JP4300914B2 - Optical pickup device and optical element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3種類の光情報記録媒体(光ディスク)の規格に対応できる光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置に用いる光学素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、短波長赤色レーザの実用化に伴い、CD(コンパクトディスク)と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体(光ディスクともいう)であるDVD(デジタルビデオディスク)や、使用波長や保護基板厚が異なる種々の規格の光ディスク、例えばCD−R,RW(追記型コンパクトディスク)、VD(ビデオディスク)、MD(ミニディスク)、MO(光磁気ディスク)などが実用化されている。
さらに、波長400nm程度の青紫色半導体レーザ光源と、像側開口数(NA)を0.85程度まで高めた対物レンズを用いた保護基板厚0.1mm程度の高密度光ディスク(以下、「高密度な光ディスク」という。)や、像側開口数(NA)を0.65程度とした対物レンズを用いた保護基板厚0.6mm程度の高密度な光ディスクの研究・開発が進んでいる。
【0003】
そして、使用波長や保護基板厚が異なる3種類の光ディスクの情報記録面に対して3種類の異なる波長の光束を一つの対物レンズを用いて集光させることで各種情報の再生及び/又は記録を行なう、互換性を有する光ピックアップ装置(光ディスク装置ともいう。)が各種提案されている。(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
特許文献1には、第1〜第3の波長の光を出射する第1〜第3の光源、第1〜第3の波長の光を受け、所定の光情報記録媒体上に集光させる対物レンズ、コリメーターレンズ等から概略構成される光ディスク装置が開示されている。
第1及び第2の光源から出射された第1及び第2の波長の光はコリメータレンズを通過するが、この際に、第1の波長の光はコリメーターレンズにより平行光化されて対物レンズに入射し、第2の波長の光は平行光化されずに発散光として対物レンズに入射する。また、第3の光源からの第3の波長の光は、コリメーターレンズを通過せずに、発散光として直接対物レンズに入射する。
そして、対物レンズから出射される第1〜第3の波長の光を高密度光ディスク、DVD、CDなどの使用波長や保護基板厚が異なる3種類の光情報記録媒体に集光させて各種情報の記録及び/又は再生を行なうものである。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−43559号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献1に開示された装置は、上述のように、第1の波長の光は平行光として対物レンズに入射し、第2及び第3の波長の光は発散光として対物レンズに入射するものであるので、対物レンズを含む集光光学系の光学系倍率が3種類の光情報記録媒体に対して異なることとなる。
従って、例えば、第1〜第3の波長の光の光路がそれぞれ異なるものとなるので、複数の光学素子を各光路に対応して配置する必要が生じるなど、光ディスク装置の構造が複雑になるという問題や、装置の部品点数が増大するという問題があった。
【0007】
また、発散光を対物レンズに入射させるので、光ディスクを再生/記録する際に対物レンズを光ディスクに対して移動させるトラッキング時に像高特性が悪化し、コマ収差や非点収差等の各種収差が発生するという問題があった。
また、平行光を対物レンズに入射させるいわゆる無限系の装置と比較して温度変化により発生する球面収差が大きくなるという問題があった。
【0008】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、使用波長や保護基板厚が異なる3種類の光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録に用いられ、各種収差の発生を抑制し、かつ部品点数を削減できる光ピックアップ装置及び光学素子を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、保護基板厚t1の第1光情報記録媒体に対して、波長λ1の第1光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t2(t1≦t2)の第2光情報記録媒体に対して、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t3(t2<t3)の第3光情報記録媒体に対して、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行う光ピックアップ装置であって、前記光ピックアップ装置は、前記第1光源、前記第2光源及び前記第3光源の共通光路に配置され、第1回折構造を有する回折光学素子を備え、前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対して情報の再生及び/又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させ、前記波長λ3の光束が前記回折光学素子の中央部を通過する際と前記回折光学素子の周辺部を通過する際とで異なる次数の回折光が得られるように構成されるとともに、前記第1光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるm(mは自然数)次の回折光による集光スポットが形成され、前記第2光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるn(nはn≠mである自然数)次の回折光による集光スポットが形成されるように構成され、前記波長λ1の光束により前記第1光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA1、前記波長λ2の光束により前記第2光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA2、前記波長λ3の光束により前記第3光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA3とした場合に、
NA3<NA1
NA3<NA2
を満たすことを特徴とする。
【0010】
請求項1に記載の発明によれば、第1光源、第2光源及び第3光源の共通光路に配置され、第1回折構造を有する回折光学素子を備え、第1光情報記録媒体、第2光情報記録媒体及び第3光情報記録媒体に対して情報の再生及び/又は記録を行う場合、回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させる。
従って、例えば、第1〜第3の波長の光の光路がほぼ等しくなるので、光ピックアップ装置を構成する各種光学素子をこの共通光路に対応して配置すればよく、光ピックアップ装置の構造を簡略化できると共に、装置の部品点数を削減できる。
また、情報の再生及び/又は記録を行なう際に対物光学素子を光情報記録媒体に対して移動させるトラッキング時の像高特性の悪化を防止でき、コマ収差や非点収差等の各種収差の発生を抑えることができる。
また、温度変化により発生する球面収差も抑えることができる。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の光ピックアップ装置であって、前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする。
【0021】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置であって、前記第1、第2及び第3光情報記録媒体上に形成される集光スポットのうち少なくとも一つの集光スポットに対し、温度補償及び/又は色収差補償を行うための光学的補正素子を有することを特徴とする。
【0022】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録において、球面収差に不連続部を有することを特徴とする。
【0023】
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記回折光学素子の前記第1回折構造は、鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯と、前記回折輪帯の光学面上に形成され、光軸に沿った階段状の不連続面からなる光路差付与構造と、から形成されていることを特徴とする。
【0024】
請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記m次の回折光及び前記n次の回折光の回折次数の組み合わせ(m、n)は、
(m、n)=(8、5)、(6、4)、(2、1)、(5、3)、(2、2)、(3、2)、(10、6)のいずれかであることを特徴とする。
【0025】
請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記回折光学素子は、前記波長λ1、λ2及びλ3の光束のうち、前記波長λ3の光束に対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせ、前記波長λ1及びλ2の光束の少なくとも一つに対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせないように構成されることを特徴とする。
【0046】
請求項8記載の発明は、保護基板厚t1の第1光情報記録媒体に対して、波長λ1の第1光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t2(t1≦t2)の第2光情報記録媒体に対して、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t3(t2<t3)の第3光情報記録媒体に対して、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる光学素子であって、前記光学素子は、前記第1光源、前記第2光源及び前記第3光源の共通光路に配置され、第1回折構造を有する回折光学素子であり、前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対して情報の再生及び/又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させ、前記波長λ3の光束に対しては前記回折光学素子の中央部を通過する際と前記回折光学素子の周辺部を通過する際とで異なる次数の回折光が得られるように構成されるとともに、前記第1光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるm(mは自然数)次の回折光による集光スポットが形成され、前記第2光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるn(nはn≠mである自然数)次の回折光による集光スポットが形成されるように構成され、前記波長λ1の光束により前記第1光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA1、前記波長λ2の光束により前記第2光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA2、前記波長λ3の光束により前記第3光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA3とした場合に、
NA3<NA1
NA3<NA2
を満たすことを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項8に記載の光学素子であって、前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項8又は9に記載の光学素子であって、
前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録において、球面収差に不連続部を有することを特徴とする。
請求項11記載の発明は、請求項8〜10のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記回折光学素子の前記第1回折構造は、鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯と、
前記回折輪帯の光学面上に形成され、光軸に沿った階段状の不連続面からなる光路差付与構造と、から形成されていることを特徴とする。
請求項12記載の発明は、請求項8〜11のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記m次の回折光及び前記n次の回折光の回折次数の組み合わせ(m、n)は、(m、n)=(8、5)、(6、4)、(2、1)、(5、3)、(2、2)、(3、2)、(10、6)のいずれかであることを特徴とする。
請求項13記載の発明は、請求項8〜12のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記回折光学素子は、前記波長λ1、λ2及びλ3の光束のうち、前記波長λ3の光束に対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせ、前記波長λ1及びλ2の光束の少なくとも一つに対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせないように構成されることを特徴とする。
【0070】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。
(第1の実施の形態)
図1を用いて、請求項1の発明について説明する。
【0071】
本実施の形態では、使用波長が405nmのいわゆる青紫色レーザー光源を用いた「高密度な光ディスク」をターゲットとしており、第1光情報記録媒体として保護基板厚t1が0.6mmの「高密度な光ディスク」、第2光情報記録媒体として保護基板厚t2が0.6mmのDVD、第3光情報記録媒体として保護基板厚t3が1.2mmのCDを想定している。
【0072】
図1は、本願発明に関わる光ピックアップ装置を示す模式図である。
【0073】
レーザーダイオードLD1は、第1光源であり、波長λ1が405nmの青紫色レーザーが用いられるが、波長が390nm〜420nmである範囲のものを適宜採用することができる。LD2は、第2光源であり、波長λ2が655nmの赤色レーザーが用いられるが、波長が630nm〜680nmである範囲のものを適宜採用することができる。LD3は、第3光源であり、波長λ3が780nmの赤外レーザーが用いられるが、波長が750nm〜800nmである範囲のものを適宜採用することができる。
【0074】
ビームスプリッタBS1はLD1から入射する光源を対物光学素子であるOBLの方向へ透過させるが、光ディスク(第1光情報記録媒体)からの反射光(戻り光)について、センサーレンズ群SL1を経て受光センサーS1に集光させる機能を有する。BS2も機能は同様である。
【0075】
BS3はLD1からの光束と、LD2からの光束とを同一の光路に載せるために配置される。またBS4は、LD3からの光束と、BS3からの光束とを同一の光路に載せるために配置される。
【0076】
LD1から投光された光束は、BS1を経て、コリメータCL1に入射し、これによって無限平行光にコリメートされたのち、BS3、BS4を経て対物光学素子である対物レンズOBLに入射する。そして第1光情報記録媒体の保護基板を介して情報記録面上に集光スポットを形成する。情報記録面上で反射したのち、同じ経路をたどって、コリメータCL1を通過してから、BS1によってセンサーレンズSL1を経てセンサーS1に集光する。このセンサーによって光電変換され、電気的な信号となる。
【0077】
LD2から投光された光束も、同様に光ディスク(第2光情報記録媒体)に集光スポットを形成し、反射して最終的にセンサーS2に集光する。
【0078】
ちなみにLD3から投光された光束についても同様であるが、この例ではビームスプリッタの代わりに回折板DPを設ける事により、センサーS3へ戻り光が集光するようになっている。CDからの情報の再生を行う場合は、DVDや「高密度な光ディスク」に比べて受光する光量が少なくても良いので、このような構成を採用することができる。
また、上述のように、LD1〜LD3から投光された波長λ1〜λ3の各光束は、第1回折構造を有する回折光学素子としての対物光学素子OBLに対して、無限平行光として、つまりほぼ同じ角度で入射する。
なお、「同じ角度」とは同じ発散角又は同じ収束角であることを指し、無限平行光の場合、発散角(又は収束角)が0となっている。
【0079】
なお対物光学素子OBLは、この図では単一のレンズであるが、必要に応じて複数の光学素子から構成されるようにしてもよい。また材質はプラスティック樹脂でもよいし、ガラスでも良い。
【0080】
またLD1から投光された光束、LD2から投光された光束が光ディスクD1、D2の保護基板を介して情報記録面に集光する状態が、OBLの光軸左側に描かれており、LD3から投光された光束が光ディスクD3の保護基板を介して情報記録面に集光する状態が、OBLの光軸右側に描かれている。このように、再生/記録する光ディスクによって、基本的な位置が図示しないアクチュエーターによって切り替わり、その基準位置からピント合わせ(フォーカシング)を行う。
【0081】
そして各々の光情報記録媒体の保護基板厚、さらにピットの大きさにより、対物光学素子OBLに要求される開口数も異なる。ここでは、CD用の開口数NA3は0.45、DVDおよび「高密度な光ディスク」の開口数NA2およびNA1は共に0.65としている。ただし、CDについては0.43〜0.50、DVDについては0.58〜0.68の範囲で適宜選択可能である。
【0082】
なおIRは不要光をカットするための絞りである。
【0083】
さて本実施の形態では、上述のように、「第1光源、前記第2光源及び前記第3光源の共通光路に配置され、第1回折構造を有する回折光学素子」の役割を、対物光学素子OBLに持たせている。そのため、対物光学素子に鋸歯状の回折構造を設けている。
【0084】
そしてこの鋸歯のピッチ(回折パワー)や深さ(ブレイズド化波長)を設定することにより、「高密度な光ディスク」に対しては、第1光源からの光束が2次回折光による集光スポットとして形成され、DVDに対しては、第2光源からの光束が1次回折光による集光スポットとして形成されるようになっている。
【0085】
このように、波長λ1とλ2との関係により回折次数が異なる光を利用することにより、各々の場合における回折効率を高くすることができ、光量を確保することができる。
【0086】
またCDに対しては、波長λ1とλ3との関係によりk次(波長λ1に対する回折次数がmの場合、m/2)とするのが望ましい。
この例では、DVDと同じ1次の回折光として集光スポットを形成するようにしている。
【0087】
この例では、回折光学素子として、回折構造を対物光学素子に設けた例を説明したが、請求項4や6のように、このような異次回折光を生じる回折構造をコリメータに設けても良いし、また別の光学素子を光路中に設けることも可能である。
【0088】
また上記した開口の切り替えについても、回折光学素子を始めとして、公知の技術を適用することができる。
【0089】
なお上記の実施の形態では、情報の再生について説明してきたが、情報の記録においても基本的な構成・光学的作用は変わらず、光情報記録媒体の記録面に集光スポットを形成することにより、記録層に熱化学変化を生ぜしめて、記録を行う。
【0090】
また、温度補償及び/又は色収差補償を行うための光学的補正構造を有する光学素子を、必要に応じて光路中に設ける事ができるのはいうまでもない。そしてこれらの光学的補正構造は回折構造や位相差付与構造によって実現できるし、対物光学素子、コリメータ及びその他の素子に設けることが出来る。
【0091】
(第2の実施の形態)
同じく図1を用いて、請求項7の発明について説明する。
各光学素子に関して、第1の実施の形態と同じ機能については説明を省略する。この実施の形態では、第1互換光学素子の役割を、対物光学素子OBLに持たせている。そして第2互換光学素子の役割をコリメータCL3に持たせている。
つまり、第1互換光学素子である対物光学素子OBLは、全ての光源が通過する光路に配置されており、第2互換光学素子であるコリメータCL3は、第3光源のみが通過する光路に配置される。
【0092】
さて第1互換光学素子である対物光学素子OBLは、回折構造を有していて、それによって「高密度な光ディスク」およびDVD間の互換(第1互換機能)を達成する。
具体的には、第1光源と第2光源との間の波長差に基づく球面収差を補正する。また、回折構造で無くとも、位相差付与構造を用いても、同様の光学的作用を得る事が出来る。
【0093】
なお、光情報記録媒体について、保護基板の厚さが異なると、その差にもとづく球面収差が発生するが、ここでは「高密度な光ディスク」とDVDとは共に同じ0.6mmの保護基板を用いているので、そのような基板厚差に基づく球面収差は生じない。
【0094】
第2互換光学素子であるコリメータCL3にも回折構造が設けられている。これは先の対物光学素子OBLの回折構造と組み合わされることにより、「高密度な光ディスク」およびCD間の互換、さらにDVDおよびCD間の互換(第2互換機能)を達成する。
具体的には、「高密度な光ディスク」およびCD間の互換についてみると、使用波長も保護基板の厚さも異なる事から、第1光源と第3光源との間の波長差に基づく球面収差と、保護基板厚差(0.1mmと1.2mm)に基づく球面収差の両方を補正する。
【0095】
DVDおよびCD間の互換についても同様で、第2光源と第3光源との間の波長差に基づく球面収差と、保護基板厚差(0.6mmと1.2mm)に基づく球面収差の両方を補正する。
これにより、各光情報記録媒体に対して、好適な集光スポットを形成することができる。
また先の実施の形態と同様に、異なった回折次数の回折光による集光スポットが形成されるようにしているので、「高密度な光ディスク」、DVDについて、光量を確保し、確実な情報の記録及び/又は再生が可能になる。
【0096】
この実施の形態では、第2互換光学素子として、コリメータCL3に回折光学素子を設けた例(請求項11)を示したが、他にも、たとえば位相のみを付与する光路差付与構造を設けた光学素子(請求項9)や、電気的に光学的作用を切り替えることが出来る液晶素子を用いても、同様の光学的作用を得ることが出来る(請求項10)。特に液晶素子は、屈折率を変化させることができるという作用があるため、動的な制御が可能である。また、互換は第1互換光学素子と回折構造とで行ない、CD側の絞りの役割のみを果たすダイクロイックフィルタを用いてもよい。
また他にも、第1互換機能、第2互換機能共に、位相差付与構造を設ける事によっても達成できる。
【0097】
(第3の実施の形態)
この実施の形態は請求項1、2の発明に対応するもので、図1の構成から所定のコリメータのかわりにカップリングレンズを設けた光ピックアップ装置である。具体的には、コリメータCL1〜CL3のかわりにカップリングレンズCo1〜3(図示略)を設ける。
光源からの入射光を平行光にコリメートするコリメータを設けないため、有限発散光が対物光学素子に入射する。カップリングレンズはコリメータほどのパワーを有しないので、小型であり、このような構成にすることにより、ピックアップ装置を小型にすることができる。
【0098】
このように、無限平行光でなく、有限発散光を用いることにより、対物光学素子OBLに入射する光束に対する集光光学系の倍率が変わるので、これによって波長差に基づく球面収差及び基板厚差に基づく球面収差を補正することができることが知られているが、それでも十分な補正が出来ない場合がある。
また有限光を用いることにより、温度特性やトラッキング特性が劣化するという問題も生じる。
【0099】
そこでこの実施の形態では、対物光学素子OBLに、波長毎にそれぞれ異なる倍率の光束を入射させるが、第1互換光学素子、第2互換光学素子によって、波長差に基づく球面収差、保護基板厚差に基づく球面収差及び光束の倍率差に基づく球面収差を補正するようにしている。
【0100】
第1互換素子は、第2の実施の形態と同じく、対物光学素子に回折構造を設けたものであり、第2互換光学素子は、カップリングレンズCo3に回折構造を設けたものである。
【0101】
これによって、第1光源乃至第3光源からの光束は、全て有限発散光で対物光学素子OBLに入射するが、球面収差を全て補正され、好適な集光スポットを形成する。
【0102】
ここではコリメータCL1〜3の代わりにカップリングレンズCo1〜3を用いているため、全ての光源の光は対物光学素子に発散光が入射するが、どれか1つはコリメータとし、対物レンズに無限平行光を入射させても良い。
【0103】
(第4の実施の形態)
図2を用いて、請求項1の発明の、別の実施の形態について説明する。同じ符号を付しているものは、基本的には第1の実施の形態と同じ機能を有するが、異なるものについて説明する。なお光学的な作用についても殆ど同じである。
【0104】
この例では、光源を2つのユニットによって構成している。具体的には、図2のLD2'は、第2の光源(DVD用の光源)、第3の光源(CD用の光源)について、同一のパッケージに収めた、いわゆる2レーザー1パッケージの光源ユニットを用いている。
