JP3558218B2 - 色収差補正可能な対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高開口数を有する対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップに係り、より詳細には、高密度光集束を実現できるように高開口数を有すると共に、光源から出射される光の波長の変化及び/または波長線幅の増加による色収差を補正できる対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップに関する。
【0002】
【従来の技術】
光記録再生機器において記録容量は、光ピックアップ装置の対物レンズにより光ディスクに形成される光スポットの大きさにより決定される。光スポットの大きさSは波長λに比例し、対物レンズの開口数NA(Numerical Aperture)に反比例する。
【0003】
したがって、現在開発されている次世代DVD、いわゆる、HD−DVD用光ピックアップ装置(以下、高密度用光ピックアップ装置)には、光ディスクに結ばれる光スポットの大きさをさらに縮めて、従来のCDやDVD系の光ディスクから得られる情報記録密度に比べて高い情報記録密度が得られるように、青色光を出射する光源及び0.6以上の開口数を有する対物レンズが採用される場合もある。
【0004】
前記対物レンズの材料として使用するガラス及びプラスチックのような光学材料は表1のように、650nmよりも短い波長帯域で非常に険しい屈折率の変化を示す。
【0005】
表1は、対物レンズモールディング用ガラス材料として用いられるHoya社のM−BaCD5Nの波長による屈折率の変化を示す。
【0006】
【表1】
【0007】
表1から分かるように、光学材料は、1nm程度の小さな波長変化に対して、DVD用光ピックアップ装置に使われる650nm波長に比べて短い青色波長帯域、例えば、405nm波長帯域で4倍程度大きい屈折率の変化を示す。
【0008】
このような青色光に対する光学材料の急激な屈折率の変化は、青色波長光源を使用する記録及び再生が反復される記録可能な高密度用光記録再生機器において集束ずれに係る性能劣化の主要な原因となる。
【0009】
すなわち、記録可能型光記録再生機器では、相異なる記録光パワー及び再生光パワーを使用するが、このような記録/再生光出力パワーの変動による波長変動は、青色光源の場合、例えば、約0.5〜1nmである。通常、光源の出力を高めればその光源から出射される光の波長は長くなる。したがって、青色光源を採用した高密度用光ピックアップ装置の場合には、基準波長に対して設計された対物レンズで記録/再生光出力の転換時に波長変化による色収差がかなり生じて集束ずれが誘発される。
【0010】
例えば、図1ないし図3から分かるように、405nmに対して設計された開口数0.65の対物レンズ装置は1nm程度の微少な波長変化に対して大きい波面収差及び集束ずれを示す。図1は、記録/再生時の光出力パワーの変動による集束ずれに係る光ディスクに結ばれる光スポットの強度を示すグラフであり、図2及び図3は、各々波長変化に係る開口数0.65の対物レンズ装置の波面収差(Optical Path Difference: OPD)及び集束ずれ量を示すグラフである。
【0011】
波長変動による集束ずれは対物レンズ装置を調整して補正が可能であるが、アクチュエータで対物レンズ装置を駆動して波長変動を追従するのに相対的に長時間がかかるので、この時間中には再生及び記録信号の品質が悪くなる。記録のための出力増加時の集束ずれは記録光パワーの不足をもたらし、再生のための出力減少時の集束ずれはジッタを増やす。
【0012】
すなわち、光ディスクに情報を記録するために光源の出力を増やせば光源から出射される光の波長が、例えば、406nmに長くなって光ディスクに結ばれる光スポットは集束ずれが生じてアクチュエータがこれを追従するまでは正常に記録を行えない。そして、再生のために光源の出力を減らせば、光源の波長が、例えば、405nmに短くなり、この場合にもアクチュエータは長くなった波長に合わせて追従した状態であるため、再び集束ずれが起こる。このような集束ずれにより再生信号にはジッタが増える。
【0013】
また、光ディスクから光源に戻る光による光源のフィードバックノイズを減らすために光源をHF(High Frequency)で駆動すれば、光源の波長の線幅が、例えば、1nm程度に広くなり、これによる色収差が再生信号を劣化させる。
【0014】
したがって、反復記録可能な高密度用光ピックアップ装置は、記録及び再生出力の変動に係る光源から出射される光の波長が変わってもこれによる色収差の発生を抑制または補償できる光学系構造を有する必要がある。
【0015】
従来、色収差の補正機能を有する2枚のレンズよりなる対物レンズ装置が特開平10−123410号公開公報に提案されている。
【0016】
図4を参照すれば、従来の対物レンズ装置は、アッベ数40以上の低分散ガラスで少なくともその一面が非球面になるように形成された第1及び第2レンズ1、4より構成され、波長635nmの光に対して色収差補正及び高開口数を実現できるようになっている。色収差はディスク6と光を集束する第2レンズ4との間に備えられた第1レンズ1により補正され、対物レンズ装置は0.7以上の開口数を有する。図4中、参照番号2は光入射領域を制限するしぼりである。
【0017】
