WO2005098840A1 - 多焦点対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

多焦点対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 Download PDF

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WO2005098840A1
WO2005098840A1 PCT/JP2005/006453 JP2005006453W WO2005098840A1 WO 2005098840 A1 WO2005098840 A1 WO 2005098840A1 JP 2005006453 W JP2005006453 W JP 2005006453W WO 2005098840 A1 WO2005098840 A1 WO 2005098840A1
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optical
diffraction
diffracted light
objective lens
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PCT/JP2005/006453
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Tohru Kimura
Junji Hashimura
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Konica Minolta Opto, Inc.
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Definitions

  • Multifocal objective lens, optical pickup device and optical information recording / reproducing device Multifocal objective lens, optical pickup device and optical information recording / reproducing device
  • the present invention relates to a multifocal objective lens, an optical pickup device, and an optical information recording / reproducing device.
  • Laser light sources with a wavelength of 405 nm such as blue-violet semiconductor lasers and blue-violet SHG lasers that convert the wavelength of infrared semiconductor lasers using second harmonic generation, are being put into practical use.
  • an optical disk having a diameter of 12 cm can be used. Up to 20 GB of information can be recorded, and if the NA of the objective lens is increased to 0.85, 23 to 27 GB of information can be recorded on a 12 cm diameter optical disc.
  • an optical disk and a magneto-optical disk using a blue-violet laser light source are collectively referred to as a “high-density optical disk”.
  • NAO NAO
  • the other uses an objective lens of NAO. 65 to 0.67 and has a protective layer thickness of Is a 0.6 mm HD DVD (hereinafter abbreviated as HD).
  • HD 0.6 mm HD DVD
  • Patent Literatures 1 and 2 disclose bifocal objective lenses capable of performing compatible recording and reproduction on two types of optical discs having different protective layer thicknesses and the same light source wavelength.
  • the bifocal objective lenses disclosed in the two patent documents disperse a large amount of the incident light beam to two focal points by a diffractive structure formed on the lens surface, so that optical discs having different protective layer thicknesses are used. It performs recording and Z playback.
  • Patent document 1 JP-A-9179020
  • Patent Document 2 JP-A-9120027.
  • An object of the present invention is to provide a multifocal objective lens capable of forming a focal point on an information recording surface of a high-density optical disc of two standards having different protective layer thicknesses. And an optical pickup device and an optical information recording / reproducing device using the same.
  • a configuration according to the present invention has a first diffraction structure on at least one optical surface, and is generated when a light beam having a wavelength ⁇ enters the first diffraction structure.
  • a multifocal objective lens used in an optical pickup device that focuses the m-order diffracted light and the ⁇ -order diffracted light (m ⁇ n) on the information recording surface of two types of optical discs with different protective layer thicknesses
  • SA of the wavefront when the m-order diffracted light is condensed through the protective layer of the optical disc and the m-th order diffracted light, and the n-th order diffracted light is the light of the thicker protective layer.
  • n m SA I and the absolute value of one of the SA and the SA is a predetermined value and n m n
  • the first diffraction structure is constituted by a plurality of orbicular forces divided by minute steps, and the diffraction order m is an integer of 1 or more, and is a multifocal objective lens satisfying a predetermined formula.
  • the diffraction structure is constituted by a plurality of annular zones 100, and the cross-sectional shape including the optical axis is a sawtooth shape.
  • the direction of the step 101 is composed of a plurality of orbicular zones 102 within the effective diameter, and the cross-sectional shape including the optical axis is Figure 3 (a), Figure 3 ( 4 (a) and 4 (b), as schematically shown in FIG. 4 (b), a plurality of annular zones 103 having a staircase structure formed therein.
  • FIGS. 1A to 4B schematically show the case where the diffractive structure is formed on a plane, the diffractive structure may be formed on a spherical surface or an aspherical surface. Further, in the diffraction structures of FIGS. 3 (a) and 3 (b), each ring is divided into five forces. The number of divisions of each ring is not limited to this.
  • the diffractive structure which also includes multiple ring-shaped forces, is represented by the symbol “DOE”, and a plurality of ring-shaped caps with a staircase structure formed inside as shown in Figs.
  • the diffraction structure configured is represented by the symbol “HOE”.
  • objective lens refers to a light beam that is disposed at a position facing an optical disk in an optical pickup device and has a different light source power and a different wavelength, and a different recording density.
  • an optical system that includes at least a light-collecting element that has a function of condensing light on each information recording surface of an optical disc.
  • a diffractive structure is formed on the optical surface of the light-collecting element.
  • an optical system composed of the optical element and the light-collecting element becomes an objective lens.
  • the objective lens is composed of a plurality of optical elements as described above, a diffractive structure may be formed on the optical surface of the light-collecting element. For reduction, it is preferable to form a diffractive structure on the optical surface of an optical element other than the light-collecting element.
  • an optical disk using a blue-violet laser light source such as a blue-violet semiconductor laser or a blue-violet SHG laser as a light source for information recording and Z reproduction is collectively referred to as a “high-density optical disk”.
  • Record information with an NAO.85 objective lens Perform Z-reproduction and record information with an NAO.65 to 0.67 objective lens, in addition to a standard optical disk (for example, BD) with a protective layer thickness of 0.1 mm. It is assumed that a Z-playback is performed and an optical disk of a standard (for example, HD DVD) having a protective layer thickness of 0.6 mm is included.
  • a protective layer is In addition to the optical disk on the information recording surface, this also includes an optical disk having a protective film with a thickness of several to several tens of nm on the information recording surface, and an optical disk with a protective layer or a protective film with a thickness of 0.
  • a high-density optical disk includes a magneto-optical disk using a blue-violet laser light source as a light source for recording and reproducing information.
  • DVD is a general term for DVD-type optical discs such as DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-RAM, DVD ⁇ R, and DVD player RW.
  • the CD is a general term for CD-type optical discs such as CD-ROM, CD-Audio, CD-Video, CD-R, and CD-RW.
  • FIG. 1 is side views (a) and (b) showing an example of a diffraction structure DOE.
  • FIG. 2 is side views (a) and (b) showing an example of a diffraction structure DOE.
  • FIG. 3 is side views (a) and (b) showing an example of a diffraction structure HOE.
  • FIG. 4 is side views (a) and (b) showing an example of a diffraction structure DOE.
  • FIG. 5 is a plan view of a principal part showing a configuration of an optical pickup device.
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration of an objective lens (multifocal objective lens).
  • FIG. 7 is a plan view of relevant parts showing the configuration of the optical pickup device.
  • FIG. 8 is a plan view showing a configuration of an objective lens (multifocal objective lens).
  • the configuration according to item 1, wherein the first diffractive structure is provided on at least one optical surface, and m-order diffracted light and n-order diffracted light generated when a light beam having a wavelength is incident on the first diffractive structure (m ⁇ n) is a multifocal objective lens used in an optical pickup device for focusing light on the information recording surfaces of two types of optical discs having different protective layer thicknesses,
  • the value is less than 0.07 ⁇ RMS
  • the first diffraction structure is composed of a plurality of annular zones divided by minute steps, and the diffraction order m is an integer of 1 or more, and satisfies the following expression (1):
  • the refractive index N of the multifocal objective lens with respect to the wavelength is in a range of 1.5 to 1.6, and the step is closest to the optical axis, and the step height d ( ⁇ m) is as follows:
  • n m— 1 (1)
  • I is set to 0.9 ⁇ RMS or more, and the absolute value of either SA or SA is 0.7 ⁇
  • I SA — SA I should be at least 1. ⁇ ⁇ RMS, and either m n 1 m n of SA or SA
  • the absolute value is not more than 0.05 ⁇ RMS.
  • I SA — SA I it is necessary to set I SA — SA I to 1.2 ⁇ RMS or more and m n 1
  • the conditions regarding the spherical aberration of the two focal points are “the spherical aberration value SA of the wavefront when the m-th order diffracted light is condensed through the protective layer of the optical disk with the thinner protective layer,
  • the absolute value of the difference from the spherical aberration SA of the wavefront when the nth-order diffracted light is condensed through the protective layer of the optical disk with the thinner protective layer I SA-SA I is 4.4 ⁇ RMS or more.
  • the absolute value of one of the SA and the SA is not more than 0.07 ⁇ RMS and mn 1 In other words, it is synonymous.
  • the configuration according to item 3 is characterized in that, among the steps of the first diffraction structure, the height d of the step closest to the optical axis is d.
  • X d ⁇ (N ⁇ 1) / ⁇
  • INT (X) is an integer closest to X.
  • the first diffraction structure is represented by 01 (a), Fig. 1 (b), Fig. 2 (a), Fig. 2 (b), Fig. 4 (a), and Fig. 4 (b).
  • the difference between m and n is required.
  • the combination of the diffraction order m and the diffraction order n for obtaining high diffraction efficiency for both the m-th order diffraction light and the n-th order diffraction light includes innumerable combinations other than the above, but if the diffraction order m becomes too large,
  • the diffraction order m is most preferably set to 3 or less, since the diffraction efficiency is greatly reduced when the incident light beam changes.
  • the height d (m) of the step closest to the optical axis is within the range of equation (2), the first-order diffracted light and zero-order diffracted light are used as diffracted light for BD and HD recording and Z playback. If the height d (m) of the step closest to the optical axis is within the range of expression (3), the second-order and first-order diffracted lights are diffracted for BD and HD recording and Z playback. If the height d (m) of the step closest to the optical axis is within the range of equation (4), the third-order diffracted light and the second-order diffracted light are It can be determined that it is used as diffracted light for recording Z reproduction.
  • the above d is approximately (q-O. 5) times the wavelength. Will be set to the height of Where q is a natural number.
  • Item 4 is the multifocal objective lens according to any one of Items 1 to 3, wherein the wavelength is 450 nm or less.
  • the diffracted light having the larger diffraction order among the m-order diffracted light and the n-order diffracted light is condensed on the information recording surface of the optical disk having the thicker protective layer, and diffracted.
  • the diffracted light of the smaller order is focused on the information recording surface of the optical disk having the thinner protective layer, and any one of the terms 1 to 4 in which the paraxial diffraction power of the first diffraction structure is negative.
  • the diffracted light having the larger diffraction order is focused on an optical disc with a thicker protective layer, for example, an HD information recording surface, and diffracted.
  • the diffracted light of the smaller order is focused on the information recording surface of the optical disk, for example, the BD, which has the thinner protective layer, and the paraxial diffraction power of the first diffraction structure is negative.
  • the multifocal objective lens in the multifocal objective lens, includes a plurality of orbicular zones having a stepped structure inside on an optical surface different from the optical surface having the first diffraction structure.
  • a second diffractive structure wherein the second diffractive structure substantially does not give a phase difference to the light beam of the wavelength ⁇ and gives a phase difference to the light beam of the wavelength ( ⁇ > ⁇ ).
  • q2 is a natural number
  • M is any one of 4, 5, and 6.
  • the second diffractive structure formed on the optical surface different from the optical surface on which the first diffractive structure is formed substantially does not give a phase difference to the light beam of wavelength 1, and the wavelength of 2 ( ( ⁇ 2> ⁇ 1), a phase difference is given to the light beam, so that only the light beam of wavelength ⁇ used for an optical disk (for example, DVD) other than a high-density optical disk can be given a diffractive effect.
  • the height D of the stairs is set within a range satisfying the above equation (8).
  • the optical path difference of 2 X q2 X (; zm) is generated between the steps, and the phase difference is not substantially given to the wavelength light beam. 2 diffraction The light is transmitted as it is without being diffracted.
  • the wavelength ⁇ power is in the range of 0.63 ⁇ m to 0.68 ⁇ m.
  • Item 8 A multifocal objective lens according to any one of Items 6 to 7.
  • the multifocal objective lens is configured by a plurality of orb zones divided by minute steps on an optical surface different from the optical surface having the first diffraction structure.
  • a third diffractive structure wherein the third diffractive structure has a wavelength ⁇ that is greater than the diffraction order of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency among the diffracted lights generated when the light flux of the wavelength ⁇ is incident.
  • Item 9 The multifocal objective lens according to any one of Items 1 to 8, wherein the diffraction order of the folded light is lower.
  • the diffraction order of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency is 2nd order,
  • Item 10 The multifocal objective lens described in Item 9, wherein the diffraction order of the diffraction light having the maximum diffraction efficiency among the diffraction lights generated when the light beam of No. 2 is incident is the first order.
  • the diffraction order of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency is the third order,
  • Item 10 The multifocal objective lens according to Item 9, wherein the diffraction order of the diffraction light having the maximum diffraction efficiency among the diffraction lights generated when the two light beams are incident is the second order.
  • a third diffraction structure composed of a plurality of annular zones divided by minute steps is provided on an optical surface different from the optical surface having the first diffraction structure, and the wavelength
  • the wavelength ( ⁇ > ⁇ ) is larger than the diffraction order i of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency among the diffracted lights generated when the light beam enters.
  • the third diffraction structure such that the diffraction order j of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency out of the diffracted light generated when the light flux of 2
  • the combination of the diffraction order i and the diffraction order j is as follows.
  • (i, j) (2, 1) or (3, 2) is preferred.
  • the incident luminous flux changes It is most preferable that the diffraction order i is 3 or 2, because the diffraction efficiency of the light is greatly reduced.
  • the wavelength ⁇ is in the range of 0.63 ⁇ m to 0.68 ⁇ m.
  • Item 12 A multifocal objective lens according to any one of Items 6 to 11.
  • the configuration according to item 13, wherein the first diffractive structure is provided on at least one optical surface, and m-order diffracted light and ⁇ -order diffracted light generated when a light beam having a wavelength ⁇ is incident on the first diffractive structure (m ⁇ n) is a multifocal objective lens used in an optical pickup device for focusing light on the information recording surfaces of two types of optical discs having different protective layer thicknesses,
  • the value is less than 0.07 ⁇ RMS
  • the first diffraction structure is a diffraction structure including a plurality of orbicular zones having a stepped structure therein, and the diffraction order m is an integer of 1 or more, and satisfies the following expression (6);
  • the height D (; zm) of the steps formed in each orbicular zone of the first diffraction structure, the wavelength ( ⁇ m), and the refractive index ⁇ of the multifocal objective lens with respect to the wavelength ⁇ are as follows: This is a multifocal objective lens that satisfies the formula.
  • n -m (6)
  • the first diffraction structure is a structure composed of a plurality of orbicular zones having a stepped structure inside as schematically shown in Figs. 3 (a) and 3 (b).
  • Item 15 is the multifocal objective lens according to item 13, wherein the number of divisions M of each ring zone is an even number in the first diffraction structure.
  • the above D is set to be approximately (ql-0.5) times the wavelength. Will be. Where ql is a natural number.
  • ql is a natural number.
  • the number of divisions M of each ring zone to be an even number, it is possible to secure the maximum amount of diffraction light for recording and reproduction of BD and HD.
  • Item 16 is the multifocal objective lens according to any one of Items 13 to 15, wherein the wavelength is 450 nm or less.
  • the diffracted light having the larger diffraction order among the m-order diffracted light and the n-order diffracted light is condensed on the information recording surface of the optical disk having the thicker protective layer, and And the multifocal point described in paragraphs 13 to 16 in which the diffraction power in the paraxial direction of the first diffraction structure is negative. It is an objective lens.
  • the multifocal objective lens includes a plurality of annular zones each having a stepped structure inside on an optical surface different from the optical surface having the first diffraction structure.
  • Items 13 to 17 further comprising a diffraction structure, wherein the second diffraction structure substantially does not give a phase difference to the light beam of the wavelength ⁇ and gives a phase difference to the light beam of the wavelength ( ⁇ > ⁇ ).
  • q2 is a natural number
  • M is any one of 4, 5, and 6.
  • a multifocal objective lens according to 18 or 19.
  • the multifocal objective lens includes a plurality of orb zones divided by minute steps on an optical surface different from the optical surface having the first diffraction structure.
  • a third diffraction structure wherein the third diffraction structure has a wavelength ⁇ that is larger than the diffraction order of the diffraction light having the maximum diffraction efficiency among the diffraction lights generated when the light flux having the wavelength ⁇ is incident.
  • Item 18 The multifocal objective lens according to any one of Items 13 to 17, wherein the order of diffraction of the folded light is lower.
  • the diffraction order of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency is the second order, and ⁇
  • Item 22 The multifocal objective lens according to Item 21, wherein the diffraction order of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency among the diffracted lights generated when the two light beams are incident is the first order.
  • the diffraction order of the diffracted light having the maximum diffraction efficiency is the third order, and ⁇
  • the configuration according to item 24 is characterized in that the wavelength ⁇ power is in the range of 0.63 ⁇ m to 0.68 ⁇ m.
  • a multifocal objective lens according to any one of 18 to 23.