【0105】
このパッケージのうち、第2の光源を光軸上に位置するように調整するので、第3の光源については光軸上からやや離れた処に位置するため、像高が生じてしまうが、この特性を改善するための技術も既に知られており、それらの技術を必要に応じて適用できる。ここでは補正板DPを用いることによりその補正を行っている。補正板DPにはグレーティングが形成されており、それによって光軸からのズレを補正すると共に、センサーS2への集光にも寄与する。
【0106】
なおLD2'から実線で描かれているのがDVD用の光源光束であり、点線で描かれているのがCD用の光源光束である。
【0107】
BS2はLD1からの光束と、LD2'からの光束とを同一の光路に載せるために配置される。またBS3は、LD2'からの光束をセンサーレンズSL2に入射させるために配置される。
【0108】
LD1から投光された光束は、BS1を経て、コリメータCL1に入射し、これによって無限平行光にコリメートされたのち、BS2を経て対物光学素子である対物レンズOBLに入射する。そして第1光情報記録媒体の保護基板を介して情報記録面上に集光スポットを形成する。情報記録面上で反射したのち、同じ経路をたどって、コリメータCL1を通過してから、BS1によってセンサーレンズSL1を経てセンサーS1に集光する。このセンサーによって光電変換され、電気的な信号となる。
【0109】
LD2'から投光された光束も、同様に光ディスク(第2光情報記録媒体または第3光情報記録媒体)に集光スポットを形成し、反射して最終的にセンサーS2に集光する。
【0110】
さて本実施の形態では、「第1光源、前記第2光源及び前記第3光源の共通光路に配置され、回折構造を有する回折光学素子」の役割を、対物光学素子OBLに持たせている。そのため、対物光学素子に鋸歯状の回折構造を設けている。
【0111】
そしてこの鋸歯のピッチ(回折パワー)や深さ(ブレイズド化波長)を設定することにより、「高密度な光ディスク」に対しては、第1光源からの光束が2次回折光による集光スポットとして形成され、DVDに対しては、第2光源からの光束が1次回折光による集光スポットとして形成されるようになっている。
【0112】
このように、波長λ1とλ2の関係により回折次数が異なる光を利用することにより、各々の場合における回折効率を高くすることができ、光量を確保することができる。
【0113】
またCDに対しては、波長λ1とλ3との関係によりk次(波長λ1に対する回折次数がmの場合、m/2)とするのが望ましい。
この例では、DVDと同じ1次の回折光として集光スポットを形成するようにしている。
【0114】
この例では、回折光学素子として、回折構造を対物光学素子に設けた例を説明したが、請求項4や6のように、このような異次回折光を生じる回折構造をコリメータCL1に設けても良いし、また別の光学素子を光路中に設けることも可能である。
【0115】
また上記した開口の切り替えについても、回折光学素子を始めとして、公知の技術を適用することができる。
【0116】
なお上記の実施の形態では、情報の再生について説明してきたが、情報の記録においても基本的な構成・光学的作用は変わらず、光情報記録媒体の記録面に集光スポットを形成することにより、記録層に熱化学変化を生ぜしめて、記録を行う。
【0117】
また、温度補償及び/又は色収差補償を行うための光学的補正構造を有する光学素子を、必要に応じて光路中に設ける事ができるのはいうまでもない。そしてこれらの光学的補正構造は回折構造や位相差付与構造によって実現できるし、対物光学素子、コリメータ及びその他の素子に設けることが出来る。
【0118】
(第5の実施の形態)
同じく図2を用いて、請求項7の発明の、別の実施の形態について説明する。各光学素子に関して、第4の実施の形態と同じ機能については説明を省略する。この実施の形態では、第1互換光学素子の役割を、対物光学素子OBLに持たせている。そして第2互換光学素子の役割をコリメータCL2に持たせている。
つまり、第1互換光学素子である対物光学素子OBLは、全ての光源が通過する光路に配置されており、第2互換光学素子であるコリメータCL2は、第2光源と第3光源とが通過する光路に配置される。
【0119】
さて第1互換光学素子である対物光学素子OBLは、回折構造を有していて、それによって「高密度な光ディスク」に必要な集光スポットの形成に寄与する。具体的には、第1光情報記録媒体と第2光情報記録媒体との間の互換を行なう。
また、回折構造で無くとも、位相差付与構造を用いても、同様の光学的作用を得る事が出来る。
【0120】
なお、光情報記録媒体について、保護基板の厚さが異なると、その差にもとづく球面収差が発生するが、ここでは「高密度な光ディスク」とDVDとは共に同じ0.6mmの保護基板を用いているので、基板厚差に基づく球面収差は生じない。
第2互換光学素子であるコリメータCL2にも回折構造が設けられている。これは先の対物光学素子OBLの回折構造と組み合わされることにより、DVDおよびCD間の互換(第2互換機能)を達成する。
【0121】
DVDおよびCD間の互換についてみると、使用波長も保護基板の厚さも異なる事から、第2光源と第3光源との間の波長差に基づく球面収差と、保護基板厚差(0.6mmと1.2mm)に基づく球面収差の両方を補正する。
これにより、各光情報記録媒体に対して、好適な集光スポットを形成することができる。
また先の実施の形態と同様に、異なった回折次数の回折光による集光スポットが形成されるようにしているので、「高密度な光ディスク」、DVDについて、光量を確保し、確実な情報の記録及び/又は再生が可能になる。
【0122】
この実施の形態では、第2互換光学素子として、コリメータCL2に回折光学素子を設けた例(請求項11)を示したが、他にも、たとえば位相のみを付与する光路差付与構造を設けた光学素子(請求項9)や、電気的に光学的作用を切り替えることが出来る液晶素子を用いても、同様の光学的作用を得ることが出来る(請求項10)。特に液晶素子は、屈折率を変化させることができるという作用があるため、動的な制御が可能である。また、互換は第1互換光学素子と回折構造とで行ない、CD側の絞りの役割のみを果たすダイクロイックフィルタを用いてもよい。
【0123】
(第6の実施の形態)
この実施の形態は請求項1、2の発明に対応する別の実施の形態で、図2の構成から所定のコリメータのかわりにカップリングレンズを設けた光ピックアップ装置である。具体的には、コリメータCL1、CL2のかわりにカップリングレンズCo1、2を設ける。
光源からの入射光を平行光にコリメートするコリメータを設けないため、有限発散光が対物光学素子に入射し、その入射角は全ての光がほぼ同じ角度となる。カップリングレンズはコリメータほどのパワーを有しないので、小型であり、このような構成にすることにより、ピックアップ装置を小型にすることができる。
【0124】
このように、無限平行光でなく、有限発散光を用いることにより、対物光学素子OBLに入射する光束に対する集光光学系の倍率が変わるので、これによって波長差に基づく球面収差及び基板厚差に基づく球面収差を補正することができることが知られているが、それでも十分な補正が出来ない場合がある。
また有限光を用いることにより、温度特性やトラッキング特性が劣化するという問題も生じる。
【0125】
そこでこの実施の形態では、対物光学素子OBLに、波長毎にそれぞれ異なる倍率の光束を入射させるが、第1互換光学素子、第2互換光学素子によって、波長差に基づく球面収差、保護基板厚差に基づく球面収差及び光束の倍率差に基づく球面収差を補正するようにしている。
【0126】
第1互換素子は、第5の実施の形態と同じく、対物光学素子に回折構造を設けたものであり、第2互換光学素子は、カップリングレンズCo3に回折構造を設けたものである。
【0127】
これによって、第1光源乃至第3光源からの光束は、全て有限発散光で対物光学素子OBLに入射するが、球面収差を全て補正され、好適な集光スポットを形成する。
【0128】
ここではコリメータCL1〜3の代わりにカップリングレンズCo1〜3を用いているため、全ての光源の光は対物光学素子に発散光が入射するが、どれか1つはコリメータとし、対物レンズに無限平行光を入射させても良い。
【0129】
(第7の実施の形態)
この実施の形態においては、図3に示すように、対物光学素子10の一つの光学面11(出射面)であって、第3光情報記録媒体としてのCDの情報記録面上に開口数NA3の集光スポットを形成する波長λ3の光束が通過する領域に、光軸Lを中心とした複数(2つ)の輪帯状光学面(Rs、Rl)が段差面20を介して連続的に形成されている。なお、以下の説明においては、輪帯状光学面が形成されている光学面全体を「S1面」と表記する場合がある。
これら輪帯状光学面の数は2〜10のいずれかであることが好ましい。
【0130】
ここで、2つの輪帯状光学面のうち、光軸Lを含む輪帯状光学面をRs、光軸から最も離れた輪帯状光学面をRlとする。
なお、光軸Lを含む輪帯状光学面Rsについては、光軸L方向から見たその形状が「輪帯」ではなく、例えば光軸Lを中心とした略円形状となる場合も含むものとする。本実施の形態で示す輪帯状光学面Rsの形状は、光軸L方向から見て略円形状となっている。
輪帯状光学面Rlに連続する二つの段差面20のうち、光軸Lに近い方の段差面20の光軸Lに平行な距離は他方の段差面20の光軸Lに平行な距離と比較して短いことが好ましい。
【0131】
輪帯状光学面Rsは屈折面で構成されており、この輪帯状光学面Rsを通過した波長λ1、λ2及びλ3の光束は、それぞれの光情報記録媒体(「高密度な光ディスク」、DVD及びCD)の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
輪帯状光学面Rlも同様に屈折面で構成されているが、輪帯状光学面Rsに対して、光源側に所定距離だけずれた位置に形成されている。
この輪帯状光学面Rlを通過した波長λ3の光束も、第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
【0132】
対物光学素子10の他方の光学面12(入射面)には、第1回折構造30としての回折輪帯が形成されている。なお、以下の説明においては、第1回折構造30が形成されている光学面全体を「S2面」と表記する場合がある。
第1回折構造30は、入射面12上であって第3光情報記録媒体に開口数NA3の集光スポットを形成する波長λ3の光束が通過する領域(以下、領域A1ともいう。)に形成されている。
また、第1回折構造が形成される領域A1は、輪帯状光学面Rsを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ1、λ2及びλ3の光束が通過する領域に相当する。
【0133】
本実施の形態においては、領域A1より光軸Lから離れた領域であって、輪帯状光学面Rlを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ1、λ2及びλ3の光束が通過する領域(以下、領域A2ともいう。)に第2回折構造40としての回折輪帯が形成されている。
また、領域A2よりも光軸から離れた領域の構造は限定されるものではないが、本実施の形態では回折輪帯が形成されている。これら回折輪帯の構造については周知であるため説明を省略する。
そして、この第1回折構造による波長λ1、λ2及びλ3のm次、n次及びk次回折光をそれぞれの光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより、情報の再生及び/又は記録を行なうようになっている。
【0134】
ここで、波長λ1とλ2の光束が同じ発散角で又は同じ無限光として対物光学素子10に入射し、第1回折構造30が、波長λ1とλ2の光束が対物光学素子10の光学面10、12を通過する際に生じる球面収差を、波長λ1と波長λ2の差によって補正するように構成されていることが好ましい。
また、各回折光の回折次数の組み合わせを、(m、n)=(8、5)、(6、4)、(2、1)、(5、3)、(2、2)、(3、2)、(10、6)のいずれかの組合せとすることが好ましく、さらに、(m、n、k)=(2、1、1、)、(2、1、0)、(5、3、2)、(2、2、1)、(3、2、2)のいずれかの組合せとすることが好ましい。
また、波長λ1、λ2、λ3の光束が入射した場合に、第1回折構造30により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせと、第2回折構造40により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせとが異なることが好ましい。
【0135】
また、第2回折構造40により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせが1、1、1であることが好ましいが、これに特定されるものではない。
また、370nm≦λ1≦430nm、760nm≦λ3≦810nmの条件下において、k=m/2を満たすことが好ましい。
また、前記m次の回折光及び前記n次の回折光の回折効率は共に80%以上であることが好ましい。
また、前記k次の回折光の回折効率は40%以上であることが好ましい。
【0136】
図4は、このように構成された対物光学素子10を光ピックアップ装置に用いた場合における、高密度な光ディスク、DVD、CDの各情報記録面上での縦球面収差図の一例を示すものである。なお、以下の図4、5、8及び10においては、縦軸が開口数、横軸が球面収差量を表している。
図4(a)に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ1の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ1の光束が、第1光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
一方、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
なお、第2回折構造の形状を変更し、波長λ1、λ2、λ3の光が入射した場合に最大の回折効率となる回折光の次数の組み合わせを変えた場合、球面収差をオーバー側に不連続とすることもできる。
そして、開口数NA1に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにS1面とS2面の形状を設計することは比較的容易である。
【0137】
また、図4(b)に示すように、DVD用として用いられる波長λ2の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ2の光束が、第2光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
また、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rlを通過した波長λ2の光束が、第2光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
従って、開口数NA2に対応する領域全体で見た場合に、球面収差をほぼなくすことができる。
【0138】
また、図4(c)に示すように、CD用として用いられる波長λ3の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がオーバー側に徐々に大きくなる。
一方、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
そして、開口数NA3に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにS1面とS2面の形状を設計することは比較的容易である。なお、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所より光軸から離れた位置を通過する波長λ3の光束はフレア光となり、スポット径が必要開口数相当となる。
【0139】
なお、波長λ3の光束によって第3光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差は0.050[λ3rms]以下であることが好ましい。
また、波長λ3の光束によって第3光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差が最小となる光軸方向の位置(最良像面位置)に対して、波長λ3の光束の近軸光線が光源側に集光することが好ましい。
また、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ3の光束と、輪帯状光学面Rlを通過した前記波長λ3の光束とが、光軸方向に10μm以上離れて集光することが好ましい。
また、前記輪帯状光学面Rsを通過した波長λ2の光束と、輪帯状光学面Rlを通過した波長λ2の光束とが、光軸方向に5μm以上離れて集光することが好ましい。
また、隣接する2つの輪帯状光学面間の段差面の光軸方向の長さDが1.5μm≦D≦2.0μm、2.0μm≦D≦3.0μm、又は3.0μm≦D≦4.5μmを満たすことが好ましい。
【0140】
また、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ3の光束と、輪帯状光学面Rs以外の輪帯状光学面を通過した波長λ3の光束との、集光スポットにおける位相差φは、−0.1π≦φ≦0.1πを満たすことが好ましい。
また、輪帯状光学面Rlを通過後、集光スポットを形成する波長λ3の光束の集光位置fB3は、波長λ3の光束によって第3光情報記録媒体に形成される集光スポットの最良像面位置に対して、光軸方向において、|fB3|≦5μmを満たすことが好ましい。
以上のように、本実施の形態に示した対物光学素子及びこの対物光学素子を用いた光ピックアップ装置によれば、3種類の光情報記録媒体に対して互換性を有することができる。
【0141】
また、第2回折構造や輪帯状光学面Rlの面形状を代えることにより、S1面とS2面が図3のように構成された対物光学素子の縦球面収差図が図5に示すようなものであってもよい。
図5(a)に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ1の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ1の光束が、第1光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光している。
また、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rlを通過した波長λ1の光束が、第1光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光している。
従って、開口数NA1より以下の領域全体で見た場合に、球面収差をほぼなくすことができる。
【0142】
また、図5(b)に示すように、DVD用として用いられる波長λ2の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ2の光束が、第2光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光している。
一方、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
なお、第2回折構造の形状を変更し、波長λ1、λ2、λ3の光が入射した場合に最大の回折効率となる回折光の次数の組み合わせを変えた場合、球面収差をオーバー側に不連続とすることもできる。
そして、開口数NA2に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにS1面とS2面の形状を設計することは比較的容易である。
この場合、図5(c)に示すCD用として用いられる波長λ3の光束の縦球面収差図は、上記図4(c)と同様となる。
【0143】
また、図6に示すように、上記第7の実施の形態に示したS1面とS2面とを入射面側で組み合わせた対物光学素子であってもよい。
具体的に説明すると、A2領域の第2回折構造全体を光情報記録媒体側に所定距離だけずれた位置に形成するものである。
このような構成であっても、縦球面収差図は、図4あるいは図5に示したものとほぼ同様の形状となり、3種類の光情報記録媒体に対して互換性を持った光ピックアップ装置及び対物光学素子を得ることができる。
なお、図示は省略するが、S1面とS2面とが、出射面側で組み合わされた対物光学素子であっても良い。
【0144】
(第8の実施の形態)
本実施の形態に示す対物光学素子は、上記第7の実施の形態と比較して、図7に示すように、上記領域A2が屈折面50で構成されている点のみが異なる。
【0145】
図8は、このように構成された対物光学素子を用いた場合における、高密度な光ディスク、DVD、CDの各情報記録面上での縦球面収差図の一例を示すものである。
図8(a)に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ1の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ1の光束が、第1光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
一方、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
そして、開口数NA1に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにS1面とS2面の形状を設計することは比較的容易である。
【0146】
また、図8(b)に示すように、DVD用として用いられる波長λ2の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ2の光束が、第2光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
一方、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
そして、開口数NA2に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにS1面とS2面の形状を設計することは比較的容易である。
この場合、図8(c)に示すCD用として用いられる波長λ3の光束の縦球面収差図は、上記図4(c)と同様となる。
以上のように、本実施の形態に示した対物光学素子及びこの対物光学素子を用いた光ピックアップ装置によれば、3種類の光情報記録媒体に対して互換性を持たせることができる。
【0147】
(第9の実施の形態)
本実施の形態に示す対物光学素子は、上記第7の実施の形態と比較して、図9に示すように、対物光学素子の一つの光学面11(出射面)であって、第3光情報記録媒体としてのCDの情報記録面上に開口数NA3の集光スポットを形成する波長λ3の光束が通過する領域に、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面60が形成されている点と、入射面12の領域A1とA2の両方に第1回折構造30としての回折輪帯が形成されている点が異なる。
【0148】
具体的に説明すると、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面60が、段差面70を介して階段状に連続的に形成されている。
そして、波長λ1、λ2及びλ3の光束のうち、波長λ3の光束に対しては、各輪帯状光学面60を通過する際に所定の光路差を付与することにより、通過前後で位相差を生じさせ、波長λ1及びλ2の光束の少なくとも一つ(本実施の形態においては両方)に対しては、各輪帯状光学面60を通過する際に所定の光路差を付与せず、通過前後で位相差を生じさせないようになっている。
【0149】
ここで、複数の輪帯状光学面60のうち、光軸Lを含む輪帯状光学面をRs、光軸Lから最も離れた輪帯状光学面をRlとする。
輪帯状光学面Rsは屈折面で構成されており、この輪帯状光学面Rsを通過した波長λ1、λ2及びλ3の光束は、それぞれの光情報記録媒体(「高密度な光ディスク」、DVD及びCD)の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
輪帯状光学面Rlも同様に屈折面で構成されており、この輪帯状光学面Rlを通過した波長λ3の光束も、第3光情報記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
【0150】
図10は、このように構成された対物光学素子を用いた場合における、高密度な光ディスク、DVD、CDの各情報記録面上での縦球面収差図の一例を示すものである。
図10(a)に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ1の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ1の光束が、第1光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
また、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rlを通過した波長λ1の光束が、第1光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
従って、開口数NA1に対応する領域全体で見た場合に、ほぼ球面収差をなくすことができる。
なお、場合によっては、S1面上の輪帯状構造により、図10の(c)のような各輪帯状光学面を通過した光束による微小な集光位置のずれが、図10の(a)、(b)に現れる場合があるが、ここでは概略的に完全に収差のない縦球面収差図としている。
