JP5126407B2 - 光ピックアップ装置及び光情報記録媒体の記録及び/又は再生装置 - Google Patents
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Description
問題は、温度・湿度変化による光学系の球面収差の変動である。すなわち、光ピックアッ
プ装置において一般的に使用されているプラスチックレンズは温度や湿度変化を受けて変
形しやすく、また、屈折率が大きく変化する。従来の光ピックアップ装置では問題になら
なかった屈折率変化による球面収差の変動も、レーザの短波長化と対物レンズの高NA化
の組み合わせにおいては、無視できない量となる。
但し、d1:軸上レンズ厚
f:焦点距離
上記条件式(1)は、良好な像高特性を得るための条件であって、特に0.65以上、好ましくは0.75以上の大きな開口数を得ようとするとき、下限以上であると、レンズの中心厚が小さくなり過ぎず、像高特性が劣化せず、更に、面のシフト感度が大きくならない。また、上限以下であると、中心厚が大きくなり過ぎず、像高特性が劣化しない。また、偏心感度も良好になる。さらに、球面収差や、コマ収差も良好に補正できる。
更に、上記条件式(1)は下記式を満足することが最も望ましい。
また、上述の対物レンズは次の条件式(2)を満たすことが好ましい。
但し、νd:アッベ数
上記条件式(2)は、軸上色収差を小さくするための条件である。これにより、フォーカスサーボが追随出来ないような瞬時的なレーザ光源の波長変動や、多モード発振による光源波長の広がりに対応可能となる。上記条件式(2)は下記式を満足することがより望ましい。
更に、上記条件式(2)は下記式を満足することが最も望ましい。
また、レンズ材料は、アッベ数がνd≧35、より望ましくはνd≧50を満たす材料を用いることが好ましい。
但し、n:使用波長での屈折率(光源の波長での対物レンズの材料の屈折率)
上記条件式(3)は、屈折率の条件であり、この条件を満足すると、第1面のサグが大きくならず、面のシフト感度やティルト感度が大きくならず、像高特性が良好となる。
上記条件式(4)は、屈折率の条件であり、軸上の光学性能に加え、軸外の光学性能も重視する必要のある光ピックアップの場合には、発生する非点収差の補正のために軸上厚が大きくなりがちである。上限以下であると、屈折率が大きくなり過ぎず、レンズの中心厚を大きくする必要がなく、軽量化の達成及びワーキングディスタンスの確保が容易となる。下限以上であると、屈折率が小さくなり過ぎず、第1のサグが大きくならず、像高特性が劣化しない。
更に好ましくは、下記式を満たすことである。
本発明の光ピックアップ装置は、波長500nm以下の光束を出射する光源と、光源から出射された光束の発散角を変えるカップリングレンズと、カップリングレンズを介した光束を保護層の厚みが0.2mm以下の光情報記録媒体の情報記録面に保護層を介して集光する対物レンズと、光情報記録媒体の情報記録面からの反射光を受光する光検出器と、光情報記録媒体の情報記録面からの反射光を光検出器に向けて分離するビームスプリッタとを有し、光情報記録媒体からの光を検出することにより、光情報記録媒体に対する情報の記録および/または再生を行う光ピックアップ装置において、対物レンズは、プラスチック材料からなる単玉のレンズであり、カップリングレンズは、ビームスプリッタと対物レンズの間の光路中に配置され、カップリングレンズは、光軸方向に沿って変移することで、温度変化に起因して生じる球面収差の変動を補正し、対物レンズが少なくとも1面に非球面を有し、次の条件式(21)及び(5)を満たすことを特徴とする。
0.40≦r1/(n・f)≦0.70 (5)
但し、NA:像側開口数
r1:前記対物レンズの、1つの面の近軸曲率半径(好ましくは、光源側の近軸曲率半径)
f:焦点距離
上記条件式(5)は、主にコマ収差の補正に関し、下限以上であると、r1が小さくなり過ぎず、内向性のコマ収差と外向性のコマ収差によるフレアが発生し難くなり、上限以下であると、r1が大きくなり過ぎず、外向性のコマ収差が生じ難くなるとともに、球面収差のアンダーフレアが生じ難い。
ここで、対物レンズが記録媒体上に集光する光のスポット径は、光源の波長をλ、対物レンズの開口数をNA、kを比例定数とすると、一般に、kλ/NAによって決まる。従って、500nm以下の小さい波長のレーザ光源を使用し、対物レンズの開口数を0.7以上と大きくした場合、集光する光のスポット径を小さくすることが出来る。よって、上記レンズを用いて光ピックアップ装置を構成することで、記録情報信号の高密度化が可能となる。更に、記録媒体の保護層を0.2mm以下と薄くすることで、ワーキングディスタンスの小さい対物レンズが提供でき、光ピックアップ装置の軽量化及びコンパクト化を達成できる。つまり、本発明の光ピックアップ装置、光情報記録媒体記録/再生装置は、使用波長(光源が出射する光束の波長)500nm以下である場合や、対物レンズの光情報記録媒体側の開口数が0.7以上(より好ましくは0.75以上)の場合や、厚さが0.2mm以下の保護層を有する光情報記録媒体に対して用いられる場合に、特に好適である。
