WO2006077915A1 - 光ピックアップおよび当該ピックアップを備える光ディスク装置 - Google Patents

光ピックアップおよび当該ピックアップを備える光ディスク装置 Download PDF

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WO2006077915A1
WO2006077915A1 PCT/JP2006/300718 JP2006300718W WO2006077915A1 WO 2006077915 A1 WO2006077915 A1 WO 2006077915A1 JP 2006300718 W JP2006300718 W JP 2006300718W WO 2006077915 A1 WO2006077915 A1 WO 2006077915A1
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WO
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light
optical
objective lens
grating structure
optical pickup
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PCT/JP2006/300718
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English (en)
French (fr)
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Seiji Nishiwaki
Kazuo Momoo
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Definitions

  • the present invention relates to an optical pickup and an optical disc apparatus provided with the pickup.
  • Data recorded on an optical disc is reproduced by irradiating a rotating optical disc with a relatively weak light beam of a constant light quantity and detecting reflected light modulated by the optical disc.
  • a read-only optical disc information by pits is recorded in a spiral shape in advance at the manufacturing stage of the optical disc.
  • a recording material film capable of optically recording and reproducing data Z is formed on the surface of a substrate on which tracks having spiral lands or groups are formed by a method such as vapor deposition. It is deposited.
  • the optical disc is irradiated with a light beam whose amount of light is modulated according to the data to be recorded, thereby changing the characteristics of the recording material film locally.
  • the depth of the pits, the depth of the track, and the thickness of the recording material film are smaller than the thickness of the optical disk substrate.
  • the portion of the optical disc where data is recorded constitutes a two-dimensional surface and may be referred to as a “signal surface” or “information surface”.
  • a signal surface information surface
  • information layer information layer
  • An optical disc has at least one such information layer. Note that one information layer may actually include a plurality of layers such as a phase change material layer and a reflective layer.
  • Focus control refers to the case where the position of the objective lens is referred to as the normal direction of the information surface (hereinafter referred to as the “depth direction of the substrate”) so that the focal point (focusing point) of the light beam is always located on the information layer. There is control).
  • the tracking control is to control the position of the objective lens in the radial direction of the optical disc (hereinafter referred to as “disc radial direction”) so that the spot of the light beam is located on a predetermined track.
  • optical disks such as DVD (Digital Versatile Disc) -ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, DVD + RW, and DVD + R have been put to practical use as high-density and large-capacity optical disks. It was. CD (Compact Disc) is still popular.
  • CD Compact Disc
  • BD Blu-ray Disc
  • optical discs have various structures that differ depending on the type. For example, the physical structure of the track, the track pitch, and the depth of the information layer (distance from the light incident side surface of the optical disc to the information layer) are different. In this way, multiple types of optical discs with different physical structures can be used to properly read or write data using an optical system with a numerical aperture (NA) corresponding to the type of optical disc. It is necessary to irradiate the information layer of the optical disc with the laser beam.
  • NA numerical aperture
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an optical disc 200.
  • FIG. 1 shows an objective lens (focusing lens) 220 and a laser beam 222 focused by the objective lens 220.
  • the laser beam 222 is irradiated on the information layer from the light incident surface of the optical disc 200 to form a light beam spot on the information layer.
  • FIG. 2 schematically show cross sections of CD, DVD, and BD, respectively.
  • Each optical disk shown in FIG. 2 has a front surface (light incident side surface) 200a and a back surface (label surface) 200b, and has at least one information layer 214 therebetween.
  • a label layer 218 including titles and graphics prints is provided on the back surface 200b of the optical disk.
  • Both optical discs have a total thickness of 1.2 mm and a diameter of 12 cm.
  • the concavo-convex structure such as pits and groups is not shown in the drawing, and the description of the reflective layer is also omitted.
  • the CD information layer 214 has a surface 200a force and a depth of about 1.2 mm. positioned.
  • a near-infrared laser wavelength: 785 nm
  • the numerical aperture (NA) of the objective lens used for focusing the laser beam is about 0.5.
  • the information layer 214 of the DVD is located at a depth of about 0.6 mm from the surface 200a force.
  • two substrates with a thickness of approximately 0.6 mm are bonded together via an adhesive layer.
  • the distances from the surface 2OOa to the information layer 214 are about 0.57 mm and about 0.63 mm, respectively, and are close to each other. For this reason, only one information layer 214 is shown in the drawing regardless of the number of information layers 214.
  • the numerical aperture (NA) of the objective lens used to focus the laser light is about 0.6.
  • the BD is provided with a thin cover layer (transparent layer) having a thickness of 100 m on the surface 200a side, and the information layer 214 is approximately 0. Located at a depth of 1mm.
  • a blue-violet laser (wavelength: 405 nm)
  • the numerical aperture (NA) of the objective lens used for focusing the laser beam is 0.85.
  • FIG. 3 (a) is a schematic diagram showing a spherical aberration caused by the objective lens 220 into which parallel light is incident
  • FIG. 3 (b) is a schematic diagram showing the same objective lens 220
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which spherical aberration is corrected by allowing divergent light to enter.
  • the magnitude of such spherical aberration is the thickness of the portion of the optical disk up to the surface force information layer (sometimes referred to as “base material thickness”), in other words, “depth of information layer”. It also changes depending on.
  • FIG. 4 shows how the light beam incident on the optical disc 200 is focused on the information layer 214. Since the light beam constituting the light beam is refracted on the surface of the optical disc 200, the focused state of the light beam also changes according to the refractive index and the thickness of the surface force of the optical disc 200 up to the information layer 214. For this reason, even when spherical aberration does not occur with respect to a specific optical disc, spherical aberration occurs with respect to optical discs having different substrate thicknesses.
  • optical discs having various structures are distributed in the market, and it is required that one device can handle these plural types of optical discs.
  • Such an optical disc apparatus needs to have a configuration capable of irradiating the optical disc with a reduced spherical aberration using a light beam appropriately selected from a plurality of light beams having different wavelengths.
  • FIG. 20 shows only the configuration on the forward path (the light source force is also directed toward the disk surface), and does not describe the configuration on the return path (the side facing the disk surface force photodetector).
  • the optical disk apparatus of FIG. 20 includes three light sources 1B, 1R, and II, and a light source such as a blue light emitting semiconductor laser.
  • IB force
  • the emitted blue light (for example, wavelength 0.405 m) is diced.
  • Mouth mirror Reflected by prism mirror 2 reflects blue light, transmits longer wavelength than blue), and is converted to plane wave 4B through collimating lens 3 (so-called infinite system).
  • the plane wave 4B is subjected to aperture restriction so as to have a numerical aperture equivalent to NAO. 85 by the color selective aperture filter 5, and then passes through the objective lens 6 (for example, NAO. 85 or higher) and enters the optical disc.
  • NAO. 85 numerical aperture equivalent to NAO. 85
  • the light incident on the optical disk substrate 7B having a thickness of 0.1 mm is focused on the information layer 8B formed on the back surface of the substrate 7B.
  • the different optical disc base materials 7B, 7R, 71 corresponding to the three light sources 1B, 1R, II and the information layers 8B, 8R, 81 are shown simultaneously.
  • One optical disc corresponding to one of the light sources is loaded into the optical disc device
  • red light (for example, wavelength 0.660 ⁇ m) emitted from light source 1R such as a red light emitting semiconductor laser is dichroic mirror prism 9 (reflects infrared light and has a shorter wavelength than infrared light).
  • the side is transmitted) and transmitted through the dichroic mirror prism 2 and is converted to a divergent spherical wave 4R through the collimating lens 3 (so-called finite system).
  • the spherical wave 4R is subjected to aperture restriction so as to have a numerical aperture equivalent to NAO. 6 by the color selective aperture filter 5, and then passes through the objective lens 6 and enters the optical disk.
  • the light incident on the optical disk substrate 7R having a thickness of 0.6 mm is focused on the information layer 8R formed on the back surface of the substrate 7R.
  • infrared light for example, a wavelength of 0.790 m
  • the light source II such as an infrared light emitting semiconductor laser
  • the prism 2 After passing through the prism 2, it is converted to a divergent spherical wave 41 through the collimating lens 3 (so-called finite system).
  • the spherical wave 41 is subjected to aperture restriction so as to have a numerical aperture corresponding to NAO. 5 by the wave color selective aperture filter 5, and then enters the optical disc through the objective lens 6.
  • the light incident on the optical disk substrate 71 having a thickness of 1.2 mm is focused on the information layer 81 formed on the back surface of the substrate 71.
  • the objective lens 6 is designed so that light with an infinite system incident at a wavelength of 0.405 ⁇ m is collected without aberration on an optical disk substrate 7B having a thickness of 0.1 mm. Therefore, when an infinite system is incident on the optical disk substrate 7R having a thickness of 0.6 mm and the optical disk substrate 71 having a thickness of 1.2 mm with light having a wavelength of 0.660 m and a wavelength of 0.790 m, respectively. A large spherical aberration occurs. The occurrence of spherical aberration is caused not only by the difference in substrate thickness but also by refractive index dispersion in the objective lens and spherical aberration in the disk substrate.
  • the light transmitted through the collimator lens 3 is converted into divergent spherical waves 4R and 41 by moving the positions of the light sources 1R and II close to the collimator lens 3 along the optical axis L, respectively. It has become.
  • the light sources 1R and II function as a finite light source, the above-mentioned spherical aberration is canceled.
  • Non-Patent Document 1 Sukei Electronics (September 27, 2004 issue) P101—121
  • the conventional optical disk apparatus having the above configuration has the following problems.
  • the optical distance between the collimating lens 3 and each light source is different, a light source in which a plurality of light sources such as a two-wavelength compatible laser and a three-wavelength compatible laser are formed on the same substrate is used. Is not applicable. For this reason, it is difficult to simplify the optical system. Further, the dichroic mirror prisms 2 and 9 and the color selective aperture filter 5 used in the above optical disk apparatus are expensive optical components that require a highly accurate multilayer film forming technique.
  • the spherical aberration can be absorbed simply by changing the optical distance between the collimating lens 3 and each light source. There is a problem that you can not.
  • the third-order spherical aberration can absorb much of the fifth-order or higher spherical aberration, so depending on the design, either one of the aberration correction components 10B, 10R, 101 such as a diffractive lens is used for each light source and the collimating lens 3. It is also necessary to put them in between, which further increases the cost of the optical system.
  • the present invention has been made in view of a serious problem.
  • the occurrence of spherical aberration is suppressed with a simple configuration, and the number of optical components is reduced.
  • An object of the present invention is to provide an optical disc apparatus capable of reducing the above-mentioned.
  • the optical pickup of the present invention includes a plurality of light sources that emit a plurality of light beams including first and second light beams having different wavelengths, and an objective lens that collects the plurality of light beams.
  • a grating structure having an axially symmetric shape with respect to the optical axis of the objective lens, wherein the objective lens and the grating structure are formed of P-order diffracted light formed from the first light beam by the grating structure. (P is an integer other than zero) is focused on the information layer of the optical disc corresponding to the first light beam, and the objective lens and the grating structure are separated from the second light beam by the grating structure.
  • the formed q-order diffracted light (q is an integer other than zero and q ⁇ p) is focused on the information layer of the optical disc corresponding to the second optical beam.
  • the first light beam has a blue wavelength
  • the second light beam has a red or infrared wavelength
  • the plurality of beams include a third light beam having a wavelength different from wavelengths of the first and second light beams
  • the objective lens and the grating structure include An r-th order diffracted light (r is an integer other than zero and r ⁇ p) formed by the grating structure with the third light beam force is used as an information layer of an optical disk corresponding to the third light beam. Focus on top.
  • the optical disks corresponding to the first, second, and third light beams are BD, DVD, and CD, respectively.
  • the grating structure is formed on the surface of the objective lens.
  • the grating structure is formed on a parallel substrate.
  • the objective lens is made of an optical material having an Abbe number of 30 or less.
  • the grating structure has a serrated surface
  • the grating structure has a first light transmission layer having a first sawtooth surface including a plurality of first light transmission slopes defining a first blaze angle, and a second blaze angle.
  • the direction of inclination of the transmission slope is opposite to the direction of inclination of the second light transmission slope.
  • one of the first light transmission layer and the second light transmission layer is composed of the objective lens, and the other of the first light transmission layer and the second light transmission layer is the objective. It is formed on the lens.
  • the refractive index and dispersion of one of the first light transmitting layer and the second light transmitting layer are higher than the other high refractive index and dispersion of the first light transmitting layer and the second light transmitting layer.
  • the object lens is constituted by a light transmission layer having a relatively high refractive index and dispersion.
  • the deviation of the focal length of the objective lens in the optical disc corresponding to each of the plurality of light sources is 1Z50 or less of the average focal length.
  • the second grating structure further includes a second grating structure
  • the first, second, and third light beam forces are respectively p′-order diffracted light, q, Diffracted light of the following order, r'th diffracted light (p ', q', r 'are non-zero integers, not a single integer), and each diffracted light has the objective lens and
  • the grating structure is focused on the information surface of the optical disk corresponding to each light beam.
  • the optical disc apparatus of the present invention is an optical disc apparatus that supports a plurality of types of optical discs in which data is reproduced by a plurality of light beams including first and second light beams having different wavelengths.
  • a motor that rotates the optical disc, and an optical pickup that accesses the optical disc, wherein the optical pickup includes a plurality of light sources that emit the plurality of light beams, and an objective lens that collects the plurality of light beams.
  • the second and second gratings have a q-th order diffracted light (q is an integer other than zero and q ⁇ P) formed by the grating structure and the second light beam force. Focus on the information layer of the corresponding optical disc.