【0151】
また、図10(b)に示すように、DVD用として用いられる波長λ2の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rsを通過した波長λ2の光束が、第2光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
また、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Rlを通過した波長λ2の光束が、第2光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
従って、開口数NA2に対応する領域全体で見た場合に、ほぼ球面収差をなくすことができる。
【0152】
また、図10(c)に示すように、CD用として用いられる波長λ3の光束は、輪帯状光学面Rsが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がオーバー側に徐々に大きくなっていく。
一方、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となっている。
そして、開口数NA3に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにS1面とS2面の形状を設計することは比較的容易である。なお、輪帯状光学面Rlが形成されている箇所より光軸から離れた位置を通過する波長λ3の光束はフレア光となる。
そのため、波長λ3の光束に対して個別の絞りを設ける必要がない。
以上のように、本実施の形態に示した対物光学素子及びこの対物光学素子を用いた光ピックアップ装置によれば、3種類の光情報記録媒体に対して互換性を持たせることができる。
【0153】
また、対物レンズ10の一方の光学面12に、図11(a)、(b)に示すような、回折輪帯80と光路差付与構造90を形成してもよい。
具体的には、対物レンズ10には、光軸Lを中心とした、所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯80が複数形成されており、さらに、各回折輪帯80の光学面上には、これら回折輪帯80を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸に沿った階段状の不連続面(段差)91からなる光路差付与構造90が形成されている。
【0154】
図11(a)、(b)中に一点鎖線で示す線は、上述のように、各回折輪帯80の始点を結んでできる仮想の非球面形状からなる光学面(所定の非球面形状の光学面)を表すものであり、二点鎖線で示す線は、光軸Lを中心として光軸Lから離れるにしたがってその厚みが増すように形成された、従来より周知の同心円状の鋸歯状の回折輪帯80の外形を表すものである。
実線で示す線は、各回折輪帯80の光学面上に形成されている、各回折輪帯80を通過する光束に対して所定の光路差を付与する段差91の外形を含む、実際のレンズ形状を表すものである。
【0155】
段差91の深さd1(光軸L方向の長さ)は、例えば、波長λ2に対する対物レンズの屈折率をnとした場合に、λ2/(n−1)で表される値とほぼ等しくなっており、一つの段差を通過する波長λ2の光束と、その隣の段差を通過する波長λ2の光束との間に、ほぼ1波長λ2に相当する光路差が生じ、かつ波面のずれが生じない長さに設定されている。
また、各段差の表面91a(光学機能面)の形状は、図中に二点鎖線で示した鋸歯状の回折輪帯80の表面の形状を、各段差91に対応する区間で分割して、光軸L方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
【0156】
このように、光学面に所定の深さの段差91を設けてなる光路差付与構造90により、対物レンズ10を通過する光束に対して所定の光路差を付与する機能を有し、また、各段差の表面91aの形状を、回折輪帯80を各段差91に対応する区間で分割して、光軸L方向に平行移動させた形状とすることにより、波長λ1〜波長λ3の各光束の最大の回折効率となる回折次数の回折光を抽出する機能を有することになる。
例えば、波長λ1(650nm)の光束が対物レンズに入射した場合、波長λ1の光束は回折輪帯80により回折作用を受けると共に、図11(b)の領域A〜Eを通過することにより、各光束にはそれぞれ、780nm−650nm=130nm、つまり2/5πラジアンの位相差が実質的に付与されることになり、結果的に波長λ1の光束の位相が変化することによる回折作用も受けるようになっている。
【0157】
一方、波長λ2(780nm)の光束が入射した場合、波長λ2の光束は回折輪帯80により回折作用を受けると共に、図3の領域A〜Eを通過することにより、各光束にはそれぞれ1波長λ2に相当する位相差が付与されることになり、領域A〜Eを通過した光束間に生じる位相差はほぼゼロとなる。従って、波長λ2の光束は、光路差付与構造90によっては実質的に回折せずに、そのまま透過するようになっている。
このように、対物レンズ10に形成した回折輪帯80と光路差付与構造90との二段階で各波長の光束の回折次数を実質的に変化させることができるので、各光束の回折次数を適宜変化させて、光情報記録媒体の種類に応じた十分な光量を有する回折光を得ることができる。また、回折効率や回折次数に対する設計の自由度を増大させることができる。
【0158】
【実施例】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置及び光学素子の第1の実施例について説明する。
本実施例においては、図6に示したような、S1面とS2面とを入射面側で組み合わせた対物レンズを用いるものとする。
具体的に説明すると、図12に示すように、両面非球面の単レンズである対物レンズの入射面が、光軸Lからの高さhが1.45mm以上の第2面、1.1mm以上で1.45mm未満の第2´面、1.1mm未満の2´´面に区分されている。
【0159】
そして、第2´面及び第2´´面には、所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯80と、さらに、各回折輪帯80の光学面上に、これら回折輪帯80を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸に沿った階段状の不連続面91(段差)からなる光路差付与構造90とが形成されており、一つの回折輪帯80に形成される各段差91は、光軸Lから離れるに従って光源側に突出する形状となっている。
また、第2面には、鋸歯状の回折輪帯のみが形成されている。
そして、第2´面及び第2´´面を通過する波長λ1、λ2、λ3の各光束は、最大の回折効率となる回折次数m=2、n=1、k=0の回折光が得られるように、上記回折輪帯80及び光路差付与構造90から回折作用を受けて出射される。
【0160】
具体的に説明すると、回折輪帯80の光学面は、光路差付与構造90が無いと仮定した場合、波長λ1の光束の2(=mB1)次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、波長λ2の光束の1(=mB2)次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ3の光束の1(=mB3)次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させる。
また、光路差付与構造90は、これら回折光に対して、波長λ1の光束の2(=m)次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、波長λ2の光束の1(=n)次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、波長λ3の光束の0(=k)次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与する。
【0161】
つまり、下記の各式(1)〜(3)において、
m=mB1−mD ・・・(1)
n=mB2−mD+(−1、0又は1) ・・・(2)
k=mB3−mD+(−1、0又は1) ・・・(3)
mB1=2、mB2=1、mB3=1、mD=0として、
m=2−0=2
n=1−0+0=1
k=1−0−1=0
となるように各光束に光路差を付与する。
【0162】
また、第2面を通過する波長λ1、λ2、λ3の各光束は、回折次数m=2、n=1、k=1の回折光が得られるように、上記回折輪帯80から回折作用を受けて出射される。
このように、波長λ1及びλ2の光束に対しては、第2面、第2´面及び第2´´面を通過する際にそれぞれ回折次数m=2、n=1の回折光が得られるように回折作用を与える一方で、波長λ3の光束に対しては、第2´面及び第2´´面を通過する際と第2面を通過する際とで異なる次数の回折光が得られるように回折作用を与えることにより、第2面を通過した波長λ3の光束(1次回折光)をCDの情報記録面上に集光させず、いわゆるフレア化することができるようになっている。
表1、表2に対物レンズのレンズデータを示す。
【0163】
【表1】

Figure 0004300914
【0164】
表1に示すように、本実施例の対物レンズは、波長λ1=407nmのときの焦点距離f=3.1mm、像側開口数NA1=0.65に設定されており、波長λ2=655nmのときの焦点距離f2=3.26mm、像側開口数NA2=0.62に設定されており、波長λ3=785nmのときの焦点距離f3=3.57mm、像側開口数NA3=0.40に設定されている。
【0165】
また、光束λ1〜λ3に対する倍率m1〜m3はほぼ0であり、対物レンズに平行光が入射する無限系の構成となっている。
表1中の面No.2、2´、2´´は、上述のように、それぞれ対物レンズの入射面のうち、1.45mm≦hの第2面、1.1mm≦h<1.45mmの第2´面、h<1.1mmの2´´面を示しており、面番号3、4はそれぞれ、光情報記録媒体の保護基板の表面、記録層を表している。また、Riは曲率半径、diは第i面から第i+1面までの光軸方向の変位、niは各面の屈折率を表している。
【0166】
対物レンズの第2面、第2´面、第2´´面、第3面は、それぞれ次式(数1)に表1及び表2に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Lの周りに軸対称な非球面に形成されている。
【0167】
【数1】
Figure 0004300914
【0168】
ここで、X(h)は光軸方向の軸(光の進行方向を正とする)、κは円錐係数、A2iは非球面係数である。
【表2】
Figure 0004300914
【0169】
また、回折輪帯のピッチは数2の光路差関数に、表2に示す係数を代入した数式で規定される。
【0170】
【数2】
Figure 0004300914
ここで、B2iは光路差関数の係数、mDは光路差付与構造が無いと仮定した場合(回折構造のみを備えるものと仮定した場合)の各光束の回折次数、λは使用波長、λBは回折のブレーズ化波長(第1及び第2の実施例においてはλB=1mm)である。
【0171】
図13は、高密度光ディスク(AOD)に用いられる波長λ1(407nm)の光束の波長が、407nmから±1nm変動した場合における縦球面収差の変動量と開口数(NA)を示すグラフである。
通常、モードホップ等に起因した波長の変動量は1μm程度であるから、この範囲内において、縦球面収差の変動量は実用上支障が無い範囲に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。
【0172】
図14は、波長λ1(AOD)、波長λ2(DVD)、波長λ3(CD)の各光束の波面収差及び回折効率を示すものであり、図15〜図17は、波長λ1〜λ3の各光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである。
図14〜図17より、各光束の波面収差は回折限界の0.07λrms以下に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。また、各光情報記録媒体に対する情報の記録及び/又は再生に用いるために十分な回折効率を有していることが分かる。
【0173】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置及び光学素子の第2の実施例について説明する。
本実施例においても、図6に示したような、S1面とS2面とを入射面側で組み合わせた対物レンズを用いるものとする。
具体的に説明すると、両面非球面の単レンズである対物レンズの入射面が、光軸Lからの高さhが1.45mm以上の第2面、1.1mm以上で1.45mm未満の第2´面(領域A1)、1.1mm未満の2´´面(領域A2)に区分されている。
【0174】
そして、領域A1には第1回折構造としての複数の回折輪帯が形成され、領域A2には第2回折構造としての回折輪帯が形成されている。また、第2面にも回折輪帯が形成されている。
そして、第2面、第2´面及び第2´´面を通過する波長λ1、λ2、λ3の各光束は、最大の回折効率となる回折次数m=3、n=2、k=2の回折光が得られるように、上記第1回折構造及び第2回折構造から回折作用を受けて出射されるようになっている。
表3、表4に対物レンズのレンズデータを示す。
【0175】
【表3】
Figure 0004300914
【0176】
表3に示すように、本実施例の対物レンズは、波長λ1=407nmのときの焦点距離f1=3.1mm、像側開口数NA1=0.65に設定されており、波長λ2=655nmのときの焦点距離f2=3.19mm、像側開口数NA2=0.63に設定されており、波長λ3=785nmのときの焦点距離f3=3.18mm、像側開口数NA3=0.45に設定されている。
また、光束λ1〜λ3に対する倍率m1〜m3はほぼ0であり、対物レンズに平行光が入射する無限系の構成となっている。
【0177】
対物レンズの第2面、第2´面、第2´´面、第3面は、それぞれ上記数1に表3及び表4に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Lの周りに軸対称な非球面に形成されている。
【表4】
Figure 0004300914
【0178】
また、回折輪帯のピッチは上記数2の光路差関数に、表4に示す係数を代入した数式で規定される。
【0179】
図18は、高密度光ディスク(AOD)に用いられる波長λ1(407nm)の光束の波長が、407nmから±1nm変動した場合における球面収差の変動量と開口数(NA)を示すグラフである。
通常、モードホップ等に起因した波長の変動量は1μm程度であるから、この範囲内において、縦球面収差の変動量は実用上支障が無い範囲に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。
【0180】
図19は、波長λ1(AOD)、波長λ2(DVD)、波長λ3(CD)の各光束の波面収差及び回折効率を示すものであり、図20〜図22は、波長λ1〜λ3の各光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである。
図19〜図22より、波面収差は回折限界の0.07λrms以下に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。また、各光情報記録媒体に対する情報の記録及び/又は再生に用いるために十分な回折効率を有していることが分かる。
【0181】
【発明の効果】
以上、本発明に係る光ピックアップ装置及び光学素子によれば、第1光源、第2光源及び第3光源の共通光路に配置され、第1回折構造を有する回折光学素子を備え、第1光情報記録媒体、第2光情報記録媒体及び第3光情報記録媒体に対して情報の再生及び/又は記録を行う場合、回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させる。
従って、例えば、第1〜第3の波長の光の光路がほぼ等しくなるので、光ピックアップ装置を構成する各種光学素子をこの共通光路に対応して配置すればよく、光ピックアップ装置の構造を簡略化できると共に、装置の部品点数を削減できる。
また、情報の再生及び/又は記録を行なう際に対物光学素子を光情報記録媒体に対して移動させるトラッキング時の像高特性の悪化を防止でき、コマ収差や非点収差等の各種収差の発生を抑えることができる。
また、温度変化により発生する球面収差も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わる光ピックアップ装置の図である。
【図2】本発明に関わる、別の態様の光ピックアップ装置の図である。
【図3】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図4】縦球面収差図(a)〜(c)である。
【図5】縦球面収差図(a)〜(c)である。
【図6】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図7】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図8】縦球面収差図(a)〜(c)である。
【図9】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図10】縦球面収差図(a)〜(c)である。
【図11】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図12】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図13】波長変動時の縦球面収差の変動量と開口数(NA)を示すグラフである。
【図14】各光束の波面収差及び回折効率を示す表である。
【図15】波長λ1の光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである
【図16】波長λ2の光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである
【図17】波長λ3の光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである
【図18】波長変動時の縦球面収差の変動量と開口数(NA)を示すグラフである。
【図19】各光束の波面収差及び回折効率を示す表である。
【図20】波長λ1の光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである
【図21】波長λ2の光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである
【図22】波長λ3の光束の集光位置fBと開口数を示すグラフである
【符号の説明】
LD1 第1光源
LD2 第2光源
LD3 第3光源
LD2' 第2光源(2波長1パッケージ)
S1 センサー
S2 センサー
S3 センサー
S2' センサー
SL1 センサーレンズ
SL2 センサーレンズ
SL3 センサーレンズ
DP 回折板
BS1 ビームスプリッタ
BS2 ビームスプリッタ
BS3 ビームスプリッタ
BS4 ビームスプリッタ
CL1 コリメータ
CL2 コリメータ
CL3 コリメータ
IR 絞り
OBL 対物光学素子
D1 光ディスク(「高密度な光ディスク」)
D2 光ディスク(DVD)
D3 光ディスク(CD)
L 光軸
Rs 輪帯状光学面
Rl 輪帯状光学面
10 対物光学素子
11 光学面(出射面)
12 光学面(入射面)
20 段差面
30 第1回折構造
40 第2回折構造
50 屈折面
60 輪帯状光学面
70 段差面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical pickup device that can meet the standards of three types of optical information recording media (optical discs) and an optical element used in the optical pickup device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the practical use of short-wavelength red lasers, DVDs (digital video discs), which are high-density optical information recording media (also referred to as optical discs) with the same size and capacity as CDs (compact discs), Various optical discs with different operating wavelengths and protective substrate thickness, such as CD-R, RW (write-once compact disc), VD (video disc), MD (mini disc), MO (magneto-optical disc), etc. Has been.
Further, a high-density optical disk (hereinafter referred to as “high-density”) having a protective substrate thickness of about 0.1 mm using a blue-violet semiconductor laser light source having a wavelength of about 400 nm and an objective lens having an image-side numerical aperture (NA) increased to about 0.85. Research and development of a high-density optical disk having a protective substrate thickness of about 0.6 mm using an objective lens having an image-side numerical aperture (NA) of about 0.65.
[0003]
Various kinds of information can be reproduced and / or recorded by condensing light beams of three different wavelengths using one objective lens on the information recording surfaces of three types of optical discs having different working wavelengths and protective substrate thicknesses. Various compatible optical pickup devices (also referred to as optical disk devices) have been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
[0004]
Patent Document 1 discloses a first to third light source that emits light of first to third wavelengths and an object that receives light of first to third wavelengths and focuses the light on a predetermined optical information recording medium. An optical disc apparatus schematically constituted by a lens, a collimator lens and the like is disclosed.
The light having the first and second wavelengths emitted from the first and second light sources passes through the collimator lens. At this time, the light having the first wavelength is converted into parallel light by the collimator lens and the objective lens. The second wavelength light is incident on the objective lens as divergent light without being collimated. In addition, the light of the third wavelength from the third light source does not pass through the collimator lens and enters the objective lens directly as divergent light.
