JP4562327B2

JP4562327B2 - Optical system of optical head and objective lens for optical head

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Publication number: JP4562327B2
Application number: JP2001259255A
Authority: JP
Inventors: 修一竹内; 晃一丸山
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2021-08-29
Also published as: JP2002175639A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、記録密度が異なる２種類の光ディスクに対して利用可能な光ヘッドの光学系、およびこのような光ヘッドに用いられる対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクには、記録面をカバーする保護層の厚さや記録密度が異なる複数の規格がある。例えば、ＣＤ(コンパクトディスク)やＣＤ−Ｒ(ＣＤレコーダブル)は、厚さ1.20mmの保護層を有し、記録密度が低い。これに対して、ＤＶＤ(デジタルバーサタイルディスク)は、厚さ0.60mmの保護層を有し、記録密度が高い。
【０００３】
光ディスクの記録・再生に用いられる光ヘッドの光学系は、半導体レーザーと、この半導体レーザーから発したレーザー光を光ディスクの記録面上に収束させる対物レンズと、光ディスクからの反射光を受光するセンサとを備えている。装置の小型化のためには、単一の対物レンズを異なる規格の光ディスクに対して兼用することが望ましく、さらには、装置の薄型化のため、対物レンズの焦点距離は短い方が望ましい。
【０００４】
ただし、対物レンズに入射するレーザー光が平行光である場合には、焦点距離を短くすると、保護層の厚さが厚いＣＤ，ＣＤ−Ｒに対して必要な作動距離を確保することが難しくなる。
【０００５】
一方、光ディスクの記録／再生に必要な開口数(ＮＡ)は、光ディスクの記録密度に応じて異なる。記録密度が高いＤＶＤについては小さいスポットを形成するために０．６０程度のＮＡが必要となるのに対し、記録密度の低いＣＤについては０．４５程度のＮＡが要求される。トラック幅に対してスポット径が小さすぎると、特にＣＤ(コンパクトディスク)のように光の回折を利用して信号を再生する方式では、十分な回折効果が得られずに信号を読み落とす可能性があるため、ＣＤ使用時には開口数を小さくするためにＤＶＤ使用時より対物レンズに入射する光束径を絞る必要がある。
【０００６】
そこで、従来の光ヘッドは、ＮＡを変化させるために機械的に開口径を変化させる可変絞りを対物レンズの入射側に設け、あるいは、ＣＤ使用時とＤＶＤ使用時とで光源部の発光波長が異なることを利用して、波長選択性の絞りを設けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光ヘッドのように、対物レンズの入射側に絞りを設ける場合には、絞りを配置するスペースが必要となるために光学系の小型化を妨げるという問題がある。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、保護層の厚い光ディスクに対しても作動距離を確保しつつ対物レンズの焦点距離を短くすることができ、かつ、対物レンズの手前に独立の絞りを設けることなく開口数を適切に設定することが可能な光ヘッドの光学系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる光ヘッドの光学系は、上記の目的を達成させるため、対物レンズの高NA専用領域に、短波長の第１のレーザー光を保護層が薄く記録密度が高い第１の光ディスクに集光させる際の収差を補正すると共に、長波長の第２のレーザー光を保護層が厚く記録密度が低い第２の光ディスクに集光させる際には収差を発生させる回折レンズ構造を形成したことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、この発明にかかる光ヘッドの光学系は、第１のレーザー光と該第１のレーザー光より波長が長い第２のレーザー光とを選択的に発する光源部と、第１のレーザー光を第１の光ディスクの保護層を介して記録面上に集光させると共に、第２のレーザー光を第１の光ディスクより保護層が厚く記録密度が低い第２の光ディスクの記録面上に集光させる上記の対物レンズとを備える。光源部は、第２のレーザー光を発散光として対物レンズに対して入射させ、第１のレーザー光を第２のレーザー光より発散度の弱い光束として対物レンズに入射させる。第１のレーザー光は、平行光、弱い収束光、あるいは、第２のレーザー光より弱い発散光とすることができる。対物レンズのレンズ面は、第２の光ディスクに必要充分な低NAの光束が透過する共用領域と、第１の光ディスクに対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域とに区分され、この高NA専用領域には、微細な段差を有する複数の同心の輪帯から成る回折レンズ構造が形成されている。また、対物レンズの共用領域は、段差のない連続面として形成され、回折レンズ構造は、上記のように第１のレーザー光を第１の光ディスクの記録面に集光させる際には収差を補正すると共に、第２のレーザー光を第２の光ディスクの記録面に集光させる際には収差を発生させることにより、共用領域を透過した光束により形成されるスポットに対し、高NA専用領域を透過した光束を拡散させる。
【００１１】
記録密度の高い第１の光ディスクの記録・再生時には、波長の短い第１のレーザー光が用いられる。回折レンズ構造は、第１のレーザー光を第１の光ディスクに集光させる際の収差を補正するため、第１のレーザー光に対しては対物レンズのＮＡが比較的大きくなり、スポット径を小さく絞ることができる。記録密度の低い第２の光ディスクの記録・再生時には、波長の長い第２のレーザー光が用いられる。回折レンズ構造は、第２のレーザー光を第２の光ディスクに集光させる際には収差を発生させるため、高NA専用領域に入射した第２のレーザー光は拡散し、スポットの形成には寄与しない。したがって、第２のレーザー光に対しては対物レンズのＮＡが実質的に比較的小さくなり、そのスポット径を第１のレーザー光によるスポット径より大きくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる光ヘッドの光学系の実施形態を説明する。最初に光学系の全体構成について説明し、続いて対物レンズの実施例を説明する。実施形態の光ヘッドは、記録密度の異なる２種類の光ディスク、この例では記録密度の高いＤＶＤ(デジタルバーサタイルディスク)と記録密度の低いＣＤ(コンパクトディスク)、ＣＤ−Ｒ(ＣＤレコーダブル)に対して記録あるいは再生が可能である。
【００１４】
図１は実施形態にかかる光ヘッドの光学系の説明図である。この光学系は、第１レーザーモジュール２１、第２レーザーモジュール２２、ビームコンバイナ２３、コリメートレンズ２４、対物レンズ１０で構成されている。各モジュール２１，２２は、半導体レーザーとセンサーとを一体化した素子である。対物レンズ１０は、図示しない公知のフォーカシング機構によりその光軸方向に移動可能であり、かつ、トラッキング機構により光ディスクの半径方向にも移動可能である。
【００１５】
ＤＶＤ等の0.6mmの保護層を有する高記録密度の第１の光ディスクＤ1を使用するためには、小さいビームスポットを作るために波長635〜665nmの赤色光が必要とされ、ＣＤ，ＣＤ−Ｒ等の1.2mmの保護層を有する低記録密度の第２の光ディスクＤ2のうち、少なくともＣＤ−Ｒを使用するためには、その分光反射率の関係で近赤外光が必要となる。そこで、第１のレーザーモジュール２１は、発振波長650nmの半導体レーザーを備え、第２のレーザーモジュール２２は、発振波長780nmの半導体レーザーを備える。
【００１６】
