JP3916200B2 - 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents
回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3916200B2 JP3916200B2 JP2000084488A JP2000084488A JP3916200B2 JP 3916200 B2 JP3916200 B2 JP 3916200B2 JP 2000084488 A JP2000084488 A JP 2000084488A JP 2000084488 A JP2000084488 A JP 2000084488A JP 3916200 B2 JP3916200 B2 JP 3916200B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wavelength
- zone plate
- diffractive lens
- lambda
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
- G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Lenses (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種以上の光記録媒体に共用し得る光ピックアップ装置において、該光記録媒体への照射光が光記録媒体の種類に応じて互いに波長の異なる光とされている場合に、各光を対応する光記録媒体上に効率良く集束させることのできる回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の光記録媒体が開発されており、複数種の光記録媒体を共用して記録、再生し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録、再生する装置が知られている。
【０００３】
ところで、このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば635nm程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤ−Ｒについては、可視光領域の光に対して感度を有さないため、780nm程度の近赤外光を使用する必要があり、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した２つの光記録媒体におけるディスク厚が互いに異なる場合には、このような光ピックアップ装置において、再生または記録を行うための各波長の光に対し互いに異なる集束作用とする必要がある。
【０００５】
このような要求に対応するため、再生または記録を行う光記録媒体に応じて、集束作用が互いに異なる２つの対物レンズを交換可能とするシステムが知られているが、これでは光ピックアップ装置の構造が複雑となり、コンパクト化および低廉化の要請にも反する。
【０００６】
一方、近年、平行平板状の回折光学素子等を光ピックアップ装置の対物レンズとして用いるものが知られているが、これらはいずれも、２つの波長の光を、異なるディスク厚の対応する光記録媒体の再生または記録に使用するという要求を満足させるものではなかった（特開昭61-287042号公報、特開平8-62493号公報、特開平7-191219号公報等）。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、光ピックアップ装置の構造を複雑にすることなく、２つの波長の光を各々、ディスク厚の異なる対応する光記録媒体の記録面に良好に集束させることができる、コンパクトかつ低廉な回折型レンズを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の回折型レンズは、光束中に配される波長選択性を有する回折型レンズであって、
該レンズを構成する基体の一方の面には、波長λ１の光に対して集束作用が小、波長λ２の光に対して集束作用が大となるゾーンプレートが形成されており、他方の面には、波長λ２の光に対して集束作用が小、波長λ１の光に対して集束作用が大となるゾーンプレートが形成されており、前記基体は波長λ１および波長λ２の光に対して透明とされており、
前記ゾーンプレートは、断面形状が階段状の同心円格子からなり、２つの波長λ １ およびλ ２ の光を各々、ディスク厚の異なる対応する光記録媒体の記録面に集束させることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記回折型レンズは平行平板形状をなすことが好ましい。
また、前記階段状の同心円格子の階段段数は例えば３とする。
【００１０】
また、前記一方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ１が、以下の条件式（１）、（２）を満足するとともに、前記他方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ２が、以下の条件式（３）、（４）を満足することが好ましい。
ｈ１=Ｌ１λ１／（ｎ１−１）・・・（１）
ｈ１=Ｍ１λ２／（ｎ２−１）＋Ｋ１λ２／２（ｎ２−１）・・・（２）
ｈ２=Ｌ２λ２／（ｎ２−１）・・・（３）
ｈ２=Ｍ２λ１／（ｎ１−１）＋Ｋ２λ１／２（ｎ１−１）・・・（４）
ただし、
λ１、λ２ ２つの入射光の波長
ｎ１ 波長λ１の光に対する格子部分の屈折率
ｎ２ 波長λ２の光に対する格子部分の屈折率
Ｌ１、Ｌ２ 正の整数
Ｍ１ ｈ１＞Ｍ１λ２／（ｎ２−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｍ２ ｈ２＞Ｍ２λ１／（ｎ１−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｋ１、Ｋ２ ０．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦０．７３または１．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦１．７３
【００１１】
また、本発明の光ピックアップ装置は、上述した回折型レンズを備え、該回折型レンズに入射する光束が略平行光束とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この光ピックアップ装置は、厚みが互いに異なる２種の光記録媒体が配される位置に前記光束が集束せしめられるようになっており、一方の光記録媒体は前記波長λ１の光により記録もしくは再生がなされ、他方の光記録媒体は前記波長λ２の光により記録もしくは再生がなされるものであることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
まず、図１０を用いて本発明の実施形態に係る回折型レンズを用いた光ピックアップ装置について説明する。
【００１４】
この光ピックアップ装置では、ＬＤ電源１Ａからの電力供給により半導体レーザ１Ｂ、１Ｃから出力されたレーザ光２がハーフミラー３により反射され、コリメータレンズ４により平行光とされ、対物レンズとして機能する回折型レンズ８により集束光とされて光ディスク６の記録領域６Ａ上に照射される。なお、半導体レーザ１Ｂは、ＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）用の、波長780nmの近赤外域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１Ｃは、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）用の、例えば波長635nmの可視域のレーザ光を出力する光源であり、ハーフミラー１Ｄを介していずれかの半導体レーザ１Ｂ、１Ｃから出力されたレーザ光２がハーフミラー３に照射されるようになっている。また、ＬＤ電源１Ａと半導体レーザ１Ｂ、１Ｃとの間には切替スイッチ１Ｅが配されており、この切替スイッチ１Ｅの操作によりいずれかの半導体レーザ１Ｂ、１Ｃに電力が供給されるようになっている。
【００１５】
上記記録領域６Ａには信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域６Ａからの上記レーザ光２の再生反射光は信号情報を担持した状態で回折型レンズ８およびコリメータレンズ４を介してハーフミラー３に入射し、このハーフミラー３を透過して４分割のフォトダイオード７に入射する。このフォトダイオード７では分割された４つのダイオード位置の各受光量を演算してデータ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得る。
【００１６】
なお、ハーフミラー３は光ディスク６からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー３を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード７上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ４は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ１Ｂ、１Ｃとハーフミラー３との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００１７】