  • the first optical disk having the protective layer thickness t and the protective layer thickness t (t ⁇ t)
  • An optical pickup device for recording and reproducing information on a second optical disk having 1 2 1 2, wherein a wavelength ⁇ (350 nm ⁇ ⁇ ) used for recording / reproducing information on the first and second optical disks. ⁇ 450 nm), a first light source that emits a first light beam, the multifocal objective lens described in any of paragraphs 1 to 24, and two-directional driving for tracking and focusing of the objective lens
  • ⁇ 350 nm ⁇ ⁇
  • the multifocal objective lens described in any of paragraphs 1 to 24
  • two-directional driving for tracking and focusing of the objective lens
  • the m-order diffracted light and the n-order diffracted light which is different from the recording Z reproduction on the first optical disc, are used.
  • An optical pickup device that focuses diffracted light on the information recording surface of the second optical disc.
  • the structure described in Item 26 includes a first optical disk having a protective layer thickness t and a protective layer thickness t (t ⁇ t).
  • An optical pickup device that performs recording and reproduction of information on a third optical disc of a kind, and emits a first light beam having a wavelength ( ⁇ ⁇ 450) for recording / reproducing of the first and second optical discs.
  • the first light source and a wavelength for recording / reproducing the third optical disc (630 nm ⁇
  • Item 25 The multifocal objective lens described in any one of Items 1 to 24 for focusing light on the information recording surfaces of the first to third optical disks, and driving of the objective lens in two directions for focusing and tracking.
  • the objective lens is composed of a plurality of annular zones divided by a step, and converts the incident first light beam into an m-th order diffracted light and an nth order diffracted light (m ⁇ n) a first optical surface on which a first diffraction structure to be generated as
  • a second optical surface formed of a plurality of annular zones divided by a step and having a second diffraction structure formed as ⁇ V-order diffracted light of the incident second light beam, and a second optical surface of the first optical disc.
  • recording Z reproduction one of the m-order diffracted light and the n-order diffracted light is focused on the information recording surface of the first optical disc, and the recording Z reproduction of the second optical disc is performed.
  • light of an order different from that used when performing the recording Z reproduction of the first optical disc is focused on the information recording surface of the second optical disc.
  • An optical pickup device for converging the V-order diffracted light generated from the second light flux on the information recording surface of the third optical disc when performing Z-playback on the optical disc.
  • the configuration described in Item 27 includes a first optical disc having a protective layer thickness t, and a protective layer thickness t (t ⁇ t).
  • An optical pickup device for performing recording / reproduction of the first and second optical discs.
  • a first light source for emitting a first light beam having a wavelength ⁇ ( ⁇ 4501 TM), and a second light beam having a wavelength (630 nm ⁇ ⁇ 680 nm) for recording / reproducing the third optical disk.
  • a third light source that emits a third light beam having 3 2 3, and the first to third light beams are respectively condensed on the information recording surfaces of the first to fourth optical disks.
  • the recording Z reproduction of the second optical disc by condensing it on the information recording surface of the disc, it is different from the case of performing the recording Z reproduction of the first optical disc among the m-order diffracted light and the n-order diffracted light.
  • the Z-order light is focused on the information recording surface of the second optical disc and the recording Z reproduction of the third optical disc is performed, the V-order diffracted light generated from the second light flux is used as the third optical disc.
  • the third light flux emitted from the third light source is incident on the objective lens as a divergent light flux and the fourth light disc is emitted.
  • This is an optical pickup device that collects light on the information recording surface of the laser.
  • the configuration described in Item 28 is an optical information recording / reproducing device equipped with the optical pickup device described in any one of Items 25 to 27.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a first optical pickup device PU1 that can appropriately perform information recording and reproduction of information for both BD and HD.
  • the combination of the wavelength, the thickness of the protective layer, and the numerical aperture is not limited to this.
  • BDZHD laser module LM Aberration correction element L1
  • light condensing element that has the function of condensing the light flux transmitted through this aberration correction element L1 onto the information recording surfaces RL1 and RL2.
  • It consists of an objective lens OBJ (multifocal objective lens) composed of L2, a two-axis actuator AC1, a one-axis actuator AC2, a diaphragm STO corresponding to the numerical aperture NA of BD, and a collimating lens COL! .
  • a blue-violet SHG laser may be used in addition to the blue-violet semiconductor laser LD.
  • Fig. 6 shows a schematic configuration diagram of the objective lens OBJ.
  • the light condensing element L2 is a plastic lens dedicated to BD, which has been optimized for spherical aberration with respect to the wavelength and the thickness t of the protective layer.
  • the diffraction structure HOE 1 (first diffraction structure) formed on the optical surface S 1 on the laser module LM side of the aberration correction element L 1, which is a plastic lens, has a thickness t of the protection layer PL 1 and a thickness t of the protection layer PL 2. Spherical surface due to difference from thickness t
  • This is a structure for correcting aberration
  • the diffraction structure DOE1 formed on the optical surface S2 of the aberration correction element L1 on the optical disk side is a structure for correcting chromatic aberration of the objective lens OBJ in the blue-violet region.
  • the aberration correction element L1 and the light condensing element L2 are integrated by joining flanges formed on the periphery.
  • the diffraction structure HOE1 is composed of a plurality of orbicular zones, and each orbicular zone is divided into two steps.
  • N is the refractive index for the wavelength of the aberration correction element L1.
  • each orbicular zone of the diffraction structure HOE1 is such that the diffracted light having the larger diffraction order (first-order folded light) is focused on the HD information recording surface, and the diffracted light having the smaller diffraction order is obtained. It is designed so that (the first-order folded light) is focused on the information recording surface of the BD, and the paraxial diffraction power is negative. This makes it possible to ensure a sufficient working distance for HD with a thick protective layer.
  • the light beam passing through the outer area becomes a flare component on the HD information recording surface RL2, and the aperture is automatically restricted for the HD.
  • the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the light beam of wavelength ⁇ generated by the diffraction structure HOE1 is 40.
  • the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the light beam of the wavelength is 40.5%.
  • the diffractive structure DOE1 is a structure in which a plurality of orbicular forces having a stepped cross section including the optical axis are also configured.
  • the height of the step dm) closest to the optical axis is designed to substantially satisfy the following equation (9). here
  • N is the refractive index for the wavelength of the aberration correction element L1.
  • the diffraction efficiency of the first-order diffracted light generated in the diffractive structure DOE1 is 100%.
  • the collimating lens COL of the present embodiment is configured such that its position can be shifted in the optical axis direction by the uniaxial actuator AC2. This makes it possible to correct the spherical aberration of the spot formed on the information recording surface of the HD and the BD, so that good recording and Z reproduction characteristics can always be maintained for the HD and the BD.
  • the cause of the spherical aberration that is corrected by adjusting the position of the collimator lens COL is, for example, a wavelength variation due to a manufacturing error of the blue-violet semiconductor laser LD, and an objective lens due to a temperature change.
  • the blue-violet semiconductor laser LD when performing information recording and Z reproduction on a BD, first, the blue-violet semiconductor laser LD is made to emit light, as shown by the ray path of the solid line in FIG.
  • the divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD is converted into a parallel light beam through the collimating lens COL, the light beam diameter is regulated by the stop STO, the light is condensed by the objective lens OBJ, and the BD protective layer PL 1 Through the information recording surface RL1.
  • the objective lens OBJ performs focusing / tracking by a two-axis actuator AC1 arranged around the objective lens OBJ.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL1 passes through the objective lens OBJ and the collimating lens COL again, then becomes a convergent light beam, and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. Then, the information recorded on the BD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the blue-violet semiconductor laser LD is first emitted. Let it.
  • the divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD is converted into a parallel light beam through the collimating lens COL, is condensed by the objective lens OBJ, and is formed on the information recording surface RL2 via the HD protective layer PL2. Spot.
  • the diffraction structure HOE 1 is formed only within the numerical aperture NA of HD, the aperture limit for HD is automatically set.
  • the objective lens OBJ performs focusing / tracking by a two-axis actuator AC1 arranged around the objective lens OBJ.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 again passes through the objective lens OBJ and the collimating lens COL, then becomes a convergent light beam and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. Then, information recorded on the HD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the power using a blue-violet semiconductor laser LD that emits a 408 nm laser beam that emits light when recording and reproducing information on and from BDs and HDs is used.
  • the two blue-violet semiconductor lasers one emits light when recording and reproducing information on a BD, and the other emits light when recording and reproducing information on an HD.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of an optical pickup device PU2 capable of appropriately performing information recording and Z reproduction on any of BD, HD, DVD, and CD.
  • wavelength 785 nm
  • the thickness t of the protective layer PL4 is 1.2 mm, and the numerical aperture NA is 0.45. However, the wavelength and protective layer
  • the combination of the thickness and the numerical aperture is not limited to this.
  • the optical pickup device PU2 integrates a blue-violet semiconductor laser LD1 that emits a 408-nm laser light beam and a photodetector PD1 that emit light when recording and reproducing Z information on BDs and HDs.
  • BDZHD laser module LM1 the first light emitting point EP1 that emits a 658nm laser beam when recording and reproducing information from a DVD, and when recording and reproducing information from a CD
  • a second light emitting point EP2 that emits a 785 nm light beam that is emitted, a first light receiving unit DS1 that receives a reflected light beam from the information recording surface RL3 of the DVD, and a reflected light beam that is reflected from the information recording surface RL4 of the CD DVDZCD laser module LM2 composed of second light receiving section DS2 and prism PS, first aberration correction element L1 and second aberration correction element Lr, and these first aberration correction element L1 and second aberration correction
  • the laser beam transmitted through the element L / is transferred to the information recording surface RL1, RL2, RL3, Objective lens OBJ composed of an aspherical condensing element L2 having the function of condensing light onto RL4, an aperture limiting element AP for CD, a
  • a blue-violet SHG laser can also be used.
  • Fig. 8 shows a schematic configuration diagram of the objective lens OBJ.
  • the light condensing element L2 is a glass lens dedicated to BD, which has been optimized for spherical aberration correction with respect to the wavelength and the thickness t of the protective layer.
  • the diffraction structure DOE2 first diffraction structure formed on the optical surface S1 (first optical surface) on the laser module LM1 side of the first aberration correction element L1, which is a plastic lens, has a thickness of the protective layer PL1. Difference between the thickness t and the thickness t of the protective layer PL2
  • the diffraction structure DOE3 formed on the optical disk side optical surface S2 (second optical surface) of the first aberration correction element L1 has a blue-violet region.
  • Diffraction structure HOE2 (second diffraction structure) formed on the optical surface S3 of the laser module LM1 side of the second aberration correction element L /, which is a plastic lens ) Is the difference between the thickness t of the protective layer PL1 and the thickness t of the protective layer PL3.
  • the diffractive structure HOE3 formed on the optical disk side optical surface S4 of the second aberration correction element Lr has the thickness t of the protective layer PL1 and the protective layer This is a structure for correcting spherical aberration caused by a difference from the thickness t of PL4. 1st aberration compensation
  • the positive element Ll, the second aberration correction element Ll, the light condensing element L2, and the aperture limiting element AP are integrated by a joining member B disposed on the side surface thereof.
  • the diffractive structure DOE2 is composed of a plurality of orbicular zones having a stepped cross section including the optical axis.
  • the height dm) of the step closest to the optical axis is as follows. It is designed to substantially satisfy equation (10).
  • N is a refractive index for the wavelength of the first aberration correction element L1.
  • the diffractive structure DOE2 satisfies the above equations (3) and (5), and most of the light amount of the light beam of the wavelength ⁇ incident on the diffractive structure DOE2 is converted into two diffracted lights of the second order diffracted light and the first order diffracted light Will be sorted out.
  • each orbicular zone of the diffractive structure DOE2 is such that the diffracted light having the larger diffraction order (second-order folded light) is focused on the HD information recording surface, and the diffracted light having the smaller diffraction order is obtained. It is designed so that (first-order diffracted light) is focused on the information recording surface of the BD, and that the paraxial diffraction power is negative. This makes it possible to ensure a sufficient working distance for HD with a thick protective layer.
  • the diffraction structure DOE2 is formed only within the numerical aperture NA of HD,
  • the light beam passing through the outer area becomes a flare component on the HD information recording surface RL2, and the aperture is automatically restricted for the HD.
  • the first-order diffracted light has the maximum diffraction
  • Third-order diffracted light is generated so as to have the maximum diffraction efficiency.
  • Luminous flux the diffraction efficiency of the second-order diffracted light of the luminous flux generated by the diffraction structure DOE2 is 40.5%, and the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the luminous flux of the wavelength is 40.5%.
  • the diffraction efficiency of the 1st-order diffracted light of 1 2 is 96.4%, and the diffraction efficiency of the 1st-order diffracted light of the luminous flux of wavelength ⁇ is
  • the rate is 80.3%.
  • the diffraction structure DOE3 is a structure in which a plurality of orbicular forces having a stepped cross section including the optical axis are also configured.
  • the height d m) of the step closest to the optical axis is designed to substantially satisfy the following equation (11). This
  • N is a refractive index for the wavelength of the first aberration correction element L1.
  • the second-order diffracted light is generated so as to have the maximum diffraction efficiency, and when the light beam having the wavelength is incident, the first-order diffracted light is generated.
  • the diffracted light is generated so as to have the maximum diffraction efficiency.
  • the diffraction efficiency of the second-order diffracted light of the luminous flux generated by the diffractive structure DOE3 is 100%, the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the luminous flux of the wavelength is 88.2%, and the Luminous flux
  • the diffraction efficiency of the first-order diffracted light is 100%.
  • the diffraction structure HOE2 is composed of a plurality of annular zones, and each annular zone is divided into five steps.
  • N is the refractive index for the wavelength of the second aberration correction element.
  • D q2- ⁇ / (N-1) (8) '
  • the optical path difference added to the light beam having the wavelength ⁇ by this step structure is 2 ⁇ ⁇
  • the light beam having the wavelength ⁇ is transmitted as it is without being affected by the diffraction structure ⁇ 2 (0th-order diffracted light). Since the optical path difference added to the light beam of the wavelength by this step structure is I X ⁇ ,
  • the light beam with the wavelength is transmitted as it is without any action by the step structure (0th order diffraction
  • the optical path difference added to the luminous flux by the staircase structure is about 0.2 mm.
  • Next-order diffracted light is generated. In this way, by selectively diffracting only the luminous flux of the second wavelength, spherical aberration caused by the difference between the thickness t of the protective layer PL1 and the thickness t of the protective layer PL3 is corrected.
  • the light beam passing through the area outside the outside becomes a flare component on the information recording surface RL3 of the DVD, and the aperture of the DVD is automatically restricted.
  • the diffraction efficiency of the 0th-order diffracted light of the light beam of wavelength ⁇ generated by the diffraction structure HOE2 is 100%, and the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of the light beam of the wavelength is 87.3%.
  • the diffraction efficiency of the 23rd zero-order diffracted light is 100%.
  • the diffractive structure # 3 is composed of a plurality of annular zones, and each annular zone is divided into two steps.
  • N is the refractive index for the wavelength of the second aberration correction element.
  • the optical path difference added to the light beam having the wavelength from the staircase structure is 5 ⁇ ⁇
  • the light beam having the wavelength is transmitted as it is without being affected by the diffraction structure ⁇ 3 (0th-order diffracted light).
  • the optical path difference added to the luminous flux by the staircase structure is 3 X ⁇ .
  • the optical path difference added to the luminous flux by the staircase structure is about 0.5.
  • each annular zone of HOE3 is designed to focus the first-order diffracted light on the information recording surface RL4 of the CD, and the thickness t of the protective layer PL1 and the thickness of the protective layer PL3 due to this diffraction action.
  • the spherical aberration caused by the difference from t is corrected.
  • the diffraction efficiency of 2 3rd order diffracted light is 40.4%.
  • the first collimating lens COL1 of the present embodiment is configured so that its position can be shifted in the optical axis direction by the single-axis actuator AC2. This makes it possible to correct the spherical aberration of the spot formed on the information recording surface of HD and BD, so that good recording and Z reproduction characteristics can always be maintained for HD and BD.
  • the cause of the spherical aberration that is corrected by adjusting the position of the first collimating lens COL1 is, for example, a wavelength variation due to a manufacturing error of the blue-violet semiconductor laser LD1, a refractive index change or refraction of the objective lens OBJ due to a temperature change.
  • the blue-violet semiconductor laser LD1 when performing information recording and Z reproduction on a BD, first, the blue-violet semiconductor laser LD1 is made to emit light, as shown by the ray path of the solid line in FIG.
  • the divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD1 is converted into a parallel light beam through the first collimating lens COL1, passes through the polarizing beam splitter BS, and is controlled by the stop ST O to control the light beam diameter, and passes through the aperture limiting element AP.
  • the light is condensed by the objective lens OBJ and becomes a spot formed on the information recording surface RL1 via the protective layer PL1 of the BD.
