JP2004087098A - Optical element, optical head, method for correcting spherical aberration and optical recording and reproducing device - Google Patents

Optical element, optical head, method for correcting spherical aberration and optical recording and reproducing device Download PDF

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Hidehiko Wada
和田　秀彦
Yasuhiro Tanaka
田中　康弘
Hideki Hayashi
林　秀樹
Sadao Mizuno
水野　定夫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element which has high acquisition efficiency and high rim intensity. <P>SOLUTION: This optical element has a central axis line, a first curved surface extending in a lateral direction with respect to the central axis line, a second curved surface extending in a lateral direction with respect to the central axis line and an outer circumferential surface extending between the first curved surface and the second curved surface, where a light intensity distribution of outgoing light that emits from the second curved surface and a light intensity distribution of incident light that is made incident on the first surface are different from each other by refraction received between when the light is made incident on the first curved surface and when the light emits from the second curved surface. In the optical element, a rim intensity improvement rate R being a rate of the rim intensity of the outgoing light to rim intensity being a rate of the ambient intensity of the incident light to center intensity is ≥1.07 and ≤1.5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報処理又は光通信等に用いられる光学素子、光ヘッド、球面収差補正方法および光記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）の約６倍の記録密度によってディジタル情報を記録できることから、大容量の光記録媒体として注目されている。しかしながら、情報の大容量化に伴い更なる高密度な光記録媒体が要望されている。ここで、ＤＶＤ（波長６６０ナノメータ（ｎｍ）、開口数（ＮＡ）０．６）よりも高密度化を達成するには、光源の波長をより短くし、対物レンズのＮＡをより大きくすることが必要となる。例えば４０５ナノメータ（ｎｍ）の青色レーザーを使用してＮＡ０．８５の対物レンズを使用するとＤＶＤの５倍の記録密度が達成される。また、光記録媒体の記録層を２層にすれば記録容量は更に２倍になる。
【０００３】
しかしながら、上記した青色レーザーを用いた高密度光記録媒体は記録容量を上げるために、トラックピッチがかなり狭くなっている。このため、トラッキング誤差信号を安定なものにするためには光記録媒体に照射する光の中心強度に対する周辺強度の比であるリム強度を大きくする必要がある。リム強度を大きくするためには、光源から出射される光の中央部のみを使用することで可能となるが、光源から出射される光の利用効率（取り込み効率）が下がるため、光記録媒体に情報を記録するためには出力が大きい光源を用いなければならない。また、多層の光記録媒体に情報を記録するためには更に大きな光量を出力できる光源が必要となる。しかしながら、出力の大きい光源は寿命に問題があり、また、歩留まりが悪い。そこで、取り込み効率が高くてもリム強度が大きくなるような光学素子が特開平１１−２５８５４４号公報に提案されている。
【０００４】
図１０は、従来の光学素子９０の構成を説明するための図である。光学素子９０は、中心軸線８２に対して略垂直な面に沿って、光が入射する側に形成された第１の曲面表面８３と、光が出射する側に形成された第２の曲面表面８４と、第１の曲面表面８３と第２の曲面表面８４とをつなぐように中心軸線８２に平行な方向に沿って形成された外周面８５とを有している。さらに、図１０は従来の光学素子９０を屈折して通る多数の光線の光路が、複数の折れ線によって示されている。光学素子９０は、等方性屈折率を有する透明な材料（例えば硝子）によって構成されている。
【０００５】
このように構成された光学素子９０の動作を説明する。第１の曲面表面８３に入射した入射光は、第１の曲面表面８３における屈折により、光学素子９０内の一部の領域においては発散し、光学素子９０内の他の領域においては収束する。このため、入射光の光強度分布とは異なった光強度分布によって、出射光は第２の曲面表面８４を通って出射する。
【０００６】
具体的には、領域Ｚにおいては光学素子９０を通る光線の光路は互いに平行に延びている。領域Ｚの内側の中心領域Ｘにおいては光線が発散する。そして、領域Ｚの外側の周辺領域Ｙにおいては光線が収束するようになっている。
【０００７】
従って、図１０の左端に示されるガウス型光強度分布Ｗ９１に示されるように、中心部にある強度の高い光線は光学素子９０を通ることにより発散して光学素子９０を出射するときに強度が低くなる。ガウス型光強度分布Ｗ９１において周辺部にある強度の低い光線は光学素子９０を通ることにより収束して強度が高くなる。こうしてガウス型光強度分布Ｗ９１を有する入射光は光学素子９０を通過することによって全体として均一な光強度分布Ｗ９２を有する出射光に変換される。
【０００８】
このように構成された光学素子９０を光ヘッドに搭載すれば、取り込み効率を大きく上げることができ、かつリム強度を上げることができるので、高密度な光記録媒体に対しても安定なトラッキング誤差信号を得ることができ、更に出射光量の小さい光源を用いることが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２５８５４４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成された光学素子９０は、光ヘッドへの取り付け精度が非常に厳しいものとなるため、光ヘッドの組み立てが困難となり、また、光ヘッドの信頼性が大きな問題となる。このことについて詳細に述べる。
【００１１】
光源の広がり角度を２５度とし、光源から出射された光を取り込んで平行光に変換するコリメータレンズの焦点距離を６．７ミリメートル（ｍｍ）とし、光学素子に入射する入射光の直径を２．８４ミリメートル（ｍｍ）とし、光学素子９０の中心の厚さを１．５ミリメートル（ｍｍ）としたとき、リム強度を５２％から１００％に変換するための第１の曲面表面８３と第２の曲面表面８４との形状を設計する。そして、この条件に合う光学素子を光ヘッドに取り付ける場合、取り付け精度の関係で０．１度程度光学素子９０が傾くおそれがあり得る。
【００１２】
上記条件に基づいて設計された光学素子９０が０．１度傾いた場合を計算すると３次のコマ収差が３５０ｍλも発生するので、光ヘッドを組み立てることができなくなる。また、完全に調整して光学素子が傾かないように組み立てたとしても、０．１度で大きな収差が発生するので光ヘッドの信頼性を確保することができない。
【００１３】
さらに、光学素子９０そのものの第１の曲面表面８３と第２の曲面表面８４との間のディセンターについても問題がある。この光学素子９０を成型によって作製する場合、成型のための金型の精度の関係で５マイクロメータ（μｍ）のディセンターが発生するおそれがある。そこで、この光学素子９０の第１の曲面表面８３と第２の曲面表面８４との間のディセンターが５マイクロメータ（μｍ）生じたときには、１００ｍλのコマ収差が発生するので光学素子９０を光ヘッドに搭載することができず、光学素子９０の歩留まりも非常に悪いものとなる。
【００１４】
本発明の目的は、取り込み効率が高くリム強度の高い光学素子、光ヘッド、球面収差補正方法および光記録再生装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学素子は、中心軸線と、前記中心軸線に対して横方向に延びる第１の曲面表面と、前記中心軸線に対して横方向に延びる第２の曲面表面と、前記第１の曲面表面と前記第２の曲面表面との間に延びる外周面とを有し、光が前記第１の曲面表面に入射し、前記第２の曲面表面から出射するまでに受ける屈折により、前記第２の曲面表面から出射する出射光の光強度分布と前記第１の表面へ入射する入射光の光強度分布とが互いに異なる光学素子において、前記入射光の中心強度に対する周辺強度の比であるリム強度に対する前記出射光のリム強度の割合であるリム強度改善率Ｒが１．０７以上１．５以下であることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る光ヘッドは、光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う光ヘッドであって、光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を前記光記録媒体に集光する対物レンズとを備えており、本発明に係る光学素子が前記光源と前記対物レンズとの間に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る球面収差補正方法は、本発明に係る光ヘッドを使用した球面収差補正方法であって、前記光記録媒体の基材厚の標準値からずれを検出する工程と、前記検出された基材厚のずれに基づいて、前記球面収差を補正するように前記光学素子と前記接合レンズとの間の間隔を変更する工程とを包含することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る光記録再生装置は、本発明に係る光ヘッドと、前記光ヘッドによって生成されたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づいて、前記光記録媒体上の所望のトラック上に前記光が集光するように、前記光ヘッドに設けられた対物レンズの位置を制御する処理回路とを具備することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本実施の形態に係る光学素子においては、入射光の中心強度に対する周辺強度の比であるリム強度に対する出射光のリム強度の割合であるリム強度改善率Ｒが１．０７以上１．５以下になっている。このため、光学素子が傾いたときに発生する収差および第１の曲面表面と第２の曲面表面にディセンターが生じたときに発生する収差を７０ｍλ以下に抑えることができる。その結果、光学素子の歩留まりが向上し、光ヘッドに搭載した場合、光ヘッドの歩留まりが向上し信頼性が向上する。
【００２０】
この実施の形態では、前記第１の曲面表面の中心位置と前記第２の曲面表面の中心位置との間の距離（中心厚さ）をｄ（ｍｍ）としたとき、ｄ≧５４・Ｒ４　−２２１・Ｒ３　＋３０４・Ｒ２　−１３８・Ｒなる関係式を満足することが好ましい。これにより、光学素子が傾いたときに発生する収差や第１の曲面表面と第２の曲面表面にディセンターが生じたときに発生する収差を７０ｍλ以下に抑えることができる。このため、光学素子の歩留まりが向上し、光ヘッドに搭載した場合、光ヘッドの歩留まりが向上し信頼性が向上する。
【００２１】
本実施の形態に係る光ヘッドにおいては、本実施の形態に係る光学素子が光源と対物レンズとの間に配置されている。このため、光学素子が傾いたときに発生する収差および第１の曲面表面と第２の曲面表面にディセンターが生じたときに発生する収差を７０ｍλ以下に抑えることができる。その結果、光ヘッドに搭載した光学素子の歩留まりが向上し、光ヘッドの歩留まりが向上し信頼性が向上する。
【００２２】
この実施の形態では、前記光記録媒体の基材厚が標準値からずれることによって発生する球面収差を補正するために設けられた球面収差補正手段をさらに具備することが好ましい。これにより、球面収差が補正されるので、安定した再生信号や制御信号が得られ、安定した記録および再生が可能となる。
【００２３】
前記光学素子に対して所定の間隔を空けて配置されたレンズをさらに具備しており、前記球面収差補正手段は、前記レンズと、前記光学素子と、前記球面収差を補正するために前記光学素子と前記レンズとの間の間隔を変更する間隔変更手段とによって構成されていることが好ましい。これにより、球面収差補正手段がリム強度改善機能を有しているので、トラッキング誤差信号が安定し、さらに機能を兼用しているので光ヘッドの小型化に向く。
【００２４】
前記レンズは、前記光学素子によって発散光にされた光を平行光に変換することが好ましい。これにより、リム強度改善機能を有する光学素子は、前記レンズよりも光源側に配置されるので、球面収差を補正するために光学素子とレンズとの間隔を変えたときにリム強度改善率が変化しない。
【００２５】
前記光源から出射された前記光をビーム整形するために前記光学素子と前記光源との間に配置されたビーム整形光学素子をさらに具備することが好ましい。これにより、光学素子が中心対称になるので光学素子の歩留まりが上がり、光ヘッドの低コスト化につながる。また、光ヘッドに本発明の光学素子を回転方向については関係なく組み込めるので光ヘッドの歩留まりがあがる。また、本発明の光学素子の回転方向には光ヘッドの特性は依存しないので信頼性が向上する。
【００２６】
前記光学素子における前記第１の曲面表面の中心位置と前記第２の曲面表面の中心位置との間の距離（中心厚さ）をｄ（ｍｍ）としたとき、ｄ≧５４・Ｒ４　−２２１・Ｒ３　＋３０４・Ｒ２　−１３８・Ｒなる関係式を満足することが好ましい。これにより、光学素子が傾いたときに発生する収差や第１の曲面表面と第２の曲面表面にディセンターが生じたときに発生する収差を７０ｍλ以下に抑えることができる。このため、光学素子の歩留まりが向上し、光ヘッドに搭載した場合、光ヘッドの歩留まりが向上し信頼性が向上する。
