beam enters the objective lens as in the DVD.
[0492]
As shown in the figure, when M2 = 0, spherical aberration of about 0.13 λrms occurs, which is larger than the Marechal limit of diffraction limited performance, 0.07 λrms. Therefore, it is necessary to set the spherical aberration so that the wavefront aberration is below the Marechal limit for both DVD and CD by some means.
[0493]
In this objective lens, when the imaging magnification is made negative, negative spherical aberration occurs in the objective lens, and becomes a minimum value when M≈−0.06, which is within the marginal limit. Thus, the amount of spherical aberration that must be corrected differs depending on the imaging magnification. In the illustrated example, when M≈−0.06, it is not necessary to correct spherical aberration by other means. Further, when the NA necessary for CD-R information recording is 0.5, the spherical aberration to be corrected further increases.
[0494]
Next, a preferred collimator adjusting unit in each of the above optical pickup devices will be described. In order to simplify the explanation, an optical pickup device using a condensing optical system composed of a collimator and an objective lens will be considered. Regarding the distance between the collimator and the light source, a desired parallel light is emitted from the collimator by arranging the light source at a focal position on the optical axis of the collimator. Because the back focus of the collimator, the distance between the mounting position of the semiconductor laser and the light emitting point, and the manufacturing variation of the housing of the optical pickup device that mounts the collimator and the semiconductor laser are suppressed, the distance between the semiconductor laser and the collimator is not adjusted. However, it is possible to obtain parallel light with an accuracy that is practically acceptable.
[0495]
By the way, in the case of recording and / or reproducing two types of optical information recording media having different transparent substrate thicknesses by using two light sources having different wavelengths, an objective lens having a diffraction pattern is used, and further, When diffracted light of the same order other than 0 is used, the fluctuation of spherical aberration is larger than that of an existing double-sided aspheric objective lens due to the fluctuation of the laser oscillation wavelength. In particular, in the objective lens as in Example 6, the wavefront aberration is 0.001 λms at a wavelength of 650 nm, but the wavelength deteriorates to about 0.035 λrms when the wavelength changes ± 10 nm. At this time, spherical aberration is generated. Semiconductor lasers have individual differences in oscillation wavelength, and when a semiconductor laser having a large individual difference is applied to an optical pickup device, there arises a problem that the standard of spherical aberration of an objective lens having a diffraction pattern becomes strict.
[0496]
In the objective lens used in the optical pickup device, negative third-order spherical aberration increases when the incident light beam changes from parallel light to divergent light, and positive third-order spherical aberration increases when the light beam becomes convergent light from the parallel light beam. The third order spherical aberration can be controlled by changing the divergence of the incident light beam to the objective lens. In the objective lens as in the sixth embodiment, the main component of the spherical aberration caused by the individual difference in the oscillation wavelength of the semiconductor laser is the third-order spherical aberration. Therefore, by changing the divergence of the incident light beam to the objective lens, The third-order spherical aberration of the entire focusing optical system can be made as designed.
[0497]
If there is a coupling lens such as a collimator in the condensing optical system, the third-order spherical aberration of the objective lens can be controlled by moving it in the optical axis direction. Further, when there is a coupling lens such as a collimator, the object can be similarly achieved by moving the semiconductor laser in the optical axis direction. Of course, when there is a coupling lens such as a collimator, the semiconductor laser may be moved in the optical axis direction.
[0498]
<Example 19>
[0499]
As a specific example of the objective lens according to the eighth embodiment, Example 19 of the spherical aberration correction lens is shown in FIG. 111, Table 20, and Table 21.
[0500]
In Table 20, ri represents the radius of curvature of the refractive surface, di and di 'represent the surface spacing, and ni and ni' represent the refractive index at the dominant wavelength. The surface shape formula is shown in the following [Equation 4].
[0501]
[Expression 4]
[0502]
Where X is an axis in the optical axis direction, h is an axis perpendicular to the optical axis, the traveling direction of light is positive, r is a paraxial radius of curvature, κ is a cone number, Aj is an aspheric coefficient, Pj (Pi ≧ 3) is an aspheric power.
[0503]
The diffraction surface is as shown in Equation 1 as an optical path difference function. The unit is expressed as mm.
[0504]
[Table 20]
[0505]
di and ni are values for the first optical information recording medium (t1 = 0.6 mm).
di ′ and ni ′ are values for the second optical information recording medium (t2 = 1.2 mm).
[0506]
[Table 21]
[0507]
A lens sectional view of the above example is shown in FIG. 111, and its spherical aberration is shown in FIG. In FIG. 111, a portion S2d including the optical axis of the second surface S2 has a diffraction pattern, and an outer portion S2r thereof is an aspherical refracting surface. FIG. 112 (a) is a spherical aberration diagram with a wavelength of 635 nm and the first optical information recording medium (t1 = 0.6 mm), and the aberration is sufficiently corrected. FIG. 4B is a spherical aberration diagram at a wavelength of 780 nm and the second optical information recording medium (t2 = 1.2 mm). The light beam passing through the first divided surface S2d is corrected for spherical aberration by the effect of diffraction. The light beam passing through the second divided surface S2r becomes flare light, which has the same effect as the diaphragm.
[0508]
The lens of the above example is an objective lens with NAH2 = 0.5 and NAL2 = 0. The diffraction pattern portion of this lens is a ring-shaped pattern with the optical axis as the center, and the number of steps is about 13. Further, the boundary between the circumferential portion farthest from the optical axis of the diffraction pattern portion and the refracting surface has a step of about 21 μm.
[0509]
When NAH2 = 0.45, the number of steps of the diffraction pattern is about 9, and the step amount is about 13 μm. The step amount and the number of steps of the diffraction pattern are substantially proportional to the fourth power of NAH2.
[0510]
When NAL2 = 0 as in this example, the number of steps of the diffraction pattern increases in proportion to the spherical aberration to be corrected.
[0511]
In the objective lens of the present invention, a good effect can be obtained even if the depth of the diffraction pattern in the optical axis direction is 2 μm or less. However, if the number of steps of the diffraction pattern is too large, it becomes difficult to mold and mold. It is desirable that the number of steps is as small as possible.
[0512]
(1) The image forming magnification of CD is made slightly smaller than the image forming magnification of DVD, and the amount of spherical aberration to be corrected is reduced in advance. Preferably, mCD (magnification during CD recording / playback) -mDVD (magnification during DVD recording / playback) is preferably -1/15 to 0. (2) Deep numerical aperture is small This can be achieved by not providing a diffraction pattern in the part.
[0513]
For example, if the imaging magnification of DVD is 0 and the imaging magnification of CD is -0.03, the spherical aberration to be corrected will be halved. The number is about 7, and the step amount is about 11 μm.
[0514]
When the step amount is small, the shape of the step S2s may smoothly transition from the diffraction pattern portion S2d to the refracting surface portion S2r.
[0515]
Further, in the case where the image forming magnification of DVD and the image forming magnification of CD are both 0, for example, if NAL2 = 0.36, the residual spherical aberration component WSA (NAL2) of the wavefront aberration of the light flux having a numerical aperture of NAL2 or less is obtained. About 0.053λrms. By attaching an optimal diffraction pattern to this, the RMS value of the wavefront aberration up to NAH2 can be reduced while keeping the wavefront aberration of DVD almost zero.
