WO2010073826A1 - 光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 - Google Patents

光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置 Download PDF

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博之 新藤
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コニカミノルタオプト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an objective lens for an optical pickup device and an optical pickup device capable of recording and / or reproducing information with respect to an optical disc.
  • BDs Blu-ray Discs
  • optical discs such as DVD (Digital Versatile Disc) and CD (Compact Disc) and blue-violet laser light with a wavelength of about 400 nm.
  • DVD Digital Versatile Disc
  • CD Compact Disc
  • blue-violet laser light with a wavelength of about 400 nm.
  • the optical system is configured for the purpose of ensuring compatibility between optical discs of different standards, ensuring the amount of light flux used for each optical disc, and correcting aberrations.
  • a technique for providing a diffractive structure on an optical surface of an optical element is known.
  • the optical disc when the position where unnecessary diffracted light passes through the objective lens and intersects with the optical axis overlaps with the position where normal diffracted light used for use passes through the objective lens and intersects with the optical axis, the optical disc
  • the spot diameter of the condensed spot on the information recording surface is increased and the apparent numerical aperture NA is lowered.
  • the paraxial condensing position of unnecessary diffracted light overlaps the paraxial condensing position of regular diffracted light that is used, the phase of both diffracted lights coincides at the condensing spot. The problem of diameter expansion becomes more prominent.
  • Unnecessary diffracted light reflected by the information recording surface of the optical disk may enter the sensor for detecting reflected light, which causes noise in the RF signal and causes reading errors in the recording / reproducing signal.
  • An RF signal is a signal on which information is superimposed, and this signal is processed to restore information.
  • Patent Document 1 is mainly applied to a condensing optical system for CD, and is intended for an optical disk having a single information recording surface. DVDs and BDs provided with an information recording layer have also been developed. Such an optical disk is called a multilayer disk.
  • unnecessary diffracted light is other than the specific information recording layer.
  • the reflected light is received by the photodetector, noise is generated in various signals output from the photodetector, and appropriate focus detection and tracking operations are performed. There is a risk that playback cannot be performed.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing a locus of a light beam that has passed through the objective lens.
  • the objective lens OBJ has a diffractive structure on the optical surface S1 on the light source side.
  • FIG. 1 shows a state in which normal diffracted light (m-th order diffracted light) is focused on the L0 layer in a dual-layer disc DVD.
  • unnecessary diffraction light having the highest diffraction efficiency among unnecessary diffraction lights has a diffraction angle close to that of normal diffraction light. Therefore, the paraxial focusing position is close to the L1 layer adjacent to the L0 layer.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an objective lens for an optical pickup device and an optical pickup device capable of appropriately recording / reproducing information with respect to a multilayer disk.
  • An objective lens for an optical pickup device wherein a light source that emits a light beam having a wavelength ⁇ and a light beam from the light source are condensed on any information recording layer of an optical disc having a plurality of information recording layers.
  • the objective lens has a diffractive structure on an optical surface, and the diffractive structure has the highest diffraction efficiency of the m-th order diffracted light and the m-th order diffracted light next to the diffraction efficiency when the light beam having the wavelength ⁇ is incident.
  • Information is recorded / reproduced using the m-th order diffracted light that is generated on the information recording layer and generates high n-th order diffracted light
  • the distance between the paraxial condensing position of the m-th order diffracted light and the paraxial condensing position of the n-th order diffracted light is L, and the information recording layer closest to the objective lens in the optical disc and the information farthest from the objective lens When the distance from the recording layer is d, L / d ⁇ 1.5 (1) It is characterized by that.
  • the paraxial focusing position of the n-th order diffracted light is separated from the information recording layer different from the information recording layer to record / reproduce information by satisfying the expression (1), the light Noise in the signal output from the detector can be reduced, and appropriate information can be recorded / reproduced.
  • the number of information recording layers is not limited to two but may be three or more.
  • An optical pickup device has the objective lens according to claim 1.
  • an objective lens for an optical pickup device and an optical pickup device capable of appropriately recording / reproducing information with respect to a multilayer disk.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of the optical pickup apparatus PU1 of the present embodiment that can appropriately record / reproduce information with respect to a dual-layer DVD that is an optical disk.
  • the objective lens OBJ has a diffractive structure on the optical surface on the light source side.
  • the main beam (0th order diffracted light) for recording / reproducing is divided into three beams, but for the convenience of explanation, it will be explained as a single light beam.
  • the light beam that has passed through the diffraction grating D further enters the polarization beam splitter PBS.
  • the divergent light beam incident on the polarization beam splitter PBS is reflected by the polarization-selective reflection film M on the inner slope, is made into a substantially parallel light beam by the collimator lens CL, passes through the quarter-wave plate QWP, and is linearly polarized (for example, S-polarized light is converted to circularly-polarized light, passes through the aperture AP, and enters the objective lens OBJ.
  • the regular diffracted light collected by the objective lens OBJ becomes a spot formed on the L0 layer of the DVD through a protective substrate having a thickness of 0.6 mm.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the L0 layer is again transmitted through the objective lens OBJ and the aperture AP, and then converted from circularly polarized light to linearly polarized light (for example, P-polarized light) by the quarter wave plate QWP.
  • the polarization beam splitter PBS After being transmitted through the polarization beam splitter PBS, it converges on the light receiving surface of the photodetector PD via the sensor lens SN in a state of being separated into a main beam and a sub beam.
  • the information recorded on the DVD can be read by focusing or tracking the objective lens OBJ by an actuator (not shown) using the output signal of the photodetector PD.
  • FIG. 6 shows the result of calculating the amount of light received by the light detector PD.
  • the paraxial condensing position of the unnecessary diffracted light is a distance L from the condensing position of the normal diffracted light
  • the received light amount of the unnecessary diffracted light is a ratio ⁇ to the received light amount of the normal diffracted light.
  • the interval (referred to as interlayer thickness) d of the information recording layer of the dual-layer DVD is determined by the standard and is constant.
  • the interlayer thickness is 55 ⁇ m, if L / d ⁇ 1.5, it is avoided that the reflected light from the other layers of the unwanted diffracted light is condensed on the photodetector in the multilayer disk including the optical disk other than the DVD. I understand that I can do it.
  • the present inventor satisfies the expression (1), so that the paraxial focusing position of the first-order diffracted light is separated from the information recording layer different from the information recording layer to record / reproduce information. It has been found that noise in the signal output from the device PD can be reduced, whereby appropriate information recording / reproduction can be performed.
  • Tables 1 to 3 show lens data according to the comparative example and the example. Table 1 shows common data, Table 2 shows surface coefficients, and Table 3 shows diffraction surface coefficients (S1 surface).
  • phase difference Aspherical shape (distance in the direction along the optical axis from the apex of the aspherical surface)
  • ⁇ conic coefficient
  • ⁇ conic coefficient
  • a i (i 4, 6, 8, 10, 12, 14): aspheric coefficient
  • a diffractive structure is formed on the S1 surface of the objective lens, and this diffractive structure is imparted to the transmitted wavefront.
  • the phase difference is expressed by a phase difference function ⁇ [radian] obtained by substituting the coefficients shown in Table 3 into Equation (3).
  • ⁇ r / r p
  • B j 2, 4, 6, 8, 10

