WO2006115081A1 - 光ピックアップ装置用対物光学素子、光ピックアップ装置用光学素子、光ピックアップ装置用対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置 - Google Patents

光ピックアップ装置用対物光学素子、光ピックアップ装置用光学素子、光ピックアップ装置用対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置 Download PDF

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Definitions

  • Objective optical element for optical pickup device optical element for optical pickup device, objective optical element unit for optical pickup device, and optical pickup device
  • the present invention relates to an optical element for an optical pickup device, an optical element for an optical pickup device, an objective optical element unit for an optical pickup device, and an optical pickup device, and in particular, light beams emitted from a plurality of light sources having different light source wavelengths.
  • An optical pickup device capable of recording, recording, and reproducing information on different types of optical information recording media, and an objective optical element for optical pickup device and objective optical element unit for optical pickup device used therefor About.
  • laser light sources used as light sources for reproducing information recorded on optical discs and recording information on optical discs have become shorter, for example Laser light sources with a wavelength of 405 nm, such as blue-violet semiconductor lasers and blue-violet SHG lasers that perform wavelength conversion of infrared semiconductor lasers using second harmonic generation, are being put into practical use.
  • an optical pickup device that uses an objective lens with the same numerical aperture (NA) as DVD (digital versatile disc), 15-20GB for an optical disc with a diameter of 12cm
  • NA numerical aperture
  • an optical pickup device with NA of the objective lens increased to 0.85, it is possible to record 23 to 25 GB of information on an optical disk with a diameter of 12 cm.
  • an optical disk and a magneto-optical disk using a blue-violet laser light source are collectively referred to as a “high-density optical disk”.
  • the optical disk player for high-density optical disks and the optical pickup device mounted on the Z or recorder are compatible with all three types of optical disks: high-density optical disks, DVDs, and CDs. It is desirable to have the ability to record and Z or reproduce information appropriately while maintaining
  • an optical system for high-density optical discs is used. It is conceivable to selectively switch the optical system for DVD and CD according to the recording density of the optical disc that records and Z or reproduces information, but it requires multiple optical systems, which is disadvantageous for miniaturization. In addition, the cost increases.
  • an optical system for high-density optical discs and an optical system for DVDs and CDs are also used in compatible optical pickup devices. It can be said that it is preferable to reduce the number of optical components constituting the optical pickup device as much as possible by sharing as much as possible. In addition, it is most advantageous to simplify the configuration and reduce the cost of the optical pickup device by using a common objective optical system arranged opposite to the optical disk.
  • One aspect of aberration correction is to change the divergence degree of the light beam incident on the objective optical element.
  • the off-axis characteristics deteriorate according to the divergence degree of the light beam incident on the objective optical element (the greater the divergence degree, the more coma aberration occurs when the lens is shifted during tracking).
  • Another aspect of aberration correction is to provide a diffractive structure that provides a diffractive action on the optical surface of the objective optical element (see, for example, Patent Document 1).
  • the spherical aberration can be corrected satisfactorily for either light beam. It is difficult to satisfactorily correct spherical aberration for a light beam having one wavelength.
  • the light use efficiency is poor even when the light beams incident on the objective optical element have two different wavelengths.
  • a diffraction structure is used, an optical path difference is given so as to give a substantial phase change to only one of a plurality of light beams having a plurality of wavelengths, and a light beam of the other wavelength that has passed through the diffraction structure is +
  • the diffraction efficiency of each diffracted light becomes equal. Since the light beam guided to the information recording surface of the optical information recording medium is only one of the diffracted lights, the light intensity always decreases to 50% or less with respect to the light intensity of the incident light.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-298422 Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides an objective optical element for an optical pickup device, an objective optical element unit for an optical pickup device, and an optical pickup device that can perform good spherical aberration correction.
  • the purpose is to provide.
  • a configuration according to the present invention includes an optical path difference providing structure that gives a substantial phase change to a light beam having a specific wavelength, and the optical path difference providing structure includes an optical axis.
  • An optical element for an optical pickup device having a step portion with a step having a small direction height is provided.
  • FIG. 1 is an enlarged view showing a cross section of a first optical path difference providing structure (a binary type zonal structure is taken as an example) that is useful in a comparative example.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a cross section of a first optical path difference providing structure according to the present invention (using a binary ring zone structure as an example).
  • FIG. 3 is an enlarged view showing a cross section of a second optical path difference providing structure (an example of an echelon ring zone structure).
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an optical pickup device that works according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of an objective optical element OBJ.
  • FIG. 6 A graph showing the relationship between the height of the stepped portion S and the diffraction efficiency in a binary ring zone structure.
  • FIG. 7 A graph showing the relationship between the height of the stepped portion S and the diffraction efficiency in a binary ring zone structure.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the height of the stepped portion S and the diffraction efficiency in a binary ring zone structure.
  • FIG. 9 A graph showing the relationship between the height of the stepped portion S (one stepped portion S is provided inside each staircase) and the diffraction efficiency in the echelon type zone structure.
  • FIG. 10 is an enlarged view showing a cross section of a second optical path difference providing structure (using an echelon type zonal structure as an example) when there are a plurality of stepped portions S.
  • FIG.11 Second optical path difference providing structure with multiple step S (Example of echelon ring zone structure)
  • a first optical path difference providing structure that gives a substantial phase change to the light beam of wavelength ⁇ 3 and gives an optical path difference that does not substantially change the phase of the light beam of wavelength ⁇ 1.
  • the first optical path difference providing structure is an objective optical element for an optical pickup device having a step portion having a step whose height in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1.
  • the first optical path difference providing structure including the step portion generates at least ⁇ -order and ⁇ -order diffracted light when the light beam having the wavelength ⁇ 3 passes ( ⁇ is a natural number) ), One of the ⁇ -order and ⁇ -order diffracted light has a higher light quantity than any of the other diffraction orders, and the first optical path difference providing structure having the step portion has the wavelength ⁇ Item 1.
  • Objective optical element for pickup devices are used to obtain devices.
  • the first optical path difference providing structure includes an annular zone centered on the optical axis when viewed in the optical axis direction by providing a height greater in the optical axis direction than the wavelength ⁇ 1. It has multiple annular zones that are shaped,
  • the step portion provided with a step whose height in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1 is an annular shape on the inner peripheral side of the plurality of annular zones of the first optical path difference providing structure when viewed from the optical axis direction. Or in a ring shape on the outer peripheral side of the plurality of ring zones of the first optical path difference providing structure.
  • Item 3 The objective optical element for an optical pickup device according to Item 1 or 2, which is formed.
  • a first optical path difference providing structure that provides an optical path difference that does not change, and a substantial phase change with respect to the light beam with the wavelength ⁇ 2, and the light beam with the wavelength ⁇ 1 and the light beam with the wavelength ⁇ 3
  • a second optical path difference providing structure that provides an optical path difference that does not substantially change the phase
  • the objective optical element for an optical pickup device wherein at least one of the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure has a step portion having a step whose height in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1.
  • the optical path difference providing structure including the step portion generates at least ⁇ -order and ⁇ -order diffracted light ( ⁇ is a natural number) when the light beam having the wavelength 3 passes, One of the ⁇ -order and ⁇ -order diffracted light has a higher light quantity than any of the other diffraction orders, and the optical path difference providing structure provided with the step portion has the wavelength ⁇ 1 or ⁇ 2.
  • the optical pickup apparatus objective according to Item 4 wherein at least 0th-order diffracted light is generated when the light passes, and the 0th-order diffracted light has a higher light quantity than any of the other diffraction orders.
  • Optical element wherein at least 0th-order diffracted light is generated when the light passes, and the 0th-order diffracted light has a higher light quantity than any of the other diffraction orders.
  • the first optical path difference providing structure and the second optical path difference providing structure are provided with a step whose height in the optical axis direction is larger than the wavelength ⁇ 1, thereby allowing light when viewed from the optical axis direction. It has a plurality of ring zones that are ring-shaped around the axis,
  • the first optical path difference providing structure has a step portion having a step whose height in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1
  • the step whose height in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1.
  • the provided step portion is formed in an annular shape on the inner peripheral side of the plurality of annular zones of the first optical path difference providing structure when viewed from the optical axis direction, or the step portion of the first optical path difference providing structure is provided. It is formed in the shape of an annular zone on the outer periphery of multiple annular zones,
  • the second optical path difference providing structure has a step portion having a step whose height in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1
  • the step whose height in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1.
  • the provided step portion is formed in an annular shape on the inner peripheral side of the plurality of annular zones of the second optical path difference providing structure when viewed from the optical axis direction, or the step portion of the second optical path difference providing structure is provided.
  • Item 6 The objective optical element for an optical pickup device according to Item 4 or 5, which is formed in a ring shape on the outer peripheral side of the plurality of ring zones.
  • the optical path difference is given in advance so as to give a substantial phase change only to the light beam having the wavelength ⁇ 3.
  • Aberration correction is performed.
  • the second optical path difference providing structure correction of spherical aberration or wavefront aberration is performed by mainly giving an optical path difference to the light beams having the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2. The burden on the applying structure is reduced, and aberration correction is performed for all three light beams with different wavelengths.
  • substantially no phase change does not mean that there is no phase change at all, but a phase change within ⁇ 0.2 ⁇ (preferably within 0.1 ⁇ ). If included. In addition, “substantial phase change” means a phase change exceeding ⁇ 0.2 ⁇ .
  • the first optical path difference providing structure is provided.
  • the passed light beam of wavelength 3 has the same diffraction efficiency for the + nth order diffracted light and the nth order diffracted light, but the light flux directed to the information recording surface of the optical information recording medium is either Since it is only folded light, the light intensity must be reduced to 50% or less with respect to the light intensity of the incident light. This will be specifically described.
  • FIG. 1 is an enlarged view of a cross section of a first optical path difference providing structure (a binary type zonal structure is taken as an example) that works as a comparative example, and the vertical direction is the optical axis direction.
  • a binary type zone structure a plurality of zones with the same height h in the optical axis direction are arranged around the optical axis. If the top surface of the annular zone is ⁇ 1 and the bottom surface between the annular zones is OP2, there will be a phase difference between the light beam emitted from the surface OP1 and the light beam emitted from the surface OP2.
  • the wavefront of the light beam emitted from the surface ⁇ 2 advances, but the wavefront of the light beam emitted from the surface OP1 Therefore, the phase difference does not appear and the 0th-order diffracted light has the highest light intensity (see dotted line in Fig. 1).
