WO2006085444A1 - 対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

対物光学系、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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Definitions

  • the present invention relates to an objective optical system, an optical pickup device, and an optical information recording / reproducing device.
  • Patent Document 1 discloses an objective optical system used in an optical pickup apparatus having compatibility with these three types of optical information recording media!
  • Patent Document 1 JP 2004-265573 A
  • the objective optical system disclosed in Numerical Example 2 of Patent Document 1 described above generates a second-order diffracted light with respect to a blue-violet laser beam, and a red laser beam for DVD and an infrared laser for CD It has a diffractive structure that generates first-order diffracted light with respect to the light beam, and corrects spherical aberration due to differences in the thickness of the high-density optical information recording medium and DVD protective layer by the diffractive action of the powerful diffractive structure. Recording of information on a CD When reproducing Z, the divergent light beam is incident on the objective optical system to correct spherical aberration due to the difference in the thickness of the high-density optical information recording medium and the CD protective layer.
  • this objective optical system has two problems as described below.
  • One is that the wavelength dependence of the spherical aberration generated by the diffraction structure is large.
  • a laser light source whose oscillation wavelength is deviated from the design wavelength power cannot be used, and the laser light source needs to be selected, which increases the manufacturing cost of the optical pickup device.
  • the spherical aberration increases in proportion to the fourth power of the numerical aperture, the influence of the wavelength dependence of the spherical aberration of the diffractive structure on a Blu-ray disc (BD) using an objective optical system with a numerical aperture of 0.85 is enormous.
  • Another lesson The problem is that when recording information on a CD, Z playback, the degree of divergence of the infrared laser beam becomes too strong, and coma aberration generation becomes too great when the objective optical system tracks. Recording Z playback characteristics cannot be obtained.
  • the diffraction angle of the diffracted light is expressed by “diffraction order X wavelength Z diffraction pitch”.
  • diffraction order X wavelength Z diffraction pitch In order to realize compatibility between optical information recording media having different use wavelengths by using the diffraction action, it is necessary to provide a predetermined difference in the diffraction angle between the use wavelengths. Both of the two problems described above are caused by using diffraction structures in which the values of “diffraction order X wavelength” are almost the same between the wavelengths used for the respective optical information recording media.
  • the diffraction pitch must be reduced. . Therefore, the wavelength dependency of the spherical aberration of the diffractive structure increases, and the “laser light source selection problem” as described above becomes apparent.
  • the difficulty of die processing of the diffractive structure increases, it becomes difficult to form a diffractive structure with high accuracy.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and achieves compatibility among high-density optical discs, DVDs and CDs without sacrificing various characteristics such as wavelength dependence of spherical aberration and tracking characteristics. It is an object of the present invention to provide an objective optical system capable of satisfactorily correcting spherical aberration necessary for the purpose, an optical pickup device using the object optical system, and an optical information recording / reproducing device equipped with the optical pickup device.
  • the first optical information recording medium having a protective layer having a thickness of tl is a first wavelength ⁇ 1 emitted from a first light source.
  • the first diffractive structure can correct the spherical surface difference caused by the difference in the protective layer thickness of different optical information recording media.
  • the first diffractive structure for correcting the spherical aberration due to the diffractive structure in which the diffraction order that maximizes the diffraction efficiency is the same order for any of the first to third light beams
  • the first light beam The ratio of the ⁇ diffraction order X wavelength '' between the (e.g.
  • the third beam e.g. infrared laser beam
  • the third beam e.g. infrared laser beam
  • the diffraction angle between the first beam and the third beam. Can have a sufficiently large difference.
  • spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between the first optical information recording medium and the third optical information recording medium can be corrected by the diffractive action of the first diffractive structure, and the third optical information recording medium can be used. Since the magnification of the objective optical system at the time is reduced, the tracking characteristics can be improved.
  • spherical aberration can be corrected with a relatively large annular zone pitch, a diffractive structure can be formed with high accuracy.
  • the second diffractive structure can correct spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness of different optical information recording media and spherical aberration due to the difference in Z or the used wavelength.
  • the diffractive structure for correcting spherical aberration due to the above, if the diffractive structure that does not diffract the first light beam and the third light beam and diffracts the second light beam (for example, the red laser light beam) is used, Since the diffraction order is zero, the difference in the value of “diffraction order X wavelength” between the first light beam and the second light beam can be maximized. As a result, the diffraction pitch of the second diffractive structure can be made sufficiently large, and the wavelength dependence of spherical aberration can be improved.
  • the term “not diffracted” as used herein means that the amount of 0th-order light in the light beam that has passed through the diffractive structure is V, which is the largest compared to the amount of diffracted light of other orders.
  • the high-density optical information recording medium in this specification includes not only a blue ray disc (BD) and an HD DVD (HD) but also a magneto-optical disc and an information recording surface.
  • an optical disk having a protective film with a thickness of several to several tens of nm, and an optical disk with a protective layer or a protective film having a thickness of zero are also included in the high-density optical disk.
  • DVD means DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-RAM, DVD-R, DVD—RW, DVD + R, DVD + RW, etc.
  • J is a collective term for optical discs
  • CD is a generic term for CD-series optical discs such as CD-ROM, CD-Audio, CD-Video, CD-R, and CD-RW.
  • the “objective optical system” is arranged at a position facing the optical information recording medium in the optical pickup device, and the light beam emitted from the light source is reflected on the information recording surface of the optical information recording medium.
  • This is an optical system having a function of condensing light, and that can be shifted in the direction of the optical axis at least by an actuator.
  • the “objective optical system” may be a single lens, may be composed of one lens group, or may be composed of two or more plural lens groups. Good.
  • a preferred second aspect is that in the objective optical system of the first aspect, the same order is 1, and the blazed wavelength ⁇ ⁇ of the first diffractive structure satisfies the following expression (1): It is characterized by.
  • the diffraction order of the diffracted light generated by the first diffractive structure is set to 1 for any light beam, and is optimized at a wavelength between the first wavelength ⁇ 1 and the third wavelength 3 (Also referred to as blazing) is preferable.
  • the objective optical system according to the present invention is mounted.
  • the blazed wavelength ⁇ ⁇ is preferably set closer to the third wavelength ⁇ 3.
  • “blazed ⁇ wavelength ⁇ ⁇ ” refers to a wavelength at which the theoretical value of diffraction efficiency is 100%.
  • the preferred third aspect is the objective optical system according to the second aspect, wherein
  • the numerical aperture of the objective optical system is NA1 when reproducing and recording or recording information on an optical information recording medium, and when reproducing and recording or recording information on the third optical information recording medium
  • the numerical aperture of the objective optical system is ⁇ 3 (NA1> ⁇ 3)
  • the first diffractive structure is formed in a region corresponding to the numerical aperture ⁇ 3, and the first diffractive structure
  • the blazed wavelength ⁇ , the numerical aperture NA1, and the numerical aperture ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 3 satisfy the following equations (2) and (3).
  • the region corresponding to the numerical aperture ⁇ 3 It is preferable to form a diffractive structure. As a result, the area ratio of the region where the first diffraction structure is formed (the region corresponding to the numerical aperture ⁇ 3) occupying the effective diameter of the first wavelength ⁇ 1 is reduced, so that the diffraction efficiency of the third wavelength 3 is reduced.
  • the effective inner area calorie average value of the diffraction efficiency of the first wavelength ⁇ 1 can be secured sufficiently high.
  • the blazed wavelength ⁇ ⁇ ⁇ is larger than the lower limit of the expression (2) !, the diffraction efficiency of the second wavelength ⁇ 2 and the third wavelength ⁇ 3 can be secured sufficiently high. It becomes possible to further improve the recording / reproducing characteristics on the information recording medium.
  • the effective inner area weighted average of the diffraction efficiency of the first wavelength ⁇ 1 can be made sufficiently high. Therefore, it is possible to further improve the recording / reproducing characteristics for the first optical information recording medium.
  • a preferred fourth aspect is characterized in that, in the objective optical system according to any one of the first to third aspects, the diffraction power of the first diffractive structure is negative.
  • the diffraction power of the first diffractive structure By making the diffraction power of the first diffractive structure negative, it is possible to ensure a sufficient distance (working distance) between the objective optical system and the protective layer when using the third optical information recording medium with a thick protective layer. it can.
  • an inflection point can be given to the optical path difference function (the amount of the optical path difference added by the diffraction structure expressed as a function of the height from the optical axis). If the optical path difference function has an inflection point, the inclination of the optical path difference function becomes small, so that the annular zone pitch can be widened and the shape accuracy of the first diffraction structure can be improved.
  • the diffraction power being negative or positive means that the power of the flat optical element provided with the diffraction structure is negative or positive when the diffraction structure is provided on the flat optical element.
  • the first diffractive structure has a stepped cross section including an optical axis.
  • the first diffractive structure is a structure in which the cross-sectional shape including the optical axis is stepped, the mold processing is facilitated and the shape accuracy of the first diffractive structure can be improved.
  • the second diffractive structure has a pattern whose cross-sectional shape including the optical axis is stepped. It is a concentric arrangement and has a structure in which the steps are shifted by a height corresponding to the number of level surfaces for each predetermined number of level surfaces, and the first light flux is caused by one step in the pattern.
  • the added optical path difference is an even multiple of the first wavelength ⁇ 1.
  • the level surface means a surface in a direction perpendicular to the optical axis among the surfaces forming a stepped shape, and when counting the number of level surfaces, the uppermost surface and the lowermost surface are included. .
  • the number of level faces is 3.
  • One step in the pattern is dp in FIG. 13, for example.
  • the second diffractive structure is arranged in a concentric pattern in which the cross-sectional shape including the optical axis is stepped.
  • the height is the same as the number of steps corresponding to the number of level surfaces. It is also possible to make the structure shifted by one and make one step in the noturn an even multiple of the first wavelength ⁇ 1 in terms of optical path difference.
  • a preferred seventh aspect is the objective optical system according to the sixth aspect, wherein one additional step (a step between adjacent level surfaces) is added to the first light flux in the pattern.
  • the optical path difference is 1.9 to 2.1 times, preferably 2 times the first wavelength ⁇ , and the predetermined number of level surfaces is any one of 4, 5, and 6. It is characterized by.
  • one level difference in the pattern is set to be twice or about twice the first wavelength ⁇ 1 in terms of optical path difference, and the predetermined number of level surfaces formed in one pattern is 4 Any of 5 and 6 can secure a higher diffraction efficiency of the second light flux. In order to maximize the diffraction efficiency of the second beam, it is most preferable to set the number of level surfaces to 5.
  • a preferred eighth aspect is the objective optical system according to the fourth aspect, wherein the numerical aperture of the objective optical system when reproducing and recording or recording information on the first optical information recording medium is set.
  • the first diffractive structure is: The objective optical system is formed in a region corresponding to the numerical aperture ⁇ 3, and the objective optical system further diffracts the first light flux and the second light flux in a region corresponding to the outside of the numerical aperture ⁇ 3, It has a third diffraction structure for diffracting the third light flux.
  • the eighth aspect relates to aperture restriction for the third light flux.
  • the condensing position L1 of the light beam is the condensing position L2 of the third light beam passing through the innermost circumference E1 of the area corresponding to the outside of the numerical aperture ⁇ 3, and the numerical aperture ⁇ 3.
  • the condensing spot of the third light beam by the region corresponding to the inside of the numerical aperture ⁇ 3 has a numerical aperture ⁇ 3.
  • the flare component that has passed through the area corresponding to the outer side is covered, which may affect the recording / playback characteristics.
  • the third diffractive structure is a binary binary structure, and the step of the binary structure causes the first light flux to The optical path difference added is 4.8 to 5.2 times, preferably 5 times the first wavelength ⁇ .
  • the third diffractive structure is a binary binary structure and one step is 5 times or about 5 times the first wavelength ⁇ 1 in terms of optical path difference, this step is added to the second light flux. Since the optical path difference is three times or about three times the second wavelength ⁇ 2, the first light beam and the third light beam are transmitted almost as they are without being diffracted. On the other hand, the optical path difference added to the third light flux by this step is 2.5 times or about 2.5 times the third wavelength 3, so the incident third light flux is ⁇ 1st order diffracted light. As a result, most of the amount of light is distributed to the third diffractive structure, giving the third diffractive structure a wavelength-selective diffraction characteristic that diffracts only the third light flux.
  • the objective optical system is provided with an aperture limiting function for the third light beam using this third diffractive structure.
  • the third diffractive structure is formed in a part of the region corresponding to the outside of the numerical aperture ⁇ 3, and by optimizing the ring zone pitch of the third diffractive structure, FIG. 3 and FIG. As shown in the figure, it is possible to separate the flare component from the condensed spot of the third light flux.
  • a preferred tenth aspect is the objective optical system according to any one of the first to ninth aspects, wherein information is reproduced from and / or recorded on the second optical information recording medium.
  • the numerical aperture of the objective optical system is ⁇ 2
  • the numerical aperture of the objective optical system when reproducing and recording or recording information on the third optical information recording medium is ⁇ 3 ( ⁇ 2> ⁇ 3).
  • the first diffractive structure is formed in a region corresponding to the numerical aperture ⁇ 3
  • the second diffractive structure is a region corresponding to the numerical aperture ⁇ 2 and outside the numerical aperture ⁇ 3. It is characterized by being formed.
  • a preferred eleventh aspect is that in the objective optical system according to any one of the first aspect to the ninth aspect, information is reproduced from and / or recorded on the second optical information recording medium.
  • the numerical aperture of the objective optical system is ⁇ 2, and the numerical aperture of the objective optical system when reproducing and recording or recording information on the third optical information recording medium is ⁇ 3 ( ⁇ 2> ⁇ 3).
  • the first diffractive structure is formed in a region corresponding to the numerical aperture NA3, and the second diffractive structure is formed in a region corresponding to the numerical aperture NA2.
  • the second diffractive structure There are two possible patterns for forming the second diffractive structure.
  • One is the case where the region corresponding to the numerical aperture NA2 is formed from the numerical aperture NA3 without forming the region corresponding to the numerical aperture NA3.
  • the spherical aberration in the region corresponding to the numerical aperture NA3 needs to be corrected for any of the first, second, and third beams.
  • the spherical aberration can be reduced by making the magnification for one of the three light beams different from the magnification for the other two light beams. It is preferable to correct it.
  • the preferable range of specific magnification is the following formulas (4) to (6).
  • magnification of the object optical system when using the first optical information recording medium is Ml
  • the focal length fl the magnification of the objective optical system when using the second optical information recording medium
  • the focal length f2 the magnification of the objective optical system when using the second optical information recording medium
  • the focal length f3 the focal length of the objective optical system when using the medium
  • first diffractive structure and the second diffractive structure can be formed on the same optical surface, the first diffractive structure and the second diffractive structure are formed on different optical surfaces. Thus, the reduction in diffraction efficiency due to the ring pitch shape error can be reduced.
  • the second formation pattern of the second diffractive structure is a case where the second diffractive structure is formed on the entire surface corresponding to the numerical aperture NA2. Since the second diffractive structure has wavelength selectivity for diffracting only the second light flux, it is possible to control only the light collection characteristics of the second light flux without affecting the light collection characteristics of the first light flux or the third light flux. Is possible. Therefore, when designing the first diffractive structure, it is necessary to focus only on the aberrations of the first and third light beams so that the various characteristics for the first and third light beams are best. The ring pitch of the structure can be determined.
  • a preferred twelfth aspect is the objective optical system according to the fourth aspect, wherein the aperture of the objective optical system is used when information is reproduced and Z or recorded on the second optical information recording medium.
  • the aperture of the objective optical system is used when information is reproduced and Z or recorded on the second optical information recording medium.
  • the second diffractive structure is formed on the entire surface corresponding to the numerical aperture NA2, and the diffractive power of the second diffractive structure is positive.
  • a twelfth aspect relates to aperture restriction for the second light flux.
  • the condensing position L4 of the second light flux by the area to be focused is the condensing position of the second light flux that has passed through the innermost circumference E4 of the area corresponding to the outside of the numerical aperture NA2.
  • the wavelength-selective diffractive structure that diffracts only the second light beam has a large number of predetermined level surfaces formed in the noturn, and therefore the effect of a decrease in diffraction efficiency or transmittance due to a shape error of the diffractive structure.