[0516]
The residual spherical aberration component WSA (NAH2) of the wavefront aberration of a light beam having a numerical aperture of NAH2 or less can be approximated by the following equation.
[0517]
WSA (NAH2) = (NAL2 / NAH2) 2 × WSA (NAL2)
Therefore, when NAH2 = 0.45, the above value is 0.034λrms, and when NAH2 = 0.5, 0.027λrms, which is sufficiently smaller than the Marechal limit value.
[0518]
At this time, since the over spherical aberration occurs at NAL2 or less, the spherical aberration from NAL2 to NAH2 is not set to 0, but may be substantially matched with the best focus of the light beam at NAL2 or less. Since this best focus position is over the paraxial focus, the amount of spherical aberration to be corrected by the diffraction pattern can be small. In addition, a diffraction pattern is not necessary for a light beam having a wavelength of NAL2 or less. With these two effects, the number of steps of the diffraction pattern is about 6 when NAH2 = 0.5, and the number of steps of the diffraction pattern is 4 when NAH2 = 0.45.
[0519]
Of course, by making the CD imaging magnification smaller than the DVD imaging magnification, the diffraction pattern can be further reduced. With at least two steps, compatible reproduction of DVD and CD becomes possible.
[0520]
Incidentally, a high-density optical information recording medium having a transparent substrate thickness of 0.1 mm has been proposed. For this recording / reproduction, a blue semiconductor laser is used, a double objective lens is used, and NA1 of 0.85 is required. On the other hand, CD-RW uses a light source having a transparent substrate thickness of 1.2 mm and a wavelength of 780, and NA2 is set to 0.55. In this compatible optical system, since NA2 is large and t1-t2 is large compared to the case of DVD and CD-R (NAH2 = 0.5), the correction amount of spherical aberration is also 2.7 times larger. Therefore, the number of steps of the diffraction pattern is about 35.
[0521]
Furthermore, in order to correct paraxial chromatic aberration, the number of steps of the diffraction pattern increases. Further, when correction is performed including paraxial chromatic aberration up to NA1, the number of steps is several hundreds. In such a case, the diffraction pattern can be applied to a plurality of optical surfaces.
[0522]
Further, if necessary, a certain part from NAL2 to NAH2 may be a refractive surface.
[0523]
Further, when t1> t2, the sign of the generated spherical aberration is reversed, so that −1st order light is used.
[0524]
Similarly, in the case of DVD and CD, if the imaging magnification of CD of the objective lens is considerably smaller than the imaging magnification of DVD and the under spherical aberration remains, −1st order light is similarly used. .
[0525]
In addition, about DVD and CD which are important concerns now, the example implemented with a single objective lens using two lasers with different recording or wavelengths was shown. As already described, when the wavelength of the first light source is λ1 and the wavelength of the second light source is λ2 (λ2> λ1), when t1 <t2, + 1st order diffracted light is used, and t1> t2 In some cases, a first diffraction pattern using -1st order diffracted light is introduced, but in the case of DVD (using a first light source) and CD (using a second light source), the former.
[0526]
By the way, light sources with various wavelengths such as blue semiconductor lasers and SHG lasers have been put into practical use in recent years, and many new optical information recording media will appear in the future. In this case, the required spot size is determined from the recording density of the optical information recording medium, but the NA required for recording or recording / reproducing varies depending on the wavelength of the light source used. For this reason, the thickness of the transparent substrate of the optical information recording medium and the required NA are classified into the following four types for the two optical information recording media.
(1) t1 <t2, NA1> NA2
(2) t1 <t2, NA1 <NA2
(3) t1> t2, NA1> NA2
(4) t1> t2, NA1 <NA2
[0527]
In the above description, the diffraction order of the first diffraction pattern used for the light source of the first diffraction pattern, the first diffraction pattern range (NAH1, NAL1, NAH2, NAL2), the diffraction pattern portion and the transmission are used. The type and NA range of the light source that needs to be condensed at the same position, the NA range for setting the spherical aberration for each light source, and the need for the wavefront aberration to be 0.07λrms or less for each light source Limiting the luminous flux from which light source when introducing a certain NA range, the diffraction order for each light source of the second diffraction pattern and the necessity of condensing at the same position as the first diffraction pattern, and aperture restriction The conditions (2), (3), and (4) have been described in detail, but the detailed description is omitted because the cases (2), (3), and (4) can be easily performed from the details of (1).
[0528]
Also, at the time of manufacturing the lens, it is possible to integrally mold a plastic material or a glass material with a mold engraved with a diffraction pattern. An optical surface may be formed. Further, it may be manufactured by coating or direct processing.
[0529]
As described above, the optical surface having the effect of the present invention may be provided on an optical element different from the objective lens, and the optical element may be provided on the light source side or the optical information recording medium side of the objective lens. Of course, you may arrange | position on the optical surface through which the light beam from the 1st light source of a collimator or a photosynthesis means and the light beam from a 2nd light source pass together. However, when the objective lens moves due to tracking or the like, the optical axis of the diffraction pattern and the optical axis of the objective lens move relatively, so that the amount of tracking is limited.
[0530]
Further, for convenience of explanation, the diffraction pattern is concentric with respect to the optical axis, but is not limited thereto.
[0531]
Although the objective lens specifically shown in the above Examples 1 to 19 has been exemplified by a single lens, the objective lens may be composed of a plurality of lenses. The case having the diffractive surface of the invention is also included in the present invention.
[0532]
In the present invention, it is preferable that the diffraction efficiency of the diffracted light of the specific order is 10% or more higher than the diffraction efficiency of the diffracted light of the other orders with respect to the light of two different wavelengths. The diffraction efficiency of the specific order diffracted light is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and the loss of light amount is small. Practically preferred.
[0533]
Further, as shown in the above embodiments and specific examples of lenses, the diffractive surface of the present invention is selectively generated with at least two wavelengths different from each other due to the presence of the diffractive surface. When the diffracted light beams of a specific order are focused on each other, it is desirable that the spherical aberration be improved as compared with the case where there is no diffractive surface, that is, when a surface enveloping the relief of the diffractive surface is assumed by simulation or the like.
[0534]
Furthermore, in the present invention, the diffracted light of a specific order that is selectively generated with respect to each of light of different at least two wavelengths (wavelength λ) has zero wavefront aberration on the image plane. In order to obtain a practically effective desired spot, it is preferable that it is 0.07λrms or less. The embodiments described above can be modified by those skilled in the art without departing from the technical idea and scope of the present invention.
[0535]
As described above, according to the present invention, it is possible to correct spherical aberration and axial chromatic aberration with respect to at least two different wavelengths of light with a simple configuration using at least one optical element having a diffractive surface. System, optical pickup device, recording / reproducing device, lens, optical element, diffractive optical system for optical disc, sound and / or image recording and / or reproducing device, and objective lens can be obtained. In addition, at least the optical system can be reduced in size and weight and cost. Further, when the optical element has a diffractive surface that maximizes the diffraction efficiency of diffracted light of the same order with respect to light of at least two different wavelengths, the diffraction efficiency of diffracted light of different orders is maximized. The loss of light quantity can be reduced as compared with the case of doing so.