この光ピックアップ装置ではＣＤ−ＲとＤＶＤのいずれの光ディスク６についても信号の記録再生が可能となるように構成されている。
なお、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤは共にＰＣ（ポリカーボネート；屈折率ｎＤ ＝1.514
）からなる保護板を有している。
【００１８】
ところで、上記ＣＤ−Ｒは幾何学的厚みが1.2 ｍｍに規格統一されており、また、上記ＤＶＤは幾何学的厚みが0.6 ｍｍのものに略規格統一されているため、これらいずれの光ディスク６についても確実にフォーカシングをなすべく、記録再生を行うための各波長の光に対し互い異なる集束作用を有する構成を設ける必要がある。
【００１９】
そこで、上記光ピックアップ装置においては、図１に示す如く、回折型レンズ８の表裏各面に、互いに波長選択性および集束作用の異なるゾーンプレート１２を設け、ＣＤ−ＲおよびＤＶＤの記録再生を共用することができるように構成している。これにより、図２（Ａ）に示されるようにＣＤ−Ｒ２６が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１Ｂからの波長780nm（λ２）のレーザ光２が略平行とされた状態で回折型レンズ８に入射することになるが、入射するレーザ光２は、この回折型レンズ８の光源側の面（以下第２面と称する）に形成されたゾーンプレート１２によりＣＤ−Ｒ２６の記録面２６Ａ上に集束せしめられることになる。
【００２０】
なお、この第２面に形成されたゾーンプレート１２は波長635nm（λ１）のレーザ光２に対しては集束作用を有さない（０次回折光が100％となる）ため、波長635nm（λ１）のレーザ光２はこの第２面を略そのまま透過することになる。
【００２１】
一方、図２（Ｂ）に示されるようにＤＶＤ３６が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１Ｃからの波長635nm（λ１）のレーザ光２が略平行とされた状態で回折型レンズ８に入射することになるが、入射するレーザ光２は、この回折型レンズ８のディスク側の面（以下第１面と称する）に形成されたゾーンプレート１２によりＤＶＤ３６の記録面３６Ａ上に集束せしめられることになる。
【００２２】
なお、この第１面に形成されたゾーンプレート１２は波長780nm（λ２）のレーザ光２に対しては集束作用を有さない（０次回折光が100％となる）ため、波長780nm（λ２）のレーザ光２はこの第１面を略そのまま透過することになる。
【００２３】
図３は、上述した回折型レンズ８の第１面の断面構造を示すものであり、ガラス基板１０上に、断面形状が片側階段状（ステップの高さｈ）のゾーンプレート１２Ａが形成されている様子が示されている。１段当りの高さがｈであり、階段段数は３（４ステップ）であるから、階段全体の高さは３ｈとなる。
【００２４】
なお、第２面についても、略同様の形状（後述するように高さおよびピッチは異なる）をなすゾーンプレート１２Ｂが形成されている。
また、上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂの具体的な格子ピッチはＤＶＤやＣＤ-Ｒで要求されているレンズのＮＡを考慮して決定する。
【００２５】
また、この階段の各ステップの高さｈ１、ｈ２は、各々一方の波長の光に対する１次回折光の割合を大とするとともに、他方の波長の光に対する０次回折光の割合を100％とするような値に設定されている。
【００２６】
すなわち、一方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ１が、以下の条件式（１）、（２）を満足するとともに、他方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当り高さｈ２が、以下の条件式（３）、（４）を満足する。
ｈ１=Ｌ１λ１／（ｎ１−１）・・・（１）
ｈ１=Ｍ１λ２／（ｎ２−１）＋Ｋ１λ２／２（ｎ２−１）・・・（２）
ｈ２=Ｌ２λ２／（ｎ２−１）・・・（３）
ｈ２=Ｍ２λ１／（ｎ１−１）＋Ｋ２λ１／２（ｎ１−１）・・・（４）
ただし、
λ１、λ２ ２つの入射光の波長
ｎ１ 波長λ１の光に対する格子部分の屈折率
ｎ２ 波長λ２の光に対する格子部分の屈折率
Ｌ１、Ｌ２ 正の整数
Ｍ１ ｈ１＞Ｍ１λ２／（ｎ２−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｍ２ ｈ２＞Ｍ２λ１／（ｎ１−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｋ１、Ｋ２ ０．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦０．７３または１．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦１．７３
【００２７】
また、上記条件式（２）、（４）において、Ｋ１、Ｋ２（総称してＫ）の値が0.5、1.0および1.5に近くなる程、０次回折光の回折効率が小さくなり、Ｋ＝0.5、1.0および1.5のときに０次回折光の回折効率は０となり、また、Ｋ＝0.5のときに−１次回折光が最大となり、さらにＫ=1.5のときに＋１次回折光が最大となる。
【００２８】
なお、このように、各ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂの断面形状を、単純な矩形ではなく一方に階段状部分を設けるような形状とすることにより、上記Ｋの値を適切に設定することで±１次回折光のうち一方のみの回折光を出力させることが可能であり、これにより各部材の配置、サイズを工夫することによって回折光が無用のノイズの原因となることを防止することが可能となる。
【００２９】
なお、図８、図９に示すように、−１次光とは階段の低い方から高い方へ回折する光をいうものとし、＋１次光とは階段の高い方から低い方へ回折する光をいうものとする。
【００３０】
図１１は、上記条件式（２）、（４）を用いた場合に、Ｋの値に応じて０次回折光と±１次回折光の割合が変化する様子を表しており、0.27≦Ｋ≦1.73の範囲において±１次回折光の割合が０次回折光の割合以上となることを表わしている。
【００３１】
このように上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂは回折型レンズ８に入射した光に対し、Ｋの値に応じて０次回折光および±１次回折光における各々の回折効率を変化させるようになっているが、Ｋが0.27以上、1.73以下の値に設定されれば、上述した如く、−１次回折光もしくは＋１次回折光の回折効率が０次回折光の回折効率を上回ることとなる。さらに光利用効率を考慮すると実用上問題のない範囲である、０．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦０．７３または１．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦１．７３とすることがより好ましい。
【００３２】
また、上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂはガラス基板１０上に２酸化チタン（ＴｉＯ２）を蒸着することにより形成されている。なお、２酸化チタンの屈折率は波長635nmの光に対して2.349であり、波長780nmの光に対しては2.299である。
【００３３】
また、図４〜図７は上述した回折型レンズ８の異なる実施形態を各々示すものである。いずれの実施形態においても同様の作用効果を得ることができる。
また、上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂの最外径は入射する２つの波長のレーザ光２のビーム径を勘案して設定すればよく、両者の最外径の大小は適宜設定し得る。
【００３４】
なお、本発明の回折型レンズとしては上述した実施形態のものに限られず種々の態様の変更が可能であり、基板を形成する材料としては、例えばプラスチック材料を使用することができ、また、ゾーンプレートの形成材料としては、その他の種々の材料、例えば金属、金属酸化物さらには非金属を使用可能である。また、基板とゾーンプレートをプラスッチックにより一体成型することも可能である。
【００３５】
また、このゾーンプレートの形成手法としては蒸着に限られるものではなく、スパッタリング、メッキ、ロールコーティング等の種々の手法を用いることができる。
【００３６】
また、本発明の光ピックアップ装置としても、記録、再生対象となる光記録媒体としてはＤＶＤとＣＤ−Ｒに限られず、使用波長域の仕様が互いに異なる２つの光記録媒体を共通の光ピックアップ装置で記録、再生する場合に適用できる。
【００３７】
さらに、上述した条件式（１）、（３）におけるＬ１、Ｌ２の値を実用上問題とされない範囲で整数と異なる値に設定し、Ｋ１、Ｋ２の値を0.27以上、0.73以下または1.27以上、1.73以下の値となるように設定することも可能である。
なお、上記第１面と上記第２面に形成されたゾーンプレートを互いに入れ替えても略同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の回折型レンズについて具体的な数値を用いた実施例によりさらに説明する。
【００３９】
＜実施例１＞
