WO2007145202A1 - 光学素子の設計方法、光学素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

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WO2007145202A1
WO2007145202A1 PCT/JP2007/061798 JP2007061798W WO2007145202A1 WO 2007145202 A1 WO2007145202 A1 WO 2007145202A1 JP 2007061798 W JP2007061798 W JP 2007061798W WO 2007145202 A1 WO2007145202 A1 WO 2007145202A1
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basic structure
optical
order
optical element
light
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PCT/JP2007/061798
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Kentarou Nakamura
Nobuyoshi Mori
Original Assignee
Konica Minolta Opto, Inc.
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1392—Means for controlling the beam wavefront, e.g. for correction of aberration
    • G—PHYSICS
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    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365—Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • 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 element design method, an optical element, and an optical pickup device that are used in an optical pickup device capable of recording and Z or reproducing information interchangeably with different types of optical disks.
  • 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 wavelengths of 400 to 420 nm are being put into practical use, such as blue-violet semiconductor lasers and blue SHG lasers that convert the wavelength of infrared semiconductor lasers using the second harmonic.
  • blue-violet laser light sources When these blue-violet laser light sources are used, it is possible to record 15 to 20 GB of information on an optical disk with a diameter of 12 cm when using an objective lens with the same numerical aperture (NA) as DVD (digital versatile disk). If the NA of the objective lens is increased to 0.85, 23 to 25 GB of information can be recorded on an optical disk with a diameter of 12 cm.
  • NA numerical aperture
  • 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 pickup device installed in the optical disk player Z recorder for high-density optical discs can appropriately provide information while maintaining compatibility with both high-density optical discs, DVDs, and even CDs. Recording Z It is desirable to have the ability to reproduce.
  • optical systems for high-density optical discs and DVDs can be used.
  • a method of selectively switching information with the optical system for CDs according to the recording density of the optical disk to be played back can be considered, but since multiple optical systems are required, it is disadvantageous for miniaturization and cost. Will increase.
  • 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 is advantageous to simplify the configuration of the optical pickup device and reduce the cost by reducing the number of optical components constituting the optical pickup device as much as possible.
  • an optical path difference providing structure having a wavelength dependency of spherical aberration is provided in at least one optical element of the condensing optical system. Need to form.
  • Patent Document 1 includes a diffractive structure as an optical path difference providing structure, and an objective optical system that can be used in common for high-density optical discs and conventional DVDs and CDs, and this objective optical system.
  • An optical pickup device is described.
  • Patent Document 1 European Published Patent No. 1304689
  • an optical path difference providing structure such as a diffractive structure that exhibits a diffraction effect according to the wavelength.
  • the aberration that adversely affects the recording Z reproduction of the optical disc is not limited to spherical aberration. For example, it can be ignored if the wavelength of the light source fluctuates with respect to the reference wavelength due to temperature changes, etc. Chromatic aberration may occur, and recording Z playback may be adversely affected.
  • the wavelength characteristic is deteriorated.
  • the present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, has good wavelength characteristics, and is easy to manufacture while appropriately recording and / or reproducing information with respect to different optical disks.
  • An object of the present invention is to provide an optical element design method, an optical element, and an optical pickup device for an optical pickup device.
  • the first light source power The information can be reproduced and stored or recorded on the first optical disk by the emitted first light flux having the wavelength ⁇ 1 and the wavelength ⁇ 2 ( ⁇ 2> ⁇ 1 emitted from the second light source).
  • the first basic structure is configured to increase a diffracted light amount of the u-th order (u is an integer other than 0) of the first light flux that has passed through the first basic structure to be larger than any other order of diffracted light amount. It is a blaze-type optical path difference providing structure that makes the V-order diffracted light quantity (v ⁇ u and V is an integer other than 0) larger than any other order diffracted light quantity,
  • the second basic structure is configured to make the X-order (X is an integer other than 0) diffracted light quantity of the first light beam that has passed through the second basic structure larger than any other order diffracted light quantity.
  • q is an integer other than 0.
  • a single optical path difference providing structure that is easy to manufacture can be obtained by overlapping the direction of the blaze of the first basic structure and the direction of the blaze of the second basic structure.
  • the optical path difference providing structure obtained by superimposing has both the function of the first basic structure and the function of the second basic structure. More specifically, for the first basic structure !, the diffracted light amount of the u-th order (u is an integer other than 0) of the first light flux that has passed through the first basic structure is changed to any other order of diffraction.
  • the second light flux By designing the second light flux so that the V-th order diffracted light quantity (v ⁇ u and V is an integer other than 0) is larger than any other order diffracted light quantity, It can have a function of correcting spherical aberration caused by the protective substrate thickness of the first optical disc and the second optical disc.
  • the diffraction light amount of the first order light beam that has passed through the second basic structure is made larger than the diffraction light amount of any other order, where X is an integer other than 0,
  • the y-order (y ⁇ x and y is an integer other than 0) diffracted light amount of the second light flux is made larger than other diffracted light amounts !, and the pitch width is larger than that of the first basic structure.
  • the optical path difference providing structure formed by superimposing the first basic structure and the second basic structure also has both functions.
  • the optical path difference providing structure is a structure in which at least a first basic structure and a second basic structure are superimposed on the same surface. “Overlap” means literally overlapping. In this specification, even if the first basic structure and the second basic structure are provided on other optical surfaces, or the first basic structure and the second basic structure are on the same optical surface, Provided in different areas If there is no overlapping area, it is not superposition in this specification. Further, in this specification, the optical path difference providing structure only needs to overlap at least two foundation structures, and may further overlap other foundation structures. For example, the third basic structure may be further superimposed on the first basic structure and the second basic structure, or the fourth basic structure may be further superimposed.
  • the basic structure is an optical path difference providing structure.
  • optical path difference providing structure is a general term for structures that add an optical path difference to an incident light beam.
  • the optical path difference providing structure also includes a phase difference providing structure for providing a phase difference.
  • the phase difference providing structure includes a diffractive structure.
  • the basic structures such as the first basic structure and the second basic structure have a concentric structure centered on the optical axis when viewed in the direction of the optical axis.
  • the first basic structure and the second basic structure are preferably structures in which a blaze shape is periodically repeated.
  • the blazed shape is periodically repeated naturally includes a shape in which the same blazed shape is repeated in the same cycle.
  • the blazed shape which is a unit of the cycle, has regularity, and the shape in which the cycle gradually increases or decreases gradually, the “blazed shape is periodically repeated. It is included in what is included.
  • the base surface refers to a flat plate surface in the case of a flat plate type optical element, and an envelope surface of an optical path difference providing structure in the case of a lens.
  • “superimposing with the direction of the blaze reversed” means that the oblique surface of the blaze of the first basic structure (for example, C shown in FIGS. 1 and 2 (a)) is directed inward in the direction perpendicular to the optical axis. (See Fig. 1 and 2 (a)), the blaze of the second basic structure has an oblique surface (eg C shown in Fig. 1 and 2 (b)) facing outward in the direction perpendicular to the optical axis ( Refer to Figure 1 and 2 (b)).
  • the blazed shape is a sawtooth-shaped cross section including the optical axis of the optical element, as shown in Figs. L (a), (b), Fig. 2 (a), (b).
  • the basic structure is an oblique surface C that is neither perpendicular nor parallel to the base surface B, and a step D that intersects the oblique surface C and the base surface B. It is to have.
  • Base surface B has already been described above.
  • the unit shape is a triangle (the oblique surface is curved). (Including the case of a surface) is a repeated shape.
  • the same triangle may be repeated, or it may have a shape in which the size of the triangle gradually increases or decreases as the optical axis force increases.
  • the size of the triangle in the optical axis direction (or the direction of light passing therethrough) hardly changes.
  • the length in the optical axis direction of one triangle (may be the length in the direction of light rays passing through the triangle) is called the pitch depth, and the length in the direction along the base surface of one triangle. The length is called the pitch width.
  • the optical path difference providing structure formed by superimposing the first basic structure and the second basic structure (and Z or a third basic structure described later) the first basic structure, the second basic structure (and Z Alternatively, a remnant of a blazed shape of a third basic structure (to be described later) may remain.
  • the optical path difference providing structure formed by superimposing the first basic structure and the second basic structure (and Z or the third basic structure described later) is provided with the optical path difference providing structure of the optical element. It may have an inclined surface that is neither perpendicular nor parallel to the base surface.
  • the optical function for example, improvement of temperature characteristics and the like
  • the optical function for example, improvement of temperature characteristics and the like
  • a blazed-type basic structure having a larger pitch width (or period width) (Fig. 1).
  • FIG. 1 (c) shows an example of an optical path difference providing structure in which all the steps D of the second foundation structure are superimposed so that the positions of the steps D of the first foundation structure coincide with each other.
  • the shape of the blaze of the second foundation structure and that of the first foundation structure If the shape of the lathes is similar to each other, it has a surface parallel to the base surface as shown on the left side of Fig. 1 (c) and the structures shown in Figs. On the other hand, it does not have an oblique surface. On the other hand, if the shape of the blaze of the second foundation structure and the shape of the blaze of the first foundation structure are not similar to each other, that is, if they are dissimilar, the positions of all steps D of the second foundation structure are Even if they are overlapped so that the positions of the steps D of the first foundation structure coincide with each other, as shown in the structure on the right side of Fig.
  • the optical element design method described in claim 2 is the same as the design method described in claim 1, wherein the optical pickup device has a wavelength 3 ( ⁇ 3) emitted from a third light source.
  • Information can be reproduced and recorded or recorded on the third optical disk by the third light flux of ⁇ 2), and the first basic structure is the u-th order of the first light flux that has passed through the first basic structure ( u is a diffracted light amount of any order other than 0, and the V order (v ⁇ u and V is an integer other than 0) diffracted light amount of the second light flux is any other order.
  • a blazed optical path difference providing structure in which the w-order (w is an integer other than 0) diffracted light quantity of the third light flux is made larger than any other order diffracted light quantity.
  • the second basic structure is the X order of the first light flux that has passed through the second basic structure (X is an integer other than 0).
  • the diffracted light quantity is made larger than any other order diffracted light quantity
  • the y-order (y ⁇ x and y is an integer other than 0) diffracted light quantity of the second light flux is made larger than any other order diffracted light quantity
  • the z-order (z is an integer other than 0) diffracted light amount of the third light flux is a blazed optical path difference providing structure that makes the diffracted light amount larger than other diffracted light amounts! It is possible to design an optical element for an optical pickup device that can record and Z or reproduce information interchangeably for three different types of optical disks. It is more preferable to satisfy one of the following two formulas.
  • the optical element design method described in claim 3 is the design method described in claim 2, wherein u ′ ⁇ 1 is divided by 2 and u ⁇ 1 The power of dividing by 3, and the power of at least one digit of the decimal point of any value, 0, 1, 2, 8, or 9, so for example ⁇ ⁇ ⁇ 1 If the value is divided by 2, the first basic structure causes the first light beam and the second light beam to exhibit the same diffraction effect. For example, if ⁇ ⁇ ⁇ 1 is divided by ⁇ 3, The diffraction effect can be similarly exerted on the first light beam and the third light beam by the first basic structure.
  • the optical element design method according to claim 4 is the design method according to claim 2, wherein ⁇ ⁇ ⁇ 1 is divided by 2 and ⁇ ⁇ ⁇ 1 ⁇ ⁇ 1 divided by 3
  • a value obtained by dividing 1 by 2 causes the second basic structure to exert a diffraction effect on the first light flux and the second light flux in the same manner. For example, a value obtained by dividing ⁇ ⁇ ⁇ 1 by ⁇ 3. If there is, the diffraction effect can be similarly exerted on the first light flux and the third light flux in the second basic structure.
  • the method for designing an optical element according to claim 5 satisfies the following conditional expression in the design method according to any one of claims 2 to 4. It is suitable for using blue-violet light, red light, infrared color light and the like.
  • the method for designing an optical element described in claim 6 is characterized in that the following conditional expression is satisfied in comparison with the design method described in claim 5.
  • the optical element design method according to claim 8 is the design method according to any one of claims 1 to 7, wherein the optical path difference providing structure is the same.
  • the Abbe number of the material forming the optical element is 50 or more and 60 or less.
  • the optical path difference providing structure is designed by further superimposing the third basic structure.
  • the first basic structure corrects the spherical aberration caused by the difference in the protective substrate thickness between the first optical disk and the second optical disk
  • the third basic structure uses the first optical disk and the third optical disk. The spherical aberration caused by the difference in the thickness of the protective substrate can be corrected.
  • the optical element design method according to claim 10 is the design method according to any one of claims 1 to 9, wherein the first method is the same as the first method.
  • the positions of all the steps of the second basic structure are overlapped so as to coincide with the positions of the steps of the first basic structure.
  • optical element design method according to claim 11 is characterized in that the following conditional expression is satisfied in comparison with the design method according to claim 10.
