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1. WO2006095583 - OPTICAL PICKUP DEVICE AND, OBJECTIVE OPTICAL UNIT AND OBJECTIVE OPTICAL SYSTEM DESIGNING METHOD

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[ JA ]
明 細書

光ピックアップ装置及び、対物光学ユニット及び対物光学系の設計方法 技術分野

[0001] 本発明は、光ピックアップ装置及び対物光学ユニットに関し、特に異なる波長の光 源を用いて異なる光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び Z又は再生を行 える光ピックアップ装置及びそれに用いる対物光学ユニットに関する。

背景技術

[0002] 近年、波長 400nm程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び Z又は 再生を行える高密度光ディスクシステムの研究 ·開発が急速に進んでいる。一例とし て、 NAO. 85、光源波長 405nmの仕様で情報の記録及び Z又は再生を行う光ディ スク、いわゆる Blu— ray Disc (以下、 BDという)では、 DVD (NAO. 6、光源波長 6 50nm、記憶容量 4. 7GB)と同じ大きさである直径 12cmの光ディスクに対して、 1層 あたり 23〜27GBの情報の記録が可能であり、又、 NAO. 65、光源波長 405nmの 仕様で情報の記録及び Z又は再生を行う光ディスク、いわゆる HD DVD (以下、 H Dという)では、直径 12cmの光ディスクに対して、 1層あたり 15〜20GBの情報の記 録が可能である。尚、 BDでは、光ディスクの傾き (スキュー)に起因して発生するコマ 収差が増大するため、 DVDにおける場合よりも保護層を薄く設計し (DVDの 0. 6m mに対して、 0. 1mm)、スキューによるコマ収差量を低減している。以下、本明細書 では、このような光ディスクを「高密度光ディスク」と呼ぶ。

[0003] ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録及び Z又は 再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ Zレコーダの製品としての価値は十 分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録した DVDが販売され て 、る現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録及び Z又は再生が できるだけでは足らず、例えばユーザが所有している DVDに対しても同様に適切に 情報の記録及び Z又は再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディ スクプレーヤ Zレコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背 景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ Zレコーダに搭載される光ピックァ ップ装置は、高密度光ディスクと DVDの何れに対しても互換性を維持しながら適切 に情報を記録及び Z又は再生できる性能を有することが望まれる。

[0004] 高密度光ディスクと DVDの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記 録及び Z又は再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系と DVD 用の光学系とを情報を記録及び Z又は再生する光ディスクの記録密度に応じて選択 的に切り替える方法が考えられる力複数の光学系が必要となるので、小型化に不 利であり、またコストが増大する。

[0005] 従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性 を有する光ピックアップ装置にお!ヽても、高密度光ディスク用の光学系と DVD用の 光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らす のが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物レンズを共通化し、更に この対物レンズを単レンズ構成とすることが光ピックアップ装置の構成の簡素ィ匕、低コ スト化に最も有利となる。尚、記録及び Z又は再生波長が互いに異なる複数種類の 光ディスクに対して共通な対物レンズとして、球面収差の波長依存性を有する回折 構造をその表面に形成し、かかる回折構造の波長依存性を利用して、記録及び Z又 は再生波長や、保護層厚さの違いによる球面収差を補正する対物レンズが知られて いる。

[0006] ここで、特許文献 1には、高密度光ディスクと DVDに対して互換可能に情報の記録 及び Z又は再生を行える単レンズ構成の対物レンズが開示されている。

[0007] ところで、特許文献 1に開示された対物レンズは、青紫色レーザ光束に対して 2次 回折光を発生させ、 DVD用の赤色レーザ光束に対して 1次回折光を発生させるよう な回折構造を有し、かかる回折構造の回折作用により高密度光ディスクと DVDの保 護層厚さの違いによる球面収差を補正するものである。しかし、この対物レンズは、単 レンズ構成であるので、低コストで生産が可能であるものの、以下に述べるような課題 を有している。

[0008] 具体的な課題としては、回折構造により発生する球面収差の波長依存性が大き、 ことがある。このような場合、発振波長が設計波長力もずれたレーザ光源が使用でき ず、レーザ光源の選別が必要となるため光ピックアップ装置の製造コストが増大する 。回折光の回折角は、「回折次数 X波長 Z回折ピッチ」で表される。回折作用を利用 して使用波長が互いに異なる光情報記録媒体間の互換を実現するためには、使用 波長間の回折角に所定の差を持たせる必要がある。上述した「レーザ光源の選別問 題」は、高密度光ディスクと DVDの使用波長間で「回折次数 X波長」の値が殆ど同じ 回折構造を利用してヽることに起因してヽる。特許文献 1に開示された対物レンズに ぉ 、て、青紫色レーザ光束と赤色レーザ光束との「回折次数 X波長」の比は 810Z6 55 = 1. 24と 1に近いため(但し、波長の単位を nmとした)、高密度光情報記録媒体 と DVDの保護層厚さの違、による球面収差を補正するために必要な回折角の差を 得るためには、回折ピッチを小さくしなければならない。そのため、回折構造の球面 収差の波長依存性が大きくなり、上述したような、「レーザ光源の選別問題」が顕在化 する。

[0009] 力かる課題に対して、使用するレーザ光源に応じて、光学素子を光軸方向に駆動 するなどの方式も開発されている力駆動のための構成が必要となり、光ピックアップ 装置が大型化するという新たな課題が生じる。

特許文献 1 :特開 2004— 79146号公報

発明の開示

[0010] 本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら、異なる 種類の光情報記録媒体に対して良好に情報の記録及び Z又は再生を行える光ピッ クアップ装置、及びそれに用いる対物光学ユニットを提供することを目的とする。

[0011] 本発明に係る構成は、

厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 λ 1の第 1光束を出射する第 1光源と、

厚さ t2の保護層を有する第 2光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 λ 2の第 2光束を出射する第 2光源と、

厚さ t3の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 λ 3の第 3光束を出射する第 3光源と、

輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造及び輪帯状の構造からなる第 2光路差 付与構造を有する対物光学ユニットを備える光ピックアップ装置であって、

前記第 1光束、第 2光束及び第 3光束が前記対物光学ユニットへの入射した時の前 記対物光学ユニットのそれぞれの倍率がほぼ同じであり、

前記第 1光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して所定の光路 差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束の全てに対して球面収差を アンダーもしくはオーバーのうちいずれか一方に変化させ、前記第 2光路差付与構 造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して所定の光路差を付与するとともに、前 記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダ 一もしくはオーバーのうち前記一方とは違う他方に変化させる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本実施の形態の光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。

[図 2]光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付与 構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの一例に力かる断面図である。

[図 3]光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付与 構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの別例に力かる断面図である。

[図 4]図 4 (a)は、実施例 1における HD DVD使用時の光軸力の高さとデフォー力 ス量との関係を示す図であり、図 4 (b)は、実施例 1における DVD使用時の光軸から の高さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 4 (c)は、実施例 1における CD 使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。

[図 5]図 5 (a)は、実施例 2における HD DVD使用時の光軸力の高さとデフォー力 ス量との関係を示す図であり、図 5 (b)は、実施例 2における DVD使用時の光軸から の高さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 5 (c)は、実施例 2における CD 使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。

[図 6]図 6 (a)は、実施例 3における HD DVD使用時の光軸力もの高さとデフォー力 ス量との関係を示す図であり、図 6 (b)は、実施例 3における DVD使用時の光軸から の高さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 6 (c)は、実施例 3における CD 使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明に関する構成の好ましい形態を説明する。

[0014] 項 1に記載の光ピックアップ装置は、

厚さ tlの保護層を有する第 1光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット 形成を行う波長 λ 1の第 1光束を出射する第 1光源と、

厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光情報記録媒体の情報記録面に対して集 光スポット形成を行う波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)の第 2光束を出射する第 2光源と、 厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録面に対して集 光スポット形成を行う波長え 3 (1. 9 X λ Κ λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束を出射す る第 3光源と、

輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造と輪帯状の構造からなる第 2光路差付 与構造とを有する対物光学ユニットとを備え、

前記第 1光束、第 2光束及び第 3光束が前記対物光学ユニットへの入射した時の前 記対物光学ユニットの倍率をそれぞれ ml、 m2、 m3とした場合に、 ml、 m2、 m3が ほぼ同じであり、

前記第 1光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1 の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束の全 てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのうちいずれか一方に変化させ、前 記第 2光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の 偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち 前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち前記一方とは 違う他方に変化させる。

[0015] 例えば、 ml、 m2、 m3の値は、それぞれ下記式(1)、 (2)、 (3)を満たす。

[0016] 0. 02 < ml < 0. 02 (1)

-0. 02 < m2 < 0. 02 (2)

-0. 02 < m3 < 0. 02 (3)

また、上記対物光学ユニットは、複数の光学素子力も構成されていても良いし、単 玉力 なる対物光学素子であっても良い。

[0017] また、上記光ピックアップ装置において、前記第 1光路差付与構造は隣り合う輪帯 を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するととも に、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束の全てに対して球面収差をアンダー方向に変 化させ、前記第 2光路差付与構造は隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記 波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3 光束のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をオーバー方向に変化させることが 好ましい。

[0018] 項 2に記載の構成は、項 1記載の光ピックアップ装置において、以下の式(5)、 (6) を満たす。

[0019] ml— 0. 02 < m2 < ml + O. 02 (5)

ml -O. 02 < m3 < ml + O. 02 (6)

