JP5318910B2 - Objective lens - Google Patents
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Description
本発明は、複数種類の単色光を用いる多波長用光学系であって、例えばCD(Compact Disc:CD−RなどのCDも含む)やDVD(Digital Versatile Disc)や、ブルーレーザー対応ディスク(AOD)など種類が異なる光記録媒体に対応できる互換型の記録再生装置に用いられうる汎用の多波長用レンズ、多波長用光学系、光ヘッド、及び光ディスク装置に関する。 The present invention is a multi-wavelength optical system using a plurality of types of monochromatic light. For example, a CD (compact disc: including a CD such as a CD-R), a DVD (Digital Versatile Disc), a blue laser compatible disc (AOD). The present invention relates to a general-purpose multi-wavelength lens, a multi-wavelength optical system, an optical head, and an optical disc apparatus that can be used in compatible recording / reproducing apparatuses that can handle different types of optical recording media.
従来より、CDやDVDなどの種類が異なる光ディスクをともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。CDやDVDなど(以下、これらをまとめて光ディスクという)は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を2枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。 Conventionally, compatible optical disk devices have been proposed that can play back together optical disks of different types, such as CDs and DVDs. A CD or DVD (hereinafter collectively referred to as an optical disk) uses a transparent substrate, and an information recording surface is provided on one surface of the transparent substrate. The optical disk has a structure in which two transparent substrates are bonded together with their information recording surfaces facing each other, or such a transparent substrate is a transparent protective substrate, and the information recording surface of the transparent substrate is a protective substrate. It is configured to be pasted so as to face each other.
かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビームを光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームの波長は、後に述べるようにCDにおいて用いられる場合とDVDにおいて用いられる場合とでは異なる。レーザビームを集光させるために、光ディスク装置では、対物レンズが使用されている。 When reproducing the information signal stored in the optical disk having such a configuration, it is necessary to focus the laser beam from the light source on the information recording surface of the optical disk via a transparent substrate by the optical disk device. The wavelength of the laser beam differs depending on whether it is used on a CD or a DVD as described later. In order to focus the laser beam, an objective lens is used in the optical disc apparatus.
ここで、CDにおいて用いられる透明基板の厚さは1.2mmであるのに対して、DVDにおいて用いられる透明基板の厚さは0.6mmであり、光ディスクの種類(レーザビームの波長の違い)に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さが異なる。種類が異なる光ディスクを再生する光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。 Here, the thickness of the transparent substrate used in the CD is 1.2 mm, whereas the thickness of the transparent substrate used in the DVD is 0.6 mm, which depends on the type of optical disk (difference in laser beam wavelength). The thickness of the transparent substrate provided with the information recording surface is different. In an optical disc apparatus that reproduces optical discs of different types, it is necessary to focus the laser beam on the information recording surface even if the thickness of the transparent substrate varies depending on the type of optical disc.
また、近年提案されている新しい光ディスク装置は、情報の再生のために波長400nm程度の青色レーザを用いることが提案されている。従って、光ディスク装置では、下位互換のためCD及び現行のDVDに加えて、そのような新しい光ディスクも同時に利用できることが期待されている。 In addition, it has been proposed that a new optical disk apparatus that has been recently proposed uses a blue laser having a wavelength of about 400 nm for information reproduction. Therefore, it is expected that such a new optical disc can be used simultaneously with the optical disc apparatus in addition to the CD and the current DVD for backward compatibility.
このような互換型光ディスク装置としては、ピックアップに光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎にピックアップを設け、使用する光ディスクの種類に応じてピックアップを交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。かかる対物レンズの一代表例として、特許文献1に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に3以上の輪帯状レンズ面に区分され、1つおきの輪帯状レンズ面と他の1つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同じ波長のレーザビームに対し、1つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板(0.6mm)の光ディスク(DVD)の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の1つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板(1.2mm)の光ディスク(CD)の情報記録面にレーザビームを集光させる。
As such a compatible optical disc device, an objective lens is provided for each type of optical disc in the pickup, and the objective lens is exchanged according to the type of the optical disc to be used, or a pickup is provided for each type of optical disc. It is conceivable to change the pickup depending on the type. However, in order to realize cost reduction and downsizing of the apparatus, it is desirable that the same lens can be used for any kind of optical disk as the objective lens. As a representative example of such an objective lens, there is one described in
また、他の代表例として、特許文献2に記載のものがある。この文献には、薄い透明基板のDVDに対しては、短波長(635nmまたは650nm)のレーザビームを使用し、厚い透明基板のCDに対しては、長波長(780nm)のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造が形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のDVDに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のCDに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、DVDに対して短波長のレーザビームを用いるのは、CDに比べてDVDの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数NAに反比例する。
Another representative example is described in
レンズ面に輪帯状位相シフタを設けた輪帯位相補正レンズ方式の対物レンズも提案されている(例えば、特許文献3)。この対物レンズでは、まず、DVDに使用する、波長λ1が640nmのレーザビームによる波面収差をなくすようにしたレンズ面を基準とする。さらに、この対物レンズでは、半径方向に複数の輪帯状の屈折面に区分し、これら屈折面を夫々この基準レンズ面から所定の段差(レンズ中心からi番目の段差をdiとする)をもって形成する。かかる段差diにより、夫々の屈折面によってDVDのレーザビームが基準レンズ面に対してこの波長λ1の整数mi倍だけ位相シフトすることにより、CD系の波面収差を低減するものである。 An objective lens of an annular zone correction lens system in which an annular zone phase shifter is provided on the lens surface has also been proposed (for example, Patent Document 3). In this objective lens, first, a lens surface that is used for a DVD and that eliminates wavefront aberration caused by a laser beam having a wavelength λ 1 of 640 nm is used as a reference. Further, this objective lens is divided into a plurality of zonal refracting surfaces in the radial direction, and these refracting surfaces are formed with predetermined steps from the reference lens surface (the i-th step from the lens center is d i ). To do. Due to the step di, the DVD laser beam is phase-shifted by an integral number m i times the wavelength λ 1 with respect to the reference lens surface by the respective refracting surfaces, thereby reducing the wavefront aberration of the CD system.
上記いずれの従来例でも、DVD,CDともに共通の対物レンズを用いることができるから、対物レンズを含めてDVD,CD毎に使用部材を交換するための手段などが不要となり、コストの面や構成の簡略化の点で有利となる。しかしながら、上記特許文献1では、DVD、CD毎に対物レンズでの利用する輪帯状レンズ面が異なるため、入射レーザビームに対して無効となる部分が多く、光利用効率が著しく低いという問題がある。
In any of the above conventional examples, since a common objective lens can be used for both DVD and CD, means for exchanging members used for each DVD and CD including the objective lens becomes unnecessary, and the cost and configuration are reduced. This is advantageous in terms of simplification. However, in
また、上記特許文献2では、回折レンズ構造による回折光を利用しているため、異なる波長の夫々に対する回折効率を同時に100%にすることはできないという問題がある。なお、この回折レンズでは、DVDに用いる短波長(635nmまたは650nm)のレーザビームとCDに用いる長波長(780nm)のレーザビームに対し、それらのほぼ中間の波長で回折効率が100%となるようにして、使用したレーザビームに対して回折効率がバランスするようにしている。また、レンズ面に回折レンズ構造を設けるため、微小な段差が必要になるが、製造上の誤差の影響を受け易く、回折構造が設計からずれた場合、回折効率の劣化を招くことになる。このように、回折効率の劣化やそもそも回折効率が100%に達しないということは、入射光の全てを光ディスクの透明基板に設けられた情報記録面に集光することはできないことを意味しており、これが光量損失となる。
Moreover, in the said
さらに、上記特許文献3に開示された輪帯位相補正レンズ方式では、DVDのレーザビームに対して波面収差をなくすように設計したレンズ面を基準面とし、これより、CDのレーザビームに対する波面収差を低減するように、この基準面からDVDのレーザビームの波長λ1の整数mi倍の段差diだけ窪ませて屈折面としている。また、その際に前記段差の形成により各輪帯域での集光点位置が前記段差形成でシフトするため、集光点位置がシフトしないように各輪帯域の曲面形状を設計するというものである。しかし前記特許文献3の従来例ではDVDの波面収差は充分に低減できているが、CDのレーザビームに対して、波面収差を充分に低減することができていない。波面収差の値としては、RMS波面収差値としてマレシャル評価基準の0.07λRMS以下とすれば良いことが多数の先行文献(オプトロニクス社発行の光学入門の198ページ、平成2年11月26日発行、など)に記載されており、前記特許文献3でも0.07λRMS以下とするような実施形態が記述されている。しかし、0.07λRMS以下というのは光ディスク装置の場合、光ディスク装置全体としての目標値となるべき値であり、対物レンズ単体での目標値としてはまだ不十分な値である。光ディスク装置全体としては、レーザーの非点隔差やコリメータレンズの収差、反射ミラーや透過ミラーの収差や、光ピックアップと光ディスクとのチルトズレなど、RMS波面収差を劣化させる要因は多々あるので、対物レンズ単体としては0.07λRMS以下ということではなく、できるだけ小さいRMS波面収差値とすることが求められている。具体的には対物レンズ単体では0.035λRMS以下のRMS波面収差値とすることが望ましいが、更に望ましくは0.030λRMS以下、更に望ましくは0.025λRMS以下のRMS波面収差値とすることが望ましいが、前記特許文献3では、実施形態1でDVDが0.001λRMS、CDが0.047λRMSであり、実施形態2ではDVDが0.019λRMS、CDが0.037λRMSであって、DVDの波面収差は良好な値であるが、CDにおいて0.037λRMS以上の値にしかなっておらず、DVD、CD共に良好な波面収差値を得るに至ってはいない。
Furthermore, in the annular phase correction lens system disclosed in
本発明の目的は、かかる問題を解消し、複数種の光記録媒体夫々に対し、可及的に波面収差が低減された状態で、しかも、高い光利用効率で光ビームを情報記録面に集光させることができるようにしたレンズとそのレンズを用いた光学系、光ヘッド、光ディスク装置を提供することにある。 An object of the present invention is to eliminate such a problem and to collect a light beam on an information recording surface with a high light utilization efficiency in a state where wavefront aberration is reduced as much as possible for each of a plurality of types of optical recording media. It is an object of the present invention to provide a lens that can emit light, an optical system using the lens, an optical head, and an optical disk device.
本発明に係る光記録媒体記録/再生用対物レンズにおいては、正のパワーを有し、光源からの単色光が入射され、光記録媒体の透明基板に設けられた情報記録面上に該単色光を集光させ、光スポットを形成する光記録媒体記録/再生用対物レンズにおいて、前記対物レンズの片側もしくは両側のレンズ面に使用領域とその外側に位置する不使用領域を設け、当該不使用領域にも前記光源からの光が入射した場合において、前記使用領域のみに前記光源からの光を入射させたときに得られる光スポット径よりも前記使用領域及び不使用領域の双方に前記光源からの光を入射させたときの光スポット径の方が小さいことを特徴とするものである。 In the optical recording medium recording / reproducing objective lens according to the present invention, the monochromatic light having a positive power is incident on the information recording surface provided on the transparent substrate of the optical recording medium. In an optical recording medium recording / reproducing objective lens that collects light and forms a light spot, a use area and an unused area located outside the objective area are provided on one or both lens surfaces of the objective lens. In the case where the light from the light source is incident, the light spot diameter is obtained from both the use area and the non-use area from the light spot diameter obtained when the light from the light source is incident only on the use area. The light spot diameter when light is incident is smaller.
また、前記対物レンズは、互いに透明基板の厚さが異なる2種類の光記録媒体にそれぞれ対応した第1の波長と第2の波長の単色光が入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面上に該単色光を集光させ光スポットを形成し、第1の波長に対する不使用領域は前記第1の波長とは別の第2の波長においては使用領域となっていることが望ましい。さらに、前記第1の波長に対する不使用領域であって、前記第2の波長に対して使用領域となっている領域において、レンズ面の片側もしくは両側の面が分割されており、前記分割されている面のそれぞれを前記第2の波長を有する光が通過することによって生じる波面収差に基づく位相差がほぼ整数倍であることが望ましい。さらにまた、上述の光記録媒体記録/再生用対物レンズは、光学系光学ヘッド、及び光ディスク装置に用いられる。 The objective lens receives monochromatic light having a first wavelength and a second wavelength respectively corresponding to two types of optical recording media having different transparent substrate thicknesses, and is incident on the transparent substrate of the optical recording medium. The monochromatic light is condensed on the provided information recording surface to form a light spot, and the non-use area with respect to the first wavelength is a use area at a second wavelength different from the first wavelength. It is desirable. Further, in a non-use area for the first wavelength and a use area for the second wavelength, one or both surfaces of the lens surface are divided, and the divided It is desirable that the phase difference based on the wavefront aberration caused by the passage of the light having the second wavelength through each of the surfaces is approximately an integer multiple. Furthermore, the above-described objective lens for recording / reproducing optical recording media is used in an optical system optical head and an optical disc apparatus.