Then, the light of the first to third wavelengths emitted from the objective lens is condensed on three types of optical information recording media having different working wavelengths and protective substrate thicknesses such as high-density optical discs, DVDs, CDs, etc. Recording and / or reproduction is performed.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-43559 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, light having the first wavelength enters the objective lens as parallel light, and light having the second and third wavelengths enters the objective lens as divergent light. Therefore, the optical system magnification of the condensing optical system including the objective lens is different for the three types of optical information recording media.
Therefore, for example, since the optical paths of the first to third wavelengths of light are different from each other, it becomes necessary to arrange a plurality of optical elements corresponding to the respective optical paths, and the structure of the optical disc apparatus becomes complicated. There was a problem and a problem that the number of parts of the apparatus increased.
[0007]
In addition, since divergent light is incident on the objective lens, the image height characteristics deteriorate during tracking when the objective lens is moved relative to the optical disk during reproduction / recording of the optical disk, and various aberrations such as coma and astigmatism occur. There was a problem to do.
In addition, there is a problem that spherical aberration generated due to a temperature change is increased as compared with a so-called infinite system in which parallel light is incident on an objective lens.
[0008]
An object of the present invention is to take the above-mentioned problems into consideration, and is used for reproducing and / or recording information on three types of optical information recording media having different operating wavelengths and protective substrate thicknesses, thereby suppressing the occurrence of various aberrations. An optical pickup device and an optical element that can reduce the number of components are provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is directed to reproducing and reproducing information using a light beam emitted from a first light source having a wavelength λ1 with respect to a first optical information recording medium having a protective substrate thickness t1. Recording is performed, and information is reproduced and / or reproduced from a second optical information recording medium having a protective substrate thickness t2 (t1 ≦ t2) using a light beam emitted from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2). Alternatively, recording is performed, and information is reproduced and / or reproduced from a third optical information recording medium having a protective substrate thickness t3 (t2 <t3) using a light beam emitted from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3). An optical pickup device that performs recording, the optical pickup device including a diffractive optical element that is disposed in a common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and has a first diffractive structure, First optical information recording medium, second optical information recording medium And when the reproducing and / or recording information for the third optical information recording medium, almost all of the light flux in the diffractive optical element included in the optical pickup deviceAs infinite parallel lightIncident,The light beam having the wavelength λ3 is configured to obtain diffracted light of different orders when passing through the central portion of the diffractive optical element and when passing through the peripheral portion of the diffractive optical element,A condensing spot is formed by the diffracted light of m (m is a natural number) generated by the diffractive optical element with respect to the first optical information recording medium, and generated by the diffractive optical element with respect to the second optical information recording medium. n (n is a natural number where n.noteq.m) is formed so as to form a focused spot by the diffracted light of the order.The numerical aperture of the condensing spot formed on the first optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ1 is NA1, and the condensing spot formed on the second optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ2. Is NA2, and NA3 is the numerical aperture of the condensing spot formed on the third optical information recording medium by the light flux having the wavelength λ3,
  NA3 <NA1
  NA3 <NA2
MeetIt is characterized by that.
[0010]
  According to the first aspect of the present invention, the first optical information recording medium, the second optical information recording medium, and the second optical information recording medium are provided, including the diffractive optical element disposed in the common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and having the first diffractive structure. When information is reproduced and / or recorded on the optical information recording medium and the third optical information recording medium, almost all the luminous fluxes are applied to the diffractive optical element.As infinite parallel lightMake it incident.
  Therefore, for example, since the optical paths of the first to third wavelengths of light are substantially equal, various optical elements constituting the optical pickup device may be arranged corresponding to the common optical path, and the structure of the optical pickup device is simplified. And the number of parts of the device can be reduced.
  In addition, when reproducing and / or recording information, the objective optical element is moved relative to the optical information recording medium to prevent deterioration in image height characteristics during tracking, and various aberrations such as coma and astigmatism are generated. Can be suppressed.
  In addition, spherical aberration caused by temperature change can be suppressed.
[0011]
A second aspect of the present invention is the optical pickup device according to the first aspect, wherein the diffractive optical element is an objective optical element.
[0021]
  Claim 3The invention described isClaim 1 or 2The temperature pickup and / or chromatic aberration compensation is performed on at least one of the focused spots formed on the first, second, and third optical information recording media. It has an optical correction element for performing.
[0022]
  Claim 4The invention described isAny one of Claims 1-3An optical pickup device according to claim 1,When reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium, the spherical aberration has a discontinuous portion.It is characterized by that.
[0023]
  Claim 5The invention described isAny one of Claims 1-4An optical pickup device according to claim 1,The first diffractive structure of the diffractive optical element includes a plurality of diffractive annular zones that are sawtooth-like discontinuous surfaces, and a step-like discontinuous surface that is formed on the optical surface of the diffractive annular zone along the optical axis. And an optical path difference providing structure consisting ofIt is characterized by that.
[0024]
  Claim 6The invention described isAny one of Claims 1-5An optical pickup device according to claim 1,The combination (m, n) of the diffraction orders of the m-th order diffracted light and the n-th order diffracted light is:
  (M, n) = any one of (8, 5), (6, 4), (2, 1), (5, 3), (2, 2), (3, 2), (10, 6) IsIt is characterized by that.
[0025]
  Claim 7The invention described isAny one of Claims 1-6An optical pickup device according to claim 1,The diffractive optical element generates a phase difference before and after passing through the diffractive optical element among the light beams having the wavelengths λ1, λ2, and λ3, and the light beams having the wavelengths λ1 and λ2. At least one is configured not to cause a phase difference before and after passing through the diffractive optical element.It is characterized by that.
[0046]
  Claim 8In the described invention, information is reproduced and / or recorded on the first optical information recording medium having the protective substrate thickness t1 using the light beam emitted from the first light source having the wavelength λ1, and the protective substrate thickness t2 (t1 With respect to the second optical information recording medium of ≦ t2), information is reproduced and / or recorded using a light beam emitted from the second light source having the wavelength λ2 (λ1 <λ2), and the protective substrate thickness t3 (t2 < Included in an optical pickup device that reproduces and / or records information using a light beam emitted from a third light source having a wavelength λ3 (λ2 <λ3) with respect to a third optical information recording medium at t3).LightAcademic elements,The optical element isA diffractive optical element disposed in a common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and having a first diffractive structureAndIn the case of reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium, the second optical information recording medium, and the third optical information recording medium, the diffractive optical element included in the optical pickup device Almost all of the luminous fluxAs infinite parallel lightIncident,The light beam having the wavelength λ3 is configured so that diffracted light of different orders is obtained when passing through the central part of the diffractive optical element and when passing through the peripheral part of the diffractive optical element,A condensing spot is formed by the diffracted light of m (m is a natural number) generated by the diffractive optical element with respect to the first optical information recording medium, and generated by the diffractive optical element with respect to the second optical information recording medium. n (n is a natural number where n.noteq.m) is formed so as to form a focused spot by the diffracted light of the order.The numerical aperture of the condensing spot formed on the first optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ1 is NA1, and the condensing spot formed on the second optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ2. Is NA2, and NA3 is the numerical aperture of the condensing spot formed on the third optical information recording medium by the light flux having the wavelength λ3,
  NA3 <NA1
  NA3 <NA2
MeetIt is characterized by that.
  The invention according to claim 9 is the optical element according to claim 8, wherein the diffractive optical element is an objective optical element.
  The invention according to claim 10 is the optical element according to claim 8 or 9, wherein
  In reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium, the spherical aberration has a discontinuous portion.
  Invention of Claim 11 is an optical element as described in any one of Claims 8-10, Comprising:
  The first diffractive structure of the diffractive optical element includes a plurality of diffracting ring zones that are serrated discontinuous surfaces;
  It is formed on the optical surface of the diffraction ring zone, and is formed of an optical path difference providing structure including a step-like discontinuous surface along the optical axis.