  • the wavefront of the light beam emitted from the surface ⁇ 2 and the wavefront of the light beam emitted from the surface OP1 causes a phase difference, so that the wavefront group WG1 indicated by the one-dot chain line increases the light intensity of the + ⁇ th-order diffracted light (for example, 40% of the light intensity of the incident light beam), and the wavefront indicated by the two-dot chain line Group WG2 increases the light intensity of the ⁇ -order diffracted light (for example, 40% of the light intensity of the incident light beam).
  • information can be recorded on and / or reproduced from a third optical information recording medium having a different protective substrate thickness by using + ⁇ th-order diffracted light. . The remaining 20% is lost due to scattering and absorption.
  • the light intensity of the light beam used for recording and reading or reproducing information on the third optical information recording medium is relatively low at 40%. Although it is necessary to increase the light quantity of a light source, there exists a possibility that cost may increase by it.
  • the light intensity of the light beam used for recording and reproducing or reproducing information is 50% or less. May cause problems.
  • the amount of + ⁇ -order diffracted light is increased as follows. It ’s big.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a cross section of the first optical path difference providing structure according to the present invention (a binary ring zone structure is taken as an example).
  • the difference from the zonal structure BN in Fig. 1 is that stepped portions S are formed on the zonal surfaces OP1 and OP2 close to the optical axis (right side).
  • the step S has a height in the optical axis direction (for example, about lOOnm) smaller than the wavelength ⁇ , which is the shortest wavelength.
  • the height of the stepped portion S in the optical axis direction need not be uniform, for example, it may be a tapered surface that gradually increases toward the optical axis side, but a molding die for molding the objective optical element may be used.
  • the height of the step S in the optical axis direction should be uniform.
  • the step (height h in the optical axis direction) between the surface OP1 and the surface OP2 is the same as the configuration in FIG.
  • the step S is formed and the surface where the step S is not formed and the wave front of the wavelength 3 passing through ⁇ 1 and ⁇ 2 and the step S AW phase difference occurs between the formed surface ⁇ 1 and the wavefront of wavelength 3 that passes through OP 2. That is, the phase difference of the light flux having the wavelength ⁇ 3 generated corresponding to the step between the surface OP1 and the surface OP2 is locally reduced. Then, the apparent wavefront formed by the wavefront group WG1 indicated by the alternate long and short dash line is weaker than the apparent wavefront formed by the wavefront group WG2 indicated by the alternate long and two short dashes line.
  • the light intensity can be increased to, for example, 50% or more.
  • Fig. 6 shows the case where one step S is provided inside each zone (see Fig. 2)
  • Fig. 7 shows the case where two steps S are provided inside each zone (see Fig. 10).
  • Fig. 8 shows the case where three steps S are provided inside each ring zone (see Fig. 11).
  • each step portion S is provided in a step shape as shown in FIG.
  • the optical element is made of a material having a refractive index of 1.5 for the d-line and an Abbe number of 60 for the d-line, and the height h of each annular zone structure (that is, the surface OP1 and the surface OP2 Is set at 3.940 ⁇ m.
  • the optical path differences added to the luminous flux of wavelength ⁇ 1, wavelength 2 and wavelength 3 due to the height h of each annular zone structure are 5 ⁇ ⁇ 1, 3 ⁇ ⁇ 2, 2.5 ⁇ ⁇ 3 respectively. It is.
  • the 0th-order diffracted light with a wavelength of 405 nm, the 0th-order diffracted light with a wavelength of 655 nm, and a wave The diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light with a length of 785 nm varies depending on the height of the step S. Increasing the height of the step S can improve the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light with a wavelength of 785 nm, while the diffraction efficiency of the 0th order diffracted light with a wavelength of 405 nm and 0th order diffracted light with a wavelength of 655 nm is improved. Lower. When determining the height of the step S, it is preferable to consider the balance of the diffraction efficiency of these three wavelengths.
  • the height S of the step portion is based on ⁇ 1, which is the shortest wavelength among the wavelengths that pass through the ring zone structure, and the step S provided in one ring zone is one. So that the height of the stepped portion is smaller than 1, and when a plurality of stepped portions S are provided in the annular zone, the sum of the heights of the plurality of stepped portions S is smaller than ⁇ 1. To decide.
  • the height of the step S is set to 60 ⁇ ! It is preferable to set it within the range of ⁇ 170nm.
  • the height of the step S is 30 ⁇ ! Set the height of the step S to a range of 25nm to 80nm when three steps S are provided inside each ring zone (refer to Fig. 8). Is preferred.
  • step S is formed on the surface 1 and OP 2 so as to be close to the optical axis side, the force that increases the light intensity of the + n-order diffracted light is conversely separated from the optical axis. If formed, the light intensity of the nth-order diffracted light will increase. This is effective when a divergence angle is given to the emitted light.
  • a similar step S can be provided in the second optical path difference providing structure.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing a cross section of the first optical path difference providing structure according to the present invention (taking an echelon type ring zone structure as an example).
  • An echelon-type annular zone structure is a structure in which a plurality of annular zones having a step-like cross section in the optical axis direction are arranged around the optical axis.
  • the Echelon-type ring zone structure is a staircase structure.
  • the light intensity of the + n-order diffracted light can be increased. It is optional to use a blazed ring zone structure instead of the structure shown in Figs.
  • Figure 9 is a graph showing the relationship between the height of the step S (one step S is provided inside each stair) and the diffraction efficiency in the Echelon-type zone structure.
  • the optical element is made of a material having a refractive index of 1.5 for the d line and an Abbe number of 60 for the d line, and the height of each step is set to 1.576 / z m.
  • the optical path difference added to the light flux of wavelength ⁇ 1, wavelength 2 and wavelength ⁇ 3 depending on the height of each step is 2 ⁇ ⁇ 1, 1.2 ⁇ ⁇ 2 and IX ⁇ 3, respectively. is there.
  • the diffraction efficiencies of the 0th-order diffracted light with a wavelength of 405 nm, the + 1st-order diffracted light with a wavelength of 655 nm, and the 0th-order diffracted light with a wavelength of 785 nm vary depending on the height of the step S.
  • the greater the height of the step S the better the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light with a wavelength of 655nm.
  • the 0th order diffracted light with a wavelength of 405nm and the 0th order diffracted light with a wavelength of 785nm are lower. Become.
  • the height of the step S is preferably set in the range of 20 nm to 100 nm.
  • the step portion is provided for each ring zone of the optical path difference providing structure having the step portion, and has a ring shape centered on the optical axis.
  • the width in the direction perpendicular to the optical axis of the annular zone of the optical path difference providing structure having A is A and the width in the direction perpendicular to the optical axis of the step formed corresponding thereto is B, the following equation holds: Item 6.
  • the objective optical element for an optical pickup device according to any one of Items 6 to 9.
  • the optical path difference providing structure having the stepped portion has a plurality of stepped portions having heights in the optical axis direction smaller than the wavelength ⁇ 1 and having steps.
  • the objective optical element for an optical pickup device according to any one of Items 1 to 10, wherein the height of the plurality of step portions in the optical axis direction is smaller than the wavelength ⁇ 1.
  • An optical pickup device having a plurality of first annular zones that have a first annular step with the optical axis as the center when viewed from the optical axis direction by having the first step in the optical axis direction. And an optical path difference providing structure that gives a phase difference between adjacent first annular zones of the plurality of first annular zones with respect to a light beam having a specific wavelength of light source power mounted on the plurality of first annular zones.
  • a step is provided along each 1
  • the step portion generates a phase difference generated in correspondence with the first step between the adjacent first annular zones in the light beam having the specific wavelength that has passed through the first step of the plurality of first annular zones.
  • An optical element for an optical pickup device that is reduced in size.
  • An optical pickup device having a plurality of first annular zones having an annular shape centered on the optical axis when viewed from the optical axis direction by having the first step in the optical axis direction.
  • the optical path difference providing structure that gives a phase difference between the adjacent first annular zones of the plurality of first annular zones with respect to the light beam having a specific wavelength of the light source power mounted on It is formed in an annular shape on the inner peripheral side of the plurality of first annular zones of the optical path difference providing structure, or is formed in an annular shape on the outer peripheral side of the plurality of first annular zones of the optical path difference providing structure.
  • An optical element for an optical pickup device comprising an annular zone-shaped step portion that is formed and has a second step whose height in the optical axis direction is smaller than the first step.
  • the optical path difference providing structure including the step portion allows the light beam having the specific wavelength to pass therethrough.
  • the n-th order and the n-th order diffracted light are generated (n is a natural number), and one of the n-th order and the n-th order diffracted light has a higher light quantity than any of the other diffraction orders.
  • An objective optical element unit for an optical pickup device in which the optical element for an optical pickup device and the condensing optical element are fixed to a lens frame.
  • An optical pickup device including the optical element for an optical pickup device according to item 13 or 14, or the objective optical element unit according to item 16.
  • one or more optical elements other than the condensing optical element are mounted on the actuator in which the condensing optical element (condensing lens) arranged closest to the optical information recording medium is mounted.
  • all of the optical elements mounted on the actuator are referred to as “objective optical elements”.
  • the first optical information recording medium refers to, for example, information recording and Z or reproduction with an objective optical element of NAO. 65 to 0.67, and the protective layer has a thickness of 0.
  • the protective layer has a thickness of 0.
  • information is recorded and Z or reproduced with an objective optical element of NAO. 85, and the thickness of the protective layer is about 0.1 mm.
  • Discs for example, Blu-ray discs, hereinafter also referred to as BDs.
  • the second optical information recording medium includes DVD-ROM and DVD-Video used exclusively for playback, as well as various DVD optical disks such as DVD-RAM, DVD-R, and DVD-RW that also play and record.
  • the third optical information recording medium is a CD-based optical disk such as CD-R, CD-RW.
  • the thickness of the protective layer includes the thickness of Omm.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a device PU.
  • the optical pickup device PU emits a 408 nm laser beam (first beam) and emits a 408 nm laser beam (first beam) when performing information recording and Z or reproduction on a high-density optical disk BD.
  • (1 light source) a red semiconductor laser (second light source) that emits a 658 nm laser beam (second beam) and emits a 658 nm laser beam (second beam) when recording and recording or reproducing information on a DVD, and recording information on a CD Laser unit 2L1P, high-density optical disc BD, which contains an infrared semiconductor laser (third light source) that emits light and emits a 785-nm laser beam (third beam) when performing Z or playback.