本発明に係る多波長用光記録媒体記録/再生用対物レンズの設計方法は、透明基板の厚さが異なる複数種類の光記録媒体ごとに、異なる波長λi(i=1、2、3、4、・・・)の単色光が入射され、該光記録媒体の該透明基板に設けられた情報記録面に該単色光を集光させ、少なくとも一方のレンズ面のうちの全ての単色光での共通使用領域が複数の非球面部に分割された多波長用の光記録媒体記録/再生用対物レンズの設計方法であって、分割されている各非球面部のそれぞれ隣接する非球面部同士の隣接部におけるレンズ光軸に平行な方向の段差量をレンズ光軸に近い順にDj(j=1、2、3、4、・・・:レンズ光軸に近い順とする)、波長λiの光が入射したときのj番目の隣接部間のNAをNAijとしたときに、前記隣接部における段差のうちの少なくとも半数以上の段差において、各波長λiに対する下記Aijの値のうち最小のものをMIN(Aij)、最大のものをMAX(Aij)としたときに次式を満足するように設計する多波長用光記録媒体記録/再生用対物レンズの設計方法である。
MAX(Aij)/MIN(Aij)<3
ここで、
Aij=絶対値(Bij-mij)
Bij=(絶対値(Dj))*(ni-1)/λi−(NAij2)*K/λi
ni:波長λiにおけるレンズの屈折率
mij:Bijに最も値が近い整数
K=0.0004ミリメートル(NAij<0.55のとき)
K=0.0005ミリメートル(NAij>=0.55のとき)
The multi-wavelength optical recording medium recording / reproducing objective lens design method according to the present invention has different wavelengths λi (i = 1, 2, 3, 4) for each of a plurality of types of optical recording media having different transparent substrate thicknesses. ,...) Is incident, the monochromatic light is condensed on the information recording surface provided on the transparent substrate of the optical recording medium, and all the monochromatic light of at least one lens surface is collected. A design method of an optical recording medium recording / reproducing objective lens for multi-wavelengths in which a common use area is divided into a plurality of aspherical portions, and between adjacent aspherical portions of each divided aspherical portion Dj (j = 1, 2, 3, 4,...: Order close to the lens optical axis) and light of the wavelength λi in the order of the level difference in the direction parallel to the lens optical axis in the adjacent portion. Where NAij is the NA between the jth adjacent parts when At least half of the steps are designed to satisfy the following equation when the minimum value of MIN (Aij) and the maximum value of MAX (Aij) among the following Aij values for each wavelength λi are set. This is a method for designing an objective lens for recording / reproducing for a multi-wavelength optical recording medium.
MAX (Aij) / MIN (Aij) <3
here,
Aij = Absolute value (Bij-mij)
Bij = (absolute value (Dj)) * (ni−1) / λi− (NAij2) * K / λi
ni: refractive index of lens at wavelength λi mij: integer closest to Bij K = 0.004 millimeters (when NAij <0.55)
K = 0.0005 mm (when NAij> = 0.55)
前記複数の非球面部には、該単色光の波長λiの違いによって発生する色収差と該光記録媒体の透明基板の厚みの違いによって発生する波面収差とを相殺しあう非球面形状を設定することが望ましい。また、各単色光をRMS波面収差が0.035λ以下に集光するように設計することが望ましい。さらに、全ての隣接段差において上述に定める式を満足するように設計することが望ましい。さらにまた、MAX(Aij)/MIN(Aij)<2を満足するように設計することを特徴とすることが望ましい。 An aspherical shape that cancels out chromatic aberration caused by a difference in wavelength λi of the monochromatic light and wavefront aberration caused by a difference in thickness of the transparent substrate of the optical recording medium is set in the plurality of aspherical portions. Is desirable. Further, it is desirable to design each monochromatic light so that the RMS wavefront aberration is converged to 0.035λ or less. Furthermore, it is desirable to design so as to satisfy the formula defined above for all adjacent steps. Furthermore, it is desirable to design so as to satisfy MAX (Aij) / MIN (Aij) <2.
本発明によれば、透明基板の厚さが異なる2種類以上の光ディスクに対して、回折レンズ構造を用いずに、屈折作用によって記録または再生に必要な開口(NA)で全ての光束を所望とする位置に可及的に少ない収差で集光させることができ、光利用効率をより高めることができる。また、本発明は複数の単色光を用いる多波長用光学系において、分割されたいずれの非球面も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置することができ、光通信等における光学系においてもその利用が可能である。 According to the present invention, with respect to two or more types of optical discs having different thicknesses of transparent substrates, all light beams can be obtained with an aperture (NA) necessary for recording or reproduction by refraction without using a diffractive lens structure. Therefore, the light can be condensed with as little aberration as possible, and the light utilization efficiency can be further increased. Further, the present invention provides a multi-wavelength optical system using a plurality of monochromatic lights, and each of the divided aspherical surfaces has a single focal point corresponding to a unique wavelength of each monochromatic light, and the unique characteristics of each monochromatic light. The focal points corresponding to the wavelengths can be arranged at different positions, and can also be used in an optical system in optical communication or the like.
いま、厚さt1の透明基板を用いた第1の光ディスクに対し、これを用いる光ディスク装置での対物レンズが良好に収差補正され、この基板に設けられた情報記録面にレーザビームが良好に集光するものとする。かかる光ディスク装置にこの透明基板とは異なる厚さt2の透明基板を用いた第2の光ディスクを使用した場合、この透明基板の厚さt2が厚さt1と異なるために、この対物レンズと厚さt2の透明基板とによって球面収差が生じ、この厚さt2の透明基板に設けられている情報記録面にレーザビームが良好に集光しない。 Now, with respect to a first optical disk using a transparent substrate having a thickness t 1 , the objective lens in the optical disk apparatus using the optical disk is corrected with good aberration, and the laser beam is excellent on the information recording surface provided on the substrate. Condensate. When using the second optical disc using the transparent transparent substrates of different thicknesses t 2 to the substrate in such an optical disk apparatus, for different thicknesses t 2 of the transparent substrate and the thickness t 1, the objective lens And a transparent substrate having a thickness t 2 causes spherical aberration, and the laser beam is not focused well on the information recording surface provided on the transparent substrate having the thickness t 2 .
一方、かかる対物レンズと透明基板からなる光学系に異なる波長のレーザビームを用いると、色収差が生ずる。ここで、色収差とは、波長の異なるレーザビームを対物レンズに照射した場合に各々のレーザビームに対応して生ずる球面収差の差をいう。例えば、波長655nmのレーザビームと、波長790nmのレーザビームを対物レンズに照射する場合における色収差は、波長655nmのレーザビームを対物レンズに照射した場合に生じる球面収差と、波長790nmのレーザビームを対物レンズに照射した場合に生じる球面収差の差である。 On the other hand, when laser beams having different wavelengths are used in an optical system composed of such an objective lens and a transparent substrate, chromatic aberration occurs. Here, chromatic aberration refers to a difference in spherical aberration that occurs corresponding to each laser beam when the objective lens is irradiated with laser beams having different wavelengths. For example, when the objective lens is irradiated with a laser beam with a wavelength of 655 nm and a laser beam with a wavelength of 790 nm, the chromatic aberration is the spherical aberration that occurs when the objective lens is irradiated with the laser beam with a wavelength of 655 nm and the laser beam with a wavelength of 790 nm is objective. It is the difference in spherical aberration that occurs when the lens is irradiated.
つまり、厚みがt1の場合の球面収差をSA(t1)、厚みがt2の場合の球面収差をSA(t2)とし、また、波長λ1のレーザビームに対して生じる球面収差をSA(λ1)、波長λ2のレーザビームに対して生じる球面収差をSA(λ2)とすると、波長が異なることによる色収差は、前記球面収差の差(SA(λ2)−SA(λ1))で表される。このとき、次の数式が出来るだけ成り立つようにレンズ面を設計することが好ましい。 That is, the spherical aberration when the thickness is t 1 is S A (t 1 ), the spherical aberration when the thickness is t 2 is S A (t 2 ), and the spherical surface generated with respect to the laser beam having the wavelength λ 1. Assuming that the aberration is S A (λ 1 ) and the spherical aberration generated with respect to the laser beam having the wavelength λ 2 is S A (λ 2 ), the chromatic aberration due to the different wavelength is the difference between the spherical aberrations (S A (λ 2). ) -S A (λ 1 )). At this time, it is preferable to design the lens surface so that the following formula is established as much as possible.
SA(t2)−SA(t1)=−(SA(λ2)−SA(λ1))
このことは、基板の厚さが異なる光ディスクのいずれに対しても、その基板の厚さに対応する波長のレーザビームを用いた場合、このレーザビームの対物レンズと基板を通った全ての光線がこの基板の情報記録面上で良好に集光するような光路長を経るようにするものである。なお、この時本発明の一実施形態のレンズは後の実施形態で具体的に説明するように、そのレンズ面が複数の非球面に分割されてなり、分割されたいずれの非球面も各単色光の固有の波長に対応した単一の焦点を有するとともに、前記各単色光の固有の波長に対応した焦点はそれぞれ異なる位置に配置されるよう設計されている。
S A (t 2 ) −S A (t 1 ) = − (S A (λ 2 ) −S A (λ 1 ))
This means that for any optical disc having a different substrate thickness, when a laser beam having a wavelength corresponding to the thickness of the substrate is used, all the light beams that have passed through the objective lens and the substrate of the laser beam are transmitted. The optical path length is such that the light is well condensed on the information recording surface of the substrate. At this time, the lens according to the embodiment of the present invention has a lens surface divided into a plurality of aspheric surfaces, as will be described in detail in the following embodiments. It has a single focal point corresponding to the specific wavelength of light, and the focal points corresponding to the specific wavelength of each monochromatic light are designed to be arranged at different positions.
いま、図3において、対物レンズ1を用いて基板2の情報記録面2aにレーザビームを集光させる場合について説明する。ここで、対物レンズ1の面Aは光入射側面、面Bは光出射側面であり、基板2の情報記録面2aは対物レンズ1側とは反対側にある。
Now, with reference to FIG. 3, a case where a laser beam is focused on the
図3は、対物レンズ1に入射するレーザビームは平行光とし(従って、図3に示す光学系は、いわゆる無限光学系である)、対物レンズ1の光軸OAからこれに垂直な方向の距離(光線高さ)hの位置P1を通る光線が光軸OAを横切る点(集光点)P5に達するまでの光路を摸式的に示すものである。ここで、かかる光路での対物レンズ1への入射点をP2、対物レンズ1からの出射点をP3、透明基板2への入射点をP4とし、
点P1〜入射点P2:空間距離=S1h 屈折率=n1
入射点P2〜出射点P3:空間距離=S2h 屈折率=n2
出射点P3〜入射点P4:空間距離=S3h 屈折率=n3
入射点P4〜集光点P5:空間距離=S4h 屈折率=n4
とすると、点P1から集光点P5までの光路長Lhは、
Lh=n1×S1h+n2×S2h+n3×S3h+n4×S4h
で表わされる。なお、光軸OA上での光路長Lhは、この式において、h=0の場合である。
In FIG. 3, the laser beam incident on the
Point P 1 to incident point P 2 : Spatial distance = S 1h Refractive index = n 1
Entrance point P 2 to exit point P 3 : Spatial distance = S 2h Refractive index = n 2
Outgoing point P 3 to incident point P 4 : Spatial distance = S 3h Refractive index = n 3
Incident point P 4 to condensing point P 5 : Spatial distance = S 4h Refractive index = n 4
Then, the optical path length L h from the point P 1 to the condensing point P 5 is
L h = n 1 × S 1h + n 2 × S 2h + n 3 × S 3h + n 4 × S 4h
It is represented by The optical path length L h on the optical axis OA is a case where h = 0 in this equation.