  • the diffraction power of the second diffractive structure is positive, and the condensing position L 4 is determined from the condensing position of the flare component that has passed through the area corresponding to the outside of the numerical aperture NA2.
  • a thirteenth preferred embodiment is the objective optical system according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the objective optical system further includes the first light flux, the second light flux, and the third light flux.
  • light It has a phase structure that adds the same amount of optical path difference to the bundle.
  • the amount of aberration generated due to perturbations such as temperature changes and incident wavelength changes becomes large.
  • spherical aberration due to a change in the refractive index of a material accompanying a change in temperature spherical aberration due to a change in incident wavelength, defocus due to an instantaneous change in incident wavelength, and the like. Therefore, if a phase structure having a function of suppressing the occurrence of aberrations in the objective optical system is further provided, the recording and reproducing characteristics when using a high-density optical information recording medium can be improved.
  • the “reference state” here refers to a state in which the above perturbation is not applied.
  • the temperature is a design temperature, and a state in which a light beam having a design wavelength is incident on the objective optical system. .
  • a preferred fourteenth aspect is the objective optical system according to the thirteenth aspect, wherein the same amount of optical path difference is 9.5 of the first wavelength ⁇ for the first light flux: LO. 5 times, preferably 10 times, and the second light flux is 5.7 times to 6.3 times, preferably 6 times the second wavelength 2, and the third light flux It is characterized in that it is 4.8 to 5.2 times, preferably 5 times the third wavelength 3.
  • the optical path difference added to each wavelength by the phase structure is 10 times or about 10 times the first wavelength ⁇ 1 for the first light flux, and the second wavelength for the second light flux. It is preferably 6 times or about 6 times of 2 and 5 times or about 5 times of the third wavelength 3 for the third light flux.
  • the optical path difference added to each light flux is calculated.
  • the first diffractive structure and the phase structure are formed on the same optical surface.
  • a predetermined number of annular zones of the first diffractive structure are formed in one manufactured annular zone.
  • both structures that do not impair the functions of the first diffractive structure and the phase structure are obtained. They can be formed on the same optical surface. This reduces the number of optical surfaces on which the diffractive structure and phase structure are formed, making it less likely to be affected by a decrease in diffraction efficiency and transmittance due to shape errors.
  • a preferred sixteenth aspect is that in the objective optical system of the fifteenth aspect, when m is an integer, the optical path difference d added to the first light flux by the first diffractive structure d
  • the diffraction order p that maximizes the diffraction efficiency for the first light beam the optical path difference d added to the first light beam by the phase structure, and the phase structure in the first diffraction structure.
  • the diffraction order s that maximizes the diffraction efficiency for the first light beam satisfies the following expression (7).
  • Equation (7) is an integer
  • a preferred seventeenth aspect is characterized in that, in the objective optical system according to any one of the thirteenth aspect to the sixteenth aspect, the phase structure has a stepped cross section including an optical axis. To do. If the phase structure is a structure having a stepped cross-sectional shape including the optical axis, mold processing is facilitated and the shape accuracy of the phase structure can be improved.
  • a preferred eighteenth aspect is characterized in that the objective optical system according to any one of the first to seventeenth aspects is mounted in an optical pickup device. According to the eighteenth aspect, it is possible to obtain an optical pickup device having the same effects as any one of the first to seventeenth aspects.
  • a preferred nineteenth aspect is characterized in that the objective optical system according to any one of the first to seventeenth aspects is mounted in an optical information recording / reproducing apparatus. According to the nineteenth aspect, it is possible to obtain an optical information recording / reproducing apparatus having the same effect as any one of the first to seventeenth aspects.
  • a preferred 20th embodiment is described below.
  • a first optical information recording medium having a protective layer with a thickness of tl information is reproduced using a first light beam having a first wavelength ⁇ 1 emitted from a first light source.
  • Z or recording and the second wavelength information 2 (1.5 X ⁇ ⁇ ) emitted from the second light source is applied to the second optical information recording medium having a protective layer with a thickness t2 (tl ⁇ t2).
  • the third light source power is an optical picker that reproduces and records or records information using the third light beam emitted from the third wavelength 3 (1.9 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 3 ⁇ 2.1 X ⁇ 1).
  • the objective optical system used in the optical apparatus has a first diffractive structure and a second diffractive structure, and the first diffractive structure has a ⁇ order ( ⁇ is an integer other than 0) of the first light flux.
  • ⁇ -order diffracted light of the second beam is larger than any other order of diffracted light
  • ⁇ -order diffracted light of the third beam is increased.
  • the second diffractive structure makes the light amount of the 0th-order diffracted light of the first light beam larger than the light amount of other diffracted light of the other order, and the q-order (q is (the same or different integer from 0), the amount of the diffracted light is larger than the other!
  • the first diffractive structure and the second diffractive structure preferably have a step shape in cross section including the optical axis, but may have a blazed structure (sawtooth structure).
  • the first diffractive structure has a pattern in which the cross-sectional shape including the optical axis is stepwise arranged in a concentric pattern, and is stepped by a height corresponding to the number of level planes for each predetermined level plane number. As a shifted structure.
  • first diffractive structure and the second diffractive structure may be provided on different optical surfaces of the objective optical system, or may be provided on the same optical surface.
  • the first diffractive structure and the second diffractive structure may overlap on the same optical surface, or may be provided on the same optical surface but may not overlap.
  • the first diffractive structure and the second diffractive structure may be provided on different optical surfaces facing each other in the same optical element included in the objective optical system. Furthermore, when the objective optical system is viewed in the optical axis direction, the region where the first diffractive structure is provided and the region where the second diffractive structure is provided overlap at least partially (or entirely). Good. View the objective optical system along the optical axis In this case, the region where the first diffractive structure is provided and the region where the second diffractive structure is provided may not overlap at all.
  • the objective optical system may have a plurality of optical elements. At least one of the plurality of optical elements may be a flat optical element including a first diffractive structure and a Z or second diffractive structure. Although at least one of the plurality of optical elements may be a convex lens or a concave lens, a convex lens is preferable.
  • the flat optical element preferably has a first diffractive structure and a second diffractive structure. Furthermore, it is preferred that the flat optical element has a third diffractive structure and a Z or phase structure.
  • NA2 is the numerical aperture of the objective optical system on the image side required when recording / reproducing the second optical information recording medium with the second light flux
  • NA3 is the first numerical value
  • the first diffractive structure with NA2 larger than NA3 is the area corresponding to NA3 when the numerical aperture of the objective optical system on the image side is required when recording / reproducing the third optical information recording medium with three beams.
  • the second diffractive structure is formed in a region corresponding to NA2.
  • the second diffractive structure may be formed in a region within NA2 and within NA3.
  • the first diffractive structure in a region corresponding to NA3, the region where the first diffractive structure is provided and the second diffractive structure are provided when the objective optical system is viewed from the optical axis direction.
  • the overlapping areas overlap.
  • the second diffractive structure may be formed in a region inside NA2 and outside NA3. In that case, by forming the first diffractive structure in a region corresponding to NA3, when the objective optical system is viewed from the optical axis direction, the region where the first diffractive structure is provided and the second diffractive structure are arranged. It does not overlap with the provided area.
  • the second diffractive structure may be formed on the entire surface corresponding to NA2. When the second diffractive structure is formed on the entire surface of the region corresponding to NA2, it is preferable that the diffractive power of the second diffractive structure is positive.
  • the second diffractive structure has a predetermined level surface arranged by concentrically arranging patterns whose cross-sectional shape including the optical axis is stepped.
  • Each number is a structure in which the steps are shifted by the height corresponding to the number of level faces, and is characterized by satisfying the following equation (8).
  • step difference between surfaces is represented.
  • the number of level faces is preferably 4, 5 or 6.
  • Y is preferably 2. More preferably, the following expression (8) ′ is satisfied.
  • a preferred twenty-third aspect is characterized in that, in the first aspect or the twentieth aspect, the objective optical system has a third diffractive structure.
  • the third diffractive structure makes the light amount of the 0th-order diffracted light of the first light beam larger than the light amount of other orders of diffracted light, and makes the light amount of the 0th-order diffracted light of the second light beam other
  • the amount of diffracted light of the third light flux is made larger than the amount of diffracted light of any order, and the amount of diffracted light of the third light flux (r is an integer other than 0 that is the same as or different from P). It is characterized by being larger than.
  • R is preferably 1.
  • first diffractive structure and the third diffractive structure may be provided on the same optical surface of the objective optical system. In that case, the first diffractive structure and the third diffractive structure may be provided so as to overlap on the same optical surface.
  • the second diffractive structure and the third diffractive structure may be provided on the same optical surface. In that case, the second diffractive structure and the third diffractive structure may be provided so as to overlap on the same optical surface.
  • the third diffractive structure may be provided on a different optical surface from the first diffractive structure and the second diffractive structure.
  • NA1 is the numerical aperture of the objective optical system on the image side required for recording / reproducing the first optical information recording medium with the first light flux
  • NA3 is the third optical information with the third light flux.
  • the third diffractive structure is a binary binary structure
  • the optical path difference d attached to the first light flux by one step of the binary structure satisfies the following formula (9): It is characterized by.
  • the object optical system has a phase structure and satisfies the following formulas (10), (11), (12), (13), and (14): And
  • a represents any positive integer
  • b represents any positive integer smaller than a
  • c represents any positive integer smaller than b.
  • d represents the optical path difference of the first beam caused by one step of the phase structure
  • d represents the optical path difference of the second beam caused by one step of the phase structure
  • 2 3 represents the optical path difference of the third beam caused by one step of the phase structure.
  • ⁇ 1 is 35 Onm or more and 440 nm or less
  • ⁇ 2 force is 70 or more and 670 nm or less and ⁇ 3 is 750 nm or more and 880 nm or less
  • ⁇ 1 force is 390 nm or more
  • a is preferably 10
  • b is 6, and c is 5.
  • the depth in the optical axis direction of one step of the phase structure is preferably 3800 nm or more and 4200 nm or less. Further, it is preferably an integer multiple or almost an integral multiple of the least common multiple of the depth force 1, 2, and 3 in the optical axis direction of one step of the phase structure.
  • the phase structure preferably has a stepped cross section including the optical axis, but may be a blazed structure (sawtooth structure).
  • the first diffractive structure and the phase structure may be superimposed on the same optical surface, or the second diffractive structure and the phase structure may be superimposed on the same optical surface. .
  • the third diffractive structure and the phase structure may be superimposed on the same optical surface.
  • the phase structure makes the s-order (s is an integer other than 0) diffracted light quantity of the first light flux larger than any other order diffracted light quantity, and the t-order (t is an integer other than 0) of the second light flux.
  • the diffracted light quantity of is different from any other order of diffracted light quantity, and the u-order of the third light flux (u is an integer other than 0 and different from s and t) In order to make the amount of diffracted light larger than the amount of diffracted light of any other order, it is preferable to satisfy the following formula (15).
  • n a positive integer
  • d the optical path difference added to the first light flux by the first diffractive structure
  • D represents the optical path difference added to the first light flux by the phase structure.
  • the first diffractive structure and the phase structure are provided on the same optical surface of the objective optical system, and a predetermined number of ring zones of the first diffractive structure are present in one ring zone of the phase structure. It is formed. That is, in this aspect, both the phase structure and the first diffraction structure have a plurality of annular zones, but the width of one annular zone of the phase structure is larger than the width of one annular zone of the first diffraction structure. One or more zones of the first diffraction structure are included in one zone of the structure.
  • the objective optical system has a shape in which the cross-sectional shape including the optical axis is stepped, and the cross-sectional shape including the optical axis is a small step shape in one step of the stepped pattern. It is characterized in that it includes a structure in which the patterns arranged in a concentric pattern are superimposed. Furthermore, as shown in FIG. 13, a large step-like pattern composed of a plurality of larger steps is formed in the objective optical system in the direction of the optical axis in the direction perpendicular to the optical axis.
  • a small step-like pattern consisting of a plurality of smaller steps has a structure that goes to the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis in the range of one larger step. As it goes, it may be a structure that rises in the direction of the optical axis toward the outside of the objective optical system.
  • the number of steps is arbitrary for both large staircase patterns and small staircase patterns.
  • the large stepped pattern and the small stepped pattern may be periodic or aperiodic.
  • dp represents the depth in the optical axis direction of the step of the small staircase pattern as shown in FIG. DP represents the depth in the optical axis direction of the step of the large staircase pattern as shown in FIG. n represents the refractive index of the first light beam of the optical material of the objective optical system provided with the stepped pattern.
  • the second diffractive structure satisfies the following formula (18).
  • dp represents the depth of one step of the second diffractive structure in the optical axis direction.
  • n is the second diffractive structure
  • the first light source that emits the first light flux of wavelength ⁇ 1 for performing recording and Z or reproduction of the first optical information recording medium having a protective layer having a thickness of tl.
  • a second light flux of wavelength 2 (1.5X ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 1.7 ⁇ ) for recording and Z or reproduction of a second optical information recording medium having a protective layer of thickness t2 (tl ⁇ t2).
  • Wavelength for recording and Z or reproduction of a third optical information recording medium having a second light source that emits and a protective layer of thickness t3 (t2 ⁇ t3) 3 (1.9X ⁇ 1 ⁇ 3 ⁇ 2.IX ⁇ And a third light source that emits the third light flux, and further includes the objective optical system according to any one of the twentieth to twenty-eighth aspects.
  • a preferred 30th aspect is characterized in that the optical pick-up apparatus according to the 29th aspect is mounted in an optical information recording / reproducing apparatus.
  • the spherical aberration correction necessary for achieving compatibility between high-density optical disc, DVD and CD without sacrificing various characteristics such as wavelength dependence and tracking characteristics of spherical aberration is excellent.
  • the objective optical system that can be used in the present invention, an optical pick-up device using the objective optical system, and an optical information recording / reproducing apparatus equipped with the optical pickup device can be provided.
  • FIG. 1 is a longitudinal spherical aberration diagram of a third wavelength ⁇ 3.
  • FIG. 2 is a spot diagram on the information recording surface of the third optical information recording medium.
  • FIG. 3 is a longitudinal spherical aberration diagram of a third wavelength ⁇ 3.
  • FIG. 4 is a spot diagram on the information recording surface of the third optical information recording medium.
  • FIG. 5 is a longitudinal spherical aberration diagram of the second wavelength ⁇ 2.
  • FIG. 6 is a longitudinal spherical aberration diagram of the second wavelength ⁇ 2.
  • FIG. 7 is a plan view of a principal part showing the configuration of the optical pickup device.
  • FIG. 8 is a drawing showing the structure of an objective optical system.
  • FIG. 9 is a plan view of a principal part showing the configuration of the optical pickup device.
  • FIG. 10 is a drawing showing the structure of an objective optical system.
  • FIG. 11 is a longitudinal spherical aberration diagram of a red laser beam.
  • FIG. 12 is a longitudinal spherical aberration diagram of an infrared laser beam.
  • FIG. 13 is a diagram showing a part of the structure of an objective optical system.
  • DOE1 first diffraction structure
  • FIG. 7 shows a high-density optical information recording medium BD (first optical information recording medium), DVD (second optical information recording medium), and CD (third optical information recording medium).
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of an optical pickup device PU capable of appropriately recording and reproducing information.
  • the combination of the wavelength, the thickness of the protective layer, and the numerical aperture is not limited to this.
  • the optical pickup device PU includes a blue-violet semiconductor laser LD1 (first light source) for BD, a red semiconductor laser LD2 (second light source) for DVD, an infrared semiconductor laser LD3 (third light source) for CD, BDZDVDZCD shared photo detector PD, objective optical system OL, collimating optical system CL, 2-axis actuator AC1, 1-axis actuator AC2, 1st prism Pl, 2nd prism P2, 3rd prism P3, rising mirror ML, each light And a sensor optical system SE for adding astigmatism to the reflected light beam from the information recording surface of the information recording medium.
  • a blue-violet SHG laser may be used as a light source for BD.
  • the uniaxial actuator AC2 when recording and reproducing information on BD, the uniaxial actuator AC2 is used so that the blue-violet laser beam is emitted from the collimating optical system CL in the state of a parallel beam.
