衍射光學元件、對物光學系及光拾取裝置的製作方法

2023-09-16 08:49:20 3

專利名稱：衍射光學元件、對物光學系及光拾取裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及衍射光學元件、具備了衍射光學元件的對物光學系及具備了對物光學系的光拾取裝置。

背景技術：
例如，在專利文獻1(特開平9-127321號公報)中，通過在具有疊層在一起的多個光學部(光學材料)且在界面的至少一個中形成有凹凸圖案(relief pattern)的衍射光學元件中，採用滿足下述數式那樣的結構，來降低在形成有凹凸圖案的界面中衍射效率對波長的依存性， n1(λ)＞n2(λ)， {[n1(λ2)-n2(λ2)]/[n1(λ1)-n2(λ1)]}＞{[n1(λ2)-1]/[n1(λ1)-1]}(＊) λ1、λ2為任意波長，λ1＜λ2， n1(λ)面向上述界面的一個光學部對波長為λ的光的折射率， n2(λ)面向上述界面的另一個光學部對波長為λ的光的折射率。
但在專利文獻1所示的技術中，存在有這樣的問題由於必須要滿足上述條件表達式(＊)，因此限制了可使用在光學部中的材料，降低了衍射光學元件的設計自由度。


發明內容
本發明為鑑於上述各點的發明，其目的在於提供衍射效率對波長的依存性較低，且設計自由度較高的衍射光學元件。
為了達到上述目的，本發明所涉及的衍射光學元件為包括相互接合在一起且接合面形成在衍射面的第一光學部及第二光學部，讓彼此波長不同的多種雷射光線的每一種在衍射面上衍射的衍射光學元件。其特徵在於，構成為使多種雷射光線中的至少一種雷射光線在衍射面上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上。
本發明所涉及的對物光學系用以讓彼此波長不同的多種雷射光線的每一種聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上。其特徵在於，至少包括衍射光學元件，該衍射光學元件具有相互接合在一起且接合面形成在衍射面的第一光學部及第二光學部，且讓多種雷射光線的每一種在衍射面上衍射。衍射光學元件構成為使多種雷射光線中的至少一種在衍射面上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上。
本發明所涉及的光拾取裝置讓雷射光線聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上。其特徵在於，包括光源，射出彼此波長不同的多種雷射光線；以及對物光學系，用以讓來自光源的雷射光線聚焦在信息記錄面上。對物光學系至少包括衍射光學元件，該衍射光學元件具有相互接合在一起且接合面形成在衍射面的第一光學部及第二光學部，且讓來自光源的多種雷射光線的每一種在衍射面上衍射。衍射光學元件構成為使多種雷射光線中的至少一種在衍射面上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上。
使用本發明，能夠實現衍射效率對波長的依存性較低，且設計自由度較高的衍射光學元件。
附圖的簡單說明

圖1為第一實施形態所涉及的衍射光學元件1的剖面示意圖。
圖2為第二實施形態所涉及的衍射光學元件2的剖面示意圖。
圖3為將衍射光學元件2的接合面22的一部分放大之後的剖面示意圖。
圖4為表示第三實施形態所涉及的光拾取裝置3的主要部分的結構圖。
圖5為表示第四實施形態所涉及的光拾取裝置4的主要部分的結構圖。
圖6為對BD25a(對應波長408nm、磁碟厚度0.1mm)配置時的第四數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖7為對DVD25b(對應波長660nm、磁碟厚度0.6mm)配置時的第四數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖8為在第四數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖9為在第四數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖10為對BD25a(對應波長408nm、磁碟厚度0.1mm)配置時的第五數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖11為對DVD25b(對應波長660nm、磁碟厚度0.6mm)配置時的第五數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖12為在第五數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖13為在第五數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖14為對BD25a(對應波長408nm、磁碟厚度0.1mm)配置時的第六數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖15為對DVD25b(對應波長660nm、磁碟厚度0.6mm)配置時的第六數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖16為在第六數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖17為在第六數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖18為對BD25a(對應波長408nm、磁碟厚度0.1mm)配置時的第十數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖19為對DVD25b(對應波長660nm、磁碟厚度0.6mm)配置時的第十數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖20為對DVD25b(對應波長780nm、磁碟厚度1.2mm)配置時的第十數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖21為在第十數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖22為在第十數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖23為在第十數值實施例中波長為780nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖24為對BD25a(對應波長408nm、磁碟厚度0.1mm)配置時的第十一數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖25為對DVD25b(對應波長660nm、磁碟厚度0.6mm)配置時的第十一數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖26為對DVD25b(對應波長780nm、磁碟厚度1.2mm)配置時的第十一數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖27為在第十一數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖28為在第十一數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖29為在第十一數值實施例中波長為780nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖30為對BD25a(對應波長408nm、磁碟厚度0.1mm)配置時的第十二數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖31為對DVD25b(對應波長660nm、磁碟厚度0.6mm)配置時的第十二數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖32為對DVD25b(對應波長780nm、磁碟厚度1.2mm)配置時的第十二數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖33為在第十二數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖34為在第十二數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
圖35為在第十二數值實施例中波長為780nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。

具體實施例方式 以下，參照附圖對本發明的實施形態加以詳細說明。
(第一實施形態) 圖1為該第一實施形態所涉及的衍射光學元件1的剖面示意圖。
該第一實施形態所涉及的衍射光學元件1讓彼此波長不同的(最好相互離散的波長的)多種雷射光線的每一種衍射。衍射光學元件1包括分別由透光性的玻璃和樹脂等構成的第一光學部10及第二光學部11。第一光學部10和第二光學部11相互接合在一起，其接合面12形成在將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成的衍射面13(具體地說，是將剖面大致為三角形(頂部即可以是倒角(chamfering)，或者也可以是圓角(R chamfering)，邊也可以由曲線構成)的細微凸部14規則地排列多個而成的剖面鋸齒狀)。第一光學部10的與接合面12相反一側的表面10a、和第二光學部11的與接合部12相反一側的表面11a形成為彼此平行的平面狀，如圖1所示，例如，從第二光學部11側入射到衍射光學元件1中的雷射光線在衍射面13上衍射，從第一光學部10側射出。這裡，由於衍射面13的光學功率具有波長依存性，因此衍射面13為將彼此不同的相位提供給彼此波長不同的多種雷射光線的每一種且用彼此不同的衍射角度讓多種雷射光線衍射的衍射面。故而，該衍射光學元件1能夠作為例如相位校正元件用在例如光拾取裝置等那樣的使用彼此不同的波長的多種雷射光線的光學裝置等中。