  • First photo detector PD 1 that receives the reflected light flux from recording surface RL1, second photo detector PD2 that receives the reflected light beam from information recording surface RL2 and CD information recording surface R L3 of DVD, aberration correction element L1 (first optical element) and this aberration correction element L1 were transmitted -Objective optical element OBJ, two-axis actuator AC1, high with double-sided aspherical condensing element L2 (second optical element) that has the function of condensing the user beam onto information recording surfaces RL1, RL2, RL3 Density optical disc BD numerical aperture NA 1 stop STO, 1st to 4th polarization beam splitters BS1 to BS4, 1st to 3rd collimating lenses COLl to COL3, 1st sensor lens SEN1, 2nd sensor lens SEN2, etc. They are roughly structured.
  • the blue-violet semiconductor laser LD1 emits light as shown by the solid line in FIG.
  • the divergent light beam emitted from the blue-violet semiconductor laser LD1 is converted into a parallel light beam by the first collimating lens COL1, and then transmitted through the first polarization beam splitter BS1 and after passing through the second polarization beam splitter BS2.
  • the beam diameter is regulated by the stop STO, and becomes a spot formed on the information recording surface RL1 via the first protective layer PL1 by the objective optical element OBJ.
  • the effect of the objective optical element OBJ on the light flux with wavelength ⁇ 1 will be described later.
  • the objective optical element OBJ performs focusing and tracking by means of a 2-axis actuator AC1 arranged around the objective optical element OBJ.
  • the reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface RL1 is again the objective optical element ⁇ BJ passes through the second polarizing beam splitter BS2, is reflected by the first polarizing beam splitter BS1, is given astigmatism by the sensor lens SEN1, is converted to a convergent beam by the third collimating lens COL3, and 1 Converge on the light receiving surface of PD1.
  • the information recorded on the high-density optical disc BD can be read using the output signal of the first photodetector PD1.
  • the second light source of the laser cut 2L1P is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the laser unit 2L1P passes through the third polarization beam splitter and the fourth polarization beam splitter as depicted by the dotted line in FIG. 4, and is converted into a parallel light beam by the second collimating lens COL2.
  • the light is reflected by the second polarizing beam splitter BS2 and becomes a spot formed on the information recording surface RL2 by the objective optical element OBJ via the second protective layer PL2.
  • the effect of the objective optical element OBJ on the light beam having a wavelength of 2 will be described later.
  • the objective optical element OBJ performs focusing and tracking by the 2-axis actuator AC1 arranged around it.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 passes again through the objective optical element OBJ, is reflected by the second polarization beam splitter BS2, is converted into a convergent light beam by the second collimating lens COL 2, and is converted into the fourth light beam.
  • Reflected by the polarization beam splitter BS4 astigmatism is given by the second lens SEN2 and converges on the light receiving surface of the second photodetector PD2.
  • the information recorded on the DVD can be read using the output signal of the second photodetector PD2.
  • the third light source of the laser unit 2L 1P is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the laser unit 2L1P passes through the third polarization beam splitter and the fourth polarization beam splitter, and is converted into a parallel light beam by the second collimator lens COL2, and then the second polarization beam. It is reflected by the splitter BS2 and becomes a spot formed on the information recording surface RL3 via the third protective layer PL3 by the objective optical element OBJ.
  • the effect of the objective optical element OBJ on the light flux with wavelength ⁇ 3 will be described later.
  • the objective optical element OBJ performs focusing and tracking with a two-axis actuator AC1 arranged around the objective optical element OBJ.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL3 passes again through the objective optical element OBJ, and the second polarized beam beam.
  • the information recorded on the CD can be read using the output signal of the second photodetector PD2.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the objective optical element OBJ, and the optical surface shape is exaggerated.
  • the objective optical element OBJ is composed of a convergence correction element L1 and a condensing element L2.
  • a flange portion formed integrally with the optical function portion is provided around each optical function portion (the region of the aberration correction element L1 and the condensing element L2 through which the first light beam passes). However, it is integrated by joining some of the strong flange parts.
  • the aberration correction element L1 and the condensing element L2 may be integrated through a separate lens frame.
  • the optical surface S1 (incident surface) of the aberration correction element L1 on the semiconductor laser light source side is concentric with the optical axis L corresponding to the region in NA3 as the optical axis.
  • the region is divided into a first region (center region) A1 including L and a concentric second region (peripheral region) A2 formed in a region outside the first region A1.
  • a first optical path difference providing structure (here, binary structure) 10 is formed as the first optical path difference providing structure.
  • the first optical path difference providing structure 10 includes a plurality of concentric grooves (discontinuous portions) 11 centered on the optical axis having the same depth dl.
  • the first optical path difference providing structure 10 is formed with a step S as shown in FIG.
  • the basic configuration and effect of the first optical path difference providing structure 10 will be described on the assumption that the step S is not formed.
  • the first optical path difference providing structure 10 substantially gives a phase difference only to the light flux of wavelength ⁇ 3 among the light fluxes of wavelength ⁇ 1, wavelength ⁇ 2, and wavelength ⁇ 3 that pass through the groove 11.
  • the optical flux of wavelengths ⁇ 1 and 2 is set so as not to substantially give a phase difference. Since the light beam with wavelength 3 is substantially diffracted by being given a phase difference, the diffracted light having the highest diffraction efficiency among the diffracted light with wavelength ⁇ 3 generated by this is recorded in the CD information recording and Z Or it can be used for reproduction.
  • the level difference dl of the first optical path difference providing structure 10 is set to a depth that is substantially an integral multiple of the wavelength ⁇ 1.
  • a light beam with wavelength ⁇ 1 is incident on the groove structure with the step amount dl set in this way, an optical path difference of approximately an integral multiple of ⁇ 1 occurs between adjacent steps, and the wavelength ⁇ Since no phase difference is substantially given to the light beam 1, the incident light beam having the wavelength ⁇ 1 is transmitted through the first optical path difference providing structure 10 without being diffracted.
  • a phase difference is not substantially given and the light is transmitted as it is.
  • the diffracted light having a relatively high diffraction efficiency for example, 30% or more can be flared.
  • the objective optical element OBJ can have an aperture limiting function related to NA3, and due to the powerful diffraction structure, the longitudinal spherical aberration of the light beam with wavelength ⁇ 3 is discontinuous from the first region A1 to the second region A2. Therefore, it is possible to improve the detection accuracy of the reflected light of the light beam having the wavelength of 3 in the second photodetector PD2.
  • + 1st order and 1st order diffracted light have almost the same diffraction efficiency (for example, about 40%). Therefore, as shown in FIG. 2, by providing the step S, the phase difference of the light beam having the wavelength ⁇ 3 generated corresponding to the step amount dl between the adjacent annular zones is changed to the first optical path difference providing structure 10. Station between adjacent ring zones The light intensity of the + 1st-order diffracted light can be increased to, for example, 50% or more. As a result, the + 1st order diffracted light of wavelength 3 has the highest diffraction efficiency, and this diffracted light can be used for CD information recording and Z or reproduction.
  • a second optical path providing structure 20 is formed on the optical surface S2 (outgoing surface) on the optical disc side of the aberration correction element L1.
  • the second optical path difference providing structure 20 is composed of annulus 17 and has a stepped cross section including the optical axis L.
  • Each step amount d2 is an even multiple of the wavelength ⁇ 1.
  • optical surface S3 (incident surface) on the semiconductor laser light source side and the optical surface S4 (exit surface) on the optical disc side of the condensing element L2 have an aspherical shape, and the wavelength transmitted through the aberration correcting element L1.
  • the diffracted light having the highest diffraction efficiency forms a good condensing spot on the information recording surface RL2 of the DVD
  • the first-order diffracted light of the light beam having the wavelength ⁇ 3 is the information recording surface RL3 of the CD.
  • the objective optical element OBJ has a two-group configuration that also includes the aberration correcting element L1 and the condensing element L2. This allows the diffractive power and refractive power to be shared by the two optical elements, which has the advantage of improving the degree of freedom of design.
  • the present invention is not limited to this, and the object optical element OBJ is a single lens.
  • the first and second optical path difference providing structures and diffractive structures may be provided on the entrance surface and the exit surface of the lens.
  • the aberration correcting element L1 is provided with the diffractive structure and the first optical path difference providing structure 10 and the second optical path difference providing structure 20, the light condensing element L2 is not provided with an optical path difference providing structure or a diffractive structure. Therefore, it is possible to easily manufacture the condensing element L2 as a glass lens, and to provide an objective optical element in which the occurrence of aberration due to temperature change is suppressed.
  • the objective optical element may have an aperture limiting function. good.
  • the optical pickup device PU shown in the above embodiment, the rotation drive device that holds the optical disc rotatably, and the control device that controls the drive of these various devices are mounted, so that the optical An optical information recording / reproducing apparatus capable of executing at least one of information recording and information recording on an optical disk can be obtained.
  • the objective optical element OBJ is composed of two groups of an aberration correcting element L1 and a condensing element L2, and the incident surface S1 (first surface) of the aberration correcting element L1 and The exit surface S2 (second surface) is a flat surface, and the entrance surface S3 (third surface) and the exit surface S4 (fourth surface) of the condensing element L2 are aspherical surfaces.
  • a first optical path difference providing structure 10 is formed on the incident surface S1 of the aberration correction element L1, and a second optical path difference providing structure 20 is formed on the exit surface S2 of the aberration correction element L1.
  • Table 1 shows 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
  • the entrance surface (third surface) and the exit surface (fourth surface) of the condensing element are each around the optical axis defined by the mathematical formula obtained by substituting the coefficients shown in Table 1 into Formula 1. It is axisymmetric aspherical.
  • optical path length given to the light flux of each wavelength by the optical path difference providing structure is defined by an equation in which the coefficient shown in Table 1 is substituted into the optical path difference function of Formula 2.
  • ⁇ wavelength of the light beam incident on the diffractive structure
  • the step S as shown in FIG. 2 is formed on the first optical path difference providing structure 10 formed on the incident surface S1 of the aberration correction element L1 represented by the lens data in Table 1. It is assumed that
  • the height (step) of the step S is 80 nm, which is smaller than the height (step) of the annular structure forming the first optical path difference providing structure 10.
  • the ratio BZA between the stepped portion and the ring zone is 0.5.
  • the diffraction efficiency of the + 1st order diffracted light of the light beam with wavelength 3 is higher than the diffraction efficiency of the other diffracted lights. Recording and Z or playback are possible.
  • the diffraction efficiency of the 0th-order diffracted light (transmitted light) of the light beams having wavelengths ⁇ 1 and 2 is higher than the diffraction efficiency of the other diffracted lights.
  • information can be recorded and read or reproduced appropriately.
  • a good sphere can be obtained even when light beams having a plurality of different wavelengths are incident.
  • An objective optical element for an optical pickup device, an optical element for an optical pickup device, an objective optical element unit for an optical pickup device, and an optical pickup device that can correct surface aberrations can be provided.

