WO2006095583A1 - 光ピックアップ装置及び、対物光学ユニット及び対物光学系の設計方法 - Google Patents

光ピックアップ装置及び、対物光学ユニット及び対物光学系の設計方法 Download PDF

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WO2006095583A1
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optical
path difference
information recording
optical path
difference providing
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Kohei Ota
Junji Hashimura
Tohru Kimura
Kiyono Ikenaka
Katsuya Sakamoto
Nobuyoshi Mori
Eiji Nomura
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Konica Minolta Opto, Inc.
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    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Definitions

  • the present invention relates to an optical pickup device and an objective optical unit, and more particularly to an optical pickup device capable of appropriately recording and / or reproducing information on / from different optical information recording media using light sources having different wavelengths.
  • the present invention relates to an objective optical unit to be used.
  • HD DVD An optical disc for recording and Z or playback, so-called HD DVD (hereinafter referred to as HD), can record 15 to 20 GB of information per layer on an optical disc with a diameter of 12 cm.
  • BD coma aberration caused by the tilt (skew) of the optical disk increases, so the protective layer is designed thinner than in DVD (0.1 mm for 0.6 mm of DVD). The amount of coma due to skew is reduced.
  • high density optical disc such an optical disc is referred to as a “high density optical disc” in the present specification.
  • Optical systems for high-density optical disks and optical systems for DVDs are used as a method for appropriately recording and Z-reproducing information while maintaining compatibility with both high-density optical disks and DVDs.
  • an optical system for high-density optical discs and an optical system for DVDs can be used even with compatible optical pickup devices! It is preferable to reduce the number of optical parts constituting the optical pickup device as much as possible. It is most advantageous for simplifying the configuration of the optical pickup device and reducing the cost to make the objective lens arranged opposite to the optical disk in common and further to make this objective lens a single lens configuration.
  • a common objective lens for multiple types of optical discs with different recording and Z or reproducing wavelengths a diffraction structure having the wavelength dependence of spherical aberration is formed on the surface, and the wavelength dependence of the diffraction structure is used. Objective lenses that correct spherical aberrations due to differences in the recording and Z or reproduction wavelengths and the protective layer thickness are known.
  • Patent Document 1 discloses an objective lens having a single-lens configuration capable of recording and / or reproducing or recording information in a manner compatible with a high-density optical disc and a DVD.
  • the objective lens disclosed in Patent Document 1 generates a second-order diffracted light with respect to a blue-violet laser beam, and generates a first-order diffracted light with respect to a red laser beam for DVD.
  • the spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness between the high-density optical disc and the DVD is corrected by the diffractive action of the diffractive structure.
  • this objective lens since this objective lens has a single lens configuration, it can be produced at a low cost, but has the following problems.
  • a specific problem is that the wavelength dependence of spherical aberration generated by a diffractive structure is large. In such a case, it is impossible to use a laser light source whose oscillation wavelength is deviated from the design wavelength power, and it is necessary to select the laser light source, which increases the manufacturing cost of the optical pickup device. .
  • the diffraction angle of the diffracted light is expressed by “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.
  • the above-mentioned “laser light source selection problem” is caused by using a diffraction structure in which the value of “diffraction order X wavelength” is almost the same between wavelengths used for high-density optical discs and DVDs.
  • the diffraction pitch must be reduced. .
  • the wavelength dependence of the spherical aberration of the diffractive structure increases, and the “laser light source selection problem” as described above becomes apparent.
  • Patent Document 1 JP 2004-79146 A
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is an optical pickup device that can perform recording and Z or reproduction of information with respect to different types of optical information recording media while being compact. And an objective optical unit used therefor.
  • the configuration according to the present invention includes:
  • a first light source that emits a first light beam having a wavelength ⁇ 1 for forming a condensed spot on the information recording surface of the first optical information recording medium having a protective layer having a thickness of tl;
  • a second light source that emits a second light beam having a wavelength ⁇ 2 for forming a condensed spot on the information recording surface of the second optical information recording medium having a protective layer having a thickness t2.
  • a third light source that emits a third light beam having a wavelength ⁇ 3 for forming a condensed spot on the information recording surface of the third optical information recording medium having a protective layer having a thickness t3;
  • An optical pickup device comprising an objective optical unit having a first optical path difference providing structure having a ring-shaped structure and a second optical path difference providing structure having a ring-shaped structure,
  • the respective magnifications of the objective optical unit when the first light flux, the second light flux, and the third light flux are incident on the objective optical unit are substantially the same,
  • the first optical path difference providing structure provides a predetermined optical path difference to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone, and also provides spherical aberration for all of the first light flux, the second light flux, and the third light flux.
  • the second optical path difference providing structure is changed to either under or over, and the second optical path difference providing structure provides a predetermined optical path difference with respect to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone, and the first light flux and the first light flux.
  • the spherical aberration is changed only to the second light beam among the two light beams and the third light beam.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical pickup device of an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of an objective lens OBJ in which a diffractive structure as a first optical path difference providing structure and a phase structure as a second optical path difference providing structure are formed on the optical surface on the light source side.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another objective lens OBJ in which a diffractive structure as a first optical path difference providing structure and a phase structure as a second optical path difference providing structure are formed on the optical surface on the light source side.
  • FIG. 4 (a) is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force and the amount of default force when using HD DVD in Example 1
  • FIG. 4 (b) is the diagram in Example 1.
  • Fig. 4 (c) shows the relationship between the height from the optical axis when using a DVD and the defocus amount
  • Fig. 4 (c) shows the relationship between the height of the optical axis force when using a CD and the defocus amount in Example 1.
  • FIG. 4 (c) shows the relationship between the height of the optical axis force when using a CD and the defocus amount in Example 1.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force and the amount of default force when using HD DVD in Example 2
  • FIG. 5 (b) is the diagram in Example 2.
  • Fig. 5 (c) shows the relationship between the height from the optical axis when using a DVD and the defocus amount
  • Fig. 5 (c) shows the relationship between the height of the optical axis force when using a CD and the defocus amount in Example 2.
  • Fig. 6 is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force and the amount of default force when using HD DVD in Example 3, and Fig. 6 (b) is the diagram in Example 3.
  • Fig. 6 (c) shows the relationship between the height from the optical axis when using a DVD and the defocus amount.
  • Figure 6 (c) shows the relationship between the height of the optical axis force when using a CD and the defocus amount in Example 3.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force and the amount of default force when using HD DVD in Example 3
  • Fig. 6 (b) is the diagram in Example 3.
  • Fig. 6 (c) shows the relationship between the height from the optical axis when using a DVD and the defocus amount.
  • Figure 6 (c) shows the relationship between the height of the optical axis force when using a CD and the defocus amount in Example 3.
  • a first light source that emits a first light beam having a wavelength ⁇ 1 for forming a condensed spot on the information recording surface of the first optical information recording medium having a protective layer having a thickness of tl;
  • a second light beam having a wavelength ⁇ 2 ( ⁇ 1 ⁇ 2) is emitted to form a light collecting spot on the information recording surface of the second optical information recording medium having a protective layer having a thickness t2 (tl ⁇ t2).
  • 2 Wavelength for forming a collecting spot on the information recording surface of the third optical information recording medium having a light source and a protective layer with thickness t3 (t2 ⁇ t3) 3 (1.9 X ⁇ ⁇ ⁇ 3 ⁇ 2
  • An objective optical unit having a first optical path difference providing structure having an annular structure and a second optical path difference providing structure having an annular structure
  • magnification of the objective optical unit when the first light beam, the second light beam, and the third light beam are incident on the objective optical unit is set to ml, m2, and m3, ml, m2, and m3 are substantially the same.
  • the first optical path difference providing structure provides an optical path difference equivalent to an odd multiple of the wavelength ⁇ 1 to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone, and includes the first light flux, the second light flux, and the third light flux.
  • Spherical aberration is changed to either under or over for all, and the second optical path difference providing structure is equivalent to an even multiple of the wavelength ⁇ 1 for the first light flux that has passed through the adjacent annular zone.
  • the spherical aberration of only the second light flux among the first light flux, the second light flux, and the third light flux is changed to the other of the under and over conditions different from the one.
  • the objective optical unit may be configured with a plurality of optical element forces, or may be an objective optical element having a single lens force.
  • the first optical path difference providing structure provides an optical path difference equivalent to an odd multiple of the wavelength ⁇ 1 to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone. Further, the spherical aberration is changed in the under direction for all of the first light flux, the second light flux, and the third light flux, and the second optical path difference providing structure is applied to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone. It is preferable to provide an optical path difference corresponding to an even multiple of the wavelength ⁇ 1 and to change the spherical aberration in the over direction only for the second light beam among the first light beam, the second light beam, and the third light beam.
  • the configuration according to the present invention appropriately records and Z or reproduces information on three different optical information recording media by a new combination of diffraction and magnification.
  • optical path difference providing structures such as diffractive structures that have been used in the past
  • the first optical path difference providing structure is designed to appropriately correct aberrations for the first light beam and the third light beam refracted by a base aspheric surface. Further, when the third wavelength is close to an even multiple of the first wavelength, the odd number of times is equivalent to the first luminous flux in order to make the action different for the first luminous flux and the third luminous flux. The optical path difference is given. Then, based on the wavelength difference, the third light flux is given an optical path difference that is shifted by a half wavelength, and the optical action on the first light flux and the third light flux can be made different. Appropriate spherical aberration due to different thickness Can be corrected.
  • the second optical path difference providing structure when the first optical path difference providing structure is designed in this way, the second light flux is excessively subjected to the action of making the spherical aberration under, and the objective optical unit itself In combination with the refractive power possessed, there is a risk that a good condensing spot cannot be formed. Therefore, by allowing the second optical path difference providing structure to carry out the action of canceling out the excessive excess, it is possible to appropriately record and / or reproduce information on any optical information recording medium. RU
  • the second optical path difference providing structure is bad for the first light flux and the third light flux in which a good wavefront is formed by a combination of the first optical path difference providing structure and refractive power. It is necessary to avoid the influence. Therefore, with respect to the second optical path difference providing structure, an optical path difference that is an even multiple of the wavelength ⁇ 1 is applied to the first light flux, thereby preventing the first light flux from changing in the phase of the wavefront. . Further, when the third light beam has a wavelength that is almost an even multiple of the first light beam, an optical path difference that is an integral multiple of the wavelength ⁇ 1 is given, and similarly the phase of the wave front does not change. It becomes.
  • the annular zone pitch so that the light beam having the wavelength ⁇ 1 and the wavelength ⁇ 3 is not bent.
  • the first light flux and the third light flux are not influenced by the second optical path difference providing structure.
  • even multiples mean a range of (2 ⁇ -0. 1) ⁇ ⁇ 1 or more and (2 ⁇ + 0.1) ⁇ ⁇ 1 or less when ⁇ is a natural number.
  • the odd-number equivalent means a range of ⁇ (2 ⁇ -D -0.1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ or more and ⁇ (2 ⁇ 1) +0.1 ⁇ ⁇ ⁇ or less, where ⁇ is a natural number.
  • the second optical path difference structure can be designed so as to give a desired action to the second light flux.
  • the second optical path difference providing structure in order to cancel the spherical aberration that has been excessively changed in the under direction by the first optical path difference providing structure, the second optical path difference providing structure is designed to give an action of changing the spherical aberration in the over direction. be able to. In this way, the second light flux is reflected by the refractive action of the objective optical unit.
  • the incident light magnifications ml, m2, and m3 of the first light beam, the second light beam, and the third light beam to the objective optical unit satisfy the relational expressions (1), (2), and (3), respectively.
  • infinite parallel light is incident on the objective optical unit, and the occurrence of coma aberration can be suppressed during the tracking operation of the objective optical unit. It can be preferably used for a high-speed type information recording / reproducing apparatus.
  • the optical pickup device in the configuration according to any one of Items 1 to 4, has a refractive action of the objective optical unit when the first light beam is incident on the objective optical unit. And a condensing spot formed on the information recording surface of the first optical information recording medium in combination with the optical action provided by the first optical path difference providing structure, and the second light flux is incident on the objective optical unit.
  • the second optical information recording medium is a combination of the refractive action of the objective optical unit, the optical action provided by the first optical path difference providing structure, and the optical action provided by the second optical path difference providing structure.
  • a focused spot is formed on the information recording surface of
  • the third optical information recording medium When the third light beam is incident on the objective optical unit, the third optical information recording medium has a combination of a refractive action of the objective optical unit and an optical action provided by the first optical path difference providing structure. A focused spot is formed on the information recording surface.
  • optical pickup device in the configuration according to any one of Items 1 to 5, the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are overlapped, Exists on the same optical surface.
  • the optical pickup device according to Item 7 in the configuration according to Item 6, has both optical path difference providing structures provided! Since parallel light is incident, vignetting can be suppressed.
  • the optical pickup device in the configuration according to any one of Items 1 to 7, the optical function surface of the objective optical unit surrounds a central region including an optical axis and the central region. Has a surrounding area,
  • the central area includes the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure, and the central area includes the first optical information recording medium, the second optical information recording medium, and the third optical information recording medium.
  • the peripheral area is the information recording of the first optical information recording medium, the second optical information recording medium, and the third optical information recording medium. Of the surfaces, only the information recording surfaces of the first optical information recording medium and the second optical information recording medium are used for forming a condensed spot.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an objective lens OBJ in which a diffractive structure as a first optical path difference providing structure and a phase structure as a second optical path difference providing structure are formed on the optical surface on the light source side.
  • the diffractive structure DS and the phase structure PS are exaggeratedly drawn so that they can be easily understood.
  • the first light beam and the second light beam pass in common, and in the peripheral region PR, only the first light beam passes.
  • the diffraction structure DS having a blazed cross section centered on the optical axis X indicated by the solid line is locally displaced in the axial direction because it overlaps the phase structure PS.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an objective lens OBJ in which a diffractive structure as a first optical path difference providing structure and a phase structure as a second optical path difference providing structure are formed on the optical surface on the light source side.
  • the diffractive structure DS and the phase structure PS are exaggeratedly drawn
  • the diffractive structure DS is composed only of a blazed structure with a positive orientation
  • the envelope (dotted line shown in FIG. 2) indicating the shape of the phase structure PS is drawn when the blaze vertices are connected.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another objective lens OBJ that has a diffractive structure as the first optical path difference providing structure and a phase structure as the second optical path difference providing structure formed on the optical surface on the light source side.
  • the force is an illustration The surface shape is exaggerated for easy understanding.
  • the central region CR includes a first region R1 including the optical axis X, a second region R2 around the first region R1, and a third region R3 that is in the periphery and in contact with the peripheral region PR. It consists of and.
  • an envelope shown in the first region R1, since the blazed structure and the phase structure in the negative direction are superimposed, an envelope (shown in FIG.
  • the second region R2 is a transition region necessary for switching between a negatively-oriented blazed structure and a positively-oriented blazed structure. This transition region is transparent due to the diffractive structure.
  • the optical path difference added to the overwave front is expressed by an optical path difference function, this is an area corresponding to the inflection point of the optical path difference function. If the optical path difference function has an inflection point, the inclination of the optical path difference function becomes small, so that it becomes possible to widen the annular zone pitch and to suppress the decrease in transmittance due to the shape error of the diffractive structure.
  • the shape of the phase structure has a predetermined height in the central region as shown in FIG. Until the distance from the optical axis is longer, the optical path length is longer, and outside the specified height, the optical path length is shortened as the optical axis force is further away (dotted line shown in Fig. 3). Is preferred. At this time, it is more preferable that the ring zone having the longest optical path length among the ring zones of the phase structure includes the position of 70% height in the central region.
  • the objective optical unit has an outermost region surrounding the peripheral region, and the first light flux that has passed through the outermost region is information on the first optical information recording medium. This may be used for forming a condensing spot on the recording surface, and thus can cope with the high numerical aperture of the first optical information recording medium.
  • the outermost area may have an optical path difference providing structure, and the second light flux and the third light flux that have passed through the outermost area may be flared.
  • An aperture stop effect can be given to the base.
  • the first optical path difference providing structure is a sawtooth diffractive structure.
  • a “sawtooth diffractive structure” means, for example, that at least one optical function surface is divided into a plurality of optical function areas centered on the optical axis, and at least one of the plurality of optical function areas has an optical axis. This is a structure in which a ring-shaped region is divided into a center, and a predetermined number of discontinuous steps are provided in each ring zone, and the cross section in the optical axis direction is a saw-tooth shape.
  • the annular zone average step amount dl in the direction parallel to the optical axis of the diffractive structure satisfies the following.
  • ⁇ 1 Refractive index of the material forming the first optical path difference providing structure for light of ⁇ 1
  • ⁇ 2 Refractive index of the material forming the first optical path difference providing structure for light of ⁇ 2
  • the objective optical unit is configured by setting the diffraction order of the diffracted light of the first light beam that is generated by the diffractive structure to form the focused spot as Kl and the diffraction order of the diffracted light of the second light beam as ⁇ 2.
  • the refractive index for the wavelength 1 of the material is nl and the refractive index for the wavelength ⁇ 2 is ⁇ 2, the following equation is satisfied.
  • an annular average step amount d2 in a direction parallel to the optical axis in the first optical path difference providing structure satisfies the following.
  • the first light beam that has passed through the first optical path difference providing structure has the highest light amount of the first-order diffracted light
  • the second light beam that has passed through the first optical path difference providing structure has the highest light amount of the first-order diffracted light.
