JP4239617B2 - Objective optical element and optical pickup device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CD(コンパクトディスク)やDVD(デジタルビデオディスク)などの光情報記録媒体(光ディスクともいう)の情報記録面にレーザー光を集光させることにより情報の記録及び/又は再生を行なう光ピックアップ装置は、対物レンズ、カップリングレンズ、ビームエキスパンダー等、種々の光学素子を組み合わせて構成されている。
これら光学素子は軽量かつ安価なプラスチック製であることが多いが、プラスチックは温度変化により屈折率が変化するという特徴を有するため、例えばプラスチック製の対物レンズでは、温度上昇により球面収差がオーバー方向に発生するという問題が生じる。
【0003】
そこで、このような温度変化に対するレンズの特性(温度特性)を改善するべく、対物レンズの光学面に回折構造を設け、回折構造により球面収差をアンダー方向に発生させることにより、温度上昇によりオーバー方向に発生した球面収差を相殺する技術が知られている。
また、光源から出射される光束のパワーを上昇させる際に、光束の波長が瞬間的に変動する、いわゆるモードホップが生じると、光軸上に形成される集光スポットの位置が光ディスクの情報記録面からずれるという問題が生じる。
【0004】
そこで、このような波長変化に対するレンズ特性(波長特性)の補正(以下、「モードホップ補正」ともいう。)を行なうための手段としても、光学素子に設けた回折構造を利用する技術が知られている。
なお、モードホップ補正とは、上記波長変動前後での、集光スポットにおける収差(軸上色収差と球面色収差とを合わせた収差)を回折限界以下に補正することをいう。
また、例えば、レーザー光源の個体差に起因して、出射光束の波長がレーザー光源毎に異なる場合があるが、この場合、アクチュエータにより対物レンズの位置を光情報記録媒体に対して相対的に光軸方向に移動させることにより、上記収差のうち軸上色収差については補正可能であり、球面収差のみを回折構造を利用して補正することになる。
なお、モードホップ等の瞬間的変化以外の環境変化に対しては、上述のように、アクチュエータを用いて対物レンズを光情報記録媒体に対して相対的に移動させることにより、通常、光情報記録媒体の情報記録面の光軸方向の位置は、集光スポットの波面収差が最小となる位置に調節されている。
【0005】
また、1つの対物レンズを用いて、波長λ1とλ2の2種類の光束をそれぞれ異なる種類の光ディスクに集光させる、いわゆる互換性を有する光ピックアップ装置では、例えば、対物レンズの一部に回折構造を設けることにより、この回折構造を通過する波長λ2の光束をフレア化させ、光ディスクに集光させない構成とすることにより、波長λ2の光束に対する対物レンズの開口数を制限する機能(開口制限機能)を持たせる技術や、回折構造により回折作用を受ける波長λ1及び波長λ2の光束のうち、最も回折効率が高くなる次数の回折光を利用することで、情報の記録及び/又は再生に十分な光量を得る技術が知られている。
【0006】
また、対物レンズ以外の他の光学素子(カップリングレンズ、ビームエキスパンダー等)もプラスチック製である場合には、これら光学素子から構成される光学系全体の温度特性を、光学系の最後部に配置される対物レンズに設けた回折構造により補正する技術が知られている。
【0007】
このように、近年、回折構造は温度特性の改善以外に様々な用途に用いられており、これら全ての要求を満たすことが可能な対物レンズ及び光ピックアップ装置について研究開発が進められている。
例えば、CD/DVD互換用の光ピックアップ装置の対物レンズとして、プラスチック製の対物レンズの入射面に、光軸を中心とする同心円状の回折面(回折輪帯)を形成したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
各回折輪帯のピッチは、光軸からレンズの径方向の所定位置を占める中央領域(共有領域)内で単調に減少し、中央領域の周辺に位置する周辺領域(専用領域)内で減少している。そして、CD用の光束のうち、周辺領域を通る光束をフレアー光とすることで、CDの情報記録面上に集光させず、中央領域を通る光束をCDの情報記録面上に集光させるようになっている。
【0008】
そして、CD用の光束のフレアー光の割合(フレアー量)を多くするほど、DVDにおける波長特性が良くなり、フレアー量を少なくするほどDVDにおける温度特性が良くなる傾向があることを利用して、フレアー量を適切に調節することにより、DVDとCDとの互換性を確保しつつ、DVDの波長特性と温度特性とを両立させている。
【0009】
【特許文献1】
特開2002−109775号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献1に開示された対物レンズや、一般的な光ピックアップ装置を構成する他の光学素子の多くはプラスチック製であるため、上記温度特性の改善が必須となる。従って、上述した温度特性を改善する機能と、波長特性を含む種々の問題を改善する機能とを、例えば、対物レンズに設けた回折構造に持たせるようなレンズ設計が困難であるという問題が生じている。
【0011】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、温度特性を改善する必要が無い対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、少なくとも、第1の光源から出射される波長λ1(350nm≦λ1≦450nm)の光束を第1の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第1の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行い、第2の光源から出射される波長λ2(630nm≦λ2≦680nm)の光束を第2の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより前記第2の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、少なくとも、前記第1の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行う際、及び、前記第2の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録を行う際に共用される対物光学素子であって、
温度変化に対する屈折率変化dn/dtが、
−10.0×10−6/℃≦dn/dt≦−1.0×10−6/℃
を満たし、少なくとも1つの光学面に、前記波長λ1及び/又はλ2の光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を有するガラスで形成され、該位相差付与構造が、前記各波長の光束に対する、前記対物光学素子の光学系倍率及び/又は波長の違いによって生じる球面収差を補正する機能を有するか、又は、該位相差付与構造を通過した前記波長λ2の光束を前記第2の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない開口制限機能を有することを特徴とする。
【0013】
ここで、本明細書中において光学素子には、光ピックアップ装置の集光光学系を構成する、例えば、対物光学素子(対物レンズ)、カップリングレンズ、ビームエキスパンダ、ビームシェイパ、補正板等の部材が該当する。
また、光学素子としては、単一のレンズのみで構成されているものに限定されず、複数のレンズを光軸方向に組み合わせて構成されるレンズ群をまとめて光学素子としてもよい。
また、対物光学素子(対物レンズ)とは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態で、最も光情報記録媒体に近い位置において、光情報記録媒体と対向して配置される集光作用を有する光学素子を指す。また、広義にはその光学素子とともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に移動可能な光学素子を指すものとする。
【0014】
また、光情報記録媒体とはCD、DVDの他に、光源波長や保護基板厚が異なる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)などの一般的な光ディスクや、波長400nm程度の青色レーザー光を用いる高密度の光ディスク(以下、「高密度DVD」という。)も含む。
【0015】
また、位相差付与構造とは、入射光束に対して所定の位相差を付与することにより、この光束に対して特定の作用を与える構造を指すものであり、必ずしも回折作用に限定されるものではない。
位相差付与構造としては、例えば、光軸を含む平面(子午断面)でその断面をみた場合に鋸歯状あるいは光軸方向に沿った階段状となった構造などを指す。
【0028】
請求項1に記載の発明によれば、光ピックアップ装置が互換性を有するとともに、対物光学素子の温度変化に対する屈折率変化dn/dtが、−10.0×10−6/℃≦dn/dt≦−1.0×10−6/℃を満たし、少なくとも一つの光学面に、波長λ1又はλ2の光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を有する。
従って、従来より用いられているプラスチック製の一般的な対物光学素子と比較して、温度変化に対する収差変化を小さくすることができる。従って、対物レンズ等の対物光学素子に対して温度依存性が低いガラスを用いることが可能となる。
【0029】
従って、従来のプラスチック製の対物レンズでは、温度特性と波長特性等、複数の特性の改善が可能となるように位相差付与構造を設計する必要があったが、本発明に係る対物光学素子によれば、ガラス材料で成形されることから、互換性を有する場合であっても、温度特性を考慮する必要が無くなり、位相差付与構造が温度特性を改善(補正)する必要が無くなり、各種収差補正の精度を向上できると共に、レンズ設計の自由度を増やすことができる。
また、高密度DVDとDVDとの互換性を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
対物光学素子において、第1及び第2の光情報記録媒体の記録及び/又は再生に用いられる波長λ1とλ2の光が共通して通過する領域に位相差付与構造を設けると互換の機能を有することができ、第1の光情報記録媒体の記録及び/又は再生に用いられ、第2の光情報記録媒体の記録及び/又は再生に用いられない光が通過する領域に位相差付与構造を設けると開口制限機能を有することができる。
また、対物光学素子が開口制限機能を有するので、対物レンズの入射面側に絞りを配置する必要が無くなる、あるいは、絞りを配置した場合でも、開口制限機能と絞りを併用することにより、光情報記録媒体の種類に応じた適切な開口数を得られる。
【0030】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ1の光束に対する焦点距離f1と、前記波長λ1の光束により前記情報記録面上に形成される集光スポットの開口数NA1が、
0.2mm≦f1≦3.5mm
0.63≦NA1≦0.95
を満たすことを特徴とする。
【0031】
請求項2に記載の発明によれば、請求項1と同様の効果を得られるとともに、波長λ1の光束としての青色レーザー光を適切に情報記録面上に集光させ、高密度DVDに対する情報の記録及び/又は再生を行ない、波長λ2の光束を適切に情報記録面上に集光させ、DVDに対する情報の記録及び/又は再生を行なう光ピックアップ装置を得ることができる。
【0033】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の対物光学素子であって、前記位相差付与構造が、光軸を中心とした複数の輪帯面が光軸にほぼ平行な段差を介して連続し、各輪帯を通過した波長λ1と波長λ2のうち少なくとも一方の光束は情報記録面上において位相がほぼ揃っていることを特徴とする。
【0034】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1または2と同様の効果を得られるとともに、位相差付与構造の各輪帯を通過した波長λ1と波長λ2のうち少なくとも一方の光束は情報記録面上において位相がほぼ揃うので、波面収差を補正することができる。また、回折光を利用しないので、位相差付与構造に入射した光束の光量の低下を抑えて情報記録面上に集光させることができる。