なお、第１レーザーモジュール２１は、コリメートレンズ２４から発した第１のレーザー光が平行光として対物レンズ１０に入射するように、すなわち、対物レンズの物体距離が無限遠となるように、コリメートレンズ２４の前側焦点に一致して配置されている。これに対して、第２のレーザーモジュール２２は、コリメートレンズ２４から発した第２のレーザー光が発散光として対物レンズ１０に入射するように、すなわち、対物レンズの物体距離が有限となるように、コリメートレンズ２４の前側焦点よりコリメートレンズ２４側に接近して配置されている。図１では、第１レーザーモジュール２１から発した第１のレーザー光が平行光として対物レンズ１０に入射する例について説明しているが、第１のレーザー光は第２のレーザー光より発散度の弱い光束であれば足り、平行光の他、弱い収束光としてもよいし、第２のレーザー光より弱い発散光としてもよい。
【００１７】
第１の光ディスクＤ1(図中実線で示す)の使用時には、第１のレーザーモジュール２１を作動させる。対物レンズ１０は図２中に実線で示した位置に配置され、第１のレーザーモジュール２１の半導体レーザーから発した波長650nmの第１のレーザー光は、図中実線で示したように平行光として対物レンズ１０に入射し、対物レンズ１０により集光されて第１の光ディスクＤ1の記録面にビームスポットを形成する。他方、第２の光ディスクＤ2(図中破線で示す)の使用時には、第２のレーザーモジュール２２を作動させる。対物レンズ１０は図中破線で示したように、光ディスクに近づいた位置に配置される。第２のレーザーモジュール２２の半導体レーザーから発した波長780nmの第２のレーザー光は、図中破線で示したように発散光として対物レンズ１０に入射し、対物レンズ１０により集光されて第２の光ディスクＤ2の記録面にビームスポットを形成する。
【００１８】
各光ディスクからの反射光は、各モジュールに設けられた受光素子により受光され、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、そして再生時には記録された情報の再生信号が検出される。
【００１９】
このように第２の光ディスクの使用時に発散光を入射させることにより、平行光を入射させるよりビームスポットの位置を対物レンズ１０から離すことができ、対物レンズの焦点距離を短くして第１の光ディスク使用時の作動距離を短くした場合にも、第２の光ディスクＤ2に対する作動距離を十分に確保することが可能となる。したがって、装置全体を薄型化することができる。
【００２０】
次に、図２に基づいて対物レンズ１０の構造について詳細に説明する。図２は、実施形態にかかる対物レンズ１０を示す説明図であり、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は縦断面図、(Ｃ)は縦断面の一部拡大図である。
【００２１】
対物レンズ１０は、非球面である２つのレンズ面１１，１２を有する両凸の樹脂製単レンズである。対物レンズ１０の第１面１１は、図２(A)に示すように、記録密度の低い第２の光ディスクＤ2に必要充分な低NAの光束が透過する共用領域RCと、この共用領域RCの周囲に位置し、記録密度の高い第１の光ディスクＤ1に対してのみ必要な高NAの光束が透過する高NA専用領域REとに区分される。共用領域RCは、NA0.45〜0.50程度の光束が透過する位置より内側の領域であり、高NA専用領域REは、それより外側でおおよそNA0.60の光束が透過する位置より内側の領域である。
【００２２】
第１面１１の高NA専用領域REには、図２(Ａ)に示したように光軸を中心とする同心輪帯状の回折レンズ構造が形成されている。回折レンズ構造は、図２(Ｃ)に示す通り、フレネルレンズのように各輪帯の境界に光軸方向の段差を持つ。第１面１１の共用領域RCと、第２面１２の全域とは、回折レンズ構造を持たない連続面である。
【００２３】
高NA専用領域REに形成される回折レンズ構造は、波長により球面収差を変化させる特性を有し、第１のレーザー光を第１の光ディスクに集光させる際には球面収差を良好に補正し、第２のレーザー光を第２の光ディスクに集光させる際には球面収差を発生させる。したがって、第１の光ディスクＤ1の使用時には、共用領域RC、高NA専用領域REに入射した第１のレーザー光が共に同一の位置に集光し、ＮＡが比較的大きくなるためにスポット径を小さく絞ることができる。他方、第２の光ディスクＤ2の使用時には、高NA専用領域REに入射した第２のレーザー光は拡散し、共用領域RCに入射したレーザー光のみがビームスポットを形成するため、ＮＡが実質的に小さくなり、スポット径が第１のレーザー光によるスポット径より大きくなる。
【００２４】
なお、図２の例では、対物レンズ１０の第１面１１の高NA専用領域REにのみ回折レンズ構造を形成しているが、共用領域RCにも例えば色収差を補正するための回折レンズ構造を形成してもよい。また、回折レンズ構造を形成するのは第１面１１に限られず、第２面１２に形成してもよい。
次に、上述した実施形態に基づく対物レンズ１０の具体的な実施例を５例提示する。
【００２５】
【実施例１】
図３は、実施例１にかかる対物レンズ１０と第１の光ディスクＤ1、第２の光ディスクＤ2とを示すレンズ図である。実施例１の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表１に示されている。実施例１の対物レンズ１０の第１面１１は、光軸からの高さhが0≦h＜1.50を満たす共用領域RCと1.50≦hとなる高NA専用領域REとに区分され、共用領域RCは段差のない連続面、高NA専用領域REには波長により球面収差を変化させる回折レンズ構造が形成されている。共用領域ECと高NA専用領域REのベースカーブ(回折レンズ構造を除く屈折レンズとしての形状)とは別個の係数で定義される独立した非球面である。また、第２面１２は回折レンズ構造を有さない回転対称非球面である。
【００２６】
第１面１１の共用領域RCの非球面、高NA専用領域のベースカーブ、および第２面１２の非球面の形状は、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をＸ(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をＣ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数をA₄,A₆,A₈,A₁₀,A₁₂として、以下の式で表される。
Ｘ(h)=Ch²/(1+√(1-(1+K)C²h²))+A₄h⁴+A₆h⁶+A₈h⁸+A₁₀h¹⁰+A₁₂h¹²
【００２７】
また、回折レンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さｈ、ｎ次(偶数次)の光路差関数係数Ｐn、回折次数ｍ、波長λを用いて、
φ(ｈ)＝(Ｐ2ｈ²＋Ｐ4ｈ⁴＋Ｐ6ｈ⁶＋…）×ｍ×λ
により定義される光路差関数φ(ｈ)により表すことができる。光路差関数φ(ｈ)は、回折面上での光軸からの高さｈの点において、回折レンズ構造により回折されなかった場合の仮想的な光線と、回折レンズ構造により回折された光線との光路差を示す。付加量は、軸上の光路に対して光路が長くなる方向を正として表す。
【００２８】
実際の回折レンズ構造の微細形状は、上記の光路差関数で表わされる光路長から波長の整数倍の成分を消去することにより決定される。すなわち、輪帯幅は、例えば１次回折光を用いる場合には、輪帯の内周と外周とで光路差関数が一波長分の差を持つように決定され、輪帯間の段差は、入射光に１波長の光路長差を与えるように決定される。
【００２９】
表１では、第１面１１の共用領域RCの非球面形状を定義する各係数、第１面１１の高NA専用領域REのベースカーブと回折レンズ構造とを定義する各係数、面間隔、ｄ線の屈折率、アッベ数νd、そして、第２面の非球面形状を定義する各係数が示されている。表中、NA₁、f₁、λ₁、WD₁、OD₁は、それぞれ第１の光ディスクＤ₁使用時の開口数、対物レンズの焦点距離(単位:mm)、波長(単位:nm)、作動距離(単位:mm)、物体距離(単位:mm)であり、NA₂、f₂、λ₂、WD₂、OD₂は、それぞれ第２の光ディスクＤ₂使用時の開口数、対物レンズの焦点距離(単位:mm)、波長(単位:nm) 、作動距離(単位:mm)、物体距離(単位:mm)である。
【００３０】
【表１】