この式は任意の光線高さhについて該当するものであり、収差補正されている場合には、夫々の光線高さhに対する集光点P5が夫々の許容範囲内で情報記録面2a上にある。すなわち、例えば厚さが異なる複数の基板夫々毎に異なる波長のレーザビームを用いることにより、色収差と球面収差とが相殺し合って夫々の光線高さhに対する集光点P5が夫々の許容範囲内で情報記録面2a上にあるようにすることが好ましい。
This equation is applicable to an arbitrary light beam height h, and when aberration correction is performed, the condensing point P 5 for each light beam height h is within the allowable range on the information recording surface 2a. is there. That is, for example, by using a laser beam having a different wavelength for each of a plurality of substrates having different thicknesses, the chromatic aberration and the spherical aberration cancel each other, and the condensing point P 5 with respect to each ray height h is in each allowable range. It is preferable to be on the
例えば、CDにおける790nmの単色光(λ1)とDVDにおける655nmの単色光(λ2)が用いられる場合で、これらの両波長が共通して使用される領域を複数の非球面部に分割したレンズ面とする手法では、任意の前記非球面部の光路長が他の非球面部の光路長と該各単色光の波長λiのほぼ整数倍異ならせ、なおかつ前記各非球面部における前記各単色光の波面収差の最大値と最小値の差をΔVd(λ1)とΔVd(λ2)(dは1,2・・・・の整数で各非球面部を意味する)とした時に、いずれの非球面部においても各単色光の前記差の比を0.4以上2.5以下、好ましくは0.5以上2.0以下とすることにより両波長においてレンズ全体として許容範囲のRMS波面収差を確保することができる。なお、ここでいう波面収差は光線高さ(h)をh=0の場合の光路長をL0と
し、各光線高さにおける光路長をLhとすると、波面収差Vhは、次の式で表される。
For example, in the case where 790 nm monochromatic light (λ 1 ) on a CD and 655 nm monochromatic light (λ 2 ) on a DVD are used, a region where these two wavelengths are used in common is divided into a plurality of aspherical portions. In the method of using a lens surface, the optical path length of any of the aspherical portions is made to be different from the optical path length of the other aspherical portions by substantially an integer multiple of the wavelength λi of each monochromatic light, and each of the single color in each of the aspherical portions When the difference between the maximum value and the minimum value of the wavefront aberration of light is ΔVd (λ 1 ) and ΔVd (λ 2 ) (d is an integer of 1, 2,... Even in the aspheric surface portion, the ratio of the difference of each monochromatic light is 0.4 or more and 2.5 or less, preferably 0.5 or more and 2.0 or less, so that the RMS wavefront aberration of the entire lens is acceptable at both wavelengths. Can be secured. The wavefront aberration referred to here is represented by the following equation, where L0 is the optical path length when the ray height (h) is h = 0, and Lh is the optical path length at each ray height. The
Vh=(Lh−L0)/λi
図10は、CDとDVDの波長におけるレンズの波面収差を対比して模式図的に示したものであり、横軸は光線高さ、縦軸は波面収差で、上側がCDの各非球面部の波面収差を、下側がDVDの各非球面部の上記式で求められる波面収差を表している。例えば非球面部の第1領域におけるその非球面部内の波面収差の最大値と最小値の差は、ΔV1(λ1)、ΔV1(λ2)で定義される。本発明の実施の形態では、後の実施形態で明らかにされているように、いずれの非球面部においても各波長の波面収差の最大値と最小値の差の比は0.4以上2.5以下である。すなわち、本発明の実施の形態はいずれの波長においても各非球面部で波面収差に一定の分布を有する点でも、従来の一方の波長を基準にレンズ面を構成し、他方の波長においてのみ位相ずれを利用して波面収差を補正する方式と異なる。なお、前記整数倍としては分割する非球面の数にもよるが0倍〜±10倍とすることが好ましく、0倍〜±5倍とすることが好ましい。
V h = (L h −L 0 ) / λi
FIG. 10 schematically shows the wavefront aberration of the lens at the wavelengths of CD and DVD, with the horizontal axis indicating the ray height, the vertical axis indicating the wavefront aberration, and the upper side of each aspherical portion of the CD. The lower side represents the wavefront aberration obtained by the above formula of each aspherical portion of the DVD. For example, the difference between the maximum value and the minimum value of the wavefront aberration in the aspherical portion in the first region of the aspherical portion is defined by ΔV 1 (λ 1 ) and ΔV 1 (λ 2 ). In the embodiment of the present invention, the ratio of the difference between the maximum value and the minimum value of the wavefront aberration of each wavelength is 0.4 or more and 2. 5 or less. In other words, the embodiment of the present invention forms a lens surface based on one conventional wavelength and has a phase only at the other wavelength even in the point that each aspherical portion has a constant distribution of wavefront aberration at any wavelength. This is different from the method of correcting the wavefront aberration using the deviation. The integer multiple is preferably 0 times to ± 10 times, more preferably 0 times to ± 5 times, although it depends on the number of aspheric surfaces to be divided.
また、本発明の実施の形態にかかる多波長用レンズはいずれの非球面部の各領域においても各波長の前記波面収差の最大値と最小値の差が0.14λi以下(例えば波長が790nmである場合には±110.6nm以下、波長が655nmである場合には±91.7nm以下)、好ましくは、0.12λi以下、さらに好ましくは0.10λi以下とすることにより各波長においてさらに良好な光学特性を確保することができる。 In the multi-wavelength lens according to the embodiment of the present invention, the difference between the maximum value and the minimum value of the wavefront aberration of each wavelength is 0.14λi or less (for example, the wavelength is 790 nm) in each region of any aspheric surface. In some cases, ± 110.6 nm or less, and in the case where the wavelength is 655 nm, ± 91.7 nm or less), preferably 0.12 λi or less, more preferably 0.10 λi or less, and even better at each wavelength. Optical characteristics can be ensured.
さらに、本発明の実施の形態では、二波長用光学系の場合、各波長の波面収差をそれらがほぼ対称形となる多波長用レンズを用いることにより、二波長のバランスが取れ、さらにRMS波面収差を低減することができる。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, in the case of a two-wavelength optical system, by using a multi-wavelength lens in which the wavefront aberrations of the respective wavelengths are almost symmetrical, the two wavelengths can be balanced, and further the RMS wavefront Aberration can be reduced.
なお、RMS波面収差を低減することを考えると、CDの場合には図10の光線高さ1.58mmまでのDVDとCDの共通使用領域のみの波面収差からRMS波面収差が決まってしまうが、DVDの場合には、前記共通使用領域の外側にDVD専用領域(図10では光線高さ1.58〜2.02mmの範囲)があり、前記共通使用領域と前記専用領域の両方の波面収差からRMS(Root Mean Square)波面収差値が求まる。よってDVDの場合には、前記共通使用領域の波面収差が多少悪くても、DVD専用領域の波面収差については、CDを全く無視してDVDのみを良くするようにすれば、DVDのRMS波面収差を許容値内に十分低減することができる。例えば、図10の模式図では、DVDとCDの共通使用領域においてDVDの波面収差は0〜−0.106λであり、CDの波面収差は0〜+0.088であって、CDの波面収差の方がDVDの波面収差よりも小さい。またDVD専用領域の波面収差は−0.052λである。この結果、RMS波面収差としては、DVDは0.0212λRMS、CDは0.0222λRMSと、RMS波面収差はDVDもCDもほぼ等しい値となっている。このように、RMS波面収差として、DVDもCDも同一の値としたい場合には、DVDとCDの共通使用領域においてはCDの波面収差をDVDの波面収差よりも良くしておき、DVDのRMS波面収差については共通使用領域で劣化している分をDVD専用領域で補ってやるようにすることが有効である。DVDとCDのRMS波面収差の比率を変えたい場合にも同様に、DVDについては、共通使用領域の波面収差が多少悪くても専用領域で補えることを考慮すると良い。 In consideration of reducing the RMS wavefront aberration, in the case of a CD, the RMS wavefront aberration is determined from the wavefront aberration of only the common use region of DVD and CD up to a ray height of 1.58 mm in FIG. In the case of a DVD, there is a DVD dedicated area (in the range of 1.58 to 2.02 mm in ray height in FIG. 10) outside the common use area, and from the wavefront aberration of both the common use area and the dedicated area. RMS (Root Mean Square) wavefront aberration value is obtained. Therefore, in the case of a DVD, even if the wavefront aberration in the common use area is somewhat worse, the wavefront aberration in the DVD dedicated area can be improved by ignoring the CD at all and improving only the DVD. Can be sufficiently reduced within an allowable value. For example, in the schematic diagram of FIG. 10, the wavefront aberration of DVD is 0 to −0.106λ and the wavefront aberration of CD is 0 to +0.088 in the common use region of DVD and CD. Is smaller than the wavefront aberration of DVD. The wavefront aberration in the DVD-dedicated region is -0.052λ. As a result, the RMS wavefront aberration is 0.0212λRMS for DVD and 0.0222λRMS for CD, and the RMS wavefront aberration is almost equal for both DVD and CD. As described above, when it is desired to set the same value for both the DVD and the CD as the RMS wavefront aberration, the CD wavefront aberration is made better than the DVD wavefront aberration in the common use region of the DVD and CD. For the wavefront aberration, it is effective to compensate for the deterioration in the common use area in the DVD dedicated area. Similarly, in the case where it is desired to change the ratio of the RMS wavefront aberration of DVD and CD, it may be considered that the DVD can be compensated for in the dedicated area even if the wavefront aberration in the common use area is somewhat worse.
また、基板の厚さが異なっていない光ディスク、例えばAOD(波長405nm、基板厚0.6mm)とDVD(波長655nm、基板厚0.6mm)のような場合にも本発明は有効である。 The present invention is also effective in the case of optical discs having different substrate thicknesses, such as AOD (wavelength 405 nm, substrate thickness 0.6 mm) and DVD (wavelength 655 nm, substrate thickness 0.6 mm).
本発明の実施形態により、例えば基板の厚さが異なるいずれの光ディスクに対しても、情報記録面に良好な光スポットを形成することが可能となる。なおこのことは、ディスク基板の厚みが異なっていなくても、つまり、厚みが同じで波長が異なるような場合でも前記集光点P5を夫々の許容範囲内にすることにより適用可能である。また、光記録媒体に限らず、光通信などで異なる波長のレーザビームを同一のレンズもしくは光学系を通過させるような場合にも適用可能である。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to form a good light spot on the information recording surface, for example, for any optical disc having a different substrate thickness. This can be applied even if the thickness of the disc substrate is not different, that is, even when the thickness is the same and the wavelength is different, by setting the condensing point P 5 within each allowable range. Further, the present invention is not limited to an optical recording medium, and can also be applied to cases where laser beams having different wavelengths are passed through the same lens or optical system in optical communication or the like.
以下、本発明の実施形態を、透明基板の厚さが異なる2種類の光ディスク、即ち、DVDとCDとを例に、図面を用いて説明する。なお、本発明の第1実施形態のレンズは製造上の容易さから非晶質ポリオレフィンからなる樹脂を射出成形により作成したものである。第2実施形態のレンズはガラスの屈折率のものであるが、レンズ材質をプラスチック樹脂としたい場合にはプラスチック樹脂の屈折率で設計すれば良い。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking two types of optical disks having different transparent substrate thicknesses, that is, a DVD and a CD as an example. In addition, the lens of 1st Embodiment of this invention produced the resin which consists of amorphous polyolefin by injection molding from the ease of manufacture. The lens according to the second embodiment has a refractive index of glass. However, when the lens material is a plastic resin, the lens may be designed with the refractive index of the plastic resin.
図1は本発明による対物レンズの第1の実施形態の作用を示す図であって、同図(a)はDVDに対するもの、同図(b)はCDに対するものである。図において、1はこの実施形態の対物レンズ、2はDVDの透明基板(以下、DVD基板という)、3はCDの透明基板(以下、CD基板という)、4,5はレーザビームである。 FIGS. 1A and 1B are views showing the operation of the first embodiment of the objective lens according to the present invention. FIG. 1A is for a DVD and FIG. 1B is for a CD. In the figure, 1 is the objective lens of this embodiment, 2 is a DVD transparent substrate (hereinafter referred to as a DVD substrate), 3 is a CD transparent substrate (hereinafter referred to as a CD substrate), and 4 and 5 are laser beams.
まず、図1(a)において、対物レンズ1が図示しない光ディスク装置の光ヘッドに設けられている。そして、DVDがこの光ディスク装置に装着されて、対物レンズ1によって平行光として入射されるレーザビーム4が集光されることにより、記録再生が行なわれる。ここで、DVD基板2の厚さt1は0.6mmであり、このときのレーザビーム4としては、波長λ1=655nmのレーザビームが開口数NA=0.63の光束として用いられる。かかる条件のもとに、かかるレーザビームは、DVD基板2の対物レンズ1側とは反対側の面の情報記録面2aに集光される。
First, in FIG. 1A, an
図1(b)は上記と同じ光ディスク装置にCDが装着され、同じ対物レンズ1を用いて記録再生が行なわれる場合を示す。ここで、CD基板3の厚さt2は1.2mmであり、このときのレーザビーム5としては、波長λ2=790nmのレーザビームがほぼ開口数NA=0.63の光束として用いられるが、実質的には、開口数NA=0.47の光束がCD基板3の情報記録面3aに集光し、ハッチングして示すほぼNA=0.47〜0.63の対物レンズ1の光軸OAから離れた部分を通る光束はこの情報記録面3aで集光しない。このように、この開口数NAがほぼ0.47までの上記のレンズ領域は、DVD,CDの共通使用領域となる。
FIG. 1B shows a case where a CD is mounted on the same optical disk apparatus as described above, and recording / reproduction is performed using the same
このように、この第1の実施形態は、DVD,CDともに収差が良好に低減されて、情報記録面2a,3aで良好な光スポットが得られるようにするものであるが、このために、DVD,CDの両方共に、任意の光線高さhに対して上記光路長Lhが収差を低減して許容値内とするような値とするように、対物レンズ1のレンズ面形状を設定するものである。以下、かかるレンズ面形状の一具体例を図2により説明する。
As described above, in the first embodiment, aberrations are reduced well for both DVD and CD, and a good light spot is obtained on the
図2において、対物レンズ1の光出射側面Bについて、光線高さhの点をc、この点cから光軸OAに平行な方向での光出射側面B上の点をdとすると、この光出射側面Bの面形状は、任意の光線高さhに対する点c,d間の距離ZBにより、
但し、C=-0.12301、K=3.312138、A4=0.01628151、A6=-0.004311717、A8=0.000682316、A10=-0.00004157469で表わされるようにする。
In FIG. 2, regarding the light exit side B of the
However, C = −0.12301, K = 3.312138, A 4 = 0.01628151, A 6 = −0.004311717, A 8 = 0.000682316, A 10 = −0.00004157469.