  • n is the refractive index of the optical element
  • i and j are integers other than 0
  • ⁇ ( ⁇ ⁇ ) is the pitch depth of the blaze of the first basic structure
  • b ( ⁇ m) is the first Represents the pitch width of the braze of one foundation structure
  • ⁇ ( ⁇ ⁇ ) represents the pitch depth of the blaze of the second foundation structure
  • d ( ⁇ m) represents the pitch width of the blaze of the second foundation structure .
  • the optical element design method according to claim 12 is the design method according to claim 11, wherein the blaze of the first basic structure is in the optical axis direction cross-section, and Since the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze of the two basic structures is similar, the optical path difference providing structure is a surface shifted in the optical axis direction with respect to the base surface (that is, with respect to the base surface). (Parallel surfaces), so that the production becomes frustrating.
  • FIG. 6 and 7 show that the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze of the first basic structure and the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze of the second basic structure are similar, and the steps of all the second basic structures
  • An example is shown in which the position D coincides with the position D of the step of the first foundation structure.
  • all the steps D of the second foundation structure are overlapped so as to coincide with the position of the step D of the first foundation structure, as shown in FIG. A structure is obtained.
  • the second light flux with wavelength ⁇ 2 650 nm
  • the 0th-order diffracted light (transmitted light) has the highest intensity
  • the optical path difference providing structure is obtained.
  • chromatic aberration is corrected well. it can.
  • the method for designing an optical element according to claim 13 is the design method according to claim 10, wherein the blazed optical axis cross-sectional shape of the first basic structure, It is characterized by a non-similar relationship with the cross-sectional shape in the direction of the optical axis of the two-basis blaze.
  • FIGS. 1 and 2 show an example in which the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze of the first basic structure and the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze of the second basic structure are non-similar.
  • the method for designing an optical element according to Claim 14 is the design method according to any one of Claims 10 to 13, wherein the optical element is provided on the optical element.
  • the optical path difference providing structure is characterized in that the 0th-order (transmission light) diffracted light quantity of the first light beam that has passed through the optical path difference providing structure is larger than any other order of diffracted light quantity. The utilization efficiency of the light of the first light beam can be increased.
  • optical element design method according to claim 15 is the same as the design method according to any one of claims 1 to 10, wherein the first When the one foundation structure and the second foundation structure are overlapped, the position of at least one step of the second foundation structure is overlapped so as not to coincide with the position of the step of the first foundation structure.
  • the optical element according to claim 16 is capable of reproducing and storing or recording information on the first optical disc by the first light beam having the wavelength ⁇ 1 emitted from the first light source.
  • the optical element has an optical path difference providing structure, and the optical path difference providing structure is a structure in which a first basic structure and a second basic structure are overlapped, and the first basic structure Is
  • the diffracted light amount of u-th order (u is an integer other than 0) of the first light beam that has passed through the first basic structure is made larger than the diffracted light amount of any other order, and the V-order (v ⁇ u and V are integers other than 0), which is a blazed optical path difference providing structure that makes the diffracted light quantity larger than any other order diffracted light quantity.
  • the X-order (X is an integer other than 0) diffracted light quantity of the first light flux is made larger than any other order diffracted light quantity, and the y-order (y ⁇ x and y is an integer other than 0) of the second light flux.
  • the direction and the direction of the blaze of the second basic structure are reversed and superimposed, and the following conditional expression is satisfied. It is a sum.
  • q is an integer other than 0.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 1.
  • the optical element according to claim 17 is the optical element according to claim 16, wherein the optical pickup device has a wavelength ⁇ 3 ( ⁇ 3> ⁇ 2) emitted from a third light source.
  • Information can be reproduced and stored or recorded with respect to the third optical disk by the third light beam, and the first basic structure is the u-order (u is other than 0) of the first light beam that has passed through the first basic structure. Diffracted light amount of any other order, and the V-order (v ⁇ u and V is an integer other than 0) diffracted light amount of the second light flux from any other order of diffracted light amount.
  • a blazed optical path difference providing structure in which the w-order (w is an integer other than 0) diffracted light quantity of the third light flux is made larger than any other order diffracted light quantity, and the second basic structure Is the X-order diffraction (X is an integer other than 0) of the first light flux that has passed through the second basic structure.
  • the amount of diffracted light of any other order, and the amount of diffracted light of the y-th order (y ⁇ X and y is an integer other than 0) of the second light flux is larger than any other order of diffracted light, It is a blazed optical path difference providing structure that makes the z-order (z is an integer other than 0) diffracted light quantity of the third light beam larger than any other order diffracted light quantity. Effect of the present invention The results are the same as in the invention described in claim 2.
  • the optical element according to claim 18 is the optical element according to claim 17, wherein u- ⁇ 1 is obtained by dividing u- ⁇ 1 by 2. It is characterized by a power divided by 3 or at least one of the numeric powers of one decimal place, 0, 1, 2, 8, or 9.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 3.
  • An optical element according to claim 19 is the optical element according to claim 17, wherein ⁇ ⁇ ⁇ 1 is obtained by dividing ⁇ ⁇ ⁇ 1 by 2. It is characterized by a power divided by 3 or at least one of the numeric powers of one decimal place, 0, 1, 2, 8, or 9. The effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 4.
  • the optical element according to claim 20 is the optical element according to any one of claims 17 to 19 that satisfies the following conditional expression: And 1.5 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 1. 7 ⁇ ⁇ 1 (2)
  • An optical element according to claim 21 is the optical element according to claim 20, characterized in that the following conditional expression is satisfied.
  • optical element described in claim 22 is the optical element described in claim 20, characterized in that the following conditional expression is satisfied.
  • the optical element according to Claim 23 is the optical element according to any one of Claims 16 to 22, wherein the Abbe of the material forming the optical element is used. It is characterized by a numerical power of 0 or more and 60 or less.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 8.
  • the optical element according to Claim 24 is the optical element according to any one of Claims 16 to 23, wherein the optical path difference providing structure is the optical element.
  • the third basic structure is further superimposed. The effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 9
  • the optical element according to Claim 25 is the optical element according to any one of Claims 16 to 24, wherein the optical path difference providing structure is the optical element.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 11.
  • the optical element according to Claim 26 is the optical element according to Claim 25, wherein the following conditional expression is satisfied.
  • n is the refractive index of the optical element
  • i and j are integers other than 0
  • ⁇ ( ⁇ ⁇ ) is the pitch depth of the blaze of the first basic structure
  • b ( ⁇ m) is the first Represents the pitch width of the braze of one foundation structure
  • ⁇ ( ⁇ ⁇ ) represents the pitch depth of the blaze of the second foundation structure
  • d ( ⁇ m) represents the pitch width of the blaze of the second foundation structure .
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 10.
  • the optical element according to Claim 27 is the optical element according to Claim 26, wherein the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze of the first basic structure and the second basic structure.
  • the blaze is similar to the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 12.
  • the optical element according to claim 28 is the optical element according to claim 25, wherein the cross-sectional shape in the optical axis direction of the blaze of the first basic structure and the block of the second basic structure are the same. It is characterized by a non-similar relationship with the cross-sectional shape of the optical axis direction of the laze.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 13.
  • the optical element according to Claim 29 is the optical element according to any one of Claims 25 to 28, wherein the optical path difference providing structure includes the optical path difference. It is characterized in that the diffracted light amount of the 0th order (transmitted light) of the first light flux that has passed through the imparting structure is made larger than the diffracted light amount of any other order.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 12.
  • the optical element according to Claim 30 is the optical element according to any one of Claims 16 to 25, in which the optical path difference providing structure is the second optical element. It is a structure in which the position of at least one step of the foundation structure is overlapped so as not to coincide with the position of the step of the first foundation structure.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 13.
  • An optical pickup device capable of reproducing and recording or recording information on the optical disk, wherein the optical pickup device includes a first light source that emits the first light beam and a second light source that emits the second light beam. And a condensing optical system for condensing the first light beam and the second light beam emitted from the first light source and the second light source on the information recording surfaces of the first optical disk and the second optical disk.
  • the condensing optical system includes an optical element having an optical path difference providing structure, and the optical path difference providing structure is a structure in which a first basic structure and a second basic structure are overlapped, and the first basic structure The structure is the u of the first light flux that has passed through the first basic structure.
  • the diffracted light amount of the next (u is an integer other than 0) is made larger than the diffracted light amount of any other order, and the diffracted light amount of the Vth order (v ⁇ u and V is an integer other than 0)
  • the diffracted light amount of the second light flux is made larger than the diffracted light amount of any other order, and the diffracted light amount of the second light flux is larger than the diffracted light amount of any other order (y ⁇ x and y is an integer other than 0).
  • a blaze-type optical path difference providing structure having a pitch width larger than that of the first basic structure, wherein the blaze direction of the first basic structure and the blaze direction of the second basic structure are reversed. The following conditional expression is satisfied.
  • q is an integer other than 0.
  • the effect of the present invention is the same as that of the invention described in claim 1.
  • the first optical disc has a protective substrate having a thickness of tl and an information recording surface
  • the second optical disc has a protective substrate having a thickness of t2 (tl ⁇ t2) and the information recording surface
  • the third optical disc preferably has a protective substrate having a thickness t3 (t2 to t3) and an information recording surface.
  • the first optical disk is a high-density optical disk
  • the second optical disk is a DVD
  • the third optical disk is a CD, but the present invention is not limited to this.
  • the first optical disc, the second optical disc, or the third optical disc may be a multi-layer optical disc having a plurality of information recording surfaces.
  • a high-density optical disc information recording Z reproduction is performed by an objective lens of NAO. 85, and a standard light with a protective substrate thickness of about 0.1 mm is used.
  • Discs for example, BD: Blu-ray Disc
  • a standard optical disc for example, having a protective substrate thickness of about 0.6 mm, in which information is recorded and played back by an objective lens of NAO. 65 to 0.67.
  • HD DVD also simply HD).
  • a high-density optical disc has a protective film with a thickness of about several to several tens of nm on the information recording surface (in this specification, the protective substrate includes a protective film).
  • High-density optical disks include magneto-optical disks that use blue-violet semiconductor lasers or blue-violet SHG lasers as light sources for recording and reproducing information.
  • DVD is a general term for DVD-series optical discs in which information is recorded and played back with an objective lens of NAO. 60 to 0.67 and the thickness of the protective substrate is about 0.6 mm. Including DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD + R, DVD + RW, and the like.
  • CD means a CD series optical disc in which information recording Z reproduction is performed by an objective lens of NA 0.45 to 0.51 and the thickness of the protective substrate is about 1.2 mm.
  • Generic name including CD-ROM, CD-Audio, CD-Video, CD-R, CD-RW, etc.
  • the recording density of the high-density optical disc is the highest, followed by DVD and CD.
  • the first light source, the second light source, and the third light source are preferably laser light sources.
  • the laser light source it is preferable to use a semiconductor laser, a silicon laser, or the like.
  • the first wavelength ⁇ 1 of the first light source is preferably 350 ⁇ m or more and 440 nm. Or less, more preferably 380 nm or more and 415 nm or less, and the second wavelength 2 of the second light source is preferably 570 nm or more and 680 nm or less, more preferably 630 nm or more and 670 nm or less, and the third light source
  • the third wavelength 3 is preferably 750 nm or more and 88 Onm or less, more preferably 760 nm or more and 820 nm or less.
  • At least two of the first light source, the second light source, and the third light source may be unitized.
  • Unitization refers to, for example, a case where the first light source and the second light source are fixedly housed in one package, but is not limited to this, and the two light sources are fixed so that aberration correction is not possible. It includes a wide range of conditions.
  • a light receiving element described later may be provided in one package.
  • a photodetector such as a photodiode is preferably used.
  • the light reflected on the information recording surface of the optical disk enters the light receiving element, and the read signal of the information recorded on each optical disk is obtained using the output signal. Furthermore, it detects the change in the light amount due to the spot shape change and position change on the light receiving element, and performs focus detection and track detection. Based on this detection, the objective lens can be moved for focusing and tracking. I can do it.
  • the light receiving element may also have a plurality of photodetector forces.
  • the light receiving element may have a main photodetector and a sub photodetector.
  • two sub photodetectors are provided on both sides of a photodetector that receives main light used for recording and reproducing information, and the sub light for tracking adjustment is received by the two sub photodetectors.
  • a light receiving element may be used.
  • the light receiving element may have a plurality of light receiving elements corresponding to the respective light sources.
  • the condensing optical system has at least one optical element such as an objective lens.
  • the condensing optical system may have only an objective lens.
  • the condensing optical system may include other coupling lenses such as a collimator and a flat optical element having an optical function, in addition to the objective lens. You may have an optical element.
  • the coupling lens refers to a single lens or a lens group that is disposed between the objective lens and the light source and changes the divergence angle of the light beam.
  • the condensing optical system has an optical element such as a diffractive optical element that divides the emitted light beam into a main light beam used for information recording / reproduction and two sub light beams used for tracking and the like. It may be.
  • the objective lens refers to an optical system that is disposed at a position facing the optical disk in the optical pickup device and has a function of condensing the light beam emitted from the light source cover onto the information recording surface of the optical disk.
