JP5170588B2 - Objective optical element of optical pickup device, optical pickup device, and optical information recording / reproducing device - Google Patents
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本発明は、使用波長が異なり且つ透明基板厚さの異なる光情報記録媒体の記録／再生を１つの対物レンズで行う光ピックアップ装置に使用される対物光学素子及び光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置に関し、特に異なる波長を発振する光源部がモジュール化された光源（２レーザー１パッケージモジュール）に用いられたり、対物レンズの焦点距離が短く誤差要因に鋭敏な光学系に用いられ、各々の光情報記録媒体の使用時の像高コマ収差特性を改善した対物光学素子及びそれを用いた光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置に関する。 The present invention relates to an objective optical element, an optical pickup apparatus, and an optical information recording / reproducing apparatus that are used in an optical pickup apparatus that performs recording / reproduction of optical information recording media having different operating wavelengths and different transparent substrate thicknesses using a single objective lens. In particular, light sources that oscillate different wavelengths are used in modularized light sources (two-laser, one-package module), or are used in optical systems that have a short focal length of the objective lens and are sensitive to error factors. The present invention relates to an objective optical element having improved image height coma aberration characteristics when a recording medium is used, an optical pickup apparatus using the objective optical element, and an optical information recording / reproducing apparatus.
現在、多くの種類の光情報記録媒体が存在しており、これらの光情報記録媒体の規格が［表１］で示されるように決められている。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ―３）を用いて表すものとする。 Currently, there are many types of optical information recording media, and the standards of these optical information recording media are determined as shown in [Table 1]. In the following (including the lens data in the table), a power of 10 (for example, 2.5 × 10 −3 ) is represented using E (for example, 2.5 × E-3).
ここで、記録密度が異なる光情報記録媒体同士の互換性が要求されるものとして、ＤＶＤとＣＤとがある。これらの光情報記録媒体は、［表１］にもあるように、透明基板厚さがそれぞれ異なっている。互換性を確保するためにはこの透明基板厚さの違いによって発生する球面収差を、何らかの手段によって補正する必要がある。更に、ＤＶＤとＣＤとでは、要求開口数が異なるので、これに対しても何らかの対応策が必要となる。 Here, DVDs and CDs are required for compatibility between optical information recording media having different recording densities. These optical information recording media have different transparent substrate thicknesses as shown in [Table 1]. In order to ensure compatibility, it is necessary to correct the spherical aberration caused by the difference in the thickness of the transparent substrate by some means. Furthermore, since the required numerical aperture is different between DVD and CD, some countermeasures are necessary for this.
ＤＶＤ／ＣＤの互換性のある光ピックアップ装置を実現するために、回折構造を設けた対物レンズが開発されている。そのような対物レンズとしては、例えば、対物レンズの一方の面において、光軸から特定の高さｈの内外で異なる回折構造を設け、内側の領域では各々の透明基板厚さに対して球面収差を補正し、外側の領域ではＤＶＤでのみ球面収差を補正し、ＣＤに対しては球面収差を補正せずにフレア化させたものがある。このように対物レンズを構成することで、各々の光情報記録媒体上で、それぞれ情報の記録又は再生時に要求される集光スポットを適切に形成することが可能となる。 In order to realize an optical pickup device compatible with DVD / CD, an objective lens provided with a diffraction structure has been developed. As such an objective lens, for example, on one surface of the objective lens, different diffractive structures are provided on the inside and outside of the specific height h from the optical axis, and spherical aberration is provided for each transparent substrate thickness in the inner region. In the outer region, the spherical aberration is corrected only with the DVD, and the CD is flared without correcting the spherical aberration. By configuring the objective lens in this manner, it is possible to appropriately form a condensing spot required at the time of recording or reproducing information on each optical information recording medium.
ところで、このような回折構造を対物レンズに用いることで、ＤＶＤ／ＣＤ双方に対して情報の記録又は再生を行う際における球面収差の補正は、比較的容易に行える。しかし、適切な情報の記録又は再生を妨げる光学特性劣化要因としては、球面収差の他にコマ収差も存在する。コマ収差が大きいと、組み付け誤差などに起因して生じた対物レンズの傾きによって、光軸に対して傾いた光束が入射したような場合、光情報記録媒体上に適切なスポットを形成するのを妨げる恐れがある。しかるに、上述した回折構造を用いることで、ＤＶＤ／ＣＤ双方の使用時における球面収差を共に減少させることができるが、コマ収差に関しては、双方を同時に補正することはできないという問題がある。 By the way, by using such a diffractive structure for the objective lens, it is relatively easy to correct spherical aberration when recording or reproducing information on both DVD / CD. However, coma aberration exists in addition to spherical aberration as an optical characteristic deterioration factor that hinders appropriate information recording or reproduction. If the coma aberration is large, when a light beam tilted with respect to the optical axis is incident due to the tilt of the objective lens caused by an assembly error, an appropriate spot is formed on the optical information recording medium. May interfere. However, by using the above-described diffractive structure, both spherical aberrations when using both DVD / CD can be reduced, but regarding coma aberration, there is a problem that both cannot be corrected simultaneously.
特に、ＤＶＤ／ＣＤの互換性を達成する光ピックアップ装置の光源として、いわゆる２レーザ１パッケージと呼ばれる２つの半導体レーザを一つの基板に取り付けて１ユニットとしたものが知られている。このような光源を用いて、ＤＶＤ／ＣＤの双方に対して情報の記録又は再生を行おうとすると、例えばＤＶＤ用の光源を対物レンズの光軸上に配置した場合には、ＣＤ用の光源は、必ず光軸からずれた位置に配置されることとなり、従って、かかる場合には、ＣＤ使用時におけるコマ収差を極力減少させることが望ましいといえる。 In particular, as a light source for an optical pickup device that achieves DVD / CD compatibility, a so-called two-laser / one-package two semiconductor lasers mounted on one substrate are known as one unit. When recording or reproducing information on both DVD / CD using such a light source, for example, when a light source for DVD is arranged on the optical axis of the objective lens, the light source for CD is In this case, it is desirable to reduce the coma aberration when using the CD as much as possible.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、コマ収差をバランス良く補正でき、異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物光学素子及び光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an objective optical element for an optical pickup device capable of correcting coma aberration in a well-balanced manner and appropriately recording or reproducing information on different optical information recording media, and An object is to provide an optical pickup device and an optical information recording / reproducing device.
尚、コマ収差に関して、波長λの光源からの光束に関して波面収差の３次のコマ収差をΔＷ３（λｒｍｓ）、５次のコマ収差をΔＷ５（λｒｍｓ）、７次のコマ収差をΔＷ７（λｒｍｓ）とすると、コマ収差ＣＯＭＡ（λｒｍｓ）は、以下の式で求められる。
ＣＯＭＡ＝｛（ΔＷ３）2＋（ΔＷ５）2＋（ΔＷ７）2｝1/2 （１’）
Regarding coma, wavelength cubic coma aberration of the wavefront aberration with respect to light beam from a light source of λ ΔW3 (λrms), the fifth-order coma aberration ΔW5 (λrms), a 7-order coma aberration ΔW7 and ([lambda] rms) Then, the coma aberration COMA (λrms) is obtained by the following equation.
