JP4462108B2 - Objective optical system, optical pickup device, and optical disk drive device - Google Patents

Objective optical system, optical pickup device, and optical disk drive device Download PDF

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JP4462108B2 JP2005149310A JP2005149310A JP4462108B2 JP 4462108 B2 JP4462108 B2 JP 4462108B2 JP 2005149310 A JP2005149310 A JP 2005149310A JP 2005149310 A JP2005149310 A JP 2005149310A JP 4462108 B2 JP4462108 B2 JP 4462108B2
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Description

本発明は、対物光学系、光ピックアップ装置、及び光ディスクドライブ装置に関する。   The present invention relates to an objective optical system, an optical pickup device, and an optical disk drive device.

従来より、青紫色レーザ光源を使用することで記録密度を高めた高密度光ディスク、DVD(赤色レーザ光源を使用)、及びCD(赤外レーザ光源を使用)とに対して互換性を有する光ピックアップ装置及びこのような光ピックアップ装置に用いられる光学素子が知られている(例えば、特許文献1〜3を参照)。
特開2004−079146号公報 特開2002−298422号公報 特開2003−207714号公報
Conventionally, an optical pickup compatible with a high density optical disc, a DVD (using a red laser light source), and a CD (using an infrared laser light source) whose recording density is increased by using a blue-violet laser light source. Devices and optical elements used in such optical pickup devices are known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
JP 2004-079146 A JP 2002-298422 A JP 2003-207714 A

特許文献1の数値実施例7には、対物レンズの表面上に、青紫色レーザ光束では2次回折光を発生させ、赤色レーザ光束と赤外レーザ光束では1次回折光を発生させるような回折構造を設けて、この回折構造の作用により、高密度光ディスクとDVDの保護層厚みの差による球面収差を補正し、更に、CDに対する情報の記録/再生時には発散光束を対物レンズに入射させることで、高密度光ディスクとCDの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する対物レンズが開示されている。
この対物レンズでは、何れの波長領域においても回折効率を高く確保できるものの、CDに対する情報の記録/再生時において、赤外レーザ光束の発散度合いが強くなりすぎて、対物レンズがトラッキングした際のコマ収差発生が大きくなりすぎるため、CDに対して良好な記録/再生特性が得られない、という課題がある。
Numerical Example 7 of Patent Document 1 has a diffractive structure on the surface of an objective lens that generates second-order diffracted light with a blue-violet laser beam and first-order diffracted light with a red laser beam and an infrared laser beam. Due to the action of this diffractive structure, spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between the high-density optical disc and the DVD is corrected, and a divergent light beam is incident on the objective lens when recording / reproducing information with respect to the CD. An objective lens that corrects spherical aberration due to the difference in the thickness of the protective layer between a density optical disk and a CD is disclosed.
Although this objective lens can secure a high diffraction efficiency in any wavelength region, the degree of divergence of the infrared laser beam becomes too strong at the time of recording / reproducing information on a CD, and the coma when the objective lens is tracking. There is a problem in that good recording / reproducing characteristics cannot be obtained with respect to a CD because the generation of aberration becomes too large.

また、特許文献2の数値実施例3には、対物レンズの表面上に、青紫色レーザ光束では3次回折光を発生させ、赤色レーザ光束と赤外レーザ光束では2次回折光を発生させるような回折構造を設けて、高密度光ディスクとDVDとCDの保護層厚さの違いによる球面収差を補正した対物レンズが開示されている。
この対物レンズでは、回折構造の作用により、高密度光ディスクとDVDの保護層厚みの差による球面収差、更には、高密度光ディスクとCDの保護層厚さの違いによる球面収差が補正可能であるものの、青紫色レーザ光束の3次回折光の回折効率と、赤外レーザ光束の2次回折光の回折効率が70%程度と低いため、光ディスクに対する記録/再生速度の高速化に対応できない、光検出器での検出信号のS/N比が低いため良好な記録/再生特性が得られない、レーザ光源に印加する電圧が高くなるためレーザ光源の寿命が短くなる、という課題がある。
In Numerical Example 3 of Patent Document 2, diffraction is performed on the surface of the objective lens such that a third-order diffracted light is generated with a blue-violet laser beam and a second-order diffracted light is generated with a red laser beam and an infrared laser beam. An objective lens is disclosed which has a structure and corrects spherical aberration due to the difference in the thickness of the protective layer between the high-density optical disc and DVD and CD.
Although this objective lens can correct spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between the high-density optical disk and the DVD and further spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between the high-density optical disk and the CD due to the action of the diffractive structure. Since the diffraction efficiency of the 3rd-order diffracted light of the blue-violet laser beam and the diffraction efficiency of the 2nd-order diffracted light of the infrared laser beam are as low as about 70%, it is not possible to cope with an increase in recording / reproducing speed with respect to the optical disc. There are problems in that good recording / reproduction characteristics cannot be obtained because the S / N ratio of the detection signal is low, and the life of the laser light source is shortened because the voltage applied to the laser light source is high.

特許文献1に記載の対物レンズにおいて、回折構造により高密度光ディスクとCDの保護層厚みの差による球面収差を補正できない理由、或いは、特許文献2に記載の対物レンズにおいて、青紫波長領域の3次回折光の回折効率と、赤外波長領域の2次回折光の回折効率が低くなってしまう理由として、高密度光ディスクに使用する青紫色レーザ光源の波長に対して、CDに使用する赤外レーザ光源の波長が略2倍であるために、回折構造により発生する回折光の青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束とに対する球面収差補正効果と、回折光の回折効率が互いにトレードオフの関係にあることが挙げられる。
即ち、青紫色レーザ光束の回折光の回折効率と、赤外レーザ光束の回折光の回折効率を共に高く確保した場合に相当する特許文献1の数値実施例7の対物レンズでは、青紫色レーザ光束の回折光の回折角と赤外レーザ光束の回折光の回折角とが略一致してしまうので、回折構造により高密度光ディスクとCDの保護層厚さの違いによる球面収差を補正できないことになる。
In the objective lens described in Patent Document 1, the spherical aberration due to the difference in the thickness of the protective layer between the high-density optical disk and the CD cannot be corrected by the diffractive structure, or in the objective lens described in Patent Document 2, the third time in the blue-violet wavelength region. The reason why the diffraction efficiency of the folded light and the diffraction efficiency of the second-order diffracted light in the infrared wavelength region are low is that the wavelength of the blue-violet laser light source used for the high-density optical disk Since the wavelength is approximately twice, the spherical aberration correction effect for the blue-violet laser beam and the infrared laser beam of the diffracted light generated by the diffractive structure and the diffraction efficiency of the diffracted light are in a trade-off relationship. Can be mentioned.
That is, in the objective lens of Numerical Example 7 of Patent Document 1 corresponding to a case where both the diffraction efficiency of the diffracted light of the blue-violet laser beam and the diffraction efficiency of the diffracted light of the infrared laser beam are ensured to be high, the blue-violet laser beam The diffraction angle of the diffracted light and the diffraction angle of the diffracted light of the infrared laser beam substantially coincide with each other, so that the spherical aberration due to the difference in the thickness of the high-density optical disc and the CD protective layer cannot be corrected by the diffractive structure. .

一方、青紫色レーザ光束の回折光の回折角と赤外レーザ光束の回折光の回折角とに差を持たせた場合に相当する特許文献2の数値実施例3の対物レンズでは、青紫色レーザ光束の回折光の回折効率と赤外レーザ光束の回折効率とが共に低くなってしまうことになる。
尚、特許文献1及び2に記載されている回折構造だけでなく、特許文献3に記載されているような位相補正器(本明細書中では、光路差付与構造という)を使用する技術においても、回折構造と同じように、光路差付与構造による青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束とに対する球面収差補正効果と、光路差付与構造の透過率は、互いにトレードオフの関係にある。
On the other hand, in the objective lens of Numerical Example 3 of Patent Document 2, which corresponds to the case where a difference is made between the diffraction angle of the diffracted light of the blue-violet laser beam and the diffraction angle of the diffracted light of the infrared laser beam, the blue-violet laser Both the diffraction efficiency of the diffracted light of the light beam and the diffraction efficiency of the infrared laser light beam are lowered.
In addition to the diffraction structures described in Patent Documents 1 and 2, not only in the technology using a phase corrector (referred to as an optical path difference providing structure in this specification) as described in Patent Document 3. Similarly to the diffraction structure, the spherical aberration correction effect for the blue-violet laser beam and the infrared laser beam by the optical path difference providing structure and the transmittance of the optical path difference providing structure are in a trade-off relationship.

また、一般的に、光学素子に要求される波面収差精度は、波長が短くなり、開口数が大きくなるほど厳しくなる。
例えば、開口数0.85、波長405nmの高密度光ディスク用の対物レンズと、開口数0.6、波長655nmのDVD用の対物レンズにおいて、同じ面精度誤差が球面収差に及ぼす影響を見積もると、(655/405)・(0.85/0.6)=6.5倍となるため、高密度光ディスク用の対物レンズはDVD用の対物レンズと比較して、6.5倍厳しい面精度を維持しながら製造しなければならない。
In general, the accuracy of wavefront aberration required for an optical element becomes more severe as the wavelength becomes shorter and the numerical aperture becomes larger.
For example, in the objective lens for a high-density optical disk having a numerical aperture of 0.85 and a wavelength of 405 nm and the objective lens for DVD having a numerical aperture of 0.6 and a wavelength of 655 nm, the influence of the same surface accuracy error on spherical aberration is estimated. Since (655/405) · (0.85 / 0.6) 4 = 6.5 times, the objective lens for high-density optical discs is 6.5 times more severe than the objective lens for DVDs. Must be manufactured while maintaining.

このように、波長が短くなり、開口数が大きくなるほど、光学素子の性能を出すのは難しくなるため、複数種類の光ディスクに対して互換性を有する光ピックアップ装置用の対物レンズの設計では、一般的に、複数の波長の光束に対する設計性能のうち、最も短い波長の光束に対する性能を優先して設計する必要がある。ここでいう設計性能とは、例えば、球面収差や軸外光束が入射したときに発生するコマ収差である。   As described above, the shorter the wavelength and the larger the numerical aperture, the more difficult it is to obtain the performance of the optical element. Therefore, in designing an objective lens for an optical pickup device that is compatible with multiple types of optical disks, Therefore, it is necessary to prioritize the performance with respect to the light flux with the shortest wavelength among the design performance with respect to the light flux with a plurality of wavelengths. The design performance here is, for example, coma aberration generated when spherical aberration or off-axis light beam is incident.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、回折構造を含む位相構造の作用により、高密度光ディスクとDVDとCDとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとDVDとCDとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、400nm近傍の青紫色波長領域と、650nm近傍の赤色波長領域と、780nm近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率が得ることができ、更には、高密度光ディスクに対する設計性能に優れる対物光学系、この対物光学系を使用した光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems. Due to the action of a phase structure including a diffractive structure, spherical aberration due to a difference in protective layer thickness between a high-density optical disc and a DVD and a CD, or a high-density optical disc Spherical aberration due to the difference in operating wavelength between DVD and CD can be corrected satisfactorily, and any of a blue-violet wavelength region near 400 nm, a red wavelength region near 650 nm, and an infrared wavelength region near 780 nm An objective optical system that can obtain high light utilization efficiency even in the wavelength region and that is excellent in design performance for high-density optical discs, an optical pickup device using the objective optical system, and an optical disc equipped with the optical pickup device An object is to provide a drive device.

本発明の第1の態様は、第1光源から射出される第1波長λの第1光束を用いて厚さtの保護層を有する第1光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行い、第3光源から射出される第3波長λ(>λ)の第3光束を用いて厚さt(>t)の保護層を有する第3光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学系であって、
前記対物光学系は、収差補正素子と、該収差補正素子を通過した前記第1光束及び前記第3光束を、それぞれ、前記第1光ディスク及び前記第3光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズとから構成され、
前記収差補正素子は、ベースレンズと該ベースレンズの表面に樹脂層を積層した構成を有し、前記ベースレンズと前記樹脂層の境界面には輪帯状の段差を有する第1の回折構造が形成され、前記第1の回折構造の巨視的な湾曲であるベースカーブが非球面、又は球面に構成され、前記ベースレンズのd線におけるアッベ数と前記樹脂層のd線におけるアッベ数の差Δνが以下の(1)式を満たすとともに、前記ベースレンズの前記第1波長λにおける屈折率と前記樹脂層の前記第1波長λにおける屈折率の差Δn1が以下の(2)式を満たすことを特徴とする。
20<|Δν|<40 (1)
|Δn1|>0.02 (2)
According to a first aspect of the present invention, information is recorded and / or reproduced with respect to a first optical disc having a protective layer having a thickness of t 1 using a first light beam having a first wavelength λ 1 emitted from a first light source. And recording information on the third optical disc having the protective layer having the thickness t 3 (> t 1 ) using the third light beam having the third wavelength λ 3 (> λ 1 ) emitted from the third light source. And / or an objective optical system used in an optical pickup device for performing reproduction,
The objective optical system collects the aberration correction element and the first and third light fluxes that have passed through the aberration correction element on the information recording surfaces of the first optical disc and the third optical disc, respectively. Objective lens,
The aberration correction element has a configuration in which a base lens and a resin layer are laminated on the surface of the base lens, and a first diffractive structure having a ring-shaped step is formed on the boundary surface between the base lens and the resin layer. And a base curve that is a macroscopic curvature of the first diffractive structure is configured as an aspherical surface or a spherical surface, and a difference Δν d between the Abbe number of the d-line of the base lens and the Abbe number of the d-line of the resin layer. Satisfies the following equation (1), and the difference Δn1 between the refractive index of the base lens at the first wavelength λ 1 and the refractive index of the resin layer at the first wavelength λ 1 satisfies the following equation (2): It is characterized by that.
20 <| Δν d | <40 (1)
| Δn1 |> 0.02 (2)

前記第1の態様のように、(1)式を満たすようなアッベ数の差を有するベースレンズと樹脂層を積層し、その境界面に回折構造を形成することで、従来技術では困難であった青紫色レーザ光束(第1光束)と赤外レーザ光束(第3光束)の球面収差補正効果と透過率確保の両立ができる。また、ベースレンズと樹脂層とに第1波長λにおいて、(2)式を満たすような屈折率の差を持たせることで各輪帯の光軸に沿った段差を小さくすることができ、回折構造の製造が容易となる。また、ベースカーブが平面とされた回折構造では球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が困難であるが、ベースカーブを非球面、又は球面に構成することで、収差補正素子の第1光束に対する球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が可能となり、第1光束に対する設計性能を向上できる。
ここでいう「ベースカーブ」とは、後述する図2において点線で示したように、第1の回折構造の各鋸歯の頂点を結んだ包絡線を指し、この包絡線が第1の回折構造の巨視的な湾曲を表す。
また、前記第1の態様の対物光学系は、前記ピックアップ装置が、更に、第2光源から射出される第2波長λ(>λ)の第2光束を用いて厚さt(≧t)の保護層を有する第2光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う場合に有効に用いられる。
As in the first embodiment, a base lens having a difference in Abbe number satisfying the equation (1) and a resin layer are laminated, and a diffractive structure is formed on the boundary surface. It is possible to achieve both a spherical aberration correction effect and a sufficient transmittance for the blue-violet laser beam (first beam) and infrared laser beam (third beam). Further, by providing the base lens and the resin layer with a difference in refractive index satisfying the expression (2) at the first wavelength λ 1 , the step along the optical axis of each annular zone can be reduced, Manufacturing of the diffractive structure is facilitated. In addition, it is difficult to achieve both spherical aberration correction and sine condition correction with a diffractive structure in which the base curve is a flat surface. However, by configuring the base curve as an aspherical surface or a spherical surface, the first aberration correction element can be used. Both the correction of spherical aberration for the light beam and the correction of the sine condition are possible, and the design performance for the first light beam can be improved.
The “base curve” here refers to an envelope connecting the vertices of the respective sawtooths of the first diffractive structure, as indicated by dotted lines in FIG. 2 described later, and this envelope is the first diffractive structure. Represents a macroscopic curvature.
In the objective optical system of the first aspect, the pickup device further uses the second light flux having the second wavelength λ 2 (> λ 1 ) emitted from the second light source to have a thickness t 2 (≧ It is effectively used when recording and / or reproducing information on the second optical disk having the protective layer of t 1 ).