ゾーンプレートの形成材料を２酸化チタン（ＴｉＯ２）とし、ＤＶＤに照射する光の波長λ１を635nm、ＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２を780nmとした。これにより２酸化チタンの波長λ１の光に対する屈折率ｎ１は2.349、波長λ２の光に対する屈折率ｎ２は2.299となった。次に、上記条件式（１）においてＬ１＝８、上記条件式（３）においてＬ２＝１とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は3.76575μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は0.60046μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝６、Ｋ１＝0.543、上記条件式（４）においてＭ２＝１、Ｋ２＝0.551となった。
【００４０】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が1.1％、−１次回折光の割合は78.5％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００４１】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が0.8％、−１次回折光の割合は79.3％となった。
【００４２】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００４３】
＜実施例２＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝４、上記条件式（３）においてＬ２＝26とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は1.88288μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は15.61201μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝３、Ｋ１＝0.271、上記条件式（４）においてＭ２＝33、Ｋ２＝0.333となった。
【００４４】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が18.9％、−１次回折光の割合は56.6％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００４５】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が35.9％、−１次回折光の割合は40.3％となった。
【００４６】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００４７】
＜実施例３＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝３、上記条件式（３）においてＬ２＝23とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は1.41216μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は13.81062μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝２、Ｋ１＝0.704、上記条件式（４）においてＭ２＝29、Ｋ２＝0.679となった。
【００４８】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が6.6％、−１次回折光の割合は53.6％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００４９】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が7.2％、−１次回折光の割合は47.1％となった。
【００５０】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００５１】
＜実施例４＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝１、上記条件式（３）においてＬ２＝10とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は0.47072μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は6.00462μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝０、Ｋ１＝1.568、上記条件式（４）においてＭ２＝12、Ｋ２＝1.513となった。
【００５２】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が0.1％、＋１次回折光の割合は80.9％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００５３】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が2.7％、＋１次回折光の割合は76.6％となった。
【００５４】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００５５】
＜実施例５＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝10、上記条件式（３）においてＬ２＝14とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は4.70719μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は8.40647μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝７、Ｋ１＝1.679、上記条件式（４）においてＭ２＝17、Ｋ２＝1.718となった。
【００５６】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が32.6％、＋１次回折光の割合は43.2％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００５７】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が21.7％、＋１次回折光の割合は53.7％となった。
【００５８】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００５９】
＜実施例６＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝６、上記条件式（３）においてＬ２＝６とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は2.82431μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は3.60277μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝４、Ｋ１＝1.407、上記条件式（４）においてＭ２＝７、Ｋ２＝1.308となった。
【００６０】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が7.0％、＋１次回折光の割合は50.0％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００６１】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が3.0％、＋１次回折光の割合は72.8％となった。
【００６２】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００６３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の回折型レンズおよび光ピックアップ装置によれば、波長選択性および集束作用が互いに異なる断面階段状のゾーンプレートをレンズの表面と裏面に設けることで、一方の光記録媒体を再生あるいは記録するための波長の光は表面側のゾーンプレートにより集束させ、他方の光記録媒体を再生あるいは記録するための波長の光は裏面側のゾーンプレートにより集束させることを可能としている。
また、レンズ厚を薄く形成することができるので、長い焦点距離とせずとも、そのフォーカシングの作動距離を充分なものとすることができる。
【００６４】
したがって、光ピックアップ装置の構造を複雑にすることなく、コンパクト化および低廉化という要求を満足させつつ、２つの波長の光を各々、ディスク厚の異なる対応する光記録媒体の記録面に良好に集束させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る回折型レンズを示す平面図
【図２】図１に示す回折型レンズの作用を説明するための概略図
【図３】図１に示す回折型レンズの形状を示す一部断面図