衍射光學元件1構成為使多種雷射光線中的至少一種在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數(以下，稱為「同衍射級數」)為兩級以上。並且，所有的雷射光源的同衍射級數都可以為兩級以上。而且，也可以讓衍射光學元件1構成為使多種雷射光線中的一種在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數、與至少其它一種的同衍射級數彼此不同。
例如，在將彼此波長不同的多種雷射光線的每一種的衍射級數限定為1級時，為了對所有種類的雷射光線得到較高的衍射效率，最好滿足上述條件表達式(＊)，但這樣會降低衍射光學元件的設計自由度。
而根據該第一實施形態的結構，能夠在某種程度上放寬用以對多種雷射光線的每一種獲得較高的衍射效率的第一光學部10及第二光學部11的條件(詳細地說，折射率條件、方差條件等)。即，使用該第一實施形態的結構，能夠實現衍射效率對波長的依存性較低，對所有多種雷射光線具有較高的衍射效率，且設計自由度較高的衍射光學元件1。並且，能夠通過使多種雷射光線中的至少一種在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上，來增大衍射面13的間距(鄰接的凸部14的頂點之間的距離)，能夠提高衍射光學元件1的製造簡單性。從衍射光學元件1的製造簡單性的觀點出發，若所有種類的雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上的話，則更加理想。
並且，例如，最好在衍射光學元件1讓波長為λi(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)的第i(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)雷射光線的k種雷射光線衍射時，衍射光學元件1至少在上述第一到第k雷射光線中的至少兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(2)， 0.83＜(mi·λi/|n1(λi)-n2(λi)|)/h＜1.17(2) mi第i雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λi第i雷射光線的波長， n1(λi)第一光學部10對第i雷射光線的折射率， n2(λi)第二光學部11對第i雷射光線的折射率， h結構單位(凸部14)在光軸方向上的高度(參照圖1)。
使用該結構，能夠對所有的第i(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)雷射光線實現更高的衍射效率。另一方面，在低於該條件表達式的下限時和高於該條件表達式的上限時，第i雷射光線的接合面12的衍射效率處於下降的傾向，例如，成了90％以下。
從為了實現更高的衍射效率的觀點出發，若滿足下述條件表達式(2-1)的話，則更加理想， 0.875＜(mi·λi/| n1(λi)-n2(λi)|)/h＜1.125(2-1) mi第i雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λi第i雷射光線的波長， n1(λi)第一光學部10對第i雷射光線的折射率， n2(λi)第二光學部11對第i雷射光線的折射率， h結構單位(凸部14)在光軸方向上的高度。
使用該結構，能夠對所有的第i(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)雷射光線實現95％以上這樣的更高的衍射效率。
另外，雖然最好使所有的第一到第k雷射光線滿足上述條件表達式(2)、條件表達式(2-1)，但在例如對一些雷射光線不要求那麼高的衍射效率的情況下，並不一定要使該雷射光線滿足上述條件表達式(2)、條件表達式(2-1)。例如，也可以構成為使要求特別高的衍射效率的第一及第二雷射光線滿足上述條件表達式(2-1)，使第三雷射光線不滿足上述條件表達式(2-1)，但滿足條件表達式(2)，使第四到第k雷射光線不滿足上述條件表達式(2)。
更具體地說，當衍射光學元件1為讓第一波長λ1的第一雷射光線、與第一波長λ1不同的第二波長λ2的第二雷射光線、和與第一波長λ1及第二波長λ2都不同的第三波長λ3的第三雷射光線衍射的衍射光學元件時，若至少在第一到第三雷射光線中的至少兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(3)到條件表達式(5)的話，則更加理想。
0.83＜(m1·λ1/| n1(λ1)-n2(λ2)|)/h＜1.17(3) 0.83＜(m2·λ2/| n1(λ2)-n2(λ2)|)/h＜1.17(4) 0.83＜(m3·λ3/| n1(λ3)-n2(λ3)|)/h＜1.17(5) m1第一雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m3第三雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長(第一波長)， λ2第二雷射光線的波長(第二波長)， λ3第三雷射光線的波長(第三波長)， n1(λ1)第一光學部10對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部10對第二雷射光線的折射率， n1(λ3)第一光學部10對第三雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部11對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部11對第二雷射光線的折射率， n2(λ3)第二光學部11對第三雷射光線的折射率， h結構單位(凸部14)在光軸方向上的高度。
從實現更高的衍射效率的觀點出發，若滿足下述條件表達式(3-1)到條件表達式(5-1)的話，則更理想， 0.875＜(m1·λ1/|n1(λ1)-n2(λ1)|)/h＜1.125(3-1) 0.875＜(m2·λ2/|n1(λ2)-n2(λ2)|)/h＜1.125(4-1) 0.875＜(m3·λ3/|n1(λ3)-n2(λ3)|)/h＜1.125(5-1) m1第一雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m3第三雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長， λ2第二雷射光線的波長， λ3第三雷射光線的波長， n1(λ1)第一光學部10對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部10對第二雷射光線的折射率， n1(λ3)第一光學部10對第三雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部11對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部11對第二雷射光線的折射率， n2(λ3)第二光學部11對第三雷射光線的折射率， h結構單位(凸部14)在光軸方向上的高度。
特別是在衍射光學元件1為讓第一波長λ1的第一雷射光線、和與第一波長λ1不同的第二波長λ2的第二雷射光線衍射的衍射光學元件時，衍射光學元件1應該滿足的理想條件可進一步放寬，能夠通過滿足下述條件表達式(1)，對所有的第一及第二雷射光線實現90％以上這樣的更高的折射效率。而在低於該條件表達式(1)的下限值時，衍射效率處於從90％下降的傾向。同樣，在高於條件表達式(1)的上限值時，衍射效率也處於從90％下降的傾向。
0.7＜m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))＜1.3(1) m1第一雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長， λ2第二雷射光線的波長， n1(λ1)第一光學部10對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部10對第二雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部11對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部11對第二雷射光線的折射率。
並且，特別理想的是滿足下述條件表達式(1-1)。使用此結構，能夠對所有的第一及第二雷射光線實現95％以上這樣的更高的衍射效率。
0.78＜m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))＜1.22(1-1) m1第一雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面13上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長(第一波長)， λ2第二雷射光線的波長(第二波長)， n1(λ1)第一光學部10對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部10對第二雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部11對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部11對第二雷射光線的折射率。
另外，雖然將第一光學部10及第二光學部11緊密地疊層在一起，但是也可以構成為在第一光學部10與第二光學部11之間存在有空氣層等其它層。
並且，當形成了衍射面13的接合面12為非球面時，也可以是考慮了因該非球面的折射而造成異相之後的形狀。
