Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2007122828A - Optical element having diffraction surface and optical pickup apparatus using the same - Google Patents

Optical element having diffraction surface and optical pickup apparatus using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2007122828A
JP2007122828A JP2005315632A JP2005315632A JP2007122828A JP 2007122828 A JP2007122828 A JP 2007122828A JP 2005315632 A JP2005315632 A JP 2005315632A JP 2005315632 A JP2005315632 A JP 2005315632A JP 2007122828 A JP2007122828 A JP 2007122828A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavelength
diffraction
light
optical element
monochromatic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005315632A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidemi Takayama
英美 高山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2005315632A priority Critical patent/JP2007122828A/en
Publication of JP2007122828A publication Critical patent/JP2007122828A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element capable of sufficiently improving a diffraction efficiency in a plurality of monochromatic rays when being used for an optical pickup apparatus or the like using the plurality of monochromatic rays. <P>SOLUTION: The optical element has a plurality of diffraction surfaces for diffracting the plurality of monochromatic rays and a plurality of laminated diffraction gratings 24, 25, 27 and 28 comprising at least two kinds of materials having dispersion characteristics different from each other. The plurality of diffraction gratings have the same pitch distribution and are formed so that corresponding parts thereof are opposed to each other. The diffraction efficiency of diffraction rays of a usage diffraction order in the plurality of monochromatic rays is heightened to a prescribed value or more without considering diffraction efficiency in the wavelength region other than that of the plurality of monochromatic rays. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、保護層の厚さが異なる複数種類の光ディスクに対する記録/再生が可能な光ヘッドに使用される高NA(開口数)の対物レンズなどの光学素子に関する。特に、屈折レンズのレンズ面に回折レンズ構造が形成された対物レンズ、レーザ光を屈折させることでコリメ-ト光束にするコリメータレンズなどの回折面を有する光学素子に関する。 The present invention relates to an optical element such as an objective lens having a high NA (numerical aperture) used for an optical head capable of recording / reproducing with respect to a plurality of types of optical disks having different protective layer thicknesses. In particular, the present invention relates to an optical element having a diffractive surface such as an objective lens having a diffractive lens structure formed on the lens surface of a refracting lens and a collimator lens that refracts laser light to produce a collimated light beam.

従来、光ピックアップ装置は、CDディスクに対応して、赤外レーザ光をディスク上に集光することで記録/再生を行うCD-ROM、CD-RWが製品化されてきた。また、最近はDVDディスクとCDディスクの両方に対応して、DVD用には赤色レーザ光、CD用には赤外レーザ光を使用した光ピックアップ装置が製品化されている。さらに最近は、ブルーのレーザ光を使用することで記録密度を高めたBlu-ray規格やHD-DVD規格に対応した光ピックアップ装置が実用化されている。 Conventionally, as optical pickup devices, CD-ROMs and CD-RWs for recording / reproducing by focusing infrared laser light on the disc have been commercialized corresponding to CD discs. Recently, an optical pickup device using red laser light for DVD and infrared laser light for CD has been commercialized, corresponding to both DVD discs and CD discs. More recently, optical pickup devices that are compatible with the Blu-ray standard and the HD-DVD standard, in which the recording density is increased by using blue laser light, have been put into practical use.

しかし、現状においては、3種類のメディアに1つの対物レンズで対応した光ピックアップ装置はまだ市販されていない。この理由としては、次のことがある。1つの理由としては、3種類のメディアは異なる規格に基づいて作成されており、光ディスクの保護層の厚みもCDが1.2mm、DVDが0.6mm、Blu-rayが0.1mm、HD-DVDが0.6mmとなっていることがある。他の理由としては、異なる波長のレーザ光にそれぞれ異なるNAにて対応する必要があることなどがあり、開発上の課題が多いからである。 However, at present, an optical pickup device corresponding to three types of media with one objective lens is not yet commercially available. The reason for this is as follows. One reason is that the three types of media are made according to different standards, and the protective layer thickness of the optical disc is 1.2mm for CD, 0.6mm for DVD, 0.1mm for Blu-ray, and HD- DVD may be 0.6mm. Another reason is that it is necessary to deal with laser beams of different wavelengths with different NAs, and there are many development problems.

この異なる保護層の厚みに対応するために、対物レンズを光軸方向に移動させれば、近軸的な集光位置を移動させることは出来る。しかし、保護層の厚さが変化すると球面収差が変化するため、単に対物レンズを移動させるのみではレーザ光の波面が乱れ、スポットを必要な径に収束させることができず、情報の記録/再生が不可能となる。例えば、DVDの使用時に球面収差が補正されるよう設計された対物レンズをCDの再生に利用すると、対物レンズを光軸方向に移動させることで近軸的な集光位置を記録面に一致させたとしても、球面収差がオーバーになり、情報の再生は不可能となる。 In order to cope with the different thicknesses of the protective layers, the paraxial condensing position can be moved by moving the objective lens in the optical axis direction. However, since the spherical aberration changes as the thickness of the protective layer changes, simply moving the objective lens disturbs the wavefront of the laser beam, making it impossible to converge the spot to the required diameter, and recording / reproducing information. Is impossible. For example, if an objective lens designed to correct spherical aberration when using a DVD is used for CD playback, the paraxial focusing position is made to coincide with the recording surface by moving the objective lens in the optical axis direction. Even so, the spherical aberration becomes over, and information cannot be reproduced.

そこで、保護層の厚さに応じて各光ディスクに適したレーザ光を対物レンズに入射させる光学系が、従来から知られている。例えば、1つの提案例では、対物レンズの手前にホログラムレンズを設けて単一の半導体レーザから発したレーザ光を0次光と1次光とに分離する。そして、平行光である0次光により保護層の薄い光ディスク用のスポットを形成し、発散光である1次光により保護層の厚い光ディスク用のスポットを形成する技術が提案されている(特許文献1参照)。この光学系によれば、保護層の厚さに応じて最適なレーザ光が得られるようホログラムレンズを設計することにより、球面収差の発生を抑え、夫々の光ディスクについて回折限界性能を有するスポットを得ることが出来る。 Accordingly, an optical system that makes a laser beam suitable for each optical disc incident on an objective lens in accordance with the thickness of the protective layer is conventionally known. For example, in one proposed example, a hologram lens is provided in front of the objective lens to separate laser light emitted from a single semiconductor laser into 0th order light and 1st order light. Further, a technique for forming a spot for an optical disk having a thin protective layer with zero-order light that is parallel light and forming a spot for an optical disk with a thick protective layer by using primary light that is divergent light has been proposed (Patent Document). 1). According to this optical system, a hologram lens is designed so as to obtain an optimum laser beam according to the thickness of the protective layer, thereby suppressing the occurrence of spherical aberration and obtaining a spot having diffraction limited performance for each optical disc. I can do it.

また、他の提案例では、CDでは波長780nmのレーザ光、DVDでは波長650nmのレーザ光と波長の違いに着目して回折格子を形成した面を設けることで、2つのメディアに対応した光ピックアップ用の対物レンズが開示されている(特許文献2参照)。この提案例においては、夫々の波長で1次回折光を使用することにより複数のメディアに対応することが出来るが、波長による回折効率の悪化については考慮されていない。 In another proposed example, an optical pickup compatible with two media is provided by providing a surface on which a diffraction grating is formed focusing on the difference in wavelength from a laser beam with a wavelength of 780 nm for a CD and a laser beam with a wavelength of 650 nm for a DVD. Objective lenses are disclosed (see Patent Document 2). In this proposed example, a plurality of media can be dealt with by using the first-order diffracted light at each wavelength, but the deterioration of the diffraction efficiency due to the wavelength is not considered.

この回折効率の波長に依存する悪化について、以下に説明する。図15に、1つの層より成る回折格子を設けた回折光学素子を光学系中の或る面に形成した場合の特定の回折次数に対する回折効率の特性を示す。図15で、横軸は波長を表し、縦軸は回折効率を表している。この回折光学素子は、1次の回折次数(その回折効率を符号211で示す)において、使用波長領域で最も回折効率が高くなる様に設計されている。すなわち、図15では、設計次数は1次となっている。さらに、図15には、設計次数近傍の回折次数(1次±1次の0次光と2次光、及び3次光)の回折効率も併せて表示してある。0次光、2次光、及び3次光の回折効率は、夫々、符号212、213、214で示してある。 The deterioration of the diffraction efficiency depending on the wavelength will be described below. FIG. 15 shows the characteristics of diffraction efficiency for a specific diffraction order when a diffractive optical element provided with a diffraction grating composed of one layer is formed on a certain surface in the optical system. In FIG. 15, the horizontal axis represents the wavelength, and the vertical axis represents the diffraction efficiency. This diffractive optical element is designed to have the highest diffraction efficiency in the used wavelength region in the first-order diffraction order (the diffraction efficiency is indicated by reference numeral 211). That is, in FIG. 15, the design order is primary. Further, FIG. 15 also shows the diffraction efficiencies of diffraction orders in the vicinity of the design order (first-order ± first-order zero-order light, second-order light, and third-order light). The diffraction efficiencies of the zero-order light, the second-order light, and the third-order light are indicated by reference numerals 212, 213, and 214, respectively.

