(57)【要約】【課題】  安価で、且つ組み立て時の調整作業の工数を削減できる複合光学素子及びこの複合光学素子を有する光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  本発明の複合光学素子は、非球面のレンズの少なくとも1つの光学面に、光路差付与構造を設けた樹脂層を有する光ピックアップ装置に用いられる。そして、入射する光束が必要開口数に相当する有効径の端の前記樹脂層を通過する際における光路長Ｌ´と、入射する光束が前記樹脂層を通過する際における光軸上の光路長Ｌとの比が（１）式を満たす。  ０．８≦（Ｌ´／Ｌ）≦１．２    （１）【選択図】図２
2006059517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非球面のレンズの少なくとも1つの光学面に、光路差付与構造を設けた樹脂層を有する光ピックアップ装置用の複合光学素子において、
入射する光束が必要開口数に相当する有効径の端の前記樹脂層を通過する際における光路長Ｌ´と、入射する光束が前記樹脂層を通過する際における光軸上の光路長Ｌとの比が（１）式を満たすことを特徴とする複合光学素子。
０．８≦（Ｌ´／Ｌ）≦１．２            （１）
【請求項２】
前記複合光学素子が、必要開口数０．８以上の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられる波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４２０ｎｍ）の光束の光路中に配置され、
前記波長λ１の光束が前記樹脂層を通過する際における、前記樹脂層の前記必要開口数に相当する有効径の端の部分の厚みをｔ´[μｍ]、光軸上の厚みをｔ[μｍ]としたとき、（２）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子。
０．９≦ｔ´／ｔ≦２．５            （２）
但し、ｔ及びｔ´は、前記波長λ１の光束が前記樹脂層の表面に交わる点から光軸に対して平行に引いた直線が前記樹脂層と前記レンズとの境界面に交わる点までの線分の長さを指す。
【請求項３】
前記複合光学素子が、必要開口数０．６以上の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられる波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４２０ｎｍ）の光束の光路中に配置され、
前記波長λ１の光束が前記樹脂層を通過する際における、前記樹脂層の前記必要開口数に相当する有効径の端の部分の厚みをｔ´[μｍ]、光軸上の厚みをｔ[μｍ]と規定したとき、（３）式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の複合光学素子。
１．０≦ｔ´／ｔ≦２．０            （３）
但し、ｔ及びｔ´は、前記波長λ１の光束が前記樹脂層の表面に交わる点から光軸に対して平行に引いた直線が前記樹脂層と前記レンズとの境界面に交わる点までの線分の長さを指す。
【請求項４】
前記波長λ１の光束と、波長λ１とは波長が異なる少なくとも１つの光束のそれぞれを、異なる光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる機能を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の複合光学素子。
【請求項５】
前記樹脂が紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合光学素子。
【請求項６】
前記非球面のレンズの前記波長λ１に対する屈折率をｎ１、硬化後の前記樹脂の前記波長λ１に対する屈折率をｎ２としたとき、(４)式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合光学素子。
（ｎ１／ｎ２）≦１．２      （４）
【請求項７】
前記樹脂層の光軸上の厚みｔ[μｍ]は（５）式を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合光学素子。
１０≦ｔ≦１０００              （５）
【請求項８】
前記非球面のレンズはプラスチック製であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合光学素子。
【請求項９】
前記非球面のレンズはガラス製であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合光学素子。
【請求項１０】
前記非球面のレンズはガラスモールドレンズであることを特徴とする請求項９に記載の複合光学素子。
【請求項１１】
光ピックアップ装置の対物レンズであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合光学素子。
【請求項１２】
少なくとも２枚以上の光学素子を組み合わせた対物レンズの一部であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合光学素子。
【請求項１３】