  • the objective lens OBJ performs focusing / tracking by a two-axis actuator AC1 arranged around the objective lens OBJ.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL1 again passes through the objective lens OBJ, the aperture limiting element AP, the polarizing beam splitter BS, and the first collimating lens COL1, and then becomes a convergent light beam. Focus on the light receiving surface of PD1. Then, the information recorded on the BD can be read using the output signal of the photodetector PD1.
  • the blue-violet semiconductor laser LD1 is made to emit light, as shown by the ray path indicated by the two-dot chain line in FIG. .
  • the divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD1 is converted into a parallel light beam through the first collimating lens COL1, passes through the polarizing beam splitter BS, passes through the aperture limiting element AP, and is condensed by the objective lens OBJ Under the action, a spot is formed on the information recording surface RL2 via the HD protective layer PL2.
  • the diffraction structure DOE2 is formed only within the numerical aperture NA of HD, the aperture limit for HD is automatically set.
  • the objective lens OBJ performs focusing / tracking by a two-axis actuator AC1 arranged around the objective lens OBJ.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 again passes through the objective lens OBJ, the aperture limiting element AP, the polarizing beam splitter BS, and the first collimating lens COL1, and then becomes a convergent light beam. Focus on the light receiving surface of PD1. Then, the information recorded in the HD can be read using the output signal of the photodetector PD1.
  • the light emitting point EP1 when information is recorded and Z-reproduced on a DVD, the light emitting point EP1 emits light.
  • the divergent light beam emitted from the light emitting point EP1 is reflected by the prism PS and converted into a parallel light beam by the second collimating lens COL2 as depicted by the dashed line in FIG.
  • the light is reflected by the polarizing beam splitter BS, passes through the aperture limiting element AP, is condensed by the objective lens OBJ, and becomes a spot formed on the information recording surface RL3 via the DVD protective layer PL3.
  • the diffraction structure HOE3 is formed only in the numerical aperture NA of the DVD,
  • the objective lens OBJ performs focusing / tracking by a two-axis actuator AC 1 arranged around the objective lens OBJ.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 again passes through the objective lens OBJ and the aperture limiting element AP, is reflected by the polarization beam splitter BS, and then converged by the second collimating lens COL2. And is reflected twice inside the prism PS and condensed on the light receiving section DS1. Then, the information recorded on the DVD is read using the output signal of the light receiving section DS1. You can get it.
  • the light emitting point EP2 is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the light emitting point EP2 is reflected by the prism PS as shown by the dotted line in FIG. 7 and converted into a parallel light beam by the second collimating lens COL2, and the polarized light beam is emitted.
  • the light is reflected by the splitter BS, the light beam diameter is regulated by the aperture limiting element AP, the light is condensed by the objective lens OBJ, and becomes a spot formed on the information recording surface RL4 via the protective layer PL4 of the CD.
  • the objective lens OBJ performs focusing and tracking by a two-axis actuator AC arranged around it.
  • the objective lens OBJ performs focusing / tracking by a two-axis actuator AC1 disposed around the objective lens OBJ.
  • the reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface RL4 passes through the objective optical system OBJ and the aperture limiting element AP again, is reflected by the polarizing beam splitter BS, is reflected twice inside the prism PS, and is received. Part Focus on DS2. Then, the information recorded on the CD can be read using the output signal of the light receiving unit DS2.
  • a wavelength selection filter having wavelength selectivity of transmittance is formed. This wavelength selective filter can be used for all of
  • the aberration correction element is a plastic lens
  • the condensing element is a glass lens dedicated to BD.
  • the light-collecting element may be a plastic lens.
  • the aspherical surface in each embodiment has a deformation amount X (mm) from a plane tangent to the vertex of the surface.
  • -It is expressed by a mathematical expression in which the aspherical coefficient A in Table 7 is substituted.
  • ⁇ is a cone coefficient.
  • the diffraction structure DOE and the diffraction structure HOE in each embodiment are represented by the optical path difference added to the transmitted wavefront by these structures.
  • the optical path difference is ⁇ is the wavelength of the incident light beam, ⁇ is the production wavelength, height in the direction perpendicular to the optical axis is h (mm), ⁇ is the optical path difference function coefficient, and ⁇ is
  • ⁇ , f, ⁇ , and m are the numerical aperture of the multifocal objective lens, the focal length of the multifocal objective lens, and the Wavelength, magnification of multifocal objective lens, NA, f, eh, m, when using HD
  • NA, f, e, m are similar values when using DVD, NA, f, e
  • M are the same values when using a CD.
  • r (mm) is a radius of curvature
  • d (mm) is a lens interval
  • N, N, and N are wavelengths, respectively.
  • V d is the Abbe number of the d-line lens
  • n, n, n, n are the diffraction light beams generated by the diffraction structures DOE and HOE.
  • the diffraction order of the diffracted light used for recording / reproducing the BD the diffraction order of the diffracted light used for the recording / reproduction of the HD, the diffraction order of the diffracted light used for the recording / reproduction of the DVD, and the recording Z of the CD, respectively. This is the diffraction order of the diffracted light used for reproduction.
  • Table 1 shows numerical data of the multifocal objective lens of Example 1.
  • the multifocal objective lens of Example 1 is a BDZHD compatible lens, and corrects spherical aberration caused by the difference between t and t with the diffractive structure DE (first diffractive structure) on the first surface.
  • Diffraction structure DOE uses 0th-order diffracted light (transmitted light) for BD and 1st-order diffracted light for HD.
  • the diffraction efficiency of BD (0th-order diffracted light) is 40.
  • the diffraction efficiency for HD (first-order diffracted light) is 40.5%.
  • Table 2 shows numerical data of the multifocal objective lens of the second embodiment.
  • the multifocal objective lens of Example 2 is a BDZHD compatible lens, and corrects spherical aberration caused by the difference between t and t by the diffractive structure DE (first diffractive structure) on the first surface.
  • Diffraction structure DOE uses second-order diffracted light for BD and third-order diffracted light for HD.
  • the diffraction efficiency of BD (second-order diffracted light) is 40.5%
  • the diffraction efficiency of HD (3rd-order diffracted light) is 40.5%.
  • Table 3 shows numerical data of the multifocal objective lens of the third embodiment.
  • the multifocal objective lens of the third embodiment is a BDZHD compatible lens, and corrects spherical aberration caused by the difference between t and t by the diffractive structure DE (first diffractive structure) on the first surface.
  • the diffractive structure DOE uses second-order diffracted light for BD and first-order diffracted light for HD.
  • the diffraction efficiency of BD (second-order diffracted light) is 40.5%
  • HD The diffraction efficiency of the first-order diffracted light is 40.5%.
  • Table 4 shows numerical data of the multifocal objective lens of Example 4.
  • the multifocal objective lens of Example 4 is a BDZHD compatible lens, and corrects spherical aberration caused by the difference between t and t by the diffractive structure HE (first diffractive structure) on the first surface.
  • the diffraction structure of the first surface HOE uses the first-order diffracted light for BD and the first-order diffracted light for HD, and the diffraction efficiency of BD (-first-order diffracted light) is The diffraction efficiency of HD (first-order diffracted light) is 40.5%.
  • the height D of the step formed in each orbicular zone is D
  • the diffraction structure DOE on the second surface corrects the spherical aberration change due to the wavelength change of the BD and the axial chromatic aberration in the blue-violet region.
  • the diffractive structure DOE on the second surface uses + 1st-order diffracted light of a luminous flux for each optical disc, and its diffraction efficiency is 100%.
  • the height d of the step is closest to the optical axis!
  • Table 5 shows numerical data of the multifocal objective lens of the fifth embodiment.
  • the multifocal objective lens of Example 5 is a BDZHD compatible lens, and corrects the spherical aberration caused by the difference between t and t by the diffractive structure DE (first diffractive structure) on the first surface.
  • the diffractive structure DOE of the first surface uses the first-order diffracted light for BD, and for HD,
  • the diffraction efficiency of BD is 40.5%
  • that of HD is 40.5%
  • the diffractive power of the diffractive structure DOE on the first surface at the paraxial axis was negative, the working distance of the HD was 0.3 mm, which was sufficiently secured.
  • the diffractive structure DOE on the second surface corrects the spherical aberration change accompanying the wavelength change of the BD and the axial chromatic aberration in the blue-violet region!
  • the diffractive structure DOE on the second surface uses the second-order diffracted light of a light beam with a wavelength for each optical disc, and its diffraction efficiency is 100%.
  • Table 6 shows numerical data of the multifocal objective lens of the sixth embodiment.
  • the multifocal objective lens of Example 6 is a BDZHDZDVDZCD compatible lens, and has a spherical aberration caused by a difference between t and t in the diffractive structure DOE (first diffractive structure) of the first surface (first optical surface). The difference has been corrected.
  • the diffractive structure of the first surface DOE uses first-order diffracted light for BD, second-order diffracted light for HD, first-order diffracted light for DVD, and CD for CD.
  • the first order diffracted light is used, the diffraction efficiency of BD (first order diffracted light) is 40.5%, the diffraction efficiency of HD (second order diffracted light) is 40.5%, and DVD (first order diffracted light) Has a diffraction efficiency of 96.4%, and the diffraction efficiency of CD (first-order diffracted light) is 80.3%.
  • the diffractive power at the paraxial axis of the diffractive structure DOE on the first surface was negative, the working distance of the HD was 0.3 mm, which was sufficiently secured.
  • the diffraction structure DOE third diffraction structure of the second surface (second optical surface) caused by the difference between t and t
  • the diffractive structure DOE of the second surface uses second-order diffracted light for BD and HD, uses first-order diffracted light for DVD, and uses first-order diffracted light for CD.
  • BD and HD uses second-order diffracted light for BD and HD, uses first-order diffracted light for DVD, and uses first-order diffracted light for CD.
  • the diffraction efficiency of HD (second-order diffracted light) is 100%
  • the diffraction efficiency of DVD (first-order diffracted light) is 88.2%
  • the diffraction efficiency of CD (+ 1st order diffracted light) is 100%.
  • the spherical aberration caused by the difference from 3 14 is corrected.
  • Table 7 shows numerical data of the multifocal objective lens of the seventh embodiment.
  • the multifocal objective lens of Example 7 is a BDZHDZDVDZCD compatible lens, and has a spherical aberration caused by the difference between t and t in the diffractive structure DOE (first diffractive structure) on the first surface (first optical surface). The difference has been corrected.
  • the diffractive structure DOE on the first surface uses first-order diffracted light for BD, second-order diffracted light for HD, first-order diffracted light for DVD, and CD for CD.
  • the first order diffracted light is used, the diffraction efficiency of BD (first order diffracted light) is 40.5%, the diffraction efficiency of HD (second order diffracted light) is 40.5%, and DVD (first order diffracted light) Has a diffraction efficiency of 96.4%, and the diffraction efficiency of CD (first-order diffracted light) is 80.3%.
  • the design may emphasize the diffraction efficiency of BD (first-order diffracted light) or the diffraction efficiency of HD (second-order diffracted light).
  • the second surface diffractive structure DOE corrects the spherical aberration change accompanying the wavelength change of the BD and the axial chromatic aberration in the blue-violet region!
  • the diffractive structure of the second surface (second optical surface) DOE uses second-order diffracted light for BD and HD, 1st-order diffracted light for DVD, and 1D for CD.
  • the diffraction efficiency of BD and HD is 100%
  • the diffraction efficiency of DVD is 88.2%
  • the diffraction efficiency of CD is 100. %.
  • the spherical aberration due to the difference between t and t is reduced by the diffraction structure HOE (second diffraction structure) on the third surface.
  • the diffractive structure HOE on the fourth surface uses 0th-order diffracted light (transmitted light) for BD, HD, and DVD, and uses 1st-order diffracted light for CD.
  • the diffraction efficiency of DVD (0th-order diffracted light) is 100%, and that of CD (1st-order diffracted light) is 40.4%.
  • Table 8 shows the values of each example of I SA -SA
  • a multifocal objective lens capable of forming a focus on an information recording surface of a high-density optical disc of two standards having different protective layer thicknesses, an optical pickup device using the same, An optical information recording / reproducing device can be provided.

Landscapes

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Abstract

　本発明の構成は、第１回折構造を少なくとも１つの光学面上に有し、波長λ１の光束が前記第１回折構造に入射した場合に発生するｍ次回折光とｎ次回折光（ｍ≠ｎ）とを、保護層の厚さが互いに異なる２種類の光ディスクの情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置に用いられる多焦点対物レンズであって、前記ｍ次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の波面の球面収差値ＳＡｍと、前記ｎ次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の波面の球面収差値ＳＡｎとの差の絶対値および前記ＳＡｍ及び前記ＳＡｎのうち、何れか一方の絶対値が所定の値であるとともに、前記第１回折構造は微細な段差により分割された複数の輪帯から構成され、前記回折次数ｍは１以上の整数であって、所定の式を満たす多焦点対物レンズを提供する。

Description

多焦点対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 技術分野
[0001] 本発明は、多焦点対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関 する。
背景技術
[0002] 近年、光ピックアップ装置にお!、て、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディ スクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、 例えば、青紫色半導体レーザや、第 2高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波 長変換を行う青紫色 SHGレーザ等の波長 405nmのレーザ光源が実用化されつつ ある。
[0003] これら青紫色レーザ光源を使用すると、デジタルバーサタイルディスク（以下、 DVD と略記する）と同じ開口数 (NA)の対物レンズを使用する場合で、直径 12cmの光デ イスクに対して、 15〜20GBの情報の記録が可能となり、対物レンズの NAを 0. 85に まで高めた場合には、直径 12cmの光ディスクに対して、 23〜27GBの情報の記録 が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光 磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」 t ヽぅ。
[0004] ところで、高密度光ディスクとして、現在 2つの規格が提案されている。 1つは NAO.