  • a grating having a sawtooth cross section and an objective lens are used in combination, and by utilizing a diffracted light of a specific order, the thickness of the substrate is reduced while being an infinite optical system. It is possible to cope with a plurality of types of optical discs having different types. That is, according to the objective lens of the present invention, high diffraction efficiency can be maintained over a wide wavelength range. Specifically, using the objective lens configured as described above, the third-order diffracted light in blue and the second-order diffracted light in red-infrared cancel out aberrations caused by optical disk substrate thickness differences and dispersion effects. It is possible to greatly simplify the optical configuration. Brief Description of Drawings
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an arrangement relationship between an optical disc and an objective lens.
  • FIG. 2 (a), (b), and (c) are diagrams schematically showing cross sections of CD, DVD, and BD, respectively.
  • FIG. 3 (a) is a schematic diagram showing a state in which spherical aberration is generated by an objective lens to which parallel light is incident. It is a schematic diagram which shows a mode that spherical aberration is correct
  • FIG. 4 A state in which the light beam incident on the optical disc 200 is focused on the information layer 214 FIG.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a main part of the first embodiment of the optical pickup according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a grating structure preferably used in the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the diffraction principle on the objective lens surface in the first embodiment.
  • FIG. 8 A diffraction efficiency characteristic diagram on the objective lens surface in the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the diffraction principle of another objective lens surface in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diffraction efficiency characteristic diagram on the objective lens surface shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the diffraction principle on the objective lens surface in the second embodiment of the optical pickup according to the present invention.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a main part of a third embodiment of the optical pickup according to the present invention.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a main part of a fourth embodiment of an optical pickup according to the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the diffraction principle on the surface of the objective lens of the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a block diagram of a main part of a fifth embodiment of an optical pickup according to the present invention.
  • FIG. 17 is a configuration diagram of a main part of a sixth embodiment of the optical pickup according to the present invention.
  • FIG. 18 is a view for explaining the diffraction principle of the objective lens surface in the sixth embodiment.
  • FIG. 19 Diffraction efficiency characteristic diagram in the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a cross-sectional configuration diagram of a main part of a conventional optical pickup.
  • FIG. 21 A diagram showing a configuration example of an optical disc device according to the present invention.
  • the optical pickup of the present invention includes a plurality of light sources that emit a plurality of light beams including first and second light beams having different wavelengths, an objective lens that condenses the plurality of light beams, and an objective. And a grating structure having an axisymmetric shape with respect to the optical axis of the lens.
  • a diffractive lens is used in which the objective lens and the grating structure are combined.
  • the p-order diffracted light (P is an integer other than zero) force formed from the first light beam (for example, blue) by the grating structure, the focusing function of the objective lens and the grating structure It is bundled on the information layer of an optical disc (for example, BD) corresponding to one light beam.
  • q-order diffracted light (q is an integer other than zero and q ⁇ p) formed from a second light beam (for example, red or infrared) by the grating structure is applied to the objective lens and the grating structure. The light is focused on the information layer of the optical disc (eg, DVD or CD) corresponding to the second light beam.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional configuration diagram showing the main part of the optical pickup in the present embodiment.
  • Fig. 5 for the sake of simplicity, only the configuration on the forward path side (the light source force is also directed toward the disk surface) is shown, and the configuration on the return path side (the side facing the disk surface force photodetector) is not described.
  • Blue light (wavelength: 0.405 ⁇ m) emitted from the light source 1B such as a blue light emitting semiconductor laser is converted into a plane wave 4B through the collimator lens 3 (infinite system).
  • the plane wave 4B passes through the optical lens substrate 7B having a thickness of 0.1 mm through the object lens 6 (NA 0.85), and is focused on the information layer 8B formed on the back surface of the substrate 7B.
  • red light (wavelength: 0. 660 m) emitted from the light source 1R such as a red light emitting semiconductor laser formed on the same substrate as the light source 1B is also transmitted through the collimating lens 3 to the plane wave 4R.
  • the plane wave 4R passes through the objective lens 6 and passes through the optical disk substrate 7R having a thickness of 0.6 mm, and is focused on the information layer 8R formed on the back surface of the substrate 7R.
  • infrared light (wavelength 0.790 / zm) emitted from light source II such as an infrared light emitting semiconductor laser formed on the same substrate as light sources 1B and 1R also passes through collimating lens 3.
  • the plane wave 41 passes through the optical disk substrate 71 having a thickness of about 1.2 mm through the wave objective lens 6 and is focused on the information layer 81 formed on the back surface of the substrate 71.
  • a plurality of light sources that emit light beams having different wavelengths are arranged on substantially the same optical axis, and all function as infinite light sources.
  • Example power is also very different.
  • the reason why it is possible to cope with optical disks having different substrate thicknesses while changing each of the light beams having different wavelengths to parallel light is that This is because the composition is new.
  • the schematic configuration of the objective lens 6 will be described with reference to FIG. Fig. 6 shows the grating structure of the objective lens.
  • the objective lens 6 in the present embodiment includes a first light transmitting layer having a sawtooth blazed surface, a second light transmitting layer having a second sawtooth surface, and the like. These are laminated.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section of the first serrated surface 110 and the second serrated surface 120 of the objective lens.
  • the first serrated surface 110 has a plurality of first light transmission slopes 112 that define a first blaze angle ⁇
  • the second serrated surface 120 has a plurality of first light-transmitting slopes that define a second blaze angle ⁇ . It has two light transmission slopes 122.
  • Each of the first serrated surface 110 and the second serrated surface 120 has a structure in which unit structures each having a triangular shape in each cross section are periodically arranged.
  • the height of the unit structure relative to the reference plane need not be the same between the first serrated surface 110 and the second serrated surface 120.
  • the height of the unit structure on the first serrated surface 110 (referred to as “step”) is indicated by “d”
  • the step on the second serrated surface 120 is indicated by “d ′”.
  • a surface having a relatively large area is referred to as a "light transmission slope", and the angle between the light transmission slope and the reference plane is defined. Defined as blaze angle.
  • the surfaces other than the “light transmission slope” are substantially perpendicular to the reference surface and do not substantially affect the light diffraction! /.
  • the blaze angle described above has a magnitude that satisfies the relationship of 0 ° ⁇ ⁇ 90 ° and 0 ° ⁇ j8 ⁇ 90 °, and is an acute angle.
  • the normal direction of the first and second light transmission slopes 112 and 122 is inclined by an angle, such as a blaze angle, with respect to the normal direction of the reference plane.
  • this inclination direction is referred to as “light transmission inclined surface inclination direction”, and is indicated by a thick black arrow in FIG.
  • the direction of inclination of the light transmitting slope is set to be opposite between the first serrated surface 110 and the second serrated surface 120.
  • the force reference plane is described in which the reference plane is a plane.
  • the reference plane may be a curved surface.
  • 8 may be changed according to the position where it is not necessary to have a constant value on the reference plane.
  • the first serrated surface 110 has a first light transmission.
  • a second serrated surface 120 is formed in the second light transmission layer.
  • the objective lens 6 shown in FIG. 5 is made of two types of transparent materials (plastic, ultraviolet curable resin, etc.) having different refractive indexes and dispersion characteristics.
  • the base 6A has a lens shape, and has a light incident side surface 6a and a light output side surface 6c.
  • a grating having a sawtooth cross section is formed on the surface 6a on the light incident side of the base 6A.
  • the base 6A functions as a “second light transmission layer”.
  • the surfaces 6a and 6c of the base 6A form a spherical surface or an aspherical surface with the optical axis L as the central axis.
  • the plurality of light transmitting slopes constituting the grating each have a ring shape with the optical axis L as the central axis on the surface 6a, and are arranged in the radial direction. For this reason, the steps of the grating are formed concentrically around the optical axis.
  • the transparent layer 6B is formed on the light incident side surface 6a of the base 6A and functions as a “first light transmission layer”.
  • a grating having an “inclination direction” opposite to the “inclination direction” of the grating on the surface 6a is formed on the surface 6b of the transparent layer 6B.
  • Each of the plurality of light transmission slopes constituting the grating also has a ring shape with the optical axis L as the central axis on the surface 6b, and is arranged in the radial direction.
  • the “inclination direction” shown in FIG. 6 is directed to the optical axis L or in a direction extending substantially radially from the optical axis.
  • the fact that the “tilt direction” of the two stacked gratings is in the opposite relationship means that the “tilt direction” at the position close to the top and bottom (the corresponding position) is exactly opposite. This means that the relationship between the “tilt directions” at different positions is not necessarily the opposite.
  • the grating cross section may have a small step shape inscribed in the sawtooth shape in the figure instead of having a sawtooth shape as shown.
  • a light collecting element having such a configuration is disclosed in an international application (PCT / JP2005 / 017773) filed on September 27, 2005. The entire disclosure of this international application is incorporated herein by reference.
  • the sawtooth edge positions are aligned between the two layers of gratings.
  • the refractive index and dispersion of the transparent layer 6B are lower than the refractive index and dispersion of the substrate 6A.
  • the thickness of the transparent layer 6B is preferably as thin as possible. For example, it is formed to a thickness of a few / zm or less.
  • the objective lens 6 having such a configuration is manufactured as follows, for example.
  • a base 6A formed to have a lens shape with a grating formed on the surface is prepared.
  • the base 6A is inserted into a mold (not shown) having a lens-shaped molding surface with a grating, and the gap between the base 6A and the mold is filled with the second material.
  • the second material is cured by a method such as ultraviolet curing or heat curing, and then separated from the mold. In this way, the objective lens 6 shown in FIG. 5 can be obtained.
  • Lights 4B, 4R and 41 incident on the objective lens 6 are simultaneously refracted and diffracted on the surface 6b of the transparent layer 6B and the surface 6a of the base 6A, and further refracted on the opposite surface 6c of the base 6A.
  • the light is condensed on the information layers 8B, 8R, 81.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of diffraction by the objective lens.
  • each surface is shown as a plane, and light 4 also enters the surface perpendicularly.
  • the refractive index of the substrate 6A is n
  • the refractive index of the transparent layer 6B is n '
  • the pitch of the grating formed on the surface 6a is ⁇
  • the sectional step is d
  • the grating is formed on the surface 6b.
  • ⁇ be the pitch and d 'be the cross-sectional step.
  • the wavefront of the light transmitted through these gratings has a sawtooth shape with a pitch ⁇ .
  • the step ⁇ (phase step) is expressed by the following (Equation 1).
  • Refractive indices n and n ' are separated into a part (first term) and a part (second term) that do not depend on the wavelength, and approximate to the following (formula 2) and (formula 3) To do.
  • ⁇ , ⁇ ′, ⁇ 0, ⁇ , ⁇ ′ are all positive numbers
  • ⁇ 0 is the center wavelength
  • ⁇ , ⁇ ′ are the refractive indices at the center wavelength
  • ⁇ , ⁇ ′ are the dispersions. It is a coefficient.
  • phase step ⁇ is expressed by the following (formula 4).
  • Diffracted waves such as first-order diffracted light 41, second-order diffracted light 42, and third-order diffracted light 43 other than 0th-order diffracted light 40 Occurs.
  • q is an integer
  • the diffraction angle ⁇ of the q-order diffracted light (angle formed with the surface normal) is given by (Equation 5) below.
  • Equation 9 shows that if V and> V, the amount of change with respect to I ⁇ / ⁇ I is small.
  • FIG. 8 shows the wavelength dependence of the diffraction efficiency of each diffracted light in the objective lens of the present embodiment.
  • n nd-( ⁇ d " 2 - ⁇ " 2 ) (nd -1) / vd (XF ⁇ 2 - ⁇ C " 2 ) (Equation 10)
  • the curve DO represents the 0th-order diffracted light
  • the curve D1 represents the 1st-order diffracted light
  • the curve D2 represents the 2nd-order diffracted light
  • the curve D3 represents the 3rd-order diffracted light.
  • Curve D3 shows a diffraction efficiency of almost 100% at a wavelength of 0.405 / zm
  • curve D2 shows a diffraction efficiency of 98% and 83% at a wavelength of 0.660 / zm and a wavelength of 0.790 m.
  • the m-order light is mainly diffracted with respect to the wavelength of ⁇ 0, and in the grating of the surface 6b, the m'-order light is diffracted mainly with respect to the wavelength of ⁇ ⁇ '. .
  • the wavelengths ⁇ ⁇ and 0 ′ are close but may not match.
  • the (m + m ′) order light is diffracted with respect to a wavelength in the vicinity of ⁇ 0 to ⁇ 0 ′.
  • Curve D3 (third-order diffracted light) is 93% at a wavelength of 0.405 ⁇ m
  • curve D2 second-order diffracted light
  • a slight decrease in efficiency is recognized due to the deviation of the step position. Therefore, the deviation of the step position is preferably suppressed to about 2 to 3% or less.
  • the focusing by the objective lens 6 in the present embodiment will be considered from the viewpoint of aberration.
  • the objective lens (base objective lens) ignoring diffraction by the grating is designed assuming the substrate thickness X of the optical disk, the substrate thickness ( ⁇ + 0.1) is applied to light with a blue wavelength ⁇ 1 due to diffraction. ) Part of spherical aberration is added, base wavelength ( ⁇ + 0.6) is added to red wavelength 2 light, and base part thickness ( ⁇ + 1. 2) spherical aberration is added. This As a result, spherical aberrations corresponding to the base material thicknesses of 0.1, 0.6, and 1.2 can be absorbed.