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Abstract

　本発明は、多層ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行うことができる光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供する。 　対物レンズＯＢＪは、光学面に回折構造を有し、この回折構造は、波長λの光束が入射したときに、最も回折効率の高いｍ次回折光と、ｍ次回折光の次に回折効率の高いｎ次回折光とを発生し、光ディスクの情報記録層に集光したｍ次回折光を用いて情報の記録／再生を行うようになっており、 　ｍ次回折光の近軸集光位置と、ｎ次回折光の近軸集光位置との距離をＬとし、また光ディスクにおける対物レンズＯＢＪに最も近い情報記録層と、対物レンズＯＢＪから最も遠い情報記録層との間隔をｄとした時に、 　Ｌ／ｄ　≧　１．５　　　　（１） を満たすようにしたので、ｎ次回折光の近軸集光位置が、情報を記録／再生しようとする情報記録層とは異なる情報記録層から離れるので、光検出器ＰＤから出力される信号中のノイズを低減できる。

Description

光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置
　本発明は、光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置に関する。
　近年、ＤＶＤ（デジタルヴァーサタイルディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の光ディスクや、波長４００ｎｍ程度の青紫色レーザ光を用いることにより記録密度を高め、記憶容量を大きくしたいわゆるＢｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（以下ＢＤという）等の各種光ディスクに対する情報の記録／再生に用いられる光ピックアップ装置においては、異なる規格の光ディスク間の互換性確保及び各光ディスクに用いる光束の光量確保や収差補正を目的として、光学系を構成する光学素子の光学面に回折構造を設ける技術が知られている。
　ところで、一般に、光束が回折構造を通過する際には複数の回折次数の回折光が発生し、これら回折光のうち、回折効率が最も高い次数の回折光（以下、「正規回折光」という）を利用して光ディスクの記録／再生を行っているが、回折効率が低く利用に供されない残りの次数の回折光（以下、「不要回折光」という）が、光ピックアップ装置の動作に悪影響を与えるという問題がある。
　具体的には、不要回折光が対物レンズを通過して光軸と交わる位置と、利用に供される正規回折光が対物レンズを通過して光軸と交わる位置とが重なる場合には、光ディスクの情報記録面上における集光スポットのスポット径が拡がり、見かけの開口数ＮＡが低下するという問題がある。特に、不要回折光の近軸集光位置が、利用に供される正規回折光の近軸集光位置と重なる場合には、両回折光の位相が集光スポットにおいて一致することになり、スポット径拡大の問題がより顕著となる。
　また、不要回折光が対物レンズを通過して光軸と交わる位置が、利用に供される正規回折光が対物レンズを通過して光軸と交わる位置に対して近接している場合には、光ディスクの情報記録面で反射した不要回折光が、反射光検出用のセンサーに入射してしまうことがあり、それによりＲＦ信号にノイズが混じり、記録／再生信号の読み取り誤差が生じる。ＲＦ信号とは、情報が重畳された信号であり、この信号を処理して情報を復元する。
　これに対し、特許文献１に開示された技術によれば、対物レンズを含めた回折光学素子により光ディスクの情報面に集光され情報の記録／再生を行う正規回折光の回折次数とは異なる次数を持った不要回折光の近軸集光位置を、正規回折光の近軸集光位置に対して規定することにより、かかる問題を解消している。この規定により不要回折光と正規回折光の近軸集光位置とが光軸上で一致せず離れた状態とする事ができ、集光スポットのスポット径の拡大を防止できる。
特開２００７－２８０６００号公報
　ところで、特許文献１の技術は、主としてＣＤ用の集光光学系に適用されるものであり、単一の情報記録面を有する光ディスクを対象としているが、データの大容量化を図るべく複数の情報記録層を設けたＤＶＤやＢＤも開発されている。このような光ディスクを多層ディスクと呼ぶ。ここで、特許文献１の技術を適用した集光光学系を用いて、多層ディスクの特定の情報記録層に対して正規回折光を集光させる場合、不要回折光が、特定の情報記録層以外の情報記録層に集光してしまい、その反射光が光検出器に受光されると、光検出器から出力される各種信号にノイズが発生し、適切なフォーカス検出やトラッキング動作、及び情報の再生等を行えない恐れがある。
　より具体的に上記の問題を説明する。図１、２は、対物レンズを通過した光束の軌跡を示す図である。対物レンズＯＢＪは、光源側の光学面Ｓ１に回折構造を有しているものとする。図１では、２層ディスクのＤＶＤにおいて、Ｌ０層に正規回折光（ｍ次回折光）が集光されている状態を示す。ここで、一般的には図２に示すように、不要回折光の内、最も回折効率の高い不要回折光（例えばｎ＝（ｍ－１）次光）は、正規回折光に近い回折角を有するため近軸集光位置がＬ０層に隣接するＬ１層に近い位置になる。しかるに、対物レンズＯＢＪの回折構造の設計によっては、この（ｍ－１）次回折光の内、特に光軸近傍を通過した不要回折光がＬ１層に集光する恐れがある。実施例と対比して後述する比較例の場合、図３のスポットダイヤグラムに示すように、Ｌ１層で反射した不要回折光の近軸近傍の光線が光検出器の受光面ＲＰに集光してしまい、図４に示すように、光検出器の出力に基づいて演算されるＲＦ信号にノイズが生じてしまうこととなる。