但し、d1:軸上レンズ厚
f:焦点距離
また、上述の対物レンズは次の条件式(7)を満足することが好ましい。条件式(7)は、軸上色収差を小さくするための条件である。その作用に関しては、条件式(2)と同様である。
但し、νd:アッベ数
また、上述の対物レンズは次の条件式(8)を満足することが好ましい。条件式(8)は、屈折率の条件である。その作用に関しては、条件式(3)と同様である。
但し、n:使用波長での屈折率
また、上述の対物レンズは次の条件式(9)を満足することが好ましい。条件式(9)は、屈折率の条件である。その作用に関しては、条件式(4)と同様である。
また、上述の対物レンズは次の条件式(10)を満足することが好ましい。条件式(10)は、主にコマ収差の補正に関する。その作用に関しては、条件式(5)と同様である。
但し、r1:光源側の近軸曲率半径
本発明に係る光ピックアップ装置によって得られる対物レンズは、光情報記録媒体の記録再生用対物レンズであって、少なくとも1面が非球面であり、開口数が0.75以上であり、プラスチック材料からなる。なお、対物レンズは、片面のみを非球面としてもよいが、両面とも非球面であることが好ましい。また、複数枚ではなく、1枚のレンズで単玉の対物レンズを構成する。
但し、d1:軸上レンズ厚
f:焦点距離
また、上述の対物レンズは次の条件式(12)を満足することが好ましい。条件式(12)は、軸上色収差を小さくするための条件である。その作用に関しては、条件式(2)と同様である。
但し、νd:アッベ数
また、上述の対物レンズは次の条件式(13)を満足することが好ましい。条件式(13)は、屈折率の条件である。その作用に関しては、条件式(3)と同様である。
但し、n:使用波長での屈折率
また、上述の対物レンズは次の条件式(14)を満足することが好ましい。条件式(14)は、屈折率の条件である。その作用に関しては、条件式(4)と同様である。
また、上述の対物レンズは次の条件式(15)を満足することが好ましい。条件式(15)は、主にコマ収差の補正に関する。その作用に関しては、条件式(5)と同様である。
但し、r1:光源側の近軸曲率半径
本発明に係る光ピックアップ装置によって得られる対物レンズは、光情報記録媒体の記録再生用対物レンズであって、少なくとも1面が非球面であり、開口数が0.7以上、好ましくは0.75以上であり、次式(16)を満足することが好ましい。なお、対物レンズは、片面のみを非球面としてもよいが、両面とも非球面であることが好ましい。また、複数枚ではなく、1枚のレンズで単玉の対物レンズを構成する。
但し、n:使用波長での屈折率
上記条件式(16)は、屈折率の条件である。高屈折率の材料を用いることにより、第1面の曲率を大きくすることが出来、その結果、見込み角を小さくすることが出来るので、成形によりレンズを作製する場合の金型加工が容易になるというメリットがある。更に、軸上の光学性能を重視すればよい光ピックアップの場合には、高屈折率の材料を用いることで、高次の球面収差の補正が容易になる。
但し、d1:軸上レンズ厚
f:焦点距離
また、上述の対物レンズは次の条件式(18)を満足することが好ましい。条件式(18)は、主にコマ収差の補正に関する。その作用に関しては、条件式(5)と同様である。
但し、r1:光源側の近軸曲率半径
本発明に係る光ピックアップ装置によって得られる両面非球面単玉対物レンズは、光情報記録媒体の記録再生用対物レンズであって、少なくとも1面が非球面であり、開口数が0.7以上、好ましくは0.75以上であり、次式(19)を満足することが好ましい。なお、対物レンズは、片面のみを非球面としてもよいが、両面とも非球面であることが好ましい。また、複数枚ではなく、1枚のレンズで単玉の対物レンズを構成する。
但し、n:使用波長での屈折率
上記条件式(19)は、屈折率の条件である。その作用に関しては、条件式(4)と同様である。
但し、δfb:波長が基準波長から+1nm変化した時の、合成系の焦点位置の変化(μm)
NA:対物レンズのデイスク側の開口数
また、次式(20)’を満たすことが更に好ましい。
上記各構成はカップリングレンズによる色収差の補正に関するものである。発振波長400nm程度の短波長レーザ半導体を扱う場合、微小な波長のずれにより対物レンズで生じる軸上色収差は許容できない重要な問題となるが、その原因として以下のことが挙げられる。一般のレンズ材料は短波長を取り扱う場合、微小な波長変動に対して屈折率変化が大きい。その結果、焦点のデフォーカス量が大きくなる。ところが、対物レンズの焦点深度は、kλ/NA2(kは比例定数)で表されることから分かるように、使用波長(λ)が短いほど焦点深度が小さくなり、わずかなデフォーカス量も許されない。ISOM/ODS’99 Postdeadline Poster PapersのセッションWD26では、GaN青色半導体レーザについて、スペクトル幅が0.7nm(FWMH)の高周波重畳が示されている。ピックアップ光学系の波面収差は、この高周波重畳に対して0.02λrms程度に抑えることが望ましい。