JP2011227956A - Object lens, optical pickup, and optical disk device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異なる3種類の光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ピックアップに用いられる対物レンズ、並びに光ピックアップ及びこの光ピックアップを用いた光ディスク装置に関する。 The present invention relates to an objective lens used for an optical pickup that records and / or reproduces information signals on three different types of optical discs, an optical pickup, and an optical disc apparatus using the optical pickup.
近年、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長405nm程度の光ビームを用いて信号の記録再生を行う高密度記録が可能な光ディスク(以下、「高密度記録光ディスク」という。)が提案されている。この高密度記録光ディスクは、信号記録層を保護するカバー層の厚さを薄く、例えば0.1mmとした構造のものが提案されている。 In recent years, as a next-generation optical disc format, an optical disc capable of high-density recording (hereinafter referred to as a “high-density recording optical disc”) in which signals are recorded and reproduced using a light beam having a wavelength of about 405 nm by a blue-violet semiconductor laser has been proposed. ing. This high-density recording optical disk has been proposed with a structure in which the cover layer for protecting the signal recording layer is thin, for example, 0.1 mm.
これらの高密度記録光ディスクに対応する光ピックアップでは、従来の光ディスクとの互換性を有することが望まれる。すなわち、従来の使用波長が785nm付近であるCD(Compact Disc)、使用波長が655nm付近であるDVD(Digital Versatile Disc)等のフォーマットの異なる光ディスクとの互換性を有するものが望まれる。このように、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるフォーマットの光ディスク間の互換性を有する光ピックアップ及び光ディスク装置が必要とされる。 Optical pickups compatible with these high-density recording optical disks are desired to have compatibility with conventional optical disks. That is, a disc having compatibility with optical discs having different formats such as a conventional CD (Compact Disc) having a used wavelength of about 785 nm and a DVD (Digital Versatile Disc) having a used wavelength of about 655 nm is desired. Thus, there is a need for an optical pickup and an optical disk apparatus that have compatibility between optical disks of different formats that have different disk structures and accompanying laser specifications.
光ピックアップには、異なるフォーマットとされた3種類の光ディスクに対して、情報信号の記録又は再生を実現する方法として、2種類の対物レンズを有するものがある。具体的に、2種類の対物レンズを有するピックアップは、DVD・CD用、及び、高密度記録光ディスク用の2種類の対物レンズと2種類の光学系を設け、それぞれの対物レンズを使用波長毎に切り換える方式となっている。 Some optical pickups have two types of objective lenses as a method for recording or reproducing information signals on three types of optical disks having different formats. Specifically, a pickup having two types of objective lenses is provided with two types of objective lenses and two types of optical systems for DVD / CD and high-density recording optical disks, and each objective lens is provided for each wavelength used. It is a switching method.
これに対して、特許文献1には、光学部品の簡素化を可能とするため複数種類の光ディスク及び3種類の使用波長に対して共通の単一の対物レンズを備える光ピックアップが記載されている。特許文献1に記載された光ピックアップでは、光路上に回折部を設け、この回折部により拡散方向又は収束方向に回折作用を加えることで、使用波長とメディアの組み合わせによって生じる球面収差を補正するというものである。
On the other hand,
特許文献1に記載された光ピックアップでは、共通の一の対物レンズを用いて3波長の光ビームを信号記録面に集光可能であるが、更に、温度変動による球面収差を、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら、全体として低減することが望まれる。
In the optical pickup described in
本発明は、この実情に鑑みて提案されたもので、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現しつつ、共通の一の対物レンズを用いて3波長の光ビームを信号記録面に集光可能な光ピックアップに用いられる対物レンズを提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of this situation, and realizes reduction of spherical aberration due to temperature fluctuation while suppressing residual high-order spherical aberration as much as possible, while using a common objective lens to reduce light of three wavelengths. An object of the present invention is to provide an objective lens used for an optical pickup capable of condensing a beam on a signal recording surface.
また、この対物レンズが組み込まれた光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide an optical pickup and an optical disc apparatus incorporating this objective lens.
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係る対物レンズは、少なくともλ1<λ2<λ3の関係を有する3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームを互換して対応する光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズにおいて、光ビームが入射される入射側の面に所定の回折構造を有する回折部を備え、回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第1の領域と、第1の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第2の領域と、第2の領域の外側に設けられる第3の領域とを有し、第1乃至第3の領域は、λ1の光ビームが第1乃至第3の領域に相当する開口径となり、λ2の光ビームが第1及び第2の領域に相当する開口径となり、λ3の光ビームが第1の領域に相当する開口径となるように形成され、nを1以上の任意の整数としたとき、第1の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、第1基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11(λ1)、ki12(λ2)とし、さらに他の回折構造が存在するときには第1基礎回折構造以降の第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、kin1(λ1)、kin2(λ2)、…、とし、第2の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、kmn1(λ1)、kmn2(λ2)、kmn3(λ3)、…、とし、第1の領域と第2の領域との回折構造が、下記の(1)式の条件と、下記の(2)式の条件とを満たす。
(kmn1(λ1),kmn2(λ1),kmn3(λ1))≠(0,0,N) ・・・(1)
As means for solving the above-described problems, the objective lens according to the present invention is compatible with at least three optical beams having wavelengths λ1, λ2, and λ3 having a relationship of λ1 <λ2 <λ3. The objective lens for condensing on the surface includes a diffractive portion having a predetermined diffractive structure on the incident-side surface on which the light beam is incident. A second region that is provided outside the first region and diffracts the light beam, and a third region that is provided outside the second region, and the first to third regions are , Λ1 light beam has an opening diameter corresponding to the first to third regions, λ2 light beam has an opening diameter corresponding to the first and second regions, and λ3 light beam corresponds to the first region. N is an arbitrary integer greater than or equal to 1 Then, the first region has a diffractive structure in which at least the first basic diffractive structure is superimposed on the aspherical lens shape, and the diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted light generated by the first basic diffractive structure. Are k i11 (λ1) and k i12 (λ2), respectively, and when there are other diffraction structures, the diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted lights generated by the nth basic diffraction structure after the first basic diffraction structure. K in1 (λ1), k in2 (λ2),..., And the second region is a diffraction structure in which at least a first basic diffraction structure and a second basic diffraction structure are superimposed on an aspherical lens shape. have each the order having the maximum efficiency in the diffracted light generated by the n basic diffractive structure, k mn1 (λ1), k mn2 (λ2), k mn3 (λ3), ..., and then, the first region The diffractive structure with the second region is And conditions of the serial in (1), satisfies the condition (2) below.
(K mn1 (λ1), k mn2 (λ1), k mn3 (λ1)) ≠ (0,0, N) ··· (1)
また、本発明に係る光ピックアップは、少なくともλ1<λ2<λ3の関係を有する3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームが入射される対物レンズと、3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームの光路上に配置される光学素子又は対物レンズの一方の面に設けられ、3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームを互換して上記対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第1の領域と、第1の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第2の領域と、第2の領域の外側に設けられる第3の領域とを有し、nを1以上の任意の整数としたとき、第1の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、第1基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11(λ1)、ki12(λ2)とし、さらに他の回折構造が存在するときには第1基礎回折構造以降の第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、kin1(λ1)、kin2(λ2)、…、とし、第2の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、kmn1(λ1)、kmn2(λ2)、kmn3(λ3)、…、とし、第1の領域と第2の領域との回折構造が、下記の(1)式の条件と、下記の(2)式の条件とを満たす。
(kmn1(λ1),kmn2(λ1),kmn3(λ1))≠(0,0,N) ・・・(1)
The optical pickup according to the present invention includes an objective lens into which light beams having three wavelengths λ1, λ2, and λ3 having a relationship of at least λ1 <λ2 <λ3 are incident, and light beams having three wavelengths λ1, λ2, and λ3. Are provided on one surface of an optical element or objective lens disposed on the optical path of the optical disc, and light beams of three wavelengths λ1, λ2, and λ3 are interchanged and condensed on the signal recording surface of the corresponding optical disk by the objective lens. A diffractive portion for diffracting the light beam, a first region provided on the innermost peripheral portion for diffracting the light beam, a second region provided on the outer side of the first region, and diffracting the light beam; And a third region provided outside the
(K mn1 (λ1), k mn2 (λ1), k mn3 (λ1)) ≠ (0,0, N) ··· (1)
また、本発明に係る光ディスク装置は、回転駆動される複数種類の光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射することにより情報信号の記録及び/又は再生を行う光ピックアップを備え、光ピックアップは、少なくともλ1<λ2<λ3の関係を有する3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームが入射される対物レンズと、3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームの光路上に配置される光学素子又は対物レンズの一方の面に設けられ、3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームを互換して上記対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第1の領域と、第1の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第2の領域と、第2の領域の外側に設けられる第3の領域とを有し、nを1以上の任意の整数としたとき、第1の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、第1基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11(λ1)、ki12(λ2)とし、さらに他の回折構造が存在するときには第1基礎回折構造以降の第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、kin1(λ1)、kin2(λ2)、…、とし、第2の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、kmn1(λ1)、kmn2(λ2)、kmn3(λ3)、…、とし、第1の領域と第2の領域との回折構造が、下記の(1)の条件と、下記の(2)式の条件とを満たす。
(kmn1(λ1),kmn2(λ1),kmn3(λ1))≠(0,0,N) ・・・(1)
The optical disk apparatus according to the present invention includes an optical pickup that records and / or reproduces information signals by selectively irradiating a plurality of types of optical disks that are rotationally driven with a plurality of light beams having different wavelengths. The optical pickup includes an objective lens into which light beams having three wavelengths λ1, λ2, and λ3 having a relationship of at least λ1 <λ2 <λ3 are incident and an optical path of the light beams having three wavelengths λ1, λ2, and λ3. A diffractive section provided on one surface of an optical element or an objective lens to be arranged and condensing light beams of three wavelengths λ1, λ2, and λ3 on the signal recording surface of the corresponding optical disc by the objective lens; The diffractive portion includes a first region provided at the innermost peripheral portion for diffracting the light beam, a second region provided outside the first region for diffracting the light beam, and a second region. Provided outside The first region has a diffractive structure in which at least the first basic diffractive structure is superimposed on the aspherical lens shape, and when n is an arbitrary integer equal to or greater than 1, Of the diffracted light generated by the first basic diffractive structure, the diffracted light of the highest efficiency is denoted as k i11 (λ1) and k i12 (λ2), respectively. Of the diffracted light generated by the n-th basic diffractive structure, the diffracted lights of the order having the maximum efficiency are respectively k in1 (λ1), k in2 (λ2),..., And the second region has an aspheric lens shape. at least a first basic diffractive structure and diffractive structure and the second basic diffractive structure is superimposed, respectively the order having the maximum efficiency in the diffracted light generated by the n basic diffractive structure, k mn1 (λ1), k mn2 (λ2), k mn3 (λ3 ), , And then, the diffraction structure of the first region and the second region satisfies the conditions of the following (1), and a condition of (2) below.
