JP2005025925A - Optical system, optical pickup apparatus, optical information recording and reproducing apparatus, and aberration-correcting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ピックアップ装置用の光学系、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び光ピックアップ装置用の収差補正素子に関する。 The present invention relates to an optical system for an optical pickup device, an optical pickup device, an optical information recording / reproducing device, and an aberration correction element for the optical pickup device.
近年の光ディスクの高密度化に伴い、光ディスクへの記録/再生に使用される光ピックアップ装置の対物レンズは、集光スポットをより小さくするという要求からその開口数(NA)が高いものが用いられるようになっている。
例えば、波長λが405nmの青紫色半導体レーザ光源を使用する高密度光ディスク用の光ピックアップ装置では、高密度化を達成するために開口数NAが0.85の対物レンズを用いることが提案されている。
Along with the recent increase in the density of optical discs, an objective lens of an optical pickup device used for recording / reproducing on an optical disc has a high numerical aperture (NA) because of a demand for a smaller focused spot. It is like that.
For example, in an optical pickup device for a high-density optical disk using a blue-violet semiconductor laser light source having a wavelength λ of 405 nm, it has been proposed to use an objective lens having a numerical aperture NA of 0.85 in order to achieve high density. Yes.
開口数が0.85の対物レンズとして、入射光束に対する屈折力を2つのレンズに分担させることで、個々のレンズの製造公差を緩和することでNA0.85を達成したガラス製の2群レンズが以下の特許文献1に記載されている。
しかし、ガラス製の非球面レンズのモールド成形時においては、金型の温度を550℃程度の高温にする必要があるため、ガラス製の非球面レンズ用の金型は一般的に寿命が短く、大量生産には適さないという問題がある。
また、波長405nmのレーザ光束と、NA0.85の対物レンズを使用する高密度光ディスクでは、0.1mmの厚さの保護層を採用しているので、保護層表面の傷が情報の記録/再生特性に与える影響が大きい。そのため、対物レンズの設計において作動距離を確保することは、対物レンズが光ディスクとの干渉により保護層表面を傷つけることを防ぐうえで非常に重要である。
As an objective lens having a numerical aperture of 0.85, a glass two-group lens that achieves NA 0.85 by relaxing the manufacturing tolerance of each lens by sharing the refractive power with respect to the incident light flux between the two lenses. It is described in the following
However, when molding an aspherical lens made of glass, it is necessary to set the temperature of the mold to a high temperature of about 550 ° C. Therefore, a mold for an aspherical lens made of glass generally has a short life, There is a problem that it is not suitable for mass production.
In addition, a high-density optical disk using a laser beam having a wavelength of 405 nm and an objective lens having an NA of 0.85 employs a protective layer having a thickness of 0.1 mm. The effect on characteristics is large. Therefore, securing the working distance in designing the objective lens is very important in preventing the objective lens from damaging the surface of the protective layer due to interference with the optical disk.
しかし、2群構成の対物レンズでは、入射光束を2つのレンズのそれぞれで屈折させて光ディスクの情報記録面状上に集光させるため、光ディスクに対向する光学面を通過する際のマージナル光線の光軸からの高さが小さくなり、対物レンズから光ディスクまでの距離(作動距離)が短くなるので、対物レンズと光ディスクが干渉し易くなる。特に、上記の特許文献1に記載されているようなガラス製の2群対物レンズでは、その重量が大きくなるため、対物レンズが光ディスクとの干渉により保護層表面に傷をつける可能性が非常に高くなる。そこで、上記の問題に対応すべく、本件発明者の一人は、以下の特許文献2に記載されているような、NA0.85のプラスチック製の単レンズを提案した。
プラスチック製のレンズは、ガラス製のレンズと比較して、低温(120℃程度)でのモールド成形が可能であるので、金型の寿命も長く、また、材料費も安価であるので、低コストで、安定した品質を維持しながら大量生産できる。さらに、単レンズ構成とすることで、作動距離を大きく確保でき、また、軽量であるので、対物レンズと光ディスクとの干渉による保護層表面の破損の問題も解決される。
However, in the objective lens having the two-group configuration, the incident light beam is refracted by each of the two lenses and condensed on the information recording surface of the optical disk, so that the light of the marginal light beam when passing through the optical surface facing the optical disk. Since the height from the shaft is reduced and the distance from the objective lens to the optical disk (working distance) is reduced, the objective lens and the optical disk are likely to interfere with each other. In particular, in the two-group objective lens made of glass as described in the above-mentioned
Plastic lenses can be molded at low temperatures (about 120 ° C) compared to glass lenses, so the mold life is long and material costs are low, so the cost is low. Therefore, mass production is possible while maintaining stable quality. Further, the single lens configuration can ensure a large working distance and is lightweight, so that the problem of damage to the surface of the protective layer due to interference between the objective lens and the optical disk can be solved.
NA0.85のプラスチック製の単レンズは、ガラス製の2群レンズと比較して、以上のような利点を有するが、一方、温度変化に伴う屈折率変化により発生する球面収差が大きくなるという問題が生じる。これは、屈折率変化に伴いプラスチック製の単レンズで発生する球面収差変化が、NA4に比例して増加するためである。
なお、以下の説明においては、温度変化時の光学素子の特性を「温度特性」といい、所定の温度変化に伴う光学素子の波面収差変化を、回折限界以下となるように補正することを「温度特性の補正」という。
A plastic single lens with NA of 0.85 has the advantages as described above compared with a glass-made two-group lens. On the other hand, the spherical aberration generated by a change in refractive index due to a temperature change is increased. Occurs. This is because a change in spherical aberration that occurs in a plastic single lens with a change in refractive index increases in proportion to NA 4 .
In the following description, the characteristic of the optical element at the time of temperature change is referred to as `` temperature characteristic '', and correcting the wavefront aberration change of the optical element due to a predetermined temperature change to be below the diffraction limit is `` This is called “correction of temperature characteristics”.
また、光ピックアップ装置では、一般的に情報の再生時のレーザパワーよりも記録時のレーザパワーの方が大きいため、再生から記録に切り替える際に出力変化によりレーザ光源の中心波長が瞬時的に数nmとぶ、モードホッピングを起こす場合がある。かかるモードホッピングにより発生するフォーカス位置ずれは対物レンズをフォーカシングすることで除去できるが、対物レンズがフォーカシングするまでの数nsecの間は、フォーカス位置ずれによる記録不良等の不具合が生じる。このフォーカス位置ずれは光源波長が短くなるほど大きくなるので、光源波長が短くなるほどモードホッピングによる波面収差劣化は大きくなる。以上の理由から青紫色半導体レーザを光源として使用する高密度光ディスク用の光ピックアップ装置では、波長変化に対する集光スポットのフォーカス位置ずれの補正が求められている。
なお、以下の説明においては、入射光束の波長変化に対して、光学素子で発生する軸上色収差、及び/又は、球面収差変化を「色収差」といい、かかる色収差に起因して光学素子による集光スポットのフォーカス位置がずれることで波面収差が劣化する。そして、入射光束の所定の波長変化に対する光学素子の「色収差」を回折限界以下となるように補正することを「色収差の補正」という。
Also, in an optical pickup device, since the laser power at the time of recording is generally larger than the laser power at the time of reproducing information, the center wavelength of the laser light source instantaneously varies depending on the output change when switching from reproduction to recording. In some cases, mode hopping may occur. The focus position shift caused by such mode hopping can be removed by focusing the objective lens. However, a defect such as a recording failure due to the focus position shift occurs for several nsec until the objective lens is focused. Since this focus position shift becomes larger as the light source wavelength becomes shorter, the wavefront aberration deterioration due to mode hopping becomes larger as the light source wavelength becomes shorter. For the above reasons, an optical pickup device for a high-density optical disk using a blue-violet semiconductor laser as a light source is required to correct a focus position shift of a focused spot with respect to a wavelength change.
In the following description, the axial chromatic aberration and / or spherical aberration change that occurs in the optical element with respect to the wavelength change of the incident light beam is referred to as “chromatic aberration”. The wavefront aberration is deteriorated by shifting the focus position of the light spot. Correcting the “chromatic aberration” of the optical element with respect to a predetermined change in wavelength of the incident light beam to be equal to or less than the diffraction limit is called “correcting chromatic aberration”.
短波長領域において使用可能なプラスチック材料は限られているため、アッベ数の大きい材料を選択して、かかる色収差を小さく抑えることは不可能である。さらに、単レンズは2群レンズと比較して、入射光束の同じ波長変化に対する色収差の発生量は大きくなる傾向がある。
即ち、NA0.85のプラスチック製の単レンズを、青紫色半導体レーザを光源として使用する光ピックアップ装置用の対物レンズとして用いるためには、「温度特性の補正」に加え「色収差の補正」を行うことが望ましい。
Since the plastic materials that can be used in the short wavelength region are limited, it is impossible to suppress such chromatic aberration by selecting a material having a large Abbe number. Furthermore, the single lens tends to generate a larger amount of chromatic aberration with respect to the same wavelength change of the incident light beam than the two-group lens.
That is, in order to use an NA 0.85 plastic single lens as an objective lens for an optical pickup device using a blue-violet semiconductor laser as a light source, “correction of chromatic aberration” is performed in addition to “correction of temperature characteristics”. It is desirable.
プラスチック製の単レンズの温度特性を補正する技術として、入射光束が長くなる方向に変化した場合に、球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有する回折構造を、プラスチック製の単レンズの光学面上に形成する技術が以下の特許文献3に記載されている。
また、プラスチック製の単レンズの光学面上に、回折構造と光軸方向に延びる複数の段差構造(NPS:non−periodic phase structure)を設けることで、色収差の補正と温度特性の補正を行う技術が以下の特許文献4に記載されている。
A technique for correcting chromatic aberration and correcting temperature characteristics by providing a diffraction structure and a plurality of step structures (NPS: non-periodic phase structure) extending in the optical axis direction on the optical surface of a plastic single lens. Is described in Patent Document 4 below.
ところが、上記の特許文献3に記載されている回折構造が形成されたプラスチック製の単レンズでは、温度上昇時の入射光束の変化による回折構造の補正不足方向への球面収差変化により、温度上昇時の光学素子の屈折率低下による補正過剰方向への球面収差変化を相殺補正するものである。
つまり、温度上昇に伴い、半導体レーザの発振波長が長波長側にシフトするという特性を利用する技術であるため、光ピックアップ装置の動作中に熱源となるアクチュエータ近傍に配置される対物光学系の温度のみが上昇し、アクチュエータから離れた所に配置される半導体レーザの温度がほとんど変化しない状況においては、温度特性の補正効果が得られないという問題がある。
However, in the plastic single lens in which the diffraction structure described in Patent Document 3 is formed, when the temperature rises due to the change of the spherical aberration in the direction of insufficient correction of the diffraction structure due to the change of the incident light beam when the temperature rises. The spherical aberration change in the overcorrection direction due to a decrease in the refractive index of the optical element is canceled and corrected.
In other words, since the technology uses the characteristic that the oscillation wavelength of the semiconductor laser shifts to the longer wavelength side as the temperature rises, the temperature of the objective optical system placed near the actuator that becomes the heat source during the operation of the optical pickup device In a situation where only the temperature rises and the temperature of the semiconductor laser disposed at a position away from the actuator hardly changes, there is a problem that the effect of correcting the temperature characteristic cannot be obtained.
これに対して、上記の特許文献4に開示された技術は、回折構造を色収差の補正用として用い、NPSを温度特性の補正用として用いるものであるため、対物光学系の温度のみが上昇し、半導体レーザの温度がほとんど変化しない状況であっても、温度特性の補正効果が得られるという利点を有する。しかし、回折構造やNPSのような光軸方向の微細な段差を有する構造を、大きな屈折パワーを必要とする対物光学系の光学面上に形成する場合には、段差の側面に入射する光束がその進路を遮断され(光束のけられ)、集光スポットの形成に寄与せず、光量の低下を招く場合がある。特に、NA0.85のプラスチック製の単レンズにおいては、光学面の曲率半径が非常に小さくなるため、回折構造やNPSの光軸方向の段差での光束のけられによる光量の低下の改善が望まれている。
また、温度特性による球面収差変化はNA4に比例して増加するため、NA0.85のプラスチック製の単レンズのように、非常に高いNAのレンズを用いる場合は、前記NPS単独では温度特性の球面収差補正を充分に行うのが困難な場合があり、更に温度特性の補正効果の向上が求められていた。
On the other hand, since the technique disclosed in Patent Document 4 uses a diffractive structure for correcting chromatic aberration and NPS for correcting temperature characteristics, only the temperature of the objective optical system increases. Even if the temperature of the semiconductor laser hardly changes, there is an advantage that a temperature characteristic correction effect can be obtained. However, when a diffractive structure or a structure having a fine step in the optical axis direction such as NPS is formed on the optical surface of an objective optical system that requires a large refractive power, the light beam incident on the side surface of the step is In some cases, the path is blocked (light flux is lost) and does not contribute to the formation of a focused spot, leading to a decrease in the amount of light. In particular, in a plastic single lens having an NA of 0.85, the radius of curvature of the optical surface is very small. It is rare.
