JP5706839B2 - Objective lens and optical pickup using the same - Google Patents

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Description

本発明は、光情報記録媒体へ情報を記録再生する光ピックアップとそれに用いられる対物レンズに関し、さらに詳細には、記録密度の異なる複数の情報記録媒体に対して互換性を有する対物レンズに関する。   The present invention relates to an optical pickup for recording / reproducing information on / from an optical information recording medium and an objective lens used therefor, and more particularly to an objective lens having compatibility with a plurality of information recording media having different recording densities.

光ディスクに代表される光情報記録媒体は、音楽や映像などの民生用としては、CD(Compact Disc)に始まり、DVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu−ray Disc)と大容量化されてきた。CDは主に音楽用、DVDは標準画質のビデオ用、BDはハイビジョン動画用として用いられている。DVDやBDが新たに製品化される際に、常に業界で配慮されて来たのは下位互換性である。DVDの記録再生装置ではCDを記録再生できるように、BDの記録再生装置ではDVDやCDを記録再生できるように、常に過去のコンテンツを新しいシステムにおいて参照できるように媒体構造や装置が工夫されてきた。   Optical information recording media represented by optical disks have been increased in capacity from CD (Compact Disc) to DVD (Digital Versatile Disc) and BD (Blu-ray Disc) for consumer use such as music and video. . CD is mainly used for music, DVD is used for standard-definition video, and BD is used for high-definition video. It is backward compatibility that has always been considered in the industry when DVDs and BDs are newly commercialized. The medium structure and apparatus have been devised so that past contents can always be referred to in a new system so that a DVD recording / reproducing apparatus can record / reproduce a CD and a BD recording / reproducing apparatus can record / reproduce a DVD or CD. It was.

DVDではCDとの互換性をとれるように、対物レンズに位相シフトや回折作用などのための輪帯位相シフト構造が導入された。これによりレーザ光源は赤色と赤外の2つであっても、1つの対物レンズでDVDとCDの両方の光ディスクの記録再生ができるようになっている。しかし、BDではBD専用レンズとDVD/CD互換レンズの2つの対物レンズをレンズアクチュエータに搭載するのがまだ一般的である。これは、輪帯位相シフト構造では2種類の波長の収差性能を両立することができても、3つの波長ですべて満足することが困難であるからである。しかし、転送速度の高速化や、ピックアップ装置、ドライブ装置の小型化、低価格化に向けて、BDを含めて単一の対物レンズで対応する3波長互換レンズの要求が高まっている。   In DVD, an annular phase shift structure for phase shift and diffraction action has been introduced to the objective lens so that compatibility with CD can be achieved. As a result, even if there are two laser light sources, red and infrared, it is possible to record and reproduce both DVD and CD optical disks with a single objective lens. However, in BD, it is still common to mount two objective lenses, a BD dedicated lens and a DVD / CD compatible lens, on a lens actuator. This is because it is difficult for the annular phase shift structure to satisfy all three wavelengths even if the aberration performance of two types of wavelengths can be achieved. However, there is an increasing demand for a three-wavelength compatible lens that can be handled by a single objective lens including a BD in order to increase the transfer speed, reduce the size of the pickup device, and the drive device, and reduce the price.

この要求に応えるために、例えば、特許文献1と特許文献2では、対物レンズに入射する光線の発散度合いと収束度合いを波長によって可変させるとともに、回折レンズ素子を組み合わせる構成が提案されている。特に特許文献2では、第1光路差付与構造と第2光路差付与構造を導入し、最も短い波長のそれぞれ奇数倍と偶数倍に0.1波長以内の誤差で光路差を付与することが述べられている。また特許文献3では、3つの波長についてすべて平行光を入射させるとともに、輪帯状回折面を組み合わせる構成が提案されている。   In order to meet this requirement, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 propose a configuration in which the degree of divergence and convergence of light incident on the objective lens is varied depending on the wavelength and the diffractive lens element is combined. In particular, Patent Document 2 describes that the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are introduced, and the optical path difference is given to each of the odd and even multiples of the shortest wavelength with an error within 0.1 wavelength. It has been. Patent Document 3 proposes a configuration in which parallel light is incident on all three wavelengths and an annular diffractive surface is combined.

さらに特許文献4では、基本的にBD専用対物レンズと別体として想定された位相補償板において、BDの波長の整数倍の光路差を与える非周期的位相構造を用いて、位相シフトによりDVDとCDの収差を低減するとともに、副次的な非周期的位相構造や、非周期的位相構造を輪帯ごとに非球面とすることによりBDでの収差を許容範囲内で劣化させて、DVDとCDの収差を低減する方法が提案されている。   Further, Patent Document 4 basically uses a non-periodic phase structure that gives an optical path difference that is an integral multiple of the wavelength of the BD in a phase compensation plate that is assumed to be a separate body from the BD-dedicated objective lens. In addition to reducing the aberration of the CD, by making the secondary aperiodic phase structure and the aperiodic phase structure an aspheric surface for each ring zone, the aberration in the BD is deteriorated within an allowable range. A method for reducing the aberration of CD has been proposed.

また特許文献5では、特許文献2と類似した第1光路差付与構造と第2光路差付与構造を用い、実施例1においてレンズに対し平行光を入射してBD、DVD、CDに集光するレンズの設計例が提案されている。ここではBD/DVD/CD共用領域に当たる中央領域において異なる光路差関数で表される2つの回折構造が第1光路差付与構造としてレンズの入射面側に重ねられており、BD/DVD共用領域に当たる中間領域において異なる光路差関数で表される3つの回折構造が第2光路差付与構造として同じくレンズの入射面側に重ねられていることが示されている。出射面側は輪帯位相シフト構造のない単一の非球面構造である。   In Patent Document 5, the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure similar to Patent Document 2 are used, and parallel light is incident on the lens in Example 1 to be condensed on the BD, DVD, and CD. Lens design examples have been proposed. Here, two diffractive structures represented by different optical path difference functions in the central area corresponding to the BD / DVD / CD common area are overlapped on the incident surface side of the lens as the first optical path difference providing structure, and correspond to the BD / DVD common area. It is shown that three diffractive structures represented by different optical path difference functions in the intermediate region are also superimposed on the incident surface side of the lens as the second optical path difference providing structure. The exit surface side is a single aspherical structure without an annular phase shift structure.

特許第4062742号公報Japanese Patent No. 4062742 特許第3957003号公報Japanese Patent No. 3957003 特許第4099662号公報Japanese Patent No. 4099662 特表2008−524639号公報Japanese translation of PCT publication No. 2008-524639 特開2011−96350号公報JP 2011-96350 A

特許文献1および2に開示されている構成では、対物レンズに入射する光線が平行光でないことが問題となる場合がある。光ディスクをドライブ装置に装着する場合に、ディスクを回転させるスピンドルモータの回転中心は、ディスクの情報トラックの曲率中心とは必ずしも一致しない。これは光ディスクのような可換媒体を用いる情報記録装置においては不可避のことであり、これに伴って静止している光ピックアップと回転している光ディスクの情報トラックは相対的に位置ずれを生じる。   In the configurations disclosed in Patent Documents 1 and 2, there may be a problem that the light beam incident on the objective lens is not parallel light. When the optical disk is mounted on the drive device, the center of rotation of the spindle motor that rotates the disk does not necessarily coincide with the center of curvature of the information track of the disk. This is unavoidable in an information recording apparatus using a replaceable medium such as an optical disk, and accordingly, the information track of the stationary optical pickup and the rotating optical disk is relatively displaced.

光ピックアップではこの相対的な位置ずれを補償するために、情報トラックと集光スポットの位置ずれをトラッキング誤差信号として検出し、この信号によって対物レンズを搭載したアクチュエータを駆動している。これによって光スポットは信号再生の間、常に情報トラックを追随することが可能となり、連続的な情報再生を可能としている。しかしながら、スポットを動かすためにアクチュエータでレンズを動かす際に、レンズに入射している光束が平行光であれば、レンズが動いても波面収差は発生しないが、レンズに入射している光束が収束光や発散光となっていると、レンズ移動に伴って対物レンズの主光線が傾くためにコマ収差が発生する。   In order to compensate for this relative positional deviation, the optical pickup detects the positional deviation between the information track and the focused spot as a tracking error signal, and drives the actuator equipped with the objective lens by this signal. As a result, the light spot can always follow the information track during signal reproduction, thereby enabling continuous information reproduction. However, when moving the lens with an actuator to move the spot, if the light beam incident on the lens is parallel light, no wavefront aberration occurs even if the lens moves, but the light beam incident on the lens converges. When light or diverging light is used, coma aberration occurs because the principal ray of the objective lens tilts as the lens moves.

特に、BDのようなNAの大きいレンズではその影響は深刻である。従って入射光線は平行光であることが望ましい。なお、特許文献1では実施例6が、3波長がすべて倍率0で平行光であるが、収差を補正するための回折面はカップリングレンズにある例であり、対物レンズに入射する光束は発散光や収束光にはなっていないものの、球面収差のある波面となっていると考えられる。この場合にはレンズが動くとコマ収差の発生を招き、やはり好ましくない。また回折作用を用いる複数波長用の互換レンズ素子では、複数の波長で同時に回折効率を100%にすることができず、利用効率が低下するという問題点がある。   In particular, the influence is serious in a lens with a large NA such as BD. Therefore, it is desirable that the incident light is parallel light. In Patent Document 1, Example 6 is parallel light with all three wavelengths being a magnification of 0, but the diffraction surface for correcting aberration is an example in the coupling lens, and the light beam incident on the objective lens is divergent. Although it is not light or convergent light, it is considered that the wavefront has spherical aberration. In this case, movement of the lens causes coma aberration, which is not preferable. In addition, a compatible lens element for a plurality of wavelengths using a diffractive action has a problem that the diffraction efficiency cannot be made 100% at a plurality of wavelengths at the same time, and the utilization efficiency is lowered.

また特許文献2では、2種類の光路差付与構造に最も短い波長の奇数倍と偶数倍の光路差を付与することが述べられているが、本願出願人の解析では、BD、DVD、CDを再生する単レンズで入射光をすべて平行光とする場合には、そのような条件での解を見つけることができなかった。また特許文献2の実施例では、いずれも回折レンズ面を必要としており、やはり複数波長での利用効率の低下が問題となる。   Patent Document 2 states that two types of optical path difference providing structures are provided with an optical path difference that is an odd multiple of the shortest wavelength and an even multiple of the shortest wavelength. When all the incident light is parallel light with a single lens to be reproduced, a solution under such conditions could not be found. In each of the examples of Patent Document 2, a diffractive lens surface is required, and a decrease in utilization efficiency at a plurality of wavelengths is also a problem.

特許文献3に開示されている構成では、レンズに入射する光束は3波長とも平行光であるが、実施例にはBD、DVD、CDの波長とNAに該当するものがなく、本願出願人が提起する解決すべき課題に対応した設計例が開示されていない。また特許文献3の実施例では、いずれも回折レンズ面を必要としており、やはり複数波長での利用効率の低下が問題となる。   In the configuration disclosed in Patent Document 3, the light beam incident on the lens is parallel light for all three wavelengths, but none of the examples corresponds to the wavelength and NA of BD, DVD, and CD. A design example corresponding to the problem to be solved is not disclosed. In each of the examples of Patent Document 3, a diffractive lens surface is required, and a decrease in utilization efficiency at a plurality of wavelengths is also a problem.

特許文献4に開示されている構成では、BD収差を劣化させる副次的段差構造を導入するとは言え、BD波長の整数倍の光路差を与える階段構造が基本となっているため、位相構造の設計の自由度が少ない。さらに階段のステップ面をどのような非球面にするのかについても何ら指針がない。このため十分な収差低減効果が得られない懸念がある。また、輪帯位相シフト構造を非球面とするときの自動設計のための変数の設定の開示がない。さらに特許文献4では、位相シフトによって収差を低減するという観点から、補正できる収差量が本質的に小さいという問題点がある。実質的な作動距離(ワーキングディスタンス)の確保のためにはBDに対するCDのデフォーカス量は5λではまだ不足であり、30λ程度は必要であろうと考えられる。   In the configuration disclosed in Patent Document 4, although a secondary step structure that degrades BD aberration is introduced, a staircase structure that provides an optical path difference that is an integral multiple of the BD wavelength is fundamental. There is little freedom of design. Furthermore, there is no guideline about what kind of aspheric surface the step surface of the stairs is. For this reason, there is a concern that a sufficient aberration reduction effect cannot be obtained. Moreover, there is no disclosure of setting of variables for automatic design when the annular phase shift structure is aspherical. Furthermore, Patent Document 4 has a problem that the amount of aberration that can be corrected is essentially small from the viewpoint of reducing aberration by phase shift. In order to secure a substantial working distance (working distance), the defocus amount of the CD with respect to the BD is still insufficient at 5λ, and about 30λ may be necessary.

特許文献5に開示されている構成では、基本的に回折構造を用いて光路差付与構造を構成しており、回折構造では基本的に不要な回折次数への光エネルギーの分散による光利用効率の低下が不可避である問題がある。いわゆるブレーズ格子構造を用いることにより、特定波長に対して原理的に回折効率を100%にすることは可能ではあるが、異なる波長の光で共用するためにはすべての波長でブレーズ条件を両立することはできない。   In the configuration disclosed in Patent Document 5, an optical path difference providing structure is basically configured by using a diffractive structure, and the light utilization efficiency due to the dispersion of light energy to diffraction orders that are basically unnecessary in the diffractive structure. There is a problem that decline is inevitable. By using a so-called blazed grating structure, it is possible in principle to set the diffraction efficiency to 100% for a specific wavelength. However, in order to share light of different wavelengths, the blaze conditions are compatible at all wavelengths. It is not possible.

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、BD、DVD、CDのいずれの光ディスクに平行光が入射する場合にも、その収差を十分に低減する単一の対物レンズを提供することを目的とする。その際、回折効率の波長依存性による利用効率低下が見込まれる回折素子を用いることなく、輪帯位相シフト構造による位相シフトを用いて互換を図るとともに、CDの作動距離を十分に確保することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the prior art, and a single objective that sufficiently reduces aberrations when parallel light is incident on any of BD, DVD, and CD optical disks. The object is to provide a lens. At that time, without using a diffraction element whose use efficiency is expected to decrease due to the wavelength dependence of diffraction efficiency, compatibility is achieved by using a phase shift by an annular phase shift structure, and a sufficient CD working distance is secured. Objective.

前記目的を達成するために、本発明の対物レンズは以下の構成とする。まず前提としては、波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光する。   In order to achieve the above object, the objective lens of the present invention has the following configuration. First, as a premise, laser beams having three wavelengths λ1, λ2, and λ3 (λ1 <λ2 <λ3) are incident as parallel lights, respectively, and the thicknesses of the first, second, and third optical information recording media are respectively determined. Light is condensed with numerical apertures NA1, NA2, and NA3 (NA1> NA2> NA3) through the transparent medium layers t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3), respectively.

最内周の第1のレンズ領域では、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳されている。   The innermost first lens region is composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles with the optical axis as the center, and gives different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and is uniform within the region. The first, second, and third annular phase shift structures that give a large phase difference are superimposed on one lens surface.

前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置される第2のレンズ領域では、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加されている。   The second lens region arranged annularly outside the first lens region is composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles with the optical axis as the center, and the adjacent region is dependent on the wavelength. A fourth annular phase shift structure is provided which gives different phase differences and gives a uniform phase difference in the region.

さらに前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置される第3のレンズ領域では、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を平行光で入射して集光できるように波面収差が最適化された非球面レンズ形状とする。   Further, in the third lens region that is annularly arranged outside the second lens region, the wavefront aberration so that the laser beam having the wavelength λ1 can be incident and condensed as parallel light through the transparent medium having the thickness t1. Is an optimized aspherical lens shape.

このとき前記第1のレンズ領域においては、前記第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、前記透明媒質の厚さt1と前記透明媒質の厚さt2の中間の厚さt4(t1<t4<t2)の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光したときに、3次球面波面収差なく集光できるように最適化されたレンズ面であるようにする。ここで厚さt4の仮想的な透明基板の屈折率は、前記第1の光情報記録媒体の前記透明媒質と同じ屈折率と想定する。なお本願明細書において、このようにレンズがある厚さの基板越しに光を集光するときに、3次球面収差がゼロとなるように面形状が最適化されたレンズを想定し、その基板厚をレンズの固有パラメータの1つとして、「対応基板厚」、「最適基板厚」などと称することとする。   At this time, in the first lens region, the lens action excluding the phase difference added by the first, second, and third annular phase shift structures causes the thickness t1 of the transparent medium and the transparent medium. Optimized so that the laser beam with the wavelength λ1 can be focused without a third-order spherical wavefront aberration when the laser beam with the wavelength λ1 is focused through a transparent medium having a thickness t4 (t1 <t4 <t2) in the middle of the thickness t2 Make it face. Here, it is assumed that the refractive index of the virtual transparent substrate having the thickness t4 is the same as that of the transparent medium of the first optical information recording medium. In this specification, it is assumed that the lens has a surface shape optimized so that the third-order spherical aberration is zero when the lens collects light through a substrate having a certain thickness. The thickness is referred to as “corresponding substrate thickness”, “optimal substrate thickness”, etc. as one of the intrinsic parameters of the lens.

また前記第2のレンズ領域においては、前記第4の輪帯位相シフト構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、前記透明媒質の厚さt1と前記透明媒質の厚さt2の中間の厚さt5(t1<t5<t2)を対応基板厚とするレンズ面であるようにする。ここで厚さt4の仮想的な透明基板の屈折率は、前記第1の光情報記録媒体の前記透明媒質と同じ屈折率と想定する。   Further, in the second lens region, the lens action excluding the phase difference added by the fourth annular phase shift structure is intermediate between the thickness t1 of the transparent medium and the thickness t2 of the transparent medium. The lens surface has a thickness t5 (t1 <t5 <t2) corresponding to the substrate thickness. Here, it is assumed that the refractive index of the virtual transparent substrate having the thickness t4 is the same as that of the transparent medium of the first optical information recording medium.

前記第1のレンズ領域の第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造は、これらの輪帯の位相シフト機能を合わせることで、それぞれ前記λ1、λ2、λ3の波長、およびt1、t2、t3の厚さの透明媒質層のいずれに対しても、波面収差をPeak to Peak値で1λ未満に低減できるような深さの段差による位相シフト構造の組み合わせを選ぶ。さらに、該輪帯位相シフト構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、RMS波面収差値においては3次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のPeak to Peak値が5λ以上であって、該波面収差の符号は、λ2とλ3の波長では等しい符号であり、これらがλ1波長の波面収差の符号とは相互に反転している輪帯位相シフト構造とする。   The first, second, and third annular phase shift structures of the first lens region combine the phase shift functions of these annular zones to obtain the wavelengths of λ1, λ2, and λ3, and t1, t2 respectively. For any of the transparent medium layers having a thickness of t3, a combination of phase shift structures with depth steps that can reduce the wavefront aberration to a peak to peak value of less than 1λ is selected. Further, the wavefront aberration before adding the phase shift by the annular phase shift structure has a defocus component larger than the third-order spherical aberration component in the RMS wavefront aberration value, and the peak of the wavefront aberration including the defocus component is included. An annular phase shift structure in which the to-peak value is 5λ or more, and the sign of the wavefront aberration is the same sign for the wavelengths λ2 and λ3, and these are mutually opposite to the sign of the wavefront aberration of the λ1 wavelength And

前記第2のレンズ領域の第4の輪帯位相シフト構造は、それぞれ前記λ1とλ2の波長、およびt1、t2の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をPeak to Peak値で1λ未満に低減できる構造である。さらには輪帯位相シフト構造によって補償されるべき、位相シフトを付加する前の波面収差が、RMS波面収差値において3次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きいことを想定する。ここでRMS波面収差の3次球面収差成分とデフォーカス成分の算出の都合上、第2のレンズ領域の波面収差の関数が、仮想的に同じ関数のまま第1のレンズ領域にも続いているものとして計算することとする。このときさらに、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のPeak to Peak値が10λ以上であり、該波面収差がλ1の波長とλ2の波長とで符号が反転しているものとする。さらには当該波面収差は、λ3の波長においては第1のレンズ領域のλ3の波長の焦点位置における収差が、Peak to Peak値で1λ未満に低減されないような輪帯位相シフト構造とする。   The fourth annular phase shift structure of the second lens region has a peak-to-peak value of wavefront aberration for each of the wavelengths λ1 and λ2 and the transparent medium having a thickness of t1 and t2. The structure can be reduced to less than 1λ. Furthermore, it is assumed that the wavefront aberration before adding the phase shift to be compensated by the annular phase shift structure has a defocus component larger than the third-order spherical aberration component in the RMS wavefront aberration value. Here, for the convenience of calculating the third-order spherical aberration component and the defocus component of the RMS wavefront aberration, the function of the wavefront aberration of the second lens region continues to the first lens region with virtually the same function. Calculate as a thing. At this time, the Peak to Peak value of the wavefront aberration including the defocus component is 10λ or more, and the sign of the wavefront aberration is inverted between the wavelength of λ1 and the wavelength of λ2. Further, the wavefront aberration has an annular phase shift structure in which, at the wavelength of λ3, the aberration at the focal point of the wavelength of λ3 in the first lens region is not reduced to less than 1λ by the Peak to Peak value.

以上のように輪帯位相シフト構造を構成することで、前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光は前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光は前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光は前記第3の光情報記録媒体に集光する。   By configuring the annular phase shift structure as described above, the laser light having the wavelength λ1 incident on the first, second, and third lens regions is condensed on the first optical information recording medium, and The laser beam having the wavelength λ2 incident on the first and second lens regions is condensed on the second optical information recording medium, and the laser beam having the wavelength λ3 incident on the first lens region is the third light. Condensed on the information recording medium.

本発明によれば、BD、DVD、CDのいずれの光ディスクに対しても平行光を入射して信号記録再生ができる単レンズの対物レンズが実現でき、トラッキング動作に伴ってレンズがレーザ光軸から偏心してもコマ収差が発生しない。その際、回折構造を用いず位相シフト構造によってレンズを構成することにより、回折構造を用いた場合に生ずる利用効率の低下の問題を解消することができる。また、補正すべき波面収差にデフォーカスを導入することによりCDの作動距離を実用的な値で確保できるとともに画角特性を改善することができる。さらには、位相シフト構造による段差を多用しても、色収差の増大や、画角特性の劣化を抑えることができる。   According to the present invention, it is possible to realize a single-lens objective lens capable of recording and reproducing signals by entering parallel light on any of the BD, DVD, and CD optical discs. Even when decentered, coma does not occur. At that time, by using the phase shift structure to form the lens without using the diffractive structure, it is possible to solve the problem of lowering the utilization efficiency that occurs when the diffractive structure is used. Further, by introducing defocus to the wavefront aberration to be corrected, the working distance of the CD can be secured at a practical value and the angle of view characteristic can be improved. Furthermore, even if the steps due to the phase shift structure are used extensively, it is possible to suppress an increase in chromatic aberration and a deterioration in angle of view characteristics.

本発明の基本的な概念を説明する図である。It is a figure explaining the basic concept of this invention. 段差によって生じる光路差を説明する図である。It is a figure explaining the optical path difference produced by a level | step difference. 図1のレンズに光束が入射している状態の模式図である。It is a schematic diagram of the state in which the light beam is incident on the lens of FIG. 輪帯位相シフト構造による波面収差の補正を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining correction | amendment of the wavefront aberration by an annular zone phase shift structure. BD/DVD領域での設計フローを示す図である。It is a figure which shows the design flow in a BD / DVD area | region. BD/DVD/CD領域での設計フローを示す図である。It is a figure which shows the design flow in a BD / DVD / CD area | region. 段差深さに対する各波長での位相差の計算結果である。It is a calculation result of the phase difference in each wavelength with respect to a step depth. デフォーカスを付加しない輪帯位相シフト構造で設計した補正する収差波面形状を示す図である(比較例)。It is a figure which shows the aberration wavefront shape to correct | amend designed with the annular zone phase shift structure which does not add a defocus (comparative example). デフォーカスを付加しない輪帯位相シフト構造で設計したレンズ形状と波面収差を示す図である(比較例)。It is a figure which shows the lens shape and wavefront aberration which were designed with the annular zone phase shift structure which does not add a defocus (comparative example). デフォーカスを含む波面収差を補正する位相シフトレンズの考え方を説明する図である。It is a figure explaining the concept of the phase shift lens which correct | amends the wavefront aberration containing a defocus. 実施例1(設計例1)のレンズにおいて補正すべき波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration which should be corrected in the lens of Example 1 (design example 1). フレア光対策に位相シフトを付加した効果を示す図である。It is a figure which shows the effect which added the phase shift to the flare light countermeasure. フレア光対策の位相シフトを付加しない場合を示す図である(比較用)。It is a figure which shows the case where the phase shift of a flare light countermeasure is not added (for comparison). 設計例1の位相シフト構造で補正したBDの波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration of BD correct | amended with the phase shift structure of the design example 1. FIG. 設計例1の位相シフト構造で補正したDVDの波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration of DVD correct | amended with the phase shift structure of the design example 1. FIG. 設計例1の位相シフト構造で補正したCDの波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration of CD correct | amended by the phase shift structure of the design example 1. FIG. 幅の狭い輪帯形状の合成を説明する図である。It is a figure explaining composition of a narrow zone shape. 設計例1によるレンズ設計形状と波面収差分布を示す図である。It is a figure which shows the lens design shape by the design example 1, and a wavefront aberration distribution. 設計例1のレンズの軸上波面収差を干渉縞で表示した図である。It is the figure which displayed the axial wavefront aberration of the lens of the design example 1 by the interference fringe. 基準となる専用レンズのスポット強度分布を示す図である(比較用)。It is a figure which shows spot intensity distribution of the exclusive lens used as a reference | standard (for comparison). 設計例1のレンズのスポット強度分布を示す図である(制限開口あり)。It is a figure which shows the spot intensity distribution of the lens of the design example 1 (with a limiting aperture). 設計例1のレンズのスポット強度分布を示す図である(制限開口なし)。It is a figure which shows the spot intensity distribution of the lens of the design example 1 (there is no restriction | limiting opening). 実施例2(設計例2)のレンズにおいて補正すべき波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration which should be corrected in the lens of Example 2 (design example 2). 設計例2の位相シフト構造で補正したBDの波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration of BD correct | amended with the phase shift structure of the design example 2. FIG. 設計例2の位相シフト構造で補正したDVDの波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration of DVD correct | amended with the phase shift structure of the design example 2. FIG. 設計例2の位相シフト構造で補正したCDの波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wavefront aberration of CD correct | amended with the phase shift structure of the design example 2. FIG. 設計例2によるレンズ設計形状と波面収差分布を示す図である。It is a figure which shows the lens design shape by the design example 2, and wavefront aberration distribution. 設計例2のレンズの軸上波面収差を干渉縞で表示した図である。It is the figure which displayed the axial wavefront aberration of the lens of the design example 2 by the interference fringe. 設計例2のレンズのスポット強度分布を示す図である(制限開口あり)。It is a figure which shows the spot intensity distribution of the lens of the design example 2 (with a restriction | limiting opening). 設計例2のレンズのスポット強度分布を示す図である(制限開口なし)。It is a figure which shows spot intensity distribution of the lens of the design example 2 (there is no restriction | limiting opening). 実施例1,2の対物レンズを用いた光ピックアップの実施例である。It is an Example of the optical pick-up using the objective lens of Example 1,2.

以下、本発明を実施する形態について、まず基本的な原理を説明する。
図1は、本発明の基本的な概念を説明する図である。本発明に係る対物レンズ100は基本的にある1つの材料から構成される単レンズであって、図の左側の光が入射する面(以降第1面101と呼ぶ)と図の右側の光が出射する面(以降第2面102と呼ぶ)から構成される。図は光軸130から上の断面図を示しており、実際の対物レンズの形状は光軸130に対して回転対称な形状を仮定する。基本的に平行光を集光するレンズは、平行光を入射する側の面の曲率が大きく(曲率半径が小さく)、収束光を射出する側の面の曲率が小さい(曲率半径が大きい)ことはよく知られている。
Hereinafter, first, the basic principle of the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram for explaining the basic concept of the present invention. The objective lens 100 according to the present invention is basically a single lens made of a certain material, and the surface on the left side of the drawing (hereinafter referred to as the first surface 101) and the light on the right side of the drawing. It is comprised from the surface (henceforth the 2nd surface 102) radiate | emitted. The figure shows a cross-sectional view above the optical axis 130, and the actual shape of the objective lens is assumed to be rotationally symmetric with respect to the optical axis 130. Basically, a lens that collects parallel light has a large curvature on the surface on which parallel light is incident (small radius of curvature) and a small curvature on the surface on which convergent light is emitted (large radius of curvature). Is well known.

第1面101と第2面102には、光軸130を中心とした同心円で区分された3つの領域(レンズ領域)があり、第1面101では最も内側が第1領域103、それに隣接した円環状の領域が第2領域104、その外側の最外周の領域が第3領域105である。   The first surface 101 and the second surface 102 have three regions (lens regions) divided by concentric circles with the optical axis 130 as the center. The first surface 101 has the first region 103 adjacent to the innermost region. The annular region is the second region 104, and the outermost outermost region is the third region 105.

同様に第2面102でも3つの領域(レンズ領域)があり、内側から第1領域106、第2領域107、第3領域108である。第1面の第1領域103と第2面の第1領域106、第1面の第2領域104と第2面の第2領域107、第1面の第3領域105と第2面の第3領域108は、それぞれ基本的に同じ光束が透過する領域であると仮定し、それらの境界が光線109、110、111である。   Similarly, the second surface 102 has three regions (lens regions), which are a first region 106, a second region 107, and a third region 108 from the inside. The first region 103 on the first surface and the first region 106 on the second surface, the second region 104 on the first surface and the second region 107 on the second surface, the third region 105 on the first surface and the second region on the second surface. It is assumed that the three regions 108 are regions through which the same light beam is transmitted basically, and the boundaries thereof are light rays 109, 110, and 111.

第1面101の第1領域103には第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造112,113,114を含み、これらの段差構造によりそれぞれ光路差分布112’、113’、114’で表される光路差を生じるようにしている。それぞれの輪帯位相シフト構造は、その輪帯位相シフト構造の中のいかなる段差においても、その段差の境界を挟んだ両側の領域において、基本的に同じ光路差を生ずるものと想定する。実際のレンズ面形状116(実線で示す)は、輪帯位相シフト構造を付加する前のレンズの非球面形状115(破線で示す)を光軸方向に位相シフトさせて形成し、これにより3つの輪帯位相シフト構造112,113,114の位相差112’、113’、114’が足し合わされた結果の位相シフト量を生じる。   The first region 103 of the first surface 101 includes first, second, and third annular phase shift structures 112, 113, and 114, and the optical path difference distributions 112 ′, 113 ′, and 114 ′ are caused by these step structures. The optical path difference represented by is generated. It is assumed that each annular phase shift structure basically produces the same optical path difference at any step in the annular phase shift structure in the regions on both sides across the step boundary. The actual lens surface shape 116 (shown by a solid line) is formed by shifting the phase of the aspherical shape 115 (shown by a broken line) of the lens before adding the annular phase shift structure in the optical axis direction. A phase shift amount is generated as a result of adding the phase differences 112 ′, 113 ′, 114 ′ of the annular phase shift structures 112, 113, 114.