  • the objective lens is an optical system that is disposed at a position facing the optical disc in the optical pickup device and has a function of condensing the light beam emitted from the light source onto the information recording surface of the optical disc.
  • it refers to an optical system that can be integrally changed at least in the optical axis direction by an actuator.
  • the optical element used in the condensing optical system and provided with the optical path difference providing structure may include two or more lenses and optical element forces, or may be a single lens. Although only a lens may be used, it is preferably a single lens or a single optical element. Further, the optical element may be made of glass or plastic, or a hybrid in which an optical path difference providing structure or the like is provided on a glass optical element with a photocurable resin. However, it is preferable that a single material force is formed. When the optical element is composed of a plurality of lenses, a glass lens and a plastic lens may be mixed and used.
  • the optical element When the optical element has a plurality of lenses, it is a combination of a flat plate optical element having an optical path difference providing structure and an aspherical lens (having an optical path difference providing structure! May be. Further, when the optical element is a lens, the refractive surface is preferably an aspherical surface.
  • the base surface on which the optical path difference providing structure is provided is preferably an aspherical surface or a flat surface.
  • the base surface of the optical element provided with the optical path difference providing structure is a flat surface
  • the base surface refers to that plane
  • the optical surface of the optical element provided with the optical path difference providing structure is a curved surface. In some cases, the base surface refers to the envelope surface of the optical path difference providing structure.
  • An envelope surface is a curve that connects the portions that protrude most in the direction of the optical axis for each unit region.
  • the unit area may be divided every 0.05 mm in the direction perpendicular to the optical axis.
  • An optical element provided with an optical path difference providing structure is particularly preferably a single objective lens having plastic force or a single flat optical element made of plastic.
  • the optical element is made of glass
  • a glass material having a glass transition point Tg force of 00 ° C or less By using a glass material with a glass transition point Tg force of 00 ° C or lower, molding at a relatively low temperature is possible, so that the life of the mold can be extended.
  • Examples of such a glass material having a low glass transition point Tg include K-PG325 (both product names) manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd.
  • glass optical elements generally have a higher specific gravity than a resin lens.
  • the weight is increased and the actuator that drives the objective lens is burdened. . Therefore, when the optical element is made of glass, it is preferable to use a glass material having a small specific gravity.
  • the specific gravity is preferably 3.0 or less, more preferably 2.8 or less.
  • an optical element such as an objective lens
  • an annular olefin-based optical element is used.
  • the refractive index at a temperature of 25 ° C for a wavelength of 405 nm is in the range of 1.54 to 1.60, from 5 ° C to 70 ° C.
  • ° refractive index change rate dNZdT for the wavelength 405nm with a change in temperature in temperature range of C (° C _1) is - 20 X 10- 5 to - 5 X 10 _5 (more preferably, -10 X 10- 5 To ⁇ 8 ⁇ 10 ⁇ 5) is more preferable.
  • the objective lens is a plastic lens
  • the coupling lens is preferably a plastic lens.
  • As the resin material suitable for the objective lens of the present invention there is "Asamal resin" other than the above-described cyclic olefin.
  • Assumal resin is a resin material in which particles with a diameter of 30 nm or less and having a refractive index change rate opposite to that of the base resin are changed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an optical path difference providing structure (c) in which a first basic structure (a) and a second basic structure (b) are overlapped so that the positions of steps are coincident.
  • FIG. 2 is a diagram showing an optical path difference providing structure (c) in which the first basic structure (a) and the second basic structure (b) are overlapped with the positions of the steps shifted.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an optical pickup device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of an objective lens OL according to the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method for designing an objective lens according to the present invention.
  • FIG. 6 A diagram showing an optical path difference providing structure (c) in which the first basic structure (a) and the second basic structure (b), which have similar blazed shapes, are overlapped with the positions of the steps matched. is there.
  • FIG. 7 A diagram showing an optical path difference providing structure (c) in which the first basic structure (a) and the second basic structure (b), which have similar blazed shapes, are overlapped with the positions of the steps matched. is there.
  • AC1 2-axis actuator AC2 1-axis actuator
  • DOE1 first diffraction structure
  • FIG. Fig. 3 shows an optical pick-up device that can record and reproduce information appropriately for any of high-density optical information recording media BD (first optical disk), DVD (second optical disk), and CD (third optical disk). It is a figure which shows the structure of PU roughly.
  • the optical pickup device PU includes a blue-violet semiconductor laser LD1 (first light source) for BD, a red semiconductor laser LD2 (second light source) for DVD, an infrared semiconductor laser LD3 (third light source) for CD, BDZDVDZCD shared photo detector PD, objective optical system OL, collimating optical system CL, 2-axis actuator AC1, 1-axis actuator AC2, 1st prism Pl, 2nd prism P2, 3rd prism P3, rising mirror ML, each optical disk Sensor optical system SE for adding astigmatism to the reflected light beam from the information recording surface.
  • a blue-violet SHG laser may be used as a light source for BD.
  • the uniaxial actuator AC2 when recording and reproducing information on BD, the uniaxial actuator AC2 is used so that the blue-violet laser beam is emitted from the collimating optical system CL in the state of a parallel beam.
  • the blue-violet semiconductor laser LD1 After adjusting the position of the collimating optical system CL in the optical axis direction, the blue-violet semiconductor laser LD1 is caused to emit light. Blue-violet semiconductor laser LD1 As shown in the solid line in FIG. 3, the scattered light beam is reflected by the first prism P1, then sequentially passes through the second prism P2 and the third prism P3, and is then collimated by the collimating optical system CL.
  • the beam diameter is regulated by the stop STO, and becomes a spot formed on the information recording surface RL1 by the objective optical system OL via the BD protective substrate PL1.
  • the objective optical system OL performs focusing and tracking by a two-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL. Details and explanation of the object optical system OL will be described later.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL1 passes through the objective optical system OL again, is reflected by the rising mirror ML, and becomes a converged light beam when passing through the collimating optical system CL. . Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2, and the first prism PI in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD.
  • the information recorded on the BD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the red laser beam is emitted from the collimating optical system CL in the state of a parallel beam.
  • the red semiconductor laser LD2 is emitted.
  • the divergent light beam emitted from the red semiconductor laser LD2 is reflected by the second prism P2 and then transmitted through the third prism P3, as shown by the broken line in FIG. 3, and is transmitted by the collimating optical system CL. Converted to parallel light flux.
  • the objective optical system OL performs focusing and tracking by a 2-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL.
  • the reflected light beam modulated by the information pits on the information recording surface RL2 is again transmitted through the objective optical system OL, then reflected by the rising mirror ML, and becomes a converged light beam when passing through the collimating optical system CL. . Then, after passing through the third prism P3, the second prism P2, and the first prism PI in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light reception image of the photodetector PD. Use the PD output signal to read the information recorded on the DVD. Togashi.
  • the infrared laser beam is emitted from the collimating optical system CL in the state of a parallel beam.
  • the infrared semiconductor laser LD3 is caused to emit light.
  • the divergent light beam emitted from the infrared semiconductor laser LD3 is reflected by the third prism P3 and then converted into a parallel light beam by the collimating optical system CL, as shown by the dashed line in FIG.
  • the objective optical system OL performs focusing and tracking by a two-axis actuator AC1 arranged around the objective optical system OL.
  • the reflected light flux modulated by the information pits on the information recording surface RL2 is again transmitted through the objective optical system OL, then reflected by the rising mirror ML, and becomes a convergent light flux when passing through the collimating optical system CL. . Thereafter, after passing through the third prism P3, the second prism P2, and the first prism PI in order, astigmatism is added by the sensor optical system SE and converges on the light receiving surface of the photodetector PD.
  • the information recorded on the CD can be read using the output signal of the photodetector PD.
  • the spherical aberration when using the BD can be corrected by driving the collimating optical system CL in the optical axis direction by the uniaxial actuator AC2. Due to a powerful spherical aberration correction mechanism, wavelength variation due to manufacturing error of the blue-violet semiconductor laser LD1, refractive index change and refractive index distribution of the objective optical system due to temperature change, focus jump between information recording eyebrows of multilayer disc, protective substrate Spherical aberration due to thickness variation and thickness distribution due to PL1 manufacturing errors can be corrected. This spherical aberration correction mechanism can correct spherical aberration when using DVD or CD.
  • FIG. 4 schematically shows the configuration of the objective optical system OL according to the present invention.
  • the objective optical system OL is held so that the aberration correction element L1 and the condensing element L2 arranged in order from the laser light source side are coaxial with the optical axis X as the center through the lens barrel (holding member) HL. It has a configuration.
  • the aberration correction element L1 is the optical element of the present invention.
  • the aberration correction element LI is a plastic lens having an Abbe number of 50 or more and 60 or less, and the optical surface on the optical disk side has a central region C1 corresponding to the numerical aperture NA3, and a numerical aperture NA3 to a numerical aperture NA1.
  • the optical surface on the laser light source side is divided into a central region C3 corresponding to the numerical aperture NA2, and a peripheral region C4 corresponding to the numerical aperture NA2 to the numerical aperture NA1.
  • the first diffractive structure DOE1 is formed in the central region C1 of the optical surface on the optical disc side, and the third diffractive structure DOE3 and the fourth diffractive structure DOE4 are formed in the peripheral region C2.
  • the first diffractive structure DOE1 is for correcting spherical aberration caused by the difference in thickness between the protective substrate PL1 and the protective substrate PL3.
  • the third diffractive structure DOE3 and the fourth diffractive structure DOE4 are diffractive structures for suppressing chromatic aberration (defocus error) generated when the laser light source instantaneously changes the wavelength.
  • a second diffractive structure (also referred to as an optical path difference providing structure) DOE2 is formed in the central region C3 of the optical surface on the laser light source side, and the peripheral region C4 includes fine structures such as a diffractive structure and a phase structure. The plane is such that no fine structure is formed.
  • the second diffractive structure DOE2 is generated when the laser source instantaneously changes the wavelength, and the first basic structure for correcting spherical aberration due to the difference in thickness between the protective substrate PL1 and the protective substrate PL2. Superimposed on the second basic structure to suppress chromatic aberration (defocus error). It is preferable that the second-order diffractive structure DOE2 is designed so that the 0th-order diffracted light has the highest intensity when the light beam having the wavelength ⁇ 1 passes through.
  • the first basic structure can correct spherical aberration due to the thickness of the protective substrate of BD or DVD.
  • step S102 a second foundation structure is designed. More specifically, refer to FIG.
  • the second basic structure can suppress the occurrence of chromatic aberration due to fluctuations in the oscillation wavelength of the laser light source.
  • n is the refractive index of the objective lens OL
  • i and j are integers other than 0
  • a (/ zm) is the pitch depth of the blaze of the first basic structure (D in Figs. 1, 2 (a))
  • B ( ⁇ m) represents the pitch width of the blaze of the first foundation structure (P in Figs. 1 and 2 (a))
  • c (m) represents the pitch depth of the blaze of the second foundation structure ( 1, 2 (1)) of 0) represents
  • dm) denotes the blaze of peak Tutsi width of the second basic structure (FIG. 1, 2 1 3 (1))).
  • step S103 by superimposing the determined first foundation structure and the second foundation structure so that the positions of all the steps of the second foundation structure coincide with the positions of the steps of the first foundation structure, An optical path difference providing structure, that is, a second diffractive structure DOE2 can be obtained (see FIG. 1 (c)).
  • the resulting second diffractive structure DOE2 has the structure shown in FIG. 7 (c) as described above (see FIG. 7).
  • the first and second basic structures are used.
  • Structures whose dimensions (pitch width P) have been determined may be superimposed. Further, the first diffractive structure DOE1 may be superimposed on the second diffractive structure DOE2.
  • the first basic structure can correct spherical aberration due to the thickness of the protective substrate of BD or CD.
  • the second basic structure can suppress the occurrence of chromatic aberration due to fluctuations in the oscillation wavelength of the laser light source.
  • step 103 the determined first foundation structure and the second foundation structure are superimposed so that the positions of all the steps of the second foundation structure coincide with the positions of the steps of the first foundation structure.
  • An optical path difference providing structure that is, the first diffraction structure DOE1 can be obtained.
  • the resulting first diffractive structure DOE1 has the structural properties shown in FIG. 6 (c).
  • the present embodiment is an example in which at least one step D of the second foundation structure is superimposed so that it does not coincide with the position of the step D of the first foundation structure.
  • Tables 1 and 2 show the lens data.
  • a power of 10 for example, 2.5 X 10 _3
  • E for example, 2.5E-3
  • the optical surface of the objective lens is formed as an aspherical surface that is symmetric about the optical axis and is defined by a mathematical formula in which the coefficients shown in Table 1 are substituted into Formula 1.
  • X (h) is an axis in the optical axis direction (the light traveling direction is positive)
  • ⁇ is a conic coefficient
  • A2i is an aspheric coefficient
  • h is a height from the optical axis.
  • optical path length given to the light flux of each wavelength by the diffractive structure is defined by an equation obtained by substituting the coefficient shown in the table for the optical path difference function of equation (2).