  • the blue-violet semiconductor laser LD1 After adjusting the position of the collimating optical system CL in the optical axis direction, the blue-violet semiconductor laser LD1 is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD1 is reflected by the first prism P1, as shown by the solid line in FIG. 7, and then sequentially passes through the second prism P2 and the third prism P3. The light is transmitted and converted into a parallel light beam by the collimating optical system CL.
  • the beam diameter is regulated by the stop STO, and becomes a spot formed on the information recording surface RL1 via the protective layer PL1 of the BD by the objective optical system OL.
  • the objective optical system OL performs focusing and tracking by a two-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL. Details and description of the objective optical system OL will be described later.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL1 passes through the objective optical system OL again, is reflected by the rising mirror ML, and becomes a convergent light beam when passing through the collimating optical system CL. . Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2, and the first prism PI in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD.
  • the information recorded on the BD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the red laser beam is emitted in the state of a parallel beam from the collimating optical system CL.
  • the red semiconductor laser LD2 is emitted.
  • the divergent light beam emitted from the red semiconductor laser LD2 is reflected by the second prism P2 and then transmitted through the third prism P3 as shown by the broken line in FIG. 7, and is then reflected by the collimating optical system CL. Convert to parallel luminous flux Is done. After that, after being reflected by the rising mirror ML, the protective layer of the DVD is protected by the objective optical system OL.
  • the objective optical system OL performs focusing and tracking by the two-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 is again transmitted through the objective optical system OL, then reflected by the rising mirror ML, and becomes a convergent light beam when passing through the collimating optical system CL. . Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2, and the first prism PI in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. Using the output signal of the photodetector PD, the information recorded on the DVD can be read.
  • an infrared laser beam is emitted in a state of a parallel beam from the collimating optical system CL.
  • the infrared semiconductor laser LD3 is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the infrared semiconductor laser LD3 is reflected by the third prism P3 and then converted into a parallel light beam by the collimating optical system CL, as shown by the dashed line in FIG.
  • the objective optical system OL performs focusing and tracking by a 2-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL.
  • the reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface RL2 is again transmitted through the objective optical system OL, then reflected by the rising mirror ML, and becomes a convergent light flux when passing through the collimating optical system CL. . Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2, and the first prism PI in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD.
  • the information recorded on the CD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the spherical aberration when using the BD can be corrected by driving the collimating optical system CL in the optical axis direction by the uniaxial actuator AC2.
  • Powerful spherical aberration compensation Due to the positive mechanism, due to wavelength variation due to manufacturing error of blue-violet semiconductor laser LD1, refractive index change and refractive index distribution of objective optical system due to temperature change, focus jump between information recording layers of multilayer disc, manufacturing error of protective layer PL1 Spherical aberration caused by thickness variation and thickness distribution can be corrected.
  • This spherical aberration correction mechanism can correct spherical aberration when using DVD or CD! ,.
  • FIG. 8 schematically shows the configuration of the objective optical system OL according to the present invention.
  • the objective optical system OL is held so that the aberration correction element L1 and the condensing element L2 arranged in order from the laser light source side are coaxial with the optical axis X as the center through the lens barrel (holding member) HL. It has a configuration.
  • the aberration correction element L1 is a plastic lens in which a stepped diffraction structure and a phase structure are provided on a flat optical element, and the optical surface on the optical information recording medium side is a central region corresponding to a numerical aperture NA3.
  • the optical surface on the laser light source side is divided into a central region C3 corresponding to the numerical aperture NA2 and an aperture, which is divided into C1 and a peripheral region C2 corresponding to the numerical aperture NA3 or more and corresponding to the numerical aperture NA1. It is detrimental to the surrounding area C4 that is greater than the number NA2 and corresponds to the numerical aperture NA1.
  • the first diffractive structure DOE1 for correcting spherical aberration due to the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL3 is formed.
  • the condensing spot of the third light flux by the first diffractive structure DOE1 and the flare component of the third light flux that has passed through the area outside the numerical aperture NA3 are separated on the information recording surface RL3
  • the third diffraction structure DOE3 is formed.
  • a phase structure DOE4 is formed on the entire optical surface on the optical information recording medium side to suppress a defocus error that occurs when the wavelength of the blue-violet laser light source momentarily changes when BD is used. . Therefore, in this embodiment, the phase structure and the first diffractive structure are superposed, and the phase structure and the third diffractive structure are superposed.
  • a second diffractive structure DOE2 for correcting spherical aberration caused by the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL2 is formed in the central region C3 of the optical surface on the laser light source side.
  • the peripheral region C4 is a plane on which a fine structure such as a diffraction structure or a phase structure is not formed. Therefore, in this embodiment, when the objective optical system is viewed from the optical axis direction, the first The diffraction structure and the second diffraction structure overlap each other.
  • the cross-sectional shape including the optical axis of the first diffractive structure DOE1 is a staircase shape, and the depth d in the optical axis direction of the staircase is 1.009 / zm.
  • the blazed wavelength ⁇ B of the first diffractive structure DOE 1 is 550 nm.
  • the diffraction order that maximizes the diffraction efficiency is the first order for any light flux, and the diffraction efficiency of the first-order diffracted light for each light flux is that for the blue-violet laser light flux. Is 58.2%, 91.0% for the red laser beam, and 72.0% for the infrared laser beam.
  • the ring zone pitch of the first diffractive structure DOE1 is optimized so that the spherical aberration due to the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL3 is corrected well.
  • the second diffractive structure DOE2 has a pattern in which the cross-sectional shape including the optical axis is stepped, and is concentrically arranged to shift the step by a height of four steps for each of the five level surfaces.
  • One step in the pattern is set to be twice the first wavelength ⁇ 1 in terms of optical path difference, and the depth d in the optical axis direction is 1.571 m.
  • This second diffractive structure D OE2 is a wavelength-selective diffractive structure that diffracts only the second light beam as the first-order diffracted light.
  • the transmittance of the blue-violet laser light beam (diffractive efficiency of the 0th-order diffracted light) is 100%, red laser The diffraction efficiency of the first-order diffracted light beam is 87.2%, and the transmittance of the infrared laser beam is 99.0%.
  • the annular zone pitch of the second diffractive structure DOE2 is optimized so that the spherical aberration due to the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL2 is well corrected.
  • the diffraction power of the second diffractive structure DOE2 is set to be positive, and the absolute value of the diffraction power of the red laser beam that has passed through the first diffractive structure DOE1 and the second diffractive structure DOE2 on the information recording surface RL2 Since it is determined that the flare component that has passed through the outer area from the numerical aperture NA2 is focused sufficiently away from the focal position (see Fig. 6), the red light incident on the objective optical system OL is determined. Aperture restriction corresponding to the numerical aperture NA2 is automatically performed for the one light flux.
  • the diffraction principle by the second diffraction structure DOE2 will be described.
  • the depth d in the optical axis direction of one step in the noturn is 1.571 m, so the optical path difference added to the blue-violet laser beam by this step is twice the first wavelength ⁇ 1
  • the optical path difference added to the infrared laser beam is one time the third wavelength ⁇ 3, and both the blue-violet laser beam and the infrared laser beam are transmitted without being diffracted.
  • this step is attached to the red laser beam.
  • the optical path difference is about 1.2 times the second wavelength 2.
  • the actual optical path difference after subtracting the optical path difference for one wavelength, which is the same phase, is about 0.2 times the second wavelength 2, so the wavefront of the red laser beam that has passed through the adjacent level plane is about 0. It will be shifted by 2 wavelengths.
  • the optical path difference in the entire pattern, which is also composed of five level planes, is about 1 time the second wavelength ⁇ 2 (0.2 X 5), so it passes through adjacent patterns.
  • the wavefronts that overlap are shifted by one wavelength and become diffracted light that is diffracted in the first-order direction.
  • the third diffractive structure DOE3 is a binary binary structure, and the depth d in the optical axis direction of one step is 3. 928 / z m.
  • This depth d is a depth corresponding to five times the first wavelength ⁇ 1 in terms of the optical path difference, and at the same time a depth corresponding to three times the second wavelength 2. Therefore, both the blue-violet laser beam and the red laser beam are transmitted without being diffracted.
  • the optical path difference added to the infrared laser beam by this difference is 2.5 times the third wavelength 3, so the incident third beam is diffracted as ⁇ first-order diffracted light.
  • the ring zone pitch of the third diffractive structure is that the condensing spot of the infrared laser light beam by the first diffractive structure DOE1 and the flare component of the third light beam that has passed through the peripheral region C2 and the peripheral region C4 are on the information recording surface RL3. Since it is determined to be well separated (see Figs. 3 and 4), the aperture restriction corresponding to the numerical aperture ⁇ 3 is automatically performed on the infrared laser beam incident on the objective optical system OL. Is called.
  • the cross-sectional shape including the optical axis of the phase structure DOE4 is a staircase shape, and the depth d in the optical axis direction of the staircase is 7.857 m.
  • the blazed wavelength ⁇ B of the phase structure DOE4 is 405 nm.
  • This phase structure DOE4 has a diffraction order power that maximizes the diffraction efficiency, the 10th order for the blue-violet laser beam, the 6th order for the red laser beam, and the 5th order for the infrared laser beam. It is. Since the phase structure DOE4 adds approximately the same amount of phase difference to any light flux, the diffraction efficiency is almost 100% for any light flux.
  • the phase structure DOE4 is a structure to suppress the chromatic aberration of the objective optical system OL. Blue-violet laser light source LD1
  • the optical pickup device PU2 schematically shown in FIG. 9 is configured such that the infrared laser beam is incident on the objective optical system OL2 in the form of a divergent beam, and the first lens BE1 on the laser light source side is arranged in one axis.
  • the expander optical system BE which is configured to be driven in the optical axis direction by the AC2 actuator, is used as a spherical aberration correction mechanism, and the weakly divergent light beam is reflected by the objective optical system when recording information on the CD and reproducing it. Characterized by a point incident on OL2.
  • the optical pickup device PU2 includes a blue-violet semiconductor laser LD1 (first light source) for BD, a red semiconductor laser LD2 (second light source) for DVD, and an infrared semiconductor laser LD3 (third light source;) for CD.
  • BDZDVDZCD shared photo detector PD objective optical system OL2, collimating optical system CL, expander optical system BE, 2-axis actuator AC1, 1-axis actuator AC2, first prism Pl, second prism P2, third prism P3, vertical It consists of a lifting mirror ML and a sensor optical system SE for adding astigmatism to the reflected light flux of the information recording surface force of each optical information recording medium.
  • a blue-violet SHG laser may be used as a light source for BD.
  • a one-axis actuator is used so that a blue-violet laser beam emitted from the expander optical system BE is emitted in a parallel beam state.
  • the blue-violet semiconductor laser LD1 is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD1 is reflected by the first prism P1 and then sequentially passes through the second prism P2 and the third prism P3, as shown by the solid line in FIG. Collimated light It is converted into parallel luminous flux by the academic system CL.
  • the expanded optical system BE produces a collimated beam that has been expanded in diameter.
  • the beam diameter is regulated by the stop STO, and the objective optical system OL2 records information via the BD protective layer PL 1. This is a spot formed on the surface RL 1.
  • the objective optical system OL2 performs focusing and tracking by means of a 2-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL2. The details of the objective optical system OL2 will be described later.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL1 passes through the objective optical system OL2 again, is reflected by the rising mirror ML, is reduced in diameter by the expander optical system BE, and is collimated by the collimating optical system CL. When passing, it becomes a convergent luminous flux. Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2 and the first prism P1 in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. Information recorded on the BD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the expander optical system BE force is also used so that the red laser beam is emitted in the state of a parallel beam.
  • the red semiconductor laser LD2 is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the red semiconductor laser LD2 is reflected by the second prism P2 and then transmitted through the third prism P3, as shown by the broken line in FIG. 9, and is collimated by the collimating optical system CL. It is converted into a nearly parallel light beam.
  • the objective optical system OL 2 performs focusing and tracking with a two-axis actuator AC1 arranged in the periphery thereof.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 passes through the objective optical system OL2 again, is reflected by the rising mirror ML, is reduced in diameter by the expander optical system BE, and is collimated by the collimating optical system CL. When passing, it becomes a convergent luminous flux. Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2 and the first prism P1 in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. Photo detector PD output signal Can be used to read information recorded on a DVD.
  • the expander optical system BE emits an infrared laser beam in a weakly diverging beam state.
  • the infrared semiconductor laser LD3 is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the infrared semiconductor laser LD3 is reflected by the third prism P3 and then converted into a substantially parallel light beam by the collimating optical system CL, as shown by the dashed line in FIG. .
  • the objective optical system OL2 performs focusing and tracking by means of a 2-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL2.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 is again transmitted through the objective optical system OL2, reflected by the rising mirror ML, reduced in diameter by the expander optical system BE, and then collimated by the collimating optical system CL. When passing, it becomes a convergent luminous flux. Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2 and the first prism P1 in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD. The information recorded on the CD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the spherical aberration when using the BD can be corrected by driving the first lens BE1 of the expander optical system BE in the optical axis direction by the single-axis actuator AC2. Due to the powerful spherical aberration correction mechanism, wavelength variation due to manufacturing error of blue-violet semiconductor laser LD1, refractive index change and refractive index distribution of objective optical system with temperature change, focus jump between information recording layers of multilayer disc, protection Spherical aberration due to thickness variation and thickness distribution due to manufacturing error of layer PL1 can be corrected. Note that this spherical aberration correction mechanism may correct spherical aberration when using a DVD or CD.
  • the objective optical system OL2 schematically shown in FIG. 10 has the second diffractive structure DOE2 on the optical surface on the optical information recording medium side only in the area corresponding to the numerical aperture NA3 or more and corresponding to the numerical aperture NA2. Characterized by the points formed.
  • the optical surface on the laser light source side of the aberration correction element L1 which is a flat optical element, has a numerical aperture NA. 3 is divided into a central area C5 corresponding to 3 and a peripheral area C6 equal to or larger than the numerical aperture NA3 and corresponding to the numerical aperture NA1, and the optical surface on the optical information recording medium side corresponds to the numerical aperture NA3. And a peripheral region C8 having a numerical aperture NA3 or more and corresponding to the numerical aperture NA2, and a peripheral region C9 having a numerical aperture NA2 or higher and corresponding to the numerical aperture NA1.
  • the first diffractive structure DOE1 for correcting spherical aberration due to the difference in thickness of the protective layer PL1, the protective layer PL2, and the protective layer PL3 is formed.
  • a phase structure DOE4 is formed on the entire optical surface on the laser light source side to suppress defocus errors that occur when the wavelength of the blue-violet laser light source momentarily changes when using BD. Yes.
  • a second diffractive structure DOE2 for correcting spherical aberration due to the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL2 is formed. .
  • the annular zone pitch of the first diffractive structure DOE1 is optimized so that the spherical aberration due to the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL2 is well corrected.
  • the first diffraction structure DOE1 is optimized so as to correct the spherical aberration due to the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL2. Therefore, the first diffraction structure DOE 1
  • the infrared laser beam is incident in the form of a parallel beam, the spherical aberration of the infrared laser beam is undercorrected, and on the information recording surface RL3, the thickness of the protective layer PL1 and the protective layer PL3 Spherical aberration due to the difference remains.
  • the thickness of the protective layer PL1 and the protective layer PL3 is obtained by making the infrared laser beam incident on the object optical system OL2 in a weakly divergent beam state. Spherical aberration due to the difference is completely corrected.
  • the annular zone pitch of the second diffractive structure DOE2 is the spherical aberration caused by the difference in thickness between the protective layer PL1 and the protective layer PL2, and the red laser beam passing through the peripheral region C8 of the optical surface on the laser light source side. Optimized to compensate for a single beam.
  • phase structure DOE4 has the same function and configuration as the phase structure DOE4 of the objective optical system OL in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
  • the diffraction power of the first diffractive structure DOE1 is negative. If this absolute value is increased too much, the red laser beam and the red laser beam as shown in the longitudinal spherical aberration diagrams of FIGS. Outside The flare component force that has passed through the area outside the effective diameter of the luminous flux may overlap the focused spot, and good recording / reproduction characteristics may not be obtained. Therefore, in this objective optical system OL2, the absolute value of the diffraction power is determined so that the focused spot and the flare component that has passed through the region outside the effective diameter do not overlap (see FIGS. 11 and 12). As a result, the aperture restriction corresponding to the numerical aperture is automatically applied to the red laser beam and infrared laser beam incident on the objective optical system OL2.