85の対物レンズを使用し保護層厚みが 0. 1mmであるブルーレイディスク（以下、 B Dと略記する）であり、もう 1つは NAO. 65乃至 0. 67の対物レンズを使用し保護層厚 みが 0. 6mmである HD DVD (以下、 HDと略記する）である。将来、巿場にこれら 2 つの規格の高密度光ディスクが流通する可能性があることを鑑みると、何れの高密度 光ディスクに対しても記録 Z再生が行える高密度光ディスクプレーヤ Zレコーダが望 まれる。
[0005] 保護層厚みが互いに異なり、光源波長が同じである 2種類の光ディスクに対してコ ンパチブルに記録 Z再生を行える 2焦点対物レンズが、以下の特許文献 1及び 2に 記載されている。 [0006] 2つの特許文献に開示された 2焦点対物レンズは、レンズ表面に形成した回折構造 により、入射光束の光量の多くを 2つの焦点に配分することで、保護層厚みが互いに 異なる光ディスクの記録 Z再生を行うものである。
特許文献 1：特開平 9 179020
特許文献 2：特開平 9 120027。
[0007] 然るに、上記の 2焦点対物レンズは、記録 Z再生の対象となる光ディスクとして、 N
Aが 0. 6の DVDと NAが 0. 45程度のコンパクトディスク（以下、 CDと略記する）を想 定して 、るため、 NAが大き 、BDと HDとに対して記録 Z再生を行うことが出来な 、。 発明の開示
[0008] 本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、保護層厚みが互いに異なる 2 つの規格の高密度光ディスクの情報記録面上に焦点を形成することが出来る多焦点 対物レンズ、及びそれを用いた光ピックアップ装置、光情報記録再生装置を提供す ることを目的とする。
[0009] 以上の課題を解決するために、本発明に係る構成は、第 1回折構造を少なくとも 1 つの光学面上に有し、波長 λ の光束が前記第 1回折構造に入射した場合に発生す る m次回折光と η次回折光 (m≠n)とを、保護層の厚さが互いに異なる 2種類の光デ イスクの情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置に用いられる多焦点対物レン ズであって、前記 m次回折光を保護層の厚 、方の光ディスクの保護層を介して集光 させた際の波面の球面収差値 SAと、前記 n次回折光を保護層の厚い方の光デイス クの保護層を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAとの差の絶対値
n I SA
m SA Iおよび前記 SA及び前記 SAのうち、何れか一方の絶対値が所定の値で n m n
あるとともに、前記第 1回折構造は微細な段差により分割された複数の輪帯力 構成 され、前記回折次数 mは 1以上の整数であって、所定の式を満たす多焦点対物レン ズとする。
[0010] 本発明において、回折構造として、図 1 (a)、図 1 (b)に模式的に示すように、複数 の輪帯 100から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であるものや、図 2 (a)、 図 2 (b)に模式的に示すように、段差 101の方向が有効径内で同一である複数の輪 帯 102から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものや、図 3 (a)、図 3 ( b)に模式的に示すように、内部に階段構造が形成された複数の輪帯 103から構成さ れるものや、図 4 (a)、図 4 (b)に模式的に示すように、段差 104の方向が有効径途中 で入れ替わる複数の輪帯 105から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であ る構造の何れかを用いるのが好ましい。尚、図 1 (a)乃至図 4 (b)は、回折構造を平面 上に形成した場合を模式的に示したものであるが、回折構造を球面或いは非球面上 に形成しても良い。また、図 3 (a)、図 3 (b)の回折構造では各輪帯を 5分割した場合 を示した力 各輪帯の分割数はこれに限られるものではない。
[0011] 尚、本明細書では、図 1 (a)、図 1 (b)、図 2 (a)、図 2 (b)、及び図 4 (a)、図 4 (b)に 示したような複数の輪帯力も構成される回折構造を記号「DOE」で表し、図 3 (a)、図 3 (b)に示したような内部に階段構造が形成された複数の輪帯カゝら構成される回折構 造を記号「HOE」で表すものとする。
[0012] 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イス クに対向する位置に配置され、光源力も射出された波長が互いに異なる光束を、記 録密度が互いに異なる光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光する機能を有 する集光素子を少なくとも含む光学系を指す。対物光学系は集光素子のみから構成 されていても良ぐカゝかる場合には、集光素子の光学面上に回折構造が形成される。
[0013] 更に、上述の集光素子と一体となってァクチユエータによりトラッキング及びフォー カシングを行う光学素子がある場合には、これら光学素子と集光素子とから構成され る光学系が対物レンズとなる。対物レンズがこのように、複数の光学素子から構成さ れる場合には、集光素子の光学面上に回折構造を形成しても良いが、回折構造の 段差部分による光束のけられの影響を低減するためには、集光素子以外の光学素 子の光学面上に回折構造を形成するのが好ましい。
[0014] 本明細書においては、情報の記録 Z再生用の光源として、青紫色半導体レーザや 青紫色 SHGレーザ等の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、 NAO. 85の対物レンズにより情報の記録 Z再生を行い、保護層 厚みが 0. 1mmである規格の光ディスク（例えば、 BD)の他に、 NAO. 65乃至 0. 67 の対物レンズにより情報の記録 Z再生を行い、保護層厚みが 0. 6mmである規格の 光ディスク (例えば、 HD DVD)を含むものとする。また、このような保護層をその情 報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十 nm程度の厚みの 保護膜を有する光ディスクや、保護層或 ヽは保護膜の厚さが 0の光ディスクも含むも のとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録 Z再生用 の光源として、青紫色レーザ光源を使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。
[0015] また、本明細書においては、 DVDとは、 DVD-ROM, DVD-Video, DVD -A udio、 DVD -RAM, DVD±R、 DVD士 RW、等の DVD系列の光ディスクの総称 であり、 CD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。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]回折構造 DOEの一例を示す側面図（a)、 (b)である。
[図 2]回折構造 DOEの一例を示す側面図（a)、 (b)である。
[図 3]回折構造 HOEの一例を示す側面図（a)、 (b)である。
[図 4]回折構造 DOEの一例を示す側面図（a)、 (b)である。
[図 5]光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
[図 6]対物レンズ (多焦点対物レンズ)の構成を示す平面図である。
[図 7]光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
[図 8]対物レンズ (多焦点対物レンズ)の構成を示す平面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明の好ましい構成を説明する。
[0018] 項 1に記載の構成は、第 1回折構造を少なくとも 1つの光学面上に有し、波長え の 光束が前記第 1回折構造に入射した場合に発生する m次回折光と n次回折光 (m≠ n)とを、保護層の厚さが互いに異なる 2種類の光ディスクの情報記録面上に集光さ せる光ピックアップ装置に用いられる多焦点対物レンズであって、
前記 m次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の 波面の球面収差値 SAと、前記 n次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層 を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAとの差の絶対値 SA
n I SA - m n I力 SO
. λ RMS以上であるとともに、前記 SA及び前記 SAのうち、何れか一方の絶対
1 m n
値は 0. 07 λ RMS以下であり、 前記第 1回折構造は微細な段差により分割された複数の輪帯から構成され、前記 回折次数 mは 1以上の整数であって、以下の（1)式を満たし、
前記波長え に対する前記多焦点対物レンズの屈折率 Nが 1. 5〜1. 6の範囲内で あって、前記段差のうち光軸に最も近!、段差の高さ d ( μ m)が以下の（2)乃至 (4) 式の何れか 1式を満たすことを特徴とする多焦点対物レンズである。
[0019] n=m— 1 (1)
0. 27く d < 0. 48 (2)
1. 01 < d < 1. 24 (3)
1. 72< d < 2. 02 (4)
波長 405nm、NA0. 85、保護層厚み 0. 1mmの BD用の対物レンズにおいて、保 護層厚みを HDに対応した 0. 6mmとすると、 NAO. 65内で 0. 9 RMS (又 =405 nm)以上の球面収差が発生する。従って、項 1記載の構成にあるように、波長え の 入射光束の光量の殆どを m次回折光と n次回折光とに振り分けて、 m次回折光を HD の保護層を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAと、 n次回折光を HDの保 護層を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAとの差の絶対値
n I SA - SA m n
Iを 0. 9 λ RMS以上とし、 SA及び SAのうち、何れか一方の絶対値を 0. 07 λ
1 m n 1
RMS以下となるように、回折構造の球面収差特性を決定することで、 BDと HDの保 護層厚みの差に起因する球面収差を補正し、何れの高密度光ディスクの情報記録 面上にも良好な波面を形成することが可能となる。力かる作用効果を達成するために は、 I SA — SA Iを 1. Ο λ RMS以上とし、 SA及び SAのうち、何れか一方の m n 1 m n
絶対値を 0. 05 λ RMS以下となるようにするのがより好ましい。また、将来、 HDの N Aが大きくなつた場合に対応するためには、 I SA — SA Iを 1. 2 λ RMS以上と m n 1
するのが好ましい。
[0020] 尚、上記の 2つの焦点の球面収差に関する条件は、「前記 m次回折光を保護層の 薄い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAと、前 記 n次回折光を保護層の薄い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の波面 の球面収差値 SAとの差の絶対値 I SA - SA Iが 4. 4 λ RMS以上であるととも に、前記 SA及び前記 SAのうち、何れか一方の絶対値は 0. 07 λ RMS以下であ m n 1 る」と言 ヽ換えても同義となる。
[0021] 項 2記載の構成は、前記回折次数 mと前記回折次数 nの組合せが、 (m, n) = (1, 0)、 (2, 1)、 (3, 2)の何れかである項 1に記載の多焦点対物レンズである。
[0022] 項 3記載の構成は、前記第 1回折構造の段差のうち、光軸に最も近い段差の高さ d
( m)、前記波長 λ ( m)、前記波長 λ に対する前記多焦点対物レンズの屈折 率 Νが以下の（5)式を満たす項 1に記載の多焦点対物レンズである。
[0023] 0. 4≤ I ΙΝΤ(Χ) -Χ | ≤0. 5 (5)
但し、 X=d - (N - 1) / λ であり、 INT (X)は、 Xに最も近い整数である。
[0024] 項 1のように、第 1回折構造を、 01 (a) ,図 1 (b)ゝ図 2 (a)ゝ図 2 (b)ゝ図 4 (a)ゝ図 4 ( b)に模式的に示したような微細な段差により分割された複数の輪帯力 構成された 構造とする場合、 m次回折光及び n次回折光について共に高い回折効率を得るには 、 mと nとの差を 1とすればよぐ項 2のように、回折次数 mと回折次数 nの組合せを (m , n) = (l, 0)、 (2, 1)、 (3, 2)の何れかとすることが好ましい。 m次回折光及び n次 回折光について共に高い回折効率を得るための回折次数 mと回折次数 nの組合せ は、上述した以外にも無数の組合せが存在するが、回折次数 mが大きくなりすぎると 、入射光束が変化した際の回折効率低下が大きくなるため、回折次数 mは 3以下と するのが最も好ましい。
[0025] また、項 2のように、回折次数 mと回折次数 nの組合せを (m, n) = (1, 0)とする場 合には、光軸に最も近い段差の高さ d ( m)が（2)式を満たすように設計する必要 があり、回折次数 mと回折次数 nの組合せを (m, n) = (2, 1)とする場合には、光軸 に最も近い段差の高さ d m)が（3)式を満たすように設計する必要があり、回折次 数 mと回折次数 nの組合せを (m, n) = (3, 2)とする場合には、光軸に最も近い段差 の高さ d m)が (4)式を満たすように設計する必要がある。換言すると、光軸に最 も近い段差の高さ d ( m)が（2)式の範囲内であれば、 1次回折光と 0次回折光が B Dと HDの記録 Z再生用の回折光として利用されていると判断でき、光軸に最も近い 段差の高さ d ( m)が（3)式の範囲内であれば、 2次回折光と 1次回折光が BDと H Dの記録 Z再生用の回折光として利用されていると判断でき、光軸に最も近い段差 の高さ d ( m)が（4)式の範囲内であれば、 3次回折光と 2次回折光が BDと HDの 記録 Z再生用の回折光として利用されて 、ると判断できる。
[0026] 項 3のように、光軸に最も近い段差の高さ dを（5)式を満たす範囲内とすることによ り、上記 dは波長え のほぼ (q— O. 5)倍の高さに設定されることになる。ここで qは自 然数である。これにより、第 1回折構造に入射する波長 の光束の光量の殆どは、 m次回折光と n次回折光 (但し、 n=m— 1)の 2つの回折光に振り分けられることにな るので、 BDと HDの記録 Z再生用の回折光の光量を大きく確保することが可能とな る。
[0027] 項 4記載の構成は、前記波長え は 450nm以下である項 1乃至 3のいずれかに記 載の多焦点対物レンズである。
[0028] 項 5に記載の構成は、前記 m次回折光と前記 n次回折光のうち、回折次数の大きい ほうの回折光を保護層の厚い方の光ディスクの情報記録面上に集光させ、回折次数 の小さいほうの回折光を保護層の薄い方の光ディスクの情報記録面上に集光させる とともに、前記第 1回折構造の近軸における回折パワーが負である項 1乃至 4のいず れかに記載の多焦点対物レンズである。
[0029] 項 5のように、 m次回折光と n次回折光のうち、回折次数の大きいほうの回折光を保 護層の厚い方の光ディスク、例えば HDの情報記録面上に集光させ、回折次数の小 さいほうの回折光を保護層の薄!、方の光ディスク、例えば BDの情報記録面上に集 光させるようにし、かつ、第 1回折構造の近軸における回折パワーが負となるように設 計しておくことで、 BDよりも厚い保護層を有する HDに対する多焦点対物レンズの作 動距離を十分に確保することが可能となる。
[0030] 項 6に記載の構成は、前記多焦点対物レンズにおいて、前記第 1回折構造を有す る光学面とは異なる光学面上に、内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成され る第 2回折構造を更に有し、前記第 2回折構造は、前記波長 λ の光束には実質的 に位相差を与えず、波長え ( λ > λ )の光束には位相差を与える項 1乃至 5の何
2 2 1
れかに記載の多焦点対物レンズである。
[0031] 項 7に記載の構成は、前記第 2回折構造において、前記各輪帯の分割数 Μ、前記
2 各輪帯内に形成された階段の高さ D ( m)、前記波長え （； z m)、前記波長え に
2 1 1 対する前記多焦点対物レンズの屈折率 Nが以下の（8)式を実質的に満たす項 6に 記載の多焦点対物レンズである。
[0032] D - (N - D / λ = 2-q2 (8)
2 1 1
但し、 q2は自然数であり、 Mは 4, 5, 6の何れ力である。
2
[0033] 現在、映像の配布メディアとして DVDが多く市場に流通しているため、高密度光デ イスクプレーヤ Zレコーダには DVDに対する互換性も要求されている。項 6によれば 、第 1回折構造を形成した光学面とは異なる光学面に形成した第 2回折構造が、波 長え 1の光束には実質的に位相差を与えず、波長え 2 ( λ 2 > λ 1 )の光束には位相差 を与えるので、高密度光ディスク以外の光ディスク (例えば DVD)に利用される波長 λの光束のみに対して回折作用を付与することができ、これにより高密度光ディスク
2
と DVDとの保護層厚みの差に起因する球面収差や、使用波長の差に起因する球面 収差を補正することが可能となる。これにより、 BDと HDといった保護層厚みが互い に異なる高密度光ディスク及び DVDに対して共通の対物レンズを用いてコンパチブ ルに情報の記録 Ζ再生を行うことが可能となる。
[0034] 具体的には、項 7のように、階段の高さ Dを上記（8)式を満たす範囲内とすることに
2
より、階段の高さ D
2は波長え 1のほぼ整数倍の深さに設定されることになる。階段の高 さがこのように設定された階段構造に対して、波長えの光束が入射した場合、隣接
1
する階段間では 2 X q2 X (； z m)の光路差が発生することになり、波長えの光束 には実質的に位相差が与えられないことになるので、波長え 1の入射光束は第 2回折
Figure imgf000010_0001
、て回折されずにそのまま透過する。
[0035] 一方、波長えの光束に対しては段差の深さと分割数に応じた位相差が与えられ、
2
回折作用を受けるが、各輪帯の分割数 Mを 4, 5, 6の何れかに設定することにより高
2
い回折効率を有する波長えの回折光を得ることができ、この回折光を利用して DVD
2
に対する情報の記録 Z再生を行うことができる。
[0036] 項 8に記載の構成は、前記波長 λ 力 0. 63 μ m乃至 0. 68 μ mの範囲内である
2
項 6乃至 7のいずれかに記載の多焦点対物レンズである。
[0037] 項 8によれば、 BDと HDといった保護層厚みが互いに異なる高密度光ディスク及び DVDに対して共通の対物レンズを用いてコンパチブルに情報の記録 Z再生を行うこ とが可能となる。 [0038] 項 9に記載の構成は、前記多焦点対物レンズが、前記第 1回折構造を有する光学 面とは異なる光学面上に、微細な段差により分割された複数の輪帯から構成される 第 3回折構造を更に有し、前記第 3回折構造は、前記波長 λ の光束が入射した場 合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数よりも、波長 λ
2
( λ > λ )の光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回
2 1
折光の回折次数の方が低い項 1乃至 8のいずれかに記載の多焦点対物レンズであ る。