項 3記載の構成は、項 1〜項 2記載の、ずれかに記載の光ピックアップ装置にお!、 て、上記対物光学ユニットの倍率 ml、 m2、 m3の値がほぼ 0である。

[0020] また、項 4記載の構成は、項 1〜項 3の何れかに記載の光ピックアップ装置におい て、それぞれ式(1)、(2)、(3)を満たす。

[0021] 本発明に係る構成は、回折と倍率との新たな組合せにより、 3つの異なる光情報記 録媒体に対して適切に情報の記録及び Z又は再生を行うものである。すなわち、従 来用いられてきた回折構造等の光路差付与構造の欠点を補うため、他の光路差付 与構造を用いてさらに補正を行うことにより、課題を解決しょうとしている。

[0022] まず、前記対物光学ユニットの光学機能面におけるベース非球面のみでは、いず れの光情報記録媒体に対しても収差のない集光スポットの形成は難しぐベース非 球面と 2つの光路差付与構造との組合せによって収差が補正されるようになっている

[0023] 前記第 1光路差付与構造は、ベース非球面により屈折される前記第 1光束及び前 記第 3光束に対しては適正に収差の補正を行うように設計されている。更に、前記第 3の波長が前記第 1の波長の偶数倍に近い場合、前記第 1光束と前記第 3光束に対 して作用を異ならせるために、前記第 1光束に対して奇数倍相当の光路差を付与す るようにする。すると、波長差に基づいて、前記第 3光束は半波長分ずれた光路差を 与えられることになり、前記第 1光束及び前記第 3光束に対する光学作用を異ならせ る事が出来るので、保護層の厚さが異なることに起因する球面収差をそれぞれ適切

に補正できる。そして輪帯ピッチを適宜設定し、球面収差をアンダー方向に変化させ る作用を与えるようにすることで、前記対物光学ユニット自体が有する屈折力と、前記 第 1光路差付与構造の作用との組合せにより、例えば保護層の厚さの異なる前記第 1光束及び前記第 3光束に対しては良好な集光スポットが形成できる。

[0024] ところが、このように前記第 1光路差付与構造を設計すると、前記第 2光束に対して 過剰に球面収差をアンダー側にする作用を与える事になってしまい、前記対物光学 ユニット自体が有する屈折力との組合せにお、て、良好な集光スポット形成はできな くなる恐れがある。そこで、前記第 2光路差付与構造に、力かる過剰分をキャンセル アウトする作用を担持させることによって、いずれの光情報記録媒体に対しても適切 に情報の記録及び/又は再生を行えるようにして、る。

[0025] しかしながら、前記第 1光路差付与構造と屈折力との組合せで良好な波面が形成 されている前記第 1光束と前記第 3光束とに対して、前記第 2光路差付与構造が悪影 響を及ぼすことを避ける必要がある。そこで、前記第 2光路差付与構造については、 前記波長 λ 1の偶数倍の光路差を第 1光束に付与するようにし、それにより前記第 1 光束は波面の位相に変化を生じないようにできる。更に、前記第 3光束が、前記第 1 光束のほぼ偶数倍の波長であるときは、波長 λ 1の整数倍の光路差を付与されること となり、同様に波面の位相に変化を生じないこととなる。なお、輪帯ピッチを調整する ことにより、前記波長 λ 1と前記波長 λ 3の光束に対しては光線を曲げる作用を与え ないようにしておくと好ましい。このような構成により、前記第 1光束と前記第 3光束と は、前記第 2光路差付与構造によって集光に影響を及ぼされることがないという利点 がある。なお、偶数倍相当とは、 ηを自然数とした場合、 (2η-0. 1) Χ λ 1以上、(2η + 0. 1) Χ λ 1以下の範囲をいう。また奇数倍相当とは、 ηを自然数とした場合、 { (2η -D -0. 1 } Χ λ ΐ以上、 { (2η—1) +0. 1 } Χ λ ΐ以下の範囲をいう。

[0026] こうした制約を設けても、前記第 2光束に対して所望の作用を与えるように前記第 2 光路差構造を設計することができる。ここでは前記第 1光路差付与構造によって過剰 にアンダー方向に変化させられた球面収差をキャンセルさせるため、前記第 2光路差 付与構造を、球面収差をオーバー方向に変化させる作用を与えるように設計すること ができる。こうすることにより、前記第 2光束は、前記対物光学ユニットの屈折作用、前 記第 1光路差付与構造の作用、第 2光路差付与構造の作用、の 3つの組合せにより 、各光情報記録媒体にぉ、て良好な集光スポットを形成できる。

[0027] 更に、前記第 1光束、第 2光束及び第 3光束の前記対物光学ユニットへの入射光束 倍率 ml、m2、m3が、それぞれ関係式(1)、(2)、(3)を満たすようにすれば、前記 対物光学ユニットには無限平行光が入射することとなり、前記対物光学ユニットのトラ ッキング動作時に、コマ収差の発生を抑制できるなど、光ピックアップとして取扱いが 良ぐ特に書き込み系や高速タイプの情報記録再生装置に好ましく用いることができ る。

[0028] 項 5に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 4のいずれかに記載の構成において 、前記対物光学ユニットに前記第 1光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、 前記対物光学ユニットに前記第 2光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用および前 記第 2光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合せによって前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、

前記対物光学ユニットに前記第 3光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成される。

[0029] 項 6に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 5のいずれかに記載の構成において 、前記第 1光路差付与構造と、前記第 2光路差付与構造とは重畳されてなり、同一の 光学面上に存在する。

[0030] 項 7に記載の光ピックアップ装置は、項 6に記載の構成において、両光路差付与構 造の設けられて!/ヽる光学面は光源側であるので、前記光路差付与構造に平行光が 入射することから光線のケラレなどを抑制できる。

[0031] 項 8に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 7のいずれかに記載の構成において

前記対物光学ユニットの光学機能面は光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む 周辺領域を有し、

前記中央領域は前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造を備え、 前記中央領域は前記第 1光情報記録媒体、前記第 2光情報記録媒体及び前記第 3光情報記録媒体の情報記録面の全てに対して集光スポット形成に用いられるととも 〖こ、前記周辺領域は前記第 1光情報記録媒体、前記第 2光情報記録媒体及び前記 第 3光情報記録媒体の情報記録面のうち、前記第 1光情報記録媒体及び前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に対してのみ集光スポット形成に用いられる。

[0032] 図 2は、光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付 与構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの例に力かる断面図である力 理解しやす、ように回折構造 DSと位相構造 PSとは誇張して描、て、る。中央領域 CRは、第 1光束及び第 2光束が共通して通過し、周辺領域 PRは、第 1光束のみが 通過する。図 2において、実線で示す光軸 Xを中心とした断面がブレーズ状の回折 構造 DSは、位相構造 PSと重畳させているため、局所的に軸線方向に変位した構成 となっている。図 2に示す例では、回折構造 DSが正の向きのブレーズ構造のみから なるために、ブレーズの頂点を結ぶと、位相構造 PSの形状を示す包絡線(図 2で示 す点線)が描かれる。尚、回折構造 DSとして、負の向きのブレーズ構造を混在させて ちょい。

[0033] 図 3は、光源側の光学面に第 1光路差付与構造としての回折構造と、第 2光路差付 与構造としての位相構造とを形成した対物レンズ OBJの別例に力かる断面図である 力 理解しやすいように表面形状は誇張して描いている。図 3に示す対物レンズ OBJ においては、中央領域 CRが、光軸 Xを含む第 1領域 R1と、その周囲の第 2領域 R2と 、更にその周囲であって周辺領域 PRと接する第 3領域 R3とから構成されている。ここ で、第 1領域 R1においては、負の向きのブレーズ構造と位相構造とが重畳されてい るので、輪帯溝の底部を結ぶと、位相構造 PSの形状を示す包絡線(図 3で示す点線 )となり、第 3領域 R3においては、正の向きのブレーズ構造と位相構造とが重畳され ているので、ブレーズの頂点を結ぶと、位相構造 PSの形状を示す包絡線(図 3で示 す点線)となる。第 2領域 R2は、負の向きのブレーズ構造と、正の向きのブレーズ構 造との切り替えのために必要な遷移領域である。この遷移領域は、回折構造により透 過波面に付加される光路差を光路差関数で表現したとき、光路差関数の変曲点に 相当する領域である。光路差関数が変曲点を持つと、光路差関数の傾きが小さくな るので、輪帯ピッチを広げることが可能となり、回折構造の形状誤差による透過率低 下を抑制できる。

[0034] 尚、ブレーズ構造の向きが光軸力も離れるに従って負の向き力も正の向きへと一度 入れ替わる場合は、位相構造の形状を、図 3に示したように、中央領域の所定の高さ までは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、所定の高さより外側では、光軸 力 離れるに従って光路長が短くなるように、光軸方向に変移する形状(図 3で示す 点線)とするのが好ましい。このとき、位相構造の輪帯のうち最も光路長が長い輪帯 に、中央領域の 7割の高さの位置が含まれるのがより好ましい。

[0035] 上記の光ピックアップ装置において、前記対物光学ユニットは前記周辺領域を囲 む最外領域を有し、前記最外領域を通過した前記第 1光束は、前記第 1光情報記録 媒体の情報記録面における集光スポット形成に用いられても良ぐこれにより、前記 第 1の光情報記録媒体の高開口数に対応できる。

[0036] また、前記最外領域が光路差付与構造を有し、前記最外領域を通過した前記第 2 光束及び前記第 3光束はフレア化する構成でも良ぐこれにより、前記対物光学ュニ ットに開口絞りの効果を与えることができる。

[0037] 項 9に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜項 8のいずれかに記載の構成において 、前記第 1光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。「鋸歯状回折構造」とは、例 えば少なくとも一方の光学機能面が光軸を中心とした複数の光学機能領域に分割さ れ、該複数の光学機能領域のうちの少なくとも 1つが、光軸を中心とした輪帯状の領 域に分割され、かつ各輪帯に所定数の不連続な段差が設けられるとともに、光軸方 向断面が鋸歯状の構造をいう。

[0038] 項 10に記載の光ピックアップ装置は、項 9に記載の構成において、

前記第 1光路差付与構造が回折構造である場合に、該回折構造の光軸に平行な 方向の輪帯平均段差量 dlが以下を満たす。

MOD (dl X (η1 - 1) / λ 1) Χ λ Κ

MOD (dl X (η2- 1) / λ 2) X λ 2

但し、 MOD (a): aに最も近、整数、

η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、

η2: λ 2の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率

11:輪帯数111、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

dl=(Dl + D2 + D3---)/m

この場合、該回折構造によって生じ、前記集光スポットを形成する前記第 1光束の 回折光の回折次数を Kl、前記第 2光束の回折光の回折次数を Κ2とし、前記対物光 学ユニットを構成する材料の前記波長え 1に対する屈折率を nl、前記波長 λ 2に対 する屈折率を η2とするとき、次の式を満たす。

[0039] (Κ1· λ l)/(nl-l) < (Κ2· λ 2)/(η2-1) (4)

ただし、 Κ1 、 Κ2はいずれも正の整数である。

[0040] 本構成によれば、前記第 1光束よりも、前記第 2光束について球面収差補正を過剰 にすることができる。

[0041] 項 11に記載の光ピックアップ装置は、項 9に記載の構成において、前記第 1光路差 付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満たす。


但し、 1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m

この場合、前記第 1光路差付与構造を通過した第 1光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなる。

[0042] 項 12に記載の光ピックアップ装置は、項 9〜: L1のいずれかに記載の構成において 、前記第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下 を満たす。

但し、 MOD(a): αに最も近い整数、

但し、 η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m

この場合、前記第 1光路差付与構造を通過した第 1光束は、 3次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 2光束は、 2次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 3光束は、 2次回折光の光量が 最も高くなる。

[0044] もしくは、前記第 1光路差付与構造を通過した第 1光束は、 3次回折光の光量が最 も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 2光束は、 2次回折光の光量が最 も高くなり、前記第 1光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光の光量が最 も高くなる。

[0045] 項 13に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜8のいずれかに記載の構成において、 前記第 1光路差付与構造が、 NPS(Non—Periodic Phase Structure)である。

[0046] 項 14に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜13のいずれかに記載の構成において

、前記第 2光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。

[0047] 項 15に記載の光ピックアップ装置は、項 14に記載の構成において、前記第 2光路 差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d3が以下を満たす。

[0048] MOD(d3X (ηΐ' 1) =2

但し、 MOD (a) : aに最も近、整数、

η1' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率

d3:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

d3=(Dl + D2 + D3---)/m

この場合、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 2次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光の光量が 最も高くなる。

[0049] 項 16に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜13のいずれかに記載の構成において 、前記第 2光路差付与構造が、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同 心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分 の高さだけ段をシフトさせた重畳型回折構造である。

[0050] 「重畳型回折構造」とは、光学機能面が光軸を中心とした複数の回折周期からなり 、該複数の回折周期は、所定数の不連続な光軸方向の段差と光軸を中心とし輪帯 状の領域力構成される構造が連続的に配されたものである。重畳型回折構造は、 マルチレベル構造、 DOE構造ともいい、例えば回折構造は、光学素子の光学機能 面が光軸を中心とした複数の輪帯に分割されていて、この輪帯がそれぞれ鋸歯状に 形成されているものであるが、この 1つの鋸歯部に、さらに所定数の階段形状を設け ている構造である。これにより、回折作用を与える光を波長により選択することが可能 となる。

[0051] 前記第 2光路差付与構造として、階段状形状をくり返す、いわゆる波長選択回折を 用いることもできる。この構造の場合、ある特定の波長にのみ回折作用を与え、他の 波長に対してはそのまま透過できる。ここでは波長 λ 3が波長 λ 1のほぼ 2倍である ので、波長 λ 3の第 3光束に対してそのまま透過できるようにすれば、波長 λ 1の第 1 光束もそのまま透過できるので、波長 λ 2の第 2光束に対してのみ回折作用を与える ことができる。

[0052] 項 17に記載の光ピックアップ装置は、項 16に記載の構成において、前記第 2光路 差付与構造における前記階段状とされたパターンの光軸に平行な輪帯平均段差量 d4が以下を満たす。

MOD(d4X (nl'-l)/l l)=2k

但し、 MOD (a) : aに最も近、整数、

η1' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率、

k:自然数

d4:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

d4=(Dl + D2 + D3---)/m

この時、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 0次回折光の光量が最も 高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光の光量が最も 高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 0次回折光の光量が最も 高くなる。

[0053] 項 18に記載の光ピックアップ装置は、項 16に記載の構成において、前記第 2光路 差付与構造の各パターンに形成されたレベル面力前記対物光学ユニット素子のベ ース非球面に沿って形成されて、る。

[0054] 上記構成において、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 2次回折光 の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次回折光 の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 1次回折光 の光量が最も高くなることが好まし、。

[0055] 同様に、上記構成において、前記第 2光路差付与構造を通過した第 1光束は、 0次 回折光の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 2光束は、 1次 回折光の光量が最も高くなり、前記第 2光路差付与構造を通過した第 3光束は、 0次 回折光の光量が最も高くなることが好まし、。

[0056] 項 19に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜13のいずれかに記載の構成において 、前記第 2光路差付与構造が、 NPS (Non—Periodic Phase Structure)である

[0057] 前記第 2光路差付与構造として、 NPSを用いることもできる。 NPSとは、その構造を 通過する光束に位相差を付与することにより、波面を揃え、あた力も無収差であるか のようにすることができる構造のことを言う。この時、球面収差の補正は必ずしも行わ なくて良い。 NPSの場合、段差を有する輪帯を、光軸を中心に設け、その段差を波 長 λ 1の光束に対して λ 1の偶数倍の光路差を与えるようにする。これにより、前記第 1光束については波面に影響が生じない。そして波長 λ 1の偶数倍の光路差を与え る段差は、波長 λ 3の光束に対して波長 λ 3の整数倍の光路差を与え、前記第 3光 束に対しても波面に影響を生じない。一方で、波長 λ 1と波長え 2との波長差により、 前記第 2光束は当該 NPSを通過することにより波面が変化するので、これを利用して 、集光スポットが良好な波面状態となるようにすることができる。 NPSの場合も、輪帯 間隔を調整することにより波面の変化のさせ方をコントロールすることができる。偶数 倍相当とは、 ηを自然数とした場合、(2η—0. 1) Χ λ 1以上、(2η+0. 1) X λ 1以 下の範囲をいう。

[0058] 項 20に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜19のいずれかに記載の構成において 、前記波長 X 1ίま、 380nm< λ l <420nmであり、前記波長 λ 2ίま、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、

前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 0875mm≤tl≤0. 1125mmで あり、前記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、 前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。

[0059] 項 21に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜19のいずれかに記載の構成において 、前記波長 X 1ίま、 380nm< λ l <420nmであり、前記波長 λ 2ίま、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、

前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 5mm≤tl≤0. 7mmであり、前 記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。

[0060] 上記光学系を設計する場合、光源のバラツキを考慮し、波長 λ 1、え 2、 λ 3、およ び第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tl、第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2、第 3 光情報記録媒体の保護層厚さ t3を、上記の条件式を満たすように設計することが一 般的に行なわれている。

[0061] また、上記構成において、前記波長 λ 1と前記波長 λ 2との間には、以下の関係が 成り立つことが好ましい。

[0062] 1. 5 Χ λ 1 < λ 2< 1. 7 Χ λ 1 (5)

項 22に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜21のいずれかに記載の構成において 、前記対物光学ユニットがガラスを素材としている。

[0063] 項 23に記載の光ピックアップ装置は、項 1〜21のいずれかに記載の構成において 、前記対物光学ユニットがプラスチックを素材として、る。

[0064] また、前記対物光学ユニットはガラス及びプラスチックを素材として、てもよ!/、。

[0065] 項 24に記載の対物光学ユニットは、輪帯状の構造からなる第 1光路差付与構造と、 輪帯状の構造からなる第 2光路差付与構造とを有し、

対物光学ユニットに入射した波長え 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有 する第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射した波長 Χ 2 { λ Κ λ 2)の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射した波長 λ 3 (1. 9 X λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束力倍率 Μで厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有 する第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光するようにした場合に、

前記第 1光路差付与構造は、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 の全てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのどちらか一方に変化させるも のであり、

前記第 2光路差付与構造は、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち前記一 方とは異なる他方に変化させる。

[0066] 項 25に記載の対物光学ユニットは、項 24に記載の構成において、前記対物光学 ユニットの倍率 Μがほぼ 0である。

[0067] 項 26に記載の対物光学ユニットは、項 25に記載の構成において、以下の式(7)を 満たす。

[0068] -0. 02< Μ< 0. 02 (7)

項 27記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 26のいずれかに記載の構成において

前記対物光学ユニットに前記第 1光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合 せによって前記第 1光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、 前記対物光学ユニットに前記第 2光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用および前 記第 2光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合せによって前記第 2光 情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成され、

前記対物光学ユニットに前記第 3光束が入射したときに、前記対物光学ユニットの 有する屈折作用と、前記第 1光路差付与構造によって与えられる光学作用との組合

せによって前記第 3光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットが形成される。

[0069] 項 28記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 27のいずれかに記載の構成において

前記第 1光路差付与構造と、前記第 2光路差付与構造とは重畳されてなり、同一の 光学面上に存在する。

[0070] 項 29記載の対物光学ユニットは、項 28に記載の構成において、

両光路差付与構造の設けられている光学面が光源側である。

[0071] 項 30記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 29のいずれかに記載の構成において

前記対物光学ユニットの光学機能面は光軸を含む中央領域と、該中央領域を囲む 周辺領域を有し、

前記中央領域は前記第 1光路差付与構造と前記第 2光路差付与構造を備え、 前記第 1光路差付与構造は、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記周辺 領域を通過した波長 λ 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有する第 1光情 報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記 周辺領域を通過した波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2 (tl≤t2) の保護層を有する第 2光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに 入射し前記中央領域を通過した波長え 3 (1. 9 Χ λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光 束が、倍率 Μで厚さ t3 (t2<t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録 面に集光するようにした場合に、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束 の全てに対して球面収差をアンダーもしくはオーバーのどちらか一方に変化させるも のであり、

前記第 2光路差付与構造は、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記周辺 領域を通過した波長 λ 1の第 1光束が、倍率 Μで厚さ tlの保護層を有する第 1光情 報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域と前記 周辺領域を通過した波長 λ 2の第 2光束が、倍率 Μで厚さ t2の保護層を有する第 2 光情報記録媒体の情報記録面に集光し、対物光学ユニットに入射し前記中央領域

を通過した波長 λ 3の第 3光束が、倍率 Μで厚さ t3の保護層を有する第 3光情報記 録媒体の情報記録面に集光するようにした場合に、隣り合う輪帯を通過した第 1光束 に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を付与するとともに、前記第 1光束、第 2光束、第 3光束のうち前記第 2光束に対してのみ球面収差をアンダーもしくはォー バーのうち前記一方とは異なる他方に変化させる。

[0072] 項 31記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 30のいずれかに記載の構成において

前記第 1光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。

[0073] 項 32記載の対物光学ユニットは、項 31記載の構成において、

前記第 1光路差付与構造が回折構造である場合に、該回折構造の光軸に平行な 方向の輪帯平均段差量 dlが以下を満たす。


但し、 MOD (a): aに最も近、整数、

η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、

η2: λ 2の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、

11:輪帯数111、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

dl=(Dl + D2 + D3---)/m

項 33記載の対物光学ユニットは、項 31記載の構成において、

第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満 たす。


但し、 1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、 d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m

項 34記載の対物光学ユニットは、項 31〜33記載の構成において、

第 1光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d2が以下を満 たす。


但し、 MOD (a) : aに最も近、整数、

η1: λ 1の光に対する第 1光路差付与構造を形成する材質の屈折率、

d2:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

d2= (D1 + D2 + D3-- -)/m

項 35記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 30のいずれか記載の構成において、 前記第 1光路差付与構造が、 NPS(Non— Periodic Phase Structure)である

[0074] 項 36記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 35のいずれか記載の構成において、 前記第 2光路差付与構造が、鋸歯状回折構造である。

[0075] 項 37記載の対物光学ユニットは、項 36記載の構成において、

第 2光路差付与構造における光軸に平行な方向の輪帯平均段差量 d3は以下を満 たす。

[0076] MOD(d3X (ηΐ' 1) =2

但し、 MOD (a) : aに最も近、整数、

η1' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率

d3:輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3···としたとき、

d3=(Dl + D2 + D3---)/m

項 38記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 35のいずれかに記載の構成において

前記第 2光路差付与構造が、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同 心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分 の高さだけ段をシフトさせた重畳型回折構造である。

[0077] 項 39記載の対物光学ユニットは、項 38記載の構成において、

第 2光路差付与構造における前記階段状とされたパターンの光軸に平行な輪帯平 均段差量 d4が以下を満たす。

MOD(d4X (nl'-l)/l l)=2k

但し、 MOD (a) : aに最も近、整数、

η1 ' : λ 1の光に対する第 2光路差付与構造を形成する材質の屈折率、 k:自然数、

d4 :輪帯数 m、各輪帯段差量 Dl, D2, ϋ3 · · ·としたとき、

d4= (Dl + D2 + D3 - - -) /m

項 40記載の対物光学ユニットは、項 38記載の構成において、

前記第 2光路差付与構造の各パターンに形成されたレベル面が、前記対物光学ュ ニットのベース非球面に沿って形成されて、る。

[0078] 項 41記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 35のいずれかに記載の構成において

前記第 2光路差付与構造が、 NPS (Non— Periodic Phase Structure)である

[0079] 項 42記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 41のいずれかに記載の構成において

前記波長 λ 1は、 380nm< λ 1く 420nmであり、前記波長 λ 2は、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、

前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 0875mm≤tl≤0. 1125mmで あり、前記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、 前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。

[0080] 項 43記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 41のいずれかに記載の構成において

前記波長 λ 1は、 380nm< λ 1く 420nmであり、前記波長 λ 2は、 630nm< λ 2 く 680應であり、前記波長え 3は、 760nm< λ 3く 830nmであり、

前記第 1光情報記録媒体の保護層厚さ tlは、 0. 5mm≤tl≤0. 75mmであり、前 記第 2光情報記録媒体の保護層厚さ t2は、 0. 5mm≤t2≤0. 7mmであり、前記第 3光情報記録媒体の保護層厚さ t3は、 1. Imm≤t3≤l. 3mmである。

[0081] 項 44記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 43のいずれかに記載の構成において

前記対物光学ユニットがガラスを素材として、る。

[0082] 項 45記載の対物光学ユニットは、項 24〜項 43のいずれかに記載の構成において

前記対物光学ユニットがプラスチックを素材としている。

[0083] 項 46記載の対物光学系の設計方法は、

第 1光源力出射される波長 λ 1の第 1光束を用いて厚さ tlの保護層を有する第 1 光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行、、第 2光源力出射 される波長 λ 2 ( λ 1 < λ 2)の第 2光束を用いて厚さ t2 (tl≤t2)の保護層を有する 第 2光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成を行ヽ、第 3光源から 出射される波長え 3 (1. 9 X λ 1 < λ 3< 2. I X λ ΐ)の第 3光束を用いて厚さ t3 (t2 <t3)の保護層を有する第 3光情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形 成を行う光ピックアップ装置に用いられる対物光学系の設計方法であって、

前記対物光学系の倍率が Mとなるように前記第 1光束を入射して前記第 1情報記 録媒体の情報記録面に対して集光スポットを形成したとき球面収差が補正され、 つ、前記対物光学系の倍率が Mとなるように前記第 3光束を入射して前記第 3情報 記録媒体の情報記録面に対して集光スポットを形成したとき球面収差が補正されるよ うに、

前記対物光学系の複数の屈折光学面と、

前記複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に形成され、

輪帯状の構造力なり、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の奇 数倍相当の光路差を付与する第 1光路差付与構造とを設計する第 1工程と、 前記第 1工程で設計された前記対物光学系の倍率が Μとなるように前記第 2光束 を入射して前記第 2情報記録媒体の情報記録面に対して集光スポット形成したときの 球面収差を補正するように、

前記複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に形成され、輪帯状の構造からな り、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して前記波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を 付与する第 2光路差付与構造を設計する第 2工程、とを有する。

[0084] 本明細書において、「対物光学ユニット」とは、光ピックアップ装置において光情報 記録媒体に対向する位置に配置され、光源から射出された波長が互いに異なる光

束を、記録密度が互いに異なる光情報記録媒体 (光ディスクともヽぅ)のそれぞれの 情報記録面上に集光する機能を有する集光素子を少なくとも含む光学素子を指す。

[0085] また、対物光学ユニットをガラスレンズとする場合は、ガラス転移点 Tgが 400°C以下 であるガラス材料を使用すると、比較的低温での成形が可能となるので、金型の寿命 を延ばすことが出来る。このようなガラス転移点 Tgが低いガラス材料としては、例えば (株)住田光学ガラス製の K— PG325や、 K— PG375 (共に製品名)がある。

[0086] ところで、ガラスレンズは一般的に榭脂レンズよりも比重が大きいため、対物光学ュ ニットをガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物光学系を駆動するァクチユエータ に負担がかかる。そのため、対物光学ユニットをガラスレンズとする場合には、比重が 小さいガラス材料を使用するのが好ましい。具体的には、比重が 3. 0以下であるのが 好ましぐ 2. 8以下であるのがより好ましい。

[0087] また、対物光学ユニットを榭脂レンズとする場合は、環状ォレフィン系の榭脂材料を 使用するのが好ましぐ環状ォレフィン系の中でも、波長 405nmに対する温度 25°C での屈折率が 1. 54乃至 1. 60の範囲内であって、 5°Cから 70°Cの温度範囲内で の温度変化に伴う波長 405nmに対する屈折率変化率 dNZdT(°C_1)が— 10 X 10 _5乃至— 8 X 10—5の範囲内である榭脂材料を使用するのがより好ましい。

[0088] 或ヽは、本発明に係る対物光学ユニットに適した榭脂材料として、上記環状ォレフ イン系以外にも「アサ一マル榭脂」がある。アサ一マル樹脂とは、母材となる樹脂の温 度変化に伴う屈折率変化率とは、逆符号の屈折率変化率を有する直径が 30nm以 下の粒子を分散させた榭脂材料である。一般に、透明な榭脂材料に微粉末を混合さ せると、光の散乱が生じ、透過率が低下するため、光学材料として使用することは困 難であつたが、微粉末を透過光束の波長より小さい大きさにすることにより、散乱が事 実上発生しな、ようにできることがわ力つてきた。

[0089] さて榭脂材料は、温度が上昇することにより、屈折率が低下してしまうが、無機粒子 は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこでこれらの性質をあわせて打ち消しあう ように作用させることにより、屈折率変化が生じないようにすることも知られている。本 発明に係る対物光学ユニットの材料として、母材となる樹脂に 30ナノメートル以下、 好ましくは 20ナノメートル以下、さらに好ましくは 10〜15ナノメートルの無機粒子を分 散させた材料を利用することで、屈折率の温度依存性が無いか、あるいはきわめて 低 、対物光学ユニットを提供できる。

[0090] たとえば、アクリル榭脂に、酸化ニオブ (Nb 2 O 5 )の微粒子を分散させて、る。母材 となる榭脂は、体積比で 80、酸ィ匕ニオブは 20程度の割合であり、これらを均一に混 合する。微粒子は凝集しやすいという問題があるが、粒子表面に電荷を与えて分散 させる等の技術により、必要な分散状態を生じさせることが出来る。

[0091] 後述するように、母材となる樹脂と粒子との混合'分散は、対物光学ユニットの射出 成形時にインラインで行うことが好ましい。いいかえると、混合、分散した後は、対物 光学ユニットに成形される迄、冷却 ·固化されないことが好ましい。

[0092] なお、この体積比率は、屈折率の温度に対する変化の割合をコントロールするため に、適宜増減できるし、複数種類のナノサイズ無機粒子をブレンドして分散させること も可能である。

[0093] 比率では、上記の例では 80 : 20、すなわち 4 : 1であるが、 90 : 10 (9 : 1)から 60 :40

(3: 2)までの間で適宜調整可能である。 9: 1よりも少な、と温度変化抑制の効果が 小さくなり、逆に 3 : 2を越えると榭脂の成形性に問題が生じるために好ましくない。

[0094] 微粒子は無機物であることが好ましぐさらに酸ィ匕物であることが好ましい。そして酸 化状態が飽和して、て、それ以上酸化しな、酸ィ匕物であることが好ま、。

[0095] 無機物であることは、高分子有機化合物である母材となる樹脂との反応を低く抑え られるために好ましぐまた酸ィ匕物であることによって、使用に伴う劣化を防ぐことが出 来る。特に高温化や、レーザ光を照射されるという過酷な条件において、酸化が促進 されやすくなるが、このような無機酸ィ匕物の微粒子であれば、酸化による劣化を防ぐ ことが出来る。

[0096] また、その他の要因による樹脂の酸ィ匕を防止するために、酸化防止剤を添加するこ とも勿論可能である。

[0097] ちなみに、母材となる榭脂は、特開 2004— 144951号、特開願 2004— 144953 号、特開 2004— 144954号等に記載されているような榭脂を適宜好ましく採用する ことができる。

[0098] プラスチック榭脂として例えば熱可塑性榭脂中に分散される無機微粒子としては特

に限定はなぐ得られる熱可塑性榭脂組成物の温度による屈折率の変化率 (以後、

I dn/dT Iとする)が小さいという本発明の目的の達成を可能とする無機微粒子の 中から任意に選択することができる。具体的には酸化物微粒子、金属塩微粒子、半 導体微粒子などが好ましく用いられ、この中から、光学素子として使用する波長領域 において吸収、発光、蛍光等が生じないものを適宜選択して使用することが好ましい

[0099] 本発明に係る構成において用いられる酸ィ匕物微粒子としては、金属酸化物を構成 する金属力 Li, Na、 Mg、 Al、 Si、 K:、 Ca、 Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Rb、 Sr、 Y、 Nb、 Zr、 Mo、 Ag、 Cd、 In、 Sn、 Sb、 Cs、 Ba、 La、 Ta、 Hf、 W、 Ir 、 Tl、 Pb、 Bi及び希土類金属力なる群より選ばれる 1種または 2種以上の金属であ る金属酸ィ匕物を用いることができ、具体的には、例えば、酸化珪素、酸化チタン、酸 化亜鉛、酸ィ匕アルミニウム、酸ィ匕ジルコニウム、酸ィ匕ハフニウム、酸化ニオブ、酸ィ匕タ ンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化 インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リ チウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、アルミニウム 'マグネシウム酸化物(M gAl 2 O 4 )等が挙げられる。また、本発明に係る構成において用いられる酸化物微粒 子として希土類酸ィ匕物を用いることもでき、具体的には酸化スカンジウム、酸化イット リウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸ィ匕プラセオジム、酸ィ匕ネオジム、酸化サマリゥ ム、酸ィ匕ユウ口ピウム、酸ィ匕ガドリニウム、酸ィ匕テルビウム、酸ィ匕ジスプロシウム、酸ィ匕 ホルミウム、酸ィ匕エルビウム、酸ィ匕ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム等も 挙げられる。金属塩微粒子としては、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩などが挙げられ、具 体的には炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム等が挙げられる。

[0100] また、本発明に係る構成における半導体微粒子とは、半導体結晶組成の微粒子を 意味し、該半導体結晶組成の具体的な組成例としては、炭素、ケィ素、ゲルマニウム

、錫等の周期表第 14族元素の単体、リン (黒リン)等の周期表第 15族元素の単体、 セレン、テルル等の周期表第 16族元素の単体、炭化ケィ素(SiC)等の複数の周期 表第 14族元素力もなる化合物、酸ィ匕錫 (IV) (SnO 2 )、硫化錫 (II, IV) (Sn (ll) Sn (l

V) S )ゝ硫ィ匕錫 (IV) (SnS )、硫ィ匕錫 (Π) (SnS)、セレン化錫 (Π) (SnSe)、テルル

化錫 (Π) (SnTe)、硫化鉛 (Π) (PbS)、セレン化鉛 (Π) (PbSe)、テルル化鉛 (Π) (Ρ bTe)等の周期表第 14族元素と周期表第 16族元素との化合物、窒化ホウ素 (BN)、 リンィ匕ホウ素(BP)、砒化ホウ素(BAs)、窒化アルミニウム (A1N)、リンィ匕アルミニウム (A1P)、砒化アルミニウム (AlAs)、アンチモン化アルミニウム (AlSb)、窒化ガリウム( GaN)、リン化ガリウム(GaP)、砒化ガリウム(GaAs)、アンチモン化ガリウム(GaSb) 、窒化インジウム(InN)、リン化インジウム(InP)、砒化インジウム(InAs)、アンチモ ン化インジウム (InSb)等の周期表第 13族元素と周期表第 15族元素との化合物 (あ るいは III— V族化合物半導体)、硫ィ匕アルミニウム (Al 2 S 3 )、セレンィ匕アルミニウム (A

1 2 Se 3;)、硫化ガリウム(Ga 2 S 3 )、セレン化ガリウム(Ga 2 Se 3;)、テルル化ガリウム(Ga 2 T e 3 )、酸化インジウム(In 2 O 3 )、硫化インジウム(In 2 S 3 )、セレン化インジウム(InSe)、 テルル化インジウム (In 2 Te 3 )等の周期表第 13族元素と周期表第 16族元素との化合 物、塩ィ匕タリウム (I) (T1C1)、臭化タリウム (I) (TlBr)、ヨウ化タリウム (I) (T1I)等の周 期表第 13族元素と周期表第 17族元素との化合物、酸化亜鉛 (ZnO)、硫化亜鉛 (Z nS)、セレンィ匕亜鉛 (ZnSe)、テルル化亜鉛 (ZnTe)、酸化カドミウム(CdO)、硫ィ匕力 ドミゥム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、硫化水銀( HgS)、セレンィ匕水銀 (HgSe)、テルルイ匕水銀 (HgTe)等の周期表第 12族元素と周 期表第 16族元素との化合物 (あるいは II VI族化合物半導体)、硫化砒素 (III) (As

2 S 3 )、セレンィ匕砒素(III) (As 2 Se 3 )、テルル化砒素(III) (As 2 Te 3 )、硫ィ匕アンチモン

(III) (Sb 2 S 3 )、セレン化アンチモン(III) (Sb 2 Se 3 )、テルル化アンチモン(III) (Sb 2 T e 3 )、硫化ビスマス(ΠΙ) (Bi 2 S 3 )、セレン化ビスマス(ΠΙ) (Bi 2 Se 3 )、テルル化ビスマス

(III) (Bi 2 Te 3 )等の周期表第 15族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸化銅 (I)

(Cu 20)、セレン化銅 (I) (Cu 2 Se)等の周期表第 11族元素と周期表第 16族元素と の化合物、塩化銅 (I) (CuCl)、臭化銅 (I) (CuBr)、ヨウ化銅 (I) (Cul)、塩ィ匕銀 (Ag C1)、臭化銀 (AgBr)等の周期表第 11族元素と周期表第 17族元素との化合物、酸 化ニッケル (Π) (NiO)等の周期表第 10族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸 化コバルト (Π) (CoO)、硫ィ匕コバルト (Π) (CoS)等の周期表第 9族元素と周期表第 1 6族元素との化合物、四酸化三鉄 (Fe 3 O 4 )、硫化鉄 (Π) (FeS)等の周期表第 8族元 素と周期表第 16族元素との化合物、酸化マンガン (II) (MnO)等の周期表第 7族元

素と周期表第 16族元素との化合物、硫ィ匕モリブデン (IV) (MoS 2 )、酸化タンダステ ン (IV) (WO 2 )等の周期表第 6族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸化バナジ ゥム (II) (VO)、酸ィ匕バナジウム (IV) (VO 2 )、酸ィ匕タンタル (V) (Ta 2 O 5 )等の周期表 第 5族元素と周期表第 16族元素との化合物、酸ィ匕チタン (TiO 2、 Ti 2 O 5、 Ti 2 O 3、 Ti 5

O 9等)等の周期表第 4族元素と周期表第 16族元素との化合物、硫化マグネシウム(

MgS)、セレンィ匕マグネシウム (MgSe)等の周期表第 2族元素と周期表第 16族元素 との化合物、酸化カドミウム(Π)クロム(ΠΙ) (CdCr 2 O 4 )、セレン化カドミウム(Π)クロム

(III) (CdCr 2 Se 4 )、硫化銅(II)クロム(III) (CuCr 2 S 4 )、セレン化水銀(II)クロム(ΠΙ)

(HgCr 2 Se 4 )等のカルコゲンスピネル類、ノリウムチタネート(BaTiO 3 )等が挙げられ る。なお、 G. Schmidら; Adv. Mater. , 4卷, 494頁(1991)に報告されている(Β N) 75 (BF2) 15F15や、 D. Fenskeら; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. , 29卷, 1452頁(1990)【こ報告されて! /、る Cu 146 Se 73 (トリェチノレホスフィン) 22のよう【こ構造の 確定されている半導体クラスターも同様に例示される。

[0101] 一般的に熱可塑性榭脂の dnZdTは負の値を持つ、即ち温度の上昇に伴い屈折 率が小さくなる。従って、熱可塑性榭脂組成物の I dn/dT Iを効率的に小さくする 為には、 dnZdTが大きい微粒子を分散させることが好ましい。熱可塑性榭脂の dnZ dTと同符号の値を持つ微粒子を用いる場合には、微粒子の dnZdTの絶対値が、 母材となる熱可塑性榭脂の dnZdTよりも小さいことが好ましい。更に、母材となる熱 可塑性榭脂の dnZdTと逆符号の dnZdTを有する微粒子、即ち、正の値の dnZdT を有する微粒子が好ましく用いられる。このような微粒子を熱可塑性榭脂に分散させ ることで、少ない量で効果的に熱可塑性榭脂組成物の I dnZdT Iを小さくすること ができる。分散される微粒子の dnZdTは、母材となる熱可塑性榭脂の dnZdTの値 により適宜選択することができるが、一般的に光学素子に好ましく用いられる熱可塑 性榭脂に微粒子を分散させる場合は、微粒子の dnZdTが— 20 X 10_6よりも大きい ことが好ましぐ 10 X 10—6よりも大きいことが更に好ましい。 dnZdTが大きい微粒 子として、好ましくは、例えば、窒化ガリウム、硫化亜鉛、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム 、タンタル酸リチウムなどが用いられる。

[0102] 一方、熱可塑性榭脂に微粒子を分散させる際には、母材となる熱可塑性榭脂と微

粒子の屈折率の差が小さいことが望ましい。発明者らの検討の結果、熱可塑性榭脂 と分散される微粒子の屈折率の差が小さ、と、光を透過させた場合に散乱を起こし 難いということがわ力つた。熱可塑性榭脂に微粒子を分散させる際、粒子が大きい程 、光を透過させた時の散乱を起こしやすくなるが、熱可塑性榭脂と分散される微粒子 の屈折率の差が小さいと、比較的大きな微粒子を用いても光の散乱が発生する度合 いが小さいことを発見した。熱可塑性榭脂と分散される微粒子の屈折率の差は、 0〜 0. 3の範囲であることが好ましぐ更に 0〜0. 15の範囲であることが好ましい。

[0103] 光学材料として好ましく用いられる熱可塑性榭脂の屈折率は、 1. 4〜1. 6程度で ある場合が多ぐこれらの熱可塑性榭脂に分散させる材料としては、例えばシリカ(酸 化ケィ素)、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸ィ匕アルミニウム、酸化マグネシゥ ム、アルミニウム ·マグネシウム酸ィ匕物などが好ましく用いられる。

[0104] また、発明者らの研究により、比較的屈折率の低い微粒子を分散させることで、熱 可塑性榭脂組成物の dnZdTを効果的に小さくすることができることがわ力つた。屈 折率が低い微粒子を分散した熱可塑性榭脂組成物の I dnZdT Iが小さくなる理由 について、詳細はわ力つていないものの、榭脂組成物における無機微粒子の体積分 率の温度変化が、微粒子の屈折率が低いほど、榭脂組成物の I dn/dT Iを小さく する方向に働くのではないかと考えられる。比較的屈折率が低い微粒子としては、例 えばシリカ(酸ィ匕ケィ素)、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウムが好ましく用いられる。

[0105] 熱可塑性榭脂組成物の dnZdTの低減効果、光透過性、所望の屈折率等を全て 同時に向上させることは困難であり、熱可塑性榭脂に分散させる微粒子は、熱可塑 性榭脂組成物に求める特性に応じて、微粒子自体の dnZdTの大きさ、微粒子の dn ZdTと母材となる熱可塑性榭脂の dnZdTとの差、及び微粒子の屈折率等を考慮し て適宜選択することができる。更に、母材となる熱可塑性榭脂との相性、即ち、熱可 塑性榭脂に対する分散性、散乱を引き起こし難い微粒子を適宜選択して用いること は、光透過性を維持する上で好ましい。

[0106] 例えば、光学素子に好ましく用いられる環状ォレフィンポリマーを母材として用いる 場合、光透過性を維持しながら I dn/dT Iを小さくする微粒子としては、シリカが好 ましく用いられる。

[0107] 上記の微粒子は、 1種類の無機微粒子を用いてもよぐまた複数種類の無機微粒 子を併用してもよい。異なる性質を有する複数種類の微粒子を用いることで、必要と される特'性を更〖こ効率よく向上させることちできる。

[0108] また、本発明に係る無機微粒子は、平均粒子径が lnm以上、 30nm以下が好まし く、 lnm以上、 20nm以下がより好ましぐさらに好ましくは lnm以上、 lOnm以下で ある。平均粒子径が lnm未満の場合、無機微粒子の分散が困難になり所望の性能 が得られない恐れがあることから、平均粒子径は lnm以上であることが好ましぐまた 平均粒子径が 30nmを超えると、得られる熱可塑性材料組成物が濁るなどして透明 性が低下し、光線透過率が 70%未満となる恐れがあることから、平均粒子径は 30η m以下であることが好ましい。ここでいう平均粒子径は各粒子を同体積の球に換算し た時の直径 (球換算粒径)の体積平均値を言う。

[0109] さらに、無機微粒子の形状は、特に限定されるものではないが、球状の微粒子が好 適に用いられる。具体的には、粒子の最小径 (微粒子の外周に接する 2本の接線を 引く場合における当該接線間の距離の最小値) Z最大径 (微粒子の外周に接する 2 本の接線を引く場合における当該接線間の距離の最大値)が 0. 5〜1. 0であること 力 S好ましく、 0. 7〜1. 0であることが更に好ましい。

[0110] また、粒子径の分布に関しても特に制限されるものではないが、本発明の効果をよ り効率よく発現させるためには、広範な分布を有するものよりも、比較的狭い分布を 持つものが好適に用いられる。

[0111] 本発明によれば、コンパクトでありながら、異なる種類の高密度光ディスクに対して、 適切に情報の記録及び Z又は再生が可能である光ピックアップ装置を提供すること ができる。

[0112] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図 1は、異なる光情報記 録媒体 (光ディスクとも、う)である BD (又は HD DVD)と DVDと CDとに対して適切 に情報の記録及び Z又は再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置 PU1の 構成を概略的に示す図である。力かる光ピックアップ装置 PU1は、光情報記録再生 装置に搭載できる。ここでは、第 1光情報記録媒体を BDとし、第 2光情報記録媒体を DVDとし、第 3光情報記録媒体を CDとする。なお、 DVDに対して情報の記録及び

Z又は再生を行う場合に発光され 680nmのレーザ光束 (第 2光束)を射出する第 2 半導体レーザ EP1 (第 2光源)と、 CDに対して情報の記録及び Z又は再生を行う場 合に発光され 750nmのレーザ光束 (第 3光束)を射出する第 3半導体レーザ EP2 ( 第 3光源)と、 DVDの情報記録面 RL2からの反射光束を受光する第 1の受光部 DS1 と、 CDの情報記録面 RL3からの反射光束を受光する第 2の受光部 DS2と、プリズム PSとから構成されたレーザモジュール LMを有している。

[0113] 本実施の形態の対物光学素子 OBJにおいて、光源側の非球面光学面に光軸を含 む中央領域と、その周囲に配置された周囲領域と、更にその周囲に配置された最外 領域とが形成されており、また中央領域には第 1光路差付与構造と第 2光路差付与 構造とが重畳されて形成されている。第 1光路差付与構造は、輪帯状の構造からなり 、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して波長 λ 1の奇数倍相当の光路差を付与 するとともに、 BD用の第 1光束、 DVD用の第 2光束、 CD用の第 3光束の全てに対し て球面収差をアンダー方向に変化させる。又、第 2光路差付与構造は、輪帯状の構 造からなり、隣り合う輪帯を通過した光束に対して波長 λ 1の偶数倍相当の光路差を 付与するとともに、 DVD用の第 2光束に対してのみ球面収差をオーバー方向に変化 させる。

[0114] 上記対物光学素子系 OBJは以下のような手順で設計される。

[0115] まず、第 1工程として、対物光学系に、使用時の対物光学系の倍率が BD, DVD, CDとも同じになるよう第 1光束、第 2光束、第 3光束を入射させた時、 BDと CDの情 報記録面上に良好な集光スポットを形成するように、対物光学系の複数の屈折光学 面 (非球面光学面)と屈折光学面上に形成される第 1光路差付与構造を設計する。

[0116] 具体的には、複数の屈折光学面のうちの 1つの光学面上に、輪帯状の構造からな る第 1光路差付与構造を形成し、隣り合う輪帯を通過した第 1光束に対して λ 1の奇 数倍相当の光路差を付与するように前記第 1光路差付与構造を設計する。また、第 1 光路差付与構造が第 1光束、第 2光束および第 3光束に対して球面収差をアンダー もしくはオーバーの、ずれか一方に変化させるように設計することが好ま、。

[0117] 次に、第 2工程として、前記第 1工程で設計された対物光学系に、前記第 1工程と 同じ倍率になるよう第 2光束を入射させ、 DVDの情報記録面上に集光スポットを形成 した時、前記第 1工程で設計された屈折光学面と第 1光路差付与構造の作用により 発生した球面収差を補正するように、第 2光路差付与構造を設計する。

[0118] 具体的には、輪帯状の構造からなる第 2光路差付与構造を形成し、隣り合う輪帯を 通過した第 1光束に対して λ ΐの偶数倍相当の光路差を付与するよう前記第 2光路 差付与構造を設計する。ここで、前記第 2光路差付与構造を、第 2光束に対してのみ 球面収差をアンダーもしくはオーバーのうち上記とは異なる他方に変化させるように 設計することが好ましい。

[0119] この第 1工程と第 2工程を必要に応じて繰り返すことにより、最適な屈折光学面、第 1光路差付与構造、第 2光路差付与構造を設計する。

[0120] 青紫色半導体レーザ LD1から出射された波長 λ 1の光束が平行光束で対物光学 素子 OBJに入射したときに、非球面光学面のみでは、アンダーに球面収差を補正す るが、第 1光路差付与構造を通過することで球面収差は適正に補正され、第 2光路 差付与構造は影響を与えないことから、保護層の厚さ tlの BDに対して適切に情報 の記録及び Z又は再生を行うことができる。又、赤色半導体レーザ EP1から出射され た波長 λ 2の光束が平行光束で対物光学素子 OBJに入射したときに、非球面光学 面のみでは、よりアンダーに球面収差を補正するため、第 1光路差付与構造を通過 することで球面収差はアンダーに補正されてしまうが、第 2光路差付与構造でオーバ 一に補正することで、保護層の厚さ t2の DVDに対して適切に情報の記録及び Z又 は再生を行うことができる。更に、赤外半導体レーザ EP2から出射された波長え 3の 光束が平行光束で対物光学素子 OBJに入射したときに、非球面光学面のみでは、ァ ンダ一に球面収差を補正するが、第 1光路差付与構造を通過することで球面収差は 適正に補正され、第 2光路差付与構造は影響を与えないことから、保護層の厚さ t3 の CDに対して適切に情報の記録及び Z又は再生を行うことができる。

[0121] 青紫色半導体レーザ LD1から射出された第 1波長 408nmの発散光束は、偏光ダ ィクロイツクプリズム PPSを透過し、コリメートレンズ CLにより平行光束とされた後、図 示しない 1Z4波長板により直線偏光から円偏光に変換され、絞り STによりその光束 径が規制され、対物光学素子 OBJによって厚さ 0. 0875mmの保護層 PL1を介して 、 BDの情報記録面 RL 1上に形成されるスポットとなる。

[0122] 情報記録面 RL1上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子 OBJ、絞り STを透過した後、図示しない 1Z4波長板により円偏光から直線偏光に変 換され、コリメートレンズ CLにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイツクプリズム PPSを 透過した後、第 1の光検出器 PD1の受光面上に収束する。そして、第 1の光検出器 P D1の出力信号を用いて、 2軸ァクチユエータ ACにより対物光学素子 OBJをフォー力 シングゃトラッキングさせることで、 BDに記録された情報を読みとることができる。

[0123] 赤色半導体レーザ EP1から射出された 680nmの発散光束は、プリズム PSで反射 された後、偏光ダイクロイツクプリズム PPSにより反射され、コリメートレンズ CLにより 平行光束とされた後、図示しない 1Z4波長板により直線偏光力円偏光に変換され 、対物光学素子 OBJに入射する。ここで、対物光学素子 OBJの中央領域と周辺領域 により集光された光束は、厚さ 0. 6mmの保護層 PL2を介して、 DVDの情報記録面 RL2上に形成されるスポットとなる。ここで、中央領域と周辺領域以外を通過した光 束はフレア化される。

[0124] 情報記録面 RL2上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子 OBJ、絞り STを透過した後、図示しない 1Z4波長板により円偏光から直線偏光に変 換され、コリメートレンズ CLにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイツクプリズム PPSに より反射された後、その後、プリズム内で 2回反射された後、第 1の受光部 DS1に収 束する。そして、第 1の受光部 DS1の出力信号を用いて DVDに記録された情報を読 み取ることができる。

[0125] 赤外半導体レーザ EP2から射出された 750nmの発散光束は、プリズム PSで反射 された後、偏光ダイクロイツクプリズム PPSにより反射され、コリメートレンズ CLにより 平行光束とされた後、図示しない 1Z4波長板により直線偏光力円偏光に変換され 、対物光学素子 OBJに入射する。対物光学素子 OBJの中央領域のみにより集光され た光束は、厚さ 1. 2mmの保護層 PL3を介して、 CDの情報記録面 RL3上に形成さ れるスポットとなる。ここで、それ以外を通過した光束はフレア化される。

[0126] 情報記録面 RL3上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子 OBJ、絞り STを透過した後、図示しない 1Z4波長板により円偏光から直線偏光に変 換され、コリメートレンズ CLにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイツクプリズム PPSに より反射された後、その後、プリズム内で 2回反射された後、第 2の受光部 DS2に収 束する。そして、第 2の受光部 DS2の出力信号を用いて CDに記録された情報を読 み取ることができる。

(実施例 1)

次に、上述の実施の形態に用いることができる実施例について説明する。実施例 1 において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第 1光路差付与構造と 第 2光路差付与構造とが形成されている。表 1〜3にレンズデータを示す。表 1中の ri は曲率半径、 diは第 i面力第 i+ 1面までの光軸方向の位置、 niは各面の屈折率を 表している。尚、これ以降(表のレンズデータ含む)において、 10のべき乗数 (例えば 、 2. 5 X 10_3)を、 E (例えば、 2. 5 X E— 3)を用いて表すものとする。

[表 1]


実施例 1

H D D V D D V D C D 対物レンズの焦点距離 f =2.27mm f = 2.34mm f = 2.33mm 像面側開口数 NA 1 : 0.65 NA2 : 0.65 NA3 : 0.51 対物レンズの光学系倍率 m 1 : 0 m 2 : 0 m 3 : 0


* d iは、第 i面から第 i + 1面までの変位を表す。

* d 〜 d ' は、第 i ' 〜 ' ' 面から第 ,面までの変位を表す。

第 2〃 ' 面(1.476 ≤11)

非球面係数

κ -6.3364E-01 4 -4.2311E-03 6 5.0436E-03 8 4.1084E-03 10 — 5.3622E—03 12 2.1138E-03 14 -3.1786E-04 第 2〃面(1.19455 ≤h<1.476mm)

非球面係数

A A A A A A A A A A A A — 6.4519E— 01

-4.8752E-03 4.6494E-03 4.0919E-03

-5.2266E-03 2.1777E-03

-3.7013E-04 第 2' 面(0.557927min≤h<1.19455mm)

非球面係数

κ -6.3303E —01

A 4 -1.8840E -03

A 6 6.2288E -03

A8 -3.0119E -03

A10 -1.9076E —03

A12 2.2446E一 03

A14 -5.7694E -04 第 2面(0mm: ih<0.557927mm)

非球面係数

K. -5 .5555E -01

A 4 一 8 .2359E -03

A 6 6 .8885E一 03

A8 -2 .0036E -03

A10 -2 .2154E -03

A12 1 .6340E -03

A14 -3 .3402E -04 第 3' 面(0.967uim≤h)

非球面係数

K 1 .1882E -02

A 4 2 .8662E -02

A 6 一 3 .8760E -02

A 8 2 .1958E —02

A10 -6 .3081E -03

A12 7 .2874E -04

A14 0. .0000 E+ 00 第 3面(0mm≤h<0.967mm)

非球面係数

K 2 .0065E-02

A 4 -2 .7360E-02

A 6 1 .7561E-02

A 8 -5 .7857E-03

A10 8 .1371E-04

A12 0. ,ΟΟΟΟΕ+00

A14 0, .ΟΟΟΟΕ+00

]

第 2〃 ' 面(1.476 ≤ h )

光路差関数 (回折次数 DVD: 3次)

λ Β 660ηιη

C 2 -4.8087Ε-03

C 4 -2.2941Ε-03

C 6 1.0177Ε-03

C 8 -4.5620Ε-04

C10 8.9625Ε-05

第 2〃面(1.19455 ≤ h <1.476

光路差関数 (回折次数 HD DVD: 3次 DVD: 2次)

λ Β 422nm

C 2 -3 .6562Ε -03

C 4 -2 0383Ε -03

C 6 9, .7975Ε -04

C 8 -4. 6808Ε -04

C10 6. 2043Ε —05

第 2' 面(0.557927mm≤ h <1.19455

光路差関数(回折次数 HD DVD: 3次 DVD 2次 CD 2次)

A B 430 nm

C 2 -3.4332E-03

C 4 一 2.0353E— 03

C 6 1.0106E— 03

C 8 -9.5866E-04

CIO 2.3654E— 04

第 2面(0 ≤ h < 0.557927mm)

光路差関数(回折次数 HD DVD: 3次 DVD : 2次 CD : 2次)

λ Β 430 nm

C 2 一 3 .5696Ε —03

C 4 一 2. 3823Ε —03

C 6 -4. .6479Ε -04

C 8 1. .1071Ε -02

C10 -2. 1534Ε- -02

[0130] 尚、対物光学素子の光学面は、それぞれ数 1式に表 1 3に示す係数を代入した 数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている(実施例 2, 3に おいて同様)。

[0131] [数 1]

z =( hVr)/ [ 1 +· " { 1 -( K + 1 )( h/r)2}] + A4 h + Ae h6+ Ae h 8

10 12 l<t 16 18 20

+ A io h + A i2 h + Ai4 h + A ie h + Aie h + A20 h

但し、

z :非球面形状 (非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離) h :光軸からの距離

r:曲率半径

κ:コーニック係数

A 4, A 6, A 8, A 10, A 12, A i , A ,6, A 18, A 20:非球面係数

[0132] また、第 1光路差付与構造と第 2光路差付与構造とにより各波長の光束に対して与 えられる光路長は、数 2式の光路差関数に、表 1〜3に示す係数を代入した数式で規 定される(実施例 2, 3において同様)。

[0133] [数 2]

φ = ά 0 r XA ABX( C2 h 2+C4 h4+C6h6+C8 h"+Cioh 10)

但し、

Φ :光路差関数

λ:回折構造に入射する光束の波長

A B:ブレーズ化波長

d o r :光ディスクに対する記録再生に使用する回折光の回折次数

h :光軸からの距離

C2, C6, C8, C10 :光路差関数係数

[0134] 図 4 (a)は、実施例 1における HD DVD使用時の光軸力もの高さとデフォーカス量 との関係を示す図であり、図 4(b)は、実施例 1における DVD使用時の光軸力の高 さとデフォーカス量との関係を示す図であり、図 4(c)は、実施例 1における CD使用 時の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。

(実施例 2)

実施例 2において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第 1光路差付 与構造と第 2光路差付与構造とが形成されている。表 4〜6にレンズデータを示す。 図 5 (a)は、実施例 2における HD DVD使用時の光軸力の高さとデフォーカス量と の関係を示す図であり、図 5 (b)は、実施例 2における DVD使用時の光軸力もの高さ とデフォーカス量との関係を示す図であり、図 5 (c)は、実施例 2における CD使用時 の光軸力もの高さとデフォーカス量との関係を示す図である。

[表 4]


実施例 2

H D D V D D V D C D

対物レンズの焦点距離 f 1 =3.1 mm f 2 = 3.19mm f 3 = 3. mm 像面側開口数 NA 1 : 0.65 NA2 : 0.65 NA3 : 0.51 対物レンズの光学系倍率 m 1 : 0 m 2 : 0 m 3 : 0


* cMは、第 i面から第 i + 1面までの変位を表す。

氺 d i ' ~d ' は、第 i ' 〜に' ' 面から第,面までの変位を表す c

第 2" ' 面 (2.015mm^h)

非球面係数一 5.1330E— 01

4.7453E-04 1.1957E— 03

-3.2188E-04 6.7242E-05

-1.9247E-05 1.3046 E- 06 第 2" .627mm≤h<2.015mm)

非球面係数

A A A A A A K. -5.0416E -01 A A A A A A A A A A A A A 4 -2.0181E 03

A 6 4.0125E一 -04

A8 -4.4218E -04

A10 8.8719E -05

A12 -2.8183E -06

A14 -1.1363E -06 第 2' 面(0.781m ≤h<1.627

非球面係数

K. -3 .320 Ε -01

A 4 9 .8418Ε -04

A 6 -2 .8508Ε -03

A 8 -1 , .7183Ε -04

A10 6, .093 Ε -04

A12 -2, .4368Ε -04

A14 3 .1371Ε -05 第 2面(0 ≤h<0.781

非球面係数

κ -6.2999E-01 4 -9.1919E-04 6 8.2567E-04 8 -3.1894E-04 10 6.8151E-05 12 -1.5655E-05 14 1.8317E-06 第 3' 面(1.281mm≤h)

非球面係数

κ 1.4091E-03 A 6.8673E-03 6 -4.3371E-03 8 1.3239 E- 03

10 -2.1645E-04 12 1.4592E-05 14 0.0000E + 00 第 3面(0mm≤h<1.281mm)

非球面係数

κ 6.5665E— 03 4 -4.5413E-03 6 1.4141E-03 8 -1.9214E-04 10 1.1604E-05 12 0.0000E+00 14 0.0000E+00

]

第 2〃 ' 面(2.015mm≤ h )

光路差関数 (回折次数 DVD: 3次)

ス B 661 nm

C 2 -8.5317E- -03

C 4 -2.1148E -03

C 6 4.6703E- -04

C 8 -1.3964E- -04

C10 1 -2506E —05

第 2〃面(1.627mm≤ h く 2.015匪)

光路差関数(回折次数 HD DVD: 3次 DVD: 2次)

ス B 422nm

C 2 — 2.7534E— 03

C 4 — 9.8952E— 04

C 6 5.0089E-04

C 8 -1.5993E-04

C10 1.6387E-05

第 2' 面(0.781mm≤ h <1.627mm)

光路差関数(回折次数 HD DVD: 3次 DVD : 2次 CD : 2次)

ス B 430 nm

C 2 -2 .5159E —03

C 4 -5. .0889E -04

C 6 6. .0415E -05

C 8 一 6, .3277E -05

C10 1 , .1297E -05

第 2面(Omm≤ hく 0.781mm)

光路差関数(回折次数 HD DVD: 3次 DVD : 2次 CD : 2次)

λ Β 430 nm

C 2 -2.5I59E-03

C 4 — 9.3222E— 04

C 6 9.5516E— 04

C 8 -7.1157E-04

CIO — 9.5280E— 05

(実施例 3)

実施例 3において、単玉の対物光学素子の光学面の中央領域には、第 1光路差付 与構造と第 2光路差付与構造とが形成されている。表 7〜9にレンズデータを示す。 図 6 (a)は、実施例 3における HD DVD使用時の光軸力の高さとデフォーカス量と の関係を示す図であり、図 6(b)は、実施例 3における DVD使用時の光軸力の高さ とデフォーカス量との関係を示す図であり、図 6(c)は、実施例 3における CD使用時

013 [0140] [表 8]

第 2〃面(1.536mm≤h)

非球面係数

K 一 5 .5021E -01

A 4 一 1 .1531E -03

A 6 4 .9495E -04

A 8 -5 .2887E -05

A10 6 .8790E -05

A12 一 2 .6130E -05

A14 3 .2493E一 06 第 2' 面(0.640 ≤h<1.536

非球面係数

K 一 6 .2013E -01

A 4 一 2 .2198E -03

A 6 1 .5082E -04

A 8 4 .1083E -04

A10 -8 .3965E -05

A12 2 .4172E -04

A14 -6 .1521E -05 第 2面(0 ≤h<0.640mm)

非球面係数

K 1.2591 E -01

A 4 9.7688E -03

A 6 -3.0895E -02

A 8 -4.6806E -05

A10 6.0096E -05

A12 -2.7514E -05

A14 3.6602E -06 第 3' 面(1 155mm^ h)

非球面係数

κ. 1.1692E-04 A 4 6.9206E-03 A 6 -4.4641 E-03 A 8 1.4470 E-03 A10 -2.3774E-04 A12 1.5996E-05 A14 0.0000E+00 第 3 [ί (0mm= ih<1 ,155min)

非球面係数

K 一 1 .3020E-02

A 4 2 .2377 E- 02

A 6 -6 .6028E-03

A 8 -2 .0257 E- 04

A10 1 .2107E-05

A12 0 • 0000E + 00

A14 0 .0000E+00

[0141] [表 9]

第 2〃面(1.536關≤ h )

光路差関数(回折次数 HD DVD: 1次 DVD: 1次 CD: 1次)

λ Β 480 nn

C 2 一 0, .01 252299

C 4 -0 .001011949

C 6 0 .000157457

C 8 一 3 ■23764E— 05

C10 1 , .14618E-06

第 2' 面(0.640關≤ h <1.536mm)

光路差関数(回折次数 HD DVD: 1次 DVD: 1次 CD: 1次)

A B 500n in

C 2 一 0 .013633739

C 4 一 0 .002797045

C 6 0 .001319988

C 8 -0 .000320049

C10 1 · .37424E-04

第 2面(Omm≤ h く 0.640閥)

光路差関数(回折次数 HD DVD: 1次 DVD: 1次 CD: 1次)

λ B 500nm

C 2 -0.016407031

C 4 0.010142585

C 6 -0.006418784

C 8 -0.041683736

C10 0.049734984

[0142] 表 10に、各実施例について、光ディスクの種類ごとの色収差と、光路差付与構造 により付与される光路差付与量と、光ディスクの種類ごとの回折効率を示す。

[0143] [表 10]

*色収差 [ inZnm]


氺第一光路差付与構造と第二光路差付与構造


*回折効率