(57)【要約】【課題】  位相構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの保護層厚みの差による球面収差等を補正でき、４００ｎｍ近傍、６５０ｎｍ近傍、７８０ｎｍ近傍の何れの波長領域においても高い光利用効率が得られ、更には、温度特性に優れた対物光学素子、この対物光学素子を有する光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供する。【解決手段】本発明の対物光学素子は、温度変化によって生じる第１光情報記録媒体の情報記録面に対する集光スポット形成性能の劣化を補償する第１位相構造と、第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体との保護基板厚差或いは使用波長差に基づく球面収差を解消するための第２位相構造と、第１光情報記録媒体と第３光情報記録媒体との保護基板厚差に基づく球面収差を解消するための第３位相構造を備える。【選択図】図９
2006092720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の第１光源から出射される第１光束を用いて、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される第２光束を用いて、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される第３光束を用いて、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記各光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成する対物光学素子において、
前記対物光学素子の有する光学面のうちいずれかに、温度変化によって生じる前記第１光情報記録媒体の情報記録面に対する集光スポット形成性能の劣化を補償する第１位相構造と、前記保護基板厚ｔ１と前記保護基板厚ｔ２或いは前記波長λ１と前記波長λ２との差に基づく球面収差を解消するための第２位相構造と、前記保護基板厚ｔ１と前記保護基板厚ｔ３との差に基づく球面収差を解消するための第３位相構造を備えることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２】
前記第１位相構造の光軸を含む断面形状は、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる位相差付与構造、或いは、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる位相差付与構造であ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】
前記第１位相構造の前記所定の高さの位置での位相と同位相となる領域が、前記第１光束の有効光束径の７０％の位置を含む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位相構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるα１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるβ１（β１＜α１）次の回折光を発生し、前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるγ１（γ１≦β１）次の回折光を発生する位相差付与構造であ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５】
前記位相差付与構造は、断面形状が階段構造であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項６】
前記第１位相構造において、ｐ＝INT（ｄ（ｎ１−１）／λ１）、ｑ＝INT（ｄ（ｎ３−１）／λ３）としたとき、ｐ＞ｑを満たすことを特徴とする請求項５に記載の対物光学素子。
ただし、
ｄ：第１位相構造の段差量
ｎ１：第１位相構造を持つ媒質の波長λ１での屈折率
ｎ３：第１位相構造を持つ媒質の波長λ３での屈折率
INT（X）：Ｘにもっとも近い整数
【請求項７】
前記第２位相構造は、前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を回折する回折構造であ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８】
前記第２位相構造は、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状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ことを特徴とする請求項７に記載の対物光学素子。
【請求項９】
前記所定のレベル面の個数Ａは、４、５、６の何れかであることを特徴とする請求項８に記載の対物光学素子。
【請求項１０】
前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の２倍であることを特徴とする請求項８又は９に記載の対物光学素子。
【請求項１１】
前記第２位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ２としたとき、４０＜νｄ２＜７０を満たすことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項１２】
前記第２位相構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるα２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるβ２（β２＜α２）次の回折光を発生し、前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるγ２（γ２≦β２）次の回折光を発生する回折構造であ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１３】
前記第３位相構造は、前記第１光束及び前記第２光束を回折せず、前記第３光束を回折する回折構造であ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１４】
前記第３位相構造は、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状に配列された構造であって、所定のレベル面の個数Ｂ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ことを特徴とする請求項１３に記載の対物光学素子。
【請求項１５】
前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、４０＜νｄ３＜７０を満たし、前記所定のレベル面の個数Ｂは２であることを特徴とする請求項１４に記載の対物光学素子。
【請求項１６】
前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の５倍であることを特徴とする請求項１５に記載の対物光学素子。
【請求項１７】
前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、２４＜νｄ３＜４０を満たし、前記所定のレベル面の個数Ｂは３であることを特徴とする請求項１４に記載の対物光学素子。
【請求項１８】
前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の５倍又は７倍であることを特徴とする請求項１７に記載の対物光学素子。
【請求項１９】
前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、２０＜νｄ３＜２６を満たし、前記所定のレベル面の個数Ｂは４であることを特徴とする請求項１４に記載の対物光学素子。
【請求項２０】
前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の７倍であることを特徴とする請求項１９に記載の対物光学素子。
【請求項２１】
前記第３位相構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるα３次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるβ３（β３＜α３）次の回折光を発生し、前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるγ３（γ３≦β３）次の回折光を発生する回折構造であ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２２】
前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、２０＜νｄ３＜４０を満たすことを特徴とする請求項２１に記載の対物光学素子。
【請求項２３】
前記α３が奇数であることを特徴とする請求項２２に記載の対物光学素子。
【請求項２４】
少なくとも1枚の集光光学素子と、収差補正レンズ群とを備えることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項２５】
少なくとも１枚の集光光学素子を備えた２群２枚構成であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項２６】
少なくとも１枚の集光光学素子を備えた２群３枚構成であり、それら２群のうちの１群は２枚の互いに異なる媒質からなる光学素子を接合して成ることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項２７】
少なくとも１枚の集光光学素子を備えた３群３枚構成であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項２８】
少なくとも前記集光光学素子が樹脂から構成されていることを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項２９】
前記対物光学素子を構成するすべての光学素子が樹脂から構成されていることを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の対物光学素子。
【請求項３０】
保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生または記録を行う波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生または記録を行う波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生または記録を行う波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の対物光学素子とを搭載したことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置とを搭載したことを特徴とする光ディスクドライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物光学素子、光ピックアップ装置及び光ディスクドライブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、青紫色レーザ光源を使用することで記録密度を高めた高密度光ディスク、ＤＶＤ（赤色レーザ光源を使用）、及びＣＤ（赤外レーザ光源を使用）とに対して互換性を有する光ピックアップ装置及びこのような光ピックアップ装置に用いられる対物光学素子が知られている（例えば、非特許文献１を参照）。
