(57)【要約】【課題】透過率を高めることが出来、加工が容易であり、異なる光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える対物光学素子及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】２レベルの階段型の第１回折構造を中心領域に設け、波長λ１の光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率は、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率に対して２０％以上低くなっており、第１回折構造は、段差面の光軸方向の長さをＬとしたときに、以下の条件式を満たす。  ２μｍ  ＜  Ｌ  ＜３μｍ        （１）【選択図】図７
2010055683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、波長λ３（１．８λ１＜λ３＜２．０λ１）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学素子とを有し、前記対物光学素子は、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第３光束を厚さｔ３（ｔ１＜ｔ３）の保護層を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用の対物光学素子において、
前記対物光学素子は、光軸を含む中心領域と、その周囲に設けられた周辺領域とを少なくとも有し、前記中心領域には第１回折構造が形成されており、
前記第１回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、前記対物光学素子の光軸を含む前記複数の輪帯の断面の形状は、複数の階段単位を有する階段型構造となっており、
前記階段型構造は、光軸に平行に延在する段差面と、隣接する前記段差面同士を連結する光学機能面とを有しており、
前記波長λ１の光束が前記周辺領域に最も近い前記中心領域を通過した時の光の透過率は、前記波長λ１の光束が前記中心領域に最も近い前記周辺領域を通過した時の光の透過率に対して２０％以上低くなっており、
前記階段型構造の前記光学機能面は、光軸からの距離が前記光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２】
前記階段型構造は、一つの階段単位が、光軸に平行に延在する２つの前記段差面と、隣接する前記段差面の光源側端同士を連結する光源側光学機能面と、隣接する前記段差面の光ディスク側端同士を連結する光ディスク側光学機能面とから形成され、前記光源側光学機能面と前記光ディスク側光学機能面とは、光軸に交差する方向に沿って交互に配置されている２レベルの階段型構造であり、
前記階段型構造の前記光源側光学機能面が、光軸からの距離が前記光源側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の対物光学素子。
【請求項３】
１つの前記光学機能面を挟む２つの前記段差面のうち、一方の前記段差面の光軸方向の長さと、他方の前記段差面の光軸方向の長さとが、０．４４μｍ以下の範囲で異なることを特徴とする請求項２に記載の対物光学素子。
【請求項４】
前記第１回折構造を前記波長λ１の光束が通過したときに、０次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、前記第１回折構造を前記波長λ３の光束が通過したときに、ｍ（ｍは０以外の整数）次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生することを特徴とする請求項２又は３に記載の対物光学素子。
【請求項５】
前記周辺領域には、ブレーズ型もしくは３レベル以上の階段型の第２回折構造が形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項６】
前記階段型構造は、一つの階段単位が、光軸に平行に延在する４つの前記段差面と、前記４つの段差面よりも長い一つの長段差面と、前記長段差面の光源側端と前記段差面の光源側端同士を連結する１つの光源側光学機能面と、隣接する前記段差面同士を連結する３つの光学機能面と、前記長段差面の光ディスク側端と前記段差面の光ディスク側端同士を連結する１つの光ディスク側光学機能面とから形成されている５レベルの階段型構造であり、
少なくとも前記階段型構造の前記光源側光学機能面が、光軸からの距離が前記光源側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の対物光学素子。
【請求項７】
前記階段型構造の前記３つの光学機能面も、光軸からの距離が前記光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする請求項６に記載の対物光学素子。
【請求項８】
前記第１回折構造を前記波長λ１の光束が通過したときに、１次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、前記第１回折構造を前記波長λ３の光束が通過したときに、−２次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生することを特徴とする請求項６又は７に記載の対物光学素子。
【請求項９】
前記周辺領域には、ブレーズ型、２〜４レベルの階段型もしくは６レベル以上の階段型の第２回折構造が形成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１０】
前記第１回折構造の前記光ディスク側光学機能面は、光軸からの距離が前記光ディスク側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１１】
前記第１回折構造の前記光ディスク側光学機能面は、光軸からの距離が前記光ディスク側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていないことを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１２】
前記波長λ１の光束における光軸直交方向の光の透過率分布をとったとき、その透過率は前記中心領域内においては光軸から離れるに連れて漸次減少し、且つ前記中心領域から前記周辺領域にかけて不連続的に増大することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１３】
前記周辺領域には、第２回折構造が形成されており、前記第２回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、前記対物光学素子の光軸を含む前記複数の輪帯の断面の形状は、光軸方向に延在する円筒状の段差面と、前記段差面に交差する方向に延在する光学機能面とを交互に組み合わせてなり、前記第２回折構造に最も近い前記第１回折構造の前記段差面の光軸方向長さをＡ、前記第１回折構造に最も近い前記第２回折構造の前記段差面の光軸方向長さをＢとしたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の対物光学素子。
０．６５  ≦  Ｂ／Ａ  ≦  １        （２）
【請求項１４】
前記周辺領域には、第２回折構造が形成されており、前記第２回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、前記対物光学素子の光軸を含む前記複数の輪帯の断面の形状は、光軸方向に延在する円筒状の段差面と、前記段差面に交差する方向に延在する光学機能面とを交互に組み合わせてなり、前記第２回折構造に最も近い前記第１回折構造の輪帯ピッチをα、前記第１回折構造に最も近い前記第２回折構造の輪帯ピッチをβとしたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の対物光学素子。
５  ≦  β／α  ≦  １０        （３）
【請求項１５】
前記第１回折構造の輪帯ピッチは、光軸から離れるに連れて漸次小さくなっており、最も光軸寄りの輪帯ピッチをＸ、最も前記周辺領域寄りの輪帯ピッチをＹとしたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の対物光学素子。
Ｙ／Ｘ  ≦  ０．０５        （４）
【請求項１６】
波長λ２（１．５λ１＜λ２＜１．７λ１）の第２光束を出射する第３光源を有し、前記対物光学素子は、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１７】
前記波長λ２の光束が前記周辺領域に最も近い前記中心領域を通過した時の光の透過率は、前記波長λ２の光束が前記中心領域に最も近い前記周辺領域を通過した時の光の透過率に対して１０％以上低くなっていることを特徴とする請求項１６に記載の対物光学素子。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の対物光学素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる種類の光ディスクに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置及びそれに用いる対物光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び／又は再生（以下、「記録及び／又は再生」を「記録／再生」と記載する）を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク、いわゆるＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤという）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１層あたり２５ＧＢの情報の記録が可能である。 
【０００３】
ところで、かかるタイプの高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダ（光情報記録再生装置）の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。 
【０００４】
高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする方法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替える方法が考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。 
【０００５】
従って、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましい。そして、光ディスクに対向して配置される対物光学素子を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。尚、記録／再生波長が互いに異なる複数種類の光ディスクに対して共通な対物光学素子を得るためには、球面収差の波長依存性を有する光路差付与構造を対物光学系に形成することで、波長の違いや保護層の厚みの違いにより発生する球面収差を低減する必要がある。 
【０００６】
特許文献１には、光路差付与構造を有し、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して共通に使用可能な対物光学素子に用いる光学素子が記載されている。 
【特許文献１】特開２００５−２５９３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の光学素子においては、対物光学素子の光学面におけるＣＤの開口数以内の範囲では、ＣＤ用の赤外レーザ光とＢＤ又はＤＶＤ用の波長のレーザ光とを入射させ、各情報記録面に集光させるために用いる共通領域に回折構造を設けて、光束の振り分けを行っている。かかる場合、赤外レーザ光については０次以外の回折光を用いて集光を行い、ＢＤ又はＤＶＤ用の波長のレーザ光については０次回折光を用いて集光を行うと、対物光学素子の設計の自由度が高まるので好ましい。そのような回折構造の１タイプとして、段差約３．６μｍ（ＢＤ用の波長の光束では約５λ分の位相差を有する）で光軸方向にシフトした２レベルの光学機能面を有するバイナリー型回折構造が知られている。
【０００８】