  • the force is such that the three laser light sources are arranged independently, and the three laser light sources are housed in one housing.
  • a laser light source or a laser light source in which three laser emission points are formed on the same chip may be used.
  • the laser light source and the photodetector PD are arranged independently, but an element in which the laser light source and the photodetector are integrated may be used.
  • a phase control element using liquid crystal may be used as a spherical aberration correction mechanism. Since a method for correcting spherical aberration by a powerful phase control element is known, a detailed description is omitted here.
  • the objective optical system and the optical pickup device capable of recording Z reproduction on three types of optical discs of high-density optical information recording media BD, DVD, and CD have been described as examples. Can be recorded on two types of optical discs of high-density optical information recording media BD and DVD, or two types of optical discs of high-density optical information recording media BD and CD. It will be readily understood that the present invention can be applied to an information recording / reproducing apparatus.
  • HD and other high-density optical discs may be applied in place of BD.

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Abstract

球面収差の波長依存性やトラッキング特性などの諸特性を犠牲にすることなく、高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤ間の互換達成するために必要な球面収差補正を良好に行える対物光学系、この対物光学系を使用した光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を得ることを目的とし、厚さｔ１～ｔ３の保護層を有する第１～第３光情報記録媒体に対して、第１光源ＬＤ１～第３光源ＬＤ３から出射される第１波長λ１～第３波長λ３の第１～第３光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置ＰＵに用いられる対物光学系ＯＬにおいて、回折効率が最大となる回折次数が、第１～第３光束の何れに対しても同一次数である第１回折構造ＤＯＥ１と、第１光束及び第３光束は回折せず、第２光束を回折させる第２回折構造ＤＯＥ２とを有する。

Description

明 細 書
対物光学系、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、対物光学系、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、青紫色レーザ光源を使用することで記録密度を向上させた高密度の光情報 記録媒体 (光ディスクともいう）が実用化されつつあるが、光ピックアップ装置の構成 の簡略化、低コストィ匕及びコンパクトィ匕を実現する為には、高密度光ディスク、 DVD 及び CDに対して互換性を有する対物光学系が必要である。
[0003] 特許文献 1には、これら 3種類の光情報記録媒体に対して互換性を有する光ピック アップ装置に用いられる対物光学系が開示されて!、る。
特許文献 1：特開 2004— 265573号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 前記した特許文献 1の数値実施例 2に開示された対物光学系は、青紫色レーザ光 束に対して 2次回折光を発生させ、 DVD用の赤色レーザ光束と CD用の赤外レーザ 光束に対して 1次回折光を発生させるような回折構造を有し、力かる回折構造の回折 作用により高密度光情報記録媒体と DVDの保護層厚さの違いによる球面収差を補 正し、更に、 CDに対する情報の記録 Z再生時には発散光束を対物光学系に入射さ せることで、高密度光情報記録媒体と CDの保護層厚さの違いによる球面収差を補 正するものである。
[0005] し力し、この対物光学系は以下に述べるような 2つの課題を有している。 1つは、回 折構造により発生する球面収差の波長依存性が大き 、ことである。このような場合、 発振波長が設計波長力 ずれたレーザ光源が使用できず、レーザ光源の選別が必 要となるため光ピックアップ装置の製造コストが増大する。球面収差は開口数の 4乗 に比例して大きくなるので、開口数 0. 85の対物光学系を使用するブルーレイディス ク（BD)では回折構造の球面収差の波長依存性の影響は甚大となる。もう 1つの課 題は、 CDに対する情報の記録 Z再生時において、赤外レーザ光束の発散度合い が強くなりすぎて、対物光学系がトラッキングした際のコマ収差発生が大きくなりすぎ るため、 CDに対して良好な記録 Z再生特性が得られな 、ことである。
[0006] 回折光の回折角は、「回折次数 X波長 Z回折ピッチ」で表される。回折作用を利用 して使用波長が互いに異なる光情報記録媒体間の互換を実現するためには、使用 波長間の回折角に所定の差を持たせる必要がある。上述した 2つの課題は何れも、 それぞれの光情報記録媒体の使用波長間で「回折次数 X波長」の値が殆ど同じ回 折構造を利用して ヽることに起因して ヽる。
[0007] 上記特許文献 1の数値実施例 2において、青紫色レーザ光束と赤色レーザ光束と の「回折次数 X波長」の比は 810Z650= 1. 25と 1に近いため（但し、波長の単位を nmとした)、高密度光情報記録媒体と DVDの保護層厚さの違いによる球面収差を 補正するために必要な回折角の差を得るためには、回折ピッチを小さくしなければな らない。そのため、回折構造の球面収差の波長依存性が大きくなり、上述したような、 「レーザ光源の選別問題」が顕在化する。また、回折構造の金型加工の難易度も上 力 ¾ため、精度の良い回折構造を形成することが困難となる。
[0008] 一方、青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束との「回折次数 X波長」の比は 810Z7 80 = 1. 03であり、青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束の回折角は殆ど同じとなる ので、回折作用を利用して密度光ディスクと CDの保護層厚さの違 ヽによる球面収差 を補正することができない。そのため、高密度光情報記録媒体と CDの保護層厚さの 違いによる球面収差を補正するために、高密度光情報記録媒体使用時と、 CD使用 時の倍率を変える必要がある。その結果、上述したような、「トラッキング特性問題」が 顕在化する。
[0009] 本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、球面収差の波長依存性やトラ ッキング特性などの諸特性を犠牲にすることなぐ高密度光ディスク、 DVD及び CD 間の互換達成するために必要な球面収差補正を良好に行える対物光学系、この対 物光学系を使用した光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を搭載した光情 報記録再生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 [0010] 上記課題を解決するために、好ましい第 1の態様は、厚さ tlの保護層を有する第 1 光情報記録媒体に対して、第 1光源から出射される第 1波長 λ 1の第 1光束を用いて 情報の再生及び Ζ又は記録を行 、、厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光情報 記録媒体に対して、第 2光源から出射される第 2波長え 2 (1. 5 Χ λ Κ λ 2< 1. 7 Χ λ 1)の第 2光束を用いて情報の再生及び Ζ又は記録を行い、厚さ t3 (t2< t3)の保 護層を有する第 3光情報記録媒体に対して、第 3光源から出射される第 3波長 λ 3 (1 . 9 Χ λ Κ λ 3< 2. I X λ 1)の第 3光束を用いて情報の再生及び Ζ又は記録を行 う光ピックアップ装置に用いられる対物光学系において、回折効率が最大となる回折 次数が、前記第 1光束乃至前記第 3光束の何れに対しても同一次数である第一回折 構造と、前記第 1光束及び前記第 3光束は回折せず、前記第 2光束を回折させる第 二回折構造とを有することを特徴とする。
[0011] 第一回折構造は、異なる光情報記録媒体の保護層厚さの違いに起因する球面収 差を補正することができる。例えば、使用波長の比がほぼ 1 : 2である、第 1光情報記 録媒体 (例えば、高密度光情報記録媒体)と第 3光情報記録媒体 (例えば、 CD)の 保護層厚さの違いによる球面収差を補正するための第一回折構造として、回折効率 が最大となる回折次数が、第 1光束乃至第 3光束の何れに対しても同一次数である 回折構造を利用すると、第 1光束 (例えば、青紫色レーザ光束)と第 3光束 (例えば、 赤外レーザ光束)との「回折次数 X波長」の比が最も 1から離れた値となり、第 1光束 と第 3光束との回折角に十分大きな差を持たせることができる。この結果、第 1光情報 記録媒体と第 3光情報記録媒体の保護層厚さの違いによる球面収差を第 1回折構造 の回折作用により補正することが可能になり、第 3光情報記録媒体使用時の対物光 学系の倍率を小さくなるので、トラッキング特性を改善することができる。また、比較的 大きな輪帯ピッチでの球面収差補正ができるので、精度良く回折構造を形成すること が可能となる。
[0012] 更に、第二回折構造は、異なる光情報記録媒体の保護層厚さの違いに起因する球 面収差及び Z又は使用波長の違いによる球面収差を補正することができる。例えば 、第 1光情報記録媒体と第 2光情報記録媒体 (例えば、 DVD)の保護層厚さの違い による球面収差或いは第 1光情報記録媒体と第 2光情報記録媒体の使用波長の違 いによる球面収差を補正するための第二回折構造として、第 1光束及び第 3光束は 回折せず、第 2光束を (例えば、赤色レーザ光束）回折させる回折構造を利用すると 、第 1光束の回折次数はゼロとなるため、第 1光束及び第 2光束間での「回折次数 X 波長」の値の差を最大にすることができる。その結果、第二回折構造の回折ピッチを 十分大きくすることができ、球面収差の波長依存性を改善することが可能となる。な お、ここで言う「回折せず」とは、回折構造を通過した光束において、 0次光の光量が V、かなる他の次数の回折光の光量に比べて最も大き 、ことを言う。
[0013] なお、本明細書における高密度光情報記録媒体 (高密度光ディスク）としては、ブ ルーレイディスク（BD)や HD DVD (HD)は勿論のこと、光磁気ディスクや、情報記 録面上に数〜数十 nm程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保 護膜の厚さがゼロの光ディスクも高密度光ディスクに含むものとする。また、本明細書 においては、 DVDとは、 DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-R AM、 DVD-R, DVD— RW、 DVD+R、 DVD+RW等の DVD系歹 [J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。
[0014] また、本明細書において、「対物光学系」とは、光ピックアップ装置において光情報 記録媒体に対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光情報記録媒体 の情報記録面上に集光する機能を有する光学系であって、ァクチユエータにより少 なくとも光軸方向に変移可能とされた光学系を指す。本明細書における、「対物光学 系」とは、単レンズであっても良いし、 1つのレンズ群から構成されていても良いし、 2 つ以上の複数のレンズ群から構成されて 、ても良 、。
[0015] 好ましい第 2の態様は、第 1の態様の対物光学系において、前記同一次数は 1であ つて、前記第一回折構造のブレーズ化波長 λ Βが以下の（1)式を満たすことを特徴 とする。
λ 1 < λ Β< λ 3 (1)
回折効率の観点力 鑑みて、第一回折構造により発生する回折光の回折次数は、 何れの光束に対しても 1とし、第 1波長 λ 1と第 3波長え 3の間の波長で最適化 (ブレ ーズィ匕する、ともいう）しておくのが好ましい。本発明による対物光学系が搭載される 光ピックアップ装置の仕様に応じて、第一回折構造のブレーズィ匕波長 λ Bを（1)式を 満たす範囲内で変更することで、それぞれの波長の回折効率のバランスを適宜変更 することができる。例えば、第 3光束よりも第 1光束に対する回折効率が重視される仕 様の場合には、ブレーズィ匕波長 λ Βを第 1波長 λ 1寄りに設定するのが好ましい。一 方で、第 1光束よりも第 2光束や第 3光束に対する回折効率が重視される仕様の場合 には、ブレーズ化波長 λ Βを第 3波長 λ 3寄りに設定するのが好ましい。本明細書に おいて、「ブレーズィ匕波長 λ Β」とは、回折効率の理論値が 100%になる波長を指す 好ましい第 3の態様は、第 2の態様の対物光学系において、前記第 1光情報記録 媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を NA1とし、前記第 3光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際 の、前記対物光学系の開口数を ΝΑ3 (NA1 >ΝΑ3)としたとき、前記第一回折構造 は、前記開口数 ΝΑ3内に相当する領域に形成されているとともに、前記第一回折構 造のブレーズィ匕波長 λ Β、前記開口数 NA1及び前記開口数 ΝΑ3が以下の（2)式 及び (3)式を満たすことを特徴とする。
1. 25 X λ 1 < λ Β< 0. 95 Χ λ 2 (2)
ΝΑ3/ΝΑΚ 0. 7 (3)
対物光学系の開口数 ΝΑ3が、開口数 NA1に対して十分小さい場合 (すなわち、 開口数 NA1と開口数 ΝΑ3が（3)式を満たす場合）には、開口数 ΝΑ3内に相当する 領域に第 1回折構造を形成するのが好ましい。これにより、第 1波長 λ 1の有効径に 占める、第 1回折構造が形成された領域（開口数 ΝΑ3内に相当する領域)の面積割 合が小さくなるため、第 3波長え 3の回折効率を高くした場合 (すなわち、ブレーズィ匕 波長 λ Βが（2)式を満たす場合)でも、第 1波長 λ 1の回折効率の有効径内面積カロ 重平均値を十分高く確保することが可能となる。ブレーズ化波長 λ Βが（2)式の下限 より大き!、と、第 2波長 λ 2及び第 3波長 λ 3の回折効率を十分に高く確保できるので 、第 2光情報記録媒体や第 3光情報記録媒体への記録 ·再生特性をさらに良好なも のにすることが可能となる。一方、ブレーズィ匕波長 λ Βが（2)式の上限より小さいと、 第 1波長 λ 1の回折効率の有効径内面積加重平均を十分に高い値とすることができ るため、第 1光情報記録媒体への記録 ·再生特性をさらに良好なものにすることが可 能となる。
[0017] 好ましい第 4の態様は、第 1の態様乃至第 3の態様の何れかの対物光学系におい て、前記第一回折構造の回折パワーは負であることを特徴とする。
[0018] 第一回折構造の回折パワーを負とすることで、保護層が厚い第 3光情報記録媒体 使用時の対物光学系と保護層との間隔 (作動距離)を十分に確保することができる。 また、回折パワーを負とすると光路差関数 (回折構造による光路差付加量を、光軸か らの高さの関数として表した量）に変曲点を持たせることができる。光路差関数が変 曲点を持つと、光路差関数の傾きが小さくなるので、輪帯ピッチを広げることが可能と なり、第 1回折構造の形状精度を向上できる。なお、回折パワーが負又は正であると は、その回折構造を平板光学素子上に設けた場合に回折構造を設けた平板光学素 子のパワーが負又は正であることを言う。
[0019] 好ましい第 5の態様は、第 1の態様乃至第 4の態様の何れかの対物光学系におい て、前記第一回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする。
[0020] 第一回折構造を、光軸を含む断面形状が階段状である構造とすると、金型加工が 容易になり第一回折構造の形状精度を向上できる。
[0021] 好ましい第 6の態様は、第 1の態様乃至第 5の態様の何れかの対物光学系におい て、前記第二回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円 状に配列し、所定のレベル面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ 段をシフトさせた構造であって、前記パターン内の 1つの段差により前記第 1光束に 対して付加される光路差は前記第 1波長 λ 1の偶数倍であることを特徴とする。なお
、本明細書においてレベル面とは、階段状の形状を形成する面のうち光軸と直行方 向の面を 、、レベル面数を数えるときは最上段の面も最下段の面も含むものとする 。例えば、図 13に示すような態様の場合、レベル面数は 3である。また、パターン内 の一つの段差とは、例えば、図 13における dpをいう。
[0022] 第 2光束のみを回折させる波長選択型の回折構造を得るための一つの構成として 、第二回折構造を、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配 列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段 をシフトさせた構造とし、かつ、ノターン内の 1つの段差を光路差換算で第 1波長 λ 1 の偶数倍とするようにしてもょ 、。
