(57)【要約】【課題】使用する波長が異なる二種類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、像高特性の悪化を低減し、温度変化による球面収差等を補正できる有限系の光ピックアップ装置及び対物光学素子を提供する。【解決手段】本発明の光ピックアップ装置１０は、光学素子の少なくとも一つに、光軸Ｌを中心とする中央領域Ａ１と中央領域の周辺に位置する周辺領域Ａ２を備える。中央領域には、階段形状の不連続部位３１が周期的に形成され、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与する位相変調手段３０を備える。位相変調手段は所定の光束を対物光学素子との協働により球面収差及び／又は波面収差を補正した状態で光情報記録媒体２０、２１に集光させる。そして、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束を共に発散光として対物光学素子４０に入射させる。【選択図】        図１
2004152443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物光学素子を含む複数の光学素子を備え、対物光学素子を用いて第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記光学素子の少なくとも一つが、少なくとも一つの光学面に光軸を中心とする中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、
前記中央領域に、あらかじめ定められた段数を有する階段形状の不連続部位が周期的に形成され、前記階段形状の各段部は光軸を中心とした同心円を形成し、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与することにより、この光束を対物光学素子との協働により球面収差及び／又は波面収差を補正した状態で所定の光情報記録媒体に集光させる位相変調手段を備え、
第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が共に発散光として前記対物光学素子に入射することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、
前記不連続部位を形成する周期が、光軸からの高さｈ、ｎ次（ｎは偶数）の光路差関数の係数Ｂｎを用いて、
φ（ｈ）＝（Ｂ２ｈ２＋Ｂ４ｈ４＋Ｂ６ｈ６＋…Ｂｎｈｎ）×２π
により定義される位相関数φ（ｈ）で表したときの
φ（ｈ）／２π
の整数部分で表され、
２次の光路差関数の係数Ｂ２、前記中央領域の光軸から最も離れた位置の高さをｈｉｎとして、
０≦｜φ（ｈｉｎ）／２π−Ｂ２（ｈｉｎ）２｜≦１０
であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光ピックアップ装置であって、
｜Ｂ２（ｈｉｎ）２｜≦１８
であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第２の波長λ２の光束のうち、前記中央領域を通過する光束は第２の光情報記録媒体の情報記録面に集光し、前記周辺領域を通過する光束は第２の光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記周辺領域に光束を屈折させる屈折構造を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記周辺領域に、前記中央領域に形成された位相変調手段と同様の位相変調手段を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光ピックアップ装置であって、
前記周辺領域の位相変調手段が備える不連続部位の段数が前記中央領域の不連続部位の段数より少ないことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記周辺領域に鋸歯状の回折輪帯を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記周辺領域に、所定の非球面形状を光軸方向に沿って階段状に平行移動させた不連続面を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記中央領域の位相変調手段が備える不連続部位のうち、少なくとも一つの不連続部位の段数が４であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記中央領域の位相変調手段が備える不連続部位のうち、少なくとも一つの不連続部位の段数が５であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第１の波長λ１が、
６２０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍ
であり、
前記第２の波長λ２が、
７５０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍ
であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記位相変調手段が前記対物光学素子以外の光学素子に形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記位相変調手段が前記対物光学素子に形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、光学系の結像倍率ｍが、
−０．１４９≦ｍ≦−０．０４９
であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記中央領域の位相変調手段は、第１の波長λ１の光束に対しては位相差を付与しない、もしくは前記不連続部位の各段部の１段分の深さによって付与される位相差の絶対値を０．２πラジアンより小さい範囲内に収めることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記中央領域の位相変調手段は、第２の波長λ２の光束に対しては位相差を付与しない、もしくは前記不連続部位の各段部の１段分の深さによって付与される位相差の絶対値を０．２πラジアンより小さい範囲内に収めることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記中央領域の位相変調手段が備える不連続部位の数が３〜１８の範囲内であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
一つの前記光学素子の複数の光学面に位相変調手段が形成されることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子の光源側の光学面の近軸の曲率半径をＲ１、光情報記録媒体側の光学面の近軸の曲率半径をＲ２としたとき、
−３．２＜Ｒ２／Ｒ１＜−１．９
であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２１】
複数の光学素子を備え、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
少なくとも一つの光学面に光軸を中心とする中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、
前記中央領域に、あらかじめ定められた段数を有する階段形状の不連続部位が周期的に形成され、前記階段形状の各段部は光軸を中心とした同心円を形成し、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与することにより、この光束を対物光学素子との協働により球面収差及び／又は波面収差を補正した状態で所定の光情報記録媒体に集光させる位相変調手段を備え、