【００２７】
前記レンズは、前記光学素子側に配置された凸レンズと、前記対物レンズ側に配置され、アッベ数が前記凸レンズのアッベ数よりも小さい凹レンズとを含んでいることが好ましい。これにより、球面収差補正手段を構成できる上に色収差を補正することが可能となる。また、光学素子の透過効率が高いので、光源の光量の利用効率が高い。
【００２８】
前記球面収差補正手段は、拡大系になっていることが好ましい。球面収差補正のために正レンズ群と負レンズ群の間隔を変えたときにリム強度改善率が変化しないからである。
【００２９】
前記球面収差補正手段は、色収差補正機能を有していることが好ましい。光ヘッドを小型化することができるからである。
【００３０】
前記光学素子と前記レンズとの少なくとも一方は、色収差補正機能を有していることが好ましい。光学素子とレンズとのいずれか一方が色収差補正機能を有していれば、光の色収差を補正することができるからである。
【００３１】
前記球面収差補正手段は、前記光学素子と、前記光学素子に対して所定の間隔を空けて配置された回折型レンズと、前記球面収差を補正するために前記光学素子と前記回折型レンズとの間の間隔を変更する間隔変更手段とによって構成されていることが好ましい。これにより可動部の重量が軽くなりレンズを可動するメカ部が簡易なものとなり、また、動かすために流す電流が少なくてすむので省エネルギー化に向く。
【００３２】
前記回折型レンズは、前記光学素子によって発散光にされた光を平行光に変換することが好ましい。これにより、リム強度改善機能を有する光学素子は、回折型レンズよりも光源側に配置されるので、球面収差を補正するために光学素子と回折型レンズとの間隔を変えたときにリム強度改善率が変化しない。
【００３３】
色収差補正機能を有する色収差補正素子をさらに備えていることが好ましい。これにより、色収差がなくなり、再生から記録や記録から再生への切り替え時に発生するデフォーカスがなくなり安定した記録や再生が可能となる。
【００３４】
前記対物レンズのＮＡは、０．７以上になっていることが好ましい。これにより、高密度な光記録媒体を記録再生できる光ヘッドが実現できる。
【００３５】
前記光源から出射される前記光の波長は、３８０ナノメータ（ｎｍ）以上４２０ナノメータ（ｎｍ）以下になっていることが好ましい。これにより、高密度な光記録媒体を記録再生できる光ヘッドが実現できる。
【００３６】
前記光記録媒体の基材厚の標準値からずれを検出するずれ検出手段をさらに備えることが好ましい。これにより、基準値からのずれを学習せずに即座に検出できるので光ヘッドの制御が早い。
【００３７】
前記光学素子に対して所定の間隔を空けて配置されたレンズと、前記光記録媒体の基材厚の標準値からずれを検出するずれ検出手段とをさらに備えており、前記球面収差補正手段は、前記レンズと、前記光学素子と、前記検出された基材厚のずれに基づいて、前記球面収差を補正するように前記レンズと前記光学素子との間の間隔を変更する間隔変更手段とによって構成されていることが好ましい。これにより、球面収差補正を行うことができ、安定した記録や再生が可能となる。
【００３８】
本実施の形態に係る球面収差補正方法においては、検出された基材厚のずれに基づいて、球面収差を補正するように光学素子とレンズとの間の間隔を変更する。これにより、球面収差補正を行うことができ、安定した記録や再生が可能となる。
【００３９】
間隔を変更する工程は、光学素子とレンズとの間の間隔を変更するためにレンズを移動させることが好ましい。光学素子は傾きに対して非常に敏感なので、レンズを動かすことによって安定した球面収差補正が可能となるからである。
【００４０】
本実施の形態に係る光記録再生装置においては、本実施の形態に係る光ヘッドが設けられている。これにより、トラッキング誤差信号が安定なものとなり、信頼性の高い光記録媒体に情報を記録再生することができる光記録再生装置が構成できる。さらに、光ヘッドが小型化に向いているので光記録再生装置の小型化に向いている。
【００４１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４２】
図１は、本実施の形態に係る光ヘッド１００の構成を示すブロック図である。光ヘッド１００は、光源１を備えている。光源１は、光記録媒体８に形成された記録層に対し、記録再生用のコヒーレント光を出射する。コヒーレント光の波長は、３８０ナノメータ（ｎｍ）以上４２０ナノメータ（ｎｍ）以下である。光源１は、例えばＧａＮ系の半導体レーザー素子（波長４０５ナノメータ（ｎｍ））によって構成されている。
【００４３】
光源１から出射されたコヒーレント光は、コリメータレンズ２によって平行光に変換されてビーム整形光学素子３へ入射する。ビーム整形光学素子３は、コリメータレンズ２によって変換された平行光の広がり角度の小さい光を拡大し、広がり角度の大きい光をそのまま透過させる。
【００４４】
コリメータレンズ２を通り抜けた平行光は、ほぼ５０％の透過率とほぼ５０％の反射率とを有するビームスプリッタ４を通り抜ける。ビームスプリッタ４を通り抜けた平行光は、光学素子５へ入射する。
【００４５】
入射した平行光は、光学素子５によりリム強度が変換され、更に発散光にされ、接合レンズ６により平行光にされ、対物レンズ７により光記録媒体８上に集光される。
【００４６】
次に、光記録媒体８から反射された光は、対物レンズ７を透過し、接合レンズ６および光学素子５を透過し、ビームスプリッタ４によって反射され、集光レンズ９により光検出器１０に集光される。光検出器１０は、集光された光に基づいて光記録媒体８上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号を出力し、また光の照射位置を示すトラッキング誤差信号を出力する。ここで、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とは周知の技術により、たとえば非点収差法とプッシュプル法等に基づいて検出される。
【００４７】
図示していないフォーカス制御手段はフォーカス誤差信号に基づき常に光が合焦状態で光記録媒体８上に集光されるように対物レンズ７の位置をその光軸方向に沿って制御する。また図示していないトラッキング制御手段は、トラッキング誤差信号に基づき、光が光記録媒体８上の所望のトラックに集光されるように対物レンズ７の位置を制御する。また、光検出器１０からは光記録媒体８に記録された情報をも得ている。
【００４８】
図２は、本実施の形態に係る光ヘッド１００に設けられた光学素子５の構成を説明するための図である。光学素子５は、中心軸線８２に対して横方向に延びる第１の曲面表面２１と、中心軸線８２に対して横方向に延びる第２の曲面表面２２と、中心軸線８２に平行な方向に沿って第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２との間に延びる外周面２３とを有している。光学素子５は、コリメータレンズ２によって平行光にされた光を発散光にし、更にリム強度を変換する。光学素子５は、等方性屈折率を有する透明な材料（例えば硝子）によって構成されている。
【００４９】
第１の曲面表面２１に入射した入射光は、第１の曲面表面２１における屈折により、第１の曲面表面２１における一部の領域においては発散し、第１の曲面表面２１における他の領域においては収束する。それによって入射光は、入射光のガウス型光強度分布Ｗ１とは異なったガウス型光強度分布Ｗ２によって第２の曲面表面２２から発散光として出射される。
【００５０】
本実施の形態に係る光学素子５は、従来の技術で前述した光学素子９０と異なり、ガウス型光強度分布Ｗ１を有する入射光は光学素子５によって光学系で使われる範囲内の光に対してはリム強度が入射光よりも大きくなったガウス型光強度分布Ｗ２を有する出射光に変換する。
【００５１】
また、リム強度改善率（本実施の形態に係る光学素子４に入射する前のリム強度に対する光学素子４を出射した後の光のリム強度の割合）が１．０７以下の場合は、第１の曲面表面２１の形状は前述した光学素子９０と異なりすべて凹レンズ形状になっており、外周部にいくにしたがって凹レンズ効果が小さくなる形状になっている。リム強度改善率をさらに大きくするためには外周部の形状を、収束する凸レンズ効果を持たせる形状にすることになる。以上述べたように本実施の形態に係る光学素子５は、外周部にいくに従って出射光の光束密度を高くするものである。
【００５２】
図３は、光学素子５の第１の曲面表面２１と第２曲面表面２２との非球面データを示す図である。ここで、光学素子５を構成するレンズの面形状（以下、「サグ」という）は以下の式で表される。
【００５３】
Ｚ＝（ｃ×ｒ２）／（１＋（１−（１＋ｋ）×ｃ２×ｒ２）１／２）＋ａ１×ｒ２＋ａ２×ｒ４＋ａ３×ｒ６＋ａ４×ｒ８＋ａ５×ｒ１０
ここで、
ｃ（＝１／Ｒ）：曲率
Ｒ：曲率半径
ｋ：円錐定数
ｒ：半径位置
Ｚ：サグ
ａ１〜ａ８：非球面係数　（ａ１＝０）
である。
【００５４】
図３に示すような非球面データに基づいて形成した光学素子５の第１の曲面表面２１と第２曲面表面２２の形状（サグ）を図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は光学素子１００の第１の曲面表面２１のザグ量と中心からの距離との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は第２の曲面表面２２のザグ量と中心からの距離との関係を示すグラフである。
【００５５】
図４（ａ）に示すように、リム強度改善率が１．５、１．３および１．１の場合は、第１の曲面表面２１の中心部分では凹レンズが形成されており、外周部では凸レンズが形成されている。そして、リム強度改善率が１．０５および１．０７の場合は第１の曲面表面２１の中心部分と外周部とのいずれにおいても常に凹レンズが形成されている。また、リム強度改善率が大きければ大きいほど、第１の曲面表面２１の中心部分における凹レンズ効果が大きくなっており、また外周部における凸レンズ効果も大きくなっている。
【００５６】
図５は、光学素子５のリム強度改善率と光学素子５が０．１度傾いたときに発生する収差との間の関係を示すグラフである。以下、リム強度の変換量とこれを実現する光学素子５が傾いたときに発生する収差との間の関係について述べる。ここで、計算するための条件は光源１の広がり角度を２５度とし、光源１から出射された光を取り込んで平行光にするコリメータレンズ２の焦点距離を６．７ミリメートル（ｍｍ）とし、光学素子５に入射する入射光の直径を２．８４ミリメートル（ｍｍ）とし、光学素子５における第１の曲面表面２１の中心位置と第２の曲面表面２２の中心位置との間の間隔（中心厚さ）を１．５ミリメートル（ｍｍ）とする。この条件の時、リム強度は５２％に相当している。
【００５７】
ここで、０．１度傾いたときの収差を対象にしているのは、光ヘッド１００に本実施の形態に係る光学素子５を搭載する場合に、０．１度の傾きずれが発生するおそれがあるからである。また、本実施の形態に係る光学素子５の中心位置の厚さが５ミリメートル（ｍｍ）の場合も検討すると、図３と同じ結果が得られた。従って、傾きに対しては光学素子５の中心位置の厚さは影響を与えないことが判った。
【００５８】
ここで、対物レンズ７によって光記録媒体８に光を集光するためには７０ｍλ以下の収差に抑える必要があるため、図５に示すように本実施の形態に係る光学素子５によるリム強度改善率は１．５以下にする必要があることが判る。
【００５９】
上記では光学素子５だけで光の絞り性能に関するマーシャルの基準である収差７０ｍλをすべて使ってしまっているが、光ヘッドは他に多くの光学素子を有しており、それらの光学素子すべてに作成上の誤差から生じる収差および光ヘッドの取り付け誤差によって生じる収差があるので、光学素子５の傾きには３０ｍλ以下の収差を配分する方が現実的である。従って、図５より、リム強度改善率を１．２以下にすることが現実的であってより好ましい。
【００６０】
この収差とリム強度改善率との間の関係は本実施の形態で述べた光学素子５について計算したが、平行光入射で平行光出射の場合でもほぼ同様の関係が得られる。ここで、リム強度を求める位置は対物レンズ７に入射する光の直径（これは、対物レンズ７のＮＡと焦点距離で決まる）が本実施の形態に係る光学素子５の入射面に投影された直径の端の位置である。
【００６１】
図６は、光学素子５の中心厚さと、光学素子５の第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２とが５マイクロメートル（μｍ）ディセンターしたときに発生する収差との間の関係を示すグラフである。以下、光学素子５の中心厚さと光学素子５の第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２とのディセンターと間の関係について述べる。
【００６２】
ここで、５マイクロメートル（μｍ）のディセンターが発生したときに生じる収差を対象にしているのは本実施の形態に係る光学素子５を成型により作製する場合に、成型のための金型の公差等により５マイクロメートル（μｍ）のディセンターが発生するおそれがあるからである。ここで、対物レンズ７によって光記録媒体８に光を集光するためには７０ｍλ以下の収差に抑える必要がある。
【００６３】
そこで、図６より各リム強度改善率において７０ｍλ以下にするための中心厚さを求め、プロットすると図７に示されるグラフになる。曲線Ｃ１は、リム強度改善率が１．０５であるときの光学素子５の中心厚さと収差との間の関係を示している。曲線Ｃ２はリム強度改善率が１．１であるときの光学素子５の中心厚さと収差との間の関係を示しており、曲線Ｃ３はリム強度改善率が１．１５であるときの光学素子５の中心厚さと収差との間の関係を示しており、曲線Ｃ４はリム強度改善率が１．３であるときの光学素子５の中心厚さと収差との間の関係を示している。曲線Ｃ１は、リム強度改善率が１．５であるときの光学素子５の中心厚さと収差との間の関係を示している。
【００６４】
図７は、光学素子５のリム強度改善率と、光学素子５の第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２とが５マイクロメートル（μｍ）ディセンターしたときに発生する収差が７０ｍλになるときの中心厚さとの間の関係を示すグラフである。
【００６５】
図７に示す関係より、本実施の形態に係る光学素子５の中心厚さをｄミリメートル（ｍｍ）とし、リム強度改善率をＲとして以下の（式１）を満足すれば７０ｍλ以下の収差にすることができる。
【００６６】
ｄ　≧　５４・Ｒ４　−２２１・Ｒ３　＋３０４・Ｒ２　−１３８・Ｒ　　（式１）
この関係は本実施の形態で述べた光学素子５について計算したが、平行光入射で平行光出射の場合でもほぼ同様の関係が得られる。
【００６７】