　本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、多層ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行うことができる光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の光ピックアップ装置用の対物レンズは、波長λの光束を出射する光源と、前記光源からの光束を、複数の情報記録層を有する光ディスクのいずれかの情報記録層に集光させる対物レンズと、前記情報記録層で反射した光束を受光する光検出器とを有する光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
　前記対物レンズは、光学面に回折構造を有し、前記回折構造は、前記波長λの光束が入射したときに、最も回折効率の高いｍ次回折光と、前記ｍ次回折光の次に回折効率の高いｎ次回折光とを発生し、前記情報記録層に集光した前記ｍ次回折光を用いて情報の記録／再生を行うようになっており、
　前記ｍ次回折光の近軸集光位置と、前記ｎ次回折光の近軸集光位置との距離をＬとし、また光ディスクにおける前記対物レンズに最も近い情報記録層と、前記対物レンズから最も遠い情報記録層との間隔をｄとした時に、
　Ｌ／ｄ　≧　１．５　　　　（１）
としたことを特徴とする。
　本発明によれば、（１）式を満たすことにより、前記ｎ次回折光の近軸集光位置が、情報を記録／再生しようとする情報記録層とは異なる情報記録層から離れるので、前記光検出器から出力される信号中のノイズを低減でき、これにより適切な情報の記録／再生を行うことができる。尚、情報記録層の数は、２層に限らず３層以上であっても良い。
　請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の対物レンズを有することを特徴とする。
　本発明によれば、多層ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行うことができる光ピックアップ装置用の対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供することが可能になる。
対物レンズを通過した正規回折光の軌跡を示す図である。 対物レンズを通過した不要回折光の軌跡を示す図である。 比較例のスポットダイヤグラムを示す図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 比較例において光検出器の出力に基づいて演算されるＲＦ信号の波形を示す図である。 ２層タイプのＤＶＤに対して適切に情報の記録／再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を示す概略図である。 ２層タイプのＤＶＤにおいて、正規回折光がＬ０層に集光している場合に、不要回折光の近軸集光位置を変えた場合のＬ１層で反射した不要回折光の光検出器ＰＤでの受光光量を計算した結果を、縦軸にα、横軸にＬをとって示す図である。 実施例のスポットダイヤグラムを示す図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。 実施例において光検出器の出力に基づいて演算されるＲＦ信号の波形を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図５は、光ディスクである２層タイプのＤＶＤに対して適切に情報の記録／再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を示す概略図である。
　図２において、光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物レンズＯＢＪ、絞りＡＰ、１／４波長板ＱＷＰ、コリメートレンズＣＬ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、回折格子Ｄ、波長λ＝６５８ｎｍのレーザ光束を射出する光源である赤色半導体レーザＬＤ１、センサレンズＳＮ、光検出器ＰＤを有する。
　対物レンズＯＢＪは、光源側の光学面に回折構造を有し、この回折構造は、波長λ＝６５８ｎｍの光束が入射したときに、最も回折効率の高いｍ＝２次回折光（正規回折光）と、その次に回折効率が高いｎ＝１次回折光等を発生し、２次回折光の近軸集光位置と、１次回折光の近軸集光位置との距離をＬとし、またＤＶＤの情報記録層の間隔をｄとした時に、
　Ｌ／ｄ　≧　１．５　　　　（１）
を満たす。
　ここでは、Ｌ０層に情報を記録／再生するものとする。赤色半導体レーザＬＤ１から例えばＳ偏光の状態で射出された第１光束（λ＝６５８ｎｍ）の発散光束は、回折格子Ｄによりトラッキングエラー信号検出に必要な２つのサブビーム（±１次回折光）と情報の記録・再生を行うメインビーム（０次回折光）の３つのビームに分けられるが、説明の都合上、単一の光束として説明する。回折格子Ｄを通過した光束は、更に偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。
　偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射した発散光束は、内部斜面の偏光選択性反射膜Ｍで反射され、コリメートレンズＣＬにより略平行光束とされた後、１／４波長板ＱＷＰを通過して直線偏光（例えばＳ偏光）から円偏光に変換され、絞りＡＰを透過して、対物レンズＯＢＪに入射する。ここで、対物レンズＯＢＪにより集光された正規回折光は、厚さ０．６ｍｍの保護基板を介して、ＤＶＤのＬ０層上に形成されるスポットとなる。
　Ｌ０層上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＡＰを透過した後、１／４波長板ＱＷＰにより円偏光から直線偏光（例えばＰ偏光）に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した後、センサレンズＳＮを介して光検出器ＰＤの受光面上に、メインビームとサブビームに分離した状態で収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて、不図示のアクチュエータにより対物レンズＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
　本実施の形態で用いた２層タイプのＤＶＤにおいて、正規回折光がＬ０層に集光している場合に、不要回折光の近軸集光位置を変えた場合のＬ１層で反射した不要回折光の光検出器ＰＤでの受光光量を計算した結果を図６に示す。尚、不要回折光の近軸集光位置は正規回折光の集光位置からの距離Ｌとし、不要回折光の受光光量は正規回折光の受光光量に対する比αとした。図６から明らかなように、距離Ｌが増大すると不要回折光の受光光量が低下することがわかる。一方、２層タイプＤＶＤの情報記録層の間隔（層間厚みという）ｄは規格で決まっており、一定である。
　本発明者は、Ｌ０層とＬ１層の層間厚みを５５μｍとしてシミュレーションを行った。図４で示す波形が得られた仕様と同様に、Ｌ＝６２μｍで設計、作製された対物レンズを使用している。従って、図６からＬ＝６２μｍ時のαは２．５％であり、このレベルだと問題となる恐れがある。少なくともノイズは図４のＲＦ信号波形で半分以下に抑える必要があり、そうすると図６からＬ≧８０μｍが有効と判断される。本例では、層間厚みが５５μｍなので、Ｌ／ｄ≧１．５とすればＤＶＤ以外の光ディスクも含めた多層ディスクにおいて、不要回折光の他層反射光が光検出器に集光する事を回避できることがわかる。
　以上より本発明者は、（１）式を満たすことにより、１次回折光の近軸集光位置が、情報を記録／再生しようとする情報記録層とは異なる情報記録層から離れるので、光検出器ＰＤから出力される信号中のノイズを低減でき、これにより適切な情報の記録／再生を行うことができることを見出した。
（実施例）
　以下、上述した実施の形態に用いることができる実施例について説明する。表１～３に、比較例と実施例にかかるレンズデータを示す。表１は共通データ、表２は面係数、表３は回折面係数（Ｓ１面）を表す。表２と表３の中で、（ａ）はＬ＝６２μｍの比較例の対物レンズを示し、（ｂ）はＬ＝９０μｍの実施例の対物レンズを示している。表２中で、１０の乗数（例えば２．５×１０－３）をＥ（例えば２．５Ｅ－０３）を用いて表している。比較例、実施例とも対物レンズの光学面（Ｓ１面：光源側、Ｓ２面：光ディスク側）は、それぞれ（２）式に表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離）
ｒ：光軸からの距離
ｃ：曲率（表２の曲率半径ｒｃとｃ＝１／ｒｃなる関係がある）
κ：コーニック係数
Ａｉ（ｉ＝４，６，８，１０，１２，１４）：非球面係数
　また、対物レンズのＳ１面には回折構造が形成されており、この回折構造は透過波面に付与される位相差で表される。その位相差は（３）式に表３の係数を代入した位相差関数Φ［ｒａｄｉａｎ］で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
但し、
Ｍ：回折次数
ρ：規格化瞳半径（ρ＝ｒ／ｒｐにて定義される）
Ｂｊ（ｊ＝２，４，６，８，１０）；回折面係数
　比較例において、次数ｍ＝２、次数ｎ＝１、Ｌ／ｄ＝１．１３であり、実施例において、次数ｍ＝２、次数ｎ＝１、Ｌ／ｄ＝１．６４である。
　図７は、Ｌ＝９０μｍとなるように設計した実施例の対物レンズにて、図３と同一条件での不要回折光のスポットダイヤグラムを示しているが、図３に示す比較例と比べて、不要回折光が光検出器の受光面ＲＰ上に集光していない事が分かる。更に、実際にＬ＝９０μｍの対物レンズを作製し、２層タイプのＤＶＤでの検証を行った。その結果、図８に示すように、光検出器からの出力に基づくＲＦ信号のノイズ成分が、図４に示す比較例と比べて十分抑制され問題ない波形が得られる事が確認された。
　ＡＰ　絞り
　ＣＬ　コリメートレンズ
　Ｄ　回折格子
　ＬＤ１　赤色半導体レーザ
　Ｍ　偏光選択性反射膜
　ＯＢＪ　対物レンズ
　ＰＤ　光検出器
　ＰＢＳ　偏光ビームスプリッタ
　ＰＵ１　光ピックアップ装置
　ＱＷＰ　１／４波長板
　ＳＮ　センサレンズ

