(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高ＮＡ対物レンズの温度による波面収差の変化を補償できる記録再生用光学系、対物レンズ及び収差補正用光学素子を提供する。【解決手段】この記録再生用光学系は、光源１１と、光源から出射された光束を集光させる対物レンズ１５と光源と対物レンズとの間に配置された収差補正用光学素子１３とを含み、対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面で、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、収差補正用光学素子は少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、ＰＤ１＞０、ＰＤ２＜０、ＰＲ２＞０、を満たす。ＰＤ１：対物レンズの回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）、ＰＤ２：収差補正用光学素子の回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）、ＰＲ２：収差補正用光学素子の屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）【選択図】　図２
2004005943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された収差補正用光学素子と、を含む光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系において、
前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、
前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、次式を満たすことを特徴とする記録再生用光学系。
ＰＤ１＞０　　　　　　　　　（１）
ＰＤ２＜０　　　　　　　　　（２）
ＰＲ２＞０　　　　　　　　　（３）
ただし、
ＰＤ１：前記対物レンズの第ｉ面に形成された回折構造を透過する前記光源から出射された光束の波面に付加される光路差Φｂｉ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｉ（ｍｍ）の関数として、
Φｂｉ＝ｎｉ・（ｂ２ｉ・ｈｉ２＋ｂ４ｉ・ｈｉ４＋ｂ６ｉ・ｈｉ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｉは第ｉ面に形成された回折構造で発生する前記光源から出射された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、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ１＝Σ（−２・ｂ２ｉ・ｎｉ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＤ２：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの第ｊ面に形成された回折構造を透過する前記光源から出射された光束の波面に付加される光路差Φｂｊ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｊ（ｍｍ）の関数として、
Φｂｊ＝ｎｊ（ｂ２ｊ・ｈｊ２＋ｂ４ｊ・ｈｊ４＋ｂ６ｊ・ｈｊ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｊは第ｊ面に形成された回折構造で発生する前記光源から出射された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、ｂ２ｊ、ｂ４ｊ、ｂ６ｊ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ２＝Σ（−２・ｂ２ｊ・ｎｊ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＲ２：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）
【請求項２】
前記光源は、５００ｎｍ以下の波長の光を発生し、前記対物レンズは、前記光情報記録媒体側の開口数が０．７５以上とされたことを特徴とする請求項１に記載の記録再生用光学系。
【請求項３】
前記対物レンズは、前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされたことを特徴とする請求項２に記載の記録再生用光学系。
【請求項４】
前記対物レンズは、次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
ｆ２＜ｆ０＜ｆ１　　　　　　（４）
ただし、
ｆ０：前記光源が発生する光の波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：前記光源が発生する光の波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２：前記光源が発生する光の波長よりも前記所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【請求項５】
次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
０．０５＜ＰＤ１／ＰＴ１＜０．７　　　　　（９）
ＰＴ１：前記対物レンズ全系のパワー（ｍｍ−１）
【請求項６】
波長が異なる少なくとも２種類の光源と、前記光源から出射された少なくとも２つの異なる波長の光束を、情報記録面を保護するための保護層の厚さが異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズと、を含む光情報記録媒体へ情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系において、
前記記録再生用光学系は、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長の光束を発生する光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された収差補正用光学系素子を有し、
前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、前記少なくとも２つの異なる波長の光束の回折光が、前記保護層の厚さの異なる２種類の光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数内で、それぞれの光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するような波長特性を有し、
前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、次式を満たすことを特徴とする記録再生用光学系。
ＰＤ１’＞０　　　　　（５）
ＰＤ２’＜０　　　　　（６）
ＰＲ２’＞０　　　　　（７）
ただし、
ＰＤ１’：前記対物レンズの第ｉ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｉ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｉ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｉ＝ｎｉ・（ｂ２ｉ・ｈｉ２＋ｂ４ｉ・ｈｉ４＋ｂ６ｉ・ｈｉ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｉは第ｉ面に形成された回折構造で発生する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の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、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ１’＝Σ（−２・ｂ２ｉ・ｎｉ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＤ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの第ｊ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｊ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｊ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｊ＝ｎｊ・（ｂ２ｊ・ｈｊ２＋ｂ４ｊ・ｈｊ４＋ｂ６ｊ・ｈｊ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｊは第ｊ面に形成された回折構造で発生する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の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、ｂ２ｊ、ｂ４ｊ、ｂ６ｊ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ２’＝Σ（−２・ｂ２ｊ・ｎｊ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＲ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）