同様にして、第1面101の第2領域104には、第4の輪帯位相シフト構造117があり、その段差構造により光路差分布117’で表される光路差を生じるようにしている。ここでも、その輪帯位相シフト構造の中のいかなる段差においても、その段差の境界を挟んだ両側の領域において、基本的に同じ光路差を生ずるものと想定する。そのような位相差を生じるように、輪帯位相シフト構造を付加する前の非球面形状115を光軸方向に位相シフトし、実際のレンズ面形状116を形成する。   Similarly, in the second region 104 of the first surface 101, there is a fourth annular phase shift structure 117, and an optical path difference represented by an optical path difference distribution 117 'is generated by the step structure. Here again, it is assumed that the same optical path difference is basically generated in the regions on both sides of the step boundary in any step in the annular phase shift structure. In order to generate such a phase difference, the aspherical shape 115 before adding the annular phase shift structure is phase-shifted in the optical axis direction to form an actual lens surface shape 116.

第2面102では、第1、第2、第3領域106,107,108においてレンズ面形状が異なり、実際のレンズ面形状120(実線で示す)は境界で段差を有している。すなわち、第1領域106と第2領域107の間(第1領域106から拡張したレンズ面形状を破線118で示す)、及び第2領域107と第3領域108の間(第2領域107から拡張したレンズ面形状を破線119で示す)では、それぞれ最大5λ以上のサグ量の段差を有している。   On the second surface 102, the lens surface shape is different in the first, second, and third regions 106, 107, and 108, and the actual lens surface shape 120 (shown by a solid line) has a step at the boundary. That is, the lens surface shape expanded from the first region 106 is indicated by a broken line 118 between the first region 106 and the second region 107, and between the second region 107 and the third region 108 (expanded from the second region 107). The lens surface shape indicated by a broken line 119) has a sag level difference of 5λ or more at the maximum.

一方、第1面101の輪帯位相シフト構造を付加する前のレンズ面形状115は、第2面102のレンズ面形状120と合わせて、BDの波長において特定の基板厚で3次の球面収差がゼロになるようなレンズ形状となっている。特に第1領域103,106に対する特定の基板厚t3と、第2領域104,107に対する特定の基板厚t4は、いずれもDVDの基板厚さとBDのカバー層厚の間の特定の厚さであるが、一般にt3とt4は異なっており、t3をt4より厚くする。なぜならBD,DVD,CDともに集光させるべき第1領域103,106では最も基板厚の厚いCDに集光させる必要があり、第2領域104,107ではCDに集光させる必要がないためである。   On the other hand, the lens surface shape 115 before adding the annular phase shift structure of the first surface 101 is the third-order spherical aberration with a specific substrate thickness at the BD wavelength, together with the lens surface shape 120 of the second surface 102. The lens shape is such that becomes zero. In particular, the specific substrate thickness t3 for the first regions 103 and 106 and the specific substrate thickness t4 for the second regions 104 and 107 are both specific thicknesses between the DVD substrate thickness and the BD cover layer thickness. However, t3 and t4 are generally different and t3 is made thicker than t4. This is because the BD, DVD, and CD need to be focused on the CD having the thickest substrate in the first areas 103 and 106, and the second areas 104 and 107 do not need to be focused on the CD. .

図2は、レンズ面に形成した段差により入射光線に生じる光路差を説明する図である。太い折れ線AEGDは、レンズ面内のある1つの段差の近傍を拡大した断面プロファイルである。図面左側から水平な平行光束が入射し、AEGDで表わされるレンズ面によって屈折されたとき、段差EGを境として図面上側の光束と下側の光束の間に生じる光路差は図中の式で表わされる。   FIG. 2 is a diagram for explaining an optical path difference generated in incident light due to a step formed on the lens surface. A thick polygonal line AEGD is a cross-sectional profile obtained by enlarging the vicinity of a certain step in the lens surface. When a horizontal parallel light beam enters from the left side of the drawing and is refracted by the lens surface represented by AEGD, the optical path difference generated between the upper light beam and the lower light beam with the step EG as a boundary is represented by the equation in the figure. .

ここで、レンズ面は段差近傍で曲率による面の曲がりが見えないくらいに拡大されているとし、線分AEとGDは平行であり、レンズ面であるこれらの線分は鉛直方向に対する傾き角(接線角)がθであり、同時にレンズ面に対する入射光線の入射角がθであると仮定している。   Here, it is assumed that the lens surface is enlarged in the vicinity of the step so that the curvature of the surface is not visible. The line segments AE and GD are parallel, and these line segments that are lens surfaces are inclined with respect to the vertical direction ( It is assumed that the tangent angle) is θ and at the same time the incident angle of the incident light with respect to the lens surface is θ.

さらに、段差EGは光軸および入射光線に平行と仮定する。また式の中でnはレンズの屈折率を表わしている。このように与えられる光路差を波長λと整数mを用いてmλ+φ(ただし−λ/2<φ≦λ/2)と表わしたとき、本明細書中ではφを位相差と定義する。(φをλを単位として表した場合の方が都合のよいこともあり、この場合は(m+φ)λ(ただし−1/2<φ≦1/2)となるが、以下の説明では上記の定義とする)。伝播する光波においては段差による光路差が光のコヒーレンス長よりも十分短い光路差の範囲内であれば、段差を通り過ぎた後の光の挙動はmではなく、位相差φで左右されるものであることはよく知られている。本件における収差補正量も位相差φの量だけ補正されるのである。   Further, it is assumed that the step EG is parallel to the optical axis and the incident light beam. In the formula, n represents the refractive index of the lens. When the optical path difference given in this way is expressed as mλ + φ (where −λ / 2 <φ ≦ λ / 2) using the wavelength λ and the integer m, φ is defined as a phase difference in this specification. (It may be more convenient when φ is expressed in units of λ. In this case, (m + φ) λ (where −1/2 <φ ≦ 1/2). Definition). In the propagating light wave, if the optical path difference due to the step is within the range of the optical path difference that is sufficiently shorter than the coherence length of the light, the behavior of the light after passing through the step depends on the phase difference φ, not m. It is well known that there is. The aberration correction amount in this case is also corrected by the amount of the phase difference φ.

さらに図2より、ある段差によって隣接する輪帯間に生じる光路差および位相差は、段差量EGと光線に対する面の傾斜角θの関数となっていることがわかる。さらに、ある段差による光路差が波長λ1、λ2、λ3でm1λ1+φ1、m2λ2+φ2、m3λ3+φ3で表わされるとき、当然ながらm1、m2、m3は相互に異なる可能性が高く、φ1とφ2とφ3も同様にさらに高い確率で異なる値となる。これによって1つの段差は異なる波長で異なる収差補正量を生じることもわかる。   Further, FIG. 2 shows that the optical path difference and the phase difference generated between adjacent annular zones due to a certain step are functions of the step amount EG and the tilt angle θ of the surface with respect to the light beam. Furthermore, when the optical path difference due to a certain step is expressed by m1λ1 + φ1, m2λ2 + φ2, m3λ3 + φ3 at wavelengths λ1, λ2, and λ3, naturally, m1, m2, and m3 are likely to be different from each other, and φ1, φ2, and φ3 are further similarly. Different values with high probability. It can also be seen that one step results in different aberration correction amounts at different wavelengths.

図1の第1および第2の輪帯位相シフト構造112,113によって加わる光路差および位相差は、面の傾斜角θによらず同一輪帯位相シフト構造、同一領域内ではほぼ一定となるように形成する。しかし、同一領域内においても第1の輪帯位相シフト構造と第2の輪帯位相シフト構造では光路差および位相差は一般に異なっている。   The optical path difference and phase difference applied by the first and second annular phase shift structures 112 and 113 in FIG. 1 are substantially constant within the same annular phase shift structure and the same region regardless of the inclination angle θ of the surface. To form. However, even in the same region, the optical path difference and the phase difference are generally different between the first annular phase shift structure and the second annular phase shift structure.

また、第3領域105においては、図1の例では輪帯位相シフト構造を形成していない。これは第3領域がBD専用領域であるため、BD専用レンズ構造とすることができるからである。しかし、DVDやCDの再生時に第3領域105に入射する光線を記録膜面上で十分拡散できるようにするために、必要に応じ、BDで位相差を生じない輪帯位相シフト構造を付加することもできる。   Further, in the third region 105, the annular phase shift structure is not formed in the example of FIG. This is because the third region is a BD-dedicated region, so that a BD-dedicated lens structure can be obtained. However, an annular phase shift structure that does not cause a phase difference in the BD is added as necessary so that the light incident on the third region 105 can be sufficiently diffused on the recording film surface during reproduction of the DVD or CD. You can also

図3は、図1のレンズ100に光束が入射している状態の模式図である。図面右側には、BD,DVD,CDの透明媒質層204,205,206を示す。   FIG. 3 is a schematic diagram of a state where a light beam is incident on the lens 100 of FIG. The transparent medium layers 204, 205, and 206 of BD, DVD, and CD are shown on the right side of the drawing.

図1に示したレンズ100の第1面101の第1領域103に相当する領域には、波長785nmのCD用の入射光束203が入射する。入射光束203は、第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造112,113,114によって収差が補正され、レンズ100を出射した後、CD用の厚さt3の透明媒質層206を通してレンズ100と反対側の表面にあるCD記録膜面に集光している。第2面102の第1領域106は、第1面の第1領域103に入射した光束203が出射するようにその境界半径位置が設定されている。   A CD incident light beam 203 having a wavelength of 785 nm is incident on a region corresponding to the first region 103 of the first surface 101 of the lens 100 shown in FIG. The incident light beam 203 has its aberration corrected by the first, second, and third annular phase shift structures 112, 113, and 114, exits the lens 100, and then passes through the transparent medium layer 206 having a thickness t3 for CD. The light is condensed on the surface of the CD recording film on the surface opposite to 100. The boundary radius position of the first region 106 of the second surface 102 is set so that the light beam 203 incident on the first region 103 of the first surface is emitted.

また、図1の第1面101の第1領域103と第2領域104の範囲に相当する領域には、波長660nmのDVD用の入射光束202が入射する。入射光束202は、第1領域103の第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造112,113,114により第1領域103の収差が補正され、また第2領域104の第4の輪帯位相シフト構造117によって第2領域104の収差が補正される。そしてレンズ100を出射した後、DVD用の厚さt2の透明媒質層205を通してレンズ100と反対側の表面にあるDVD記録膜面に集光している。第2面102の第2領域107の外周側境界近傍からは、第1面101の第2領域104に入射した光束202のうち外周側境界近傍に入射した光が出射するようにその境界半径位置が設定されている。   Further, a DVD incident light beam 202 having a wavelength of 660 nm is incident on a region corresponding to the range of the first region 103 and the second region 104 of the first surface 101 of FIG. In the incident light beam 202, the aberration of the first region 103 is corrected by the first, second, and third annular phase shift structures 112, 113, and 114 of the first region 103, and the fourth ring of the second region 104 is corrected. The band phase shift structure 117 corrects the aberration of the second region 104. After exiting the lens 100, the light is condensed on the DVD recording film surface on the surface opposite to the lens 100 through the transparent medium layer 205 having a thickness t2 for DVD. From the vicinity of the outer boundary of the second area 107 of the second surface 102, the boundary radius position of the light beam 202 incident on the second area 104 of the first surface 101 is emitted so that light incident near the outer boundary is emitted. Is set.

また、図1の第1面101の第1領域103と第2領域104と第3領域105の範囲に相当する領域には、波長405nmのBD用の入射光束201が入射する。入射光束201は、第1領域103の第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造112,113,114により第1領域103の収差が補正され、また第2領域104の第4の輪帯位相シフト構造117によって第2領域104の収差が補正される。第3領域105に入射した光は収差の補正はなく、第2面102の第3領域108から出射される。そしてレンズ100を出射した後、BD用の厚さt1の透明媒質層204を通してレンズ100と反対側の表面にあるBD記録膜面に集光している。   Further, a BD incident light beam 201 having a wavelength of 405 nm is incident on a region corresponding to the range of the first region 103, the second region 104, and the third region 105 of the first surface 101 of FIG. In the incident light beam 201, the aberration in the first region 103 is corrected by the first, second, and third annular phase shift structures 112, 113, and 114 in the first region 103, and the fourth ring in the second region 104 is corrected. The band phase shift structure 117 corrects the aberration of the second region 104. The light incident on the third region 105 is emitted from the third region 108 of the second surface 102 without any aberration correction. Then, after exiting the lens 100, the light is condensed on the surface of the BD recording film on the surface opposite to the lens 100 through the transparent medium layer 204 having a thickness t1 for BD.

ここで、実際のBD、DVD、CDに対応して、t1はBDの2層の中間位置の表面からの深さ0.0875mm、t2はDVDの基板厚の0.6mm、t3はCDの基板厚の1.2mmとしてレンズを形成しておく。BDは2層ディスクの規格が一般的であり、2層のそれぞれは表面から0.1mmと0.075mmのカバー層厚さに相当する深さに記録膜が形成されているため、レンズの設計としてはその中間である0.0875mmに合わせておくのが一般的である。   Here, corresponding to actual BD, DVD, and CD, t1 is a depth of 0.0875 mm from the surface of the intermediate position of the two layers of BD, t2 is 0.6 mm of the substrate thickness of the DVD, and t3 is the substrate of the CD. A lens is formed with a thickness of 1.2 mm. The BD is generally a two-layer disc, and each of the two layers has a recording film formed at a depth corresponding to a cover layer thickness of 0.1 mm and 0.075 mm from the surface. As a general rule, it is generally set to 0.0875 mm, which is the middle.

以上の説明においては、第1領域103の第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造112,113,114が、いずれも第1面101に形成されている例を示した。一般には、第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造112,113,114のいずれかを第2面102に形成しても、同じ位相シフト効果を持たせることができる。ただし、2つの面に形成すると相互の位置ずれによって収差補正性能が劣化する可能性があり、1つの面に一体に形成する方がそのようなずれが生じにくく好ましい。一方、第2領域104の第4の輪帯位相シフト構造117を、第1領域103の第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造112,113,114と同じ第1面101に形成したが、これを第2面102に形成しても構わない。なぜならこれらは同じ光束に作用するわけではないので、影響はエッジ部分のずれだけであり、ずれの影響する領域の面積は大きくないからである。なお、第1から第4の輪帯位相シフト構造を第2面(出射側)102に形成すると、屈折光が大きな屈折角で出射する際、輪帯の段差の壁面によって一部の光線が遮光されことがある。よって、第1面(入射側)101に段差を設定することで、段差と入射光線を相互に平行とできるため、光線の遮蔽の影響を軽減することができ好ましい。   In the above description, the example in which the first, second, and third annular phase shift structures 112, 113, 114 in the first region 103 are all formed on the first surface 101 has been shown. In general, even if any of the first, second, and third annular phase shift structures 112, 113, 114 is formed on the second surface 102, the same phase shift effect can be provided. However, if formed on two surfaces, the aberration correction performance may be deteriorated due to mutual displacement, and it is preferable to form them integrally on one surface so that such displacement is less likely to occur. On the other hand, the fourth annular phase shift structure 117 in the second region 104 is formed on the same first surface 101 as the first, second, and third annular phase shift structures 112, 113, and 114 in the first region 103. However, this may be formed on the second surface 102. This is because they do not act on the same light flux, and the effect is only the shift of the edge portion, and the area of the region affected by the shift is not large. If the first to fourth annular phase shift structures are formed on the second surface (exit side) 102, when the refracted light is emitted at a large refraction angle, some of the light rays are shielded by the wall surface of the annular step. Sometimes. Therefore, by setting a step on the first surface (incident side) 101, the step and the incident light can be made parallel to each other, which can reduce the influence of light shielding.

以上のような輪帯位相シフト構造の概念のもとで、本発明のレンズは、第1領域103に第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造112,113,114が合成され、第2領域104に少なくとも1つの第4輪帯位相シフト構造117を有し、第3領域105には輪帯位相シフト構造がない構成とした。ただし、第2領域104と第3領域105には、それぞれ第5の輪帯位相シフト構造と第6の輪帯位相シフト構造を追加した構成とすることもできる。   Based on the concept of the annular zone phase shift structure as described above, in the lens of the present invention, the first, second, and third annular zone phase shift structures 112, 113, and 114 are synthesized in the first region 103. The second region 104 has at least one fourth annular phase shift structure 117, and the third region 105 has no annular phase shift structure. However, the second region 104 and the third region 105 may be configured by adding a fifth annular phase shift structure and a sixth annular phase shift structure, respectively.

次に、第1領域103の3つの輪帯位相シフト構造と、第2領域104の1つの輪帯位相シフト構造で、原理的にBD、DVD、CDの3つの波長での収差補正ができることを説明する。   Next, with the three annular phase shift structures in the first region 103 and the one annular phase shift structure in the second region 104, it is possible in principle to correct aberrations at three wavelengths of BD, DVD, and CD. explain.

図4は、輪帯位相シフト構造による波面収差の補正を説明する模式図である。ここでは、補正されるべき波面収差とそれから決まる1つの輪帯位相シフト構造、およびその輪帯位相シフト構造による補正後波面収差の関係を示す。図4は円筒座標の3次元グラフになっており、半径はレンズの有効口径内の半径座標、縦軸はあるディスクを対応する波長で再生するときの波面収差を表わしている。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining correction of wavefront aberration by the annular phase shift structure. Here, the relationship between the wavefront aberration to be corrected, one annular phase shift structure determined therefrom, and the corrected wavefront aberration by the annular phase shift structure is shown. FIG. 4 is a three-dimensional graph of cylindrical coordinates, where the radius is the radius coordinate within the effective aperture of the lens, and the vertical axis represents the wavefront aberration when reproducing a certain disk at the corresponding wavelength.

この波面収差をレンズ段差に対応したその波長における位相差φの位相段差で補正する場合、縦軸の収差を等しくφの位相間隔でN輪帯分を刻み、刻んだ境界に当たる半径位置で輪帯境界を決めることになる。刻まれた波面収差曲線は位相シフト量に応じて波面収差値0近傍、すなわち半径座標軸に沿って切り揃えて折り畳まれている。これが収差補正後の波面収差である。このように、段差の位相差φに輪帯数Nを乗じたφ×Nの収差補正量が、補償されるべき波面収差のPeak to Peak値にほぼ対応するように輪帯数Nを決める。   When this wavefront aberration is corrected by the phase step of the phase difference φ corresponding to the lens step, the N axis is engraved at the phase interval of φ with the same aberration of the vertical axis, and the annular zone at the radial position corresponding to the engraved boundary. The boundary will be decided. The engraved wavefront aberration curve is folded around the wavefront aberration value near 0, that is, along the radial coordinate axis in accordance with the phase shift amount. This is the wavefront aberration after aberration correction. In this way, the number of annular zones N is determined so that an aberration correction amount of φ × N obtained by multiplying the phase difference φ of the step by the number of annular zones N substantially corresponds to the Peak to Peak value of the wavefront aberration to be compensated.

このような輪帯位相シフト構造を別の波長で作用させると、それぞれ対応する異なる位相差φにすべての波長で等しい共通の輪帯数Nを乗じた収差補償量となり、相似な波面収差が補正できる。これらを、第1、第2、第3輪帯位相シフト構造の3つの輪帯位相シフト構造として用いることで、BDとDVDとCDでいずれも収差補正を行う第1領域に適用する。また、第4輪帯位相シフト構造の1つの輪帯位相シフト構造を用いることで、BDとDVDで共に収差補正が必要でCDで収差補正の不要な第2領域に適用する。これより、BDとDVDとCDのいずれにおいても収差補正が可能となる。   When such an annular phase shift structure is operated at a different wavelength, an aberration compensation amount is obtained by multiplying the corresponding different phase difference φ by the same common annular zone number N at all wavelengths, and a similar wavefront aberration is corrected. it can. By using these as the three annular phase shift structures of the first, second, and third annular phase shift structures, the BD, DVD, and CD are all applied to the first region where aberration correction is performed. In addition, by using one annular phase shift structure of the fourth annular phase shift structure, both the BD and the DVD need to be corrected for aberrations, and the CD is applied to the second region that does not need to be corrected for aberrations. Thus, aberration correction can be performed for any of BD, DVD, and CD.

1つの輪帯位相シフト構造で補償できる波面収差は、上記で述べたように、異なる波長において、それぞれ相似な波面収差形状であるが、複数の輪帯位相シフト構造のそれぞれにおいては必ずしも相似形状とする必要はない。従って複数の輪帯位相シフト構造を組み合わせる場合には、異なる収差形状を、波長によって異なる配分で補償できるので、異なる波長において補償すべき波面収差は必ずしも相似形状にする必要はない。つまり第1領域において、CDにおいてのみ、デフォーカス波面収差を多く補償するように輪帯位相シフト構造を組み合わせることによって、CDの作動距離(ワーキングディスタンス)をBD、DVDの作動距離とは独立に広げることも原理的に可能である。これに対して、輪帯位相シフト構造を1つだけ用いる第2領域では、BDとDVDの波面収差は相互に相似形状である必要がある。   As described above, the wavefront aberration that can be compensated by one annular phase shift structure has a similar wavefront aberration shape at different wavelengths, but each of the multiple annular phase shift structures does not necessarily have a similar shape. do not have to. Accordingly, when a plurality of annular phase shift structures are combined, different aberration shapes can be compensated with different distributions depending on the wavelengths, and therefore the wavefront aberration to be compensated for at different wavelengths does not necessarily have a similar shape. That is, in the first region, the working distance of the CD is expanded independently of the working distance of the BD and DVD by combining the annular phase shift structure so as to compensate for a large amount of defocus wavefront aberration only in the CD. It is also possible in principle. On the other hand, in the second region where only one annular phase shift structure is used, the wavefront aberration of BD and DVD needs to be similar to each other.

以上の設計原理を、フローチャートを用いて具体的に説明する。
図5は、BD/DVD領域での設計フローを示す図である。まず第2領域(BD/DVD領域)において、第4の輪帯位相シフト構造を付加する前のベースレンズの対応基板厚tと、BDにおいてどれだけデフォーカス量δを付加するかを初期値として適当に仮定する。これらの値から、BDにおいて補償すべき波面収差形状W(ρ)が決まる。光軸に対して回転対称な波面収差関数W(ρ)は、(1)式のように表される。
The above design principle will be specifically described with reference to a flowchart.
FIG. 5 is a diagram showing a design flow in the BD / DVD area. First, in the second region (BD / DVD region), the base substrate thickness t 5 before adding the fourth annular phase shift structure and the amount of defocus amount δ B to be added in the BD are initially set. Assuming appropriate values. From these values, the wavefront aberration shape W B (ρ) to be compensated in the BD is determined. A wavefront aberration function W (ρ) that is rotationally symmetric with respect to the optical axis is expressed as in equation (1).

Figure 0005706839
Figure 0005706839

ここでAは第m項のゼルニケの波面収差係数であり、m=4はデフォーカス、m=9は3次球面収差、m=16は5次球面収差、m=25は7次球面収差の係数である。一方Z(ρ)はゼルニケ多項式であり、(2)式のように表される。 Here A m is the wavefront aberration coefficients of the Zernike of the m terms, m = 4 defocus, m = 9 is third-order spherical aberration, m = 16 is the fifth-order spherical aberration, m = 25 is the seventh order spherical aberration Is the coefficient. On the other hand, Z m (ρ) is a Zernike polynomial, and is expressed as in equation (2).

Figure 0005706839
Figure 0005706839

がデフォーカス、Zが3次球面収差、Z16が5次球面収差、Z25が7次球面収差のゼルニケ多項式である。これらを用いて、図5のBDの波面収差W(ρ)を展開表示する。ABmはBDに対するゼルニケの波面収差係数である。ここでゼルニケ波面収差係数ABmは、基板厚誤差t−tと、デフォーカスδの関数となる。 Z 4 is defocused, Z 9 is third-order spherical aberration, Z 16 is fifth-order spherical aberration, and Z 25 is Zernike polynomial with seventh-order spherical aberration. Using these, the wavefront aberration W B (ρ) of the BD of FIG. 5 is developed and displayed. ABm is the Zernike wavefront aberration coefficient for BD. Here, the Zernike wavefront aberration coefficient A Bm is a function of the substrate thickness error t 1 -t 5 and the defocus δ B.

次に、波面収差の形がBDとDVDで略相似形状となるように、すなわちBDとDVDでデフォーカスのゼルニケ波面収差係数と3次球面収差のゼルニケ波面収差係数の比が等しくなるように、DVDでのデフォーカス量δを決める。DVDでの基板厚ずれはt−tであると仮定すると、デフォーカス量を探索することで、その比を等しく決めることは容易である。一般に、波面収差は低次の項が支配的であるため、球面収差を含む波面収差の形状は、デフォーカスのゼルニケ波面収差係数と、3次球面収差のゼルニケ波面収差係数の比によってほぼ確定できる。この比の値を一定とするように常にデフォーカス量を選ぶとすれば、BDとDVDの波面収差の形状は基板厚誤差によらず、常に相似形状とすることができる。これによって与えられたベースレンズの対応基板厚tに対してBDとDVDの波面収差が確定する。そのときのBDとDVDの波面収差のPeak to Peak値を求めれば、その値は、経験的にそれぞれの基板厚誤差t−t、t−tに比例するので、その比の値α、αを求めておく。 Next, so that the shape of the wavefront aberration is substantially similar between BD and DVD, that is, the ratio of the defocused Zernike wavefront aberration coefficient and the third-order spherical aberration Zernike wavefront aberration coefficient are equal between BD and DVD. determine the defocus amount δ D of on DVD. Assuming that the substrate thickness deviation in DVD is t 2 -t 5 , it is easy to determine the ratio equally by searching for the defocus amount. In general, since wavefront aberration is dominated by low-order terms, the shape of wavefront aberration including spherical aberration can be almost determined by the ratio of defocused Zernike wavefront aberration coefficient and third-order spherical aberration Zernike wavefront aberration coefficient. . If the defocus amount is always selected so that the value of this ratio is constant, the wavefront aberration shapes of BD and DVD can always be similar, regardless of the substrate thickness error. This wavefront aberration of BD and DVD is determined with respect to the corresponding substrate thickness t 5 of a given base lens. If the Peak to Peak value of the wavefront aberration of the BD and DVD at that time is obtained, the value is empirically proportional to the respective substrate thickness errors t 1 -t 5 and t 2 -t 5. α B and α D are obtained in advance.

次に、輪帯位相シフト構造の軸上段差量dを適当に仮定すると、BDとDVDの位相シフト量でφ、φを確定できる。それらが輪帯数N個分で、BDとDVDの輪帯を付加する前の波面収差のPeak to Peak値を補償するという連立方程式を、前記α、αを用いてたてることができる。これをNとtについて解けば、ベースレンズの対応基板厚tを決めることができ、その時のBDとDVDの波面収差をN輪帯で補償できる。 Next, if the on-axis step difference d of the annular phase shift structure is appropriately assumed, φ B and φ D can be determined by the phase shift amounts of BD and DVD. A simultaneous equation for compensating the Peak to Peak value of the wavefront aberration before adding the BD and DVD ring zones can be established using the α B and α D. . Solving this for N and t 5, it is possible to determine the corresponding substrate thickness t 5 of the base lens, it is possible to compensate for the wavefront aberration of BD and DVD at that time in the N zones.

ここで、軸上段差量とは、輪帯面を構成する互いに隣接する非球面を、同じ面係数を用いて光軸までそれぞれ仮想的に延長した場合、光軸上におけるそれらの面の間隔のことを意味する。光軸から輪帯の半径位置が離れるほど、光線の屈折角が大きくなり、同じ位相シフト量を実現する段差量の変化が大きくなる。ところが、各輪帯面を、光軸上含め実際の輪帯領域より広い範囲で所定の位置で所定の光が集光できるように設計しておくと、どの半径位置においてもそれらの輪帯面間では光軸上の面間隔を反映した所定の光路差を発生させることができる。これによりすべての半径位置の段差量を、軸上段差量によって代表させて一元的に取り扱うことができる。   Here, the axial step amount is the distance between the surfaces on the optical axis when the adjacent aspheric surfaces constituting the annular surface are virtually extended to the optical axis using the same surface coefficient. Means that. The farther the radial position of the annular zone is from the optical axis, the greater the refraction angle of the light beam, and the greater the change in the step amount that achieves the same phase shift amount. However, if each ring zone surface is designed so that predetermined light can be collected at a predetermined position in a range wider than the actual ring zone region including the optical axis, those ring zone surfaces can be obtained at any radial position. It is possible to generate a predetermined optical path difference reflecting the surface interval on the optical axis. As a result, the step amounts at all radial positions can be handled in a centralized manner by being represented by the axial step amount.

またここで輪帯数Nは、その主旨からすれば整数値のように理解しやすいが、実際上連立方程式の解としては必ずしも整数値でなく、実数値であり負の値もありえる。小数点以下の端数は、等しい段差で波面収差を刻んで行く場合に、補正できない残留収差となって表れる。従って小数点以下の小数値は小さい方が望ましい。値が負の場合は、与えた輪帯段差の符号に対して凹凸が反転した構造となる場合の解を意味する。   Here, the number N of ring zones is easy to understand as an integer value from the point of view, but in practice, the solution of the simultaneous equations is not necessarily an integer value, and may be a real value and a negative value. The fractions after the decimal point appear as residual aberrations that cannot be corrected when wavefront aberrations are cut in equal steps. Therefore, it is desirable that the decimal value after the decimal point is small. When the value is negative, it means a solution when the unevenness is inverted with respect to the sign of the given annular zone step.

輪帯数Nがあまり大きい値だと輪帯幅が狭くなって製造が困難となり、あまり小さい値だと逆に位相差が大きいことを意味し、補正後波面のPeak to Peak値が大きいことになる。従って、求めた波面収差形状を用いて図4で説明したように収差補償を行い、得られた位相シフト後の波面収差形状からRMS波面収差量を求め、その値を確認しながら、それが許容値となるように輪帯位相シフト構造の段差を探索すればよい。以上のようにして、第2領域、すなわちBD/DVD領域の輪帯位相シフト構造を決めることができる。   If the number of ring zones N is too large, the zone width becomes narrow and difficult to manufacture, and if it is too small, it means that the phase difference is large, and the Peak to Peak value of the corrected wavefront is large. Become. Therefore, aberration compensation is performed as described in FIG. 4 using the obtained wavefront aberration shape, and the RMS wavefront aberration amount is obtained from the obtained wavefront aberration shape after the phase shift, and the value is confirmed while checking the value. What is necessary is just to search the level | step difference of an annular phase shift structure so that it may become a value. As described above, the annular phase shift structure of the second region, that is, the BD / DVD region can be determined.