【図４】本発明の一実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図５】図４に示す回折型レンズとは別の実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図６】図４、５に示す回折型レンズとは別の実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図７】図４、５、６に示す回折型レンズとは別の実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図８】本発明の実施形態に係る回折型レンズにおける回折光の方向を示す概略図
【図９】本発明の実施形態に係る回折型レンズにおける回折光の方向を示す概略図
【図１０】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す概略図
【図１１】本発明の実施形態に係る回折型レンズのゾーンプレートの回折効率を示すグラフ
【符号の説明】
１Ａ ＬＤ電源
１Ｂ、１Ｃ 半導体レーザ
１Ｄ、３ ハーフミラー
４ コリメータレンズ
５、８ 回折型レンズ
６ 光ディスク
６Ａ、２６Ａ、３６Ａ 記録領域（記録面）
１０ ガラス基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ ゾーンプレート
２６ ＣＤ−Ｒ
３６ ＤＶＤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種以上の光記録媒体に共用し得る光ピックアップ装置において、該光記録媒体への照射光が光記録媒体の種類に応じて互いに波長の異なる光とされている場合に、各光を対応する光記録媒体上に効率良く集束させることのできる回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の光記録媒体が開発されており、複数種の光記録媒体を共用して記録、再生し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録、再生する装置が知られている。
【０００３】
ところで、このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば635nm程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤ−Ｒについては、可視光領域の光に対して感度を有さないため、780nm程度の近赤外光を使用する必要があり、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した２つの光記録媒体におけるディスク厚が互いに異なる場合には、このような光ピックアップ装置において、再生または記録を行うための各波長の光に対し互いに異なる集束作用とする必要がある。
【０００５】
このような要求に対応するため、再生または記録を行う光記録媒体に応じて、集束作用が互いに異なる２つの対物レンズを交換可能とするシステムが知られているが、これでは光ピックアップ装置の構造が複雑となり、コンパクト化および低廉化の要請にも反する。
【０００６】
一方、近年、平行平板状の回折光学素子等を光ピックアップ装置の対物レンズとして用いるものが知られているが、これらはいずれも、２つの波長の光を、異なるディスク厚の対応する光記録媒体の再生または記録に使用するという要求を満足させるものではなかった（特開昭61-287042号公報、特開平8-62493号公報、特開平7-191219号公報等）。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、光ピックアップ装置の構造を複雑にすることなく、２つの波長の光を各々、ディスク厚の異なる対応する光記録媒体の記録面に良好に集束させることができる、コンパクトかつ低廉な回折型レンズを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の回折型レンズは、光束中に配される波長選択性を有する回折型レンズであって、
該レンズを構成する基体の一方の面には、波長λ１の光に対して集束作用が小、波長λ２の光に対して集束作用が大となるゾーンプレートが形成されており、他方の面には、波長λ２の光に対して集束作用が小、波長λ１の光に対して集束作用が大となるゾーンプレートが形成されており、前記基体は波長λ１および波長λ２の光に対して透明とされており、
前記ゾーンプレートは、断面形状が階段状の同心円格子からなり、２つの波長λ １ およびλ ２ の光を各々、ディスク厚の異なる対応する光記録媒体の記録面に集束させることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記回折型レンズは平行平板形状をなすことが好ましい。
また、前記階段状の同心円格子の階段段数は例えば３とする。
【００１０】
また、前記一方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ１が、以下の条件式（１）、（２）を満足するとともに、前記他方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ２が、以下の条件式（３）、（４）を満足することが好ましい。
ｈ１=Ｌ１λ１／（ｎ１−１）・・・（１）
ｈ１=Ｍ１λ２／（ｎ２−１）＋Ｋ１λ２／２（ｎ２−１）・・・（２）
ｈ２=Ｌ２λ２／（ｎ２−１）・・・（３）
ｈ２=Ｍ２λ１／（ｎ１−１）＋Ｋ２λ１／２（ｎ１−１）・・・（４）
ただし、
λ１、λ２ ２つの入射光の波長
ｎ１ 波長λ１の光に対する格子部分の屈折率
ｎ２ 波長λ２の光に対する格子部分の屈折率
Ｌ１、Ｌ２ 正の整数
Ｍ１ ｈ１＞Ｍ１λ２／（ｎ２−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｍ２ ｈ２＞Ｍ２λ１／（ｎ１−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｋ１、Ｋ２ ０．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦０．７３または１．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦１．７３
【００１１】
また、本発明の光ピックアップ装置は、上述した回折型レンズを備え、該回折型レンズに入射する光束が略平行光束とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この光ピックアップ装置は、厚みが互いに異なる２種の光記録媒体が配される位置に前記光束が集束せしめられるようになっており、一方の光記録媒体は前記波長λ１の光により記録もしくは再生がなされ、他方の光記録媒体は前記波長λ２の光により記録もしくは再生がなされるものであることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
まず、図１０を用いて本発明の実施形態に係る回折型レンズを用いた光ピックアップ装置について説明する。
【００１４】
この光ピックアップ装置では、ＬＤ電源１Ａからの電力供給により半導体レーザ１Ｂ、１Ｃから出力されたレーザ光２がハーフミラー３により反射され、コリメータレンズ４により平行光とされ、対物レンズとして機能する回折型レンズ８により集束光とされて光ディスク６の記録領域６Ａ上に照射される。なお、半導体レーザ１Ｂは、ＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）用の、波長780nmの近赤外域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１Ｃは、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）用の、例えば波長635nmの可視域のレーザ光を出力する光源であり、ハーフミラー１Ｄを介していずれかの半導体レーザ１Ｂ、１Ｃから出力されたレーザ光２がハーフミラー３に照射されるようになっている。また、ＬＤ電源１Ａと半導体レーザ１Ｂ、１Ｃとの間には切替スイッチ１Ｅが配されており、この切替スイッチ１Ｅの操作によりいずれかの半導体レーザ１Ｂ、１Ｃに電力が供給されるようになっている。
【００１５】
上記記録領域６Ａには信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域６Ａからの上記レーザ光２の再生反射光は信号情報を担持した状態で回折型レンズ８およびコリメータレンズ４を介してハーフミラー３に入射し、このハーフミラー３を透過して４分割のフォトダイオード７に入射する。このフォトダイオード７では分割された４つのダイオード位置の各受光量を演算してデータ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得る。
【００１６】
なお、ハーフミラー３は光ディスク６からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー３を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード７上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ４は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ１Ｂ、１Ｃとハーフミラー３との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００１７】