COMA = {(ΔW3) 2 + (ΔW5) 2 + (ΔW7) 2 } 1/2 (1 ′)
本発明者らは、鋭意研究の結果、対物レンズ設計、特に正弦条件不満足量設計を見直すことで、これらの問題を解決できることを見出した。また、前記第１の光情報記録媒体（例えばＤＶＤ）と前記第２の光情報記録媒体（例えばＣＤ）の共用領域について、前記第１の光情報記録媒体の正弦条件不満足量の状態を工夫することにより、前記第１の光情報記録媒体専用領域の正弦条件不満足量のより好ましい設計を見出した。さらにまた、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体使用時（情報の記録又は再生時ともいう）に発生するコマ収差の波面収差量を抑えることで、２レーザー１パッケージモジュールの配置誤差に強く、必ず軸外使用となるいずれの光情報記録媒体に対してもコマ収差の発生を抑えることができることを見出した。この技術は２レーザー１パッケージモジュール光源を使用しない光ピックアップ装置でも、小型化を図ろうとすることで焦点距離を短かくした対物光学素子にも有効である。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that these problems can be solved by reviewing the objective lens design, in particular, the sine condition unsatisfactory amount design. Further, a sine condition unsatisfactory state of the first optical information recording medium is devised for a shared area of the first optical information recording medium (for example, DVD) and the second optical information recording medium (for example, CD). Thus, a more preferable design of the unsatisfactory sine condition of the first optical information recording medium dedicated area was found. Furthermore, by suppressing the amount of wavefront aberration of coma aberration that occurs when the first and second optical information recording media are used (also referred to as information recording or reproduction), an arrangement error of two lasers and one package module is reduced. The present inventors have found that the occurrence of coma aberration can be suppressed for any optical information recording medium that is strong and always used off-axis. This technique is effective even for an optical pickup device that does not use a two-laser, one-package module light source, and for an objective optical element that has a shorter focal length by attempting to reduce the size.
ここに正弦条件とは図１に示すように、光軸からの高さｈ1の光線が、レンズに対して光軸平行入射時に、かかる光線がレンズから出射した際の射出角度がＵである時にｈ1／ｓｉｎＵが一定値を満たすことである。これが光軸からの高さｈ1からの高さに関わらず一定値である場合には、正弦条件が満たされて有効径内の各光線の横倍率が一定であると見なせる。この正弦条件は軸上での計算値であるが、軸外の横倍率誤差（すなわち軸外コマ収差）補正を行う上では有効である。 Here, as shown in FIG. 1, the sine condition is that when a light beam having a height h 1 from the optical axis is incident on the lens parallel to the optical axis, the emission angle when the light beam is emitted from the lens is U. Sometimes h 1 / sinU meets a certain value. If this is a constant value regardless of the height from the optical axis h 1 , the sine condition is satisfied and the lateral magnification of each ray within the effective diameter can be regarded as constant. This sine condition is a calculated value on the axis, but is effective in correcting off-axis lateral magnification error (ie off-axis coma).
ただし本発明が、かかる技術分野の範囲内にある光情報記録媒体の保護基板の厚さが異なる場合には、次のような課題が存在する。一方の（第１の）光情報記録媒体（例えば厚さｔ１）使用時に正弦条件を完全に補正してしまうと、他方の厚さｔ２の（第２の）光情報記録媒体の使用時での正弦条件が、一定値からのズレ量が大きくなり結果として軸外のコマ収差が大きくなってしまうという特性がある。かかる場合における正弦条件不満足量をＳＣ＝ｈ1／ｓｉｎＵ−ｆと定義した場合に、有効径内の光線高さｈ1における正弦条件不満足量を前記第１の光情報記録媒体、前記第２の光情報記録媒体の使用時でそれぞれ振り分け設計を行うことで、結果として各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることが可能であることを、本発明者らは見出したのである。より具体的には、（１）式を満たすことで、以上の効果を得ることができる。 However, the present invention has the following problems when the thickness of the protective substrate of the optical information recording medium within the technical field is different. If the sine condition is completely corrected when one (first) optical information recording medium (for example, thickness t1) is used, the (second) optical information recording medium having the other thickness t2 is used. The sine condition has a characteristic that the amount of deviation from a constant value increases and as a result, off-axis coma aberration increases. In this case, when the sine condition unsatisfied amount is defined as SC = h 1 / sinU−f, the sine condition unsatisfied amount at the light ray height h 1 within the effective diameter is defined as the first optical information recording medium and the second optical information recording medium. The inventors of the present invention have found that the off-axis coma aberration balance can be achieved when each optical information recording medium is used, as a result of performing the distribution design when the optical information recording medium is used. . More specifically, the above effects can be obtained by satisfying the expression (1).
一方、正弦条件不満足量の絶対値を大きくしすぎると、次のような不具合が生じる。光情報記録媒体毎に必要開口数が定められているが、それは光情報記録媒体面上のスポットサイズにも関連がある。ここで、正弦条件不満足量がプラスとなると対物光学素子（後述する実施例では対物レンズ、以下同じ）出射後の光線傾角が小さくなるため、正弦条件不満足量を補正した同じ焦点距離の対物光学素子に同じ有効径光束が入射しても光情報記録媒体面上に形成されるスポット径が絞りきれなくなる。このスポット径を所望のものを得ようとすると絞り径を大きくする必要があり、トラッキングマージンが狭くなる。よって、理想対物光学素子の焦点距離と有効径とから求められるスポット径を光情報記録媒体面上に形成することが好ましい。 On the other hand, if the absolute value of the unsatisfactory sine condition is too large, the following problems occur. Although the required numerical aperture is determined for each optical information recording medium, it is also related to the spot size on the optical information recording medium surface. Here, if the sine condition unsatisfactory amount becomes positive, the objective optical element (an objective lens in the embodiments described later, the same shall apply hereinafter) has a smaller light beam tilt angle. Even if a light beam having the same effective diameter is incident on the surface, the spot diameter formed on the surface of the optical information recording medium cannot be reduced. In order to obtain a desired spot diameter, it is necessary to increase the aperture diameter, and the tracking margin becomes narrow. Therefore, it is preferable to form a spot diameter obtained from the focal length and the effective diameter of the ideal objective optical element on the optical information recording medium surface.
ここで、「光学機能面」とは、各光源からの光束が通過する前記対物光学素子のレンズ面のことを意味する。本明細書では、前記第１光情報記録媒体使用時の絞り開口径で制限される光束が通過するレンズ面の範囲とする。 Here, the “optical functional surface” means a lens surface of the objective optical element through which a light beam from each light source passes. In this specification, it is defined as the range of the lens surface through which the light beam limited by the aperture diameter when the first optical information recording medium is used passes.
又、「主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる」における、「主に」の意義ついて説明する。前記第１の光情報記録媒体使用時に専用領域を通過する光束は、光情報記録媒体面上で対物レンズの合焦デフォーカス時に結像させている。ここで、前記第２の光情報記録媒体使用時で専用領域を通過する光束は、前記第２の光情報記録媒体面上では前記対物レンズの合焦デフォーカス時にはスポット光から離れた場所でフレアー光となる。ここで、「主に」という言葉を使用しているのは、次の2点の理由からによる。まず、第１の理由としては、光ピックアップ装置に通常設けられている信号検出用のセンサーに着目すると、センサーの開口サイズによっては、このフレアー光がセンサー開口内に入射する場合も生じる。この場合はフレアー光も含めた上で前記対物レンズのデフォーカス制御を実用上行うことになり、広義な意味では第２の光情報記録媒体使用時でも、この専用領域を通過する光束の影響を実使用上受けることがある。また、第２の理由としては、波動光学的には光情報記録媒体でのフレアー光とスポット光との位相差を制御することでスポット光のエアリーディスクのピーク強度を高めることも可能になることがある。このような理由から、本発明では無用な限定を避けるべく、「主に」という語句を用いたものである。 Also, the meaning of “mainly” in “mainly used for recording and / or reproducing information on the first optical information recording medium” will be described. The light beam that passes through the dedicated area when the first optical information recording medium is used is imaged on the optical information recording medium surface when the objective lens is focused. Here, the light beam passing through the dedicated area when the second optical information recording medium is used flares on the surface of the second optical information recording medium at a position away from the spot light when the objective lens is focused and defocused. It becomes light. Here, the word “mainly” is used for the following two reasons. First, as a first reason, when attention is paid to a signal detection sensor normally provided in an optical pickup device, the flare light may be incident into the sensor opening depending on the sensor opening size. In this case, the defocus control of the objective lens is performed practically including flare light. In a broad sense, even when the second optical information recording medium is used, the influence of the light flux passing through this dedicated area is affected. It may be received in actual use. The second reason is that, in terms of wave optics, it is possible to increase the peak intensity of the Airy disc of spot light by controlling the phase difference between flare light and spot light on the optical information recording medium. There is. For these reasons, the term “mainly” is used in the present invention to avoid unnecessary limitations.