In addition, since the change in spherical aberration due to temperature characteristics increases in proportion to NA 4 , when using a lens with a very high NA, such as a plastic single lens with NA 0.85, the NPS alone has the temperature characteristics. In some cases, it is difficult to sufficiently perform spherical aberration correction, and further improvement in the effect of correcting temperature characteristics has been demanded.
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、軽量で十分な作動距離を確保でき、更に温度特性及び色収差の補正が可能な光ピックアップ装置に用いられる、集光用途としての光学系、更に、温度特性の補正が特に良好な光ピックアップ装置用の光学系、前記光学系を用いた光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び前記光学系において用いられる収差補正素子を提供することである。 An object of the present invention is to take the above-mentioned problems into consideration, and is an optical system as a condensing application that is used in an optical pickup device that is lightweight and can secure a sufficient working distance and that can correct temperature characteristics and chromatic aberration. Furthermore, by providing an optical system for an optical pickup device with particularly good correction of temperature characteristics, an optical pickup device using the optical system, an optical information recording / reproducing device, and an aberration correction element used in the optical system. is there.
上記の課題は以下の態様により達成される。
本発明の第1の態様は、プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるための集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学系において、
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された第1光学面と、回折構造が形成された第2光学面とを少なくとも1つずつ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも1つ有する1群1枚構成のプラスチック製の屈折単レンズであることを特徴とする。
Said subject is achieved by the following aspects.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical system for an optical pickup device including an aberration correction element made of plastic and a condensing lens for imaging a light beam emitted from the aberration correction element.
The aberration correction element has at least one first optical surface on which an optical path difference providing structure is formed and one second optical surface on which a diffractive structure is formed,
The condensing lens is a plastic refracting single lens having at least one aspherical surface and having one lens element per group.
前記第1の態様によれば、回折構造を色収差補正用として用い、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、出射光束の波長が変化しない場合であっても、光路差付与構造により温度特性の補正が可能となる。
また、収差補正素子及び集光レンズをプラスチックにより成形するので、高密度光ディスクに用いられる高NAの対物光学系の軽量化を実現できると共に、金型を用いた射出成形により低コストで生産できる。
そして、収差補正素子の光学面上に、回折構造や光路差付与構造のごとき微細な段差を有する構造を形成しているので、回折構造や光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
According to the first aspect, by using the diffractive structure for correcting chromatic aberration and using the optical path difference providing structure for correcting temperature characteristics, only the refractive index changes due to a change in environmental temperature, and the wavelength of the emitted light beam changes. Even if not, the temperature characteristic can be corrected by the optical path difference providing structure.
In addition, since the aberration correction element and the condenser lens are molded from plastic, it is possible to reduce the weight of the high-NA objective optical system used for high-density optical discs and to produce it at low cost by injection molding using a mold.
Since a structure having a fine step such as a diffractive structure or an optical path difference providing structure is formed on the optical surface of the aberration correction element, the path of the light beam incident on the diffractive structure or the optical path difference providing structure is The proportion of the light beam that is blocked and does not contribute to the formation of the condensed spot can be suppressed, and a reduction in the amount of light can be prevented.
本発明の第2の態様は、プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるための集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学系において、
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された光学面を少なくとも1つ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも1つ有する1群1枚構成の単レンズであり、前記収差補正素子の近軸におけるパワーP1(mm-1)が以下の(1)式を満たすことを特徴とする。
P1>0 (1)
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical system for an optical pickup device including an aberration correction element made of plastic and a condenser lens for imaging a light beam emitted from the aberration correction element.
The aberration correction element has at least one optical surface on which an optical path difference providing structure is formed,
The condensing lens is a single lens having one lens group and having at least one aspherical surface, and the paraxial power P 1 (mm −1 ) of the aberration correction element satisfies the following expression (1). It is characterized by.
P 1 > 0 (1)
前記第2の態様によれば、収差補正素子の近軸におけるパワーP1(mm-1)が0より大きくなるので、収差補正素子から射出される光束は収斂光束となるが、これは、集光レンズの倍率mがm>0となることと等価である。一般的に、開口数NAの有限共役型(m≠0)の集光レンズについての無限光束入射に換算した開口数NA∞(以下、換算NAという)は、NA∞=NA・(1−m)で表すことができる。従って、倍率mがm>0である集光レンズにおいては、換算NAを小さくできるので、NA4に比例して増加する集光レンズの温度特性による球面収差変化を小さくすることが可能となる。 According to the second aspect, since the power P 1 (mm −1 ) in the paraxial axis of the aberration correction element is greater than 0, the light beam emitted from the aberration correction element is a convergent light beam. This is equivalent to the magnification m of the optical lens being m> 0. In general, a numerical aperture NA∞ (hereinafter referred to as converted NA) converted to infinite luminous flux incidence for a condensing lens with a numerical aperture NA of a finite conjugate type (m ≠ 0) is NA∞ = NA · (1−m ). Therefore, in a condensing lens with a magnification m of m> 0, the converted NA can be reduced, so that the change in spherical aberration due to the temperature characteristic of the condensing lens that increases in proportion to NA 4 can be reduced.
本発明の第3の態様は、レーザ光源と、光ディスクに対向する位置に配置され前記レーザ光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる集光レンズとの間の光路中に配置されるプラスチック製の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、一方の光学面上に光路差付与構造が形成され、他方の光学面上に回折構造が形成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, an optical path between a laser light source and a condensing lens that is disposed at a position facing the optical disk and collects a light beam emitted from the laser light source on an information recording surface of the optical disk. The aberration correction element for an optical pickup device made of plastic is characterized in that an optical path difference providing structure is formed on one optical surface and a diffractive structure is formed on the other optical surface.
前記第3の態様によれば、回折構造を色収差補正用として用い、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、出射光束の波長が変化しない場合であっても、光路差付与構造により温度特性の補正が可能となる。
また、収差補正素子及び集光レンズをプラスチックにより成形するので、高密度光ディスクに用いられる高NAの対物光学系の軽量化を実現できると共に、金型を用いた射出成形により低コストで生産できる。
また、入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される集光レンズに持たせることで、作動距離を大きく確保することが可能となり、対物レンズと光ディスクとの干渉を防ぐことができる。そして、収差補正素子の光学面上に、回折構造や光路差付与構造のごとき微細な段差を有する構造を形成しているので、回折構造や光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
According to the third aspect, by using the diffractive structure for correcting chromatic aberration and using the optical path difference providing structure for correcting temperature characteristics, only the refractive index changes due to a change in environmental temperature, and the wavelength of the emitted light beam changes. Even if not, the temperature characteristic can be corrected by the optical path difference providing structure.
In addition, since the aberration correction element and the condenser lens are molded from plastic, it is possible to reduce the weight of the high-NA objective optical system used for high-density optical discs and to produce it at low cost by injection molding using a mold.
In addition, by providing the condensing lens disposed on the optical disc side exclusively with the refractive power with respect to the incident light beam, a large working distance can be secured and interference between the objective lens and the optical disc can be prevented. Since a structure having a fine step such as a diffractive structure or an optical path difference providing structure is formed on the optical surface of the aberration correction element, the path of the light beam incident on the diffractive structure or the optical path difference providing structure is The proportion of the light beam that is blocked and does not contribute to the formation of the condensed spot can be suppressed, and a reduction in the amount of light can be prevented.
本発明の第4の態様としては、レーザ光源、前記レーザ光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる第1もしくは第2の態様に記載の光学系及び前記光ディスクの情報記録面で反射された光束を検知する光検知装置、とを有することを特徴とする光ピックアップ装置である。
本発明の第5の態様としては、前記第4の態様に記載の光ピックアップ装置及び光ディスクを支持する支持部材、とを有し、前記光ディスクに対する情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a laser light source, the optical system according to the first or second aspect for condensing a light beam emitted from the laser light source on an information recording surface of the optical disc, and information recording of the optical disc. An optical pickup device comprising: a light detection device that detects a light beam reflected by a surface.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the optical pickup device according to the fourth aspect and a support member that supports the optical disc, and recording information on the optical disc and reproducing information recorded on the optical disc. Of these, an optical information recording / reproducing apparatus is characterized in that at least one of them can be executed.
なお、本明細書においては、情報の記録/再生用の光源として、青紫色半導体レーザを使用する光ディスクを、総称して「高密度光ディスク」といい、NA0.85の対物光学系により情報の記録/再生用を行い、保護層の厚さが0.1mm程度である規格の光ディスクの他に、NA0.65の対物光学系により情報の記録/再生用を行い、保護層の厚さが0.6mm程度である規格の光ディスクも含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクのほかに、情報記録面上に数〜数十nmの厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層あるいは保護膜の厚さが0である光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録/再生用の光源として、青紫色半導体レーザを使用する光磁気ディスクも含むものとする。本発明は、これらの高密度光ディスクの記録及び/または再生に用いられる光ピックアップ装置に好適に用いられるが、これらに限定されない。 In this specification, an optical disk using a blue-violet semiconductor laser as a light source for recording / reproducing information is generally referred to as a “high-density optical disk”, and information is recorded by an objective optical system with NA of 0.85. In addition to a standard optical disc having a protective layer thickness of about 0.1 mm, information recording / reproduction is performed with an objective optical system with NA of 0.65, and the protective layer thickness is 0. It also includes an optical disc with a standard of about 6 mm. In addition to an optical disk having such a protective layer on its information recording surface, an optical disk having a protective film with a thickness of several to several tens of nanometers on the information recording surface, and the thickness of the protective layer or protective film is An optical disk that is 0 is also included. In this specification, the high-density optical disk includes a magneto-optical disk that uses a blue-violet semiconductor laser as a light source for recording / reproducing information. The present invention is preferably used for an optical pickup device used for recording and / or reproducing of these high-density optical discs, but is not limited thereto.
また、本明細書においては、「収差補正素子」とは、環境温度の変化や入射光束の波長変化に伴い他の光学素子の温度特性及び/又は色収差に起因して発生する波面収差変化を抑制する機能を有する光学素子を指し、「集光レンズ」とは、「収差補正素子」から射出された光束を集光し結像する機能を有する光学素子を指す。即ち、「収差補正素子」は、環境温度の変化や入射光束の波長変化に伴い「集光レンズ」の温度特性及び/又は色収差に起因して発生する波面収差変化を抑制する。 In this specification, the term “aberration correction element” is used to suppress changes in wavefront aberration caused by temperature characteristics and / or chromatic aberration of other optical elements due to changes in environmental temperature and changes in wavelength of incident light flux. The “condensing lens” refers to an optical element having a function of condensing and imaging the light beam emitted from the “aberration correction element”. That is, the “aberration correction element” suppresses a change in wavefront aberration caused by the temperature characteristic and / or chromatic aberration of the “condensing lens” accompanying a change in environmental temperature or a change in wavelength of the incident light beam.
そして、「収差補正素子」と「集光レンズ」から構成される光学素子を、光ピックアップ装置において対物レンズとして使用する場合には、「収差補正素子」はレーザ光源に近い位置に配置され、「集光レンズ」は光ディスクに近い位置に配置される。
また、本明細書においては、「光路差付与構造」は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成される構造であって、所定の温度においては、隣接する輪帯を透過する波面間で入射光束の波長の整数倍の光路差を発生し、温度が前記所定の温度から変化した場合においては、屈折率の変化に伴い、隣接する輪帯を透過する波面間で発生する光路差が入射光束の波長の整数倍からずれるような特性を有する構造を指す。
When an optical element composed of an “aberration correction element” and a “condensing lens” is used as an objective lens in an optical pickup device, the “aberration correction element” is disposed at a position close to the laser light source. The “condensing lens” is arranged at a position close to the optical disk.
Further, in the present specification, the “optical path difference providing structure” is a structure composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided with fine steps on the outside of the central region, At a predetermined temperature, an optical path difference that is an integral multiple of the wavelength of the incident light beam is generated between wavefronts that pass through adjacent annular zones, and when the temperature changes from the predetermined temperature, along with a change in refractive index, This refers to a structure having such a characteristic that an optical path difference generated between wavefronts passing through adjacent annular zones deviates from an integral multiple of the wavelength of an incident light beam.
このような構造によれば、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、例えば、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、入射光束の波長が変化しない場合であっても、温度特性を有効に補正することが可能となる。
かかる「光路差付与構造」の好ましい構造は、中心領域の外側に隣接する輪帯は、該中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、かつ、最大有効径位置における輪帯は、その内側に隣接する輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移して形成され、かつ、最大有効径位置の75%の位置における輪帯は、その内側に隣接する輪帯とその外側に隣接する輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されている構造である。
According to such a structure, by using the optical path difference providing structure for temperature characteristic correction, for example, even when only the refractive index changes due to a change in the environmental temperature and the wavelength of the incident light beam does not change, the temperature It is possible to effectively correct the characteristics.