  • the third light flux that has become higher and has passed through the first optical path difference providing structure has the highest amount of first-order diffracted light.
  • the ring zone average step amount d2 in the direction parallel to the optical axis in the first optical path difference providing structure is the following in the structure described in any of items 9 to L1: Meet.
  • the first light beam that has passed through the first optical path difference providing structure has the highest amount of third-order diffracted light
  • the second light beam that has passed through the first optical path difference providing structure has the highest light quantity of second-order diffracted light.
  • the third light flux that has become higher and has passed through the first optical path difference providing structure has the highest amount of second-order diffracted light.
  • the first light beam that has passed through the first optical path difference providing structure has the highest amount of third-order diffracted light
  • the second light beam that has passed through the first optical path difference providing structure has a second-order diffracted light intensity.
  • the third light flux having the highest light amount and having passed through the first optical path difference providing structure has the highest light amount of the first-order diffracted light.
  • the first optical path difference providing structure is NPS (Non-Periodic Phase Structure).
  • the optical pickup device according to Item 14 is the configuration according to any one of Items 1 to 13.
  • the second optical path difference providing structure is a sawtooth diffractive structure.
  • the annular zone average step amount d3 in the direction parallel to the optical axis in the second optical path difference providing structure satisfies the following.
  • ⁇ 1 ' Refractive index of the material forming the second optical path difference providing structure for light of ⁇ 1
  • the first light beam that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest amount of second-order diffracted light
  • the second light beam that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest light amount of first-order diffracted light.
  • the third light flux that has become higher and has passed through the second optical path difference providing structure has the highest amount of first-order diffracted light.
  • the second optical path difference providing structure has the same pattern in which the cross-sectional shape including the optical axis is stepped.
  • This is a superposition type diffractive structure that is arranged in a concentric shape, and the steps are shifted by a height corresponding to the number of level surfaces for each predetermined number of level surfaces.
  • the “superimposition type diffractive structure” means that the optical functional surface is composed of a plurality of diffraction periods centered on the optical axis, and the plurality of diffraction periods are composed of a predetermined number of discontinuous steps in the optical axis direction and the optical axis.
  • a structure composed of an annular zone force centered on The superposition type diffractive structure is also called a multi-level structure or a DOE structure.
  • the diffractive structure has an optical functional surface of an optical element divided into a plurality of annular zones centered on the optical axis, and each annular zone is sawtooth-shaped In this structure, a predetermined number of staircase shapes are further provided in this one sawtooth portion. As a result, it is possible to select light that gives a diffractive action according to wavelength.
  • the second optical path difference providing structure so-called wavelength selective diffraction in which a stepped shape is repeated can be used.
  • a diffraction action is given only to a specific wavelength, and the other wavelengths can be transmitted as they are.
  • the wavelength ⁇ 3 is almost twice the wavelength ⁇ 1, if the third light flux with the wavelength ⁇ 3 can be transmitted as it is, the first light flux with the wavelength ⁇ 1 can also be transmitted as it is. Only the second light flux of 2 can be diffracted.
  • the ring zone average step amount d4 parallel to the optical axis of the stepped pattern in the second optical path difference providing structure in the configuration described in item 16 is: Meet.
  • ⁇ 1 ' Refractive index of the material forming the second optical path difference providing structure for light of ⁇ 1
  • the first light flux that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest light amount of the 0th-order diffracted light
  • the second light flux that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest light quantity of the first-order diffracted light.
  • the third light flux that has passed through the second optical path difference providing structure becomes higher, and the amount of 0th-order diffracted light is the highest. Get higher.
  • the optical pickup device according to Item 18, in the configuration according to Item 16, has a level surface force formed on each pattern of the second optical path difference providing structure on a base aspherical surface of the objective optical unit element. It is formed along
  • the first light beam that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest amount of second-order diffracted light
  • the second light beam that has passed through the second optical path difference providing structure has the first-order diffracted light
  • the third light flux that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest light quantity of the first-order diffracted light
  • the first light flux that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest amount of 0th-order diffracted light
  • the second light flux that has passed through the second optical path difference providing structure is It is preferable that the light quantity of the first-order diffracted light is the highest
  • the third light flux that has passed through the second optical path difference providing structure has the highest light quantity of the zero-order diffracted light.
  • the second optical path difference providing structure is NPS (Non-Periodic Phase Structure)
  • NPS may be used as the second optical path difference providing structure.
  • NPS refers to a structure in which the wavefront is aligned and the applied force is as-aberrated by giving a phase difference to the light beam passing through the structure. At this time, correction of spherical aberration is not necessarily performed.
  • an annular zone having a step is provided around the optical axis, and the step gives an optical path difference that is an even multiple of ⁇ 1 to the light beam having the wavelength ⁇ 1. Thereby, the wavefront of the first light flux is not affected.
  • the step that gives an optical path difference that is an even multiple of the wavelength ⁇ 1 gives an optical path difference that is an integral multiple of the wavelength ⁇ 3 for the light flux of the wavelength ⁇ 3, and also affects the wavefront of the third light flux. Absent.
  • the wavefront of the second light flux changes as it passes through the NPS. Can be. In the case of NPS as well, it is possible to control how the wavefront changes by adjusting the ring interval.
  • the equivalent of an even multiple means a range of (2 ⁇ 0.1) ⁇ ⁇ 1 or more and (2 ⁇ + 0.1) X ⁇ 1 or less when ⁇ is a natural number.
  • the wavelength X1 ⁇ is 380nm ⁇ l ⁇ 420nm
  • the wavelength ⁇ 2 ⁇ is 630nm ⁇ . 2 and 680
  • the wavelength 3 is 760 nm ⁇ 3 830 nm
  • the protective layer thickness tl of the first optical information recording medium is 0.0875 mm ⁇ tl ⁇ 0.1125, and the protective layer thickness t2 of the second optical information recording medium is 0.5 mm ⁇ t2 ⁇ 0.
  • the protective layer thickness t3 of the third optical information recording medium is 1. Imm ⁇ t3 ⁇ l.3mm.
  • the wavelength X1 ⁇ is 380nm ⁇ l ⁇ 420nm
  • the wavelength ⁇ 2 ⁇ is 630nm ⁇ . 2 and 680
  • the wavelength 3 is 760 nm ⁇ 3 830 nm
  • the protective layer thickness tl of the first optical information recording medium is 0.5 mm ⁇ tl ⁇ 0.7 mm
  • the protective layer thickness t2 of the second optical information recording medium is 0.5 mm ⁇ t2 ⁇ 0. 7 mm
  • the protective layer thickness t3 of the third optical information recording medium is 1. Imm ⁇ t3 ⁇ l.3mm.
  • the wavelengths ⁇ 1, 2 and ⁇ 3 of the first optical information recording medium, the second optical information recording medium are designed so as to satisfy the above conditional expression.
  • Item 22 is the optical pickup device according to Item 1, wherein the objective optical unit is made of glass.
  • the objective optical unit is made of plastic.
  • the objective optical unit may be made of glass and plastic as material! /.
  • the objective optical unit according to Item 24 has a first optical path difference providing structure having an annular structure and a second optical path difference providing structure having an annular structure,
  • the first light beam having a wavelength of 1 incident on the objective optical unit is focused on the information recording surface of the first optical information recording medium having a protective layer with a magnification ⁇ and a thickness of tl, and is incident on the objective optical unit.
  • 2 2 ( ⁇ ⁇ ⁇ 2) second light beam converges on the information recording surface of the second optical information recording medium with a magnification ⁇ and a protective layer of thickness t2 (tl ⁇ t2) and enters the objective optical unit Of a third optical information recording medium having a protective layer with a thickness of t3 (t2 ⁇ t3) at a third luminous flux power factor of ⁇ 3 (1.9 X ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2.
  • the first optical path difference providing structure provides an optical path difference equivalent to an odd multiple of the wavelength ⁇ 1 to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone, and the first light flux, the second light flux, and the third light flux. For all of the above, the spherical aberration is changed to either under or over,
  • the second optical path difference providing structure provides an optical path difference equivalent to an even multiple of the wavelength ⁇ 1 to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone, and the first light flux, the second light flux, and the third light flux. Among these, only the second light flux changes the spherical aberration to the other of the under and over, which is different from the one.
  • the magnification ⁇ of the objective optical unit is approximately zero.
  • Item 27 is the objective optical unit according to any one of Items 24 to 26, wherein when the first light beam is incident on the objective optical unit, the objective optical unit has a refracting action and the first optical unit.
  • a condensing spot is formed on the information recording surface of the first optical information recording medium in combination with the optical action provided by the optical path difference providing structure, and the objective beam is incident on the objective optical unit when the second light flux is incident on the objective optical unit.
  • the information recording surface of the second optical information recording medium is combined with the refractive action of the optical unit, the optical action provided by the first optical path difference providing structure, and the optical action provided by the second optical path difference providing structure.
  • a focused spot is formed,
  • the objective optical unit according to Item 28 in the configuration according to any one of Items 24 to 27, the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are overlapped, and the same Present on the optical surface.
  • the optical surface provided with both optical path difference providing structures is the light source side.
  • the objective optical unit according to Item 30 is the configuration according to any one of Items 24 to 29, wherein the optical function surface of the objective optical unit includes a central region including an optical axis and a peripheral region surrounding the central region.
  • the central region includes the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure, and the first optical path difference providing structure is incident on an objective optical unit and passes through the central region and the peripheral region.
  • the first light beam of the light beam is focused on the information recording surface of the first optical information recording medium having a protective layer with a magnification ⁇ and a thickness of tl, and is incident on the objective optical unit and passes through the central region and the peripheral region.
  • a second light beam of ⁇ 2 ( ⁇ 1 ⁇ 2) is focused on the information recording surface of the second optical information recording medium having a protective layer with a magnification of ⁇ and a thickness of t2 (tl ⁇ t2), and is focused on the objective optical unit.
  • the third light flux of wavelength 3 (1.9 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 3 ⁇ 2.
  • IX ⁇ ⁇ ) that has entered and passed through the central region passes through a protective layer with a magnification ⁇ and a thickness t3 (t2 ⁇ t3).
  • the second optical path difference providing structure is a first optical information in which a first light beam having a wavelength ⁇ 1 incident on an objective optical unit and passed through the central region and the peripheral region has a protective layer having a magnification ⁇ and a thickness tl.
  • the third light flux of wavelength ⁇ 3 that has passed through is condensed on the information recording surface of the third optical information recording medium having a protective layer with a thickness of t3 and a magnification of ⁇ , it passes through the adjacent annular zone.
  • An optical path difference equivalent to an even multiple of the wavelength ⁇ 1 is given to the first luminous flux, and spherical aberration is underperformed only for the second luminous flux among the first luminous flux, the second luminous flux, and the third luminous flux. Change over to the other one of the above.
  • the first optical path difference providing structure is a sawtooth diffractive structure.
  • the objective optical unit according to Item 32 is the configuration according to Item 31,
  • the annular zone average step amount dl in the direction parallel to the optical axis of the diffractive structure satisfies the following.
  • ⁇ 1 Refractive index of the material forming the first optical path difference providing structure for light of ⁇ 1
  • ⁇ 2 refractive index of the material forming the first optical path difference providing structure for light of ⁇ 2
  • the objective optical unit described in Item 33 is configured as described in Item 31.
  • the annular zone step difference d2 in the direction parallel to the optical axis satisfies the following.
  • the objective optical unit described in Item 34 has the configuration described in Items 31-33,
  • the annular zone step difference d2 in the direction parallel to the optical axis satisfies the following.
  • ⁇ 1 Refractive index of the material forming the first optical path difference providing structure for light of ⁇ 1
  • Item 35 is the objective optical unit according to any one of Items 24 to 30, wherein the first optical path difference providing structure is NPS (Non-Periodic Phase Structure)
  • the second optical path difference providing structure is a sawtooth diffractive structure.
  • the objective optical unit according to Item 37 is the configuration according to Item 36,
  • the annular zone step difference d3 in the direction parallel to the optical axis satisfies the following.
  • ⁇ 1 ' Refractive index of the material forming the second optical path difference providing structure for light of ⁇ 1
  • the objective optical unit according to Item 38 is the configuration according to any one of Items 24 to 35, wherein the second optical path difference providing structure has a concentric pattern in which the cross-sectional shape including the optical axis is stepped.
  • This is a superposition type diffractive structure in which the steps are shifted by a height corresponding to the number of steps corresponding to the number of level surfaces for each predetermined number of level surfaces.
  • the annular zone average step amount d4 parallel to the optical axis of the stepped pattern satisfies the following.
  • the objective optical unit described in Item 40 has the configuration described in Item 38.
  • Level surfaces formed in each pattern of the second optical path difference providing structure are formed along the base aspherical surface of the objective optical unit.
  • the second optical path difference providing structure is NPS (Non-Periodic Phase Structure)
  • the wavelength ⁇ 1 is 380 nm ⁇ 1 and 420 nm
  • the wavelength ⁇ 2 is 630 nm ⁇ 2 680
  • the wavelength 3 is 760 nm ⁇ 3 830 nm
  • the protective layer thickness tl of the first optical information recording medium is 0.0875 mm ⁇ tl ⁇ 0.1125, and the protective layer thickness t2 of the second optical information recording medium is 0.5 mm ⁇ t2 ⁇ 0.
  • the protective layer thickness t3 of the third optical information recording medium is 1. Imm ⁇ t3 ⁇ l.3mm.
  • the wavelength ⁇ 1 is 380 nm ⁇ 1 and 420 nm
  • the wavelength ⁇ 2 is 630 nm ⁇ 2 680
  • the wavelength 3 is 760 nm ⁇ 3 830 nm
  • the protective layer thickness tl of the first optical information recording medium is 0.5 mm ⁇ tl ⁇ 0.75 mm
  • the protective layer thickness t2 of the second optical information recording medium is 0.5 mm ⁇ t2 ⁇ 0. 7 mm
  • the protective layer thickness t3 of the third optical information recording medium is 1. Imm ⁇ t3 ⁇ l.3mm.
  • the objective optical unit according to Item 44 in the configuration according to any one of Items 24 to 43, the objective optical unit is made of glass. [0082] In the objective optical unit described in Item 45, in the configuration described in any one of Items 24 to 43, the objective optical unit is made of plastic.
  • a focused spot is formed on the information recording surface of the first optical information recording medium having a protective layer with a thickness of tl using the first light beam having the wavelength ⁇ 1 emitted, and the second light source power Condensed spot formation on the information recording surface of the second optical information recording medium having a protective layer with a thickness of t2 (tl ⁇ t2) using the emitted second light beam of wavelength ⁇ 2 ( ⁇ 1 ⁇ 2)
  • a protective layer with a thickness of t3 (t2 ⁇ t3) is applied using a third light beam of wavelength 3 (1.9.9 X ⁇ 1 ⁇ 3 ⁇ 2. IX ⁇ ⁇ ) emitted from the third light source.
  • a design method of an objective optical system used in an optical pickup device that forms a focused spot on an information recording surface of a third optical information recording medium having:
  • a plurality of refractive optical surfaces of the objective optical system A plurality of refractive optical surfaces of the objective optical system
  • a first step of designing a first optical path difference providing structure that provides an optical path difference equivalent to an odd multiple of the wavelength ⁇ 1 with respect to the first luminous flux that has passed through the adjacent annular zone, Spherical aberration when the second light flux is incident so that the magnification of the objective optical system designed in the first step is ⁇ and a focused spot is formed on the information recording surface of the second information recording medium
  • the “objective optical unit” is light that is arranged at a position facing the optical information recording medium in the optical pickup device and has different wavelengths emitted from the light source.
  • An optical element including at least a condensing element having a function of condensing a bundle on each information recording surface of an optical information recording medium (both optical disks) having different recording densities.
  • the objective optical unit is made of a glass lens
  • a glass material having a glass transition point Tg of 400 ° C or lower is used, molding at a relatively low temperature is possible. Can be extended.
  • a glass material having a low glass transition point Tg include K-PG325 and K-PG375 (both product names) manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd.
  • glass glass generally has a specific gravity greater than that of a resin lens. Therefore, if the objective optical unit is a glass lens, the weight increases and a burden is imposed on the actuator that drives the objective optical system. Therefore, when the objective optical unit is a glass lens, it is preferable to use a glass material having a small specific gravity. Specifically, the specific gravity is preferably 3.0 or less, more preferably 2.8 or less.
  • the refractive index at a temperature of 25 ° C with respect to a wavelength of 405 nm is preferable among the cyclic olefin systems preferably using a cyclic olefin-based resin material.
  • the refractive index change rate dNZdT (° C _1 ) for a wavelength of 405 nm with a temperature change within the range of 54 to 1.60 and in the temperature range of 5 ° C to 70 ° C is 10 X 10 _ It is more preferable to use a resin material in the range of 5 to ⁇ 8 ⁇ 10 ⁇ 5.
  • As the resin material suitable for the objective optical unit according to the present invention there is “Asamal resin” other than the above-mentioned cyclic polyolefin.
  • Assumal resin is a resin material in which particles with a diameter of 30 nm or less having a refractive index change rate with the opposite sign to the temperature change of the resin as a base material are dispersed. .
  • Assumal resin is a resin material in which particles with a diameter of 30 nm or less having a refractive index change rate with the opposite sign to the temperature change of the resin as a base material are dispersed. .