更に、「対物光学素子」とは、前記対物レンズの光学面に前記光学機能面を設けたものであっても良く、前記対物レンズの他に、前記光学機能面を設けた光学素子を別個に設けても良い。 Furthermore, the “objective optical element” may be an optical surface of the objective lens provided with the optical function surface. In addition to the objective lens, an optical element provided with the optical function surface is separately provided. It may be provided.
図２は、光軸からの高さを横軸（ｘ）にとり、前記第２の光情報記録媒体（例えばＣＤ）の使用時における正弦条件不満足量を縦軸（ｙ）にとり、前記共用領域と前記専用領域において、前記正弦条件不満足量を示す曲線ｆ２を求めた例を示す図である。ここで、曲線ｆ２は、常に負であって、且つ光軸から離れるにつれ負値が増大している。又、第１の高さｘ１において、その微分値を傾きとする直線ｄ１をひいたときに（第１の高さｘ１で曲線ｆ２に接線を引くことを意味する）、第１の高さｘ１より光軸から遠い側で、曲線ｆ２は直線（接線）ｄ１より正側に存在する領域Ｒ１を有する。尚、ｘ１と領域Ｒ１との間には、直線ｄ１より負側に存在する別な領域も有する。このような特性によれば、各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることが可能になるという、請求項１に記載の発明と同様な効果を得ることができる。 FIG. 2 shows the height from the optical axis on the horizontal axis (x), the sine condition unsatisfied amount when using the second optical information recording medium (for example, CD) on the vertical axis (y), and the common area and It is a figure which shows the example which calculated | required the curve f2 which shows the said sine condition dissatisfaction amount in the said exclusive area | region. Here, the curve f2 is always negative, and the negative value increases as the distance from the optical axis increases. In addition, when the straight line d1 having the differential value as the slope is drawn at the first height x1 (meaning that the tangent is drawn to the curve f2 at the first height x1), the first height x1 On the side farther from the optical axis, the curve f2 has a region R1 existing on the positive side of the straight line (tangent line) d1. Note that there is another region existing on the negative side of the straight line d1 between x1 and the region R1. According to such characteristics, it is possible to obtain the same effect as that of the invention according to claim 1 that it is possible to balance off-axis coma aberration when each optical information recording medium is used.
尚、第４の高さｘ４において、その微分値を傾きとする直線（第４の高さｘ４で曲線ｆ２にひいた接線）をひいたとき、第１の高さｘ１より光軸から近い側で、曲線ｆ２は直線（接線）ｄ４より正側に存在する領域Ｒ４を有する。 When a straight line (the tangent line drawn on the curve f2 at the fourth height x4) with the differential value is drawn at the fourth height x4, the side closer to the optical axis than the first height x1. The curve f2 has a region R4 existing on the positive side of the straight line (tangent line) d4.
図３は、光軸からの高さを横軸（ｘ）にとり、前記第１の光情報記録媒体（例えばＤＶＤ）の使用時における正弦条件不満足量を縦軸（ｙ）にとり、前記共用領域と前記専用領域において、前記正弦条件不満足量を示す曲線ｆ１を求めた例を示す図である。ここで、ある高さｘ２において、その微分値を傾きとする直線ｄ２をひいたときに（ある高さｘ２で曲線ｆ１に接線を引くことを意味する）、ある高さｘ２より光軸から遠い側で、曲線ｆ１は直線（接線）ｄ２より正側に存在する領域Ｒ２を有する。尚、ｘ２と領域Ｒ２との間には、直線ｄ２より負側に存在する別な領域も有する。このような特性を有すれば、請求項５に記載の発明と同様な効果を得ることができる。 FIG. 3 shows the height from the optical axis on the horizontal axis (x), the sine condition unsatisfactory amount when using the first optical information recording medium (for example, DVD) on the vertical axis (y), and the common area and It is a figure which shows the example which calculated | required the curve f1 which shows the said sine condition dissatisfaction amount in the said exclusive area | region. Here, at a certain height x2, when a straight line d2 having the differential value as an inclination is drawn (meaning drawing a tangent to the curve f1 at a certain height x2), it is farther from the optical axis than the certain height x2. On the side, the curve f1 has a region R2 existing on the positive side of the straight line (tangent line) d2. In addition, it has another area | region which exists in the negative side from the straight line d2 between x2 and area | region R2. If it has such a characteristic, the effect similar to the invention of Claim 5 can be acquired.
請求項１に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子は、透明基板の厚さがｔ１である第１の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ１の第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）である第２の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ２（λ１＜λ２）である第２の光源と、前記第１及び前記第２の光源から出射された光束を、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面に集光させる対物光学素子を含む集光光学系と、を有する光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ0、正弦条件不満足量をＳＣ１out（ｈ0）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
ＳＣ１（ｈ0／２）≦ＳＣ１out（ｈ0） （１２）
ＳＣ１（ｈ0／２）≦０ （１３）
を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であることを特徴とする。
The objective optical element of the optical pickup device according to claim 1 has a wavelength λ1 for recording or reproducing information by irradiating a light beam onto a first optical information recording medium having a transparent substrate thickness t1. Wavelength λ2 (λ1 <λ2) for recording or reproducing information by irradiating the first light source and a second optical information recording medium having a transparent substrate thickness t2 (t1 <t2) with a light beam A second light source, and an object for condensing the light beams emitted from the first and second light sources onto the information recording surface via the transparent substrates of the first and second optical information recording media. An objective optical element of an optical pickup device having a condensing optical system including an optical element,
The objective optical element has an objective lens that condenses the light flux from the first or second light source, and an optical function surface that gives an optical action to the light flux,
The optical function surface of the objective optical element includes an optical axis and a common area used for recording and / or reproducing information with respect to both the first optical information recording medium and the second optical information recording medium. A dedicated area provided outside the shared area and mainly used for recording and / or reproducing information with respect to the first optical information recording medium,
In the first optical information recording medium, the objective optical element forms a spot diameter on the first optical information recording medium determined from an effective diameter and a focal length of the objective optical element,
When using the first optical information recording medium, when an infinite object distance light beam having a height h from the optical axis is emitted from the objective optical element, an angle formed between the light beam and the optical axis after emission is determined. When U is defined and the unsatisfactory sine condition is defined as SC1 (h) = h / sinU−f (f is the focal length of the objective optical element when the first optical information recording medium is used), The height of the light beam passing through the innermost peripheral part is h 0 , the sine condition unsatisfactory amount is SC1 out (h 0 ), and the optical axis of the light beam passing through the outermost peripheral part of the effective diameter of the objective optical element If the height from is hmax,
SC1 (h 0/2) ≦ SC1 out (h 0) (12)
SC1 (h 0/2) ≦ 0 (13)
And the focal length f when using the first optical information recording medium is 2.16 mm or less .
