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JP2005050504A - Optical pickup lens device and optical information recording and reproducing device using the same - Google Patents

Optical pickup lens device and optical information recording and reproducing device using the same Download PDF

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JP2005050504A
JP2005050504A JP2004203752A JP2004203752A JP2005050504A JP 2005050504 A JP2005050504 A JP 2005050504A JP 2004203752 A JP2004203752 A JP 2004203752A JP 2004203752 A JP2004203752 A JP 2004203752A JP 2005050504 A JP2005050504 A JP 2005050504A
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康弘 田中
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道弘 山形
Buncho Yamazaki
文朝 山崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein a spot at a focus is deviated in the track direction of an information recording medium, and tracking cannot be performed when a quick light source wavelength change occurs, while an objective lens is shifted in the track direction of the information recording medium for tracking. <P>SOLUTION: By appropriately distributing the amount of color aberration correction of a collimating means and the amount of color aberration correction of an aberration correcting element, the amount of angular change in the emitted light beams of the collimating means with respect to the light wavelength change from the light source and the amount of angular change of the emitted light beams of the aberration correcting element are suppressed and thus, stable tracking is conducted. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光ピックアップ用レンズ装置に関し、特定的には、390nmから420nmの波長の光束を用いたDVD(Digital Versatile Disk)装置やコンピュータ用の光記録装置等の高密度記録が可能な光情報記録装置に適用される光ピックアップ用レンズ装置に関する。また、本発明は、上記光ピックアップ用レンズ装置を備える光情報記録再生装置に関する。   The present invention relates to an optical pickup lens device, and more specifically, optical information capable of high-density recording such as a DVD (Digital Versatile Disk) device using a light beam with a wavelength of 390 to 420 nm, an optical recording device for a computer, and the like. The present invention relates to a lens device for an optical pickup applied to a recording device. The present invention also relates to an optical information recording / reproducing apparatus including the optical pickup lens device.

従来、光ピックアップ用レンズ装置は、光源の波長が650nm以上で、対物レンズ素子の開口数がNA=0.6程度で用いられていたので、軸上色収差や倍率色収差によるスポットのずれ量は問題にならない程度であった。   Conventionally, lens devices for optical pickups have been used with a light source wavelength of 650 nm or more and an objective lens element having a numerical aperture of about NA = 0.6, so the amount of spot shift due to axial chromatic aberration or lateral chromatic aberration is a problem. It was a grade that did not become.

ところが、近年、情報記録媒体の大容量化に伴い、光情報記録装置における光源の短波長化と高NA化(開口数)が進展している。このような短波長領域ではレンズ素子等の光学材料の分散が非常に大きいため、わずかな光束の波長の変化により、光学材料の屈折率が大きく変化する。したがって、近年の光ピックアップレンズ装置は、色収差の補正を考慮する必要があった。   However, in recent years, with the increase in capacity of information recording media, the shortening of the wavelength of light sources and the increase in NA (numerical aperture) of optical information recording apparatuses have been progressing. In such a short wavelength region, since the dispersion of the optical material such as the lens element is very large, the refractive index of the optical material greatly changes due to a slight change in the wavelength of the light beam. Therefore, in recent optical pickup lens devices, it is necessary to consider correction of chromatic aberration.

特に、DVDレコーダ等で現在普及しているDVD±RW等の光情報記録装置は、媒質の相変化を利用して情報の記録及び消去を行うので、情報を書き込むあるいは消去する際の光パワーと、書き込まれた情報を読み取る際の光パワーとを異ならせている。このため、相転移型の媒体を用いる光情報記録装置は、記録又は消去と、再生との切り替えに際し光源が放射する光束の波長が大きく変化することが原理的に避けられない。   In particular, optical information recording devices such as DVD ± RW that are currently popular in DVD recorders and the like record and erase information by using phase change of the medium. The optical power for reading the written information is different. For this reason, in an optical information recording apparatus using a phase transition type medium, it is inevitable in principle that the wavelength of the light beam emitted from the light source changes greatly when switching between recording or erasing and reproduction.

したがって、相転移型の媒体を用いる光情報記録装置は、光ピックアップ用レンズ装置の色収差補正が重要な課題となっている。相転移型の媒体を用いる光ピックアップ装置において、レンズ装置の色収差を補正しない場合、光源が放射する波長の変化により急激な焦点位置変動が生じ、フォーカス制御が行われなくなる可能性があるからである。   Therefore, in an optical information recording apparatus using a phase transition type medium, correction of chromatic aberration of an optical pickup lens apparatus is an important issue. This is because, in an optical pickup device using a phase transition type medium, if the chromatic aberration of the lens device is not corrected, there is a possibility that the focus control may not be performed due to a sudden change in focal position due to a change in the wavelength emitted by the light source. .

従来、これらの色収差を抑えるために、特許文献1〜3に記載されたように対物レンズ素子に色収差補正機能を持たせる技術、光源と対物レンズ素子との間に配置されるコリメートレンズに色収差補正機能を持たせる技術、光路中に別途色収差補正素子を挿入し、色収差を過剰補正にして対物レンズ素子の色収差をキャンセルさせる技術等が提案されている。
特開昭64−19316号公報 特開平7−294707号公報 特開平11−337818号公報
Conventionally, in order to suppress these chromatic aberrations, as described in Patent Documents 1 to 3, a technique for providing an objective lens element with a chromatic aberration correction function, and a chromatic aberration correction for a collimator lens disposed between the light source and the objective lens element. A technique for providing a function, a technique for canceling the chromatic aberration of the objective lens element by inserting a chromatic aberration correction element in the optical path and overcorrecting the chromatic aberration have been proposed.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-19316 JP 7-294707 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-337818

しかしながら、従来の色収差補正を実現する各構成は、スポット径が非常に小さく、トラック幅も非常に狭い高密度記録の情報記録媒体の光ピックアップ用レンズ装置においては不充分なものであった。   However, each conventional configuration for realizing chromatic aberration correction is insufficient in an optical pickup lens device for an information recording medium for high-density recording with a very small spot diameter and a very narrow track width.

本発明の目的は、大きな色収差補正機能を持ちつつ、安定したトラッキングが可能な光学ピックアップ用レンズ装置及びそれを用いた光情報記録再生装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an optical pickup lens device capable of stable tracking while having a large chromatic aberration correction function, and an optical information recording / reproducing device using the same.

上記目的の一つは、以下の光ピックアップ用レンズ装置により達成される。光源から放射された390nmから420nmの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用レンズ装置であって、光源側から順に、光源から放射された光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメート手段と、コリメート手段から放射された光束を透過する収差補正素子と、開口数が0.8以上であり、収差補正素子から出射した光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、収差補正素子と対物レンズ素子とは、情報記録媒体のトラッキングを行うために、光軸に直交する方向に一体的に保持されており、以下の条件を満足する。
−0.1≦CAt≦0.1 ・・(1)
−20≦CAf≦20 ・・(2)
−20≦CAm≦0 ・・(3)
−0.25≦θf≦0.25 ・・(4)
−0.75≦θm≦0.75 ・・(5)
但し、
CAt:全光学系の軸上色収差[μm/nm]
CAf:コリメート手段の軸上色収差[μm/nm]
CAm:収差補正素子の軸上色収差[μm/nm]
θf:コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
θm:収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
である。
One of the above objects is achieved by the following optical pickup lens device. Used in an optical pickup device that performs at least one of reading, writing, and erasing information by condensing a light beam having a wavelength range of 390 nm to 420 nm emitted from a light source onto an information recording medium to form a spot. A lens device for optical pickup, which is held in order from the light source side so as to be movable along the direction of the optical axis of the light beam emitted from the light source, and converts the light beam into parallel light or predetermined convergent or divergent light Means, an aberration correction element that transmits the light beam emitted from the collimating means, and an objective that has a numerical aperture of 0.8 or more and focuses the light beam emitted from the aberration correction element on the information recording medium to form a spot. A lens element, and the aberration correction element and the objective lens element are integrally held in a direction perpendicular to the optical axis in order to track the information recording medium. And which satisfies the following conditions.
−0.1 ≦ CAt ≦ 0.1 (1)
−20 ≦ CAf ≦ 20 (2)
−20 ≦ CAm ≦ 0 (3)
−0.25 ≦ θf ≦ 0.25 (4)
−0.75 ≦ θm ≦ 0.75 (5)
However,
CAt: axial chromatic aberration of all optical systems [μm / nm]
CAf: axial chromatic aberration of collimating means [μm / nm]
CAm: On-axis chromatic aberration [μm / nm] of the aberration correction element
θf: Amount of change in angle per unit wavelength of light beam emitted from collimator means [min / nm]
θm: Amount of change in angle per unit wavelength of outgoing light flux of aberration correction element [min / nm]
It is.