A preferable structure of such an “optical path difference providing structure” is that the annular zone adjacent to the outside of the central region is formed by shifting in the optical axis direction so that the optical path length is shortened with respect to the central region, and is most effective. The annular zone at the radial position is formed by shifting in the optical axis direction so that the optical path length is longer with respect to the annular zone adjacent to the inner zone, and the annular zone at a position of 75% of the maximum effective diameter position is It is a structure formed by shifting in the optical axis direction so that the optical path length is shorter with respect to the annular zone adjacent to the inner side and the annular zone adjacent to the outer side.
ここで、「中心領域」とは、光軸を含み、光軸から最も近い位置の段差で囲まれる光学領域を指す。
また、本明細書においては、「回折構造」は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成される構造であって、入射光束が所定の波長である場合には、隣接する輪帯を透過する波面間で入射光束の波長の整数倍の光路差を、回折作用により発生し、入射光束の波長が、前記所定の波長から変化した場合においては、隣接する輪帯を透過する波面間で発生する光路差が入射光束の波長の整数倍からずれるような特性を有する構造を指す。
かかる「回折構造」の好ましい構造は、光軸を含む断面形状が、光軸から離れるに従い、光路長が長くなるように光軸方向に変移している階段形状である構造や、光軸を含む断面形状が鋸歯形状である構造である。
Here, the “center region” refers to an optical region that includes the optical axis and is surrounded by a step at a position closest to the optical axis.
Further, in this specification, the “diffractive structure” is a structure composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided by minute steps outside the central region, and the incident light flux Is a predetermined wavelength, an optical path difference that is an integral multiple of the wavelength of the incident light flux between wavefronts passing through the adjacent annular zones is generated by diffraction, and the wavelength of the incident light flux changes from the predetermined wavelength. In such a case, it indicates a structure having such a characteristic that an optical path difference generated between wavefronts passing through adjacent annular zones deviates from an integral multiple of the wavelength of the incident light beam.
A preferable structure of such a “diffractive structure” includes a structure in which the cross-sectional shape including the optical axis is a staircase shape in which the optical path length is increased so that the optical path length increases as the distance from the optical axis increases, and the optical axis is included. The cross-sectional shape is a sawtooth shape.
前記第1の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記光路差付与構造は、前記収差補正素子の一方の光学面上に形成されており、前記回折構造は、前記収差補正素子の他方の光学面上に形成されていることが好ましい態様の1つである。 In the optical system for the optical pickup device according to the first aspect, the optical path difference providing structure is formed on one optical surface of the aberration correcting element, and the diffractive structure is formed on the aberration correcting element. It is one of the preferable aspects that it is formed on the other optical surface.
また、前記第1の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記光路差付与構造と前記回折構造は、前記収差補正素子の同一の光学面上に形成されていることも好ましい態様の1つである。 In the optical system for the optical pickup device according to the first aspect, it is also preferable that the optical path difference providing structure and the diffractive structure are formed on the same optical surface of the aberration correction element. One.
前記第1の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、前記収差補正素子の前記集光レンズ側の光学面上に形成されていることが好ましい。 In the optical system for the optical pickup device according to the first aspect, it is preferable that the diffractive structure is formed on an optical surface on the condenser lens side of the aberration correction element.
このような態様によれば、前記回折構造が収差補正素子の集光レンズ側、つまり収差補正素子の出射面側に形成されることになる。ここで、収差補正素子への入射光束は回折構造で回折作用を受けることにより、その進路をより光軸に近い方向に変更されて進行することになるので、収差補正素子の入射面において回折作用を受ける光束と出射面において回折作用を受ける光束の、出射面における出射位置を比較すると、出射面において回折作用を受ける光束の方が、より光軸から離れた(遠い)位置から出射され、さらに、集光レンズの出射面から出射される際にも、収差補正素子の出射面において回折作用を受けた光束の方が、より光軸から離れた位置から出射されることになる。これにより、集光レンズの出射面から光ディスク表面までの距離(作動距離)を長くとることが可能となり、光ピックアップ装置の駆動時に光ディスクの表面が対物レンズの出射面に干渉する事態を未然に防止できる。 According to such an aspect, the diffractive structure is formed on the condenser lens side of the aberration correction element, that is, on the exit surface side of the aberration correction element. Here, the incident light beam to the aberration correction element is diffracted by the diffractive structure, so that its path is changed in a direction closer to the optical axis, so that the light beam travels on the incident surface of the aberration correction element. Comparing the exit position on the exit surface of the light beam that receives the diffraction effect on the exit surface and the exit position on the exit surface, the light beam that undergoes the diffractive action on the exit surface is emitted from a position farther away from the optical axis. Even when the light is emitted from the exit surface of the condenser lens, the light beam subjected to the diffracting action on the exit surface of the aberration correction element is emitted from a position further away from the optical axis. This makes it possible to increase the distance (working distance) from the exit surface of the condensing lens to the optical disc surface, and prevents the optical disc surface from interfering with the exit surface of the objective lens when the optical pickup device is driven. it can.
前記第1の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記光路差付与構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが0である光学面上に形成されていることが好ましい。 In the optical system for the optical pickup device according to the first aspect, it is preferable that the optical path difference providing structure is formed on an optical surface whose refractive power in the paraxial axis of the aberration correction element is zero.
このような態様によれば、光路差付与構造を平面上に形成するので、光路差付与構造を球面上に形成する場合と比較して、光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。 According to such an aspect, since the optical path difference providing structure is formed on a plane, the path of the light flux incident on the optical path difference providing structure is compared with the case where the optical path difference providing structure is formed on a spherical surface. The proportion of the light beam that is blocked and does not contribute to the formation of the condensed spot can be suppressed, and a reduction in the amount of light can be prevented.
前記第1の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが0である光学面上に形成されていることが好ましい。 In the optical system for the optical pickup device according to the first aspect, it is preferable that the diffractive structure is formed on an optical surface whose refractive power in the paraxial axis of the aberration correction element is zero.
このような態様によれば、回折構造を平面上に形成するので、回折構造を球面上に形成する場合と比較して、回折構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。 According to such an aspect, since the diffractive structure is formed on a plane, the path of the light beam incident on the diffractive structure is blocked and the focused spot compared to the case where the diffractive structure is formed on a spherical surface. The ratio of the luminous flux that does not contribute to the formation of the light can be suppressed, and the decrease in the amount of light can be prevented.
前記第2の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーPR(mm-1)が以下の(2)式を満たすことが好ましい。
PR>0 (2)
In the optical system for the optical pickup device according to the second aspect, it is preferable that the refractive power P R (mm −1 ) on the paraxial axis of the aberration correction element satisfies the following expression (2).
P R > 0 (2)
このような態様によれば、収差補正素子の近軸における屈折パワーPR(mm-1)が0より大きくなるので、屈折パワーを受けた光束は収束光として収差補正素子から出射される。
そして、環境温度の上昇に伴い収差補正素子の屈折率が低下した場合には、収差補正素子の屈折パワーが小さくなるので、収差補正素子から射出される光束の収斂度合いは、屈折率が低下する前と比較して小さくなる。これは、環境温度の上昇に伴って、集光レンズの倍率が小さくなる方向に変化することと等価であるので、この倍率変化により集光レンズでは補正不足方向に球面収差が変化する。従って、環境温度の上昇に伴って集光レンズの屈折率が低下することで補正過剰方向に変化する球面収差を、相殺することが可能となる。
以上説明したように、このような態様により、光路差付与構造による集光レンズの温度特性の補正量を低減されるので、輪帯数の削減、輪帯の光軸に垂直な方向の幅を大きくでき、金型加工に要する時間の短縮や、モールド成形時におけるプラスチック材料への光路差付与構造の転写性の向上という効果を得られる。
According to such an aspect, since the refractive power P R (mm −1 ) on the paraxial axis of the aberration correction element is greater than 0, the light beam that has received the refractive power is emitted from the aberration correction element as convergent light.
When the refractive index of the aberration correction element decreases as the environmental temperature increases, the refractive power of the aberration correction element decreases, so the degree of convergence of the light beam emitted from the aberration correction element decreases the refractive index. Smaller than before. This is equivalent to changing the magnification of the condensing lens in a direction in which the magnification of the condensing lens decreases as the environmental temperature rises. Therefore, the spherical aberration changes in the direction of insufficient correction in the condensing lens due to this magnification change. Accordingly, it is possible to cancel the spherical aberration that changes in the overcorrection direction due to a decrease in the refractive index of the condenser lens as the environmental temperature increases.
As described above, the correction amount of the temperature characteristic of the condensing lens by the optical path difference providing structure can be reduced by such an aspect, so the number of annular zones can be reduced and the width in the direction perpendicular to the optical axis of the annular zones can be reduced. The effect of shortening the time required for mold processing and improving the transferability of the optical path difference providing structure to the plastic material during molding can be obtained.
前記第2の態様に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正光学素子が、回折構造が形成された光学面を少なくとも1つ有することが好ましい。 In the optical system for an optical pickup device according to the second aspect, it is preferable that the aberration correction optical element has at least one optical surface on which a diffractive structure is formed.
本発明に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する軸上色収差を補正することが好ましい。 In the optical system for an optical pickup device according to the present invention, it is preferable that the diffractive structure corrects at least axial chromatic aberration generated in the condenser lens with a change in wavelength of an incident light beam.
更に、Φb=b2・h2+b4・h4+b6・h6+・・・・・・で定義される光路差関数Φb(mm)により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、PD=−2・b2で定義される近軸における回折パワーPD(mm-1)と、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる近軸における合成パワーPT(mm-1)とが、以下の(3)式を満たすことが好ましい。
0.03≦PD/PT≦0.15 (3)
但し、hは光軸からの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数
Furthermore, the optical path difference function Φ b (mm) defined by Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +. Obtained by combining the paraxial diffraction power P D (mm −1 ) defined by P D = −2 · b 2 , the aberration correction element, and the condenser lens. The resultant paraxial combined power P T (mm −1 ) preferably satisfies the following expression (3).
0.03 ≦ P D / P T ≦ 0.15 (3)
Where h is the height (mm) from the optical axis, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are the second, fourth, sixth,. Function coefficient
本発明に記載の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する球面収差変化を補正することが好ましい。 In the optical system for an optical pickup device according to the present invention, it is preferable that the diffractive structure corrects at least a spherical aberration change generated in the condenser lens with a change in wavelength of an incident light beam.
更に、Φb=b2・h2+b4・h4+b6・h6+・・・・・・で定義される光路差関数Φb(mm)により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、2次以外の少なくとも1つの光路差関数係数に0ではない値を有することが好ましい。
但し、hは光軸からの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数
Furthermore, the optical path difference function Φ b (mm) defined by Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +. When the optical path difference is expressed, it is preferable that at least one optical path difference function coefficient other than the second order has a non-zero value.
Where h is the height (mm) from the optical axis, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are the second, fourth, sixth,. Function coefficient
更に、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、最大有効径位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Pf(mm)と、最大有効径の50%の位置における輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ph(mm)とが以下の(4)式を満たすことが好ましい。
0<|Ph/Pf−2|<5 (4)
Further, the diffractive structure is composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided with a fine step outside the central region, and the diffraction structure has a direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at the maximum effective diameter position. It is preferable that the width P f (mm) and the width P h (mm) in the direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at the position of 50% of the maximum effective diameter satisfy the following expression (4).
0 <| P h / P f −2 | <5 (4)
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であることが好ましい態様の1つである。 In the optical system for an optical pickup device of the present invention, the diffractive structure is composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided with fine steps outside the central region, and a cross section including the optical axis. It is one of the preferred embodiments that the shape is a stepped shape.
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であることも好ましい態様の1つである。 In the optical system for an optical pickup device of the present invention, the diffractive structure is composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided with fine steps outside the central region, and a cross section including the optical axis. It is also a preferable aspect that the shape is a sawtooth shape.
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記対物光学系が搭載される光ピックアップ装置のレーザ光源の波長をλ(nm)、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をNAとしたとき、以下の(5)及び(6)式を満たすことが好ましい。
λ≦450nm (5)
0.60≦NA≦0.95 (6)
更に、本発明の光ピックアップ装置用の光学系においては、前記収差補正素子と前記集光レンズとを組み合わせて得られる開口数をNA、焦点距離をf(mm)としたとき、以下の(9)乃至(10)を満たすことが好ましい。
0.75≦NA≦0.90 (9)
0.7<f<2.5 (10)
In the optical system for an optical pickup device of the present invention, the wavelength of the laser light source of the optical pickup device on which the objective optical system is mounted is λ (nm), and the aperture is obtained by combining the aberration correction element and the condenser lens. When the number is NA, it is preferable to satisfy the following expressions (5) and (6).
λ ≦ 450nm (5)
0.60 ≦ NA ≦ 0.95 (6)
Furthermore, in the optical system for an optical pickup device of the present invention, when the numerical aperture obtained by combining the aberration correcting element and the condenser lens is NA and the focal length is f (mm), the following (9 ) To (10) are preferably satisfied.