[0023] 好ましい第 7の態様は、第 6の態様の対物光学系において、前記パターン内の 1つ の段差（隣り合うレベル面とレベル面の間の段差）により前記第 1光束に対して付加さ れる光路差は前記第 1波長 λ ΐの 1. 9〜2. 1倍、好ましくは 2倍、であって、前記所 定のレベル面数は、 4、 5、 6の何れかであることを特徴とする。
[0024] 第二回折構造において、パターン内の 1つの段差を光路差換算で第 1波長 λ 1の 2 倍又は約 2倍とし、 1つのパターン内に形成される所定のレベル面数を、 4、 5、 6の何 れとすると第 2光束の回折効率をより高く確保できる。第 2光束の回折効率を最大と するためには、レベル面数を 5にするのが最も好まし 、。
[0025] 好ましい第 8の態様は、第 4の態様の対物光学系において、前記第 1光情報記録 媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を NA1とし、前記第 3光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際 の、前記対物光学系の開口数を ΝΑ3 (NA1 >ΝΑ3)としたとき、前記第一回折構造 は、前記開口数 ΝΑ3内に相当する領域に形成されているとともに、前記対物光学系 は更に、前記開口数 ΝΑ3の外側に相当する領域に、前記第 1光束及び前記第 2光 束は回折せず、前記第 3光束を回折させる第三回折構造を有することを特徴とする。
[0026] 第 8の態様は、第 3光束に対する開口制限に関する。第 3光情報記録媒体使用時 の作動距離を確保するために、第一回折構造の回折パワーを負とし、その絶対値を 大きくしていくと、開口数 ΝΑ3の内側に相当する領域による第 3光束の集光位置 L1 は、図 1の縦球面収差図に示すように、開口数 ΝΑ3の外側に相当する領域の最内 周 E1を通過した第 3光束の集光位置 L2と、開口数 ΝΑ3の外側に相当する領域の 最外周 Ε2を通過した第 3光束の集光位置 L3との間に位置するようになる。この状態 では、図 2に概略的に示すように、第 3光情報記録媒体の情報記録面上で、開口数 ΝΑ3の内側に相当する領域による第 3光束の集光スポットに、開口数 ΝΑ3の外側に 相当する領域を通過したフレア成分が被ることになり、記録 ·再生特性に影響を及ぼ す可能性がある。開口数 ΝΑ3の外側に相当する領域に第 3光束のみを回折させる 波長選択型の第三回折構造を形成することで、第 1光束及び第 2光束の集光特性に 影響を与えることなぐ第 3光束の集光スポットとフレア成分とを分離することができる 。この結果、第 3光束に対する開口制限機能を対物光学系に持たせることが可能に なり、記録 ·再生特性をより一層向上できる。
[0027] 第 9の態様は、第 8の態様の対物光学系にお 、て、前記第三回折構造は 2値のバ イナリ構造であって、該バイナリ構造の段差により前記第 1光束に対して付加される 光路差は前記第 1波長 λ ΐの 4. 8〜5. 2倍、好ましくは 5倍であることを特徴とする。
[0028] 第三回折構造を 2値のバイナリ構造とし、 1つの段差を光路差換算で第 1波長 λ 1 の 5倍又は約 5倍とすると、この段差により第 2光束に対して付加される光路差は、第 2波長 λ 2の 3倍又は約 3倍となるため、第 1光束と第 3光束は回折作用をほとんど受 けずにほぼそのまま透過する。一方、この段差により第 3光束に対して付加される光 路差は、第 3波長え 3の 2. 5倍又は約 2. 5倍であるので、入射した第 3光束は ± 1次 回折光に殆どの光量が分配されることになり、第 3光束のみを回折させる波長選択型 の回折特性を第三回折構造に与えることが可能となる。この第三回折構造を利用し て、第 3光束に対する開口制限機能を対物光学系に持たせた具体例を説明する。こ の例では、開口数 ΝΑ3の外側に相当する領域の一部に第三回折構造を形成してお り、第三回折構造の輪帯ピッチを最適化することで、図 3及び図 4に示すように、第 3 光束の集光スポット上とフレア成分とを分離することができる。
[0029] 好ましい第 10の態様は、第 1の態様乃至第 9の態様の何れかの対物光学系におい て、前記第 2光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記 対物光学系の開口数を ΝΑ2とし、前記第 3光情報記録媒体に対して情報の再生及 び Ζ又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を ΝΑ3 (ΝΑ2>ΝΑ3)としたと き、前記第一回折構造は、前記開口数 ΝΑ3内に相当する領域に形成され、前記第 二回折構造は、前記開口数 ΝΑ2内であって且つ前記開口数 ΝΑ3外に相当する領 域に形成されて 、ることを特徴とする。
[0030] 好ましい第 11の態様は、第 1の態様乃至第 9の態様の何れかの対物光学系におい て、前記第 2光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記 対物光学系の開口数を ΝΑ2とし、前記第 3光情報記録媒体に対して情報の再生及 び Ζ又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を ΝΑ3 (ΝΑ2>ΝΑ3)としたと き、前記第一回折構造は前記開口数 NA3内に相当する領域に形成され、前記第二 回折構造は前記開口数 NA2内に相当する領域に形成されて!ヽることを特徴とする。
[0031] 第二回折構造の形成パターンとして 2通りが考えられる。 1つは、開口数 NA3内に 相当する領域には形成せずに、開口数 NA3から開口数 NA2に相当する領域に形 成する場合である。この場合は、開口数 NA3内に相当する領域での球面収差が、第 1光束、第 2光束及び第 3光束の何れの光束に対しても補正されて ヽる必要があるが 、第一回折構造で、波長が異なる 3つの光束の球面収差を同時に補正するのは困難 であるため、 3つの光束のうち、 1つの光束に対する倍率を他の 2つの光束に対する 倍率と異ならしめることで球面収差を補正するのが好まし 、。具体的な倍率の好まし い範囲は、以下の (4)式乃至 (6)式である。但し、第 1光情報記録媒体使用時の対 物光学系の倍率を Ml、焦点距離 fl、第 2光情報記録媒体使用時の対物光学系の 倍率を M2、焦点距離 f2、第 3光情報記録媒体使用時の対物光学系の倍率を M3、 焦点距離 f3とした。
— 0. 02く Ml X flく 0. 02 (4)
-0. 02< M2 X f2< 0. 02 (5)
— 0. 05く M3 X f3く— 0. 01 (6)
また、第一回折構造と第二回折構造とを同一の光学面上に形成することが可能と なるので、第一回折構造と第二回折構造を別の光学面上に形成する場合に比して、 輪帯ピッチの形状誤差による回折効率低下を低減できる。
[0032] 第二回折構造の形成パターンの 2つめは、開口数 NA2内に相当する領域の全面 に形成する場合である。第二回折構造は、第 2光束のみを回折させる波長選択性を 有するので、第 1光束や第 3光束の集光特性に影響を与えることなぐ第 2光束の集 光特性のみを制御することが可能である。従って、第一回折構造を設計する際には、 第 1光束と第 3光束の収差のみに着目すれば良ぐ第 1光束と第 3光束に対する諸特 性が最良となるように、第一回折構造の輪帯ピッチを決定することができる。その後、 第 2光束の諸特性が最良となるように、第二回折構造の輪帯ピッチを決定することで 、何れも光束に対しても良好な特性を有する対物光学系を提供することが可能となる [0033] 好ましい第 12の態様は、第 4の態様の対物光学系であって、前記第 2光情報記録 媒体に対して情報の再生及び Z又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を NA2としたとき、前記第二回折構造は前記開口数 NA2内に相当する領域の全面に 形成されているとともに、前記第二回折構造の回折パワーは正であることを特徴とす る。
[0034] 第 12の態様は、第 2光束に対する開口制限に関する。第 8の態様の作用効果で、 第 3光束の場合について説明したのと同様に、第一回折構造の回折パワーを負とし 、その絶対値を大きくしていくと、開口数 NA2の内側に相当する領域による第 2光束 の集光位置 L4は、図 5の縦球面収差図に示すように、開口数 NA2の外側に相当す る領域の最内周 E4を通過した第 2光束の集光位置 L5と、開口数 NA2の外側に相 当する領域の最外周 E5を通過した第 2光束の集光位置 L6との間に位置するように なる。この状態では、第 2光情報記録媒体の情報記録面上で、開口数 NA2の内側 に相当する領域による第 2光束の集光スポット上に、開口数 NA2の外側に相当する 領域を通過したフレア成分が被ることになり、記録'再生特性に影響を及ぼす可能性 がある。
[0035] ここで、第 2光束に対する開口制限機能を対物光学系に持たせるために、第 9の態 様と同様に、開口数 NA2の外側に相当する領域に、第 2光束のみを回折させる波長 選択型の回折構造を形成することで、開口数 NA2の内側に相当する領域による第 2 光束の集光スポットとフレア成分とを分離する設計が考えられる。しかし、第 2光束の みを回折させる波長選択型の回折構造は、ノターン内に形成される所定のレベル面 数が多いため、回折構造の形状誤差による回折効率低下、或いは透過率低下の影 響を受けやすぐ力かる回折構造が形成される領域を減らすことが好ましい。従って、 図 6の縦球面収差図に示すように、第 2回折構造の回折パワーを正とし、集光位置 L 4を開口数 NA2の外側に相当する領域を通過したフレア成分の集光位置よりも対物 光学系に近い位置に移動させることで、第 2光束の集光スポットとフレア成分とを分離 することが好ましい。
[0036] 好ましい第 13の態様は、第 1の態様乃至第 12の態様の何れかに記載の対物光学 系において、前記対物光学系は更に、前記第 1光束、前記第 2光束及び前記第 3光 束に対して同量の光路差を付加させる位相構造を有することを特徴とする。
[0037] 高密度光情報記録媒体用の対物光学系においては、温度変化や入射波長変化 等の摂動による収差発生量が大きくなる。例えば、温度変化に伴う材料の屈折率変 化による球面収差、入射波長変化による球面収差、瞬間的な入射波長変化によるデ フォーカス等である。従って、対物光学系にかかる収差発生を抑制する機能を有す る位相構造を更に設けると、高密度光情報記録媒体使用時の記録'再生特性を向 上できる。この場合、第 1光束、第 2光束及び第 3光束の何れの光束に対しても略同 量の光路差を付加させる位相構造を使用するのが好ましぐこれにより、位相構造を 形成した場合でも、基準状態における第一回折構造及び第二回折構造の各光束に 対する集光特性が変化しないようにすることができる。尚、ここでいう「基準状態」では 、上記の摂動がかからない状態を指し、具体的には、温度が設計温度であり、かつ、 対物光学系に対して設計波長の光束が入射する状態を指す。
[0038] 好ましい第 14の態様は、第 13の態様の対物光学系において、前記同量の光路差 は、前記第 1光束に対しては前記第 1波長 λ ΐの 9. 5〜： LO. 5倍、好ましくは 10倍で あって、前記第 2光束に対しては前記第 2波長え 2の 5. 7倍〜 6. 3倍、好ましくは 6 倍であって、前記第 3光束に対しては前記第 3波長え 3の 4. 8倍〜 5. 2倍、好ましく は 5倍であることを特徴とする。
[0039] 位相構造により各波長に対して付加される光路差は、第 1光束に対しては第 1波長 λ 1の 10倍又は約 10倍であり、第 2光束に対しては第 2波長え 2の 6倍又は約 6倍で あり、第 3光束に対しては第 3波長え 3の 5倍又は約 5倍であることが好ましい。例えば 、第 1波長 λ 1を 405nmとし、第 2波長 λ 2を 655nmとし、第 3波長 λ 3を 785nmとし た場合に、各光束に対して付加される光路差を計算すると、第 1光束に対しては 405 X 10=4050nm、第 2光束【こ対して ίま 655 X 6 = 3930nm、第 3光束【こ対して ίま 78 5 X 5 = 3925nmとなり、光路差は各波長間でほぼ一致する。
[0040] 好ましい第 15の態様は、第 13の態様又は第 14の態様の対物光学系において、前 記第一回折構造と前記位相構造は同一の光学面上に形成されており、前記位相構 造の 1つの輪帯内に、前記第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されていることを 特徴とする。 [0041] 位相構造の 1つの輪帯内に、第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されるように 設計することで、第一回折構造及び位相構造の機能を損なうことなぐ両構造を同一 の光学面上に形成可能である。これにより、回折構造や位相構造が形成される光学 面が少なくなるので、形状誤差による回折効率低下や透過率低下の影響を受けにく くすることがでさる。
[0042] 好ましい第 16の態様は、第 15の態様の対物光学系において、 mを整数としたとき、 前記第一回折構造により前記第 1光束に対して付加される光路差 d
aと、前記第 1回 折構造において、前記第 1光束に対する回折効率が最大となる回折次数 pと、前記 位相構造により前記第 1光束に対して付加される光路差 dと、前記位相構造におい て、前記第 1光束に対する回折効率が最大となる回折次数 sが以下の（7)式を満た すことを特徴とする。
I (d /p) / (d /s)
a 1 I =m (7)
(7)式の値が整数となるように第一回折構造と位相構造を設計すると、位相構造の 1つの輪帯内に、第一回折構造の所定個数の輪帯を形成することが可能となる。
[0043] 好ましい第 17の態様は、第 13の態様乃至第 16の態様の何れかの対物光学系に おいて、前記位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする。 位相構造を、光軸を含む断面形状が階段状である構造とすると、金型加工が容易に なり、位相構造の形状精度を向上できる。
[0044] 好ましい第 18の態様は、光ピックアップ装置において、第 1の態様乃至第 17の態 様の何れかの対物光学系を搭載したことを特徴とする。第 18の態様によれば、第 1 の態様乃至第 17の態様の何れかと同様の効果を有する光ピックアップ装置を得るこ とがでさる。
[0045] 好ましい第 19の態様は、光情報記録再生装置において、第 1の態様乃至第 17の 態様の何れかの対物光学系を搭載したことを特徴とする。第 19の態様によれば、第 1の態様乃至第 17の態様の何れかと同様の効果を有する光情報記録再生装置を得 ることがでさる。
[0046] 好ましい第 20の態様を以下に記載する。厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録 媒体に対して、第 1光源から出射される第 1波長 λ 1の第 1光束を用いて情報の再生 及び Z又は記録を行 、、厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光情報記録媒体に 対して、第 2光源から出射される第 2波長え 2 (1. 5 X λ Κ λ 2< 1. 7 Χ λ ΐ)の第 2 光束を用いて情報の再生及び Ζ又は記録を行い、厚さ t3 (t2< t3)の保護層を有す る第 3光情報記録媒体に対して、第 3光源力 出射される第 3波長え 3 (1. 9 Χ λ 1 < λ 3< 2. 1 X λ 1)の第 3光束を用いて情報の再生及び Ζ又は記録を行う光ピックァ ップ装置に用いられる対物光学系において、前記対物光学系は、第一回折構造と第 二回折構造を有し、前記第一回折構造は、第 1光束の ρ次 (Ρは 0以外の整数)の回 折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第 2光束の ρ次の回折光量を 他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第 3光束の ρ次の回折光量を他のいか なる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二回折構造は、第 1光束の 0次の回折光 の光量を他の 、かなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第 2光束の q次 (qは pと同 じ又は異なる 0以外の整数)の回折光の光量を他の!/、かなる次数の回折光の光量よ りも大きくし、第 3光束の 0次の回折光の光量を他の 、かなる次数の回折光の光量よ りも大きくすることを特徴とする対物光学系。なお、 pが 1であることが好ましい。また、 qが 1であることが好ましい。
第一回折構造および第二回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることが 好ましいが、ブレーズ型構造 (鋸歯型構造)であってもよい。また、第一回折構造は、 光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル 面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造として ちょい。
また、第一回折構造と第二回折構造は、対物光学系の異なる光学面に設けられて いてもよいし、同一の光学面に設けられていてもよい。第一回折構造と第二回折構 造とは、同一の光学面上で重畳していてもよいし、同一の光学面に設けられているが 重畳していなくてもよい。
なお、第一回折構造と第二回折構造が、対物光学系に含まれる同一の光学素子の 対向する異なる光学面に設けられていてもよい。さらに、対物光学系を光軸方向に眺 めた際に、第一回折構造が設けられている領域と第二回折構造が設けられている領 域が少なくとも一部 (又は全部)重なっていてもよい。対物光学系を光軸方向に眺め た際に、第一回折構造が設けられている領域と第二回折構造が設けられている領域 が全く重なって ヽなくてもょ 、。
また、対物光学系は、複数の光学素子を有していてもよい。複数の光学素子のうち 少なくとも一つが第一回折構造及び Z又は第二回折構造を含む平板光学素子であ つてもよい。複数の光学素子の少なくとも一つが凸レンズであっても凹レンズであって もよいが、凸レンズが好ましい。また、平板光学素子が第一回折構造及び第二回折 構造を有することが好ましい。さらに、平板光学素子が第三回折構造及び Z又は位 相構造を有することが好まし 、。