第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が共に発散光として入射することを特徴とする対物光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体の情報記録面に光束を集光させる対物光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色レーザの実用化に伴い、ＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＤＶＤ（デジタルビデオディスク）が製品化されている。
ＤＶＤ用記録再生装置では、６５０ｎｍの半導体レーザを使用したときの対物レンズの光デイスク側の開口数ＮＡを０．６〜０．６５としている。ＤＶＤはトラックピッチ０．７４μｍ、最短ビット長０．４μｍであり、ＣＤのトラックピッチ１．６μｍ、最短ピット長０．８３μｍに対して半分以下に高密度化されている。また、ＤＶＤにおいては、光ディスクが光軸に対して傾いたときに生じるコマ収差を小さく抑えるために、保護基板厚は０．６ｍｍとＣＤの保護基板厚の半分になっている。
【０００３】
また、上述したＣＤ、ＤＶＤの他に、光源波長や保護基板厚が異なる種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ，ＲＷ（追記型コンパクトディスク）、ＶＤ（ビデオディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）なども商品化されている。
さらに半導体レーザの短波長化が進み、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ光源と、像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度まで高めた対物レンズを用いた保護基板厚０．１ｍｍ程度の高密度光ディスク（以下、「高密度ＤＶＤ」という。）や、像側開口数（ＮＡ）を０．６５程度とした対物レンズを用いた保護基板厚０．６ｍｍ程度の高密度ＤＶＤの研究・開発が進んでいる。
【０００４】
そして、二種類の光ディスクの情報記録面に対して二種類の異なる波長の光束を一つの対物レンズにより収束させる、いわゆる互換性を有する光ピックアップ装置が各種提案されている。
互換性を有する光ピックアップ装置として、対物レンズの表面や対物レンズとは別体に配置した光学素子の表面に、階段状の不連続面からなる段差構造（回折構造）を形成したものが知られている。（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２には、階段状の段差からなる回折構造を備える平板状のホログラム光学素子と屈折型の対物レンズとを別体に備える光ピックアップ装置が開示されている。
これら装置は、コリメータレンズにより平行光化された二種類の波長のうち、一方の波長の光束に関してはホログラム光学素子を透過させた後、対物レンズを介して所定のディスク上に集光させ、他方の波長の光線に関してはホログラム光学素子を通過する際に発散するように回折させた後、回折光のうちの−１次回折光を対物レンズを介して所定の光ディスク上に集光させることにより、一つの対物レンズで２種類の光ディスクに対して情報の記録／再生を行なうものである。
【０００６】
また、上記特許文献３には、階段状の段差からなる回折構造（ゾーンプレート）が形成された対物レンズを備える光ピックアップ装置が開示されている。
この装置は、コリメータレンズにより平行光化された波長６５０ｎｍと７８０ｎｍの二種類の波長のうち、波長６５０ｎｍの光束を対物レンズの凸面形状及び対物レンズ両表面の非球面形状によってＤＶＤの記録面上に収束させ、波長７８０ｎｍの光束をゾーンプレートにより収差補正した状態でＣＤ−Ｒの記録面上に収束させるものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−５４９７３号公報
【特許文献２】
特開平９−３０６０１８号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７７７３２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１〜３に開示された装置はいずれも、光源からの波長が異なる２種類の出射光束をコリメータレンズにより平行光化させた後に、回折構造を備えるホログラム光学素子や対物レンズに入射させるいわゆる無限系の光ピックアップ装置である。
このような無限系の光ピックアップ装置においては、光源と対物レンズの間に光束を平行光化させるコリメータレンズ等の光学素子を配置する必要があるため、装置の大型化や高コスト化を招くという問題があった。
【０００９】
また、発散光を対物レンズに入射させるいわゆる有限系の光ピックアップ装置では、光ディスクを再生／記録する際に対物レンズを光ディスクに対して移動させるトラッキング時に像高特性が悪化し、コマ収差や非点収差が発生するという問題があった。
また、有限系の光ピックアップ装置では、無限系の装置と比較して温度変化により発生する球面収差が大きくなるという問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、使用する波長が異なる二種類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、像高特性の悪化を低減し、温度変化による球面収差等を補正できる有限系の光ピックアップ装置及び対物光学素子を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、対物光学素子（対物レンズ４０）を含む複数の光学素子を備え、対物光学素子を用いて第１の光源１１から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体２０に集光させると共に第２の光源１２から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体２１に集光させることにより各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置１０であって、前記光学素子の少なくとも一つが、少なくとも一つの光学面４１に光軸Ｌを中心とする中央領域Ａ１と中央領域の周辺に位置する周辺領域Ａ２の少なくとも２つの領域を備え、前記中央領域に、あらかじめ定められた段数を有する階段形状の不連続部位３１が周期的に形成され、前記階段形状の各段部３１ａは光軸を中心とした同心円を形成し、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与することにより、この光束を対物光学素子との協働により球面収差及び／又は波面収差を補正した状態で所定の光情報記録媒体に集光させる位相変調手段３０を備え、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が共に発散光として前記対物光学素子に入射することを特徴とする。
【００１２】
ここで、本明細書中において光学素子とは、光ピックアップ装置の光学系を構成する、例えば、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、補正板等の部材を指す。
また、光学素子としては、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。
また、対物光学素子とは対物レンズを指す。対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズを指すものとする。
【００１３】
また、光情報記録媒体とはＣＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ、ＭＤ、ＭＯ、高密度ＤＶＤ等の所定の波長の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう一般的な光ディスクを指す。
【００１４】
また、情報の再生とは光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいい、情報の記録とは光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録することをいう。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