一般に、回折効率は、格子の山と谷の光路長の差が波長の整数倍となった時に最大となる。この最大となる回折効率を式で示すと、空気中の波長λにおける屈折率がn(λ)の材質により作成された回折格子の回折効率η(λ)は、dを格子厚、mを回折次数としたとき、次の式(1)で表される。 In general, the diffraction efficiency becomes maximum when the difference between the optical path lengths of the crest and trough of the grating becomes an integral multiple of the wavelength. The maximum diffraction efficiency can be expressed by the following equation: The diffraction efficiency η (λ) of a diffraction grating made of a material having a refractive index n (λ) at a wavelength λ in air is d is the grating thickness and m is the diffraction efficiency. When the order is given, it is expressed by the following formula (1).

Figure 2007122828
Figure 2007122828

図15のグラフからも分かる様に、設計次数(1次)では回折効率211は、或る波長(以下「設計波長」と言う)で最も高くなりそれ以外の波長では徐々に低くなる。この設計次数での回折効率の低下分は、他の次数の回折光となる。また、回折光学素子を複数枚使用した場合には、特に、設計波長以外の波長での回折効率の低下は光利用効率の低下にも繋がる。 As can be seen from the graph of FIG. 15, the diffraction efficiency 211 is highest at a certain wavelength (hereinafter referred to as “design wavelength”) at the design order (first order), and gradually decreases at other wavelengths. The decrease in diffraction efficiency at this design order becomes diffracted light of other orders. In addition, when a plurality of diffractive optical elements are used, particularly, a decrease in diffraction efficiency at a wavelength other than the design wavelength leads to a decrease in light utilization efficiency.

特に赤外と赤色のレーザ光の2波長に対応したピックアップにおいては、比較的に効率の悪化は小さかった。しかし、ブルーレーザ光まで使用することを想定すると、回折効率の悪化による光量利用効率の悪化が課題となる。図15では、使用波長域の両端の波長405nmと780nmにおいて回折効率の悪化が同じ値となる様にバランスさせることで、使用波長域における回折効率の悪化を一応小さく抑えている。それにも係らず、1面あたり32%の回折効率の悪化が発生する。 In particular, in the pickup corresponding to two wavelengths of infrared and red laser light, the deterioration of efficiency was relatively small. However, when it is assumed that even blue laser light is used, the problem is the deterioration of the light amount utilization efficiency due to the deterioration of the diffraction efficiency. In FIG. 15, the deterioration of the diffraction efficiency in the use wavelength region is suppressed to a small extent by balancing so that the deterioration of the diffraction efficiency becomes the same value at the wavelengths 405 nm and 780 nm at both ends of the use wavelength region. Nevertheless, the diffraction efficiency deteriorates by 32% per surface.

この回折効率の低下を抑制できる構成が、更に他の提案例に開示されている(特許文献3、4参照)。特許文献3に提示された構成は、図16に示した様に2つの層311、312が重ね合わされてその境界に回折格子面321が設けられた断面形状を持つ。 A configuration that can suppress the decrease in diffraction efficiency is further disclosed in another proposal (see Patent Documents 3 and 4). The configuration presented in Patent Document 3 has a cross-sectional shape in which two layers 311 and 312 are overlapped and a diffraction grating surface 321 is provided at the boundary as shown in FIG.

一方、特許文献4に提示された構成は、図17に示した様に3つの層411、412、413が3層に重ね合わされた格子構造を持ち、2つの境界に設けられた回折格子面421、422で挟まれて層412が形成された構成である。この回折光学素子は、各材料の境界面に回折格子面421、422を形成し、境界の前後の層の材質の屈折率差と格子溝の深さd1、d2を最適化することなどにより、高い回折効率を実現している。
特開平7-98431号公報 特開2000-081566号公報 特開平9-127321号公報 特開平9-127322号公報
On the other hand, the configuration presented in Patent Document 4 has a grating structure in which three layers 411, 412 and 413 are superimposed on each other as shown in FIG. 17, and a diffraction grating surface 421 provided at the boundary between the two layers. , 422, and a layer 412 is formed. This diffractive optical element is formed by forming diffraction grating surfaces 421 and 422 on the boundary surfaces of the respective materials, and by optimizing the refractive index difference between the materials of the layers before and after the boundary and the depths d1 and d2 of the grating grooves, etc. High diffraction efficiency is achieved.
JP 7-98431 A JP 2000-081566 A JP-A-9127321 Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-127322

しかしながら、図16や図17の従来例においては、可視域全域における回折効率を改善しないと不要回折光が撮像画像等を悪化させるために、可視域全域における回折効率の改善が必要であるとして、その様に設計していた。しかしながら、波長405nm、650nm、780nmに亘る広い幅において回折効率の充分な改善を図ることは難しく、特に波長領域の両端部において回折効率の悪化が発生する。 However, in the conventional example of FIG. 16 and FIG. 17, if the diffraction efficiency in the entire visible range is not improved and unnecessary diffracted light deteriorates the captured image, etc., it is necessary to improve the diffraction efficiency in the entire visible range. It was designed like that. However, it is difficult to sufficiently improve the diffraction efficiency over a wide range of wavelengths 405 nm, 650 nm, and 780 nm, and deterioration of the diffraction efficiency occurs particularly at both ends of the wavelength region.

上記課題に鑑み、本発明の光学素子は、複数の単色光を屈折させるための回折面を複数有し、少なくとも2種類の分散の異なる材質からなる積層された複数の回折格子を有する。前記複数の回折格子は等しいピッチ分布を有し、対応する部位が対向して形成されている、そして、前記複数の単色光について、夫々、使用回折次数の回折光の回折効率を、複数の単色光以外の他の波長域での回折効率は考慮しないで、所定値(例えば、70パーセント(これは図15における悪化の程度より良い値である))以上に高めたことを特徴とする。本発明の考え方は、複数の単色光を含む波長範囲全体で回折効率を改善しようとする考え方は捨てて、少なくとも離散的な所定の複数の使用波長では回折効率の充分な改善を確保しようとする指針で、上記の如き基本構成を持つ光学素子を設計するものである。 In view of the above problems, the optical element of the present invention has a plurality of diffraction gratings having a plurality of diffraction surfaces for refracting a plurality of monochromatic lights and made of at least two types of materials having different dispersions. The plurality of diffraction gratings have the same pitch distribution, corresponding portions are formed to face each other, and the diffraction efficiency of the diffracted light of the used diffraction order for each of the plurality of monochromatic lights is set to a plurality of single colors. The diffraction efficiency in a wavelength region other than light is not considered, and is increased to a predetermined value (for example, 70 percent (this is a better value than the degree of deterioration in FIG. 15)) or more. The idea of the present invention is to abandon the idea of improving the diffraction efficiency over the entire wavelength range including a plurality of monochromatic lights, and to ensure sufficient improvement of the diffraction efficiency at least for a plurality of discrete use wavelengths. The guideline is for designing an optical element having the basic configuration as described above.

また、上記課題に鑑み、本発明の光学素子は、複数の単色光を屈折させるための1つの回折面を有した光学素子である。そして、第1の波長λ1の単色光結像時の使用回折次数をm1、第2の波長λ2の単色光結像時の使用回折次数をm2、第3の波長λ3の単色光結像時の使用回折次数をm3とするとき、次の式(2−1)、(2−2)の両式を満たすことを特徴とする。 In view of the above problems, the optical element of the present invention is an optical element having one diffractive surface for refracting a plurality of monochromatic lights. Then, the used diffraction order at the time of monochromatic light imaging at the first wavelength λ1 is m1, the used diffraction order at the time of monochromatic light imaging at the second wavelength λ2 is m2, and at the time of monochromatic light imaging at the third wavelength λ3. When the diffraction order used is m3, the following expressions (2-1) and (2-2) are satisfied.

Figure 2007122828
Figure 2007122828

このことにより、前記複数の単色光において、夫々、使用回折次数の回折光の回折効率がピーク値をとるようにする。そして、前記複数の単色光について、夫々、使用回折次数の回折光の回折効率を、複数の単色光以外の他の波長域における回折効率は考慮しないで、所定値(例えば、70パーセント)以上に高めている。ここでも、上記本発明の考え方に基づいて、上記の如き単層回折格子を備える基本構成を持つ光学素子を設計するものである。 Thereby, in the plurality of monochromatic lights, the diffraction efficiency of the diffracted light of the used diffraction order takes a peak value. For each of the plurality of monochromatic lights, the diffraction efficiency of the diffracted light of the used diffraction order is set to a predetermined value (for example, 70 percent) or more without considering diffraction efficiencies in other wavelength regions other than the plurality of monochromatic lights. It is increasing. Also here, based on the idea of the present invention, an optical element having a basic configuration including the single-layer diffraction grating as described above is designed.