並且，根據想得到的衍射效率的情況，衍射面13也可以是所謂的二進位衍射面。
也可以採取通過任意調節構成衍射面13的周期結構的高度來進一步提高確定的波長的衍射效率等措施。
(第二實施形態) 在上述第一實施形態中，對能夠作為相位校正元件使用的所謂的平行平板狀衍射光學元件1為例，對本發明所涉及的衍射光學元件的一實施形態加以了說明。但是，本發明所涉及的衍射光學元件並不限定於用上述第一實施形態所說明的形態，也可以是例如透鏡狀、稜鏡狀等形態的光學元件。在該第二實施形態中，對施行了本發明的透鏡狀衍射光學元件的例子加以說明。具體地說，在此，以讓多種雷射光線的每一種聚焦在以CD(Compact Disc)和DVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu-rayDisc(登錄商標))等為代表的光磁碟等的光信息記錄媒體25的信息記錄面26上的物鏡為例進行說明。
圖2為該第二實施形態所涉及的衍射光學元件2的剖面示意圖。圖3為將衍射光學元件2的接合面22的一部分放大之後的剖面示意圖。
該第二實施形態所涉及的衍射光學元件2包括第一光學部20和第二光學部21。第一光學部20的至少一面形成為凸狀，具有正的光學功率，例如，也可以是兩面凸起的透鏡、一面被形成為平面狀的平面凸透鏡、凹凸透鏡。第一光學部20的形成為凸狀的一面形成在將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成的衍射面13(具體地說，是將剖面大致為三角形(頂部即可以是倒角，或者也可以是圓角，邊也可以由曲線構成)的細微凸部14規則地排列多個而成的剖面鋸齒狀)。第二光學部21接合在其一個面上。即，第一光學部20和第二光學部21的接合面22形成在衍射面23。
在此，由於衍射面23的光學功率具有波長依存性，因此衍射面23是將彼此不同的相位提供給彼此波長不同的多種雷射光線的每一種，再用彼此不同的衍射角度讓多種雷射光線衍射的衍射面。詳細地說，衍射面23為提供對應於雷射光線的種類的相位且使對應於所配置的光信息記錄媒體25的種類的波長的雷射光線正好聚焦在光信息記錄媒體25的信息記錄面26上的衍射面。具體地說，將衍射面23形成為例如在將CD(基板厚度1.2mm，使用的雷射光線的波長780nm)作為光信息記錄媒體25配置時，為了通過衍射面23使波長為780nm的雷射光線正好聚焦在CD的信息記錄面26上而改變相位，而在將BD(基板厚度0.1mm，使用的雷射光線的波長408nm)作為光信息記錄媒體25配置時，為了使波長為408nm的雷射光線正好聚焦在BD的信息記錄面26上，提供與提供給波長為780nm的雷射光線的相位不同的相位，並且，在將DVD(基板厚度0.6mm，使用的雷射光線的波長660nm)作為光信息記錄媒體25配置時，為了使波長為660nm的雷射光線正好聚焦在DVD的信息記錄面26上，提供與提供給波長為780nm的雷射光線及波長為408nm的雷射光線的相位均不同的相位。
衍射光學元件2與上述第一實施形態所涉及的衍射光學元件1一樣，構成為使多種雷射光線中的至少一種在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上。因此，能夠在某種程度上放寬為了對於多種雷射光線的每一種獲得較高的衍射效率的第一光學部20及第二光學部21的條件(詳細地說，折射率條件、差分條件等)。即，使用該第二實施形態的結構，能夠實現衍射效率對波長的依存性較低，對所有的多種雷射光線具有較高的衍射效率，且設計自由度較高的衍射光學元件2。
另外，也可以使所有的雷射光源的同衍射級數為兩級以上。並且，即可以使多種雷射光線彼此之間的同衍射級數不同，也可以使它們相同。而且，也可以使衍射光學元件1構成為使多種雷射光線中的一種在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數、與至少其它一種的同衍射級數彼此不同。
並且，能夠通過使多種雷射光線中的至少一種在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上，來增大衍射面23的間距(鄰接的凸部14的頂點之間的距離)，能夠提高衍射光學元件1的製造簡單性。從衍射光學元件1的製造簡單性的觀點出發，若所有種類的雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上的話，則更加理想。
例如，最好衍射光學元件2構成為在讓波長為λi(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)的第i(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)雷射光線的k種雷射光線衍射時，衍射光學元件2至少在上述第一到第k雷射光線中的至少兩種雷射光線入射的區域中，滿足下述條件表達式(2)， 0.83＜(mi·λi/|n1(λi)-n2(λi)|)/h＜1.17(2) mi第i雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λi第i雷射光線的波長， n1(λi)第一光學部20對第i雷射光線的折射率， n2(λi)第二光學部21對第i雷射光線的折射率， h結構單位(凸部24)在光軸方向上的高度。
使用該結構，能夠對所有的第i(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)雷射光線實現更高的衍射效率。另一方面，在低於該條件表達式的下限時和高於該條件表達式的上限時，第i雷射光線在衍射面23上衍射的衍射效率處於下降的傾向，例如，成了90％以下。
從為了實現更高的衍射效率的觀點出發，最好滿足下述條件表達式(2-1)， 0.875＜(mi·λi/|n1(λi)-n2(λi)|)/h＜1.125(2-1) mi第i雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λi第i雷射光線的波長， n1(λi)第一光學部20對第i雷射光線的折射率， n2(λi)第二光學部21對第i雷射光線的折射率， h結構單位(凸部24)在光軸方向上的高度。
使用該結構，能夠對所有的第i(i＝1、2、3…、k-2、k-1、k)雷射光線實現95％以上這樣的更高的衍射效率。
更具體地說，當衍射光學元件2為讓第一波長的第一雷射光線、與第一波長不同的第二波長的第二雷射光線、和與第一波長及第二波長都不同的第三波長的第三雷射光線衍射的衍射光學元件時，若至少在第一到第三雷射光線中的至少兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(3)到條件表達式(5)的話，則更加理想。
0.83＜(m1·λ1/|n1(λ1)-n2(λ2)|)/h＜1.17(3) 0.83＜(m2·λ2/|n1(λ2)-n2(λ2)|)/h＜1.17(4) 0.83＜(m3·λ3/|n1(λ3)-n2(λ3)|)/h＜1.17(5) m1第一雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m3第三雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長(第一波長)， λ2第二雷射光線的波長(第二波長)， λ3第三雷射光線的波長(第三波長)， n1(λ1)第一光學部20對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部20對第二雷射光線的折射率， n1(λ3)第一光學部20對第三雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部21對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部21對第二雷射光線的折射率， n2(λ3)第二光學部21對第三雷射光線的折射率， h結構單位(凸部24)在光軸方向上的高度。
從實現更高的衍射效率的觀點出發，若滿足下述條件表達式(3-1)到條件表達式(5-1)的話，則更加理想， 0.875＜(m1·λ1/|n1(λ1)-n2(λ1)|)/h＜1.125 (3-1) 0.875＜(m2·λ2/|n1(λ2)-n2(λ2)|)/h＜1.125 (4-1) 0.875＜(m3·λ3/|n1(λ3)-n2(λ3)|)/h＜1.125 (5-1) m1第一雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m3第三雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長， λ2第二雷射光線的波長， λ3第三雷射光線的波長， n1(λ1)第一光學部20對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部20對第二雷射光線的折射率， n1(λ3)第一光學部20對第三雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部21對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部21對第二雷射光線的折射率， n2(λ3)第二光學部21對第三雷射光線的折射率， h結構單位(凸部24)在光軸方向上的高度。
例如，在將衍射光學元件2使用於CD、BD、DVD這三種光信息記錄媒體25時，最好衍射光學元件2在λ1為780nm、λ2為408nm、λ3為660nm時滿足上述條件表達式(3)到上述條件表達式(5)，若滿足條件表達式(3-1)到條件表達式(5-1)的話，則更加理想。
特別是在衍射光學元件2為讓第一波長的第一雷射光線、和與第一波長不同的第二波長的第二雷射光線衍射的衍射光學元件時，衍射光學元件2應該滿足的理想條件將被進一步放寬，能夠通過滿足下述條件表達式(1)，對所有第一及第二雷射光線實現90％以上的較高的折射效率。而在低於該條件表達式(1)的下限值時，衍射效率處於從90％下降的傾向。同樣，在高於條件表達式(1)的上限值時，衍射效率也處於從90％下降的傾向。