次に、本実施の形態に係る光学素子５を作製するための硝材について述べる。光学素子５は負レンズとして使用しているため、アッベ数が小さい硝材（例えばアッベ数が４５以下の硝材）を用いると、この光学素子５そのものでも色収差補正機能を有することができる。また、本実施の形態に係る光学素子５の曲面表面は非球面となるため、成型によって作る必要がある。そこで、成型が可能（ガラス転移点が６００度以下）であって、アッベ数の小さい硝材、例えばＶＣ８９（ＳＵＭＩＴＡ　ＯＰＴＩＣＡＬ　ＧＬＡＳＳ　ＩＮＣ．製）（アッベ数：４０．８）によって光学素子５を構成することが好ましい。
【００６８】
次に、リム強度改善率の必要量について述べる。光ヘッド１００において安定したトラッキング誤差信号を得るためにはリム強度が６０％以上必要である。このリム強度を確保するためには光源１から出射される光のうちの利用量（取り込み効率）を４０％以下にする必要がある（ガウス型光強度分布の光の場合、利用する光の光量は１００％からリム強度を減じたものになる）。また、光ヘッド１００には多くの光学部品が搭載されており、これらの反射損出等を考えると対物レンズ７から出射される光はさらに８０％程度になるため、リム強度を６０％にするためには光源１から出射される光のうちの３０％しか使用できない。
【００６９】
ここで、光記録媒体８に形成された記録層に信号を記録するために１５ミリワット（ｍＷ）以上の光量が必要となる場合、光源１の光量は最低でも５０ミリワット（ｍＷ）以上出力できる光源が必要となる。しかしながら、現在では入手可能な青色半導体レーザーの出力は４５ミリワット（ｍＷ）が最高であるため、リム強度を６０％に確保しながら取り込み効率を４０％から４４％にする必要がある。言い換えれば取り込み効率を４０％から４４％にしたまま、リム強度を５６％から６０％に改善する必要がある。すなわち、リム強度改善率を１．０７以上にすることが望ましい。
【００７０】
また、上記したようにリム強度改善率は１．０７以上必要であるが、若干のマージンを有していないと、対物レンズ７に埃が付着したために出射される光が初期状態よりも少なくなった場合に全く対応ができない。そこで、リム強度改善率は、ある程度のマージンを考慮して、１．１以上であることがより好ましい。
【００７１】
本実施の形態に係る光学素子５を通り抜けた光は、接合レンズ６によって平行光に変換される。接合レンズ６は、再生動作から記録動作に切り替わったときにおいて光源１の波長が変化したときに発生する色収差を補正する機能も有している。
【００７２】
再生動作から記録動作に切り替わったときには、光源１から出射される光の光量が変わる。このとき、波長が瞬時に変わるため対物レンズ７によって光記録媒体８に集光されていた光がデフォーカスし、球面収差が発生することになる。すなわち色収差が発生する。このようなデフォーカスはフォーカス制御によって追従して抑えることができないくらい瞬時に起こり、また、球面収差も球面収差補正手段によって追従して補正できないくらい瞬時に起こるので、光学系によって色収差を補正しておく必要がある。
【００７３】
そこで、球面収差補正手段の正レンズ群に色収差補正機能を持たせるため、正レンズ群が接合レンズ６によって構成されている。ここで、接合レンズ６の凸レンズ部６ａはアッベ数の大きい（例えば５０以上）硝材によって構成し、接合レンズ６の凹レンズ部６ｂはアッベ数の小さい（例えば３０以下）硝材によって構成する。
【００７４】
波長が短くなると屈折率が大きく変化するため色収差の発生量が大きくなる。ここで、４０５ナノメータ（ｎｍ）の波長、ＮＡ０．８５となる対物レンズ７を単レンズで設計した場合、１ナノメータ（ｎｍ）あたり０．３５マイクロメートル（μｍ）程度のデフォーカスが起こる。このデフォーカスを補正するためには、凸レンズ部６ａをアッベ数５５．４の硝材によって構成し、凹レンズ部６ｂをアッベ数２５．５の硝材によって構成することで上記した色収差を補正することが可能であった。また、アッベ数の小さい硝材の屈折率を１．７以上にしないとレンズの曲率半径が小さくなるためレンズ作製における公差が厳しくなる。
【００７５】
本実施の形態では球面収差補正手段を構成する正レンズ群に色収差補正機能を持たせているので色収差補正手段を別途有する必要がないため、光学系が簡易なものとなり、光ヘッドの小型化が可能となる。
【００７６】
次に、球面収差補正手段について述べる。球面収差補正手段は、接合レンズ６と、光学素子５と、球面収差を補正するように接合レンズ６と光学素子５との間の間隔を変更する間隔変更部１１とによって構成されている。球面収差補正手段は拡大系（入射される平行光が拡大された平行光になって出射されている系）になっている。このことについて述べる。光ヘッド１００には、光記録媒体８の基材厚の標準値からのずれを検出するずれ検出部１２が設けられている。光記録媒体８の厚さが標準値からずれたときに発生する球面収差の補正方法は正レンズ群と負レンズ群との間の間隔を変えることである。ここで対物レンズ７の有効径は開口（ＮＡ）が一定のため、球面収差補正手段に入射される光の対物レンズ７に対する投影直径（以下「対物レンズ投影直径」と称する）が変化することになる。この変化量はリム強度の変化に対応するので大きな変化は好ましくない。
【００７７】
ここで、縮小系によって球面収差補正手段を構成すると球面収差補正手段に入射される光の対物レンズ投影直径は大きく変わることになり、拡大系では変化量が小さくなるので拡大系を用いることが望ましい。
【００７８】
また、上記したように球面収差を補正するためには間隔変更部１１によってレンズ間隔を変えることが必要であるが、レンズを動かすと、レンズが傾く場合がある。ここで、本実施の形態に係る光学素子５は傾きに対し非常に敏感であるため、球面収差を補正するときは光学素子５は動かさず、間隔変更部１１によって接合レンズ６を動かす方が有利である。また、同様にレンズを動かすと光源１から遠い側のレンズに入射する直径が変わるので、リム強度補正機能を有する本実施の形態に係る光学素子５が光源１側に配置されていることが好ましい。当然ながら、色消し機能を有するレンズを負レンズ群とし、本実施の形態に係る光学素子５を正レンズ群として、球面収差を補正する時に可動する側を負レンズ群とすることは可能である。
【００７９】
次に、本実施の形態に係る球面収差補正方法について述べる。まず光記録媒体８の基材厚が標準値からどの程度ずれているかをずれ検出部１２によって検出する。この検出方法としては光記録媒体８の記録もしくは再生前に学習方法に基づいてあらかじめ検出することができる。また、他の検出方法としては特開２０００−１７１３４６号公報で述べられている。この他の検出方法は、光記録媒体からの反射光の光軸に近い側の第１の光ビームと、第１の光ビームよりも外側の第２の光ビームとの２つの焦点位置に基づいて球面収差を検出する方法である。
【００８０】
さらに特開平１０−３３４５７５号公報にさらに他の検出方法が述べられている。具体的には、光源と、光源から出射された光を光記録媒体（測定対象物）に照射する第１の光学系と、光記録媒体からの反射光を受光素子に導く第２の光学系とを含む。ここで、光源はレーザー、ＬＥＤあるいはランプを含み、第１及び第２の光学系は凸レンズあるいは凸レンズと凹レンズの組み合わせにより構成される。
【００８１】
この構成を用いると、基材厚に応じて受光素子から出力される信号が異なり、基材厚に関する信号が得られる。学習によって基材厚の標準値からのずれをずれ検出部１２が検出した場合は、基材厚が標準値からずれたときに発生する球面収差を補正するために必要な本実施の形態に係る光学素子５と接合レンズ６との間の間隔は設計上決まっているので、間隔変更部１１がどちらかのレンズを必要量だけ動かせば球面収差を補正することができる。
【００８２】
また、基材厚に関する信号が得られている場合は、その信号を基材厚が標準値である時に得られる信号となるように本実施の形態に係る光学素子５と接合レンズ６との間の間隔を間隔変更部１１によって変えればよい。
【００８３】
ここで、レンズ間隔を変えるために本実施の形態に係る光学素子５もしくは接合レンズ６を間隔変更部１１によって動かすことになるが、上記した理由により光学素子５ではなく接合レンズ６を間隔変更部１１によって動かすことが好ましい。
【００８４】
次に、リム強度改善機能を持たせた光学素子５の位置について述べる。記録を行う光ヘッド１００では光記録媒体８に集光する光をできるだけリム強度が均一な光にすることが望ましい。しかしながら、光源１から出射される光は光源の広がり角度が光源１の端面に平行な方向と垂直な方向とで異なるため、光記録媒体８に集光される光のリム強度が不均一になっている。そこで、本実施の形態に係る光ヘッド１００にはビーム整形光学素子３が搭載されており、光源１の広がり角度の小さい光を広げ、広がり角度の大きい光はそのまま透過するようにしてリム強度を均一化している。本実施の形態に係る光学素子５をビーム整形光学素子３よりも光源側に配置する場合は、リム強度改善率をビーム整形光学素子３によって拡大された方向とそのまま透過する方向とで変えるこ
とにより実現可能である。
【００８５】
以上のように、リム強度改善機能を有する光学素子５のリム強度改善率及び中心厚さを制限することで光学素子の歩留まりを上げることが可能となり、また、リム強度を改善した光ヘッド１００を構成するために本実施の形態に係る光学素子５を光ヘッド１００に搭載する場合、上記制限を加えることで光ヘッドの組み立て歩留まりが上がり、信頼性が高くなる。また、リム強度補正機能を有する光学素子５を用いて球面収差補正手段を構成しているので光ヘッド１００の簡素化及び小型化に向く。更に、球面収差補正手段が色収差補正機能をも有しているので光ヘッドの更なる簡素化及び小型化に向く。
【００８６】
しかしながら、この場合はリム強度改善率をビーム整形光学素子３によって拡大された方向とそのまま透過する方向とで変える必要があるため、第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２との形状が中心回転対称では無くなり、このような光学素子５を作製する場合、第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２との回転ずれをかなりの精度で合わせる必要がある。成型の工程において第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２との回転ずれをなくすのは非常に難しく、光学素子の歩留まりが下がることになる。
【００８７】
一方、ビーム整形光学素子３と対物レンズ７との間に配置されるリム強度改善機能を有する光学素子５では、リム強度改善率をビーム整形光学素子３によって拡大された方向とそのまま透過する方向とで変える必要はないので、上述の制約はない。このため、光学素子５を製造しやすくなる。従って、本実施の形態に係る光ヘッド１００では本実施の形態に係る光学素子５を用いて球面収差補正手段を構成している。
【００８８】
以上のように本実施の形態によれば、入射光の中心強度に対する周辺強度の比であるリム強度に対する出射光のリム強度の割合であるリム強度改善率Ｒが１．０７以上１．５以下になっている。このため、光学素子５が傾いたときに発生する収差および第１の曲面表面２１と第２の曲面表面２２にディセンターが生じたときに発生する収差を７０ｍλ以下に抑えることができる。その結果、光学素子５の歩留まりが向上し、光ヘッド１００に搭載した場合、光ヘッド１００の歩留まりが向上し信頼性が向上する。
【００８９】
なお、本実施の形態ではリム強度改善機能と色収差補正機能とを別々のレンズによって行っている例を示した。しかしながら本発明はこれに限定されない。図８に示すように、リム強度変換部と色収差補正部とを一体にしたレンズを用いてもよい。図８に示すレンズは、リム強度を変換するために形成されたレンズ６１と、レンズ６１を構成する硝材のアッベ数と異なるアッベ数の硝材によって形成されたレンズ６２とを有している。
【００９０】
本実施の形態に係る光学素子５は、レンズ６１とレンズ６２とを接合することによって構成してもよい。この光学素子５を負レンズ群として球面収差補正手段に用いると、正レンズ群は単純な平凸レンズでよい。この平凸レンズを動かして球面収差補正を行うので、可動部の重量が軽くなる。このため、レンズを可動するメカ部が簡易なものとなり、また、動かすために流す電流が少なくてすむので省エネルギー化に向く。
【００９１】
また、本実施の形態では色収差補正手段としてアッベ数の異なるレンズを接合した接合レンズ６を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されない。接合レンズ６は、回折型レンズであっても良い。この場合は可動部の重量が軽くなるので、回折型レンズを可動するメカ部が簡易なものとなる。また、回折型レンズを動かすために流す電流が少なくてすむので省エネルギー化に向く。
【００９２】
さらに本実施の形態では光源１に半導体レーザーを用いているので、記録と再生を切り替える際に波長変動が生じるため、色収差補正手段が必要であるが、近赤外半導体レーザーと擬位相整合方式の分極反転型導波路デバイスとによって構成された第２高調波発生ブルーレーザー（ＳＨＧ光源）を光源１に用いると、波長変動が生じないので色収差補正手段が必要なく光ヘッドの簡素化が可能となる。
【００９３】
さらに本実施の形態では対物レンズ７に単レンズを用いているが、高いＮＡを有する組レンズを用いてもよい。
【００９４】
さらに本実施の形態では無限系の光ヘッドを使用する例を示したが、コリメータレンズを用いない有限系の光ヘッドを使用してもよい。
【００９５】
さらに本実施の形態では無偏光光学系の光ヘッドを使用する例を示したが、上述の光ヘッドに更に１／４波長板を設け、ビームスプリッタを偏光ビームスプリッタとした偏光光学系の光ヘッドを使用してもよい。
【００９６】
さらに本実施の形態ではビーム整形光学素子３を有している例を示したが、ビーム整形光学素子３が設けられていない光ヘッドにおいても本発明に係る光学素子が有用であることは言うまでもない。
【００９７】
さらに本実施の形態ではリム強度改善機能を有する光学素子５によって球面収差補正手段を構成しているが、上記制限を有している光学素子５と球面収差補正手段とを別体として光ヘッドに搭載しても何ら問題はない。
【００９８】
また、この場合、例えば、色収差補正素子である接合レンズと１つの凹レンズとによって球面収差補正手段を構成することになるが、この場合は接合レンズではないレンズを動かすことによって球面収差を補正することが有利である。この理由を以下に述べる。
【００９９】
球面収差は１つのレンズを動かしてレンズ間隔を変えることによって補正することができる。また、光記録媒体の厚さは１トラック内でも変化しているため、１トラック内における厚さの変化に追従することができるようにレンズを動かす必要がある。そこで、動かす方のレンズの重量は、制御の観点から軽い方が望ましい。また、レンズを動かすために外部から加える信号により可動部の温度が上昇する。ここで、接合レンズは例えば、ＵＶ硬化樹脂によって接着されているため、温度が上昇すると、接合レンズそのものの収差が悪化して、光ヘッドの特性が劣化する。これらの理由により、リム強度補正素子を用いないで球面収差補正手段を構成する場合は接合レンズではない方のレンズを動かす方がよい。
【０１００】