非特許文献１には、プラスチック製の補正素子とガラス製の集光光学素子とからなる２群２枚構成の対物光学素子の１つの光学面に１つの位相構造を設けることで、この位相構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤの保護層厚みの差による球面収差を補正する技術が開示されている。
【非特許文献１】"TECHNICAL DIGEST", INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON OPTICAL MEMORY 2003(ISOM 2003),NOVEMBER 3-7,2003 P230,231
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、非特許文献１のように、対物光学素子を構成する光学素子の一部をガラス製とした場合、ガラスはプラスチックと比較して比重が大きいため、対物光学素子の総重量が重くなり、駆動機構（フォーカシング及びトラッキング用のアクチュエータ）への負担が増大するという問題が生じるため、この問題を解消すべく、高性能で大型のアクチュエータを配置する必要が生じ、結果として光ピックアップ装置の省スペース化や製造コストの増大という新たな問題が生じる。
【０００４】
また、ガラスでは射出成形ができず製造が困難なため、対物光学素子を大量生産することができず、製造コストの増加という問題も生じる。
また、対物光学素子を構成する光学素子の一部を、比重が小さく且つ射出成形可能なプラスチック製とした場合であっても、光ピックアップ装置の動作中には、アクチュエータからの放熱や環境温度の変化に伴ってプラスチック製の光学素子の温度が変化し、この温度変化に伴い屈折率が大きく変化する結果、安定した記録／再生特性が得られない虞がある。
【０００５】
本発明の課題は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、位相構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、４００ｎｍ近傍の青紫色波長領域と、６５０ｎｍ近傍の赤色波長領域と、７８０ｎｍ近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率が得ることができ、更には、温度特性に優れた対物光学素子、この対物光学素子を有する光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書においては、ＮＡ＝０．８５の対物レンズを使用し保護層厚さが０．０８７５ｍｍであるブルーレイディスク（「ＢＤ」と略記する）や、ＮＡ＝０．６５乃至０．６７の対物レンズを使用し保護層厚さが０．６ｍｍであるＨＤ  ＤＶＤの如き、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」といい、「ＨＤ」で略記する。上述したブルーレイディスクＢＤやＨＤ  ＤＶＤ以外にも、光磁気ディスクや、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（デジタルバーサタイルディスク）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（コンパクトディスク）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。
【０００７】
また、本明細書において、「集光光学素子」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レンズを指す。
更に、本明細書において、「対物光学素子」とは、上述の集光光学素子と、この集光光学素子と一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシングを行う収差補正レンズ群とから構成される光学系を指す。ここでいう収差補正レンズ群は、１つのレンズ群から構成されていても良いし、２つ以上のレンズ群から構成されていても良い。
また、「温度変化によって生じる前記第１光情報記録媒体の情報記録面に対する集光スポット形成性能の劣化を補償する」とは、対物光学素子と第１光情報記録媒体の保護基板を介して波長λ１の第１光束を集光させた場合の波面収差が０．０５λ１ＲＭＳ以下であることをいうものとする。
【０００８】
請求項１記載の発明は、波長λ１の第１光源から出射される第１光束を用いて、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行い、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される第２光束を用いて、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行い、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される第３光束を用いて、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行う光ピックアップ装置に用いられ、前記各光情報記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成する対物光学素子において、前記対物光学素子の有する光学面のうちいずれかに、温度変化によって生じる前記第１光情報記録媒体の情報記録面に対する集光スポット形成性能の劣化を補償する第１位相構造と、前記保護基板厚ｔ１と前記保護基板厚ｔ２或いは前記波長λ１と前記波長λ２との差に基づく球面収差を解消するための第２位相構造と、前記保護基板厚ｔ１と前記保護基板厚ｔ３との差に基づく球面収差を解消するための第３位相構造を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、第１位相構造において第１光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行なう際の温度特性を補償し、第２位相構造において第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体の再生および／または記録の互換を達成し、第３位相構造において第１光情報記録媒体と第３光情報記録媒体の再生および／または記録の互換を達成できるので、対物光学素子がこれら３つの位相構造を持つことにより、第１光情報記録媒体としてのＨＤ／第２光情報記録媒体としてのＤＶＤ／第３光情報記録媒体としてのＣＤ間での互換を達成でき、さらに、特にＮＡの大きい第１光情報記録媒体としてのＢＤでは顕著になる温度変化による球面収差の発生を抑えられる。
【００１０】
第１乃至第３の各位相構造は図１乃至４に概略的に示すように様々な断面形状をとり得る。図１は鋸歯状である場合であり、図２は全ての段差が同じ方向とされた階段状である場合である。本明細書では、入射光束に対して所定の位相差を付与することにより、この光束に対して特定の作用を与える構造を「位相差付与構造」とし、例えば、図１や図２のように、光軸を含む平面でその断面をみた場合に鋸歯状あるいは光軸方向に沿った階段状となった構造などを指す。また、図３は段差の方向が途中で反対となる階段状である場合、つまり、請求項２に記載したような、光軸を含む断面形状が、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造（位相差付与構造）、或いは、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造（位相差付与構造）である場合を示している。
【００１１】
また、図４は、請求項８に記載したような、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数（図４では５レベル面）の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分（図４では４段）の高さだけ段をシフトさせた場合を示している（本明細書では、「マルチレベル型」ともいう）。
図１では各鋸歯の向きが同一である場合を示し、図４では断面形状が階段状とされた各パターンの向きが同一である場合を示したが、図５や図６のように、位相反転部分ＰＲや、位相反転部分ＰＲよりも光軸に近い側にある鋸歯とは向きが反対の鋸歯や、位相反転部分ＰＲよりも光軸に近い側にあるパターンとは向きが反対のパターンを含む場合もある。なお、図１乃至６は、各構造を平面上に形成した場合を示した場合であるが、各構造は球面上或いは非球面上に形成しても良い。また、図４や図６では、所定のレベル面数を５としているが、これに限られるものではない。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子において、前記第１位相構造の光軸を含む断面形状は、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が長くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が短くなる位相差付与構造、或いは、光軸から所定の高さまでは、光軸から離れるに従って光路長が短くなり、前記光軸から所定の高さ以降は、光軸から離れるに従って光路長が長くなる位相差付与構造であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２のように決定された第１位相構造の輪帯構造による温度収差の補正の原理を説明する。
図７中の線（Ａ）は、非球面である２つの光学面を有する単レンズの、設計基準温度から温度が上昇した場合の波面の様子を表すものであり、横軸が光学面の有効半径を表し、縦軸が光路差を表す。
単レンズは、温度上昇に伴う屈折率変化の影響で球面収差が発生し、線（Ａ）のように波面が変化する。特に単レンズが樹脂製の場合、温度変化に伴う屈折率変化が大きいため、球面収差の発生量は大きくなる。
【００１４】
また、線（Ｂ）は、請求項２のように決定された輪帯構造により透過波面に付加される光路差であり、線（Ｃ）は、設計基準温度から温度が上昇した場合の、かかる輪帯構造と単レンズとを透過した波面の様子を表す図である。線（Ｂ）及び線（Ｃ）から、かかる輪帯構造を透過した波面と、設計基準温度から温度が上昇した場合の単レンズの波面とが打ち消しあうことで、光ディスクの情報記録面上に集光されたレーザ光の波面は、巨視的にみると光路差のない良好な波面となり、かかる輪帯構造により単レンズの温度収差が補正されることが理解できる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の対物光学素子において、前記第１位相構造の前記所定の高さの位置での位相と同位相となる領域が、前記第１光束の有効光束径の７０％の位置を含むことを特徴とする。
【００１６】