0.7＜m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))＜1.3(1) m1第一雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長， λ2第二雷射光線的波長， n1(λ1)第一光學部20對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部20對第二雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部21對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部21對第二雷射光線的折射率。
並且，若滿足下述條件表達式(1-1)的話，則更加理想。使用此結構，能夠對所有第一及第二雷射光線實現95％以上的更高的衍射效率。
0.78＜m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))＜1.22(1-1) m1第一雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， m2第二雷射光線在衍射面23上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數， λ1第一雷射光線的波長， λ2第二雷射光線的波長， n1(λ1)第一光學部20對第一雷射光線的折射率， n1(λ2)第一光學部20對第二雷射光線的折射率， n2(λ1)第二光學部21對第一雷射光線的折射率， n2(λ2)第二光學部21對第二雷射光線的折射率。
(第三實施形態) 在該第三實施形態中，對將在上述第一實施形態中所述的衍射光學元件1用作相位校正元件的光拾取裝置的例子加以說明。另外，在該第三實施形態的說明中，與第一實施形態一樣參照圖1。並且，用與第一實施形態一樣的參照符號說明具有相同功能的構成要素，在此對其說明加以省略。
圖4為表示該第三實施形態所涉及的光拾取裝置3的主要部分的結構圖。
光拾取裝置3包括多個波長的光源30、光束分離器31及光束分離器32、瞄準儀(collimator)33、光束分離器34、檢測器35和對物光學系37。
多個波長的光源30能夠選擇性地射出彼此波長不同的多種雷射光線。詳細地說，多個波長的光源30射出那些多種雷射光線中的對應於光信息記錄媒體25的種類的雷射光線(例如，在CD的情況下，波長屬於750～810nm範圍的雷射光線(例如，波長為780nm的雷射光線)；在DVD的情況下，波長屬於630～690nm範圍的雷射光線(例如，波長為660nm的雷射光線)；在BD的情況下，波長屬於378～438nm範圍的雷射光線(例如，波長為408nm的雷射光線))。
具體地說，多個波長的光源30也可以包括射出彼此波長不同的雷射光線的多個光源(雷射光源)。例如，如圖4所示，多個波長的光源30也可以包括射出波長屬於630～690nm範圍的雷射光線的光源30a、射出波長屬於378～438nm範圍的雷射光線的光源30b、和射出波長屬於750～810nm範圍的雷射光線的光源30c。
來自光源30a的雷射光線透過光束分離器31及光束分離器32被導向對物光學系37的方向。來自光源30b的雷射光線的光程因光束分離器31的反射面而彎曲，透過光束分離器32被導向對物光學系37的方向。來自光源30c的雷射光線的光程因光束分離器32的反射面而彎曲，被導向對物光學系37的方向。
瞄準儀33具有將從多個波長的光源30射出的雷射光線轉換為平行光束(或者，根據需要，規定發散光)的功能。瞄準儀33可以由一個透鏡構成。並且，瞄準儀33也可以由兩個透鏡構成，例如，由包含凹透鏡和凸透鏡的光學系構成。而且，在此，雖然採用了將瞄準儀33配置得比光束分離器31及光束分離器32靠近光信息記錄媒體25的結構，但是也可以例如在光束分離器32和光源30c之間配置專門為光源30c設計的瞄準儀，在光束分離器31、與光源30a、30b之間的每一個設置專門為光源30a、30b設計的瞄準儀。
使通過瞄準儀33變換成平行光束(或者，規定的發散光束)的雷射光線透過光束分離器34入射到對物光學系37。對物光學系37由從多個波長的光源30側按照該順序配置的衍射光學元件1和物鏡36構成。物鏡36為至少一個透鏡面為非球面(最好是兩個非球面)的凸透鏡，用以讓透過衍射光學元件1的雷射光線聚焦在光信息記錄媒體25的信息記錄面26上。另外，在該第三實施形態中，物鏡36由一個透鏡構成，也可以由多個透鏡構成。
由於衍射光學元件1是由彼此光學特性(折射率、方差等)不同的第一光學部10和第二光學部11接合而成，因此根據入射光的波長不同而發揮不同的波面轉換功能。在該第三實施形態中，使衍射光學元件1構成為將入射到衍射光學元件1的雷射光線的波面轉換為對應於為聚焦對象的光信息記錄媒體25的種類的彼此不同的波面之後，再將其射出，以便通過物鏡36使來自衍射光學元件1的射出光聚焦在信息記錄面26上。即，構成為通過衍射光學元件1來校正在雷射光線的波長和被設置的光信息記錄媒體25的保護層的層厚度(光信息記錄媒體25的光源側表面與信息記錄面26之間的距離)發生變化時所產生的像差。
具體地說，在將BD25a(保護層的層厚度0.1mm)設置為光信息記錄媒體25時，構成為讓波長為378～438nm的平行雷射光線入射到衍射光學元件1中。使衍射光學元件1構成為在不對該波長為378～438nm的雷射光線的波面進行轉換的情況下，就讓其透過。因此，從衍射光學元件1射出平行的雷射光線。這裡，將物鏡36設計為讓波長為378～438nm的平行雷射光線正好聚焦在保護層的層厚度為0.1mm的BD25a的信息記錄面26上。這樣一來，入射到物鏡36中的波長為378～438nm的雷射光線就通過物鏡36正好聚焦在信息記錄面26上。
另一方面，在將DVD25b設置為光信息記錄媒體25時，構成為讓波長為630～690nm的平行雷射光線入射到衍射光學元件1中。將衍射光學元件1設計為提供該波長為630～690nm的平行雷射光線通過物鏡36正好聚焦在DVD25b的信息記錄面26上的球面像差。因而，從多個波長的光源30射出的波長為630～690nm的雷射光線通過衍射光學元件1的波面轉換功能正好聚焦在DVD25b的信息記錄面26上。
並且，在將CD25c設置為光信息記錄媒體25時，構成為讓波長為750～810nm的雷射光線入射到衍射光學元件1中。將衍射光學元件1設計為提供使該波長為750～810nm的平行雷射光線通過物鏡36正好聚焦在CD25c的信息記錄面26上的球面像差。因而，從光源射出的波長為750～810nm的雷射光線通過衍射光學元件1的波面轉換功能正好聚焦在CD25c的信息記錄面26上。
並且，通過物鏡36聚焦在各種光信息記錄媒體25的信息記錄面26上的雷射光線由信息記錄面26反射，或者散射。由信息記錄面26反射的雷射光線再次入射到對物光學系37中，被光束分離器34的反射面反射之後，入射到檢測器35中。在檢測器35中測定出反射光的強度，根據該所測定的強度檢測出記錄在信息記錄面26的信息。
如上所述，能夠通過將衍射光學元件1設置得比物鏡36靠近多個波長的光源30，來使與BD25a、DVD25b及CD25c的所有光信息記錄媒體25相對應的波長的雷射光線正好聚焦在這些光信息記錄媒體25的信息記錄面26上。
而且，如上述第一實施形態所示，由於衍射光學元件1為衍射效率的波長依存性較小的元件，因此能夠提高對應於各種光信息記錄媒體25的雷射光線的衍射效率、利用效率。並且，由於衍射光學元件1為設計自由度較高的元件，因此能夠提高光拾取裝置3的設計自由度，並且，降低光拾取裝置3的製造成本。
另外，也可以用分色鏡來代替光束分離器31、光束分離器32、光束分離器34，也可以並用平面鏡。即，也可以任意組合一個或者多個光束分離器、一個或者多個分色鏡、以及一個或者多個平面鏡來構成光程合成裝置。並且，例如，在將光源30a、光源30b、光源30c設置在一個航路上的情況下、和能夠根據光學系的位置進行移動的情況下，並不一定需要光程合成裝置。
(第四實施形態) 在上述第三實施形態中，以對物光學系37由作為相位校正元件的衍射光學元件1和物鏡36構成的例子加以了說明，對物光學系37也能夠例如僅由作為物鏡的衍射光學元件2構成。在此，以對物光學系37由在上述第二實施形態所述的衍射光學元件2構成的例子加以說明。另外，在該第四實施形態的說明中，與第二實施形態一樣參照圖2及圖3。並且，用與第一實施形態到第三實施形態相同的參照符號說明具有相同功能的構成要素，在此對其說明加以省略。
圖5為表示該第四實施形態所涉及的光拾取裝置4的主要部分的結構圖。
在該第四實施形態中，構成對物光學系37的衍射光學元件2即具備在上述第三實施形態中所述的衍射光學元件1的功能，又具備物鏡36的功能。即，衍射光學元件2為根據入射光的波長的不同而發揮不同的波面轉換功能的元件，構成為在衍射面23中將雷射光線的波面轉換為與作為聚焦對象的光信息記錄媒體25的種類相對應的彼此不同的波面，以使雷射光線因透鏡面20a及透鏡面21a的折射力正好聚焦在各種光信息記錄媒體25的信息記錄面26上。換句話說，構成為衍射面23對因入射到衍射光學元件2中的雷射光線的波長等發生變化而產生的透鏡面20a及透鏡面21a的像差進行校正。因此，與上述第三實施形態的情況一樣，能夠使與BD25a、DVD25b及CD25c的所有光信息記錄媒體25相對應的波長的雷射光線正好聚焦在這些光信息記錄媒體25的信息記錄面26上。
而且，如上述第二實施形態所述，由於衍射光學元件2為衍射效率的波長依存性較小的元件，因此能夠提高對應於各種光信息記錄媒體25的雷射光線的衍射效率、利用效率。並且，由於衍射光學元件2為設計自由度較高的元件，因此能夠提高光拾取裝置4的設計自由度，且降低光拾取裝置4的製造成本。
實施例
以下，舉出構造數據、像差圖等來對實施了本發明的衍射光學元件加以進一步說明。
在各數值實施例的構造數據中，面號碼是指從光源側數起時的透鏡面的號碼，光源～透鏡之間是指從光源到衍射光學元件為止的距離(mm)，磁碟厚度是指光信息記錄媒體25的從光源側表面到信息記錄面26為止的距離(mm)。
在下述數值實施例中，被提供了非球面數據的透鏡面為非球面，用下述數式(6)提供。
