JPH1116190A - Objective lens and optical head using the same - Google Patents
Objective lens and optical head using the sameInfo
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- JPH1116190A JPH1116190A JP9163743A JP16374397A JPH1116190A JP H1116190 A JPH1116190 A JP H1116190A JP 9163743 A JP9163743 A JP 9163743A JP 16374397 A JP16374397 A JP 16374397A JP H1116190 A JPH1116190 A JP H1116190A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光記録媒体から光学
的に情報を再生する光ディスク装置に係り、特に基板厚
さが異なる光ディスクからそれぞれ異なる光波長の光源
を用いて信号を再生する光ヘッドおよびそれに用いる対
物レンズに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical disk apparatus for optically reproducing information from an optical recording medium, and more particularly to an optical head for reproducing signals from optical disks having different substrate thicknesses by using light sources having different optical wavelengths. It relates to an objective lens used for it.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ディスクは大容量可換情報記録媒体と
して近年めざましく進歩を続けている。そのため記録再
生方式や記録密度、ディスクサイズが多岐にわたってお
り、それらの互換性の確保が困難となりつつある。特に
これまで最も普及しているのがCD(Compact Disc)で
あり、これと再生互換性のある記録可能なCDであるC
D−R(Compact Disk - Recordable)も付随的して普
及している。新たな光ディスクの開発にあたってはこれ
らCD、CD−Rとの互換性の要求が大きい。これらに
続く次世代高密度ROMとして、最近DVD(Digital
Video Disk)が発売された。ここでは記録密度を向上さ
せるために対物レンズの開口数(NumericalAperture:N
A)を従来CDの0.45から0.6に向上させてい
る。光ディスク上の集光スポットの大きさは使用するレ
ーザ光源の波長をλとしたとき、λ/NAに比例するた
め、波長を短く、NAを大きくすればそれにしたがって
光スポットを小さくすることができる。光スポットが小
さければ高密度の情報ピットを品質良く再生することが
できるので、光ディスクの記録密度を向上させることが
できるのである。そこでDVDではまず使用する半導体
レーザ波長をCDの780nmから650nmとしてい
る。ところが一方、NAの増大は、ディスクが傾いたと
きに生じるコマ収差を急激に増大させ、光スポットをか
えって劣化させるため、むやみ行うことができない。そ
こでDVDは基板厚さをCDの1.2mmから0.6m
mに薄くして、NA増大とともにそれによるディスク傾き
のコマ収差を抑えている。ところが基板の厚さをCDと
変えてしまうとDVD専用の対物レンズでCDを再生す
るときに今度は球面収差が生じて光スポットがぼけてし
まう。光ディスク用の対物レンズでは特定の基板厚さに
対応してそれを補償する球面収差を持つようにあらかじ
め設計されているからである。2. Description of the Related Art Optical disks have been making remarkable progress as large-capacity interchangeable information recording media in recent years. For this reason, recording / reproducing methods, recording densities, and disk sizes are diversified, and it is becoming difficult to ensure their compatibility. In particular, the most widely used CD (Compact Disc) is a recordable CD that is compatible with the CD.
DR (Compact Disk-Recordable) is also incidentally popularized. In developing new optical disks, there is a great demand for compatibility with these CDs and CD-Rs. As a next-generation high-density ROM following these, recently DVD (Digital
Video Disk) has been released. Here, in order to improve the recording density, the numerical aperture of the objective lens (Numerical Aperture: N
A) is improved from 0.45 of the conventional CD to 0.6. When the wavelength of the laser light source used is λ, the size of the condensed spot on the optical disk is proportional to λ / NA. Therefore, the shorter the wavelength and the larger the NA, the smaller the light spot. If the light spot is small, high-density information pits can be reproduced with good quality, so that the recording density of the optical disk can be improved. Therefore, the DVD uses a semiconductor laser wavelength of 780 nm to 650 nm for CD. On the other hand, an increase in NA sharply increases coma aberration generated when the disk is tilted, and rather deteriorates the light spot, so that it cannot be performed unnecessarily. Therefore, the substrate thickness of DVD is from 1.2 mm to 0.6 m of CD.
m to suppress the coma due to the disk tilt as NA increases. However, if the thickness of the substrate is changed from that of a CD, a spherical aberration is generated when the CD is reproduced by an objective lens dedicated to DVD, and the light spot is blurred. This is because an objective lens for an optical disc is designed in advance so as to have a spherical aberration that compensates for a specific substrate thickness.
【0003】この問題を解決する従来の手段は例えばオ
プティカル・レビュー第1巻第1号1994年27ー2
9頁(Optical Review ,Vol.1,No.1 (1994) pp.27-2
9.)に記載されている。ここでは0.6mm用対物レン
ズ表面にホログラムを形成し、その回折光によってCD
を再生し、透過光によてDVDを再生するというもので
ある。ここではCDを再生するときに生じる球面収差を
補償するようにホログラムのパターンをあらかじめ設計
しておくのである。しかしながらこれにおいてはホログ
ラムを使用するため、CDを再生するときにもDVD用
の光スポットが生じ、DVDを再生するときにもCD用
の光スポットが生じる。またディスクで反射した光も再
び回折されてしまう。これらにより光量の損失が避けら
れないという欠点がある。A conventional means for solving this problem is disclosed in, for example, Optical Review, Vol. 1, No. 1, 1994, 27-2.
Page 9 (Optical Review, Vol.1, No. 1 (1994) pp.27-2
9.) Here, a hologram is formed on the surface of the 0.6 mm objective lens, and the diffracted light is used to form a CD.
Is reproduced, and the DVD is reproduced by the transmitted light. Here, the hologram pattern is designed in advance so as to compensate for the spherical aberration that occurs when reproducing a CD. However, since a hologram is used in this case, a light spot for DVD is generated even when reproducing a CD, and a light spot for CD is generated when reproducing a DVD. Also, the light reflected by the disk is diffracted again. Due to these, there is a disadvantage that a loss of light quantity cannot be avoided.
【0004】第2の従来例は三菱電機ニュース・リリー
ス、開発No.9507(平成7年6月21日)に記載されて
いる。これは0.6mm用の対物レンズと、1.2mm用の対物レ
ンズを両方光ヘッドに搭載し、可動アクチュエータによ
って2つのレンズを切り替えて使用するというものであ
る。しかしこれにおいては2つのレンズを切り替えるた
め、レンズを2個使用することによるコストの増大、レ
ンズの位置の再現性や、アクチュエータが大きく、重く
なることによる応答特性の劣化などの問題がある。A second conventional example is described in Mitsubishi Electric News Release, Development No. 9507 (June 21, 1995). In this method, both an objective lens for 0.6 mm and an objective lens for 1.2 mm are mounted on an optical head, and the two lenses are switched and used by a movable actuator. However, in this case, since two lenses are switched, there are problems such as an increase in cost due to the use of two lenses, reproducibility of lens positions, and deterioration of response characteristics due to a large and heavy actuator.
【0005】第3の従来例は日経エレクトロニクス19
96年1月29日号(No.654)15ー16頁に記
載されている。ここでは液晶による制限開口を設け、C
Dの再生にあたってはNAを0.35まで小さくして収
差を小さくしている。しかしここではCD、DVDとも
波長635nmの半導体レーザを用いているため、CD
のNAをここまで低減できたが、780nmより短い波
長の光では反射率が著しく低下するCD−Rの再生時に
はこの方法は使えないという欠点がある。A third conventional example is Nikkei Electronics 19
No. 654, Jan. 29, 1996, pp. 15-16. Here, a limiting aperture made of liquid crystal is provided, and C
In reproducing D, the NA is reduced to 0.35 to reduce the aberration. However, since a semiconductor laser having a wavelength of 635 nm is used for both the CD and DVD,
Can be reduced to this point, but there is a drawback that this method cannot be used at the time of reproducing a CD-R in which the reflectance is significantly reduced with light having a wavelength shorter than 780 nm.