(K mn1 (λ1), k mn2 (λ1), k mn3 (λ1)) ≠ (0,0, N) ··· (1)
本発明は、第1の領域と第2の領域との回折構造が、上述した(1)式と(2)式を満たすことで、λ1の光ビームとλ2の光ビームとにおける最大効率を持つ回折次数の組み合わせを、第1の領域と第2の領域との間で一致させる。このようにして、本発明は、第1の領域と第2の領域とにおいて、λ1の光ビームに与えられる回折パワーと、λ2の光ビームに与えられる回折パワーとが、温度が変動しても、それぞれ同等にパワーが変化するようにすることができる。 The present invention has the maximum efficiency in the light beam of λ1 and the light beam of λ2 because the diffractive structures of the first region and the second region satisfy the above-described equations (1) and (2). The combination of diffraction orders is matched between the first region and the second region. In this way, according to the present invention, in the first region and the second region, the diffraction power given to the light beam of λ1 and the diffraction power given to the light beam of λ2 are varied even if the temperature varies. , The power can be changed equally.
よって、本発明は、第1の領域と第2の領域との間で、温度変動時の波面が滑らかに繋がるため、例えばλ1の光ビームにおける5次の球面収差などの高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現することができる。すなわち、本発明は、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現しつつ、共通の一の対物レンズを用いて3波長の光ビームを信号記録面に集光することができる。 Therefore, in the present invention, since the wavefront at the time of temperature fluctuation is smoothly connected between the first region and the second region, for example, a residual amount of higher-order spherical aberration such as fifth-order spherical aberration in the light beam of λ1. It is possible to reduce spherical aberration due to temperature fluctuations while suppressing as much as possible. That is, the present invention condenses a three-wavelength light beam on a signal recording surface using a common objective lens while realizing reduction of spherical aberration due to temperature fluctuations while suppressing residual high-order spherical aberration as much as possible. be able to.
以下、発明を実施するための最良の形態を以下の順で説明する。
1.光ディスク装置の全体構成
2.光ピックアップの全体構成
3.対物レンズについて
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described in the following order.
1. 1. Overall configuration of
〔1.光ディスク装置の全体構成〕
以下、本発明が適用された光ピックアップを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。
[1. Overall configuration of optical disk device]
Hereinafter, an optical disc apparatus using an optical pickup to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
本発明が適用された光ディスク装置1は、図1に示すように、光ディスク2から情報記録再生を行う光ピックアップ3と、光ディスク2を回転させる駆動手段としてのスピンドルモータ4とを備える。また、光ディスク装置1は、光ピックアップ3を光ディスク2の径方向に移動させる送りモータ5を備えている。
As shown in FIG. 1, an
この光ディスク装置1は、フォーマットの異なる3種類の光ディスク及び記録層が積層化された光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行うことができる3規格間互換性を実現した光ディスク装置である。
The
ここで用いられる光ディスクは、例えば、発光波長が785nm程度の半導体レーザを用いたCD(Compact Disc)、CD−R(Recordable)、CD−RW(ReWritable)等の光ディスクである。また、ここで用いられる光ディスクは、発光波長を655nm程度の半導体レーザを用いたDVD(Digital Versatile Disc)、DVD−R(Recordable)、DVD−RW(ReWritable)、DVD+RW(ReWritable)等の光ディスクである。さらに、ここで用いられる光ディスクは、さらに発光波長が短い405nm程度(青紫色)の半導体レーザを用いた高密度記録が可能なBD(Blu-ray Disc(登録商標))等の高密度記録光ディスクである。 The optical disk used here is, for example, an optical disk such as a CD (Compact Disc), a CD-R (Recordable), a CD-RW (ReWritable) using a semiconductor laser having an emission wavelength of about 785 nm. The optical disk used here is an optical disk such as a DVD (Digital Versatile Disc), DVD-R (Recordable), DVD-RW (ReWritable), DVD + RW (ReWritable) using a semiconductor laser having an emission wavelength of about 655 nm. . Furthermore, the optical disk used here is a high-density recording optical disk such as a BD (Blu-ray Disc (registered trademark)) capable of high-density recording using a semiconductor laser having a shorter emission wavelength of about 405 nm (blue-violet). is there.
特に、以下で光ディスク装置1により情報の再生又は記録を行う3種類の光ディスク2として、以下の第1乃至第3の光ディスク11,12,13を用いるものとして説明する。第1の光ディスク11は、0.1mm程度の第1の厚さで形成された保護層を有し波長405nm程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な上述したBD等の光ディスクである。尚、この第1の光ディスク11には、記録層が単層である光ディスク(カバー層厚さ:100μm)や、記録層が2層である所謂2層光ディスクがあるが、更に、多くの記録層を有していても良い。2層光ディスクの場合は、記録層L0のカバー層厚さが100μm程度とされ、記録層L1のカバー層厚さが75μm程度とされている。第2の光ディスク12は、0.6mm程度の第2の厚さで形成された保護層を有し波長655nm程度の光ビームを記録再生光として使用するDVD等の光ディスクである。なお、この光ディスクにおいても、複数の記録層を設けても良い。第3の光ディスク13は、1.1mm程度の第3の厚さで形成された保護層を有し波長785nm程度の光ビームを記録再生光として使用するCD等の光ディスク13である。
In particular, the following description will be made assuming that the following first to third
光ディスク装置1において、スピンドルモータ4及び送りモータ5は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ7からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部9によりディスク種類に応じて駆動制御されている。スピンドルモータ4及び送りモータ5は、例えば、第1の光ディスク11、第2の光ディスク12、第3の光ディスク13に応じて所定の回転数で駆動される。
In the
光ピックアップ3は、3波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを保護層側から照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ3は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号を出力する。
The
光ディスク装置1は、光ピックアップ3から出力された信号に基づいてフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、RF信号等を生成するプリアンプ14を備える。また、光ディスク装置1は、プリアンプ14からの信号を復調し又は外部コンピュータ17等からの信号を変調するための信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック(以下、信号変復調器&ECCブロックと記す。)15を備える。また、光ディスク装置1は、インターフェース16と、D/A,A/D変換器18と、オーディオ・ビジュアル処理部19と、オーディオ・ビジュアル信号入出力部20とを備える。
The
このプリアンプ14は、光検出器からの出力に基づいて、非点収差法等によってフォーカスエラー信号を生成し、また、3ビーム法、DPD法、DPP法等によってトラッキングエラー信号を生成する。また、プリアンプ14は、更にRF信号を生成し、RF信号を、信号変復調器&ECCブロック15に出力する。また、プリアンプ14は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号とをサーボ制御部9に出力する。
The
信号変復調器&ECCブロック15は、第1の光ディスクに対して、データの記録を行うとき、インターフェース16又はD/A,A/D変換器18から入力されたディジタル信号に対して、以下の処理を行う。すなわち、信号変復調器&ECCブロック15は、第1の光ディスク11に対してデータを記録するとき、入力されたディジタル信号に対して、LDC−ECC及びBIS等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行う。信号変復調器&ECCブロック15は、次いで、1−7PP方式等の変調処理を行う。また、信号変復調器&ECCブロック15は、第2の光ディスク12に対してデータを記録するとき、PC(Product Code)等のエラー訂正方式に従ってエラー訂正処理を行い、次いで、8−16変調等の変調処理を行う。更に、信号変復調器&ECCブロック15は、第3の光ディスク13に対してデータを記録するとき、CIRC等のエラー訂正方式によってエラー訂正処理を行い、次いで、8−14変調処理等の変調処理を行う。そして、信号変復調器&ECCブロック15は、変調されたデータをレーザ制御部21に出力する。更に、信号変復調器&ECCブロック15は、各光ディスクの再生を行うとき、プリアンプ14から入力されたRF信号に基づいて、変調方式に応じた復調処理を行う。更に、信号変復調器&ECCブロック15は、エラー訂正処理を行って、インターフェース16又はデータをD/A,A/D変換器18に出力する。
When recording data on the first optical disc, the signal modulator / demodulator &
なお、データ圧縮してデータ記録するときには、圧縮伸長部を信号変復調器&ECCブロック15とインターフェース16又はD/A,A/D変換器18との間に設けても良い。この場合、データは、MPEG2やMPEG4といった方式でデータが圧縮される。
When data is compressed and recorded, a compression / decompression unit may be provided between the signal modulator / demodulator &
サーボ制御部9は、プリアンプ14からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が入力される。サーボ制御部9は、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が0となるようなフォーカスサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらのサーボ信号に基づいて、対物レンズを駆動する2軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動部を駆動制御する。また、プリアンプ14からの出力より、同期信号等を検出して、CLV(Constant Linear Velocity)やCAV(Constant Angular Velocity)、更にはこれらの組み合わせの方式等で、スピンドルモータをサーボ制御する。
The servo controller 9 receives a focus error signal and a tracking error signal from the
レーザ制御部21は、光ピックアップ3のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部21は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク2の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部21は、ディスク種類判別部22によって検出された光ディスク2の種類に応じて光ピックアップ3のレーザ光源を切り換えている。
The
ディスク種類判別部22は、第1〜第3の光ディスク11,12,13の間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から反射光量の変化を検出し光ディスク2の異なるフォーマットを検出することができる。
The disc
光ディスク装置1を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部22における検出結果に応じて、装着される光ディスク2の仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
Each block constituting the
システムコントローラ7は、ディスク種類判別部22で判別された光ディスク2の種類に応じて装置全体を制御する。また、システムコントローラ7は、ユーザからの操作入力に応じて、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録されたアドレス情報や目録情報(Table Of Contents;TOC)に基づいて、各部を制御する。すなわち、システムコントローラ7は、上述の情報に基づいて、記録再生を行う光ディスクの記録位置や再生位置を特定し、特定した位置に基づいて、各部を制御する。
The system controller 7 controls the entire apparatus according to the type of the
以上のように構成された光ディスク装置1は、スピンドルモータ4によって、光ディスク2を回転させる。そして、光ディスク装置1は、サーボ制御部9からの制御信号に応じて送りモータ5を駆動制御し、光ピックアップ3を光ディスク2の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク2に対して情報の記録再生を行う。
