WO2001026103A1

WO2001026103A1 - Lentille d'objectif et capteur optique

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Publication number: WO2001026103A1
Application number: PCT/JP2000/006918
Authority: WO
Inventors: Satoshi Nakano
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2001-04-12
Also published as: KR100747673B1; KR20010089534A; CN1339157A; JP4821081B2; US6674059B1; CN1214377C

Description

明細 ^: 対物レンズ及び光ピックァップ装置技術分野本発明は、光ビームを集光する対物レンズ、特に光ピックアップ装置に用いて有用な対物レンズ及びこの対物レンズを用いる光ピックアップ装置に関する。背景技術従来、情報信号の記録密度や記録容量等の規格を異にする複数の光記録媒体、例えば、 DVD (Digital Versatile Disc)規格の光デイスク及び CD (Compact Disc) 規格の光ディスクの如く異なる規格の光ディスクの双方に対して情報信号の記録又は再生を行うことを可能とする光ピックアップ装置が提案されている。

この種の光ピックアツプ装置として、特開平 7— 9 843 1号公報に記載されているものがある。この公報に記載される光ピックァップ装置は、対物レンズの表面の一部にホログラムを形成し、異なる規格の光ディスクを用いる場合に問題となる球面収差を補正するようにしたものである。この光ピックアップ装置に用いられる対物レンズは、波長 6 5 0 nmの光ビームを厚さ 0. 6mmのカバ一層、例えば光ディスクのディスク基板を介して開口数（NA) 0. 6にて光ディスクの信号記録層に集光させるように形成されている。また、対物レンズの表面に形成されたホログラムは、波長 7 8 0 n m の光ビームの 1次光を厚さ 1 . 2 m mのカバ一層、例えば光デイスクのディスク基板を介して開口数（N A ) 0 . 4 5にて光ディスクの信号記録層に集光させるように形成されている。

この光ピックアップ装置は、波長えを 6 5 0 n mとする光ビームのホログラムを透過する 0次光と、ホログラムが形成されていない領域における透過光とによって D V D規格の光ディスクに対して情報信号の記録再生を行い、波長えを 7 8 0 n mとする光ビームのホログラムにより回折される 1次光によって C D規格の光ディスクに対して記録再生を行う。

上述のような対物レンズを備えた光ピックアツプ装置は、波長入が 6 5 0 n mの光ビームのホログラムを透過する 0次光の回折効率と、波長えを 7 8 O n mとする光ビームのホログラムにおける 1次光の回折効率とを 4 0 %程度以上に大きくすることはできない。この光ピックアップ装置においては、光源から出射され対物レンズ及び回折光学素子を経て光記録媒体に至り、光記録媒体から反射され、再び、対物レンズ及び回折光学素子を経て受光素子に受光される往復の光ビームの利用効率は、回折光学素子を 2回通るために 1 6 % 以下という低効率のものとなってしまう。

また、ホログラムを用いた光ピックアップ装置は、不要回折光による迷光の問題がある。

さらに、対物レンズを合成樹脂で形成した場合には、温度変化に伴う合成樹脂の屈折率の変化により収差が発生するという問題がある。発明の開示本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、上述した従来の光ピックアツプ装置及び対物レンズが有する問題点を解消する新規な光ピックアツプ装置及び対物レンズを提供することを目的とする。

また、本発明は、光源から出射された光ビームを高い効率で利用しつつ、情報信号の記録密度を異にする複数種類の光記録媒体に対して情報信号の記録再生を行うことができる光ピックアップ装置及び対物レンズを提供することを目的とする。

更に、本発明は、不要回折光などによる迷光や温度変化に伴う収差の発生を抑えることができる光ピックアツプ装置及び対物レンズを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために提案される本発明に係る対物レンズは、凸レンズと、この凸レンズの少なくとも一面又はその近傍に設けられた回折光学素子とを備え、凸レンズが入射された光ビームを所定の厚さの平行平板を介して集光面上に集光させるにあたつて、回折光学素子がない状態では球面収差を補正不足となし、回折光学素子により回折することにより光ビームを球面収差が補正された状態で集光面上に集光させる。