また、光ピックアップ装置は、情報の記録だけあるいは再生だけを行うために用いるものであってもよいし、記録と再生の両方を行うために用いるものであってもよい。
また、不連続部位とは、光軸を含む平面（子午断面）でその断面をみた場合に光軸方向に沿って連続する階段状の段部により構成される構造を指し、不連続部位に入射する所定の光束に対して位相差を付与することにより、この光束を回折させる作用を有する構造をいう。
【００１５】
位相変調手段は、光ピックアップ装置の光学系を構成する複数の光学素子のうちの少なくとも一つに形成されていれば良い。
また、位相変調手段は一つの光学素子が備える一つあるいは複数の光学面のうち少なくとも一つの光学面に形成されていればよい。
従って、例えば、光学素子としての対物レンズが備える、光源側の光学面又は光情報記録媒体側の光学面に位相変調手段を形成してもよく、さらには、それぞれの光学面に位相変調手段を形成する等、光ピックアップ装置を構成する光学素子の複数の光学面に位相変調手段を形成してもよい。
また、本明細書中において位相差φは０≦φ＜２π、もしくは−π＜φ≦πの範囲とする。
【００１６】
また、位相変調手段が形成された光学面からは、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光、・・・、と無数の次数の回折光が生じるが、不連続部位の形状を変更することにより、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の１つの次数（例えば、＋１次回折光）の回折効率をほぼ１００％とすることができる。
なお、回折効率とは不連続部位により生じる回折光の光量の比率を表すもので、全次数の回折光の回折効率の和は１となる。
【００１７】
また、本明細書中において、保護基板とは光情報記録媒体の情報記録面を保護するために、情報記録面の光束入射面側に形成された光学的に透明な平行平板を指し、保護基板厚とは平行平板の厚さを指す。光源から出射された光束は、対物レンズによって保護基板を介して光情報記録媒体の情報記録面上に集光されることになる。
また、本明細書において、光学素子の像側の開口数とは、その光学素子のうち最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数を指すものである。
また、開口数とは、光ピックアップ装置に設けられた絞りやフィルタ等の絞り機能を有する部品又は部材や、光学素子が備える回折構造などによって、最良像点におけるスポットの形成に寄与する光束が制限された結果として定義される開口数である。
また、本発明に係る光ピックアップ装置をＣＤとＤＶＤの互換性を有する光ピックアップ装置として用いる場合には、ＤＶＤ用として用いる第１の波長λ１の光束の波長は６２０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内となり、ＣＤ用として用いる第２の波長λ２の光束の波長は７５０ｎｍ〜８１０ｎｍの範囲内となる。
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、対物光学素子に対して第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が共に発散光として入射した場合でも、階段形状の不連続部位を備える位相変調手段が、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与し、この光束を対物光学素子との協働により球面収差及び／又は波面収差を補正した状態で所定の光情報記録媒体に集光させる。
従って、従来の無限系の光ピックアップ装置において用いられていた、光源からの出射光束を平行光化させて対物光学素子に入射させるためのコリメータレンズ等の光学素子が不要となり、装置の小型化や低コスト化を達成できる。
【００１９】
また、少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面を、光軸を中心とする中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域に分割し、必要に応じて、各領域を通過する波長λ１と波長λ２の２種類の光束の少なくともいずれか一方に対して位相変調手段により位相差を付与し、この光束を回折光として所定の情報記録媒体に収差を補正した状態で出射する。
従って、収差補正の自由度を増大させることができる。またトラッキング時のコマ収差及び非点収差の発生や、温度変化による球面収差の発生を抑えることができる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、前記不連続部位を形成する周期が、光軸からの高さｈ、ｎ次（ｎは偶数）の光路差関数の係数Ｂｎを用いて、φ（ｈ）＝（Ｂ２ｈ２＋Ｂ４ｈ４＋Ｂ６ｈ６＋…Ｂｎｈｎ）×２πにより定義される位相関数φ（ｈ）で表したときのφ（ｈ）／２πの整数部分で表され、２次の光路差関数の係数Ｂ２、前記中央領域の光軸から最も離れた位置の高さをｈｉｎとして、０≦｜φ（ｈｉｎ）／２π−Ｂ２（ｈｉｎ）２｜≦１０であることを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、位相変調手段が備える不連続部位の数を一定数以下に制限することができるので、不連続部位に入射する発散光のうち、段部の表面（光学機能面）以外の部分から入射する発散光の量を抑えることができ、光量の低下を防止することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の光ピックアップ装置であって、｜Ｂ２（ｈｉｎ）２｜≦１８であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果を得ることができる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記第２の波長λ２の光束のうち、前記中央領域を通過する光束は第２の光情報記録媒体の情報記録面に集光し、前記周辺領域を通過する光束は第２の光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、周辺領域を通過する第２の波長λ２の光束を第２の光情報記録媒体の情報記録面外に集光させることができ、例えば、情報記録媒体としてのＣＤに対する情報の再生及び／又は記録を行なう際に、開口制限フィルタ等の部材を用いることなく開口数を制限することが可能となり、光ピックアップ装置の部品点数を削減できる。
【００２５】
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光ピックアップ装置であって、前記周辺領域に光束を屈折させる屈折構造６０を備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、周辺領域に比較的構造が単純な屈折構造を備えるので、位相変調手段を備える光学素子を、全体が階段形状の不連続面であるものや回折ブレーズ形状のものに比べて容易に製造できる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記周辺領域に、前記中央領域に形成された位相変調手段と同様の位相変調手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、周辺領域と中央領域の両方に位相変調手段を形成するので、中央領域だけに位相変調手段を設けたものと比較して、回折光を利用した波長変化や温度変化で発生する球面収差の補正を良好に行なうことができる。
【００２９】
請求項７記載の発明は、請求項６に記載の光ピックアップ装置であって、前記周辺領域の位相変調手段が備える不連続部位の段数が前記中央領域の不連続部位の段数より少ないことを特徴とする。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６と同様の効果を得られると共に、周辺領域の位相変調手段が備える不連続部位の段数を可能な限り減らすことにより光学素子に形成する段部の総数が少なくなるため製造が容易となる。
【００３１】