[0536]
In particular, by providing a diffractive lens on the refracting surface, it is used in a recording / reproducing optical system having two light sources having different wavelengths. A corrected diffractive optical system can be obtained.
[0537]
In particular, as described above, for one of the three light sources having different wavelengths, one objective lens can record information and / or reproduce information on different optical discs. Since no ring lens is used, the optical pickup device can be thinned, and the problem of high cost can be solved.
[0538]
In particular, in an optical pickup device having three light sources having different wavelengths, the aspherical coefficient and the phase difference function coefficient are appropriately designed to generate a spherical aberration and a wavelength difference caused by a difference in transparent substrate thickness. It is possible to provide an optical pickup device and an objective lens that correct chromatic aberration of spherical aberration and axial chromatic aberration.
[0539]
Further, in particular, by providing a plurality of dividing surfaces on the objective lens and providing a diffraction surface on the first dividing surface, a single condensing optical system for optical information recording media having transparent substrates with different thicknesses. By the system, it is possible to provide a spherical aberration correction objective lens and an optical pickup device for recording / reproducing of an optical information recording medium which can be recorded / reproduced by light beams having different wavelengths.
[0540]
Further, the objective lens for the optical pickup device includes a plurality of annular zones divided concentrically, and each annular zone is provided for a plurality of light sources having different wavelengths and / or transparent substrates having different recording surface thicknesses. Aberration correction is made almost to the diffraction limit, and flare light incident on the photodetector can be reduced, making it easy to manufacture.
[0541]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to correct spherical aberration and axial chromatic aberration with respect to light of at least two wavelengths different from each other with a simple configuration using at least one optical element having a diffractive surface. A pickup device, a recording / reproducing apparatus, a recording / reproducing method, and an objective lens that are stable against changes can be obtained. In addition, at least the optical system can be reduced in size and weight and cost. Further, when the optical element has a diffractive surface that maximizes the diffraction efficiency of diffracted light of the same order with respect to light of at least two different wavelengths, the diffraction efficiency of diffracted light of different orders is maximized. The loss of light quantity can be reduced as compared with the case of doing so.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical path diagram of a diffractive optical lens according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a spherical aberration diagram for the wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 1 of the present invention;
FIG. 3 is a spherical aberration diagram up to NA 0.45 for wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 1 of the present invention;
FIG. 4 is a spherical aberration diagram up to NA 0.60 for wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 1 of the present invention;
FIG. 5 is a wavefront aberration diagram with respect to a wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 1 of the present invention;
6 is a wavefront aberration diagram with respect to a wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 1 of the present invention; FIG.
FIG. 7 is an optical path diagram for a wavelength λ = 405 nm by the diffractive optical lens according to Example 2 of the present invention;
FIG. 8 is an optical path diagram with respect to a wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 2 of the present invention;
FIG. 9 is a spherical aberration diagram with respect to a wavelength λ = 405 nm by the diffractive optical lens according to Example 2 of the present invention;
FIG. 10 is a spherical aberration diagram for the wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 2 of the present invention;
FIG. 11 is a wavefront aberration diagram with respect to a wavelength λ = 405 nm by the diffractive optical lens according to Example 2 of the present invention;
12 is a wavefront aberration diagram with respect to a wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 2 of the present invention; FIG.
FIG. 13 is an optical path diagram for a wavelength λ = 405 nm by the diffractive optical lens according to Example 3 of the present invention;
FIG. 14 is an optical path diagram for a wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 3 of the present invention;
FIG. 15 is a spherical aberration diagram for the wavelength λ = 405 nm by the diffractive optical lens according to Example 3 of the present invention;
FIG. 16 is a spherical aberration diagram for the wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 3 of the present invention;
FIG. 17 is a wavefront aberration diagram at the wavelength λ = 405 nm by the diffractive optical lens according to Example 3 of the present invention;
FIG. 18 is a wavefront aberration diagram with respect to a wavelength λ = 635 nm by the diffractive optical lens according to Example 3 of the present invention;
FIG. 19 is an optical path diagram of the diffractive optical lens according to Example 4 of the present invention.
20 is a spherical aberration diagram with respect to wavelengths λ = 635 nm, 650 nm, and 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 4 of the present invention; FIG.
FIG. 21 is an optical path diagram of the diffractive optical lens according to Example 5 of the present invention.
22 is a spherical aberration diagram with respect to wavelengths λ = 635 nm, 650 nm, and 780 nm by the diffractive optical lens of Example 5 of the present invention. FIG.
FIG. 23 is an optical path diagram for a wavelength λ = 650 nm by the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention;
FIG. 24 is an optical path diagram for the wavelength λ = 780 nm (NA = 0.5) by the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention;
FIG. 25 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelength λ = 650 ± 10 nm by the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention.
FIG. 26 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.50 for wavelength λ = 780 ± 10 nm by the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention.
FIG. 27 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention;
FIG. 28 is a wavefront aberration rms diagram with respect to wavelength λ = 650 nm by the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention;
FIG. 29 is a wavefront aberration rms diagram with respect to wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention;
30 is an optical path diagram for a wavelength λ = 650 nm by the diffractive optical lens according to Example 7 of the present invention; FIG.
FIG. 31 is an optical path diagram for a wavelength λ = 780 nm (NA = 0.5) by the diffractive optical lens according to Example 7 of the present invention;
FIG. 32 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelength λ = 650 ± 10 nm by the diffractive optical lens according to Example 7 of the present invention;
FIG. 33 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.50 for wavelength λ = 780 ± 10 nm by the diffractive optical lens according to Example 7 of the present invention.
FIG. 34 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens of Example 7 of the present invention.
FIG. 35 is a wavefront aberration rms diagram with respect to wavelength λ = 650 nm by the diffractive optical lens according to Example 7 of the present invention;
FIG. 36 is a wavefront aberration rms diagram with respect to wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 7 of the present invention;
FIG. 37 is an optical path diagram for the wavelength λ = 650 nm by the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention;
FIG. 38 is an optical path diagram for the wavelength λ = 780 nm (NA = 0.5) by the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention;
FIG. 39 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelength λ = 650 ± 10 nm by the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention.
40 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.50 for wavelength λ = 780 ± 10 nm by the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention. FIG.
FIG. 41 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention;
FIG. 42 is a wavefront aberration rms diagram with respect to wavelength λ = 650 nm by the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention;
FIG. 43 is a wavefront aberration rms diagram with respect to wavelength λ = 780 nm by the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention;
FIG. 44 is a graph showing the relationship between the number of diffraction ring zones and the height from the optical axis for the diffractive optical lens according to Example 6 of the present invention;
FIG. 45 is a graph showing the relationship between the number of diffraction ring zones and the height from the optical axis for the diffractive optical lens according to Example 7 of the present invention;
FIG. 46 is a graph showing the relationship between the number of diffraction ring zones and the height from the optical axis for the diffractive optical lens according to Example 8 of the present invention;
FIG. 47 is a diagram schematically showing the relationship between the diffractive lens power and the lens shape for the diffractive optical lens according to the working example of the present invention.