ところで、このような回折光を生じさせる回折構造には、以下のような問題がある。まず、回折により光が曲げられると、微小な段差により入射光に対して影となる領域が生じ、光の透過率が低下する（影の効果）。加えて、金型加工精度や成形誤差等によって段差が設計とは異なる形状、つまり勾配やダレを持つ形状に加工されるため、入射光に対して影となる領域が増大する。回折構造を通過する光の透過率が低下すると、光ピックアップ装置使用時にレーザパワーがより必要となる。又、このような回折構造に対応する微細な形状を、対物光学素子を形成する金型に彫り込む場合、段差が約３．６μｍと比較的大きいために、細長い切削工具を用いなくてはならず、金型の加工が難しいという問題もある。更に、共通領域とそれに隣接する領域とで回折構造の違いにより影の効果が異なることで透過率が不連続となり、いわゆる超解像現象によって集光スポットサイズが不適切になる恐れがある。回折構造の違いには様々な要因があるが、特に、ＢＤ．ＤＶＤ，ＣＤの３互換対物光学素子の場合、共用領域の回折構造における輪帯ピッチが光軸から離れるに連れて狭くなることが多いために、それに応じて同領域と周辺領域の境界近傍では透過率の落ち込みが大きくなり、超解像現象が生じやすくなる。
【０００９】
本発明は、上述の問題を考慮したものであり、透過率を高めることが出来、加工が容易であり、異なる光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える対物光学素子及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の対物光学素子は、波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、波長λ３（１．８λ１＜λ３＜２．０λ１）の第３光束を出射する第３光源と、対物光学素子とを有し、前記対物光学素子は、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、前記第３光束を厚さｔ３（ｔ１＜ｔ３）の保護層を有する第３光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置用の対物光学素子において、前記対物光学素子は、光軸を含む中心領域と、その周囲に設けられた周辺領域とを少なくとも有し、前記中心領域には第１回折構造が形成されており、前記第１回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、前記対物光学素子の光軸を含む前記複数の輪帯の断面の形状は、複数の階段単位を有する階段型構造となっており、前記階段型構造は、光軸に平行に延在する段差面と、隣接する前記段差面同士を連結する光学機能面とを有しており、前記波長λ１の光束が前記周辺領域に最も近い前記中心領域を通過した時の光の透過率は、前記波長λ１の光束が前記中心領域に最も近い前記周辺領域を通過した時の光の透過率に対して２０％以上低くなっており、前記階段型構造の前記光学機能面は、光軸からの距離が前記光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、光学機能面を所謂斜めにすることで、回折光の回折次数を変更することなく、段差面の一部の長さを短くすることが可能となる。そのため、入射光に対して影となる領域を減少させて透過率を向上させることができると共に、本発明の対物光学素子を成形する金型の加工を容易にすることができる。更に、影の効果を低減させることにより、中心領域において周辺領域に近づいて行くに連れて影の効果が増大することによる透過率の低減幅も小さくできる。前記中心領域と前記周辺領域との境界における透過率を近づけることで、超解像現象を抑制して適切な集光スポットを形成できる。
【００１２】
また、中心領域と周辺領域との境界における透過率のギャップを低減するためには、第１回折構造の段差面を短くすることによって、影の効果を低減させることも考えられる。しかし、この場合、段差面を短くすることにより、第１光束、第３光束（第２光束がある場合もある）それぞれの回折効率のバランスが変わり、所望の光束について、所望の回折効率が得られないということが起き得る。そのような場合であっても、光学機能面を所謂斜めにすることにより、回折効率のバランスを調整することが出来る。従って、段差面を短くすることにより、影の効果を低減させつつ、光学機能面を斜めにすることにより、所望の光束について所望の回折効率を得ることができる、という優れた効果が得られるのである。
【００１３】
請求項２に記載の対物光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記階段型構造は、一つの階段単位が、光軸に平行に延在する２つの前記段差面と、隣接する前記段差面の光源側端同士を連結する光源側光学機能面と、隣接する前記段差面の光ディスク側端同士を連結する光ディスク側光学機能面とから形成され、前記光源側光学機能面と前記光ディスク側光学機能面とは、光軸に交差する方向に沿って交互に配置されている２レベルの階段型構造であり、
前記階段型構造の前記光源側光学機能面が、光軸からの距離が前記光源側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の対物光学素子は、請求項２に記載の発明において、１つの前記光学機能面を挟む２つの前記段差面のうち、一方の前記段差面の光軸方向の長さと、他方の前記段差面の光軸方向の長さとが、０．４４μｍ以下の範囲で異なることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の対物光学素子は、請求項２又は３に記載の発明において、前記第１回折構造を前記波長λ１の光束が通過したときに、０次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、前記第１回折構造を前記波長λ３の光束が通過したときに、ｍ（ｍは０以外の整数）次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生することを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の対物光学素子は、請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、前記周辺領域には、ブレーズ型もしくは３レベル以上の階段型の第２回折構造が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の対物光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記階段型構造は、一つの階段単位が、光軸に平行に延在する４つの前記段差面と、前記４つの段差面よりも長い一つの長段差面と、前記長段差面の光源側端と前記段差面の光源側端同士を連結する１つの光源側光学機能面と、隣接する前記段差面同士を連結する３つの光学機能面と、前記長段差面の光ディスク側端と前記段差面の光ディスク側端同士を連結する１つの光ディスク側光学機能面とから形成されている５レベルの階段型構造であり、
少なくとも前記階段型構造の前記光源側光学機能面が、光軸からの距離が前記光源側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の対物光学素子は、請求項６に記載の発明において、前記階段型構造の前記３つの光学機能面も、光軸からの距離が前記光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の対物光学素子は、請求項６又は７に記載の発明において、前記第１回折構造を前記波長λ１の光束が通過したときに、１次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、前記第１回折構造を前記波長λ３の光束が通過したときに、−２次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生することを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の対物光学素子は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、前記周辺領域には、ブレーズ型、２〜４レベルの階段型もしくは６レベル以上の階段型の第２回折構造が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の対物光学素子は、請求項２〜９のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造の前記光ディスク側光学機能面は、光軸からの距離が前記光ディスク側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の対物光学素子は、請求項２〜９のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造の前記光ディスク側光学機能面は、光軸からの距離が前記光ディスク側光学機能面と等しい前記中心領域の母非球面に対して傾いていないことを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の対物光学素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記波長λ１の光束における光軸直交方向の光の透過率分布をとったとき、その透過率は前記中心領域内においては光軸から離れるに連れて漸次減少し、且つ前記中心領域から前記周辺領域にかけて不連続的に増大することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載の対物光学素子は、請求項１〜１２のいずれかに記載の発明において、前記周辺領域には、第２回折構造が形成されており、前記第２回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、前記対物光学素子の光軸を含む前記複数の輪帯の断面の形状は、光軸方向に延在する円筒状の段差面と、前記段差面に交差する方向に延在する光学機能面とを交互に組み合わせてなり、前記第２回折構造に最も近い前記第１回折構造の前記段差面の光軸方向長さをＡ、前記第１回折構造に最も近い前記第２回折構造の前記段差面の光軸方向長さをＢとしたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
０．６５  ≦  Ｂ／Ａ  ≦  １        （２）
【００２５】
請求項１４に記載の対物光学素子は、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記周辺領域には、第２回折構造が形成されており、前記第２回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、前記対物光学素子の光軸を含む前記複数の輪帯の断面の形状は、光軸方向に延在する円筒状の段差面と、前記段差面に交差する方向に延在する光学機能面とを交互に組み合わせてなり、前記第２回折構造に最も近い前記第１回折構造の輪帯ピッチをα、前記第１回折構造に最も近い前記第２回折構造の輪帯ピッチをβとしたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
５  ≦  β／α  ≦  １０        （３）
【００２６】
請求項１５に記載の対物光学素子は、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造の輪帯ピッチは、光軸から離れるに連れて漸次小さくなっており、最も光軸寄りの輪帯ピッチをＸ、最も前記周辺領域寄りの輪帯ピッチをＹとしたときに、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
Ｙ／Ｘ  ≦  ０．０５        （４）
【００２７】
請求項１６に記載の対物光学素子は、請求項１〜１５のいずれかに記載の発明において、波長λ２（１．５λ１＜λ２＜１．７λ１）の第２光束を出射する第３光源を有し、前記対物光学素子は、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光させることによって情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項１７に記載の対物光学素子は、請求項１６に記載の発明において、前記波長λ２の光束が前記周辺領域に最も近い前記中心領域を通過した時の光の透過率は、前記波長λ２の光束が前記中心領域に最も近い前記周辺領域を通過した時の光の透過率に対して１０％以上低くなっていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１８に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、請求項１〜１７のいずれかに記載の対物光学素子を有することを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る光ピックアップ装置は、第１光源、第３光源の少なくとも２つの光源を有するが、第２光源を有していても良い。さらに、本発明の光ピックアップ装置は、第１光束を第１光ディスクの情報記録面上に集光させ、第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光させるための集光光学系を有するが、更に当該集光光学系によって第２光束を第２光ディスクの情報記録面上に集光させるようにしても良い。また、本発明の光ピックアップ装置は、第１光ディスク又は第３光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有するが、更に、第２光ディスクの情報記録面からの反射光束を受光する受光素子を有していても良い。即ち、本発明は、２つの光源しか有さず、第１光ディスクと第３光ディスクの２つのディスクに対応する光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズに適用されると共に、３つの光源を有し、第１光ディスク、第３光ディスクに加えて、第２光ディスクに対応する光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズにも適用される。勿論、４種類以上の光ディスクに対応する光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズにも適用される。