前記樹脂層は、前記非球面のレンズの入射面と出射面の２面に形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合光学素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合光学素子を備え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、光ピックアップ装置に用いられる複合光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザや、第２高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青紫色ＳＨＧレーザ等の波長４０５nmのレーザ光源が実用化されつつある。
これら青紫色レーザ光源を使用すると、デジタルバーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと略記する）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物レンズのＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３〜２７ＧＢの情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」という。
【０００３】
ところで、高密度光ディスクとして、現在２つの規格が提案されている。１つはＮＡ０．８５の対物レンズを使用し保護層厚みが０．１ｍｍであるブルーレイディスク（以下、ＢＤと略記する）であり、もう１つはＮＡ０．６５乃至０．６７の対物レンズを使用し保護層厚みが０．６ｍｍであるＨＤ ＤＶＤ（以下、ＨＤと略記する）である。将来、市場にこれら２つの規格の高密度光ディスクが流通する可能性があることを鑑みると、何れの高密度光ディスクに対しても既存のＤＶＤも記録・再生を行なうことができる互換用光ピックアップ装置は重要である。
【０００４】
高密度光ディスク用の高開口数を必要とする対物レンズとしては、例えば、ガラスモールドの非球面レンズに、回折構造を有するプラスチック製の光学素子を組み合わせて２枚構成にしたものが知られている。２枚構成にする理由としては、ガラスモールドの1枚構成の非球面レンズの場合、それ単体では光源の急激な波長変動（モードホップ）に起因する色収差の補正が十分ではないことが挙げられる。
この構成におけるプラスチック製の光学素子は、回折構造を利用した数ｎｍ程度の波長変動に起因する色収差補正や、使用波長が異なるＤＶＤ／ＣＤ（コンパクトディスク）との互換を目的としたものであるが、このような少なくとも２種以上の光学素子からなる組み合わせレンズは、組み立て調整にかかる工数の増加や、光軸方向の厚さが増すことにより薄型の光ピックアップ装置に用いることが困難であることを考慮すると、対物レンズの構成は１つであることが望ましい。
【０００５】
ところで、ＤＶＤ／ＣＤ互換用途として、表面に回折構造を持った１枚構成で、且つプラスチック射出成形の非球面の対物レンズが知られているが、ＮＡ０．８以上の高開口数の対物レンズをプラスチックで作ろうとすると、温度変化による屈折率変動に起因した球面収差の劣化の保証が困難となる。
また、材料としてガラスを用いて光学面に光路差付与構造を形成しようとした場合には、金型の転写性を上げるために型温を上昇させなければならない。しかし、この方法では金型温度を少なくともガラス転移点まで上昇させなければならず、金型のダメージが大きくなる。また、金型の寿命が短くなるため、金型を頻繁に交換する必要が生じ、結果としてコスト増大となる。
以上のような問題を考慮して、以下の特許文献１には、ガラス製の非球面レンズの光学面上に樹脂層を設け、この樹脂層に回折構造を設けた光ピックアップ装置用の対物レンズが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−４０２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された技術は、回折構造を転写した金型に溶融温度が低い樹脂や紫外線硬化樹脂を射出することで金型の寿命を長くすることを目的とするものであるが、この技術をＮＡの大きな１群構成の対物レンズに適用した場合、光軸近傍と有効径周辺での樹脂層の厚みの差が大きくなることに起因して、温度変化時の光路長変化の影響が大きくなり、温特が悪化するという問題が生じる。
【０００７】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、安価で、且つ組み立て時の調整作業の工数を削減できる複合光学素子及びこの複合光学素子を有する光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、非球面のレンズの少なくとも1つの光学面に、光路差付与構造を設けた樹脂層を有する光ピックアップ装置用の複合光学素子において、入射する光束が必要開口数に相当する有効径の端の前記樹脂層を通過する際における光路長Ｌ´と、入射する光束が前記樹脂層を通過する際における光軸上の光路長Ｌとの比が（１）式を満たすことを特徴とする。
０．８≦（Ｌ´／Ｌ）≦１．２            （１）
【０００９】
請求項１のように、Ｌ´／Ｌを上記範囲内とすることにより、樹脂層に設けた回折構造を利用した色収差補正や、環境温度の変化による樹脂層の屈折率変化に起因した球面収差の補正や、対物レンズに軸外光が入射した場合のコマ収差の補正を適切に行なうことができる。
特にＬ´／Ｌを上記範囲内とすることにより、複合光学素子を対物レンズとして利用する場合であって、例えば高密度光ディスク等の高開口数が要求される場合でも、温度変化による屈折率変動に起因する球面収差の発生量を抑えることができる。
Ｌ´／Ｌが下限値よりも小さい場合には色収差の補正が不十分なものとなり、上限値よりも大きい場合には環境温度が変化した際の球面収差やコマ収差発生の補正が不十分なものとなる。
