JP4375107B2 - Optical pickup device - Google Patents
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Description
本発明は、光ディスクに情報を書き込むまたは光ディスクから情報を読み出す(以下、光ディスクに情報を書き込むまたは光ディスクから情報を読み出すことを、「光ディスクの記録・再生」という。)ための光ピックアップ装置に関し、特に、少なくても2つの異なる使用波長の光束を用いて光ディスクの記録・再生を行うための光ピックアップ装置に関する。 The present invention relates to an optical pickup device for writing information on an optical disc or reading information from an optical disc (hereinafter, writing information on an optical disc or reading information from an optical disc is referred to as “recording / reproducing of an optical disc”). The present invention relates to an optical pickup device for recording / reproducing an optical disc using light beams having at least two different working wavelengths.
従来、CD、DVD等で知られる光ディスクは、音楽情報、映像情報等の保存、または、コンピュータから出力されるデータの記録等に広く使われている。そして、近年の高度情報化の進展にともない、光ディスクの大容量化、高密度化の要求が益々強まっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, optical disks known as CDs and DVDs are widely used for storing music information, video information, etc., recording data output from a computer, and the like. With the advancement of advanced information technology in recent years, demands for larger capacity and higher density of optical discs are increasing.
光ディスクへの記録の高密度化を達成するためには、対物レンズを介して集光される光線のスポットの径(以下、スポット径という。)を小さくする必要がある。一般に、このスポット径は、使用する光束の波長(以下、使用波長という。)に比例し、光学系の開口数(NA)に反比例することが知られており、上記の高密度化のためには、使用波長を短くするか、光学系の開口数を大きくすればよい。 In order to achieve high recording density on the optical disc, it is necessary to reduce the spot diameter of the light beam collected through the objective lens (hereinafter referred to as spot diameter). In general, this spot diameter is known to be proportional to the wavelength of the light beam used (hereinafter referred to as the used wavelength) and inversely proportional to the numerical aperture (NA) of the optical system. In this case, the wavelength used may be shortened or the numerical aperture of the optical system may be increased.
CDからDVDへの高密度化は、使用波長を、約780nmから約650nmに短くすると共に、光学系の開口数を、0.45から0.60または0.65に増大することで実現されている。そして、今後の更なる高密度化のために、光源として440nmより短い波長の光束を用いた光学装置が検討されている。 Densification from CD to DVD is realized by shortening the operating wavelength from about 780 nm to about 650 nm and increasing the numerical aperture of the optical system from 0.45 to 0.60 or 0.65. Yes. In order to further increase the density in the future, an optical apparatus using a light beam having a wavelength shorter than 440 nm as a light source has been studied.
これらの光学装置には、従来の光ディスクの記録・再生ができることが求められる。上記の要請、すなわち、複数の使用波長の光束を用いて光ディスクの記録・再生を行うという要請に応えるべく、2つの使用波長のうちの一方の使用波長の光束に対して収差の最小化がなされた対物レンズ以外に、残りの使用波長の光束に対して回折により収差等を補正する別素子(以下、収差補正素子という。)を設けるという方法がとられていた(特許文献1参照)。
しかし、このような従来の光ディスクの記録・再生を行うための技術では、上記の対物レンズと収差補正素子との間で生じる偏心により新たに収差が発生するという問題があった。 However, such a conventional technique for recording / reproducing an optical disc has a problem that new aberration is generated due to decentration generated between the objective lens and the aberration correction element.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減することが可能な光ピックアップ装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an optical pickup capable of reducing the amount of aberration caused by decentering of an optical element such as an aberration correction element and an objective lens as compared with a conventional apparatus. A device is provided.
以上の点を考慮して、請求項1に係る発明は、第1の使用波長λ 1 (380nm≦λ 1 ≦440nm)の光束を用いて第1の光ディスクに対して記録・再生が可能であり、第2の使用波長λ 2 (630nm≦λ 2 ≦680nm)の光束を用いて第2の光ディスクに対して記録・再生が可能な光ピックアップ装置であって、前記第1の使用波長λ 1 の光束を出射する第1の光源と、前記第2の使用波長λ 2 の光束を出射する第2の光源と、前記第1の使用波長λ 1 の光束の波面を一定に保ち、前記第2の使用波長λ 2 の光束の波面を変化させる特定波長波面調整素子と、前記特定波長波面調整素子を通過した光束を前記使用波長に応じて予め決められた前記光ディスクに集光させる対物レンズと、前記光ディスクから反射された光束を受光する受光素子と、を備え、前記対物レンズは、その光軸と交わる2つの面が、前記第1の使用波長λ1の光束を用いて前記第1の光ディスクに対する記録・再生を開口数0.6以上で行う場合に、像高0.05mmの位置における3次の軸外コマ収差がRMS値で0.6λ 1 以上となるとともに前記光軸上の波面収差がRMS値で0.03λ 1 以下となる非球面の形状を有する構成をなす。
In view of the above, the invention according to
この構成により、特定波長波面調整素子が第1の使用波長の光束の波面を変化させずに第2の使用波長の光束の波面を変化させ、対物レンズの光軸と交わる2つの面の形状を、光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高0.05mmの位置における軸外コマ収差がRMS値で0.6波長以上となるようにして偏心の影響を低減するようにしたため、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。
また、対物レンズは、その光軸と交わる2つの面が、第1の使用波長の光束を用いて第1の光ディスクの記録・再生を開口数0.6以上で行う場合に、光軸上の波面収差がRMS値で0.03波長以下となる非球面の形状を有しているため、第1の使用波長の光束を用いて第1の光ディスクの記録・再生を行う際の軸上の収差の最適化を図ることができる、すなわち回折限界性能を有する光ピックアップ装置を実現できる。
With this configuration, the specific wavelength wavefront adjusting element changes the wavefront of the light beam having the second use wavelength without changing the wavefront of the light beam having the first use wavelength, and the shape of the two surfaces intersecting with the optical axis of the objective lens is changed. Since the off-axis coma aberration at the position where the image height is 0.05 mm is made to have an RMS value of 0.6 wavelength or more when the optical disc is recorded / reproduced, the influence of decentration is reduced. Thus, an optical pickup device capable of reducing the amount of aberration caused by the decentering of the optical element and the objective lens can be realized as compared with the conventional device.