【請求項７】
前記対物レンズは、前記２つの異なる波長の光束のうち短波長の光束の回折光が、前記２種類の光情報記録媒体のうち保護層の薄い光情報記録媒体に対して良好な波面を形成し、前記２つの異なる波長の光束のうち長波長の光束の回折光が、前記２種類の光情報記録媒体のうち保護層の厚い光情報記録媒体に対して良好な波面を形成するような波長特性を有することを特徴とする請求項６に記載の記録再生用光学系。
【請求項８】
前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長の光束を発生する光源は、５００ｎｍ以下の波長の光を発生し、前記対物レンズは、保護層の厚さが異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体のうち、最も保護層の薄い光情報記録媒体側への情報の記録および／または情報の再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．７５以上とされたことを特徴とする請求項６または７に記載の記録再生用光学系。
【請求項９】
前記対物レンズは、保護層の厚さが異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体のうち、最も保護層の薄い光情報記録媒体側への情報の記録および／または情報の再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされたことを特徴とする請求項８に記載の記録再生用光学系。
【請求項１０】
波長が異なる少なくとも２種類の光源と、前記光源から出射された少なくとも２つの異なる波長の光束を、記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズと、を含む光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系において、
前記記録再生用光学系は、前記光源と前記対物レンズの間の光路のうち、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束が通過する光路中に少なくとも配置された収差補正用光学素子を有し、
前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長の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を有する回折光の回折次数に対して、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち前記最も短波長の光束よりも長い波長の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を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設定された複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、前記最も短波長の光束の回折光が前記少なくとも２種類の光情報記録媒体のうち最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成し、前記最も短波長の光束よりも長い波長の光束の回折光が前記少なくとも２種類の光情報記録媒体のうち前記最も記録密度が高い光情報記録媒体よりも記録密度が低い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するような波長特性を有し、
前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、次式を満たすことを特徴とする記録再生用光学系。
ＰＤ１’＞０
ＰＤ２’＜０
ＰＲ２’＞０
ただし、
ＰＤ１’：前記対物レンズの第ｉ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｉ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｉ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｉ＝ｎｉ・（ｂ２ｉ・ｈｉ２＋ｂ４ｉ・ｈｉ４＋ｂ６ｉ・ｈｉ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｉは第ｉ面に形成された回折構造で発生する前記最も短波長の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、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ６ｉ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ１’＝Σ（−２・ｂ２ｉ・ｎｉ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＤ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの第ｊ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｊ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｊ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｊ＝ｎｊ・（ｂ２ｊ・ｈｊ２＋ｂ４ｊ・ｈｊ４＋ｂ６ｊ・ｈｊ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｊは第ｊ面に形成された回折構造で発生する前記最も短波長の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、ｂ２ｊ、ｂ４ｊ、ｂ６ｊ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ２’＝Σ（−２・ｂ２ｊ・ｎｊ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＲ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）
【請求項１１】
前記少なくとも２つの異なる波長の光束を出射する前記波長が異なる少なくとも２種類の光源が、２つの異なる波長の光束を出射する２種類の光源からなり、前記最も短波長の光束の波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であり、前記最も短波長の光束よりも長い波長の光束の波長が６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１０に記載の記録再生用光学系。
【請求項１２】