  • spherical aberration corresponding to the base material thickness (x + 0.1 + tl) is applied to light having a blue wavelength ⁇ 1
  • base material thickness (x + 0.6 + t2) is applied to light having a red wavelength 2 Spherical aberration of 3 minutes
  • light of infrared wavelength 3 is added with spherical aberration of base material thickness (x + 1.2 + t3), and spherical surfaces of base material thickness of 0.1, 0.6, 1.2 respectively Absorbs spherical aberration due to aberration and dispersion effect.
  • tl can be increased by using a glass material with high dispersion (low Abbe number) for the objective lens, or by increasing the lens thickness, but if the lens thickness is 2 mm and the focal length is 3 mm, the maximum dispersion will be obtained. Even assuming a material with an Abbe number of about 20, it is only about 0.3 mm. In addition to the lens thickness, working distance, focal length, unsatisfactory sine conditions, etc. also affect the size of tl.
  • the substrate thickness 0.1, 0, 6, 1. 2 within NAO. Spherical aberration and spherical aberration due to dispersion effects can be absorbed almost completely. If the Abbe number of the lens glass material is 30 or less, it is highly possible that the aberration can be canceled.
  • the three light sources are arranged to form an infinite system, there is a problem due to the displacement of the objective lens associated with tracking control (coma aberration occurs in the convergent light on the disc information layer, and reproduction is performed). There is no problem that performance and recording performance deteriorate.
  • it can be applied to a light source in which a plurality of light sources are formed on the same substrate, such as a two-wavelength compatible laser or a three-wavelength compatible laser.
  • the grating cross section formed on the surfaces 6a and 6b may be stepped inscribed in the sawtooth. At this time, the diffraction efficiency deteriorates compared to the sawtooth, but depending on the processing method, it may be easy to process. is there.
  • the objective lens 6 is made of plastic and has an ultraviolet-curing resin layer. Although it is configured by pasting together, if plastic is used as a base, the shape change due to temperature difference is large and the reliability is poor. For this reason, a high-dispersion glass glass material is used as the base lens (no grating) (high dispersion is necessary to cancel aberrations, but high refractive index is not required), and this surface has a high refractive index and high dispersion grating. It is also possible to employ a structure in which an ultraviolet curable resin with a grating having a low refractive index and low dispersion is formed on plastic.
  • the objective lens 6 can remove spherical aberration with a design that satisfies (Equation 13), the defocus aberration (first-order spherical aberration) associated with the wavelength difference remains in the design method.
  • the disk substrate thickness is 0.3 mm
  • the above optical pickup is equipped with three types of light sources so as to correspond to three wavelengths.
  • This embodiment includes an optical pickup 300 having the configuration shown in FIG. 5, a disk motor 302 that rotates the optical disk 200, and a portion that performs various signal processing.
  • the output of the optical pickup 300 is sent to the encoder Z decoder 308 via the front end signal processing unit 306.
  • the encoder Z decoder 308 decodes data recorded on the optical disc 200 based on a signal obtained by the optical pickup 300 when reading data.
  • the encoder Z decoder 308 encodes user data, generates a signal to be written on the optical disc 200, and sends it to the optical pickup 300.
  • the front-end signal processing unit 306 generates a reproduction signal based on the output of the optical pickup 300, while generating a focus error signal FE and a tracking error signal TE.
  • the focus error signal FE and tracking error signal TE are sent to the servo control unit 310.
  • the servo control unit 310 controls the disk motor 302 via the driver amplifier 304, while controlling the position of the objective lens via the actuator in the optical pickup 300.
  • the components such as the encoder Z decoder 308 and the servo control unit 310 are controlled by the CPU 309.
  • the optical disk apparatus according to the present invention is not limited to the one having the configuration shown in FIG. 21, and can be obtained by replacing the optical pickup of the present invention with an optical pickup in another known optical disk apparatus.
  • each embodiment of the optical pickup described below is also suitably used as a constituent element of an optical disc apparatus together with known constituent elements as shown in FIG.
  • the configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the objective lens 6, and detailed description of common elements is omitted.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the diffraction principle on the surfaces 6a and 6b of the objective lens of the present embodiment. For simplicity, it is assumed that each surface is a flat surface and light is incident perpendicular to the surface.
  • the refractive index of the substrate 6A is n
  • the refractive index of the transparent layer 6B is n '
  • the grating formed on the surface 6a is pitched
  • the sawtooth cross section of the step d
  • the grating formed on the surface 6b is the pitch ⁇ 3
  • the grating formed on the surface 6b with respect to a wavelength in the vicinity of 0.690 m is the third-order diffracted light
  • the grating formed on the surface 6a is the first-order diffracted light
  • the diffraction effect of the grating formed on the surface 6a is the same, and the step is formed on the surface 6b.
  • Embodiment 1 The configuration of this embodiment is the same as that of Embodiment 1 except that the light source 1B such as a blue light emitting semiconductor laser is separated from the other light sources (1R, II) and the chromatic aberration correcting element 11 and the dichroic mirror prism 2 are attached. Same as the configuration. Constituent elements common to the optical pickup of Embodiment 1 will be described with the same reference numerals.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional configuration of the optical pickup in the third embodiment.
  • a light source 1B such as a blue light emitting semiconductor laser (for example, wavelength 0.405 ⁇ m)
  • a plane wave 4B through the collimator lens 3 (so-called infinite system).
  • red light for example, a wavelength of 0.660 m
  • a light source such as a red light emitting semiconductor laser formed on a substrate different from the light source 1B
  • This plane wave 4R passes through the objective lens 6 and passes through the optical disk substrate 7R having a substrate thickness of 0.6 mm, and is focused on the information layer 8R formed on the substrate back surface.
  • infrared light for example, a wavelength of 0.790 m
  • the light source II such as an infrared light emitting semiconductor laser formed on the same substrate as the light source 1R is a dichroic mirror prism.
  • the objective lens 6 has exactly the same configuration as that of the objective lens 6 in the first embodiment, and the same effect as that obtained in the first embodiment can be obtained.
  • the chromatic aberration correcting element 11 is formed by forming a grating having a sawtooth cross section concentric with the optical axis L on one surface 11a of the transparent substrate. Due to this grating, the blue light (wavelength 0.405 / zm in this example) emitted from the light source 1B strongly diffracts light of a specific order (for example, the first order).
  • the objective lens 6 can remove spherical aberration with a design that satisfies (Equation 13), but the defocus aberration (first-order spherical aberration) associated with the wavelength difference remains in the design method.
  • the wavelength difference of the transmitted light appears as a difference in diffraction orientation (ie, Defoe us aberration) by inserting the color difference correction element 11 in the optical path of blue light, and this is expressed as Defocus in the objective lens 6. It is used to correct aberrations and has more optical parts than Embodiment 1, but has the advantage of increasing the design margin.
  • the grating cross section formed in the chromatic aberration correction element 11 is a stepped shape inscribed in the sawtooth. It may be.
  • Fig. 13 shows the configuration of the forward path after the objective lens 6 in this embodiment (the light source force on the disk surface side).
  • the objective lens 6 has a surface 6b of the transparent layer 6B, the surface 6a of the base 6A, and the like.
  • the force is the same as in the first embodiment.
  • the opposite surface of the base 6A (the light exit surface on the forward path side) is on the optical axis L. Concentric and serrated cross-section gratings are formed.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the diffraction principle on the opposite surface 6c of the objective lens 6 of the present embodiment.
  • each surface is assumed to be a flat surface, and light is also incident perpendicularly to the surface. Due to the sawtooth shaped grating, the incident light 4 derives diffracted waves such as the first-order diffracted light 41 ′ and the second-order diffracted light 42 ′ in addition to the 0th-order diffracted light 40 ′.
  • Figure 15 shows a diagram.
  • the curve DO is the 0th order diffracted light
  • the curve D1 is the 1st order diffracted light
  • the curve D2 is the 2nd order diffracted light
  • the curve D3 is the 3rd order diffracted light
  • the curve D2 is about 100 at wavelength of 0.405 m. %
  • Curve D1 has a diffraction efficiency of 95% and 98% at a wavelength of 0.660 / zm and a wavelength of 0.790 m, respectively. Therefore, the grating on the opposite surface 6c that does not cause adverse effects such as efficiency degradation with light of other wavelengths can be used as correction of chromatic aberration (defocus aberration accompanying wavelength difference) in blue light. 3
  • the same effect an effect of increasing the design margin
  • FIG. 16 shows a configuration on the forward path side before and after the objective lens in this embodiment (the light source side and the direction facing the disk surface).
  • the diffractive element part 6 ′ has two types of transparent media (for example, glass, plastic) having different refractive indexes and dispersion characteristics.
  • the base 6A ′ made of the first material has a flat plate shape, and a grating having a sawtooth cross-section is formed on the surface 6a ′ of the substrate. Is on the surface 6a ′ along the circumference centered on the optical axis L.
  • the transparent layer 6B ′ of the second material covers the surface 6a ′ on which the grating is formed, and the surface 6b ′ (air On the surface facing the side), a grating having a shape obtained by reversing the cross section of the above-mentioned grating (a cross-sectional shape reversing the so-called sawtooth pulling direction) is formed with the sawtooth edge position (lower blade position) aligned.
  • the orientation of the grating is a circle centered on the optical axis L
  • the first material has higher refraction and higher dispersion than the second material, and V ′> V is satisfied by using a high dispersion material for the first material, so that the diffraction element section 6 ′ As shown in Fig.
  • the objective lens section 6 has a surface 6c '.
  • a sawtooth-shaped crossing concentric with the optical axis L is formed, and this performs the same operation (correction of chromatic aberration) as the grating on the surface 6c in the fourth embodiment.
  • the material constituting the objective lens portion 6 ′′ is preferably a material with high dispersion (for example, Abbe number of 30 or less) in order to correct spherical aberration due to a difference in substrate thickness.
  • Lights 4B, 4R, and 41 incident on the diffraction element section 6 ′ are diffracted by the surface 6b ′ of the transparent layer 6B ′ and the surface 6a ′ of the base body 6A ′, and are incident on the surface 6c ′ of the objective lens section 6 ′′. Diffraction and refraction occur at the same time, and the light is refracted on the opposite surface of the object lens portion 6 "(the light exit surface in the forward path) to be collected on the information layers 8B, 8R, 81.
  • the present embodiment has a configuration in which the fourth embodiment is divided into two parts, and the same effect as the fourth embodiment can be obtained.
  • Embodiment 4 a complex grating structure such as surfaces 6a and 6b is formed on the aspherical surface!
  • this structure can be formed on a flat surface, so that the merit in processing (production Easy) is big. Note that aberration occurs when the diffractive element portion 6 ′ decenters the central axial force of the objective lens portion 6 ′′, so it is necessary to configure these on the same holder to maintain coaxiality.
  • FIG. 17 shows a cross-sectional configuration on the forward path side (the side where the light source power also faces the disk surface) of the present embodiment.
  • the objective lens 6 shown in FIG. 17 has a sawtooth cross-section grating concentric with the optical axis L on the surface 6a of the base 6A.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining the diffraction principle on the surface 6a of the objective lens according to the present embodiment. For simplicity, it is assumed that each surface is a plane and light is incident perpendicularly to the surface.
  • the incident light 4 is derived from the grating of the sawtooth cross section of step d, in addition to the 0th-order folding light 40, the first-order diffracted light 41, second-order diffracted light 42, third-order diffracted light 43 To do.
  • FIG. 19 shows the wavelength dependence of the diffraction efficiency on the surface 6a of the objective lens.
  • curve DO is the 0th order diffracted light
  • curve D1 is the 1st order diffracted light
  • curve D2 is the 2nd order diffracted light
  • curve D3 is the 3rd order diffracted light characteristic
  • curve D3 is the wavelength 0.405 / zm.
  • curve D2 has diffraction efficiencies of 76% and 27% at a wavelength of 0.660 / zm and a wavelength of 0.790 m, respectively.
  • the aberration correction effect in the present embodiment is an optimum combination capable of canceling out aberrations due to the difference in substrate thickness and refractive index dispersion as in the first embodiment.
  • the diffraction efficiency for the wavelength of 0.66 O / z m and the wavelength of 0.790 m is lower than that of the first embodiment.
  • infrared light is not suitable for recording applications.
  • the configuration of the grating is simple and the application can be limited, it can be adopted as an inexpensive configuration.
  • Embodiment 4 is configured by dividing Embodiment 4 into two parts, this embodiment can also be divided into a diffraction element portion and an objective lens portion.
  • a grating having a sawtooth cross section concentric with the optical axis L is formed on one surface of the diffraction element portion, and the objective lens portion is formed of a highly dispersed glass material without the grating.
  • a chromatic aberration correction grating may be formed on the objective lens portion, and the chromatic aberration correction grating may be provided on another surface of the diffraction element portion.
  • a configuration in which the above six embodiments are variously combined is possible, and each effect is combined. Industrial applicability
  • the present invention is suitably used for an optical disk device that accesses various types of optical disks with light beams having different wavelengths.
  • optical discs according to various standards such as CD, DVD, BD and the like are in circulation, and therefore it is required to perform recording / reproducing of these optical discs with one optical disc apparatus.