數1
X距光軸的高度為h的非球面上的點到非球面頂點的切平面的距離，h距光軸的高度，RD非球面頂點中的曲率半徑， CC圓錐常數， Ann次非球面係數。
並且，被提供了相位函數係數的透鏡面為衍射面，用下述數式(7)提供由該衍射面產生的相位差。
數2
P＝∑M·Pmhm……(7) P相位差函數， h距光軸的高度， Pmm級相位函數係數， M衍射級數。
-第一數值實施例- 該第一數值實施例對應於上述第一實施形態(參照圖1)。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd(對d線(波長為587.6nm)的折射率)1.515， νd(阿貝數)75.2， n408(對波長為408nm的光的折射率)1.52573， n660(對波長為660nm的光的折射率)1.51277。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.815， νd40.2， n4081.84987， n6601.80876。
將凹凸的高度設定為4.12μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為3級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的3級衍射光的衍射效率為97.8％、和波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為97.8％這樣的95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(1-1)， m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))0.847。
-第二數值實施例- 該第二數值實施例對應於上述第一實施形態(參照圖1)。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.635， νd50.9， n4081.65587， n6601.63109。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.735， νd30.9， n4081.77689， n6601.72779。
將凹凸的高度設定為11.9μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為3級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的3級衍射光的衍射效率為92.9％、和波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為92.9％這樣的90％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(1)， m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))0.741。
-第三數值實施例- 該第三數值實施例對應於上述第一實施形態(參照圖1)。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.517， νd55.6， n4081.53237， n6601.51406。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.717， νd30.6， n4081.75829， n6601.70990。
將凹凸的高度設定為3.49μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為1級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.6％、和波長為660nm的雷射光線的1級衍射光的衍射效率為99.6％這樣的95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(1-1)， m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))1.072。
-第四數值實施例- 該第四數值實施例對應於上述第二實施形態(參照圖2、圖3)。
將該第四數值實施例中的詳細數據記在下述表1到表3中。
並且，表4表示第一面非球面數據，表5表示第一面相位函數係數，表6表示第二面非球面數據。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
圖6為對BD25a(對應波長408nm，磁碟厚度0.1mm)配置時的該第四數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖7為對DVD25b(對應波長660nm，磁碟厚度0.6mm)配置時的該第四數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.515， νd75.2， n4081.52573， n6601.51277。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.815， νd40.2， n4081.84987， n6601.80876。
將凹凸的高度設定為4.12μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為3級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的3級衍射光的衍射效率為97.8％、和波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為97.8％這樣的95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(1-1)， m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))0.847。
並且，下述表7表示該第四數值實施例中的波面像差。圖8表示在該第四數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。圖9表示在該第四數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
表7
波面像差 (單位mλ) -第五數值實施例- 該第五數值實施例對應於上述第二實施形態(參照圖2、圖3)。
在該第五數值實施例及這之後的數值實施例中，僅在彼此波長不同的多種雷射光線入射的區域中，進行在下述表等中表示出詳細數據的透鏡設計，在僅有單一波長的雷射光線入射的區域中，對該雷射光線進行了最佳透鏡設計。
將該第五數值實施例中的詳細數據記在下述表8到表10中。
並且，表11表示第一面非球面數據，表12表示第一面相位函數係數，表13表示第二面非球面數據。
表8
表9
表10
表11
表12
表13
圖10為對BD25a(對應波長408nm，磁碟厚度0.1mm)配置時的該第五數值實施例中的衍射光學元件的光程圖。
圖11為對DVD25b(對應波長660nm，磁碟厚度0.6mm)配置時的該第五數值實施例中的衍射光學元件的光程圖。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.515， νd75.2， n4081.52573， n6601.51277。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.815， νd40.2， n4081.84987， n6601.80876。
如上述表8所示，使波長為408nm的雷射光線的有效直徑是3.91mm，使NA是0.85。另一方面，使波長為660nm的雷射光線的有效直徑是2.88mm，使NA是0.62。並且，將波長濾波器(無圖示)配置在有效直徑為2.88mm～3.91mm的區域中，使波長為408nm的雷射光線透過，使波長為660nm的雷射光線不透過。並且，在僅使波長為408nm的雷射光線透過的有效直徑為2.88mm～3.91mm的區域中，將凹凸的高度設定為3.78μm。而在波長為408nm的雷射光線和波長為660nm的雷射光線都透過的有效直徑在2.88mm以下的區域中，將凹凸的高度設定為4.12μm。此時，在有效直徑在2.88mm以下的區域及有效直徑在2.88mm～3.91mm的區域這兩個區域中，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為3級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。
獲得了有效直徑在2.88mm以下的區域中的波長為408nm的雷射光線的3級衍射光的衍射效率為97.8％、有效直徑在2.88mm～3.91mm區域中的波長為408nm的雷射光線的3級衍射光的衍射效率為100％、波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為97.8％這樣的95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(1-1)， m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))0.847。
並且，下述表14表示該第五數值實施例中的波面像差。圖12表示在該第五數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。圖13表示在該第五數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
表14
波面像差 (單位mλ) -第六數值實施例- 該第六數值實施例對應於上述第二實施形態(參照圖2、圖3)。
將該第六數值實施例中的詳細數據記在下述表15到表17中。
並且，表18表示第一面非球面數據，表19表示第一面相位函數係數，表20表示第二面非球面數據。