FIG. 48 is an optical path diagram showing the configuration of the optical pickup apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 49 is an optical path diagram showing the configuration of the optical pickup apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 50 is an optical path diagram for the wavelength λ = 650 nm of the objective lens according to Example 9 of the present invention;
FIG. 51 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 780 nm of an objective lens according to Example 9 of the present invention;
FIG. 52 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 9 of the present invention.
FIG. 53 is a spherical aberration diagram up to NA0.45 for wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 9 of the present invention.
54 is a spherical aberration diagram up to NA 0.60 for wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 9 of the present invention. FIG.
FIG. 55 is a wavefront aberration diagram at a wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 9 of the present invention.
FIG. 56 is a wavefront aberration diagram with respect to wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 9 of the present invention;
FIG. 57 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
FIG. 58 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
FIG. 59 is an optical path diagram for the wavelength λ = 780 nm with respect to the objective lens according to Example 10 of the present invention.
FIG. 60 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
61 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention. FIG.
FIG. 62 is a spherical aberration diagram up to NA0.45 for wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
FIG. 63 is a spherical aberration diagram up to NA0.65 for wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
FIG. 64 is a wavefront aberration diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
FIG. 65 is a wavefront aberration diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
FIG. 66 is a wavefront aberration diagram with respect to wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 10 of the present invention;
FIG. 67 is a diagram showing a configuration of an optical pickup device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 68 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention;
FIG. 69 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention;
FIG. 70 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention;
FIG. 71 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention;
72 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention; FIG.
FIG. 73 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.45 for wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention;
74 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.65 for wavelength λ = 780 nm, concerning the objective lens according to Example 11 of the present invention. FIG.
FIG. 75 is a wavefront aberration diagram at a wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention;
FIG. 76 is a wavefront aberration diagram at the wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention;
77 is a wavefront aberration diagram at the wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 11 of the present invention. FIG.
FIG. 78 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention;
FIG. 79 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention;
FIG. 80 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention;
81 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention; FIG.
FIG. 82 is a spherical aberration diagram with respect to a wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention.
83 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.45 for wavelength λ = 780 nm, concerning the objective lens according to Example 12 of the present invention. FIG.
84 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.65 for wavelength λ = 780 nm, concerning the objective lens according to Example 12 of the present invention. FIG.
FIG. 85 is a wavefront aberration diagram at a wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention;
FIG. 86 is a wavefront aberration diagram at the wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention.
FIG. 87 is a wavefront aberration diagram with respect to wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 12 of the present invention;
FIG. 88 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 89 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 90 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 91 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 92 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
93 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.45 for wavelength λ = 780 nm, for the objective lens according to Example 13 of the present invention. FIG.
FIG. 94 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.65 for wavelength λ = 780 nm, concerning the objective lens according to Example 13 of the present invention.
FIG. 95 is a wavefront aberration diagram at a wavelength λ = 650 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 96 is a wavefront aberration diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 97 is a wavefront aberration diagram with respect to wavelength λ = 780 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 98 is an optical path diagram with respect to wavelength λ = 400 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 99 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 400 nm ± 10 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 100 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 650 nm ± 10 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 101 is a spherical aberration diagram with respect to wavelength λ = 780 nm ± 10 nm for the objective lens according to Example 13 of the present invention;
FIG. 102 is an optical path diagram showing a first configuration of the optical pickup apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 103 is an optical path diagram showing a second configuration of the optical pickup apparatus according to the eighth embodiment of the present invention;
FIG. 104 is an optical path diagram showing a third configuration of the optical pickup apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 105 is an optical path diagram showing a fourth configuration of the optical pickup apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 106 is an optical path diagram showing a fifth configuration of the optical pickup apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 107 is an optical path diagram showing a sixth configuration of the optical pickup apparatus according to the eighth embodiment of the present invention;
FIG. 108 is an optical path diagram showing a seventh configuration of the optical pickup apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 109 is a schematic diagram showing the structure of a Super RENS optical disc.
110 is a graph showing the relationship between the imaging magnification m2 and the wavefront aberration of the objective lens according to Example 15 according to the eighth embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 111 is a cross sectional view of Example 15 according to the eighth embodiment of the present invention;
112 is a spherical aberration diagram of Example 15; FIG.
FIG. 113 is an explanatory diagram of the action of a diffraction pattern.
FIG. 114 is a schematic diagram showing the influence of chromatic aberration on the spherical aberration of the objective lens according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 115 is a schematic diagram showing the influence of + 1st order diffraction on the spherical aberration of the objective lens according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 116 is a schematic diagram showing the influence of −1st order diffraction on the spherical aberration of the objective lens according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 117 is an optical path diagram showing the configuration of the optical pickup apparatus according to the seventh embodiment of the present invention;
FIG. 118 is an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is an objective lens according to Example 15 according to the seventh embodiment of the invention.
119 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths (λ) = 640, 650, and 660 nm of the diffractive optical lens in FIG. 118;
120 is an optical path diagram of the diffractive optical lens in Example 15 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than FIG. 118. FIG.
121 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths λ = 770, 780, and 790 nm of the diffractive optical lens in FIG. 120;
FIG. 122 is an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is an objective lens according to Example 16 according to the seventh embodiment of the invention;
123 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths (λ) = 640, 650, and 660 nm of the diffractive optical lens in FIG. 122;
124 is an optical path diagram of the diffractive optical lens in Example 16 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than FIG. 122. FIG.
125 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths λ = 770, 780, and 790 nm of the diffractive optical lens in FIG. 124;
FIG. 126 is an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is an objective lens according to Example 17 according to the seventh embodiment of the invention.
127 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths (λ) = 640, 650, and 660 nm of the diffractive optical lens in FIG. 126;
128 is an optical path diagram of the diffractive optical lens in Example 17 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than that in FIG. 126. FIG.
129 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.60 for wavelengths λ = 770, 780, and 790 nm of the diffractive optical lens in FIG. 128;
FIG. 130 is an optical path diagram of a diffractive optical lens (objective lens having a diffractive surface) which is an objective lens according to Example 18 according to the seventh embodiment of the invention.
131 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.70 for wavelengths (λ) = 390, 400, and 410 nm of the diffractive optical lens in FIG. 130;
132 is an optical path diagram of the diffractive optical lens in Example 18 when the transparent substrate of the optical information recording medium is thicker than FIG. 130. FIG.
133 is a spherical aberration diagram up to numerical aperture 0.70 for wavelengths λ = 640, 650, and 660 nm of the diffractive optical lens in FIG. 132. FIG.