請求項８記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記周辺領域に鋸歯状の回折輪帯５０を備えることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記周辺領域に、所定の非球面形状を光軸方向に沿って階段状に平行移動させた不連続面を備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記中央領域の位相変調手段が備える不連続部位のうち、少なくとも一つの不連続部位の段数が４であることを特徴とする。
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光ピックアップ装置であって、前記中央領域の位相変調手段が備える不連続部位のうち、少なくとも一つの不連続部位の段数が５であることを特徴とする。
【００３３】
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光ピックアップ装置であって、前記第１の波長λ１が、６２０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍであり、前記第２の波長λ２が、７５０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍであることを特徴とする。
【００３４】
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光ピックアップ装置であって、前記位相変調手段が前記対物光学素子以外の光学素子に形成されていることを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記位相変調手段が前記対物光学素子に形成されていることを特徴とする。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、光学系の結像倍率ｍが、−０．１４９≦ｍ≦−０．０４９であることを特徴とする。
【００３６】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１〜１４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、カップリングレンズが不要となり、光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
なお、結像倍率ｍを−０．１４７≦ｍ≦−０．０９９の範囲内とすることがより好ましい。
【００３７】
請求項１６記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記中央領域の位相変調手段は、第１の波長λ１の光束に対しては位相差を付与しない、もしくは前記不連続部位の各段部の１段分の深さによって付与される位相差の絶対値を０．２πラジアンより小さい範囲内に収めることを特徴とする。
請求項１６に記載の発明によれば、請求項１〜１５のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、０．２πラジアンより小さい範囲内で位相差を付与することで、波長λ１の光束と波長λ２の光束のそれぞれの回折効率を変化させることが可能となり、より好ましい光量をそれぞれの光情報記録媒体に対して各種情報の記録及び／又は再生に用いることができる。
【００３８】
請求項１７記載の発明は、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記中央領域の位相変調手段は、第２の波長λ２の光束に対しては位相差を付与しない、もしくは前記不連続部位の各段部の１段分の深さによって付与される位相差の絶対値を０．２πラジアンより小さい範囲内に収めることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１〜１６のいずれか一項と同様の効果を得られる。
【００３９】
請求項１８記載の発明は、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記中央領域の位相変調手段が備える不連続部位の数が３〜１８の範囲内であることを特徴とする。
請求項１９記載の発明は、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、一つの前記光学素子の複数の光学面に位相変調手段が形成されることを特徴とする。
請求項２０記載の発明は、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子の光源側の光学面の近軸の曲率半径をＲ１、光情報記録媒体側の光学面の近軸の曲率半径をＲ２としたとき、−３．２＜Ｒ２／Ｒ１＜−１．９であることを特徴とする。
【００４０】
請求項２１記載の発明は、複数の光学素子を備え、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物光学素子であって、少なくとも一つの光学面に光軸を中心とする中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、前記中央領域に、あらかじめ定められた段数を有する階段形状の不連続部位が周期的に形成され、前記階段形状の各段部は光軸を中心とした同心円を形成し、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与することにより、この光束を対物光学素子との協働により球面収差及び／又は波面収差を補正した状態で所定の光情報記録媒体に集光させる位相変調手段を備え、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が共に発散光として入射することを特徴とする。
【００４１】
請求項２１に記載の発明によれば、対物光学素子に対して第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が共に発散光として入射した場合でも、階段形状の不連続部位を備える位相変調手段が、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与し、この光束を対物光学素子との協働により球面収差及び／又は波面収差を補正した状態で所定の光情報記録媒体に集光させる。
従って、従来の無限系の光ピックアップ装置において用いられていた、光源からの出射光束を平行光化させて対物光学素子に入射させるためのコリメータレンズ等の光学素子が不要となり、装置の小型化や低コスト化を達成できる。
【００４２】
また、対物光学素子の少なくとも一つの光学面を、光軸を中心とする中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域に分割し、必要に応じて、各領域を通過する波長λ１と波長λ２の２種類の光束の少なくともいずれか一方に対して位相変調手段により位相差を付与し、この光束を回折光として所定の情報記録媒体に収差を補正した状態で出射する。
従って、収差補正の自由度を増大させることができる。またトラッキング時のコマ収差及び非点収差の発生や、温度変化による球面収差の発生を抑えることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の対物光学素子及び光ピックアップ装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００４４】
図１に示すように、光ピックアップ装置１０は、第一の光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＤＶＤ）に対して第一の半導体レーザ１１（光源）から波長λ１（＝６５０ｎｍ）の光束を出射し、第二の光情報記録媒体２１（本実施の形態においてはＣＤ）に対して第二の半導体レーザ１２（光源）から波長λ２（＝７８０ｎｍ）の光束を出射する。そして、これら光束を位相変調手段３０を備える光学素子としての対物レンズ４０（対物光学素子）に発散光として入射させ、所定の光情報記録媒体の情報記録面２０ａ、２１ａに集光させることによって、各種情報の記録や記録した情報の読み取りを行なうものである。