また、回折構造を非球面のレンズの光学面に直接形成せず、光学面上の樹脂に形成することにより、複合光学素子の製造工程を簡略化でき、結果として複合光学素子を安価で製造できる。また、非球面のレンズとは別体の光学素子に回折構造を形成し、この光学素子を非球面のレンズと組み合わせて一体化させる場合と比較して、組み立て時の調整作業の工数を削減できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の複合光学素子において、前記複合光学素子が、必要開口数０．８以上の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられる波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４２０ｎｍ）の光束の光路中に配置され、前記波長λ１の光束が前記樹脂層を通過する際における、前記樹脂層の前記必要開口数に相当する有効径の端の部分の厚みをｔ´[μｍ]、光軸上の厚みをｔ[μｍ]としたとき、（２）式を満たすことを特徴とする。
０．９≦ｔ´／ｔ≦２．５            （２）
但し、ｔ及びｔ´は、前記波長λ１の光束が前記樹脂層の表面に交わる点から光軸に対して平行に引いた直線が前記樹脂層と前記レンズとの境界面に交わる点までの線分の長さを指す。
【００１１】
回折構造を設けた樹脂層の厚みｔとｔ’は、使用状態における光路長（上記ＬとＬ´）とは異なり、必要開口数内を通過した波長λ１の光束の収差補正を適切に行なうために決定される。請求項２のように、ｔ´／ｔが（2）式の範囲に入るものであれば、光路長差
に起因する収差劣化を最小限に抑えることができ、ＨＤを記録及び再生する光ピックアップ装置用の対物レンズとして使用可能となる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の複合光学素子において、前記複合光学素子が、必要開口数０．６以上の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられる波長λ１（３９０ｎｍ≦λ１≦４２０ｎｍ）の光束の光路中に配置され、前記波長λ１の光束が前記樹脂層を通過する際における、前記樹脂層の前記必要開口数に相当する有効径の端の部分の厚みをｔ´[μｍ]、光軸上の厚みをｔ[μｍ]と規定したとき、（３）式を満たすことを特徴とする。
１．０≦ｔ´／ｔ≦２．０            （３）
但し、ｔ及びｔ´は、前記波長λ１の光束が前記樹脂層の表面に交わる点から光軸に対して平行に引いた直線が前記樹脂層と前記レンズとの境界面に交わる点までの線分の長さを指す。
【００１３】
回折構造を設けた樹脂層の厚みｔとｔ’は、使用状態における光路長（上記ＬとＬ´）とは異なり、必要開口数内を通過した波長λ１の光束の収差補正を適切に行なうために決定される。請求項３のように、ｔ´／ｔが（３）式の範囲に入るものであれば、光路長差に起因する収差劣化を最小限に抑えることができ、ＨＤを記録及び再生する光ピックアップ装置用の対物レンズとして使用可能となる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３に記載の複合光学素子において、前記波長λ１の光束と、波長λ１とは波長が異なる少なくとも１つの光束のそれぞれを、異なる光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる機能を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、波長λ１の光束を利用する高密度光ディスクと、波長が異なる少なくとも１つの光束を利用する他の光ディスク（例えば、ＤＶＤやＣＤ）との間で互換を達成できる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合光学素子において、前記樹脂が紫外線硬化樹脂であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５のように、紫外線硬化型の材料を樹脂に用いることで、一般的な光情報記録媒体に使用される波長域（３９０ｎｍ〜８００ｎｍ）では樹脂層が化学変化を起こさずに、紫外域の波長で不可逆変化を起こして硬化させることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合光学素子において、前記非球面のレンズの前記波長λ１に対する屈折率をｎ１、硬化後の前記樹脂の前記波長λ１に対する屈折率をｎ２としたとき、(４)式を満たすことを特徴とする。
（ｎ１／ｎ２）≦１．２      （４）
【００１９】
対物レンズのベースとなる非球面のガラスレンズと樹脂との屈折率比ｎ１／ｎ２が上限値よりも大きい場合、温度変化による屈折率変動が大きくなり、結果として球面収差が増大してしまう。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合光学素子において、前記樹脂層の光軸上の厚みｔ[μｍ]は（５）式を満たすことを特徴とする。
１０≦ｔ≦１０００              （５）
【００２１】
請求項７のように、光路差付与構造を利用した色収差の補正や、使用波長の波長差に起因した収差を補正するためのｔの必要な厚みは１０μｍ以上であることが好ましく、一方、ｔが１０００μｍ以上となると、環境温度が変化した際の樹脂の屈折率変化による球面収差が生じることから、１０００μｍ以内であることが好ましい。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合光学素子において、前記非球面のレンズはプラスチック製であることを特徴とする。