尚、本明細書においては、NA0.85の対物レンズを使用し保護層厚さが0.1mmであるブルーレイディスクや、NA0.65乃至0.67の対物レンズを使用し保護層厚さが0.6mmであるHD DVDの如き、青紫色レーザ光源を使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」といい、「HD」で略記する。上述したブルーレイディスクやHD DVD以外にも、光磁気ディスクや、情報記録面上に数〜数十nm程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さがゼロの光ディスクも高密度光ディスクに含むものとする。
また、本明細書においては、DVD(デジタルバーサタイルディスク)とは、DVD−ROM、DVD−Video、DVD−Audio、DVD−RAM、DVD−R、DVD−RW、DVD+R、DVD+RW等のDVD系列の光ディスクの総称であり、CD(コンパクトディスク)とは、CD−ROM、CD−Audio、CD−Video、CD−R、CD−RW等のCD系列の光ディスクの総称である。
In this specification, an objective lens with a NA of 0.85 and a protective layer thickness of 0.1 mm, a Blu-ray disc with an objective lens with an NA of 0.65 to 0.67 and a protective layer thickness of 0 are used. An optical disc using a blue-violet laser light source such as HD DVD of 6 mm is collectively referred to as “high density optical disc” and is abbreviated as “HD”. In addition to the above-mentioned Blu-ray disc and HD DVD, a magneto-optical disc, an optical disc having a protective film with a thickness of several to several tens of nanometers on the information recording surface, an optical disc with a protective layer or a protective film having a zero thickness Are also included in the high density optical disk.
In this specification, DVD (Digital Versatile Disc) means DVD series optical discs such as DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD + R, DVD + RW, etc. CD (compact disc) is a generic term for CD-series optical discs such as CD-ROM, CD-Audio, CD-Video, CD-R, and CD-RW.

また、本明細書において、「対物レンズ」とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を、光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する集光レンズを指す。
更に、本明細書において、「対物光学系」とは、上述の集光レンズと、この集光レンズと一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシングを行う収差補正素子とから構成される光学系を指す。ここでいう収差補正素子は、1つのレンズ群から構成されていても良いし、2つ以上のレンズ群から構成されていても良い。
本明細書において、「回折構造の巨視的な湾曲であるベースカーブが非球面という場合、非球面とは、平面を除いた形状を意味する。
In the present specification, the “objective lens” is a condensing element that is disposed at a position facing the optical disk in the optical pickup device and has a function of condensing the light beam emitted from the light source on the information recording surface of the optical disk. Refers to the lens.
Further, in the present specification, the “objective optical system” refers to an optical system including the above-described condenser lens and an aberration correction element that is integrated with the condenser lens and performs tracking and focusing by an actuator. . The aberration correction element here may be composed of one lens group, or may be composed of two or more lens groups.
In this specification, “when the base curve that is the macroscopic curvature of the diffractive structure is an aspherical surface, the aspherical surface means a shape excluding a plane.

前記第1の態様の対物光学系においては、前記ベースカーブは、近軸曲率半径により表現される球面からの光軸に沿った距離である非球面変形量が、光軸から離れるに従い大きくなる非球面であることが好ましい。   In the objective optical system according to the first aspect, the base curve has a non-spherical deformation amount that is a distance along the optical axis from the spherical surface expressed by a paraxial radius of curvature and increases as the distance from the optical axis increases. A spherical surface is preferable.

ベースカーブが近軸曲率半径により表現される球面からの光軸に沿った距離である非球面変形量が、光軸から離れるに従って大きくなる非球面であると、収差補正素子の第1光束に対する球面収差の補正と正弦条件の補正をより一層良好に行うことが可能となる。
尚、ここでいう「非球面変形量」とは、ベースカーブの非球面形状を後述する[非球面表現式]で表現した場合に、以下の(10)式で表されるものである。
Δz=|z|−|[(y/R)/[1+√{1−(y/R)}]]| (10)
ここで、zは、面頂点に接する平面と非球面との光軸に沿った方向の距離を表す非球面形状(mm)であり、{ }内は、面頂点に接する平面と近軸曲率半径により表現される球面との光軸に沿った方向の距離を表す球面形状(mm)である。
従って、上記(10)式で表現される非球面変形量が、「光軸から離れるに従って大きくなる」とは、y(光軸からの距離)の増大に伴ってΔzが漸近して大きくなることを指す。
When the aspherical surface deformation amount, which is the distance along the optical axis from the spherical surface represented by the paraxial radius of curvature, becomes larger as the distance from the optical axis increases, the spherical surface for the first light flux of the aberration correction element It becomes possible to perform aberration correction and sine condition correction more satisfactorily.
The “aspheric deformation amount” here is expressed by the following expression (10) when the aspheric shape of the base curve is expressed by [Aspheric expression] described later.
Δz = | z | − | [(y 2 / R) / [1 + √ {1− (y / R) 2 }]] | (10)
Here, z is an aspherical shape (mm) representing the distance along the optical axis between the plane that contacts the surface vertex and the aspherical surface, and the inside of {} is the plane and the paraxial radius of curvature. Is a spherical shape (mm) representing the distance in the direction along the optical axis with the spherical surface represented by.
Therefore, the amount of deformation of the aspheric surface expressed by the above equation (10) is “becomes larger as the distance from the optical axis is larger” that Δz asymptotically increases as y (distance from the optical axis) increases. Point to.

前記第1の態様の対物光学系において、前記境界面とは反対側の前記樹脂層の光学面は、前記ベースカーブと略同形状の非球面であることが好ましい。   In the objective optical system of the first aspect, it is preferable that the optical surface of the resin layer on the side opposite to the boundary surface is an aspherical surface having substantially the same shape as the base curve.

境界面とは反対側の樹脂層の光学面も、ベースカーブと略同形状の非球面とすることで更に第1光束に対する設計性能を向上できる。
ここでいう「ベースカーブと略同形状の非球面」とは、樹脂層側のベースカーブの非球面形状z1(mm)と、境界面とは反対側の樹脂層の光学面の非球面形状z2(mm)を後述する[非球面表現式]で表現した場合に、有効半径内の任意のy(光軸からの距離)において、以下の(11)式を満たすことを指す。
0≦|z1−z2|≦0.05 (11)
By designing the optical surface of the resin layer opposite to the boundary surface to be an aspherical surface having substantially the same shape as the base curve, the design performance for the first light beam can be further improved.
The “aspherical surface having substantially the same shape as the base curve” here refers to the aspherical surface shape z1 (mm) of the base curve on the resin layer side and the aspherical surface shape z2 of the optical surface of the resin layer opposite to the boundary surface. When (mm) is expressed by [Aspherical Expression] described later, this means that the following expression (11) is satisfied at an arbitrary y (distance from the optical axis) within the effective radius.
0 ≦ | z1-z2 | ≦ 0.05 (11)

前記第1の態様の対物光学系において、前記第1の回折構造の前記第1波長λにおける近軸回折パワーPと、前記収差補正素子全系の前記第1波長λ1における近軸屈折パワーPRTが以下の(3)式及び(4)式を満たすことが好ましい。
・PRT<0 (3)
0.9<|P・PRT|<1.1(4)
In the objective optical system of the first aspect, the the paraxial diffraction power P D of the first wavelength lambda 1 of the first diffractive structure, the aberration correcting element entire system paraxial refractive power in the first wavelength λ1 of PRT preferably satisfies the following formulas (3) and (4).
P D · P RT <0 ( 3)
0.9 <| P D · P RT | <1.1 (4)

前記(3)式及び(4)式を満たすことで、前記第1の回折構造における回折による収束(発散)作用と、境界面とは反対側の樹脂層の光学面の屈折による発散(収束)作用を打ち消すことができ、収差補正素子に平行光束の状態で入射する第1光束を、収差補正素子から平行光束の状態で射出させることができる。このとき、樹脂層をベースレンズの軸上厚さに対して十分薄く積層することで、収差補正素子に入射する第1光束の光束径と、収差補正素子から射出される第1光束の光束径との差を小さくできる。
ここでいう「第1波長λにおける近軸回折パワーP」とは、前記第1の回折構造により第1光束に付加される光路差を後述する光路差関数φで表現した場合に、以下の(12)式で定義される。尚、λは前記第1の回折構造の製造波長であり、Bは2次の回折面係数である。
=−2×λ/λ×M×B(12)
By satisfying the expressions (3) and (4), the convergence (divergence) effect due to diffraction in the first diffractive structure and the divergence (convergence) due to refraction of the optical surface of the resin layer opposite to the boundary surface. The operation can be canceled, and the first light beam incident on the aberration correction element in the state of a parallel light beam can be emitted from the aberration correction element in the state of a parallel light beam. At this time, by laminating the resin layer sufficiently thin with respect to the axial thickness of the base lens, the diameter of the first light flux incident on the aberration correction element and the diameter of the first light flux emitted from the aberration correction element. The difference with can be reduced.
The “paraxial diffracted power P D at the first wavelength λ 1 ” here is the following when the optical path difference added to the first light flux by the first diffractive structure is expressed by an optical path difference function φ described later. (12). Here, λ B is the manufacturing wavelength of the first diffractive structure, and B 2 is a second-order diffractive surface coefficient.
P D = −2 × λ / λ B × M × B 2 (12)

前記第1の態様の対物光学系において、前記ベースレンズの前記第2波長λにおける屈折率と前記樹脂層の前記第2波長λにおける屈折率の差Δn2と前記樹脂層の前記第3波長λにおける屈折率の差Δn3が以下の(5)式乃至(7)式を満たすとともに、前記第1の回折構造は負の近軸回折パワーを有することが好ましい。
1.2<|Δn2|/|Δn1|<2.2 (5)
1.4<|Δn3|/|Δn1|<2.4 (6)
1.0<|Δn3|/|Δn2|<2.0 (7)
In the objective optical system according to the first aspect, the difference Δn2 between the refractive index of the base lens at the second wavelength λ 2 and the refractive index of the resin layer at the second wavelength λ 2 and the third wavelength of the resin layer. with the difference in refractive index at lambda 3 [Delta] n3 satisfies the following equation (5) to (7), wherein the first diffractive structure preferably has a negative paraxial diffraction power.
1.2 <| Δn2 | / | Δn1 | <2.2 (5)
1.4 <| Δn3 | / | Δn1 | <2.4 (6)
1.0 <| Δn3 | / | Δn2 | <2.0 (7)

前記(5)式乃至(7)式は、各波長に対して同一次数の回折光を発生させるとともに、各波長の回折効率を確保するための条件である。このとき、前記第1の回折構造の近軸回折パワーを負とすることで、長い波長程、発散度合いが強くなって対物レンズに入射させることが可能となるので、保護層の厚い第2光ディスクや第3光ディスクに対する作動距離を大きく確保することができる。
尚、本発明による対物光学系の収差補正素子では、ベースレンズと樹脂層との各波長における屈折率の差を適切に設定することにより、境界面の第1の回折構造において各波長の光束に対して様々な回折次数の回折光を発生させることが可能であるが、微小な波長変化に伴う回折効率の低下を小さく抑えるためには、何れの波長の光束に対しても1次回折光が発生するようにベースレンズと樹脂層との各波長における屈折率の差を設定するのが好ましい。
一般的に、回折構造に波長λの光束が入射した場合、様々な回折次数の回折光が発生するが回折構造の段差を適切に設定することで特定の回折次数の回折光の回折効率を極端に高めることが可能である。本明細書において、「回折構造においてM次回折光が発生する」とは、回折構造で発生する様々な回折次数の回折光のうちM次回折光の回折効率が最大となるように段差が設定されていることを指す。
(5)式乃至(7)式を満たすことにより、tとtの差に起因する球面収差を補正することが可能であり、ブルーレイディスクやHD DVDなどに代表される高密度光ディスクとCDとの互換を達成できる。
Equations (5) to (7) are conditions for generating diffraction light of the same order for each wavelength and ensuring diffraction efficiency for each wavelength. At this time, by setting the paraxial diffraction power of the first diffractive structure to be negative, the longer the wavelength, the stronger the divergence degree and the incident light can enter the objective lens. In addition, a large working distance with respect to the third optical disk can be secured.
In the aberration correction element of the objective optical system according to the present invention, by appropriately setting the difference in refractive index between the base lens and the resin layer at each wavelength, the light beam having each wavelength is converted into the light beam having each wavelength in the first diffractive structure on the boundary surface. In contrast, it is possible to generate diffracted light of various diffraction orders. However, in order to suppress a decrease in diffraction efficiency caused by a minute change in wavelength, first-order diffracted light is generated for light beams of any wavelength. It is preferable to set the difference in refractive index between the base lens and the resin layer at each wavelength.
In general, when a light beam having a wavelength λ is incident on a diffractive structure, diffracted light of various diffraction orders is generated. However, by appropriately setting the steps of the diffractive structure, the diffraction efficiency of the diffracted light of a specific diffraction order is extremely increased. It is possible to increase it. In this specification, “M-order diffracted light is generated in a diffractive structure” means that a step is set so that the diffraction efficiency of M-order diffracted light is maximized among diffracted light of various diffraction orders generated in the diffractive structure. Refers to being.
By satisfying the equations (5) to (7), it is possible to correct spherical aberration caused by the difference between t 1 and t 3 , and high density optical discs and CDs typified by Blu-ray discs and HD DVDs. Compatible with can be achieved.

前記第1の態様の対物光学系において、前記第1の回折構造は、前記tと前記tの差に起因する球面収差を補正することを特徴とする。 In the objective optical system according to the first aspect, the first diffractive structure corrects spherical aberration due to a difference between the t 1 and the t 3 .

尚、第1光束と第3光束に対する回折効率を高く確保しつつ、tとtの差に起因する球面収差を補正するためには、対物光学系に対して第3光束を弱い発散光束として入射させる構成とするのが好ましい。更に、各波長の光束に対して同一次数の回折光が発生するように段差を設定すれば、対物光学系に入射する第3光束の発散度合いが強くなり過ぎない。従って、対物光学系がトラッキング駆動した際のコマ収差の発生量が十分小さく、良好なトラッキング特性を維持できる。 In order to correct spherical aberration caused by the difference between t 1 and t 3 while ensuring high diffraction efficiency for the first and third light beams, the third light beam is weaker than the objective optical system. It is preferable that the light is incident as Furthermore, if the step is set so that the diffracted light of the same order is generated for the light beams of the respective wavelengths, the degree of divergence of the third light beam incident on the objective optical system does not become too strong. Therefore, the amount of coma generated when the objective optical system is driven for tracking is sufficiently small, and good tracking characteristics can be maintained.

また前記対物光学系において、前記第1の回折構造は、前記tと前記tの差に起因する球面収差、又は前記第1波長λと前記第2波長λの差に起因する球面収差を補正することが更に好ましい。 In the objective optical system, the first diffractive structure has a spherical aberration caused by the difference between the t 1 and the t 2 , or a spherical surface caused by the difference between the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2. More preferably, the aberration is corrected.

とtの差に起因する球面収差、又は第1波長λと前記波長λの差に起因する球面収差を補正することが可能であり、高密度光ディスクとDVDとの互換も同時に達成できる。 It is possible to correct the spherical aberration caused by the difference between t 1 and t 2 or the spherical aberration caused by the difference between the first wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 , and the compatibility between the high-density optical disc and the DVD is simultaneously achieved. Can be achieved.

上述の対物光学系において、前記ベースレンズの光学面のうち、前記境界面とは反対側の光学面に位相構造が形成されることも好ましい形態の1つである。   In the above-described objective optical system, it is also a preferred form that a phase structure is formed on an optical surface opposite to the boundary surface among the optical surfaces of the base lens.

ベースレンズの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造を形成することで、対物光学系のそれぞれの光束に対する集光特性をより良好なものにすることができる。この位相構造は回折構造であっても良いし、光路差付与構造であっても良い。また、位相構造により補正する収差は、例えば、第1波長λの微小変化に伴う色収差であっても良いし、温度変化に伴う対物レンズの屈折率変化により発生する球面収差であっても良い。 By forming the phase structure on the optical surface opposite to the boundary surface among the optical surfaces of the base lens, it is possible to improve the condensing characteristics of each light beam of the objective optical system. The phase structure may be a diffractive structure or an optical path difference providing structure. The aberration corrected by the phase structure may be, for example, chromatic aberration associated with a minute change in the first wavelength λ 1 or spherical aberration generated due to a change in the refractive index of the objective lens associated with a temperature change. .