Abstract

　本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第１および第２の光ビームを含む複数の光ビームを放射する複数の光源と、複数の光ビームを集光する対物レンズと、対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備えている。グレーティング構造によって第１の光ビーム（例えば青色）から形成されたｐ次の回折光（ｐはゼロ以外の整数）が、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第１の光ビームに対応する光ディスク（例えばＢＤ）の情報層上に集束させられる。また、グレーティング構造によって第２の光ビーム（例えば赤または赤外）から形成されたｑ次の回折光（ｑはゼロ以外の整数であって、ｑ≠ｐ）は、対物レンズおよびグレーティング構造の集光作用により、第２の光ビームに対応する光ディスク（例えばＤＶＤまたはＣＤ）の情報層上に集束させられる。このように、異なる次数の回折光を適切に用いることにより、波長および基材厚の異なる光ディスクに対して球面収差の低減された集光を行うことが可能になる。                                                                       

Description

光ピックアップおよび当該ピックアップを備える光ディスク装置 技術分野
[0001] 本発明は、光ピックアップおよび当該ピックアップを備える光ディスク装置に関する 背景技術
[0002] 光ディスクに記録されているデータは、比較的弱い一定の光量の光ビームを回転 する光ディスクに照射し、光ディスクによって変調された反射光を検出することによつ て再生される。
[0003] 再生専用の光ディスクには、光ディスクの製造段階でピットによる情報が予めスパイ ラル状に記録されている。これに対して、書き換え可能な光ディスクでは、スパイラル 状のランドまたはグループを有するトラックが形成された基材表面に、光学的にデー タの記録 Z再生が可能な記録材料膜が蒸着等の方法によって堆積されて 、る。書き 換え可能な光ディスクにデータを記録する場合は、記録すべきデータに応じて光量 を変調した光ビームを光ディスクに照射し、それによつて記録材料膜の特性を局所的 に変化させることによってデータの書き込みを行う。
[0004] なお、ピットの深さ、トラックの深さ、および記録材料膜の厚さは、光ディスク基材の 厚さに比べて小さい。このため、光ディスクにおいてデータが記録されている部分は 、 2次元的な面を構成しており、「信号面」または「情報面」と称される場合がある。本 明細書では、このような信号面 (情報面）が深さ方向にも物理的な大きさを有して 、る ことを考慮し、「信号面 (情報面)」の語句を用いる代わりに、「情報層」の語句を用い ることとする。光ディスクは、このような情報層を少なくとも 1つ有している。なお、 1つ の情報層が、現実には、相変化材料層や反射層などの複数の層を含んでいてもよい 光ディスクに記録されているデータを再生するとき、または、記録可能な光ディスク にデータを記録するとき、光ビームが情報層における目標トラック上で常に所定の集 束状態となる必要がある。このためには、「フォーカス制御」および「トラッキング制御」 が必要となる。「フォーカス制御」は、光ビームの焦点 (集束点）の位置が常に情報層 上に位置するように対物レンズの位置を情報面の法線方向（以下、「基板の深さ方向 」と称する場合がある。）に制御することである。一方、トラッキング制御とは、光ビーム のスポットが所定のトラック上に位置するように対物レンズの位置を光ディスクの半径 方向（以下、「ディスク径方向」と称する。）に制御することである。
[0006] 従来、高密度 ·大容量の光ディスクとして、 DVD (Digital Versatile Disc) -ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, DVD+RW, DVD+R等の光ディスクが 実用化されてきた。また、 CD (Compact Disc)は今も普及している。現在は、これらの 光ディスクよりも更に高密度化 '大容量ィ匕されたブルーレイディスク（Blu-ray Disc;B D)などの次世代光ディスクの開発 ·実用化が進められつつある。
[0007] これらの光ディスクは、その種類に応じて異なる多様な構造を有している。例えば、 トラックの物理的構造、トラックピッチ、情報層の深さ (光ディスクの光入射側表面から 情報層までの距離)などが異なるものがある。このように物理的な構造の異なる複数 種類の光ディスク力 適切にデータを読み出し、あるいは、データを書き込むために は、光ディスクの種別に応じた開口数 (NA)を有する光学系を用いて適切な波長の レーザ光を光ディスクの情報層に照射する必要がある。
[0008] 図 1は、光ディスク 200を模式的に示す斜視図である。参考のため、図 1には、対物 レンズ (集束レンズ） 220と、この対物レンズ 220によって集束されたレーザ光 222が 示されている。レーザ光 222は、光ディスク 200の光入射面から情報層を照射され、 情報層上に光ビームスポットを形成する。
[0009] 図 2 (a)、 (b)、および（c)は、それぞれ、 CD、 DVD,および BDの断面の概略を模 式的に示している。図 2に示される各光ディスクは、表面 (光入射側表面） 200aおよ び裏面（レーベル面） 200bを有し、それらの間に少なくとも 1つの情報層 214を有し ている。光ディスクの裏面 200bには、タイトルやグラフィックスのプリントを含むレーべ ル層 218が設けられている。いずれの光ディスクも全体の厚さは 1. 2mmであり、直 径は 12cmである。簡単のため、図面中にはピットやグループなどの凹凸構造は記載 していないし、反射層などの記載も省略している。
[0010] 図 2 (a)に示されるよう〖こ、 CDの情報層 214は、表面 200a力ら約 1. 2mmの深さに 位置している。 CDの情報層 214からデータを読み出すには、近赤外レーザ (波長： 7 85nm)を集束し、その焦点が情報層 214上に位置するように制御する必要がある。 レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数 (NA)は、約 0. 5である。
[0011] 図 2 (b)に示されるように、 DVDの情報層 214は、表面 200a力ら約 0. 6mmの深さ に位置している。現実の DVDでは、約 0. 6mmの厚さを有する 2枚の基板が接着層 を介して張り合わせられている。 2層の情報層 214を有する光ディスクの場合、表面 2 OOaから情報層 214までの距離は、それぞれ、約 0. 57mmおよび約 0. 63mm程度 であり、近接している。このため、情報層 214の数によらず、図面では 1層の情報層 2 14のみを記載している。 DVDの情報層 214からデータを読み出し、データを書き込 むには、赤色レーザ (波長： 660nm)を集束し、その焦点が情報層 214上に位置する ように制御する必要がある。レーザ光の集束に用いる対物レンズの開口数 (NA)は、 約 0. 6である。
[0012] 図 2 (c)に示されるように、 BDは、表面 200aの側に厚さ 100 mの薄いカバー層（ 透明層）が設けられており、情報層 214は表面 200aから約 0. 1mmの深さに位置し ている。 BDの情報層 214からデータを読み出すには、青紫レーザ (波長: 405nm) を集束し、その焦点が情報層 214上に位置するように制御する必要がある。レーザ光 の集束に用いる対物レンズの開口数 (NA)は、 0. 85である。
[0013] 図 3 (a)は、平行光が入射した対物レンズ 220によって球面収差が発生して 、る様 子を示す模式図であり、図 3 (b)は、同一の対物レンズ 220に対して発散光を入射さ せることにより、球面収差を補正している様子を示す模式図である。
[0014] このような球面収差の大きさは、光ディスクの表面力 情報層までの部分の厚さ（「 基材厚」と称される場合がある。）、言い換えると「情報層の深さ」に依存しても変化す る。図 4は、光ディスク 200に入射した光ビームが情報層 214上に集束している様子 を示している。光ビームを構成する光線は、光ディスク 200の表面で屈折するため、 光ビームの集束状態は、光ディスク 200の表面力も情報層 214までの部分における 屈折率および厚さに応じて変化する。このため、ある特定の光ディスクに対して球面 収差が生じない場合でも、基材厚の異なる光ディスクに対しては、球面収差が発生し てしまう。 [0015] 上述したように多様な構造を有する光ディスクが巿場に流通しており、これら複数種 類の光ディスクに 1つの装置で対応することが求められている。そのような光ディスク 装置は、波長の異なる複数の光ビームから適宜選択した光ビームを用い、球面収差 を低減した状態で光ディスクを照射し得る構成を備える必要がある。
[0016] 次に、図 20を参照しながら、複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置の従 来例を説明する。簡単のため、図 20には往路側（光源力もディスク面に向力 側）の 構成のみを記載し、復路側 (ディスク面力 光検出器に向力う側）の構成は記載して いない。
[0017] 図 20の光ディスク装置は、 3つの光源 1B、 1R、 IIを備えている、青色発光半導体 レーザ等の光源 IB力 放射された青色の光 (例えば、波長 0. 405 m)は、ダイク口 イツクミラープリズム 2 (青色光を反射、青色より長波長側は透過）で反射され、コリメ一 トレンズ 3を経て平面波 4Bに変換される（いわゆる無限系）。平面波 4Bは、色選択性 の開口フィルター 5により、 NAO. 85に相当する開口数を持つように開口制限を受け た後、対物レンズ 6 (例えば、 NAO. 85以上）を透過して光ディスクに入射する。厚さ 0. 1mmの光ディスク基材 7Bに入射した光は、基材 7Bの裏面に形成された情報層 8 B上に集束する。図 20では、簡単のため、 3つの光源 1B、 1R、 IIに対応する異なる 光ディスクの基材 7B、 7R、 71と、情報層 8B、 8R、 81とが同時に示されている力 実 際には、いずれかの光源に対応する 1つの光ディスクが光ディスク装置に装填される
[0018] 一方、赤色発光半導体レーザ等の光源 1Rから放射された赤色の光 (例えば、波長 0. 660 μ m)は、ダイクロイツクミラープリズム 9 (赤外光を反射、赤外光より短波長側 は透過）及びダイクロイツクミラープリズム 2を透過し、コリメートレンズ 3を経て発散性 の球面波 4Rに変換される（いわゆる有限系）。球面波 4Rは、色選択性の開口フィル ター 5により、 NAO. 6に相当する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レ ンズ 6を透過して光ディスクに入射する。厚さ 0. 6mmの光ディスク基材 7Rに入射し た光は、基材 7Rの裏面に形成された情報層 8R上に集束する。
[0019] 更に、赤外色発光半導体レーザ等の光源 IIから放射された赤外色の光 (例えば、 波長 0. 790 m)は、ダイクロイツクミラープリズム 9で反射され、ダイクロイツクミラー プリズム 2を透過した後、コリメートレンズ 3を経て発散性の球面波 41に変換される（い わゆる有限系）。球面波 41は、波色選択性の開口フィルター 5により NAO. 5に相当 する開口数を持つように開口制限を受けた後、対物レンズ 6を経て光ディスクに入射 する。厚さ 1. 2mmの光ディスク基材 71に入射した光は、基材 71の裏面に形成された 情報層 81上に集束する。
[0020] 対物レンズ 6は、厚さ 0. 1mmの光ディスク基材 7Bに対し、波長 0. 405 μ mで無限 系入射の光が無収差で集光するように設計されている。従って、厚さ 0. 6mmの光デ イスク基材 7Rや厚さ 1. 2mmの光ディスク基材 71に対して、それぞれ波長 0. 660 m、波長 0. 790 mの光で無限系入射を行うと、大きな球面収差が発生する。球面 収差の発生は、基材厚の差だけではなぐ対物レンズにおける屈折率分散や、デイス ク基材における球面収差にも起因する。
[0021] 図 20の従来例では、光源 1R、 IIの位置をそれぞれ光軸 Lに沿ってコリメートレンズ 3に近づけることにより、コリメートレンズ 3を透過した光を発散性の球面波 4R、 41に変 化している。このように光源 1R、 IIを有限系の光源として機能させることにより、前述 の球面収差をキャンセルして 、る。
非特許文献 1：曰経エレクトロニクス（2004年 9月 27曰号） P101— 121
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0022] 上記構成を有する従来の光ディスク装置には、以下の問題があった。
[0023] 対物レンズ 6に入射する光が有限系になると、トラッキング制御に伴う対物レンズの 変位により、ディスク情報層への収束光にはコマ収差が発生し、信号再生性能や記 録性能を劣化させる。
[0024] また、コリメートレンズ 3と各光源との光学距離がそれぞれ異なるため、 2波長対応レ 一ザや 3波長対応レーザ等、複数の光源が同一基板上に形成されている光源に対 しては適用できない。そのため、光学系を簡略ィ匕することが困難である。また、上記 の光ディスク装置に使用されるダイクロイツクミラープリズム 2、 9や、色選択性の開口 フィルター 5は、高精度の多層成膜技術を要する高価な光学部品である。
[0025] 更には、コリメートレンズ 3と各光源との光学距離を変えるだけでは球面収差を吸収 することができないという問題がある。すなわち、 3次の球面収差は吸収できる力 5 次以上の球面収差が多く残存するため、設計によっては回折レンズ等の収差補正部 品 10B、 10R、 101のいずれかを各光源とコリメートレンズ 3の間に挟む必要もあり、 光学系のコストを更に押し上げて 、る。
[0026] 本発明は、力かる問題点に鑑みてなされたものであり、基材厚の異なる 3種類の光 ディスクに対して、簡単な構成により球面収差の発生を抑制し、光学部品の数を削減 できる光ディスク装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0027] 本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第 1および第 2の光ビームを含む 複数の光ビームを放射する複数の光源と、前記複数の光ビームを集光する対物レン ズと、前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを 備え、前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によつ て前記第 1の光ビームから形成された P次の回折光 (Pはゼロ以外の整数)を、前記第 1の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、前記対物レンズお よびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第 2の光ビームから 形成された q次の回折光 (qはゼロ以外の整数であって、 q≠p)を、前記第 2の光ビー ムに対応する光ディスクの情報層上に集束させる。