The
具体的には、光ディスク装置1により記録再生するときには、サーボ制御部9は、CAVやCLVやこれらの組み合わせで光ディスク2を回転する。光ピックアップ3は、光源から光ビームを照射して光検出器により光ディスク2からの戻りの光ビームを検出し、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成する。また、光ピックアップ3は、これらフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ駆動機構により対物レンズを駆動してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。
Specifically, when recording / reproducing is performed by the
また、光ディスク装置1により記録する際には、外部コンピュータ17からの信号がインターフェース16を介して信号変復調器&ECCブロック15に入力される。信号変復調器&ECCブロック15は、インターフェース16又はA/D変換器18から入力されたディジタルデータに対して上述したような所定のエラー訂正符号を付加し、更に所定の変調処理を行った後に記録信号を生成する。レーザ制御部21は、信号変復調器&ECCブロック15で生成された記録信号に基づいて、光ピックアップ3のレーザ光源を制御して、所定の光ディスクに記録する。
When recording is performed by the
また、光ディスク2に記録された情報を光ディスク装置1により再生する際には、光検出器で検出された信号に対して、信号変復調器&ECCブロック15が復調処理を行う。信号変復調器&ECCブロック15により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェース16を介して外部コンピュータ17に出力される。これにより、外部コンピュータ17は、光ディスク2に記録された信号に基づいて動作することができる。また、信号変復調器&ECCブロック15により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、D/A変換器18でデジタルアナログ変換され、オーディオ・ビジュアル処理部19に供給される。そしてオーディオ・ビジュアル処理部19でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオ・ビジュアル信号入出力部20を介して、図示しない外部のスピーカやモニターに出力される。
When the information recorded on the
ここで、上述した光ディスク装置1に用いられる記録再生用光ピックアップ3等について詳しく説明する。
Here, the recording / reproducing
〔2.光ピックアップの全体構成〕
次に、上述した光ディスク装置1に用いられる本発明を適用した光ピックアップ3について説明する。この光ピックアップ3は、上述したように、保護層の厚さ等のフォーマットが異なる3種類の第1乃至第3の光ディスク11,12,13から任意に選択された光ディスクに対し波長を異にする複数の光ビームを選択的に照射する。そして、この光ピックアップ3は、3種類の光ディスクのそれぞれに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う3波長互換を実現する。これとともに、この光ピックアップ3は、光利用効率を高めること、不要光入射を低減させること、作動距離と焦点距離を適切にすること、製造の観点から有利な構成とすること等を実現するものである。
[2. Overall configuration of optical pickup)
Next, the
本発明を適用した光ピックアップ3は、図2に示すように、第1の波長の光ビームを出射する第1の出射部を有する第1の光源部31を備える。また、光ピックアップ3は、第1の波長より長い第2の波長の光ビームを出射する第2の出射部を有する第2の光源部32を備える。また、光ピックアップ3は、第2の波長より長い第3の波長の光ビームを出射する第3の出射部を有する第3の光源部33を備える。また、光ピックアップ3は、この第1乃至第3の出射部から出射された光ビームを光ディスク2の信号記録面上に集光する集光光学デバイスとして機能する対物レンズ34を備える。
As shown in FIG. 2, the
また、光ピックアップ3は、第2及び第3の出射部と対物レンズ34との間に設けられる第1のビームスプリッタ36を有する。この第1のビームスプリッタ36は、第2の出射部から出射された第2の波長の光ビームの光路と第3の出射部から出射された第3の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。
Further, the
また、光ピックアップ3は、第1のビームスプリッタ36と対物レンズ34との間に設けられる第2のビームスプリッタ37を有する。この第2のビームスプリッタ37は、第1のビームスプリッタ36で光路を合成された第2及び第3の波長の光ビームの光路と、第1の出射部から出射された第1の波長の光ビームの光路とを合成する光路合成手段として機能する。
Further, the
また、光ピックアップ3は、第2のビームスプリッタ37と対物レンズ34との間に設けられる第3のビームスプリッタ38を有する。この第3のビームスプリッタ38は、第2のビームスプリッタ37で光路を合成された第1乃至第3の波長の光ビームの往路の光路と、光ディスクで反射された第1乃至第3の波長の光ビームの戻り(以下、「復路」ともいう。)の光路とを分離する光路分離手段として機能する。
Further, the
さらに、光ピックアップ3は、第1の光源部31の第1の出射部と第2のビームスプリッタ37との間に設けられる第1のグレーティング39を有する。この第1のグレーティング39は、第1の出射部から出射された第1の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために3ビームに回折する。
Further, the
また、光ピックアップ3は、第2の光源部32の第2の出射部と第1のビームスプリッタ36との間に設けられる第2のグレーティング40を有する。この第2のグレーティング40は、第2の出射部から出射された第2の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために3ビームに回折する。
Further, the
また、光ピックアップ3は、第3の光源部33の第3の出射部と第1のビームスプリッタ36との間に設けられる第3のグレーティング41を有する。この第3のグレーティング41は、第3の出射部から出射された第3の波長の光ビームをトラッキングエラー信号等の検出のために3ビームに回折する。
In addition, the
また、光ピックアップ3は、第3のビームスプリッタ38と対物レンズ34との間に設けられるコリメータレンズ42を有する。このコリメータレンズ42は、第3のビームスプリッタ38で光路を合成された第1乃至第3の波長の光ビームの発散角を変換して略平行光の状態又は略平行光に対して拡散若しくは収束した状態となるように調整して出射させる発散角変換手段として機能する。
Further, the
また、光ピックアップ3は、コリメータレンズ42と対物レンズ34との間に設けられ、コリメータレンズ42に発散角を調整された第1乃至第3の波長の光ビームに1/4波長の位相差を与える1/4波長板43を有する。また、光ピックアップ3は、対物レンズ34と1/4波長板43との間に設けられる立ち上げミラー44を有する。立ち上げミラー44は、対物レンズ34の光軸に略直交する平面内で上述した光学部品を経由された光ビームを反射して立ち上げることにより対物レンズ34の光軸方向に光ビームを出射させる。
The
さらに、光ピックアップ3は、第3のビームスプリッタ38で往路の第1乃至第3の波長の光ビームの光路から分離された復路の第1乃至第3の波長の光ビームを受光して検出する光検出器45を有する。
Further, the
また、光ピックアップ3は、第3のビームスプリッタ38と光検出器45との間に設けられるマルチレンズ46を有する。このマルチレンズ46は、第3のビームスプリッタ38で分離された復路の第1乃至第3の波長の光ビームを光検出器45のフォトディテクタ等の受光面に集光させるとともにフォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を付与する。
Further, the
第1の光源部31は、第1の光ディスク11に対して405nm程度の第1の波長の光ビームを出射する第1の出射部を有する。第2の光源部32は、第2の光ディスク12に対して655nm程度の第2の波長の光ビームを出射する第2の出射部を有する。第3の光源部33は、785nm程度の第3の光ディスクに対して第3の波長の光ビームを出射する第3の出射部を有する。尚、ここでは、第1乃至第3の出射部をそれぞれ別々の光源部31,32,33に配置するように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第1乃至第3の出射部の内2つの出射部を有する光源部と、残りの1つの出射部を有する光源部とを異なる位置に配置するように構成してもよい。さらに例えば、第1乃至第3の出射部を略同一位置に有する光源部となるように構成してもよい。
The first
対物レンズ34は、入射した第1乃至第3の波長の光ビームを光ディスク2の信号記録面上に集光する。この対物レンズ34は、図示しない2軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構によって移動自在に保持されている。そして、この対物レンズ34は、光検出器45で検出された光ディスク2からの戻り光のRF信号により生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に基づいて、2軸アクチュエータ等により移動操作される。これにより、対物レンズ34は、光ディスク2に近接離間する方向及び光ディスク2の径方向の2軸方向へ移動する。よって、対物レンズ34は、第1乃至第3の出射部から出射される光ビームが光ディスク2の信号記録面上で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク2の信号記録面上に形成された記録トラックに追従される。
The
なお、後述のように回折部50を対物レンズとは別体の光学素子(回折光学素子35B)に設ける場合がある。この場合には、対物レンズ34Bが保持される対物レンズ駆動機構のレンズホルダには、この対物レンズ34Bと一体となるように後述の回折光学素子35Bが保持される。かかる構成により、対物レンズ34Bのトラッキング方向への移動等の視野振りの際にも回折光学素子35Bに設けた回折部50の後述の作用効果を適切に発揮することができる。
As will be described later, the
また、対物レンズ34は、その一方の面として、例えば、入射側の面に複数の回折領域からなる回折部50が設けられている。対物レンズ34は、この回折部50により、複数の回折領域毎に通過する第1乃至第3の波長の光ビームのそれぞれを所定の次数となるように回折する。対物レンズ34の回折部50は、所定の発散角を有する拡散状態又は収束状態の光ビームとして対物レンズ34に入射させるのと同様の状態とできる。すなわち、回折部50は、この単一の対物レンズ34を用いて第1乃至第3の波長の光ビームをそれぞれに対応する3種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する。回折部50を有する対物レンズ34は、基準となる屈折力を発生させるレンズ面形状を基準として回折力を発生させる回折構造が形成されている。回折部50を有する対物レンズ34は、かかる構成により、3つの異なる波長の光ビームをそれぞれに対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光する集光光学デバイスとして機能する。また、このように対物レンズ34は、屈折素子の機能と回折素子の機能を兼ね備えており、すなわち、レンズ曲面による屈折機能と、一方の面に設けられた回折部50による回折機能とを兼ね備える。
The
ここで、回折部50の回折機能について概念的に説明するために、回折部50が屈折力を有する対物レンズ34Bと別体の回折光学素子35Bに設けられているものとして説明する。
Here, in order to conceptually explain the diffractive function of the
屈折機能のみを有する対物レンズ34Bとともに用いられる回折光学素子35Bは、例えば、図3(A)に示すように、回折部50を通過した第1の波長の光ビームBB0を+1次回折光BB1となるように回折して対物レンズ34Bに入射させる。
For example, as shown in FIG. 3A, the diffractive
すなわち、回折部50を有する回折光学素子35Bは、所定の発散角を有する拡散状態の光ビームとして対物レンズ34Bに入射させることで、第1の光ディスク11の信号記録面に適切に集光させる。
That is, the diffractive
また、この回折光学素子35Bは、図3(B)に示すように、回折部50を通過した第2の波長の光ビームBD0を−2次回折光BD1となるように回折して対物レンズ34Bに入射させる。すなわち、回折部50を有する回折光学素子35Bは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームとして対物レンズ34Bに入射させることで、第2の光ディスク12の信号記録面に適切に集光させる。
Further, as shown in FIG. 3B, the diffractive
また、この回折光学素子35Bは、図3(C)に示すように、回折部50を通過した第3の波長の光ビームBC0を−3次回折光BC1となるように回折して対物レンズ34Bに入射させる。すなわち、回折部50を有する回折光学素子35Bは、所定の発散角を有する収束状態の光ビームとして対物レンズ34Bに入射させることで、第3の光ディスク13の信号記録面に適切に集光させる。このように、回折光学素子35Bの回折部50は、単一の対物レンズ34Bを用いて3種類の光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。
Further, as shown in FIG. 3C, the diffractive
なお、ここでは、回折部50の複数の回折領域において、同じ波長の光ビームを同じ回折次数の回折光とする例について図3を用いて説明したが、これに限られるものでない。本発明を適用した光ピックアップ3を構成する回折部50は、後述のように、各領域毎に各波長に対する回折次数を設定し、適切な開口制限を行うとともに球面収差を低減するものとなっている。
Here, although an example in which a light beam having the same wavelength is diffracted light having the same diffraction order in a plurality of diffraction regions of the
以上では、説明のため回折部50を対物レンズと別体の光学素子に設けた場合を例に挙げて説明したが、ここで説明する対物レンズ34の一方の面に一体に設けた回折部50もその回折構造に応じた回折力を付与することで同様の機能を有する。そして、回折部50の回折力と、対物レンズ34の基準となるレンズ曲面による屈折力により、各波長の光ビームを対応する光ディスクの信号記録面に球面収差を発生しないように適切に集光することを可能とする。
In the above description, the case where the
上述及び以下の回折次数の記載において、入射した光ビームに対して、進行方向に進むにつれて光軸側に近接する方向に回折する次数を正の次数とし、進行方向に進むにつれて光軸から離間する方向に回折する次数を負の次数とする。換言すると、入射した光ビームに対して光軸方向に向かって回折する次数を正の次数とする。 In the description of the diffraction order described above and below, the incident light beam is diffracted in the direction closer to the optical axis as it travels in the traveling direction, and the order that is diffracted in the direction closer to the optical axis is positive. The order that diffracts in the direction is the negative order. In other words, the order in which the incident light beam is diffracted toward the optical axis direction is a positive order.