【００２３】
アッベ数が３０前後の材料で樹脂層を構成した場合、請求項８のように、例えばアッベ数が６０前後のプラスチックレンズを組み合わせる事で、互換した場合の回折効率を上げることができる。この場合、温度変化に起因する球面収差劣化は、非球面のレンズをガラスで構成する場合よりも悪くなるが、マレシャル限界以下に抑えることは可能である。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の複合光学素子において、前記非球面のレンズはガラス製であることを特徴とする。
【００２５】
請求項９のように、高ＮＡの対物レンズであってもガラス製であれば温度変化に起因する屈折率変化の変化量が小さいため球面収差劣化を抑制することができる。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項９に記載の複合光学素子において、前記非球面のレンズはガラスモールドレンズであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０のように、非球面のレンズをガラスモールドで製造することにより、研磨、研削レンズに比べて短時間で容易に非球面形状を作成できる。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複合光学素子において、光ピックアップ装置の対物レンズであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複合光学素子において、少なくとも２枚以上の光学素子を組み合わせた対物レンズの一部であることを特徴とする。
【００３０】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合光学素子において、前記樹脂層は、前記非球面のレンズの入射面と出射面の２面に形成されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合光学素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、安価で、且つ組み立て時の調整作業の工数を削減できる複合光学素子及びこの複合光学素子を有する光ピックアップ装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、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）との何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０７ｎｍ、保護層（保護基板）ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６５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＝０．５１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。
【００３４】
また、第１光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物レンズＯＢＪ（複合光学素子）の光学系倍率ｍ１はｍ１＝０となっている。即ち、本実施の形態における対物レンズＯＢＪでは、波長λ１の第１光束が平行光として入射する構成となっている。
また、第２光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物レンズＯＢＪの光学系倍率ｍ２も同様にｍ２＝０となっている。即ち、本実施の形態における対物レンズＯＢＪでは、波長λ２の第２光束が平行光として入射する構成となっている。
また、第３光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う際の、対物レンズＯＢＪの光学系倍率ｍ３は、ｍ３＜０となっている。即ち、本実施の形態における対物レンズＯＢＪでは、波長λ３の第３光束が発散光として入射する有限共役系の構成となっている。なお、本発明においては、ｍ１、ｍ２及びｍ３の組み合わせは適宜変更可能である。
【００３５】
光ピックアップ装置ＰＵは、ＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０７ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、第１光束用の光検出器ＰＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５５ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、第２光束用の光検出器ＰＤ２、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）、第３光束用の光検出器ＰＤ３、第１光束及び第２光束が通過するコリメートレンズＣＯＬ、第３光束が通過するカップリングレンズＣＵＬ、その光学面上に回折構造が形成され、各光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面の対物レンズＯＢＪ、対物レンズＯＢＪを所定の方向に移動させる２軸アクチュエータＡＣ、第１〜第５ビームスプリッターＢＳ１〜ＢＳ５、ビームシェイパーＢＳＨ、絞りＳＴＯ、センサーレンズＳＥＮ１〜ＳＥＮ３等から構成されている。