【００３１】
図４(A)は、実施例１の対物レンズ１０の第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図４(B)は、波長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される色収差を示す。各グラフ(A),(B)の横軸は収差の発生量を示し(単位：ｍｍ)、縦軸は開口数ＮＡを示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際には、第１のレーザー光(波長650nm)を平行光(物体距離∞)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは収差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過したレーザー光と、高NA専用領域を透過したレーザー光とが共に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生に十分なサイズの小径のビームスポットを形成する。
【００３２】
また、図５(A)は、実施例１の対物レンズ１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図５(B)は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距離−52.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは図５(A)に示すように球面収差を発生させるため、図６(A)のスポットダイアグラムおよび図６(B)の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離れた位置でリング状に拡散する。なお、図３では、第２のレーザー光は共用領域RCのみに入射する光束径で表されているが、これは第２の光ディスクＤ2上で有効にスポットを形成する部分のみを示している。実際には、第２のレーザー光も第１のレーザー光と同様に高NA専用領域REにも入射するが、上記のように高NA専用領域REに形成された回折レンズ構造の作用により拡散され、スポット形成には寄与しないため、この部分の図示を省略している(以下の実施例でも同様)。
【００３３】
【実施例２】
表２は、実施例２の対物レンズの具体的な数値構成を示す。実施例２の対物レンズは、基本形状が実施例１の対物レンズと同一であり、第１面の高NA専用領域REに形成された回折レンズ構造の構成が異なるのみであるため、この領域の数値のみ表示する。また、外形は図３と同一であるため、レンズ図は省略する。
【００３４】
【表２】

【００３５】
図７(A)は、実施例２の対物レンズの第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図７(B)は、波長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際には、第１のレーザー光(波長650nm)を平行光(物体距離∞)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは収差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過したレーザー光と、高NA専用領域REを透過したレーザー光とが共に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生に十分なサイズの小径のビームスポットを形成する。
【００３６】
また、図８(A)は、実施例２の対物レンズの光ディスクＤ2に対する波長780nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図８(B)は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距離−52.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは図８(A)に示すように球面収差を発生させるため、図９(A)のスポットダイアグラムおよび図９(B)の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離れた位置で外側に向けて発散する。
【００３７】
【実施例３】
図１０は、実施例３にかかる対物レンズ１０と第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2とを示すレンズ図である。実施例３の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表３に示されている。実施例３の対物レンズ１０の第１面１２は、光軸からの高さhが0≦h＜1.50を満たす共用領域RCと1.50≦hとなる高NA専用領域REとに区分され、共用領域RCには色収差補正用の回折レンズ構造が形成され、高NA専用領域REには波長により球面収差を変化させる回折レンズ構造が形成されている。また、第２面１２は回折レンズ構造を有さない回転対称非球面である。
【００３８】
【表３】

【００３９】
図１１(A)は、実施例３の対物レンズ１０の第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１１(B)は、波長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際には、第１のレーザー光(波長650nm)を平行光(物体距離∞)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは収差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過したレーザー光と、高NA専用領域REを透過したレーザー光とが共に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生に十分なサイズの小径のビームスポットを形成する。
【００４０】
また、図１２(A)は、実施例３の対物レンズ１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１２(B)は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距離−52.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは図１２(A)に示すように球面収差を発生させるため、図１３(A)のスポットダイアグラムおよび図１３(B)の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離れた位置で外側に向けて発散する。
【００４１】
【実施例４】
図１４は、実施例４にかかる対物レンズ１０と第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2とを示すレンズ図である。実施例４の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表４に示されている。実施例４の対物レンズ１０の第１面１１は回折レンズ構造を有さない回転対称非球面である。また、第２面１２は、光軸からの高さhが0≦h＜1.20を満たす共用領域と1.20≦hとなる高NA専用領域REとに区分され、共用領域RCは段差のない連続面とされ、高NA専用領域REには波長により球面収差を変化させる回折レンズ構造が形成されている。
【００４２】
【表４】

【００４３】
図１５(A)は、実施例４の対物レンズ１０の第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１５(B)は、波長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際には、第１のレーザー光(波長650nm)を平行光(物体距離∞)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは収差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過したレーザー光と、高NA専用領域REを透過したレーザー光とが共に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生に十分なサイズの小径のビームスポットを形成する。
【００４４】
また、図１６(A)は、実施例４の対物レンズ１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１６(B)は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距離−52.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは図１６(A)に示すように球面収差を発生させるため、図１７(A)のスポットダイアグラムおよび図１７(B)の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離れた位置で広い範囲に拡散する。
【００４５】
【実施例５】
図１８は、実施例５にかかる対物レンズ１０と第１，第２の光ディスクＤ1，Ｄ2とを示すレンズ図である。実施例５では、第１のレーザー光は弱い収束光として対物レンズ１０に入射している。実施例５の対物レンズ１０の具体的な数値構成は、表５に示されている。実施例５の対物レンズ１０の第１面１１は、光軸からの高さhが0≦h＜1.18を満たす共用領域RCと1.18≦hとなる高NA専用領域REとに区分され、共用領域RCは段差のない連続面とされ、高NA専用領域REには波長により球面収差を変化させる回折レンズ構造が形成されている。また、第２面１２は回折レンズ構造を有さない回転対称非球面である。
【００４６】
【表５】