このために必要な軸上色収差の補正の程度を色の球面収差が補正されていると仮定して概略的に求めてみた。すると、基準波長400nmの場合、ディスク側の開口数をNAとすると、スペクトル幅が、0.7nm(FWMH)の高周波重畳に対して、波面収差を0.02λrmsに抑えるには、合成系の軸上色収差を波長変動1nmに対し、約0.15μm/NA2以内に抑えることが必要であった。一方、合成系の軸上色収差は完全に補正する必要はなく、波面収差が許容できる範囲で残存していてもよい。本願のように対物レンズが屈折系の単玉レンズの場合、対物レンズでは長波長に対し軸上色収差はプラスなので、合成系でも長波長に対しプラスの値で残存させることにより、カップリングレンズを簡易に構成することができる。例えば、カップリングレンズを1群2枚の接合レンズで構成する場合、合成系を完全に色補正する場合よりもカップリングレンズの各レンズ要素のパワーが弱くなって、作り易く収差の良いカップリングレンズができる。またカップリングレンズを回折レンズとして色補正する場合でも、回折面のパワーが弱くてすむため、回折輪帯の間隔が大きくなって、回折効率の高い回折レンズを製造しやすくなる。このために上記条件式の下限を設けた。
但し、m:対物レンズとカップリングレンズとの合成系の倍率
上記条件式の下限以上であると、合成系がコンパクトとなり、上限以下であると、カップリングレンズの収差が良くなる。
学系を有する光ピックアップ装置を提供できる。特に、光情報記録媒体側の開口数が0.7以上と大きく、使用する光源の最短波長が500nm以下と小さい光ピックアップ装
置を提供できる。
レンズデータを表2、非球面係数を表3に示す。実施例1のレンズを図1に示すが、図1(a)は断面図であり、図1(b)は収差図である。
f =1.765mm
NA=0.85
倍率=0
レンズデータを表4、非球面係数を表5に示す。実施例2のレンズを図2に示すが、図2(a)は断面図であり、図2(b)は収差図である。
f =1.765mm
NA=0.75
倍率=0
レンズデータを表6、非球面係数を表7に示す。実施例3のレンズを図3に示すが、図3(a)は断面図であり、図3(b)は収差図である。
f =1.765mm
NA=0.85
倍率=0
レンズデータを表8、非球面係数を表9に示す。実施例4のレンズを図4に示すが、図4(a)は断面図であり、図4(b)は収差図である。
f =1.765mm
NA=0.75
倍率=0
レンズデータを表10、非球面係数を表11に示す。実施例5のレンズを図5に示すが、図5(a)は断面図であり、図5(b)は収差図である。
f =0.131mm
NA=0.83
倍率=−0.1456
レンズデータを表12、非球面係数を表13に示す。実施例6のレンズを図6に示すが、図6(a)は断面図であり、図6(b)は収差図である。
f =2.647mm
NA=0.85
倍率=0
レンズデータを表14、非球面係数を表15に示す。実施例7のレンズを図7に示すが、図7(a)は断面図であり、図7(b)は収差図である。
f =1.765mm
NA=0.85
倍率=0
レンズデータ及び非球面係数を表16に示す。実施例8の対物レンズの断面図を図9に示し、収差図を図10に示す。また、第1面で1μm偏芯時の波面収差は0.021λであり、像高特性は0.011λ(内、コマ収差成分0.007λ)であった。
レンズデータ及び非球面係数を表17に示す。実施例9の対物レンズの断面図を図11に示し、収差図を図12に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表18に示す。実施例10の対物レンズの断面図を図13に示し、収差図を図14に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表19に示す。実施例11の対物レンズの断面図を図15に示し、収差図を図16に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表20に示す。実施例12の対物レンズの断面図を図17に示し、収差図を図18に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表21に示す。実施例13の対物レンズの断面図を図19に示し、収差図を図20に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表22に示す。実施例14の対物レンズの断面図を図21に示し、収差図を図22に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表23に示す。実施例15の対物レンズの断面図を図23に示し、収差図を図24に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表25に示す。実施例16の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図25に示し、球面収差図を図26に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表26に示す。