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JP2012119042A - Objective lens and optical head with the same - Google Patents

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JP2012119042A
JP2012119042A JP2010269880A JP2010269880A JP2012119042A JP 2012119042 A JP2012119042 A JP 2012119042A JP 2010269880 A JP2010269880 A JP 2010269880A JP 2010269880 A JP2010269880 A JP 2010269880A JP 2012119042 A JP2012119042 A JP 2012119042A
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JP
Japan
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phase
objective lens
light beam
wavelength
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010269880A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomohito Kawamura
友人 川村
Toshiteru Nakamura
俊輝 中村
Kotaro Oishi
耕太郎 大石
Yoshio Okamoto
吉雄 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Media Electronics Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Media Electronics Co Ltd filed Critical Hitachi Media Electronics Co Ltd
Priority to JP2010269880A priority Critical patent/JP2012119042A/en
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Abstract

【課題】
BD/DVD/CDを1個の対物レンズで対応する3波長互換対物レンズを高効率に実現する手段を提供することを目的とする。
【解決手段】
第一の波長の光ビームが入光したとき第一の位相を付与し、第二の波長の光ビームが入光したとき第二の位相を付与し、第三の波長の光ビームが入光したとき第三の位相を付与する対物レンズであって、対物レンズは、少なくとも材質Aと材質Bから構成されており、材質Aと材質Bは、第一の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ1であり、材質Aと材質Bは、第二の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ2であり、第三の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ3であり、Δ1に対してΔ2とΔd3を大きく、材質Aと材質Bの境界の所定領域には、位相段差を備えさせる。
【選択図】 図1
【Task】
It is an object of the present invention to provide means for realizing a three-wavelength compatible objective lens corresponding to BD / DVD / CD with a single objective lens with high efficiency.
[Solution]
When a light beam of the first wavelength is incident, a first phase is imparted. When a light beam of the second wavelength is incident, a second phase is imparted, and a light beam of the third wavelength is incident. In this case, the objective lens imparts a third phase, and the objective lens is composed of at least a material A and a material B, and the material A and the material B are different in refractive index with respect to the light beam of the first wavelength. The difference between the refractive indices of the material A and the material B with respect to the light beam with the second wavelength is Δ2, and the difference between the refractive indexes with respect to the light beam with the third wavelength is Δ3. Δ2 and Δd3 are increased, and a phase step is provided in a predetermined region at the boundary between the material A and the material B.
[Selection] Figure 1

Description

3個の波長選択性を有するレンズに関する。特にBD、DVD、CD互換の対物レンズ、光学ヘッドに関する。 The present invention relates to a lens having three wavelength selectivity. In particular, the present invention relates to an objective lens and an optical head compatible with BD, DVD, and CD.

本技術分野の背景技術として、特開2007−280600号公報(特許文献1)がある。この公報には、「アクチュエータが追従できないような瞬間的な波長飛び時にも問題なく記録・再生可能な色収差を有し、且つ集光スポットのスポット径及びセンサーの読み取り信号に生じる悪影響を抑えることができる回折光学素子及びこの回折光学素子を備える光ピックアップ装置」が開示されている。また、位相段差を利用した対物レンズが開示されている。   As a background art in this technical field, there is JP-A-2007-280600 (Patent Document 1). This publication states that “there is chromatic aberration that can be recorded / reproduced without any problem even when there is an instantaneous wavelength jump that the actuator cannot follow, and that the adverse effect that occurs on the spot diameter of the focused spot and the sensor read signal can be suppressed. A diffractive optical element and an optical pickup apparatus including the diffractive optical element are disclosed. Further, an objective lens using a phase step is disclosed.

特開2007−280600JP2007-280600A

光ディスクでは、BD(Blu-ray Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、CD(Compact Disc)などが規格化されている。光ディスクを記録または再生する光学ヘッドでは、光源から光ビームを出射し、その光ビームを対物レンズにより光ディスクの情報層に集光し、光ディスクからの反射光ビームを光検出器で検出し、検出した信号から光ディスクの情報を再生している。   As optical discs, BD (Blu-ray Disc), DVD (Digital Versatile Disc), CD (Compact Disc) and the like are standardized. In an optical head for recording or reproducing an optical disc, a light beam is emitted from a light source, the light beam is condensed on an information layer of the optical disc by an objective lens, and a reflected light beam from the optical disc is detected by a photodetector. Information on the optical disk is reproduced from the signal.

さて、BD、DVD、CDに対応した光学ヘッドでは、光源から出射する光ビームの波長、対物レンズのNA(Numerical Aperture)、光ディスクの表面から情報面までの距離(以下面間と記す)が異なる点が特徴である。BD/DVD/CDにおいて、波長は405nm帯/660nm帯/785nm帯、NAは0.85/0.6/0.45、面間は0.1mm/0.6mm/1.2mmのものを用いるのが一般的である。このような3個の光ディスクを1個の光学ヘッドで記録または再生を行うBD/DVD/CD互換用の光学ヘッドでは、BD専用の対物レンズとDVD/CD用の2波長互換用の対物レンズを2個併用するのが現在のところ一般的である。2波長互換用の対物レンズでは、レンズ面に位相段差を設け、その段差で発生する位相を片側の波長の整数倍とすることで、一方の波長には、位相段差が機能し、他方の波長に位相段差が機能しないようにする波長選択性を利用している。   Now, optical heads compatible with BD, DVD, and CD differ in the wavelength of the light beam emitted from the light source, the NA (Numerical Aperture) of the objective lens, and the distance from the surface of the optical disk to the information surface (hereinafter referred to as “between surfaces”). The point is a feature. For BD / DVD / CD, use a wavelength of 405 nm band / 660 nm band / 785 nm band, NA of 0.85 / 0.6 / 0.45, and a space of 0.1 mm / 0.6 mm / 1.2 mm. It is common. In such a BD / DVD / CD compatible optical head that records or reproduces three optical disks with a single optical head, an objective lens dedicated to BD and a dual wavelength compatible objective lens for DVD / CD are provided. It is common to use two in combination. In a two-wavelength compatible objective lens, a phase step is provided on the lens surface, and the phase generated at the step is set to an integral multiple of the wavelength on one side, so that the phase step functions at one wavelength and the other wavelength. The wavelength selectivity that prevents the phase step from functioning is used.

近年、そのBD/DVD/CDの再生または記録を1個の対物レンズで対応する3波長互換用の対物レンズ、それを用いた光学ヘッドが検討されており、例えば特許文献1などがある。特許文献1では、従来の2波長互換用の対物レンズと同じように波長の差異を利用する位相段差を用いた3波長互換対物レンズが記載されている。しかし位相段差において、3個の波長選択性を実現するには、整合性を取るために段差が大きくなり、光が大きく回折し光効率が落ちる。例えば特許文献1の表3にCDの回折効率は46.1%と記載されている。つまり一般的に位相段差を用いた3波長互換用の対物レンズは、光効率が低い点が欠点であるといえる。光効率が低い光学ヘッドでは、光源の出力増加が必要となるためコスト面、信頼性(光源の寿命)の課題があり、また、光検出器への反射光ビームの光量も小さくなるためS/Nが劣化し、再生マージンが小さくなることも課題である。   In recent years, a three-wavelength compatible objective lens that supports reproduction or recording of the BD / DVD / CD with a single objective lens, and an optical head using the objective lens have been studied. Patent Document 1 describes a three-wavelength compatible objective lens using a phase step that utilizes the difference in wavelength as in a conventional two-wavelength compatible objective lens. However, in order to achieve the three wavelength selectivity in the phase step, the step becomes large in order to achieve matching, and the light is greatly diffracted, resulting in a decrease in light efficiency. For example, in Table 3 of Patent Document 1, the diffraction efficiency of CD is described as 46.1%. That is, it can be said that a three-wavelength compatible objective lens using a phase step generally has a disadvantage in that it has low light efficiency. An optical head with low light efficiency requires an increase in the output of the light source, so there are problems in terms of cost and reliability (lifetime of the light source), and the light quantity of the reflected light beam to the photodetector is also small. Another problem is that N is deteriorated and the reproduction margin is reduced.

そこで本発明ではBD/DVD/CDを1個の対物レンズで対応する3波長互換用の対物レンズを高効率に実現する手段を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a means for realizing a three-wavelength compatible objective lens corresponding to BD / DVD / CD with a single objective lens with high efficiency.

上記目的は、その一例として特許請求の範囲に記載の構成により達成できる。   The above object can be achieved by, for example, the configuration described in the claims.

