(57)【要約】  【課題】    製造誤差に対して許容度が高いにも関わらず、短波長の光束に対して軸上色収差等の補正を適切に行える回折光学素子、保護層厚みの異なる光情報記録媒体に対する互換性を有する光ピックアップ装置に使用可能な回折光学素子、対物レンズ並びにそれを用いた光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供する。  【解決手段】  回折光学素子の回折構造において、有効半径をＤｅとし、光軸Ｘから所定の高さｈの範囲内の回折構造をｄｏｒ次回折とし、光軸Ｘから所定の高さｈより外側の回折構造をｄｏｒ’次回折とし、ｄｏｒ次回折の場合の回折輪帯の幅をΔとすると、ｄｏｒ’次回折の場合の回折輪帯の幅Δ’は、（ｄｏｒ’／ｄｏｒ）Δとなる。しかるに、ｄｏｒ’＞ｄｏｒであれば、Δ’＞Δとなるため、所定の高さｈより外側の回折構造において、回折輪帯の幅を広くすることが可能となる。【選択図】  図１１
2005243151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の輪帯段差から構成される回折構造が形成された回折面を有する回折光学素子において、
光学面内の光軸から所定の高さより内側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＩＮと、前記所定の高さより外側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＯＵＴが、それぞれ、以下の（１）式乃至（３）式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
ｍ＝Ｉｎｔ（｜ｄＩＮ｜・（Ｎ−１）／λ）                           （１）
ｎ＝Ｉｎｔ（｜ｄＯＵＴ｜・（Ｎ−１）／λ）           （２）
ｍ＜ｎ                                             （３）
但し、Ｉｎｔ（Ｘ）は、Ｘに最も近い整数であり、λは、前記回折構造に入射する光束の波長であり、Ｎは、前記波長λでの前記回折光学素子の屈折率である。
【請求項２】
前記波長λが４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
前記波長λの光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数に対して、前記波長λより長い波長の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数が小さくなるように前記ｄＩＮが決定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
前記波長λが４５０ｎｍ以下であり、前記波長λより長い波長が６４０ｎｍから６９０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。
【請求項５】
前記波長λをλ１、前記波長λより長い波長をλ２、前記波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（４）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする請求項４に記載の回折光学素子。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＞１                      （４）
【請求項６】
前記波長λをλ１、前記波長λより長い波長をλ２、前記波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（５）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする請求項４に記載の回折光学素子。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＜１                      （５）
【請求項７】
前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、前記近軸における屈折パワーが負である光学面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は階段形状であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、近軸における屈折パワーが負である光学面の反対側の、巨視的な平面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は鋸歯形状であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記波長λに対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ１（ｍｍ−１）、前記波長λより５ｎｍ長い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ２（ｍｍ−１）、前記波長λより５ｎｍ短い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ３（ｍｍ−１）としたとき、以下の（６）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の回折光学素子。
Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ３                                   （６）
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の回折光学素子と一体化されて成ることを特徴とする光ピックアップ用の対物レンズ。
【請求項１１】
第１の波長λ１の光束を出射する第１の光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有する光ピックアップ装置であって、前記集光光学系を介して、前記第１の光源からの光束を、第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置において、
前記集光光学系は、複数の輪帯段差から構成される回折構造が形成された回折面を有する回折光学素子を有し、
前記回折光学素子において、光学面内の光軸から所定の高さより内側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＩＮと、前記所定の高さより外側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＯＵＴが、それぞれ、以下の（７）式乃至（９）式を満たすことを特徴とする特徴とする光ピックアップ装置。
ｍ＝Ｉｎｔ（｜ｄＩＮ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）       （７）
ｎ＝Ｉｎｔ（｜ｄＯＵＴ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）                   （８）
ｍ＜ｎ                                             （９）
但し、Ｉｎｔ（Ｘ）は、Ｘに最も近い整数であり、λ１は、前記回折構造に入射する光束の波長であり、Ｎλ１は、前記波長λ１での前記回折光学素子の屈折率である。
【請求項１２】
前記第１の波長λ１が４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
更に、前記光ピックアップ装置は、前記第１の波長λ１より長い第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を出射する第２の光源を有し、前記集光光学系を介して、前記第２の光源からの光束を、第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、
前記第１の波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数に対して、前記第２の波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数が小さくなるように前記ｄＩＮが決定されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記第１の波長λ１が４５０ｎｍ以下であり、前記第２の波長λ２が６４０ｎｍから６９０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