【００４７】
図１９(A)は、実施例５の対物レンズ１０の第１の光ディスクＤ1に対する波長650nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図１９(B)は、波長650nm,645nm,655nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第１の光ディスクＤ1を使用する際には、第１のレーザー光(波長650nm)を弱い収束光(物体距離260.0mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは収差補正機能を発揮するため、共用領域RCを透過したレーザー光と、高NA専用領域REを透過したレーザー光とが共に一点に集光し、第１の光ディスクの記録・再生に十分なサイズの小径のビームスポットを形成する。
【００４８】
また、図２０(A)は、実施例５の対物レンズ１０の第２の光ディスクＤ2に対する波長780nmにおける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣを示し、図２０(B)は、波長780nm,775nm,785nmにおける球面収差により表される色収差を示す。第２の光ディスクＤ2を使用する際には、第２のレーザー光(波長780nm)を発散光(物体距離−40.3mm)として入射させる。このとき、高NA専用領域REは図２０(A)に示すように球面収差を発生させるため、図２１(A)のスポットダイアグラムおよび図２１(B)の強度分布グラフに示されるように、共用領域RCを透過したレーザー光のみが中心部に第２の光ディスクＤ2の利用に適したサイズのビームスポットを形成し、高NA専用領域REを透過したレーザー光はビームスポットから離れた位置で広い範囲に発散する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、光ディスクの保護層の厚さに応じて対物レンズに入射するレーザー光の発散度合いを変化させることにより、保護層の厚い光ディスクに対しても十分な作動距離を確保することができるため、対物レンズの焦点距離を短くして装置の薄型化を図ることができる。
【００５０】
また、対物レンズの高NA専用領域に、波長に応じて収差が変化する回折レンズ構造を設けることにより、大きな開口数が必要な光ディスクに対しては共用領域と高NA専用領域とを透過したレーザー光を共に一点に集光させ、小さな開口数で十分な光ディスクに対しては、高NA専用領域を透過したレーザー光を拡散させることができる。したがって、絞り等の別部品を設けることなく、記録密度の異なるそれぞれの光ディスクに応じて波長を切り替えることにより、各光ディスクに適した開口数を得ることができ、適正なサイズのスポットを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる光ヘッドの光学系を示す説明図。
【図２】実施形態にかかる光ヘッド用対物レンズの(A)正面図、(B)縦断面図、(C)縦断面の一部拡大図。
【図３】実施例１の光ヘッド用対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図。
【図４】実施例１の対物レンズの第１の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図５】実施例１の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図６】実施例１の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラフ。
【図７】実施例２の対物レンズの第１の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図８】実施例２の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図９】実施例２の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラフ。
【図１０】実施例３の光ヘッド用対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図。
【図１１】実施例３の対物レンズの第１の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１２】実施例３の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１３】実施例３の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラフ。
【図１４】実施例４の光ヘッド用対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図。
【図１５】実施例４の対物レンズの第１の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１６】実施例４の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図１７】実施例４の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラフ。
【図１８】実施例５の光ヘッド用対物レンズと光ディスクとを示すレンズ図。
【図１９】実施例５の対物レンズの第１の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図２０】実施例５の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)球面収差、(B)色収差をそれぞれ示すグラフ。
【図２１】実施例５の対物レンズの第２の光ディスク使用時の(A)スポットダイアグラム、(B)強度分布グラフ。
【符号の説明】
１０対物レンズ
１１第１面
１２第２面
Ｄ1 第１の光ディスク
Ｄ2 第２の光ディスク
２１ＤＶＤ用モジュール
２２ＣＤ用モジュール
２３ビームコンバイナ
２４コリメートレンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical system of an optical head that can be used for two types of optical discs having different recording densities, and an objective lens used in such an optical head.
[0002]
[Prior art]
There are a plurality of standards for optical discs with different thicknesses and recording densities of the protective layer covering the recording surface. For example, CD (compact disc) and CD-R (CD recordable) have a protective layer with a thickness of 1.20 mm and have a low recording density. On the other hand, a DVD (digital versatile disc) has a protective layer with a thickness of 0.60 mm and has a high recording density.
[0003]
An optical system of an optical head used for recording / reproducing of an optical disk includes a semiconductor laser, an objective lens for converging the laser light emitted from the semiconductor laser onto the recording surface of the optical disk, and a sensor for receiving reflected light from the optical disk. It has. In order to reduce the size of the apparatus, it is desirable to use a single objective lens for an optical disc of a different standard. Further, in order to reduce the thickness of the apparatus, it is desirable that the focal length of the objective lens is short.
[0004]
However, when the laser light incident on the objective lens is parallel light, if the focal length is shortened, it becomes difficult to secure a necessary working distance for CD and CD-R having a thick protective layer. .
[0005]
On the other hand, the numerical aperture (NA) required for recording / reproducing of an optical disc varies depending on the recording density of the optical disc. A DVD with a high recording density requires an NA of about 0.60 to form a small spot, whereas a CD with a low recording density requires an NA of about 0.45. If the spot diameter is too small with respect to the track width, especially in the method of reproducing a signal using light diffraction, such as a CD (compact disc), the signal may be read out without obtaining a sufficient diffraction effect. Therefore, in order to reduce the numerical aperture when using a CD, it is necessary to reduce the diameter of the light beam incident on the objective lens than when using a DVD.
[0006]
Therefore, in the conventional optical head, a variable aperture that mechanically changes the aperture diameter in order to change the NA is provided on the incident side of the objective lens, or the emission wavelength of the light source unit is different between when using a CD and when using a DVD. Utilizing the difference, a wavelength selective aperture is provided.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a stop is provided on the incident side of the objective lens as in a conventional optical head, there is a problem that miniaturization of the optical system is hindered because a space for disposing the stop is required.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can reduce the focal length of an objective lens while ensuring a working distance even for an optical disk having a thick protective layer. An object of the present invention is to provide an optical system of an optical head capable of appropriately setting the numerical aperture without providing an independent stop in front of the lens.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the optical system of the optical head according to the present invention applies the first laser beam having a short wavelength to the first optical disc having a thin protective layer and a high recording density in the high NA dedicated region of the objective lens. A diffractive lens structure that corrects aberrations when condensing, and generates aberrations when condensing the second laser light having a long wavelength on the second optical disk having a thick protective layer and a low recording density is formed. It is characterized by.
[0010]
That is, the optical system of the optical head according to the present invention is the first laser beam.And a wavelength longer than that of the first laser beam.A light source unit that selectively emits the second laser beam, the first laser beam is condensed on the recording surface via the protective layer of the first optical disc, and the second laser beamThe protective layer is thicker than the first optical disc and the recording density is lower.And the objective lens for condensing on the recording surface of the second optical disk. The light source unit causes the second laser light to be incident on the objective lens as diverging light, and causes the first laser light to be incident on the objective lens as a light flux having a lower divergence than the second laser light. The first laser light can be parallel light, weak convergent light, or divergent light weaker than the second laser light. The lens surface of the objective lens is divided into a common area that transmits a sufficiently low NA light flux necessary for the second optical disk and a high NA dedicated area that transmits a high NA light flux necessary only for the first optical disk. In addition, a diffractive lens structure composed of a plurality of concentric annular zones having fine steps is formed in this high NA dedicated region.In addition, the shared area of the objective lens is formed as a continuous surface without a step,The folding lens structure corrects aberrations when the first laser beam is focused on the recording surface of the first optical disc as described above, and collects the second laser beam on the recording surface of the second optical disc. When light is generated, aberration is generated to diffuse the light beam transmitted through the high NA dedicated area to the spot formed by the light beam transmitted through the common area.
[0011]
At the time of recording / reproduction of the first optical disc having a high recording density, the first laser beam having a short wavelength is used. Since the diffractive lens structure corrects aberrations when the first laser beam is focused on the first optical disk, the NA of the objective lens is relatively large for the first laser beam, and the spot diameter is small. Can be squeezed. At the time of recording / reproducing on the second optical disk having a low recording density, the second laser beam having a long wavelength is used. Since the diffractive lens structure generates aberration when the second laser beam is focused on the second optical disk, the second laser beam incident on the high NA area diffuses and contributes to spot formation. do not do. Therefore, the NA of the objective lens becomes substantially relatively small with respect to the second laser light, and the spot diameter can be made larger than the spot diameter by the first laser light.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the optical system of the optical head according to the present invention will be described. First, the overall configuration of the optical system will be described, and then examples of the objective lens will be described. The optical head of the embodiment is for two types of optical disks having different recording densities, in this example, a DVD (digital versatile disk) with a high recording density, a CD (compact disk) with a low recording density, and a CD-R (CD recordable). Can be recorded or reproduced.
[0014]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an optical system of the optical head according to the embodiment. This optical system includes a first laser module 21, a second laser module 22, a beam combiner 23, a collimator lens 24, and the objective lens 10. Each of the