本発明によれば、高効率な3波長互換用の対物レンズと、安価、高信頼性、高再生マージンのBD/DVD/CD互換用の光学ヘッドを実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a high-efficiency three-wavelength compatible objective lens and a BD / DVD / CD compatible optical head that is inexpensive, highly reliable, and has a high reproduction margin.

実施例1における3波長互換用の対物レンズ001の概略構成図を示す。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an objective lens 001 for compatibility with three wavelengths according to the first embodiment. 実施例1における対物レンズ001において、BD光学系を説明する図を示す。FIG. 2 is a diagram illustrating a BD optical system in the objective lens 001 in Example 1. 実施例1における対物レンズ001において、DVD光学系を説明する図を示す。FIG. 3 is a diagram illustrating a DVD optical system in the objective lens 001 in Example 1. 実施例1における対物レンズ001において、CD光学系を説明する図を示す。FIG. 2 is a diagram illustrating a CD optical system in the objective lens 001 in Example 1. 実施例2における3波長互換用の対物レンズ050の概略構成図を示す。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an objective lens for 050-wavelength compatibility in Example 2. FIG. 実施例3における光学ヘッド100の概略構成図を示す。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical head 100 in Embodiment 3. 実施例4における光学ヘッド200の概略構成図を示す。FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of an optical head 200 in Embodiment 4.

以下、図に示す実施例に基づいて詳細に説明するが、これによりこの本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited thereby.

本発明における実施例1について図を用い説明する。ここでは3個の異なる波長に対して各々所定の性能に設計可能な対物レンズを具体的にBD、DVD、CDの3波長互換の対物レンズを例に説明する。   Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, an objective lens that can be designed to have a predetermined performance with respect to three different wavelengths will be specifically described by taking a BD, DVD, and CD three-wavelength compatible objective lens as an example.

図1は、実施例1における3波長互換用の対物レンズ001を示す概略構成図である。実施例1における対物レンズ001は、位相板002とレンズ003の2個で構成される光学素子である。位相板002は、透明平板であり、2個の材質である材質A004と材質B005で構成されている。BD/DVD/CDの中心波長を各々λ1=405nm/λ2=660nm/λ3=785nmとする。材質A004と材質B005は、異なる分散特性をもたせたものを用いる。分散特性とは、波長に対する屈折率の変化感度が異なる特性を意図している。具体的には、材質A004および材質B005のλ1に対する屈折率の差をΔ1、材質A004および材質B005のλ2に対する屈折率の差をΔ2、材質A004および材質B005のλ3に対する屈折率の差をΔ3としたとき、Δ1に対してΔ2とΔ3を大きくしたものとする。特にΔ1は略同じ程度の小さいものとする。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a three-wavelength compatible objective lens 001 in the first embodiment. The objective lens 001 in the first embodiment is an optical element including two components, a phase plate 002 and a lens 003. The phase plate 002 is a transparent flat plate and is composed of two materials A004 and B005. The center wavelengths of BD / DVD / CD are λ1 = 405 nm / λ2 = 660 nm / λ3 = 785 nm, respectively. As the material A004 and the material B005, materials having different dispersion characteristics are used. The dispersion characteristic is intended to be a characteristic in which the change sensitivity of the refractive index with respect to the wavelength is different. Specifically, the difference in refractive index with respect to λ1 of the material A004 and the material B005 is Δ1, the difference in refractive index with respect to λ2 of the material A004 and the material B005 is Δ2, and the difference in refractive index with respect to λ3 of the material A004 and the material B005 is Δ3. It is assumed that Δ2 and Δ3 are larger than Δ1. In particular, Δ1 is assumed to be as small as approximately the same level.

また、材質A004と材質B005の境界には、位相段差006を設けている。この位相段差は、λ2に対する材質A004と材質B005の屈折率差ΔNと段差Δdが数1に示すようにλ2の整数Mの倍数となるように設定する。

ΔN×Δd=M×λ2 (M=1.2.3・・・・)・・・〔数1〕

なお、Mは1とすると良い。これは、実際の段差Δdを最も小さくできるためである。
In addition, a phase step 006 is provided at the boundary between the material A004 and the material B005. This phase step is set so that the refractive index difference ΔN between the material A004 and the material B005 and the step Δd with respect to λ2 is a multiple of an integer M of λ2 as shown in Equation 1.

ΔN × Δd = M × λ2 (M = 1.2.3....) [Equation 1]

Note that M is preferably 1. This is because the actual step Δd can be minimized.

さて、レンズ003は、NA0.85のBD専用の対物レンズであることを想定している。また、図中光ビーム径φ1は入射する光ビームの直径(NA0.85に相当する直径)を示している。光ビーム径φ2は、材質A004の領域と同じ直径(NA0.6に相当する直径)とする。光ビーム径φ3は、位相段差006のある領域と同じ直径(NA0.45に相当する直径)とする。これは、後述するが、λ1、λ2、λ3の光ビームに対する対物レンズ001のNAを異ならせるために設けている。   Now, it is assumed that the lens 003 is an objective lens dedicated to a BD having an NA of 0.85. In the figure, the light beam diameter φ1 indicates the diameter of the incident light beam (diameter corresponding to NA 0.85). The light beam diameter φ2 is the same diameter as that of the material A004 (diameter corresponding to NA 0.6). The light beam diameter φ3 is the same diameter as that of the region having the phase step 006 (diameter corresponding to NA 0.45). As will be described later, this is provided to make the NA of the objective lens 001 different for the light beams of λ1, λ2, and λ3.

次に図2を用い対物レンズ001にλ1の光ビームが入射した時の対物レンズ001の機能について説明する。図中光ディスク011は、BDであり、表面012と情報面013から構成されている。表面012と情報面013の間は、透明基盤であり、その面間t1はBDの0.1mmである。光ビーム径φ1で入射するλ1の光ビーム(図中光ビーム010)は、最初に位相板002に入光する。位相板002の材質A004と材質B005はλ1に対して屈折率が非常に小さいため、位相板002を通過するλ1の光ビームには、位相板002はただの透明平板となり、なんの位相も付与されない。つまりλ1の光ビームは、位相板002を素通りし、レンズ003に到達する。レンズ003は、NA0.85のBD専用レンズであるため、レンズ003を通過したλ1の光ビームは情報面013に収差最小で集光される。すなわちλ1の光ビームが対物レンズ001に入光すると、レンズ003の外形形状でのみ位相が付与されるといえる。なお、このように外形形状で付与される位相を以後、位相Bと記す。以上より、λ1の光ビームに対して対物レンズ001は、NA0.85のBD専用の対物レンズとして機能する。また、位相板002は素通りするため、光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。   Next, the function of the objective lens 001 when the light beam of λ1 enters the objective lens 001 will be described with reference to FIG. In the figure, an optical disc 011 is a BD, and is composed of a surface 012 and an information surface 013. The space between the surface 012 and the information surface 013 is a transparent substrate, and the space between the surfaces t1 is 0.1 mm of BD. A light beam of λ1 (light beam 010 in the figure) incident with a light beam diameter φ1 first enters the phase plate 002. Since the refractive index of the material A004 and the material B005 of the phase plate 002 is very small with respect to λ1, the phase plate 002 is merely a transparent flat plate and gives any phase to the light beam of λ1 passing through the phase plate 002. Not. That is, the light beam of λ1 passes through the phase plate 002 and reaches the lens 003. Since the lens 003 is a BD-only lens with NA of 0.85, the light beam of λ1 that has passed through the lens 003 is condensed on the information surface 013 with minimum aberration. That is, when the light beam of λ1 enters the objective lens 001, it can be said that the phase is given only by the outer shape of the lens 003. Hereinafter, the phase imparted by the outer shape will be referred to as a phase B. From the above, the objective lens 001 functions as a BD-dedicated objective lens with NA of 0.85 for the light beam of λ1. Further, since the phase plate 002 passes through, it can be said that there is no decrease in light efficiency and high light efficiency is realized.