なお、図２に示すように、第一の半導体レーザ１１と第二の半導体レーザ１２は光源としてユニット化されているため、図１には、各半導体レーザから出射される波長λ１の光束と波長λ２の光束をまとめて実線で表すものとする。
【００４５】
ＤＶＤに情報を記録又は再生する場合は、第一の半導体レーザ１１から出射された波長λ１の光束は回折格子１３を通過し、ハーフミラー１４で反射する。さらに絞り１５によって絞られ、対物レンズ４０によりＤＶＤの保護基板２０ｂを介して情報記録面２０ａに集光される。
この際の対物レンズ４０による波長λ１の光束に対する作用については後述する。
そして、情報記録面２０ａで情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５、ハーフミラー１４を通過し、回折格子（図示せず）を通過して光検出器１６上ヘ入射し、光検出器１６から出カされる信号を用いて、ＤＶＤに記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４６】
ＣＤに情報を記録又は再生する場合も同様に、第二の半導体レーザ１２から出射された波長λ２の光束が回折格子１３を通過して、ハーフミラー１４で反射する。さらに絞り１５によって絞られ、対物レンズ４０によりＣＤの保護基板２１ｂを介して情報記録面２１ａに集光される。なお、図１には便宜上、ＣＤの保護基板２１ｂとＤＶＤの保護基板２０ｂを同じ図で表している。
この際の対物レンズ４０による波長λ２の光束に対する作用については後述する。
そして、情報記録面２１ａで情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５、ハーフミラー１４を通過し、回折格子（図示せず）を通過して光検出器１６上ヘ入射し、光検出器１６から出カされる信号を用いて、ＣＤに記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００４７】
また、光検出器１６上で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う。この検出結果に基づいて、図示しない２次元アクチュエータは第一の半導体レーザ１１からの光束又は第２の半導体レーザからの光束がＤＶＤ又はＣＤの情報記録面２０ａ、２１ａ上に結像するように対物レンズ４０を移動させるとともに、所定のトラックに結像するように対物レンズ４０を移動させるようになっている。
【００４８】
図３に示すように、対物光学素子としての対物レンズ４０は、光ピックアップ装置１０の光学系を構成する両面非球面の単レンズである。そして、対物レンズ４０の一方（光源側）の光学面４１上であって、光軸Ｌを中心とした一定高さｈ以下の範囲（以下、「中央領域Ａ１」という。）に位相変調手段３０を備え、中央領域Ａ１以外の範囲（以下、「周辺領域Ａ２」という。）に鋸歯状の回折輪帯５０を備えるものである。
【００４９】
具体的には、中央領域Ａ１に位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心として同心円状に所定の周期Ｐで形成されている。
図４（Ａ）に示すように、各不連続部位３１は光軸Ｌ方向に沿った階段状の５つの段部３１ａから構成されている。なお、一つの不連続部位３１を構成する段部３１ａの数は５つ又は６つ（不連続部位の段数が４つ又は５つ）が好ましいが、４つから７つの範囲内であればよい。また、各不連続部位３１が前記範囲内（４つから７つ）で異なる数の段部３１ａから構成されていてもよい。
【００５０】
本実施の形態においては、図３に示すように、位相変調手段３０の不連続部位３１は光軸Ｌを中心として同心円状に所定の周期Ｐで４つ形成されている。
所定の周期Ｐは、光軸Ｌからの高さをｈ、ｎ次（ｎは偶数）の光路差関数の係数Ｂｎを用いて、数１で表される位相関数φ（ｈ）を２πで割った値φ（ｈ）／２πの整数部分で表される。
【００５１】
【数１】
2004152443.tif 000003
【００５２】
ここで、２次の光路差関数の係数Ｂ２、前記中央領域Ａ１の光軸Ｌから最も離れた位置の高さをｈｉｎとした場合に、
０≦｜φ（ｈｉｎ）／２π−Ｂ２（ｈｉｎ）２｜≦１０
の条件を満たすことが好ましい。
また、｜Ｂ２（ｈｉｎ）２｜≦１８の条件を満たすことが好ましい。
以上の条件を満たすように不連続部位３１の所定の周期Ｐを規定することにより、不連続部位３１の数を一定限度以内に抑えることができ、対物レンズ４０の加工性を向上できると共に、不連続部位３１に入射する発散光のうち、階段状の段部３１ａの表面（光学機能面）以外の部分（例えば側面）から入射する発散光の量が全光量に占める割合を抑えて、光量の低下を防止することができる。
【００５３】
また、各不連続部位３１は、中央領域Ａ１を通過する第１の波長λ１の光束に対して位相差を付与せず、中央領域Ａ１を通過する波長λ２の光束に対してのみ位相差を付与するような形状を備えている。
なお、不連続部位３１を構成する階段状の段部３１ａ間の距離、即ち、階段状の段部３１ａの１段分の深さｄ（図４（ａ）を参照。）を調節することによって、第１の波長λ１及び第２の波長λ２に対する位相差の付与量を調節することができる。従って、第１の波長λ１の光束に対して付与される位相差の絶対値を０．２πラジアンより小さくなるように段部３１ａの１段分の深さｄを調節してもよい。
【００５４】
なお、上述のような条件を満たす不連続部位３１の設計方法は従来より周知であるため説明を省略する。
周辺領域Ａ２には、光軸Ｌを中心とした鋸歯状の回折輪帯５０が複数形成されている。
この回折輪帯５０も、周辺領域Ａ２を通過する第１の波長λ１の光束を回折させず、周辺領域Ａ２を通過する波長λ２の光束のみを回折させる形状を備えている。
【００５５】
次に、対物レンズ４０による波長λ１の光束及び波長λ２の光束に対する作用について説明する。
まず、波長λ１の発散光が対物レンズ４０の周辺領域Ａ２及び中央領域Ａ１に入射すると、周辺領域Ａ２を通過する波長λ１の光束は回折輪帯５０により回折されずに、対物レンズ４０の非球面形状により屈折する。また、中央領域Ａ１を通過する波長λ１の光束は、上述のように位相変調手段３０により位相差を与えられないので、対物レンズ４０の非球面形状により屈折する。そして、周辺領域Ａ２に入射した波長λ１の光束と中央領域Ａ１に入射した波長λ１の光束は共にＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光される。
【００５６】
一方、波長λ２の発散光が対物レンズ４０の周辺領域Ａ２及び中央領域Ａ１に入射すると、周辺領域Ａ２を通過する波長λ２の光束は回折輪帯５０により回折され、中央領域Ａ１を通過する波長λ２の光束は位相変調手段３０により所定の位相差が付与されることにより回折される。
そして、周辺領域Ａ２を通過する波長λ２の光束は回折輪帯５０によってＣＤの情報記録面２１ａ外に集光し、中央領域Ａ１を通過する波長λ２の光束のみが位相変調手段３０の回折作用と対物レンズ４０の屈折作用との協働によって球面収差が補正された状態でＣＤの情報記録面２１ａ上に集光される。
【００５７】
なお、以上の説明においては、位相変調手段３０は波長λ１の光束に対して位相差を与えず、波長λ２の光束に対して位相差を与えるものとしたが、これに限らず、波長λ２の光束に対して位相差を与えず、波長λ１の光束に対して位相差を与えるものとしてもよい。
また、対物レンズ４０の周辺領域Ａ２の構造は、波長λ１の発散光を正確にＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させ、波長λ２の発散光をＣＤの情報記録面２１ａ外に集光させる構造であればよい。
従って、例えば、周辺領域Ａ２に、中央領域Ａ１に形成した位相変調手段３０と同様の位相変調手段３０を形成しても良い。この場合、周辺領域Ａ２に形成した位相変調手段３０は、波長λ１の発散光には位相差を与えず、波長λ２の発散光には位相差を与えて回折させるものとする。
【００５８】
この際に、周辺領域Ａ２の位相変調手段３０が備える不連続部位３１の段部３１ａの数を中央領域Ａ１の位相変調手段３０が備える不連続部位３１の段部３１ａの数より少なくすることが好ましい。また、中央領域Ａ１の位相変調手段３０が備える不連続部位３１の数を３〜１８の範囲内とすることが好ましい。