（１２）〜（１４）式の関係は、図２及び後述する実施例より明らかであり、このように正弦条件不満足量を設定することで、各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることが可能になるという、請求項１に記載の発明と同様な効果を得ることができる。 The relationship between the expressions (12) to (14) is clear from FIG. 2 and the examples described later. By setting the unsatisfactory sine condition in this way, the off-axis coma aberration balance when using each optical information recording medium is set. The same effect as that of the invention described in claim 1 can be obtained.
請求項２に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記共用領域の最外周部を通過する光線の正弦条件不満足量の符号が正であることを特徴とする。 The objective optical element of the optical pickup device according to claim 2 , wherein when the first optical information recording medium is used, an infinite object distance light beam having a height h from the optical axis is emitted from the objective optical element. In addition, the angle formed between the light beam and the optical axis after emission is represented by U, and the unsatisfactory sine condition is SC1 (h) = h / sinU−f (f is the objective when the first optical information recording medium is used). When defined as the focal length of the optical element), the sign of the unsatisfactory sine condition of the light beam passing through the outermost peripheral portion of the common area is positive.
請求項３に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子は、前記対物光学素子の光学機能面上において、光軸を回転中心とした回折構造と、該光学機能面上の光情報記録媒体側の面において、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、前記共用領城と前記専用領域に隣接し、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部が設けられていることを特徴とする。 4. The objective optical element of the optical pickup device according to claim 3 , wherein the optical function surface of the objective optical element has a diffractive structure with the optical axis as the center of rotation, and a surface on the optical information recording medium side on the optical function surface. A common area that includes an optical axis and is used for recording and / or reproducing information on both the first optical information recording medium and the second optical information recording medium, and is provided outside the common area. A dedicated area mainly used for recording and / or reproducing information with respect to the first optical information recording medium, adjacent to the shared castle and the dedicated area, and substantially parallel to the optical axis. And the level | step-difference part which faced the outer side with respect to the optical axis is provided.
図９は、前記光情報記録媒体側の前記光学機能面上に形成される段差及び回折輪帯を誇張して示した対物光学素子（たとえば対物レンズ）の断面図である。図９に示すように、共用領城と専用領域とに隣接して、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部Ｔ２が設けられている。かかる段差部Ｔ２を設けることで、請求項１に記載の発明に関連して説明したように、各光情報記録媒体使用時における軸外コマ収差バランスを取ることができる。尚、前記共用領域及び前記専用領域の少なくとも一方（この例では光源側）に回折構造Ｄが設けられている場合、図１０に示すように、前記段差部（Ｔ１，Ｔ２）の段差量（ｄ１，ｄ２）は、母非球面の位置と、母非球面に設けられた回折構造の段差量とにより決まるものである。 FIG. 9 is a cross-sectional view of an objective optical element (for example, an objective lens) exaggeratingly showing a step and a diffraction ring zone formed on the optical function surface on the optical information recording medium side. As shown in FIG. 9, a stepped portion T2 is provided adjacent to the shared castle and the dedicated region, substantially parallel to the optical axis and facing outward with respect to the optical axis. By providing such a stepped portion T2, as described in relation to the invention according to claim 1, it is possible to balance off-axis coma aberration when each optical information recording medium is used. When a diffraction structure D is provided in at least one of the shared region and the dedicated region (in this example, the light source side), the step amount (d1) of the step portion (T1, T2) as shown in FIG. , D2) is determined by the position of the mother aspherical surface and the level difference of the diffraction structure provided on the mother aspherical surface.
請求項４に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子において、前記段差部の段差量ｄ２（図９参照）は、
０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
であることを特徴とする。
In the objective optical element of the optical pickup device according to claim 4 , the step amount d2 of the step portion (see FIG. 9) is:
0.000 mm <d2 ≦ 0.004 mm (15)
It is characterized by being.
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、透明基板の厚さがｔ１である第１の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ１の第１の光源と、透明基板の厚さがｔ２（ｔ１＜ｔ２）である第２の光情報記録媒体に対して光束を照射することで情報の記録又は再生を行う波長λ２（λ１＜λ２）である第２の光源と、前記第１及び前記第２の光源から出射された光束を、前記第１及び前記第２の光情報記録媒体の透明基板を介して情報記録面に集光させる対物光学素子を含む集光光学系と、を有する光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ0、正弦条件不満足量をＳＣ１out（ｈ0）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
ＳＣ１（ｈ0／２）≦ＳＣ１out（ｈ0） （１２）
ＳＣ１（ｈ0／２）≦０ （１３）
を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であるので、請求項１に記載の発明と同様な作用効果を達成できる。
The optical pickup device according to claim 5 is a first light source having a wavelength λ1 for recording or reproducing information by irradiating a light beam onto a first optical information recording medium having a transparent substrate thickness t1. And a second wavelength λ2 (λ1 <λ2) at which information is recorded or reproduced by irradiating the second optical information recording medium having a thickness t2 (t1 <t2) with a light beam. And an objective optical element that condenses the light beams emitted from the first and second light sources onto the information recording surface via the transparent substrates of the first and second optical information recording media. An optical pickup device having a condensing optical system,
The objective optical element has an objective lens that condenses the light flux from the first or second light source, and an optical function surface that gives an optical action to the light flux,
The optical function surface of the objective optical element includes an optical axis and a common area used for recording and / or reproducing information with respect to both the first optical information recording medium and the second optical information recording medium. A dedicated area provided outside the shared area and mainly used for recording and / or reproducing information with respect to the first optical information recording medium,
In the first optical information recording medium, the objective optical element forms a spot diameter on the first optical information recording medium determined from an effective diameter and a focal length of the objective optical element,
When using the first optical information recording medium, when an infinite object distance light beam having a height h from the optical axis is emitted from the objective optical element, an angle formed between the light beam and the optical axis after emission is determined. When U is defined and the unsatisfactory sine condition is defined as SC1 (h) = h / sinU−f (f is the focal length of the objective optical element when the first optical information recording medium is used), The height of the light beam passing through the innermost peripheral part is h 0 , the sine condition unsatisfactory amount is SC1 out (h 0 ), and the optical axis of the light beam passing through the outermost peripheral part of the effective diameter of the objective optical element If the height from is hmax,
SC1 (h 0/2) ≦ SC1 out (h 0) (12)
SC1 (h 0/2) ≦ 0 (13)
The focal length f when the first optical information recording medium is used is 2.16 mm or less, so that the same effect as that of the first aspect of the invention can be achieved.
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記共用領域の最外周部を通過する光線の正弦条件不満足量の符号が正であることを特徴とする。 The optical pickup device according to claim 6 , wherein when the first optical information recording medium is used, an infinite object distance light beam having a height of h from the optical axis is emitted from the objective optical element. The angle between the light beam and the optical axis in U is represented by U, and the unsatisfactory sine condition is SC1 (h) = h / sinU−f (f is the focal point of the objective optical element when the first optical information recording medium is used) When defined as “distance”, the sign of the unsatisfactory sine condition of the light beam passing through the outermost peripheral portion of the common area is positive.
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、前記対物光学素子の光学機能面上において、光軸を回転中心とした回折構造と、該光学機能面上の光情報記録媒体側の面において、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、前記共用領城と前記専用領域に隣接し、光軸にほぼ平行でかつ光軸に対し外側を向いた段差部が設けられていることを特徴とする。 The optical pickup device according to claim 7 includes a diffraction structure with an optical axis as a rotation center on an optical function surface of the objective optical element, and an optical axis on a surface on the optical information recording medium side on the optical function surface. And a shared area used for recording and / or reproducing information with respect to both the first optical information recording medium and the second optical information recording medium, and provided outside the shared area, A dedicated area used for recording and / or reproducing information with respect to the first optical information recording medium, adjacent to the shared castle and the dedicated area, substantially parallel to the optical axis and to the optical axis On the other hand, a stepped portion facing outward is provided.