上述の対物光学系において、前記位相構造は、前記第1光束及び前記第3光束を回折せず、前記第2光束を選択的に回折させる特性を有し、前記位相構造により前記tと前記tの差に起因する球面収差、又は前記第1波長λと前記第2波長λの差に起因する球面収差の補正を行うとともに、前記第1の回折構造により前記tと前記tの差に起因する球面収差の補正を行うことが好ましい形態である。 In the objective optical system, the phase structure has a characteristic of selectively diffracting the second light beam without diffracting the first light beam and the third light beam, and the phase structure allows the t 1 and the first light beam to be diffracted. The spherical aberration due to the difference between t 2 or the spherical aberration due to the difference between the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 is corrected, and the t 1 and the t are corrected by the first diffractive structure. It is a preferable form to correct spherical aberration caused by the difference of 3 .

一つの回折構造では、互いに波長が異なる2つの光束に対する球面収差しか補正することができないため、本発明の対物光学系のように互いに波長が異なる3つの光束に対して共用される対物光学系では、回折作用のみで3つの光束に対する球面収差を補正することはできない。その結果、収差補正素子が1つの回折構造しか有さない場合には、回折作用では補正しきれない球面収差を補正するために、残りの1つの光束の倍率が一意に決まってしまうため、光ピックアップ装置の設計自由度が失われる。
そこで、上述のように、位相構造に前記第1光束及び前記第3光束を回折せず、前記第2光束を選択的に回折させる特性を持たせることで、tとtの差に起因する球面収差、又は第1波長λと第2波長λの差に起因する球面収差の補正を行い、かつ、境界面に形成した第1の回折構造によりtとtの差に起因する球面収差の補正を行うことで、各波長の光束に対して高い回折効率を確保しつつ、各波長の光束の球面収差を同一の倍率で補正することが可能となる。
Since one diffractive structure can correct only spherical aberration with respect to two light beams having different wavelengths, in an objective optical system shared by three light beams having different wavelengths, such as the objective optical system of the present invention, The spherical aberration for the three light beams cannot be corrected only by the diffraction action. As a result, when the aberration correction element has only one diffractive structure, the magnification of the remaining one light beam is uniquely determined in order to correct spherical aberration that cannot be corrected by the diffraction action. The design freedom of the pickup device is lost.
Therefore, as described above, the phase structure has a characteristic of selectively diffracting the second light beam without diffracting the first light beam and the third light beam, thereby causing the difference between t 1 and t 2. Or spherical aberration due to the difference between the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 is corrected, and the first diffractive structure formed on the boundary surface causes the difference between t 1 and t 3. By correcting the spherical aberration, it is possible to correct the spherical aberration of the light flux of each wavelength at the same magnification while ensuring high diffraction efficiency for the light flux of each wavelength.

上述の対物光学系において、前記ベースレンズ及び前記樹脂層のうち、前記d線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に第2の回折構造が形成されていることが好ましい形態の1つである。   In the above-described objective optical system, it is preferable that a second diffractive structure is formed on a boundary surface between the base lens and the resin layer, which has a larger Abbe number in the d-line, and air. One.

前記第2の回折構造が、ベースレンズ及び樹脂層のうちd線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に形成されているので、第1光束、第2光束、第3光束のぞれぞれの波長λ,λ,λに対する回折効率を高めることができる。 Since the second diffractive structure is formed on the interface between the base lens and the resin layer having the larger Abbe number at the d-line and the air, the first light flux, the second light flux, and the third light flux. The diffraction efficiency for each of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 can be increased.

また上述の対物光学系において、
前記ディスク側に配置された対物光学素子は、d線のアッベ数νが以下の式(8)を満たし、前記対物光学素子の表面には第2の回折構造が形成されていることを特徴とする。
40≦ν≦70 (8)
In the above objective optical system,
The objective optical element arranged on the disk side has an Abbe number ν d of d line satisfying the following formula (8), and a second diffractive structure is formed on the surface of the objective optical element. And
40 ≦ ν d ≦ 70 (8)

ディスク側に配置された対物光学素子におけるd線のアッベ数νが上記の式(8)を満たし、前記対物光学素子の表面には第2の回折構造が形成されていれば、第1光束、第2光束、第3光束のぞれぞれの波長λ,λ,λに対する回折効率を高めることができる。 If the Abbe number ν d of the d line in the objective optical element arranged on the disk side satisfies the above equation (8) and the second diffractive structure is formed on the surface of the objective optical element, the first light flux The diffraction efficiencies for the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 of the second light beam and the third light beam can be increased.

上述の対物光学系において、前記第2の回折構造が断面が複数の階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過することが好ましい形態の1つである。   In the above-described objective optical system, the second diffractive structure is a diffractive structure having a plurality of steps in cross section, and it is one of preferred modes that selectively diffracts or transmits light according to a wavelength.

前記第2の回折構造が断面が複数の階段形状の回折構造(波長選択型回折構造)であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過するので、例えば、第1波長λの第1光束には位相差を与えず、回折させずにそのまま透過させ、第2波長λの第2光束、第3波長λの第3光束には位相差を与えることで回折させることも可能である。所定の波長の光束のみに位相差を与えることができれば、DVDの光にのみ回折作用を付与することができ、請求項1の構成では残留してしまうDVDの球面収差が補正できる。 The second diffractive structure is a step-shaped diffractive structure having a plurality of steps (wavelength selective diffractive structure), and selectively diffracts or transmits light according to the wavelength. For example, the second diffractive structure has a first wavelength λ 1 It is possible to diffract one beam without giving a phase difference and transmitting it without diffracting it, and by giving a phase difference to the second beam having the second wavelength λ 2 and the third beam having the third wavelength λ 3 . It is. If a phase difference can be given only to a light beam having a predetermined wavelength, a diffraction effect can be given only to the DVD light, and the remaining spherical aberration of the DVD can be corrected in the configuration of claim 1.

請求項14記載の発明は、請求項11又は12に記載の対物光学系において、
前記第2の回折構造はブレーズ型回折構造であることを特徴とする。
The invention according to claim 14 is the objective optical system according to claim 11 or 12,
The second diffractive structure is a blazed diffractive structure.

ここで、ブレーズ型回折構造とは、光軸を含む断面形状が鋸歯状に形成される構造である。前記第2の回折構造がブレーズ型回折構造であると、色収差補正に効果的である。色補正とは波長変化に対して対物レンズの集光位置が変化しないことである。ピックアップ装置に用いるレーザにはモードホップ現象があり、その急激な波長変化に対物レンズのアクチュエータが追いつかずにデフォーカス状態となってしまう。そこで、波長が変化しても対物レンズの集光位置が変化しない色補正を行うことが短波長のBlu−rayやHD DVDにおいては必要である。波長選択型回折構造を用いても色補正は可能であるが、ブレーズ型回折構造に比べて輪帯数が多くなることや、DVD又はCD光は透過するため、同時に色補正作用を与えることができないという点で適していない。   Here, the blazed diffractive structure is a structure in which the cross-sectional shape including the optical axis is formed in a sawtooth shape. If the second diffractive structure is a blazed diffractive structure, it is effective for correcting chromatic aberration. Color correction means that the focal position of the objective lens does not change with respect to wavelength change. The laser used in the pickup device has a mode hop phenomenon, and the actuator of the objective lens does not catch up with the sudden wavelength change, resulting in a defocused state. Therefore, in short-wave Blu-ray and HD DVD, it is necessary to perform color correction that does not change the focal position of the objective lens even if the wavelength changes. Color correction is possible using a wavelength-selective diffractive structure, but the number of zonal zones is larger than that of a blazed diffractive structure, and DVD or CD light is transmitted, so that a color correction function can be simultaneously applied. Not suitable in that it can not.

前述の対物光学系において、以下の(9)式を満たすことが好ましい。
0.9×t≦t≦1.1×t(9)
In the objective optical system described above, it is preferable that the following expression (9) is satisfied.
0.9 × t 1 ≦ t 2 ≦ 1.1 × t 1 (9)

第2光ディスクの保護層の厚さt2の好ましい範囲を規定するものである。この厚さtがこの範囲に収まっていれば、HD DVDとDVDとの組み合わせのように波長のみが異なることで生じる球面収差を補正するだけなので、回折ピッチを大きくすることができ、加工性を高めることができる。 This defines a preferable range of the thickness t2 of the protective layer of the second optical disk. If the thickness t 2 is within this range, it is only necessary to correct the spherical aberration caused by the difference in wavelength as in the combination of HD DVD and DVD, so that the diffraction pitch can be increased and the workability can be increased. Can be increased.

上述の対物光学系において、前記樹脂層は紫外線硬化樹脂であることが好ましい形態の1つである。   In the above-described objective optical system, it is one of preferred embodiments that the resin layer is an ultraviolet curable resin.

上述の対物光学系において、前記ベースレンズはモールド成形により製造されたことが好ましい形態の1つである。   In the objective optical system described above, the base lens is preferably manufactured by molding.

ベースレンズ上に光学樹脂を積層する方法として、回折構造をその表面上に形成した光学ガラスを金型として、そのベースレンズ上に光学樹脂を成形することで積層させる方法(所謂、インサート成形)でもよいが、回折構造をその表面上に形成したベースレンズ上に紫外線硬化樹脂を積層させた後、紫外線を照射することで硬化させる方法が製造上適している。   As a method of laminating an optical resin on a base lens, a method (so-called insert molding) in which an optical glass having a diffraction structure formed on its surface is used as a mold and the optical resin is molded on the base lens (so-called insert molding). However, a method in which an ultraviolet curable resin is laminated on a base lens having a diffractive structure formed on the surface thereof and then cured by irradiation with ultraviolet rays is suitable for production.

また、回折構造をその表面上に形成したベースレンズを作製する方法として、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して、ベースレンズ基板上に直接回折構造を形成する方法を用いてもよいが、回折構造を形成したモールド(金型)を作製して、そのモールドのレプリカとして表面に回折構造が形成されたベースレンズを得る、所謂モールド成形が大量生産には適している。尚、回折構造が形成されたモールドを作製する方法としては、フォトリソグラフィとエッチングのプロセスを繰り返して回折構造を形成する方法でもよいし、精密旋盤により回折構造を機械加工する方法でもよい。   In addition, as a method of manufacturing a base lens having a diffractive structure formed on the surface thereof, a method of directly forming a diffractive structure on a base lens substrate by repeating photolithography and etching processes may be used. So-called mold molding is suitable for mass production, in which a mold (mold) having a diffractive structure is formed as a replica of the mold is produced. In addition, as a method of producing the mold in which the diffractive structure is formed, a method of forming the diffractive structure by repeating photolithography and etching processes, or a method of machining the diffractive structure with a precision lathe may be used.

上述の対物光学系において、前記ベースレンズが樹脂製であることも好ましい形態の1つである。
ベースレンズの材料としては、あらゆる光学ガラスや光学樹脂が適用可能であるが、回折構造や位相構造のような微細な構造を形状の誤差少なく形成するためには、溶融状態での粘性の小さい材料、つまり光学樹脂が適している。樹脂製のレンズはガラスレンズに対して低コスト、軽量である。特に収差補正素子を樹脂製として軽量化すると、光ディスクに対する情報の記録/再生時における、フォーカシングやトラッキング制御を行う駆動力が少なくてすむ。
In the above-described objective optical system, it is also a preferred embodiment that the base lens is made of resin.
Any optical glass or optical resin can be used as the material for the base lens, but in order to form a fine structure such as a diffractive structure or a phase structure with little shape error, a material with low viscosity in the molten state That is, an optical resin is suitable. Resin lenses are cheaper and lighter than glass lenses. In particular, when the aberration correction element is made of resin to reduce the weight, a driving force for performing focusing and tracking control at the time of recording / reproducing information with respect to the optical disk can be reduced.

また、上述の対物光学系において、以下の関係を満たすことが好ましい。
α×λ=λ
K1−0.1≦α≦K1+0.1(但しK1:自然数)
この関係からαは自然数に対して±0.1の範囲に収まることになる。つまりλはλのほぼ自然数倍となることになる。ここで、高感度光ディスクとCDとの波長の関係はほぼ自然数倍であるために、この関係を満たすことで本発明の効果を容易に奏することができる。
In the above-described objective optical system, it is preferable that the following relationship is satisfied.
α × λ 1 = λ 3
K1-0.1 ≦ α ≦ K1 + 0.1 (where K1: natural number)
From this relationship, α falls within a range of ± 0.1 with respect to the natural number. That is, λ 3 is almost a natural number multiple of λ 1 . Here, since the wavelength relationship between the high-sensitivity optical disc and the CD is almost a natural number, the effect of the present invention can be easily achieved by satisfying this relationship.

上述の対物光学系において、前記対物レンズは、前記tと前記第1波長λとの組合せに対して球面収差補正が最適化されたことが好ましい。 In the objective optical system described above, it is preferable that the objective lens is optimized for spherical aberration correction with respect to a combination of the t 1 and the first wavelength λ 1 .

対物レンズは、第1波長λと第1光ディスクの保護層の厚さtに対して球面収差補正が最小となるように、その非球面形状が決定されているのが好ましい。第1波長λと第1保護層の厚さtに対して球面収差補正が最小となるように、対物レンズの非球面形状を決定しておくことで、最も厳しい波面精度が要求される第1光束の集光性能を出しやすくなる。ここで、「対物レンズは、前記tと前記第1波長λとの組み合わせに対して球面収差補正が最適化された」とは、対物レンズと第1光ディスクの保護層を介して第1光束を集光させた場合の波面収差が0.05λRMS以下であることをいうものとする。 It is preferable that the aspherical shape of the objective lens is determined so that spherical aberration correction is minimized with respect to the first wavelength λ 1 and the thickness t 1 of the protective layer of the first optical disc. By determining the aspherical shape of the objective lens so that the spherical aberration correction is minimized with respect to the first wavelength λ 1 and the thickness t 1 of the first protective layer, the strictest wavefront accuracy is required. It becomes easy to obtain the condensing performance of the first light flux. Here, “the objective lens is optimized for spherical aberration correction for the combination of the t 1 and the first wavelength λ 1 ” means that the objective lens and the first optical disk are protected via the first protective layer. It is assumed that the wavefront aberration when the light beam is condensed is 0.05λ 1 RMS or less.

本発明の第2の態様としては、上述の何れかの対物光学系を搭載したことを特徴とする光ピックアップ装置である。
前記第2の態様の光ピックアップ装置により得られる効果としては、上述の対物光学系における効果と同様である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical pickup device including any one of the above-described objective optical systems.
The effect obtained by the optical pickup device of the second aspect is the same as the effect in the objective optical system described above.

本発明の第3の態様としては、上述の光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置である。
前記第3の態様の光ディスクドライブ装置により得られる効果としては、上述の対物光学系及び光ピックアップ装置と同様である。
A third aspect of the present invention is an optical disk drive device on which the above-described optical pickup device is mounted.
The effects obtained by the optical disk drive device of the third aspect are the same as those of the objective optical system and the optical pickup device described above.

本発明によれば、境界面に形成した第1の回折構造の作用により、高密度光ディスクとDVDとCDとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとDVDとCDとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、400nm近傍の青紫色波長領域と、650nm近傍の赤色波長領域と、780nm近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率が得ることができ、更には、高密度光ディスクに対する設計性能に優れる対物光学系、この対物光学系を使用した光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を得られる。   According to the present invention, due to the action of the first diffractive structure formed on the boundary surface, spherical aberration due to the difference in protective layer thickness between the high-density optical disc and DVD or CD, or the use of the high-density optical disc and DVD and CD. Spherical aberration due to wavelength difference can be corrected satisfactorily, and high light in any wavelength region of a blue-violet wavelength region near 400 nm, a red wavelength region near 650 nm, and an infrared wavelength region near 780 nm It is possible to obtain an objective optical system that can obtain utilization efficiency and is excellent in design performance for a high-density optical disc, an optical pickup device that uses this objective optical system, and an optical disc drive device that includes this optical pickup device.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図1を用いて本発明の実施形態に係る対物光学系OUを用いた光ピックアップ装置PUについて説明する。
図1は、高密度光ディスクHDとDVDとCDとの何れに対しても適切に情報の記録/再生を行える光ピックアップ装置PUの構成を概略的に示す図である。HDの光学的仕様は、第1波長λ=405nm、保護層PL1の厚さt=0.1mm、開口数NA1=0.85であり、DVDの光学的仕様は、第2波長λ=655nm、保護層PL2の厚さt=0.6mm、開口数NA2=0.65であり、CDの光学的仕様は、第3波長λ=785nm、保護層PL3の厚さt=1.2mm、開口数NA3=0.50である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an optical pickup device PU using an objective optical system OU according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical pickup apparatus PU capable of appropriately recording / reproducing information on any of a high density optical disc HD, a DVD, and a CD. The optical specification of HD is the first wavelength λ 1 = 405 nm, the thickness t 1 of the protective layer PL1 is 0.1 mm, and the numerical aperture NA1 = 0.85. The optical specification of the DVD is the second wavelength λ 2 = 655 nm, protective layer PL2 thickness t 2 = 0.6 mm, numerical aperture NA2 = 0.65, CD optical specifications are third wavelength λ 3 = 785 nm, protective layer PL3 thickness t 3 = 1.2 mm and numerical aperture NA3 = 0.50. However, the combination of the wavelength, the thickness of the protective layer, and the numerical aperture is not limited to this.