【００３６】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、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、まず、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、ビームシェイパーＢＳＨを通過する際にその断面形状が変更され、第１ビームスプリッターＢＳ１及び第２ビームスプリッターＢＳ２を通過し、コリメートレンズＣＯＬに至る。
そして、コリメートレンズＣＯＬを透過する際に第１光束は平行光に変換され、第３ビームスプリッターＢＳ３、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第１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。対物レンズＯＢＪ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。
【００３７】
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、再び対物レンズＯＢＪ、第３ビームスプリッターＢＳ３、コリメートレンズＣＯＬ、第２ビームスプリッターＢＳ２を通過し、第１ビームスプリッターＢＳ１で分岐され、センサーレンズＳＥＮ１により非点収差が与えられて、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ＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００３８】
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において一点鎖線でその光線経路を描いたように、まず、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４ビームスプリッターＢＳ４を通過し、第２ビームスプリッターＢＳ２で反射され、コリメートレンズＣＯＬに至る。
そして、コリメートレンズＣＯＬを透過する際に第２光束は平行光に変換され、第３ビームスプリッターＢＳ３、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第２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。対物レンズＯＢＪ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。
【００３９】
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、再び対物レンズＯＢＪ、第３ビームスプリッターＢＳ３、コリメートレンズＣＯＬを通過し、第２ビームスプリッターＢＳ２で分岐され、更に第４ビームスプリッターＢＳ４で分岐され、センサーレンズＳＥＮ２により非点収差が与えられて、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。
【００４０】
また、ＣＤ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、まず、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５ビームスプリッターＢＳ５を通過し、カップリングレンズＣＵＬに至る。
そして、カップリングレンズＣＵＬを透過する際に第３光束はその発散角が変更され、第３ビームスプリッターＢＳ３で反射して、絞りＳＴＯを通過して、対物レンズＯＢＪに至り、対物レンズＯＢＪによって第３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。対物レンズＯＢＪ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。
【００４１】
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、再び対物レンズＯＢＪを通過し、第３ビームスプリッターＢＳ３で反射され、カップリングレンズＣＵＬを通過し、第５ビームスプリッターＢＳ５で分岐され、センサーレンズＳＥＮ３により非点収差が与えられて、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。
【００４２】
次に、対物レンズＯＢＪの構成について説明する。
図２に示すように、対物レンズＯＢＪは、その入射面Ｓ１（光源側の光学面）と出射面Ｓ２（光ディスク側の光学面）が共に非球面で構成された単玉のガラスモールドレンズＬの入射面Ｓ１上に紫外線硬化樹脂からなる樹脂層Ｒを有する構成となっている。
なお、紫外線硬化樹脂のみに限らず、熱可塑性樹脂をインサート成形によって（金型とガラスモールドレンズＬとの間に樹脂を流し込んで）樹脂層Ｒを形成してもよい。
また、樹脂層Ｒの表面であって上記開口数ＮＡ１に対応する領域には光路差付与構造が形成されている。本実施の形態においては、光路差付与構造として、光軸ｌを含む断面形状が鋸歯形状となっている回折構造ＤＯＥが形成されている。
また、対物レンズＯＢＪの光学面Ｓ２は屈折面で構成されている。
【００４３】
そして、波長λ１の光束Ａが必要開口数（ＮＡ１）に相当する有効径の端の樹脂層Ｒを通過する際における光路長Ｌ´と、波長λ１の光束Ａが樹脂層Ｒを通過する際における光軸ｌ上の光路長Ｌとの比が（１）式を満たすように設定されている。