請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記段差部の段差量ｄ２は、
０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
であることを特徴とする。
The optical pickup device according to claim 8 , wherein the step amount d2 of the step portion is:
0.000 mm <d2 ≦ 0.004 mm (15)
It is characterized by being.
本明細書中で用いる「回折構造」とは、対物レンズの表面に、レリーフを設けて、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせた部分のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、対物レンズの表面に、光軸を中心とする略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものであり、そのような形状を特に「回折輪帯」という。 The “diffractive structure” used in the present specification refers to a portion provided with a relief on the surface of the objective lens so as to condense or diverge a light beam by diffraction. As the shape of the relief, for example, the surface of the objective lens is formed as a substantially concentric annular zone centered on the optical axis, and each annular zone is shaped like a sawtooth if the cross section is viewed in a plane including the optical axis. Is known, but includes such a shape, and such a shape is particularly referred to as a “diffraction ring zone”.
本明細書中において、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において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。ここで、かかるレンズ群とは、少なくとも１枚以上（例えば２枚）のレンズを指すものである。従って、本明細書中において、対物レンズの光情報記録媒体側（像側）の開口数ＮＡとは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数ＮＡを指すものである。また、本明細書中では必要開口数ＮＡは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対物レンズの開口数を示す。 In this specification, the objective lens is, in a narrow sense, a light collecting action that is arranged to face the optical information recording medium at the position closest to the optical information recording medium when the optical information recording medium is loaded in the optical pickup device. In a broad sense, it refers to a lens group that can be operated at least in the optical axis direction by an actuator together with the lens. Here, the lens group refers to at least one lens (for example, two lenses). Therefore, in this specification, the numerical aperture NA on the optical information recording medium side (image side) of the objective lens refers to the numerical aperture NA of the lens surface closest to the optical information recording medium side of the objective lens. . Further, in this specification, the required numerical aperture NA is the numerical aperture specified by the standard of each optical information recording medium, or the information of the information depending on the wavelength of the light source used for each optical information recording medium. The numerical aperture of an objective lens having a diffraction limited performance capable of obtaining a spot diameter necessary for recording or reproduction is shown.
本明細書中において、第２の光情報記録媒体とは、例えば、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ，ＣＤ−ＲＯＭ等の各種ＣＤ系の光ディスクをいい、第１の光情報記録媒体とは、ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ等の各種ＤＶＤ系の光ディスクを意味するものである。更に、本明細書中で透明基板の厚さｔといった時は、ｔ＝０を含むものである。 In this specification, the second optical information recording medium refers to various optical discs such as CD-R, CD-RW, CD-Video, CD-ROM, etc., and the first optical information recording medium. The term “DVD-ROM”, “DVD-RAM”, “DVD-R”, “DVD-RW”, and “DVD-Video” refers to various DVD optical disks. Further, in this specification, the thickness t of the transparent substrate includes t = 0.
本発明によれば、コマ収差をバランス良く補正でき、異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物光学素子及び光ピックアップ装置並びに光情報記録再生装置を提供することができる。 According to the present invention, an objective optical element for an optical pickup device, an optical pickup device, and an optical information recording / reproducing device that can correct coma aberration in a well-balanced manner and can appropriately record or reproduce information on different optical information recording media. Can be provided.
以下、図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図４は、本実施の形態にかかる光情報記録再生装置又は光ピックアップ装置（２レーザ１パッケージモジュールタイプの光源を含む）の概略構成図である。図４においては、第１光源としての第１半導体レーザ１１１と第２光源としての第２半導体レーザ１１２とが、光軸に対して直交する同一基板の面上に取り付けられ１ユニットとして構成されている。第１半導体レーザ１１１（波長λ１＝６１０ｎｍ〜６７０ｎｍ）から出射されたビームは、光合波手段であるビームスプリッタ１２０を透過し、さらに絞り１７によって絞られ、対物レンズ１６により第１の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical information recording / reproducing apparatus or an optical pickup apparatus (including a two-laser / one-package module type light source) according to the present embodiment. In FIG. 4, a first semiconductor laser 111 as a first light source and a second semiconductor laser 112 as a second light source are mounted on the same substrate surface orthogonal to the optical axis and configured as one unit. Yes. A beam emitted from the first semiconductor laser 111 (wavelength λ1 = 610 nm to 670 nm) is transmitted through the beam splitter 120 which is an optical multiplexing unit, further narrowed by the diaphragm 17, and transparent by the objective lens 16 of the first optical disk 20. The light is condensed on the information recording surface 22 through the substrate 21.
そして情報記録面２２で情報ビットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７を透過して、ビームスプリッタ１２０に入射し、ここで反射され、シリンドリカルレンズ１８０で非点収差が与えられ、凹レンズ５０を介して光検出器３０上へ入射し、その出力信号を用いて、第１の光ディスク２０に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。 Then, the light beam modulated and reflected by the information bit on the information recording surface 22 passes through the objective lens 16 and the diaphragm 17 again, enters the beam splitter 120, is reflected there, and is given astigmatism by the cylindrical lens 180. Then, the light is incident on the photodetector 30 through the concave lens 50, and a read signal of information recorded on the first optical disc 20 is obtained using the output signal.
また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ（不図示）が第１の半導体レーザ１１１からの光束を第１の光ディスク２０の記録面２２上に結像するように対物レンズ１６を移動させると共に、半導体レーザ１１１からの光束を所定のトラックに結像するように対物レンズ１６を移動させる。 In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 30. Based on this detection, the two-dimensional actuator (not shown) moves the objective lens 16 so that the light beam from the first semiconductor laser 111 forms an image on the recording surface 22 of the first optical disc 20, and the semiconductor laser 111. The objective lens 16 is moved so that the light beam from the light beam is imaged on a predetermined track.
第２半導体レーザ１１２（波長λ１＝７４０ｎｍ〜８７０ｎｍ）から出射されたビームは、光合波手段であるビームスプリッタ１２０を透過し、さらに絞り１７、対物レンズ１６を介して第２の光ディスク２０の透明基板２１を介して情報記録面２２に集光される。 A beam emitted from the second semiconductor laser 112 (wavelength λ1 = 740 nm to 870 nm) is transmitted through the beam splitter 120 which is an optical multiplexing unit, and further passes through the diaphragm 17 and the objective lens 16 to form a transparent substrate of the second optical disk 20. The light is condensed on the information recording surface 22 via 21.
そして、情報記録面２２で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ１６、絞り１７、ビームスプリッタ１２０で反射され、シリンドリカルレンズ１８０で非点収差が与えられ、凹レンズ５０を介して光検出器３０上へ入射して、その出力信号を用いて、第２の光ディスク２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。 Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is reflected again by the objective lens 16, the diaphragm 17 and the beam splitter 120, is given astigmatism by the cylindrical lens 180, and passes through the concave lens 50. The light incident on the detector 30 is used to obtain a read signal of information recorded on the second optical disc 20 using the output signal.
また、光検出器３０上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、２次元アクチュエータ（不図示）により、合焦、トラッキングのために対物レンズ１６を移動させるようになっている。 Further, a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 30 is detected to detect focus and track, and a two-dimensional actuator (not shown) is used to focus and track the object. The lens 16 is moved.
尚、図４では対物レンズに発散光束が入射する光ピックアップ装置が示されているが、以下の実施例では対物レンズにＤＶＤ、ＣＤ各使用時において平行光束が入射する例を示す。従って第０面と第１面との面間隔は∞となっている。各半導体レーザ１１１，１１２とビームスプリッタ１２０との間にコリメートレンズが存在するケースを想定している。 Although FIG. 4 shows an optical pickup device in which a divergent light beam is incident on the objective lens, the following embodiment shows an example in which a parallel light beam is incident on the objective lens when each of the DVD and CD is used. Therefore, the surface interval between the 0th surface and the 1st surface is ∞. It is assumed that a collimating lens exists between each of the semiconductor lasers 111 and 112 and the beam splitter 120.