図９は、本実施の形態に係る光学ヘッド１００を備えた光記録再生装置２００の構成を示すブロック図である。図１を参照して前述した光学ヘッド１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【０１０１】
光記録再生装置２００は、光ヘッド１００と、光記録媒体８を回転させるために設けられたモータ７２と、光ヘッド１００によって生成されたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づいて、光記録媒体８上の所望のトラック上に光が集光するように、光ヘッド１００に設けられた対物レンズ７の位置を制御するために設けられた処理回路７３とを備えている。
【０１０２】
このように構成された光記録再生装置２００の動作を説明する。まず、光記録再生装置２００に光記録媒体８がセットされると、処理回路７３はモータ７２を回転させる信号を出力してモータ７２を回転させる。次に、処理回路７３は、光ヘッド１００に設けられた光源１を駆動して光を出射させる。そして、光源１から出射された光は、光記録媒体８によって反射され、光ヘッド１００に設けられた光検出器１０へ入射する。光検出器１０は、光記録媒体８上における光の合焦状態を示すフォーカス誤差信号と、光の照射位置を示すトラッキング誤差信号とを処理回路７３に出力する。これらの信号に基づき、処理回路７３は対物レンズ７の位置を制御する信号を出力し、これによって光源１から出射された光を光記録媒体８上の所望のトラック上に集光させる。また、処理回路７３は、光検出器１０から出力される信号に基づいて、光記録媒体８に記録されている情報を再生する。
【０１０３】
以上のように光記録再生装置２００は本実施の形態に係る光ヘッド１００を備えているため、トラッキング誤差信号が安定なものとなる。このため、光記録媒体８に情報を記録再生することができる信頼性の高い光記録再生装置２００を得ることが可能となる。さらに、光ヘッド１００が小型化に向いているので光記録再生装置２００も小型化することができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づく他の実施の形態に適用することができる。
【０１０５】
また、上記実施の形態では、光のみによって情報を記録する光記録媒体について述べたが、光および磁気によって情報を記録する光記録媒体についても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１０６】
また、上記実施の形態では、光記録媒体が光ディスクである場合について説明したが、カード状の光記録媒体など、類似の機能を実現する光学的情報記録再生装置に適用することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、取り込み効率が高くリム強度の高い光学素子、光ヘッド、球面収差補正方法および光記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る光ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る光ヘッドに設けられた光学素子の構成を説明するための図である。
【図３】本実施の形態に係る光学素子の第１の曲面表面と第２曲面表面の非球面データを示す図である。
【図４】（ａ）は本実施の形態に係る光学素子の第１の曲面表面のザグ量と中心からの距離との関係を示すグラフであり、
（ｂ）は第２の曲面表面のザグ量と中心からの距離との関係を示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係る光学素子のリム強度改善率と光学素子が０．１度傾いたときに発生する収差との間の関係を示すグラフである。
【図６】本実施の形態に係る光学素子の中心厚さと光学素子の第１の曲面表面と第２の曲面表面がと５マイクロメートル（μｍ）ディセンターしたときに発生する収差との間の関係を示すグラフである。
【図７】本実施の形態に係る光学素子のリム強度改善率と光学素子の第１の曲面表面と第２の曲面表面とが５μｍディセンターしたときに発生する収差が７０ｍλになるときの中心厚さとの間の関係を示すグラフである。
【図８】本実施の形態に係る他の光学素子の構成を説明するための図である。
【図９】本実施の形態に係る光学ヘッドを備えた光記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の光学素子の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１　光源
２　コリメータレンズ
３　ビーム整形光学素子
４　ビームスプリッタ
５　本発明の光学素子
６　接合レンズ
７　対物レンズ
８　光記録媒体
９　集光レンズ
１０　光検出器
７２　モータ
７３　処理回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element, an optical head, a method for correcting spherical aberration, and an optical recording / reproducing apparatus used for optical information processing or optical communication.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, digital versatile discs (DVDs) have attracted attention as large-capacity optical recording media because they can record digital information at a recording density about six times that of compact discs (CDs). However, with the increase in the capacity of information, there is a demand for a higher-density optical recording medium. Here, in order to achieve higher density than DVD (wavelength 660 nanometer (nm), numerical aperture (NA) 0.6), it is necessary to shorten the wavelength of the light source and increase the NA of the objective lens. Required. For example, when a blue laser of 405 nanometers (nm) is used and an objective lens of NA 0.85 is used, a recording density five times that of DVD is achieved. Further, if the number of recording layers of the optical recording medium is two, the recording capacity is further doubled.
[0003]
However, the high-density optical recording medium using the blue laser described above has a considerably narrow track pitch in order to increase the recording capacity. For this reason, in order to stabilize the tracking error signal, it is necessary to increase the rim intensity, which is the ratio of the peripheral intensity to the central intensity of the light applied to the optical recording medium. To increase the rim intensity, it is possible to use only the central part of the light emitted from the light source. However, since the use efficiency (capture efficiency) of the light emitted from the light source is reduced, the rim intensity is reduced. In order to record information, a light source having a large output must be used. Further, in order to record information on a multilayer optical recording medium, a light source capable of outputting a larger amount of light is required. However, a light source having a large output has a problem in life and has a low yield. Therefore, an optical element in which the rim strength is increased even if the capturing efficiency is high is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-258544.
[0004]
FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of a conventional optical element 90. The optical element 90 has a first curved surface 83 formed on the light incident side and a second curved surface formed on the light emitting side along a plane substantially perpendicular to the central axis 82. 84, and an outer peripheral surface 85 formed along a direction parallel to the central axis 82 so as to connect the first curved surface 83 and the second curved surface 84. Further, FIG. 10 shows the optical paths of a large number of light beams that are refracted through the conventional optical element 90 by a plurality of polygonal lines. The optical element 90 is made of a transparent material (for example, glass) having an isotropic refractive index.
[0005]
The operation of the optical element 90 thus configured will be described. The incident light that has entered the first curved surface 83 diverges in a partial region in the optical element 90 and converges in another region in the optical element 90 due to refraction on the first curved surface 83. Therefore, the outgoing light exits through the second curved surface 84 according to a light intensity distribution different from the light intensity distribution of the incident light.
[0006]
Specifically, in the region Z, the optical paths of the light beams passing through the optical element 90 extend in parallel with each other. Light rays diverge in a central region X inside the region Z. Then, in the peripheral area Y outside the area Z, the light rays converge.
[0007]
Therefore, as shown in the Gaussian light intensity distribution W91 shown at the left end of FIG. 10, the high intensity light beam at the center diverges by passing through the optical element 90 and the intensity is high when the light exits the optical element 90. Lower. In the Gaussian light intensity distribution W <b> 91, low-intensity light rays at the peripheral portion pass through the optical element 90 and converge to increase in intensity. Thus, the incident light having the Gaussian light intensity distribution W91 is converted into the outgoing light having the uniform light intensity distribution W92 as a whole by passing through the optical element 90.