前記第１の波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記第２の波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記第１の波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記第２の波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（１０）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＞１                      （１０）
【請求項１６】
前記第１の波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記第２の波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記第１の波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記第２の波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（１１）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＞１                      （１１）
【請求項１７】
前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、前記近軸における屈折パワーが負である光学面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は階段形状であることを特徴とする請求項１１乃至１６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１８】
前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、近軸における屈折パワーが負である光学面の反対側の、巨視的な平面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は鋸歯形状であることを特徴とする請求項１１乃至１６の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１９】
前記第１の波長λ１に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ１（ｍｍ−１）、前記第１の波長λ１より５ｎｍ長い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ２（ｍｍ−１）、前記第１の波長λ１より５ｎｍ短い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ３（ｍｍ−１）としたとき、以下の（１２）式を満たすことを特徴とする請求項１１乃至１８の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ３                                   （１２）
【請求項２０】
前記回折光学素子は、前記対物レンズと一体化されて成ることを特徴とする請求項１１乃至１９の何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２１】
請求項１１乃至２０の何れか一項に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置による情報信号の記録及び／又は再生が可能に前記光情報記録媒体を支持する光情報記録媒体支持手段とを備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短波長の光束を用いて光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う光ピックアップ装置に用いると好適な回折光学素子、並びにそれを含む対物レンズ、それを用いた光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像情報などを記録する光情報記録媒体として、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク；ＤＶＤと略記する）が急速に普及しつつある。ＤＶＤは、そのプレーヤーに搭載した光ピックアップ装置に、波長６５０ｎｍの赤色半導体レーザと開口数（ＮＡ）０．６の対物レンズを使用することで１面あたり４．７ＧＢの情報の記録が可能である。
【０００３】
ところが、１枚のＤＶＤでは、ハイビジョン画質の映像情報を１面あたり３０分程度しか記録することができないので、来るデジタルハイビジョン放送時代における光情報記録媒体として用いるには容量が小さすぎるという指摘がある。このような背景のもと、近年、波長４０５ｎｍの青紫色半導体レーザとＮＡ０．８５の対物レンズを使用する高密度記録光ディスクシステムの研究・開発が進んでおり、かかる高密度光ディスクの規格であるＢＤ（ブルーレイディスク；ＢＤと略記する）が２００２年２月に発表された。ＢＤは１面あたり２３．３−２７ＧＢ程度の記録容量を有するため、それを用いれば、ハイビジョン画質の映像情報を１面あたり２時間程度記録できることとなる。又、ＨＤ  ＤＶＤと呼ばれる高密度光ディスクの規格も存在する。尚、本明細書においては、記録／再生用の光源として青紫色半導体レーザを使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」とよぶものとする。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６７１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、青紫色半導体レーザから出射される短波長の光束については、軸上色収差の補正が不可欠である。これに対し、軸上色収差の補正のために、光学面に回折構造を設けた回折光学素子が上記特許文献１に記載されている。そのような回折光学素子は、単レンズ構成でかかる軸上色収差の補正が可能であるため、コスト的に有利である。しかし、一般的には光学面に輪帯状の回折構造を設けようとすると、軸上色収差の補正量に比例して回折輪帯の幅が細かくなるため、比較的大きな軸上色収差補正が必要となる短波長用の回折光学素子では、特に有効径の周辺近傍において回折輪帯が非常に細かくなり、そのような細かい回折輪帯を回折光学素子の金型に形成することが困難となり、また回折光学素子の成形時に転写不良の恐れもある。設計値通りに光学面に回折輪帯を形成できないと、回折効率が低下するため、所望の光学特性を発揮できないこととなる。上記特許文献１に記載の回折光学素子は、このような課題に対する解決策を何ら開示していない。
【０００６】
また、近年においては、例えば互換性を確保するために、単一の光学系を用いて複数の異なる波長の光源からの光束を集光することによって、ＢＤやＤＶＤなど保護層厚みの異なる光ディスクに対して、適切に情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置も開発されており、そのような光ピックアップ装置においては、回折光学素子を利用して使用波長が異なる光ディスクに対する互換を達成する。かかる互換性を有する光ピックアップ装置用の回折光学素子では、軸上色収差補正に加えて、保護層厚みの違いに起因する球面収差も補正する必要があり、より一層回折輪帯の幅が細かくなるため上記の課題がより顕在化する。
【０００７】
本発明では、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、製造誤差に対して許容度が高いにも関わらず、短波長の光束に対して軸上色収差等の補正を適切に行える回折光学素子、保護層厚みの異なる光情報記録媒体に対する互換性を有する光ピックアップ装置に使用可能な回折光学素子、並びにそれを用いた光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の回折光学素子は、複数の輪帯段差から構成される回折構造が形成された回折面を有する回折光学素子において、