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Abstract

　本発明に係る構成は、特定の波長の光束に対して実質的な位相の変化を与える光路差付与構造を備え、前記光路差付与構造には、光軸方向の高さが前記波長λ１より小さい段差を備えた段部を有する光ピックアップ装置用光学素子を有する。

Description

明 細 書
光ピックアップ装置用対物光学素子、光ピックアップ装置用光学素子、光 ピックアップ装置用対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置
技術分野
[0001] 本発明は、光ピックアップ装置用対物光学素子、光ピックアップ装置用光学素子、 光ピックアップ装置用対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置に関し、特に、 光源波長の異なる複数の光源から出射される光束を用いて、種類の異なる光情報記 録媒体に対して、それぞれ情報の記録及び Z又は再生が可能な光ピックアップ装置 、及びそれに用いる光ピックアップ装置用対物光学素子並びに光ピックアップ装置 用対物光学素子ユニットに関する。
背景技術
[0002] 近年、光ピックアップ装置にお!、て、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディ スクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、 例えば、青紫色半導体レーザや、第 2高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波 長変換を行う青紫色 SHGレーザ等の波長 405nmのレーザ光源が実用化されつつ ある。
[0003] これら青紫色レーザ光源を使用すると、 DVD (デジタルバーサタイルディスク）と同 じ開口数 (NA)の対物レンズを使用する光ピックアップ装置で、直径 12cmの光ディ スクに対して、 15〜20GBの情報の記録が可能となり、対物レンズの NAを 0. 85にま で高めた光ピックアップ装置では、直径 12cmの光ディスクに対して、 23〜25GBの 情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光デ イスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」 t ヽぅ。
[0004] ところで、このような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及び Z又は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や CD (コンパクトディスク）が販売されてい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 、る DVDや CD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及び/又は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 イスクプレーヤ及び Z又はレコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光デ イスク、 DVD及び CDの 3種類の光ディスク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。
[0005] 高密度光ディスクと DVD、更には CDと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手法として、高密度光ディスク用の 光学系と DVDや CD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ものが考えられるが、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。
[0006] そこで、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いても、高密度光ディスク用の光学系と DVDや CD 用の光学系とを可能な限り共通化して、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といえる。又、光ディスクに対向して配置される対物光学 系を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利と なる。
[0007] しかるに、光ピックアップ装置において共通の対物光学素子を用いて互換を実現し ようとする場合、それぞれの光ディスクに用いられる光源波長や保護基板厚が異なる ため、光ディスクの情報記録面上に良好に収差補正のなされた集光スポットを形成 するためには何らかの工夫が必要となる。
[0008] 一つの収差補正の態様としては、対物光学素子に入射される光束の発散度合いを 変えることが考えられる。力かる収差補正の態様によれば、対物光学素子に入射する 光束の発散度合いに応じて、軸外特性が悪化 (発散度合いが大きくなるほどトラツキ ング時にレンズシフトした際のコマ収差が大きく発生）し好ましくないという問題がある
[0009] 別の収差補正の態様としては、対物光学素子の光学面に、回折作用を与える回折 構造を設けることである (例えば、特許文献 1参照)。 [0010] ところが、力かる従来技術によれば、対物光学素子に入射する光束が異なる 2つの 波長である場合には、いずれの光束に対しても良好に球面収差補正を行えるが、異 なる 3つの波長である光束について、いずれの光束に対しても良好に球面収差補正 を行うことは困難である。
[0011] より具体的に説明すると、例えば高密度光ディスク、 DVD、および CDに使用される 光束の波長は、それぞれ λ l =400nm程度、 2 = 655nm程度、 3 = 785nm程 度となっており、ここで λ 1 : λ 3 1 : 2であるため、特許文献 1に記載されたようなブ レーズ形状の回折構造では、回折効率が最大となる回折次数の比が λ 1： λ 3 = 2 : 1となる（例えば λ 1が 6次のときえ 3が 3次)。また、回折の効果は波長 X回折次数の 差と回折輪帯のピッチで決まるため、波長 λ 1とえ 3の光束の回折次数が 2 : 1のとき は、 λ 1 Χ 2— λ 3 Χ 1の値が小さくなる。そのため、例えば、ブレーズ化波長を波長 λ 1の偶数倍に近い値として回折構造を設計した場合、波長 λ 1の光束と波長 λ 3の 光束における相互の回折作用が小さくなり、同じ対物光学素子を用いて高密度光デ イスクと CDに対して、それぞれ情報の記録及び Z又は再生を行うことが困難となる。
[0012] 一方、波長 X回折次数の差が小さい場合であっても、小さい回折作用を利用する ことで互換を達成することが理論上は可能であるが、この場合、回折輪帯のピッチを 小さくする必要があり、それにより光量が低下し、レンズの製造が難しくなる、レーザ 光源の出力変化等による数 nm程度の微小範囲内での波長変動によって収差が大 きく発生する等の問題が生じてしまう。
[0013] また、かかる従来技術によれば、対物光学素子に入射する光束が任意の異なる 2 つの波長である場合であっても、光の利用効率が悪いという問題がある。例えば、回 折構造を用い、複数の波長の光束のうち 1つに対してのみ実質的な位相の変化を与 えるよう光路差を与え、前記回折構造を通過した他方の波長の光束から、 +n次の回 折光と n次の回折光の回折を発生させた場合、それぞれの回折光の回折効率は 等しくなる。光情報記録媒体の情報記録面に導かれる光束は、いずれか一方の回折 光のみとなるので、入射光の光強度に対して、光強度が 50%以下に必ず低下するこ ととなる。
特許文献 1：特開 2002 - 298422号公報 発明の開示
[0014] 本発明は、従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、良好な球面収差補正 を行える光ピックアップ装置用対物光学素子、光ピックアップ装置用対物光学素子ュ ニット及び光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
[0015] 上記目的を達成するため、本発明に係る構成は、特定の波長の光束に対して実質 的な位相の変化を与える光路差付与構造を備え、前記光路差付与構造には、光軸 方向の高さが小さい段差を備えた段部を有する光ピックアップ装置用光学素子を有 する。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]比較例に力かる第 1光路差付与構造 (バイナリ型の輪帯構造を例に取る）の断 面を拡大して示す図である。
[図 2]本発明にかかる第 1光路差付与構造 (バイナリ型の輪帯構造を例に取る）の断 面を拡大して示す図である。
[図 3]第 2光路差付与構造 (エシュロン型の輪帯構造を例に取る)の断面を拡大して 示す図である。
[図 4]本実施の形態に力かる光ピックアップ装置の概略断面図である。
[図 5]対物光学素子 OBJの概略断面図である。
[図 6]バイナリ型の輪帯構造において、段部 Sの高さと回折効率の関係を表すグラフ である。
[図 7]バイナリ型の輪帯構造において、段部 Sの高さと回折効率の関係を表すグラフ である。
[図 8]バイナリ型の輪帯構造において、段部 Sの高さと回折効率の関係を表すグラフ である。
[図 9]エシュロン型の輪帯構造において、段部 Sの高さ（各階段の内部に段部 Sを 1つ 設けている）と回折効率の関係を表すグラフである。
[図 10]段部 Sが複数ある場合の第 2光路差付与構造 (エシュロン型の輪帯構造を例 に取る）の断面を拡大して示す図である。
[図 11]段部 Sが複数ある場合の第 2光路差付与構造 (エシュロン型の輪帯構造を例 に取る）の断面を拡大して示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、本発明に係る好ましい形態を説明する。
[0018] (項 1) 厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再 生を行う際には、波長 λ 1の光束を、対物光学素子を介して前記第 1光情報記録媒 体の情報記録面に集光することにより、前記第 1光情報記録媒体に対する情報の記 録及び Ζ又は再生を行 、、厚さ t3 (tl < t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体 に対して情報の記録又は再生を行う際には、波長え 3 ( λ 1 < λ 3)の光束を、前記対 物光学素子を介して前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光することにより、 前記第 3光情報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ又は再生を行うための光ピック アップ装置用対物光学素子であって、
前記波長 λ 3の光束に対して実質的な位相の変化を与えるとともに、前記波長 λ 1 の光束に対して実質的な位相の変化を与えない光路差を付与する第 1光路差付与 構造を備え、
前記第 1光路差付与構造は、光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備 えた段部を有する光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0019] (項 2) 前記段部を備えた前記第 1光路差付与構造は、前記波長 λ 3の光束が通 過したときに少なくとも η次と η次の回折光を生成し (ηは自然数）、前記 η次と η次 の回折光の一方は発生する他の回折次数の光束のいずれよりも光量が高ぐかつ、 前記段部を備えた前記第 1光路差付与構造は、前記波長 λ 1の光束が通過したと きに少なくとも 0次の回折光を生成し、前記 0次の回折光は発生する他の回折次数の 光束の 、ずれよりも光量が高 、、項 1に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0020] (項 3) 前記第 1光路差付与構造は、光軸方向の高さが前記波長 λ 1より大きい段 差を備えることにより、光軸方向力 みたとき光軸を中心とした輪帯形状となる複数の 輪帯を有し、