[0008]
If the optical element 90 configured as described above is mounted on an optical head, the capturing efficiency can be greatly increased and the rim strength can be increased, so that a stable tracking error can be obtained even for a high-density optical recording medium. A signal can be obtained, and a light source with a smaller amount of emitted light can be used.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-11-258544
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the mounting accuracy of the optical element 90 configured as described above to the optical head is extremely strict, it is difficult to assemble the optical head, and the reliability of the optical head becomes a serious problem. This will be described in detail.
[0011]
The spread angle of the light source is 25 degrees, the focal length of a collimator lens that takes in light emitted from the light source and converts it into parallel light is 6.7 mm (mm), and the diameter of incident light entering the optical element is 2. When the thickness of the center of the optical element 90 is 1.5 mm (mm), the first curved surface 83 and the second curved surface 83 for converting the rim strength from 52% to 100%. The shape with the curved surface 84 is designed. When an optical element meeting this condition is attached to the optical head, there is a possibility that the optical element 90 may be tilted by about 0.1 degrees due to the attachment accuracy.
[0012]
When the optical element 90 designed based on the above conditions is tilted by 0.1 degrees, a third-order coma aberration of 350 mλ is generated, so that the optical head cannot be assembled. Further, even if the optical element is completely adjusted so that the optical element does not tilt, a large aberration occurs at 0.1 degrees, so that the reliability of the optical head cannot be ensured.
[0013]
Further, there is a problem in decentering between the first curved surface 83 and the second curved surface 84 of the optical element 90 itself. When the optical element 90 is manufactured by molding, a decenter of 5 micrometers (μm) may occur due to the accuracy of a mold for molding. Therefore, when the decenter between the first curved surface 83 and the second curved surface 84 of the optical element 90 is 5 micrometers (μm), a coma aberration of 100 mλ is generated. The optical element 90 cannot be mounted on the head, and the yield of the optical element 90 is very poor.
[0014]
An object of the present invention is to provide an optical element, an optical head, a method for correcting spherical aberration, and an optical recording / reproducing apparatus having high rim strength and high capturing efficiency.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The optical element according to the present invention includes a central axis, a first curved surface extending laterally with respect to the central axis, a second curved surface extending laterally with respect to the central axis, and the first curved surface. An outer peripheral surface extending between the curved surface and the second curved surface, wherein the light is incident on the first curved surface and refracted by the light from the second curved surface until the second curved surface. A rim which is a ratio of a peripheral intensity to a central intensity of the incident light in an optical element in which a light intensity distribution of outgoing light exiting from the curved surface and a light intensity distribution of incident light entering the first surface are different from each other. The rim intensity improvement rate R, which is the ratio of the rim intensity of the emitted light to the intensity, is 1.07 or more and 1.5 or less.
[0016]
An optical head according to the present invention is an optical head that records or reproduces a signal on or from an optical recording medium, wherein the light source emits light, and the light emitted from the light source is focused on the optical recording medium. And an optical element according to the present invention is disposed between the light source and the objective lens.
[0017]
The spherical aberration correction method according to the present invention is a spherical aberration correction method using the optical head according to the present invention, wherein a step of detecting a deviation from a standard value of a substrate thickness of the optical recording medium, Changing the distance between the optical element and the cemented lens so as to correct the spherical aberration based on the deviation of the base material thickness.
[0018]
The optical recording / reproducing apparatus according to the present invention includes an optical head according to the present invention, and the optical head on a desired track on the optical recording medium based on a focus error signal and a tracking error signal generated by the optical head. And a processing circuit for controlling the position of an objective lens provided in the optical head so that light is condensed.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the optical element according to the present embodiment, the rim intensity improvement ratio R, which is the ratio of the rim intensity of the outgoing light to the rim intensity, which is the ratio of the peripheral intensity to the central intensity of the incident light, is 1.07 or more and 1.5 or less. Has become. For this reason, the aberration generated when the optical element is tilted and the aberration generated when decenter occurs between the first curved surface and the second curved surface can be suppressed to 70 mλ or less. As a result, the yield of the optical element is improved, and when mounted on an optical head, the yield of the optical head is improved and the reliability is improved.
[0020]
In this embodiment, when the distance (center thickness) between the center position of the first curved surface and the center position of the second curved surface is d (mm), d ≧ 54 · R4-221 · R3+ 304 · R2It is preferable to satisfy the relational expression of −138 · R. Thus, aberrations generated when the optical element is tilted and aberrations generated when decentering occurs between the first curved surface and the second curved surface can be suppressed to 70 mλ or less. Therefore, the yield of the optical element is improved, and when the optical element is mounted on an optical head, the yield of the optical head is improved and the reliability is improved.
[0021]
In the optical head according to the present embodiment, the optical element according to the present embodiment is arranged between the light source and the objective lens. For this reason, the aberration generated when the optical element is tilted and the aberration generated when decenter occurs between the first curved surface and the second curved surface can be suppressed to 70 mλ or less. As a result, the yield of the optical element mounted on the optical head is improved, the yield of the optical head is improved, and the reliability is improved.
[0022]
In this embodiment, it is preferable that the optical recording medium further includes a spherical aberration correcting unit provided to correct a spherical aberration generated when the substrate thickness of the optical recording medium deviates from a standard value. As a result, the spherical aberration is corrected, so that a stable reproduction signal and control signal can be obtained, and stable recording and reproduction can be performed.
[0023]
The optical device further includes a lens disposed at a predetermined distance from the optical element, wherein the spherical aberration correcting unit includes the lens, the optical element, and the optical element for correcting the spherical aberration. It is preferable that the distance between the lens and the lens be changed. Accordingly, since the spherical aberration correcting means has the rim intensity improving function, the tracking error signal is stabilized, and the function is also used, which is suitable for downsizing the optical head.
[0024]
It is preferable that the lens converts light diverged by the optical element into parallel light. As a result, the optical element having the rim intensity improving function is disposed closer to the light source than the lens, so that the rim intensity improvement rate changes when the distance between the optical element and the lens is changed to correct spherical aberration. do not do.
[0025]
Preferably, the apparatus further includes a beam shaping optical element disposed between the optical element and the light source for beam shaping the light emitted from the light source. As a result, the optical element becomes centrally symmetric, so that the yield of the optical element is increased and the cost of the optical head is reduced. Further, since the optical element of the present invention can be incorporated into the optical head regardless of the rotation direction, the yield of the optical head is increased. Further, since the characteristics of the optical head do not depend on the rotation direction of the optical element of the present invention, the reliability is improved.
[0026]
When the distance (center thickness) between the center position of the first curved surface and the center position of the second curved surface in the optical element is d (mm), d ≧ 54 · R4-221 · R3+ 304 · R2It is preferable to satisfy the relational expression of −138 · R. Thus, aberrations generated when the optical element is tilted and aberrations generated when decentering occurs between the first curved surface and the second curved surface can be suppressed to 70 mλ or less. Therefore, the yield of the optical element is improved, and when the optical element is mounted on an optical head, the yield of the optical head is improved and the reliability is improved.
[0027]
Preferably, the lens includes a convex lens disposed on the optical element side and a concave lens disposed on the objective lens side and having an Abbe number smaller than the Abbe number of the convex lens. Accordingly, it is possible to configure a spherical aberration correction unit and to correct chromatic aberration. Further, since the transmission efficiency of the optical element is high, the utilization efficiency of the light amount of the light source is high.
[0028]
It is preferable that the spherical aberration correction means is an enlargement system. This is because the rim intensity improvement rate does not change when the distance between the positive lens group and the negative lens group is changed for spherical aberration correction.
[0029]
It is preferable that the spherical aberration correcting means has a chromatic aberration correcting function. This is because the optical head can be reduced in size.
[0030]
It is preferable that at least one of the optical element and the lens has a chromatic aberration correction function. This is because if one of the optical element and the lens has a chromatic aberration correction function, chromatic aberration of light can be corrected.
[0031]
The spherical aberration correcting unit includes the optical element, a diffractive lens disposed at a predetermined distance from the optical element, and the optical element and the diffractive lens for correcting the spherical aberration. It is preferable that the apparatus be constituted by an interval changing means for changing an interval between them. As a result, the weight of the movable portion is reduced, the mechanism for moving the lens is simplified, and the amount of current required to move the lens is reduced, which contributes to energy saving.
[0032]
It is preferable that the diffractive lens converts light diverged by the optical element into parallel light. As a result, since the optical element having the rim intensity improving function is arranged closer to the light source than the diffractive lens, the rim intensity is improved when the distance between the optical element and the diffractive lens is changed to correct spherical aberration. Rate does not change.
[0033]
It is preferable to further include a chromatic aberration correction element having a chromatic aberration correction function. This eliminates chromatic aberration, eliminates defocusing that occurs when switching from reproduction to recording or from recording to reproduction, and enables stable recording and reproduction.
[0034]
The NA of the objective lens is preferably 0.7 or more. Thus, an optical head capable of recording and reproducing a high-density optical recording medium can be realized.
[0035]
It is preferable that the wavelength of the light emitted from the light source is not less than 380 nanometers (nm) and not more than 420 nanometers (nm). Thus, an optical head capable of recording and reproducing a high-density optical recording medium can be realized.
[0036]
It is preferable that the optical recording medium further includes a deviation detecting unit that detects a deviation from a standard value of the substrate thickness of the optical recording medium. As a result, since the deviation from the reference value can be detected immediately without learning, the control of the optical head is quick.
[0037]
A lens arranged at a predetermined distance from the optical element, and a shift detecting unit for detecting a shift from a standard value of a substrate thickness of the optical recording medium, wherein the spherical aberration correcting unit is The lens, the optical element, and an interval changing unit that changes an interval between the lens and the optical element so as to correct the spherical aberration based on the detected deviation of the substrate thickness. Preferably, it is configured. As a result, spherical aberration can be corrected, and stable recording and reproduction can be performed.
[0038]
In the spherical aberration correction method according to the present embodiment, the distance between the optical element and the lens is changed so as to correct the spherical aberration based on the detected deviation of the base material thickness. As a result, spherical aberration can be corrected, and stable recording and reproduction can be performed.
[0039]
The step of changing the distance preferably includes moving the lens to change the distance between the optical element and the lens. This is because the optical element is very sensitive to the tilt, so that the spherical aberration can be stably corrected by moving the lens.
[0040]
The optical recording / reproducing apparatus according to the present embodiment includes the optical head according to the present embodiment. Thereby, the tracking error signal becomes stable, and an optical recording / reproducing apparatus capable of recording / reproducing information on / from a highly reliable optical recording medium can be configured. Further, since the optical head is suitable for miniaturization, it is suitable for miniaturization of the optical recording / reproducing apparatus.
[0041]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0042]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical head 100 according to the present embodiment. The optical head 100 includes the light source 1. The light source 1 emits coherent light for recording and reproduction to a recording layer formed on the optical recording medium 8. The wavelength of the coherent light is not less than 380 nanometers (nm) and not more than 420 nanometers (nm). The light source 1 is configured by, for example, a GaN-based semiconductor laser device (wavelength: 405 nanometers (nm)).
[0043]
The coherent light emitted from the light source 1 is converted into parallel light by the collimator lens 2 and enters the beam shaping optical element 3. The beam shaping optical element 3 enlarges the light having a small spread angle of the parallel light converted by the collimator lens 2 and transmits the light having a large spread angle as it is.
[0044]
The parallel light passing through the collimator lens 2 passes through a beam splitter 4 having a transmittance of approximately 50% and a reflectance of approximately 50%. The parallel light passing through the beam splitter 4 enters the optical element 5.
[0045]
The incident parallel light is converted in rim intensity by the optical element 5, converted into divergent light, converted into parallel light by the cemented lens 6, and collected on the optical recording medium 8 by the objective lens 7.
[0046]
Next, the light reflected from the optical recording medium 8 passes through the objective lens 7, passes through the cemented lens 6 and the optical element 5, is reflected by the beam splitter 4, and is collected by the condenser lens 9 on the photodetector 10. Is lighted. The photodetector 10 outputs a focus error signal indicating the focused state of the light on the optical recording medium 8 based on the collected light, and outputs a tracking error signal indicating the irradiation position of the light. Here, the focus error signal and the tracking error signal are detected by a known technique, for example, based on an astigmatism method, a push-pull method, or the like.