表15
表16
表17
表18
表19
表20
圖14為對BD25a(對應波長408nm，磁碟厚度0.1mm)配置時的該第六數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖15為對DVD25b(對應波長660nm，磁碟厚度0.6mm)配置時的該第六數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.517， νd55.6， n4081.53237， n6601.51406。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.717， νd30.6， n4081.75829， n6601.70990。
將凹凸的高度設定為3.49μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為1級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.6％、和波長為660nm的雷射光線的1級衍射光的衍射效率為99.6％這樣的95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(1-1)， m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))1.072。
並且，下述表21表示該第六數值實施例中的波面像差。圖16表示在該第六數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。圖17表示在該第六數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
表21
波面像差 (單位mλ) -第七數值實施例- 該第七數值實施例對應於上述第一實施形態(參照圖1)。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.596， νd29.8， n4081.63131， n6601.58995， n780(對波長為780nm的光的折射率)1.58347。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.796， νd44.8， n4081.82620， n6601.79049， n7801.78438。
將凹凸的高度設定為6.876μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為3級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。並且，對波長為780nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的3級衍射光的衍射效率為97.6％、波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.4％和波長為780nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為94.6％這樣的均在90％以上的較高的衍射效率。特別是在波長為408nm及660nm時獲得了95％以上的較高的衍射效率。
都滿足了下述條件表達式(2)， (mi·λ408/|(n1(λ408)-n2(λ408)|)/h0.913， (mi·λ660/|(n1(λ660)-n2(λ660)|)/h0.957， (mi·λ780/|(n1(λ780)-n2(λ780)|)/h1.129。
特別是在波長為408nm及660nm時滿足了條件表達式(2-1)。
-第八數值實施例- 該第八數值實施例對應於上述第一實施形態(參照圖1)。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.450， νd72.7， n4081.45976， n6601.44799， n7801.44564。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.850， νd37.7， n4081.88903， n6601.84309， n7801.83555。
將凹凸的高度設定為1.857μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為1級衍射光。並且，對波長為780nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為1級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.8％、波長為660nm的雷射光線的1級衍射光的衍射效率為96.7％和波長為780nm的雷射光線的1級衍射光的衍射效率為98.1％這樣的均在95％以上的較高的衍射效率。
都滿足了下述條件表達式(2-1)， (mi·λ408/|(n1(λ408)-n2(λ408)|)/h1.023， (mi·λ660/|(n1(λ660)-n2(λ660)|)/h0.899， (mi·λ780/|(n1(λ780)-n2(λ780)|)/h1.077。
-第九數值實施例- 該第九數值實施例對應於上述第一實施形態(參照圖1)。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.582， νd32.2， n4081.61372， n6601.57651， n7801.57060。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.632， νd62.2， n4081.64850， n6601.62876， n7801.62503。
將凹凸的高度設定為25.796μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。並且，對波長為780nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為97.3％、波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.9％和波長為780nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為96％這樣的均在95％以上的較高的衍射效率。
都滿足了下述條件表達式(2-1)， (mi·λ408/|(n1(λ408)-n2(λ408)|)/h0.910， (mi·λ660/|(n1(λ660)-n2(λ660)|)/h0.979， (mi·λ780/|(n1(λ780)-n2(λ780)|)/h1.111。
-第十數值實施例- 該第十數值實施例對應於上述第二實施形態(參照圖2、圖3)。
將該第十數值實施例中的詳細數據記在下述表22到表24中。
並且，表25表示第一面非球面數據，表26表示第一面相位函數係數，表27表示第二面非球面數據。
表22
表23
表24
表25
表26
表27
圖18為對BD25a(對應波長408nm，磁碟厚度0.1mm)配置時的該第十數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖19為對DVD25b(對應波長660nm，磁碟厚度0.6mm)配置時的該第十數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖20為對DVD25b(對應波長780nm，磁碟厚度1.2mm)配置時的該第十數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.596， νd29.8， n4081.63131， n6601.58995， n7801.58347。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.796， νd44.8， n4081.82620， n6601.79049， n7801.78438。
將凹凸的高度設定為6.876μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為3級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。並且，對波長為780nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的3級衍射光的衍射效率為97.6％、波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.4％和波長為780nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為94.6％這樣的都在90％以上的較高的衍射效率。特別是在波長為408nm及660nm時獲得了95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(2-1) (mi·λ408/|(n1(λ408)-n2(λ408)|)/h0.913， (mi·λ660/|(n1(λ660)-n2(λ660)|)/h0.957， (mi·λ780/|(n1(λ780)-n2(λ780)|)/h1.129。
並且，下述表28表示該第十數值實施例中的波面像差。圖21表示在該第十數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。圖22表示在該第十數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。並且，圖23表示在該第十數值實施例中波長為780nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
表28
波面像差 (單位mλ) -第十一數值實施例- 該第十一數值實施例對應於上述第二實施形態(參照圖2、圖3)。