  • Assumal resin is a resin material in which particles with a diameter of 30 nm or less having a refractive index change rate with the opposite sign to the temperature change of the resin as a base material are dispersed.
  • Assumal resin is a resin material in which particles with a diameter of 30 nm or less having a refractive index change rate with the opposite sign to the temperature change of
  • the refractive index of the resin material decreases as the temperature increases, but the refractive index of inorganic particles increases as the temperature increases. Therefore, it is also known to prevent a change in refractive index by causing these properties to work together to cancel each other.
  • inorganic particles having a size of 30 nanometers or less, preferably 20 nanometers or less, and more preferably 10 to 15 nanometers are dispersed in the base resin. By using scattered materials, it is possible to provide an objective optical unit that has no or very low temperature dependence of the refractive index.
  • niobium oxide (Nb 2 O 3) fine particles are dispersed in acrylic resin.
  • Base material niobium oxide (Nb 2 O 3) fine particles are dispersed in acrylic resin.
  • the ratio of the coconut oil is 80, and the ratio of niobium oxide is about 20, and these are uniformly mixed.
  • the fine particles have a problem that they tend to aggregate, but the necessary dispersion state can be generated by a technique such as applying a charge to the particle surface and dispersing.
  • the mixing and dispersion of the base resin and particles is preferably performed in-line at the time of injection molding of the objective optical unit.
  • the material is not cooled and solidified until it is formed into an objective optical unit.
  • the volume ratio can be appropriately increased or decreased in order to control the rate of change of the refractive index with respect to the temperature, and a plurality of types of nano-sized inorganic particles can be blended and dispersed.
  • the ratio is 80:20, ie 4: 1 in the above example, but from 90:10 (9: 1) to 60:40
  • the fine particles are preferably inorganic, and more preferably acidic. And it is preferable that the acid state is saturated and the acid is not oxidized any more.
  • the base resin which is a high molecular weight organic compound, and is preferably an acid so as to prevent deterioration due to use.
  • the base resin which is a high molecular weight organic compound, and is preferably an acid so as to prevent deterioration due to use.
  • oxidation tends to be accelerated under severe conditions such as high temperatures and laser irradiation.
  • inorganic oxide fine particles can prevent deterioration due to oxidation.
  • the base resin it is preferable to appropriately use a resin as described in JP-A-2004-144951, JP-A-2004-144953, JP-A-2004-144954, and the like. Can do.
  • thermoplastic resin inorganic fine particles dispersed in thermoplastic resin are specially used as plastic resin.
  • the rate of change in refractive index with temperature of the obtained thermoplastic resin composition is not limited to
  • I dn / dT I can be arbitrarily selected from inorganic fine particles that can achieve the object of the present invention.
  • oxide fine particles, metal salt fine particles, semiconductor fine particles, and the like are preferably used.
  • those that do not generate absorption, light emission, fluorescence, etc. in the wavelength region used as an optical element are appropriately selected and used. Is preferable
  • the oxide fine particles used in the configuration according to the present invention include metal forces constituting metal oxides Li, Na, Mg, Al, Si, K :, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y, Nb, Zr, Mo, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Ta, Hf, W, Ir, Tl,
  • a metal oxide that is one or more metals selected from the group consisting of Pb, Bi, and rare earth metal force can be used.
  • silicon oxide, titanium oxide, zinc oxide, and the like can be used.
  • Rare earth oxides can also be used as the element. Specifically, scandium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, acid praseodymium, acid nickel neodymium, samarium oxide, and acid oxide pium. Also included are acid gadolinium, acid terbium, acid dysprosium, acid holmium, acid erbium, yttrium oxide, ytterbium oxide, and lutetium oxide.
  • the metal salt fine particles include carbonates, phosphates, sulfates and the like, and specifically, calcium carbonate, aluminum phosphate and the like.
  • the semiconductor fine particles in the configuration according to the present invention mean fine particles having a semiconductor crystal composition, and specific examples of the semiconductor crystal composition include carbon, silicon, and germanium.
  • Periodic table Group 14 elements such as tin, phosphorus (black phosphorus) periodic table Group 15 elements, selenium, tellurium and other Group 16 elements, carbide (SiC), etc.
  • Ga S gallium sulfide
  • Ga Se gallium selenide
  • Ga T gallium telluride
  • periodic group 13 elements with periodic group 16 elements such as indium telluride (In Te)
  • Group compound semiconductor arsenic sulfide (III) (As S), selenium arsenic (III) (As Se), arsenic telluride (III) (As Te), antimony sulfate
  • Compound of Group 11 element and Group 17 element of Periodic Table Compound of Periodic Table Group 10 element such as Nickel Oxide ()) (NiO), Group 16 Element of Periodic Table, Cobalt Oxide ( ⁇ ) (CoO), sulfated cobalt ( ⁇ ) (CoS) periodic table group 9 elements and periodic table group 16 elements, triiron tetroxide (Fe 2 O 3), iron sulfide (2) (FeS ) Etc.
  • Periodic table group 7 element such as manganese (II) (MnO), etc.
  • Periodic table of hum (II) (VO), acid-vanadium (IV) (VO), acid-tantalum (V) (TaO), etc.
  • titanium oxide TiO, Ti O, Ti O, Ti
  • MgS selenium-magnesium
  • MgSe selenium-magnesium
  • other compounds of Group 2 elements of the periodic table and Group 16 elements of the periodic table cadmium oxide ( ⁇ ) chromium ( ⁇ ) (CdCr 2 O 3), cadmium selenide ( ⁇ ) chromium
  • Examples include chalcogen spinels such as (HgCr Se), and noble titanate (BaTiO).
  • the confirmed semiconductor cluster is exemplified as well.
  • dnZdT of thermoplastic resin has a negative value, that is, the refractive index decreases as the temperature increases. Therefore, in order to efficiently reduce I dn / dT I of the thermoplastic resin composition, it is preferable to disperse fine particles having a large dnZdT. When using fine particles having the same sign as dnZ dT of thermoplastic resin, it is preferable that the absolute value of dnZdT of the fine particles is smaller than dnZdT of thermoplastic resin as a base material.
  • fine particles having dnZdT of the opposite sign to dnZdT of the thermoplastic resin as a base material that is, fine particles having a positive value of dnZdT are preferably used.
  • the dnZdT of the fine particles to be dispersed can be appropriately selected depending on the value of the dnZdT of the thermoplastic resin used as the base material.
  • DnZdT of particles - 20 X 10_ is larger than the preferred device 10 X 10- 6 greater than 6 further preferred.
  • the fine particles having a large dnZdT for example, gallium nitride, zinc sulfide, zinc oxide, lithium niobate, lithium tantalate, or the like is preferably used.
  • thermoplastic resin when fine particles are dispersed in thermoplastic resin, it is desirable that the difference in the refractive index of the particles is small. As a result of the study by the inventors, it was found that the difference in refractive index between the thermoplastic resin and the dispersed fine particles is small, and that it is difficult to cause scattering when light is transmitted. When fine particles are dispersed in thermoplastic resin, the larger the particle, the easier it is to cause scattering when light is transmitted. However, if the difference in refractive index between the thermoplastic resin and the dispersed fine particles is small, We discovered that even when large particles are used, the degree of light scattering is small.
  • the difference in refractive index between the thermoplastic resin and the dispersed fine particles is preferably in the range of 0 to 0.3, and more preferably in the range of 0 to 0.15.
  • the refractive index of a thermoplastic resin preferably used as an optical material is often about 1.4 to 1.6.
  • the material dispersed in these thermoplastic resins include silica (oxidized). (Carbon), calcium carbonate, aluminum phosphate, aluminum oxide, magnesium oxide, aluminum / magnesium oxide, etc. are preferably used.
  • dnZdT of a thermoplastic resin composition can be effectively reduced by dispersing fine particles having a relatively low refractive index.
  • the details of the reason why I dnZdT I of the thermoplastic resin composition in which fine particles with low refractive index are dispersed are small, the temperature change of the volume fraction of inorganic fine particles in the resin composition is not It is thought that the lower the refractive index of the fine particles, the smaller the I dn / dT I of the resin composition will be.
  • fine particles having a relatively low refractive index for example, silica (acid silicate), calcium carbonate, and aluminum phosphate are preferably used.
  • thermoplastic resin composition It is difficult to simultaneously improve the dnZdT reduction effect, light transmittance, desired refractive index, etc. of the thermoplastic resin composition, and the fine particles dispersed in the thermoplastic resin are thermoplastic resin.
  • the size of the dnZdT of the microparticles itself, the difference between the dnZdT of the microparticles and the dnZdT of the thermoplastic resin used as the base material, the refractive index of the microparticles, etc. should be selected appropriately Can do.
  • fine particles that are compatible with the thermoplastic resin as a base material that is, dispersibility with respect to the thermoplastic resin, and hardly cause scattering, to maintain light transmittance.
  • silica is preferably used as fine particles for reducing I dn / dT I while maintaining light transmittance.
  • the fine particles one kind of inorganic fine particles may be used, or a plurality of kinds of inorganic fine particles may be used in combination. By using a plurality of types of fine particles having different properties, the required properties can be improved more efficiently.
  • the inorganic fine particles according to the present invention preferably have an average particle size of 1 nm or more and 30 nm or less, more preferably 1 nm or more and 20 nm or less, and further preferably 1 nm or more and lOnm or less. If the average particle size is less than lnm, it is difficult to disperse the inorganic fine particles and the desired performance may not be obtained. Therefore, the average particle size is preferably lnm or more. If it exceeds the upper limit, the resulting thermoplastic material composition may become turbid and the transparency may be lowered, and the light transmittance may be less than 70%. Therefore, the average particle size is preferably 30 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter here refers to the volume average value of the diameter (sphere equivalent particle diameter) when each particle is converted to a sphere having the same volume.
  • the shape of the inorganic fine particles is not particularly limited, but spherical fine particles are preferably used.
  • the minimum particle diameter minimum distance between the tangent lines when drawing two tangent lines that touch the outer circumference of the fine particle
  • Z maximum diameter the corresponding value when drawing two tangent lines that touch the outer circumference of the fine particle
  • the maximum value of the distance between tangents is 0.5 to 1.0. Force S is preferable, and 0.7 to 1.0 is still more preferable.
  • the particle size distribution is not particularly limited, but in order to achieve the effects of the present invention more efficiently, it has a relatively narrow distribution than that having a wide distribution. Those are preferably used.
  • optical pickup device which is compact and can appropriately record and Z or reproduce information on different types of high-density optical discs.
  • FIG. 1 shows an optical pickup according to the present embodiment that can appropriately record and Z or reproduce information on BD (or HD DVD), DVD and CD, which are different optical information recording media (both optical discs).
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a device PU1.
  • the powerful optical pickup device PU1 can be installed in an optical information recording / reproducing device.
  • the first optical information recording medium is BD
  • the second optical information recording medium is DVD
  • the third optical information recording medium is CD.
  • information recording and DVD Second semiconductor laser EP1 (second light source) that emits light when emitting Z or reproducing and emits a 680 nm laser beam (second beam), and emits light when recording and Z or reproducing information on a CD Third laser diode EP2 (third light source) that emits a 750-nm laser beam (third beam), first light-receiving unit DS1 that receives the reflected beam from DVD information recording surface RL2, and CD information recording
  • the laser module LM includes a second light receiving unit DS2 that receives a reflected light beam from the surface RL3 and a prism PS.
  • the central region including the optical axis on the aspheric optical surface on the light source side, the peripheral region disposed around the central region, and the outermost region disposed around the central region
  • the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are overlapped with each other in the central area.
  • the first optical path difference providing structure is a ring-shaped structure that provides an optical path difference equivalent to an odd multiple of the wavelength ⁇ 1 to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone, and the first light flux for BD,
  • the spherical aberration is changed in the under direction for all of the second luminous flux for DVD and the third luminous flux for CD.
  • the second optical path difference providing structure has a ring-shaped structure, and applies an optical path difference equivalent to an even multiple of the wavelength ⁇ 1 to the light beam that has passed through the adjacent annular zone, and the second light beam for DVD. Only the spherical aberration is changed in the over direction.
  • the objective optical element system OBJ is designed by the following procedure.
  • the first step when the first light flux, the second light flux, and the third light flux are incident on the objective optical system so that the magnification of the objective optical system in use is the same for BD, DVD, and CD.
  • the first light flux difference passing structure formed by forming a first optical path difference providing structure having an annular structure on one optical surface of the plurality of refractive optical surfaces, and passing through the adjacent annular zones.
  • the first optical path difference providing structure is designed so that an optical path difference equivalent to an odd multiple of ⁇ 1 is applied.
  • the first optical path difference providing structure is designed so that the spherical aberration is changed to either under or over with respect to the first light flux, the second light flux, and the third light flux.
  • the second light beam is incident on the objective optical system designed in the first step so as to have the same magnification as the first step, and is condensed on the information recording surface of the DVD.
  • the second optical path difference providing structure is designed so as to correct the spherical aberration generated by the action of the refractive optical surface designed in the first step and the first optical path difference providing structure.
  • a second optical path difference providing structure having an annular structure is formed, and an optical path difference equivalent to an even multiple of ⁇ ⁇ is applied to the first light flux that has passed through the adjacent annular zone.
  • the second optical path difference providing structure is designed.
  • the second optical path difference providing structure is designed so that the spherical aberration is changed to the other one of the under and over different from the above only for the second light flux.
  • the optimum refractive optical surface, the first optical path difference providing structure, and the second optical path difference providing structure are designed.
  • the spherical aberration is corrected to under by passing through the providing structure.
  • information recording and recording can be appropriately performed on a DVD having a protective layer thickness t2.
  • the light beam having a wavelength of 3 emitted from the infrared semiconductor laser EP2 is incident on the objective optical element OBJ as a parallel light beam
  • spherical aberration is corrected in the first case only with the aspheric optical surface. Since the spherical aberration is appropriately corrected by passing through the optical path difference providing structure, and the second optical path difference providing structure does not have an influence, information recording and Z or Playback can be performed.
  • the divergent light beam having a first wavelength of 408 nm emitted from the blue-violet semiconductor laser LD1 is transmitted through the polarization dichroic prism PPS and converted into a parallel light beam by the collimator lens CL, and then by a 1Z4 wavelength plate (not shown).
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL1 is transmitted again through the objective optical element OBJ and the aperture stop ST, and then converted from circularly polarized light to linearly polarized light by a 1Z4 wavelength plate (not shown).
  • the light is converged by CL, passes through the polarization dichroic prism PPS, and then converges on the light receiving surface of the first photodetector PD1. Then, the information recorded on the BD can be read by using the output signal of the first photodetector PD1 and tracking the objective optical element OBJ with the two-axis actuator AC.
  • the 680-nm divergent light beam emitted from the red semiconductor laser EP1 is reflected by the prism PS, then reflected by the polarization dichroic prism PPS, converted into a parallel light beam by the collimator lens CL, and then a 1Z4 wavelength plate (not shown)
  • the linear polarization force is converted into circularly polarized light by, and enters the objective optical element OBJ.
  • the light beam condensed by the central region and the peripheral region of the objective optical element OBJ becomes a spot formed on the information recording surface RL2 of the DVD through the protective layer PL2 having a thickness of 0.6 mm.
  • the light flux that has passed through other than the central region and the peripheral region is flared.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 is again transmitted through the objective optical element OBJ and the aperture stop ST, and then converted from circularly polarized light to linearly polarized light by a 1Z4 wavelength plate (not shown).
  • the light is converged by CL and reflected by the polarization dichroic prism PPS, then reflected twice in the prism and then converged on the first light receiving part DS1.
  • the information recorded on the DVD can be read using the output signal of the first light receiving unit DS1.
  • the 750-nm divergent light beam emitted from the infrared semiconductor laser EP2 is reflected by the prism PS, then reflected by the polarization dichroic prism PPS, converted into a parallel light beam by the collimating lens CL, and then 1Z4 wavelength (not shown) It is converted into circularly polarized light by the plate and is incident on the objective optical element OBJ.
  • the light beam collected only by the central region of the objective optical element OBJ becomes a spot formed on the information recording surface RL3 of the CD via the protective layer PL3 having a thickness of 1.2 mm.
  • the light beam that has passed through the rest is flared.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL3 is again transmitted through the objective optical element OBJ and the aperture stop ST, and then converted from circularly polarized light to linearly polarized light by a 1Z4 wavelength plate (not shown). It is made into a convergent luminous flux by CL, and it becomes a polarization dichroic prism PPS. After the reflection, the light is reflected twice in the prism, and then converged on the second light receiving unit DS2. The information recorded on the CD can be read using the output signal of the second light receiving unit DS2.
  • Example 1 the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are formed in the central region of the optical surface of the single objective optical element.
  • Tables 1 to 3 show the lens data.
  • ri is the radius of curvature
  • di is the i-th surface force
  • ni is the refractive index of each surface.
  • an exponent of 10 for example, 2. 5 X 10 _3)
  • E e.g., 2. 5 XE 3
  • * d i represents the displacement from the i-th surface to the i + 1-th surface.
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 3rd order DVD: 2nd order)
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 3rd order DVD 2nd order CD 2nd order)
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 3rd order DVD: 2nd order CD: 2nd order)
  • optical surface of the objective optical element is formed as an aspherical surface that is symmetric about the optical axis and is defined by a mathematical formula obtained by substituting the coefficients shown in Table 13 into Formula 1. Same as in examples 2 and 3.)