【００３１】
第１光ディスクは、厚さｔ１の保護基板と情報記録面とを有する。第２光ディスクは、厚さ２（ｔ１＜ｔ２）の保護基板と情報記録面とを有する。第３光ディスクは、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護基板と情報記録面とを有する。第１光ディスクはＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）、第２光ディスクはＤＶＤである事が好ましく、第３光ディスクはＣＤであることが好ましいが、これに限られない。第１光ディスク、第２光ディスク、又は第３光ディスクは、複数の情報記録面を有する複数層の光ディスクでもよい。尚、保護基板の厚さというときは、０の場合も含み、或いは光ディスクに厚さ数〜数十μｍの保護膜が塗布されている場合には、その膜厚も含むものとする。
【００３２】
ＢＤは、ＮＡ０．８５の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．１ｍｍ程度である。更に、ＤＶＤとは、ＮＡ０．６０〜０．６７程度の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが０．６ｍｍ程度であるＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等を含む。また、本明細書においては、ＣＤとは、ＮＡ０．４５〜０．５３程度の対物光学素子により情報の記録／再生が行われ、保護基板の厚さが１．２ｍｍ程度であるＣＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含む。尚、記録密度については、ＢＤの記録密度が最も高く、次いでＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。
【００３３】
なお、保護基板の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３に関しては、以下の条件式（５）、（６）、（７）を満たすことが好ましいが、これに限られない。尚、ここで言う、保護基板の厚さとは、光ディスク表面に設けられた保護基板の厚さのことである。即ち、光ディスク表面から、表面に最も近い情報記録面までの保護基板の厚さのことをいう。
【００３４】
０．０７５０ｍｍ≦ｔ１≦０．１１２５ｍｍ        （５）
０．５ｍｍ≦ｔ２≦０．７ｍｍ            （６）
１．０ｍｍ≦ｔ３≦１．３ｍｍ            （７）
【００３５】
本明細書において、第１光源、第３光源（更に第２光源）は、好ましくはレーザ光源である。レーザ光源としては、好ましくは半導体レーザ、シリコンレーザ等を用いることが出来る。第１光源から出射される第１光束の第１波長λ１、第２光源から出射される第２光束の第２波長λ２（λ２＞λ１）、第３光源から出射される第３光束の第３波長λ３（λ３＞λ２）は以下の条件式（８）、（９）を満たすことが好ましい。
【００３６】
１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１      （８）
１．８×λ１＜λ３＜２．０×λ１      （９）
【００３７】
また、第１光ディスク、第２光ディスク、第３光ディスクとして、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤが用いられる場合、第１光源の第１波長λ１は好ましくは、０．３５μｍ以上、０．４４μｍ以下、より好ましくは、０．３９μｍ以上、０．４２μｍ以下であって、第２光源の第２波長λ２は好ましくは０．５７μｍ以上、０．６８μｍ以下、より好ましくは０．６３μｍ以上、０．６７μｍ以下であって、第３光源の第３波長λ３は好ましくは、０．７５μｍ以上、０．８５μｍ以下、より好ましくは、０．７６μｍ以上、０．８２μｍ以下である。
【００３８】
また、第１光源、第２光源、第３光源のうち少なくとも２つの光源をユニット化してもよい。ユニット化とは、例えば第１光源と第２光源とが１パッケージに固定収納されているようなものをいうが、これに限られず、２つの光源が収差補正不能なように固定されている状態を広く含むものである。また、光源に加えて、後述する受光素子を１パッケージ化してもよい。
【００３９】
受光素子としては、フォトダイオードなどの光検出器が好ましく用いられる。光ディスクの情報記録面上で反射した光が受光素子へ入射し、その出力信号を用いて、各光ディスクに記録された情報の読み取り信号が得られる。さらに、受光素子上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、この検出に基づいて、合焦、トラッキングのために対物光学素子を移動させることが出来る。受光素子は、複数の光検出器からなっていてもよい。受光素子は、メインの光検出器とサブの光検出器を有していてもよい。例えば、情報の記録再生に用いられるメイン光を受光する光検出器の両脇に２つのサブの光検出器を設け、当該２つのサブの光検出器によってトラッキング調整用のサブ光を受光するような受光素子としてもよい。また、受光素子は各光源に対応した複数の受光素子を有していてもよい。
【００４０】
集光光学系は、対物光学素子を有する。集光光学系は、対物光学素子のみを有していても良いが、集光光学系は、対物光学素子の他にコリメータレンズ等のカップリングレンズを有していてもよい。カップリングレンズとは、対物光学素子と光源の間に配置され、光束の発散角を変える単レンズ又はレンズ群のことをいう。コリメータレンズは、カップリングレンズの一種で、コリメータレンズに入射した光を平行光にして出射するレンズである。更に集光光学系は、光源から射出された光束を、情報の記録再生に用いられるメイン光束と、トラッキング等に用いられる二つのサブ光束とに分割する回折光学素子などの光学素子を有していてもよい。本明細書において、対物光学素子とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系を指す。好ましくは、対物光学素子とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光ディスクの情報記録面上に集光する機能を有する光学系であって、更に、アクチュエータにより少なくとも光軸方向に一体的に変位可能とされた光学系を指す。対物光学素子は、好ましくは単玉の対物光学素子であるが、複数の光学素子から形成されていても良い。また、対物光学素子は、ガラスレンズであってもプラスチックレンズであっても、又は、ガラスレンズの上に光硬化性樹脂などで回折構造などを設けたハイブリッドレンズであってもよい。また、対物光学素子は、屈折面が非球面であることが好ましい。また、対物光学素子は、回折構造が設けられるベース面（母非球面ともいう）が非球面であることが好ましい。尚、回折構造の製造のしやすさという観点から、特に単玉の対物光学素子である場合に、本発明の効果が顕著となる。
【００４１】
また、対物光学素子をガラスレンズとする場合は、ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下であるガラス材料を使用することが好ましく、４８０℃以下であることがより好ましい。ガラス転移点Ｔｇが５００℃以下であるガラス材料を使用することにより、比較的低温での成形が可能となるので、金型の寿命を延ばすことが出来る。
【００４２】
さらに、ガラスレンズは一般的に樹脂レンズよりも比重が大きいため、対物光学素子をガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物光学素子を駆動するアクチュエータに負担がかかる。そのため、対物光学素子をガラスレンズとする場合には、比重が小さいガラス材料を使用するのが好ましい。具体的には、比重が３．０以下であるのが好ましく、２．７５以下であるのがより好ましい。
【００４３】
このようなガラス材料として具体的には、特開２００５−３０６６２７の実施例１〜１２を例示することができる。例えば、特開２００５−３０６６２７の実施例１は、ガラス転移点Ｔｇが４６０℃、比重が２．５８、屈折率ｎｄが１．５９４、アッベ数が５９．８である。
【００４４】
また、対物光学素子をプラスチックレンズとする場合は、環状オレフィン系の樹脂材料を使用するのが好ましく、環状オレフィン系の中でも、波長４０５ｎｍに対する温度２５℃での屈折率が１．５２乃至１．６０の範囲内であって、−５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長４０５ｎｍに対する屈折率変化率ｄＮ／ｄＴ（℃-1）が−２０×１０-5乃至−５×１０-5（より好ましくは、−１０×１０-5乃至−８×１０-5）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、対物光学素子をプラスチックレンズとする場合、カップリングレンズもプラスチックレンズとすることが好ましい。
【００４５】
また、対物光学素子を構成する材料のアッベ数は、５０以上であることが好ましい。
【００４６】
対物光学素子について、以下に記載する。対物光学素子の光学面には、回折構造である第１回折構造が少なくとも形成されている。また、対物光学素子の少なくとも一つの光学面が、中心領域と、中心領域の周りの周辺領域とを有する。対物レンズが、第１光源と第３光源に加えて、第２光源を有する光ピックアップ装置に適用されるものである場合、対物光学素子の少なくとも一つの光学面が、周辺領域の周りに最周辺領域を有していてもよい。中心領域は、対物光学素子の光軸を含む領域であることが好ましいが、光軸を含む微小な領域を未使用領域や特殊な用途の領域とし、その周りを中心領域としてもよい。中心領域、周辺領域、及び最周辺領域は同一の光学面上に設けられていることが好ましい。図１に示されるように、中心領域ＣＮ、周辺領域ＭＤ、最周辺領域ＯＴは、同一の光学面上に、光軸を中心とする同心円状に設けられていることが好ましい。
【００４７】
対物光学素子の中心領域は、中心領域回折構造を有する。中心領域回折構造は、第１回折構造のみから構成されていても良いし、第１回折構造と、第４回折構造（例えば、後述するブレーズ型回折構造であって、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、２次回折光が最大の回折光量を有し、第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を有し、第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を有するもの（以下、２／１／１の回折構造と記載する））を重畳させて構成しても良い。
【００４８】
また、対物レンズが、第１光源と第３光源のみを有する光ピックアップ装置に適用されるものである場合、周辺領域は屈折面であっても、周辺領域回折構造が設けられていてもよい。対物レンズが、第１光源と第３光源に加えて、第２光源を有する光ピックアップ装置に適用されるものである場合、対物光学素子の周辺領域は、周辺領域回折構造を有することが好ましい。周辺領域回折構造は、第２回折構造のみから構成されていても良いし、第２回折構造と、第５回折構造を重畳させて構成しても良い。
【００４９】
対物光学素子の最周辺領域は、最周辺領域回折構造を有していても良いし、屈折面のみから構成されていても良い。中心領域、周辺領域、最周辺領域はそれぞれ隣接していることが好ましいが、間に僅かに隙間があっても良い。
【００５０】
中央回折構造は、対物光学素子の中心領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、中央回折構造が、中央領域の全面に設けられていることである。周辺回折構造は、対物光学素子の周辺領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、周辺回折構造が、周辺領域の全面に設けられていることである。最周辺回折構造は、対物光学素子の最周辺領域の面積の７０％以上の領域に設けられていることが好ましく、９０％以上がより好ましい。より好ましくは、最周辺回折構造が、最周辺領域の全面に設けられていることである。