  Invention of Claim 12 is an optical element as described in any one of Claims 8-11, Comprising:
  The combinations (m, n) of the diffraction orders of the m-th order diffracted light and the n-th order diffracted light are (m, n) = (8, 5), (6, 4), (2, 1), ( 5, 3), (2, 2), (3, 2), (10, 6).
  Invention of Claim 13 is an optical element as described in any one of Claims 8-12,
  The diffractive optical element generates a phase difference before and after passing through the diffractive optical element among the light beams having the wavelengths λ1, λ2, and λ3, and the light beams having the wavelengths λ1 and λ2. At least one of them is configured so as not to cause a phase difference before and after passing through the diffractive optical element.
[0070]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, embodiments of the present invention are not limited thereto.
(First embodiment)
The invention of claim 1 will be described with reference to FIG.
[0071]
In this embodiment, a “high-density optical disk” using a so-called blue-violet laser light source with a used wavelength of 405 nm is targeted, and a “high-density” protective substrate thickness t1 is 0.6 mm as the first optical information recording medium. It is assumed that the optical disk is a DVD having a protective substrate thickness t2 of 0.6 mm as the second optical information recording medium, and a CD having a protective substrate thickness t3 of 1.2 mm as the third optical information recording medium.
[0072]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical pickup device according to the present invention.
[0073]
The laser diode LD1 is a first light source, and a blue-violet laser having a wavelength λ1 of 405 nm is used. However, a laser diode having a wavelength in the range of 390 nm to 420 nm can be appropriately employed. LD2 is a second light source, and a red laser having a wavelength λ2 of 655 nm is used, but a laser having a wavelength in the range of 630 nm to 680 nm can be appropriately employed. LD3 is a third light source, and an infrared laser having a wavelength λ3 of 780 nm is used, but one having a wavelength in the range of 750 nm to 800 nm can be appropriately employed.
[0074]
The beam splitter BS1 transmits the light source incident from the LD1 in the direction of the objective optical element OBL. The reflected light (returned light) from the optical disk (first optical information recording medium) passes through the sensor lens group SL1 to receive light. It has a function of condensing on S1. The function of BS2 is the same.
[0075]
BS3 is arranged to place the light flux from LD1 and the light flux from LD2 on the same optical path. BS4 is arranged to place the light flux from LD3 and the light flux from BS3 on the same optical path.
[0076]
The light beam projected from LD1 is incident on collimator CL1 via BS1, collimated into infinite parallel light, and then incident on objective lens OBL which is an objective optical element via BS3 and BS4. Then, a condensing spot is formed on the information recording surface via the protective substrate of the first optical information recording medium. After reflecting on the information recording surface, it follows the same path, passes through the collimator CL1, and then converges on the sensor S1 via the sensor lens SL1 by BS1. This sensor photoelectrically converts it into an electrical signal.
[0077]
Similarly, the light beam projected from the LD 2 forms a condensing spot on the optical disc (second optical information recording medium), is reflected, and finally converges on the sensor S2.
[0078]
Incidentally, the same applies to the light beam projected from the LD 3, but in this example, by providing a diffractive plate DP instead of the beam splitter, the return light is condensed to the sensor S 3. When reproducing information from a CD, the amount of light received may be less than that of a DVD or “high density optical disk”, and thus such a configuration can be employed.
Further, as described above, the light beams of the wavelengths λ1 to λ3 projected from the LD1 to LD3 are infinitely parallel to the objective optical element OBL serving as the diffractive optical element having the first diffractive structure, that is, substantially. Incident at the same angle.
The “same angle” means the same divergence angle or the same convergence angle. In the case of infinite parallel light, the divergence angle (or convergence angle) is zero.
[0079]
Note that the objective optical element OBL is a single lens in this figure, but may be composed of a plurality of optical elements as necessary. The material may be plastic resin or glass.
[0080]
The state where the light beam projected from LD1 and the light beam projected from LD2 are condensed on the information recording surface via the protective substrates of optical disks D1 and D2 are depicted on the left side of the optical axis of OBL. A state in which the projected light beam is condensed on the information recording surface via the protective substrate of the optical disc D3 is depicted on the right side of the optical axis of the OBL. In this way, the basic position is switched by an actuator (not shown) depending on the optical disk to be reproduced / recorded, and focusing is performed from the reference position.
[0081]
The numerical aperture required for the objective optical element OBL differs depending on the thickness of the protective substrate of each optical information recording medium and the size of the pits. Here, the numerical aperture NA3 for CD is 0.45, and the numerical apertures NA2 and NA1 of DVD and “high density optical disk” are both 0.65. However, it can be appropriately selected within the range of 0.43 to 0.50 for CD and 0.58 to 0.68 for DVD.
[0082]
IR is an aperture for cutting unnecessary light.
[0083]
In the present embodiment, as described above, the role of the “diffractive optical element disposed in the common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and having the first diffractive structure” is the objective optical element. It is given to OBL. Therefore, the objective optical element is provided with a sawtooth diffraction structure.
[0084]
Then, by setting the pitch (diffraction power) and depth (blazed wavelength) of the saw blade, the light beam from the first light source is formed as a condensed spot by the second-order diffracted light for the “high-density optical disk”. For a DVD, the light beam from the second light source is formed as a condensing spot by the first-order diffracted light.
[0085]
Thus, by using light having different diffraction orders depending on the relationship between the wavelengths λ1 and λ2, the diffraction efficiency in each case can be increased, and the amount of light can be secured.
[0086]
For CD, the k-th order (m / 2 when the diffraction order for wavelength λ1 is m) is desirable due to the relationship between wavelengths λ1 and λ3.
In this example, a condensing spot is formed as the same first-order diffracted light as DVD.
[0087]
In this example, the example in which the diffractive structure is provided in the objective optical element has been described as the diffractive optical element. However, as in claims 4 and 6, a diffractive structure that generates such different-order diffracted light may be provided in the collimator. However, another optical element can be provided in the optical path.
[0088]
Also for the switching of the apertures described above, known techniques including diffractive optical elements can be applied.
[0089]
In the above embodiment, the reproduction of information has been described. However, the basic configuration and optical action are not changed even in the recording of information, and a condensed spot is formed on the recording surface of the optical information recording medium. Recording is performed by causing a thermochemical change in the recording layer.
[0090]
It goes without saying that an optical element having an optical correction structure for performing temperature compensation and / or chromatic aberration compensation can be provided in the optical path as necessary. These optical correction structures can be realized by a diffractive structure or a phase difference providing structure, and can be provided in an objective optical element, a collimator, and other elements.
[0091]
(Second Embodiment)
The invention of claim 7 will be described with reference to FIG.
For each optical element, the description of the same function as in the first embodiment is omitted. In this embodiment, the objective optical element OBL has the role of the first compatible optical element. The collimator CL3 has the role of the second compatible optical element.
That is, the objective optical element OBL that is the first compatible optical element is disposed in the optical path through which all the light sources pass, and the collimator CL3 that is the second compatible optical element is disposed in the optical path through which only the third light source passes. The
[0092]
The objective optical element OBL, which is the first compatible optical element, has a diffractive structure, thereby achieving compatibility between the “high-density optical disk” and the DVD (first compatible function).
Specifically, spherical aberration based on the wavelength difference between the first light source and the second light source is corrected. Further, even if the phase difference providing structure is used instead of the diffractive structure, the same optical action can be obtained.
[0093]
For optical information recording media, if the thickness of the protective substrate is different, spherical aberration occurs due to the difference. Here, both the “high density optical disc” and the DVD use the same protective substrate of 0.6 mm. Therefore, such spherical aberration based on the substrate thickness difference does not occur.
[0094]
The collimator CL3, which is the second compatible optical element, is also provided with a diffractive structure. This is combined with the diffractive structure of the objective optical element OBL to achieve compatibility between the “high-density optical disk” and the CD, and further compatibility between the DVD and the CD (second compatibility function).
Specifically, regarding compatibility between “high-density optical disc” and CD, since the wavelength used and the thickness of the protective substrate are different, the spherical aberration based on the wavelength difference between the first light source and the third light source can be reduced. Both spherical aberrations based on the protective substrate thickness difference (0.1 mm and 1.2 mm) are corrected.
[0095]
The same applies to compatibility between DVD and CD. Both spherical aberration based on the wavelength difference between the second light source and the third light source and spherical aberration based on the difference in thickness of the protective substrate (0.6 mm and 1.2 mm) are obtained. to correct.
Thereby, a suitable condensing spot can be formed for each optical information recording medium.
In addition, as in the previous embodiment, a condensing spot is formed by diffracted light of different diffraction orders. Therefore, for a “high-density optical disc” or DVD, a sufficient amount of light is ensured and reliable information is obtained. Recording and / or playback is possible.
[0096]
In this embodiment, an example in which a diffractive optical element is provided in the collimator CL3 as the second compatible optical element is shown (claim 11). However, for example, an optical path difference providing structure that provides only a phase is provided. Even if an optical element (Claim 9) or a liquid crystal element capable of electrically switching the optical action is used, the same optical action can be obtained (Claim 10). In particular, the liquid crystal element can be dynamically controlled because it has an effect of changing the refractive index. Further, interchange may be performed between the first compatible optical element and the diffractive structure, and a dichroic filter that serves only as a diaphragm on the CD side may be used.
In addition, both the first compatible function and the second compatible function can be achieved by providing a phase difference providing structure.
[0097]
(Third embodiment)
This embodiment corresponds to the inventions of claims 1 and 2 and is an optical pickup device in which a coupling lens is provided in place of a predetermined collimator from the configuration of FIG. Specifically, coupling lenses Co1 to Co3 (not shown) are provided instead of the collimators CL1 to CL3.
Since a collimator that collimates incident light from the light source into parallel light is not provided, finite divergent light enters the objective optical element. Since the coupling lens does not have as much power as the collimator, the coupling lens is small. With such a configuration, the pickup device can be miniaturized.
[0098]
In this way, by using finite divergent light instead of infinite parallel light, the magnification of the condensing optical system with respect to the light beam incident on the objective optical element OBL is changed, so that the spherical aberration and the substrate thickness difference based on the wavelength difference are thereby changed. Although it is known that spherical aberration based can be corrected, there is still a case where sufficient correction cannot be performed.
Further, the use of finite light causes a problem that the temperature characteristics and tracking characteristics deteriorate.
[0099]
Therefore, in this embodiment, light beams having different magnifications are made incident on the objective optical element OBL for each wavelength. However, the first compatible optical element and the second compatible optical element allow the spherical aberration based on the wavelength difference and the protective substrate thickness difference. And spherical aberration based on the difference in magnification of the luminous flux are corrected.
[0100]
As in the second embodiment, the first compatible element is an objective optical element provided with a diffractive structure, and the second compatible optical element is provided with a coupling lens Co3 provided with a diffractive structure.
[0101]
Thereby, all the light beams from the first light source to the third light source are incident on the objective optical element OBL with finite divergent light, but all the spherical aberration is corrected and a suitable condensing spot is formed.
[0102]
Here, since the coupling lenses Co1 to C3 are used instead of the collimators CL1 to C3, diverging light is incident on the objective optical element for all light sources, but one of them is a collimator, and the objective lens is infinite. Parallel light may be incident.
[0103]
(Fourth embodiment)
Another embodiment of the invention of claim 1 will be described with reference to FIG. Components having the same reference numerals have basically the same functions as those in the first embodiment, but different components will be described. The optical action is almost the same.
[0104]
In this example, the light source is composed of two units. Specifically, the LD 2 ′ in FIG. 2 is a so-called two-laser one-package light source unit in which the second light source (DVD light source) and the third light source (CD light source) are housed in the same package. Is used.
[0105]
In this package, the second light source is adjusted so as to be positioned on the optical axis. Therefore, the third light source is located at a position slightly away from the optical axis. Techniques for improving the characteristics are already known, and these techniques can be applied as necessary. Here, the correction is performed by using the correction plate DP. A grating is formed on the correction plate DP, thereby correcting the deviation from the optical axis and contributing to the condensing on the sensor S2.
[0106]
Note that a light source beam for DVD is drawn from the LD 2 ′ by a solid line, and a light source beam for CD is drawn by a dotted line.
[0107]
BS2 is arranged to place the light beam from LD1 and the light beam from LD2 'on the same optical path. BS3 is arranged to cause the light beam from LD2 ′ to enter sensor lens SL2.
[0108]
The light beam projected from the LD1 is incident on the collimator CL1 via the BS1, collimated into infinite parallel light, and then incident on the objective lens OBL, which is an objective optical element, via the BS2. Then, a condensing spot is formed on the information recording surface via the protective substrate of the first optical information recording medium. After reflecting on the information recording surface, it follows the same path, passes through the collimator CL1, and then converges on the sensor S1 via the sensor lens SL1 by BS1. This sensor photoelectrically converts it into an electrical signal.
[0109]
Similarly, the light beam projected from the LD 2 ′ forms a condensing spot on the optical disc (second optical information recording medium or third optical information recording medium), reflects, and finally condenses on the sensor S 2.
[0110]
In the present embodiment, the objective optical element OBL has a role of “a diffractive optical element disposed in a common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and having a diffractive structure”. Therefore, the objective optical element is provided with a sawtooth diffraction structure.
[0111]
Then, by setting the pitch (diffraction power) and depth (blazed wavelength) of the saw blade, the light beam from the first light source is formed as a condensed spot by the second-order diffracted light for the “high-density optical disk”. For a DVD, the light beam from the second light source is formed as a condensing spot by the first-order diffracted light.
[0112]
Thus, by using light having different diffraction orders depending on the relationship between the wavelengths λ1 and λ2, the diffraction efficiency in each case can be increased, and the amount of light can be secured.
[0113]
For CD, the k-th order (m / 2 when the diffraction order for wavelength λ1 is m) is desirable due to the relationship between wavelengths λ1 and λ3.
In this example, a condensing spot is formed as the same first-order diffracted light as DVD.
[0114]
In this example, the example in which the diffractive structure is provided in the objective optical element has been described as the diffractive optical element. However, the collimator CL1 may be provided with a diffractive structure that generates such different-order diffracted light as in claims 4 and 6. It is also possible to provide another optical element in the optical path.
[0115]
Also for the switching of the apertures described above, known techniques including diffractive optical elements can be applied.
[0116]
In the above embodiment, the reproduction of information has been described. However, the basic configuration and optical action are not changed even in the recording of information, and a condensed spot is formed on the recording surface of the optical information recording medium. Recording is performed by causing a thermochemical change in the recording layer.
[0117]
It goes without saying that an optical element having an optical correction structure for performing temperature compensation and / or chromatic aberration compensation can be provided in the optical path as necessary. These optical correction structures can be realized by a diffractive structure or a phase difference providing structure, and can be provided in an objective optical element, a collimator, and other elements.
[0118]
(Fifth embodiment)
Similarly, another embodiment of the invention of claim 7 will be described with reference to FIG. For each optical element, the description of the same function as that of the fourth embodiment is omitted. In this embodiment, the objective optical element OBL has the role of the first compatible optical element. The collimator CL2 has the role of the second compatible optical element.
In other words, the objective optical element OBL that is the first compatible optical element is disposed in the optical path through which all the light sources pass, and the second light source and the third light source pass through the collimator CL2 that is the second compatible optical element. Located in the optical path.
[0119]
The objective optical element OBL, which is the first compatible optical element, has a diffractive structure, thereby contributing to the formation of a condensing spot necessary for a “high-density optical disk”. Specifically, compatibility between the first optical information recording medium and the second optical information recording medium is performed.
Further, even if the phase difference providing structure is used instead of the diffractive structure, the same optical action can be obtained.
[0120]
For optical information recording media, if the thickness of the protective substrate is different, spherical aberration occurs due to the difference. Here, both the “high density optical disc” and the DVD use the same protective substrate of 0.6 mm. Therefore, spherical aberration based on the substrate thickness difference does not occur.
The collimator CL2, which is the second compatible optical element, is also provided with a diffractive structure. This is combined with the diffractive structure of the objective optical element OBL to achieve compatibility between the DVD and the CD (second compatibility function).