対物レンズ34と第3のビームスプリッタ38との間に設けられたコリメータレンズ42は、第2のビームスプリッタ37で光路を合成され、第3のビームスプリッタ38を透過された、第1乃至第3の波長の光ビームの発散角をそれぞれ変換する。かかるコリメータレンズ42は、各波長の光ビームの発散角を変換して、例えば略平行光の状態として、1/4波長板43及び対物レンズ34側に出射させる。例えば、コリメータレンズ42は、第1の波長の光ビームの発散角を、略平行光の状態として上述した対物レンズ34に入射させる。これとともに、コリメータレンズ42は、第2及び第3の波長の光ビームの発散角を、平行光に対してわずかに拡散した発散角の状態(以下、この拡散した状態及び収束した状態のことを「有限系の状態」ともいう。)で対物レンズ34に入射させる。このように構成することにより、コリメータレンズ42は、第2又は第3の波長の光ビームの対物レンズ34を介して第2、第3の光ディスクの信号記録面に集光する際の球面収差を低減してより収差が発生しない3波長互換を実現する。
The
ここでは、第2の光源部32とコリメータレンズ42との配置関係、及び/又は、第3の光源部33とコリメータレンズ42との配置関係により、この所定の発散角の状態で対物レンズ34に入射させることを実現できる。その他の構成としては、例えば、複数の出射部を共通の光源部に配置した場合には、第2及び/又は第3の波長の光ビームの発散角のみを変換する素子を設けることで実現してもよい。さらに、コリメータレンズ42を駆動する手段を設けること等により所定の発散角の状態で対物レンズ34に入射させることを実現してもよい。また、状況に応じて、第2及び第3の波長の光ビームのうちいずれかを有限系の状態で対物レンズ34に入射させるように構成して、さらに収差を低減するようにしてもよい。また、第2及び第3の波長の光ビームを有限系で且つ拡散状態で入射させることにより、戻り倍率を調整することを実現することもできる。そして、かかる場合は、戻り倍率の調整によりフォーカス引き込み範囲等をフォーマットに適合させた所望の状態として、さらに良好な光学系の互換性を達成するという効果も有している。
Here, depending on the arrangement relationship between the second
マルチレンズ46は、例えば、波長選択性のマルチレンズである。マルチレンズ46には、各光ディスクの信号記録面で反射され、対物レンズ34、コリメータレンズ42等を経由して、第3のビームスプリッタ38で反射されて往路の光ビームより分離された戻りの第1乃至第3の波長の光ビームが入射される。マルチレンズ46は、かかる光ビームを光検出器45のフォトディテクタ等の受光面に適切に集光する。このとき、マルチレンズ46は、フォーカスエラー信号等の検出のための非点収差を戻りの光ビームに付与する。
The
光検出器45は、マルチレンズ46で集光された戻りの光ビームを受光して、情報信号とともに、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号等の各種検出信号を検出する。
The
以上のように構成された光ピックアップ3において、光検出器45によって得られたフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ34が駆動変位される。光ピックアップ3は、対物レンズ34を駆動変位することで、光ディスク2の信号記録面に対して対物レンズ34が合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク2の信号記録面に合焦されて、光ディスク2に対して情報の記録又は再生が行われる。
In the
〔3.対物レンズについて〕
次に、本発明が適用された対物レンズ34の具体的な構成について説明する。対物レンズ34は、図4に示すような、3波長互換対物の入射面の回折域を2つ以上の領域に分け、3波長の互換を実現するための回折部50を有する。
[3. About the objective lens)
Next, a specific configuration of the
図4(a)及び図4(b)に示すように、対物レンズ34の入射側の面に設けられた回折部50の基本形状である非球面レンズ形状は、下記の(1)式によって決定される。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the aspherical lens shape that is the basic shape of the
このような非球面形状の回折部50は、最内周部に設けられ略円形状の回折領域である第1の領域51を有する。また、回折部50は、第1の領域51の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第2の領域52を有する。また、回折部50は、第2の領域52の外側に設けられ輪帯状の回折領域である第3の領域53を有する。
Such an aspherical
ここで、第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53は、次のようにして形成されている。すなわち、第1の波長の光ビームの開口径が、第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53に相当し、第2の波長の光ビームの開口径が、第1の領域51、第2の領域52に相当し、第3の波長の光ビームの開口径が、第1の領域51に相当するように形成されている。
Here, the
第1の領域51、及び、第2の領域52は、複数の異なる波長の光ビームを、それぞれ所定の次数光に回折するため、図5(A)に示すような、輪帯状で、基準面に対して、複数のステップ数(S+1)の段部に傾斜部を組み合わせて凹凸形状とされた単位周期構造50aが輪帯の半径方向に連続的に形成された周期構造を有している。
Since the
なお、図5(A)では、S=3でステップ数を4とし、各段の深さが略同一深さ(H/4)とされた第1乃至第4の段部s1〜s4からなる階段部が半径方向に周期的に形成された単位周期構造50aを示している。 In FIG. 5A, S = 3, the number of steps is 4, and each step is composed of first to fourth step portions s1 to s4 in which the depth of each step is substantially the same depth (H / 4). A unit periodic structure 50a in which stepped portions are periodically formed in the radial direction is shown.
第3の領域53は、第1の波長の光ビームを所定の次数光に回折するために、例えば図5(B)に示すようなブレーズ形状b1、b2・・・、bnからなるブレーズ形状周期構造50bによって構成される。
In order to diffract the light beam of the first wavelength into a predetermined order light, the
以上のような回折構造により、非球面レンズ形状に対して与えられる第1の領域51及び第2の領域52が有する周期構造による位相差Φは、下記の(2)によって表される。
The phase difference Φ due to the periodic structure of the
すなわち、図6において、横軸にMOD(Φ、λ0)をとり、(ここでMODは剰余を取る関数)そのときの値から高さを一意に決定する。この方法で得られた高さを位相差関数Φと正負を同様として基本形状に足し合わせることにより、所定の位相差を実現するような回折レンズが形成される。ここで、Φが負の値のときは、レンズに対して掘り込み方向の値を示す。 That is, in FIG. 6, the horizontal axis represents MOD (Φ, λ0) (here, MOD is a function that takes a remainder), and the height is uniquely determined from the value at that time. A diffractive lens that realizes a predetermined phase difference is formed by adding the height obtained by this method to the basic shape with the same phase difference function Φ and positive and negative. Here, when Φ is a negative value, it indicates a value in the digging direction with respect to the lens.
ここで、後述する本発明が適用された対物レンズ34に係る設計条件の説明に先立ち、第1の比較例として、第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53の回折形状が、下記の表1のように設計した対物レンズに係る球面収差特性について説明する。なお、第1の比較例に係る対物レンズは、本発明が適用された対物レンズ34と同様に、3波長互換対物の入射面の回折域を2つ以上の領域に分け、3波長の互換を実現するための回折部50を有しているので、図4で示した符号と同様の符号を用いて各部の構成を参照して説明するものとする。
Here, prior to the description of the design conditions relating to the
ここで、面番号「2−1」は、第1の領域51に相当する。面番号「2−2」は、第2の領域52に相当する。面番号「2−3」は、第1の領域53に相当する。
Here, the surface number “2-1” corresponds to the
このような回折形状を設計したものに対して、回折部50は、例えば、下記の表2で示したような条件で、非球面レンズ形状を設計することで、BD・DVD・CDの各光ディスクへの回折次数の光の光量を確保しつつ、各波長毎に異なる所定の回折次数光が、当該対物レンズにより信号記録面上に集光することができる。具体的に、このような非球面形状は、最小自乗法などの数値解析手法を用いることで、下記の非球面形状に係る各係数を求めることが可能である。
The
ここで、面番号「0」は、各波長の光ビームの光源部に相当する。面番号「1」は、各光源部から回折部50までの光学系に相当する。面番号「2」は、回折部50に相当する。面番号「3」は、対物レンズの出射面に相当する。面番号「4」は、対物レンズの出射面から各光ディスクの間の媒質である空気に相当する。面番号「5」は、各光ディスクに相当する。
Here, the surface number “0” corresponds to the light source portion of the light beam of each wavelength. The surface number “1” corresponds to the optical system from each light source unit to the
また、Rはレンズの曲率半径を示す。「回折次数」において、「1/−2/−3」は、それぞれBD・DVD・CDに対応する波長の光ビームを、1次、−2次、−3次に回折することを表し、「0/−1」は、それぞれBD、DVDに対応する波長の光ビームを、0次、−1次に回折することを表す。 R represents the radius of curvature of the lens. In the “diffraction order”, “1 / −2 / −3” represents that the light beam having a wavelength corresponding to each of BD, DVD, and CD is diffracted into the first, second, and third orders. “0 / −1” represents that the light beams having wavelengths corresponding to BD and DVD are diffracted to the 0th order and the −1st order, respectively.
なお、内輪帯に対応する第1の領域51では、図6で示したような、位相差に対して等間隔な形状ではなく、不等間隔形状や傾斜付き不等間隔形状を採用することによって、さらに不要光影響を低減する構成とするようにしてもよい。加えて実際の回折部に係るレンズ形状では、回折面に対して斜め入射する光を考慮した補正も一般的に行われる。また、外輪帯に対応する第3の領域53では、製造工程の簡略化を重視する観点から、ブレーズがない単純非球面形状にしてもよい。
In the
以上のような設計条件に基づいて設計された第1の比較例に係る対物レンズにおいて、BDに対応する波長の光ビームを入射したときの温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表3に示す。 In the objective lens according to the first comparative example designed based on the design conditions as described above, the change in the spherical aberration amount due to the temperature change when the light beam having the wavelength corresponding to the BD is incident is shown in the following table. 3 shows.