FIG. 134 is a diagram for explaining the pitch of a diffraction ring zone and the depth of a step in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Objective lens
2 Collimator lens
3 Aperture
4 optical axes
5 Condensing optical system
6,7 Beam splitter
10 Optical pickup device
11 First semiconductor laser
12 Blue laser
13 Second semiconductor laser
16 Objective lens
16a Flange part
20 Optical disc
21 Transparent substrate
22 Information recording surface
111, 112 semiconductor laser
120, 121, 122 Polarizing beam splitter
130, 131, 132 collimator
140, 141, 142 1/4 wave plate
150 Two-dimensional actuator
160 Objective lens
170 aperture
180 Cylindrical lens
190 Beam splitter
200 optical disc
210 Transparent substrate
220 Information recording surface
230,231,232 hologram
240 First protective film
250 Nonlinear optical film
260 Second protective film
270 Third protective film
300, 301, 302, 305 photodetector
400, 410, 420, 430 Laser / detector integrated unit
50 concave lens
60 coupling ring lens
90 condenser lens

Claims (38)

  1. 光情報記録媒体から情報を再生し、または、光情報記録媒体に情報を記録するための光ピックアップ装置において、
    第1の透明基板を有する第1の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するための第1の波長を有する第1の光束を射出する第1の光源と、
    前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を有する第2の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するための前記第1の波長と異なる第2の波長を有する第2の光束を射出する第2の光源と、
    対物レンズと光軸と回折部とを有する集光光学系と、
    前記第1の光情報記録媒体の情報記録面または前記第2の光情報記録媒体の情報記録面から反射された光束を受光するための光検出器と、を具備し、
    前記集光光学系は、前記第1の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第1の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第1の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第1の光束の前記n次回折光を、前記第1の透明基板を介して前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができ、
    前記集光光学系は、前記第2の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第2の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第2の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第2の光束の前記n次回折光を、前記第2の透明基板を介して前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができるとともに、以下の条件式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
    −0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
    0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
    λ1<λ2
    t1<t2
    NA1>NA2
    ここで、ΔT(℃):温度変化
    Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
    Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
    λ1:前記第1の光束の波長
    λ2:前記第2の光束の波長
    t1:前記第1の透明基板の厚さ
    t2:前記第2の透明基板の厚さ
    NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    In an optical pickup device for reproducing information from an optical information recording medium or recording information on an optical information recording medium,
    Information is reproduced from a first optical information recording medium having a first transparent substrate, or a first light beam having a first wavelength for recording information on the first optical information recording medium is emitted. A first light source;
    The information for reproducing information from a second optical information recording medium having a second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate, or for recording information on the second optical information recording medium A second light source that emits a second light flux having a second wavelength different from the first wavelength;
    A condensing optical system having an objective lens, an optical axis, and a diffraction part;
    A photodetector for receiving a light beam reflected from the information recording surface of the first optical information recording medium or the information recording surface of the second optical information recording medium,
    In the condensing optical system, when the first light flux passes through at least a part of the diffractive portion, the amount of light of the n-th order diffracted light (where n is an integer other than 0) of the first light flux is Generating at least one order of diffracted light that is greater than the amount of light of any other order of diffracted light in order to reproduce information from the first optical information recording medium, or In order to record information on the optical information recording medium, the n-th order diffracted light of the first light flux is collected on the information recording surface of the first optical information recording medium via the first transparent substrate. Can light,
    In the condensing optical system, when the second light flux passes through at least a part of the diffractive portion, the amount of light of the n-order diffracted light (where n is an integer other than 0) of the second light flux is In order to generate at least one order of diffracted light that is larger than the amount of light of any other order of diffracted light in order to reproduce information from the second optical information recording medium, or the second In order to record information on the optical information recording medium, the n-th order diffracted light of the second light beam is collected on the information recording surface of the second optical information recording medium via the second transparent substrate. An optical pickup device capable of emitting light and satisfying the following conditional expression :
    −0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
    0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
    λ1 <λ2
    t1 <t2
    NA1> NA2
    Here, ΔT (° C.): temperature change Δn: change in refractive index of the objective lens when there is a temperature change ΔT
    Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first light flux when there is a temperature change ΔT
    λ1: wavelength of the first light beam
    λ2: wavelength of the second light flux
    t1: thickness of the first transparent substrate
    t2: thickness of the second transparent substrate
    NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
    NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
  2. 前記集光光学系は、前記第1の光束における前記n次回折光を前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、前記対物レンズの像側の、前記第1の光束における所定開口数内では0.07λrms以下の状態で集光でき、前記集光光学系は、前記第2の光束における前記n次回折光を前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、前記対物レンズの像側の、前記第2の光束における所定開口数内では0.07λrms以下の状態で集光できることを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。 The condensing optical system causes the n-th order diffracted light in the first light flux to be on the information recording surface of the first optical information recording medium, on the image side of the objective lens, on a predetermined aperture in the first light flux. The focusing optical system can focus the n-order diffracted light in the second light flux on the information recording surface of the second optical information recording medium. 2. The optical pickup device according to claim 1, wherein the light can be condensed in a state of 0.07 λ rms or less within a predetermined numerical aperture of the second light flux on the image side of the lens.
  3. 前記n次回折光は、+1次回折光であることを特徴とする請求項1または2に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 1, wherein the nth-order diffracted light is + 1st-order diffracted light.
  4. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
    0.55mm<t1<0.65mm
    1.1mm<t2<1.3mm
    630nm<λ1<670nm
    760nm<λ2<820nm
    0.55<NA1<0.68
    0.40<NA2<0.55
    The optical pickup device according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
    0.55mm <t1 <0.65mm
    1.1mm <t2 <1.3mm
    630 nm <λ1 <670 nm
    760 nm <λ2 <820 nm
    0.55 <NA1 <0.68
    0.40 <NA2 <0.55
  5. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項4に記載の光ピックアップ装置。
    t1=0.6mm
    t2=1.2mm
    λ1=650nm
    λ2=780nm
    NA1=0.6
    NA2=0.45
    The optical pickup device according to claim 4, wherein the following conditional expression is satisfied.
    t1 = 0.6mm
    t2 = 1.2mm
    λ1 = 650 nm
    λ2 = 780 nm
    NA1 = 0.6
    NA2 = 0.45
  6. 前記回折部における前記第1の光束の前記n次回折光の回折効率をA%とし、他のある次数の回折光の回折効率をB%としたとき、A−B≧10であり、
    前記回折部における前記第2の光束の前記n次回折光の回折効率をA'%とし、他のある次数の回折光の回折効率をB'%としたとき、A'−B'≧10であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
    When the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light of the first light flux in the diffractive portion is A% and the diffraction efficiency of other diffracted light of a certain order is B%, A−B ≧ 10.
    A′−B ′ ≧ 10 when the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light of the second light flux in the diffractive portion is A ′% and the diffraction efficiency of another certain order of diffracted light is B ′%. The optical pickup device according to claim 1, wherein the optical pickup device is an optical pickup device.
  7. 前記回折部は、前記光軸の方向から見て、複数の輪帯を有し、前記複数の輪帯が前記光軸または前記光軸近傍の点を中心としたほぼ同心円上に形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。 The diffraction part has a plurality of annular zones when viewed from the direction of the optical axis, and the plurality of annular zones are formed on substantially concentric circles centered on the optical axis or a point in the vicinity of the optical axis. The optical pickup device according to claim 1, wherein:
  8. 前記回折部は、第1の回折パターンと、第2の回折パターンと、を有し、
    前記第2の回折パターンが、前記第1の回折パターンよりも光軸から離れていることを特徴とする請求項7に記載の光ピックアップ装置。
    The diffraction part has a first diffraction pattern and a second diffraction pattern,
    The optical pickup device according to claim 7, wherein the second diffraction pattern is further away from the optical axis than the first diffraction pattern.