温度変化に伴う波面の変化は、有効光束径の７０％付近で最大となるので、請求項３のように位相構造の折り返し地点である輪帯、即ち所定の高さの位置での位相（光路差）と同位相を持つ領域が有効光束径の７０％の位置を含むように設定すると、温度特性改善の効果を最も期待できる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子において、前記第１位相構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるα１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるβ１（β１＜α１）次の回折光を発生し、前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるγ１（γ１≦β１）次の回折光を発生する位相差付与構造であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、第１位相構造に請求項１のような効果（温度特性補償）を持たせることが可能となり、かつ３つの光束に対して高い透過率が確保できる。尚、このような回折特性を有する位相差付与構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯型でもよいし、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造、或いは、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造でもよい。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の対物光学素子において、前記位相差付与構造は、断面形状が階段構造であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１のような効果を持つ対物光学素子を高精度且つ容易に成形することができ、低コストで光利用効率も高い対物光学素子を得ることが可能になる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の対物光学素子において、前記第１位相構造において、ｐ＝INT（ｄ（ｎ１−１）／λ１）、ｑ＝INT（ｄ（ｎ３−１）／λ３）としたとき、ｐ＞ｑを満たすことを特徴とする。
ただし、
ｄ：第１位相構造の段差量
ｎ１：第１位相構造を持つ媒質の波長λ１での屈折率
ｎ３：第１位相構造を持つ媒質の波長λ３での屈折率
INT（X）：Ｘにもっとも近い整数
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、第１位相構造が上記条件を満たすことにより、３つの光束に対して高い透過率を確保できる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子において、前記第２位相構造は、前記第１光束及び前記第３光束を回折せず、前記第２光束を回折する回折構造であることを特徴とする。
【００２４】
請求項７のように、前記第２位相構造を第２光束のみを選択的に回折する回折構造とすることで、第２光束に対する収差を独立に制御することが可能となり、第１情報記録媒体と第２情報記録媒体の両方に対して良好な集光特性が得られる。
【００２５】
請求項８記載の発明は、請求項７に記載の対物光学素子において、前記第２位相構造は、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状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ことを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７にあるような回折特性を第２位相構造に持たせることが可能になる。
【００２７】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の対物光学素子において、前記所定のレベル面の個数Ａは、４、５、６の何れかであることを特徴とする。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。なお、３つの光束に透過率を最も高く確保するためには、所定のレベル面の個数Ａを５とするのがより好ましい。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項８又は９に記載の対物光学素子において、前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の２倍であることを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。ここで、「前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の２倍」とは、前記光路差が前記波長λ１のちょうど２倍の場合だけでなく、前記波長λ１の１．９〜２．１倍の場合も含む。
【００３１】
請求項１１記載の発明は、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の対物光学素子において、前記第２位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ２としたとき、４０＜νｄ２＜７０を満たすことを特徴とする。
【００３２】
請求項１１に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。
【００３３】
請求項１２記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子において、前記第２位相構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるα２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるβ２（β２＜α２）次の回折光を発生し、前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるγ２（γ２≦β２）次の回折光を発生する回折構造であることを特徴とする。
【００３４】
請求項１２に記載の発明によれば、第２位相構造に請求項１のような効果を持たせることが出来、かつ３つの光束に対して高い透過率を確保出来る。尚、このような回折特性を有する回折構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯型でもよいし、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造、或いは、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造でもよい。
【００３５】
請求項１３記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子において、前記第３位相構造は、前記第１光束及び前記第２光束を回折せず、前記第３光束を回折する回折構造であることを特徴とする。
【００３６】
請求項１３に記載の発明によれば、前記第３位相構造を第３光束のみを選択的に回折する回折構造とすることで、第３光束に対する収差を独立に制御することが可能となり、第１情報記録媒体と第３情報記録媒体の両方に対して良好な集光特性が得られる。
【００３７】
請求項１４記載の発明は、請求項１３に記載の対物光学素子において、前記第３位相構造は、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状に配列された構造であって、所定のレベル面の個数Ｂ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ことを特徴とする。
【００３８】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１３にあるような回折特性を第３位相構造に持たせることが可能になる。
【００３９】
請求項１５記載の発明は、請求項１４に記載の対物光学素子において、前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、４０＜νｄ３＜７０を満たし、前記所定のレベル面の個数Ｂは２であることを特徴とする。
【００４０】
請求項１６記載の発明は、請求項１５に記載の対物光学素子において、前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の５倍であることを特徴とする。ここで、「前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の５倍」とは、前記光路差が前記波長λ１のちょうど５倍の場合だけでなく、前記波長λ１の４．９〜５．１倍の場合も含む。
【００４１】
請求項１５に記載の発明によれば、記録／再生速度の高速化が要求される第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体とに対して高い透過率を確保できる。そして、請求項１６のように、階段の１つの段差により生じる光路差を波長λ１の５倍にすることで、この効果がより顕著となる。
【００４２】
請求項１７記載の発明は、請求項１４に記載の対物光学素子において、前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、２４＜νｄ３＜４０を満たし、前記所定のレベル面の個数Ｂは３であることを特徴とする。
請求項１８記載の発明は、請求項１７に記載の対物光学素子において、前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の５倍又は７倍であることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。そして、請求項１８のように、階段の１つの段差により生じる光路差を波長λ１の５倍もしくは７倍にすることで、この効果がより顕著となる。
【００４３】
請求項１９記載の発明は、請求項１４に記載の対物光学素子において、前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、２０＜νｄ３＜２６を満たし、前記所定のレベル面の個数Ｂは４であることを特徴とする。
【００４４】
請求項２０記載の発明は、請求項１９に記載の対物光学素子において、前記階段の１つの段差により生じる光路差は前記波長λ１の７倍であることを特徴とする。
【００４５】
請求項１９に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。そして、請求項２０のように、階段の１つの段差により生じる光路差を波長λ１の７倍にすることで、この効果がより顕著となる。
【００４６】
請求項２１記載の発明は、請求項１に記載の対物光学素子において、前記第３位相構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるα３次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるβ３（β３＜α３）次の回折光を発生し、前記第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるγ３（γ３≦β３）次の回折光を発生する回折構造であることを特徴とする。
【００４７】
請求項２１に記載の発明によれば、第３位相構造にこのような回折特性を持たせることにより、第３位相構造に請求項１のような効果を持たせることが出来、かつ３つの光束に対して高い透過率を確保出来る。尚、このような回折特性を有する回折構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯型でもよいし、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造、或いは、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造でもよい。
【００４８】
請求項２２記載の発明は、請求項２１に記載の対物光学素子において、前記第３位相構造を備える媒質のアッベ数をνｄ３としたとき、２０＜νｄ３＜４０を満たすことを特徴とする。
【００４９】
請求項２２に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。
【００５０】
請求項２３記載の発明は、請求項２２に記載の対物光学素子において、前記α３が奇数であることを特徴とする。
