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JP4903484B2 - Optical pickup and optical information processing apparatus - Google Patents

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JP4903484B2
JP4903484B2 JP2006121995A JP2006121995A JP4903484B2 JP 4903484 B2 JP4903484 B2 JP 4903484B2 JP 2006121995 A JP2006121995 A JP 2006121995A JP 2006121995 A JP2006121995 A JP 2006121995A JP 4903484 B2 JP4903484 B2 JP 4903484B2
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Description

本発明は、光情報処理装置に用いられる光ピックアップに係り、特に、光源の波長または光記録媒体の透明基板厚が異なることで、記録密度が異なる複数種類の光記録媒体に対して情報を記録,再生する際に、互換性を有する光ピックアップおよび光情報処理装置に関するものである。   The present invention relates to an optical pickup used in an optical information processing apparatus, and in particular, records information on a plurality of types of optical recording media having different recording densities due to different wavelengths of light sources or transparent substrate thicknesses of optical recording media. , And an optical information processing apparatus having compatibility when reproducing.

映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量0.65GBのCD、記録容量4.7GBのDVDなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。   As means for storing video information, audio information, or data on a computer, optical recording media such as a CD with a recording capacity of 0.65 GB and a DVD with a recording capacity of 4.7 GB are becoming widespread. In recent years, there has been an increasing demand for further improvement in recording density and increase in capacity.

このような光記録媒体の記録密度を向上させる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは読み出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数(以下、NAという)を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットを小径化することが有効である。   As means for improving the recording density of such an optical recording medium, in an optical pickup for writing or reading information on the optical recording medium, the numerical aperture (hereinafter referred to as NA) of an objective lens is increased, or a light source It is effective to reduce the diameter of the beam spot that is collected by the objective lens and formed on the optical recording medium by shortening the wavelength of the light beam.

そこで、例えば「CD系光記録媒体」では、対物レンズのNAが0.50、光源の波長が780nmとされているのに対して、「CD系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「DVD系光記録媒体」では、対物レンズのNAが0.65、光源の波長が660nmとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上および大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズのNAを0.65よりもさらに大きく、あるいは、光源の波長を660nmよりもさらに短くすることが望まれている。   Therefore, for example, in the “CD optical recording medium”, the NA of the objective lens is 0.50 and the wavelength of the light source is 780 nm, whereas the recording density is higher than that of the “CD optical recording medium”. In the “DVD optical recording medium”, the NA of the objective lens is 0.65 and the wavelength of the light source is 660 nm. As described above, the optical recording medium is desired to further improve the recording density and increase the capacity. For this purpose, the NA of the objective lens is set to be larger than 0.65 or the wavelength of the light source is increased. It is desired to make it shorter than 660 nm.

このような大容量の光記録媒体および光情報処理装置として、特許文献1に記載されているような、2つの規格が提案されている。1つは、青色の波長領域の光源とNA0.85の対物レンズを用いて、22GB相当の容量確保を満足する「Blu-ray Disc」の規格(以下、BDという)である。もう1つは、青色波長は同じであるが、NA0.65の対物レンズを用いて、20GB相当の容量確保を満足する「HD−DVD」の規格(以下、HDという)である。   As such a large-capacity optical recording medium and an optical information processing apparatus, two standards as described in Patent Document 1 have been proposed. One is a “Blu-ray Disc” standard (hereinafter referred to as BD) that uses a blue wavelength region light source and an NA 0.85 objective lens to satisfy 22 GB equivalent capacity. The other is the “HD-DVD” standard (hereinafter referred to as “HD”) that satisfies the same capacity of 20 GB using an objective lens with NA of 0.66, although the blue wavelength is the same.

前者はDVD系に比べ短波長化、高NA化の変更により大容量化を行い、後者は高NA化を行わない代わりに信号処理の工夫により線記録密度の向上を可能とし、ランド・グルーブ記録の採用により大容量化を行っている。   The former increases the capacity by shortening the wavelength and increasing the NA, compared to the DVD system, and the latter allows the linear recording density to be improved by improving signal processing instead of increasing the NA. The capacity has been increased by adopting.

また、BDとHDは、光源の発振波長が405nm程度の青紫色半導体レーザ光源を用いる点で共通しているが、光記録媒体は基板厚さがそれぞれ0.1mm、0.6mmと異なる。   BD and HD are common in that a blue-violet semiconductor laser light source having an oscillation wavelength of about 405 nm is used, but the optical recording media have substrate thicknesses different from 0.1 mm and 0.6 mm, respectively.

BDとHDのような高密度な情報の記録および/または再生を行える光ピックアップであっても、従来から大量に供給されたCD、DVDに対しても情報の記録および/または再生を確保する必要がある。さらに、BD、HDの規格が同時に普及した場合は、BD、HD、DVD、CDの光学系を一体にすることが望ましい。   Even for optical pickups that can record and / or reproduce high-density information such as BD and HD, it is necessary to ensure the recording and / or reproduction of information even for CDs and DVDs that have been supplied in large quantities. There is. Furthermore, when the BD and HD standards are spread simultaneously, it is desirable to integrate the BD, HD, DVD, and CD optical systems.

そして、記録,再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な波長の光源を選択し、この選択した光束に対して適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体の基板厚さの違いによって生じる球面収差を補正することが望ましい。   Then, a light source having an appropriate wavelength is selected according to the type of optical recording medium to be recorded and reproduced, and an appropriate optical process is performed on the selected light flux, and the difference in the substrate thickness of each optical recording medium It is desirable to correct the spherical aberration caused by.

そして、記録,再生すべき光記録媒体の種類に応じて、適切な波長の光源を選択し、この選択した光束に対して適切な光学処理を施し、それぞれの光記録媒体の基板厚さの違いによって生じる球面収差を補正することが望ましい。   Then, a light source having an appropriate wavelength is selected according to the type of optical recording medium to be recorded and reproduced, and an appropriate optical process is performed on the selected light flux, and the difference in the substrate thickness of each optical recording medium It is desirable to correct the spherical aberration caused by.

4つの異なる光記録媒体を1つの光ピックアップを用いて記録あるいは再生するものとしては、2つの対物レンズを用いる手段が提案されている(特許文献2参照)。
特開2005−339718号公報 特開2005−209299号公報
As a method for recording or reproducing four different optical recording media using one optical pickup, a means using two objective lenses has been proposed (see Patent Document 2).
JP 2005-339718 A JP 2005-209299 A

しかしながら、前記の特許文献2の手段では、2つの対物レンズを用いるため、部品点数が多くなり、小型化,低コスト化に適さない。さらに、光記録媒体に応じて、対物レンズを可動させる必要があるため、アクチュエータの機構が複雑となる上、情報へのアクセス時間がかかるという課題が生じる。   However, since the means of Patent Document 2 uses two objective lenses, the number of parts increases, and it is not suitable for downsizing and cost reduction. Furthermore, since it is necessary to move the objective lens in accordance with the optical recording medium, there is a problem that the mechanism of the actuator becomes complicated and it takes time to access information.

4種類の光記録媒体を記録,再生する互換型の光ピックアップにおいて、小型化,低コスト化を実現させるためには、対物レンズを含めて、共通の光学系で達成されることが望ましい。   In a compatible optical pickup that records and reproduces four types of optical recording media, it is desirable to achieve a common optical system including an objective lens in order to reduce the size and cost.

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズで、異なる基板厚さを有する4種類の光記録媒体の記録面に、必要な開口数(NA)で光束を収束する光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することを目的とする。   The present invention is directed to solving the above-mentioned problems of the prior art, and includes four types of optical recordings having different substrate thicknesses with a single objective lens while having a plurality of light sources according to the wavelength used. It is an object of the present invention to provide an optical pickup and an optical information processing apparatus that converge a light beam with a necessary numerical aperture (NA) on a recording surface of a medium.

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載した光ピックアップは、基板厚:0.1mm、開口数:0.85、使用波長:λ1=405nmのBD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ1=405nmのHD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ2=660nmのDVD系光記録媒体、基板厚:1.2mm、開口数:0.45、使用波長:λ3=785nmのCD系光記録媒体に対して、記録、再生、消去のうち1以上を行い得る光ピックアップであって、前記BD系光記録媒体とHD系光記録媒体とに対応した前記波長:λ1を有する第1の光束を出射する第1の光源と、前記DVD系光記録媒体に対応した前記波長:λ2を有する第2の光束を出射する第2の光源と、前記CD系光記録媒体に対応した前記波長:λ3を有する第3の光束を出射する第3の光源と、前記第1〜第3の光束を、前記4種の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、該対物レンズと前記第1〜第3の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、前記対物レンズは、BD系光記録媒体に対して、波長:λ1の光束による収差が最小になるように設計され、前記収差補正手段に、前記第1〜第3の光束が全て、平行光として入射し、該収差補正手段の、光束が通過する光線有効径内に回折面が設けられ、該回折面は、開口数:0.45に相当する中心領域と、開口数:0.45〜0.65に相当する2番目の領域と、開口数:0.65〜0.85に相当する3番目の領域とに同心円状に分割され、前記中心領域および2番目の領域には、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体における基板厚の相違と、使用波長の相違により生じる球面収差を補正し、かつ開口を切り替えるような回折構造が形成され、該回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体の、基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように設定され、前記中心領域には、段数:3段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるような第1の回折構造が形成され、該第1の回折構造の段階状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−2次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−3次回折するように設定され、前記2番目の領域には、段数:3段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるような第2の回折構造が形成され、該第2の回折構造の階段状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−2次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−3次回折光を発生しないように設定され、前記3番目の領域は平坦であることを特徴とし、4種類の光記録媒体に対して、回折面一面で、発生する収差を補正しかつ開口を切り替えることができ、収差補正と開口制限を単一の素子で構成し共用することができる。 In order to achieve the above object, an optical pickup according to claim 1 of the present invention includes a BD optical recording medium having a substrate thickness of 0.1 mm, a numerical aperture of 0.85, and a use wavelength of λ1 = 405 nm. Substrate thickness: 0.6 mm, numerical aperture: 0.65, use wavelength: λ1 = 405 nm HD optical recording medium, substrate thickness: 0.6 mm, numerical aperture: 0.65, use wavelength: λ2 = 660 nm DVD system An optical pickup capable of performing one or more of recording, reproduction, and erasing on a CD optical recording medium having an optical recording medium with a substrate thickness of 1.2 mm, a numerical aperture of 0.45, and a used wavelength of λ3 = 785 nm. A first light source emitting a first light beam having the wavelength: λ1 corresponding to the BD optical recording medium and the wavelength corresponding to the DVD optical recording medium: λ2 A second light beam that emits a second light flux having A light source, a third light source that emits a third light beam having the wavelength: λ3 corresponding to the CD-based optical recording medium, and the first to third light beams for each of the four types of optical recording media. A single objective lens for focusing on the recording surface; and aberration correction means provided between the objective lens and the first to third light sources, wherein the objective lens is connected to a BD optical recording medium. Designed so that the aberration due to the light beam of wavelength: λ1 is minimized, the first to third light beams are all incident on the aberration correction unit as parallel light, and the light beam of the aberration correction unit passes therethrough. A diffractive surface is provided within the effective beam diameter, and the diffractive surface has a central region corresponding to a numerical aperture of 0.45, a second region corresponding to a numerical aperture of 0.45 to 0.65, and a numerical aperture. : Concentrically divided into a third region corresponding to 0.65 to 0.85, the central region and The second area includes diffraction that corrects the spherical aberration caused by the difference in substrate thickness and the difference in wavelength used in HD optical recording media, DVD optical recording media, and CD optical recording media, and switches the aperture. The structure is formed, and the pitch of the diffractive structure is a spherical aberration generated when passing through a substrate of an HD optical recording medium, a DVD optical recording medium, or a CD optical recording medium using a single objective lens. The center region repeats a three-step staircase shape, and each of the repeated staircase shapes has a groove depth in the optical axis direction that decreases outward from the center of the optical axis. A first diffractive structure is formed, and the step-like groove depth of the first diffractive structure is such that the first light flux of wavelength λ1 is transmitted as 0th order light and the second order diffracted light is diffracted The second light flux with wavelength: λ2 is −1st order diffracted The third light flux with wavelength: λ3 is set to be -3rd-order diffracted. In the second region, the number of steps: a three-step staircase shape is repeated, and each repeated staircase shape is outward from the center of the optical axis. A second diffractive structure is formed such that the groove depth in the direction of the optical axis decreases toward the, and the step-like groove depth of the second diffractive structure is such that the first light flux with wavelength: λ1 is zero. The light beam is divided into the light beam that is transmitted as the second-order light and the light beam that is -2nd-order diffracted. The third region is flat, and the four types of optical recording media can correct the generated aberration and switch the aperture on the entire diffractive surface. The aperture limit can be configured and shared by a single element.