前記対物レンズは、前記３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ１、前記６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記ｎ１とｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載の記録再生用光学系。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの異なる波長の光束を出射する前記波長が異なる少なくとも２種類の光源が、３つの異なる波長の光束を出射する３種類の光源からなり、前記最も短波長の光束が波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であり、前記３つの異なる波長の光束のうち前記最も短波長の光束よりも長い光束の波長が６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内及び７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１０に記載の記録再生用光学系。
【請求項１４】
前記対物レンズは、前記３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ１、前記６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ２、前記７６０ｎｍ〜８００ｎｍの波長の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を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記ｎ１とｎ２とｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）、（４，３，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の記録再生用光学系。
【請求項１５】
前記収差補正用光学素子は、前記光源と前記対物レンズの間の光路のうち、前記最も短波長の光束と前記最も短波長の光束よりも長い波長の光束が共に通過する光路中に配置され、前記収差補正用光学素子の面上に形成された前記回折構造は、前記最も短波長の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を有する回折光の回折次数に対して、前記最も短波長の光束よりも長い波長の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を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設定されていることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
【請求項１６】
前記対物レンズは、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．６０〜０．７０の範囲内とされ、前記最も短波長の光束の回折光を、０．５５ｍｍ〜０．６５ｍｍの範囲内の厚さの保護層を介して、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
【請求項１７】
前記対物レンズは、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされ、前記最も短波長の光束の回折光を、０．０７ｍｍ〜０．１３ｍｍの範囲内の厚さの保護層を介して、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
【請求項１８】
次式を満たすことを特徴とする請求項５乃至１７のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
ｆ２’＜ｆ０’＜ｆ１’
ただし、
ｆ０’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【請求項１９】
前記対物レンズ単体での横倍率Ｍが次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
０＜Ｍ＜１　　　　　　（１０）
【請求項２０】
前記収差補正用光学素子は、前記光源からの発散光束の発散角を変換するためのカップリングレンズであることを特徴する請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
【請求項２１】
前記記録再生用光学系は、前記光源からの発散光束の発散角を変換するためのカップリングレンズを有し、前記収差補正用光学素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配置され、正レンズ群と負レンズ群から構成されることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
【請求項２２】
前記光源からの発散光束の発散角を変換するためのカップリングレンズを有し、前記収差補正用光学素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配置された１群１枚構成のプラスチックレンズであることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の記録再生用光学系。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の記録再生用光学系に適用可能な対物レンズ。
【請求項２４】
請求項１乃至乃至２２のいずれか１項に記載の記録再生用光学系に適用可能な収差補正用光学素子。
【請求項２５】
光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系に用いられる対物レンズにおいて、
前記対物レンズは、前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされ、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成の非球面プラスチックレンズであって、次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
ｆ２＜ｆ０＜ｆ１　　　　　（４）
ただし、
ｆ０：前記光源が発生する光の波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：前記光源が発生する光の波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２：前記光源が発生する光の波長よりも前記所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【請求項２６】
光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を、５００ｎｍ以下の波長の光を用いて行う記録再生用光学系に用いられることを特徴とする請求項２５に記載の対物レンズ。
【請求項２７】
次式を満たすことを特徴とする請求項２５または２６に記載の対物レンズ。
０．０５＜ＰＤ１／ＰＴ１＜０．７　　　　　（９）
ＰＤ１：前記対物レンズの第ｉ面に形成された回折構造を透過する前記光源から出射された光束の波面に付加される光路差Φｂｉ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｉ（ｍｍ）の関数として、
Φｂｉ＝ｎｉ・（ｂ２ｉ・ｈｉ２＋ｂ４ｉ・ｈｉ４＋ｂ６ｉ・ｈｉ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｉは第ｉ面に形成された回折構造で発生する前記光源から出射された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、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ１＝Σ（−２・ｂ２ｉ・ｎｉ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＴ１：前記対物レンズ全系のパワー（ｍｍ−１）
【請求項２８】
前記対物レンズの面上に形成された回折構造で発生する所定波長の光のｎ次回折光の回折効率が、前記所定波長の光の、他のいずれの回折次数の回折光の回折効率よりも大きく、前記対物レンズは、前記ｎ次回折光を前記情報記録面上に集光させることで、前記光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行うことを特徴とする請求項２５，２６または２７に記載の対物レンズ。ここで、ｎは、０、±１以外の整数である。
【請求項２９】
光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系に用いられる対物レンズにおいて、