ところが、前記従来の対物レンズ装置は2群2枚のレンズ構成を有し、アッベ数40以上の低分散ガラスを使用するために、波長635nmの光に対しては色収差補正及び高開口数の実現が可能であるが、青色光に対しては色収差を補正しつつ高開口数を実現し難い。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような点を勘案して案出されたものであって、高開口数を実現できると共に、青色光に対して色収差補正が可能な対物レンズ装置及びこれを採用した光ピックアップを提供することにその目的がある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る対物レンズ装置は、d線におけるアッベ数45以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで3枚のレンズよりなり、前記3枚のレンズの少なくとも一面が非球面であることを特徴とする。
【0020】
この時、前記3枚のレンズのうち少なくとも一枚は正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレンズは正のパワーを有する一レンズと二重接合された2群3枚の構造よりなることが望ましい。
【0021】
前記3枚のレンズは、光が入射する側から正のパワーを有する第1レンズ、負のパワーを有する第2レンズ、正のパワーを有する第3レンズよりなりうる。
【0022】
一方、前記負のパワーを有する第2レンズの焦点距離をfn、全体の焦点距離をfとする時、
【数5】
を満足するようになったことが望ましい。
【0023】
前記目的を達成するための本発明に係る光ピックアップは、光を生成出射する光源と、前記光源側から入射された光を集束させて記録媒体の光スポットに結ばせる対物レンズ装置と、前記光源と対物レンズ装置との間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する光路変換手段と、前記記録媒体で反射された後、前記対物レンズ装置及び光路変換手段を経由して入射された光を受光する光検出器とを含み、前記対物レンズ装置は、d線におけるアッベ数45以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで3枚のレンズよりなり、前記3枚のレンズの少なくとも一面が非球面であることを特徴とする。
【0024】
ここで、前記光源は約400nmないし420nm波長の光を出射し、前記対物レンズ装置は、0.70以上の開口数を有することが望ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
図5を参照すれば、本発明に係る対物レンズ装置10は、光が入射する側から第1ないし第3レンズ11、13、15よりなり、前記第1ないし第3レンズ11、13、15のうち少なくとも一枚のレンズがd線におけるアッベ数45以下、望ましくは35以下のガラスまたはプラスチック材質より形成され、負のパワーを有するようになっており、前記第1ないし第3レンズ11、13、15の少なくとも一面、例えば、第3レンズ15の光が入射側に向かう面15aが非球面になっている。
【0026】
また、本発明に係る対物レンズ装置10は、例えば、負のパワーを有する第2レンズ13の焦点距離をfn、その対物レンズ装置10の全体の焦点距離をfとする時、数式1を満足するように形成される。
【0027】
(数式1)
【数6】
【0028】
図5は、前記第2レンズ13が負のパワーを有し、前記第1及び第3レンズ11、15が各々正のパワーを有するように形成され、前記第1レンズ11が第2レンズ13と二重接合された構造となって、本発明に係る対物レンズ装置10が2群3枚のレンズより構成された例を示す。ここで、参照番号30は、例えば、次世代DVD系の記録媒体である。
【0029】
前記のように構成された本発明に係る対物レンズ装置10は、後述する光学的具体設計例から分かるように、0.70以上の高開口数を実現すると共に青色波長領域での色収差を補正できる。
【0030】
図6は、本発明に係る対物レンズ装置10を採用した光ピックアップ装置の一実施例を示す図面である。
【0031】
図面を参照すれば、本発明の一実施例に係る光ピックアップ装置は、光源51と、入射光の進行経路を変換する光路変換手段と、前記光源51側から入射された光を集束して記録媒体30に光スポットを形成する本発明に係る対物レンズ装置10と、前記記録媒体30で反射された後、光路変換手段を経由して入射された光を受光する光検出器73とを含んでなる。
【0032】
前記光源51としては、約400nmないし420nm波長の光、望ましくは、約405nm波長の光を出射する青色半導体レーザーを具備する。前記半導体レーザーには端面発光型レーザー(edge emitting laser)及び面発光型レーザー(vertical cavity surface emitting laser)がある。
【0033】
前記光路変換手段は、光源51と対物レンズ装置10との間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する。前記光路変換手段は、図6に示したように、望ましくは、入射光を偏光によって選択的に透過または反射させる偏光ビームスプリッタ57と、入射光の位相を変える1/4波長板59とよりなる。ここで、前記光路変換手段として、入射光を所定の割合で透過及び反射させるビームスプリッタ(図示せず)を具備することもできる。
【0034】