また、上記課題に鑑み、本発明の光ピックアップ装置は、上記の光学素子を、光ピックアップ用の結像光学素子または光束をコリメート光束とするコリメータ光学素子として使用したことを特徴とする。 In view of the above problems, the optical pickup device of the present invention is characterized in that the optical element described above is used as an imaging optical element for optical pickup or a collimator optical element that uses a light beam as a collimated light beam.

本発明によれば、使用する複数の単色光の波長においてのみ回折効率が充分改善すれば他の波長域における回折効率の悪化は特に問題とする必要が無いという考え方を基に、使用目的に応じた光学性能を持つように光学素子を設計している。したがって、複数色の単色光を使用する光ピックアップ装置などに本光学素子を使用した場合に、これら複数色の単色光では回折効率が充分良好な光学素子となる。 According to the present invention, if the diffraction efficiency is sufficiently improved only at the wavelengths of a plurality of monochromatic lights to be used, the deterioration of the diffraction efficiency in other wavelength regions does not need to be particularly problematic. The optical element is designed to have the optical performance. Therefore, when the present optical element is used in an optical pickup device that uses a plurality of colors of monochromatic light, the plurality of colors of monochromatic light are optical elements with sufficiently good diffraction efficiency.

以下に、本発明の実施の形態を明らかにすべく、具体的な実施例を図に沿って説明する。 Specific examples will be described below with reference to the drawings to clarify the embodiments of the present invention.

(第1実施例)
図面を参照して、まず、本発明の第1実施例に係る光ピックアップ装置の具体的な構成を説明する。本実施例の光ピックアップ装置用光学系は、次のいずれで構成してもよい。光源からの発散光束をほぼ平行光に変換するためのコリメータと該平行光を光情報記録面に集光するための対物レンズで構成してもよい。また、光源からの発散光束の角度を発散光束または収束光束に変換するための変換レンズ(カップリングレンズ)と変換レンズからの光束を光情報記録面に集光するための対物レンズで構成してもよい。更には、光源からの発散光束を光情報記録面に集光するための対物レンズ(有限共役型対物レンズ)のみで構成してもよい。
(First Example)
First, a specific configuration of the optical pickup device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The optical system for the optical pickup device of the present embodiment may be configured by any of the following. You may comprise with the collimator for converting the divergent light beam from a light source into substantially parallel light, and the objective lens for condensing this parallel light on an optical information recording surface. In addition, it comprises a conversion lens (coupling lens) for converting the angle of the divergent light beam from the light source into a divergent light beam or a convergent light beam and an objective lens for condensing the light beam from the conversion lens on the optical information recording surface. Also good. Furthermore, the objective lens (finite conjugate objective lens) for condensing the divergent light beam from the light source on the optical information recording surface may be used.

図1に示す光ピックアップ装置は、第1の光ディスク再生用の第1光源である半導体レーザ11と、第2と第3の光ディスク再生用の第2と第3の光源を有したハイブリッド半導体レーザ12を有している。一方の光源11は、波長400nmのレーザ光を射出する。第1の光ディスクを再生する場合、第1の半導体レーザ11からビームを出射する。出射された光束は、両半導体レーザ11、12からの出射光の合成手段であるビームスプリッタ7を透過し、偏光ビームスプリッタ6、コリメータ2、不図示の1/4波長板を透過して円偏光の平行光束となる。この光束は絞り3によって絞られ、対物レンズ1により、第1の光ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22に集光される(図1において、この光束を実線で示す)。そして、情報記録面22で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ1、絞り3、1/4波長板(不図示)、コリメータ2を透過して、偏光ビームスプリッタ6に入射する。ここで、光束は反射して、不図示のシリンドリカルレンズにより非点収差が与えられ、光検出器13上へ入射する。こうして、光検出器13の出力信号を用いて、第1光ディスク20に記録された情報の読み取り信号が得られる。 The optical pickup device shown in FIG. 1 includes a semiconductor laser 11 that is a first light source for reproducing a first optical disk, and a hybrid semiconductor laser 12 that has second and third light sources for reproducing second and third optical disks. have. One light source 11 emits laser light having a wavelength of 400 nm. When reproducing the first optical disk, a beam is emitted from the first semiconductor laser 11. The emitted light beam passes through a beam splitter 7 which is a means for combining light emitted from both semiconductor lasers 11 and 12, passes through a polarization beam splitter 6, a collimator 2, and a quarter wave plate (not shown) to be circularly polarized. Becomes a parallel light flux. This light beam is focused by the diaphragm 3, and is focused on the information recording surface 22 by the objective lens 1 through the transparent substrate 21 of the first optical disc 20 (this light beam is indicated by a solid line in FIG. 1). Then, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is again transmitted through the objective lens 1, the diaphragm 3, the quarter-wave plate (not shown), and the collimator 2 and enters the polarization beam splitter 6. . Here, the light beam is reflected, given astigmatism by a cylindrical lens (not shown), and is incident on the photodetector 13. In this way, a read signal of information recorded on the first optical disc 20 is obtained using the output signal of the photodetector 13.

また、光検出器13上で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う。この検出に基づいて、不図示の2次元アクチュエータが、第1の半導体レーザ11からの光束を第1光ディスク20の記録面22上に結像させる様に対物レンズ1を移動させる。これと共に、この2次元アクチュエータは、半導体レーザ11からの光束が所定のトラックに結像する様に対物レンズ1を移動させる。 In addition, focus detection and track detection are performed by detecting a change in the amount of light due to a change in the shape and position of the spot on the photodetector 13. Based on this detection, a two-dimensional actuator (not shown) moves the objective lens 1 so that the light beam from the first semiconductor laser 11 is imaged on the recording surface 22 of the first optical disc 20. At the same time, the two-dimensional actuator moves the objective lens 1 so that the light beam from the semiconductor laser 11 forms an image on a predetermined track.

第2の光ディスクを再生する場合、ハイブリッド半導体レーザ12の第2の光源から波長650nmのビームを出射する。出射された光束は、光合成手段であるビームスプリッタ7で反射される。そして、上記第1半導体11からの光束と同様、偏光ビームスプリッタ6、コリメータ2、不図示の1/4波長板、絞り3、対物レンズ1を通って、第2の光ディスク20の透明基板21を介して情報記録面22に集光される(図1において、この光束を一点鎖線で示す)。ここで、情報記録面22の情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ1、絞り3、不図示の1/4波長板、コリメータ2、偏光ビームスプリッタ6、不図示のシリンドリカルレンズを介して、光検出器13上へ入射する。こうして、光検出器13の出力信号を用いて、第2光ディスク20に記録された情報の読み取り信号が得られる。 When reproducing the second optical disk, a beam having a wavelength of 650 nm is emitted from the second light source of the hybrid semiconductor laser 12. The emitted light beam is reflected by a beam splitter 7 which is a light combining unit. Then, like the light beam from the first semiconductor 11, the transparent substrate 21 of the second optical disk 20 is passed through the polarizing beam splitter 6, the collimator 2, the quarter wavelength plate (not shown), the stop 3, and the objective lens 1. The light is condensed on the information recording surface 22 (in FIG. 1, this light beam is indicated by a one-dot chain line). Here, the light beam modulated and reflected by the information pits on the information recording surface 22 is again passed through the objective lens 1, the diaphragm 3, the quarter wave plate (not shown), the collimator 2, the polarization beam splitter 6, and the cylindrical lens (not shown). Then, the light is incident on the photodetector 13. In this way, a read signal for information recorded on the second optical disc 20 is obtained using the output signal of the photodetector 13.

また、第1の光ディスクの場合と同様、光検出器13上で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、不図示の2次元アクチュエータにより、合焦、トラッキングのために対物レンズ1を移動させる。第3の光ディスクを再生する場合、第2の光ディスクを再生する場合と同様にハイブリッド半導体レーザ12の第3の光源から波長780nmのレーザ光を出射する。そして、同様の光路により、光検出器13でビーム検知及び合焦検出やトラック検出を行い、不図示の2次元アクチュエータにより、合焦、トラッキングのために対物レンズ1を移動させる。 Also, as in the case of the first optical disk, the shape change of the spot on the photodetector 13, the light amount change due to the position change is detected, focus detection and track detection are performed, and a two-dimensional actuator (not shown) The objective lens 1 is moved for focusing and tracking. When reproducing the third optical disk, laser light having a wavelength of 780 nm is emitted from the third light source of the hybrid semiconductor laser 12 as in the case of reproducing the second optical disk. Then, the light detector 13 performs beam detection, focus detection, and track detection using the same optical path, and the objective lens 1 is moved for focusing and tracking by a two-dimensional actuator (not shown).