0.75 ≦ NA ≦ 0.90 (9)
0.7 <f <2.5 (10)
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子と、前記集光レンズはそれぞれ単独で収差の評価が可能となるように設計されていることが好ましい。 In the optical system for an optical pickup device of the present invention, it is preferable that the aberration correction element and the condenser lens are designed so that aberrations can be evaluated independently.
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子と前記集光レンズは、それぞれ、その光学機能部の周辺に形成されたフランジ部を有し、前記前記集光レンズのフランジ部の一部と、前記収差補正素子のフランジ部の一部とが接合されていることが好ましい。 In the optical system for an optical pickup device of the present invention, each of the aberration correction element and the condenser lens has a flange portion formed around the optical function portion, and the flange portion of the condenser lens It is preferable that a part and a part of the flange portion of the aberration correction element are joined.
本発明の光ピックアップ装置用の光学系において、前記収差補正素子と前記集光レンズは、接合部材を介して接合されていることを特徴とする。 In the optical system for an optical pickup device of the present invention, the aberration correction element and the condenser lens are bonded via a bonding member.
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記集光レンズは、プラスチック製の1群1枚構成の単レンズであって、前記光路差付与構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯とから構成され、環境温度が上昇した場合に、透過波面の球面収差が補正不足方向に変化するような光路差を隣接する前記輪帯間で発生することで、前記集光レンズで発生する補正過剰方向への球面収差変化を補正することが好ましい。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, the condensing lens is a single lens made of plastic and includes one group, and the optical path difference providing structure includes an optical axis. It consists of a central region and a plurality of annular zones divided with fine steps outside the central region, and when the environmental temperature rises, the optical path difference is such that the spherical aberration of the transmitted wavefront changes in the direction of insufficient correction. It is preferable to correct the spherical aberration change in the overcorrection direction generated in the condenser lens by being generated between the adjacent annular zones.
このような態様によれば、光路差付与構造を温度特性補正用として用いることにより、例えば、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、入射光束の波長が変化しない場合であっても、温度特性を有効に補正することが可能となる。 According to such an aspect, by using the optical path difference providing structure for temperature characteristic correction, for example, even when only the refractive index changes due to a change in the environmental temperature and the wavelength of the incident light beam does not change, the temperature It is possible to effectively correct the characteristics.
前記第3の態様に記載の収差補正素子において、前記光路差付与構造において、前記中心領域の外側に隣接する前記輪帯は、前記中心領域に対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記輪帯に対して光路長が長くなるように光軸方向に変移して形成され、最大有効径位置の75%の位置における前記輪帯は、その内側に隣接する前記輪帯とその外側に隣接する前記輪帯とに対して光路長が短くなるように光軸方向に変移して形成されていることが好ましい。 In the aberration correction element according to the third aspect, in the optical path difference providing structure, the annular zone adjacent to the outside of the central region is arranged in the optical axis direction so that the optical path length is shorter than the central region. The annular zone formed at the maximum effective diameter position is formed by shifting in the optical axis direction so that the optical path length is longer than the annular zone adjacent to the inside at the maximum effective diameter position. The annular zone at the position of% is formed so as to be shifted in the optical axis direction so that the optical path length becomes shorter with respect to the annular zone adjacent to the inside and the annular zone adjacent to the outside. preferable.
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する軸上色収差を補正することが好ましい。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, it is preferable that the diffractive structure corrects at least axial chromatic aberration generated in the condenser lens in accordance with a change in wavelength of an incident light beam.
更に、450nm以下の所定の波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーPM(mm-1)と、前記所定の波長よりも10nm長い波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーPL(mm-1)と、前記所定の波長よりも10nm短い波長に対する前記収差補正素子の近軸におけるパワーPS(mm-1)とが以下の(7)式を満たすことが好ましい。
PS<PM<PL (7)
Furthermore, the power P M (mm −1 ) of the aberration correction element for a predetermined wavelength of 450 nm or less and the power P L (mm) of the aberration correction element for a wavelength longer than the predetermined wavelength by 10 nm. −1 ) and the power P S (mm −1 ) on the paraxial axis of the aberration correction element for a wavelength shorter by 10 nm than the predetermined wavelength preferably satisfy the following expression (7).
P S <P M <P L (7)
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、少なくとも入射光束の波長変化に伴って前記集光レンズで発生する球面収差変化を補正することが好ましい。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, it is preferable that the diffractive structure corrects a spherical aberration change generated in the condenser lens in accordance with a wavelength change of an incident light beam.
更に、Φb=b2・h2+b4・h4+b6・h6+・・・・・・で定義される光路差関数Φb(mm)により、前記回折構造を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、2次以外の少なくとも1つの光路差関数係数に0ではない値を有することが好ましい。
但し、hは光軸からの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数
Furthermore, the optical path difference function Φ b (mm) defined by Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +. When the optical path difference is expressed, it is preferable that at least one optical path difference function coefficient other than the second order has a non-zero value.
Where h is the height (mm) from the optical axis, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are the second, fourth, sixth,. Function coefficient
また、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と、該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、最大有効径位置における前記輪帯の光軸に垂直な方向の幅Pf(mm)と、最大有効径の50%の位置における前記輪帯の光軸に垂直な方向の幅Ph(mm)とが以下の(8)式を満たすことがより好ましい。
0<|Ph/Pf−2|<5 (8)
The diffractive structure is composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided with fine steps outside the central region, and is perpendicular to the optical axis of the annular zone at the maximum effective diameter position. More preferably, the width Pf (mm) in the direction and the width Ph (mm) in the direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at the position of 50% of the maximum effective diameter satisfy the following expression (8).
0 <| P h / P f −2 | <5 (8)
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記光路差付与構造が形成された光学面は、レーザ光源側の光学面であり、前記回折構造が形成された光学面は、前記集光レンズ側の光学面であることが好ましい。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, the optical surface on which the optical path difference providing structure is formed is an optical surface on the laser light source side, and the optical surface on which the diffraction structure is formed is The optical surface on the condenser lens side is preferable.
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記光路差付与構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが0である光学面上に形成されていることが好ましい。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, it is preferable that the optical path difference providing structure is formed on an optical surface whose refractive power in the paraxial axis of the aberration correction element is zero. .
このような態様によれば、光路差付与構造を平面上に形成するので、光路差付与構造を球面上に形成する場合と比較して、光路差付与構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。 According to such an aspect, since the optical path difference providing structure is formed on a plane, the path of the light flux incident on the optical path difference providing structure is compared with the case where the optical path difference providing structure is formed on a spherical surface. The proportion of the light beam that is blocked and does not contribute to the formation of the condensed spot can be suppressed, and a reduction in the amount of light can be prevented.
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、前記収差補正素子の近軸における屈折パワーが0である光学面上に形成されていることを特徴とする。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, the diffractive structure is formed on an optical surface whose refractive power in the paraxial axis of the aberration correction element is zero. .
このような態様によれば、回折構造を平面上に形成するので、回折構造を球面上に形成する場合と比較して、回折構造に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。 According to such an aspect, since the diffractive structure is formed on a plane, the path of the light beam incident on the diffractive structure is blocked and the focused spot compared to the case where the diffractive structure is formed on a spherical surface. The ratio of the luminous flux that does not contribute to the formation of the light can be suppressed, and the decrease in the amount of light can be prevented.
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であることが好ましい態様の1つである。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, the diffractive structure includes a central region including the optical axis and a plurality of annular zones that are divided with a minute step outside the central region. In one preferred embodiment, the cross-sectional shape including the optical axis is a stepped shape.
前記第3の態様に記載の光ピックアップ装置用の収差補正素子において、前記回折構造は、光軸を含む中心領域と該中心領域の外側に微細な段差をもって分割された複数の輪帯から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であることも好ましい態様の1つである。 In the aberration correction element for an optical pickup device according to the third aspect, the diffractive structure includes a central region including the optical axis and a plurality of annular zones that are divided with a minute step outside the central region. In another preferred embodiment, the cross-sectional shape including the optical axis is a sawtooth shape.
本発明の別の態様としては、プラスチック製の収差補正素子と、該収差補正素子から射出された光束を結像させるための集光レンズから構成される光ピックアップ装置用の光学素子において、前記収差補正素子は、回折構造が形成された光学面を少なくとも1つ有し、前記集光レンズは、光路差付与構造が形成された光学面と、非球面とを少なくとも1つずつ有する1群1枚構成の単レンズであることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the optical element for an optical pickup device including a plastic aberration correcting element and a condenser lens for forming an image of a light beam emitted from the aberration correcting element, the aberration is The correction element has at least one optical surface on which a diffractive structure is formed, and the condensing lens has one optical element on each group having at least one optical surface on which an optical path difference providing structure is formed and one aspherical surface. It is the single lens of a structure, It is characterized by the above-mentioned.
この態様においては、収差補正素子に入射光束を回折させる回折構造が形成され、集光レンズに光路差付与構造が形成される。
ここで、環境温度の変化により光路差付与構造を通過する光束には球面収差が生じることになるが、収差補正素子と集光レンズとが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合には、球面収差が生じた状態で集光レンズに入射し、集光レンズから出射される光束は集光スポットにおいてコマ収差を生じさせる。そこで、光路差付与構造を集光レンズに形成することにより、仮に収差補正素子と集光レンズとが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合であっても、上記コマ収差の発生を防止できる。
In this aspect, the diffraction structure for diffracting the incident light beam is formed in the aberration correction element, and the optical path difference providing structure is formed in the condenser lens.
Here, spherical aberration occurs in the light beam passing through the optical path difference providing structure due to a change in the environmental temperature, but when the aberration correcting element and the condensing lens are assembled in a state where the axial deviation occurs. Is incident on the condensing lens in a state where spherical aberration occurs, and the light beam emitted from the condensing lens causes coma aberration at the condensing spot. Therefore, by forming the optical path difference providing structure on the condensing lens, even if the aberration correction element and the condensing lens are assembled in a state where the axial deviation occurs, the coma aberration is generated. Can be prevented.
本発明に用いられる集光レンズとしては、レーザ光源から射出された光束を収斂光束に変換する収斂光束生成手段から射出された収斂光束を、光ディスクの情報記録面上に集光させるためのプラスチック製の集光レンズであって、回折限界内での波面収差が最小となる場合における倍率をm、光軸上のレンズ厚さをd(mm)、焦点距離をf(mm)、開口数をNAとしたとき、以下の(9)乃至(11)式を満たし、非球面を少なくとも1つ有する1群1枚構成の単レンズであることが好ましい。
0<m<1 (9)
0.75<d/f<1.5 (10)
0.75≦NA≦0.95 (11)
The condensing lens used in the present invention is made of plastic for condensing the convergent light beam emitted from the convergent light beam generating means for converting the light beam emitted from the laser light source into a converged light beam on the information recording surface of the optical disk. When the wavefront aberration within the diffraction limit is minimum, the magnification is m, the lens thickness on the optical axis is d (mm), the focal length is f (mm), and the numerical aperture is NA. In this case, it is preferable that the lens is a single lens having one lens element per group that satisfies the following expressions (9) to (11) and has at least one aspheric surface.
0 <m <1 (9)
0.75 <d / f <1.5 (10)
0.75 ≦ NA ≦ 0.95 (11)
この集光レンズにおいて、前記収斂光束生成手段は、前記第3の態様に記載の収差補正素子であることが好ましい。
本発明の集光レンズ及び収差補正素子に用いられるプラスチック材料としては、光ピックアップ装置用の光学素子として必要とされる、透明性、耐熱性、低吸水率性、複屈折性、耐光性等性能を満たす限り特に限定されない。本発明で好ましく用いられるプラスチック材料としては、特に、青紫色レーザ等の低波長レーザに対する耐光性に優れていることが好ましい。
本発明の集光レンズ及び収差補正素子に用いられるプラスチックの構造は特に限定されないが上述の性能を達成する観点から、脂環式炭化水素構造を有する重合体が好ましく、このような重合体としてより好ましくは、ノルボルネン系開環重合体水素化物、ノルボルネン−αオレフィン共重合体水素化物、スチレン−ブタジエンブロック共重合体の水素化物等が挙げられる。特に、青紫レーザ等の低波長レーザに対する耐光性という観点で、スチレン−ブタジエンブロック共重合体の水素化物が好ましい。このような重合体としては、特に特開平2002−148401に記載のスチレン−ブタジエンブロック共重合体の水素化物が好ましく用いられる。
In this condensing lens, it is preferable that the convergent light beam generation means is the aberration correction element according to the third aspect.
As a plastic material used for the condensing lens and aberration correction element of the present invention, performance such as transparency, heat resistance, low water absorption, birefringence, light resistance, etc. required as an optical element for an optical pickup device It does not specifically limit as long as it satisfies. As a plastic material preferably used in the present invention, it is particularly preferable that the plastic material is excellent in light resistance to a low wavelength laser such as a blue-violet laser.