この光ピックアップ装置ではＣＤ−ＲとＤＶＤのいずれの光ディスク６についても信号の記録再生が可能となるように構成されている。
なお、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤは共にＰＣ（ポリカーボネート；屈折率ｎＤ ＝1.514
）からなる保護板を有している。
【００１８】
ところで、上記ＣＤ−Ｒは幾何学的厚みが1.2 ｍｍに規格統一されており、また、上記ＤＶＤは幾何学的厚みが0.6 ｍｍのものに略規格統一されているため、これらいずれの光ディスク６についても確実にフォーカシングをなすべく、記録再生を行うための各波長の光に対し互い異なる集束作用を有する構成を設ける必要がある。
【００１９】
そこで、上記光ピックアップ装置においては、図１に示す如く、回折型レンズ８の表裏各面に、互いに波長選択性および集束作用の異なるゾーンプレート１２を設け、ＣＤ−ＲおよびＤＶＤの記録再生を共用することができるように構成している。これにより、図２（Ａ）に示されるようにＣＤ−Ｒ２６が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１Ｂからの波長780nm（λ２）のレーザ光２が略平行とされた状態で回折型レンズ８に入射することになるが、入射するレーザ光２は、この回折型レンズ８の光源側の面（以下第２面と称する）に形成されたゾーンプレート１２によりＣＤ−Ｒ２６の記録面２６Ａ上に集束せしめられることになる。
【００２０】
なお、この第２面に形成されたゾーンプレート１２は波長635nm（λ１）のレーザ光２に対しては集束作用を有さない（０次回折光が100％となる）ため、波長635nm（λ１）のレーザ光２はこの第２面を略そのまま透過することになる。
【００２１】
一方、図２（Ｂ）に示されるようにＤＶＤ３６が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録再生が行われる場合には、半導体レーザ１Ｃからの波長635nm（λ１）のレーザ光２が略平行とされた状態で回折型レンズ８に入射することになるが、入射するレーザ光２は、この回折型レンズ８のディスク側の面（以下第１面と称する）に形成されたゾーンプレート１２によりＤＶＤ３６の記録面３６Ａ上に集束せしめられることになる。
【００２２】
なお、この第１面に形成されたゾーンプレート１２は波長780nm（λ２）のレーザ光２に対しては集束作用を有さない（０次回折光が100％となる）ため、波長780nm（λ２）のレーザ光２はこの第１面を略そのまま透過することになる。
【００２３】
図３は、上述した回折型レンズ８の第１面の断面構造を示すものであり、ガラス基板１０上に、断面形状が片側階段状（ステップの高さｈ）のゾーンプレート１２Ａが形成されている様子が示されている。１段当りの高さがｈであり、階段段数は３（４ステップ）であるから、階段全体の高さは３ｈとなる。
【００２４】
なお、第２面についても、略同様の形状（後述するように高さおよびピッチは異なる）をなすゾーンプレート１２Ｂが形成されている。
また、上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂの具体的な格子ピッチはＤＶＤやＣＤ-Ｒで要求されているレンズのＮＡを考慮して決定する。
【００２５】
また、この階段の各ステップの高さｈ１、ｈ２は、各々一方の波長の光に対する１次回折光の割合を大とするとともに、他方の波長の光に対する０次回折光の割合を100％とするような値に設定されている。
【００２６】
すなわち、一方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ１が、以下の条件式（１）、（２）を満足するとともに、他方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当り高さｈ２が、以下の条件式（３）、（４）を満足する。
ｈ１=Ｌ１λ１／（ｎ１−１）・・・（１）
ｈ１=Ｍ１λ２／（ｎ２−１）＋Ｋ１λ２／２（ｎ２−１）・・・（２）
ｈ２=Ｌ２λ２／（ｎ２−１）・・・（３）
ｈ２=Ｍ２λ１／（ｎ１−１）＋Ｋ２λ１／２（ｎ１−１）・・・（４）
ただし、
λ１、λ２ ２つの入射光の波長
ｎ１ 波長λ１の光に対する格子部分の屈折率
ｎ２ 波長λ２の光に対する格子部分の屈折率
Ｌ１、Ｌ２ 正の整数
Ｍ１ ｈ１＞Ｍ１λ２／（ｎ２−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｍ２ ｈ２＞Ｍ２λ１／（ｎ１−１）なる条件式を満足する、０および正の整数のうちの最大値
Ｋ１、Ｋ２ ０．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦０．７３または１．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦１．７３
【００２７】
また、上記条件式（２）、（４）において、Ｋ１、Ｋ２（総称してＫ）の値が0.5、1.0および1.5に近くなる程、０次回折光の回折効率が小さくなり、Ｋ＝0.5、1.0および1.5のときに０次回折光の回折効率は０となり、また、Ｋ＝0.5のときに−１次回折光が最大となり、さらにＫ=1.5のときに＋１次回折光が最大となる。
【００２８】
なお、このように、各ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂの断面形状を、単純な矩形ではなく一方に階段状部分を設けるような形状とすることにより、上記Ｋの値を適切に設定することで±１次回折光のうち一方のみの回折光を出力させることが可能であり、これにより各部材の配置、サイズを工夫することによって回折光が無用のノイズの原因となることを防止することが可能となる。
【００２９】
なお、図８、図９に示すように、−１次光とは階段の低い方から高い方へ回折する光をいうものとし、＋１次光とは階段の高い方から低い方へ回折する光をいうものとする。
【００３０】
図１１は、上記条件式（２）、（４）を用いた場合に、Ｋの値に応じて０次回折光と±１次回折光の割合が変化する様子を表しており、0.27≦Ｋ≦1.73の範囲において±１次回折光の割合が０次回折光の割合以上となることを表わしている。
【００３１】
このように上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂは回折型レンズ８に入射した光に対し、Ｋの値に応じて０次回折光および±１次回折光における各々の回折効率を変化させるようになっているが、Ｋが0.27以上、1.73以下の値に設定されれば、上述した如く、−１次回折光もしくは＋１次回折光の回折効率が０次回折光の回折効率を上回ることとなる。さらに光利用効率を考慮すると実用上問題のない範囲である、０．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦０．７３または１．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦１．７３とすることがより好ましい。
【００３２】
また、上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂはガラス基板１０上に２酸化チタン（ＴｉＯ２）を蒸着することにより形成されている。なお、２酸化チタンの屈折率は波長635nmの光に対して2.349であり、波長780nmの光に対しては2.299である。
【００３３】
また、図４〜図７は上述した回折型レンズ８の異なる実施形態を各々示すものである。いずれの実施形態においても同様の作用効果を得ることができる。
また、上記ゾーンプレート１２Ａ、１２Ｂの最外径は入射する２つの波長のレーザ光２のビーム径を勘案して設定すればよく、両者の最外径の大小は適宜設定し得る。
【００３４】
なお、本発明の回折型レンズとしては上述した実施形態のものに限られず種々の態様の変更が可能であり、基板を形成する材料としては、例えばプラスチック材料を使用することができ、また、ゾーンプレートの形成材料としては、その他の種々の材料、例えば金属、金属酸化物さらには非金属を使用可能である。また、基板とゾーンプレートをプラスッチックにより一体成型することも可能である。
【００３５】
また、このゾーンプレートの形成手法としては蒸着に限られるものではなく、スパッタリング、メッキ、ロールコーティング等の種々の手法を用いることができる。
【００３６】
また、本発明の光ピックアップ装置としても、記録、再生対象となる光記録媒体としてはＤＶＤとＣＤ−Ｒに限られず、使用波長域の仕様が互いに異なる２つの光記録媒体を共通の光ピックアップ装置で記録、再生する場合に適用できる。
【００３７】
さらに、上述した条件式（１）、（３）におけるＬ１、Ｌ２の値を実用上問題とされない範囲で整数と異なる値に設定し、Ｋ１、Ｋ２の値を0.27以上、0.73以下または1.27以上、1.73以下の値となるように設定することも可能である。
なお、上記第１面と上記第２面に形成されたゾーンプレートを互いに入れ替えても略同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の回折型レンズについて具体的な数値を用いた実施例によりさらに説明する。
【００３９】
＜実施例１＞