  9. 前記n次回折光が+1次回折光もしくは−1次回折光であることを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。 2. The optical pickup device according to claim 1, wherein the n-order diffracted light is + 1st-order diffracted light or -1st-order diffracted light.
  10. 前記第2の光束を用いる際の、前記対物レンズの像側の所定開口数内である前記第2の光束は、前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、波面収差が0.07λrms以下の状態で集光され、
    前記第2の光束を用いて、前記所定開口数より外側を通過した前記第2の光束は、前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上では、波面収差が0.07λrmsより大きい状態となり、
    前記第1の光束を用いて、前記所定開口数内を通過した前記第1の光束も、前記所定開口数より外側を通過した前記第1の光束も、前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、波面収差が0.07λrms以下の状態で集光されることを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
    When the second light flux is used, the second light flux within a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens has zero wavefront aberration on the information recording surface of the second optical information recording medium. .07λrms or less in the focused state,
    Using the second light beam, the second light beam that has passed outside the predetermined numerical aperture has a wavefront aberration greater than 0.07λrms on the information recording surface of the second optical information recording medium. And
    Using the first light flux, both the first light flux that has passed through the predetermined numerical aperture and the first light flux that has passed outside the predetermined numerical aperture are both the first optical information recording medium. The optical pickup device according to claim 1, wherein the optical pickup device is focused on the information recording surface with a wavefront aberration of 0.07 λrms or less.
  11. 前記集光光学系は屈折面を有するレンズを有し、前記回折部は前記レンズ上に設けられたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 1, wherein the condensing optical system includes a lens having a refracting surface, and the diffraction unit is provided on the lens.
  12. 前記レンズが前記対物レンズであることを特徴とする請求項11に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 11, wherein the lens is the objective lens.
  13. 前記対物レンズは、外周にフランジ部を有することを特徴とする請求項12に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 12, wherein the objective lens has a flange portion on an outer periphery.
  14. 前記対物レンズの前記屈折面は、非球面であることを特徴とする請求項12に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 12, wherein the refractive surface of the objective lens is an aspherical surface.
  15. 前記レンズはアッベ数νdが50よりも大きい材料でできていることを特徴とする請求項11に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 11, wherein the lens is made of a material having an Abbe number νd larger than 50.
  16. 前記レンズは、プラスチックレンズであることを特徴とする請求項11〜15のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 11, wherein the lens is a plastic lens.
  17. 前記レンズは、ガラスレンズであることを特徴とする請求項11〜15のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。 The optical pickup device according to claim 11, wherein the lens is a glass lens.
  18. 前記第1の光束と前記第2の光束との波長差が80nm〜400nmであることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。 18. The optical pickup device according to claim 1, wherein a wavelength difference between the first light flux and the second light flux is 80 nm to 400 nm.
  19. 光情報記録媒体から情報を再生し、または、光情報記録媒体に情報を記録するための光ピックアップ装置において使用される対物レンズであって、
    光軸と回折部とを有し、
    第1の透明基板を有する第1の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するための第1の波長を有する第1の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第1の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第1の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第1の光束の前記n次回折光を、前記第1の透明基板を介して前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができ、
    前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を有する第2の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するための前記第1の波長と異なる第2の波長を有する第2の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第2の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第2の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第2の光束の前記n次回折光を、前記第2の透明基板を介して前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができるとともに、
    以下の条件式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置用対物レンズ。
    −0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
    0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
    λ1<λ2
    t1<t2
    NA1>NA2
    ここで、ΔT(℃):温度変化
    Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
    Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
    λ1:前記第1の光束の波長
    λ2:前記第2の光束の波長
    t1:前記第1の透明基板の厚さ
    t2:前記第2の透明基板の厚さ
    NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    An objective lens used in an optical pickup device for reproducing information from an optical information recording medium or recording information on an optical information recording medium,
    Having an optical axis and a diffraction part,
    A first light beam having a first wavelength for reproducing information from a first optical information recording medium having a first transparent substrate or recording information on the first optical information recording medium is diffracted. By passing at least a part of the part, the light quantity of the nth-order diffracted light (where n is an integer other than 0) of the first light flux is any light quantity of any other order of the first light flux. In order to generate at least one order of diffracted light that is greater than and reproduce information from the first optical information recording medium or to record information on the first optical information recording medium. The n-th order diffracted light of one luminous flux can be condensed on the information recording surface of the first optical information recording medium via the first transparent substrate;
    The information for reproducing information from a second optical information recording medium having a second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate, or for recording information on the second optical information recording medium A second light beam having a second wavelength different from the first wavelength passes through at least a part of the diffractive portion, whereby the nth-order diffracted light of the second light beam (where n is an integer other than 0). For generating at least one order of diffracted light that is greater than the amount of light of any other order of diffracted light in the second light flux, and for reproducing information from the second optical information recording medium, or In order to record information on the second optical information recording medium, the n-th order diffracted light of the second light beam is transmitted to the information recording medium of the second optical information recording medium via the second transparent substrate. Can focus on the surface,
    An objective lens for an optical pickup device that satisfies the following conditional expression:
    −0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
    0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
    λ1 <λ2
    t1 <t2
    NA1> NA2
    Here, ΔT (° C.): temperature change Δn: change in refractive index of the objective lens when there is a temperature change ΔT
    Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first light flux when there is a temperature change ΔT
    λ1: wavelength of the first light beam
    λ2: wavelength of the second light flux
    t1: thickness of the first transparent substrate
    t2: thickness of the second transparent substrate
    NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
    NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
  20. 前記対物レンズは、前記第1の光束における前記n次回折光を前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、前記対物レンズの像側の、前記第1の光束における所定開口数内では0.07λrms以下の状態で集光でき、
    前記対物レンズは、前記第2の光束における前記n次回折光を前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、前記対物レンズの像側の、前記第2の光束における所定開口数内では0.07λrms以下の状態で集光できることを特徴とする請求項19に記載の対物レンズ。
    The objective lens has the n-th order diffracted light in the first light flux on the information recording surface of the first optical information recording medium within a predetermined numerical aperture in the first light flux on the image side of the objective lens. Then, it can collect light in a state of 0.07λrms or less,
    The objective lens has the n-th order diffracted light in the second light flux on the information recording surface of the second optical information recording medium within a predetermined numerical aperture in the second light flux on the image side of the objective lens. The objective lens according to claim 19, wherein the light can be condensed in a state of 0.07 λrms or less.
  21. 前記n次回折光は、+1次回折光であることを特徴とする請求項19または20に記載の対物レンズ。 The objective lens according to claim 19 or 20, wherein the nth-order diffracted light is + 1st-order diffracted light.
  22. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項19に記載の対物レンズ。
    0.55mm<t1<0.65mm
    1.1mm<t2<1.3mm
    630nm<λ1<670nm
    760nm<λ2<820nm
    0.55<NA1<0.68
    0.40<NA2<0.55
    The objective lens according to claim 19, wherein the following conditional expression is satisfied.