ここで、温度波長係数を0.05nm/℃、dn1/dT=−11.0×10−5としている。また、表3では、設計中心を35℃として、温度変化の一例として65℃のときの球面収差量を示している。また、表3中において、「SA3」は、3次球面収差量を示し、「SA5」は、5次球面収差量を示し、「SA7」は、7次球面収差量を示している。 Here, the temperature wavelength coefficient is 0.05 nm / ° C., and dn 1 /dT=−11.0×10 −5 . Table 3 shows the spherical aberration when the design center is 35 ° C. and 65 ° C. as an example of temperature change. In Table 3, “SA3” indicates the third-order spherical aberration amount, “SA5” indicates the fifth-order spherical aberration amount, and “SA7” indicates the seventh-order spherical aberration amount.
また、表3中の「65℃SA補正後」では、65℃における球面収差をコリメータレンズ42を動かして取り除いた際の収差量を示している。表3中の「波長+5nm」では、波長変動に応じた収差量の変動特性を示す具体例として、BDに対応する波長を基準値から5nm変化させたときの収差量を示している。表3中の「+5nmSA補正後」では、BDに対応する波長を基準値から5nm変化させたときの収差量をコリメータレンズ42を動かして取り除いた際の収差量を示している。
Further, “after 65 ° C. SA correction” in Table 3 shows the aberration amount when spherical aberration at 65 ° C. is removed by moving the
具体的に、温度変動時の球面収差をコリメータレンズ42によって生じる球面収差で相殺する作用について、図7を参照して説明する。図7では、「2−1面との軸上面間距離Δ」に応じた球面収差量を示している。すなわち、図7(A)に示すような、温度変動時の波面収差量SA_65は、図7(B)に示すようなコリメータレンズ42の移動によって生じる波面収差量SA_Cで、図7(C)に示すような波面収差量SA_CANに相殺することができる。この際、波面収差量SA_CANは、SA5やSA7などの高次の項に関しても一部がキャンセルされている。特に、波面収差量SA_65において、SA3と、SA5やSA7などの高次の球面収差量のバランスが、コリメータレンズ42移動時のSA3と高次収差のバランスと同等の場合には、波面収差量SA_CANを、完全に0にすることができる。
Specifically, the action of canceling the spherical aberration at the time of temperature fluctuation with the spherical aberration generated by the
このようにして、コリメータレンズ42の移動によって生じる球面収差量で、温度変動時の球面収差量を相殺することが可能であるが、表3に示すように、表2に係る設計条件に基づいて設計された第1の比較例に係る対物レンズでは、温度変動によって生ずる3次球面収差量が、例えばBD専用の対物レンズと比べて相対的に大きくなる。具体的に、単にBDに対応する波長の光ビームを集光するBD専用の対物レンズは、温度変動によって生じる球面収差が、100〜120mλrms/30℃程度のものが用いられている。
In this way, it is possible to cancel the amount of spherical aberration at the time of temperature fluctuation with the amount of spherical aberration caused by the movement of the
このような温度変動によって生じる球面収差は、上述の通りコリメータレンズ42によってキャンセルすることができるが、球面収差が大きいと、コリメータレンズ42の駆動量が大きくなり、光ピックアップ3が大型化してしまう。特に薄い4層ディスクや3層ディスクを想定した場合には、コリメータレンズ42の駆動量が更に大きくなる。また対物レンズへの入射倍率が大きく変動すると、レンズチルトさせた際のコマ収差発生量も大きく変動するため、レンズ傾きの調整機構が必要となる。
The spherical aberration caused by such temperature fluctuation can be canceled by the
このような観点から、コリメータレンズ42によって補正処理を行う前の段階で、対物レンズは、温度変動によって生じる球面収差差ができるだけ低く抑えられていることが望ましい。
From such a point of view, it is desirable that the objective lens has a spherical aberration difference caused by temperature fluctuation as low as possible before the correction process is performed by the
このような問題に対して、温度変動によって生じる球面収差ができるだけ低く抑えるための対応策として、比較例2に係る対物レンズを用いることで、第3の領域53の回折格子の本数を増やすことで、球面収差をできるだけ低く抑えることができる。
As a countermeasure to keep the spherical aberration caused by temperature fluctuations as low as possible against such a problem, by using the objective lens according to Comparative Example 2, the number of diffraction gratings in the
比較例2に係る対物レンズは、第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53の回折形状が、下記の表4のように設計され、さらに下記の表5で示すような条件で、非球面形状が設計される。
In the objective lens according to Comparative Example 2, the diffractive shapes of the
また、回折格子の本数は、上述した(2)式により算出される位相差を用いて、下記の(3)式により算出される。 Further, the number of diffraction gratings is calculated by the following equation (3) using the phase difference calculated by the above equation (2).
ここで、比較例1と比較例2とに加えて、さらに後述する本発明が適用された設計条件によって設計される2つの実施例1、2に係る対物レンズ34の各領域の回折格子本数も示している。なお、「2−1領域」と「2−2領域」とにおいて、「A」の欄は、各領域において重畳される第1基礎回折構造の回折格子本数を示し、「B」の欄は、各領域において重畳される第2基礎回折構造の回折格子本数を示している。
Here, in addition to Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the number of diffraction gratings in each region of the
上記の表6から明らかなように、比較例2に係る対物レンズでは、比較例1に係る対物レンズに比べてに比べ、「2−3領域」に対応する第3の領域53の回折格子本数が増大している。
As apparent from Table 6 above, the number of diffraction gratings in the
以上のような設計条件に基づいて設計された比較例2に係る対物レンズにおいて、BDに対応する波長の光ビームを入射したときの、温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表7に示す。 In the objective lens according to Comparative Example 2 designed based on the design conditions as described above, the change in the spherical aberration amount with the temperature change when the light beam having the wavelength corresponding to the BD is incident is shown in Table 7 below. Shown in
上述したように、比較例2に係る対物レンズでは、比較例1に係る対物レンズと比べて、第1の領域51と第2の領域52の基本的な構成が同じであっても、第3の領域53の回折格子本数を増やすことで温特球面収差を減少させることができる。具体的に、上記の表7から明らかなように、比較例2に係る対物レンズでは、比較例1に係る対物レンズと比べて、3次の温特収差が低減できていることが確認できる。その一方で、比較例2に係る対物レンズでは、第3の領域53において、温度変動に応じた低次球面収差量を低減するため、回折格子本数を増加にしているため、高次収差が生じやすい。
As described above, the objective lens according to the comparative example 2 has the same basic configuration as the
ここで、比較例1、及び、比較例2では、高次収差の発生を抑え、且つ、全体として球面収差量を低減することができない点について説明する。 Here, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it will be described that the occurrence of high-order aberrations can be suppressed and the amount of spherical aberration cannot be reduced as a whole.
まず、図8は、比較例1に係る対物レンズにおいて、設計中心から温度が変動したときにおける回折部50の波面収差量を示す図である。例えば、図8(A)に示すようなBDに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量SA_BD_1は、その波面形状が3次球面収差の形状に似通っている。すなわち、比較例1に係る対物レンズは、「2−1領域(第1の領域51)」から「2−3領域(第3の領域53)」において、この波長の光ビームに対する回折のパワーがほぼ同等であるように設計されており、温度変動時の波面が綺麗な3次球面収差形状となり、高次の球面収差が発生しない。
First, in the objective lens according to Comparative Example 1, FIG. 8 is a diagram illustrating the amount of wavefront aberration of the
また、図8(B)には、DVDに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量SA_DVD_1を示している。 FIG. 8B shows a wavefront aberration amount SA_DVD_1 when a light beam having a wavelength corresponding to the DVD is incident.
図8(A)に示すような波面収差量SA_BD_1を低減しようとする場合には、一般的に、回折部50の全領域において、同等に回折のパワーを上げることが要求される。ところが、上述した表2で示されるとおり、「2−1領域(第1の領域51)」と「2−2領域(第2の領域52)」とにおける「BDに対応する波長の光ビーム」と「DVDに対応する波長の光ビーム」との回折次数の組み合わせが異なるため、回折部50の全領域で回折パワーを同一量となるように上昇をさせることができない。
In order to reduce the wavefront aberration amount SA_BD_1 as shown in FIG. 8A, it is generally required to increase the diffraction power equally over the entire region of the
仮に、表2の設計条件で示される回折次数の組み合わせを保ったまま、同等レベルでBDに対応するビーム光に対する回折パワーのみを増大させて、図9(A)に示す波面収差量SA_BD_12のように改善することも考えられる。しかし、この場合、図9(B)に示すDVDに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量SA_DVD_12は、「2−2領域(第2の領域52)」において増大してしまう。よって、BDに対応する波長の光ビーム光に対する回折パワーのみを増大させると、対物レンズは、DVD互換機能が果たせなくなってしまう。 Temporarily, while maintaining the combination of diffraction orders shown in the design conditions of Table 2, only the diffraction power for the beam light corresponding to the BD is increased at the same level to obtain the wavefront aberration amount SA_BD_12 shown in FIG. It is possible to improve it. However, in this case, the amount of wavefront aberration SA_DVD_12 when a light beam having a wavelength corresponding to the DVD shown in FIG. 9B is incident increases in the “2-2 region (second region 52)”. Therefore, if only the diffraction power for the light beam having the wavelength corresponding to BD is increased, the objective lens cannot perform the DVD compatibility function.
逆に、DVD互換機能を果たしたまま、BDに対応する波長のビーム光に対する回折パワーを増大させると、加熱時のBDに対応する波面状態が、「2−1領域(第1の領域51)」と「2−2領域(第2の領域52)」との間で途切れることで、大きな収差が発生してしまう。 On the contrary, when the diffraction power with respect to the beam light having the wavelength corresponding to the BD is increased while the DVD compatible function is performed, the wavefront state corresponding to the BD at the time of heating becomes “2-1 region (first region 51)”. ”And“ 2-2 region (second region 52) ”, a large aberration occurs.
したがって、比較例1に係る対物レンズでは、表2の設計条件で示される次数関係を保っている限り、「2−1領域(第1の領域51)」と「2−2領域(第2の領域52)」とにおいて、球面収差量を低減するため、BDに対応する波長のビーム光に対する回折パワーを増大することは好ましくない。 Therefore, in the objective lens according to Comparative Example 1, as long as the order relationship shown in the design conditions of Table 2 is maintained, “2-1 region (first region 51)” and “2-2 region (second region) In the area 52), in order to reduce the spherical aberration, it is not preferable to increase the diffraction power for the light beam having a wavelength corresponding to BD.