【0055】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記位相差付与構造が、回折構造であることを特徴とする。
【0056】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記位相差付与構造が、光軸を中心とした複数の回折輪帯と、これら回折輪帯のうち少なくとも一つの回折輪帯の光学面に形成される光軸方向に沿った複数の階段状の不連続面とからなることを特徴とする。
【0057】
請求項5に記載の発明によれば、請求項1〜4のいずれか一項と同様の効果を得られるとともに、階段状の不連続面が回折構造であれば、対物光学素子に形成した回折輪帯と階段状の不連続面との二段階で波長λの光束の回折次数を実質的に変化させることができるので、回折次数を適宜変化させて、光情報記録媒体に対する情報の記録及び/又は再生に応じた十分な光量を有する回折光を得ることができる。また、回折効率や回折次数に対する設計の自由度を増やすことができる。
また、階段状の不連続面が、光軸を中心とした複数の輪帯面であり、かつ、光軸にほぼ平行な段差を介して連続する構造であれば、各輪帯を通過した光束は情報記録面上において位相がほぼ揃うので、波面収差を補正することができる。また、回折光を利用しないので、位相差付与構造に入射した光束の光量の低下を抑えて情報記録面上に集光させることができる。
【0058】
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
光学材料の分散ν、屈折率nが、
65≦ν≦75
1.48≦n≦1.52
を満たすことを特徴とする。
【0059】
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
光学材料の融点Tが、
250℃≦T≦300℃
を満たすことを特徴とする。
【0060】
請求項7に記載の発明によれば、請求項1〜6のいずれか一項と同様の効果を得られるとともに、融点が一般的なガラス材料と比較して低い光学材料を用いるので、加工性が高くなり、従来では困難であったガラスレンズに対しても位相差付与構造を比較的容易に成形することが可能となる。
【0061】
請求項8に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜7のいずれか一項に記載の対物光学素子を備えることを特徴とする。
【0075】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
本発明の光学素子、対物光学素子及び光ピックアップ装置の第1の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本実施の形態においては、本発明に係る光学素子を対物レンズに適用し、この対物レンズと、ビームスプリッタ等の他の光学素子を組み合わせて光ピックアップ装置10が構成されている。
【0076】
図1に示すように、光ピックアップ装置10は、光源11としての半導体レーザ、半導体レーザから出射された波長λ(350nm≦λ≦450nm)の光束を通過させると共に光情報記録媒体13(本実施の形態においては高密度DVD)で反射した光束を分岐するビームスプリッタ12、光束を光情報記録媒体13の情報記録面14上に集光させる対物レンズ20(対物光学素子)、対物レンズ20を所定の方向に移動させる2次元アクチュエータ(図示せず)、凹レンズ15、光情報記録媒体13からの反射光を検出する光検出器16等から概略構成される。
本実施の形態においては、光源11から光束が発散光として対物レンズ20に入射するいわゆる有限系の構成となっている。なお、コリメータ等を配置することにより平行光が対物レンズ20に入射する無限系の構成としても良い。
符合17は、光情報記録媒体13の情報記録面14を保護するために情報記録面14上に形成される保護基板を指す。
【0077】
このように構成された光ピックアップ装置10の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、光源11から出射された波長λの光束はビームスプリッタ12を通過して対物レンズ20の入射面21に至り、後述する位相差付与構造30により回折作用を受けて出射され、光情報記録媒体13の情報記録面14上に収束し、光軸L上にスポットPを形成する。そして、スポットに集光した光束は情報記録面14で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ20を通過して、ビームスプリッタ12で反射して分岐される。
【0078】
そして、分岐された光束は凹レンズ15を経て光検出器16に入射し、光検出器16は入射光のスポットを検出して信号を出力し、その出力された信号を用いて光情報記録媒体13に記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。
また、光検出器16上でのスポットの形状変化や位置変化による光量変化等を検出して合焦検出やトラック検出が行われる。この検出結果に基づいて2次元アクチュエータは光束がスポットとして情報記録面14上に結像するように、対物レンズ20をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させるようになっている。
【0079】
図2に示すように、対物レンズ20は入射面21と出射面22の両面が非球面の単レンズである。
入射面21の全域には、入射光束に対して所定の位相差を付与する位相差付与構造30が形成されている。
本実施の形態においては、位相差付与構造30は、光軸Lを中心としたほぼ同心円状に形成されて入射光束を回折させる作用を有する複数の回折輪帯31により構成されている。
【0080】
各回折輪帯31は光軸Lに沿った平面(子午断面)でみた場合に鋸歯状に形成されており、各回折輪帯31に入射する特定波長の光束に対して所定の位相差を付与することにより光束に回折作用を与えるようになっている。
各回折輪帯31の始点31aと終点31b(図2に一箇所だけ示す)は図2に示す所定の非球面S(以下、「母非球面S」という。)上に位置しており、各回折輪帯31の形状は母非球面Sに対する光軸L方向への変位量で規定することができる。
【0081】
また、母非球面Sは光軸Lを回転中心とする光軸Lからの距離に関する関数で規定することができる。なお、回折輪帯31の設計手法については周知であるため説明を省略する。また、このような位相差付与構造30を出射面22のみに設けても良く、あるいは、入射面21と出射面22の両面に設けても良い。
また、図2の対物レンズ20は、1つの光学素子で構成された対物レンズ20であるが、2つ以上の光学素子を組み合わせて対物レンズ20を構成する場合であっても、位相差付与構造30を設ける光学面(入射面及び出射面)は適宜選択可能である。
【0082】
対物レンズ20は、光学材料として、温度変化に対する屈折率変化dn/dt(温度依存性)が、−10.0×10-6/℃≦dn/dt≦−1.0×10-6/℃を満たすガラス材料により設計されている。
また、そのガラスの分散ν、屈折率n、融点Tは、65≦ν≦75、1.48≦n≦1.52、250℃≦T≦300℃を満たす。
【0083】
光学材料が上記条件を満たす場合、従来より用いられている一般的な光学材料と比較して、レンズの加工性が高くかつ温度変化に対する屈折率変化を小さくすることができる。従って、対物レンズ20を温度依存性が低いガラスで成形でき、かつ、加工性が高いので、従来では困難であったガラスレンズに対しても回折構造も設けることが可能となる。
【0084】
従って、従来のプラスチック製の対物レンズ20では、温度特性と波長特性等、複数の特性の改善が可能となるように位相差付与構造30を設計する必要があったが、本発明に係る光学素子によれば、ガラス材料で成形されることから、温度特性を考慮する必要が無くなり、位相差付与構造30が温度特性を改善(補正)する必要が無くなり、各種収差補正の精度を向上できると共に、レンズ設計の自由度を増やすことができる。
【0085】
また、位相差付与構造30は、例えばモードホップにより、光源11からの出射光束の波長がλから1nm変動した場合の当該波長変動前後における、光軸L方向に同じ位置での収差変動量を0.05λrms以下に補正する機能か、又は、温度変化時に光源11から光情報記録媒体13に至る光路上に配置された光学素子の総合により生じる、情報記録面14上の集光スポットにおける収差を補正する機能を有する。
【0086】
本実施の形態においては、上述のように対物レンズ20に発散光が入射するいわゆる有限系の光ピックアップ装置10を用いており、対物レンズ20の波長λの光束に対する光学系倍率mが、−0.25≦m≦−0.1の範囲内となるように設計することが好ましい。
また、波長λの光束の焦点距離fを、0.2mm≦f≦3.5mmとし、波長λの光束により情報記録面14上に形成される集光スポットの開口数NA(波長λの光束の像側の開口数)が、0.63≦NA≦0.95の範囲内となるように設計することが好ましい。
これら各条件を満たすことにより、青色レーザー光を用いる高密度DVDに対する情報の記録及び/又は再生を行なう光ピックアップ装置10を得ることができる。
【0087】
また、波長λを350nm≦λ≦450nmの範囲内、光学系倍率mを負(好ましくは−0.25≦m≦−0.1の範囲内)、波長λの光束の焦点距離fを、0.2mm≦f≦1.0mmの範囲内、波長λの光束により情報記録面14上に形成される集光スポットの開口数NA(波長λの光束の像側の開口数)を、0.55≦NA≦0.70の範囲内に設計することにより、対物レンズ20の径を小さくすることができ、青色レーザー光を、従来の光ピックアップ装置10よりも小型の装置に用いることができる。
【0088】
また、波長λを630nm≦λ≦680nmの範囲内、光学系倍率mを負(好ましくは−0.30≦m≦−0.1の範囲内)、波長λの光束の焦点距離fを好ましくは0.2mm≦f≦3.5mmの範囲内、波長λの光束により情報記録面14上に形成される集光スポットの開口数NA(波長λの光束の像側の開口数)を好ましくは0.55≦NA≦0.75の範囲内に設計することにより、本発明に係る光学素子(対物レンズ20)及び光ピックアップ装置10を、DVD及びMOに好適に用いることが可能となる。
【0089】
なお、上記実施の形態においては、位相差付与構造30として回折輪帯31を複数形成した構造について説明したが本発明に係る位相差付与構造30はこれに限定されるものではなく、例えば、図3に示すようなものであっても良い。
【0090】
図3に示す対物レンズ20は、位相差付与構造30が、光軸Lを中心とした複数の輪帯面32を、光軸Lにほぼ平行な段差33を介して連続させて構成されている。
各輪帯面32は光軸Lから離れるに従って光源11側に突出するように形成されており、各輪帯面32に入射する波長λの光束に対して所定の光路差を付与することにより、各光束に位相差が生じ、結果として各輪帯を通過した光束の位相が、情報記録面14上でほぼ揃うようになっている。なお、各段差33の形状は母非球面Sに対する光軸L方向への変位量で規定することができる。
【0091】
図4に示す対物レンズ20は、位相差付与構造30が、光軸Lを中心とした複数の回折輪帯34と、これら回折輪帯34の光学面に形成される光軸L方向に沿った階段状の不連続面35とから構成されている。
【0092】
具体的には、対物レンズ20には、光軸Lを中心とした、所定の非球面形状の光学面(母非球面S)に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯34が形成されており、さらに、各回折輪帯34の光学面上には、これら回折輪帯34を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸Lに沿った階段状の不連続面35が形成されている。
【0093】
図5(a)、(b)中に一点鎖線で示す線は、各回折輪帯34の始点を結んでできる仮想の非球面形状からなる光学面(母非球面S)を表すものであり、二点鎖線で示す線は、光軸Lを中心として光軸Lから離れるにしたがってその厚みが増すように形成された、従来より周知の同心円状の鋸歯状の回折輪帯34の外形を表すものである。
【0094】
図5(a)、(b)中に実線で示す線は、各回折輪帯34の光学面上に形成されている、各回折輪帯34を通過する光束に対して所定の光路差を付与する階段状の不連続面35の外形を含む、実際のレンズ形状を表すものである。