[0039] 項 10に記載の構成は、前記第 3回折構造において、前記波長 λ の光束が入射し た場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 2次、前 記波長 λ
2の光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回 折光の回折次数が 1次である項 9に記載の多焦点対物レンズである。
[0040] 項 11に記載の構成は、前記第 3回折構造において、前記波長 λ の光束が入射し た場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 3次、前 記波長 λ
2の光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回 折光の回折次数が 2次である項 9に記載の多焦点対物レンズである。
[0041] 項 9のように、第 1回折構造を有する光学面とは異なる光学面上に、微細な段差に より分割された複数の輪帯から構成される第 3回折構造を設け、波長え の光束が入 射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数 iよりも 、波長え ( λ > λ
2 2 1 )の光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効 率となる回折光の回折次数 jの方が低くなるように当該第 3回折構造を設計しておくこ とにより、波長え の i次回折光と波長え の j次回折光の何れの回折効率を高くするこ
1 2
とができるとともに、回折作用を利用して、高密度光ディスクと DVDとの保護層厚み の差に起因する球面収差や、使用波長の差に起因する球面収差を補正することが 可能となる。
[0042] 尚、項 10及び項 11のように、上記回折次数 iと回折次数 jとの組み合わせとしては、
(i, j) = (2, 1)あるいは（3, 2)が好ましい。 i次回折光及び j次回折光について共に 高い回折効率を得るための回折次数 iと回折次数 jの組合せは、上述した以外にも無 数の組合せが存在するが、回折次数 iが大きくなりすぎると、入射光束が変化した際 の回折効率低下が大きくなるため、回折次数 iは 3又は 2とするのが最も好ましい。
[0043] 項 12に記載の構成は、前記波長 λ は、 0. 63 μ m乃至 0. 68 μ mの範囲内である
2
項 6乃至 11のいずれかに記載の多焦点対物レンズである。
[0044] 項 13に記載の構成は、第 1回折構造を少なくとも 1つの光学面上に有し、波長 λ の光束が前記第 1回折構造に入射した場合に発生する m次回折光と η次回折光 (m ≠n)とを、保護層の厚さが互いに異なる 2種類の光ディスクの情報記録面上に集光 させる光ピックアップ装置に用いられる多焦点対物レンズであって、
前記 m次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の 波面の球面収差値 SAと、前記 n次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層 を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAとの差の絶対値
n I SA - SA
m n I力 SO
. λ RMS以上であるとともに、前記 SA及び前記 SAのうち、何れか一方の絶対
1 m n
値は 0. 07 λ RMS以下であり、
前記第 1回折構造は内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成される回折構 造であるとともに、前記回折次数 mは 1以上の整数であって、以下の（6)式を満たし、 前記第 1回折構造の各輪帯内に形成された階段の高さ D (； z m)、前記波長え ( μ m)、前記波長 λ に対する前記多焦点対物レンズの屈折率 Νが以下の（7)式を 満たす多焦点対物レンズである。
[0045] n= -m (6)
D - (N - D / λ =ql -0. 5 (7)
但し、 qlは自然数である。
[0046] 項 14記載の構成は、前記回折次数 mと前記回折次数 nの組合せが、（m, n) = (1 , —1)、 (2, —2)、 (3, 3)の何れかである項 13に記載の多焦点対物レンズである
[0047] 項 13のように、第 1回折構造を、図 3 (a)、図 3 (b)に模式的に示したような内部に階 段構造を有する複数の輪帯から構成された構造とする場合、 m次回折光及び n次回 折光について共に高い回折効率を得るには、 mと nの絶対値を同じとし、その符号を 逆にすればよぐ項 14のように、回折次数 mと回折次数 nの組合せを (m, n) = (1, — 1)、 (2, 2)、 (3, 3)の何れかとすることが好ましい。 m次回折光及び n次回折 光について共に高い回折効率を得るための回折次数 mと回折次数 nの組合せは、上 述した以外にも無数の組合せが存在するが、回折次数 mが大きくなりすぎると、入射 光束が変化した際の回折効率低下が大きくなるため、回折次数 mは 3以下とするの が最も好ましい。
[0048] 項 15記載の構成は、前記第 1回折構造において、各輪帯の分割数 Mが偶数であ る項 13に記載の多焦点対物レンズである。
[0049] 項 13のように、階段の高さ Dを（7)式を満たす範囲内とすることにより、上記 Dは 波長え のほぼ (ql— 0. 5)倍の深さに設定されることになる。ここで qlは自然数であ る。これにより、第 1回折構造に入射する波長え の光束の光量の殆どは、 m次回折 光と n次回折光 (但し、 n=—m)の 2つの回折光に振り分けられることになる力 項 15 のように、各輪帯の分割数 Mを偶数とすることにより BDと HDの記録 Z再生用の回 折光の光量を最も大きく確保することが可能となる。
[0050] 項 16記載の構成は、前記波長え は 450nm以下である項 13乃至 15のいずれか に記載の多焦点対物レンズである。
[0051] 項 17記載の構成は、前記 m次回折光と前記 n次回折光のうち、回折次数の大きい ほうの回折光を保護層の厚い方の光ディスクの情報記録面上に集光させ、回折次数 の小さいほうの回折光を保護層の薄い方の光ディスクの情報記録面上に集光させる とともに、前記第 1回折構造の近軸における回折パワーが負である項 13乃至 16に記 載の多焦点対物レンズである。
[0052] 項 18記載の構成は、前記多焦点対物レンズが、前記第 1回折構造を有する光学 面とは異なる光学面上に、内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成される第 2 回折構造を更に有し、前記第 2回折構造は、前記波長 λ の光束には実質的に位相 差を与えず、波長え ( λ > λ )の光束には位相差を与える項 13乃至 17のいずれ
2 2 1
かに記載の多焦点対物レンズである。
[0053] 項 19記載の構成は、前記第 2回折構造において、前記各輪帯の分割数 Μ、前記
2 各輪帯内に形成された階段の高さ D ( m)、前記波長え （； z m)、前記波長え に
2 1 1 対する前記多焦点対物レンズの屈折率 Nが以下の（8)式を実質的に満たす項 18に 記載の多焦点対物レンズ。 [0054] D - (N - ΐ) / λ = 2-q2 (8)
2 1 1
但し、 q2は自然数であり、 Mは 4, 5, 6の何れ力である。
2
[0055] 項 20記載の構成は、前記波長 λ 力 0. 63 μ m乃至 0. 68 μ mの範囲内である項
2
18または 19に記載の多焦点対物レンズである。
[0056] 項 21記載の構成は、前記多焦点対物レンズが、前記第 1回折構造を有する光学 面とは異なる光学面上に、微細な段差により分割された複数の輪帯から構成される 第 3回折構造を更に有し、前記第 3回折構造は、前記波長 λ の光束が入射した場 合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数よりも、波長 λ
2
( λ > λ )の光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回
2 1
折光の回折次数の方が低い項 13乃至 17のいずれかに記載の多焦点対物レンズで ある。
[0057] 項 22記載の構成は、前記第 3回折構造において、前記波長 λ の光束が入射した 場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 2次、前記 波長 λ
2の光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折 光の回折次数が 1次である項 21に記載の多焦点対物レンズである。
[0058] 項 23記載の構成は、前記第 3回折構造において、前記波長 λ の光束が入射した 場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 3次、前記 波長 λ
2の光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折 光の回折次数が 2次である項 21に記載の多焦点対物レンズである。
[0059] 項 24記載の構成は、前記波長 λ 力 0. 63 μ m乃至 0. 68 μ mの範囲内である項
2
18乃至 23のいずれかに記載の多焦点対物レンズである。
[0060] 項 25記載の構成は、保護層厚 tを有する第 1光ディスク及び保護層厚 t (t <t )
1 2 1 2 を有する第 2光ディスクの情報の記録 Z再生を行う光ピックアップ装置であって、前 記第 1及び第 2光ディスクの情報の記録/再生を行う際に用いられる波長 λ (350nm ≤ λ ≤450nm)を有する第 1光束を射出する第 1光源と、項 1〜24のいずれかに記 載の多焦点対物レンズと、前記対物レンズのトラッキング及びフォーカシングを行うた めの 2方向への駆動を行う駆動手段とを有し、第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際 は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、一方の回折光を前記第 1光ディスクの 情報記録面上に集光させ、第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折 光と前記 n次回折光の内、前記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の 回折光を前記第 2光ディスクの情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置である
[0061] 項 26記載の構成は、保護層厚 tを有する第 1光ディスク、保護層厚 t (t <t )を有
1 2 1 2 する第 2光ディスク及び保護層厚 tを有する前記第 1及び第 2光ディスクとは異なる種
3
類の第 3光ディスクの情報の記録 Z再生を行う光ピックアップ装置であって、前記第 1 及び第 2光ディスクの記録/再生のために波長え ( λ ≤ 450應)を有する第 1光束 を射出する第 1光源と、前記第 3光ディスクの記録/再生のために波長え (630nm<
2 λ < 680nm)を有する第 2光束を射出する第 2光源と、前記第 1乃至第 2光束を前記
2
第 1乃至第 3光ディスクの情報記録面上にそれぞれ集光させる項 1〜24のいずれか に記載の多焦点対物レンズと、前記対物レンズのフォーカシング及びトラッキングを 行うための方向の 2方向への駆動を行う可能とする駆動手段と、を有し、前記対物レ ンズは、段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射する前記第 1光 束を m次回折光と n次回折光 (m≠n)として発生させる第 1回折構造が形成された第 1光学面と、
段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射する前記第 2光束の^ V 次回折光として発生させる第 2回折構造が形成された第 2光学面と、を有し、第 1光 ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、一方の 次数の光を前記第 1光ディスクの情報記録面上に集光し、第 2光ディスクの記録 Z再 生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、前記第 1光ディスクの記録 Z 再生を行う際とは異なる方の次数の光を前記第 2光ディスクの情報記録面上に集光 し、第 3光ディスクの記録 Z再生を行う際は、第 2光束から発生する前記 V次の回折 光を前記第 3光ディスクの情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置である。
[0062] 項 27記載の構成は、保護層厚 tを有する第 1光ディスク、保護層厚 t (t <t )を有
1 2 1 2 する第 2光ディスク、保護層厚 tを有する前記第 1及び第 2光ディスクとは異なる種類
3
の第 3光ディスク及び保護層厚 t (t <t )を有する第 4光ディスクの情報の記録/再
4 3 4
生を行う光ピックアップ装置であって、前記第 1及び第 2光ディスクの記録/再生のた めに波長 λ ι ( ^4501™)を有する第 1光束を射出する第 1光源と、前記第 3光ディ スクの記録/再生のために波長え (630nm< λ < 680nm)を有する第 2光束を射出
2 2
する第 2光源と、前記第 4光ディスクの情報の記録/再生のために波長え { λ < λ )
3 2 3 を有する第 3光束を射出する第 3光源と、前記第 1乃至第 3光束を前記第 1乃至第 4 光ディスクの情報記録面上にそれぞれ集光させる項 1〜24のいずれかに記載の対 物レンズと、前記対物レンズのフォーカシング及びトラッキングを行うための 2方向の 駆動を行う駆動手段と、を有し、前記対物レンズは、段差によって分割された複数の 輪帯によって構成され、入射する前記第 1光束を m次回折光と η次回折光 (m≠n)と して発生させる第 1回折構造が形成された第 1光学面と、段差によって分割された複 数の輪帯によって構成され、入射する前記第 2光束を V次回折光として発生させる第 2回折構造が形成された第 2光学面と、を有し、第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際 は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、一方の次数の光を前記第 1光ディスク の情報記録面上に集光し、第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折 光と前記 n次回折光の内、前記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の 次数の光を前記第 2光ディスクの情報記録面上に集光し、第 3光ディスクの記録 Z再 生を行う際は、第 2光束から発生する前記 V次の回折光を前記第 3光ディスクの情報 記録面上に集光させ、第 4光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記第 3光源から射 出された前記第 3光束を発散光束として前記対物レンズに入射させ前記第 4光デイス クの情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置である。
[0063] 項 25〜27によれば、項 1乃至 24のいずれか一項と同様の効果を有する光ピックァ ップ装置を得られる。
[0064] 項 28記載の構成は、項 25乃至 27のいずれかに記載の光ピックアップ装置を搭載 した光情報記録再生装置である。
[0065] 項 28によれば、項 25乃至 27のいずれか一項と同様の効果を有する光情報記録再 生装置を得られる。
[第 1の実施の形態]
図 5は、 BDと HDとの何れに対しても適切に情報の記録 Z再生を行える第 1の光ピ ックアップ装置 PU1の構成を概略的に示す図である。 BDの光学的仕様は、波長え =408nm、保護層 PL1の厚さ t =0. lmm、開口数 NA =0. 85であり、 HDの光 学的仕様は、波長え =408nm、保護層 PL2の厚さ t =0. 6mm、開口数 NA =0
1 2 2
. 67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。
[0066] 光ピックアップ装置 PU1は、 BD及び HDに対して情報の記録 Z再生を行う場合に 発光され 408nmのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザ LDと光検出器 PDと がー体ィ匕された BDZHD用レーザモジュール LM、収差補正素子 L1とこの収差補 正素子 L 1を透過した光束を、情報記録面 RL 1と RL2上に集光させる機能を有する 両面が非球面とされた集光素子 L2とから構成された対物レンズ OBJ (多焦点対物レ ンズ）、 2軸ァクチユエータ AC 1、 1軸ァクチユエータ AC2、 BDの開口数 NAに対応 した絞り STO、コリメートレンズ COLとから構成されて!ヽる。
[0067] 尚、青紫色半導体レーザ LDの他に青紫色 SHGレーザを使用することもできる。
[0068] 次に対物レンズ OBJの構成について説明する。対物レンズ OBJの概略構成図を図 6に示す。集光素子 L2は、波長え と保護層の厚さ tとに対して球面収差補正が最 適化された BD専用のプラスチックレンズである。またプラスチックレンズである収差補 正素子 L 1のレーザモジュール LM側の光学面 S 1上に形成された回折構造 HOE 1 ( 第 1回折構造)は、保護層 PL1の厚さ tと保護層 PL2の厚さ tとの差に起因する球面
1 2
収差を補正するための構造であり、収差補正素子 L1の光ディスク側の光学面 S2上 に形成された回折構造 DOE1は、青紫色領域における対物レンズ OBJの色収差を 補正するための構造である。収差補正素子 L1と集光素子 L2は、周辺部に形成され たフランジ部同士を接合することで一体化されている。
[0069] 回折構造 HOE1は、図 6に示すように、複数の輪帯から構成されており、各輪帯は 階段状に 2分割されている。回折構造 HOE1の各輪帯内に形成された階段の高さ D ( μ m)は以下の（7) '式に、 ql = 1を代入した値を実質的に満たすように設計されて いる。ここで、 Nは収差補正素子 L1の波長え に対する屈折率である。
[0070] D = (ql -0. 5) · λ / (Ν - 1) (7) '
階段の高さ Dがこのように設定された階段構造に対して、波長え の光束が入射し た場合、隣接する階段構造間では 0. 5 X λ (； z m)の光路差が与えられるので、第 1 回折構造に入射する波長え の光束の光量の殆どは、 BD用として利用される 1次 回折光と HD用として利用される 1次回折光の 2つの回折光に振り分けられることにな るが、回折構造 HOE1の各輪帯の分割数 Miを偶数 (本実施の形態では 2)とするこ とにより、 BDと HDの記録 Z再生用の回折光の光量を最も大きく確保することが可能 となる。
[0071] また、回折構造 HOE1の各輪帯の幅 Λは、回折次数の大きいほうの回折光（1次回 折光）を HDの情報記録面上に集光させ、回折次数の小さいほうの回折光（一 1次回 折光）を BDの情報記録面上に集光させるようにし、かつ、近軸における回折パワー が負となるように設計されている。これにより、保護層の厚い HDに対する作動距離を 十分に確保することが可能となる。
[0072] 尚、回折構造 HOE1は、 HDの開口数 NA内にのみ形成されているので、 NAより
2 2 外側の領域を通過する光束は HDの情報記録面 RL2上でフレア成分となり、 HDに 対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。
[0073] また、回折構造 HOE1で発生する波長 λェの光束の 1次回折光の回折効率は 40.