前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部は、光軸方向か らみたとき、前記第 1光路差付与構造の前記複数の輪帯の内周側に輪帯状に形成さ れるか、或いは、前記第 1光路差付与構造の前記複数の輪帯の外周側に輪帯状に 形成されている項 1又は項 2に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0021] (項 4) 厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再 生を行う際には、波長 λ 1の光束を、対物光学素子を介して前記第 1光情報記録媒 体の情報記録面に集光することにより、前記第 1光情報記録媒体に対する情報の記 録及び Ζ又は再生を行うことが可能であり、厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2 光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、波長え 2 ( λ 1 < λ 2) の光束を、前記対物光学素子を介して前記第 2光情報記録媒体の情報記録面に集 光することにより、前記第 2光情報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ又は再生を 行うことが可能であり、厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体に対 して情報の記録又は再生を行う際には、波長え 3 ( λ 2< λ 3)の光束を、前記対物 光学素子を介して前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光することにより、前 記第 3光情報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ又は再生を行うことが可能である 光ピックアップ装置に用いられる光ピックアップ装置用対物光学素子であって、 前記波長 λ 3の光束に対して実質的な位相の変化を与えるとともに、前記波長 λ 1 の光束及び前記波長 λ 2の光束に対して実質的な位相の変化を与えない光路差を 付与する第 1光路差付与構造と、前記波長 λ 2の光束に対して実質的な位相の変化 を与えるとともに、前記波長 λ 1の光束及び前記波長 λ 3の光束に対して実質的な 位相の変化を与えない光路差を付与する第 2光路差付与構造とを備え、
前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造の少なくとも一方は、光軸方 向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部を有する光ピックアップ装置用 対物光学素子。
[0022] (項 5) 前記段部を備えた光路差付与構造は、前記波長え 3の光束が通過したとき に、少なくとも η次と η次の回折光を生成し (ηは自然数）、前記 η次と η次の回折 光の一方は発生する他の回折次数の光束のいずれよりも光量が高ぐかつ、 前記段部を備えた光路差付与構造は、前記波長 λ 1又は λ 2の光束が通過したと きに、少なくとも 0次の回折光を生成し、前記 0次の回折光は発生する他の回折次数 の光束のいずれよりも光量が高い、項 4に記載の光ピックアップ装置用対物光学素 子。 [0023] (項 6) 前記第 1光路差付与構造及び前記第 2光路差付与構造は、光軸方向の高 さが前記波長 λ 1より大きい段差を備えることにより、光軸方向からみたとき光軸を中 心とした輪帯形状となる複数の輪帯を有し、
前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部を前記第 1光路 差付与構造に有する場合には、前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差 を備えた段部は、光軸方向からみたとき、前記第 1光路差付与構造の前記複数の輪 帯の内周側に輪帯状に形成されるか、或いは、前記第 1光路差付与構造の前記複 数の輪帯の外周側に輪帯状に形成され、
前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部を前記第 2光路 差付与構造に有する場合には、前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差 を備えた段部は、光軸方向からみたとき、前記第 2光路差付与構造の前記複数の輪 帯の内周側に輪帯状に形成されるか、或いは、前記第 2光路差付与構造の前記複 数の輪帯の外周側に輪帯状に形成されている項 4又は項 5に記載の光ピックアップ 装置用対物光学素子。
[0024] 例えば単一の回折構造を用いて、 3つの異なる波長の光束全てに対して、適切な 情報の記録及び Ζ又は再生を行えるように収差補正を行うことが困難であることに鑑 み、本発明に係る構成では、前記第 1光路差付与構造を用いて、予め前記波長 λ 3 の光束に対してのみ実質的な位相の変化を与えるよう光路差を与えることで球面収 差或いは波面収差の補正を行う。また、更に前記第 2光路差付与構造を用いて、前 記波長 λ 1, λ 2の光束に対して主として光路差を与えることで球面収差或いは波面 収差の補正を行うことにより、それぞれの光路差付与構造における負担を軽減し、ト 一タルで 3つの異なる波長の光束全てに対して収差補正を行う。これにより、適切な 情報の記録及び Ζ又は再生を行えるようにしている。尚、「実質的な位相の変化がな い」とは、全く位相の変化がない場合のみを指すわけではなぐ ±0. 2 π以内の位相 の変化 (望ましくは 0. 1 π以内）であれば含むものとする。また、「実質的な位相の変 ィ匕がある」とは ±0. 2 πを越える位相の変化を含むものを指す。
[0025] しかるに、前記第 1光路差付与構造を用いて、予め前記波長 λ 3の光束に対しての み実質的な位相の変化を与えるよう光路差を与えると、前記第 1光路差付与構造を 通過した波長え 3の光束は、 +n次の回折光と n次の回折光との回折効率が等しく 高くなるが、光情報記録媒体の情報記録面に導かれる光束は、いずれか一方の回 折光のみとなるので、入射光の光強度に対して、光強度が 50%以下に必ず低下す ることとなる。これを具体的に説明する。
[0026] 図 1は、比較例に力かる第 1光路差付与構造 (バイナリ型の輪帯構造を例に取る） の断面を拡大して示す図であり、上下方向が光軸方向であるとする。バイナリ型の輪 帯構造は、光軸方向高さ hが等しい複数の輪帯が光軸を中心として配置されているも のである。輪帯の頂面を ΟΡ1、輪帯間の底面を OP2とすると、面 OP1から出射され た光束と、面 OP2から出射された光束との間には、位相差が生じることとなる。
[0027] しかるに、光軸方向高さ hを、波長 λ 1の整数倍とし且つ波長 λ 2の整数倍とすると 、面 ΟΡ2から出射した光束の波面は進むが、面 OP1から出射した光束の波面と丁度 重なるので、見かけ上位相差が生じないこととなり、 0次回折光が最も光強度が高くな る（図 1の点線参照)。
[0028] 一方、光軸方向高さ hを、波長 λ 3の整数倍としなければ、図 1に実線で示すように 、面 ΟΡ2から出射した光束の波面と、面 OP1から出射した光束の波面とは位相差が 生じるので、一点鎖線で示す波面のグループ WG1により、 +η次の回折光の光強度 (例えば入射光束の光強度の 40%)が高くなり、また二点鎖線で示す波面のグルー プ WG2により、 η次の回折光の光強度 (例えば入射光束の光強度の 40%)が高く なる。光軸が図 1で右側にあるとすれば、 +η次回折光を用いることで、保護基板厚さ の異なる第 3光情報記録媒体に対して情報の記録及び Ζ又は再生を行うことができ る。残りの 20%は、散乱や吸収などで失われる。
[0029] しかるに、第 3光情報記録媒体に対して情報の記録及び Ζ又は再生のために用い られる光束の光強度が 40%と比較的低くなるので、読み取り不良を回避するには、 第 3光源の光量を増大させる必要があるが、それによりコストが増大する恐れがある。
[0030] また、対物光学素子に異なる 2つの波長を持つ光束が入射する構成であっても、情 報の記録及び Ζ又は再生のために用いられる光束の光強度が 50%以下となり、同 様の問題が発生する恐れがある。
[0031] そこで本発明に係る構成においては、以下のようにして、 +η次回折光の光量を増 大させている。
[0032] 図 2は、本発明にかかる第 1光路差付与構造 (バイナリ型の輪帯構造を例に取る） の断面を拡大して示す図である。図 1の輪帯構造 BNと異なる点は、輪帯状の面 OP 1、 OP2に、光軸 (右側）に寄せて、それぞれ段部 Sを形成した点である。段部 Sは、 最も短波長である波長 λ ΐより光軸方向高さ（例えば lOOnm程度）が小さくなつてい る。なお、段部 Sの光軸方向高さは一様である必要はなぐ例えば光軸側に向かうに つれて漸次高くなるテーパ面であっても良いが、対物光学素子を成形する成形金型 を平先バイトで加工するような場合には、段部 Sの光軸方向高さは一様である方が望 ましい。又、面 OP1と面 OP2との段差 (光軸方向高さ h)は、図 1の構成と同様である
[0033] 図 2の輪帯構造 BNを波長 λ 3の光束が通過したときに、段部 Sが形成されて ヽな い面 ΟΡ1、 ΟΡ2を通過する波長え 3の波面と、段部 Sが形成されている面 ΟΡ1、 OP 2を通過する波長え 3の波面とでは、 AWの位相差が生じる。すなわち、面 OP1と面 OP2との段差に対応して発生する波長 λ 3の光束の位相差が局所的に小さくなる。 すると、一点鎖線で示す波面のグループ WG1により形成される見かけ上の波面は、 二点鎖線で示す波面のグループ WG2により形成される見かけ上の波面よりも弱くな り、その結果として +η次回折光の光強度を例えば 50%以上に高めることができる。
[0034] 以下に数値をあげて具体例を説明する。図 6は各輪帯の内部に段部 Sを 1つ設け た場合であり（図 2参照）、図 7は各輪帯の内部に段部 Sを 2つ設けた場合 (図 10参照 )であり、図 8は各輪帯の内部に段部 Sを 3つ設けた場合（図 11参照）である。複数の 段部 Sを設ける場合には、図 10に示すように、それぞれの段部 Sを階段状に設けるこ とが好ましい。
[0035] なお、光学素子は d線における屈折率が 1. 5、 d線におけるアッベ数が 60の材料か ら形成されており、各輪帯構造の高さ h (すなわち、面 OP1と面 OP2との段差）は、 3 . 940 μ mに設定されて 、る。各輪帯構造の高さ hにより波長 λ 1、波長え 2、波長え 3の光束に対して付加される光路差は、それぞれ、 5 Χ λ 1、 3 Χ λ 2、 2. 5 Χ λ 3で ある。
[0036] 図 6〜8に示すように、波長 405nmの 0次回折光、波長 655nmの 0次回折光、波 長 785nmの + 1次回折光の回折効率は、段部 Sの高さに依存して変化する。段部 S の高さを大きくするほど、波長 785nmの + 1次回折光の回折効率を向上させることが できるが、一方で、波長 405nmの 0次回折光、波長 655nmの 0次回折光の回折効 率が低くなる。段部 Sの高さを決定する場合には、これら 3波長の回折効率のバラン スを考慮して決定するのが好まし 、。
[0037] 具体的には、段部の高さ Sは輪帯構造を通過する波長の中で最も短い波長である λ 1を基準とし、 1つの輪帯に設けた段部 Sが 1つの場合はその段差段部の高さをえ 1より小さくなるように、また、輪帯に段部 Sを複数設けた場合にはその複数の段部 S の高さの総和が λ 1より小さくなるように決定する。
[0038] より具体的には、各輪帯の内部に段部 Sを 1つ設ける場合（図 6参照）には、段部 S の高さを 60ηπ！〜 170nmの範囲に設定するのが好ましく、各輪帯の内部に段部 Sを 2つ設ける場合（図 7参照）には、段部 Sの高さを 30ηπ！〜 l lOnmの範囲に設定する のが好ましぐ各輪帯の内部に段部 Sを 3つ設ける場合（図 8参照）には、段部 Sの高 さを 25nm〜80nmの範囲に設定するのが好ましい。
[0039] なお、図 2から明らかなように、段部 Sを面 ΟΡ1、 OP2上で光軸側に寄せて形成す れば、 +n次回折光の光強度が高まる力 逆に光軸から離して形成すれば、 n次 回折光の光強度が高まることとなる。これは出射光に発散角を与える場合に有効で ある。又、第 2光路差付与構造に、同様な段部 Sを設けることもできる。