[0028] 好ましい実施形態において、前記第 1の光ビームは、青の波長を有し、前記第 2の 光ビームは赤または赤外の波長を有しており、 p = 3、 q = 2である。
[0029] 好ま 、実施形態にぉ 、て、前記複数のビームは、前記第 1および第 2光ビームの 波長とは異なる波長の第 3の光ビームを含み、前記対物レンズおよびグレーティング 構造は、前記グレーティング構造によって前記第 3の光ビーム力 形成された r次の 回折光 (rはゼロ以外の整数であって、 r≠p)を、前記第 3の光ビームに対応する光デ イスクの情報層上に集束させる。
[0030] 好ましい実施形態において、前記第 1、第 2、および第 3の光ビームは、それぞれ、 青、赤、および赤外の波長を有しており、 p = 3、 q=r = 2である。
[0031] 好ましい実施形態において、前記第 1、第 2、および第 3の光ビームに対応する光 ディスクは、それぞれ、 BD、 DVD,および CDである。 [0032] 好ま 、実施形態にぉ 、て、前記グレーティング構造は、前記対物レンズの表面に 形成されている。
[0033] 好ま 、実施形態にぉ ヽて、前記グレーティング構造は、平行基板に形成されて ヽ る。
[0034] 好ま 、実施形態にぉ 、て、前記対物レンズは、アッベ数が 30以下の光学材料か ら形成されている。
[0035] 好ま 、実施形態にぉ 、て、前記グレーティング構造は鋸歯状表面を有して!/、る。
[0036] 好ましい実施形態において、前記グレーティング構造は、第 1ブレーズ角を規定す る複数の第 1光透過斜面を含む第 1鋸歯状表面を有する第 1光透過層と、第 2ブレー ズ角を規定する複数の第 2光透過斜面を含む第 2鋸歯状表面を有し、前記第 1光透 過層の前記第 1鋸歯状表面に接触する第 2光透過層とを備え、前記第 1光透過斜面 の傾斜方向と前記第 2光透過斜面の傾斜方向とが反対である。
[0037] 好ましい実施形態において、前記第 1光透過層および第 2光透過層の一方が、前 記対物レンズから構成され、前記第 1光透過層および第 2光透過層の他方が、前記 対物レンズ上に形成されている。
[0038] 好ましい実施形態において、前記第 1光透過層および第 2光透過層の一方の屈折 率および分散は、他方の高い屈折率および分散よりも高ぐ前記第 1光透過層およ び第 2光透過層のうち、屈折率および分散が相対的に高い光透過層によって前記対 物レンズが構成されて 、る。
[0039] 好ましい実施形態において、前記複数の光源の各々に対応する光ディスクにおけ る前記対物レンズの焦点距離の偏差が、平均の焦点距離の 1Z50以下である。
[0040] 好ましい実施形態において、第 2のグレーティング構造を更に備え、前記第 2のダレ 一ティング構造は、前記第 1、第 2、第 3の光ビーム力もそれぞれ p'次の回折光、 q，次 の回折光、 r'次の回折光 (p'、 q'、 r'はゼロ以外の整数であって、単一の整数では ない。）を形成し、各回折光は、前記対物レンズおよびグレーティング構造により、各 光ビームに対応する光ディスクの情報面上に集束される。
[0041] 好ましい実施形態において、前記第 1、第 2、および第 3の光ビームは、それぞれ、 青、赤、および赤外の波長を有しており、 P' = 2、 q' =r' = 1である。 [0042] 本発明の光ディスク装置は、相互に波長が異なる第 1および第 2の光ビームを含む 複数の光ビームにより、それぞれデータの再生が行われる複数種類の光ディスク〖こ 対応した光ディスク装置であって、光ディスクを回転させるモータと、前記光ディスク にアクセスする光ピックアップとを備え、前記光ピックアップは、前記複数の光ビーム を放射する複数の光源と、前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、前記対物 レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備え、前記対物 レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前記第 1の光 ビーム力 形成された p次の回折光 (pはゼロ以外の整数)を、前記第 1の光ビームに 対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、前記対物レンズおよびグレーティ ング構造は、前記グレーティング構造によって前記第 2の光ビーム力も形成された q 次の回折光 (qはゼロ以外の整数であって、 q≠P)を、前記第 2の光ビームに対応す る光ディスクの情報層上に集束させる。
発明の効果
[0043] 本発明の光ピックアップでは、鋸歯断面を有するグレーティングと対物レンズとを組 み合わせて使用し、特定次数の回折光を利用することにより、無限光学系でありなが ら、基材厚の異なる複数種類の光ディスクに対応することが可能になる。すなわち、 本発明における対物レンズによれば、広い波長範囲にわたり、高い回折効率を維持 することができる。具体的には、上記構成の対物レンズを用い、青色で 3次、赤色-赤 外で 2次の回折光を利用することにより、光ディスク基材厚の差や分散影響により発 生する収差をキャンセルでき、光学構成を大幅に簡略ィ匕することが可能になる。 図面の簡単な説明
[0044] [図 1]光ディスクと対物レンズとの配置関係を模式的に示す斜視図である。
[図 2] (a)、 (b)、および（c)は、それぞれ、 CD、 DVD、および BDの断面の概略を模 式的に示す図である。
[図 3] (a)は、平行光が入射した対物レンズによって球面収差が発生している様子を 示す模式図であり、（b)は、（a)のレンズと同一のレンズに対して発散光を入射させる ことにより、球面収差を補正している様子を示す模式図である。
[図 4]光ディスク 200に入射した光ビームが情報層 214上に集束している様子を示す 図である。
圆 5]本発明による光ピックアップの第 1の実施形態の要部構成図である。
[図 6]本発明に好適に用いられるグレーティング構造を示す図である。
圆 7]第 1の実施形態における対物レンズ面における回折原理を説明するための図 である。
圆 8]第 1の実施形態における対物レンズ面における回折効率特性図である。
圆 9]第 1の実施形態における実施形態の他の対物レンズ面における回折原理を説 明する説明図である。
[図 10]図 9に示す対物レンズ面における回折効率特性図である。
[図 11]本発明による光ピックアップの第 2の実施形態における対物レンズ面における 回折原理を説明するための図である。
圆 12]本発明による光ピックアップの第 3の実施形態の要部構成図である。
圆 13]本発明による光ピックアップの第 4の実施形態の要部構成図である。
圆 14]第 4の実施形態の対物レンズの面における回折原理を説明するための図であ る。
圆 15]第 4の実施形態における回折効率特性図である。
圆 16]本発明による光ピックアップの第 5の実施形態の要部構成図である。
圆 17]本発明による光ピックアップの第 6の実施形態の要部構成図である。
圆 18]第 6の実施形態における対物レンズ面の回折原理を説明する図である。 圆 19]第 6の実施形態における回折効率特性図である。
[図 20]従来の光ピックアップにおける要部断面構成図である。
圆 21]本発明による光ディスク装置の構成例を示す図である。
符号の説明
1B 青色光源
1R 赤色光源
II 赤外光源
L 光軸
3 コリメートレンズ 4B 青光源に対する平面波光線
4R 赤光源に対する平面波光線
41 赤外光源に対する平面波光線
6 対物レンズ
6A 第 1の材料による構成部
6B 第 2の材料による構成部
6a 第 1の材料による構成部のグレーティングの形成された面
6b 第 2の材料による構成部のグレーティングの形成された面
7B 青光源に対する光ディスク基材
7R 赤光源に対する光ディスク基材
71 赤外光源に対する光ディスク基材
8B 青光源に対する光ディスク情報層
8R 赤光源に対する光ディスク情報層
81 赤外光源に対する光ディスク情報層
発明を実施するための最良の形態
[0046] 本発明の光ピックアップは、相互に波長が異なる第 1および第 2の光ビームを含む 複数の光ビームを放射する複数の光源と、複数の光ビームを集光する対物レンズと、 対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造とを備えている 。好ましい実施形態では、対物レンズとグレーティング構造とがー体ィ匕された回折レ ンズが使用される。
[0047] 本発明では、グレーティング構造によって第 1の光ビーム (例えば青色)から形成さ れた p次の回折光 (Pはゼロ以外の整数）力 対物レンズおよびグレーティング構造の 集光作用により、第 1の光ビームに対応する光ディスク (例えば BD)の情報層上に集 束させられる。また、グレーティング構造によって第 2の光ビーム（例えば赤または赤 外)から形成された q次の回折光 (qはゼロ以外の整数であって、 q≠p)は、対物レン ズおよびグレーティング構造の集光作用により、第 2の光ビームに対応する光ディスク (例えば DVDまたは CD)の情報層上に集束させられる。このように、異なる次数の回 折光を適切に用いることにより、波長および基材厚の異なる光ディスクに対して球面 収差の低減された集光を行うことが可能になる。最も好ましい実施形態においては、 p = 3、 q = 2の条件が選択される。
[0048] 以下、図面を参照しながら、本発明による光ピックアップ、および当該光ピックアツ プを備えた光ピックアップの実施形態を説明する。
[0049] (実施形態 1)
図 5から図 10を参照しながら、本発明の光ピックアップの第 1の本実施形態を説明 する。なお、これらの図面において、図 20に示す従来例と共通する構成要素に対し ては同一の参照符号を付与して!/、る。
[0050] まず、図 5を参照する。図 5は、本実施形態における光ピックアップの要部を示す部 分断面構成図である。図 5では、簡単のため往路側（光源力もディスク面に向力 側） のみの構成を記載し、復路側 (ディスク面力 光検出器に向力う側）の構成は記載し ていない。
[0051] 青色発光半導体レーザ等の光源 1Bから放射された青色の光 (波長 0. 405 μ m) は、コリメートレンズ 3を経て平面波 4Bに変換される（無限系）。この平面波 4Bは、対 物レンズ 6 (NA0. 85)を経て厚さ 0. 1mmの光ディスク基材 7Bを透過し、基材 7Bの 裏面に形成された情報層 8B上に集束される。
[0052] 本実施形態では、光源 1Bと同一基板上に形成された赤色発光半導体レーザ等の 光源 1Rから放射された赤色の光（波長 0. 660 m)も、コリメートレンズ 3を経て平面 波 4Rに変換される（無限系）。平面波 4Rは、対物レンズ 6を経て厚さ 0. 6mmの光デ イスク基材 7Rを透過し、基材 7Rの裏面に形成された情報層 8R上に集束される。ま た、光源 1B、 1Rと同一基板上に形成された赤外色発光半導体レーザ等の光源 IIか ら放射された赤外色の光（波長 0. 790 /z m)も、コリメートレンズ 3を経て平面波 41に 変換される（無限系）。平面波 41は、波対物レンズ 6を経て厚さ約 1. 2mmの光デイス ク基材 71を透過し、基材 71の裏面に形成された情報層 81上に集束される。
[0053] このように、本実施形態では、異なる波長の光ビームを放射する複数の光源を略同 一光軸上に配置し、全て無限系の光源として機能させている点で、前述した従来例 力も大きく異なっている。本実施形態において波長の異なる光ビームの各々を平行 光に変化しつつ、異なる基材厚の光ディスクに対応できる理由は、対物レンズ 6の構 成が新規であるからである。
[0054] 以下、図 6を参照しつつ、対物レンズ 6の構成の概略を説明する。図 6は、対物レン ズのグレーティング構造を示す図である。本実施形態における対物レンズ 6は、図 6 に示されるよう〖こ、第 1鋸歯状表面（sawtooth blazed surface)を有する第 1光透過層と 、第 2鋸歯状表面を有する第 2光透過層とを備えており、これらが積層されている。
[0055] 図 6には、この対物レンズの第 1鋸歯状表面 110および第 2鋸歯状表面 120の断面 が模式的に示されている。第 1鋸歯状表面 110は、第 1ブレーズ角 αを規定する複 数の第 1光透過斜面 112を有しており、第 2鋸歯状表面 120は、第 2ブレーズ角 βを 規定する複数の第 2光透過斜面 122を有している。
[0056] 第 1鋸歯状表面 110および第 2鋸歯状表面 120は、いずれも、個々の断面が三角 形状を有する単位構造を周期的に配列した構造を有している。単位構造の基準面 に対する高さは、第 1鋸歯状表面 110と第 2鋸歯状表面 120との間で一致している必 要は無い。図示されている例では、第 1鋸歯状表面 110における単位構造の高さ（「 段差」と称する。）を「d」で示し、第 2鋸歯状表面 120における段差を「d'」で示してい る。
[0057] 本明細書では、単位構造の表面を構成する 2つの面のうち、相対的に面積が広い 面を「光透過斜面」と称し、この光透過斜面と基準面との間の角度をブレーズ角と定 義する。単位構造の表面を構成する 2つの面のうち、「光透過斜面」以外の面は、基 準面に対して略垂直であり、光の回折には実質的に影響を与えな!/、。
[0058] 上記のブレーズ角は、 0° < α < 90° 、0° < j8 < 90° の関係を満足する大きさ を有しており、鋭角である。第 1および第 2光透過斜面 112、 122の法線方向は、基 準面の法線方向に対してブレーズ角に等 、角度だけ傾斜して 、る。本明細書では 、この傾斜の方向を「光透過斜面の傾斜方向」と称し、図 1において、太い黒矢印で 示している。本発明では、光透過斜面の傾斜方向が、第 1鋸歯状表面 110と第 2鋸 歯状表面 120との間で正反対に設定されている。
[0059] 図 6では、基準面が平面である場合が記載されている力 基準面は曲面であっても よい。また、ブレーズ角 α、 |8は、基準面上で一定の値を持つ必要はなぐ位置に応 じて変化しても良い。図 6には明示されていないが、第 1鋸歯状表面 110は第 1光透 過層に形成され、第 2鋸歯状表面 120は第 2光透過層に形成される。
[0060] 図 5に示す対物レンズ 6は、屈折率および分散特性が異なる 2種類の透明材料 (プ ラスチックや紫外線硬化榭脂等)から作製されている。基体 6Aは、レンズ形状を有し ており、光入射側の面 6aおよび光出射側の面 6cを有している。基体 6Aの光入射側 の表面 6aには、断面が鋸歯形状を有するグレーティングが形成されている。基体 6A は、「第 2光透過層」として機能する。
[0061] 基体 6Aの表面 6a、 6cは、光軸 Lを中心軸とする球面又は非球面を形成している。
グレーティングを構成する複数の光透過斜面は、それぞれ、表面 6a上において、光 軸 Lを中心軸とするリング形状を有し、半径方向に配列されている。このため、グレー ティングの段差は光軸を中心とする同心円状に形成されている。
[0062] 透明層 6Bは、基体 6Aの光入射側の表面 6a上に形成され、「第 1光透過層」として 機能する。透明層 6Bの表面 6bには、表面 6aにおけるグレーティングの「傾斜方向」 と反対の向きに「傾斜方向」を有するグレーティングが形成されている。このグレーテ イングを構成する複数の光透過斜面も、それぞれ、表面 6bにおいて、光軸 Lを中心 軸とするリング形状を有し、半径方向に配列されて 、る。