The objective lens has two surfaces intersecting the optical axis on the optical axis when the first optical disk is recorded / reproduced with a numerical aperture of 0.6 or more using a light beam having the first used wavelength. Since the wavefront aberration has an aspherical shape with an RMS value of 0.03 wavelength or less, the axial aberration when the first optical disk is recorded / reproduced using the light beam having the first use wavelength. Can be achieved, that is, an optical pickup device having diffraction-limited performance can be realized.
また、請求項2に係る発明は、請求項1において、前記特定波長波面調整素子は、光軸を中心軸とする複数の円筒形状の段差部のうち最も内側にある前記段差部に囲まれた円形部と、隣り合う前記段差部に挟まれた輪帯部とを有し、前記段差部および前記輪帯部は前記光軸に垂直な平面を有し、前記第1の使用波長λ1の光束に対して、前記第1の使用波長λ1の整数倍に0.9〜1.1をかけた値の位相差を生じさせ、前記対物レンズで発生する前記第2の使用波長λ 2 の波面収差を低減する位相補正素子である構成を有している。
The invention according to claim 2 is the invention according to
この構成により、請求項1の効果に加え、特定波長波面調整素子を、第1の使用波長λ1の光束に対して、第1の使用波長λ1の整数倍に0.9〜1.1をかけた値の位相差を生じさせる位相補正素子としたため、実質的な波面の変化を生じさせず、他の使用波長の光束の波面を変化させることができる光ピックアップ装置を実現できる。
By this configuration, in addition to the effect of
また、請求項3に係る発明は、請求項1において、前記特定波長波面調整素子が、前記第2の使用波長λ2の光束に対して、回折を生じさせる回折格子である構成を有している。
Further, The invention according to
この構成により、請求項1の効果に加え、特定波長波面調整素子を、第2の使用波長λ2の光束に対して回折を生じさせる回折格子としたため、第1の使用波長λ1で実質的な波面の変化を生じさせず、第2の使用波長λ2の光束の波面を変化させることができる光ピックアップ装置を実現できる。
By this configuration, in addition to the effect of
また、請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれか1項において、前記対物レンズの前記2つの面は、前記第1の使用波長λ1の光束を用いて前記第1の光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高0.05mmの位置における3次の軸外コマ収差がRMS値で1.0λ 1 から1.6λ 1 の間にある構成を有する。
The invention according to claim 4, in any one of
この構成により、請求項1ないし3のいずれか1項の効果に加え、偏心により発生する収差をさらに低減することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。 With this configuration, in addition to the effect of any one of the first to third aspects, an optical pickup device that can further reduce aberrations caused by decentration can be realized.
本発明は、特定波長波面調整素子が第1の使用波長の光束の波面を変化させずに第2の使用波長の光束の波面を変化させ、対物レンズの光軸と交わる2つの面の形状を、光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高0.05mmの位置における軸外コマ収差がRMS値で0.6波長以上となるようにして偏心の影響を低減するようにしたため、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減できるという効果を有する光ピックアップ装置を提供できる。このことにより、両者を一体化して用いる場合、両者の光軸合わせが容易となり、もって組み立てコストの低減が図れる。また、両者を別体で装置に組み込むことも可能であり、その場合、オートフォーカスまたはトラッキングサーボは、対物レンズに対してのみ作用させればよく、両者一体化された部材に作用させる場合に比し、収差補正素子の重量分だけ負荷が軽減されることになり、装置の高速化、低電力化が図れる。 According to the present invention, the specific wavelength wavefront adjusting element changes the wavefront of the light beam having the second use wavelength without changing the wavefront of the light beam having the first use wavelength, and the shapes of the two surfaces intersecting the optical axis of the objective lens are changed. Since the off-axis coma aberration at the position where the image height is 0.05 mm is made to have an RMS value of 0.6 wavelength or more when the optical disc is recorded / reproduced, the influence of decentration is reduced. It is possible to provide an optical pickup apparatus having an effect that the amount of aberration caused by the decentering of the optical element and the objective lens can be reduced as compared with the conventional apparatus. As a result, when both are used in an integrated manner, the optical axes can be easily aligned, and the assembly cost can be reduced. It is also possible to incorporate both of them separately into the device. In that case, the autofocus or tracking servo only needs to act on the objective lens, compared with the case of acting on both integrated members. In addition, the load is reduced by the weight of the aberration correction element, and the speed and power consumption of the apparatus can be increased.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置のブロック構成を示す図である。図1において、光ピックアップ装置100は、使用波長λ1の光束を発する第1の光源1、使用波長λ2の光束を発する第2の光源2、第1のビームスプリッタ3、第2のビームスプリッタ4、コリメータ5、反射板6、特定波長波面調整素子7、対物レンズ8、および、受光素子11を備える。
FIG. 1 is a diagram showing a block configuration of an optical pickup device according to an embodiment of the present invention. 1, the
光ピックアップ装置100は、光ディスク9、10に情報を書き込み、光ディスク9、10から情報を読み出す「光ディスクの記録・再生」を、2つの使用波長λ1、λ2の光束を用いて複数種類の光ディスク(以下、光ディスクの種類は2種類とし、それぞれ、第1の光ディスクおよび第2の光ディスクとする。)に対して行う。なお、光ディスクの記録・再生に用いる光束の使用波長λ1、λ2は、光ディスク9、10の種類に応じて予め決められているものとする。
The
第1の光源1は、例えば、半導体レーザで構成され、405nm近傍の波長λ1(380nm≦λ1≦440nm)で発散光束を直線偏光で出射するようになっている。同様に、第2の光源2は、例えば、半導体レーザで構成され、655nm近傍の波長λ2(630nm≦λ2≦680nm)で発散光束を直線偏光で出射するようになっている。ここで、第1の光源1からの光束の偏光方向と、第2の光源2からの光束の偏光方向とは、互いに直交するように第1の光源1と第2の光源2とが配置されている。また、第2の使用波長の値は、従来のDVD等への互換性を考慮したものである。
The
第1のビームスプリッタ3は、第1の光源1からの光束を透過させ、第2の光源2からの光束を反射させ、それぞれを同一の光軸上に導く役割を持つ。第2のビームスプリッタ4は、第1の光源1および第2の光源2からの光束を透過させると共に、第1の光ディスク9の情報記録面および第2の光ディスク10の情報記録面からの反射光束を反射させ、受光素子11に導く役割を有する。なお、ビームスプリッタ3、4の代わりにハーフミラーを用いるのでもよい。
The
コリメータ5は、第1の光源1および第2の光源2からの光束をほぼ平行光に変換する役割を持ち、ガラス、合成樹脂等からなり焦点距離が10mmから20mm程度のレンズを用いることが好適である。また、反射板6として、反射鏡、プリズム等を用いることができる。
The
特定波長波面調整素子7は、2つの使用波長λ1、λ2のうちの特定の使用波長(以下、この使用波長を第1の使用波長λ1とする。)の光束の波面を一定に保ち位相を波長の整数倍、変化させ、位相を実質的に変化させないようになっている。すなわち、第1の使用波長λ1の光束に対しては、特定波長波面調整素子7があたかも存在しないかのように作用するようになっている。
Specific wavelength
一方、第2の使用波長λ2の光束に対しては、位相の変化を可能とし、第2の使用波長λ2の光束の波面を調整できるようになっている。このため、特定波長波面調整素子7は、第2の使用波長λ2の光束の波面を変え、光ディスク10に入射する光束の収差を補正でき、第1の使用波長λ1の光束に対しては、特定波長波面調整素子7があたかも存在しないかのように作用するようになっている。特定波長波面調整素子7としては、位相補正素子、波長λ1の光束を回折させず波長λ2の光束を回折させる回折素子等を用いるのが好適である。
On the other hand, the phase of the light beam having the second use wavelength λ 2 can be changed, and the wavefront of the light beam having the second use wavelength λ 2 can be adjusted. For this reason, the specific wavelength
また、対物レンズ8は、特定波長波面調整素子7を通過した光束を使用波長λ1、λ2に応じて予め決められた光ディスクに集光させる(本実施の形態では、第1の使用波長λ1の光束を第1の光ディスクに集光させ、第2の使用波長λ2の光束を第2の光ディスクに集光させる。)ようになっている。具体的には、焦点距離が1mmから5mm程度、開口数が0.6以上、第1の使用波長λ1の光束に対して軸上の波面収差がRMS値で0.03λ1以下、軸外像高0.05mmのおける波面収差の3次のコマ収差成分がRMS値で0.6λ1より大きい特性を有する、ガラス、合成樹脂等からなるレンズを用いるのが好適である。
The
第1の光源1によって発せられた光束は、第1のビームスプリッタ3、第2のビームスプリッタ4およびコリメータ5を順に透過し、反射板6で反射し、特定波長波面調整素子7および対物レンズ8を透過して第1の光ディスク9の情報記録面に集光する。同様に、第2の光源2によって発せられた光束は、第2の光ディスク10の情報記録面に集光させられる。第1の光ディスク9または第2の光ディスク10の情報記録面に集光させられた光束は、それぞれ、各情報記録面で反射され、対物レンズ8および特定波長波面調整素子7を順に透過し、反射板6で反射され、コリメータ5を透過し、第2のビームスプリッタ4で反射されて受光素子11に入る。
The light beam emitted by the first
受光素子11からの出力信号を用いて、第1の光ディスク9の情報記録面、または、第2の光ディスク10の情報記録面に記録された情報の読み取り信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が得られるようになっている。なお、光ピックアップ装置100には、上記フォーカスエラー信号に基づいて、レンズを光軸方向に移動する機構(フォーカスサーボ)、及び上記トラッキングエラー信号に基づいて、レンズを光軸にほぼ垂直の方向に移動する機構(トラッキングサーボ)が含まれるが、図1に示す構成では省略されている。
An output signal from the
本発明は、軸外の像高0.05mmにおける波面収差の3次のコマ収差成分がRMS値で0.6λ1より大きい軸外特性を有するレンズを使用するものであり、これにより、後述するように、対物レンズ8と特定波長波面調整素子7との偏心が原因で発生する収差の大きさを低減できる。以下の実施例では、軸外コマ収差を有する対物レンズの具体的な形状と、この対物レンズに応じて使用する特定波長波面調整素子7の素子形状と、両者の偏心に応じて発生する収差量と、を示す。以下では、特定波長波面調整素子7が位相補正素子であるものとする。
The present invention has the third order coma aberration components of wavefront aberration at the image height 0.05mm off-axis uses a lens having a 0.6Ramuda 1 larger axis characteristics in RMS value, thereby, she will be described later As described above, the magnitude of the aberration caused by the eccentricity between the
また、比較対象として、軸外コマ収差のない対物レンズと、この対物レンズに応じて使用する位相補正素子を用いた構成例(以下、比較例という。)を取り上げ、対物レンズの形状と、位相補正素子の形状と、両者の偏心によって発生する収差量と、を示し、比較する。この実施例と比較例との比較によって、軸外コマ収差の大きさに依存して偏心が原因で発生する収差の大きさが異なることを示す。 Further, as a comparison object, a configuration example using an objective lens without off-axis coma aberration and a phase correction element used in accordance with the objective lens (hereinafter, referred to as a comparative example) is taken up. The shape of the correction element and the amount of aberration caused by the decentration of both are shown and compared. A comparison between this example and the comparative example shows that the magnitude of the aberration caused by the eccentricity differs depending on the magnitude of the off-axis coma aberration.
以下、特定波長波面調整素子7および対物レンズ8についての具体的な実施例、および、その比較例について説明する。
Hereinafter, specific examples of the specific wavelength
本発明の実施例に係る対物レンズ8を具体的な数値をあげて説明する。対物レンズ8は、軸外像高0.05mmにおける波面収差の3次のコマ収差成分がRMS値で0.6λ1となるように設計されている(図2参照)。表1は、使用波長λ1、λ2の、対物レンズ8の焦点距離fと、対物レンズ8のレンズ材料の屈折率nとを示す表である。
The
ここで、λは使用波長の中心波長(第1の使用波長405nm、第2の使用波長660nm)であり、焦点距離fは、第1の使用波長および第2の使用波長に対して、それぞれ、3.00mm、3.09mmであり、屈折率nは、第1の使用波長および第2の使用波長に対して、それぞれ、1.5208、1.5057である。また、対物レンズ8は両面非球面単レンズであり、レンズ中心厚は1.84mmである。
Here, λ is the center wavelength of the used wavelength (first used wavelength 405 nm, second used wavelength 660 nm), and the focal length f is relative to the first used wavelength and the second used wavelength, respectively. 3.00 mm and 3.09 mm, and the refractive index n is 1.5208 and 1.5057, respectively, for the first use wavelength and the second use wavelength. The
対物レンズ8の非球面形状は、以下の式(1)基づいて決定されるものとした。
The aspheric shape of the
ここで、記号iは非球面次数であり、2、4、6、8、10のいずれかをとる。また、記号jは面番号であり、光源側の面を面番号1、光ディスク側の面を面番号2とした。さらに、記号hは光軸からの距離(以下、高さという。)であり、記号zjは第j面非球面の頂点の接平面(一般に、光軸近傍で非球面に接し、光軸に垂直な面。)からその非球面上の高さhの点までの光軸方向の距離であり、rj、kj、ai,j、およびjは第j面の決定に係る各係数である。
Here, the symbol i is an aspherical order and takes one of 2, 4, 6, 8, and 10. The symbol j is the surface number, the surface on the light source side is
表2に上記の式(1)で用いる各係数の値を示す。 Table 2 shows the values of the coefficients used in the above equation (1).
表2において、「E−p(pは整数)」は、「×10−p」を意味する。 In Table 2, “Ep (p is an integer)” means “× 10 −p ”.
次に、この対物レンズの軸外特性について説明する。図2は、対物レンズ8の第1の使用波長(405nm)に対する軸外特性を示すグラフである。図2に示すグラフの横軸は、軸上からの距離を示す像高(mm単位)であり、縦軸は、波面収差を波長λ単位かつRMS値で表したものである。図2において、実線はすべての種類の収差を含む波面収差(以下、トータル波面収差と称する)を示し、破線は3次のコマ収差を示す。以下、特に断る場合を除き、他の図についても同様とする。対物レンズ8は、図2に示す横軸(像高)が0mmの位置すなわち軸上では、トータル波面収差の値がほぼ0であり、像高0.05mmの軸外で3次のコマ収差がRMS値でほぼ0.6λ1となるように設計されている。
Next, the off-axis characteristics of the objective lens will be described. FIG. 2 is a graph showing off-axis characteristics of the
図3は、第2の使用波長λ2(660nm)における対物レンズ8の軸外特性を示すグラフである。図3に示す軸上のトータル波面収差は、トータル波面収差がRMS値で0.124λ2あり、光ディスクの記録・再生を行うことができるまでの小さい収差にはなっていない。図4は、対物レンズ8に第2の使用波長の光束を通過させたときに瞳の位置(以下、瞳位置という。)で発生する波面収差の分布形状を示す図である。横軸は、瞳の半径を1.0に正規化したときの動径方向の座標を示し、縦軸は、波面収差を波長で規格化したときの値を示す。
FIG. 3 is a graph showing off-axis characteristics of the
図5は、図4に示す波面収差を低減するための特定波長波面調整素子7の断面構造の一例を示す断面図であり、特定波長波面調整素子7の光軸51を含む面を断面とする。図5に示す特定波長波面調整素子7は、位相補正素子であり、第2の使用波長λ2(660nm)の光束に対して生ずる波面収差を低減でき、第1の使用波長(405nm)の光束については、第1の使用波長(405nm)の整数倍の位相差を発生させるものである。具体的には、第1の使用波長λ1の整数倍に0.9〜1.1をかけた値の位相差を生じさせるようにするのでもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of the specific wavelength
図5において、符号δi(i=51、52、53)は、それぞれ光軸51を中心軸とする輪状の段差部であり、符号φi(i=51、52、53)は、上記の段差部δi(i=51、52、53)の直径である。すなわち、段差部δi(i=51、52、53)は、光軸を中心軸とする円筒形状をなす。また、符号Sk(k=52、53)は隣り合う段差部δkと段差部δk−1で挟まれた輪帯部である。なお、符号S51は段差部δ51に囲まれた円形部、符号S54は段差部δ53より外側の輪帯部であり、S51からS54までの符号で示される面は、すべて光軸に垂直な平面である。
In FIG. 5, symbol δ i (i = 51, 52, 53) is a ring-shaped step portion having the
S51からS54までの符号で示される面が、光軸方向にそれぞれ異なる位置になるように位相補正素子としての特定波長波面調整素子7を形成し、第2の使用波長λ2(660nm)の光束に対して位相補正し、第1の使用波長(405nm)の光束に対しては、位相が実質上変化しないようになっている。図5において、符号52によって特定される面は、対物レンズ側の面であり、平面とした。
The specific wavelength
表3に、円形部δ51の光軸上の位置を基準位置(原点とする。)としたときの輪帯部Sk(k=52、53、54)の光軸方向の距離と、直径φk(k=51、52、53)の数値を示す。 Table 3 shows the distance and diameter of the annular zone S k (k = 52, 53, 54) in the optical axis direction when the position on the optical axis of the circular portion δ 51 is set as the reference position (the origin). The numerical value of φk (k = 51, 52, 53) is shown.
なお、表3において、輪帯部Sk(k=52、53、54)の光軸方向の距離の符号は、対物レンズ側の面52を向く方向を正とした。なお、位相補正素子としての特定波長波面調整素子7に用いた材料の屈折率を表4に示す。
In Table 3, the sign of the distance in the optical axis direction of the annular zone S k (k = 52, 53, 54) is positive in the direction facing the
図6は、上記の式(1)および表3、4によって特定される特定波長波面調整素子(位相補正素子)7を用いたときに、第2の使用波長λ2(660nm)に対して瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図である。図6に示すグラフの横軸と縦軸は、図4に示すグラフの場合と同様である。 FIG. 6 shows the pupil for the second used wavelength λ 2 (660 nm) when the specific wavelength wavefront adjusting element (phase correcting element) 7 specified by the above equation (1) and Tables 3 and 4 is used. It is a figure which shows the distribution shape of the wavefront aberration which generate | occur | produces in a position. The horizontal axis and the vertical axis of the graph shown in FIG. 6 are the same as those of the graph shown in FIG.
位相補正素子としての特定波長波面調整素子7を設けたことにより、トータルの波面収差がRMS値で0.048λ2と、位相補正素子の無いときの0.124λ2に比して充分小さくすることができ、位相補正素子により第2の使用波長(660nm)でも光ディスクの記録・再生が良好に行える程度まで収差を低減できる。
By providing the specific wavelength
また、対物レンズ8と特定波長波面調整素子(位相補正素子)7との偏心の程度を表す偏心量に対する、上記の偏心により発生する波面収差の大きさを図7に示す。図7において、横軸は対物レンズ8と特定波長波面調整素子7との偏心量(単位はmm)、縦軸は波面収差のRMS値(単位は波長)である。また、実線はトータルの波面収差であり、破線は3次のコマ収差である。
FIG. 7 shows the magnitude of the wavefront aberration generated by the above decentering with respect to the decentering amount representing the degree of decentering between the
図7に基づいて、対物レンズ8と特定波長波面調整素子(位相補正素子)7の偏心が光軸に垂直方向に0.05mmであるとき、この偏心によって発生する3次のコマ収差成分はRMS値で0.024λ2となっている。コマ収差成分がRMS値で0.024λであるという値が、従来の構成よりも充分小さくなっていることを、以下に比較例を示し説明する。
Based on FIG. 7, when the decentering of the
上記実施例と比較するために、軸外像高0.05mmにおける波面収差の3次コマ収差成分がRMS値で0.0λ1である対物レンズを用いた場合を以下に示す。ここで、使用する光源1、2の中心波長、対物レンズの焦点距離fと、対物レンズのレンズ材料の屈折率nは、表1に示すものとし、実施例で用いたものと同じものとした。また、対物レンズは両面非球面単レンズであり、レンズ中心厚は1.84mmである。
For comparison with the above embodiment, a case where the third-order coma aberration components of wavefront aberration at off-axis image height 0.05mm was used objective lens is 0.0Ramuda 1 in RMS value below. Here, the center wavelength of the
レンズの非球面形状は、式(1)および以下の表5に示す各係数に基づいて特定されるものとする。 It is assumed that the aspherical shape of the lens is specified based on Equation (1) and the coefficients shown in Table 5 below.
表5において、「E−p(pは整数)」は、「×10−p」を意味する。 In Table 5, “Ep (p is an integer)” means “× 10 −p ”.
図8は、比較例に係る対物レンズの第1の使用波長(405nm)に対する軸外特性を示すグラフである。対物レンズは、図8に示す横軸(像高)が0mmの位置すなわち軸上では、トータル波面収差の値がほぼ0であり、像高0.05mmの軸外で3次のコマ収差がRMS値でほぼ0.0λ1となるように設計されている。 FIG. 8 is a graph showing off-axis characteristics with respect to the first use wavelength (405 nm) of the objective lens according to the comparative example. In the objective lens, the value of the total wavefront aberration is almost 0 at the position where the horizontal axis (image height) shown in FIG. 8 is 0 mm, that is, on the axis, and the third-order coma aberration is off-axis at the image height of 0.05 mm. It is designed to be substantially 0.0Ramuda 1 in value.
図9は、比較例に係る対物レンズの第2の使用波長λ2(660nm)に対する軸外特性を示すグラフである。図9に示す軸上のトータル波面収差は、トータル波面収差のRMS値が0.272λ2あり、光ディスクの記録・再生を行うことができるまでの小さい収差にはなっていない。図10は、比較例に係る対物レンズに第2の使用波長の光束を通過させたときに瞳位置で発生する波面収差の分布形状を示す図である。 FIG. 9 is a graph illustrating off-axis characteristics of the objective lens according to the comparative example with respect to the second use wavelength λ 2 (660 nm). Total wavefront aberration on the axis shown in FIG. 9, RMS value of the total wavefront aberration There 0.272λ 2, not in a small aberration to be able to perform recording and reproducing of the optical disc. FIG. 10 is a diagram illustrating a distribution shape of wavefront aberration generated at the pupil position when a light beam having the second use wavelength is passed through the objective lens according to the comparative example.
第2の使用波長λ2(660nm)で光ディスクの記録・再生を可能とするために、第1の使用波長(405nm)の整数倍の位相差を発生させる位相補正素子を用いて、上記の図10で示した波面収差を低減する。図11は、比較例に係る位相補正素子の断面図であり、光軸111を含む面を断面とする。
In order to enable recording / reproduction of an optical disc at the second use wavelength λ 2 (660 nm), the above-described diagram is used by using a phase correction element that generates a phase difference that is an integral multiple of the first use wavelength (405 nm). The wavefront aberration indicated by 10 is reduced. FIG. 11 is a cross-sectional view of a phase correction element according to a comparative example, and a plane including the
図11において、符号δi(i=111、112、・・・、118)は、それぞれ光軸111を中心軸とする輪状の段差部であり、符号φi(i=111、112、・・・、118)は、上記の段差部δi(i=111、112、・・・、118)の直径である。すなわち、段差部δi(i=111、112、・・・、118)は、光軸を中心軸とする円筒形状をなす。また、符号Sk(k=112、113、・・・、118)は隣り合う段差部δkと段差部δk−1で挟まれた輪帯部である。なお、符号S111は段差部δ111に囲まれた円形部、符号S119は段差部δ118より外側の輪帯部であり、S111からS119までの符号で示される面は、すべて光軸に垂直な平面である。
In FIG. 11, symbols δ i (i = 111, 112,..., 118) are ring-shaped step portions having the
S111からS119までの符号で示される面が、光軸方向にそれぞれ異なる位置になるように位相補正素子を形成し、第2の使用波長λ2(660nm)に対して位相補正し、第1の使用波長(405nm)に対しては、位相が実質上変化しないようになっている。図11において、符号112によって特定される面は、対物レンズ側の面であり、平面とした。
A phase correction element is formed so that surfaces indicated by reference numerals S 111 to S 119 are in different positions in the optical axis direction, phase correction is performed with respect to the second use wavelength λ 2 (660 nm), The phase does not change substantially for a wavelength of 1 used (405 nm). In FIG. 11, the surface specified by
表6に、円形部S111の光軸上の位置を基準(原点とする。)としたときの輪帯部Sk(k=112、113、・・・、119)の光軸方向の距離と、直径φk(k=111、112、・・・、118)の数値を示す。 Table 6 shows the distance in the optical axis direction of the annular zone S k (k = 112, 113,..., 119) when the position on the optical axis of the circular portion S 111 is used as a reference (the origin). And the numerical value of the diameter φk (k = 111, 112,..., 118).
なお、表6において、輪帯部Sk(k=112、113、・・・、119)の光軸方向の距離の符号は、対物レンズ側の面112を向く方向を正とした。また、位相補正素子に用いた材料の屈折率を表4に示すものとし、上記の実施例の場合と同様にした。
In Table 6, the sign of the distance in the optical axis direction of the annular zone S k (k = 112, 113,..., 119) is positive in the direction facing the
図12は、上記の式(1)および表4、6によって特定される位相補正素子(比較例にかかる位相補正素子)を用いたときの、第2の使用波長λ2(660nm)に対する瞳位置での波面収差の分布形状を示す図である。図12に示すグラフの横軸と縦軸は、図4に示すグラフの場合と同様である。位相補正素子を設けたことにより、トータルの波面収差がRMS値で0.051λ2と、位相補正素子の無いときの0.272λ2に比して充分小さくすることができ、位相補正素子により第2の使用波長(660nm)でも光ディスクの記録・再生が良好に行える程度まで収差を低減できる。 FIG. 12 shows the pupil position with respect to the second use wavelength λ 2 (660 nm) when the phase correction element (phase correction element according to the comparative example) specified by the above equation (1) and Tables 4 and 6 is used. It is a figure which shows the distribution shape of the wavefront aberration in FIG. The horizontal axis and the vertical axis of the graph shown in FIG. 12 are the same as those of the graph shown in FIG. By providing the phase correction element, the total wavefront aberration can be sufficiently reduced to 0.051λ 2 in terms of RMS value compared to 0.272λ 2 when there is no phase correction element. The aberration can be reduced to the extent that recording / reproducing of the optical disk can be satisfactorily performed even at a working wavelength of 2 (660 nm).
また、対物レンズと位相補正素子との偏心量に対する、上記の偏心により発生する波面収差の大きさを図13に示す。図13において、横軸は対物レンズと位相補正素子との偏心量(単位はmm)、縦軸は波面収差のRMS値(単位は波長)である。また、実線はトータルの波面収差であり、破線は3次のコマ収差である。 FIG. 13 shows the magnitude of the wavefront aberration caused by the decentration with respect to the decentration amount between the objective lens and the phase correction element. In FIG. 13, the horizontal axis represents the amount of decentering between the objective lens and the phase correction element (unit: mm), and the vertical axis represents the RMS value of wavefront aberration (unit: wavelength). The solid line is the total wavefront aberration, and the broken line is the third-order coma aberration.
図13に基づいて、比較例に係る対物レンズと位相補正素子の偏心が光軸に垂直方向に0.05mmであるとき、この偏心によって発生する3次のコマ収差成分はRMS値で0.049λ2となっている。上記の実施例では、コマ収差成分がRMS値で0.024λ2であり、比較例について得られる値の約半分になっている。これは、本発明の対物レンズ8が、軸外コマ収差を有するように設計したことによる。
Based on FIG. 13, when the decentering of the objective lens and the phase correcting element according to the comparative example is 0.05 mm in the direction perpendicular to the optical axis, the third-order coma aberration component generated by this decentering is 0.049λ in RMS value. 2 In the above embodiment, the coma component is 0.024λ 2 in RMS value, which is about half of the value obtained for the comparative example. This is because the
図14は、本発明に係る特定波長波面調整素子7および対物レンズ8を用いたときの、像高0.05mmにおける対物レンズの3次コマ収差のRMS値と、偏心0.05mmで発生する3次コマ収差のRMS値との関係を示す図である。図14に示すグラフに基づいて、対物レンズ8の軸外特性として、像高0.05mmのおける3次コマ収差がRMS値で0.6λ以上あれば、偏心に対する感度が軸外コマ収差のないレンズの場合(比較例)と比較しての半分以下となることがしめされる。また、図14に基づいて、像高0.05mmのおける3次コマ収差がRMS値で1.0λから1.6λである対物レンズを用いることが、偏心により発生する収差を低減するため、さらに好適である。
FIG. 14 shows the RMS value of the third-order coma aberration of the objective lens at an image height of 0.05 mm when the specific wavelength
上記では、特定波長波面調整素子7として位相補正素子を例に取り上げて説明したが、第1の使用波長の光束の波面を実質的に変化させず、第2の使用波長の光束を回折させる回折格子を用いるのでもよい。
In the above description, the phase correction element is taken as an example of the specific wavelength
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置は、特定波長波面調整素子が第1の使用波長の光束の波面を変化させずに位相を変化させ、対物レンズの光軸と交わる2つの面の形状を、光ディスクの記録・再生を行う場合に、像高0.05mmの位置における軸外コマ収差がRMS値で0.6波長以上となるようにして偏心の影響を低減するようにしたため、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減できる。 As described above, in the optical pickup device according to the embodiment of the present invention, the specific wavelength wavefront adjusting element changes the phase without changing the wavefront of the light beam having the first use wavelength, and the optical axis of the objective lens The shape of the two intersecting surfaces reduces the influence of decentration so that the off-axis coma aberration at the position of an image height of 0.05 mm is 0.6 wavelength or more when the optical disk is recorded / reproduced. As a result, the amount of aberration caused by the decentering of the optical element such as the aberration correction element and the objective lens can be reduced as compared with the conventional apparatus.