The structure of the plastic used for the condenser lens and aberration correction element of the present invention is not particularly limited, but from the viewpoint of achieving the above performance, a polymer having an alicyclic hydrocarbon structure is preferable, and such a polymer is more preferable. Preferred examples include hydrides of norbornene-based ring-opening polymers, hydrides of norbornene-α olefin copolymers, hydrides of styrene-butadiene block copolymers, and the like. In particular, a hydride of a styrene-butadiene block copolymer is preferable from the viewpoint of light resistance to a low wavelength laser such as a blue-violet laser. As such a polymer, a hydride of a styrene-butadiene block copolymer described in JP-A No. 2002-148401 is particularly preferably used.
本発明によれば、軽量で十分な作動距離を確保でき、更に温度特性及び色収差の補正が可能な光ピックアップ装置に用いられる、集光用途としての光学系、更に、温度特性の補正が特に良好な光ピックアップ装置用の光学系、前記光学系を用いた光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び前記光学系において用いられる収差補正素子を得られる。 According to the present invention, an optical system as a light collecting application used for an optical pickup device that is lightweight and can secure a sufficient working distance, and that can correct temperature characteristics and chromatic aberration, and further, correction of temperature characteristics is particularly good. An optical system for an optical pickup device, an optical pickup device using the optical system, an optical information recording / reproducing device, and an aberration correction element used in the optical system can be obtained.
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施の形態の光ピックアップ装置10の概略図であり、光ピックアップ装置10は、光源としての青紫色半導体レーザ11、偏光ビームスプリッタ12、1/4波長板16、コリメータ13、絞り18、対物レンズ(対物光学系ともいう)30、フォーカシング/トラッキング用の2軸アクチュエータ19、シリンドリカルレンズ17、凹レンズ14、及び光検出器15とから構成される。
青紫色半導体レーザ11から射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタ12を透過し、1/4波長板16、及びコリメートレンズ13を経て円偏光の平行光束となった後、絞り18により光束径が規制され、対物レンズ30によって高密度光ディスク20の保護層22を介して情報記録面21上に形成されるスポットとなる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of an
The divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser 11 passes through the
情報記録面21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30、絞り18、及びコリメートレンズ13を経て収斂光束となった後、1/4波長板16を透過することでた直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ12によって反射され、シリンドリカルレンズ17、凹レンズ14を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器15に収束する。そして、光検出器15の出力信号を用いて高密度光ディスク20に記録された情報を読み取ることができる。
本実施の形態においては、対物レンズ30は、コリメートレンズ13からの平行光束を高密度光ディスク20の情報記録面21上に集光させる無限共役型となっているが、青紫色半導体レーザ11からの発散光束を高密度光ディスク20の情報記録面21上に集光させる有限共役型としてもよい。
The reflected light beam modulated by the information pits on the
In the present embodiment, the
対物レンズ30は、青紫色半導体レーザ11からから発したレーザ光を高密度光ディスク20(例えば、ブルーレイディスク)の保護層22を介して情報記録面21上に集光させる機能を有し、青紫色半導体レーザ11側に配置されたプラスチック製の収差補正素子40と、高密度光ディスク20側に配置されたプラスチック製の集光レンズ50とから構成される。収差補正素子40と集光レンズ50とを組み合わせて得られるNAは0.85である。
更に、収差補正素子40と集光レンズ50はその光学機能部(青紫色半導体レーザ11からの光束が通過する領域)よりも周辺側の部分に、それぞれ光学機能部と一体に成形されたフランジ部43とフランジ部53とを有しており、フランジ部43、53の一部同士が接合されることで、収差補正素子40と集光レンズ50は一体となってフォーカシングやトラッキングを行う。
The
Further, the
図2に示すように、対物光学系30は、物体側から順に配置されたプラスチック製の収差補正素子40とプラスチック製の集光レンズ50とにより構成されている。
集光レンズ50は、非球面を少なくとも1つ(本実施の形態においては入射面51と出射面52の2面)有する1群1枚構成の屈折単レンズである。
収差補正素子40は、図3に示すように、その光学面(入射面及び出射面)の光軸近傍の形状が平面状とされたいわゆる平行平板の光学素子であり、入射面41には光路差付与構造60が形成され、出射面42には回折構造70が形成されている。
As shown in FIG. 2, the objective
The
As shown in FIG. 3, the
図3に示すように、光路差付与構造60は、光軸Lを含むと共に光軸Lに直交する平面からなる中心領域61と、この中心領域61の外側に形成される複数の輪帯62とから構成される。
各輪帯62は光軸Lを中心とした同心円状に形成されており、その内周縁部分と外周縁部分とが光軸L方向に延びる微細な段差63により分割されている。
複数の輪帯62のうち、中心領域61の外側に隣接する輪帯(輪帯62a)は、中心領域61に対して光路長が短くなるように、つまり光軸L方向に沿って光ディスク20側に変移して形成されており、光学面の最大有効径Dに相当する位置の輪帯(輪帯62b)は、その内側に隣接する輪帯62に対して光路長が長くなるように、つまり光軸L方向沿って光源11側に変移して形成されており、最大有効径Dの75%に相当する位置の輪帯(輪帯62c)は、その内側に隣接する輪帯62とその外側に隣接する輪帯62とに対して光路長が短くなるように光軸L方向に沿って光ディスク20側に変移して形成されている。
As shown in FIG. 3, the optical path
Each
Among the plurality of
そして、光源11からの出射光束は、収差補正素子40の入射面41において、各輪帯62を通過する際に、輪帯62の変位量(段差63の光軸L方向の長さ)に応じた光路差が付与され、各光束に位相差が生じるようになっている。
そして、環境温度が変化していない状態では、各輪帯62を通過した光束の位相が情報記録面21上でほぼ揃うように各光束に対して光路差が付与され、環境温度が上昇した場合には、透過波面の球面収差が補正不足方向に変化するような光路差を隣接する前記輪帯間で発生することで、集光レンズ50で発生する補正過剰方向への球面収差の変化を補正するようになっている。
Then, when the light beam emitted from the light source 11 passes through each
When the ambient temperature is not changed, an optical path difference is given to each light flux so that the phases of the light fluxes that have passed through the respective
回折構造70は、光軸Lを含む中心領域71と中心領域71の外側に光軸L方向の微細な段差72aをもって分割された複数の輪帯(回折輪帯72)から構成され、各回折輪帯72の光軸Lを含む断面形状が鋸歯形状に形成されている。
そして、Φb=b2・h2+b4・h4+b6・h6+・・・・・・で定義される光路差関数Φb(mm)により、回折構造70を透過する波面に付加される光路差を表した場合に、PD=−2・b2で定義される近軸における回折パワーPD(mm-1)と、収差補正素子40と集光レンズ50とを組み合わせて得られる近軸における合成パワーPT(mm-1)とが(3)式を満たすことにより、回折構造70が入射光束の波長変化に伴って集光レンズ50で発生する軸上色収差を補正するようになっている。
0.03≦PD/PT≦0.15 (3)
但し、hは光軸Lからの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数、
The
Then, it is added to the wavefront transmitted through the
0.03 ≦ P D / P T ≦ 0.15 (3)
Where h is the height (mm) from the optical axis L, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are secondary, fourth, sixth,. Difference function coefficient,
また、2次以外の少なくとも1つの光路差関数係数に0ではない値を有することで、回折構造70が入射光束の波長変化に伴って集光レンズ50で発生する球面収差変化を補正するようになっている。
また、最大有効径Dの位置における輪帯62の光軸Lに垂直な方向の幅Pf(mm)と、最大有効径Dの50%の位置における輪帯62の光軸Lに垂直な方向の幅Ph(mm)とが(4)式を満たすよう回折構造70が設計されている。
0<|Ph/Pf−2|<5 (4)
また、収差補正素子40の近軸におけるパワーP1(mm-1)が(1)式を満たし、収差補正素子40の近軸における屈折パワーPR(mm-1)が(2)式を満たすように収差補正素子40が設計されている。
P1>0 (1)
PR>0 (2)
Further, by having a non-zero value for at least one optical path difference function coefficient other than the second order, the
Further, the width P f (mm) in the direction perpendicular to the optical axis L of the
0 <| P h / P f −2 | <5 (4)
Further, the paraxial power P 1 (mm −1 ) of the
P 1 > 0 (1)
P R > 0 (2)
収差補正素子の近軸におけるパワーP1(mm-1)が0より大きくなるので、収差補正素子から射出される光束は収斂光束となるが、これは、集光レンズの倍率mがm>0となることと等価である。一般的に、開口数NAの有限共役型(m≠0)の集光レンズについての無限光束入射に換算した開口数NA∞(以下、換算NAという)は、NA∞=NA・(1−m)で表すことができる。従って、倍率mがm>0である集光レンズにおいては、換算NAを小さくできるので、NA4に比例して増加する集光レンズの温度特性による球面収差変化を小さくすることが可能となる。 Since the power P 1 (mm −1 ) on the paraxial axis of the aberration correction element is greater than 0, the light beam emitted from the aberration correction element is a convergent light beam. This is because the magnification m of the condenser lens is m> 0. Is equivalent to In general, a numerical aperture NA∞ (hereinafter referred to as converted NA) converted to infinite luminous flux incidence for a condensing lens with a numerical aperture NA of a finite conjugate type (m ≠ 0) is NA∞ = NA · (1−m ). Therefore, in a condensing lens with a magnification m of m> 0, the converted NA can be reduced, so that the change in spherical aberration due to the temperature characteristic of the condensing lens that increases in proportion to NA 4 can be reduced.
また、収差補正素子の近軸における屈折パワーPR(mm-1)が0より大きくなるので、屈折パワーを受けた光束は収束光として収差補正素子から出射される。
そして、環境温度の上昇に伴い収差補正素子の屈折率が低下した場合には、収差補正素子の屈折パワーが小さくなるので、収差補正素子から射出される光束の収斂度合いは、屈折率が低下する前と比較して小さくなる。これは、環境温度の上昇に伴って、集光レンズの倍率が小さくなる方向に変化することと等価であるので、この倍率変化により集光レンズでは補正不足方向に球面収差が変化する。従って、環境温度の上昇に伴って集光レンズの屈折率が低下することで補正過剰方向に変化する球面収差を、相殺することが可能となる。
以上のように、光路差付与構造による集光レンズの温度特性の補正量を低減されるので、輪帯数の削減、輪帯の光軸に垂直な方向の幅を大きくでき、金型加工に要する時間の短縮や、モールド成形時におけるプラスチック材料への光路差付与構造の転写性の向上という効果を得られる。
Further, since the refractive power P R (mm −1 ) on the paraxial axis of the aberration correction element is greater than 0, the light beam that has received the refractive power is emitted from the aberration correction element as convergent light.
When the refractive index of the aberration correction element decreases as the environmental temperature increases, the refractive power of the aberration correction element decreases, so the degree of convergence of the light beam emitted from the aberration correction element decreases the refractive index. Smaller than before. This is equivalent to changing the magnification of the condensing lens in a direction in which the magnification of the condensing lens decreases as the environmental temperature rises. Therefore, the spherical aberration changes in the direction of insufficient correction in the condensing lens due to this magnification change. Accordingly, it is possible to cancel the spherical aberration that changes in the overcorrection direction due to a decrease in the refractive index of the condenser lens as the environmental temperature increases.
As described above, the correction amount of the temperature characteristic of the condenser lens by the optical path difference providing structure can be reduced, so the number of annular zones can be reduced, the width in the direction perpendicular to the optical axis of the annular zones can be increased, and mold processing can be performed. The effects of shortening the time required and improving the transferability of the optical path difference providing structure to the plastic material during molding can be obtained.