  • the wavelength of the incident light beam ⁇ ⁇ is the manufacturing wavelength (blazed wavelength)
  • dor is the diffraction order
  • 2i is a coefficient of the optical path difference function.

Landscapes

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

　良好な波長特性を有し、異なる光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行いながらも、製造容易な光ピックアップ装置用の光学素子の設計方法、光学素子及び光ピックアップ装置を提供するために、第一基礎構造のブレーズの向きと、第二基礎構造のブレーズの向きを逆にして重畳させ、製造しやすい単一の光路差付与構造でありながら、第一光束のｕ次回折光の光量を最も高めると共に、第一光束のｘ次回折光（但しｘは（１）式を満たす）の光量を最も高めることで、例えば第１光ディスクと第２光ディスクの保護基板厚に起因する球面収差の補正と、第１光源の光源波長の変動に起因する色収差を補正（色収差を消すこと及び所定の色収差を与えることを含む）することができ、これにより適切に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置用の光学素子を設計できる。

Description

明 細 書
光学素子の設計方法、光学素子及び光ピックアップ装置
技術分野
[oooi] 本発明は、異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び Z又は再 生を行える光ピックアップ装置に用いる光学素子の設計方法、光学素子及び光ピッ クアップ装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、光ピックアップ装置にお!、て、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディ スクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、 例えば、青紫色半導体レーザや、第 2高調波を利用して赤外半導体レーザの波長変 換を行う青色 SHGレーザ等、波長 400〜420nmのレーザ光源が実用化されつつあ る。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場合で、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にまで高めた場 合には、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ィスク及び光磁気ディスク を総称して「高密度光ディスク」 t ヽぅ。
[0003] 尚、 NAO. 85の対物レンズを使用する高密度光ディスクでは、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. 6mmに対して、 0. 1mm)、スキューによるコマ収差量を 低減しているものがある。ところで、力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 Z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 (光情報 記録再生装置）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!、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 Z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や CDに対しても同様に適切に情報の記録 Z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アップ装置は、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 Z 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、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 Z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や CD用の光学系とを情報を記録 Z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。
[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、低コスト化に有利となる。尚、記録 Z 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光学系を得るために は、球面収差の波長依存性を有する光路差付与構造を集光光学系の少なくとも一 つの光学素子に形成する必要がある。
[0006] 特許文献 1には、光路差付与構造としての回折構造を有し、高密度光ディスクと従 来の DVD及び CDに対して共通に使用可能な対物光学系、及びこの対物光学系を 搭載した光ピックアップ装置が記載されて 、る。
特許文献 1：ヨーロッパ公開特許第 1304689号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 然るに、複数の波長の光束によって複数種の光ディスクの記録 Z再生を行う光ピッ クアップ装置において、光学系を共通化しようとする場合、例えば光ディスクの基板 厚の差に応じて生じる球面収差を補正するために、波長に応じて回折効果を発揮す る回折構造等の光路差付与構造を設けることが一般的に行われている。ここで、光 ディスクの記録 Z再生に悪影響を及ぼす収差は、球面収差に限られない。例えば、 温度変化等に応じて光源の波長が基準波長に対して変動したような場合、無視でき ない色収差が発生し、記録 Z再生に悪影響を与える恐れがある。即ち、波長特性が 悪くなる。これに対し、色収差補正用の回折構造を、光学素子の光ディスク側等に形 成することも考えられるが、それにより偏芯の問題が生じるなど光学素子の製造が困 難となる恐れがある。
[0008] 本発明は、上述の問題を考慮したものであり、良好な波長特性を有し、異なる光デ イスクに対して情報の記録及び Z又は再生を適切に行 、ながらも、製造容易な光ピ ックアップ装置用の光学素子の設計方法、光学素子及び光ピックアップ装置を提供 することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 以上の課題を解決するために、請求の範囲第 1項に記載の光学素子の設計方法 は、
第 1光源力 出射された波長 λ 1の第一光束により第 1光ディスクに対して情報の 再生及び Ζ又は記録が可能であると共に、第 2光源から出射された波長 λ 2 ( λ 2> λ 1)の第二光束により第 2光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能で ある光ピックアップ装置に用いられる光路差付与構造を有する光学素子の設計方法 であって、
第一基礎構造を設計する工程と、
第二基礎構造を設計する工程と、
前記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させることにより前記光路差付与構 造を設計する工程と、を有し、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、ピッチ幅が前記第一基礎構造よりも大きいブレーズ型の光路差付与構 造であり、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させて前記光路差付与構 造を設計する工程において、前記第一基礎構造のブレーズの向きと、前記第二基礎 構造のブレーズの向きを逆にして重畳させ、
以下の条件式を満たすことを特徴とする。
X = q · u (1)
但し、 qは 0以外の整数である。
[0010] 本発明によれば、前記第一基礎構造のブレーズの向きと、前記第二基礎構造のブ レーズの向きを逆にして重畳させることにより、製造しやすい単一の光路差付与構造 を形成することができるが、重畳により得られた光路差付与構造は、前記第一基礎構 造の機能と前記第二基礎構造の機能とを併せ持つことになる。より具体的には、前記 第一基礎構造につ!、て、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくなるように設計されることで、第 1光ディスクと第 2光ディスクの保護基板厚に 起因する球面収差を補正する機能を有するようにできる。又、前記第二基礎構造に ついて、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0以外の整数)の回 折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束の y次 (y≠x且 つ yは 0以外の整数)の回折光量を他の!/、かなる次数の回折光量よりも大きくし、ピッ チ幅が前記第一基礎構造よりも大きくなるように設計されることで、 V、ずれの光源波 長の変動に対しても同じ方向に回折角を強めるもしくは弱めることにより、波長変動 に起因する色収差を補正 (色収差を消すこと及び所定の色収差を与えることを含む） する機能を有するようにできる。かかる場合、前記第一基礎構造と前記第二基礎構 造とを重畳させてなる前記光路差付与構造も、両方の機能を兼ね備えることとなる。
[0011] 光路差付与構造を有する光学素子について以下に記載する。光路差付与構造は 、少なくとも第一基礎構造、第二基礎構造を同一面上に重畳させた構造である。「重 畳」とは、文字通り重ね合わせるという意味である。本明細書において、第一基礎構 造と第二基礎構造がそれぞれ他の光学面に設けられている場合や、第一基礎構造 と第二基礎構造とが同一の光学面にあつたとしても、それぞれ異なる領域に設けられ ており、重なる領域が一切ない場合は、本明細書における重畳ではない。また、本明 細書において、光路差付与構造は、少なくとも 2つの基礎構造が重畳していればよく 、更に他の基礎構造を重畳してもよい。例えば、第一基礎構造、第二基礎構造にカロ えて、第三基礎構造を更に重畳させてもよいし、更に第四基礎構造を重畳させてもよ い。なお、基礎構造は、全て光路差付与構造である。
[0012] なお、本明細書でいう光路差付与構造とは、入射光束に対して光路差を付加する 構造の総称である。光路差付与構造には、位相差を付与する位相差付与構造も含 まれる。また、位相差付与構造には回折構造が含まれる。なお、第一基礎構造、第 二基礎構造などの基礎構造は、光軸方向力 見た場合、光軸を中心とした同心円状 の構造となって 、ることが好まし 、。
[0013] 第一基礎構造、第二基礎構造 (及び Z又は後述する第三基礎構造)は、ブレーズ 型形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。 ここでいう「ブレー ズ型形状が周期的に繰り返されている」とは、同一のブレーズ型形状が同一の周期 で繰り返されている形状は当然含む。さら〖こ、周期の一単位となるブレーズ型形状が 、規則性を持って、周期が徐々に長くなつたり、徐々に短くなつたりする形状も、「ブレ ーズ型形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれて 、るとする。
[0014] 又、ベース面 (例えば図 1、 2に示す B)とは、平板型の光学素子の場合は、平板面 をいい、レンズの場合は、光路差付与構造の包絡面をいう。更に、「ブレーズの向き を逆にして重畳させる」とは、前記第一基礎構造のブレーズの斜めの面 (例えば図 1 、 2 (a)に示す C)が、光軸直交方向内方を向いている場合（図 1、 2 (a)参照）、前記 第二基礎構造のブレーズは、斜めの面 (例えば図 1、 2 (b)に示す C)が光軸直交方 向外方を向く（図 1、 2 (b)参照)ようにして重畳させることを言うものとする。
[0015] ブレーズ型形状とは、図 l (a)、（b)、図 2 (a)、（b)に示されるように、光学素子の光 軸を含む断面形状が鋸歯状の形状となっていることであり、別の言い方としては、基 礎構造が、ベース面 Bに対して直角でも平行でもない斜めの面 Cと、斜めの面 Cとべ ース面 Bとに交差する段差 Dとを有するということである。なお、ベース面 Bについて は、既に上述している。
[0016] 基礎構造がブレーズ型形状を有する場合、単位形状である三角形 (斜めの面が曲 面である場合を含む）が繰り返された形状となる。同一の三角形が繰り返されてもよい し、光軸力 離れるにつれて徐々に三角形の大きさが大きくなつていく形状、又は、 小さくなつていく形状であってもよい。但し、三角形の大きさが徐々に変化する場合で あっても、三角形において、光軸方向（又は通過する光線の方向）の大きさはほとん ど変化しないことが好ましい。なお、ブレーズ型形状において、一つの三角形の光軸 方向の長さ（三角形を通過する光線の方向の長さとしてもよい）を、ピッチ深さといい 、一つの三角形のベース面に沿った方向の長さをピッチ幅という。
[0017] また、第一基礎構造、第二基礎構造 (及び Z又は後述する第三基礎構造)を重畳 させてなる光路差付与構造の形状において、第一基礎構造、第二基礎構造 (及び Z 又は後述する第三基礎構造)のブレーズ型形状の名残が残っていてもよい。別の言 い方をすると、第一基礎構造、第二基礎構造 (及び Z又は後述する第三基礎構造） を重畳させてなる光路差付与構造が、光学素子の光路差付与構造が設けられて 、 るベース面に対して直角でもなく平行でもない、斜めの面を有していてもよい。この様 な形状にすることにより、第一基礎構造、第二基礎構造 (及び Z又は後述する第三 基礎構造）において、付与することを意図していた光学機能 (例えば、温度特性の向 上や、波長特性の向上や、特定の波長のみ回折させるといった機能)の減少や消失 をより防止することができ、重畳した光路差付与構造においても、意図していた当該 光学機能を発揮することが可能となる。
[0018] また、第一基礎構造、第二基礎構造 (及び Z又は後述する第三基礎構造)の中で 、より大きなピッチ幅 (もしくは周期の幅)を有するブレーズ型形状の基礎構造（図 1、
2 (b)参照）と、それに比して小さなピッチ幅 (もしくは周期の幅)を有するブレーズ型 形状の基礎構造（図 1、 2 (a)参照）の少なくとも二つの基礎構造について、当該二つ の基礎構造を重畳させる際に、大きなピッチ幅 (もしくは周期幅)を有する基礎構造（ 即ち第二基礎構造)の段差（図 1でベース面 Bに対してほぼ直角な面 D)の位置の少 なくとも一つが、小さなピッチ幅 (もしくは周期幅)を有する基礎構造 (即ち第一基礎 構造)の段差 Dの位置と一致しても、しなくてもよい。第二基礎構造の全ての段差 Dの 位置が、第一基礎構造の段差 Dの位置と一致するように重畳された光路差付与構造 の例を図 1 (c)に示す。なお、第二基礎構造のブレーズの形状と第一基礎構造のブ レーズの形状が、互いに相似形である場合は、図 1 (c)の左側の構造や、図 6、図 7 に示す構造のように、ベース面に対し平行な面を有し、ベース面に対して斜めの面を 有さない。一方で、第二基礎構造のブレーズの形状と第一基礎構造のブレーズの形 状が、互いに相似形でない場合、即ち非相似である場合は、第二基礎構造の全ての 段差 Dの位置が、第一基礎構造の段差 Dの位置が一致するように重畳したとしても、 図 1 (c)の右側の構造に示されるように、ベース面に対して斜めの面を残すこと、即ち 、ブレーズ型形状の名残を残すことが可能となる。これに対し、第一基礎構造の段差 Dの位置と少なくとも一つの第二基礎構造の段差 Dの位置が一致しないようにするこ とにより、更に好ましくは第二基礎構造 (図 2 (b) )の周期が、第一基礎構造 (図 2 (a) ) の周期の整数倍に一致しないように、互いの段差 Dの位置をずらすことにより、図 2 (c )に示すようなブレーズ型形状の名残を残すことが可能となる。