【００５１】
なお、本明細書でいう回折構造とは、段差を有し、回折によって光束を集光あるいは発散させる作用を持たせる構造の総称である。回折構造は、好ましくは段差を複数有する。段差は、光軸垂直方向に周期的な間隔をもって配置されていてもよいし、光軸垂直方向に非周期的な間隔をもって配置されていてもよい。
【００５２】
回折構造は、光軸を中心とする同心円状の複数の輪帯を有することが好ましい。また、回折構造は、様々な断面形状（光軸を含む面での断面形状）をとり得、光軸を含む断面形状がブレーズ型構造と階段型構造とに大別される。
【００５３】
ブレーズ型構造とは、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、回折構造を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、鋸歯状の形状ということであり、回折構造が母非球面に対して、直角でも平行でもない、斜めの面を有する。尚、図２の例においては、上方が光源側、下方が光ディスク側であって、母非球面としての平面に回折構造が形成されているものとする。
【００５４】
また、階段型構造とは、図２（ｃ）、（ｄ）に示されるように、回折構造を有する光学素子の光軸を含む断面形状が、小階段状のもの（階段単位と称する）を複数有するということである。尚、本明細書中、「Ｘレベル」とは、階段型構造の１つの階段単位において光軸垂直方向に対応する（向いた）輪帯状の面（以下、光学機能面と称することがある）が、段差によって区分けされＸ個の輪帯面毎に分割されていることをいい、特に３レベル以上の階段型構造は、小さい段差と大きい段差を有し、「小さい段差」とは、１つの階段単位において、最も小さな光軸方向の段差をいい、「大きい段差」とは、１つの階段単位において、最も大きな光軸方向の段差をいうものとする。
【００５５】
図２（ｃ）に示す回折構造を、５レベルの階段型構造といい、図２（ｄ）に示す回折構造を、２レベルの階段型構造という。第１回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、対物光学素子の光軸を含む複数の輪帯の断面の形状は、複数の階段単位を有する階段型構造となっており、階段型構造は、光軸に平行に延在する段差面と、隣接する段差面同士を連結する光学機能面とを有している。光軸に平行に延在する段差面は、図２（ｃ）、（ｄ）で表すところのＰａ，Ｐｂであり、隣接する段差面同士を連結する光学機能面は、Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅである。第１回折構造が、図２（ｄ）に示すような２レベルの階段型構造である場合、一つの階段単位が、光軸に平行に延在する２つの段差面Ｐａ、Ｐｂと、隣接する段差面Ｐａ、Ｐｂの光源側端同士を連結する光源側光学機能面Ｐｃと、隣接する段差面Ｐａ、Ｐｂの光ディスク側端同士を連結する光ディスク側光学機能面Ｐｄとから形成され、光源側光学機能面Ｐｃと光ディスク側光学機能面Ｐｄとは、光軸に交差する方向に沿って交互に配置されている。一方、第１回折構造が、図２（ｃ）に示すような５レベルの階段型構造である場合、一つの階段単位が、光軸に平行する４つの段差面Ｐａと、４つの段差面よりも長い一つの長段差面Ｐｂと、長段差面の光源側端と段差面の光源側端同士を連結する１つの光源側光学機能面Ｐｃと、隣接する段差面同士を連結する３つの光学機能面Ｐｅと、長段差面の光ディスク側端と段差面の光ディスク側端同士を連結する１つの光ディスク側光学機能面Ｐｄとから形成されている。
【００５６】
また、階段型構造において、１つの階段単位の光軸垂直方向の長さをピッチＰという。段差面は光軸に平行又は略平行であることが好ましいが、光学機能面は母非球面に平行である場合だけでなく、母非球面に対して斜めであってもよい。
【００５７】
尚、回折構造は、ある単位形状が周期的に繰り返されている構造であることが好ましい。ここでいう「単位形状が周期的に繰り返されている」とは、同一の形状が同一の周期で繰り返されている形状は当然含む。さらに、周期の１単位となる単位形状が、規則性を持って、周期が徐々に長くなったり、徐々に短くなったりする形状も、「単位形状が周期的に繰り返されている」ものに含まれているとする。
【００５８】
回折構造が、ブレーズ型構造を有する場合、単位形状である鋸歯状の形状が繰り返された形状となる。図２（ａ）に示されるように、同一の鋸歯状形状が繰り返されてもよいし、図２（ｂ）に示されるように、母非球面の方向に進むに従って、徐々に鋸歯状形状の大きさが大きくなっていく形状、又は、小さくなっていく形状であってもよい。また、徐々に鋸歯状形状の大きさが大きくなった形状と、徐々に鋸歯状形状の大きさが小さくなっていく形状を組み合わせた形状としてもよい。但し、鋸歯状形状の大きさが徐々に変化する場合であっても、鋸歯状形状において、光軸方向（又は通過する光線の方向）の段差量の大きさはほとんど変化しないことが好ましい。加えて、ある領域においては、ブレーズ型構造の段差が光軸（中心）側とは逆を向いている形状とし、他の領域においては、ブレーズ型構造の段差が光軸（中心）側を向いている形状とし、その間に、ブレーズ型構造の段差の向きを切り替えるために必要な遷移領域が設けられている形状としてもよい。この遷移領域は、回折構造により付加される光路差を光路差関数で表現した時、光路差関数の極値となる点に相当する領域である。なお、光路差関数が極値となる点を持つと、光路差関数の傾きが小さくなるので、輪帯ピッチを広げることが可能となり、回折構造の形状誤差による透過率低下を抑制できる。
【００５９】
回折構造が、階段型構造を有する場合、図２（ｃ）で示されるような５レベルの階段単位が、繰り返されるような形状等があり得る。さらに、母非球面の方向に進むに従って、徐々に階段の大きさが大きくなっていく形状や、徐々に階段の大きさが小さくなっていく形状であってもよいが、光軸方向（又は通過する光線の方向）の段差量はほとんど変化しないことが好ましい。
【００６０】
以下に、第１回折構造について詳述する。第１回折構造は、上述したように
階段型構造である。また、第１回折構造は、少なくとも第１光ディスクと第３光ディスクの互換を可能にするための構造、又は、第１光ディスクと第２光ディスクの互換を可能にするための構造である。勿論、第１回折構造が、第１光ディスク、第２光ディスク及び第３光ディスクの互換を可能にするための構造であってもよい。従って、第１回折構造は、第１回折構造を通過する第１光束及び第３光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第３光ディスクの保護基板の厚さｔ３の違いにより発生する球面収差及び／又は第１光束と第３光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。または、第１回折構造は、第１回折構造を通過する第１光束及び第２光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２の違いにより発生する球面収差及び／又は第１光束と第２光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。
【００６１】
第１回折構造の階段型構造における光学機能面は、光軸からの距離が光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾いている。光源側光学機能面が、母非球面に対して傾いていることが好ましい。
【００６２】
光学機能面を所謂斜めにすることで、回折光の回折次数を変更することなく、段差面の一部の長さを短くすることが可能となる。そのため、入射光に対して影となる領域を減少させて透過率を向上させることができると共に、本発明の対物光学素子を成形する金型の加工を容易にすることができる。更に、影の効果を低減させることにより、中心領域において周辺領域に近づいて行くに連れて影の効果が増大することによる透過率の低減幅も小さくできる。前記中心領域と前記周辺領域との境界における透過率を近づけることで、超解像現象を抑制して適切な集光スポットを形成できる。
【００６３】
以下、第１回折構造が２レベルの階段型構造である場合について詳述する。この場合、第１回折構造は、段差面の光軸方向の長さをＬとしたときに、以下の条件式を満たすと
好ましい。
２μｍ  ＜  Ｌ  ＜３μｍ        （１）
【００６４】
第１回折構造の段差面の光軸方向の長さＬを例えば３．６μｍとすると、波長λ１の光束を入射させたとき、最も透過率を高めることができる。しかしながら、長さＬが増大するに連れて、入射光に対して影となる領域が増大して透過率が減少し、また第１回折構造を有する対物光学素子を成形する金型の加工が困難となる。そこで、条件式（１）を満たすように、長さＬを短くすることで、入射光に対して影となる領域を減少させて透過率を向上させることができると共に、本発明の対物光学素子を成形する金型の加工を容易にすることができる。更に、中心領域と周辺領域との境界における透過率を近づけることができるので、超解像現象を抑制して適切な集光スポットを形成できる。
【００６５】
しかし、このように段差面の光軸方向の長さを短くすると、第１光束と第３光束（第２光束を含む場合もある）の回折効率のバランスが変化し、所望の光束について所望の回折効率が得られなくなる恐れが出てくる。一方、光学機能面を母非球面に対して傾けることにより、発生する回折光の回折次数を変えることなく、回折効率のバランスのみを調節することが可能となる。即ち、段差面を短くすることにより、影の効果を低減させつつ、光学機能面を斜めにすることにより、所望の光束について所望の回折効率を得ることができる、という優れた対物光学素子を得ることが可能となる。
【００６６】
２レベルの階段型構造である第１回折構造の光源側光学機能面は、光軸からの距離が光源側光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾いていると好ましい。一例にかかる第１回折構造の光軸方向断面を模式的に示す図７において、点線で示す母非球面ＢＡＰは、中心領域の母非球面を規定するものであり、例えば光源側光学機能面Ｐｃの中点（中点に限られず、対応する角部でも良い）を結ぶことで求めることができる。「光軸からの距離が光源側光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾いている」とは、このような母非球面ＢＡＰを光源側光学機能面Ｐｃと重ねたときに、重ねた位置Ｐｘでは、母非球面ＢＡＰと光源側光学機能面Ｐｃとが傾き角θｃ（≠０）で交わることをいう。このように光源側光学機能面Ｐｃを傾けることによって、波長λ１の第１光束の回折効率と、それ以外の波長の光束の回折効率とのバランスを変更することができる。条件式（１）を満たすようにＬを小さくすると、波長λ１の第１光束の透過率と、波長λ２の第２光束の透過率とが低下するが、光源側光学機能面Ｐｃを傾けることで、波長λ２の第２光束の透過率を増大させることが出来、また波長λ１の第１光束の透過率についても、光軸からの距離に対する効率分布がなだらかになることと相まって（後述する図６参照）、トータルでの透過率を高く確保できると共に、中心領域と周辺領域との波長λ１の光束の透過率変化を抑制できる。
【００６７】
尚、光源側光学機能面Ｐｃの法線が、母非球面ＢＡＰの法線よりも光軸直交方向外側に向くように、光源側光学機能面Ｐｃが傾いている場合（図７）と、光源側光学機能面Ｐｃの法線が、母非球面ＢＡＰの法線よりも光軸直交方向内側に向くように、光源側光学機能面Ｐｃが傾いている場合（図８）とがある。図８に示すように、光源側光学機能面Ｐｃが傾いていると、波長λ２の光束の透過率や波長λ３の光束の透過率を向上できるので好ましい。光ディスク側光学機能面Ｐｄは、母非球面ＢＡＰに対して傾いていても良いし、傾いていなくても良い。光ディスク側光学機能面を母非球面に対して傾けることにより、主に第２光束の回折効率を変更することができる。
【００６８】
１つの光学機能面を挟む２つの段差面のうち、一方の段差面の光軸方向の長さと、他方の段差面の光軸方向の長さとが、０．４４μｍ以下の範囲で異なると好ましい。このような構成にすることで、第１回折構造の光源側光学機能面を、光軸からの距離が光源側光学機能面と等しい中央領域の母非球面に対して傾けることが可能となる。図７の例で、１つの光源側光学機能面Ｐｃを挟む２つの段差面のうち、一方の段差面Ｐａの光軸方向の長さをＬ１、他方の段差面Ｐｂの光軸方向の長さをＬ２とすると、以下の式が成立する。尚、近似的にはＬ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２とできる。
０μｍ＜│Ｌ１−Ｌ２│≦０．４４μｍ
【００６９】
２レベルの階段型構造である第１回折構造を波長λ１の光束が通過したときに、０次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、第１回折構造を波長λ３の光束が通過したときに、ｍ（ｍは０以外の整数）次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生すると好ましい。又、第１回折構造を前記波長λ２の光束が通過したときに、０次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生すると好ましい。ここで、０次回折光とは透過光を意味する。好ましくは、第１回折構造を波長λ１の光束が通過したときに、０次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、第１回折構造を波長λ２の光束が通過したときに、０次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、第１回折構造を波長λ３の光束が通過したときに、＋１次回折光及び−１次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生する構造である。
【００７０】
次に、第１回折構造が５レベルの階段型構造である場合について詳述する。この場合、段差面（図２（ｃ）でいうところのＰａ）の長さが０．９μｍ未満、０．７μｍ以上であることが好ましい。より好ましくは、０．９μｍ未満、０．８μｍ以上であり、更に好ましくは０．９μｍ未満、０．８５μｍ以上である。
【００７１】
第１回折構造の段差面の光軸方向の長さを例えば０．９μｍとすると、波長λ１の光束を入射させたとき、最も透過率を高めることができる。しかしながら、段差面の長さが増大するに連れて、入射光に対して影となる領域が増大して透過率が減少し、また第１回折構造を有する対物光学素子を成形する金型の加工が困難となる。そこで、上述の条件を満たすように、段差面の長さを短くすることで、入射光に対して影となる領域を減少させて透過率を向上させることができると共に、本発明の対物光学素子を成形する金型の加工を容易にすることができる。更に、中心領域と周辺領域との境界における透過率を近づけることができるので、超解像現象を抑制して適切な集光スポットを形成できる。
【００７２】
しかし、このように段差面の光軸方向の長さを短くすると、第１光束と第３光束（第２光束を含む場合もある）の回折効率のバランスが変化し、所望の光束について所望の回折効率が得られなくなる恐れが出てくる。一方、光学機能面を母非球面に対して傾けることにより、発生する回折光の回折次数を変えることなく、回折効率のバランスのみを調節することが可能となる。即ち、段差面を短くすることにより、影の効果を低減させつつ、光学機能面を斜めにすることにより、所望の光束について所望の回折効率を得ることができる、という優れた対物光学素子を得ることが可能となる。
【００７３】
５レベルの階段型構造である第１回折構造の、少なくとも光源側光学機能面（図２（ｃ）でいうところのＰｃ）は、光軸からの距離が光源側光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾いていると好ましい。さらに、階段型構造の３つの光学機能面（図２（ｃ）でいうところのＰｅ）も、光軸からの距離がその光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾けることが好ましい。また、光ディスク側光学機能面（図２（ｃ）でいうところのＰｄ）は、母非球面に対して傾いていても良いし、傾いていなくても良い。
【００７４】
５レベルの階段型構造である第１回折構造を波長λ１の光束が通過したときに、１次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、第１回折構造を波長λ３の光束が通過したときに、−２次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生すると好ましい。又、第１回折構造を前記波長λ２の光束が通過したときに、−１次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生すると好ましい。
【００７５】
波長λ１の光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率は、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率に対して２０％以上低くなっている場合、本発明による効果が享受できるため好ましい。即ち、第１回折構造の光学機能面が母非球面に対して傾いておらず、段差面の長さも長い場合、波長λ１の光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率は、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率に対して非常に低くなっていることを表しており、本発明によってその透過率の差を、２０％以上程度にまで低減できるため好ましい。２５％以上低くなっていると本発明の効果がより顕著になるため更に好ましい。なお、波長λ１の光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率と、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率との差が、４０％以下であることが好ましく、３０％以下であることが更に好ましい。更に、波長λ２の光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率は、波長λ２の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率に対して１０％以上低くなっていると好ましく、１５％以上低くなっていると更に好ましい。尚、３０％以下であることが好ましく、２０％以下であることが更に好ましい。なお本明細書で言う透過率とは、対物光学素子の所定の領域に入射する所定の波長の光束の光量に対し、光ディスクの情報記録面上のスポット形成に寄与する光量の割合とする。
【００７６】
波長λ１の光束における光軸直交方向の光の透過率分布をとったとき、その透過率は中心領域内においては光軸から離れるに連れて漸次減少し、且つ中心領域から周辺領域にかけて不連続的に増大する場合、本発明による効果が顕著となるためと好ましい。図６において、縦軸に波長λ１の光束の透過率を取り、横軸に光軸からの高さをとったとき、実線は本発明の一例として、回折構造の光学機能面を母非球面に対して傾け、段差面の長さを短くした回折構造を中心領域に形成した対物光学素子に関するものであり、一点鎖線は、比較例として、Ｌ＝３．６μｍとし、且つ光源側光学機能面を母非球面に等しくした２レベルの階段型回折構造を中心領域に形成した対物光学素子に関するものである。尚、本発明において波長λ１の光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率と、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率との差δは２０％以上である。
【００７７】
図６を参照するに、比較例も実施例も、波長λ１の透過率は中心領域内においては光軸から離れるに連れて漸次減少し、且つ中心領域から周辺領域にかけて不連続的に増大しているが、比較例の場合、周辺領域に向かうに連れて、段差面の影の影響で透過率が２次曲線的に減少するのに対し、本発明では、光軸付近では、波長λ１の光束の透過率は低いが、周辺領域に近づいても透過率の減少度合いが低いので、トータルでは十分な光量を確保できると共に、中心領域と周辺領域との透過率変化を小さく抑えることができるので、超解像現象を抑制することができる。
【００７８】
以下、第２回折構造について説明する。第１回折構造が、２レベルの階段型構造である場合、第２回折構造は、ブレーズ型もしくは３レベル以上の階段型構造であることが好ましい。また、第１回折構造が、５レベルの階段型構造である場合、第２回折構造は、ブレーズ型、２〜４レベルの階段型、６レベル以上の階段型構造であることが好ましい。このような構造とすることにより、中心領域の中心回折構造と周辺領域の周辺回折構造との構造が異なるため、中心領域と周辺領域との境界で透過率が不連続に変化しやすくなる。そのため、本発明の効果がより顕著となる。好ましくは、第１回折構造が２レベルの階段型構造である場合は、第２回折構造が、ブレーズ型の２／１／１の回折構造であることであるか、第２回折構造が、５レベルの階段型構造であって、第１光束に対して０次回折光を最も多く発生させ、第２光束に対して１次回折光を最も多く発生させ、第３光束に対して０次回折光を最も多く発生させるような構造が好ましい例として挙げられる。
【００７９】
以降の第２回折構造の記載は、第１回折構造が２レベルの階段型構造である場合や、第１回折構造が５レベルの階段型構造である場合に限定されないものであるが、第１回折構造が２レベルの階段型構造である場合に特に効果が顕著となる。第２回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、対物光学素子の光軸を含む複数の輪帯の断面の形状は、光軸方向に延在する円筒状の段差面と、段差面に交差する方向に延在する光学機能面とを交互に組み合わせてなり、第２回折構造に最も近い第１回折構造の段差面の光軸方向長さをＡ、第１回折構造に最も近い第２回折構造の段差面の光軸方向長さをＢとしたときに、以下の条件式を満たすと好ましい。
０．６５  ≦  Ｂ／Ａ  ≦  １        （２）
【００８０】
条件式（２）を満たすような、中心領域と周辺領域とで、急激に段差面の光軸方向長さが変化するような対物光学素子においては、中心領域から周辺領域にかけて光の透過率が不連続的に増大しやすい傾向があるため、影の効果を低減できる本発明によって、光の透過率の不連続的な増大の幅を低減でき、本発明の効果がより顕著なものとなる。ここで、Ａは、第２回折構造に最も近い第１回折構造の段差面の光軸方向長さＬであり、Ｂは、第２回折構造がブレーズ型の回折構造の場合、図２（ａ）に示す段差量Ｂをいい、第２回折構造が階段型の回折構造の場合、図２（ｃ）に示す段差量Ｂをいうものとする。特に、第２回折構造が２／１／１の回折構造であるか、第２回折構造が、５レベルの階段型構造であって、第１光束に対して０次回折光を最も多く発生させ、第２光束に対して１次回折光を最も多く発生させ、第３光束に対して０次回折光を最も多く発生させるような構造である場合、本発明が有効である。
【００８１】
第２回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、対物光学素子の光軸を含む複数の輪帯の断面の形状は、光軸に平行に延在する円筒状の段差面と、段差面に交差する方向に延在する光学機能面とを交互に組み合わせてなり、第２回折構造に最も近い第１回折構造の輪帯ピッチをα（図２（ｄ）のＰ）、第１回折構造に最も近い第２回折構造の輪帯ピッチをβ（図２（ａ）又は（ｃ）のＰ）としたときに、以下の条件式を満たすと好ましい。
５  ≦  β／α  ≦  １０        （３）
【００８２】
条件式（３）を満たすような、中心領域と周辺領域とで、急激に輪帯ピッチが変化するような対物光学素子においては、中心領域から周辺領域にかけて光の透過率が不連続的に増大しやすい傾向があるため、影の効果を低減できる本発明によって、光の透過率の不連続的な増大の幅を低減でき、本発明の効果がより顕著なものとなる。ここで、輪帯ピッチとは、図２に示す値Ｐを指す。特に、第２回折構造が２／１／１の回折構造であるか、第２回折構造が、５レベルの階段型構造であって、第１光束に対して０次回折光を最も多く発生させ、第２光束に対して１次回折光を最も多く発生させ、第３光束に対して０次回折光を最も多く発生させるような構造である場合、本発明が有効である。
【００８３】
第１回折構造の輪帯ピッチは、光軸から離れるに連れて漸次小さくなっており、最も光軸寄りの輪帯ピッチをＸ（図２（ｄ）のＰ）、最も周辺領域寄りの輪帯ピッチをＹ（図２（ｄ）のＰ）としたときに、以下の条件式を満たすと好ましい。
Ｙ／Ｘ  ≦  ０．０５        （４）
【００８４】
条件式（４）を満たすような、中心領域において第１回折構造の輪帯ピッチが漸次小さくなっていくような対物光学素子においては、第２回折構造においてピッチが急変し、中心領域から周辺領域にかけて光の透過率が不連続的に増大しやすい傾向があるため、影の効果を低減できる本発明によって、光の透過率の不連続的な増大の幅を低減でき、本発明の効果がより顕著なものとなる。
【００８５】
尚、第１回折構造が２レベルの階段型構造である場合、光軸付近の第１回折構造は、条件式（１）を満たさず、周辺構造に近い第１回折構造が、条件式（１）を満たすようにしても良い。具体的には、図６に示すグラフにおいて、中心領域内で、光学機能面を傾けた透過率（実線）と、傾けない透過率（一点鎖線）とが交わる光軸方向の高さをＨとすると、「光軸付近」とは、０〜Ｈの高さに相当し、「周辺構造に近い」とは、Ｈ以上の高さに相当することができる。このような構造とすることで、光軸付近の第１回折構造は第１光束に対して高い透過率を保ちつつ、一方で、周辺領域に近い第１回折構造においては、中心領域と周辺領域の境界における第１光束の透過率のギャップも低減できるため、好ましい。
【００８６】
第１回折構造の光ディスク側光学機能面は、光軸からの距離が光ディスク側光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾いていていてもよい。例えば、２レベルの階段型構造である第１回折構造の光軸方向断面を模式的に示す図９において、点線で示す母非球面ＢＡＰは、中心領域の母非球面を規定するものであり、例えば光ディスク側光学機能面Ｐｄの中点（中点に限られず、対応する角部でも良い）を結ぶことで求めることができる。「光軸からの距離が光ディスク側光学機能面と等しい中央領域の母非球面に対して傾いている」とは、このような母非球面ＢＡＰを光ディスク側光学機能面Ｐｄと重ねたときに、重ねた位置Ｐｙでは、母非球面ＢＡＰと光ディスク側光学機能面Ｐｄとが傾き角θｄ（≠０）で交わることをいう。このように光ディスク側光学機能面Ｐｄを傾けることによって、波長λ１の第１光束の回折効率と、それ以外の波長の光束の回折効率とのバランスを変更することができる。特に第２光束の回折効率の調整に効果がある。尚、光源側光学機能面Ｐｃと共に傾けても良い。
【００８７】
尚、光ディスク側光学機能面Ｐｄの法線が、母非球面ＢＡＰの法線よりも光軸直交方向外側に向くように、光ディスク側光学機能面Ｐｄが傾いている場合（図９）と、光ディスク側光学機能面Ｐｄの法線が、母非球面ＢＡＰの法線よりも光軸直交方向内側に向くように、光ディスク側光学機能面Ｐｄが傾いている場合（図１０）とがある。図１０に示すように、光ディスク側光学機能面Ｐｄが傾いていると、波長λ２の光束の透過率や波長λ３の光束の透過率を向上できるので好ましい。
【００８８】
図１１は、第１回折構造が５レベルの階段型構造である対物光学素子の断面図である。図１１において、一つの階段単位が、光軸に平行に延在する４つの等しい長さの段差面Ｐａ１〜Ｐａ４と、光軸と平行であって４つの段差面Ｐａ１〜Ｐａ４よりも長い一つの長段差面Ｐｂと、長段差面Ｐｂの光源側端と段差面Ｐａ４の光源側端同士を連結する１つの光源側光学機能面Ｐｃ４と、隣接する段差面Ｐａ１〜Ｐａ４同士を連結する３つの光学機能面Ｐｃ１〜Ｐｃ３と、長段差面Ｐｂの光ディスク側端と段差面Ｐａ１の光ディスク側端同士を連結する１つの光ディスク側光学機能面Ｐｄとから形成されている。ここで、５レベルの階段型構造における最も光源に近い光源側光学機能面Ｐｃ４が、光軸からの距離が光源側光学機能面Ｐｃ４と等しい中心領域の母非球面ＢＡＰに対して傾いている。尚、そのほかの３つの光源側光学機能面Ｐｃ１〜Ｐｃ３も、光軸からの距離が前記光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾いていてよい。又、光ディスク側光学機能面Ｐｄも、光軸からの距離が光ディスク側光学機能面Ｐｄと等しい中心領域の母非球面に対して傾いていて良い。傾きの方向は、上述と同様にいずれの方向でも良い。
【００８９】
この５レベルの階段型構造を波長λ１の光束が通過したときに、１次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生し、波長λ３の光束が通過したときに、−２次回折光が他の次数の回折光に比して最も多く発生すると好ましい。尚、５レベルの階段型構造を中心領域に設ける場合、周辺領域には、ブレーズ型、２〜４レベルの階段型もしくは６レベル以上の階段型の第２回折構造が形成されていると好ましい。
【００９０】
また、対物光学素子の中心領域に設けられた中心回折構造に加え、対物光学素子の周辺領域に周辺回折構造を設ける場合、対物光学素子の異なる光学面に設けてもよいが、同一の光学面に設けることが好ましい。同一の光学面に設けることにより、製造時の偏芯誤差を少なくすることが可能となるため好ましい。また、中心回折構造及び周辺回折構造は、対物光学素子の光ディスク側の面よりも、対物光学素子の光源側の面に設けられることが好ましい。
【００９１】
対物光学素子は、中心回折構造が設けられた中心領域を通過する第１光束、第２光束及び第３光束を、それぞれ集光スポットを形成するように集光する。好ましくは、対物光学素子は、中心回折構造が設けられた中心領域を通過する第１光束を、第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、対物光学素子は、中心回折構造が設けられた中心領域を通過する第２光束を、第２光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。さらに、対物光学素子は、中心回折構造が設けられた中心領域を通過する第３光束を、第３光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、対物光学素子が、第１光ディスク、第３光ディスクに加えて、第２光ディスクにも対応するものである場合であって、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２が異なる場合、中心回折構造は、中心回折構造を通過する第１光束及び第２光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第２光ディスクの保護基板の厚さｔ２の違いにより発生する球面収差及び／又は第１光束と第２光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。さらに、中心回折構造は、中心回折構造を通過した第１光束及び第３光束に対して、第１光ディスクの保護基板の厚さｔ１と第３光ディスクの保護基板の厚さｔ３との違いにより発生する球面収差及び／又は第１光束と第３光束の波長の違いにより発生する球面収差を補正することが好ましい。
【００９２】
また、対物光学素子は、対物光学素子に周辺回折構造が設けられた場合、これを用いて周辺領域を通過する第１光束及び第２光束を、それぞれ集光スポットを形成するように集光する。好ましくは、対物光学素子は、周辺回折構造が設けられた周辺領域を通過する第１光束を、第１光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また、対物光学素子は、周辺回折構造が設けられた場合、これを用いて周辺領域を通過する第２光束を、第２光ディスクの情報記録面上に情報の記録及び／又は再生ができるように集光する。また周辺回折構造は、周辺回折構造を通過する第１光束及び第２光束の波長の違いにより発生する色球面収差を補正することが好まし
い。
【００９３】
また、好ましい態様として、周辺領域を通過した第３光束は、第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられない態様が挙げられる。周辺領域を通過した第３光束が、第３光ディスクの情報記録面上で集光スポットの形成に寄与しないようにすることが好ましい。つまり、対物光学素子に周辺回折構造が設けられた場合、これにより周辺領域を通過する第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。図４に示すように、対物光学素子を通過した第３光束が第３光ディスクの情報記録面上で形成するスポットにおいて、光軸側（又はスポット中心部）から外側へ向かう順番で、光量密度が高いスポット中心部ＳＣＮ、光量密度がスポット中心部より低いスポット中間部ＳＭＤ、光量密度がスポット中間部よりも高くスポット中心部よりも低いスポット周辺部ＳＯＴを有する。スポット中心部が、光ディスクの情報の記録及び／又は再生に用いられ、スポット中間部及びスポット周辺部は、光ディスクの情報の記録及び／又は再生には用いられない。上記において、このスポット周辺部をフレアと言っている。但し、スポット中心部の周りにスポット中間部が存在せずスポット周辺部があるタイプ、即ち、集光スポットの周りに薄く光が大きなスポットを形成する場合も、そのスポット周辺部をフレアと呼ぶ。つまり、対物光学素子の周辺領域に設けられた周辺回折構造を通過した第３光束は、第３光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成する。
【００９４】
また、最周辺領域を有する場合の好ましい態様として、最周辺領域を通過した第１光束は、第１光ディスクの記録及び／又は再生に用いられ、最周辺領域を通過した第２光束及び第３光束は、第２光ディスク及び第３光ディスクの記録及び／又は再生に用いられない態様が挙げられる。最周辺領域を通過した第２光束及び第３光束が、それぞれ第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面上での集光スポットの形成に寄与しないようにすることが好ましい。つまり、対物光学素子が最周辺領域を有する場合、対物光学素子の最周辺領域を通過する第２光束及び第３光束は、第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面上でフレアを形成することが好ましい。言い換えると、対物光学素子の最周辺領域を通過した第２光束及び第３光束は、第２光ディスク及び第３光ディスクの情報記録面上でスポット周辺部を形成することが好ましい。
【００９５】
最周辺領域が最周辺回折構造を有する場合、最周辺回折構造が、最周辺回折構造を通過した第１光束に対して、第１光源の波長の僅かな変動によって発生するスフェロクロマティズム（色球面収差）を補正するようにしてもよい。波長の僅かな変動とは、±１０ｎｍ以内の変動を指す。例えば、第１光束が波長λ１より±５ｎｍ変化した際に、最周辺領域回折構造によって、最周辺領域を通過した第１光束の球面収差の変動を補償し、第１光ディスクの情報記録面上での波面収差の変化量が０．００１λ２ｒｍｓ以上、０．０７０λ２ｒｍｓ以下となるようにすることが好ましい。
【００９６】
なお、第１回折構造が２レベルの階段型構造である場合のように、第１の回折構造が第１光ディスクと第３光ディスクの互換を可能とする構造である場合、第１光ディスクと第２光ディスクの互換を可能とする構造として第４の回折構造を重ね併せて中心回折構造を形成することにより、中心回折構造を通過した第１光束、第２光束、第３光束全ての出射光の方向を異ならせることが可能となるため、第１光束、第２光束、第３光束の全ての光束が同じ結像倍率（例えば、全て平行光束）で対物光学素子に入射したとしても、異なる種類の光ディスクを用いていることに起因して発生する収差を補正でき、互換が可能となる。一方、第１回折構造が１／−１／−２の５レベルの階段型構造である場合のように、第１の回折構造のみで第１光束、第２光束、第３光束全ての出射光の方向を異ならせることが可能である場合は、第４回折構造を重ね併せず、第１回折構造単独で中心回折構造としても、中心回折構造を通過した第１光束、第２光束、第３光束全ての出射光の方向を異ならせることが可能となるため、第１光束、第２光束、第３光束の全ての光束が同じ結像倍率（例えば、全て平行光束）で対物光学素子に入射したとしても、異なる種類の光ディスクを用いていることに起因して発生する収差を補正でき、互換が可能となる。尚、第１回折構造が２レベルの階段型構造である場合、好ましい第４回折構造は、ブレーズ型の２／１／１回折構造である。
【００９７】
対物光学素子がプラスチックレンズである場合、温度特性補正用構造として第７回折構造を、第１の回折構造又は第１の回折構造及び第４の回折構造にさらに重ねたものを中心回折構造としてもよい。具体的には、第７回折構造の光軸方向の段差量は、第１光束に対して第１波長の略１０波長分の光路差を与え、第２光束に対して第２波長の略６波長分の光路差を与え、第３光束に対して第３波長の略５波長分の光路差を与えるような段差量、又は、第１光束に対して第１波長の略２波長分の光路差を与え、第２光束に対して第２波長の略１波長分の光路差を与え、第３光束に対して第３波長の略１波長分の光路差を与えるような段差量である事が好ましい。
【００９８】
前述したように、段差量は大きすぎない方が好ましい。回折構造を複数重ね合わせて得た回折構造のある輪帯の段差量が基準の値より高い場合、輪帯の段差量を１０・λ１／（ｎ−１）（μｍ）だけ低くすることにより、光学性能に影響を及ぼすことなく、大きすぎる段差量を減らすことが可能となる。なお、基準の値としては、任意の値を設定する事ができるが、１０・λ１／（ｎ−１）（μｍ）を基準値とする事が好ましい。
【００９９】
また、細長い輪帯が少ない方が製造上好ましいという観点から、中心回折構造の全ての輪帯において、（段差量／レベル幅）の値が、１以下である事が好ましく、更に好ましくは０．８以下である事である。更に好ましくは、全ての回折構造の全ての輪帯において、（段差量／レベル幅）の値が、１以下である事が好ましく、更に好ましくは０．８以下である事である。
【０１００】
第１光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ１とし、第２光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ２（ＮＡ１≧ＮＡ２）とし、第３光ディスクに対して情報を再生及び／又は記録するために必要な対物光学素子の像側開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）とする。ＮＡ１は、０．６以上、０．９以下であることが好ましく、より好ましくは、０．７以上、０．９以下である。特にＮＡ１は０．８５であることが好ましい。ＮＡ２は、０．５５以上、０．７以下であることが好ましい。特にＮＡ２は０．６０又は０．６５であることが好ましい。また、ＮＡ３は、０．４以上、０．５５以下であることが好ましい。特にＮＡ３は０．４５又は０．５３であることが好ましい。
【０１０１】
対物光学素子の中心領域と周辺領域の境界は、第３光束の使用時において、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物光学素子の中心領域と周辺領域の境界が、ＮＡ３に相当する部分に形成されていることである。また、対物光学素子の周辺領域と最周辺領域の境界は、第２光束の使用時において、０．９・ＮＡ２以上、１．２・ＮＡ２以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ２以上、１．１５・ＮＡ２以下）の範囲に相当する部分に形成されていることが好ましい。より好ましくは、対物光学素子の周辺領域と最周辺領域の境界が、ＮＡ２に相当する部分に形成されていることである。
【０１０２】
対物光学素子を通過した第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、球面収差が少なくとも１箇所の不連続部を有することが好ましい。その場合、不連続部は、第３光束の使用時において、０．９・ＮＡ３以上、１．２・ＮＡ３以下（より好ましくは、０．９５・ＮＡ３以上、１．１５・ＮＡ３以下）の範囲に存在することが好ましい。
【０１０３】
また、球面収差が連続していて、不連続部を有さない場合であって、対物光学素子を通過した第３光束を第３光ディスクの情報記録面上に集光する場合に、ＮＡ２では、縦球面収差の絶対値が０．０３μｍ以上であって、ＮＡ３では縦球面収差の絶対値が０．０２μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、ＮＡ２では、縦球面収差の絶対値が０．０８μｍ以上であって、ＮＡ３では縦球面収差の絶対値が０．０１μｍ以下である。
【０１０４】
また、光ピックアップ装置の用途に応じて、中心領域の各波長に対する回折効率を適宜設定可能である。例えば、第１光ディスクに対して記録及び再生を行い、第２、第３光ディスクに対して再生のみ行う光ピックアップ装置の場合には、中心領域及び／又は周辺領域の回折効率を、第１光束を重視して設定するのが好ましい。一方、第１光ディスクに対して再生のみを行い、第２、第３光ディスクに対して記録及び再生を行う光ピックアップ装置の場合には、中心領域の回折効率を、第２、第３光束を重視して設定し、周辺領域の回折効率を第２光束を重視して設定するのが好ましい。
【０１０５】
何れの場合でも、下記条件式（１０）を満たすようにすることで、各領域の面積加重平均により計算される第１光束の回折効率を高く確保することが可能となる。
【０１０６】
η１１≦η２１        （１０）
但し、η１１は中心領域における第１光束の回折効率を表し、η２１は周辺領域における第１光束の回折効率を表す。なお、中心領域の回折効率を第２、第３波長の光束重視とした場合には、中心領域の第１光束の回折効率は低くなるが、第１光ディスクの開口数が第３光ディスクの開口数に比べて大きい場合は、第１光束の有効径全体で考えると中央領域の回折効率低下はそれほど大きな影響を与えない。
【０１０７】
なお、本明細書における回折効率は、以下のように定義することができる。
［１］同一の焦点距離、レンズ厚さ、開口数を有し、同一の材料で形成され、中央及び周辺回折構造が形成されない対物光学素子の透過率を、中心領域、周辺領域に分けて測定する。この際、中心領域の透過率は、周辺領域に入射する光束を遮断して測定し、周辺領域の透過率は中心領域に入射する光束を遮断して測定する。
［２］中央及び周辺回折構造を有する対物光学素子の透過率を、中心領域と周辺領域に分けて測定する。
［３］上記［２］の結果を［１］の結果で割った値を各領域の回折効率とする。
【０１０８】
また、第１光束乃至第３光束の何れか二つの光束の光利用効率が７０％以上であって、残りの一つの光束の光利用効率を３０％以上、７０％以下にするようにしてもよい。残りの一つの光束の光利用効率を４０％以上、６０％以下にするようにしてもよい。この場合、光利用効率を３０％以上、７０％以下（または４０％以上、６０％以下）とする光束は、第３光束であることが好ましい。
【０１０９】
なお、ここでいう光利用効率とは、中心領域回折構造が形成された対物光学素子（周辺領域回折構造及び最周辺領域回折構造が形成されていてもよい）により光ディスクの情報記録面上に形成された集光スポットのエアリーディスク内の光量をＬＡとし、同一の材料から形成され、且つ、同一の焦点距離、軸上厚さ、開口数、波面収差を有し、中心領域回折構造、周辺領域回折構造及び最周辺領域回折構造が形成されない対物光学素子により、光情報記録媒体の情報記録面上に形成された集光スポットのエアリーディスク内の光量をＬＢとしたとき、ＬＡ／ＬＢにより算出するものとする。なお、ここでいうエアリーディスクとは、集光スポットの光軸を中心とする半径ｒ'の円をいう。ｒ'＝０．６１・λ／ＮＡで表される。
【０１１０】
対物光学素子の第１光束における焦点距離をｆ１（ｍｍ）とし、対物光学素子の中心厚さをｄ（ｍｍ）とした際に、下記の式（１１）を満たすことが好ましい。
０．７≦ｄ／ｆ１≦１．５              （１１）
【０１１１】
なお、下記の式（１１）’を満たすことがより好ましい。
１．０≦ｄ／ｆ１≦１．３              （１１）’
【０１１２】
上記構成により、回折構造のピッチを小さくすることなく、第３光ディスクとしてのＣＤのワーキングディスタンスを確保でき、対物光学素子の製造も容易にする事が出来、加えて、光の利用効率を高く維持することが可能となる。
【０１１３】
また、以下の条件式を満たすことが好ましい。
2.1mm≦φ≦4.2mm
尚、Φは、第２光ディスク使用時の対物光学素子の有効径を表す。上記範囲を満たすことにより、第３光ディスクとしてのCDのワーキングディスタンスを実使用上問題ないレベルの距離を確保しつつ、例え、対物光学素子がプラスチックレンズであったとしても、温度変化時における収差変化を問題ないレベルに維持することができる。
【０１１４】
第１光束、第２光束及び第３光束は、平行光として対物光学素子に入射してもよいし、発散光若しくは収束光として対物光学素子に入射してもよい。好ましくは、第１光束が対物光学素子に入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ１が、下記の式（１２）を満たすことである。
−０．０２＜ｍ１＜０．０２          （１２）
【０１１５】
一方で、第１光束を発散光として対物光学素子に入射する場合、第１光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ１が、下記の式（１２'）を満たすことが好ましい。
−０．１０＜ｍ１＜０．００          （１２'）
【０１１６】
また、第２光束を平行光又は略平行光として対物光学素子に入射させる場合、第２光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ２が、下記の式（１３）を満たすことが好ましい。
−０．０２＜ｍ２＜０．０２          （１３）
【０１１７】
一方で、第２光束を発散光として対物光学素子に入射させる場合、第２光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ２が、下記の式（１３'）を満たすことが好ましい。
【０１１８】
−０．１０＜ｍ２＜０．００          （１３'）
【０１１９】
また、第３光束を平行光又は略平行光として対物光学素子に入射させる場合、第３光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ３が、下記の式（１４）を満たすことが好ましい。第３光束が平行光である場合、トラッキングにおいて問題が発生しやすくなるが、本発明は第３光束が平行光であっても、良好なトラッキング特性を得ることを可能とし、３つの異なる光ディスクに対して記録及び／又は再生を適切に行う事を可能とする。
−０．０２＜ｍ３＜０．０２          （１４）
【０１２０】
一方で、第３光束を発散光として対物光学素子に入射させる場合、第３光束が対物光学素子へ入射する時の、対物光学素子の結像倍率ｍ３が、下記の式（１４'）を満たすことが好ましい。
−０．１０＜ｍ３＜０．００          （１４'）
【０１２１】
また、第３光ディスクを用いる際の対物光学素子のワーキングディスタンス（ＷＤ）は、０．２０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下であることが好ましい。好ましくは、０．３ｍｍ以上、１．２０ｍｍ以下である。次に、第２光ディスクを用いる際の対物光学素子のＷＤは、０．４ｍｍ以上、１．３ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、第１光ディスクを用いる際の対物光学素子のＷＤは、０．４ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１２２】
本発明に係る光情報記録再生装置は、上述の光ピックアップ装置を有する光ディスクドライブ装置を有する。
【０１２３】
ここで、光情報記録再生装置に装備される光ディスクドライブ装置に関して説明すると、光ディスクドライブ装置には、光ピックアップ装置等を収納している光情報記録再生装置本体から光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイのみが外部に取り出される方式と、光ピックアップ装置等が収納されている光ディスクドライブ装置本体ごと、外部に取り出される方式とがある。
【０１２４】
上述した各方式を用いる光情報記録再生装置には、概ね、次の構成部材が装備されているがこれに限られるものではない。ハウジング等に収納された光ピックアップ装置、光ピックアップ装置をハウジングごと光ディスクの内周あるいは外周に向けて移動させるシークモータ等の光ピックアップ装置の駆動源、光ピックアップ装置のハウジングを光ディスクの内周あるいは外周に向けてガイドするガイドレールなどを有した光ピックアップ装置の移送手段及び、光ディスクの回転駆動を行うスピンドルモータ等である。
【０１２５】
前者の方式には、これら各構成部材の他に、光ディスクを搭載した状態で保持可能なトレイおよびトレイを摺動させるためのローディング機構等が設けられ、後者の方式にはトレイおよびローディング機構がなく、各構成部材が外部に引き出し可能なシャーシに相当するドロワーに設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【０１２６】
本発明によれば、透過率を高めることが出来、加工が容易であり、異なる光ディスクに対して適切に情報の記録／再生を行える対物光学素子及びそれを用いた光ピックアップ装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図５は、異なる光ディスクであるＢＤとＤＶＤとＣＤに対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置ＰＵ１は、光情報記録再生装置に搭載できる。ここでは、第１光ディスクをＢＤとし、第２光ディスクをＤＶＤとし、第３光ディスクをＣＤとする。なお、本発明は、本実施の形態に限られるものではない。
【０１２８】
光ピックアップ装置ＰＵ１は、対物光学素子ＯＢＪ、絞りＳＴ、コリメートレンズＣＬ偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳ、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ１＝４０５ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する第１半導体レーザＬＤ１（第１光源）と、ＢＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１の受光素子ＰＤ１とを一体化したユニットＭＤ１、レーザモジュールＬＭ等を有する。
【０１２９】
また、レーザモジュールＬＭは、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ２＝６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する第２半導体レーザＥＰ１（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され波長λ３＝７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する第３半導体レーザＥＰ２（第３光源）と、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２からの反射光束を受光する第２の受光素子ＤＳ１と、ＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第３の受光素子ＤＳ２と、プリズムＰＳと、を有している。
【０１３０】
図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、本実施の形態の対物光学素子ＯＢＪにおいて、光源側の非球面光学面に光軸を含む中心領域ＣＮと、その周囲に配置された周辺領域ＭＤと、更にその周囲に配置された最周辺領域ＯＴとが、光軸を中心とする同心円状に形成されている。図示していないが、中心領域ＣＮには第１回折構造と第４回折構造が重畳された中心回折構造が形成され、周辺領域ＭＤには周辺回折構造が形成されている。また、最周辺領域ＯＴには、回折構造が形成されているものと回折構造が形成されず屈折面のものとがある。第１回折構造は、光軸を中心とした同心円状の複数の輪帯を含み、図７，８，９，１０のいずれかに示すように、対物光学素子ＯＢＪの光軸を含む複数の輪帯の断面の形状は、光軸に平行に延在する複数の段差面と、隣接する前記段差面の光源側端同士を連結する光源側光学機能面と、隣接する前記段差面の光ディスク側端同士を連結する光ディスク側光学機能面とから形成され、前記光源側光学機能面と前記光ディスク側光学機能面とは、光軸に交差する方向に沿って交互に配置されており、波長λ１の光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率は、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率に対して２０％以上低くなっており、光源側光学機能面が、光軸からの距離が当該光源側光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して傾いている。さらに、第１回折構造は、段差面の光軸方向の長さをＬとしたときに、以下の条件式を満たす。尚、図１１に示す構造を第１回折構造としても良い。
２μｍ  ＜  Ｌ  ＜３μｍ        （１）
【０１３１】
青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された第１光束（λ１＝４０５ｎｍ）の発散光束は、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過し、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しない１／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、絞りＳＴによりその光束径が規制され、対物光学素子ＯＢＪに入射する。ここで、対物光学素子ＯＢＪの中心領域と周辺領域と最周辺領域により集光された光束は、厚さ０．１ｍｍの保護基板ＰＬ１を介して、ＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。
【０１３２】
情報記録面ＲＬ１上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しない１／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳを透過した後、第１の受光素子ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第１の受光素子ＰＤ１の出力信号を用いて、２軸アクチュエータＡＣにより対物光学素子ＯＢＪをフォーカシングやトラッキングさせることで、ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。
【０１３３】
赤色半導体レーザＥＰ１から射出された第２光束（λ２＝６５８ｎｍ）の発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しない１／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＢＪに入射する。ここで、対物光学素子ＯＢＪの中央領域と周辺領域により集光された（最周辺領域を通過した光束はフレア化され、スポット周辺部を形成する）光束は、厚さ０．６ｍｍの保護基板ＰＬ２を介して、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２に形成されるスポットとなり、スポット中心部を形成する。
【０１３４】
情報記録面ＲＬ２上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しない１／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズム内で２回反射された後、第２の受光素子ＤＳ１に収束する。そして、第２の受光素子ＤＳ１の出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
【０１３５】
赤外半導体レーザＥＰ２から射出された第３光束（λ３＝７８５ｎｍ）の発散光束は、プリズムＰＳで反射された後、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射され、コリメートレンズＣＬにより平行光束とされた後、図示しない１／４波長板により直線偏光から円偏光に変換され、対物光学素子ＯＪＴに入射する。ここで、対物光学素子ＯＢＪの中央領域により集光された（周辺領域及び最周辺領域を通過した光束はフレア化され、スポット周辺部を形成する）光束は、厚さ１．２ｍｍの保護基板ＰＬ３を介して、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。
【０１３６】
情報記録面ＲＬ３上で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学素子ＯＢＪ、絞りＳＴを透過した後、図示しない１／４波長板により円偏光から直線偏光に変換され、コリメートレンズＣＬにより収斂光束とされ、偏光ダイクロイックプリズムＰＰＳにより反射された後、その後、プリズム内で２回反射された後、第３の受光素子ＤＳ２に収束する。そして、第３の受光素子ＤＳ２の出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
【０１３７】
（実施例）  
以下、上述した実施の形態に用いることができる実施例について説明する。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表す場合がある。また、対物光学素子の光学面は、それぞれ数１式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【０１３８】
【数１】
2010055683.tif 000003
【０１３９】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａiは非球面係数、ｈは光軸からの高さ、ｒは近軸曲率半径である。
【０１４０】
また、回折構造を用いた実施例の場合、その回折構造により各波長の光束に対して与えられる光路差は、数２式の光路差関数に、表に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１４１】
【数２】
2010055683.tif 000004
【０１４２】
λは入射光束の波長、λＢは製造波長（ブレーズ化波長）、ｄｏｒは回折次数、Ｃiは光路差関数の係数である。
【０１４３】
表１に実施例１のレンズデータを示す。実施例１において、中心領域の中心回折構造は、２レベルの階段型の第１回折構造と、ブレーズ型の２／１／１回折構造である第４回折構造とを重畳している。第１回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、第２回折構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、第２回折構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、±１次回折光が最大の回折光量を有する。第４回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、２次回折光が最大の回折光量を有し、第１回折構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を有し、第１回折構造に第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を有する。一方、周辺領域の周辺回折構造は、５ステップの階段型の第２回折構造を有している。第２回折構造に第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、０次回折光が最大の回折光量を有し、第２周辺領域回折構造に第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、１次回折光が最大の回折光量を有する。第１回折構造の光源側光学機能面は、光軸からの距離が光源側光学機能面と等しい中心領域の母非球面に対して、図８に示すように傾いている。本実施例では波長λ１＝４０５ｎｍの光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率が、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率に対して２８％低くなっており、またＬ＝２．２μｍである。尚、光源側光学機能面を母非球面に対して傾けず、Ｌ＝３．６μｍとした従来例においては、波長λ１＝４０５ｎｍの光束が周辺領域に最も近い中心領域を通過した時の光の透過率が、波長λ１の光束が中心領域に最も近い周辺領域を通過した時の光の透過率に対して５７％も低くなっており、ギャップが非常に大きい。それに比べて、本発明は、ギャップを２８％にまで低減させることが可能となる。
【０１４４】
【表１】
2010055683.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】（ａ）は、本発明に係る対物光学素子ＯＢＪの一例を、光軸方向から見た図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明に係る対物光学素子ＯＢＪに設けられる回折構造の幾つかの例（ａ）〜（ｄ）を模式的に示す断面図である。
【図３】回折構造の重畳を示す図である。
【図４】本発明に係る対物光学素子によるスポットの形状を示した図である。
【図５】本発明に係る光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】透過率を示すグラフである。
【図７】一例にかかる第１回折構造の光軸方向断面を模式的に示す図である。
【図８】一例にかかる第１回折構造の光軸方向断面を模式的に示す図である。
【図９】一例にかかる第１回折構造の光軸方向断面を模式的に示す図である。
【図１０】一例にかかる第１回折構造の光軸方向断面を模式的に示す図である。
【図１１】別例にかかる第１回折構造の光軸方向断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１４６】
ＡＣ      二軸アクチュエータ
ＰＰＳ    偏光ダイクロイックプリズム
ＣＬ      コリメートレンズ
ＬＤ１    青紫色半導体レーザ
ＬＭ      レーザモジュール
ＯＢＪ    対物光学素子
ＰＬ１    保護基板
ＰＬ２    保護基板
ＰＬ３    保護基板
ＰＵ１    光ピックアップ装置
ＲＬ１    情報記録面
ＲＬ２    情報記録面
ＲＬ３    情報記録面
ＣＮ      中心領域
ＭＤ      周辺領域
ＯＴ      最周辺領域
【図１】
2010055683.tif 000006
【図２】
2010055683.tif 000007
【図３】
2010055683.tif 000008
【図４】
2010055683.tif 000009
【図５】
2010055683.tif 000010
【図６】
2010055683.tif 000011
【図７】
2010055683.tif 000012
【図８】
2010055683.tif 000013
【図９】
2010055683.tif 000014
【図１０】
2010055683.tif 000015
【図１１】
2010055683.tif 000016