光ピックアップ装置PUは、HDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され405nmの青紫色レーザ光束(第1光束)を射出する青紫色半導体レーザLD1,DVDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され655nmの赤色レーザ光束(第2光束)を射出する第1の発光点EP1と、CDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光され785nmの赤外レーザ光束(第3光束)を射出する第2の発光点EP2とを一つのチップ上に形成したDVD/CD用レーザ光源ユニットLU,HD/DVD/CD共用の光検出器PD、収差補正素子SACと、この収差補正素子SACを透過したレーザ光束を情報記録面RL1,RL2,RL3上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた対物レンズOLとから構成された対物レンズユニットOU(対物光学系)、2軸アクチュエータAC1、1軸アクチュエータAC2、近軸における屈折力が負である第1レンズEXP1と近軸における屈折力が正である第2レンズEXP2とから構成されたエキスパンダーレンズEXP、第1偏光ビームスプリッタBS1、第2偏光ビームスプリッタBS2、第1コリメートレンズCOL1、第2コリメートレンズCOL2、第3コリメートレンズCOL3、情報記録面RL1,RL2及びRL3からの反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサーレンズSENとから構成されている。尚、HD用の光源として、上述の青紫色半導体レーザLD1の他に青紫色SHGレーザを使用することもできる。   The optical pickup device PU records / reproduces information to / from the blue-violet semiconductor lasers LD1, DVD that emits a 405 nm blue-violet laser beam (first beam) when recording / reproducing information on the HD. The first emission point EP1 that emits a 655 nm red laser beam (second beam) and the 785 nm infrared laser beam (first beam) that is emitted when information is recorded / reproduced on a CD. DVD / CD laser light source unit LU, HD / DVD / CD shared photodetector PD, aberration correction element SAC, and this aberration, which are formed on a single chip with a second light emitting point EP2 that emits three luminous fluxes). An objective composed of an objective lens OL having aspherical surfaces on both sides, which has a function of condensing the laser beam transmitted through the correction element SAC on the information recording surfaces RL1, RL2, and RL3. Unit OU (objective optical system), a biaxial actuator AC1, a monoaxial actuator AC2, a first lens EXP1 having a negative paraxial refractive power, and a second lens EXP2 having a positive paraxial refractive power. The reflected light beams from the expander lens EXP, the first polarizing beam splitter BS1, the second polarizing beam splitter BS2, the first collimating lens COL1, the second collimating lens COL2, the third collimating lens COL3, and the information recording surfaces RL1, RL2, and RL3. On the other hand, it is composed of a sensor lens SEN for adding astigmatism. In addition to the blue-violet semiconductor laser LD1 described above, a blue-violet SHG laser can also be used as the HD light source.

光ピックアップ装置PUにおいて、HDに対して情報の記録/再生を行う場合には、図1において実線でその光線経路を描いたように、まず青紫色半導体レーザLD1を発光させる。青紫色半導体レーザLD1から射出された発散光束は、第1コリメートレンズCOL1により平行光束に変換された後、第1偏光ビームスプリッタBS1により反射され、第2偏光ビームスプリッタBS2を通過し、第1レンズEXP1、第2レンズEXP2を透過することにより拡径された後、図示しない絞りSTOにより光束径が規制され、対物レンズユニットOUによってHDの保護層PL1を介して情報記録面RL1上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットOUは、その周辺に配置された2軸アクチュエータAC1によってフォーカシングやトラッキングを行う。   When recording / reproducing information with respect to HD in the optical pickup device PU, first, the blue-violet semiconductor laser LD1 is caused to emit light, as shown by the solid line in FIG. The divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD1 is converted into a parallel light beam by the first collimating lens COL1, then reflected by the first polarization beam splitter BS1, passes through the second polarization beam splitter BS2, and passes through the first lens. After being expanded by passing through EXP1 and the second lens EXP2, the diameter of the light beam is regulated by a stop STO (not shown) and formed on the information recording surface RL1 by the objective lens unit OU via the HD protective layer PL1. Become a spot. The objective lens unit OU performs focusing and tracking by a biaxial actuator AC1 disposed in the periphery thereof.

情報記録面RL1で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズユニットOU、第2レンズEXP2、第1レンズEXP1、第2偏光ビームスプリッタBS2、第1偏光ビームスプリッタBS1を透過した後、第3コリメートレンズCOL3を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズSENにより非点収差が付加され、光検出器PDの受光面上に収束する。そして、光検出器PDの出力信号を用いてHDに記録された情報を読み取ることができる。   The reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface RL1 passes through the objective lens unit OU, the second lens EXP2, the first lens EXP1, the second polarizing beam splitter BS2, and the first polarizing beam splitter BS1 again, When passing through the three collimating lens COL3, it becomes a convergent light beam, is added with astigmatism by the sensor lens SEN, and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. And the information recorded on HD can be read using the output signal of photodetector PD.

また、光ピックアップ装置PUにおいて、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合には、発光点EP1を発光させる。発光点EP1から射出された発散光束は、図1において破線でその光線経路を描いたように、第2コリメートレンズCOL2により平行光束に変換された後、第2偏光ビームスプリッタBS2により反射され、第1レンズEXP1、第2レンズEXP2を透過することにより拡径され、対物レンズユニットOUによってDVDの保護層PL2を介して情報記録面RL2上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットOUは、その周辺に配置された2軸アクチュエータAC1によってフォーカシングやトラッキングを行う。   In addition, when the optical pickup device PU records / reproduces information with respect to a DVD, the light emitting point EP1 is caused to emit light. The divergent light beam emitted from the light emitting point EP1 is converted into a parallel light beam by the second collimating lens COL2, as shown by the broken line in FIG. 1, and then reflected by the second polarization beam splitter BS2, The diameter is increased by transmitting through the first lens EXP1 and the second lens EXP2, and becomes a spot formed on the information recording surface RL2 via the protective layer PL2 of the DVD by the objective lens unit OU. The objective lens unit OU performs focusing and tracking by a biaxial actuator AC1 disposed in the periphery thereof.

情報記録面RL2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズユニットOU、第2レンズEXP2、第1レンズEXP1、第2偏光ビームスプリッタBS2、第1偏光ビームスプリッタBS1を透過した後、第3コリメートレンズCOL3を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズSENにより非点収差が付加され、光検出器PDの受光面上に収束する。そして、光検出器PDの出力信号を用いてDVDに記録された情報を読み取ることができる。   The reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface RL2 passes through the objective lens unit OU, the second lens EXP2, the first lens EXP1, the second polarizing beam splitter BS2, and the first polarizing beam splitter BS1 again, When passing through the three collimating lens COL3, it becomes a convergent light beam, is added with astigmatism by the sensor lens SEN, and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. And the information recorded on DVD can be read using the output signal of photodetector PD.

また、光ピックアップ装置PUにおいて、CDに対して情報の記録/再生を行う場合には、第1レンズEXP1と第2レンズEXP2の間隔がHDに対する情報の記録/再生時によりも狭くなるように、1軸アクチュエータAC2により光軸方向に第1レンズEXP1を駆動させた後、発光点EP2を発光させる。発光点EP2から射出された発散光束は、図1において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第2コリメートレンズCOL2により緩い発散光束に変換された後、第2偏光ビームスプリッタBS2により反射され、第1レンズEXP1、第2レンズEXP2を透過することにより拡径されるとともに発散光束に変換され、対物レンズユニットOUによってCDの保護層PL3を介して情報記録面RL3上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットOUは、その周辺に配置された2軸アクチュエータAC1によってフォーカシングやトラッキングを行う。   In the optical pickup device PU, when information is recorded / reproduced with respect to a CD, the interval between the first lens EXP1 and the second lens EXP2 is narrower than that during recording / reproduction of information with respect to HD. After the first lens EXP1 is driven in the optical axis direction by the uniaxial actuator AC2, the light emitting point EP2 is caused to emit light. The divergent light beam emitted from the light emitting point EP2 is converted into a loose divergent light beam by the second collimating lens COL2, as shown by the dashed line in FIG. 1, and then reflected by the second polarization beam splitter BS2. A spot which is enlarged by passing through the first lens EXP1 and the second lens EXP2 and converted into a divergent light beam and formed on the information recording surface RL3 by the objective lens unit OU via the protective layer PL3 of the CD. Become. The objective lens unit OU performs focusing and tracking by a biaxial actuator AC1 disposed in the periphery thereof.

情報記録面RL2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズユニットOU、第2レンズEXP2、第1レンズEXP1、第2偏光ビームスプリッタBS2、第1偏光ビームスプリッタBS1を透過した後、第3コリメートレンズCOL3を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズSENにより非点収差が付加され、光検出器PDの受光面上に収束する。そして、光検出器PDの出力信号を用いてCDに記録された情報を読み取ることができる。   The reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface RL2 passes through the objective lens unit OU, the second lens EXP2, the first lens EXP1, the second polarizing beam splitter BS2, and the first polarizing beam splitter BS1 again, When passing through the three collimating lens COL3, it becomes a convergent light beam, is added with astigmatism by the sensor lens SEN, and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. And the information recorded on CD can be read using the output signal of photodetector PD.

本実施形態における対物レンズユニットOUは、図2に概略的に示すように、収差補正素子SACと、第1波長λとHDの保護層PL1の厚さtとに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された対物レンズOLが、鏡枠Bを介して同軸で一体化された構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Bの一端に収差補正素子SACを嵌合固定し、他端に対物レンズOLを嵌合固定して、これらを光軸Xに沿って同軸に一体化した構成となっている。 As schematically shown in FIG. 2, the objective lens unit OU in the present embodiment has the smallest spherical aberration with respect to the aberration correction element SAC, the first wavelength λ 1 and the thickness t 1 of the HD protective layer PL 1. The objective lens OL whose aspherical shape is designed so as to have the following configuration is integrated coaxially through the lens frame B. Specifically, the aberration correction element SAC is fitted and fixed to one end of the cylindrical lens frame B, and the objective lens OL is fitted and fixed to the other end, and these are coaxially integrated along the optical axis X. It has a configuration.

次に、収差補正素子SACの構成とその収差補正の原理について説明する。図2に示すように、収差補正素子SACは、ガラスレンズであるベースレンズBLとこのベースレンズBLの表面に紫外線硬化樹脂である樹脂層UVを積層した構成を有しており、ベースレンズBLと樹脂層UVの境界面には輪帯状の段差を有する回折構造DOE1が形成されている。   Next, the configuration of the aberration correction element SAC and the principle of aberration correction will be described. As shown in FIG. 2, the aberration correction element SAC has a configuration in which a base lens BL that is a glass lens and a resin layer UV that is an ultraviolet curable resin are laminated on the surface of the base lens BL. A diffractive structure DOE1 having a ring-shaped step is formed on the boundary surface of the resin layer UV.

アッベ数(分散)が互いに異なるベースレンズBLと樹脂層UVの境界に形成された回折構造DOE1の回折効率η(λ)は、一般的に、波長λと、この波長λにおけるベースレンズBLと樹脂層UVとの屈折率の差Δn(λ)と、回折構造DOE1の段差dと、回折次数M(λ)の関数として、以下の(13)式で表される。
η(λ)=sinc2[[d・Δn(λ)/λ]−M(λ)] (13)
但し、sinc(X)=sin(πX)/(πX)であり、η(λ)の値は、[ ]内が整数に近いほど1に近い値をとる。
The diffraction efficiency η (λ) of the diffractive structure DOE1 formed at the boundary between the base lens BL and the resin layer UV having different Abbe numbers (dispersions) is generally the wavelength λ, and the base lens BL and the resin at the wavelength λ. As a function of the refractive index difference Δn (λ) with respect to the layer UV, the step d of the diffractive structure DOE1, and the diffraction order M (λ), it is expressed by the following equation (13).
η (λ) = sinc 2 [[d · Δn (λ) / λ] −M (λ)] (13)
However, sinc (X) = sin (πX) / (πX), and the value of η (λ) is closer to 1 as the value in [] is closer to an integer.

HDに使用する第1波長λ1における屈折率の差をΔn1、第1光束の回折光の回折次数をM1、DVDに使用する第2波長λ2における屈折率の差をΔn2、第2光束の回折光の回折次数をM2、CDに使用する第3波長λ3における屈折率の差をΔn3、第3光束の回折光の回折次数をM3とすると、それぞれの波長における回折効率η(λ)、η(λ)、η(λ)は、以下の(14)乃至(16)式で表される。
η(λ)=sinc[[d・Δn1/λ]−M1] (14)
η(λ)=sinc[[d・Δn2/λ]−M2] (15)
η(λ)=sinc[[d・Δn3/λ]−M3] (16)
各々の波長において回折効率を高く確保するためには、(14)式乃至(16)式の、それぞれの[ ]内が整数に近い値となるように、屈折率の差Δni(iは1、2、3の何れか)を有する(つまりアッベ数の差Δνを有する)ベースレンズBL及び樹脂層UVと、段差dと、回折次数Mi(iは1、2、3の何れか)を選べばよいことになる。
The difference in refractive index at the first wavelength λ1 used for HD is Δn1, the diffraction order of the diffracted light of the first light beam is M1, the difference in refractive index at the second wavelength λ2 used for DVD is Δn2, and the diffracted light of the second light beam. of the difference between the refractive index of the third wavelength λ3 to use diffraction orders to M2, CD [Delta] n3, when the third light flux M3 diffraction order of the diffracted light, the diffraction efficiency in each wavelength η (λ 1), η ( λ 2 ) and η (λ 3 ) are expressed by the following equations (14) to (16).
η (λ 1 ) = sinc 2 [[d · Δn1 / λ 1 ] −M1] (14)
η (λ 2 ) = sinc 2 [[d · Δn2 / λ 2 ] −M2] (15)
η (λ 3 ) = sinc 2 [[d · Δn3 / λ 3 ] −M3] (16)
In order to ensure high diffraction efficiency at each wavelength, the difference in refractive index Δni (i is 1, so that the values in [] in Equations (14) to (16) are close to integers. choose 2,3 or) and (i.e. have a difference .DELTA..nu d Abbe number) based lens BL and the resin layer UV with a, and the step d, one) of the diffraction orders Mi (i is 1, 2, 3 It will be good.

また、回折構造DOE1の巨視的な湾曲であるベースカーブBCは非球面に構成され、上述したようにベースレンズBLのd線におけるアッベ数と樹脂層UVのd線におけるアッベ数の差Δνが上記(1)式を満たすとともに、ベースレンズBLの第1波長λにおける屈折率と樹脂層UVの第1波長λにおける屈折率の差Δn1が上記(2)式を満たすようになっている。
そして、ベースレンズBLの回折構造DOE1が形成された面(以下、「第1回折面」という。)でHDとDVDの保護層厚さの違いによる球面収差と、HDとCDの保護層厚さの違いによる球面収差の両方を補正するようになっている。
The base curve BC, which is a macroscopic curvature of the diffractive structure DOE1, is configured as an aspherical surface, and as described above, the difference Δν d between the Abbe number of the base lens BL at the d line and the Abbe number of the resin layer UV at the d line is While satisfying the above expression (1), the difference Δn1 between the refractive index of the base lens BL at the first wavelength λ 1 and the refractive index of the resin layer UV at the first wavelength λ 1 satisfies the above expression (2). .
The spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness of HD and DVD on the surface of the base lens BL where the diffractive structure DOE1 is formed (hereinafter referred to as “first diffractive surface”), and the protective layer thickness of HD and CD. Both spherical aberrations due to the difference are corrected.