一般的に、不連続部位３１の数を増やすことにより段部３１ａの数が増えて回折効率は向上する。しかし、周辺領域Ａ２を通過する波長λ２の光束は情報の再生／記録には使用されないことから回折効率を向上させる必要がなく、上述の範囲内に不連続部位３１及び段部３１ａの数を制限することにより対物レンズ４０の製造コストを抑えることができる。
また、周辺領域Ａ２の構造を、所定の非球面形状を光軸Ｌ方向に沿って階段状に平行移動させた不連続面からなり、この不連続面を通過する光束に所定の光路差を付与することにより光束を回折させる構造としてもよい。
また、周辺領域Ａ２の構造を対物レンズ４０の非球面形状による屈折作用を有する構造としてもよい。
【００５９】
（実施例１）
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置１０の第１の実施例について説明する。
本実施例においては、図３に示した、両面非球面の単レンズである対物レンズ４０の一方（光源側）の光学面上であって、光軸Ｌからの高さｈが１．３８ｍｍ以下の中央領域Ａ１に位相変調手段３０を備え、周辺領域Ａ２に鋸歯状の回折輪帯５０を備えるものである。
具体的には、中央領域Ａ１に、位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心とした同心円状に所定の周期Ｐで複数形成されている。
【００６０】
なお、図３は本実施例で使用する対物レンズ４０の概略図を示すものである。従って、図３の対物レンズ４０には中央領域Ａ１に不連続部位３１が４つ形成されているが、実際に本実施例で用いる対物レンズには不連続部位３１は１２形成されている。
また、各不連続部位３１は５つの段部３１ａにより構成されており、図４（Ａ）に示すように、光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
【００６１】
また、位相変調手段３０は波長λ１の光束に対して、不連続部位の１つの段差当たり０．１πラジアン程度の位相差を与えてＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させ、波長λ２の光束に対して所定の位相差を与えることで回折させてＣＤの情報記録面２１ａ上に集光させる構造を備えている。
回折輪帯５０は波長λ１の光束を回折させてＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させると共に波長λ２の光束を回折させてＣＤの情報記録面２１ａ外に集光させる構造を備えている。
表１、表２に対物レンズ４０のレンズデータを示す。
【００６２】
【表１】
2004152443.tif 000004
【００６３】
表１に示すように、本実施例の対物レンズ４０は、第１の光源１１から出射される第１の波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．４５ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ＝−１／６．８に設定されており、第２の光源２１から出射される第２の波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．５２ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．４７、結像倍率ｍ＝−１／６．７に設定されている。
表１中の面番号１、２は回折格子１３の光源側の表面、回折格子１３の光情報記録媒体側の表面、面番号３、３´、４はそれぞれ、対物レンズ４０の光源側の光学面のうち光軸Ｌからの高さｈが１．３８ｍｍ以下の中央領域Ａ１、光軸Ｌからの高さが１．３８ｍｍ以上の周辺領域Ａ２、対物レンズ４０の光情報記録媒体側の光学面を示しており、面番号５、６はそれぞれ、光情報記録媒体の保護基板２０ｂ、２１ｂの表面、情報記録面２０ａ、２１ａを表している。また、Ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【００６４】
対物レンズ４０の第３面、第３´面、第４面は、それぞれ次式（数２）に表１及び表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に形成されている。
【００６５】
【数２】
2004152443.tif 000005
【００６６】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸Ｌ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。
【表２】
2004152443.tif 000006
【００６７】
また、上述のように、不連続部位３１の所定の周期Ｐは、数１に示す光路差関数φ（ｈ）に表２に示す係数を代入したものをλで割った値φ（ｈ）／２πの整数部分で表される。
【００６８】
本実施例に示した光ピックアップ装置及び対物レンズでは、中央領域に形成した位相変調手段が波長λ１の光束に対して段差一段当たり０．１π程度の位相差を与え、波長λ２の光束に対して所定の位相差を与える構造を備える。従って、中央領域を通過する波長λ１及び波長λ２の光束に関して、それぞれ８５％程度の回折効率でＤＶＤ及びＣＤに対して集光させることができた。
【００６９】
また、周辺領域に形成した回折輪帯を波長λ１の光束に対してブレーズ化した構造とした。従って、周辺領域を通過する波長λ１の光束に関して、ほぼ１００％の回折効率でＤＶＤに対して集光させることができた。
また、中央領域及び周辺領域を通過する波長λ１の光束及び波長λ２の光束の回折光を利用できるので、波長変化に対する球面収差等を良好に収差補正した状態でＤＶＤ及びＣＤに集光させることが可能となった。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【００７０】
（実施例２）
本実施例においては、図５に示すように、両面非球面の単レンズである対物レンズ４０の一方（光源側）の光学面４１上であって、光軸Ｌから１．３８ｍｍ以下の中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２に位相変調手段３０を備える。
具体的には、中央領域Ａ１に、位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心とした同心円状に所定の周期Ｐで複数形成されている。
なお、図５は本実施例で使用する対物レンズ４０の概略図を示すものである。従って、図５の対物レンズ４０には中央領域Ａ１に不連続部位３１が４つ形成されているが、実際に本実施例で用いる対物レンズには不連続部位３１は４つ形成されている。
【００７１】
また、各不連続部位３１は５つの段部３１ａにより構成されており、図４（Ｂ）に示すように、光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
また、周辺領域Ａ２にも、位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心とした同心円状に所定の周期Ｐで３つ形成されている。各不連続部位３１は５つの段部３１ａにより構成されており、図４（Ａ）に示すように、光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
【００７２】
中央領域Ａ１の位相変調手段３０は波長λ２の光束に対して位相差を与えずにＣＤの情報記録面２１ａ上に集光させ、波長λ１の光束に対して位相差を与えることで回折させてＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる構造を備えている。
また、周辺領域Ａ２の位相変調手段３０は波長λ２の光束を回折させずにＣＤの情報記録面２１ａ外に集光させ、波長λ１の光束に対して位相差を与えることで回折させてＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる構造を備えている。
表３、表４に対物レンズ４０のレンズデータを示す。
【００７３】
【表３】
2004152443.tif 000007
【表４】
2004152443.tif 000008
【００７４】