    0.55mm <t1 <0.65mm
    1.1mm <t2 <1.3mm
    630 nm <λ1 <670 nm
    760 nm <λ2 <820 nm
    0.55 <NA1 <0.68
    0.40 <NA2 <0.55
  23. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項22に記載の対物レンズ。
    t1=0.6mm
    t2=1.2mm
    λ1=650nm
    λ2=780nm
    NA1=0.6
    NA2=0.45
    The objective lens according to claim 22, wherein the following conditional expression is satisfied.
    t1 = 0.6mm
    t2 = 1.2mm
    λ1 = 650 nm
    λ2 = 780 nm
    NA1 = 0.6
    NA2 = 0.45
  24. 前記回折部における前記第1の光束の前記n次回折光の回折効率をA%とし、他のある次数の回折光の回折効率をB%としたとき、A−B≧10であり、
    前記回折部における前記第2の光束の前記n次回折光の回折効率をA'%とし、他のある次数の回折光の回折効率をB'%としたとき、A'−B'≧10であることを特徴とする請求項19〜23のいずれか1項に記載の対物レンズ。
    When the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light of the first light flux in the diffractive portion is A% and the diffraction efficiency of other diffracted light of a certain order is B%, A−B ≧ 10.
    A′−B ′ ≧ 10 when the diffraction efficiency of the n-th order diffracted light of the second light flux in the diffractive portion is A ′% and the diffraction efficiency of another certain order of diffracted light is B ′%. The objective lens according to any one of claims 19 to 23, wherein:
  25. 前記回折部は、前記光軸の方向から見て、複数の輪帯を有し、前記複数の輪帯が前記光軸または前記光軸近傍の点を中心としたほぼ同心円上に形成されていることを特徴とする請求項19〜24のいずれか1項に記載の対物レンズ。 The diffraction part has a plurality of annular zones when viewed from the direction of the optical axis, and the plurality of annular zones are formed on substantially concentric circles centered on the optical axis or a point in the vicinity of the optical axis. The objective lens according to any one of claims 19 to 24, wherein:
  26. 前記回折部は、第1の回折パターンと、第2の回折パターンとを有し、
    前記第2の回折パターンが、前記第1の回折パターンよりも光軸から離れていることを特徴とする請求項25に記載の対物レンズ。
    The diffraction part has a first diffraction pattern and a second diffraction pattern,
    The objective lens according to claim 25, wherein the second diffraction pattern is further away from the optical axis than the first diffraction pattern.
  27. 前記n次回折光が+1次回折光もしくは−1次回折光であることを特徴とする請求項19に記載の対物レンズ。 The objective lens according to claim 19, wherein the nth-order diffracted light is + 1st-order diffracted light or −1st-order diffracted light.
  28. 前記第2の光束を用いる際の、前記対物レンズの像側の所定開口数内である前記第2の光束は、前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、波面収差が0.07λrms以下の状態で集光され、
    前記第2の光束を用いて、前記所定開口数より外側を通過した前記第2の光束は、前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上では、波面収差が0.07λrmsより大きい状態となり、
    前記第1の光束を用いて、前記所定開口数内を通過した前記第1の光束も、前記所定開口数より外側を通過した前記第1の光束も、前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に、波面収差が0.07λrms以下の状態で集光されることを特徴とする請求項19に記載の対物レンズ。
    When the second light flux is used, the second light flux within a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens has zero wavefront aberration on the information recording surface of the second optical information recording medium. .07λrms or less in the focused state,
    Using the second light beam, the second light beam that has passed outside the predetermined numerical aperture has a wavefront aberration greater than 0.07λrms on the information recording surface of the second optical information recording medium. And
    Using the first light flux, both the first light flux that has passed through the predetermined numerical aperture and the first light flux that has passed outside the predetermined numerical aperture are both the first optical information recording medium. The objective lens according to claim 19, wherein the objective lens is focused on the information recording surface in a state where the wavefront aberration is 0.07 λrms or less.
  29. 前記対物レンズは屈折面を有することを特徴とする請求項19〜28のいずれか1項に記載の対物レンズ。 The objective lens according to claim 19, wherein the objective lens has a refractive surface.
  30. 外周にフランジ部を有することを特徴とする請求項29に記載の対物レンズ。 The objective lens according to claim 29, further comprising a flange portion on an outer periphery.
  31. 前記屈折面は非球面であることを特徴とする請求項29に記載の対物レンズ。 The objective lens according to claim 29, wherein the refractive surface is an aspherical surface.
  32. アッベ数νdが50よりも大きい材料でできていることを特徴とする請求項29に記載の対物レンズ。 30. Objective lens according to claim 29, characterized in that it is made of a material with an Abbe number νd greater than 50.
  33. プラスチックレンズであることを特徴とする請求項29〜32のいずれか1項に記載の対物レンズ。 The objective lens according to claim 29, wherein the objective lens is a plastic lens.
  34. ガラスレンズであることを特徴とする請求項29〜32のいずれか1項に記載の対物レンズ。 It is a glass lens, The objective lens of any one of Claims 29-32 characterized by the above-mentioned.
  35. 前記第1の光束と前記第2の光束との波長差が80nm〜400nmであることを特徴とする請求項19〜34のいずれか1項に記載の対物レンズ。 The objective lens according to any one of claims 19 to 34, wherein a wavelength difference between the first light flux and the second light flux is 80 nm to 400 nm.
  36. 光情報記録媒体から情報を再生し、または、光情報記録媒体に情報を記録するための装置であって、請求項1〜18のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置を備えることを特徴とする記録再生装置。 An apparatus for reproducing information from an optical information recording medium or recording information on an optical information recording medium, comprising the optical pickup device according to any one of claims 1 to 18. Recording / playback device.