このような比較例1に係る対物レンズに対して、比較例2に係る対物レンズは、BDに対応する波長のビーム光が通過する専用領域である「2−3領域(第3の領域53)」の回折パワーを上げることで、図10に示すようにして、温度変動時に生じる球面収差量の低減を図っている。比較例2に係る対物レンズにおいて、図10(A)に示すようなBDに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量SA_BD_2は、同図で示される上述した波面収差量SA_BD_11に対して、波面形状が3次収差の形状から乖離するため、全体の3次球面収差量が減少するが、高次の球面収差量が増大してしまう。この高次球面収差の増大は、温度変動時および波長変動時でその量に注意する必要があり、例えば記録再生特性が劣化などの影響を考慮すると、特に5次球面収差量が問題となることが多い。 In contrast to the objective lens according to the comparative example 1, the objective lens according to the comparative example 2 is “2-3 region (third region 53)” which is a dedicated region through which beam light having a wavelength corresponding to BD passes. ”Is increased, as shown in FIG. 10, the amount of spherical aberration that occurs when the temperature fluctuates is reduced. In the objective lens according to Comparative Example 2, the wavefront aberration amount SA_BD_2 when a light beam having a wavelength corresponding to BD as shown in FIG. 10A is incident is compared with the above-described wavefront aberration amount SA_BD_11 shown in FIG. Since the wavefront shape deviates from the shape of the third-order aberration, the total amount of third-order spherical aberration decreases, but the amount of higher-order spherical aberration increases. It is necessary to pay attention to the amount of this higher order spherical aberration at the time of temperature fluctuation and wavelength fluctuation. For example, when the influence of deterioration of the recording / reproducing characteristics is taken into consideration, the amount of the fifth order spherical aberration becomes a problem. There are many.
比較例2に係る対物レンズでは、表7に示したように、温度変動時に加えて波長変動時の高次球面収差が大きく、コリメータレンズ42を動かしても取れ残る。ここで、波長変動に応じた球面収差量と、温度変動に応じた球面収差量との和が、最悪条件下の球面収差量であるが、比較例2に係る対物レンズでは、比較例1に係る対物レンズと比べて、約2倍程度、5次の球面収差量が取れ残ってしまうことになる。この収差の取れ残りは、小さければ小さいほど信号の安定化につながるため好ましい。
In the objective lens according to Comparative Example 2, as shown in Table 7, high-order spherical aberration is large when the wavelength is varied in addition to when the temperature is varied, and remains unmoved even when the
<実施例1>
このような比較例1及び比較例2に対して、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現するため、実施例1に係る対物レンズ34は、次のような設計条件に従って設計される。
<Example 1>
In order to realize a reduction in spherical aberration due to temperature fluctuations while suppressing the residual amount of high-order spherical aberration as much as possible as compared with Comparative Example 1 and Comparative Example 2 described above, the
まず、上述のとおり、各領域に設定された各波長での回折次数と、その際の回折効率とは、回折格子の形状によって規定される。例えば、第2の領域52において、単純なステップ構造のみを非球面レンズ形状に重畳させることで、最大の回折効率となるBD、DVDに対応する各波長の回折次数の組み合わせを調整したとしても、第1の領域51と同等の回折次数の組み合わせとするのは容易ではない。
First, as described above, the diffraction order at each wavelength set in each region and the diffraction efficiency at that time are defined by the shape of the diffraction grating. For example, in the
これは、第1に、ステップの選択肢が少なく、所望の関係の組み合わせがあまりないこと、第2に、第2の領域52で、第1の領域51と全く同一の回折構造を使うと、第3の波長であるCDの開口制限機能が発揮できないこと、の二点の理由による。
This is because, firstly, there are few step options and there are not many combinations of desired relationships. Second, if the
そこで、実施例1に係る対物レンズ34では、第2の領域52に重畳させる回折構造として、例えば次のような第1、及び、第2基礎回折構造を用いることで、最大の回折効率となるBD、DVDに対応する各波長の光ビームの回折次数の組み合わせが、第1の領域51と同等となるようにすることができる。
Therefore, in the
ここで、第1基礎回折構造は、図11(A)に示すような、最大効率を持つ回折次数の組み合わせがBD:DVD=(0:−1)で、2ステップ3レベルの周期的な階段形状521で、光路差約2λ1の回折格子からなる回折構造である。
Here, in the first basic diffraction structure, a combination of diffraction orders having the maximum efficiency is BD: DVD = (0: -1) as shown in FIG. This is a diffraction structure having a
第2基礎回折構造は、図11(B)に示すような、最大効率を持つ回折次数の組み合わせがBD:DVD=(2:1)で、光路差2λ1のブレーズ形状522からなる回折構造である。
The second basic diffractive structure is a diffractive structure having a blazed
実施例1に係る対物レンズ34は、これら2つの基礎回折構造を、図11(C)に示すように重畳して所望の次数を得る。この組み合わせは、両者とも浅いために製造上有利な上、BDの効率を100%近く保てるという点で好ましい。実施例1に係る対物レンズ34は、この組み合わせを用いた上で、第2の領域52において2つの基礎回折構造を重畳する条件を下記の(4)式に従って算出する。
The
実施例1に係る対物レンズ34は、たとえば、比較例1に係る対物レンズの第2の領域52の回折構造を変更して、第1の領域51と第2の領域52とのそれぞれの回折次数の組み合わせを、(ki1,ki2)=(1,−2)、(km11,km12)=(0,−1)、(km21,km22)=(2,1)とし、(4)式により、各周期数と比例係数が、αi=2、αm1=5、αm2=1とする。実施例1に係る対物レンズ34では、このような条件に従って第1、第2基礎回折構造を重畳することによって、第2の領域52において、(BD:DVD)=2×(1:−2)という、第1の領域51と同等のBD、DVDの回折次数の組み合わせを得ることができる。
For example, the
実際に、第1基礎回折構造と、第2基礎回折構造と、これらの構造を組み合わせた重畳構造とにおける回折効率は、下記の表8のようになる。 Actually, the diffraction efficiency in the first basic diffractive structure, the second basic diffractive structure, and the superposed structure obtained by combining these structures is as shown in Table 8 below.
ここで、表8中において、「重畳構成構造1、2」は、それぞれ第1、第2基礎回折構造に相当し、「重畳結果構造」はこれらの基礎構造を重畳した回折構造に相当する。また、「No.1〜No.3」は、回折効率の高い回折次数の番号を示している。
Here, in Table 8, “superimposed
各基礎回折構造の高さ変動耐性が高いため、実施例1に係る対物レンズ34では、重畳した場合に位相のずれが生じることなく、各構造の効率掛け算で回折効率を得ることができる。この掛け算によって重畳後の回折効率が求まり、そのときの回折次数が線形和で表されるという規則性は、上記の第1、第2基礎回折構造を用いることで、どのような周期に対しても成り立つ。
Since each basic diffractive structure is highly resistant to height fluctuations, the
また、実施例1に係る対物レンズ34では、BD、DVDの二種の波長の光ビームに対して高さ変動耐性がある次のような基礎回折構造を用いるようにしてもよい。
(BD:DVD)=(2:1)の高さ2λ1光路差ブレーズ
(BD:DVD)=(0:−1)の高さ2λ1光路差2ステップ
(BD:DVD)=(0:1)の高さ6λ1光路差3ステップ
(BD:DVD)=(1:−1)高さ3.8λ1光路差3ステップ、
(BD:DVD)=(0:−1)高さ8λ1光路差4ステップ、
(BD:DVD)=(1:−2)高さ6.9λ1光路差6ステップ、
実施例1に係る対物レンズ34では、このような基礎回折構造を上記の(4)式の条件を満たすようにして任意に組み合わせることで、大きな回折効率を実現しつつ、高さが低い回折構造、すなわち格子の深さが浅い構造を見つけ出すことができる。
In the
(BD: DVD) = (2: 1) height 2λ1 optical path difference blaze (BD: DVD) = (0: −1) height 2λ1
(BD: DVD) = (0: −1) height 8λ1 optical path difference 4 steps,
(BD: DVD) = (1: −2) height 6.9λ1 optical path difference 6 steps,
In the
実施例1に係る対物レンズ34では、BDに対応する波長の回折効率を大きくしつつ、回折構造の深さがもっとも浅くなる条件として、(BD:DVD)=(2:1)と(BD:DVD)=(0:−1)の組み合わせとなっている。
In the
また、実施例1に係る対物レンズ34では、第2の領域52における回折次数の組み合わせが、下記の(5)式で示される条件を満たすように設計されている。
In the
BD:DVD:CD≠(0:0:N)(Nは0以外の整数) ・・・(5)
このような条件に対して、例えば、(5)式の条件を満たさない場合には、対物レンズの第2の領域52において、BD:DVD:CD=(0:0:1)という最大効率回折次数をもつ回折構造を重畳させることによって、第1の領域51と共通の基礎構造を持ちつつ、第2の領域52においてのみCDに対応する波長の光ビームをフレア化させることができる。ただしこの場合には、このBD:DVD:CD=(0:0:1)を実現する回折格子深さが1ステップ、深さが光路差5λ1である約3.6μmと深く、他の基礎構造深さと組み合わせると更に深くなり、製造時ロスが大きいという問題がある。
BD: DVD: CD ≠ (0: 0: N) (N is an integer other than 0) (5)
For such a condition, for example, when the condition of the expression (5) is not satisfied, the maximum efficiency diffraction of BD: DVD: CD = (0: 0: 1) in the
これに対して、実施例1に係る対物レンズ34では、第2の領域52における回折次数の組み合わせが、(5)式で示される条件を満たすように設計されているので、回折格子深さを浅くすることができる。
On the other hand, in the
以上のような設計条件に従って、実施例1に係る対物レンズ34は、第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53の回折形状を、下記の表9のように設計し、さらに下記の表10で示すような条件で、非球面レンズ形状を設計することができる。
In accordance with the design conditions as described above, the
ここで、表9及び表10中の「2−2A」と「2−2B」とは、それぞれ第2の領域52に重畳される第1基礎回折構造と第2基礎回折構造との構造を示している。このとき「2−2A」に係る第1基礎回折構造の位相差関数係数は、いずれも「2−2B」に係る第2基礎回折構造の位相差関数係数の5倍となっており、上述した図11(C)に示すように、2ステップ3レベルの階段形状521が5周期現れると、ブレーズ形状が1周期現れることを示している。
Here, “2-2A” and “2-2B” in Tables 9 and 10 indicate the structures of the first basic diffraction structure and the second basic diffraction structure that are superimposed on the
以上のような表9と表10とに基づいて設計された実施例1に係る対物34レンズにおいて、BDに対応する第1の波長の光ビームを入射したときの、温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表11に示す。 In the objective 34 lens according to Example 1 designed based on Table 9 and Table 10 as described above, the amount of spherical aberration accompanying temperature change when a light beam having the first wavelength corresponding to BD is incident The changes in are shown in Table 11 below.