好ましい第 21の態様を以下に記載する。第 1の態様又は第 20の態様において、 NA 2が、第二光束で第二光情報記録媒体の記録再生を行う場合に必要な像側の対物 光学系の開口数であり、 NA3が、第三光束で第三光情報記録媒体の記録再生を行 う場合に必要な像側の対物光学系の開口数である場合、 NA2が NA3より大きぐ第 一回折構造は、 NA3内に相当する領域に形成されており、第二回折構造は、 NA2 内に相当する領域に形成されていることを特徴とする。第二回折構造は、 NA2内で あって且つ NA3内である領域に形成されていてもよい。この場合、第一回折構造を NA3内に相当する領域に形成することにより、対物光学系を光軸方向から眺めた際 に、第一回折構造が設けられている領域と第二回折構造が設けられている領域が重 なること〖こなる。また、第二回折構造が、 NA2内であって NA3外である領域に形成さ れていてもよい。その場合、第一回折構造を NA3内に相当する領域に形成すること により、対物光学系を光軸方向から眺めた際に、第一回折構造が設けられている領 域と第二回折構造が設けられている領域とが重ならなくなる。また、第二回折構造は NA2内に相当する領域の全面に形成されて!ヽてもよ ヽ。第二回折構造が NA2内に 相当する領域の全面に形成されている場合、第二回折構造の回折パワーが正であ ることが好ましい。
好ましい第 22の態様としては、第 1の態様又は第 20の態様において、第二回折構造 は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレ ベル面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造 であって、以下の式 (8)を満たすことを特徴とする。 y X O. 95 X λ l≤d≤y X l. 05 X λ 1 (8)
b
式 (8)において、 yは任意の偶数を表し、 dは階段状のパターン内の隣り合うレベル b
面の間の段差により第一光束に対して付加される光路差を表す。レベル面数は 4, 5 , 6のいずれかであることが好ましい。また、 yは 2であることが好ましい。より好ましくは 、以下の式 (8) 'を満たすことである。
d =yX λ ΐ (8) '
b
好ましい第 23の態様としては、第 1の態様又は第 20の態様において、対物光学系が 第三回折構造を有することを特徴とする。なお、第三回折構造は、第 1光束の 0次の 回折光の光量を他の 、かなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第 2光束の 0次の 回折光の光量を他の 、かなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第 3光束の r次 (r は、 Pと同一の又は異なる 0以外の整数)の回折光の光量を他のいかなる次数の回折 光の光量よりも大きくすることを特徴とする。また、 rは 1であることが好ましい。
また、第一回折構造と第三回折構造が対物光学系の同一の光学面に設けられて いてもよい。その場合、第一回折構造と第三回折構造が同一の光学面上で重畳する ように設けられていてもよい。一方、第二回折構造と第三回折構造が同一の光学面 に設けられていてもよい。その場合、第二回折構造と第三回折構造が同一の光学面 上で重畳するように設けられていてもよい。また、第三回折構造は、第一回折構造及 び第二回折構造と異なる光学面に設けられて 、てもよ!/、。
好ましい第 24の態様を以下に記載する。第 23の態様において、 NA1を、第 1光束 で第 1光情報記録媒体の記録再生を行う場合に必要な像側の対物光学系の開口数 とし、 NA3を、第 3光束で第 3光情報記録媒体の記録再生を行う場合に必要な像側 の対物光学系の開口数としたとき、 NA1が NA3より大きぐ第一回折構造が、 NA3 内に相当する領域に形成されており、第三回折構造が、 NA3外に相当する領域に 形成されて 、ることを特徴とする。
好ましい第 25の態様を以下に記載する。第 23の態様において、第三回折構造は 2 値のバイナリ構造であって、バイナリ構造の一つの段差により第一光束に対して付カロ される光路差 dが以下の式 (9)を満たすことを特徴とする。
4. 8 X X l≤d≤5. 2 X X 1 (9) 好ましい第 26の態様を以下に記載する。第 1の態様又は第 20の態様において、対 物光学系が位相構造を有し、以下の式（10)、（11)、（12)、（13)、（14)を満たすこ とを特徴とする。
aXO. 95X λ l≤d ≤aXl.05X λ 1 (10)
bXO. 95X 12≤d≤bXl.05X λ2 (11)
2
cXO. 95X X3≤d ≤cXl.05X λ3 (12)
3
0. 9Xd ≤d ≤1. lXd (13)
1 2 1
0. 9Xd ≤d ≤1. lXd (14)
1 3 1
aは任意の正の整数を表し、 bは aよりも小さい任意の正の整数を表し、 cは bよりも小さ い任意の正の整数を表す。 dは位相構造の一つの段差によって生じる第 1光束の光 路差を表し、 dは位相構造の一つの段差によって生じる第 2光束の光路差を表し、 d
2 3 は位相構造の一つの段差によって生じる第 3光束の光路差を表す。なお、 λ 1が 35 Onm以上、 440nm以下であって、 λ 2力 70 以上、 670nm以下であって、 λ 3 が 750nm以上、 880nm以下である場合、（より好ましくは、 λ 1力 390nm以上、 415 nm以下であって、 λ 2力 ^630nm以上、 670nm以下であって、 λ 3が 750nm以上、 820nm以下である場合）、 aが 10、 bが 6、 cが 5であることが好ましい。または、位相 構造の一つの段差の光軸方向の深さを、 3800nm以上、 4200nm以下にすることが 好ましい。また、位相構造の一つの段差の光軸方向の深さ力 1, 2, ぇ3の最小 公倍数の整数倍又はほぼ整数倍であることが好ましい。
また、式（13 14)において、より好ましくは以下の式（13Γ( 14)'を満たすことで ある。
0. 95Xd ≤d≤1.05Xd (13)'
1 2 1
0. 95Xd ≤d≤1.05Xd (14)'
1 3 1
また、位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることが好ましいが、ブレーズ 型構造 (鋸歯状構造)であってもよい。なお、第一回折構造と位相構造とを同一の光 学面上で、重畳させるようにしてもよいし、第二回折構造と位相構造とを同一の光学 面上で重畳させるようにしてもよい。また、第三回折構造と位相構造を同一の光学面 上で重畳させるようにしてもょ ヽ。 また、位相構造が、第 1光束の s次 (sは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次 数の回折光量よりも大きくし、第 2光束の t次 (tは 0以外の整数であって、 sとは異なる )の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第 3光束の u次 (uは 0以 外の整数であって、 s、 tとは異なる）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量より も大きくする場合、以下の式（15)を満たすことが好ましい。
I (d Zp) I / I (d /s) I =m (15)
a 1
mは正の整数を表し、 dは第一回折構造により第 1光束に対して付加される光路差を a
表し、 dは位相構造により第 1光束に対して付加される光路差を表す。
好ましい第 27の態様を以下に記載する。第 26の態様において、第一回折構造と位 相構造が対物光学系の同一の光学面に設けられており、位相構造の一つの輪帯内 に、第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されていることを特徴とする。つまり、こ の態様においては、位相構造も第一回折構造も複数の輪帯を有するが、位相構造 の一つの輪帯の幅が、第一回折構造の一つの輪帯の幅より大きぐ位相構造の一つ の輪帯の中に第一回折構造の輪帯が複数含まれることになる。
好ましい第 28の態様を以下に記載する。対物光学系が、光軸を含む断面形状が階 段状とされたパターンを同心円状に配列した形状と、前記階段状のパターンの一つ の段において、光軸を含む断面形状が小階段状とされたパターンを同心円状に配 列した形状とを重ね合わせた構造を含むことを特徴とする。さらに、図 13に示される ように、複数のより大きな段 (a larger step)からなる大きな階段状のパターンは、 光軸と直行する方向で光軸に向かうに従い、光軸方向で対物光学系内部に向かう 方向に下がっていく構造であり、複数のより小さな段 (a smaller step)からなる小さ な階段状のパターンは、一つのより大きな段の範囲において、光軸と直行する方向 で光軸に向かうに従 、、光軸方向で対物光学系外部へ向かう方向へ上って 、く構造 としてもよい。大きな階段状のパターンも、小さな階段状のパターンも、段の個数は任 意である。また、大きな階段状のパターンも、小さな階段状のパターンも周期的であ つてもよいし、非周期的であってもよい。
さらに、図 13に示すような、大きな階段状のパターンと小さな階段状のパターンが重 なっている場合、以下の式（16)、（17)を満たすことが好ましい。 0.9<dpX (n— Kl.5 (16)
9.8<DPX (η-1)/λ K10.2 (17)
dp は図 13に示すような小さな階段状のパターンの段差の光軸方向の深さを表す。 DPは図 13に示すような大きな階段状のパターンの段差の光軸方向の深さを表す。 n は階段状のパターンが設けられている対物光学系の光学材料の第 1光束における 屈折率を表す。
さらに、第二回折構造が以下の式（18)を満たすことが好ましい。
1.9<dp X (η 1<2.1 (18)
2 χ
dp は第二回折構造の一つの段差の光軸方向の深さを表す。 nは第二回折構造
2
が設けられている光学材料の第一光束における屈折率を表す。
好ましい第 29の態様は、光ピックアップ装置において、厚さ tlの保護層を有する第 1 光情報記録媒体の記録及び Z又は再生を行うための波長 λ 1の第 1光束を出射す る第 1光源と、厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光情報記録媒体の記録及び Z 又は再生を行うための波長え 2(1.5X λ1< λ2<1.7Χ λΐ)の第 2光束を出射 する第 2光源と、厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の記録及び Z又は再生を行うための波長え 3(1.9X λ1< λ3<2. IX λΐ)の第 3光束を出 射する第 3光源とを有し、さらに、第 20の態様乃至第 28の態様の何れかの対物光学 系を搭載したことを特徴とする。
[0050] 好ましい第 30の態様は、光情報記録再生装置において、第 29の態様の光ピックァ ップ装置を搭載したことを特徴とする。
発明の効果
[0051] 本発明によれば、球面収差の波長依存性やトラッキング特性などの諸特性を犠牲 にすることなぐ高密度光ディスク、 DVD及び CD間の互換達成するために必要な球 面収差補正を良好に行うことができる対物光学系、この対物光学系を使用した光ピッ クアップ装置及びこの光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置とすること ができる。
図面の簡単な説明
[0052] [図 1]第 3波長 λ 3の縦球面収差図である。 [図 2]第 3光情報記録媒体の情報記録面上でのスポットダイアグラムである。
[図 3]第 3波長 λ 3の縦球面収差図である。
[図 4]第 3光情報記録媒体の情報記録面上でのスポットダイアグラムである。
[図 5]第 2波長 λ 2の縦球面収差図である。
[図 6]第 2波長 λ 2の縦球面収差図である。
[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]対物光学系の構造を示す図面である。
[図 9]光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
[図 10]対物光学系の構造を示す図面である。
[図 11]赤色レーザ光束の縦球面収差図である。
[図 12]赤外レーザ光束の縦球面収差図である。
[図 13]対物光学系の構造の一部を示す図である。
符号の説明
PU, PU2 光ピックアップ装置
OL, OL2 対物光学系
CL コリメート光学系
BE エキスパンダー光学系
BE1 第 1レンズ
SE センサー光学系
PD 光検出器
AC1 2軸ァクチユエータ
AC2 1軸ァクチユエータ
P1 第 1プリズム
P2 第 2プリズム
P3 第 3プリズム
ML 立上げミラー
L1 収差補正素子
L2 集光素子 HL 鏡筒 (保持部材）
STO 絞り
DOE1 第 1回折構造
DOE2 第 2回折構造
DOE3 第 3回折構造
DOE4 位相構造
LD1 青紫色半導体レーザ (第 1光源）
LD2 赤色半導体レーザ (第 2光源）
LD3 赤外半導体レーザ (第 3光源）
BD 第 1光情報記録媒体 (高密度光情報記録媒体、高密度光ディスク） DVD 第 2光情報記録媒体
CD 第 3光情報記録媒体
PL1, PL2, PL3 保護層
RL1, RL2, RL3 情報記録面
発明を実施するための最良の形態
[0054] [第 1の実施の形態]
以下、本発明の第 1の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図 7を用 いて本発明の一例の対物光学系を用いた光ピックアップ装置について説明する。
[0055] 図 7は、高密度光情報記録媒体 BD (第 1光情報記録媒体)と DVD (第 2光情報記 録媒体)と CD (第 3光情報記録媒体)との何れに対しても適切に情報の記録'再生を 行える光ピックアップ装置 PUの構成を概略的に示す図である。 BDの仕様は、第 1波 長 λ l =405nm、保護層 PL1の厚さ tl = 0. lmm、開口数 NA1 =0. 85であり、 D VDの仕様は、第 2波長え 2 = 655nm、保護層 PL2の厚さ t2 = 0. 6mm、開口数 N A2 = 0. 65であり、 CDの仕様は、第 3波長え 3 = 785nm、保護層 PL3の厚さ t3 = 1 . 2mm、開口数 NA3 = 0. 51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。
[0056] 光ピックアップ装置 PUは、 BD用の青紫色半導体レーザ LD1 (第 1光源）、 DVD用 の赤色半導体レーザ LD2 (第 2光源)、 CD用の赤外半導体レーザ LD3 (第 3光源)、 BDZDVDZCD共用の光検出器 PD、対物光学系 OL、コリメート光学系 CL、 2軸 ァクチユエータ AC1、 1軸ァクチユエータ AC2、第 1プリズム Pl、第 2プリズム P2、第 3プリズム P3、立上げミラー ML、各光情報記録媒体の情報記録面からの反射光束 に対して非点収差を付加するためのセンサー光学系 SEとから構成されて 、る。尚、 BD用の光源として、青紫色 SHGレーザを使用しても良い。
[0057] 光ピックアップ装置 PUにおいて、 BDに対して情報の記録 Z再生を行う場合には、 コリメート光学系 CLから青紫色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、 1 軸ァクチユエータ AC2によりコリメート光学系 CLの位置を光軸方向に調整した後、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、図 7において実線でその光線経路を描いたように、第 1プリズム P1により 反射された後、第 2プリズム P2、及び第 3プリズム P3を順に透過し、コリメート光学系 CLにより平行光束に変換される。その後、立上げミラー MLにより反射された後、絞り STOにより光束径が規制され、対物光学系 OLによって BDの保護層 PL1を介して情 報記録面 RL1上に形成されるスポットとなる。対物光学系 OL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。なお、対物 光学系 OLにつ 、ての詳 U、説明は後述する。
[0058] 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、再び対物光学系 OLを 透過した後、立上げミラー MLにより反射され、コリメート光学系 CLを通過する際に収 斂光束となる。その後、第 3プリズム P3、第 2プリズム P2及び第 1プリズム PIを順に透 過した後、センサー光学系 SEにより非点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上 に収束する。光検出器 PD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 ができる。
[0059] また、光ピックアップ装置 PUにお 、て、 DVDに対して情報の記録 Z再生を行う場 合には、コリメート光学系 CLから赤色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるよう に、 1軸ァクチユエータ AC2によりコリメート光学系 CLの位置を光軸方向に調整した 後、赤色半導体レーザ LD2を発光させる。赤色半導体レーザ LD2から射出された発 散光束は、図 7において破線でその光線経路を描いたように、第 2プリズム P2により 反射された後、第 3プリズム P3を透過し、コリメート光学系 CLにより平行光束に変換 される。その後、立上げミラー MLにより反射された後、対物光学系 OLによって DVD の保護層
PL2を介して情報記録面 RL2上に形成されるスポットとなる。対物光学系 OL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。
[0060] 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、再び対物光学系 OLを 透過した後、立上げミラー MLにより反射され、コリメート光学系 CLを通過する際に収 斂光束となる。その後、第 3プリズム P3、第 2プリズム P2及び第 1プリズム PIを順に透 過した後、センサー光学系 SEにより非点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上 に収束する。光検出器 PDの出力信号を用 、て DVDに記録された情報を読み取るこ とがでさる。
[0061] また、光ピックアップ装置 PUにお 、て、 CDに対して情報の記録 Z再生を行う場合 には、コリメート光学系 CLから赤外レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように 、 1軸ァクチユエータ AC2によりコリメート光学系 CLの位置を光軸方向に調整した後 、赤外半導体レーザ LD3を発光させる。赤外半導体レーザ LD3から射出された発散 光束は、図 7において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第 3プリズム P3によ り反射された後、コリメート光学系 CLにより平行光束に変換される。その後、立上げミ ラー MLにより反射された後、対物光学系 OLによって CDの保護層 PL3を介して情 報記録面 RL3上に形成されるスポットとなる。対物光学系 OL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。