各不連続面35の深さd1(光軸L方向の長さ)は、波長λの光束に対する対物レンズ20の屈折率をnとした場合に、λ/(n−1)で表される値とほぼ等しくなっており、一つの不連続面35を通過する波長λの光束と、その隣の不連続面35を通過する波長λの光束との間に、ほぼ1波長(λ)に相当する光路差が生じ、かつ波面のずれが生じない長さに設定されている。
また、各不連続面35の形状は、図5中に二点鎖線で示した鋸歯状の回折輪帯34の表面の形状を、各不連続面35に対応する区間で分割して、光軸L方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
【0095】
このように、図4、5に示す位相差付与構造30により、対物光学素子(対物レンズ20)を通過する波長λの光束に対して所定の光路差を付与する機能を有すると共に、各不連続面35の表面形状を、回折輪帯34を各段差33に対応する区間で分割して、光軸L方向に平行移動させた形状とすることにより、波長λの光束のうち最大の回折効率を有する回折光を抽出する機能を有することになる。
そして、対物光学素子に形成した回折輪帯34と階段状の不連続面35の二段階で波長λの光束の回折次数を実質的に変化させることができるので、例えば、回折次数を適宜変化させて、光情報記録媒体13に対する情報の記録及び/又は再生に応じた十分な光量を有する回折光を得ることができる。また、回折効率や回折次数に対する設計の自由度を増やすことができる。
【0096】
なお、本実施の形態においては、本発明の光学素子を対物レンズ20に適用した場合について説明したが、これに限らず、光ピックアップ装置10の光学系を構成する光学素子であれば良く、例えば、ビームエキスパンダ、カップリングレンズ、入射光束の光強度分布とは異なったほぼ均一な光強度分布となるように整形して出射するように構成された光学素子に適用しても良い。
【0097】
[第2の実施の形態]
次に、図面を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。
本実施の形態においては光ピックアップ装置40が、波長λ1とλ2の2種類の光束を、2種類の光情報記録媒体13に対して用いる、いわゆる互換性を有する装置であり、対物レンズ20の構成、焦点距離、開口数等が上記第1の実施の形態との主な相違点であるため、以下、この相違点についておもに説明する。
【0098】
図6に示すように、光ピックアップ装置40は、第1の光源11aから出射される波長λ1(350nm≦λ1≦450nm)の光束を第1の光情報記録媒体13としての高密度DVDの情報記録面14上に集光させることにより、第1の光情報記録媒体13に対する情報の再生及び/又は記録を行い、第2の光源11bから出射される波長λ2(630nm≦λ2≦680nm)の光束を第2の光情報記録媒体13としてのDVDの情報記録面14上に集光させることにより、第2の光情報記録媒体13に対する情報の再生及び/又は記録を行うようになっている。
半導体レーザ光源11は、波長λ1の光束を出射する第1の光源11aと波長λ2の光束を出射する第2の光源11bとが一体(1パッケージ)に構成されている。なお、当然これら光源11a、11bを別体に配置してもよい。
波長λ1とλ2の各光束の光路は、上記第1の実施の形態で説明したものとほぼ同様であり、また、従来より周知であるため説明を省略する。
【0099】
図7に示すように、対物レンズ20は入射面21と出射面22の両面が非球面の単レンズであり、入射面21のほぼ全域に位相差付与構造30が形成されている。
位相差付与構造30としては、図2に示した上記第1の実施の形態における回折輪帯31と同様のものを用いている。
そして、回折輪帯31を通過する波長λ1と波長λ2の光束のいずれか一方のみ、あるいは、両方に対して回折作用を与えることで、これら各波長の光束に対する、光学系倍率及び/又は波長の違いによって生じる球面収差を補正する機能を位相差付与構造が有することになる。
【0100】
対物レンズ20は、光学材料として、温度変化に対する屈折率変化dn/dt(温度依存性)が、−10.0×10-6/℃≦dn/dt≦−1.0×10-6/℃を満たすガラス材料により設計されている。
また、そのガラスの分散ν、屈折率n、融点Tは、65≦ν≦75、1.48≦n≦1.52、250℃≦T≦300℃を満たす。
【0101】
光学材料が上記条件を満たす場合、従来より用いられている一般的な光学材料と比較して、レンズの加工性が高くかつ温度変化に対する屈折率変化を小さくすることができる。従って、対物レンズ20を温度依存性が低いガラスで成形でき、かつ、加工性が高いので、従来では困難であったガラスレンズに対しても回折構造も設けることが可能となる。
従って、上記第1の実施の形態と同様に、対物レンズ20がガラス材料で成形されることから、温度特性を考慮する必要が無くなり、位相差付与構造30が温度特性を改善(補正)する必要が無くなり、各種収差補正の精度を向上できると共に、レンズ設計の自由度を増やすことができる。
【0102】
なお、対物レンズ20の波長λ1の光束に対する焦点距離f1を0.2mm≦f1≦3.5mmとし、波長λ1の光束により情報記録面14上に形成される集光スポットの開口数NA1(波長λ1の光束の像側の開口数)が、0.63≦NA1≦0.95の範囲内となるように設計することが好ましい。
これら各条件を満たすことにより、波長λ1の光束としての青色レーザー光を適切に情報記録面14上に集光させ、高密度DVDに対する情報の記録及び/又は再生を行ない、波長λ2の光束を適切に情報記録面14上に集光させ、DVDに対する情報の記録及び/又は再生を行なう光ピックアップ装置10を得ることができる。
【0103】
また、波長λ1を630nm≦λ1≦680nmの範囲内、波長λ2を750nm≦λ2≦800nmの範囲内、波長λ1の光束に対する光学系倍率m1をm1≠0(好ましくは−0.3≦m1≦−0.1の範囲内)、波長λ2の光束に対する光学系倍率m2をm2≠0とし、波長λ1の光束の焦点距離f1を好ましくは0.5mm≦f1≦3.5mmの範囲内、波長λ1の光束により情報記録面14上に形成される集光スポットの開口数NA1(波長λ1の光束の像側の開口数)を好ましくは0.55≦NA1≦0.75の範囲内に設計することが好ましい。
これら各条件を満たすことにより、波長λ1の光束を適切に情報記録面14上に集光させ、DVDに対する情報の記録及び/又は再生を行ない、波長λ2の光束を適切に情報記録面14上に集光させ、CDに対する情報の記録及び/又は再生を行なう光ピックアップ装置10を得ることができる。
【0104】
なお、上記実施の形態においては、位相差付与構造30として回折輪帯31を複数形成した構造について説明したが、本発明に係る位相差付与構造30はこれに限定されるものではなく、第1の実施の形態において示したような構造(図2〜図5を参照。)であってもよい。
【0105】
また、図8に示すように、対物レンズ20の入射面21を、光軸Lを中心とした高さh以下の範囲(以下、「中央領域A1」という。)と、この中央領域A1の周囲を覆う周辺領域A2の2つの領域に区分し、周辺領域A2にのみ、あるいは中央領域A1と周辺領域A2の両方に上記位相差付与構造30を設けるものとしても良い。なお、入射面21を2つ以上の領域に区分しても良い。
【0106】
このように、入射面21を複数の領域に区分して、各領域を通過する光束に対して異なる回折作用を与えるようにレンズ設計を行なうことにより、例えば、波長λ1の光束は中央領域A1と周辺領域A2を通過する際に回折作用を受けてDVDの情報記録面14上に収束させ、波長λ2の光束のうち、中央領域A1を通過する光束は回折作用を受けてCDの情報記録面14上に収束させ、周辺領域A2を通過する光束はフレア光となるように回折作用を与えて、CDの情報記録面14上に収束させない構成とすることができる。
このような構成とすることにより、波長λ2の光束の一部を情報記録面14上に集光させないといういわゆる開口制限機能を対物レンズ20に持たせることが可能となる。
【0107】
本実施の形態においては、波長λ1が350nm〜450nm、波長λ2が630〜680nmの高密度DVD/DVD互換に用いる場合には、位相差付与構造は、上述した、λ1とλ2の各波長の光束に対する、光学系倍率及び/又は波長の違いによって生じる球面収差を補正する機能と、位相差付与構造を通過した第2の波長λ2の光束を第2の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない開口制限機能の両方を有する。
また、波長λ1が630nm〜680nm、波長λ2が750〜800nmのDVD/CD互換に用いる場合には、位相差付与構造は、各波長の光束に対する、主に基板厚の違いによって生じる球面収差を補正する機能を有するか、又は、該位相差付与構造を通過した波長λ2の光束を第2の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない開口制限機能のいずれかを有する。
なお、後述する実施例1及び3では位相差付与構造は互換機能と開口制限機能の両方を有し、実施例2では位相差付与構造は互換機能のみを有している。
【0108】
【実施例】
[実施例1]
次に、対物レンズ及び光ピックアップ装置の第1の実施例について説明する。本実施例においては、図6に示したものと同様に、波長λ1の光束と波長λ2の光束をそれぞれDVDとCDに対して用いることが可能な、互換性を有する光ピックアップ装置の構成となっている。
【0109】
また、図8に示したものと同様に、両面非球面の単レンズである対物レンズの一方の光学面(入射面)上であって、光軸Lからの高さhが1.16mm以下の中央領域A1と1.16mm以上の周辺領域A2にそれぞれ位相差付与構造としての回折輪帯を備えている。
また、対物レンズは、光学材料として、温度変化に対する屈折率変化dn/dt(温度依存性)が、−10.0×10-6/℃≦dn/dt≦−1.0×10-6/℃を満たすガラス材料により設計されている。
また、そのガラスの分散ν、屈折率n、融点Tは、65≦ν≦75、1.48≦n≦1.52、250℃≦T≦300℃を満たす。
【0110】
なお、図8は本実施例で使用する対物レンズの概略図を示すものである。従って、回折輪帯31の数や、レンズ径に対する中央領域A1と周辺領域A2が径方向に占める割合などは、本実施例の対物レンズと必ずしも一致するものではない。
表1、表2に対物レンズのレンズデータを示す。
【0111】
【表1】
【表2】
【0112】
表1に示すように、本実施例の対物レンズは、第1の光源から出射される波長λ1=670nmのときの焦点距離f1=2.22mm、像側開口数NA1=0.60、結像倍率m1=−1/10に設定されており、第2の光源から出射される波長λ2=789nmのときの焦点距離f2=2.23mm、像側開口数NA2=0.46、結像倍率m2=−1/10に設定されている。
表1中の面番号2、2´はそれぞれ対物レンズの入射面のうち光軸Lからの高さhが1.16mm以下の中央領域A1、hが1.16mm以上の周辺領域A2、面番号3は出射面を示している。また、riは曲率半径、diは第i面から第i+1面までの光軸L方向の位置、niは各面の屈折率を表している。
【0113】
対物レンズの第2面、第2´面、第3面は、それぞれ次式(数1)に表1及び表2に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Lの周りに軸対称な非球面に形成されている。
また、第2面の回折構造に関するブレーズ化波長は1mm、第2´面の回折構造に関するブレーズ化波長も1mmである。
【0114】
【数1】
【0115】
ここで、X(h)は光軸L方向の軸(光の進行方向を正とする)、κは円錐係数、A2iは非球面係数である。
【0116】
また、第2面と第2´面に形成される回折輪帯のピッチは数2の光路差関数に、表2に示す係数を代入した数式で規定される。
【0117】
【数2】
ここで、B2iは光路差関数の係数である。
【0118】
図9は、波長λ1=670nmの光束を用いた、DVDにおける球面収差量を示すグラフであり、図10は、波長λ2=789nmの光束を用いた、CDにおける球面収差量と開口数を示すグラフである。
図9及び図10から、DVDとCD共に必要開口数内において球面収差が良好に補正されていることが分かる。
【0119】
[実施例2]
次に、対物レンズ及び光ピックアップ装置の第2の実施例について説明する。本実施例においても、図6に示したものと同様に、波長λ1の光束と波長λ2の光束をそれぞれDVDとCDに対して用いることが可能な、互換性を有する構成となっている。
