(57)【要約】【課題】  隣接する凹凸構造において実質的に位相差を与えられる波長に対して、回折効率が向上するような回折光学素子及び光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  本発明の回折光学素子は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯が配列されるとともに、各輪帯の内部には、光軸に略平行な段差と光学機能面とが交互に配列された階段構造が形成され、λ2／λ１＞1.3を満たす波長λ1と波長λ2で、波長λ１の第1光束には実質的に位相差を与えず、波長λ2の第2光束には実質的に位相差を与える階段型回折構造を有する回折光学素子において、複数の前記光学機能面のうち少なくとも１つが、前記階段型回折構造の巨視的な形状をあらわすベース面に対して所定の角度だけ傾斜している。【選択図】図１
2005196930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯が配列されると共に、各輪帯の内部には、光軸に略平行な段差と光学機能面とが交互に配列された階段構造が形成され、λ２／λ１＞１．３を満たす波長λ１と波長λ２で、波長λ１の第１光束には実質的に位相差を与えず、波長λ２の第２光束には実質的に位相差を与える階段型回折構造を有する回折光学素子において、
複数の前記光学機能面のうち少なくとも一つが、前記階段型回折構造の巨視的な形状をあらわすベース面に対して所定の角度だけ傾斜していることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記ベース面から前記各光学機能面までの光軸方向の距離が増加する方向に沿って、前記ベース面と前記傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が広がるように、前記光学機能面が傾斜してい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】
第１光源から射出される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源から射出される波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置に用いられる回折光学素子において、
前記光ピックアップ装置が、前記第1光束及び前記第2光束をそれぞれ、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させる対物光学系を有し、
前記回折光学素子が、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯が配列されると共に、各輪帯の内部には、光軸に略平行な段差と光学機能面とが交互に階段状に配列され、λ２／λ１＞１．３を満たす波長λ１と波長λ２で、波長λ１の第１光束には実質的に位相差を与えず、波長λ２の第２光束には実質的に位相差を与える階段型回折構造を有し、
複数の前記光学機能面のうち少なくとも一つが、前記階段型回折構造の巨視的な形状をあらわすベース面に対して所定の角度だけ傾斜すると共に、前記ベース面と前記傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が、前記ベース面から前記各光学機能面までの光軸方向の長さの増加方向に沿って広がるように、前記光学機能面が傾斜していることを特徴とする回折光学素子。
【請求項４】
前記対物光学系を構成する光学素子として用いられ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】
前記対物光学系を構成する集光素子の直前に配置されると共に該集光素子と一体化されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の回折光学素子。
【請求項６】
前記第１光束と前記第２光束のうち少なくとも一方の光束の発散角を変換して前記対物光学系に導くためのカップリングレンズ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７】
波長λ１が３５０nm≦λ１≦４５０nm、波長λ２が６００nm≦λ２≦７００nmであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項８】
前記階段型回折構造は、波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の範囲内の第１光束には実質的に位相差を与えず、波長λ２（６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）の範囲内の第２光束には実質的に位相差を与え、波長λ３（７００ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の範囲内の第３光束には実質的に位相差を与えないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記波長λ１は、３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は、６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍの範囲内であって、
前記段差の光軸方向の深さhが実質的に、
h＝２λ１／（Ｎ１−１）
を満たし、
前記各輪帯の内部に配列される前記光学機能面の数が４、５、６のうちいずれかであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回折光学素子。
但し、Ｎ１は前記波長λ１の第１光束に対する前記回折光学素子の屈折率である。
【請求項１０】
前記傾斜した光学機能面の幅をｄ（nm）、前記ベース面に対する前記傾斜した光学機能面の傾斜量を△h（nm）とすると、
０°≦θ≦Ｓｉｎ-1（△h／d）
５０ｎｍ≦△ｈ≦３００ｎｍ
を満たすことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回折光学素子。
但し、前記ベース面と前記光学機能面とがなす角度をθ、前記ベース面から前記各光学機能面までの光軸方向の距離が増加する方向に沿って、前記ベース面と前記傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が広がるときの△hを正とする。
【請求項１１】
前記輪帯の内部に配列される前記光学機能面のうち、少なくとも前記ベース面からの光軸方向の間隔が最も大きくなる光学機能面が傾斜していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１２】
前記ベース面が平面であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１３】
前記ベース面が球面であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１４】
前記ベース面が非球面であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１５】
第１光源から射出される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源から射出される波長λ２（λ2＞λ1）の第２光束を用いて厚さｔ2（ｔ2≧ｔ1）の保護層を有する第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置において、
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の回折光学素子を搭載していることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ装置に用いる回折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いて、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ー光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザーや、第2高調波発生を利用して赤外半導体レーザーの波長変換を行う青紫色SHGレーザー等の波長405nmのレーザー光源が実用化されつつある。