上記の透明基板21の厚みは、第1、第2、第3の光ディスクによりそれぞれ規格化された厚みがあることは、背景技術の所において既に説明した通りである。すなわち、HD-DVD規格では、夫々、0.6mm(ブルーレーザ)、0.6mm(赤色レーザ)、1.2mm(赤外レーザ)であり、Blu-ray規格では、夫々、0.1mm(ブルーレーザ)、0.6mm(赤色レーザ)、1.2mm(赤外レーザ)である。 As described above in the background art, the thickness of the transparent substrate 21 is standardized by the first, second, and third optical discs. That is, the HD-DVD standard is 0.6 mm (blue laser), 0.6 mm (red laser), and 1.2 mm (infrared laser), respectively, and the Blu-ray standard is 0.1 mm (blue laser). ), 0.6 mm (red laser) and 1.2 mm (infrared laser).

図2は、対物レンズ1の少なくとも1面が有している回折格子22の形状を説明した説明図である。図2(a)は、回折格子22を光軸(図1の符号4で示す)の方向から見たときの格子輪帯23を示し、図2(b)、図2(c)は、夫々、異なる積層形態の回折格子の断面形状を示している。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the shape of the diffraction grating 22 which at least one surface of the objective lens 1 has. FIG. 2 (a) shows the grating ring zone 23 when the diffraction grating 22 is viewed from the direction of the optical axis (indicated by reference numeral 4 in FIG. 1). FIGS. 2 (b) and 2 (c) FIG. 4 shows cross-sectional shapes of diffraction gratings having different laminated forms.

回折格子は、分散特性が一般的なガラス等の光学材料による特性と大幅に異なる特性を有していることが特に注目される。具体的には、アッベ数νd及び部分分散比θgFは、次の式(3−1)、(3−2)に示す様に負の値をとり得る。 It is particularly noted that the diffraction grating has a characteristic that the dispersion characteristic is significantly different from that of a general optical material such as glass. Specifically, the Abbe number νd and the partial dispersion ratio θgF can take negative values as shown in the following equations (3-1) and (3-2).

Figure 2007122828
Figure 2007122828

従って、色収差の制御に非常に効果的である。本実施例においては、405nm、650nm、780nmという可視域を超えた広い波長域について色収差を制御するためにも回折格子を利用する。 Therefore, it is very effective for controlling chromatic aberration. In this embodiment, a diffraction grating is also used to control chromatic aberration in a wide wavelength range exceeding the visible range of 405 nm, 650 nm, and 780 nm.

図2(a)に示す回折格子22は、光軸に対して径方向に格子のピッチを変化させることで、回折による屈折のパワーを変化させることが出来る。従って、格子のピッチを径方向の位置によって変化させることによって、非球面の効果を持たせることも可能である。図2(b)は、ベースの回折格子25に空気間隔26を空けて回折格子24を設けたタイプの積層回折格子を示す。回折格子25と回折格子24は異なる材質により作成されており、通常はどちらかの格子または両方の格子を紫外線硬化樹脂等で作成する。 The diffraction grating 22 shown in FIG. 2 (a) can change the power of refraction due to diffraction by changing the pitch of the grating in the radial direction with respect to the optical axis. Therefore, it is possible to give an aspherical effect by changing the pitch of the grating according to the radial position. FIG. 2 (b) shows a laminated diffraction grating of the type in which a diffraction grating 24 is provided in the base diffraction grating 25 with an air gap 26 therebetween. The diffraction grating 25 and the diffraction grating 24 are made of different materials, and usually one or both of the gratings are made of an ultraviolet curable resin or the like.

また、図2(c)に示す積層形態では、回折格子28はガラスモールドまたはプラスチックモールドにて作成し、回折格子27は、紫外線硬化樹脂または硬化温度が回折格子28の材料より低いガラスまたはプラスチックを成型にて作成している。このタイプは、図2(b)の様な配置の追い込み等が必要ないため、比較的安価に作成可能である。すなわち、図2(b)と図2(c)のいずれの積層形態でも、2つの回折格子は等しいピッチ分布を有し、対応する部位が対向して形成されるが、これの実現が図2(c)に示す積層形態では比較的容易である。この対応する形態は基本的に図17に示した従来例と同じである。 In addition, in the laminated form shown in FIG. 2 (c), the diffraction grating 28 is made of a glass mold or a plastic mold, and the diffraction grating 27 is made of ultraviolet curable resin or glass or plastic whose curing temperature is lower than that of the material of the diffraction grating 28. Created by molding. This type does not need to be driven as shown in FIG. 2 (b) and can be produced at a relatively low cost. That is, in any of the stacked forms of FIG. 2 (b) and FIG. 2 (c), the two diffraction gratings have the same pitch distribution and the corresponding parts are formed to face each other. The laminated form shown in (c) is relatively easy. This corresponding form is basically the same as the conventional example shown in FIG.

こうした形態で作成されているので、2つの回折格子よりなる構造を一体と考えて、回折光学素子に入射した光が実質的に同時に変調されるとして、その位相シフト作用を特徴付ける位相振幅は両回折格子での位相シフト作用の和として考えることができる。したがって、一体構造と考えられる2つの回折格子について、上記式(1)を適用して回折効率を求めることができる。本実施例では、上記した3つの波長において、夫々、回折次数、各回折格子の格子厚、各層の材質がどの様なものであれば回折効率がピーク値をとるかを、3つの波長について作成した複数の式(1)を利用して求める。回折次数は3つの波長で同じでもよいし異なってもよいが、勿論、各回折格子の格子厚、各層の材質などは3つの波長で共通である。 Since it is created in such a form, assuming that the structure consisting of two diffraction gratings is integrated, the light incident on the diffractive optical element is modulated substantially simultaneously, and the phase amplitude that characterizes the phase shift action is both diffraction It can be thought of as the sum of the phase shift effects at the grating. Therefore, the diffraction efficiency can be obtained by applying the above formula (1) for two diffraction gratings that are considered to be integrated. In this example, for each of the above three wavelengths, the diffraction order, the grating thickness of each diffraction grating, and the material of each layer are created for the three wavelengths to determine the peak value of the diffraction efficiency. It is obtained by using the plurality of formulas (1). The diffraction orders may be the same or different at the three wavelengths. Of course, the grating thickness of each diffraction grating, the material of each layer, etc. are common to the three wavelengths.

複数の波長のみで回折効率が改善すれば他の波長域での回折効率の悪化は特に問題とする必要がないと言う本発明の考え方に基づいて、上記基本構成の本実施例の回折光学素子において満足すべく必要条件を上記の導出方法で求めた結果が以下の条件式である。 Based on the idea of the present invention that if the diffraction efficiency is improved only with a plurality of wavelengths, the deterioration of the diffraction efficiency in other wavelength regions does not have to be a problem. The result obtained by obtaining the necessary conditions by the above derivation method to satisfy the above is the following conditional expression.

ここで、青色レーザの波長をλ1、赤色レーザの波長をλ2、赤外レーザの波長をλ3、波長λにおける第1の材質(回折格子24または27の材質)の屈折率をn1(λ)、波長λにおける第2の材質(回折格子25または28の材質)の屈折率をn2(λ)とする。また、m1をブルーレーザ使用時の回折次数、m2を赤色レーザ使用時の回折次数、m3を赤外レーザ使用時の回折次数とし、積層される第1の材質(回折格子24または27の材質)の換算アッベ数νを次の式(4−1)で表す。 Here, the wavelength of the blue laser is λ1, the wavelength of the red laser is λ2, the wavelength of the infrared laser is λ3, and the refractive index of the first material (the material of the diffraction grating 24 or 27) is n 1 (λ). The refractive index of the second material (the material of the diffraction grating 25 or 28) at the wavelength λ is n 2 (λ). M1 is the diffraction order when using the blue laser, m2 is the diffraction order when using the red laser, m3 is the diffraction order when using the infrared laser, and the first material to be laminated (material of the diffraction grating 24 or 27) The converted Abbe number ν is expressed by the following equation (4-1).

Figure 2007122828
Figure 2007122828

このとき、本実施例の回折光学素子において、式(4−2)で表される第2の材質の回折格子25または28の格子厚dとνの組み合わせが、λ1、λ2、λ3において回折効率がピーク値をとる必要条件となる。そして更に、このピーク値が所定値(例えば、70パーセント)以上になる様にする。 At this time, in the diffractive optical element of the present embodiment, the combination of the grating thicknesses d and ν of the diffraction grating 25 or 28 of the second material represented by the formula (4-2) is diffractive efficiency at λ1, λ2, and λ3. Is a necessary condition for taking a peak value. Further, the peak value is set to be a predetermined value (for example, 70%) or more.

図3は、オハラのガラステーブルーから上記式(4−1)のνを算出したグラフを示している。図3より明らかな様に、νの存在範囲は7〜30程度であり、低屈折率または低分散になるほど選択可能材料が少なくなる。 FIG. 3 shows a graph obtained by calculating ν in the above equation (4-1) from an OHARA glass table. As is apparent from FIG. 3, the range of ν is about 7 to 30, and the lower the refractive index or the lower the dispersion, the fewer the selectable materials.