好ましくは、収差補正素子は、回折により光束を偏向するパワーを持つ回折レンズである。また、好ましくは、収差補正素子は、光軸を中心とする同心円によって規定される輪帯状の複数の領域と、領域間の境界部に形成される位相段差とを含む位相段差面を持つ。   Preferably, the aberration correction element is a diffractive lens having a power for deflecting a light beam by diffraction. Preferably, the aberration correction element has a phase step surface including a plurality of annular zones defined by concentric circles centered on the optical axis and a phase step formed at a boundary between the regions.

上記目的の一つは、以下の光ピックアップ装置により達成される。情報記録媒体上に光束を集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置であって、390nmから420nmの波長域の光束を放射する光源と、光源から放射された光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメート手段と、コリメート手段から放射された光束を透過する収差補正素子と、開口数が0.8以上であり、収差補正素子から出射した光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、収差補正素子と対物レンズ素子とは、情報記録媒体のトラッキングを行うために、光軸に直交する方向に一体的に保持されており、以下の条件を満足する。
−0.1≦CAt≦0.1 ・・(1)
−20≦CAf≦20 ・・(2)
−20≦CAm≦0 ・・(3)
−0.25≦θf≦0.25 ・・(4)
−0.75≦θm≦0.75 ・・(5)
但し、
CAt:全光学系の軸上色収差[μm/nm]
CAf:コリメート手段の軸上色収差[μm/nm]
CAm:収差補正素子の軸上色収差[μm/nm]
θf:コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
θm:収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
である。
One of the above objects is achieved by the following optical pickup device. An optical pickup device that performs at least one of reading, writing, and erasing information by condensing a light beam on an information recording medium to form a spot, and radiates a light beam in a wavelength range of 390 nm to 420 nm A collimator that converts the luminous flux into parallel light or a predetermined convergent or divergent light, and a luminous flux emitted from the collimating means, which is held movably along the direction of the optical axis of the luminous flux emitted from the light source. An aberration correction element that transmits the light, and an objective lens element that has a numerical aperture of 0.8 or more and focuses a light beam emitted from the aberration correction element on an information recording medium to form a spot. The lens element is integrally held in a direction perpendicular to the optical axis in order to track the information recording medium, and satisfies the following conditions.
−0.1 ≦ CAt ≦ 0.1 (1)
−20 ≦ CAf ≦ 20 (2)
−20 ≦ CAm ≦ 0 (3)
−0.25 ≦ θf ≦ 0.25 (4)
−0.75 ≦ θm ≦ 0.75 (5)
However,
CAt: axial chromatic aberration of all optical systems [μm / nm]
CAf: axial chromatic aberration of collimating means [μm / nm]
CAm: On-axis chromatic aberration [μm / nm] of the aberration correction element
θf: Amount of change in angle per unit wavelength of light beam emitted from collimator means [min / nm]
θm: Amount of change in angle per unit wavelength of the emitted light beam of the aberration correction element [min / nm]
It is.

本発明によれば、大きな色収差補正機能を持ちつつ、安定したトラッキングが可能な光学ピックアップ用レンズ装置及びそれを用いた光情報記録再生装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical pickup lens device capable of stable tracking while having a large chromatic aberration correction function, and an optical information recording / reproducing device using the same.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置の概略構成図である。実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置は、光源1と、コリメートレンズ3(コリメート手段)と、回折レンズ4(収差補正素子)と、対物レンズ5と、アクチュエータ7とを備える。光源1は、半導体レーザからなり、390nmから420nの範囲にある波長の光束2を放射する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical pickup lens device according to Embodiment 1 of the present invention. The optical pickup lens device according to Embodiment 1 includes a light source 1, a collimating lens 3 (collimating means), a diffraction lens 4 (aberration correction element), an objective lens 5, and an actuator 7. The light source 1 is composed of a semiconductor laser and emits a light beam 2 having a wavelength in the range of 390 nm to 420 n.

図1において、半導体レーザからなる光源1から出射された光束2はコリメートレンズ3により略平行光となる。そして、回折レンズ4を透過し、対物レンズ5により情報記録媒体6上に集光される。   In FIG. 1, a light beam 2 emitted from a light source 1 made of a semiconductor laser becomes substantially parallel light by a collimating lens 3. Then, the light passes through the diffraction lens 4 and is condensed on the information recording medium 6 by the objective lens 5.

ここで、回折レンズ4は対物レンズ5とともに、その光軸が略一致された状態でアクチュエータ7に取付けられ、これにより光軸方向に対して直角方向に矢印A、−Aで示すように移動可能になっており、波長が変わって光束が発散、収束してもスポットのトラック方向のずれ修正、すなわちトラッキングが行われる。   Here, the diffractive lens 4 is attached to the actuator 7 together with the objective lens 5 in a state where the optical axes thereof are substantially coincident with each other, and can be moved as indicated by arrows A and -A in a direction perpendicular to the optical axis direction. Even when the wavelength changes and the light beam diverges and converges, the deviation of the spot in the track direction is corrected, that is, tracking is performed.

また、コリメートレンズ3は色消しの接合レンズからなり、光学系で発生する球面収差を補正することができるように光軸方向に矢印Bで示すように移動可能である。これにより、対物レンズ5に入射する光束の角度を変化させることができ、情報記録媒体6の厚みの違いまたは光学系を構成する各光学素子が原因で発生する球面収差をキャンセルすることができる。   The collimating lens 3 is formed of an achromatic cemented lens and is movable as indicated by an arrow B in the optical axis direction so that spherical aberration generated in the optical system can be corrected. Thereby, the angle of the light beam incident on the objective lens 5 can be changed, and the spherical aberration caused by the difference in the thickness of the information recording medium 6 or each optical element constituting the optical system can be canceled.

実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置は、以下の条件を満足している。
−0.1≦CAt≦0.1 ・・(1)
−20≦CAf≦20 ・・(2)
−20≦CAm≦0 ・・(3)
−0.25≦θf≦0.25 ・・(4)
−0.75≦θm≦0.75 ・・(5)
但し、
CAt:全光学系の軸上色収差[μm/nm]
CAf:コリメート手段の軸上色収差[μm/nm]
CAm:収差補正素子の軸上色収差[μm/nm]
θf:コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
θm:収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
である。
The optical pickup lens device according to Embodiment 1 satisfies the following conditions.
−0.1 ≦ CAt ≦ 0.1 (1)
−20 ≦ CAf ≦ 20 (2)
−20 ≦ CAm ≦ 0 (3)
−0.25 ≦ θf ≦ 0.25 (4)
−0.75 ≦ θm ≦ 0.75 (5)
However,
CAt: axial chromatic aberration of all optical systems [μm / nm]
CAf: axial chromatic aberration of collimating means [μm / nm]
CAm: On-axis chromatic aberration [μm / nm] of the aberration correction element
θf: Amount of change in angle per unit wavelength of light beam emitted from collimator means [min / nm]
θm: Amount of change in angle per unit wavelength of the emitted light beam of the aberration correction element [min / nm]
It is.

全光学系の軸上色収差であるCAtが−0.1[μm/nm]より小さい場合や0.1[μm/nm]より大きい場合、波長変動による光軸方向のスポット移動量が大きいため安定した記録・再生を行うことが難しく、好ましくない。   When CAt, which is the longitudinal chromatic aberration of the entire optical system, is smaller than −0.1 [μm / nm] or larger than 0.1 [μm / nm], it is stable because the amount of spot movement in the optical axis direction due to wavelength variation is large. It is difficult to perform recording / reproduction, which is not preferable.

また、コリメート手段の軸上色収差CAfが−20[μm/nm]より小さい場合、収差補正素子の軸上色収差CAmが0の時、スポットずれ量が10nmを超えるので、好ましくない。コリメート手段の軸上色収差CAfが20[μm/nm]より大きい場合、収差補正素子で上記条件(1)を満足することが困難になり好ましくない。   Further, when the axial chromatic aberration CAf of the collimating means is smaller than −20 [μm / nm], when the axial chromatic aberration CAm of the aberration correcting element is 0, the spot deviation amount exceeds 10 nm, which is not preferable. When the axial chromatic aberration CAf of the collimating means is larger than 20 [μm / nm], it is difficult to satisfy the condition (1) with the aberration correcting element, which is not preferable.

また、収差補正素子の軸上色収差CAmが−20[μm/nm]より小さい場合、コリメート手段が色収差不足の状態であっても、上記(1)式を満足できないので好ましくない。収差補正素子の軸上色収差CAmが0より大きい場合、対物レンズ素子の色収差を補正できないので好ましくない。   Further, when the longitudinal chromatic aberration CAm of the aberration correction element is smaller than −20 [μm / nm], it is not preferable because the above equation (1) cannot be satisfied even if the collimating means is in a state of insufficient chromatic aberration. If the axial chromatic aberration CAm of the aberration correction element is larger than 0, it is not preferable because the chromatic aberration of the objective lens element cannot be corrected.

また、コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量θfが−0.25[min/nm]より小さい場合、あるいは0.25[min/nm]より大きい場合、収差補正素子の色収差が0であっても、スポットずれ量は10nmを超えるので好ましくない。   Further, when the angle change amount θf per unit wavelength of the emitted light beam of the collimator means is smaller than −0.25 [min / nm] or larger than 0.25 [min / nm], the chromatic aberration of the aberration correcting element is 0. Even so, the amount of spot deviation exceeds 10 nm, which is not preferable.

また、収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量θmが−0.75[min/nm]より小さい場合、あるいは0.75[min/nm]より大きい場合、光学系の倍率と、対物レンズ素子の開口数NAとが大きく変化するため、光ピックアップ装置の構成上好ましくない。   Further, when the angle change amount θm per unit wavelength of the emitted light beam of the aberration correction element is smaller than −0.75 [min / nm] or larger than 0.75 [min / nm], the magnification of the optical system, Since the numerical aperture NA of the objective lens element changes greatly, it is not preferable in terms of the configuration of the optical pickup device.

図6は本発明の実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置を適用した光ピックアップ装置の概略構成図である。図6において、図1と同一の構成要素については、同一の符号を付してある。図6において、半導体レーザからなる光源1から出射した光束はビームスプリッタ8を透過し、コリメートレンズからなるコリメートレンズ3により略平行光となる。そして、回折レンズからなる回折レンズ4を透過し、対物レンズ5により情報記録媒体6の情報記録面6a上に集光される。情報記録面6a上に集光された集光スポットはその情報記録面6aに形成された反射率の異なるピットで反射され、その反射レーザ光は対物レンズ5、回折レンズ4、コリメートレンズ3を透過してビームスプリッタ8で反射し、検出レンズ9で屈折して受光素子10上に集光される。前記受光素子10からの電気信号により、情報記録面6aで変調された光量変化を検出し、情報記録媒体6に記録されているデータを読み取る。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device to which the optical pickup lens device according to the first embodiment of the present invention is applied. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 6, a light beam emitted from a light source 1 made of a semiconductor laser passes through a beam splitter 8 and becomes substantially parallel light by a collimating lens 3 made of a collimating lens. Then, the light passes through the diffractive lens 4, which is a diffractive lens, and is focused on the information recording surface 6 a of the information recording medium 6 by the objective lens 5. The focused spot focused on the information recording surface 6a is reflected by pits having different reflectivities formed on the information recording surface 6a, and the reflected laser light passes through the objective lens 5, the diffraction lens 4, and the collimating lens 3. Then, the light is reflected by the beam splitter 8, refracted by the detection lens 9, and condensed on the light receiving element 10. A change in the amount of light modulated by the information recording surface 6a is detected by an electric signal from the light receiving element 10, and data recorded on the information recording medium 6 is read.

ここで、回折レンズ4と対物レンズ5はともにアクチュエータ7に取付けられて矢印A、−A方向、すなわち光軸方向に直交する方向に移動可能であり、また、コリメートレンズ3は、矢印Bで示すように光軸方向に移動可能に構成されている。   Here, both the diffractive lens 4 and the objective lens 5 are attached to the actuator 7 and can move in the directions of arrows A and -A, that is, in the direction orthogonal to the optical axis direction, and the collimating lens 3 is indicated by the arrow B. Thus, it is configured to be movable in the optical axis direction.

なお、実施の形態1において、コリメートレンズは張り合わせレンズからなるものとしたが、色補正機能を有する回折レンズまたは色補正機能を持たない単レンズであってもよい。また、収差補正素子は回折レンズからなるものとしたが、色収差補正機能を有する接合レンズであってもよい。しかしながら、回折レンズは、樹脂で成形できるため重量的に軽く、対物レンズとともにアクチュエータに取付けて移動させるのに有利である。   In the first embodiment, the collimating lens is a laminated lens. However, the collimating lens may be a diffractive lens having a color correction function or a single lens having no color correction function. In addition, although the aberration correction element is a diffractive lens, it may be a cemented lens having a chromatic aberration correction function. However, since the diffractive lens can be molded from resin, it is light in weight, and is advantageous for being attached to the actuator and moved together with the objective lens.

また、収差補正素子、すなわち回折レンズと対物レンズは別体構成をとっているが、対物レンズの少なくとも一面に回折構造を備える一体型であってもよい。    In addition, although the aberration correction element, that is, the diffractive lens and the objective lens are configured separately, an integral type having a diffractive structure on at least one surface of the objective lens may be used.

以上説明したように、実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置によれば、コリメート手段と収差補正素子のそれぞれの色収差補正量を適度に配分することにより、トラッキングのため対物レンズが光軸からシフトしている時に、光源の波長が俊敏に変動した場合でも、軸方向だけでなく、ディスクトラック方向のスポットずれを最小限に抑えることが可能である。したがって、実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置は、オフトラックの危険性を抑えることができる。すなわち、実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置は、短波長域、高開口数NAのために対物レンズで発生する大きな軸上色収差を補正しつつ、かつ倍率色収差であるスポットずれ量を抑えることができる。   As described above, according to the optical pickup lens device according to the first embodiment, the objective lens is separated from the optical axis for tracking by appropriately allocating the chromatic aberration correction amounts of the collimator means and the aberration correction element. Even when the wavelength of the light source changes abruptly during shifting, it is possible to minimize spot deviation not only in the axial direction but also in the disk track direction. Therefore, the optical pickup lens device according to Embodiment 1 can suppress the risk of off-track. That is, the optical pickup lens device according to Embodiment 1 corrects a large axial chromatic aberration generated in the objective lens due to a short wavelength region and a high numerical aperture NA, and suppresses a spot deviation amount that is a chromatic aberration of magnification. be able to.

(実施の形態2)
以下、実施の形態2に係る光ピックアップ用レンズ装置を説明する。実施の形態2に係る光ピックアップ装置は、実施の形態1に係る光ピックアップ装置と概略構成が同一であるため、相違部分のみを説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the optical pickup lens device according to the second embodiment will be described. Since the optical pickup device according to the second embodiment has the same schematic configuration as that of the optical pickup device according to the first embodiment, only different parts will be described.

収差補正素子として回折レンズを用いる場合、基準波長が420nm以下といった短波長領域の波長の光束に対して用いると、十分な色収差の補正効果を得るために必要とする輪帯の数が多くなるとともに、輪帯の間隔が小さくなる。これは、短波長領域でレンズ材料の屈折率の波長依存性が大きくなることに伴って、補正すべき色収差の量が大きくなるためである。   When a diffractive lens is used as an aberration correction element, the number of annular zones required to obtain a sufficient chromatic aberration correction effect increases when used for a light beam having a wavelength in a short wavelength region such as a reference wavelength of 420 nm or less. The interval between the annular zones is reduced. This is because the amount of chromatic aberration to be corrected increases as the wavelength dependence of the refractive index of the lens material increases in the short wavelength region.

回折レンズにおいて、輪帯の数が多くなり輪帯の間隔が小さくなると、製造が非常に困難になる。まず、輪帯の数が多くなり輪帯の間隔が小さくなると、そのような微細な形状に対応する射出成形用の金型の加工が困難である。また、金型の加工が可能であったとしても、微細な金型の形状を樹脂の粘性等により十分に転写することが難しい。   In a diffractive lens, when the number of annular zones increases and the interval between the annular zones decreases, manufacturing becomes very difficult. First, when the number of annular zones increases and the interval between the annular zones decreases, it is difficult to process an injection mold corresponding to such a fine shape. Even if the mold can be processed, it is difficult to sufficiently transfer the fine mold shape due to the viscosity of the resin.

そこで、実施の形態2に係る光ピックアップ用レンズ装置は、回折レンズの回折光による収差補正に加えて、位相段差を形成し、位相段差による収差補正を併せて行っている。   Therefore, the lens device for an optical pickup according to the second embodiment forms a phase step in addition to the correction of the aberration due to the diffracted light of the diffractive lens, and also performs the correction of the aberration due to the phase step.

図7は、実施の形態2に係る光ピックアップ装置に用いられるレンズ装置を示す概略構成図である。収差補正素子22は、光源側から順に、回折面S1と、位相段差面S3とを含み、樹脂を材料とするレンズである。また、対物レンズ23は、光源側の屈折面S4と、情報記録媒体側の屈折面S5とからなる。   FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a lens device used in the optical pickup device according to the second embodiment. The aberration correction element 22 is a lens that includes a diffraction surface S1 and a phase step surface S3 in this order from the light source side, and is made of resin. The objective lens 23 includes a light source side refractive surface S4 and an information recording medium side refractive surface S5.

回折面S1は、面に入射する入射光から回折光を発生させ収束させる正パワーの光学面として機能する。回折面S1は、+1次回折光の光量が最大になるように回折効率が設定されている。また、位相段差面S3は、回折光に対して負パワーの光学面として機能し、回折面S1の正パワーと絶対値が等しいパワーを持つ。この結果、収差補正素子22は、基準波長の光束に対してノンパワーであり、平行光束が入射した場合、平行光束として出射させる。   The diffractive surface S1 functions as a positive power optical surface that generates and converges diffracted light from incident light incident on the surface. The diffraction surface S1 has a diffraction efficiency set so that the light amount of the + 1st order diffracted light is maximized. Further, the phase step surface S3 functions as an optical surface having a negative power with respect to the diffracted light, and has a power whose absolute value is equal to the positive power of the diffraction surface S1. As a result, the aberration correction element 22 is non-powered with respect to the reference wavelength light beam, and emits the parallel light beam when the parallel light beam is incident.

図8は、実施の形態2に係る光ピックアップ装置に用いられるレンズ装置の収差補正素子の位相段差面の構造を表す模式図である。位相段差面S3は、光束の光軸を中心とする同心円によって規定される輪帯状の複数の領域と、領域間の境界部に形成される位相段差とを含む。図8において、光軸を含む中心を領域1とし、領域1の半径をH1とする。以下、光軸から周辺へ向けて形成された輪帯状の領域を、光軸側から順に、領域2、領域3・・・領域nとする。また、領域2の外径をH2と、領域3の外径をH3と、領域nの外径をHnとする。また、領域1と領域2との間の段差の光軸に沿った方向の大きさをA1と、領域2と領域3との間の段差の光軸に沿った方向の大きさをA2と、領域n−1と領域nとの間の段差の光軸に沿った方向の大きさをAnとする。   FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the structure of the phase step surface of the aberration correction element of the lens device used in the optical pickup device according to the second embodiment. The phase step surface S3 includes a plurality of annular zones defined by concentric circles with the optical axis of the light beam as the center, and phase steps formed at boundaries between the regions. In FIG. 8, the center including the optical axis is defined as region 1, and the radius of region 1 is defined as H1. Hereinafter, the ring-shaped regions formed from the optical axis toward the periphery are referred to as region 2, region 3... Region n in order from the optical axis side. The outer diameter of the region 2 is H2, the outer diameter of the region 3 is H3, and the outer diameter of the region n is Hn. Further, the size of the step between the region 1 and the region 2 along the optical axis is A1, and the size of the step between the region 2 and the region 3 along the optical axis is A2. Let An be the size in the direction along the optical axis of the step between the region n-1 and the region n.

実施の形態2に係るレンズ装置に用いられる収差補正素子22は、5つの輪帯状の領域を持つ。各領域同士の境界部分は、λ0 /(n0 −1)の整数倍(ここではqとする)だけ光軸に沿った方向の大きさが大きくなるように構成されている。ここで、λ0 はこのレンズ装置に入射される半導体レーザ26の基準波長であり、n0 は波長 λ0 の光に対する収差補正素子22の樹脂材料の屈折率である。 The aberration correction element 22 used in the lens device according to Embodiment 2 has five annular regions. The boundary portion between the regions is configured such that the size in the direction along the optical axis is increased by an integral multiple of λ 0 / (n 0 −1) (here, q). Here, λ 0 is a reference wavelength of the semiconductor laser 26 incident on the lens device, and n 0 is a refractive index of the resin material of the aberration correction element 22 with respect to light having the wavelength λ 0 .

qの値は、半導体レーザ26の基準波長の2πラジアンの位相に等しい。この結果、位相段差面S3を透過する相異なる2つの光束の間の位相差は2πの整数倍になり、位相段差面S3は透過する光束の球面収差を変化させない。また、対物レンズ23は、基準波長に対して収差補正がなされており、基準波長の光束が入射した場合、情報記録媒体29の情報記録面29a上に良好なスポットを形成する。   The value of q is equal to the phase of 2π radians of the reference wavelength of the semiconductor laser 26. As a result, the phase difference between two different light beams that pass through the phase step surface S3 is an integral multiple of 2π, and the phase step surface S3 does not change the spherical aberration of the transmitted light beam. The objective lens 23 is corrected for aberration with respect to the reference wavelength, and forms a good spot on the information recording surface 29a of the information recording medium 29 when a light beam having the reference wavelength is incident.

一方、半導体レーザ26の発振する波長が、各素子間の個体バラツキや温度変化等に起因して基準波長から数nm変化した場合を考える。ここで、基準波長からずれた半導体レーザ26の発振波長をλ1と、波長λ1に対する樹脂材料の屈折率をn1 とする。このとき、位相段差面S3を透過する相異なる2つの光束の間の位相差は、2πqλ0 (n1 −1)/((n0 −1)λ1 )で表わされる。この値は、基準波長から数nm変化した波長に対して2πの整数倍からずれているため、位相段差面S3を透過する光束は、球面収差を発生する。 On the other hand, let us consider a case where the wavelength at which the semiconductor laser 26 oscillates changes by several nm from the reference wavelength due to individual variations among elements, temperature changes, and the like. Here, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 26 deviated from the reference wavelength is λ1, and the refractive index of the resin material with respect to the wavelength λ1 is n 1 . At this time, the phase difference between two different light fluxes transmitted through the phase step surface S3 is expressed by 2πqλ 0 (n 1 −1) / ((n 0 −1) λ 1 ). Since this value deviates from an integer multiple of 2π with respect to a wavelength that has changed by several nm from the reference wavelength, the light beam transmitted through the phase step surface S3 generates spherical aberration.

位相段差面S3において発生する球面収差は、位相段差面S3に形成される各領域の半径を光学系の有効径に対してどの様に設定するか、及び各領域の面形状をどのようにするかにより調整することが可能である。したがって、半導体レーザ26が発振する光束の波長が基準波長から数nmずれた場合、回折面S1で発生する球面収差と位相段差面S3で発生する球面収差との傾向を同方向であって、対物レンズ23が発生する球面収差とは逆方向になるように設計することができる。このように設計することにより、回折面S1のみで球面収差を発生させる場合のように回折面S1の周辺部における輪帯数を多数形成することなく、かつ輪帯の幅を小さくすることもなく、収差補正素子22単独で大きな収差を発生させることが可能になる。収差補正素子22と対物レンズ23との間で球面収差を相殺させることにより、光軸上の実質的な像点位置を補正することができ、結果として軸上色収差を補正することができる。   The spherical aberration that occurs on the phase step surface S3 is how the radius of each region formed on the phase step surface S3 is set with respect to the effective diameter of the optical system, and how the surface shape of each region is set. It is possible to adjust depending on the situation. Therefore, when the wavelength of the light beam oscillated by the semiconductor laser 26 deviates from the reference wavelength by several nm, the tendency of the spherical aberration generated on the diffractive surface S1 and the spherical aberration generated on the phase step surface S3 is in the same direction, and the objective It can be designed to be in the opposite direction to the spherical aberration generated by the lens 23. By designing in this way, a large number of ring zones in the periphery of the diffractive surface S1 are not formed and the width of the ring zones is not reduced as in the case where spherical aberration is generated only by the diffractive surface S1. A large aberration can be generated by the aberration correction element 22 alone. By canceling the spherical aberration between the aberration correction element 22 and the objective lens 23, the substantial image point position on the optical axis can be corrected, and as a result, the axial chromatic aberration can be corrected.

ところで、収差補正素子22の両面を回折面にすることによっても、回折面の輪帯数を多数形成することなく、かつ輪帯の幅を小さくすることもなく、大きな球面収差を発生させることが可能である。しかしながら、両面を回折面にすると、収差補正素子を透過する光束の内、光情報記録面上のスポット形成に用いられる光量損失が大きくなるため、好ましくない。したがって、実施の形態に係るレンズ装置のように、収差補正素子22の一方を回折面にし、他方を位相段差面にする方が望ましい。   By the way, even if both surfaces of the aberration correction element 22 are diffractive surfaces, large spherical aberration can be generated without forming a large number of zonal zones of the diffractive surfaces and without reducing the width of the zonal zones. Is possible. However, it is not preferable to use both surfaces as diffractive surfaces, because the loss of light amount used for spot formation on the optical information recording surface out of the light beam transmitted through the aberration correction element becomes large. Therefore, as in the lens apparatus according to the embodiment, it is preferable that one of the aberration correction elements 22 is a diffractive surface and the other is a phase step surface.

また、位相段差面S3に形成される各領域の間の段差の光軸に沿った方向の大きさは、相異なる領域を透過する基準波長の光束の間に2πラジアンの整数倍の位相差が生じるように設定されているが、この整数の値は求められる特性に応じて適宜設定することができる。例えば、2πラジアンに一致する位相差を与えるようにすると、基準波長から数nmずれた場合に生じる位相差が2πからずれる量は少なくなる。したがって、収差補正量を大きく取るためには、段差を深くして位相差を大きくしなければならない。   Further, the size of the step between the regions formed on the phase step surface S3 in the direction along the optical axis causes a phase difference of an integral multiple of 2π radians between the light beams having the reference wavelengths that pass through the different regions. However, the integer value can be appropriately set according to the required characteristics. For example, when a phase difference that matches 2π radians is given, the amount of phase difference that occurs when the phase shifts several nm from the reference wavelength is reduced from 2π. Therefore, in order to increase the aberration correction amount, the phase difference must be increased by deepening the step.

逆に、位相段差の深さが深くなると、余計な高次の球面収差が増えてしまい全体の収差が劣化してしまうので、3次球面収差のみ補正したい場合は、位相段差の深さは、必要最小である位相差2πに相当する量に設定する方が望ましい。   On the contrary, if the depth of the phase step becomes deeper, the extra high-order spherical aberration increases and the overall aberration deteriorates. Therefore, if only the third-order spherical aberration is to be corrected, the depth of the phase step is It is desirable to set the amount corresponding to the necessary minimum phase difference 2π.

また、実施の形態2で説明した収差補正素子22は、回折面S1と位相段差面S3とを一体的に形成したレンズ素子であったが、これに限られない。例えば、回折面のみを有するレンズ素子と位相段差面のみを有するレンズ素子との組み合わせでもよい。しかしながら、製造する際の成形及び組立調整と、境界面で発生する面間反射を考慮すると、収差補正素子22は、一体で形成された単一のレンズ素子により構成することが望ましい。   The aberration correction element 22 described in the second embodiment is a lens element in which the diffractive surface S1 and the phase step surface S3 are integrally formed. However, the present invention is not limited to this. For example, a combination of a lens element having only a diffractive surface and a lens element having only a phase step surface may be used. However, in consideration of molding and assembly adjustment at the time of manufacturing and inter-surface reflection occurring at the boundary surface, it is desirable that the aberration correction element 22 be configured by a single lens element formed integrally.

また、収差補正素子22は、光軸から離れるに従って光軸に直交する方向の各領域の幅が小さくなることが望ましい。対物レンズを単レンズ素子で構成し、NA0.8といった高NAで使用する場合、基準波長から数nmずれた際に発生する球面収差の量は光軸から直交する方向に離れるにしたがって、急激に増加する特性を持つ。この特性を補正するためには、収差補正素子22において発生させる球面収差の量も、周辺にいくにしたがって増やす必要がある。したがって、位相段差も周辺にいくほど数多く設ける必要があるので周辺にいくほど光軸に直交する方向の各領域の幅は狭く形成されることが好ましい。   In addition, it is desirable that the width of each region of the aberration correction element 22 in the direction orthogonal to the optical axis becomes smaller as the distance from the optical axis increases. When the objective lens is composed of a single lens element and used at a high NA such as NA 0.8, the amount of spherical aberration that occurs when it deviates from the reference wavelength by several nanometers increases rapidly as the distance from the optical axis increases. Has increasing properties. In order to correct this characteristic, it is necessary to increase the amount of spherical aberration generated in the aberration correction element 22 as it goes to the periphery. Therefore, since it is necessary to provide a large number of phase steps toward the periphery, it is preferable that the width of each region in the direction orthogonal to the optical axis is narrowed toward the periphery.

また、位相段差面は、各領域の光学面を位相段差で接続したとき、単一の非球面定義式により規定される非球面にしても、相異なる非球面定義式により規定される非球面にしてもいずれでもよい。ただし、相異なる非球面定義式により規定される非球面にする方がよい好ましい。各領域が、それぞれの領域毎に最適な異なる非球面で構成された収差補正素子は、各領域が一つの非球面定義式により規定される収差補正素子と比較して、基準波長における球面収差を収差補正素子単体で補正することが可能になるからである。   In addition, when the optical surface of each region is connected by a phase step, the phase step surface is an aspheric surface defined by a different aspheric definition formula, even if it is an aspheric surface defined by a single aspheric definition formula. Or either. However, it is preferable to use an aspherical surface defined by different aspherical defining equations. The aberration correction element in which each region is configured with a different aspheric surface that is optimal for each region has a spherical aberration at the reference wavelength compared to the aberration correction element in which each region is defined by one aspheric definition formula. This is because the aberration correction element can be corrected alone.

すなわち、各領域が一つの非球面定義式により規定される収差補正素子は、各領域で光軸方向の厚さが異なるので、基準波長においても、球面収差あるいはパワー成分を発生してしまう。これに対して、各領域が、それぞれの領域毎に最適な異なる非球面で構成された収差補正素子は、各領域毎に、球面収差およびパワー成分が発生しないに設計することが可能になるため、レンズ装置の特性をより向上させることが可能になる。   That is, the aberration correction element in which each region is defined by one aspheric definition formula has different thicknesses in the optical axis direction in each region, so that spherical aberration or a power component is generated even at the reference wavelength. In contrast, an aberration correction element in which each region is configured with a different aspheric surface that is optimal for each region can be designed without generating spherical aberration and power components for each region. The characteristics of the lens device can be further improved.

また、収差補正素子22は、回折面S1あるいは位相段差面S3を適宜設計することにより、収差補正素子において発生する球面収差を調整し、対物レンズ以外の光学系で使用しうるレンズ素子(例えば、コリメートレンズ24や情報記録面29に設けられた保護層など)に起因する軸上色収差を補正することが可能である。   The aberration correction element 22 adjusts the spherical aberration generated in the aberration correction element by appropriately designing the diffractive surface S1 or the phase step surface S3, and can be used in an optical system other than the objective lens (for example, It is possible to correct axial chromatic aberration caused by a collimating lens 24 or a protective layer provided on the information recording surface 29).

また、収差補正素子22は、設計される回折の次数として+1次としたが、一般に±m次(m:整数)のいずれを用いてもよい。また、実施の形態のレンズ装置において、対物レンズ2は、単レンズからなるもので説明したが、複数枚の組みレンズからなるものであってもよい。   In addition, although the aberration correction element 22 is set to + 1st order as the designed diffraction order, in general, any of ± mth order (m: integer) may be used. In the lens device of the embodiment, the objective lens 2 has been described as being composed of a single lens, but may be composed of a plurality of assembled lenses.

また、実施の形態2のレンズ装置では、収差補正素子22に平行光束が入射するようにしているが、非平行光束であってもよい。また、実施の形態2のレンズ装置では、収差補正素子22対物レンズ23の間を平行光束としているが、非平行光束であってもよい。また、収差補正素子22は、光源側に回折面を配置し、情報記録媒体側に位相段差面を配置しているが、逆に光源側に位相段差面を配置し、情報記録媒体側に回折面を配置してもよい。   Further, in the lens device of the second embodiment, the parallel light beam is incident on the aberration correction element 22, but it may be a non-parallel light beam. Further, in the lens device of Embodiment 2, the space between the aberration correction element 22 and the objective lens 23 is a parallel light beam, but may be a non-parallel light beam. The aberration correction element 22 has a diffractive surface disposed on the light source side and a phase step surface disposed on the information recording medium side. Conversely, a phase step surface is disposed on the light source side and diffracted on the information recording medium side. A surface may be arranged.

以上説明したように、実施の形態2に係る収差補正素子は、基準波長の光束に対しては球面収差を発生させず、基準波長からずれた波長の光束に対して球面収差を発生させることができる。そして、この球面収差を回折面の球面収差を協働させることにより、回折面の輪帯数を多数形成することなく、かつ輪帯の幅を小さくすることもなく、所望の大きな球面収差を発生させることができる。また、実施の形態に係る収差補正素子は、樹脂で製造することができ、容易に製造可能である。   As described above, the aberration correction element according to the second embodiment does not generate spherical aberration with respect to a light beam with a reference wavelength, but can generate spherical aberration with respect to a light beam with a wavelength that deviates from the reference wavelength. it can. This spherical aberration is combined with the spherical aberration of the diffractive surface to generate the desired large spherical aberration without forming a large number of ring zones on the diffractive surface and without reducing the width of the ring zones. Can be made. In addition, the aberration correction element according to the embodiment can be manufactured from resin and can be easily manufactured.

次に、実施の形態1に係る光ピックアップ用レンズ装置を具体化した数値実施例を比較例とともに説明する。実施例1と比較例とは、コリメートレンズ3と回折レンズ4との設計値のみ相違する。実施例1と比較例とは、ともに全光学系での軸上色収差が、0.09μm/nmと等しいが、コリメートレンズ3の軸上色収差と出射角度変化量が、回折レンズ4と異なるため、スポットずれ量が大きく異なる。   Next, a numerical example embodying the optical pickup lens device according to the first embodiment will be described together with a comparative example. Example 1 and the comparative example differ only in the design values of the collimating lens 3 and the diffractive lens 4. In both Example 1 and Comparative Example, the axial chromatic aberration in the entire optical system is equal to 0.09 μm / nm, but the axial chromatic aberration and the emission angle change amount of the collimating lens 3 are different from those of the diffraction lens 4. The amount of spot deviation differs greatly.

実施例1のコリメートレンズ3、回折レンズ4、対物レンズ5の具体的な数値構成を表1に示し、また同様に比較例の数値構成を表2に示す。それぞれにおいて、設計波長は410nmを中心とする。また、実施例1及び比較例において、回折レンズ4へは平行ビームが入射することとし、出射側の平行ビームの直径は、2.21mmとした。面番号1〜4がコリメートレンズ3、面番号5〜8が回折レンズ4、面番号9,10が対物レンズ5、面番号11,12が媒体である情報記録媒体6の保護層を示している。ただし、rはレンズ各面の曲率半径(但し、情報記録媒体は保護層面)、dはレンズ厚、nλは各レンズの波長λnmでの屈折率、νは各レンズのアッベ数である。また、回折面に形成される位相格子は超高屈折率法により表現した(超高屈率法については、William C. Sweatt : Describing holographic optical elements as lenses : Journal of Optical Society of America, Vol.67, No.6, June 1977)。   Specific numerical configurations of the collimating lens 3, the diffraction lens 4, and the objective lens 5 of Example 1 are shown in Table 1, and similarly, the numerical configuration of the comparative example is shown in Table 2. In each, the design wavelength is centered at 410 nm. In Example 1 and the comparative example, a parallel beam is incident on the diffraction lens 4 and the diameter of the parallel beam on the exit side is 2.21 mm. The surface numbers 1 to 4 are the collimating lens 3, the surface numbers 5 to 8 are the diffraction lens 4, the surface numbers 9 and 10 are the objective lens 5, and the surface numbers 11 and 12 are the protective layers of the information recording medium 6. . Where r is the radius of curvature of each lens surface (where the information recording medium is the protective layer surface), d is the lens thickness, nλ is the refractive index of each lens at the wavelength λnm, and ν is the Abbe number of each lens. The phase grating formed on the diffractive surface is expressed by the ultra-high refractive index method (for the ultra-high refractive index method, William C. Sweet: Describing holographic optical elements as lenses: Journal of Optical Society of America, Vol. 67 , No. 6, June 1977).

また、非球面形状は、以下の(数1)で与えられる。

Figure 2005050504
但し、各符号の意味は、以下の通りである。
X:光軸からの高さがhの非球面上の点の非球面頂点の接平面からの距離
h:光軸からの高さ
Cj:対物レンズの第j面の非球面頂点の曲率(Cj=1/Rj)
Kj:対物レンズの第j面の円錐定数
Aj,n:対物レンズの第j面のn次の非球面係数
但し、j=13,14 The aspheric shape is given by the following (Equation 1).
Figure 2005050504
However, the meaning of each code is as follows.
X: distance from the tangent plane of the aspherical vertex of the point on the aspherical surface having a height from the optical axis h: height from the optical axis Cj: curvature of the aspherical vertex of the jth surface of the objective lens (Cj = 1 / Rj)
Kj: conical constant of the jth surface of the objective lens Aj, n: nth-order aspheric coefficient of the jth surface of the objective lens, where j = 13,14

Figure 2005050504
Figure 2005050504
Figure 2005050504
Figure 2005050504

実施例1のコリメートレンズ3の収差を図2に示す。図2(a)は球面収差SAを、図2(b)は正弦条件SCの違反量を示す。また、実施例1の収差補正素子である回折レンズ4の収差を図3に示す。図3(a)は球面収差SAを、図3(b)は正弦条件SCの違反量を示す。   The aberrations of the collimating lens 3 of Example 1 are shown in FIG. 2A shows the spherical aberration SA, and FIG. 2B shows the amount of violation of the sine condition SC. FIG. 3 shows aberrations of the diffractive lens 4 that is the aberration correction element of Example 1. 3A shows the spherical aberration SA, and FIG. 3B shows the amount of violation of the sine condition SC.

図2(a)に示すように、コリメートレンズ3の球面収差SAはほぼ良好に補正されている。また図2(b)に示すように、正弦条件SCもほぼ補正されている。   As shown in FIG. 2A, the spherical aberration SA of the collimating lens 3 is corrected almost satisfactorily. Further, as shown in FIG. 2B, the sine condition SC is also substantially corrected.

比較例のコリメートレンズ3の収差を図4に示す。図4(a)に示すように、コリメートレンズ3の球面収差SAはほぼ良好に補正されている。同じく図4(b)に示すように、正弦条件SCも良好に補正されている。比較例の回折レンズ4の収差を図5に示す。図5(a)に示すように、回折レンズ4の球面収差SAはほぼ良好に補正されており、同じく図5(b)に示すように正弦条件SCも良好に補正されている。   The aberration of the collimating lens 3 of the comparative example is shown in FIG. As shown in FIG. 4A, the spherical aberration SA of the collimating lens 3 is corrected almost satisfactorily. Similarly, as shown in FIG. 4B, the sine condition SC is also corrected well. The aberrations of the diffractive lens 4 of the comparative example are shown in FIG. As shown in FIG. 5 (a), the spherical aberration SA of the diffractive lens 4 is corrected almost satisfactorily, and the sine condition SC is also corrected well as shown in FIG. 5 (b).