これらの青紫色半導体レーザー光源を使用すると、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る。対物レンズのNAを0.85に高めた場合は、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。本明細書では、青紫色半導体レーザー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という。
【０００３】
高密度光ディスクに対して適切な情報の記録／再生ができるというだけでは、光ディスクプレーヤーの製品として十分とは言えない。現在においては、多種多様な情報を記録したDVD やCD（コンパクトディスク）などが販売されている現実を踏まえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは十分ではなく、例えばDVDやCDに対しても同様に記録／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ーとしての商品価値を高めることに通じる。このような背景から、高密度光ディスク、DVD、及びCD何れに対しても互換性を維持しながら適切な情報の記録／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、DVD、及びCD何れに対しても互換性を維持しながら適切な情報の記録／再生できるようにする方法として、記録／再生に使用する光学系を記録密度が異なる複数の光ディスク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。
したがって、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コストを図るためには互換性を図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望ましい。
記録密度が互いに異なる複数の光ディスクに対して共通に使用可能な光学系用の光学素子として、光学素子表面に光軸を中心と輪帯構造を設け、それぞれの輪帯内に複数の凹凸構造を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開平９−３０６０１８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記2つの特許文献に記載されている技術は、輪帯内に形成した凹凸構造の段差の深さを、DVDの記録／再生波長λ１と、CDの記録／再生波長λ2の何れか一方の波長に対して隣接する凹凸構造同士で実質的に位相差を与えず、他方の波長のみに対して位相差を与えるような深さに設定している。さらに、各輪帯内に形成する凹凸構造の段差数は、波長λ1と波長λ2に対する回折効率が高くなるように確保されている。
しかしながら、隣接する凹凸構造において実質的に位相差を与えられるλ2の回折効率は、隣接する凹凸構造において実質的に位相差を与えられないλ1の回折効率と比較して、低くなってしまうという問題がある。
本発明の課題は、上述の課題を考慮したものであり、隣接する凹凸構造において実質的に位相差を与えられる波長に対して、回折効率が向上するような回折光学素子及び光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯が配列されると共に、各輪帯の内部には、光軸に略平行な段差と光学機能面とが交互に配列された階段構造が形成され、λ２／λ１＞１．３を満たす波長λ１と波長λ２で、波長λ１の第１光束には実質的に位相差を与えず、波長λ２の第２光束には実質的に位相差を与える階段型回折構造を有する回折光学素子において、複数の前記光学機能面のうち少なくとも一つが、前記階段型回折構造の巨視的な形状をあらわすベース面に対して所定の角度だけ傾斜していることを特徴とする。
【０００７】
本明細書における「ベース面」について図１３を用いて説明する。
まず、輪帯Ｘについて説明する。階段構造を形成する光学機能面Ｓの数を５とし、階段構造の高さが低い方から順にＸＳ１、ＸＳ２、ＸＳ３、ＸＳ４、ＸＳ５とする。以下の説明においては、便宜上、階段構造の高さが増加していく方向を左方向とする。
光学機能面ＸＳ１の左右両端部のうち右側の端部をＸＡ１（以下、ＸＳ２、ＸＳ３、ＸＳ４、ＸＳ５についても同様）とする。また、ＸＡ２から光軸方向にｈだけ進んだ点をＸＣ２、ＸＡ３から光軸方向に２ｈだけ進んだ点をＸＣ３、ＸＡ４から光軸方向に３ｈだけ進んだ点をＸＣ４、ＸＡ５から光軸方向に４ｈだけ進んだ点をＸＣ５とする。
また、輪帯Ｘに隣り合う輪帯Ｙついても同様にＹＳ１、・・・、ＹＳ５、ＹＡ１、・・・、ＹＡ５、ＹＣ２、・・・、ＹＣ５を設定する。
そして、ＸＡ１、ＸＣ２、・・・、ＸＣ５、ＹＡ１、ＹＣ２、・・・、ＹＣ５を通る包絡線を本明細書におけるベース面とする。
なお、線分ＸＡ２−ＸＣ２、線分ＸＡ３−ＸＣ３、・・・、線分ＹＡ５−ＹＣ５は光軸と平行であり、ｈについては請求項７に記載の、h＝２λ１／（Ｎ１−１）を満たすものとする。
また、本明細書において、例えば、光学機能面ＸＳ３と、ＸＣ３とＸＣ４とを結ぶ直線とがなす角を、ベース面に対する光学機能面ＸＳ３の傾斜角θとする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、波長λ１の第1光束には実質的に位相差を与えず、波長λ2の第2光束には実質的に位相差を与えることでλ1とλ2での回折効率を変化させることができる。そして、階段型回折構造の光学機能面をベース面に対して傾斜させることで、階段型回折構造により実質的に位相差を与えられるλ2の回折効率を向上させることができる。
【０００９】
なお、本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザーや青紫色ＳＨＧレーザーを使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスクＨＤ」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（ブルーレイディスク：ＢＤ）の他に、ＮＡ０．６５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（ＨＤ  ＤＶＤ）も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、これらの保護層或いは保護膜の厚さが０の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザーや青紫色ＳＨＧレーザーを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。
【００１０】
また、本明細書においては、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクを総称して「ＤＶＤ」といい、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクを総称して「ＣＤ」という。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回折光学素子において、前記ベース面から前記各光学機能面までの光軸方向の距離が増加する方向に沿って、前記ベース面と前記傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が広がるように、前記光学機能面が傾斜していることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、第１光源から射出される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源から射出される波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を用いて厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置に用いられる回折光学素子において、前記光ピックアップ装置が、前記第1光束及び前記第2光束をそれぞれ、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させる対物光学系を有し、前記回折光学素子が、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯が配列されると共に、各輪帯の内部には、光軸に略平行な段差と光学機能面とが交互に階段状に配列され、λ２／λ１＞１．