実施例17の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図27に示し、球面収差図を図28に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表27に示す。実施例18の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図29に示し、球面収差図を図30に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表28に示す。実施例19の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図31に示し、球面収差図を図32に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表29に示す。実施例20の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図33に示し、球面収差図を図34に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表30に示す。実施例16の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図35に示し、球面収差図を図36に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表31に示す。実施例22の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図37に示し、球面収差図を図38に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表32に示す。実施例23の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図39に示し、球面収差図を図40に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表33に示す。実施例24の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図41に示し、球面収差図を図42に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表34に示す。実施例25の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図43に示し、球面収差図を図44に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表35に示す。実施例26の1枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図45に示し、球面収差図を図46に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表36に示す。実施例27の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図47に示し、球面収差図を図48に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表37に示す。実施例28の対物レンズの断面図を図49に示し、収差図を図50に示す。また、第1面で1μm偏芯時の波面収差は0.026λであり、像高特性は0.008λ(内、コマ収差成分0.003λ)であった。
レンズデータ及び非球面係数を表38に示す。実施例29の1枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図51に示し、球面収差図を図52に示す。
を実現している。表39に様々な原因に起因して発生した球面収差を、カップリングレンズを変移させることで補正した結果を示す。この表39からわかるように、本実施例の光学系では、レーザの波長変動、温度変化、透明基板厚誤差に起因して発生した球面収差を良好に補正することが可能である。
レンズデータ及び非球面係数を表40に示す。実施例30の1枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図53に示し、球面収差図を図54に示す。
レンズデータ及び非球面係数を表42に示す。実施例31の1群2枚構成のカップリングレンズと対物レンズの断面図を図55に示し、球面収差図を図56に示す。
単玉のカップリングレンズの片面にのみ、回折面を設けた実施例である。レンズデータ及び非球面係数を表44に示す。本実施例32の種々のパラメータを表24に示す。
1a フランジ部
2 カップリングレンズ
3 半導体レーザ(光源)
4 光検出器
5 情報記録面
11 1軸アクチュエータ(変移装置)