請求の範囲第 2項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 1項に記載さ れた設計方法において、前記光ピックアップ装置は、第 3光源から出射された波長え 3 ( λ 3 > λ 2)の第三光束により第 3光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録 が可能であり、前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束 の u次 (uは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし 、前記第二光束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数 の回折光量よりも大きくし、前記第三光束の w次 (wは 0以外の整数)の回折光量を他 のいかなる次数の回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、前 記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0以外 の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも 大きくし、前記第三光束の z次 (zは 0以外の整数)の回折光量を他の!/、かなる次数の 回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であることを特徴とするので 、 3つの異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び Z又は再生を 行える光ピックアップ装置用の光学素子を設計できる。なお、以下の 2つの式のいず れか一方を満たすことが更に好まし 、。
y = q ' v z = q#w
請求の範囲第 3項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 2項に記載さ れた設計方法であって、 u' λ 1をえ 2で割った値力、 u- λ 1をえ 3で割った値力、少 なくともいずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1, 2, 8, 9のいずれかであることを 特徴とするので、例えば ιι· λ 1をえ 2で割った値であれば、前記第一基礎構造に前 記第一光束と前記第二光束について同様に回折効果を発揮させ、例えば ιι· λ 1を λ 3で割った値であれば、前記第一基礎構造に前記第一光束と前記第三光束につ いて同様に回折効果を発揮させることができる。
[0020] 請求の範囲第 4項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 2項に記載さ れた設計方法であって、 χ· λ 1をえ 2で割った値力、 χ· λ 1をえ 3で割った値力 少 なくともいずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1, 2, 8, 9のいずれかであることを 特徴とするので、例えば U' λ 1をえ 2で割った値であれば、前記第二基礎構造に前 記第一光束と前記第二光束について同様に回折効果を発揮させ、例えば ιι· λ 1を λ 3で割った値であれば、前記第二基礎構造に前記第一光束と前記第三光束につ いて同様に回折効果を発揮させることができる。
[0021] 請求の範囲第 5項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 2項乃至第 4項 のいずれか 1項に記載された設計方法において、以下の条件式を満たすことを特徴 とするので、青紫色光、赤色光、赤外色光などを用いるのに好適である。
1. 5Χ λ 1< λ2<1. 7Χ λ 1 (2)
1. 9Χ λ 1< λ3<2. IX λΐ (3)
請求の範囲第 6項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 5項に記載さ れた設計方法にお!ヽて、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
u=2
v= 1
w= 1
x=10
y=o
z = 5 請求の範囲第 7項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 5項に記載さ れた設計方法にお!ヽて、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
u= 5
v= 3
w= 2
x= 10
y= o
z = 5
請求の範囲第 8項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 1項乃至第 7項 の 、ずれか 1項に記載された設計方法にお!、て、前記光路差付与構造を有する前 記光学素子を形成する材料のアッベ数が 50以上、 60以下であることを特徴とする。
[0022] 請求の範囲第 9項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 1項乃至第 8項 の!、ずれか 1項に記載された設計方法にぉ 、て、
第三基礎構造を設計する工程を有し、
前記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させることにより前記光路差付与構 造を設計する工程において、更に前記第三基礎構造を重畳させることにより、前記光 路差付与構造を設計することを特徴とするので、例えば前記第一基礎構造で第 1光 ディスクと第 2光ディスクの保護基板厚の差に起因する球面収差を補正し、前記第三 基礎構造で第 1光ディスクと第 3光ディスクの保護基板厚の差に起因する球面収差を ネ ΐ正することちできる。
[0023] 請求の範囲第 10項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 1項乃至第 9 項の 、ずれか 1項に記載された設計方法にお!、て、前記第一基礎構造と前記第二 基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の全ての段差の位置が、前記第一 基礎構造の段差の位置と一致するように重畳させることを特徴とする。
[0024] 請求の範囲第 11項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 10項に記載 された設計方法にお!ヽて、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ia = c (4)
l = (n— l) a (5) ib = d (6)
但し、 nは前記光学素子の屈折率、 i及び jは 0以外の整数を表し、 α ( μ ηι)は前記第 一基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 b ( μ m)は前記第一基礎構造のブレー ズのピッチ幅を表し、 ο ( μ ηι)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 d ( μ m)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ幅を表す。
[0025] 請求の範囲第 12項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 11項に記載 された設計方法において、前記第一基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状と、 前記第二基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状とは相似関係にあることを特徴と するので、前記光路差付与構造は、ベース面に対して光軸方向にシフトした面 (即ち ベース面に対して平行な面）を有するようになるので、製造がしゃすくなる。図 6、 7に 、第一基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状と、前記第二基礎構造のブレーズ の光軸方向断面形状とが相似関係にあり、且つ、全ての第二基礎構造の段差の位 置 Dが、第一基礎構造の段差の位置 Dと一致する例を示す。図 6 (a)に示す第一基 礎構造を通過したときに、波長 λ l =405nmの第一光束は 5次回折光が最も強度が 高まり、波長 λ 2 = 650nmの第二光束は 3次回折光が最も強度が高まり、波長え 3 = 785nmの第三光束は 2次回折光が最も強度が高まるようになつている。一方、図 6 (b)に示す第二基礎構造を通過したときに、波長 λ l =405nmの第一光束は 10次 回折光が最も強度が高まり、波長え 2 = 650nmの第二光束は 6次回折光が最も強 度が高まり、波長え 3 = 785nmの第三光束は 5次回折光が最も強度が高まるように なっている。かかる場合、第二基礎構造の全ての段差 Dの位置が、第一基礎構造の 段差 Dの位置と一致するように重畳させると、図 6 (c)に示すように、バイナリ型の光路 差付与構造が得られる。なお、このバイナリ型の光路差付与構造を通過したときに、 波長 λ 1 =405nmの第一光束は、 0次回折光 (透過光）が最も強度が高まり、波長 λ 2 = 650nmの第二光束は、 0次回折光 (透過光）が最も強度が高まり、波長え 3 = 78 5nmの第三光束は 1次回折光が最も強度が高まるようになって 、る。
[0026] 一方、図 7 (a)に示す第一基礎構造を通過したときに、波長 λ 1 =405nmの第一 光束は 2次回折光が最も強度が高まり、波長え 2 = 650nmの第二光束は 1次回折光 が最も強度が高まり、波長え 3 = 780nmの第三光束は 1次回折光が最も強度が高ま るようになっている。一方、図 7 (b)に示す第二基礎構造を通過したときに、波長 λ ΐ =405nmの第一光束は 10次回折光が最も強度が高まり、波長え 2 = 650nmの第 二光束は 6次回折光が最も強度が高まり、波長え 3 = 780nmの第三光束は 5次回折 光が最も強度が高まるようになつている。かかる場合、第二基礎構造の全ての段差 D の位置が、第一基礎構造の段差 Dの位置と一致するように重畳させると、図 7 (c)に 示すように、繰り返し 5段の階段状の光路差付与構造が得られる。なお、階段状の光 路差付与構造を通過したときに、波長 λ l =405nmの第一光束は、 0次回折光 (透 過光）が最も強度が高まり、波長え 2 = 650nmの第二光束は、 1次回折光 (透過光） が最も強度が高まり、波長え 3 = 785nmの第三光束は 0次回折光 (透過光）が最も 強度が高まるようになっており、更に、色収差も良好に補正できる。
[0027] 請求の範囲第 13項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 10項に記載 された設計方法において、前記第一基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状と、 前記第二基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状とは非相似関係にあることを特 徴とする。図 1、 2に、第一基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状と、前記第二基 礎構造のブレーズの光軸方向断面形状とが非相似関係にある例を示す。
[0028] 請求の範囲第 14項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 10項乃至第 13項のいずれか 1項に記載された設計方法において、前記光学素子に設けられた 前記光路差付与構造は、前記光路差付与構造を通過した前記第一光束の 0次 (透 過光）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくすることを特徴とするの で、前記第一光束の光の利用効率を高めることができる。
[0029] 請求の範囲第 15項に記載の光学素子の設計方法は、請求の範囲第 1項乃至第 1 0項の 、ずれか 1項に記載された設計方法にお!、て、前記第一基礎構造と前記第二 基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の少なくとも一つの段差の位置が、 前記第一基礎構造の段差の位置と一致しな 、ように重畳させることを特徴とする。
[0030] 請求の範囲第 16項に記載の光学素子は、第 1光源力 出射された波長 λ 1の第一 光束により第 1光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能であると共に、 第 2光源から出射された波長 λ 2 ( λ 2> λ 1)の第二光束により第 2光ディスクに対し て情報の再生及び Ζ又は記録が可能である光ピックアップ装置に用いられる光学素 子であって、前記光学素子は、光路差付与構造を有しており、前記光路差付与構造 は、第一基礎構造と第二基礎構造とを重畳させた構造であり、前記第一基礎構造は
、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0以外の整数)の回折光量 を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束の V次 (v≠u且つ Vは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくするブレーズ型 の光路差付与構造であり、前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前 記第一光束の X次 (Xは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、前記第二光束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数)の回折光量を他のい 力なる次数の回折光量よりも大きくし、ピッチ幅が前記第一基礎構造よりも大きいブレ ーズ型の光路差付与構造であり、前記第一基礎構造のブレーズの向きと、前記第二 基礎構造のブレーズの向きを逆にして重畳させ、以下の条件式を満たすことを特徴 とする。
X = q · u (1)
但し、 qは 0以外の整数である。本発明の効果は、請求の範囲第 1項に記載の発明と 同様である。
請求の範囲第 17項に記載の光学素子は、請求の範囲第 16項に記載された光学 素子において、前記光ピックアップ装置は、第 3光源から出射された波長 λ 3 ( λ 3 > λ 2)の第三光束により第 3光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能で あり、前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (u は 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第 二光束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折 光量よりも大きくし、前記第三光束の w次 (wは 0以外の整数)の回折光量を他のいか なる次数の回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、前記第二 基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0以外の整数） の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束の y次 (y≠ X且つ yは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、 前記第三光束の z次 (zは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量 よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であることを特徴とする。本発明の効 果は、請求の範囲第 2項に記載の発明と同様である。
[0032] 請求の範囲第 18項に記載の光学素子は、請求の範囲第 17項に記載された光学 素子であって、 u- λ 1をえ 2で割った値力 u- λ 1をえ 3で割った値力、少なくともい ずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1, 2, 8, 9のいずれかであることを特徴とす る。本発明の効果は、請求の範囲第 3項に記載の発明と同様である。
[0033] 請求の範囲第 19項に記載の光学素子は、請求の範囲第 17項に記載された光学 素子であって、 χ· λ 1をえ 2で割った値力 χ· λ 1をえ 3で割った値力、少なくともい ずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1, 2, 8, 9のいずれかであることを特徴とす る。本発明の効果は、請求の範囲第 4項に記載の発明と同様である。
[0034] 請求の範囲第 20項に記載の光学素子は、請求の範囲第 17項乃至第 19項のいず れカ 1項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。 1. 5 Χ λ 1 < λ 2< 1. 7 Χ λ 1 (2)
1. 9 Χ λ 1 < λ 3< 2. I X λ 1 (3)
本発明の効果は、請求の範囲第 5項に記載の発明と同様である。
[0035] 請求の範囲第 21項に記載の光学素子は、請求の範囲第 20項に記載された光学 素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
u= 2
v= 1
w= 1
x= 10
y= o
z = 5
本発明の効果は、請求の範囲第 6項に記載の発明と同様である。
[0036] 請求の範囲第 22項に記載の光学素子は、請求の範囲第 20項に記載された光学 素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
u= 5
v= 3
w= 2 x= 10
y=6
z = 5
本発明の効果は、請求の範囲第 7項に記載の発明と同様である。
[0037] 請求の範囲第 23項に記載の光学素子は、請求の範囲第 16項乃至第 22項のいず れか 1項に記載された光学素子において、前記光学素子を形成する材料のアッベ数 力 0以上、 60以下であることを特徴とする。本発明の効果は、請求の範囲第 8項に 記載の発明と同様である。
[0038] 請求の範囲第 24項に記載の光学素子は、請求の範囲第 16項乃至第 23項のいず れか 1項に記載された光学素子において、前記光路差付与構造は、前記第一基礎 構造と前記第二基礎構造に加えて、更に前記第三基礎構造を重畳させた構造であ ることを特徴とする。本発明の効果は、請求の範囲第 9項に記載の発明と同様である
[0039] 請求の範囲第 25項に記載の光学素子は、請求の範囲第 16項乃至第 24項のいず れか 1項に記載された光学素子において、前記光路差付与構造は、前記第二基礎 構造の全ての段差の位置が、前記第一基礎構造の段差の位置と一致するように、前 記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させた構造であることを特徴とする。本 発明の効果は、請求の範囲第 11項に記載の発明と同様である。
[0040] 請求の範囲第 26項に記載の光学素子は、請求の範囲第 25項に記載された光学 素子において、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
ia = c (4)
l = (n— l) a (5)
ib = d (6)
但し、 nは前記光学素子の屈折率、 i及び jは 0以外の整数を表し、 α ( μ ηι)は前記第 一基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 b ( μ m)は前記第一基礎構造のブレー ズのピッチ幅を表し、 ο ( μ ηι)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 d ( μ m)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ幅を表す。本発明の効果は、請求 の範囲第 10項に記載の発明と同様である。 [0041] 請求の範囲第 27項に記載の光学素子は、請求の範囲第 26項に記載の光学素子 において、前記第一基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状と、前記第二基礎構 造のブレーズの光軸方向断面形状とは相似関係にあることを特徴とする。本発明の 効果は、請求の範囲第 12項に記載の発明と同様である。
[0042] 請求の範囲第 28項に記載の光学素子は、請求の範囲第 25項の光学素子におい て、前記第一基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状と、前記第二基礎構造のブ レーズの光軸方向断面形状とは非相似関係にあることを特徴とする。本発明の効果 は、請求の範囲第 13項に記載の発明と同様である。
[0043] 請求の範囲第 29項に記載の光学素子は、請求の範囲第 25項乃至第 28項のいず れか 1項に記載の光学素子において、前記光路差付与構造は、前記光路差付与構 造を通過した前記第一光束の 0次 (透過光）の回折光量を他のいかなる次数の回折 光量よりも大きくすることを特徴とする。本発明の効果は、請求の範囲第 12項に記載 の発明と同様である。
[0044] 請求の範囲第 30項に記載の光学素子は、請求の範囲第 16項乃至第 25項のいず れか 1項に記載の光学素子において、前記光路差付与構造は、前記第二基礎構造 の少なくとも一つの段差の位置が、前記第一基礎構造の段差の位置と一致しないよ うに重畳させた構造であることを特徴とする。本発明の効果は、請求の範囲第 13項 に記載の発明と同様である。
[0045] 請求の範囲第 31項に記載の光ピックアップ装置は、第 1光源から出射された波長
λ 1の第一光束により第 1光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能で あると共に、第 2光源から出射された波長 λ 2 ( λ 2> λ 1)の光束により第 2光デイス クに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能である光ピックアップ装置であって、 前記光ピックアップ装置は、前記第一光束を出射する第 1光源と、前記第二光束を 出射する第 2光源と、前記第 1光源及び前記第 2光源から出射された前記第一光束 及び前記第二光束を前記第 1光ディスク及び前記第 2光ディスクの情報記録面上に 集光する集光光学系とを有し、前記集光光学系は、光路差付与構造を有する光学 素子を有し、前記光路差付与構造は、第一基礎構造と第二基礎構造とを重畳させた 構造であり、前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u 次 (uは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前 記第二光束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の 回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、前記第二基礎構造 は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0以外の整数)の回折光 量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束の y次 (y≠x且つ y は 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、ピッチ幅 が前記第一基礎構造よりも大きいブレーズ型の光路差付与構造であり、前記第一基 礎構造のブレーズの向きと、前記第二基礎構造のブレーズの向きを逆にして重畳さ せ、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
X = q · u (1)
但し、 qは 0以外の整数である。本発明の効果は、請求の範囲第 1項に記載の発明と 同様である。
[0046] 本明細書において、第 1光ディスクは、厚さが tlの保護基板と情報記録面とを有し 、第 2光ディスクは厚さが t2 (tl≤t2)の保護基板と情報記録面とをし、第 3光ディスク は、厚さが t3 (t2く t3)の保護基板と情報記録面とを有すると好ましい。特に、第 1光 ディスクが高密度光ディスクであり、第 2光ディスクが、 DVDであり、第 3光ディスクが CDであることが好ましいが、これに限られるものではない。また、 tl <t2である場合 は、 tl =t2である場合に比して、一つの集光光学系、特に単玉の対物レンズによつ て 3つの異なる光ディスクの記録及び Z又は再生を行うことはより困難であるが、本発 明はそれを可能とする。なお、第 1光ディスク、第 2光ディスク又は第 3光ディスクは、 複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよ 、。
[0047] 本明細書においては、高密度光ディスクの例としては、 NAO. 85の対物レンズによ り情報の記録 Z再生が行われ、保護基板の厚さが 0. 1mm程度である規格の光ディ スク（例えば、 BD:ブルーレイディスク）が挙げられる。また、他の高密度光ディスクの 例としては、 NAO. 65乃至 0. 67の対物レンズにより情報の記録 Z再生が行われ、 保護基板の厚さが 0. 6mm程度である規格の光ディスク（例えば、 HD DVD :単に HDともいう）が挙げられる。また、高密度光ディスクには、情報記録面上に数〜数十 nm程度の厚さの保護膜 (本明細書では、保護基板は保護膜も含むものとする)を有 する光ディスクや、保護基板の厚さが 0の光ディスクも含まれる。また、高密度光ディ スクには、情報の記録 Z再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色 SHG レーザが用いられる光磁気ディスクも含まれるものとする。更に、本明細書において は、 DVDとは、 NAO. 60〜0. 67程度の対物レンズにより情報の記録 Z再生が行わ れ、保護基板の厚さが 0. 6mm程度である DVD系列光ディスクの総称であり、 DVD -ROM, DVD-Video, DVD-Audio, DVD -RAM, DVD-R, DVD-RW 、 DVD+R、 DVD+RW等を含む。また、本明細書においては、 CDとは、 NA0. 4 5〜0. 51程度の対物レンズにより情報の記録 Z再生が行われ、保護基板の厚さが 1 . 2mm程度である CD系列光ディスクの総称であり、 CD-ROM, CD -Audio, C D- Video, CD-R, CD— RW等を含む。尚、記録密度については、高密度光ディ スクの記録密度が最も高ぐ次いで DVD、 CDの順に低くなる。
[0048] なお、保護基板の厚さ tl、 t2、 t3に関しては、以下の条件式を満たすことが好まし いが、これに限られない。
[0049] 0. 0750mm≤tl≤0. 125mm 又は 0. 5mm≤tl≤0. 7mm
0. 5mm≤t2≤0. 7mm
1. 0mm≥t3≤ 1. 3mm
本明細書において、第一光源、第二光源、第三光源は、好ましくはレーザ光源であ る。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出 来る。
[0050] また、第 1光ディスク、第 2光ディスク、第 3光ディスクとして、それぞれ、 BDまたは H D、 DVD及び CDが用いられる場合、第一光源の第一波長 λ 1は好ましくは、 350η m以上、 440nm以下、より好ましくは、 380nm以上、 415nm以下であって、第二光 源の第二波長え 2は好ましくは 570nm以上、 680nm以下、より好ましくは 630nm以 上、 670nm以下であって、第三光源の第三波長え 3は好ましくは、 750nm以上、 88 Onm以下、より好ましくは、 760nm以上、 820nm以下である。
[0051] また、第一光源、第二光源、第三光源のうち少なくとも 2つの光源をユニット化しても よい。ユニット化とは、例えば第一光源と第二光源とが 1パッケージに固定収納されて いるようなものをいうが、これに限られず、 2つの光源が収差補正不能なように固定さ れている状態を広く含むものである。また、光源に加えて、後述する受光素子を 1パッ ケージィ匕してもよい。
[0052] 受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光デイス クの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光 ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上のスポット の形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行い、 この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物レンズを移動させることが出来 る。受光素子は、複数の光検出器力もなつていてもよい。受光素子は、メインの光検 出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメ イン光を受光する光検出器の両脇に 2つのサブの光検出器を設け、当該 2つのサブ の光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよ い。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光素子を有していてもよい。
[0053] 集光光学系は、対物レンズ等の光学素子を少なくとも一つ有する。集光光学系は、 対物レンズのみを有していても良いが、集光光学系は、対物レンズの他にコリメータ 一レンズ等のカップリングレンズや、光学機能を有する平板光学素子等、他の光学 素子を有していてもよい。なお、カップリングレンズとは、対物レンズと光源の間に配 置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。更に集光光学系 は、光源力 射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラツキ ング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を 有していてもよい。本明細書において、対物レンズとは、光ピックアップ装置において 光ディスクに対向する位置に配置され、光源カゝら射出された光束を光ディスクの情報 記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。好ましくは、対物レンズとは、光ピ ックアップ装置にお 、て光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された 光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系であって、更に、 ァクチユエータにより少なくとも光軸方向に一体的に変異可能とされた光学系を指す
[0054] 集光光学系で用いられる光学素子であって、光路差付与構造が設けられる光学素 子は、二つ以上の複数のレンズ及び光学素子力も構成されていてもよいし、単玉の レンズのみでもよいが、好ましくは単玉のレンズ、又は単体の光学素子である。また、 光学素子は、ガラス力もなるものであってもプラスチックからなるものであっても、又は 、ガラス製の光学素子の上に光硬化性榭脂などで光路差付与構造などを設けたハイ ブリツドの光学素子であってもよいが、単一の材料力 形成されるものが好ましい。光 学素子が複数のレンズからなる場合は、ガラスレンズとプラスチックレンズを混合して 用いてもよい。光学素子が複数のレンズを有する場合、光路差付与構造を有する平 板光学素子と非球面レンズ (光路差付与構造を有して!ヽても ヽなくてもよ!ヽ）の組み 合わせであってもよい。また、光学素子がレンズである場合、屈折面が非球面である ことが好ましい。また、光学素子は、光路差付与構造が設けられるベース面が非球面 又は平面であることが好ましい。なお、光路差付与構造が設けられている光学素子 の光学面が平面である場合、ベース面とは、その平面をいい、光路差付与構造が設 けられている光学素子の光学面が曲面である場合、ベース面とは、光路差付与構造 の包絡面をいう。包絡面とは、ある単位領域毎に最も光軸方向に大きく出っ張つてい る部分をつないだ曲線をいう。単位領域としては、例えば、光軸と直行方向に 0. 05 mmごとに分割するようにしてもよい。光路差付与構造が設けられる光学素子であつ て、特に好ましいものは、プラスチック力もなる単玉の対物レンズか、プラスチックから なる単体の平板光学素子である。
[0055] また、光学素子をガラス製とする場合は、ガラス転移点 Tg力 00°C以下であるガラ ス材料を使用することが好まし ヽ。ガラス転移点 Tg力 00°C以下であるガラス材料を 使用することにより、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。
[0056] ところで、ガラス製の光学素子は一般的に榭脂レンズよりも比重が大きいため、例え ば、対物レンズをガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物レンズを駆動するァクチ ユエータに負担がかかる。そのため、光学素子をガラス製とする場合には、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。
[0057] また、対物レンズ等の光学素子をプラスチック製とする場合は、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— 20 X 10—5乃至— 5 X 10_5 (より好ましくは、—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。また、対物レンズをプラスチックレ ンズとする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ま 、。
[0058] 或いは、本発明の対物レンズに適した榭脂材料として、上記環状ォレフィン系以外 にも「アサ一マル樹脂」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。
発明の効果
[0059] 本発明によれば、良好な波長特性を有し、異なる光ディスクに対して情報の記録及 び Z又は再生を適切に行いながらも、製造容易な光ピックアップ装置用の光学素子 の設計方法、光学素子及び光ピックアップ装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0060] [図 1]第一基礎構造 (a)と、第二基礎構造 (b)とを、段差の位置を一致させて重畳さ せた光路差付与構造 (c)を示す図である。
[図 2]第一基礎構造 (a)と、第二基礎構造 (b)とを、段差の位置をずらせて重畳させ た光路差付与構造 (c)を示す図である。
[図 3]本発明に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
[図 4]本発明に係る対物レンズ OLの一例を模式的に示す断面図である。
[図 5]本発明に係る対物レンズの設計方法を示すフローチャートである。
[図 6]ブレーズ形状が相似である第一基礎構造 (a)と、第二基礎構造 (b)とを、段差 の位置を一致させて重畳させた光路差付与構造 (c)を示す図である。
[図 7]ブレーズ形状が相似である第一基礎構造 (a)と、第二基礎構造 (b)とを、段差 の位置を一致させて重畳させた光路差付与構造 (c)を示す図である。
符号の説明
[0061] AC1 2軸ァクチユエータ AC2 1軸ァクチユエータ
B ベース面
C 斜めの面
C1 中央領域
C2 周辺領域
C3 中央領域
C4 周辺領域
CL コリメート光学系
D 段差
DOE1 第 1回折構造
DOE2 第 2回折構造
DOE3 第 3回折構造
L ブレーズ寸法
L1 収差補正素子
L2 集光素子
LD1 青紫色半導体レーザ
LD2 赤色半導体レーザ
LD3 赤外半導体レーザ
ML ミラー
OL 対物レンズ
OL 対物光学系
P1 プリズム
P2 プリズム
P3 プリズム
PD 光検出器
PL1 保護基板
PL2 保護基板
PL3 保護基板 PU 光ピックアップ装置
RL1 情報記録面
RL2 情報記録面
RL3 情報記録面
SE センサー光学系
STO 絞り
発明を実施するための最良の形態
[0062] 以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図 3を用いて 本発明による光学素子 (ここでは対物レンズ)を用いた光ピックアップ装置にっ 、て説 明する。図 3は、高密度光情報記録媒体 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 ·再生を行える光ピック アップ装置 PUの構成を概略的に示す図である。 BDの仕様は、第 1波長 λ l =405n m、保護基板 PL1の厚さ tl =0. lmm、開口数 NA1 = 0. 85であり、 DVDの仕様は 、第 2波長え 2 = 655nm、保護基板 PL2の厚さ t2 = 0. 6mm、開口数 NA2 = 0. 65 であり、 CDの仕様は、第 3波長え 3 = 785nm、保護基板 PL3の厚さ t3 = 1. 2mm、 開口数 NA3 = 0. 51である。但し、波長、保護基板の厚さ、及び開口数の組合せは これに限られない。
[0063] 光ピックアップ装置 PUは、 BD用の青紫色半導体レーザ LD1 (第 1光源）、 DVD用 の赤色半導体レーザ LD2 (第 2光源)、 CD用の赤外半導体レーザ LD3 (第 3光源)、 BDZDVDZCD共用の光検出器 PD、対物光学系 OL、コリメート光学系 CL、 2軸 ァクチユエータ AC1、 1軸ァクチユエータ AC2、第 1プリズム Pl、第 2プリズム P2、第 3プリズム P3、立上げミラー ML、各光ディスクの情報記録面からの反射光束に対し て非点収差を付加するためのセンサー光学系 SEとから構成されている。尚、 BD用 の光源として、青紫色 SHGレーザを使用しても良い。
[0064] 光ピックアップ装置 PUにおいて、 BDに対して情報の記録 Z再生を行う場合には、 コリメート光学系 CLから青紫色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、 1 軸ァクチユエータ AC2によりコリメート光学系 CLの位置を光軸方向に調整した後、青 紫色半導体レーザ LD1を発光させる。青紫色半導体レーザ LD1から射出された発 散光束は、図 3において実線でその光線経路を描いたように、第 1プリズム P1により 反射された後、第 2プリズム P2、及び第 3プリズム P3を順に透過し、コリメート光学系 CLにより平行光束に変換される。その後、立上げミラー MLにより反射された後、絞り STOにより光束径が規制され、対物光学系 OLによって BDの保護基板 PL1を介して 情報記録面 RL1上に形成されるスポットとなる。対物光学系 OLは、その周辺に配置 された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォーカシングゃトラッキングを行う。なお、対 物光学系 OLにつ 、ての詳 U、説明は後述する。
[0065] 情報記録面 RL1で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系 OLを 透過した後、立上げミラー MLにより反射され、コリメート光学系 CLを通過する際に収 斂光束となる。その後、第 3プリズム P3、第 2プリズム P2及び第 1プリズム PIを順に透 過した後、センサー光学系 SEにより非点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上 に収束する。光検出器 PDの出力信号を用いて BDに記録された情報を読み取ること ができる。
[0066] また、光ピックアップ装置 PUにお 、て、 DVDに対して情報の記録 Z再生を行う場 合には、コリメート光学系 CLから赤色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるよう に、 1軸ァクチユエータ AC2によりコリメート光学系 CLの位置を光軸方向に調整した 後、赤色半導体レーザ LD2を発光させる。赤色半導体レーザ LD2から射出された発 散光束は、図 3において破線でその光線経路を構いたように、第 2プリズム P2により 反射された後、第 3プリズム P3を透過し、コリメート光学系 CLにより平行光束に変換 される。その後、立上げミラー MLにより反射された後、対物光学系 OLによって DVD の保護基板 PL2を介して情報記録面 RL2上に形成されるスポットとなる。対物光学 系 OLは、その周辺に配置された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォーカシングゃト ラッキングを行う。
[0067] 情報記録面 RL2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系 OLを 透過した後、立上げミラー MLにより反射され、コリメート光学系 CLを通過する際に収 斂光束となる。その後、第 3プリズム P3、第 2プリズム P2及び第 1プリズム PIを順に透 過した後、センサー光学系 SEにより非点収差が付加され、光検出器 PDの受光画上 に収束する。光検出器 PDの出力信号を用 、て DVDに記録された情報を読み取るこ とがでさる。
[0068] また、光ピックアップ装置 PUにお 、て、 CDに対して情報の記録 Z再生を行う場合 には、コリメート光学系 CLから赤外レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように 、 1軸ァクチユエータ AC2によりコリメート光学系 CLの位置を光軸方向に調整した後 、赤外半導体レーザ LD3を発光させる。赤外半導体レーザ LD3から射出された発散 光束は、図 3において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第 3プリズム P3によ り反射された後、コリメート光学系 CLにより平行光束に変換される。その後、立上げミ ラー MLにより反射された後、対物光学系 OLによって CDの保護基板 PL3を介して 情報記録面 RL3上に形成されるスポットとなる。対物光学系 OLは、その周辺に配置 された 2軸ァクチユエータ AC1によってフォーカシングゃトラッキングを行う。
[0069] 情報記録面 RL2で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系 OLを 透過した後、立上げミラー MLにより反射され、コリメート光学系 CLを通過する際に収 斂光束となる。その後、第 3プリズム P3、第 2プリズム P2及び第 1プリズム PIを順に透 過した後、センサー光学系 SEにより非点収差が付加され、光検出器 PDの受光面上 に収束する。光検出器 PDの出力信号を用いて CDに記録された情報を読み取ること ができる。
[0070] 光ピックアップ装置 PUでは、コリメート光学系 CLを 1軸ァクチユエータ AC2により光 軸方向に駆動させることで、 BD使用時の球面収差を補正できる。力かる球面収差補 正機構により、青紫色半導体レーザ LD1の製造誤差による波長ばらつき、温度変化 に伴う対物光学系の屈折率変化や屈折率分布、多層ディスクの情報記録眉間のフ オーカスジャンプ、保護基板 PL1の製造誤差による厚さばらつきや厚み分布等に起 因する球面収差を補正可能である。尚、この球面収差補正機構により、 DVD使用時 や CD使用時の球面収差を補正しても良!ヽ。
[0071] 次に、対物光学系 OLの構成について説明する。図 4に、本発明による対物光学系 OLの構成を概略的に示す。対物光学系 OLは、レーザ光源側から順に配置された 収差補正素子 L1と集光素子 L2が、鏡筒 (保持部材) HLを介して光軸 Xを中心とした 同軸となるように保持された構成を有する。尚、収差補正素子 L1が本発明の光学素 子である。 [0072] 収差補正素子 LIはアッベ数 50以上 60以下のプラスチック製レンズであって、光デ イスク側の光学面は、開口数 NA3内に相当する中央領域 C1と、開口数 NA3〜開口 数 NA1に相当する周辺領域 C2とに分割されており、レーザ光源側の光学面は、開 口数 NA2内に相当する中央領域 C3と、開口数 NA2〜開口数 NA1に相当する周 辺領域 C4とに分割されている。
[0073] 光ディスク側の光学面の中央領域 C1には、第 1回折構造 DOE1が形成されており 、周辺領域 C2には、第 3回折構造 DOE3と、第 4回折構造 DOE4が形成されている 。第 1回折構造 DOE1は、保護基板 PL1と保護基板 PL3の厚さの違いに起因する球 面収差を補正するためのものである。第 3回折構造 DOE3と、第 4回折構造 DOE4 は、レーザ光源が瞬間的に波長変化を起こした際に発生する色収差 (デフォーカス 誤差)を抑制するための回折構造である。
[0074] また、レーザ光源側の光学面の中央領域 C3には、第 2回折構造 (光路差付与構造 ともいう） DOE2が形成されており、周辺領域 C4は、回折構造や位相構造などの微 細構造が形成されない平面となっている。第 2回折構造 DOE2は、保護基板 PL1と 保護基板 PL2の厚さの違いに起因する球面収差を補正するための第一基礎構造と 、レーザ光源が瞬間的に波長変化を起こした際に発生する色収差 (デフォーカス誤 差)を抑制するための第二基礎構造とが重畳されている。尚、第 2回折構造 DOE2を 波長 λ 1の光束が通過したときに、 0次回折光が最も強度が高くなるように設計すると 好ましい。
[0075] 次に、光路差付与構造の設計方法について、図 5のフローチャートを参照して説明 する。まず、第 2回折構造 DOE2を設計する例について説明する。図 5において、ま ずステップ S101で、第一基礎構造を設計する。より具体的には、図 7を参照して、波 長 λ ΐの光束が通過したとき、 2 (=u)次回折光が最も光強度が高くなり、波長え 2の 光束が通過したとき、 l (=v)次回折光が最も光強度が高くなり、波長え 3の光束が 通過したとき、 l (=w)次回折光が最も光強度が高くなるように、段差 Dの値、及び一 つのブレーズの光軸直交方向の寸法 (ピッチ幅 P)を決定する。第一基礎構造により 、 BD又は DVDの保護基板の厚さに起因する球面収差を補正できる。
[0076] 次に、ステップ S102で、第二基礎構造を設計する。より具体的には、図 7を参照し て、波長 λ 1の光束が通過したとき、 10(=χ)次回折光が最も光強度が高くなり、波 長え 2の光束が通過したとき、 6 (=y)次回折光が最も光強度が高くなり、波長え 3の 光束が通過したとき、 5( = z)次回折光が最も光強度が高くなるように、段差 Dの値、 及び一つのブレーズの光軸直交方向の寸法 (ピッチ幅 P)を決定する。第二基礎構 造により、レーザ光源の発振波長の変動に起因する色収差の発生を抑制できる。
[0077] 特に、以下の式を満たすように設計すると好ましい。
ia = c (4)
l= (n— l)a (5)
ib = d (6)
ここで、 nは対物レンズ OLの屈折率、 i及び jは 0以外の整数を表し、 a(/z m)は第一 基礎構造のブレーズのピッチ深さ（図 1, 2 (a)の D)を表し、 b(μm)は前記第一基礎 構造のブレーズのピッチ幅（図 1, 2 (a)の P)を表し、 c ( m)は第二基礎構造のブレ ーズのピッチ深さ（図 1, 2(1))の0)を表し、 d m)は第二基礎構造のブレーズのピ ツチ幅（図 1, 2(1))の13)を表す。
[0078] ステップ S103で、決定された第一基礎構造と第二基礎構造とを第二基礎構造の 全ての段差の位置が第一基礎構造の段差の位置と一致するように重畳することで、 光路差付与構造即ち第 2回折構造 DOE2を得ることができる（図 1 (c)参照)。結果と して得られた第 2回折構造 DOE2は、前述したような図 7(c)に示す構造の性質を有 する（図 7参照)。
[0079] 尚、第 1回折構造 DOE1を設けることなぐ第 2回折構造 DOE2で 3つの異なる光 ディスクの保護基板厚の差に起因する球面収差を補正する場合、第一、第二基礎構 造に加えて第三基礎構造として、波長 λ 1の光束が通過したとき、 5(=u)次回折光 が最も光強度が高くなり、波長え 2の光束が通過したとき、 3(=v)次回折光が最も光 強度が高くなり、波長え 3の光束が通過したとき、 2 (=w)次回折光が最も光強度が 高くなるように、段差 Dの値、及び一つのブレーズの光軸直交方向の寸法 (ピッチ幅 P)が決定された構造を、重畳してもよい。又、第 1回折構造 DOE1を、第 2回折構造 DOE2に重畳しても良い。
[0080] 次に、第 1回折構造 DOE1を設計する例について説明する。図 5において、まずス テツプ S101で、第一基礎構造を設計する。より具体的には、図 6を参照して、波長え 1の光束が通過したとき、 5 (=u)次回折光が最も光強度が高くなり、波長え 2の光束 が通過したとき、 3 (=v)次回折光が最も光強度が高くなり、 2 (=w)次回折光が最も 光強度が高くなるように、段差 Dの値、及び一つのブレーズの光軸直交方向の寸法（ ピッチ幅 P)を決定する。第一基礎構造により、 BD又は CDの保護基板の厚さに起因 する球面収差を補正できる。
[0081] 次に、ステップ S102で、第二基礎構造を設計する。より具体的には、図 6を参照し て、波長 λ 1の光束が通過したとき、 10 (=χ)次回折光が最も光強度が高くなり、波 長え 2の光束が通過したとき、 6 (=y)次回折光が最も光強度が高くなり、波長え 3の 光束が通過したとき、 5 ( = z)次回折光が最も光強度が高くなるように、段差 Dの値、 及び一つのブレーズの光軸直交方向の寸法 (ピッチ幅 P)を決定する。第二基礎構 造により、レーザ光源の発振波長の変動に起因する色収差の発生を抑制できる。
[0082] 特に、前述の式 (4)、（5)、（6)を満たすように設計すると好ましい。そして、ステップ 103で、決定された第一基礎構造と第二基礎構造とを、第二基礎構造の全ての段差 の位置が第一基礎構造の段差の位置と一致するように重畳することで、光路差付与 構造即ち第 1回折構造 DOE1を得ることができる。結果として得られた第 1回折構造 DOE1は、図 6 (c)に示す構造の性質を有する。
実施例
[0083] 図 1の光ピックアップ装置に用いることができる実施例（但し図 4の対物レンズとは異 なる）について説明する。なお、本実施例は、第二基礎構造の少なくとも 1箇所の段 差 Dの位置が、第一基礎構造の段差 Dの位置と一致しな 、ように重畳された例であ る。表 1、表 2にレンズデータを示す。なお、これ以降において、 10のべき乗数 (例え ば、 2. 5 X 10_3)を、 E (例えば、 2. 5E— 3)を用いて表すものとする。