３を満たす波長λ１と波長λ２で、波長λ１の第１光束には実質的に位相差を与えず、波長λ２の第２光束には実質的に位相差を与える階段型回折構造を有し、複数の前記光学機能面のうち少なくとも一つが、前記階段型回折構造の巨視的な形状をあらわすベース面に対して所定の角度だけ傾斜すると共に、前記ベース面と前記傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が、前記ベース面から前記各光学機能面までの光軸方向の長さの増加方向に沿って広がるように、前記光学機能面が傾斜していることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回折光学素子において、前記対物光学系を構成する光学素子として用いられることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の回折光学素子において、前記対物光学系を構成する集光素子の直前に配置されると共に該集光素子と一体化されていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の回折光学素子において、前記第１光束と前記第２光束のうち少なくとも一方の光束の発散角を変換して前記対物光学系に導くためのカップリングレンズであることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回折光学素子において、波長λ１が３５０nm≦λ１≦４５０nm、波長λ２が６００nm≦λ２≦７００nmであることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回折光学素子において、前記階段型回折構造は、波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の範囲内の第１光束には実質的に位相差を与えず、波長λ２（６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）の範囲内の第２光束には実質的に位相差を与え、波長λ３（７００ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の範囲内の第３光束には実質的に位相差を与えないことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回折光学素子において、前記波長λ１は、３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は、６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍの範囲内であって、前記段差の光軸方向の深さhが実質的に、h＝２λ１／（Ｎ１−１）を満たし、前記各輪帯の内部に配列される前記光学機能面の数が４、５、６のうちいずれかであることを特徴とする。
但し、Ｎ１は前記波長λ１の第１光束に対する前記回折光学素子の屈折率である。
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回折光学素子において、前記傾斜した光学機能面の幅をｄ（nm）、前記ベース面に対する前記傾斜した光学機能面の傾斜量を△h（nm）とすると、０°≦θ≦Ｓｉｎ-1（△h／d）、５０ｎｍ≦△
ｈ≦３００ｎｍを満たすことを特徴とする。
但し、前記ベース面と前記光学機能面とがなす角度をθ、前記ベース面から前記各光学機能面までの光軸方向の距離が増加する方向に沿って、前記ベース面と前記傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が広がるときの△hを正とする。
【００１６】
本明細書における「傾斜量△h」とは、図１４に示すように、光学機能面ＸＳ１の左右
両端部のうち左側の端部をＸＢ１（以下、ＸＳ２、ＸＳ３、ＸＳ４、ＸＳ５についても同様）と規定し、例えば光学機能面ＸＳ３において、ＸＣ３とＸＣ４とを結ぶ直線と平行で、かつＸＡ３及びＸＢ３を通る直線をそれぞれＬＡ３及びＬＢ３としたときに、ＬＡ３ＬＢ３との間隔を、光学機能面ＸＳ３の傾斜量△hと規定する。
なお、線分ＸＡ２−ＸＢ１、線分ＸＡ３−ＸＢ２、線分ＸＡ４−ＸＢ３、線分ＸＡ５−ＸＢ4、線分ＹＡ１−ＸＢ５は光軸と平行である。また、図１４において、図１３と同一箇所については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回折光学素子において、前記輪帯の内部に配列される前記光学機能面のうち、少なくとも前記ベース面からの光軸方向の間隔が最も大きくなる光学機能面が傾斜していることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折光学素子において、前記ベース面が平面であることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折光学素子において、前記ベース面が球面であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回折光学素子において、前記ベース面が非球面であることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明は、第１光源から射出される波長λ１の第１光束を用いて厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行い、第２光源から射出される波長λ２（λ2＞λ1）の第２光束を用いて厚さｔ2（ｔ2≧ｔ1）の保護層を有する第２光ディスクに対する情報の再生及び／または記録を行う光ピックアップ装置において、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の回折光学素子を搭載していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、隣接する凹凸構造において実質的に位相差を与えられる波長に対して、回折効率が向上するような回折光学素子及び光ピックアップ装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
[第１の実施の形態]
図１は高密度光ディスクＨＤとDVDに対して適切に情報の記録/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。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は波長λ1＝405nm、保護層PL1の厚さｔ１＝0.1mm、開口数NA１＝0.85であり、DVDの光学的仕様は波長λ2＝655nm、保護層PL2の厚さｔ2＝0.6mm、開口数NA2＝0.65である。ただし、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組み合わせはこれに限らない。
【００２１】
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のレーザー光束を射出する第１の発光点EP１と、DVDに対して情報の再生/記録を行う場合に発光され655nmのレーザー光束を射出する第2の発光点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ＨＤ/DVD用レーザーモジュールLM1、各レーザー光束を情報記録面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光学系OBJ、高密度光ディスクＨＤの開口数NA1に対応した絞りSTO、回折光学素子としてのコリメータレンズCOL、ダイクロイックフィルターAP、２軸アクチュエータACとから構成される。
【００２２】