次に図3を用い対物レンズ001にλ2の光ビームが入射した時の対物レンズ001の機能について説明する。図中光ディスク021は、DVDであり、表面022と情報面023から構成されている。表面022と情報面023の間は、透明基盤であり、その面間t2はDVDの0.6mmである。光ビーム径φ1で入射するλ2の光ビーム(図中光ビーム010)は、最初に位相板002に入光する。位相板002の材質A004と材質B005はλ2に対して異なる屈折率であるため、位相板002を通過するλ2の光ビームには、材質A004と材質B005を通過した距離の割合差で位相が付与される。なお、このように材質A004と材質B005を通過した距離の割合差で付与される位相を以後、位相Dと記す。また付与される位相Dは、材質A004と材質B005の両方の領域を通過した場合のみのため、λ2は、光ビーム径φ2の範囲のみで、位相が付与される。これは、λ2の光ビームは、λ1に対して有効径を変えられることに相当する。すなわち、λ1と異なるDVDのNAである0.6相当にすることができると言える。なお、位相段差006は、λ2に対して整数倍であるため、λ2の光ビームに対して位相段差006は見えないものとなる。   Next, the function of the objective lens 001 when the light beam of λ2 is incident on the objective lens 001 will be described with reference to FIG. In the figure, an optical disk 021 is a DVD, and is composed of a surface 022 and an information surface 023. The space between the surface 022 and the information surface 023 is a transparent substrate, and the space between the surfaces t2 is 0.6 mm of DVD. A light beam of λ2 (light beam 010 in the figure) incident with a light beam diameter φ1 enters the phase plate 002 first. Since the material A004 and the material B005 of the phase plate 002 have different refractive indexes with respect to λ2, the phase is given to the light beam of λ2 that passes through the phase plate 002 by the ratio difference of the distance that has passed through the material A004 and the material B005. Is done. In addition, the phase given by the ratio difference of the distance which passed the material A004 and the material B005 in this way is hereafter described as the phase D. Further, the phase D to be applied is only when the material A004 and the material B005 are both passed through, so that λ2 is provided with the phase only in the range of the light beam diameter φ2. This corresponds to that the effective diameter of the light beam of λ2 can be changed with respect to λ1. That is, it can be said that it can be equivalent to 0.6, which is the NA of DVD different from λ1. Since the phase step 006 is an integral multiple of λ2, the phase step 006 cannot be seen with respect to the light beam of λ2.

さて、位相板002を通過し、位相Dが付与されたλ2の光ビームは、レンズ003に入光する。λ2の光ビームに対してレンズ003は、λ1同様BD専用レンズであるため、レンズ003を通過したλ2の光ビーム020はBDの情報面に集光される位相Bが付与される。もちろん、レンズ003の材質にも分散特性があるため、λ1と全く同じ位相ではないが、説明を安易にするため、同じ位相Bと記載する。上記位相板002をλ2が通過した時に付与される位相Dとレンズ003を通過したときに付与される位相Bを組み合わせ、λ2の光ビームが情報面023に収差最小で集光されるように位相板002の材質A004と材質B006の境界を設計する。ここでは、位相Dが自由なパラメータとなる。すなわちλ2の光ビームが対物レンズ001に入光すると、位相板002の材質Aと材質Bの境界形状とレンズ003の外形形状で位相Bと位相Dの組み合わされた位相が付与され、DVDの情報面023に収差最小で集光させることができる。この時集光されるλ2の光ビームの進路を図中光ビーム020で示している。以上より、λ2の光ビームに対して対物レンズ001は、NA0.6のDVD専用の対物レンズとして機能する。また、位相板002は位相段差006があるが、その段差が小さいため、従来のDVDとCDの互換用の対物レンズと同じように光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。   Now, the light beam of λ2 that has passed through the phase plate 002 and to which the phase D is given enters the lens 003. Since the lens 003 is a BD-dedicated lens similarly to λ1 with respect to the light beam of λ2, the phase B that is condensed on the information surface of the BD is given to the light beam 020 of λ2 that has passed through the lens 003. Of course, since the material of the lens 003 also has dispersion characteristics, it is not exactly the same phase as λ1, but for the sake of easy explanation, the same phase B is described. The phase D applied when λ2 passes through the phase plate 002 and the phase B applied when passed through the lens 003 are combined so that the light beam of λ2 is focused on the information surface 023 with minimum aberration. The boundary between the material A004 and the material B006 of the plate 002 is designed. Here, the phase D is a free parameter. That is, when the light beam of λ2 enters the objective lens 001, a phase in which the phase B and the phase D are combined is given by the boundary shape of the material A and the material B of the phase plate 002 and the outer shape of the lens 003. The light can be condensed on the surface 023 with minimum aberration. The path of the light beam λ2 collected at this time is indicated by a light beam 020 in the figure. As described above, the objective lens 001 functions as a DVD-only objective lens having a NA of 0.6 with respect to the light beam of λ2. Further, the phase plate 002 has a phase step 006, but since the step is small, there is no decrease in light efficiency as in the conventional objective lens for DVD and CD compatibility, and high light efficiency is realized. I can say that.

次に図4を用い対物レンズ001にλ3の光ビームが入射した時の対物レンズ001の機能について説明する。図中光ディスク031は、CDであり、表面032と情報面033から構成されている。表面032と情報面033の間は、透明基盤であり、その面間t3はCDの1.2mmである。光ビーム径φ1で入射するλ3の光ビームは、最初に位相板002に入光する。位相板002の材質A004と材質B005はλ3に対して異なる屈折率であるため、位相板002を通過するλ3の光ビームには、材質A004と材質B005を通過した距離の割合差で位相Dが付与される。位相段差006は、λ3に対して整数倍でないため、λ3の光ビームに対して位相段差006により位相が付与される。なお、このように位相段差006で付与される位相を以後、位相Cと記す。また付与される位相は、位相段差006の領域を通過した場合のみのため、λ3は、光ビーム径φ3の範囲で、位相が付与される。これは、λ3の光ビームは、λ1、λ2に対して有効径を変えられることに相当する。すなわち、λ1、λ2と異なるCDのNAである0.45相当にすることができると言える。   Next, the function of the objective lens 001 when the light beam of λ3 is incident on the objective lens 001 will be described with reference to FIG. In the figure, an optical disk 031 is a CD, and is composed of a surface 032 and an information surface 033. The space between the surface 032 and the information surface 033 is a transparent substrate, and the space between the surfaces t3 is 1.2 mm of CD. A light beam of λ3 incident at a light beam diameter φ1 first enters the phase plate 002. Since the material A004 and the material B005 of the phase plate 002 have different refractive indexes with respect to λ3, the phase D of the light beam of λ3 that passes through the phase plate 002 is a ratio difference between the distances that have passed through the material A004 and the material B005. Is granted. Since the phase step 006 is not an integral multiple of λ3, the phase step 006 gives a phase to the light beam of λ3. Hereinafter, the phase imparted by the phase step 006 will be referred to as a phase C. Further, since the phase to be applied is only when the phase has passed through the region of the phase step 006, the phase is applied to λ3 within the range of the light beam diameter φ3. This corresponds to that the effective diameter of the light beam of λ3 can be changed with respect to λ1 and λ2. That is, it can be said that it can be equivalent to 0.45 which is the NA of CD different from λ1 and λ2.

さて、位相板002を通過し、位相Dと位相Cが付与されたλ3の光ビームは、レンズ003に入光する。λ3の光ビームに対してレンズ003は、λ1同様BD専用レンズであるため、レンズ003を通過したλ3の光ビームはBDの情報面に集光される位相Bが付与される。λ3の光ビームが対物レンズ001に入射したとき、位相Bと位相Dと位相Cを組み合わせ、λ3の光ビームが情報面033に収差最小で集光されるように位相段差006を設計する。ここでは、位相Cが自由なパラメータとなる。すなわちλ3の光ビームが対物レンズ001に入光すると、位相板002の材質Aと材質Bの境界形状と位相段差006とレンズ003の外形形状で位相B、位相D、位相Cが付与され、CDの情報面033に収差最小で集光させることができる。この時集光されるλ3の光ビームの進路を図中光ビーム030で示している。以上より、λ3の光ビームに対して対物レンズ001は、NA0.45のCD専用の対物レンズとして機能する。また、位相板002は位相段差006があるが、その段差が小さいため、DVD同様に光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。   Now, the light beam of λ3 having passed through the phase plate 002 and provided with the phase D and the phase C enters the lens 003. Since the lens 003 is a BD-dedicated lens similarly to λ1 with respect to the light beam of λ3, the light beam of λ3 that has passed through the lens 003 is given a phase B that is condensed on the information surface of the BD. When the light beam of λ3 is incident on the objective lens 001, the phase difference 006 is designed such that the phase B, the phase D, and the phase C are combined and the light beam of λ3 is condensed on the information surface 033 with minimum aberration. Here, the phase C is a free parameter. That is, when the light beam of λ3 enters the objective lens 001, phase B, phase D, and phase C are given by the boundary shape of the material A and material B of the phase plate 002, the phase step 006, and the outer shape of the lens 003, and CD The information surface 033 can be condensed with minimum aberration. The path of the light beam of λ3 condensed at this time is indicated by a light beam 030 in the drawing. As described above, the objective lens 001 functions as a CD-only objective lens with NA of 0.45 with respect to the light beam of λ3. Further, the phase plate 002 has a phase step 006, but since the step is small, it can be said that a high light efficiency is realized without a decrease in light efficiency like DVD.