將該第十一數值實施例中的詳細數據記在下述表29到表31中。
並且，表32表示第一面非球面數據，表33表示第一面相位函數係數，表34表示第二面非球面數據。
表29
表30
表31
表32
表33
表34
圖24為對BD25a(對應波長408nm，磁碟厚度0.1mm)配置時的該第十一數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖25為對DVD25b(對應波長660nm，磁碟厚度0.6mm)配置時的該第十一數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖26為對DVD25b(對應波長780nm，磁碟厚度1.2mm)配置時的該第十一數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.450， νd72.7， n4081.45976， n6601.44799， n7801.44564。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.850， νd37.7， n4081.88903， n6601.84309， n7801.83555。
將凹凸的高度設定為1.857μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為1級衍射光。並且，對波長為780nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為1級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.8％、波長為660nm的雷射光線的1級衍射光的衍射效率為96.7％和波長為780nm的雷射光線的1級衍射光的衍射效率為98.1％這樣的都在95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(2-1) (mi·λ408/|(n1(λ408)-n2(λ408)|)/h1.024， (mi·λ660/|(n1(λ660)-n2(λ660)|)/h0.900， (mi·λ780/|(n1(λ780)-n2(λ780)|)/h1.077。
並且，下述表35表示該第十一數值實施例中的波面像差。圖27表示在該第十一數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。圖28表示在該第十一數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。並且，圖29表示在該第十一數值實施例中波長為780nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
表35
波面像差 (單位mλ) -第十二數值實施例- 該第十二數值實施例對應於上述第二實施形態(參照圖2、圖3)。
將該第十二數值實施例中的詳細數據記在下述表36到表38中。
並且，表39表示第一面非球面數據，表40表示第一面相位函數係數，表41表示第二面非球面數據。
表36
表37
表38
表39
表40
表41
圖30為對BD25a(對應波長408nm，磁碟厚度0.1mm)配置時的該第十二數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖31為對DVD25b(對應波長660nm，磁碟厚度0.6mm)配置時的該第十二數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
圖32為對DVD25b(對應波長780nm，磁碟厚度1.2mm)配置時的該第十二數值實施例中的衍射光學元件2的光程圖。
這裡，第一光學部的光學特性為 nd1.582， νd32.2， n4081.61372， n6601.57651， n7801.57060。
並且，第二光學部的光學特性為 nd1.632， νd62.2， n4081.64850， n6601.62876， n7801.62503。
將凹凸的高度設定為25.796μm。此時，對波長為408nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光為兩級衍射光。而對波長為660nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光也為兩級衍射光。並且，對波長為780nm的雷射光線所產生的衍射光中具有最大光量的衍射光也為兩級衍射光。
獲得了波長為408nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為97.3％、波長為660nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為99.9％和波長為780nm的雷射光線的兩級衍射光的衍射效率為96.0％這樣的都在95％以上的較高的衍射效率。
滿足了下述條件表達式(2-1) (mi·λ408/|(n1(λ408)-n2(λ408)|)/h0.909， (mi·λ660/|(n1(λ660)-n2(λ660)|)/h0.979， (mi·λ780/|(n1(λ780)-n2(λ780)|)/h1.111。
並且，下述表42表示該第十二數值實施例中的波面像差。圖33表示在該第十二數值實施例中波長為408nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。圖34表示在該第十二數值實施例中波長為660nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。並且，圖35表示在該第十二數值實施例中波長為780nm的光入射到衍射光學元件2時的像差圖。
表42
波面像差 (單位mλ) 由於本發明所涉及的衍射光學元件的衍射效率對波長的依存性較低，且設計自由度較高，因此對以對物光學係為首的各種光學系有用，例如，攝像光學系、照明光學系、掃描光學系。並且，對包括了這些光學系的光學裝置有用，例如，光拾取裝置、攝像裝置、照明裝置、圖像形成裝置(例如，複印機、印表機等)、圖像讀取裝置(例如，掃描器等)。
本發明並不限定於上述實施形態，只要不脫離它的宗旨或主要特徵，能夠用其它很多形態實施。如上所述，上述實施形態在各方面只不過是一個例子，不能進行限定性的解釋。本發明的範圍是用權利要求的範圍表示的，不受說明書的任何限制。並且，屬於權利要求的範圍的同等範圍的變形和變更都在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種衍射光學元件，包括相互接合在一起且接合面形成在衍射面的第一光學部及第二光學部，讓彼此波長不同的多種雷射光線的每一種在上述衍射面上衍射，其特徵在於
構成為使上述多種雷射光線中的至少一種在上述衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上。
2.根據權利要求1所述的衍射光學元件，其特徵在於
上述多種雷射光線包含第一波長的第一雷射光線、和與該第一波長不同的第二波長的第二雷射光線，至少在上述第一雷射光線和該第二雷射光線這兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(1)，
0.7＜m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))＜1.3(1)
m1第一雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m2第二雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λ1第一波長，
λ2第二波長，
n1(λ1)第一光學部對第一雷射光線的折射率，
n1(λ2)第一光學部對第二雷射光線的折射率，
n2(λ1)第二光學部對第一雷射光線的折射率，
n2(λ2)第二光學部對第二雷射光線的折射率。
3.根據權利要求1所述的衍射光學元件，其特徵在於
上述衍射面是將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成，上述多種雷射光線包含第一到第k雷射光線，在至少該多種雷射光線中的兩種以上雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(2)，
0.83＜(mi·λi/|n1(λi)-n2(λi)|)/h＜1.17(2)
mi第i雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λi第i雷射光線的波長，
n1(λi)第一光學部對第i雷射光線的折射率，
n2(λi)第二光學部對第i雷射光線的折射率，
h結構單位在光軸方向上的高度，
i＝1、2、...、k。
4.根據權利要求1所述的衍射光學元件，其特徵在於
上述衍射面是將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成，上述多種雷射光線包含第一波長的第一雷射光線、與該第一波長不同的第二波長的第二雷射光線和與上述第一波長及該第二波長都不同的第三波長的第三雷射光線，至少在上述第一到第三雷射光線中的至少兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(3)到條件表達式(5)，
0.83＜(m1·λ1/| n1(λ1)-n2(λ1)|)/h＜1.17(3)
0.83＜(m2·λ2/| n1(λ2)-n2(λ2)|)/h＜1.17(4)
0.83＜(m3·λ3/| n1(λ3)-n2(λ3)|)/h＜1.17(5)
m1第一雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m2第二雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m3第三雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λ1第一波長，