[0062] 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、再び対物光学系 OLを 透過した後、立上げミラー MLにより反射され、コリメート光学系 CLを通過する際に収 斂光束となる。その後、第 3プリズム P3、第 2プリズム P2及び第 1プリズム PIを順に透 過した後、センサー光学系 SEにより非点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上 に収束する。光検出器 PDの出力信号を用いて CDに記録された情報を読み取ること ができる。
[0063] 光ピックアップ装置 PUでは、コリメート光学系 CLを 1軸ァクチユエータ AC2により光 軸方向に駆動させることで、 BD使用時の球面収差を補正できる。力かる球面収差補 正機構により、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 に伴う対物光学系の屈折率変化や屈折率分布、多層ディスクの情報記録層間のフ オーカスジャンプ、保護層 PL1の製造誤差による厚さばらつきや厚み分布等に起因 する球面収差を補正可能である。尚、この球面収差補正機構により、 DVD使用時や CD使用時の球面収差を補正しても良！、。
[0064] 次に、対物光学系 OLの構成について説明する。図 8に、本発明による対物光学系 OLの構成を概略的に示す。対物光学系 OLは、レーザ光源側から順に配置された 収差補正素子 L1と集光素子 L2が、鏡筒 (保持部材) HLを介して光軸 Xを中心とした 同軸となるように保持された構成を有する。
[0065] 収差補正素子 L1は平板状光学素子に階段状の回折構造および位相構造が設け られたプラスチックレンズであって、光情報記録媒体側の光学面は、開口数 NA3内 に相当する中央領域 C1と、開口数 NA3以上であって開口数 NA1内に相当する周 辺領域 C2とに分割されており、レーザ光源側の光学面は、開口数 NA2内に相当す る中央領域 C3と、開口数 NA2以上であって開口数 NA1内に相当する周辺領域 C4 とに分害されている。
[0066] 光情報記録媒体側の光学面の中央領域 C1には、保護層 PL1と保護層 PL3の厚さ の違いに起因する球面収差を補正するための第一回折構造 DOE1が形成されてお り、周辺領域 C2の一部には、第一回折構造 DOE1による第 3光束の集光スポットと、 開口数 NA3から外側の領域を通過した第 3光束のフレア成分を情報記録面 RL3上 で分離するための第三回折構造 DOE3が形成されている。また、光情報記録媒体側 の光学面全面には、 BD使用時に青紫色レーザ光源が瞬間的に波長変化を起こし た際に発生するデフォーカス誤差を抑制するための位相構造 DOE4が形成されて いる。従って、本実施例では、位相構造と第一回折構造が重畳した構造となっており 、且つ、位相構造と第三回折構造が重畳した構造となっている。
[0067] また、レーザ光源側の光学面の中央領域 C3には、保護層 PL1と保護層 PL2の厚 さの違いに起因する球面収差を補正するための第二回折構造 DOE2が形成されて おり、周辺領域 C4は、回折構造や位相構造などの微細構造が形成されない平面と なっている。従って、本実施例では、光軸方向から対物光学系を見た場合に、第一 回折構造と第二回折構造とが重なった構造となって 、る。
[0068] 第一回折構造 DOE1の光軸を含む断面形状は階段形状とされており、階段の光 軸方向の深さ dは、 1. 096 /z mとされている。尚、第一回折構造 DOE 1のブレーズィ匕 波長 λ Bは 550nmである。この第一回折構造 DOE1は、回折効率が最大となる回 折次数が、何れの光束に対しても 1次であり、各光束に対する 1次回折光の回折効 率は、青紫色レーザ光束に対しては 58. 2%、赤色レーザ光束に対しては 91. 0%、 赤外レーザ光束に対しては 72. 0%となる。第一回折構造 DOE1の輪帯ピッチは、 保護層 PL1と保護層 PL3の厚さの違いに起因する球面収差が良好に補正されるよう に最適化されている。
[0069] また、第二回折構造 DOE2は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを 同心円状に配列し、 5つのレベル面毎に、 4段分の高さだけ段をシフトさせた構造で あって、パターン内の 1つの段差は、光路差換算で第 1波長 λ 1の 2倍となるように設 定されており、光軸方向の深さ dは、 1. 571 mとされている。この第二回折構造 D OE2は、第 2光束のみを 1次回折光として回折させる波長選択型の回折構造であり、 青紫色レーザ光束の透過率 (0次回折光の回折効率）は 100%、赤色レーザ光束の 1次回折光の回折効率は 87. 2%、赤外レーザ光束の透過率は 99. 0%となる。第 二回折構造 DOE2の輪帯ピッチは、保護層 PL1と保護層 PL2の厚さの違いに起因 する球面収差が良好に補正されるように最適化されている。また、第二回折構造 DO E2の回折パワーは正に設定されており、その絶対値は、情報記録面 RL2上におい て、第一回折構造 DOE1及び第二回折構造 DOE2を通過した赤色レーザ光束が、 開口数 NA2から外側の領域を通過したフレア成分の集光位置から十分離れた位置 に集光するように決定されて!ヽるので（図 6参照）、対物光学系 OLに入射した赤色レ 一ザ光束に対して開口数 NA2に応じた開口制限が、自動的に行われる。
[0070] ここで、第二回折構造 DOE2による回折原理を説明する。ノターン内の 1つの段差 の光軸方向の深さ dは 1. 571 mとされているので、この段差により青紫色レーザ光 束に対して付加される光路差は第 1波長 λ 1の 2倍、赤外レーザ光束に対して付加さ れる光路差は第 3波長 λ 3の 1倍となり、青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束は何れ も回折作用を受けずに透過する。一方、この段差により赤色レーザ光束に対して付 カロされる光路差は第 2波長え 2の約 1. 2倍となる。等位相である 1波長分の光路差を 差し引いた実質的な光路差は第 2波長え 2の約 0. 2倍であるので、隣接しあうレベル 面を通過した赤色レーザ光束の波面は約 0. 2波長分ずれることになる。 5つのレべ ル面カも構成されているパターン全体での光路差は、第 2波長 λ 2の約 1倍となるた め（0. 2 X 5)となるため、隣接しあうパターンを通過した波面は 1波長分ずれて重なり 合い、 1次方向に回折する回折光となる。
[0071] 第三回折構造 DOE3は、 2値のバイナリ構造であり、 1つの段差の光軸方向の深さ dは、 3. 928 /z mとされている。この深さ dは光路差換算で第 1波長 λ 1の 5倍相当す る深さであり、同時に第 2波長え 2の 3倍に相当する深さでもある。従って、青紫色レ 一ザ光束と赤色レーザ光束は、何れも回折作用を受けずに透過する。一方、この段 差により赤外レーザ光束に対して付加される光路差は第 3波長え 3の 2. 5倍であるの で、入射した第 3光束は ± 1次回折光として回折する。第 3回折構造の輪帯ピッチは 、第 1回折構造 DOE1による赤外レーザ光束の集光スポットと、周辺領域 C2及び周 辺領域 C4を通過した第 3光束のフレア成分が情報記録面 RL3上で良好に分離する ように決定されて 、るので（図 3及び図 4参照）、対物光学系 OLに入射した赤外レー ザ光束に対して開口数 ΝΑ3に応じた開口制限が、自動的に行われる。
[0072] 位相構造 DOE4の光軸を含む断面形状は階段形状とされており、階段の光軸方 向の深さ dは、 7. 857 mとされている。尚、位相構造 DOE4のブレーズィ匕波長 λ B は 405nmである。この位相構造 DOE4は、回折効率が最大になる回折次数力 青 紫色レーザ光束に対しては 10次、赤色レーザ光束に対しては 6次、赤外レーザ光束 に対しては 5次である回折構造である。位相構造 DOE4は、何れの光束に対しても 略同量の位相差を付加させるので、回折効率は何れの光束に対してもほぼ 100%と なる。位相構造 DOE4は、対物光学系 OLの色収差を抑制するための構造であり、 青紫色レーザ光源 LD1
がモードホッピングを起こした場合でも、情報記録面 RL1上のデフォーカス誤差が小 さく抑えられるので、 BDに対して常に安定した記録 ·再生特性が得られる。
[0073] 尚、レーザ側の光学面全面に対する中央領域 C1の面積割合は、 { (0. 51/0. 85 ) 2} X 100 = 36%である。従って、レーザ側の光学面における、青紫色レーザ光束 の回折効率を求めると、 {0. 582 X 0. 36 + 1 X (1 -0. 36) } X 100 = 85. 0%とな る。このように、第 1回折構造 DOE1の回折効率を赤外レーザ光束重視とした場合で も、青紫色レーザ光束の有効径に対する中央領域 C1の面積割合が十分小さいため 、青紫色レーザ光束の有効径内での回折効率平均値を十分高く確保することが可 能である。
[第 2の実施の形態]
以下、本発明の第 2の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図 9を用 いて本発明の別の例である対物光学系を用いた光ピックアップ装置について説明す る。
[0074] 図 9に概略的に示した光ピックアップ装置 PU2は、対物光学系 OL2に対して赤外 レーザ光束が発散光束の状態で入射する点と、レーザ光源側の第 1レンズ BE1を 1 軸ァクチユエータ AC2により光軸方向に駆動する構成を有するエキスパンダー光学 系 BEを球面収差補正機構として使用している点と、 CDに対して情報の記録 Z再生 を行う際に、弱発散光束が対物光学系 OL2に入射する点に特徴を有する。
[0075] 光ピックアップ装置 PU2は、 BD用の青紫色半導体レーザ LD1 (第 1光源）、 DVD 用の赤色半導体レーザ LD2 (第 2光源)、 CD用の赤外半導体レーザ LD3 (第 3光源 ；)、 BDZDVDZCD共用の光検出器 PD、対物光学系 OL2、コリメート光学系 CL、 エキスパンダー光学系 BE、 2軸ァクチユエータ AC1、 1軸ァクチユエータ AC2、第 1 プリズム Pl、第 2プリズム P2、第 3プリズム P3、立上げミラー ML、各光情報記録媒体 の情報記録面力 の反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサー光学系 SEとから構成されている。尚、 BD用の光源として、青紫色 SHGレーザを使用しても 良い。
[0076] 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 、エキスパンダー光学系 BE力ゝら青紫色レーザ光束が平行光束の状態で射出される ように、 1軸ァクチユエータ AC2により第 1レンズ BE1の位置を光軸方向に調整した 後、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、図 9において実線でその光線経路を描いたように、第 1プリズム P1 により反射された後、第 2プリズム P2及び第 3プリズム P3を順に透過し、コリメート光 学系 CLにより平行光束に変換される。その後、エキスパンダー光学系 BEにより拡径 した平行光束とされ、立上げミラー MLにより反射された後、絞り STOにより光束径が 規制され、対物光学系 OL2によって 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。対物光学系 OL2は、その周辺に配置された 2軸ァクチュ 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。なお、対物光学系 OL2に つ!、ての詳し!/、説明は後述する。
[0077] 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、再び対物光学系 OL2 を透過した後、立上げミラー MLにより反射され、エキスパンダー光学系 BEにより縮 径され、コリメート光学系 CLを通過する際に収斂光束となる。その後、第 3プリズム P3 、第 2プリズム P2及び第 1プリズム P1を順に透過した後、センサー光学系 SEにより非 点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上に収束する。光検出器 PD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きる。
[0078] また、光ピックアップ装置 PU2にお 、て、 DVDに対して情報の記録 Z再生を行う 場合には、エキスパンダー光学系 BE力も赤色レーザ光束が平行光束の状態で射出 されるように、 1軸ァクチユエータ AC2により第 1レンズ BE1の位置を光軸方向に調整 した後、赤色半導体レーザ LD2を発光させる。赤色半導体レーザ LD2から射出され た発散光束は、図 9において破線でその光線経路を描いたように、第 2プリズム P2に より反射された後、第 3プリズム P3を透過し、コリメート光学系 CLにより略平行光束に 変換される。その後、エキスパンダー光学系 BEにより拡径されるとともに平行光束に 変換され、立上げミラー MLにより反射された後、対物光学系 OL2によって DVDの 保護層 PL2を介して情報記録面 RL2上に形成されるスポットとなる。対物光学系 OL 2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。
[0079] 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、再び対物光学系 OL2 を透過した後、立上げミラー MLにより反射され、エキスパンダー光学系 BEにより縮 径され、コリメート光学系 CLを通過する際に収斂光束となる。その後、第 3プリズム P3 、第 2プリズム P2及び第 1プリズム P1を順に透過した後、センサー光学系 SEにより非 点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上に収束する。光検出器 PDの出力信号 を用いて DVDに記録された情報を読み取ることができる。
[0080] また、光ピックアップ装置 PU2にお 、て、 CDに対して情報の記録 Z再生を行う場 合には、エキスパンダー光学系 BEから赤外レーザ光束が弱発散光束の状態で射出 されるように、 1軸ァクチユエータ AC2により第 1レンズ BE1の位置を光軸方向に調整 した後、赤外半導体レーザ LD3を発光させる。赤外半導体レーザ LD3から射出され た発散光束は、図 9において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第 3プリズム P3により反射された後、コリメート光学系 CLにより略平行光束に変換される。その後 、エキスパンダー光学系 BEにより拡径されるとともに弱発散光束に変換され、立上げ ミラー MLにより反射された後、対物光学系 OL2によって CDの保護層 PL3を介して 情報記録面 RL3上に形成されるスポットとなる。対物光学系 OL2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。
[0081] 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、再び対物光学系 OL2 を透過した後、立上げミラー MLにより反射され、エキスパンダー光学系 BEにより縮 径され、コリメート光学系 CLを通過する際に収斂光束となる。その後、第 3プリズム P3 、第 2プリズム P2及び第 1プリズム P1を順に透過した後、センサー光学系 SEにより非 点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上に収束する。光検出器 PDの出力信号 を用いて CDに記録された情報を読み取ることができる。
[0082] 光ピックアップ装置 PU2では、エキスパンダー光学系 BEの第 1レンズ BE1を 1軸ァ クチユエータ AC2により光軸方向に駆動させることで、 BD使用時の球面収差を補正 できる。力かる球面収差補正機構により、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光学系の屈折率変化や屈折率分布、多層ディ スクの情報記録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さばらつ きや厚み分布、等に起因する球面収差を補正可能である。尚、この球面収差補正機 構により、 DVD使用時や CD使用時の球面収差を補正しても良い。
[0083] 次に、対物光学系 OL2の構成について説明する。図 10に概略的に示した対物光 学系 OL2は、第二回折構造 DOE2を、光情報記録媒体側の光学面に、開口数 NA 3以上であって開口数 NA2内に相当する領域にのみ形成した点に特徴を有する。
[0084] 平板状光学素子である収差補正素子 L1のレーザ光源側の光学面は、開口数 NA 3内に相当する中央領域 C5と、開口数 NA3以上であって開口数 NA1内に相当する 周辺領域 C6とに分割されており、光情報記録媒体側の光学面は、開口数 NA3内に 相当する中央領域 C7と、開口数 NA3以上であって開口数 NA2内に相当する周辺 領域 C8と、開口数 NA2以上であって開口数 NA1内に相当する周辺領域 C9とに分 割されている。
[0085] レーザ光源側の光学面の中央領域 C5には、保護層 PL1と保護層 PL2と保護層 P L3の厚さの違いに起因する球面収差を補正するための第一回折構造 DOE1が形 成されており、レーザ光源側の光学面全面には、 BD使用時に青紫色レーザ光源が 瞬間的に波長変化を起こした際に発生するデフォーカス誤差を抑制するための位相 構造 DOE4が形成されている。また、光情報記録媒体側の光学面の周辺領域 C8に は、保護層 PL1と保護層 PL2の厚さの違いに起因する球面収差を補正するための 第二回折構造 DOE2が形成されて ヽる。
[0086] 第一回折構造 DOE1の輪帯ピッチは、保護層 PL1と保護層 PL2の厚さの違いに 起因する球面収差が良好に補正されるように最適化されている。このように、第一回 折構造 DOE1は、保護層 PL1と保護層 PL2の厚さの違いに起因する球面収差が補 正されるように最適化されて 、るため、第一回折構造 DOE 1に対して赤外レーザ光 束が平行光束の状態で入射した場合、赤外レーザ光束の球面収差は補正不足とな り、情報記録面 RL3上では、保護層 PL1と保護層 PL3の厚さの違いに起因する球面 収差が残留することになる。そこで、 CDに対して情報の記録 ·再生を行う際には、対 物光学系 OL2に対して赤外レーザ光束を弱発散光束の状態で入射させることにより 、保護層 PL1と保護層 PL3の厚さの違いに起因する球面収差を完全に補正する。
[0087] また、第二回折構造 DOE2の輪帯ピッチは、保護層 PL1と保護層 PL2の厚さの違 いに起因する球面収差力 レーザ光源側の光学面の周辺領域 C8を通過する赤色レ 一ザ光束に対して補正されるように最適化されて 、る。
[0088] 位相構造 DOE4については、第 1の実施の形態における対物光学系 OLの位相構 造 DOE4と機能や構成が同じであるので、ここでは詳細な説明は省略する。