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、図１においては実線でその光学経路を描いたように、第1の発光点EP1を発光させる。第１の発光点EP1から射出された発散光束は、コリメータレンズCOLを経て略平行光束とされた後、絞りSTOにより光束径が規制され、対物光学系OBJによって高密度光ディスクＨＤの保護層PL1を介して情報記録面RL1上に形成されるスポットとなる。対物光学系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。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OBJ、絞りSTO、及びコリメータレンズCOLを通過した後、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。
【００２３】
光ピックアップ装置PU1において、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合には、図１においては破線でその光学経路を描いたように、第２の発光点EP2を発光させる。第2の発光点EP2から射出された発散光束は、コリメータレンズCOLによりその発散角が変換された後、ダイクロイックフィルターAPにより光束径が規制され、対物光学系OBJによって高密度光ディスクＨＤの保護層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。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OBJ、ダイクロイックフィルターAP、及びコリメータレンズCOLを通過した後、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。
【００２４】
次に、対物光学系OBJの構成について説明する。対物光学系OBJは非球面プラスティックレンズである。対物光学系OBJは、波長λ１で高密度光ディスクHDの保護層PL1の際に情報記録面RL1上で良好なスポット径が形成されるように最適化されている。そのため、DVDに対する情報の記録／再生時には高密度光ディスクHDの保護層PL1とDVDの保護層PL2の厚さに起因して発生する球面収差が補正されるような倍率m2で、波長655nmのレーザー光束が対物光学系OBJに入射する構成となっている。コリメータレンズCOLに形成された階段型回折構造HOEの波長655nmに対する回折パワーは、階段型回折構造HOEを透過した波長655nmのレーザー光束が倍率m2に対応する発散光束に変換されるように決定されている。
【００２５】
これにより、コリメータレンズCOLに形成されている階段型回折構造としての階段型回折構造HOE（後述する）とDVDの保護層PL2とを透過した波長λ２のレーザー光束はDVDの情報記録面RL2上で良好なスポット径を形成する。なお、対物光学系OBJは接合部材Bを介してダイクロイックフィルターAPと一体化されており、対物光学系OBJとダイクロイックフィルターAPとが一体に移動するようになっている。
【００２６】
次に、階段型回折構造ＨＯＥについて説明する。
図1に示すように、階段型回折構造ＨＯＥは、コリメータレンズCOLの対物光学系側の光学面S1に形成されており、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯１０が配列されると共に、各輪帯１０の内部には、光軸に略平行な段差１１と光学機能面１２とが交互に階段状に配列されることで階段構造が形成されている。そして、複数の光学機能面１２のうち少なくとも一つ（本実施の形態においては全て）の光学機能面１２が、階段型回折構造ＨＯＥの巨視的な形状をあらわすベース面１３に対して所定の角度だけ傾斜している。
なお、図１ではベース面１３が非球面形状になっている。
各輪帯１０内に形成された段差１１の深さｈ（μm）は、ｈ＝２λ１/（ｎ１−１）で算出される値に設定され、例えば、各輪帯１０は４つの段差１１により５分割されている。ただし、λ１は第１の発光点EP1から射出されるレーザー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＝0.405μm）、ｎ１は波長λ１に対する屈折率である。
【００２７】
段差１１の光軸方向の深さｈがこのように設定された階段型回折構造ＨＯＥに対して、波長λ１のレーザー光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×λ１（μm）の光路差が発生し、波長λ１のレーザー光束は実質的に位相差は与えられないので回折されずにそのまま透過する。また、第２の発光点EP2からの波長λ２（ここでは、λ２＝0.655μｍ）のレーザー光束が入射した場合、各段差によりδ＝2λ2/（n2−１）＝0.127μmの光路差が生じるので、5分割された各輪帯の始点と終点では0.127μm×5＝0.635μm≒1×0.655nmと、波長λ2の１波長分の光路差が生じることとなる。なお、ｎ2は波長λ2に対する屈折率である。隣接する輪帯の波面がそれぞれ１波長分ずれて重なるため、波長λ2のレーザー光束は＋１次の方向に回折する。
また、ベース面１３と各光学機能面１２との光軸方向の間隔が、ベース面１３から各光学機能面１２までの光軸方向の長さの増加方向に沿って広がるように、つまり、ベース面１３を基準とした階段構造の高さが増加する方向に沿って広がるように、各光学機能面１２が傾斜している。
【００２８】
以上のように、本実施の形態に示した回折光学素子によれば、波長λ１の第1光束には実質的に位相差を与えず、波長λ2の第2光束には実質的に位相差を与えることでλ1とλ2での回折効率を変化させることができる。そして、階段型回折構造HOEの光学機能面１２をベース面１３に対して傾斜させることで、階段型回折構造HOEにより実質的に位相差を与えられるλ2の回折効率を向上させることができる。
さらに、図示は省略するが、光ピックアップ装置ＰＵ１に、波長λ３（７００ｎｍ≦λ３≦８５０ｎｍ）の第3光束を出射する光源を配置することで、高密度光ディスク、DVD及びCDを記録／再生する光ピックアップ装置を得られる。この場合、光学機能面１２の数を4、5、6の何れかにし、波長λ1の第1光束と波長λ３の第3光束には位相差を与えず、波長λ２の第2光束には位相差を与え、△hを５０ｎｍ≦△ｈ≦３００ｎｍの範囲内
とすることが好ましい。
【００２９】
[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図２は高密度光ディスクＨＤとDVD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。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は波長λ1＝405nm、保護層PL1の厚さｔ１＝0.1mm、開口数NA１＝0.85であり、DVDの光学的仕様は波長λ2＝655nm、保護層PL2の厚さｔ2＝0.6mm、開口数NA１＝0.65である。ただし、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組み合わせはこれに限らない。
【００３０】
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のレーザー光束を射出する青紫色レーザーLD1、DVDに対して情報の再生/記録を行う場合に発光され655nmのレーザー光束を射出する赤色半導体レーザーLD2、高密度光ディスクＨＤの情報記録面RL1からの反射光束と、DVDの情報記録面RL２からの反射光束を受光する高密度光ディスクＨＤ/DVD共用の光検出器PD、青紫色半導体レーザーLD１から射出されるレーザー光束の断面形状を楕円形から円形に整形するためのビーム整形素子BSH、第１のビームスプリッターBS1、第２のビームスプリッタ−BS2、回折光学素子としての収差補正素子L1と、レーザー光束を情報記録面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集光素子L2とから構成された対物光学系OBJ、２軸アクチュエータAC、高密度光ディスクＨＤの開口数NA１に対応した絞りSTO、コリメートレンズCOL、センサーレンズSENとから構成される。なお、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザーLD1の他に青紫色SHGレーザーを使用することもできる。