表11を表6と比べると明らかなように、実施例1に係る対物レンズ34は、上述した比較例2に比べて、コリメータレンズ42移動後の収差量がより低減されている。特に、実施例1に係る対物レンズ34は、例えば次の理由から、上述した比較例2に比べて、対物レンズの収差として管理されることの多い5次球面収差に関して低減が図られており、よりコストダウンに向いた構成となっている。
As is clear when Table 11 is compared with Table 6, the
これは、「第1の領域51」と「第2の領域52」におけるBD、DVD間の最大回折効率となる次数関係が同等であるために、図12(A)に示すように、回折部50全体の回折パワーを増大することで、温度変動時におけるBDに対応する波長の波面収差量SA_BDを低減することができるためである。
This is because, as shown in FIG. 12 (A), since the order relationship that is the maximum diffraction efficiency between the BD and the DVD in the “
また、図12(A)に示すように縦収差状態も基本的には微分可能な形でつながり、図12(B)に示すように、DVDに対応する波長の光ビームを入射したときの波面収差量SA_DVDがほとんど発生することがないため、実施例1に係る対物レンズ34では、常温時フォーカスエラーサーチ波形BD,DVDがいずれにおいてもほとんどゆがまない。このようにして、実施例1に係る対物レンズ34では、フォーカスエラーサーチ波形がほとんどゆがまないので、システムにおける信号処理の負荷を低減できる。加えて、図12(A)に示すように、第1の領域51から第3の領域3にかけての各境界において、斜め方向にBDに対応する波長の光ビームが入射した場合も、基本的に回折も非球面も連続面であるため波面飛びが生じない。このため、実施例1に係る対物レンズ34では、レンズチルト時の高次収差を抑えることができるという利点もある。
Further, as shown in FIG. 12A, the longitudinal aberration state is basically connected in a differentiable form, and as shown in FIG. 12B, the wavefront when a light beam having a wavelength corresponding to the DVD is incident. Since the aberration amount SA_DVD hardly occurs, the focus error search waveforms BD and DVD at normal temperature are hardly distorted in the
<実施例2>
本発明が適用された対物レンズは、上述した実施例1に係る対物レンズ34のように、第1の領域51の非球面レンズ形状に第1基礎回折構造のみが重畳され、第2の領域52の非球面レンズ形状に、第1基礎回折構造と第2基礎回折構造との2つの回折構造が重畳されたものに限定されない。すなわち、本発明が適用された対物レンズは、第1の領域51に複数の基礎回折構造が重畳されている場合や、第1の領域51の回折構造が不等周期である場合や、第2の領域52の回折構造が不等周期である場合でも適用可能である。このような適用例である実施例2に係る対物レンズ34の具体的な設計条件の説明に先立ち、第1の領域51と第2の領域52との回折構造における関係式の導出過程を説明する。
<Example 2>
In the objective lens to which the present invention is applied, like the
まず、図13(A)に示すような第1基礎回折構造501と第2基礎回折構造502との重なる間隔が一定している等周期に対して、不等周期とは、図13(B)に示すような第1基礎回折構造501と第2基礎回折構造502との重なる間隔が一定していないものである。すなわち、レンズ設計としては、各基礎回折構造の位相差関数係数C2nがいずれかのnにおいて比例していないものをいう。例えば、図13(A)に示す等周期間隔の重畳構造では、2ステップ3レベルの1周期当たり3つの階段形状501aに対して、1周期分のブレーズ形状502aがちょうど一致するようになる。一方、図13(B)に示す不等周期間隔の重畳構造では、等周期間隔の重畳構造が有する一定性が見られない。
First, as shown in FIG. 13A, the unequal period is equal to the equal period in which the interval between the first
次に、第1の領域51に第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳された構造が適用されたものとする。基本的に第1の領域51で与えられる回折パワーを、重畳される基礎回折構造毎に、BDに対応する波長の光ビームに対してφi11、φi21、DVDに対応する波長の光ビームに対してφi21、φi22とすると、トータルの回折パワーφi1All(BD)とφi2All(DVD)は、下記の(6)式で表される。
Next, it is assumed that a structure in which the first basic diffraction structure and the second basic diffraction structure are superimposed on the
また、回折次数をk、波長をλ、設計波長をλ0とすれば、下記の(7)式が成り立つ。 If the diffraction order is k, the wavelength is λ, and the design wavelength is λ 0 , the following equation (7) is established.
(7)式から、仮想的なトータルのBDの波長λ1の最大回折効率となる回折次数に対する、DVDの波長λ2の最大回折効率となる回折次数の比であるγ=φi2All/φi1Allは、下記の(8)式となる。 From the equation (7), γ = φ i2All / φ i1All, which is the ratio of the diffraction order of the maximum diffraction efficiency of the wavelength λ 2 of the DVD to the diffraction order of the maximum diffraction efficiency of the wavelength λ 1 of the virtual total BD. Is the following equation (8).
上記の(8)式で算出される比率γが、第1の領域51と第2の領域52との間で同一の関係となることが、上述した図12(A)に示すような球面収差を全領域で綺麗につなぐための条件となる。仮にこのような第1の領域51と第2の領域52との間の関係がずれていた場合、波長変動による挙動も、第1の領域51と第2の領域52との間で異なってしまい、位相飛びを生じ高次の収差を残留してしまうことになる。
The spherical aberration as shown in FIG. 12A described above that the ratio γ calculated by the above equation (8) has the same relationship between the
よって、第2の領域52についても、上記の(8)式と同様の計算によりγを算出すれば、下記の(9)式が、球面収差を全領域で綺麗につなぐための条件式となる。
ここで、第1の領域51に第1基礎回折構造のみが重畳されている場合、上記の(9)式は、下記の(10)式のように変形することができる。
Therefore, also for the
Here, when only the first basic diffraction structure is superimposed on the
また、第1の領域51に第1基礎回折構造のみが重畳されていて、さらに、第2の領域52に第1基礎回折構造と第2基礎回折構造との2つのみ重畳されているならば、上記の(9)式は、下記の(11)式のように変形することができる。
Further, if only the first basic diffraction structure is superimposed on the
例えば、上述した実施例1に係る対物レンズ34に対して、(11)式の条件を当てはめようとすると、ki1=1、ki2=−2であって、km11=0、km12=2、km21=−1、km22=1、C2m1=−2.4989×10-2、C2m2=−4.9979×10−3であるから、(左辺)=−2、(右辺)=−2となる。このようにして、実施例1に係る対物レンズ34では、(11)式の条件が満たされていることが確認できる。
For example, when the condition of the expression (11) is applied to the
なお、この関係性は、C2(2次の係数)だけでなく、C4(4次の係数)やC6においても成り立つことが望ましいが、C2において本式が成り立てば近軸に関する条件が満たされるため、十分機能的なレンズとして成り立たせることができる。
Note that this relationship is not only
さらに、第2の領域52に対して、さらなる次数重畳を行うことで、回折本数の減少を図ることもできる。この場合には(4)式に対して第3式が加わることとなり、自由度が増える。ただし過剰な重畳は回折効率の低下を招くため、最大でも3つ程度の重畳とすることが好ましい。
Furthermore, the number of diffraction lines can be reduced by further superimposing the
以上のようにして導出された(10)式を用いて、実施例2に係る対物レンズ34では、第1の領域51に第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳されている条件下で、第1の領域51と第2の領域52とにおいて、λ1の光ビームに与えられる回折パワーと、λ2の光ビームに与えられる回折パワーとがそれぞれ同等にパワーが変化するようにする。
In the
なお、実施例2に係る対物レンズ34においても、第2の領域52における回折次数の組み合わせが、上述した(5)式で示される条件を満たすように設計されているものとする。
In the
このような設計条件及び設計指針に従って、実施例2に係る対物レンズ34は、第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53の回折形状を、下記の表12のように設計し、さらに下記の表13で示すような条件で、非球面レンズ形状を設計することができる。
In accordance with such design conditions and design guidelines, the
ここで、表12中の「2−1A」と「2−1B」とは、それぞれ第1の領域51に重畳される第1基礎回折構造と第2基礎回折構造との構造を示している。また、「2−2A」と「2−2B」とは、それぞれ第2の領域52に重畳される第1基礎回折構造と第2基礎回折構造との構造を示している。
Here, “2-1A” and “2-1B” in Table 12 indicate the structures of the first basic diffraction structure and the second basic diffraction structure superimposed on the
以上のような表12と表13とに基づいて設計された実施例2に係る対物34レンズにおいて、BDに対応する第1の波長の光ビームを入射したときの、温度変化に伴う球面収差量の変化を、下記の表14に示す。 In the objective 34 lens according to Example 2 designed based on Table 12 and Table 13 as described above, the amount of spherical aberration accompanying temperature change when a light beam having the first wavelength corresponding to BD is incident These changes are shown in Table 14 below.