λ2第二波長，
λ3第三波長，
n1(λ1)第一光學部對第一雷射光線的折射率，
n1(λ2)第一光學部對第二雷射光線的折射率，
n1(λ3)第一光學部對第三雷射光線的折射率，
n2(λ1)第二光學部對第一雷射光線的折射率，
n2(λ2)第二光學部對第二雷射光線的折射率，
n2(λ3)第二光學部對第三雷射光線的折射率，
h結構單位在光軸方向上的高度。
5.一種對物光學系，用以讓彼此波長不同的多種雷射光線的每一種都聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上，其特徵在於
至少包括衍射光學元件，該衍射光學元件具有相互接合在一起且接合面形成在衍射面的第一光學部及第二光學部，讓上述多種雷射光線的每一種都在上述衍射面上衍射；
上述衍射光學元件構成為使上述多種雷射光線中的至少一種在上述衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上。
6.根據權利要求5所述的對物光學系，其特徵在於
還包括物鏡，讓透過了上述衍射光學元件的上述多種雷射光線的每一種都聚焦在上述信息記錄面上。
7.根據權利要求5所述的對物光學系，其特徵在於
上述衍射光學元件讓上述多種雷射光線的每一種都聚焦在上述信息記錄面上。
8.根據權利要求5所述的對物光學系，其特徵在於
上述多種雷射光線包含第一波長的第一雷射光線、和與該第一波長不同的第二波長的第二雷射光線，上述衍射光學元件至少在上述第一雷射光線和該第二雷射光線這兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(1)，
0.7＜m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))＜1.3(1)
m1第一雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m2第二雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λ1第一波長，
λ2第二波長，
n1(λ1)第一光學部對第一雷射光線的折射率，
n1(λ2)第一光學部對第二雷射光線的折射率，
n2(λ1)第二光學部對第一雷射光線的折射率，
n2(λ2)第二光學部對第二雷射光線的折射率。
9.根據權利要求5所述的對物光學系，其特徵在於
上述衍射面是將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成，上述多種雷射光線包含第一到第k雷射光線，上述衍射光學元件至少在該多種雷射光線中兩種以上的雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(2)，
0.83＜(mi·λi/|n1(λi)-n2(λi)|)/h＜1.17(2)
mi第i雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λi第i雷射光線的波長，
n1(λi)第一光學部對第i雷射光線的折射率，
n2(λi)第二光學部對第i雷射光線的折射率，
h結構單位在光軸方向上的高度，
i＝1、2、…、k。
10.根據權利要求5所述的對物光學系，其特徵在於
上述衍射面是將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成，上述多種雷射光線包含第一波長的第一雷射光線、與該第一波長不同的第二波長的第二雷射光線和與上述第一波長及該第二波長都不同的第三波長的第三雷射光線，上述衍射光學元件至少在上述第一到第三雷射光線中的至少兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(3)到條件表達式(5)，
0.83＜(m1·λ1/| n1(λ1)-n2(λ1)|)/h＜1.17(3)
0.83＜(m2·λ2/| n1(λ2)-n2(λ2)|)/h＜1.17(4)
0.83＜(m3·λ3/| n1(λ3)-n2(λ3)|)/h＜1.17(5)
m1第一雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m2第二雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m3第三雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λ1第一波長，
λ2第二波長，
λ3第三波長，
n1(λ1)第一光學部對第一雷射光線的折射率，
n1(λ2)第一光學部對第二雷射光線的折射率，
n1(λ3)第一光學部對第三雷射光線的折射率，
n2(λ1)第二光學部對第一雷射光線的折射率，
n2(λ2)第二光學部對第二雷射光線的折射率，
n2(λ3)第二光學部對第三雷射光線的折射率，
h結構單位在光軸方向上的高度。
11.一種光拾取裝置，讓雷射光線聚焦在光信息記錄媒體的信息記錄面上，其特徵在於
包括光源，射出彼此波長不同的多種雷射光線，以及
對物光學系，用以讓來自上述光源的雷射光線聚焦在上述信息記錄面上；
上述對物光學系至少包括衍射光學元件，該衍射光學元件具有相互接合在一起且接合面形成在衍射面的第一光學部及第二光學部，讓來自上述光源的多種雷射光線的每一種在上述衍射面上衍射，該衍射光學元件構成為使上述多種雷射光線中的至少一種在上述衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數為兩級以上。
12.根據權利要求11所述的光拾取裝置，其特徵在於
上述對物光學系還包括物鏡，讓透過了上述衍射光學元件的上述多種雷射光線的每一種都聚焦在上述信息記錄面上。
13.根據權利要求11所述的光拾取裝置，其特徵在於
上述衍射光學元件讓上述多種雷射光線的每一種都聚焦在上述信息記錄面上。
14.根據權利要求11所述的光拾取裝置，其特徵在於
上述光源至少射出作為多種雷射光線的第一波長的第一雷射光線、和與該第一波長不同的第二波長的第二雷射光線，上述衍射光學元件至少在上述第一雷射光線和該第二雷射光線這兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(1)，
0.7＜m1·λ1(n1(λ2)-n2(λ2))/(m2·λ2(n1(λ1)-n2(λ1))＜1.3(1)
m1第一雷射光線在衍射面上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m2第二雷射光線在衍射面上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λ1第一波長，
λ2第二波長，
n1(λ1)第一光學部對第一雷射光線的折射率，
n1(λ2)第一光學部對第二雷射光線的折射率，
n2(λ1)第二光學部對第一雷射光線的折射率，
n2(λ2)第二光學部對第二雷射光線的折射率。
15.根據權利要求11所述的光拾取裝置，其特徵在於
上述衍射面是將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成，上述光源至少射出作為上述多種雷射光線的第一到第k雷射光線，上述衍射光學元件至少在該多種雷射光線中的兩種以上雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(2)，
0.83＜(mi·λi/| n1(λi)-n2(λi)|)/h＜1.17(2)
mi第i雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λi第i雷射光線的波長，
n1(λi)第一光學部對第i雷射光線的折射率，
n2(λi)第二光學部對第i雷射光線的折射率，
h結構單位在光軸方向上的高度，
i＝1、2、…、k。
16.根據權利要求11所述的光拾取裝置，其特徵在於
上述衍射面是將由凹部以及/或者凸部構成的結構單位規則地排列多個而成，上述光源至少射出作為上述多種雷射光線的第一波長的第一雷射光線、與該第一波長不同的第二波長的第二雷射光線、和與上述第一波長及該第二波長都不同的第三波長的第三雷射光線，上述衍射光學元件至少在上述第一到第三雷射光線中的至少兩種雷射光線入射的區域中滿足下述條件表達式(3)到條件表達式(5)，
0.83＜(m1·λ1/|n1(λ1)-n2(λ1)|)/h＜1.17(3)
0.83＜(m2·λ2/|n1(λ2)-n2(λ2)|)/h＜1.17(4)
0.83＜(m3·λ3/|n1(λ3)-n2(λ3)|)/h＜1.17(5)
m1第一雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m2第二雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
m3第三雷射光線在衍射面衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數，
λ1第一波長，
λ2第二波長，
λ3第三波長，
n1(λ1)第一光學部對第一雷射光線的折射率，
n1(λ2)第一光學部對第二雷射光線的折射率，
n1(λ3)第一光學部對第三雷射光線的折射率，
n2(λ1)第二光學部對第一雷射光線的折射率，
n2(λ2)第二光學部對第二雷射光線的折射率，
n2(λ3)第二光學部對第三雷射光線的折射率，
h結構單位在光軸方向上的高度。
全文摘要
本發明公開了衍射光學元件、對物光學系以及光拾取裝置。目的在於提供衍射效率對波長的依存性較低，且設計自由度較高的衍射光學元件。衍射光學元件(1)包括相互接合在一起且接合面(12)形成在衍射面(13)的第一光學部(10)及第二光學部(11)。衍射光學元件(1)構成為使多種雷射光線中的一種雷射光線在衍射面(13)上衍射的衍射光中具有最大光量的衍射光的衍射級數、與至少另外一種的同衍射級數不同。
文檔編號G11B7/135GK101131444SQ20071010295
公開日2008年2月27日 申請日期2007年4月29日 優先權日2006年5月1日
發明者田中康弘, 山形道弘, 林克彥 申請人:松下電器產業株式會社