以上説明したように、λ1、λ2、λ3は各々位相B、位相D、位相Cを自由な設計パラメータとして有している。つまりλ1、λ2、λ3の光ビームは、これらのパラメータを最適値とすることにより、各々BD、DVD、CDの情報面に収差最小で集光させることが可能である。また、λ1、λ2、λ3の波長の光ビームが入光したとき、各々BD、DVD、CDの情報面に収差最小で集光される光ビーム径は、φ1、φ2、φ3と所定の有効径に設計できる。これはすなわち、λ1、λ2、λ3の波長の光ビームに対して各々所定のNAを実現できることに相当する。また3波長互換用の対物レンズ001では、従来の3波長の波長選択性が必要であった段差の大きい位相段差が不要であるため、高い光効率が実現できる。   As described above, λ1, λ2, and λ3 each have phase B, phase D, and phase C as free design parameters. That is, the light beams of λ1, λ2, and λ3 can be focused on the information surfaces of BD, DVD, and CD with minimum aberration by setting these parameters to optimum values. In addition, when light beams having wavelengths of λ1, λ2, and λ3 are incident, the light beam diameters that are collected with minimum aberration on the information surfaces of BD, DVD, and CD are φ1, φ2, and φ3, which are predetermined effective diameters. Can be designed. In other words, this corresponds to that a predetermined NA can be realized for each of the light beams having the wavelengths λ1, λ2, and λ3. In addition, the objective lens 001 compatible with three wavelengths does not require a large phase step, which required the conventional wavelength selectivity of three wavelengths, so that high light efficiency can be realized.

ここでは、λ1に対して材質A004、材質B005が最も屈折率差が小さくなる例を説明したが、λ3に対して材質A004、材質B005が最も屈折率差が小さくなるような材質を選択することで、λ1、λ2に各々位相を付与させることももちろん可能である。   Here, an example in which the material A004 and the material B005 have the smallest refractive index difference with respect to λ1 has been described, but the material with the material A004 and the material B005 having the smallest refractive index difference with respect to λ3 should be selected. Thus, it is of course possible to add a phase to each of λ1 and λ2.

すなわち、以上説明したように本メカニズムを用いることで、3波長に各々任意の位相を付与できるレンズが高い効率で実現できる。なお、位相の設計自体は、公知な技術のため、詳細は割愛する。   That is, as described above, by using this mechanism, a lens capable of imparting arbitrary phases to the three wavelengths can be realized with high efficiency. Since the phase design itself is a known technique, the details are omitted.

本発明における実施例2について図を用い説明する。ここでも3個の異なる波長に対して各々所定の性能に設計可能な対物レンズを具体的にBD、DVD、CDの3波長互換用の対物レンズを例に説明する。実施例1は、位相板002とレンズ003とで構成される対物レンズ001を説明した。実施例2では、位相差002とレンズ003を一体にした対物レンズ050について説明する。   A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here again, an objective lens that can be designed to have a predetermined performance for each of three different wavelengths will be described by taking a BD, DVD, and CD three-wavelength compatible objective lens as an example. In the first embodiment, the objective lens 001 including the phase plate 002 and the lens 003 has been described. In Example 2, an objective lens 050 in which a phase difference 002 and a lens 003 are integrated will be described.

図5は、実施例2における3波長互換用の対物レンズ050を示す概略構成図である。実施例2における対物レンズ050は、1個の光学素子である。対物レンズ050は、実施例1のレンズ003と同じBD専用レンズの外形であることを想定している。また、対物レンズ050は、2個の材質である材質A051と材質B052で構成されている。BD/DVD/CDの中心波長を各々λ1=405nm/λ2=660nm/λ3=785nmとする。実施例1で説明した材質A004と材質B005と同様に、材質A051と材質B052は、異なる分散特性をもたせたものを用いる。また、材質A051と材質B052の境界には、位相段差053を設けている。この位相段差は、λ2に対する材質A051と材質B053の屈折率差ΔNと段差Δdが上記した数1に示すようにλ2の整数Mの倍数となるように設定する。なお、Mは1とすると良い。これは、実際の段差Δdを最も小さくできるためである。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an objective lens 050 for compatibility with three wavelengths according to the second embodiment. The objective lens 050 in the second embodiment is one optical element. It is assumed that the objective lens 050 has the same external shape of a BD dedicated lens as the lens 003 of the first embodiment. The objective lens 050 is composed of two materials A051 and B052. The center wavelengths of BD / DVD / CD are λ1 = 405 nm / λ2 = 660 nm / λ3 = 785 nm, respectively. Similar to the materials A004 and B005 described in the first embodiment, materials A051 and B052 having different dispersion characteristics are used. Further, a phase step 053 is provided at the boundary between the material A051 and the material B052. This phase step is set so that the refractive index difference ΔN and the step Δd of the material A051 and the material B053 with respect to λ2 are multiples of an integer M of λ2 as shown in the above equation 1. Note that M is preferably 1. This is because the actual step Δd can be minimized.

また、図中光ビーム径φ1は入射する光ビームの直径(NA0.85に相当する直径)を示している。光ビーム径φ2は、材質A051の領域と同じ直径(NA0.6に相当する直径)とする。光ビーム径φ3は、位相段差053のある領域と同じ直径(NA0.45に相当する直径)とする。これは、前述したのと同様にλ1、λ2、λ3の光ビームに対する対物レンズ050のNAを異ならせるために設けている。   In the figure, the light beam diameter φ1 indicates the diameter of the incident light beam (diameter corresponding to NA 0.85). The light beam diameter φ2 is the same diameter as that of the material A051 (diameter corresponding to NA 0.6). The light beam diameter φ3 is set to the same diameter as that of the region having the phase step 053 (diameter corresponding to NA 0.45). This is provided to make the NA of the objective lens 050 different from the light beams of λ1, λ2, and λ3 as described above.

光ビーム径φ1で入射するλ1の光ビームは、対物レンズ050の材質A051と材質B052はλ1に対して屈折率の差が小さいため、対物レンズ050を通過するλ1の光ビームには、外形形状でのみ位相Bが付与される。対物レンズ050の外形は、NA0.85のBD専用の対物レンズであるため、対物レンズ050を通過したλ1の光ビームはBDの情報面に収差最小で集光される。以上より、λ1の光ビームに対して対物レンズ050は、NA0.85のBD専用の対物レンズとして機能する。また、対物レンズ050は材質A051と材質B052屈折率差が非常に小さいため、通常のBD専用の対物レンズ同様に、光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。   The light beam of λ1 incident with the light beam diameter φ1 has a small difference in refractive index between the material A051 and the material B052 of the objective lens 050 with respect to λ1, and therefore the light beam of λ1 that passes through the objective lens 050 has an outer shape. Phase B is given only at. The outer shape of the objective lens 050 is a BD-dedicated objective lens with an NA of 0.85. Therefore, the light beam of λ1 that has passed through the objective lens 050 is focused on the information surface of the BD with minimum aberration. From the above, the objective lens 050 functions as a BD-dedicated objective lens with NA of 0.85 for the light beam of λ1. Further, since the difference in refractive index between the material A051 and the material B052 is very small, it can be said that the objective lens 050 does not decrease in light efficiency and achieves high light efficiency as in the case of a normal objective lens dedicated to BD.

光ビーム径φ1で入射するλ2の光ビームは、対物レンズ050を通過するλ2の光ビームには、外形形状で位相Bが付与される。さらに材質A051と材質B052はλ2に対して異なる屈折率であるため、対物レンズ050を通過するλ2の光ビームには、材質A051と材質B052を通過した距離の割合差で位相Dが付与される。またλ2の光ビームは、材質A051と材質B052の両方を通過した領域のみ位相Dが付与される。これは、λ2の光ビームは、λ1に対して有効径を変えられることに相当する。すなわち、λ1と異なるDVDのNAである0.6相当にすることができると言える。なお、位相段差053は、λ2に対して整数倍であるため、λ2の光ビームに対して位相段差053は見えないものとなる。   The light beam of λ2 incident with the light beam diameter φ1 is given a phase B in the outer shape to the light beam of λ2 passing through the objective lens 050. Further, since the material A051 and the material B052 have different refractive indices with respect to λ2, the phase D is given to the light beam of λ2 that passes through the objective lens 050 by the ratio difference of the distance that passed through the material A051 and the material B052. . The light beam of λ2 is given a phase D only in a region that has passed both the material A051 and the material B052. This corresponds to that the effective diameter of the light beam of λ2 can be changed with respect to λ1. That is, it can be said that it can be equivalent to 0.6, which is the NA of DVD different from λ1. Since the phase step 053 is an integral multiple of λ2, the phase step 053 cannot be seen with respect to the light beam of λ2.