【００５１】
請求項２３に記載の発明によれば、３つの光束に対して高い透過率が確保できる。
【００５２】
請求項２４記載の発明は、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の対物光学素子において、少なくとも1枚の集光光学素子と、収差補正レンズ群とを備えることを特徴とする。
【００５３】
請求項２４に記載の発明によれば、対物光学素子に請求項１のような効果を持たせることが可能になる。
【００５４】
請求項２５記載の発明は、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の対物光学素子において、少なくとも１枚の集光光学素子を備えた２群２枚構成であることを特徴とする。
【００５５】
請求項２５に記載の発明によれば、対物光学素子に請求項１のような効果を持たせることが可能になる。
【００５６】
請求項２６記載の発明は、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の対物光学素子において、少なくとも１枚の集光光学素子を備えた２群３枚構成であり、それら２群のうちの１群は２枚の互いに異なる媒質からなる光学素子を接合して成ることを特徴とする。
【００５７】
請求項２６に記載の発明によれば、対物光学素子に請求項１のような効果を持たせることが可能になる。さらに、接合された光学素子の光学面に効果的に位相構造を配置することによって、３つの光束に対してより高い透過率が確保できる。
【００５８】
請求項２７記載の発明は、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の対物光学素子において、少なくとも１枚の集光光学素子を備えた３群３枚構成であることを特徴とする。
【００５９】
請求項２７に記載の発明によれば、対物光学素子に請求項１のような効果を持たせることが可能になる。さらに、３群の光学素子のそれぞれの光学面に効果的に位相構造を配置することによって、３つの光束に対してより高い透過率が確保できる。
【００６０】
請求項２８記載の発明は、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の対物光学素子において、少なくとも前記集光光学素子が樹脂から構成されていることを特徴とする。
【００６１】
請求項２９記載の発明は、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の対物光学素子において、前記対物光学素子を構成するすべての光学素子が樹脂から構成されていることを特徴とする。
【００６２】
請求項２８に記載の発明によれば、対物光学素子を構成する光学素子のうち集光光学素子を、ガラスと比較して一般的に比重が小さい樹脂製とすることで、対物光学素子全体の重量が軽くなり、当該対物光学素子のフォーカシングやトラッキング動作のためのアクチュエータへの負担を軽減でき、結果として光ピックアップ装置の小型化や低コスト化を実現できる。
また、樹脂製の光学素子は射出成形が可能となるので、大量生産による製造コストの低下を実現できる。
【００６３】
さらに、請求項２９に記載の発明のように、対物光学素子を構成するすべての光学素子を樹脂製とすることでより大きな効果を得られる。
また、樹脂製の光学素子は、アクチュエータからの放熱や、光ピックアップ装置の外部温度の変化による屈折率変化や形状変化が大きく、温度変化による球面収差発生量が大きいというデメリットがあるが、本発明では、第１位相構造において第１光情報記録媒体に対して情報の再生および／または記録を行なう際の温度特性を補償することから、これらデメリットを解消することができる。
【００６４】
請求項３０記載の発明は、光ピックアップ装置において、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生または記録を行う波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生または記録を行う波長λ２（λ１＜λ２）の第２光束を出射する第２光源と、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生または記録を行う波長λ３（λ２＜λ３）の第３光束を出射する第３光源と、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の対物光学素子とを搭載したことを特徴とする。
【００６５】
請求項３０に記載の発明によれば、請求項１〜２９のいずれか一項と同様の効果を得られる。
【００６６】
請求項３１記載の発明は、光ディスクドライブ装置において、請求項３０に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置とを搭載したことを特徴とする。
【００６７】
請求項３１に記載の発明によれば、請求項３０と同様の効果を得られる。
【発明の効果】
【００６８】
本発明によれば、位相構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの保護層厚みの差による球面収差、或いは、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤとの使用波長の差による球面収差を良好に補正することができるとともに、４００ｎｍ近傍の青紫色波長領域と、６５０ｎｍ近傍の赤色波長領域と、７８０ｎｍ近傍の赤外波長領域との何れの波長領域においても高い光利用効率を得ることができ、更には、温度特性に優れた対物光学素子、この対物光学素子を有する光ピックアップ装置、及び、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブ装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
[第１の実施の形態]
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図８を用いて本発明の対物光学素子及びこの対物光学素子を用いた光ピックアップ装置について説明する。
図８は、高密度光ディスクＨＤ（第１光情報記録媒体）とＤＶＤ（第２光情報記録媒体）とＣＤ（第３光情報記録媒体）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、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さ（保護基板厚）ｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さ（保護基板厚）ｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さ（保護基板厚）ｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４７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。
【００７０】
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４０８ｎｍの青紫色レーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザ（第１光源）ＬＤ１、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍの赤色レーザ光束（第２光束）を射出する第１の発光点（第２光源）ＥＰ１と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍの赤外レーザ光束（第３光束）を射出する第２の発光点（第３光源）ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵ、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器ＰＤ、第１収差補正レンズＬ１と、この第１収差補正レンズＬ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光光学素子ＯＬとから構成された対物レンズユニットＯＵ（対物光学素子）、２軸アクチュエータＡＣ１、１軸アクチュエータＡＣ２、近軸における屈折力が負である第１レンズＥＸＰ１と近軸における屈折力が正である第２レンズＥＸＰ２とから構成されたエキスパンダーレンズＥＸＰ、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１コリメートレンズＣＯＬ１、第２コリメートレンズＣＯＬ２、第３コリメートレンズＣＯＬ３、情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２及びＲＬ３からの反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサーレンズＳＥＮとから構成されている。尚、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。
【００７１】
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８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、第１コリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換された後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２を通過し、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径された後、図示しない絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物レンズユニットＯＵによって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。対物レンズユニットＯＵは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００７２】
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、再び対物レンズユニットＯＵ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、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ＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００７３】
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図８において破線でその光線経路を描いたように、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、対物レンズユニットＯＵ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。対物レンズユニットＯＵは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００７４】
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、再び対物レンズユニットＯＵ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、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。