具体的には、第1回折面は負の近軸回折パワー(光束を発散させる作用)を有しており、この第1回折面を通過する第1、第2及び第3光束は全て回折作用(発散作用)を受けるようになっている。
また、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面は正の近軸屈折パワー(光束を収束させる作用)を有している。
平行光束で収差補正素子SACに入射する第1光束は、第1回折面で発散作用を受けるが、同時に境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面の屈折作用により収束作用を受けることで、そのまま光線は曲がらずに直進する。即ち上記(3)、(4)式を満たすようになっている。
Specifically, the first diffractive surface has a negative paraxial diffraction power (an effect of diverging the light beam), and all of the first, second, and third light beams that pass through the first diffractive surface are diffractive. (Divergent action) is received.
Further, the boundary surface and the optical surface of the resin layer UV opposite to the boundary surface have positive paraxial refraction power (an effect of converging the light beam).
The first light beam incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam is diverged by the first diffractive surface, but at the same time, converges by the refracting action of the boundary surface and the optical surface of the resin layer UV opposite to the boundary surface. The light beam goes straight without bending. That is, the above expressions (3) and (4) are satisfied.

また、平行光束で収差補正素子SACに入射する第2光束は、第1回折面で発散作用を受けると同時に屈折作用により収束作用を受ける。ここで、回折パワーは波長に比例して大きくなることから、上述したように、第1光束は近軸回折パワーと近軸屈折パワーとがキャンセルしてそのまま直進するが、より長波長の第2光束では近軸回折パワーの方が近軸屈折パワーより大きいため、第2光束は発散光束となって収差補正素子SACから射出される。これによりHDとDVDの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されることになる。
また、緩い発散光束で収差補正素子SACに入射する第3光束も第1回折面で発散作用を受けるが、第2光束と同様の理由により、第3光束は発散光束となって収差補正素子SACから射出される。この際の第3光束の発散度合いは第2光束よりも大きくなる。これは、λ>λの関係により、第2光束に対する近軸回折パワーよりも第3光束に対する回折パワーの方が大きくなることと、収差補正素子SACに対して第3光束が緩い発散光束で入射することに起因するものである。これによりHDとCDの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されることになる。
In addition, the second light beam incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam is subjected to a diverging action on the first diffraction surface and at the same time a converging action due to a refraction action. Here, since the diffraction power increases in proportion to the wavelength, as described above, the first light beam travels straight without canceling the paraxial diffraction power and the paraxial refraction power. Since the paraxial diffraction power is larger than the paraxial refraction power in the light beam, the second light beam is emitted from the aberration correction element SAC as a divergent light beam. Thereby, the spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between HD and DVD is corrected.
In addition, the third light beam incident on the aberration correction element SAC with a loose divergent light beam is also diverged by the first diffractive surface, but for the same reason as the second light beam, the third light beam becomes a divergent light beam and the aberration correction element SAC. Is injected from. At this time, the degree of divergence of the third light flux is larger than that of the second light flux. This is because the diffraction power for the third light beam is larger than the paraxial diffraction power for the second light beam due to the relationship of λ 3 > λ 2 , and the third light beam is a divergent light beam that is loose relative to the aberration correction element SAC. This is due to the incident light. Thereby, the spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness of HD and CD is corrected.

このように、(1)式を満たすようなアッベ数の差を有するベースレンズBLと樹脂層UVを積層し、その境界面に回折構造DOE1を形成することで、従来技術では困難であった青紫色レーザ光束(第1光束)と赤外レーザ光束(第3光束)の球面収差補正効果と透過率確保の両立ができる。また、ベースレンズBLと樹脂層UVが第1波長λにおいて、(2)式を満たすような屈折率の差を持たせることで各輪帯の光軸に沿った段差を小さくすることができ、回折構造DOE1の製造が容易となる。また、ベースカーブBCが平面とされた回折構造では球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が困難であるが、ベースカーブBCを非球面、又は球面に構成することで、収差補正素子SACの第1光束に対する球面収差の補正と正弦条件の補正との両立が可能となり、第1光束に対する設計性能を向上できる。 In this way, the base lens BL having a difference in Abbe number satisfying the expression (1) and the resin layer UV are laminated, and the diffractive structure DOE1 is formed on the boundary surface, which has been difficult in the prior art. Both the spherical aberration correction effect and the transmittance can be ensured for the purple laser beam (first beam) and the infrared laser beam (third beam). In addition, when the base lens BL and the resin layer UV have a refractive index difference satisfying the expression (2) at the first wavelength λ 1 , the step along the optical axis of each annular zone can be reduced. The diffraction structure DOE1 can be easily manufactured. In addition, in a diffractive structure in which the base curve BC is flat, it is difficult to achieve both correction of spherical aberration and correction of the sine condition. However, the aberration correction element SAC is configured by configuring the base curve BC to be aspherical or spherical. The correction of the spherical aberration and the correction of the sine condition for the first light beam can be made compatible, and the design performance for the first light beam can be improved.

尚、本実施の形態の収差補正素子SACでは、|Δν|=34.3、|Δn1|=0.0496、|Δn2|/|Δn1|=1.44、|Δn3|/|Δn1|=1.50、|Δn3|/|Δn2|=1.05となるような材料をベースレンズBL及び樹脂層UVの材料として選択し、回折構造DOE1の段差をd=9.14μmに設定しているので、何れの波長の光束に対しても1次回折光が発生する(M1=M2=M3=1)。それぞれの1次回折光の回折効率は、第1光束が95.3%、第2光束が100%、第3光束が94.4%であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保できている。
また、本実施形態においては、収差補正素子SACと対物レンズOLとを鏡枠Bを介して一体化したが、収差補正素子SACと対物レンズOLを一体化する場合には、収差補正素子SACと対物レンズOLとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていればよく、上述のように鏡枠Bを介する方法以外に、収差補正素子SACと対物レンズOLのそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法であってもよい。
In the aberration correction element SAC of the present embodiment, | Δν d | = 34.3, | Δn1 | = 0.0496, | Δn2 | / | Δn1 | = 1.44, | Δn3 | / | Δn1 | = A material satisfying 1.50, | Δn3 | / | Δn2 | = 1.05 is selected as the material of the base lens BL and the resin layer UV, and the step of the diffractive structure DOE1 is set to d = 9.14 μm. Therefore, the first-order diffracted light is generated for the light flux of any wavelength (M1 = M2 = M3 = 1). The diffraction efficiency of each primary diffraction light is 95.3% for the first light beam, 100% for the second light beam, and 94.4% for the third light beam. It has been secured.
In this embodiment, the aberration correction element SAC and the objective lens OL are integrated via the lens frame B. However, when the aberration correction element SAC and the objective lens OL are integrated, the aberration correction element SAC and It is only necessary to hold the relative positional relationship with the objective lens OL so as not to change. In addition to the method using the lens frame B as described above, each of the aberration correction element SAC and the objective lens OL is used. A method of fitting and fixing the flange portions may be used.

このように収差補正素子SACと対物レンズOLとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていることで、フォーカシングやトラッキングの際の収差の発生を抑制でき、良好なフォーカシング特性、或いはトラッキング特性を得ることができる。   Since the aberration correction element SAC and the objective lens OL are held in such a manner that the relative positional relationship between the aberration correction element SAC and the objective lens OL remains unchanged, the occurrence of aberration during focusing and tracking can be suppressed, and excellent focusing can be achieved. Characteristics or tracking characteristics can be obtained.

また、エキスパンダーレンズEXPの第1レンズEXP1を1軸アクチュエータAC2により光軸方向に駆動させることで、HDの情報記録面RL1上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。第1レンズEXP1の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、青紫色半導体レーザLD1の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物レンズOL系の屈折率変化や屈折率分布、2層ディスク、4層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、HDの保護層の製造誤差による厚みバラツキや厚み分布、等である。尚、第1レンズEXP1の代わりに、第2レンズEXP2或いは第1コリメートレンズCOL1を光軸方向に駆動させる構成としても、HDの情報記録面RL1上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。   Further, by driving the first lens EXP1 of the expander lens EXP in the optical axis direction by the uniaxial actuator AC2, the spherical aberration of the spot formed on the HD information recording surface RL1 can be corrected. The cause of the occurrence of spherical aberration corrected by adjusting the position of the first lens EXP1 is, for example, wavelength variation due to manufacturing error of the blue-violet semiconductor laser LD1, change in refractive index or refractive index distribution of the objective lens OL system due to temperature change, two layers For example, focus jump between information recording layers of a multi-layer disc such as a disc or a four-layer disc, thickness variation or thickness distribution due to manufacturing errors of an HD protective layer, and the like. Note that the spherical aberration of the spot formed on the HD information recording surface RL1 can be corrected even if the second lens EXP2 or the first collimating lens COL1 is driven in the optical axis direction instead of the first lens EXP1.

また、以上の説明では、第1レンズEXP1を光軸方向に駆動させることでHDの情報記録面RL1上に形成されたスポットの球面収差を補正する構成としたが、DVDの情報記録面RL2上に形成されたスポットの球面収差、更には、CDの情報記録面RL3上に形成されたスポットの球面収差を補正する構成としても良い。
また、本実施形態においては、第1の発光点EP1と第2の発光点EP2とを一つのチップ上に形成したDVD/CD用レーザ光源ユニットLUを用いることとしたが、これに限らず、更にHD用の波長405nmのレーザ光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成したHD/DVD/CD用の1チップレーザ光源ユニットを用いても良い。或いは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの3つのレーザ光源を1つの筐体内に納めたHD/DVD/CD用の1キャンレーザ光源ユニットを用いても良い。
In the above description, the first lens EXP1 is driven in the optical axis direction to correct the spherical aberration of the spot formed on the HD information recording surface RL1, but on the DVD information recording surface RL2. Further, it is possible to correct the spherical aberration of the spot formed on the CD and further the spherical aberration of the spot formed on the information recording surface RL3 of the CD.
Further, in the present embodiment, the DVD / CD laser light source unit LU in which the first light emission point EP1 and the second light emission point EP2 are formed on one chip is used. Further, a single-chip laser light source unit for HD / DVD / CD having a light emitting point for emitting a laser beam having a wavelength of 405 nm for HD formed on the same chip may be used. Alternatively, a one-can laser light source unit for HD / DVD / CD in which three laser light sources of a blue-violet semiconductor laser, a red semiconductor laser, and an infrared semiconductor laser are housed in one housing may be used.

また、本実施形態においては、光源と光検出器PDとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザ光源モジュールを用いても良い。
また、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置PU、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び光ディスクに記録された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光ディスクドライブ装置を得ることができる。
また、本実施形態においては、図示は省略したが、開口数NA2と開口数NA3に対応した開口制限を行うための開口制限フィルタを有する。
In the present embodiment, the light source and the photodetector PD are arranged separately. However, the present invention is not limited to this, and a laser light source module in which the light source and the photodetector are integrated may be used.
Although not shown, the optical pickup device PU shown in the above embodiment, the rotational drive device that holds the optical disc rotatably, and the control device that controls the drive of these various devices are mounted, so An optical disc drive apparatus capable of executing at least one of information recording and information reproduction on the optical disc can be obtained.
In the present embodiment, although not shown, an aperture limiting filter for performing aperture limitation corresponding to the numerical aperture NA2 and the numerical aperture NA3 is provided.

[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第1の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。
本実施の形態においては、ベースレンズBLは樹脂製であって、このベースレンズBLの表面に紫外線硬化樹脂である樹脂層UVが積層されている。
本実施の形態は、対物レンズユニットOUにおいて、回折構造DOE1とは別の位相構造を更に付加する点に特徴を有する。
具体的には、本実施形態における対物レンズユニットOUは、図3に概略的に示すように、収差補正素子SACと、第1波長λとHDの保護層PL1の厚さtとに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された対物レンズOLが、鏡枠Bを介して同軸で一体化されて構成されている。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, description of portions having the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
In the present embodiment, the base lens BL is made of resin, and a resin layer UV that is an ultraviolet curable resin is laminated on the surface of the base lens BL.
The present embodiment is characterized in that a phase structure different from the diffractive structure DOE1 is further added to the objective lens unit OU.
Specifically, the objective lens unit OU according to the present embodiment has an aberration correction element SAC, a first wavelength λ 1, and a thickness t 1 of the HD protective layer PL 1 as schematically shown in FIG. The objective lens OL whose aspherical shape is designed so that the spherical aberration is minimized is configured to be coaxially integrated via the lens frame B.

そして、収差補正素子SACは、ベースレンズBLとこのベースレンズBLの表面に樹脂層UVを積層した構成を有しており、ベースレンズBLと樹脂層UVの境界面には輪帯状の段差を有する回折構造DOE1が形成されると共に、ベースレンズBLの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造としての回折構造DOE2が形成されている。
そして、第1回折面でHDとCDの保護層厚差による球面収差を補正し、ベースレンズBLの回折構造DOE2が形成された面(以下、「第2回折面」という。)でHDとDVDの保護層厚差による球面収差を補正するようになっている。
具体的には、第1回折面は負の近軸回折パワー(光束を発散させる作用)を有しており、この第1回折面を通過する第1、第2及び第3光束は全て回折作用(発散作用)を受けるようになっている(1次回折)。
The aberration correction element SAC has a configuration in which a base lens BL and a resin layer UV are laminated on the surface of the base lens BL, and a boundary step between the base lens BL and the resin layer UV has an annular step. A diffractive structure DOE1 is formed and a diffractive structure DOE2 as a phase structure is formed on the optical surface of the base lens BL opposite to the boundary surface.
Then, spherical aberration due to the difference in protective layer thickness between HD and CD is corrected on the first diffractive surface, and HD and DVD on the surface on which the diffractive structure DOE2 of the base lens BL is formed (hereinafter referred to as “second diffractive surface”). The spherical aberration due to the protective layer thickness difference is corrected.
Specifically, the first diffractive surface has a negative paraxial diffraction power (an effect of diverging the light beam), and all of the first, second, and third light beams that pass through the first diffractive surface are diffractive. (Divergent action) is received (first-order diffraction).

また、第2回折面は正の近軸回折パワー(光束を収束させる作用)を有しており、この第2回折面を通過する第2光束のみが回折作用を受けるようになっている(1次回折)。
ここで、回折構造DOE2における回折光発生の原理について説明する。回折構造DOE2は、第1光束と第3光束を回折せず、第2光束を回折させる特性を有する。回折構DOE2は、光軸を含む断面形状が階段状のパターンが同心円上に配列された構造であって、所定のレベル面の個数毎(図3では5レベル毎)に、そのレベル面数に対応した段数分(図3では4段)の高さだけ段をシフトさせたものである。ここで、階段構造の1つの段差Δは、Δ=2・λ/(n1BL−1)≒1.2・λ/(n2BL−1)≒1・λ/(n3BL−1)を満たす高さに設定されている。ここで、n1BLは第1波長λにおけるベースレンズBLの屈折率であり、n2BLは第2波長λにおけるベースレンズBLの屈折率であり、n3BLは第3波長λにおけるベースレンズBLの屈折率である。
Further, the second diffractive surface has positive paraxial diffraction power (an effect of converging the light beam), and only the second light beam passing through the second diffractive surface is subjected to the diffractive action (1). Next diffraction).
Here, the principle of diffracted light generation in the diffractive structure DOE2 will be described. The diffractive structure DOE2 has a characteristic of diffracting the second light beam without diffracting the first light beam and the third light beam. The diffractive structure DOE2 has a structure in which cross-sectional patterns including the optical axis are arranged in a concentric pattern, and the number of level planes is set for each predetermined number of level planes (every 5 levels in FIG. 3). The steps are shifted by the corresponding number of steps (four steps in FIG. 3). Here, one step Δ of the staircase structure is Δ = 2 · λ 1 / (n1 BL −1) ≈1.2 · λ 2 / (n2 BL −1) ≈1 · λ 3 / (n3 BL −1). ) Is set to satisfy the height. Here, n1 BL is the refractive index of the base lens BL at the first wavelength lambda 1, n2 BL is the refractive index of the base lens BL at the second wavelength lambda 2, n3 BL base lens in the third wavelength lambda 3 It is the refractive index of BL.

この段差Δにより生じる光路差は第1波長λの2倍であり、かつ第3波長λの1倍であるので、第1光束と第3光束は回折構造DOE2により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
一方、この段差Δにより生じる光路差は第2波長λの1.2倍であるので、段差の前後のレベル面を通過する第2光束の位相は2π/5だけずれることになる。1つの鋸歯は5分割されているため、鋸歯1つ分ではちょうど第2光束の位相のずれは5×2π/5=2πとなり、1次回折光が発生する。
また、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面は正の近軸屈折パワー(光束を収束させる作用)を有している。
Since the optical path difference caused by this step Δ is twice the first wavelength λ 1 and once the third wavelength λ 3 , the first light flux and the third light flux are not affected by the diffractive structure DOE 2. It passes through as it is.
On the other hand, since the optical path difference caused by the step Δ is 1.2 times the second wavelength λ 2 , the phase of the second light beam passing through the level surface before and after the step is shifted by 2π / 5. Since one sawtooth is divided into five, the phase shift of the second light beam is exactly 5 × 2π / 5 = 2π for one sawtooth, and first-order diffracted light is generated.
Further, the boundary surface and the optical surface of the resin layer UV opposite to the boundary surface have positive paraxial refraction power (an effect of converging the light beam).

平行光束で収差補正素子SACに入射する第1光束は、第2回折面をそのまま透過し、第1回折面で発散作用を受けるが、同時に、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面の屈折作用により収束作用を受けることで、そのまま光線は曲がらずに直進する。即ち上記(3)、(4)式を満たすようになっている。
また、平行光束で収差補正素子SACに入射する第3光束も第2回折面をそのまま透過し、第1回折面で発散作用を受けることで発散光束となって収差補正素子SACから射出される。これによりHDとCDの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されるようになっている。
The first light beam incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam passes through the second diffractive surface as it is and undergoes a diverging action at the first diffractive surface, but at the same time, the boundary surface and the resin layer opposite to the boundary surface By receiving the convergence effect by the refractive action of the UV optical surface, the light beam goes straight without being bent. That is, the above expressions (3) and (4) are satisfied.
The third light beam incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam also passes through the second diffractive surface as it is, and is emitted from the aberration correction element SAC as a divergent light beam by being diverged by the first diffractive surface. As a result, spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between HD and CD is corrected.

また、平行光束で収差補正素子SACに入射する第2光束は、第2回折面で回折作用を受けることで収束作用を受けるが、第1回折面で発散作用を受けることで発散光束として収差補正素子SACから射出される。
この際の第2光束の発散度合いは、第3光束の発散度合いよりも小さくなる。これは、第2光束が第2回折面により一旦収束作用を受けることによるものである。これによりHDとDVDの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されるようになっている。
The second light beam incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam is subjected to a converging action by receiving a diffractive action on the second diffractive surface, but is corrected for aberrations as a divergent light beam by receiving a diverging action on the first diffractive surface. Emitted from element SAC.
At this time, the divergence degree of the second light flux is smaller than the divergence degree of the third light flux. This is because the second light flux is once subjected to the convergence action by the second diffraction surface. As a result, spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between HD and DVD is corrected.

以上のように、ベースレンズBLの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造としての回折構造DOE2を形成することで、対物レンズユニットOUのそれぞれの光束に対する集光特性をより良好なものにすることができる。この位相構造は回折構造であっても良いし、光路差付与構造であっても良い。また、位相構造により補正する収差は、例えば、第1波長λの微小変化に伴う色収差であっても良いし、温度変化に伴う対物レンズOLの屈折率変化により発生する球面収差であっても良い。
また、回折構造DOE2に前記第1光束及び前記第3光束を回折せず、前記第2光束を選択的に回折させる特性を持たせることで、tとtの差に起因する球面収差、又は第1波長λと第2波長λの差に起因する球面収差の補正を行い、かつ、境界面に形成した回折構造DOE1によりtとtの差に起因する球面収差の補正を行うことで、各波長の光束に対して高い回折効率を確保しつつ、各波長の光束の球面収差を同一の倍率で補正することが可能となる。
As described above, by forming the diffractive structure DOE2 as the phase structure on the optical surface opposite to the boundary surface among the optical surfaces of the base lens BL, the light condensing characteristics for each light flux of the objective lens unit OU can be obtained. It can be made better. The phase structure may be a diffractive structure or an optical path difference providing structure. The aberration corrected by the phase structure may be, for example, chromatic aberration associated with a minute change in the first wavelength λ 1 or spherical aberration generated due to a change in refractive index of the objective lens OL associated with a temperature change. good.
Further, the diffractive structure DOE2 without diffracting the first light flux and the third light flux, the second light flux is selectively possible to have the property of diffracting, spherical aberration due to the difference between t 1 and t 2, Alternatively, the spherical aberration due to the difference between the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 is corrected, and the spherical aberration due to the difference between t 1 and t 3 is corrected by the diffraction structure DOE1 formed on the boundary surface. By doing so, it is possible to correct the spherical aberration of the light flux of each wavelength with the same magnification while ensuring high diffraction efficiency for the light flux of each wavelength.

尚、本実施の形態の収差補正素子SACでは、|Δν|=26.7、|Δn1|=0.0297、|Δn2|/|Δn1|=1.53、|Δn3|/|Δn1|=1.61、|Δn3|/|Δn2|=1.05となるような材料をベースレンズBL及び樹脂層UVの材料として選択し、回折構造DOE1の段差をd=15.06μmに設定しているので、何れの波長の光束に対しても1次回折光が発生する(M1=M2=M3=1)。それぞれの1次回折光の回折効率は、第1光束が96.5%、第2光束が99.3%、第3光束が97.8%であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保できている。
また、回折構造DOE2では、上述したように第2光束のみが選択的に回折されるが、各波長の光束の回折効率は、第1光束(非回折光)が100.0%、第2光束(1次回折光)が87.5%、第3光束(非回折光)が100%であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保できている。
In the aberration correction element SAC of the present embodiment, | Δν d | = 26.7, | Δn1 | = 0.0297, | Δn2 | / | Δn1 | = 1.53, | Δn3 | / | Δn1 | = 1.61, | Δn3 | / | Δn2 | = 1.05 is selected as the material of the base lens BL and the resin layer UV, and the step of the diffractive structure DOE1 is set to d = 15.06 μm. Therefore, the first-order diffracted light is generated for the light flux of any wavelength (M1 = M2 = M3 = 1). The diffraction efficiency of each first-order diffracted light is 96.5% for the first light beam, 99.3% for the second light beam, and 97.8% for the third light beam. Efficiency is secured.
In the diffractive structure DOE2, only the second light beam is selectively diffracted as described above, but the diffraction efficiency of the light beam of each wavelength is 100.0% for the first light beam (non-diffracted light), and the second light beam. The (first-order diffracted light) is 87.5% and the third light beam (non-diffracted light) is 100%, and high diffraction efficiency can be secured for light beams of any wavelength.

[第3の実施の形態]
以下、本発明の第3の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第2の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。
本実施の形態においても、第2の実施の形態と同様に、ベースレンズBLは樹脂製であって、このベースレンズBLの表面に紫外線硬化樹脂である樹脂層UVが積層されている。
[Third embodiment]
Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, description of portions having the same configuration as that of the second embodiment will be omitted.
Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the base lens BL is made of resin, and a resin layer UV that is an ultraviolet curable resin is laminated on the surface of the base lens BL.

本実施の形態は、上記第2の実施の形態と同様に、対物レンズユニットOUにおいて、回折構造DOE1とは別の位相構造を更に付加する点に特徴を有する。
具体的には、本実施形態における対物レンズユニットOUは、図4に概略的に示すように、収差補正素子SACと、第1波長λとHDの保護層PL1の厚さtとに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された対物レンズOLが、鏡枠Bを介して同軸で一体化されて構成されている。
Similar to the second embodiment, the present embodiment is characterized in that a phase structure different from the diffractive structure DOE1 is further added to the objective lens unit OU.
Specifically, the objective lens unit OU according to the present embodiment has an aberration correction element SAC, a first wavelength λ 1, and a thickness t 1 of the HD protective layer PL 1 as schematically shown in FIG. The objective lens OL whose aspherical shape is designed so that the spherical aberration is minimized is configured to be coaxially integrated via the lens frame B.

そして、収差補正素子SACは、ベースレンズBLとこのベースレンズBLの表面に樹脂層UVを積層した構成を有しており、ベースレンズBLと樹脂層UVの境界面には輪帯状の段差を有する回折構造DOE1が形成されると共に、ベースレンズBLの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面に位相構造としての回折構造DOE2が形成されている。
そして、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面の屈折発散作用でHDとCDの保護層厚さの違いによる球面収差を補正し、第2回折面でBDとDVDの保護層厚さの違いによる球面収差を補正するようになっている。
The aberration correction element SAC has a configuration in which a base lens BL and a resin layer UV are laminated on the surface of the base lens BL, and a boundary step between the base lens BL and the resin layer UV has an annular step. A diffractive structure DOE1 is formed and a diffractive structure DOE2 as a phase structure is formed on the optical surface of the base lens BL opposite to the boundary surface.
Then, the spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness of HD and CD is corrected by the refraction and divergence action of the boundary surface and the optical surface of the resin layer UV opposite to the boundary surface. The spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness is corrected.

具体的には、第1回折面は正の回折パワー(光束を収束させる作用)を有しており、この第1回折面を通過する第1光束のみが回折作用(収束作用)を受けるようになっている(1次回折)。
また、第2回折面は正の回折パワー(光束を収束させる作用)を有しており、この第2回折面を通過する第2光束のみが回折作用を受けるようになっている(1次回折)。
また、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面は負の屈折パワー(光束を発散させる作用)を有している。
Specifically, the first diffractive surface has a positive diffractive power (an effect of converging the light beam), and only the first light beam passing through the first diffractive surface is subjected to the diffractive effect (convergent effect). (First-order diffraction).
Further, the second diffractive surface has a positive diffractive power (an effect of converging the light beam), and only the second light beam passing through the second diffractive surface is subjected to the diffractive action (first-order diffraction). ).
Further, the boundary surface and the optical surface of the resin layer UV on the opposite side of the boundary surface have negative refractive power (an action for diverging a light beam).

平行光束で収差補正素子SACに入射する第1光束は、第2回折面をそのまま透過し、第1回折面で収束作用を受けるが、同時に屈折作用により発散作用を受けることで、そのまま光線は曲がらずに直進する。即ち上記(3)、(4)式を満たすようになっている。そして、第1回折面の作用により第1光束の色収差を補正するようになっている。
また、平行光束で収差補正素子SACに入射する第3光束は、第2回折面と第1回折面をそのまま透過し、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面の屈折作用で発散作用を受け、第3光束は発散光束となって収差補正素子SACから射出される。これによりHDとCDの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されることになる。
The first light beam that is incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam passes through the second diffractive surface as it is and is converged by the first diffractive surface. Go straight on. That is, the above expressions (3) and (4) are satisfied. The chromatic aberration of the first light beam is corrected by the action of the first diffractive surface.
Further, the third light beam incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam passes through the second diffractive surface and the first diffractive surface as it is, and is refracted by the boundary surface and the optical surface of the resin layer UV opposite to the boundary surface. The third light flux is emitted from the aberration correction element SAC as a divergent light flux. Thereby, the spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness of HD and CD is corrected.

また、平行光束で収差補正素子SACに入射する第2光束は、第2回折面で回折作用を受けることで収束作用を受けるが、境界面と、境界面とは反対側の樹脂層UVの光学面の屈折作用で発散作用を受けることで発散光束となって収差補正素子SACから射出される。
この際の第2光束の発散度合いは、第3光束の発散度合いよりも小さくなる。これは、第2光束が第2回折面により一旦収束作用を受けることによるものである。これによりHDとDVDの保護層厚さの違いによる球面収差が補正されるようになっている。
本実施形態における回折構造DOE2の回折光発生の原理については、第2の実施の形態における回折構造DOE2の原理と同じであるのでここでは詳細な説明は割愛する。
The second light beam incident on the aberration correction element SAC as a parallel light beam is subjected to a converging action by being diffracted by the second diffractive surface, but the optical interface of the resin layer UV on the side opposite to the boundary surface is not provided. By receiving a diverging action due to the refraction action of the surface, a divergent light beam is emitted from the aberration correction element SAC.
At this time, the divergence degree of the second light flux is smaller than the divergence degree of the third light flux. This is because the second light flux is once subjected to the convergence action by the second diffraction surface. As a result, spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between HD and DVD is corrected.
The principle of diffracted light generation of the diffractive structure DOE2 in the present embodiment is the same as the principle of the diffractive structure DOE2 in the second embodiment, so a detailed description is omitted here.

尚、本実施の形態の収差補正素子SACでは、|Δν|=33.7、|Δn1|=0.0458、|Δn2|/|Δn1|=0.271、|Δn3|/|Δn1|=0.167、|Δn3|/|Δn2|=0.617となるような材料をベースレンズBL及び樹脂層UVの材料として選択し、回折構造DOE1の段差をd=8.84μmに設定しているので、第1光束では1次回折光が発生し、第2光束と第3光束は回折作用を受けずにそのまま透過する。(M1=1、M2=M3=0)。各波長の光束の回折効率は、第1光束(1次回折)が100%、第2光束(非回折光)が91.2%、第3光束(非回折光)が97.6%であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保できている。
また、回折構造DOE2では、上述したように第2光束のみが選択的に回折されるが、各波長の光束の回折効率は、第1光束(非回折光)が100.0%、第2光束(1次回折光)が87.5%、第3光束(非回折光)が100%であり、何れの波長の光束に対しても高い回折効率が確保できている。
In the aberration correction element SAC of the present embodiment, | Δν d | = 33.7, | Δn1 | = 0.0458, | Δn2 | / | Δn1 | = 0.271, | Δn3 | / | Δn1 | = A material such that 0.167, | Δn3 | / | Δn2 | = 0.617 is selected as the material of the base lens BL and the resin layer UV, and the step of the diffractive structure DOE1 is set to d = 8.84 μm. Therefore, first-order diffracted light is generated in the first light flux, and the second light flux and the third light flux are transmitted as they are without being diffracted. (M1 = 1, M2 = M3 = 0). The diffraction efficiency of the light flux of each wavelength is 100% for the first light flux (first-order diffraction), 91.2% for the second light flux (non-diffracted light), and 97.6% for the third light flux (non-diffracted light). A high diffraction efficiency can be secured for a light flux of any wavelength.
In the diffractive structure DOE2, only the second light beam is selectively diffracted as described above, but the diffraction efficiency of the light beam of each wavelength is 100.0% for the first light beam (non-diffracted light), and the second light beam. The (first-order diffracted light) is 87.5% and the third light beam (non-diffracted light) is 100%, and high diffraction efficiency can be secured for light beams of any wavelength.

また、本実施形態においては、ベースレンズBLの光学面のうち、境界面とは反対側の光学面、つまりd線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に位相構造としての回折構造DOE2が形成されているので、第1光束、第2光束、第3光束のぞれぞれの波長λ,λ,λ,に対する回折効率を高めることができる。ここで、本実施形態では回折構造DOE2が波長選択型回折構造である場合を例示して説明したが、図5に示すようにブレーズ型回折構造であっても構わない。
例えば、回折構造DOE2が波長選択型回折構造であると、所定の波長の光束のみに位相差を与えることができ、DVDの光にのみ回折作用を付与することができ、残留してしまうDVDの球面収差が補正できる。
一方、回折構造DOE2がブレーズ型回折構造であると色収差補正が効果的である。
Further, in the present embodiment, diffraction as a phase structure is performed on the optical surface of the base lens BL opposite to the boundary surface, that is, the boundary surface between the material having a larger Abbe number in the d-line and air. Since the structure DOE2 is formed, the diffraction efficiency with respect to the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 of the first light beam, the second light beam, and the third light beam can be increased. Here, although the case where the diffractive structure DOE2 is a wavelength selective diffractive structure has been described as an example in the present embodiment, a blazed diffractive structure may be used as shown in FIG.
For example, if the diffractive structure DOE2 is a wavelength-selective diffractive structure, a phase difference can be given only to a light beam having a predetermined wavelength, a diffractive action can be given only to the DVD light, and the DVD remains. Spherical aberration can be corrected.
On the other hand, when the diffractive structure DOE2 is a blazed diffractive structure, chromatic aberration correction is effective.