[0084] 対物レンズの光学面は、それぞれ数 1式に、表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 、る。
[0085] [数 1]
Figure imgf000030_0001
[0086] ここで、 X(h)は光軸方向の軸 (光の進行方向を正とする）、 κは円錐係数、 A2iは 非球面係数、 hは光軸からの高さである。
[0087] また、回折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、表に示す係数を代入した数式で規定される。
[0088] [数 2]
2i
八 xdor X B2ih
[0089] 尚、えは入射光束の波長、 λ Βは製造波長（ブレーズ化波長）、 dorは回折次数、 B
2iは光路差関数の係数である。
[0090] 以下の表 1、表 2に、レンズデータを示す。
[0091] [表 1] 単玉回折レンズ実施例 レンズデータ
対物レンズの焦点距離 f i = 2.20mm f 2 = 2.27賴 f3 = 2.49mni 開口数 NA1： 0.85 NA2： 0.60 NA3： 0.45 倍率 ml： 0 m2： 0 m3： 0 di ni di ni di ni 第 i面 r i
(405nm) (405nm) (658nm) (658™) (785nm) (785nm)
0 oo oo oo
1 0.0 0.0 0.0
(絞り径） (03.74mm) (02.70mm) (02.23mm)
2-1 oo 0.500 1.560 0.500 1.540 0.500 1.536
2-2 oo
3 oo 0.100 0.100 0.100
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Claims

請求の範囲
[1] 第 1光源力 出射された波長 λ 1の第一光束により第 1光ディスクに対して情報の 再生及び Ζ又は記録が可能であると共に、第 2光源から出射された波長 λ 2 ( λ 2> λ 1)の第二光束により第 2光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能で ある光ピックアップ装置に用いられる光路差付与構造を有する光学素子の設計方法 であって、
第一基礎構造を設計する工程と、
第二基礎構造を設計する工程と、
前記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させることにより前記光路差付与構 造を設計する工程と、を有し、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、ピッチ幅が前記第一基礎構造よりも大きいブレーズ型の光路差付与構 造であり、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させて前記光路差付与構 造を設計する工程において、前記第一基礎構造のブレーズの向きと、前記第二基礎 構造のブレーズの向きを逆にして重畳させ、
以下の条件式を満たすことを特徴とする光学素子の設計方法。
X = q · u (1)
但し、 qは 0以外の整数である。
[2] 請求の範囲第 1項に記載された設計方法にお!、て、前記光ピックアップ装置は、第 3光源から出射された波長 λ 3 ( λ 3 > λ 2)の第三光束により第 3光ディスクに対して 情報の再生及び Ζ又は記録が可能であり、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、前記第三光束の w次 (wは 0以外の整数)の回折光量を他の 、かなる次 数の回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、前記第三光束の z次 (zは 0以外の整数)の回折光量を他の!、かなる次 数の回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であることを特徴とする 光学素子の設計方法。
[3] 請求の範囲第 2項に記載された設計方法であって、 ιι· λ 1をえ 2で割った値か、 u- λ 1をえ 3で割った値力、少なくともいずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1 , 2, 8, 9のいずれかであることを特徴とする光学素子の設計方法。
[4] 請求の範囲第 2項に記載された設計方法であって、 χ· λ 1をえ 2で割った値か、 χ· λ 1をえ 3で割った値力、少なくともいずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1 , 2, 8, 9のいずれかであることを特徴とする光学素子の設計方法。
[5] 請求の範囲第 2項乃至第 4項の 、ずれか 1項に記載された設計方法にお!、て、以 下の条件式を満たすことを特徴とする光学素子の設計方法。
1. 5 Χ λ 1 < λ 2< 1. 7 Χ λ 1 (2)
1. 9 Χ λ 1 < λ 3< 2. I X λ 1 (3)
[6] 請求の範囲第 5項に記載された設計方法にぉ 、て、以下の条件式を満たすことを 特徴とする光学素子の設計方法。
u= 2
v = 1
w= 1
x= 10
y= o
z = 5
[7] 請求の範囲第 5項に記載された設計方法にぉ 、て、以下の条件式を満たすことを 特徴とする光学素子の設計方法。
u=5
v=3
w=2
x=10
y=o
z = 5
[8] 請求の範囲第 1項乃至第 7項のいずれか 1項に記載された設計方法において、前 記光路差付与構造を有する前記光学素子を形成する材料のアッベ数が 50以上、 6 0以下であることを特徴とする光学素子の設計方法。
[9] 請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれ力 1項に記載された設計方法において、 第三基礎構造を設計する工程を有し、
前記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させることにより前記光路差付与構 造を設計する工程において、更に前記第三基礎構造を重畳させることにより、前記光 路差付与構造を設計することを特徴とする光学素子の設計方法。
[10] 請求の範囲第 1項乃至第 9項のいずれか 1項に記載された設計方法において、前 記第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の全て の段差の位置が、前記第一基礎構造の段差の位置と一致するように重畳させること を特徴とする光学素子の設計方法。
[11] 請求の範囲第 10項に記載された設計方法において、以下の条件式を満たすことを 特徴とする光学素子の設計方法。
ia = c (4)
jl l=(n-l)a (5)
ib = d (6)
但し、 nは前記光学素子の屈折率、 i及び jは 0以外の整数を表し、 α(μηι)は前記第 一基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 b(μm)は前記第一基礎構造のブレー ズのピッチ幅を表し、 ο(μηι)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 d ( μ m)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ幅を表す。
[12] 請求の範囲第 11項に記載された設計方法において、前記第一基礎構造のブレー ズの光軸方向断面形状と、前記第二基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状とは 相似関係にあることを特徴とする光学素子の設計方法。
[13] 請求の範囲第 10項に記載された設計方法において、前記第一基礎構造のブレー ズの光軸方向断面形状と、前記第二基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状とは 非相似関係にあることを特徴とする光学素子の設計方法。
[14] 請求の範囲第 10項乃至第 13項のいずれ力 1項に記載の設計方法において、前記 光学素子に設けられた前記光路差付与構造は、前記光路差付与構造を通過した前 記第一光束の 0次 (透過光）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きく することを特徴とする光学素子の設計方法。
[15] 請求の範囲第 1項乃至第 10項のいずれ力 1項に記載の設計方法において、前記 第一基礎構造と前記第二基礎構造を重畳させる際に、前記第二基礎構造の少なくと も一つの段差の位置が、前記第一基礎構造の段差の位置と一致しないように重畳さ せることを特徴とする光学素子の設計方法。
[16] 第 1光源力 出射された波長 λ 1の第一光束により第 1光ディスクに対して情報の 再生及び Ζ又は記録が可能であると共に、第 2光源から出射された波長 λ 2 ( λ 2> λ 1)の第二光束により第 2光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能で ある光ピックアップ装置に用いられる光学素子であって、
前記光学素子は、光路差付与構造を有しており、
前記光路差付与構造は、第一基礎構造と第二基礎構造とを重畳させた構造であり 、前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、ピッチ幅が前記第一基礎構造よりも大きいブレーズ型の光路差付与構 造であり、前記第一基礎構造のブレーズの向きと、前記第二基礎構造のブレーズの 向きを逆にして重畳させ、
以下の条件式を満たすことを特徴とする光学素子。
X = q · u (1)
但し、 qは 0以外の整数である。
[17] 請求の範囲第 16項に記載された光学素子において、前記光ピックアップ装置は、 第 3光源から出射された波長 λ 3 ( λ 3 > λ 2)の第三光束により第 3光ディスクに対し て情報の再生及び Ζ又は記録が可能であり、
前記第一基礎構造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、前記第三光束の w次 (wは 0以外の整数)の回折光量を他の 、かなる次 数の回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、前記第三光束の z次 (zは 0以外の整数)の回折光量を他の!/、かなる次 数の回折光量よりも大きくするブレーズ型の光路差付与構造であることを特徴とする 光学素子。
[18] 請求の範囲第 17項に記載された光学素子であって、 u. λ 1をえ 2で割った値力、 u
• λ 1をえ 3で割った値力 少なくともいずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1, 2 , 8, 9のいずれかであることを特徴とする光学素子。
[19] 請求の範囲第 17項に記載された光学素子であって、 χ· λ 1をえ 2で割った値力、 X
• λ 1をえ 3で割った値力 少なくともいずれかの値の小数点一桁の数字力 0, 1, 2
, 8, 9のいずれかであることを特徴とする光学素子。
[20] 請求の範囲第 17項乃至第 19項のいずれ力 1項に記載された光学素子において、 以下の条件式を満たすことを特徴とする光学素子。
1. 5X λ 1< λ2<1. 7X λ 1 (2)
1. 9X λ 1< λ3<2. IX λ 1 (3)
[21] 請求の範囲第 20項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを 特徴とする光学素子。
u=2
v= 1
w= 1
x=10
y=o
z = 5
[22] 請求の範囲第 20項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを 特徴とする光学素子。
u=5
v=3
w=2
x=10
y=o
z = 5
[23] 請求の範囲第 16項乃至第 22項のいずれ力 1項に記載された光学素子において、 前記光学素子を形成する材料のアッベ数が 50以上、 60以下であることを特徴とする 光学素子。
[24] 請求の範囲第 16項乃至第 23項のいずれ力 1項に記載された光学素子において、 前記光路差付与構造は、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造に加えて、更に 前記第三基礎構造を重畳させた構造であることを特徴とする光学素子。
[25] 請求の範囲第 16項乃至第 24項のいずれ力 1項に記載された光学素子において、 前記光路差付与構造は、前記第二基礎構造の全ての段差の位置が、前記第一基 礎構造の段差の位置と一致するように、前記第一基礎構造と前記第二基礎構造を 重畳させた構造であることを特徴とする光学素子。
[26] 請求の範囲第 25項に記載された光学素子において、以下の条件式を満たすことを 特徴とする光学素子。
ia = c (4)
j l l = (n- l) a (5)
ib = d (6)
但し、 nは前記光学素子の屈折率、 i及び jは 0以外の整数を表し、 α ( μ ηι)は前記第 一基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 b ( μ m)は前記第一基礎構造のブレー ズのピッチ幅を表し、 ο ( μ ηι)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ深さを表し、 d
( μ m)は前記第二基礎構造のブレーズのピッチ幅を表す。
[27] 請求の範囲第 26項に記載された光学素子において、前記第一基礎構造のブレー ズの光軸方向断面形状と、前記第二基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状とは 相似関係にあることを特徴とする光学素子。
[28] 請求の範囲第 25項に記載された光学素子において、前記第一基礎構造のブレー ズの光軸方向断面形状と、前記第二基礎構造のブレーズの光軸方向断面形状とは 非相似関係にあることを特徴とする光学素子。
[29] 請求の範囲第 25項乃至第 28項のいずれ力 1項に記載の光学素子において、前記 光路差付与構造は、前記光路差付与構造を通過した前記第一光束の 0次 (透過光） の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくすることを特徴とする光学素 子。
[30] 請求の範囲第 16項乃至第 25項のいずれ力 1項に記載の光学素子において、前記 光路差付与構造は、前記第二基礎構造の少なくとも一つの段差の位置が、前記第 一基礎構造の段差の位置と一致しな 、ように重畳させた構造であることを特徴とする 光学素子。
[31] 第 1光源力 出射された波長 λ 1の第一光束により第 1光ディスクに対して情報の 再生及び Ζ又は記録が可能であると共に、第 2光源から出射された波長 λ 2 ( λ 2 > λ 1)の光束により第 2光ディスクに対して情報の再生及び Ζ又は記録が可能である 光ピックアップ装置であって、
前記光ピックアップ装置は、前記第一光束を出射する第 1光源と、前記第二光束を 出射する第 2光源と、前記第 1光源及び前記第 2光源から出射された前記第一光束 及び前記第二光束を前記第 1光ディスク及び前記第 2光ディスクの情報記録面上に 集光する集光光学系とを有し、
前記集光光学系は、光路差付与構造を有する光学素子を有し、前記光路差付与 構造は、第一基礎構造と第二基礎構造とを重畳させた構造であり、前記第一基礎構 造は、前記第一基礎構造を通過した前記第一光束の u次 (uは 0以外の整数)の回折 光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光束の V次 (v≠u且つ Vは 0以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくするブレ ーズ型の光路差付与構造であり、
前記第二基礎構造は、前記第二基礎構造を通過した前記第一光束の X次 (Xは 0 以外の整数)の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第二光 束の y次 (y≠x且つ yは 0以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よ りも大きくし、ピッチ幅が前記第一基礎構造よりも大きいブレーズ型の光路差付与構 造であり、前記第一基礎構造のブレーズの向きと、前記第二基礎構造のブレーズの 向きを逆にして重畳させ、
以下の条件式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
X = q · u (1)
但し、 qは 0以外の整数である。
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