modules

21 and 22 is an element in which a semiconductor laser and a sensor are integrated. The objective lens 10 can be moved in the optical axis direction by a known focusing mechanism (not shown), and can also be moved in the radial direction of the optical disk by a tracking mechanism.
[0015]
In order to use the high recording density first optical disk D1 having a protective layer of 0.6 mm such as DVD, red light having a wavelength of 635 to 665 nm is required to form a small beam spot, and CD, CD-R In order to use at least the CD-R among the low recording density second optical disc D2 having a protective layer of 1.2 mm or the like, near-infrared light is required because of its spectral reflectance. Therefore, the first laser module 21 includes a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 650 nm, and the second laser module 22 includes a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 780 nm.
[0016]
The first laser module 21 collimates the collimating lens so that the first laser light emitted from the collimating lens 24 enters the objective lens 10 as parallel light, that is, the object distance of the objective lens is infinite. It is arranged to coincide with the 24 front focal points. On the other hand, the second laser module 22 is configured so that the second laser light emitted from the collimating lens 24 enters the objective lens 10 as divergent light, that is, the object distance of the objective lens becomes finite. The collimator lens 24 is disposed closer to the collimator lens 24 side than the front focal point of the collimator lens 24. FIG. 1 illustrates an example in which the first laser light emitted from the first laser module 21 is incident on the objective lens 10 as parallel light. However, the first laser light has a divergence higher than that of the second laser light. A weak light beam is sufficient. In addition to parallel light, weak convergent light may be used, or divergent light weaker than the second laser light may be used.
[0017]
When the first optical disk D1 (shown by a solid line in the figure) is used, the first laser module 21 is operated. The objective lens 10 is disposed at a position indicated by a solid line in FIG. 2, and the first laser light having a wavelength of 650 nm emitted from the semiconductor laser of the first laser module 21 is converted into parallel light as indicated by the solid line in the figure. The light enters the objective lens 10 and is condensed by the objective lens 10 to form a beam spot on the recording surface of the first optical disc D1. On the other hand, when the second optical disk D2 (indicated by a broken line in the figure) is used, the second laser module 22 is operated. The objective lens 10 is disposed at a position close to the optical disc as indicated by a broken line in the figure. The second laser light having a wavelength of 780 nm emitted from the semiconductor laser of the second laser module 22 is incident on the objective lens 10 as diverging light as indicated by a broken line in the drawing, and is condensed by the objective lens 10 to be second. A beam spot is formed on the recording surface of the optical disk D2.
[0018]
Reflected light from each optical disk is received by a light receiving element provided in each module, and a focusing error signal, a tracking error signal, and a reproduction signal of recorded information at the time of reproduction are detected.
[0019]
In this way, by making divergent light incident when using the second optical disk, the position of the beam spot can be separated from the objective lens 10 compared with the case where parallel light is incident, and the focal length of the objective lens is shortened to reduce the first optical disc. Even when the working distance when the optical disk is used is shortened, it is possible to sufficiently secure the working distance with respect to the second optical disk D2. Therefore, the entire apparatus can be reduced in thickness.
[0020]
Next, the structure of the objective lens 10 will be described in detail with reference to FIG. 2A and 2B are explanatory views showing the objective lens 10 according to the embodiment, in which FIG. 2A is a front view, FIG. 2B is a longitudinal sectional view, and FIG. 2C is a partially enlarged view of the longitudinal section.
[0021]
The objective lens 10 is a biconvex resin single lens having two