実際には第1の材質は、上記の様に、紫外線硬化樹脂等の特殊な材料を使用する場合が多く、この場合、第1の材料の換算アッベ数νは限定された値をとることになる。また、dの値としては光路長にして0.28λ以内の光路変化を与えることで、回折効率のピーク位置をわずかに変化させる微妙なチューニングが可能である。 Actually, the first material often uses a special material such as an ultraviolet curable resin as described above, and in this case, the converted Abbe number ν of the first material takes a limited value. Become. Further, the value of d can be finely tuned to slightly change the peak position of the diffraction efficiency by giving an optical path change within 0.28λ as the optical path length.

本実施例において、第1の材質としてν=8.57、n(650nm)=1.62863の紫外線硬化樹脂の材料を使用し、第2の材質として紫外線硬化樹脂C001(大日本インキ(株)製の商品名)を使用した場合、次の様になる。すなわち、n2(405nm)=1.541685543、n2(650nm)=1.52139598、n2(780nm)=1.517681808となる。また、m1=7、m2=8、m3=9の場合、第2の材質の回折格子25または28の厚みdが110.23μm、第1の材質の回折格子24または27の厚みが82.12μmの時、各使用波長において回折効率がピーク値をとる構成が存在する。実際にはm1、m2、m3は整数であるため、この値を変化させながら使用する3波長における回折効率がピーク値となる構成を探索することで回折次数を決定している。 In this example, an ultraviolet curable resin material of ν = 8.57 and n (650 nm) = 1.62863 is used as the first material, and an ultraviolet curable resin C001 (trade name, manufactured by Dainippon Ink, Inc.) is used as the second material. ) Is used as follows. That is, n 2 (405 nm) = 1.541685543, n 2 (650 nm) = 1.52139598, and n 2 (780 nm) = 1.517681808. Also, when m1 = 7, m2 = 8, and m3 = 9, when the thickness d of the diffraction grating 25 or 28 of the second material is 110.23 μm, and the thickness of the diffraction grating 24 or 27 of the first material is 82.12 μm There is a configuration in which the diffraction efficiency has a peak value at each wavelength used. Actually, m1, m2, and m3 are integers. Therefore, the diffraction orders are determined by searching for a configuration in which the diffraction efficiency at the three wavelengths to be used becomes a peak value while changing these values.

図4は、上記の構成を取った場合の回折効率を示したグラフである。横軸が波長、縦軸が回折効率であり、回折次数毎にラインが書かれている。グラフからも分かる様に、ライン41(m1)の7次の回折光により波長405nmで96.7%の回折効率が得られ、ライン42(m3)の9次の回折光により波長650nm
で100%の回折効率が得られ、ライン43(m2)の8次の回折光により波長780nm で99.9%の回折効率が得られる。
FIG. 4 is a graph showing diffraction efficiency when the above configuration is adopted. The horizontal axis represents wavelength, the vertical axis represents diffraction efficiency, and a line is written for each diffraction order. As can be seen from the graph, a diffraction efficiency of 96.7% is obtained at the wavelength 405 nm by the seventh-order diffracted light of the line 41 (m1), and a wavelength of 650 nm is obtained by the ninth-order diffracted light of the line 42 (m3).
100% diffraction efficiency can be obtained with the 8th order diffracted light of line 43 (m2), and 99.9% diffraction efficiency can be obtained with a wavelength of 780 nm.

また、図4に示されている様に、上記の波長以外の部分にピークを有する回折光が存在することが分かる。例えば、ライン44は10次の回折光であり、波長520nm付近にピークを有している。しかし、レーザは波長405nm、650nm、780nmの3波長のみの発光であり、別の波長にピークを有していても全く問題とならない。なお、その他の次数の回折効率も示してあるが、これらも問題にはならない。 Further, as shown in FIG. 4, it can be seen that there is diffracted light having a peak in a portion other than the above-described wavelength. For example, the line 44 is 10th-order diffracted light, and has a peak in the vicinity of a wavelength of 520 nm. However, the laser emits light of only three wavelengths of 405 nm, 650 nm, and 780 nm, and there is no problem even if it has a peak at another wavelength. Although diffraction orders of other orders are also shown, these are not a problem.

実際の対物レンズの設計では、波長405nmのレーザ光においては7次の回折光、波長650nmのレーザ光においては9次の回折光、波長780nmのレーザ光においては8次の回折光にて最適な光学性能が得られる様に目的に応じて設計する必要がある。 In the actual objective lens design, the 7th-order diffracted light is optimal for laser light with a wavelength of 405 nm, the 9th-order diffracted light for laser light with a wavelength of 650 nm, and the 8th-order diffracted light for laser light with a wavelength of 780 nm. It is necessary to design according to the purpose so as to obtain optical performance.

また、図4においては回折効率が改善する構成を1つ示したが、別の例として1次回折光のみを使用する場合も有り得る。この場合には、第1の材質の格子厚=12.2μm、第2の材質の格子厚=9.1μmとすることで、回折効率は405nmにおいて83.3%、650nmにおいて100%、780nmにおいて95.5%となる。このとき、回折効率のピークの次数はすべて1次回折光である。405nmにおける83.3%の回折効率の悪化が許容可能であれば、これも1つの解となる。 FIG. 4 shows one configuration in which the diffraction efficiency is improved. As another example, only the first-order diffracted light may be used. In this case, when the grating thickness of the first material is 12.2 μm and the grating thickness of the second material is 9.1 μm, the diffraction efficiency is 83.3% at 405 nm, 100% at 650 nm, and 95.5% at 780 nm. . At this time, the orders of the diffraction efficiency peaks are all first-order diffracted light. If the 83.3% degradation in diffraction efficiency at 405 nm is acceptable, this is also a solution.

(第2実施例)
図5は本発明の第2の実施例の回折格子の形状を示した説明図である。図5(a)は回折格子52を光軸方向から見たときの輪帯53を示している。図5(b)は断面形状を示している。図5に示した様に、本実施例の回折光学素子は単層54の回折格子52を有する。
(Second embodiment)
FIG. 5 is an explanatory view showing the shape of the diffraction grating according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 (a) shows the annular zone 53 when the diffraction grating 52 is viewed from the optical axis direction. FIG. 5 (b) shows a cross-sectional shape. As shown in FIG. 5, the diffractive optical element of this embodiment has a diffraction grating 52 of a single layer 54.

単層の回折格子においては、同一次数の回折光を使用した場合には、設計波長において最大の回折効率を有するが、波長が設計波長からずれるに従って回折効率は悪化する。 In a single-layer diffraction grating, when diffracted light of the same order is used, it has the maximum diffraction efficiency at the design wavelength, but the diffraction efficiency deteriorates as the wavelength deviates from the design wavelength.

本実施例においては、m1を第1の波長λ1のレーザ光結像時の使用回折次数、m2を第2の波長λ2のレーザ光結像時の使用回折次数、m3を第3の波長λ3のレーザ光結像時の使用回折次数とした時、次の条件を満足させる。すなわち、上記式(2−1)、(2−2)を満たすことにより使用レーザ波長における回折光の回折効率を高める。本実施例でも、第1実施例と同様に、3つの波長において、夫々、回折次数、回折格子の格子厚、層の材質をどの様なものであれば回折効率がピーク値をとるかを上記式(1)を利用して求める。その結果が式(2−1)、(2−2)を満足することである。 In this example, m1 is the diffraction order used when imaging the laser beam with the first wavelength λ1, m2 is the diffraction order used when imaging the laser beam with the second wavelength λ2, and m3 is the third wavelength λ3. The following conditions are satisfied when the diffraction order is used at the time of laser beam imaging. That is, by satisfying the above formulas (2-1) and (2-2), the diffraction efficiency of the diffracted light at the used laser wavelength is increased. Also in this example, as in the first example, at the three wavelengths, the diffraction order, the grating thickness of the diffraction grating, and the material of the layer, the diffraction efficiency takes a peak value as described above. Obtained using equation (1). The result is that the equations (2-1) and (2-2) are satisfied.

図6は、λ1=405nm、λ2=650nm、λ3=780nmとした時、上記式(2−1)、(2−2)の存在範囲を示したグラフである。図6において、横軸は波長405nmにおける使用回折次数(m1)、縦軸はm2またはm3の使用回折次数を示している。グラフにおけるライン61は上記式(2−1)を満たすm2の範囲の中央値、ライン62は上記式(2−2)を満たすm3の範囲の中央値を示している。m1、m2、m3は整数値であるため、グラフ上の○で囲った部分が式(2−1)、(2−2)を満たす範囲となる。 FIG. 6 is a graph showing the existence ranges of the above equations (2-1) and (2-2) when λ1 = 405 nm, λ2 = 650 nm, and λ3 = 780 nm. In FIG. 6, the horizontal axis represents the used diffraction order (m1) at a wavelength of 405 nm, and the vertical axis represents the used diffraction order of m2 or m3. The line 61 in the graph indicates the median value in the range of m2 that satisfies the above formula (2-1), and the line 62 indicates the median value in the range of m3 that satisfies the above formula (2-2). Since m1, m2, and m3 are integer values, the portion surrounded by a circle on the graph is a range that satisfies the expressions (2-1) and (2-2).