表３に示すように、本実施例の対物レンズ４０は、第１の光源１１から出射される第１の波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．３６ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ＝−１／８．０に設定されており、第２の光源２１から出射される第２の波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．３８ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．５１、結像倍率ｍ＝−１／８．１に設定されている。
【００７５】
対物レンズ４０の第３面、第３´面、第４面は、それぞれ数２に表３及び表４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。
【００７６】
また、上述のように、不連続部位３１の所定の周期Ｐは、数１に示す光路差関数φ（ｈ）に表４に示す係数を代入したものをλで割った値φ（ｈ）／２πの整数部分で表される。
【００７７】
本実施例に示した光ピックアップ装置及び対物レンズでは、中央領域に形成した位相変調手段が波長λ２の光束に対して位相差を与えない構造を備える。従って、中央領域を通過する波長λ２の光束に関して、ほぼ１００％の回折効率でＣＤに対して集光させることができた。また、中央領域を通過する波長λ１の光束に関して約８７％程度の回折効率でＤＶＤに対して集光させることができた。
また、中央領域及び周辺領域を通過する波長λ１の光束の回折光をＤＶＤに集光させるので良好な収差補正が可能となる。また、波長λ２の光束の屈折光をＣＤに集光させるので、情報の記録に十分な光量を得ることができた。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【００７８】
（実施例３）
本実施例においては、図６に示すように、両面非球面の単レンズである対物レンズ４０の一方（光源側）の光学面４１上であって、光軸Ｌから１．２５ｍｍ以下の中央領域Ａ１に位相変調手段３０を備え、周辺領域Ａ２に屈折レンズとして機能する屈折構造６０を備える。
具体的には、中央領域Ａ１に、位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心とした同心円状に上述した所定の周期Ｐで複数形成されている。
【００７９】
なお、図６は本実施例で使用する対物レンズ４０の概略図を示すものである。従って、図６の対物レンズ４０には中央領域Ａ１に不連続部位３１が４つ形成されているが、実際に本実施例で用いる対物レンズには不連続部位３１は３つ形成されている。
また、各不連続部位３１は５つの段部３１ａにより構成されており、図４（Ｂ）に示すように、光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
【００８０】
位相変調手段３０は波長λ２の光束に対して位相差を与えずにＣＤの情報記録面２１ａ上に集光させ、波長λ１の光束に対して位相差を与えることで回折させてＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる構造を備えている。
また、屈折構造６０は波長λ２の光束を屈折させてＣＤの情報記録面２１ａ外に集光させ、波長λ１の光束を屈折させてＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる機能を備えている。
表５、表６に対物レンズ４０のレンズデータを示す。
【００８１】
【表５】
2004152443.tif 000009
【表６】
2004152443.tif 000010
【００８２】
表５に示すように、本実施例の対物レンズ４０は、第１の光源１１から出射される第１の波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．３９ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ＝−１／１０．０に設定されており、第２の光源２１から出射される第２の波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．４０ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．４７、結像倍率ｍ＝−１／１０．１に設定されている。
【００８３】
対物レンズ４０の第３面、第３´面、第４面は、それぞれ数２に表５及び表６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。
【００８４】
また、上述のように、不連続部位３１の所定の周期Ｐは、数１に示す光路差関数φ（ｈ）に表６に示す係数を代入したものをλで割った値φ（ｈ）／２πの整数部分で表される。
【００８５】
本実施例に示した光ピックアップ装置及び対物レンズでは、中央領域に形成した位相変調手段が波長λ２の光束に対して位相差を与えない構造を備える。従って、中央領域を通過する波長λ２の光束に関して、ほぼ１００％の回折効率でＣＤに対して集光させることができた。中央領域を通過する波長λ１の光束に関しても高い回折効率でＤＶＤに対して集光させることができた。
また、中央領域を通過する波長λ１の光束の回折光をＤＶＤに集光させるので良好な収差補正が可能となった。また、周辺領域において波長λ１と波長λ２の光束の屈折光をＤＶＤとＣＤに集光させるので、情報の記録に十分な光量を得ることができた。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【００８６】
（実施例４）
本実施例においては、図７に示すように、両面非球面の単レンズである対物レンズ４０の一方（光源側）の光学面４１上であって、光軸Ｌから１．４２ｍｍ以下の中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２に位相変調手段３０を備えるものである。
具体的には、中央領域Ａ１に、位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心とした同心円状に所定の周期Ｐで複数形成されている。
【００８７】
なお、図７は本実施例で使用する対物レンズ４０の概略図を示すものである。従って、図７の対物レンズ４０には中央領域Ａ１に不連続部位３１が４つ形成されているが、実際に本実施例で用いる対物レンズには不連続部位３１は５つ形成されている。
また、各不連続部位３１は５つの段部３１ａにより構成されており、図４（Ｂ）に示すように、光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
また、周辺領域Ａ２にも、位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心とした同心円状に所定の周期Ｐで３つ形成されている。各不連続部位３１は５つの段部３１ａにより構成されており、図４（Ｂ）に示すように、光軸Ｌに離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
【００８８】
中央領域Ａ１の位相変調手段３０は波長λ２の光束に対して位相差を与えることで回折させてＣＤの情報記録面２１ａ上に集光させ、波長λ１の光束に対して位相差を与えずにＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる構造を備えている。
また、周辺領域Ａ２の位相変調手段３０は波長λ２の光束に対して位相差を与えることで回折させてＣＤの情報記録面２１ａ外に集光させ、波長λ１の光束に対して位相差を与えずにＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる構造を備えている。
表７、表８に対物レンズ４０のレンズデータを示す。
【００８９】
【表７】
2004152443.tif 000011
【表８】
2004152443.tif 000012
【００９０】
表７に示すように、本実施例の対物レンズ４０は、第１の光源１１から出射される第１の波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．８０ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ＝−１／１５．０に設定されており、第２の光源２１から出射される第２の波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．８１ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．４７、結像倍率ｍ＝−１／１５．１に設定されている。
【００９１】
対物レンズ４０の第３面、第３´面、第４面は、それぞれ数２に表７及び表８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。
【００９２】
また、上述のように、不連続部位３１の所定の周期Ｐは、数１に示す光路差関数φ（ｈ）に表８に示す係数を代入したものをλで割った値φ（ｈ）／２πの整数部分で表される。
【００９３】
本実施例に示した光ピックアップ装置及び対物レンズでは、中央領域及び周辺領域に形成した位相変調手段が波長λ２の光束に対して位相差を与える構造を備える。従って、中央領域及び周辺領域を通過する波長λ２の光束の回折光を利用できるので、波長変化に対する球面収差等を良好に収差補正した状態でＣＤに集光させることが可能となった。
また、中央領域及び周辺領域を通過する波長λ１の光束の屈折光をＤＶＤに集光させるので、情報の記録に十分な光量を得ることができた。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【００９４】
中央領域Ａ１の位相変調手段３０は波長λ２の光束に対して位相差を与えることで回折させてＣＤの情報記録面２１ａ上に集光させ、波長λ１の光束に対して位相差を与えずにＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる構造を備えている。
また、周辺領域Ａ２の位相変調手段３０は波長λ２の光束に対して位相差を与えることで回折させてＣＤの情報記録面２１ａ外に集光させ、波長λ１の光束に対して位相差を与えずにＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させる構造を備えている。
【００９５】
なお、位相変調手段３０が形成される光学素子は、上述したような対物光学素子（対物レンズ４０）に限定されず、例えば、図８に示すように、対物レンズ４０の直近に配置した平板状の光学素子７０（図９（Ａ）〜（Ｃ）を参照。）に位相変調手段３０を形成しても良い。
具体的に説明すると、平板状の光学素子７０の一方（光源側）の光学面７１の中央領域Ａ１に位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が光軸Ｌを中心とした同心円状に所定の周期で５つ形成されている。各不連続部位３１は４つの段部３１ａにより構成されており、図９（Ａ）に示す不連続部位３１は、図４（Ｃ）に示すように光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出する構造を備えており、図９（Ｂ）に示す不連続部位３１は、光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出する構造を備えている。
【００９６】
また、図９（Ｃ）に示す平板状の光学素子７０のように、中央領域Ａ１及び周辺領域Ａ２に位相変調手段３０を備え、中央領域Ａ１においては光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出し、周辺領域Ａ２においては光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出する構造を備えていてもよい。
また、図１０（Ａ）に示すように、中央領域Ａ１の不連続部位３１を光軸Ｌから近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置し、周辺領域Ａ２の不連続部位３１を光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置してもよい。
【００９７】
また、図１０（Ｂ）に示すように、中央領域Ａ１の不連続部位３１を光軸Ｌから近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置し、周辺領域Ａ２に屈折構造６０を備えるものでもよい。
また、図１０（Ｃ）に示すように、中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２の不連続部位３１を、光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置してもよい。
【００９８】
また、図示は省略するが、一つの対物レンズ４０の複数の光学面、例えば光源側と光情報記録媒体側の２つの光学面に位相変調手段３０を形成してもよい。
また、結像倍率ｍを−０．１４９〜−０．０４９の範囲内とすることが好ましい。
また、対物光学レンズの光源側の光学面の近軸の曲率半径をＲ１、光情報記録媒体側の光学面の近軸の曲率半径をＲ２としたとき、−３．２＜Ｒ２／Ｒ１＜−１．９とすることが好ましい。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、対物光学素子に対して第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が共に発散光として入射した場合でも、不連続部位を備える位相変調手段が、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束の少なくともどちらか一方に対して位相差を付与し、この光束を対物光学素子との協働により球面収差を補正した状態で所定の光情報記録媒体に集光させる。従って、従来の無限系の光ピックアップ装置において用いられていた、光源からの出射光束を平行光化させて対物光学素子に入射させるためのコリメータレンズ等の光学素子が不要となり、装置の小型化や低コスト化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図２】光源の構造を示す要部拡大図である。
【図３】対物レンズの構造を示す要部側面図である。
【図４】不連続部位を示す要部拡大図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図５】対物レンズの構造を示す要部側面図である。
【図６】対物レンズの構造を示す要部側面図である。
【図７】対物レンズの構造を示す要部拡大図である。
【図８】他の光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図９】位相変調手段を備える他の光学素子の構造を示す要部側面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図１０】他の対物レンズの構造を示す要部側面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【符号の説明】
Ａ１    中央領域
Ａ２    周辺領域
Ｌ      光軸
１０    光ピックアップ装置
１１    第１の光源
１２    第２の光源
２０    第１の光情報記録媒体
２１    第２の光情報記録媒体
３０    位相変調手段
３１    不連続部位
３１ａ  段部
４０    対物光学素子（対物レンズ）
４１    光学面
５０    回折輪帯
６０    屈折構造
【図１】
2004152443.tif 000013
【図２】
2004152443.tif 000014
【図３】
2004152443.tif 000015
【図４】
2004152443.tif 000016
【図５】
2004152443.tif 000017
【図６】
2004152443.tif 000018
【図７】
2004152443.tif 000019
【図８】
2004152443.tif 000020
【図９】
2004152443.tif 000021
【図１０】
2004152443.tif 000022