以下、上述の実施の形態に好適な実施例について説明する。
対物レンズの両面は［数１］で示される非球面である。ただし、Ｚは光軸方向の軸で、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数である。
Examples suitable for the above-described embodiment will be described below.
Both surfaces of the objective lens are aspherical surfaces represented by [Equation 1]. Here, Z is an axis in the optical axis direction, h is a height from the optical axis, r is a paraxial radius of curvature, κ is a conical coefficient, and A 2i is an aspheric coefficient.
又、本明細書中で用いる局所曲率Ｒ（ｈ）については、［数２］で定義する。 The local curvature R (h) used in this specification is defined by [Equation 2].
更に、対物レンズの光源側非球面の表面には回折構造が一体で形成されている。この回折構造は、ブレーズ化波長λＢに対する光路差関数Φにより単位をｍｍとして［数３］で表される。この２次係数が回折部分の近軸的なパワーが表される。また、２次以外の係数、例えば４次、６次係数等で球面収差を制御できる。ここで制御できるとは、屈折部分が有する球面収差を回折部分で逆特性の球面収差を持たせてトータルとして球面収差を補正したり、回折部分の球面収差を操作してトータルの球面収差を所望のフレア量にすることを意味する。この場合、温度変化時の球面収差も、屈折部分の球面収差の温度変化と回折部分の球面収差変化のトータルと考えることが出来る。 Furthermore, a diffractive structure is integrally formed on the light source side aspheric surface of the objective lens. This diffractive structure is expressed by [Equation 3] where the unit is mm by the optical path difference function Φ with respect to the blazed wavelength λB. This second order coefficient represents the paraxial power of the diffraction part. Further, spherical aberration can be controlled by a coefficient other than the second order, for example, a fourth order or sixth order coefficient. Controllable here means that the spherical aberration of the refracting part is added to the diffractive part with the opposite spherical aberration to correct the spherical aberration, or the spherical aberration of the diffractive part is manipulated to obtain the total spherical aberration. It means to make the amount of flare. In this case, the spherical aberration at the time of temperature change can also be considered as the total of the temperature change of the spherical aberration of the refracted part and the spherical aberration change of the diffractive part.
（参考例１）
本参考例１においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側の面に２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。表２に、本参考例１にかかる対物レンズのレンズデータを示す。
( Reference Example 1 )
In Reference Example 1 , two optical functional surfaces are formed on the light source side surface of the objective lens as the objective optical element. The optical functional surface including the optical axis is formed with an inner optical functional surface (common area) in which spherical aberration is corrected when using DVD and CD, and the outer optical functional surface is corrected with spherical aberration when using DVD and When the CD is used in the best focus state, a dedicated area is formed in which the light beam that has passed through the optical function surface becomes flare light on the surface of the optical information recording medium. Table 2 shows lens data of the objective lens according to the first reference example .
なお、本参考例１の対物レンズでは前述の設計をしているため、ＤＶＤとＣＤとで絞り径は同一でも光情報記録媒体面上では必要とされるメインスポット径が得られる。ＣＤ軸外コマ収差値に関しては、メインスポット光と専用領域とに形成されるフレアー光の距離のオーダーがスポット径の１０倍程度あるので、共用領域のみの光束に対して評価を行っている。 Since the objective lens of the first reference example has the above-described design, the main spot diameter required on the optical information recording medium surface can be obtained even if the aperture diameter is the same for DVD and CD. Regarding the CD off-axis coma aberration value, since the order of the distance between the flare light formed in the main spot light and the dedicated area is about 10 times the spot diameter, the evaluation is performed for the light flux only in the common area.
このように、透明基板厚さ時の各正弦条件不満足量を両方ともゼロにすることが原理的に不可能な中で、ＤＶＤ／ＣＤそれぞれの軸外コマ収差のバランスを取った設計とすることが出来た。図６にもあるように、ＣＤ正弦条件不満足量設計に着目すると、共用領域内では正弦条件不満足量自体は概ね大きいが、そのカーブ設計自体を制御し軸外コマ収差を比較的小さくできた。ＤＶＤにおける正弦条件不満足量が本参考例１では完全にゼロを目指したものでは無いが、結果としてのＤＶＤ軸外コマ収差も実用上問題ないレベルで抑えることが出来た。尚、図６中、ｈ、ｈ１，ｈ２，ｈｍａｘは請求の範囲で用いた符号に対応する。また、請求項に定義した値は参考例１では、以下の通りである。
SC1max 0.006mm
SC2max 0.024mm
SC1(hmax) 0.007mm
SC1(h0) 0.004mm
SC1(h0/2) -0.006mm
SC2(h0) -0.024mm
SC2(h0/2) -0.012mm
In this way, it is impossible in principle to make both sine condition dissatisfaction amounts at the time of transparent substrate thickness zero, and the design should balance off-axis coma aberration of each DVD / CD. Was made. As shown in FIG. 6, when focusing on the CD sine condition unsatisfactory amount design, the sine condition unsatisfactory amount itself is generally large in the common area, but the curve design itself can be controlled to relatively reduce the off-axis coma aberration. Although the amount of unsatisfactory sine condition in DVD was not aimed at zero in Reference Example 1 , the resulting DVD off-axis coma aberration could be suppressed to a level that was not problematic in practice. In FIG. 6, h, h1, h2, and hmax correspond to the symbols used in the claims. The values defined in the claims are as follows in Reference Example 1 .
SC1max 0.006mm
SC2max 0.024mm
SC1 (hmax) 0.007mm
SC1 (h0) 0.004mm
SC1 (h0 / 2) -0.006mm
SC2 (h0) -0.024mm
SC2 (h0 / 2) -0.012mm
（参考例２）
本参考例２においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側と光情報記録媒体側の両方の面に、２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ、ＣＤそれぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。また共用領域と専用領域との間には、図９に示すような段差部が設けられている。表３に、本参考例２にかかる対物レンズのレンズデータを示す。
( Reference Example 2 )
In Reference Example 2 , two optical functional surfaces are formed on both the light source side and the optical information recording medium side of an objective lens as an objective optical element. The optical functional surface including the optical axis is formed with an inner optical functional surface (common area) in which spherical aberration is corrected when using DVD and CD, and the outer optical functional surface is corrected with spherical aberration when using DVD and When the CD is used in the best focus state, a dedicated area is formed in which the light beam that has passed through the optical function surface becomes flare light on the surface of the optical information recording medium. Further, a step as shown in FIG. 9 is provided between the shared area and the dedicated area. Table 3 shows lens data of the objective lens according to the second reference example .
図７、図８に、参考例２についてそれぞれ球面収差図と正弦条件不満足量の図を示す。横軸の単位はｍｍである。 7 and 8 show a spherical aberration diagram and a sine condition unsatisfactory diagram for Reference Example 2 , respectively. The unit of the horizontal axis is mm.