[0047]
Focus control means (not shown) controls the position of the objective lens 7 along the optical axis direction based on the focus error signal so that light is always focused on the optical recording medium 8 in a focused state. Further, tracking control means (not shown) controls the position of the objective lens 7 based on the tracking error signal so that light is focused on a desired track on the optical recording medium 8. The information recorded on the optical recording medium 8 is also obtained from the photodetector 10.
[0048]
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the optical element 5 provided in the optical head 100 according to the present embodiment. The optical element 5 has a first curved surface 21 extending laterally to the central axis 82, a second curved surface 22 extending laterally to the central axis 82, and a direction parallel to the central axis 82. And an outer peripheral surface 23 extending between the first curved surface 21 and the second curved surface 22. The optical element 5 converts the light collimated by the collimator lens 2 into divergent light, and further converts the rim intensity. The optical element 5 is made of a transparent material (for example, glass) having an isotropic refractive index.
[0049]
The incident light that has entered the first curved surface 21 diverges in a part of the first curved surface 21 due to refraction in the first curved surface 21, and diverges in another region of the first curved surface 21. Converges. Thereby, the incident light is emitted as divergent light from the second curved surface 22 by the Gaussian light intensity distribution W2 different from the Gaussian light intensity distribution W1 of the incident light.
[0050]
The optical element 5 according to the present embodiment is different from the optical element 90 described above in the related art in that incident light having a Gaussian light intensity distribution W1 is applied to light within a range used by the optical element 5 in an optical system. Converts the output light into a light having a Gaussian light intensity distribution W2 in which the rim intensity is larger than the incident light.
[0051]
If the rim intensity improvement rate (the ratio of the rim intensity of light after exiting the optical element 4 to the rim intensity before entering the optical element 4 according to the present embodiment) is 1.07 or less, the first The shape of the curved surface 21 is different from that of the above-described optical element 90, and all are concave lens shapes, and the concave lens effect becomes smaller toward the outer peripheral portion. In order to further increase the rim strength improvement rate, the shape of the outer peripheral portion is made to have a converging convex lens effect. As described above, the optical element 5 according to the present embodiment increases the luminous flux density of the emitted light toward the outer peripheral portion.
[0052]
FIG. 3 is a diagram showing aspherical data of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 of the optical element 5. Here, the surface shape (hereinafter, referred to as “sag”) of the lens constituting the optical element 5 is represented by the following equation.
[0053]
Z = (c × r2) / (1+ (1- (1 + k) × c2 × r)2)1/2) + A1 × r2+ A2 × r4+ A3 × r6+ A4 × r8+ A5 × r10
here,
c (= 1 / R): curvature
R: radius of curvature
k: conical constant
r: Radial position
Z: Sag
a1 to a8: aspherical surface coefficient (a1 = 0)
It is.
[0054]
FIGS. 4A and 4B show the shapes (sags) of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 of the optical element 5 formed based on the aspherical data as shown in FIG. FIG. 4A is a graph showing the relationship between the amount of sag of the first curved surface 21 of the optical element 100 and the distance from the center, and FIG. 4B is the graph showing the amount of sag and the center of the second curved surface 22. It is a graph which shows the relationship with the distance from.
[0055]
As shown in FIG. 4A, when the rim strength improvement ratio is 1.5, 1.3, and 1.1, a concave lens is formed at the center of the first curved surface 21, and the outer peripheral portion has a concave lens. A convex lens is formed. When the rim strength improvement rates are 1.05 and 1.07, a concave lens is always formed at both the central portion and the outer peripheral portion of the first curved surface 21. In addition, the larger the rim strength improvement ratio, the greater the concave lens effect at the center of the first curved surface 21 and the greater the convex lens effect at the outer periphery.
[0056]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rim intensity improvement rate of the optical element 5 and the aberration generated when the optical element 5 is tilted by 0.1 degree. Hereinafter, the relationship between the amount of conversion of the rim intensity and the aberration that occurs when the optical element 5 that realizes the conversion is tilted will be described. Here, the conditions for the calculation are as follows: the divergence angle of the light source 1 is 25 degrees, the focal length of the collimator lens 2 that takes in the light emitted from the light source 1 and becomes parallel light is 6.7 mm (mm), The diameter of the incident light incident on the element 5 is set to 2.84 mm (mm), and the distance (center thickness) between the center position of the first curved surface 21 and the center position of the second curved surface 22 in the optical element 5 is set. To 1.5 millimeters (mm). Under these conditions, the rim strength is equivalent to 52%.
[0057]
Here, the reason why the aberration when tilted by 0.1 degrees is targeted is that when the optical element 5 according to the present embodiment is mounted on the optical head 100, a tilt shift of 0.1 degrees may occur. Because there is. Further, when the case where the thickness at the center position of the optical element 5 according to the present embodiment is 5 mm (mm) is also examined, the same result as that of FIG. 3 is obtained. Therefore, it was found that the thickness at the center position of the optical element 5 did not affect the inclination.
[0058]
Here, in order to condense the light on the optical recording medium 8 by the objective lens 7, it is necessary to suppress the aberration to 70 mλ or less. Therefore, as shown in FIG. 5, the rim intensity is improved by the optical element 5 according to the present embodiment. It turns out that the rate needs to be 1.5 or less.
[0059]
In the above description, only the optical element 5 has used all the aberrations of 70 mλ, which is Marshall's criterion for the aperture performance of light. However, the optical head has many other optical elements, and all of these optical elements are used. Since there is an aberration caused by the above error and an aberration caused by the mounting error of the optical head, it is more realistic to allocate an aberration of 30 mλ or less to the inclination of the optical element 5. Therefore, it is realistic and more preferable to set the rim strength improvement rate to 1.2 or less from FIG.
[0060]
The relationship between this aberration and the rim intensity improvement rate was calculated for the optical element 5 described in the present embodiment. However, almost the same relationship can be obtained when parallel light is incident and parallel light is emitted. Here, the position for obtaining the rim intensity is such that the diameter of the light incident on the objective lens 7 (which is determined by the NA and the focal length of the objective lens 7) is projected on the incident surface of the optical element 5 according to the present embodiment. This is the position of the end of the diameter.
[0061]
FIG. 6 shows the relationship between the center thickness of the optical element 5 and the aberration that occurs when the first curved surface 21 and the second curved surface 22 of the optical element 5 are decentered by 5 micrometers (μm). FIG. Hereinafter, the relationship between the center thickness of the optical element 5 and the decenter of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 of the optical element 5 will be described.
[0062]
Here, the aberration that occurs when a decenter of 5 micrometers (μm) is generated is targeted when the optical element 5 according to the present embodiment is manufactured by molding. This is because a decenter of 5 micrometers (μm) may occur due to tolerances or the like. Here, in order to condense light on the optical recording medium 8 by the objective lens 7, it is necessary to suppress the aberration to 70 mλ or less.
[0063]
Therefore, a center thickness for obtaining a rim strength improvement rate of 70 mλ or less is obtained from FIG. 6 and plotted to obtain a graph shown in FIG. Curve C1 shows the relationship between the center thickness of the optical element 5 and the aberration when the rim intensity improvement rate is 1.05. Curve C2 shows the relationship between the center thickness of the optical element 5 and the aberration when the rim intensity improvement rate is 1.1, and curve C3 shows the optical element when the rim intensity improvement rate is 1.15. 5 shows the relationship between the center thickness of the optical element 5 and the aberration, and the curve C4 shows the relationship between the center thickness of the optical element 5 and the aberration when the rim intensity improvement ratio is 1.3. The curve C1 shows the relationship between the center thickness of the optical element 5 and the aberration when the rim intensity improvement rate is 1.5.
[0064]
FIG. 7 shows that the rim intensity improvement rate of the optical element 5 and the aberration generated when the first curved surface 21 and the second curved surface 22 of the optical element 5 decenter by 5 micrometers (μm) are reduced to 70 mλ. 6 is a graph showing a relationship between the center thickness and the center thickness.
[0065]
From the relationship shown in FIG. 7, if the center thickness of the optical element 5 according to the present embodiment is d millimeters (mm) and the rim intensity improvement rate is R, and if the following (Equation 1) is satisfied, the aberration will be 70 mλ or less. can do.
[0066]
d ≧ 54 · R4-221 · R3+ 304 · R2{-138 · R} (Equation 1)
Although this relationship was calculated for the optical element 5 described in the present embodiment, substantially the same relationship can be obtained in the case of parallel light incidence and parallel light emission.
[0067]
Next, a glass material for manufacturing the optical element 5 according to the present embodiment will be described. Since the optical element 5 is used as a negative lens, if a glass material having a small Abbe number (for example, a glass material having an Abbe number of 45 or less) is used, the optical element 5 itself can also have a chromatic aberration correcting function. In addition, since the curved surface of the optical element 5 according to the present embodiment is an aspherical surface, it must be formed by molding. Therefore, the optical element 5 is made of a glass material that can be molded (having a glass transition point of 600 degrees or less) and has a small Abbe number, for example, VC89 (manufactured by Sumita Optical, Inc., Inc.) (abbe number: 40.8). Is preferred.
[0068]
Next, the required amount of the rim strength improvement rate will be described. In order to obtain a stable tracking error signal in the optical head 100, the rim intensity needs to be 60% or more. In order to secure this rim intensity, the usage amount (capture efficiency) of the light emitted from the light source 1 needs to be 40% or less (in the case of Gaussian light intensity distribution light, the amount of light used Is 100% less the rim strength). Further, since many optical components are mounted on the optical head 100 and considering the reflection loss and the like, the light emitted from the objective lens 7 is further about 80%, so that the rim intensity is set to 60%. Therefore, only 30% of the light emitted from the light source 1 can be used.
[0069]
Here, when a light amount of 15 milliwatts (mW) or more is required to record a signal on the recording layer formed on the optical recording medium 8, the light amount of the light source 1 can be at least 50 milliwatts (mW) or more. Is required. However, since the output of a blue semiconductor laser currently available is the highest at 45 milliwatts (mW), it is necessary to increase the capture efficiency from 40% to 44% while securing the rim intensity at 60%. In other words, it is necessary to improve the rim strength from 56% to 60% while keeping the take-in efficiency from 40% to 44%. That is, it is desirable that the rim strength improvement rate be 1.07 or more.
[0070]
Further, as described above, the rim intensity improvement rate is required to be 1.07 or more, but if there is no slight margin, the light emitted due to dust adhering to the objective lens 7 becomes smaller than in the initial state. Can not respond at all. Therefore, the rim strength improvement rate is more preferably 1.1 or more in consideration of a certain margin.
[0071]
Light that has passed through the optical element 5 according to the present embodiment is converted into parallel light by the cemented lens 6. The cemented lens 6 also has a function of correcting chromatic aberration that occurs when the wavelength of the light source 1 changes when switching from the reproducing operation to the recording operation.
[0072]
When switching from the reproducing operation to the recording operation, the amount of light emitted from the light source 1 changes. At this time, since the wavelength changes instantaneously, the light focused on the optical recording medium 8 by the objective lens 7 is defocused, and spherical aberration occurs. That is, chromatic aberration occurs. Such defocusing occurs instantaneously such that it cannot be followed and suppressed by the focus control, and spherical aberration also occurs instantaneously such that it cannot be followed and corrected by the spherical aberration correcting means. Need to be kept.
[0073]
In order to make the positive lens group of the spherical aberration correcting means have a chromatic aberration correcting function, the positive lens group is constituted by the cemented lens 6. Here, the convex lens portion 6a of the cemented lens 6 is made of a glass material having a large Abbe number (for example, 50 or more), and the concave lens portion 6b of the cemented lens 6 is made of a glass material having a small Abbe number (for example, 30 or less).