【００７５】
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第１レンズＥＸＰ１と第２レンズＥＸＰ２の間隔がＨＤに対する情報の記録／再生時によりも狭くなるように、１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に第１レンズＥＸＰ１を駆動させた後、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図８において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第２コリメートレンズＣＯＬ２により緩い発散光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径されるとともに発散光束に変換され、対物レンズユニットＯＵ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。対物レンズユニットＯＵは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。
【００７６】
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、再び対物レンズユニットＯＵ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、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ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００７７】
本実施形態における対物レンズユニットＯＵは、図９に概略的に示すように、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１と、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された樹脂製の集光光学素子ＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化された２群２枚構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Ｂの一端に第１収差補正レンズＬ１を嵌合固定し、他端に集光光学素子ＯＬを嵌合固定して、これらを光軸Ｘに沿って同軸に一体化した構成となっている。
【００７８】
また、第１収差補正レンズＬ１は、ｄ線におけるアッベ数νd（νｄ２、νｄ３）＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５であり、集光光学素子ＯＬは、ｄ線におけるアッベ数νd＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５である。
また、集光光学素子ＯＬの光源側の光学面には第１位相構造ＰＳ１が形成されており、第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面には第２位相構造ＰＳ２が形成されており、第１収差補正レンズＬ１の光ディスク側の光学面には第３位相構造ＰＳ３が形成されている。
【００７９】
第２位相構造ＰＳ２は第１光束及び第３光束を回折せず、第２光束を回折する回折構造であり、光軸Ｘを含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された構造であって、所定のレベル面（本実施の形態では５レベル面）の個数毎に、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（本実施の形態においては４段シフトさせた構造）となっている。
階段構造の各段差Δ１は、Δ１＝２・λ１／（ｎ１−１）＝１．４４μｍを満たす高さに設定されている。ここで、ｎ１は波長λ１（本実施の形態ではλ１＝４０８ｎｍ）における第１収差補正レンズＬ１の屈折率である。
【００８０】
段差Δ１により第１光束に付加される光路差は２×λ１であるので、第１光束は第２位相構造ＰＳ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
また、段差Δ１により第３光束に付加される光路差は１×λ３（本実施の形態ではλ３＝７８５ｎｍ）であるので、第３光束も第２位相構造ＰＳ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
一方、段差Δ１により第２光束に付加される光路差は１．２０×λ２（本実施の形態ではλ２＝６５８ｎｍ）であり、段差Δ１の前後のレベル面を通過する第２光束の位相は２π／５だけずれることになる。１つの鋸歯は５分割されているため、鋸歯１つ分ではちょうど第２光束の位相のずれは５×２π／５＝２πとなり、１次回折光が発生する。
【００８１】
このように、第２位相構造ＰＳ２は第２光束のみを選択的に回折させることにより、ＨＤの保護層厚さとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する。
尚、第２位相構造ＰＳ２で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の１次回折光の回折効率は８７．５％、第３光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
【００８２】
第３位相構造ＰＳ３は第１光束及び第２光束を回折せず、第３光束を回折する回折構造であり、光軸Ｘを含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された構造であって、所定のレベル面（本実施の形態では２レベル面）の個数毎に、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（本実施の形態においては１段シフトさせた構造）となっている。
階段構造の各段差Δ２は、Δ２＝５・λ１／（ｎ１−１）＝３．６０μｍを満たす高さに設定されている。ここで、ｎ１は波長λ１における第１収差補正レンズＬ１の屈折率である。
【００８３】
段差Δ２により第１光束に付加される光路差は５×λ１であるので、第１光束は第３位相構造ＰＳ３により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
また、段差Δ２により第２光束に付加される光路差は３×λ２であるので、第２光束も第３位相構造ＰＳ３によりほとんど作用を受けずにそのまま透過する。
一方、段差Δ２によりにより第３光束に付加される光路差は約２．５×λ３であり、段差Δ２の前後のレベル面を通過する第３光束の位相は約π／２だけずれることになる。１つの鋸歯は２分割されているため、鋸歯１つ分ではちょうど第３光束の位相のずれは２×π／２＝πとなるので、第３位相構造ＰＳ３に入射する第３光束はその光量の殆どが１次回折光と−１次回折光とに振り分けられる。第３位相構造ＰＳ３は、このうち１次回折光をＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光させるように設計されている。
【００８４】
このように、第３位相構造ＰＳ３は第３光束のみを選択的に回折させることにより、ＨＤの保護層厚さとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する。
尚、第３位相構造ＰＳ３で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第３光束の１次回折光の回折効率は４０．５％であり、記録／再生速度の高速化が要求されるＨＤとＤＶＤとに対して高い回折効率を得ている。
【００８５】
第１位相構造ＰＳ１は、光軸Ｘを含む断面形状が鋸歯状の位相差付与構造であり、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるα１＝２次の回折光を発生させるように設定されている。これにより、２軸アクチュエータＡＣ１からの放熱や環境温度の変化に伴って位相構造が形成されたプラスチック製の集光光学素子ＯＬの温度が変化し、この温度変化に伴い屈折率が大きく変化した場合であっても、第１光束のα１＝２次回折光を利用して安定した記録／再生特性が得られるようになっている。
【００８６】
また、第１位相構造ＰＳ１は、第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるβ１＝１（β１＜α１）次の回折光を発生させ、第３光束が入射した場合に発生する回折光のうち最大の回折効率であるγ１＝１（γ１≦β１）次の回折光を発生させるように設定されている。
第１光束のα１＝２次回折光、第２光束のβ１＝１次回折光、第３光束のγ１＝１次回折光の回折効率はそれぞれ１００％、８７．８％、１００％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
尚、このような回折特性を有する位相差付与構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯型でもよいし、光軸から離れるに従って光路長が長くなる階段構造、或いは、光軸から離れるに従って光路長が短くなる階段構造でもよい。
【００８７】
以上のように、本実施の形態に係る対物光学素子及び光ピックアップ装置によれば、第１位相構造ＰＳ１においてＨＤに対する温度特性を補償し、第２位相構造ＰＳ２においてＨＤ／ＤＶＤ間の互換を達成し、第３位相構造ＰＳ３においてＨＤ／ＣＤ間の互換を達成でき、さらに、特にＮＡの大きい第１光情報記録媒体としてのＢＤでは顕著になる温度変化による球面収差の発生を抑えられる。
なお、例えば、第２位相構造ＰＳ２を、ＤＶＤの開口数ＮＡ２内にのみに形成すると、ＮＡ２より外側の領域を通過する光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上でフレア成分となり、ＤＶＤに対する開口制限が自動的に行われる構成とすることができる。
【００８８】
また、例えば、第３位相構造ＰＳ３を、ＣＤの開口数ＮＡ３内にのみ形成すると、ＮＡ３より外側の領域を通過する光束はＣＤの情報記録面ＲＬ３上でフレア成分となり、ＣＤに対する開口制限が自動的に行われる構成とすることができる。
【００８９】
なお、ビームエキスパンダーＥＸＰの負レンズＥＸＰ１を１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向に駆動させることで、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。負レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、第１光源ＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物レンズ系の屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、次世代ＤＶＤの保護層の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
【００９０】
なお、負レンズＥＸＰ１の代わりに、第１コリメートレンズＣＯＬ１を光軸方向に駆動させる構成としても、ＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。
【００９１】