０．８≦（Ｌ´／Ｌ）≦１．２    （１）
なお、Ｌ及びＬ´は、図２中のＬ１及びＬ２を、樹脂層Ｒの波長λ１に対する屈折率ｎ２で割った値Ｌ１／ｎ２及びＬ２／ｎ２と等しい値となる。
Ｌ´／Ｌを上記範囲内とすることにより、樹脂層Ｒに設けた回折構造ＤＯＥを利用した色収差補正や、環境温度の変化による樹脂層Ｒの屈折率変化に起因した球面収差の補正や、対物レンズＯＢＪに軸外光が入射した場合のコマ収差の補正を適切に行なうことができる。
Ｌ´／Ｌが下限値よりも小さい場合には色収差の補正が不十分なものとなり、上限値よりも大きい場合には環境温度が変化した際の球面収差やコマ収差発生の補正が不十分なものとなる。
なお、（１）式は特にＢＤ及びＨＤのいずれの場合でもコマ収差補正を適切に行うものであるが、
０．９≦（Ｌ’／Ｌ）≦１．２
はＢＤにとって特に好ましい範囲である。
【００４４】
また、本実施の形態においては、図２に示すように、波長λ１の光束が樹脂層Ｒを通過する際における、樹脂層Ｒの必要開口数（ＮＡ１）に相当する有効径の端の部分の厚みをｔ´[μｍ]、光軸ｌ上の厚みをｔ[μｍ]としたとき、（２）式を満たすように設定されている。
０．９≦ｔ´／ｔ≦２．５            （２）
ここで、ｔ及びｔ´は、波長λ１の光束が樹脂層Ｒの表面に交わる点から光軸ｌに対して平行に引いた直線が樹脂層ＲとレンズＬとの境界面に交わる点までの線分の長さを指す。
【００４５】
回折構造ＤＯＥを設けた樹脂層Ｒの厚みｔとｔ’は、使用状態における光路長（上記ＬとＬ´）とは異なり、必要開口数内を通過した波長λ１の光束の収差補正を適切に行なうために決定される。ｔ´／ｔが（2）式の範囲に入るものであれば、光路長差に起因する
収差劣化を最小限に抑えることができ、ＨＤを記録及び再生する光ピックアップ装置用の対物レンズとして使用可能となる。
なお、樹脂層Ｒの光軸ｌ上の厚みｔ[μｍ]は（５）式の範囲内とすることが好ましい。
１０≦ｔ≦１０００      （５）
【００４６】
上述したような回折構造ＤＯＥを利用した色収差の補正や、使用波長の波長差に起因した収差を補正するためのｔの必要な厚みは１０μｍ以上であることが好ましく、一方、ｔが１０００μｍ以上となると、環境温度が変化した際の樹脂の屈折率変化による球面収差が生じることから、１０００μｍ以内であることが好ましい。なお、ｔを５０μｍ〜１５０μｍとすることがより望ましい。
また、レンズＬの波長λ１に対する屈折率をｎ１、硬化後の樹脂の波長λ１に対する屈折率をｎ２としたとき、(４)式を満たすように設定することが好ましい。
（ｎ１／ｎ２）≦１．２  （４）
【００４７】
対物レンズＯＢＪのベースとなる非球面のガラスレンズＬと樹脂Ｒとの屈折率比ｎ１／ｎ２が上限値よりも大きい場合、温度変化による屈折率変動が大きくなり、結果として球面収差が増大してしまう。なお、ガラスレンズＬのｄ線における屈折率ｎｄをｎｄ＝１．６１とすると樹脂Ｒのｄ線における屈折率ｎｄ´はｎｄ´＝１．５４程度が望ましい。
なお、本実施の形態においては、本発明に係る複合光学素子を単玉の対物レンズに適用したが、これに限らず、複数のレンズを光軸ｌ方向に連続配置してなる対物レンズのひとつのレンズに本発明を適用しても良い。また、本発明に係る複合光学素子を、波長λ１の光束の光路中に配置した対物レンズ以外の光学素子、例えば、コリメートレンズ等に適用しても良い。
また、樹脂層Ｒが、非球面のレンズＬの入射面Ｓ１のみに形成されるものとしたが、これに限らず、例えば出射面Ｓ２のみ、あるいは入射面Ｓ１と出射面Ｓ２の両方に形成してもよい。
【００４８】
また、光路差付与構造としては、図３に模式的に示すように、複数の輪帯１００から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の回折構造や、図４に模式的に示すように、段差１０１の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１０２から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状の回折構造や、図５に模式的に示すように、内部に階段構造が形成された複数の輪帯１０３から構成される回折構造や、図６に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものがある。なお、図６に模式的に示した構造は、回折構造である場合もあるし、通過光束に対して光路差を与えるが、回折作用を与えない構造である場合もある。尚、図３乃至図６は、光路差付与構造を平面上に形成した場合を模式的に示したものであるが、球面或いは非球面上に形成しても良い。
【００４９】
このような光路差付与構造を樹脂層に設けることにより、例えば、温度変化に伴う半導体レーザーの波長が変化した場合における球面収差を抑制したり、製造誤差により発振波長が基準波長からずれた半導体レーザーを使用した場合での球面収差を抑制したり、或いは、レーザーのモードホッピングにより、入射光束の波長が瞬時的に変化した場合においても良好な記録／再生特性を維持できる。
【００５０】
また、対物レンズＯＢＪに設けた光路差付与構造を利用して、ＨＤ用の波長λ１の第１光束とＤＶＤ用の波長λ２の第２光束との波長差に起因する色収差、及び／又は、ＨＤの保護層とＤＶＤの保護層の厚みの差に起因する球面収差を補正することができる。なお、ここでいう色収差とは、波長差に起因する光軸方向の波面収差最小位置変動を指す。例えば、光路差付与構造を、波長λ１及びλ２の光束のうち少なくとも１つの光束に対して正の回折作用を与える回折構造とすることで、回折作用を与えた光束の波長変動に起因して発生する色収差を抑制することができる。