また、本実施形態においては、回折構造DOE1がベースレンズBLと樹脂層UVの境界面に形成されるとともに、回折構造DOE2がd線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に形成される場合を例示して説明したが、図8に示すように、ディスク側に配置された対物レンズOLが、d線のアッベ数νdが40≦ν≦70を満たしていて、前記対物レンズOLの表面に回折構造DOE3が形成されていてもよい。
このように、ディスク側に配置された対物レンズOLにおけるd線のアッベ数νが上記の式を満たし、前記対物レンズOLの表面には回折構造が形成されているので、第1光束、第2光束、第3光束のぞれぞれの波長λ,λ,λに対する回折効率を高めることができる。
In this embodiment, the diffractive structure DOE1 is formed on the boundary surface between the base lens BL and the resin layer UV, and the diffractive structure DOE2 is formed on the boundary surface between the material having the larger Abbe number in the d-line and air. As shown in FIG. 8, the objective lens OL arranged on the disk side has an Abbe number νd of d line satisfying 40 ≦ ν d ≦ 70, as shown in FIG. The diffractive structure DOE3 may be formed on the surface of the OL.
Thus, since the Abbe number ν d of the d line in the objective lens OL arranged on the disk side satisfies the above formula and the surface of the objective lens OL has a diffractive structure, the first light flux, The diffraction efficiency with respect to the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 of the two light beams and the third light beam can be increased.

また、このように回折構造DOE1,DOE2,DOE3を設けた場合、DVDの保護層PL2の厚さtを、0.9×t≦t≦1.1×tを満たすように設定してれば、HD DVDとDVDとの組み合わせのように波長のみが異なることで生じる球面収差を補正するだけなので、回折ピッチを大きくすることができ、加工性を高めることができる。 Also, when thus provided a diffractive structure DOE 1, DOE 2, DOE 3, the thickness t 2 of the protective layer PL2 of DVD, set to satisfy 0.9 × t 1 ≦ t 2 ≦ 1.1 × t 1 If this is the case, only the spherical aberration caused by the difference in wavelength, such as a combination of HD DVD and DVD, is corrected, so that the diffraction pitch can be increased and the workability can be improved.

次に、図2に示した収差補正素子SACと対物レンズOLとから構成される対物レンズユニットOUの具体的な数値実施例(実施例1)を例示する。収差補正素子SACは、紫外線硬化樹脂からなる樹脂層とガラスレンズ(HOYA社製BACD5)からなるベースレンズとを積層した構成を有し、ベースレンズと樹脂層の境界面には回折構造DOE1が形成されている。また、対物レンズOLは、第1波長λ1とHDの保護層PL1の厚さtとに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたガラスレンズ(HOYA社製BACD5)であるが、プラスチックレンズとしても良い。
本実施例のレンズデータを表1に示す。本数値実施例では、回折構造DOE1により入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。

Figure 0004462108
Figure 0004462108
Next, a specific numerical example (Example 1) of the objective lens unit OU composed of the aberration correction element SAC and the objective lens OL shown in FIG. 2 will be exemplified. The aberration correction element SAC has a configuration in which a resin layer made of an ultraviolet curable resin and a base lens made of a glass lens (BACD5 manufactured by HOYA) are laminated, and a diffractive structure DOE1 is formed on the boundary surface between the base lens and the resin layer. Has been. The objective lens OL is a glass lens whose aspherical shape as spherical aberration becomes minimum with respect to the thickness t 1 of the protective layer PL1 of the first wavelength λ1 and HD were designed (HOYA Co. BACD5) However, it may be a plastic lens.
Table 1 shows lens data of this example. In this numerical example, the optical path difference added to the incident light beam by the diffractive structure DOE1 is represented by an optical path difference function.
Figure 0004462108
Figure 0004462108

本実施例を含め、以降の実施例2及び3において、光密度光ディスクHDの開口数NA1は0.85、DVDの開口数NA2は0.65、CDの開口数NA3は0.50である。また、表1、後述する表2及び表3において、r(mm)は曲率半径、d(mm)はレンズ間隔、n405、n655、n785は、それぞれ、第1波長λ(=405nm)、第2波長λ(=655nm)、第3波長λ(=785nm)に対するレンズの屈折率、νはd線のレンズのアッベ数、MHD、MDVD、MCDは、それぞれ、HDに対する記録/再生に使用する回折光の回折次数、DVDに対する記録/再生に使用する回折光の回折次数、CDに対する記録/再生に使用する回折光の回折次数である。また、10のべき乗数(例えば2.5×10−3)を、E(例えば 2.5E―3)を用いて表すものとする。 In the following Examples 2 and 3, including this embodiment, the numerical aperture NA1 of the optical density optical disk HD is 0.85, the numerical aperture NA2 of DVD is 0.65, and the numerical aperture NA3 of CD is 0.50. In Table 1 and Tables 2 and 3 described later, r (mm) is the radius of curvature, d (mm) is the lens interval, and n 405 , n 655 , and n 785 are the first wavelengths λ 1 (= 405 nm), respectively. ), The refractive index of the lens for the second wavelength λ 2 (= 655 nm), the third wavelength λ 3 (= 785 nm), ν d is the Abbe number of the d-line lens, M HD , M DVD , M CD are respectively These are the diffraction order of diffracted light used for recording / reproducing for HD, the diffraction order of diffracted light used for recording / reproducing for DVD, and the diffraction order of diffracted light used for recording / reproducing for CD. Further, a power of 10 (for example, 2.5 × 10 −3 ) is expressed using E (for example, 2.5E-3).

ベースレンズと樹脂層の境界面(第2面)、樹脂層の光ディスク側の光学面(第3面)、対物レンズOLの光源側の光学面(第4面)、光ディスク側の光学面(第5面)はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。
[非球面表現式]
z=(y/R)/[1+√{1−(Κ+1)(y/R)}]+A+A+A+A1010+A1212+A1414+A1616+A1818+A2020但し、z:非球面形状(非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離)y:光軸からの距離R:曲率半径Κ:コーニック係数A,A,A,A10,A12,A14,A16,A18,A20:非球面係数
The boundary surface (second surface) between the base lens and the resin layer, the optical surface on the optical disc side (third surface) of the resin layer, the optical surface on the light source side (fourth surface) of the objective lens OL, and the optical surface on the optical disc side (first surface). Each of the five surfaces is an aspherical shape, and this aspherical surface is expressed by an equation obtained by substituting the coefficient in the table into the following aspherical shape equation.
[Aspheric expression]
z = (y 2 / R) / [1 + √ {1- (Κ + 1) (y / R) 2 }] + A 4 y 4 + A 6 y 6 + A 8 y 8 + A 10 y 10 + A 12 y 12 + A 14 y 14 + A 16 y 16 + A 18 y 18 + A 20 y 20 where z: aspherical shape (distance in the direction along the optical axis from the plane contacting the surface apex of the aspherical surface) y: distance from the optical axis R: radius of curvature Κ : conic coefficient A 4, A 6, A 8 , A 10, A 12, A 14, A 16, A 18, A 20: aspherical coefficients

また、回折構造DOE1は、回折構造DOE1により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ(mm)で表される。
[光路差関数]
φ=M×λ/λ×(B+B+B+B+B1010)但し、φ:光路差関数λ:回折構造に入射する光束の波長λ:製造波長M:光ディスクに対する記録/再生に使用する回折光の回折次数y:光軸からの距離B,B,B,B,B10:回折面係数
The diffractive structure DOE1 is represented by an optical path difference added to the incident light beam by the diffractive structure DOE1. Such an optical path difference is represented by an optical path difference function φ (mm) obtained by substituting the coefficient in the table into an expression representing the next optical path difference function.
[Optical path difference function]
φ = M × λ / λ B × (B 2 y 2 + B 4 y 4 + B 6 y 6 + B 8 y 8 + B 10 y 10 ) where φ: optical path difference function λ: wavelength of light beam incident on the diffractive structure λ B : Production wavelength M: Diffraction order of diffracted light used for recording / reproducing with respect to optical disc y: Distance from optical axis B 2 , B 4 , B 6 , B 8 , B 10 : Diffraction surface coefficient

次に、図3に示した収差補正素子SACと対物レンズOLとから構成される対物レンズユニットOUの具体的な数値実施例(実施例2)を例示する。収差補正素子SACは、紫外線硬化樹脂からなる樹脂層と樹脂製のベースレンズとを積層した構成を有し、ベースレンズと樹脂層の境界面には回折構造DOE1が形成され、ベースレンズの光源側の光学面には位相構造としての回折構造DOE2が形成されている。また、対物レンズOLは、第1波長λとHDの保護層PL1の厚さtとに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたガラスレンズ(HOYA社製BACD5)であるが、プラスチックレンズとしても良い。
本実施例のレンズデータを表2に示す。本数値実施例では、回折構造DOE1及びDOE2により入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。

Figure 0004462108
Figure 0004462108
Next, a specific numerical example (Example 2) of the objective lens unit OU composed of the aberration correction element SAC and the objective lens OL shown in FIG. 3 will be exemplified. The aberration correction element SAC has a configuration in which a resin layer made of an ultraviolet curable resin and a resin base lens are laminated, and a diffractive structure DOE1 is formed on the boundary surface between the base lens and the resin layer, and the light source side of the base lens. A diffractive structure DOE2 as a phase structure is formed on the optical surface. The objective lens OL is a glass lens (BACD5 manufactured by HOYA) whose aspheric shape is designed so that spherical aberration is minimized with respect to the first wavelength λ 1 and the thickness t 1 of the HD protective layer PL 1. However, it may be a plastic lens.
Table 2 shows lens data of this example. In this numerical example, the optical path difference added to the incident light beam by the diffractive structures DOE1 and DOE2 is represented by an optical path difference function.
Figure 0004462108
Figure 0004462108

ベースレンズと樹脂層の境界面(第2面)、樹脂層の光ディスク側の光学面(第3面)、対物レンズOLの光源側の光学面(第4面)、光ディスク側の光学面(第5面)はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、上記非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。   The boundary surface (second surface) between the base lens and the resin layer, the optical surface on the optical disc side (third surface) of the resin layer, the optical surface on the light source side (fourth surface) of the objective lens OL, and the optical surface on the optical disc side (first surface). Each of the five surfaces has an aspherical shape, and this aspherical surface is expressed by an equation obtained by substituting the coefficient in the table into the aspherical shape equation.

また、回折構造DOE1及びDOE2は、各回折構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記光路差関数を表す式に表2中の係数を代入した光路差関数φ(mm)で表される。   The diffractive structures DOE1 and DOE2 are represented by optical path differences added to the incident light flux by each diffractive structure. Such an optical path difference is represented by an optical path difference function φ (mm) obtained by substituting the coefficient shown in Table 2 into the formula representing the optical path difference function.

次に、図4に示した収差補正素子SACと対物レンズOLとから構成される対物レンズユニットOUの具体的な数値実施例(実施例3)を例示する。収差補正素子SACは、紫外線硬化樹脂からなる樹脂層と樹脂製のベースレンズとを積層した構成を有し、ベースレンズと樹脂層の境界面には回折構造DOE1が形成され、ベースレンズの光源側の光学面には位相構造としての回折構造DOE2が形成されている。また、対物レンズOLは、第1波長λとHDの保護層PL1の厚さtとに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計されたガラスレンズ(HOYA社製BACD5)であるが、プラスチックレンズとしても良い。
本実施例のレンズデータを表3に示す。本数値実施例では、回折構造DOEにより入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。

Figure 0004462108
Figure 0004462108
Next, specific numerical value examples (Example 3) of the objective lens unit OU including the aberration correction element SAC and the objective lens OL shown in FIG. 4 will be exemplified. The aberration correction element SAC has a configuration in which a resin layer made of an ultraviolet curable resin and a resin base lens are laminated, and a diffractive structure DOE1 is formed on the boundary surface between the base lens and the resin layer, and the light source side of the base lens. A diffractive structure DOE2 as a phase structure is formed on the optical surface. The objective lens OL is a glass lens (BACD5 manufactured by HOYA) whose aspheric shape is designed so that spherical aberration is minimized with respect to the first wavelength λ 1 and the thickness t 1 of the HD protective layer PL 1. However, it may be a plastic lens.
Table 3 shows lens data of this example. In this numerical example, the optical path difference added to the incident light beam by the diffractive structure DOE is represented by an optical path difference function.
Figure 0004462108
Figure 0004462108

ベースレンズと樹脂層の境界面(第2面)、樹脂層の光ディスク側の光学面(第3面)、対物レンズOLの光源側の光学面(第4面)、光ディスク側の光学面(第5面)はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、上記非球面形状式に表3中の係数を代入した数式で表される。   The boundary surface (second surface) between the base lens and the resin layer, the optical surface on the optical disc side (third surface) of the resin layer, the optical surface on the light source side (fourth surface) of the objective lens OL, and the optical surface on the optical disc side (first surface). Each of the five surfaces has an aspherical shape, and this aspherical surface is expressed by an equation obtained by substituting the coefficients in Table 3 into the aspherical shape equation.

また、回折構造DOE1及びDOE2は、各回折構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ(mm)で表される。   The diffractive structures DOE1 and DOE2 are represented by optical path differences added to the incident light flux by each diffractive structure. Such an optical path difference is represented by an optical path difference function φ (mm) obtained by substituting the coefficient in the table into the formula representing the optical path difference function.

次に、実施例4として、図5に示すd線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面にも回折構造を設けた場合のレンズデータを表4に示す。

Figure 0004462108
Next, as Example 4, Table 4 shows lens data in the case where a diffractive structure is also provided on the interface between the material having a larger Abbe number on the d line shown in FIG.
Figure 0004462108

表4に示すように、本実施例では、波長λ407nmのときの焦点距離f1=2.60mm、倍率m1=0に設定されており、波長λ=655nmのときの焦点距離f2=2.55mm、倍率m2=0に設定されており、波長λ=785nmのときの焦点距離f3=2.54mm、倍率m3=0に設定されている。
また、ベースレンズBLのd線における屈折率nd=1.5435、d線におけるアッベ数ν=56.7、樹脂層UVのd線における屈折率nd=1.5600、d線におけるアッベ数ν=23.0、対物レンズOLのレンズ材料のd線における屈折率nd=1.5891、d線におけるアッベ数ν=61.3に設定されている。
As shown in Table 4, in this embodiment, the focal length f1 = 2.60 mm at the wavelength λ 1 407 nm and the magnification m1 = 0 are set, and the focal length f2 = 2 at the wavelength λ 2 = 655 nm. The focal length f3 = 2.54 mm and the magnification m3 = 0 when the wavelength λ 3 = 785 nm are set.
Further, the refractive index nd = 1.5435 at the d-line of the base lens BL, the Abbe number ν d = 56.7 at the d-line, the refractive index nd = 1.5600 at the d-line of the resin layer UV, and the Abbe number ν at the d-line. d = 23.0, the refractive index nd = 1.5891 of the lens material of the objective lens OL, and the Abbe number ν d = 61.3 of the d -line.