前記対物レンズ装置10は、図5を参照して前述したような構成を有し、次世代DVD系の記録媒体のような高密度記録媒体30の記録/再生できる光スポットを形成するように0.7以上、望ましくは0.85の開口数を有する。ここで、前記記録媒体30は、次世代DVD系の記録媒体であることが望ましい。この記録媒体は、例えば、0.1mmの厚さを有することができる。
【0035】
前記光検出器73は、前記記録媒体30で反射された光を受光して情報信号及び誤差信号などを検出する。
【0036】
前記光源51と光路変換手段との間の光路上にはコリメーティングレンズ53がさらに備えられていることが望ましい。前記コリメーティングレンズ53は光源51から出射された発散光を集束させて平行光にする。図6に示したように、光源51と光路変換手段との間の光路上にコリメーティングレンズ53を配置する場合、光路変換手段と光検出器73との間には集束レンズ71がさらに設けられる。
【0037】
一方、前記光源51として端面発光型レーザーを採用する場合、相対的に低い出力でも情報が記録できるように、前記コリメーティングレンズ53と光路変換手段との間の光路上にはビーム整形プリズム55をさらに具備することが望ましい。このビーム整形プリズム55は、端面発光型レーザーから出射される楕円形ビームを円形ビームに整形する。前記ビーム整形プリズム55は、光源51とコリメーティングレンズ53との間に配置される場合もある。ここで、前記光源51として略円形のビームを出射する面発光型レーザーを採用する場合には、図6の光学系でビーム整形プリズム55は除去される。
【0038】
ここで、参照番号73はセンシングレンズ(sensing lens)であって、例えば、非点収差法により集束エラー信号を検出する場合、前記センシングレンズ73として、入射された光に非点収差を起こす非点収差レンズを具備する場合もある。
【0039】
前記のような本発明に係る光ピックアップ装置は、青色光に対して高開口数の実現及び色収差補正が可能な対物レンズ装置10を備えるので、次世代DVD系の記録媒体を記録再生できる。
【0040】
したがって、再生及び記録モード変換時の光出力量の変化による前記光源51から出射される光の波長変化及び/または前記光源51をHFで駆動することによって波長線幅が増え、それにより生じた色収差は前記対物レンズ装置10で補正されるので、前記対物レンズ装置10及び青色光源を採用した本発明に係る光ピックアップは次世代DVD系の記録媒体に対して良質の記録及び/または再生を行える。
【0041】
ここで、図6は本発明に係る対物レンズ装置10を採用した光ピックアップ装置の一実施例を示すものであって、本発明に係る光ピックアップ装置は図6の光学的構成に限定されない。
【0042】
以下、本発明に係る対物レンズ装置10の青色光に対する色収差の補正効果を確認するために、本発明に係る対物レンズ装置10の第1ないし第4光学的設計例を説明する。以下の第1ないし第4光学的設計例は、本発明に係る対物レンズ装置10が正のパワーを有する第1レンズ11、負のパワーを有する第2レンズ13及び正のパワーを有する第3レンズ15よりなり、第3レンズ15の光が入射される側の一面15aが非球面で形成され、基準波長405nm、記録媒体51の厚さ0.1mmに対して1.765mmの全体の焦点距離を有し、入射ひとみの直径が3.0mmである平行光が入射され、0.70以上の開口数を有する場合に対するものである。
【0043】
表2及び図7は、本発明に係る対物レンズ装置10の第1光学的設計例であり、図8は、表2の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置10の収差図である。表3及び図9は、本発明に係る対物レンズ装置10の第2光学的設計例であり、図10は、表3の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置10の収差図である。また、表4及び図11は、本発明に係る対物レンズ装置10の第3光学的設計例であり、図12は、表4光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置10の収差図である。
【0044】
【表2】
【0045】
【表3】
【0046】
【表4】
【0047】
表2ないし表4から分かるように、本発明に係る対物レンズ装置10の第1ないし第3光学的設計例では、負のパワーを有する第2レンズ13をアッベ数27.5のガラス材質で形成し、第2レンズ13の焦点距離を各々−3.725mm、−3.402mm、−2.713mmに設計した。
【0048】
表2ないし表4の光学的データを有する対物レンズ装置10の収差図である図8、図10、図12から分かるように、前記対物レンズ装置10では光源51の出射光波長が基準波長405nmから外れて406nmに変わる場合にも収差がほとんど生じない。
【0049】
表5及び図13は、本発明に係る対物レンズ装置10の第4光学的設計例であり、図14は、表5の光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置10の収差図である。
【0050】
【表5】
【0051】
表5から分かるように、本発明に係る対物レンズ装置10の第4光学的設計例では負のパワーを有する第2レンズ13をd線におけるアッベ数31.2のガラス材質より形成し、第2レンズ13の焦点距離を−3.933mmに設計した。
【0052】
表5のような光学的データを有する本発明に係る対物レンズ装置10では、図14から分かるように、光源51の出射光波長が基準波長405nmから外れて406nmに変わる場合にも収差がほとんど生じない。
【0053】