Claims (17)
- 波長500nm以下の光束を出射する光源と、
前記光源から出射された光束の発散角を変えるカップリングレンズと、
前記カップリングレンズを介した光束を保護層の厚みが0.2mm以下の光情報記録媒体の情報記録面に前記保護層を介して集光する対物レンズと、
前記光情報記録媒体の情報記録面からの反射光を受光する光検出器と、
前記光情報記録媒体の情報記録面からの反射光を前記光検出器に向けて分離するビームスプリッタとを有し、
前記光情報記録媒体からの光を検出することにより、前記光情報記録媒体に対する情報の記録および/または再生を行う光ピックアップ装置において、
前記対物レンズは、プラスチック材料からなる単玉のレンズであり、
前記カップリングレンズは、前記ビームスプリッタと前記対物レンズの間の光路中に配置され、
前記カップリングレンズは、光軸方向に沿って変移することで、温度変化に起因して生じる球面収差の変動を補正し、
前記対物レンズが少なくとも1面に非球面を有し、次式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
0.7≦NA
0.40≦r1/(n・f)≦0.70
但し、NA:像側開口数
r1:光源側の面の近軸曲率半径
n:使用波長での屈折率
f:焦点距離 - 前記カップリングレンズは、光軸方向に沿って変移することで、前記対物レンズに入射する光束の発散角を変え、前記対物レンズに入射する光束の発散角を変えることによって、温度変化に起因して生じる球面収差の変動を補正することを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
- 前記カップリングレンズは、前記光源から出射された発散光の発散角を変えるものであり、前記カップリングレンズに発散光が入射することを特徴とする請求項1または2に記載の光ピックアップ装置。
- 前記カップリングレンズは、非球面を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記カップリングレンズは、単玉のレンズであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記カップリングレンズは、複数枚のレンズからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記温度変化に起因して発生する球面収差がオーバー側であるときは、前記カップリングレンズは前記対物レンズとの間隔を増加させるように光軸方向に沿って変移し、前記温度変化に起因して発生する球面収差がアンダー側であるときは、前記カップリングレンズは前記対物レンズとの間隔を減少させるように光軸方向に沿って変移することで、前記温度変化に起因して生じる球面収差の変動を補正することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記カップリングレンズは、光軸方向に沿って変移することで、前記光情報記録媒体の保護層の厚みの微小な変動に起因して生じる球面収差の変動も補正することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記カップリングレンズは、光軸方向に沿って変移することで、前記光源の発振波長の微小な変動に起因して生じる球面収差の変動も補正することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- ボイスコイル型アクチュエーターによって、前記カップリングレンズを変移させることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- ピエゾアクチュエーターによって、前記カップリングレンズを変移させることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記対物レンズは次式を満たすことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
1.40≦n<1.85
但し、n:使用波長での屈折率 - 前記カップリングレンズは前記対物レンズの色収差を補正する機能を有することを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記カップリングレンズは回折面を有することを特徴とする請求項13に記載の光ピックアップ装置。
- 次式を満たすことを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置。
0.40≦r1/(n・f)≦0.65 - 次式を満たすことを特徴とする請求項15に記載の光ピックアップ装置。
0.40≦r1/(n・f)≦0.60 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置を備えた光情報記録媒体の記録及び/又は再生装置。
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