また、本発明に係る光ピックアップ装置は、互いに異なる波長の光ビームを出射する 2つの光源と、各光源から出射された各々の光ビームを光記録媒体が有する透明カバー層を介して光記録媒体の信号記録面上に集光させる対物レンズと、信号記録面により反射された光ビームを光源に戻る光路より分岐させる光ビーム分岐素子と、この光ビーム分岐素子により分岐された光ビームを受光する光検出器とを備える。ここで、対物レンズは、凸レンズと、この凸レンズの少なくとも一面又はその近傍に設けられた回折光学素子とからなり、各光源から出射された波長を異にする 2つの光ビームについてそれぞれ回折光学素子による同次数の回折光を信号記録面上に集光させることにより、透明カバー層において生ずる球面収差を補正した状態でそれぞれの光ビームを信号記録面上に集光させる。

また、本発明に係る光ピックアップ装置は、光ビームを出射する光源と、この光源から出射された光ビームを光記録媒体の信号記録面上に集光させる対物レンズと、信号記録面により反射された光ビームを光源に戻る光路より分岐させる光ビーム分岐素子と、この光ビーム分岐素子により分岐された光ビームを受光する光検出器とを備える。ここで用いられる対物レンズは、合成樹脂により形成された凸レンズと、この凸レンズの少なくとも一面に設けられたプレーズ型のホログラムとからなり、このホログラムの + 1次回折光又は一 1次回折光を使用することによって、温度変化に伴う発生する合成樹脂製の凸レンズの屈折率の変化により発生する球面収差をキヤ本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施例の説明から一層明らかにされるであろう。図面の簡単な説明図 1は、本発明に係る対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップ装置を示す側面図である。図 2は、対物レンズを構成する凸レンズを説明するために用いる透明カバー層が第 1の厚さとして形成された例を示す側面図である。図 3は、透明カバー層が第 2の厚さとして形成された例を示す側面図である。

図 4は、本発明に係る対物レンズを示す断面図である。

図 5は、本発明に係る対物レンズを示す側面図である。

図 6は、本発明に係る対物レンズの光学特性を示す特性図である。図 7は、対物レンズの開口数が第 2の開口数 N A 2よりも小なる領域によるスポットダイヤグラムである。

図 8は、対物レンズの特性を示す開口数が第 2の開口数 N A 2よりも大なる領域によるスポットダイヤグラムである。

図 9は、本発明に係る対物レンズの他の例を示す断面図である。図 1 0は、ブレーズド型ホログラムを示す断面図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明に係る対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアツプ装置を図面を参照しながら説明する。

本発明に係る対物レンズを用いた光ピックアップ装置は、図 1に示すように、第 1の波長え 1の光ビームを出射する第 1の光源 1 と、第 2の波長え 2の光ビームを出射する第 2の光源 2とを備えている c これら光源には、半導体レーザが用いられている。第 1の光源から出射された第 1の波長え 1の光ビーム及び第 2の光源 2から出射された第 2の波長 λ 2の光ビームは、ビームスプリッ夕プリズム 3によって同一光路上に合成され、光ビーム分岐素子となるダイクロイックビ一ムスプリヅ夕 4によってコリメ一夕レンズ 5が配置された方向へ反射される。

コリメ一夕レンズ 5は、入射された光ビームを平行光にコリメ一卜し、ホログラム一体型の対物レンズ 6に入射させる。ホログラム一体型の対物レンズ 6は、合成樹脂により形成された凸レンズと、凸レンズの一方の面の全面に一体的に形成された回折光学素子となるホログラムとから構成されている。この対物レンズ 6に入射された光ビームは、光記録媒体である光ディスク 7の信号記録面 7 a上に、光ディスク 7を構成する透明カバ一層 7 bを透過して集光される。ここで、透明カバー層 7 bは、光ディスクを構成するディスク基板である。

本発明に係る光ピックアツプ装置の第 1及び第 2の光源 1， 2は、同時に使用されるものではなく、第 1の光ディスクを用いる場合には第 1の光源 1から光ビームが出射され、第 2の光ディスクを用いる場合には第 2の光源 2から光ビームが出射される。ここで、第 1 の光ディスクは、ディスク基板を構成する透明カバ一層の厚さを 0. 6 mmの第 1の厚さとなし、開口数（NA) が 0. 6の対物レンズを用い、波長が 63 0 nm乃至 6 60 nmの光ビームにより情報信号の記録再生が行われるように構成されたものである。この種の光ディスクとしては、 DVD (Digital Versatile Disc)規格の光ディスクが用いられる。

また、第 2の光ディスクは、ディスク基板を構成する透明カバ一層の厚さを 1. 2 mmの第 2の厚さとなし、開口数（NA) が 0. 4乃至 0. 5 5の対物レンズを用い、波長が 7 7 5 nm乃至 7 9 5 nmの光ビームにより情報信号の記録又は再生が行われるように構成されたものである。この種の光ディスクとしては、 CD (Compac t Disc) 規格の光ディスクが用いられる。

それぞれ記録密度等の規格を異にする第 1の光ディスクが DVD 規格の光ディスクである場合には、 63 0 nm乃至 6 60 nmの第 1の波長え 1の光ビームが記録再生に用いられ、第 2の光ディスクが CD規格の光ディスクである場合には、 7 7 5 nm乃至 7 9 5 η mの第 2の波長； I 2の光ビームが記録又は再生に用いられる。

光ディスク 7に入射され、光ディスク 7の信号記録面 7 aで反射された光ビームは、対物レンズ 6、コリメ一夕レンズ 5の順に透過し、平行平板型のビームスプリッ夕 4を透過し光検出器となるフォトダイォ一ド 8によって検出される。

ホ口グラム一体型の対物レンズ 6のベースとなる凸レンズの面形状は、開口数（NA) が 0. 6であって、透明カバー層の厚さが— 2. 5 mmの仮想ディスクに対して球面収差が最小となるように形成されている。ここで、仮想ディスクの透明カバー層の厚さを t 0 とする。この凸レンズのみで光ビームを集光させた場合、図 2に示すように、透明カバ一層の厚さ t 1が 0. 6 mmの第 1の光デイスクに対しては、球面収差が補正不足（アンダー）の状態となる。このとき、透明カバー層の厚さ t 2が 1. 2mmの第 2の光ディスクに対する球面収差は、図 3及び次式に示すように、透明カバ一層の厚さ t lが 0. 6 mmである場合の球面収差に対して、 1. 2倍大きくなる。

( t 2— t 0 ) / ( t l— t 0 ) 二 1. 2

このべ一スとなる凸レンズの面形状の第 1面（光源側）に、図 4 に示すように、ブレーズド型ホログラムを一体的に形成したものが本発明に係るホログラム一体型の対物レンズ 6である。この対物レンズ 6は、厚さ t lが 0. 6 mmの透明カバー層に入射する波長が 630 nm乃至 660 nmの第 1の波長え 1の光ビームに対するブレ一ズド型ホログラムによる 1次回折光の球面収差が、図 5に示すように、（人 1) /100RMS以下、好ましくは、（入 1 ) /2 00 RMS以下となるように補正されている。

このとき、このホログラムを透過する 775 nm乃至 795 nm の第 2の波長え 2の光ビームの 1次回折光の回折角は、以下の式に示すように、第 1の波長え 1の 1次回折光の回折角の 1. 2倍となる。

λ 2/ λ 1 = 1. 2

したがって、このホログラムにより、厚さ t 2を 1. 2mmとなす透明カバー層に入射する第 2の波長え 2の光ビームに対する 1次回折光の球面収差も同時に（え 2) /30RMS以下程度に補正することができる。

ここで、ホログラム一体型の対物レンズ 6の開口数 N A 2を 0 · 5とすると、厚さを 1. 2 mmとなす第 2の厚さ t 2の透明カバー層に入射する 775 nm乃至 795 nmの第 2の波長え 2の光ビ一ムの 1次回折光の球面収差は、図 6に示すように、開口数（NA) が 0. 5未満の、すなわち、第 2の開口数 N A 2より小さい領域を通過した光ビームについては十分に低く抑えられていることがわかる。一方、この球面収差は、開口数（NA) が 0. 5以上の、すなわち、第 2の開口数 NA2より大きい領域を通過した光ビームについては急激に増大している。

本発明に係るホログラム一体型の対物レンズ 6を用いて、第 2の波長人 2の光ビームを第 2の厚さ t 2の透明カバ一層を透過して光ディスクの信号記録面に集光させたときのスポットダイヤグラムを、図 7及び図 8に示す。図 7は、開口数（NA) が第 2の閧口数 NA 2よりも小なる領域によるスポットであり、図 8は、開口数（N A) が第 2の開口数 NA2よりも大なる領域によるスポットを示す < 図 8からわかるように、開口数（NA) が¾2の開口数 NA2よりも犬なる領域を通過した光ビームによるスポットは、広く拡散しており、光ディスクからの情報信号の読み取りにほとんど影響を与えない。

本発明に係る対物レンズを用いた光ビックアツプ装置は、 D VD 規格の光ディスクに対し情報信号の記録再生を行う場合には、波長人を 630 nm乃至 660 11111とする第 1の波長え 1の光ビームをホログラムにより回折したときの 1次回折光を用い、 CD規格の光ディスクに記録された情報信号の再生を行うときには、波長えを 7 75 nm乃至 795 nmとする第 2の波長え 2の光ビームをホログラムにより回折したときの 1次回折光を用いる。このように、第 1 の波長え 1の光ビーム及び第 2の波長え 2の光ビームは、同次数の回折光であれば 1次回折光に限られるものではない。ブレーズド型ホログラムの深さを適宜選ぶことにより、波長えを 630 nm乃至 66 O nmとする第 1の波長人 1の光ビームを透過させたときの 1 次回折光の回折効率と、波長えを 775 nm乃至 795 nmとする第 2の波長え 2の光ビームを透過させたときの 1次回折光の回折効率を、それぞれ 75%以上、好ましくは 90%以上にすることができる。

また、波長人を 775 nm乃至 795 nmとする第 2の波長 λ 2 より長い第 3の波長； I 3の光ビームを用い、対物レンズ 6の開口数 (N A) を 0. 5未満の第 2の開口数 N A 2より小なる第 3の開口数 NA3とすると、本発明に係る対物レンズ 6は、第 2の波長入 2 より波長人の長い第 3の波長え 3の光ビームを用いた場合に、回折光学素子の 1次回折光により、透明カバ一層の厚さが第 2の厚さ t 2、すなわち 1. 2 mmより厚い第 3の厚さ t 3であるときの球面収差をえ 3/50RMS以下に補正することができる。

次に、本発明に係る対物レンズ 6の他の例を、図 9を参照して説明する。

図 9に示す対物レンズ 6は、開口数（NA) が 0. 5未満の第 2 の開口数 N A 2より小なる領域については、上述した対物レンズ 6 と同様に形成する。そして、開口数（NA) が第 2の開口数 NA2 より犬なる領域については、ベースとなる凸レンズの面形状を、第

1の厚さ t 1、すなわち 0. 6 mmの厚さの透明カバ一層を有する光ディスクに対して球面収差が最小となるように設定し、開口数

(NA) が第 2の開口数 N A 2より犬なる領域については、ホログラム素子を設けないように構成したものである。

このように対物レンズ 6を構成することにより、開口数（NA) を 0. 6とする第 1の開口数 N A 1より小なる領域、すなわち、凸レンズの全面で、第 1の厚さ t 1の透明カバ一層に入射する第 1の波長え 1の光ビームの球面収差を小さく保ったまま、同時に、開口数（NA) を 0. 5未満とする第 2の開口数 NA2より小なる領域では、第 2の厚さ t 2の透明カバー層に入射する第 2の波長え 2の光ビームの球面収差を小さく保ち、かつ、開口数（NA) が第 2の開口数 NA2より大なる領域では、第 2の厚さ t 2の透明カバ一層に入射する第 2の波長え 2の光ビームの球面収差を非常に大きくすることができる。

対物レンズ 6を図 9に示すように構成することにより、第 2の厚さ t 2、すなわち 1. 2 mmの厚さの透明カバ一層を有する第 2の光ディスクの信号記録面に 775 nm乃至 79 5 nmの第 2の波長入 2の光ビームを集光させたとき、開口数（NA) を第 2の開口数 N A 2より大なる領域を光ビームが透過することにより、信号記録面に形成される光ビームのスポット径を前述した対物レンズを用いた場合より大きくでき、透明カバー層の厚さを 1. 2mmとする C D規格の光ディスクに記録された情報信号の読み取りを一層正確に ί亍うことができる。

さらに、本発明に係る光ビックアップ装置に用いられる対物レンズは、開口数（ΝΑ) が第 2の開口数 ΝΑ2より犬なる領域に、開口数が第 2の開口数 N A 2より小なる領域のホログラム素子よりも深さが浅い回折素子を設けることにより、開口数（NA) が第 2の開口数 N A 2より小なる領域を透過する 630 nm乃至 660 nm の第 1の波長の人 1の光ビームの 1次回折光の回折効果と、開口数 (N A) が第 2の開口数 NA 2より犬なる領域を透過する第 1の波長の人 1の光ビームの 0次光の回折効率とを等しくすることができる。このようにすることにより、開口数（NA) が第 2の開口数 N A2より大なる領域、すなわち、対物レンズの外周部分を透過する光量の調節を行うことができる。

さらにまた、本発明に係る光ピックァヅプ装置に用いられる対物レンズは、開口数（NA) を 0. 5未満とする第 2の開口数 NA2 より小なる領域と、開口数（NA) が第 2の開口数 N A 2より犬なる領域とで、凸レンズの球面の形状及びホログラムのパターンを変えることとしてもよい。すなわち、閧口数（NA) が第 2の閧口数 NA2、すなわち 0. 5より小さい領域においては、厚さを 1. 2 mmとなす第 2の厚さ t 2の透明カバー層に入射する 775 nm乃至 795 nmの第 2の波長人 2の光ビームの 1次回折光の球而収差が低く抑えられるように構成し、 Uj口数（NA) が第 2の開 [I数 N A 2より大なる領域においては、ベースとなる凸レンズの面形状を、仮想ディスクの透明カバー層の厚さが、第 1の厚さ t 1よりも薄く、前述の厚さ t 0よりも厚い厚さ t 0 ' 、例えば一 1. 0 mmとして、球面収差が最小となるように設定する。

このとき、対物レンズにおいて開口数（NA) が 0. 5未満の第 2の開口数 NA2より小なる領域と開口数（NA) が第 2の開口数 NA 2より大なる領域との曲面の曲率はともに同じとし、レンズの肉厚も同じ値になるようにする。ただし、開口数（NA) が第 2の開口数 N A 2より犬なる領域においては、仮想的な肉厚、つまり、レンズの中心まで仮想的に延長したときの肉厚である。

このように構成することにより、開口数（NA) が 0. 5未満の第 2の開口数 N A 2より犬なる領域での厚さが 0. 6 mmの第 1の厚さ t 1の透明カバー層に対する球面収差は、補正不足（アンダ一）で、かつ、開口数（NA) が第 2の開口数 N A 2より犬なる領域に相当する部分より発生する球面収差が小さくなる。

そして、第 1の厚さ t 1の透明カバ一層に入射する波長人を 63 0 nm乃至 660 nmとする第 1の波長え 1の光ビームの + 1次回折光の球面収差を補正するように、開口数（NA) が第 2の開口数 NA 2より大なる領域にもホログラムを形成する。このとき、閧口数（NA) が第 2の開口数 NA2より大なる領域を透過して第 2の厚さ t 2の透明カバーに入射する波長えを 775 nm乃至 795 nmとする第 2の波長え 2の光ビームの球面収差は、ホログラムによっても十分には補正されず、前述した図 4に示す対物レンズ 6よりさらに大きい球面収差となる。よって、笫 2の波長入 2の光ビームを用いて、厚さが 1. 2 mmの第 2の厚さ t 2の透明カバー層を有する光ディスクに対し情報信号を記録再生するときに、開口数（NA) が第 2の開口数 NA 2より大なる領域を透過した光ビームは情報信号の記録再生に寄与することがない。

このように設計したレンズにおいては、閧口数（NA) が第 2の開口数 NA2より小である領域と、開口数（NA) が第 2の開口数 N A 2よりも大である領域とが、互いに不連続な非球面関数で表される曲面で構成されている。

ここで、ホログラムの形状としては、図 10に示すように、同心円状のブレーズド形状とし、その高さ dは、波長人が第 1の波長え 1のときの対物レンズの媒質の屈折率を n 1、第 2の波長え 2のときの対物レンズの媒質の屈折率を n 2とすると、以下の式に示す値となっている。

0. 8 · λ 1/ (η 1— l ) <d< l . 2 · λ 2/ (n 2 - 1 ) 望ましくは、高さ dは、以下の式に示す値となす。

d= {A l/ (n l - l ) +A 2/ (n2- l) } /2

= λ ΐ/2 (η 1 - 1 ) + λ 2/2 (η 2 - 1 )

このようにブレーズ形状の高さ dを選ぶことにより、第 1の波長え 1及び第 2の波長え 2の光ビームの + 1次回折光の回折効率をそれぞれ 95%以上にすることができる。このときのブレーズド形状の傾き方向は、凸レンズの全面に亘って、図 1 0に示すように、中心側より外周側のほうが低くなる方向となされている。これは、ベースの凸レンズの面形状が第 1の厚さ t 1の透明カバー層に対して、球面収差が補正不足（アンダー）であるものを、同心円状のホログラムによって、レンズの中心側方向に（+ 1次）回折光を回折させることにより、球面収差を袖 iJ^:-をさせるためである。

ところで、対物レンズを形成するために用いられる合成樹脂材料は、環境温度が上昇すると屈折率が下がる。そのため、合成樹脂により形成した対物レンズは、球面収差を補正過剰な状態、すなわち球面凹レンズの状態になる。このような球面収差の補正過剰な状態をキャンセルするため、ホログラムを設け、環境温度の上昇に伴つて半導体レーザの発振波長が長波長側にシフ卜することを利用し、球面収差が補正不足となるようにする。このように構成することにより、合成樹脂により形成した対物レンズの温度変化により発生する球面収差を問題のないレベルに抑えることができる。

ここで用いる対物レンズには、例えば光源から出射された光ビームを光ディスクに直接結像させるための合成樹脂製の単玉レンズであって且つ有限系のものが用いられる。例えば、以下に示す表 1に示す形状であって、且つ温度変化時の屈折率の変化による球面収差の発生をキャンセルするため、少なくともレンズの一面にブレーズされたホログラムを有する。

o T x 6 L 0 ε z - ― 0 Ϊ X ΐ ε ε L = 0 0 T x L T 0 = q z 0 ΐ x 8 8 ε 6 z 二 V

9 9 ^ ^ z = Ά

£ £ Z · Z H s— 0 τ x 9 0 0 T = P s— 0 T x I ε 6 z = o - 0 ΐ x 6 9 L 6 二 q

0 T x 9 9 9 二 B

I 0 ΐ x 6 8 τ 9 ニ ^

6 ε g T T u

8 Z T P

9 T z \ Z T H

SI

8X690/00Jr/IDd このとき、対物レンズの光源側を第 1面、光記録媒体側を第 2面としたとき、第 1面の曲率半径 r 1について

0 . 6 7 < r 1 / f ≤ 0 . 7 0

が成立し、第 2面の曲率半径 r 2について、

1 . 3 3 < r 2 / f ≤ 1 . 5 0

が成立し、厚みが 2 . 5 m m以上である対物レンズを設計する。このように設計することにより、レンズの軸外収差をキヤンセルして良好な光学特性を有する対物レンズを得ることができる。

このように形成された対物レンズを用いることにより、記録密度等を異にし、波長を異にする光ビームを用いて記録再生を行う第 1 及び第 2の光ディスクにそれぞれ波長を異にする光ビームを照射して記録再生を行うとき、これら光ディスクにそれぞれ照射される光ビームの球面収差を補正することができ、さらに温度変化による球面収差を抑えることができる。産業上の利用可能性本発明は、記録密度や記録再生に用いる光ビームの波長を異にする複数の種類の光記録媒体にそれぞれ入射される光ビームの球面収差の発生を抑えることができ、また、異なる種類の光記録媒体について、回折光学素子における同次数の光ビームを用いているため、使用する次数の回折光の回折効率を高めることができる。

すなわち、本発明は、光源から出射される光ビームを高い効率で利用しつつ、複数の種類の光記録媒体に対して情報信号の記録再生を行うことができ、不要回折光などによる迷光の問題や温度変化に伴う収差の発生の問題のない光ピックアツプ装置を構成することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 凸レンズと、

上記凸レンズの少なくとも一の面又はその近傍に設けられた回折光学素とを備え、

上記凸レンズは、入射された光ビームを所定の厚さの平行平板を介して集光面上に集光させるにあたって、上記回折光学素子が存在しない状態で球面収差が補正不足となされ、上記回折光学素子により回折された光ビームが球面収差を補正された状態で上記集光面に集光させることを特徴とする対物レンズ。

2 . 互いに異なる波長の光ビームを出射する 2つの光源と、上記各光源からそれぞれ出射された光ビームを光記録媒体に設けられた透明カバー層を透過して上記光記録媒体の信号記録面上に集光させる対物レンズと、

上記信号記録面により反射された光ビームを上記光源に戻る光路より分岐させる光ビーム分岐素子と、

上記光ビーム分岐素子により分岐された光ビームを受光する光検出器とを備え、

上記対物レンズは、凸レンズと、この凸レンズの少なくとも一の面又はその近傍に設けられた回折光学素子とを有し、上記各光源から出射されるそれぞれ波長を異にする 2つの光ビームの上記回折光学素子により回折される同次数の回折光を上記信号記録面上に集光させることにより、上記透明カバ一層において生ずる球面収差を補正した状態で上記光ビームを上記信号記録面上に集光させることを特徴とする光ピックアツプ装置。

3 . 上記対物レンズを構成する凸レンズは、光源より入射された光ビームを信号記録面上に集光させるにあたって、上記回折光学素子が存在しない状態で球面収差が補正不足となされ、上記回折光学素子により回折された光ビームが球面収差を補正された状態で上記集光面に集光させることを特徴とする請求の範囲第 2項記戟の光ピックアツプ装置。

4 . 上記各光源は、第 1の波長 λ 1の光ビームと上記第 1の波長； I 1の波長より長い第 2の波長え 2の光ビームをそれぞれ出射し、上記第 1の波長え 1の光ビームに対する対物レンズの開口数を第 1の開口数 N A 1とし、上記第 2の波長え 2の光ビームに対する対物レンズの開口数を第 2の開口数 N A 2とし、第 1の波長え 1の光ビ一ムに対応する透明カバー層の厚さを第 1の厚さ t l とし、第 2の波長入 2の光ビームに対応する透明カバー層の厚さを第 1の厚さ t 1 より厚い第 2の厚さ t 2としたとき、

光ビームの波長が第 1の波長え 1で開口数が第 1の開口数 N A 1 であるとき、上記回折光学素子により回折された 1次回折光により、透明カバ一層の厚さが第 1の厚さ t 1であるときの球面収差を入/ 1 0 0 R M S以下に補正し、光ビームの波長が第 2の波長え 2で開口数が第 2の閧口数 N A 2であるとき、上記回折光学素子により回折された 1次回折光により、透明カバー層の厚さが第 2の厚さ t 2 であるときの球面収差を人 / 3 0 R M S以下に補正することを特徴とする請求の範囲第 3項記載の光ピックアツプ装置。

5 . 上記回折光学素子は、ブレーズド形状をもったホログラムであり、光源から入射される光ビームの波長が第 1の波長え 1及び第 2 の波長人 2のいずれである場合においても、 1次回折効率がともに 75 %以上であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光ピックアツプ装置。

6. 上記第 1の波長人 1及び第 2の波長人 2の光ビームに対する上記回折光学素子の 1次回折効率が 90 %以上であることを特徴とする請求の範囲第 5項記載の光ピックアツプ装置。

7. 上記第 1の波長え 1が 630 nm乃至 660 nmであり、上記第 2の波長え 2が 775 nm乃至 795 nmであり、上記第 1の厚さ t lが 0. 6 mmであり、上記第 2の厚さ t 2が 1. 2 mmであり、第 1の開口数 NA 1が 0. 6であり、第 2の開口数 N A 2が 0. 4より大きく 0. 55より小さいことを特徴とする請求の範囲第 4 項記載の光ピックアツプ装置。