[0040] (項 7) 前記段部を有する光路差付与構造がブレーズ状の輪帯構造である項 1〜 項 6のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0041] (項 8) 前記段部を有する光路差付与構造がバイナリ型の輪帯構造である項 1〜 項 6のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0042] (項 9) 前記段部を有する光路差付与構造がエシュロン型の輪帯構造である項 1 〜項 6のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0043] 図 3は、本発明にかかる第 1光路差付与構造 (エシュロン型の輪帯構造を例に取る )の断面を拡大して示す図である。エシュロン型の輪帯構造は、光軸方向の断面が 階段状である複数の輪帯が光軸を中心として配置されているものである。図 3に示す ように、エシュロン型の輪帯構造は階段構造となっているが、各階段ごとに段部 Sを 設けることで、図 2と同様に、 +n次回折光の光強度を増大させることができる。なお、 ブレーズ状の輪帯構造を、図 2, 3の構造の代わりに用いることは任意である。
[0044] 以下に数値をあげて具体例を説明する。図 9はエシュロン型の輪帯構造において、 段部 Sの高さ（各階段の内部に段部 Sを 1つ設けている）と回折効率の関係を表すグ ラフである。なお、光学素子は d線における屈折率が 1. 5、 d線におけるアッベ数が 6 0の材料から形成されており、各階段の高さは、 1. 576 /z mに設定されている。各階 段の高さにより波長 λ 1、波長え 2、波長 λ 3の光束に対して付加される光路差は、そ れぞれ、 2 Χ λ 1、 1. 2 Χ λ 2、 I X λ 3である。
[0045] 図 9に示すように、波長 405nmの 0次回折光、波長 655nmの + 1次回折光、波長 785nmの 0次回折光の回折効率は、段部 Sの高さに依存して変化する。段部 Sの高 さを大きくするほど、波長 655nmの + 1次回折光の回折効率を向上させることができ る力 一方で、波長 405nmの 0次回折光、波長 785nmの 0次回折光の回折効率が 低くなる。段部 Sの高さを決定する場合には、これら 3波長の回折効率のバランスを考 慮して決定するのが好まし ヽ。
[0046] 具体的には、各階段の内部に段部 Sを 1つ設ける場合には、段部 Sの高さを 20nm 〜100nmの範囲に設定するのが好ましい。
[0047] (項 10) 前記段部は、前記段部を有する光路差付与構造の各輪帯ごとに設けら れ、且つ光軸を中心とした輪帯形状を有しており、前記段部を有する光路差付与構 造の輪帯の光軸直交方向の幅を Aとし、それに対応して形成される前記段部の光軸 直交方向の幅を Bとしたときに、以下の式が成立する項 6〜項 9のいずれか 1項に記 載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0048] 0. 1≤B/A≤0. 9 (1)
(項 11) 前記段部を有する光路差付与構造は、光軸方向の高さが前記波長 λ 1よ り小さ!、段差を備えた複数の段部を有し、
前記複数の段部全体の光軸方向の高さは前記波長 λ 1より小さい項 1〜項 10のい ずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[0049] 図 2を参照して、輪帯状の面 OP1, ΟΡ2の光軸直交方向幅を Αとし、段部の光軸 直交方向の幅を Bとすると、 BZAが大きすぎても或いは小さすぎても所望の効果を 発揮できない。そこで、（1)式を満たすようにすれば、段部 sの効果を有効に発揮で きる。なお、以下の式を満たすようにすると、より好ましい。
[0050] 0. 2≤B/A≤0. 8 (1，）
また、図 10のように段部が複数ある場合には、輪帯状の面 OP1, OP2の光軸直交 方向幅を Aとし、複数の段部全体の光軸直交方向の幅を Bとすると、以下の式を満た すことが好ましい。
[0051] 0. 3≤B/A≤0. 7 (1")
(項 12) 項 1〜項 11のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子 を有する光ピックアップ装置。
[0052] (項 13) 光軸方向の第 1段差を有することにより光軸方向からみたときに光軸を中 心とした輪帯形状となる複数の第 1輪帯を有し、光ピックアップ装置に搭載される光 源力 の特定波長の光束に対して前記複数の第 1輪帯の隣り合う第 1輪帯間で位相 差を与える光路差付与構造を備えるとともに、前記複数の第 1輪帯の各第 1輪帯に沿 つて段部を備え、
前記段部は、前記複数の第 1輪帯の前記第 1段差を通過した前記特定波長の光束 において、前記隣り合う第 1輪帯間で前記第 1段差に対応して発生する位相差を局 所的に小さくする光ピックアップ装置用光学素子。
[0053] 本構成の作用効果は項 1に記載の構成と同様である。
[0054] (項 14) 光軸方向の第 1段差を有することにより光軸方向からみたときに光軸を中 心とした輪帯形状となる複数の第 1輪帯を有し、光ピックアップ装置に搭載される光 源力 の特定波長の光束に対して前記複数の第 1輪帯の隣り合う第 1輪帯間で位相 差を与える光路差付与構造を備えるとともに、光軸方向力もみたとき、前記光路差付 与構造の前記複数の第 1輪帯の内周側に輪帯状に形成されるか、或いは、前記光 路差付与構造の前記複数の第 1輪帯の外周側に輪帯状に形成され、光軸方向の高 さが前記第 1段差よりも小さい第 2段差を有する輪帯状の段部を備える光ピックアップ 装置用光学素子。
[0055] 本構成の作用効果は項 1に記載の構成と同様である。
[0056] (項 15) 前記段部を備えた前記光路差付与構造は、前記特定波長の光束が通過 したときに n次と n次の回折光を生成し (nは自然数）、前記 n次と n次の回折光の 一方は発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い、項 13又は項 14に記 載の光ピックアップ装置用光学素子。
[0057] (項 16) 項 13又は項 14に記載の光ピックアップ装置用光学素子と、集光光学素 子とを有し、
前記光ピックアップ装置用光学素子と、前記集光光学素子とを鏡枠に固定した光ピ ックアップ装置用対物光学素子ユニット。
[0058] (項 17) 項 13又は項 14に記載の光ピックアップ装置用光学素子、又は、項 16に 記載の対物光学素子ユニットを搭載した光ピックアップ装置。
[0059] 尚、本明細書中、最も光情報記録媒体側に配置される集光光学素子 (集光レンズ） が搭載されるァクチユエータに、その集光光学素子以外に 1以上の光学素子が搭載 される場合には、当該ァクチユエータに搭載された光学素子の全てを、「対物光学素 子」という。
[0060] 本明細書中において、第 1光情報記録媒体とは、例えば、 NAO. 65乃至 0. 67の 対物光学素子により情報の記録及び Z又は再生を行い、保護層の厚さが 0. 6mm 程度である規格の光ディスク（例えば、 HD DVD)の他に、 NAO. 85の対物光学素 子により情報の記録及び Z又は再生を行い、保護層の厚さが 0. 1mm程度である規 格の光ディスク（例えば、ブルーレイディスク、以下では BDともいう）も含むものとする 。第 2光情報記録媒体とは、再生専用に用いる DVD— ROM, DVD— Videoの他、 再生/記録を兼ねる DVD— RAM, DVD-R, DVD— RW等の各種 DVD系の光 ディスクを含むものである。又、第 3光情報記録媒体とは、 CD-R, CD— RW等の C D系の光ディスクをいう。尚、本明細書中、保護層の厚さというときは、厚さ Ommも含 めるものとする。
[0061] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図 4は、高密 度光ディスク BD (第 1光ディスク）と DVD (第 2光ディスク）と CD (第 3光ディスク）との 何れに対しても適切に情報の記録及び Z又は再生を行える第 1の光ピックアップ装 置 PUの構成を概略的に示す図である。高密度光ディスク BDの光学的仕様は、第 1 波長 l =407nm、第 1保護層 PL1の厚さ tl = 0. lmm、開口数 NA1 = 0. 85であ り、 DVDの光学的仕様は、第 2波長え 2 = 655nm、第 2保護層 PL2の厚さ t2 = 0. 6 mm、開口数 NA2 = 0. 65であり、 CDの光学的仕様は、第 3波長え 3 = 785nm、第 3保護層 PL3の厚さ t3 = l. 2mm、開口数 NA3 = 0. 51である。
[0062] 光ピックアップ装置 PUは、高密度光ディスク BD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 408nmのレーザ光束 (第 1光束)を射出する青紫色半導 体レーザ LD1 (第 1光源）、 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 658nmのレーザ光束 (第 2光束)を射出する赤色半導体レーザ (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 785nmのレーザ 光束 (第 3光束)を射出する赤外半導体レーザ (第 3光源)とを 1つのパッケージに収 容したレーザユニット 2L1P、高密度光ディスク BDの情報記録面 RL1からの反射光 束を受光する第 1光検出器 PD 1、 DVDの情報記録面 RL2及び CDの情報記録面 R L3からの反射光束を受光する第 2光検出器 PD2、収差補正素子 L1 (第 1光学素子） とこの収差補正素子 L1を透過したレーザ光束を情報記録面 RL1、 RL2、 RL3上に 集光させる機能を有する両面非球面の集光素子 L2 (第 2光学素子)とから構成され た対物光学素子 OBJ、 2軸ァクチユエータ AC1、高密度光ディスク BDの開口数 NA 1に対応した絞り STO、第 1〜第 4偏光ビームスプリッタ BS1〜BS4、第 1〜第 3コリメ 一トレンズ COLl〜COL3、第 1センサーレンズ SEN1、第 2センサーレンズ SEN2等 カゝら概略構成されている。
[0063] 光ピックアップ装置 PUにおいて、高密度光ディスク BDに対して情報の記録及び Z 又は再生を行う場合には、図 4において実線でその光線経路を描いたように、青紫 色半導体レーザ LD1を発光させる。青紫色半導体レーザ LD1から射出された発散 光束は、第 1コリメートレンズ COL1により平行光束に変換された後、第 1の偏光ビー ムスプリッタ BS1を透過し、第 2の偏光ビームスプリッタ BS2を透過した後、絞り STO により光束径が規制され、対物光学素子 OBJによって第 1保護層 PL1を介して情報 記録面 RL1上に形成されるスポットとなる。なお、対物光学素子 OBJが波長 λ 1の光 束に対して与える作用については後述する。対物光学素子 OBJは、その周辺に配置 された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォーカシングゃトラッキングを行う。
[0064] 情報記録面 RL1で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子 Ο BJ、第 2の偏光ビームスプリッタ BS2を通過した後、第 1の偏光ビームスプリッタ BS1 により反射され、センサーレンズ SEN1により非点収差を与えられ、第 3コリメートレン ズ COL3により収斂光束に変換され、第 1光検出器 PD1の受光面上に収束する。そ して、第 1光検出器 PD1の出力信号を用いて高密度光ディスク BDに記録された情 報を読み取ることができる。
[0065] また、 DVDに対して情報の記録及び Z又は再生を行う場合には、まずレーザュ- ット 2L1Pの第 2光源を発光させる。レーザユニット 2L1Pから射出された発散光束は 、図 4において点線でその光線経路を描いたように、第 3偏光ビームスプリッタ、第 4 偏光ビームスプリッタを通過し、第 2コリメートレンズ COL2により平行光束とされた後 、第 2偏光ビームスプリッタ BS2で反射し、対物光学素子 OBJによって第 2保護層 PL 2を介して情報記録面 RL2上に形成されるスポットとなる。なお、対物光学素子 OBJ が波長え 2の光束に対して与える作用については後述する。対物光学素子 OBJは、 その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォーカシングゃトラッキング を行う。情報記録面 RL2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素 子 OBJを通過し、第 2偏光ビームスプリッタ BS2で反射され、第 2コリメートレンズ COL 2により収斂光束に変換され、第 4偏光ビームスプリッタ BS4で反射され、第 2センサ 一レンズ SEN2によって非点収差を与えられ、第 2光検出器 PD2の受光面上に収束 する。そして、第 2光検出器 PD2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。