以上のように、本実施の形態に示した対物光学系30によれば、回折構造70を色収差補正用として用い、光路差付与構造60を温度特性補正用として用いることにより、環境温度の変化により屈折率のみが変化し、出射光束の波長が変化しない場合であっても、光路差付与構造60により温度特性の補正が可能となる。
また、対物光学系30を構成する収差補正素子40及び集光レンズ50をプラスチックにより成形するので、高密度光ディスク20に用いられる高NAの対物光学系30の軽量化を実現できると共に、金型を用いた射出成形により低コストで生産できる。また、入射光束に対する屈折力を専ら光ディスク側に配置される集光レンズ50に持たせることで、作動距離を大きく確保することが可能となり、対物レンズ30と光ディスク20との干渉を防ぐことができる。そして、収差補正素子40の光学面上に、回折構造70や光路差付与構造60のごとき微細な段差を有する構造を形成しているので、回折構造70や光路差付与構造60に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
As described above, according to the objective
In addition, since the
また、光路差付与構造60及び回折構造70を平面(収差補正素子40の入射面41及び出射面42)上に形成するので、光路差付与構造60及び回折構造70を球面上に形成する場合と比較して、光路差付与構造60及び回折構造70に入射する光束のうち、その進路が遮断されて集光スポットの形成に寄与しない光束の割合を抑えることができ、光量の低下を防止できる。
なお、図示は省略するが、フランジ部43、53を設けずに、収差補正素子40と集光レンズ50とを一体的に連結することができる部材(接合部材)を用いることとしても良い。
また、図示は省略するが、上述した光ピックアップ装置10に、光ディスク20を回転自在に保持する回転駆動装置やこれら各種装置の駆動を制御する制御装置等を組み合わせることで、光ディスク20に対する情報の記録及び光ディスク20に記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光情報記録再生装置を得ることができる。
In addition, since the optical path
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, it is good also as using the member (joining member) which can connect the
Although not shown in the drawings, information recording on the
また、本実施の形態においては、光ピックアップ装置10が1つのレーザ光源11を備え、1種類の規格(或いは、記録密度)の光ディスク(本実施の形態においては、高密度光ディスク20)に対して用いられるものとしたが、これに限らず、2つ以上の光源を用いて、2種類以上の規格の光ディスク間での互換性を有する光ピックアップ装置の構成としてもよい。
以下に、2つ以上の光源を用いて、2種類以上の規格の光ディスク間での互換性を有する光ピックアップ装置の構成とする場合において、収差補正素子40の回折構造70の好ましい形態である2種類の回折構造について説明する。1つは、回折構造70の光軸方向の段差の深さを、波長λ1の入射光束と波長λ2(λ1>λ2)の入射光束に対して、発生する回折光の回折次数が互いに異なるように設計することである。これにより、各波長領域に対して最適な色収差の補正ができるとともに、各波長領域に対して十分な回折効率が得られる。
Further, in the present embodiment, the
In the following, when two or more light sources are used to form an optical pickup device having compatibility between two or more types of optical discs, 2 is a preferred form of the
もう1つは、回折構造70を、波長λ1の入射光束と波長λ2(λ1>λ2)の入射光束のうち、一方には光路差を与え、他方には実質的に光路差を与えないような、回折作用に波長選択性を有する構造とすることである。
具体的には、図4(a)、(b)に示すように、回折構造80を、光軸Lを中心とした複数の輪帯81と、これら輪帯81の光学面上に形成される光軸L方向に沿った階段状の不連続面82とから構成する。尚、図4においては、回折構造80が収差補正素子40の入射面41上に形成されている場合を表している。輪帯81は、光軸Lに関して回転対称な所定の形状の光学面Sに対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面であり、さらに、各輪帯81の光学面上には、これら輪帯81を通過する光束に対して所定の光路差を付与する光軸Lに沿った階段状の不連続面82が形成されている。ここで、所定の形状の光学面Sは、球面であってもよいし、非球面であってもよい。また、近軸における屈折パワーが0である光学面であってもよいし、近軸における屈折パワーが0ではない光学面であってもよい。
The other is that the
Specifically, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
各不連続面82の深さd1(光軸L方向の長さ)は、所定の波長λの光束に対する屈折率をnとした場合に、j×λ/(n−1)で表される値とほぼ等しくなっており(ここで、jは正の整数である)、一つの不連続面82を通過する波長λの光束と、その隣の不連続面82を通過する波長λの光束との間に、ほぼ1波長(λ)に相当する光路差が生じ、且つ波面のずれが生じない長さに設計されている。
また、各不連続面82の形状は、図4中に二点鎖線で示した鋸歯状の輪帯81の表面の形状を、各不連続面82に対応する区間で分割して、光軸L方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
回折構造をこのような構成とすると、波長λ1の入射光束と波長λ2(λ1>λ2)の入射光束のうち、一方の光束だけに光路差が付与されるので、規格の異なる光ディスクの保護層の厚さの違いで発生する球面収差変化の補正、青紫色領域での色収差の補正、青紫色領域での温度特性の補正等が可能となる。
The depth d1 (length in the optical axis L direction) of each
Further, the shape of each
When the diffractive structure has such a configuration, an optical path difference is given to only one of the incident light flux of wavelength λ1 and the incident light flux of wavelength λ2 (λ1> λ2). It is possible to correct a change in spherical aberration caused by a difference in thickness, a chromatic aberration in a blue-violet region, a temperature characteristic in a blue-violet region, and the like.
また、光路差付与構造60を収差補正素子40の出射面42側に形成し、回折構造70を収差補正素子40の入射面41側に形成しても良い。この場合、出射面42において回折作用を受ける光束は、出射面42において光軸Lから離れた(遠い)位置から出射され、さらに、集光レンズ50の出射面52においても光軸Lから離れた位置から出射されることになるので、集光レンズ50の出射面52から光ディスク20表面までの距離(作動距離)を長くとることが可能となり、光ピックアップ装置10の駆動時に光ディスク20の表面が集光レンズ50の出射面52に干渉する事態を未然に防止できる。
また、光路差付与構造60と回折構造70を収差補正素子40の同一の光学面上に形成してもよい。
Further, the optical path
Further, the optical path
あるいは、収差補正素子40に回折構造70を形成し、集光レンズ50に光路差付与構造60を形成してもよい。ここで、通常、環境温度の変化により光路差付与構造60を通過する光束には球面収差が生じ、収差補正素子40と集光レンズ50とが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合には、球面収差が生じた状態で集光レンズ50に入射し、集光レンズ50から出射される光束は集光スポットにおいてコマ収差を生じさせるが、光路差付与構造60を集光レンズ50に形成することにより、仮に収差補正素子40と集光レンズ50とが軸ずれを生じた状態で組付けられている場合であっても、上記コマ収差の発生を防止できる。
Alternatively, the
次に、上述した対物光学系の実施例について説明する。
[実施例1]
本実施例における対物光学系は、焦点距離f=1.76mm、近軸パワーPT=0.569mm-1、開口数NA=0.85、設計波長λ=405nm、設計基準温度T=25℃に設定されている。
また、収差補正素子は、両面が平面のプラスチックレンズであり、第1面(入射面)に光路差付与構造、第2面(出射面)に回折構造(回折輪帯が鋸歯形状)が形成されている。また、近軸パワー(屈折のパワーPRと回折のパワーPDを足し合せたもの)P1=0.05mm-1、近軸屈折パワーPR=0mm-1、近軸回折パワーPD=0.05mm-1、最大有効径位置での輪帯幅Pf=5.4μm、最大有効径の50%位置での輪帯幅Ph=10.8μm、収差補正素子単体での波面収差(405nm、25℃)=0.014λrms、λ=405nmの光束に対する近軸パワーPM:0.05mm-1、λ=410nmの光束に対する近軸パワーPL:0.0507mm-1、λ=400nmの光束に対する近軸パワーPS:0.0494mm-1、温度変化に伴う屈折率の変化率=−9.0×E−5に設定されている。
Next, examples of the above-described objective optical system will be described.
[Example 1]
The objective optical system in this example has a focal length f = 1.76 mm, a paraxial power PT = 0.568 mm −1 , a numerical aperture NA = 0.85, a design wavelength λ = 405 nm, and a design reference temperature T = 25 ° C. Is set.
The aberration correction element is a plastic lens having both surfaces flat, and an optical path difference providing structure is formed on the first surface (incident surface), and a diffractive structure (diffraction ring zone is sawtooth shape) is formed on the second surface (exit surface). ing. Further, paraxial power (as the sum of the power P D of the diffractive and power P R of refraction) P 1 = 0.05mm -1, paraxial refractive power P R = 0 mm -1, paraxial diffractive power P D = 0.05 mm −1 , ring width P f = 5.4 μm at the maximum effective diameter position, ring width P h = 10.8 μm at the position of 50% of the maximum effective diameter, and wavefront aberration of the aberration correction element alone ( 405 nm, 25 ° C.) = 0.014λrms, λ = 405 nm paraxial power P M : 0.05 mm −1 , λ = 410 nm luminous flux paraxial power P L : 0.0507 mm −1 , λ = 400 nm The paraxial power P S with respect to the luminous flux is set to 0.0494 mm −1 , and the refractive index change rate with temperature change = −9.0 × E−5.
また、集光レンズは、両面(第3面及び第4面)が非球面のプラスチックレンズであり、焦点距離=1.89mm、倍率m=0.088、開口数NA=0.85、集光レンズ単体での波面収差(405nm、25℃)=0.000λrms、温度変化に伴う屈折率変化率=−10.8×E−5に設定されている。
また、表1に収差補正素子及び集光レンズの曲率半径r、第i面から第i+1面までの光軸L方向の位置d、添字で表す波長の光束に対する屈折率Nを表す。
The condensing lens is a plastic lens whose both surfaces (third surface and fourth surface) are aspherical, focal length = 1.89 mm, magnification m = 0.088, numerical aperture NA = 0.85, condensing. The wavefront aberration (405 nm, 25 ° C.) of the lens alone is set to 0.000 λrms, and the refractive index change rate with temperature change is set to −10.8 × E-5.
Table 1 shows the curvature radius r of the aberration correction element and the condenser lens, the position d in the optical axis L direction from the i-th surface to the (i + 1) -th surface, and the refractive index N for the light flux having the wavelength indicated by the subscript.
また、収差補正素子の回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをh(mm)、b2jを光路差関数係数とするとき次の数2で定義される光路差関数Φb(mm)に表3中の係数を代入した数式で表される。 Further, the diffractive structure of the aberration correction element is represented by an optical path difference added to the transmitted wavefront by this diffractive structure. This optical path difference is shown in Table 3 in the optical path difference function Φ b (mm) defined by the following equation 2 where the height in the direction perpendicular to the optical axis is h (mm) and b 2j is the optical path difference function coefficient. It is expressed by a mathematical formula in which the coefficient is substituted.
また、光路差付与構造の各輪帯の形状は、表4で表される。
表4中のiは、光路差付与構造の中心領域及び各輪帯の番号を表し、光軸を含む中心領域をi=1、中心領域の外側(光軸から離れる方向)に隣接する輪帯をi=2、さらに外側に隣接する輪帯をi=3、・・・とする。即ち、本実施例における対物光学系の収差補正素子には、中心領域の外側に9本の輪帯が形成されている。そして、hi−1と、hiは、それぞれ中心領域及び各輪帯の始点高さ、終点高さを表す。midは、中心領域に対する各輪帯の光軸方向の距離(光源から光ディスク方向に向かって変位する場合を正とする)を表す。例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯(i=2)は、中心領域に対して光ディスク側に3.86μm変移しており、最も外側の輪帯(i=10)は、中心領域に対して光源側に3.86μm変移している。また、miは、設計基準温度T=25℃において、中心領域を透過する光束に対して、各輪帯を透過する光束に付与される光路差を表し、例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯(i=2、m=5)を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して5λ(但し、λ=405nm)の光路差が付与されるので、位相差に換算して2π×5(rad)だけ位相が遅れることになり、最も外側の輪帯(i=10、m=−5)を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して−5λ(但し、λ=405nm)の光路差が付与されるので、位相差に換算して2π×5(rad)だけ位相が進むことになる。 In Table 4, i represents the center region of the optical path difference providing structure and the number of each annular zone. The central region including the optical axis is i = 1, and the annular zone adjacent to the outside of the central region (the direction away from the optical axis). I = 2, and the annular zone adjacent to the outside is i = 3,. That is, in the aberration correction element of the objective optical system in the present embodiment, nine annular zones are formed outside the central region. Hi-1 and hi represent the start point height and end point height of the center region and each ring zone, respectively. mid represents the distance in the optical axis direction of each annular zone with respect to the center region (positive when displaced from the light source toward the optical disc). For example, the annular zone (i = 2) adjacent to the outside of the central region is shifted 3.86 μm toward the optical disc side with respect to the central region, and the outermost annular zone (i = 10) is relative to the central region. And 3.86 μm is shifted to the light source side. Further, mi represents an optical path difference given to a light beam transmitted through each annular zone with respect to a light beam transmitted through the central region at a design reference temperature T = 25 ° C., for example, a ring adjacent to the outside of the central region. The light flux that passes through the band (i = 2, m = 5) is given an optical path difference of 5λ (where λ = 405 nm) with respect to the light flux that passes through the central region. The phase is delayed by 5 (rad), and the light beam transmitted through the outermost annular zone (i = 10, m = −5) is −5λ (provided that λ = 405 nm) with respect to the light beam transmitted through the central region. ), The phase advances by 2π × 5 (rad) in terms of a phase difference.
図5は、環境温度の変化に伴い、本実施例における対物レンズの温度が設計基準温度である25℃から55℃に上昇した場合における波面収差を表し、横軸が瞳座標hを表し、縦軸が波面収差(単位はλ)を表す。図6は、集光レンズのみで評価した場合の波面収差を表す。
55℃において、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.075λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.010λrmsとなった。図5及び図6においては、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しており、その変化率を+0.05nm/℃と仮定した。
FIG. 5 shows the wavefront aberration when the temperature of the objective lens in this embodiment increases from the design reference temperature of 25 ° C. to 55 ° C. along with the environmental temperature change, the horizontal axis shows the pupil coordinate h, and the vertical axis. The axis represents wavefront aberration (unit: λ). FIG. 6 shows the wavefront aberration when evaluated with only the condenser lens.