【００３１】
収差補正素子L1はプラスティックレンズであり、集光素子L2はガラスレンズである。収差補正素子L1はDVDに対する情報の記録/再生時に使用される領域には階段型回折構造HOEが付属している。収差補正素子L1に形成した階段型回折構造HOEは、ダイクロイックフィルターと同様に機能し、自動的に開口制限がなされる。また、収差補正素子L1と集光素子L2は、接合部材Bを介して一体化されている。
なお、階段型回折構造HOEの構造及び機能については、上記第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
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、図２においては実線でその光学経路を描いたように、青紫色半導体レーザーLD1から発光させる。青紫色半導体レーザーLD1から射出された発散光束は、ビーム整形素子BSHを通過する際に、その断面形状が楕円形から円形に整形され、第１のビームスプリッタ−BS１、第２のビームスプリッタ−BS2を通過し、コリメータレンズCOLを経て略平行光束とされた後、絞りSTOにより光束径が規制され、対物光学系OBJによって高密度光ディスクＨＤの保護層PL1を介して情報記録面RL1上に形成されるスポットとなる。対物光学系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。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OBJ、絞りSTO、コリメータレンズCOLを通過した後、第２のビームスプリッターBS2で分岐され、光検出器PD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。
【００３３】
光ピックアップ装置PU２において、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合には、図２においては破線でその光学経路を描いたように、赤色半導体レーザーLD2から発光させる。赤色半導体レーザーLD2から射出された発散光束は、第１のビームスプリッタ−BS１で反射されて第２のビームスプリッタ−BS2を通過し、コリメータレンズCOLを経て略平行光束とされた後、対物光学系OBJによってDVDの保護層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。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OBJ、絞りSTO、コリメータレンズCOLを通過した後、第２のビームスプリッターBS2で分岐され、センサーレンズSENにより非点収差を与えられて光検出器PDに集光する。そして、光検出器PD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。
本実施の形態に示した構成のように、階段型回折構造HOEを対物光学系OBJを構成する収差補正素子L1に設けた場合でも、階段型回折構造HOEの光学機能面１２をベース面１３に対して傾斜させることで、階段型回折構造HOEにより実質的に位相差を与えられるλ2の回折効率を向上させることができる。
【００３４】
[第３の実施の形態]
次に、本発明の第３の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図３は、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤ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ＰＵ３の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、第１の波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２の波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、第３の波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５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。
【００３５】
光ピックアップ装置ＰＵ３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４０８ｎｍのレーザー光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザーＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザー光束（第２光束）を射出する第１の発光点ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザー光束（第３光束）を射出する第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザー光源ユニットＬＵ、高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器ＰＤ、回折光学素子としての収差補正素子Ｌ１とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザー光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、２軸アクチュエータＡＣ、１軸アクチュエータＵＡＣ、近軸における屈折力が負である第１レンズＥＸＰ１と近軸における屈折力が正である第２レンズＥＸＰ２とから構成されたエキスパンダーレンズＥＸＰ、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１コリメートレンズＣＯＬ１、第２コリメートレンズＣＯＬ２、第３コリメートレンズＣＯＬ３、情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２及びＲＬ３からの反射光束を分割するためのセンサーレンズＳＥＮとから構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザーＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザーを使用することもできる。
【００３６】
光ピックアップ装置ＰＵ３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、図３において実線でその光線経路を描いたように、まず青紫色半導体レーザーＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザーＬＤ１から射出された発散光束は、第１コリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換された後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２を通過し、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、図示しない絞り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ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。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。
【００３７】
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、開口制限素子ＡＰ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより光束分割され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。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。
【００３８】