本参考例２では、ＤＶＤ軸外コマ収差の劣化を抑えつつ、ＣＤ軸外コマ収差を改善する対物レンズ設計を行った。本参考例２ではこの要件を満たす図８に示した正弦条件不満足量を見出した。その結果、画角１°で平行光束が入射する場合のＤＶＤ使用時におけるコマ収差（ＣＯＭＡ１）は０．００６λ１ｒｍｓ、ＣＤ使用時におけるコマ収差（ＣＯＭＡ２）は０．００８λ２ｒｍｓとすることが出来た。尚、請求項に定義した値は参考例２では、以下の通りである。
SC1max ０．０１２mm
SC2max ０．０１５mm
SC1(hmax) −０．００１mm
SC1(h0) ０．０１２mm
SC1(h0/2) −０．００１mm
SC2(h0) −０．０１４mm
SC2(h0/2) −０．００６mm
ＳＣ１Dmin −０．００２mm
ＳＣ１Smin −０．００１mm
ＳＣ１out（ｈ０） −０．００１mm
ｄ１ ０．００１mm
ｄ２ ０．００２mm
ｈCDNA １．５８９mm
In Reference Example 2 , an objective lens design that improves CD off-axis coma while suppressing deterioration of DVD off-axis coma was performed. In Reference Example 2 , the unsatisfactory amount of the sine condition shown in FIG. 8 that satisfies this requirement was found. As a result, the coma aberration (COMA1) when using a DVD when a parallel light beam is incident at an angle of view of 1 ° was 0.006λ1 rms, and the coma aberration (COMA2) when using a CD was 0.008λ2 rms. The values defined in the claims are as follows in Reference Example 2 .
SC1max 0.012mm
SC2max 0.015mm
SC1 (hmax) -0.001mm
SC1 (h0) 0.012mm
SC1 (h0 / 2) -0.001mm
SC2 (h0) -0.014mm
SC2 (h0 / 2) -0.006mm
SC1Dmin -0.002mm
SC1Smin -0.001mm
SC1out ( h0 ) -0.001mm
d1 0.001mm
d2 0.002mm
hCDNA 1.589mm
（実施例１）
本実施例においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側と光情報記録媒体側の両方の面に、２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ（光源波長６５５ｎｍ)、ＣＤ（光源波長７８５ｎｍ）それぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。表４に、本実施例にかかる対物レンズのレンズデータを示す。
(Example 1 )
In this embodiment, two optical functional surfaces are formed on both the light source side and the optical information recording medium side of the objective lens as the objective optical element. The optical functional surface including the optical axis is formed with an inner optical functional surface (common area) in which spherical aberration is corrected when each of the DVD (light source wavelength 655 nm) and CD (light source wavelength 785 nm) is used. Is formed with a dedicated area in which the spherical aberration is corrected when the DVD is used and the light beam that has passed through the optical function surface becomes flare light on the surface of the optical information recording medium when the CD is used in the best focus state. Table 4 shows lens data of the objective lens according to the present example.
図１１及び１２に、実施例１についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における正弦条件不満足量の図を示す。又、図１３及び１４に、実施例１についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における球面収差図を示す。横軸の単位はｍｍである。 11 and 12 are diagrams showing the unsatisfactory amount of the sine condition when DVD and CD are used in Example 1. FIG. FIGS. 13 and 14 show spherical aberration diagrams of Example 1 when using DVD and CD. The unit of the horizontal axis is mm.
本実施例１では、ＤＶＤ使用時には対物レンズに無限光束が入射するようにし、ＣＤ使用時には発散有限光束を入射するようにしている。ＤＶＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、無限倍率であり、ＣＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、ｍ＝−１／１５．３である。尚、請求項に定義した値は、本実施例１では、以下の通りである。
SC1max ０．００５
SC2max ０．０５３
SC1(hmax) −０．００１
SC1(h0) ０．００１
SC1(h0/2) −０．００４
SC2(h0) −０．０５３
SC2(h0/2) −０．０１４
In the first embodiment, an infinite luminous flux is incident on the objective lens when the DVD is used, and a divergent finite luminous flux is incident when the CD is used. The imaging magnification of the objective lens when using the DVD is infinite, and the imaging magnification of the objective lens when using the CD is m = −1 / 15.3. The values defined in the claims are as follows in the first embodiment.
SC1max 0.005
SC2max 0.053
SC1 (hmax) -0.001
SC1 (h0) 0.001
SC1 (h0 / 2) -0.004
SC2 (h0) -0.053
SC2 (h0 / 2) -0.014
（実施例２）
本実施例においては、対物光学素子としての対物レンズの光源側と光情報記録媒体側の両方の面に、２つの光学機能面が形成されている。光軸を含む光学機能面は、ＤＶＤ（光源波長６６０ｎｍ）、ＣＤ（光源波長７８８ｎｍ）それぞれの使用時における球面収差を補正した内側光学機能面（共用領域）が形成され、その外側の光学機能面は、ＤＶＤ使用時に球面収差補正され且つベストフォーカス状態でのＣＤ使用時にはかかる光学機能面を通過した光束が光情報記録媒体面上でフレアー光となる専用領域が形成されている。表５に、本実施例にかかる対物レンズのレンズデータを示す。
(Example 2 )
In this embodiment, two optical functional surfaces are formed on both the light source side and the optical information recording medium side of the objective lens as the objective optical element. The optical functional surface including the optical axis is formed with an inner optical functional surface (common area) in which spherical aberration is corrected when each of the DVD (light source wavelength 660 nm) and CD (light source wavelength 788 nm) is used. Is formed with a dedicated area in which the spherical aberration is corrected when the DVD is used and the light beam that has passed through the optical function surface becomes flare light on the surface of the optical information recording medium when the CD is used in the best focus state. Table 5 shows lens data of the objective lens according to the present example.
図１５及び１６に、実施例２についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における正弦条件不満足量の図を示す。又、図１７及び１８に、実施例２についてＤＶＤ及びＣＤ使用時における球面収差図を示す。横軸の単位はｍｍである。 15 and 16 are diagrams showing the unsatisfactory amount of the sine condition when DVD and CD are used in Example 2. FIG. 17 and 18 show spherical aberration diagrams of Example 2 when using DVD and CD. The unit of the horizontal axis is mm.
本実施例２では、ＤＶＤ使用時には対物レンズに無限光束が入射するようにし、ＣＤ使用時には発散有限光束を入射するようにしている。ＤＶＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、無限倍率であり、ＣＤ使用時における対物レンズの結像倍率は、ｍ＝−１／１３．２である。尚、請求項に定義した値は、本実施例２では、以下の通りである。
SC1max ０．０１６
SC2max ０．０８０
SC1(hmax) ０．００１
SC1(h0) −０．００３
SC1(h0/2) −０．０１１
SC2(h0) −０．０８０
SC2(h0/2) −０．０２６
In the second embodiment, at the time of DVD used as an infinite light flux enters the objective lens, at the time of CD used so that incident divergent finite light flux. The imaging magnification of the objective lens when using the DVD is infinite, and the imaging magnification of the objective lens when using the CD is m = −1 / 13.2. The values defined in the claims are as follows in the second embodiment.
SC1max 0.016
SC2max 0.080
SC1 (hmax) 0.001
SC1 (h0) -0.003
SC1 (h0 / 2) -0.011
SC2 (h0) -0.080
SC2 (h0 / 2) -0.026
なお、本発明は上記実施の形態に限定されない。対物レンズの光源側の面を回折構造としたが、これに限らずに回折構造を設けなくとも良く、例えばＤＶＤの正弦条件不満足量を実施例のように設定すれば良い。また、２レーザー１パッケージモジュール光源としたが、モジュールされていないディスクリート光ピックアップ装置についても適用は可能である。更に、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面を同一の非球面で構成しているが、これに限らない。この面も２つの光学機能面を設けて、専用領域共用領域それぞれの球面収差設計、正弦条件不満足量設計を行っても良い。 The present invention is not limited to the above embodiment. The surface on the light source side of the objective lens has a diffractive structure. However, the present invention is not limited to this, and the sine condition unsatisfactory amount of the DVD may be set as in the embodiment. Further, although the two-laser one-package module light source is used, the present invention can also be applied to a discrete optical pickup device that is not modularized. Furthermore, although the optical surface of the objective lens on the optical information recording medium side is composed of the same aspherical surface, the present invention is not limited to this. This surface may also be provided with two optical function surfaces to perform the spherical aberration design and the sine condition unsatisfactory design for each of the dedicated area shared areas.