[0066] また、 CDに対して情報の記録及び Z又は再生を行う場合には、レーザユニット 2L 1Pの第 3光源を発光させる。レーザユニット 2L1Pから射出された発散光束は、図示 していないが、第 3偏光ビームスプリッタ、第 4偏光ビームスプリッタを通過し、第 2コリ メートレンズ COL2により平行光束とされた後、第 2偏光ビームスプリッタ BS2で反射 し、対物光学素子 OBJによって第 3保護層 PL3を介して情報記録面 RL3上に形成さ れるスポットとなる。なお、対物光学素子 OBJが波長 λ 3の光束に対して与える作用 については後述する。対物光学素子 OBJは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエ ータ AC1によってフォーカシングゃトラッキングを行う。情報記録面 RL3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を通過し、第 2偏光ビームスプ リツタ BS2で反射され、第 2コリメートレンズ COL2により収斂光束に変換され、第 4偏 光ビームスプリッタ BS4で反射され、第 2センサーレンズ SEN2によって非点収差を 与えられ、第 2光検出器 PD2の受光面上に収束する。そして、第 2光検出器 PD2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。
[0067] 次に、対物光学素子 OBJの構成について説明する。図 5は、対物光学素子 OBJの 概略断面図であり、光学面形状は誇張して描かれている。対物光学素子 OBJは、収 差補正素子 L1と集光素子 L2とからなる。なお、図示は省略するが、それぞれの光学 機能部 (第 1光束が通過する収差補正素子 L1と集光素子 L2の領域)の周囲には、 光学機能部と一体に成形されたフランジ部を有し、力かるフランジ部の一部同士を接 合することで一体化されている。収差補正素子 L1と集光素子 L2とを一体化する場合 には、別部材の鏡枠を介して両者を一体化してもよ 、。
[0068] 収差補正素子 L1の半導体レーザ光源側の光学面 S1 (入射面）は、図 5に示すよう に、 NA3内の領域に対応した光軸 Lを中心とする同心円状であって光軸 Lを含む第 1領域（中央領域) A1と、第 1領域 A1よりも外側の領域に形成される同心円状の第 2 領域 (周辺領域) A2とに区分されている。そして、第 1領域 A1には第 1光路差付与 構造としての第 1光路差付与構造 (ここではバイナリ構造） 10が形成されている。
[0069] 第 1光路差付与構造 10は、同じ深さ dlの光軸を中心とした同心円状の複数の溝（ 不連続部） 11からなる。なお、第 1光路差付与構造 10には、図 2に示すような段部 S が形成されている。以下、段部 Sが形成されていないと仮定して、第 1光路差付与構 造 10の基本的な構成と効果について説明する。
[0070] 第 1光路差付与構造 10は、溝 11を通過する波長 λ 1、波長 λ 2及び波長 λ 3の光 束のうち、波長 λ 3の光束に対してのみ実質的に位相差を与え、波長 λ 1とえ 2の光 束に対しては実質的に位相差を与えないように設定されている。波長え 3の光束は 実質的に位相差を与えられることにより回折作用を受けるので、これにより発生する 波長 λ 3の回折光のうち、最も高い回折効率を有する回折光を CDの情報記録及び Z又は再生に利用できる。
[0071] 具体的には、第 1光路差付与構造 10が形成されている収差補正素子 L1の波長 λ 1の光束に対する屈折率を nl、第 1光路差付与構造 10における溝 11の光軸方向の 段差量を dl、 d= λ lZ (nl— 1)としたとき、
4. 7 X d≤dl≤5. 3 X d (1)
を満たすように設計されて！ヽる。
[0072] これにより、第 1光路差付与構造 10の段差量 dlは波長 λ 1のほぼ整数倍の深さに 設定されることになる。段差量 dlがこのように設定された溝構造に対して、波長 λ 1 の光束が入射した場合、隣接する段差間では λ 1のほぼ整数倍の光路差が発生す ることになり、波長 λ 1の光束には実質的に位相差が与えられないことになるので、波 長 λ 1の入射光束は第 1光路差付与構造 10において回折されずにそのまま透過す る。また、この回折構造に対して、波長 λ 2の光束が入射した場合、実質的に位相差 が与えられず、同様にそのまま透過する。
[0073] 一方、波長 λ 3の入射光束に対しては溝の深さに応じた位相差が生じるので、回折 作用を利用して、例えば、高い回折効率を有する波長え 3の回折光を利用して CD に対する情報の記録及び Z又は再生を行なうことができると共に、 CDの色収差の補 正や温度変化に伴う球面収差の補正を行なうことができる。
[0074] また、 CDに対する情報の記録 ·再生には、波長 λ 3の光束のうち第 1領域 A1を通 過した光束のみを利用するので、第 2領域 Α2を通過した波長 λ 3の光束は不要光と なる。そこで、第 2領域 Α2を通過した波長え 3の光束が CDの情報記録面 RL3上に 集光しないように、第 2領域 A2に形成した回折構造 (不図示）により回折作用を与え 、これにより発生する異次の回折光のうち比較的高い回折効率 (例えば 30%以上)を 持つ回折光をフレア化させることもできる。これにより、対物光学素子 OBJに NA3に 関する開口制限機能を持たせることができると共に、力かる回折構造により、第 1領域 A1から第 2領域 A2にかけて波長 λ 3の光束の縦球面収差を不連続なものとすること ができ、第 2光検出器 PD2における波長え 3の光束の反射光の検出精度を向上させ ることがでさる。
[0075] なお、第 1光路差付与構造 10に段部 Sを設けない場合、波長 λ 3の複数の回折光
(例えば + 1次と 1次の回折光）がほぼ同じ回折効率 (例えば 40%程度）となる。そ こで図 2に示すように、段部 Sを設けることで、隣り合う輪帯間で段差量 dlに対応して 発生する波長 λ 3の光束の位相差が、第 1光路差付与構造 10の隣り合う輪帯間で局 所的に小さくなり、 + 1次の回折光の光強度を例えば 50%以上に高めることができる 。これにより波長え 3の + 1次の回折光が最も高い回折効率を有し、この回折光を C Dの情報記録及び Z又は再生に利用できる。
[0076] 一方、収差補正素子 L1の光ディスク側の光学面 S2 (出射面）には、第 2光路差付 与構造 20が形成されている。第 2光路差付与構造 20は、図 5に示したような、輪帯 1 7から構成され光軸 Lを含む断面形状が階段形状となっており、各段差量 d2を波長 λ 1の偶数倍の光軸方向高さとすることで、波長 λ 2の入射光束に対しては位相差を 与え、波長 λ 1及び波長 λ 3の入射光束に対して実質的に位相差を与えないように なっている。なお、第 2光路差付与構造 20に、図 3に示すような段部 Sを設けることは Cte 。
[0077] 集光素子 L2の半導体レーザ光源側の光学面 S3 (入射面）および光ディスク側の光 学面 S4 (出射面）は、非球面形状となっており、収差補正素子 L1を透過した波長え 1の光束が高密度光ディスク BDの情報記録面 RL 1上に良好な集光スポットを形成し 、波長 λ 2の光束が第 2項路差付与構造 20を通過する際に与えられる位相差により 生じる回折光のうち最も高い回折効率を有する次数の回折光が DVDの情報記録面 RL2上に良好な集光スポットを形成し、波長 λ 3の光束の 1次回折光が CDの情報記 録面 RL3上に良好な集光スポットを形成するように設計されて!ヽる。
[0078] なお、本実施の形態では、対物光学素子 OBJを収差補正素子 L1と集光素子 L2と 力もなる 2群構成とした。これにより、回折パワーや屈折パワーを 2つの光学素子に分 担させることができ、設計の自由度が向上するという利点があるが、これに限らず、対 物光学素子 OBJを単玉のレンズで構成し、このレンズの入射面と出射面に上記第 1、 第 2光路差付与構造や回折構造を設けても良い。
[0079] また、収差補正素子 L1に回折構造と第 1光路差付与構造 10、第 2光路差付与構 造 20を設ければ、集光素子 L2に光路差付与構造や回折構造を設けなくても良いの で、集光素子 L2をガラスレンズとしても容易に製造することができ、温度変化による 収差の発生を抑制した対物光学素子を提供できる。
[0080] また、対物光学素子 OBJを構成する光学素子にダイクロイツクフィルタや液晶位相 制御素子を取り付けることで、対物光学素子に開口制限機能を持たせることにしても 良い。なお、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置 PU、 光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する 制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び光ディスクに記録 された情報の再生のうち少なくとも一方の実行が可能な光情報記録再生装置を得る ことが出来る。
(実施例 1)
次に、実施例について説明する。本実施例は、図 5に示すように、対物光学素子 O BJが収差補正素子 L1と集光素子 L2の 2群で構成されており、収差補正素子 L1の 入射面 S1 (第 1面)と出射面 S2 (第 2面）は平面で構成されており、集光素子 L2の入 射面 S3 (第 3面)と出射面 S4 (第 4面）は非球面で構成されて!ヽる。
[0081] 収差補正素子 L1の入射面 S1には、第 1光路差付与構造 10が形成されており、収 差補正素子 L1の出射面 S2には、第 2光路差付与構造 20が形成されている。表 1〖こ 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。
[0082] [表 1]
【仕様】
焦点距離（405ni)=2.20ram, 倍率（405nm)=0, 入射瞳径（40511111)=3.7411110
焦点距離（655mn)=2.30mm, 倍率（ =0， 入射瞳径（
焦点距離（785ηπι)=2.40 倍率（785nm)=0, 入射瞳径（785ηιη)=2·34
【近軸データ】
Figure imgf000022_0001
(14405 0.7150, d4655= 0.5056, (14785=0.3170 d5405 = 0.1000, d5e55= 0.6000, d5785^ 1.2000
【非球面係数】
Figure imgf000022_0002
【光路差関数係数】
Figure imgf000022_0003
[0083] 尚、集光素子の入射面 (第 3面)及び出射面 (第 4面）は、それぞれ数 1式に表 1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。
[0084] [数 1] z= (V VR) / Π— (K+ 1) (y/ ) 2}] +A4y4 + A6y6 + Asy 8
+ A10y10 + Al 2yl z + A, y, 4 + A,6yi e + A18yi e + A20y!0
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汾つた方向の距離）
：光轴からの ffi離
：曲率半径
K コ一ニック係数
A A 6, Α8, Α,ο, A, 2, A, 4, Al e, Al g, A2。：非球面係数
[0085] また、光路差付与構造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に示す係数を代入した数式で規定される。
[0086] [数 2]
* = d o rXA/ABX (B2y2+B4y4 + B6y6+B8y8+B10y10) 但し、
Φ：光路差関数