次に図6は、BD/DVD/CD領域での設計フローを示す図である。第1領域(BD/DVD/CD領域)では、3波長共用領域の輪帯位相シフト構造を設計する。第1領域でも第2領域と同様に、複数の輪帯位相シフト構造が補償する波面収差が相似形状であると仮定する。そして、各波長での各輪帯位相シフト構造の位相シフト量の総和が、収差のPeak to Peak値に等しいとする連立方程式から、各輪帯位相シフト構造で分担する輪帯数を求めることができる。複数の輪帯位相シフト構造によって収差を補償し、その複数の輪帯位相シフト構造それぞれが異なる波面収差形状を補償することを許容するようにすることもできる。以下、その方法について説明する。   Next, FIG. 6 is a diagram showing a design flow in the BD / DVD / CD area. In the first region (BD / DVD / CD region), an annular phase shift structure of a three-wavelength shared region is designed. Similarly to the second region, it is assumed that the wavefront aberration compensated by the plurality of annular phase shift structures is similar in the first region. Then, from the simultaneous equations that the sum of the phase shift amounts of each annular phase shift structure at each wavelength is equal to the peak-to-peak value of aberration, the number of annular zones shared by each annular phase shift structure can be obtained. it can. It is also possible to compensate for aberrations by a plurality of annular phase shift structures and to allow each of the plurality of annular phase shift structures to compensate for different wavefront aberration shapes. The method will be described below.

図6において、まず、輪帯位相シフト構造を付加する前の非球面レンズの対応基板厚tの値と、BD、DVD、CDにおけるデフォーカス量δ、δ、δの値を選定する。ここでtの値は、実際上、第2領域で求めたtより大きく、BDとDVDの基板厚の間の値とする方が好ましいが、設計上はtとは独立に選定できる。またδとδは、その差が第2領域で求めたδ、δの差と一致するように選定する必要がある。なぜなら、第2領域と第1領域においてBD、DVDとも焦点位置を一致させる必要があるからである。しかしデフォーカスの値そのものを一致させる必要はない。なぜなら、輪帯面形状の光学設計の段階で、輪帯位相シフト構造付加後の焦点位置が第1領域と第2領域で一致するように、予めベースレンズの焦点位置を第1領域と、第2領域でずらしておくことも可能であるからである。 In FIG. 6, first, the value of the corresponding substrate thickness t 4 of the aspheric lens before adding the annular phase shift structure and the values of defocus amounts δ B , δ D , and δ C in BD, DVD, and CD are selected. To do. Here, the value of t 4 is actually larger than t 5 obtained in the second region and is preferably set to a value between the substrate thickness of the BD and the DVD, but can be selected independently from t 5 in terms of design. . The [delta] B and [delta] D is, [delta] B the difference is determined in the second region, it is necessary to select to match the difference of [delta] D. This is because it is necessary to match the focal positions of the BD and DVD in the second area and the first area. However, it is not necessary to match the defocus values themselves. This is because, at the stage of the optical design of the zonal surface shape, the focal position of the base lens is previously set to the first area and the first area so that the focal position after the addition of the zonal phase shift structure matches between the first area and the second area. This is because they can be shifted in two areas.

以上の値を選定することによって、輪帯位相シフト構造で補償すべきBD、DVD、CDでの波面収差形状W(ρ)、W(ρ)、W(ρ)が確定し、それらをすでに説明したゼルニケ多項式で展開して表示することができる。 By selecting the above values, the wavefront aberration shapes W B (ρ), W D (ρ), and W C (ρ) for BD, DVD, and CD to be compensated by the annular phase shift structure are determined. Can be expanded and displayed with the Zernike polynomials already described.

次に3種類の輪帯位相シフト構造の軸上段差量を、それぞれ仮定する。これによって、3つの輪帯位相シフト構造によるBD、DVD、CD各波長における位相シフト量φBn、φDn、φCn(n=1,2,3)をそれぞれ確定することができる。 Next, the axial step differences of the three types of annular zone phase shift structures are assumed. Accordingly, the phase shift amounts φ Bn , φ Dn , and φ Cn (n = 1, 2, 3) at the BD, DVD, and CD wavelengths by the three annular zone phase shift structures can be respectively determined.

次に、これら3つの波長における3つの位相シフト量、合計9つの位相シフト量を用いて、ゼルニケ収差展開項の各項ABm、ADm、ACm(m=4,9,16,25)ごとに、それぞれの位相シフト量が分担する収差補償量の配分と一致させる条件から、3元1次連立方程式を立てることができる。それぞれの展開項の波面収差形状は、(2)式より決まっているため、異なる波長の展開項成分で必ず相似形状となることは保証されている。従って展開成分個別には、第2領域でのPeak to Peak値に対して適用したのと同様の連立方程式を立てることができるのである。ただし、ゼルニケ係数の値そのものは必ずしもその展開成分のPeak to Peak値とは対応しないが、関数が確定している以上、Peak to Peak値に比例する係数であることは間違いなく、その比例係数も織り込んでNの変数を定義していると考えれば実際上問題ない。 Next, using the three phase shift amounts at these three wavelengths, a total of nine phase shift amounts, the terms A Bm , A Dm , A Cm (m = 4, 9, 16, 25) of the Zernike aberration expansion term. In each case, a ternary linear simultaneous equation can be established from the condition for matching the distribution of aberration compensation amounts shared by the respective phase shift amounts. Since the wavefront aberration shape of each expansion term is determined by the equation (2), it is guaranteed that the expansion term component of different wavelengths always has a similar shape. Accordingly, simultaneous equations similar to those applied to the Peak to Peak value in the second region can be established for each development component. However, the value of the Zernike coefficient itself does not necessarily correspond to the Peak to Peak value of the expansion component, but as long as the function is fixed, there is no doubt that the coefficient is proportional to the Peak to Peak value, and the proportional coefficient is also There is no problem in practice if we consider that the variable of N is defined.

このようにしてゼルニケ展開係数の次数mごとに、3元1次連立方程式を解いて、各輪帯位相シフト構造(n=1,2,3)の配分値Nnmを求めると、結局各輪帯位相シフト構造で3つの波長に対して補償できる波面収差の形状を確定することができる。 In this way, when the ternary simultaneous equations are solved for each order m of the Zernike expansion coefficient and the distribution value N nm of each annular zone phase shift structure (n = 1, 2, 3) is obtained, eventually The shape of wavefront aberration that can be compensated for three wavelengths with the band phase shift structure can be determined.

従って、求めた波面収差形状を用いて図4で説明したように収差補償を行い、得られた位相シフト後の波面収差形状からRMS波面収差量を求め、その値を確認しながら、それが許容値となるように、輪帯位相シフト構造の軸上段差量を探索すればよい。以上のようにして、第1領域、すなわち3波長共用領域の輪帯位相シフト構造を決めることができる。   Therefore, aberration compensation is performed as described in FIG. 4 using the obtained wavefront aberration shape, and the RMS wavefront aberration amount is obtained from the obtained wavefront aberration shape after the phase shift, and the value is confirmed while checking the value. What is necessary is just to search the amount of on-axis level | step differences of a ring zone phase shift structure so that it may become a value. As described above, the annular phase shift structure in the first region, that is, the three-wavelength shared region can be determined.

以上の説明では、ベースレンズのBD波長における対応基板厚がt4やt5のとき、DVD/CD波長においても対応基板厚は同じくt4、t5であるとし、発生する球面収差はDVD/CDの基板厚t2、t3に対し、t2−t4、t3−t4やt2−t5、t3−t5の基板厚ずれの球面収差が発生すると仮定した。しかし実際の対物レンズでは波長によって屈折率が異なるため、その波長差によって対物レンズで発生する球面収差も混在する。本発明のレンズ設計においては後の実施例でも述べるように、このずれを、予めディスク基板厚の初期設定値によって以下のように補正して設計している。まず、本来のディスク基板厚を用いて位相シフト構造を設計し、レンズ面形状設計した結果、DVDやCDでは波長ずれによってレンズで発生する球面収差分が補正できずに設計結果に残留する。その球面収差が補償されるようなDVDやCD波長における、ディスク基板厚を調べる。調べた結果のディスク基板が本来のディスク基板厚より薄い場合、その基板厚差分だけ、初期の位相構造設計に用いるDVDやCDのディスク基板厚の初期設定値を厚くしておく。これによってレンズ形状を再度設計すると、波長差による球面収差の影響で実効的にDVD、CD波長での対応基板厚が同様にして薄くなり、実際のDVD、CD基板厚に一致するようにすることができる。   In the above description, when the corresponding substrate thickness at the BD wavelength of the base lens is t4 or t5, the corresponding substrate thicknesses at the DVD / CD wavelength are also t4 and t5, and the generated spherical aberration is the substrate thickness of the DVD / CD. For t2 and t3, it was assumed that spherical aberrations of substrate thickness deviation of t2-t4, t3-t4, t2-t5, and t3-t5 occurred. However, since an actual objective lens has a different refractive index depending on the wavelength, spherical aberration generated in the objective lens is mixed due to the wavelength difference. In the lens design of the present invention, as will be described later, the deviation is designed by correcting the deviation in advance as follows according to the initial setting value of the disc substrate thickness. First, as a result of designing the phase shift structure using the original disk substrate thickness and designing the lens surface shape, the spherical aberration generated in the lens due to the wavelength shift cannot be corrected in the DVD or CD, and remains in the design result. The disk substrate thickness at a DVD or CD wavelength that compensates for the spherical aberration is examined. When the disc substrate obtained as a result of the investigation is thinner than the original disc substrate thickness, the initial set value of the disc substrate thickness of the DVD or CD used for the initial phase structure design is increased by the substrate thickness difference. When the lens shape is designed again, the corresponding substrate thickness at the DVD and CD wavelengths is effectively reduced in the same manner under the influence of spherical aberration due to the wavelength difference, so that it matches the actual DVD and CD substrate thickness. Can do.

さらにまた以上の説明においては、それぞれの連立方程式に入力する輪帯位相シフト構造の位相差がどのような値であっても、いわゆる連立方程式の行列式が0にならない限りは基本的にそれを満足する解があることになる。しかし、図4に示した収差補正後の波面収差が、位相差φの段差のある鋸歯状の曲線波形になることを考えれば、できるだけ小さい位相シフト値で多くの輪帯を刻むようにした方が最終的なRMS波面収差が小さくなることは容易に想像できる。   Furthermore, in the above description, basically, whatever the phase difference of the annular phase shift structure input to each simultaneous equation is, unless the determinant of the so-called simultaneous equations becomes zero, There will be a satisfactory solution. However, considering that the wavefront aberration after aberration correction shown in FIG. 4 is a sawtooth-shaped curved waveform with a step difference of the phase difference φ, it is better to engrave many annular zones with as small a phase shift value as possible. It can be easily imagined that the final RMS wavefront aberration is reduced.

そこで、連立方程式に入力する位相差の概略値を、図7を用いて決める。図7は段差深さに対する各波長での位相差の計算結果である。ここで、レンズを構成する媒質の屈折率は図中に示した通りであり、媒質への入射角は0°(垂直入射)の場合である。各波長でのカーブが鋸歯状となっているのは、±λ/2を超える光路差はそこから四捨五入した整数波長を差し引いて±λ/2以内に折り畳まれているためである。このように、それぞれの波長ではその波長の違いにより同じ段差量が異なる位相差に見える。   Therefore, an approximate value of the phase difference input to the simultaneous equations is determined using FIG. FIG. 7 shows the calculation result of the phase difference at each wavelength with respect to the step depth. Here, the refractive index of the medium constituting the lens is as shown in the figure, and the incident angle to the medium is 0 ° (perpendicular incidence). The reason why the curve at each wavelength is serrated is that the optical path difference exceeding ± λ / 2 is folded within ± λ / 2 by subtracting the rounded off integer wavelength. Thus, at the respective wavelengths, the same step amount appears to be a different phase difference due to the difference in wavelength.

「3波長RMS」という名称の凡例で示しているカーブ301(白抜きの四角のプロット点)は、3つの波長の位相差値の2乗平均平方根値である。すなわちこの値が小さい段差深さの近傍で3波長共用領域の波面収差のRMS値を探索すればよい。また、「赤青2波長RMS」という名称の凡例で示しているカーブ302(白抜きの円形のプロット点)では、同様にして赤色波長と青色波長の位相差値の2乗平均平方根値である。これが小さい段差深さの近傍でBD/DVD領域の段差量を探索すればよい。   A curve 301 (open square plot point) shown in a legend named “3-wavelength RMS” is a root mean square value of phase difference values of three wavelengths. That is, the RMS value of the wavefront aberration in the three-wavelength shared region may be searched in the vicinity of the step depth where this value is small. Further, in the curve 302 (open circular plot point) shown in the legend named “red and blue two-wavelength RMS”, the root mean square value of the phase difference value between the red wavelength and the blue wavelength is similarly obtained. . What is necessary is just to search the level | step difference amount of BD / DVD area | region in the vicinity of this small level | step difference depth.

このように、本件のレンズ形状においては、3波長共用領域では3種類、BD/DVD共用領域では1種類の輪帯位相シフト構造を用いることで、BD、DVD、CDの3つの光ディスクで同時に収差補正ができる。   In this way, in the lens shape of the present case, three types of annular phase shift structures are used in the three-wavelength shared region and one type in the BD / DVD shared region, so that aberrations can be simultaneously applied to three optical discs of BD, DVD, and CD. Can be corrected.

実際上は、さらにこれに加えて、不要なフレア光を除去するための輪帯位相シフト構造を追加する必要が生じる場合がある。3波長共用領域では、3つの波長の光をすべて利用する必要があるためにフレア光を除去する輪帯は不要である。BD/DVD領域ではCD光を必要としないため、CD光を選択的に遮光する制限開口がない場合には、この領域を透過するCD光が、必要なCD光の集光状態を劣化させる要因となる可能性がある。さらにBD専用領域では、DVD光とCD光がともに不要となるため、DVDの集光スポットをこの領域を透過する不要なDVD光が劣化させるとともに、CDの集光スポットをこの領域を透過する不要なCD光が劣化させる可能性がある。これらの影響を軽減するためには、BD/DVD領域を透過するBD光とDVD光に影響を与えることなくCD光を拡散させるような輪帯位相シフト構造(以下、第5の輪帯位相シフト構造)と、BD専用領域を透過するBD光に影響を与えることなくDVD光とCD光を拡散させるような輪帯位相シフト構造(以下、第6の輪帯位相シフト構造)を付加すればよい。   In practice, it may be necessary to add an annular phase shift structure for removing unnecessary flare light in addition to this. In the three-wavelength shared region, it is necessary to use all three wavelengths of light, and therefore no ring zone for removing flare light is necessary. Since CD light is not required in the BD / DVD area, if there is no limiting aperture for selectively blocking the CD light, the CD light transmitted through this area causes a deterioration of the necessary light collection state of the CD light. There is a possibility. Furthermore, in the BD-dedicated area, both DVD light and CD light are not required, so unnecessary DVD light that passes through this area of the DVD condensing spot deteriorates and unnecessary light that passes through the CD condensing spot is unnecessary. CD light may be deteriorated. In order to reduce these effects, an annular phase shift structure that diffuses CD light without affecting BD light and DVD light transmitted through the BD / DVD area (hereinafter referred to as fifth annular phase shift). Structure) and an annular phase shift structure that diffuses DVD light and CD light without affecting the BD light transmitted through the BD dedicated region (hereinafter referred to as sixth annular phase shift structure) may be added. .

図7において、例えば0.8μm程度の深さの輪帯位相シフト構造であれば、BDの位相差を0にしたままDVDとCDの位相差を約0.5λシフトさせることが可能である。これをBD専用領域のフレア光対策の輪帯として付加すればよい。また、例えば3.9μm近傍の深さであれば、BD光とDVD光の位相差をともにほぼ0にしたまま、CD光だけ位相差を約0.5λ付加することが可能である。これをBD/DVD領域のフレア対策の輪帯として付加すればよい。   In FIG. 7, for example, if the annular phase shift structure has a depth of about 0.8 μm, the phase difference between DVD and CD can be shifted by about 0.5λ while the phase difference between BDs is kept at zero. What is necessary is just to add this as a ring zone of the flare light countermeasure of a BD exclusive area | region. For example, if the depth is about 3.9 μm, it is possible to add a phase difference of about 0.5λ only to the CD light while keeping both the phase differences of the BD light and the DVD light substantially zero. What is necessary is just to add this as a ring zone of the flare countermeasure of a BD / DVD area.

フレア対策用の輪帯は、原理的に必要な光には影響を及ぼさないため、収差補正用輪帯との相対的な位置のずれはそれほど問題とならない。従って、特にこれらの輪帯を、収差補正用輪帯と同じ面に形成する必要はない。このため、フレア対策輪帯は第2面に形成してもよい。   Since the annular zone for preventing flare does not affect the necessary light in principle, the relative displacement of the annular zone for aberration correction does not matter so much. Therefore, it is not particularly necessary to form these annular zones on the same plane as the aberration correcting annular zone. For this reason, you may form a flare countermeasure ring zone in a 2nd surface.

以上のようにして輪帯を形成するにあたって、本発明では、輪帯位相シフト構造で補正する波面収差にデフォーカスを導入する。以下、デフォーカス導入の必要性について比較例を用いながら説明する。   In forming the annular zone as described above, in the present invention, defocus is introduced into the wavefront aberration to be corrected by the annular phase shift structure. Hereinafter, the necessity of introducing defocus will be described using a comparative example.

図8は、比較例として、デフォーカスを付加しない輪帯位相シフト構造で設計した際の補正する収差波面形状を示す。BD、DVD、CDそれぞれについて、3波長共用領域の収差波面と、BD/DVD領域の収差波面を並べて示している。それぞれの領域の収差波面形状においては焦点位置を揃えており、その焦点位置は発生する球面収差に対して最良像点を与える位置にしている。このため補正しなければならない収差量のPeak to Peak 値は1〜2λとそれほど大きくない。段差は重ね合される2種類の輪帯で、3波長共用領域では1.46μmと6.3μm、BD/DVD領域で3.88μmと5.33μmであり、位相差はBD波長では8λにも及ぶ。このような輪帯が54輪帯あり、各輪帯を構成する軸上相当のレンズ厚(軸上レンズ厚)は、ざっと見積もっても0.5mm程度内周から外周にかけて変化することになる。   FIG. 8 shows, as a comparative example, the aberration wavefront shape to be corrected when designed with an annular phase shift structure without adding defocus. For each of BD, DVD, and CD, the aberration wavefront in the three-wavelength shared area and the aberration wavefront in the BD / DVD area are shown side by side. The focal positions of the aberration wavefront shapes in each region are the same, and the focal position is set to a position that gives the best image point for the generated spherical aberration. For this reason, the Peak to Peak value of the aberration amount to be corrected is not so large as 1 to 2λ. There are two types of overlapping zones, 1.46 μm and 6.3 μm in the 3-wavelength shared region, 3.88 μm and 5.33 μm in the BD / DVD region, and the phase difference is 8λ at the BD wavelength. It reaches. There are 54 such zones, and the lens thickness corresponding to the axis constituting each zone (axial lens thickness) roughly changes from the inner circumference to the outer circumference by about 0.5 mm.

ただしこの比較例においては、図5、図6で説明した設計原理と異なり、3波長共用領域もBD/DVD領域も、ともに2種類の輪帯位相シフト構造を重ね合わせた構造としている。このようにする場合は、ベースレンズの対応基板厚と2種類の輪帯の輪帯数を合わせた3つの未知数でまず3波長共用領域の輪帯仕様を決定する。そして、求めた対応基板厚を既知として、BD/DVD領域に重ねる2種類の輪帯数を未知数としてBD/DVD領域の輪帯仕様を決定している。このようにするとBD/DVD領域の設計が実際上あまり良い解が得られず、本発明においては図5、図6に示した設計方法に変更した要因でもある。   However, in this comparative example, unlike the design principles described with reference to FIGS. 5 and 6, both the three-wavelength shared region and the BD / DVD region have a structure in which two types of annular phase shift structures are overlapped. In this case, the annular specifications of the three-wavelength shared region are first determined by three unknowns, which are the combined thickness of the base lens and the number of annular zones of the two types. Then, assuming the corresponding substrate thickness obtained, the annular zone specifications of the BD / DVD region are determined by using the two types of annular zones to be superimposed on the BD / DVD region as unknowns. In this way, the design of the BD / DVD area cannot be actually obtained in a very good way, and in the present invention, the design method is changed to that shown in FIGS.

図9は、デフォーカスを付加しない輪帯位相シフト構造で設計したレンズ形状と波面収差を示す図である。波面収差は、軸上波面収差と画角のある波面収差の形状を示す。輪帯位相シフト構造は基本的に図8の軸上波面収差に対応して設計した。補正後の波面収差のPeak to Peak値を小さく抑えるために、図7において、3つの波長でいずれも位相シフト量が比較的小さくなるような深さとして、例えば1.5μmとか、6.3μmとかの深さを選んで組み合わせている。さらに補正する波面収差量に対して位相シフト量が小さくなるため、輪帯数が多くなり、深い輪帯が多くなる。その結果、ベースレンズに対する形状変化が大きくなって、図9のレンズ形状では異様な凹凸が発生している。なお、レンズ形状はBDとDVDとCDでそれぞれ設計のNAの範囲のみ表示しているが、表示している形状はいずれも共通のレンズである。ディスク基板厚はそれぞれのディスクに合わせて異ならせている。CDの作動距離(WD)は0.41mm程度を確保しているが、これを確保するためにBDのWDを約1mm確保するようにベースレンズを設計している。このため、本来のBD専用レンズに比して、ベースレンズの厚さを薄くせざるを得なくなり、もともと画角特性が十分確保できないレンズをベースとせざるを得なくなってしまっている。   FIG. 9 is a diagram showing a lens shape and wavefront aberration designed with an annular phase shift structure without adding defocus. The wavefront aberration indicates the shape of a wavefront aberration having an axial wavefront aberration and an angle of view. The annular zone phase shift structure was basically designed corresponding to the on-axis wavefront aberration of FIG. In order to keep the peak-to-peak value of the corrected wavefront aberration small, in FIG. 7, the depth at which the phase shift amount is relatively small at all three wavelengths is set to, for example, 1.5 μm or 6.3 μm. Select the depth of the combination. Further, since the phase shift amount becomes small with respect to the wavefront aberration amount to be corrected, the number of annular zones increases, and the number of deep annular zones increases. As a result, the shape change with respect to the base lens becomes large, and irregular irregularities are generated in the lens shape of FIG. In addition, although the lens shape is displaying only the range of NA of a design with BD, DVD, and CD, respectively, the shape currently displayed is a common lens. The disc substrate thickness is different for each disc. The working distance (WD) of the CD is about 0.41 mm. In order to secure this, the base lens is designed so that the WD of the BD is about 1 mm. For this reason, the thickness of the base lens is inevitably reduced as compared with the original lens for BD, and the lens that cannot sufficiently secure the angle-of-view characteristic is inevitably used as the base.

これらのレンズ形状に対して、軸上波面収差は目論見通りBD、DVD、CDともそれぞれ±0.1λ程度に良好に抑えられている。しかし画角をつけた波面収差では、BD、DVD、CDとも0.03°、0.07°、0.15°といったかなり小さい画角に対しても、0.05λ、0.07λと言ったマレシャル基準並みの波面収差量が発生してしまっている。これらはベースレンズの画角特性が不十分であることに加えて、輪帯の段差が深くて輪帯数が多いことから、各輪帯の実効的な軸上レンズ厚の変化が内周から外周にかけて大きく変化してしまっていることにも起因していると考えられる。   With respect to these lens shapes, the axial wavefront aberration is well suppressed to about ± 0.1λ for each of BD, DVD, and CD as expected. However, for wavefront aberration with angle of view, BD, DVD, and CD are 0.05λ and 0.07λ even for very small angles of view such as 0.03 °, 0.07 °, and 0.15 °. A wavefront aberration amount equivalent to that of the Marechal standard has occurred. In addition to the insufficient angle-of-view characteristics of the base lens, the difference in effective on-axis lens thickness of each zone from the inner circumference It is thought that it is also caused by the fact that it has changed greatly over the outer periphery.

以上の検討から、本発明では輪帯の段差量を浅くすることを検討した。しかし段差が浅くなると、位相シフトに小さい値を選べなくなることから、残留収差のPeak to Peak値が大きくならざるを得ない。このためRMS波面収差は大きくなってしまうことが予想される。   In view of the above, the present invention has studied to reduce the level difference of the annular zone. However, if the step becomes shallower, a small value cannot be selected for the phase shift, and thus the Peak to Peak value of the residual aberration must be increased. For this reason, the RMS wavefront aberration is expected to increase.

そこで本出願人は、回折レンズ方式の考え方の一部を、上記した輪帯位相シフトレンズの設計に導入することに思い至った。以下それについて説明するに当たり、まず位相シフトレンズと回折レンズとの関係について説明する。   Therefore, the present applicant has come to consider introducing a part of the idea of the diffractive lens system into the design of the annular phase shift lens described above. In the following description, the relationship between the phase shift lens and the diffractive lens will be described first.

回折レンズ方式では、位相シフト方式と類似した位相段差を、補正される収差を位相関数とする周期構造(回折レンズ構造)により決定する。位相関数は、回折レンズ構造によって発生する回折光波面の0次光に対する1次光の位相差であって、n次回折光(nは整数値)の位相差はそのn倍となる。回折レンズを含め、回折素子を透過した光波の複素振幅分布は、位相構造に周期性があれば、位相関数を位相値とする複素指数関数のべき級数で展開でき、このときn次回折光の位相が1次光のn倍となるのがそれに対応している。なぜなら、べき級数のn乗の演算は、指数関数に適用すれば位相値のn倍に等しいからである。ここで位相差そのものは波長には依存せず、実際に補正される光路差は、位相差に波長を乗じることによって求められるため波長に比例することになる。位相関数は実質的に輪帯位置のみを決める関数であり、各輪帯の位相構造そのものには無関係であって、回折効率にも無関係である。回折効率は、先のべき級数展開の各回折次数の光の複素指数関数の係数の絶対値の2乗値に対応している。この回折効率を決めるのは、各輪帯1周期分のべき級数展開する前の位相構造であり、回折素子を透過した直後に入射光に加わる付加位相分布にほかならない。これをべき級数展開する基底関数の位相が位相関数であり、それは各輪帯の位相構造とは無関係である。逆に位相シフトレンズの位相構造は、各次数に分離する前の、素子を透過した直後の光の入射光に対する位相付加分であり、強度分布に直接影響する。   In the diffractive lens system, a phase step similar to that of the phase shift system is determined by a periodic structure (diffractive lens structure) having a corrected aberration as a phase function. The phase function is the phase difference of the first-order light with respect to the 0th-order light of the diffracted light wavefront generated by the diffractive lens structure, and the phase difference of the n-th order diffracted light (n is an integer value) is n times that. If the phase structure has periodicity, the complex amplitude distribution of the light wave transmitted through the diffractive element including the diffractive lens can be developed with a power series of a complex exponential function having a phase function as a phase value. At this time, the phase of the nth-order diffracted light Corresponds to n times the primary light. This is because the operation of the power series to the nth power is equal to n times the phase value when applied to an exponential function. Here, the phase difference itself does not depend on the wavelength, and the optical path difference that is actually corrected is obtained by multiplying the phase difference by the wavelength, and is proportional to the wavelength. The phase function is a function that substantially determines only the position of the annular zone, and is irrelevant to the phase structure of each annular zone, and is also independent of the diffraction efficiency. The diffraction efficiency corresponds to the square value of the absolute value of the coefficient of the complex exponential function of light of each diffraction order in the previous power series expansion. This diffraction efficiency is determined by the phase structure before power series expansion for one period of each annular zone, and is nothing but the additional phase distribution added to the incident light immediately after passing through the diffraction element. The phase of the basis function that expands this to the power series is the phase function, which is independent of the phase structure of each annular zone. Conversely, the phase structure of the phase shift lens is a phase addition to the incident light of the light immediately after passing through the element before being separated into the respective orders, and directly affects the intensity distribution.

回折レンズの位相関数がべき級数展開の基底関数の位相値であり、位相シフトレンズの位相シフトが補正される位相シフト量そのものであることの違いは、補正される位相量の解釈の違いにもつながっている。回折レンズでは、1つの輪帯で1次回折光に発生する位相量は段差によらず常に1波長であるが、位相シフトレンズでは、1つの輪帯で補正される位相シフト量は光路差から波長の整数倍を除いて±λ/2以内になった位相差の値と理解される。通常はこれを残留収差のPeak to Peak値に対応して0.1λ程度となるようにするため、位相シフトレンズで補正される位相シフト量は、同じ輪帯数に対して回折レンズの位相付加量の1/10程度となる。ただしこれを回折レンズとして解釈するならば、位相付加量は除去した整数波長分に相当する値であって、整数値に対応した回折次数の光が、多数の段差で積算された位相シフト量の包絡線の位相シフト効果を位相シフトレンズのベース非球面に付加した非球面により生成される0次光に対して発生すると理解される。このように位相シフトレンズは、回折光が分離するような条件においては回折レンズとして解釈することも可能である。逆に回折レンズを位相シフトレンズとして解釈することも無条件で可能である。位相シフトレンズのベース非球面は、回折レンズのベース非球面であるところの輪帯位相シフト構造の包絡面ではなく、光軸との光路差分をレンズ面全面にわたって除去した面となり、位相シフトは段差による光路差から整数波長分を除いた分であると解釈される。従って例えば位相差が波長の整数倍となる回折効率100%のブレーズ格子を付加した回折レンズは、位相シフトレンズとしての位相シフト量はゼロであって、レンズ厚を薄くしたり、波長ずれや温度ずれの影響を軽減したりするなどの効果はあるものの、基本条件ではベースレンズに対して何ら収差補正効果のないレンズということになる。   The difference that the phase function of the diffractive lens is the phase value of the power series expansion basis function and the phase shift amount itself is corrected, and the difference in interpretation of the corrected phase amount linked. In the diffractive lens, the phase amount generated in the first-order diffracted light in one annular zone is always one wavelength regardless of the step, but in the phase shift lens, the phase shift amount corrected in one annular zone is the wavelength from the optical path difference. It is understood that the value of the phase difference is within ± λ / 2 except for an integer multiple of. Usually, this is set to about 0.1λ corresponding to the Peak to Peak value of the residual aberration, so that the phase shift amount corrected by the phase shift lens is the same as that of the diffractive lens for the same number of annular zones. It becomes about 1/10 of the amount. However, if this is interpreted as a diffractive lens, the phase addition amount is a value corresponding to the removed integer wavelength, and the light of the diffraction order corresponding to the integer value is a phase shift amount integrated by a number of steps. It is understood that the phase shift effect of the envelope occurs for zero order light generated by an aspheric surface added to the base aspheric surface of the phase shift lens. Thus, the phase shift lens can also be interpreted as a diffractive lens under the condition that diffracted light is separated. Conversely, it is possible to unconditionally interpret a diffractive lens as a phase shift lens. The base aspherical surface of the phase shift lens is not the envelope surface of the annular phase shift structure, which is the base aspherical surface of the diffractive lens, but a surface in which the optical path difference from the optical axis is removed over the entire lens surface, and the phase shift is stepped. It is interpreted as a value obtained by subtracting an integer wavelength from the optical path difference due to. Therefore, for example, in a diffractive lens to which a blazed grating having a diffraction efficiency of 100% in which the phase difference is an integral multiple of the wavelength, the phase shift amount as the phase shift lens is zero, and the lens thickness is reduced, the wavelength shift or the temperature is increased. Although there is an effect of reducing the influence of deviation, the lens has no aberration correction effect with respect to the base lens under the basic conditions.