[0121]
Regarding compatibility between DVD and CD, since the wavelength used and the thickness of the protective substrate are different, spherical aberration based on the wavelength difference between the second light source and the third light source and the protective substrate thickness difference (0.6 mm) 1.2 mm) to correct both spherical aberrations.
Thereby, a suitable condensing spot can be formed for each optical information recording medium.
In addition, as in the previous embodiment, a condensing spot is formed by diffracted light of different diffraction orders. Therefore, for a “high-density optical disc” or DVD, a sufficient amount of light is ensured and reliable information is obtained. Recording and / or playback is possible.
[0122]
In this embodiment, an example in which a diffractive optical element is provided in the collimator CL2 as the second compatible optical element is shown (claim 11). However, for example, an optical path difference providing structure that provides only a phase is provided. Even if an optical element (Claim 9) or a liquid crystal element capable of electrically switching the optical action is used, the same optical action can be obtained (Claim 10). In particular, the liquid crystal element can be dynamically controlled because it has an effect of changing the refractive index. Further, interchange may be performed between the first compatible optical element and the diffractive structure, and a dichroic filter that serves only as a diaphragm on the CD side may be used.
[0123]
(Sixth embodiment)
This embodiment is another embodiment corresponding to the first and second aspects of the present invention, and is an optical pickup device in which a coupling lens is provided instead of the predetermined collimator from the configuration of FIG. Specifically, coupling lenses Co1 and 2 are provided instead of the collimators CL1 and CL2.
Since a collimator that collimates incident light from the light source into parallel light is not provided, finite divergent light is incident on the objective optical element, and the incident angles of all the lights are substantially the same. Since the coupling lens does not have as much power as the collimator, the coupling lens is small. With such a configuration, the pickup device can be miniaturized.
[0124]
In this way, by using finite divergent light instead of infinite parallel light, the magnification of the condensing optical system with respect to the light beam incident on the objective optical element OBL is changed, so that the spherical aberration and the substrate thickness difference based on the wavelength difference are thereby changed. Although it is known that spherical aberration based can be corrected, there is still a case where sufficient correction cannot be performed.
Further, the use of finite light causes a problem that the temperature characteristics and tracking characteristics deteriorate.
[0125]
Therefore, in this embodiment, light beams having different magnifications are made incident on the objective optical element OBL for each wavelength. However, the first compatible optical element and the second compatible optical element allow the spherical aberration based on the wavelength difference and the protective substrate thickness difference. And spherical aberration based on the difference in magnification of the luminous flux are corrected.
[0126]
As in the fifth embodiment, the first compatible element is a diffractive structure provided on the objective optical element, and the second compatible optical element is a diffractive structure provided on the coupling lens Co3.
[0127]
Thereby, all the light beams from the first light source to the third light source are incident on the objective optical element OBL with finite divergent light, but all the spherical aberration is corrected and a suitable condensing spot is formed.
[0128]
Here, since the coupling lenses Co1 to C3 are used instead of the collimators CL1 to C3, diverging light is incident on the objective optical element for all light sources, but one of them is a collimator, and the objective lens is infinite. Parallel light may be incident.
[0129]
(Seventh embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the numerical aperture NA3 is formed on one optical surface 11 (emission surface) of the objective optical element 10 and on the information recording surface of the CD as the third optical information recording medium. A plurality of (two) ring-shaped optical surfaces (Rs, Rl) with the optical axis L as the center are continuously formed through the step surface 20 in a region where a light beam of wavelength λ3 that forms a condensing spot is passed. Has been. In the following description, the entire optical surface on which the annular optical surface is formed may be referred to as “S1 surface”.
The number of these annular optical surfaces is preferably 2 to 10.
[0130]
Here, of the two annular optical surfaces, the annular optical surface including the optical axis L is Rs, and the annular optical surface farthest from the optical axis is Rl.
Note that the annular optical surface Rs including the optical axis L includes not only the “annular zone” but also a substantially circular shape centered on the optical axis L, for example, as viewed from the optical axis L direction. The shape of the annular optical surface Rs shown in the present embodiment is substantially circular when viewed from the optical axis L direction.
Of the two step surfaces 20 continuous to the annular optical surface Rl, the distance parallel to the optical axis L of the step surface 20 closer to the optical axis L is compared with the distance parallel to the optical axis L of the other step surface 20. And it is preferable that it is short.
[0131]
The annular optical surface Rs is composed of a refractive surface, and light fluxes having wavelengths λ1, λ2, and λ3 that have passed through the annular optical surface Rs are transmitted to respective optical information recording media (“high-density optical disk”, DVD, and CD). ) Is formed on the information recording surface.
The annular optical surface Rl is similarly formed of a refracting surface, but is formed at a position shifted from the annular optical surface Rs by a predetermined distance to the light source side.
The light beam having the wavelength λ3 that has passed through the annular optical surface Rl also forms a condensed spot on the information recording surface of the third optical information recording medium.
[0132]
On the other optical surface 12 (incident surface) of the objective optical element 10, a diffraction ring zone as the first diffraction structure 30 is formed. In the following description, the entire optical surface on which the first diffractive structure 30 is formed may be referred to as “S2 surface”.
The first diffractive structure 30 is formed on the incident surface 12 in a region (hereinafter also referred to as a region A1) through which a light beam having a wavelength λ3 that forms a condensed spot having a numerical aperture NA3 passes through the third optical information recording medium. Has been.
The region A1 where the first diffractive structure is formed corresponds to a region through which light fluxes of wavelengths λ1, λ2, and λ3 that form a condensed spot on each optical information recording medium pass through the annular optical surface Rs. To do.
[0133]
In the present embodiment, it is an area farther from the optical axis L than the area A1, and has wavelengths λ1, λ2, and λ3 that form a condensed spot on each optical information recording medium after passing through the annular optical surface Rl. A diffraction zone as the second diffraction structure 40 is formed in a region through which the light beam passes (hereinafter also referred to as a region A2).
Further, the structure of the region farther from the optical axis than the region A2 is not limited, but a diffraction ring zone is formed in the present embodiment. Since the structure of these diffraction ring zones is well known, a description thereof will be omitted.
Then, by reproducing the m-th order, n-th order and k-th order diffracted light of wavelengths λ1, λ2 and λ3 by the first diffractive structure on the information recording surface of each optical information recording medium, information reproduction and / or recording is performed. Is supposed to do.
[0134]
Here, the light beams having the wavelengths λ1 and λ2 are incident on the objective optical element 10 with the same divergence angle or the same infinite light, and the first diffractive structure 30 has the light beams having the wavelengths λ1 and λ2 on the optical surface 10 of the objective optical element 10, It is preferable that the spherical aberration generated when passing through 12 is corrected by the difference between the wavelength λ1 and the wavelength λ2.
Also, the combinations of the diffraction orders of the diffracted lights are (m, n) = (8, 5), (6, 4), (2, 1), (5, 3), (2, 2), (3 2), (10, 6) is preferable, and (m, n, k) = (2, 1, 1,), (2, 1, 0), (5, 3, 2), (2, 2, 1), or any combination of (3, 2, 2).
In addition, when a light beam having wavelengths λ1, λ2, and λ3 is incident, a combination of diffracted light having the maximum diffracted light ratio among the diffracted light of each light beam generated by the first diffractive structure 30 and the second diffractive structure 40 are generated. It is preferable that the combination of diffracted light with the maximum diffracted light ratio among the diffracted light of each light flux is different.
[0135]
Moreover, although it is preferable that the combination of the diffracted light which becomes the maximum diffracted light rate among the diffracted light of each light beam produced by the 2nd diffraction structure 40 is 1, 1, 1, it is not specified to this.
Further, it is preferable that k = m / 2 is satisfied under the conditions of 370 nm ≦ λ1 ≦ 430 nm and 760 nm ≦ λ3 ≦ 810 nm.
The diffraction efficiencies of the m-th order diffracted light and the n-th order diffracted light are both preferably 80% or more.
The diffraction efficiency of the k-th order diffracted light is preferably 40% or more.
[0136]
FIG. 4 shows an example of a longitudinal spherical aberration diagram on each information recording surface of a high-density optical disc, DVD, or CD when the objective optical element 10 thus configured is used in an optical pickup device. is there. In FIGS. 4, 5, 8 and 10 below, the vertical axis represents the numerical aperture and the horizontal axis represents the spherical aberration.
As shown in FIG. 4A, the light beam having the wavelength λ1 used for the high-density optical disc has no change in spherical aberration within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ1 that has passed through the annular optical surface Rs is collected on the information recording surface of the first optical information recording medium with almost no aberration.
On the other hand, the spherical aberration becomes discontinuous on the underside within the numerical aperture corresponding to the location where the annular optical surface Rl is formed.
When the shape of the second diffractive structure is changed and the combination of the orders of diffracted light that gives the maximum diffraction efficiency when light of wavelengths λ1, λ2, and λ3 is incident, the spherical aberration is discontinuous on the over side. It can also be.
Then, it is relatively easy to design the shapes of the S1 surface and the S2 surface so that the spherical aberration is within a practically unobstructed range when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA1.
[0137]
Further, as shown in FIG. 4B, the light beam having the wavelength λ2 used for DVD does not change the spherical aberration within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ2 that has passed through the annular optical surface Rs is collected on the information recording surface of the second optical information recording medium with almost no aberration.
In addition, the spherical aberration does not change even within the numerical aperture corresponding to the location where the annular optical surface Rl is formed, that is, the light beam having the wavelength λ2 that has passed through the annular optical surface Rl is the second optical information recording medium. The light is condensed almost without aberration on the information recording surface.
Therefore, when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA2, spherical aberration can be almost eliminated.
[0138]
Further, as shown in FIG. 4C, the light beam having the wavelength λ3 used for CD is gradually increased in the spherical aberration toward the over side within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. growing.
On the other hand, the spherical aberration becomes discontinuous on the underside within the numerical aperture corresponding to the location where the annular optical surface Rl is formed.
Then, it is relatively easy to design the shapes of the S1 surface and the S2 surface so that the spherical aberration is within a practically unobstructed range when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA3. Note that the light beam having the wavelength λ3 that passes through the position away from the optical axis from the portion where the annular optical surface Rl is formed becomes flare light, and the spot diameter corresponds to the required numerical aperture.
[0139]
The wavefront aberration of the focused spot formed on the third optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ3 is preferably 0.050 [λ3 rms] or less.
Further, the paraxial ray of the light beam having the wavelength λ3 with respect to the position in the optical axis direction (best image plane position) at which the wavefront aberration of the condensed spot formed on the third optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ3 is minimized. Is preferably condensed on the light source side.
In addition, it is preferable that the light beam having the wavelength λ3 that has passed through the annular optical surface Rs and the light beam having the wavelength λ3 that has passed through the annular optical surface Rl are condensed at a distance of 10 μm or more in the optical axis direction.
In addition, it is preferable that the light beam with the wavelength λ2 that has passed through the annular optical surface Rs and the light beam with the wavelength λ2 that has passed through the annular optical surface Rl are condensed at a distance of 5 μm or more in the optical axis direction.
Further, the length D in the optical axis direction of the step surface between two adjacent annular optical surfaces is 1.5 μm ≦ D ≦ 2.0 μm, 2.0 μm ≦ D ≦ 3.0 μm, or 3.0 μm ≦ D ≦. It is preferable to satisfy 4.5 μm.
[0140]
In addition, the phase difference φ at the condensing spot between the light beam with the wavelength λ3 that has passed through the annular optical surface Rs and the light beam with the wavelength λ3 that has passed through the annular optical surface other than the annular optical surface Rs is −0.1π. It is preferable to satisfy ≦ φ ≦ 0.1π.
Further, after passing through the ring-shaped optical surface Rl, the condensing position fB3 of the light beam having the wavelength λ3 that forms the condensing spot is the best image surface of the condensing spot formed on the third optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ3. It is preferable to satisfy | fB3 | ≦ 5 μm with respect to the position in the optical axis direction.
As described above, according to the objective optical element and the optical pickup device using the objective optical element shown in the present embodiment, compatibility with three types of optical information recording media can be achieved.
[0141]
FIG. 5 shows a longitudinal spherical aberration diagram of the objective optical element in which the S1 surface and the S2 surface are configured as shown in FIG. 3 by changing the surface shape of the second diffractive structure and the annular optical surface Rl. It may be.
As shown in FIG. 5A, the light beam having the wavelength λ1 used for a high-density optical disc has no change in spherical aberration within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ1 that has passed through the annular optical surface Rs is collected on the information recording surface of the first optical information recording medium with almost no aberration.
Also, the spherical aberration does not change even within the numerical aperture corresponding to the location where the annular optical surface Rl is formed, that is, the light beam having the wavelength λ1 that has passed through the annular optical surface Rl is the first optical information recording medium. The light is condensed almost without aberration on the information recording surface.
Accordingly, spherical aberration can be almost eliminated when viewed in the entire region below the numerical aperture NA1.
[0142]
Further, as shown in FIG. 5B, the light beam having the wavelength λ2 used for DVD does not change the spherical aberration at the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ2 that has passed through the band-shaped optical surface Rs is condensed on the information recording surface of the second optical information recording medium with almost no aberration.
On the other hand, the spherical aberration becomes discontinuous on the under side at the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rl is formed.
When the shape of the second diffractive structure is changed and the combination of the orders of diffracted light that gives the maximum diffraction efficiency when light of wavelengths λ1, λ2, and λ3 is incident, the spherical aberration is discontinuous on the over side. It can also be.
Then, it is relatively easy to design the shapes of the S1 surface and the S2 surface so that the spherical aberration is within a practically unobstructed range when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA2.
In this case, the longitudinal spherical aberration diagram of the light beam with the wavelength λ3 used for CD shown in FIG. 5C is the same as FIG. 4C.
[0143]
Moreover, as shown in FIG. 6, the objective optical element which combined the S1 surface and S2 surface which were shown in the said 7th Embodiment on the incident surface side may be sufficient.
More specifically, the entire second diffractive structure in the A2 region is formed at a position shifted by a predetermined distance toward the optical information recording medium side.
Even with such a configuration, the longitudinal spherical aberration diagram has substantially the same shape as that shown in FIG. 4 or FIG. 5, and an optical pickup device compatible with three types of optical information recording media and An objective optical element can be obtained.
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the objective optical element with which S1 surface and S2 surface were combined by the output surface side may be sufficient.
[0144]
(Eighth embodiment)
The objective optical element shown in the present embodiment is different from the seventh embodiment only in that the region A2 is composed of a refracting surface 50 as shown in FIG.
[0145]
FIG. 8 shows an example of a longitudinal spherical aberration diagram on each information recording surface of a high-density optical disc, DVD, and CD when the objective optical element configured as described above is used.
As shown in FIG. 8A, the light beam having the wavelength λ1 used for a high-density optical disc has no change in spherical aberration within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ1 that has passed through the annular optical surface Rs is collected on the information recording surface of the first optical information recording medium with almost no aberration.
On the other hand, the spherical aberration becomes discontinuous on the underside within the numerical aperture corresponding to the location where the annular optical surface Rl is formed.
Then, it is relatively easy to design the shapes of the S1 surface and the S2 surface so that the spherical aberration is within a practically unobstructed range when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA1.
[0146]
Further, as shown in FIG. 8B, the light beam having the wavelength λ2 used for DVD does not change the spherical aberration within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ2 that has passed through the annular optical surface Rs is collected on the information recording surface of the second optical information recording medium with almost no aberration.
On the other hand, the spherical aberration becomes discontinuous on the underside within the numerical aperture corresponding to the location where the annular optical surface Rl is formed.
Then, it is relatively easy to design the shapes of the S1 surface and the S2 surface so that the spherical aberration is within a practically unobstructed range when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA2.
In this case, the longitudinal spherical aberration diagram of the light beam with the wavelength λ3 used for the CD shown in FIG. 8C is the same as FIG. 4C.