  • the optical path length given to the light flux of each wavelength by the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure is a coefficient shown in Tables 1 to 3 in the optical path difference function of Formula 2. (It is the same in the embodiments 2 and 3).
  • ⁇ The wavelength of the light beam incident on the diffractive structure
  • a B Blaze wavelength
  • Fig. 4 (a) is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force and the defocus amount when using HD DVD in Example 1
  • Fig. 4 (b) shows the use of DVD in Example 1.
  • 4 (c) is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force and the defocus amount when using a CD in Example 1. It is.
  • Example 2 the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are formed in the central region of the optical surface of the single objective optical element.
  • Tables 4-6 show the lens data.
  • Figure 5 (a) shows the height of the optical axis force and the defocus amount when using HD DVD in Example 2.
  • Fig. 5 (b) is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force when using a DVD and the defocus amount in Example 2
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force when using a CD in Example 2 and the defocus amount.
  • * cM represents the displacement from the i-th surface to the i + 1-th surface.
  • ⁇ di ' ⁇ d' is the c representing the displacement from the '' surface to the first surface.
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 3rd order DVD: 2nd order)
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 3rd order DVD: 2nd order CD: 2nd order)
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 3rd order DVD: 2nd order CD: 2nd order)
  • Example 3 the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are formed in the central region of the optical surface of the single objective optical element.
  • Tables 7 to 9 show the lens data.
  • Fig. 6 (a) is a diagram showing the relationship between the height of the optical axis force when using HD DVD and the defocus amount in Example 3, and
  • Fig. 6 (b) shows the light when using DVD in Example 3.
  • FIG. 6 (c) is a diagram showing the relationship between the height of the axial force and the defocus amount, and FIG.
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 1st order DVD: 1st order CD: 1st order)
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 1st order DVD: 1st order CD: 1st order)
  • Optical path difference function (Diffraction order HD DVD: 1st order DVD: 1st order CD: 1st order)
  • Table 10 shows the chromatic aberration for each type of optical disc, the amount of optical path difference imparted by the optical path difference imparting structure, and the diffraction efficiency for each type of optical disc for each example.

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Abstract

　本発明に係る光ピックアップ装置は、第１光束を出射する第１光源と、第２光束を出射する第２光源と、第３光束を出射する第３光源と、輪帯状の構造からなる第１光路差付与構造と輪帯状の構造からなる第２光路差付与構造とを有する対物光学ユニットとを備え、 　前記第１光束、第２光束及び第３光束が前記対物光学ユニットへ入射した時の前記対物光学ユニットの倍率がほぼ同じであり、 　前記第１光路差付与構造は前記第１光束に対して所定の光路差を付与するとともに、前記第１光束、第２光束、第３光束の全てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのうちいずれか一方に変化させ、 　前記第２光路差付与構造は前記第１光束に対して所定の光路差を付与するとともに、前記第１光束、第２光束、第３光束のうち前記第２光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち前記一方とは違う他方に変化させる。

Description

明 細 書
光ピックアップ装置及び、対物光学ユニット及び対物光学系の設計方法 技術分野
[0001] 本発明は、光ピックアップ装置及び対物光学ユニットに関し、特に異なる波長の光 源を用いて異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び Z又は再生を行 える光ピックアップ装置及びそれに用いる対物光学ユニットに関する。
背景技術
[0002] 近年、波長 400nm程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び Z又は 再生を行える高密度光ディスクシステムの研究 ·開発が急速に進んでいる。一例とし て、 NAO. 85、光源波長 405nmの仕様で情報の記録及び Z又は再生を行う光ディ スク、いわゆる Blu— ray Disc (以下、 BDという）では、 DVD (NAO. 6、光源波長 6 50nm、記憶容量 4. 7GB)と同じ大きさである直径 12cmの光ディスクに対して、 1層 あたり 23〜27GBの情報の記録が可能であり、又、 NAO. 65、光源波長 405nmの 仕様で情報の記録及び Z又は再生を行う光ディスク、いわゆる HD DVD (以下、 H Dという）では、直径 12cmの光ディスクに対して、 1層あたり 15〜20GBの情報の記 録が可能である。尚、 BDでは、光ディスクの傾き (スキュー）に起因して発生するコマ 収差が増大するため、 DVDにおける場合よりも保護層を薄く設計し (DVDの 0. 6m mに対して、 0. 1mm)、スキューによるコマ収差量を低減している。以下、本明細書 では、このような光ディスクを「高密度光ディスク」と呼ぶ。
[0003] ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録及び Z又は 再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ Zレコーダの製品としての価値は十 分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録した DVDが販売され て 、る現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録及び Z又は再生が できるだけでは足らず、例えばユーザが所有している DVDに対しても同様に適切に 情報の記録及び Z又は再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディ スクプレーヤ Zレコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背 景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ Zレコーダに搭載される光ピックァ ップ装置は、高密度光ディスクと DVDの何れに対しても互換性を維持しながら適切 に情報を記録及び Z又は再生できる性能を有することが望まれる。
[0004] 高密度光ディスクと DVDの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記 録及び Z又は再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系と DVD 用の光学系とを情報を記録及び Z又は再生する光ディスクの記録密度に応じて選択 的に切り替える方法が考えられる力 複数の光学系が必要となるので、小型化に不 利であり、またコストが増大する。
[0005] 従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性 を有する光ピックアップ装置にお!ヽても、高密度光ディスク用の光学系と DVD用の 光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らす のが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物レンズを共通化し、更に この対物レンズを単レンズ構成とすることが光ピックアップ装置の構成の簡素ィ匕、低コ スト化に最も有利となる。尚、記録及び Z又は再生波長が互いに異なる複数種類の 光ディスクに対して共通な対物レンズとして、球面収差の波長依存性を有する回折 構造をその表面に形成し、かかる回折構造の波長依存性を利用して、記録及び Z又 は再生波長や、保護層厚さの違いによる球面収差を補正する対物レンズが知られて いる。
[0006] ここで、特許文献 1には、高密度光ディスクと DVDに対して互換可能に情報の記録 及び Z又は再生を行える単レンズ構成の対物レンズが開示されている。
[0007] ところで、特許文献 1に開示された対物レンズは、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、かかる回折構造の回折作用により高密度光ディスクと DVD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。しかし、この対物レンズは、単 レンズ構成であるので、低コストで生産が可能であるものの、以下に述べるような課題 を有している。
[0008] 具体的な課題としては、回折構造により発生する球面収差の波長依存性が大き 、 ことがある。このような場合、発振波長が設計波長力も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 。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「レーザ光源の選別問 題」は、高密度光ディスクと DVD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。特許文献 1に開示された対物レンズに ぉ 、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 810Z6 55 = 1. 24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 、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。
[0009] 力かる課題に対して、使用するレーザ光源に応じて、光学素子を光軸方向に駆動 するなどの方式も開発されている力 駆動のための構成が必要となり、光ピックアップ 装置が大型化するという新たな課題が生じる。
特許文献 1 :特開 2004— 79146号公報
発明の開示
[0010] 本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら、異なる 種類の光情報記録媒体に対して良好に情報の記録及び Z又は再生を行える光ピッ クアップ装置、及びそれに用いる対物光学ユニットを提供することを目的とする。
[0011] 本発明に係る構成は、
厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 λ 1の第 1光束を出射する第 1光源と、
厚さ t2の保護層を有する第 2光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 λ 2の第 2光束を出射する第 2光源と、
厚さ t3の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 λ 3の第 3光束を出射する第 3光源と、
輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造及び輪帯状の構造からなる第 2光路差 付与構造を有する対物光学ユニットを備える光ピックアップ装置であって、 前記第 1光束、第 2光束及び第 3光束が前記対物光学ユニットへの入射した時の前 記対物光学ユニットのそれぞれの倍率がほぼ同じであり、
前記第 1光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して所定の光路 差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束の全てに対して球面収差を アンダーもしくはオーバーのうちいずれか一方に変化させ、前記第 2光路差付与構 造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して所定の光路差を付与するとともに、前 記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダ 一もしくはオーバーのうち前記一方とは違う他方に変化させる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本実施の形態の光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
[図 2]光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付与 構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの一例に力かる断面図である。
[図 3]光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付与 構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの別例に力かる断面図である。
[図 4]図 4 (a)は、実施例 1における HD DVD使用時の光軸力 の高さとデフォー力 ス量との関係を示す図であり、図 4 (b)は、実施例 1における DVD使用時の光軸から の高さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 4 (c)は、実施例 1における CD 使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。
[図 5]図 5 (a)は、実施例 2における HD DVD使用時の光軸力 の高さとデフォー力 ス量との関係を示す図であり、図 5 (b)は、実施例 2における DVD使用時の光軸から の高さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 5 (c)は、実施例 2における CD 使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。
[図 6]図 6 (a)は、実施例 3における HD DVD使用時の光軸力もの高さとデフォー力 ス量との関係を示す図であり、図 6 (b)は、実施例 3における DVD使用時の光軸から の高さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 6 (c)は、実施例 3における CD 使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、本発明に関する構成の好ましい形態を説明する。 [0014] 項 1に記載の光ピックアップ装置は、
厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 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光情報記録媒体の情報記録面に対して集 光スポット形成を行う波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)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光情報記録媒体の情報記録面に対して集 光スポット形成を行う波長え 3 (1. 9 X λ Κ λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束を出射す る第 3光源と、
輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造と輪帯状の構造からなる第 2光路差付 与構造とを有する対物光学ユニットとを備え、
前記第 1光束、第 2光束及び第 3光束が前記対物光学ユニットへの入射した時の前 記対物光学ユニットの倍率をそれぞれ ml、 m2、 m3とした場合に、 ml、 m2、 m3が ほぼ同じであり、
前記第 1光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1 の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束の全 てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのうちいずれか一方に変化させ、前 記第 2光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の 偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち 前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち前記一方とは 違う他方に変化させる。
[0015] 例えば、 ml、 m2、 m3の値は、それぞれ下記式（1)、 (2)、 (3)を満たす。
[0016] 0. 02 < ml < 0. 02 (1)
-0. 02 < m2 < 0. 02 (2)
-0. 02 < m3 < 0. 02 (3)
また、上記対物光学ユニットは、複数の光学素子力も構成されていても良いし、単 玉力 なる対物光学素子であっても良い。
[0017] また、上記光ピックアップ装置において、前記第 1光路差付与構造は隣り合う輪帯 を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するととも に、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束の全てに対して球面収差をアンダー方向に変 化させ、前記第 2光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記 波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3 光束のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をオーバー方向に変化させることが 好ましい。
[0018] 項 2に記載の構成は、項 1記載の光ピックアップ装置において、以下の式（5)、 (6) を満たす。
[0019] ml— 0. 02 < m2 < ml + O. 02 (5)
ml -O. 02 < m3 < ml + O. 02 (6)
項 3記載の構成は、項 1〜項 2記載の 、ずれかに記載の光ピックアップ装置にお!、 て、上記対物光学ユニットの倍率 ml、 m2、 m3の値がほぼ 0である。
[0020] また、項 4記載の構成は、項 1〜項 3の何れかに記載の光ピックアップ装置におい て、それぞれ式（1)、（2)、（3)を満たす。
[0021] 本発明に係る構成は、回折と倍率との新たな組合せにより、 3つの異なる光情報記 録媒体に対して適切に情報の記録及び Z又は再生を行うものである。すなわち、従 来用いられてきた回折構造等の光路差付与構造の欠点を補うため、他の光路差付 与構造を用いてさらに補正を行うことにより、課題を解決しょうとしている。
[0022] まず、前記対物光学ユニットの光学機能面におけるベース非球面のみでは、いず れの光情報記録媒体に対しても収差のない集光スポットの形成は難しぐベース非 球面と 2つの光路差付与構造との組合せによって収差が補正されるようになっている
[0023] 前記第 1光路差付与構造は、ベース非球面により屈折される前記第 1光束及び前 記第 3光束に対しては適正に収差の補正を行うように設計されている。更に、前記第 3の波長が前記第 1の波長の偶数倍に近い場合、前記第 1光束と前記第 3光束に対 して作用を異ならせるために、前記第 1光束に対して奇数倍相当の光路差を付与す るようにする。すると、波長差に基づいて、前記第 3光束は半波長分ずれた光路差を 与えられることになり、前記第 1光束及び前記第 3光束に対する光学作用を異ならせ る事が出来るので、保護層の厚さが異なることに起因する球面収差をそれぞれ適切 に補正できる。そして輪帯ピッチを適宜設定し、球面収差をアンダー方向に変化させ る作用を与えるようにすることで、前記対物光学ユニット自体が有する屈折力と、前記 第 1光路差付与構造の作用との組合せにより、例えば保護層の厚さの異なる前記第 1光束及び前記第 3光束に対しては良好な集光スポットが形成できる。
[0024] ところが、このように前記第 1光路差付与構造を設計すると、前記第 2光束に対して 過剰に球面収差をアンダー側にする作用を与える事になってしまい、前記対物光学 ユニット自体が有する屈折力との組合せにお 、て、良好な集光スポット形成はできな くなる恐れがある。そこで、前記第 2光路差付与構造に、力かる過剰分をキャンセル アウトする作用を担持させることによって、いずれの光情報記録媒体に対しても適切 に情報の記録及び/又は再生を行えるようにして 、る。
[0025] しかしながら、前記第 1光路差付与構造と屈折力との組合せで良好な波面が形成 されている前記第 1光束と前記第 3光束とに対して、前記第 2光路差付与構造が悪影 響を及ぼすことを避ける必要がある。そこで、前記第 2光路差付与構造については、 前記波長 λ 1の偶数倍の光路差を第 1光束に付与するようにし、それにより前記第 1 光束は波面の位相に変化を生じないようにできる。更に、前記第 3光束が、前記第 1 光束のほぼ偶数倍の波長であるときは、波長 λ 1の整数倍の光路差を付与されること となり、同様に波面の位相に変化を生じないこととなる。なお、輪帯ピッチを調整する ことにより、前記波長 λ 1と前記波長 λ 3の光束に対しては光線を曲げる作用を与え ないようにしておくと好ましい。このような構成により、前記第 1光束と前記第 3光束と は、前記第 2光路差付与構造によって集光に影響を及ぼされることがないという利点 がある。なお、偶数倍相当とは、 ηを自然数とした場合、 (2η-0. 1) Χ λ 1以上、（2η + 0. 1) Χ λ 1以下の範囲をいう。また奇数倍相当とは、 ηを自然数とした場合、 { (2η -D -0. 1 } Χ λ ΐ以上、 { (2η—1) +0. 1 } Χ λ ΐ以下の範囲をいう。
[0026] こうした制約を設けても、前記第 2光束に対して所望の作用を与えるように前記第 2 光路差構造を設計することができる。ここでは前記第 1光路差付与構造によって過剰 にアンダー方向に変化させられた球面収差をキャンセルさせるため、前記第 2光路差 付与構造を、球面収差をオーバー方向に変化させる作用を与えるように設計すること ができる。こうすることにより、前記第 2光束は、前記対物光学ユニットの屈折作用、前 記第 1光路差付与構造の作用、第 2光路差付与構造の作用、の 3つの組合せにより 、各光情報記録媒体にぉ 、て良好な集光スポットを形成できる。
[0027] 更に、前記第 1光束、第 2光束及び第 3光束の前記対物光学ユニットへの入射光束 倍率 ml、m2、m3が、それぞれ関係式（1)、（2)、（3)を満たすようにすれば、前記 対物光学ユニットには無限平行光が入射することとなり、前記対物光学ユニットのトラ ッキング動作時に、コマ収差の発生を抑制できるなど、光ピックアップとして取扱いが 良ぐ特に書き込み系や高速タイプの情報記録再生装置に好ましく用いることができ る。
[0028] 項 5に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 4のいずれかに記載の構成において 、前記対物光学ユニットに前記第 1光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、 前記対物光学ユニットに前記第 2光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用および前 記第 2光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合せによって前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、
前記対物光学ユニットに前記第 3光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成される。
[0029] 項 6に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 5のいずれかに記載の構成において 、前記第 1光路差付与構造と、前記第 2光路差付与構造とは重畳されてなり、同一の 光学面上に存在する。
[0030] 項 7に記載の光ピックアップ装置は、項 6に記載の構成において、両光路差付与構 造の設けられて!/ヽる光学面は光源側であるので、前記光路差付与構造に平行光が 入射することから光線のケラレなどを抑制できる。
[0031] 項 8に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 7のいずれかに記載の構成において 前記対物光学ユニットの光学機能面は光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む 周辺領域を有し、
前記中央領域は前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造を備え、 前記中央領域は前記第 1光情報記録媒体、前記第 2光情報記録媒体及び前記第 3光情報記録媒体の情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられるととも 〖こ、前記周辺領域は前記第 1光情報記録媒体、前記第 2光情報記録媒体及び前記 第 3光情報記録媒体の情報記録面のうち、前記第 1光情報記録媒体及び前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に対してのみ集光スポット形成に用いられる。
[0032] 図 2は、光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付 与構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの例に力かる断面図である力 理解しやす 、ように回折構造 DSと位相構造 PSとは誇張して描 、て 、る。中央領域 CRは、第 1光束及び第 2光束が共通して通過し、周辺領域 PRは、第 1光束のみが 通過する。図 2において、実線で示す光軸 Xを中心とした断面がブレーズ状の回折 構造 DSは、位相構造 PSと重畳させているため、局所的に軸線方向に変位した構成 となっている。図 2に示す例では、回折構造 DSが正の向きのブレーズ構造のみから なるために、ブレーズの頂点を結ぶと、位相構造 PSの形状を示す包絡線（図 2で示 す点線）が描かれる。尚、回折構造 DSとして、負の向きのブレーズ構造を混在させて ちょい。
[0033] 図 3は、光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付 与構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの別例に力かる断面図である 力 理解しやすいように表面形状は誇張して描いている。図 3に示す対物レンズ OBJ においては、中央領域 CRが、光軸 Xを含む第 1領域 R1と、その周囲の第 2領域 R2と 、更にその周囲であって周辺領域 PRと接する第 3領域 R3とから構成されている。ここ で、第 1領域 R1においては、負の向きのブレーズ構造と位相構造とが重畳されてい るので、輪帯溝の底部を結ぶと、位相構造 PSの形状を示す包絡線（図 3で示す点線 )となり、第 3領域 R3においては、正の向きのブレーズ構造と位相構造とが重畳され ているので、ブレーズの頂点を結ぶと、位相構造 PSの形状を示す包絡線（図 3で示 す点線）となる。第 2領域 R2は、負の向きのブレーズ構造と、正の向きのブレーズ構 造との切り替えのために必要な遷移領域である。この遷移領域は、回折構造により透 過波面に付加される光路差を光路差関数で表現したとき、光路差関数の変曲点に 相当する領域である。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、回折構造の形状誤差による透過率低 下を抑制できる。
[0034] 尚、ブレーズ構造の向きが光軸力も離れるに従って負の向き力も正の向きへと一度 入れ替わる場合は、位相構造の形状を、図 3に示したように、中央領域の所定の高さ までは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、所定の高さより外側では、光軸 力 離れるに従って光路長が短くなるように、光軸方向に変移する形状（図 3で示す 点線)とするのが好ましい。このとき、位相構造の輪帯のうち最も光路長が長い輪帯 に、中央領域の 7割の高さの位置が含まれるのがより好ましい。
[0035] 上記の光ピックアップ装置において、前記対物光学ユニットは前記周辺領域を囲 む最外領域を有し、前記最外領域を通過した前記第 1光束は、前記第 1光情報記録 媒体の情報記録面における集光スポット形成に用いられても良ぐこれにより、前記 第 1の光情報記録媒体の高開口数に対応できる。
[0036] また、前記最外領域が光路差付与構造を有し、前記最外領域を通過した前記第 2 光束及び前記第 3光束はフレア化する構成でも良ぐこれにより、前記対物光学ュニ ットに開口絞りの効果を与えることができる。
[0037] 項 9に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 8のいずれかに記載の構成において 、前記第 1光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。「鋸歯状回折構造」とは、例 えば少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割さ れ、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも 1つが、光軸を中心とした輪帯状の領 域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、光軸方 向断面が鋸歯状の構造をいう。
[0038] 項 10に記載の光ピックアップ装置は、項 9に記載の構成において、
前記第 1光路差付与構造が回折構造である場合に、該回折構造の光軸に平行な 方向の輪帯平均段差量 dlが以下を満たす。
MOD (dl X (η1 - 1) / λ 1) Χ λ Κ
MOD (dl X (η2- 1) / λ 2) X λ 2 但し、 MOD (a): aに最も近 、整数、
η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
η2: λ 2の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率
11:輪帯数111、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
dl=(Dl + D2 + D3---)/m
この場合、該回折構造によって生じ、前記集光スポットを形成する前記第 1光束の 回折光の回折次数を Kl、前記第 2光束の回折光の回折次数を Κ2とし、前記対物光 学ユニットを構成する材料の前記波長え 1に対する屈折率を nl、前記波長 λ 2に対 する屈折率を η2とするとき、次の式を満たす。
[0039] (Κ1· λ l)/(nl-l) < (Κ2· λ 2)/(η2-1) (4)
ただし、 Κ1 、 Κ2はいずれも正の整数である。
[0040] 本構成によれば、前記第 1光束よりも、前記第 2光束について球面収差補正を過剰 にすることができる。
[0041] 項 11に記載の光ピックアップ装置は、項 9に記載の構成において、前記第 1光路差 付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満たす。
Figure imgf000013_0001
但し、 1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
この場合、前記第 1光路差付与構造を通過した第 1光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなる。
[0042] 項 12に記載の光ピックアップ装置は、項 9〜： L1のいずれかに記載の構成において 、前記第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下 を満たす。
Figure imgf000013_0002
但し、 MOD(a)： αに最も近い整数、 但し、 η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
この場合、前記第 1光路差付与構造を通過した第 1光束は、 3次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 2光束は、 2次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 3光束は、 2次回折光の光量が 最も高くなる。
[0044] もしくは、前記第 1光路差付与構造を通過した第 1光束は、 3次回折光の光量が最 も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 2光束は、 2次回折光の光量が最 も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光の光量が最 も高くなる。
[0045] 項 13に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜8のいずれかに記載の構成において、 前記第 1光路差付与構造が、 NPS(Non—Periodic Phase Structure)である。
[0046] 項 14に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜13のいずれかに記載の構成において
、前記第 2光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。
[0047] 項 15に記載の光ピックアップ装置は、項 14に記載の構成において、前記第 2光路 差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d3が以下を満たす。
[0048] MOD(d3X (ηΐ' 1) =2
但し、 MOD (a) : aに最も近 、整数、
η1' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率
d3:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d3=(Dl + D2 + D3---)/m
この場合、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 2次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなる。
[0049] 項 16に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜13のいずれかに記載の構成において 、前記第 2光路差付与構造が、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、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重畳型回折構造である。
[0050] 「重畳型回折構造」とは、光学機能面が光軸を中心とした複数の回折周期からなり 、該複数の回折周期は、所定数の不連続な光軸方向の段差と光軸を中心とし輪帯 状の領域力 構成される構造が連続的に配されたものである。重畳型回折構造は、 マルチレベル構造、 DOE構造ともいい、例えば回折構造は、光学素子の光学機能 面が光軸を中心とした複数の輪帯に分割されていて、この輪帯がそれぞれ鋸歯状に 形成されているものであるが、この 1つの鋸歯部に、さらに所定数の階段形状を設け ている構造である。これにより、回折作用を与える光を波長により選択することが可能 となる。
[0051] 前記第 2光路差付与構造として、階段状形状をくり返す、いわゆる波長選択回折を 用いることもできる。この構造の場合、ある特定の波長にのみ回折作用を与え、他の 波長に対してはそのまま透過できる。ここでは波長 λ 3が波長 λ 1のほぼ 2倍である ので、波長 λ 3の第 3光束に対してそのまま透過できるようにすれば、波長 λ 1の第 1 光束もそのまま透過できるので、波長 λ 2の第 2光束に対してのみ回折作用を与える ことができる。
[0052] 項 17に記載の光ピックアップ装置は、項 16に記載の構成において、前記第 2光路 差付与構造における前記階段状とされたパターンの光軸に平行な輪帯平均段差量 d4が以下を満たす。
MOD(d4X (nl'-l)/l l)=2k
但し、 MOD (a) : aに最も近 、整数、
η1' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
k:自然数
d4:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d4=(Dl + D2 + D3---)/m
この時、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 0次回折光の光量が最も 高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光の光量が最も 高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 0次回折光の光量が最も 高くなる。
[0053] 項 18に記載の光ピックアップ装置は、項 16に記載の構成において、前記第 2光路 差付与構造の各パターンに形成されたレベル面力 前記対物光学ユニット素子のベ ース非球面に沿って形成されて 、る。
[0054] 上記構成において、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 2次回折光 の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光 の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光 の光量が最も高くなることが好まし 、。
[0055] 同様に、上記構成において、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 0次 回折光の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次 回折光の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 0次 回折光の光量が最も高くなることが好まし 、。
[0056] 項 19に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜13のいずれかに記載の構成において 、前記第 2光路差付与構造が、 NPS (Non—Periodic Phase Structure)である
[0057] 前記第 2光路差付与構造として、 NPSを用いることもできる。 NPSとは、その構造を 通過する光束に位相差を付与することにより、波面を揃え、あた力も無収差であるか のようにすることができる構造のことを言う。この時、球面収差の補正は必ずしも行わ なくて良い。 NPSの場合、段差を有する輪帯を、光軸を中心に設け、その段差を波 長 λ 1の光束に対して λ 1の偶数倍の光路差を与えるようにする。これにより、前記第 1光束については波面に影響が生じない。そして波長 λ 1の偶数倍の光路差を与え る段差は、波長 λ 3の光束に対して波長 λ 3の整数倍の光路差を与え、前記第 3光 束に対しても波面に影響を生じない。一方で、波長 λ 1と波長え 2との波長差により、 前記第 2光束は当該 NPSを通過することにより波面が変化するので、これを利用して 、集光スポットが良好な波面状態となるようにすることができる。 NPSの場合も、輪帯 間隔を調整することにより波面の変化のさせ方をコントロールすることができる。偶数 倍相当とは、 ηを自然数とした場合、（2η—0. 1) Χ λ 1以上、（2η+0. 1) X λ 1以 下の範囲をいう。 [0058] 項 20に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜19のいずれかに記載の構成において 、前記波長 X 1ίま、 380nm< λ l <420nmであり、前記波長 λ 2ίま、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 0875mm≤tl≤0. 1125mmで あり、前記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、 前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。
[0059] 項 21に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜19のいずれかに記載の構成において 、前記波長 X 1ίま、 380nm< λ l <420nmであり、前記波長 λ 2ίま、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 5mm≤tl≤0. 7mmであり、前 記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。
[0060] 上記光学系を設計する場合、光源のバラツキを考慮し、波長 λ 1、え 2、 λ 3、およ び第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tl、第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2、第 3 光情報記録媒体の保護層厚さ t3を、上記の条件式を満たすように設計することが一 般的に行なわれている。
[0061] また、上記構成において、前記波長 λ 1と前記波長 λ 2との間には、以下の関係が 成り立つことが好ましい。
[0062] 1. 5 Χ λ 1 < λ 2< 1. 7 Χ λ 1 (5)
項 22に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜21のいずれかに記載の構成において 、前記対物光学ユニットがガラスを素材としている。
[0063] 項 23に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜21のいずれかに記載の構成において 、前記対物光学ユニットがプラスチックを素材として 、る。
[0064] また、前記対物光学ユニットはガラス及びプラスチックを素材として 、てもよ!/、。
[0065] 項 24に記載の対物光学ユニットは、輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造と、 輪帯状の構造からなる第 2光路差付与構造とを有し、
対物光学ユニットに入射した波長え 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有 する第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射した波長 Χ 2 { λ Κ λ 2)の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射した波長 λ 3 (1. 9 X λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束力 倍率 Μで厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有 する第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光するようにした場合に、
前記第 1光路差付与構造は、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 の全てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのどちらか一方に変化させるも のであり、
前記第 2光路差付与構造は、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち前記一 方とは異なる他方に変化させる。
[0066] 項 25に記載の対物光学ユニットは、項 24に記載の構成において、前記対物光学 ユニットの倍率 Μがほぼ 0である。
[0067] 項 26に記載の対物光学ユニットは、項 25に記載の構成において、以下の式（7)を 満たす。
[0068] -0. 02< Μ< 0. 02 (7)
項 27記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 26のいずれかに記載の構成において 前記対物光学ユニットに前記第 1光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、 前記対物光学ユニットに前記第 2光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用および前 記第 2光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合せによって前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、
前記対物光学ユニットに前記第 3光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成される。
[0069] 項 28記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 27のいずれかに記載の構成において 前記第 1光路差付与構造と、前記第 2光路差付与構造とは重畳されてなり、同一の 光学面上に存在する。
[0070] 項 29記載の対物光学ユニットは、項 28に記載の構成において、
両光路差付与構造の設けられている光学面が光源側である。
[0071] 項 30記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 29のいずれかに記載の構成において 前記対物光学ユニットの光学機能面は光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む 周辺領域を有し、
前記中央領域は前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造を備え、 前記第 1光路差付与構造は、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記周辺 領域を通過した波長 λ 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有する第 1光情 報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記 周辺領域を通過した波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2 (tl≤t2) の保護層を有する第 2光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに 入射し前記中央領域を通過した波長え 3 (1. 9 Χ λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光 束が、倍率 Μで厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録 面に集光するようにした場合に、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 の全てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのどちらか一方に変化させるも のであり、
前記第 2光路差付与構造は、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記周辺 領域を通過した波長 λ 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有する第 1光情 報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記 周辺領域を通過した波長 λ 2の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2の保護層を有する第 2 光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域 を通過した波長 λ 3の第 3光束が、倍率 Μで厚さ t3の保護層を有する第 3光情報記 録媒体の情報記録面に集光するようにした場合に、隣り合う輪帯を通過した第 1光束 に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはォー バーのうち前記一方とは異なる他方に変化させる。
[0072] 項 31記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 30のいずれかに記載の構成において 前記第 1光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。
[0073] 項 32記載の対物光学ユニットは、項 31記載の構成において、
前記第 1光路差付与構造が回折構造である場合に、該回折構造の光軸に平行な 方向の輪帯平均段差量 dlが以下を満たす。
Figure imgf000020_0001
但し、 MOD (a): aに最も近 、整数、
η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
η2: λ 2の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
11:輪帯数111、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
dl=(Dl + D2 + D3---)/m
項 33記載の対物光学ユニットは、項 31記載の構成において、
第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満 たす。
Figure imgf000020_0002
但し、 1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
項 34記載の対物光学ユニットは、項 31〜33記載の構成において、
第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満 たす。
Figure imgf000021_0001
但し、 MOD (a) : aに最も近 、整数、
η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
項 35記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 30のいずれか記載の構成において、 前記第 1光路差付与構造が、 NPS(Non— Periodic Phase Structure)である
[0074] 項 36記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 35のいずれか記載の構成において、 前記第 2光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。
[0075] 項 37記載の対物光学ユニットは、項 36記載の構成において、
第 2光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d3は以下を満 たす。
[0076] MOD(d3X (ηΐ' 1) =2
但し、 MOD (a) : aに最も近 、整数、
η1' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率
d3:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d3=(Dl + D2 + D3---)/m
項 38記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 35のいずれかに記載の構成において 前記第 2光路差付与構造が、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、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重畳型回折構造である。
[0077] 項 39記載の対物光学ユニットは、項 38記載の構成において、
第 2光路差付与構造における前記階段状とされたパターンの光軸に平行な輪帯平 均段差量 d4が以下を満たす。
MOD(d4X (nl'-l)/l l)=2k
但し、 MOD (a) : aに最も近 、整数、 η1 ' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率、 k:自然数、
d4 :輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3 · · ·としたとき、
d4= (Dl + D2 + D3 - - -) /m
項 40記載の対物光学ユニットは、項 38記載の構成において、
前記第 2光路差付与構造の各パターンに形成されたレベル面が、前記対物光学ュ ニットのベース非球面に沿って形成されて 、る。
[0078] 項 41記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 35のいずれかに記載の構成において 前記第 2光路差付与構造が、 NPS (Non— Periodic Phase Structure)である
[0079] 項 42記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 41のいずれかに記載の構成において 前記波長 λ 1は、 380nm< λ 1く 420nmであり、前記波長 λ 2は、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 0875mm≤tl≤0. 1125mmで あり、前記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、 前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。
[0080] 項 43記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 41のいずれかに記載の構成において 前記波長 λ 1は、 380nm< λ 1く 420nmであり、前記波長 λ 2は、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 5mm≤tl≤0. 75mmであり、前 記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。
[0081] 項 44記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 43のいずれかに記載の構成において 前記対物光学ユニットがガラスを素材として 、る。 [0082] 項 45記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 43のいずれかに記載の構成において 前記対物光学ユニットがプラスチックを素材としている。
[0083] 項 46記載の対物光学系の設計方法は、
第 1光源力 出射される波長 λ 1の第 1光束を用いて厚さ tlの保護層を有する第 1 光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行 、、第 2光源力 出射 される波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)の第 2光束を用いて厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する 第 2光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行 ヽ、第 3光源から 出射される波長え 3 (1. 9 X λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束を用いて厚さ t3 (t2 <t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形 成を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学系の設計方法であって、
前記対物光学系の倍率が Mとなるように前記第 1光束を入射して前記第 1情報記 録媒体の情報記録面に対して集光スポットを形成したとき球面収差が補正され、 つ、前記対物光学系の倍率が Mとなるように前記第 3光束を入射して前記第 3情報 記録媒体の情報記録面に対して集光スポットを形成したとき球面収差が補正されるよ うに、
前記対物光学系の複数の屈折光学面と、
前記複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に形成され、
輪帯状の構造力 なり、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇 数倍相当の光路差を付与する第 1光路差付与構造とを設計する第 1工程と、 前記第 1工程で設計された前記対物光学系の倍率が Μとなるように前記第 2光束 を入射して前記第 2情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成したときの 球面収差を補正するように、
前記複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に形成され、輪帯状の構造からな り、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を 付与する第 2光路差付与構造を設計する第 2工程、とを有する。
[0084] 本明細書において、「対物光学ユニット」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波長が互いに異なる光 束を、記録密度が互いに異なる光情報記録媒体 (光ディスクとも ヽぅ）のそれぞれの 情報記録面上に集光する機能を有する集光素子を少なくとも含む光学素子を指す。
[0085] また、対物光学ユニットをガラスレンズとする場合は、ガラス転移点 Tgが 400°C以下 であるガラス材料を使用すると、比較的低温での成形が可能となるので、金型の寿命 を延ばすことが出来る。このようなガラス転移点 Tgが低いガラス材料としては、例えば (株)住田光学ガラス製の K— PG325や、 K— PG375 (共に製品名）がある。
[0086] ところで、ガラスレンズは一般的に榭脂レンズよりも比重が大きいため、対物光学ュ ニットをガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物光学系を駆動するァクチユエータ に負担がかかる。そのため、対物光学ユニットをガラスレンズとする場合には、比重が 小さいガラス材料を使用するのが好ましい。具体的には、比重が 3. 0以下であるのが 好ましぐ 2. 8以下であるのがより好ましい。
[0087] また、対物光学ユニットを榭脂レンズとする場合は、環状ォレフィン系の榭脂材料を 使用するのが好ましぐ環状ォレフィン系の中でも、波長 405nmに対する温度 25°C での屈折率が 1. 54乃至 1. 60の範囲内であって、 5°Cから 70°Cの温度範囲内で の温度変化に伴う波長 405nmに対する屈折率変化率 dNZdT(°C_1)が— 10 X 10 _5乃至— 8 X 10—5の範囲内である榭脂材料を使用するのがより好ましい。
[0088] 或 ヽは、本発明に係る対物光学ユニットに適した榭脂材料として、上記環状ォレフ イン系以外にも「アサ一マル榭脂」がある。アサ一マル樹脂とは、母材となる樹脂の温 度変化に伴う屈折率変化率とは、逆符号の屈折率変化率を有する直径が 30nm以 下の粒子を分散させた榭脂材料である。一般に、透明な榭脂材料に微粉末を混合さ せると、光の散乱が生じ、透過率が低下するため、光学材料として使用することは困 難であつたが、微粉末を透過光束の波長より小さい大きさにすることにより、散乱が事 実上発生しな 、ようにできることがわ力つてきた。
[0089] さて榭脂材料は、温度が上昇することにより、屈折率が低下してしまうが、無機粒子 は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこでこれらの性質をあわせて打ち消しあう ように作用させることにより、屈折率変化が生じないようにすることも知られている。本 発明に係る対物光学ユニットの材料として、母材となる樹脂に 30ナノメートル以下、 好ましくは 20ナノメートル以下、さらに好ましくは 10〜15ナノメートルの無機粒子を分 散させた材料を利用することで、屈折率の温度依存性が無いか、あるいはきわめて 低 、対物光学ユニットを提供できる。
[0090] たとえば、アクリル榭脂に、酸化ニオブ (Nb O )の微粒子を分散させて 、る。母材
2 5
となる榭脂は、体積比で 80、酸ィ匕ニオブは 20程度の割合であり、これらを均一に混 合する。微粒子は凝集しやすいという問題があるが、粒子表面に電荷を与えて分散 させる等の技術により、必要な分散状態を生じさせることが出来る。
[0091] 後述するように、母材となる樹脂と粒子との混合'分散は、対物光学ユニットの射出 成形時にインラインで行うことが好ましい。いいかえると、混合、分散した後は、対物 光学ユニットに成形される迄、冷却 ·固化されないことが好ましい。
[0092] なお、この体積比率は、屈折率の温度に対する変化の割合をコントロールするため に、適宜増減できるし、複数種類のナノサイズ無機粒子をブレンドして分散させること も可能である。
[0093] 比率では、上記の例では 80 : 20、すなわち 4 : 1であるが、 90 : 10 (9 : 1)から 60 :40
(3： 2)までの間で適宜調整可能である。 9： 1よりも少な 、と温度変化抑制の効果が 小さくなり、逆に 3 : 2を越えると榭脂の成形性に問題が生じるために好ましくない。
[0094] 微粒子は無機物であることが好ましぐさらに酸ィ匕物であることが好ましい。そして酸 化状態が飽和して 、て、それ以上酸化しな 、酸ィ匕物であることが好ま 、。
[0095] 無機物であることは、高分子有機化合物である母材となる樹脂との反応を低く抑え られるために好ましぐまた酸ィ匕物であることによって、使用に伴う劣化を防ぐことが出 来る。特に高温化や、レーザ光を照射されるという過酷な条件において、酸化が促進 されやすくなるが、このような無機酸ィ匕物の微粒子であれば、酸化による劣化を防ぐ ことが出来る。
[0096] また、その他の要因による樹脂の酸ィ匕を防止するために、酸化防止剤を添加するこ とも勿論可能である。
[0097] ちなみに、母材となる榭脂は、特開 2004— 144951号、特開願 2004— 144953 号、特開 2004— 144954号等に記載されているような榭脂を適宜好ましく採用する ことができる。
[0098] プラスチック榭脂として例えば熱可塑性榭脂中に分散される無機微粒子としては特 に限定はなぐ得られる熱可塑性榭脂組成物の温度による屈折率の変化率 (以後、
I dn/dT Iとする）が小さいという本発明の目的の達成を可能とする無機微粒子の 中から任意に選択することができる。具体的には酸化物微粒子、金属塩微粒子、半 導体微粒子などが好ましく用いられ、この中から、光学素子として使用する波長領域 において吸収、発光、蛍光等が生じないものを適宜選択して使用することが好ましい
[0099] 本発明に係る構成において用いられる酸ィ匕物微粒子としては、金属酸化物を構成 する金属力 Li, Na、 Mg、 Al、 Si、 K：、 Ca、 Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Rb、 Sr、 Y、 Nb、 Zr、 Mo、 Ag、 Cd、 In、 Sn、 Sb、 Cs、 Ba、 La、 Ta、 Hf、 W、 Ir 、 Tl、 Pb、 Bi及び希土類金属力 なる群より選ばれる 1種または 2種以上の金属であ る金属酸ィ匕物を用いることができ、具体的には、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸 化亜鉛、酸ィ匕アルミニウム、酸ィ匕ジルコニウム、酸ィ匕ハフニウム、酸化ニオブ、酸ィ匕タ ンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化 インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リ チウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、アルミニウム 'マグネシウム酸化物（M gAl O )等が挙げられる。また、本発明に係る構成において用いられる酸化物微粒
2 4
子として希土類酸ィ匕物を用いることもでき、具体的には酸化スカンジウム、酸化イット リウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸ィ匕プラセオジム、酸ィ匕ネオジム、酸化サマリゥ ム、酸ィ匕ユウ口ピウム、酸ィ匕ガドリニウム、酸ィ匕テルビウム、酸ィ匕ジスプロシウム、酸ィ匕 ホルミウム、酸ィ匕エルビウム、酸ィ匕ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム等も 挙げられる。金属塩微粒子としては、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩などが挙げられ、具 体的には炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム等が挙げられる。
[0100] また、本発明に係る構成における半導体微粒子とは、半導体結晶組成の微粒子を 意味し、該半導体結晶組成の具体的な組成例としては、炭素、ケィ素、ゲルマニウム
、錫等の周期表第 14族元素の単体、リン (黒リン)等の周期表第 15族元素の単体、 セレン、テルル等の周期表第 16族元素の単体、炭化ケィ素（SiC)等の複数の周期 表第 14族元素力もなる化合物、酸ィ匕錫 (IV) (SnO )、硫化錫 (II, IV) (Sn (ll) Sn (l
2
V) S )ゝ硫ィ匕錫 (IV) (SnS )、硫ィ匕錫 (Π) (SnS)、セレン化錫 (Π) (SnSe)、テルル 化錫 (Π) (SnTe)、硫化鉛 (Π) (PbS)、セレン化鉛 (Π) (PbSe)、テルル化鉛 (Π) (Ρ bTe)等の周期表第 14族元素と周期表第 16族元素との化合物、窒化ホウ素 (BN)、 リンィ匕ホウ素（BP)、砒化ホウ素（BAs)、窒化アルミニウム (A1N)、リンィ匕アルミニウム (A1P)、砒化アルミニウム (AlAs)、アンチモン化アルミニウム (AlSb)、窒化ガリウム（ GaN)、リン化ガリウム（GaP)、砒化ガリウム（GaAs)、アンチモン化ガリウム（GaSb) 、窒化インジウム（InN)、リン化インジウム（InP)、砒化インジウム（InAs)、アンチモ ン化インジウム (InSb)等の周期表第 13族元素と周期表第 15族元素との化合物 (あ るいは III— V族化合物半導体）、硫ィ匕アルミニウム (Al S )、セレンィ匕アルミニウム (A
2 3
1 Se；)、硫化ガリウム（Ga S )、セレン化ガリウム（Ga Se；)、テルル化ガリウム（Ga T
2 3 2 3 2 3 2 e )、酸化インジウム（In O )、硫化インジウム（In S )、セレン化インジウム（InSe)、
3 2 3 2 3
テルル化インジウム (In Te )等の周期表第 13族元素と周期表第 16族元素との化合
2 3
物、塩ィ匕タリウム (I) (T1C1)、臭化タリウム (I) (TlBr)、ヨウ化タリウム (I) (T1I)等の周 期表第 13族元素と周期表第 17族元素との化合物、酸化亜鉛 (ZnO)、硫化亜鉛 (Z nS)、セレンィ匕亜鉛 (ZnSe)、テルル化亜鉛 (ZnTe)、酸化カドミウム（CdO)、硫ィ匕力 ドミゥム（CdS)、セレン化カドミウム（CdSe)、テルル化カドミウム（CdTe)、硫化水銀（ HgS)、セレンィ匕水銀 (HgSe)、テルルイ匕水銀 (HgTe)等の周期表第 12族元素と周 期表第 16族元素との化合物 (あるいは II VI族化合物半導体)、硫化砒素 (III) (As S )、セレンィ匕砒素（III) (As Se )、テルル化砒素（III) (As Te )、硫ィ匕アンチモン
2 3 2 3 2 3
(III) (Sb S )、セレン化アンチモン（III) (Sb Se )、テルル化アンチモン（III) (Sb T
2 3 2 3 2 e )、硫化ビスマス（ΠΙ) (Bi S )、セレン化ビスマス（ΠΙ) (Bi Se )、テルル化ビスマス
3 2 3 2 3
(III) (Bi Te )等の周期表第 15族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸化銅 (I)
2 3
(Cu 0)、セレン化銅 (I) (Cu Se)等の周期表第 11族元素と周期表第 16族元素と
2 2
の化合物、塩化銅 (I) (CuCl)、臭化銅 (I) (CuBr)、ヨウ化銅 (I) (Cul)、塩ィ匕銀 (Ag C1)、臭化銀 (AgBr)等の周期表第 11族元素と周期表第 17族元素との化合物、酸 化ニッケル (Π) (NiO)等の周期表第 10族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸 化コバルト (Π) (CoO)、硫ィ匕コバルト (Π) (CoS)等の周期表第 9族元素と周期表第 1 6族元素との化合物、四酸化三鉄 (Fe O )、硫化鉄 (Π) (FeS)等の周期表第 8族元
3 4
素と周期表第 16族元素との化合物、酸化マンガン (II) (MnO)等の周期表第 7族元 素と周期表第 16族元素との化合物、硫ィ匕モリブデン (IV) (MoS )、酸化タンダステ
2
ン (IV) (WO )等の周期表第 6族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸化バナジ
2
ゥム (II) (VO)、酸ィ匕バナジウム (IV) (VO )、酸ィ匕タンタル (V) (Ta O )等の周期表
2 2 5
第 5族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸ィ匕チタン (TiO、 Ti O、 Ti O、 Ti
2 2 5 2 3 5
O等)等の周期表第 4族元素と周期表第 16族元素との化合物、硫化マグネシウム（
9
MgS)、セレンィ匕マグネシウム (MgSe)等の周期表第 2族元素と周期表第 16族元素 との化合物、酸化カドミウム（Π)クロム（ΠΙ) (CdCr O )、セレン化カドミウム（Π)クロム
2 4
(III) (CdCr Se )、硫化銅（II)クロム（III) (CuCr S )、セレン化水銀（II)クロム（ΠΙ)
2 4 2 4
(HgCr Se )等のカルコゲンスピネル類、ノ リウムチタネート（BaTiO )等が挙げられ
2 4 3 る。なお、 G. Schmidら； Adv. Mater. , 4卷, 494頁（1991)に報告されている（Β N) 75 (BF2) 15F15や、 D. Fenskeら； Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , 29卷， 1452頁（1990)【こ報告されて! /、る Cu Se (トリェチノレホスフィン） のよう【こ構造の
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確定されている半導体クラスターも同様に例示される。
[0101] 一般的に熱可塑性榭脂の dnZdTは負の値を持つ、即ち温度の上昇に伴い屈折 率が小さくなる。従って、熱可塑性榭脂組成物の I dn/dT Iを効率的に小さくする 為には、 dnZdTが大きい微粒子を分散させることが好ましい。熱可塑性榭脂の dnZ dTと同符号の値を持つ微粒子を用いる場合には、微粒子の dnZdTの絶対値が、 母材となる熱可塑性榭脂の dnZdTよりも小さいことが好ましい。更に、母材となる熱 可塑性榭脂の dnZdTと逆符号の dnZdTを有する微粒子、即ち、正の値の dnZdT を有する微粒子が好ましく用いられる。このような微粒子を熱可塑性榭脂に分散させ ることで、少ない量で効果的に熱可塑性榭脂組成物の I dnZdT Iを小さくすること ができる。分散される微粒子の dnZdTは、母材となる熱可塑性榭脂の dnZdTの値 により適宜選択することができるが、一般的に光学素子に好ましく用いられる熱可塑 性榭脂に微粒子を分散させる場合は、微粒子の dnZdTが— 20 X 10_6よりも大きい ことが好ましぐ 10 X 10—6よりも大きいことが更に好ましい。 dnZdTが大きい微粒 子として、好ましくは、例えば、窒化ガリウム、硫化亜鉛、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム 、タンタル酸リチウムなどが用いられる。
[0102] 一方、熱可塑性榭脂に微粒子を分散させる際には、母材となる熱可塑性榭脂と微 粒子の屈折率の差が小さいことが望ましい。発明者らの検討の結果、熱可塑性榭脂 と分散される微粒子の屈折率の差が小さ 、と、光を透過させた場合に散乱を起こし 難いということがわ力つた。熱可塑性榭脂に微粒子を分散させる際、粒子が大きい程 、光を透過させた時の散乱を起こしやすくなるが、熱可塑性榭脂と分散される微粒子 の屈折率の差が小さいと、比較的大きな微粒子を用いても光の散乱が発生する度合 いが小さいことを発見した。熱可塑性榭脂と分散される微粒子の屈折率の差は、 0〜 0. 3の範囲であることが好ましぐ更に 0〜0. 15の範囲であることが好ましい。
[0103] 光学材料として好ましく用いられる熱可塑性榭脂の屈折率は、 1. 4〜1. 6程度で ある場合が多ぐこれらの熱可塑性榭脂に分散させる材料としては、例えばシリカ（酸 化ケィ素）、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸ィ匕アルミニウム、酸化マグネシゥ ム、アルミニウム ·マグネシウム酸ィ匕物などが好ましく用いられる。
[0104] また、発明者らの研究により、比較的屈折率の低い微粒子を分散させることで、熱 可塑性榭脂組成物の dnZdTを効果的に小さくすることができることがわ力つた。屈 折率が低い微粒子を分散した熱可塑性榭脂組成物の I dnZdT Iが小さくなる理由 について、詳細はわ力つていないものの、榭脂組成物における無機微粒子の体積分 率の温度変化が、微粒子の屈折率が低いほど、榭脂組成物の I dn/dT Iを小さく する方向に働くのではないかと考えられる。比較的屈折率が低い微粒子としては、例 えばシリカ（酸ィ匕ケィ素）、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウムが好ましく用いられる。