lens surfaces

11 and 12 which are aspherical surfaces. As shown in FIG. 2A, the first surface 11 of the objective lens 10 includes a common area RC that transmits a sufficiently low NA light beam to the second optical disk D2 having a low recording density, and the common area RC. The area is divided into a high NA dedicated area RE through which a high NA luminous flux necessary only for the first optical disc D1 having a high recording density is located. The common area RC is an area inside the position where the light flux of NA 0.45 to 0.50 is transmitted, and the high NA dedicated area RE is an area outside the position where the light flux of NA 0.60 is transmitted outside. is there.
[0022]
As shown in FIG. 2A, a concentric ring-shaped diffractive lens structure centered on the optical axis is formed in the high NA dedicated region RE of the first surface 11. As shown in FIG. 2C, the diffractive lens structure has a step in the optical axis direction at the boundary of each annular zone like a Fresnel lens. The common area RC of the first surface 11 and the entire area of the second surface 12 are continuous surfaces having no diffractive lens structure.
[0023]
The diffractive lens structure formed in the high NA dedicated area RE has a characteristic of changing the spherical aberration according to the wavelength, and corrects the spherical aberration well when condensing the first laser beam on the first optical disk. When the second laser beam is focused on the second optical disk, spherical aberration is generated. Therefore, when the first optical disk D1 is used, the first laser beam incident on the common area RC and the high NA dedicated area RE is focused at the same position, and the NA is relatively large, so the spot diameter is small. Can be squeezed. On the other hand, when the second optical disk D2 is used, the second laser light incident on the high NA dedicated area RE is diffused, and only the laser light incident on the common area RC forms a beam spot. The spot diameter becomes smaller and the spot diameter becomes larger than the spot diameter by the first laser beam.
[0024]
In the example of FIG. 2, the diffractive lens structure is formed only in the high NA dedicated region RE of the first surface 11 of the objective lens 10. However, the shared region RC also has a diffractive lens structure for correcting chromatic aberration, for example. It may be formed. The diffractive lens structure is not limited to the first surface 11 but may be formed on the second surface 12.
Next, five specific examples of the objective lens 10 based on the above-described embodiment will be presented.
[0025]
[Example 1]
FIG. 3 is a lens diagram illustrating the objective lens 10 according to the first embodiment, the first optical disk D1, and the second optical disk D2. The specific numerical configuration of the objective lens 10 of Example 1 is shown in Table 1. The first surface 11 of the objective lens 10 according to the first embodiment is divided into a common area RC in which the height h from the optical axis satisfies 0 ≦ h <1.50 and a high NA dedicated area RE in which 1.50 ≦ h, and the common area RE RC is a continuous surface without a step, and a diffractive lens structure that changes spherical aberration according to the wavelength is formed in a high NA dedicated region RE. The base curve (the shape as a refractive lens excluding the diffractive lens structure) of the common area EC and the high NA dedicated area RE is an independent aspheric surface defined by separate coefficients. The second surface 12 is a rotationally symmetric aspherical surface that does not have a diffractive lens structure.
[0026]
The shape of the aspherical surface of the common area RC of the first surface 11, the base curve of the region dedicated to the high NA, and the aspherical surface of the second surface 12 is the non-coordinate of the coordinate point on the aspherical surface where the height from the optical axis is h. The distance (sag amount) from the tangential plane on the optical axis of the spherical surface is X (h), the curvature (1 / r) on the optical axis of the aspherical surface is C, the conic coefficient is K, fourth order, sixth order, The 8th, 10th and 12th order aspheric coefficients are A_Four, A₆, A₈, A_Ten, A₁₂Is expressed by the following formula.
X (h) = Ch²/ (1 + √ (1- (1 + K) C²h²)) + A_Fourh^Four+ A₆h⁶+ A₈h⁸+ A_Tenh^Ten+ A₁₂h¹²
[0027]
Further, the additional amount of the optical path length by the diffractive lens structure is obtained by using the height h from the optical axis, the nth-order (even-order) optical path difference function coefficient Pn, the diffraction order m, and the wavelength λ.
φ (h) = (P2h²+ P4h^Four+ P6h⁶+ ...) × m × λ
The optical path difference function φ (h) defined by The optical path difference function φ (h) is a virtual light beam when it is not diffracted by the diffractive lens structure at a point of height h from the optical axis on the diffractive surface, and a light beam diffracted by the diffractive lens structure. The optical path difference is shown. The additional amount represents the direction in which the optical path becomes longer than the optical path on the axis as positive.
[0028]
The fine shape of the actual diffractive lens structure is determined by eliminating a component that is an integral multiple of the wavelength from the optical path length represented by the optical path difference function. That is, for example, when using first-order diffracted light, the annular width is determined so that the optical path difference function has a difference of one wavelength between the inner periphery and the outer periphery of the annular zone. It is determined so as to give an optical path length difference of one wavelength to the light.
[0029]
In Table 1, each coefficient defining the aspherical shape of the common area RC of the first surface 11, each coefficient defining the base curve and the diffractive lens structure of the high NA dedicated area RE of the first surface 11, the surface interval, d The refractive index of the line, the Abbe number νd, and the coefficients that define the aspherical shape of the second surface are shown. In the table, NA₁, F₁, Λ₁, WD₁, OD₁Are respectively the first optical disks D₁The numerical aperture during use, the focal length of the objective lens (unit: mm), wavelength (unit: nm), working distance (unit: mm), object distance (unit: mm), NA₂, F₂, Λ₂, WD₂, OD₂Are respectively the second optical disks D₂The numerical aperture at the time of use, the focal length (unit: mm) of the objective lens, the wavelength (unit: nm), the working distance (unit: mm), and the object distance (unit: mm).
[0030]
[Table 1]

[0031]
4A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 650 nm for the first optical disc D1 of the objective lens 10 of Example 1, and FIG. 4B shows the spherical aberration at wavelengths of 650 nm, 645 nm, and 655 nm. The chromatic aberration represented by is shown. In each graph (A), (B), the horizontal axis indicates the amount of aberration generated (unit: mm), and the vertical axis indicates the numerical aperture NA. When using the first optical disk D1, the first laser beam (wavelength 650 nm) is made incident as parallel light (object distance ∞). At this time, since the high NA dedicated area RE exhibits an aberration correction function, both the laser light transmitted through the common area RC and the laser light transmitted through the high NA dedicated area are converged at one point, and the first optical disc A small-diameter beam spot having a size sufficient for recording and reproduction is formed.
[0032]
5A shows the spherical aberration SA and the sine condition SC at a wavelength of 780 nm with respect to the second optical disc D2 of the objective lens 10 of Example 1, and FIG. 5B shows the wavelengths at 780 nm, 775 nm, and 785 nm. The chromatic aberration represented by spherical aberration is shown. When the second optical disk D2 is used, the second laser light (wavelength 780 nm) is made incident as diverging light (object distance −52.0 mm). At this time, the high NA dedicated area RE generates spherical aberration as shown in FIG. 5 (A), and is therefore shared as shown in the spot diagram of FIG. 6 (A) and the intensity distribution graph of FIG. 6 (B). Only the laser beam that has passed through the region RC forms a beam spot of a size suitable for the use of the second optical disk D2 at the center, and the laser beam that has passed through the high NA dedicated region RE is in a ring shape at a position away from the beam spot. To spread. In FIG. 3, the second laser beam is represented by the diameter of the light beam incident only on the common area RC, but this shows only the portion that effectively forms a spot on the second optical disc D2. Actually, the second laser light is also incident on the high NA dedicated area RE like the first laser light, but is diffused by the action of the diffractive lens structure formed on the high NA dedicated area RE as described above. Since this does not contribute to spot formation, this portion is not shown (the same applies to the following embodiments).
[0033]
[Example 2]
Table 2 shows specific numerical configurations of the objective lens of Example 2. The objective lens of the second embodiment has the same basic shape as the objective lens of the first embodiment, and is different only in the configuration of the diffractive lens structure formed in the high NA dedicated region RE on the first surface. Display only numeric values. Moreover, since the external shape is the same as FIG. 3, the lens diagram is omitted.
[0034]
[Table 2]