【0006】一方、本発明者らは先に出願した特願平7
ー342203において、波長650nmでDVDとC
Dの両方の互換をとるために、対物レンズの内側と外側
で最適化する基板厚を変えるという発明を提案してい
る。しかしCDを波長780nmで再生する場合にはこ
の分割のNAを少なくともNA0.45以上にする必要
があり、この場合にはDVDを再生するときの収差が非
常に大きくなってしまうという欠点があった。On the other hand, the present inventors have filed Japanese Patent Application No.
-342203, DVD and C at 650 nm wavelength
In order to make both D compatible, an invention is proposed in which the optimized substrate thickness is changed inside and outside the objective lens. However, when reproducing a CD at a wavelength of 780 nm, it is necessary to set the NA of this division to at least NA 0.45 or more. In this case, there is a disadvantage that aberrations when reproducing a DVD become extremely large. .
【0007】これに鑑み、本発明の目的は光量の損失な
く、安価に、精度よく波長780nmの光で基板厚さ
1.2mmのCDを再生し、波長650nmの光で基板
厚さ0.6mmのDVDを再生することである。In view of this, an object of the present invention is to reproduce a CD having a substrate thickness of 1.2 mm with light of a wavelength of 780 nm accurately and inexpensively without loss of light amount, and to reproduce a CD of a substrate thickness of 0.6 mm with light of a wavelength of 650 nm. To play the DVD.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明においては、2つの波長のレーザ光を異なる
基板厚さの光ディスクに集光するにあたって、それぞれ
の波長の集光スポットの収差をともに低減させる輪帯状
の位相シフタを該対物レンズと一体として付加させる。In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, when converging laser beams of two wavelengths onto optical discs having different substrate thicknesses, aberrations of condensed spots of respective wavelengths are obtained. Is added integrally with the objective lens.
【0009】あるいは一方の波長の集光スポットの収差
を少なくとも変化させずに、他の一方の波長の集光スポ
ットの収差を低減させる輪帯状の位相シフタを該対物レ
ンズと一体として付加させる。Alternatively, an annular phase shifter for reducing the aberration of the condensed spot of one wavelength at least without changing the aberration of the condensed spot of one wavelength is added integrally with the objective lens.
【0010】あるいは対物レンズの内側と外側で収差な
く集光するための基板厚さが異なるレンズに、2つの波
長のレーザ光の集光スポットの収差をともに低減させる
輪帯状の位相シフタを該レンズと一体として付加させ
る。[0010] Alternatively, an annular phase shifter for reducing both aberrations of a focused spot of laser light of two wavelengths is provided on a lens having different substrate thicknesses for focusing light without aberration on the inside and outside of the objective lens. To be added as one.
【0011】またあるいは光ヘッドとして、2つの波長
の半導体レーザと、光ディスクからの反射光を半導体レ
ーザから光ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段
と、これによって分岐された反射光から集光スポット位
置制御信号と再生信号を検出するための検出手段から少
なくとも構成される光ヘッドでそれぞれの波長の光を異
なる基板厚さの光ディスクに集光するのにあたって上記
の対物レンズを用いる。Alternatively, as an optical head, a semiconductor laser of two wavelengths, branching means for branching reflected light from the optical disk from an optical path from the semiconductor laser to the optical disk, and control of a condensing spot position based on the branched light. The above-described objective lens is used for condensing light of each wavelength on an optical disk having a different substrate thickness by an optical head comprising at least a detecting means for detecting a signal and a reproduction signal.
【0012】またあるいは波長の異なる2つの半導体レ
ーザと、そのそれぞれの波長の光を異なる基板厚さの光
ディスクに集光する対物レンズと、光ディスクからの反
射光を該半導体レーザから該光ディスクまでの光路から
分岐させる分岐手段と、該分岐手段によって分岐された
反射光から集光スポット位置制御信号と再生信号を検出
するための検出手段から少なくとも構成される光ヘッド
において、それぞれの波長の集光スポットの収差をとも
に低減させる輪帯状の位相シフタを付加する。Alternatively, two semiconductor lasers having different wavelengths, an objective lens for condensing light of each wavelength on an optical disc having a different substrate thickness, and an optical path from the semiconductor laser to the optical disc for reflecting light from the optical disc. And a branching means for branching from the light source, and an optical head comprising at least a detecting means for detecting a focused spot position control signal and a reproduction signal from the reflected light branched by the branched means. An annular phase shifter that reduces both aberrations is added.
【0013】またあるいは波長の異なる2つの半導体レ
ーザと、光ディスクからの反射光を該半導体レーザから
該光ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段と、該
分岐手段によって分岐された反射光から集光スポット位
置制御信号と再生信号を検出するための検出手段から少
なくとも構成される光ヘッドにおいて、それぞれの波長
の光を異なる基板厚さの光ディスクに集光する内側と外
側で収差なく集光するための基板厚さが異なる対物レン
ズを用い、それぞれの波長の集光スポットの収差をとも
に低減させる輪帯状の位相シフタを付加する。Alternatively, two semiconductor lasers having different wavelengths, branching means for branching reflected light from the optical disk from the optical path from the semiconductor laser to the optical disk, and a focused spot position based on the reflected light branched by the branching means In an optical head comprising at least a detection means for detecting a control signal and a reproduction signal, light of each wavelength is condensed on an optical disc having a different substrate thickness. And an annular phase shifter for reducing the aberration of the condensed spot of each wavelength.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0015】図1は本発明による対物レンズの基本的な
イメージ図である。本発明によるDVD用対物レンズ1
は通常のDVD用対物レンズにドーナツ状の輪帯位相シ
フト領域101が付加されている。輪帯位相シフト領域
101は薄膜を装荷してもよいし、最初からレンズをそ
のような形状に直接加工しても良い。通常のDVD用の
レンズは基板厚0.6mmのときに無収差となるように
設計されているので、波長650nmのレーザ光でDV
Dを再生するときにはこの位相シフタによって加わる収
差をなるべく小さくなるようにする。これに対して、波
長780nmのレーザ光で基板厚1.2mmのCDを再
生するときには、基板厚誤差0.6mmにより発生する
球面収差を低減するようにする。FIG. 1 is a basic image diagram of an objective lens according to the present invention. Objective lens 1 for DVD according to the present invention
In a conventional DVD objective lens, a donut-shaped annular phase shift region 101 is added. The annular phase shift region 101 may be loaded with a thin film, or the lens may be directly processed into such a shape from the beginning. A normal DVD lens is designed to have no aberration when the substrate thickness is 0.6 mm.
When reproducing D, the aberration applied by the phase shifter is made as small as possible. On the other hand, when reproducing a CD having a substrate thickness of 1.2 mm with a laser beam having a wavelength of 780 nm, the spherical aberration generated due to a substrate thickness error of 0.6 mm is reduced.
【0016】以下、定性的に収差が低減することを説明
する。図2に焦点位置が最適化された場合の球面収差の
波面形状概略図を示す。ここで横軸は対物レンズの瞳の
半径座標、縦軸は波面収差量である。CDとDVDの基
板厚の違いにより、DVD専用レンズでCDを再生する
場合の光スポットは概略このような4次関数で表される
ような波面形状となる。これに対して、輪帯状に位相シ
フトをさせた場合の波面形状の概略図を図3に示す。位
相シフトにより収差の最大値が小さくなっていることが
わかる。Hereinafter, a description will be given of how the aberration is qualitatively reduced. FIG. 2 shows a schematic diagram of the wavefront shape of the spherical aberration when the focal position is optimized. Here, the horizontal axis is the radius coordinate of the pupil of the objective lens, and the vertical axis is the amount of wavefront aberration. Due to the difference in the substrate thickness between the CD and the DVD, the light spot when reproducing the CD with the DVD-only lens has a wavefront shape roughly represented by such a quartic function. On the other hand, FIG. 3 shows a schematic diagram of the wavefront shape when the phase shift is performed in an annular shape. It can be seen that the maximum value of the aberration is reduced by the phase shift.