[0105] 熱可塑性榭脂組成物の dnZdTの低減効果、光透過性、所望の屈折率等を全て 同時に向上させることは困難であり、熱可塑性榭脂に分散させる微粒子は、熱可塑 性榭脂組成物に求める特性に応じて、微粒子自体の dnZdTの大きさ、微粒子の dn ZdTと母材となる熱可塑性榭脂の dnZdTとの差、及び微粒子の屈折率等を考慮し て適宜選択することができる。更に、母材となる熱可塑性榭脂との相性、即ち、熱可 塑性榭脂に対する分散性、散乱を引き起こし難い微粒子を適宜選択して用いること は、光透過性を維持する上で好ましい。
[0106] 例えば、光学素子に好ましく用いられる環状ォレフィンポリマーを母材として用いる 場合、光透過性を維持しながら I dn/dT Iを小さくする微粒子としては、シリカが好 ましく用いられる。 [0107] 上記の微粒子は、 1種類の無機微粒子を用いてもよぐまた複数種類の無機微粒 子を併用してもよい。異なる性質を有する複数種類の微粒子を用いることで、必要と される特'性を更〖こ効率よく向上させることちできる。
[0108] また、本発明に係る無機微粒子は、平均粒子径が lnm以上、 30nm以下が好まし く、 lnm以上、 20nm以下がより好ましぐさらに好ましくは lnm以上、 lOnm以下で ある。平均粒子径が lnm未満の場合、無機微粒子の分散が困難になり所望の性能 が得られない恐れがあることから、平均粒子径は lnm以上であることが好ましぐまた 平均粒子径が 30nmを超えると、得られる熱可塑性材料組成物が濁るなどして透明 性が低下し、光線透過率が 70%未満となる恐れがあることから、平均粒子径は 30η m以下であることが好ましい。ここでいう平均粒子径は各粒子を同体積の球に換算し た時の直径 (球換算粒径)の体積平均値を言う。
[0109] さらに、無機微粒子の形状は、特に限定されるものではないが、球状の微粒子が好 適に用いられる。具体的には、粒子の最小径 (微粒子の外周に接する 2本の接線を 引く場合における当該接線間の距離の最小値) Z最大径 (微粒子の外周に接する 2 本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最大値）が 0. 5〜1. 0であること 力 S好ましく、 0. 7〜1. 0であることが更に好ましい。
[0110] また、粒子径の分布に関しても特に制限されるものではないが、本発明の効果をよ り効率よく発現させるためには、広範な分布を有するものよりも、比較的狭い分布を 持つものが好適に用いられる。
[0111] 本発明によれば、コンパクトでありながら、異なる種類の高密度光ディスクに対して、 適切に情報の記録及び Z又は再生が可能である光ピックアップ装置を提供すること ができる。
[0112] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図 1は、異なる光情報記 録媒体 (光ディスクとも 、う）である BD (又は HD DVD)と DVDと CDとに対して適切 に情報の記録及び Z又は再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置 PU1の 構成を概略的に示す図である。力かる光ピックアップ装置 PU1は、光情報記録再生 装置に搭載できる。ここでは、第 1光情報記録媒体を BDとし、第 2光情報記録媒体を DVDとし、第 3光情報記録媒体を CDとする。なお、 DVDに対して情報の記録及び Z又は再生を行う場合に発光され 680nmのレーザ光束 (第 2光束)を射出する第 2 半導体レーザ EP1 (第 2光源)と、 CDに対して情報の記録及び Z又は再生を行う場 合に発光され 750nmのレーザ光束 (第 3光束)を射出する第 3半導体レーザ EP2 ( 第 3光源）と、 DVDの情報記録面 RL2からの反射光束を受光する第 1の受光部 DS1 と、 CDの情報記録面 RL3からの反射光束を受光する第 2の受光部 DS2と、プリズム PSとから構成されたレーザモジュール LMを有している。
[0113] 本実施の形態の対物光学素子 OBJにおいて、光源側の非球面光学面に光軸を含 む中央領域と、その周囲に配置された周囲領域と、更にその周囲に配置された最外 領域とが形成されており、また中央領域には第 1光路差付与構造と第 2光路差付与 構造とが重畳されて形成されている。第 1光路差付与構造は、輪帯状の構造からなり 、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与 するとともに、 BD用の第 1光束、 DVD用の第 2光束、 CD用の第 3光束の全てに対し て球面収差をアンダー方向に変化させる。又、第 2光路差付与構造は、輪帯状の構 造からなり、隣り合う輪帯を通過した光束に対して波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を 付与するとともに、 DVD用の第 2光束に対してのみ球面収差をオーバー方向に変化 させる。
[0114] 上記対物光学素子系 OBJは以下のような手順で設計される。
[0115] まず、第 1工程として、対物光学系に、使用時の対物光学系の倍率が BD, DVD, CDとも同じになるよう第 1光束、第 2光束、第 3光束を入射させた時、 BDと CDの情 報記録面上に良好な集光スポットを形成するように、対物光学系の複数の屈折光学 面 (非球面光学面)と屈折光学面上に形成される第 1光路差付与構造を設計する。
[0116] 具体的には、複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に、輪帯状の構造からな る第 1光路差付与構造を形成し、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して λ 1の奇 数倍相当の光路差を付与するように前記第 1光路差付与構造を設計する。また、第 1 光路差付与構造が第 1光束、第 2光束および第 3光束に対して球面収差をアンダー もしくはオーバーの 、ずれか一方に変化させるように設計することが好ま 、。
[0117] 次に、第 2工程として、前記第 1工程で設計された対物光学系に、前記第 1工程と 同じ倍率になるよう第 2光束を入射させ、 DVDの情報記録面上に集光スポットを形成 した時、前記第 1工程で設計された屈折光学面と第 1光路差付与構造の作用により 発生した球面収差を補正するように、第 2光路差付与構造を設計する。
[0118] 具体的には、輪帯状の構造からなる第 2光路差付与構造を形成し、隣り合う輪帯を 通過した第 1光束に対して λ ΐの偶数倍相当の光路差を付与するよう前記第 2光路 差付与構造を設計する。ここで、前記第 2光路差付与構造を、第 2光束に対してのみ 球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち上記とは異なる他方に変化させるように 設計することが好ましい。
[0119] この第 1工程と第 2工程を必要に応じて繰り返すことにより、最適な屈折光学面、第 1光路差付与構造、第 2光路差付与構造を設計する。
[0120] 青紫色半導体レーザ LD1から出射された波長 λ 1の光束が平行光束で対物光学 素子 OBJに入射したときに、非球面光学面のみでは、アンダーに球面収差を補正す るが、第 1光路差付与構造を通過することで球面収差は適正に補正され、第 2光路 差付与構造は影響を与えないことから、保護層の厚さ tlの BDに対して適切に情報 の記録及び Z又は再生を行うことができる。又、赤色半導体レーザ EP1から出射され た波長 λ 2の光束が平行光束で対物光学素子 OBJに入射したときに、非球面光学 面のみでは、よりアンダーに球面収差を補正するため、第 1光路差付与構造を通過 することで球面収差はアンダーに補正されてしまうが、第 2光路差付与構造でオーバ 一に補正することで、保護層の厚さ t2の DVDに対して適切に情報の記録及び Z又 は再生を行うことができる。更に、赤外半導体レーザ EP2から出射された波長え 3の 光束が平行光束で対物光学素子 OBJに入射したときに、非球面光学面のみでは、ァ ンダ一に球面収差を補正するが、第 1光路差付与構造を通過することで球面収差は 適正に補正され、第 2光路差付与構造は影響を与えないことから、保護層の厚さ t3 の CDに対して適切に情報の記録及び Z又は再生を行うことができる。
[0121] 青紫色半導体レーザ LD1から射出された第 1波長 408nmの発散光束は、偏光ダ ィクロイツクプリズム PPSを透過し、コリメートレンズ CLにより平行光束とされた後、図 示しない 1Z4波長板により直線偏光から円偏光に変換され、絞り STによりその光束 径が規制され、対物光学素子 OBJによって厚さ 0. 0875mmの保護層 PL1を介して 、 BDの情報記録面 RL 1上に形成されるスポットとなる。 [0122] 情報記録面 RL1上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子 OBJ、絞り STを透過した後、図示しない 1Z4波長板により円偏光から直線偏光に変 換され、コリメートレンズ CLにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイツクプリズム PPSを 透過した後、第 1の光検出器 PD1の受光面上に収束する。そして、第 1の光検出器 P D1の出力信号を用いて、 2軸ァクチユエータ ACにより対物光学素子 OBJをフォー力 シングゃトラッキングさせることで、 BDに記録された情報を読みとることができる。
[0123] 赤色半導体レーザ EP1から射出された 680nmの発散光束は、プリズム PSで反射 された後、偏光ダイクロイツクプリズム PPSにより反射され、コリメートレンズ CLにより 平行光束とされた後、図示しない 1Z4波長板により直線偏光力 円偏光に変換され 、対物光学素子 OBJに入射する。ここで、対物光学素子 OBJの中央領域と周辺領域 により集光された光束は、厚さ 0. 6mmの保護層 PL2を介して、 DVDの情報記録面 RL2上に形成されるスポットとなる。ここで、中央領域と周辺領域以外を通過した光 束はフレア化される。
[0124] 情報記録面 RL2上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子 OBJ、絞り STを透過した後、図示しない 1Z4波長板により円偏光から直線偏光に変 換され、コリメートレンズ CLにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイツクプリズム PPSに より反射された後、その後、プリズム内で 2回反射された後、第 1の受光部 DS1に収 束する。そして、第 1の受光部 DS1の出力信号を用いて DVDに記録された情報を読 み取ることができる。
[0125] 赤外半導体レーザ EP2から射出された 750nmの発散光束は、プリズム PSで反射 された後、偏光ダイクロイツクプリズム PPSにより反射され、コリメートレンズ CLにより 平行光束とされた後、図示しない 1Z4波長板により直線偏光力 円偏光に変換され 、対物光学素子 OBJに入射する。対物光学素子 OBJの中央領域のみにより集光され た光束は、厚さ 1. 2mmの保護層 PL3を介して、 CDの情報記録面 RL3上に形成さ れるスポットとなる。ここで、それ以外を通過した光束はフレア化される。
[0126] 情報記録面 RL3上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子 OBJ、絞り STを透過した後、図示しない 1Z4波長板により円偏光から直線偏光に変 換され、コリメートレンズ CLにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイツクプリズム PPSに より反射された後、その後、プリズム内で 2回反射された後、第 2の受光部 DS2に収 束する。そして、第 2の受光部 DS2の出力信号を用いて CDに記録された情報を読 み取ることができる。
(実施例 1)
次に、上述の実施の形態に用いることができる実施例について説明する。実施例 1 において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第 1光路差付与構造と 第 2光路差付与構造とが形成されている。表 1〜3にレンズデータを示す。表 1中の ri は曲率半径、 diは第 i面力 第 i+ 1面までの光軸方向の位置、 niは各面の屈折率を 表している。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、 10のべき乗数 (例えば 、 2. 5 X 10_3)を、 E (例えば、 2. 5 X E— 3)を用いて表すものとする。
[表 1]
Figure imgf000035_0001
実施例 1
H D D V D D V D C D
対物レンズの焦点距離 f =2.27mm f = 2.34mm f = 2.33mm 像面側開口数 NA 1 ： 0.65 NA2 ： 0.65 NA3 ： 0.51 対物レンズの光学系倍率 m 1 ： 0 m 2 ： 0 m 3 ： 0
Figure imgf000035_0002
* d iは、 第 i面から第 i + 1面までの変位を表す。
* d 〜 d ' は、 第 i ' 〜 ' ' 面から第 ,面までの変位を表す。
第 2〃 ' 面（1.476 ≤11)
非球面係数
κ -6.3364E-01 4 -4.2311E-03 6 5.0436E-03 8 4.1084E-03 10 — 5.3622E—03 12 2.1138E-03 14 -3.1786E-04 第 2〃 面（1.19455 ≤h<1.476mm)
非球面係数
— 6.4519E— 01
A A A A A A A A A A A A
-4.8752E-03 4.6494E-03 4.0919E-03
-5.2266E-03 2.1777E-03
-3.7013E-04 第 2' 面（0.557927min≤h<1.19455mm)
非球面係数
κ -6.3303E —01
A 4 -1.8840E -03
A 6 6.2288E -03
A8 -3.0119E -03
A10 -1.9076E —03
A12 2.2446E一 03
A14 -5.7694E -04 第 2面（0mm: ih<0.557927mm)
非球面係数
K. -5 .5555E -01
A 4 一 8 .2359E -03
A 6 6 .8885E一 03
A8 -2 .0036E -03
A10 -2 .2154E -03
A12 1 .6340E -03
A14 -3 .3402E -04 第 3' 面（0.967uim≤h)
非球面係数
K 1 .1882E -02
A 4 2 .8662E -02
A 6 一 3 .8760E -02
A 8 2 .1958E —02
A10 -6 .3081E -03
A12 7 .2874E -04
A14 0. .0000 E+ 00 第 3面（0mm≤h<0.967mm)
非球面係数
K 2 .0065E-02
A 4 -2 .7360E-02
A 6 1 .7561E-02
A 8 -5 .7857E-03
A10 8 .1371E-04
A12 0. ,ΟΟΟΟΕ+00
A14 0, .ΟΟΟΟΕ+00 ] 第 2〃 ' 面（1.476 ≤ h )
光路差関数 (回折次数 DVD: 3次)
λ Β 660ηιη
C 2 -4.8087Ε-03
C 4 -2.2941Ε-03
C 6 1.0177Ε-03
C 8 -4.5620Ε-04
C10 8.9625Ε-05 第 2〃 面（1.19455 ≤ h <1.476
光路差関数 (回折次数 HD DVD： 3次 DVD： 2次)
λ Β 422nm
C 2 -3 .6562Ε -03
C 4 -2 0383Ε -03
C 6 9, .7975Ε -04
C 8 -4. 6808Ε -04
C10 6. 2043Ε —05 第 2' 面（0.557927mm≤ h <1.19455
光路差関数（回折次数 HD DVD: 3次 DVD 2次 CD 2次)
A B 430 nm
C 2 -3.4332E-03
C 4 一 2.0353E— 03
C 6 1.0106E— 03
C 8 -9.5866E-04
CIO 2.3654E— 04 第 2面（0 ≤ h < 0.557927mm)
光路差関数（回折次数 HD DVD: 3次 DVD : 2次 CD : 2次)
λ Β 430 nm
C 2 一 3 .5696Ε —03
C 4 一 2. 3823Ε —03
C 6 -4. .6479Ε -04
C 8 1. .1071Ε -02
C10 -2. 1534Ε- -02
[0130] 尚、対物光学素子の光学面は、それぞれ数 1式に表 1 3に示す係数を代入した 数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている（実施例 2, 3に おいて同様)。
[0131] [数 1] z =( hVr)/ [ 1 +· " { 1 -( K + 1 )( h/r)2}] + A4 h + Ae h6+ Ae h 8
10 12 l<t 16 18 20
+ A io h + A i2 h + Ai4 h + A ie h + Aie h + A20 h 但し、
z ：非球面形状 (非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離） h ：光軸からの距離
r：曲率半径
κ： コーニック係数
A 4, A 6, A 8, A 10, A 12, A i , A ,6， A 18, A 20：非球面係数
[0132] また、第 1光路差付与構造と第 2光路差付与構造とにより各波長の光束に対して与 えられる光路長は、数 2式の光路差関数に、表 1〜3に示す係数を代入した数式で規 定される（実施例 2, 3において同様)。
[0133] [数 2] φ = ά 0 r XA ABX( C2 h 2+C4 h4+C6h6+C8 h"+Cioh 10) 但し、
Φ ：光路差関数
λ：回折構造に入射する光束の波長
A B:ブレーズ化波長
d o r :光ディスクに対する記録 再生に使用する回折光の回折次数
h ：光軸からの距離
C2, C6, C8, C10 :光路差関数係数
[0134] 図 4 (a)は、実施例 1における HD DVD使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量 との関係を示す図であり、図 4(b)は、実施例 1における DVD使用時の光軸力 の高 さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 4(c)は、実施例 1における CD使用 時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。
(実施例 2)
実施例 2において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第 1光路差付 与構造と第 2光路差付与構造とが形成されている。表 4〜6にレンズデータを示す。 図 5 (a)は、実施例 2における HD DVD使用時の光軸力 の高さとデフォーカス量と の関係を示す図であり、図 5 (b)は、実施例 2における DVD使用時の光軸力もの高さ とデフォーカス量との関係を示す図であり、図 5 (c)は、実施例 2における CD使用時 の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。
[表 4]
Figure imgf000040_0001
実施例 2
H D D V D D V D C D
対物レンズの焦点距離 f 1 =3.1 mm f 2 = 3.19mm f 3 = 3. mm 像面側開口数 NA 1 ： 0.65 NA2 ： 0.65 NA3 ： 0.51 対物レンズの光学系倍率 m 1 ： 0 m 2 ： 0 m 3 ： 0
Figure imgf000040_0002
* cMは、 第 i面から第 i + 1面までの変位を表す。
氺 d i ' ~d ' は、 第 i ' 〜に' ' 面から第，面までの変位を表す c
第 2" ' 面 (2.015mm^h)
非球面係数
一 5.1330E— 01 4.7453E-04 1.1957E— 03
-3.2188E-04 6.7242E-05
-1.9247E-05 1.3046 E- 06 第 2" .627mm≤h<2.015mm)
非球面係数
K. -5.0416E -01 A A A A A A A A A A A A A A A A A A A 4 -2.0181E一 03
A 6 4.0125E -04
A8 -4.4218E -04
A10 8.8719E -05
A12 -2.8183E -06
A14 -1.1363E -06 第 2' 面（0.781m ≤h<1.627
非球面係数
K. -3 .320 Ε -01
A 4 9 .8418Ε -04
A 6 -2 .8508Ε -03
A 8 -1 , .7183Ε -04
A10 6, .093 Ε -04
A12 -2, .4368Ε -04
A14 3 .1371Ε -05 第 2面（0 ≤h<0.781
非球面係数
κ -6.2999E-01 4 -9.1919E-04 6 8.2567E-04 8 -3.1894E-04 10 6.8151E-05 12 -1.5655E-05 14 1.8317E-06 第 3' 面（1.281mm≤h)
非球面係数
κ 1.4091E-03 A 6.8673E-03 6 -4.3371E-03 8 1.3239 E- 03
10 -2.1645E-04 12 1.4592E-05 14 0.0000E + 00 第 3面（0mm≤h<1.281mm)
非球面係数
κ 6.5665E— 03 4 -4.5413E-03 6 1.4141E-03 8 -1.9214E-04 10 1.1604E-05 12 0.0000E+00 14 0.0000E+00 ] 第 2〃 ' 面（2.015mm≤ h )
光路差関数 (回折次数 DVD: 3次）
ス B 661 nm
C 2 -8.5317E- -03
C 4 -2.1148E -03
C 6 4.6703E- -04
C 8 -1.3964E- -04
C10 1 -2506E —05 第 2〃 面（1.627mm≤ h く 2.015匪）
光路差関数（回折次数 HD DVD： 3次 DVD： 2次）
ス B 422nm
C 2 — 2.7534E— 03
C 4 — 9.8952E— 04
C 6 5.0089E-04
C 8 -1.5993E-04
C10 1.6387E-05 第 2' 面（0.781mm≤ h <1.627mm)
光路差関数（回折次数 HD DVD: 3次 DVD : 2次 CD : 2次)
ス B 430 nm
C 2 -2 .5159E —03
C 4 -5. .0889E -04
C 6 6. .0415E -05
C 8 一 6, .3277E -05
C10 1 , .1297E -05 第 2面（Omm≤ hく 0.781mm)
光路差関数（回折次数 HD DVD: 3次 DVD : 2次 CD : 2次）
λ Β 430 nm
C 2 -2.5I59E-03
C 4 — 9.3222E— 04
C 6 9.5516E— 04
C 8 -7.1157E-04
CIO — 9.5280E— 05 (実施例 3)
実施例 3において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第 1光路差付 与構造と第 2光路差付与構造とが形成されている。表 7〜9にレンズデータを示す。 図 6 (a)は、実施例 3における HD DVD使用時の光軸力 の高さとデフォーカス量と の関係を示す図であり、図 6(b)は、実施例 3における DVD使用時の光軸力 の高さ とデフォーカス量との関係を示す図であり、図 6(c)は、実施例 3における CD使用時
Figure imgf000043_0002
Figure imgf000043_0001
013 [0140] [表 8] 第 2〃 面（1.536mm≤h)
非球面係数
K 一 5 .5021E -01
A 4 一 1 .1531E -03
A 6 4 .9495E -04
A 8 -5 .2887E -05
A10 6 .8790E -05
A12 一 2 .6130E -05
A14 3 .2493E一 06 第 2' 面（0.640 ≤h<1.536
非球面係数
K 一 6 .2013E -01
A 4 一 2 .2198E -03
A 6 1 .5082E -04
A 8 4 .1083E -04
A10 -8 .3965E -05
A12 2 .4172E -04
A14 -6 .1521E -05 第 2面（0 ≤h<0.640mm)
非球面係数
K 1.2591 E -01
A 4 9.7688E -03
A 6 -3.0895E -02
A 8 -4.6806E -05
A10 6.0096E -05
A12 -2.7514E -05
A14 3.6602E -06 第 3' 面（1 155mm^ h)
非球面係数
κ. 1.1692E-04 A 4 6.9206E-03 A 6 -4.4641 E-03 A 8 1.4470 E-03 A10 -2.3774E-04 A12 1.5996E-05 A14 0.0000E+00 第 3 [ί (0mm= ih<1 ,155min)
非球面係数
K 一 1 .3020E-02
A 4 2 .2377 E- 02
A 6 -6 .6028E-03
A 8 -2 .0257 E- 04
A10 1 .2107E-05
A12 0 • 0000E + 00
A14 0 .0000E+00
[0141] [表 9] 第 2〃 面（1.536關≤ h )
光路差関数（回折次数 HD DVD: 1次 DVD： 1次 CD： 1次)
λ Β 480 nn
C 2 一 0, .01 252299
C 4 -0 .001011949
C 6 0 .000157457
C 8 一 3 ■23764E— 05
C10 1 , .14618E-06 第 2' 面（0.640關≤ h <1.536mm)
光路差関数（回折次数 HD DVD: 1次 DVD： 1次 CD： 1次)
A B 500n in
C 2 一 0 .013633739
C 4 一 0 .002797045
C 6 0 .001319988
C 8 -0 .000320049
C10 1 · .37424E-04 第 2面（Omm≤ h く 0.640閥）
光路差関数（回折次数 HD DVD: 1次 DVD： 1次 CD： 1次)
λ B 500nm
C 2 -0.016407031
C 4 0.010142585