[0063] 本実施形態では、図 6に示す「傾斜方向」は、光軸 Lに向くか、光軸から略放射状 に延びる向きにある。このように、本実施形態では、積層された 2つのグレーティング の「傾斜方向」が正反対の関係にあるということは、上下に近接する位置 (対応する位 置）における「傾斜方向」が正反対にあることを意味し、位置が異なる「傾斜方向」の 関係は必ずしも正反対にはならな 、。
[0064] なお、グレーティング断面は、図示されるような鋸歯状を有する代わりに、図の鋸歯 形状に内接する小さな階段形状を有していても良い。
[0065] このような構成を有する集光素子が 2005年 9月 27日に出願された国際出願 (PCT /JP2005/017773)に開示されている。この国際出願の開示内容の全てをここに 援用する。
[0066] 図 5に示されている例では、 2層のグレーティング間で鋸歯のエッジ位置（下刃位置 )が揃っている。本実施形態における透明層 6Bの屈折率および分散は、基材 6Aの 屈折率および分散よりも低い。透明層 6Bの厚さは可能な限り薄く形成されることが好 ましぐ例えば数/ z m以下の厚さに形成される。
[0067] このような構成を有する対物レンズ 6は、例えば、以下のようにして製造される。
[0068] まず、表面にグレーティングが形成されたレンズ形状を有するように成形された基体 6Aを用意する。次に、グレーティング付きのレンズ形状の成形面を有する金型 (不図 示）に基体 6Aを挿入し、基体 6Aと金型との隙間に第 2の材料を充填する。この第 2 の材料を紫外線硬化や熱硬化などの方法によって硬化させた後、金型から離間させ る。こうして、図 5に示す対物レンズ 6を得ることができる。
[0069] 対物レンズ 6に入射する光 4B、 4R及び 41は、透明層 6Bの表面 6b及び基体 6Aの 表面 6aで屈折と回折が同時に発生し、更に基体 6Aの反対面 6cで屈折して、情報層 8B, 8R, 81上に集光する光となる。
[0070] 次に、図 7を参照しながら、対物レンズ 6による回折を説明する。図 7は対物レンズ による回折原理を説明する図である。図 7では、簡単のため、各面を平面として記載 し、光 4も面に垂直に入射するものとする。
[0071] 基体 6Aの屈折率を n、透明層 6Bの屈折率を n'とし、面 6a上に形成されたグレーテ イングのピッチを Λ、その断面段差を d、面 6b上に形成されたグレーティングのピッチ を Λ、断面段差を d'とする。このとき、これらのグレーティングを透過する光の波面は 、ピッチ Λの鋸歯状となる。その段差 Δ (位相段差）は、次の (式 1)で表される。
[0072] Δ=ά' (n'-l)-d(n-n') (式 1)
[0073] 屈折率 n, n'を、波長えに依存しな 、部分 (第 1項)と依存する部分 (第 2項)に分離 して次の（式 2)及び (式 3)に近似する。
[0074] η=ηΟ-(λ-λΟ) σ (式 2)
η'=ηΟ'-(λ-λΟ) σ ' (式 3)
[0075] ここで、 ηΟ、 ηθ'、 λ 0、 σ、 σ 'は何れも正数であり、 λ 0は中心波長、 ηΟ、 ηθ'は 中心波長での屈折率、 σ、 σ'は分散係数である。
[0076] 位相段差 Δは次の（式 4)で表される。
Δ=ά' (ηΟ'-1)-ά(ηΟ-ηΟ')-(λ -λΟ){ά' σ '-ά(σ - σ ')} (式 4) [0077] 波長 λの入射光 4は、透過によってピッチ Λの周期で位相段差 Δが発生するので
、 0次回折光 40以外に 1次回折光 41、 2次回折光 42及び 3次回折光 43等の回折波 が発生する。 qを整数とするとき、 q次回折光の回折角度 Θ (面法線と為す角度）は、 次の（式 5)で与えられる。
[0078] sin0 =ql/A (式 5)
[0079] q次回折光の回折効率が最大になる条件は、次の（式 6)で与えられる。
A=q (式 6)
[0080] 従って、 λ = λθのときに回折効率が最大となり、 |ΔΖλ|のえに対する変化量を小 さくする条件、すなわち、広い波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する条件 は、次の（式 7)及び (式 8)で表される。
[0081] {d' (nO'-l)-d(nO-nO')}/! =q (式 7)
{d' σ '-ά(σ - σ ')}/qlO<0 (式 8)
[0082] なお、アッベ数は上述の σ、 σ 'の逆数に比例する値であるので、 σ、 σ 'に対応し たアッベ数を V、 V 'とすると、（式 8)は次の（式 9)に置き換えられる。
[0083] d'/d< v '/v -l (式 9)
[0084] (式9)は V， > Vであれば、 I Δ / λ Iのえに対する変化量を小さくしゃすくなること を示している。
[0085] 図 8は、本実施形態の対物レンズにおける各回折光の回折効率の波長依存性を示 している。ここでは、基体 6Αに高分散透明プラスチック材料 (例えば、カネボウ株式 会社製商品名 Ο— ΡΕΤ(η=1.62, ν =24)以下同じ）、透明層 6Βには UV榭脂 (η '=1.49, V ' =59)を用!ヽ、段差 d、 d，を d=6.6 m、 d' =4. 5 /zm【こ設定して いる。ただし、波長 λでの屈折率 ηは、 V dを d線（波長 λ d=0. 5876 μ m)でのアツ ベ数、 ndを d線での屈折率、 nCを c線（波長 λ C = 0. 6563 μ m)での屈折率、 nFを F線 (波長え F=0.4861 m)での屈折率として、次の（式 10)で近似している。
[0086] n = nd - ( λ d"2 - λ "2) (nd -1)/ v d(XF~2- λ C"2) (式 10)
[0087] 以下の計算では、何れもこの近似（式 10)を用いている。
[0088] 図 8において、曲線 DOは 0次回折光、曲線 D1は 1次回折光、曲線 D2は 2次回折 光、曲線 D3は 3次回折光の特性を示している。曲線 D3は波長 0.405/zmでほぼ 1 00%、曲線 D2は波長 0.660/zmと波長 0. 790 mで 98%、 83%の回折効率を示 している。 [0089] v ' > vを満たすので、何れの曲線も広い波長領域に渡って高い回折光の効率を 維持する特性を有している。従って、本実施形態における対物レンズ 6は、回折を用 いた単一のレンズでありながら、 3つの波長の光に対していずれも高い光の回折効率 を維持できて 、ることが分かる。
[0090] なお、面 6a、 6bのグレーティング構造での回折現象を次のように説明することもで きる。即ち m、 m'を整数として、段差 d、 d'が次の (式 11)及び (式 12)を満たすとする
[0091] d= |m l O/ (n-n' ) | (式 11)
d， = |m， λ Ο，/ (η，一 1) | (式 12)
[0092] このとき、面 6aのグレーティングでは、主に λ 0の波長に対して m次光が回折し、面 6bのグレーティングでは主に λ θ'の波長に対して m'次光が回折する。波長 λ θ、え 0'は近接しているが一致しなくてもよい。このとき、グレーティング構造全体としては、 λ 0から λ 0'の近傍の波長に対して (m+m' )次光が回折することになる。図 8の例 では、曲線 D3が 0. 405 /z m近傍の波長に対し、 m= 5, m， =— 2, m+m， = 3の関 係にあり、曲線 D2が 0. 690 /z m近傍の波長に対し、 m= 3, m， =— 1, m+m' = 2 の関係にある。
[0093] 図 9に示すように、面 6a、 6bのグレーティングの段差位置が横方向に δだけずれて いる場合、回折効率は、図 10に示すように変化する。図 10は、 δ ΖΛ =0. 02の場 合の計算結果を示すグラフであり、他の条件は全て図 8に示す条件に等しい。
[0094] 曲線 D3 (3次回折光）は、波長 0. 405 μ mで 93%、曲線 D2 (2次回折光）は、波長 0. 660 /z mと波長 0. 790 /z mで 94%、 83%の回折効率を示して!/、る。このように、 段差位置のずれにより若干の効率低下が認められるので、段差位置のずれは、 2〜 3%程度以下に抑えることが好ましい。
[0095] 次に、本実施形態における対物レンズ 6による集光を、収差の面から考察してみる 。グレーティングによる回折を無視した対物レンズ (ベースの対物レンズ)を光ディスク の基材厚 Xを想定して設計したとすれば、回折によって青波長 λ 1の光には基材厚（ χ+0. 1)分の球面収差が加わり、赤波長え 2の光には基材厚 (χ+0. 6)分の球面 収差が加わり、赤外波長え 3の光には基材厚 (χ+ 1. 2)分の球面収差が加わる。こ れにより、それぞれ 0. 1, 0.6, 1. 2の基材厚分の球面収差を吸収することができる 。実際には波長差に伴う分散影響があり、短波長になるほどディスクやレンズの屈折 率は大きぐそれに連動して球面収差も大きくなる。この球面収差の増大を基材厚差 に換算し、青波長 λ 1、赤波長 λ 2、赤外波長 λ 3での収差量を tl、 t2、 t3 (ただし、 赤外波長を分散の基準とし t3 = 0とする）とすると、短波長になるほど収差は基材厚 差のプラス側に作用するので、 1 > 2 > t3 = 0である。
[0096] 従って、回折によって青波長 λ 1の光には基材厚 (x+0. 1+tl)分の球面収差、 赤波長え 2の光には基材厚 (x+0.6+t2)分の球面収差、赤外波長え 3の光には 基材厚 (x+1. 2+t3)分の球面収差が加わり、それぞれ 0. 1, 0.6, 1. 2の基材厚 分の球面収差と分散影響による球面収差を吸収している。一方、回折によって発生 する収差は回折次数 X波長に比例するので、グレーティングでの回折次数を青波長 λ 1で ρ次、赤波長 λ 2で q次、赤外波長 λ 3で r次とすると、次の（式 13)が成立する
[0097] (x+O. l+tl):(x+0.6+t2):(x+l. 2+t3) =ρλ l:ql 2:rl 3 (式 13) [0098] ここで、仮に q=r、 λ 1 = 0.405 μ m, λ2 = 0.660 ^m, λ3 = 0. 790/zmとし、 赤色の波長以上の波長では分散が小さ 、ことから近似的に t2 = t3 = 0とすれば、（ 式 13)より、 x=2.446mmとなるので、次の（式 14)が成立する。
[0099] p/q=660(x+0. 1 +tl) /405 (x+O.6) (式 14)
[0100] tl = 0とすると、 p/q=l. 362であり、 tl>0では p/qは 1. 5に近!/、値になり、 tl
=0. 258では pZq=l. 5となる。 tlは対物レンズに高分散 (低アッベ数)の硝材を 用いたり、レンズ厚を大きくしたりすることで大きくできるが、レンズ厚 2mm、焦点距離 3mmで具体的に計算してみると、最大分散 (アッベ数 20程度)の材料を想定しても 0 . 3mm程度にしかならない。なお、レンズ厚以外に、ワーキングディスタンス、焦点距 離、正弦条件の不満足量等も、 tlの大きさに影響する。
[0101] 従って、常識的な設計パラメータの下では、 p/q = 2(p = 2, q=r=l)等の、 p/q
=1. 5以外の組み合わせは物理的に不可能である。言い換えれば、レンズ材料ゃレ ンズ厚等を適切に選ぶことにより、 p/q=l. 5を満たすことができる。したがって、本 実施形態における回折次数の組み合わせ (p = 3, q=r = 2)は、基材厚差及び屈折 率分散に伴う収差をキャンセルできる最適の組み合わせといえる。実際、 O— PET( nd= l. 62, v d= 24)をレンズ硝材に用いたモデルでの計算では、 NAO. 5以内で 0. 1, 0. 6, 1. 2の基材厚分の球面収差と分散影響による球面収差をほぼ完全に吸 収出来ており、レンズ硝材のアッベ数が 30以下であれば収差をキャンセルできる可 能性が高いといえる。
[0102] なお、対物レンズ 6は NA=0. 0〜0. 5、 NA=0. 5〜0. 65、 NA=0. 65〜0. 85 の 3つのゾーンに区切られており、 NA=0. 0〜0. 5では、 3つの波長（青、赤、赤外 )の光に対して、回折性能、収差性能とも満足しなければならないので上述した構成 を必要とする。し力し、 NA=0. 5〜0. 65では、 2つの波長（青、赤）の光、 NA=0. 65〜0. 85では 1つの波長（青）の光にのみ、回折効率性能、収差性能を満足させ ればよ!/ヽので、断面構成や設計仕様を含めて別の構成であってもよ 、。
[0103] 特に NA>0. 5の領域で赤外光に対して（式 13)の 3つ目の比例式が不満足にな るように設計すれば、 NA>0. 5の領域を透過する赤外光はディスク情報層ゃ光検 出面上で散逸するので、対物レンズ 6が赤外光に対する NA=0. 5の開口フィルタ 一として作用することになる。
[0104] 同様に、 NA>0. 65の領域で赤色光に対して（式 13)の 2つ目の比例式が不満足 となるように設計すれば、 NA>0. 65の領域を透過する赤色光はディスク情報層や 光検出面上で散逸するので、対物レンズ 6が赤色光に対する NA=0. 65の開口フィ ルターとして作用することになる。従って、従来例のように開口フィルター 5を必要とす ることがなく、低コストィ匕への寄与は大きい。
[0105] 本実施形態では 3つの光源が無限系を形成するように配置されるので、トラッキング 制御に伴う対物レンズの変位による問題 (ディスク情報層への収束光にコマ収差が発 生し、再生性能や記録性能が劣化する問題)がない。その結果、 2波長対応レーザ や 3波長対応レーザ等、複数の光源が同一基板上に形成されている光源に対しても 適用できる。当然、表面 6a、 6bに形成されるグレーティング断面は鋸歯に内接する 階段状であってもよぐこのとき鋸歯状に比べ回折効率は劣化するが、加工方法によ つては加工しやすくなる場合がある。
[0106] さらに、対物レンズ 6は、プラスチックをベースにして、これに紫外線硬化榭脂層を 貼り合わせて構成したが、プラスチックをベースにすると温度差による形状変化が大 きく信頼性に劣る。このため、高分散のガラス硝材をベースレンズ (グレーティングな し）とし (収差キャンセルのため高分散の必要はあるが高屈折率の必要はない）、この 表面に高屈折率、高分散のグレーティング付きプラスチック、その上に低屈折率、低 分散のグレーティング付き紫外線硬化榭脂を形成する構成にしてもよい。
[0107] なお、対物レンズ 6では (式 13)を満足する設計で球面収差を除去できるが、設計 の仕方では波長差に伴う Defocus収差（1次の球面収差）が残存する。この収差は 3 つの光源に対する対物レンズ 6の各焦点距離の偏差に比例する。例えば、対物レン ズの焦点距離の偏差が各焦点距離の平均値の 1Z10程度あれば、青光源の lnm の波長差に伴う Defocus = 1 mという計算結果がある。従って、この偏差を焦点距 離の平均値の 1Z50以下に出来れば、波長差に伴う Defocus収差は十分小さいレ ベノレといえる。
[0108] なお、青光源に対するディスク基材厚が例えば HD— DVDで適用されている 0. 6 mmの場合、（式 14)は、次の（式 15)に置き換えらる。
[0109] p/q=660 (x+0. 6+tl) /405 (x+0. 6) (式 15)
[0110] 式 15にお!/ヽて、 tl = 0とすると、 p/q= l. 6302であり、 tl = 0. 692で p/q = 2.