【0017】ところが一方、このレンズを用いてDVD
を再生する場合にDVDの収差が大きくなってはならな
い。そのための1つの方法としては、CDを再生する波
長とDVDを再生する波長の違いを用いて、CDでのみ
位相がシフトし、DVDでは位相がシフトしないように
すればよい。そのためにはCD再生波長をλ1、DVD
再生波長をλ2、CD再生時に生ずる位相差をφとし
て、On the other hand, using this lens, DVD
When reproducing DVD, the aberration of the DVD must not be large. One method for achieving this is to use the difference between the wavelength for reproducing a CD and the wavelength for reproducing a DVD so that the phase is shifted only in the CD and not in the DVD. To do so, set the CD playback wavelength to λ1, DVD
Assuming that the reproduction wavelength is λ2 and the phase difference generated during CD reproduction is φ,
【0018】[0018]
【数1】 (Equation 1)
【0019】を満たすように整数m、nを選択すればよ
い。またこれで適当なm、nがない場合には位相シフト
のさせかたを図4のようにしてもよい。この場合は輪帯
領域を除いたそれ以外の領域にーφの位相シフトを加え
ることにより、図3と同じ波面形状をで実現できる。し
たがってこの場合は、The integers m and n may be selected so as to satisfy the above. If there is no appropriate m or n, the phase shift may be performed as shown in FIG. In this case, the same wavefront shape as that of FIG. 3 can be realized by adding a phase shift of −φ to the region other than the annular region. So in this case,
【0020】[0020]
【数2】 (Equation 2)
【0021】を満たしていればよい。これにより例えば
λ1を780nm、λ2を650nmとすれば、それぞ
れにおける位相差φは図5のようになる。このように位
相差を選べば、DVDの波面にまったく影響を与えずに
CD再生時の球面収差を低減することができる。ここで
の逆輪帯位相シフタは空気よりも屈折率の大きい膜を付
加する場合など位相ずれを位相遅れによって実現する場
合を念頭においた命名である。レンズをけずるなど位相
ずれを位相進みによって実現できる場合には輪帯領域を
直接けずればよい。これはどちらでも等価であるが、以
後はこの場合も含めて逆輪帯位相シフタと呼ぶことにす
る。It suffices if the following condition is satisfied. Thus, for example, if λ1 is 780 nm and λ2 is 650 nm, the phase difference φ in each case is as shown in FIG. By selecting the phase difference in this way, it is possible to reduce spherical aberration during CD reproduction without affecting the wavefront of DVD at all. The name of the inverted orbicular zone phase shifter is a name in consideration of a case where a phase shift is realized by a phase delay such as when a film having a refractive index larger than that of air is added. When the phase shift can be realized by the phase advance such as the lens scratching, the annular zone may be directly scratched. These are equivalent in both cases, but hereinafter, including this case, will be referred to as an inverted orbicular zone phase shifter.
【0022】以下、輪帯位相シフタの形状、及び位相差
の最適化について説明する。光スポットの評価指標とし
ては無収差スポットの中心強度で規格化した収差のある
光スポットの中心強度であるストレール強度があるが、
これだと制限開口がある場合のNAの違いが現れない。
そこで制限開口がある場合も含めて、対物レンズの瞳に
入射する全光量に対するスポット中心強度の比を新たな
評価指標とする。これを用いると例えば同じ口径でもN
Aが大きく、スポット径が小さくて中心強度が大きい方
がこの評価指標が大きいことになる。この評価指標はHereinafter, the shape of the annular phase shifter and the optimization of the phase difference will be described. As an evaluation index of the light spot, there is a Strehl intensity which is a center intensity of a light spot having an aberration standardized by a center intensity of an aberration-free spot,
In this case, there is no difference in NA when there is a limiting aperture.
Therefore, the ratio of the spot center intensity to the total amount of light incident on the pupil of the objective lens is used as a new evaluation index even when there is a limiting aperture. When this is used, for example, N
The larger the A, the smaller the spot diameter and the larger the center intensity, the larger the evaluation index. This metric is
【0023】[0023]
【数3】 (Equation 3)
【0024】のようにストレール強度とレンズ全開口半
径で規格化した制限開口半径Rの2乗の積に比例するこ
とがわかる。以下、このストレール強度に規格化制限開
口半径の2乗をかけた値をηとする。通常のCDピック
アップでは波長780nm、対物レンズNA0.45で
あるのでDVDの対物レンズNA0.6に対しては無収
差であれば、η=1×(0.45/0.6)^2=0.
56、マレシャルの基準によるストレール強度下限値
0.8ではη=0.45となる。基板厚誤差による球面
収差は4次の球面収差がAs can be seen from the above, it is proportional to the product of the Strehl strength and the square of the limiting aperture radius R standardized by the total aperture radius of the lens. Hereinafter, a value obtained by multiplying the streak strength by the square of the standardized limiting opening radius is defined as η. Since a normal CD pickup has a wavelength of 780 nm and an objective lens NA of 0.45, if there is no aberration with respect to the objective lens NA of DVD of 0.6, η = 1 × (0.45 / 0.6) ^ 2 = 0 .
56, η = 0.45 in the Strehl strength lower limit value 0.8 based on Marechal's criterion. The fourth order spherical aberration is caused by the substrate thickness error.
【0025】[0025]
【数4】 (Equation 4)
【0026】6次の球面収差がThe sixth order spherical aberration is
【0027】[0027]
【数5】 (Equation 5)
【0028】で与えられる。ただしこれらの式における
nは屈折率を表している。これらを用いて半径R1から
R2までの位相をφ遅らせる輪帯位相シフタを加えた収
差はGiven by However, n in these equations represents a refractive index. Using these, the aberration added with an annular phase shifter that delays the phase from radius R1 to R2 by φ is
【0029】[0029]
【数6】 (Equation 6)
【0030】のように表せる。またストレール強度はIt can be expressed as follows. The streak strength is
【0031】[0031]
【数7】 (Equation 7)
【0032】のように近似できるから、これよりηを最
大とするR1、R2、φ、制限開口のNA、W20、W
00を求める。実際には数式処理ソフトを用いて、W2
0、W00は解析的に求め、R1、R2、φ、制限開口
のNAを数値的に求めた。その結果、位相シフタの内径
はNA0.20、外径はNA0.42、制限開口のNA
を0.46とし、位相差を0.265λ(λ=780n
m)のとき、η=0.48が最大となり、マレシャルの
基準によるη=0.45を上回っていることがわかっ
た。一方、位相シフタを用いず、制限開口のみで最適化
するとNA0.39でη=0.34が最大であった。つ
まりNA0.45に換算すれば、ストレール強度で0.
61から0.86まで改善したことに相当する。この位
相差に対してDVD再生時に生じる収差はRMS波面収
差で0.033λ(λ=650nm)であった。これは
ほぼレンズの加工精度と同等であり、実際上問題は生じ
ないと考えられる。R1, R2, φ that maximize η, NA of the limiting aperture, W20, W
Find 00. Actually, using mathematical formula processing software, W2
0 and W00 were obtained analytically, and R1, R2, φ, and the NA of the limiting aperture were numerically obtained. As a result, the inner diameter of the phase shifter is NA 0.20, the outer diameter is NA 0.42, and the NA of the limiting aperture is NA.
Is 0.46, and the phase difference is 0.265λ (λ = 780n
In the case of m), it was found that η = 0.48 was the maximum and exceeded η = 0.45 according to Marechal's criterion. On the other hand, when the phase shifter was not used and the optimization was performed only with the limiting aperture, the maximum was η = 0.34 at NA 0.39. In other words, when converted to NA of 0.45, the streak strength is 0.1.
This corresponds to an improvement from 61 to 0.86. The aberration generated at the time of DVD reproduction with respect to this phase difference was 0.033λ (λ = 650 nm) in RMS wavefront aberration. This is almost equivalent to the processing accuracy of the lens, and it is considered that no problem actually occurs.
【0033】この最適な位相差0.265λを先に述べ
たDVDに影響を与えない位相差と比較すると、最も近
いのはm=2、n=2のときの逆輪帯位相マスク、また
はm=4、n=3のときの輪帯位相マスクの0.333
λであることがわかる。しかしmが大きくなると位相差
を生じさせる膜、あるいはレンズの段差が厚くなり、半
導体レーザに波長ずれが生じた場合の位相差のずれが大
きくなるので、ここでは逆輪帯位相マスクの方が望まし
い。このDVDに影響を与えない位相差に固定した場合
の位相シフタの形状を求めると、内径がNA0.20、
外径がNA0.44、制限開口NA0.48のとき、η
=0.47が最大となった。これは上記の最適な位相差
と比べてほとんど遜色ない。When this optimum phase difference of 0.265λ is compared with the above-mentioned phase difference which does not affect the DVD, the closest phase difference is the reverse orbicular zone phase mask when m = 2 and n = 2, or m = 4, 0.333 of the annular phase mask when n = 3
It can be seen that it is λ. However, as m increases, the film or phase difference of the lens that causes a phase difference increases, and the phase difference shift increases when a wavelength shift occurs in the semiconductor laser. Therefore, the reverse annular phase mask is more preferable here. . When the shape of the phase shifter when fixed to a phase difference that does not affect the DVD is obtained, the inner diameter is NA 0.20,
When the outer diameter is NA 0.44 and the limiting aperture NA is 0.48, η
= 0.47 was the maximum. This is almost equal to the above-mentioned optimal phase difference.
【0034】この輪帯位相シフタをDVD専用レンズに
適用した場合の収差低減の効果を、光線追跡で確認し
た。図6に光線追跡に用いたレンズの仕様、及び面形状
を示す。ここで面形状のRは中心曲率半径、kは円錐定
数、A4、A6、A8、A10はそれぞれ、4次、6
次、8次、10次の非球面係数である。これらを用いて
面形状はThe effect of reducing aberration when this annular phase shifter was applied to a DVD-only lens was confirmed by ray tracing. FIG. 6 shows the specifications and the surface shape of the lens used for ray tracing. Here, R of the surface shape is a central radius of curvature, k is a conic constant, A4, A6, A8, and A10 are quaternary, 6 respectively.
Next, the 8th and 10th order aspherical coefficients. The surface shape using these
【0035】[0035]
【数8】 (Equation 8)
【0036】のように表せる。ここでは光軸に対して対
称な形状が仮定されており、rは半径座標である。この
レンズを用いて波長780nmの平行光をCDの基板厚
1.2mmを通して集光したとき、開口数NA=0.4
5の範囲でのRMS(RootMean Squar
e)波面収差は最良像点において、0.1279λであ
った。これに対して上記の輪帯位相板を付加したとき、
RMS波面収差は0.07366λに低減できた。ただ
しこのとき用いた光線追跡ソフトでは1λ以上の位相差
を扱えなかったため、位相板の厚さはm=1、n=1の
0.3333λ相当の厚さを用いた。したがってDVD
での位相差は必然的に0となるため、波長650nmで
のDVDの基板厚0.6mmを通したスポット収差は
0.001λ以下となった。Can be expressed as follows. Here, a shape symmetric with respect to the optical axis is assumed, and r is a radial coordinate. When collimated light having a wavelength of 780 nm is condensed through a CD substrate thickness of 1.2 mm using this lens, the numerical aperture NA = 0.4
RMS (Root Mean Squar) in the range of 5
e) The wavefront aberration was 0.1279λ at the best image point. On the other hand, when the above-mentioned annular phase plate is added,
The RMS wavefront aberration was reduced to 0.07366λ. However, since the ray tracing software used at this time could not handle a phase difference of 1λ or more, the thickness of the phase plate was 0.3333λ corresponding to m = 1 and n = 1. Therefore DVD
Is necessarily 0, and the spot aberration at a wavelength of 650 nm through a DVD substrate thickness of 0.6 mm is 0.001λ or less.
【0037】以上では制限開口を用いるという前提で説
明をしたが、これは必ずしも実際の開口を必要とするこ
とを意味しない。実際にはRMS波面収差を評価関数と
して最適な焦点位置を求めるときの、瞳の評価範囲を指
定するのとほぼ等価であると考えられる。制限開口の範
囲内でなるべくRMS波面収差が小さくなるように焦点
ずれを調整したとすると、制限開口の範囲外の光は当然
収差が大きくなり、波面の傾斜も大きくなる。このため
そのような領域の光線は焦点からは大きくはずれた位置
で焦点面と交差する。したがって集光スポットに対し
て、このような光線は存在しないのとほぼ等価となる。Although the above description has been made on the premise that a limiting opening is used, this does not necessarily mean that an actual opening is required. Actually, it is considered that this is almost equivalent to designating an evaluation range of a pupil when obtaining an optimum focus position using the RMS wavefront aberration as an evaluation function. Assuming that the defocus is adjusted so that the RMS wavefront aberration is reduced as much as possible within the range of the limiting aperture, the light outside the range of the limiting aperture naturally has a large aberration and a large wavefront inclination. Thus, the light rays in such an area intersect the focal plane at a position far from the focal point. Therefore, it is almost equivalent to the absence of such a light beam with respect to the focused spot.
【0038】このように輪帯位相シフタのみを用いた場
合に、スポット性能は改善されるものの、NA0.45
でのストレール強度換算で0.86相当では、光学部品
のずれや、ディスクの傾き、焦点ずれなどによるスポッ
トの劣化を見込むと必ずしも十分でない可能性がある。
そこでさらにこれに組み合わせてレンズの内側と外側で
最適化する基板厚を変える。以下これを分割レンズと呼
ぶ。これは発明者らによって波長650nmでDVDと
CDの両方の互換をとる方法として発明された(特願平
7ー342203)が、CDを波長780nmで再生す
る場合にはこの分割のNAを少なくともNA0.45以
上にする必要があり、この場合にはDVDを再生すると
きの収差が非常に大きくなってしまうという欠点があっ
た。そこで位相シフタと分割レンズを組み合わせて、位
相シフタ形状、位相差、内外分割半径、内側基板厚を同
時に最適化したところ、分割レンズで発生する波長78
0nmでのCD再生時の収差と、波長650nmでのD
VD再生時の収差を両方とも低減し、CDのスポット性
能がさらに改善される解があることがわかった。以下こ
れについて説明する。When only the annular phase shifter is used, the spot performance is improved, but the NA is 0.45.
If it is equivalent to 0.86 in terms of Strehl strength, there is a possibility that spot deterioration due to displacement of optical components, disc tilt, defocus, etc. is not necessarily sufficient.
Therefore, in combination with this, the substrate thickness to be optimized inside and outside the lens is changed. Hereinafter, this is referred to as a split lens. This was invented by the inventors as a method of making both DVD and CD compatible at a wavelength of 650 nm (Japanese Patent Application No. 7-342203). However, when reproducing a CD at a wavelength of 780 nm, the NA of this division must be at least NA0. In this case, there is a disadvantage that aberrations when reproducing a DVD become extremely large. Therefore, when the phase shifter and the split lens are combined and the phase shifter shape, phase difference, inner and outer split radius, and inner substrate thickness are simultaneously optimized, the wavelength 78 generated by the split lens is obtained.
Aberrations when reproducing CDs at 0 nm and D at a wavelength of 650 nm
It has been found that there is a solution that reduces both aberrations during VD reproduction and further improves the spot performance of the CD. This will be described below.
【0039】分割レンズと位相シフタを組み合わせた場
合の波面収差はThe wavefront aberration when the split lens and the phase shifter are combined is
【0040】[0040]
【数9】 (Equation 9)
【0041】のように表せる。ここではR1が輪帯位相
シフタ内径、R2が分割半径、R3が輪帯位相シフタ外
径、R4が制限開口半径である。分割半径を境として無
収差となるためのディスク基板厚が異なり、外側ではD
VDに合わせて0.6mm、内側では最適化によってこ
れが0.6mmと1.2mmの間となる。したがってそ
れにともなって球面収差の収差係数W60、W40が添
字1、2をつけて異なるように表示されている。また焦
点ずれW201、W202は分割の内外でRMS波面収
差を最小にするように球面収差量から決まり、定数項W
001、W002は分割の内外で波面収差の平均値が同
じなるようにして決まり、全体のRMS波面収差を最適
化する。W201とW202、W001とW002の差
はレンズ内外の対応基板厚差で決まり、W202、W0
02を与えられた位相シフタの条件下でRMSを最小と
する条件から、数式処理ソフトで解析的に求めることで
W201とW001も求めた。さらに与えられた内側対
応基板厚、分割半径R2について、R1、R3、R4、
位相差を数値的に変えてηを最大とする条件を求めた。
その結果を図7に示す。ここで横軸は分割レンズの分割
半径、縦軸はηであり、中心部基板厚を変えて最適条件
での計算結果をプロットしている。またグラフ中にCD
の無収差と、ストレール強度0.8相当の下限レベル、
上記の最適位相シフタ、固定位相シフタを波線で示して
いる。これらは分割レンズを用いていないのでこのグラ
フ上にはポイントではプロットできない。一方、このと
きDVD再生で生じるRMS波面収差を図8に示した。
図7と図8を見比べるとわかるように中心部基板厚を
1.2mmに近づければ近づけるほどCDの性能は上が
り、DVDの収差は増大する。したがってこれらのポイ
ントの内、どこを最適点として採用するかは、システム
のいろいろなマージンの配分によって判断が分かれる。
しかし例えば中心基板厚0.76mm、分割の境界のN
A0.45のときの、CD性能η=0.526(CDス
トレール強度換算0.94)、DVDのRMS波面収差
0.0299λ程度であればほぼ許容できるのではない
かと考えられる。このとき位相シフタがない場合には、
DVDのRMS波面収差は0.031λであり、CDに
ついてはη=0.414であった。したがってCD、D
VDともに位相シフタによって収差が低減していること
がわかる。またこのポイントではCD性能の最大値と、
DVD収差の最小値が一致している。このとき輪帯位相
シフタの位相差は0.2985λ(λ=780nm)、
内径はNA0.2145であり、外径はNA0.45で
分割の境界のNAと一致していた。Can be expressed as follows. Here, R1 is the inner diameter of the annular phase shifter, R2 is the division radius, R3 is the outer diameter of the annular phase shifter, and R4 is the limiting aperture radius. The thickness of the disk substrate for achieving aberration-free at the division radius is different, and D
This is between 0.6 mm and 1.2 mm due to optimization, 0.6 mm for VD and inside. Accordingly, the aberration coefficients W60 and W40 of the spherical aberration are displayed differently with the suffixes 1 and 2 accordingly. The defocuses W201 and W202 are determined from the amount of spherical aberration so as to minimize the RMS wavefront aberration inside and outside the division, and the constant term W
001 and W002 are determined such that the average values of the wavefront aberrations inside and outside the division are the same, and the entire RMS wavefront aberration is optimized. The difference between W201 and W202 and between W001 and W002 is determined by the difference in the thickness of the corresponding substrate inside and outside the lens.
W201 and W001 were also obtained by analytically obtaining the RMS under the condition of the given phase shifter under the condition of the given phase shifter using mathematical processing software. Further, for the given inner corresponding substrate thickness and given division radius R2, R1, R3, R4,
The condition for maximizing η was obtained by numerically changing the phase difference.
FIG. 7 shows the result. Here, the horizontal axis is the division radius of the division lens, and the vertical axis is η, and the calculation results under the optimum conditions are plotted while changing the central substrate thickness. Also the CD in the graph
And the lower limit level equivalent to a Strehl strength of 0.8,
The above-mentioned optimal phase shifter and fixed phase shifter are indicated by broken lines. Since these do not use a split lens, they cannot be plotted on this graph as points. On the other hand, FIG. 8 shows the RMS wavefront aberration generated in DVD reproduction at this time.
As can be seen by comparing FIGS. 7 and 8, the closer the central substrate thickness is to 1.2 mm, the higher the performance of the CD and the greater the aberration of the DVD. Therefore, which of these points is to be adopted as the optimum point depends on the distribution of various margins of the system.
However, for example, the center substrate thickness is 0.76 mm,
At A0.45, CD performance η = 0.526 (CD Strehl intensity conversion of 0.94) and RMS wavefront aberration of DVD of about 0.0299λ are considered to be almost acceptable. At this time, if there is no phase shifter,
The RMS wavefront aberration of DVD was 0.031λ, and that of CD was η = 0.414. Therefore CD, D
It can be seen that the aberration is reduced by the phase shifter for both VD. Also at this point, the maximum value of CD performance,
The minimum values of the DVD aberration coincide. At this time, the phase difference of the annular phase shifter is 0.2985λ (λ = 780 nm),
The inner diameter was 0.2145 NA, and the outer diameter was 0.45 NA, which coincided with the NA at the division boundary.
【0042】図9に逆輪帯位相マスク作りつけの分割レ
ンズ模式図を示す。逆輪帯マスクがレンズに作りつけで
あるため、輪帯位相マスクの領域が凹んでいる。このと
きディスク側の比較的曲率がゆるやかな面にも分割レン
ズによる段差を示しているが、これは設計上、像側のみ
にすることも可能である。FIG. 9 is a schematic diagram of a split lens provided with an inverted orbicular zone phase mask. Since the inverted annular mask is built into the lens, the zone of the annular phase mask is recessed. At this time, the step due to the split lens is also shown on the surface of the disk having a relatively gentle curvature, but it is also possible to design this only on the image side.
【0043】図10にCD再生波長のずれによるCD再
生スポット性能ηの値を示す。横軸の範囲は±20nm
あるが、実際上、温度変化などでずれる波長範囲は±1
0nm程度と考えられる。この範囲だとη=0.53か
ら波長ずれー10nmでη=0.52程度の劣化であ
り、NA0.45でのストレール強度換算で0.93か
ら0.92程度の変化で、ほとんど影響はない。図中に
は先に述べた最適輪帯位相シフタ、固定輪帯位相シフタ
についても合わせて表示している。FIG. 10 shows the value of the CD reproduction spot performance η due to the shift of the CD reproduction wavelength. The range of the horizontal axis is ± 20 nm
Actually, the wavelength range that shifts due to temperature change is ± 1
It is considered to be about 0 nm. Within this range, the degradation is about η = 0.52 at a wavelength shift of −10 nm from η = 0.53, and the change is about 0.93 to 0.92 when converted to a Strehl intensity at NA of 0.45. Absent. In the figure, the optimum annular phase shifter and the fixed annular phase shifter described above are also shown.
【0044】図11は波長650nmでのDVD再生時
の波長ずれに対するRMS波面収差であり、分割レンズ
と最適位相シフタを組み合わせた場合、収差は0.03
0λから、波長ずれー10nmで0.036λまで増加
している。これも十分、許容範囲内と考えられる。また
図中には先に述べた最適輪帯位相シフタ、固定輪帯位相
シフタについても合わせて表示している。固定位相シフ
タについてはDVDでは収差が発生しないような位相差
が選ばれているので、波長ずれ0で収差は0となってい
る。最適位相シフタのみについては位相差がDVDで収
差を生じない位相差からずれているため、その位相差に
なる波長ずれ量に向けて線形に波面収差が変化してい
る。FIG. 11 shows the RMS wavefront aberration with respect to the wavelength shift at the time of DVD reproduction at the wavelength of 650 nm. When the split lens and the optimal phase shifter are combined, the aberration is 0.03.
It increases from 0λ to 0.036λ at a wavelength shift of −10 nm. This is also considered sufficiently within the allowable range. In the figure, the optimum annular phase shifter and the fixed annular phase shifter described above are also shown. For the fixed phase shifter, a phase difference is selected so that no aberration occurs in the DVD. Therefore, the aberration is 0 at a wavelength shift of 0. The phase difference of only the optimal phase shifter deviates from the phase difference that causes no aberration in the DVD, so that the wavefront aberration linearly changes toward the wavelength shift amount that becomes the phase difference.
【0045】図12は波長780nmによるCD再生時
の波面収差形状を示している。それぞれ制限開口のNA
範囲で焦点ずれを最適化し、横軸はNA0.6の全開口
にわたる瞳の半径座標で示しているため、周辺部は収差
が非常に大きくなっている。またそのとき縦軸は±0.
5λの範囲内に折り畳んで表示しているため、周辺部は
急激に振動しているように見えている。これらは制限開
口のみで最適化した場合に比べてより広いNAで収差が
抑えられている。また制限開口NAの範囲の外側の波面
の立ち上がりも急峻となっており、収差の大きいことに
よる制限開口の効果もより顕著となることが期待され
る。FIG. 12 shows the wavefront aberration shape at the time of CD reproduction at a wavelength of 780 nm. NA of each limiting aperture
Since the defocus is optimized in the range, and the horizontal axis is indicated by the radial coordinates of the pupil over the entire aperture of NA 0.6, the peripheral portion has a very large aberration. In this case, the vertical axis is ± 0.
Since the image is folded and displayed within the range of 5λ, the periphery appears to vibrate sharply. In these, the aberration is suppressed at a wider NA than in the case where optimization is performed only with the limiting aperture. In addition, the rise of the wavefront outside the range of the limiting aperture NA is also steep, and it is expected that the effect of the limiting aperture due to the large aberration will be more remarkable.
【0046】図13は波長650nmによるDVD再生
時の波面収差である。図12での制限開口のみの場合
と、固定位相シフタのみの場合には波面収差は完全に0
となるので、ここでは分割レンズと最適位相シフタを組
み合わせた場合と、最適位相シフタのみの場合を表示し
ている。収差のまったく発生しない最外周部分でも収差
が0となっていないことから、全体に若干焦点ずれを生
じさせていることがわかる。これは位相シフタで発生し
た位相差を収差と考えた場合に、若干焦点ずれさせた方
が全体のRMS波面収差が小さくなるためである。いず
れにせよグラフ縦軸の値はかなり小さく、波面形状の特
異さは実際上影響を及ぼさない程度のRMS波面収差に
抑えられている。FIG. 13 shows wavefront aberrations during DVD reproduction at a wavelength of 650 nm. The wavefront aberration is completely zero when only the limiting aperture in FIG. 12 is used and when only the fixed phase shifter is used.
Therefore, here, the case where the split lens and the optimum phase shifter are combined and the case where only the optimum phase shifter is used are displayed. Since the aberration is not zero even at the outermost peripheral portion where no aberration occurs, it is understood that a slight defocus is caused as a whole. This is because, when the phase difference generated by the phase shifter is considered as an aberration, slightly defocusing reduces the entire RMS wavefront aberration. In any case, the value on the vertical axis of the graph is considerably small, and the peculiarity of the wavefront shape is suppressed to the RMS wavefront aberration that does not substantially affect the wavefront shape.
【0047】図14にスポット形状の計算結果を示す。
グラフの横軸はスポットのピーク強度に対してexp
(ー2)倍の強度のスポットの全幅、縦軸はサイドロー
ブの強度を中心強度で規格化した値である。したがって
スポット、サイドローブ共に小さい方が望ましいので、
プロット点がグラフの左下に近いほど分解能が高いスポ
ットであるということができる。ここで対物レンズの瞳
の強度分布としては対称なガウス分布を仮定し、瞳にお
けるガウス分布の中心の強度に対してexp(ー2)倍
の強度の範囲の幅に対するレンズ口径の比が0.1、レ
ンズの中心部分の強度に対する周辺部分の強度が0.9
8となる場合の計算結果である。図中白抜きの丸印が無
収差のCDであり、これに近いほどCDと同レベルの再
生性能が期待できる。黒い四角は通常のDVDレンズに
制限開口のみを用いた場合であり、実際に制限開口を挿
入した場合、その焦点位置でそのまま制限開口をとりは
らった場合、制限開口をとりはらってスポット中心強度
が最大となるように焦点位置をずらした場合の3つのプ
ロット点がある。この場合はいずれも無収差CDよりも
スポット分解能が劣っている。黒い三角印は最適輪帯位
相シフタのみを挿入した場合であり、同様にして3つの
プロット点がある。制限開口のみに比べてスポット径は
かなり改善しているが、制限開口がないとサイドローブ
がかなり大きくなっている。白抜きの四角は分割レンズ
と最適輪帯位相シフタを組み合わせた場合である。同様
にして3つのプロット点があるが、この3つがかなり接
近していることがわかる。つまりこの場合には制限開口
はあってもなくてもほとんど変わらず、仮想的な制限開
口の範囲外の光の収差が急峻に増大しているためスポッ
ト形成には実質的に影響を与えていないことがわかる。
この場合光スポットはCD無収差に比べてスポット径が
やや小さく、サイドローブが若干大きめとなっている。
これでスポット性能の評価指標であったηの値がCDと
ほぼ同等から若干劣る程度であったのは、おそらく、サ
イドローブを低減しきれていない影響をスポット径を小
さくして相殺している状況となっているのではないかと
推測される。一方DVDを再生する場合のスポットの計
算結果を白抜きの三角とひし形でグラフの左下にプロッ
トしている。ひし形がDVDを無収差で再生するスポッ
ト、三角が最適分割レンズと最適位相シフタを組み合わ
せた場合である。DVDについてはほとんど同じスポッ
ト形状となっている。FIG. 14 shows the calculation results of the spot shape.
The horizontal axis of the graph indicates exponential versus peak intensity of the spot.
The full width of the spot of (-2) times the intensity, the vertical axis is the value obtained by normalizing the intensity of the side lobe with the central intensity. Therefore, it is desirable that both the spot and side lobe are small,
It can be said that the closer the plot point is to the lower left of the graph, the higher the resolution of the spot. Here, a symmetrical Gaussian distribution is assumed as the intensity distribution of the pupil of the objective lens, and the ratio of the lens aperture to the width of an intensity range of exp (-2) times the intensity of the center of the Gaussian distribution in the pupil is 0. 1. The intensity of the peripheral portion with respect to the intensity of the central portion of the lens is 0.9.
It is a calculation result when it is 8. The white circles in the figure are CDs having no aberration, and the closer to this, the same level of reproduction performance as CDs can be expected. The black square indicates the case where only the limiting aperture is used for a normal DVD lens. When the limiting aperture is actually inserted, when the limiting aperture is taken directly at the focal position, when the limiting aperture is taken, the spot center intensity is reduced. There are three plot points when the focal position is shifted so as to be the maximum. In each case, the spot resolution is inferior to that of the aberration-free CD. The black triangles indicate the case where only the optimum annular phase shifter is inserted, and there are three plot points in the same manner. Although the spot diameter is considerably improved as compared with the limiting aperture alone, the side lobe is considerably larger without the limiting aperture. The white squares represent the case where the split lens and the optimum annular zone phase shifter are combined. Similarly, there are three plot points, and it can be seen that these three points are quite close. In other words, in this case, there is almost no change whether or not there is a limiting aperture, and the aberration of light outside the range of the virtual limiting aperture sharply increases, so that spot formation is not substantially affected. You can see that.
In this case, the light spot has a slightly smaller spot diameter and a slightly larger side lobe than the CD no aberration.
The reason why the value of η, which is an evaluation index of spot performance, was almost equal to or slightly inferior to that of CD probably offset the effect of not reducing the side lobe by reducing the spot diameter. It is presumed that the situation has been reached. On the other hand, the calculation result of the spot when reproducing a DVD is plotted in the lower left of the graph by a white triangle and a diamond. The diamonds represent spots for reproducing a DVD with no aberration, and the triangles represent the case where the optimum division lens and the optimum phase shifter are combined. DVDs have almost the same spot shape.
【0048】図15に光ヘッドの実施例を示す。半導体
レーザ4からの光をコリメートレンズ5により平行光と
してビーム成形プリズム61、62により楕円ビームを
円形ビームとする。ビーム成形プリズムは光学系の効率
が十分高いか、ディスクのトラックピッチがディスク上
の光スポットの主ローブと第1暗線の間隔より広い場合
に、取り除いた方が部品点数、隣接トラッククロストー
ク低減のために有利となる場合もある。さらにこの光は
ビームスプリッタ71を透過し、さらに立ち上げミラー
8により反射され、2次元アクチュエータ9に搭載され
た本発明による対物レンズ3により光ディスク上に集光
される。光ディスクはCDでもDVDでもよい。2次元
アクチュエータ9はトラッキング誤差信号により、ディ
スク半径方向に可動し、光スポットをトラック上に位置
決めし、焦点誤差信号により光軸方向に可動し、焦点位
置をディスク上に位置決めする。反射光は再び、対物レ
ンズ3、立ち上げミラー8を経由して、ビームスプリッ
タ71を反射し、検出光学系に導かれる。ビームスプリ
ッタ72を透過した光は集光レンズ111により集光光
束とされ、ビームスプリッタ73に入射する。ここでは
透過光はシリンドリカルレンズ12を透過し、4分割光
検出器13に入射する。この分割検出器の対角成分の和
信号どうしの差動信号を差動増幅器141により出力
し、焦点ずれ信号とする。一方ビームスプリッタ73で
反射した光は2分割光検出器15に入射し、それぞれの
出力の差動信号を差動増幅器142により出力すること
により、トラッキング誤差信号を得る。またビームスプ
リッタ72を反射した光は集光レンズ112により光検
出器16に集光され光電変換された信号は、アンプ17
で増幅され再生信号を得る。再生信号はサーボ信号検出
用のディテクタの出力の和信号から検出しても差し支え
ない。この場合、信号帯域まで検出した信号をローパス
フィルタなどで帯域制限してサーボ信号を検出すればよ
い。サーボ検出光学系は一例であり、他の方式を用いる
ことも可能である。FIG. 15 shows an embodiment of the optical head. The light from the semiconductor laser 4 is converted into parallel light by the collimator lens 5 and the elliptical beam is converted into a circular beam by the beam forming prisms 61 and 62. If the efficiency of the optical system is sufficiently high or the track pitch of the disk is wider than the distance between the main lobe of the light spot on the disk and the first dark line, removing the beam shaping prism can reduce the number of parts and reduce adjacent track crosstalk. In some cases, it may be advantageous. Further, this light passes through the beam splitter 71, is further reflected by the rising mirror 8, and is focused on the optical disk by the objective lens 3 according to the present invention mounted on the two-dimensional actuator 9. The optical disk may be a CD or a DVD. The two-dimensional actuator 9 moves in the disk radial direction according to the tracking error signal, positions the light spot on the track, moves in the optical axis direction according to the focus error signal, and positions the focus position on the disk. The reflected light is reflected by the beam splitter 71 again via the objective lens 3 and the rising mirror 8, and is guided to the detection optical system. The light transmitted through the beam splitter 72 is condensed by the condensing lens 111 and is incident on the beam splitter 73. Here, the transmitted light passes through the cylindrical lens 12 and enters the four-divided photodetector 13. The differential signal between the sum signals of the diagonal components of the split detector is output by the differential amplifier 141 to be a defocus signal. On the other hand, the light reflected by the beam splitter 73 is incident on the split photodetector 15, and the differential signal of each output is output by the differential amplifier 142 to obtain a tracking error signal. The light reflected by the beam splitter 72 is condensed on the photodetector 16 by the condensing lens 112 and the signal subjected to the photoelectric conversion is converted to an amplifier 17.
And a reproduced signal is obtained. The reproduction signal may be detected from the sum signal of the outputs of the servo signal detection detector. In this case, the signal detected up to the signal band may be band-limited by a low-pass filter or the like to detect the servo signal. The servo detection optical system is an example, and other methods can be used.
【0049】以上では輪帯位相シフタは対物レンズに作
りつけられている実施例を説明してきたが、図16はD
VD専用の対物レンズ18と、独立した輪帯位相シフタ
19をハイブリッドに一体化して2次元アクチュエータ
に搭載した実施例である。ここでは図15の立ち上げミ
ラーからディスクまでの光学系に相当する部分だけを置
き換えることを想定し、その部分だけを示した。Although the embodiment in which the annular phase shifter is built in the objective lens has been described above, FIG.
This is an embodiment in which an objective lens 18 dedicated to VD and an independent annular phase shifter 19 are integrated into a hybrid and mounted on a two-dimensional actuator. Here, it is assumed that only a portion corresponding to the optical system from the rising mirror to the disk in FIG. 15 is replaced, and only that portion is shown.
【0050】[0050]
【発明の効果】輪帯位相シフタ、またはそれとレンズ内
外で無収差となる基板厚が異なる対物レンズを最適に組
み合わせることにより、波長650nmのレーザ光で基
板厚0.6mmのDVDを、波長780nmのレーザ光
で基板厚1.2mmのCDを、制限開口を必要とするこ
となく1つのレンズで再生することが可能となり、小型
で安価な光ヘッドを提供できる。By optimally combining an annular phase shifter or an objective lens having an aberration-free substrate thickness inside and outside the lens, a DVD having a substrate thickness of 0.6 mm can be converted to a laser beam having a wavelength of 650 nm by a laser beam having a wavelength of 650 nm. A CD having a substrate thickness of 1.2 mm can be reproduced by a single lens with a laser beam without requiring a limiting aperture, and a small and inexpensive optical head can be provided.
【図1】本発明による対物レンズの基本的なイメージ
図。FIG. 1 is a basic image diagram of an objective lens according to the present invention.
【図2】球面収差波面形状。FIG. 2 shows a spherical aberration wavefront shape.
【図3】輪帯位相シフタによる波面収差形状。FIG. 3 is a wavefront aberration shape obtained by an annular phase shifter.
【図4】逆輪帯位相シフタによる波面収差形状。FIG. 4 is a wavefront aberration shape by an inverted orbicular zone phase shifter.
【図5】DVDに影響のない条件でのCDの位相シフト
量。FIG. 5 shows a phase shift amount of a CD under a condition that does not affect a DVD.
【図6】光線追跡に用いたDVDレンズ仕様。FIG. 6 shows a DVD lens specification used for ray tracing.
【図7】分割レンズと位相シフタを組み合わせた場合の
CD再生スポット性能。FIG. 7 is a CD reproduction spot performance when a split lens and a phase shifter are combined.
【図8】DVD再生で生じるRMS波面収差。FIG. 8 shows RMS wavefront aberration generated in DVD reproduction.
【図9】最適逆輪帯位相シフタ作りつけの分割レンズ形
状模式図。FIG. 9 is a schematic view of the shape of a divided lens in which an optimum inverted annular phase shifter is built.
【図10】CD再生波長のずれによるCD再生スポット
性能の変化。FIG. 10 shows a change in CD reproduction spot performance due to a shift in CD reproduction wavelength.
【図11】DVD再生時の波長ずれに対するRMS波面
収差。FIG. 11 shows RMS wavefront aberration with respect to a wavelength shift during DVD reproduction.
【図12】CD再生時の波面収差形状。FIG. 12 is a wavefront aberration shape during CD reproduction.
【図13】DVD再生時の波面収差形状。FIG. 13 is a wavefront aberration profile during DVD reproduction.
【図14】スポット形状の計算結果。FIG. 14 is a calculation result of a spot shape.
【図15】光ヘッドの実施例。FIG. 15 is an embodiment of an optical head.
【図16】対物レンズと輪帯位相シフタがハイブリッド
に一体化された実施例。FIG. 16 shows an embodiment in which the objective lens and the annular phase shifter are integrated in a hybrid.
1‥‥輪帯位相シフタつき対物レンズ、101‥‥輪帯
位相シフト領域、2‥‥球面収差波面、102‥‥逆輪
帯位相シフト領域、3‥‥逆輪帯位相シフタ一体型分割
レンズ、4‥‥半導体レーザ、5‥‥コリメートレン
ズ、61、62‥‥ビーム成形プリズム、71、72、
73‥‥ビームスプリッタ、8‥‥立ち上げミラー、9
‥‥2次元アクチュエータ、10‥‥光ディスク、11
1、112‥‥集光レンズ、12‥‥シリンドリカルレ
ンズ、13‥‥4分割ディテクタ、141、142‥‥
差動アンプ、15‥‥2分割ディテクタ、16‥‥ディ
テクタ、17‥‥アンプ、18‥‥DVD用対物レン
ズ、19‥‥輪帯位相シフタ。1} objective lens with an annular phase shifter, 101 ° annular phase shift area, 2 ° spherical aberration wavefront, 102 ° inverted annular phase shift area, 3 ′ inverted annular phase shifter integrated split lens, 4 ‥‥ semiconductor laser, 5 ‥‥ collimating lens, 61, 62 ‥‥ beam shaping prism, 71, 72,
73 ‥‥ beam splitter, 8 ‥‥ rising mirror, 9
{2D actuator, 10} Optical disk, 11
1, 112 condensing lens, 12 cylindrical lens, 13 quadrant detector, 141, 142
Differential amplifier, 15 ‥‥ split detector, 16 ‥‥ detector, 17 ‥‥ amplifier, 18 ‥‥ DVD objective lens, 19 対 物 ring phase shifter.
Claims (6)
において異なる厚さの基板ごしに集光する対物レンズで
あって、それぞれの波長の集光スポットの収差をともに
低減させる輪帯状の位相シフタを該対物レンズと一体と
して付加したことを特徴とする対物レンズ。An objective lens for converging laser light of two wavelengths at different wavelengths through substrates having different thicknesses, wherein the objective lens has an annular shape for reducing both aberrations of converging spots of respective wavelengths. An objective lens, wherein a phase shifter is added integrally with the objective lens.
において異なる厚さの基板ごしに集光する対物レンズで
あって、一方の波長の集光スポットの収差を少なくとも
変化させずに、他の一方の波長の集光スポットの収差を
低減させる輪帯状の位相シフタを該対物レンズと一体と
して付加したことを特徴とする対物レンズ。2. An objective lens for converging laser light of two wavelengths on substrates having different thicknesses at respective wavelengths, without changing at least aberration of a condensed spot of one wavelength. An objective lens, wherein an annular phase shifter for reducing aberration of a condensed spot of another wavelength is added integrally with the objective lens.
において異なる厚さの基板ごしに集光する対物レンズで
あって、該対物レンズの内側と外側で収差なく集光する
ための基板厚さが異なるレンズに、それぞれの波長の集
光スポットの収差をともに低減させる輪帯状の位相シフ
タを該レンズと一体として付加したことを特徴とする対
物レンズ。3. An objective lens for converging laser light of two wavelengths at different wavelengths through substrates having different thicknesses, wherein the objective lens condenses the laser light inside and outside the objective lens without aberration. An objective lens characterized in that an annular phase shifter for reducing aberrations of condensed spots of respective wavelengths is added to lenses having different thicknesses integrally with the lenses.
それぞれの波長の光を異なる基板厚さの光ディスクに集
光する請求項1または2または3に記載の対物レンズ
と、光ディスクからの反射光を該半導体レーザから該光
ディスクまでの光路から分岐させる分岐手段と、該分岐
手段によって分岐された反射光から集光スポット位置制
御信号と再生信号を検出するための検出手段から少なく
とも構成される光ヘッド。4. The objective lens according to claim 1, wherein the two semiconductor lasers having different wavelengths, and the light having the respective wavelengths are focused on optical disks having different substrate thicknesses, and reflected light from the optical disk. An optical head comprising at least a branching means for branching from a light path from the semiconductor laser to the optical disk, and a detecting means for detecting a focused spot position control signal and a reproduction signal from the reflected light branched by the branching means. .
それぞれの波長の光を異なる基板厚さの光ディスクに集
光する対物レンズと、それぞれの波長の集光スポットの
収差をともに低減させる輪帯状の位相シフタと、光ディ
スクからの反射光を該半導体レーザから該光ディスクま
での光路から分岐させる分岐手段と、該分岐手段によっ
て分岐された反射光から集光スポット位置制御信号と再
生信号を検出するための検出手段から少なくとも構成さ
れる光ヘッド。5. An optical system comprising: two semiconductor lasers having different wavelengths; an objective lens for condensing light of each wavelength on an optical disk having a different substrate thickness; and an annular shape for reducing both aberrations of condensed spots of each wavelength. Phase shifter, branching means for branching the reflected light from the optical disk from the optical path from the semiconductor laser to the optical disk, and detecting the focused spot position control signal and the reproduction signal from the reflected light branched by the branching means. An optical head comprising at least the detecting means.
それぞれの波長の光を異なる基板厚さの光ディスクに集
光する内側と外側で収差なく集光するための基板厚さが
異なる対物レンズと、それぞれの波長の集光スポットの
収差をともに低減させる輪帯状の位相シフタと、光ディ
スクからの反射光を該半導体レーザから該光ディスクま
での光路から分岐させる分岐手段と、該分岐手段によっ
て分岐された反射光から集光スポット位置制御信号と再
生信号を検出するための検出手段から少なくとも構成さ
れる光ヘッド。6. An optical system comprising: two semiconductor lasers having different wavelengths; and an objective lens having different substrate thicknesses for condensing light of the respective wavelengths on an optical disk having different substrate thicknesses without aberration between inside and outside. A ring-shaped phase shifter for reducing the aberrations of the condensed spots of the respective wavelengths, a branching unit for branching the reflected light from the optical disk from the optical path from the semiconductor laser to the optical disk, and a branching unit for branching the light. An optical head comprising at least detecting means for detecting a condensed spot position control signal and a reproduction signal from reflected light.
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