ゾーンプレートの形成材料を２酸化チタン（ＴｉＯ２）とし、ＤＶＤに照射する光の波長λ１を635nm、ＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２を780nmとした。これにより２酸化チタンの波長λ１の光に対する屈折率ｎ１は2.349、波長λ２の光に対する屈折率ｎ２は2.299となった。次に、上記条件式（１）においてＬ１＝８、上記条件式（３）においてＬ２＝１とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は3.76575μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は0.60046μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝６、Ｋ１＝0.543、上記条件式（４）においてＭ２＝１、Ｋ２＝0.551となった。
【００４０】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が1.1％、−１次回折光の割合は78.5％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００４１】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が0.8％、−１次回折光の割合は79.3％となった。
【００４２】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００４３】
＜実施例２＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝４、上記条件式（３）においてＬ２＝26とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は1.88288μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は15.61201μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝３、Ｋ１＝0.271、上記条件式（４）においてＭ２＝33、Ｋ２＝0.333となった。
【００４４】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が18.9％、−１次回折光の割合は56.6％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００４５】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が35.9％、−１次回折光の割合は40.3％となった。
【００４６】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００４７】
＜実施例３＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝３、上記条件式（３）においてＬ２＝23とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は1.41216μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は13.81062μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝２、Ｋ１＝0.704、上記条件式（４）においてＭ２＝29、Ｋ２＝0.679となった。
【００４８】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が6.6％、−１次回折光の割合は53.6％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００４９】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が7.2％、−１次回折光の割合は47.1％となった。
【００５０】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００５１】
＜実施例４＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝１、上記条件式（３）においてＬ２＝10とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は0.47072μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は6.00462μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝０、Ｋ１＝1.568、上記条件式（４）においてＭ２＝12、Ｋ２＝1.513となった。
【００５２】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が0.1％、＋１次回折光の割合は80.9％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００５３】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が2.7％、＋１次回折光の割合は76.6％となった。
【００５４】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００５５】
＜実施例５＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝10、上記条件式（３）においてＬ２＝14とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は4.70719μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は8.40647μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝７、Ｋ１＝1.679、上記条件式（４）においてＭ２＝17、Ｋ２＝1.718となった。
【００５６】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が32.6％、＋１次回折光の割合は43.2％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００５７】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が21.7％、＋１次回折光の割合は53.7％となった。
【００５８】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００５９】
＜実施例６＞
ゾーンプレートの形成材料、ＤＶＤに照射する光の波長λ１およびＣＤ−Ｒに照射する光の波長λ２、ならびに形成材料に対する屈折率ｎ１、屈折率ｎ２については実施例１と同様であるが、上記条件式（１）においてＬ１＝６、上記条件式（３）においてＬ２＝６とした。これにより、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ１は2.82431μｍ、ゾーンプレートの１段当りのステップ高さｈ２は3.60277μｍとなった。
また、この場合、上記条件式（２）においてＭ１＝４、Ｋ１＝1.407、上記条件式（４）においてＭ２＝７、Ｋ２＝1.308となった。
【００６０】
このときのディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が7.0％、＋１次回折光の割合は50.0％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が100％となった。
【００６１】
また、このときの光源側の（第２面側の）ゾーンプレートの回折効率は、波長635nm（λ１）の光に対しては、０次回折光の割合が100％、波長780nm（λ２）の光に対しては、０次回折光の割合が3.0％、＋１次回折光の割合は72.8％となった。
【００６２】
したがって、ディスク側の（第１面側の）ゾーンプレートは波長635nm（λ１）の光に対してレンズ集束作用を有し、光源側の（第２面側の）ゾーンプレートは波長780nm（λ２）の光に対してレンズ集束作用を有する。
【００６３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の回折型レンズおよび光ピックアップ装置によれば、波長選択性および集束作用が互いに異なる断面階段状のゾーンプレートをレンズの表面と裏面に設けることで、一方の光記録媒体を再生あるいは記録するための波長の光は表面側のゾーンプレートにより集束させ、他方の光記録媒体を再生あるいは記録するための波長の光は裏面側のゾーンプレートにより集束させることを可能としている。
また、レンズ厚を薄く形成することができるので、長い焦点距離とせずとも、そのフォーカシングの作動距離を充分なものとすることができる。
【００６４】
したがって、光ピックアップ装置の構造を複雑にすることなく、コンパクト化および低廉化という要求を満足させつつ、２つの波長の光を各々、ディスク厚の異なる対応する光記録媒体の記録面に良好に集束させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る回折型レンズを示す平面図