実際にm1=8、m2=5、m3=4の組み合わせを選択すると次の様になる。波長405nmにおける使用回折次数を8次、波長650nmにおける使用回折次数を5次、波長780nmにおける使用回折次数を4次として、格子厚dについて波長780nmにおいてベストとなる値を算出すると、格子厚dは6.109μmとなる。 When the combination of m1 = 8, m2 = 5, m3 = 4 is actually selected, it becomes as follows. When the diffraction order used at wavelength 405 nm is 8th, the diffraction order used at wavelength 650 nm is 5th, the diffraction order used at wavelength 780 nm is 4th, and the best value at 780 nm for grating thickness d is calculated, 6.109 μm.

このときの回折効率を示したグラフが図7である。図7において横軸は波長であり、縦軸は回折効率である。ライン71は8次(m1)の回折光の回折効率、ライン72は5次(m2)の回折光の回折効率、ライン73は4次(m3)の回折光の回折効率を示している。グラフより青色レーザ(λ1=405nm)の回折効率は100%、赤色レーザ(λ2=650nm)の回折効率は91%、赤外レーザ(λ3=780nm)の回折効率は100%となる。全て70%以上であって、満足すべき値である。 FIG. 7 is a graph showing the diffraction efficiency at this time. In FIG. 7, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents diffraction efficiency. Line 71 shows the diffraction efficiency of the eighth-order (m1) diffracted light, line 72 shows the diffraction efficiency of the fifth-order (m2) diffracted light, and line 73 shows the diffraction efficiency of the fourth-order (m3) diffracted light. From the graph, the diffraction efficiency of the blue laser (λ1 = 405 nm) is 100%, the diffraction efficiency of the red laser (λ2 = 650 nm) is 91%, and the diffraction efficiency of the infrared laser (λ3 = 780 nm) is 100%. All are 70% or more, which is a satisfactory value.

本実施例では、単層回折格子52の材質の屈折率について、波長λ1における屈折率n1、波長λ2における屈折率n2、波長λ3における屈折率n3として、換算アッベ数νを下記式(5−1)で定義する時、下記式(5−2)となる材質を使用する。通常、アッベ数はd線波長に対するF線及びC線波長の屈折率により決定される(νd=(nd-1)/(nF-nC)。本発明においては、限定された複数(ここでは3つ)の使用波長λ1、λ2、λ3に対する屈折率が重要となる。したがって本実施例においては、使用波長に対する屈折率により換算アッベ数を(5-1)式として定義する。 In this example, regarding the refractive index of the material of the single-layer diffraction grating 52, the converted Abbe number ν is expressed by the following equation (5-1) as the refractive index n1 at the wavelength λ1, the refractive index n2 at the wavelength λ2, and the refractive index n3 at the wavelength λ3. ), Use a material that satisfies the following formula (5-2). Usually, the Abbe number is determined by the refractive indices of the F-line and C-line wavelengths with respect to the d-line wavelength (νd = (nd-1) / (nF-nC). In the present invention, a limited number (here, 3 Therefore, in this embodiment, the converted Abbe number is defined as the equation (5-1) according to the refractive index with respect to the used wavelength.

Figure 2007122828
Figure 2007122828

本実施例で使用したガラスの材質は、λ1=405、λ2=650、λ3=780nmを式(5−2)に代入することで換算アッベ数を算出して、ν=27.1付近の硝材よりHOYAのnBf1(商品名)とした。この硝子材料はガラスモールドに頻繁に使用される材料であり、換算アッベ数ν=25.2である。 The glass material used in this example is calculated by substituting λ1 = 405, λ2 = 650, and λ3 = 780 nm into the equation (5-2) to calculate the converted Abbe number. From the glass material near ν = 27.1, HOYA NBf1 (trade name). This glass material is a material frequently used for glass molds, and the converted Abbe number ν = 25.2.

本実施例における単層回折格子の解は、積層構造のものと比較すると若干回折効率は落ちるが、比較的悪化量が小さいため、要求されるスペックによっては充分対応可能である。ただし、使用できる回折次数の組み合わせが限定されるため、多少設計の自由度が小さくなる。 The solution of the single-layer diffraction grating in this example is slightly lower in diffraction efficiency than that of the laminated structure, but can be adequately handled depending on the required specifications because the amount of deterioration is relatively small. However, since the combinations of diffraction orders that can be used are limited, the degree of freedom in design is somewhat reduced.

(第3実施例)
図8は本発明の第3の実施例に係る光学素子の説明図である。図8において、図8(a)は回折格子を光軸方向から見たときの異なる回折格子を有しているエリア81、82、83を示している。すなわち、本実施例の光学素子の回折格子では、異なる位相係数(光路差関数係数)の式により表現されるエリア81、82、83が3領域存在する。図8(b)はレンズ85の断面形状を示していて、84は絞り、85は光ディスクを示している。
(Third example)
FIG. 8 is an explanatory view of an optical element according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 8, FIG. 8 (a) shows areas 81, 82, and 83 having different diffraction gratings when the diffraction gratings are viewed from the optical axis direction. That is, in the diffraction grating of the optical element of the present embodiment, there are three areas 81, 82, and 83 expressed by different phase coefficients (optical path difference function coefficients). FIG. 8B shows the cross-sectional shape of the lens 85, 84 is a stop, and 85 is an optical disk.

夫々のエリア81、82、83においては、既に説明した様にNA及び波長が異なることにより、光束が通過する領域が異なっている。すなわち、エリア81は3波長が通過し、エリア82は2波長が通過する。エリア83は1波長が通過する。 In each of the areas 81, 82, and 83, as described above, the area through which the light beam passes is different due to the different NA and wavelength. That is, three wavelengths pass through area 81, and two wavelengths pass through area 82. Area 83 passes one wavelength.

図8の構成で、エリア81の領域においては、前記の積層タイプまたは単層タイプの3波長対応の回折格子を設けることで回折効率の改善を行うことが可能である。実際、レーザビームの強度プロファイルは、光軸を中心にピークを有するガウス分布となっており、中央部の光量が最も高くなっているので、この部分の回折効率を改善することは全体としては大きな効果となる。 In the configuration of FIG. 8, in the area 81, the diffraction efficiency can be improved by providing the above-mentioned laminated type or single layer type diffraction grating corresponding to three wavelengths. Actually, the intensity profile of the laser beam has a Gaussian distribution with a peak centered on the optical axis, and the amount of light at the center is the highest, so improving the diffraction efficiency of this part as a whole is significant. It will be effective.

また、エリア82は2波長について最適な格子厚などの形状とし、エリア83は1波長について最適な形状とすることで、全体として回折効率の改善が可能である。この最適な形状を得る方法も、基本的に式(1)を用いた上記実施例で説明したものと同じである。 In addition, the area 82 has a shape such as an optimum grating thickness for two wavelengths, and the area 83 has an optimum shape for one wavelength, so that the overall diffraction efficiency can be improved. The method for obtaining this optimum shape is basically the same as that described in the above embodiment using the formula (1).

本実施例の回折光学素子によれば、各色のレーザ光は1種類の光ディスクの保護層の厚みに対応し、少なくとも2色のレーザ光については異なる厚みの保護層に対応して、保護層を通って所定面に集光される様に容易にできる。また、いずれかの面は異なる非球面係数及び異なる光路差関数係数で表される複数の回折面領域を有している様に容易にできる。 According to the diffractive optical element of this embodiment, each color of laser light corresponds to the thickness of the protective layer of one type of optical disk, and at least two colors of laser light correspond to protective layers of different thicknesses. It can be made easy to be focused on a predetermined surface through. In addition, any one of the surfaces can be easily provided with a plurality of diffractive surface areas represented by different aspherical coefficients and different optical path difference function coefficients.

「数値実施例」
以下に、本発明の数値実施例を下記の表を用いて説明する。表1中、rは曲率半径、dは面間隔、nは各波長での屈折率を示す。また、波長により間隔が変化するものについては別表にまとめている。表中、第1面はレンズの光入射側の面、第2面はレンズの光出射側の面、第3面は光ディスクの透明基板の光入射側の面、第4面は光ディスクの透明基板の光出射側の面である。
`` Numerical examples ''
Hereinafter, numerical examples of the present invention will be described with reference to the following table. In Table 1, r is the radius of curvature, d is the surface spacing, and n is the refractive index at each wavelength. In addition, the table whose interval varies depending on the wavelength is summarized in a separate table. In the table, the first surface is the light incident side surface of the lens, the second surface is the light output side surface of the lens, the third surface is the light incident side surface of the transparent substrate of the optical disk, and the fourth surface is the transparent substrate of the optical disk. This is the surface on the light exit side.