また、特定波長波面調整素子を、第1の使用波長λ1の光束に対して、第1の使用波長λ1の整数倍に0.9〜1.1をかけた値の位相差を生じさせる位相補正素子としたため、実質的な波面の変化を生じさせず、他の使用波長の光束の波面を変化させることができる。 Moreover, a specific wavelength wavefront adjusting element, causes a phase difference with respect to the first use wavelength lambda 1 of the light beam, multiplied by 0.9 to 1.1 in the first integral multiple of the operating wavelength lambda 1 value Since the phase correction element is used, it is possible to change the wavefront of a light beam having another use wavelength without causing a substantial wavefront change.
また、特定波長波面調整素子を、第1の使用波長λ1の光束に対して回折を生じさせる回折格子としたため、実質的な波面の変化を生じさせず、他の使用波長の光束の波面を変化させることができる。 In addition, since the specific wavelength wavefront adjusting element is a diffraction grating that generates diffraction with respect to the light beam having the first use wavelength λ 1 , the wavefront of the light beam having another use wavelength can be changed without causing a substantial wavefront change. Can be changed.
また、対物レンズの光軸と交わる2つの面が、第1の使用波長の光束を用いて第1の種類の光ディスクの記録・再生を開口数0.6以上で行う場合に、光軸上の波面収差がRMS値で0.03波長以下となる非球面の形状を有しているため、第1の使用波長の光束を用いて光ディスクの記録・再生を行う際の光軸での収差の最適化を図ることができる。 In addition, when two surfaces intersecting the optical axis of the objective lens perform recording / reproduction of the first type of optical disk with a numerical aperture of 0.6 or more using a light beam having the first used wavelength, the optical axis of the objective lens Since the wavefront aberration has an aspherical shape with an RMS value of 0.03 wavelength or less, the optimal aberration at the optical axis when recording / reproducing an optical disk using a light beam having the first wavelength used Can be achieved.
本発明に係る光ピックアップ装置は、収差補正素子等の光学素子と対物レンズとが偏心することによって生ずる収差量を従来の装置よりも低減できるという効果が有用な光ピックアップ装置等の用途にも適用できる。 The optical pickup device according to the present invention is also applicable to uses such as an optical pickup device in which the effect of reducing the amount of aberration caused by the decentering of an optical element such as an aberration correction element and an objective lens can be reduced as compared with a conventional device. it can.
1、2 光源
3、4 ビームスプリッタ
5 コリメータ
51、111 光軸
52、112 対物レンズ側の面
6 反射板
7 特定波長波面調整素子
8 対物レンズ
9、10 光ディスク
11 受光素子
100 光ピックアップ装置
δi(i=51、52、53、111、112、・・・、118) 段差部
φi(i=51、52、53、111、112、・・・、118) 段差部の直径
Si(i=51、111) 円形部
Si(i=52、53、54、112、113、・・・、119) 輪帯部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の使用波長λ 1 の光束を出射する第1の光源と、
前記第2の使用波長λ 2 の光束を出射する第2の光源と、
前記第1の使用波長λ 1 の光束の波面を一定に保ち、前記第2の使用波長λ 2 の光束の波面を変化させる特定波長波面調整素子と、
前記特定波長波面調整素子を通過した光束を前記使用波長に応じて予め決められた前記光ディスクに集光させる対物レンズと、
前記光ディスクから反射された光束を受光する受光素子と、を備え、
前記対物レンズは、その光軸と交わる2つの面が、前記第1の使用波長λ1の光束を用いて前記第1の光ディスクに対する記録・再生を開口数0.6以上で行う場合に、像高0.05mmの位置における3次の軸外コマ収差がRMS値で0.6λ 1 以上となるとともに前記光軸上の波面収差がRMS値で0.03λ 1 以下となる非球面の形状を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 The first working wavelength lambda 1 is capable of recording and reproducing for the first optical disk with a light beam (380nm ≦ λ 1 ≦ 440nm) , a second used wavelength λ 2 (630nm ≦ λ 2 ≦ 680nm) an optical pickup apparatus capable of recording and reproducing the second optical disk by using a light flux,
A first light source that emits a light beam having the first use wavelength λ 1 ;
A second light source that emits a light beam having the second use wavelength λ 2 ;
Said first keeping the wave front of the used wavelength lambda 1 of the light beam constant, the second specific wavelength wavefront adjusting device used to change the wavefront of the wavelength lambda 2 of the light beam,
An objective lens for converging a light flux passing through the specific wavelength wavefront adjusting element to the optical disc determined in advance in accordance with the used wavelength,
A light receiving element for receiving a light beam reflected from the optical disc ,
The objective lens, when two surfaces intersecting with the optical axis thereof, recording and reproducing for the first optical disc performed by the numerical aperture of 0.6 or more using the first light flux of the wavelength used lambda 1, Aspherical shape in which the third-order off-axis coma aberration at an image height of 0.05 mm is an RMS value of 0.6 λ 1 or more and the wavefront aberration on the optical axis is an RMS value of 0.03λ 1 or less. optical pickup device comprising a Turkey which have a.
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