【0120】
また、図示は省略するが、両面非球面の単レンズである対物レンズの一方の光学面(入射面)上であって、光軸Lからの高さhが0.78mm以下の中央領域と0.78mm〜1.16mmの中間領域と、1.16mm以上の周辺領域に区分され、中間領域に位相差付与構造としての回折輪帯を備えている。
【0121】
また、対物レンズは、光学材料として、温度変化に対する屈折率変化dn/dt(温度依存性)が、−10.0×10-6/℃≦dn/dt≦−1.0×10-6/℃を満たすガラス材料により設計されている。
また、そのガラスの分散ν、屈折率n、融点Tは、65≦ν≦75、1.48≦n≦1.52、250℃≦T≦300℃を満たす。
表3、表4に対物レンズのレンズデータを示す。
【0122】
【表3】
【表4】
【0123】
表3に示すように、本実施例の対物レンズは、第1の光源から出射される波長λ1=670nmのときの焦点距離f1=2.22mm、像側開口数NA1=0.60、結像倍率m1=−1/10に設定されており、第2の光源から出射される波長λ2=789nmのときの焦点距離f2=2.23mm、像側開口数NA2=0.46、結像倍率m2=−1/10に設定されている。
表1中の面番号2、2´、2´´はそれぞれ対物レンズの入射面の中央領域、中間領域、周辺領域、面番号3は出射面を示している。また、riは曲率半径、diは第i面から第i+1面までの光軸L方向の位置、niは各面の屈折率を表している。
【0124】
対物レンズの第2面、第2´、第2´´面、第3面は、それぞれ上記数1に表3及び表4に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Lの周りに軸対称な非球面に形成されている。
また、第2´面の回折構造に関するブレーズ化波長は1mmである。
【0125】
また、回折輪帯のピッチは上記数2の光路差関数に、表4に示す係数を代入した数式で規定される。
【0126】
図11は、波長λ1=670nmの光束を用いた、DVDにおける球面収差量を示すグラフであり、図12は、波長λ2=789nmの光束を用いた、CDにおける球面収差量を示すグラフである。
図11及び図12から、DVDとCD共に必要開口数内において球面収差が良好に補正されていることが分かる。
【0127】
[実施例3]
次に、対物レンズ及び光ピックアップ装置の第3の実施例について説明する。
本実施例においては、図1に示したものと同様に、青色レーザー光を用いて高密度DVDに対して情報の再生及び/又は記録を行なうものである。
また、図2に示すように、対物レンズの入射面のほぼ全域に、位相差付与構造としての回折輪帯を設けることにより、例えばモードホップにより、光源からの出射光束の波長が変化した際に生じる色収差を、この位相差付与構造により補正する機能を有している。
【0128】
また、対物レンズは、光学材料として、温度変化に対する屈折率変化dn/dt(温度依存性)が、−10.0×10-6/℃≦dn/dt≦−1.0×10-6/℃を満たすガラス材料により設計されている。
また、そのガラスの分散ν、屈折率n、融点Tは、65≦ν≦75、1.48≦n≦1.52、250℃≦T≦300℃を満たす。
表5、表6に対物レンズのレンズデータを示す。
【0129】
【表5】
【表6】
【0130】
表5に示すように、本実施例の対物レンズは、光源から出射される波長λ=405nmのときの焦点距離f=1.76mm、像側開口数NA=0.85、結像倍率m=0に設定されている。
表5中の面番号2は対物レンズの入射面、面番号3は出射面を示している。また、riは曲率半径、diは第i面から第i+1面までの光軸L方向の位置、niは各面の屈折率を表している。
【0131】
対物レンズの第2面、第3面は、それぞれ上記数1に表5及び表6に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Lの周りに軸対称な非球面に形成されている。
また、第2面の回折構造に関するブレーズ化波長は1mmである。
【0132】
また、回折輪帯のピッチは上記数2の光路差関数に、表6に示す係数を代入した数式で規定される。
【0133】
図13は、波長λ=405nmの光束を用いた、高密度DVDにおける球面収差量及びモードホップにより波長λが404nm(−1nm)と406nm(+1nm)に変動した場合の縦球面収差図である。横軸は、波長405nmの場合に波面収差が最小となる位置を0にとっている。
図13から、モードホップにより波長が変動した場合でも、必要開口数内において波面収差が良好に補正されていることが分かる。
【0134】
【発明の効果】
本発明によれば、光学素子をガラス材料で成形することが可能となることから、プラスチック性の光学素子を用いる場合と比較して、位相差付与構造に温度特性を補正する機能を持たせる必要が無くなり、収差補正の精度を向上できると共に、レンズ設計の自由度を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図2】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図3】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図4】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図5】対物レンズの構造を示す要部横断面図(a)及び拡大図(b)である。
【図6】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図7】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図8】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図9】実施例1におけるDVDの縦球面収差図である。
【図10】実施例1におけるCDの縦球面収差図である。
【図11】実施例2におけるDVDの縦球面収差図である。
【図12】実施例2におけるCDの縦球面収差図である。
【図13】実施例3におけるモードホップ時の縦球面収差図である。
【符号の説明】
L 光軸
10 光ピックアップ装置
13 光情報記録媒体
14 情報記録面
20 光学素子(対物光学素子)
30 位相差付与構造
32 輪帯面
33 段差
34 回折輪帯
35 不連続面
40 光ピックアップ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention,versusThe present invention relates to an object optical element and an optical pickup device.
[0002]
[Prior art]
An optical pickup device that records and / or reproduces information by condensing a laser beam on an information recording surface of an optical information recording medium (also referred to as an optical disc) such as a CD (compact disc) or a DVD (digital video disc), It is configured by combining various optical elements such as an objective lens, a coupling lens, and a beam expander.
These optical elements are often made of lightweight and inexpensive plastics. However, since plastics have a characteristic that the refractive index changes due to temperature changes, for example, in plastic objective lenses, spherical aberration increases in the over direction due to temperature rise. The problem arises.
[0003]
Therefore, in order to improve the lens characteristics (temperature characteristics) against such temperature changes, a diffractive structure is provided on the optical surface of the objective lens, and spherical aberration is generated in the under direction by the diffractive structure. There is known a technique for canceling the spherical aberration generated in the above.
Also, when the power of the light beam emitted from the light source is increased, if a so-called mode hop occurs in which the wavelength of the light beam fluctuates instantaneously, the position of the focused spot formed on the optical axis is recorded on the information recording on the optical disk. There arises a problem of deviation from the surface.
[0004]
Therefore, a technique using a diffractive structure provided in an optical element is also known as a means for correcting lens characteristics (wavelength characteristics) with respect to such a wavelength change (hereinafter also referred to as “mode hop correction”). ing.
Note that the mode hop correction is to correct the aberration in the focused spot (aberration of axial chromatic aberration and spherical chromatic aberration) before and after the wavelength variation below the diffraction limit.
In addition, for example, the wavelength of the emitted light beam may be different for each laser light source due to individual differences of laser light sources. In this case, the position of the objective lens is made relatively light with respect to the optical information recording medium by an actuator. By moving in the axial direction, axial chromatic aberration among the above aberrations can be corrected, and only spherical aberration is corrected using the diffractive structure.