また、本実施の形態においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、更にＨＤ用の波長４０８ｎｍのレーザ光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成したＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットを用いても良い。あるいは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの３つのレーザ光源を１つの筐体内に納めたＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットを用いても良い。
【００９２】
また、本実施の形態においては、光源と光検出器ＰＤとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザ光源モジュールを用いても良い。
また、本実施形態においては、第１収差補正レンズＬ１と集光光学素子ＯＬとを鏡枠Ｂを介して一体化したが、第１収差補正レンズＬ１と集光光学素子ＯＬを一体化する場合には、第１収差補正レンズＬ１と集光光学素子ＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていればよく、上述のように鏡枠Ｂを介する方法以外に、第１収差補正レンズＬ１と集光光学素子ＯＬのそれぞれのフランジ部同士を嵌合固定する方法であってもよい。
【００９３】
このように第１収差補正レンズＬ１と集光光学素子ＯＬとの、互いの相対的な位置関係が不変となるように保持されていることで、フォーカシングやトラッキングの際の収差の発生を抑制でき、良好なフォーカシング特性、或いはトラッキング特性を得ることができる。
【００９４】
[第２の実施の形態]
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。
本実施の形態におけるＨＤの光学的仕様は、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、第３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。
【００９５】
本実施形態における対物レンズユニットＯＵは、図１０に概略的に示すように、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１と樹脂製の第２収差補正レンズＬ２と接合してなるレンズ群と、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された樹脂製の集光光学素子ＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化された２群３枚構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Ｂの一端に第１収差補正レンズＬ１と第２収差補正レンズＬ２とを接合した状態で嵌合固定し、他端に集光光学素子ＯＬを嵌合固定して、これらを光軸Ｘに沿って同軸に一体化した構成となっている。
【００９６】
また、第１収差補正レンズは、ｄ線におけるアッベ数νd（νｄ２）＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５であり、第２収差補正レンズは、ｄ線におけるアッベ数νd（νｄ３）＝２３．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．６０であり、集光光学素子ＯＬは、ｄ線におけるアッベ数νd＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５である。
また、集光光学素子ＯＬの光源側の光学面には第１位相構造ＰＳ１が形成されており、第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面には第２位相構造ＰＳ２が形成されており、第２収差補正レンズＬ２の光ディスク側の光学面には第３位相構造ＰＳ３が形成されている。
なお、第１及び第２位相構造ＰＳ１及びＰＳ２の形状及び機能は、上記第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００９７】
第３位相構造ＰＳ３は第１光束及び第２光束を回折せず、第３光束を回折する回折構造であり、光軸Ｘを含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された構造であって、所定のレベル面（本実施の形態では４レベル面）の個数毎に、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（本実施の形態においては３段シフトさせた構造）となっている。
階段構造の各段差Δ２は、Δ２＝７・λ１／（ｎ１−１）＝４．４１μｍを満たす高さに設定されている。ここで、ｎ１は波長λ１における第２収差補正レンズＬ２の屈折率である。
【００９８】
段差Δ２により第１光束に付加される光路差は７×λ１であるので、第１光束は第３位相構造ＰＳ３により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
また、段差Δ２により第２光束に付加される光路差は約４×λ２であるので、第２光束も第３位相構造ＰＳ３によりほとんど作用を受けずにそのまま透過する。
一方、段差Δ２によりにより第３光束に付加される光路差は約３．２５×λ３であり、段差Δ２の前後のレベル面を通過する第３光束の位相は２π／４だけずれることになる。１つの鋸歯は４分割されているため、鋸歯１つ分ではちょうど第３光束の位相のずれは４×２π／４＝２πとなり、１次回折光が発生する。
【００９９】
このように、第３位相構造ＰＳ３は第３光束のみを選択的に回折させることにより、ＨＤの保護層厚さとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する。
尚、第３位相構造ＰＳ３で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の０次回折光（透過光）の回折効率は９５．８％、第３光束の１次回折光の回折効率は７７．５％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
【０１００】
[第３の実施の形態]
以下、本発明の第３の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第１及び第２の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。
本実施の形態におけるＨＤの光学的仕様は、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４７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。
【０１０１】
本実施形態における対物レンズユニットＯＵは、図１１に概略的に示すように、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１、樹脂製の第２収差補正レンズＬ２、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された樹脂製の集光光学素子ＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化された３群３枚構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Ｂの一端に第１収差補正レンズＬ１と第２収差補正レンズＬ２とを離間した状態で嵌合固定し、他端に集光光学素子ＯＬを嵌合固定して、これらを光軸Ｘに沿って同軸に一体化した構成となっている。
【０１０２】
また、第１収差補正レンズＬ１は、ｄ線におけるアッベ数νd（νｄ２）＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５であり、第２収差補正レンズＬ２は、ｄ線におけるアッベ数νd（νｄ３）＝２３．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．６０であり、集光光学素子ＯＬは、ｄ線におけるアッベ数νd＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５である。
また、第１収差補正レンズＬ１の光ディスク側の光学面には第１位相構造ＰＳ１が形成されており、第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面には第２位相構造ＰＳ２が形成されており、第２収差補正レンズＬ２の光源側の光学面には第３位相構造ＰＳ３が形成されている。
なお、第２及び第３位相構造ＰＳ２及びＰＳ３の形状及び機能は、上記第２の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【０１０３】
第１位相構造ＰＳ１は第１光束乃至第３光束を回折する回折構造であり、光軸Ｘを含む断面形状が階段状となっている。この第１位相構造ＰＳ１は、２軸アクチュエータＡＣ１からの放熱や環境温度の変化により、第１波長λ１の微小変化に伴う近軸像点位置の移動と、球面収差の変化を抑制するための構造である。
階段構造の各段差Δ３は、Δ３＝１０・λ１／（ｎ１−１）＝７．２０μｍを満たす高さに設定されている。
第１位相構造ＰＳ１を通過することで、第１光束の１０次回折光、第２光束の６次回折光、第３光束の５次回折光が発生する。
【０１０４】
第１位相構造ＰＳ１を通過する際に第１光束に付加される光路差は１０．０×λ１であり、第１光束の１０次回折光が最大の回折効率を有する。
また、第１位相構造ＰＳ１を通過する際に第２光束に付加される光路差は５．９９×λ２≒６×λ２であり、第２光束の６次回折光が最大の回折効率を有する。
【０１０５】
また、第１位相構造ＰＳ１を通過する際に第３光束に付加される光路差は４．９８×λ３≒５×λ３であり、第３光束の５次回折光が最大の回折効率を有する。
第１光束の１０次回折光、第２光束の６次回折光、第３光束の５次回折光の回折効率はそれぞれ１００％、９９．９％、９９．９％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
また、第１位相構造ＰＳ１の第１波長に対する近軸回折パワーと、第１収差補正レンズＬ１の光ディスク側の光学面の第１波長に対する近軸屈折パワーを逆符号とし、かつその絶対値を同じとすることで、第１収差補正レンズＬ１の光ディスク側の光学面を通過する第１光束の光束径が変わらないようにしている。
【０１０６】
[第４の実施の形態]
以下、本発明の第４の実施の形態について図面を用いて説明するが、上記第１〜第３の実施の形態と同一の構成となる箇所については説明を省略する。
本実施の形態におけるＨＤの光学的仕様は、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０であり、ＣＤの光学的仕様は、第３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。
【０１０７】
本実施形態における対物レンズユニットＯＵは、図１２に概略的に示すように、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１と樹脂製の第２収差補正レンズＬ２と接合してなるレンズ群と、第１波長λ１とＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とに対して球面収差が最小となるようにその非球面形状が設計された樹脂製の集光光学素子ＯＬが、鏡枠Ｂを介して同軸で一体化された２群３枚構成を有する。具体的には、円筒状の鏡枠Ｂの一端に第１収差補正レンズＬ１と第２収差補正レンズＬ２とを接合した状態で嵌合固定し、他端に集光光学素子ＯＬを嵌合固定して、これらを光軸Ｘに沿って同軸に一体化した構成となっている。