As described above, according to the objective optical element and the optical pickup device using the objective optical element shown in the present embodiment, compatibility can be provided for three types of optical information recording media.
[0147]
(Ninth embodiment)
The objective optical element shown in the present embodiment is one optical surface 11 (emission surface) of the objective optical element as shown in FIG. A plurality of annular optical surfaces 60 centering on the optical axis are formed in a region where a light beam having a wavelength λ3 that forms a condensing spot having a numerical aperture NA3 passes on an information recording surface of a CD as an information recording medium. The difference is that a diffraction ring zone as the first diffraction structure 30 is formed in both the areas A1 and A2 of the incident surface 12.
[0148]
More specifically, a plurality of annular optical surfaces 60 centering on the optical axis are formed continuously in a stepped manner via the step surface 70.
Of the light beams having the wavelengths λ1, λ2, and λ3, the light beam having the wavelength λ3 is given a predetermined optical path difference when passing through each annular optical surface 60, thereby causing a phase difference before and after the passage. In addition, for at least one of the light beams having the wavelengths λ1 and λ2 (both in the present embodiment), a predetermined optical path difference is not given when passing through each annular optical surface 60, and the position is changed before and after the passage. It does not cause a phase difference.
[0149]
Here, among the plurality of annular optical surfaces 60, the annular optical surface including the optical axis L is Rs, and the annular optical surface farthest from the optical axis L is Rl.
The annular optical surface Rs is composed of a refractive surface, and light fluxes having wavelengths λ1, λ2, and λ3 that have passed through the annular optical surface Rs are transmitted to respective optical information recording media (“high-density optical disk”, DVD, and CD). ) Is formed on the information recording surface.
Similarly, the annular optical surface Rl is formed of a refracting surface, and the light beam having the wavelength λ3 that has passed through the annular optical surface Rl also forms a condensed spot on the information recording surface of the third optical information recording medium. It has become.
[0150]
FIG. 10 shows an example of a longitudinal spherical aberration diagram on each information recording surface of a high-density optical disc, DVD, and CD when the objective optical element configured as described above is used.
As shown in FIG. 10A, the light beam having the wavelength λ1 used for a high-density optical disc has no change in spherical aberration within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ1 that has passed through the annular optical surface Rs is collected on the information recording surface of the first optical information recording medium with almost no aberration.
Further, even at the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rl is formed, the spherical aberration does not change, that is, the light flux having the wavelength λ1 that has passed through the annular optical surface Rl is the first optical information recording medium. Condensed on the information recording surface with almost no aberration.
Accordingly, when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA1, substantially spherical aberration can be eliminated.
In some cases, due to the ring-shaped structure on the S1 surface, a slight deviation of the light collecting position due to the light flux that has passed through each ring-shaped optical surface as shown in FIG. Although it may appear in (b), it is schematically shown here as a longitudinal spherical aberration diagram that is completely free of aberrations.
[0151]
Further, as shown in FIG. 10B, the light beam having the wavelength λ2 used for DVD does not change the spherical aberration within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. The light beam having the wavelength λ2 that has passed through the annular optical surface Rs is collected on the information recording surface of the second optical information recording medium with almost no aberration.
In addition, the spherical aberration does not change even within the numerical aperture corresponding to the location where the annular optical surface Rl is formed, that is, the light beam having the wavelength λ2 that has passed through the annular optical surface Rl is the second optical information recording medium. The light is condensed almost without aberration on the information recording surface.
Accordingly, when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA2, substantially spherical aberration can be eliminated.
[0152]
Further, as shown in FIG. 10C, the light beam having the wavelength λ3 used for the CD gradually has spherical aberration over the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rs is formed. It gets bigger.
On the other hand, the spherical aberration is discontinuous on the underside within the numerical aperture corresponding to the portion where the annular optical surface Rl is formed.
Then, it is relatively easy to design the shapes of the S1 surface and the S2 surface so that the spherical aberration is within a practically unobstructed range when viewed in the entire region corresponding to the numerical aperture NA3. Note that the light flux having the wavelength λ3 that passes through the position away from the optical axis from the portion where the annular optical surface Rl is formed becomes flare light.
For this reason, it is not necessary to provide a separate diaphragm for the light beam having the wavelength λ3.
As described above, according to the objective optical element and the optical pickup device using the objective optical element shown in the present embodiment, compatibility can be provided for three types of optical information recording media.
[0153]
Moreover, you may form the diffraction zone 80 and the optical path difference providing structure 90 as shown to FIG. 11 (a), (b) in one optical surface 12 of the objective lens 10. FIG.
Specifically, the objective lens 10 includes a plurality of diffraction ring zones 80 that are serrated discontinuous surfaces having a substantial inclination with respect to a predetermined aspherical optical surface with the optical axis L as the center. In addition, on the optical surface of each diffraction ring zone 80, a step-like irregularity along the optical axis that gives a predetermined optical path difference to the light beam passing through these diffraction ring zones 80 is formed. An optical path difference providing structure 90 including a continuous surface (step) 91 is formed.
[0154]
11 (a) and 11 (b), the line indicated by the alternate long and short dash line is an optical surface (having a predetermined aspherical shape) having a virtual aspherical shape formed by connecting the starting points of the diffraction ring zones 80 as described above. The line indicated by a two-dot chain line is a concentric saw-tooth shape that has been formed so as to increase in thickness with increasing distance from the optical axis L with the optical axis L as the center. This represents the outer shape of the diffraction zone 80.
A solid line indicates an actual lens including an outer shape of a step 91 that is formed on the optical surface of each diffraction ring zone 80 and gives a predetermined optical path difference to a light beam passing through each diffraction ring zone 80. It represents the shape.
[0155]
The depth d1 (length in the optical axis L direction) of the step 91 is substantially equal to the value represented by λ2 / (n−1), for example, where n is the refractive index of the objective lens with respect to the wavelength λ2. An optical path difference corresponding to approximately one wavelength λ2 occurs between the light beam having the wavelength λ2 that passes through one step and the light beam having the wavelength λ2 that passes through the adjacent step, and the wavefront does not shift. It is set to length.
In addition, the shape of the surface 91a (optical functional surface) of each step is divided by the section corresponding to each step 91, by dividing the shape of the surface of the sawtooth diffraction ring zone 80 indicated by a two-dot chain line in the figure, The shape approximates the shape translated in the optical axis L direction.
[0156]
As described above, the optical path difference providing structure 90 having the optical surface provided with the step 91 having a predetermined depth has a function of giving a predetermined optical path difference to the light beam passing through the objective lens 10. The shape of the surface 91a of the step is divided into sections corresponding to the respective steps 91 and is translated in the direction of the optical axis L, so that the maximum luminous flux of each of the wavelengths λ1 to λ3 is obtained. Thus, it has a function of extracting diffracted light of the diffraction order that gives a diffraction efficiency of.
For example, when a light beam with a wavelength λ1 (650 nm) is incident on the objective lens, the light beam with a wavelength λ1 is diffracted by the diffraction ring zone 80 and passes through the regions A to E in FIG. Each of the luminous fluxes is substantially given a phase difference of 780 nm−650 nm = 130 nm, that is, 2 / 5π radians, and as a result, is subjected to a diffractive action due to a change in the phase of the luminous flux of wavelength λ1. It has become.
[0157]
On the other hand, when a light beam having the wavelength λ2 (780 nm) is incident, the light beam having the wavelength λ2 is diffracted by the diffraction ring zone 80 and passes through the areas A to E in FIG. A phase difference corresponding to λ2 is given, and the phase difference generated between the light beams that have passed through the areas A to E is almost zero. Therefore, the light beam having the wavelength λ <b> 2 is transmitted as it is without being substantially diffracted by the optical path difference providing structure 90.
As described above, since the diffraction orders of the light beams of the respective wavelengths can be substantially changed in two stages of the diffraction ring zone 80 formed on the objective lens 10 and the optical path difference providing structure 90, the diffraction orders of the light beams are appropriately set. By changing it, it is possible to obtain diffracted light having a sufficient amount of light according to the type of the optical information recording medium. In addition, the degree of freedom in design with respect to diffraction efficiency and diffraction order can be increased.
[0158]
【Example】
Next, a first example of the optical pickup device and the optical element shown in the above embodiment will be described.
In this embodiment, an objective lens in which the S1 surface and the S2 surface are combined on the incident surface side as shown in FIG. 6 is used.
More specifically, as shown in FIG. 12, the incident surface of the objective lens, which is a double-sided aspheric single lens, is a second surface having a height h from the optical axis L of 1.45 mm or more, 1.1 mm or more. Are divided into a 2 ′ surface of less than 1.45 mm and a 2 ″ surface of less than 1.1 mm.
[0159]
Further, the second 'surface and the second' surface have a plurality of diffraction ring zones 80 that are sawtooth-like discontinuous surfaces having a substantial inclination with respect to a predetermined aspherical optical surface, and On the optical surface of each diffracting ring zone 80, an optical path difference consisting of a step-like discontinuous surface 91 (step) along the optical axis that gives a predetermined optical path difference to the light beam passing through these diffracting ring zones 80. An imparting structure 90 is formed, and each step 91 formed in one diffraction ring zone 80 has a shape that protrudes toward the light source as the distance from the optical axis L increases.
Moreover, only the sawtooth-shaped diffraction zone is formed on the second surface.
The light beams of wavelengths λ1, λ2, and λ3 that pass through the second ′ surface and the second ″ surface are obtained as diffracted light beams having diffraction orders m = 2, n = 1, and k = 0 that provide the maximum diffraction efficiency. As shown, the diffraction ring zone 80 and the optical path difference providing structure 90 are diffracted and emitted.
[0160]
More specifically, when it is assumed that the optical path difference providing structure 90 is not provided, the optical surface of the diffracting ring zone 80 is diffracted so that the 2 (= mB1) order diffracted light of the light beam having the wavelength λ1 has the maximum diffraction efficiency, The 1 (= mB2) order diffracted light of the light beam with wavelength λ2 is diffracted so as to have the maximum diffraction efficiency, and the 1 (= mB3) order diffracted light of the light beam with wavelength λ3 is diffracted so as to have the maximum diffraction efficiency.
Further, the optical path difference providing structure 90 gives an optical path difference in which the 2 (= m) order diffracted light of the light beam having the wavelength λ1 has the maximum diffraction efficiency to the diffracted light, and 1 (= n) of the light beam having the wavelength λ2. ) The order diffracted light gives an optical path difference having the maximum diffraction efficiency, and the 0 (= k) order diffracted light of the light flux of wavelength λ3 gives the optical path difference having the maximum diffraction efficiency.
[0161]
That is, in the following formulas (1) to (3),
m = mB1-mD (1)
n = mB2-mD + (-1, 0 or 1) (2)
k = mB3-mD + (-1, 0 or 1) (3)
As mB1 = 2, mB2 = 1, mB3 = 1, mD = 0,
m = 2-0 = 0
n = 1-0 + 0 = 1
k = 1-0-1 = 0
An optical path difference is given to each light flux so that
[0162]
In addition, the light beams of wavelengths λ1, λ2, and λ3 that pass through the second surface are diffracted from the diffraction ring zone 80 so that diffracted light of diffraction orders m = 2, n = 1, and k = 1 can be obtained. Received and emitted.
As described above, for the light beams having the wavelengths λ1 and λ2, diffracted light beams having diffraction orders m = 2 and n = 1 are obtained when passing through the second surface, the second ′ surface, and the second ″ surface, respectively. On the other hand, with respect to the light beam having the wavelength λ3, different orders of diffracted light are obtained when passing through the second surface and the second surface and when passing through the second surface. By applying a diffractive action in this manner, the light beam having the wavelength λ3 (first-order diffracted light) that has passed through the second surface can be formed into a so-called flare without being condensed on the information recording surface of the CD.
Tables 1 and 2 show the lens data of the objective lens.
[0163]
[Table 1]
Figure 0004300914
[0164]
As shown in Table 1, the objective lens of this example has a focal length f = 3.1 mm when the wavelength λ1 = 407 nm, an image-side numerical aperture NA1 = 0.65, and a wavelength λ2 = 655 nm. Focal length f2 = 3.26 mm, image-side numerical aperture NA2 = 0.62, focal length f3 = 3.57 mm and wavelength-side numerical aperture NA3 = 0.40 when wavelength λ3 = 785 nm. Is set.
[0165]
Further, the magnifications m1 to m3 with respect to the light beams λ1 to λ3 are almost 0, and the structure is an infinite system in which parallel light enters the objective lens.
Surface No. 1 in Table 1 2, 2 ′, 2 ″ are the second surface of 1.45 mm ≦ h, the second surface of 1.1 mm ≦ h <1.45 mm, and h of the incident surface of the objective lens, respectively, as described above. <2 mm surface of 1.1 mm is shown, and surface numbers 3 and 4 represent the surface of the protective substrate of the optical information recording medium and the recording layer, respectively. Ri represents the radius of curvature, di represents the displacement in the optical axis direction from the i-th surface to the (i + 1) -th surface, and ni represents the refractive index of each surface.
[0166]
The second surface, the second 'surface, the second' surface, and the third surface of the objective lens are respectively defined by mathematical formulas obtained by substituting the coefficients shown in Tables 1 and 2 into the following formula (Equation 1). An aspherical surface that is axisymmetric about L is formed.
[0167]
[Expression 1]
Figure 0004300914
[0168]
Here, X (h) is an axis in the optical axis direction (the light traveling direction is positive), κ is a conical coefficient, A2iIs the aspheric coefficient.
[Table 2]
Figure 0004300914
[0169]
Further, the pitch of the diffraction zone is defined by a mathematical formula in which the coefficients shown in Table 2 are substituted into the optical path difference function of Formula 2.
[0170]
[Expression 2]
Figure 0004300914
Where B2iIs the coefficient of the optical path difference function, mD is the diffraction order of each light beam assuming that there is no optical path difference providing structure (assuming that it has only a diffractive structure), λ is the wavelength used, λB is the blazed wavelength of diffraction (ΛB = 1 mm in the first and second embodiments).
[0171]
FIG. 13 is a graph showing the amount of variation and numerical aperture (NA) of longitudinal spherical aberration when the wavelength of the light beam having the wavelength λ1 (407 nm) used in the high-density optical disc (AOD) varies ± 1 nm from 407 nm.
Normally, the amount of fluctuation in wavelength due to mode hops and the like is about 1 μm. Therefore, within this range, the amount of fluctuation in longitudinal spherical aberration is suppressed to a practically unaffected range and has a sufficient color correction function. I understand that.
[0172]
FIG. 14 shows the wavefront aberration and diffraction efficiency of each light beam of wavelength λ1 (AOD), wavelength λ2 (DVD), and wavelength λ3 (CD). FIGS. 15 to 17 show the light beams of wavelengths λ1 to λ3. It is a graph which shows the condensing position fB and numerical aperture.
14 to 17, it can be seen that the wavefront aberration of each light flux is suppressed to 0.07 λrms or less, which is the diffraction limit, and has a sufficient color correction function. It can also be seen that the diffraction efficiency is sufficient for use in recording and / or reproducing information on each optical information recording medium.
[0173]
Next, a second example of the optical pickup device and the optical element shown in the above embodiment will be described.
Also in this embodiment, an objective lens in which the S1 surface and the S2 surface are combined on the incident surface side as shown in FIG. 6 is used.
Specifically, the incident surface of the objective lens, which is a single lens with double aspheric surfaces, is a second surface having a height h from the optical axis L of 1.45 mm or more, and a first surface having a height of 1.1 mm or more and less than 1.45 mm. It is divided into a 2 ′ surface (region A1) and a 2 ″ surface (region A2) of less than 1.1 mm.
[0174]
A plurality of diffraction ring zones as the first diffraction structure are formed in the region A1, and a diffraction ring zone as the second diffraction structure is formed in the region A2. A diffraction ring zone is also formed on the second surface.