For environmental changes other than momentary changes such as mode hops, as described above, the objective lens is moved relative to the optical information recording medium using an actuator, as described above. The position of the information recording surface of the medium in the optical axis direction is adjusted to a position where the wavefront aberration of the focused spot is minimized.
[0005]
In addition, in a so-called compatible optical pickup device that uses one objective lens to focus two types of light beams of wavelengths λ1 and λ2 on different types of optical disks, for example, a diffraction structure is formed on a part of the objective lens. The function of limiting the numerical aperture of the objective lens with respect to the light beam with the wavelength λ2 by making the light beam with the wavelength λ2 passing through the diffractive structure flare and not condensing on the optical disk (aperture limiting function) And a sufficient amount of light for recording and / or reproducing information by using the diffracted light with the highest diffraction efficiency among the light beams having the wavelengths λ1 and λ2 that are diffracted by the diffraction structure. Techniques for obtaining are known.
[0006]
In addition, when other optical elements (coupling lenses, beam expanders, etc.) other than the objective lens are also made of plastic, the temperature characteristic of the entire optical system composed of these optical elements is placed at the end of the optical system. There is known a technique for correcting by a diffractive structure provided in an objective lens.
[0007]
As described above, in recent years, the diffractive structure is used for various purposes other than the improvement of temperature characteristics, and research and development have been advanced on an objective lens and an optical pickup device that can satisfy all of these requirements.
For example, an objective lens of a CD / DVD compatible optical pickup device is known in which a concentric diffraction surface (diffraction ring zone) centered on the optical axis is formed on the incident surface of a plastic objective lens. (For example, refer to Patent Document 1).
The pitch of each diffraction zone decreases monotonically in the central area (shared area) occupying a predetermined position in the radial direction of the lens from the optical axis, and decreases in the peripheral area (dedicated area) located around the central area. ing. Of the light flux for CD, the light flux that passes through the peripheral region is used as flare light, so that the light flux that passes through the central region is condensed on the information recording surface of the CD. It is like that.
[0008]
And, as the ratio of flare light (flare amount) of the luminous flux for CD increases, the wavelength characteristic in DVD tends to improve, and the temperature characteristic in DVD tends to improve as the flare amount decreases, By appropriately adjusting the amount of flare, DVD wavelength characteristics and temperature characteristics are compatible while ensuring compatibility between DVD and CD.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2002-109775 A
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, since many of the objective lens disclosed in
[0011]
The object of the present invention is to take the above-mentioned problems into consideration, and there is no need to improve temperature characteristics.VersusAn object optical element and an optical pickup device are provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the invention according to
The refractive index change dn / dt with respect to the temperature change is
-10.0x10-6/ ° C. ≦ dn / dt ≦ −1.0 × 10-6/ ℃
And at least one optical surface has a phase difference providing structure that gives a phase difference to the light flux having the wavelength λ1 and / or λ2.Formed with glass, The phase difference providing structure is the light flux of each wavelength,ObjectiveIt has a function of correcting spherical aberration caused by the optical system magnification and / or wavelength difference of the optical element, or the light beam having the wavelength λ2 that has passed through the phase difference providing structure is used as information on the second optical information recording medium. It has an aperture limiting function that prevents light from being condensed on the recording surface.
[0013]
Here, in the present specification, the optical element includes, for example, a member such as an objective optical element (objective lens), a coupling lens, a beam expander, a beam shaper, and a correction plate, which constitutes a condensing optical system of the optical pickup device. Is applicable.
The optical element is not limited to a single lens, and a lens group formed by combining a plurality of lenses in the optical axis direction may be collectively used as the optical element.
The objective optical element (objective lens) is, in a narrow sense, arranged opposite to the optical information recording medium at a position closest to the optical information recording medium in a state where the optical information recording medium is loaded in the optical pickup device. The optical element which has a condensing effect | action is pointed out. In a broad sense, the term “optical element” refers to an optical element that can be moved at least in the optical axis direction by an actuator together with the optical element.