また、光ピックアップ装置ＰＵ３において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１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描いたように、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズＯＢＪによってＤＶＤの保護層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。
【００３９】
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、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより光束分割され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ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。
【００４０】
また、光ピックアップ装置ＰＵ３において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２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２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。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。
【００４１】
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、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより光束分割され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、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。
【００４２】
次に、対物レンズＯＢＪの構成について図４を参照して説明する。収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２はともにプラスチックレンズである。また、収差補正素子Ｌ１、集光素子Ｌ２は接合部材Ｂ１を介して一体化されており、更に、図３に示すように、対物レンズＯＢＪと開口制限素子ＡＰは、接合部材Ｂ２を介して一体化されている。
なお、収差補正素子Ｌ１をプラスチックレンズとし、集光素子Ｌ２をガラスレンズとしても良い。
【００４３】
収差補正素子Ｌ１の光源側の光学機能面Ｓ１には第１の回折構造ＨＯＥ１が形成されており、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２には第２の回折構造ＨＯＥ２（本発明の階段型回折構造）が形成されている。
第１の回折構造ＨＯＥ１は複数の輪帯から構成されており、各輪帯は階段状に５分割されている。各輪帯内の階段構造の段差Δは、Δ＝２・λHD／（ＮHD−１）を満たす高さに設定されている。ここで、ＮHDは波長λHD（＝λ１）における収差補正素子Ｌ１の屈折率である。
【００４４】
この階段構造により第１光束に付加される光路差は２×λHDであるので、第１光束は第１の回折構造ＨＯＥ１により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
また、第１の回折構造ＨＯＥ１により第３光束に付加される光路差は１×λCDであるので、第３光束も第１の回折構造ＨＯＥ１により何ら作用を受けずにそのまま透過する。一方、この階段構造により第２光束に付加される光路差は約０．２×λDVDであり、５分割された輪帯１つ分ではちょうど１×λDVDの光路差が付加されることになり、１次回折光が発生する。このように、第２光束のみを選択的に回折させることにより、高密度光ディスクＨＤの保護層厚さとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する。尚、第１の回折構造ＨＯＥ１で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の１次回折光の回折効率は８７％、第３光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
【００４５】
なお、開口制限素子ＡＰの光学面上には、透過率の波長選択性を有する波長選択フィルタが形成されている。この波長選択フィルタは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３より外側の領域では、波長λ３のみを遮断するような透過率の波長選択性を有しており、かかる波長選択性によりＣＤに対する開口制限が行われる構成となっている。
また、第１の回折構造ＨＯＥ１は、ＤＶＤの開口数ＮＡ２内にのみ形成されているので、ＮＡ２より外側の領域を通過する光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上でフレア成分となり、ＤＶＤに対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。
【００４６】
第２の回折構造ＨＯＥ２も同様に複数の輪帯から構成されており、上記第１及び第２の実施の形態と同様に、各輪帯の光学機能面が、第２の回折構造ＨＯＥ２の巨視的な構造を表すベース面に対して所定の角度だけ傾斜すると共に、各輪帯は階段状に２分割されている。各輪帯内の階段構造の段差Δは、Δ＝５・λHD／（ＮHD−１）を満たす高さに設定されている。ここで、ＮHDは波長λ１における収差補正素子Ｌ１の屈折率である。
【００４７】
この階段構造により第１光束に付加される光路差は５×λHDであるので、第１光束は第２の回折構造ＨＯＥ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。また、この階段構造により第２光束に付加される光路差は３×λDVDであるので、第２光束も第２の回折構造ＨＯＥ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。一方、この階段構造により第３光束に付加される光路差は約０．５×λCDであり、２分割された輪帯１つ分ではちょうど半波長分だけ光路差がずれることとになり、第２の回折構造ＨＯＥ２に入射する第３光束は、その光量の殆どが１次回折光と−１次回折光とに振り分けられる。第２の回折構造ＨＯＥ２は、このうち１次回折光をＣＤの情報記録面上に集光させるように設計されており、この回折作用を利用して高密度光ディスクＨＤの保護層厚さとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正される。
【００４８】
尚、第２の回折構造ＨＯＥ２で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第３光束の１次回折光の回折効率は４０．５％であり、記録時の高速化が要求される高密度光ディスクＨＤとＤＶＤに対して高い回折効率を得ている。
上述のように、第２の回折構造に入射した第３光束は、１次回折光と−１次回折光の２つの回折光にその殆どの光量が配分され、１次回折光の方が焦点距離が長いため、−１次回折光よりも対物レンズから離れた位置に集光する。ＣＤに対する記録／再生時にはこの１次回折光を使用するが、１次回折光と−１次回折光の焦点間隔は、ＣＤに対する記録／再生時の作動距離よりも大きいため、−１次回折光をフォーカス引き込みの際に誤検出することはない。
【００４９】
また、第２の回折構造ＨＯＥ２の近軸における回折パワーを負としているので、第２の回折構造ＨＯＥ２に入射した第３光束は、発散光となって、集光素子に入射するので、保護層の厚いＣＤに対する作動距離が十分に確保されている。