光学面内の光軸から所定の高さより内側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＩＮと、前記所定の高さより外側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＯＵＴが、それぞれ、以下の（１）式乃至（３）式を満たすことを特徴とする。
ｍ＝Ｉｎｔ（｜ｄＩＮ｜・（Ｎ−１）／λ）                           （１）
ｎ＝Ｉｎｔ（｜ｄＯＵＴ｜・（Ｎ−１）／λ）           （２）
ｍ＜ｎ                                             （３）
但し、Ｉｎｔ（Ｘ）は、Ｘに最も近い整数であり、λは、前記回折構造に入射する光束の波長であり、Ｎは、前記波長λでの前記回折光学素子の屈折率である。
【０００９】
本発明は、回折光学素子において、例えば回折次数が倍になるように設計すると、光束の回折角は不変、即ち光学特性は不変であるが、回折輪帯の幅は倍になるという回折構造の特性を利用したものである。即ち、有効径内で同じ回折次数の回折構造の場合には、回折輪帯の幅が一般的に有効径の周辺に行くほど細かくなるので、実際の製造時において有効径周辺では回折構造の形成が困難となる恐れがある。これに対し、回折次数を有効径途中で大きくすることによって、回折光学素子の光学特性を維持したまま、有効径周辺の回折輪帯の幅を大きくし、実際の製造時において回折構造の形成を容易にしているのである。
【００１０】
回折構造における回折次数をｄｏｒ、段差をｄ、波長をλ、屈折率をＮとしたとき、段差ｄは、以下の一般式
ｄ＝ｄｏｒ・λ／（Ｎ−１）                                         （１３）
で表されるので、有効径途中で回折次数ｄｏｒをより大きいｄｏｒ’とすれば、段差の深さは（ｄｏｒ’／ｄｏｒ）倍となるが、回折輪帯の幅も（ｄｏｒ’／ｄｏｒ）倍（＞１倍）となるから、その分製造しやすい回折構造を提供できることとなる。
【００１１】
より具体的には、図１１に示す回折光学素子の回折構造の概略断面図において、有効半径をＤｅとし、光軸Ｘから所定の高さｈの範囲内の回折構造をｄｏｒ次回折とし、光軸Ｘから所定の高さｈより外側の回折構造をｄｏｒ’次回折とし、ｄｏｒ次回折の場合の回折輪帯の幅をΔとすると、ｄｏｒ’次回折の場合の回折輪帯の幅Δ’は、（ｄｏｒ’／ｄｏｒ）Δとなる。しかるに、ｄｏｒ’＞ｄｏｒであれば、Δ’＞Δとなるため、所定の高さｈより外側の回折構造において、回折輪帯の幅を広くすることが可能となる。
【００１２】
回折構造を球面上、或いは非球面上に形成する場合、有効径内の全ての段差ｄは上記（１３）式とは厳密には一致しない。これは、回折作用に加えて屈折作用も考慮して段差ｄが決定されるためである。一般的に光軸から離れるに従って上記（１３）式からのズレが大きくなる。例えば、正の回折パワーを有する回折構造を近軸パワーが正の非球面上に形成する場合には、光軸から離れるに従って段差ｄが大きくなる傾向がある。
【００１３】
そこで、請求項１に記載の回折光学素子では、光学面内の光軸から所定の高さより内側の回折構造の回折次数を上記（１）式により定義し、光学面内の光軸から所定の高さより外側の回折構造の回折次数を上記（２）式により定義した。
【００１４】
請求項２に記載の回折光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記波長λが４５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
青紫色波長領域では、比較的大きな軸上色収差補正が必要となるため回折輪帯の幅が細かくなる傾向があるが、本発明による回折光学素子では、有効径途中で回折次数を切り替えて大きくするため、形状誤差による回折効率の低下を防ぐことが出来る。
【００１６】
請求項３に記載の回折光学素子は、請求項１又は２に記載の発明において、前記波長λの光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数に対して、前記波長λより長い波長の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数が小さくなるように前記ｄＩＮが決定されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明による回折光学素子を、使用波長が異なる複数の光ディスクに対して互換性を有する光ピックアップ装置に使用する場合には、請求項３に記載のように、所定の高さより内側の回折構造で発生する波長λの光束の回折光の回折次数よりも波長λより長い波長の光束の回折光の回折次数が低くなるように段差ｄＩＮを決定することで、何れの波長の光束に対しても高い回折効率を確保することが可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の回折光学素子は、請求項３に記載の発明において、前記波長λが４５０ｎｍ以下であり、前記波長λより長い波長が６４０ｎｍから６９０ｎｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の構成は、２つの波長が請求項４に記載の範囲内であるときに特に有効である。４５０ｎｍ以下の波長λの光束の回折光の回折次数ｍ１と、６４０ｎｍから６９０ｎｍの範囲内の波長の光束の回折光の回折次数ｍ２は、具体的には以下の組合せが好ましい。
（ｍ１，ｍ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）
これらの回折次数の組合せのうち、特に好ましいのは、（ｍ１，ｍ２）＝（２，１）、（３，２）、（５，３）である。
【００２０】
請求項５に記載の回折光学素子は、請求項４に記載の発明において、前記波長λをλ１、前記波長λより長い波長をλ２、前記波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（４）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＞１                      （４）
【００２１】
請求項５に記載の発明は、本発明による回折光学素子を使用波長と保護層厚みが異なる複数の光ディスクに対して互換性を有する光ピックアップ装置において、保護層厚みの差に起因する球面収差を補正するための互換回折光学素子として使用する場合の好ましい構成である。それぞれの波長に対する屈折率と回折次数が上記（４）式を満たす場合には、回折構造に入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を持たせることで、複数の光ディスクの保護層厚みの差に起因する球面収差を補正することが可能となる。かかる構成の回折光学素子において、好ましい回折次数の組合せは（ｍ１，ｍ２）＝（２，１）である。
【００２２】
請求項６に記載の回折光学素子は、請求項４に記載の発明において、前記波長λをλ１、前記波長λより長い波長をλ２、前記波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（５）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＜１                      （５）
【００２３】
請求項６に記載の発明も、請求項５に記載の発明と同様に、本発明による回折光学素子を使用波長と保護層厚みが異なる複数の光ディスクに対して互換性を有する光ピックアップ装置において、保護層厚みの差に起因する球面収差を補正するための互換回折光学素子として使用する場合の好ましい構成である。それぞれの波長に対する屈折率と回折次数が上記（５）式を満たす場合には、回折構造に入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を持たせることで、複数の光ディスクの保護層厚みの差に起因する球面収差を補正することが可能となる。かかる構成の回折光学素子において、好ましい回折次数の組合せは（ｍ１，ｍ２）＝（３，２）である。
【００２４】
請求項７に記載の回折光学素子は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、前記近軸における屈折パワーが負である光学面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は階段形状であることを特徴とする。かかる構成の回折構造の模式的な断面図を図４、図６、及び図８に示す。
【００２５】