C 6 -0.006418784
C 8 -0.041683736
C10 0.049734984
[0142] 表 10に、各実施例について、光ディスクの種類ごとの色収差と、光路差付与構造 により付与される光路差付与量と、光ディスクの種類ごとの回折効率を示す。
[0143] [表 10]
*色収差 [ inZnm]
Figure imgf000046_0001
氺第一光路差付与構造と第二光路差付与構造
Figure imgf000046_0002
*回折効率
Figure imgf000046_0003

Claims

請求の範囲
[1] 厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 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光情報記録媒体の情報記録面に対して集 光スポット形成を行う波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)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光情報記録媒体の情報記録面に対して集 光スポット形成を行う波長え 3 (1. 9 X λ Κ λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束を出射す る第 3光源と、
輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造と輪帯状の構造からなる第 2光路差付 与構造とを有する対物光学ユニットとを備える光ピックアップ装置であって、
前記第 1光束、第 2光束及び第 3光束が前記対物光学ユニットへ入射した時の前記 対物光学ユニットの倍率をそれぞれ ml、 m2、 m3とした場合に、 ml、 m2、 m3がほ ぼ同じであり、
前記第 1光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1 の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束の全 てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのうちいずれか一方に変化させ、前 記第 2光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の 偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち 前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち前記一方とは 違う他方に変化させる光ピックアップ装置。
[2] 以下の式を満たす請求の範囲第 1項記載の光ピックアップ装置。
ml— 0. 02 < m2 < ml + O. 02
ml— 0. 02 < m3 < ml + O. 02
[3] 前記対物光学ユニットの倍率 ml、 m2、 m3がほぼ 0である、請求の範囲第 1項記載 の光ピックアップ装置。
[4] 以下の式を満たす、請求の範囲第 3項記載の光ピックアップ装置。
-0. 02<ml < 0. 02
-0. 02<m2< 0. 02 -0. 02<m3< 0. 02
[5] 前記対物光学ユニットに前記第 1光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、 前記対物光学ユニットに前記第 2光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用および前 記第 2光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合せによって前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、
前記対物光学ユニットに前記第 3光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成される請求 の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
[6] 前記第 1光路差付与構造と、前記第 2光路差付与構造とは重畳されてなり、前記対 物光学ユニットの同一の光学面上に存在する請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれか に記載の光ピックアップ装置。
[7] 前記第 1光路差付与構造と、前記第 2光路差付与構造の設けられている光学面は 光源側である請求の範囲第 6項記載の光ピックアップ装置。
[8] 前記対物光学ユニットの光学機能面は光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む 周辺領域を有し、
前記中央領域は前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造を備え、 前記中央領域は前記第 1光情報記録媒体、前記第 2光情報記録媒体及び前記第 3光情報記録媒体の情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられるととも 〖こ、前記周辺領域は前記第 1光情報記録媒体、前記第 2光情報記録媒体及び前記 第 3光情報記録媒体の情報記録面のうち、前記第 1光情報記録媒体及び前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に対してのみ集光スポット形成に用いられる、請求の範 囲第 1項〜第 7項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
[9] 前記第 1光路差付与構造は、鋸歯状回折構造である請求の範囲第 1項〜第 8項の V、ずれかに記載の光ピックアップ装置。
[10] 前記第 1光路差付与構造が回折構造である場合に、該回折構造の光軸に平行な 方向の輪帯平均段差量 dlが以下を満たす、請求の範囲第 9項記載の光ピックアップ 装置。
Figure imgf000049_0001
但し、 MOD (a): aに最も近 、整数、
η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
η2: λ 2の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率
11:輪帯数111、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
dl=(Dl + D2 + D3---)/m
[11] 前記第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下 を満たす、請求の範囲第 9項記載の光ピックアップ装置。
Figure imgf000049_0002
但し、 1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
[12] 前記第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下 を満たす、請求の範囲第 9項〜第 11項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
Figure imgf000049_0003
但し、 MOD (a): aに最も近 、整数、
η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率
d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
[13] 前記第 1光路差付与構造は、 NPS(Non—Periodic Phase Structure)である 請求の範囲第 1項〜第 8項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
[14] 前記第 2光路差付与構造は、鋸歯状回折構造である請求の範囲第 1項〜第 13項 の!、ずれかに記載の光ピックアップ装置。
[15] 前記第 2光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d3は以下 を満たす請求の範囲第 14項記載の光ピックアップ装置。
Figure imgf000050_0001
但し、 MOD (a): aに最も近 、整数、
η1': λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率
d3:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d3=(Dl + D2 + D3---)/m
[16] 前記第 2光路差付与構造は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を備える階 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、そのレべ ル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた重畳型回折構造である請求の 範囲第 1項〜第 13項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
[17] 前記第 2光路差付与構造における前記階段状とされたパターンの光軸に平行な輪 帯平均段差量 d4が以下を満たす請求の範囲第 16項に記載の光ピックアップ装置。 MOD(d4X (nl'-l)/ll)=2k
但し、 MOD (a): aに最も近 、整数、
η1': λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
k:自然数
d4:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d4=(Dl + D2 + D3---)/m
[18] 前記第 2光路差付与構造の各パターンに形成されたレベル面は、前記対物光学ュ ニットのベース非球面に沿って形成されている請求の範囲第 16項に記載の光ピック アップ装置。
[19] 前記第 2光路差付与構造は、 NPS(Non— Periodic Phase Structure)である 請求の範囲第 1項〜第 13項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
[20] 前記波長 λ 1ίま、 380nm< λ l<420nmであり、前記波長 λ 2ίま、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0.0875mm≤tl≤0. 1125mmで あり、前記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、 前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである請求の 範囲第 1項〜第 19項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
[21] 前記波長 λ 1は、 380nm< λ 1く 420nmであり、前記波長 λ 2は、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 5mm≤tl≤0. 7mmであり、前 記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、前記第
3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである請求の範囲第
1項〜第 19項のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
[22] 前記対物光学ユニットはガラスを素材としている請求の範囲第 1項〜第 21項のい ずれかに記載の光ピックアップ装置。
[23] 前記対物光学ユニットはプラスチックを素材としている請求の範囲第 1項〜第 21項 の!、ずれかに記載の光ピックアップ装置。
[24] 輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造と、輪帯状の構造からなる第 2光路差 付与構造とからなる対物光学ユニットであって、
対物光学ユニットに入射した波長え 1の第 1光束が、倍率 Mで厚さ tlの保護層を有 する第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射した波長 Χ 2 { λ Κ λ 2)の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射した波長 λ 3 (1. 9 X λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束力 倍率 Μで厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有 する第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光するようにした場合に、
前記第 1光路差付与構造は、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 の全てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのどちらか一方に変化させるも のであり、
前記第 2光路差付与構造は、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち前記一 方とは異なる他方に変化させる対物光学ユニット。
[25] 前記対物光学ユニットの倍率 Μがほぼ 0である、請求の範囲第 24項に記載の対物 光学ユニット。
[26] 以下の式を満たす、請求の範囲第 25項に記載の対物光学ユニット。
-0. 02< M< 0. 02
[27] 前記対物光学ユニットに前記第 1光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、 前記対物光学ユニットに前記第 2光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用および前 記第 2光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合せによって前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、
前記対物光学ユニットに前記第 3光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成される請求 の範囲第 24項〜第 26項のいずれかに記載の対物光学ユニット。
[28] 前記第 1光路差付与構造と、前記第 2光路差付与構造とは重畳されてなり、同一の 光学面上に存在する請求の範囲第 24項〜第 27項のいずれかに記載の対物光学ュ ニット。
[29] 両光路差付与構造の設けられている光学面は光源側である請求の範囲第 28項に 記載の対物光学ユニット。
[30] 前記対物光学ユニットの光学機能面は光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む 周辺領域を有し、
前記中央領域は前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造を備え、 前記第 1光路差付与構造は、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記周辺 領域を通過した波長 λ 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有する第 1光情 報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記 周辺領域を通過した波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2 (tl≤t2) の保護層を有する第 2光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに 入射し前記中央領域を通過した波長え 3 (1. 9 Χ λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光 束が、倍率 Mで厚さ t3 (t2< t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録 面に集光するようにした場合に、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 の全てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのどちらか一方に変化させるも のであり、
前記第 2光路差付与構造は、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記周辺 領域を通過した波長 λ 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有する第 1光情 報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記 周辺領域を通過した波長 λ 2の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2の保護層を有する第 2 光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域 を通過した波長 λ 3の第 3光束が、倍率 Μで厚さ t3の保護層を有する第 3光情報記 録媒体の情報記録面に集光するようにした場合に、隣り合う輪帯を通過した第 1光束 に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはォー バーのうち前記一方とは異なる他方に変化させるものである、請求の範囲第 24項〜 第 29項の 、ずれかに記載の対物光学ユニット。
[31] 前記第 1光路差付与構造は、鋸歯状回折構造である請求の範囲第 24項〜第 30 項の 、ずれかに記載の対物光学ユニット。
[32] 前記第 1光路差付与構造が回折構造である場合に、該回折構造の光軸に平行な 方向の輪帯平均段差量 dlが以下を満たす、請求の範囲第 31項に記載の対物光学 ユニット。
Figure imgf000053_0001
但し、 MOD ( a ) : aに最も近 、整数、
η1 : λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
η2 : λ 2の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
11 :輪帯数111、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3 · · ·としたとき、
dl = (Dl + D2 + D3 - - - ) /m
[33] 第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満 たす、請求の範囲第 31項に記載の対物光学ユニット。
Figure imgf000054_0001
但し、 η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
[34] 第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満 たす、請求の範囲第 31〜第 33項のいずれかに記載の対物光学ユニット。
Figure imgf000054_0002
但し、 MOD (a) : aに最も近 、整数、
η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m
[35] 前記第 1光路差付与構造は、 NPS(Non—Periodic Phase Structure)である 請求の範囲第 24項〜第 30項のいずれかに記載の対物光学ユニット。
[36] 前記第 2光路差付与構造は、鋸歯状回折構造である請求の範囲第 24項〜第 35 項の 、ずれかに記載の対物光学ユニット。
[37] 第 2光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d3は以下を満 たす請求の範囲第 36項に記載の対物光学ユニット。
Figure imgf000054_0003
但し、 MOD (a) : aに最も近 、整数、
η1' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率
d3:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d3=(Dl + D2 + D3---)/m
[38] 前記第 2光路差付与構造は、光軸を含む断面形状が複数のレベル面を備える階 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、そのレべ ル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた重畳型回折構造である請求の 範囲第 24項〜第 35項のいずれかに記載の対物光学ユニット。
[39] 第 2光路差付与構造における前記階段状とされたパターンの光軸に平行な輪帯平 均段差量 d4が以下を満たす請求の範囲第 38項に記載の対物光学ユニット。
MOD(d4X (nl'-l)/ll)=2k
但し、 MOD (a): aに最も近 、整数、
η1': λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率、
k:自然数、
d4:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、
d4=(Dl + D2 + D3---)/m
[40] 前記第 2光路差付与構造の各パターンに形成されたレベル面は、前記対物光学ュ ニットのベース非球面に沿って形成されている請求の範囲第 38項に記載の対物光 学ユニット。
[41] 前記第 2光路差付与構造は、 NPS(Non— Periodic Phase Structure)である 請求の範囲第 24項〜第 35項のいずれかに記載の対物光学ユニット。
[42] 前記波長 λ 1ίま、 380nm< λ l<420nmであり、前記波長 λ 2ίま、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0.0875mm≤tl≤0. 1125mmで あり、前記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、 前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである請求の 範囲第 24項〜第 41項のいずれかに記載の対物光学ユニット。
[43] 前記波長 λ 1ίま、 380nm< λ l<420nmであり、前記波長 λ 2ίま、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、
前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 5mm≤tl≤0. 7mmであり、前 記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである請求の範囲第 24項〜第 41項のいずれかに記載の対物光学ユニット。
[44] 前記対物光学ユニットはガラスを素材として 、る請求の範囲第 24項〜第 43項の 、 ずれかに記載の対物光学ユニット。
[45] 前記対物光学ユニットはプラスチックを素材として 、る請求の範囲第 24項〜第 43 項の 、ずれかに記載の対物光学ユニット。
第 1光源力 出射される波長 λ 1の第 1光束を用いて厚さ tlの保護層を有する第 1 光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行 、、第 2光源力 出射 される波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)の第 2光束を用いて厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する 第 2光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行 ヽ、第 3光源から 出射される波長え 3 (1. 9 X λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束を用いて厚さ t3 (t2 <t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形 成を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学系の設計方法において、 前記対物光学系の倍率が Mとなるように前記第 1光束を入射して前記第 1情報記 録媒体の情報記録面に対して集光スポットを形成したとき球面収差が補正され、 つ、前記対物光学系の倍率が Mとなるように前記第 3光束を入射して前記第 3情報 記録媒体の情報記録面に対して集光スポットを形成したとき球面収差が補正されるよ うに、
前記対物光学系の複数の屈折光学面と、
前記複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に形成され、
輪帯状の構造力 なり、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇 数倍相当の光路差を付与する第 1光路差付与構造と
を設計する第 1工程と、
前記第 1工程で設計された前記対物光学系の倍率が Μとなるように前記第 2光束 を入射して前記第 2情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成したときの 球面収差を補正するように、
前記複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に形成され、輪帯状の構造からな り、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を 付与する第 2光路差付与構造を設計する第 2工程と、
を有する対物光学系の設計方法。
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