対物レンズOLの光源側の光学面(第5面)と、光ディスク側の光学面(第6面)は非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表4中の係数を代入した数式で表される。
[非球面表現式]
z=(y/R)/[1+√{1−(Κ+1)(y/R)}]+A+A+A+A1010+A1212+A1414
The optical surface on the light source side (fifth surface) and the optical surface on the optical disc side (sixth surface) of the objective lens OL are aspherical, and this aspherical surface is expressed by the following aspherical shape formula with the coefficients in Table 4 It is expressed by a mathematical formula that substitutes.
[Aspheric expression]
z = (y 2 / R) / [1 + √ {1- (Κ + 1) (y / R) 2 }] + A 4 y 4 + A 6 y 6 + A 8 y 8 + A 10 y 10 + A 12 y 12 + A 14 y 14

また、ベースレンズBLと樹脂層UVの境界面(第3面)に形成された回折構造DOE1、ベースレンズBLと空気との境界面(第2面)に形成された回折構造DOE2のそれぞれは、回折構造DOE,DOE2により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表4中の係数を代入した光路差関数φ(mm)で表される。
[光路差関数]
回折構造DOE
φ=λ×M×(B+B+B+B+B1010
回折構造DOE2
φ=λ×M×(B+B+B
なお、ここでMは回折次数であるために、第3面における回折構造DOEの場合にはHD DVDでは1、DVDでは1、CDでは1が代入され、第2面における回折構造DOE2の場合にはHD DVDでは2、DVDでは1、CDでは1が代入される。
Further, each of the diffractive structure DOE1 formed on the boundary surface (third surface) between the base lens BL and the resin layer UV, and the diffractive structure DOE2 formed on the boundary surface (second surface) between the base lens BL and air, It is represented by the optical path difference added to the incident light beam by the diffractive structures DOE and DOE2. Such an optical path difference is represented by an optical path difference function φ (mm) obtained by substituting the coefficient in Table 4 into an expression representing the next optical path difference function.
[Optical path difference function]
Diffraction structure DOE
φ = λ × M × (B 2 y 2 + B 4 y 4 + B 6 y 6 + B 8 y 8 + B 10 y 10 )
Diffraction structure DOE2
φ = λ × M × (B 2 y 2 + B 4 y 4 + B 6 y 6 )
Here, since M is the diffraction order, in the case of the diffractive structure DOE on the third surface, 1 is substituted for HD DVD, 1 for DVD, and 1 for CD, and in the case of diffractive structure DOE2 on the second surface. Is substituted for HD DVD, 1 for DVD, and 1 for CD.

次に、実施例5として、図6に示す対物レンズ(対物光学素子)の表面にも回折構造を設けた場合のレンズデータを表5に示す。

Figure 0004462108
Next, as Example 5, Table 5 shows lens data when a diffraction structure is provided on the surface of the objective lens (objective optical element) shown in FIG.
Figure 0004462108

表5に示すように、本実施例では、波長λ=407nmのときの焦点距離f1=2.60mm、倍率m1=0に設定されており、波長λ=655nmのときの焦点距離f2=2.59mm、倍率m2=0に設定されており、波長λ=785nmのときの焦点距離f3=2.58mm、倍率m3=0に設定されている。
また、ベースレンズBLのd線における屈折率nd=1.5435、d線におけるアッベ数ν=56.7、樹脂層UVのd線における屈折率nd=1.5600、d線におけるアッベ数ν=23.0、対物レンズOLのレンズ材料のd線における屈折率nd=1.5891、d線におけるアッベ数ν=61.3に設定されている。
As shown in Table 5, in this embodiment, the focal length f1 = 2.60 mm when the wavelength λ 1 = 407 nm and the magnification m1 = 0 are set, and the focal length f2 = when the wavelength λ 2 = 655 nm = 2.59 mm, magnification m2 = 0, and focal length f3 = 2.58 mm when wavelength λ 3 = 785 nm, magnification m3 = 0.
Further, the refractive index nd = 1.5435 at the d-line of the base lens BL, the Abbe number ν d = 56.7 at the d-line, the refractive index nd = 1.5600 at the d-line of the resin layer UV, and the Abbe number ν at the d-line. d = 23.0, the refractive index nd = 1.5891 of the lens material of the objective lens OL, and the Abbe number ν d = 61.3 of the d -line.

対物レンズOLの光源側の光学面(第5面)と、光ディスク側の光学面(第6面)は非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表5中の係数を代入した数式で表される。
[非球面表現式]
z=(y/R)/[1+√{1−(Κ+1)(y/R)}]+A+A+A+A1010+A1212+A1414
The optical surface on the light source side (fifth surface) and the optical surface on the optical disc side (sixth surface) of the objective lens OL are aspherical, and this aspherical surface is a coefficient in Table 5 given by It is expressed by a mathematical formula that substitutes.
[Aspheric expression]
z = (y 2 / R) / [1 + √ {1- (Κ + 1) (y / R) 2 }] + A 4 y 4 + A 6 y 6 + A 8 y 8 + A 10 y 10 + A 12 y 12 + A 14 y 14

また、ベースレンズBLと樹脂層UVの境界面(第3面)に形成された回折構造DOE1、対物レンズOLの表面(第5面)に形成された回折構造DOE3のそれぞれは、回折構造DOE,DOE3により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表5中の係数を代入した光路差関数φ(mm)で表される。
[光路差関数]
回折構造DOE
φ=λ×M×(B+B+B+B+B1010
回折構造DOE3
φ=λ×M×(B+B+B
なお、ここでMは回折次数であるために、第3面における回折構造DOEの場合にはHD DVDでは1、DVDでは1、CDでは1が代入され、第5面における回折構造DOE3の場合にはHD DVDでは2、DVDでは1、CDでは1が代入される。
Further, the diffractive structure DOE1 formed on the boundary surface (third surface) between the base lens BL and the resin layer UV and the diffractive structure DOE3 formed on the surface (fifth surface) of the objective lens OL are respectively diffractive structures DOE, It is expressed by the optical path difference added to the incident light beam by DOE3. Such an optical path difference is represented by an optical path difference function φ (mm) obtained by substituting the coefficient in Table 5 into an expression representing the following optical path difference function.
[Optical path difference function]
Diffraction structure DOE
φ = λ × M × (B 2 y 2 + B 4 y 4 + B 6 y 6 + B 8 y 8 + B 10 y 10 )
Diffraction structure DOE3
φ = λ × M × (B 2 y 2 + B 4 y 4 + B 6 y 6 )
Here, since M is the diffraction order, in the case of the diffractive structure DOE on the third surface, 1 is substituted for HD DVD, 1 for DVD, 1 for CD, and diffractive structure DOE3 on the fifth surface. Is substituted for HD DVD, 1 for DVD, and 1 for CD.

光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。It is a principal part top view which shows the structure of an optical pick-up apparatus. 対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of a structure of an objective lens unit. 対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of a structure of an objective lens unit. 対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of a structure of an objective lens unit. 対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of a structure of an objective lens unit. 対物レンズユニットの構成の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of a structure of an objective lens unit.

符号の説明Explanation of symbols

DOE 回折構造
OL 対物レンズ
OU 対物レンズユニット
PU 光ピックアップ装置
SAC 収差補正素子
DOE diffraction structure OL objective lens OU objective lens unit PU optical pickup device SAC aberration correction element

Claims (22)

第1光源から射出される第1波長λの第1光束を用いて厚さtの保護層を有する第1光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行い、第3光源から射出される第3波長λ(>λ)の第3光束を用いて厚さt(>t)の保護層を有する第3光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学系であって、
前記対物光学系は、収差補正素子と、該収差補正素子を通過した前記第1光束及び前記第3光束を、それぞれ、前記第1光ディスク及び前記第3光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズとから構成され、
前記収差補正素子は、ベースレンズと該ベースレンズの表面に樹脂層を積層した構成を有し、前記ベースレンズと前記樹脂層の境界面には輪帯状の段差を有する第1の回折構造が形成され、前記第1の回折構造の巨視的な湾曲であるベースカーブが非球面、又は球面に構成され、前記ベースレンズのd線におけるアッベ数と前記樹脂層のd線におけるアッベ数の差Δνが以下の(1)式を満たすとともに、前記ベースレンズの前記第1波長λにおける屈折率と前記樹脂層の前記第1波長λにおける屈折率の差Δn1が以下の(2)式を満たすことを特徴とする対物光学系。
20<|Δν|<40 (1)
|Δn1|>0.02 (2)
Performs recording and / or reproducing information for the first optical disk having a protective layer with a thickness of t 1 using a first first light flux with wavelength lambda 1 emitted from the first light source is emitted from the third light source An optical pickup device for recording and / or reproducing information on a third optical disc having a protective layer having a thickness t 3 (> t 1 ) using a third light beam having a third wavelength λ 3 (> λ 1 ) An objective optical system used for
The objective optical system collects the aberration correction element and the first and third light fluxes that have passed through the aberration correction element on the information recording surfaces of the first optical disc and the third optical disc, respectively. Objective lens,
The aberration correction element has a configuration in which a base lens and a resin layer are laminated on the surface of the base lens, and a first diffractive structure having a ring-shaped step is formed on the boundary surface between the base lens and the resin layer. And a base curve that is a macroscopic curvature of the first diffractive structure is configured as an aspherical surface or a spherical surface, and a difference Δν d between the Abbe number of the d-line of the base lens and the Abbe number of the d-line of the resin layer. Satisfies the following equation (1), and the difference Δn1 between the refractive index of the base lens at the first wavelength λ 1 and the refractive index of the resin layer at the first wavelength λ 1 satisfies the following equation (2): An objective optical system characterized by that.
20 <| Δν d | <40 (1)
| Δn1 |> 0.02 (2)
前記ピックアップ装置が、更に、第2光源から射出される第2波長λ(>λ)の第2光束を用いて厚さt(≧t)の保護層を有する第2光ディスクに対して情報の記録及び/又は再生を行うことを特徴とする請求項1に記載の対物光学系。 The pick-up device further uses a second light beam having a second wavelength λ 2 (> λ 1 ) emitted from the second light source to a second optical disc having a protective layer having a thickness t 2 (≧ t 1 ). The objective optical system according to claim 1, wherein information is recorded and / or reproduced. 前記ベースカーブは、近軸曲率半径により表現される球面からの光軸に沿った距離である非球面変形量が、光軸から離れるに従い大きくなる非球面であることを特徴とする請求項1又は2に記載の対物光学系。   The base curve is an aspheric surface in which an aspheric deformation amount, which is a distance along the optical axis from a spherical surface expressed by a paraxial radius of curvature, increases as the distance from the optical axis increases. 2. The objective optical system according to 2. 前記境界面とは反対側の前記樹脂層の光学面は、前記ベースカーブと略同形状の非球面であることを特徴とする請求項3に記載の対物光学系。   The objective optical system according to claim 3, wherein an optical surface of the resin layer opposite to the boundary surface is an aspherical surface having substantially the same shape as the base curve. 前記第1の回折構造の前記第1波長λにおける近軸回折パワーPと、前記収差補正素子全系の前記第1波長λ1における近軸屈折パワーPRTが以下の(3)式及び(4)式を満たすことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の対物光学系。
・PRT<0 (3)
0.9<|P・PRT|<1.1(4)
A paraxial diffractive power P D of the first wavelength lambda 1 of the first diffractive structure, the aberration correcting element entire system the first wavelength λ1 paraxial refractive power P RT in the following (3) and ( 4) The objective optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the expression (4) is satisfied.
P D · P RT <0 ( 3)
0.9 <| P D · P RT | <1.1 (4)
前記ベースレンズの前記第2波長λにおける屈折率と前記樹脂層の前記第2波長λにおける屈折率の差Δn2と、前記樹脂層の前記第3波長λにおける屈折率の差Δn3が以下の(5)式乃至(7)式を満たすとともに、前記第1の回折構造は負の近軸回折パワーを有することを特徴とする請求項2に記載の対物光学系。
1.2<|Δn2|/|Δn1|<2.2 (5)
1.4<|Δn3|/|Δn1|<2.4 (6)
1.0<|Δn3|/|Δn2|<2.0 (7)
The refractive index difference Δn2 of the second wavelength lambda 2 of the refractive index between the resin layer in the second wavelength lambda 2 of the base lens, the difference in refractive index in the third wavelength lambda 3 of the resin layer Δn3 is less 3. The objective optical system according to claim 2, wherein the first diffraction structure has negative paraxial diffraction power while satisfying the expressions (5) to (7).
1.2 <| Δn2 | / | Δn1 | <2.2 (5)
1.4 <| Δn3 | / | Δn1 | <2.4 (6)
1.0 <| Δn3 | / | Δn2 | <2.0 (7)
前記回折構造は、前記tと前記tの差に起因する球面収差を補正することを特徴とする請求項6に記載の対物光学系。 The objective optical system according to claim 6, wherein the diffractive structure corrects spherical aberration due to a difference between the t 1 and the t 3 . 前記第1の回折構造は、前記tと前記tの差に起因する球面収差、又は前記第1波長λと前記第2波長λの差に起因する球面収差を補正することを特徴とする請求項6又は7に記載の対物光学系。 The first diffractive structure corrects a spherical aberration caused by a difference between the t 1 and the t 2 or a spherical aberration caused by a difference between the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2. The objective optical system according to claim 6 or 7. 前記ベースレンズの光学面のうち、前記境界面とは反対側の光学面に位相構造が形成されたことを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の対物光学系。   9. The objective optical system according to claim 1, wherein a phase structure is formed on an optical surface opposite to the boundary surface among the optical surfaces of the base lens. 前記ベースレンズの光学面のうち、前記境界面とは反対側の光学面に位相構造が形成され、前記位相構造は、前記第1光束及び前記第3光束を回折せず、前記第2光束を選択的に回折させる特性を有し、前記位相構造により前記tと前記tの差に起因する球面収差、又は前記第1波長λと前記第2波長λの差に起因する球面収差の補正を行うとともに、前記第1の回折構造により前記tと前記tの差に起因する球面収差の補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の対物光学系。 Of the optical surfaces of the base lens, a phase structure is formed on an optical surface opposite to the boundary surface, and the phase structure does not diffract the first light beam and the third light beam, but the second light beam. Spherical aberration caused by the difference between the t 1 and the t 2 due to the phase structure or the spherical aberration caused by the difference between the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 The objective optical system according to claim 2, wherein the spherical aberration due to the difference between the t 1 and the t 3 is corrected by the first diffractive structure. 前記ベースレンズ及び前記樹脂層のうち、前記d線におけるアッベ数が大きい方の材料と空気との境界面に第2の回折構造が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の対物光学系。   5. The second diffractive structure is formed on an interface between the base lens and the resin layer, which has a larger Abbe number in the d-line, and air. The objective optical system according to claim 1. 前記ディスク側に配置された対物光学素子は、d線のアッベ数νが以下の式(8)を満たし、前記対物光学素子の表面には第2の回折構造が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の対物光学系。
40≦ν≦70 (8)
The objective optical element arranged on the disk side has an Abbe number ν d of d line satisfying the following formula (8), and a second diffractive structure is formed on the surface of the objective optical element. The objective optical system according to any one of claims 1 to 4.
40 ≦ ν d ≦ 70 (8)
前記第2の回折構造は断面が複数の階段形状の回折構造であり、波長に応じて光を選択的に回折又は透過することを特徴とする請求項11又は12に記載の対物光学系。   The objective optical system according to claim 11, wherein the second diffractive structure is a diffractive structure having a plurality of steps in cross section, and selectively diffracts or transmits light according to a wavelength. 前記第2の回折構造はブレーズ型回折構造であることを特徴とする請求項11又は12に記載の対物光学系。   The objective optical system according to claim 11, wherein the second diffractive structure is a blazed diffractive structure. 以下の(9)式を満たすことを特徴とする請求項11乃至14の何れか一項に記載の対物光学系。
0.9×t≦t≦1.1×t(9)
The objective optical system according to claim 11, wherein the following expression (9) is satisfied.
0.9 × t 1 ≦ t 2 ≦ 1.1 × t 1 (9)
前記樹脂層は紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項1乃至15の何れか一項に記載の対物光学系。   The objective optical system according to claim 1, wherein the resin layer is an ultraviolet curable resin. 前記ベースレンズはモールド成形により製造されたことを特徴とする請求項1乃至16の何れか一項に記載の対物光学系。   The objective optical system according to claim 1, wherein the base lens is manufactured by molding. 前記ベースレンズは樹脂製であることを特徴とする請求項1乃至16の何れか一項に記載の対物光学系。   The objective optical system according to claim 1, wherein the base lens is made of resin. 以下の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至18の何れか一項に記載の対物光学系。
α×λ=λ
K1−0.1≦α≦K1+0.1
但し、K1:自然数
The objective optical system according to any one of claims 1 to 18, wherein the following relationship is satisfied.
α × λ 1 = λ 3
K1-0.1 ≦ α ≦ K1 + 0.1
K1: Natural number
前記対物レンズは、前記tと前記第1波長λとの組合せに対して球面収差補正が最適化されたことを特徴とする請求項1乃至19の何れか一項に記載の対物光学系。 The objective lens, the objective optical system according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the spherical aberration correction for a combination of the t 1 and the first wavelength lambda 1 is optimized . 請求項1乃至20の何れか一項に記載の対物光学系を搭載したことを特徴とする光ピックアップ装置。   An optical pickup device comprising the objective optical system according to any one of claims 1 to 20. 請求項21に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。   An optical disk drive device comprising the optical pickup device according to claim 21 mounted thereon.
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