0 (p = 2, q=r= lの組み合わせ）となる。 tl = 0. 692は最大分散の材料を想定して も不可能な値であり、ディスク基材厚 0. 6mmでの収差キャンセル条件は見いだしに く ヽ。し力し、ディスク基材厚を 0. 3mmとすると、 tl = 0で p/q= l. 473となり、分散 の小さい材料を用いることで pZq= l . 5を満たせられる可能性がある。従って、回折 次数の組み合わせで基材厚差及び屈折率分散に伴う収差をキャンセルするには、 青光源に対するディスク基材厚が 0. 3mm以下であることが必要であり、 Blu-Ray Diskで適応される 0. 1mmはこれを満足している。
[0111] 上記の光ピックアップは、 3波長に対応するように 3種類の光源を備えている力 本 発明の光ピックアップは、 2波長に対応するように 2種類の光源を備えているものであ つてもよい。その場合、青色については p = 3の回折光、赤または赤外について q = 2 の回折光を利用することが最も好ましい。
[0112] 次に、図 21を参照しながら、本発明による光ディスク装置の実施形態を説明する。 この実施形態は、図 5に示す構成を有する光ピックアップ 300と、光ディスク 200を回 転させるディスクモータ 302と、各種の信号処理を行う部分とを備えて!/、る。
[0113] 図 21に示す例では、光ピックアップ 300の出力がフロントエンド信号処理部 306を 介してエンコーダ Zデコーダ 308に送られる。エンコーダ Zデコーダ 308は、データ 読み出し時、光ピックアップ 300によって得られる信号に基づいて光ディスク 200に 記録されているデータを復号する。データ書き込み時、エンコーダ Zデコーダ 308は ユーザデータを符号化し、光ディスク 200に書き込むべき信号を生成し、光ピックアツ プ 300に送出する。
[0114] フロントエンド信号処理部 306は、光ピックアップ 300の出力に基づいて再生信号 を生成する一方、フォーカスエラー信号 FEやトラッキングエラー信号 TEを生成する。 フォーカスエラー信号 FEやトラッキングエラー信号 TEは、サーボ制御部 310に送出 される。サーボ制御部 310は、ドライバアンプ 304を介してディスクモータ 302を制御 する一方、光ピックアップ 300内のァクチユエータを介して対物レンズの位置を制御 する。
[0115] エンコーダ Zデコーダ 308およびサーボ制御部 310などの構成要素は、 CPU309 によって制御される。
[0116] 本発明による光ディスク装置は、図 21に示す構成を有するものに限定されず、本発 明の光ピックアップを他の公知の光ディスク装置における光ピックアップと置き換える こと〖こよっても得られる。
[0117] なお、以下に説明する光ピックアップの各実施形態も、図 21に示すように公知の構 成要素とともに光ディスク装置の構成要素として好適に用いられる。
[0118] (実施形態 2)
次に、図 11を参照しつつ本発明による光ピックアップの第 2の実施形態を説明する
。本実施形態の構成は、対物レンズ 6を除いて実施形態 1の構成と同じであり、共通 の要素については詳しい説明を省く。
[0119] 本実施形態では、対物レンズ 6の面 6bに形成されたグレーティングのピッチおよび 段差が実施形態 1における対物レンズ 6の面 6bに形成されたグレーティングのピッチ および段差から異なって!/、る。 [0120] 図 11は本実施形態の対物レンズの面 6a、 6bにおける回折原理を説明する説明図 であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。基体 6Aの 屈折率を n、透明層 6Bの屈折率を n'とし、面 6a上に形成されたグレーティングをピッ チ 段差 dの鋸歯状の断面、面 6b上に形成されたグレーティングをピッチ ΛΖ3、 段差 d' Ζ3の鋸歯状の断面とする。
[0121] 実施形態 1では、 0. 690 m近傍の波長に対して面 6b上に形成されたグレーティ ングでは 3次回折光、面 6a上に形成されたグレーティングでは 1次回折光となり、 面 6b、 6aのグレーティング構造全体として 3— 1 = 2次回折光が発生している。一方、 本実施形態ではそれぞれの段差が d= 6. 6 ^ πι, d' /3 = l. となり、面 6a上 に形成されたグレーティングでの回折作用は同じで、面 6b上に形成されたグレーティ ングでの回折は（式 12)より次数は変わるが（3次が 1次に）、グレーティングピッチが 1 Z3になっているので、（式 5)より回折方向は変わらない。従って、面 6b、 6aの構造 全体としての回折作用は本実施形態と実施形態 1とでは全く同じものになる。
[0122] よって、グレーティングのピッチと段差が異なるにも関わらず、実施形態 1と全く同じ 効果が得られるので、ピッチが荒いグレーティングの場合には、本実施形態を採用す ることで、グレーティングの段差を浅くでき、グレーティングを形成する上での金型の 切削研磨工程等の作製が容易になるメリットがある。また、実際に出来上がる段差部 は面に対して垂直にならずに傾斜する加工誤差が存在する力 この加工誤差は光の 散乱に結びつくので、グレーティング段差を浅くできる本実施形態を採用することで、 光の散乱を低減する効果もある。
[0123] (実施形態 3)
次に、図 12を参照しつつ本発明による光ピックアップの第 3の実施形態を説明する 。本実施形態の構成は、青色発光半導体レーザ等の光源 1Bを他の光源（1R, II) から分離し、色収差補正素子 11とダイクロイツクミラープリズム 2を付けカ卩えた以外は 全て実施形態 1の構成と同じである。実施形態 1の光ピックアップと共通する構成要 素については同一の参照符号を振って説明する。
[0124] 図 12は実施形態 3における光ピックアップの断面構成を示す。図 12において青色 発光半導体レーザ等の光源 1Bから放射される青色の光 (例えば、波長 0. 405 ^ m) は、色収差補正素子 11を透過し、ダイクロイツクミラープリズム 2 (青色は反射、青色よ りも長波長側は透過）で反射され、コリメートレンズ 3を経て平面波 4Bに変換される ( いわゆる無限系）。平面波 4Bは、波対物レンズ 6 (NA=0. 85)を経て基材厚 0. lm mの光ディスク基材 7Bを透過し、基材裏面 (入射面の反対面）に形成された情報層 8 B上に集束される。
[0125] 一方、光源 1Bと別の基板上に形成された赤色発光半導体レーザ等の光源 から 放射される赤色の光 (例えば、波長 0. 660 m)は、ダイクロイツクミラープリズム 2を 透過し、コリメートレンズ 3を経て平面波 4Rに変換される（いわゆる無限系）。この平面 波 4Rは、対物レンズ 6を経て基材厚 0. 6mmの光ディスク基材 7Rを透過し、基材裏 面に形成された情報層 8R上に集束される。
[0126] 更に、光源 1Rと同一基板上に形成された赤外色発光半導体レーザ等の光源 IIか ら放射される赤外色の光 (例えば、波長 0. 790 m)は、ダイクロイツクミラープリズム 2透過し、コリメートレンズ 3を経て平面波 41に変換され (いわゆる無限系）、対物レン ズ 6を経て基材厚 1. 2mmの光ディスク基材 71を透過し、基材裏面に形成された情 報層 81上に集束される。
[0127] 対物レンズ 6は、実施形態 1における対物レンズ 6と全く同じ構成を有しており、実 施形態 1につ ヽて得られる効果と同様の効果が得られる。
[0128] 色収差補正素子 11は、透明基板の片面 11aに光軸 Lに対して同心で鋸歯状断面 のグレーティングを形成したものである。このグレーティングにより、光源 1Bカゝら放射 される青色の光 (本例では波長 0. 405 /z m)は、特定の次数 (例えば 1次）の光が強 く回折する。対物レンズ 6では (式 13)を満足する設計で球面収差を除去できるが、 設計の仕方では波長差に伴う Defocus収差（1次の球面収差）が残存する。特に青 色の波長では分散の影響が大きいので、 lnmの波長差で 1 μ m程度の Defocus (集 光点位置の変位)が発生する場合もある。本実施形態では、青色光の光路上に色収 差補正素子 11を挿入することで、透過光の波長差が回折方位の差 (すなわち Defoe us収差）として現れ、これを対物レンズ 6での Defocus収差の補正に用いるものであ り、実施形態 1に比べ光学部品が増えるが、設計の余裕度は広がるメリットがある。な お、色収差補正素子 11に形成されるグレーティング断面は、鋸歯に内接する階段状 であってもよい。
[0129] (実施形態 4)
次に、図 13から図 15を参照しつつ本発明による光ピックアップの第 4の実施形態を 説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ 6を除いて実施形態 1の構成と同じであ り、共通の要素については詳しい説明を省く。
[0130] 図 13は、本実施形態における対物レンズ 6以降の往路側（光源力 ディスク面に向 力 側）の構成を示している。図 13において対物レンズ 6は透明層 6Bの表面 6b及び 基体 6Aの表面 6a等は実施形態 1と同じである力 基体 6Aの反対面 (往路側では光 出射面） 6cには、光軸 Lに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されている。
[0131] 図 14は本実施形態の対物レンズ 6の反対面 6cにおける回折原理を説明する説明 図であり、簡単のため各面を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。鋸歯状 断面のグレーティングにより、入射光 4は 0次回折光 40'以外に 1次回折光 41 '、 2次 回折光 42'等の回折波を派生する。ここで基体 6Aを O— PET (nd= l. 62, v d= 2 4)として屈折率が（式 10)に従うものとし、グレーティングの段差 d" = l. 23 mとして 、回折効率の波長依存性を描いたのが図 15である。
[0132] 図 15において、曲線 DOは 0次回折光、曲線 D1は 1次回折光、曲線 D2は 2次回折 光、曲線 D3は 3次回折光の特性で、曲線 D2は波長 0. 405 mでほぼ 100%、曲 線 D1は波長 0. 660 /z mと波長 0. 790 mでそれぞれ 95%と 98%の回折効率にな る。従って、他の波長の光での効率劣化等の弊害を引き起こすことなぐ反対面 6cで のグレーティングを青色光での色収差 (波長差に伴う Defocus収差)の補正として用 ることができるので、実施形態 3より簡単な構成でありながら、同じ効果 (設計の余裕 度を広げる効果)が得られる。
[0133] (実施形態 5)
次に、図 16を参照しつつ本発明による光ピックアップの第 5の実施形態を説明する 。本実施形態の構成は、対物レンズ 6を除いて実施形態 4の構成と同じであり、共通 の要素については詳しい説明を省く。
[0134] 図 16は本実施形態における対物レンズ前後での往路側（光源カゝらディスク面に向 力 側）の構成を示している。図 13に示した実施形態 4の対物レンズ 6は、本実施形 態では図 16に示すように回折素子部 6'と対物レンズ部 6"とに分けられる。回折素子 部 6'は、屈折率と分散特性とが異なる 2種類の透明媒質 (例えば、ガラス、プラスチッ クまたは紫外線硬化榭脂等)を材料にして構成され、第 1の材料による基体 6A'は平 板形状をなし、その表面 6a'に鋸歯状の断面をなすグレーティングを形成し、グレー ティングの方位は表面 6a'上で光軸 Lを中心軸とする円周に沿っている。第 2の材料 による透明層 6B'は、グレーティングの形成された表面 6a'を覆い、その表面 6b' (空 気側に面した面）には前述のグレーティングの断面を反転させた形状 (いわゆる鋸歯 の引き方向を反転させた断面形状)のグレーティングが、鋸歯のエッジ位置（下刃位 置）を揃えて形成され、グレーティングの方位は光軸 Lを中心軸とする円周に沿って いる。第 1の材料は第 2の材料より高屈折、高分散である。第 1の材料に高分散の材 料を用いることで V ' > Vを満たすので、回折素子部 6'での回折効率は、図 8に示し たように、何れの曲線も広 、波長領域に渡って高い回折光の効率を維持する特性を 示すことができる。対物レンズ部 6"には面 6c'に光軸 Lに同心して鋸歯状断面のダレ 一ティングが形成されており、これが実施形態 4での面 6cでのグレーティングと同じ作 用（色収差の補正)をなす。なお、対物レンズ部 6"を構成する材料は、基材厚差等に よる球面収差を補正するため高分散 (例えばアッベ数 30以下）のものが好ましい。
[0135] 回折素子部 6'に入射する光 4B、 4R, 41は、透明層 6B'の表面 6b'と基体 6A'の 表面 6a'とで回折し、対物レンズ部 6"の表面 6c'で回折と屈折が同時に発生し、対 物レンズ部 6"の反対面 (往路では光の出射面)で屈折し、情報層 8B, 8R, 81上に集 光する光となる。本実施形態はいわば実施形態 4を 2つの部品に分けた構成であり、 実施形態 4と同一の効果が得られる。但し、実施形態 4では面 6aや 6b等の複雑なグ レーティング構造が非球面上に形成されて!、たが、本実施形態ではこの構造を平面 上に形成できるので、加工上のメリット（作りやすい）は大きい。なお、回折素子部 6' が対物レンズ部 6"の中心軸力も偏心すると収差が発生するので、これらを同一のホ ルダー上に構成して同軸性を維持する必要がある。
[0136] (実施形態 6)
次に、図 17および図 18を参照しながら、本発明による光ピックアップの第 6の実施 形態を説明する。本実施形態の構成は、対物レンズ 6の構成を除いて、実施形態 1 の構成と同一である。
[0137] まず、図 17を参照する。図 17は、本実施形態の往路側（光源力もディスク面に向か う側）の断面構成を示している。図 17に示される対物レンズ 6は、基体 6Aの面 6aに 光軸 Lに同心して鋸歯状断面のグレーティングが形成されて 、る。図 18は本実施形 態の対物レンズの面 6aにおける回折原理を説明する説明図であり、簡単のため各面 を平面とし、光も面に垂直に入射するものとする。
[0138] 図 18に示すように、段差 dの鋸歯状断面のグレーティングにより、入射光 4は 0次回 折光 40以外に 1次回折光 41、 2次回折光 42、 3次回折光 43等の回折波を派生する 。ここで、基体 6Aに高分散のプラスチック材料の 0— PET(nd= l. 62, v d= 24) から形成し、屈折率が（式 10)に従うものとし、グレーティングの段差 d= l. 85 /z mと する。この場合において、対物レンズの面 6aでの回折効率の波長依存性を描いたの が図 19である。