また、請求項2に記載した光ピックアップは、基板厚:0.1mm、開口数:0.85、使用波長:λ1=405nmのBD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ1=405nmのHD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ2=660nmのDVD系光記録媒体、基板厚:1.2mm、開口数:0.45、使用波長:λ3=785nmのCD系光記録媒体に対して、記録、再生、消去のうち1以上を行い得る光ピックアップであって、前記BD系光記録媒体とHD系光記録媒体とに対応した前記波長:λ1を有する第1の光束を出射する第1の光源と、前記DVD系光記録媒体に対応した前記波長:λ2を有する第2の光束を出射する第2の光源と、前記CD系光記録媒体に対応した前記波長:λ3を有する第3の光束を出射する第3の光源と、前記第1〜第3の光束を、前記4種の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、該対物レンズと前記第1〜第3の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、前記対物レンズは、BD系光記録媒体に対して、波長:λ1の光束による収差が最小になるように設計され、前記収差補正手段に、前記第1〜第3の光束が全て、平行光として入射し、該収差補正手段の、光束が通過する光線有効径内に回折面が設けられ、該回折面は、開口数:0.45に相当する中心領域と、開口数:0.45〜0.65に相当する2番目の領域と、開口数:0.65〜0.85に相当する3番目の領域とに同心円状に分割され、前記中心領域および2番目の領域には、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体における基板厚の相違と、使用波長の相違により生じる球面収差を補正し、かつ開口を切り替えるような回折構造が形成され、該回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体の、基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように設定され、前記中心領域には、段数:4段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるような第1の回折構造が形成され、該第1の回折構造の段階状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−1次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−2次回折するように設定され、前記2番目の領域には、段数:3段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが高くなるような第2の回折構造が形成され、該第2の回折構造の階段状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−1次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−3次回折光を発生しないように設定され、前記3番目の領域は平坦であることを特徴とし、4種類の光記録媒体に
対して回折面一面で、収差を良好に補正できる
The optical pickup according to claim 2 is a BD optical recording medium having a substrate thickness of 0.1 mm, a numerical aperture of 0.85, a use wavelength of λ1 = 405 nm, a substrate thickness of 0.6 mm, and a numerical aperture of 0. .65, wavelength used: λ1 = 405 nm HD optical recording medium, substrate thickness: 0.6 mm, numerical aperture: 0.65, wavelength used: λ2 = 660 nm DVD optical recording medium, substrate thickness: 1.2 mm, An optical pickup capable of performing one or more of recording, reproduction, and erasing with respect to a CD optical recording medium having a numerical aperture of 0.45 and a use wavelength of λ3 = 785 nm, the BD optical recording medium and the HD system A first light source that emits a first light beam having the wavelength: λ1 corresponding to the optical recording medium, and a second light source that emits a second light beam having the wavelength: λ2 corresponding to the DVD-based optical recording medium. Compatible with CD light source and CD optical recording medium A third light source that emits a third light beam having the wavelength: λ3, and a single objective lens that focuses the first to third light beams on the recording surfaces of the four types of optical recording media. And an aberration correction means provided between the objective lens and the first to third light sources, and the objective lens has a minimum aberration due to a light beam having a wavelength of λ1 with respect to a BD optical recording medium. The first to third light beams are all incident on the aberration correction unit as parallel light, and a diffraction surface is provided within the effective diameter of the light beam through which the light beam passes. The diffractive surface corresponds to a central region corresponding to a numerical aperture: 0.45, a second region corresponding to a numerical aperture: 0.45 to 0.65, and a numerical aperture: 0.65 to 0.85. It is divided concentrically into a third area, and the center area and the second area are divided into HD optical recording media. A diffraction structure is formed that corrects spherical aberration caused by a difference in substrate thickness and a difference in wavelength used in a DVD optical recording medium and a CD optical recording medium, and switches the aperture, and the pitch of the diffraction structure is Using a single objective lens, it is set so as to cancel the spherical aberration that occurs when passing through the substrate of the HD optical recording medium, DVD optical recording medium, and CD optical recording medium. The number of steps: a four-step staircase shape is repeated, and each of the repeated staircase shapes forms a first diffractive structure in which the groove depth in the optical axis direction decreases from the center of the optical axis toward the outside, The step-like groove depth of the diffraction structure 1 is divided into one in which the first light flux having the wavelength: λ1 is transmitted as the 0th-order light and one in which the first-order diffraction is performed, and the second light flux having the wavelength: λ2 is divided. -1st order diffraction, the third light flux with wavelength: λ3 is -2 next time In the second region, the number of steps is repeated: a three-step staircase shape, and each of the repeated staircase shapes has a groove depth in the optical axis direction that increases from the center of the optical axis toward the outside. The step-like groove depth of the second diffractive structure is -1st order diffracted when the first light flux having the wavelength: λ1 is transmitted as 0th order light. The second light flux with wavelength: λ2 is -1st order diffracted, and the third light flux with wavelength: λ3 is set not to generate -3rd order diffracted light, and the third region is flat. The aberration can be satisfactorily corrected with the entire diffractive surface for the four types of optical recording media.

請求項1、2記載の光ピックアップでは、収差補正手段の回折面へ入射する光束が全て平行光束であるが、参考技術として、回折面へ入射する光束が、4種の光記録媒体の少なくとも1つに対して、有限系であるようにすることも考えられ、このようにすること、により回折面の設計自由度を広げることができる In the optical pickup according to claims 1 and 2, all the light beams incident on the diffractive surface of the aberration correcting means are parallel light beams. However, as a reference technique, the light beam incident on the diffractive surface is at least one of four types of optical recording media. On the other hand, it may be possible to use a finite system. By doing so, the degree of freedom in designing the diffraction surface can be expanded .

また、請求項3に記載した光ピックアップは、請求項1または2記載の光ピックアップであって、回折面において分割した領域のうち、中心から3番目の領域に光軸方向の厚さが異なる段差を形成したことによって、回折面一面で、収差を良好に補正し開口を切り替えるができ、かつ波長変動による色収差を補正することができる。
即ち、請求項1、2記載の光ピックアップでは、回折面における中心から3番目の領域は「平坦」であるが、平坦であっても、3番目の領域全体が「単一の平坦面」に限られるわけではなく、請求項3のように「光軸方向の厚さが異なる段差」を有することができるのである
The optical pickup according to claim 3 is the optical pickup according to claim 1 or 2 , wherein, among the regions divided on the diffraction surface, a step having a thickness different in the optical axis direction from a third region from the center. As a result, the aberration can be corrected satisfactorily and the aperture can be switched over the entire diffractive surface, and chromatic aberration due to wavelength fluctuation can be corrected.
That is, in the optical pickup according to claims 1 and 2, the third region from the center on the diffraction surface is “flat”, but even if it is flat, the entire third region is a “single flat surface”. However, the present invention is not limited thereto, and can have a “step difference in thickness in the optical axis direction” as in claim 3 .

また、請求項4に記載した光ピックアップは、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ピックアップであって、収差補正手段と対物レンズが一体に形成され、前記収差補正手段の回折面の回折構造が、前記対物レンズのレンズ面に形成されたことによって、組み付け精度を緩和して、部品点数を減らすことができる。 An optical pickup according to a fourth aspect is the optical pickup according to any one of the first to third aspects, wherein the aberration correction means and the objective lens are integrally formed, and the diffraction surface of the aberration correction means. Is formed on the lens surface of the objective lens , the assembly accuracy can be relaxed and the number of parts can be reduced.

また、上記請求項1〜4に記載された光ピックアップは、回折面を設けた収差補正手段の回折面と反対側の面に波長板を形成することができ、これによって、部品点数を減らすことできる。 In the optical pickup described in the first to fourth aspects, a wave plate can be formed on the surface opposite to the diffractive surface of the aberration correcting means provided with the diffractive surface, thereby reducing the number of components. You can also .

また、参考技術として、回折面を設けた収差補正手段の「回折面と反対側の面」に発散角変換素子を形成することによって、4種類の光記録媒体の少なくとも1種類に対して発散光にして回折面へ入射でき、回折面の設計条件を緩和することも考えられる As a reference technique, a divergent angle conversion element is formed on the “surface opposite to the diffractive surface” of the aberration correcting means provided with the diffractive surface, thereby diverging light for at least one of four types of optical recording media. Thus, it is possible to enter the diffractive surface and relax the design conditions of the diffractive surface .

また、参考技術として、光源から対物レンズの光路中にビームエキスパンダを備えることにより、4種類の光記録媒体に対して少なくとも1種類で発散光にして回折面へ入射できるようにして、回折面の設計条件を緩和することも考えられる Further, as a reference technique, by providing a beam expander in the optical path from the light source to the objective lens, at least one kind of divergent light can be incident on the diffraction surface with respect to four types of optical recording media. It may be possible to relax the design conditions .

また、回折面の回折構造は、樹脂材料より構成することにより、回折面を容易に製造でき、かつ軽量化により対物レンズの可動部の負荷を低減することができる Further, the diffractive structure of the diffractive surface is made of a resin material, whereby the diffractive surface can be easily manufactured, and the load on the movable part of the objective lens can be reduced by reducing the weight .

また、回折面を有する収差補正手段の外形形状を回折面と同心円の円形状とすることにより、環境湿度が変動しても形状の変化のない安定した素子の実現が可能である。Further, by making the outer shape of the aberration correcting means having a diffractive surface a circular shape concentric with the diffractive surface, it is possible to realize a stable element that does not change its shape even when the environmental humidity varies.

また、請求項5に記載した光情報処理装置は、BD系光記録媒体、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体に対して、記録、再生、消去のうち1以上を行う光情報処理装置であって、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とし、4種類の光記録媒体に対して、発生する収差を補正でき、効率低下を抑制できる。 The optical information processing apparatus according to claim 5 is one or more of recording, reproducing, and erasing with respect to a BD optical recording medium, an HD optical recording medium, a DVD optical recording medium, and a CD optical recording medium. An optical information processing apparatus that includes the optical pickup according to any one of claims 1 to 5 , wherein the generated aberration can be corrected for four types of optical recording media, Efficiency reduction can be suppressed.

本発明によれば、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる4種類の光記録媒体の記録面に良好な集光し、安定した記録,再生の動作ができ、小型化,低コスト化,高効率化した高精度な光ピックアップおよび光情報処理装置が実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, while providing a plurality of light sources according to the wavelength used, a single objective lens can condense well on the recording surfaces of four types of optical recording media having different substrate thicknesses and recording densities, and stable recording. Therefore, it is possible to realize a high-precision optical pickup and optical information processing apparatus that can perform a reproduction operation and can be reduced in size, cost, and efficiency.

以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。以下に挙げる実施形態のうちには
、参考技術の実施形態も含まれているが、混同の恐れは無いと思われるので、各実施形態に1連の番号を付して説明する。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Among the embodiments listed below,
Although embodiments of the reference technique are also included, it is considered that there is no possibility of confusion, so each embodiment will be described with a series of numbers.

図1は本発明の実施形態1における光ピックアップの概略構成を示す図である。図1に示すように、単一の対物レンズ106で、異なる光源波長を用いて、4種類の光記録媒体(BD系,HD系,DVD系,CD系)を異なる有効瞳半径で記録または再生を行う互換型の光ピックアップである。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical pickup according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, four types of optical recording media (BD system, HD system, DVD system, CD system) are recorded or reproduced with different effective pupil radii using a single objective lens 106 using different light source wavelengths. Is a compatible optical pickup.

BD系,HD系、DVD系,CD系の光記録媒体107,117,127,137の基板厚は、それぞれ0.1mm,0.6mm,0.6mm,1.2mmであり、それぞれBD、HD、DVD、CDの光記録媒体に対応する。開口数は、それぞれNA0.85,NA0.65,NA0.65,NA0.45であり、また第1,第2,第3の光源の波長λ1,λ2,λ3は、それぞれ405nm,660nm,785nmである。   The substrate thicknesses of the BD, HD, DVD, and CD optical recording media 107, 117, 127, and 137 are 0.1 mm, 0.6 mm, 0.6 mm, and 1.2 mm, respectively. , DVD and CD optical recording media. The numerical apertures are NA0.85, NA0.65, NA0.65, NA0.45, respectively, and the wavelengths λ1, λ2, and λ3 of the first, second, and third light sources are 405 nm, 660 nm, and 785 nm, respectively. is there.

図1に示す光ピックアップは、BD系光記録媒体107,HD系光記録媒体117に対して、半導体レーザ101,コリメートレンズ102,プリズム104,1/4波長板105,対物レンズ106,偏光ビームスプリッタ103,検出レンズ108,受光素子110,収差補正手段501により構成される。第1の光源である半導体レーザ101の中心波長は405nmであり、対物レンズ106の開口数(NA)は0.85である。HD系光記録媒体117に対する対物レンズ106の開口数(NA)は0.65であり、このNAの切り替えは収差補正手段501により制限される。BD系光記録媒体107の基板厚は0.1mm、HD系光記録媒体117の基板厚は0.6mmとする。   The optical pickup shown in FIG. 1 has a semiconductor laser 101, a collimating lens 102, a prism 104, a quarter-wave plate 105, an objective lens 106, a polarizing beam splitter with respect to the BD optical recording medium 107 and the HD optical recording medium 117. 103, a detection lens 108, a light receiving element 110, and an aberration correction unit 501. The center wavelength of the semiconductor laser 101 as the first light source is 405 nm, and the numerical aperture (NA) of the objective lens 106 is 0.85. The numerical aperture (NA) of the objective lens 106 with respect to the HD optical recording medium 117 is 0.65, and switching of the NA is limited by the aberration correction unit 501. The substrate thickness of the BD optical recording medium 107 is 0.1 mm, and the substrate thickness of the HD optical recording medium 117 is 0.6 mm.

半導体レーザ101の出射光は、コリメートレンズ102により略平行光にされる。コリメートレンズ102を通過した光は偏光ビームスプリッタ103に入射し、プリズム104より偏向される。そして、1/4波長板105,収差補正手段501,対物レンズ106を介して集光されることにより、情報の記録,再生がされる。BD系光記録媒体107からの反射光は対物レンズ106,1/4波長板105を通過した後、偏光ビームスプリッタ103により入射光と分離して偏向され、検出レンズ108により受光素子110上に導かれ、再生信号,フォーカス誤差信号,トラック誤差信号が検出される。   The light emitted from the semiconductor laser 101 is made into substantially parallel light by the collimator lens 102. The light that has passed through the collimating lens 102 enters the polarization beam splitter 103 and is deflected by the prism 104. Information is recorded and reproduced by being condensed through the quarter-wave plate 105, the aberration correction means 501, and the objective lens 106. The reflected light from the BD optical recording medium 107 passes through the objective lens 106 and the quarter-wave plate 105, is separated from the incident light by the polarization beam splitter 103, is deflected, and is guided onto the light receiving element 110 by the detection lens 108. Thus, a reproduction signal, a focus error signal, and a track error signal are detected.

また、DVD系光記録媒体127に対して、中心波長が660nmの半導体レーザ130aから出射した光は、発散角変換レンズ132,波長選択性ビームスプリッタ133を経て、プリズム104により偏向される。そして、1/4波長板105,収差補正手段501、対物レンズ106を介して、DVD系光記録媒体127に集光される。このDVD系光記録媒体127の基板厚は0.6mmであり、対物レンズ106のNAは0.65である。NAの切り替えは、収差補正手段501により制限される。DVD系光記録媒体127からの反射光は対物レンズ106,1/4波長板105を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ133により偏向され、ホログラム素子130bにより入射光と分離して受光素子130c上に導かれ、再生信号,フォーカス誤差信号,トラック誤差信号が検出される。   Further, light emitted from the semiconductor laser 130 a having a center wavelength of 660 nm with respect to the DVD optical recording medium 127 is deflected by the prism 104 through the divergence angle conversion lens 132 and the wavelength selective beam splitter 133. Then, the light is condensed on the DVD optical recording medium 127 through the quarter-wave plate 105, the aberration correction unit 501, and the objective lens 106. The substrate thickness of the DVD optical recording medium 127 is 0.6 mm, and the NA of the objective lens 106 is 0.65. The switching of NA is limited by the aberration correction unit 501. The reflected light from the DVD optical recording medium 127 passes through the objective lens 106 and the quarter-wave plate 105, and is then deflected by the wavelength selective beam splitter 133, separated from the incident light by the hologram element 130b, and separated on the light receiving element 130c. Thus, a reproduction signal, a focus error signal, and a track error signal are detected.

さらに、CD系光記録媒体137に対して、中心波長が785nmの半導体レーザ140aから出射した光は、発散角変換レンズ142,波長選択性ビームスプリッタ143を経て、プリズム104により偏向される。そして、1/4波長板105,収差補正手段501,対物レンズ106を介して、CD系光記録媒体137に集光される。このCD系光記録媒体137の基板厚は1.2mmであり、対物レンズのNAは0.45である。NAの切り替えは、収差補正手段501により制限される。CD系光記録媒体137からの反射光は対物レンズ106,1/4波長板105を通過した後、波長選択性ビームスプリッタ143により偏向され、ホログラム素子140bにより入射光と分離して受光素子140c上に導かれ、再生信号,フォーカス誤差信号,トラック誤差信号が検出される。   Further, light emitted from the semiconductor laser 140 a having a central wavelength of 785 nm with respect to the CD optical recording medium 137 is deflected by the prism 104 through the divergence angle conversion lens 142 and the wavelength selective beam splitter 143. Then, the light is condensed on the CD optical recording medium 137 through the quarter-wave plate 105, the aberration correction unit 501, and the objective lens 106. The substrate thickness of the CD optical recording medium 137 is 1.2 mm, and the NA of the objective lens is 0.45. The switching of NA is limited by the aberration correction unit 501. Reflected light from the CD-type optical recording medium 137 passes through the objective lens 106 and the quarter-wave plate 105, and is then deflected by the wavelength selective beam splitter 143, separated from incident light by the hologram element 140b, and separated on the light receiving element 140c. Thus, a reproduction signal, a focus error signal, and a track error signal are detected.

ここで、対物レンズ106は厚さ0.1mmのBD系光記録媒体107を高精度に記録,再生できるように最適に設計されている。設計波長は405nmであり、405nmでは波面収差が0.01λrms以下と十分小さくなるよう設計されている。なお、本実施形態1の対物レンズ106は、厚さ0.1mmのBD系光記録媒体107に最適に設計されているが、これに限定されるものではない。例えば、情報記録面を2層有する2層のBD系光記録媒体では、情報記録面は光の入射側から0.075mm,と0.1mmの位置に有するため、その中間値の厚さ0.0875mmを設計中央値とするように、異なる厚さの基板厚に最適設計されていても良い。   Here, the objective lens 106 is optimally designed so that a BD optical recording medium 107 having a thickness of 0.1 mm can be recorded and reproduced with high accuracy. The design wavelength is 405 nm, and the wavefront aberration is designed to be sufficiently small at 0.01 λrms or less at 405 nm. The objective lens 106 according to the first embodiment is optimally designed for the BD optical recording medium 107 having a thickness of 0.1 mm, but is not limited thereto. For example, in a two-layer BD optical recording medium having two information recording surfaces, the information recording surface is located at positions 0.075 mm and 0.1 mm from the light incident side. It may be optimally designed for different substrate thicknesses so that 0875 mm is the design median value.

本実施形態1における対物レンズ106は両面非球面形状であり、面の頂点を原点とし、光源から光記録媒体へ向かう光軸方向をX軸とした直交座標系において、rを近軸曲率半径、κを円錐形数、A,B,C,D,E,F,G,H,J,・・・を非球面係数とするとき、面の光軸方向の距離xと半径Rの関係より、非球面形状は、(数1)   In the first embodiment, the objective lens 106 has a double-sided aspherical shape, and r is a paraxial radius of curvature in an orthogonal coordinate system in which the vertex of the surface is the origin and the optical axis direction from the light source to the optical recording medium is the X axis. When κ is the number of cones and A, B, C, D, E, F, G, H, J,... are aspherical coefficients, the relationship between the distance x in the optical axis direction of the surface and the radius R The aspherical shape is (Equation 1)

Figure 0004903484
で表される。各面および各領域の面データを(表1)に示す。
Figure 0004903484
It is represented by The surface data of each surface and each region is shown in (Table 1).

Figure 0004903484
ここで、ガラスの硝材は住田光学製のKVC81、対物レンズの有効瞳半径は2.15mmである。なお、対物レンズ106の材料としては、ガラスに限らず、樹脂を用いても良い。
Figure 0004903484
Here, the glass material of glass is KVC81 manufactured by Sumita Optical Co., Ltd., and the effective pupil radius of the objective lens is 2.15 mm. The material of the objective lens 106 is not limited to glass, and a resin may be used.

図2〜図4は収差補正手段501を説明するための図であり、図2,図3は拡大された断面図、図4は各回折面を示す図である。   2 to 4 are diagrams for explaining the aberration correcting means 501, FIGS. 2 and 3 are enlarged sectional views, and FIG. 4 is a view showing each diffraction surface.

収差補正手段501は、HD系光記録媒体117に対して、405nmの半導体レーザ101から出射した光が、対物レンズ106で基板厚の違いにより発生する球面収差と、DVD系光記録媒体127に対して、中心波長が660nmの半導体レーザ130aから出射した光と、CD系光記録媒体137に対して、中心波長が780nmの半導体レーザ140aから出射した光が、基板厚さの違いと、波長の違いにより発生する球面収差を補正するための互換素子である。さらに、収差補正手段501は、それぞれの光記録媒体に対して、対物レンズ106の開口切り替えするための開口制限の機能を有する。   The aberration correction unit 501 has a spherical aberration that occurs when the light emitted from the semiconductor laser 101 with a wavelength of 405 nm is generated by the objective lens 106 due to the difference in the substrate thickness with respect to the HD optical recording medium 117 and the DVD optical recording medium 127. Thus, the light emitted from the semiconductor laser 130a having the center wavelength of 660 nm and the light emitted from the semiconductor laser 140a having the center wavelength of 780 nm with respect to the CD optical recording medium 137 are different in the substrate thickness and in the wavelength. This is a compatible element for correcting the spherical aberration generated by the above. Further, the aberration correction unit 501 has an aperture limiting function for switching the aperture of the objective lens 106 for each optical recording medium.

図2は本実施形態1における収差補正手段501と対物レンズ106の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、収差補正手段501と対物レンズ106は、鏡筒121により同軸で一体化されている。具体的には、円筒状の鏡筒121の一端に、収差補正手段501を固定し、他端に対物レンズ106を固定して、これらを光軸に沿って同軸に一体化した構成となっている。対物レンズ106は、主として鏡筒121の内側に凸の形状をしたレンズ面を有する。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the aberration correction unit 501 and the objective lens 106 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the aberration correction unit 501 and the objective lens 106 are coaxially integrated by a lens barrel 121. Specifically, the aberration correcting means 501 is fixed to one end of the cylindrical barrel 121, the objective lens 106 is fixed to the other end, and these are coaxially integrated along the optical axis. Yes. The objective lens 106 has a lens surface that has a convex shape mainly inside the lens barrel 121.

いま、BD系,HD系,DVD系,CD系光記録媒体107,117,127,137を記録,再生するときに、対物レンズ106はトラッキング制御により、光軸に対して垂直方向に±0.5mm程度の範囲内で移動する。ところが、HD系,DVD系,CD系光記録媒体117,127,137に対しては、収差補正手段501により回折を受けるため、収差補正手段501が移動せずに、対物レンズ106だけが移動すると、収差が発生して集光スポットが劣化してしまう。   Now, when recording and reproducing the BD, HD, DVD, and CD optical recording media 107, 117, 127, and 137, the objective lens 106 is ± 0. Move within a range of about 5 mm. However, since the HD, DVD, and CD optical recording media 117, 127, and 137 are diffracted by the aberration correction unit 501, the aberration correction unit 501 does not move and only the objective lens 106 moves. Aberrations occur and the focused spot deteriorates.

そこで、収差補正手段501と対物レンズ106を一体化させ、トラッキング制御時に一体で移動させることにより、良好な集光スポットを得る構成としている。なお、収差補正手段501または対物レンズ106の少なくとも一方にフランジを設け、このフランジを介して直接一体化する構成にしても良い。また、対物レンズ106と鏡筒121、さらには対物レンズ106,鏡筒121,収差補正手段501すべてが一体化する構成にしても良い。   Therefore, the aberration correcting means 501 and the objective lens 106 are integrated and moved together during tracking control, thereby obtaining a good condensing spot. Note that at least one of the aberration correction unit 501 and the objective lens 106 may be provided with a flange and directly integrated via the flange. Further, the objective lens 106 and the lens barrel 121, and further, the objective lens 106, the lens barrel 121, and the aberration correction unit 501 may be integrated.

本実施形態1では、第1,第2,第3の光束は、いずれも収差補正手段501に平行光で入射する。つまり、発散光や収束光ではないため、各光記録媒体の記録再生時に、トラッキング制御により一体化された対物レンズ106と収差補正手段501が偏芯しても、コマ収差が発生しないという利点がある。なお、発散光や収束光として入射する構成にしても良い。例えば、本実施形態1において、DVD系光記録媒体127に対してのみ発散光を回折面502へ入射させる構成にすると、より精度良く収差を補正することができる。   In the first embodiment, the first, second, and third light beams are all incident on the aberration correction unit 501 as parallel light. That is, since it is not divergent light or convergent light, even when the objective lens 106 and the aberration correction unit 501 integrated by tracking control are decentered during recording / reproduction of each optical recording medium, there is an advantage that coma aberration does not occur. is there. Note that the light may be incident as diverging light or convergent light. For example, in the first embodiment, when the divergent light is incident on the diffraction surface 502 only to the DVD optical recording medium 127, the aberration can be corrected with higher accuracy.

図3に本実施形態1の収差補正手段501の断面図を示す。収差補正手段501は、回折構造が形成されている回折面502を有する。ここでいう回折面とは、垂直断面形状を凹凸形状とした回折構造が形成されている面である。平板面または曲面の一部に回折構造が形成されていれば良く、回折構造が形成されていない領域があってよい。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the aberration correction unit 501 of the first embodiment. The aberration correction unit 501 has a diffractive surface 502 on which a diffractive structure is formed. The diffractive surface as used herein is a surface on which a diffractive structure having an uneven cross-sectional shape is formed. It is only necessary that the diffractive structure is formed on a part of the flat plate surface or the curved surface, and there may be a region where the diffractive structure is not formed.

また、収差補正手段501の材料として樹脂を用いる。樹脂は、ガラスと比べて軽く、かつ成型加工が容易であるため大量生産がしやすい。本実施形態1の収差補正手段501は対物レンズ106の可動部120に搭載され、対物レンズ106と一体駆動するため、軽い方が望ましい。樹脂として例えばPMMA(ポリメチルメタクリレート)を用いる。PMMAは、高い透明性,耐候性を有し、特に射出成形に適合する強みがあるため光学部品に最も広く使用されている樹脂のひとつである。また吸湿が小さい日本ゼオン社製の光学樹脂であるZEONEX(ゼオネックス:登録商標)を用いても良い。さらに、収差補正手段501の材料としては、紫外線硬化樹脂を含むあらゆる光学樹脂、光学ガラスに適応可能である。   Resin is used as the material of the aberration correction means 501. Resin is lighter than glass and easy to mold, so mass production is easy. Since the aberration correction unit 501 of the first embodiment is mounted on the movable portion 120 of the objective lens 106 and is driven integrally with the objective lens 106, it is desirable that the aberration correction unit 501 be light. For example, PMMA (polymethyl methacrylate) is used as the resin. PMMA is one of the most widely used resins for optical parts because it has high transparency and weather resistance, and particularly has strengths suitable for injection molding. Further, ZEONEX (ZEONEX: registered trademark), which is an optical resin manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., which has low moisture absorption may be used. Furthermore, the material of the aberration correction unit 501 can be applied to any optical resin and optical glass including ultraviolet curable resin.

そして、第1の回折面502は、図4に示すように光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された3つの領域、第1の中心領域502a、第2の中心から2番目の領域502b、第3の最外周となる中心から3番目の領域502cを有する。   As shown in FIG. 4, the first diffractive surface 502 has three regions concentrically divided within a range through which the light beam passes, a first central region 502a, and a second region from the second center. 502b has a third region 502c from the center which is the third outermost periphery.

中心領域502aはCD系光記録媒体137に対するNA0.45の領域に相当し、本実施形態1では半径1.25mmと設定する。中心領域502aには、波長405nmの第1の光束はそのまま透過するものと、回折するものとに分かれるように、また波長660nm,785nmの第2,第3の光束は回折するように回折構造が形成されている。HD系,DVD系,CD系光記録媒体117,127,137の基板厚の違いと、波長の違いより生じる球面収差を補正するように回折構造が形成されている。   The center area 502a corresponds to an area of NA 0.45 with respect to the CD optical recording medium 137, and is set to a radius of 1.25 mm in the first embodiment. The central region 502a has a diffractive structure so that the first light beam having a wavelength of 405 nm is transmitted and diffracted as it is, and the second and third light beams having wavelengths of 660 nm and 785 nm are diffracted. Is formed. The diffractive structure is formed so as to correct the spherical aberration caused by the difference in substrate thickness and the difference in wavelength between the HD, DVD, and CD optical recording media 117, 127, and 137.

2番目の領域502bは、CD系光記録媒体137に対するNA0.45の領域からHD系,DVD系光記録媒体117,127に対するNA0.65の領域に相当し、本実施形態1では半径1.25mmから1.715mmに設定する。2番目の領域502bには、波長405nmの第1の光束は、そのまま透過するものと、回折するものとに分かれるように、波長660nmの第2の光束は回折するように、波長785nmの第3の光束はCD系光記録媒体137の記録面に集光しないように回折構造が形成されている。   The second area 502b corresponds to an area of NA 0.65 for the HD and DVD optical recording media 117 and 127 from the area of NA 0.45 for the CD optical recording medium 137. In the first embodiment, the radius is 1.25 mm. To 1.715 mm. In the second region 502b, the third light beam having a wavelength of 785 nm is diffracted so that the second light beam having a wavelength of 660 nm is diffracted so that the first light beam having a wavelength of 405 nm is transmitted as it is and diffracted. Is formed with a diffractive structure so as not to be focused on the recording surface of the CD optical recording medium 137.

3番目の領域502cは、HD系,DVD系光記録媒体117,127に対するNA0.65からBD系光記録媒体107に対するNA0.85の領域に相当し、本実施形態1では半径1.715mmから2.15mmに設定する。3番目の領域502cは回折構造が形成されない平坦部であり、第1,第2,第3の光束をそのまま透過させるため、BD系光記録媒体107に対しては対物レンズ106より集光され、HD系,DVD系,CD系光記録媒体117,127,137に対しては集光されない構造となる。   The third region 502c corresponds to a region from NA 0.65 to HD type and DVD type optical recording media 117 and 127 to NA 0.85 to BD type optical recording medium 107. In the first embodiment, the radius is from 1.715 mm to 2 Set to 15 mm. The third region 502c is a flat portion where a diffractive structure is not formed, and passes through the first, second, and third light beams as they are, so that the BD optical recording medium 107 is condensed by the objective lens 106, The HD, DVD, and CD optical recording media 117, 127, and 137 are not condensed.

したがって、回折面502は、HD系,DVD系,CD系光記録媒体117,127,137に対して、発生する収差を補正し、かつ開口を切り替えるような構成となり、4種類の光記録媒体上で良好なスポットを形成できる。   Accordingly, the diffractive surface 502 is configured to correct the generated aberration and switch the aperture with respect to the HD system, DVD system, and CD system optical recording media 117, 127, and 137. Can form a good spot.

収差補正手段501は、平行光で入射してきた光束を発散方向に回折させることで、収差の補正を行っている。つまり、発散光を対物レンズ106へ入射するときに発生する収差と、基板厚や波長の違いによって発生する収差を逆極性にすることで補正している。発散光を対物レンズ106へ入射させると、対物レンズ106と光記録媒体との距離であるワーキングディスタンスが広がるため、高NAの対物レンズ106で基板厚の厚いものに集光させる際には、都合の良い構成となる。   The aberration correction unit 501 corrects the aberration by diffracting the light beam incident as parallel light in the diverging direction. That is, the correction is made by making the aberration generated when diverging light enters the objective lens 106 and the aberration generated due to the difference in the substrate thickness and wavelength to be opposite in polarity. When diverging light is incident on the objective lens 106, the working distance, which is the distance between the objective lens 106 and the optical recording medium, is widened. Therefore, it is convenient to focus the light on a thick substrate with the high NA objective lens 106. It will be a good configuration.

また、収差補正手段501の中心領域502aの断面は、図3に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、3つの段数を有する。ここで、段数とは、最下段も含めて数えている。輪帯状凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。   Further, the cross section of the central region 502a of the aberration correction means 501 is composed of a plurality of annular concavo-convex portions formed concentrically as shown in FIG. Each ring-shaped uneven portion has a step shape and has three steps. Here, the number of stages is counted including the lowest stage. The pitch of the ring-shaped uneven portions is gradually narrowed from the inside to the outside so that the diffractive structure has a lens effect.

輪帯状凹凸部のピッチは、HD系光記録媒体117に対しては−2次回折光を用い、DVD系光記録媒体127に対しては−1次回折光を用い、CD系光記録媒体137に対しては−3次回折光を用い、それぞれで発生する収差を補正するよう設定される。   The pitch of the ring-shaped concavo-convex portion is such that -second order diffracted light is used for the HD optical recording medium 117, -first order diffracted light is used for the DVD optical recording medium 127, and the CD optical recording medium 137 is used. In this case, the third-order diffracted light is used to correct aberrations generated in each.

ここで、−1次回折光について図5を参照しながら説明する。図5は入射光201aが、4段の階段形状の回折構造を通過する際の波面の様子を示している。入射光201aの波面は、4段の階段形状の回折構造を通過すると、それぞれ階段形状に応じて位相差が生じ、結果として出射光201bのように−1次回折光として回折される。階段形状の各段の高さは0.75λの位相差が付与されるよう設定されている。   Here, the −1st order diffracted light will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the state of the wavefront when the incident light 201a passes through the four-step staircase-shaped diffraction structure. When the wavefront of the incident light 201a passes through the four-step staircase-shaped diffraction structure, a phase difference is generated according to each staircase shape. The height of each step of the staircase shape is set to give a phase difference of 0.75λ.

また、−2次回折光について図6を参照しながら説明する。図6は入射光202aが、4段の階段形状の回折構造を通過する際の波面の様子を示している。入射光202aの波面は、4段の階段形状の回折構造を通過すると、それぞれ階段形状に応じて位相差が生じ、結果として出射光202b、202cのように−2次回折光と、+2次回折光として回折される。このとき階段形状の各段の高さは、0.5λの位相差が付与されるよう設定されている。   Further, the -second order diffracted light will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the state of the wave front when the incident light 202a passes through the four-step stair-shaped diffraction structure. When the wavefront of the incident light 202a passes through the four-step staircase-shaped diffraction structure, a phase difference is generated in accordance with each staircase shape. As a result, as the outgoing light 202b and 202c, -2nd order diffracted light and + 2nd order diffracted light are generated. Diffracted. At this time, the height of each step of the staircase shape is set so as to give a phase difference of 0.5λ.

以上のようにして発生する−2次回折光が対物レンズ106により集光されHD系光記録媒体117に、−1次回折光が対物レンズ106により集光されDVD系光記録媒体127に、−3次回折光がCD系光記録媒体137に良好集光するように、ピッチを設定している。   The -2nd order diffracted light generated as described above is condensed by the objective lens 106 and is collected on the HD optical recording medium 117, and the -1st order diffracted light is collected by the objective lens 106 and is applied on the DVD optical recording medium 127. The pitch is set so that the folded light is well focused on the CD optical recording medium 137.

回折面502の光路差関数は、(数2)   The optical path difference function of the diffractive surface 502 is (Equation 2)

Figure 0004903484
と定義される。
Figure 0004903484
Is defined.

ただし、光軸垂直面の光軸と交わる点を原点とし、光源から光記録媒体へ向かう光軸方向をX軸とした直交座標系において、φは光路差関数、Rは半径(光軸からの距離)、C1,C2,・・・は光路差係数である。中心領域502aの面における光路差係数を(表2)に示す。   However, in an orthogonal coordinate system in which the point intersecting the optical axis of the optical axis vertical plane is the origin and the optical axis direction from the light source toward the optical recording medium is the X axis, φ is the optical path difference function, R is the radius (from the optical axis) Distance), C1, C2,... Are optical path difference coefficients. The optical path difference coefficient on the surface of the central region 502a is shown in (Table 2).

Figure 0004903484
図5,図6を比較すると分かるように、同じピッチであれば、回折光の次数の絶対値が大きいほど、回折する角度が大きい。
Figure 0004903484
As can be seen from a comparison between FIGS. 5 and 6, if the pitch is the same, the greater the absolute value of the order of the diffracted light, the greater the angle of diffraction.

図7(a),(b),(c)にHD系,DVD系,CD系の各光記録媒体における波面を示す。横軸が瞳径、縦軸が位相(λ)である。CD系光記録媒体に対しては、ワーキングディスタンスを0.3mm以上確保した場合の様子を示す図である。球面収差量は、DVD系よりHD系、HD系よりCD系の光記録媒体の方が大きい。これは基板厚さや波長の差が大きいためである。したがって、収差補正量が大きい光記録媒体に対して用いる回折光の次数を大きくし、球面収差発生量が小さい光記録媒体に対して用いる回折光の次数を小さくすると、HD系,DVD系,CD系光記録媒体に対して同時に、収差を補正することが可能となる。つまり、波長λ1,λ2,λ3の光束で用いる回折光の次数を、それぞれN11,N12,N13とするとき、|N12|<|N11|<|N13|の関係が成り立つ必要がある。   FIGS. 7A, 7B, and 7C show wavefronts in HD, DVD, and CD optical recording media. The horizontal axis is the pupil diameter, and the vertical axis is the phase (λ). It is a figure which shows a mode when a working distance is ensured 0.3 mm or more with respect to CD type | system | group optical recording medium. The amount of spherical aberration is larger in the optical recording medium of the HD system than the DVD system and in the CD system of the HD system. This is because the difference in substrate thickness and wavelength is large. Accordingly, when the order of the diffracted light used for the optical recording medium having a large aberration correction amount is increased and the order of the diffracted light used for the optical recording medium having a small spherical aberration generation amount is decreased, the HD system, DVD system, CD Aberrations can be corrected simultaneously for the optical recording medium. That is, when the orders of the diffracted light used in the light beams having wavelengths λ1, λ2, and λ3 are N11, N12, and N13, respectively, the relationship | N12 | <| N11 | <| N13 |

本実施形態1では、N11=−2,N12=−1,N13=−3としている。これは用いる次数が小さいほうが、回折効率が高いためである。前述のような次数を用いると、図8(a),(b),(c)に示すように、波面収差が小さくなり、HD系,DVD系,CD系の各光記録媒体を同時に補正できていることが分かる。   In the first embodiment, N11 = -2, N12 = -1, and N13 = -3. This is because the smaller the order used, the higher the diffraction efficiency. When the order as described above is used, as shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, the wavefront aberration is reduced, and HD, DVD, and CD optical recording media can be corrected simultaneously. I understand that

また、収差補正手段501の2番目の領域502bの断面は、図3に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状の凹凸部からなる。各輪帯状の凹凸部は階段形状であり、3つの段数を有する。輪帯状の凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。   Further, the cross section of the second region 502b of the aberration correction means 501 is composed of a plurality of ring-shaped uneven portions formed concentrically as shown in FIG. Each ring-shaped uneven portion has a staircase shape and has three steps. The pitch of the ring-shaped uneven portions is gradually narrowed from the inside to the outside so that the diffractive structure has a lens effect.

この輪帯状の凹凸部のピッチは、HD系,DVD系光記録媒体に対して、発生する収差を補正するよう設定される。したがって、波長λ1,λ2で用いる回折光の次数を、それぞれN21,N22とするとき、|N22|<|N21|が成り立つよう設定する。本実施形態1ではN21=−2,N22=−1を用いた。   The pitch of the ring-shaped concavo-convex portions is set so as to correct the generated aberration for HD and DVD optical recording media. Therefore, when the orders of the diffracted light used at the wavelengths λ1 and λ2 are N21 and N22, respectively, it is set so that | N22 | <| N21 | In the first embodiment, N21 = -2 and N22 = -1 are used.

この2番目の領域502bの光路差係数は、(表2)に示した中心領域501aと同じである。なお、異なる光路差係数にしても良い。   The optical path difference coefficient of the second region 502b is the same as that of the central region 501a shown in (Table 2). Note that different optical path difference coefficients may be used.

また、2番目の領域502bは、CD系光記録媒体137に対しては開口を制限する機能を有するよう、−3次回折光が発生しない階段状の溝深さが設定されている。本実施形態1の中心領域502aと2番目の領域502bのピッチの最小値は52μm、輪帯数は21である。   The second region 502b has a step-like groove depth at which the -3rd order diffracted light is not generated so as to have a function of restricting the opening of the CD optical recording medium 137. The minimum value of the pitch of the center region 502a and the second region 502b in the first embodiment is 52 μm, and the number of ring zones is 21.

前述の回折構造は、波長λ1の光束に対しては、そのまま透過させ、BD系光記録媒体に集光し、かつ回折させて、HD系光記録媒体の基板厚の違いにより生じる球面収差を補正するように形成されている。つまり入射光の一部を0次回折光、一部を±1次以上の回折光として出射するため、対物レンズ106と組み合わせた2焦点レンズの構成となる。同じ波長で、異なる基板厚を有するBD系,HD系光記録媒体上にそれぞれ回折限界まで集光するスポットを形成する。この回折面により、回折された光束と回折されない光束は、光軸上の異なる焦点位置に集光され、それぞれの光記録媒体にスポットを形成する。しかし、一方の焦点で情報の記録再生をしているときには、他方の焦点を集光点とする光束は大きく広がっており光強度は小さく、記録再生には影響を与えない。   The above-described diffractive structure transmits the light beam having the wavelength λ1 as it is, condenses it on the BD optical recording medium, and diffracts it to correct the spherical aberration caused by the difference in the substrate thickness of the HD optical recording medium. It is formed to do. That is, since a part of the incident light is emitted as 0th order diffracted light and a part is emitted as diffracted light of ± 1st order or more, a configuration of a bifocal lens combined with the objective lens 106 is obtained. Spots that converge to the diffraction limit are formed on BD and HD optical recording media having the same wavelength and different substrate thicknesses. Due to this diffractive surface, the diffracted light beam and the undiffracted light beam are condensed at different focal positions on the optical axis to form spots on the respective optical recording media. However, when information is recorded / reproduced at one focal point, the light flux having the other focal point as the condensing point is greatly spread and the light intensity is small, and recording / reproduction is not affected.

次に、回折面502の各段の高さについて図9を用いて説明する。回折光学系では、入射光のすべてのエネルギーが射出光に変換されるのではなく、回折効率と呼ばれる効率でしか変換されない。図9の破線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状は、ある波長でブレーズ化されると、その波長での回折効率は薄型近似の場合、理論的には100%である。回折面502は、3波長のうち、405nmの第1の光束に対しては0次回折光、660nm,785nmの第2,第3の光束に対しては±1次以上の回折光として使用し、図9のような階段近似した形状とする。   Next, the height of each step of the diffraction surface 502 will be described with reference to FIG. In a diffractive optical system, not all energy of incident light is converted into emitted light, but is converted only with an efficiency called diffraction efficiency. When the serrated kinoform shape as shown by the broken line in FIG. 9 is blazed at a certain wavelength, the diffraction efficiency at that wavelength is theoretically 100% in the case of thin approximation. Of the three wavelengths, the diffractive surface 502 is used as 0th-order diffracted light for the first light beam of 405 nm, and as diffracted light of ± 1st order or more for the second and third light beams of 660 nm and 785 nm, The shape approximates the stairs as shown in FIG.

なお、階段形状とは、鋸歯状のキノフォーム形状を近似した形状のことであり、階段形状の傾斜方向とは、鋸歯状の傾斜方向のことである。また、階段形状にすると、理想的なキノフォーム形状を製作するよりも容易となる。さらに、0次回折光とは、入射光の入射する際の進行方向をそのまま保つ透過光のことである。   The staircase shape is a shape that approximates a sawtooth kinoform shape, and the staircase shape inclination direction is a sawtooth inclination direction. Also, the staircase shape is easier than making an ideal kinoform shape. Furthermore, 0th-order diffracted light is transmitted light that maintains the traveling direction when incident light is incident.

回折面502における中心領域502aは、入射してくる平行光束で、HD系,DVD系,CD系光記録媒体に対して同時に、収差を補正するため、波長λ1,λ2,λ3の光束で用いる回折光の次数は|N12|<|N11|<|N13|の関係、さらに、第1の光束に対しては、0次回折光を用いる。したがって、それぞれの光束における回折光の効率が大きくなるように、回折構造の高さを設定しなければならない。   The central region 502a of the diffractive surface 502 is an incident parallel light beam, which is a diffraction beam used for light beams of wavelengths λ1, λ2, and λ3 to simultaneously correct aberrations for HD, DVD, and CD optical recording media. The order of the light is | N12 | <| N11 | <| N13 |, and the 0th-order diffracted light is used for the first light flux. Therefore, the height of the diffractive structure must be set so that the efficiency of the diffracted light in each light flux is increased.

図9において階段状の溝深さをD、鋸歯状の溝深さをH、階段形状の段数をMとすると、例えば4段の場合、0次回折光、±1次回折光と±2次回折光の最大の回折効率となる溝深さの位相差は(表3)のようになる。また、(表4)は、M段の場合に一般化したときの、一段あたりの位相差を示している。(表4)のような条件に一段の高さを設定すると、所望の回折次数を最も効率よく得ることができる。   In FIG. 9, assuming that the step-like groove depth is D, the sawtooth-like groove depth is H, and the number of steps of the step shape is M, for example, in the case of four steps, the zero-order diffracted light, ± first-order diffracted light and ± second-order diffracted light The phase difference of the groove depth that gives the maximum diffraction efficiency is as shown in Table 3. Table 4 shows the phase difference per stage when generalized to the M stage. If the height of one step is set to the conditions shown in (Table 4), the desired diffraction order can be obtained most efficiently.

Figure 0004903484
Figure 0004903484

Figure 0004903484
また、各光束で所望の回折次数の効率が大きくなるように、材料と高さを選定する。本実施形態1では、段数を3段にして、第2の光束に対しては−1次回折光、第3の光束に対しては−2次回折光を用いる。材料にPMMAを用いる場合、全段の溝深さDを9.9μmとすると、どの波長に対しても所望の効率を得ることができる。
Figure 0004903484
In addition, the material and height are selected so that the efficiency of a desired diffraction order is increased for each light beam. In the first embodiment, the number of stages is three, and −1st order diffracted light is used for the second light flux, and −2nd order diffracted light is used for the third light flux. When PMMA is used as the material, the desired efficiency can be obtained for any wavelength when the groove depth D of all the stages is 9.9 μm.

次に、回折面502の2番目の領域502bは、第1,第2の光束に対しては、回折して収差を補正し、第3の光束に対してはCD系光記録媒体上に集光しないようにする。本実施形態1では、3段で溝深さDを1.9μmとし、第3の光束の−3次光の回折光が発生しない溝深さに設定した。   Next, the second region 502b of the diffractive surface 502 diffracts and corrects aberrations for the first and second light fluxes, and collects the third light flux on the CD optical recording medium. Avoid light. In the first embodiment, the groove depth D is set to 1.9 μm in three steps, and the groove depth is set such that the diffracted light of the third-order light of the third light beam is not generated.

第3の光束において、図10(a)にCD系光記録媒体137上に集光するときの光束、図10(b)にCD系光記録媒体137上におけるスポットの様子を示す。中心領域502aを通過する光束は−3次光として、CD系光記録媒体137上に集光される。一方、2番目の領域502bを通過する光束は、0次回折光として、そのまま透過するため、CD系光記録媒体137上では、集光せず周辺にフレア光として大きく広がり、記録再生に影響しない。   FIG. 10A shows the third light flux when the light is condensed on the CD optical recording medium 137, and FIG. 10B shows the spot on the CD optical recording medium 137. The light beam passing through the central region 502a is condensed on the CD-based optical recording medium 137 as the third-order light. On the other hand, since the light beam passing through the second region 502b is transmitted as it is as the 0th-order diffracted light, it is not condensed on the CD-type optical recording medium 137 and spreads as flare light in the periphery, and does not affect recording / reproduction.

また、回折面502の3番目の領域502cは、回折構造のない平坦部になっている。図3の第3の領域502bの平坦部の高さは、回折構造の最下段に対して第1の光束の波長の整数倍になるように設定する。本実施形態1では、波長の5倍の位相差に相当する4.0μmに設定した。   The third region 502c of the diffractive surface 502 is a flat portion without a diffractive structure. The height of the flat portion of the third region 502b in FIG. 3 is set so as to be an integral multiple of the wavelength of the first light flux with respect to the lowest stage of the diffractive structure. In the first embodiment, the thickness is set to 4.0 μm corresponding to a phase difference of 5 times the wavelength.

この3番目の領域502cの平坦部を透過した光束は、HD系,DVD系、CD系の光記録媒体に対しては有効径外となるため、スポット形成には不要光となり、図10(b)で示したのと同様にフレア光として大きく広がる。一方、第1の光束に対しては、中心領域502a,2番目の領域502bの最下段に対して波長の整数倍の位相差となるように高さを設定した。本実施形態1では波長の5倍の4μmとしたが、これに限定されるものではない。   Since the light beam transmitted through the flat portion of the third region 502c is out of the effective diameter for HD, DVD, and CD optical recording media, it becomes unnecessary light for spot formation. It spreads greatly as flare light as shown in). On the other hand, the height of the first light flux is set so that the phase difference is an integral multiple of the wavelength with respect to the lowermost stage of the center region 502a and the second region 502b. In the first embodiment, the wavelength is 4 μm, which is five times the wavelength, but is not limited to this.

階段形状の回折素子の回折効率は、段数が多いほど、図9の破線に示すような鋸歯状のキノフォーム形状に近づくため、回折効率は向上する。しかしながら、段数が多いと一段あたりのピッチが狭くなり、製造が困難になり、製造誤差によるだれなどによる影響で効率低下が発生する。   The diffraction efficiency of the staircase-shaped diffraction element becomes closer to a sawtooth kinoform shape as shown by the broken line in FIG. However, if the number of stages is large, the pitch per stage becomes narrow, making it difficult to manufacture, and a reduction in efficiency occurs due to the influence of anyone due to manufacturing errors.

また、ピッチが同じ場合、溝深さDは低いほうが、効率が良い。さらに波長や温度変動による効率低下の影響を受けにくい。そのため、回折構造としては、溝深さDが低く、段数が多い方が望ましいことが知られている。   Further, when the pitch is the same, the efficiency is better when the groove depth D is lower. In addition, it is not easily affected by efficiency reduction due to wavelength and temperature fluctuations. For this reason, it is known that the diffractive structure preferably has a lower groove depth D and a larger number of steps.

本実施形態1のように、ピッチが狭くなる周辺部は効率が低下する。その様子を図11に示す。光源の強度分布203に対して、中心領域502aは周辺にいくに従い、光量の低下が著しくなることが分かる。また、2番目の領域502bは中心領域502aよりもさらにピッチが狭くなるが、本実施形態1では、2番目の領域502bは中心領域502aよりも溝深さが低いため、効率の低下を低減することができ、光利用効率を上げることができる。なお、回折構造の段数と高さや材料は、前記の記載に限定されるものではない。   As in the first embodiment, the efficiency is reduced in the peripheral portion where the pitch is narrowed. This is shown in FIG. With respect to the intensity distribution 203 of the light source, it can be seen that the amount of light decreases significantly as the central region 502a goes to the periphery. Further, although the pitch of the second region 502b is further narrower than that of the central region 502a, in the first embodiment, the second region 502b has a groove depth lower than that of the central region 502a. Can increase the light utilization efficiency. Note that the number and height of the diffractive structure and the material are not limited to those described above.

以上のように、溝深さを変えるだけで、容易に不要光が発生しない開口制限を実現することができる。   As described above, it is possible to realize an aperture restriction that does not easily generate unnecessary light by simply changing the groove depth.

次に、本実施形態1の収差補正手段の外形形状について、詳細に説明する。図4に示したように、収差補正手段501の外形の形状を、回折部(中心領域502a,2番目の領域502b)と平坦部(3番目の領域502c)との境界と同様の円形状とする。なお、円形状とは、多角形を含み、図12に示すような8角形においても、同様の効果が得られる。   Next, the outer shape of the aberration correction unit of the first embodiment will be described in detail. As shown in FIG. 4, the outer shape of the aberration correction unit 501 is the same circular shape as the boundary between the diffraction portion (center region 502a, second region 502b) and the flat portion (third region 502c). To do. The circular shape includes a polygon, and the same effect can be obtained even in an octagon as shown in FIG.

本実施形態1で用いているPMMA等の樹脂は、射出成形ができる等の強みがあるため光学部品に最も広く使用され、かつ大量生産しやすいという特徴があるが、一方で吸湿性が弱点として挙げられる。これは屈折率や透過率といった光学特性を変動させるだけでなく、変形としても現れる。   The resin such as PMMA used in the first embodiment has the advantage that it can be injection-molded, so that it is most widely used for optical parts and is easily mass-produced. However, the hygroscopicity is a weak point. Can be mentioned. This not only fluctuates optical characteristics such as refractive index and transmittance, but also appears as deformation.

図13(a)〜(d)に収差補正手段の外形形状が四角の形状の場合の波長405nmの透過光の波面形状を示す。図13(a)は光線有効径内における中心領域502a,2番目の領域502b,3番目の領域502cすべての領域における透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図13(b),(c)は図13(a)の結果を領域(回折部と平坦部)に分割して波面測定した結果である。図13(b)は回折部(回折構造が形成された中心領域502aと2番目の領域502b)領域内のみの透過波面形状502g、図13(c)は平坦部(3番目の領域502c)のみの透過波面形状502fを示す。   FIGS. 13A to 13D show wavefront shapes of transmitted light having a wavelength of 405 nm when the outer shape of the aberration correcting means is a square shape. FIG. 13A shows the result of transmission wavefront measurement in the central region 502a, the second region 502b, and the third region 502c within the effective beam diameter, and shows the wavefront shape. FIGS. 13B and 13C show the results of wavefront measurement by dividing the result of FIG. 13A into regions (diffractive portions and flat portions). FIG. 13B shows the transmitted wavefront shape 502g only in the diffractive portion (the central region 502a and the second region 502b where the diffractive structure is formed), and FIG. 13C shows only the flat portion (third region 502c). The transmitted wavefront shape 502f is shown.

波面形状をもとに波面収差を計算したところ、図13(a)の光線有効径内の波面形状はPV(Peak to Valley)値が0.5λ、波面収差0.1λrmsと波面精度が非常に悪い。通常、光学部品の波面収差は0.02λrms以下であることが望ましい。図13(b)の回折部の領域内の波面収差は、0.02λrmsとなり良好な波面精度であるのに対して、図13(c)の平坦部(3番目の領域502c)の波面収差は0.13λrmsと大きく、光線有効径内の波面精度が悪い原因は、平坦部にあることが分かる。図13(d)は平坦部の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。平坦部は収差補正手段501の四角の形状に沿って、うねりが発生しており波面劣化の要因となっていると考えられる。   When calculating the wavefront aberration based on the wavefront shape, the wavefront shape within the effective beam diameter in FIG. 13A has a PV (Peak to Valley) value of 0.5λ and a wavefront aberration of 0.1λrms, and the wavefront accuracy is very high. bad. Usually, it is desirable that the wavefront aberration of the optical component is 0.02λrms or less. The wavefront aberration in the region of the diffractive portion in FIG. 13B is 0.02λrms, which is good wavefront accuracy, whereas the wavefront aberration in the flat portion (third region 502c) in FIG. It can be seen that the cause of poor wavefront accuracy within the effective beam diameter is 0.13λrms in the flat portion. FIG. 13D is a plot of the wavefront shape of the flat portion along the circumferential direction. It is considered that the flat portion is wavy along the square shape of the aberration correction means 501 and causes wavefront deterioration.

このうねりの要因は、回折部と平坦部との境界において、外形の四角形の辺から近いところ502dと遠いところ502eが存在し、近いところ502dと遠いところ502eではPMMAの吸湿に差異がある。この吸湿の差異が変形の差異となり、うねりが発生している。   The cause of this swell is that there are 502d and far 502e near the edge of the outer quadrangle at the boundary between the diffraction part and the flat part, and there is a difference in PMMA moisture absorption near 502d and far 502e. This difference in moisture absorption becomes a difference in deformation, and undulation occurs.

図14(a)〜(d)は本実施形態1の収差補正手段501の波長405nmの透過光の波面形状を示す図である。形状は円である。図14(a)は光線有効径内における中心領域502a,2番目の領域502b,3番目の領域502cの透過波面測定の結果であり、波面形状を示す。図14(b),(c)は図13(a)の結果を領域(回折部と平坦部)に分割して波面測定した結果である。図14(b)は回折部(回折構造が形成された中心領域502aと2番目の領域502b)領域内のみの透過波面形状502g、図14(c)は平坦部(3番目の領域502c)のみの透過波面形状502fを示す。   14A to 14D are diagrams showing wavefront shapes of transmitted light having a wavelength of 405 nm of the aberration correction unit 501 of the first embodiment. The shape is a circle. FIG. 14A shows the result of transmission wavefront measurement of the central region 502a, the second region 502b, and the third region 502c within the effective beam diameter, and shows the wavefront shape. FIGS. 14B and 14C show results of wavefront measurement by dividing the result of FIG. 13A into regions (diffractive portions and flat portions). FIG. 14B shows the transmitted wavefront shape 502g only in the diffractive portion (the central region 502a and the second region 502b where the diffractive structure is formed), and FIG. 14C shows only the flat portion (third region 502c). The transmitted wavefront shape 502f is shown.

図14(d)は平坦部の波面形状を円周方向に沿って、プロットしたものである。図14(a)の光線有効径内の波面形状より波面収差を計算するとPV値が0.1λ、波面収差0.02λrms、図14(b)の回折部の領域内の波面収差は、0.015λrms、図14(c)の平坦部(3番目の領域502c)の波面収差は0.017λrmsであり、周辺部のうねりはなく良好な波面精度である。   FIG. 14D is a plot of the wavefront shape of the flat portion along the circumferential direction. When the wavefront aberration is calculated from the wavefront shape within the effective ray diameter in FIG. 14A, the PV value is 0.1λ, the wavefront aberration is 0.02λrms, and the wavefront aberration in the region of the diffractive portion in FIG. The wavefront aberration of the flat portion (the third region 502c) in FIG. 14C is 0.017λrms, and there is no waviness in the peripheral portion, and the wavefront accuracy is good.

このように、収差補正手段501の外形形状を、回折部と平坦部との境界と同様の円形状にすることで、PMMAの吸湿による形状の変化が均一化され、うねりを低減することができ、高精度な光ピックアップを実現することができる。   Thus, by making the outer shape of the aberration correction means 501 the same circular shape as the boundary between the diffractive portion and the flat portion, the change in shape due to moisture absorption of PMMA can be made uniform, and the swell can be reduced. A high-precision optical pickup can be realized.

図15は、実施形態2の光ピックアップの概略構成を示す図である。本実施形態2の光ピックアップは、実施形態1の図1に示した光ピックアップにビームエキスパンダ109および収差補正手段601を設けて構成した点で相違している。また、図16に収差補正手段601の拡大した断面図を示す。実施形態2は参考技術の実施形態である。 FIG. 15 is a diagram illustrating a schematic configuration of the optical pickup according to the second embodiment . The optical pickup according to the second embodiment is different from the optical pickup shown in FIG. 1 according to the first embodiment in that a beam expander 109 and an aberration correction unit 601 are provided. FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of the aberration correction unit 601. Embodiment 2 is an embodiment of the reference technique.

前述の実施形態1がすべて平行光の入射であったのに対して、本実施形態2では、HD系光記録媒体1147に対しては収差補正手段601に発散光を入射させる。このためにビームエキスパンダ109を可動して発散光にする。その他にも、液晶素子を用いて、平行光と発散光を切り替えても良い。   In contrast to the first embodiment where all of the first embodiment described above is incident parallel light, in the second embodiment, divergent light is incident on the aberration correction means 601 with respect to the HD optical recording medium 1147. For this purpose, the beam expander 109 is moved into divergent light. In addition, parallel light and divergent light may be switched using a liquid crystal element.

図16に示すように収差補正手段601の回折面602は、光束が通過する範囲内に、同心円状に分割された3つの領域として、中心領域602a,2番目の領域602b,3番目の領域602cを有する。   As shown in FIG. 16, the diffractive surface 602 of the aberration correction unit 601 has a central region 602a, a second region 602b, and a third region 602c as three regions that are concentrically divided within the range through which the light beam passes. Have

中心領域602a、2番目の領域602bは、実施形態1と同様に、CD系光記録媒体137に対するNA0.45、DVD系光記録媒体127に対するNA0.65でそれぞれ分割され、半径はそれぞれ1.25mm、1.715mmに設定する。   As in the first embodiment, the central area 602a and the second area 602b are divided by NA 0.45 for the CD optical recording medium 137 and NA 0.65 for the DVD optical recording medium 127, respectively, and each has a radius of 1.25 mm. Set to 1.715 mm.

本実施形態2では、回折光の次数の符号を中心領域602aと2番目の領域602bで反転させることにより、第1,第2,第3の光束の回折効率と凹凸形状と高さの関係を大きく変化させることができる。そのため、効率の良い収差補正手段および記録再生に影響しない開口制限素子としての機能を一面で提供することができる。   In the second embodiment, the sign of the order of the diffracted light is inverted between the center region 602a and the second region 602b, thereby obtaining the relationship between the diffraction efficiency, the uneven shape, and the height of the first, second, and third light beams. It can be changed greatly. Therefore, it is possible to provide a function as an efficient aberration correction unit and an aperture limiting element that does not affect recording and reproduction.

また、BD系、HD系、DVD系、CD系の光記録媒体のうちいずれかひとつに対しては、収差補正手段601に発散光を入射させることで、回折光の次数を小さくすることができ、効率の良い光ピックアップを提供できる。   In addition, for any one of the BD, HD, DVD, and CD optical recording media, the order of the diffracted light can be reduced by making divergent light incident on the aberration correction means 601. Can provide an efficient optical pickup.

収差補正手段601の中心領域602aの断面は図16に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、3つの段を有する。輪帯状凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。   The cross section of the central region 602a of the aberration correction means 601 is composed of a plurality of annular concavo-convex portions formed concentrically as shown in FIG. Each ring-shaped uneven portion has a staircase shape and has three steps. The pitch of the ring-shaped uneven portions is gradually narrowed from the inside to the outside so that the diffractive structure has a lens effect.

輪帯状凹凸部のピッチは、HD系光記録媒体117に対しては−1次回折光を用い、DVD系光記録媒体127に対しては−1次回折光を用い、CD系光記録媒体137に対しては−2次回折光を用い、それぞれで発生する収差を補正するよう設定される。   The pitch of the ring-shaped concavo-convex portions is −1st order diffracted light for the HD optical recording medium 117, −1st order diffracted light for the DVD optical recording medium 127, and for the CD optical recording medium 137. The second-order diffracted light is used to correct aberrations occurring in each.

実施形態1の中心領域502aと段数,溝深さ,回折光の次数ともに同様であり、回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。輪帯状凹凸部のピッチは、DVD系光記録媒体127に対しては−1次回折光を用い、CD系光記録媒体137に対しては−2次回折光を用い、発生する収差を補正するよう設定される。HD系光記録媒体117に対しては、ビームエキスパンダ109により発散光に変換された光束を収差補正手段601へ入射させ、−1次回折光により発生する収差を補正している。   The number of steps, the groove depth, and the order of the diffracted light are the same as those of the central region 502a of Embodiment 1, and the diffractive structure is gradually narrowed from the inside toward the outside so as to have a lens effect. The pitch of the ring-shaped uneven portions is set so as to correct the generated aberration by using −1st order diffracted light for the DVD optical recording medium 127 and −2nd order diffracted light for the CD optical recording medium 137. Is done. For the HD optical recording medium 117, the light beam converted into the divergent light by the beam expander 109 is incident on the aberration correcting means 601, and the aberration generated by the −1st order diffracted light is corrected.

また、収差補正手段601の2番目の領域602bの断面も、図16に示されるように同心円状に形成された複数の輪帯状凹凸部からなる。各輪帯状凹凸部は階段形状であり、4つの段を有する。輪帯状凹凸部のピッチは、この回折構造がレンズ効果を有するように内側から外側に向かって徐々に狭くなっている。   Further, the cross section of the second region 602b of the aberration correcting means 601 is also composed of a plurality of annular concavo-convex portions formed concentrically as shown in FIG. Each ring-shaped uneven portion has a staircase shape and has four steps. The pitch of the ring-shaped uneven portions is gradually narrowed from the inside to the outside so that the diffractive structure has a lens effect.

また、輪帯状凹凸部のピッチは、HD系,DVD系光記録媒体117,127に対しては+1次回折光を用い、発生する収差を補正するよう設定される。   In addition, the pitch of the zonal uneven portions is set so as to correct the generated aberration by using + 1st order diffracted light for the HD and DVD optical recording media 117 and 127.

この2番目の領域602bは、CD系光記録媒体137に対しては開口を制限する機能を有するよう、+2次回折光が発生しない階段形状の溝深さが設定されている。   In the second region 602b, a step-shaped groove depth at which + 2nd order diffracted light is not generated is set so as to have a function of limiting the opening of the CD optical recording medium 137.

図17(a),(b),(c)にHD系,DVD系,CD系の各光記録媒体における波面を示す。横軸が瞳径、縦軸が位相(λ)である。図17(a),(b),(c)に示すように波面収差が小さくなり、HD系,DVD系,CD系の各光記録媒体を同時に補正できていることが分かる。   FIGS. 17A, 17B, and 17C show wavefronts in the HD, DVD, and CD optical recording media. The horizontal axis is the pupil diameter, and the vertical axis is the phase (λ). As shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C, the wavefront aberration is reduced, and it can be seen that HD, DVD, and CD optical recording media can be corrected simultaneously.

図18は本発明の実施形態3における収差補正手段の構成を示す断面図である。本実施形態3の収差補正手段701は、実施形態1,2に示した収差補正手段501,601の平坦部を形成する3番目の領域502c,602cのいずれかの領域に段差704を設けたものである。この段差704により、波長が短く、NAの大きいBD系光記録媒体107に対して発生する色収差を補正する。   FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of the aberration correction means in Embodiment 3 of the present invention. The aberration correction unit 701 of the third embodiment is provided with a step 704 in any one of the third regions 502c and 602c forming the flat portion of the aberration correction units 501 and 601 shown in the first and second embodiments. It is. This step 704 corrects chromatic aberration that occurs with respect to the BD optical recording medium 107 having a short wavelength and a large NA.

光記録媒体に情報の記録,再生を行う光情報処理装置は、半導体レーザを光源としているが、この半導体レーザの発振波長は、個々に異なっていたり、温度の変化に伴い変動したりする。特に、光学材料の屈折率は、波長により変化する性質(分散)を持つため、光源の波長が変動すると3次の球面収差が発生する。したがって、情報の記録,再生時、この球面収差が光学的な課題の一つとなる。この波長が変化したときの球面収差発生量は、光源の短波長化と高NA化により大きくなる。   An optical information processing apparatus that records and reproduces information on an optical recording medium uses a semiconductor laser as a light source, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser varies individually or fluctuates with changes in temperature. In particular, since the refractive index of the optical material has a property (dispersion) that varies depending on the wavelength, third-order spherical aberration occurs when the wavelength of the light source varies. Therefore, this spherical aberration becomes one of optical problems when recording and reproducing information. The amount of spherical aberration generated when this wavelength is changed becomes larger due to the shorter wavelength and higher NA of the light source.

これは、波長を短くすると光学材料の屈折率変化が大きくなり、波長が変化したときの球面収差変化量が大きくなることと、球面収差変化はNAの4乗に比例して大きくなるためである。したがって、波長が変化したときの記録,再生における光情報の劣化に与える影響はより大きくなる。   This is because when the wavelength is shortened, the refractive index change of the optical material increases, and the amount of change in spherical aberration when the wavelength changes increases, and the change in spherical aberration increases in proportion to the fourth power of NA. . Therefore, the influence on the deterioration of optical information in recording and reproduction when the wavelength is changed is further increased.

図19に、波長405nmにおいてNA0.65とNA0.85の対物レンズを使用したときの波長変動による波面収差の変化を示す。図19に示すように、NA0.65では対物レンズ設計波長である405nmから10nm波長が変動しても、対物レンズの要望性能である0.03λrms以下であるのに対して、NA0.85では3nm波長が変動すると0.03λrmsを超えてしまい、情報の記録,再生が行えなくなるおそれがある。   FIG. 19 shows changes in wavefront aberration due to wavelength fluctuations when an objective lens with NA of 0.65 and NA of 0.85 is used at a wavelength of 405 nm. As shown in FIG. 19, even when the wavelength of the objective lens design wavelength is changed from 405 nm to 10 nm with NA 0.65, the desired performance of the objective lens is 0.03λ rms or less, whereas with NA 0.85 it is 3 nm. If the wavelength fluctuates, it will exceed 0.03λrms, and information may not be recorded or reproduced.

一般的に光情報処理装置の動作環境として、温度を10℃から80℃まで想定すると、半導体レーザの波長は、3nm程度変動する。また、中心波長ばらつきが±5nm程度と想定する必要がある。したがって、NA0.85の対物レンズを用いる光学系では、このような波長変化による球面収差を補正する必要がある。   In general, assuming that the temperature is from 10 ° C. to 80 ° C. as the operating environment of the optical information processing apparatus, the wavelength of the semiconductor laser varies by about 3 nm. Further, it is necessary to assume that the center wavelength variation is about ± 5 nm. Therefore, in an optical system using an objective lens with NA of 0.85, it is necessary to correct spherical aberration due to such a wavelength change.

また、収差補正手段701の段差704における段差構造は、光軸方向に、光軸を中心とした同心円状に領域に分割されており、光軸から離れるにしたがって、厚みが増すように形成されている。それぞれの領域における厚みの段差は、対物レンズ設計波長405nmの整数倍の光路差を生じるように、形成されている。   Further, the step structure in the step 704 of the aberration correction unit 701 is divided into regions concentrically around the optical axis in the optical axis direction, and is formed so that the thickness increases as the distance from the optical axis increases. Yes. The thickness difference in each region is formed so as to produce an optical path difference that is an integral multiple of the objective lens design wavelength of 405 nm.

図20に形成された段差704の位相段差を示す。横軸は半径位置、縦軸は位相段差数Nを示す。本実施形態3では、N=8,14を用いて、3番目の領域803cに段差を設けた。したがって、この段差に影響を受けるのは、BD系光記録媒体へスポットを形成するときである。   FIG. 20 shows a phase step of the step 704 formed. The horizontal axis represents the radial position, and the vertical axis represents the number of phase steps N. In the third embodiment, a step is provided in the third region 803c using N = 8,14. Therefore, the step is affected when a spot is formed on the BD optical recording medium.

回折面702に段差704がないときの波長変化による球面収差量は、図21の破線のようになるのに対して、前述の段差704を形成すると、図21の実線のように3次の球面収差を補正することができる。ここで例えば、波長が6nm変化した場合の、波面の位相の様子を図22に示す。位相段差を付与したところで、波面の位相が不連続になっていることが分かる。このように波面を不連続に変化させ、3次の球面収差を補正している。   When the diffractive surface 702 has no step 704, the amount of spherical aberration due to wavelength change is as shown by the broken line in FIG. 21, whereas when the above-described step 704 is formed, a third-order spherical surface as shown by the solid line in FIG. Aberration can be corrected. Here, for example, FIG. 22 shows the state of the wavefront phase when the wavelength changes by 6 nm. It can be seen that the phase of the wavefront is discontinuous when the phase step is applied. In this way, the wavefront is changed discontinuously to correct third-order spherical aberration.

なお、段差704の高さ、段差の境の半径位置は、対物レンズの形状、対物レンズの設計波長、収差補正手段を構成する材料、開口数(NA)によって異なり、本実施形態3に限定されるものではない。   Note that the height of the step 704 and the radial position of the step boundary vary depending on the shape of the objective lens, the design wavelength of the objective lens, the material constituting the aberration correction means, and the numerical aperture (NA), and are limited to the third embodiment. It is not something.

本発明の実施形態4における収差補正手段は、実施形態1〜3に記載した回折面を対物レンズと一体化した構成である。本実施形態4は図23に示すように、例えば実施形態2の収差補正手段601と対物レンズ106を一体化した構成である。図23のように対物レンズ106の面上に回折面602が形成されていると、対物レンズ106と収差補正素子601との軸ずれによる波面劣化が低減できるだけでなく、組み付け工程も低減し、低コスト化を実現できる。   The aberration correction unit according to the fourth embodiment of the present invention has a configuration in which the diffractive surface described in the first to third embodiments is integrated with an objective lens. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 23, for example, the aberration correction unit 601 and the objective lens 106 according to the second embodiment are integrated. If the diffractive surface 602 is formed on the surface of the objective lens 106 as shown in FIG. 23, not only the wavefront deterioration due to the axial deviation between the objective lens 106 and the aberration correction element 601 can be reduced, but also the assembly process can be reduced and reduced. Cost reduction can be realized.

対物レンズ106の面上へ形成する回折面602の形成は、対物レンズ106と一体に成型しても良い。対物レンズ106の面上に回折構造を別途形成しても良い。その場合、回折構造の材料としては、紫外線硬貨樹脂が製造上適している。   The diffractive surface 602 formed on the surface of the objective lens 106 may be formed integrally with the objective lens 106. A diffractive structure may be separately formed on the surface of the objective lens 106. In that case, as the material of the diffractive structure, an ultraviolet coin resin is suitable for manufacturing.

図24(a),(b)は本発明の実施形態5における収差補正手段を示す拡大断面図である。本実施形態5における光ピックアップの構成や対物レンズは実施形態1と同じである。図24(a),(b)に示す収差補正手段801には、実施形態1の収差補正手段501の裏面に、図1に示す1/4波長板106に代えて、波長板805が形成されている。   24 (a) and 24 (b) are enlarged sectional views showing the aberration correcting means in Embodiment 5 of the present invention. The configuration of the optical pickup and the objective lens in the fifth embodiment are the same as those in the first embodiment. In the aberration correction unit 801 shown in FIGS. 24A and 24B, a wave plate 805 is formed on the back surface of the aberration correction unit 501 of the first embodiment instead of the quarter wave plate 106 shown in FIG. ing.

波長板805は光学系が共通化されている光路中に設けられているため、波長405,660nm,785nmという広い範囲で、通過する光束のTM波、TE波に対して0.25±0.05の位相差を与える必要がある。一般的な波長板は、波長板803aのように微細構造を有するもの(図24(a)参照)、波長板805bのように水晶など高価な素材や樹脂フィルム製の位相差フィルムを用いているもの(図24(b)参照)、があげられる。特に、波長板803aのように微細構造を有するものは、広い波長域で安定に位相差を与えることができる。この微細構造は収差補正手段801と同じの材料であっても良いし、異なる材料であっても良い。   Since the wave plate 805 is provided in the optical path where the optical system is shared, the wave plate 805 has a wide range of wavelengths 405, 660 nm, and 785 nm and is 0.25 ± 0. It is necessary to give a phase difference of 05. A general wave plate has a fine structure such as the wave plate 803a (see FIG. 24A), and an expensive material such as quartz or a retardation film made of a resin film is used like the wave plate 805b. (See FIG. 24B). In particular, those having a fine structure such as the wave plate 803a can stably give a phase difference in a wide wavelength range. This fine structure may be the same material as the aberration correction means 801 or a different material.

本実施形態5のように、波長板805と回折面802を収差補正手段801の両面に形成すれば部品点数を減らすことができ、小型化を実現することができる。また微細構造により波長板805を形成すると、収差補正手段801を一体に成型することができ、製造工程を減らすことができ低コスト化を実現することができる。さらに、有限系にするための液晶素子と回折面を両面に形成した収差補正手段であっても良い。   If the wave plate 805 and the diffractive surface 802 are formed on both surfaces of the aberration correction unit 801 as in the fifth embodiment, the number of parts can be reduced, and downsizing can be realized. In addition, when the wave plate 805 is formed with a fine structure, the aberration correction means 801 can be integrally molded, and the manufacturing process can be reduced and the cost can be reduced. Further, it may be an aberration correcting means in which a liquid crystal element for making a finite system and a diffractive surface are formed on both sides.

図25は本発明の実施形態6における光情報処理装置の概略構成を示す図である。本実施形態6は、光情報処理装置の一形態であり、前述の実施形態1〜5のいずれかの光ピックアップを用いて、光記録媒体に対する情報の再生、記録、消去のうちの、少なくとも1つを行う装置である。   FIG. 25 is a diagram showing a schematic configuration of an optical information processing apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. The sixth embodiment is an embodiment of an optical information processing apparatus, and at least one of reproducing, recording, and erasing information on an optical recording medium using the optical pickup of any of the first to fifth embodiments described above. It is a device that performs one.

図25に示すように、光情報処理装置は光学ピックアップ91、送りモータ92およびスピンドルモータ98等により構成されており、これらは光情報処理装置全体を制御するシステムコントローラ96により制御される。そして、光ピックアップ91のトラッキング方向への移動は、送りモータ92とサーボ制御回路93で構成される制御駆動手段により行われる。例えば、光記録媒体100を再生する場合、システムコントローラ96からのコントロール信号がサーボ制御回路93と変復調回路94に供給される。   As shown in FIG. 25, the optical information processing apparatus includes an optical pickup 91, a feed motor 92, a spindle motor 98, and the like, which are controlled by a system controller 96 that controls the entire optical information processing apparatus. Then, the movement of the optical pickup 91 in the tracking direction is performed by a control driving means composed of a feed motor 92 and a servo control circuit 93. For example, when reproducing the optical recording medium 100, a control signal from the system controller 96 is supplied to the servo control circuit 93 and the modem circuit 94.

サーボ制御回路93では、スピンドルモータ98を設定された回転数で回転させるとともに送りモータ92を駆動する。   In the servo control circuit 93, the spindle motor 98 is rotated at a set number of revolutions and the feed motor 92 is driven.

変復調回路94には、光ピックアップ91の光検出器により検出されたフォーカシングエラー信号,トラッキングエラー信号および光記録媒体100の何処を読み出しているかの位置情報等が供給される。フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号はシステムコントローラ96を介してサーボ制御回路93に供給される。   The modulation / demodulation circuit 94 is supplied with the focusing error signal detected by the photodetector of the optical pickup 91, the tracking error signal, the position information of where the optical recording medium 100 is read, and the like. The focusing error signal and tracking error signal are supplied to the servo control circuit 93 via the system controller 96.

サーボ制御回路93は、フォーカシング制御信号によってアクチュエータのフォーカシングコイルを駆動し、トラッキング制御信号によってアクチュエータのトラッキングコイルを駆動する。トラッキング制御信号の低域成分はシステムコントローラ96を介してサーボ制御回路93に供給され、送りモータ92を駆動する。これらによって、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボが行われる。   The servo control circuit 93 drives the focusing coil of the actuator by the focusing control signal, and drives the tracking coil of the actuator by the tracking control signal. The low frequency component of the tracking control signal is supplied to the servo control circuit 93 via the system controller 96 and drives the feed motor 92. As a result, feedback servo of focusing servo, tracking servo, and feed servo is performed.

また、光記録媒体100の何処を読み出しているかの位置情報は変復調回路94により処理され、スピンドル制御信号としてスピンドルモータ98に供給され、光記録媒体100の再生位置に応じた所定の回転数に制御駆動され、ここから実際の再生が開始される。そして、変復調回路94により処理されて復調された再生データは外部回路95を介して外部に伝送される。   Further, the position information of where the optical recording medium 100 is read is processed by the modulation / demodulation circuit 94 and is supplied to the spindle motor 98 as a spindle control signal, and is controlled to a predetermined rotational speed corresponding to the reproduction position of the optical recording medium 100. It is driven and actual reproduction is started from here. The reproduction data processed and demodulated by the modem circuit 94 is transmitted to the outside via the external circuit 95.

データを記録する場合、フォーカシングサーボ,トラッキングサーボおよび送りサーボのフィードバックサーボをかけるまでは再生と同様の過程を経る。   When data is recorded, the same process as the reproduction is performed until the feedback servo of the focusing servo, tracking servo, and feed servo is applied.

外部回路95を介して入力される入力データを光記録媒体100の何処に記録するかのコントロール信号が、システムコントローラ96からサーボ制御回路93および変復調回路94に供給される。   A control signal indicating where the input data input via the external circuit 95 is recorded on the optical recording medium 100 is supplied from the system controller 96 to the servo control circuit 93 and the modulation / demodulation circuit 94.

サーボ制御回路93では、スピンドルモータ98を所定の回転数に制御するとともに、送りモータ92を駆動して光ピックアップ91を情報記録位置に移動させる。   The servo control circuit 93 controls the spindle motor 98 to a predetermined number of revolutions and drives the feed motor 92 to move the optical pickup 91 to the information recording position.

また、外部回路95を介して変復調回路94に入力された入力信号は、記録フォーマットに基づく変調が行われ、光ピックアップ91に供給される。光ピックアップ91では出射光の変調および出射光パワーが制御されて、光記録媒体100への記録が開始される。   An input signal input to the modulation / demodulation circuit 94 via the external circuit 95 is modulated based on the recording format and supplied to the optical pickup 91. In the optical pickup 91, the modulation of the emitted light and the emitted light power are controlled, and recording on the optical recording medium 100 is started.

光記録媒体100の種類は再生データ信号で判別する。光記録媒体100の種類を判別する方法として、トラッキングサーボ信号やフォーカスサーボ信号を用いても良い。   The type of the optical recording medium 100 is determined by the reproduction data signal. As a method for determining the type of the optical recording medium 100, a tracking servo signal or a focus servo signal may be used.

再生専用の光情報処理装置および記録と再生の両方の処理可能な光情報処理装置に具備される光ピックアップに、本発明の収差補正手段を用いた光ピックアップを具備していれば、基板厚の異なる光記録媒体の情報の記録、再生品質の精度を高めることができる。   If the optical pickup included in the optical information processing apparatus dedicated to reproduction and the optical information processing apparatus capable of processing both recording and reproduction includes the optical pickup using the aberration correction means of the present invention, The accuracy of recording and reproducing quality of information on different optical recording media can be improved.

以上のように、本実施形態6における光情報処理装置によれば、単一の対物レンズ106により異なる基板厚さを有する4種類の光記録媒体(BD,HD,DVD,CD)の記録面に良好なスポットが形成可能な光ピックアップを用いて、光記録媒体100に対して情報信号の記録,再生または消去の最適な処理を行うことができる。   As described above, according to the optical information processing apparatus of the sixth embodiment, the recording surface of four types of optical recording media (BD, HD, DVD, CD) having different substrate thicknesses by the single objective lens 106 is used. By using an optical pickup capable of forming a good spot, the optical recording medium 100 can be optimally processed for recording, reproducing or erasing information signals.

本発明に係る光ピックアップおよび光情報処理装置は、使用波長に応じた複数の光源を備えながら、単一の対物レンズにより基板厚さと記録密度の異なる4種類の光記録媒体の記録面に良好に集光し、安定した記録,再生の動作ができ、異なる4種類以上の光記録媒体に対して情報を記録,再生する際に、互換性を有する装置として有用である。   The optical pickup and the optical information processing apparatus according to the present invention are excellent in recording surfaces of four types of optical recording media having different substrate thicknesses and recording densities by a single objective lens, while having a plurality of light sources corresponding to the wavelengths used. The light can be collected and stably recorded and reproduced, and is useful as a compatible device when recording and reproducing information on four or more different optical recording media.

本発明の実施形態1における光ピックアップの概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the optical pick-up in Embodiment 1 of this invention. 収差補正手段の近傍を拡大した断面図Sectional view enlarging the vicinity of the aberration correction means 収差補正手段を拡大した断面図Cross-sectional view enlarging aberration correction means 収差補正手段の回折面を示す図The figure which shows the diffraction surface of an aberration correction means 入射光が4段の階段形状の回折構造を通過する−1次回折光の波面の様子を示す図The figure which shows the mode of the wave front of -1st order diffracted light in which incident light passes through the diffraction structure of 4 steps | paragraphs of step shapes 入射光が4段の階段形状の回折構造を通過する±2次回折光の波面の様子を示す図The figure which shows the mode of the wave front of ± 2nd order diffracted light in which incident light passes through the four-step staircase-shaped diffraction structure (a)はHD系、(b)はDVD系、(c)はCD系の各光記録媒体における波面を示す図(A) is an HD system, (b) is a DVD system, and (c) is a diagram showing a wavefront in each optical recording medium of a CD system. (a)はHD系、(b)はDVD系、(c)はCD系の各光記録媒体における補正した波面を示す図(A) is an HD system, (b) is a DVD system, and (c) is a diagram illustrating a corrected wavefront in each optical recording medium of a CD system. 回折面の高さ(溝深さ)を説明する図Diagram explaining the height (groove depth) of the diffraction surface (a)はCD系光記録媒体上に集光する光束、(b)はCD系光記録媒体上に形成されるスポットを示す図(A) is a light beam condensed on a CD optical recording medium, and (b) is a diagram showing spots formed on the CD optical recording medium. 回折面と回折光の強度分布の関係を示す図Diagram showing the relationship between the diffraction surface and the intensity distribution of diffracted light 収差補正手段の外形の形状を示す図The figure which shows the external shape of an aberration correction means (a)〜(d)は収差補正手段が四角形状で波長405nmの透過光の波面形状を示す図(A)-(d) is a figure which shows the wavefront shape of the transmitted light with a wavelength of 405 nm in which the aberration correction means is rectangular. (a)〜(d)は収差補正手段が円形状で波長405nmの透過光の波面形状を示す図(A)-(d) is a figure which shows the wavefront shape of the transmitted light with a wavelength of 405 nm when the aberration correction means is circular. 実施形態2における光ピックアップの概略構成を示す図 The figure which shows schematic structure of the optical pick-up in Embodiment 2. FIG. 収差補正手段の近傍を拡大した断面図Sectional view enlarging the vicinity of the aberration correction means (a)はHD系、(b)はDVD系、(c)はCD系の各光記録媒体における波面を示す図(A) is an HD system, (b) is a DVD system, and (c) is a diagram showing a wavefront in each optical recording medium of a CD system. 本発明の実施形態3における収差補正手段を拡大した断面図Sectional drawing which expanded the aberration correction means in Embodiment 3 of this invention 波長405nmにおいてNA0.65とNA0.85の対物レンズを使用したときの波長変動による波面収差の変化を示す図The figure which shows the change of the wavefront aberration by a wavelength variation when using the objective lens of NA0.65 and NA0.85 in wavelength 405nm 収差補正手段に形成された位相段差を示す図The figure which shows the phase level difference formed in the aberration correction means 段差の有無による波長変化の球面収差量を示す図The figure which shows the amount of spherical aberration of the wavelength change by the presence or absence of a level difference 波長が6nm変化したときの波面位相の様子を示す図The figure which shows the mode of the wave front phase when wavelength changes 6nm 本発明の実施形態4における収差補正手段を対物レンズの面上に一体化した構成図The block diagram which integrated the aberration correction means in Embodiment 4 of this invention on the surface of an objective lens 本発明の実施形態5における(a),(b)は裏面に波長板を設けた収差補正手段の断面図(A), (b) in Embodiment 5 of the present invention is a cross-sectional view of an aberration correction means provided with a wave plate on the back surface. 本発明の実施形態6における光情報処理装置の概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the optical information processing apparatus in Embodiment 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

91 光ピックアップ
92 送りモータ
93 サーボ制御回路
94 変復調回路
95 外部回路
96 システムコントローラ
98 スピンドルモータ
100 光記録媒体
101,130a,140a 半導体レーザ
102 コリメートレンズ
103 偏光ビームスプリッタ
104 プリズム
105 1/4波長板
106 対物レンズ
107 BD系光記録媒体
108 検出レンズ
110,130c,140c,150 受光素子
117 HD系光記録媒体
120 可動部
121 鏡筒
127 DVD系光記録媒体
130b,140b ホログラム素子
132,142,152 発散角変換レンズ
133,143 波長選択性ビームスプリッタ
137 CD系光記録媒体
200 ピッチ
201a,202a 入射光
201b,202b 出射光
203 光源の強度分布
501,601,701,801 収差補正手段
502,602,702,802 回折面
502a,602a,702a 中心領域
502b,602b,702b 2番目の領域
502c,602c,702c 3番目の領域
502d 近いところ
502e 遠いところ
502f 平坦部の透過波面形状
502g 回折部の透過波面形状
704 段差
805,805a,805b 波長板
91 Optical pickup 92 Feed motor 93 Servo control circuit 94 Modulation / demodulation circuit 95 External circuit 96 System controller 98 Spindle motor 100 Optical recording medium 101, 130a, 140a Semiconductor laser 102 Collimator lens 103 Polarizing beam splitter 104 Prism 105 1/4 wavelength plate 106 Objective Lens 107 BD optical recording medium 108 Detection lens 110, 130c, 140c, 150 Light receiving element 117 HD optical recording medium 120 Movable part 121 Lens tube 127 DVD optical recording medium 130b, 140b Hologram elements 132, 142, 152 Divergence angle conversion Lenses 133 and 143 Wavelength selective beam splitter 137 CD-based optical recording medium 200 Pitch 201a, 202a Incident light 201b, 202b Emitted light 203 Light source intensity distribution 501, 601 01, 801 Aberration correction means 502, 602, 702, 802 Diffractive surfaces 502a, 602a, 702a Central regions 502b, 602b, 702b Second region 502c, 602c, 702c Third region 502d Nearer 502e Distant 502f Flat portion Transmitted wavefront shape 502g Transmitted wavefront shape 704 of diffraction part Step 805, 805a, 805b Wave plate

Claims (5)

基板厚:0.1mm、開口数:0.85、使用波長:λ1=405nmのBD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ1=405nmのHD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ2=660nmのDVD系光記録媒体、基板厚:1.2mm、開口数:0.45、使用波長:λ3=785nmのCD系光記録媒体に対して、記録、再生、消去のうち1以上を行い得る光ピックアップであって、Substrate thickness: 0.1 mm, numerical aperture: 0.85, working wavelength: λ1 = 405 nm BD optical recording medium, substrate thickness: 0.6 mm, numerical aperture: 0.65, working wavelength: λ1 = 405 nm HD system Optical recording medium, substrate thickness: 0.6 mm, numerical aperture: 0.65, wavelength used: λ2 = 660 nm DVD optical recording medium, substrate thickness: 1.2 mm, numerical aperture: 0.45, operating wavelength: λ3 = An optical pickup capable of performing one or more of recording, reproduction, and erasing with respect to a 785 nm CD optical recording medium,
前記BD系光記録媒体とHD系光記録媒体とに対応した前記波長:λ1を有する第1の光束を出射する第1の光源と、前記DVD系光記録媒体に対応した前記波長:λ2を有する第2の光束を出射する第2の光源と、前記CD系光記録媒体に対応した前記波長:λ3を有する第3の光束を出射する第3の光源と、  A first light source that emits a first light beam having the wavelength: λ1 corresponding to the BD optical recording medium and an HD optical recording medium; and the wavelength: λ2 corresponding to the DVD optical recording medium. A second light source that emits a second light beam, a third light source that emits a third light beam having the wavelength λ3 corresponding to the CD-based optical recording medium,
前記第1〜第3の光束を、前記4種の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、該対物レンズと前記第1〜第3の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、  A single objective lens that focuses the first to third light fluxes on the recording surfaces of the four types of optical recording media, and an aberration provided between the objective lens and the first to third light sources. Correction means,
前記対物レンズは、BD系光記録媒体に対して、波長:λ1の光束による収差が最小になるように設計され、  The objective lens is designed to minimize the aberration caused by the light beam having a wavelength of λ1 with respect to the BD optical recording medium,
前記収差補正手段に、前記第1〜第3の光束が全て、平行光として入射し、  All of the first to third light fluxes enter the aberration correction unit as parallel light,
該収差補正手段の、光束が通過する光線有効径内に回折面が設けられ、該回折面は、開口数:0.45に相当する中心領域と、開口数:0.45〜0.65に相当する2番目の領域と、開口数:0.65〜0.85に相当する3番目の領域とに同心円状に分割され、  A diffraction surface is provided within the effective diameter of the light beam through which the light beam passes, and the diffraction surface has a central area corresponding to a numerical aperture of 0.45 and a numerical aperture of 0.45 to 0.65. A second region corresponding to the second region and a third region corresponding to a numerical aperture of 0.65 to 0.85 are concentrically divided;
前記中心領域および2番目の領域には、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体における基板厚の相違と、使用波長の相違により生じる球面収差を補正し、かつ開口を切り替えるような回折構造が形成され、  In the central region and the second region, the spherical aberration caused by the difference in the substrate thickness in the HD optical recording medium, the DVD optical recording medium, and the CD optical recording medium and the difference in the used wavelength is corrected, and an aperture is formed. A diffractive structure to be switched is formed,
該回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体の、基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように設定され、   The pitch of the diffractive structure is set using a single objective lens so as to cancel the spherical aberration that occurs when passing through the substrate of the HD optical recording medium, DVD optical recording medium, and CD optical recording medium. ,
前記中心領域には、段数:3段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるような第1の回折構造が形成され、該第1の回折構造の段階状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−2次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−3次回折するように設定され、  In the central region, a first diffractive structure in which the number of steps: a three-step staircase shape is repeated, and each of the repeated staircase shapes has a groove depth in the optical axis direction that decreases outward from the optical axis center. And the step-like groove depth of the first diffraction structure is divided into one in which the first light flux having the wavelength: λ1 is transmitted as the 0th-order light and one in which the second-order diffraction is performed, and the wavelength: λ2 Is set so that the second light flux of the first light beam is -1st order diffracted, and the third light flux of wavelength: λ3 is -3rd order diffracted
前記2番目の領域には、段数:3段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるような第2の回折構造が形成され、該第2の回折構造の階段状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−2次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−3次回折光を発生しないように設定され、  In the second region, a stepped shape having a number of steps: 3 steps is repeated, and each of the repeated stepped shapes has a groove depth in the optical axis direction that decreases from the center of the optical axis toward the outside. A diffraction structure is formed, and the step-like groove depth of the second diffraction structure is divided into one in which the first light flux of wavelength: λ1 is transmitted as 0th order light and one in which it is -2nd order diffracted. : The second light flux of λ2 is -1st order diffracted, and the third light flux of wavelength: λ3 is set not to generate -3rd order diffracted light,
前記3番目の領域は平坦であることを特徴とする光ピックアップ。  The optical pickup according to claim 3, wherein the third region is flat.
基板厚:0.1mm、開口数:0.85、使用波長:λ1=405nmのBD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ1=405nmのHD系光記録媒体、基板厚:0.6mm、開口数:0.65、使用波長:λ2=660nmのDVD系光記録媒体、基板厚:1.2mm、開口数:0.45、使用波長:λ3=785nmのCD系光記録媒体に対して、記録、再生、消去のうち1以上を行い得る光ピックアップであって、Substrate thickness: 0.1 mm, numerical aperture: 0.85, working wavelength: λ1 = 405 nm BD optical recording medium, substrate thickness: 0.6 mm, numerical aperture: 0.65, working wavelength: λ1 = 405 nm HD system Optical recording medium, substrate thickness: 0.6 mm, numerical aperture: 0.65, wavelength used: λ2 = 660 nm DVD optical recording medium, substrate thickness: 1.2 mm, numerical aperture: 0.45, operating wavelength: λ3 = An optical pickup capable of performing one or more of recording, reproduction, and erasing with respect to a 785 nm CD optical recording medium,
前記BD系光記録媒体とHD系光記録媒体とに対応した前記波長:λ1を有する第1の光束を出射する第1の光源と、前記DVD系光記録媒体に対応した前記波長:λ2を有する第2の光束を出射する第2の光源と、前記CD系光記録媒体に対応した前記波長:λ3を有する第3の光束を出射する第3の光源と、  A first light source that emits a first light beam having the wavelength: λ1 corresponding to the BD optical recording medium and an HD optical recording medium; and the wavelength: λ2 corresponding to the DVD optical recording medium. A second light source that emits a second light beam, a third light source that emits a third light beam having the wavelength λ3 corresponding to the CD-based optical recording medium,
前記第1〜第3の光束を、前記4種の光記録媒体の各記録面に集光させる単一の対物レンズと、該対物レンズと前記第1〜第3の光源の間に設けた収差補正手段とを備え、  A single objective lens that focuses the first to third light fluxes on the recording surfaces of the four types of optical recording media, and an aberration provided between the objective lens and the first to third light sources. Correction means,
前記対物レンズは、BD系光記録媒体に対して、波長:λ1の光束による収差が最小になるように設計され、  The objective lens is designed to minimize the aberration caused by the light beam having a wavelength of λ1 with respect to the BD optical recording medium,
前記収差補正手段に、前記第1〜第3の光束が全て、平行光として入射し、  All of the first to third light fluxes enter the aberration correction unit as parallel light,
該収差補正手段の、光束が通過する光線有効径内に回折面が設けられ、該回折面は、開口数:0.45に相当する中心領域と、開口数:0.45〜0.65に相当する2番目の領域と、開口数:0.65〜0.85に相当する3番目の領域とに同心円状に分割され、  A diffraction surface is provided within the effective diameter of the light beam through which the light beam passes, and the diffraction surface has a central area corresponding to a numerical aperture of 0.45 and a numerical aperture of 0.45 to 0.65. A second region corresponding to the second region and a third region corresponding to a numerical aperture of 0.65 to 0.85 are concentrically divided;
前記中心領域および2番目の領域には、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体における基板厚の相違と、使用波長の相違により生じる球面収差を補正し、かつ開口を切り替えるような回折構造が形成され、  In the central region and the second region, the spherical aberration caused by the difference in the substrate thickness in the HD optical recording medium, the DVD optical recording medium, and the CD optical recording medium and the difference in the used wavelength is corrected, and an aperture is formed. A diffractive structure to be switched is formed,
該回折構造のピッチが、単一の対物レンズを用いて、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体の、基板を透過する際に生じる球面収差を打ち消すように設定され、  The pitch of the diffractive structure is set using a single objective lens so as to cancel the spherical aberration that occurs when passing through the substrate of the HD optical recording medium, DVD optical recording medium, and CD optical recording medium. ,
前記中心領域には、段数:4段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが低くなるような第1の回折構造が形成され、該第1の回折構造の段階状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−1次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−2次回折するように設定され、  In the central region, a first diffractive structure in which a staircase shape with four steps is repeated and each of the repeated staircase shapes has a groove depth in the optical axis direction that decreases outward from the center of the optical axis. The stepped groove depth of the first diffractive structure is divided into one in which the first light flux having the wavelength: λ1 is transmitted as the 0th-order light and one in which the -1st-order diffraction is performed, and the wavelength: λ2 Are set such that the second light flux of the first light beam undergoes −1st order diffraction, and the third light flux having a wavelength of λ3 undergoes −2nd order diffraction.
前記2番目の領域には、段数:3段の階段形状を繰り返し、該繰り返される各階段形状が、光軸中心から外側に向かって、光軸方向の溝深さが高くなるような第2の回折構造が形成され、該第2の回折構造の階段状の溝深さは、波長:λ1の第1の光束が0次光のまま透過するものと−1次回折するものとに分かれ、波長:λ2の第2の光束が−1次回折し、波長:λ3の第3の光束が−3次回折光を発生しないように設定され、  In the second region, a stepped shape having a number of steps: 3 steps is repeated, and each of the repeated stepped shapes has a groove depth in the optical axis direction that increases from the optical axis center toward the outside. A diffraction structure is formed, and the step-like groove depth of the second diffraction structure is divided into one in which the first light flux of wavelength: λ1 is transmitted as 0th order light and one in which it is −1st order diffracted. : The second light flux of λ2 is -1st order diffracted, and the third light flux of wavelength: λ3 is set not to generate -3rd order diffracted light,
前記3番目の領域は平坦であることを特徴とする光ピックアップ。  The optical pickup according to claim 3, wherein the third region is flat.
請求項1または2記載の光ピックアップにおいて、
前記回折面における、中心から3番目の領域に、光軸方向の厚さが異なる段差を形成したことを特徴とする光ピックアップ
The optical pickup according to claim 1 or 2,
An optical pickup, wherein a step having a different thickness in the optical axis direction is formed in a third region from the center of the diffraction surface .
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ピックアップにおいて、In the optical pick-up according to any one of claims 1 to 3,
前記対物レンズと収差補正手段が一体に形成され、前記収差補正手段の回折面の回折構造が、前記対物レンズのレンズ面に形成されたことを特徴とする光ピックアップ。  An optical pickup, wherein the objective lens and the aberration correction unit are integrally formed, and a diffractive structure of a diffraction surface of the aberration correction unit is formed on a lens surface of the objective lens.
BD系光記録媒体、HD系光記録媒体、DVD系光記録媒体、CD系光記録媒体に対して、記録、再生、消去のうち1以上を行う光情報処理装置であって、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報処理装置
An optical information processing apparatus that performs one or more of recording, reproduction, and erasing on a BD optical recording medium, an HD optical recording medium, a DVD optical recording medium, and a CD optical recording medium,
An optical information processing apparatus comprising the optical pickup according to claim 1 .
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