[0035]
FIG. 7A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 650 nm for the first optical disc D1 of the objective lens of Example 2, and FIG. 7B shows the spherical aberration at wavelengths of 650 nm, 645 nm, and 655 nm. The chromatic aberration expressed is shown. When using the first optical disk D1, the first laser beam (wavelength 650 nm) is made incident as parallel light (object distance ∞). At this time, since the high NA dedicated area RE exhibits an aberration correction function, the laser light that has passed through the common area RC and the laser light that has passed through the high NA dedicated area RE are both focused on one point, and the first optical disc A small-diameter beam spot having a size sufficient for recording / reproduction of the image is formed.
[0036]
8A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 780 nm with respect to the optical disk D2 of the objective lens of Example 2. FIG. 8B shows the spherical aberration at wavelengths of 780 nm, 775 nm, and 785 nm. The chromatic aberration is shown. When the second optical disk D2 is used, the second laser light (wavelength 780 nm) is made incident as diverging light (object distance −52.0 mm). At this time, the high-NA dedicated area RE generates spherical aberration as shown in FIG. 8A, so that it is shared as shown in the spot diagram of FIG. 9A and the intensity distribution graph of FIG. 9B. Only the laser beam that has passed through the region RC forms a beam spot of a size suitable for the use of the second optical disk D2 in the center, and the laser beam that has passed through the high NA dedicated region RE is located outside the beam spot. Diverge towards.
[0037]
[Example 3]
FIG. 10 is a lens diagram illustrating the objective lens 10 and the first and second optical disks D1 and D2 according to the third embodiment. Specific numerical configurations of the objective lens 10 of Example 3 are shown in Table 3. The first surface 12 of the objective lens 10 according to the third embodiment is divided into a common area RC in which the height h from the optical axis satisfies 0 ≦ h <1.50 and a high NA dedicated area RE in which 1.50 ≦ h. A diffractive lens structure for correcting chromatic aberration is formed in RC, and a diffractive lens structure that changes spherical aberration according to wavelength is formed in the high NA dedicated region RE. The second surface 12 is a rotationally symmetric aspherical surface that does not have a diffractive lens structure.
[0038]
[Table 3]

[0039]
FIG. 11A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 650 nm for the first optical disc D1 of the objective lens 10 of Example 3, and FIG. 11B shows the spherical aberration at wavelengths of 650 nm, 645 nm, and 655 nm. The chromatic aberration represented by is shown. When using the first optical disk D1, the first laser beam (wavelength 650 nm) is made incident as parallel light (object distance ∞). At this time, since the high NA dedicated area RE exhibits an aberration correction function, the laser light that has passed through the common area RC and the laser light that has passed through the high NA dedicated area RE are both focused on one point, and the first optical disc A small-diameter beam spot having a size sufficient for recording / reproduction of the image is formed.
[0040]
FIG. 12A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 780 nm for the second optical disc D2 of the objective lens 10 of Example 3, and FIG. 12B shows the wavelengths at 780 nm, 775 nm, and 785 nm. The chromatic aberration represented by spherical aberration is shown. When the second optical disk D2 is used, the second laser light (wavelength 780 nm) is made incident as diverging light (object distance −52.0 mm). At this time, since the high NA dedicated area RE generates spherical aberration as shown in FIG. 12A, it is shared as shown in the spot diagram of FIG. 13A and the intensity distribution graph of FIG. 13B. Only the laser beam that has passed through the region RC forms a beam spot of a size suitable for the use of the second optical disk D2 in the center, and the laser beam that has passed through the high NA dedicated region RE is located outside the beam spot. Diverge towards.
[0041]
[Example 4]
FIG. 14 is a lens diagram showing the objective lens 10 according to the fourth embodiment and the first and second optical disks D1 and D2. The specific numerical configuration of the objective lens 10 of Example 4 is shown in Table 4. The first surface 11 of the objective lens 10 of Example 4 is a rotationally symmetric aspherical surface that does not have a diffractive lens structure. The second surface 12 is divided into a shared region where the height h from the optical axis satisfies 0 ≦ h <1.20 and a high NA dedicated region RE where 1.20 ≦ h, and the shared region RC is a continuous surface having no step. In the high NA dedicated region RE, a diffractive lens structure that changes the spherical aberration according to the wavelength is formed.
[0042]
[Table 4]

[0043]
FIG. 15A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 650 nm for the first optical disc D1 of the objective lens 10 of Example 4, and FIG. 15B shows the spherical aberration at wavelengths of 650 nm, 645 nm, and 655 nm. The chromatic aberration represented by is shown. When using the first optical disk D1, the first laser beam (wavelength 650 nm) is made incident as parallel light (object distance ∞). At this time, since the high NA dedicated area RE exhibits an aberration correction function, the laser light that has passed through the common area RC and the laser light that has passed through the high NA dedicated area RE are both focused on one point, and the first optical disc A small-diameter beam spot having a size sufficient for recording / reproduction of the image is formed.
[0044]
FIG. 16A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 780 nm for the second optical disk D2 of the objective lens 10 of Example 4, and FIG. 16B shows the wavelengths at 780 nm, 775 nm, and 785 nm. The chromatic aberration represented by spherical aberration is shown. When the second optical disk D2 is used, the second laser light (wavelength 780 nm) is made incident as diverging light (object distance −52.0 mm). At this time, since the high NA dedicated area RE generates spherical aberration as shown in FIG. 16A, it is shared as shown in the spot diagram of FIG. 17A and the intensity distribution graph of FIG. 17B. Only the laser beam that has passed through the region RC forms a beam spot of a size suitable for the use of the second optical disk D2 in the center, and the laser beam that has passed through the high NA dedicated region RE has a wide range at a position away from the beam spot. To spread.
[0045]
[Example 5]
FIG. 18 is a lens diagram illustrating the objective lens 10 and the first and second optical disks D1 and D2 according to the fifth example. In Example 5, the first laser light is incident on the objective lens 10 as weak convergent light. Specific numerical configurations of the objective lens 10 of Example 5 are shown in Table 5. The first surface 11 of the objective lens 10 according to the fifth embodiment is divided into a shared region RC in which the height h from the optical axis satisfies 0 ≦ h <1.18 and a high NA dedicated region RE in which 1.18 ≦ h is satisfied. RC is a continuous surface without a step, and a diffractive lens structure that changes spherical aberration according to wavelength is formed in the high NA dedicated region RE. The second surface 12 is a rotationally symmetric aspherical surface that does not have a diffractive lens structure.
[0046]
[Table 5]