なお、数1において、上記係数C,K,A4,A6,A8,A10の値を代入して任意の光線高さh(≠0)に対する距離ZBを求めると、その値は負の値となるが、これは光出射側面B上の点dが点c、従って、この光出射側面Bの光軸OAが通る面頂点eよりも出射面側(図2での左側)に位置することを示している。距離ZBが正の値である場合には、逆の右側に位置することを示している。
In
次に、対物レンズ1の光入射側面Aについて、光線高さhの点をa、この点aから光軸OAに平行な方向での光入射側面A面上の点をbとすると、光入射側面Aの面形状は、光線高さh(mm)とこの光線高さhに対する点a,b間の距離ZA(mm)とが次の表1に示す関係となるレンズ面形状に設定される。
対物レンズ1の上記数1で表わされる光出射側面Bも、また、上記表1の点列データで表わされる光入射側面Aも、連続した非球面をなすものである。また、対物レンズ1の光軸上の面頂点f,e間の距離、即ち、中心厚t0は2.2mmであって、波長λ1=655nm(DVD)での屈折率nは1.54014であり、波長λ2=790nm(CD)での屈折率nは1.5365である。
Next, with respect to the light incident side A of the
The light emitting side surface B represented by the above-described
(i)ここで、収差を評価するための上記の収差の許容値としては、対物レンズ1への入射レーザビームが入射角0゜である場合(即ち、光軸OAに平行な平行光)について、DVD(波長λ1=655nm),CD(波長λ2=790nm)ともに、RMS波面収差で0.035λ、好ましくは、0.033λ、さらに好ましくは、0.030λとする。この第1の実施形態では、DVD,CDの波面収差がかかる許容値以下となるように、光出射面Bと光入射面Aを上記の面形状に設定しているものである。
(I) Here, as an allowable value of the aberration for evaluating the aberration, the incident laser beam to the
この第1の実施形態では、2種類の異なる波長λ1、λ2を用いた場合を示しているが、一般に、n種類(但し、nは2以上の整数)の異なる波長λi(但し、i=1,2,......,n)を用いる場合も、同様である。 In the first embodiment, a case where two different wavelengths λ 1 and λ 2 are used is shown. In general, n types (where n is an integer of 2 or more) different wavelengths λi (where i = 1, 2,..., N) is the same.
(ii)また、このようにn種類の波長λiを用いた場合について、これら波長λiの入射レーザビームが入射角0゜である場合の夫々のRMS波面収差をWi・λiとすると、これら収差は、
(但し、i番目の該光ビームの波長をλi(i=1,2,......)、全ての波長にわたる個々のRMS波面収差の二乗の総和をΣWi 2、波長λiの光ビームのRMS波面収差をWi・λiとする)を満足するようにする。このときの許容値W0としては、0.028、好ましくは0.026,さらに好ましくは0.025、さらに好ましくは0.023とする。上記第1の実施形態では、DVDのRMS波面収差をW1、CDのRMS波面収差をW2とし、かつi=1,2であるから、上記数2は、
となる。
(ii) Further, in the case where n types of wavelengths λi are used in this way, if each RMS wavefront aberration when the incident laser beam of these wavelengths λi has an incident angle of 0 ° is Wi · λi, these aberrations are ,
(Where the wavelength of the i-th light beam is λi (i = 1, 2,...), The sum of squares of individual RMS wavefront aberrations over all wavelengths is ΣW i 2 , and the light of wavelength λi. The RMS wavefront aberration of the beam is set to Wi · λi). The allowable value W 0 at this time is 0.028, preferably 0.026, more preferably 0.025, and further preferably 0.023. In the first embodiment, the RMS wavefront aberration of the DVD is W 1 , the RMS wavefront aberration of the CD is W 2 , and i = 1, 2, the
It becomes.
(iii)あるいはまた、異なるn種類の波長λiのレーザビームを用いる場合、夫々の波長λiのうちで最大のRMS波面収差をWmax、最小のRMS波面収差をWminとすると、
1<Wmax/Wmin<Wth
とする。この場合の許容値Wthとしては、1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4とする。上記第1の実施形態の場合には、DVDのRMS波面収差W1とCDのRMS波面収差W2とのいずれか一方が最大のRMS波面収差Wmaxとなり、他方が最小のRMS波面収差Wminとする。
(iii) Alternatively, when using laser beams of different n types of wavelengths λi, assuming that the maximum RMS wavefront aberration of each wavelength λi is Wmax and the minimum RMS wavefront aberration is Wmin,
1 <Wmax / Wmin <Wth
And In this case, the allowable value Wth is 1.8, preferably 1.6, and more preferably 1.4. In the case of the first embodiment, either the maximum RMS wavefront aberration Wmax next the RMS wavefront aberration W 2 of RMS wavefront aberration W 1 and CD of DVD, the other is the minimum RMS wavefront aberration Wmin .
図4はこの第1の実施形態でのRMS波面収差の計算結果を示すものであって、横軸に像高(mm)を取り、縦軸にRMS波面収差を取っている。 FIG. 4 shows the calculation result of the RMS wavefront aberration in the first embodiment. The horizontal axis represents the image height (mm), and the vertical axis represents the RMS wavefront aberration.
図4(a)はDVD(波長λ1=655nm)に対するRMS波面収差を示しており、像高=0mmのときには、RMS波面収差=0.02130λ1である。また、図4(b)はCD(波長λ2=790nm)に対するRMS波面収差を示しており、像高=0mmのときには、RMS波面収差=0.02410λ2である。 FIG. 4A shows the RMS wavefront aberration for a DVD (wavelength λ 1 = 655 nm). When the image height is 0 mm, the RMS wavefront aberration is 0.02130λ 1 . FIG. 4B shows the RMS wavefront aberration with respect to CD (wavelength λ 2 = 790 nm). When the image height = 0 mm, the RMS wavefront aberration = 0.02410λ 2 .
かかる数値を評価するために、上記の各条件式に挿入すると、
(i)まず、DVD,CDについて、RMS波面収差が0.02130λ,0.02410λと上記の許容値0.035λ、好ましくは、0.033λ、さらに好ましくは、0.030λよりも小さい。
In order to evaluate such a numerical value, if inserted into the above conditional expressions,
(I) First, for DVD and CD, the RMS wavefront aberration is 0.02130λ, 0.02410λ, and the allowable value of 0.035λ, preferably 0.033λ, and more preferably smaller than 0.030λ.
(ii)DVD,CDについて、上記数3により、
であるから、上記の許容値0.028、好ましくは0.026、さらに好ましくは0.025、さらに好ましくは0.023以下となっている。
(Ii) For DVDs and CDs,
Therefore, the allowable value is 0.028, preferably 0.026, more preferably 0.025, and further preferably 0.023 or less.
(iii)DVD,CDについて、Wmax/Wminをみると、
Wmax/Wmin=0.02410/0.02130=1.1315
となるから、上記の許容値1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4以下となっている。
(iii) For DVD and CD, looking at Wmax / Wmin,
Wmax / Wmin = 0.02410 / 0.02130 = 1.1315
Therefore, the allowable value is 1.8, preferably 1.6, and more preferably 1.4 or less.
図5は上記数1で示す面形状の光出射側面Bと上記表1で示す面形状の入射側面Aとを有する対物レンズ1を用いたことによるDVD,CDの情報記録面上での光スポットの計算結果を示す図であって、横軸は情報記録面での光軸を基準点とした光軸に垂直方向の位置を距離(mm)で表わしたものであり、縦軸はこの基準点(=0mm)での光強度を1としたときの各位置の相対的光強度を表わしている。
FIG. 5 shows a light spot on the information recording surface of a DVD or CD by using the
図5(a)はDVDに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が1/e2(=13.5%)となる光スポット直径ΦDは0.85μmである。また、図5(b)はCDに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が1/e2となる光スポット直径ΦCは1.37μmである。このように、DVD、CDともに、情報記録面に良好な光スポットが得られる。 FIG. 5A shows a light spot with respect to a DVD, and the light spot diameter ΦD at which the relative light intensity is 1 / e 2 (= 13.5%) is 0.85 μm. FIG. 5B shows a light spot with respect to the CD, and the light spot diameter ΦC at which the relative light intensity is 1 / e 2 is 1.37 μm. Thus, a good light spot can be obtained on the information recording surface for both DVD and CD.
次に、本発明による対物レンズの第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態は、その基本的構成は上記の第1の実施形態と同様であるが、光入射面Aを光軸から半径方向に複数の区間に区分し、夫々の区間の面形状を、DVD,CDともに収差が許容値内に良好に低減されるように、設定するものである。 Next, a second embodiment of the objective lens according to the present invention will be described. The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above, but the light incident surface A is divided into a plurality of sections in the radial direction from the optical axis, and the surface shape of each section is obtained. Are set so that the aberration is reduced well within the allowable range for both DVD and CD.
この第2の実施形態の光入射面Aの面形状を図2を用いて説明する。いま、この光入射面Aの光線高さh方向(半径方向)の光軸OA側からj番目の区間での点a,b間の距離を次の関数ZAjで、即ち、
で表わされる。なお、数5での光源高さhは、j番目の区間でのものである。
The surface shape of the light incident surface A of the second embodiment will be described with reference to FIG. Now, the distance between the points a and b in the j-th section from the optical axis OA side in the light beam height h direction (radial direction) of the light incident surface A is expressed by the following function Z Aj , that is,
It is represented by Note that the light source height h in Equation 5 is for the j-th section.
そして、DVD,CDともに収差を許容値内に良好に低減するための数5での区間毎に、その範囲(hの範囲)とその各定数B,C,K,A4,A6,A8,A10,A12,A14,A16を示すと、次の表2に示すようになる。
また、この第2の実施形態での光出射面Bの面形状ZBは、次の数6で表わされる。図13に、一般的なレンズ形状を示している。
但し、 C=-0.0747792、K=15.7398、A4=0.012308、A6=-0.0037652、A8=0.00068571、A10=-0.000048284
また、対物レンズ1の光軸上の面頂点f,e間の距離、即ち、中心厚さt0は2.2mmであって、波長λ1=655nm(DVD)での屈折率nは1.604194であり、波長λ2=790nm(CD)での屈折率nは1.599906である。
For both DVD and CD, the range (range of h) and its constants B, C, K, A 4 , A 6 , A for each section in Equation 5 for satisfactorily reducing the aberration within the allowable value. 8 , A 10 , A 12 , A 14 , and A 16 are shown in the following Table 2.
Further, the surface shape Z B of the light emitting surface B in the second embodiment is expressed by the following equation (6). FIG. 13 shows a general lens shape.
However, C = -0.0747792, K = 15.7398, A 4 = 0.012308, A 6 = -0.0037652, A 8 = 0.00068571, A 10 = -0.000048284
The distance between the surface vertices f and e on the optical axis of the
また、透明基板の厚さと屈折率は、波長λ1=655nm(DVD)では、厚み0.6mmで屈折率1.57995であり、波長λ1=790nm(CD)では厚み1.2mmで屈折率は1.573071である。また、DVD時のNAは0.60で、CD時のNAは0.47である。またDVD時の焦点距離は3.360mmで、CD時の焦点距離は3.383mmである。 Further, the thickness and refractive index of the transparent substrate are a refractive index of 1.57995 at a wavelength of λ 1 = 655 nm (DVD) and a refractive index of 1.57995, and a refractive index of 1.2 mm at a wavelength of λ 1 = 790 nm (CD). Is 1.573071. The NA for DVD is 0.60, and the NA for CD is 0.47. The focal length for DVD is 3.360 mm, and the focal length for CD is 3.383 mm.
ここで、収差を評価するための上記収差の許容値としては、上記第1の実施形態と同様である。図6はこの第2の実施形態でのRMS波面収差の計算結果を示すものであって、横軸、縦軸は図4と同様である。 Here, the allowable value of the aberration for evaluating the aberration is the same as that in the first embodiment. FIG. 6 shows the calculation result of the RMS wavefront aberration in the second embodiment, and the horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG.
図6(a)はDVD(波長λ1=655nm)に対するRMS波面収差を示しており、像高=0mmのときには、RMS波面収差=0.01945λ1である。また、図6(b)はCD(波長λ2=790nm)に対するRMS波面収差を示しており、像高=0mmのときには、RMS波面収差=0.02525λ2である。 FIG. 6A shows the RMS wavefront aberration for a DVD (wavelength λ 1 = 655 nm). When the image height is 0 mm, the RMS wavefront aberration is 0.01945λ 1 . FIG. 6B shows the RMS wavefront aberration with respect to CD (wavelength λ 2 = 790 nm). When the image height is 0 mm, the RMS wavefront aberration is 0.02525λ 2 .
図11に上記のレンズの共通使用領域の波面収差を計算した結果を、各非球面部における波面収差の差及びその比を表3に示す。
表3に示すように、790nmと655nmの共通使用領域において各波面収差の差の比ΔVd(λ790)/ΔVd(λ655)は、1.00〜1.04の間に入っている。また、比ΔVd(λ655)/ΔVd(λ790)は、0.96〜1.00の間に入っている。そして、その各領域の波面収差自体も両波長において0.14λ以下となっている。また、このレンズでは波面収差が790nmの波長において+側に、655nmの波長において−側に現れるようにしていて、両波面収差がほぼ対称形となる。
FIG. 11 shows the result of calculating the wavefront aberration in the common use region of the above-mentioned lens, and Table 3 shows the difference in wavefront aberration and the ratio thereof in each aspheric surface.
As shown in Table 3, the ratio ΔVd (λ790) / ΔVd (λ655) of the difference between the wavefront aberrations in the common use region of 790 nm and 655 nm is between 1.00 and 1.04. Further, the ratio ΔVd (λ655) / ΔVd (λ790) is between 0.96 and 1.00. The wavefront aberration of each region is also 0.14λ or less at both wavelengths. In this lens, the wavefront aberration appears on the + side at a wavelength of 790 nm and on the − side at a wavelength of 655 nm, and both wavefront aberrations are substantially symmetrical.
なお、光軸を中心に分割された隣接する各非球面部で光路長の差が生じているが、その差は各波長に対応してほぼ整数倍になるように設計されていて、またこの実施形態では偶数の分割された非球面部からなっている。 Note that there is a difference in optical path length between adjacent aspherical parts divided around the optical axis, and the difference is designed to be an integer multiple corresponding to each wavelength. In the embodiment, it is composed of an even number of divided aspheric surfaces.
かかる数値を評価するために、第1の実施形態と同様、上記の各条件式に挿入すると、
(i)まず、DVD,CDについて、RMS波面収差が0.01945λ1,0.02525λ2と上記の許容値0.035λ、好ましくは、0.033λ、さらに好ましくは、0.030λよりも小さい。
In order to evaluate such numerical values, as in the first embodiment, when inserted into the above conditional expressions,
(I) First, for DVD and CD, the RMS wavefront aberration is 0.01945λ 1 , 0.02525λ 2 and the allowable value 0.035λ, preferably 0.033λ, and more preferably smaller than 0.030λ.
(ii)DVD,CDについて、上記数6により、
であるから、上記の許容値0.028、好ましくは0.026,さらに好ましくは0.025、さらに好ましくは0.023以下となっている。
(Ii) For DVD and CD,
Therefore, the allowable value is 0.028, preferably 0.026, more preferably 0.025, and further preferably 0.023 or less.
(iii)DVD,CDについて、Wmax/Wminをみると、
Wmax/Wmin=0.02525/0.01945=1.298
となるから、上記の許容値1.8、好ましくは1.6、さらに好ましくは1.4以下となっている。
(iii) For DVD and CD, looking at Wmax / Wmin,
Wmax / Wmin = 0.02525 / 0.01945 = 1.298
Therefore, the allowable value is 1.8, preferably 1.6, and more preferably 1.4 or less.
図7は上記数6で示す面形状の光出射側面Bと上記数5及び表2で示す面形状の入射側面Aとを有する対物レンズ1を用いたことによるDVD,CDの情報記録面上での光スポットの計算結果に示す図であって、横軸,縦軸は図5と同様である。
FIG. 7 shows an information recording surface of a DVD or CD obtained by using the
図7(a)はDVDに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が1/e2(=13.5%)となる光スポット直径ΦDは0.89μmである。また、図7(b)はCDに対する光スポットを示すものであって、相対的光強度が1/e2となる光スポット直径ΦCは1.30μmである。このように、DVD,CDともに、情報記録面に良好な光スポットが得られる。なおこの光スポットについて、波面収差が0.0000λrmsのほぼ理想レンズに近い、CD用レンズで同一NAのNA0.47の場合と比較してみる。前記CD用レンズでの光スポット図を図22に示す。図22での相対的光強度が1/e2(=13.5%)となる光スポット直径は1.3804μmである。つまり本第2実施形態でのCDの光スポットは理想レンズに近い通常のCD用レンズに比べて、NAが同じであるにもかかわらず小さい。すなわち本第2実施形態についてCDに着目して考えてみると、本来のCD領域、第1〜第6区間だけでなく、波面収差の位相差を持った第7、第8区間のDVD専用領域が加わっていることにより、より小さいCD光スポットを実現できていると考えられる。前述の波面収差の位相差とは、DVD専用領域の第7区間と第8区間とでDVD655nmの波長で2λ1の波面収差を有しているということである。このことを証明するために、本第2実施形態について第7、8区間を遮蔽して、つまり絞り径をΦ3.178に設定して第1〜6区間のみのCD光スポットを計算してみた。その結果を図23に示す。この図23での1/e2の相対光強度の光スポット直径は1.3924μmで、図22に示すCD用レンズよりも0.01μmほど大きく、図7(b)に示す第2実施形態のCDよりも0.09μmほど大きい。以上のことはすなわち、波長λ2用レンズの外側に光を通す他の波長λ1用の使用領域を設けて、なお好ましくは前記外側領域内に前記他の波長λ1での波面収差の位相差を持たせることにより、波長λ2の光スポット径を、前記外側領域を設けない場合に比べて小さくしているということになる。 FIG. 7A shows a light spot with respect to a DVD, and the light spot diameter ΦD at which the relative light intensity is 1 / e 2 (= 13.5%) is 0.89 μm. FIG. 7B shows a light spot with respect to the CD, and the light spot diameter ΦC at which the relative light intensity is 1 / e 2 is 1.30 μm. Thus, a good light spot can be obtained on the information recording surface for both DVD and CD. This light spot is compared with the case of NA of 0.47 with the same NA for a CD lens, which is almost an ideal lens with a wavefront aberration of 0.0000 λrms. A light spot diagram on the CD lens is shown in FIG. The light spot diameter at which the relative light intensity in FIG. 22 is 1 / e 2 (= 13.5%) is 1.3804 μm. That is, the CD light spot in the second embodiment is smaller than that of a normal CD lens close to an ideal lens, although the NA is the same. That is, when considering the second embodiment focusing on the CD, not only the original CD area, the first to sixth sections, but also the DVD dedicated areas of the seventh and eighth sections having the phase difference of the wavefront aberration. It is considered that a smaller CD light spot can be realized by adding. The aforementioned phase difference of wavefront aberration means that the seventh section and the eighth section of the DVD dedicated area have a wavefront aberration of 2λ 1 at a wavelength of DVD655 nm. In order to prove this, for the second embodiment, the seventh and eighth sections were shielded, that is, the aperture diameter was set to Φ3.178, and the CD light spot only for the first to sixth sections was calculated. . The result is shown in FIG. The light spot diameter of the relative light intensity of 1 / e 2 in FIG. 23 is 1.3924 μm, which is about 0.01 μm larger than that of the CD lens shown in FIG. 22, which is the same as that of the second embodiment shown in FIG. It is about 0.09 μm larger than CD. That is, the use of the other wavelength λ 1 that allows light to pass outside the lens for the wavelength λ 2 , and preferably the position of the wavefront aberration at the other wavelength λ 1 in the outer region. By providing the phase difference, the light spot diameter of the wavelength λ 2 is made smaller than in the case where the outer region is not provided.
なお、本実施形態2では、前記の表3において前記比が0.96〜1.04であって、RMS波面収差としてはDVDが0.01945λ1でCDが0.02525λ2であるが、図10の説明で述べたように、共通使用領域におけるDVDの波面収差をもう少し劣化させて、CDの波面収差を良くすれば、DVD、CD共にRMS波面収差として0.022〜0.023λ程度の同等のRMS波面収差とすることも可能である。 In the second embodiment, the ratio in Table 3 is 0.96 to 1.04, and the RMS wavefront aberration is 0.01945λ 1 for DVD and 0.02525λ 2 for CD. As described in the description, if the DVD wavefront aberration is improved by further degrading the DVD wavefront aberration in the common use region, the equivalent RMS of about 0.022 to 0.023λ as the RMS wavefront aberration for both DVD and CD. It can also be a wavefront aberration.
なお、一例として、先の特開2001−51192号公報に記載のDVDとCDとのRMS波面収差をみると、
例1) DVD:0.001λ1 CD:0.047λ2
例2) DVD:0.019λ1 CD:0.037λ2
但し、λ1=640nm λ2=780nm
の2つの例が挙げられているが、いずれにおいても、CDについては、上記の許容値0.035λを越えるものである。
As an example, looking at the RMS wavefront aberration of DVD and CD described in JP-A-2001-51192,
Example 1) DVD: 0.001λ 1 CD: 0.047λ 2
Example 2) DVD: 0.019λ 1 CD: 0.037λ 2
However, λ 1 = 640nm λ 2 = 780nm
In any case, the CD exceeds the above allowable value of 0.035λ.
また、この例2)のレンズの各波長における波面収差を公報記載のレンズデータを用いて計算による求めると下記表4及び図12に示すように、その比が0.03〜33.44と本発明の範囲外であり、そのため両者のバランスがずれている。さらにDVD側の波面収差は0.14λ以下となるが、CD側の波面収差が大きくなり、レンズ全体のRMS波面収差も大きくなってしまう。
は、上記の例1、例2の夫々について0.0332,0.0294となり、いずれも上記の許容値0.028、0.026、0.025、0.023の全ての値を越えており、さらに、これらのWmax/Wminも例1、例2の夫々について47,1.847となり、いずれも上記の許容値1.8、1.6、1.4の全ての値を越えている。
Further, when the wavefront aberration at each wavelength of the lens of Example 2) is obtained by calculation using the lens data described in the publication, the ratio is 0.03 to 33.44 as shown in Table 4 and FIG. It is outside the scope of the invention, and therefore the balance between the two is shifted. Further, the wavefront aberration on the DVD side is 0.14λ or less, but the wavefront aberration on the CD side becomes large, and the RMS wavefront aberration of the entire lens also becomes large.
Is 0.0332, 0.0294 for each of Examples 1 and 2 above, both of which exceed all of the above allowable values of 0.028, 0.026, 0.025, 0.023, and these Wmax / Wmin are also Example 1, The values of Example 2 are 47 and 1.847, both of which exceed all the allowable values 1.8, 1.6, and 1.4.
このように、上記第1,第2の実施形態とも、収差を上記の許容値内に抑えることができるものであるが、これは、収差がかかる許容値内に収まるように、基板厚の差による球面収差と色収差とがキャンセルし合うレンズ面形状としていることによるものである。これに対し、先の特開2001−51192号公報では、単に入射レーザビームをDVDレーザビームの波長の整数倍分位相シフトすることにより、CDの収差低減を図るようにしたものであるから、いずれか1つの波長に対しては、収差を充分小さく抑えることができるとしても、全ての波長に対して、上記のような小さい値の許容値内に収差を同時に納めることができないのである。 As described above, in both the first and second embodiments, the aberration can be suppressed within the allowable value. However, this is because the difference in the substrate thickness is such that the aberration is within the allowable value. This is due to the lens surface shape in which spherical aberration and chromatic aberration cancel each other. On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-51192, the CD aberration is reduced by simply shifting the phase of the incident laser beam by an integral multiple of the wavelength of the DVD laser beam. Even if the aberration can be suppressed to a sufficiently small value for one wavelength, the aberration cannot be simultaneously accommodated within the allowable value of the small value as described above for all wavelengths.
以上の実施形態では、DVDとCDとで基板厚さが夫々0.6mmと1.2mmと異なることによる球面収差が655nmと790nmとの波長の差による色収差により打ち消して総合的な収差が低減されていることが、図5及び図7に示す光スポット及び図4,図6に示す波面収差のグラフから明らかである。また、以上の実施形態では、対物レンズ1の光入射側面Aの面形状は上記表1に示す点列データ、数5及び表2で与えられ、光出射側面Bの面形状は上記数1、数6に示す非球面の式により与えられるので、先の従来例のような回折レンズ構造を用いておらず、また、記録または再生に必要な開口(NA)に対してほぼ全ての光束を集光することができるので、高い光利用効率が得られることになる。
In the above embodiment, the spherical aberration due to the difference in substrate thickness between 0.6 mm and 1.2 mm for DVD and CD is canceled by chromatic aberration due to the difference in wavelength between 655 nm and 790 nm, and the total aberration is reduced. This is apparent from the light spot shown in FIGS. 5 and 7 and the wavefront aberration graphs shown in FIGS. In the above embodiment, the surface shape of the light incident side surface A of the
なお、以上の実施形態では、図1に示すように、ほぼ開口数NA=0.47から開口数NA=0.63またはNA=0.60までの対物レンズ1の外側領域はDVDのみに使用され、CDでは使用しないので、かかる外側領域での光入射側面A,光出射側面Bのいずれか
一方または双方にDVDのときの波長655nmの光を透過し、CDのときの波長790nmの光を透過しない薄膜処理を施したり、あるいは、かかる外側領域での光入射側面A,光出射側面Bのいずれか一方または双方二波長655nmの光には作用しないが、波長790nmの光に作用するような回折格子を形成して、波長655nmの光利用効率を落とさず二波長790nmの光利用効率を落とすようにしてもよい。
In the embodiment described above, as shown in FIG. 1, the outer region of the
即ち、以上の実施形態のごとく、異なる開口数の系に共用する際に、開口数に応じた絞りを設定できない場合には、開口数の小さな光学系においては、余分の光束をも受容することになるので、開口数の大きな光学系に合致して設計されたレンズの外側領域部分を通過する光が、開口数が小さな光学系に悪影響を及ぼさないような配慮をすることが望ましい。例えば、レンズの外側領域を通過した光がディスク面には集光しないように、横収差量が0.015mm以上となるようにするのが望ましい。 In other words, as in the above-described embodiment, when the diaphragm corresponding to the numerical aperture cannot be set when sharing the system with different numerical apertures, an extra light beam can be received in an optical system having a small numerical aperture. Therefore, it is desirable to take care that the light passing through the outer region of the lens designed to match the optical system with a large numerical aperture does not adversely affect the optical system with a small numerical aperture. For example, it is desirable that the amount of lateral aberration be 0.015 mm or more so that light that has passed through the outer region of the lens is not collected on the disk surface.
また、以上の実施形態では、DVDとCDとの2種類の光ディスクを例としたが、本発明は、これに限らず、これら以外の種類が異なる光ディスクであってもよいし、また、基板の厚みが異なる3種類以上の光ディスクに対しても、適用可能であり、夫々毎に使用するレーザビームの波長を異ならせ、これらに応じて、色収差が波面収差を打ち消すように、レンズ面形状を設定すればよい。またさらに、基板厚みが同じでも使用する波長が異なるために従来の通常のレンズでは大きな収差が発生してしまうような場合にも本発明を適用することにより収差低減をすることができる。 In the above embodiment, two types of optical disks, DVD and CD, are taken as an example. However, the present invention is not limited to this, and other types of optical disks may be used. It is also applicable to three or more types of optical discs with different thicknesses, and the lens surface shape is set so that chromatic aberration cancels wavefront aberration according to the wavelength of the laser beam used for each. do it. Further, even when the substrate thickness is the same, the wavelength used is different, so that a large aberration occurs in the conventional normal lens, the aberration can be reduced by applying the present invention.
図8は本発明による対物レンズを用いた光ヘッドの一実施形態を示す構成図であって、11はDVDレーザ、12はCDレーザ、13,14はハーフプリズム、15はコリメータレンズ、16は検出レンズ、17は光検出器、18は回析格子、19はアクチュエータであり、図1に対応する部分には同一符号をつけている。 FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of an optical head using an objective lens according to the present invention, in which 11 is a DVD laser, 12 is a CD laser, 13 and 14 are half prisms, 15 is a collimator lens, and 16 is detection. A lens, 17 is a photodetector, 18 is a diffraction grating, and 19 is an actuator. The same reference numerals are given to portions corresponding to those in FIG.
同図において、DVDディスク2を記録または再生する場合には、DVDレーザ11を駆動する。DVDレーザ11から発生される波長655nmのレーザビームが、ハーフプリズム13で反射し、ハーフプリズム14を透過してコリメータレンズ15に入射する。コリメータレンズ15を通過して平行光となってレーザビームは、対物レンズ1に入射して集光され、DVDディスク2の情報記録面に光スポットを形成する。そして、DVDディスク2で反射した反射光が対物レンズ1により平行光となり、コリメータレンズ15に入射する。コリメータレンズ15はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム14,13を透過し、検出レンズ16を通って光検出器17に到達する。光検出器17の検出出力信号は信号処理回路(図示せず)に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤
差信号,トラッキング誤差信号が得られる。図示しないシステム制御回路は、得られたフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号をもとに、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ1が位置するように、アクチュエータ駆動回路(図示せず)を制御してアクチュエータ19を駆動する。
In the figure, when the
CDディスク3を記録または再生する場合には、CDレーザ12を駆動する。CDレーザ12から発生される波長790nmのレーザビームが回折格子18を通り、ハーフプリズム14で反射されてコリメータレンズ15に入射する。コリメータレンズ15を通過して平行光となったレーザビームは、対物レンズ1に入射して集光され、CDディスク3の情報記録面に光スポットを形成する。そして、CDディスク3で反射した反射光が対物レンズ1により平行光となり、コリメータレンズ15に入射する。コリメータレンズ15はこの平行光を収束光にし、この収束光はハーフプリズム14,13を透過し、検出レンズ16を通って光検出器17に到達する。光検出器17の検出出力信号は図示しない信号処理回路に供給され、情報記録再生信号やフォーカス誤差信号,トラッキング誤差信号が得られる。
When recording or reproducing the
なお、CDディスク3の場合のトラッキング誤差信号は、CDレーザ12からのレーザビームを、回折格子18により、0次光と±1次光の3ビームに分岐し、これら±1次光によりトラッキング誤差信号を得るようにしている。このようにして得られたトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とにより、DVDディスク2と同様にして、適正なフォーカス位置とトラッキング位置に対物レンズ1が位置するように、アクチュエータ19を駆動する。
Note that the tracking error signal in the case of the
なお、本発明において、対物レンズ1の代わりに、コリメータレンズ15あるいはハーフプリズム14など両ディスクに共通する光学系において、本発明における対物レンズと同様の機能を持つように光学設計することもできる。また、図示しないが、本発明の対物レンズと同等の機能を有する他の光学要素をハーフプリズム14からディスク2またはディスク3に至る光路に配置することによってもよい。
In the present invention, instead of the
なお、コリメータレンズ15は必ずしも必要ではなく、いわゆる有限系の光学系でも、本発明は適用可能である。
The
図9は本発明による対物レンズを用いた光ディスク装置の一実施形態を示す構成図であって、20はアクチュエータ駆動回路、21は信号処理回路、22はレーザ駆動回路、23はシステム制御回路、24はディスク判別手段であり、図8に対応する部分には同一符号をつけている。 FIG. 9 is a block diagram showing an embodiment of an optical disk apparatus using an objective lens according to the present invention, wherein 20 is an actuator drive circuit, 21 is a signal processing circuit, 22 is a laser drive circuit, 23 is a system control circuit, 24 Is disc discriminating means, and parts corresponding to those in FIG.
同図において、光ピックアップ装置部分については、図8に示す構成と同様である。 In the figure, the optical pickup device is the same as the configuration shown in FIG.
まず、装着されたディスクの種類をディスク判別手段24により判別する。そのディスク判別方法としては、ディスクの基板の厚さを光学的もしくは機械的な方法で検出する方法、ディスクまたはディスクのカートリッジに予め記録された識別マークを検出する方法などが考えられる。もしくは、ディスクの厚さ,種類を仮定してディスクの信号を再生し、正常な信号が得られなければ、別の厚さ,種類のディスクであると判断する方法でもよい。ディスク判別結果は、ディスク判別手段24からシステム制御回路23に伝達される。
First, the
DVDディスクであると判別された場合には、システム制御回路23よりレーザ駆動回路22に対してDVDレーザを点灯させるような信号が伝達され、レーザ駆動回路22によりDVDレーザ11が点灯される。これにより、光ヘッドでは、図8に示した実施形態と同様二波長655nmのレーザビームが光検出器17に到達する。この光検出器17からの検出信号が信号処理回路21に送られて情報記録再生信号とフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号とが生成され、システム制御回路23に送られる。システム制御回路23では、これら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、アクチュエータ駆動回路20を制御し、この制御に基づいてアクチュエータ駆動回路20がアクチュエータ19を駆動して対物レンズ1をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる、いわゆるサーボ回路の動作により、フォーカス制御及びトラッキング制御が正規に行なわれて、対物レンズ1がDVDディスク2に対して正しい位置に位置するように、上記の各回路及びアクチュエータ19が動作するものとし、その結果、情報記録再生信号が良好に得られる。
When the disc is determined to be a DVD disc, a signal for turning on the DVD laser is transmitted from the
装着されたディスクがCDディスク3であると判別された場合には、システム制御回路23より、レーザ駆動回路22に対してCDレーザ12を点灯させるような信号が伝達される。これにより、CDレーザ12から波長790nmのレーザビームが発生する。これ以降の動作は図8に光ヘッドの場合と同様であり、このレーザビームが光検出器17に到達し、上記のDVDディスク2の場合と同様に、各回路やアクチュエータ19が作動してサーボ動作が行なわれ、情報記録再生信号が良好に得られる。
When it is determined that the loaded disk is the
第2の実施の形態について、さらに次のような点を見出すことができた。即ち、前述した波面収差を得るためのレンズ面形状としては、波長λi(i=1、2、3、4、…)の複数種類の単色光をそれぞれ屈折作用により集光させる多波長用のレンズにおける少なくとも一方のレンズ面のうちの全ての単色光での共通使用領域が屈折力の異なる複数の非球面部に分割されており、分割されている各非球面部のそれぞれ隣接する非球面部同士の隣接部におけるレンズ光軸に平行な方向の段差量をレンズ光軸に近い順にDj(j=1、2、3、4、・・・:レンズ光軸に近い順とする)、波長λiの光が入射したときのj番目の隣接部間の開口数NAをNAijとしたときに、隣接部における段差のうちの少なくとも半分以上の段差において、各波長λiに対する下記Aijの値のうち最小のものをMIN(Aij)、最大のものをMAX(Aij)としたときに次の式(1)を満足するとよい。 Regarding the second embodiment, the following points could be found. That is, as the lens surface shape for obtaining the wavefront aberration described above, a multi-wavelength lens for condensing a plurality of types of monochromatic light of wavelengths λi (i = 1, 2, 3, 4,...) By refraction. The common use area for all monochromatic light of at least one lens surface in FIG. 2 is divided into a plurality of aspherical portions having different refractive powers, and adjacent aspherical portions of the divided aspherical portions are adjacent to each other. The step amount in the direction parallel to the lens optical axis in the adjacent portion of Dj is Dj (j = 1, 2, 3, 4,...: The order close to the lens optical axis) and the wavelength λi. When the numerical aperture NA between the j-th adjacent portions when light is incident is NAij, the minimum one of the following Aij values for each wavelength λi in at least half of the steps in the adjacent portions Is MIN (Aij), the largest is MAX (Aij) May satisfy the following equation (1) when the.
MAX(Aij)/MIN(Aij)<3 ・・・(1)
ここで、
Aij=絶対値(Bij−mij)
Bij=(絶対値(Dj))*(ni-1)/λi−(NAij2)*K/λi
ni:波長λiにおけるレンズの屈折率
mij:Bijに最も値が近い整数
K=0.0004ミリメートル (NAij<0.55のとき)
K=0.0005ミリメートル (NAij>=0.55のとき)
または上記式(1)におけるAijが0.15以下であることが望ましい。また、MAX(Aij)/MIN(Aij)<2.5であることが望ましく、さらには、MAX(Aij)/MIN(Aij)<2(以下、式(2)とする)であることが好ましい。
MAX (Aij) / MIN (Aij) <3 (1)
here,
Aij = Absolute value (Bij−mij)
Bij = (absolute value (Dj)) * (ni-1) / λi− (NAij2) * K / λi
ni: Refractive index of lens at wavelength λi
mij: integer closest to Bij
K = 0.004 mm (when NAij <0.55)
K = 0.005mm (when NAij> = 0.55)
Alternatively, Aij in the above formula (1) is preferably 0.15 or less. Further, MAX (Aij) / MIN (Aij) <2.5 is desirable, and further, MAX (Aij) / MIN (Aij) <2 (hereinafter referred to as Expression (2)) is preferable. .
上記式(1)における、絶対値(Dj)*(ni-1)は、隣接段差量Djによる光路長のズレ量を示している。K*(NAij2)は光路長の補正項であり、球面収差を低減するためには、NAが0.55未満の領域では0.0004×NA2(mm)、NAが0.55以上の領域では0.0005×NA2 (mm)だけ光路長を隣接段差部で補正しておく必要がある。そしてBijの値が最も近い整数からどの位ズレているかがAijで表されている。各Aijの値が小さい程波面収差値が少なくなる傾向にあり、各波長λiに対してバランス良くAijの値を小さくするのが良い。 In the above equation (1), the absolute value (Dj) * (ni-1) indicates the amount of deviation of the optical path length due to the adjacent step amount Dj. K * (NAij2) is a correction term for the optical path length. To reduce spherical aberration, K04 (NAij2) is 0.0004 × NA2 (mm) when NA is less than 0.55, and NA is 0.55 or more. It is necessary to correct the optical path length by the adjacent step portion by 0.0005 × NA 2 (mm). Aij indicates how much the value of Bij deviates from the nearest integer. As the value of each Aij is smaller, the wavefront aberration value tends to decrease, and it is preferable to decrease the value of Aij in a balanced manner with respect to each wavelength λi.
前記第2実施形態における具体的な数値を表5に示す。
前記第2実施形態における各非球面部の隣接部が段差量D1〜D7を有する場合の構造を図14に示す。なお、本第2実施形態では表2の区間1〜6までがDVD/CD共通使用領域であり、区間7〜8はDVD専用使用領域である。よって、式(1)、(2)での計算対象としては、DVD/CD共通使用領域内の段差についてのみなので、D1〜D5までが計算対象であり、D6とD7は式(1)、(2)の計算対象外である。また段差量D1〜D7については、段差部においてレンズ光軸に近い側の非球面が図の左側にある場合を正符号とし、右側にある場合を負符号とする。つまり本第2実施形態、図14、表5の場合にはD1、D2、D3がプラス符号の段差量で、D4、D5、D6、D7がマイナス符号の段差量である。第2実施形態の段差部の形状として図14に示したが、レンズを実際に作製する場合、レンズがプラスチック製の場合には射出成形、ガラス製の場合にはガラス成形レンズとすることが考えられる。いずれの場合でも金型を作製してその形状を転写して製品を得ることになるが、その金型作製や成形を考慮した形状を図15、図16に示す。
Specific numerical values in the second embodiment are shown in Table 5.
FIG. 14 shows a structure in the case where adjacent portions of the respective aspheric surfaces in the second embodiment have step amounts D1 to D7. In the second embodiment,
図15は図14の段差量D1の部分の拡大図で、図14に示す形状から、抜きテーパー20度と、左側の角をR0.0005mmつけた形状としている(実線で示す)。前記のR0.0005mmは金型製作時のバイトRを考慮したもので、抜きテーパー20度は射出成形またはガラス成形の際に成形しやすくしたものである。この場合にこの隣接部における、第1区間の非球面と第2区間の非球面との段差量D1をどう定義するかを図の点線で示す。所定の半径まで第1区間の非球面と第2区間の非球面を延長し、前記所定の半径におけるレンズ光軸に平行な方向の第1区間非球面と第2区間非球面との距離が段差量D1である。また所定の半径が不明の場合には図に示すΦE1からΦE2の任意の径の部分を所定の半径として良い。 FIG. 15 is an enlarged view of the step D1 in FIG. 14. The shape shown in FIG. 14 is a shape with a taper of 20 degrees and a left corner of R0.0005 mm (shown by a solid line). The above R0.0005 mm takes into account the bite R at the time of mold manufacture, and the punching taper of 20 degrees facilitates molding during injection molding or glass molding. In this case, how to define the step amount D1 between the aspheric surface in the first section and the aspheric surface in the second section in this adjacent portion is indicated by a dotted line in the figure. Extending the aspheric surface of the first section and the aspheric surface of the second section to a predetermined radius, the distance between the first section aspheric surface and the second section aspheric surface in the direction parallel to the lens optical axis at the predetermined radius is a step. The amount is D1. When the predetermined radius is unknown, a portion having an arbitrary diameter from ΦE1 to ΦE2 shown in the figure may be set as the predetermined radius.
なお、図15において寸法E3の部分は光学的な結像に寄与しない無効領域となってしまうが、図15に示すものでも0.0005〜0.001mm程度でDVDの有効領域Φ4.032mm、CDの有効領域Φ3.179mmに比べると微小な量であって問題になるレベルではない。前記の無効領域を更に小さくするために抜きテーパーの角度を小さくしたり、バイトRを小さくするかゼロにしてしまうことも有効である。また逆に前記無効領域を図15に示すものよりも更に大きくして、抜きテーパーをもっと増やしたり、バイトRをもっと大きくすることも有効である。 In FIG. 15, the area of dimension E3 becomes an ineffective area that does not contribute to optical imaging, but the area shown in FIG. 15 is about 0.0005 to 0.001 mm, and the effective area of DVD is 4.032 mm, CD Compared with the effective area of Φ3.179 mm, this is a minute amount and not a problem level. In order to further reduce the ineffective area, it is also effective to reduce the angle of the taper taper or to make the bite R small or zero. On the contrary, it is also effective to make the invalid area larger than that shown in FIG.
図16は図14の段差量D4の部分の拡大図で、図14に示す形状から、抜きテーパー20度と、左側の角をR0.0005mmつけた形状としている(実線で示す)。以下、段差量D4の定義や抜きテーパーやバイトRについては図15で説明した内容と同じである。 FIG. 16 is an enlarged view of the portion of the step amount D4 in FIG. 14. The shape shown in FIG. 14 has a draft taper of 20 degrees and a left corner of R0.0005 mm (shown by a solid line). Hereinafter, the definition of the step amount D4, the punch taper, and the cutting tool R are the same as those described with reference to FIG.
なお前記第2実施形態で図11に示す波面収差を得ることが出来ると説明したが、ある部分の波面収差を低減した方が良い場合が考えられる。たとえば、第1区間におけるCDの波面収差を図11に示すものよりも更に低減したい、という場合には、たとえば下記の表6に示す第3実施形態とするのが良い。
本第3実施形態は表2に示す第2実施形態から第1区間のA4の値を変えたものである。本第3実施形態の波面収差図を図17に、式(1)、(2)についての計算結果を表7に示す。
図17より、第1区間でのCD波面収差が低減されていることがわかる。RMS波面収差では、第2実施形態では、第1区間においてCDの波面収差が図11の第2実施形態では0〜0.095λまでの値を取っていたのに対して、図17に示す第3実施形態では、0〜0.03λまでの値となっていて改善されていることがわかる。しかし、第1区間でのDVDの波面収差については図11の第2実施形態では0〜−0.1λの値であったが、図17の第3実施形態では0〜−0.2λと劣化した値となっている。RMS波面収差値としては、
DVD CD
第2実施形態 0.01945λrms 0.02525λrms
第3実施形態 0.02495λrms 0.02574λrms
となっており、DVDで第3実施形態の方が劣化しているが、まだ0.025λRMS以下の値をキープできている。表7に示す式(1)、(2)の値については、段差量D1に相当する部分でMAX(Aij)/MIN(Aij)の値が第3実施形態では18.1324と3よりも大きく、また2よりも大きい。D2、D3、D4、D5に相当する部分では2未満の値となっており、MAX(Aij)/MIN(Aij)については5つのうち4つは2未満を満足し、1つは不満足である。5つのうち4つを満足していればDVD、CD共にRMS波面収差で0.025λRMS以下を満足できているが、5つとも満足している場合に比べるとDVDでの波面収差の劣化が認められる例である。なお第3実施形態で第1区間におけるCD波面収差を低減する例について記述したが、同様にして第1区間でDVD波面収差を低減させることも可能であり、その場合にはRMS波面収差においてCD側が劣化してくる。
Although it has been described that the wavefront aberration shown in FIG. 11 can be obtained in the second embodiment, there may be a case where it is better to reduce the wavefront aberration in a certain part. For example, when it is desired to further reduce the wavefront aberration of the CD in the first section than that shown in FIG. 11, the third embodiment shown in Table 6 below may be used, for example.
In the third embodiment, the value of A4 in the first section is changed from the second embodiment shown in Table 2. FIG. 17 shows the wavefront aberration diagram of the third embodiment, and Table 7 shows the calculation results for the equations (1) and (2).
FIG. 17 shows that the CD wavefront aberration in the first section is reduced. In the RMS wavefront aberration, in the second embodiment, the CD wavefront aberration in the first section takes a value from 0 to 0.095λ in the second embodiment of FIG. In 3 embodiment, it turns out that it is a value to 0-0.03 (lambda), and it turns out that it is improving. However, the wavefront aberration of the DVD in the first section was 0 to −0.1λ in the second embodiment of FIG. 11, but deteriorated to 0 to −0.2λ in the third embodiment of FIG. It is the value. As the RMS wavefront aberration value,
DVD CD
Second Embodiment 0.01945λrms 0.02525λrms
Third Embodiment 0.02495λrms 0.02574λrms
Although the third embodiment is deteriorated with DVD, the value of 0.025λ RMS or less can still be kept. Regarding the values of the expressions (1) and (2) shown in Table 7, the value of MAX (Aij) / MIN (Aij) is larger than 18.1324 and 3 in the third embodiment in the portion corresponding to the step amount D1. , And greater than 2. In the part corresponding to D2, D3, D4, D5, the value is less than 2, and for MAX (Aij) / MIN (Aij), 4 out of 5 satisfy less than 2, and 1 is unsatisfactory. . If four of the five are satisfied, both the DVD and CD satisfy the RMS wavefront aberration of 0.025λ RMS or less. However, the deterioration of the wavefront aberration in the DVD is recognized as compared with the case where all five are satisfied. This is an example. In the third embodiment, the example of reducing the CD wavefront aberration in the first section has been described, but it is also possible to reduce the DVD wavefront aberration in the first section in the same manner. The side will deteriorate.
また更に、第2区間におけるCDの波面収差を低減したい場合には表8に示す第4実施形態とするのが良い。
本第4実施形態は表6に示す第3実施形態から第2区間のA16の値を変えたものである。本第4実施形態の波面収差図を図18に、式(1)、(2)についての計算結果を表9に示す。
図18より、第3実施形態に比べて更に第2区間でのCD波面収差が低減されていることがわかる。RMS波面収差では、第2、第3実施形態に比べて第4実施形態は、第2区間においてCDの波面収差が図11の第2実施形態、図17の第3実施形態では0〜0.098λまでの値を取っていたのに対して、図18の第4実施形態では0〜0.05λまでの値となっていて改善されていることがわかる。しかし、第2区間でのDVDの波面収差については図11の第2実施形態、図17の第3実施形態では0〜−0.1λの値であったが、図18の第4実施形態では0〜−0.2λと劣化した値となっている。RMS波面収差値としては、
DVD CD
第2実施形態 0.01945λrms 0.02525λrms
第3実施形態 0.02495λrms 0.02574λrms
第4実施形態 0.02926λrms 0.02489λrms
となっており、第4実施形態ではDVDのRMSの波面収差が第3実施形態に比べて更に劣化しているが、まだ0.03λRMS以下の値をキープできている。表9に示す式(1)、(2)の値について、段差量D1、D2に相当する部分でMAX(Aij)/MIN(Aij)の値が第4実施形態では17.8242、31.8655と3よりも大きく、また2よりも大きい。D3、D4、D5に相当する部分では2未満の値となっており、MAX(Aij)/MIN(Aij)については5つのうち3つは2未満を満足し、2つは不満足である。5つのうち3つを満足していればDVD、CD共にRMS波面収差で0.030λRMS以下を満足できているが、5つとも満足している場合及び5つのうち4つで満足している場合に比べるとDVDでの波面収差の劣化が認められる例である。なお第4実施形態で第1、第2区間におけるCD波面収差を低減する例について記述したが、同様にして第1、第2区間でDVD波面収差を低減させることも可能であり、その場合にはRMS波面収差においてCD側が劣化してくる。
Furthermore, when it is desired to reduce the CD wavefront aberration in the second section, the fourth embodiment shown in Table 8 is preferably used.
In the fourth embodiment, the value of A16 in the second section is changed from the third embodiment shown in Table 6. FIG. 18 shows the wavefront aberration diagram of the fourth embodiment, and Table 9 shows the calculation results for the equations (1) and (2).
FIG. 18 shows that the CD wavefront aberration in the second section is further reduced compared to the third embodiment. In the RMS wavefront aberration, the fourth embodiment has a CD wavefront aberration of 0 to 0. 0 in the second embodiment of FIG. 11 and the third embodiment of FIG. 17 in the second section as compared with the second and third embodiments. In contrast to the values up to 098λ, in the fourth embodiment of FIG. 18, the values are from 0 to 0.05λ, which is improved. However, the wavefront aberration of the DVD in the second section is 0 to −0.1λ in the second embodiment of FIG. 11 and the third embodiment of FIG. 17, but in the fourth embodiment of FIG. It is a degraded value of 0 to -0.2λ. As the RMS wavefront aberration value,
DVD CD
Second Embodiment 0.01945λrms 0.02525λrms
Third Embodiment 0.02495λrms 0.02574λrms
Fourth Embodiment 0.02926 λrms 0.02489 λrms
In the fourth embodiment, the wavefront aberration of the RMS of the DVD is further deteriorated compared to the third embodiment, but the value of 0.03λ RMS or less can still be kept. Regarding the values of the equations (1) and (2) shown in Table 9, the value of MAX (Aij) / MIN (Aij) is 17.8242, 31.8655 in the fourth embodiment in the portions corresponding to the step amounts D1 and D2. Greater than 3 and greater than 2. In portions corresponding to D3, D4, and D5, the value is less than 2. For MAX (Aij) / MIN (Aij), three of the five satisfy less than 2, and two are unsatisfactory. If 3 out of 5 are satisfied, both DVD and CD can satisfy RMS wavefront aberration of 0.030λ RMS or less, but 5 are satisfied and 4 out of 5 are satisfied. This is an example in which the deterioration of wavefront aberration in DVD is recognized. In the fourth embodiment, the example of reducing the CD wavefront aberration in the first and second sections has been described, but it is also possible to reduce the DVD wavefront aberration in the first and second sections in the same manner. In the RMS wavefront aberration, the CD side deteriorates.
また更に、第3区間におけるCDの波面収差を低減したい場合には表10に示す比較例とするのが良い。
本比較例は表8に示す第4実施形態から第3区間のA16の値を変えたものである。本比較例の波面収差図を図19に、式(1)、(2)についての計算結果を表11に示す。
図19より、第4実施形態に比べて更に第3区間でのCD波面収差が低減されていることがわかる。RMS波面収差では、第2、第3、第4実施形態に比べて比較例は、第3区間においてCDの波面収差が図11の第2実施形態、図17の第3実施形態、図18の第4実施形態では0〜0.098λまでの値を取っていたのに対して、図19の比較例では−0.01〜0.04λまでの値となっていて改善されていることがわかる。しかし、第3区間でのDVDの波面収差については図11の第2実施形態、図17の第3実施形態では0〜−0.1λの値であったが、図18の第4実施形態では0〜−0.2λと劣化した値となっている。RMS波面収差値としては、
DVD CD
第2実施形態 0.01945λrms 0.02525λrms
第3実施形態 0.02495λrms 0.02574λrms
第4実施形態 0.02926λrms 0.02489λrms
比較例 0.03503λrms 0.02477λrms
となっており、比較例ではDVDのRMSの波面収差が第4実施形態に比べて更に劣化して0.035λrms以上となってしまっている。表11に示す式(1)、(2)の値について、段差量D1、D2、D3に相当する部分でMAX(Aij)/MIN(Aij)の値が比較例では17.8242、24.6772、6.6199と3よりも大きく、また2よりも大きい。D4、D5に相当する部分では2未満の値となっており、MAX(Aij)/MIN(Aij)については5つのうち2つは2未満を満足し、3つは不満足である。5つのうち2つしか満足できていないためにDVD、CD共にRMS波面収差で0.035λRMS以下を満足できていないというのが本比較例である。
Furthermore, when it is desired to reduce the CD wavefront aberration in the third section, the comparative example shown in Table 10 is preferable.
In this comparative example, the value of A16 in the third section is changed from the fourth embodiment shown in Table 8. FIG. 19 shows the wavefront aberration diagram of this comparative example, and Table 11 shows the calculation results for equations (1) and (2).
FIG. 19 shows that the CD wavefront aberration in the third section is further reduced as compared with the fourth embodiment. In comparison with the second, third, and fourth embodiments, in the RMS wavefront aberration, the comparative example shows that the CD wavefront aberration in the third section is the second embodiment of FIG. 11, the third embodiment of FIG. In the fourth embodiment, the value is from 0 to 0.098λ, whereas in the comparative example of FIG. 19, the value is from −0.01 to 0.04λ, which is improved. . However, the wavefront aberration of the DVD in the third section was 0 to −0.1λ in the second embodiment of FIG. 11 and the third embodiment of FIG. 17, but in the fourth embodiment of FIG. It is a degraded value of 0 to -0.2λ. As the RMS wavefront aberration value,
DVD CD
Second Embodiment 0.01945λrms 0.02525λrms
Third Embodiment 0.02495λrms 0.02574λrms
Fourth Embodiment 0.02926 λrms 0.02489 λrms
Comparative Example 0.03503λrms 0.02477λrms
Thus, in the comparative example, the wavefront aberration of the RMS of the DVD is further deteriorated compared with the fourth embodiment, and becomes 0.035λrms or more. Regarding the values of the expressions (1) and (2) shown in Table 11, the values of MAX (Aij) / MIN (Aij) in the parts corresponding to the step amounts D1, D2, and D3 are 17.8242 and 24.6772 in the comparative example. , Greater than 6.6199 and 3, and greater than 2. In the portions corresponding to D4 and D5, the value is less than 2. As for MAX (Aij) / MIN (Aij), two of the five satisfy less than 2, and three are unsatisfactory. In this comparative example, only two of the five are satisfied, and both the DVD and the CD cannot satisfy the RMS wavefront aberration of 0.035λ RMS or less.
また、今までDVDとCDの場合について述べてきたが、例えば基板厚が同じで波長がことなる場合でも本発明は有効である。例として、いわゆるブルーレーザー、波長405nmで基板厚0.6mm、とDVD、波長655nmで基板厚0.6mmの場合などである。この場合につき以下第5実施形態として記述する。 Further, the case of DVD and CD has been described so far, but the present invention is effective even when the substrate thickness is the same and the wavelength is different. Examples include a so-called blue laser, a substrate thickness of 0.6 mm at a wavelength of 405 nm, and a DVD, a substrate thickness of 0.6 mm at a wavelength of 655 nm. This case will be described below as a fifth embodiment.
第5実施形態では、基本的なレンズ構成は図2に示す第2実施形態と同じで、A面側より平行光を入射させてB面側にあるディスク基板(図示しない)の記録面上に良好な光スポットを形成するものである。光源側のA面は数4によりZAとhの関係が表される。その具体的な数値を表12の上側欄の区間1〜9に示す。また光源と反対側、ディスク側のB面は数6でZBとhの関係が表される。その具体的な数値は、表12の下側欄に示す。
また、対物レンズの光軸上の面頂点f,e間の距離、即ち、中心厚さt0は1.94mmであって、波長λ1=405nm(ブルー)での屈折率nは1.54972であり、
波長λ2=655nm(DVD)での屈折率nは1.53である。透明基板の厚さと屈折率は、波長λ1=405nm(ブルー)では、厚み0.6mmで屈折率1.6235であり、波長λ2=655nm(DVD)では厚み0.6mmで屈折率は1.58である。
また、波長405nmのブルーの時のNAは0.65、焦点距離は3.1015mmで、波長655nmのDVDの時のNAは0.6277で、焦点距離は3.2116mmである。入射平行光束有効直径=焦点距離×NA×2であり、前記NAと焦点距離の値からわかるように、波長405nmのブルーの時は
入射平行光束有効直径=3.1015×0.65×2=Φ4.032であり、
波長655nmのDVDの時は
入射平行光束有効直径=3.2116×0.6277×2=Φ4.032である。
In the fifth embodiment, the basic lens configuration is the same as that of the second embodiment shown in FIG. 2, and parallel light is incident from the A surface side, and on the recording surface of a disk substrate (not shown) on the B surface side. A good light spot is formed. On the light source side A surface, the relationship between Z A and h is expressed by Equation (4). The specific numerical values are shown in
Further, the distance between the surface vertices f and e on the optical axis of the objective lens, that is, the center thickness t0 is 1.94 mm, and the refractive index n at the wavelength λ 1 = 405 nm (blue) is 1.54972. Yes,
The refractive index n at the wavelength λ 2 = 655 nm (DVD) is 1.53. The thickness and refractive index of the transparent substrate are 0.6 mm and a refractive index of 1.6235 at a wavelength λ 1 = 405 nm (blue), and 0.6 mm and a refractive index of 1 at a wavelength of λ 2 = 655 nm (DVD). .58.
In addition, the NA at the wavelength of 405 nm is 0.65, the focal length is 3.1015 mm, the NA at the wavelength of 655 nm is 0.6277, and the focal length is 3.2116 mm. The incident parallel beam effective diameter = focal length × NA × 2, and as can be seen from the values of NA and focal length, the incident parallel beam effective diameter = 3.1015 × 0.65 × 2 = when the wavelength is 405 nm. Φ4.032,
In the case of a DVD with a wavelength of 655 nm, the effective diameter of the incident parallel light flux is 3.2116 × 0.6277 × 2 = Φ4.032.
つまり、ブルーのときもDVDのときも入射平行光束有効直径は同一であり、第1〜第4実施形態のときのDVD専用領域に相当するものはなく、Φ4.032のA面側レンズ全面が、ブルー/DVD共通使用領域である。 In other words, the effective diameter of the incident parallel light beam is the same for both blue and DVD, and there is no equivalent to the DVD dedicated area in the first to fourth embodiments, and the entire surface of the A-side lens with Φ4.032 Blue / DVD common use area.
図20に本第5実施形態の波面収差図を示す。ブルーのRMS波面収差が0.03152λrmsであり、DVDのRMS波面収差が0.03237λrmsで、ブルーもDVDも0.035λrms以下となっている。式(1)、(2)の値について表13に表す。
式(1)、(2)の値についてはD1〜D8の全ての隣接段差部において1.23以下となっており、式(1)、(2)を全ての隣接段差部で満足している。
FIG. 20 shows a wavefront aberration diagram of the fifth embodiment. The blue RMS wavefront aberration is 0.03152 λrms, the DVD RMS wavefront aberration is 0.03237 λrms, and both blue and DVD are 0.035 λrms or less. Table 13 shows the values of the expressions (1) and (2).
About the value of Formula (1), (2), it is 1.23 or less in all the adjacent level difference parts of D1-D8, and Formula (1), (2) is satisfied with all the level difference parts. .
また本第5実施形態の光スポット図を図21に示す。1/e2(=0.135)の相対光強度となる光スポット直径は、405nmのブルーのときで0.5149μmで、655nmのDVDで0.8606μmとなっている。 FIG. 21 shows a light spot diagram of the fifth embodiment. The light spot diameter, which is the relative light intensity of 1 / e 2 (= 0.135), is 0.5149 μm for 405 nm blue and 0.8606 μm for 655 nm DVD.
1 実施形態の対物レンズ
2 DVDの透明基板
2a 情報記録面
3 CDの透明基板
3a 情報記録面
4,5 レーザビーム
11 DVDレーザ
12 CDレーザ
13,14 ハーフプリズム
15 コリメータレンズ
16 検出レンズ
17 光検出器
18 回析格子
19 アクチュエータ
20 アクチュエータ駆動回路
21 信号処理回路
22 レーザ駆動回路
23 システム制御回路
24 ディスク判別手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光記録媒体の前記透明基板に設けられた情報記録面に前記レーザビームを集光させる正のパワーを有する対物レンズであって、
少なくとも一方のレンズ面に、
異なる波長の二種類のレーザビームがそれぞれ透明基板の厚さが異なる二種類の光記録媒体の情報記録面上に対応して集光する内側領域と、
前記内側領域の外側に位置し、前記内側領域を通る二種類のレーザビームのうちの一種類のレーザビームは対応する光記録媒体の情報記録面上に集光するが、他の一種類のレーザビームは対応する光記録媒体の情報記録面上に集光しない外側領域と、を備え、
前記内側領域は、光軸から半径方向に複数の区間に区分され、
前記複数の区間には、それぞれ、前記レーザビームの波長の違いによって発生する色収差と前記光記録媒体の前記透明基板の厚さの違いによって発生する球面収差とを相殺する非球面形状と隣接段差とが設定され、
前記異なる波長のレーザビームが、それぞれ対応する前記光記録媒体の前記情報記録面上に集光する際に発生する波面収差のうち、最大の波面収差をWmax、最小の波面収差をWminとしたとき、
Wmax≦0.035λRMS
を満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 Laser beams having different wavelengths λi (i = 1, 2, 3, 4,...) Are incident on each of a plurality of types of optical recording media having different thicknesses of the transparent substrate,
An objective lens having a positive power for condensing the laser beam on an information recording surface provided on the transparent substrate of the optical recording medium,
On at least one lens surface,
An inner region where two types of laser beams of different wavelengths are focused correspondingly on information recording surfaces of two types of optical recording media having different transparent substrate thicknesses;
One of the two types of laser beams located outside the inner region and passing through the inner region is focused on the information recording surface of the corresponding optical recording medium. The beam comprises an outer region not focused on the information recording surface of the corresponding optical recording medium,
The inner region is divided into a plurality of sections in the radial direction from the optical axis,
Each of the plurality of sections includes an aspherical shape and an adjacent step that offset chromatic aberration caused by a difference in wavelength of the laser beam and spherical aberration caused by a difference in thickness of the transparent substrate of the optical recording medium. Is set,
Of the wavefront aberrations that occur when the laser beams of different wavelengths are condensed on the information recording surface of the corresponding optical recording medium, the maximum wavefront aberration is Wmax and the minimum wavefront aberration is Wmin. ,
Wmax ≦ 0.035λRMS
An objective lens characterized by satisfying
1≦ Wmax/Wmin<1.8を満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 The objective lens according to claim 1, wherein
1. Objective lens satisfying 1 ≦ Wmax / Wmin <1.8.
1≦Wmax/Wmin<1.6を満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 The objective lens according to claim 2, wherein
Objective lens characterized by satisfying 1 ≦ Wmax / Wmin <1.6.
1≦Wmax/Wmin<1.4を満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 The objective lens according to claim 3,
Objective lens characterized by satisfying 1 ≦ Wmax / Wmin <1.4.
W max≦0.033λRMSを満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 The objective lens according to any one of claims 1 to 4,
An objective lens characterized by satisfying W max ≦ 0.033λRMS.
Wmax≦0.030λRMSを満たす
ことを特徴とする対物レンズ。 The objective lens according to claim 5,
An objective lens characterized by satisfying Wmax ≦ 0.030λRMS.
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