[0139] 図 19において、曲線 DOは 0次回折光、曲線 D1は 1次回折光、曲線 D2は 2次回折 光、曲線 D3は 3次回折光の特性であり、曲線 D3は波長 0. 405 /z mでほぼ 100%、 曲線 D2は波長 0. 660 /z mと波長 0. 790 mでそれぞれ 76%と 27%の回折効率 になる。
[0140] 本実施形態における収差の補正効果は、実施形態 1と同様に基材厚差及び屈折 率分散に伴う収差をキャンセルできる最適の組み合わせである。ただし、波長 0. 66 O /z mと波長 0. 790 mに対する回折効率は実施形態 1に比べ低くなる。特に赤外 光の場合、記録用途には向かない。しかし、実施形態 1に比べ、グレーティングの構 成が簡単であり、用途を限定できれば、安価な構成として採用可能である。
[0141] なお、実施形態 4を 2つの部品に分けて実施形態 5を構成したように、本実施形態 も回折素子部と対物レンズ部とに分けることができる。このとき、回折素子部にはその 片面に光軸 Lに同心した鋸歯状断面のグレーティングが形成され、対物レンズ部は グレーティングが付かず、高分散の硝材で形成される。当然、対物レンズ部に色収差 の補正のグレーティングを形成することもでき、この色収差補正用のグレーティングは 回折素子部の別面にあっても良い。同様に、以上 6つの実施形態を様々に組み合わ せた構成も可能であり、それぞれの効果を合わせ持つことになる。 産業上の利用可能性
本発明は、波長が相互に異なる光ビームで多種類の光ディスクのアクセスする光デ イスク装置に好適に用いられる。現在、 CD、 DVD、 BDなどの種々の規格に従った 光ディスクが流通して 、るため、 1つの光ディスク装置でこれらの光ディスクの記録再 生を実行することが求められて 、る。

Claims

請求の範囲
[1] 相互に波長が異なる第 1および第 2の光ビームを含む複数の光ビームを放射する 複数の光源と、
前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造と、 を備え、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前 記第 1の光ビームから形成された P次の回折光 (Pはゼロ以外の整数)を、前記第 1の 光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前 記第 2の光ビーム力も形成された q次の回折光 (qはゼロ以外の整数であって、 q≠p) を、前記第 2の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、光ピックアツ プ。
[2] 前記第 1の光ビームは、青の波長を有し、前記第 2の光ビームは赤または赤外の波 長を有しており、
p = 3、 q = 2である、請求項 1に記載の光ピックアップ。
[3] 前記複数のビームは、前記第 1および第 2光ビームの波長とは異なる波長の第 3の 光ビームを含み、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前 記第 3の光ビームから形成された r次の回折光 (rはゼロ以外の整数であって、 r≠p )を、前記第 3の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、請求項 1に 記載の光ピックアップ。
[4] 前記第 1、第 2、および第 3の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を 有しており、 p = 3、 q=r = 2である、請求項 3に記載の光ピックアップ。
[5] 前記第 1、第 2、および第 3の光ビームに対応する光ディスクは、それぞれ、 BD、 D VD、および CDである、請求項 4に記載の光ピックアップ。
[6] 前記グレーティング構造は、前記対物レンズの表面に形成されて 、る、請求項 1に 記載の光ピックアップ。
[7] 前記グレーティング構造は、平行基板に形成されて 、る、請求項 1に記載の光ピッ クァップ。
[8] 前記対物レンズは、アッベ数が 30以下の光学材料力も形成されている、請求項 5 に記載の光ピックアップ。
[9] 前記グレーティング構造は鋸歯状表面を有して!/、る、請求項 1に記載の光ピックァ ップ。
[10] 前記グレーティング構造は、
第 1ブレーズ角を規定する複数の第 1光透過斜面を含む第 1鋸歯状表面を有する 第 1光透過層と、
第 2ブレーズ角を規定する複数の第 2光透過斜面を含む第 2鋸歯状表面を有し、前 記第 1光透過層の前記第 1鋸歯状表面に接触する第 2光透過層と、
を備え、
前記第 1光透過斜面の傾斜方向と前記第 2光透過斜面の傾斜方向とが反対である 、請求項 1に記載の光ピックアップ。
[11] 前記第 1光透過層および第 2光透過層の一方が、前記対物レンズから構成され、 前記第 1光透過層および第 2光透過層の他方が、前記対物レンズ上に形成されて いる、請求項 10に記載の光ピックアップ。
[12] 前記第 1光透過層および第 2光透過層の一方の屈折率および分散は、他方の高い 屈折率および分散よりも高ぐ
前記第 1光透過層および第 2光透過層のうち、屈折率および分散が相対的に高い 光透過層によって前記対物レンズが構成されて 、る、請求項 11に記載の光ピックァ ップ。
[13] 前記複数の光源の各々に対応する光ディスクにおける前記対物レンズの焦点距離 の偏差が、平均の焦点距離の 1Z50以下である、請求項 4に記載の光ピックアップ。
[14] 第 2のグレーティング構造を更に備え、
前記第 2のグレーティング構造は、前記第 1、第 2、第 3の光ビーム力 それぞれ p' 次の回折光、 q'次の回折光、 r'次の回折光 (ρ'、 q'、 r 'はゼロ以外の整数であって、 単一の整数ではない。）を形成し、各回折光は、前記対物レンズおよびグレーティン グ構造により、各光ビームに対応する光ディスクの情報面上に集束される、請求項 3 に記載の光ピックアップ。
[15] 前記第 1、第 2、および第 3の光ビームは、それぞれ、青、赤、および赤外の波長を 有しており、 p' = 2、 q' =r' = 1である、請求項 14に記載の光ピックアップ。
[16] 相互に波長が異なる第 1および第 2の光ビームを含む複数の光ビームにより、それ ぞれデータの再生が行われる複数種類の光ディスクに対応した光ディスク装置であ つて、
光ディスクを回転させるモータと、
前記光ディスクにアクセスする光ピックアップと、
を備え、
前記光ピックアップは、
前記複数の光ビームを放射する複数の光源と、
前記複数の光ビームを集光する対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に関して軸対称な形状を有するグレーティング構造と、 を備え、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前 記第 1の光ビームから形成された P次の回折光 (Pはゼロ以外の整数)を、前記第 1の 光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させ、かつ、
前記対物レンズおよびグレーティング構造は、前記グレーティング構造によって前 記第 2の光ビーム力も形成された q次の回折光 (qはゼロ以外の整数であって、 q≠p) を、前記第 2の光ビームに対応する光ディスクの情報層上に集束させる、光ディスク 装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008234701A (ja) * 2007-03-16 2008-10-02 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置の製造方法及び光ピックアップ装置
JP2011128259A (ja) * 2009-12-16 2011-06-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 回折光学素子
US8477583B2 (en) 2011-06-20 2013-07-02 Panasonic Corporation Optical pickup and optical disc device including the same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070064592A (ko) 2004-09-29 2007-06-21 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 광학 소자
JP2007334952A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Pentax Corp 光情報記録再生装置用対物レンズ
JP2008065921A (ja) * 2006-09-08 2008-03-21 Hitachi Maxell Ltd ディスクマガジン及びディスクチェンジャシステム
US8254239B2 (en) * 2007-08-02 2012-08-28 Panasonic Corporation Complex objective lens including saw-tooth diffractive element for using on blue, red and infrared lights
CN106471414B (zh) * 2014-08-28 2019-06-07 大族激光科技产业集团股份有限公司 光学镜头

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001093179A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Pioneer Electronic Corp 光ピックアップ
WO2003091764A1 (en) * 2002-04-18 2003-11-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical element, optical head, optical information recording/reproduction device, computer, video recording device, video reproduction device, server, and car navigation system
JP2004192783A (ja) * 2002-11-25 2004-07-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学素子、光学レンズ、光ヘッド装置、光情報装置、コンピューター、光情報媒体プレーヤー、カーナビゲーションシステム、光情報媒体レコーダー、光情報媒体サーバー
JP2004247025A (ja) * 2002-12-18 2004-09-02 Konica Minolta Holdings Inc 光ピックアップ装置及び光学素子

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7577077B2 (en) 2002-09-05 2009-08-18 Konica Corporation Optical pickup apparatus and optical element
US7248409B2 (en) 2002-11-25 2007-07-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical element, optical lens, optical head apparatus, optical information apparatus, computer, optical information medium player, car navigation system, optical information medium recorder, and optical information medium server
JP2004253111A (ja) * 2003-01-31 2004-09-09 Sharp Corp 光ピックアップ装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001093179A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Pioneer Electronic Corp 光ピックアップ
WO2003091764A1 (en) * 2002-04-18 2003-11-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical element, optical head, optical information recording/reproduction device, computer, video recording device, video reproduction device, server, and car navigation system
JP2004192783A (ja) * 2002-11-25 2004-07-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学素子、光学レンズ、光ヘッド装置、光情報装置、コンピューター、光情報媒体プレーヤー、カーナビゲーションシステム、光情報媒体レコーダー、光情報媒体サーバー
JP2004247025A (ja) * 2002-12-18 2004-09-02 Konica Minolta Holdings Inc 光ピックアップ装置及び光学素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1858011A4

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008234701A (ja) * 2007-03-16 2008-10-02 Konica Minolta Opto Inc 光ピックアップ装置の製造方法及び光ピックアップ装置
JP2011128259A (ja) * 2009-12-16 2011-06-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 回折光学素子
US8477583B2 (en) 2011-06-20 2013-07-02 Panasonic Corporation Optical pickup and optical disc device including the same

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