【００５１】
また、ＮＡ３に対応した開口制限を行うための開口素子として、対物レンズＯＢＪの光学面Ｓ１近傍に開口制限素子ＡＰを配置し、２軸アクチュエータにより、開口制限素子ＡＰと対物レンズＯＢＪとを一体にトラッキング駆動させる構成としてもよい。
この場合の開口制限素子ＡＰの光学面上には、透過率の波長選択性を有する波長選択フィルタＷＦが形成されている。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域では第１波長λ１乃至第３波長λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ１の領域では第３波長λ３のみを遮断し、第１波長λ１及び第２波長λ２を透過する透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口制限を行うことができる。
また、開口の制限方法としては、波長選択フィルタＷＦを利用する方法だけでなく、機械的に絞りを切り替える方式や後述する液晶位相制御素子ＬＣＤを利用する方式でも良い。
【００５２】
対物レンズＯＢＪは、軽量、安価の観点からプラスチックであることが望ましいが、耐温性、耐光性を考慮すればガラスで製作しても良い。現在主に市場に出回っているのは屈折型ガラスモールド非球面レンズであるが、開発が進められている低融点ガラスを用いれば回折構造が設けられたガラスモールドレンズも製作可能である。また、光学用途のプラスチックの開発も進められている中で、温度による屈折率変化の小さい材料がある。これは、温度による屈折率変化の符合が逆の無機微粒子を混合させることで樹脂全体の温度による屈折率変化を小さくするというものであるが、同様に分散の小さい無機微粒子を混合させて樹脂全体の分散を小さくした材料もあり、それらをＢＤ用対物レンズに用いればなお一層効果的である。
また、本実施の形態における光ピックアップ装置ＰＵは、高密度光ディスク（ＨＤ）／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスク間で互換性を有する構成としたが、これに限らず、青紫色半導体レーザＬＤ１のみを有し、高密度光ディスク専用の構成としたり、あるいは、青紫色半導体レーザＬＤ１と赤色半導体レーザＬＤ２のみを有し、高密度光ディスク／ＤＶＤの２種類の光ディスク間で互換性を有する構成としても良い。
【００５３】
なお、本明細書においては、上述したＢＤやＨＤ以外にも、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０（ゼロ）の光ディスクも高密度光ディスクに含むものとする。
また、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。
また、本明細書中において集光光学素子には、光ピックアップ装置の集光光学系を構成する、例えば、対物レンズ、カップリングレンズ、ビームエキスパンダ、ビームシェイパ、補正板等の部材が該当する。
また、対物レンズとしては、単一のレンズのみで構成されているものに限定されず、複数のレンズを光軸ｌ方向に組み合わせて構成されるレンズ群をまとめて光学素子としてもよい。
【実施例】
【００５４】
次に、上記実施の形態で示した複合光学素子の実施例について説明する。
表１に実施例１のレンズデータを示す。
【表１】
2006059517.tif 000003
【００５５】
表１に示すように、本実施例においては、本発明の複合光学素子を対物レンズに適用している。
図７に示す本実施例の対物レンズＯＢＪはＢＤ専用であり、焦点距離ｆ１＝１．７７ｍｍ、像側開口数ＮＡ＝０．８５に設定されている。
【００５６】
樹脂層Ｒの表面（第２面）、レンズＬの入射面（光源側の光学面、第３面）、出射面（光ディスク側の光学面、第４面）は、次式数１に表１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
【数１】
2006059517.tif 000004
【００５７】
ここで、ｘは光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数である。
また、第２面の回折構造ＤＯＥは、この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、ｈ（ｍｍ）を光軸に垂直な方向の高さ、Ｂ2iを光路差関数係数、ｎを入射光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数、λ（ｎｍ）を回折構造に入射する光束の波長、λＢ（ｎｍ）を回折構造の製造波長とするとき、次の数２式に表１に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（mm）で表される。
【００５８】
なお、回折構造ＤＯＥのブレーズ化波長λＢは１．０ｍｍである。
【数２】
2006059517.tif 000005
また、樹脂層Ｒの有効径の端の部分における厚みｔ´＝０．１８ｍｍ、光軸ｌ上の厚みｔ＝０．１ｍｍに設定されている。
【００５９】
図８は、波長λ１＝４０５ｎｍが±１ｎｍ変動した場合における縦球面収差図であり、横軸は球面収差の発生量を示しており、縦軸はＮＡ＝０．８５に対応する位置を１．００としている。図８の実線で示す線は波長が４０５ｎｍの場合を指し、破線で示す線は波長が４０４ｎｍの場合を指し、２点鎖線で示す線は波長が４０６ｎｍの場合を指す。