8. 上記第 2の波長え 2より長い波長の波長人 3の光ビームを用い、上記第 2の開口数 N A 2より小なる第 3の開口数 N A 3において、上記第 2の波長え 2より長い波長の第 3の波長人 3の光ビームを用いた場合に、上記回折光学素子の 1次回折光により、上記透明カバ —層の厚さが第 2の厚さ t 2より厚い第 3の厚さ t 3であるときの球面収差が人 3/50 RM S以下に補正されていることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光ピックアツプ装置。

9. 上記対物レンズを構成する凸レンズは、開口数が第 2の開口数 N A 2よりも小である領域と、開口数が上記第 2の開口数 N A 2よりも大である領域とが、互いに不連続な非球面関数で表される曲面で構成されていることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の光ピックアップ装置。

10. 上記対物レンズを構成する凸レンズは、開口数が第 2の開口数 N A 2よりも大となる領域が、第 1の厚さ t 1の透明カバ一層に対して球面収差が最小となるように設定されていることを特徴とする請求の範囲第 8項記載の光ピックアツプ装置。

1 1. 上記回折光学素子は、上記対物レンズの開口数が第 2の開口数 N A 2よりも大となる領域において、開口数が第 2の開口数 N A 2よりも小となる領域におけるよりも深さが小さいことを特徴とする請求の範囲第 10項記載の光ピックアツプ装置。

12. 上記対物レンズは、開口数が第 2の開口数 N A 2よりも小となる領域のみに、回折光学素子が形成されていることを特徴とする請求の範囲第 10項記載の光ピックアップ装置。

13. 上記回折光学素子は、ブレーズ形状のホログラムであることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光ピックアツプ装置。

14. 上記プレーズ形状の傾きの方向は、対物レンズの中心側より外周側が低くなる方向であることを特徴とする請求の範囲第 13項記載の光ピックアップ装置。

1 5. 上記ブレーズの深さ dは、光ビームの波長が第 1の波長； I 1 であるときの対物レンズの媒質の屈折率を n 1とし、光ビームの波長が第 2の波長え 2であるときの対物レンズの媒質の屈折率を n 2 とするとき、

0. 8 - A l/ (n l - l ) <d< l . 2 · λ 2/ (n 2 - 1 ) が成立する深さとなされていることを特徴とする請求の範囲第 14 項記載の光ピックアツプ装置。

1 6. 上記対物レンズを構成する凸レンズは、合成樹脂により形成され、

上記回折光学素子は、上記凸レンズの少なくとも一の面に設けられたブレーズ型のホログラムであり、

上記ホログラムの + 1次回折光又は— 1次回折光を使用することによって、温度変化に伴う上記凸レンズを構成する合成樹脂材料の屈折率の変化により発生する球面収差がキャンセルされることを特徴とする請求の範囲第 2项記載の光ピックアツプ装置。

1 7 . 上記対物レンズを構成する凸レンズは、合成樹脂により形成され、

上記回折光学素子は、上記凸レンズの少なくとも一の面に設けられたプレーズ型のホログラムであり、

上記ホログラムの + 1次回折光又は一 1次回折光を使用することによって、温度変化に伴う上記凸レンズを構成する合成樹脂材料の屈折率の変化により発生する球面収差がキャンセルされることを特徴とする請求の範囲第 3項記載の光ピックアツプ装置。

1 8 . 光ビームを出射する光源と、

上記光源から出射された拡散光ビームを光記録媒体の信号記録面上に集光させる有限系対物レンズと、

上記対物レンズは、合成樹脂により形成された凸レンズと、この凸レンズの少なくとも一の面に設けられたブレーズ型のホログラムとからなり、このホログラムの + 1次回折光又は— 1次回折光を使用することによって、温度変化に伴う凸レンズを構成する合成樹脂材料の屈折率の変化により発生する球面収差をキャンセルすることを特徴とする光ピックアップ装置。

1 9. 上記対物レンズは、光源側を第 1面、光記録媒体側を第 2面としたとき、第 1面の曲率半径 r 1について、

0. 6 7 < r l/f ≤ 0. 70

が成立し、第 2面の曲率半径 r 2について、

1. 3 3 < r 2/f ≤ l . 50

が成立し、厚みが 2. 5 mm以上であることを特徴とする請求の範囲第 1 8項記載の光ピックアップ装置。