ここで、光軸からの高さがhとなる非球面上の座標点の非球面の光軸上での接平面からの距離(サグ量)をX(h)、非球面の光軸上での曲率(1/r)をCu、円錐係数をK、4次、6次、8次、10次、12次の非球面係数をA4(A)、A6(B)、A8(C)、A10(D)、A12(E)とする。このとき、非球面形状は以下の式で表される。
X(h)=Cuh2/(1+√(1-(1+K)Cu2h2))+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10+A12h12
Here, the distance (sag amount) from the tangential plane on the aspherical optical axis of the coordinate point on the aspherical surface where the height from the optical axis is h is X (h), and on the aspherical optical axis Curvature (1 / r) is Cu, conic coefficient is K, 4th order, 6th order, 8th order, 10th order, 12th order aspherical coefficients are A4 (A), A6 (B), A8 (C), A10 (D) and A12 (E). At this time, the aspherical shape is represented by the following expression.
X (h) = Cuh 2 / (1 + √ (1- (1 + K) Cu 2 h 2 )) + A4h 4 + A6h 6 + A8h 8 + A10h 10 + A12h 12

なお、表1における非球面(第1面)の曲率半径は光軸上の曲率半径である。非球面を規定する円錐係数と非球面係数、そして光学素子の第1面に形成された回折レンズ構造を規定する光路差関数係数は、表2に示される。 In Table 1, the radius of curvature of the aspheric surface (first surface) is the radius of curvature on the optical axis. Table 2 shows the conical coefficient and the aspheric coefficient that define the aspheric surface, and the optical path difference function coefficient that defines the diffractive lens structure formed on the first surface of the optical element.

また、回折レンズ構造による光路長の付加量は、光軸からの高さh、n次(偶数次)の光路差関数係数Cn、波長λを用いて、次の式により定義される光路差関数φ(h)により表す。
φ(h)=(C1h2+C2h4+C3h6+…)×2π/λ
Also, the amount of addition of the optical path length by the diffractive lens structure is the optical path difference function defined by the following equation using the height h from the optical axis, the nth order (even order) optical path difference function coefficient Cn, and the wavelength λ. Represented by φ (h).
φ (h) = (C1h 2 + C2h 4 + C3h 6 +…) × 2π / λ

Figure 2007122828
Figure 2007122828

図9は、本数値実施例の波長780nm、基板92の厚さ1.2mm、NA0.45におけるレンズ91を介した光路図を示している。図10は、波長650nm、基板102の厚さ0.6mm、NA0.65におけるレンズ101を介した光路図を示している。図11は、波長405nm、基板112の厚さ0.6mm、NA0.65におけるレンズ111を介した光路図を示している。 FIG. 9 shows an optical path diagram through the lens 91 at a wavelength of 780 nm, a thickness of the substrate 92 of 1.2 mm, and an NA of 0.45 in this numerical example. FIG. 10 shows an optical path diagram through the lens 101 at a wavelength of 650 nm, a thickness of the substrate 102 of 0.6 mm, and NA of 0.65. FIG. 11 shows an optical path diagram through the lens 111 at a wavelength of 405 nm, a thickness of the substrate 112 of 0.6 mm, and NA of 0.65.

また、図12は、図9における球面収差を示している。ここで、121は波長780nm、122は650nm、123は405nmにおける球面収差を示している。図12より、780nmについては良好な結像性能を示していることが分かる。図13は、図10における球面収差を示している。図13において、131は650nm、132は780nm、133は405nmを示している。図13より、650nmについては良好な結像性能を示していることが分かる。また、図14は、図11における球面収差を示している。図14において、141は405nm、142は780nm、143は650nmの球面収差を示している。図14より、405nmについては良好な結像性能を示していることが分かる。 FIG. 12 shows the spherical aberration in FIG. Here, 121 indicates spherical aberration at a wavelength of 780 nm, 122 indicates 650 nm, and 123 indicates 405 nm. From FIG. 12, it can be seen that 780 nm shows good imaging performance. FIG. 13 shows the spherical aberration in FIG. In FIG. 13, 131 indicates 650 nm, 132 indicates 780 nm, and 133 indicates 405 nm. From FIG. 13, it can be seen that the imaging performance is good at 650 nm. FIG. 14 shows the spherical aberration in FIG. In FIG. 14, 141 indicates spherical aberration of 405 nm, 142 indicates 780 nm, and 143 indicates 650 nm. From FIG. 14, it can be seen that 405 nm shows good imaging performance.

この数値実施例において、図9〜図11より明らかな様に、異なる基板厚に対して良好に結像している。また、レンズとディスクの間隔は、780nmの際(図9)の基板厚1.2mmの時が最も狭くなるが、それでも0.54mmあるため充分な量といえる。また、球面収差については、図12〜図14に示した様に各使用波長においては良好な結像性能を示している。 In this numerical example, as is apparent from FIGS. 9 to 11, good image formation is performed for different substrate thicknesses. The distance between the lens and the disk is the narrowest when the substrate thickness is 1.2 mm at 780 nm (Fig. 9), but it is still a sufficient amount because it is 0.54 mm. As for the spherical aberration, as shown in FIGS. 12 to 14, good imaging performance is shown at each wavelength used.

本数値実施例は1次の回折光のみを使用しているため、積層タイプの構成を取る必要がある。これにより、第1実施例の構成の第1、第2の材料を使用した場合には、405nmにおいて、83.3%、650nmにおいて100%、780nmにおいて95.5%の回折効率とすることが可能である。この構成は、第1実施例の説明において最後の箇所で述べたものである。 Since this numerical example uses only the first-order diffracted light, it is necessary to take a laminated type configuration. Thereby, when the first and second materials having the configuration of the first embodiment are used, it is possible to achieve a diffraction efficiency of 83.3% at 405 nm, 100% at 650 nm, and 95.5% at 780 nm. This configuration is described in the last part in the description of the first embodiment.

3波長対応光ピックアップの説明図。Explanatory drawing of a three-wavelength compatible optical pickup. 本発明の第1の実施例の積層型回折格子の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of the multilayer diffraction grating according to the first embodiment of the present invention. 換算アッベ数のグラフ。Graph of converted Abbe number. 本発明の第1の実施例の回折効率を説明するグラフ。3 is a graph illustrating the diffraction efficiency of the first example of the present invention. 本発明の第2の実施例の単層回折格子の説明図。Explanatory drawing of the single layer diffraction grating of the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例の回折次数を説明するグラフ。6 is a graph for explaining diffraction orders of the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例の回折効率を説明するグラフ。6 is a graph for explaining diffraction efficiency of the second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施例の回折面の説明図。Explanatory drawing of the diffraction surface of the 3rd Example of this invention. 数値実施例の光路図。The optical path figure of a numerical example. 数値実施例の光路図。The optical path figure of a numerical example. 数値実施例の光路図。The optical path figure of a numerical example. 数値実施例の球面収差図。The spherical aberration figure of a numerical example. 数値実施例の球面収差図。The spherical aberration figure of a numerical example. 数値実施例の球面収差図。The spherical aberration figure of a numerical example. 従来の単層型回折格子の回折効率を説明するグラフ。The graph explaining the diffraction efficiency of the conventional single layer type diffraction grating. 従来の単層型回折格子の説明図。Explanatory drawing of the conventional single layer type | mold diffraction grating. 従来の積層型回折格子の説明図。Explanatory drawing of the conventional laminated type diffraction grating.

符号の説明Explanation of symbols

1、85、91、101、111 回折光学素子(対物レンズ)
11、12 半導体レーザ
20、86、92、102、112 光ディスク
22、24、25、27、28、52 回折格子
1, 85, 91, 101, 111 Diffractive optical element (objective lens)
11, 12 Semiconductor laser
20, 86, 92, 102, 112 Optical disc
22, 24, 25, 27, 28, 52 Diffraction grating

Claims (10)