図９は、比較例として、図７に示した対物レンズＯＢＪから樹脂層Ｒを取り除き、レンズＬの入射面（第３面）と出射面（第４面）を、上記数１に表１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸ｌの周りに軸対称な非球面で構成した対物レンズを使用した場合の縦球面収差図である。
【００６０】
図８、９より、本実施例の対物レンズでは、波長変動時でも球面収差が０．５μｍ以内に抑えられていることから、対物レンズをアクチュエータで駆動させ、波長変動に追従させることでマレシャル限界０．０７[λｒｍｓ]以内に収めることができるが、比較例の対物レンズでは、波長変動時に球面収差が０．１μｍを超えることから、対物レンズをアクチュエータで駆動させた場合であってもマレシャル限界０．０７[λｒｍｓ]以内に収めることができないことが分かる。
【００６１】
表２に実施例２のレンズデータを示す。
【表２】
2006059517.tif 000006
【００６２】
表２に示すように、本実施例においては、本発明の複合光学素子を対物レンズに適用している。
図１０に示す本実施例の対物レンズＯＢＪはＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用であり、焦点距離ｆ１＝１．７５ｍｍ、像側開口数ＮＡ＝０．６５に設定されている。また、表２中には記載していないが、ＤＶＤとＣＤの保護層の厚さはそれぞれ０．６ｍｍと１．２ｍｍであり、ＤＶＤ用の光束の波長λ２＝６５５ｎｍ、ＣＤ用の光束の波長λ３＝７８５ｎｍとなっている。
【００６３】
樹脂層Ｒの表面（第２面）、レンズＬの入射面（光源側の光学面、第３面）、出射面（光ディスク側の光学面、第４面）は、上記数１に表２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。
また、第２面の回折構造ＤＯＥは、この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、上記数２式に表２に示す係数を代入して定義される光路差関数φ（ｈ）（mm）で表される。
【００６４】
なお、回折構造ＤＯＥのブレーズ化波長λＢは１．０ｍｍである。
また、樹脂層Ｒの有効径の端の部分における厚みｔ´＝０．０５７ｍｍ、光軸ｌ上の厚みｔ＝０．０５ｍｍに設定されている。
【００６５】
図１１は、波長λ１＝４０７ｎｍが±１ｎｍ変動した場合における縦球面収差図であり、横軸は球面収差の発生量を示し、縦軸はＮＡ＝０．８５に対応する位置を１．００としている。図１１の実線で示す線は波長が４０７ｎｍの場合を指し、破線で示す線は波長が４０６ｎｍの場合を指し、２点鎖線で示す線は波長が４０８ｎｍの場合を指す。
図１２は、比較例として、図１０に示した対物レンズＯＢＪから樹脂層Ｒを取り除き、レンズＬの入射面（第３面）と出射面（第４面）を、上記数１に表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸ｌの周りに軸対称な非球面で構成した対物レンズを使用した場合の縦球面収差図である。
【００６６】
図１１，１２より、本実施例の対物レンズでは、波長変動時でも球面収差が０．５μｍ以内に抑えられていることから、対物レンズをアクチュエータで駆動させ、波長変動に追従させることでマレシャル限界０．０７[λｒｍｓ]以内に収めることができるが、比較例の対物レンズでは、波長変動時に球面収差が０．１μｍを超えることから、対物レンズをアクチュエータで駆動させた場合であってもマレシャル限界０．０７[λｒｍｓ]以内に収めることができないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図２】対物レンズの構成を示す要部断面図である。
【図３】光路差付与構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図４】光路差付与構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図５】光路差付与構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図６】光路差付与構造の一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図７】実施例における対物レンズの構成を示す要部断面図である。
【図８】実施例における対物レンズを用いた場合の縦球面収差図である。
【図９】比較例における対物レンズを用いた場合の縦球面収差図である。
【図１０】実施例における対物レンズの構成を示す要部断面図である。
【図１１】実施例における対物レンズを用いた場合の縦球面収差図である。
【図１２】比較例における対物レンズを用いた場合の縦球面収差図である。
【符号の説明】
【００６８】
ＬＤ１ 青紫色半導体レーザ
ＤＯＥ 回折構造
Ｌ     ガラスモールドレンズ
ＯＢＪ 対物レンズ
ＰＵ   光ピックアップ装置
Ｒ     樹脂層
【図１】
2006059517.tif 000007
【図２】
2006059517.tif 000008
【図３】
2006059517.tif 000009
【図４】
2006059517.tif 000010
【図５】
2006059517.tif 000011
【図６】
2006059517.tif 000012
【図７】
2006059517.tif 000013
【図８】
2006059517.tif 000014
【図９】
2006059517.tif 000015
【図１０】
2006059517.tif 000016
【図１１】
2006059517.tif 000017
【図１２】
2006059517.tif 000018