回折レンズの位相関数と位相シフトレンズの位相シフトとのこのような解釈の違いは、残留収差と光利用効率の評価の違いにも表れている。つまり、位相シフトレンズでは、連続的な収差波面を不連続な位相段差で補正するため、本質的に残留収差が避けられないが、回折レンズでは、設計上特定回折次数成分のみの連続的な位相関数の回折光で収差補正するため、見かけ上残留収差が生じない。しかしこれを位相シフトレンズの考え方で解釈するならば、素子を透過した直後の波面では他の次数成分の混在によって残留収差があるにも関わらず、焦点面上でそれらの不要な次数が排除されて残留収差が除去されていると考えることができる。排除された不要な回折次数の成分は、回折効率の低下として評価される。すなわち、位相シフトレンズの残留収差と回折レンズの回折効率の低下は実質的には等価であり、一概に回折レンズの方が収差性能が良いというのは誤解である。逆に位相シフトレンズは回折光が分離しないので回折効率の低下が生じず、光利用効率が高いというのも集光スポット周辺の積分光量としては真実であるが、収差による集光スポット中心強度の低下に表れていることになる。ただし収差が許容範囲であれば利用効率が高い方が望ましいという要求があり、最近の位相シフトレンズの優位につながっている。   Such a difference in interpretation between the phase function of the diffractive lens and the phase shift of the phase shift lens is also reflected in the difference in evaluation of residual aberration and light utilization efficiency. In other words, residual aberrations are essentially unavoidable because phase aberration lenses correct continuous aberration wavefronts with discontinuous phase steps, but diffractive lenses have a continuous phase with a specific diffraction order component by design. Since the aberration is corrected with the diffracted light of the function, no apparent residual aberration appears. However, if this is interpreted in terms of the phase shift lens, the unnecessary wave order is eliminated on the focal plane even though there is residual aberration in the wavefront immediately after passing through the element due to the mixture of other order components. Thus, it can be considered that the residual aberration is removed. The unnecessary diffraction order component that has been excluded is evaluated as a reduction in diffraction efficiency. That is, the residual aberration of the phase shift lens and the reduction of the diffraction efficiency of the diffractive lens are substantially equivalent, and it is misunderstood that the diffractive lens generally has better aberration performance. Conversely, the phase shift lens does not separate the diffracted light, so the diffraction efficiency does not decrease and the high light utilization efficiency is true for the integrated light quantity around the focused spot, but the intensity of the focused spot center due to aberrations is true. It will appear in the decline. However, there is a demand for higher utilization efficiency if the aberration is within an allowable range, which has led to the superiority of recent phase shift lenses.

回折レンズ方式のもう1つのポイントは、回折レンズに含まれる回折素子そのものにレンズ作用があることである。回折レンズではn次回折光が発生し、それを光学装置に用いる。n次回折光が発生するためにはファーフィールドにおいて他の次数の光との空間的な分離が必要であり、光軸に対して回転対称な回折レンズにおいて、その空間的な分離とは光軸上の異なる焦点位置に各次数の光が分離することを意味する。光軸上の異なる位置に回折光を分離する作用はレンズ作用にほかならない。従って回折レンズは文字通り、回折素子そのものにレンズ作用がある素子である。n次回折光が分離しない回折素子においては一般的な回折素子としての回折が起こっているとは言えず、それは通常は回折素子とは呼ばれない。この回折素子と呼ばれない位相構造を持った光学素子であっても、位相シフトは起こる。つまりレンズに限らず、位相シフト素子は回折が起こるかどうかに関わらず位相シフト素子であるが、回折が起こる位相シフト素子は特に回折素子と呼ばれているわけである。上記において位相シフトレンズは回折効率でなく残留収差として評価すると述べたが、回折光が分離しない位相シフトレンズでは回折効率での評価ができないので通常は残留収差として評価せざるを得ない。逆に回折光が分離するような傾向を持つ条件においては、位相シフトレンズでも光利用効率で評価できる場合がありえる。一方、回折光が分離する回折レンズを素子透過直後の波面で残留収差として評価することもあまり行われていないが原理的には可能なはずである。   Another point of the diffractive lens system is that the diffractive element itself included in the diffractive lens has a lens action. The diffractive lens generates nth order diffracted light, which is used in an optical device. In order to generate the n-th order diffracted light, it is necessary to spatially separate from other orders of light in the far field. In a diffractive lens rotationally symmetric with respect to the optical axis, the spatial separation is on the optical axis. This means that light of each order is separated at different focal positions. The action of separating the diffracted light at different positions on the optical axis is nothing but the lens action. Therefore, the diffractive lens is literally an element having a lens action on the diffractive element itself. In a diffractive element in which n-th order diffracted light is not separated, it cannot be said that diffraction as a general diffractive element occurs, and it is not usually called a diffractive element. Even in an optical element having a phase structure not called a diffraction element, a phase shift occurs. In other words, the phase shift element is not limited to a lens and is a phase shift element regardless of whether diffraction occurs or not, but the phase shift element in which diffraction occurs is particularly called a diffraction element. Although it has been described above that the phase shift lens is evaluated not as diffraction efficiency but as residual aberration, a phase shift lens in which diffracted light is not separated cannot be evaluated based on diffraction efficiency, and therefore usually has to be evaluated as residual aberration. On the contrary, under the condition that the diffracted light tends to be separated, there may be a case where the phase shift lens can be evaluated by the light use efficiency. On the other hand, although it has not been carried out much as a residual aberration on the wavefront immediately after transmitting the diffractive lens from which diffracted light is separated, it should be possible in principle.

回折素子に回折光を分離させるだけのレンズ作用があるかどうかは、位相関数のデフォーカス成分によって決まる。例えば集光スポットの焦点深度は開口数NA、波長λのとき、λ/NA^2で表されるので、それ以上のデフォーカスを与える位相関数のデフォーカスの係数は、W20>(λ/(2×NA^2))×(NA^2)=λ/2、すなわち0.5λ以上のデフォーカス波面収差があればよいことになる。ただしこれは無収差の集光スポットの場合であって、位相関数に収差がある場合はさらに大きいデフォーカスが必要である。   Whether the diffractive element has a lens action enough to separate diffracted light depends on the defocus component of the phase function. For example, since the focal depth of the focused spot is expressed by λ / NA ^ 2 when the numerical aperture NA and the wavelength λ, the defocus coefficient of the phase function that gives more defocus is W20> (λ / ( 2 × NA ^ 2)) × (NA ^ 2) = λ / 2, that is, a defocus wavefront aberration of 0.5λ or more is sufficient. However, this is a case of a non-aberrated focused spot, and if there is an aberration in the phase function, a larger defocus is required.

回折素子に回折光を十分に分離するデフォーカス成分がなくとも、実質的に次数が分離すると言える場合があり得る。それは100%の回折効率で回折する場合である。輪帯位相シフト構造が輪帯境界において整数波長の位相段差を持つ場合がこれに当たるが、これは解釈の問題であって、整数波長の位相シフトとしてその現象が生じていると理解することもまたできる。ただし、複数波長の互換の目的で用いる位相シフト素子の場合にすべての波長で同時に位相差を波長の整数倍とすることはないので、このようなケースは本発明での考察からは除外できる。   Even if the diffractive element does not have a defocus component that sufficiently separates diffracted light, it may be said that the order is substantially separated. That is when diffracting with 100% diffraction efficiency. This is the case when the annular phase shift structure has an integer wavelength phase step at the annular boundary, but this is a matter of interpretation and it is also understood that the phenomenon occurs as an integer wavelength phase shift. it can. However, in the case of a phase shift element used for the purpose of compatibility of a plurality of wavelengths, such a case can be excluded from consideration in the present invention because the phase difference is not made an integral multiple of the wavelength at all wavelengths at the same time.

回折素子が回折光を次数ごとに空間的に分離させるかどうかを決めるもう1つの要因は、輪帯位相シフト構造の周期性である。ある位相シフトレンズを、位相関数に回折光を分離させるだけのデフォーカス成分がある回折レンズ素子として解釈できるように見える場合であっても、実際に輪帯位相シフト構造の各周期の位相構造に周期性がなければ、その位相関数を位相値にもつ複素指数関数でのべき級数展開ができなくなる。すなわち回折光が次数ごとに光軸方向に空間的に分離しなくなる。つまりこの場合にも回折を生じない輪帯位相シフト構造となるため、このような位相シフトレンズは回折レンズでないと言える。   Another factor that determines whether the diffractive element spatially separates the diffracted light according to the order is the periodicity of the annular phase shift structure. Even if it seems that a phase shift lens can be interpreted as a diffractive lens element with a defocus component that separates the diffracted light into a phase function, the phase shift lens actually has a phase structure of each period of the annular phase shift structure Without periodicity, power series expansion cannot be performed with a complex exponential function having the phase function as a phase value. That is, the diffracted light is not spatially separated in the optical axis direction for each order. That is, in this case as well, since the annular phase shift structure does not generate diffraction, it can be said that such a phase shift lens is not a diffraction lens.

上記では回折レンズの条件として、位相構造のレンズ作用と周期性について述べた。しかしレンズ作用はある意味で周期性の一形態でもある。一般にフーリエ解析に基づく波動、信号理論では、周期関数で表される信号の周波数スペクトルが離散的になることは常識であるが、ニアフィールドである瞳面からファーフィールドである焦点面への光波伝搬のフラウンホーファー回折がフーリエ変換で表されることが前提の波動光学においてもまた同様である。すなわち回折光がファーフィールドにおいて各次数に分離することを持ってそれを生じた位相構造に周期性がある、と解釈することができる。従って、レンズ作用を生じる位相関数のデフォーカス成分もまた位相構造の周期性の現れの1つであると理解できる。以上により、回折レンズはこのような広い意味において位相構造に周期性のある位相シフト素子であると考えることができる。   In the above description, the lens action and periodicity of the phase structure have been described as the conditions for the diffractive lens. However, the lens action is also a form of periodicity in a sense. In general, in wave and signal theory based on Fourier analysis, it is common knowledge that the frequency spectrum of a signal represented by a periodic function becomes discrete, but light wave propagation from the near-field pupil plane to the far-field focal plane The same applies to wave optics on the premise that the Fraunhofer diffraction is expressed by Fourier transform. That is, it can be interpreted that the diffracted light is separated into the respective orders in the far field and the phase structure that caused it is periodic. Therefore, it can be understood that the defocus component of the phase function causing the lens action is also one of the manifestations of the periodicity of the phase structure. From the above, the diffractive lens can be considered to be a phase shift element having a periodicity in the phase structure in such a broad sense.

このような回折レンズに対して位相シフトレンズは、段差による位相シフトによって収差そのものを補正することを主眼としてきた。従ってデフォーカス成分を含まない収差波面そのものを補正するために、回折レンズの位相関数に相当する関数にはデフォーカス成分を本質的に含んでいない。つまり回折レンズでない位相シフトレンズは、回折レンズと異なり位相構造に周期性がなく、集光スポットは空間的に回折光が分離しないのである。このため、輪帯位相シフト構造による位相シフト後の波面収差は、不連続な位相段差を含んだRMS波面収差そのものが所定の値(マレシャル条件の0.07λ、または0.05λ、または0.03λなど)以下となるように設計されてきた。   In contrast to such a diffractive lens, the phase shift lens has mainly focused on correcting aberration itself by phase shift due to a step. Therefore, in order to correct the aberration wavefront itself that does not include the defocus component, the function corresponding to the phase function of the diffractive lens essentially does not include the defocus component. That is, the phase shift lens that is not a diffractive lens has no periodicity in the phase structure unlike the diffractive lens, and the diffracted light is not spatially separated from the condensed spot. For this reason, the wavefront aberration after the phase shift by the annular phase shift structure is the RMS wavefront aberration itself including a discontinuous phase step, which is a predetermined value (0.07λ, 0.05λ, or 0.03λ of the Marechal condition). Etc.) has been designed to be:

しかし、上記に述べたように、位相シフトによって3波長互換レンズを実現しようとするとき、小さい位相シフト量とレンズの画角特性が両立しないことが明らかとなったため、今回新たに、位相シフトで補正される波面収差にデフォーカスを導入することにした。これによって、輪帯位相シフト構造の段差を浅くすることによって発生する大きな位相シフト、およびそれに起因する大きな残留波面収差を実効的に低減することを狙う。つまり残留収差の大きい光の成分を、擬似的な回折効果により空間的に分離することを狙うのである。このため、デフォーカスを導入する位相シフトレンズの直接的な評価指標は、波面収差ではなくスポット形状となる。もちろん間接的には波面収差も評価指標とできるが、それはこれまでのようなトータルRMS波面収差ではなく、波面収差をゼルニケ展開により展開した有限次数項(例えば一般的な37項まで)で近似した成分のみの合成値を用いることである。   However, as described above, when it was attempted to realize a three-wavelength compatible lens by phase shift, it became clear that the small phase shift amount and the angle of view characteristic of the lens are not compatible. We decided to introduce defocus to the corrected wavefront aberration. This aims to effectively reduce a large phase shift generated by shallowing the step of the annular phase shift structure and a large residual wavefront aberration resulting therefrom. That is, the aim is to spatially separate light components having large residual aberrations by a pseudo diffraction effect. For this reason, the direct evaluation index of the phase shift lens for introducing defocus is not a wavefront aberration but a spot shape. Of course, wavefront aberration can also be used indirectly as an evaluation index, but it is not a total RMS wavefront aberration as in the past, but is approximated by a finite order term (for example, up to 37 general terms) developed by Zernike expansion. The combined value of only the components is used.

このような考えの下に設計する位相シフトレンズは、それでは回折レンズなのではないか、という疑問が当然生じる。上記で説明したように、回折光が複数次数に分離するのが回折レンズであり、それを前提とした位相関数による光学設計を経たレンズは当然回折レンズである。しかし本発明では、回折レンズの位相関数が内包しない、各輪帯の位相構造そのものを設計するものである。複数の輪帯位相シフト構造を別々に設計して合成するなどの過程において、輪帯位相シフト構造全体としての空間的な周期性が希薄となり、エネルギーとして収差の大きい成分が、光学系で必要とされる集光スポットから偏在はするとしても、回折レンズのように空間的に各次数が離散的に存在するような強度分布とはなり得ない。従って補正する収差波面にデフォーカスが含まれるからと言って、複数輪帯の合成によって設計された位相シフトレンズは、回折レンズの条件として必要な周期性は持ち得ない。従って、あくまで本発明のレンズは、補正する収差にデフォーカス成分のある位相シフトレンズなのである。   Of course, the question arises that a phase shift lens designed based on this idea may be a diffractive lens. As described above, it is a diffractive lens that separates diffracted light into a plurality of orders, and a lens that has undergone an optical design based on a phase function based on this is naturally a diffractive lens. However, in the present invention, the phase structure of each annular zone is designed so that the phase function of the diffractive lens is not included. In the process of designing and synthesizing multiple annular phase shift structures separately, the spatial periodicity of the entire annular phase shift structure becomes sparse, and components with large aberrations as energy are required in the optical system. Even if it is unevenly distributed from the focused spot, it cannot be an intensity distribution in which each order is spatially discrete like a diffractive lens. Therefore, a phase shift lens designed by synthesizing a plurality of annular zones cannot have the periodicity necessary as a condition of the diffractive lens just because the aberration wavefront to be corrected includes defocus. Therefore, the lens of the present invention is a phase shift lens having a defocus component in the aberration to be corrected.

図10は、本発明の基本的な概念であるデフォーカスを含む波面収差を補正する位相シフトレンズの考え方を説明する図である。(a)は輪帯位相シフト構造を付加する前、(b)は輪帯位相シフト構造を付加した後で、それぞれ上段はレンズ形状とそこに入射する光線の概念図を、下段は波面収差(光路差)の瞳面内分布を示す。   FIG. 10 is a diagram illustrating the concept of a phase shift lens that corrects wavefront aberration including defocus, which is a basic concept of the present invention. (A) is before adding the annular phase shift structure, (b) is after adding the annular phase shift structure, the upper stage is a conceptual diagram of the lens shape and light rays incident thereon, and the lower stage is wavefront aberration ( The distribution in the pupil plane of (optical path difference) is shown.

(a)の輪帯位相シフト構造を付加する前では、BDの光束L1、DVDの光束L2、CDの光束L3が、基本的には同じ焦点位置P0(ここでは色収差は無視する)に集光している。これに対して、焦点近傍のP1、P2、P3で示した位置にBD、DVD、CDそれぞれの参照球面の曲率中心をおいたとき、参照波面に対する波面収差が下段のW1、W2、W3のように発生したとする。ここでは各々実際の焦点位置(元の焦点位置)と異なる基準焦点位置に対する波面収差であるため、それぞれのデフォーカスの波面収差が加わった波面収差が発生している。   Before adding the annular phase shift structure of (a), the BD light beam L1, the DVD light beam L2, and the CD light beam L3 are basically condensed at the same focal position P0 (here, chromatic aberration is ignored). doing. On the other hand, when the curvature centers of the reference spheres of BD, DVD, and CD are placed at the positions indicated by P1, P2, and P3 in the vicinity of the focal point, the wavefront aberration with respect to the reference wavefront is like W1, W2, and W3 in the lower stage. Suppose that Here, since the wavefront aberration is relative to a reference focal position different from the actual focal position (original focal position), a wavefront aberration is generated by adding the respective defocused wavefront aberrations.

これに対し(b)では、輪帯位相シフト構造を付加することで(a)で発生した波面収差W1、W2、W3を補正する。すなわち、輪帯段差による位相シフトによって波面収差が折り畳まれて、W1’,W2’,W3’で示すように、0(横軸に相当)の近傍に近づいている。このような波面収差分布となった場合、(a)で元々基準とする焦点位置がP1、P2、P3のように元の焦点位置P0からずれた位置であったことを考えれば、(b)で示すように、それぞれの位置P1、P2、P3に実際に光が集光されていることに他ならない。つまり位相シフトによってレンズ作用を生じさせていることになる。この残留収差が十分小さければそれが理想であるが、大きくても集光スポット形状が許容範囲の劣化に留まっていれば、収差の大きい成分が必要な集光スポットから空間的に実質的に分離される形となっていることに相当する。   In contrast, in (b), the wavefront aberrations W1, W2, and W3 generated in (a) are corrected by adding an annular phase shift structure. That is, the wavefront aberration is folded by the phase shift due to the annular step, and approaches 0 (corresponding to the horizontal axis) as indicated by W1 ', W2', and W3 '. When such a wavefront aberration distribution is obtained, considering that the focus position originally set as the reference in (a) is a position shifted from the original focus position P0 such as P1, P2, and P3, (b) As shown by, the light is actually condensed at the respective positions P1, P2, and P3. That is, the lens action is caused by the phase shift. If this residual aberration is small enough, it is ideal, but even if it is large, if the converging spot shape remains within the allowable range, the component with large aberration is substantially separated spatially from the necessary condensing spot. It is equivalent to being in the form.

以上のようにして、デフォーカス成分を含んだ輪帯位相シフト構造の設計を行ったのち、実際の輪帯レンズ面形状を設計する。この場合のレンズ面は、主にBD波長において、対応基板厚t4やt5に対し3次球面収差なく集光できるように保ちつつ、レンズ厚さを位相構造設計の各輪帯面の軸上段差量だけ変化させて設計する。このとき、各輪帯面により第2面も含めて決まる各輪帯領域の近軸焦点距離が輪帯ごとに変化することになる。このため各輪帯の半径位置は、光軸に対して所定の集光角度において集光できるように補正する必要がある。   After designing the annular phase shift structure including the defocus component as described above, the actual annular lens surface shape is designed. In this case, the lens surface is focused on the corresponding substrate thicknesses t4 and t5 so that the lens surface can be focused without third-order spherical aberration, and the lens thickness is set on the axial step of each annular surface of the phase structure design. Design by changing the amount. At this time, the paraxial focal length of each annular zone determined by each annular zone including the second surface changes for each annular zone. For this reason, it is necessary to correct the radial position of each annular zone so that light can be collected at a predetermined light collection angle with respect to the optical axis.

さらに各輪帯面の近軸焦点位置が輪帯ごとに変化してしまうために、レンズ全体での焦点距離が不明確となる。そこで本件の設計においては、設計したレンズ面形状に斜めに角度θを持って入射する光束が光軸に対して高さhを持って集光される場合、その集光焦点位置を、f=h/tanθによって計算して確定させる。対物レンズの開口数(NA)も、この焦点距離を用いて有効径に対して確定させる。従ってNAの値も、位相構造設計の初期設計値に対して最終的な値が目標の値になるように必要に応じてフィードバックするようにした。   Furthermore, since the paraxial focal position of each annular surface changes for each annular zone, the focal length of the entire lens becomes unclear. Therefore, in the present design, when a light beam incident at an angle θ with respect to the designed lens surface shape is condensed with a height h with respect to the optical axis, the condensing focal position is expressed as f = Calculate and confirm by h / tan θ. The numerical aperture (NA) of the objective lens is also determined for the effective diameter using this focal length. Therefore, the NA value is also fed back as necessary so that the final value becomes the target value with respect to the initial design value of the phase structure design.

以下、図4、図5、図6、図10で説明した本発明の原理に基づく、本発明の実施例についてさらに具体的に説明する。   The embodiments of the present invention based on the principle of the present invention described with reference to FIGS. 4, 5, 6, and 10 will be described in more detail below.

まず、本発明の対物レンズの第1の実施例(設計例1)について説明する。
表1は、設計例1における輪帯位相シフト構造の設計結果を示す。設計例1では、全ての輪帯位相シフト構造において、補償する波面収差形状を相似とするようにしている。
First, a first embodiment (design example 1) of the objective lens of the present invention will be described.
Table 1 shows the design results of the annular zone phase shift structure in design example 1. In the design example 1, the wavefront aberration shape to be compensated is made similar in all annular phase shift structures.

(A)は輪帯位相シフト構造を設計するための基本パラメータをまとめた表である。すでに述べたように、輪帯位相シフト構造の設計にあたって、波長ずれにより対物レンズによって発生する球面収差を補正するように、位相構造設計のための基板厚設定値をDVDとCDでは実際の値から予めずらしておく。ここではDVDが0.87mm、CDが1.98mmのときに、対物レンズにおける波長ずれの影響を含めた設計後の球面収差が補償される。また、NAの値はBDが0.85、DVDが0.65、CDが0.53を目標値として、それぞれ0.85、0.6373、0.5014の初期値において設計した。   (A) is the table | surface which put together the basic parameter for designing an annular zone phase shift structure. As described above, in designing the annular phase shift structure, the substrate thickness setting value for the phase structure design is corrected from the actual value for DVD and CD so as to correct the spherical aberration generated by the objective lens due to the wavelength shift. Shift in advance. Here, when the DVD is 0.87 mm and the CD is 1.98 mm, the designed spherical aberration including the influence of the wavelength shift in the objective lens is compensated. The NA values were designed with initial values of 0.85, 0.6373, and 0.5014, with the target values of 0.85 for BD, 0.65 for DVD, and 0.53 for CD, respectively.

これらの前提条件において、まず(C)のBD/DVD領域から説明する。(C1)に示す第4輪帯の深さ0.98μmにおいて、ベースレンズの対応基板厚と第4輪帯の輪帯数を、図5に示したBD/DVD領域の連立方程式を解いて決めた。このとき、波面収差のゼルニケ展開項のデフォーカス項A4の3次球面収差項A9に対する比は、適当な初期値に対する試算の結果を用いて−50に設定した。このような条件における連立方程式の解は、対応基板厚0.318mm、輪帯数が24.3であった。このようにベースレンズの対応基板厚は、BDの0.0875mmとDVDの0.6mmの間の値となった。このときBD、DVD、CDの各波長におけるデフォーカス量、収差量、位相差は、(C2)に示す結果となった。BDのデフォーカス量−0.055mmは、輪帯位相シフト構造によってベースレンズの焦点距離が0.055mm短くなることに対応する。このときのデフォーカス量は、DVDで0.106mm、CDで0.272mmであった。第4輪帯の位相差は、BDで0.27λ、DVDで−0.25λ、CDで−0.37λとなり、位相シフトレンズとしてはいずれも大きい値であるが、最終的なレンズ設計結果で確認することにしてこれを採用した。   Under these preconditions, the BD / DVD area (C) will be described first. At the depth of the fourth annular zone shown in (C1) of 0.98 μm, the corresponding substrate thickness of the base lens and the number of annular zones of the fourth annular zone are determined by solving the simultaneous equations of the BD / DVD region shown in FIG. It was. At this time, the ratio of the defocus term A4 of the Zernike expansion term of the wavefront aberration to the third-order spherical aberration term A9 was set to −50 using the result of trial calculation with respect to an appropriate initial value. The solution of the simultaneous equations under such conditions was a corresponding substrate thickness of 0.318 mm and a ring zone number of 24.3. Thus, the corresponding substrate thickness of the base lens was a value between 0.0875 mm for BD and 0.6 mm for DVD. At this time, the defocus amount, aberration amount, and phase difference at each wavelength of BD, DVD, and CD were as shown in (C2). The BD defocus amount of −0.055 mm corresponds to the focal length of the base lens being shortened by 0.055 mm due to the annular phase shift structure. The defocus amount at this time was 0.106 mm for DVD and 0.272 mm for CD. The phase difference of the 4th annular zone is 0.27λ for BD, −0.25λ for DVD, and −0.37λ for CD. Both are large values as a phase shift lens. I decided to confirm this and adopted it.

次に(B)の3波長共用領域を説明する。本設計例においては(B1)に示すように、対応基板厚をBD/DVD領域と同じ0.318mmに設定した。さらに(B2)に示すように、デフォーカス量についてもBD/DVD領域と同じ値に設定した。これによって補正すべき波面収差形状は確定した。このときBDの収差は23.3λ、DVDは−21.6λ、CDは−39.1λとなった。次に第1、第2、第3の輪帯の深さを0から3μmの範囲で変化させて、いろいろな深さの組み合わせに対し、図6に示した3波長共用領域の連立方程式を解いて位相シフト構造を決め、そのときの補正後波面収差量がなるべく小さくなる深さの組み合わせを探した。その結果、第1、第2、第3の輪帯の深さは、それぞれ0.09μm、1.495μm、2.375μmの解を選定した。BD、DVD、CDそれぞれの輪帯ごとの位相差は、やはり最大で0.3λを超える値となっている。これらの輪帯深さは、図7に示したデフォーカス成分のない比較例の6μmにもおよぶ深さに対して非常に浅い値となっている。このため付加される光路差の整数波長成分も1波長から2波長と、8波長にも及ぶ比較例に対して非常に少ない。このため輪帯面を形成するレンズ面の軸上レンズ厚の変化が少なくなり、画角特性を改善することができる。   Next, the three-wavelength shared region (B) will be described. In this design example, as shown in (B1), the corresponding substrate thickness was set to 0.318 mm, which is the same as the BD / DVD area. Further, as shown in (B2), the defocus amount was also set to the same value as the BD / DVD area. This determined the wavefront aberration shape to be corrected. At this time, the aberration of BD was 23.3λ, DVD was −21.6λ, and CD was −39.1λ. Next, by changing the depth of the first, second, and third annular zones in the range of 0 to 3 μm, the simultaneous equations of the three-wavelength shared region shown in FIG. 6 are solved for various combinations of depths. The phase shift structure was determined, and a combination of depths where the corrected wavefront aberration amount at that time was as small as possible was sought. As a result, the solutions of 0.09 μm, 1.495 μm, and 2.375 μm were selected for the depths of the first, second, and third annular zones, respectively. The phase difference for each ring zone of BD, DVD, and CD is a value exceeding 0.3λ at the maximum. These ring zone depths are very shallow values with respect to the depth of 6 μm of the comparative example having no defocus component shown in FIG. For this reason, the added integer wavelength component of the optical path difference is very small as compared with the comparative example including 1 to 2 wavelengths and 8 wavelengths. For this reason, the change in the axial lens thickness of the lens surface forming the annular zone is reduced, and the angle of view characteristic can be improved.

以上のようにして設計したBD/DVD領域と3波長共用領域の輪帯位相シフト構造を統合し、表1の(D)に示すような輪帯位相シフト構造を設計した。輪帯数は3波長共用領域で126、BD/DVD領域で25、BD専用領域で1、であり、合計152であった。   The annular phase shift structure of the BD / DVD region and the three-wavelength shared region designed as described above were integrated to design an annular phase shift structure as shown in Table 1 (D). The number of ring zones was 126 in the three-wavelength shared region, 25 in the BD / DVD region, and 1 in the BD dedicated region, for a total of 152.

図11は、表1の位相構造設計結果をもとに、実施例1(設計例1)のレンズにおいて補正すべき波面収差の計算結果を示す図である。計算は比較例の図8と同様に行い、左側が3波長共用領域、右側がその外側のBD/DVD領域である。ここでは単に色収差として生じるBDとCDの焦点位置のずれに、輪帯位相シフト構造によって約0.32mmの焦点位置のずれが加わるようになっている。これによって、BDとDVD/CDの相対的なデフォーカス量が、図8と比較して大きくなっていることがわかる。これは、図8において3波長共用領域とBD/DVD領域の境界近傍で波面収差が極値を持っていたのに対して、図11での極値はBD/DVD領域の外にはずれ、BD/DVD領域の波面傾斜が3波長共用領域と同じ符号となっていることからも明らかである。3波長共用領域での波面収差量は、BDで13λ以上、DVDで−9λ、CDで−17λにも及んでいる。従って、BDに対するCDのデフォーカスがざっと30λに達していることがわかる。BD/DVD領域まで含めれば、BDで約23λ、DVDで−21λ、CDで約―39λとなっている。このような大きな収差量はこれまで位相シフトでの補正は考えられなかった。さらにグラフ内にはRMS波面収差値を示している。3波長共用領域およびBD/DVD領域まで含めた領域とも、3次球面収差のRMS波面収差値(SA3)よりも、デフォーカス成分のRMS波面収差値(defocus)の方が大きくなっている。ここで、補正する波面収差にデフォーカスを含めていない図8の比較例と改めて比較する。図8においては、BD/DVD領域を含めた領域において、デフォーカス成分のRMS波面収差値(defocus)がほとんどゼロに近く、3次球面収差成分のRMS波面収差値(SA3)がデフォーカス成分に対して非常に大きくなっている。これが従来の位相シフトレンズの基本的な設計であり、図11に示す本実施例はこれと大きく異なる点である。   FIG. 11 is a diagram showing a calculation result of wavefront aberration to be corrected in the lens of Example 1 (Design Example 1) based on the phase structure design result of Table 1. The calculation is performed in the same manner as in FIG. 8 of the comparative example. The left side is the three-wavelength shared area, and the right side is the outer BD / DVD area. Here, a focal position shift of about 0.32 mm is added to the focal position shift between BD and CD, which is merely caused as chromatic aberration, by the annular phase shift structure. This shows that the relative defocus amount between BD and DVD / CD is larger than that in FIG. In FIG. 8, the wavefront aberration has an extreme value near the boundary between the three-wavelength shared region and the BD / DVD region, whereas the extreme value in FIG. 11 shifts outside the BD / DVD region. This is also clear from the fact that the wavefront slope of the / DVD region has the same sign as the three-wavelength shared region. The amount of wavefront aberration in the three-wavelength shared region reaches 13λ or more for BD, −9λ for DVD, and −17λ for CD. Therefore, it can be seen that the defocus of the CD with respect to the BD has roughly reached 30λ. Including the BD / DVD area, the BD is about 23λ, the DVD is −21λ, and the CD is about −39λ. Such a large amount of aberration has not been considered to be corrected by phase shift. Further, the RMS wavefront aberration value is shown in the graph. In the three-wavelength shared region and the region including the BD / DVD region, the RMS wavefront aberration value (defocus) of the defocus component is larger than the RMS wavefront aberration value (SA3) of the third-order spherical aberration. Here, a comparison is again made with the comparative example of FIG. 8 in which the defocus is not included in the wavefront aberration to be corrected. In FIG. 8, in the region including the BD / DVD region, the RMS wavefront aberration value (defocus) of the defocus component is almost zero, and the RMS wavefront aberration value (SA3) of the third-order spherical aberration component is the defocus component. On the other hand, it is very large. This is the basic design of the conventional phase shift lens, and this embodiment shown in FIG. 11 is greatly different from this.