At 55 ° C., the rms value of the wavefront aberration is 0.075 λrms with only the condensing lens, whereas it is 0.010 λrms when the aberration correcting element is combined with the condensing lens. 5 and 6, the wavelength change of the blue-violet semiconductor laser accompanying the temperature change is also considered, and the change rate is assumed to be +0.05 nm / ° C.
また、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しない場合、即ち、集光レンズと収差補正素子の屈折率変化のみを考慮した場合、55℃において、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.070λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.022λrmsとなった。これにより本発明の対物レンズは、NA0.85のプラスチック製の単レンズを有しているにも係わらず、温度特性に優れた光学素子となっており、特に、温度特性の補正に光路差付与構造を利用しているため、温度上昇に伴う青紫色半導体レーザの波長変化の有無に係わらず、良好な温度特性の補正効果が得られていることがわかる。 Further, when the wavelength change of the blue-violet semiconductor laser due to the temperature change is not taken into consideration, that is, when only the refractive index change of the condenser lens and the aberration correcting element is taken into consideration, at 55 ° C., the rms of the wavefront aberration with the condenser lens alone. While the value was 0.070 λrms, when an aberration correction element was combined with the condenser lens, the value was 0.022 λrms. As a result, the objective lens of the present invention is an optical element having excellent temperature characteristics despite having a plastic single lens with NA of 0.85, and in particular, providing an optical path difference for correcting the temperature characteristics. Since the structure is used, it can be seen that a good temperature characteristic correction effect is obtained regardless of whether or not the wavelength of the blue-violet semiconductor laser changes as the temperature rises.
図7は、青紫色半導体レーザのモードホッピングにより、本実施例における対物レンズに対する入射光束の波長が、設計波長の405nmから1nm長くなった場合における波面収差を表し、横軸が瞳座標hを表し、縦軸が波面収差(単位はλ)を表す。図8は、集光レンズのみで評価した場合の波面収差を表す。
波長406nmにおいて、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.112λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.022λrmsとなった。なお、図7及び図8においては、対物光学系及び集光レンズのフォーカス位置は、405nmでのフォーカス位置に固定されている。
これにより本発明の対物レンズでは、回折構造の作用により、良好に色収差が補正されていることがわかる。
FIG. 7 shows the wavefront aberration when the wavelength of the incident light beam with respect to the objective lens in this embodiment is increased by 1 nm from the design wavelength of 405 nm by the mode hopping of the blue-violet semiconductor laser, and the horizontal axis shows the pupil coordinate h. The vertical axis represents wavefront aberration (unit: λ). FIG. 8 shows the wavefront aberration when evaluated with only the condenser lens.
At a wavelength of 406 nm, the rms value of the wavefront aberration is 0.112 λrms when only the condensing lens is used, whereas it is 0.022 λrms when the aberration correcting element is combined with the condensing lens. In FIGS. 7 and 8, the focus positions of the objective optical system and the condenser lens are fixed to the focus position at 405 nm.
As a result, it can be seen that the objective lens of the present invention is well corrected for chromatic aberration by the action of the diffractive structure.
[実施例2]
本実施例における対物光学系は、焦点距離f=1.00mm、近軸パワーPT=1.002mm-1、開口数NA=0.85、設計波長λ=408nm、設計基準温度T=35℃に設定されている。
収差補正素子は、第1面(入射面)は平面、第2面(出射面)は非球面のプラスチックレンズであり、第1面には光路差付与構造、第2面には回折構造(回折輪帯が鋸歯形状)が形成されている。また、近軸パワーP1=0.116mm-1、近軸屈折パワーPR=0.051mm-1、近軸回折パワーPD=0.064mm-1、最大有効径位置での輪帯幅Pf=12.2μm、最大有効径の50%位置での輪帯幅Ph=53.8μm、収差補正素子単体での波面収差(408nm、35℃)=0.003λrms、λ=408nmの光束に対する近軸パワーPM:0.1156mm-1、λ=413nmの光束に対する近軸パワーPL:0.1163mm-1、λ=403nmの光束に対する近軸パワーPS:0.1149mm-1、温度変化に伴う屈折率の変化率=−1.0×E−4に設定されている。
[Example 2]
The objective optical system in this example has a focal length f = 1.00 mm, paraxial power PT = 1.002 mm −1 , numerical aperture NA = 0.85, design wavelength λ = 408 nm, and design reference temperature T = 35 ° C. Is set.
The aberration correction element is a plastic lens whose first surface (incident surface) is flat and second surface (exit surface) is an aspheric surface. The first surface has an optical path difference providing structure, and the second surface has a diffractive structure (diffraction). An annular zone is a sawtooth shape). In addition, paraxial power P 1 = 0.116 mm −1 , paraxial refraction power P R = 0.051 mm −1 , paraxial diffraction power P D = 0.064 mm −1 , and ring width P at the maximum effective diameter position. f = 12.2 μm, annular width P h at 50% position of maximum effective diameter = 53.8 μm, wavefront aberration (408 nm, 35 ° C.) of aberration correction element alone = 0.003 λrms, λ = 408 nm paraxial power P M: 0.1156mm -1, λ = 413nm paraxial power for the light flux P L: 0.1163mm -1, λ = 403nm paraxial power for the light flux P S: 0.1149mm -1, temperature change The change rate of the refractive index associated with is set to -1.0 × E-4.
また、集光レンズは、両面(第3面及び第4面)が非球面のプラスチックレンズであり、焦点距離=1.09mm、倍率m=0.115、開口数NA=0.85、集光レンズ単体での波面収差(408nm、35℃)=0.001λrms、温度変化に伴う屈折率変化率=−1.0×E−4に設定されている。
表5は収差補正素子及び集光レンズの近軸データである。
Table 5 shows paraxial data of the aberration correction element and the condenser lens.
また、収差補正素子及び集光レンズの非球面は、上記数1に表6中の係数を代入した数式で表される。第2面の非球面形状については、光軸Lに対して垂直で、光軸からの距離が長くなるのに伴い、曲率半径rで表される球面に対する光軸L方向での変移量が大きくなっている。
また、収差補正素子の回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表され、かかる光路差は上記数2に表7中の係数を代入して定義される光路差関数Φb(mm)で表される。
また、光路差付与構造の各輪帯の形状は表8で表される。
本実施例における対物光学系の収差補正素子には、中心領域の外側に6本の輪帯が形成されている。また、miは、設計基準温度T=35℃において、中心領域を透過する光束に対して、各輪帯を透過する光束に付与される光路差を表し、例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯(i=2、m=3)を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して3λ(但し、λ=408nm)の光路差が付与されるので、位相差に換算して2π×3(rad)だけ位相が遅れることになり、最も外側の輪帯(i=6、m=−3)を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して−3λ(但し、λ=408nm)の光路差が付与されるので、位相差に換算して2π×3(rad)だけ位相が進むことになる。
光線の入射角度が画角0.5度において、集光レンズのみでは波面収差のコマ収差成分のrms値が0.009λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.003λrmsとなった。即ち、集光レンズと収差補正素子とを組み合わせることで正弦条件を満たす光学系となっている。
In the aberration correction element of the objective optical system in the present embodiment, six annular zones are formed outside the central region. In addition, mi represents an optical path difference given to a light beam transmitted through each annular zone with respect to a light beam transmitted through the central region at a design reference temperature T = 35 ° C., for example, a ring adjacent to the outside of the central region. The light flux that passes through the band (i = 2, m = 3) is given an optical path difference of 3λ (where λ = 408 nm) with respect to the light flux that passes through the central region. The phase is delayed by 3 (rad), and the light beam transmitted through the outermost annular zone (i = 6, m = -3) is −3λ (where λ = 408 nm) with respect to the light beam transmitted through the central region. ), The phase advances by 2π × 3 (rad) in terms of phase difference.
When the incident angle of the light beam is 0.5 ° and the rms value of the coma component of the wavefront aberration is 0.009λ rms with only the condenser lens, the aberration correction element is combined with the condenser lens. 0.003λrms. That is, an optical system that satisfies the sine condition is obtained by combining a condenser lens and an aberration correction element.
65℃において、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.047λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.006λrmsとなった。なお、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しており、その変化率を+0.05nm/℃と仮定した。
また、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しない場合、即ち、集光レンズと収差補正素子の屈折率変化のみを考慮した場合、65℃において、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.045λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.014λrmsとなった。これにより本発明の対物レンズは、NA0.85のプラスチック製の単レンズを有しているにも係わらず、温度特性に優れた光学素子となっており、特に、温度特性の補正に光路差付与構造を利用しているため、温度上昇に伴う青紫色半導体レーザの波長変化の有無に係わらず、良好な温度特性の補正効果が得られていることがわかる。
At 65 ° C., the rms value of the wavefront aberration is 0.047 λrms with the condenser lens alone, whereas it is 0.006 λrms when the aberration correction element is combined with the condenser lens. In addition, the wavelength change of the blue-violet semiconductor laser accompanying the temperature change was also considered, and the change rate was assumed to be +0.05 nm / ° C.
Further, when the wavelength change of the blue-violet semiconductor laser due to the temperature change is not taken into consideration, that is, only the change in the refractive index of the condenser lens and the aberration correcting element is taken into consideration, at 65 ° C., the rms of the wavefront aberration is obtained only with the condenser lens. While the value was 0.045 λrms, when the aberration correction element was combined with the condenser lens, the value was 0.014 λrms. As a result, the objective lens of the present invention is an optical element having excellent temperature characteristics despite having a plastic single lens with NA of 0.85, and in particular, providing an optical path difference for correcting the temperature characteristics. Since the structure is used, it can be seen that a good temperature characteristic correction effect is obtained regardless of whether or not the wavelength of the blue-violet semiconductor laser changes as the temperature rises.
波長409nmにおいて、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.058λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.006λrmsとなった。なお、対物光学系及び集光レンズのフォーカス位置は、408nmでのフォーカス位置に固定されている。
これにより本発明の対物レンズでは、回折構造の作用により、良好に色収差が補正されていることがわかる。
At a wavelength of 409 nm, the rms value of the wavefront aberration is 0.058 λrms with only the condensing lens, whereas when the aberration correction element is combined with the condensing lens, it is 0.006 λrms. The focus positions of the objective optical system and the condenser lens are fixed at the focus position at 408 nm.
As a result, it can be seen that the objective lens of the present invention is well corrected for chromatic aberration by the action of the diffractive structure.
[実施例3]
本実施例における対物光学系は、焦点距離f=1.76mm、近軸パワーPT=0.569mm-1、開口数NA=0.85、設計波長λ=407.5nm、設計基準温度T=35℃に設定されている。
収差補正素子は、第1面(入射面)は平面、第2面(出射面)は非球面のプラスチックレンズであり、第1面には光路差付与構造、第2面には回折構造(回折輪帯が鋸歯形状)が形成されている。また、近軸パワーP1=0.065mm-1、近軸屈折パワーPR=0.026mm-1、近軸回折パワーPD=0.039mm-1、最大有効径位置での輪帯幅Pf=11.2μm、最大有効径の50%位置での輪帯幅Ph=46.6μm、収差補正素子単体での波面収差(407.5nm、35℃)=0.002λrms、λ=407.5nmの光束に対する近軸パワーPM:0.0649mm-1、λ=412.5nmの光束に対する近軸パワーPL:0.0654mm-1、λ=402.5nmの光束に対する近軸パワーPS:0.0645mm-1、温度変化に伴う屈折率の変化率=−1.0×E−4に設定されている。
[Example 3]
The objective optical system in this example has a focal length f = 1.76 mm, paraxial power PT = 0.569 mm −1 , numerical aperture NA = 0.85, design wavelength λ = 407.5 nm, design reference temperature T = 35. It is set to ℃.
The aberration correction element is a plastic lens whose first surface (incident surface) is flat and second surface (exit surface) is an aspheric surface. The first surface has an optical path difference providing structure, and the second surface has a diffractive structure (diffraction). An annular zone is a sawtooth shape). Further, paraxial power P 1 = 0.065 mm -1, paraxial refractive power P R = 0.026 mm -1, paraxial diffractive power P D = 0.039 mm -1, annular width P at the maximum effective diameter position f = 11.2 μm, the zone width P h at 50% of the maximum effective diameter = 46.6 μm, the wavefront aberration (407.5 nm, 35 ° C.) of the aberration correction element alone = 0.002λrms, λ = 407. paraxial power P M for the light flux with 5nm: 0.0649mm -1, paraxial power for the light flux λ = 412.5nm P L: 0.0654mm -1 , paraxial power for the light flux λ = 402.5nm P S: It is set to 0.0645 mm −1 and the rate of change in refractive index with temperature change = −1.0 × E−4.
また、集光レンズは、両面(第3面及び第4面)が非球面のプラスチックレンズであり、焦点距離=1.94mm、倍率m=0.114、開口数NA=0.85、集光レンズ単体での波面収差(407.5nm、35℃)=0.001λrms、温度変化に伴う屈折率変化率=−1.0×E−4に設定されている。 The condensing lens is a plastic lens whose both surfaces (third surface and fourth surface) are aspheric surfaces, focal length = 1.94 mm, magnification m = 0.114, numerical aperture NA = 0.85, condensing. The wavefront aberration (407.5 nm, 35 ° C.) of the lens alone is set to 0.001 λrms, and the refractive index change rate with temperature change is set to −1.0 × E-4.