5%であり、波長え の光束の 1次回折光の回折効率は 40. 5%である。
[0074] また、回折構造 DOE1は、図 6に示すように、光軸を含む断面形状が階段形状の 複数の輪帯力も構成された構造である。回折構造 DOE1において、光軸に最も近い 段差の高さ d m)は、以下の（9)式を実質的に満たすように設計されている。ここ
A
で、 Nは収差補正素子 L1の波長え に対する屈折率である。
d = 1 · (Ν - 1) / λ (9)
A 1 1
力かる回折構造 DOE1により青紫色領域における対物レンズ OBJの色収差を補正 する技術は公知の技術であるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
[0075] 尚、回折構造 DOE1で発生する 1次回折光の回折効率は 100%である。
[0076] また、本実施の形態のコリメートレンズ COLは、 1軸ァクチユエータ AC2により光軸 方向にその位置が変移可能であるように構成されている。これにより、 HD及び BDの 情報記録面上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので、 H D及び BDに対して常に良好な記録 Z再生特性を維持することができる。
[0077] コリメートレンズ COL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 LD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 OBJ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に対 する記録 Z再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層 PL1の製造誤差によ る厚みばらつきや厚み分布、等である。
[0078] 光ピックアップ装置 PU1において、 BDに対して情報の記録 Z再生を行う場合には 、図 5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 LD を発光させる。青紫色半導体レーザ LDから射出された発散光束は、コリメートレンズ COLを経て平行光束とされ、絞り STOにより光束径が規制され、対物レンズ OBJに より集光作用を受けて、 BDの保護層 PL 1を介して情報記録面 RL 1上に形成される スポットとなる。
[0079] 対物レンズ OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォー カシングゃトラッキングを行う。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 OBJ、及びコリメートレンズ COLを透過した後、収斂光束となり 、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 B Dに記録された情報を読み取ることができる。
[0080] 光ピックアップ装置 PU1にお 、て、 HDに対して情報の記録 Z再生を行う場合には 、図 5において点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 LD を発光させる。青紫色半導体レーザ LDから射出された発散光束は、コリメートレンズ COLを経て平行光束とされ、対物レンズ OBJにより集光作用を受けて、 HD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。ここで、回折構造 HOE 1は、 HDの開口数 NA内にのみ形成されているので、 HDに対する開口制限が自
2
動的に行われることになる。
[0081] 対物レンズ OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォー カシングゃトラッキングを行う。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 OBJ、及びコリメートレンズ COLを透過した後、収斂光束となり 、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 H Dに記録された情報を読み取ることができる。
[0082] 本実施の形態では、 BD及び HDに対して情報の記録 Z再生を行う場合に発光す る 408nmのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザ LDを使用した力 さらに 40 8nmのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザを追加した構成としても良い。こ の場合、 2つの青紫色半導体レーザのうち、一方は BDに対して情報の記録 Z再生 を行う場合に発光させ、もう一方は HDに対して情報の記録 Z再生を行う場合に発光 させる。
[第 2の実施の形態]
図 7は、 BDと HDと DVDと CDとの何れに対しても適切に情報の記録 Z再生を行え る光ピックアップ装置 PU2の構成を概略的に示す図である。 BDの光学的仕様は、 波長え =408nm、保護層 PL1の厚さ t =0. lmm、開口数 NA =0. 85であり、 H Dの光学的仕様は、波長え =408nm、保護層 PL2の厚さ t =0. 6mm、開口数 N
1 2
A =0. 65であり、 DVDの光学的仕様は、波長え =658nm、保護層 PL3の厚さ t
2 2 3
=0. 6mm、開口数 NA =0. 65であり、 CDの光学的仕様は、波長え = 785nm、
3 3
保護層 PL4の厚さ t = 1. 2mm、開口数 NA =0. 45である。但し、波長、保護層の
4 4
厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
[0083] 光ピックアップ装置 PU2は、 BD及び HDに対して情報の記録 Z再生を行う場合に 発光され 408nmのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザ LD1と光検出器 PD 1とが一体化された BDZHD用レーザモジュール LM 1、 DVDに対して情報の記録 Z再生を行う場合に発光され 658nmのレーザ光束を射出する第 1の発光点 EP1と、 CDに対して情報の記録 Z再生を行う場合に発光され 785nmの光束を射出する第 2 の発光点 EP2と、 DVDの情報記録面 RL3からの反射光束を受光する第 1の受光部 DS1と、 CDの情報記録面 RL4からの反射光束を受光する第 2の受光部 DS2と、プリ ズム PSとから構成された DVDZCD用レーザモジュール LM2、第 1収差補正素子 L 1及び第 2収差補正素子 Lrと、これら第 1収差補正素子 L1及び第 2収差補正素子 L /を透過したレーザ光束を情報記録面 RL1、 RL2、 RL3、及び RL4上に集光させ る機能を有する両面が非球面とされた集光素子 L2とから構成された対物レンズ OBJ 、 CD用の開口制限素子 AP、 2軸ァクチユエータ AC1、 BDの開口数 NAに対応し た絞り STO、 1軸ァクチユエータ AC2、偏光ビームスプリッタ BS、第 1コリメートレンズ COLl、第 2コリメートレンズ COL2から構成されている。
[0084] 尚、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。 [0085] 次に対物レンズ OBJの構成について説明する。対物レンズ OBJの概略構成図を図 8に示す。集光素子 L2は、波長え と保護層の厚さ tとに対して球面収差補正が最 適化された BD専用のガラスレンズである。また、プラスチックレンズである第 1収差補 正素子 L1のレーザモジュール LM1側の光学面 S1 (第 1光学面）上に形成された回 折構造 DOE2 (第 1回折構造)は、保護層 PL1の厚さ tと保護層 PL2の厚さ tとの差
1 2 に起因する球面収差を補正するための構造であり、第 1収差補正素子 L1の光デイス ク側の光学面 S2 (第 2光学面)上に形成された回折構造 DOE3は、青紫色領域にお ける対物レンズ OBJの色収差を補正するための構造であり、プラスチックレンズである 第 2収差補正素子 L /のレーザモジュール LM1側の光学面 S3上に形成された回折 構造 HOE2 (第 2回折構造)は、保護層 PL1の厚さ tと保護層 PL3の厚さ tとの差に
1 3 起因する球面収差を補正するための構造であり、第 2収差補正素子 Lrの光デイス ク側の光学面 S4上に形成された回折構造 HOE3は、保護層 PL1の厚さ tと保護層 PL4の厚さ tとの差に起因する球面収差を補正するための構造である。第 1収差補
4
正素子 Ll、第 2収差補正素子 Ll 集光素子 L2及び開口制限素子 APは、その側 面に配置した接合部材 Bにより一体ィ匕されている。
[0086] 回折構造 DOE2は、図 8に示すように、光軸を含む断面形状が階段形状の複数の 輪帯から構成されており、光軸に最も近い段差の高さ d m)は、以下の（10)式を 実質的に満たすように設計されている。ここで、 Nは第 1収差補正素子 L1の波長え に対する屈折率である。
d = 1. 5 · (Ν - 1) / λ (10)
これにより、回折構造 DOE2は、上述の（3)式及び（5)を満たし、回折構造 DOE2 に入射する波長 λ の光束の光量の殆どは、 2次回折光と 1次回折光の 2つの回折光 に振り分けられることになる。
[0087] また、回折構造 DOE2の各輪帯の幅 Λは、回折次数の大きいほうの回折光（2次回 折光）を HDの情報記録面上に集光させ、回折次数の小さいほうの回折光（1次回折 光）を BDの情報記録面上に集光させるようにし、かつ、近軸における回折パワーが 負となるように設計されている。これにより、保護層の厚い HDに対する作動距離を十 分に確保することが可能となる。 [0088] 尚、回折構造 DOE2は、 HDの開口数 NA内にのみ形成されているので、 NAより
2 2 外側の領域を通過する光束は HDの情報記録面 RL2上でフレア成分となり、 HDに 対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。
[0089] また、回折構造 DOE2に波長え が入射した場合には、 1次回折光が最大の回折
2
効率を有するように発生し、波長え の光束が入射した場合には、 1
3 次回折光が最大 の回折効率を有するように発生する。
[0090] 尚、回折構造 DOE2で発生する波長え の光束の 2次回折光の回折効率は 40. 5 %であり、波長え の光束の 1次回折光の回折効率は 40. 5%であり、波長え の光束
1 2 の 1次回折光の回折効率は 96. 4%であり、波長 λ の光束の 1次回折光の回折効
3
率は 80. 3%である。
[0091] また、回折構造 DOE3は、図 8に示すように、光軸を含む断面形状が階段形状の 複数の輪帯力も構成された構造である。回折構造 DOE3において、光軸に最も近い 段差の高さ d m)は、以下の（11)式を実質的に満たすように設計されている。こ
B
こで、 Nは第 1収差補正素子 L1の波長え に対する屈折率である。
d = 2 · (Ν - 1) / λ ( 11)
Β 1 1
力かる回折構造 DOE3により青紫色領域における対物レンズ OBJの色収差を補正 する技術は公知の技術であるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
[0092] また、回折構造 DOE3に波長え の光束が入射した場合には、 2次回折光が最大 の回折効率を有するように発生し、波長え の光束が入射した場合には、 1次回折光
2
が最大の回折効率を有するように発生し、波長え の光束が入射した場合には、 1次
3
回折光が最大の回折効率を有するように発生する。
[0093] 尚、回折構造 DOE3で発生する波長え の光束の 2次回折光の回折効率は 100% であり、波長え の光束の 1次回折光の回折効率は 88. 2%であり、波長え の光束の
2 3
1次回折光の回折効率は 100%である。
[0094] 回折構造 HOE2は、図 8に示すように、複数の輪帯から構成されており、各輪帯は 階段状に 5分割されている。回折構造 HOE2の各輪帯内に形成された階段の高さ D ( μ m)は以下の（8) '式に、 q2 = 2を代入した値を実質的に満たすように設計されて
2
いる。ここで、 Nは第 2収差補正素子 の波長え に対する屈折率である。 [0095] D =q2 - λ / (N - 1) (8) '
2 1 1
この階段構造より波長 λェの光束に付加される光路差は 2 X λェであるので、波長 λ の光束は回折構造 ΗΟΕ2により何ら作用を受けずにそのまま透過する（0次回折光 )。また、この階段構造により波長え の光束に付加される光路差は I X λ であるので
3 3
、波長え の光束も階段構造により何ら作用を受けずにそのまま透過する（0次回折
3
光)。一方、この階段構造により波長え の光束に付加される光路差は約 0. 2 Χえ で
2 2 あり、 5分割された輪帯 1つ分ではちょうど I X λ の光路差が付加されることになり、 1
2
次回折光が発生する。このように、波長え 2の光束のみを選択的に回折させることによ り、保護層 PL1の厚さ tと保護層 PL3の厚さ tとの差に起因する球面収差を補正して
1 3
いる。
[0096] 尚、回折構造 HOE2は、 DVDの開口数 NA内にのみ形成されているので、 NAよ
3 3 り外側の領域を通過する光束は DVDの情報記録面 RL3上でフレア成分となり、 DV Dに対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。
[0097] また、回折構造 HOE2で発生する波長 λェの光束の 0次回折光の回折効率は 100 %であり、波長え の光束の 1次回折光の回折効率は 87. 3%であり、波長え の光束
2 3 の 0次回折光の回折効率は 100%である。
[0098] 回折構造 ΗΟΕ3は、図 8に示すように、複数の輪帯から構成されており、各輪帯は 階段状に 2分割されている。回折構造 ΗΟΕ3の各輪帯内に形成された階段の高さ D ( ^ m)は以下の（12)式に、 q = 5を代入した値を実質的に満たすように設計されて
3
いる。ここで、 Nは第 2収差補正素子 の波長え に対する屈折率である。
[0099] D =q - λ / (Ν - 1) (12)
3 1 1
この階段構造より波長え の光束に付加される光路差は 5 X λ であるので、波長え の光束は回折構造 ΗΟΕ3により何ら作用を受けずにそのまま透過する（0次回折光 )。また、この階段構造により波長え の光束に付加される光路差は 3 X λ であるので
2 2
、波長え の光束も回折構造 ΗΟΕ3により何ら作用を受けずにそのまま透過する（0
2
次回折光)。一方、この階段構造により波長え の光束に付加される光路差は約 0. 5
3
X λ であり、 2分割された輪帯 1つ分ではちょうど半波長分だけ光路差が付加される
3
ことになり、回折構造 ΗΟΕ3に入射した波長え の光束の光量の殆どは 1次回折光と 1次回折光に振り分けられる。回折構造 HOE3の各輪帯の幅 Λは 1次回折光を C Dの情報記録面 RL4上に集光させるように設計されており、この回折作用により保護 層 PL1の厚さ tと保護層 PL3の厚さ tとの差に起因する球面収差を補正している。
1 3
[0100] 尚、回折構造 HOE3で発生する波長え の光束の 0次回折光の回折効率は 100% であり、波長え の光束の 0次回折光の回折効率は 100%であり、波長え の光束の 1
2 3 次回折光の回折効率は 40. 4%である。
[0101] また、本実施の形態の第 1コリメートレンズ COL1は、 1軸ァクチユエータ AC2により 光軸方向にその位置が変移可能であるように構成されている。これにより、 HD及び B Dの情報記録面上に形成されたスポットの球面収差を補正することが可能となるので 、 HD及び BDに対して常に良好な記録 Z再生特性を維持することができる。
[0102] 第 1コリメートレンズ COL1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 OBJ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 クに対する記録 Z再生時における層間のフォーカスジャンプ、保護層 PL1の製造誤 差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
[0103] 光ピックアップ装置 PU2において、 BDに対して情報の記録 Z再生を行う場合には 、図 7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 LD 1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を経て平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ BSを透過した後、絞り ST Oにより光束径が規制され、開口制限素子 APを透過し、対物レンズ OBJにより集光 作用を受けて、 BDの保護層 PL 1を介して情報記録面 RL 1上に形成されるスポットと なる。
[0104] 対物レンズ OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォー カシングゃトラッキングを行う。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 OBJ、開口制限素子 AP、偏光ビームスプリッタ BS及び第 1コ リメ一トレンズ COL1を透過した後、収斂光束となり、光検出器 PD1の受光面上に収 束する。そして、光検出器 PD1の出力信号を用いて BDに記録された情報を読み取 ることがでさる。 [0105] 光ピックアップ装置 PU2において、 HDに対して情報の記録 Z再生を行う場合には 、図 7において 2点鎖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 一トレンズ COL1を経て平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ BSを透過した後、開 口制限素子 APを透過し、対物レンズ OBJにより集光作用を受けて、 HDの保護層 P L2を介して情報記録面 RL2上に形成されるスポットとなる。ここで、回折構造 DOE2 は、 HDの開口数 NA内にのみ形成されているので、 HDに対する開口制限が自動
2
的に行われることになる。
[0106] 対物レンズ OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォー カシングゃトラッキングを行う。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 OBJ、開口制限素子 AP、偏光ビームスプリッタ BS及び第 1コ リメ一トレンズ COL1を透過した後、収斂光束となり、光検出器 PD1の受光面上に収 束する。そして、光検出器 PD1の出力信号を用いて HDに記録された情報を読み取 ることがでさる。
[0107] 光ピックアップ装置 PU2において、 DVDに対して情報の記録 Z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 7におい て 1点鎖線でその光線経路を描いたように、プリズム PSで反射され、第 2コリメ一トレ ンズ COL2により平行光束に変換された後、偏光ビームスプリッタ BSにより反射され 、開口制限素子 APを透過し、対物レンズ OBJにより集光作用を受けて、 DVD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。ここで、回折構造 HOE3は、 DVDの開口数 NA内にのみ形成されているので、 DVDに対する開口
3
制限が自動的に行われることになる。
[0108] 対物レンズ OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォー カシングゃトラッキングを行う。
[0109] 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 OBJ、 開口制限素子 APを透過し、偏光ビームスプリッタ BSにより反射された後、第 2コリメ 一トレンズ COL2により収斂光束となり、プリズム PS内部で 2回反射され受光部 DS1 に集光する。そして、受光部 DS1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。
[0110] また、光ピックアップ装置 PU2において、 CDに対して情報の記録 Z再生を行う場 合には、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 7に おいて点線でその光線経路を描いたように、プリズム PSで反射された後、第 2コリメ 一トレンズ COL2により平行光束に変換され、偏光ビームスプリッタ BSにより反射され 、開口制限素子 APにより光束径が規制され、対物レンズ OBJにより集光作用を受け て、 CDの保護層 PL4を介して情報記録面 RL4上に形成されるスポットとなる。対物 レンズ OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ ACによってフォーカシング やトラッキングを行う。
[0111] 対物レンズ OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォー カシングゃトラッキングを行う。情報記録面 RL4で情報ピットにより変調された反射光 束は、再び対物光学系 OBJ、開口制限素子 APを透過し、偏光ビームスプリッタ BSに より反射された後、プリズム PS内部で 2回反射され受光部 DS2に集光する。そして、 受光部 DS2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。
[0112] 開口制限素子 APの光学面上には、透過率の波長選択性を有する波長選択フィル タが形成されている。この波長選択フィルタは、 NA内の領域ではえ 乃至え の全て