さて、λ2が通過した時に付与される位相Bと位相DがDVDの情報面に収差最小で集光されるように材質A051と材質B052の境界を設計する。すなわちλ2の光ビームが対物レンズ050に入光すると、対物レンズ050の材質A051と材質B052の境界形状と外形形状で位相が付与され、DVDの情報面に収差最小で集光させることができる。ここでは、位相Dが自由なパラメータとなる。   Now, the boundary between the material A051 and the material B052 is designed so that the phase B and the phase D given when λ2 passes are focused on the information surface of the DVD with minimum aberration. That is, when the light beam of λ2 enters the objective lens 050, a phase is given by the boundary shape and the outer shape of the material A051 and the material B052 of the objective lens 050, and the light can be condensed on the information surface of the DVD with minimum aberration. Here, the phase D is a free parameter.

以上より、λ2の光ビームに対して対物レンズ050は、NA0.6のDVD専用の対物レンズとして機能する。また、位相段差053があるが、従来のDVDとCDの互換用の対物レンズと同じように光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。   From the above, the objective lens 050 functions as a DVD-only objective lens with a NA of 0.6 with respect to the light beam of λ2. Further, although there is a phase step 053, it can be said that high light efficiency is realized without a decrease in light efficiency as in the case of a conventional objective lens compatible with DVD and CD.

光ビーム径φ1で入射するλ3の光ビームは、対物レンズ050を通過するλ2の光ビームには、外形形状で位相Bが付与される。さらに材質A051と材質B052はλ3に対して異なる屈折率であるため、対物レンズ050を通過するλ3の光ビームには、材質A051と材質B052を通過した距離の割合差で位相Dが付与される。さらに、位相段差053は、λ3に対して整数倍でないため、λ3の光ビームに対して位相Cが付与される。また位相段差053で付与される位相Cは、位相段差053のある領域のみのため、λ3は、光ビーム径φ3の範囲で、位相Cが付与される。これは、λ3の光ビームは、λ1、λ2に対して任意の有効径に設定することができる。すなわち、λ1、λ2と異なるCDのNAである0.45相当にすることができると言える。   The light beam of λ3 incident with the light beam diameter φ1 is given a phase B in the outer shape to the light beam of λ2 passing through the objective lens 050. Further, since the material A051 and the material B052 have different refractive indexes with respect to λ3, the phase D is given to the light beam of λ3 that passes through the objective lens 050 by the ratio difference of the distance that passed through the material A051 and the material B052. . Further, since the phase step 053 is not an integral multiple of λ3, the phase C is given to the light beam of λ3. Further, since the phase C given by the phase step 053 is only in the region having the phase step 053, the phase C is given in the range of λ3 within the light beam diameter φ3. This is because the light beam of λ3 can be set to an arbitrary effective diameter with respect to λ1 and λ2. That is, it can be said that it can be equivalent to 0.45 which is the NA of CD different from λ1 and λ2.

さて、λ3が通過した時に付与される位相B、位相D、位相CがCDの情報面に収差最小で集光されるように位相段差053の境界を設計する。ここでは、位相Cが自由なパラメータとなる。すなわちλ3の光ビームが対物レンズ050に入光すると、対物レンズ050の材質A051と材質B052の境界形状と外形形状と位相段差053で位相B、位相D、位相Cが付与され、CDの情報面に収差最小で集光させることができる。以上より、λ3の光ビームに対して対物レンズ050は、NA0.45のCD専用の対物レンズとして機能する。また、位相段差053があるが、その段差が小さいため、DVD同様に光効率の減少がなく、高い光効率が実現されていると言える。   Now, the boundary of the phase step 053 is designed so that the phase B, phase D, and phase C added when λ3 passes are focused on the information surface of the CD with minimum aberration. Here, the phase C is a free parameter. That is, when the light beam of λ3 enters the objective lens 050, phase B, phase D, and phase C are given by the boundary shape, outer shape, and phase step 053 of the material A051 and material B052 of the objective lens 050, and the information surface of the CD Can be focused with minimum aberration. As described above, the objective lens 050 functions as a CD-only objective lens with NA of 0.45 with respect to the light beam of λ3. Further, although there is a phase step 053, since the step is small, it can be said that there is no decrease in light efficiency like DVD, and high light efficiency is realized.

以上説明したように、対物レンズ050も対物レンズ001同様にλ1、λ2、λ3の波長の光ビームが入光したとき、各々所定のNAにおいてBD、DVD、CDの情報面に各々収差最小で集光させることが可能になる。また、対物レンズ050は、1個の光学素子で実現できることが大きな効果として挙げられる。上述のように3波長互換用の対物レンズ050では、従来の3波長の波長選択性が必要であった位相段差が必要でない。このため位相段差の段差を小さくすることができ、対物レンズ001同様に光効率を大きく改善できる。   As described above, similarly to the objective lens 001, the objective lens 050 collects light with the minimum aberration on the information surfaces of the BD, DVD, and CD at a predetermined NA when a light beam having wavelengths of λ1, λ2, and λ3 is incident. It becomes possible to make it light. Moreover, the objective lens 050 can be realized by a single optical element. As described above, the three-wavelength compatible objective lens 050 does not require the phase step that required the conventional wavelength selectivity of the three wavelengths. For this reason, the step of the phase step can be reduced, and the light efficiency can be greatly improved similarly to the objective lens 001.

本発明における実施例3について図を用いて詳細に説明する。ここでは、BD、DVD、CDに対応した光学ヘッドを想定し説明する。図6は実施例3における光学ヘッド100の構成を示す概略図である。ここでもBD/DVD/CDの中心波長を各々λ1=405nm/λ2=660nm/λ3=785nmとする。なお、図中破線103は光ビームの光路を示す。   Embodiment 3 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, description will be made assuming an optical head compatible with BD, DVD, and CD. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of the optical head 100 according to the third embodiment. Again, the center wavelengths of BD / DVD / CD are λ1 = 405 nm / λ2 = 660 nm / λ3 = 785 nm, respectively. In the figure, a broken line 103 indicates the optical path of the light beam.

まずBD光学系について説明する。光源101は、λ1の光ビームを発散光にて出射する。光源101から出射した光ビームは、ビームスプリッタ104、105を反射し、コリメートレンズ106にて平行な光ビームに変換される。コリメートレンズ106は、球面収差補正機構に搭載されており、矢印107の方向に駆動させることができる。コリメートレンズ106を光軸方向(矢印107の方向)に駆動するための球面収差補正機構は、電磁モータや圧電素子などを用いることで実現できる。BDの光ディスクでは面間の誤差により球面収差が発生する。このため光学ヘッドには、球面収差を補正する球面収差補正機能が必要であり、一般的に球面収差調整機能はコリメートレンズ106を光軸方向に駆動することで実現できる。このため、コリメートレンズ106は、光軸方向に移動させることができる球面収差補正機構を搭載することを想定している。また、球面収差調整機能は、同心円状パターンの液晶素子によっても実現できる。このため、球面収差補正機構の代わりにコリメートレンズ106の付近に液晶素子を配置してもなんら構わない。   First, the BD optical system will be described. The light source 101 emits a light beam of λ1 as divergent light. The light beam emitted from the light source 101 is reflected by the beam splitters 104 and 105 and converted into a parallel light beam by the collimator lens 106. The collimating lens 106 is mounted on the spherical aberration correction mechanism and can be driven in the direction of the arrow 107. A spherical aberration correction mechanism for driving the collimator lens 106 in the optical axis direction (the direction of the arrow 107) can be realized by using an electromagnetic motor, a piezoelectric element, or the like. In a BD optical disc, spherical aberration occurs due to an error between the surfaces. For this reason, the optical head needs a spherical aberration correction function for correcting the spherical aberration. In general, the spherical aberration adjustment function can be realized by driving the collimating lens 106 in the optical axis direction. For this reason, it is assumed that the collimating lens 106 is equipped with a spherical aberration correction mechanism that can be moved in the optical axis direction. The spherical aberration adjustment function can also be realized by a liquid crystal element having a concentric pattern. For this reason, a liquid crystal element may be disposed in the vicinity of the collimating lens 106 instead of the spherical aberration correction mechanism.