さらに本実施例では、このような位相シフトを加えるに際して、BD/DVD領域にCD光のフレア光を軽減するための位相構造を付加している。これは前記した第5の輪帯位相シフト構造に該当する。位相シフトはBDとDVDでほぼ不感であり、CDにのみ位相シフト効果のあるような深さの段差を、上記で設計した輪帯位相シフト構造に対して交互に加える。具体的には図7において、例えば3.88μm近傍の深さがそのような位相シフトを与える深さである。   Furthermore, in this embodiment, when such a phase shift is applied, a phase structure for reducing flare light of CD light is added to the BD / DVD area. This corresponds to the fifth annular phase shift structure described above. The phase shift is almost insensitive to BD and DVD, and a step having a depth that has a phase shift effect only on CD is alternately applied to the annular phase shift structure designed above. Specifically, in FIG. 7, for example, a depth in the vicinity of 3.88 μm is a depth that gives such a phase shift.

図12は、フレア光対策に位相シフトを付加した効果を示す図である。また図13は、比較用としてフレア光対策の位相シフトを付加しない場合を示す図である。各図において上段がBD、中段がDVD、下段がCDであり、左列が整数波長分を含む位相シフト、中央列が整数波長分を含まない位相シフトである。また右列は位相シフト後の波面収差であり、図11の右列の収差曲線から、図12および図13の中央列の位相シフト分を差し引いて収差補償を行った結果である。それぞれ横軸がBD/DVD領域の規格化半径であり、縦軸が位相シフト量または波面収差である。   FIG. 12 is a diagram illustrating the effect of adding a phase shift to the flare light countermeasure. FIG. 13 is a diagram showing a case where a phase shift for preventing flare light is not added for comparison. In each figure, the upper row is BD, the middle row is DVD, the lower row is CD, the left column is a phase shift including an integer wavelength, and the center column is a phase shift not including an integer wavelength. The right column shows the wavefront aberration after the phase shift, and is a result of performing aberration compensation by subtracting the phase shift of the center column of FIGS. 12 and 13 from the aberration curve of the right column of FIG. The horizontal axis represents the normalized radius of the BD / DVD area, and the vertical axis represents the phase shift amount or wavefront aberration.

この場合、BDでは5.01λ、DVDでは2.97λ、CDでは2.48λの位相シフトが生じる。図12では、整数波長分の位相シフトを含む波面収差がBD,DVD,CDいずれにおいても凹凸を繰り返している。これが上記で述べたBD,DVDで不感であり、CDで位相シフトを生じる位相段差である。図13ではこのような位相段差は表れていない。中央列では整数波長分を除いて表示しているため、図12でもこの位相シフトがBDとDVDではほとんど表れず、ほとんど本来の収差補償の位相シフトだけによる位相段差となり、図13とほぼ同じ曲線となる。ところがCDについては、図12の中央列においてほぼ0.5λの位相差が加わるため、図13とは全体の位相シフト曲線の傾きがほぼ反転する。図11の波面収差を補償するのは実質的にこの中央列のカーブとなるため、図11のCDの波面収差がBD/DVD領域で右下がりのカーブであることから、それと反対の右上がりの位相シフトを差し引くことによって波面収差は増大することになる。これにより収差補償後の波面収差は、CDで±0.5λを振り切る区間の数が、図13の略3区間に対して図12では14区間に増えている。これによって波面の傾きが大きくなり、必要な集光スポットに対して光が拡散され、影響が軽減される。   In this case, a phase shift of 5.01λ for BD, 2.97λ for DVD, and 2.48λ for CD occurs. In FIG. 12, the wavefront aberration including a phase shift for an integer wavelength repeats unevenness in any of BD, DVD, and CD. This is a phase step which is insensitive to the BD and DVD described above and causes a phase shift in the CD. In FIG. 13, such a phase step does not appear. Since the center column is displayed excluding the integer wavelengths, this phase shift hardly appears in BD and DVD in FIG. 12, and almost becomes a phase step due to only the original aberration compensation phase shift. It becomes. However, with respect to CD, a phase difference of about 0.5λ is added in the center row of FIG. 12, so that the slope of the entire phase shift curve is substantially reversed from that of FIG. The wavefront aberration of FIG. 11 is substantially compensated by the curve in the center row. Therefore, the wavefront aberration of the CD of FIG. 11 is a curve that falls to the right in the BD / DVD region. By subtracting the phase shift, the wavefront aberration will increase. As a result, in the wavefront aberration after aberration compensation, the number of sections in which ± 0.5λ is swung by CD is increased to 14 sections in FIG. As a result, the inclination of the wavefront is increased, and the light is diffused to the necessary condensing spot, thereby reducing the influence.

図14〜16は、図11の波面収差に対し、表1に示す設計結果を適用して位相シフト構造により補正した結果を示す。図14はBDの波面収差、図15はDVDの波面収差、図16はCDの波面収差であり、ともに横軸は規格化瞳半径であり、それぞれBD、DVD、CDの有効範囲のみを表示している。BDの波面収差を基準に、各輪帯位相シフト構造が補償を分担する波面収差形状を位相シフトで刻んで波面収差を決定している。このためBDでは全体に波面収差のエンベロープ変動が少ないが、DVDとCDではややエンベロープが変動している。その理由は以下と推定している。すなわち本実施例においては、BD/DVD領域のみならず、3波長共用領域においても重ね合わせるすべての輪帯位相シフト構造において、補償する波面収差形状を相似とするようにした。その際、相似形とするために考慮した波面収差成分が、デフォーカス成分と3次球面収差成分のみであったため、高次球面収差成分の比が必ずしも一致せず、補償残留成分として表れたものと見られる。これらは第2の実施例において説明するように、各展開項成分ごとに各輪帯位相シフト構造の補償配分を決定する方法により改善できる。   14 to 16 show the result of correcting the wavefront aberration of FIG. 11 by applying the design result shown in Table 1 using the phase shift structure. FIG. 14 shows the wavefront aberration of BD, FIG. 15 shows the wavefront aberration of DVD, FIG. 16 shows the wavefront aberration of CD, and the horizontal axis is the normalized pupil radius, and only the effective ranges of BD, DVD and CD are displayed. ing. Based on the wavefront aberration of the BD, the wavefront aberration is determined by engraving the wavefront aberration shape shared by each annular phase shift structure by phase shift. For this reason, the overall fluctuation of the envelope of wavefront aberration is small in BD, but the envelope is slightly fluctuating in DVD and CD. The reason is estimated as follows. That is, in the present embodiment, the wavefront aberration shape to be compensated is made similar in all annular phase shift structures that are superimposed not only in the BD / DVD region but also in the three-wavelength shared region. At that time, since the wavefront aberration component considered for the similar shape was only the defocus component and the third-order spherical aberration component, the ratio of the higher-order spherical aberration component did not always match and appeared as a compensation residual component. It is seen. As described in the second embodiment, these can be improved by a method of determining the compensation distribution of each annular phase shift structure for each expansion term component.

補償後の波面収差量は、図14のBDでは−0.17λから0.13λの範囲の0.3λp−p(p−pはPeak to Peakを意味する)、図15のDVDでは−0.21λから0.12λの0.33λp−p、図16のCDでは−0.38λから0.22λの0.6λp−pの範囲に収差が抑えられている。各図においてその波形の周期性を確認すると、図14においては規格化半径0の中心位置から2〜3輪帯ごとに波形が波打っているが、その本数や配置などから必ずしも周期性がない。BD/DVD領域においては輪帯位相シフト構造が第4の輪帯だけであるため、周期性があるように見受けられる。しかしBD/DVD領域を透過して光ディスク光学系で使用される光は、3波長共用領域とBD/DVD領域を用いるDVD光と、3波長共用領域とBD/DVD領域とBD専用領域を用いるBD光であるため、使用領域全体として周期性がないのは言うまでもない。従って光軸方向に集光スポットが次数ごとに分離することはなく、回折レンズではなく位相シフトレンズとなると考えられる。   The amount of wavefront aberration after compensation is 0.3λp-p (pp means Peak to Peak) in the range of −0.17λ to 0.13λ in the BD of FIG. 14, and −0. Aberrations are suppressed within a range of 0.33λp-p from 21λ to 0.12λ, and 0.6λp-p from −0.38λ to 0.22λ in the CD of FIG. When the periodicity of the waveform is confirmed in each figure, in FIG. 14, the waveform undulates every two to three annular zones from the center position of the normalized radius 0, but there is not necessarily periodicity due to the number or arrangement of the waveforms. . In the BD / DVD region, since the annular phase shift structure is only the fourth annular zone, it seems that there is periodicity. However, light transmitted through the BD / DVD area and used in the optical disc optical system is DVD light using the three-wavelength shared area and the BD / DVD area, and BD using the three-wavelength shared area, the BD / DVD area, and the BD dedicated area. Since it is light, it cannot be overemphasized that there is no periodicity as a whole use area. Therefore, it is considered that the condensing spot is not separated for each order in the optical axis direction, but becomes a phase shift lens instead of a diffraction lens.

なお、上記の輪帯位相シフト構造において3波長共用領域の輪帯位置を決めるにあたっては、3つの輪帯位相シフト構造で別々に輪帯位置を決めたあとで、1面に合成したときにあまり幅の狭い輪帯が生じないようにする。そのため、第1、第2、第3のレンズ領域の境界部に隣接しない輪帯領域において、入射瞳面に投影した幅の狭い輪帯は、その両側の輪帯境界における位相シフト値を重みとして加重平均した半径位置に、両側の位相シフトを合成した位相シフト量を付加するように調整した。   In determining the annular position of the three-wavelength shared region in the annular phase shift structure described above, it is not so much when the annular positions are determined separately in the three annular phase shift structures and then combined on one surface. Avoid narrow ring zones. Therefore, in an annular region that is not adjacent to the boundary between the first, second, and third lens regions, a narrow annular zone projected on the entrance pupil plane is weighted by the phase shift value at the annular boundary on both sides thereof. Adjustment was made so that a phase shift amount obtained by combining the phase shifts on both sides was added to the weighted average radial position.

図17は、幅の狭い輪帯形状の合成を説明する図である。2つの輪帯位相シフト構造による位相シフト形状を401、402とするとき、領域405においてそれら2つの位相シフトの境界が近接している。ここで図の左右方向がレンズの半径方向の空間座標、上下方向が輪帯による位相シフト量を示す。これらの近接する輪帯の位相シフトをそのまま合成すると、符号403のように近接領域405において幅の狭い輪帯406を生じることになる。輪帯406の幅が実際に加工可能な寸法以下の場合には、この近接する輪帯境界を404のように1つの段差407として合成する必要がある。ここで近接する2つの位相シフト量では、輪帯位相シフト構造402の方が輪帯位相シフト構造401より大きいため、2つの輪帯を合成した新たな輪帯境界407はもとの402の輪帯境界に近づけている。具体的には、近接する2つの輪帯境界半径を、2つの位相シフト量の絶対値の比によって内分する半径位置を新たな輪帯境界とする。位相シフトの大きい輪帯位相シフト構造では当然ながら補償する収差量も大きいため、輪帯境界位置が理想的な状態からずれると、位相シフトの小さい輪帯境界がずれるときよりも残留する収差量が大きくなる。従って位相シフトの大きい輪帯境界は、位相シフトの小さい輪帯境界よりもずれが小さくなるように配置するのが望ましい。以上の方法により、輪帯幅は最少でも3μm以上となるようにした。   FIG. 17 is a diagram for explaining synthesis of a narrow annular zone shape. When the phase shift shapes of the two annular zone phase shift structures are 401 and 402, the boundary between the two phase shifts is close in the region 405. Here, the horizontal direction in the figure indicates the spatial coordinates in the radial direction of the lens, and the vertical direction indicates the phase shift amount due to the annular zone. When the phase shifts of these adjacent annular zones are combined as they are, a narrow annular zone 406 is generated in the proximity region 405 as indicated by reference numeral 403. When the width of the annular zone 406 is equal to or smaller than the actually processable dimension, it is necessary to synthesize the adjacent annular zone boundary as one step 407 as indicated by 404. Here, in the two adjacent phase shift amounts, the annular zone phase shift structure 402 is larger than the annular zone phase shift structure 401, so the new annular zone boundary 407 obtained by synthesizing the two annular zones is the ring of the original 402. It is close to the belt boundary. Specifically, a radius position that internally divides two adjacent annular zone radii by the ratio of the absolute values of the two phase shift amounts is set as a new annular zone boundary. Since an annular phase shift structure with a large phase shift naturally has a large amount of aberration to be compensated, if the annular zone boundary position deviates from the ideal state, the residual aberration amount is smaller than when the annular zone boundary with a small phase shift shifts. growing. Therefore, it is desirable to arrange the annular zone boundary having a large phase shift so that the shift is smaller than the annular zone boundary having a small phase shift. By the above method, the annular zone width was made to be at least 3 μm.

次に、表1、図11、図14〜16に示した位相構造を持つレンズ面形状の光学設計について説明する。光学設計ではまずBD専用領域に相当するレンズ面を有する一様な輪帯のないBD専用対物レンズを、画角特性の許す限り作動距離を広げて光学設計ソフトを用いて最適設計する。次にこのレンズの第2面から焦点までの距離(バックフォーカス)と第1面と第2面の面間隔を固定したまま、BD、DVDの波面収差が図11のBD、DVDの波面収差となるように第1面と第2面を最適設計する。次に第2面を固定して、位相構造設計したBD/DVD領域の各輪帯の位相シフト量となるように軸上レンズ厚を変えて、第1面のBD/DVD領域のすべての輪帯面で同じ図11の波面収差となるように最適設計する。   Next, the optical design of the lens surface shape having the phase structure shown in Table 1, FIG. 11, and FIGS. In optical design, a BD-dedicated objective lens without a uniform annular zone having a lens surface corresponding to the BD-dedicated region is first optimally designed using optical design software with a wider working distance as long as the angle of view characteristics allow. Next, with the distance from the second surface of the lens to the focal point (back focus) and the distance between the first and second surfaces fixed, the wavefront aberration of BD and DVD is the same as the wavefront aberration of BD and DVD in FIG. The first surface and the second surface are optimally designed so that Next, the second surface is fixed, and the axial lens thickness is changed so that the phase shift amount of each annular zone of the BD / DVD region designed for phase structure is obtained, and all the rings in the BD / DVD region of the first surface are changed. The optimum design is made so that the wavefront aberration of FIG.

次に、もとのBD専用領域のレンズの、第2面から焦点までの距離(バックフォーカス)と第1面と第2面の面間隔を固定したまま、BD、DVD、CDの波面収差が図11の各波面収差となるように第1面の面形状を最適設計する。このとき、第2面はBD/DVD領域の面を用いる。次に位相構造設計した3波長共用領域の各輪帯の位相シフト量となるように軸上レンズ厚を変えて、第1面の3波長共用領域のすべての輪帯面で同じ図11の波面収差が得られるように最適設計する。得られた各輪帯の面形状から計算される近軸焦点距離に対して、第2面を出射する屈折光線が所定の傾きで集光されるように各輪帯境界での輪帯境界位置を微調整する。   Next, the wavefront aberration of BD, DVD, and CD is fixed while the distance from the second surface to the focal point (back focus) and the surface distance between the first surface and the second surface of the lens in the original BD area are fixed. The surface shape of the first surface is optimally designed so as to have each wavefront aberration of FIG. At this time, the surface of the BD / DVD area is used as the second surface. Next, the wavefront of FIG. 11 is the same for all the annular surfaces in the three-wavelength shared region of the first surface by changing the axial lens thickness so that the phase shift amount of each annular zone in the three-wavelength shared region designed by the phase structure is obtained. Optimum design to obtain aberrations. The ring zone boundary position at each ring zone boundary so that the refracted light beam emitted from the second surface is condensed at a predetermined inclination with respect to the paraxial focal length calculated from the surface shape of each ring zone obtained. Tweak the.

次にその半径位置で位相シフトに対応した非球面形状を、曲率半径と円錐定数、または2次非球面係数と4次非球面係数で最小2乗フィッティングする。これらのパラメータを光学設計ソフトに初期値として入力し、図14〜16の波面収差を目標としてさらに最適設計する。このようにすると、第1面が位相構造設計した輪帯数の輪帯位相シフト面、第2面が3波長共用領域とBD/DVD領域の互換領域と、BD専用領域で異なる非球面形状となる。   Next, the aspherical shape corresponding to the phase shift at the radial position is subjected to the least-square fitting with the radius of curvature and the conic constant, or the second-order aspheric coefficient and the fourth-order aspheric coefficient. These parameters are input as initial values to the optical design software, and further optimal design is performed with the wavefront aberration of FIGS. In this case, the first surface has an annular phase shift surface with the number of the annular zones designed by the phase structure, the second surface has a three-wavelength shared region and a BD / DVD region compatible region, and an aspheric shape different in the BD dedicated region. Become.

表2は、実施例1(設計例1)におけるレンズ基本仕様値(基本パラメータ)を示す。基本仕様値としては、波長、レンズやディスク面の面間隔、レンズやディスクの屈折率、および有効光束径を含む。ここでBDの有効光束径はBD専用領域の外径を示し、DVDの有効光束径はBD/DVD共用領域の外径を示し、CDの有効光束径は3波長共用領域の外径を示す。   Table 2 shows lens basic specification values (basic parameters) in Example 1 (Design Example 1). Basic specification values include the wavelength, the spacing between the lens and disk surfaces, the refractive index of the lens and disk, and the effective beam diameter. Here, the effective light beam diameter of BD indicates the outer diameter of the BD dedicated area, the effective light beam diameter of DVD indicates the outer diameter of the BD / DVD common area, and the effective light diameter of CD indicates the outer diameter of the three-wavelength common area.

Figure 0005706839
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表3A,表3Bは、レンズ第1面の輪帯位相シフト構造を示す。輪帯数は152本あり、第0から第104輪帯までが3波長共用領域、第105から第150輪帯までがBD/DVD共用領域、第151輪帯がBD専用領域である。ここで軸上サグ量は、(3)式で表される非球面式のA0である。   Tables 3A and 3B show the annular phase shift structure of the first lens surface. There are 152 ring zones, the 0th to 104th ring zones are the 3-wavelength shared area, the 105th to 150th ring zones are the BD / DVD shared area, and the 151st ring zone is the BD dedicated area. Here, the on-axis sag amount is A0 of the aspherical surface expressed by the equation (3).

Figure 0005706839
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軸上サグ量は第0輪帯では0である。第0輪帯から第104輪帯までは曲率半径(曲率cの逆数)と円錐定数κだけで表されている。一方、第105輪帯から第150輪帯までは非球面式の曲率cは0であり、A2とA4のみで表されている。このように少ない項数で表されるのは、輪帯の幅が狭く、少ない項数でも必要な形状が十分記述できるためである。表内の軸上サグ量、開口半径、曲率半径の単位はmmである。   The axial sag amount is 0 in the 0th annular zone. The 0th zone to the 104th zone are represented only by the radius of curvature (the reciprocal of the curvature c) and the conic constant κ. On the other hand, from the 105th zone to the 150th zone, the curvature c of the aspherical surface is 0 and is represented only by A2 and A4. The reason why the number of terms is expressed in such a small number is that the width of the annular zone is narrow and the necessary shape can be sufficiently described even with a small number of terms. The unit of on-axis sag amount, opening radius, and curvature radius in the table is mm.

Figure 0005706839
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表4は、レンズ第2面の非球面式のA4までの係数である。パラメータは表3A,3Bと同様のものである。表内の軸上サグ量、開口半径、曲率半径の単位はmmである。第2面では、3波長共用領域とBD/DVD領域は同じ非球面である第0輪帯(輪帯番号0)の形状をしており、BD専用領域は第1輪帯(輪帯番号1)の面形状をしている。   Table 4 shows coefficients up to A4 of the aspherical surface of the second lens surface. The parameters are the same as in Tables 3A and 3B. The unit of on-axis sag amount, opening radius, and curvature radius in the table is mm. On the second surface, the three-wavelength shared region and the BD / DVD region have the same aspherical surface as the 0th ring zone (ring zone number 0), and the BD dedicated region has the 1st ring zone (ring zone number 1). ) Surface shape.

Figure 0005706839
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表5は、レンズ第1面の第0〜150輪帯と第151輪帯、およびレンズ第2面の第0輪帯と第1輪帯についてのA6以降の非球面係数である。第1面の第151輪帯はBD専用領域であり、領域が広いため、第2面の第1、第2輪帯とともに多くの非球面係数を必要とする。   Table 5 shows the aspherical coefficients after A6 for the 0th to 150th and 151st annular zones of the first lens surface and the 0th and first annular zones of the second lens surface. The 151st zone of the 1st surface is a BD exclusive area, and since a field is wide, many aspherical coefficients are required with the 1st and 2nd zone of the 2nd surface.

Figure 0005706839
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図18は、設計例1のレンズ設計形状と、軸上波面収差分布と像高の波面収差分布を、BD、DVD、CDそれぞれについて光線追跡により解析した結果を示す。レンズ形状はBD、DVD、CDともBD専用領域まで含めて表示しているが、DVDとCDの有効径は表示している範囲より狭い領域となる。つまりDVDとCDについては不要なフレア光線を含めて表示している。さらに図中には、有効径、焦点距離(f)、開口数(NA)、作動距離(WD)の値を示す。   FIG. 18 shows the results of analyzing the lens design shape of design example 1, the axial wavefront aberration distribution, and the wavefront aberration distribution of the image height by ray tracing for each of BD, DVD, and CD. Although the lens shape is displayed including BD, DVD, and CD up to the BD dedicated area, the effective diameter of DVD and CD is narrower than the displayed range. That is, DVD and CD are displayed including unnecessary flare rays. Further, in the drawing, values of effective diameter, focal length (f), numerical aperture (NA), and working distance (WD) are shown.

ここで本実施例の輪帯位相シフトレンズでは、以下のようにして焦点距離を決めている。輪帯位相シフトレンズでは、位相シフトさせる軸上段差量だけ局所的にレンズ厚を変えて、所定の焦点位置での波面収差が所定の形状となるように各輪帯面の非球面形状を決定する。このときレンズ厚を変化させるのに伴い、幾何光学的な焦点距離が各輪帯で厳密には異なる値となる。従来の輪帯位相シフトレンズでは波面収差にデフォーカスを含めていなかったため、輪帯位相シフト構造で補償されるべき波面収差が小さく、輪帯数は本実施例のレンズに比べて少なく、また輪帯幅も広かった。そのため、実効的な焦点距離は中心の第0輪帯の幾何光学的な焦点距離で代用しても支障がなかった。しかし本実施例の輪帯位相シフトレンズでは輪帯数が多く、各輪帯の幾何光学的な焦点距離の変化は数十μmにも及ぶ。そこで対物レンズの実効的な焦点距離を、設計形状に対応させて以下のように定量化している。すなわち、わずかに画角をつけた入射光の波動光学的集光スポット中心強度が結像する像高が、焦点距離に画角θのtanθを乗じた値となっていると考えられるので、その像高値をtanθで除して焦点距離としている。図18の設計例では、BD,DVD,CDのそれぞれの焦点距離は、1.788mm、1.972mm、2.080mmである。   Here, in the annular phase shift lens of the present embodiment, the focal length is determined as follows. In the annular phase shift lens, the aspherical shape of each annular surface is determined so that the wavefront aberration at the predetermined focal position becomes a predetermined shape by locally changing the lens thickness by the amount of the axial step to be phase shifted. To do. At this time, as the lens thickness is changed, the geometric optical focal length is strictly different in each annular zone. Since the conventional annular phase shift lens does not include defocus in the wavefront aberration, the wavefront aberration to be compensated for by the annular phase shift structure is small, and the number of annular zones is smaller than that of the lens of this embodiment. The band width was also wide. Therefore, there is no problem even if the effective focal length is substituted with the geometric optical focal length of the center 0th annular zone. However, the annular phase shift lens of this embodiment has a large number of annular zones, and the geometrical optical focal length of each annular zone changes by several tens of μm. Therefore, the effective focal length of the objective lens is quantified as follows according to the design shape. That is, it is considered that the image height at which the wave optical condensing spot center intensity of incident light with a slight angle of view forms an image is a value obtained by multiplying the focal length by tan θ of the angle of view θ. The image height value is divided by tan θ to obtain the focal length. In the design example of FIG. 18, the focal lengths of BD, DVD, and CD are 1.788 mm, 1.972 mm, and 2.080 mm, respectively.

BD,DVD,CDの各焦点距離に応じて各有効径に対しNA値を決めており、図18ではBDは0.850、DVDは0.635、CDでは0.519となっている。有効径はBDで3.04mmであり、図9(比較例)の3.74mmに対して小さくなっている。一般に、3.74mmφはハーフハイトと呼ばれる厚さのドライブ装置用であり、3mmφはスリムタイプと呼ばれる薄いドライブ装置用である。作動距離(WD)はBDで0.626mm、DVDで0.498mm、CDで0.244mmを確保している。有効径が図9の比較例と異なるので、WDの値で単純に比較することが難しいが、BD,DVD,CDのそれぞれの焦点距離は図18では1.788mm、1.972mm、2.080mmである。これらを図9の2.2mm、2.259mm、2.44mmと比較すると、CDの焦点距離とBDの焦点距離の比は1.11倍から1.16倍に広がっていることから、輪帯位相シフト構造による焦点距離拡大効果が表れていることがわかる。またDVDとCDのNAは0.635、0.519であり、図9の0.611、0.466より大きくなっている。これはDVDやCDの記録にも対応させることを意図した設計であるためである。   The NA value is determined for each effective diameter in accordance with the focal lengths of BD, DVD, and CD. In FIG. 18, BD is 0.850, DVD is 0.635, and CD is 0.519. The effective diameter is 3.04 mm in BD, which is smaller than 3.74 mm in FIG. 9 (comparative example). Generally, 3.74 mmφ is for a drive device having a thickness called half height, and 3 mmφ is for a thin drive device called slim type. The working distance (WD) is 0.626 mm for BD, 0.498 mm for DVD, and 0.244 mm for CD. Since the effective diameter is different from the comparative example of FIG. 9, it is difficult to simply compare with the value of WD, but the focal lengths of BD, DVD, and CD are 1.788 mm, 1.972 mm, and 2.080 mm in FIG. It is. Compared with 2.2 mm, 2.259 mm, and 2.44 mm in FIG. 9, the ratio of the focal length of CD and the focal length of BD increases from 1.11 times to 1.16 times. It can be seen that the focal length expansion effect by the phase shift structure appears. The NAs of DVD and CD are 0.635 and 0.519, which are larger than 0.611 and 0.466 in FIG. This is because the design is intended to be compatible with DVD and CD recording.

光線図においては各波長の有効領域内の光線であっても、見かけ上、必ずしもディスクの記録膜面に集光していないように見えている。しかしこれは光線の幾何光学的な光路であって、実際の集光スポットの強度分布を反映するものではない。実際には波面収差および波動光学的な集光スポット分布で評価されるべきものである。   In the ray diagram, even light rays in the effective region of each wavelength seem to be not necessarily condensed on the recording film surface of the disc. However, this is a geometric optical path of the light beam and does not reflect the actual intensity distribution of the focused spot. Actually, it should be evaluated by wavefront aberration and wave optical condensing spot distribution.

波面収差も同様にBDの有効範囲を表示している。BDの軸上波面収差は、3波長共用領域とBD/DVD領域で0.3λp−p程度の振幅で細かく変動している。これは図14の位相構造設計に対応し、ほぼ目標通りの波面収差を生じる面形状が設計できている。BDのBD専用領域の波面は当然ながら平らになっており、これも図14と対応している。DVDの軸上波面収差は、3波長共用領域とBD/DVD領域では約0.3λp−pの変動があり、BD専用領域で急激に±0.5λを超える変動が始まっている。図では必ずしも±0.5λに達していないように見えるが、これはサンプリング点数の設定によるもので、これもほぼ図15と対応している。CDの軸上波面収差は、3波長共用領域では0.4λp−p程度の振幅で変動しているが、BD/DVD領域とBD専用領域では急激に±0.5λを超える変動が始まっており、これも図16とほぼ対応している。これらの収差は図9の比較例と比べると格段に大きいが、その影響は以降のスポット分布で評価する。   The wavefront aberration similarly displays the effective range of BD. The on-axis wavefront aberration of the BD varies finely with an amplitude of about 0.3λp-p in the three-wavelength shared region and the BD / DVD region. This corresponds to the phase structure design of FIG. 14, and a surface shape that produces a wavefront aberration almost as intended can be designed. The wavefront of the BD dedicated area of the BD is naturally flat and this also corresponds to FIG. The on-axis wavefront aberration of DVD has a variation of about 0.3λp-p in the three-wavelength shared region and the BD / DVD region, and a variation exceeding ± 0.5λ has begun suddenly in the BD dedicated region. In the figure, it seems that it does not necessarily reach ± 0.5λ, but this is due to the setting of the number of sampling points, and this also substantially corresponds to FIG. On-axis wavefront aberration of CD fluctuates with an amplitude of about 0.4λp-p in the three-wavelength shared region, but suddenly exceeds ± 0.5λ in the BD / DVD region and the BD-dedicated region. This also substantially corresponds to FIG. These aberrations are much larger than those in the comparative example of FIG. 9, but the influence is evaluated by the subsequent spot distribution.

次に図18の画角特性(像高特性)について述べる。画角は波面収差の表示が有効範囲で±0.5λの範囲に収まる必要性から、BDでは0.1°、DVDでは0.2°、CDでは0.3°の設定となっている。これらの値は図9の比較例の0.03°、0.07°、0.15°に対してすでに2倍から3倍に広がっており、後で述べるように実効的な収差量も十分実用的な値となっている。   Next, the angle of view characteristic (image height characteristic) of FIG. 18 will be described. The angle of view is set to 0.1 ° for BD, 0.2 ° for DVD, and 0.3 ° for CD, because the display of wavefront aberration needs to be within an effective range of ± 0.5λ. These values have already spread from 2 to 3 times the 0.03 °, 0.07 °, and 0.15 ° of the comparative example of FIG. 9, and the effective aberration amount is sufficient as described later. It is a practical value.