[0014]
In addition to CD and DVD, optical information recording media include optical discs of various standards having different light source wavelengths and protective substrate thicknesses, such as CD-R, RW (recordable compact disc), VD (video disc), MD ( A general optical disk such as a mini disk and an MO (magneto-optical disk), and a high-density optical disk using blue laser light having a wavelength of about 400 nm (hereinafter referred to as “high-density DVD”) are also included.
[0015]
Further, the phase difference providing structure refers to a structure that gives a specific action to the light flux by giving a predetermined phase difference to the incident light flux, and is not necessarily limited to the diffraction action. Absent.
As the phase difference providing structure, for example, a structure having a sawtooth shape or a step shape along the optical axis direction when the cross section is viewed on a plane including the optical axis (meridian cross section) is indicated.
[0028]
Claim1According to the invention described in the above, the optical pickup device has compatibility,ObjectiveThe refractive index change dn / dt with respect to the temperature change of the optical element is −10.0 × 10-6/ ° C. ≦ dn / dt ≦ −1.0 × 10-6It has a phase difference providing structure that provides a phase difference with respect to the light flux of wavelength λ1 or λ2 on at least one optical surface.
Therefore, it is common for plastics used in the pastObjectiveCompared with the optical element, it is possible to reduce the aberration change with respect to the temperature change. Therefore, the objective lens etc.ObjectiveIt is possible to use glass having low temperature dependency with respect to the optical element.
[0029]
Therefore, in the conventional plastic objective lens, it is necessary to design the phase difference providing structure so that a plurality of characteristics such as temperature characteristics and wavelength characteristics can be improved.ObjectiveAccording to the optical element, since it is molded from a glass material, it is not necessary to consider the temperature characteristics even when they are compatible, and the phase difference providing structure does not need to improve (correct) the temperature characteristics. The accuracy of various aberration corrections can be improved, and the degree of freedom in lens design can be increased.
In addition, an optical pickup device having compatibility between a high-density DVD and a DVD can be obtained.
ObjectiveThe optical element has a compatible function if a phase difference providing structure is provided in a region through which light of wavelengths λ1 and λ2 used for recording and / or reproduction of the first and second optical information recording media passes in common. And providing a phase difference providing structure in a region where light that is used for recording and / or reproduction of the first optical information recording medium and not used for recording and / or reproduction of the second optical information recording medium passes. It can have an opening limiting function.
Also,ObjectiveSince the optical element has an aperture limiting function, it is not necessary to arrange a diaphragm on the incident surface side of the objective lens, or even when a diaphragm is disposed, by combining the aperture limiting function and the diaphragm, an optical information recording medium An appropriate numerical aperture according to the type can be obtained.
[0030]
Claim2The invention described in claim1Described inObjectiveAn optical element,
in frontThe focal length f1 of the light beam having the wavelength λ1 and the numerical aperture NA1 of the focused spot formed on the information recording surface by the light beam of the wavelength λ1 are:
0.2mm ≦ f1 ≦ 3.5mm
0.63 ≦ NA1 ≦ 0.95
It is characterized by satisfying.
[0031]
Claim2According to the invention described in claim1In addition to obtaining the same effect as above, the blue laser beam as the light beam with the wavelength λ1 is appropriately condensed on the information recording surface to record and / or reproduce information on the high-density DVD, and the light beam with the wavelength λ2 is appropriately Thus, it is possible to obtain an optical pickup device that collects light on the information recording surface and records and / or reproduces information on the DVD.
[0033]
Claim3The invention described in claim1 or 2DescribedObjectiveIn the optical element, the phase difference providing structure includes a plurality of annular surfaces with the optical axis as a center and a plurality of annular surfaces that are continuous through a step substantially parallel to the optical axis. At least one of the light fluxes is characterized in that the phase is substantially uniform on the information recording surface.
[0034]
Claim3According to the invention described in claim1 or 2The same effect can be obtained, and at least one of the light beams having the wavelength λ1 and the wavelength λ2 that have passed through each ring zone of the phase difference providing structure has almost the same phase on the information recording surface, so that the wavefront aberration can be corrected. . Further, since diffracted light is not used, it is possible to condense on the information recording surface while suppressing a decrease in the light amount of the light beam incident on the phase difference providing structure.
[0055]
Claim4The invention described in claim 13As described in any one ofObjectiveAn optical element,
The phase difference providing structure is a diffractive structure.
[0056]
Claim5The invention described in claim 14As described in any one ofObjectiveAn optical element,
The phase difference providing structure extends along a direction of the optical axis formed on a plurality of diffraction ring zones centered on the optical axis and at least one of the diffraction ring zones.pluralIt consists of a step-like discontinuous surface.
[0057]
Claim5According to the invention described in
In addition, if the step-like discontinuous surface is a plurality of annular surfaces centering on the optical axis and is continuous through a step substantially parallel to the optical axis, the light flux that has passed through each annular zone Since the phases are almost uniform on the information recording surface, the wavefront aberration can be corrected. Further, since diffracted light is not used, it is possible to condense on the information recording surface while suppressing a decrease in the light amount of the light beam incident on the phase difference providing structure.
[0058]
Claim6The invention described in claim 15As described in any one ofObjectiveAn optical element,
The dispersion ν and refractive index n of the optical material are
65 ≦ ν ≦ 75
1.48 ≦ n ≦ 1.52
It is characterized by satisfying.
[0059]
Claim7The invention described in claim 16As described in any one ofObjectiveAn optical element,
The melting point T of the optical material is
250 ℃ ≦ T ≦ 300 ℃
It is characterized by satisfying.
[0060]
Claim7According to the invention described in
[0061]
Claim8The optical pickup device according to
[0075]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
A first embodiment of an optical element, objective optical element, and optical pickup device of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, the optical element according to the present invention is applied to an objective lens, and the
[0076]
As shown in FIG. 1, an
In the present embodiment, the
[0077]
Since the operation of the
[0078]
Then, the branched light beam enters the
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 or position of the spot on the
[0079]
As shown in FIG. 2, the
A phase
In the present embodiment, the phase
[0080]
Each
The
[0081]
The mother aspheric surface S can be defined by a function relating to the distance from the optical axis L with the optical axis L as the center of rotation. In addition, since the design method of the
The
[0082]
As an optical material, the
Further, the dispersion ν, refractive index n, and melting point T of the glass satisfy 65 ≦ ν ≦ 75, 1.48 ≦ n ≦ 1.52, and 250 ° C. ≦ T ≦ 300 ° C.
[0083]
When the optical material satisfies the above conditions, the processability of the lens is high and the refractive index change with respect to the temperature change can be reduced as compared with a general optical material conventionally used. Therefore, since the
[0084]
Therefore, in the conventional plastic
[0085]
Further, the phase
[0086]
In the present embodiment, as described above, the so-called finite
In addition, the focal length f of the light beam having the wavelength λ is set to 0.2 mm ≦ f ≦ 3.5 mm, and the numerical aperture NA (the light beam of the light beam having the wavelength λ) is formed on the
By satisfying these conditions, it is possible to obtain an
[0087]
Further, the wavelength λ is within the range of 350 nm ≦ λ ≦ 450 nm, the optical system magnification m is negative (preferably within the range of −0.25 ≦ m ≦ −0.1), and the focal length f of the light beam with the wavelength λ is 0. The numerical aperture NA (numerical aperture on the image side of the light beam with wavelength λ) of 0.55 of the condensing spot formed on the
[0088]
Further, the wavelength λ is preferably in the range of 630 nm ≦ λ ≦ 680 nm, the optical system magnification m is negative (preferably within the range of −0.30 ≦ m ≦ −0.1), and the focal length f of the light beam having the wavelength λ is preferably set. The numerical aperture NA (numerical aperture on the image side of the light beam with wavelength λ) of the condensing spot formed on the
[0089]
In the above embodiment, the structure in which a plurality of
[0090]
In the
Each
[0091]
In the
[0092]
Specifically, the
[0093]
5 (a) and 5 (b), the line indicated by the alternate long and short dash line represents an optical surface (mother aspheric surface S) having a virtual aspheric shape formed by connecting the starting points of the
[0094]
Lines indicated by solid lines in FIGS. 5A and 5B give a predetermined optical path difference to a light beam passing through each
The depth d1 (length in the optical axis L direction) of each
Further, the shape of each
[0095]
As described above, the phase
Since the diffraction order of the light flux having the wavelength λ can be substantially changed in two steps, that is, the
[0096]
In the present embodiment, the case where the optical element of the present invention is applied to the
[0097]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, the
[0098]
As shown in FIG. 6, the
In the semiconductor
The optical paths of the light beams having the wavelengths λ1 and λ2 are substantially the same as those described in the first embodiment, and the description thereof will be omitted because they are well known.