複数の単色光を屈折させるための回折面を複数有した光学素子であって、少なくとも2種類の分散の異なる材質からなる積層された複数の回折格子を有し、該複数の回折格子は等しいピッチ分布を有し、対応する部位が対向して形成されており、前記複数の単色光について、夫々、使用回折次数の回折光の回折効率を、複数の単色光以外の他の波長域における回折効率は考慮しないで、所定値以上に高めたことを特徴とする光学素子。 An optical element having a plurality of diffractive surfaces for refracting a plurality of monochromatic lights, having a plurality of laminated diffraction gratings made of at least two types of materials having different dispersions, and the plurality of diffraction gratings having an equal pitch And corresponding portions are formed to face each other, and for each of the plurality of monochromatic lights, the diffraction efficiency of the diffracted light of the used diffraction order is set to the diffraction efficiency in a wavelength region other than the plurality of monochromatic lights. An optical element characterized by being raised to a predetermined value or higher without considering the above. 前記複数の単色光は青色レーザ光、赤色レーザ光及び赤外レーザ光であり、
青色レーザ光の波長をλ1、赤色レーザ光の波長をλ2、赤外レーザ光の波長をλ3、波長λにおける第1の材質の屈折率をn1(λ)、波長λにおける第2の材質の屈折率をn2(λ)、青色レーザ光使用時の回折次数をm1、赤色レーザ光使用時の回折次数をm2、赤外レーザ光使用時の回折次数をm3、積層される第1の材質の換算アッベ数νを下の式で表わされるものとするとき、
Figure 2007122828
第2の材質の格子厚dを上の式で表わされるものとすることにより前記複数の単色光において、夫々、使用回折次数の回折光の回折効率がピーク値をとるようにしたことを特徴とする請求項1記載の光学素子。
The plurality of monochromatic lights are blue laser light, red laser light and infrared laser light,
The wavelength of the blue laser beam is λ1, the wavelength of the red laser beam is λ2, the wavelength of the infrared laser beam is λ3, the refractive index of the first material at the wavelength λ is n 1 (λ), and the second material at the wavelength λ Refractive index is n 2 (λ), diffraction order when using blue laser light is m1, diffraction order when using red laser light is m2, diffraction order when using infrared laser light is m3, first material to be laminated When the converted Abbe number ν is expressed by the following equation:
Figure 2007122828
The grating thickness d of the second material is represented by the above formula, and in the plurality of monochromatic lights, the diffraction efficiency of the diffracted light of the used diffraction order takes a peak value, respectively. 2. The optical element according to claim 1.
複数の単色光を屈折させるための1つの回折面を有した光学素子であって、
第1の波長の単色光結像時の使用回折次数をm1、第2の波長の単色光結像時の使用回折次数をm2、第3の波長の単色光結像時の使用回折次数をm3、第1の波長をλ1、第2の波長をλ2、第3の波長をλ3をとするとき、
Figure 2007122828
の両式を満たすことにより前記複数の単色光において、夫々、使用回折次数の回折光の回折効率がピーク値をとるようにし、更に前記複数の単色光について、夫々、使用回折次数の回折光の回折効率を、複数の単色光以外の他の波長域における回折効率は考慮しないで、所定値以上に高めたことを特徴とする光学素子。
An optical element having one diffraction surface for refracting a plurality of monochromatic lights,
The diffraction order used for monochromatic light imaging of the first wavelength is m1, the diffraction order used for monochromatic light imaging of the second wavelength is m2, and the diffraction order used for monochromatic light imaging of the third wavelength is m3. When the first wavelength is λ1, the second wavelength is λ2, and the third wavelength is λ3,
Figure 2007122828
By satisfying both of these equations, the diffraction efficiency of the diffracted light of the used diffraction order has a peak value in each of the plurality of monochromatic lights, and the diffracted light of the used diffraction order of each of the plurality of monochromatic lights is further reduced. An optical element characterized in that diffraction efficiency is increased to a predetermined value or more without considering diffraction efficiency in a wavelength region other than a plurality of monochromatic lights.
前記第1の波長の単色光は青色レーザ光、第2の波長の単色光は赤色レーザ光、第3の波長の単色光は赤外レーザ光であり、
光学素子の材質の波長λ1における屈折率をn1、波長λ2における屈折率をn2、波長λ3における屈折率をn3として、
換算アッベ数νを下の1番目の式で定義するとき
Figure 2007122828
上の2番目の式となる材質を使用したことを特徴とする請求項3記載の光学素子。
The monochromatic light of the first wavelength is blue laser light, the monochromatic light of the second wavelength is red laser light, the monochromatic light of the third wavelength is infrared laser light,
The refractive index at the wavelength λ1 of the material of the optical element is n1, the refractive index at the wavelength λ2 is n2, and the refractive index at the wavelength λ3 is n3,
When the converted Abbe number ν is defined by the first equation below
Figure 2007122828
4. The optical element according to claim 3, wherein a material represented by the second equation above is used.
前記所定値は70パーセントであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学素子。 5. The optical element according to claim 1, wherein the predetermined value is 70%. 前記複数の単色光は青色レーザ光、赤色レーザ光及び赤外レーザ光であり、
各色のレーザ光は1種類の光ディスクの保護層の厚みに対応し、少なくとも2色のレーザ光については異なる厚みの保護層に対応して、保護層を通って所定面に集光される様に形成されたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学素子。
The plurality of monochromatic lights are blue laser light, red laser light and infrared laser light,
Laser light of each color corresponds to the thickness of the protective layer of one type of optical disc, and laser light of at least two colors corresponds to the protective layer of different thickness so that it is condensed on a predetermined surface through the protective layer 6. The optical element according to claim 1, wherein the optical element is formed.
前記使用回折次数は、夫々、複数の単色光において異なる次数となっていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光学素子。 7. The optical element according to claim 1, wherein the used diffraction orders are different orders for a plurality of monochromatic lights, respectively. いずれかの面は異なる非球面係数及び異なる光路差関数係数で表される複数の回折面領域を有していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光学素子。 8. The optical element according to claim 1, wherein any one of the surfaces has a plurality of diffractive surface areas represented by different aspheric coefficients and different optical path difference function coefficients. 少なくとも2つの異なる色の光束については異なるNA(開口数)により光スポットを形成する様に形成されたことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学素子。 9. The optical element according to claim 1, wherein at least two light beams of different colors are formed so as to form a light spot with different NA (numerical aperture). 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学素子を、光ピックアップ用の結像光学素子または光束をコリメ-ト光束とするコリメータ光学素子として使用したことを特徴とする光ピックアップ装置。 10. An optical pickup device, wherein the optical element according to claim 1 is used as an imaging optical element for an optical pickup or a collimator optical element that uses a light beam as a collimated light beam.
JP2005315632A 2005-10-31 2005-10-31 Optical element having diffraction surface and optical pickup apparatus using the same Pending JP2007122828A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005315632A JP2007122828A (en) 2005-10-31 2005-10-31 Optical element having diffraction surface and optical pickup apparatus using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005315632A JP2007122828A (en) 2005-10-31 2005-10-31 Optical element having diffraction surface and optical pickup apparatus using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007122828A true JP2007122828A (en) 2007-05-17

Family

ID=38146495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005315632A Pending JP2007122828A (en) 2005-10-31 2005-10-31 Optical element having diffraction surface and optical pickup apparatus using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007122828A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009059442A (en) * 2007-09-03 2009-03-19 Nikon Corp Objective lens for optical disk and optical disk device
US7830772B2 (en) 2007-08-21 2010-11-09 Hoya Corporation Objective optical system and optical information recording/reproducing device having the same
JP2011145387A (en) * 2010-01-13 2011-07-28 Ricoh Co Ltd Coupling lens and projection image display device having the coupling lens

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7830772B2 (en) 2007-08-21 2010-11-09 Hoya Corporation Objective optical system and optical information recording/reproducing device having the same
JP2009059442A (en) * 2007-09-03 2009-03-19 Nikon Corp Objective lens for optical disk and optical disk device
JP2011145387A (en) * 2010-01-13 2011-07-28 Ricoh Co Ltd Coupling lens and projection image display device having the coupling lens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4905867B2 (en) Objective lens for optical pickup device and optical pickup device
US6865025B2 (en) Aberration compensating optical element, optical system, optical pickup device, recorder and reproducer
KR101000664B1 (en) Recording reproducing optical system, objective lens and optical pickup apparatus
WO2010013616A1 (en) Objective lens and optical pickup device
JPWO2005101393A1 (en) Objective optical system for optical pickup device, optical pickup device, drive device for optical information recording medium, condensing lens, and optical path synthesis element
WO2009154072A1 (en) Objective lens, optical pickup device, and optical disk drive
JP4846975B2 (en) Optical element, objective optical system, and optical pickup device
JP3948481B2 (en) Optical pickup device
WO2009116385A1 (en) Objective lens and optical pickup device
JP2005038585A (en) Optical pickup device, condensing optical system, and optical element
JP4329608B2 (en) Objective lens, optical pickup device, and optical information recording / reproducing device
JPWO2005083694A1 (en) Objective optical system, optical pickup device, and optical information recording / reproducing device
JPWO2007123112A1 (en) Optical pickup device, optical element, optical information recording / reproducing apparatus, and optical element design method
WO2011004827A1 (en) Composite optical element and optical head device
WO2009128445A1 (en) Objective lens and optical pickup device
JP4400326B2 (en) Optical pickup optical system, optical pickup device, and optical disk drive device
JP2005166173A (en) Optical pickup device and optical information recording/reproducing device
JP2007122828A (en) Optical element having diffraction surface and optical pickup apparatus using the same
JP2004006005A (en) Optical pickup device
JP2009037721A (en) Optical pickup device and objective optical element
JP2004326868A (en) Objective optical element and optical pickup device
JP2002050069A (en) Objective lens for optical pickup device and optical pickup device
JP4329329B2 (en) Optical element and optical pickup device
EP1530207A2 (en) Optical pickup device with correcting element
WO2011114895A1 (en) Objective lens, optical pickup device, and optical information recording/ reproducing device