図18に示した波面収差分布は、有効径内の収差量を数値的に把握するのに適しているが、有効径外のフレア光の影響などは確認しにくい。そこで図19には、軸上波面収差の干渉縞画像を合成して示した。左からBD、DVD、CDの場合であり、いずれもBD有効径の範囲で示している。また収差量の可視化のために、いずれの画像にも画面横軸方向に10λのチルト波面収差を付加している。これにより、まっすぐではっきりした10本の縦縞が等間隔に並んでいるのが理想状態であり、そこからのずれが収差量を表している。フレア光は干渉縞が細かいほど影響が少なく、粗い部分が問題となる可能性のある箇所である。ただし、干渉縞が画素のピッチに近くなったことによって発生したモアレ縞も部分的に混在しているので注意が必要である(対称性から考えにくい局所的な円形の薄い縞はモアレと考えられる)。これによりBD、DVDでは有効径内ではほぼ良好な干渉縞が現れており、CDでは有効径内でやや干渉縞の鮮明度が低下していることから効率の低下を示している。DVDとCDの外周部のフレア光領域は基本的には十分細かい干渉縞となっているが、CDのBD/DVD領域において薄い干渉縞があり、これがモアレ縞かどうかは判断に迷うところである。またCDのBD専用領域の最外周において少し干渉縞が粗く鮮明となっているところがあり、この領域にはBDに不感な深さのフレア対策輪帯を付加してもよい。   The wavefront aberration distribution shown in FIG. 18 is suitable for numerically grasping the amount of aberration within the effective diameter, but it is difficult to confirm the influence of flare light outside the effective diameter. Accordingly, FIG. 19 shows an interference fringe image of axial wavefront aberration synthesized. This is the case of BD, DVD, and CD from the left, and all are shown in the range of the BD effective diameter. In order to visualize the amount of aberration, a tilt wavefront aberration of 10λ is added to each image in the horizontal direction of the screen. Thereby, it is an ideal state that ten straight and clear vertical stripes are arranged at equal intervals, and the deviation from that represents the amount of aberration. Flare light has less influence as the interference fringes are finer, and a rough portion is a portion that may cause a problem. However, moiré fringes generated when the interference fringes are close to the pixel pitch are also partially mixed, so care must be taken (local thin thin fringes that are difficult to think from symmetry are considered to be moire. ). As a result, almost good interference fringes appear within the effective diameter in the BD and DVD, and the sharpness of the interference fringes slightly falls within the effective diameter in the CD, indicating a reduction in efficiency. The flare light areas on the outer periphery of DVD and CD are basically sufficiently fine interference fringes, but there are thin interference fringes in the BD / DVD area of CD, and it is difficult to judge whether these are moire fringes. Further, there is a place where interference fringes are slightly rough and clear at the outermost periphery of the BD dedicated area of the CD, and a flare countermeasure ring zone having a depth insensitive to BD may be added to this area.

次に表6には、波面収差のゼルニケ展開解析結果を示す。ここでは図18の光線追跡結果から、BD、DVD、CDそれぞれについて軸上の波面収差と画角に対する波面収差を、ゼルニケ展開項のRMS波面収差成分値とそれらを合成した波面収差値とで示している。   Next, Table 6 shows the Zernike expansion analysis results of wavefront aberration. Here, based on the ray tracing results of FIG. 18, the wavefront aberration on the axis and the wavefront aberration with respect to the angle of view for each of BD, DVD, and CD are shown by the RMS wavefront aberration component value of the Zernike expansion term and the wavefront aberration value synthesized from them. ing.

表6の(A)は軸上波面収差であり、回転対称な項番号9、16、25、36、37の球面収差とFit errorおよびそれらの合成値を示している。Totalはフィッティング前のRMS波面収差であり、5〜37Totalは第5項から第37項までのゼルニケ係数の合成値を意味しているが、画角がゼロの軸上の波面収差の場合には、中心対称な5つの球面収差のみの合成値である。これによれば、フィッティング前のTotal波面収差の値は、BDで0.058λrms、DVDで0.073λrms、CDで0.118λrmsと大きいが、本実施例の輪帯位相シフタを用いた対物レンズでは、これは光利用効率の指標と解釈することができる。例えばマレシャルの評価基準とされる0.07λrmsは、集光スポットの中心強度が無収差に対して80%に低下する場合の波面収差量として知られている。このような中心強度はストレール強度と呼ばれ、RMS波面収差値Wrmsに対して1−(2πWrms/λ)で近似できる。ストレール強度はスポットの中心強度の比率であるが、もしスポット径が無収差と変化なければ、ほぼ光利用効率と等価であると解釈することができる。本実施例において上記よりストレール強度を計算すると、BDは87%、DVDは79%、CDは45%と推定される。一方、5〜37Totalの波面収差値は、本実施例においては、実際に集光される光スポットの品質を反映した通常の波面収差としての評価指標となる。これらはBD、DVD、CDでそれぞれ0.009λrms、0.021λrms、0.003λrmsといずれも十分に小さい。これらについては後で説明するスポット分布の評価によって検証する。 (A) in Table 6 is the axial wavefront aberration, and shows the spherical aberration and Fit error of rotationally symmetric term numbers 9, 16, 25, 36, and 37 and their combined values. Total is the RMS wavefront aberration before fitting, and 5 to 37Total means the composite value of the Zernike coefficients from the fifth term to the 37th term, but in the case of wavefront aberration on the axis where the angle of view is zero The combined value of only five spherical aberrations that are centrosymmetric. According to this, the total wavefront aberration value before fitting is as large as 0.058 λ rms for BD, 0.073 λ rms for DVD, and 0.118 λ rms for CD, but in the objective lens using the annular phase shifter of this embodiment, This can be interpreted as an indicator of light utilization efficiency. For example, 0.07λrms, which is a Marechal evaluation criterion, is known as the amount of wavefront aberration when the center intensity of the focused spot is reduced to 80% with respect to no aberration. Such center intensity is called Strehl intensity and can be approximated by 1− (2πWrms / λ) 2 with respect to the RMS wavefront aberration value Wrms. The Strehl intensity is the ratio of the center intensity of the spot, but if the spot diameter does not change with no aberration, it can be interpreted as being almost equivalent to the light utilization efficiency. When the Strehl strength is calculated from the above in this embodiment, it is estimated that BD is 87%, DVD is 79%, and CD is 45%. On the other hand, the wavefront aberration value of 5 to 37 Total is an evaluation index as a normal wavefront aberration reflecting the quality of the light spot that is actually condensed in this embodiment. These are sufficiently small for BD, DVD, and CD, respectively, 0.009λrms, 0.021λrms, and 0.003λrms. These will be verified by evaluation of spot distribution described later.

これらのトータルRMS波面収差の解釈は、図18に示した残留収差の変動成分が通常の波面収差ではフィッティングが不可能なくらい激しく変動しており、逆に言えば通常の光学系ではこれらの成分が焦点面上で拡散して実用上影響しなくなることに対応する。この激しく変動する成分はFit errorに反映されている。従来の位相シフトレンズではこの成分も評価指標に勘案されていたが、補正収差にデフォーカス成分を導入した本実施例においてはそれが光軸上に離れた位置に偏在すると推定され、本実施例では除外して評価してよいものと考えられる。   In interpretation of these total RMS wavefront aberrations, the fluctuation components of the residual aberration shown in FIG. 18 fluctuate so severely that fitting with normal wavefront aberration is impossible. Corresponds to the fact that it diffuses on the focal plane and has no practical effect. This intensely varying component is reflected in the Fit error. In the conventional phase shift lens, this component is also taken into consideration as an evaluation index. However, in this embodiment in which a defocus component is introduced into the correction aberration, it is estimated that the component is unevenly distributed on the optical axis. Then, it is thought that it may be excluded and evaluated.

また表6の(B)は画角をつけた光の波面収差展開結果である。斜め入射光のため、軸上の評価結果になかった回転対称でない収差成分が付加されており、表示されている項数が増えている。これについても軸上収差と同様に5〜37Totalの収差量は画角0.1°のBDで0.020λrms、画角0.2°のDVDで0.030λrms、画角0.3°のCDで0.026λrmsとなっている。いずれも実用上期待される波面収差量としてはやや大きいが、比較例よりは大きく改善している。収差成分としては第8項の3次コマ収差(Coma3)がいずれも支配的であり、BDで0.015λrms、DVDで0.022λrms、CDで0.023λrmsである。3次コマ収差は画角に比例することから0.3°換算すると、BDで0.045λrms、DVDで0.033λrms、CDで0.023λrmsであり、コマ収差としてはBDが大きい。   Further, (B) of Table 6 shows the wavefront aberration development result of the light with the angle of view. Because of obliquely incident light, a non-rotationally symmetric aberration component that was not included in the on-axis evaluation result is added, and the number of displayed items is increased. As with axial aberration, the aberration amount of 5 to 37 Total is 0.020 λrms for a BD with an angle of view of 0.1 °, 0.030 λrms for a DVD with an angle of view of 0.2 °, and a CD with an angle of view of 0.3 °. It is 0.026λrms. In either case, the amount of wavefront aberration expected in practice is somewhat large, but is greatly improved over the comparative example. As the aberration component, the third-order coma aberration (Coma3) in the eighth term is dominant, and is 0.015λ rms for BD, 0.022λ rms for DVD, and 0.023λ rms for CD. Since the third-order coma aberration is proportional to the angle of view, when converted to 0.3 °, the BD is 0.045λrms, the DVD is 0.033λrms, the CD is 0.023λrms, and the coma has a large BD.

Figure 0005706839
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以下、スポット強度分布の評価結果について説明する。図20は比較の基準となる専用レンズのスポット強度分布の計算結果である。BDは波長が0.405μm、NAが0.85、DVDは波長が0.66μm、NAが0.65、CDは波長が0.785μm、NAが0.53であり、本実施例で想定している記録用のNA値となっている。また入射光強度は瞳面全体にわたって平らであると仮定している。上段はスポット形状の鳥瞰図であり、表示範囲はBDで2μm□、DVDで4μm□、CDで6μm□である。図中、WEXは中心強度に対して強度が1/e^2になるスポット径をμm単位で示している。SDXは中心強度に対するサイドローブの強度の比である。S.I.はストレール強度であり、無収差中心強度で規格化した中心強度であり、専用レンズでは理想状態であるためこれはいずれも1になる。下段は光軸方向のスポット中心強度値を示しており、フレア光が光軸方向にずれた焦点位置に集光していればピークが表れるものと考えられる。ここでは理想的なスポットであるため当然いずれも不要な強度ピークは現れていない。   Hereinafter, the evaluation result of the spot intensity distribution will be described. FIG. 20 shows a calculation result of the spot intensity distribution of the dedicated lens which is a reference for comparison. BD has a wavelength of 0.405 μm, NA of 0.85, DVD has a wavelength of 0.66 μm, NA of 0.65, CD has a wavelength of 0.785 μm, and NA of 0.53. NA value for recording. It is also assumed that the incident light intensity is flat across the entire pupil plane. The upper row is a bird's eye view of a spot shape, and the display range is 2 μm □ for BD, 4 μm □ for DVD, and 6 μm □ for CD. In the figure, WEX indicates the spot diameter in μm unit where the intensity becomes 1 / e ^ 2 with respect to the center intensity. SDX is the ratio of the sidelobe intensity to the center intensity. S. I. Is the Strehl intensity, which is the center intensity normalized by the non-aberration center intensity, which is 1 in an ideal state with a dedicated lens. The lower part shows the spot center intensity value in the optical axis direction, and it is considered that a peak appears if the flare light is condensed at a focal position shifted in the optical axis direction. Since this is an ideal spot here, naturally no unnecessary intensity peak appears.

図21は、設計例1によるレンズのスポット強度分布の計算結果であり、焦点面内の集光スポット分布と光軸方向の中心強度分布を示す。ここでは、DVD、CDとも所定の有効光束径以外の領域を遮光する制限開口が付加されている場合とする。すなわち、有効口径範囲以外の不要な光が理想的に遮断される場合を想定している。BDでは図20(比較例)の専用レンズとほぼ同等の計算結果となり良好であるが、DVDについてはスポット径WEXが専用レンズの0.84μmから0.86μmに大きくなっている。しかしサイドローブ比SDXは良好であるため、これはNAの値が理想状態の0.65から、図18で示すように0.635に小さくなってしまっていることに起因するものと推定される。実際上、このNA比は0.977であり、上記スポット径比の逆数と一致していることからもそれが裏付けられる。つまりこれはDVDのNAの初期設定値にフィードバックすることにより補償でき、本質的な問題ではないことを意味している。CDのスポット径WEXも同様にして、1.22μmから1.23μmに大きくなっているが、これもNAが0.53の理想値から0.52に小さくなっていることによると考えられる。従って以上より、原理的にほぼ意図した設計結果が得られていることが確認できた。ストレール強度S.I.はBDで0.87、DVDで0.81、CDで0.56であり、それぞれのNAの専用レンズに比較した光利用効率がほぼこれらの値になることが期待できる。   FIG. 21 shows the calculation result of the spot intensity distribution of the lens according to design example 1, and shows the condensing spot distribution in the focal plane and the center intensity distribution in the optical axis direction. Here, it is assumed that both DVD and CD are provided with a limiting aperture for shielding an area other than a predetermined effective light beam diameter. That is, it is assumed that unnecessary light outside the effective aperture range is ideally blocked. In the case of BD, the calculation result is almost the same as that of the dedicated lens of FIG. 20 (comparative example), which is good. However, since the sidelobe ratio SDX is good, it is estimated that this is because the NA value has decreased from 0.65 in the ideal state to 0.635 as shown in FIG. . In practice, this NA ratio is 0.977, which is supported by the fact that it matches the reciprocal of the spot diameter ratio. In other words, this can be compensated by feeding back to the initial setting value of the NA of the DVD, which means that this is not an essential problem. Similarly, the spot diameter WEX of the CD is increased from 1.22 μm to 1.23 μm, which is also considered to be due to the NA being decreased from the ideal value of 0.53 to 0.52. Therefore, from the above, it was confirmed that the design result almost intended in principle was obtained. Strehl strength I. Is 0.87 for BD, 0.81 for DVD, and 0.56 for CD, and it can be expected that the light utilization efficiency compared to each NA dedicated lens will be approximately these values.

しかし図21に説明した計算結果は、DVD、CDにおいて理想的な制限開口によりフレア光が除去された場合に相当している。そのような有効径を可変とする制限開口は、液晶素子などにより原理的に可能ではあるが、実際の光ピックアップにおいてはコストの増大を招き好ましくない。そこで図22には、制限開口がなく、DVDでもCDでも光がBDの有効径全体に入射している場合のスポット分布を示す。これを制限開口を有する図21と比較すると、DVDではスポット径、光軸上中心強度分布ともほとんど変化がない。すなわちBD専用領域のDVDフレア光はほとんど影響していないことがわかる。ところがCDの集光スポット径WEXは図21と比較すると、1.23μmから1.17μmに逆に小さくなっている。これは本実施例でフレア対策をしていないBD専用領域のCD光によるものと思われるが、サイドローブ強度比SDXは良好であり、光軸方向強度分布のフレア光も小さく許容範囲と考えられる。   However, the calculation result described in FIG. 21 corresponds to the case where flare light is removed by an ideal limiting aperture in DVD and CD. Such a limiting aperture that makes the effective diameter variable is theoretically possible with a liquid crystal element or the like, but in an actual optical pickup, it is not preferable because of an increase in cost. Therefore, FIG. 22 shows a spot distribution in the case where there is no restriction aperture and light is incident on the entire effective diameter of the BD in both DVD and CD. When this is compared with FIG. 21 having a limiting aperture, the spot diameter and the central intensity distribution on the optical axis hardly change in DVD. That is, it can be seen that the DVD flare light in the BD dedicated area has little influence. However, the condensing spot diameter WEX of the CD is smaller from 1.23 μm to 1.17 μm as compared with FIG. This is considered to be due to the CD light in the BD exclusive area where no flare countermeasure is taken in this embodiment, but the sidelobe intensity ratio SDX is good, and the flare light in the optical axis direction intensity distribution is also considered to be an allowable range. .

次に、本発明の対物レンズの第2の実施例(設計例2)について説明する。
表7は、設計例2における輪帯位相シフト構造の設計結果を示す。設計例2では、各輪帯位相シフト構造において、補償する波面収差形状が相似でない構成としている。
Next, a second embodiment (design example 2) of the objective lens of the present invention will be described.
Table 7 shows the design results of the annular zone phase shift structure in design example 2. In the design example 2, the wavefront aberration shapes to be compensated are not similar in each annular phase shift structure.

(A)は輪帯位相シフト構造を設計するための基本パラメータをまとめた表である。波長ずれにより対物レンズによって発生する球面収差を補正するように、位相構造設計のための基板厚設定値をDVDとCDでは実際の値から予めずらしておく。ここではDVDが0.77mm、CDが1.8mmのときに、対物レンズにおける波長ずれの影響を含めた設計後の球面収差が補償される。また、NAの値はBDが0.85、DVDが0.65、CDが0.53を目標値として、それぞれ0.85、0.64、0.51の初期値において設計した。   (A) is the table | surface which put together the basic parameter for designing an annular zone phase shift structure. In order to correct the spherical aberration generated by the objective lens due to the wavelength shift, the substrate thickness setting value for the phase structure design is shifted in advance from the actual value in DVD and CD. Here, when the DVD is 0.77 mm and the CD is 1.8 mm, the designed spherical aberration including the influence of the wavelength shift in the objective lens is compensated. The NA values were designed at initial values of 0.85, 0.64, and 0.51, respectively, with BD being 0.85, DVD being 0.65, and CD being 0.53.

これらの前提条件において、まず(C)のBD/DVD領域から説明する。(C1)に示す第4輪帯の深さ0.976μmにおいて、ベースレンズの対応基板厚と第4輪帯の輪帯数を、図5に示したBD/DVD領域の連立方程式を解いて決めた。このとき、波面収差のゼルニケ展開項のデフォーカス項A4の3次球面収差項A9に対する比は、適当な初期値に対する試算の結果を用いて−114に設定した。このような条件における連立方程式の解は、対応基板厚0.285mm、輪帯数が29.3であった。このようにベースレンズの対応基板厚は、BDの0.0875mmとDVDの0.6mmの間の値となった。このときBD、DVD、CDの各波長におけるデフォーカス量、収差量、位相差は、(C2)に示すような結果となった。BDのデフォーカス量−0.065mmは、輪帯位相シフト構造によってベースレンズの焦点距離が0.065mm短くなることに対応する。このときのデフォーカス量は、DVDで0.135mm、CDで0.364mmであった。第4輪帯の位相差はBDで0.26λ、DVDで−0.25λ、CDで−0.38λとした。デフォーカス量は、表1(設計例1)と比較して大きくしており、DVD、CDのNAを大きくしても作動距離が狭くならないようにしている。   Under these preconditions, the BD / DVD area (C) will be described first. At the depth of the fourth annular zone shown in (C1) of 0.976 μm, the corresponding substrate thickness of the base lens and the number of annular zones of the fourth annular zone are determined by solving the simultaneous equations of the BD / DVD region shown in FIG. It was. At this time, the ratio of the defocus term A4 of the Zernike expansion term of the wavefront aberration to the third-order spherical aberration term A9 was set to −114 using the result of trial calculation with respect to an appropriate initial value. The solution of the simultaneous equations under such conditions was a corresponding substrate thickness of 0.285 mm and a ring zone number of 29.3. Thus, the corresponding substrate thickness of the base lens was a value between 0.0875 mm for BD and 0.6 mm for DVD. At this time, the defocus amount, aberration amount, and phase difference at each wavelength of BD, DVD, and CD were as shown in (C2). The BD defocus amount of −0.065 mm corresponds to the focal length of the base lens being shortened by 0.065 mm due to the annular phase shift structure. The defocus amount at this time was 0.135 mm for DVD and 0.364 mm for CD. The phase difference of the fourth annular zone was 0.26λ for BD, −0.25λ for DVD, and −0.38λ for CD. The defocus amount is larger than that in Table 1 (Design Example 1), and the working distance is not reduced even if the NA of DVD and CD is increased.

次に(B)の3波長共用領域を説明する。設計例2においては(B2)に示すようにベースレンズの対応基板厚を0.39mmとし、(C1)に示したBD/DVD領域の0.285mmと異ならせている。ただし、このときBD、DVDの焦点位置が3波長共用領域とBD/DVD領域で一致するように、BDとDVDのデフォーカス量の間隔は等しくしている。すなわちBDとDVDのデフォーカスの間隔は、(C2)において0.135+0.065=0.200mmであり、(B2)においても0.140+0.060=0.200mmである。このようにしておいて、面形状の最適設計の段階で、ベースレンズの焦点位置を3波長共用領域とBD/DVD領域の間で実効的に調整して、焦点位置を一致させる。これより、CD再生も必要な3波長互換領域において、ベースレンズの対応基板厚をCDの1.2mmに近づけ、WD確保のため大きなデフォーカス成分が必要なCDでの収差補償量を緩和している。   Next, the three-wavelength shared region (B) will be described. In design example 2, as shown in (B2), the corresponding substrate thickness of the base lens is 0.39 mm, which is different from 0.285 mm in the BD / DVD area shown in (C1). However, at this time, the interval between the defocus amounts of the BD and the DVD is made equal so that the focal positions of the BD and DVD coincide in the three-wavelength shared area and the BD / DVD area. That is, the defocus interval between the BD and the DVD is 0.135 + 0.065 = 0.200 mm in (C2), and 0.140 + 0.060 = 0.200 mm in (B2). In this way, at the stage of the optimum design of the surface shape, the focal position of the base lens is effectively adjusted between the three-wavelength shared area and the BD / DVD area so that the focal positions coincide. As a result, in the three-wavelength compatible region where CD reproduction is also necessary, the substrate thickness of the base lens is brought close to 1.2 mm of the CD, and the amount of aberration compensation in a CD that requires a large defocus component to secure WD is reduced. Yes.

さらに設計例2では、第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造がそれぞれ補償する波面収差は、相互に相似形でない構成としている。すなわち設計例1(表1)では、組み合わせる3つの輪帯位相シフト構造が、ゼルニケの3次球面収差係数A9とデフォーカスの係数A4がすべて等しくなるようにしていた。それに対して設計例2では、(B1)に示すように、A4位相比とA9位相比の値を各輪帯位相シフト構造で異ならせている。ここで位相比とは、図6において説明した連立方程式の解として得られる、各収差次数成分に配分される輪帯数に比例する量である。ゼルニケ係数の値そのものは、収差量のPeak to Peak値とは異なるため、位相比は輪帯数そのものではない。それでここでは、各輪帯位相シフト構造が補償できる波面収差の各ゼルニケ展開成分の係数の値を、1つの段差の位相シフト量で割った値ということで位相比と称している。すなわち位相比に段差の位相差を乗じたものがゼルニケ係数になるので、同じ輪帯位相シフト構造のゼルニケ係数の位相比はゼルニケ係数の比と等しい。(B1)において、第1、第2、第3輪帯位相シフト構造のA4位相比とA9位相比の比が異なっているのは一目瞭然である。   Furthermore, in the design example 2, the wavefront aberrations compensated by the first, second, and third annular phase shift structures are not similar to each other. In other words, in the design example 1 (Table 1), the three annular zone phase shift structures to be combined are such that the Zernike third-order spherical aberration coefficient A9 and the defocus coefficient A4 are all equal. On the other hand, in the design example 2, as shown in (B1), the values of the A4 phase ratio and the A9 phase ratio are made different in each annular zone phase shift structure. Here, the phase ratio is an amount proportional to the number of annular zones allocated to each aberration order component, which is obtained as a solution of the simultaneous equations described in FIG. Since the value of the Zernike coefficient itself is different from the Peak to Peak value of the aberration amount, the phase ratio is not the number of zones. Therefore, here, the value of the coefficient of each Zernike expansion component of the wavefront aberration that can be compensated by each annular phase shift structure is referred to as a value obtained by dividing the value by the phase shift amount of one step. That is, since the product of the phase ratio multiplied by the phase difference of the step becomes the Zernike coefficient, the phase ratio of the Zernike coefficient of the same annular phase shift structure is equal to the ratio of the Zernike coefficient. In (B1), it is obvious that the ratios of the A4 phase ratio and the A9 phase ratio of the first, second, and third annular phase shift structures are different.

以上のようにすると、(B2)の「整数分含む位相総和」の値を、設計例1(表1)と比較して大幅に小さくすることができた。これは実際にレンズの表面につける段差の総和を反映した値である。この値を小さくすると、波長が変化したときに発生する色収差を小さくすることができる。   As described above, the value of “phase sum including integers” in (B2) can be significantly reduced as compared with design example 1 (Table 1). This is a value reflecting the sum of the steps actually applied to the lens surface. When this value is reduced, chromatic aberration that occurs when the wavelength changes can be reduced.

以上のようにして設計したBD/DVD領域と3波長共用領域の輪帯位相シフト構造を統合し、表7の(D)に示すような輪帯位相シフト構造を設計した。輪帯数は3波長共用領域で148、BD/DVD領域で29、BD専用領域で1、であり、合計178であった。このとき最も狭い輪帯幅でもあまり狭くなりすぎないように、図17で説明したような輪帯境界の統合を行った。   The annular phase shift structure of the BD / DVD region and the three-wavelength shared region designed as described above were integrated to design an annular phase shift structure as shown in Table 7 (D). The number of annular zones was 148 in the three-wavelength shared area, 29 in the BD / DVD area, and 1 in the BD dedicated area, for a total of 178. At this time, the zone boundaries were integrated as described in FIG. 17 so that the narrowest zone width would not be too narrow.

Figure 0005706839
Figure 0005706839

図23は、表7の位相構造設計結果をもとに、実施例2(設計例2)のレンズにおいて補正すべき波面収差の計算結果を示す図である。図11(設計例1)と同様に、デフォーカスのRMS波面収差値(defocus)と3次球面収差のRMS波面収差値(SA3)も示している。3波長共用領域において図11と比較すると、デフォーカスと3次球面収差の比がBDとDVDとCDでそれぞれ大きく異なっている。表7においては、重ねる3つの輪帯位相シフト構造が補償する波面収差が相互に相似でないことを説明したが、その結果、BDとDVDとCDのトータルの波面収差も相似でなくなっている。ただし、当然ながら、重ね合わされている3つのうちの1つの輪帯位相シフト構造が補償する波面収差は、BD、DVD、CDのそれぞれにおいて相似形となっている。   FIG. 23 is a diagram showing a calculation result of wavefront aberration to be corrected in the lens of Example 2 (Design Example 2) based on the phase structure design result of Table 7. Similarly to FIG. 11 (Design Example 1), the defocused RMS wavefront aberration value (defocus) and the third-order spherical aberration RMS wavefront aberration value (SA3) are also shown. Compared with FIG. 11 in the three-wavelength shared region, the ratio of defocus and third-order spherical aberration is greatly different for BD, DVD, and CD, respectively. In Table 7, it has been explained that the wavefront aberrations compensated by the three annular zone phase shift structures to be superimposed are not similar to each other, but as a result, the total wavefront aberration of BD, DVD and CD is not similar either. However, as a matter of course, the wavefront aberration compensated by one of the three annular zone phase shift structures is similar in BD, DVD, and CD.

図24〜26は、図23の波面収差に対し、表7に示す設計結果を適用して位相シフト構造により補正した結果を示す。図24はBDの波面収差、図25はDVDの波面収差、図26はCDの波面収差であり、ともに横軸は規格化瞳半径であり、それぞれBD、DVD、CDの有効範囲のみを表示している。BDの波面収差を基準に、各輪帯位相シフト構造が補償を分担する波面収差形状を位相シフトで刻んで波面収差を決定している。設計例1の図14〜16と比較すると、DVDとCDにおけるエンベロープの変動が改善している。設計例1においては、BDの波面収差を基準として3次球面収差とデフォーカスのみの比率が同じになるようにDVDとCDの補償波面収差を決めて、そのPeak to Peak値が3波長で補償されるように輪帯位相シフト構造を決めていた。しかし設計例2においてはPeak to Peak値でなく、デフォーカスから3、5、7次のゼルニケ係数の値が3波長で補償されるように輪帯位相シフト構造を決めているため、補償の精度が向上している。このためエンベロープが平坦化したものと考えられる。エンベロープが平坦化すると最終的な波面収差も低減し、集光スポット性能が改善する。しかし設計例2では、BD/DVD共用領域においては1つの輪帯だけを用いているため、ここでは設計例1と同様に3つの波長で補償される波面収差を相似形としなければならず、デフォーカスと3次球面収差のみしか考慮されていないため、DVDの最外周領域において少しエンベロープ変動が残留している。   24 to 26 show results obtained by applying the design results shown in Table 7 to the wavefront aberration of FIG. FIG. 24 shows the wavefront aberration of BD, FIG. 25 shows the wavefront aberration of DVD, FIG. 26 shows the wavefront aberration of CD, and the horizontal axis is the normalized pupil radius, and only the effective ranges of BD, DVD and CD are displayed. ing. Based on the wavefront aberration of the BD, the wavefront aberration is determined by engraving the wavefront aberration shape shared by each annular phase shift structure by phase shift. Compared with FIGS. 14 to 16 of the design example 1, the fluctuation of the envelope in DVD and CD is improved. In design example 1, the compensation wavefront aberration of DVD and CD is determined so that the ratio of the third-order spherical aberration and the defocus only is the same based on the wavefront aberration of BD, and the Peak to Peak value is compensated at three wavelengths. The zonal phase shift structure was determined as described. However, in design example 2, the zonal phase shift structure is determined so that the third, fifth, and seventh order Zernike coefficient values are compensated at three wavelengths from the defocus instead of the Peak to Peak value. Has improved. For this reason, it is considered that the envelope is flattened. When the envelope is flattened, the final wavefront aberration is also reduced and the focused spot performance is improved. However, in Design Example 2, since only one annular zone is used in the BD / DVD shared area, the wavefront aberration compensated at the three wavelengths must be made similar in the same manner as in Design Example 1, Since only defocus and third-order spherical aberration are taken into account, a slight envelope variation remains in the outermost peripheral area of the DVD.

なお、設計例2ではBD/DVD領域では輪帯位相シフト構造を1つにしたが、それを複数化して3波長共用領域と同様の設計をすることも原理的には可能である。   In design example 2, one annular zone phase shift structure is used in the BD / DVD region, but it is also possible in principle to design a plurality of the same in the three-wavelength shared region.

次に、このように設計した輪帯位相シフト構造を持つ各輪帯面の非球面形状を設計した。表8は、実施例2(設計例2)におけるレンズ基本仕様値(基本パラメータ)を示す。基本仕様値としては、波長、レンズやディスク面の面間隔、レンズやディスクの屈折率、および有効光束径を含む。   Next, the aspherical shape of each zone surface having the zone phase shift structure designed in this way was designed. Table 8 shows basic lens specification values (basic parameters) in Example 2 (Design Example 2). Basic specification values include the wavelength, the spacing between the lens and disk surfaces, the refractive index of the lens and disk, and the effective beam diameter.