The light beams having wavelengths λ1, λ2, and λ3 that pass through the second surface, the second ′ surface, and the second ″ surface have diffraction orders m = 3, n = 2, and k = 2 that provide the maximum diffraction efficiency. In order to obtain diffracted light, the first diffractive structure and the second diffractive structure are diffracted and emitted.
Tables 3 and 4 show the lens data of the objective lens.
[0175]
[Table 3]
Figure 0004300914
[0176]
As shown in Table 3, the objective lens of the present example is set to have a focal length f1 = 3.1 mm when the wavelength λ1 = 407 nm, an image-side numerical aperture NA1 = 0.65, and a wavelength λ2 = 655 nm. Focal length f2 = 3.19 mm, image-side numerical aperture NA2 = 0.63, focal length f3 = 3.18 mm and wavelength-side numerical aperture NA3 = 0.45 when wavelength λ3 = 785 nm. Is set.
Further, the magnifications m1 to m3 with respect to the light beams λ1 to λ3 are almost 0, and the structure is an infinite system in which parallel light enters the objective lens.
[0177]
The second surface, the second 'surface, the second' surface, and the third surface of the objective lens are each defined around the optical axis L, which is defined by the mathematical formula obtained by substituting the coefficients shown in Tables 3 and 4 into Equation 1 above. It is formed in an aspherical surface that is axially symmetric.
[Table 4]
Figure 0004300914
[0178]
Further, the pitch of the diffraction zone is defined by an equation in which the coefficients shown in Table 4 are substituted into the optical path difference function of the above formula 2.
[0179]
FIG. 18 is a graph showing the amount of change in spherical aberration and the numerical aperture (NA) when the wavelength of a light beam having a wavelength λ1 (407 nm) used for a high-density optical disc (AOD) varies ± 1 nm from 407 nm.
Normally, the amount of fluctuation in wavelength due to mode hops and the like is about 1 μm. Therefore, within this range, the amount of fluctuation in longitudinal spherical aberration is suppressed to a practically unaffected range and has a sufficient color correction function. I understand that.
[0180]
FIG. 19 shows the wavefront aberration and diffraction efficiency of each light beam of wavelength λ1 (AOD), wavelength λ2 (DVD), and wavelength λ3 (CD). FIGS. 20 to 22 show the light beams of wavelengths λ1 to λ3. It is a graph which shows the condensing position fB and numerical aperture.
19 to 22, it can be seen that the wavefront aberration is suppressed to 0.07 λrms or less, which is the diffraction limit, and has a sufficient color correction function. It can also be seen that the diffraction efficiency is sufficient for use in recording and / or reproducing information on each optical information recording medium.
[0181]
【The invention's effect】
  As described above, according to the optical pickup device and the optical element according to the present invention, the first optical information includes the diffractive optical element disposed in the common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and having the first diffractive structure. When information is reproduced and / or recorded on the recording medium, the second optical information recording medium, and the third optical information recording medium, almost all the light beams are applied to the diffractive optical element.As infinite parallel lightMake it incident.
  Therefore, for example, since the optical paths of the first to third wavelengths of light are substantially equal, various optical elements constituting the optical pickup device may be arranged corresponding to the common optical path, and the structure of the optical pickup device is simplified. And the number of parts of the device can be reduced.
  Also, EmotionWhen the information is reproduced and / or recorded, the objective optical element is moved with respect to the optical information recording medium, thereby preventing deterioration in image height characteristics during tracking and suppressing occurrence of various aberrations such as coma and astigmatism. be able to.
  In addition, spherical aberration caused by temperature change can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram of an optical pickup device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram of another embodiment of an optical pickup device according to the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part showing a structure of an objective optical element.
FIG. 4 is longitudinal spherical aberration diagrams (a) to (c).
FIG. 5 is longitudinal spherical aberration diagrams (a) to (c).
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a main part showing the structure of an objective optical element.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a main part showing the structure of an objective optical element.
FIG. 8 is longitudinal spherical aberration diagrams (a) to (c).
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a main part showing the structure of an objective optical element.
FIG. 10 is longitudinal spherical aberration diagrams (a) to (c).
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a main part showing the structure of an objective optical element.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a main part showing the structure of an objective optical element.
FIG. 13 is a graph showing the amount of longitudinal spherical aberration variation and numerical aperture (NA) when the wavelength varies.
FIG. 14 is a table showing wavefront aberration and diffraction efficiency of each light beam.
FIG. 15 is a graph showing a condensing position fB and a numerical aperture of a light beam having a wavelength λ1.
FIG. 16 is a graph showing a condensing position fB and a numerical aperture of a light beam having a wavelength λ2.
FIG. 17 is a graph showing a condensing position fB and a numerical aperture of a light beam with a wavelength λ3.
FIG. 18 is a graph showing the amount of longitudinal spherical aberration variation and numerical aperture (NA) when the wavelength varies.
FIG. 19 is a table showing wavefront aberration and diffraction efficiency of each light beam.
FIG. 20 is a graph showing a condensing position fB and a numerical aperture of a light beam having a wavelength λ1.
FIG. 21 is a graph showing a condensing position fB and a numerical aperture of a light beam having a wavelength λ2.
FIG. 22 is a graph showing a condensing position fB and a numerical aperture of a light beam having a wavelength of λ3.
[Explanation of symbols]
LD1 first light source
LD2 Second light source
LD3 Third light source
LD2 '2nd light source (2 wavelength 1 package)
S1 sensor
S2 sensor
S3 sensor
S2 'sensor
SL1 sensor lens
SL2 sensor lens
SL3 sensor lens
DP diffraction plate
BS1 Beam splitter
BS2 Beam splitter
BS3 Beam splitter
BS4 beam splitter
CL1 collimator
CL2 collimator
CL3 collimator
IR aperture
OBL objective optical element
D1 optical disc ("high density optical disc")
D2 Optical disc (DVD)
D3 Optical disc (CD)
L Optical axis
Rs annular optical surface
Rl Annular optical surface
10 Objective optical elements
11 Optical surface (outgoing surface)
12 Optical surface (incident surface)
20 Step surface
30 First diffraction structure
40 Second diffraction structure
50 Refractive surface
60 Annular optical surface
70 Step surface

Claims (13)

保護基板厚t1の第1光情報記録媒体に対して、波長λ1の第1光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t2(t1≦t2)の第2光情報記録媒体に対して、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t3(t2<t3)の第3光情報記録媒体に対して、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記光ピックアップ装置は、前記第1光源、前記第2光源及び前記第3光源の共通光路に配置され、第1回折構造を有する回折光学素子を備え、
前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対して情報の再生及び/又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させ、
前記波長λ3の光束が前記回折光学素子の中央部を通過する際と前記回折光学素子の周辺部を通過する際とで異なる次数の回折光が得られるように構成されるとともに、
前記第1光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるm(mは自然数)次の回折光による集光スポットが形成され、前記第2光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるn(nはn≠mである自然数)次の回折光による集光スポットが形成されるように構成され、
前記波長λ1の光束により前記第1光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA1、前記波長λ2の光束により前記第2光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA2、前記波長λ3の光束により前記第3光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA3とした場合に、
NA3<NA1
NA3<NA2
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
Information is reproduced and / or recorded on the first optical information recording medium having the protective substrate thickness t1 using the light beam emitted from the first light source having the wavelength λ1, and the first optical information recording medium having the protective substrate thickness t2 (t1 ≦ t2) is obtained. Information is reproduced and / or recorded on a two-optical information recording medium using a light beam emitted from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2), and a third thickness of the protective substrate t3 (t2 <t3) is obtained. An optical pickup device that reproduces and / or records information on an optical information recording medium using a light beam emitted from a third light source having a wavelength of λ3 (λ2 <λ3),
The optical pickup device includes a diffractive optical element disposed in a common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and having a first diffractive structure,
When reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium, the second optical information recording medium, and the third optical information recording medium, all of the diffractive optical elements included in the optical pickup device are used. Is incident as almost infinite parallel light ,
The light beam having the wavelength λ3 is configured to obtain diffracted light of different orders when passing through the central portion of the diffractive optical element and when passing through the peripheral portion of the diffractive optical element,
A condensing spot is formed by the diffracted light of m (m is a natural number) generated by the diffractive optical element with respect to the first optical information recording medium, and generated by the diffractive optical element with respect to the second optical information recording medium. n (n is a natural number where n ≠ m) is configured to form a focused spot by the diffracted light of the order,
The numerical aperture of the condensing spot formed on the first optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ1 is NA1, and the condensing spot formed on the second optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ2. Is NA2, and NA3 is the numerical aperture of the condensing spot formed on the third optical information recording medium by the light flux having the wavelength λ3,
NA3 <NA1
NA3 <NA2
An optical pickup device satisfying the requirements .
前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。  The optical pickup device according to claim 1, wherein the diffractive optical element is an objective optical element. 前記第1、第2及び第3光情報記録媒体上に形成される集光スポットのうち少なくとも一つの集光スポットに対し、温度補償及び/又は色収差補償を行うための光学的補正素子を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置。An optical correction element for performing temperature compensation and / or chromatic aberration compensation on at least one of the focused spots formed on the first, second, and third optical information recording media; The optical pickup device according to claim 1 or 2 . 前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録において、球面収差に不連続部を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。4. The optical pickup device according to claim 1, wherein a spherical aberration has a discontinuous portion in reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium. 5. 前記回折光学素子の前記第1回折構造は、The first diffractive structure of the diffractive optical element is:
鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯と、A plurality of diffraction zones that are serrated discontinuous surfaces;
前記回折輪帯の光学面上に形成され、光軸に沿った階段状の不連続面からなる光路差付与構造と、から形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。5. The optical path difference providing structure formed on the optical surface of the diffracting ring zone and including a step-like discontinuous surface along the optical axis. 5. The optical pickup device according to Item.
前記m次の回折光及び前記n次の回折光の回折次数の組み合わせ(m、n)は、The combination (m, n) of the diffraction orders of the m-th order diffracted light and the n-th order diffracted light is:
(m、n)=(8、5)、(6、4)、(2、1)、(5、3)、(2、2)、(3、2)、(10、6)のいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。(M, n) = any one of (8, 5), (6, 4), (2, 1), (5, 3), (2, 2), (3, 2), (10, 6) The optical pickup device according to claim 1, wherein the optical pickup device is an optical pickup device.
前記回折光学素子は、The diffractive optical element is
前記波長λ1、λ2及びλ3の光束のうち、前記波長λ3の光束に対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせ、前記波長λ1及びλ2の光束の少なくとも一つに対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせないように構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。Among the light beams having the wavelengths λ1, λ2, and λ3, the light beam having the wavelength λ3 is caused to have a phase difference before and after passing through the diffractive optical element, and at least one of the light beams having the wavelengths λ1 and λ2. The optical pickup device according to claim 1, wherein the optical pickup device is configured not to cause a phase difference before and after passing through the diffractive optical element.
保護基板厚t1の第1光情報記録媒体に対して、波長λ1の第1光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t2(t1≦t2)の第2光情報記録媒体に対して、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行ない、保護基板厚t3(t2<t3)の第3光情報記録媒体に対して、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源から出射される光束を用いて情報の再生及び/又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる光学素子であって、
前記光学素子は、前記第1光源、前記第2光源及び前記第3光源の共通光路に配置され、第1回折構造を有する回折光学素子であり
前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対して情報の再生及び/又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させ、
前記波長λ3の光束に対しては前記回折光学素子の中央部を通過する際と前記回折光学素子の周辺部を通過する際とで異なる次数の回折光が得られるように構成されるとともに、
前記第1光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるm(mは自然数)次の回折光による集光スポットが形成され、前記第2光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるn(nはn≠mである自然数)次の回折光による集光スポットが形成されるように構成され、
前記波長λ1の光束により前記第1光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA1、前記波長λ2の光束により前記第2光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA2、前記波長λ3の光束により前記第3光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をNA3とした場合に、
NA3<NA1
NA3<NA2
を満たすことを特徴とする光学素子。
Information is reproduced and / or recorded on the first optical information recording medium having the protective substrate thickness t1 using the light beam emitted from the first light source having the wavelength λ1, and the first optical information recording medium having the protective substrate thickness t2 (t1 ≦ t2) is obtained. Information is reproduced and / or recorded on a two-optical information recording medium using a light beam emitted from a second light source having a wavelength λ2 (λ1 <λ2), and a third thickness of the protective substrate t3 (t2 <t3) is obtained. with respect to the optical information recording medium, an optical optical element that is part of an optical pickup apparatus for reproducing and / or recording information by using a light flux emitted from the third light source of the wavelength λ3 (λ2 <λ3),
The optical element is a diffractive optical element that is disposed in a common optical path of the first light source, the second light source, and the third light source and has a first diffractive structure,
When reproducing and / or recording information on the first optical information recording medium, the second optical information recording medium, and the third optical information recording medium, all of the diffractive optical elements included in the optical pickup device are used. Is incident as almost infinite parallel light ,
The light beam having the wavelength λ3 is configured so that diffracted light of different orders is obtained when passing through the central part of the diffractive optical element and when passing through the peripheral part of the diffractive optical element,
A condensing spot is formed by the diffracted light of m (m is a natural number) generated by the diffractive optical element with respect to the first optical information recording medium, and generated by the diffractive optical element with respect to the second optical information recording medium. n (n is a natural number where n ≠ m) is configured to form a focused spot by the diffracted light of the order,
The numerical aperture of the condensing spot formed on the first optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ1 is NA1, and the condensing spot formed on the second optical information recording medium by the light beam having the wavelength λ2. Is NA2, and NA3 is the numerical aperture of the condensing spot formed on the third optical information recording medium by the light flux having the wavelength λ3,
NA3 <NA1
NA3 <NA2
An optical element characterized by satisfying:
前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする請求項8に記載の光学素子。The optical element according to claim 8, wherein the diffractive optical element is an objective optical element. 前記第3光情報記録媒体に対する情報の再生及び/又は記録において、球面収差に不連続部を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の光学素子。10. The optical element according to claim 8, wherein a spherical aberration has a discontinuous portion in reproducing and / or recording information on the third optical information recording medium. 前記回折光学素子の前記第1回折構造は、The first diffractive structure of the diffractive optical element is:
鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯と、A plurality of diffraction zones that are serrated discontinuous surfaces;
前記回折輪帯の光学面上に形成され、光軸に沿った階段状の不連続面からなる光路差付与構造と、から形成されていることを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載の光学素子。The optical path difference providing structure which is formed on the optical surface of the diffractive ring zone and is formed of a step-like discontinuous surface along the optical axis. The optical element according to item.
前記m次の回折光及び前記n次の回折光の回折次数の組み合わせ(m、n)は、The combination (m, n) of the diffraction orders of the m-th order diffracted light and the n-th order diffracted light is:
(m、n)=(8、5)、(6、4)、(2、1)、(5、3)、(2、2)、(3、2)、(10、6)のいずれかであることを特徴とする請求項8〜11のいずれか一項に記載の光学素子。(M, n) = any one of (8, 5), (6, 4), (2, 1), (5, 3), (2, 2), (3, 2), (10, 6) The optical element according to claim 8, wherein the optical element is an optical element.
前記回折光学素子は、The diffractive optical element is
前記波長λ1、λ2及びλ3の光束のうち、前記波長λ3の光束に対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせ、前記波長λ1及びλ2の光束の少なくとも一つに対しては、前記回折光学素子の通過前後で位相差を生じさせないように構成されることを特徴とする請求項8〜12のいずれか一項に記載の光学素子。Among the light beams having the wavelengths λ1, λ2, and λ3, the light beam having the wavelength λ3 is caused to have a phase difference before and after passing through the diffractive optical element, and at least one of the light beams having the wavelengths λ1 and λ2. The optical element according to any one of claims 8 to 12, wherein the optical element is configured so as not to cause a phase difference before and after passing through the diffractive optical element.
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