表14から明らかなように、実施例2に係る対物レンズ34は、上述した実施例1と同様に、5次球面収差が増大することなく、コリメータレンズ42移動後の収差量を低減することができる。
As apparent from Table 14, the
なお、実施例2に係る対物レンズ34は、第1の領域51と第2の領域52とが、ともに非球面レンズ形状に対して2つの基礎回折構造が重畳された構造となっているが、上述した(8)式を用いることで、更に複雑な回折構造に適用することができる。
Note that the
すなわち、本発明が適用された対物レンズ34では、nを1以上の任意の整数としたとき、第1の領域51と第2の領域52とに、それぞれ第n基礎回折構造が重畳された回折構造を有するものとし、さらに、第1の領域51と第2の領域52とに係る回折構造を上述した(5)式と(8)式とを満たすように設計することで、λ1の光ビームとλ2の光ビームとにおける最大効率を持つ回折次数の組み合わせを、第1の領域と第2の領域との間で一致させることができる。
In other words, in the
以上のようにして、本発明が適用された対物レンズ34では、実施例1及び実施例2に係る球面収差量の温度特性から明らかなように、上述した(5)式と(8)式を満たすことで、λ1の光ビームとλ2の光ビームとにおける最大効率を持つ回折次数の組み合わせを、第1の領域と第2の領域との間で一致させる。このようにして、対物レンズ34では、第1の領域51と第2の領域52とにおいて、λ1の光ビームに与えられる回折パワーと、λ2の光ビームに与えられる回折パワーとが、温度が変動しても、それぞれ同等にパワーが変化するようにする。
As described above, in the
よって、対物レンズ34では、第1の領域51と第2の領域52との間で、温度変動時の波面が滑らかに繋がるため、例えばλ1の光ビームにおける5次の球面収差などの高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現することができる。すなわち、対物レンズ34では、高次球面収差残留量をできるだけ抑えながら温度変動による球面収差の低減を実現しつつ、共通の一の対物レンズを用いて3波長の光ビームを信号記録面に集光することができる。
Therefore, in the
この対物レンズ34が組み込まれた光ピックアップ3は、コリメータレンズ42の移動量を減らし、小型化を図ることができる。光ピックアップ3は、レンズチルト感度変動が間接的に抑えられ、複雑な調整工程を省くことができ、コストダウンを行うことができる。さらに、この光ピックアップ3が組み込まれた光ディスク装置1は、フォーカスエラー波形の歪みも抑制することができ、安定な信号読み取りが可能となる。
The
1 光ディスク装置、2 光ディスク、3 光ピックアップ、4 スピンドルモータ、5 送りモータ、7 システムコントローラ、9 サーボ制御部、11、12、13 光ディスク、14 プリアンプ、15 信号変復調器&ECCブロック、16 インターフェース、17 外部コンピュータ、18 D/A,A/D変換器、19 オーディオ・ビジュアル処理部、20 オーディオ・ビジュアル信号入出力部、21 レーザ制御部、22 ディスク種類判別部、31、32、33 光源部、34 対物レンズ、34B 対物レンズ、35B 回折光学素子、36、37、38 ビームスプリッタ、39、40、41 グレーティング、42 コリメータレンズ、43 1/4波長板、44 立ち上げミラー、45 光検出器、46 マルチレンズ、50 回折部、51 第1の領域、52 第2の領域、53 第3の領域、50a 単位周期構造、50b ブレーズ形状周期構造、501 第1基礎回折構造、501a、521 階段形状、502 第2基礎回折構造、502a、522 ブレーズ形状 1 optical disk device, 2 optical disk, 3 optical pickup, 4 spindle motor, 5 feed motor, 7 system controller, 9 servo controller, 11, 12, 13 optical disk, 14 preamplifier, 15 signal modulator / demodulator & ECC block, 16 interface, 17 external Computer, 18 D / A, A / D converter, 19 Audio / visual processing unit, 20 Audio / visual signal input / output unit, 21 Laser control unit, 22 Disc type discrimination unit, 31, 32, 33 Light source unit, 34 Objective Lens, 34B Objective lens, 35B Diffractive optical element, 36, 37, 38 Beam splitter, 39, 40, 41 Grating, 42 Collimator lens, 43 1/4 wavelength plate, 44 Rising mirror, 45 Photo detector, 46 Multi lens , 50 Diffraction unit, 51 1st region, 52 2nd region, 53 3rd region, 50a unit periodic structure, 50b blazed shape periodic structure, 501 1st basic diffraction structure, 501a, 521 staircase shape, 502 2nd basic diffraction Structure, 502a, 522 Blaze shape
Claims (5)
上記光ビームが入射される入射側の面に所定の回折構造を有する回折部を備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第1の領域と、上記第1の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第2の領域と、上記第2の領域の外側に設けられる第3の領域とを有し、
上記第1乃至第3の領域は、上記λ1の光ビームが上記第1乃至第3の領域に相当する開口径となり、上記λ2の光ビームが上記第1及び第2の領域に相当する開口径となり、上記λ3の光ビームが上記第1の領域に相当する開口径となるように形成され、
nを1以上の任意の整数としたとき、
上記第1の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、該第1基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11(λ1)、ki12(λ2)とし、さらに他の回折構造が存在するときには該第1基礎回折構造以降の第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、kin1(λ1)、kin2(λ2)、…、とし、
上記第2の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、kmn1(λ1)、kmn2(λ2)、kmn3(λ3)、…、とし、
上記第1の領域と上記第2の領域との回折構造が、下記の(1)式の条件と、下記の(2)式の条件とを満たす対物レンズ。
(kmn1(λ1),kmn2(λ1),kmn3(λ1))≠(0,0,N) ・・・(1)
A diffractive portion having a predetermined diffractive structure on the incident side surface on which the light beam is incident,
The diffractive portion includes a first region that is provided in the innermost peripheral portion and diffracts the light beam, a second region that is provided outside the first region and diffracts the light beam, and the second region. A third region provided on the outside,
In the first to third regions, the light beam of λ1 has an opening diameter corresponding to the first to third regions, and the light beam of λ2 corresponds to the opening diameters of the first and second regions. And the light beam of λ3 is formed to have an opening diameter corresponding to the first region,
When n is an arbitrary integer of 1 or more,
The first region has a diffractive structure in which at least a first basic diffractive structure is superimposed on an aspherical lens shape, and the diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted light generated by the first basic diffractive structure. The diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted light generated by the nth basic diffractive structure after the first basic diffractive structure, when k i11 (λ1) and k i12 (λ2) exist, respectively. Respectively, k in1 (λ1), k in2 (λ2) ,.
The second region has a diffractive structure in which at least a first basic diffractive structure and a second basic diffractive structure are superimposed on an aspherical lens shape, and has the maximum efficiency among the diffracted light generated by the nth basic diffractive structure. the order with each, k mn1 (λ1), k mn2 (λ2), k mn3 (λ3), ..., and then,
An objective lens in which the diffractive structures of the first region and the second region satisfy the condition of the following expression (1) and the condition of the following expression (2).
(K mn1 (λ1), k mn2 (λ1), k mn3 (λ1)) ≠ (0,0, N) ··· (1)
上記第2の領域は、非球面レンズ形状に、第1基礎回折構造と第2基礎回折構造との2つの回折構造が重畳されており、
上記第1の領域と上記第2の領域との回折構造が、下記の(3)式の条件を満たす請求項1記載の対物レンズ。
In the second region, two diffractive structures of a first basic diffractive structure and a second basic diffractive structure are superimposed on an aspheric lens shape,
The objective lens according to claim 1, wherein a diffractive structure of the first region and the second region satisfies a condition of the following expression (3).
km11=0、km12=−1、km21=2、km12=1、の条件を満たす請求項2記載の対物レンズ。 The diffraction structure of the first region and the second region is
k m11 = 0, k m12 = -1, k m21 = 2, k m12 = 1, satisfies the condition according to claim 2, wherein the objective lens.
上記3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられ、上記3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームを互換して上記対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第1の領域と、上記第1の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第2の領域と、上記第2の領域の外側に設けられる第3の領域とを有し、
nを1以上の任意の整数としたとき、
上記第1の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、該第1基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11(λ1)、ki12(λ2)とし、さらに他の回折構造が存在するときには該第1基礎回折構造以降の第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、kin1(λ1)、kin2(λ2)、…、とし、
上記第2の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、kmn1(λ1)、kmn2(λ2)、kmn3(λ3)、…、とし、
上記第1の領域と上記第2の領域との回折構造が、下記の(1)式の条件と、下記の(2)式の条件とを満たす光ピックアップ。
(kmn1(λ1),kmn2(λ1),kmn3(λ1))≠(0,0,N) ・・・(1)
Provided on one surface of the optical element disposed on the optical path of the light beam of the three wavelengths λ1, λ2, λ3 or the objective lens, the light beams of the three wavelengths λ1, λ2, λ3 are interchanged and A diffractive portion for focusing on the signal recording surface of the corresponding optical disk by an objective lens,
The diffractive portion includes a first region that is provided in the innermost peripheral portion and diffracts the light beam, a second region that is provided outside the first region and diffracts the light beam, and the second region. A third region provided on the outside,
When n is an arbitrary integer of 1 or more,
The first region has a diffractive structure in which at least a first basic diffractive structure is superimposed on an aspherical lens shape, and the diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted light generated by the first basic diffractive structure. The diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted light generated by the nth basic diffractive structure after the first basic diffractive structure, when k i11 (λ1) and k i12 (λ2) exist, respectively. Respectively, k in1 (λ1), k in2 (λ2) ,.
The second region has a diffractive structure in which at least a first basic diffractive structure and a second basic diffractive structure are superimposed on an aspherical lens shape, and has the maximum efficiency among the diffracted light generated by the nth basic diffractive structure. the order with each, k mn1 (λ1), k mn2 (λ2), k mn3 (λ3), ..., and then,
An optical pickup in which the diffractive structures of the first region and the second region satisfy the condition of the following formula (1) and the condition of the following formula (2).
(K mn1 (λ1), k mn2 (λ1), k mn3 (λ1)) ≠ (0,0, N) ··· (1)
上記光ピックアップは、
少なくともλ1<λ2<λ3の関係を有する3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームが入射される対物レンズと、
上記3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームの光路上に配置される光学素子又は上記対物レンズの一方の面に設けられ、上記3つの波長λ1,λ2,λ3の光ビームを互換して上記対物レンズにより対応する光ディスクの信号記録面上に集光させる回折部とを備え、
上記回折部は、最内周部に設けられ光ビームを回折する第1の領域と、上記第1の領域の外側に設けられ光ビームを回折する第2の領域と、上記第2の領域の外側に設けられる第3の領域とを有し、
nを1以上の任意の整数としたとき、
上記第1の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造が重畳された回折構造を有し、該第1基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々ki11(λ1)、ki12(λ2)とし、さらに他の回折構造が存在するときには該第1基礎回折構造以降の第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数の回折光を各々、kin1(λ1)、kin2(λ2)、…、とし、
上記第2の領域は、非球面レンズ形状に、少なくとも第1基礎回折構造と第2基礎回折構造とが重畳された回折構造を有し、第n基礎回折構造によって生じる回折光のうち最大効率を持つ次数を各々、kmn1(λ1)、kmn2(λ2)、kmn3(λ3)、…、とし、
上記第1の領域と上記第2の領域との回折構造が、
下記の(1)の条件と、下記の(2)式の条件とを満たす光ディスク装置。
(kmn1(λ1),kmn2(λ1),kmn3(λ1))≠(0,0,N) ・・・(1)
The above optical pickup
An objective lens into which light beams of three wavelengths λ1, λ2, and λ3 having a relationship of at least λ1 <λ2 <λ3 are incident;
Provided on one surface of the optical element disposed on the optical path of the light beam of the three wavelengths λ1, λ2, λ3 or the objective lens, the light beams of the three wavelengths λ1, λ2, λ3 are interchanged and A diffractive portion for focusing on the signal recording surface of the corresponding optical disk by an objective lens,
The diffractive portion includes a first region that is provided in the innermost peripheral portion and diffracts the light beam, a second region that is provided outside the first region and diffracts the light beam, and the second region. A third region provided on the outside,
When n is an arbitrary integer of 1 or more,
The first region has a diffractive structure in which at least a first basic diffractive structure is superimposed on an aspherical lens shape, and the diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted light generated by the first basic diffractive structure. The diffracted light of the order having the maximum efficiency among the diffracted light generated by the nth basic diffractive structure after the first basic diffractive structure, when k i11 (λ1) and k i12 (λ2) exist, respectively. Respectively, k in1 (λ1), k in2 (λ2) ,.
The second region has a diffractive structure in which at least a first basic diffractive structure and a second basic diffractive structure are superimposed on an aspherical lens shape, and has the maximum efficiency among the diffracted light generated by the nth basic diffractive structure. the order with each, k mn1 (λ1), k mn2 (λ2), k mn3 (λ3), ..., and then,
The diffraction structure of the first region and the second region is
An optical disc apparatus that satisfies the following condition (1) and the following expression (2).
(K mn1 (λ1), k mn2 (λ1), k mn3 (λ1)) ≠ (0,0, N) ··· (1)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2010095391A JP2011227956A (en) | 2010-04-16 | 2010-04-16 | Object lens, optical pickup, and optical disk device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013171240A (en) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Kyocera Document Solutions Inc | Collimator lens, optical scanner and image-forming device using the same |
-
2010
- 2010-04-16 JP JP2010095391A patent/JP2011227956A/en not_active Withdrawn
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