Figure 0005706839
Figure 0005706839

表9A,表9Bは、レンズ第1面の輪帯位相シフト構造を示す。輪帯数は178本あり、第0から第147輪帯までが3波長共用領域、第148から第176輪帯までがBD/DVD共用領域、第177輪帯がBD専用領域である。ここで軸上サグ量は設計例1と同様に(3)式のA0であり、軸上の第0輪帯では0である。第0輪帯から第115輪帯までは曲率半径(曲率cの逆数)と円錐定数κだけで表されている。一方、第116輪帯から第176輪帯までは非球面式の曲率cは0であり、A2とA4のみで表されている。このように少ない項数で表されるのは、輪帯の幅が狭く、少ない項数でも必要な形状が十分記述できるためである。表内の軸上サグ量、開口半径、曲率半径の単位はmmである。   Tables 9A and 9B show the annular phase shift structure of the first lens surface. The number of annular zones is 178, the 0th to 147th annular zones are the three-wavelength shared region, the 148th to 176th annular zones are the BD / DVD shared region, and the 177th annular zone is the BD dedicated region. Here, the axial sag amount is A0 in the equation (3) as in the first design example, and is 0 in the 0th annular zone on the axis. The 0th zone to the 115th zone are represented only by the radius of curvature (the reciprocal of the curvature c) and the conic constant κ. On the other hand, from the 116th zone to the 176th zone, the aspherical curvature c is 0, and is represented only by A2 and A4. The reason why the number of terms is expressed in such a small number is that the width of the annular zone is narrow and the necessary shape can be sufficiently described even with a small number of terms. The unit of on-axis sag amount, opening radius, and curvature radius in the table is mm.

Figure 0005706839
Figure 0005706839

Figure 0005706839
Figure 0005706839

Figure 0005706839
Figure 0005706839

表10は、レンズ第2面の非球面式のA4までの係数である。パラメータは表9A,9Bと同様のものである。表内の軸上サグ量、開口半径、曲率半径の単位はmmである。第2面では、3波長共用領域が第0輪帯(輪帯番号0)、BD/DVD領域が第1輪帯(輪帯番号1)、BD専用領域が第2輪帯(輪帯番号2)の面形状をしている。設計例1と異なり、第2面を3輪帯構成としたのは、補正する波面収差を3波長共用領域とBD/DVD領域で変えたため、これらの領域で第2面を共通の面にしたままでは、位相構造設計の補償後波面収差を3波長で両立するのが困難となったためである。なお、これらの面係数と表11に示す面係数を用いることにより、3波長共用領域の第2面の形状をBD/DVD領域にまで拡張した面形状の、BD/DVD領域の面形状に対するサグ量の差は、BD波長に対して−9λから+12λの範囲に渡っていた。同様にして、BD/DVD領域の面形状をBD専用領域まで拡大した面形状の、BD専用領域の面形状に対するサグ量の差は、−10λから−137λに渡っていた。このように第2面の3つの領域の面形状は実質的にも異なる面である。   Table 10 shows coefficients up to A4 of the aspherical surface of the second lens surface. The parameters are the same as those in Tables 9A and 9B. The unit of on-axis sag amount, opening radius, and curvature radius in the table is mm. On the second side, the three-wavelength shared area is the 0th ring zone (ring zone number 0), the BD / DVD area is the 1st ring zone (ring zone number 1), and the BD dedicated area is the 2nd ring zone (ring zone number 2). ) Surface shape. Unlike design example 1, the second surface has a three-band configuration because the wavefront aberration to be corrected is changed between the three-wavelength shared region and the BD / DVD region, so that the second surface is a common surface in these regions. This is because it is difficult to achieve both the post-compensation wavefront aberration of the phase structure design at three wavelengths. By using these surface coefficients and the surface coefficients shown in Table 11, the sag of the surface shape obtained by extending the shape of the second surface of the three-wavelength shared region to the BD / DVD region with respect to the surface shape of the BD / DVD region. The amount difference was in the range of -9λ to + 12λ with respect to the BD wavelength. Similarly, the difference of the sag amount with respect to the surface shape of the BD dedicated region in the surface shape obtained by expanding the surface shape of the BD / DVD region to the BD dedicated region is from −10λ to −137λ. Thus, the surface shapes of the three regions of the second surface are substantially different surfaces.

Figure 0005706839
Figure 0005706839

表11は、レンズ第1面の第0〜176輪帯と第177輪帯、およびレンズ第2面の第0、第1、第2輪帯についてのA6以降の非球面係数である。第1面の第177輪帯はBD専用領域であり、領域が広いため、第2面の各輪帯とともに多くの非球面係数を必要とする。   Table 11 shows aspherical coefficients after A6 for the 0th to 176th and 177th annular zones of the lens first surface and the 0th, 1st and 2nd annular zones of the lens second surface. The 177 ring zone on the first surface is a BD-dedicated region, and since the region is wide, a large number of aspheric coefficients are required together with each zone on the second surface.

Figure 0005706839
Figure 0005706839

図27は、設計例2のレンズ設計形状と、軸上波面収差分布と像高の波面収差分布を、BD、DVD、CDそれぞれについて示している。レンズ形状はBD専用領域まで含めて示しており、DVD、CDについては不要なフレア光を含めて表示している。さらに図中には、有効径、焦点距離(f)、開口数(NA)、作動距離(WD)の値を示す。   FIG. 27 shows the lens design shape, axial wavefront aberration distribution, and image height wavefront aberration distribution of design example 2 for BD, DVD, and CD, respectively. The lens shape is shown including the BD exclusive area, and DVD and CD are displayed including unnecessary flare light. Further, in the drawing, values of effective diameter, focal length (f), numerical aperture (NA), and working distance (WD) are shown.

DVDのNAは0.646とほぼ目標値となったものの、CDのNAが0.57と大きくなっている。またBDの波面収差でわかるように、BD専用領域とBD/DVD領域の境界において、光線透過位置の不整合が生じ、波面収差が局所的に大きくなっている。これは第2面を3輪帯にした影響と考えられる。しかし設計例1においてもBD専用領域とBD/DVD共用領域の境界は第2面で不連続であったはずなので、段差が軽減するようにサグ量を調整することにより解消できると考える。DVD、CDの波面収差もBDの有効径範囲まで示しているため、有効径外は±0.5λ以上の範囲を大きく変動しているが、有効径内の波面収差は、位相構造設計結果にほぼ対応したエンベロープ振幅となっている。DVDではやや球面収差が残留しており、もう少しDVDの位相構造設計基板厚への再フィードバックが必要な兆候を示している。   Although the NA of the DVD is 0.646, which is almost the target value, the NA of the CD is as large as 0.57. Further, as can be seen from the wavefront aberration of the BD, the light transmission position is mismatched at the boundary between the BD dedicated area and the BD / DVD area, and the wavefront aberration is locally increased. This is considered to be the effect of making the second surface a three-ring zone. However, even in design example 1, the boundary between the BD dedicated area and the BD / DVD shared area should have been discontinuous on the second surface, so it can be solved by adjusting the sag amount so as to reduce the level difference. Since the wavefront aberration of DVD and CD is also shown up to the effective diameter range of BD, the outside of the effective diameter fluctuates greatly within the range of ± 0.5λ or more. However, the wavefront aberration within the effective diameter is in the phase structure design result. The envelope amplitude is almost the same. Spherical aberrations remain somewhat in the DVD, indicating that it is necessary to refeed back to the DVD phase structure design substrate thickness.

図28は、設計例2における軸上波面収差の干渉縞画像を示す。設計例1(図19)と比較して、BDの互換領域の干渉縞の鮮明度が低下しており、利用効率の低下を反映している。また、BDのBD専用領域とBD/DVD領域の境界に円環状の筋が入っているのは、第2面における輪帯領域の不整合によると考えられる。CDの干渉縞では、設計例1に比較して互換領域における粗い干渉縞が中間と最外周と2本見受けられ、これらの領域にはBDに対して不感なフレア対策輪帯を付加すると効果的である。   FIG. 28 shows an interference fringe image of axial wavefront aberration in design example 2. Compared with the design example 1 (FIG. 19), the sharpness of the interference fringes in the compatible area of the BD is decreased, which reflects the decrease in utilization efficiency. Moreover, it is considered that an annular streak is formed at the boundary between the BD dedicated area of the BD and the BD / DVD area because of an inconsistency of the annular area on the second surface. In the case of CD interference fringes, two rough interference fringes in the interchangeable region are seen in the middle and outermost periphery compared to design example 1, and it is effective to add a flare countermeasure ring zone that is insensitive to BD in these regions. It is.

次に表12には、波面収差のゼルニケ展開解析結果を示す。ここでは図27の光線追跡結果から、BD、DVD、CDそれぞれについて軸上の波面収差と画角に対する波面収差を、ゼルニケ展開項のRMS波面収差成分値とそれらを合成した波面収差値とで示している。   Next, Table 12 shows the Zernike expansion analysis results of wavefront aberration. Here, from the ray tracing results of FIG. 27, the wavefront aberration on the axis and the wavefront aberration with respect to the angle of view for each of BD, DVD, and CD are shown by the RMS wavefront aberration component value of the Zernike expansion term and the wavefront aberration value synthesized from them. ing.

(A)は軸上波面収差であり、軸上のTotal波面収差はBDで0.079λrms、DVDで0.106λrms、CDで0.125λrmsとなり、設計例1(表6)に比較しても大きくなっている。これに伴いストレール強度も、それぞれ0.75、0.55、0.38となり、設計例1に比べて光利用効率がやや低下することを意味している。一方、実質的な集光スポット品質を反映する第5項から37項までのRMS波面収差の合成値では、BDが0.010λrms、DVDが0.025λrms、CDが0.028λrmsとなり、やや大きいながらも許容範囲の値となっている。DVDとCDで値が大きくなっている要因は、主に第9項の3次球面収差(SA3)が支配的であることから、設計上は位相構造設計基板厚への再フィードバックでリカバリが期待できるとともに、実際のレンズにおいてもBDで必須の球面収差補償機構により吸収が可能である。球面収差補償機構としては、対物レンズに入射させる光を平行光とするコリメートレンズを光軸方向に微動させて光の発散収束度合いを変えるのが一般的である。   (A) is the on-axis wavefront aberration, and the total on-axis wavefront aberration is 0.079 λrms for BD, 0.106 λrms for DVD, and 0.125 λrms for CD, which is larger than that of design example 1 (Table 6). It has become. Along with this, the Strehl strength is also 0.75, 0.55, and 0.38, respectively, which means that the light utilization efficiency is slightly lowered as compared with the design example 1. On the other hand, in the composite value of the RMS wavefront aberration from the fifth term to the 37th term that reflects the substantial focused spot quality, the BD is 0.010 λrms, the DVD is 0.025 λrms, and the CD is 0.028 λrms. Is also within the allowable range. The reason why the values are large for DVD and CD is mainly the third-order spherical aberration (SA3) in the ninth term, so recovery is expected by refeedback to the phase structure design substrate thickness in design. In addition, even an actual lens can be absorbed by a spherical aberration compensation mechanism essential for BD. As a spherical aberration compensation mechanism, a collimating lens that collimates light incident on an objective lens is generally finely moved in the optical axis direction to change the degree of light divergence and convergence.

一方、(B)の画角のある場合の第5から37項の合成波面収差は、BDが画角0.1°で0.018λrms、DVDが画角0.2°で0.047λrms、CDが0.3°で0.042λrmsとなっている。いずれも軸上収差に対する増大の要因は第8項の3次球面収差(Coma3)であるが、BDの−0.007λrmsは、画角0.3°換算でも−0.021λrmsであり許容できる。DVDの0.034λrmsは画角0.3°換算で0.051λrmsであり、やや大きく改善は必要である。CDは画角0.3°において0.024λrmsであるので許容範囲といえる。   On the other hand, the combined wavefront aberrations of items 5 to 37 in the case of (B) having an angle of view are 0.018 λrms when BD is 0.1 ° and 0.047 λrms when DVD is 0.2 ° and CD is 0.27. Is 0.042λrms at 0.3 °. In any case, the factor of the increase with respect to the on-axis aberration is the third-order spherical aberration (Coma3) of the eighth term, but −0.007λrms of the BD is −0.021λrms in terms of the angle of view of 0.3 °, which is acceptable. 0.034λrms of DVD is 0.051λrms in terms of angle of view of 0.3 °, and needs to be improved slightly. Since CD is 0.024λrms at an angle of view of 0.3 °, it can be said to be an allowable range.

Figure 0005706839
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図29は、設計例2によるレンズのスポット強度分布の計算結果である。ここでは、DVDとCDはそれぞれの有効径範囲で制限開口がある場合を想定している。図20(比較例)の専用レンズと比較して、BDでは面内分布、光軸方向分布ともほとんど差がなく、良好である。DVDでは、スポット径WEXが専用レンズの0.835μmから0.873μmとかなり大きくなっている。これは設計例1と比較して、NAは目標値の0.65に近づいているが波面収差が増大したのが影響したと見られる。CDでは、スポット径WEXが専用レンズの1.22μmから1.13μmと小さくなっている。これは図27で述べたように、NAが0.57と大きくなってしまったことによると見られる。しかしこのスポット径はちょうどNAの比に反比例しており、サイドローブの増大もないことから、本質的な問題ではなく、設計フィードバックによって補正を行えるものと考えられる。   FIG. 29 shows the calculation result of the spot intensity distribution of the lens according to design example 2. Here, it is assumed that DVD and CD have a limited opening in their effective diameter ranges. Compared with the dedicated lens of FIG. 20 (comparative example), the BD is excellent with almost no difference between the in-plane distribution and the optical axis direction distribution. In DVD, the spot diameter WEX is considerably large from 0.835 μm to 0.873 μm of the dedicated lens. Compared to design example 1, NA is close to the target value of 0.65, but it seems that the wavefront aberration has increased. In the CD, the spot diameter WEX is reduced from 1.22 μm to 1.13 μm of the dedicated lens. As described with reference to FIG. 27, this is considered to be because the NA has increased to 0.57. However, since this spot diameter is just inversely proportional to the ratio of NA and there is no increase in side lobes, this is not an essential problem, and it can be considered that correction can be performed by design feedback.

図30は、制限開口がなく、DVDとCDについてBD有効径範囲のフレア光も含めて計算したスポット分布である。これを制限開口を有する図29と比較すると、DVDでは焦点面上のスポット径についてほとんど差が見られず、フレア光の影響は現れていない。光軸方向中心強度分布を見ると、焦点面から約100μmレンズ寄りの位置でピーク強度比にして5%程度の迷光が発生しているが、ピーク強度も小さくレンズ側でもあることから問題はないと考えられる。CDでは焦点面上のスポット径がさらに小さくなっている。光軸方向の中心強度分布も焦点からレンズ側で広い範囲にフレア光が現れているが、強度が小さいのでフレア光としての影響は少ないと考えられる。   FIG. 30 is a spot distribution calculated for a DVD and a CD including flare light in the BD effective diameter range without a limiting aperture. When this is compared with FIG. 29 having a restricted aperture, the DVD shows almost no difference in the spot diameter on the focal plane, and the influence of flare light does not appear. Looking at the central intensity distribution in the optical axis direction, stray light with a peak intensity ratio of about 5% is generated at a position near the lens of about 100 μm from the focal plane, but there is no problem because the peak intensity is small and the lens side. it is conceivable that. In CD, the spot diameter on the focal plane is further reduced. In the central intensity distribution in the optical axis direction, flare light appears in a wide range from the focal point to the lens side. However, since the intensity is small, the influence as flare light is considered to be small.

以上述べた2つの実施例(設計例1と設計例2)について、各収差量を比較する。
表13は、色収差の発生量を比較したものである。ここで色収差の単位はμm/nmであり、波長が1nm変化した場合の最良像点位置の移動量を示している。設計例1での色収差は、BDが0.9、DVDが0.72、CDが0.92であるのに対して、設計例2ではそれぞれ0.67、0.52、0.57に低減している。これは設計例1(表1)に対して、設計例2(表7)の整数分含む位相総和値が大幅に小さくなっていることに起因している。このように、設計例2では、集光スポット性能としては全体的に設計例1より劣るが、もともと期待された色収差での効果は大きい。
The aberration amounts of the two examples (design example 1 and design example 2) described above are compared.
Table 13 compares the amount of chromatic aberration generated. Here, the unit of chromatic aberration is μm / nm, and shows the amount of movement of the best image point position when the wavelength changes by 1 nm. Chromatic aberration in design example 1 is 0.9, BD is 0.72, and CD is 0.92, whereas design example 2 is reduced to 0.67, 0.52, and 0.57, respectively. doing. This is due to the fact that the total phase value including the integer of design example 2 (table 7) is significantly smaller than design example 1 (table 1). As described above, in the design example 2, the focusing spot performance is generally inferior to the design example 1, but the effect of the originally expected chromatic aberration is great.

Figure 0005706839
Figure 0005706839

表14は、各種ずれ要因に対する3次コマ収差の発生量を比較したものである。コマ収差は画角、レンズ傾き、ディスク傾きで発生するが、幾何学的関係から、画角のコマ収差は、同じ角度のレンズ傾きのコマ収差とディスク傾きのコマ収差のほぼ和になる関係がある。表ではいずれもほぼこの関係が成り立っていることがわかる。ここでレンズを搭載する光ピックアップにおいては、ディスクに対してピックアップの相対的な傾きを調整することが望ましいが、ディスクの反りの状態によってディスクごとにその関係が変わるため、理想的にはディスク合わせた調整がされることが望ましい。これを行うために近年の光ピックアップでは、対物レンズの駆動軸をディスクの半径方向、焦点方向に加えて、傾きも駆動できるようになっており、再生信号のジッタによってこの傾きを調整するようにされている。従ってディスクの傾きによって発生するコマ収差をレンズの傾きによって補正できるようにする必要がある。その意味で、表に示したコマ収差比(ディスク傾きのコマ収差量に対するレンズ傾きのコマ収差量の比)がある程度の大きさ(絶対値)があることが望ましい。コマ収差比の値は、3波長互換レンズの場合DVDにおいて小さくなりがちであり、設計例1では0.22であるが、設計例2では0.71まで回復している。   Table 14 compares the generation amount of the third-order coma aberration with respect to various deviation factors. The coma aberration is caused by the angle of view, lens tilt, and disk tilt. From the geometrical relationship, the coma of the angle of view has a relationship that is approximately the sum of the coma aberration of the lens tilt at the same angle and the coma aberration of the disk tilt. is there. The table shows that this relationship is almost true. Here, in an optical pickup equipped with a lens, it is desirable to adjust the relative tilt of the pickup with respect to the disc. However, the relationship varies from disc to disc depending on the warpage of the disc. It is desirable to make adjustments. In order to do this, in recent optical pickups, the drive axis of the objective lens can be driven in addition to the radial direction and the focal direction of the disc, and the tilt can be driven, and this tilt is adjusted by the jitter of the reproduction signal. Has been. Therefore, it is necessary to be able to correct the coma caused by the tilt of the disk by the tilt of the lens. In that sense, it is desirable that the coma aberration ratio (ratio of the coma aberration amount of the lens tilt to the coma aberration amount of the disc tilt) shown in the table has a certain magnitude (absolute value). In the case of a three-wavelength compatible lens, the value of the coma aberration ratio tends to be small in DVD, and is 0.22 in Design Example 1, but is restored to 0.71 in Design Example 2.

Figure 0005706839
Figure 0005706839

以上のような設計例2の優位点は、3波長共用領域の対応基板厚をBD/DVD領域より大きくし、3波長共用領域で重ねる3つの輪帯位相シフト構造の補償する波面収差の形状を相互に相似形状でなくしていることで可能となっている。   The advantage of design example 2 as described above is that the corresponding substrate thickness in the three-wavelength shared region is made larger than that in the BD / DVD region, and the shape of the wavefront aberration to be compensated for by the three annular phase shift structures superimposed in the three-wavelength shared region is obtained. This is possible because they are not similar to each other.

次に表15は、設計例1、2におけるCDの作動距離(WD)の拡大効果をまとめたものである。ここではBD、DVD、CDについて、実際の作動距離と、補正波面収差にデフォーカス成分がない場合(比較例)の作動距離の換算値を示す。設計例1、2とも、CDのWDはデフォーカス波面収差がない場合にはいずれもマイナスの値となっているのに対して、実際の設計値では0.23mm以上のプラスの値が実現できている。これは補正波面収差にデフォーカス成分を含めたことによる効果であり、これよりCDの作動距離の確保という課題に対する本実施例の有効性が確認できる。   Next, Table 15 summarizes the effect of expanding the CD working distance (WD) in Design Examples 1 and 2. Here, for BD, DVD, and CD, the actual working distance and the converted value of the working distance when there is no defocus component in the corrected wavefront aberration (comparative example) are shown. In both design examples 1 and 2, the CD WD has a negative value when there is no defocus wavefront aberration, but the actual design value can achieve a positive value of 0.23 mm or more. ing. This is an effect obtained by including a defocus component in the corrected wavefront aberration. From this, the effectiveness of the present embodiment with respect to the problem of securing the working distance of the CD can be confirmed.

以上の実施例で示したレンズ設計例ではまだ必ずしも性能が十分でなく、改善の余地があることは否めない。しかし原理的に本実施例のアプローチによって個々に個別性能改善の効果があり、残課題は設計フィードバックによる改善の見込みが期待できることから、本実施例の有効性は確認できたと考える。   In the lens design examples shown in the above embodiments, the performance is not always sufficient, and it cannot be denied that there is room for improvement. However, in principle, the approach of this embodiment has the effect of improving individual performance individually, and the remaining tasks can be expected to be improved by design feedback. Therefore, the effectiveness of this embodiment has been confirmed.

図31は、前記実施例1,2の対物レンズを用いた光ピックアップの実施例を示す構成図である。光ディスクはスピンドルモータ2により回転させ、光ピックアップ1は前記したBD、DVD、CD互換の対物レンズ100を介して光ディスクの透明媒質層(BD:204、DVD:205、CD:206)に光ビームを集光し、情報の記録再生を行う。   FIG. 31 is a block diagram showing an embodiment of an optical pickup using the objective lens of the first and second embodiments. The optical disk is rotated by a spindle motor 2, and the optical pickup 1 transmits a light beam to the transparent medium layer (BD: 204, DVD: 205, CD: 206) of the optical disk via the objective lens 100 compatible with BD, DVD, and CD. Light is collected and information is recorded and reproduced.

BDの記録再生の場合は、青紫色レーザパッケージ11内に実装された青紫色半導体レーザチップ12から出射されるBD用発散光は、トラッキング用3ビーム生成用のグレーティング13とダイクロイックプリズム14を透過し、ビームスプリッタ15を反射してコリメートレンズ16によってほぼ平行光に変換される。コリメートレンズ16はムービングエレメント17によって光軸方向に微動可能となっており、ムービングエレメント17はステッピングモータ18で回転するスクリューシャフトによって所定位置に移動、固定が可能となっている。   In the case of BD recording / reproduction, the BD divergent light emitted from the blue-violet semiconductor laser chip 12 mounted in the blue-violet laser package 11 passes through the tracking three-beam generating grating 13 and the dichroic prism 14. The beam is reflected by the beam splitter 15 and is converted into substantially parallel light by the collimating lens 16. The collimating lens 16 can be finely moved in the optical axis direction by a moving element 17, and the moving element 17 can be moved and fixed to a predetermined position by a screw shaft rotated by a stepping motor 18.

コリメートレンズ16を光軸方向に可動させるのは、記録再生層に応じてコリメートレンズ位置を変えることが必要となるからである。すなわち、BDの2層記録膜のどちらの層を選択して記録再生をするかによって、対物レンズ100に対する実効的なカバーガラス厚が変化し、それによって球面収差が発生する。コリメートレンズ位置を変えることで対物レンズ100に入射する光束の発散/収束度合いを変化させ、対物レンズで発生する球面収差を相殺させる。さらに対物レンズ100は、低コスト化のためにプラスチック射出成形によって成形することを想定しているため、温度変化による屈折率変化によっても球面収差を発生する。これについてもコリメートレンズ位置によって補正することができる。そのため対物レンズ100の近くには温度センサ28を配置している。   The collimating lens 16 is moved in the optical axis direction because it is necessary to change the collimating lens position according to the recording / reproducing layer. That is, the effective cover glass thickness for the objective lens 100 changes depending on which layer of the BD two-layer recording film is selected for recording and reproduction, thereby generating spherical aberration. By changing the collimating lens position, the degree of divergence / convergence of the light beam incident on the objective lens 100 is changed, and spherical aberration generated in the objective lens is canceled. Furthermore, since it is assumed that the objective lens 100 is molded by plastic injection molding for cost reduction, spherical aberration is also generated by a refractive index change due to a temperature change. This can also be corrected by the collimating lens position. Therefore, a temperature sensor 28 is disposed near the objective lens 100.

コリメートレンズ16によって平行光とされた青紫色レーザビームは、立ち上げプリズム19を反射して対物レンズ100によりBD透明媒質層204越しに記録膜に集光される。BD透明媒質層204は実際上、2層BDの場合には選択する層によってその厚さが実質的に変化することになる。記録膜を反射した光は再び対物レンズ100、立ち上げプリズム19、コリメートレンズ16を経て、ビームスプリッタ15を透過し、凹レンズ22を通してOEIC(光電気変換集積回路)23に集光される。   The blue-violet laser beam converted into parallel light by the collimating lens 16 is reflected by the rising prism 19 and is focused on the recording film by the objective lens 100 through the BD transparent medium layer 204. In practice, in the case of the two-layer BD, the thickness of the BD transparent medium layer 204 varies substantially depending on the selected layer. The light reflected from the recording film again passes through the objective lens 100, the rising prism 19, and the collimating lens 16, passes through the beam splitter 15, and is condensed on the OEIC (photoelectric conversion integrated circuit) 23 through the concave lens 22.

OEIC23には、グレーティング13によって生成された図示していないサブビームも入射され、それぞれ所定の分割光検出領域により個別の光電流信号となって光量検出される。各領域の検出信号は図示していない演算回路によって、所定の焦点ずれ信号、トラッキング誤差信号、再生信号が生成される。生成された焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号は、光ピックアップ1を搭載する記録再生装置によって、対物レンズアクチュエータ20にフィードバックされ、ディスクが回転しても集光スポットが情報トラックを追随するように制御される。   A sub beam (not shown) generated by the grating 13 is also incident on the OEIC 23, and the light amount is detected as an individual photocurrent signal by a predetermined divided light detection region. As the detection signal for each region, a predetermined defocus signal, tracking error signal, and reproduction signal are generated by an arithmetic circuit (not shown). The generated defocus signal and tracking error signal are fed back to the objective lens actuator 20 by the recording / reproducing apparatus on which the optical pickup 1 is mounted, and controlled so that the focused spot follows the information track even when the disk rotates. The

一方、DVDやCDの記録再生の場合は、2波長半導体レーザパッケージ24内のDVD用赤色半導体レーザチップ25またはCD用赤外半導体レーザチップ26から、赤色レーザビームまたは赤外レーザビームが射出される。ただしこれらは同時に放射されることはなく、記録再生するディスクに応じてどちらか一方だけが放射される。これらのレーザ光は、DVD/CDトラッキング用3ビーム生成用の2波長グレーティング27によってトラッキング用サブビームが生成されるとともに、ダイクロイックプリズム14とビームスプリッタ15を反射してコリメートレンズ16によって平行光に変換される。その平行光は立ち上げプリズム19によって反射され対物レンズ100に入射し、赤色レーザ光はDVD透明媒質層205、赤外レーザ光はCD透明媒質層206越しに記録膜に集光される。   On the other hand, in the case of DVD / CD recording / reproduction, a red laser beam or an infrared laser beam is emitted from the red semiconductor laser chip 25 for DVD or the infrared semiconductor laser chip 26 for CD in the two-wavelength semiconductor laser package 24. . However, these are not radiated at the same time, and only one of them is radiated according to the disc to be recorded / reproduced. These laser beams are generated as sub-beams for tracking by the two-wavelength grating 27 for generating three beams for DVD / CD tracking, and are reflected by the dichroic prism 14 and the beam splitter 15 and converted into parallel light by the collimating lens 16. The The parallel light is reflected by the rising prism 19 and enters the objective lens 100, and the red laser light is focused on the recording film through the DVD transparent medium layer 205 and the infrared laser light is passed through the CD transparent medium layer 206.

記録膜を反射した赤色または赤外レーザ光は、対物レンズ100、立ち上げプリズム19、コリメートレンズ16の光路を戻り、ビームスプリッタ15を透過して凹レンズ22を通してBDの信号再生に用いたのと同じOEIC23に集光される。そしてBDと同様にして分割光検出領域からの光電流信号によって、焦点ずれ信号、トラッキング誤差信号、再生信号を生成する。   The red or infrared laser light reflected from the recording film returns to the optical path of the objective lens 100, the rising prism 19, and the collimator lens 16, passes through the beam splitter 15, passes through the concave lens 22, and is used for BD signal reproduction. It is condensed on the OEIC 23. Then, similarly to the BD, a defocus signal, a tracking error signal, and a reproduction signal are generated by the photocurrent signal from the divided light detection region.

ここでBD、DVD、CD用のビーム径について述べる。対物レンズ100に入射されるDVD、CD用の平行ビームは、それぞれDVD、CD有効径より広い範囲に照射されるが、記録膜面にはそれぞれの有効径範囲の光のみが有効に集光されるようにする。つまり、有効径範囲外の光は集光されずにディスク上の広い範囲に拡散されるので、記録再生には実際上支障を生じない。ただし有効径範囲外の光量があまり大きいと、半導体レーザ光の光利用効率が低下し、記録のための高パワーを集光することが困難となる。これを避けるためには、DVDやCDの有効径に合わせて半導体レーザチップからの放射光の発散角がそれぞれの有効径に比例して小さくなっていることが望ましい。つまり有効径はBD>DVD>CDの大小関係にあるので、半導体レーザ光の発光角をBD>DVD>CDとすることで、有効径に対する光利用効率を3つの波長で揃えることができる。   Here, beam diameters for BD, DVD, and CD will be described. The parallel beams for DVD and CD that are incident on the objective lens 100 are irradiated to a range wider than the effective diameter of the DVD and CD, respectively, but only the light in the effective diameter range is effectively condensed on the recording film surface. So that That is, light outside the effective diameter range is not condensed but diffused over a wide range on the disk, so that there is practically no problem in recording and reproduction. However, if the amount of light outside the effective diameter range is too large, the light utilization efficiency of the semiconductor laser light is reduced, and it becomes difficult to collect high power for recording. In order to avoid this, it is desirable that the divergence angle of the emitted light from the semiconductor laser chip is reduced in proportion to the effective diameter of the DVD or CD in proportion to the effective diameter. In other words, since the effective diameter has a relationship of BD> DVD> CD, the light use efficiency with respect to the effective diameter can be made uniform at three wavelengths by setting the emission angle of the semiconductor laser light to BD> DVD> CD.

本実施例で搭載する対物レンズ100はBD、DVD、CDとも平行光を入射して集光する対物レンズであり、トラッキング動作に伴って対物レンズが光軸から偏心しても収差が発生せず、1個のレンズで3つの光記録媒体(BD、DVD、CD)の記録再生が可能であるので、光ピックアップの小型軽量化、低価格化に有効である。   The objective lens 100 mounted in the present embodiment is an objective lens that collects and collimates parallel light for BD, DVD, and CD, and no aberration occurs even if the objective lens is decentered from the optical axis in accordance with the tracking operation. Since one optical lens can record and reproduce three optical recording media (BD, DVD, CD), it is effective for reducing the size and weight of the optical pickup and reducing the price.