  37. 光情報記録媒体から情報を再生し、または、光情報記録媒体に情報を記録するための装置であって、
    光ピックアップ装置を備え、
    前記光ピックアップ装置は、
    第1の透明基板を有する第1の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するための第1の波長を有する第1の光束を射出する第1の光源と、
    前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を有する第2の光情報記録媒体から情報を再生し、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するための前記第1の波長と異なる第2の波長を有する第2の光束を射出する第2の光源と、
    対物レンズと光軸と回折部とを有する集光光学系と、
    前記第1の光情報記録媒体の情報記録面または前記第2の光情報記録媒体の情報記録面から反射された光束を受光するための光検出器と、を具備し、
    前記集光光学系は、前記第1の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第1の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第1の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第1の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第1の光束の前記n次回折光を、前記第1の透明基板を介して前記第1の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができ、
    前記集光光学系は、前記第2の光束が前記回折部の少なくとも一部を通過することにより、前記第2の光束のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい少なくとも1つの次数の回折光を発生させ、前記第2の光情報記録媒体から情報を再生するために、または、前記第2の光情報記録媒体に情報を記録するために、前記第2の光束の前記n次回折光を、前記第2の透明基板を介して前記第2の光情報記録媒体の前記情報記録面上に集光することができるとともに、以下の条件式を満たすことを特徴とする記録再生装置。
    −0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
    0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
    λ1<λ2
    t1<t2
    NA1>NA2
    ここで、ΔT(℃):温度変化
    Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
    Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
    λ1:前記第1の光束の波長
    λ2:前記第2の光束の波長
    t1:前記第1の透明基板の厚さ
    t2:前記第2の透明基板の厚さ
    NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    An apparatus for reproducing information from an optical information recording medium or recording information on an optical information recording medium,
    Equipped with an optical pickup device,
    The optical pickup device is:
    Information is reproduced from a first optical information recording medium having a first transparent substrate, or a first light beam having a first wavelength for recording information on the first optical information recording medium is emitted. A first light source;
    The information for reproducing information from a second optical information recording medium having a second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate, or for recording information on the second optical information recording medium A second light source that emits a second light flux having a second wavelength different from the first wavelength;
    A condensing optical system having an objective lens, an optical axis, and a diffraction part;
    A photodetector for receiving a light beam reflected from the information recording surface of the first optical information recording medium or the information recording surface of the second optical information recording medium,
    In the condensing optical system, when the first light flux passes through at least a part of the diffractive portion, the amount of light of the n-th order diffracted light (where n is an integer other than 0) of the first light flux is Generating at least one order of diffracted light that is greater than the amount of light of any other order of diffracted light in order to reproduce information from the first optical information recording medium, or In order to record information on the optical information recording medium, the n-th order diffracted light of the first light flux is collected on the information recording surface of the first optical information recording medium via the first transparent substrate. Can light,
    In the condensing optical system, when the second light flux passes through at least a part of the diffractive portion, the amount of light of the n-order diffracted light (where n is an integer other than 0) of the second light flux is In order to generate at least one order of diffracted light that is larger than the amount of light of any other order of diffracted light in order to reproduce information from the second optical information recording medium, or the second In order to record information on the optical information recording medium, the n-th order diffracted light of the second light beam is collected on the information recording surface of the second optical information recording medium via the second transparent substrate. A recording / reproducing apparatus capable of emitting light and satisfying the following conditional expression :
    −0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
    0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
    λ1 <λ2
    t1 <t2
    NA1> NA2
    Here, ΔT (° C.): temperature change Δn: change in refractive index of the objective lens when there is a temperature change ΔT
    Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first light flux when there is a temperature change ΔT
    λ1: wavelength of the first light beam
    λ2: wavelength of the second light flux
    t1: thickness of the first transparent substrate
    t2: thickness of the second transparent substrate
    NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
    NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
  38. 光ピックアップ装置により、少なくとも2種類の光情報記録媒体に対して情報の再生または記録する記録再生方法であって、
    前記光ピックアップ装置は、第1の光源と、第2の光源と、以下の条件式を満たす対物レンズと光軸と回折部とを有する集光光学系と、光検出器と、を備え、前記第1の光源から第1の光束をまたは前記第2の光源から前記第1の光束の波長と異なる第2の光束を射出するステップと、
    前記第1の光束または前記第2の光束を前記回折部の少なくとも一部を通過させて前記第1の光束の少なくとも1つの次数の回折光または前記第2の光束の少なくとも1つの次数の回折光を発生するステップ(ここで、前記第1の光束の少なくとも1つの次数の回折光の内のn次回折光(ここで、nは0以外の整数)の光量が前記第1の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きいとしたとき、前記第2の光束の少なくとも1つの次数の回折光の内のn次回折光の光量が前記第2の光束の他のいずれの次数の回折光の光量よりも大きい)と、
    前記集光光学系により、前記第1の光束の前記n次回折光を第1の透明基板を介して第1の光情報記録媒体の情報記録面にまたは前記第2の光束の前記n次回折光を前記第1の透明基板とは厚さが異なる第2の透明基板を介して第2の光情報記録媒体の情報記録面に、前記光ピックアップ装置が前記第1の光情報記録媒体または前記第2の光情報記録媒体に情報を記録しまたはそこから情報を再生するために、集光するステップと、
    前記光検出器により、前記集光された前記n次回折光の前記第1の光情報記録媒体の情報記録面からの第1の反射光または前記集光された前記n次回折光の前記第2の光情報記録媒体の情報記録面からの第2の反射光を検出するステップと、を含むとともに、以下の条件式を満足することを特徴とする情報の記録再生方法。
    −0.0002/℃<Δn/ΔT<−0.00005/℃
    0.05nm/℃<Δλ1/ΔT<0.5nm/℃
    λ1<λ2
    t1<t2
    NA1>NA2
    ここで、ΔT(℃):温度変化
    Δn:温度変化ΔTがあったときの前記対物レンズの屈折率の変化量
    Δλ1(nm) : 温度変化ΔTがあったときの前記第1の光束の波長の変化量
    λ1:前記第1の光束の波長
    λ2:前記第2の光束の波長
    t1:前記第1の透明基板の厚さ
    t2:前記第2の透明基板の厚さ
    NA1:前記第1の光束を用いて前記第1の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    NA2:前記第2の光束を用いて前記第2の光情報記録媒体に対して情報を再生または記録する際の前記対物レンズの像側の所定開口数
    A recording / reproducing method for reproducing or recording information on at least two types of optical information recording media by an optical pickup device,
    The optical pickup device includes a first light source, a second light source, a condensing optical system having an objective lens that satisfies the following conditional expression, an optical axis, and a diffraction unit, and a photodetector, Emitting a first light flux from the first light source or a second light flux different from the wavelength of the first light flux from the second light source;
    Diffracting light of at least one order of the first light flux or diffracting light of at least one order of the second light flux by allowing the first light flux or the second light flux to pass through at least a part of the diffraction section. (Where n is an integer other than 0 in the diffracted light of at least one order of the first light beam) If the amount of diffracted light of the second order is greater than the amount of diffracted light of the second order, the amount of light of nth order diffracted light among the diffracted light of at least one order of the second light flux Larger than the amount of light)
    The condensing optical system causes the n-th order diffracted light of the first light flux to pass through the first transparent substrate to the information recording surface of the first optical information recording medium or the n-th order diffracted light of the second light flux. The optical pickup device is connected to the first optical information recording medium or the second optical information recording surface of the second optical information recording medium through a second transparent substrate having a thickness different from that of the first transparent substrate. Condensing to record information on or reproduce information from the optical information recording medium of
    The first reflected light from the information recording surface of the first optical information recording medium of the collected nth-order diffracted light or the second of the collected nth-order diffracted light by the photodetector. Detecting the second reflected light from the information recording surface of the optical information recording medium, and satisfying the following conditional expression:
    −0.0002 / ° C. <Δn / ΔT <−0.00005 / ° C.
    0.05nm / ° C <Δλ1 / ΔT <0.5nm / ° C
    λ1 <λ2
    t1 <t2
    NA1> NA2
    Here, ΔT (° C.): temperature change Δn: change in refractive index of the objective lens when there is a temperature change ΔT
    Δλ1 (nm) : Amount of change in wavelength of the first light flux when there is a temperature change ΔT
    λ1: wavelength of the first light beam
    λ2: wavelength of the second light flux
    t1: thickness of the first transparent substrate
    t2: thickness of the second transparent substrate
    NA1: A predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the first optical information recording medium using the first light flux.
    NA2: a predetermined numerical aperture on the image side of the objective lens when information is reproduced or recorded on the second optical information recording medium using the second light flux
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