【図２】図１に示す回折型レンズの作用を説明するための概略図
【図３】図１に示す回折型レンズの形状を示す一部断面図
【図４】本発明の一実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図５】図４に示す回折型レンズとは別の実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図６】図４、５に示す回折型レンズとは別の実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図７】図４、５、６に示す回折型レンズとは別の実施形態に係る回折型レンズの形状を示す断面図
【図８】本発明の実施形態に係る回折型レンズにおける回折光の方向を示す概略図
【図９】本発明の実施形態に係る回折型レンズにおける回折光の方向を示す概略図
【図１０】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す概略図
【図１１】本発明の実施形態に係る回折型レンズのゾーンプレートの回折効率を示すグラフ
【符号の説明】
１Ａ ＬＤ電源
１Ｂ、１Ｃ 半導体レーザ
１Ｄ、３ ハーフミラー
４ コリメータレンズ
５、８ 回折型レンズ
６ 光ディスク
６Ａ、２６Ａ、３６Ａ 記録領域（記録面）
１０ ガラス基板
１２、１２Ａ、１２Ｂ ゾーンプレート
２６ ＣＤ−Ｒ
３６ ＤＶＤ
Claims (6)
- 光束中に配される波長選択性を有する回折型レンズであって、
該レンズを構成する基体の一方の面には、波長λ１の光に対して集束作用が小、波長λ２の光に対して集束作用が大となるゾーンプレートが形成されており、他方の面には、波長λ２の光に対して集束作用が小、波長λ１の光に対して集束作用が大となるゾーンプレートが形成されており、前記基体は波長λ１および波長λ２の光に対して透明とされており、前記ゾーンプレートは、断面形状が階段状の同心円格子からなり、２つの波長λ １ およびλ ２ の光を各々、ディスク厚の異なる対応する光記録媒体の記録面に集束させることを特徴とする回折型レンズ。 - 前記回折型レンズは平行平板形状をなすことを特徴とする請求項１記載の回折型レンズ。
- 前記階段状の同心円格子の階段段数が３であることを特徴とする請求項１または２記載の回折型レンズ。
- 前記一方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ１が、以下の条件式（１）、（２）を満足するとともに、前記他方の面に形成されたゾーンプレートの階段部分の１段当りの高さｈ２が、以下の条件式（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の回折型レンズ。
ｈ１=Ｌ１λ１／（ｎ１−１）・・・（１）
ｈ１=Ｍ１λ２／（ｎ２−１）＋Ｋ１λ２／２（ｎ２−１）・・・（２）
ｈ２=Ｌ２λ２／（ｎ２−１）・・・（３）
ｈ２=Ｍ２λ１／（ｎ１−１）＋Ｋ２λ１／２（ｎ１−１）・・・（４）
ただし、
λ１、λ２ ２つの入射光の波長
ｎ１ 波長λ１の光に対する格子部分の屈折率
ｎ２ 波長λ２の光に対する格子部分の屈折率
Ｌ１、Ｌ２ 正の整数
Ｍ１ ｈ１＞Ｍ１λ２／（ｎ２−１）なる条件式を満足する、
０および正の整数のうちの最大値
Ｍ２ ｈ２＞Ｍ２λ１／（ｎ１−１）なる条件式を満足する、
０および正の整数のうちの最大値
Ｋ１、Ｋ２ ０．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦０．７３
または１．２７≦Ｋ１、Ｋ２≦１．７３ - 請求項１〜４のうちいずれか１項記載の回折型レンズを備え、該回折型レンズに入射する光束は略平行光束とされていることを特徴とする光ピックアップ装置。
- 厚みが互いに異なる２種の光記録媒体が配される位置に前記光束が集束せしめられるようになっており、一方の光記録媒体は前記波長λ１の光により記録もしくは再生がなされ、他方の光記録媒体は前記波長λ２の光により記録もしくは再生がなされるものであることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084488A JP3916200B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 |
| US09/805,226 US6545821B2 (en) | 2000-03-24 | 2001-03-14 | Diffraction type lens and optical pickup apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000084488A JP3916200B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001272517A JP2001272517A (ja) | 2001-10-05 |
| JP3916200B2 true JP3916200B2 (ja) | 2007-05-16 |
Family
ID=18600960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000084488A Expired - Fee Related JP3916200B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6545821B2 (ja) |
| JP (1) | JP3916200B2 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3920001B2 (ja) * | 2000-03-24 | 2007-05-30 | フジノン株式会社 | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 |
| JP2002237081A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-23 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 光ヘッド装置 |
| JP2002277732A (ja) | 2001-03-14 | 2002-09-25 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 回折型光ピックアップレンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 |
| JP2002311221A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-23 | Alps Electric Co Ltd | 光学部材及びこれを用いた光学装置 |
| CN1313846C (zh) * | 2001-10-05 | 2007-05-02 | 松下电器产业株式会社 | 衍射光学元件及使用了该衍射光学元件的光学头 |
| JP2003156681A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Pentax Corp | 光ヘッドの光学系および光ヘッド用対物レンズ |
| US6888613B2 (en) * | 2002-03-01 | 2005-05-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Diffractive focusing using multiple selectively light opaque elements |
| JP2004288336A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-14 | Hitachi Ltd | 光ヘッド |
| JP2005174416A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Konica Minolta Opto Inc | 回折光学素子、対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 |
| EP2020004A1 (en) * | 2006-05-12 | 2009-02-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical scanning device |
| NL1036695A1 (nl) | 2008-05-15 | 2009-11-17 | Asml Netherlands Bv | Lithographic apparatus. |
| US8049963B2 (en) * | 2008-10-17 | 2011-11-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Multiple-wavelength binary diffractive lenses |
| US9045933B2 (en) * | 2011-06-06 | 2015-06-02 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Energy-efficient smart window system |
| KR20130073429A (ko) * | 2011-12-23 | 2013-07-03 | 삼성전자주식회사 | 존 플레이트 및 이를 포함하는 마스크 패턴 측정 장치 |