コリメートレンズ106を進行した光ビームは、対物レンズ001に入射し、BDの所定情報面(図中光ディスク109を記載)に集光照射される。なお、対物レンズ001は、実施例1の対物レンズを想定しており、レンズ003と位相板002から構成されている。また、ホルダ108は、レンズ003と位相板002を支持する筐体である。このホルダ108は、λ1のNAより大きい外側のビーム径を除去するため、所定の大きさの開口とし、BDの開口制限をすると良い。つまり、λ1の光ビームは、対物レンズ001により、BDの所定の情報面に収差最小で集光される。また、対物レンズ001はアクチュエータ(図示無し)に搭載されており、光ディスクの所定情報面の法線方向と半径方向に駆動させることができる。なお、半径方向は光ビームのトラック制御、およびレンズシフト時の駆動に用いられ、法線方向はフォーカス制御に用いられる。   The light beam that has traveled through the collimating lens 106 is incident on the objective lens 001, and is condensed and irradiated onto a predetermined information surface of the BD (the optical disk 109 is described in the figure). The objective lens 001 is assumed to be the objective lens of Example 1, and is composed of a lens 003 and a phase plate 002. The holder 108 is a housing that supports the lens 003 and the phase plate 002. In order to remove the outside beam diameter larger than the NA of λ1, the holder 108 may have an opening of a predetermined size and restrict the opening of the BD. That is, the light beam of λ1 is focused on the predetermined information surface of the BD with the minimum aberration by the objective lens 001. The objective lens 001 is mounted on an actuator (not shown), and can be driven in a normal direction and a radial direction of a predetermined information surface of the optical disc. The radial direction is used for light beam track control and driving during lens shift, and the normal direction is used for focus control.

所定情報面で反射した光ビームは、対物レンズ001、コリメートレンズ106、ビームスプリッタ105、検出レンズ110の順に進行し、光検出器111にて検出される。検出レンズ110は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームには検出レンズ110を透過すると、約45方向に所定の非点収差が与えられ、非点収差方式によるFESの検出に使用される。この検出レンズ110は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器111上での光スポットの直径を決める働きがある。   The light beam reflected by the predetermined information surface proceeds in the order of the objective lens 001, the collimating lens 106, the beam splitter 105, and the detection lens 110, and is detected by the photodetector 111. The detection lens 110 includes a cylindrical lens and a spherical lens. When the light beam passes through the detection lens 110, a predetermined astigmatism is given in about 45 directions, which is used for detecting an FES by an astigmatism method. The The detection lens 110 functions to determine the diameter of the light spot on the photodetector 111 at the same time as rotating the direction of astigmatism in an arbitrary direction.

次にDVD、CD光学系について説明する。光源102は、λ2とλ3の光ビームを各々発散光にて出射する2波長マルチレーザ光源である。光源102から出射した光ビームは、補正レンズ112にてその発散角度が補正される。次にビームスプリッタ104を透過し、ビームスプリッタ105を反射し、コリメートレンズ106にて平行な光ビームに変換される。一般的にBDの光学系とDVD、CDの光学系では、倍率(対物レンズとコリメートレンズの焦点距離比)が異なる。このため、DVD、CDの光学系では、補正レンズ112を配置し、コリメートレンズ106と補正レンズ112の組合せにより仮想的に倍率を変化させることを想定している。また、ビームスプリッタ104はλ1の光ビームを反射させ、λ2、3を透過させる機能を有する。このようなビームスプリッタは、ダイクロイックミラーで実現できる。また、ビームスプリッタ105は波長に拠らずビームスプリッタ104側から来た光ビームを反射させ、光検出器111へ進行する光ビームを透過させる機能を持つ。このようなビームスプリッタは一般的に偏光性を用いるPBSプリズムで実現できる。λ2、λ3の光ビームは、実施例1で説明したように対物レンズ001により、DVDまたはCDの所定の情報面(図中光ディスク109を記載)に収差最小で集光される。所定情報面で反射した光ビームは、対物レンズ001、コリメートレンズ106、ビームスプリッタ105、検出レンズ110の順に進行し、光検出器111にてBDと同様に検出される。     Next, DVD and CD optical systems will be described. The light source 102 is a two-wavelength multi-laser light source that emits light beams of λ2 and λ3 as divergent light. The divergence angle of the light beam emitted from the light source 102 is corrected by the correction lens 112. Next, the light passes through the beam splitter 104, reflects off the beam splitter 105, and is converted into a parallel light beam by the collimator lens 106. In general, the magnification (the focal length ratio of the objective lens and the collimating lens) differs between the BD optical system and the DVD / CD optical system. For this reason, in the DVD and CD optical systems, it is assumed that the correction lens 112 is arranged and the magnification is virtually changed by the combination of the collimating lens 106 and the correction lens 112. The beam splitter 104 has a function of reflecting the light beam of λ1 and transmitting λ2,3. Such a beam splitter can be realized by a dichroic mirror. The beam splitter 105 has a function of reflecting the light beam coming from the beam splitter 104 side regardless of the wavelength and transmitting the light beam traveling to the photodetector 111. Such a beam splitter can generally be realized by a PBS prism using polarization. As described in the first embodiment, the light beams having the wavelengths λ2 and λ3 are collected by the objective lens 001 on a predetermined information surface of the DVD or CD (indicated by the optical disk 109 in the figure) with minimum aberration. The light beam reflected on the predetermined information surface proceeds in the order of the objective lens 001, the collimator lens 106, the beam splitter 105, and the detection lens 110, and is detected by the photodetector 111 in the same manner as the BD.

以上説明したように、対物レンズ001を用いることで、簡素な構成のBD、DVD、CD互換可能な光学ヘッド100が実現できる。この光学ヘッド100は効率の高い対物レンズ001を用いることで、BD専用の対物レンズとDVD/CD互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度の光源の出力で良く、光源のコストと信頼性が良好といえる。また、光検出器111への反射光ビームの光量がBD専用の対物レンズとDVD/CD互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度のS/Nが確保できる。   As described above, by using the objective lens 001, the optical head 100 having a simple configuration and compatible with BD, DVD, and CD can be realized. The optical head 100 uses a highly efficient objective lens 001, so that the output of the light source can be as high as when a BD-dedicated objective lens and a DVD / CD compatible objective lens are used, and the cost and reliability of the light source are sufficient. Is good. Further, the S / N of the same level as the case where a BD-dedicated objective lens and a DVD / CD compatible objective lens are used can be secured for the reflected light beam to the photodetector 111.

本発明における実施例3について図を用いて詳細に説明する。ここでは、BD、DVD、CDに対応した光学ヘッドを想定し説明する。   Embodiment 3 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, description will be made assuming an optical head compatible with BD, DVD, and CD.

図7は実施例4における光学ヘッド200の構成を示す概略図である。なお、図中破線203は光ビームの光路を示す。光源201は、λ1、λ2、λ3の光ビームを各々発散光にて出射する3波長レーザ光源である。光源201から出射した各光ビームは、ビームスプリッタ205を透過し、補正位相板213を経てコリメートレンズ206にて平行な光ビームに変換される。ビームスプリッタ205は、波長に拠らず光源201側から来た光ビームを透過させ、光検出器211へ進行する光ビームを反射させる機能を持つ。このようなビームスプリッタは一般的に偏光性を用いるPBSプリズムで実現できる。補正位相板213は、コリメートレンズ206との組合せにより、倍率変換する機能を有する。すなわち、補正位相板213は、対物レンズ001の位相板002に相当し、コリメートレンズ206がレンズ003に相当するものであり、例えば、補正位相板213とコリメートレンズ206の組合せによって、λ1が入射したときBDで最適な倍率となるレンズとし、λ2が入射したときDVDで最適な倍率となるレンズとし、λ3が入射したときCDで最適な倍率となるレンズとなる光学系が実現できるものである。このように補正位相板を用いることで、実施例3の光学ヘッド100に対してCDとDVDの倍率も独立に設計することが可能になり、実施例3の光学ヘッド100に対してCDが効率改善できる。   FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the optical head 200 in the fourth embodiment. In the figure, a broken line 203 indicates the optical path of the light beam. The light source 201 is a three-wavelength laser light source that emits light beams of λ1, λ2, and λ3 as divergent light. Each light beam emitted from the light source 201 passes through the beam splitter 205, passes through the correction phase plate 213, and is converted into a parallel light beam by the collimator lens 206. The beam splitter 205 has a function of transmitting the light beam coming from the light source 201 side regardless of the wavelength and reflecting the light beam traveling to the photodetector 211. Such a beam splitter can generally be realized by a PBS prism using polarization. The correction phase plate 213 has a function of converting the magnification by combination with the collimating lens 206. That is, the correction phase plate 213 corresponds to the phase plate 002 of the objective lens 001, and the collimating lens 206 corresponds to the lens 003. For example, λ1 is incident by the combination of the correction phase plate 213 and the collimating lens 206. It is possible to realize an optical system in which a lens having an optimum magnification at BD, a lens having an optimum magnification at DVD when λ2 is incident, and a lens having an optimum magnification at CD when λ3 is incident can be realized. By using the correction phase plate in this way, it is possible to design the CD and DVD magnifications independently of the optical head 100 of the third embodiment, and the CD is more efficient than the optical head 100 of the third embodiment. Can improve.

さて、コリメートレンズ206は、球面収差補正機構に搭載されており、矢印207の方向に駆動させることができる。コリメートレンズ206を光軸方向(矢印107の方向)に駆動するための球面収差補正機構は、電磁モータや圧電素子などを用いることで実現できる。対物レンズ050は、実施例2の対物レンズを想定しているため、コリメートレンズ206を進行した各波長の光ビームは、対物レンズ050に入射し、BD、DVD、CDの各々所定情報面(図中光ディスク209を記載)に収差最小で集光照射される。また、対物レンズ050はアクチュエータ(図示無し)に搭載されており、光ディスクの所定情報面の法線方向と半径方向に駆動させることができる。なお、半径方向は光ビームのトラック制御、およびレンズシフト時の駆動に用いられ、法線方向はフォーカス制御に用いられる。   Now, the collimating lens 206 is mounted on the spherical aberration correction mechanism and can be driven in the direction of the arrow 207. A spherical aberration correction mechanism for driving the collimating lens 206 in the optical axis direction (the direction of the arrow 107) can be realized by using an electromagnetic motor, a piezoelectric element, or the like. Since the objective lens 050 is assumed to be the objective lens according to the second embodiment, the light beam having each wavelength traveling through the collimator lens 206 is incident on the objective lens 050, and each of the predetermined information surfaces (see FIG. The medium optical disk 209 is described) and focused and irradiated with minimum aberration. The objective lens 050 is mounted on an actuator (not shown), and can be driven in a normal direction and a radial direction of a predetermined information surface of the optical disc. The radial direction is used for light beam track control and driving during lens shift, and the normal direction is used for focus control.

所定情報面で反射した光ビームは、対物レンズ050、コリメートレンズ206、補正位相板213、ビームスプリッタ205、検出レンズ210の順に進行し、光検出器211にて検出される。検出レンズ210は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームには検出レンズ210を透過すると、約45方向に所定の非点収差が与えられ、非点収差方式によるFESの検出に使用される。この検出レンズ210は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器211上での光スポットの直径を決める働きがある。   The light beam reflected by the predetermined information surface proceeds in the order of the objective lens 050, the collimating lens 206, the correction phase plate 213, the beam splitter 205, and the detection lens 210, and is detected by the photodetector 211. The detection lens 210 is composed of a cylindrical lens and a spherical lens. When the light beam passes through the detection lens 210, a predetermined astigmatism is given in about 45 directions, which is used for detecting FES by the astigmatism method. The The detection lens 210 functions to determine the diameter of the light spot on the photodetector 211 at the same time as rotating the direction of astigmatism in an arbitrary direction.

以上説明したように、非常に簡素なBD、DVD、CD互換可能な光学ヘッド200が実現できる。この光学ヘッド200は効率の高い対物レンズ050を用いることで、BD専用の対物レンズとDVD/CD互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度の光源の出力で良く、コスト面、光源の信頼性が良好といえる。また、光検出器111への反射光ビームの光量がBD専用の対物レンズとDVD/CD互換用の対物レンズを用いた場合と同じ程度のS/Nが確保できる。さらに本発明の3波長の位相を任意に設計できるメカニズムを用いることで、BD、DVD、CDを所定の倍率に設定でき、従来のDVD/CD互換用の光学ヘッドより、CDの効率改善が可能になる。なお、従来のDVD/CD互換用の光学系とは、現在一般的である2波長マルチレーザ光源とコリメートレンズ1個を用いる光学系のことを示す。なお、本実施例1ないし4中では、NAを所定の値で説明したが、材質Aの直径、位相段差の直径を変えることで、NAを任意に設計できる。   As described above, a very simple optical head 200 compatible with BD, DVD, and CD can be realized. The optical head 200 uses a highly efficient objective lens 050, so that the output of the light source is about the same as when using an objective lens dedicated to BD and an objective lens compatible with DVD / CD. It can be said that the property is good. Further, the S / N of the same level as the case where a BD-dedicated objective lens and a DVD / CD compatible objective lens are used can be secured for the reflected light beam to the photodetector 111. Furthermore, by using the mechanism that can arbitrarily design the phase of the three wavelengths according to the present invention, BD, DVD, and CD can be set to a predetermined magnification, and the efficiency of CD can be improved over the conventional DVD / CD compatible optical head. become. Note that the conventional DVD / CD compatible optical system refers to an optical system using a two-wavelength multi-laser light source and a collimating lens, which are currently common. In the first to fourth embodiments, the NA is described as a predetermined value. However, the NA can be arbitrarily designed by changing the diameter of the material A and the diameter of the phase step.

また、本実施例における対物レンズ001、050では、所定のNAとなるように位相段差の直径と材質Aの直径を決めると説明した。しかし、所定のNAより大きい領域に、NAより小さい領域と異なる位相を付与する構造を設けても良い。この所定のNAより大きい領域に設けた位相で、NAより大きい領域に入光する光ビームが検出系で不要な光ビームにならないような設計を行うことができる。また、本実施例では、非点収差系の光学ヘッドを例に説明したが、ナイフエッジやスポットサイズを用いた光学系にしてもなんら構わない。また、本実施例の光学系に無いミラーなどを追加して、光路を曲げる構成としてもなんら構わない。   Further, it has been described that in the objective lenses 001 and 050 in the present embodiment, the diameter of the phase step and the diameter of the material A are determined so that a predetermined NA is obtained. However, a structure in which a phase different from that of the region smaller than the NA is given to the region larger than the predetermined NA may be provided. It is possible to design so that the light beam entering the region larger than the NA does not become an unnecessary light beam in the detection system with the phase provided in the region larger than the predetermined NA. In this embodiment, an astigmatism optical head is described as an example, but an optical system using a knife edge or a spot size may be used. Further, it is possible to add a mirror that is not included in the optical system of this embodiment to bend the optical path.

以上説明したように、波長1すなわちλ1の光ビーム1が入光したとき所定の位相1すなわち位相Bを付与し、波長2すなわちλ2の光ビーム2が入光したとき所定の位相2すなわち位相B+位相Dを付与し、波長3すなわちλ3の光ビーム3が入光したとき所定の位相差3すなわち位相B+位相D+位相Cを付与する対物レンズであって、対物レンズは、少なくとも材質Aと材質Bから構成されており、その材質Aと材質Bは、光ビーム1に対する屈折率差Δ1が略同じで非常に小さく、材質Aと材質Bは、光ビーム2に対する屈折率の差Δ2および光ビーム3に対する屈折率差Δ3がΔ1に比べ大きく、材質Aと材質Bの境界の所定領域には位相段差がある。材質Aと材質Bの境界にある位相段差で発生する位相は、波長2の整数倍とする。   As described above, when the light beam 1 having the wavelength 1, that is, λ1, is incident, the predetermined phase 1, that is, the phase B is given, and when the light beam 2, that is, the wavelength 2, that is, λ2, is incident, the predetermined phase 2, that is, the phase B + An objective lens that imparts a phase difference D and a predetermined phase difference 3, that is, phase B + phase D + phase C, when the light beam 3 of wavelength 3, that is, λ3, is incident. The material A and the material B have the same refractive index difference Δ1 with respect to the light beam 1 and are very small, and the material A and the material B have a refractive index difference Δ2 with respect to the light beam 2 and the light beam 3. Is larger than Δ1, and there is a phase step in a predetermined region at the boundary between material A and material B. The phase generated at the phase step at the boundary between material A and material B is an integer multiple of wavelength 2.

また、対物レンズに入光した光ビーム1に付与される位相Bは、外形形状により発生させ、対物レンズに入光した光ビーム2に付与される位相B+位相Dは、外形形状と、材質Aと材質Bの屈折率差で発生させ、対物レンズに入光した光ビーム3に付与される位相Bと位相Dと位相Cは、外形形状と材質Aと材質Bの屈折率差と位相段差により発生させる。   Further, the phase B imparted to the light beam 1 incident on the objective lens is generated by the outer shape, and the phase B + phase D imparted to the light beam 2 incident on the objective lens is determined by the outer shape and the material A. The phase B, the phase D, and the phase C that are generated by the refractive index difference between the material A and the material B and are applied to the light beam 3 incident on the objective lens are determined by the outer shape, the refractive index difference between the material A and the material B, and the phase step. generate.

また、Δ1は略同じとすることで、理論上完全な3波長互換対物レンズが実現できる。このため、Δ1を略零とすると良い。また、対物レンズは、外形がレンズ形状のレンズすなわちレンズ003と、材質AとBを持つ平板すなわち位相板002とに分離した組み合わせレンズでも実現できる。   Further, by making Δ1 substantially the same, a theoretically complete three-wavelength compatible objective lens can be realized. For this reason, it is preferable to set Δ1 to be substantially zero. The objective lens can also be realized by a combination lens separated into a lens having a lens shape, that is, a lens 003, and a flat plate having materials A and B, that is, a phase plate 002.

なお、実施例1や2では、外形で発生する位相Bと材質の屈折率差で発生する位相Dと位相段差で発生する位相Cを波長λ1に対して位相B、λ2に対して位相D、λ3に対して位相Cを独立に最適設計する例を説明した。しかし、もちろん、λ1、λ2、λ3に対して位相Bと位相Dと位相Cを組合せで各々最適となるよう用いてもなんら構わない。例えば、位相B、位相D、位相Cが波長によって付与される位相が異なることを利用して、λ1およびλ2に対して位相B、位相Dを組みあわせ最適に設定し、λ3のみ位相Cを用いて最適に設定するようにしても良い。   In Examples 1 and 2, the phase B generated by the outer shape, the phase D generated by the difference in refractive index of the material, and the phase C generated by the phase step are phase B with respect to the wavelength λ1, phase D with respect to λ2, The example in which the phase C is optimally designed independently with respect to λ3 has been described. However, as a matter of course, it does not matter if the phase B, the phase D, and the phase C are combined and optimized for λ1, λ2, and λ3. For example, using the fact that the phase B, the phase D, and the phase C are different depending on the wavelength, the phase B and the phase D are optimally combined for λ1 and λ2, and the phase C is used only for λ3. May be set optimally.

001・・・対物レンズ
002・・・位相板
003・・・レンズ
004・・・材質A
005・・・材質B
006・・・位相段差
010・・・光ビーム径
011・・・光ディスク
012・・・表面
013・・・情報面
020・・・光ビーム径
021・・・光ディスク
022・・・表面
023・・・情報面
030・・・光ビーム径
031・・・光ディスク
032・・・表面
033・・・情報面
050・・・対物レンズ
051・・・材質A
052・・・材質B
053・・・位相段差
100・・・光学ヘッド
101・・・光源
102・・・光源
103・・・光軸
104・・・ビームスプリッタ
105・・・ビームスプリッタ
106・・・コリメートレンズ
107・・・駆動軸
108・・・ホルダ
109・・・光ディスク
110・・・検出レンズ
111・・・光検出器
112・・・補正レンズ
200・・・光学ヘッド
201・・・光源
203・・・光軸
205・・・ビームスプリッタ
206・・・コリメートレンズ
207・・・駆動軸
209・・・光ディスク
210・・・検出レンズ
211・・・光検出器
213・・・補正位相板
001 ... Objective lens 002 ... Phase plate 003 ... Lens 004 ... Material A
005 ... Material B
006 ... Phase step 010 ... Light beam diameter 011 ... Optical disc 012 ... Surface 013 ... Information surface 020 ... Light beam diameter 021 ... Optical disc 022 ... Surface 023 ... Information surface 030 ... Light beam diameter 031 ... Optical disc 032 ... Surface 033 ... Information surface 050 ... Objective lens 051 ... Material A
052 ... Material B
053 ... Phase difference 100 ... Optical head 101 ... Light source 102 ... Light source 103 ... Optical axis 104 ... Beam splitter 105 ... Beam splitter 106 ... Collimating lens 107 ... Drive shaft 108 ... Holder 109 ... Optical disc 110 ... Detection lens 111 ... Photo detector 112 ... Correction lens 200 ... Optical head 201 ... Light source 203 ... Optical axis 205 ..Beam splitter 206 ... Collimator lens 207 ... Drive shaft 209 ... Optical disc 210 ... Detection lens 211 ... Photo detector 213 ... Correction phase plate

Claims (7)

第一の波長の光ビームが入光したとき第一の位相を付与し
第二の波長の光ビームが入光したとき第二の位相を付与し、
第三の波長の光ビームが入光したとき第三の位相を付与する対物レンズであって、
前記対物レンズは、少なくとも材質Aと材質Bから構成されており、
前記材質Aと材質Bは、前記第一の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ1であり、
前記材質Aと材質Bは、前記第二の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ2であり、
前記材質Aと材質Bは、前記第三の波長の光ビームに対する屈折率の差がΔ3であり、
前記Δ1に比べΔ2とΔ3が大きく、
前記材質Aと材質Bの境界の所定領域には、位相段差があることを特徴とする対物レンズ。
When the light beam of the first wavelength is incident, the first phase is given. When the light beam of the second wavelength is incident, the second phase is given.
An objective lens that imparts a third phase when a light beam of a third wavelength is incident;
The objective lens is composed of at least material A and material B,
The difference between the refractive index of the material A and the material B with respect to the light beam of the first wavelength is Δ1,
The difference between the refractive index of the material A and the material B with respect to the light beam of the second wavelength is Δ2,
The material A and the material B have a difference in refractive index of Δ3 with respect to the light beam of the third wavelength,
Δ2 and Δ3 are larger than Δ1,
An objective lens having a phase step in a predetermined region at a boundary between the material A and the material B.
請求項1記載の対物レンズであって、
前記材質Aと材質Bの境界にある前記位相段差で発生する位相は、前記第二の波長の整数倍であることを特徴とする対物レンズ。
The objective lens according to claim 1,
2. The objective lens according to claim 1, wherein the phase generated at the phase step at the boundary between the material A and the material B is an integer multiple of the second wavelength.
請求項2記載の対物レンズであって、
前記対物レンズに入光した第一の波長の光ビームに付与される位相は、外形形状により発生させ、
前記対物レンズに入光した第二の波長の光ビームに付与される位相は、外形形状と、材質Aと材質Bの屈折率差とにより発生させ、
前記対物レンズに入光した第三の波長の光ビームに付与される位相は、外形形状と材質Aと、材質Bの屈折率差と、位相段差とにより発生させることを特徴とする対物レンズ。
The objective lens according to claim 2,
The phase imparted to the light beam of the first wavelength incident on the objective lens is generated by the outer shape,
The phase imparted to the light beam of the second wavelength incident on the objective lens is generated by the outer shape and the refractive index difference between the material A and the material B,
The objective lens is characterized in that the phase imparted to the light beam of the third wavelength incident on the objective lens is generated by the outer shape, the material A, the refractive index difference of the material B, and the phase step.
請求項3記載の対物レンズであって、
前記Δ1は、略零であることを特徴とする対物レンズ
The objective lens according to claim 3,
Δ1 is substantially zero, the objective lens
請求項4記載の対物レンズであって、
前記対物レンズは、外形がレンズ形状のレンズと、前記材質AとBを持つ平板とに分離した組み合わせレンズであることを特徴とする対物レンズ。
The objective lens according to claim 4,
The objective lens according to claim 1, wherein the objective lens is a combination lens separated into a lens having an outer shape and a flat plate having the materials A and B.
請求項3または4または5記載の対物レンズを搭載した光学ヘッドであって、
前記光学ヘッドは、
前記第一乃至第三の波長の光ビームを出射する光源を備え、
前記第一乃至第三の波長の光ビームの光ディスクからの反射光を検出する1個の光検出器と、を少なくとも備えた光学ヘッド。
An optical head equipped with the objective lens according to claim 3, 4 or 5,
The optical head is
A light source that emits a light beam having the first to third wavelengths;
An optical head comprising at least one photodetector for detecting reflected light from the optical disc of the light beams having the first to third wavelengths.
請求項6記載光学ヘッドであって、
前記第一乃至第三の波長の光ビームを出射する光源は1個の筐体内にある3波長光源であることを特徴とする光学ヘッド。
The optical head according to claim 6, wherein
2. An optical head according to claim 1, wherein the light source for emitting the light beams having the first to third wavelengths is a three-wavelength light source in one housing.
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