また、ビームエキスパンダーＥＸＰの負レンズＥＸＰ１を１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向に駆動させることで、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。負レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、第１光源ＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物レンズ系の屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、次世代ＤＶＤの保護層の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
【００５０】
なお、負レンズＥＸＰ１の代わりに、第１コリメートレンズＣＯＬ１を光軸方向に駆動させる構成としても、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。
また、本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、光源側の光学機能面Ｓ１に第１の回折構造ＨＯＥ１を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に第２の回折構造ＨＯＥ２を形成した構成としたが、これとは逆に、光源側の光学機能面Ｓ１に第２の回折構造ＨＯＥ２を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に第１の回折構造ＨＯＥ１を形成した構成としてもよい。
【００５１】
また、本実施の形態においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザー光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、更に高密度光ディスクＨＤ用の波長４０８ｎｍのレーザー光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成した高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザー光源ユニットを用いても良い。あるいは、青紫色半導体レーザーと赤色半導体レーザーと赤外半導体レーザーの３つのレーザー光源を１つの筐体内に納めた高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザー光源ユニットを用いても良い。
また、本実施の形態においては、光源と光検出器ＰＤとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザー光源モジュールを用いても良い。
【実施例】
【００５２】
[実施例１]
次に、上述した階段型回折構造HOEを有する回折光学素子の実施例について説明する。
図５に示すように、階段型回折構造HOEの光学機能面１２の数は5つで、段差１１の深さｈは1.557μmである。また、回折光学素子を構成する材料の屈折率は、波長λ1が405nm、波長λ2が655nmのとき、各波長での屈折率はnλ1＝1.5247、nλ2＝1.5065である。そして、λ1に対しては階段型回折構造HOEは実質的に位相差を与えず、λ2に対しては実質的に位相差を与えるように設計されている。また、ベース面１３は平面形状になっている。
光学機能面１２の光軸方向への傾斜量を△hとすると、光学機能面１２の数が5つのと
き、すべての光学機能面１２ａ〜１２ｅを傾斜させた場合における傾斜量△hと階段型回
折構造HOEの回折効率との関係は図６に示すようになる。
但し、前記ベース面から前記各光学機能面までの光軸方向の距離が増加する方向に沿って、前記ベース面と前記傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が広がるときの△hを正
とする。
【００５３】
図６より、△hが0nmのとき、λ1の回折効率は100％と極大であり、λ2の回折効率
は87.3％である。△hを大きくすると、λ1での回折効率は低下するが、λ2での回折効
率は増加する。λ1とλ2に対する回折効率が△h＝0のときのλ2の回折効率よりも高
くなる△hは0≦△h≦156nmである。
ここで、光学機能面の幅をｄとすると、ベース面１３に対する光学機能面１２の傾きθは、0°≦θ≦Ｓｉｎ-1（△h／d）° であらわされる。例えば、光学機能面１２の幅
が13μmとすると、傾きθは、0°≦θ≦0.69°となる。
また、階段型回折構造HOEを波長400nm、405ｎｍ、410nmの３種類の光束が通過した場合における回折効率を比較すると、段差hは405nmで最適化されているため、波長400nm、もしくは波長410nmのときの回折効率は波長405nmと比較して低下する。具体的には、△h＝0のときのλ2の回折効率よりも高くなる△hは、波長400nmでは0≦△h≦11
4nm、波長410nmでは0≦△h≦120nmである。
【００５４】
次に、光学機能面１２の数が4つと6つの場合の各波長における△hと回折効率の関係
をそれぞれ図７と図８に示す。また、λ１が400nm、405nm、410nmで、λ2が655nmのとき、λ1とλ2に対する回折効率が△h＝0のときのλ2の回折効率よりも高くなる△
hの最大値を図９に示す。また、図５に示した光学機能面１２ａ〜１２ｅのうち、何れか一つの光学機能面のみを△h＝155.7nmだけ傾斜させたときの回折効率を図１０に示す。
図１０より、階段構造の最上段の光学機能面１２ｅを傾斜させたときにλ2の回折効率が最も高くなることが分かる。
[実施例２]
次に、図３に示した光ピックアップ装置ＰＵ３用として好適な対物レンズの実施例を説明する。
表１に対物レンズの数値データを示す。
【表１】
2005196930.tif 000003
【００５５】
表１において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズ間隔、ＮHD、ＮDVD、ＮCDは、それぞれ、波長λ1（＝４０８ｎｍ）、波長λ2（＝６５８ｎｍ）、波長λ3（＝７８５ｎｍ）に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数、ｄｏｒHD、ｄｏｒDVD、ｄｏｒCDは、それぞれ、高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＤＶＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＣＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数である。また、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば ２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。
また、高密度光ディスクＨＤ使用時における対物レンズの開口数ＮＡ１＝０．８５、絞りの直径＝３．７４ｍｍであり、ＤＶＤ使用時の対物レンズの開口数ＮＡ２＝０．６５、絞りの直径＝２．９６ｍｍであり、ＣＤ使用時の対物レンズの開口数ＮＡ３＝０．４５、絞りの直径＝２．２２ｍｍに設定されている。
【００５６】
本実施例の対物レンズは高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用レンズであり、収差補正素子はプラスチックレンズであり、集光素子は高密度光ディスクＨＤ専用のプラスチックレンズである。尚、集光素子をガラスレンズとしても良い。
また、収差補正素子の光源側の光学面（第１面）には第１の回折構造ＨＯＥ１が形成されており、収差補正素子の光ディスク側の光学面（第２面）には第２の回折構造ＨＯＥ２が形成されている。
【００５７】
第１の回折構造ＨＯＥ１及び第２の回折構造ＨＯＥ２は、これらの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、次の（１）式に表１中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
φ＝λ／λB×ｄｏｒ×（Ｂ2ｙ2＋Ｂ4ｙ4＋Ｂ6ｙ6＋Ｂ8ｙ8＋Ｂ10ｙ10）・・（１）
但し、
φ：光路差関数
λ：回折構造に入射する光束の波長
λB：製造波長
ｄｏｒ：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
ｙ：光軸からの距離
Ｂ2，Ｂ4，Ｂ6，Ｂ8，Ｂ10：回折面係数
【００５８】