| WO2013171197A1 (en) | 2012-05-15 | 2013-11-21 | Ait Austrian Institute Of Technology Gmbh | Compact plasmon-enhanced fluorescence biosensor |
| US10473834B2 (en) * | 2016-11-21 | 2019-11-12 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Wafer level microstructures for an optical lens |
| FR3059110A1 (fr) | 2016-11-21 | 2018-05-25 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Diffuseur optique et son procede de fabrication |
| US11391957B2 (en) | 2018-10-29 | 2022-07-19 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Embedded transmissive diffractive optical elements |
| CN113093321B (zh) * | 2020-01-09 | 2022-09-27 | 苏州大学 | 一种多台阶衍射透镜及其制作方法 |
| CN114217370A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-22 | 西安工业大学 | 宽带消色差聚焦与偏振调控的微结构波带片及设计方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6330118B1 (en) * | 1999-04-08 | 2001-12-11 | Aerial Imaging Corporation | Dual focus lens with extended depth of focus |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000084488A patent/JP3916200B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-03-14 US US09/805,226 patent/US6545821B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030043475A1 (en) | 2003-03-06 |
| JP2001272517A (ja) | 2001-10-05 |
| US6545821B2 (en) | 2003-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3916200B2 (ja) | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
| US7072272B2 (en) | Diffraction type optical pickup lens and optical pickup apparatus using the same | |
| KR100604788B1 (ko) | 호환형 광픽업장치 | |
| US7460448B2 (en) | Optical pick-up head, optical information apparatus, and optical information reproducing method | |
| USRE42825E1 (en) | Optical pickup head device, information recording/reproducing apparatus, and method for recording information | |
| US20030072228A1 (en) | Optical detector, optical pickup and optical information reproducing apparatus using optical pickup | |
| JP3553458B2 (ja) | 互換型光ピックアップ装置 | |
| JPH11194207A (ja) | 回折型フィルタ | |
| JP4076047B2 (ja) | 光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
| US6084710A (en) | Diffraction type filter having a wave length selectivity | |
| JP2004171758A (ja) | 階段型回折格子構造を有する平板レンズを採用してｃｄ−ｒｗに互換するｄｖｄ用光記録／ピックアップヘッド | |
| JP3920001B2 (ja) | 回折型レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
| US6094308A (en) | Diffraction type filter having a wavelength selectivity | |
| US6342976B1 (en) | Luminous flux diameter variable type objective lens and optical apparatus using the same | |
| US7035196B2 (en) | Optical head device and optical recording and reproducing apparatus having lasers aligned in a tangential direction | |
| JP4377281B2 (ja) | 光記録媒体用対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
| JP3834814B2 (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP4098989B2 (ja) | 光ヘッド用対物レンズ | |
| JP4223340B2 (ja) | 光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
| JP3827278B2 (ja) | 光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
| KR100579524B1 (ko) | 멀티 기록/재생 광픽업장치 | |
| JP4366813B2 (ja) | 光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用のカップリングレンズ | |
| JP3389416B2 (ja) | 光ピックアップ装置 | |
| JP2004301881A (ja) | 光記録媒体用対物レンズおよびこれを用いた光ピックアップ装置 | |
| JP2004295954A (ja) | 光ピックアップ装置及び光ディスク装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040706 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060914 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061019 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061213 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070201 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070205 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100216 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110216 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110216 Year of fee payment: 4 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110216 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120216 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120216 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130216 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140216 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |