(57)【要約】【課題】対物光学系や光ピックアップ装置の製造コストの低減を可能とする。【解決手段】回折光学素子に、波長λ1と波長λ2の光路長の比δφB12が、前記第１回折構造における光路長の比δφA12とは異なる第２回折構造を設け、第１回折構造と第２回折構造の回折作用の違いを利用することで、青紫色波長領域における、第１回折構造の球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能し、さらに、該回折光学素子と集光素子とを単一レンズで構成することにより、対物光学系や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ1（ｎｍ）の第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し、波長λ2（ｎｍ）（λ2＞λ1）の第２光束を厚さｔ2（ｔ2≧ｔ1）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する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ11次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ21次（ｎ11≧ｎ21）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ12次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ22次（ｎ12≧ｎ22）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、下記（１）式を満たす単レンズであることを特徴とする対物光学系。
δφA12≠δφB12      （１）
ただし、
δφA12＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ21・λ2／（Ｎ21−１）｝      （２）
δφB12＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ22・λ2／（Ｎ22−１）｝      （３）
であり、Ｎ11、Ｎ21はそれぞれλ1、λ2に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ22はそれぞれλ1、λ2に対する第２回折構造の屈折率である。
【請求項２】
下記（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
ｎ11≠ｎ12      （４）
【請求項３】
下記（５）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
｛ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｝・｛ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｝＜０      （５）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項４】
前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＞ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記厚さｔ1と前記厚さｔ2の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項５】
前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＝ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記波長λ1と前記λ2の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項６】
前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の対物光学系。
【請求項７】
前記対物光学系は、前記波長λ1が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の対物光学系。
【請求項８】
プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項９】
下記（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１乃至８に記載の何れか１項に記載の対物光学系。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＜０．４      （６）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｜＜０．４      （７）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項１０】
前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ1と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ2が下記（８）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
ｄ1≠ｄ2      （８）
【請求項１１】
下記（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の対物光学系。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＞０．０７      （９）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12│＜０．０７      （１０）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項１２】
下記（１１）式乃至（１２）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の対物光学系。
λ2／λ1＞１．３      （１１）
ｎ11＞ｎ21      （１２）
ｎ12＞ｎ22      （１３）
【請求項１３】
前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、ｎ1iとｎ2iとの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の対物光学系。
【請求項１４】
前記第１回折構造は、波長λ3（ｎｍ）（λ3＞λ2）の第３光束が入射した場合にはｎ13次（ｎ12≧ｎ13）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ23次（ｎ22≧ｎ23）の回折光を発生することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の対物光学系。
【請求項１５】
下記（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の対物光学系。
│ＩＮＴ（δφA13）−δφA13│＜０．４      （１４）
│ＩＮＴ（δφB13）−δφB13│＜０．４      （１５）
ただし、
δφA13＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ31・λ3／（Ｎ31−１）｝      （１６）
δφB13＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ32・λ3／（Ｎ32−１）｝      （１７）
であり、Ｎ11、Ｎ31はそれぞれλ1、λ3に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ32はそれぞれλ1、λ3に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項１６】
前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ3は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ1iと前記ｎ2iとｎ3iの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i、ｎ3i）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の対物光学系。
【請求項１７】
波長λ1（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ2（ｎｍ）（λ2＞λ1）の第２光束を出射する第２光源と、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することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ2（ｔ2≧ｔ1）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することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ11次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ21次（ｎ11≧ｎ21）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ12次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ22次（ｎ12≧ｎ22）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、下記（１）式を満たす単レンズであることを特徴とする光ピックアップ装置。
δφA12≠δφB12      （１）
ただし、
δφA12＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ21・λ2／（Ｎ21−１）｝      （２）
δφB12＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ22・λ2／（Ｎ22−１）｝      （３）
であり、Ｎ11、Ｎ21はそれぞれλ1、λ2に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ22はそれぞれλ1、λ2に対する第２回折構造の屈折率である。
【請求項１８】
下記（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
ｎ11≠ｎ12      （４）
【請求項１９】
下記（５）式を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
｛ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｝・｛ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｝＜０      （５）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項２０】
前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＞ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記厚さｔ1と前記厚さｔ2の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２１】
前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＝ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記波長λ1と前記λ2の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２２】
前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とする請求項１７乃至２１の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２３】
前記対物光学系は、前記波長λ1が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とする請求項１７乃至２１の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２４】
プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２５】
下記（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２４の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＜０．４      （６）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｜＜０．４      （７）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項２６】
前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ1と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ2が下記（７）式を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２５の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
ｄ1≠ｄ2      （８）
【請求項２７】
下記（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２６の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＞０．０７      （９）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12│＜０．０７      （１０）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項２８】
下記（１１）式乃至（１３）式を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２７の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
λ2／λ1＞１．３      （１１）
ｎ11＞ｎ21      （１２）
ｎ12＞ｎ22      （１３）
【請求項２９】
前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、ｎ1iとｎ2iとの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１７乃至２８の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３０】
前記第１回折構造は、波長λ3（ｎｍ）（λ3＞λ2）の第３光束が入射した場合にはｎ13次（ｎ12≧ｎ13）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ23次（ｎ22≧ｎ23）の回折光を発生することを特徴とする請求項１７乃至２９の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３１】
下記（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項３０の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
│ＩＮＴ（δφA13）−δφA13│＜０．４      （１４）
│ＩＮＴ（δφB13）−δφB13│＜０．４      （１５）
ただし、
δφA13＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ31・λ3／（Ｎ31−１）｝      （１６）
δφB13＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ32・λ3／（Ｎ32−１）｝      （１７）
であり、Ｎ11、Ｎ31はそれぞれλ1、λ3に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ32はそれぞれλ1、λ3に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項３２】
前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ3は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ1iと前記ｎ2iとｎ3iの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i、ｎ3i）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項３０又は３１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３３】
請求項１７乃至３２の何れか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載して、第１光ディスク及び第２光ディスクに対する情報の記録、及び、第１光ディスク及び第２光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関し、特に、異なる波長の光源から出射される光束を用いて光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれらに用いると好適な対物光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、異なる記録密度の複数種類の光ディスクに対して記録／再生を行うことが可能な光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）とＣＤ（コンパクトディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録／再生するものがある。また、近年、記録密度が異なる光ディスクとして、青紫色レーザ光源（例えば、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザなど）を用いる高密度光ディスク（以下、記録／再生用のレーザ光源として、青紫色レーザ光源を使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」という）と、従来のＤＶＤ、更にはＣＤとも互換性のある光ピックアップ装置が要求されてきている。
【０００３】
高密度光ディスクとＤＶＤとに対して互換性を有する光ピックアップ装置として、以下の特許文献に記載されているように、光軸を中心とする複数の輪帯から構成される回折構造を形成した回折光学素子を利用する技術が知られている。
【特許文献１】特開２００１−６０３３６号公報
【特許文献２】特開２００２−２９８４２２号公報
【特許文献３】特開２００１−９３１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献に記載されている技術は、高密度光ディスクの記録／再生用ビームとして２次（或いは３次）回折光を利用し、ＤＶＤの記録／再生用ビームとして１次（或いは２次）回折光を利用するというように、高密度光ディスクの記録／再生用ビームの回折次数とよりも、低い回折次数のビームをＤＶＤの記録／再生用ビームとして利用する技術である。この技術によると、それぞれの光ディスクの記録／再生用ビームに対して高い回折効率を確保しつつ、青紫色波長領域における微小な波長変化に対するフォーカス位置の変動を抑制することができる。
【０００５】
このように、記録／再生用ビームの波長差が大きい光ディスクの双方に対して高い回折効率を確保するためには、高密度光ディスクの記録／再生用ビームの波長λ1とし、ＤＶＤの記録／再生用ビームの波長λ2とし、波長λ1、λ2に対する回折光学素子の屈折率をそれぞれＮ1、Ｎ2としたとき、以下の式
δφD＝｛ｎ1・λ1／（Ｎ1−１）｝／｛ｎ2・λ2／（Ｎ2−１）｝    （１８）で定義される、回折構造により波長λ1の光束に付加される光路差と、波長λ2の光束に付加される光路差の比δφDが１に近い値となるように、高密度光ディスクの記録／再生用ビームの回折次数ｎ1と、ＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ2の組合せを選択する必要がある。
【０００６】
然るに、上記の関係を満たす回折次数ｎ1と回折次数ｎ2の組合せの回折光を発生する回折構造においては、単位波長変化あたりの球面収差の変化量が大きくなるため、レーザ光源の選別が必要となり、レーザ光源の製造コストの増大、光ピックアップ装置の製造コストの増大を招来するという課題や、温度変化に伴うレーザ光源の波長変化により、対物光学系の球面収差が大きく変化するために、安定した高密度光ディスクに対する記録／再生特性が得られないという課題がある。
【０００７】
かかる単位波長変化あたりの球面収差の変化量は対物光学系の開口数（ＮＡ）の４乗に比例して増大するため、特に、高密度光ディスクの一規格であるブルーレイディスクに代表されるような、開口数（ＮＡ）０．８５の対物光学系と０．１ｍｍの保護層を使用する規格（以下、０．１ｍｍ規格という）の高密度光ディスクにおいては、上記の問題がより一層顕在化する。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、波長差が大きい複数種類の光源からの光束を用いて、記録密度が異なる複数種類の光ディスク適切に情報の記録及び／又は再生を行えるとともに、レーザ光源の波長に対する公差を大きく確保できる光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれに用いる対物光学系を提供することを目的とする。さらに、波長差が大きい複数種類の光源からの光束を用いて、記録密度が異なる複数種類の光ディスクに適切に情報の記録及び／又は再生を行えるとともに、温度変化した場合でも、安定した情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれに用いる対物光学系を提供することも本発明の目的である。そして、上記目的を可能とし、回折光学素子と集光光学素子は一体化された単レンズの対物光学系を提供することを本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、波長λ1（ｎｍ）の第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し、波長λ2（ｎｍ）（λ2＞λ1）の第２光束を厚さｔ2（ｔ2≧ｔ1）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する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ11次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ21次（ｎ11≧ｎ21）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ12次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ22次（ｎ12≧ｎ22）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、下記（１）式を満たす単レンズであることを特徴とする対物光学系である。
δφA12≠δφB12      （１）
ただし、
δφA12＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ21・λ2／（Ｎ21−１）｝      （２）
δφB12＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ22・λ2／（Ｎ22−１）｝      （３）
であり、Ｎ11、Ｎ21はそれぞれλ1、λ2に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ22はそれぞれλ1、λ2に対する第２回折構造の屈折率である。
【００１０】
上記対物光学系において、たとえば第１回折構造の作用により、０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因する球面収差の補正や、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正や、青紫色波長領域における微小な波長変化に対するフォーカス位置の変動を小さく抑制することが可能となる。しかし、回折構造は、一般的に、球面収差の波長依存性が大きいために、±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化が大きくなる。特に、青紫色波長と赤色波長のように波長差が大きい光に対して回折効率を確保するために、上記の（１８）式の値が１に近い値となるように、それぞれの光の回折次数を選択した場合や、ＮＡ０．８５の対物光学系を使用する０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクにおいては、青紫色レーザ光源の波長に対する公差が厳しくなり、また、温度変化に伴い青紫色レーザ光源の波長が変化した場合に、安定した高密度光ディスクに対する記録／再生特性が得られない。
【００１１】
そこで、本発明による対物光学系においては、波長λ1と波長λ2の光路長の比δφB12が、前記第１回折構造における光路長の比δφA12とは異なる第２回折構造を設けた。第１回折構造と第２回折構造の回折作用の違いを利用することで、青紫色波長領域における、第１回折構造の球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、下記（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系である。
ｎ11≠ｎ12      （４）
さらに、上述した課題を達成すべく、請求項２記載の対物光学系においては、波長λ1の光束が前記第１回折構造を通過した際に発生する回折光の次数ｎ11と、波長λ1の光束が前記第２回折構造を通過した際に発生する回折光の次数ｎ12と、を異ならせることで、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化を小さく抑え、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和した。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、下記（５）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系である。
｛ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｝・｛ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｝＜０      （５）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００１４】
さらに、上述した課題を達成すべく、請求項３記載の対物光学系においては、上述の（５）式を満たすので、δφX12（ただし、ＸはＡ又はＢ）を、第ｉ回折構造（ただし、ｉは１又は２）の波長λ1と波長λ2の光路長の比としたとき、｛ＩＮＴ（δφX12）−δφX12｝の符号が負である回折構造は、入射光束の波長が長波長側に変化した場合に、球面収差が補正過剰方向に変化する球面収差の波長依存性を有し、一方、｛ＩＮＴ（δφX12）−δφX12｝の符号が正である回折構造は、入射光束の波長が長波長側に変化した場合に、球面収差が補正不足方向に変化する球面収差の波長依存性を有することとなる。
【００１５】
このような球面収差の波長依存性の符号が互いに異なる回折構造を設けることにより、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００１６】
尚、請求項１乃至請求項３に記載の対物光学系において、第２回折構造により、第１回折構造の球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えるためには、第１回折構造、及び第２回折構造を透過する波面に付加される光路差を、後述する［数２］で定義される光路差関数により表したとき、第１回折構造の４次の光路差関数係数Ｂ4A、第２回折構造の４次の光路差関数係数Ｂ4Bがそれぞれゼロではない有限の値を有し、更に、以下の関係を満たすことが好ましい。
【００１７】
Ｂ4A・Ｂ4B＜０        （５Ａ）
請求項４に記載の発明は、前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＞ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記厚さｔ1と前記厚さｔ2の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系である。
【００１８】
請求項４に記載の対物光学系において、保護層の厚さの異なる高密度光ディスクとＤＶＤとに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合において、第１回折構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因する球面収差の補正が可能となる。しかし、回折構造は球面収差の波長依存性が大きいために、±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化が大きくなる。かかる球面収差の変化量はＮＡ４に比例して増大するため、ＮＡ０．８５の対物光学系を使用する０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクにおいては、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差が厳しいものとなってしまう。青紫色レーザ光源の波長に対する公差が厳しくなり、また、温度変化に伴い青紫色レーザ光源の波長が変化した場合に、安定した高密度光ディスクに対する記録／再生特性が得られない。
【００１９】
そこで本発明による対物光学系においては、前記第２回折構造を利用して、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化を小さく抑えるようにしている。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。尚、本明細書中、「球面収差を制御する」とは、球面収差をほぼ完全に補正するほか、所定の理由により球面収差を残存させる場合も含む。ここで、所定の理由により球面収差を残存させる場合としては、例えば、温度変化に伴う対物光学系の集光特性の変化を補償するために、波長λ1から長波長側にシフトした場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差依存性を対物光学系に持たせる場合などがある。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＝ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記波長λ1と前記λ2の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系である。
【００２１】
高密度光ディスクの一規格として、０．１ｍｍ規格以外に、開口数（ＮＡ）０．６５の対物光学系と、ＤＶＤと同じ０．６ｍｍの保護層を使用する規格（以下、０．６ｍｍ規格という）が提案されている。０．６ｍｍ規格においては、ＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正する必要は無いが、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正を行う必要がある。項１６に記載の対物光学系において、第１回折構造の作用により、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正を行うことが可能となる。しかし、この場合でも、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対して第１回折構造で発生する球面収差変化が大きくなる。
【００２２】
そこで本発明による対物光学系においては、前記第２回折構造を利用して、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化を小さく抑えるようにしている。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の対物光学系であるので、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和することが可能である。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、前記波長λ1が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の対物光学系であるので、温度変化に起因して生じる対物光学系の集光特性の変化を補償することが可能となる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系であるので、安価であるが温度変化に起因して屈折率変化を生じるプラスチック材料の欠点を、前記第２回折構造の機能を利用して補うことができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、下記（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１乃至８に記載の何れか１項に記載の対物光学系である。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＜０．４      （６）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｜＜０．４      （７）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことにより、第１回折構造或いは第２回折構造の、第１光束及び第２光束に対する回折効率を共に高いものとすることが可能となる。第１光束及び第２光束に対する、第１回折構造及び第２回折構造の回折効率を共に高めるためには、（６）式及び（７）式を共に満たすのが好ましい。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ1と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ2が下記（８）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
ｄ1≠ｄ2      （８）
（８）式の条件は、第１回折構造と第２回折構造の製造波長を異ならしめることに相当する。これにより、第１回折構造と第２回折構造の回折作用を異ならせることが可能となるので、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、下記（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の対物光学系である。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＞０．０７      （９）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12│＜０．０７      （１０）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００２９】
（９）式を満たすことで、第１回折構造の作用により、０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因する球面収差の補正や、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正を行った場合でも、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する、第１回折構造の単位波長変化あたりの球面収差の変化量を大きくなり過ぎないようにすることができるので、第２回折構造による、第１回折構造の球面収差の波長依存性の制御、或いは補正の負担を低減することが可能となり、設計が容易になる。一方、（１０）式を満たすことで、第２回折構造における第１光束と第２光束の回折角をほぼ同じとすることができるので、波長λ1と波長λ2の球面収差特性には影響を与えずに、波長λ1±１０ｎｍの球面収差のみを良好に制御或いは補正することが可能となる。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、下記（１１）式乃至（１２）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の対物光学系である。
λ2／λ1＞１．３      （１１）
ｎ11＞ｎ21      （１２）
ｎ12＞ｎ22      （１３）
請求項１２の対物光学系によると、第１光束と第２光束の波長比が（１１）式にあるように１．３より大きい場合には、（１２）式及び（１３）式を満たすように、ＤＶＤ用の記録／再生ビームとして、高密度光ディスク用の記録／再生ビームよりも低い回折次数の回折光を使用することで、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を確保することが可能となる。このように、回折次数の異なる回折光をそれぞれの光ディスクの記録／再生ビームとして使用するように決定された回折構造は、同じ回折次数の回折光を使用する場合に比べて、球面収差の波長依存性が大きくなるが、本発明による回折光学素子においては、第２回折構造により、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑える構成をとっているので、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和することが可能である。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、ｎ1iとｎ2iとの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の対物光学系である。
【００３２】
これらの組合せを選択することにより、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる。また、回折次数ｎ1i、ｎ2iが１０より大きくなる場合であっても、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる回折次数の組合せは存在するが、その場合には、基準波長λ1からの±１０（ｎｍ）程度の波長変化に対して回折効率変動が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【００３３】
請求項１４に記載の発明は、前記第１回折構造は、波長λ3（ｎｍ）（λ3＞λ2）の第３光束が入射した場合にはｎ13次（ｎ12≧ｎ13）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ23次（ｎ22≧ｎ23）の回折光を発生することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の対物光学系である。
【００３４】
請求項１４に記載の対物光学系によると、ＤＶＤ用の記録／再生ビームとして、高密度光ディスク用の記録／再生ビームよりも低い回折次数の回折光を使用し、且つ、ＣＤ用の記録／再生ビームとして、ＤＶＤ用の記録／再生ビームと同じ回折次数又は、より低い回折次数の回折光を使用することで、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を確保することが可能となる。
【００３５】
請求項１５に記載の発明は、下記（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の対物光学系である。
│ＩＮＴ（δφA13）−δφA13│＜０．４      （１４）
│ＩＮＴ（δφB13）−δφB13│＜０．４      （１５）
ただし、
δφA13＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ31・λ3／（Ｎ31−１）｝      （１６）
δφB13＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ32・λ3／（Ｎ32−１）｝      （１７）
であり、Ｎ11、Ｎ31はそれぞれλ1、λ3に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ32はそれぞれλ1、λ3に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００３６】
（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことにより、第１回折構造或いは第２回折構造の、第３光束に対する回折効率を共に高いものとすることが可能となる。第３光束に対する、第１回折構造及び第２回折構造の回折効率を共に高めるためには、（１４）式及び（１５）式を共に満たすのが好ましい。
【００３７】
請求項１６に記載の発明は、前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ3は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ1iと前記ｎ2iとｎ3iの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i、ｎ3i）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の対物光学系である。
【００３８】
これらの組合せを選択することにより、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる。また、回折次数ｎ1i、ｎ2i、ｎ3iが１０より大きくなる場合であっても、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる回折次数の組合せは存在するが、その場合には、基準波長λ1からの±１０（ｎｍ）程度の波長変化に対して回折効率変動が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【００３９】
請求項１７に記載の発明は、波長λ1（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ2（ｎｍ）（λ2＞λ1）の第２光束を出射する第２光源と、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することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ2（ｔ2≧ｔ1）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することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ11次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ21次（ｎ11≧ｎ21）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ12次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ22次（ｎ12≧ｎ22）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、下記（１）式を満たす単レンズであることを特徴とする光ピックアップ装置である。
δφA12≠δφB12      （１）
ただし、
δφA12＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ21・λ2／（Ｎ21−１）｝      （２）
δφB12＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ22・λ2／（Ｎ22−１）｝      （３）
であり、Ｎ11、Ｎ21はそれぞれλ1、λ2に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ22はそれぞれλ1、λ2に対する第２回折構造の屈折率である。
【００４０】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１に記載の対物光学系と同様である。
【００４１】
請求項１８に記載の発明は、下記（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置である。
ｎ11≠ｎ12      （４）
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項２に記載の対物光学系と同様である。
【００４２】
請求項１９に記載の発明は、下記（５）式を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置である。
｛ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｝・｛ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｝＜０      （５）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００４３】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項３に記載の対物光学系と同様である。
【００４４】
請求項２０に記載の発明は、前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＞ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記厚さｔ1と前記厚さｔ2の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置である。
【００４５】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項４に記載の対物光学系と同様である。
【００４６】
請求項２１に記載の発明は、前記保護層の厚さｔ1と厚さｔ2は（ｔ2＝ｔ1）であり、前記第１回折構造は、前記波長λ1と前記λ2の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置である。
【００４７】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項５に記載の対物光学系と同様である。
【００４８】
請求項２２に記載の発明は、前記第２回折構造は、前記波長λ1が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とする請求項１７乃至２１の何れか１項に記載の光ピックアップ装置である。
【００４９】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項６に記載の対物光学系と同様である。
【００５０】
請求項２３に記載の発明は、前記対物光学系は、前記波長λ1が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とする請求項１７乃至２１の何れか１項に記載の光ピックアップ装置である。
【００５１】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項７に記載の対物光学系と同様である。
【００５２】
請求項２４に記載の発明は、プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置である。
【００５３】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項８に記載の対物光学系と同様である。
【００５４】
請求項２５に記載の発明は、下記（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２４の何れか１項に記載の光ピックアップ装置である。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＜０．４      （６）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12｜＜０．４      （７）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００５５】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項９に記載の対物光学系と同様である。
【００５６】
請求項２６に記載の発明は、前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ1と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ2が下記（７）式を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２５の何れか１項に記載の光ピックアップ装置である。
ｄ1≠ｄ2      （８）
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１０に記載の対物光学系と同様である。
【００５７】
請求項２７に記載の発明は、下記（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２６の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
｜ＩＮＴ（δφA12）−δφA12｜＞０．０７      （９）
｜ＩＮＴ（δφB12）−δφB12│＜０．０７      （１０）
ただし、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００５８】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１１に記載の対物光学系と同様である。
【００５９】
請求項２８に記載の発明は、下記（１１）式乃至（１３）式を満たすことを特徴とする請求項１７乃至２７の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
λ2／λ1＞１．３      （１１）
ｎ11＞ｎ21      （１２）
ｎ12＞ｎ22      （１３）
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１２に記載の対物光学系と同様である。
【００６０】
請求項２９に記載の発明は、前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、ｎ1iとｎ2iとの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１７乃至２８の何れか１項に記載の光ピックアップ装置である。
【００６１】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１３に記載の対物光学系と同様である。
【００６２】
請求項３０に記載の発明は、前記第１回折構造は、波長λ3（ｎｍ）（λ3＞λ2）の第３光束が入射した場合にはｎ13次（ｎ12≧ｎ13）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ23次（ｎ22≧ｎ23）の回折光を発生することを特徴とする請求項１７乃至２９の何れか１項に記載の光ピックアップ装置である。
【００６３】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１４に記載の対物光学系と同様である。
【００６４】
請求項３１に記載の発明は、下記（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項３０の何れか１項に記載の光ピックアップ装置である。
│ＩＮＴ（δφA13）−δφA13│＜０．４      （１４）
│ＩＮＴ（δφB13）−δφB13│＜０．４      （１５）
ただし、
δφA13＝｛ｎ11・λ1／（Ｎ11−１）｝／｛ｎ31・λ3／（Ｎ31−１）｝      （１６）
δφB13＝｛ｎ12・λ1／（Ｎ12−１）｝／｛ｎ32・λ3／（Ｎ32−１）｝      （１７）
であり、Ｎ11、Ｎ31はそれぞれλ1、λ3に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ12、Ｎ32はそれぞれλ1、λ3に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００６５】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１５に記載の対物光学系と同様である。
【００６６】
請求項３２に記載の発明は、前記波長λ1は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ2は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ3は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ1iと前記ｎ2iとｎ3iの組合せが、（ｎ1i、ｎ2i、ｎ3i）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ11＝ｎ12となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項３０又は３１に記載の光ピックアップ装置である。
【００６７】
本光ピックアップ装置の作用効果は、請求項１６に記載の対物光学系と同様である。
【００６８】
請求項３３に記載の発明は、請求項１７乃至３２の何れか１項に記載の光ピックアップ装置を搭載して、第１光ディスク及び第２光ディスクに対する情報の記録、及び、第１光ディスク及び第２光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置である。
【００６９】
本明細書中で用いる「回折構造」とは、光学素子の表面に回折パターンを設けて回折作用によって入射光束を集光或いは発散させる機能を持たせた部分のことをいう。回折パターンの形状として、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯であり、光軸を含む平面でその断面を見れば、各輪帯が鋸歯形状、或いは階段形状となっているものがある。
【００７０】
本明細書中において、高密度光ディスク、或いは第１光ディスクとは、ブルーレイディスク（ＢＤ；Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）に代表される０．１ｍｍ規格の光ディスクや、ＨＤ  ＤＶＤに代表される０．６ｍｍ規格の光ディスクのごとき青紫色レーザ光源を用いる光ディスクをいう。また、高密度光ディスク、或いは第１光ディスクには、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さがゼロの光ディスクや、光磁気ディスクも含まれるものとする。また、第２光ディスクとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ±ＲＷ等の各種ＤＶＤ系の光ディスクを含むものである。また、第３光ディスクとは、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等の各種ＣＤ系の光ディスクを含むものである。
【発明の効果】
【００７１】
本発明による対物光学系、光ピックアップ装置、光情報記録再生装置においては、波長λ1と波長λ2の光路長の比δφB12が、第１回折構造における光路長の比δφA12とは異なる第２回折構造を設けた。第１回折構造と第２回折構造の回折作用の違いを利用することで、青紫色波長領域における、第１回折構造の球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００７３】
図１は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）に対して適切に情報の記録／再生を行える第１光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ1＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ1＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ1＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ2＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ2＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ2＝０．６５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
【００７４】
図１に示すように、光ピックアップ装置ＰＵ１は、第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と、第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２と、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤ共用の光検出器ＰＤと、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の断面形状を楕円形から円形に整形するためのビーム整形素子ＢＳＨ、第１コリメート光学系ＣＯＬ１、第２コリメート光学系ＣＯＬ２、２軸アクチュエータＡＣ、第１対物光学系ＯＢＪ１、第１ビームコンバイナＢＣ１、第２ビームコンバイナＢＣ２、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ1に対応した絞りＳＴ、ダイクロイックフィルターＤＦ、センサー光学系ＳＥＮ等から構成されている。
【００７５】
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
【００７６】
光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＢＳＨによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１コリメート光学系ＣＯＬ１を経て略平行光束とされ、第１ビームコンバイナＢＣ１、第２ビームコンバイナＢＣ２を透過し、絞りＳＴにより光束径が規制され、第１対物光学系ＯＢＪ１によって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。第１対物光学系ＯＢＪ１は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物光学系ＯＢＪ１、絞りＳＴを透過した後、第２ビームコンバイナＢＣ２により反射され、センサー光学系ＳＥＮを経ることにより収斂光束となると共に非点収差が与えられて光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００７７】
また、光ピックアップ装置ＰＵ１において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において点線でその光線経路を描いたように、赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２コリメート光学系ＣＯＬ２を経て略平行光束とされ、第１ビームコンバイナＢＣ１で反射された後、第２ビームコンバイナＢＣ２を透過し、ダイクロイックフィルターＤＦにより光束径が規制され、第１対物光学系ＯＢＪ１によってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。第１対物光学系ＯＢＪ１は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物光学系ＯＢＪ１、ダイクロイックフィルターＤＦ、絞りＳＴを透過した後、第２ビームコンバイナＢＣ２により反射され、センサー光学系ＳＥＮを経ることにより収斂光束となると共に非点収差が与えられて光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００７８】
次に、第１対物光学系ＯＢＪ１の構成について説明する。第１対物光学系ＯＢＪ１は、プラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、この収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有するＮＡ０．８５の非球面ガラスレンズである集光素子Ｌ２とから構成されている。収差補正素子Ｌ１のレーザ光源側の光学面Ｓ１には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の第１回折構造ＤＯＥ１が形成されている。また、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の複数の輪帯から構成される第２回折構造ＤＯＥ２が形成されている。また、ダイクロイックフィルターＤＦと収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２は、保持部材Ｂを介することで一体化されている。
【００７９】
第１回折構造ＤＯＥ１は、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ1とＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さｔ2との違いに起因する球面収差を補正するための構造であって、かかる球面収差を良好に補正するために、第１回折構造ＤＯＥ１は非球面上に形成されている。また、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ11、及びＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ21として、それぞれｎ11＝２、ｎ21＝１を選択することにより、双方の光ディスクの波長領域において高い回折効率を確保している。
【００８０】
第１回折構造ＤＯＥ１は、上述の（２）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφA12が、
ＩＮＴ（δφA12）−δφA12＜０  （１９）を満たすので、図２の二点鎖線（ａ）に示すように、第１回折構造ＤＯＥ１に入射する光束の波長が、高密度光ディスク側の設計波長λ1からΔλだけ長波長側にシフトした場合には、球面収差が補正過剰方向へ変化する球面収差特性を有する。
【００８１】
このような第１回折構造ＤＯＥ１の球面収差の波長依存性を補正するために、第２回折構造ＤＯＥ２においては、上述の（３）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφB12が、
ＩＮＴ（δφB12）−δφB12＞０  （２０）を満たすように、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ12、及びＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ22として、それぞれｎ12＝３、ｎ22＝２を選択しているので、図２の点線（ｂ）に示すように、第２回折構造ＤＯＥ２は、入射光束の長波長側へのシフトにより球面収差が補正不足方向へ変化する球面収差特性を有する。
【００８２】
上述したように、波長差の大きい２つの波長に対して互いに異なる回折次数のビームを発生し、第１光束と第２光束との光路長の比δφA12が１に近い値を有する第１回折構造ＤＯＥ１は、単位波長変化あたりの球面収差の変化量が大きいが、第２回折構造ＤＯＥ２に第１回折構造ＤＯＥ１とは逆の球面収差特性を持たせることで図２の実線（ｃ）のように球面収差の波長依存性を相殺することが可能となる。
【００８３】
図３は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）とＣＤ（第３光ディスク）に対して適切に情報の記録／再生を行える第２光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。上記第１光ピックアップ装置ＰＵ１と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ1＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ1＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ1＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ2＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ2＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ2＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ3＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ3＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ3＝０．４５である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
【００８４】
光ピックアップ装置ＰＵ２は、第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスク用モジュールＭＤ１、第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２と光検出器ＰＤ２とが一体化されたＤＶＤ用モジュールＭＤ２、第３光束を射出する赤外半導体レーザＬＤ３と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ３、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の断面形状を楕円形から円形に整形するためのビーム整形素子ＢＳＨ、コリメート光学系ＣＯＬ、２軸アクチュエータＡＣ、第２対物光学系ＯＢＪ２、第１ビームコンバイナＢＣ１、第２ビームコンバイナＢＣ２、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ1に対応した絞りＳＴ、液晶素子ＬＣＤ等から構成されている。尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
【００８５】
光ピックアップ装置ＰＵ２において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３において実線でその光線経路を描いたように、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＢＳＨによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１ビームコンバイナＢＣ１を透過し、コリメート光学系ＣＯＬを経て略平行光束とされ、第２ビームコンバイナＢＳ２を透過し、絞りＳＴにより光束径が規制され、液晶素子ＬＣＤを透過し、第２対物光学系ＯＢＪ２によって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。第２対物光学系ＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第１対物光学系ＯＢＪ１、液晶素子ＬＣＤ、絞りＳＴ、第２ビームコンバイナＢＣ２、及びコリメート光学系ＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、第１ビームコンバイナＢＳ１を透過し、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００８６】
また、光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３において点線でその光線経路を描いたように赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第１ビームコンバイナＢＣ１により反射され、コリメート光学系ＣＯＬを経て略平行光束とされ、第２ビームコンバイナＢＳ２を透過した後、液晶素子ＬＣＤにより光束径が規制され、第２対物光学系ＯＢＪ２によってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。第２対物光学系ＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物光学系ＯＢＪ２、液晶素子ＬＣＤ、第２ビームコンバイナＢＳ１、コリメート光学系ＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、第１ビームコンバイナＢＣ１により反射され、光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ２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。
【００８７】
また、光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３において２点鎖線でその光線経路を描いたように赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、第２ビームコンバイナＢＣ２により反射された後、液晶素子ＬＣＤにより光束径が規制され、第２対物光学系ＯＢＪ２によってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。第２対物光学系ＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物光学系ＯＢＪ２、液晶素子ＬＣＤを透過した後、第２ビームコンバイナにより反射され、光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３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。
【００８８】
次に、第２対物光学系ＯＢＪ２の構成について説明する。第２対物光学系ＯＢＪ２は、プラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、この収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有するＮＡ０．８５の非球面ガプラスチックレンズである集光素子Ｌ２とから構成されている。収差補正素子Ｌ１のレーザ光源側の光学面Ｓ１には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の第１回折構造ＤＯＥ１が形成されている。また、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の複数の輪帯から構成される第２回折構造ＤＯＥ２が形成されている。また、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２は、それぞれの光学機能部の周辺に一体成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有しており、フランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を嵌合、接着することで一体化されており、さらに、第２対物光学系ＯＢＪ２と液晶素子ＬＣＤは、保持部材Ｂを介することで一体化されている。
【００８９】
第１回折構造ＤＯＥ１は、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ1とＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さｔ2との違いに起因する球面収差を補正するための構造であって、かかる球面収差を良好に補正するために、第１回折構造ＤＯＥ１は非球面上に形成されている。また、第２対物光学系ＯＢＪ２においては、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ1とＣＤの保護層ＰＬ３の厚さｔ3との違いに起因する球面収差を補正するために、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生時の倍率ｍ1と、ＣＤに対する情報の記録／再生時の倍率ｍ3を異ならせており、ＣＤに対する情報の記録／再生時には、第２対物光学系ＯＢＪ２に対して発散光束が入射する構成となっている。更に、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ11、ＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ21、及びＣＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ31として、それぞれｎ11＝２、ｎ21＝１、ｎ31＝１を選択することにより、それぞれの光ディスクの波長領域において高い回折効率を確保している。
【００９０】
第１回折構造ＤＯＥ１は、上述の（２）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφA12が、ＩＮＴ（δφA12）−δφA12＜０  （２１）を満たすので、第１回折構造ＤＯＥ１に入射する光束の波長が、高密度光ディスク側の設計波長λ1からΔλだけ長波長側にシフトした場合には、球面収差が補正過剰方向へ変化する球面収差特性を有する。そのため、環境温度が上昇した場合に、集光素子Ｌ２で発生する補正過剰方向の球面収差変化と、環境温度上昇に伴う青紫色半導体レーザＬＤ１の長波長側への波長シフトにより第１回折構造ＤＯＥ１で発生する補正過剰方向の球面収差変化とが加算されるため、環境温度上昇した場合に、高密度光ディスクＨＤに対して安定した記録／再生を行うことが困難である。
【００９１】
このような第１回折構造ＤＯＥ１の球面収差の波長依存性を制御し、環境温度変化した場合の高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生特性を向上させるために、第２対物光学系ＯＢＪ２においては、第２回折構造ＤＯＥ２を、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２上に形成し、上述の（３）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφB12が、ＩＮＴ（δφB12）−δφB12＜０  （２２）を満たすように、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ12、及びＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ22として、それぞれｎ12＝１０、ｎ22＝６を選択した。第２回折構造ＤＯＥ２は、入射光束の長波長側へのシフトにより球面収差が補正過剰方向へ変化する球面収差特性を有する。尚、第２回折構造ＤＯＥ２に対して波長λ3の第３光束が入射した場合には、５次回折光が発生する（ｎ32＝５）。
【００９２】
第１回折構造ＤＯＥ１とは逆の球面収差特性を有する第２回折構造ＤＯＥ２により、第１回折構造ＤＯＥ１の球面収差特性を制御することで、第２対物光学系ＯＢＪ２に、高密度光ディスク側の設計波長λ1からΔλだけ長波長側にシフトした場合には、球面収差が補正不足方向へ変化する球面収差特性を持たせることができる。
【００９３】
その結果、環境温度が上昇した場合に、集光素子Ｌ２で発生する補正過剰方向の球面収差変化と、環境温度上昇に伴う青紫色半導体レーザＬＤ１の長波長側への波長シフトにより発生する補正不足方向の球面収差変化とを相殺されるので、環境温度が変化した場合の高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生特性を向上することが可能となる。
【００９４】
本実施の形態では、ＤＶＤ及びＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の開口切り替えを、液晶素子ＬＣＤにより行う構成としているが、かかる技術は、例えば、特開平１０−２０２６３号に記載されており、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９５】
本発明における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数１で表される。ただし、κを円錐係数、Ａ2iを非球面係数とする。
【００９６】
【数１】
2006164498.tif 000003
【００９７】
また、回折構造としての輪帯構造は、この輪帯構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、Ｂ2jを光路差関数係数、入射光束の波長をλ（ｎｍ）、製造波長をλB（ｎｍ）とするとき次の数２で定義される光路差関数φbで表される。
【００９８】
【数２】
2006164498.tif 000004
【００９９】
上述した光ピックアップ装置ＰＵ１における第１対物光学系ＯＢＪ１として好適な光学素子ＯＥ１のレンズデータを表１に示し、光路図を図４に示す。光学素子ＯＥ１は、レーザ光源側の光学面Ｓ１上に第１回折構造ＤＯＥ１が形成され、光ディスク側の光学面Ｓ２上に第２回折構造ＤＯＥ２が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、両面が非球面とされたガラスレンズである集光素子Ｌ２とから構成される。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、２．５Ｅ−３）を用いて表すものとする。また、ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径、ｄ1（ｍｍ）は高密度光ディスクＨＤ使用時の光軸上間隔、ｄ2（ｍｍ）はＤＶＤ使用時の光軸上間隔、Ｎλ1は波長λ1における屈折率、Ｎλ2は波長λ2における屈折率、νdはｄ線におけるアッベ数を表す。
【０１００】
【表１】
2006164498.tif 000005
【０１０１】
高密度光ディスクＨＤ使用時の光学的仕様は、波長λ1＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ1＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ1＝０．８５、焦点距離ｆ1＝１．７６５ｍｍ、倍率ｍ1＝０であり、ＤＶＤ使用時の光学的仕様は、波長λ2＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ2＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ2＝０．６５、焦点距離ｆ2＝１．８１９ｍｍ、倍率ｍ2＝０である。
【０１０２】
第１回折構造ＤＯＥ１は、波長λ1に対して２次回折光を発生し、波長λ2に対して１次回折光を発生する構造であり、その製造波長λBは３９０ｎｍである。λ1及びλ2に対する回折効率は、それぞれ９７．７％、９３．３％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する。
【０１０３】
また、第２回折構造ＤＯＥ２は、波長λ1に対して３次回折光を発生し、波長λ2に対して２次回折光を発生する構造であり、その製造波長λBは４２０ｎｍである。λ1及びλ2に対する回折効率は、それぞれ９５．０％、９４．１％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する
表２に、光学素子ＯＥ１のλ1（ｎｍ）、及びλ1±５（ｎｍ）に対する最良像面での波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）を示す。表２において、「比較例」は、光学素子ＯＥ１と同じ設計波長、同じ焦点距離、同じ開口数、同じ作動距離を有し、第２回折構造ＤＯＥ２が形成されていない光学素子である。この表から、光学素子ＯＥ１を対物光学系として使用することにより、青紫色レーザ光源と赤色レーザ光源の発振波長に対する公差を十分に大きく確保することが可能となる。
【０１０４】
【表２】
2006164498.tif 000006
【０１０５】
上述した光ピックアップ装置ＰＵ２における第２対物光学系ＯＢＪ２として好適な光学素子ＯＥ２のレンズデータを表３に示し、光路図を図５に示す。光学素子ＯＥ２は、レーザ光源側の光学面Ｓ１上に第１回折構造ＤＯＥ１が形成され、光ディスク側の光学面Ｓ２上に第２回折構造ＤＯＥ２が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、両面が非球面とされたプラスチックレンズである集光素子Ｌ２とから構成される。
【０１０６】
【表３】
2006164498.tif 000007
【０１０７】
高密度光ディスクＨＤ使用時の光学的仕様は、波長λ1＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ1＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ1＝０．８５、焦点距離ｆ1＝１．７６５ｍｍ、倍率ｍ1＝０であり、ＤＶＤ使用時の光学的仕様は、波長λ2＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ2＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ2＝０．６５、焦点距離ｆ2＝１．８２２ｍｍ、倍率ｍ2＝０、ＣＤ使用時の光学的仕様は、波長λ3＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ3＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ3＝０．４５、焦点距離ｆ3＝１．８２３ｍｍ、倍率ｍ3＝−０．１７３であり、設計基準温度は２５度である。
【０１０８】
第１回折構造ＤＯＥ１は、波長λ1に対して２次回折光を発生し、波長λ2に対して１次回折光を発生し、波長λ3に対して１次回折光を発生する構造であり、その製造波長λBは３９０ｎｍである。λ1、λ2及びλ3に対する回折効率は、それぞれ９７．７％、９３．３％、９９．２％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する。
【０１０９】
また、第２回折構造ＤＯＥ２は、波長λ1に対して１０次回折光を発生し、波長λ2に対して６次回折光を発生し、波長λ3に対して５次回折光を発生する構造であり、その製造波長λBは４０５ｎｍである。λ1、λ2及びλ3に対する回折効率は、それぞれ１００％、９９．７％、９９．６％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する。
【０１１０】
表４に、光学素子ＯＥ２の温度２５度、及び５５度における高密度光ディスクＨＤ使用時の最良像面での波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）を示す。ただし、青紫色半導体レーザＬＤ１の温度上昇に伴う波長シフト量を＋０．０５ｎｍ／度と仮定し、温度上昇に伴う収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の屈折率変化量を、それぞれ、−１．０８×１０-4／度、−０．９×１０-4／度としている。表２において、「比較例」は、光学素子ＯＥ２と同じ設計波長、同じ焦点距離、同じ開口数、同じ作動距離を有し、第２回折構造ＤＯＥ２が形成されていない光学素子である。この表から、本実施例の光学素子を対物光学系として使用することにより、環境温度が変化した場合の高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生特性を向上することが可能となる。
【０１１１】
【表４】
2006164498.tif 000008
【実施例】
【０１１２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１１３】
上述した光学素子ＯＥ１及び光学素子ＯＥ２では、対物光学系ＯＢＪ１及びＯＢＪ２を収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とから構成したが、本実施例は、プラスチックレンズである集光素子に、第１回折構造ＤＯＥ１と第２回折構造ＤＯＥ２とを形成した単レンズの構成を有し、前記第１光ピックアップ装置ＰＵ１における高密度光ディスクＨＤとＤＶＤあるいは、前記第２光ピックアップ装置ＰＵ１における高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤとに対して適切に情報の記録／再生を行える対物光学系である。本実施例のレンズデータを表５に示し、光路図を図６に示す。
【０１１４】
【表５】
2006164498.tif 000009
【０１１５】
高密度光ディスクＨＤ使用時の光学的仕様は、波長λ1＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ1＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ1＝０．８５、焦点距離ｆ1＝２．１９ｍｍ、倍率ｍ1＝０であり、ＤＶＤ使用時の光学的仕様は、波長λ2＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ2＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ2＝０．６６、焦点距離ｆ2＝２．２６ｍｍ、倍率ｍ2＝０であり、ＣＤ使用時の光学的仕様は、波長λ3＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ3＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ3＝０．４６、焦点距離ｆ3＝２．２８ｍｍ、倍率ｍ3＝−０．０４３であり、設計基準温度は２５℃である。
【０１１６】
実施例３の対物光学系は、光源側の光学面が、光軸を含む第２面Ｓ２（中央領域）、その周囲の第２’面Ｓ２’（第１周辺領域）、更にその周囲の第２”面Ｓ２”（第２周辺領域）の３領域に分けられている。なお、第２面は開口数ＮＡ3内に相当する領域であり、第２’面は開口数ＮＡ3から開口数ＮＡ2に相当する領域であり、第２”面は開口数ＮＡ2から開口数ＮＡ1に相当する領域となっている。
【０１１７】
ここで、第２面には第１回折構造ＤＯＥ１が形成され、この第１回折構造ＤＯＥ１は、波長λ1に対して１次回折光を発生し、波長λ2に対して１次回折光を発生し、波長λ3に対して１次回折光を発生し、その製造波長λBは５５０ｎｍである。λ1、λ2及びλ3に対する回折効率は、それぞれ、６０％、９１％、７２％である。
【０１１８】
また、第２’面には、第１回折構造ＤＯＥ１’が形成され、この第１回折構造ＤＯＥ１’は、波長λ1に対して０次回折光を発生し、波長λ2に対して１次回折光を発生し、波長λ3に対して０次回折光を発生し、その製造波長λBは６５８ｎｍである。λ1、λ2及びλ3に対する回折効率は、それぞれ、１００％、８８％、１００％である。
【０１１９】
更に、第２”面は回折構造が形成されない非球面となっており、この非球面形状は、第２”面を通過する波長λ1の光束が高密度光ディスクＨＤの情報記録面上に良好な波面を形成するように最適化されている。
【０１２０】
本実施例の対物光学系では、ｔ1、ｔ2及びｔ3の差の違いに起因する球面収差を、第２面内においては、第１回折構造ＤＯＥ１の作用を利用して補正し、第２’面内においては、第１回折構造ＤＯＥ１’の作用を利用して補正している。
【０１２１】
ここで、第１回折構造ＤＯＥ１’における回折光発生の原理について説明する。第１回折構造ＤＯＥ１’は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円上に配列された構造であって、所定のレベル面の個数Ａ毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造である。階段の１つの段差は光路差換算で波長λ1の２倍の深さであって、所定のレベル面の個数Ａは、４、５、６の何れかであるのが好ましい。
【０１２２】
階段の１つの段差を光路差換算で波長λ1の２倍の深さに設定することで、隣接しあうレベル面を通過した第１光束の波面は２波長分ずれて重なり合うことになるので、回折作用を受けずにそのまま透過させることができる。また、この段差により、第２光束に付加される光路差は波長λ2の１．２倍となる。等位相である１波長分の光路差を差し引いた実質的な光路差は、波長λ2の０．２倍であるので、レベル面の個数Ａを４、５、６の何れかに設定すれば、１つのパターン内での第２光束の光路差は波長λ2の略１倍となる。このように、波長λ2の略１倍の光路差を発生させるパターンを周期的に配列させることで、第２光束を高い回折効率で１次方向へ回折させることができ、第２光束のみを選択的に回折させる回折構造を得ることができる。このとき、レベル面の個数Ａを５に設定すると、１つのパターン内での第２光束の光路差を波長λ2の１倍に最も近づけることができるので、第２光束に透過率を最も高く確保可能である。
【０１２３】
なお、第１回折構造ＤＯＥ１’において、第２光束の回折光の回折効率は、材料のアッベ数にのみに依存し、屈折率には依存しない。従って、屈折率に関しては比較的自由度があるが、屈折率の値が小さくなるほど段差が深くなり、階段形状を精度良く製造することが困難になるため、同じアッベ数を有する材料が複数ある場合には、屈折率が最も大きい材料を選択するのが好ましい。
【０１２４】
尚、第１回折構造ＤＯＥ１では、波長λ2と波長λ3の回折効率を重視した設計となっているため、波長λ1の回折効率は６０％となる。しかるに、第１回折構造ＤＯＥ１’の波長λ1に対する回折効率（透過率）を１００％とし、第２周辺領域を回折構造が形成されない非球面としたため、各領域の面積加重平均により計算される波長λ1の回折効率は８６％となり、高密度光ディスクＨＤに対する高速での記録や再生が可能である。
【０１２５】
このように、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ1はＣＤの開口数ＮＡ3に比べて大きいため、波長λ1の有効径全体で考えると第１回折構造ＤＯＥ１の回折効率低下は、それほど大きな影響を与えない。
【０１２６】
また、光ディスク側の光学面（第３面）には、第２回折構造ＤＯＥ２が形成され、この第２回折構造ＤＯＥ２は、波長λ1に対して１０次回折光を発生し、波長λ2に対して６次回折光を発生し、波長λ3に対して５次回折光を発生し、その製造波長λBは４０８ｎｍである。λ1、λ2及びλ3に対する回折効率は、それぞれ、１００％、１００％、１００％である。
【０１２７】
表６に、本実施例の対物光学系の温度２５度、及び５５度における高密度光ディスクＨＤ使用時の最良像面での波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）を示す。但し、青紫色半導体レーザＬＤ１の温度上昇に伴う波長シフト量を＋０．０５ｎｍ／度と仮定し、温度上昇に伴う屈折率変化量を−０．９×１０-4／度としている。表６において、「比較例」は、本実施例の対物光学系と同じ設計波長、同じ焦点距離、同じ開口数、同じ作動距離を有し、第１回折構造ＤＯＥ１及び第１回折構造ＤＯＥ１’が形成されていない対物光学系である。この表から、本実施例の対物光学系は、環境温度が変化した場合の高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生特性に優れているということができる。
【０１２８】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本実施の形態にかかる第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の概略構成図である。
【図２】開口数ＮＡと光路差との関係を示す図である。
【図３】本実施の形態にかかる第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の概略構成図である。
【図４】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図５】実施例２の対物レンズの断面図である。
【図６】実施例３の対物レンズの断面図である。
【符号の説明】
【０１３０】
ＰＵ１  第１の光ピックアップ装置
ＰＵ２  第２の光ピックアップ装置
ＬＤ１  青紫色半導体レーザ
ＬＤ２  赤色半導体レーザ
ＬＤ３  赤外半導体レーザ
ＢＳＨ  ビーム成形素子
ＣＯＬ  コリメートレンズ
ＡＣ  ２軸アクチュエータ
ＯＢＪ１  第１対物光学系
ＢＣ１  第１ビームコンバイナ
ＢＣ２  第２ビームコンバイナ
ＳＴ  絞り
ＤＦ  ダイクロイックフィルター
ＳＥＮ  センサー光学系
ＬＣＤ  液晶素子
ＨＤ  第１光ディスク
ＤＶＤ  第２光ディスク
ＣＤ  第３光ディスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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