なお、表１中の第２の回折構造ＨＯＥ２に関する各係数は、第２の回折構造ＨＯＥ２の光学機能面の傾斜量△h＝０（nm）の状態での値を表している。また、第２の回折構造Ｈ
ＯＥ２の階段数は２段となっている。
そして、第１の回折構造ＤＯＥ１でｔ１とｔ２との差に起因する球面収差を補正し、第２の回折構造ＤＯＥ２でｔ１とｔ３との差に起因する球面収差を補正している。
【００５９】
また、集光素子の光源側の光学面（第３面）と、集光素子の光ディスク側の光学面（第４面）は非球面形状であり、この非球面は、次の（２）式に表１中の係数を代入した数式で表される。
ｚ＝（ｙ2／Ｒ）／［１＋｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）2｝1/2］＋Ａ4ｙ4＋Ａ6ｙ6＋Ａ8ｙ8＋Ａ10ｙ10＋Ａ12ｙ12＋Ａ14ｙ14＋Ａ16ｙ16＋Ａ18ｙ18＋Ａ20ｙ20・・・（２）
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離）
ｙ：光軸からの距離
Ｒ：曲率半径
Κ：コーニック係数
Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10，Ａ12，Ａ14，Ａ16，Ａ18，Ａ20：非球面係数
【００６０】
図１１は、第２の回折構造ＨＯＥ２の光学機能面を傾斜させた場合における傾斜量△h
と第２の回折構造ＨＯＥ２を通過する各光束の回折効率との関係を示すものである。
但し、ベース面から各光学機能面までの光軸方向の距離が増加する方向に沿って、ベース面と傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が広がるときの△hを正とする。
【００６１】
図１１より、△ｈが０ｎｍのとき、λ１とλ２では回折効率は100％と極大で、λ３で
は40.5％である。△ｈを大きくすると、λ１及びλ２での回折効率は低下するが、λ３で
の回折効率は増加する。△ｈ＝97.0nmのとき、λ１、λ２、及びλ３での回折効率は、そ
れぞれ、95％、98.2％、50.8％である。
また、光学機能面の幅ｄ＝8.6μmで、△ｈ＝97nmのとき、光学機能面はベース面に対
してθ＝0.65°傾斜している。
【００６２】
[実施例３]
次に、図３に示した光ピックアップ装置ＰＵ３用として好適な対物レンズの実施例を説明する。
表２に対物レンズの数値データを示す。
【表２】
2005196930.tif 000004
【００６３】
表２において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズ間隔、ＮHD、ＮDVD、ＮCDは、それぞれ、波長λ1（＝４０８ｎｍ）、波長λ2（＝６５８ｎｍ）、波長λ3（＝７８５ｎｍ）に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数、ｄｏｒHD、ｄｏｒDVD、ｄｏｒCDは、それぞれ、高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＤＶＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＣＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数である。また、１０のべき乗数（例えば ２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば ２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。
また、高密度光ディスクＨＤ使用時における対物レンズの開口数ＮＡ１＝０．８５、絞りの直径＝２．８０ｍｍであり、ＤＶＤ使用時の対物レンズの開口数ＮＡ２＝０．６５、絞りの直径＝２．２２ｍｍであり、ＣＤ使用時の対物レンズの開口数ＮＡ３＝０．４５、絞りの直径＝１．６７ｍｍに設定されている。
【００６４】
本実施例の対物レンズは高密度光ディスクＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用レンズであり、収差補正素子はプラスチックレンズであり、集光素子は高密度光ディスクＨＤ専用のガラスレンズである。尚、集光素子をプラスチックレンズとしても良い。
また、収差補正素子の光源側の光学面（第１面）には第１の回折構造ＨＯＥ１が形成されており、収差補正素子の光ディスク側の光学面（第２面）には第２の回折構造ＨＯＥ２が形成されている。
【００６５】
第１の回折構造ＨＯＥ１及び第２の回折構造ＨＯＥ２は、これらの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、上記（１）式に表２中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
【００６６】
なお、表２中の第２の回折構造ＨＯＥ２に関する各係数は、第２の回折構造ＨＯＥ２の光学機能面の傾斜量△h＝０（nm）の状態での値を表している。また、第２の回折構造Ｈ
ＯＥ２の階段数は２段となっている。
そして、第１の回折構造ＤＯＥ１でｔ１とｔ２との差に起因する球面収差を補正し、第２の回折構造ＤＯＥ２でｔ１とｔ３との差に起因する球面収差を補正している。
【００６７】
また、集光素子の光源側の光学面（第３面）と、集光素子の光ディスク側の光学面（第４面）は非球面形状であり、この非球面は、上記（２）式に表２中の係数を代入した数式で表される。
【００６８】
図１２は、第２の回折構造ＨＯＥ２の光学機能面を傾斜させた場合における傾斜量△h
と第２の回折構造ＨＯＥ２を通過する各光束の回折効率との関係を示すものである。
但し、ベース面から各光学機能面までの光軸方向の距離が増加する方向に沿って、ベース面と傾斜した光学機能面との光軸方向の間隔が広がるときの△hを正とする。
【００６９】
図１２より、△ｈが０ｎｍのとき、λ１とλ２では回折効率は100％と極大で、λ３で
は40.5％である。△ｈを大きくすると、λ１及びλ２での回折効率は低下するが、λ３で
の回折効率は増加する。△ｈ＝97.0nmのとき、λ１、λ２、及びλ３での回折効率は、そ
れぞれ、95％、98.2％、50.8％である。
また、光学機能面の幅ｄ＝8.6μmで、△ｈ＝97nmのとき、光学機能面はベース面に対
してθ＝0.65°傾斜している。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図３】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図４】対物レンズの構成を示す要部平面図である。
【図５】階段型回折構造を示す図面である。
【図６】傾斜量△hと回折効率との関係を示すグラフである。
【図７】傾斜量△hと回折効率との関係を示すグラフである。
【図８】傾斜量△hと回折効率との関係を示すグラフである。
【図９】λ1とλ2に対する回折効率が△h＝0のときのλ2の回折効率よりも高くなる△hの最大値を示す図である。
【図１０】傾斜させる光学機能面を変化させた場合の回折効率を示す図である。
【図１１】傾斜量△hと回折効率との関係を示すグラフである。
【図１２】傾斜量△hと回折効率との関係を示すグラフである。
【図１３】ベース面を説明するための図である。
【図１４】傾斜量△ｈを説明するための図である。
【符号の説明】
【００７１】
ＡＣ    アクチュエータ
ＬＤ    光源
ＯＢＪ  対物光学系
ＨＯＥ  階段型回折構造
ＰＵ    光ピックアップ装置
ＲＬ    情報記録面
【図１】
2005196930.tif 000005
【図２】
2005196930.tif 000006
【図３】
2005196930.tif 000007
【図４】
2005196930.tif 000008
【図５】
2005196930.tif 000009
【図６】
2005196930.tif 000010
【図７】
2005196930.tif 000011
【図８】
2005196930.tif 000012
【図９】
2005196930.tif 000013
【図１０】
2005196930.tif 000014
【図１１】
2005196930.tif 000015
【図１２】
2005196930.tif 000016
【図１３】
2005196930.tif 000017
【図１４】
2005196930.tif 000018