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JP4165666B2 - Optical pickup device - Google Patents

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JP4165666B2
JP4165666B2 JP28981596A JP28981596A JP4165666B2 JP 4165666 B2 JP4165666 B2 JP 4165666B2 JP 28981596 A JP28981596 A JP 28981596A JP 28981596 A JP28981596 A JP 28981596A JP 4165666 B2 JP4165666 B2 JP 4165666B2
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雅也 小林
敬之 山崎
宏至 木林
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Konica Minolta Inc
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源から光ビームを光情報記録媒体上に集光し、光情報を記録または再生する光ピックアップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のCD対応で要求される程度の精度の光情報記録媒体の記録再生用光学系(本発明で云う記録再生用とは、記録用、再生用、記録と再生との両用を含む。)としては、無限共役型の特開昭57−76512号公報、有限共役型の特開昭61−56314号公報等が見られる。また、樹脂製レンズを用いた場合の温度変化による収差の発生を防ぐため、カップリングレンズを用いるものが特開平6−258573号公報に開示されている。
【0003】
しかし近年、光ディスク等の情報記録媒体への記録の高密度化がさらに進んできており、これに伴い光学系や対物レンズの高NA化が進められている。また、これに加えて、波面収差(球面収差)等の性能面に対する要求もさらに厳しくなってきている。
【0004】
光源からの発散光を、球面収差、正弦条件が補正された両面非球面対物レンズで光情報媒体の記録面上に結像させる有限共役型の対物レンズが用いられる光学系は周知であるが、この場合、それぞれの面の屈折力が大きくなるため、開口数NAが大となった場合、
▲1▼ 高NA化に限界がある。
【0005】
▲2▼ 対物レンズを光軸方向に動かしてフォーカシングする場合の球面収差発生量が大きい。
【0006】
▲3▼ 対物レンズの屈折率変化による球面収差の発生が大きい。
【0007】
という問題がある。
【0008】
このような高NA化、高精度化の要求に対応しようとしたとき、ディスクのぶれ等に伴う物像間距離の変化、また、対物レンズが樹脂製の場合は、温度変化等の環境変化による屈折率の変化、などの原因による波面収差変化が大きくなる。さらに、性能面での要求が厳しくなることもあり、対物レンズに対する許容誤差が従来に比して厳しくなり、場合によっては誤差が許されなくなる可能性も出てくる。
【0009】
特に、対物レンズが樹脂製の場合、有限共役型の場合は、従来のCD対応で要求される精度のレベルでは、特開平6−258573号に開示されたカップリングレンズを用いる方法によって対応することが出来たが、最近の記録の高密度化に対応するために要求される性能には対応出来なくなる。
【0010】
また、無限共役型の場合は、物像間距離の変化による波面収差変化は無くなるが、NA0.60程度まで高NA化すると、その温度変化による波面収差変化でも記録の高密度化に対応するために要求される性能では、許容誤差が厳しくなる。
【0011】
例として、焦点距離F=3.36mm、NA0.6の樹脂製のレンズで、無限共役型レンズ(光源側から平行光が入射)の場合、30℃の温度変化に対して0.043λ(λ=635nm)程度、波面収差が変化する。実際、現在発表されているDVD対応等の要求精度では、この変化でもかなりの制約となる。
【0012】
一方、現在発表されているDVDに対応する記録再生用光学系を搭載した光ピックアップ装置は、従来から広く使用されているコンパクトディスク(CD)の再生も可能となるものが望まれている。このようなDVDとCDの両方を再生可能な光情報媒体の光ピックアップ装置の一例を図63に示す。図において、半導体レーザ等の光源1から出射した光束はビームスプリッタ2を通ってコリメータレンズ3に入射し、平行光束となって絞り5で所定の光束に制限されて対物レンズ6に入射する。この対物レンズ6は、平行光束が入射すると、所定の厚みの透明基板7を通してほぼ無収差の光スポットを情報記録面8上に結像する。
【0013】
この情報記録面8で情報ピットによって変調されて反射した光束は、対物レンズ6、コリメータレンズ3を介してビームスプリッタ2に戻り、ここでレーザ光源1からの光路から分離され、光検出器9へ入射する。この光検出器9は多分割されたPINフォトダイオードであり、各素子から入射光束の強度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検出回路に送り、ここで情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号に基づき、磁気回路とコイル等で構成される2次元アクチュエータで対物レンズ6を制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わせる。
【0014】
このような光情報媒体の光ピックアップ装置では、対物レンズ6で集光される光スポットを小さくするため大NA(例えばNA0.6)であるので、このような集光光束中に置かれる透明基板の厚みが所定の厚みからずれると大きな球面収差を発生させる。
【0015】
例えば、NA0.6、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長635nm、透明基板の厚み0.6mm、基板屈折率1.58の条件で最適化された対物レンズで、基板厚みを変えた場合、図64にあるように0.01mm基板の厚みがずれる毎に0.01λrms程収差が増大する。従って、透明基板の厚みが±0.07mmずれると0.07λrmsの収差となり、読取りが正常に行える目安となるマレシャル限界値(0.07λrms)に達してしまう。
【0016】
このため、図63に示した例においては、透明基板7の厚みが0.6mmから1.2mmに替わった場合には、0.6mm厚対応の対物レンズ6に替えて1.2mm厚対応の対物レンズ111と絞り10を切り換えて再生するようにしている。
【0017】
また、透明基板の厚みが0.6mmから1.2mmに替わった場合の他の対処の方法として、0.6mm厚の基板用と1.2mm厚の基板用の2個の光ピックアップ装置を装備することも考えられる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第1の目的は、これらの高NA化の下で、樹脂製の対物レンズを用いた場合でも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えた光学系を備えた光ピックアップ装置を得ようとするものである。
【0019】
その上、今後さらに記録を高密度化した規格も出て来る見通しであり、さらに波長450nmまでの使用光の短波長化、NA0.75程度までのレンズの高NA化が求められることが予想される。NA0.65以上の対物レンズとなると、無限共役型のガラスレンズでも、レンズ軸上厚を大きくしなければ性能を維持することが難しくなるが、このような要求にも応えられる光学系を備えた光ピックアップ装置を得ようとするものである。
【0020】
本発明の第2の目的は、上記の欠点を解決し、一つの光ピックアップ装置で異なる基板厚を有する光ディスクの記録および/または再生を可能とし、相互に互換性を有し、しかも大NA化の下で、樹脂製の対物レンズを用いた場合でも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えた、構造が簡単でコンパクトな光ピックアップ装置を得ようとするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明目的を達成するための光ピックアップ装置の構成は、光源と、前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、前記集光光学系は、前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面であるカップリングレンズと、少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記カップリングレンズの像側の面と前記対物レンズの光源側の面との間隔をDco、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする。
【0022】
0<M<1 ・・・(1)
0.1≦Dco/F≦5.0 ・・・(2)
【0023】
望ましくは
1.0≦Dco/F≦5.0 ・・・(3)
より望ましくは
1.0≦Dco/F≦3.0 ・・・(4)
を満足する。
【0024】
また、本発明の目的を達成するための光ピックアップ装置の構成は、光源と、前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、前記集光光学系は、前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面であるカップリングレンズと、少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする。
0<M<1 ・・・(1)
(1−M)・F≦6.0mm ・・・(11)
【0025】
これらの対物レンズは、樹脂製であることが望ましいが、ガラス製であってもよい。
【0026】
上記集光光学系において、上記対物レンズが樹脂製であり、かつ上記カップリングレンズも少なくとも1枚は正の屈折力を持つ樹脂製レンズであることが望ましく、更に上記カップリングレンズは樹脂製単玉レンズであることが望ましい。
【0027】
カップリングレンズは屈折光学系であることが望ましい。
【0028】
また、本発明の目的を達成するための光ピックアップ装置の構成は、光源と、前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、前記集光光学系は、前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面であるとともに、少なくとも1枚は正の屈折力を持つ樹脂製レンズであるカップリングレンズと、少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための樹脂製レンズである対物レンズとを有し、マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記集光光学系全体の横倍率をMt、前記カップリングレンズにおける樹脂製レンズの焦点距離をFcp、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする。
0<M<1 ・・・(1)
−0.10≦Mt・M・Fcp/F≦−0.04 ・・・(12)
【0029】
また、本発明の目的を達成するための光ピックアップ装置の構成は、光源と、前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、前記集光光学系は、前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面の樹脂製単玉レンズであるカップリングレンズと、少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記集光光学系全体の横倍率をMt、前記カップリングレンズにおける樹脂製レンズの焦点距離をFcp、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする。
0<M<1 ・・・(1)
−0.10≦Mt・M・Fcp/F≦−0.04 ・・・(12)
【0030】
また、本発明の目的を達成するための光ピックアップ装置の構成は、光源と、前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、前記集光光学系は、前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面のであるカップリングレンズと、少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記集光光学系全体の横倍率をMt、前記対物レンズの像側の開口数をNAとすると、以下の条件を満足することを特徴とする。
0<M<1 ・・・(1)
0.06≦|Mt|・NA≦0.21 ・・・(13)
【0031】
生用光学系としては
0.06≦|Mt|・NA≦0.12 ・・・(14)
記録用光学系としては
0.12≦|Mt|・NA≦0.21 ・・・(15)
を満足することが望ましい。
【0032】
また望ましくは、対物レンズ単体の横倍率は
0.05≦M<1 ・・・(1’)
上記対物レンズは、以下の条件を満足することが望ましい。
0.48≦NA ・・・(7)
但し、NA:対物レンズの像側の開口数
【0033】
上記対物レンズは、以下を満足することが望ましい。
0.05≦M≦0.23 ・・・(5)
NA・(1−M)≦0.65 ・・・(6)
しかし、一般には
0.05≦M≦0.125 ・・・(8)
であることが望ましいが、
0.65≦NA≦0.8 ・・・(9)
である場合には
0.125≦M≦0.23 ・・・(10)
であることが望ましい。
【0034】
そして、上記対物レンズは
−0.25≦F・(n−1)/r≦0.7 ・・・(17)
但し、
n:対物レンズを形成する素材の屈折率
F:対物レンズの焦点距離
対物レンズの像側の面の頂点曲率半径
−0.045≦x・(n−1)/{F・(NA)}≦0.1 ・・・(18)
但し、
n:対物レンズを形成する素材の屈折率
F:対物レンズの焦点距離
NA:対物レンズの像側の開口数
対物レンズの像側の面の軸上光線の有効径最周辺(上記NAの周辺光線が入射する像側の面上の位置)と該面の頂点との光軸方向の差で、光軸から遠ざかるほど像側に変位している方向を正とする
−0.005≦Δ・(n−1)/{F・(NA)}≦0.018 ・・・(19)
但し、
n:対物レンズを形成する素材の屈折率
F:対物レンズの焦点距離
NA:対物レンズの像側の開口数
Δ対物レンズの像側の面の軸上光線の有効径最周辺(上記NAの周辺光線が入射する像側の面上の位置)における非球面と該面の頂点曲率半径rを有する基準球面との光軸方向の差で、光軸から遠ざかるほど像側に変位している方向を正とする
の条件を、すべてあるいは幾つかを満足することが望ましい。
【0035】
れらの対物レンズは樹脂製であることが望ましいが、ガラス製であってもよい。
【0036】
ップリングレンズは、収束光が入射したとき波面収差が最小となり、かつ、マレシャル限界内で光情報記録媒体に結像する対物レンズと光源の間に配置されるカップリングレンズであり、光源から発する発散光束を収束光束に変換し、さらに以下の条件を満足し、少なくとも1面が非球面である1枚のレンズであることが望ましい
【0037】
−7.0≦Mc≦−0.5 ・・・(20)
0.06≦NAo≦0.21 ・・・(21)
ここでMc:カップリングレンズの像側の光源側に対する横倍率
NAo:光源側の開口数
そして、このカップリングレンズに組み合わせられる対物レンズは
0<M<1 ・・・(1)
望ましくは
0.05≦M<1 ・・・(1′)
0.3≦NA ・・・(16)
の条件を満足する。そして、このカップリングレンズは、望ましくは両面が非球面である1枚のレンズからなるものであってもよい。
【0038】
これらのカップリングレンズはガラス製であってもよく、樹脂製であってもよい。
【0039】
このカップリングレンズが単玉レンズである場合、両面が凸面、光源側の面が凸面であるメニスカスレンズ、あるいは光源側の面が凹面であるメニスカスレンズであることができる。
【0040】
次に、本発明の光学系の作用について説明する。光源と対物レンズとの間に、カップリング手段として光源からの発散光の発散度を変える手段を設けることにより、対物レンズが分担する屈折力を軽減することが出来る。特に、カップリング手段に光源からの発散光を収束光にする機能を持たせることにより、NAが大きい場合に対物レンズが分担する屈折力を最適化することが出来る。
【0041】
実際に横倍率M、開口数NAの有限共役型対物レンズについての無限光入射に換算した開口数(以後換算NAとよぶ。)NA∞は
NA∞=(1−M)・NA ・・・(22)
で表すことができる。この換算NAが大きくなると、レンズ設計、性能維持の困難さ、温度特性等の環境変化の影響が大きくなる。このとき、対物レンズをその横倍率Mが条件式(1)の範囲、すなわち対物レンズに収束光入射にすることにより、換算NAを小さくすることができる。また屈折率変化等の影響も小さくすることができる。
【0042】
条件式(1)の上限を越えると、カップリング手段を従来の対物レンズ以上のパワーを有するものとしなければならず、カップリング手段の製造が困難となる。
【0043】
また、対物レンズ自体をその横倍率Mが条件式(1′)の範囲の収束光入射で波面収差が最小となり、かつマレシャル限界内とすることで、カップリング手段の光軸と対物レンズの光軸が偏心した場合の収差の劣化が少なくなり、光情報記録再生用光学系として望ましい構成となる。
【0044】
このようなカップリング手段としては、レンズ、ミラー、透過型回折素子、反射型回折素子等が考えられる。
【0045】
対物レンズを少なくとも光軸方向に可動とすることで、可動部分の軽量化が可能となり、また、少ない移動量で光情報媒体の記録面にフォーカシングすることが出来る。
【0046】
なお、NAが大きくなると、ディスクのぶれ等による物像間距離変化、温度変化等による球面収差の発生は大きくなるが、これに対応するために、対物レンズだけではなく、光源やカップリング手段も対物レンズと同様に各独立にまたは対物レンズと一体として、移動させることによりフォーカシングさせることも可能である。
【0047】
対物レンズの焦点距離でノーマライズしたカップリング手段と対物レンズの間隔についての条件式(2)において、上限を越えるとカップリング手段の光軸と垂直な方向の大きさが大きくなり、下限を越えると対物レンズとカップリング素子が一体で動く可動機構でも、機械的な干渉などで実現に問題が生じる。
【0048】
また、条件式(3)の下限を越えると、対物レンズのみが可動機構に取り付けられている場合、カップリング素子は対物レンズまわりの可動機構と機械的干渉が生じる可能性が出てくる。さらに、条件式(4)式の上限内とすることにより、決められた倍率等の仕様の中で光源から光情報記録媒体までの距離を短くすることができる。
【0049】
本発明の光学系は、NAが大きい、使用光の波長が短い場合で、回折限界性能のスポットを光情報記録媒体の記録面上に結像させるときに有利に使用でき、NA0.48以上の場合に最適な光学系である。
【0050】
そのとき、対物レンズ単体の横倍率Mが条件式(5)を満足することが望ましく、上限を越えると、カップリング手段の光軸と垂直な方向の大きさが大きくなり、下限を越えると高NAとした場合の誤差、特に対物レンズの屈折率誤差による球面収差が大きくなる。
【0051】
条件式(6)の上限を越えると対物レンズの厚さが厚くなり、したがって必要な作動距離を確保するためには、光学系全体を大きくする必要が出て来る。
【0052】
条件式(8)の上限を越えると、光情報媒体のぶれ等による物像間距離の変化等が生じたとき、対物レンズを光軸方向に動かしてフォーカシングする場合の球面収差の発生量が大きくなる。下限を越えると高NAとした場合の誤差、特に対物レンズの屈折率誤差に基づく球面収差の発生量が大きくなる。
【0053】
特に樹脂素材は温度変化による屈折率の変化が大きい。樹脂の場合、温度変化をΔT、温度変化による屈折率変化をΔnとし、
Δn/ΔT=α ・・・(23)
と表すと、αは0℃から60℃近傍まで、同一素材であればほぼ一定で負の値である。
【0054】
また、屈折率変化Δnに対する波面収差(球面収差)変化ΔWTは換算NAの4乗に比例し、また焦点距離F、Δnに比例する。すなわち、
ΔWT=β・(NA∞)4・F・Δn ・・・(24)
となる。ここでβは比例係数である。
【0055】
(24)式に(22)式、(23)式を代入すると、
ΔWT=β・{NA・(1−M)}4・F・α・ΔT ・・・(25)
(25)式から、Mを正にすることにより、温度変化の影響はMの4乗に対応して小さくなることがわかる。
【0056】
したがって、上記条件式(8)を満足すると共に条件式(6)を満足することによって、コンパクトな光情報記録媒体の記録再生用光学系を、軽量でかつ低コストな樹脂性の対物レンズによって実現できる。
【0057】
条件式(9)のような、光情報記録媒体の記録再生用の対物レンズとして従来にない高NAを実現する場合には、条件式(10)を満たすことが望ましい。上限を越えると、カップリング手段の光軸と垂直な方向の大きさが大きくなり、下限を越えると、対物レンズの厚さが厚くなり、したがって必要な作動距離を確保するためには、光学系全体を大きくする必要が出て来る。また、この条件下で樹脂製のレンズを用いることにより、軽量化と低コスト化が実現できる。
【0058】
条件式(11)の上限を越えると、対物レンズが大きくなり、光学系全体が大きくなってしまう。
【0059】
カップリング手段としては種々の手段が考えられるが、反射系は製造誤差に弱く、回折手段は、回折効率の問題があり、光源のパワーを大きくする必要がある。屈折光学系であるカップリングレンズを用いるのが、光情報記録媒体の記録再生用光学系としては望ましい。
【0060】
カップリングレンズを1枚ないしそれ以上の球面レンズ系とすることで、カップリングレンズを従来のコリメータと同様の製作法で製作することができる。
【0061】
しかし、カップリングレンズは、光源から射出される発散光を収束光にする機能を持つものであるので、従来のコリメータと比較して屈折力が大きくなり、また、光源の光量を多く取り込もうとすると、光源側のNAを大きく取ることとなる。したがって、球面系だけでは、使用するレンズ枚数が多くなってしまう。このため非球面を少なくとも1面導入して、球面収差を補正することが望ましい。
【0062】
対物レンズが樹脂製の場合、屈折率の温度変化に対する屈折率変化による球面収差の変化は、本発明の光学系で軽減できるが、カップリングレンズを構成する正の屈折力を有する少なくとも1枚のレンズを樹脂製とすることにより、さらに温度変化に対する屈折率変化による光学系全体の球面収差変化を補正することができる。
【0063】
これは、温度がΔT上昇したとき(0<ΔT)カップリングレンズの屈折率変化Δncは負となる(Δnc<0)。このためカップリングレンズの屈折力は小さくなり、カップリングレンズから出射される光束は温度上昇前に比べて収束度が小さくなる。このため対物レンズ自体の横倍率Mは減る方向に変化(ΔM<0)する。
【0064】
対物レンズの波面収差が最小となる倍率Mに対してΔMが負の方向に変化すると球面収差はアンダー側に動く。また、対物レンズ自身の屈折率変化Δnは、温度が上昇すると屈折率は低下するためΔn<0となり、このとき球面収差はオーバー側に動く。
【0065】
このため、カップリングレンズの屈折率変化に伴う対物レンズの横倍率変化による球面収差への影響と、対物レンズ自身の屈折率変化による影響が相殺されるので、カップリングレンズを正の屈折力を持つ樹脂製のレンズとすることにより、温度変化による影響をさらに小さくすることができる。
【0066】
また、その補正効果は、従来のコリメータと樹脂製の単玉対物レンズの構成において、コリメータレンズの少なくとも1枚を正の屈折力を持つ樹脂製とする場合と比較して補正効果は大きい。これは、光源側のNAが上記コリメータと同じでも、カップリングレンズは負の倍率を持っているため、カップリングレンズの換算NAが大きくなり、対物レンズ自身の倍率変化ΔMの絶対値が大きくなるためである。
【0067】
またこの場合、カップリングレンズは光源側のNAを大きくとっており、しかも負の倍率を持つので、非球面を用いることが望ましいことは上記のとおりである。
【0068】
また、カップリングレンズを樹脂製の単玉非球面レンズとすることで、安価でかつ必要な性能を得ることができる。カップリングレンズの結像倍率から、少なくとも対物レンズ側の面が非球面であることが望ましい。
【0069】
さらに、カップリングレンズの横倍率Mcがさらに大きくなると、球面収差を良好に補正するには両面を非球面とする必要が生じる。これは公知の有限共役型対物レンズの設計・生産技術を応用することができる。
【0070】
条件式(12)の上限を越えると、温度変化に伴う樹脂カップリングレンズによる対物レンズ単体の倍率変化が小さくなり、対物レンズの屈折率変化への相殺効果が小さくなる。
【0071】
また、下限を越えると温度変化に伴う樹脂カップリングレンズによる対物レンズ単体の倍率変化は小さくなるが、それ以上に樹脂カップリングレンズで生じる屈折率変化による波面収差変化が無視出来なくなり、相殺効果がなくなり、場合によってはカップリングレンズがガラスの場合に比べて光学系全体の温度特性による波面収差変化が大きくなる。
【0072】
条件式(13)中の|Mt|・NAは、ほぼ光学系の光源側の開口数NAoに対応する。もし、条件式(13)の下限を越えると十分な光量を得ることが出来ない。また、上限を越えるとレーザーの非点収差の影響が大きくなり、さらに光量むらの影響も大きくなる。
【0073】
条件式(14)の上限を越えると再生光学系に対して検出系に凹レンズなどが必要となりコストアップとなる。
【0074】
また、記録用光学系を考えると、条件式(15)の下限を越えると十分な光量が得られない。
【0075】
次に本発明の対物レンズの作用について説明する。対物レンズに対して収束光を入射させ、条件式(1)を満足することで、レンズ厚を厚くしないでNAを大きくすることができ、また屈折率変化等の影響も小さくなる。これは上記(22)式に示されるように、0<M(収束光入射)とすることにより換算NAが小さくなるためである。
【0076】
NAが0.3以上の場合、収束光入射側を非球面化することで、正弦条件を保ちながら球面収差を補正し、波面収差をマレシャル限界内とすることができる。
【0077】
また、対物レンズ自体をその横倍率Mの条件式(1)の範囲の収束光入射で波面収差をマレシャル限界内とすることで、対物レンズが独立に性能を維持できるため、光源のから発散光を収束光とする手段との組合せが容易となり、また、偏心を含む配置の誤差感度も小さくできる。
【0078】
上記対物レンズは、虚光源に対して収差補正し、その波面収差をマレシャル限界内とすることで、光源からの発散光を収束光とする手段との組合せが容易になり、応用範囲の広いレンズとなる。虚光源は仮想的なものであるが、実用的には、その入射光束が、回折限界スポットで一点に集光することと同等である。
【0079】
対物レンズを単レンズで両面を非球面とすることで、球面収差、正弦条件を補正することができる。したがって、例えば光情報記録媒体の記録再生用光学系の対物レンズのように、対物レンズを光軸に垂直方向に動かしてトラッキングするような場合にも、収差の発生を少なくすることができる。
【0080】
条件式(17)の上限を越えて単レンズで構成された対物レンズの像側の面の屈折力が負で強くなると、収束光入射側の面での負の球面収差の発生が大きく、収束光入射側の非球面量が大きくなってしまい、製造しにくいレンズとなってしまう。下限を越えて単レンズで構成された対物レンズの像側の面の屈折力が正で強くなると、像側の面での負の球面収差が大きく、収束光入射側の非球面量が大きくなってしまい、製造しにくいレンズとなってしまう。
【0081】
条件式(18)の上限を越えた場合、球面収差と正弦条件を補正するためには、像側の面も非球面化し、さらに両面ともその非球面量が大きくなってしまうため、製造しにくいレンズとなってしまう。下限を越えた場合も同じく、球面収差と正弦条件を補正するためには、像側の面も非球面化し、さらに両面ともその非球面量が大きくなってしまうため、製造しにくいレンズとなってしまう。
【0082】
条件式(19)の上限を越えた場合、正弦条件が補正過剰となり、下限を越えた場合、正弦条件が補正不足となる。
【0083】
このような収束光束に対して収差が補正されている対物レンズを光情報記録媒体の記録再生用光学系の対物レンズとして使う場合、光源からの発散光束を収束光束に変換するカップリング手段が必要となる。その場合、NAが0.48以上と大きく、また使用光の波長が短い光学系においては、対物レンズ単体の横倍率Mが、条件式(5)を満たすのが良い。上限を越えると、カップリング手段の光軸と垂直な方向の大きさが大きくなり、下限を越えると、高NAとした場合の誤差、特に対物レンズの屈折率誤差による球面収差の発生が大きくなる。
【0084】
また、条件式(6)の上限を越えると、対物レンズの厚さが厚くなり、したがって必要な作動距離を確保するためには、光学系全体を大きくする必要が出て来る。
【0085】
さらに、条件式(11)の上限を越えると、対物レンズが大きくなり、光学系全体が大きくなってしまう。
【0086】
また、対物レンズを光軸方向に動かしてフォーカシングする場合、対物レンズ単体の横倍率Mが条件式(8)を満足することが望ましい。上限を越えると、対物レンズを光軸方向に動かしてフォーカシングする場合の球面収差の発生量が大きい。下限を越えると、高NAとした場合の誤差、特に対物レンズの屈折力誤差による球面収差の発生が大きい。
【0087】
樹脂素材は、屈折率の温度による変化が大きい。したがって、条件式(8)を満たし、かつ条件式(6)を満足することで、コンパクトな光情報記録媒体の記録再生用光学系に必要な、軽量でかつ安価な対物レンズとなる。条件式(6)の上限を越えると対物レンズの厚さが厚くなり、したがって必要な作動距離を確保するためには、光学系全体を大きくする必要が生じる。
【0088】
条件式(16)を満たすような光情報記録媒体の記録再生用対物レンズとして従来にない高NAを実現する場合には、条件式(10)を満足することが望ましい。上限を越えると、カップリング手段の光軸と垂直な方向の大きさが大きくなり、下限を越えると、対物レンズの厚さが厚くなり、したがって必要な作動距離を確保するためには、光学系全体を大きくする必要が出て来る。
【0089】
また、この条件下で樹脂製のレンズを用いることにより、軽量化と低コスト化が実現できる。
【0090】
収束光が入射したとき波面収差が最小となり、かつマレシャル限界内で光情報記録媒体に結像する対物レンズを用いることにより、対物レンズの屈折力を軽減できることは上に述べた。このような対物レンズを用いた光学系を実現するためには、光源から出た発散光を所定の収束光とする正の屈折力を持つカップリングレンズを用いればよい。
【0091】
次に、本発明のカップリングレンズの作用について説明する。光学系の倍率Mtと対物レンズの倍率Mからカップリングレンズの倍率Mcは
Mc=Mt/M
で決定されるが、このときの倍率Mcでカップリングレンズ単体で波面収差が最小となり、かつマレシャル限界内であることが望ましい。これにより、対物レンズが光軸に対して偏芯した場合の収差の劣化を小さくすることができる。
【0092】
カップリングレンズの倍率Mcは、条件式(20)の範囲内であることが望ましい。上限を越えるとカップリングレンズの屈折力の負担が大きくなり、誤差感度などの影響も大きくなり従来のコリメータレンズより取付けおよび製作精度の要求が厳しくなり、また、対物レンズに比べてカップリングレンズの光軸に垂直方向の大きさを大きくしなければならなくなる。
【0093】
下限を越えると対物レンズの屈折力の負担分が大きくなり、コリメータを用いた無限共役型対物レンズと効果上大きな差異はなくなる。
【0094】
また、光源側の開口数NAoについて、条件式(21)を満足することが望ましい。下限を越えると十分な光量を得ることができない。また、上限を越えるとレーザの非点収差の影響が大きくなり、さらに光量むらの影響も大きくなる。
【0095】
このとき、対物レンズが条件式(1)を満足することにより、レンズ厚を厚くしないで像側開口数NAを大きくすることができる。また、NAが条件式(16)の下限を超えると、このようなカップリングレンズ、収束光が入射する対物レンズを用いずに、コリメータと平行光入射の対物レンズのような公知の方法でも十分性能を維持でき、また、樹脂レンズの場合でも温度変化による性能変化も十分小さくすることができる。
【0096】
カップリングレンズを1枚ないしそれ以上の球面レンズ系とすることで、カップリングレンズを従来のコリメータと同様の製作法で製作することができる。
【0097】
しかし、カップリングレンズは、光源から射出される発散光を収束光にする機能を持つものであるので、従来のコリメータと比較して屈折力が大きくなり、また、光源の光量を多く取り込もうとすると、光源側のNAを大きく取ることとなる。したがって、球面系だけでは、使用するレンズ枚数が多くなってしまう。このため非球面を少なくとも1面導入して、球面収差を補正することが望ましい。
【0098】
対物レンズがガラス製の場合、カップリングレンズもガラス製とすることにより、温度変化による性能変化は小さくでき、特にNA0.65以上の高NAレンズに用いるのに有用である。
【0099】
カップリングレンズの両面を凸面とすることにより、成形性がよくなり、製造しやすい形状となる。また、正弦条件も満足する形状である。
【0100】
カップリングレンズを光源側の面が凸面であるメニスカスレンズとすることにより、特にカップリングレンズが樹脂製の場合、カップリングレンズと対物レンズの間隔Dcoと対物レンズの倍率Mと光学系全体の倍率Mtが同じ仕様では、他の形状に比べて温度変化による対物レンズ単体の倍率を変化させる効果を大きくすることができ、対物レンズ自身の屈折率変化による性能変化に対する相殺度が大きくなる。
【0101】
また、カップリングレンズを光源側の面が凹面であるメニスカスレンズとすることにより、カップリングレンズと対物レンズの間隔Dcoと対物レンズの倍率Mと光学系全体の倍率Mtが同じ仕様では、主点位置の関係から、他の形状に比べて光学系全体の長さを短くすることができる。
【0102】
本発明の第2の目的を達成するための第1の構成は、光源からの光束を収束光に変換するカップリングレンズと、該カップリングレンズよりの収束光をさらに収束させて透明基板を有する情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する対物レンズと、厚みの異なる透明基板を有する少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を可能とするように、前記対物レンズによる集光状態を前記少なくとも2種類の情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて可変とする可変手段とを有することを特徴とする光情報媒体の記録再生用光学系、という構成にしたものである。
【0103】
第2の構成は、前記第1の構成において、前記可変手段は、前記カップリングレンズおよび対物レンズを構成するレンズ面のうちの少なくとも一面に形成した、光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面で構成して、前記対物レンズから出射される光束は少なくとも2種類の集光状態で集光される、ように構成する。また望ましくは、前記第1の構成において、前記可変手段は、前記対物レンズの少なくとも一面に形成した、光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面で構成して、前記対物レンズは、入射される収束光を少なくとも2種類の集光状態で集光する、ように構成する。なお、前記第1の構成において、前記可変手段は、前記カップリングレンズの少なくとも一面に形成した、光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面で構成して、前記対物レンズは、前記カップリングレンズより出射される収束度合いの異なる少なくとも2種類の収束光を少なくとも2種類の集光状態で集光する、ように構成するようにしても良い。また第3の構成は、前記第1の構成において、前記可変手段は、前記カップリングレンズおよび対物レンズを構成するレンズ面のうちの少なくとも一つのレンズ面に形成したホログラムにより構成して、該ホログラムによる透過光と回折光に対応して、前記対物レンズから出射される光束は少なくとも2種類の集光状態で集光される、ように構成したものである。
【0104】
望ましくは、前記ホログラムは、前記対物レンズの少なくとも1つのレンズ面上に形成する。なお、第3の構成において、前記ホログラムは前記カップリングレンズの少なくとも1つのレンズ面上に形成するようにしても良い。
【0105】
また、第4の構成は、前記第1の構成において、前記可変手段は、前記光源と前記対物レンズの光路中に設けられたホログラム素子により構成して、該ホログラム素子を透過する透過光と回折光に対応して、前記対物レンズは、入射される収束光を少なくとも2種類の集光状態で集光する、ように構成する。また第5構成は、前記第1の構成において、前記可変手段は、前記光源と前記対物レンズの光路中に設けられた光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面を有する光学素子により構成する。
【0106】
また、第6の構成は、可変手段を、カップリングレンズ、または、光源、またはカップリングレンズおよび光源を透明基板の厚みに応じて光軸上を移動させる手段で構成したので、前記対物レンズによる集光状態を少なくとも2種類の情報記録媒体の異なる透明基板の厚みに応じた少なくとも2種類の集光状態として、厚みの異なる透明基板を有する少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行うことを特徴とする光情報媒体の記録再生用光学系、という構成にしたものである。
【0107】
また、第7の構成は、可変手段を複数の光源を光情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて切り替える手段で構成したものである。
【0108】
また、以上の構成において、前記対物レンズは、波面収差がマレシャル限界を満たしかつ最小となる横倍率が正であるように構成する。また、対物レンズの1面を輪帯状レンズ面で構成した場合、または1面にホログラムを形成した構成において、前記対物レンズは、前記少なくとも2種類の集光状態それぞれについて波面収差がマレシャル限界を満たしかつ最小となる横倍率が正である、ように構成する。
【0109】
本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも光源と、該光源から出射される光束を透明基板を有する情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、前記情報記録媒体の記録面で反射した光束を受けその光量に応じた電気信号を出力する光検出器とを備えた光情報媒体の光ピックアップ装置であって、前記集光光学系は、上記何れかの光情報媒体の記録再生用光学系であることを特徴とする光情報媒体の光ピックアップ装置、という構成にしたものである。
【0110】
第1の構成に記載した本発明の光情報媒体の記録再生用光学系は、対物レンズによる集光状態を少なくとも2種類の情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて少なくとも2種類の集光状態する可変手段を設けるとともに、光源からの光束を収束光に変換するカップリングレンズを設けてその収束光を対物レンズに入射するようにして、一つの光情報媒体の記録再生用光学系で、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生が可能となり、しかも、対物レンズが分担する屈折力を低減することができ、対物レンズとして樹脂製の対物レンズを用いた場合にも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えることが可能となる。
【0111】
また、第2の構成に記載した本発明の光情報媒体の記録再生用光学系は、可変手段を、カップリングレンズおよび対物レンズを構成するレンズ面のうちの少なくとも一面、あるいは、対物レンズの少なくとも1面、あるいは、カップリングレンズの少なくとも1面に形成した、光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面で構成したので、光学素子の数を増やすことなく、しかも厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行う際に、特別なレンズ移動機構等を設けることなく、従来より用いられている対物レンズのフォーカス調整機構の移動範囲内で、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体の2種類の透明基板の厚みに対応した少なくとも2種類の集光状態を得ることができ、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行うことができ、さらに、光束は複数の輪帯状レンズ面で少なくとも2種類の集光状態を得るための光束として分割される構成であるので、少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生には全く使用することができない無駄光束を少なくでき、光源からの光を有効に利用できる。
【0112】
また、第3の構成に記載した本発明の光情報媒体の記録再生用光学系は、可変手段を、カップリングレンズおよび対物レンズを構成するレンズ面のうちの少なくとも一つのレンズ面、あるいは、対物レンズの少なくとも1つのレンズ面、あるいは、カップリングレンズの少なくとも1つのレンズ面に形成した、ホログラムで構成したので、光学素子の数を増やすことなく、しかも厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行う際に、特別なレンズ移動機構等を設けることなく、従来より用いられている対物レンズのフォーカス調整機構の移動範囲内で、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体の2種類の透明基板の厚みに対応した少なくとも2種類の集光状態を得ることができ、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行うことができ、さらにサイドローブによる影響の少ないビームスポットを得ることができる。
【0113】
また、第4の構成に記載した本発明の光情報媒体の記録再生用光学系は、可変手段を、光源から対物レンズまでの光路中に設けたホログラム素子で構成したので、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行う際に、特別なレンズ移動機構等を設けることなく、従来より用いられている対物レンズのフォーカス調整機構の移動範囲内で、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体の2種類の透明基板の厚みに対応した少なくとも2種類の集光状態を得ることができ、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行うことができ、しかもサイドローブによる影響の少ないビームスポットを得ることができる。
【0114】
また、第5の構成に記載した本発明の光情報媒体の記録再生用光学系は、可変手段を、光源から対物レンズまでの光路中に設けた光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面で構成したので、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行う際に、特別なレンズ移動機構等を設けることなく、従来より用いられている対物レンズのフォーカス調整機構の移動範囲内で、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体の透明基板の厚みに対応した少なくとも2種類の集光状態を得ることができ、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行うことができ、しかも、光束は複数の輪帯状レンズ面で少なくとも2種類の集光状態を得るための光束として分割される構成であるので、少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生には全く使用することができない無駄光束を少なくでき、光源からの光を有効に利用できる。
【0115】
また、第6の構成に記載した本発明の光情報媒体の記録再生用光学系は、可変手段を、カップリングレンズ、または、光源またはカップリングレンズおよび光源を透明基板の厚みに応じて光軸上を移動させる手段で構成し、また第9の構成においては、可変手段を複数の光源を光情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて切り替える手段で構成したので、該カップリングレンズより出射する光束の収束度合いを収束光を含む少なくとも2種類選択可能として、前記対物レンズによる集光状態を少なくとも2種類の情報記録媒体の異なる透明基板の厚みに応じた少なくとも2種類の集光状態とすることにより、厚みの異なる透明基板を有する少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行うようにしたので、一つの光情報媒体の記録再生用光学系で、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生が可能となり、しかも、対物レンズが分担する屈折力を低減することができ、対物レンズとして樹脂製の対物レンズを用いた場合にも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えることが可能となり、さらに光量ロスが少なく、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生を行う際の光量も最適な光量とすることができ、サイドローブによる影響の少ないビームスポットを得ることができる。
【0116】
なお、選択する2種類の収束度合いとして、収束光と平行光、または、収束光と発散光を選択する場合は、対物レンズの出射側面のNAが大となる方に収束光を使用する。
【0117】
また、以上に記載した本発明の光情報媒体の記録再生用光学系は、対物レンズを、波面収差がマレシャル限界を満たしかつ最小となる横倍率が正であるものとしたので、使用時における対物レンズの像側(光情報記録媒体側)のNAを大NAとしても対物レンズが分担する屈折力を低減することができ、対物レンズとして樹脂製の対物レンズを用いた場合にも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えることが可能となる。
【0118】
また、対物レンズの1面に輪帯状レンズ面またはホログラムを形成した本発明の光情報媒体への記録再生用光学系は、対物レンズを、少なくとも2種類の集光状態それぞれについて波面収差がマレシャル限界を満たしかつ最小となる横倍率が正であるものとしたで、使用時における対物レンズの像側(光情報記録媒体側)のNAを大NAとしても、対物レンズが分担する屈折力を低減することができ、対物レンズとして樹脂製の対物レンズを用いた場合にも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えることが可能となる。
【0119】
本発明の光情報媒体の光ピックアップ装置は、一つの光情報媒体の記録再生用光学系で、厚みの異なる少なくとも2種類の情報記録媒体への情報の記録および/または再生が可能となり、しかも、対物レンズが分担する屈折力を低減することができ、対物レンズとして樹脂製の対物レンズを用いた場合にも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えることが可能となり、コンパクトで信頼性の高い光ピックアップ装置を得ることができる。
【0120】
【実施例】
以下第1の目的を達成するための実施例1から実施例19を説明する。各実施例については、透明基板を有する高密度光情報記録媒体の記録再生用光学系を想定して、開口数NAが0.6以上のものを実施例とした。また、透明基板17の厚みを全て0.6mmとしている。
【0121】
実施例1から実施例5および実施例8さらに実施例19は対物レンズ16のみを示し、実施例6,7は実施例1の対物レンズ16とさらにカップリングレンズ13を用いた光学系の実施例を示す。また、実施例9から実施例18は単玉カップリングレンズ13と、該カップリングレンズ13と対物レンズ16を組み合わせた光学系とを示す。このとき実施例9から実施例16までは実施例1の対物レンズを、実施例17は実施例2の対物レンズを、実施例18は実施例3の対物レンズを用いている。
【0122】
表中の記号は、対物レンズ16の焦点距離をF(mm)、光源側11から順に第i番目の面の曲率半径をri、第i番目の面と第i+1番目の面との光軸上の厚み、間隔をdi、第i番目の面と第i+1番目の面との間の媒質の光源波長での屈折率をni、対物レンズ16の横倍率をM、像側開口数をNA、使用波長をλで表す。
【0123】
実施例6,7においてFtは光学系全体の焦点距離、Mtは光学系全体の横倍率、Tは第1面から見たときの光源11までの距離で、光の進方向を正としている。Uは物像間距離を表し、実施例1から5および実施例8は、対物レンズ16のみの実施例で入射光が収束光束であるので、負の値となる。
【0124】
実施例6,7および実施例9から実施例18において、Ftは光学系全体の焦点距離、Mtは光学系全体の横倍率、Uは光学系の物像間距離、Tはカップリングレンズ13の第1面から見たときの光源までの距離を表す。
【0125】
また、実施例9から実施例18のカップリングレンズ13単体において、Fcは単玉カップリングレンズ単体の焦点距離、Mcはカップリングレンズ単体の横倍率、Ucはそのときの配置におけるカップリングレンズ単体の物像間距離、NAoは光源側の開口数を表す。
【0126】
また、温度特性に関しては、対物レンズあるいはカップリングレンズが樹脂製の場合は、1℃温度が上昇すると−12×10-5変化することを想定している。また、対物レンズあるいはカップリングレンズがガラス製の場合、1℃温度が上昇すると39×10-7変化することを想定している。
【0127】
温度特性は波面収差rms値で評価している。この波面収差は公知の方法で光線追跡によりrms値を算出している。またマレシャル限界は波面収差rms値が0.07λであることをいう。また、波面収差に関しては数値解析のできる干渉計等を用いて測定することができる。
【0128】
なお、温度変化による素材の線膨張の波面収差への影響は、屈折率変化による影響に比べてかなり小さいので、ここでは計算に入れていない。
【0129】
レンズ面の非球面形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向をX軸とした直交座標系において、κを円錐係数、Aiを非球面係数、Pi(4≦Pi)を非球面のべき数とするとき、
【0130】
【数1】

Figure 0004165666
【0131】
で表される。
【0132】
実施例1
【0133】
【表1】
Figure 0004165666
【0134】
この実施例は、対物レンズ16が樹脂製の場合の例である。この対物レンズ16の光路図を図1に、その球面収差および正弦条件の収差図を図2に、温度特性を図3に示す。
【0135】
温度特性は30℃変化で波面収差は0.028λの変化を生じているに過ぎず、無限共役型の対物レンズに比してかなり温度変化の影響が小さくなっている。
この実施例において
2=−0.08606 Δ2= 0.04569
であり
2・(n−1) /{F・(NA)2}=−0.03160
Δ2・(n−1)3/{F・(NA)4}= 0.01156
である。
【0136】
実施例2
【0137】
【表2】
Figure 0004165666
【0138】
この実施例は、実施例1と同様、対物レンズ16が樹脂製の場合である。この対物レンズ16の光路図を図4に、その球面収差および正弦条件の収差図を図5に、温度特性を図6に示す。実施例2は実施例1に比べてMがさらに大きくなるため、効果が大きい。
【0139】
この実施例においては、
2= 0.01337 Δ2= 0.01894
であり
2・(n−1) /{F・(NA)2}= 0.00403
Δ2・(n−1)3/{F・(NA)4}= 0.00394
である。
【0140】
実施例3
【0141】
【表3】
Figure 0004165666
【0142】
この実施例の対物レンズ16も樹脂製であり、その光路図を図7に、その球面収差および正弦条件の収差図を図8(a),8(b)に、温度特性を図9に示す。
【0143】
この実施例においては、
2=−0.08076 Δ2= 0.05734
であり
2・(n−1) /{F・(NA)2}=−0.03023
Δ2・(n−1)3/{F・(NA)4}= 0.01479
である。
【0144】
実施例4
【0145】
【表4】
Figure 0004165666
【0146】
この実施例の対物レンズ16も樹脂製であり、NA0.7、使用光の波長450nmの例である。その光路図を図10に、その球面収差および正弦条件の収差図を図11(a),11(b)に、温度特性を図12に示す。Mが0.2倍であると、NA0.7の樹脂製レンズであっても、温度30℃の変化に対して波面収差の変化は0.028λ程度ですんでおり、また、設計においても初期収差が良好に補正されている。
【0147】
この実施例においては、
2= 0.05248 Δ2= 0.03962
であり
2・(n−1) /{F・(NA)2}= 0.01182
Δ2・(n−1)3/{F・(NA)4}= 0.00471
である。
【0148】
実施例5
【0149】
【表5】
Figure 0004165666
【0150】
この実施例の対物レンズ16はガラス製で、NA0.75、波長450nmの例であり、NA0.75でも初期収差が良好に補正されている。その光路図を図13に、その球面収差および正弦条件の収差図を図14(a),14(b)に、温度特性を図15に示す。
【0151】
この実施例においては、
2= 0.25188 Δ2= 0.00660
であり
2・(n−1) /{F・(NA)2}= 0.06892
Δ2・(n−1)3/{F・(NA)4}= 0.00162
である。
【0152】
実施例6
【0153】
【表6】
Figure 0004165666
【0154】
この実施例の光学系は、対物レンズ16は実施例1のものを使用し、カップリングレンズ13はガラス製の1群2枚レンズと組合せた例である。その光路図を図16に、温度特性を図17に示す。
【0155】
温度変化による波面収差変化量は実施例1とほぼ同等で、対物レンズによるものである。
【0156】
また、カップリングレンズによる収差を補正するため、対物レンズの波面収差ベストの倍率が実施例1の倍率と若干異なっている。
【0157】
この実施例においてはDco=9.90である。
【0158】
実施例7
【0159】
【表7】
Figure 0004165666
【0160】
この実施例の光学系は、対物レンズ16は樹脂製で、実施例1のものを使用し、カップリングレンズ13に樹脂製の両面非球面の単レンズを用いた光学系の例である。その光路図を図18に、その温度特性を図19に示す。
【0161】
温度変化による波面収差変化は実施例1に比べて半分以下とさらに小さくなっている。これは、温度が上昇することにより、各レンズの屈折率が下がり、カップリングレンズによる収束光の角度が小さくなり、対物レンズの横倍率が小さくなる影響(この影響だけの場合、対物レンズの球面収差はアンダー側に動く。)と対物レンズ自身の屈折率が下がることによる影響(この場合、球面収差はオーバー側に動く。)がキャンセルし合っているためである。
【0162】
この実施例においてはDco=10.0である。
【0163】
実施例8
【0164】
【表8】
Figure 0004165666
【0165】
この実施例は対物レンズ16のみの例で、対物レンズ16は樹脂製で光源側の面は非球面、像側の面は球面の例である。その光路図を図20に、その球面収差および正弦条件の収差図を図21(a),21(b)に、温度特性を図22に示す。
【0166】
この実施例においては、
2=−0.029622 Δ2= 0.00(球面であるため)であり
2・(n−1) /{F・(NA)2}=−0.00907
Δ2・(n−1)3/{F・(NA)4}= 0.00
である。
【0167】
実施例9
カップリングレンズ
【0168】
【表9】
Figure 0004165666
【0169】
全光学系
【0170】
【表10】
Figure 0004165666
【0171】
実施例9はカップリングレンズ13が樹脂製で両面非球面の両凸レンズの例であり、その収差図を図24(a),24(b)に示す。球面収差、正弦条件も十分に満足している。これと組み合わせた対物レンズは実施例1の樹脂製対物レンズであり、全光学系の光路図を図23に、その温度特性を図25に示す。
【0172】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.05569
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0173】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.013λと実施例1の対物レンズ単体のそれより約半分と小さくなっている。これは温度が上昇することにより各レンズの屈折率が下がり、カップリングレンズによる収束光の角度が小さくなり、対物レンズ単体の横倍率が小さくなる影響(この影響だけの場合、対物レンズの球面収差はアンダー側に動く。)と対物レンズ自身の屈折率が下がることによる影響(この場合、球面収差はオーバー側に動く。)が相殺しあっているためである。
【0174】
実施例10
カップリングレンズ
【0175】
【表11】
Figure 0004165666
【0176】
全光学系
【0177】
【表12】
Figure 0004165666
【0178】
実施例10はカップリングレンズ13が樹脂製で両面非球面の両凸レンズの例であり、実施例9と同じ倍率Mc=−2.0であるが、焦点距離Fcが若干長いときの実施例で、その収差図を図27(a),27(b)に示す。球面収差、正弦条件も十分満足している。
【0179】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例1の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、倍率M、Mtは実施例7,9と同じ仕様であり、対物レンズとカップリングレンズの間隔Dcoも実施例7と同じである。その光路図を図26に、温度特性を図28に示す。
【0180】
この実施例において
Dco=10
Mt・M・Fcp/F=−0.06429
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0181】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.011λと実施例7とほぼ同等、実施例9より若干小さくなっている。これはカップリングレンズの焦点距離Fcが実施例9より長くなり、温度が上昇することによるカップリングレンズによる収束光の角度が小さくなる度合いが実施例9よりも大きくなるためである。
【0182】
実施例11
カップリングレンズ
【0183】
【表13】
Figure 0004165666
【0184】
全光学系
【0185】
【表14】
Figure 0004165666
【0186】
実施例11はカップリングレンズが樹脂製で両面非球面、光源側の面が凹面のメニスカスレンズである例であり、実施例9と同じ倍率Mc=−2.0であり、その収差図を図30(a),30(b)に示す。正弦条件は補正過剰となっている。
【0187】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例1の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、倍率M、Mtは実施例9と同じ仕様であり、対物レンズとカップリングレンズの間隔Dcoも実施例9と同じである。その光路図を図29に、温度特性を図31に示す。
【0188】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.05476
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0189】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.016λとほぼ同一仕様の実施例9より若干大きいが、物像間距離は短くなっている。これはカップリングレンズの光源側面が凹面のメニスカスレンズのため、該レンズの主点位置が、両凸カップリングレンズである実施例9に比べて対物レンズよりとなるためである。
【0190】
実施例12
カップリングレンズ
【0191】
【表15】
Figure 0004165666
【0192】
全光学系
【0193】
【表16】
Figure 0004165666
【0194】
実施例12はカップリングレンズが樹脂製で両面非球面、光源側の面が凸面のメニスカスレンズである例であり、実施例9と同じ倍率Mc=−2.0であり、その収差図を図33(a),33(b)に示す。正弦条件は補正不足となっている。
【0195】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例1の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、倍率M、Mtは実施例9と同じ仕様であり、対物レンズとカップリングレンズの間隔Dcoも実施例9と同じである。その光路図を図32に、温度特性を図34に示す。
【0196】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.05703
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0197】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.010λとほぼ同一仕様の実施例9より小さい。これはカップリングレンズの光源側面が凸面のメニスカスレンズのため、該レンズの主点位置が、両凸カップリングレンズである実施例9に比べて光源よりとなるためで、このためカップリングレンズの焦点距離Fcが長くなるためである。
【0198】
実施例13
カップリングレンズ
【0199】
【表17】
Figure 0004165666
【0200】
全光学系
【0201】
【表18】
Figure 0004165666
【0202】
実施例13はカップリングレンズが樹脂製で光源側の面は球面、像側の面は非球面である両凸レンズの例であり、実施例9と同じ倍率Mc=−2.0であり、その収差図を図36(a),36(b)に示す。正弦条件は補正過剰となっている。
【0203】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例1の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、倍率M、Mtは実施例9と同じ仕様であり、対物レンズとカップリングレンズの間隔Dcoも実施例9と同じである。その光路図を図35に、温度特性を図37に示す。
【0204】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.05512
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0205】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.015λとなる。
【0206】
実施例14
カップリングレンズ
【0207】
【表19】
Figure 0004165666
【0208】
全光学系
【0209】
【表20】
Figure 0004165666
【0210】
実施例14はカップリングレンズが樹脂製で両面非球面の両凸レンズの例であり、その収差図を図39(a),39(b)に示す。
【0211】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例1の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、その光路図を図38に、温度特性を図40に示す。
【0212】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.06666
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0213】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.008λと、実施例9よりも小さい。また物像間距離もかなり短くなっている。
【0214】
実施例15
カップリングレンズ
【0215】
【表21】
Figure 0004165666
【0216】
全光学系
【0217】
【表22】
Figure 0004165666
【0218】
実施例15はカップリングレンズが樹脂製で両面非球面の両凸レンズの例である。実施例14と同じ倍率Mcで焦点距離が長い。その収差図を図42(a),42(b)に示す。
【0219】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例1の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、倍率M、Mtは実施例14と同じ仕様である。その光路図を図41に、温度特性を図43に示す。
【0220】
この実施例において
Dco=10
Mt・M・Fcp/F=−0.07697
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0221】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.006λと、かなり小さくなっている。
【0222】
実施例16
カップリングレンズ
【0223】
【表23】
Figure 0004165666
【0224】
全光学系
【0225】
【表24】
Figure 0004165666
【0226】
実施例16はカップリングレンズが樹脂製で両面非球面の両凸レンズの例であり、その収差図を図45(a),45(b)に示す。
【0227】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例1の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、その光路図を図44に、温度特性を図46に示す。
【0228】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.04783
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0229】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.016λである。
【0230】
実施例17
カップリングレンズ
【0231】
【表25】
Figure 0004165666
【0232】
全光学系
【0233】
【表26】
Figure 0004165666
【0234】
実施例17はカップリングレンズが樹脂製で両面非球面の両凸レンズの例であり、その収差図を図48(a),48(b)に示す。
【0235】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例2の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、その光路図を図47に、温度特性を図49に示す。
【0236】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.08767
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0237】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.014λで、対物レンズ単体のそれより若干大きい。これはカップリングレンズのパワーが大きくなり、温度変化によるカップリングレンズ自身の波面収差変化が無視できないくらいの大きさとなるためである。
【0238】
実施例18
カップリングレンズ
【0239】
【表27】
Figure 0004165666
【0240】
全光学系
【0241】
【表28】
Figure 0004165666
【0242】
実施例18はカップリングレンズが樹脂製で両面非球面の両凸レンズの例であり、その収差図を図51(a),51(b)に示す。
【0243】
また、全光学系は、このカップリングレンズと実施例3の樹脂製対物レンズを組み合わせたものであり、その光路図を図50に、温度特性を図52に示す。
【0244】
この実施例において
Dco=3
Mt・M・Fcp/F=−0.04776
となる。ここで樹脂カップリングレンズは単玉レンズであるのでFc=Fcpとなる。
【0245】
温度変化による波面収差変化は、基準設計温度より30℃上昇したとき0.017λである。
【0246】
以上の実施例9から実施例18までのカップリングレンズ13の実施例はすべて樹脂製としたが、光学系の温度特性を除けば、ガラスの場合でも同様の結果が得られる。
【0247】
実施例19
【0248】
【表29】
Figure 0004165666
【0249】
この実施例は対物レンズのみの例で、対物レンズは樹脂性で対物レンズを構成する面は両面ともに非球面で対物レンズ単体の倍率が+1/30倍の例である。この対物レンズの光路図を図53に、その球面収差および正弦条件の収差図を図54(a),54(b)に、温度特性を図55に示す。
【0250】
この実施例においては
2=−0.10731 Δ2= 0.07064
であり
2・(n−1) /{F・(NA)2}=−0.0421
Δ2・(n−1)3/{F・(NA)4}= 0.01910
となる。
【0251】
温度変化による波面収差変化は他の実施例に比べて大きいが、同一焦点距離の無限対物レンズよりは小さい。
【0252】
この実施例はある程度、無限光学系よりも温度特性をおさえ、光学系全体において光軸方向に垂直な方向の大きさをある程度小さくしたいときに有効である。
【0253】
本発明における第2の目的を達成するための光情報媒体の記録再生用光学系の実施例20から実施例24について、図56(a),56(b),図57,図58,図59,図60,図61及び図62に基づいて説明する。
【0254】
実施例の説明に入る前に、図56(a),56(b)を用い、光情報媒体の記録再生用光学系の基本的な構成を説明する図である。
【0255】
図56(a)において、13は正の単レンズよりなるカップリングレンズ、16は対物レンズ、17は光情報記録媒体の透明基板、18は光情報記録媒体の情報記録面である。光源11より出射した発散光束は対物レンズ16に近接して配置したカップリングレンズ13で収束光に変換された後、対物レンズ16に入射し、透明基板17を介して情報記録面18上に集光される。
【0256】
図56(b)は、図56(a)のカップリングレンズ13を対物レンズ16から離して配置し、カップリングレンズ13と対物レンズ16との間にミラー等の光学素子の配置を可能とした例である。
【0257】
図57は、対物レンズ16から出射する光束が透明基板を介して記録面に集光した状態を説明する図で、27は厚み0.6mmの透明基板、278は厚み0.6mmの透明基板を有する光情報記録媒体の記録面、28は厚み1.2mmの透明基板、288は厚み1.2mmの透明基板を有する光情報記録媒体の記録面を示し、対物レンズ16から出射される実線で示した光束は、厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光した状態を、破線で示した光束は、厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光した状態を示している。
【0258】
実施例20
図58は、本発明に云う可変手段の1例である光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面を、図56(a)や56(b)に示した対物レンズ16の光源側の面に形成した場合の対物レンズ16の形状、および対物レンズ16に入射した光束が輪帯状レンズ面により分割されて、厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光した状態(実線で記載)と、厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光した状態(破線で記載)を示している。
【0259】
このように2つの集光状態での集光位置を光軸方向に離しているので、1つの透明基板厚みに対応した対物レンズの集光状態で再生を行っている場合に、他の透明基板厚みに対応した集光状態の光は記録面上ではデフォーカス状態となり、再生信号への影響を小さくすることができる。
【0260】
この例の場合、複数の輪帯状レンズ面は、最も外側に位置する第1の輪帯状レンズ面31(このレンズ面は光源からみてドーナツ状である。)と、第1の輪帯状レンズ面31の内側に隣接した第2の輪帯状レンズ面32(このレンズ面は光源からみてドーナツ状である。)と、第2の輪帯状レンズ面32の内側に隣接した第3の輪帯状レンズ面33(このレンズ面は光源からみてドーナツ状である。)と、第3の輪帯状レンズ面33の内側に隣接した第4の輪帯状レンズ面34(このレンズ面は光源からみてドーナツ状である。)と、第4の輪帯状レンズ面34の内側に隣接した対物レンズの中央に位置する第5の輪帯状レンズ面35(この輪帯状レンズ面は光軸を含むレンズ面であり、光源からみたレンズ面の形状は円である。)と、の5つの輪帯状レンズ面により構成されている。
【0261】
そして、最外周に位置する第1の輪帯状レンズ面31、第3の輪帯状レンズ面33および第5の輪帯状レンズ面35を通過した光束が、厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光し、第2の輪帯状レンズ面32および第4の輪帯状レンズ面34を通過した光束が厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光するように構成している。
【0262】
これは、厚み0.6mmの透明基板を介して集光する場合は、高密度に対応させるためのスポットを得る必要があるので、最外周の輪帯状レンズ面(この例の場合は第1の輪帯状レンズ面31)を使用して大NAの対物レンズとしての微小スポットを得、厚み1.2mmの透明基板を介して集光する場合は、最外周に輪帯状レンズ面の内側に隣接する輪帯状レンズ面(この例の場合は第2の輪帯状レンズ面32)を使用して基板厚みに応じた小さなNAの対物レンズとしての微小スポットを得ている。
【0263】
また、この例の場合は、高密度に対応させるためのスポットを得るために使用される輪帯状レンズ面として第1の輪帯状レンズ面31、第3の輪帯状レンズ面33および第5の輪帯状レンズ面35の3つの輪帯状レンズ面を使用しているが、これは、最外周に位置する輪帯状レンズ面1つで高密度に対応させるためのスポットを得た場合には、サイドローブの強度が大きくなってノイズの増大を招いてしまい、良好な情報記録や再生に支障をきたす場合があるからである。このようなサイドローブの影響を少なくするため、最外周に位置する輪帯状レンズ面の内側に隣接する、厚み1.2mmの透明基板に対応する輪帯状レンズ面の内側に隣接してさらに厚み0.6mmの透明基板に対応する屈折力を有する第3の輪帯状レンズ面を、その内側に厚み1.2mmの透明基板に対応する第4の輪帯状レンズ面をさらにその内側に厚み0.6mmの透明基板に対応する屈折力を有する第5の輪帯状レンズ面を形成する事により、基板厚み0.6mm対応時に不要光を出射する第2の輪帯状レンズ面の面積を減少させ、サイドローブを減少させることが出来る。さらにこれを繰り返し、すなわちレンズ面に設ける屈折力の異なる輪帯状レンズ面を外周から一つおきに複数構成することにより、基板厚みの異なる光情報記録媒体の記録再生を行うに適した二つの光スポットを得ることが可能となる。
【0264】
しかし、輪帯状レンズ面の数を過度に増やすと、最外周に位置する輪帯状レンズ面よりも内側に位置する各輪帯状レンズ面の幅が小さくなり過ぎ、加工性が悪くなるので、サイドローブを実用上問題ないレベルにまで低減し、なおかつ加工性を良好に保つためには、輪帯状レンズ面の数は最外周に位置する輪帯状レンズ面を含めて3以上10以下、さらに望ましくは上限を6以下とするすることが好ましい。
【0265】
また、同一の透明基板に対応する輪帯状レンズ面を複数設ける場合は、それら複数の各輪帯状レンズ面をそれぞれの輪帯状レンズ面を表す式(例えば、各輪帯状レンズ面を同一形式の非球面の式として表す)に従って光軸まで延長した際に、光軸上におけるレンズ厚みを等しくすることが望ましい。
【0266】
これは、レンズ厚みが等しくない場合に、同一の透明基板に対応する各輪帯状レンズ面を通過する光束に光路長差が生じてしまい、光路長差を有する波面が重なりあって干渉が発生し、各輪帯状レンズ面を通過する光束により得られる光の強度が干渉により小さくなってしまうおそれがあるからである。
【0267】
このような場合は、隣接する輪帯状レンズ面間に段差37が生じるが、少なくとも1か所の隣接する輪帯状レンズ面は段差なく(36)形成することも可能であるので、1か所は隣接する輪帯状レンズ面は段差なく形成することが加工上望ましい。
【0268】
なお、同一の透明基板に対応する各輪帯状レンズ面を光軸まで延長した際に、光軸上におけるレンズ厚みが等しくないものとして構成する場合には、光路差長Δと波長λの間にΔ=mλ(mは整数)の関係がみたすように構成し、かつmを−10から10までの整数とすることで、多少光源の波長λが変動しても本来の強度の50%以上の強度を維持することができる。
【0269】
なお、図58の例においては、対物レンズ16の光源側の面に光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面を設けているが、この例に限らず、本発明に云う可変手段の1例であるこの複数の輪帯状レンズ面は、対物レンズ16の像側の面や、カップリングレンズ13の何れか1面に形成することもできる。また、複数の輪帯状レンズ面を対物レンズ16およびカップリングレンズ13を構成するレンズ面の何れか2箇所以上に設けることも可能である。
【0270】
実施例21
図59は、本発明に云う可変手段の1例であるホログラムを、図56(a),56(b)に示した対物レンズ16の光源側の面に形成した場合の対物レンズ16の形状、および対物レンズ16に入射した光束がホログラム41を透過する透過光43と回折光44に分けられて、厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光した状態(実線で記載)と、厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光した状態(破線で記載)を示している。
【0271】
このように2つの集光状態での集光位置を光軸方向に離しているので、1つの透明基板厚みに対応した対物レンズの集光状態で再生を行っている場合に、他の透明基板厚みに対応した集光状態の光は記録面上ではデフォーカス状態となり、再生信号への影響を小さくすることができる。
【0272】
この例の場合は、ホログラムをレンズ面の端部付近には形成せず、厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光するのに必要なNAが得られるレンズ面部分にのみホログラムを形成し、ホログラムによる回折光を厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光するように構成し、ホログラム41を透過した光束およびホログラムが形成されていないレンズ面42を透過した光束を厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光するようにしている。
【0273】
このように構成することで、高密度に対応させるためのビームスポットを得る必要がある厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278への記録および/または再生に必要なNAを得ることができ、しかも十分な光量を有するビームスポットを得ることができる。
【0274】
なお、図59の例においては、対物レンズ16の光源側の面にホログラムを設けているが、この例に限らず、本発明に云う可変手段の1例であるこのホログラムは、対物レンズ16の像側の面や、カップリングレンズ13の何れか1面に形成することもできる。また、ホログラムを対物レンズ16およびカップリングレンズ13を構成するレンズ面の何れか2箇所以上に設けることも可能である。
【0275】
実施例22
図60は、本発明に云う可変手段の1例である光軸を中心とした同心の帯状に形成され隣合うレンズ面の屈折力が異なる複数の輪帯状レンズ面を有する光学素子を、図56(a),56(b)に示した対物レンズ16とカップリングレンズ13の間に配置した例で、光学素子50の周囲部分に形成した第1の輪帯状レンズ面である平行平面板部分51を透過して対物レンズ16に入射した光束が、厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光した状態(実線で記載)と、光学素子50の中央部分に形成した第2の輪帯状レンズ面である凹レンズ部分52を透過した光束が、厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光した状態(破線で記載)を示している。
【0276】
このように2つの集光状態での集光位置を光軸方向に離しているので、1つの透明基板厚みに対応した対物レンズの集光状態で再生を行っている場合に、他の透明基板厚みに対応した集光状態の光は記録面上ではデフォーカス状態となり、再生信号への影響を小さくすることができる。
【0277】
この例においても図58の例に示したと同様、サイドローブの影響を少なくするため、最外周に位置する輪帯状レンズ面(この場合平行平面板)の内側に隣接する、厚み1.2mmの透明基板に対応する輪帯状レンズ面の内側に隣接してさらに厚み0.6mmの透明基板に対応する第3の輪帯状レンズ面(この場合平行平面板)を、その内側に厚み1.2mmの透明基板に対応する第4の輪帯状レンズ面をさらにその内側に厚み0.6mmの透明基板に対応する屈折力を有する第5の輪帯状レンズ面(この場合平行平面板)を形成する事により、基板厚み0.6mm対応時に不要光を出射する第2の輪帯状レンズ面の面積を減少させ、サイドローブを減少させることが出来る。さらにこれを繰り返し、すなわちレンズ面に設ける屈折力の異なる輪帯状レンズ面を外周から一つおきに複数構成することにより、基板厚みの異なる光情報記録媒体の記録再生を行うに適した二つの光スポットを得ることが可能となる。
【0278】
この輪帯状レンズ面の数は最外周に位置する輪帯状レンズ面を含めて2以上10以下、さらに望ましくは3以上6以下とするすることが好ましい。
【0279】
また、同一の透明基板に対応する輪帯状レンズ面を複数設ける場合は、それら複数の各輪帯状レンズ面をそれぞれの輪帯状レンズ面を表す式(例えば、各輪帯状レンズ面を同一形式の非球面の式として表す)に従って光軸まで延長した際に、光軸上におけるレンズ厚みを等しくすることが望ましい。
【0280】
実施例23
また、本発明に云う可変手段の1例であるホログラム素子は、図60の光学素子50を平行平面板で構成し、凹レンズ部分52に替えて、光源側または像側の凹レンズ部分52に対応する部分にホログラムを形成することで構成することができ、その場合は、ホログラムによる回折光を厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光するように構成し、ホログラム41を透過した光束およびホログラムが形成されていないレンズ面42を透過した光束を厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光するようにする。
【0281】
この場合も2つの集光状態での集光位置を光軸方向に離しているので、1つの透明基板厚みに対応した対物レンズの集光状態で再生を行っている場合に、他の透明基板厚みに対応した集光状態の光は記録面上ではデフォーカス状態となり、再生信号への影響を小さくすることができる。
【0282】
実施例24
図61,62は、図56(a),56(b)におけるカップリングレンズ13を光軸方向に移動させることで、厚み0.6mmの透明基板27を有する光情報記録媒体の記録面278に集光した状態(図61)と、厚み1.2mmの透明基板28を有する光情報記録媒体の記録面288に集光した状態(図62)に切り換える光情報の光ピックアップ装置の構成を示している。
【0283】
図61において、11は半導体レーザ等の光源、12はビームスプリッタ、13はカップリングレンズ、14は第2の絞り、15は第1の絞り、16は対物レンズ、17は厚み0.6mmの透明基板、18は厚み0.6mmの透明基板を有する光情報記録媒体の情報記録面、19は光検出器、20はカップリングレンズ13を保持する枠、21は枠20を光軸方向に移動させるためのレンズ移動手段、22は第2の絞り14を光路中に挿入するために絞り手段である。
【0284】
半導体レーザ等の光源11から出射した光束はビームスプリッタ12を通ってカップリングレンズ13に入射し、収束光束となって絞り15で所定の光束に制限されて対物レンズ16に入射する。この対物レンズ16は、収束光束が入射すると、所定の厚みの透明基板17を通してほぼ無収差の光スポットを情報記録面18上に結像する。
【0285】
この情報記録面18で情報ピットによって変調されて反射した光束は、対物レンズ16、カップリングレンズ13を介してビームスプリッタ12に戻り、ここでレーザ光源11の光路から分離され、光検出器19へ入射する。この光検出器19は多分割されたPINフォトダイオードであり、各素子から入射光束の温度に比例した電流を出力し、この電流を図には示さない検出回路に送り、ここで情報信号、フォーカスエラー信号、トラックエラー信号に基づき、磁気回路とコイル等で構成される2次元アクチュエータで対物レンズ16を制御し、常に情報トラック上に光スポット位置を合わせる。
【0286】
図62は、カップリングレンズ13をレンズ移動手段21より対物レンズ16から離れた、厚み1.2mmの透明基板の記録または/再生を行う位置に移動し、第2の絞り14を絞り手段により光路中に挿入した図である。
【0287】
この例のように、カップリングレンズを光軸方向に移動するように構成するように構成すれば、厚み0.6mmから1.2mmの透明基板を有する全ての光情報記録媒体について記録および/または再生を行うことが可能となる。また、この例においては、カップリングレンズを光軸方向に移動するようにしているが、カップリングレンズは固定位置として光源を光軸方向に移動する、あるいは、カップリングレンズと光源の両者を光軸方向に移動するようにしても良い。また、カップリングレンズは固定として、カップリングレンズとの光学的距離が異なる2つの光源を用い、この2つの光源を選択的に切りかえて用いるようにしても良い。
【0288】
また、図62の例においては、カップリングレンズ13から出射する光束は、収束光としているが、厚み1.2mmの透明基板を有する光情報媒体の場合は、発散光または平行光を対物レンズ16に入射することで、情報の再生が可能な場合は、厚み1.2mmの透明基板を有する光情報記録媒体の場合はにおいては、対物レンズ16に発散光または平行光を入射するようにしても良い。しかし収束光のほうが望ましことは言うまでもない。
【0289】
【発明の効果】
本発明により、各実施例でも見られるように、高NA化の下で、樹脂製の対物レンズを用いた場合でも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えた光学系が得られた。
【0290】
その上、今後さらに記録を高密度化される予想に対しても、波長450nmまでの使用光の短波長化、NA0.75程度までのレンズの高NA化が可能であることが明らかとなった。
【0291】
さらに、本発明によれば、一つの光ピックアップ装置で異なる基板厚を有する光ディスクの記録再生を可能とし、相互に互換性を有し、しかも大NA化の下で、樹脂製の対物レンズを用いた場合でも、温度変化による波面収差の変化をレンズの許容誤差を確保できる程度に抑えた、構造が簡単でコンパクトな光情報媒体の記録再生用光学系、及び、光情報記録再生用対物レンズが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における対物レンズの実施例1の光路図である。
【図2】上記実施例1の対物レンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図3】上記実施例1の対物レンズの温度特性図である。
【図4】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における対物レンズの実施例2の光路図である。
【図5】上記実施例2の対物レンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図6】上記実施例2の対物レンズの温度特性図である。
【図7】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における対物レンズの実施例3の光路図である。
【図8】上記実施例3の対物レンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図9】上記実施例3の対物レンズの温度特性図である。
【図10】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における対物レンズの実施例4の光路図である。
【図11】上記実施例4の対物レンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図12】上記実施例4の対物レンズの温度特性図である。
【図13】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における対物レンズの実施例5の光路図である。
【図14】上記実施例5の対物レンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図15】上記実施例5の対物レンズの温度特性図である。
【図16】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の実施例6の光路図である。
【図17】上記実施例6の光学系の温度特性図である。
【図18】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の実施例7の光路図である。
【図19】上記実施例7の光学系の温度特性図である。
【図20】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における対物レンズの実施例8の光路図である。
【図21】上記実施例8の対物レンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図22】上記実施例8の対物レンズの温度特性図である。
【図23】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における実施例9の光路図である。
【図24】上記実施例9のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図25】上記実施例9の光学系の温度特性図である。
【図26】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における実施例10の光路図である。
【図27】上記実施例10のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図28】上記実施例10の光学系の温度特性図である。
【図29】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における実施例11の光路図である。
【図30】上記実施例11のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図31】上記実施例11の光学系の温度特性図である。
【図32】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における実施例12の光路図である。
【図33】上記実施例12のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図34】上記実施例12の光学系の温度特性図である。
【図35】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における実施例13の光路図である。
【図36】上記実施例13のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図37】上記実施例13の光学系の温度特性図である。
【図38】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の実施例14の光路図である。
【図39】上記実施例14のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図40】上記実施例14の光学系の温度特性図である。
【図41】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の実施例15の光路図である。
【図42】上記実施例15のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図43】上記実施例15の光学系の温度特性図である。
【図44】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における実施例16の光路図である。
【図45】上記実施例16のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図46】上記実施例16の光学系の温度特性図である。
【図47】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の実施例17の光路図である。
【図48】上記実施例17のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図49】上記実施例17の光学系の温度特性図である。
【図50】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系における実施例18の光路図である。
【図51】上記実施例18のカップリングレンズの球面収差および正弦条件の収差図である。
【図52】上記実施例18の光学系の温度特性図である。
【図53】本発明の光情報記録媒体の記録再生用光学系の実施例19の光路図である。
【図54】上記実施例19の対物レンズの球面収差および正弦条件の収差図を示す。
【図55】上記実施例19の対物レンズの温度特性を示す。
【図56】本発明の光情報媒体の記録再生用光学系の基本的な構成図である。
【図57】対物レンズから出射する光束の集光状態を示す図である。
【図58】本発明の対物レンズの1例を示す図である。
【図59】本発明の対物レンズの1例を示す図である。
【図60】本発明の光学素子を使用した例を示す図である。
【図61】本発明の光情報の光ピックアップ装置の説明図である。
【図62】本発明の光情報の光ピックアップ装置の説明図である。
【図63】従来例の説明図である。
【図64】対物レンズの波面収差の変化を示す図である。
【符号の説明】
11 レーザ光源(光源)
12 ビームスプリッタ
13 カップリングレンズ
15 絞り(第1絞り)
16 対物レンズ
17 透明基板
18 情報記録面
19 光検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention condenses a light beam from a light source on an optical information recording medium, and records or reproduces optical information.Optical pickup deviceAbout.
[0002]
[Prior art]
As an optical system for recording / reproducing optical information recording media with the accuracy required for conventional CD correspondence (for recording / reproducing in the present invention includes recording, reproducing, and both recording and reproducing). Infinite conjugate type JP-A 57-76512, finite conjugate type JP-A 61-56314 and the like can be seen. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-258573 discloses a technique using a coupling lens in order to prevent the occurrence of aberration due to a temperature change when a resin lens is used.
[0003]
However, in recent years, the recording density of information recording media such as optical disks has been further increased, and accordingly, the NA of optical systems and objective lenses has been increased. In addition to this, requirements for performance such as wavefront aberration (spherical aberration) are becoming more severe.
[0004]
An optical system using a finite conjugate objective lens that forms an image on a recording surface of an optical information medium with a double-sided aspheric objective lens with corrected spherical aberration and sine conditions is well known. In this case, since the refractive power of each surface becomes large, when the numerical aperture NA becomes large,
(1) There is a limit to high NA.
[0005]
(2) A large amount of spherical aberration occurs when focusing is performed by moving the objective lens in the optical axis direction.
[0006]
(3) The occurrence of spherical aberration due to the change in the refractive index of the objective lens is large.
[0007]
There is a problem.
[0008]
When trying to meet such demands for higher NA and higher accuracy, due to changes in the distance between object images due to disc blurring, etc., and when the objective lens is made of resin, due to environmental changes such as temperature changes Wavefront aberration changes due to causes such as a change in refractive index become large. In addition, performance requirements may become stricter, the tolerance for the objective lens becomes stricter than before, and in some cases, the error may not be allowed.
[0009]
In particular, in the case where the objective lens is made of a resin, or in the case of a finite conjugate type, the level of accuracy required for conventional CD correspondence can be dealt with by the method using a coupling lens disclosed in JP-A-6-258573. However, the performance required to cope with the recent increase in recording density cannot be met.
[0010]
In the case of the infinite conjugate type, the change in wavefront aberration due to the change in the distance between the object images is eliminated. However, if the NA is increased to about NA 0.60, the change in the wavefront aberration due to the temperature change can cope with the higher recording density. In the performance required, the tolerance becomes strict.
[0011]
As an example, in the case of an infinite conjugate lens (parallel light is incident from the light source side) made of a resin lens having a focal length F = 3.36 mm and NA 0.6, 0.043λ (λ == 635 nm), the wavefront aberration changes. In fact, even with this change, there is a considerable restriction on the accuracy required for DVDs that are currently announced.
[0012]
On the other hand, it is desired that an optical pickup device equipped with a recording / reproducing optical system corresponding to a DVD that is currently announced can reproduce a compact disc (CD) that has been widely used. FIG. 63 shows an example of an optical pickup device of an optical information medium that can reproduce both DVD and CD. In the figure, a light beam emitted from a light source 1 such as a semiconductor laser enters a collimator lens 3 through a beam splitter 2, becomes a parallel light beam, is limited to a predetermined light beam by a diaphragm 5, and enters an objective lens 6. When a parallel light beam is incident on the objective lens 6, a light beam having almost no aberration is formed on the information recording surface 8 through a transparent substrate 7 having a predetermined thickness.
[0013]
The light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 8 returns to the beam splitter 2 through the objective lens 6 and the collimator lens 3, where it is separated from the optical path from the laser light source 1, and to the photodetector 9. Incident. This photodetector 9 is a multi-divided PIN photodiode that outputs a current proportional to the intensity of the incident light beam from each element and sends this current to a detection circuit not shown in the figure, where an information signal, a focus Based on the error signal and the track error signal, the objective lens 6 is controlled by a two-dimensional actuator composed of a magnetic circuit and a coil and the light spot position is always aligned on the information track.
[0014]
In such an optical information medium optical pickup device, a large NA (for example, NA 0.6) is used in order to reduce the light spot collected by the objective lens 6, and therefore, a transparent substrate placed in such a condensed light flux. When the thickness of the lens deviates from a predetermined thickness, large spherical aberration is generated.
[0015]
For example, when the substrate thickness is changed with an objective lens optimized under the conditions of NA 0.6, wavelength 635 nm of laser light emitted from the laser light source, transparent substrate thickness 0.6 mm, and substrate refractive index 1.58, As shown in FIG. 64, the aberration increases by 0.01 λ rms every time the thickness of the 0.01 mm substrate shifts. Accordingly, when the thickness of the transparent substrate is shifted by ± 0.07 mm, an aberration of 0.07 λrms occurs, and the Marshallal limit value (0.07 λrms), which serves as a standard for normal reading, is reached.
[0016]
For this reason, in the example shown in FIG. 63, when the thickness of the transparent substrate 7 is changed from 0.6 mm to 1.2 mm, the objective lens 6 corresponding to the 0.6 mm thickness is replaced with the 1.2 mm corresponding thickness. The objective lens 111 and the diaphragm 10 are switched for reproduction.
[0017]
In addition, as another countermeasure when the thickness of the transparent substrate is changed from 0.6 mm to 1.2 mm, two optical pickup devices for a 0.6 mm substrate and a 1.2 mm substrate are provided. It is also possible to do.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
  A first object of the present invention is to provide an optical system that suppresses changes in wavefront aberration due to temperature changes to such an extent that a lens tolerance can be ensured even when a resin objective lens is used under these high NAs. TheOptical pickup device withI want to get it.
[0019]
  In addition, it is expected that standards with higher recording density will come out in the future, and it is expected that use of light with a wavelength of up to 450 nm will be shortened and that lenses with a NA of up to about 0.75 will be required to have high NA. The When an objective lens with an NA of 0.65 or more is used, it is difficult to maintain the performance of an infinite conjugate glass lens unless the lens axis thickness is increased.Optical pickup device withI want to get it.
[0020]
  The second object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, enable recording and / or reproduction of optical disks having different substrate thicknesses with a single optical pickup device, have compatibility with each other, and increase the NA. Even if a resin objective lens is used, the structure is simple and compact with the change of wavefront aberration due to temperature change suppressed to a level that can secure the tolerance of the lens.Optical pickup deviceIs going to get.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionofTo achieve the purposeThe configuration of the optical pickup device includes a light source, a condensing optical system for condensing a light beam emitted from the light source onto a recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate, and the optical information recording. A coupling lens having at least one aspherical surface for converting the diverging light from the light source into convergent light. And an objective lens that is movable at least in the optical axis direction, further converges the convergent light and forms an image on the information recording surface of the optical information recording medium, and has a wavefront aberration within the Marshall limit. When the lateral magnification of the objective lens alone in the minimum case is M, the distance between the image side surface of the coupling lens and the light source side surface of the objective lens is Dco, and the focal length of the objective lens is F, The following conditions And satisfying.
[0022]
0 <M <1 (1)
0.1 ≦ Dco / F ≦ 5.0 (2)
[0023]
Preferably
1.0 ≦ Dco / F ≦ 5.0 (3)
More desirably
1.0 ≦ Dco / F ≦ 3.0 (4)
Satisfied.
[0024]
According to another aspect of the present invention, there is provided a configuration of an optical pickup device that condenses a light source and a light beam emitted from the light source on a recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate. A condensing optical system, and a photodetector for receiving a light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium, the condensing optical system for converting divergent light from the light source into convergent light A coupling lens having at least one aspherical surface, and an objective lens that is movable at least in the optical axis direction and further converges the convergent light to form an image on the information recording surface of the optical information recording medium. In the case where the wavefront aberration within the Marshall limit is minimum, the following condition is satisfied, where M is the lateral magnification of the objective lens alone and F is the focal length of the objective lens.
0 <M <1 (1)
(1-M) · F ≦ 6.0 mm (11)
[0025]
These objective lenses are preferably made of resin, but may be made of glass.
[0026]
In the condensing optical system, it is desirable that the objective lens is made of a resin, and at least one of the coupling lenses is a resin lens having a positive refractive power. A ball lens is desirable.
[0027]
  The coupling lens is preferably a refractive optical system.
[0028]
According to another aspect of the present invention, there is provided a configuration of an optical pickup device that condenses a light source and a light beam emitted from the light source on a recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate. A condensing optical system, and a photodetector for receiving a light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium, the condensing optical system for converting divergent light from the light source into convergent light At least one surface is aspherical, and at least one lens is a coupling lens that is a resin lens having a positive refractive power, and is movable at least in the direction of the optical axis, and further converges the convergent light to provide the optical information. An objective lens that is a resin lens for forming an image on the information recording surface of the recording medium, and M represents the lateral magnification of the objective lens alone when the wavefront aberration within the Marechal limit is minimized. Optical optics Mt lateral magnification of the body, Fcp the focal length of the resin lens in the coupling lens, and the focal length of the objective lens is F, and satisfies the following condition.
0 <M <1 (1)
−0.10 ≦ Mt · M · Fcp / F ≦ −0.04 (12)
[0029]
According to another aspect of the present invention, there is provided a configuration of an optical pickup device that condenses a light source and a light beam emitted from the light source on a recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate. A condensing optical system, and a photodetector for receiving a light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium, the condensing optical system for converting divergent light from the light source into convergent light A coupling lens that is a single lens lens made of a resin having at least one aspheric surface, and movable at least in the optical axis direction, further converges the convergent light and forms an image on the information recording surface of the optical information recording medium. Objective lens, and when the wavefront aberration within the Marechal limit is minimized, the lateral magnification of the objective lens alone is M, the lateral magnification of the entire condensing optical system is Mt, and the resin in the coupling lens Wren made Fcp the focal length of the focal length of the objective lens is F, and satisfies the following condition.
0 <M <1 (1)
−0.10 ≦ Mt · M · Fcp / F ≦ −0.04 (12)
[0030]
According to another aspect of the present invention, there is provided a configuration of an optical pickup device that condenses a light source and a light beam emitted from the light source on a recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate. A condensing optical system, and a photodetector for receiving a light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium, the condensing optical system for converting divergent light from the light source into convergent light A coupling lens having at least one aspherical surface; and an objective lens that is movable at least in the optical axis direction and further converges the convergent light to form an image on the information recording surface of the optical information recording medium. M is the lateral magnification of the objective lens alone, Mt is the lateral magnification of the entire condensing optical system, and NA is the numerical aperture on the image side of the objective lens. Then, the following conditions Characterized by foot.
0 <M <1 (1)
0.06 ≦ | Mt | · NA ≦ 0.21 (13)
[0031]
  ReAs a live optical system
    0.06 ≦ | Mt | · NA ≦ 0.12 (14)
  As a recording optical system
    0.12 ≦ | Mt | · NA ≦ 0.21 (15)
It is desirable to satisfy
[0032]
Desirably, the lateral magnification of the objective lens alone is
0.05 ≦ M <1 (1 ′)
The objective lens desirably satisfies the following conditions.
0.48 ≦ NA (7)
Where NA is the numerical aperture on the image side of the objective lens
[0033]
It is desirable that the objective lens satisfies the following.
0.05 ≦ M ≦ 0.23 (5)
NA · (1-M) ≦ 0.65 (6)
But in general,
0.05 ≦ M ≦ 0.125 (8)
It is desirable that
0.65 ≦ NA ≦ 0.8 (9)
If
0.125 ≦ M ≦ 0.23 (10)
It is desirable that
[0034]
  And the objective lens is
    −0.25 ≦ F · (n−1) / r2≦ 0.7 (17)
However,
n:Objective lensRefractive index of the material forming the
F: Focal length of objective lens
r2:Objective lensVertex radius of curvature of the image side surface
    −0.045 ≦ x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} ≦ 0.1 (18)
However,
n: Refractive index of the material forming the objective lens
F: Focal length of objective lens
NA: Numerical aperture on the image side of the objective lens
x2:Objective lensThe difference in the optical axis direction between the outermost effective diameter of the axial ray on the image-side surface (the position on the image-side surface where the peripheral ray of NA is incident) and the apex of the surface increases as the distance from the optical axis increases. The direction of displacement to the image side is positive
    −0.005 ≦ Δ2・ (N-1)3/ {F ・ (NA)4} ≦ 0.018 (19)
However,
n: Refractive index of the material forming the objective lens
F: Focal length of objective lens
NA: Numerical aperture on the image side of the objective lens
Δ2:Objective lensAn aspherical surface and the apex radius of curvature r of the surface on the image side surface at the outermost effective diameter of the axial ray (the position on the image side surface on which the peripheral ray of NA is incident)2The difference in the optical axis direction from the reference spherical surface with
It is desirable to satisfy all or some of these conditions.
[0035]
  ThisThese objective lenses are preferably made of resin, but may be made of glass.
[0036]
  MosquitoA pulling lens is a coupling lens that is placed between an objective lens that forms an image on an optical information recording medium within the marginal limit and the light source when diverging light beams emitted from the light source. Is converted into a convergent beam, and the following conditions are satisfied, and at least one lens is an aspherical lens.Is desirable.
[0037]
      −7.0 ≦ Mc ≦ −0.5 (20)
      0.06 ≦ NAo ≦ 0.21 (21)
Here, Mc: lateral magnification with respect to the light source side on the image side of the coupling lens
NAo: numerical aperture on the light source side
And the objective lens combined with this coupling lens is
      0 <M <1 (1)
Preferably
      0.05 ≦ M <1 (1 ′)
      0.3 ≦ NA (16)
Satisfy the conditions. The coupling lens may be composed of a single lens having both aspheric surfaces.
[0038]
These coupling lenses may be made of glass or resin.
[0039]
When this coupling lens is a single lens, it can be a meniscus lens having convex surfaces on both sides and a convex surface on the light source side, or a meniscus lens having a concave surface on the light source side.
[0040]
Next, the operation of the optical system of the present invention will be described. By providing a means for changing the divergence of the divergent light from the light source as a coupling means between the light source and the objective lens, the refractive power shared by the objective lens can be reduced. In particular, by providing the coupling means with a function of converting divergent light from the light source into convergent light, the refractive power shared by the objective lens when the NA is large can be optimized.
[0041]
The numerical aperture converted to infinite light incidence for a finite conjugate objective lens having a lateral magnification M and a numerical aperture NA (hereinafter referred to as converted NA) NA∞ is
NA∞ = (1-M) · NA (22)
Can be expressed as As the converted NA increases, the influence of environmental changes such as lens design, difficulty in maintaining performance, and temperature characteristics increases. At this time, when the lateral magnification M of the objective lens is in the range of the conditional expression (1), that is, the convergent light is incident on the objective lens, the converted NA can be reduced. Further, the influence of a change in refractive index and the like can be reduced.
[0042]
If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the coupling means must have a power higher than that of the conventional objective lens, and it becomes difficult to manufacture the coupling means.
[0043]
In addition, the objective lens itself has a wavefront aberration that is minimized when the lateral magnification M is within the range of the conditional expression (1 ') and is within the Marechal limit, so that the optical axis of the coupling means and the light of the objective lens can be reduced. Deterioration of aberration when the axis is decentered is reduced, and the optical information recording / reproducing optical system is desirable.
[0044]
As such a coupling means, a lens, a mirror, a transmission type diffraction element, a reflection type diffraction element, etc. can be considered.
[0045]
By making the objective lens movable at least in the optical axis direction, the movable part can be reduced in weight, and focusing on the recording surface of the optical information medium can be performed with a small amount of movement.
[0046]
In addition, as NA increases, the occurrence of spherical aberration due to changes in the distance between object images due to disc blurring and the like, as well as temperature changes, etc. increases. To cope with this, not only the objective lens but also the light source and coupling means are included. Similarly to the objective lens, focusing can be performed by moving each independently or integrally with the objective lens.
[0047]
In conditional expression (2) for the distance between the coupling means normalized by the focal length of the objective lens and the objective lens, if the upper limit is exceeded, the size in the direction perpendicular to the optical axis of the coupling means will increase, and if the lower limit is exceeded, Even in the case of a movable mechanism in which the objective lens and the coupling element move integrally, a problem arises in realization due to mechanical interference or the like.
[0048]
If the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, if only the objective lens is attached to the movable mechanism, the coupling element may cause mechanical interference with the movable mechanism around the objective lens. Furthermore, by making it within the upper limit of conditional expression (4), the distance from the light source to the optical information recording medium can be shortened within the determined specifications such as magnification.
[0049]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The optical system of the present invention can be advantageously used when a spot having diffraction limited performance is imaged on the recording surface of an optical information recording medium when the NA is large and the wavelength of the used light is short, and NA of 0.48 or more Optimal optical system for the case.
[0050]
At that time, it is desirable that the lateral magnification M of the objective lens alone satisfies the conditional expression (5). If the upper limit is exceeded, the size in the direction perpendicular to the optical axis of the coupling means becomes larger, and if the lower limit is exceeded, the lateral magnification M is high. The error in the case of NA, particularly the spherical aberration due to the refractive index error of the objective lens, becomes large.
[0051]
If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the thickness of the objective lens increases, and therefore the entire optical system needs to be enlarged in order to ensure the required working distance.
[0052]
Exceeding the upper limit of conditional expression (8) causes a large amount of spherical aberration when focusing is performed by moving the objective lens in the direction of the optical axis when there is a change in the distance between object images due to blurring of the optical information medium. Become. If the lower limit is exceeded, the amount of generation of spherical aberration based on the error when the NA is high, particularly the refractive error of the objective lens, becomes large.
[0053]
In particular, the resin material has a large change in refractive index due to temperature change. In the case of resin, the temperature change is ΔT, the refractive index change due to the temperature change is Δn,
Δn / ΔT = α (23)
In this case, α is almost constant and a negative value in the same material from 0 ° C. to around 60 ° C.
[0054]
The wavefront aberration (spherical aberration) change ΔWT with respect to the refractive index change Δn is proportional to the fourth power of the converted NA, and is also proportional to the focal lengths F and Δn. That is,
ΔWT = β · (NA∞)Four・ F ・ Δn (24)
It becomes. Here, β is a proportional coefficient.
[0055]
Substituting Equation (22) and Equation (23) into Equation (24),
ΔWT = β · {NA · (1-M)}Four・ F ・ α ・ ΔT (25)
From equation (25), it can be seen that by making M positive, the effect of temperature change becomes smaller corresponding to the fourth power of M.
[0056]
Therefore, by satisfying the conditional expression (8) and satisfying the conditional expression (6), a recording / reproducing optical system for a compact optical information recording medium is realized by a lightweight and low-cost resinous objective lens. it can.
[0057]
In order to realize an unprecedented high NA as an objective lens for recording / reproducing of an optical information recording medium as in the conditional expression (9), it is desirable to satisfy the conditional expression (10). If the upper limit is exceeded, the size in the direction perpendicular to the optical axis of the coupling means will increase, and if the lower limit is exceeded, the thickness of the objective lens will increase, and therefore an optical system will be required to ensure the required working distance. The whole thing needs to be enlarged. Moreover, weight reduction and cost reduction can be realized by using a resin lens under these conditions.
[0058]
If the upper limit of conditional expression (11) is exceeded, the objective lens becomes large and the entire optical system becomes large.
[0059]
Various means can be considered as the coupling means, but the reflection system is vulnerable to manufacturing errors, the diffraction means has a problem of diffraction efficiency, and the power of the light source needs to be increased. It is desirable to use a coupling lens that is a refractive optical system as a recording / reproducing optical system of an optical information recording medium.
[0060]
By making the coupling lens one or more spherical lens systems, the coupling lens can be manufactured by the same manufacturing method as a conventional collimator.
[0061]
However, since the coupling lens has a function of making divergent light emitted from the light source into convergent light, its refractive power is larger than that of a conventional collimator, and when trying to capture more light from the light source. The NA on the light source side is increased. Therefore, the number of lenses to be used increases only with the spherical system. For this reason, it is desirable to correct spherical aberration by introducing at least one aspheric surface.
[0062]
When the objective lens is made of resin, the change of the spherical aberration due to the change of the refractive index with respect to the temperature change of the refractive index can be reduced by the optical system of the present invention, but at least one of the positive lenses constituting the coupling lens has a positive refractive power. By making the lens made of resin, it is possible to further correct the spherical aberration change of the entire optical system due to the refractive index change with respect to the temperature change.
[0063]
This is because when the temperature increases by ΔT (0 <ΔT), the refractive index change Δnc of the coupling lens becomes negative (Δnc <0). For this reason, the refractive power of the coupling lens becomes small, and the light flux emitted from the coupling lens has a smaller convergence than before the temperature rise. For this reason, the lateral magnification M of the objective lens itself changes in a decreasing direction (ΔM <0).
[0064]
When ΔM changes in the negative direction with respect to the magnification M at which the wavefront aberration of the objective lens is minimized, the spherical aberration moves to the under side. Further, the refractive index change Δn of the objective lens itself becomes Δn <0 because the refractive index decreases as the temperature rises, and at this time, the spherical aberration moves to the over side.
[0065]
For this reason, the influence on the spherical aberration due to the change in the lateral magnification of the objective lens due to the change in the refractive index of the coupling lens and the influence on the change in the refractive index of the objective lens itself are offset. By using a resin lens, it is possible to further reduce the influence of temperature changes.
[0066]
Further, the correction effect is greater in the configuration of the conventional collimator and resin single objective lens than in the case where at least one of the collimator lenses is made of resin having a positive refractive power. This is because even if the NA on the light source side is the same as that of the collimator, the coupling lens has a negative magnification, so the converted NA of the coupling lens increases, and the absolute value of the magnification change ΔM of the objective lens itself increases. Because.
[0067]
In this case, since the coupling lens has a large NA on the light source side and has a negative magnification, it is desirable to use an aspherical surface as described above.
[0068]
Further, by using a single lens aspheric lens made of resin as the coupling lens, it is possible to obtain inexpensive and necessary performance. From the imaging magnification of the coupling lens, it is desirable that at least the surface on the objective lens side is an aspherical surface.
[0069]
Further, when the lateral magnification Mc of the coupling lens is further increased, both surfaces need to be aspherical in order to satisfactorily correct spherical aberration. This can be applied to a known finite conjugate objective lens design and production technique.
[0070]
When the upper limit of conditional expression (12) is exceeded, the magnification change of the objective lens alone due to the resin coupling lens accompanying the temperature change becomes small, and the effect of canceling the change in the refractive index of the objective lens becomes small.
[0071]
In addition, if the lower limit is exceeded, the magnification change of the objective lens alone due to the resin coupling lens due to the temperature change becomes small, but the wavefront aberration change due to the refractive index change caused by the resin coupling lens cannot be ignored any more, and the canceling effect is effective. In some cases, the change in wavefront aberration due to the temperature characteristics of the entire optical system becomes larger than when the coupling lens is made of glass.
[0072]
| Mt | · NA in the conditional expression (13) substantially corresponds to the numerical aperture NAo on the light source side of the optical system. If the lower limit of conditional expression (13) is exceeded, a sufficient amount of light cannot be obtained. When the upper limit is exceeded, the influence of laser astigmatism increases, and the influence of unevenness in light quantity also increases.
[0073]
If the upper limit of conditional expression (14) is exceeded, a concave lens or the like is required for the detection system with respect to the reproducing optical system, resulting in an increase in cost.
[0074]
Considering the recording optical system, a sufficient amount of light cannot be obtained if the lower limit of conditional expression (15) is exceeded.
[0075]
Next, the operation of the objective lens of the present invention will be described. By making convergent light incident on the objective lens and satisfying conditional expression (1), the NA can be increased without increasing the lens thickness, and the influence of a change in refractive index and the like is also reduced. This is because the converted NA becomes small by setting 0 <M (incident convergent light) as shown in the above equation (22).
[0076]
When NA is 0.3 or more, by making the convergent light incident side aspherical, spherical aberration can be corrected while maintaining a sine condition, and wavefront aberration can be within the Marshall limit.
[0077]
Moreover, since the objective lens can maintain its performance independently by making the wavefront aberration within the Marshallal limit by the incidence of convergent light within the range of the conditional expression (1) of the lateral magnification M of the objective lens itself, the divergent light from the light source can be maintained. Can be easily combined with the means for making the light into convergent light, and the error sensitivity of the arrangement including the eccentricity can be reduced.
[0078]
The objective lens corrects aberrations with respect to the imaginary light source, and by making the wavefront aberration within the Marechal limit, it becomes easy to combine with means for making the diverging light from the light source into convergent light, and has a wide range of applications. It becomes. Although the imaginary light source is virtual, it is practically equivalent to the fact that the incident light beam is condensed at one point by the diffraction limited spot.
[0079]
Spherical aberration and sine conditions can be corrected by using a single objective lens and aspheric surfaces on both sides. Therefore, the occurrence of aberration can be reduced even when tracking is performed by moving the objective lens in a direction perpendicular to the optical axis, for example, as in the objective lens of a recording / reproducing optical system of an optical information recording medium.
[0080]
If the refractive power of the image side surface of the objective lens composed of a single lens exceeds the upper limit of conditional expression (17) and becomes negative and strong, negative spherical aberration is greatly generated on the surface on the convergent light incident side, and the convergence is increased. The amount of aspherical surface on the light incident side becomes large, resulting in a lens that is difficult to manufacture. When the refractive power of the image side surface of an objective lens composed of a single lens exceeding the lower limit is positive and strong, negative spherical aberration on the image side surface increases, and the amount of aspherical surface on the convergent light incident side increases. This results in a lens that is difficult to manufacture.
[0081]
When the upper limit of the conditional expression (18) is exceeded, in order to correct the spherical aberration and the sine condition, the image side surface is made aspherical, and the aspherical amount of both surfaces becomes large, making it difficult to manufacture. It becomes a lens. Similarly, in order to correct spherical aberration and sinusoidal conditions when the lower limit is exceeded, the surface on the image side becomes aspherical, and the amount of aspherical surface increases on both sides, making the lens difficult to manufacture. End up.
[0082]
When the upper limit of conditional expression (19) is exceeded, the sine condition is overcorrected, and when the lower limit is exceeded, the sine condition is undercorrected.
[0083]
When using an objective lens whose aberration is corrected with respect to such a convergent light beam as an objective lens of an optical information recording medium recording / reproducing optical system, a coupling means for converting the divergent light beam from the light source into a convergent light beam is required. It becomes. In that case, in an optical system having a large NA of 0.48 or more and a short wavelength of used light, it is preferable that the lateral magnification M of the objective lens alone satisfies the conditional expression (5). If the upper limit is exceeded, the size in the direction perpendicular to the optical axis of the coupling means will increase, and if the lower limit is exceeded, errors in the case of a high NA, particularly the occurrence of spherical aberration due to the refractive index error of the objective lens will increase. .
[0084]
If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the thickness of the objective lens increases, and thus the entire optical system needs to be enlarged in order to ensure the required working distance.
[0085]
Further, if the upper limit of conditional expression (11) is exceeded, the objective lens becomes large and the entire optical system becomes large.
[0086]
Further, when focusing by moving the objective lens in the optical axis direction, it is desirable that the lateral magnification M of the objective lens alone satisfies the conditional expression (8). If the upper limit is exceeded, the amount of spherical aberration generated when focusing is performed by moving the objective lens in the optical axis direction is large. If the lower limit is exceeded, errors in the case of a high NA, particularly spherical aberration due to the refractive power error of the objective lens, are large.
[0087]
The resin material has a large change in refractive index with temperature. Therefore, when the conditional expression (8) is satisfied and the conditional expression (6) is satisfied, a lightweight and inexpensive objective lens necessary for a recording / reproducing optical system of a compact optical information recording medium is obtained. If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the thickness of the objective lens increases, and therefore the entire optical system needs to be enlarged in order to ensure the required working distance.
[0088]
When realizing an unprecedented high NA as a recording / reproducing objective lens for an optical information recording medium that satisfies the conditional expression (16), it is desirable to satisfy the conditional expression (10). If the upper limit is exceeded, the size in the direction perpendicular to the optical axis of the coupling means will increase, and if the lower limit is exceeded, the thickness of the objective lens will increase, and therefore an optical system will be required to ensure the required working distance. The whole thing needs to be enlarged.
[0089]
Moreover, weight reduction and cost reduction can be realized by using a resin lens under these conditions.
[0090]
It has been described above that the refractive power of the objective lens can be reduced by using the objective lens that forms the image on the optical information recording medium within the Marechal limit while the wavefront aberration is minimized when the convergent light is incident. In order to realize an optical system using such an objective lens, a coupling lens having a positive refractive power that uses divergent light emitted from a light source as predetermined convergent light may be used.
[0091]
Next, the operation of the coupling lens of the present invention will be described. From the magnification Mt of the optical system and the magnification M of the objective lens, the magnification Mc of the coupling lens is
Mc = Mt / M
However, it is desirable that the wavefront aberration is minimized by the coupling lens alone at the magnification Mc at this time and is within the marginal limit. Thereby, the deterioration of the aberration when the objective lens is decentered with respect to the optical axis can be reduced.
[0092]
The magnification Mc of the coupling lens is preferably within the range of conditional expression (20). If the upper limit is exceeded, the burden on the refractive power of the coupling lens will increase, the effect of error sensitivity, etc. will increase, and the requirements for mounting and manufacturing accuracy will become stricter than conventional collimator lenses, and the coupling lens will be more difficult than the objective lens. The size perpendicular to the optical axis must be increased.
[0093]
If the lower limit is exceeded, the burden of the refractive power of the objective lens increases, and there is no significant difference in effect from the infinite conjugate objective lens using a collimator.
[0094]
Further, it is desirable to satisfy the conditional expression (21) for the numerical aperture NAo on the light source side. If the lower limit is exceeded, a sufficient amount of light cannot be obtained. When the upper limit is exceeded, the influence of laser astigmatism increases, and the influence of unevenness in light quantity also increases.
[0095]
At this time, if the objective lens satisfies the conditional expression (1), the image-side numerical aperture NA can be increased without increasing the lens thickness. If NA exceeds the lower limit of the conditional expression (16), a known method such as a collimator and an objective lens for parallel light incidence is sufficient without using such a coupling lens and an objective lens for incident convergent light. The performance can be maintained, and even in the case of a resin lens, the performance change due to the temperature change can be sufficiently reduced.
[0096]
By making the coupling lens one or more spherical lens systems, the coupling lens can be manufactured by the same manufacturing method as a conventional collimator.
[0097]
However, since the coupling lens has a function of making divergent light emitted from the light source into convergent light, its refractive power is larger than that of a conventional collimator, and when trying to capture more light from the light source. The NA on the light source side is increased. Therefore, the number of lenses to be used increases only with the spherical system. For this reason, it is desirable to correct spherical aberration by introducing at least one aspheric surface.
[0098]
When the objective lens is made of glass, the performance change due to temperature change can be reduced by making the coupling lens also made of glass, which is particularly useful for use in a high NA lens with NA of 0.65 or more.
[0099]
By making both surfaces of the coupling lens convex, the moldability is improved and the shape is easy to manufacture. Further, the shape satisfies the sine condition.
[0100]
By making the coupling lens a meniscus lens having a convex surface on the light source side, particularly when the coupling lens is made of resin, the distance Dco between the coupling lens and the objective lens, the magnification M of the objective lens, and the magnification of the entire optical system With the same specification of Mt, the effect of changing the magnification of the objective lens alone due to temperature change can be increased compared to other shapes, and the degree of cancellation with respect to performance change due to refractive index change of the objective lens itself is increased.
[0101]
In addition, when the coupling lens is a meniscus lens having a concave surface on the light source side, the main point is that the distance Dco between the coupling lens and the objective lens, the magnification M of the objective lens, and the magnification Mt of the entire optical system are the same. Due to the positional relationship, the overall length of the optical system can be shortened compared to other shapes.
[0102]
A first configuration for achieving the second object of the present invention includes a coupling lens that converts a light beam from a light source into convergent light, and a transparent substrate that further converges convergent light from the coupling lens. In order to enable recording and / or reproduction of information on at least two types of information recording media having an objective lens that condenses on the recording surface of the information recording medium via the transparent substrate and transparent substrates having different thicknesses, A recording / reproducing optical system for an optical information medium, comprising: variable means for varying a condensing state by the objective lens in accordance with a thickness of a transparent substrate of the at least two types of information recording medium. It is a thing.
[0103]
According to a second configuration, in the first configuration, the variable means is formed in a concentric band centered on the optical axis and formed on at least one of the lens surfaces constituting the coupling lens and the objective lens. In this configuration, a plurality of annular lens surfaces having different refractive powers of adjacent lens surfaces are used, and the light beam emitted from the objective lens is condensed in at least two kinds of condensing states. Preferably, in the first configuration, the variable means is formed on at least one surface of the objective lens and is formed in a concentric band shape with the optical axis as the center, and a plurality of rings having different refractive powers of adjacent lens surfaces. Consists of a band-shaped lens surface, the objective lens is configured to condense incident convergent light in at least two kinds of condensing states. In the first configuration, the variable means is formed in at least one surface of the coupling lens, is formed in a concentric strip shape centered on the optical axis, and has a plurality of annular zones having different refractive powers of adjacent lens surfaces. The objective lens is configured to condense at least two kinds of convergent lights having different convergence degrees emitted from the coupling lens in at least two kinds of condensed states. Also good. According to a third configuration, in the first configuration, the variable unit is configured by a hologram formed on at least one lens surface of the coupling lens and the objective lens, and the hologram Corresponding to the transmitted light and diffracted light, the light beam emitted from the objective lens is condensed in at least two kinds of condensing states.
[0104]
Preferably, the hologram is formed on at least one lens surface of the objective lens. In the third configuration, the hologram may be formed on at least one lens surface of the coupling lens.
[0105]
According to a fourth configuration, in the first configuration, the variable unit includes a hologram element provided in an optical path of the light source and the objective lens, and transmits and diffracts transmitted light and diffraction transmitted through the hologram element. Corresponding to the light, the objective lens is configured to condense incident convergent light in at least two kinds of condensing states. Further, a fifth configuration is the first configuration according to the first configuration, wherein the variable means is formed in a concentric band centering on an optical axis provided in an optical path of the light source and the objective lens, and has a refractive power between adjacent lens surfaces. Are constituted by optical elements having a plurality of annular zone lens surfaces.
[0106]
In the sixth configuration, the variable means is composed of a coupling lens, or a light source, or means for moving the coupling lens and the light source on the optical axis according to the thickness of the transparent substrate. Recording information on at least two types of information recording media having transparent substrates with different thicknesses, with the condensed state being at least two types of condensed states according to the thickness of different transparent substrates of at least two types of information recording media Alternatively, the recording / reproducing optical system of the optical information medium is characterized by performing reproduction.
[0107]
In the seventh configuration, the variable means is configured by means for switching a plurality of light sources in accordance with the thickness of the transparent substrate of the optical information recording medium.
[0108]
Further, in the above configuration, the objective lens is configured so that the lateral magnification at which the wavefront aberration satisfies the Marechal limit and becomes the minimum is positive. Further, in the case where one surface of the objective lens is constituted by an annular lens surface, or in the configuration in which a hologram is formed on one surface, the objective lens has a wavefront aberration satisfying the Marshall limit for each of the at least two kinds of condensing states. In addition, the minimum lateral magnification is positive.
[0109]
The optical pickup device of the present invention includes at least a light source, a condensing optical system for condensing a light beam emitted from the light source on a recording surface of an information recording medium having a transparent substrate, and the information recording medium. An optical pickup device for an optical information medium comprising a photodetector that receives a light beam reflected by the recording surface and outputs an electrical signal corresponding to the amount of light, wherein the condensing optical system is one of the optical information An optical pickup device for an optical information medium, which is an optical system for recording / reproducing the medium, is provided.
[0110]
In the optical information recording / reproducing optical system of the present invention described in the first configuration, the condensing state by the objective lens is changed to at least two kinds of condensing states according to the thickness of the transparent substrate of at least two kinds of information recording media. The optical recording and reproducing optical system of one optical information medium is provided with a coupling lens that converts the light flux from the light source into convergent light so that the convergent light is incident on the objective lens. When recording and / or reproducing information to / from at least two types of information recording media having different values, the refractive power shared by the objective lens can be reduced, and a resin objective lens is used as the objective lens In addition, a change in wavefront aberration due to a temperature change can be suppressed to such an extent that a lens tolerance can be secured.
[0111]
In the optical information recording / reproducing optical system of the present invention described in the second configuration, the variable means is at least one of the lens surfaces constituting the coupling lens and the objective lens, or at least the objective lens. Since it is composed of one or a plurality of annular lens surfaces formed on at least one surface of the coupling lens and formed in concentric belts around the optical axis and having different refractive powers of adjacent lens surfaces, the optical element In the case of recording and / or reproducing information on at least two types of information recording media having different thicknesses without increasing the number of objectives, there is no special lens moving mechanism or the like that has been conventionally used. At least corresponding to the thickness of two types of transparent substrates of at least two types of information recording media having different thicknesses within the movement range of the lens focus adjustment mechanism. It is possible to obtain various kinds of condensing states, record and / or reproduce information on at least two kinds of information recording media having different thicknesses, and at least two kinds of light fluxes on a plurality of annular lens surfaces. Therefore, it is possible to reduce useless light flux that cannot be used for recording and / or reproducing information on at least two types of information recording media. Can be used effectively.
[0112]
In the optical information recording / reproducing optical system of the present invention described in the third configuration, the variable means may be at least one of the lens surfaces constituting the coupling lens and the objective lens, or the objective. Since the hologram is formed on at least one lens surface of the lens or at least one lens surface of the coupling lens, the number of optical elements can be increased without increasing the number of optical elements and at least two types of information recording media having different thicknesses. When recording and / or reproducing the above information, at least two types of information having different thicknesses within the movement range of the focus adjustment mechanism of the objective lens conventionally used without providing a special lens movement mechanism or the like At least two kinds of light condensing states corresponding to the thicknesses of two kinds of transparent substrates of the recording medium can be obtained, and the thicknesses are different. Without even can perform recording and / or reproducing information into two types of information recording medium, it is possible to obtain a small beam spot of impact of further sidelobes.
[0113]
In the recording / reproducing optical system of the optical information medium of the present invention described in the fourth configuration, the variable means is configured by a hologram element provided in the optical path from the light source to the objective lens, so that at least two of different thicknesses are used. When recording and / or reproducing information to / from various types of information recording media, the thickness of the object can be adjusted within the range of movement of the focus adjustment mechanism of the objective lens conventionally used without providing a special lens movement mechanism. It is possible to obtain at least two kinds of light condensing states corresponding to the thicknesses of two kinds of transparent substrates of at least two kinds of different information recording media, and record information on at least two kinds of information recording media having different thicknesses and / or Reproduction can be performed, and a beam spot less influenced by side lobes can be obtained.
[0114]
In the optical information recording / reproducing optical system of the present invention described in the fifth configuration, the variable means is formed in a concentric band centered on the optical axis provided in the optical path from the light source to the objective lens. Since it is composed of a plurality of annular lens surfaces having different refractive powers of adjacent lens surfaces, a special lens moving mechanism or the like is used when recording and / or reproducing information on at least two types of information recording media having different thicknesses. And at least two types of light condensing states corresponding to the thickness of the transparent substrate of at least two types of information recording media having different thicknesses are obtained within the range of movement of the focus adjustment mechanism of the objective lens conventionally used. It is possible to record and / or reproduce information on at least two kinds of information recording media having different thicknesses, and at least two kinds of light fluxes are formed on a plurality of annular lens surfaces. Therefore, it is possible to reduce useless light flux that cannot be used for recording and / or reproducing information on at least two types of information recording media. Can be used effectively.
[0115]
In the optical information recording / reproducing optical system of the present invention described in the sixth configuration, the variable means can be a coupling lens or a light source or a coupling lens and a light source with an optical axis according to the thickness of the transparent substrate. In the ninth configuration, the variable means is configured by means for switching a plurality of light sources in accordance with the thickness of the transparent substrate of the optical information recording medium, so that the light is emitted from the coupling lens. It is possible to select at least two types of convergence of the light beam including convergent light, and set the condensing state of the objective lens to at least two types of condensing states according to the thickness of different transparent substrates of at least two types of information recording media. Thus, information is recorded and / or reproduced on at least two types of information recording media having transparent substrates having different thicknesses. An optical system for recording / reproducing the medium can record and / or reproduce information on at least two types of information recording media having different thicknesses, and can reduce the refractive power shared by the objective lens. Even when a resin objective lens is used, it is possible to suppress changes in wavefront aberration due to temperature changes to such an extent that the tolerance of the lens can be ensured. Further, there is little light loss and at least two types of information with different thicknesses. The amount of light at the time of recording and / or reproducing information on the recording medium can also be set to an optimum amount, and a beam spot that is less affected by side lobes can be obtained.
[0116]
In the case where convergent light and parallel light, or convergent light and divergent light are selected as the two types of convergence to be selected, the convergent light is used in the direction in which the NA of the exit side surface of the objective lens becomes larger.
[0117]
In the optical information medium recording / reproducing optical system of the present invention described above, the objective lens has a positive lateral magnification at which the wavefront aberration satisfies the Marshallal limit and is minimum. Even if the NA on the image side (optical information recording medium side) of the lens is set to a large NA, the refractive power shared by the objective lens can be reduced, and even when a resin objective lens is used as the objective lens, it also depends on the temperature change. It becomes possible to suppress the change of the wavefront aberration to such an extent that the tolerance of the lens can be ensured.
[0118]
Further, the optical system for recording / reproducing on the optical information medium of the present invention in which an annular lens surface or hologram is formed on one surface of the objective lens, the wavefront aberration of each of the at least two kinds of condensing states is limited to the Marshall limit. Since the minimum lateral magnification that satisfies the above is assumed to be positive, the refractive power shared by the objective lens is reduced even when the NA on the image side (optical information recording medium side) of the objective lens in use is a large NA. Even when a resin objective lens is used as the objective lens, the change in wavefront aberration due to the temperature change can be suppressed to such an extent that a tolerance of the lens can be ensured.
[0119]
An optical pickup device for an optical information medium according to the present invention can record and / or reproduce information on at least two types of information recording media having different thicknesses with a recording / reproducing optical system for one optical information medium, The refractive power shared by the objective lens can be reduced, and even when a resin objective lens is used as the objective lens, it is possible to suppress changes in wavefront aberration due to temperature changes to such an extent that a lens tolerance can be secured. Thus, a compact and highly reliable optical pickup device can be obtained.
[0120]
【Example】
Examples 1 to 19 for achieving the first object will be described below. In each example, assuming that a recording / reproducing optical system of a high-density optical information recording medium having a transparent substrate is used, the numerical aperture NA is 0.6 or more. Moreover, all the thickness of the transparent substrate 17 is 0.6 mm.
[0121]
Examples 1 to 5 and Example 8 Furthermore, Example 19 shows only the objective lens 16, and Examples 6 and 7 are examples of the optical system using the objective lens 16 of Example 1 and the coupling lens 13. Indicates. Examples 9 to 18 show a single lens coupling lens 13 and an optical system in which the coupling lens 13 and the objective lens 16 are combined. At this time, the objective lens of Example 1 is used in Examples 9 to 16, the objective lens of Example 2 is used in Example 17, and the objective lens of Example 3 is used in Example 18.
[0122]
The symbols in the table indicate the focal length of the objective lens 16 as F (mm), the radius of curvature of the i-th surface in order from the light source side 11, ri, and on the optical axis between the i-th surface and the i + 1-th surface. Di, the refractive index at the light source wavelength of the medium between the i-th surface and the (i + 1) -th surface is ni, the lateral magnification of the objective lens 16 is M, and the image-side numerical aperture is NA. The wavelength is represented by λ.
[0123]
In Examples 6 and 7, Ft is the focal length of the entire optical system, Mt is the lateral magnification of the entire optical system, T is the distance to the light source 11 when viewed from the first surface, and the light traveling direction is positive. U represents the distance between the object images, and Examples 1 to 5 and Example 8 are negative values because the incident light is a convergent light beam in the example of only the objective lens 16.
[0124]
In Examples 6 and 7 and Examples 9 to 18, Ft is the focal length of the entire optical system, Mt is the lateral magnification of the entire optical system, U is the distance between object images of the optical system, and T is the coupling lens 13. This represents the distance to the light source when viewed from the first surface.
[0125]
Further, in the coupling lens 13 alone of Examples 9 to 18, Fc is the focal length of the single lens coupling lens, Mc is the lateral magnification of the coupling lens alone, and Uc is the coupling lens alone in the arrangement at that time. The object image distance, NAo, represents the numerical aperture on the light source side.
[0126]
Regarding the temperature characteristics, when the objective lens or the coupling lens is made of resin, when the temperature increases by 1 ° C., −12 × 10-FiveIt is assumed to change. Further, when the objective lens or the coupling lens is made of glass, when the temperature increases by 1 ° C., 39 × 10-7It is assumed to change.
[0127]
The temperature characteristic is evaluated by the wavefront aberration rms value. For this wavefront aberration, the rms value is calculated by ray tracing by a known method. The Marechal limit means that the wavefront aberration rms value is 0.07λ. Further, the wavefront aberration can be measured using an interferometer capable of numerical analysis.
[0128]
It should be noted that the influence of the linear expansion of the material due to the temperature change on the wavefront aberration is considerably smaller than the influence of the change in the refractive index, and is not calculated here.
[0129]
The aspherical shape of the lens surface should be a conic coefficient, Ai aspherical coefficient, and Pi (4 ≦ Pi) aspherical in an orthogonal coordinate system with the vertex of the surface as the origin and the optical axis direction as the X axis. When it is a number
[0130]
[Expression 1]
Figure 0004165666
[0131]
It is represented by
[0132]
Example 1
[0133]
[Table 1]
Figure 0004165666
[0134]
In this embodiment, the objective lens 16 is made of resin. An optical path diagram of the objective lens 16 is shown in FIG. 1, its spherical aberration and sine aberration diagram are shown in FIG. 2, and temperature characteristics are shown in FIG.
[0135]
The temperature characteristic changes by 30 ° C. and the wavefront aberration only changes by 0.028λ, and the influence of the temperature change is considerably smaller than that of the infinite conjugate objective lens.
In this example
x2= −0.08606 Δ2= 0.04569
And
x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} = − 0.03160
Δ2・ (N-1)Three/ {F ・ (NA)Four} = 0.01156
It is.
[0136]
Example 2
[0137]
[Table 2]
Figure 0004165666
[0138]
In this embodiment, as in the first embodiment, the objective lens 16 is made of resin. An optical path diagram of the objective lens 16 is shown in FIG. 4, its spherical aberration and sinusoidal aberration diagram is shown in FIG. 5, and temperature characteristics are shown in FIG. In the second embodiment, M is further increased compared to the first embodiment, so that the effect is great.
[0139]
In this example,
x2= 0.01337 Δ2= 0.01894
And
x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} = 0.00403
Δ2・ (N-1)Three/ {F ・ (NA)Four} = 0.00394
It is.
[0140]
Example 3
[0141]
[Table 3]
Figure 0004165666
[0142]
The objective lens 16 of this embodiment is also made of resin, its optical path diagram is shown in FIG. 7, its spherical aberration and sinusoidal aberration diagrams are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), and temperature characteristics are shown in FIG. .
[0143]
In this example,
x2= −0.08076 Δ2= 0.05734
And
x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} = − 0.03023
Δ2・ (N-1)Three/ {F ・ (NA)Four} = 0.01479
It is.
[0144]
Example 4
[0145]
[Table 4]
Figure 0004165666
[0146]
The objective lens 16 of this embodiment is also made of resin, and has an NA of 0.7 and a wavelength of used light of 450 nm. The optical path diagram is shown in FIG. 10, the spherical aberration and sinusoidal aberration diagrams are shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), and the temperature characteristics are shown in FIG. When M is 0.2 times, even with a resin lens with a NA of 0.7, the change in wavefront aberration is about 0.028λ with respect to a change in temperature of 30 ° C. Is corrected well.
[0147]
In this example,
x2= 0.05248 Δ2= 0.03962
And
x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} = 0.01182
Δ2・ (N-1)Three/ {F ・ (NA)Four} = 0.00471
It is.
[0148]
Example 5
[0149]
[Table 5]
Figure 0004165666
[0150]
The objective lens 16 of this embodiment is made of glass and has an NA of 0.75 and a wavelength of 450 nm. The initial aberration is well corrected even with an NA of 0.75. The optical path diagram is shown in FIG. 13, the spherical aberration and sinusoidal aberration diagrams are shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0151]
In this example,
x2= 0.25188 Δ2= 0.00660
And
x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} = 0.06992
Δ2・ (N-1)Three/ {F ・ (NA)Four} = 0.00162
It is.
[0152]
Example 6
[0153]
[Table 6]
Figure 0004165666
[0154]
In the optical system of this embodiment, the objective lens 16 is the same as that of the first embodiment, and the coupling lens 13 is an example in which the objective lens 16 is combined with a one-group two-lens lens made of glass. The optical path diagram is shown in FIG. 16, and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0155]
The amount of change in wavefront aberration due to temperature change is almost the same as in Example 1, and is due to the objective lens.
[0156]
Further, in order to correct the aberration caused by the coupling lens, the magnification of the wavefront aberration best of the objective lens is slightly different from the magnification of the first embodiment.
[0157]
In this example, Dco = 9.90.
[0158]
Example 7
[0159]
[Table 7]
Figure 0004165666
[0160]
The optical system of this example is an example of an optical system in which the objective lens 16 is made of resin, the one of Example 1 is used, and the coupling lens 13 is a single-sided aspheric lens made of resin. The optical path diagram is shown in FIG. 18, and its temperature characteristics are shown in FIG.
[0161]
The change in wavefront aberration due to the temperature change is even smaller than half that of the first embodiment. This is because when the temperature rises, the refractive index of each lens decreases, the angle of convergent light by the coupling lens decreases, and the lateral magnification of the objective lens decreases (if this effect alone, the spherical surface of the objective lens This is because the influence of the lowering of the refractive index of the objective lens itself (in this case, the spherical aberration moves to the over side) cancels each other.
[0162]
In this embodiment, Dco = 10.0.
[0163]
Example 8
[0164]
[Table 8]
Figure 0004165666
[0165]
In this embodiment, only the objective lens 16 is used, and the objective lens 16 is made of resin, the light source side surface is aspherical, and the image side surface is spherical. The optical path diagram is shown in FIG. 20, the spherical aberration and sinusoidal aberration diagrams are shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b), and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0166]
In this example,
x2= -0.029622 Δ2= 0.00 (because it is a spherical surface)
x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} = − 0.00907
Δ2・ (N-1)Three/ {F ・ (NA)Four} = 0.00
It is.
[0167]
Example 9
Coupling lens
[0168]
[Table 9]
Figure 0004165666
[0169]
All optical system
[0170]
[Table 10]
Figure 0004165666
[0171]
Example 9 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens 13 is made of resin and has a double-sided aspheric surface, and aberration diagrams thereof are shown in FIGS. 24 (a) and 24 (b). Spherical aberration and sine conditions are also fully satisfied. The objective lens combined with this is the resin objective lens of Example 1. FIG. 23 shows the optical path diagram of the entire optical system, and FIG. 25 shows the temperature characteristics thereof.
[0172]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.05569
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0173]
The change in wavefront aberration due to the temperature change is 0.013λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature, which is about half that of the objective lens alone in Example 1. This is because the refractive index of each lens decreases as the temperature rises, the angle of convergent light from the coupling lens decreases, and the lateral magnification of the objective lens alone decreases (if this effect alone, spherical aberration of the objective lens) This is because the effect of lowering the refractive index of the objective lens itself (in this case, the spherical aberration moves to the over side) cancels out.
[0174]
Example 10
Coupling lens
[0175]
[Table 11]
Figure 0004165666
[0176]
All optical system
[0177]
[Table 12]
Figure 0004165666
[0178]
Example 10 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens 13 is made of resin and has a double-sided aspheric surface. The magnification Mc is equal to −2.0 as in Example 9, but the focal length Fc is slightly longer. The aberration diagrams are shown in FIGS. 27 (a) and 27 (b). Spherical aberration and sine conditions are fully satisfied.
[0179]
The entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 1. The magnifications M and Mt have the same specifications as in Examples 7 and 9, and the objective lens and the coupling lens have the same specifications. The interval Dco is also the same as in the seventh embodiment. The optical path diagram is shown in FIG. 26, and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0180]
In this example
Dco = 10
Mt · M · Fcp / F = −0.06429
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0181]
The change in wavefront aberration due to the temperature change is 0.011λ, which is substantially the same as that in Example 7 and slightly smaller than that in Example 9, when 30 ° C. is raised from the reference design temperature. This is because the focal length Fc of the coupling lens is longer than that of the ninth embodiment, and the degree to which the angle of convergent light by the coupling lens is reduced due to the temperature rise is greater than that of the ninth embodiment.
[0182]
Example 11
Coupling lens
[0183]
[Table 13]
Figure 0004165666
[0184]
All optical system
[0185]
[Table 14]
Figure 0004165666
[0186]
Example 11 is an example in which the coupling lens is made of resin, a double-sided aspheric surface, and the light source side surface is a concave meniscus lens, and has the same magnification Mc = −2.0 as Example 9, and its aberration diagram is shown in FIG. 30 (a) and 30 (b). The sine condition is overcorrected.
[0187]
The entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 1. The magnifications M and Mt have the same specifications as in Example 9, and the distance Dco between the objective lens and the coupling lens is Dco. Is the same as in Example 9. The optical path diagram is shown in FIG. 29, and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0188]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.05476
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0189]
The change in wavefront aberration due to the temperature change is slightly larger than that of Example 9 having substantially the same specification as 0.016λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature, but the distance between the object images is short. This is because the light source side surface of the coupling lens is a concave meniscus lens, and the principal point position of the lens is the objective lens as compared with Example 9 which is a biconvex coupling lens.
[0190]
Example 12
Coupling lens
[0191]
[Table 15]
Figure 0004165666
[0192]
All optical system
[0193]
[Table 16]
Figure 0004165666
[0194]
Example 12 is an example in which the coupling lens is made of resin, a double-sided aspheric surface, and the light source side surface is a convex meniscus lens, and has the same magnification Mc = −2.0 as Example 9, and its aberration diagram is shown in FIG. 33 (a) and 33 (b). The sine condition is undercorrected.
[0195]
The entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 1. The magnifications M and Mt have the same specifications as in Example 9, and the distance Dco between the objective lens and the coupling lens is Dco. Is the same as in Example 9. The optical path diagram is shown in FIG. 32, and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0196]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.05703
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0197]
The change in wavefront aberration due to the temperature change is smaller than that of Example 9 having substantially the same specifications as 0.010λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature. This is because the coupling lens is a meniscus lens having a convex light source side surface, and the principal point position of the lens is a light source as compared with Example 9 which is a biconvex coupling lens. This is because the focal length Fc becomes long.
[0198]
Example 13
Coupling lens
[0199]
[Table 17]
Figure 0004165666
[0200]
All optical system
[0201]
[Table 18]
Figure 0004165666
[0202]
Example 13 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens is made of resin, the light source side surface is a spherical surface, and the image side surface is an aspherical surface, and has the same magnification Mc = −2.0 as in Example 9, Aberration diagrams are shown in FIGS. 36 (a) and 36 (b). The sine condition is overcorrected.
[0203]
The entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 1. The magnifications M and Mt have the same specifications as in Example 9, and the distance Dco between the objective lens and the coupling lens is Dco. Is the same as in Example 9. The optical path diagram is shown in FIG. 35, and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0204]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.05512
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0205]
The wavefront aberration change due to the temperature change is 0.015λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature.
[0206]
Example 14
Coupling lens
[0207]
[Table 19]
Figure 0004165666
[0208]
All optical system
[0209]
[Table 20]
Figure 0004165666
[0210]
Example 14 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens is made of resin and has a double-sided aspheric surface, and aberration diagrams thereof are shown in FIGS.
[0211]
Further, the entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 1. The optical path diagram is shown in FIG. 38 and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0212]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.06666
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0213]
The wavefront aberration change due to the temperature change is 0.008λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature, which is smaller than that of the ninth embodiment. In addition, the distance between object images is considerably shortened.
[0214]
Example 15
Coupling lens
[0215]
[Table 21]
Figure 0004165666
[0216]
All optical system
[0217]
[Table 22]
Figure 0004165666
[0218]
Example 15 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens is made of resin and has a double-sided aspheric surface. The focal length is long at the same magnification Mc as in Example 14. The aberration diagrams are shown in FIGS. 42 (a) and 42 (b).
[0219]
Further, the entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 1, and the magnifications M and Mt have the same specifications as in Example 14. The optical path diagram is shown in FIG. 41 and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0220]
In this example
Dco = 10
Mt · M · Fcp / F = −0.07697
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0221]
The wavefront aberration change due to the temperature change is considerably small at 0.006λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature.
[0222]
Example 16
Coupling lens
[0223]
[Table 23]
Figure 0004165666
[0224]
All optical system
[0225]
[Table 24]
Figure 0004165666
[0226]
Example 16 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens is made of resin and has a double-sided aspheric surface, and aberration diagrams thereof are shown in FIGS. 45 (a) and 45 (b).
[0227]
Further, the entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 1. The optical path diagram is shown in FIG. 44 and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0228]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.04783
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0229]
The change in wavefront aberration due to the temperature change is 0.016λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature.
[0230]
Example 17
Coupling lens
[0231]
[Table 25]
Figure 0004165666
[0232]
All optical system
[0233]
[Table 26]
Figure 0004165666
[0234]
Example 17 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens is made of resin and has a double-sided aspheric surface, and aberration diagrams thereof are shown in FIGS.
[0235]
Further, the entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 2. The optical path diagram is shown in FIG. 47 and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0236]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.08767
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0237]
The change in wavefront aberration due to temperature change is 0.014λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature, which is slightly larger than that of the objective lens alone. This is because the power of the coupling lens is increased, and the change of the wavefront aberration of the coupling lens itself due to the temperature change cannot be ignored.
[0238]
Example 18
Coupling lens
[0239]
[Table 27]
Figure 0004165666
[0240]
All optical system
[0241]
[Table 28]
Figure 0004165666
[0242]
Example 18 is an example of a biconvex lens in which the coupling lens is made of resin and has a double-sided aspheric surface, and aberration diagrams thereof are shown in FIGS. 51 (a) and 51 (b).
[0243]
Further, the entire optical system is a combination of this coupling lens and the resin objective lens of Example 3. The optical path diagram is shown in FIG. 50, and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0244]
In this example
Dco = 3
Mt · M · Fcp / F = −0.04776
It becomes. Here, since the resin coupling lens is a single lens, Fc = Fcp.
[0245]
The wavefront aberration change due to the temperature change is 0.017λ when the temperature rises by 30 ° C. from the reference design temperature.
[0246]
Although all the examples of the coupling lens 13 from Example 9 to Example 18 are made of resin, the same result can be obtained even in the case of glass except for the temperature characteristics of the optical system.
[0247]
Example 19
[0248]
[Table 29]
Figure 0004165666
[0249]
In this example, only the objective lens is used, and the objective lens is made of resin, and both surfaces of the objective lens are aspherical surfaces, and the magnification of the objective lens alone is +1/30. The optical path diagram of this objective lens is shown in FIG. 53, the spherical aberration and sinusoidal aberration diagrams are shown in FIGS. 54 (a) and 54 (b), and the temperature characteristics are shown in FIG.
[0250]
In this example
x2= −0.100731 Δ2= 0.07064
And
x2・ (N-1) / {F ・ (NA)2} =-0.0421
Δ2・ (N-1)Three/ {F ・ (NA)Four} = 0.01910
It becomes.
[0251]
Although the change in wavefront aberration due to temperature change is larger than in other embodiments, it is smaller than that of an infinite objective lens having the same focal length.
[0252]
This embodiment is effective when the temperature characteristic is suppressed to some extent than the infinite optical system and the size in the direction perpendicular to the optical axis direction is to be reduced to some extent in the entire optical system.
[0253]
FIGS. 56 (a), 56 (b), FIG. 57, FIG. 58, and FIG. 59 for Examples 20 to 24 of the optical information recording / reproducing optical system for achieving the second object of the present invention. 60, 61 and 62 will be described.
[0254]
FIG. 56 is a diagram for explaining the basic configuration of an optical information recording / reproducing optical system using FIGS. 56 (a) and 56 (b) before describing the embodiment.
[0255]
In FIG. 56A, 13 is a coupling lens made of a single positive lens, 16 is an objective lens, 17 is a transparent substrate of the optical information recording medium, and 18 is an information recording surface of the optical information recording medium. The divergent light beam emitted from the light source 11 is converted into convergent light by the coupling lens 13 disposed close to the objective lens 16, then enters the objective lens 16, and is collected on the information recording surface 18 through the transparent substrate 17. Lighted.
[0256]
In FIG. 56 (b), the coupling lens 13 of FIG. 56 (a) is arranged away from the objective lens 16, and an optical element such as a mirror can be arranged between the coupling lens 13 and the objective lens 16. It is an example.
[0257]
FIG. 57 is a diagram for explaining a state where the light beam emitted from the objective lens 16 is condensed on the recording surface via the transparent substrate. 27 is a transparent substrate having a thickness of 0.6 mm, and 278 is a transparent substrate having a thickness of 0.6 mm. A recording surface of the optical information recording medium, 28 is a transparent substrate having a thickness of 1.2 mm, 288 is a recording surface of the optical information recording medium having a transparent substrate having a thickness of 1.2 mm, and is indicated by a solid line emitted from the objective lens 16. The light beam indicated by a broken line indicates a state where the light beam is condensed on the recording surface 278 of the optical information recording medium having the transparent substrate 27 having a thickness of 0.6 mm, and the optical information recording medium having the transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm. The state where the light is condensed on the recording surface 288 is shown.
[0258]
Example 20
FIG. 58 shows a plurality of annular lens surfaces that are formed as concentric belts around the optical axis as an example of variable means according to the present invention and have different refractive powers of adjacent lens surfaces. The shape of the objective lens 16 when it is formed on the light source side surface of the objective lens 16 shown in FIG. 56 (b) and the light beam incident on the objective lens 16 are divided by the annular lens surface to be transparent with a thickness of 0.6 mm. A state of focusing on the recording surface 278 of the optical information recording medium having the substrate 27 (shown by a solid line) and a state of focusing on the recording surface 288 of the optical information recording medium having a transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm (shown by a broken line). Description).
[0259]
Since the condensing positions in the two condensing states are separated in the optical axis direction in this way, when reproduction is performed in the condensing state of the objective lens corresponding to one transparent substrate thickness, the other transparent substrate The condensed light corresponding to the thickness is defocused on the recording surface, and the influence on the reproduction signal can be reduced.
[0260]
In the case of this example, the plurality of annular zone lens surfaces are the outermost first annular zone lens surface 31 (this lens surface is donut-like when viewed from the light source) and the first annular zone lens surface 31. A second annular lens surface 32 adjacent to the inner side of the lens (this lens surface is donut-shaped when viewed from the light source) and a third annular lens surface 33 adjacent to the inner side of the second annular lens surface 32. (This lens surface has a donut shape when viewed from the light source.) And a fourth annular lens surface 34 adjacent to the inside of the third annular lens surface 33 (this lens surface has a donut shape when viewed from the light source. ) And a fifth annular lens surface 35 located in the center of the objective lens adjacent to the inside of the fourth annular lens surface 34 (this annular lens surface is a lens surface including an optical axis, as viewed from the light source) The shape of the lens surface is a circle.) It is constituted by the annular lens surface.
[0261]
The light beam that has passed through the first annular lens surface 31, the third annular lens surface 33, and the fifth annular lens surface 35 located on the outermost periphery has a transparent substrate 27 with a thickness of 0.6 mm. Recording of an optical information recording medium having a transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm, a light beam that is condensed on the recording surface 278 of the information recording medium and passes through the second annular lens surface 32 and the fourth annular lens surface 34 The light is condensed on the surface 288.
[0262]
This is because when collecting light through a transparent substrate having a thickness of 0.6 mm, it is necessary to obtain spots for high density, so the outermost ring-shaped lens surface (the first lens in this example is the first When a minute spot as an objective lens having a large NA is obtained using the annular lens surface 31) and condensed through a transparent substrate having a thickness of 1.2 mm, the outermost periphery is adjacent to the inner side of the annular lens surface. A minute spot as an objective lens having a small NA corresponding to the thickness of the substrate is obtained by using the annular lens surface (in this example, the second annular lens surface 32).
[0263]
In the case of this example, the first annular lens surface 31, the third annular lens surface 33, and the fifth wheel are used as the annular lens surfaces used to obtain spots for high density. Three ring-shaped lens surfaces of the band-shaped lens surface 35 are used. This is because, when a spot for corresponding to a high density is obtained with one ring-shaped lens surface located on the outermost periphery, side lobes are used. This is because the intensity of noise increases and causes an increase in noise, which may hinder good information recording and reproduction. In order to reduce the influence of such side lobes, a thickness of 0 is further provided adjacent to the inner side of the annular lens surface corresponding to the transparent substrate having a thickness of 1.2 mm adjacent to the inner side of the annular lens surface located on the outermost periphery. A third annular lens surface having a refractive power corresponding to a 6 mm transparent substrate and a fourth annular lens surface corresponding to a transparent substrate having a thickness of 1.2 mm on the inner side and a thickness of 0.6 mm on the inner side thereof. By forming a fifth annular lens surface having a refractive power corresponding to the transparent substrate, the area of the second annular lens surface that emits unnecessary light when the substrate thickness is 0.6 mm is reduced, and the side lobe is reduced. Can be reduced. Furthermore, by repeating this, that is, by forming a plurality of ring-shaped lens surfaces having different refractive powers provided on the lens surface from the outer periphery, two light beams suitable for recording / reproducing optical information recording media having different substrate thicknesses. A spot can be obtained.
[0264]
However, if the number of ring-shaped lens surfaces is excessively increased, the width of each ring-shaped lens surface located on the inner side of the ring-shaped lens surface located on the outermost circumference becomes too small, and the workability deteriorates. Is reduced to a level where there is no problem in practical use, and the workability is kept good, the number of ring-shaped lens surfaces is 3 or more and 10 or less including the ring-shaped lens surfaces located on the outermost periphery, and more preferably the upper limit. Is preferably 6 or less.
[0265]
In addition, when a plurality of annular lens surfaces corresponding to the same transparent substrate are provided, each of the plurality of annular lens surfaces is represented by an expression that represents each annular lens surface (for example, each annular lens surface is a non-uniform type lens). It is desirable that the lens thickness on the optical axis be equal when extended to the optical axis according to (expressed as a spherical equation).
[0266]
This is because when the lens thicknesses are not equal, an optical path length difference occurs in the light beams passing through the respective annular lens surfaces corresponding to the same transparent substrate, and wavefronts having optical path length differences overlap to generate interference. This is because the intensity of light obtained by the light flux passing through each annular lens surface may be reduced by interference.
[0267]
In such a case, a step 37 occurs between the adjacent annular lens surfaces, but at least one adjacent annular lens surface can be formed without a step (36). It is desirable for processing that the adjacent annular lens surfaces are formed without any step.
[0268]
When each annular lens surface corresponding to the same transparent substrate is extended to the optical axis, when the lens thickness on the optical axis is not equal, it is between the optical path difference length Δ and the wavelength λ. By configuring so that the relationship Δ = mλ (m is an integer) is satisfied, and m is an integer from −10 to 10, even if the wavelength λ of the light source slightly fluctuates, it is 50% or more of the original intensity. The strength can be maintained.
[0269]
In the example of FIG. 58, a plurality of annular lens surfaces that are formed in concentric belts around the optical axis and have different refractive powers of adjacent lens surfaces are provided on the light source side surface of the objective lens 16. In addition to this example, the plurality of annular lens surfaces, which are an example of the variable means according to the present invention, are formed on any one of the image side surface of the objective lens 16 and the coupling lens 13. You can also. It is also possible to provide a plurality of annular lens surfaces at any two or more of the lens surfaces constituting the objective lens 16 and the coupling lens 13.
[0270]
Example 21
FIG. 59 shows the shape of the objective lens 16 when a hologram as an example of the variable means according to the present invention is formed on the light source side surface of the objective lens 16 shown in FIGS. 56 (a) and 56 (b). In addition, the light beam incident on the objective lens 16 is divided into transmitted light 43 and diffracted light 44 transmitted through the hologram 41, and is condensed on the recording surface 278 of the optical information recording medium having the transparent substrate 27 having a thickness of 0.6 mm (see FIG. And a state of focusing on the recording surface 288 of the optical information recording medium having the transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm (shown by a broken line).
[0271]
Since the condensing positions in the two condensing states are separated in the optical axis direction in this way, when reproduction is performed in the condensing state of the objective lens corresponding to one transparent substrate thickness, the other transparent substrate The condensed light corresponding to the thickness is defocused on the recording surface, and the influence on the reproduction signal can be reduced.
[0272]
In the case of this example, the NA necessary for focusing on the recording surface 288 of the optical information recording medium having the transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm is obtained without forming the hologram near the end of the lens surface. A hologram is formed only on the lens surface portion, and the diffracted light by the hologram is configured to be condensed on the recording surface 288 of the optical information recording medium having the transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm. The light beam that has passed through the lens surface 42 on which no light is formed is condensed on the recording surface 278 of the optical information recording medium having the transparent substrate 27 having a thickness of 0.6 mm.
[0273]
With such a configuration, it is necessary for recording and / or reproduction on the recording surface 278 of the optical information recording medium having the transparent substrate 27 having a thickness of 0.6 mm, which needs to obtain a beam spot for corresponding to high density. NA can be obtained, and a beam spot having a sufficient amount of light can be obtained.
[0274]
In the example of FIG. 59, a hologram is provided on the surface of the objective lens 16 on the light source side. However, the hologram is not limited to this example, and is an example of variable means according to the present invention. It can also be formed on any one of the image side surface and the coupling lens 13. It is also possible to provide holograms at any two or more positions on the lens surfaces constituting the objective lens 16 and the coupling lens 13.
[0275]
Example 22
FIG. 60 shows an example of a variable means according to the present invention, which is an optical element having a plurality of annular lens surfaces formed in concentric belts around the optical axis and having different refractive powers of adjacent lens surfaces. In the example shown between (a) and 56 (b) and disposed between the objective lens 16 and the coupling lens 13, a plane-parallel plate portion 51 which is a first annular lens surface formed in the peripheral portion of the optical element 50. The light beam that has passed through the objective lens 16 and is focused on the recording surface 278 of the optical information recording medium having the transparent substrate 27 having a thickness of 0.6 mm (shown by a solid line) and the central portion of the optical element 50 A state in which the light beam transmitted through the concave lens portion 52 which is the formed second annular lens surface is condensed on the recording surface 288 of the optical information recording medium having the transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm (shown by a broken line) is shown. ing.
[0276]
Since the condensing positions in the two condensing states are separated in the optical axis direction in this way, when reproduction is performed in the condensing state of the objective lens corresponding to one transparent substrate thickness, the other transparent substrate The condensed light corresponding to the thickness is defocused on the recording surface, and the influence on the reproduction signal can be reduced.
[0277]
In this example as well, as shown in the example of FIG. 58, in order to reduce the influence of side lobes, a transparent film having a thickness of 1.2 mm adjacent to the inner side of the annular lens surface (in this case, a plane parallel plate) located at the outermost periphery. A third annular lens surface (in this case, a parallel flat plate) corresponding to a transparent substrate having a thickness of 0.6 mm is adjacent to the inner side of the annular lens surface corresponding to the substrate, and a transparent material having a thickness of 1.2 mm is provided on the inner side. By forming a fourth annular lens surface corresponding to the substrate and a fifth annular lens surface having a refractive power corresponding to the transparent substrate having a thickness of 0.6 mm (in this case, a plane parallel plate) on the inner side thereof, When the substrate thickness is 0.6 mm, the area of the second annular lens surface that emits unnecessary light can be reduced, and side lobes can be reduced. Furthermore, by repeating this, that is, by forming a plurality of ring-shaped lens surfaces having different refractive powers provided on the lens surface from the outer periphery, two light beams suitable for recording / reproducing optical information recording media having different substrate thicknesses. A spot can be obtained.
[0278]
The number of the annular lens surfaces is preferably 2 or more and 10 or less, more preferably 3 or more and 6 or less, including the annular lens surface located on the outermost periphery.
[0279]
In addition, when a plurality of annular lens surfaces corresponding to the same transparent substrate are provided, each of the plurality of annular lens surfaces is represented by an expression that represents each annular lens surface (for example, each annular lens surface is a non-uniform type lens). It is desirable that the lens thickness on the optical axis be equal when extended to the optical axis according to (expressed as a spherical equation).
[0280]
Example 23
In addition, the hologram element as an example of the variable means according to the present invention includes the optical element 50 shown in FIG. 60 as a parallel plane plate, and corresponds to the concave lens portion 52 on the light source side or the image side instead of the concave lens portion 52. It can be configured by forming a hologram in the part, in which case, the diffracted light by the hologram is configured to be condensed on the recording surface 288 of the optical information recording medium having the transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm, The light beam transmitted through the hologram 41 and the light beam transmitted through the lens surface 42 where no hologram is formed are condensed on the recording surface 278 of the optical information recording medium having the transparent substrate 27 having a thickness of 0.6 mm.
[0281]
Also in this case, since the condensing positions in the two condensing states are separated in the optical axis direction, when reproduction is performed in the condensing state of the objective lens corresponding to one transparent substrate thickness, another transparent substrate is used. The condensed light corresponding to the thickness is defocused on the recording surface, and the influence on the reproduction signal can be reduced.
[0282]
Example 24
61 and 62 show the recording surface 278 of the optical information recording medium having the transparent substrate 27 having a thickness of 0.6 mm by moving the coupling lens 13 in FIGS. 56 (a) and 56 (b) in the optical axis direction. FIG. 61 shows a configuration of an optical information pickup apparatus for switching optical information between a condensed state (FIG. 61) and a condensed state (FIG. 62) on a recording surface 288 of an optical information recording medium having a transparent substrate 28 having a thickness of 1.2 mm. Yes.
[0283]
In FIG. 61, 11 is a light source such as a semiconductor laser, 12 is a beam splitter, 13 is a coupling lens, 14 is a second diaphragm, 15 is a first diaphragm, 16 is an objective lens, and 17 is transparent with a thickness of 0.6 mm. Substrate, 18 is an information recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate having a thickness of 0.6 mm, 19 is a photodetector, 20 is a frame for holding the coupling lens 13, and 21 is for moving the frame 20 in the optical axis direction. A lens moving means 22 is a diaphragm means for inserting the second diaphragm 14 into the optical path.
[0284]
A light beam emitted from a light source 11 such as a semiconductor laser enters a coupling lens 13 through a beam splitter 12, becomes a convergent light beam, is limited to a predetermined light beam by a diaphragm 15, and enters an objective lens 16. When the convergent light beam is incident, the objective lens 16 forms an almost aberration-free light spot on the information recording surface 18 through the transparent substrate 17 having a predetermined thickness.
[0285]
The light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 18 returns to the beam splitter 12 via the objective lens 16 and the coupling lens 13, where it is separated from the optical path of the laser light source 11 and then to the photodetector 19. Incident. This photodetector 19 is a multi-divided PIN photodiode that outputs a current proportional to the temperature of the incident light beam from each element and sends this current to a detection circuit not shown in the figure. Based on the error signal and the track error signal, the objective lens 16 is controlled by a two-dimensional actuator including a magnetic circuit and a coil, and the light spot position is always aligned on the information track.
[0286]
In FIG. 62, the coupling lens 13 is moved to a position where recording or reproduction of a transparent substrate having a thickness of 1.2 mm, which is away from the objective lens 16 by the lens moving means 21, and the second diaphragm 14 is moved by the diaphragm means. It is the figure inserted in.
[0287]
If the coupling lens is configured to move in the direction of the optical axis as in this example, recording and / or recording on all optical information recording media having a transparent substrate with a thickness of 0.6 mm to 1.2 mm is possible. Playback can be performed. In this example, the coupling lens is moved in the optical axis direction. However, the coupling lens is moved to the optical axis direction at a fixed position, or both the coupling lens and the light source are illuminated. You may make it move to an axial direction. In addition, the coupling lens may be fixed, and two light sources having different optical distances from the coupling lens may be used, and the two light sources may be selectively switched.
[0288]
In the example of FIG. 62, the light beam emitted from the coupling lens 13 is converged light. However, in the case of an optical information medium having a transparent substrate having a thickness of 1.2 mm, divergent light or parallel light is used as the objective lens 16. In the case of an optical information recording medium having a transparent substrate with a thickness of 1.2 mm, divergent light or parallel light may be incident on the objective lens 16 when information can be reproduced by being incident on the objective lens 16. good. However, it goes without saying that convergent light is more desirable.
[0289]
【The invention's effect】
According to the present invention, as seen in each example, even when a resin objective lens is used under a high NA, the change in wavefront aberration due to a temperature change is suppressed to such an extent that a lens tolerance can be secured. An optical system was obtained.
[0290]
In addition, it has become clear that it is possible to shorten the wavelength of the light used up to a wavelength of 450 nm and to increase the NA of the lens up to about NA 0.75, even in anticipation of higher recording density in the future. .
[0291]
Furthermore, according to the present invention, it is possible to record / reproduce optical disks having different substrate thicknesses with a single optical pickup device, to be compatible with each other, and to use a resin objective lens with a large NA. Even if the optical information recording / reproducing optical system of the optical information medium and the optical information recording / reproducing objective lens have a simple structure and a compact structure that suppresses the change of the wavefront aberration due to the temperature change to such an extent that the tolerance of the lens can be secured Obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical path diagram of Example 1 of an objective lens in a recording / reproducing optical system of an optical information recording medium of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition aberrations of the objective lens according to Example 1 described above.
FIG. 3 is a temperature characteristic diagram of the objective lens of Example 1 described above.
FIG. 4 is an optical path diagram of Example 2 of an objective lens in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition aberrations of the objective lens according to Example 2 described above.
6 is a temperature characteristic diagram of the objective lens of Example 2. FIG.
FIG. 7 is an optical path diagram of an objective lens of Example 3 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating spherical aberration and sine aberration of the objective lens according to Example 3 described above.
FIG. 9 is a temperature characteristic diagram of the objective lens of Example 3 described above.
FIG. 10 is an optical path diagram of an objective lens of Example 4 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition aberrations of the objective lens according to Example 4 described above.
12 is a temperature characteristic diagram of the objective lens of Example 4. FIG.
FIG. 13 is an optical path diagram of Example 5 of an objective lens in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating spherical aberration and sine aberration of the objective lens according to Example 5 described above.
15 is a temperature characteristic diagram of the objective lens according to Example 5. FIG.
FIG. 16 is an optical path diagram of Example 6 of the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
17 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 6. FIG.
FIG. 18 is an optical path diagram of Example 7 of the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
19 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 7. FIG.
20 is an optical path diagram of an objective lens in Example 8 of the optical system for recording / reproducing optical information recording media according to the present invention. FIG.
FIG. 21 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the objective lens according to Example 8 described above.
FIG. 22 is a temperature characteristic diagram of the objective lens according to Example 8 described above.
FIG. 23 is an optical path diagram of Example 9 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
24 is a diagram illustrating spherical aberration and sine aberration of the coupling lens of Example 9. FIG.
25 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 9. FIG.
FIG. 26 is an optical path diagram of Example 10 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 27 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the coupling lens of Example 10 described above.
28 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 10. FIG.
FIG. 29 is an optical path diagram of Example 11 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
30 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition aberration of the coupling lens of Example 11. FIG.
31 is a temperature characteristic diagram of the optical system according to Example 11; FIG.
FIG. 32 is an optical path diagram of Example 12 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 33 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the coupling lens of Example 12 described above.
34 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 12. FIG.
FIG. 35 is an optical path diagram of Example 13 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 36 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the coupling lens of Example 13;
FIG. 37 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 13.
FIG. 38 is an optical path diagram of Example 14 of the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 39 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the coupling lens of Example 14;
40 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 14. FIG.
FIG. 41 is an optical path diagram of Example 15 of the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 42 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the coupling lens of Example 15 above.
43 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 15. FIG.
FIG. 44 is an optical path diagram of Example 16 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 45 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the coupling lens of Example 16;
46 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 16. FIG.
FIG. 47 is an optical path diagram of Example 17 of the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 48 is a diagram illustrating spherical aberration and sine condition of the coupling lens of Example 17 described above.
49 is a temperature characteristic diagram of the optical system of Example 17. FIG.
50 is an optical path diagram of Example 18 in the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention. FIG.
51 is a spherical aberration diagram of the coupling lens of Example 18 and aberration diagrams under a sine condition. FIG.
52 is a temperature characteristic diagram of the optical system according to Example 18; FIG.
FIG. 53 is an optical path diagram of Example 19 of the recording / reproducing optical system of the optical information recording medium of the present invention.
FIG. 54 shows aberration diagrams of the spherical aberration and sine condition of the objective lens of Example 19 described above.
FIG. 55 shows the temperature characteristic of the objective lens of Example 19 described above.
FIG. 56 is a basic configuration diagram of an optical information recording / reproducing optical system according to the present invention.
FIG. 57 is a diagram showing a condensing state of a light beam emitted from an objective lens.
FIG. 58 is a diagram showing an example of an objective lens according to the present invention.
FIG. 59 is a diagram showing an example of an objective lens according to the present invention.
FIG. 60 is a diagram showing an example using the optical element of the present invention.
FIG. 61 is an explanatory diagram of an optical pickup device for optical information according to the present invention.
FIG. 62 is an explanatory diagram of an optical pickup device for optical information according to the present invention.
FIG. 63 is an explanatory diagram of a conventional example.
FIG. 64 is a diagram showing a change in wavefront aberration of the objective lens.
[Explanation of symbols]
11 Laser light source
12 Beam splitter
13 Coupling lens
15 Aperture (first aperture)
16 Objective lens
17 Transparent substrate
18 Information recording surface
19 Photodetector

Claims (24)

光情報記録媒体への情報の記録および/または情報の再生を行う光ピックアップ装置において、
光源と、
前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、
前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、
前記集光光学系は、
前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面であるカップリングレンズと、
少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、
マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率、前記カップリングレンズの像側の面と前記対物レンズの光源側の面との間隔をDco、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする光ピックアップ装置
0<M<1
0.1≦Dco/F≦5.0
In an optical pickup device for recording and / or reproducing information on an optical information recording medium,
A light source;
A condensing optical system for condensing the light beam emitted from the light source onto the recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate;
A photodetector for receiving the light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium,
The condensing optical system is
A coupling lens having at least one aspherical surface for converting divergent light from the light source into convergent light;
An objective lens that is movable at least in the optical axis direction, further converges the convergent light and forms an image on the information recording surface of the optical information recording medium,
When the wavefront aberration within the Marechal limit is minimized, the lateral magnification of the objective lens alone is M , the distance between the image side surface of the coupling lens and the light source side surface of the objective lens is Dco, and the objective lens An optical pickup device satisfying the following conditions , where F is the focal length :
0 <M <1
0.1 ≦ Dco / F ≦ 5.0
以下の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置
1.0≦Dco/F≦5.0
The optical pickup device according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
1.0 ≦ Dco / F ≦ 5.0
以下の条件を満足することを特徴とする請求項2に記載の光ピックアップ装置
1.0≦Dco/F≦3.0
The optical pickup device according to claim 2, wherein the following condition is satisfied.
1.0 ≦ Dco / F ≦ 3.0
光情報記録媒体への情報の記録および/または情報の再生を行う光ピックアップ装置において、
光源と、
前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、
前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、
前記集光光学系は、
前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面であるカップリングレンズと、
少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、
マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする光ピックアップ装置
0<M<1
(1−M)・F≦6.0mm
In an optical pickup device for recording and / or reproducing information on an optical information recording medium,
A light source;
A condensing optical system for condensing the light beam emitted from the light source onto the recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate;
A photodetector for receiving the light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium,
The condensing optical system is
A coupling lens having at least one aspherical surface for converting divergent light from the light source into convergent light;
An objective lens that is movable at least in the optical axis direction, further converges the convergent light and forms an image on the information recording surface of the optical information recording medium,
An optical pickup device satisfying the following condition , where M is the lateral magnification of the objective lens alone and F is the focal length of the objective lens when the wavefront aberration within the Marechal limit is minimum .
0 <M <1
(1-M) · F ≦ 6.0mm
前記対物レンズが樹脂製であり、かつ前記カップリングレンズも少なくとも1枚は正の屈折力を持つ樹脂製レンズであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置 Wherein is made objective lens is a resin, and the coupling lens is also at least one optical pickup according to claim 1, any one of 4, which is a resin lens having a positive refractive power Equipment . 前記カップリングレンズは樹脂製単玉レンズであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置 The optical pickup device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the coupling lens is a plastic single lens. 光情報記録媒体への情報の記録および/または情報の再生を行う光ピックアップ装置において、
光源と、
前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、
前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、
前記集光光学系は、
前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面であるとともに、少なくとも1枚は正の屈折力を持つ樹脂製レンズであるカップリングレンズと、
少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための樹脂製レンズである対物レンズとを有し、
マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記集光光学系全体の横倍率をMt、前記カップリングレンズにおける樹脂製レンズの焦点距離をFcp、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする光ピックアップ装置
0<M<1
−0.10≦Mt・M・Fcp/F≦−0.04
In an optical pickup device for recording and / or reproducing information on an optical information recording medium,
A light source;
A condensing optical system for condensing the light beam emitted from the light source onto the recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate;
A photodetector for receiving the light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium,
The condensing optical system is
And at least one surface for converting diverging light from the light source into convergent light is an aspherical surface, and at least one coupling lens is a resin lens having a positive refractive power;
An objective lens that is movable in at least the optical axis direction and is a resin lens for further focusing the convergent light and forming an image on the information recording surface of the optical information recording medium,
When the wavefront aberration within the Marechal limit is minimum, the lateral magnification of the objective lens alone is M, the lateral magnification of the whole condensing optical system is Mt, the focal length of the resin lens in the coupling lens is Fcp, An optical pickup device satisfying the following condition , where F is the focal length of the objective lens .
0 <M <1
−0.10 ≦ Mt · M · Fcp / F ≦ −0.04
光情報記録媒体への情報の記録および/または情報の再生を行う光ピックアップ装置において、In an optical pickup device for recording and / or reproducing information on an optical information recording medium,
光源と、A light source;
前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、A condensing optical system for condensing the light beam emitted from the light source onto the recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate;
前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、A photodetector for receiving the light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium,
前記集光光学系は、The condensing optical system is
前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面の樹脂製単玉レンズであるカップリングレンズと、A coupling lens which is a single lens made of a resin having at least one aspherical surface for converting divergent light from the light source into convergent light;
少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、  An objective lens that is movable at least in the optical axis direction, further converges the convergent light and forms an image on the information recording surface of the optical information recording medium,
マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記集光光学系全体の横倍率をMt、前記カップリングレンズにおける樹脂製レンズの焦点距離をFcp、前記対物レンズの焦点距離をFとすると、以下の条件を満足することを特徴とする光ピックアップ装置。  When the wavefront aberration within the Marechal limit is minimized, the lateral magnification of the objective lens alone is M, the lateral magnification of the entire focusing optical system is Mt, the focal length of the resin lens in the coupling lens is Fcp, An optical pickup device satisfying the following condition, where F is the focal length of the objective lens.
0<M<10 <M <1
−0.10≦Mt・M・Fcp/F≦−0.04−0.10 ≦ Mt · M · Fcp / F ≦ −0.04
光情報記録媒体への情報の記録および/または情報の再生を行う光ピックアップ装置において、
光源と、
前記光源から出射される光束を、透明基板を有する光情報記録媒体の記録面に前記透明基板を介して集光する集光光学系と、
前記光情報記録媒体の記録面で反射した光束を受光する光検出器とを備え、
前記集光光学系は、
前記光源からの発散光を収束光に変換するための少なくとも1面が非球面のであるカップリングレンズと、
少なくとも光軸方向に可動であり、前記収束光をさらに収束させて前記光情報記録媒体の情報記録面上に結像するための対物レンズとを有し、
マレシャル限界内での波面収差が最小となる場合における前記対物レンズ単体の横倍率をM、前記集光光学系全体の横倍率をMt、前記対物レンズの像側の開口数をNAとすると、以下の条件を満足することを特徴とする光ピックアップ装置
0<M<1
0.06≦|Mt|・NA≦0.21
In an optical pickup device for recording and / or reproducing information on an optical information recording medium,
A light source;
A condensing optical system for condensing the light beam emitted from the light source onto the recording surface of an optical information recording medium having a transparent substrate via the transparent substrate;
A photodetector for receiving the light beam reflected by the recording surface of the optical information recording medium,
The condensing optical system is
A coupling lens having at least one aspherical surface for converting divergent light from the light source into convergent light;
An objective lens that is movable at least in the optical axis direction, further converges the convergent light and forms an image on the information recording surface of the optical information recording medium,
The lateral magnification of the objective lens only in the case where the wavefront aberration in Marechal within the limits is minimized M, Mt lateral magnification of the entire condensing optical system, the numerical aperture on the image side of the objective lens when the NA, the following An optical pickup device satisfying the following conditions:
0 <M <1
0.06 ≦ | Mt | · NA ≦ 0.21
以下の条件を満足することを特徴とする請求項に記載の光ピックアップ装置
0.06≦|Mt|・NA≦0.12
The optical pickup device according to claim 9 , wherein the following condition is satisfied.
0.06 ≦ | Mt | · NA ≦ 0.12
以下の条件を満足することを特徴とする請求項に記載の光ピックアップ装置
0.12≦|Mt|・NA≦0.21
The optical pickup device according to claim 9 , wherein the following condition is satisfied.
0.12 ≦ | Mt | · NA ≦ 0.21
請求項1から11のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置において、前記対物レンズ単体の横倍率Mが以下の範囲にあることを特徴とする光ピックアップ装置
0.05≦M<1
The optical pickup device according to any one of claims 1 to 11, the optical pickup device characterized by lateral magnification M of a single said objective lens within the following range.
0.05 ≦ M <1
以下の条件を満足することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置
0.48≦NA
但し、
NA:対物レンズの像側の開口数
The optical pickup device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the following condition is satisfied.
0.48 ≦ NA
However,
NA: Numerical aperture on the image side of the objective lens
以下の条件を満足することを特徴とする請求項13に記載の光ピックアップ装置
0.05≦M≦0.23
NA・(1−M)≦0.65
The optical pickup device according to claim 13 , wherein the following condition is satisfied.
0.05 ≦ M ≦ 0.23
NA · (1-M) ≦ 0.65
以下の条件を満足することを特徴とする請求項14に記載の光ピックアップ装置
0.05≦M≦0.125
The optical pickup device according to claim 14 , wherein the following condition is satisfied.
0.05 ≦ M ≦ 0.125
前記対物レンズは樹脂製であり、以下の条件を満足することを特徴とする請求項13に記載の光ピックアップ装置
NA・(1−M)≦0.65
The optical pickup device according to claim 13 , wherein the objective lens is made of resin and satisfies the following conditions.
NA · (1-M) ≦ 0.65
以下の条件を満足することを特徴とする請求項16に記載の光ピックアップ装置
0.65≦NA≦0.8
0.125≦M≦0.23
The optical pickup device according to claim 16 , wherein the following condition is satisfied.
0.65 ≦ NA ≦ 0.8
0.125 ≦ M ≦ 0.23
請求項1から17のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置において、さらに前記対物レンズによる前記収束光の収束状態を、前記光情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて可変する可変手段を備えたことを特徴とする光ピックアップ装置18. The optical pickup device according to claim 1 , further comprising variable means for varying a convergence state of the convergent light by the objective lens according to a thickness of a transparent substrate of the optical information recording medium. An optical pickup device characterized by that. 前記可変手段は、前記カップリングレンズ又は前記対物レンズの少なくとも1面に形成されたホログラムであることを特徴とする請求項18に記載の光ピックアップ装置19. The optical pickup device according to claim 18 , wherein the variable means is a hologram formed on at least one surface of the coupling lens or the objective lens. 前記可変手段は、前記カップリングレンズを前記光情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて光軸上を移動させる手段であることを特徴とする請求項18に記載の光ピックアップ装置19. The optical pickup device according to claim 18 , wherein the variable means is means for moving the coupling lens on the optical axis in accordance with the thickness of the transparent substrate of the optical information recording medium. 前記可変手段は、複数の光源を前記光情報記録媒体の透明基板の厚みに応じて切り替える手段であることを特徴とする請求項18に記載の光ピックアップ装置19. The optical pickup device according to claim 18 , wherein the variable means is means for switching a plurality of light sources in accordance with a thickness of a transparent substrate of the optical information recording medium. 以下の条件を満足することを特徴とする請求項から21のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置
−0.25≦F・(n−1)/r≦0.7
但し、
n:対物レンズを形成する素材の屈折率
F:対物レンズの焦点距離
対物レンズの像側の面の頂点曲率半径
The optical pickup device according to any one of claims 1 to 21 , wherein the following condition is satisfied.
−0.25 ≦ F · (n−1) / r 2 ≦ 0.7
However,
n: refractive index of the material forming the objective lens F: focal length of the objective lens r 2: curvature at the vertex of the image side surface of the objective lens radius
以下の条件を満足することを特徴とする請求項から22のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置
−0.045≦x・(n−1)/{F・(NA)}≦0.1
但し、
n:対物レンズを形成する素材の屈折率
F:対物レンズの焦点距離
NA:対物レンズの像側の開口数
対物レンズの像側の面の軸上光線の有効径最周辺(上記NAの周辺光線が入射する像側の面上の位置)と該面の頂点との光軸方向の差で、光軸から遠ざかるほど像側に変位している方向を正とする
The optical pickup device according to any one of claims 1 to 22 , wherein the following condition is satisfied.
−0.045 ≦ x 2 · (n−1) / {F · (NA) 2 } ≦ 0.1
However,
n: Refractive index of the material forming the objective lens
F: Focal length of the objective lens NA: Numerical aperture x 2 on the image side of the objective lens : Nearest effective diameter of the axial ray on the image side surface of the objective lens (on the image side surface on which the peripheral ray of NA is incident) ) And the apex of the surface, the direction of displacement toward the image side as the distance from the optical axis is positive.
以下の条件を満足することを特徴とする請求項1から23のいずれか1項に記載の光ピックアップ装置
−0.005≦Δ・(n−1)/{F・(NA)}≦0.018
但し、
n:対物レンズを形成する素材の屈折率
F:対物レンズの焦点距離
NA:対物レンズの像側の開口数
Δ対物レンズの像側の面の軸上光線の有効径最周辺(上記NAの周辺光線が入射する像側の面上の位置)における非球面と該面の頂点曲率半径rを有する基準球面との光軸方向の差で、光軸から遠ざかるほど像側に変位している方向を正とする
The optical pickup device according to any one of claims 1 to 23 , wherein the following condition is satisfied.
−0.005 ≦ Δ 2 · (n−1) 3 / {F · (NA) 4 } ≦ 0.018
However,
n: Refractive index of the material forming the objective lens
F: Focal length of objective lens
NA: numerical aperture Δ 2 on the image side of the objective lens : an aspherical surface at the outermost periphery of the effective diameter of the axial ray on the image side surface of the objective lens (the position on the image side surface where the peripheral ray of NA is incident) the difference in the optical axis direction between the reference spherical surface having a radius of curvature at the top r 2 of said surface, and a direction displaced toward the image side farther from the optical axis and the positive
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