以上、対物レンズの設計における正弦条件不満足量を述べてきた。これに対し、実際の対物レンズ作成時には作成誤差が生じるため、例えば対物レンズの面シフトが生じると、軸上光束に対してもコマ収差成分が発生する。この場合でも、ＤＶＤとＣＤとの軸外コマ収差のバランス設計という意味では、本発明の要件を満たす設計が好ましいことは言うまでもない。また回折設計次数はＤＶＤ、ＣＤ及び専用領域、共用領域共に回折次数を１次回折光を利用する設計としたが、これに限らない。高次の回折次数を用いてもよいし、あるいは／及びＤＶＤとＣＤとで異次回折次数光を利用する設計としても良い。 The sine condition dissatisfaction amount in the design of the objective lens has been described above. On the other hand, since a production error occurs when an actual objective lens is produced, for example, when a surface shift of the objective lens occurs, a coma aberration component is also generated for an axial light beam. Even in this case, it goes without saying that a design that satisfies the requirements of the present invention is preferable in terms of a balance design of off-axis coma aberration between DVD and CD. The diffraction design order is designed to use the first-order diffracted light as the diffraction order for the DVD, CD, the dedicated area, and the shared area, but is not limited thereto. Higher diffraction orders may be used, or / and a DVD and CD may be designed to use different order diffraction orders.
１１１ 第１半導体レーザ
１１２ 第２半導体レーザ
１６ 対物レンズ
１７ 絞り
２０ 光情報記録媒体（ＤＶＤ又はＣＤ）
３０ 光検出器
111 First Semiconductor Laser 112 Second Semiconductor Laser 16 Objective Lens 17 Aperture 20 Optical Information Recording Medium (DVD or CD)
30 photodetectors
Claims (8)
前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ0、正弦条件不満足量をＳＣ１out（ｈ0）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
ＳＣ１（ｈ0／２）≦ＳＣ１out（ｈ0） （１２）
ＳＣ１（ｈ0／２）≦０ （１３）
を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置の対物光学素子。 A first light source having a wavelength λ1 for recording or reproducing information by irradiating a light beam onto a first optical information recording medium having a transparent substrate thickness t1, and a transparent substrate having a thickness t2 (t1 A second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2) for recording or reproducing information by irradiating the second optical information recording medium with <t2) with a light beam, and the first and second And a condensing optical system including an objective optical element that condenses the light beam emitted from the light source on the information recording surface via the transparent substrates of the first and second optical information recording media. Objective optical element,
The objective optical element has an objective lens that condenses the light flux from the first or second light source, and an optical function surface that gives an optical action to the light flux,
The optical function surface of the objective optical element includes an optical axis and a common area used for recording and / or reproducing information with respect to both the first optical information recording medium and the second optical information recording medium. A dedicated area provided outside the shared area and mainly used for recording and / or reproducing information with respect to the first optical information recording medium,
In the first optical information recording medium, the objective optical element forms a spot diameter on the first optical information recording medium determined from an effective diameter and a focal length of the objective optical element,
When using the first optical information recording medium, when an infinite object distance light beam having a height h from the optical axis is emitted from the objective optical element, an angle formed between the light beam and the optical axis after emission is determined. When U is defined and the unsatisfactory sine condition is defined as SC1 (h) = h / sinU−f (f is the focal length of the objective optical element when the first optical information recording medium is used), The height of the light beam passing through the innermost peripheral part is h 0 , the sine condition unsatisfactory amount is SC1 out (h 0 ), and the optical axis of the light beam passing through the outermost peripheral part of the effective diameter of the objective optical element If the height from is hmax,
SC1 (h 0/2) ≦ SC1 out (h 0) (12)
SC1 (h 0/2) ≦ 0 (13)
And the focal length f when the first optical information recording medium is used is 2.16 mm or less .
０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
であることを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置の対物光学素子。 The step amount d2 of the step portion is
0.000 mm <d2 ≦ 0.004 mm (15)
The objective optical element of the optical pickup device according to claim 3, wherein the objective optical element is an optical element.
前記対物光学素子は、前記第１又は前記第２の光源からの光束を集光する対物レンズと、前記光束に光学的作用を与える光学機能面とを有し、
前記対物光学素子の光学機能面は、光軸を含み且つ前記第１の光情報記録媒体と前記第２の光情報記録媒体の両方に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる共用領域と、該共用領域の外側に設けられ、主に前記第１の光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生に用いられる専用領域とを有し、
前記対物光学素子は、前記第１の光情報記録媒体において、有効径と前記対物光学素子の焦点距離とから定められる前記第１の光情報記録媒体上のスポット径を形成するとともに、
前記第１の光情報記録媒体の使用時において、光軸からの高さがｈの無限物体距離光線が前記対物光学素子から出射したときに、出射後における該光線と光軸とのなす角をＵで表し、且つ正弦条件不満足量をＳＣ１（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎＵ−ｆ（ｆは第１の光情報記録媒体使用時における前記対物光学素子の焦点距離）と定義した場合、前記専用領域の最内周部を通過する光線の、光軸からの高さをｈ0、正弦条件不満足量をＳＣ１out（ｈ0）、前記対物光学素子の有効径の最外周部を通過する光線の光軸からの高さをｈｍａｘとすると、
ＳＣ１（ｈ0／２）≦ＳＣ１out（ｈ0） （１２）
ＳＣ１（ｈ0／２）≦０ （１３）
を満たし、前記第１の光情報記録媒体の使用時の焦点距離ｆは２．１６ｍｍ以下であることを特徴とする光ピックアップ装置。 A first light source having a wavelength λ1 for recording or reproducing information by irradiating a light beam onto a first optical information recording medium having a transparent substrate thickness t1, and a transparent substrate having a thickness t2 (t1 A second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2) for recording or reproducing information by irradiating the second optical information recording medium with <t2) with a light beam, and the first and second And a condensing optical system including an objective optical element that condenses the light beam emitted from the light source on the information recording surface via the transparent substrates of the first and second optical information recording media. Because
The objective optical element has an objective lens that condenses the light flux from the first or second light source, and an optical function surface that gives an optical action to the light flux,
The optical function surface of the objective optical element includes an optical axis and a common area used for recording and / or reproducing information with respect to both the first optical information recording medium and the second optical information recording medium. A dedicated area provided outside the shared area and mainly used for recording and / or reproducing information with respect to the first optical information recording medium,
In the first optical information recording medium, the objective optical element forms a spot diameter on the first optical information recording medium determined from an effective diameter and a focal length of the objective optical element,
When using the first optical information recording medium, when an infinite object distance light beam having a height h from the optical axis is emitted from the objective optical element, an angle formed between the light beam and the optical axis after emission is determined. When U is defined and the unsatisfactory sine condition is defined as SC1 (h) = h / sinU−f (f is the focal length of the objective optical element when the first optical information recording medium is used), The height of the light beam passing through the innermost peripheral part is h 0 , the sine condition unsatisfactory amount is SC1 out (h 0 ), and the optical axis of the light beam passing through the outermost peripheral part of the effective diameter of the objective optical element If the height from is hmax,
SC1 (h 0/2) ≦ SC1 out (h 0) (12)
SC1 (h 0/2) ≦ 0 (13)
And the focal length f when using the first optical information recording medium is 2.16 mm or less .
０．０００ｍｍ＜ｄ２≦０．００４ｍｍ （１５）
であることを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。 The step amount d2 of the step portion is
0.000 mm <d2 ≦ 0.004 mm (15)
The optical pickup device according to claim 7, wherein:
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