λ ：回折構造に入射する光束の波長
λ Β :ブレーズ化波長
d 0 r ：光ディスクに対する記錄 Z再生に使用する回折光の回折次数
y :光轴からの距離
Β2， Β4， Β6， Ββ( Β10 :光路差関数係数
[0087] 本実施例では、表 1のレンズデータで表された収差補正素子 L1の入射面 S1に形 成された第 1光路差付与構造 10に、図 2に示すような段部 Sが形成されているものと する。
[0088] ここで、段部 Sの高さ（段差）は 80nmであり、第 1光路差付与構造 10を形成する輪 帯構造の高さ（段差)より小さい。また、段部と輪帯の幅の比 BZAは 0.5である。
[0089] 段部 Sを設けることで、波長え 3の光束の +1次の回折光の回折効率が他の回折光 の回折効率より高くなり、この回折光により CDに対して適切に情報の記録及び Z又 は再生ができる。また、波長 λ 1およびえ 2の光束の 0次の回折光 (透過光）の回折効 率が他の回折光の回折効率より高くなり、これらの 0次の回折光により高密度ディスク および DVDに対して適切に情報の記録及び Ζ又は再生ができる。
産業上の利用可能性
[0090] 本発明によれば、異なる複数の波長である光束を入射させた場合でも、良好な球 面収差補正を行える光ピックアップ装置用対物光学素子、光ピックアップ装置用光 学素子、光ピックアップ装置用対物光学素子ユニット及び光ピックアップ装置を提供 することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う 際には、波長 λ 1の光束を、対物光学素子を介して前記第 1光情報記録媒体の情報 記録面に集光することにより、前記第 1光情報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ 又は再生を行 、、厚さ t3 (tl < t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体に対して 情報の記録又は再生を行う際には、波長え 3 ( λ 1 < λ 3)の光束を、前記対物光学 素子を介して前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光することにより、前記第 3 光情報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ又は再生を行うための光ピックアップ装 置用対物光学素子であって、
前記波長 λ 3の光束に対して実質的な位相の変化を与えるとともに、前記波長 λ 1 の光束に対して実質的な位相の変化を与えない光路差を付与する第 1光路差付与 構造を備え、
前記第 1光路差付与構造は、光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備 えた段部を有する光ピックアップ装置用対物光学素子。
[2] 前記段部を備えた前記第 1光路差付与構造は、前記波長 λ 3の光束が通過したと きに少なくとも η次と η次の回折光を生成し (ηは自然数）、前記 η次と η次の回折 光の一方は発生する他の回折次数の光束のいずれよりも光量が高ぐかつ、 前記段部を備えた前記第 1光路差付与構造は、前記波長 λ 1の光束が通過したと きに少なくとも 0次の回折光を生成し、前記 0次の回折光は発生する他の回折次数の 光束の 、ずれよりも光量が高 、、
請求の範囲第 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[3] 前記第 1光路差付与構造は、光軸方向の高さが前記波長 λ 1より大きい段差を備 えることにより、光軸方向力 みたとき光軸を中心とした輪帯形状となる複数の輪帯を 有し、
前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部は、光軸方向か らみたとき、前記第 1光路差付与構造の前記複数の輪帯の内周側に輪帯状に形成さ れるか、或いは、前記第 1光路差付与構造の前記複数の輪帯の外周側に輪帯状に 形成されている請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の光ピックアップ装置用対物光 学素子。
[4] 厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う 際には、波長 λ 1の光束を、対物光学素子を介して前記第 1光情報記録媒体の情報 記録面に集光することにより、前記第 1光情報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ 又は再生を行うことが可能であり、厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光情報記 録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際には、波長え 2 ( λ 1 < λ 2)の光束を、 前記対物光学素子を介して前記第 2光情報記録媒体の情報記録面に集光すること により、前記第 2光情報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ又は再生を行うことが 可能であり、厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体に対して情報の 記録又は再生を行う際には、波長え 3 ( λ 2くえ 3)の光束を、前記対物光学素子を 介して前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光することにより、前記第 3光情 報記録媒体に対する情報の記録及び Ζ又は再生を行うことが可能である光ピックァ ップ装置に用いられる光ピックアップ装置用対物光学素子であって、
前記波長 λ 3の光束に対して実質的な位相の変化を与えるとともに、前記波長 λ 1 の光束及び前記波長 λ 2の光束に対して実質的な位相の変化を与えない光路差を 付与する第 1光路差付与構造と、前記波長 λ 2の光束に対して実質的な位相の変化 を与えるとともに、前記波長 λ 1の光束及び前記波長 λ 3の光束に対して実質的な 位相の変化を与えない光路差を付与する第 2光路差付与構造とを備え、
前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造の少なくとも一方は、光軸方 向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部を有する光ピックアップ装置用 対物光学素子。
[5] 前記段部を備えた光路差付与構造は、前記波長 λ 3の光束が通過したときに、少 なくとも η次と η次の回折光を生成し (ηは自然数）、前記 η次と η次の回折光の一 方は発生する他の回折次数の光束のいずれよりも光量が高ぐかつ、
前記段部を備えた光路差付与構造は、前記波長 λ 1又は λ 2の光束が通過したと きに、少なくとも 0次の回折光を生成し、前記 0次の回折光は発生する他の回折次数 の光束の 、ずれよりも光量が高 、、
請求の範囲第 4項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[6] 前記第 1光路差付与構造及び前記第 2光路差付与構造は、光軸方向の高さが前 記波長 λ 1より大きい段差を備えることにより、光軸方向からみたとき光軸を中心とし た輪帯形状となる複数の輪帯を有し、
前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部を前記第 1光路 差付与構造に有する場合には、前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差 を備えた段部は、光軸方向からみたとき、前記第 1光路差付与構造の前記複数の輪 帯の内周側に輪帯状に形成されるか、或いは、前記第 1光路差付与構造の前記複 数の輪帯の外周側に輪帯状に形成され、
前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差を備えた段部を前記第 2光路 差付与構造に有する場合には、前記光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい段差 を備えた段部は、光軸方向からみたとき、前記第 2光路差付与構造の前記複数の輪 帯の内周側に輪帯状に形成されるか、或いは、前記第 2光路差付与構造の前記複 数の輪帯の外周側に輪帯状に形成されている請求の範囲第 4項又は第 5項に記載 の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[7] 前記段部を有する光路差付与構造がブレーズ状の輪帯構造である請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[8] 前記段部を有する光路差付与構造がバイナリ型の輪帯構造である請求の範囲第 1 項〜第 6項のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[9] 前記段部を有する光路差付与構造がエシュロン型の輪帯構造である請求の範囲 第 1項〜第 6項のいずれか 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
[10] 前記段部は、前記段部を有する光路差付与構造の各輪帯ごとに設けられ、且つ光 軸を中心とした輪帯形状を有しており、前記段部を有する光路差付与構造の輪帯の 光軸直交方向の幅を Αとし、それに対応して形成される前記段部の光軸直交方向の 幅を Bとしたときに、以下の式が成立する請求の範囲第 6項〜第 9項のいずれか 1項 に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子。
0. 1≤B/A≤0. 9
[11] 前記段部を有する光路差付与構造は、光軸方向の高さが前記波長 λ 1より小さい 段差を備えた複数の段部を有し、 前記複数の段部全体の光軸方向の高さは前記波長 λ 1より小さい
請求の範囲第 1項〜第 10項のいずれ力 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光 学素子。
[12] 請求の範囲第 1項〜第 11項のいずれ力 1項に記載の光ピックアップ装置用対物光 学素子を有する光ピックアップ装置。
[13] 光軸方向の第 1段差を有することにより光軸方向からみたときに光軸を中心とした 輪帯形状となる複数の第 1輪帯を有し、光ピックアップ装置に搭載される光源力 の 特定波長の光束に対して前記複数の第 1輪帯の隣り合う第 1輪帯間で位相差を与え る光路差付与構造を備えるとともに、前記複数の第 1輪帯の各第 1輪帯に沿って段部 を備え、
前記段部は、前記複数の第 1輪帯の前記第 1段差を通過した前記特定波長の光束 において、前記隣り合う第 1輪帯間で前記第 1段差に対応して発生する位相差を局 所的に小さくする光ピックアップ装置用光学素子。
[14] 光軸方向の第 1段差を有することにより光軸方向からみたときに光軸を中心とした 輪帯形状となる複数の第 1輪帯を有し、光ピックアップ装置に搭載される光源力 の 特定波長の光束に対して前記複数の第 1輪帯の隣り合う第 1輪帯間で位相差を与え る光路差付与構造を備えるとともに、光軸方向からみたとき、前記光路差付与構造の 前記複数の第 1輪帯の内周側に輪帯状に形成されるか、或いは、前記光路差付与 構造の前記複数の第 1輪帯の外周側に輪帯状に形成され、光軸方向の高さが前記 第 1段差よりも小さい第 2段差を有する輪帯状の段部を備える光ピックアップ装置用 光学素子。
[15] 前記段部を備えた前記光路差付与構造は、前記特定波長の光束が通過したとき に η次と η次の回折光を生成し (ηは自然数）、前記 η次と η次の回折光の一方は 発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い、
請求の範囲第 13項又は第 14項に記載の光ピックアップ装置用光学素子。
[16] 請求の範囲第 13項又は第 14項に記載の光ピックアップ装置用光学素子と、集光 光学素子とを有し、
前記光ピックアップ装置用光学素子と、前記集光光学素子とを鏡枠に固定した光ピ ックアップ装置用対物光学素子ユニット。
請求の範囲第 13項又は第 14項に記載の光ピックアップ装置用光学素子、又は、 請求の範囲第 16項に記載の光ピックアップ装置用対物光学素子ユニットを搭載した 光ピックアップ装置。
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