3 1 3 の波長を透過させ、 NA
3より外側の領域では、波長 λ
3のみを遮断するような透過率 の波長選択性を有しており、力かる波長選択性により CDに対する開口制限が行わ れる。
実施例
[0113] 次に、上述した光ピックアップ装置 PU1、 PU2に用いる対物レンズ OBJとして好適 な多焦点対物レンズの実施例を 7例（実施例 1〜7)説明する。
[0114] 実施例 1〜7では、収差補正素子はプラスチックレンズであり、集光素子は BD専用 のガラスレンズである。尚、集光素子をプラスチックレンズとしても良い。
[0115] また、集光素子の仕様は、開口数 =0. 85、焦点距離 = 1. 765mm,波長 =405n m、倍率 =0、保護層の厚さ =0. 1mmである。
[0116] 各実施例における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量を X (mm)
、光軸に垂直な方向の高さを h (mm)、曲率半径 ¾τ (mm)とするとき、次の数 1に表 1 〜表 7中の非球面係数 Aを代入した数式で表される。但し、 κを円錐係数とする。
2i
[0117] [数 1]
X = +Y ,h- \ + ^\ - {\ + K)(hlr)2 '
[0118] また、各実施例における回折構造 DOE及び回折構造 HOEは、これらの構造により 透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、 λを入射光束の波長、 λ を製造波長、光軸に垂直な方向の高さを h (mm)、Β を光路差関数係数、 ηを回
B 2j
折次数とするとき次の数 2で定義される光路差関数 φ (mm)で表される。
b
[0119] [数 2]
Φ, = λ Ι λΗ η χ ^ Β2^'
[0120] 以降に示す実施例の数値データ表において、 ΝΑ、 f 、え 、 mは、それぞれ、 BD 使用時の多焦点対物レンズの開口数、多焦点対物レンズの焦点距離、多焦点対物 レンズの波長、多焦点対物レンズの倍率であり、 NA、 f 、え 、 mは、 HD使用時の
2 2 1 2
同様の値であり、 NA、 f 、え 、 mは、 DVD使用時の同様の値であり、 NA、 f 、え
3 3 2 3 4 4 3
、 mは、 CD使用時の同様の値である。
4
[0121] また、 r (mm)は曲率半径、 d (mm)はレンズ間隔、 N、 N、 Nは、それぞれ、波長
1 2 3
λ 、波長 λ 、波長 λ に対するレンズの屈折率、 V dは d線のレンズのアッベ数であ
1 2 3
る。
[0122] また、 n、 n、 n、 nは、回折構造 DOE及び回折構造 HOEで発生する回折光のう
1 2 3 4
ち、それぞれ、 BDの記録 Z再生に使用する回折光の回折次数、 HDの記録 Z再生 に使用する回折光の回折次数、 DVDの記録 Z再生に使用する回折光の回折次数 、 CDの記録 Z再生に使用する回折光の回折次数である。
[0123] 実施例 1の多焦点対物レンズの数値データを表 1に示す。
[0124] [表 1] 【光学的仕様】
BD ：
Figure imgf000028_0001
d4=0.5312, d5=0.1
HD ： NA2=0.65, f2=1.787mm, λ ^^δηηι, m2=0, d4=0.3044, d5=0.6
【近軸データ】
Figure imgf000028_0002
【非球面係数】
Figure imgf000028_0003
【回折次数， 製造波長， 光路差関数係数】
Figure imgf000028_0004
実施例 1の多焦点対物レンズは、 BDZHD互換レンズであり、第 1面の回折構造 D E (第 1回折構造)で tと tとの差に起因する球面収差を補正している。 [0126] 回折構造 DOEでは、 BDに対しては 0次回折光 (透過光）を利用し、 HDに対しては 1次回折光を利用しており、 BD (0次回折光）の回折効率は 40. 5%、 HD (1次回折 光）の回折効率は 40. 5%である。
[0127] 尚、回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d =0. 5 · λ / ( Ν— 1) =0. 386 ( /z m)で表される力 上記 dを（2)式の範囲内で変化させることで BD (0次回折光）の回折効率を重視、或いは HD (1次回折光）の回折効率を重視し た設計としても良い。
[0128] 更に、回折構造 DOEの近軸における回折パワーを負としたので、 HDの作動距離 が 0. 3mmとなり、十分確保できている。
[0129] 実施例 2の多焦点対物レンズの数値データを表 2に示す。
[0130] [表 2]
【光学的仕様】
BD ： ΝΑ^Ο.δδ, ί^Ι .765mm, λ ,=405^71, m^O, d4=0.5326, d5=0.1
HD ： NA2=0.65, f2=1.789mm, λ ,=405^11, m2=0, d4=0.3125, d5=0.6
【近軸データ】
Figure imgf000030_0001
【非球面係数】
Figure imgf000030_0002
【回折次数. 製造波長. 光路差閏数係数】
Figure imgf000030_0003
実施例 2の多焦点対物レンズは、 BDZHD互換レンズであり、第 1面の回折構造 D E (第 1回折構造)で tと tとの差に起因する球面収差を補正している。 [0132] 回折構造 DOEでは、 BDに対しては 2次回折光を利用し、 HDに対しては 3次回折 光を利用しており、 BD (2次回折光）の回折効率は 40. 5%、 HD (3次回折光）の回 折効率は 40. 5%である。
[0133] 尚、回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d = 2. 5 · λ / ( Ν — 1) = 1. 93 ( /z m)で表される力 上記 dを (4)式の範囲内で変化させることで Β D (2次回折光）の回折効率を重視、或いは HD (3次回折光）の回折効率を重視した 設計としても良い。
[0134] 更に、回折構造 DOEの近軸における回折パワーを負としたので、 HDの作動距離 が 0. 3mmとなり、十分確保できている。
[0135] 実施例 3の多焦点対物レンズの数値データを表 3に示す。
[0136] [表 3]
【光学的仕様】
BD ： NA^O.85, =1 65mm, λ ^^δηηι, m^O, d4=0.5325， d5=0.1
HD ： NA2=0.65, f2=1.776mm, λ , Οδηηη, m2=0, d4=0.2657, d5=0.6
【近軸データ】
Figure imgf000032_0001
【非球面係数】
Figure imgf000032_0002
【回折次数， 製造波長， 光路差関数係数】
Figure imgf000032_0003
実施例 3の多焦点対物レンズは、 BDZHD互換レンズであり、第 1面の回折構造 D E (第 1回折構造)で tと tとの差に起因する球面収差を補正している。 [0138] 回折構造 DOEでは、 BDに対しては 2次回折光を利用し、 HDに対しては 1次回折 光を利用しており、 BD (2次回折光）の回折効率は 40.5%、 HD(1次回折光）の回 折効率は 40.5%である。
[0139] 尚、回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d =1.5· λ /( Ν— 1)=1. 16 (/zm)で表される力 上記 dを（3)式の範囲内で変化させることで Β D (2次回折光）の回折効率を重視、或いは HD(1次回折光）の回折効率を重視した 設計としても良い。
[0140] 更に、第 1面の回折構造 DOEの近軸における回折パワーを正としたので、青紫色 領域の軸上色収差が良好に補正できている。
[0141] 実施例 4の多焦点対物レンズの数値データを表 4に示す。
[0142] [表 4]
【光学的仕様】
BD ： NA^O.85, f!=1.765mm, λ ^^δηηι, m^O, d4=0.5312, d5=0.1
HD ： NA2=0.65, f 2=1.785mm, λ !=405^11, m2=0, d4=0.3007, d6=0.6
【近軸データ】
Figure imgf000034_0001
【非球面係数】
Figure imgf000034_0002
実施例 4の多焦点対物レンズは、 BDZHD互換レンズであり、第 1面の回折構造 H E (第 1回折構造)で tと tとの差に起因する球面収差を補正している。 [0144] 第 1面の回折構造 HOEでは、 BDに対しては— 1次回折光を利用し、 HDに対して は 1次回折光を利用しており、 BD (— 1次回折光）の回折効率は 40. 5%、 HD (1次 回折光）の回折効率は 40. 5%である。
[0145] 尚、第 1面の回折構造 HOEにおいて、各輪帯内に形成された段差の高さ Dは、 D
=0. 5 · λ Ζ(Ν— 1) =0. 38 m)で表され、各輪帯の分割数 Μは 2である。
[0146] 更に、第 1面の回折構造 HOEの近軸における回折パワーを負としたので、 HDの 作動距離が 0. 3mmとなり、十分確保できている。
[0147] また、第 2面の回折構造 DOEで、 BDの波長変化に伴う球面収差変化と、青紫色 領域の軸上色収差を補正して ヽる。
[0148] 第 2面の回折構造 DOEでは、それぞれの光ディスクに対して波長え の光束の + 1 次回折光を利用しており、その回折効率は 100%である。
[0149] 尚、第 2面の回折構造 DOEにお 、て、光軸に最も近!、段差の高さ dは、 d = 1 · λ
A A
Z(N— 1) =0. 77 m)で表される。
[0150] 実施例 5の多焦点対物レンズの数値データを表 5に示す。
[0151] [表 5]
【光学的仕様】
BD ： NA^O.85, f!=1.765mm, λ，=405(1171, m^O, d4=0.5320, d5=0.1
HD ： NA2=0.65, f 2= 1.785mm, λ 1=405nm, m2=0, d4=0.2989, d5=0.6
【近軸データ】
Figure imgf000036_0001
【非球面係数】
Figure imgf000036_0002
実施例 5の多焦点対物レンズは、 BDZHD互換レンズであり、第 1面の回折構造 D E (第 1回折構造)で tと tとの差に起因する球面収差を補正している。 [0153] 第 1面の回折構造 DOEでは、 BDに対しては 1次回折光を利用し、 HDに対しては
2次回折光を利用しており、 BD (1次回折光）の回折効率は 40. 5%、 HD (2次回折 光）の回折効率は 40. 5%である。
[0154] 尚、第 1面の回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d = 1. 5
- λ Ζ(Ν - 1) = 1. 16 m)で表される力 上記 dを（3)式の範囲内で変化させ ることで BD (1次回折光）の回折効率を重視、或いは HD (2次回折光）の回折効率を 重視した設計としても良い。
[0155] 更に、第 1面の回折構造 DOEの近軸における回折パワーを負としたので、 HDの 作動距離が 0. 3mmとなり、十分確保できている。
[0156] また、第 2面の回折構造 DOEで BDの波長変化に伴う球面収差変化と、青紫色領 域の軸上色収差を補正して!/ヽる。
[0157] 第 2面の回折構造 DOEでは、それぞれの光ディスクに対して波長え の光束の 2次 回折光を利用しており、その回折効率は 100%である。
[0158] 第 2面の回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d = 2· λ /
A A 1
(N— 1) = 1. 54 m)で表される。
[0159] 実施例 6の多焦点対物レンズの数値データを表 6に示す。
[0160] [表 6]
【光学的仕様】
Figure imgf000038_0001
HD NA2=0.65, f2=1.785mm, λ i=405nm, m2=0, d0Bj=∞, d =0.2992, d5=0.6
DVD NA3=0.65, f3=1.843mm, Λ 2=655nm, m3=0, d0BJ=∞, d4=0.3146, d5=0.6
CD NA4=0.45, f3=1.847mm, A 2=785nm, m4=— 1/12.17, dOBj=22.5000, d4=0.1131 , d5=1.2
【近軸データ】
Figure imgf000038_0002
【非球面係数】
Figure imgf000038_0003
【回折次数， 製造波長， 光路差関数係数】
Figure imgf000038_0004
実施例 6の多焦点対物レンズは、 BDZHDZDVDZCD互換レンズであり、第: 面 (第 1光学面)の回折構造 DOE (第 1回折構造)で tと t との差に起因する球面収 差を補正している。
[0162] 第 1面の回折構造 DOEでは、 BDに対しては 1次回折光を利用し、 HDに対しては 2次回折光を利用し、 DVDに対しては 1次回折光を利用し、 CDに対しては 1次回折 光を利用しており、 BD (1次回折光）の回折効率は 40. 5%、 HD (2次回折光）の回 折効率は 40. 5%、 DVD (1次回折光）の回折効率は 96. 4%、 CD (1次回折光）の 回折効率は 80. 3%である。
[0163] 第 1回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d = 1. 5 · λ / ( Ν— 1) = 1. 16 ( /z m)で表される力 上記 dを（3)式の範囲内で変化させることで Β D (l次回折光）の回折効率を重視、或いは HD (2次回折光）の回折効率を重視した 設計としても良い。
[0164] 更に、第 1面の回折構造 DOEの近軸における回折パワーを負としたので、 HDの 作動距離が 0. 3mmとなり、十分確保できている。
[0165] また、第 2面 (第 2光学面)の回折構造 DOE (第 3回折構造)で tと tとの差に起因
1 3
する球面収差を補正して！/、る。
[0166] 第 2面の回折構造 DOEでは、 BD及び HDに対しては 2次回折光を利用し、 DVD に対しては 1次回折光を利用し、 CDに対しては 1次回折光を利用しており、 BD及び
HD (2次回折光）の回折効率は 100%、 DVD (1次回折光）の回折効率は 88. 2%、
CD ( + 1次回折光）の回折効率は 100%である。
[0167] また、上記 2つの回折構造の回折効率の総和は、 BDが 40. 5%、 HDが 40. 5%、
DVD力 85. 0%, CD力 80. 30/0である。
[0168] 尚、第 2面の回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d = 2 · λ c c
Z(N - 1) = 1. 54 m)で表される。
[0169] また、本実施例では、波長 λ の光束を発散光の状態で入射させることにより tと t
3 1 4 との差に起因する球面収差を補正して 、る。
[0170] 実施例 7の多焦点対物レンズの数値データを表 7に示す。
[0171] [表 7] 【光学的仕様】
BD ： ΝΑ^Ο.δδ, ί^Ι .765mm, λ ,=405^71, m^O, d6=0.5312, d7=0.1
HD ： NA2=0.65, f2=1.748mm, A ! OSnm, m2=0, de=0.2970, d7=0.6
DVD ： NA3=0.65, f3= 1.808mm, λ 2=655nm, m3=0, de=0.3306, d7=0.6
CD ：
Figure imgf000040_0001
de=0.3046, d7=1.2
【近軸データ】
Figure imgf000040_0002
【非球面係数】
Figure imgf000040_0003
実施例 7の多焦点対物レンズは、 BDZHDZDVDZCD互換レンズであり、第 1 面 (第 1光学面)の回折構造 DOE (第 1回折構造)で tと tとの差に起因する球面収 差を補正している。
[0173] 第 1面の回折構造 DOEでは、 BDに対しては 1次回折光を利用し、 HDに対しては 2次回折光を利用し、 DVDに対しては 1次回折光を利用し、 CDに対しては 1次回折 光を利用しており、 BD (1次回折光）の回折効率は 40. 5%、 HD (2次回折光）の回 折効率は 40. 5%、 DVD (1次回折光）の回折効率は 96. 4%、 CD (1次回折光）の 回折効率は 80. 3%である。
[0174] 第 1面の回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d = 1. 5 · λ Ζ(Ν - 1) = 1. 16 m)で表される力 上記 dを（3)式の範囲内で変化させること で BD (1次回折光）の回折効率を重視、或いは HD (2次回折光）の回折効率を重視 した設計としても良い。
[0175] 更に、第 1面の回折構造 DOEの近軸における回折パワーを負としたので、 HDの 作動距離が 0. 3mmとなり、十分確保できている。
[0176] また、第 2面の回折構造 DOEで BDの波長変化に伴う球面収差変化と、青紫色領 域の軸上色収差を補正して!/ヽる。
[0177] 第 2面 (第 2光学面）の回折構造 DOEでは、 BD及び HDに対しては 2次回折光を 利用し、 DVDに対しては 1次回折光を利用し、 CDに対しては 1次回折光を利用して おり、 BD及び HD (2次回折光）の回折効率は 100%、 DVD (1次回折光）の回折効 率は 88. 2%、 CD (1次回折光）の回折効率は 100%である。
[0178] 尚、第 2面の回折構造 DOEにおいて、光軸に最も近い段差の高さ dは、 d = 2· λ c c
Z(N - 1) = 1. 54 m)で表される。
[0179] また、第 3面の回折構造 HOE (第 2回折構造)で tと tの差に起因する球面収差を
1 3
補正している。
[0180] 第 3面の回折構造 HOEでは、 BD及び HDに対しては 0次回折光 (透過光）を利用 し、 DVDに対しては 1次回折光を利用し、 CDに対しては 0次回折光 (透過光）を利 用しており、 BD及び HD (0次回折光）の回折効率は 100%、 DVD (1次回折光）の 回折効率は 87. 3%、CD (0次回折光）の回折効率は 100. 0%である。
[0181] 尚、各輪帯内に形成された階段の高さ Dは、 D = 2· λ
2 2 1 Ζ(Ν— 1) = 1. 54 m
1
)で表され、各輪帯の分割数 Mは 5である。 [0182] また、第 4面の回折構造 HOEで tと tの差に起因する球面収差を補正している。
1 4
[0183] 第 4面の回折構造 HOEでは、 BD、 HD及び DVDに対しては 0次回折光 (透過光） を利用し、 CDに対しては 1次回折光を利用しており、 BD、 HD及び DVD (0次回折 光）の回折効率は 100%、 CD (1次回折光）の回折効率は 40. 4%である。
[0184] 尚、各輪帯内に形成された階段の高さ Dは、 D = 5 · λ
3 3 1 Ζ(Ν— 1) = 3. 86 m
1
)で表され、各輪帯の分割数は 2である。
[0185] 上記 4つの回折構造の回折効率の総和は、 BDは 40. 5%、 HDは 40. 5%、 DVD は 74. 1%、 CDの回折効率は 32. 4%である。
[0186] 以下の表 8に、 I SA -SA |、 SA、及び SAの各実施例の値を示す。
m n m n
[0187] [表 8]
Figure imgf000042_0001
[0188] 但し、 m=n、 n=n、 NA =0. 65、波面収差の単位をえ RMS ( 1 =405nm)
2 1 2 1 1
とする。
産業上の利用可能性
[0189] 本発明によれば、保護層厚みが互いに異なる 2つの規格の高密度光ディスクの情 報記録面上に焦点を形成することが出来る多焦点対物レンズ、及びそれを用いた光 ピックアップ装置、光情報記録再生装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲 第 1回折構造を少なくとも 1つの光学面上に有し、波長ぇェの光束が前記第 1回折 構造に入射した場合に発生する m次回折光と n次回折光 (m≠n)とを、保護層の厚 さが互いに異なる 2種類の光ディスクの情報記録面上に集光させる光ピックアップ装 置に用いられ、 前記 m次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の 波面の球面収差値 SAと、前記 n次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層 を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAとの差の絶対値 -SA n I SA m n I力 SO. λ RMS以上であるとともに、前記 SA及び前記 SAのうち、何れか一方の絶対1 m n 値は 0. 07 λ RMS以下である多焦点対物レンズにおいて、 前記第 1回折構造は微細な段差により分割された複数の輪帯から構成され、前記 回折次数 mは 1以上の整数であって、以下の（1)式を満たし、 前記波長え に対する前記多焦点対物レンズの屈折率 Nが 1. 5〜1. 6の範囲内で あって、前記段差のうち光軸に最も近!、段差の高さ d ( μ m)が以下の（2)乃至 (4) 式の何れか 1式を満たすことを特徴とする多焦点対物レンズ。 n=m— 0. 27< d < 0. 48
1. 01く d < 1. 24
1. 72く d < 2. 02
[2] 前記回折次数 mと前記回折次数 nの組合せが、（m, n) = (1, 0)、 (2, 1)、 (3, 2) の何れかであることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多焦点対物レンズ。
[3] 前記第 1回折構造の段差のうち、光軸に最も近い段差の高さ d (； z m)、前記波長 λ ( /z m)、前記波長え に対する前記多焦点対物レンズの屈折率 Nが以下の（5) 式を満たすことを特徴とする請求の範囲第 1項 (請求項 3乃至 5の何れか一項）に記 載の多焦点対物レンズ。
0. 4≤ I INT(X) -X I ≤0. 5 (5)