前記非球面S14、S24、S34、S44に対する非球面式は非球面の頂点からの深さをZとする時、数式2のように示すことができる。
【0054】
(数式2)
【数7】
【0055】
表2ないし表5、数式2で、Kは前記第3レンズ15の非球面S14、S24、S34、S44の円錐定数、A〜Jは非球面係数である。そして、hは光軸からの高さ、cは曲率である。
【0056】
以上の光学的設計例を通じて確認したように、本発明に係る対物レンズ装置10は青色光に対して色収差補正機能を有する。
【0057】
したがって、本発明に係る対物レンズ装置10を青色光源を使用する次世代DVD系の記録媒体用光ピックアップ装置に採用すれば、良好な記録及び/または再生信号が得られる。
【0058】
【発明の効果】
前記のような本発明に係る対物レンズ装置は、d線におけるアッベ数45以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで3枚のレンズよりなり、この3枚のレンズの少なくとも一面が非球面に形成されるので、高開口数を実現できると共に青色光に対して色収差を補正できる。
【0059】
したがって、このような本発明に係る対物レンズ装置を採用した光ピックアップを用いれば、良好な記録及び/または再生が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】記録/再生時の光出力パワーの変動による集束ずれに係る記録媒体に結ばれる光スポットの強度を示すグラフ。
【図2】波長変化による開口数0.65の対物レンズ装置の波面収差を示すグラフ。
【図3】波長変化による開口数0.65の対物レンズ装置の集束ずれ量を示すグラフ。
【図4】従来の対物レンズ装置の一例を示す図。
【図5】本発明の望ましい実施例に係る対物レンズ装置を概略的に示す図。
【図6】本発明に係る対物レンズ装置を採用した光ピックアップの一実施例を概略的に示す図。
【図7】表2のような本発明の第1光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図8】表2の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
【図9】表3のような本発明の第2光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図10】表3の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
【図11】表4のような本発明の第3光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図12】表4の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
【図13】表5のような本発明の第4光学的設計例に係る対物レンズ装置の構造を示す図。
【図14】表5の光学的データで設計された本発明に係る対物レンズ装置の収差を示す図。
Claims (8)
- 前記3枚のレンズのうち少なくとも一枚は正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレンズは、正のパワーを有する一つのレンズと二重接合され、2群3枚の構造よりなることを特徴とする請求項1に記載の対物レンズ装置。
- 前記負のパワーを有するレンズは、d線におけるアッベ数45以下のガラスまたはプラスチック材質より形成されたことを特徴とする請求項1に記載の対物レンズ装置。
- 前記3枚のレンズは、光が入射する側から正のパワーを有する第1レンズ、負のパワーを有する第2レンズ、正のパワーを有する第3レンズであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか一項に記載の対物レンズ装置。
- 光を生成出射する光源と、
前記光源側から入射された光を集束させて記録媒体の光スポットに結ばせる対物レンズ装置と、
前記光源と対物レンズ装置との間の光路上に配置されて入射光の進行経路を変換する光路変換手段と、
前記記録媒体で反射された後、前記対物レンズ装置及び光路変換手段を経由して入射された光を受光する光検出器とを有し、
前記対物レンズ装置は、
d線におけるアッベ数45以下の材質で形成された負のパワーを有するレンズを含んで3枚のレンズよりなり、前記3枚のレンズの少なくとも一面が非球面とされ、前記対物レンズ装置は、前記負のパワーを有するレンズの焦点距離をfn、全体の焦点距離をfとする時、下記の式を満足するように設けられ、
前記対物レンズ装置は、0 . 70以上の開口数を有することを特徴とする光ピックアップ。 - 前記対物レンズ装置の3枚のレンズのうち少なくとも一枚のレンズは正のパワーを有し、前記負のパワーを有するレンズは、正のパワーを有する一枚のレンズと接合された二重接合構造よりなることを特徴とする請求項5に記載の光ピックアップ。
- 前記負のパワーを有するレンズはd線におけるアッベ数45以下のガラスまたはプラスチック材質より形成されたことを特徴とする請求項5に記載の光ピックアップ。
- 前記対物レンズ装置は、光が入射する側から正のパワーを有する第1レンズ、負のパワーを有する第2レンズ、正のパワーを有する第3レンズよりなることを特徴とする請求項5ないし請求項7のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ。
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