表3に、実施例1、比較例のそれぞれについて、コリメートレンズ3、回折レンズ4、対物レンズ5のそれぞれの焦点距離、有効径、軸上色収差、全光学系における軸上色収差を示す。

Figure 2005050504
Table 3 shows the focal length, effective diameter, axial chromatic aberration, and axial chromatic aberration in the entire optical system of each of the collimating lens 3, the diffractive lens 4, and the objective lens 5 for each of Example 1 and Comparative Example.
Figure 2005050504

また、表4に、実施例1、比較例のそれぞれについて、コリメートレンズ3、回折レンズ4、それぞれの光源単位波長当たりの出射角度変化量を示す。θ1は実施例1の対物レンズ5と回折レンズ4が一体で情報記録媒体6のトラック方向に150μmシフトしている時の光源波長変化1nm当たりのコリメートレンズ3、回折レンズ4のそれぞれの光束出射角変化量を示す。θ2は比較例の同じく光束出射角変化量である。

Figure 2005050504
Table 4 shows the amount of change in the emission angle per light source unit wavelength of the collimating lens 3 and the diffractive lens 4 for each of Example 1 and Comparative Example. θ1 is the luminous flux output angle of each of the collimating lens 3 and the diffractive lens 4 per 1 nm of the light source wavelength change when the objective lens 5 and the diffractive lens 4 of Example 1 are integrally shifted by 150 μm in the track direction of the information recording medium 6. Indicates the amount of change. θ2 is the luminous flux output angle change amount as in the comparative example.
Figure 2005050504

さらに、表5は、実施例1、比較例のそれぞれについて、光源波長単位変化当たりの焦点トラック方向のスポットずれ量を示す。D1は実施例1で対物レンズ5と回折レンズ4が一体でディスクトラック方向に150μmシフトした時の光源波長変化1nm当たりの焦点における情報記録媒体6のトラック方向のスポット位置ずれ量を示す。D2は、比較例の同じくスポット位置ずれ量を示す。

Figure 2005050504
Further, Table 5 shows the amount of spot deviation in the focal track direction per light source wavelength unit change for each of Example 1 and Comparative Example. D1 indicates the spot position deviation amount in the track direction of the information recording medium 6 at the focal point per 1 nm of light source wavelength change when the objective lens 5 and the diffractive lens 4 are integrally shifted by 150 μm in the disk track direction in the first embodiment. D2 indicates the amount of spot position deviation in the comparative example.
Figure 2005050504

実施例1においては、コリメートレンズ3は色収差補正が十分されており、回折レンズ4の色収差補正量が大きく色収差過補正の状態になっている。それに対して、比較例は、コリメートレンズ3が大きく色収差過補正の状態であり、回折レンズ4の色収差補正量は実施例1より小さい。そのため、表4で示すように、色収差に比例してコリメートレンズ3と回折レンズ4の出射光束の発散・収束の度合いが大きくなっていることが分かる。そして、表5で示すように、全光学系では同じ色収差を持つ光ピックアップ装置でも色収差補正量の配分の違いにより、ディスクトラック方向のスポットずれ量が大きく変わる。実施例1は波長1nm当たり0.0nmとほぼスポットずれは起こさない。したがって、安定した記録再生を行うことができる。比較例では波長1nm当たり17.5nmもスポットが急峻に移動し、オフトラックの危険性が十分にある。   In Example 1, the collimating lens 3 is sufficiently corrected for chromatic aberration, and the chromatic aberration correction amount of the diffractive lens 4 is large and the chromatic aberration is overcorrected. On the other hand, in the comparative example, the collimating lens 3 is large and the chromatic aberration is overcorrected, and the chromatic aberration correction amount of the diffractive lens 4 is smaller than that of the first embodiment. Therefore, as shown in Table 4, it can be seen that the degree of divergence / convergence of the emitted light beams of the collimating lens 3 and the diffractive lens 4 increases in proportion to the chromatic aberration. As shown in Table 5, the spot deviation amount in the disc track direction varies greatly depending on the distribution of the chromatic aberration correction amount even in the optical pickup device having the same chromatic aberration in all optical systems. In Example 1, the spot deviation hardly occurs at 0.0 nm per wavelength of 1 nm. Therefore, stable recording and reproduction can be performed. In the comparative example, the spot moves steeply at 17.5 nm per wavelength of 1 nm, and there is a sufficient risk of off-track.

上記コリメートレンズ3は十分に色補正されていることが望ましく、十分に色補正がなされていないと、このコリメートレンズ3から出射される略平行光が波長変化に対して発散、収束を起こすからである。この角度変化量は対物レンズ5がシフトしている場合はスポットずれ量に影響してくる。   It is desirable that the collimating lens 3 is sufficiently color-corrected. If the color correction is not sufficiently performed, the substantially parallel light emitted from the collimating lens 3 diverges and converges with respect to the wavelength change. is there. This angle change amount affects the spot deviation amount when the objective lens 5 is shifted.

現状では、対物レンズ5のシフト量が150μmに対して、波長が1nm変化したとき、安定してトラッキングできるディスクトラック方向のスポットずれ量は、10nm未満と考えられている。   At present, it is considered that the amount of spot deviation in the disc track direction that can be stably tracked when the wavelength changes by 1 nm with respect to the shift amount of the objective lens 5 of 150 μm is less than 10 nm.

色過補正状態や、色補正不足状態であると光源の単位波長変化当たりの出射光束角度の変化量が大きくなる。すなわち、光源の波長変化が起こった時、出射光束の発散と収束の角度が大きくなり、収差補正素子である回折レンズ4と対物レンズ5を常に同軸状態でシフトさせても、その可動部に軸外から光が入射するため、焦点におけるスポットのトラック方向の移動量が大きくなる。   When the color correction state is insufficient or the color correction is insufficient, the amount of change in the emitted light beam angle per unit wavelength change of the light source becomes large. That is, when the wavelength of the light source changes, the angle of divergence and convergence of the emitted light beam increases, and even if the diffractive lens 4 and the objective lens 5 that are aberration correction elements are always shifted in a coaxial state, the movable part is Since light is incident from the outside, the amount of movement of the spot in the track direction at the focal point increases.

実施例1によれば、短波長域において光源の急峻な波長変動に対して大きな軸上色収差を補正することができる。また、対物レンズがトラッキングのために光軸が情報記録媒体のトラック方向にシフトしている状態で、前記波長変動が生じた場合でも、焦点におけるスポットの情報記録媒体のトラック方向の移動量を抑えることが可能となる。すなわち、大きな軸上色収差補正量と大きな倍率色収差補正量を持っている。これに対して、比較例は同じ軸上色収差補正量を持ちながら、倍率色収差補正量は小さい。   According to the first embodiment, it is possible to correct large axial chromatic aberration with respect to a steep wavelength variation of the light source in a short wavelength region. Further, even when the wavelength variation occurs in a state where the optical axis is shifted in the track direction of the information recording medium for the objective lens to track, the movement amount of the spot in the track direction of the information recording medium at the focal point is suppressed. It becomes possible. That is, it has a large axial chromatic aberration correction amount and a large magnification chromatic aberration correction amount. On the other hand, the comparative chromatic aberration correction amount is small while the comparative example has the same axial chromatic aberration correction amount.

本発明は、CD−ROM・CD−R・CD−RW・DVD−ROM・DVD−R・DVD+R・DVD−RW・DVD+RW・HD−DVD・Blu−Ray Disk等の情報記録媒体の書込み・再生・消去を行う光情報記録再生装置等に適用可能であり、特に、次世代DVDであるHD−DVD・Blu−Ray Disk等の420nm以下の波長の光束を用いた高密度記録の情報記録媒体の書込み・再生・消去を行う光情報記録再生装置等に好適である。   The present invention relates to writing / reproducing of information recording media such as CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-R, DVD + R, DVD-RW, DVD + RW, HD-DVD, Blu-Ray Disk, etc. Applicable to optical information recording / reproducing apparatus for performing erasure, especially writing of information recording medium for high-density recording using a light beam having a wavelength of 420 nm or less such as HD-DVD / Blu-Ray Disk as a next generation DVD Suitable for an optical information recording / reproducing apparatus that performs reproduction / erasure.