Claims (2)

  1. 　波長λの光束を出射する光源と、前記光源からの光束を、複数の情報記録層を有する光ディスクのいずれかの情報記録層に集光させる対物レンズと、前記情報記録層で反射した光束を受光する光検出器とを有する光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
    　前記対物レンズは、光学面に回折構造を有し、前記回折構造は、前記波長λの光束が入射したときに、最も回折効率の高いｍ次回折光と、前記ｍ次回折光の次に回折効率の高いｎ次回折光とを発生し、前記情報記録層に集光した前記ｍ次回折光を用いて情報の記録／再生を行うようになっており、
    　前記ｍ次回折光の近軸集光位置と、前記ｎ次回折光の近軸集光位置との距離をＬとし、また光ディスクにおける前記対物レンズに最も近い情報記録層と、前記対物レンズから最も遠い情報記録層との間隔をｄとした時に、
    　Ｌ／ｄ　≧　１．５　　　　（１）
    としたことを特徴とする光ピックアップ装置用の対物レンズ。
  2. 　請求項１に記載の対物レンズを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09179020A (ja) * 1995-08-28 1997-07-11 Asahi Optical Co Ltd 光情報記録再生装置用回折多焦点対物レンズ
JP2008047177A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Victor Co Of Japan Ltd 光ピックアップ装置

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