但し、 X=d - (N - 1) / λ であり、 INT (X)は、 Xに最も近い整数である。
[4] 前記波長え は 450nm以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多 焦点対物レンズ。
[5] 前記 m次回折光と前記 n次回折光のうち、回折次数の大きいほうの回折光を保護 層の厚い方の光ディスクの情報記録面上に集光させ、回折次数の小さいほうの回折 光を保護層の薄い方の光ディスクの情報記録面上に集光させるとともに、前記第 1回 折構造の近軸における回折パワーが負であることを特徴とする請求の範囲第 1項に 記載の多焦点対物レンズ。
[6] 前記多焦点対物レンズは、前記第 1回折構造を有する光学面とは異なる光学面上 に、内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成される第 2回折構造を更に有し、 前記第 2回折構造は、前記波長え の光束には実質的に位相差を与えず、波長え (
1 2 λ > λ )の光束には位相差を与えることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多
2 1
焦点対物レンズ。
[7] 前記第 2回折構造において、前記各輪帯の分割数 Μ、前記各輪帯内に形成され
2
た階段の高さ D ( m)、前記波長 λ ( m)、前記波長 λ に対する前記多焦点対
2 1 1
物レンズの屈折率 Νが以下の（8)式を実質的に満たすことを特徴とする請求の範囲 第 6項に記載の多焦点対物レンズ。
D · (Ν - D / λ = 2-q2 (8)
2 1 1
但し、 q2は自然数であり、 Mは 4, 5, 6の何れ力である。
2
[8] 前記波長 λ は、 0. 63 μ m乃至 0. 68 μ mの範囲内であることを特徴とする請求の
2
範囲第 6項 (請求項 12乃至 16)の何れか一項に記載の多焦点対物レンズ。
[9] 前記多焦点対物レンズは、前記第 1回折構造を有する光学面とは異なる光学面上 に、微細な段差により分割された複数の輪帯カゝら構成される第 3回折構造を更に有し 、前記第 3回折構造は、前記波長え の光束が入射した場合に発生する回折光のう ち最大の回折効率となる回折光の回折次数よりも、波長え ( λ > λ )の光束が入
2 2 1
射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数の方 が低いことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の多焦点対物レンズ。
[10] 前記第 3回折構造において、前記波長え の光束が入射した場合に発生する回折 光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 2次、前記波長 λ の光束が入
2
射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 1次 であることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の多焦点対物レンズ。
[11] 前記第 3回折構造において、前記波長 λェの光束が入射した場合に発生する回折 光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 3次、前記波長 λ の光束が入
2
射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 2次 であることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の多焦点対物レンズ。
[12] 前記波長 λ は、 0. 63 μ m乃至 0. 68 μ mの範囲内であることを特徴とする請求の
2
範囲第 6項に記載の多焦点対物レンズ。
[13] 第 1回折構造を少なくとも 1つの光学面上に有し、波長え の光束が前記第 1回折 構造に入射した場合に発生する m次回折光と n次回折光 (m≠n)とを、保護層の厚 さが互いに異なる 2種類の光ディスクの情報記録面上に集光させる光ピックアップ装 置に用いられ、
前記 m次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層を介して集光させた際の 波面の球面収差値 SAと、前記 n次回折光を保護層の厚い方の光ディスクの保護層 を介して集光させた際の波面の球面収差値 SAとの差の絶対値
n I SA - SA
m n I力 SO
. λ RMS以上であるとともに、前記 SA及び前記 SAのうち、何れか一方の絶対
1 m n
値は 0. 07 λ RMS以下である多焦点対物レンズにおいて、
前記第 1回折構造は内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成される回折構 造であるとともに、前記回折次数 mは 1以上の整数であって、以下の（6)式を満たし、 前記第 1回折構造の各輪帯内に形成された階段の高さ D (； z m)、前記波長え ( μ m)、前記波長 λ に対する前記多焦点対物レンズの屈折率 Νが以下の（7)式を 満たすことを特徴とする多焦点対物レンズ。
n=— m (6)
D - (Ν - ΐ) / λ =ql -0. 5 (7)
但し、 qlは自然数である。
[14] 前記回折次数 mと前記回折次数 nの組合せが、（m, n) = (1, — 1)、 (2, 2)、 （3 , 一 3)の何れかであることを特徴とする請求の範囲第 13項に記載の多焦点対物レン ズ。
[15] 前記第 1回折構造において、各輪帯の分割数 Mが偶数であることを特徴とする請 求の範囲第 13項に記載の多焦点対物レンズ。
[16] 前記波長 λェは 450nm以下であることを特徴とする請求の範囲第 13項に記載の多 焦点対物レンズ。
[17] 前記 m次回折光と前記 n次回折光のうち、回折次数の大きいほうの回折光を保護 層の厚い方の光ディスクの情報記録面上に集光させ、回折次数の小さいほうの回折 光を保護層の薄い方の光ディスクの情報記録面上に集光させるとともに、前記第 1回 折構造の近軸における回折パワーが負であることを特徴とする請求の範囲第 13項に 記載の多焦点対物レンズ。
[18] 前記多焦点対物レンズは、前記第 1回折構造を有する光学面とは異なる光学面上 に、内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成される第 2回折構造を更に有し、 前記第 2回折構造は、前記波長え の光束には実質的に位相差を与えず、波長え (
1 2 λ > λ )の光束には位相差を与えることを特徴とする請求の範囲第 13項に記載の
2 1
多焦点対物レンズ。
[19] 前記第 2回折構造において、前記各輪帯の分割数 Μ、前記各輪帯内に形成され
2
た階段の高さ D ( m)、前記波長 λ ( m)、前記波長 λ に対する前記多焦点対
2 1 1
物レンズの屈折率 Νが以下の（8)式を実質的に満たすことを特徴とする請求の範囲 第 18項に記載の多焦点対物レンズ。
D · (Ν - D / λ = 2-q2 (8)
2 1 1
但し、 q2は自然数であり、 Mは 4, 5, 6の何れ力である。
2
[20] 前記波長え は、 0. 63 111乃至0. 68 mの範囲内であることを特徴とする請求の
2
範囲第 18項の何れか一項に記載の多焦点対物レンズ。
[21] 前記多焦点対物レンズは、前記第 1回折構造を有する光学面とは異なる光学面上 に、微細な段差により分割された複数の輪帯カゝら構成される第 3回折構造を更に有し 、前記第 3回折構造は、前記波長え の光束が入射した場合に発生する回折光のう ち最大の回折効率となる回折光の回折次数よりも、波長え ( λ > λ )の光束が入
2 2 1
射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数の方 が低いことを特徴とする請求の範囲第 13項に記載の多焦点対物レンズ。
[22] 前記第 3回折構造において、前記波長え の光束が入射した場合に発生する回折 光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 2次、前記波長 λ の光束が入
2
射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 1次 であることを特徴とする請求の範囲第 21項に記載の多焦点対物レンズ。
[23] 前記第 3回折構造において、前記波長え の光束が入射した場合に発生する回折 光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 3次、前記波長 λ の光束が入
2
射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率となる回折光の回折次数が 2次 であることを特徴とする請求の範囲第 21項に記載の多焦点対物レンズ。
[24] 前記波長 λ は、 0. 63 μ m乃至 0. 68 μ mの範囲内であることを特徴とする請求の
2
範囲第 18項に記載の多焦点対物レンズ。
[25] 保護層厚 tを有する第 1光ディスク及び保護層厚 t (t <t )を有する第 2光ディスク
1 2 1 2
の情報の記録 Z再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記第 1及び第 2光ディスクの情報の記録 Z再生を行う際に用いられる波長 λ (3 50nm≤ λ ≤450nm)を有する第 1光束を射出する第 1光源と、
請求の範囲第 1項に記載の多焦点対物レンズと、
前記対物レンズのトラッキング及びフォーカシングを行うための 2方向への駆動を行 う駆動手段とを有し、
第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、 一方の回折光を前記第 1光ディスクの情報記録面上に集光させ、
第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、前 記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の回折光を前記第 2光ディスク の情報記録面上に集光させる光ピックアップ装置。
[26] 請求の範囲第 25項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情 報記録再生装置。
[27] 保護層厚 tを有する第 1光ディスク、保護層厚 t (t <t )を有する第 2光ディスク及
1 2 1 2
び保護層厚 tを有する前記第 1及び第 2光ディスクとは異なる種類の第 3光ディスク
3
の情報の記録 Z再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記第 1及び第 2光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ ( λ ≤450nm)を有す る第 1光束を射出する第 1光源と、 前記第 3光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ (630nm< λ < 680nm)
2 2 を有 する第 2光束を射出する第 2光源と、
前記第 1乃至第 2光束を前記第 1乃至第 3光ディスクの情報記録面上にそれぞれ 集光させる請求の範囲第 1に記載の多焦点対物レンズと、
前記対物レンズのフォーカシング及びトラッキングを行うための方向の 2方向への駆 動を行う可能とする駆動手段と、を有し、
前記対物レンズは、
段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射する前記第 1光束を m 次回折光と n次回折光 (m≠n)として発生させる第 1回折構造が形成された第 1光学 面と、
段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射する前記第 2光束の^ V 次回折光として発生させる第 2回折構造が形成された第 2光学面と、
を有し、
第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、一 方の次数の光を前記第 1光ディスクの情報記録面上に集光し、
第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、前 記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の次数の光を前記第 2光デイス クの情報記録面上に集光し、
第 3光ディスクの記録 Z再生を行う際は、第 2光束から発生する前記 V次の回折光を 前記第 3光ディスクの情報記録面上に集光させる事を特徴とする光ピックアップ装置
[28] 請求の範囲第 26項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情 報記録再生装置。
[29] 保護層厚 tを有する第 1光ディスク、保護層厚 t (t <t )を有する第 2光ディスク、
1 2 1 2
保護層厚 tを有する前記第 1及び第 2光ディスクとは異なる種類の第 3光ディスク及
3
び保護層厚 t (t <t )を有する第 4光ディスクの情報の記録 Z
4 3 4 再生を行う光ピックァ ップ装置であって、
前記第 1及び第 2光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ ( λ ≤450nm)を有す る第 1光束を射出する第 1光源と、
前記第 3光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ (630nm< λ < 680nm)
2 2 を有 する第 2光束を射出する第 2光源と、
前記第 4光ディスクの情報の記録 Z再生のために波長え ( λ < λ
3 2 3 )を有する第 3 光束を射出する第 3光源と、
前記第 1乃至第 3光束を前記第 1乃至第 4光ディスクの情報記録面上にそれぞれ集 光させる請求の範囲第 1項に記載の対物レンズと、
前記対物レンズのフォーカシング及びトラッキングを行うための 2方向への駆動を行う 駆動手段と、を有し、
前記対物レンズは、段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射す る前記第 1光束を m次回折光と η次回折光 (m≠n)として発生させる第 1回折構造が 形成された第 1光学面と、段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入 射する前記第 2光束を V次回折光として発生させる第 2回折構造が形成された第 2光 学面と、
を有し、
第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、一 方の次数の光を前記第 1光ディスクの情報記録面上に集光し、
第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、前 記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の次数の光を前記第 2光デイス クの情報記録面上に集光し、
第 3光ディスクの記録 Z再生を行う際は、第 2光束から発生する前記 V次の回折光を 前記第 3光ディスクの情報記録面上に集光させ、
第 4光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記第 3光源から射出された前記第 3光束 を発散光束として前記対物レンズに入射させ前記第 4光ディスクの情報記録面上に 集光させる事を特徴とする光ピックアップ装置。
[30] 請求の範囲第 29項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情 報記録再生装置。
[31] 保護層厚 tを有する第 1光ディスク及び保護層厚 t (t <t )を有する第 2光ディスク の情報の記録 Z再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記第 1及び第 2光ディスクの情報の記録 Z再生を行う際に用いられる波長 λェ（3 50nm≤ ^ 45011111)を有する第 1光束を射出する第 1光源と、
請求の範囲第 13項に記載の多焦点対物レンズと、
前記対物レンズのトラッキング及びフォーカシングを行うための 2方向への駆動を行 う駆動手段とを有し、
第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、 一方の回折光を前記第 1光ディスクの情報記録面上に集光させ、
第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、前 記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の回折光を前記第 2光ディスク の情報記録面上に集光させるる光ピックアップ装置。
[32] 請求の範囲第 31項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情 報記録再生装置。
[33] 保護層厚 tを有する第 1光ディスク、保護層厚 t (t <t )を有する第 2光ディスク及
1 2 1 2
び保護層厚 tを有する前記第 1及び第 2光ディスクとは異なる種類の第 3光ディスク
3
の情報の記録 Z再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記第 1及び第 2光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ ( λ ≤450nm)を有す る第 1光束を射出する第 1光源と、
前記第 3光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ (630nm< λ < 680nm)
2 2 を有 する第 2光束を射出する第 2光源と、
前記第 1乃至第 2光束を前記第 1乃至第 3光ディスクの情報記録面上にそれぞれ 集光させる請求の範囲第 13に記載の多焦点対物レンズと、
前記対物レンズのフォーカシング及びトラッキングを行うための方向の 2方向への駆 動を行う可能とする駆動手段と、を有し、
前記対物レンズは、
段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射する前記第 1光束を m 次回折光と n次回折光 (m≠n)として発生させる第 1回折構造が形成された第 1光学 面と、 段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射する前記第 2光束の^ V 次回折光として発生させる第 2回折構造が形成された第 2光学面と、
を有し、
第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、一 方の次数の光を前記第 1光ディスクの情報記録面上に集光し、
第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、前 記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の次数の光を前記第 2光デイス クの情報記録面上に集光し、
第 3光ディスクの記録 Z再生を行う際は、第 2光束から発生する前記 V次の回折光を 前記第 3光ディスクの情報記録面上に集光させる事を特徴とする光ピックアップ装置
[34] 請求の範囲第 33項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情 報記録再生装置。
[35] 保護層厚 tを有する第 1光ディスク、保護層厚 t (t <t )を有する第 2光ディスク、
1 2 1 2
保護層厚 tを有する前記第 1及び第 2光ディスクとは異なる種類の第 3光ディスク及
3
び保護層厚 t (t <t )
4 3 4を有する第 4光ディスクの情報の記録 Z再生を行う光ピックァ ップ装置であって、
前記第 1及び第 2光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ ( λ ≤450nm)を有す る第 1光束を射出する第 1光源と、
前記第 3光ディスクの記録 Z再生のために波長 λ (630nm< λ < 680nm)
2 2 を有 する第 2光束を射出する第 2光源と、
前記第 4光ディスクの情報の記録 Z再生のために波長え ( λ < λ
3 2 3 )を有する第 3 光束を射出する第 3光源と、
前記第 1乃至第 3光束を前記第 1乃至第 4光ディスクの情報記録面上にそれぞれ集 光させる請求の範囲第 13項に記載の対物レンズと、
前記対物レンズのフォーカシング及びトラッキングを行うための 2方向への駆動を行う 駆動手段と、を有し、
前記対物レンズは、段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入射す る前記第 1光束を m次回折光と n次回折光 (m≠n)として発生させる第 1回折構造が 形成された第 1光学面と、段差によって分割された複数の輪帯によって構成され、入 射する前記第 2光束を V次回折光として発生させる第 2回折構造が形成された第 2光 学面と、
を有し、
第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、一 方の次数の光を前記第 1光ディスクの情報記録面上に集光し、
第 2光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記 m次回折光と前記 n次回折光の内、前 記第 1光ディスクの記録 Z再生を行う際とは異なる方の次数の光を前記第 2光デイス クの情報記録面上に集光し、
第 3光ディスクの記録 Z再生を行う際は、第 2光束から発生する前記 V次の回折光を 前記第 3光ディスクの情報記録面上に集光させ、
第 4光ディスクの記録 Z再生を行う際は、前記第 3光源から射出された前記第 3光束 を発散光束として前記対物レンズに入射させ前記第 4光ディスクの情報記録面上に 集光させる事を特徴とする光ピックアップ装置。
請求の範囲第 35項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情 報記録再生装置。
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