請求項８に記載の回折光学素子は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、近軸における屈折パワーが負である光学面の反対側の、巨視的な平面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は鋸歯形状であることを特徴とする。かかる構成の回折構造の模式的な断面図を図１０に示す。
【００２６】
請求項９に記載の回折光学素子は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記波長λに対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ１（ｍｍ−１）、前記波長λより５ｎｍ長い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ２（ｍｍ−１）、前記波長λより５ｎｍ短い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ３（ｍｍ−１）としたとき、以下の（６）式を満たすことを特徴とするので、軸上色収差を効果的に補正できる。
Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ３                                   （６）
【００２７】
請求項１０に記載の対物レンズは、請求項１乃至９の何れか一項に記載の回折光学素子と一体化されて成ることを特徴とする。
【００２８】
請求項１乃至９に記載の回折光学素子を、対物レンズと一体化してトラッキング駆動を行う構成とすると、回折光学素子と対物レンズとの偏芯によるコマ収差の発生が起こらないので、良好なトラッキング特性を得ることが可能となる。
【００２９】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、第１の波長λ１の光束を出射する第１の光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有する光ピックアップ装置であって、前記集光光学系を介して、前記第１の光源からの光束を、第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置において、
前記集光光学系は、複数の輪帯段差から構成される回折構造が形成された回折面を有する回折光学素子を有し、
前記回折光学素子において、光学面内の光軸から所定の高さより内側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＩＮと、前記所定の高さより外側の前記輪帯段差の光軸方向の深さｄＯＵＴが、それぞれ、以下の（７）式乃至（９）式を満たすことを特徴とする特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。
ｍ＝Ｉｎｔ（｜ｄＩＮ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）       （７）
ｎ＝Ｉｎｔ（｜ｄＯＵＴ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）                   （８）
ｍ＜ｎ                                             （９）
但し、Ｉｎｔ（Ｘ）は、Ｘに最も近い整数であり、λ１は、前記回折構造に入射する光束の波長であり、Ｎλ１は、前記波長λ１での前記回折光学素子の屈折率である。
【００３０】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１に記載の発明において、前記第１の波長λ１が４５０ｎｍ以下であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明と同様である。
【００３１】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１又は１２に記載の発明において、  更に、前記光ピックアップ装置は、前記第１の波長λ１より長い第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を出射する第２の光源を有し、前記集光光学系を介して、前記第２の光源からの光束を、第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、
前記第１の波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数に対して、前記第２の波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数が小さくなるように前記ｄＩＮが決定されていることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項３に記載の発明と同様である。
【００３２】
請求項１４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１３に記載の発明において、前記第１の波長λ１が４５０ｎｍ以下であり、前記第２の波長λ２が６４０ｎｍから６９０ｎｍの範囲内であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項４に記載の発明と同様である。
【００３３】
請求項１５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１４に記載の発明において、前記第１の波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記第２の波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記第１の波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記第２の波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（１０）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＞１                      （１０）
本発明の作用効果は、請求項５に記載の発明と同様である。
【００３４】
請求項１６に記載の光ピックアップ装置は、請求項１４に記載の発明において、前記第１の波長λ１での前記回折光学素子の屈折率をＮλ１、前記第２の波長λ２での前記回折光学素子の屈折率をＮλ２、前記第１の波長λ１の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ１、前記第２の波長λ２の光束が、前記所定の高さより内側の前記輪帯段差に入射した場合に回折効率が最大となる回折次数をｍ２としたとき、以下の（１１）式を満たすとともに、前記回折構造は入射光束の波長が長くなった場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差の波長依存性を有することを特徴とする。
｛ｍ１・λ１／（Ｎλ１−１）｝／｛ｍ２・λ２／（Ｎλ２−１）｝＞１                      （１１）
本発明の作用効果は、請求項６に記載の発明と同様である。
【００３５】
請求項１７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、前記近軸における屈折パワーが負である光学面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は階段形状であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項７に記載の発明と同様である。
【００３６】
請求項１８に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１乃至１６の何れかに記載の発明において、前記回折光学素子は、近軸における屈折パワーが負である光学面を更に有し、前記回折構造は、近軸における屈折パワーが負である光学面の反対側の、巨視的な平面上に形成されており、前記回折構造の光軸を含む断面形状は鋸歯形状であることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項８に記載の発明と同様である。
【００３７】