【０１０８】
また、第１収差補正レンズは、ｄ線におけるアッベ数νd（νｄ２）＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５であり、第２収差補正レンズは、ｄ線におけるアッベ数νd（νｄ３）＝３５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．６０であり、集光光学素子ＯＬは、ｄ線におけるアッベ数νd＝５５．０、ｄ線における屈折率ｎd＝１．５５である。
また、集光光学素子ＯＬの光源側の光学面には第１位相構造ＰＳ１が形成されており、第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面には第２位相構造ＰＳ２が形成されており、第２収差補正レンズＬ２の光ディスク側の光学面には第３位相構造ＰＳ３が形成されている。
なお、第１及び第２位相構造ＰＳ１及びＰＳ２の形状及び機能は、上記第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【０１０９】
第３位相構造ＰＳ３は第１光束及び第２光束を回折せず、第３光束を回折する回折構造であり、光軸Ｘを含む断面形状が階段状とされたパターンが同心円状に配列された構造であって、所定のレベル面（本実施の形態では３レベル面）の個数毎に、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（本実施の形態においては２段シフトさせた構造）となっている。
階段構造の各段差Δ２は、Δ２＝５・λ１／（ｎ１−１）＝３．２４μｍ、もしくはΔ２＝７・λ１／（ｎ１−１）＝４．５３μｍを満たす高さに設定される。ここで、ｎ１は波長λ１における第２収差補正レンズＬ２の屈折率である。
【０１１０】
段差Δ２が Δ２＝５・λ１／（ｎ１−１）＝３．２４μｍ に設定されている場合は、段差Δ２により第１光束に付加される光路差は５×λ１であるので、第１光束は第３位相構造ＰＳ３により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
また、段差Δ２により第２光束に付加される光路差は約３×λ２であるので、第２光束も第３位相構造ＰＳ３によりほとんど作用を受けずにそのまま透過する。
一方、段差Δ２により第３光束に付加される光路差は２．４×λ３であり、段差Δ２の前後のレベル面を通過する第３光束の位相は約２π／３だけずれることになる。１つの鋸歯は３分割されているため、鋸歯１つ分ではちょうど第３光束の位相のずれは３×２π／３＝２πとなり、１次回折光が発生する。
段差Δ２が Δ２＝７・λ１／（ｎ１−１）＝４．５３μｍ に設定されている場合は、段差Δ２により第１光束に付加される光路差は７×λ１であるので、第１光束は第３位相構造ＰＳ３により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
また、段差Δ２により第２光束に付加される光路差は約４×λ２であるので、第２光束も第３位相構造ＰＳ３によりほとんど作用を受けずにそのまま透過する。
一方、段差Δ２により第３光束に付加される光路差は３．４×λ３であり、段差Δ２の前後のレベル面を通過する第３光束の位相は約２π／３だけずれることになる。１つの鋸歯は３分割されているため、鋸歯１つ分ではちょうど第３光束の位相のずれは３×２π／３＝２πとなり、１次回折光が発生する。
【０１１１】
このように、第３位相構造ＰＳ３は第３光束のみを選択的に回折させることにより、ＨＤの保護層厚さとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する。
尚、段差Δ２が Δ２＝５・λ１／（ｎ１−１）＝３．２４μｍ に設定されている場合は、第３位相構造ＰＳ３で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の０次回折光（透過光）の回折効率は８７．１％、第３光束の１次回折光の回折効率は５３．１％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
また、段差Δ２が Δ２＝７・λ１／（ｎ１−１）＝４．５３μｍ に設定されている場合、第３位相構造ＰＳ３で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の０次回折光（透過光）の回折効率は７６．４％、第３光束の１次回折光の回折効率は６０．４％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
【０１１２】
なお、図示は省略するが、上記各実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵと、前記光ピックアップ装置を光情報記録媒体の半径方向に移動させる移動装置、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び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の実行が可能な光ディスクドライブ装置を得ることが出来る。
【実施例】
【０１１３】
次に、図９に示した対物光学素子ＯＵの具体的な数値実施例（実施例１）を例示する。
本実施例の対物光学素子ＯＵは、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１と樹脂製の集光光学素子ＯＬの２群２枚構成である。
本実施例のレンズデータを表１に示す。本数値実施例では、第１〜第３位相構造ＰＳ１〜ＰＳ３により入射光束に付加される光路差を光路差関数で表している。
【表１】
2006092720.tif 000003
【０１１４】
本実施例の対物光学素子は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学素子であり、波長λ１＝４０８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２０ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ２＝６５８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２８ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．３７ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４７、倍率ｍ＝０に設定されている。
【０１１５】
表１において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズ間隔、ｎ408、ｎ658、ｎ785は、それぞれ、第１波長λ１（＝４０８ｎｍ）、第２波長λ２（＝６５８ｎｍ）、第３波長λ３（＝７８５ｎｍ）に対するレンズ・素子の屈折率、ｎｄはｄ線におけるレンズ・素子の屈折率、νdはｄ線におけるレンズ・素子のアッベ数、ＭHD、ＭDVD、ＭCDは、それぞれ、ＨＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＤＶＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＣＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数である。また、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。
【０１１６】
第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面（第１面）及び光ディスク側の光学面（第２面）は平面である。また、集光光学素子ＯＬの光源側の光学面（第３面）及び光ディスク側の光学面（第４面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、次の非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。
【数１】
2006092720.tif 000004
ｘ（ｈ）：非球面形状（非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離）
ｈ：光軸からの距離
ｒ：曲率半径
ｋ：コーニック係数
Ａ2i：非球面係数
【０１１７】
また、第１面の第２位相構造ＰＳ２、第２面の第３位相構造ＰＳ３、第３面の第１位相構造ＰＳ１は、各位相構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、次の光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
【数２】
2006092720.tif 000005
φ（ｈ）：光路差関数
λ：位相構造に入射する光束の波長
λB：製造波長
ｎ：光ディスクに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数
ｈ：光軸からの距離
Ｂ2i：回折面係数
【０１１８】
次に、図１０に示した対物光学素子ＯＵの具体的な数値実施例（実施例２）を例示する。
本実施例の対物光学素子ＯＵは、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１と樹脂製の第２収差補正レンズＬ２と集光光学素子ＯＬの２群３枚構成である。
本実施例のレンズデータを表２に示す。
【表２】
2006092720.tif 000006
【０１１９】
本実施例の対物光学素子は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学素子であり、波長λ１＝４０８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２０ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ２＝６５８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２７ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．６３ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５、倍率ｍ＝０に設定されている。
第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面（第１面）及び第２収差補正レンズＬ２の光ディスク側の光学面（第３面）は平面である。また、集光光学素子ＯＬの光源側の光学面（第４面）及び光ディスク側の光学面（第５面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、上記非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。
【０１２０】
また、第１面の第２位相構造ＰＳ２、第３面の第３位相構造ＰＳ３、第４面の第１位相構造ＰＳ１は、各位相構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
【０１２１】
次に、図１１に示した対物光学素子ＯＵの具体的な数値実施例（実施例３）を例示する。
本実施例の対物光学素子ＯＵは、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１と樹脂製の第２収差補正レンズＬ２と集光光学素子の３群３枚構成である。
本実施例のレンズデータを表３に示す。
【表３】
2006092720.tif 000007
【０１２２】