[0074]
As the wavelength becomes shorter, the refractive index changes greatly, and the amount of chromatic aberration increases. Here, when the objective lens 7 having a wavelength of 405 nanometers (nm) and an NA of 0.85 is designed with a single lens, a defocus of about 0.35 micrometer (μm) per nanometer (nm) occurs. In order to correct this defocus, it is possible to correct the chromatic aberration described above by forming the convex lens portion 6a with a glass material having an Abbe number of 55.4 and the concave lens portion 6b with a glass material having an Abbe number of 25.5. Met. If the refractive index of the glass material having a small Abbe number is not set to 1.7 or more, the radius of curvature of the lens becomes small, so that the tolerance in manufacturing the lens becomes strict.
[0075]
In the present embodiment, since the chromatic aberration correcting function is provided to the positive lens group constituting the spherical aberration correcting means, there is no need to separately provide a chromatic aberration correcting means, so that the optical system is simplified and the optical head can be downsized. It becomes possible.
[0076]
Next, the spherical aberration correcting means will be described. The spherical aberration correcting means includes a cemented lens 6, an optical element 5, and an interval changing unit 11 that changes an interval between the cemented lens 6 and the optical element 5 so as to correct the spherical aberration. The spherical aberration correction means is an expansion system (a system in which incident parallel light is emitted as expanded parallel light). This will be described. The optical head 100 is provided with a deviation detecting unit 12 for detecting a deviation of the substrate thickness of the optical recording medium 8 from a standard value. A method of correcting spherical aberration that occurs when the thickness of the optical recording medium 8 deviates from the standard value is to change the distance between the positive lens group and the negative lens group. Here, since the aperture (NA) of the effective diameter of the objective lens 7 is constant, the projected diameter of the light incident on the spherical aberration correcting means with respect to the objective lens 7 (hereinafter referred to as “objective lens projected diameter”) changes. Become. Since this change corresponds to a change in the rim strength, a large change is not preferable.
[0077]
Here, if the spherical aberration correcting means is constituted by the reduction system, the projected diameter of the objective lens of the light incident on the spherical aberration correcting means changes largely, and the change amount becomes small in the magnifying system. Therefore, it is desirable to use the magnifying system. .
[0078]
Further, as described above, in order to correct spherical aberration, it is necessary to change the lens interval by the interval changing unit 11, but when the lens is moved, the lens may be tilted. Here, since the optical element 5 according to the present embodiment is very sensitive to tilt, it is more advantageous to move the cemented lens 6 by the interval changing unit 11 without moving the optical element 5 when correcting spherical aberration. It is. Similarly, when the lens is moved, the diameter incident on the lens farther from the light source 1 changes. Therefore, it is preferable that the optical element 5 according to the present embodiment having the rim intensity correction function is arranged on the light source 1 side. . Naturally, the lens having the achromatic function can be a negative lens group, the optical element 5 according to the present embodiment can be a positive lens group, and the movable side when correcting spherical aberration can be a negative lens group. .
[0079]
Next, a spherical aberration correction method according to the present embodiment will be described. First, the deviation detecting unit 12 detects how much the substrate thickness of the optical recording medium 8 deviates from the standard value. This detection method can be detected in advance based on a learning method before recording or reproduction on the optical recording medium 8. Another detection method is described in JP-A-2000-171346. This other detection method is based on two focal positions of a first light beam closer to the optical axis of the light reflected from the optical recording medium and a second light beam outside the first light beam. This is a method of detecting spherical aberration.
[0080]
Still another detection method is described in JP-A-10-334575. More specifically, a light source, a first optical system that irradiates light emitted from the light source to an optical recording medium (measurement target), and a second optical system that guides reflected light from the optical recording medium to a light receiving element And Here, the light source includes a laser, an LED, or a lamp, and the first and second optical systems are configured by a convex lens or a combination of a convex lens and a concave lens.
[0081]
When this configuration is used, the signal output from the light receiving element differs depending on the substrate thickness, and a signal relating to the substrate thickness can be obtained. When the deviation detecting unit 12 detects a deviation of the base material thickness from the standard value by learning, according to the present embodiment necessary to correct the spherical aberration generated when the substrate thickness deviates from the standard value. Since the distance between the optical element 5 and the cemented lens 6 is determined by design, if the distance changing unit 11 moves one of the lenses by a required amount, the spherical aberration can be corrected.
[0082]
When a signal relating to the substrate thickness is obtained, the signal between the optical element 5 and the cemented lens 6 according to the present embodiment is converted into a signal obtained when the substrate thickness is a standard value. May be changed by the interval changing unit 11.
[0083]
Here, in order to change the lens interval, the optical element 5 or the cemented lens 6 according to the present embodiment is moved by the interval changing unit 11. It is preferred to move by 11.
[0084]
Next, the position of the optical element 5 having the rim strength improving function will be described. In the optical head 100 for performing recording, it is desirable that the light condensed on the optical recording medium 8 be light having as uniform a rim intensity as possible. However, the light emitted from the light source 1 has a spread angle of the light source different between a direction parallel to the end face of the light source 1 and a direction perpendicular thereto, so that the rim intensity of the light focused on the optical recording medium 8 becomes non-uniform. ing. Therefore, the optical head 100 according to the present embodiment is provided with the beam shaping optical element 3 to spread the light having a small divergence angle of the light source 1 and to transmit the light having a large divergence angle as it is to reduce the rim intensity. It is uniform. When the optical element 5 according to the present embodiment is disposed closer to the light source than the beam shaping optical element 3, the rim intensity improvement rate can be changed between the direction enlarged by the beam shaping optical element 3 and the direction in which the light is transmitted as it is.
This can be realized by:
[0085]
As described above, by limiting the rim strength improvement rate and the center thickness of the optical element 5 having the rim strength improvement function, the yield of the optical element can be increased, and the optical head 100 with improved rim strength can be manufactured. In the case where the optical element 5 according to the present embodiment is mounted on the optical head 100 for configuration, the above-described restrictions increase the assembly yield of the optical head and increase the reliability. Further, since the spherical aberration correcting means is configured using the optical element 5 having the rim intensity correcting function, the optical head 100 is suitable for simplification and downsizing. Further, since the spherical aberration correcting means also has a chromatic aberration correcting function, it is suitable for further simplification and downsizing of the optical head.
[0086]
However, in this case, it is necessary to change the rim intensity improvement ratio between the direction enlarged by the beam shaping optical element 3 and the direction in which the beam is transmitted as it is, so that the shapes of the first curved surface 21 and the second curved surface 22 are changed. In the case of manufacturing such an optical element 5, it is necessary to match the rotational deviation between the first curved surface 21 and the second curved surface 22 with considerable accuracy. It is very difficult to eliminate the rotational deviation between the first curved surface 21 and the second curved surface 22 in the molding process, and the yield of the optical element is reduced.
[0087]
On the other hand, in the optical element 5 having the rim intensity improving function disposed between the beam shaping optical element 3 and the objective lens 7, the rim intensity improvement rate is determined by the direction enlarged by the beam shaping optical element 3 and the direction transmitted as it is. Since there is no need to change the above, there is no restriction described above. Therefore, the optical element 5 can be easily manufactured. Therefore, in the optical head 100 according to the present embodiment, the optical element 5 according to the present embodiment is used to constitute a spherical aberration correcting unit.
[0088]
As described above, according to the present embodiment, the rim intensity improvement rate R, which is the ratio of the rim intensity of the output light to the rim intensity, which is the ratio of the peripheral intensity to the central intensity of the incident light, is 1.07 or more and 1.5 or less. It has become. For this reason, the aberration that occurs when the optical element 5 is tilted and the aberration that occurs when decentering occurs between the first curved surface 21 and the second curved surface 22 can be suppressed to 70 mλ or less. As a result, the yield of the optical element 5 is improved, and when mounted on the optical head 100, the yield of the optical head 100 is improved, and the reliability is improved.
[0089]
In the present embodiment, an example has been described in which the rim intensity improving function and the chromatic aberration correcting function are performed by different lenses. However, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 8, a lens in which the rim intensity converter and the chromatic aberration corrector are integrated may be used. The lens shown in FIG. 8 includes a lens 61 formed for converting the rim intensity, and a lens 62 formed of a glass material having an Abbe number different from the Abbe number of the glass material forming the lens 61.
[0090]
The optical element 5 according to the present embodiment may be configured by joining the lens 61 and the lens 62. If this optical element 5 is used as a negative lens group for spherical aberration correction means, the positive lens group may be a simple plano-convex lens. Since the spherical aberration is corrected by moving the plano-convex lens, the weight of the movable part is reduced. For this reason, the mechanism for moving the lens is simplified, and the amount of current required to move the lens is small, which is suitable for energy saving.
[0091]
Further, in the present embodiment, an example is shown in which a cemented lens 6 in which lenses having different Abbe numbers are cemented is used as the chromatic aberration correcting means, but the present invention is not limited to this. The cemented lens 6 may be a diffractive lens. In this case, since the weight of the movable portion is reduced, the mechanical portion for moving the diffraction lens is simplified. In addition, since a small amount of current is required to move the diffraction lens, it is suitable for energy saving.
[0092]
Further, in this embodiment, since a semiconductor laser is used as the light source 1, a wavelength variation occurs when switching between recording and reproduction, so that chromatic aberration correction means is required. When a second harmonic generation blue laser (SHG light source) constituted by a domain-inverted waveguide device is used as the light source 1, wavelength fluctuation does not occur, and chromatic aberration correction means is not required, and the optical head can be simplified. .
[0093]
Further, in the present embodiment, a single lens is used for the objective lens 7, but a set lens having a high NA may be used.
[0094]
Further, in this embodiment, an example is shown in which an infinite optical head is used, but a finite optical head that does not use a collimator lens may be used.
[0095]
Further, in this embodiment, an example in which a non-polarization optical system optical head is used has been described. However, the above-mentioned optical head is further provided with a quarter-wave plate, and the beam splitter is a polarization beam splitter. May be used.
[0096]
Further, in the present embodiment, an example in which the beam shaping optical element 3 is provided has been described. However, it is needless to say that the optical element according to the present invention is also useful in an optical head in which the beam shaping optical element 3 is not provided. .
[0097]
Further, in the present embodiment, the spherical aberration correcting means is constituted by the optical element 5 having the rim intensity improving function. However, the optical element 5 having the above-mentioned limitation and the spherical aberration correcting means are separately provided in the optical head. There is no problem even if installed.
[0098]
In this case, for example, a spherical aberration correcting means is constituted by a cemented lens as a chromatic aberration correcting element and one concave lens. In this case, the spherical aberration is corrected by moving a lens which is not a cemented lens. Is advantageous. The reason will be described below.
[0099]
Spherical aberration can be corrected by moving one lens to change the lens interval. Further, since the thickness of the optical recording medium changes even within one track, it is necessary to move the lens so as to follow the thickness change within one track. Therefore, it is desirable that the weight of the lens to be moved is lighter from the viewpoint of control. In addition, the temperature of the movable part increases due to a signal externally applied to move the lens. Here, since the cemented lens is bonded by, for example, a UV curing resin, when the temperature rises, the aberration of the cemented lens itself deteriorates, and the characteristics of the optical head deteriorate. For these reasons, when the spherical aberration correction unit is configured without using the rim intensity correction element, it is better to move the lens other than the cemented lens.
[0100]
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of an optical recording / reproducing apparatus 200 including the optical head 100 according to the present embodiment. The same components as those of the optical head 100 described above with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Therefore, a detailed description of these components will be omitted.
[0101]
The optical recording / reproducing apparatus 200 includes an optical recording medium based on the optical head 100, a motor 72 provided for rotating the optical recording medium 8, and a focus error signal and a tracking error signal generated by the optical head 100. And a processing circuit 73 provided to control the position of the objective lens 7 provided in the optical head 100 so that light is focused on a desired track on the optical head 8.
[0102]
The operation of the thus configured optical recording / reproducing apparatus 200 will be described. First, when the optical recording medium 8 is set in the optical recording / reproducing apparatus 200, the processing circuit 73 outputs a signal for rotating the motor 72 to rotate the motor 72. Next, the processing circuit 73 drives the light source 1 provided in the optical head 100 to emit light. Then, the light emitted from the light source 1 is reflected by the optical recording medium 8 and enters the photodetector 10 provided in the optical head 100. The photodetector 10 outputs to the processing circuit 73 a focus error signal indicating a focused state of light on the optical recording medium 8 and a tracking error signal indicating a light irradiation position. Based on these signals, the processing circuit 73 outputs a signal for controlling the position of the objective lens 7, thereby condensing the light emitted from the light source 1 on a desired track on the optical recording medium 8. Further, the processing circuit 73 reproduces information recorded on the optical recording medium 8 based on a signal output from the photodetector 10.