[0047]
FIG. 19A shows the spherical aberration SA and sine condition SC at a wavelength of 650 nm for the first optical disc D1 of the objective lens 10 of Example 5, and FIG. 19B shows the spherical aberration at wavelengths of 650 nm, 645 nm, and 655 nm. The chromatic aberration represented by is shown. When the first optical disc D1 is used, the first laser beam (wavelength 650 nm) is made incident as weakly convergent light (object distance 260.0 mm). At this time, since the high NA dedicated area RE exhibits an aberration correction function, the laser light that has passed through the common area RC and the laser light that has passed through the high NA dedicated area RE are both focused on one point, and the first optical disc A small-diameter beam spot having a size sufficient for recording / reproduction of the image is formed.
[0048]
FIG. 20A shows the spherical aberration SA and the sine condition SC at a wavelength of 780 nm with respect to the second optical disc D2 of the objective lens 10 of Example 5, and FIG. 20B shows the wavelengths at 780 nm, 775 nm, and 785 nm. The chromatic aberration represented by spherical aberration is shown. When the second optical disk D2 is used, the second laser light (wavelength 780 nm) is made incident as divergent light (object distance −40.3 mm). At this time, the high NA dedicated region RE generates spherical aberration as shown in FIG. 20 (A), so that it is shared as shown in the spot diagram of FIG. 21 (A) and the intensity distribution graph of FIG. 21 (B). Only the laser beam that has passed through the region RC forms a beam spot of a size suitable for the use of the second optical disk D2 in the center, and the laser beam that has passed through the high NA dedicated region RE has a wide range at a position away from the beam spot. Emanates into.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the degree of divergence of the laser light incident on the objective lens is changed according to the thickness of the protective layer of the optical disc, so that sufficient operation can be performed even for an optical disc having a thick protective layer. Since the distance can be secured, the focal length of the objective lens can be shortened to reduce the thickness of the apparatus.
[0050]
In addition, by providing a diffractive lens structure whose aberration varies with wavelength in the high NA dedicated area of the objective lens, a laser that has passed through the shared area and the high NA dedicated area for optical disks that require a large numerical aperture. Both light can be collected at one point and the laser beam that has passed through the high NA area can be diffused for an optical disk with a small numerical aperture. Therefore, it is possible to obtain a numerical aperture suitable for each optical disk and form a spot of an appropriate size by switching the wavelength according to each optical disk having different recording density without providing another part such as a diaphragm. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an optical system of an optical head according to an embodiment.
2A is a front view, FIG. 2B is a longitudinal sectional view, and FIG. 2C is a partially enlarged view of the longitudinal section of the objective lens for an optical head according to the embodiment.
FIG. 3 is a lens diagram showing the objective lens for an optical head and an optical disc in Example 1.
4 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the first optical disk of the objective lens of Example 1 is used. FIG.
FIG. 5 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the second optical disk of the objective lens of Example 1 is used.
6A is a spot diagram and FIG. 6B is an intensity distribution graph when the second optical disk of the objective lens of Example 1 is used.
7 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the first optical disk of the objective lens of Example 2 is used. FIG.
FIG. 8 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the second optical disk of the objective lens of Example 2 is used.
9A is a spot diagram and FIG. 9B is an intensity distribution graph when the second optical disc of the objective lens of Example 2 is used.
10 is a lens diagram showing an optical head objective lens and an optical disk of Example 3. FIG.
11A and 11B are graphs showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration, respectively, when the first optical disk of the objective lens of Example 3 is used.
FIG. 12 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the second optical disk of the objective lens of Example 3 is used.
13A is a spot diagram and FIG. 13B is an intensity distribution graph when the second optical disk of the objective lens of Example 3 is used.
14 is a lens diagram showing an optical head objective lens and an optical disk of Example 4. FIG.
FIG. 15 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the first optical disk of the objective lens of Example 4 is used.
FIG. 16 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the second optical disk of the objective lens of Example 4 is used.
17A is a spot diagram and FIG. 17B is an intensity distribution graph when the second optical disk of the objective lens of Example 4 is used.
FIG. 18 is a lens diagram showing the objective lens for an optical head and an optical disc in Example 5.
FIG. 19 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the first optical disk of the objective lens of Example 5 is used.
FIG. 20 is a graph showing (A) spherical aberration and (B) chromatic aberration when the second optical disk of the objective lens of Example 5 is used.
21A is a spot diagram and FIG. 21B is an intensity distribution graph when the second optical disk of the objective lens of Example 5 is used.
[Explanation of symbols]
10 Objective lens
11 First side
12 Second side
D1 First optical disc
D2 Second optical disc
21 DVD module
22 CD module
23 Beam combiner
24 collimating lens

Claims

A light source unit that selectively emits a first laser beam and a second laser beam having a wavelength longer than that of the first laser beam, and a recording surface that transmits the first laser beam through a protective layer of the first optical disc An optical system of an optical head comprising: an objective lens for condensing the second laser beam on a recording surface of a second optical disc having a thicker protective layer and a lower recording density than the first optical disc In
The light source unit causes the second laser light to be incident on the objective lens as divergent light, and causes the first laser light to be incident on the objective lens as a light flux having a lower divergence than the second laser light. ,
A lens surface of the objective lens includes a common area through which a sufficiently low NA light beam necessary for the second optical disk is transmitted, and a high NA dedicated area through which a high NA light beam necessary only for the first optical disk is transmitted. A diffractive lens structure including a plurality of concentric annular zones having fine steps is formed in the high NA dedicated region, and the diffractive lens structure transmits the first laser beam to the first laser beam. When condensing on the recording surface of the optical disk, the aberration is corrected, and when concentrating the second laser light on the recording surface of the second optical disk, the aberration is generated, whereby the common area is For the spot formed by the transmitted light beam, diffuse the light beam transmitted through the high NA dedicated area ,
The optical system of an optical head, wherein the shared area of the objective lens is formed as a continuous surface without a step .

2. The optical system of an optical head according to claim 1, wherein the diffractive lens structure formed in the high NA dedicated region of the objective lens changes the spherical aberration according to the wavelength.