1:光ピックアップ、
2:スピンドルモータ、
11:青紫色半導体レーザパッケージ、
12:青紫色半導体レーザチップ(BD用)、
13:グレーティング、
14:ダイクロイックプリズム、
15:ビームスプリッタ、
16:コリメートレンズ、
17:ムービングエレメント、
18:ステッピングモータ、
19:立ち上げプリズム、
20:対物レンズアクチュエータ、
22:凹レンズ、
23:OEIC、
24:2波長半導体レーザパッケージ、
25:赤色半導体レーザチップ(DVD用)、
26:赤外半導体レーザチップ(CD用)、
27:2波長グレーティング、
28:温度センサ、
100:対物レンズ、
101:第1面、
102:第2面、
103:第1面の第1領域(3波長共用領域)、
104:第1面の第2領域(BD/DVD共用領域)、
105:第1面の第3領域(BD専用領域)、
106:第2面の第1領域(3波長共用領域)、
107:第2面の第2領域(BD/DVD共用領域)、
108:第2面の第3領域(BD専用領域)、
109:第1領域最外周に入射する光線、
110:第2領域最外周に入射する光線、
111:第3領域最外周に入射する光線、
112,112’:第1の輪帯位相シフト構造とそれによる光路差分布、
113,113’:第2の輪帯位相シフト構造とそれによる光路差分布、
114,114’:第3の輪帯位相シフト構造とそれによる光路差分布、
115:輪帯位相シフト構造を付加する前のレンズの非球面形状、
116:実際のレンズ面形状、
117,117’:第4の輪帯位相シフト構造とそれによる光路差分布、
118:第2面の第1領域のレンズ面形状を第2領域まで拡張したレンズ面形状、
119:第2面の第2領域のレンズ面形状を第3領域まで拡張したレンズ面形状、
120:第2面の第3領域のレンズ面形状、
130:光軸、
201:BD用の入射光束、
202:DVD用の入射光束、
203:CD用の入射光束、
204:BD透明媒質層(厚さt1)、
205:DVD透明媒質層(厚さt2)、
206:CDの透明媒質層(厚さt3)、
401:合成前の第1の輪帯位相シフト構造の位相シフト分布、
402:合成前の第2の輪帯位相シフト構造の位相シフト分布、
403:2つの位相シフト分布を単純に合成した場合の位相シフト分布、
404:合成の結果生じた狭い輪帯をなくすよう調整した位相シフト分布、
405:2つの位相シフト境界が近接した領域、
406:狭い輪帯、
407:調整後の段差部。
1: Optical pickup
2: Spindle motor
11: Blue-violet semiconductor laser package,
12: Blue-violet semiconductor laser chip (for BD),
13: Grating,
14: Dichroic prism,
15: Beam splitter,
16: Collimating lens
17: Moving element,
18: Stepping motor,
19: Launch prism,
20: Objective lens actuator,
22: concave lens,
23: OEIC,
24: two-wavelength semiconductor laser package,
25: Red semiconductor laser chip (for DVD),
26: Infrared semiconductor laser chip (for CD),
27: Two-wavelength grating,
28: temperature sensor,
100: objective lens,
101: First side,
102: Second side,
103: 1st area | region (3 wavelength shared area | region) of the 1st surface,
104: 2nd area | region (BD / DVD shared area) of the 1st surface,
105: 3rd area | region (BD exclusive area | region) of the 1st surface,
106: 1st area | region (3 wavelength shared area | region) of a 2nd surface,
107: 2nd area | region (BD / DVD shared area) of the 2nd surface,
108: 3rd area | region (BD exclusive area | region) of the 2nd surface,
109: a light beam incident on the outermost periphery of the first region
110: Light incident on the outermost periphery of the second region,
111: Rays incident on the outermost periphery of the third region,
112, 112 ′: the first annular phase shift structure and the optical path difference distribution thereby,
113, 113 ′: second annular phase shift structure and optical path difference distribution thereby,
114, 114 ′: Third annular phase shift structure and optical path difference distribution by the third annular phase shift structure,
115: The aspherical shape of the lens before adding the annular phase shift structure,
116: Actual lens surface shape,
117, 117 ′: Fourth annular zone phase shift structure and optical path difference distribution thereby,
118: a lens surface shape obtained by extending the lens surface shape of the first region of the second surface to the second region;
119: a lens surface shape obtained by extending the lens surface shape of the second region of the second surface to the third region,
120: Lens surface shape of the third region of the second surface,
130: optical axis,
201: incident light flux for BD,
202: incident light flux for DVD,
203: incident luminous flux for CD,
204: BD transparent medium layer (thickness t1),
205: DVD transparent medium layer (thickness t2),
206: CD transparent medium layer (thickness t3),
401: Phase shift distribution of first annular phase shift structure before synthesis;
402: Phase shift distribution of second annular phase shift structure before synthesis,
403: Phase shift distribution when two phase shift distributions are simply combined,
404: Phase shift distribution adjusted to eliminate the narrow ring zone resulting from the synthesis;
405: the region where the two phase shift boundaries are close,
406: narrow ring zone,
407: Stepped portion after adjustment.

Claims (18)

波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光を、それぞれ第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光して情報の記録再生を行う単一の対物レンズにおいて、
前記3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光するものであり、
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳された最内周の第1のレンズ領域と、
前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加された第2のレンズ領域と、
前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光するように波面収差が設定された非球面レンズ形状を有する第3のレンズ領域と、を有し、
前記第1のレンズ領域においては、前記第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、前記第1の光情報記録媒体の透明媒質層と同じ屈折率を有し、前記透明媒質層の厚さt1と前記透明媒質層の厚さt2の中間の厚さt4(t1<t4<t2)の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を3次球面収差なく集光するように設定されたレンズ面であり、
前記第2のレンズ領域においては、前記第4の輪帯位相シフト構造により付加された位相差を除いたレンズ作用が、前記第1の光情報記録媒体の透明媒質層と同じ屈折率を有し、前記透明媒質層の厚さt1と前記透明媒質層の厚さt2の中間の厚さt5(t1<t5<t2)の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を3次球面収差なく集光するように設定されたレンズ面であって、
前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光を前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光を前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光を前記第3の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。
A single recording / reproducing information by condensing laser beams of three wavelengths λ1, λ2, λ3 (λ1 <λ2 <λ3) on the first, second, and third optical information recording media, respectively. In the objective lens,
The three wavelengths of laser light are respectively incident as parallel light, and transparent medium layers having thicknesses t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3) of the first, second, and third optical information recording media, respectively. Are condensed with numerical apertures of NA1, NA2, and NA3 (NA1>NA2> NA3), respectively.
First, second, which are composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, give different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and give uniform phase differences in the regions A third lens zone phase shift structure is superimposed on one lens surface, the innermost first lens region;
An annular arrangement arranged outside the first lens region, comprising a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, and giving different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions. A second lens region to which a fourth annular phase shift structure that gives a uniform phase difference is added;
A third lens having an aspherical lens shape arranged in an annular shape outside the second lens region and having a wavefront aberration set so as to collect the laser beam having the wavelength λ1 through the transparent medium having the thickness t1; An area, and
In the first lens region, the lens action excluding the phase difference added by the first, second, and third annular phase shift structures has the same effect as the transparent medium layer of the first optical information recording medium. A third order laser beam having the same refractive index and having a wavelength λ1 is passed through a transparent medium having a thickness t4 (t1 <t4 <t2) intermediate between the thickness t1 of the transparent medium layer and the thickness t2 of the transparent medium layer. It is a lens surface set to condense without spherical aberration,
In the second lens region, the lens action excluding the phase difference added by the fourth annular phase shift structure has the same refractive index as that of the transparent medium layer of the first optical information recording medium. The laser beam having the wavelength λ1 is condensed without a third-order spherical aberration through a transparent medium having a thickness t5 (t1 <t5 <t2) intermediate between the thickness t1 of the transparent medium layer and the thickness t2 of the transparent medium layer. A lens surface set to
A laser beam having a wavelength λ2 incident on the first, second, and third lens regions is focused on the first optical information recording medium, and is incident on the first lens region. An objective lens, wherein light is condensed on the second optical information recording medium, and laser light having a wavelength λ3 incident on the first lens region is condensed on the third optical information recording medium.
請求項1に記載の対物レンズであって、
前記第1のレンズ領域の前記第1、第2、第3の輪帯位相シフト構造は、これらの輪帯の位相シフト機能を合わせることで、それぞれ前記λ1、λ2、λ3の波長、およびt1、t2、t3の厚さの透明媒質層のいずれに対しても、波面収差をPeak to Peak値で1λ未満に低減するとともに、該輪帯位相シフト構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、RMS波面収差値において3次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のPeak to Peak値が5λ以上であり、該波面収差がλ1の波長とλ2、λ3の波長とで相互に符号が反転している輪帯位相シフト構造であり、
前記第2のレンズ領域の前記第4の輪帯位相シフト構造は、それぞれ前記λ1とλ2の波長、およびt1、t2の厚さの透明媒質のいずれに対しても、波面収差をPeak to Peak値で1λ未満に低減するとともに、前記第1のレンズ領域と合わせた領域の輪帯位相シフト構造による位相シフトを付加する前の波面収差が、RMS波面収差値において、3次球面収差成分よりもデフォーカス成分が大きく、前記デフォーカス成分を含めて波面収差のPeak to Peak値が10λ以上であり、該波面収差がλ1の波長とλ2の波長とで符号が反転しており、λ3の波長においては前記第1のレンズ領域のλ3の波長の焦点位置における波面収差がPeak to Peak値で1λ未満に低減されない輪帯位相シフト構造であることを特徴とする対物レンズ。
The objective lens according to claim 1,
The first, second, and third annular phase shift structures of the first lens region combine the phase shift functions of these annular zones to obtain the wavelengths of λ1, λ2, and λ3, respectively, and t1, For both of the transparent medium layers having thicknesses t2 and t3, the wavefront aberration before the phase shift due to the annular phase shift structure is reduced while the wavefront aberration is reduced to a peak to peak value of less than 1λ. In the RMS wavefront aberration value, the defocus component is larger than the third-order spherical aberration component, the peak to peak value of the wavefront aberration including the defocus component is 5λ or more, and the wavefront aberration is the wavelength of λ1, λ2, and λ3. It is a zonal phase shift structure in which the sign is inverted with respect to the wavelength,
The fourth annular phase shift structure of the second lens region has a peak-to-peak value for wavefront aberration for each of the wavelengths λ1 and λ2 and the transparent medium having a thickness of t1 and t2. And the wavefront aberration before adding the phase shift due to the annular phase shift structure in the region combined with the first lens region is smaller than the third-order spherical aberration component in the RMS wavefront aberration value. The focus component is large, and the peak to peak value of the wavefront aberration including the defocus component is 10λ or more. The sign of the wavefront aberration is inverted between the wavelength of λ1 and the wavelength of λ2, and at the wavelength of λ3 An objective lens having an annular phase shift structure in which a wavefront aberration at a focal position of a wavelength of λ3 in the first lens region is not reduced to a Peak to Peak value of less than 1λ.
請求項1または2に記載の対物レンズであって、The objective lens according to claim 1 or 2,
前記第1から第4の輪帯位相シフト構造で付加される光路差(mλ+φ)から整数波長分の光路長(mλ)を除去して±(1/2)波長以内の光路差(φ)とする際の、整数値(m)の絶対値が3以下であることを特徴とする対物レンズ。An optical path difference (φ) within ± (1/2) wavelength is obtained by removing an optical path length (mλ) corresponding to an integer wavelength from the optical path difference (mλ + φ) added in the first to fourth annular phase shift structures. An objective lens, wherein the absolute value of the integer value (m) is 3 or less.
波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光を、それぞれ第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光して情報の記録再生を行う単一の対物レンズにおいて、A single recording / reproducing information by condensing laser beams of three wavelengths λ1, λ2, λ3 (λ1 <λ2 <λ3) on the first, second, and third optical information recording media, respectively. In the objective lens,
前記3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光するものであり、The three wavelengths of laser light are respectively incident as parallel light, and transparent medium layers having thicknesses t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3) of the first, second, and third optical information recording media, respectively. Are condensed with numerical apertures of NA1, NA2, and NA3 (NA1> NA2> NA3), respectively.
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳された最内周の第1のレンズ領域と、First, second, which are composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, give different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and give uniform phase differences in the regions A third lens zone phase shift structure is superimposed on one lens surface, the innermost first lens region;
前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加された第2のレンズ領域と、An annular arrangement arranged outside the first lens region, comprising a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, and giving different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions. A second lens region to which a fourth annular phase shift structure that gives a uniform phase difference is added;
前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光するように波面収差が設定された非球面レンズ形状を有する第3のレンズ領域と、を有し、A third lens having an aspherical lens shape arranged in an annular shape outside the second lens region and having a wavefront aberration set so as to collect the laser beam having the wavelength λ1 through the transparent medium having the thickness t1; An area, and
前記第2のレンズ領域において、さらに、λ1とλ2の波長に対して共に略整数倍の光路差を与えるとともに、λ3の波長に対しては整数波長分を除去した実質的な位相差の絶対値が0.3λ以上であるように位相差が調整された第5の輪帯位相シフト構造が付加されており、In the second lens region, an optical path difference that is substantially an integral multiple of both of the wavelengths λ1 and λ2 is given, and an absolute value of a substantial phase difference obtained by removing the integer wavelength for the wavelength of λ3. A fifth annular phase shift structure in which the phase difference is adjusted so that is equal to or greater than 0.3λ,
前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光を前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光を前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光を前記第3の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。A laser beam having a wavelength λ2 incident on the first, second, and third lens regions is focused on the first optical information recording medium, and is incident on the first lens region. An objective lens, wherein light is condensed on the second optical information recording medium, and laser light having a wavelength λ3 incident on the first lens region is condensed on the third optical information recording medium.
波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光を、それぞれ第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光して情報の記録再生を行う単一の対物レンズにおいて、A single recording / reproducing information by condensing laser beams of three wavelengths λ1, λ2, λ3 (λ1 <λ2 <λ3) on the first, second, and third optical information recording media, respectively. In the objective lens,
前記3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光するものであり、The three wavelengths of laser light are respectively incident as parallel light, and transparent medium layers having thicknesses t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3) of the first, second, and third optical information recording media, respectively. Are condensed with numerical apertures of NA1, NA2, and NA3 (NA1> NA2> NA3), respectively.
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳された最内周の第1のレンズ領域と、First, second, which are composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, give different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and give uniform phase differences in the regions A third lens zone phase shift structure is superimposed on one lens surface, the innermost first lens region;
前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加された第2のレンズ領域と、An annular arrangement arranged outside the first lens region, comprising a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, and giving different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions. A second lens region to which a fourth annular phase shift structure that gives a uniform phase difference is added;
前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光するように波面収差が設定された非球面レンズ形状を有する第3のレンズ領域と、を有し、A third lens having an aspherical lens shape arranged in an annular shape outside the second lens region and having a wavefront aberration set so as to collect the laser beam having the wavelength λ1 through the transparent medium having the thickness t1; An area, and
前記第3のレンズ領域において、さらに、λ1の波長に対して略整数倍の光路差を与えるとともに、λ2とλ3の波長に対しては整数波長分を除去した実質的な位相差の絶対値が0.3λ以上であるように位相差が調整された第6の輪帯位相シフト構造が付加されており、In the third lens region, an optical path difference that is substantially an integral multiple of the wavelength of λ1 is given, and an absolute value of a substantial phase difference obtained by removing the integer wavelength for the wavelengths of λ2 and λ3 A sixth annular phase shift structure in which the phase difference is adjusted to be 0.3λ or more is added,
前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光を前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光を前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光を前記第3の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。A laser beam having a wavelength λ2 incident on the first, second, and third lens regions is focused on the first optical information recording medium, and is incident on the first lens region. An objective lens, wherein light is condensed on the second optical information recording medium, and laser light having a wavelength λ3 incident on the first lens region is condensed on the third optical information recording medium.
請求項4または5に記載の対物レンズであって、The objective lens according to claim 4 or 5,
前記第5または第6の輪帯位相シフト構造が、互いに隣接する輪帯で位相シフトの符号が交互に反転していることを特徴とする対物レンズ。5. The objective lens according to claim 5, wherein the fifth or sixth annular phase shift structure has phase shift signs alternately reversed in adjacent annular zones.
請求項1または2に記載の対物レンズであって、The objective lens according to claim 1 or 2,
前記第1から第4の輪帯位相シフト構造が当該対物レンズの入射側面上に形成されていることを特徴とする対物レンズ。The objective lens, wherein the first to fourth annular phase shift structures are formed on an incident side surface of the objective lens.
請求項4または5に記載の対物レンズであって、The objective lens according to claim 4 or 5,
前記第5または第6の輪帯位相シフト構造が、当該対物レンズの出射側面上に形成されていることを特徴とする対物レンズ。The objective lens, wherein the fifth or sixth annular phase shift structure is formed on an emission side surface of the objective lens.
波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光を、それぞれ第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光して情報の記録再生を行う単一の対物レンズにおいて、A single recording / reproducing information by condensing laser beams of three wavelengths λ1, λ2, λ3 (λ1 <λ2 <λ3) on the first, second, and third optical information recording media, respectively. In the objective lens,
前記3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光するものであり、The three wavelengths of laser light are respectively incident as parallel light, and transparent medium layers having thicknesses t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3) of the first, second, and third optical information recording media, respectively. Are condensed with numerical apertures of NA1, NA2, and NA3 (NA1> NA2> NA3), respectively.
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳された最内周の第1のレンズ領域と、First, second, which are composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, give different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and give uniform phase differences in the regions A third lens zone phase shift structure is superimposed on one lens surface, the innermost first lens region;
前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加された第2のレンズ領域と、An annular arrangement arranged outside the first lens region, comprising a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, and giving different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions. A second lens region to which a fourth annular phase shift structure that gives a uniform phase difference is added;
前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光するように波面収差が設定された非球面レンズ形状を有する第3のレンズ領域と、を有し、A third lens having an aspherical lens shape arranged in an annular shape outside the second lens region and having a wavefront aberration set so as to collect the laser beam having the wavelength λ1 through the transparent medium having the thickness t1; An area, and
前記第1、第2、第3のレンズ領域の境界部に隣接しない輪帯領域の入射瞳面に投影した輪帯幅の最小値が3μm以下とならないように、輪帯幅が3μm以下となる輪帯は隣接する輪帯と結合し、結合した輪帯の位相差を加算した位相差を与える輪帯とされており、The zone width is 3 μm or less so that the minimum value of the zone width projected on the entrance pupil plane of the zone area that is not adjacent to the boundary between the first, second, and third lens regions is not 3 μm or less. Annulus is an annulus that combines with the adjacent annulus and gives a phase difference that is the sum of the phase differences of the annulus.
前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光を前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光を前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光を前記第3の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。A laser beam having a wavelength λ2 incident on the first, second, and third lens regions is focused on the first optical information recording medium, and is incident on the first lens region. An objective lens, wherein light is condensed on the second optical information recording medium, and laser light having a wavelength λ3 incident on the first lens region is condensed on the third optical information recording medium.
請求項4に記載の対物レンズであって、The objective lens according to claim 4,
前記第2のレンズ領域の前記第5の輪帯位相シフト構造が前記第4の輪帯位相シフト構造と異なる面に付加されていることを特徴とする対物レンズ。The objective lens, wherein the fifth annular phase shift structure of the second lens region is added to a different surface from the fourth annular phase shift structure.
請求項5に記載の対物レンズであって、The objective lens according to claim 5,
前記第3のレンズ領域の前記第6の輪帯位相シフト構造が前記第2のレンズ領域の前記第5の輪帯位相シフト構造と同じ面に付加されていることを特徴とする対物レンズ。The objective lens, wherein the sixth annular phase shift structure of the third lens region is added to the same surface as the fifth annular phase shift structure of the second lens region.
請求項4に記載の対物レンズであって、The objective lens according to claim 4,
前記第2のレンズ領域の前記第5の輪帯位相シフト構造が前記第4の輪帯位相シフト構造と同じ面に付加させるとともに、輪帯位置をそろえて輪帯高さだけをフレア除去の条件の位相差となるように調整したことを特徴とする対物レンズ。The fifth annular phase shift structure of the second lens region is added to the same plane as the fourth annular phase shift structure, and the annular zone position is aligned and only the annular zone height is flare-removed. An objective lens that is adjusted to have a phase difference of.
波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光を、それぞれ第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光して情報の記録再生を行う単一の対物レンズにおいて、A single recording / reproducing information by condensing laser beams of three wavelengths λ1, λ2, λ3 (λ1 <λ2 <λ3) on the first, second, and third optical information recording media, respectively. In the objective lens,
前記3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光するものであり、The three wavelengths of laser light are respectively incident as parallel light, and transparent medium layers having thicknesses t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3) of the first, second, and third optical information recording media, respectively. Are condensed with numerical apertures of NA1, NA2, and NA3 (NA1> NA2> NA3), respectively.
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳された最内周の第1のレンズ領域と、First, second, which are composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, give different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and give uniform phase differences in the regions A third lens zone phase shift structure is superimposed on one lens surface, the innermost first lens region;
前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加された第2のレンズ領域と、An annular arrangement arranged outside the first lens region, comprising a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, and giving different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions. A second lens region to which a fourth annular phase shift structure that gives a uniform phase difference is added;
前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光するように波面収差が設定された非球面レンズ形状を有する第3のレンズ領域と、を有し、A third lens having an aspherical lens shape arranged in an annular shape outside the second lens region and having a wavefront aberration set so as to collect the laser beam having the wavelength λ1 through the transparent medium having the thickness t1; An area, and
前記第1のレンズ領域において前記第1から第3の輪帯位相シフト構造により付加された位相差を除いたレンズ作用で3次球面収差なく透明媒質越しに集光できる当該透明媒質層の厚さt4が、前記第2のレンズ領域において前記第4の輪帯位相シフト構造により付加された位相差を除いたレンズ作用で3次球面収差なく透明媒質層越しに集光できる当該透明媒質層の厚さt5以上となるように設定されており、The thickness of the transparent medium layer that can be condensed through the transparent medium without third-order spherical aberration by the lens action excluding the phase difference added by the first to third annular phase shift structures in the first lens region. The thickness of the transparent medium layer t4 can be condensed through the transparent medium layer without third-order spherical aberration by the lens action excluding the phase difference added by the fourth annular phase shift structure in the second lens region. It is set to be at least t5,
前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光を前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光を前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光を前記第3の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。A laser beam having a wavelength λ2 incident on the first, second, and third lens regions is focused on the first optical information recording medium, and is incident on the first lens region. An objective lens, wherein light is condensed on the second optical information recording medium, and laser light having a wavelength λ3 incident on the first lens region is condensed on the third optical information recording medium.
波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光を、それぞれ第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光して情報の記録再生を行う単一の対物レンズにおいて、A single recording / reproducing information by condensing laser beams of three wavelengths λ1, λ2, λ3 (λ1 <λ2 <λ3) on the first, second, and third optical information recording media, respectively. In the objective lens,
前記3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光するものであり、The three wavelengths of laser light are respectively incident as parallel light, and transparent medium layers having thicknesses t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3) of the first, second, and third optical information recording media, respectively. Are condensed with numerical apertures of NA1, NA2, and NA3 (NA1> NA2> NA3), respectively.
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳された最内周の第1のレンズ領域と、First, second, which are composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, give different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and give uniform phase differences in the regions A third lens zone phase shift structure is superimposed on one lens surface, the innermost first lens region;
前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加された第2のレンズ領域と、An annular arrangement arranged outside the first lens region, comprising a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, and giving different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions. A second lens region to which a fourth annular phase shift structure that gives a uniform phase difference is added;
前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光するように波面収差が設定された非球面レンズ形状を有する第3のレンズ領域と、を有し、A third lens having an aspherical lens shape arranged in an annular shape outside the second lens region and having a wavefront aberration set so as to collect the laser beam having the wavelength λ1 through the transparent medium having the thickness t1; An area, and
出射面上において前記第1のレンズ領域を透過する光が出射する領域の非球面形状を記述する係数を用いて、前記第2のレンズ領域を透過する光が出射する領域まで拡張した仮想的な出射面の形状に対し、前記第2のレンズ領域を透過する光が出射する領域の実際の非球面形状が、サグ量にして5λ以上となるような有意な差を有するような非球面形状であって、A virtual area expanded to a region where light transmitted through the second lens region is emitted using a coefficient describing an aspherical shape of a region where light transmitted through the first lens region is emitted on the emission surface. With respect to the shape of the exit surface, the actual aspheric shape of the region from which the light transmitted through the second lens region exits is an aspheric shape having a significant difference such that the sag amount is 5λ or more. There,
前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光を前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光を前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光を前記第3の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。A laser beam having a wavelength λ2 incident on the first, second, and third lens regions is focused on the first optical information recording medium, and is incident on the first lens region. An objective lens, wherein light is condensed on the second optical information recording medium, and laser light having a wavelength λ3 incident on the first lens region is condensed on the third optical information recording medium.
波長λ1、λ2、λ3(λ1<λ2<λ3)の3つの波長のレーザ光を、それぞれ第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光して情報の記録再生を行う単一の対物レンズにおいて、A single recording / reproducing information by condensing laser beams of three wavelengths λ1, λ2, λ3 (λ1 <λ2 <λ3) on the first, second, and third optical information recording media, respectively. In the objective lens,
前記3つの波長のレーザ光をそれぞれ平行光で入射して、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体のそれぞれ厚さt1、t2、t3(t1<t2<t3)の透明媒質層を通して、それぞれNA1、NA2、NA3(NA1>NA2>NA3)の開口数で集光するものであり、The three wavelengths of laser light are respectively incident as parallel light, and transparent medium layers having thicknesses t1, t2, and t3 (t1 <t2 <t3) of the first, second, and third optical information recording media, respectively. Are condensed with numerical apertures of NA1, NA2, and NA3 (NA1> NA2> NA3), respectively.
光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第1、第2、第3の3つの輪帯位相シフト構造が、1つのレンズ面上に重畳された最内周の第1のレンズ領域と、First, second, which are composed of a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, give different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions, and give uniform phase differences in the regions A third lens zone phase shift structure is superimposed on one lens surface, the innermost first lens region;
前記第1のレンズ領域の外側に環状に配置され、光軸を中心とした複数の同心円で区分された複数の輪帯からなり、隣接する領域に対して前記波長によって異なる位相差を与え領域内で一様な位相差を与える第4の輪帯位相シフト構造が付加された第2のレンズ領域と、An annular arrangement arranged outside the first lens region, comprising a plurality of annular zones divided by a plurality of concentric circles centered on the optical axis, and giving different phase differences depending on the wavelength to adjacent regions. A second lens region to which a fourth annular phase shift structure that gives a uniform phase difference is added;
前記第2のレンズ領域の外側に環状に配置され、前記厚さt1の透明媒質越しに波長λ1のレーザ光を集光するように波面収差が設定された非球面レンズ形状を有する第3のレンズ領域と、を有し、A third lens having an aspherical lens shape arranged in an annular shape outside the second lens region and having a wavefront aberration set so as to collect the laser beam having the wavelength λ1 through the transparent medium having the thickness t1; An area, and
出射面上において前記第2のレンズ領域を透過する光が出射する領域の非球面形状を記述する係数を用いて、前記第3のレンズ領域を透過する光が出射する領域まで拡張した仮想的な出射面の形状に対し、前記第3のレンズ領域を透過する光が出射する領域の実際の非球面形状が、サグ量にして5λ以上となるような有意な差を有するような非球面形状であって、The virtual surface is extended to the region where the light transmitted through the third lens region is emitted using a coefficient describing the aspherical shape of the region where the light transmitted through the second lens region is emitted on the emission surface. With respect to the shape of the exit surface, the actual aspheric shape of the region where the light transmitted through the third lens region exits is an aspheric shape having a significant difference such that the sag amount is 5λ or more. There,
前記第1、第2、第3のレンズ領域に入射する波長λ1のレーザ光を前記第1の光情報記録媒体に集光し、前記第1、第2のレンズ領域に入射する波長λ2のレーザ光を前記第2の光情報記録媒体に集光し、前記第1のレンズ領域に入射する波長λ3のレーザ光を前記第3の光情報記録媒体に集光することを特徴とする対物レンズ。A laser beam having a wavelength λ2 incident on the first, second, and third lens regions is focused on the first optical information recording medium, and is incident on the first lens region. An objective lens, wherein light is condensed on the second optical information recording medium, and laser light having a wavelength λ3 incident on the first lens region is condensed on the third optical information recording medium.
請求項1から15のいずれかに記載の対物レンズを搭載した光ピックアップにおいて、In the optical pickup equipped with the objective lens according to any one of claims 1 to 15,
前記λ1、λ2、λ3の3つの波長のレーザ光を放射する半導体レーザと、A semiconductor laser that emits laser light having three wavelengths λ1, λ2, and λ3;
前記レーザ光を平行ビームに変換して前記対物レンズに導くとともに、光軸方向に可動できるコリメートレンズと、A collimating lens that converts the laser light into a parallel beam and guides it to the objective lens, and is movable in the optical axis direction;
前記対物レンズによって、前記第1、第2、第3の光情報記録媒体に集光され、反射した反射光を、前記半導体レーザからの光路から分離するビームスプリッタと、A beam splitter that separates the reflected light reflected and reflected by the objective lens on the first, second, and third optical information recording media from the optical path from the semiconductor laser;
前記分離された反射光を集光して信号検出を行う光検出器を備えることを特徴とする光ピックアップ。An optical pickup comprising a photodetector for detecting the signal by collecting the separated reflected light.
請求項16に記載の光ピックアップであって、The optical pickup according to claim 16, wherein
前記対物レンズの周辺に温度センサを配置して、検出温度に応じて前記コリメートレンズの位置の制御を行うことを特徴とする光ピックアップ。A temperature sensor is arranged around the objective lens, and the position of the collimating lens is controlled according to the detected temperature.
請求項16に記載の光ピックアップであって、The optical pickup according to claim 16, wherein
前記半導体レーザから放射されるλ1、λ2、λ3の3つの波長のレーザ光の放射ビームの発散角をθ1、θ2、θ3とするとき、θ1>θ2>θ3の関係とすることを特徴とする光ピックアップ。Light having a relationship of θ1> θ2> θ3, where θ1, θ2, and θ3 are divergence angles of laser beams of three wavelengths λ1, λ2, and λ3 emitted from the semiconductor laser. pick up.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10747022B2 (en) 2014-08-08 2020-08-18 Menicon Co., Ltd. Diffractive multi-focal lens and method for manufacturing diffractive multi-focal lens
JP7001345B2 (en) * 2017-01-17 2022-02-03 マクセルフロンティア株式会社 Diffractive lens and in-vehicle lamp using it
JP6504332B1 (en) 2018-08-09 2019-04-24 株式会社ニコン Ophthalmic lens and method of manufacturing ophthalmic lens
JP7402781B2 (en) * 2020-10-28 2023-12-21 株式会社日立製作所 Imaging optical system, imaging device, and depth of focus expansion optical system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006060082A (en) * 2004-08-20 2006-03-02 Sony Corp Laser radiation equipment and optical head
JP4650529B2 (en) * 2008-07-04 2011-03-16 ソニー株式会社 Optical pickup and optical disk apparatus using the same
JP5340396B2 (en) * 2009-09-17 2013-11-13 パナソニック株式会社 Objective lens element
JP2011096350A (en) * 2009-09-29 2011-05-12 Konica Minolta Opto Inc Objective lens for optical pickup device, optical pickup device, and optical information recording/reproducing device
JP5647547B2 (en) * 2010-03-19 2014-12-24 Hoya株式会社 Objective optical system for optical information recording / reproducing apparatus, and optical information recording / reproducing apparatus

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