請求項１９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１乃至１８のいずれかに記載の発明において、前記第１の波長λ１に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ１（ｍｍ−１）、前記第１の波長λ１より５ｎｍ長い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ２（ｍｍ−１）、前記第１の波長λ１より５ｎｍ短い波長に対する前記回折構造の近軸における回折パワーをＰ３（ｍｍ−１）としたとき、以下の（１２）式を満たすことを特徴とする。
Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ３                                   （１２）
本発明の作用効果は、請求項９に記載の発明と同様である。
【００３８】
請求項２０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１１乃至１９のいずれかに記載の発明において、前記回折光学素子は、前記対物レンズと一体化されて成ることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１０に記載の発明と同様である。
【００３９】
請求項２１に記載の光情報記録再生装置は、請求項１１乃至２０の何れか一項に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置による情報信号の記録及び／又は再生が可能に前記光情報記録媒体を支持する光情報記録媒体支持手段とを備えたことを特徴とする。
【００４０】
本明細書中において、「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ディスク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指す。また、この集光素子と共にアクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能な光学素子がある場合には、上記の集光素子と光学素子とから構成される光学系を対物レンズとする。
【００４１】
本明細書中で用いる回折構造とは、光学素子の表面にレリーフを設けて回折作用を持たせた形態のことをいい、一つの光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場合は、回折を生じる領域をいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に光軸を中心とする略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば各輪帯は階段もしくは鋸歯のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。
【００４２】
本明細書中において、第１光情報記録媒体とは、例えば、ＢＤ（ブルーレイディスク）又はＨＤ  ＤＶＤのごとき、記録／再生用の光源として青紫色半導体レーザを使用する高密度光ディスクをいい、第２光情報記録媒体とは、再生専用に用いるＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏの他、再生／記録を兼ねるＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ±Ｒ，ＤＶＤ±ＲＷ等の各種ＤＶＤ系の光ディスク、又はＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系の光ディスクをいう。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、製造誤差に対して許容度が高いにも関わらず、短波長の光束に対して軸上色収差等の補正を適切に行える回折光学素子、保護層厚みの異なる光情報記録媒体に対する互換性を有する光ピックアップ装置に使用可能な回折光学素子、対物レンズ並びにそれを用いた光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明による実施の形態について図面を用いて説明する。
〈第１の実施の形態〉
図１（ａ）は、第１光情報記録媒体である高密度光ディスクＨＤと、第２光情報記録媒体である光ディスクＤＶＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１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。図１（ｂ）は、図１（ａ）の光ピックアップ装置に用いる光源の正面図である。尚、光ピックアップ装置ＰＵ１と、光ディスクを支持する支持手段（不図示）とで、光情報記録再生装置を構成する。
【００４５】
高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、情報の記録及び／又は再生に用いる光束の（第１の）波長λ１＝４０５ｎｍ、第１保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、第１開口数ＮＡ１＝０．８５であり、光ディスクＤＶＤの光学的仕様は、情報の記録及び／又は再生に用いる光束の（第２の）波長λ２＝６５５ｎｍ、第２保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、第２開口数ＮＡ２＝０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
【００４６】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され、４０５ｎｍのレーザ光束を射出する第１の発光部（第１の光源）ＥＰ１と、光ディスクＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され、６５５ｎｍのレーザ光束を射出する第２の発光部（第２の光源）ＥＰ２と、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光部ＤＳ１と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２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とから構成された高密度光ディスク／ＤＶＤ用レーザモジュールＬＭと、回折光学素子ＤＯＥ及びこの回折光学素子ＤＯＥを透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた対物レンズＯＢＪから構成された対物レンズユニットと、２軸アクチュエータＡＣと、高密度光ディスクＨＤの第１開口数ＮＡ１＝０．８５に対応した絞りＳＴＯと、コリメートレンズＣＯＬと、ビーム整形レンズＳＨと、光ディスクＤＶＤに対する情報の記録／再生時に対物レンズユニットの開口数を制限するための開口制限素子ＡＰとから構成されている。
【００４７】
光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第１の発光部ＥＰ１を発光させる。第１の発光部ＥＰ１から射出された発散光束は、図１において実線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、ビーム整形レンズＳＨによりその断面形状が楕円形から円形に整形され、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、絞りＳＴＯにより光束径が規制された後、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズユニットによって高密度光ディスクＨＤの第１保護層ＰＬ１を介して第１情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。第１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、再び対物レンズユニット、開口制限素子ＡＰ、絞りＳＴＯ、コリメートレンズＣＯＬ、ビーム整形レンズＳＨを透過し、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ１に集光する。そして、受光部ＤＳ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００４８】
また、光ピックアップ装置ＰＵ１において、光ディスクＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２の発光部ＥＰ２を発光させる。第２の発光部ＥＰ２から射出された発散光束は、図１において破線でその光線経路を描いたように、プリズムＰＳで反射された後、ビーム整形レンズＳＨによりその断面形状が楕円形から円形に整形され、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、開口制限素子ＡＰにより光束径が規制された後、対物レンズユニットによってＤＶＤの第２保護層ＰＬ２を介して第２情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズユニットは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。再び対物レンズユニット、開口制限素子ＡＰ、絞りＳＴＯ、コリメートレンズＣＯＬ、ビーム整形レンズＳＨを透過し、プリズムＰＳ内部で２回反射され受光部ＤＳ２に集光する。そして、受光部ＤＳ２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。
【００４９】
次に、対物レンズユニットの構成について説明する。図１に示す回折光学素子ＤＯＥと対物レンズＯＢＪは、何れもプラスチックレンズであり、対物レンズＯＢＪは、高密度光ディスクＨＤ専用の対物レンズである。また、それぞれの光学領域（波長λ１のレーザ光束が通過する回折光学素子ＤＯＥと対物レンズＯＢＪの領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有し、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を接合することで一体化されている。更に、対物レンズユニットと開口制限素子ＡＰは、鏡枠Ｂを介して一体化されている。
【００５０】
回折光学素子ＤＯＥの光源側の光学面Ｓ１の第２開口数ＮＡ２内に対応する領域には、図８に模式的に示したように、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造が形成されており、かかる重畳型回折構造の回折作用により第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２の厚みの差に起因する球面収差を補正することで、高密度光ディスクＨＤと光ディスクＤＶＤとの互換を達成している。尚、重畳型回折構造による球面収差補正の原理は、後述する実施例３において説明するのでここでは詳細な説明は割愛する。
【００５１】
更に、回折光学素子ＤＯＥの光ディスク側の光学面Ｓ２には、図８に模式的に示したように、平面状の輪帯が内側に隣接する輪帯に対して段差ｄだけ光軸から離れるに従って光ディスク側にシフトした構成を有する回折構造が形成されている。
【００５２】
この回折構造は、青紫色のごとき短波長の領域における対物レンズＯＢＪの軸上色収差と、入射波長変化に伴う球面収差変化を抑制するための構造であり、第２開口数ＮＡ２内に対応する領域では、その段差ｄＩＮが
ｍ＝Ｉｎｔ（｜ｄＩＮ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）＝２                 （１４）
を満たす深さに設定されており、第２開口数ＮＡ２から外側に対応する領域では、その段差ｄＯＵＴが
ｎ＝Ｉｎｔ（｜ｄＯＵＴ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）＝４               （１５）
を満たす深さに設定されている。ここで、Ｎλ１は第１の波長λ１に対する回折光学素子ＤＯＥの屈折率である。
【００５３】
第２開口数ＮＡ２内に対応する領域では、第１の波長λ１の光束が入射した場合に、＋２次回折光が１００％の回折効率で発生し、第２の波長λ２の光束が入射した場合に、＋１次回折光が８７％の回折効率で発生する。このように、両方の波長の光束が通過する第２開口数ＮＡ２内に対応する領域では、何れの波長に対しても高い回折効率が確保されている。
【００５４】
本実施の形態の回折光学素子ＤＯＥでは、光源側の光学面Ｓ１に重畳型回折構造を形成し、光ディスク側の光学面Ｓ２に回折構造を形成した構成としたが、これとは、逆に、光源側の光学面Ｓ１に回折構造を形成し、光ディスク側の光学面Ｓ２に重畳型回折構造を形成した構成としてもよい。
【００５５】
また、本実施の形態の回折光学素子ＤＯＥでは、より第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２の厚みの差に起因する球面収差を補正するための構造として、重畳型回折構造を利用する構成としたが、後述する実施例１や実施例２にあるような、回折構造を利用する構成としても良い。
【００５６】
〈第２の実施の形態〉
図２は、高密度光ディスクＨＤに対して適切に情報の記録／再生を行える第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。尚、光ピックアップ装置ＰＵ２と、光ディスクを支持する支持手段（不図示）とで、光情報記録再生装置を構成する。
【００５７】
高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、第１の波長λ１＝４０５ｎｍ、第１保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、第１開口数ＮＡ１＝０．８５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
【００５８】
光ピックアップ装置ＰＵ２は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０５ｎｍのレーザ光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤと、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する光検出器ＰＤと、回折光学素子ＤＯＥと、この回折光学素子ＤＯＥを透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた対物レンズＯＢＪと、２軸アクチュエータＡＣと、高密度光ディスクＨＤの第１開口数ＮＡ１＝０．８５に対応した絞りＳＴＯと、コリメートレンズＣＯＬと、ビーム整形レンズＳＨと、偏光ビームスプリッタＢＳと、センサーレンズＳＥＮとから構成されている。尚、上記青紫色半導体レーザの替わりに、第２次高調波発生（ＳＨＧ）を利用する青紫色ＳＨＧレーザを使用しても良い。
【００５９】
光ピックアップ装置ＰＵ２において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、青紫色半導体レーザＬＤを発光させる。青紫色半導体レーザＬＤから射出された発散光束は、図２において実線でその光線経路を描いたように、ビーム整形レンズＳＨによりその断面形状が楕円形から円形に整形され、偏光ビームスプリッタＢＳを透過した後、コリメートレンズＣＯＬにより平行光束に変換され、回折光学素子ＤＯＥを透過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制された後、対物レンズＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの第１保護層ＰＬ１を介して第１情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。第１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、再び対物レンズＯＢＪ、絞りＳＴＯ、回折光学素子ＤＯＥ、コリメートレンズＣＯＬを透過し、偏光ビームスプリッタＢＳにより反射された後、センサーレンズＳＥＮを透過することにより非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に集光する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００６０】
回折光学素子ＤＯＥの光源側の光学面Ｓ１には、図１０に模式的に示したように、断面形状が鋸歯形状とされた回折構造が平面上に形成されており、この回折構造は、鋸歯形状の輪帯が内側に隣接する輪帯に対して段差ｄだけ光軸から離れるに従って光源側にシフトした構成を有する。
【００６１】
この回折構造は、青紫色領域における対物レンズＯＢＪの軸上色収差を抑制するための構造であり、対物レンズＯＢＪの入射瞳径内に対応する領域では、その段差ｄＩＮが
ｍ＝Ｉｎｔ（｜ｄＩＮ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）＝２                 （１６）
を満たす深さに設定されており、対物レンズＯＢＪの入射瞳径から外側に対応する領域では、その段差ｄＯＵＴが
ｎ＝Ｉｎｔ（｜ｄＯＵＴ｜・（Ｎλ１−１）／λ１）＝４               （１７）
を満たす深さに設定されている。ここで、Ｎλ１は第１の波長λ１に対する回折光学素子ＤＯＥの屈折率である。
【００６２】
尚、本実施の形態の回折光学素子ＤＯＥでは、光ディスクＨＤ側の光学面Ｓ２の近軸における屈折パワーは、その絶対値が、回折構造の近軸における回折パワーの絶対値と等しくなるように決定されているので、コリメートレンズＣＯＬと対物レンズＯＢＪとの間の平行光束中に配置することが可能である。
【００６３】
また、本実施の形態では、対物レンズＯＢＪを１群構成のレンズとしたが、２群、或いはそれ以上の数のレンズ群から構成される対物レンズを使用しても良い。
【００６４】
（実施例）
次に、上述した実施の形態に用いることができる回折光学素子の実施例について説明する。なお、以下の実施例における回折光学素子の光学面が非球面に構成される場合には、各々の非球面は次の数１で表される非球面形状を有している。ただし、Ｚ（ｍｍ）はその光学面の頂点に接する平面からの変形量で、ｈ（ｍｍ）は光軸に垂直な方向の高さ、ｒ（ｍｍｎ）は近軸曲率半径、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数である。
【００６５】
【数１】
2005243151.tif 000003
【００６６】
また、回折光学素子に形成される回折構造は、この回折構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、Ｂ２ｊを光路差関数係数、入射光束の波長をλ（ｎｍ）、製造波長をλＢ（ｎｍ）、波長λの光束が入射した際にこの回折構造で発生する回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の回折次数をｄｏｒとするとき、次の数２で定義される光路差関数Φｂ（ｍｍ）で表される。
【００６７】
【数２】
2005243151.tif 000004
【実施例１】
【００６８】
実施例１は、図１の実施の形態に適用可能である、回折光学素子と対物レンズとから構成された高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに互換性を有する対物レンズユニットである。回折光学素子は樹脂製で、対物レンズはガラス製である。尚、対物レンズは、高密度光ディスクＨＤ専用の対物レンズである。実施例１にかかるレンズデータを表１に、その回折構造のデータを表２に、そのレンズ断面図を図３に示す。
【００６９】
尚、表１において、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０−０３）を、Ｅ（例えば ２．５Ｅ―０３）を用いて表すものとし、これ以降のレンズデータ表においても同様である。
【００７０】
また、表１において、ＮＡ１は高密度光ディスクＨＤの開口数、ＮＡ２はＤＶＤの開口数、ｆ１（ｍｍ）は波長λ１に対する焦点距離、ｆ２（ｍｍ）は波長λ２に対する焦点距離、λ１（ｎｍ）は高密度光ディスクＨＤの使用波長、λ２（ｎｍ）はＤＶＤの使用波長、Ｍ１は波長λ１に対する倍率、Ｍ２は波長λ２に対する倍率、ｔ１（ｍｍ）は高密度光ディスクＨＤの保護層厚み、ｔ２（ｍｍ）はＤＶＤの保護層厚み、ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径、ｄ１（ｍｍ）は波長λ１に対する面間隔、ｄ２（ｍｍ）は波長λ２に対する面間隔、Ｎλ１は波長λ１に対する屈折率、Ｎλ２は波長λ２に対する屈折率、νｄはアッベ数、ｄｏｒは光束が回折構造の入射した際に発生する回折光のうち、最も回折効率が高い回折光の回折次数を表し、これ以降のレンズデータにおいても同様である。
【００７１】
また、表２において、段差深さの符号は、回折輪帯が内側に隣接する回折輪帯に対して光源側にシフトする場合を「−」、回折輪帯が内側に隣接する回折輪帯に対して光ディスク側にシフトする場合を「＋」とし、これ以降の回折構造のデータにおいても同様である。
【００７２】
【表１】
2005243151.tif 000005
【００７３】
【表２】
2005243151.tif 000006
【００７４】
表２に示すように、回折光学素子の第１面には、全部で８９の回折輪帯から構成された回折構造が形成されており、図４に模式的に示したように、平面状の回折輪帯が内側に隣接する回折輪帯に対して段差ｄだけシフトした構成をとる。第３２輪帯までは光軸から離れるに従って光源側にシフトしており、第３３輪帯から外側は、光軸から離れるに従って光ディスク側にシフトしている。
【００７５】
また、第３５輪帯から内側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して１．５４μｍだけシフトし、第３６輪帯から外側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して３．０９μｍだけシフトしている。即ち、第３５輪帯までは、（１）式又は（７）式においてｍ＝２であり、第３６輪帯から外側では（２）式又は（８）式においてｎ＝４である。
【００７６】
この回折構造は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの保護層厚みの差による球面収差を補正し、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの互換を達成するための構造であり、（４）式を満たす。この回折構造では、波長λ１の光束の２次回折光と、波長λ２の光束の１次回折光が最も回折効率が高くなり、第３５輪帯から内側での回折効率は、波長λ１の光束の２次回折光が１００％であり、波長λ２の光束の１次回折光は８８．２％である。
【実施例２】
【００７７】
実施例２は、図１の実施の形態に適用可能である、回折光学素子と対物レンズとから構成された高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに互換性を有する対物レンズユニットである。回折光学素子は樹脂製で、対物レンズはガラス製である。尚、対物レンズは、高密度光ディスクＨＤ専用の対物レンズである。レンズデータを表３に、その回折構造のデータを表２に、そのレンズ断面図を図５に示す。
【００７８】
【表３】
2005243151.tif 000007
【００７９】
【表４】
2005243151.tif 000008
【００８０】
表４に示すように、回折光学素子の第２面には、全部で６５の輪帯から構成された回折構造が形成されており、図６に模式的に示したように、平面状の回折輪帯が内側に隣接する回折輪帯に対して段差ｄだけシフトした構成をとる。第２３輪帯までは光軸から離れるに従って光源側にシフトしており、第２４輪帯から外側は、光軸から離れるに従って光ディスク側にシフトしている。
【００８１】
また、第３０輪帯から内側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して２．３２μｍだけシフトし、第３０輪帯から外側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して３．８６μｍだけシフトしている。即ち、第３０輪帯までは、（１）式又は（７）式においてｍ＝３であり、第３０輪帯から外側では（２）式又は（８）式においてｎ＝５である。
【００８２】
この回折構造は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの保護層厚みの差による球面収差を補正し、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの互換を達成するための構造であり、（５）式を満たす。この回折構造では、波長λ１の光束の３次回折光と、波長λ２の光束の２次回折光が最も回折効率が高くなり、第３０輪帯から内側での回折効率は、波長λ１の光束の３次回折光が１００％であり、波長λ２の光束の２次回折光は８６．４％である。
【実施例３】
【００８３】
実施例３は、図１の実施の形態に適用可能である回折光学素子と対物レンズとから構成された高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとに互換性を有する対物レンズユニットである。回折光学素子と対物レンズはともに樹脂製である。尚、対物レンズは、高密度光ディスクＨＤ専用の対物レンズである。レンズデータを表５に、その回折構造のデータを表６に、そのレンズ断面図を図７に示す。