[0089] 尚、第一回折構造 DOE1の回折パワーは負とされている力 この絶対値をあまり大 きくすると、図 1や図 5の縦球面収差図に示したように、赤色レーザ光束や赤外レー ザ光束の有効径より外側の領域を通過したフレア成分力 集光スポットに重なってし まい、良好な記録 ·再生特性が得られない虞がある。そこで、本対物光学系 OL2で は、集光スポットと有効径より外側の領域を通過したフレア成分とが重ならないように 回折パワーの絶対値を決定した（図 11及び図 12参照)。これにより、対物光学系 OL 2に入射した赤色レーザ光束や赤外レーザ光束に対して、それぞれの開口数に応じ た開口制限が自動的に行
われる。
[0090] 尚、上述した第 1の実施の形態及び第 2の実施の形態では、 3つのレーザ光源をそ れぞれ独立に配置する構成とした力 3つのレーザ光源を 1つの筐体内に納めたレ 一ザ光源や、 3つのレーザ発光点を同一のチップ上に形成したレーザ光源を用いて も良い。また、前記光ピックアップ装置 PU、 PU2では、レーザ光源と光検出器 PDと をそれぞれ独立に配置する構成としたが、レーザ光源と光検出器とを一体ィ匕した素 子を用いても良い。また、光ピックアップ装置 PU、 PU2では、液晶を利用した位相制 御素子を、球面収差補正機構として用いても良い。力かる位相制御素子により球面 収差を補正する方法は公知であるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
[0091] 以上の実施の形態においては、高密度光情報記録媒体 BD、 DVD及び CDの 3種 類の光ディスクに対して記録 Z再生可能な対物光学系及び光ピックアップ装置を例 に挙げて説明したが、高密度光情報記録媒体 BD及び DVDの 2種類の光ディスク、 或いは高密度光情報記録媒体 BD及び CDの 2種類の光ディスクに対して記録 Z再 生可能な対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に、本発明を適 用できることは容易に理解されるところである。
[0092] 例えば、それら 2種類の光ディスクの記録 Z再生に必要な光学系要素を残しつつ、 その他の光学系要素を削除して構成することができ、それにより、更に、小型化、軽 量化、低コスト化、構成の簡素化された光ピックアップ光学系、及び光ピックアップ装 置を実現することができる。
[0093] また、 BDに代わって HDや他の高密度光ディスクを適用しても良い。
なお、本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなぐ他の実施例'変 形例を含むことは、明細書に記載された実施例や思想力 本分野の当業者にとって 明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発 明の範囲は請求の範囲によって示されている。

Claims

請求の範囲
[1] 厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体に対して、第 1光源力 出射される第 1 波長 λ 1の第 1光束を用いて情報の再生及び Z又は記録を行い、厚さ t2(tl≤t2) の保護層を有する第 2光情報記録媒体に対して、第 2光源から出射される第 2波長 λ2{1.5Χλ1<λ2<1.7Χ λΐ)の第 2光束を用いて情報の再生及び Ζ又は記 録を行い、厚さ t3(t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体に対して、第 3光 源から出射される第 3波長え 3(1.9X λΚ λ3<2. IX λΐ)の第 3光束を用いて 情報の再生及び Ζ又は記録を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学系にお いて、
前記対物光学系は、第一回折構造と第二回折構造を有し、
前記第一回折構造は、前記第 1光束の Ρ次 (Ρは 0以外の整数)の回折光量を他のい 力なる次数の回折光量よりも大きくし、前記第 2光束の ρ次の回折光量を他のいかな る次数の回折光量よりも大きくし、前記第 3光束の ρ次の回折光量を他のいかなる次 数の回折光量よりも大きくし、
前記第二回折構造は、前記第 1光束の 0次の回折光の光量を他のいかなる次数の 回折光の光量よりも大きくし、前記第 2光束の q次 (qは pと同じ又は異なる 0以外の整 数)の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第 3光 束の 0次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくすることを 特徴とする対物光学系。
[2] 前記 pは 1であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。
[3] 前記 qは 1であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。
[4] 前記第一回折構造のブレーズィ匕波長を λ Βが、以下の式を満たすことを特徴とする 請求の範囲第 2項に記載の対物光学系。
λ 1< λΒ< λ3
[5] 前記第 1光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記対 物光学系の開口数を NA1とし、前記第 3光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を ΝΑ3としたとき、以下の条件式 を満たすことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の対物光学系。 1.25χλΚλ B< 0. 95χ λ 2
NA1 >NA3
NA3/NAK 0. 7
[6] 前記第一回折構造の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 載の対物光学系。
[7] 前記第一回折構造の光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする請求の 範囲第 1項に記載の対物光学系。
[8] 前記第二回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状 に配列し、所定のレベル面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段 をシフトさせた構造であって、 yを任意の偶数とし、 dを一つの前記パターン内の隣り
b
合う前記レベル面の間の段差により前記第一光束に対して付加される光路差とする とき、以下の式を満たすことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。 yxO. 95χ λ l≤d≤yxl. 05χ λ 1
[9] 前記レベル面数が 4, 5, 6のいずれかであり、 yが 2であることを特徴とする請求の範 囲第 8項に記載の対物光学系。
[10] 前記第 1光束の 0次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大き くし、前記第 2光束の 0次の回折光の光量を他の 、かなる次数の回折光の光量よりも 大きくし、前記第 3光束の r次 (rは pと同一又は異なる 0以外の整数)の回折光の光量 を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくする第三回折構造を有することを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。
[11] 前記第 1光情報記録媒体に対して情報の再生及び Z又は記録を行う際の、前記対 物光学系の開口数を NA1とし、前記第 3光情報記録媒体に対して情報の再生及び Z又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を NA3としたとき、 NA1が NA3よ りも大きぐ前記第一回折構造が NA3内に相当する領域に形成されており、前記第 三回折構造が NA3外に相当する領域に形成されていることを特徴とする請求の範 囲第 10項に記載の対物光学系。
[12] 前記第三回折構造が 2値のバイナリ構造であって、 dを前記バイナリ構造の一つの 段差により前記第一光束に対して付加される光路差としたとき、以下の式を満たすこ とを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の対物光学系。
4. 8χ λ l≤d≤5. 2χ λ 1
[13] 前記第 2光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記対 物光学系の開口数を ΝΑ2とし、前記第 3光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数を ΝΑ3としたとき、 ΝΑ2が ΝΑ3よ りも大きぐ前記第一回折構造が ΝΑ3内に相当する領域に形成されており、前記第 二回折構造が ΝΑ2内に相当する領域に形成されていることを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載の対物光学系。
[14] 前記第二回折構造が、 ΝΑ3外に相当する領域に形成されていることを特徴とする請 求の範囲第 13項に記載の対物光学系。
[15] 前記第 2光情報記録媒体に対して情報の再生及び Ζ又は記録を行う際の、前記対 物光学系の開口数を ΝΑ2としたとき、前記第二回折構造が ΝΑ2内に相当する領域 の全面に形成されており、前記第二回折構造の回折パワーが正であることを特徴と する請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。
[16] 前記対物光学系は位相構造を有し、 aを任意の正の整数とし、 bを aよりも小さい任意 の正の整数とし、 cを bよりも小さい任意の正の整数とし、 d を前記位相構造の一つ の段差によって生じる前記第一光束の光路差とし、 d
2 を前記位相構造の一つの段 差によって生じる前記第二光束の光路差とし、 d を前記位相構造の一つの段差に
3
よって生じる前記第三光束の光路差としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。
axO. 95χ λ l≤d≤axl. 05χ λ 1
bxO. 95χ λ 2≤ά≤bxl. 05x 2
2
cxO. 95χ λ 3≤ά≤cxl. 05x 3
3
0. 9xd≤d≤1. lxd
1 2 1
0. 9xd≤d≤1. lxd
1 3 1
[17] 以下の式を満たすことを特徴とする請求の範囲第 16項に記載の対物光学系。
a= 10
b = 6 c = 5
350 [nm]≤ λ l≤440 [nm]
570 [nm]≤ 1 2≤670 [nm]
750 [nm]≤ X 3≤ 880 [nm]
[18] 前記第一回折構造と前記位相構造が、対物光学系の同一の光学面に設けられてお り、前記位相構造の一つの輪帯内に第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されて いることを特徴とする請求の範囲第 16項に記載の対物光学系。
[19] 前記位相構造は、前記第 1光束の s次（sは 0以外の整数)の回折光量を他のいかな る次数の回折光量よりも大きくし、前記第 2光束の t次 (tは 0以外の整数であって、 sと は異なる）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第 3光束 の u次 (uは 0以外の整数であって、 s、 tとは異なる）の回折光量を他のいかなる次数 の回折光量よりも大きくし、 mを正の整数とし、 d
aを前記第一回折構造により前記第 1 光束に対して付加される光路差としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求 の範囲第 18項に記載の対物光学系。
I (d Zp) I I /s) I =m
a / (d
1
[20] 前記位相構造の光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする請求の範囲 第 16項に記載の対物光学系。
[21] 前記第一回折構造と前記第三回折構造が前記対物光学系の同一の光学面に設け られていることを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の対物光学系。
[22] 前記第一回折構造と前記第三回折構造が重畳していることを特徴とする請求の範囲 第 21項に記載の対物光学系。
[23] 前記第二回折構造と前記第三回折構造が前記対物光学系の同一の光学面に設け られていることを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の対物光学系。
[24] 前記第二回折構造と前記第三回折構造が重畳して！/、ることを特徴とする請求の範囲 第 23項に記載の対物光学系。
[25] 前記第一回折構造と前記第二回折構造が、前記対物光学系の異なる光学面に設け られていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。
[26] 前記対物光学系を光軸方向から眺めた場合、前記第一回折構造と前記第二回折構 造が重なっていることを特徴とする請求の範囲第 25項に記載の対物光学系。
[27] 前記対物光学系を光軸方向から眺めた場合、前記第一回折構造と前記第二回折構 造が重なって!/、な 、ことを特徴とする請求の範囲第 25項に記載の対物光学系。
[28] 前記対物光学系は、レンズと平板光学素子を有し、前記平板光学素子が前記第一 回折構造と前記第二回折構造を有することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の 対物光学系。
[29] 前記対物光学系はレンズと平板光学素子を有し、前記平板光学素子が前記第一回 折構造、前記第二回折構造及び前記第三回折構造を有することを特徴とする請求 の範囲第 10項に記載の対物光学系。
[30] 前記対物光学系はレンズと平板光学素子を有し、前記平板光学素子が前記第一回 折構造、前記第二回折構造及び前記位相構造を有することを特徴とする請求の範 囲第 16項に記載の対物光学系。
[31] 光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円上に配列した形状と、前記 階段状のパターンの一つの段において、光軸を含む断面形状が小階段状とされた ノターンを同心円上に配列した形状とを重ね合わせた構造を有することを特徴とす る請求の範囲第 1項に記載の対物光学系。
[32] 前記階段状のパターンは、光軸と直行する方向で光軸に向力つて 、くに従 、、光軸 方向で前記対物光学系内部に向力う方向に下がっていく構造であり、前記小階段状 のパターンは、光軸と直行する方向で光軸に向力つていくに従い、光軸方向で前記 対物光学系外部へ向力う方向に上っていく構造であることを特徴とする請求の範囲 第 31項に記載の対物光学系。
[33] dpを前記小階段状のパターンの段差とし、 DPを前記階段状のパターンの段差とし、 nを前記階段状及び前記小階段状のパターンが設けられている前記対物光学系の 光学材料の第 1光束における屈折率とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする 請求の範囲第 31項に記載の対物光学系。
0. 9< dp X (η- 1) / λ 1 < 1. 5
9. 8< DP X (η- 1) / λ 1 < 10. 2
[34] dp を前記第二回折構造の段差とし、 nを前記第二回折構造が設けられている前
2 記対物光学系の光学材料の第一光束における屈折率としたとき、以下の式を満たす ことを特徴とする請求の範囲第 33項に記載の対物光学系。
1. 9く dp X (η -1)/λ1<2. 1
2 χ
[35] 光情報記録媒体の記録及び Ζ又は再生を行う光ピックアップ装置であって、厚さ tl の保護層を有する第 1光情報記録媒体の記録及び Z又は再生を行うための第 1波 長 λ 1の第 1光束を出射する第一光源と、厚さ t2(tl≤t2)の保護層を有する第 2光 情報記録媒体の記録及び Z又は再生を行うための第 2波長 λ2(1. 5Χ λ1< λ2 <1. 7Χ λΐ)の第 2光束を出射する第二光源と、厚さ t3(t2<t3)の保護層を有す る第 3光情報記録媒体の記録及び Z又は再生を行うための第 3波長 λ 3 (1. 9 X λ 1 < λ 3< 2. 1 X λ 1)の第 3光束を出射する第三光源と、対物光学系とを有し、 前記対物光学系は、第一回折構造と第二回折構造を有し、
前記第一回折構造は、前記第 1光束の Ρ次 (Ρは 0以外の整数)の回折光量を他のい 力なる次数の回折光量よりも大きくし、前記第 2光束の ρ次の回折光量を他のいかな る次数の回折光量よりも大きくし、前記第 3光束の ρ次の回折光量を他のいかなる次 数の回折光量よりも大きくし、
前記第二回折構造は、前記第 1光束の 0次の回折光の光量を他のいかなる次数の 回折光の光量よりも大きくし、前記第 2光束の q次 (qは pと同じ又は異なる 0以外の整 数)の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第 3光 束の 0次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくすることを 特徴とする光ピックアップ装置。
[36] 光情報記録再生装置であって、厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体の記 録及び Z又は再生を行うための第 1波長 λ 1の第 1光束を出射する第一光源と、厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光情報記録媒体の記録及び Z又は再生を行うた めの第 2波長え 2(1. 5Χ λΚ λ2<1. 7Χ λΐ)の第 2光束を出射する第二光源と 、厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の記録及び Z又は再生を 行うための第 3波長え 3(1. 9X λ1< λ3<2. IX λΐ)の第 3光束を出射する第三 光源と、対物光学系とを有する光ピックアップを有し、
前記対物光学系は、第一回折構造と第二回折構造を有し、 前記第一回折構造は、前記第 1光束の p次 (pは 0以外の整数)の回折光量を他のい かなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第 2光束の p次の回折光量を他のいかな る次数の回折光量よりも大きくし、前記第 3光束の p次の回折光量を他のいかなる次 数の回折光量よりも大きくし、
前記第二回折構造は、前記第 1光束の 0次の回折光の光量を他のいかなる次数の 回折光の光量よりも大きくし、前記第 2光束の q次 (qは pと同じ又は異なる 0以外の整 数)の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第 3光 束の 0次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくすることを 特徴とする光情報記録再生装置。
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