本実施例の対物光学素子は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学素子であり、波長λ１＝４０８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２０ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ２＝６５８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２５ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．３７ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４７、倍率ｍ＝０に設定されている。
第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面（第１面）、第２収差補正レンズＬ２の光源側の光学面（第３面）及び光ディスク側の光学面（第４面）は平面である。また、第１収差補正レンズＬ１の光ディスク側の光学面（第２面）、集光光学素子ＯＬの光源側の光学面（第５面）及び光ディスク側の光学面（第６面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、上記非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。
【０１２３】
また、第１面の第２位相構造ＰＳ２、第２面の第１位相構造ＰＳ１、第３面の第３位相構造ＰＳ３は、各位相構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
【０１２４】
次に、図１２に示した対物光学素子ＯＵの具体的な数値実施例（実施例４）を例示する。
本実施例の対物光学素子ＯＵは、樹脂製の第１収差補正レンズＬ１と樹脂製の第２収差補正レンズＬ２と集光光学素子ＯＬの２群３枚構成である。
本実施例のレンズデータを表４に示す。尚、本実施例では、第４の実施の形態において段差Δ２が Δ２＝５・λ１／（ｎ１−１）＝３．２４μｍ とΔ２＝７・λ１／（ｎ１−１）＝４．５３μｍ とのどちらに設定されている場合でも、同様のレンズデータを使用するものとする。
【表４】
2006092720.tif 000008
【０１２５】
本実施例の対物光学素子は、ＨＤ／ＤＶＤ／ＣＤ互換用の対物光学素子であり、波長λ１＝４０８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２０ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ２＝６５８ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．２７ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６０、倍率ｍ＝０に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ＝２．６３ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５、倍率ｍ＝０に設定されている。
第１収差補正レンズＬ１の光源側の光学面（第１面）及び第２収差補正レンズＬ２の光ディスク側の光学面（第３面）は平面である。また、集光光学素子ＯＬの光源側の光学面（第４面）及び光ディスク側の光学面（第５面）はそれぞれ非球面形状であり、この非球面は、上記非球面形状式に表中の係数を代入した数式で表される。
【０１２６】
また、第１面の第２位相構造ＰＳ２、第３面の第３位相構造ＰＳ３、第４面の第１位相構造ＰＳ１は、各位相構造により入射光束に付加される光路差で表される。かかる光路差は、上記光路差関数を表す式に表中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
【０１２７】
図１３は、上記実施例１における、第１位相構造によるＨＤでの温度特性の補償の効果を示すグラフである。
図１３において、グラフの横軸Δｔ[℃]は基準温度からの温度変化量を表し、縦軸ΔＳＡ[λ１ｒｍｓ]は温度変化に伴う球面収差の変化量を表す。
ここで、温度変化に伴う集光光学素子ＯＬの屈折率の変化量ｄｎd１／ｄｔを、ｄｎd１／ｄｔ＝−１．２×１０-4［１／℃］とし、温度変化に伴う第１光源の波長変化量ｄλ１／ｄｔを、ｄλ１／ｄｔ＝５．０×１０-2［ｎｍ／℃］としたときに、例えば温度が基準温度よりも３０℃上がったときには第１光源の波長は４０８＋１．５＝４０９．５ｎｍとなり、そのとき集光光学素子ＯＬの屈折率は１．５６２６８となる。これらの値を用いて温度特性を算出した。
【０１２８】
また、第１位相構造が無い場合の温度特性は、集光光学素子ＯＬと同スペックで第１位相構造を持たないレンズを用いて算出した。
なお、実施例２における、第１位相構造によるＨＤでの温度特性の補償の効果を示すグラフも図１３に示すものと同様であった。
また、実施例４における、第１位相構造によるＨＤでの温度特性の補償の効果を示すグラフも図１３に示すものと同様であった。
【０１２９】
図１４は、上記実施例３における、第１位相構造によるＨＤでの温度特性の補償の効果を示すグラフである。
温度特性の算出方法は上記実施例１の場合と同様であり、第１位相構造が無い場合の温度特性は、第１収差補正レンズＬ１の光ディスク側の光学面（第２面）を平面にしたレンズを用いて算出した。
図１３及び図１４より、対物光学素子ＯＵに第１位相構造ＰＳ１を設けることで、温度変化による球面収差の変化量を抑えることができることが分かる。
【０１３０】
なお、本発明における樹脂製の対物光学素子（集光光学素子、収差補正レンズ等）には、レンズ等の光学用途に通常使用可能な種々の樹脂を用いることができる。特に、脂環式構造を有する重合体を含有する樹脂を用いることが好まく、その中でも、環状オレフィン系樹脂を用いることがより好ましい。
【０１３１】
また、以上のような樹脂の材料として、以下に示すようなアサーマル樹脂を用いることもできる。
母材となる樹脂に３０ｎｍ以下の粒子を分散させた材料として、アサーマル樹脂が知られている。アサーマル樹脂は、通常の光学用途との樹脂に比べ、温度変化に対する屈折率変化が小さいという特徴を有するので、位相構造による温度特性の改善効果を控えめにすることが可能となり、それによって、位相構造による波長特性の劣化を低減したり、光学素子の設計自由度を拡げたり、製造誤差や組立精度の許容範囲を拡大したりすることができる。
一般に、透明な樹脂材料に粉末を混合させると、光の散乱が生じ、透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粉末を透過光束の波長より小さい平均粒径が３０ｎｍ以下の微粒子とすることにより、散乱が事実上発生しないようにできることがわかってきた。ここで、このような樹脂材料としては、母材となる樹脂の温度変化に伴う屈折率変化率よりも大きい屈折率変化率を有する平均粒径が３０ｎｍ以下の微粒子を分散させた樹脂材料であることが好ましい。尚、屈折率変化率が大きいとは、母材となる樹脂の屈折率変化率の符号が負である場合には、それよりもゼロに近い、負の屈折率変化率であるもの及び符号が正である屈折率変化率であるものの両者を含むものである。
【０１３２】
さて樹脂材料は、温度が上昇することにより、屈折率が低下してしまうが、無機粒子を分散、混合することにより、屈折率変化を低減しうるようにすることも知られている。具体的には、従来は−１．２×１０−４程度であった屈折率変化Ａを、絶対値で８×１０−５未満に抑えることが好ましく、より好ましくは絶対値で６×１０−５未満にすることがよい。
そして、さらに好ましくは絶対値で４×１０−５未満にするのがよい。光学素子の材料として、母材となる樹脂に３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０〜１５ｎｍの微粒子を分散させた材料を利用することで、屈折率の温度依存性が無いか、あるいは温度依存性を低減した光学素子を提供できる。
【０１３３】
たとえば、アクリル樹脂に、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）の微粒子を分散させる。体積比で、母材となる樹脂は８０、酸化ニオブは２０程度の割合であり、これらを均一に混合する。微粒子は凝集しやすいという問題があるが、粒子表面に電荷を与えて分散させる等の技術により、必要な分散状態を生じさせることが出来る。酸化ニオブの代わりに、酸化シリコン（ＳｉＯ2）の微粒子を用いても良い。
母材となる樹脂と粒子との混合・分散は、光学素子の射出成形時にインラインで行うことが好ましい。いいかえると、混合・分散した後は、光学素子（レンズ）に成形される迄、冷却・固化されないようにすることが好ましい。
【０１３４】
なお、上記の体積比率は、屈折率の温度に対する変化の割合をコントロールするために、適宜増減できるし、複数種類の微粒子をブレンドして分散させることも可能である。
上記の例では、比率は８０：２０、すなわち４：１であるが、９０：１０（９：１）から６０：４０（３：２）までの間で適宜調整可能である。９：１よりも微粒子の量を多くすることにより温度変化抑制の効果が大きくなり、逆に３：２よりも微粒子の量を少なくすることにより光学素子の成形性に問題が生じることがなく好ましい。
【０１３５】
また、以上の微粒子は無機物であることが好ましく、さらに酸化物であることがより好ましい。そして酸化状態が飽和していて、それ以上酸化しない酸化物であることが更に好ましい。
無機物であることは、高分子有機化合物である母材となる樹脂との反応が低く抑えられるために好ましく、また酸化物であることによって、レーザ光照射等の実使用に伴う劣化を防ぐことが出来る。特に高温化や、レーザ光を照射されるという過酷な条件において、樹脂の酸化が促進されやすくなるが、このような無機酸化物の微粒子であれば、酸化による劣化を防ぐことが出来る。
また、その他の要因による樹脂の酸化を防止するために、酸化防止剤を樹脂材料中に添加することも勿論可能である。
【０１３６】
ちなみに、母材となる樹脂は、特開２００４−１４４９５１号公報、特開２００４−１４４９５３号公報、特開２００４−１４４９５４号公報等に記載されているような樹脂を適宜好ましく採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】位相構造を示す要部平面図である。
【図２】位相構造を示す要部平面図である。
【図３】位相構造を示す要部平面図である。
【図４】位相構造を示す要部平面図である。
【図５】位相構造を示す要部平面図である。
【図６】位相構造を示す要部平面図である。
【図７】第１位相構造の輪帯構造による温度収差の補正の原理を説明するためのグラフである。
【図８】光ピックアップ装置を示す要部平面図である。
【図９】対物光学素子の構造を示す要部平面図である。
【図１０】対物光学素子の構造を示す要部平面図である。
【図１１】対物光学素子の構造を示す要部平面図である。
【図１２】対物光学素子の構造を示す要部平面図である。
【図１３】第１位相構造によるＨＤでの温度特性の補償の効果を示すグラフである。
【図１４】第１位相構造によるＨＤでの温度特性の補償の効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３８】
Ｌ１ 第１収差補正レンズ
Ｌ２ 第２収差補正レンズ
ＯＬ 集光光学素子
ＯＵ 対物レンズユニット
ＰＳ１ 第１位相構造
ＰＳ２ 第２位相構造
ＰＳ３ 第３位相構造
ＰＵ 光ピックアップ装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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