[0099]
As shown in FIG. 7, the
As the phase
Then, by applying a diffractive action to only one or both of the light beams having the wavelengths λ1 and λ2 that pass through the
[0100]
As an optical material, the
Further, the dispersion ν, refractive index n, and melting point T of the glass satisfy 65 ≦ ν ≦ 75, 1.48 ≦ n ≦ 1.52, and 250 ° C. ≦ T ≦ 300 ° C.
[0101]
When the optical material satisfies the above conditions, the processability of the lens is high and the refractive index change with respect to the temperature change can be reduced as compared with a general optical material conventionally used. Therefore, since the
Accordingly, as in the first embodiment, since the
[0102]
The focal length f1 of the
By satisfying these conditions, the blue laser beam as the light beam having the wavelength λ1 is appropriately condensed on the
[0103]
Further, the wavelength λ1 is in the range of 630 nm ≦ λ1 ≦ 680 nm, the wavelength λ2 is in the range of 750 nm ≦ λ2 ≦ 800 nm, and the optical system magnification m1 for the light beam having the wavelength λ1 is m1 ≠ 0 (preferably −0.3 ≦ m1 ≦ − 0.1), the optical system magnification m2 for the light beam with wavelength λ2 is set to m2 ≠ 0, and the focal length f1 of the light beam with wavelength λ1 is preferably within the range of 0.5 mm ≦ f1 ≦ 3.5 mm, and the wavelength λ1. The numerical aperture NA1 of the condensing spot formed on the
By satisfying these conditions, the light beam having the wavelength λ1 is appropriately condensed on the
[0104]
In the above embodiment, the structure in which a plurality of
[0105]
Further, as shown in FIG. 8, the
[0106]
In this way, by dividing the
With such a configuration, the
[0107]
In the present embodiment, when used for high-density DVD / DVD compatibility with a wavelength λ1 of 350 nm to 450 nm and a wavelength λ2 of 630 to 680 nm, the phase difference providing structure has the above-described light fluxes with wavelengths of λ1 and λ2. And the function of correcting spherical aberration caused by the difference in optical system magnification and / or wavelength, and the light beam having the second wavelength λ2 that has passed through the phase difference providing structure is collected on the information recording surface of the second optical information recording medium. It has both an aperture limiting function that does not allow light.
In addition, when used for DVD / CD compatibility with a wavelength λ1 of 630 nm to 680 nm and a wavelength λ2 of 750 to 800 nm, the phase difference providing structure corrects spherical aberration caused mainly by the difference in substrate thickness with respect to the light flux of each wavelength. Or an aperture limiting function that does not collect the light beam having the wavelength λ2 that has passed through the phase difference providing structure on the information recording surface of the second optical information recording medium.
In Examples 1 and 3 to be described later, the phase difference providing structure has both a compatible function and an aperture limiting function, and in Example 2, the phase difference providing structure has only a compatible function.
[0108]
【Example】
[Example 1]
Next, a first embodiment of the objective lens and the optical pickup device will be described. In the present embodiment, in the same manner as shown in FIG. 6, a compatible optical pickup device capable of using a light beam having a wavelength λ1 and a light beam having a wavelength λ2 for a DVD and a CD, respectively. ing.
[0109]
Similarly to the one shown in FIG. 8, the height h from the optical axis L is 1.16 mm or less on one optical surface (incident surface) of the objective lens which is a single lens with double aspheric surfaces. A diffraction zone as a phase difference providing structure is provided in each of the central region A1 and the peripheral region A2 of 1.16 mm or more.
The objective lens is an optical material having a refractive index change dn / dt (temperature dependency) with respect to a temperature change of −10.0 × 10.-6/ ° C. ≦ dn / dt ≦ −1.0 × 10-6Designed with a glass material satisfying / ° C.
Further, the dispersion ν, refractive index n, and melting point T of the glass satisfy 65 ≦ ν ≦ 75, 1.48 ≦ n ≦ 1.52, and 250 ° C. ≦ T ≦ 300 ° C.
[0110]
FIG. 8 shows a schematic diagram of the objective lens used in this embodiment. Therefore, the number of diffracting
Tables 1 and 2 show the lens data of the objective lens.
[0111]
[Table 1]
[Table 2]
[0112]
As shown in Table 1, the objective lens of this example has a focal length f at a wavelength λ1 = 670 nm emitted from the first light source.1= 2.22 mm, the image-side numerical aperture NA1 = 0.60, the imaging magnification m1 = −1 / 10, and the focal length f at the wavelength λ2 = 789 nm emitted from the second light source.2= 2.23 mm, the image-side numerical aperture NA2 = 0.46, and the imaging magnification m2 = −1 / 10.
Surface numbers 2 and 2 'in Table 1 are a central region A1 having a height h from the optical axis L of 1.16 mm or less, a peripheral region A2 having a height of 1.16 mm or more, and a surface number of the incident surface of the objective lens. Reference numeral 3 denotes an exit surface. Also, ri represents the radius of curvature, di represents the position in the optical axis L direction from the i-th surface to the (i + 1) -th surface, and ni represents the refractive index of each surface.
[0113]
The second surface, the second 'surface, and the third surface of the objective lens are axially symmetric around the optical axis L, which is defined by a mathematical formula in which the coefficients shown in Tables 1 and 2 are substituted into the following formula (Equation 1). It is formed in a non-spherical surface.
The blazed wavelength for the diffractive structure on the second surface is 1 mm, and the blazed wavelength for the diffractive structure on the second surface is also 1 mm.
[0114]
[Expression 1]
[0115]
Here, X (h) is an axis in the direction of the optical axis L (the light traveling direction is positive), κ is a conical coefficient, A2iIs the aspheric coefficient.
[0116]
Further, the pitch of the diffraction zone formed on the second surface and the second surface is defined by a mathematical formula obtained by substituting the coefficients shown in Table 2 into the optical path difference function of Formula 2.
[0117]
[Expression 2]
Where B2iIs the coefficient of the optical path difference function.
[0118]
FIG. 9 is a graph showing the spherical aberration amount in a DVD using a light beam having a wavelength λ1 = 670 nm, and FIG. 10 is a graph showing the spherical aberration amount and the numerical aperture in a CD using a light beam having a wavelength λ2 = 789 nm. It is.
From FIG. 9 and FIG. 10, it can be seen that the spherical aberration is well corrected within the necessary numerical aperture for both DVD and CD.
[0119]
[Example 2]
Next, a second embodiment of the objective lens and the optical pickup device will be described. In the present embodiment as well, as shown in FIG. 6, the light beam having the wavelength λ1 and the light beam having the wavelength λ2 can be used for the DVD and the CD, respectively.
[0120]
Although not shown in the figure, a central region having a height h from the optical axis L of 0.78 mm or less on one optical surface (incident surface) of the objective lens which is a single lens having a double-sided aspheric surface and 0 It is divided into an intermediate region of .78 mm to 1.16 mm and a peripheral region of 1.16 mm or more, and a diffraction ring zone as a phase difference providing structure is provided in the intermediate region.
[0121]
The objective lens is an optical material having a refractive index change dn / dt (temperature dependency) with respect to a temperature change of −10.0 × 10.-6/ ° C. ≦ dn / dt ≦ −1.0 × 10-6Designed with a glass material satisfying / ° C.
Further, the dispersion ν, refractive index n, and melting point T of the glass satisfy 65 ≦ ν ≦ 75, 1.48 ≦ n ≦ 1.52, and 250 ° C. ≦ T ≦ 300 ° C.
Tables 3 and 4 show the lens data of the objective lens.
[0122]
[Table 3]
[Table 4]
[0123]
As shown in Table 3, the objective lens of this example has a focal length f when the wavelength λ1 emitted from the first light source is 670 nm.1= 2.22 mm, the image-side numerical aperture NA1 = 0.60, the imaging magnification m1 = −1 / 10, and the focal length f at the wavelength λ2 = 789 nm emitted from the second light source.2= 2.23 mm, the image-side numerical aperture NA2 = 0.46, and the imaging magnification m2 = −1 / 10.
In Table 1, surface numbers 2, 2 ′, and 2 ″ indicate the central region, intermediate region, peripheral region, and surface number 3 of the incident surface of the objective lens, respectively. Also, ri represents the radius of curvature, di represents the position in the optical axis L direction from the i-th surface to the (i + 1) -th surface, and ni represents the refractive index of each surface.
[0124]
The second surface, the second 'surface, the second' surface, and the third surface of the objective lens are respectively defined around the optical axis L defined by the mathematical formulas obtained by substituting the coefficients shown in Tables 3 and 4 into
The blazed wavelength for the diffractive structure on the second 'surface is 1 mm.
[0125]
Further, the pitch of the diffraction zone is defined by an equation in which the coefficients shown in Table 4 are substituted into the optical path difference function of the above formula 2.