[0103]
As described above, since the optical recording / reproducing apparatus 200 includes the optical head 100 according to the present embodiment, the tracking error signal becomes stable. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable optical recording / reproducing apparatus 200 capable of recording / reproducing information on / from the optical recording medium 8. Further, since the optical head 100 is suitable for miniaturization, the optical recording / reproducing apparatus 200 can also be miniaturized.
[0104]
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the examples, the present invention is not limited to the above embodiments, but can be applied to other embodiments based on the technical idea of the present invention.
[0105]
Further, in the above embodiment, the optical recording medium for recording information only by light has been described, but it goes without saying that the same effect can be obtained for an optical recording medium for recording information by light and magnetism.
[0106]
In the above embodiment, the case where the optical recording medium is an optical disk has been described. However, the present invention can be applied to an optical information recording / reproducing apparatus that realizes similar functions, such as a card-shaped optical recording medium.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical element, an optical head, a method of correcting spherical aberration, and an optical recording / reproducing apparatus, which have a high capturing efficiency and a high rim intensity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical head according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical element provided in the optical head according to the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing aspherical surface data of a first curved surface and a second curved surface of the optical element according to the present embodiment.
FIG. 4A is a graph showing the relationship between the amount of sag on the first curved surface of the optical element according to the present embodiment and the distance from the center;
(B) is a graph showing the relationship between the amount of zag of the second curved surface and the distance from the center.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a rim intensity improvement rate of the optical element according to the present embodiment and an aberration generated when the optical element is tilted by 0.1 degrees.
FIG. 6 shows the relationship between the center thickness of the optical element according to the present embodiment and the aberration generated when the first curved surface and the second curved surface of the optical element are decentered by 5 micrometers (μm). It is a graph which shows a relationship.
FIG. 7 shows a rim intensity improvement rate of the optical element according to the present embodiment, and a center when the aberration generated when the first curved surface and the second curved surface of the optical element are decentered by 5 μm is 70 mλ. It is a graph which shows the relationship between thickness.
FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration of another optical element according to the present embodiment.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of an optical recording / reproducing apparatus including the optical head according to the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram for explaining a configuration of a conventional optical element.
[Explanation of symbols]
1 Light source
2 collimator lens
3 beam shaping optical element
4 beam splitter
5. Optical element of the present invention
6 junction lens
7 objective lens
8 Optical recording medium
9 focusing lens
10 ° photodetector
72 motor
73 processing circuit

Claims (22)

中心軸線と、
前記中心軸線に対して横方向に延びる第１の曲面表面と、
前記中心軸線に対して横方向に延びる第２の曲面表面と、
前記第１の曲面表面と前記第２の曲面表面との間に延びる外周面とを有し、
光が前記第１の曲面表面に入射し、前記第２の曲面表面から出射するまでに受ける屈折により、前記第２の曲面表面から出射する出射光の光強度分布と前記第１の表面へ入射する入射光の光強度分布とが互いに異なる光学素子において、
前記入射光の中心強度に対する周辺強度の比であるリム強度に対する前記出射光のリム強度の割合であるリム強度改善率Ｒが１．０７以上１．５以下であることを特徴とする光学素子。A central axis,
A first curved surface extending transversely to the central axis;
A second curved surface extending transverse to the central axis;
An outer peripheral surface extending between the first curved surface and the second curved surface,
Light is incident on the first curved surface and is refracted by the time the light exits the second curved surface, so that the light intensity distribution of the outgoing light exiting from the second curved surface and the light are incident on the first surface. In the optical element, the light intensity distribution of the incident light is different from each other,
An optical element, wherein a rim intensity improvement ratio R, which is a ratio of a rim intensity of the outgoing light to a rim intensity, which is a ratio of a peripheral intensity to a central intensity of the incident light, is 1.07 or more and 1.5 or less. 前記第１の曲面表面の中心位置と前記第２の曲面表面の中心位置との間の距離（中心厚さ）をｄ（ｍｍ）としたとき、
ｄ≧５４・Ｒ４　−２２１・Ｒ３　＋３０４・Ｒ２　−１３８・Ｒ
なる関係式を満足する、請求項１記載の光学素子。When a distance (center thickness) between the center position of the first curved surface and the center position of the second curved surface is d (mm),
d ≧ 54 · R 4 -221 · R 3 + 304 · R 2 -138 · R
The optical element according to claim 1, which satisfies the following relational expression. 光記録媒体に対して信号の記録または再生を行う光ヘッドであって、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記光を前記光記録媒体に集光する対物レンズとを備えており、
請求項１記載の光学素子が前記光源と前記対物レンズとの間に配置されていることを特徴とする光ヘッド。An optical head for recording or reproducing a signal on an optical recording medium,
A light source for emitting light,
An objective lens for condensing the light emitted from the light source on the optical recording medium,
An optical head, wherein the optical element according to claim 1 is disposed between the light source and the objective lens. 前記光記録媒体の基材厚が標準値からずれることによって発生する球面収差を補正するために設けられた球面収差補正手段をさらに具備する、請求項３記載の光学ヘッド。4. The optical head according to claim 3, further comprising a spherical aberration correction unit provided for correcting a spherical aberration generated when a base material thickness of the optical recording medium deviates from a standard value. 前記光学素子に対して所定の間隔を空けて配置されたレンズをさらに具備しており、
前記球面収差補正手段は、前記レンズと、前記光学素子と、前記球面収差を補正するために前記光学素子と前記レンズとの間の間隔を変更する間隔変更手段とによって構成されている、請求項４記載の光学ヘッド。It further comprises a lens arranged at a predetermined distance from the optical element,
The said spherical aberration correction means is comprised by the said lens, the said optical element, and the space | interval change means which changes the space | interval between the said optical element and the said lens in order to correct the said spherical aberration, Claims. 5. The optical head according to 4. 前記レンズは、前記光学素子によって発散光にされた光を平行光に変換する、請求項５記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 5, wherein the lens converts light diverged by the optical element into parallel light. 前記光源から出射された前記光をビーム整形するために前記光学素子と前記光源との間に配置されたビーム整形光学素子をさらに具備する、請求項３記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 3, further comprising a beam shaping optical element disposed between the optical element and the light source for beam shaping the light emitted from the light source. 前記光学素子における前記第１の曲面表面の中心位置と前記第２の曲面表面の中心位置との間の距離（中心厚さ）をｄ（ｍｍ）としたとき、
ｄ≧５４・Ｒ４　−２２１・Ｒ３　＋３０４・Ｒ２　−１３８・Ｒ
なる関係式を満足する、請求項３記載の光学ヘッド。When a distance (center thickness) between the center position of the first curved surface and the center position of the second curved surface in the optical element is d (mm),
d ≧ 54 · R 4 -221 · R 3 + 304 · R 2 -138 · R
The optical head according to claim 3, which satisfies the following relational expression. 前記レンズは、前記光学素子側に配置された凸レンズと、前記対物レンズ側に配置され、アッベ数が前記凸レンズのアッベ数よりも小さい凹レンズとを含んでいる、請求項５記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 5, wherein the lens includes a convex lens disposed on the optical element side and a concave lens disposed on the objective lens side and having an Abbe number smaller than the Abbe number of the convex lens. 前記球面収差補正手段は、拡大系になっている、請求項４記載の光学ヘッド。5. The optical head according to claim 4, wherein said spherical aberration correction means is an enlargement system. 前記球面収差補正手段は、色収差補正機能を有している、請求項４記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 4, wherein the spherical aberration correction unit has a chromatic aberration correction function. 前記光学素子と前記レンズとの少なくとも一方は、色収差補正機能を有している、請求項５記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 5, wherein at least one of the optical element and the lens has a chromatic aberration correction function. 前記球面収差補正手段は、前記光学素子と、前記光学素子に対して所定の間隔を空けて配置された回折型レンズと、前記球面収差を補正するために前記光学素子と前記回折型レンズとの間の間隔を変更する間隔補正手段とによって構成されている、請求項４記載の光学ヘッド。The spherical aberration correcting unit includes the optical element, a diffractive lens disposed at a predetermined distance from the optical element, and the optical element and the diffractive lens for correcting the spherical aberration. 5. The optical head according to claim 4, wherein said optical head comprises an interval correcting means for changing an interval between the optical heads. 前記回折型レンズは、前記光学素子によって発散光にされた光を平行光に変換する、請求項１３記載の光学ヘッド。14. The optical head according to claim 13, wherein the diffractive lens converts light diverged by the optical element into parallel light. 色収差補正機能を有する色収差補正素子をさらに備えている、請求項３記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 3, further comprising a chromatic aberration correction element having a chromatic aberration correction function. 前記対物レンズのＮＡは、０．７以上になっている、請求項３記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 3, wherein NA of the objective lens is 0.7 or more. 前記光源から出射される前記光の波長は、３８０ナノメータ（ｎｍ）以上４２０ナノメータ（ｎｍ）以下になっている、請求項３記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 3, wherein the wavelength of the light emitted from the light source is not less than 380 nanometers (nm) and not more than 420 nanometers (nm). 前記光記録媒体の基材厚の標準値からずれを検出するずれ検出手段をさらに備える、請求項４記載の光学ヘッド。The optical head according to claim 4, further comprising a deviation detecting unit that detects a deviation from a standard value of the substrate thickness of the optical recording medium. 前記光学素子に対して所定の間隔を空けて配置されたレンズと、
前記光記録媒体の基材厚の標準値からずれを検出するずれ検出手段とをさらに備えており、
前記球面収差補正手段は、前記レンズと、前記光学素子と、前記検出された基材厚のずれに基づいて、前記球面収差を補正するように前記レンズと前記光学素子との間の間隔を変更する間隔変更手段とによって構成されている、請求項４記載の光学ヘッド。A lens disposed at a predetermined distance from the optical element,
The optical recording medium further comprises a deviation detecting means for detecting a deviation from a standard value of the base material thickness,
The spherical aberration correcting unit changes an interval between the lens and the optical element so as to correct the spherical aberration based on the detected deviation of the optical element and the base material thickness. 5. The optical head according to claim 4, wherein said optical head is constituted by an interval changing means. 請求項５に記載の光ヘッドを使用した球面収差補正方法であって、
前記光記録媒体の基材厚の標準値からずれを検出する工程と、
前記検出された基材厚のずれに基づいて、前記球面収差を補正するように前記光学素子とレンズとの間の間隔を変更する工程とを包含することを特徴とする球面収差補正方法。A spherical aberration correction method using the optical head according to claim 5,
Detecting a deviation from a standard value of the substrate thickness of the optical recording medium,
Changing the distance between the optical element and the lens so as to correct the spherical aberration based on the detected deviation of the base material thickness. 前記間隔を変更する工程は、前記光学素子とレンズとの間の間隔を変更するために前記レンズを移動させる、請求項２０記載の球面収差補正方法。21. The method according to claim 20, wherein the step of changing the distance includes moving the lens to change the distance between the optical element and the lens. 請求項３記載の光ヘッドと、
前記光ヘッドによって生成されたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とに基づいて、前記光記録媒体上の所望のトラック上に前記光が集光するように、前記光ヘッドに設けられた対物レンズの位置を制御するために設けられた処理回路とを具備することを特徴とする光記録再生装置。An optical head according to claim 3,
A position of an objective lens provided in the optical head based on a focus error signal and a tracking error signal generated by the optical head, such that the light is focused on a desired track on the optical recording medium. An optical recording / reproducing apparatus, comprising: a processing circuit provided for controlling the operation of the optical recording / reproducing apparatus.
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JPWO2004097818A1 (en) * 2003-04-25 2006-07-13 コニカミノルタオプト株式会社 Optical pickup device

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