【００８４】
【表５】
2005243151.tif 000009
【００８５】
【表６】
2005243151.tif 000010
【００８６】
表６に示すように、回折光学素子の第２面には、全部で６１の回折輪帯から構成された回折構造が形成されており、図８に模式的に示したように、平面状の回折輪帯が内側に隣接する回折輪帯に対して段差ｄだけ光軸から離れるに従って光ディスク側にシフトした構成をとる。
【００８７】
また、第３６輪帯から内側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して１．５６μｍだけシフトし、第３７輪帯から外側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して３．１１μｍだけシフトしている。即ち、第３６輪帯までは、（１）式又は（７）式においてｍ＝２であり、第３７輪帯から外側では（２）式又は（８）式においてｎ＝４である。
【００８８】
この回折構造は、青紫色波長領域の軸上色収差と色球面収差を補正するための構造であり、（６）式を満たす。この回折構造では、波長λ１の光束の２次回折光と、波長λ２の光束の１次回折光が最も回折効率が高くなり、第３６輪帯から内側での回折効率は、波長λ１の光束の３次回折光が１００％であり、波長λ２の光束の２次回折光は８８．２％である。
【００８９】
尚、回折光学素子の第１面に形成した回折構造は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの保護層厚みの差による球面収差を補正し、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの互換を達成するための構造である。この回折構造は、図８に模式的に示したように、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が、光軸を中心として配列された構造をとる（本明細書では、かかる回折構造を「重畳型回折構造」という）。この重畳型回折構造において、各輪帯内に形成された階段構造の１段あたりの深さＤは、
Ｄ＝２・λ１／（Ｎλ１−１）（μｍ）                 （１８）
で算出される値に設定され、各輪帯の分割数は５に設定されている。但し、λ１は例えば青紫色半導体レーザから射出される光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０８μｍ）、Ｎλ１は回折光学素子の波長λ１に対する屈折率である（ここでは、Ｎλ１＝１．５２４２）。
【００９０】
この重畳型回折構造に対して、波長λ１の光束が入射した場合、隣接する階段間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１の光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する。尚、以下の説明では、重畳型回折構造により実質的に位相差が与えられずにそのまま透過する光束を０次回折光という。
【００９１】
一方、この重畳型回折構造に対して、例えば赤色半導体レーザから射出される波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８ｍ）の光束が入射した場合、隣接する階段間ではＤ×（Ｎλ２−１）−λ２＝０．１３μｍの光路差が生じることになり、５分割された輪帯１つ分では、０．１３×５＝０．６５μｍと波長λ２の略１波長分の光路差が生じるので、隣接する輪帯を透過した波面がそれぞれ１波長ずれて重なり合うことになる。即ち、この重畳型回折構造により波長λ２の光束は１次方向に回折される回折光となる。本実施例の対物レンズユニットでは、重畳型回折構造の波長λ２に対する回折作用を利用して、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤの保護層厚みの違いに起因する球面収差を補正している。尚、Ｎλ２は回折光学素子の波長λ２に対する屈折率である（ここでは、Ｎλ２＝１．５０６４）。このときの波長λ２の光束の１次回折光の回折効率は、８７．３％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
【実施例４】
【００９２】
実施例４は、図２の実施の形態に適用可能である、回折光学素子と対物レンズとから構成された高密度光ディスクＨＤ専用の光学系である。回折光学素子と対物レンズはともに樹脂製である。レンズデータを表７に、その回折構造のデータを表８に、そのレンズ断面図を図９に示す。
【００９３】
【表７】
2005243151.tif 000011
【００９４】
【表８】
2005243151.tif 000012
【００９５】
表８に示すように、回折光学素子の第１面には、表全部で５６の輪帯から構成された回折構造が形成されており、図１０に模式的に示したように、断面形状が鋸歯形状である回折輪帯が内側に隣接する回折輪帯に対して段差ｄだけ光軸から離れるに従って光源側にシフトした構成をとる。
【００９６】
また、第４４輪帯から内側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して１．５５μｍだけシフトし、第４５輪帯から外側の回折輪帯は内側に隣接する回折輪帯に対して３．１１μｍだけシフトしている。即ち、第４４輪帯までは、（１）式又は（７）式においてｍ＝２であり、第４５輪帯から外側では（２）式又は（８）式においてｎ＝４である。
【００９７】
この回折構造は、対物レンズの青紫色波長領域の軸上色収差を補正するための構造であり、（６）式を満たす。
【００９８】
以上のように本発明を実施の形態及び実施例により説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１（ａ）は、第１光情報記録媒体である高密度光ディスクＨＤと、第２光情報記録媒体である光ディスクＤＶＤの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１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。図１（ｂ）は、図１（ａ）の光ピックアップ装置に用いる光源の正面図である。
【図２】高密度光ディスクＨＤに対して適切に情報の記録／再生を行える第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。
【図３】実施例１における対物レンズユニットの断面図である。
【図４】実施例１の回折構造を示す概略断面図である。
【図５】実施例２における対物レンズユニットの断面図である。
【図６】実施例２の回折構造を示す概略断面図である。
【図７】実施例３における対物レンズユニットの断面図である。
【図８】実施例３の回折構造を示す概略断面図である。
【図９】実施例４における光学系の断面図である。
【図１０】実施例４の回折構造を示す概略断面図である。
【図１１】回折構造の回折輪帯の幅と段差の深さとの関係を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
ＡＣ ２軸アクチュエータ
ＡＰ 開口制限素子
Ｂ 鏡枠
ＢＳ 偏光ビームスプリッタ
ＣＯＬ コリメートレンズ
ＤＯＥ 回折光学素子
ＤＳ１ 受光部
ＤＳ２ 受光部
ＤＶＤ 光ディスク
ＥＰ１ 発光部
ＥＰ２ 発光部
ＦＬ１ フランジ部
ＨＤ 高密度光ディスク
ＬＤ 青紫色半導体レーザ
ＬＭ 用レーザモジュール
ＯＢＪ 対物レンズ
ＰＤ 光検出器
ＰＬ１ 保護層
ＰＬ２ 保護層
ＰＳ プリズム
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＰＵ２ 光ピックアップ装置
ＲＬ１ 情報記録面
ＲＬ２ 情報記録面
Ｓ１ 光学面
Ｓ２ 光学面
ＳＥＮ センサーレンズ
ＳＨ ビーム整形レンズ
ＳＴＯ 絞り
【図１】
2005243151.tif 000013
【図２】
2005243151.tif 000014
【図３】
2005243151.tif 000015
【図４】
2005243151.tif 000016
【図５】
2005243151.tif 000017
【図６】
2005243151.tif 000018
【図７】
2005243151.tif 000019
【図８】
2005243151.tif 000020
【図９】
2005243151.tif 000021
【図１０】
2005243151.tif 000022
【図１１】
2005243151.tif 000023