表9は収差補正素子及び集光レンズの近軸データである。
また、収差補正素子及び集光レンズの非球面は、上記数1に表10中の係数を代入した数式で表される。第2面の非球面形状については、光軸Lに対して垂直で、光軸からの距離が長くなるのに伴い、曲率半径rで表される球面に対する光軸L方向での変移量が大きくなっている。
また、収差補正素子の回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表され、かかる光路差は上記数2に表11中の係数を代入して定義される光路差関数Φb(mm)で表される。
また、光路差付与構造の各輪帯の形状は表12で表される。
本実施例における対物光学系の収差補正素子には、中心領域の外側に8本の輪帯が形成されている。また、miは、設計基準温度T=35℃において、中心領域を透過する光束に対して、各輪帯を透過する光束に付与される光路差を表し、例えば、中心領域の外側に隣接する輪帯(i=2、m=4)を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して4λ(但し、λ=407.5nm)の光路差が付与されるので、位相差に換算して2π×4(rad)だけ位相が遅れることになり、最も外側の輪帯(i=8、m=−4)を透過する光束は、中心領域を透過する光束に対して−4λ(但し、λ=407.5nm)の光路差が付与されるので、位相差に換算して2π×4(rad)だけ位相が進むことになる。
光線の入射角度が画角0.5度において、集光レンズのみでは波面収差のコマ収差成分のrms値が0.016λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.005λrmsとなった。即ち、集光レンズと収差補正素子とを組み合わせることで正弦条件を満たす光学系となっている。
In the aberration correction element of the objective optical system in the present embodiment, eight annular zones are formed outside the central region. In addition, mi represents an optical path difference given to a light beam transmitted through each annular zone with respect to a light beam transmitted through the central region at a design reference temperature T = 35 ° C., for example, a ring adjacent to the outside of the central region. The light flux that passes through the band (i = 2, m = 4) is given an optical path difference of 4λ (where λ = 407.5 nm) with respect to the light flux that passes through the central region. The phase is delayed by 2π × 4 (rad), and the light beam transmitted through the outermost annular zone (i = 8, m = −4) is −4λ (where λ = 407.5 nm), the phase advances by 2π × 4 (rad) in terms of phase difference.
When the incident angle of the light beam is 0.5 ° and the rms value of the coma component of the wavefront aberration is 0.016λ rms with only the condensing lens, an aberration correction element is combined with the condensing lens. 0.005λrms. That is, an optical system that satisfies the sine condition is obtained by combining a condenser lens and an aberration correction element.
65℃において、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.090λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.009λrmsとなった。なお、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しており、その変化率を+0.05nm/℃と仮定した。
また、温度変化に伴う青紫色半導体レーザの波長変化も考慮しない場合、即ち、集光レンズと収差補正素子の屈折率変化のみを考慮した場合、65℃において、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.085λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.027λrmsとなった。これにより本発明の対物レンズは、NA0.85のプラスチック製の単レンズを有しているにも係わらず、温度特性に優れた光学素子となっており、特に、温度特性の補正に光路差付与構造を利用しているため、温度上昇に伴う青紫色半導体レーザの波長変化の有無に係わらず、良好な温度特性の補正効果が得られていることがわかる。
At 65 ° C., the rms value of the wavefront aberration is 0.090 λrms with only the condensing lens, whereas it is 0.009 λrms when the aberration correcting element is combined with the condensing lens. In addition, the wavelength change of the blue-violet semiconductor laser accompanying the temperature change was also considered, and the change rate was assumed to be +0.05 nm / ° C.
Further, when the wavelength change of the blue-violet semiconductor laser due to the temperature change is not taken into consideration, that is, only the change in the refractive index of the condenser lens and the aberration correcting element is taken into consideration, at 65 ° C., the rms of the wavefront aberration is obtained only with the condenser lens. While the value was 0.085 λrms, when the aberration correction element was combined with the condenser lens, the value was 0.027 λrms. As a result, the objective lens of the present invention is an optical element having excellent temperature characteristics despite having a plastic single lens with NA of 0.85, and in particular, providing an optical path difference for correcting the temperature characteristics. Since the structure is used, it can be seen that a good temperature characteristic correction effect is obtained regardless of whether or not the wavelength of the blue-violet semiconductor laser changes as the temperature rises.
波長408.5nmにおいて、集光レンズのみでは波面収差のrms値が0.109λrmsとなるのに対して、集光レンズに収差補正素子を組み合わせた場合は、0.011λrmsとなった。なお、対物光学系及び集光レンズのフォーカス位置は、407.5nmでのフォーカス位置に固定されている。
これにより本発明の対物レンズでは、回折構造の作用により、良好に色収差が補正されていることがわかる。
At the wavelength of 408.5 nm, the rms value of the wavefront aberration is 0.109 λrms with only the condensing lens, whereas when the aberration correction element is combined with the condensing lens, it is 0.011 λrms. Note that the focus positions of the objective optical system and the condenser lens are fixed at a focus position of 407.5 nm.
As a result, it can be seen that the objective lens of the present invention is well corrected for chromatic aberration by the action of the diffractive structure.
10 光ピックアップ装置
30 対物光学系
40 収差補正素子
43 フランジ部
50 集光レンズ
53 フランジ部
60 光路差付与構造
61 中心領域
62 輪帯
63 段差
70 回折構造
72 輪帯(回折構造)
72a 段差
DESCRIPTION OF
72a step
Claims (52)
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された第1光学面と、回折構造が形成された第2光学面とを少なくとも1つずつ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも1つ有する1群1枚構成の屈折単レンズであることを特徴とする光学系。 In an optical system for an optical pickup device composed of a plastic aberration correction element and a plastic condensing lens for imaging a light beam emitted from the aberration correction element,
The aberration correction element has at least one first optical surface on which an optical path difference providing structure is formed and one second optical surface on which a diffractive structure is formed,
2. The optical system according to claim 1, wherein the condensing lens is a refracting single lens having one lens element in a group having at least one aspherical surface.
0.03≦PD/PT≦0.15 (3)
但し、hは光軸からの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数 The optical path difference function Φ b (mm) defined by Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +... Is added to the wavefront transmitted through the diffractive structure. When the optical path difference is expressed, the near power obtained by combining the paraxial diffraction power P D (mm −1 ) defined by P D = −2 · b 2 , the aberration correction element, and the condenser lens. The optical system according to claim 8, wherein the combined power P T (mm −1 ) in the shaft satisfies the following expression (3).
0.03 ≦ P D / P T ≦ 0.15 (3)
Where h is the height (mm) from the optical axis, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are the second, fourth, sixth,. Function coefficient
0<|Ph/Pf−2|<5 (4) The diffractive structure is composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided with fine steps outside the central region, and a width P in a direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at the maximum effective diameter position. The f (mm) and the width P h (mm) in the direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at a position of 50% of the maximum effective diameter satisfy the following expression (4): 11. The optical system according to 11.
0 <| P h / P f −2 | <5 (4)
λ≦450nm (5)
0.60≦NA≦0.95 (6) When the wavelength of the laser light source of the optical pickup device on which the optical system is mounted is λ (nm) and the numerical aperture obtained by combining the aberration correction element and the condenser lens is NA, the following (5) and (6) Formula is satisfy | filled, The optical system as described in any one of Claims 1-14 characterized by the above-mentioned.
λ ≦ 450nm (5)
0.60 ≦ NA ≦ 0.95 (6)
前記収差補正素子は、光路差付与構造が形成された光学面を少なくとも1つ有し、
前記集光レンズは、非球面を少なくとも1つ有する1群1枚構成の単レンズであり、前記収差補正素子の近軸におけるパワーP1(mm-1)が以下の(1)式を満たすことを特徴とする光学系。
P1>0 (1) In an optical element for an optical pickup device comprising a plastic aberration correcting element and a plastic condensing lens for imaging a light beam emitted from the aberration correcting element,
The aberration correction element has at least one optical surface on which an optical path difference providing structure is formed,
The condensing lens is a single lens having one lens group and having at least one aspherical surface, and the paraxial power P 1 (mm −1 ) of the aberration correction element satisfies the following expression (1). An optical system characterized by
P 1 > 0 (1)
PR>0 (2) The optical system according to claim 21, wherein a refractive power P R (mm -1 ) on the paraxial axis of the aberration correcting element satisfies the following expression (2).
P R > 0 (2)
0.03≦PD/PT≦0.15 (3)
但し、hは光軸からの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数 The optical path difference function Φ b (mm) defined by Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +... Is added to the wavefront transmitted through the diffractive structure. When the optical path difference is expressed, the near power obtained by combining the paraxial diffraction power P D (mm −1 ) defined by P D = −2 · b 2 , the aberration correction element, and the condenser lens. 26. The optical system according to claim 25, wherein the combined power P T (mm −1 ) at the shaft satisfies the following expression (3).
0.03 ≦ P D / P T ≦ 0.15 (3)
Where h is the height (mm) from the optical axis, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are the second, fourth, sixth,. Function coefficient
但し、hは光軸からの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数 The optical path difference function Φ b (mm) defined by Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +... Is added to the wavefront transmitted through the diffractive structure. 28. The optical system according to claim 27, wherein when the optical path difference is expressed, at least one optical path difference function coefficient other than the second order has a non-zero value.
Where h is the height (mm) from the optical axis, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are the second, fourth, sixth,. Function coefficient
0<|Ph/Pf−2|<5 (4) The diffractive structure is composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones divided with fine steps outside the central region, and a width P in a direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at the maximum effective diameter position. 28 or 27, wherein f (mm) and a width P h (mm) in a direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at a position of 50% of the maximum effective diameter satisfy the following expression (4): 28. The optical system according to 28.
0 <| P h / P f −2 | <5 (4)
λ≦450nm (5)
0.60≦NA≦0.95 (6) When the wavelength of the laser light source of the optical pickup device on which the optical system is mounted is λ (nm) and the numerical aperture obtained by combining the aberration correction element and the condenser lens is NA, the following (5) and (6) Formula is satisfy | filled, The optical system as described in any one of Claims 21-31 characterized by the above-mentioned.
λ ≦ 450nm (5)
0.60 ≦ NA ≦ 0.95 (6)
一方の光学面上に光路差付与構造が形成され、他方の光学面上に回折構造が形成されていることを特徴とする収差補正素子。 A plastic light source disposed in a light path between a laser light source and a plastic condensing lens that is disposed at a position facing the optical disk and collects a light beam emitted from the laser light source on an information recording surface of the optical disk. In an aberration correction element for an optical pickup device,
An aberration correction element, wherein an optical path difference providing structure is formed on one optical surface, and a diffractive structure is formed on the other optical surface.
PS<PN<PL (7) The paraxial power P N (mm −1 ) of the aberration correction element for a predetermined wavelength of 450 nm or less and the paraxial power P L (mm −1) of the aberration correction element for a wavelength 10 nm longer than the predetermined wavelength. And the paraxial power P S (mm −1 ) of the aberration correction element for a wavelength shorter by 10 nm than the predetermined wavelength satisfies the following expression (7): Aberration correction element.
P S <P N <P L (7)
但し、hは光軸からの高さ(mm)、b2、b4、b6、・・・・・・はそれぞれ、2次、4次、6次、・・・・・・の光路差関数係数 The optical path difference function Φ b (mm) defined by Φ b = b 2 · h 2 + b 4 · h 4 + b 6 · h 6 +... Is added to the wavefront transmitted through the diffractive structure. 44. The aberration correction element according to claim 43, wherein when the optical path difference is represented, at least one optical path difference function coefficient other than the second order has a non-zero value.
Where h is the height (mm) from the optical axis, b 2 , b 4 , b 6 ,... Are the second, fourth, sixth,. Function coefficient
0<|Ph/Pf−2|<5 (8) The diffractive structure is composed of a central region including the optical axis and a plurality of annular zones that are divided with fine steps outside the central region, and is in a direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at the maximum effective diameter position. 44. The width Pf (mm) and the width Ph (mm) in the direction perpendicular to the optical axis of the annular zone at a position of 50% of the maximum effective diameter satisfy the following expression (8): Or the aberration correction element of 44.
0 <| P h / P f −2 | <5 (8)
0.75≦NA≦0.90 (9)
0.7<f<2.5 (10) The following (9) to (10) are satisfied, where NA is a numerical aperture obtained by combining the aberration correcting element and the condenser lens and f is a focal length: Optical system.
0.75 ≦ NA ≦ 0.90 (9)
0.7 <f <2.5 (10)
0.75≦NA≦0.90 (9)
0.7<f<2.5 (10) The following (9) to (10) are satisfied, where NA is a numerical aperture obtained by combining the aberration correcting element and the condenser lens and f is a focal length: Optical system.
0.75 ≦ NA ≦ 0.90 (9)
0.7 <f <2.5 (10)
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