[0126]
FIG. 11 is a graph showing the amount of spherical aberration in a DVD using a light beam having a wavelength λ1 = 670 nm, and FIG. 12 is a graph showing the amount of spherical aberration in a CD using a light beam having a wavelength λ2 = 789 nm.
From FIG. 11 and FIG. 12, it can be seen that the spherical aberration is well corrected within the required numerical aperture for both DVD and CD.
[0127]
[Example 3]
Next, a third embodiment of the objective lens and the optical pickup device will be described.
In the present embodiment, information is reproduced and / or recorded on a high-density DVD using blue laser light in the same manner as shown in FIG.
In addition, as shown in FIG. 2, by providing a diffraction ring zone as a phase difference providing structure over almost the entire entrance surface of the objective lens, for example, when the wavelength of the emitted light beam from the light source changes due to mode hopping. It has a function of correcting generated chromatic aberration by this phase difference providing structure.
[0128]
The objective lens is an optical material having a refractive index change dn / dt (temperature dependency) with respect to a temperature change of −10.0 × 10.-6/ ° C. ≦ dn / dt ≦ −1.0 × 10-6Designed with a glass material satisfying / ° C.
Further, the dispersion ν, refractive index n, and melting point T of the glass satisfy 65 ≦ ν ≦ 75, 1.48 ≦ n ≦ 1.52, and 250 ° C. ≦ T ≦ 300 ° C.
Tables 5 and 6 show the lens data of the objective lens.
[0129]
[Table 5]
[Table 6]
[0130]
As shown in Table 5, the objective lens of this example has a focal length f = 1.76 mm when the wavelength λ = 405 nm emitted from the light source, an image-side numerical aperture NA = 0.85, and an imaging magnification m =. It is set to 0.
In Table 5, surface number 2 indicates the entrance surface of the objective lens, and surface number 3 indicates the exit surface. Also, ri represents the radius of curvature, di represents the position in the optical axis L direction from the i-th surface to the (i + 1) -th surface, and ni represents the refractive index of each surface.
[0131]
The second surface and the third surface of the objective lens are formed as axisymmetric aspherical surfaces around the optical axis L, which are defined by mathematical expressions obtained by substituting the coefficients shown in Tables 5 and 6 into
The blazed wavelength for the diffractive structure of the second surface is 1 mm.
[0132]
Further, the pitch of the diffraction zone is defined by a mathematical formula in which the coefficients shown in Table 6 are substituted into the optical path difference function of the above formula 2.
[0133]
FIG. 13 is a longitudinal spherical aberration diagram when the wavelength λ varies between 404 nm (−1 nm) and 406 nm (+1 nm) due to the amount of spherical aberration and mode hop in a high-density DVD using a light beam with a wavelength λ = 405 nm. On the horizontal axis, the position at which the wavefront aberration is minimized when the wavelength is 405 nm is set to zero.
From FIG. 13, it can be seen that even when the wavelength varies due to mode hops, the wavefront aberration is well corrected within the required numerical aperture.
[0134]
【The invention's effect】
According to the present invention, since it becomes possible to mold the optical element with a glass material, it is necessary to have a function of correcting the temperature characteristics in the phase difference providing structure as compared with the case of using a plastic optical element. Thus, the accuracy of aberration correction can be improved and the degree of freedom in lens design can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a principal part showing a configuration of an optical pickup device.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of an objective lens.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of an objective lens.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of an objective lens.
FIGS. 5A and 5B are a cross-sectional view (a) and an enlarged view (b) of a main part showing the structure of the objective lens. FIGS.
FIG. 6 is a plan view of a principal part showing the configuration of the optical pickup device.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part showing the structure of the objective lens.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of an objective lens.
9 is a longitudinal spherical aberration diagram of a DVD in Example 1. FIG.
10 is a longitudinal spherical aberration diagram of CD in Example 1. FIG.
11 is a longitudinal spherical aberration diagram of a DVD in Example 2. FIG.
12 is a longitudinal spherical aberration diagram of CD in Example 2. FIG.
13 is a longitudinal spherical aberration diagram for a mode hop in Example 3. FIG.
[Explanation of symbols]
L Optical axis
10 Optical pickup device
13 Optical information recording media
14 Information recording surface
20 Optical elements (objective optical elements)
30 Phase difference imparting structure
32 Ring surface
33 steps
34 Diffraction ring zone
35 Discontinuous surface
40 Optical pickup device
Claims (8)
温度変化に対する屈折率変化dn/dtが、
−10.0×10−6/℃≦dn/dt≦−1.0×10−6/℃
を満たし、少なくとも1つの光学面に、前記波長λ1及び/又はλ2の光束に対して位相差を付与する位相差付与構造を有するガラスで形成され、該位相差付与構造が、前記各波長の光束に対する、前記対物光学素子の光学系倍率及び/又は波長の違いによって生じる球面収差を補正する機能を有するか、又は、該位相差付与構造を通過した前記波長λ2の光束を前記第2の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させない開口制限機能を有することを特徴とする対物光学素子。Information on the first optical information recording medium is obtained by condensing at least a light beam having a wavelength λ1 (350 nm ≦ λ1 ≦ 450 nm) emitted from the first light source on the information recording surface of the first optical information recording medium. Is reproduced and / or recorded, and the light beam having the wavelength λ2 (630 nm ≦ λ2 ≦ 680 nm) emitted from the second light source is condensed on the information recording surface of the second optical information recording medium. Used in an optical pickup device for reproducing and / or recording information on the optical information recording medium , and at least when reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium, and the second An objective optical element shared when reproducing and / or recording information on an optical information recording medium ,
The refractive index change dn / dt with respect to the temperature change is
-10.0 × 10 -6 /℃≦dn/dt≦-1.0×10 -6 / ℃
The filled, to at least one optical surface, the formed glass to have a phase difference providing structure that imparts a phase difference to the light flux of the wavelength λ1 and / or .lambda.2, the phase difference providing structure, wherein each wavelength It has a function of correcting spherical aberration caused by a difference in optical system magnification and / or wavelength of the objective optical element with respect to the light beam, or the light beam having the wavelength λ2 that has passed through the phase difference providing structure is used as the second light. An objective optical element having an aperture limiting function that prevents light from being condensed on an information recording surface of an information recording medium.
前記波長λ1の光束に対する焦点距離f1と、前記波長λ1の光束により前記情報記録面上に形成される集光スポットの開口数NA1が、
0.2mm≦f1≦3.5mm
0.63≦NA1≦0.95
を満たすことを特徴とする対物光学素子。The objective optical element according to claim 1 ,
The focal length f1 with respect to the light beam before Symbol wavelength .lambda.1, the information recording condenser is formed on the surface spot numerical aperture NA1 of the light flux with wavelength .lambda.1 is
0.2mm ≦ f1 ≦ 3.5mm
0.63 ≦ NA1 ≦ 0.95
An objective optical element characterized by satisfying:
前記位相差付与構造が、光軸を中心とした複数の輪帯面が光軸にほぼ平行な段差を介して連続し、各輪帯を通過した波長λ1と波長λ2のうち少なくとも一方の光束は情報記録面上において位相がほぼ揃っていることを特徴とする対物光学素子。The objective optical element according to claim 1 or 2 ,
In the phase difference providing structure, a plurality of annular surfaces with the optical axis as the center is continuous through a step substantially parallel to the optical axis, and at least one light flux among the wavelengths λ1 and λ2 passing through each annular zone is An objective optical element characterized in that the phase is substantially uniform on the information recording surface.
前記位相差付与構造が、回折構造であることを特徴とする対物光学素子。The objective optical element according to any one of claims 1 to 3 ,
The objective optical element, wherein the phase difference providing structure is a diffractive structure.
前記位相差付与構造が、光軸を中心とした複数の回折輪帯と、これら回折輪帯のうち少なくとも一つの回折輪帯の光学面に形成される光軸方向に沿った複数の階段状の不連続面とからなることを特徴とする対物光学素子。The objective optical element according to any one of claims 1 to 4 ,
The phase difference providing structure includes a plurality of diffraction ring zones centered on the optical axis, and a plurality of stepped shapes along the optical axis direction formed on the optical surface of at least one of the diffraction ring zones. An objective optical element comprising a discontinuous surface.
光学材料の分散ν、屈折率nが、
65≦ν≦75
1.48≦n≦1.52
を満たすことを特徴とする対物光学素子。The objective optical element according to any one of claims 1 to 5 ,
The dispersion ν and refractive index n of the optical material are
65 ≦ ν ≦ 75
1.48 ≦ n ≦ 1.52
An objective optical element characterized by satisfying:
光学材料の融点Tが、
250℃≦T≦300℃
を満たすことを特徴とする対物光学素子。The objective optical element according to any one of claims 1 to 6 ,
The melting point T of the optical material is
250 ℃ ≦ T ≦ 300 ℃
An objective optical element characterized by satisfying:
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