本発明の実施の形態1における光ピックアップ装置の基本概略構成図1 is a basic schematic configuration diagram of an optical pickup device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における実施例1のコリメートレンズの収差を示す図The figure which shows the aberration of the collimating lens of Example 1 in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における実施例1の回折レンズの収差を示す図The figure which shows the aberration of the diffraction lens of Example 1 in Embodiment 1 of this invention 比較例のコリメートレンズの収差を示す図The figure which shows the aberration of the collimating lens of a comparative example 比較例の回折レンズの収差を示す図The figure which shows the aberration of the diffraction lens of a comparative example 本発明の実施の形態1における光ピックアップ装置の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of an optical pickup device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る光ピックアップ装置に用いられるレンズ装置を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing a lens device used in the optical pickup device according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る光ピックアップ装置に用いられるレンズ装置の収差補正素子の位相段差面の構造を表す模式図Schematic diagram showing the structure of the phase step surface of the aberration correction element of the lens device used in the optical pickup device according to Embodiment 2 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 光束
3 コリメートレンズ
4 回折レンズ
5 対物レンズ
6 情報記録媒体
7 アクチュエータ
8 ビームスプリッタ
9 検出レンズ
10 受光素子
21 レンズ装置
22 収差補正素子
23 対物レンズ
29 情報記録媒体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Light beam 3 Collimate lens 4 Diffraction lens 5 Objective lens 6 Information recording medium 7 Actuator 8 Beam splitter 9 Detection lens 10 Light receiving element 21 Lens apparatus 22 Aberration correction element 23 Objective lens 29 Information recording medium

Claims (4)

光源から放射された390nmから420nmの波長域の光束を情報記録媒体上に集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ用レンズ装置であって、前記光源側から順に、
前記光源から放射された前記光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、前記光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメート手段と、
前記コリメート手段から放射された光束を透過する収差補正素子と、
開口数が0.8以上であり、前記収差補正素子から出射した光束を前記情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、
前記収差補正素子と前記対物レンズ素子とは、前記情報記録媒体のトラッキングを行うために、前記光軸に直交する方向に一体的に保持されており、
以下の条件を満足する、光ピックアップ用レンズ装置:
−0.1≦CAt≦0.1 ・・(1)
−20≦CAf≦20 ・・(2)
−20≦CAm≦0 ・・(3)
−0.25≦θf≦0.25 ・・(4)
−0.75≦θm≦0.75 ・・(5)
但し、
CAt:全光学系の軸上色収差[μm/nm]
CAf:コリメート手段の軸上色収差[μm/nm]
CAm:収差補正素子の軸上色収差[μm/nm]
θf:コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
θm:収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
である。
Used in an optical pickup device that performs at least one of reading, writing, and erasing information by condensing a light beam having a wavelength range of 390 nm to 420 nm emitted from a light source onto an information recording medium to form a spot. An optical pickup lens device, in order from the light source side,
Collimating means that is held movably along the direction of the optical axis of the light beam emitted from the light source, and converts the light beam into parallel light or predetermined convergent or divergent light;
An aberration correction element that transmits a light beam emitted from the collimating means;
An objective lens element that has a numerical aperture of 0.8 or more, and collects a light beam emitted from the aberration correction element on the information recording medium to form a spot;
The aberration correction element and the objective lens element are integrally held in a direction perpendicular to the optical axis in order to perform tracking of the information recording medium,
Lens device for optical pickup that satisfies the following conditions:
−0.1 ≦ CAt ≦ 0.1 (1)
−20 ≦ CAf ≦ 20 (2)
−20 ≦ CAm ≦ 0 (3)
−0.25 ≦ θf ≦ 0.25 (4)
−0.75 ≦ θm ≦ 0.75 (5)
However,
CAt: axial chromatic aberration of all optical systems [μm / nm]
CAf: axial chromatic aberration of collimating means [μm / nm]
CAm: On-axis chromatic aberration [μm / nm] of the aberration correction element
θf: Amount of change in angle per unit wavelength of light beam emitted from collimator means [min / nm]
θm: Amount of change in angle per unit wavelength of outgoing light flux of aberration correction element [min / nm]
It is.
前記収差補正素子は、前記対物レンズ素子とは別体に設けられた回折により光束を偏向するパワーを持つ回折レンズである、請求項1に記載の光ピックアップ用レンズ装置。   The lens apparatus for an optical pickup according to claim 1, wherein the aberration correction element is a diffractive lens having a power for deflecting a light beam by diffraction provided separately from the objective lens element. 前記収差補正素子は、前記対物レンズ素子とは別体に設けられた素子であって、前記光軸を中心とする同心円によって規定される輪帯状の複数の領域と、前記領域間の境界部に形成される位相段差とを含む位相段差面を持つ、請求項1に記載の光ピックアップ用レンズ装置。   The aberration correction element is an element provided separately from the objective lens element, and a plurality of annular zones defined by concentric circles centered on the optical axis, and a boundary portion between the zones The lens device for an optical pickup according to claim 1, having a phase step surface including a phase step to be formed. 情報記録媒体上に光束を集光してスポットを形成することにより、情報の読み出し、書込み、消去の内の少なくとも一つを行う光ピックアップ装置であって、
390nmから420nmの波長域の光束を放射する光源と、
前記光源から放射された前記光束の光軸の方向に沿って移動可能に保持され、前記光束を平行光もしくは所定の収束又は発散光に変換するコリメート手段と、
前記コリメート手段から放射された光束を透過する収差補正素子と、
開口数が0.8以上であり、前記収差補正素子から出射した光束を前記情報記録媒体上に集光してスポットを形成する対物レンズ素子とを備え、
前記収差補正素子と前記対物レンズ素子とは、前記情報記録媒体のトラッキングを行うために、前記光軸に直交する方向に一体的に保持されており、
以下の条件を満足する、光ピックアップ装置:
−0.1≦CAt≦0.1 ・・(1)
−20≦CAf≦20 ・・(2)
−20≦CAm≦0 ・・(3)
−0.25≦θf≦0.25 ・・(4)
−0.75≦θm≦0.75 ・・(5)
但し、
CAt:全光学系の軸上色収差[μm/nm]
CAf:コリメート手段の軸上色収差[μm/nm]
CAm:収差補正素子の軸上色収差[μm/nm]
θf:コリメート手段の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
θm:収差補正素子の出射光束の単位波長当たりの角度変化量[min/nm]
である。

An optical pickup device that performs at least one of reading, writing, and erasing information by focusing a light beam on an information recording medium to form a spot,
A light source that emits a light flux in a wavelength range of 390 nm to 420 nm;
Collimating means that is held movably along the direction of the optical axis of the light beam emitted from the light source, and converts the light beam into parallel light or predetermined convergent or divergent light;
An aberration correction element that transmits a light beam emitted from the collimating means;
An objective lens element that has a numerical aperture of 0.8 or more, and collects a light beam emitted from the aberration correction element on the information recording medium to form a spot;
The aberration correction element and the objective lens element are integrally held in a direction perpendicular to the optical axis in order to perform tracking of the information recording medium,
An optical pickup device that satisfies the following conditions:
−0.1 ≦ CAt ≦ 0.1 (1)
−20 ≦ CAf ≦ 20 (2)
−20 ≦ CAm ≦ 0 (3)
−0.25 ≦ θf ≦ 0.25 (4)
−0.75 ≦ θm ≦ 0.75 (5)
However,
CAt: axial chromatic aberration of all optical systems [μm / nm]
CAf: axial chromatic aberration of collimating means [μm / nm]
CAm: On-axis chromatic aberration [μm / nm] of the aberration correction element
θf: Amount of change in angle per unit wavelength of light beam emitted from collimator means [min / nm]
θm: Amount of change in angle per unit wavelength of the emitted light beam of the aberration correction element [min / nm]
It is.

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