前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、少なくとも２つの異なる波長の光束の回折光が、保護層の厚さが異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数内で、それぞれの光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するような波長特性を有し、次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
ｆ２’＜ｆ０’＜ｆ１’　　　　　（８）
ただし、
ｆ０’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【請求項３０】
前記対物レンズは、前記２つの異なる波長の光束のうち短波長の光束の回折光が、前記２種類の光情報記録媒体のうち保護層の薄い光情報記録媒体に対して良好な波面を形成し、前記２つの異なる波長の光束のうち長波長の光束の回折光が、前記２種類の光情報記録媒体のうち保護層の厚い光情報記録媒体に対して良好な波面を形成するような波長特性を有することを特徴とする請求項２９に記載の対物レンズ。
【請求項３１】
前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長は５００ｎｍ以下であって、前記対物レンズは、保護層の厚さが異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体のうち、最も保護層の薄い光情報記録媒体側への情報の記録および／または情報の再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされたことを特徴とする請求項２９または３０に記載の対物レンズ。
【請求項３２】
前記対物レンズの回折面のうち、少なくとも１つの回折面は、その最大有効径位置における、前記複数の同心状の輪帯段差のうち隣接する輪帯段差の光軸に垂直な方向の間隔をＰｆ（ｍｍ）、前記最大有効径の半分の位置における、前記複数の同心状の輪帯段差のうち隣接する輪帯段差の光軸に垂直な方向の輪帯間隔をＰｈ（ｍｍ）、としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２５乃至３１のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０＜│（Ｐｈ／Ｐｆ）−２│＜１０　　　　　　　（１１）
【請求項３３】
前記対物レンズの光軸上のレンズ厚さをｄ（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項２５乃至３２のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０．８≦ｄ／ｆ≦２．４　　　　　　　　　　（１２）
【請求項３４】
前記対物レンズは両面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されていることを特徴とする請求項２５乃至３３のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項３５】
記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行う記録再生用光学系に用いられる対物レンズにおいて、
前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長の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を有する回折光の回折次数に対して、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち前記最も短波長の光束よりも長い波長の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を有する回折光の回折次数がより低次となるように設定された複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、次式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
ｆ２’＜ｆ０’＜ｆ１’
ただし、
ｆ０：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【請求項３６】
前記少なくとも２つの異なる波長の光束を出射する前記波長が異なる少なくとも２種類の光源が、２つの異なる波長の光束を出射する２種類の光源からなり、前記最も短波長の光束の波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であり、前記最も短波長の光束よりも長い波長の光束の波長が６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項３５に記載の対物レンズ。
【請求項３７】
前記３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ１、前記６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記ｎ１とｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかであることを特徴とする請求項３６に記載の対物レンズ。
【請求項３８】
前記少なくとも２つの異なる波長の光束を出射する前記波長が異なる少なくとも２種類の光源が、３つの異なる波長の光束を出射する３種類の光源からなり、前記最も短波長の光束が波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であり、前記３つの異なる波長の光束のうち前記最も短波長の光束よりも長い光束の波長が６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内及び７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項３５に記載の対物レンズ。
【請求項３９】
前記３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ１、前記６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ２、前記７６０ｎｍ〜８００ｎｍの波長の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を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記ｎ１とｎ２とｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）、（４，３，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることを特徴とする請求項３８に記載の対物レンズ。
【請求項４０】
前記最も記録密度が高い光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．６０〜０．７０の範囲内とされ、前記最も短波長の光束の回折光を、０．５５ｍｍ〜０．６５ｍｍの範囲内の厚さの保護層を介して、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光することを特徴とする請求項３５乃至３９のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項４１】
前記最も記録密度が高い光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされ、前記最も短波長の光束の回折光を、０．０７ｍｍ〜０．１３ｍｍの範囲内の厚さの保護層を介して、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光することを特徴とする請求項３５乃至３９のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項４２】
前記対物レンズ単体での横倍率Ｍが次式を満たすことを特徴とする請求項２５乃至４１のいずれか１項に記載の対物レンズ。
０＜Ｍ＜０．２５　　　　　　　　（１３）
【請求項４３】
前記対物レンズの面上に形成された回折構造は、鋸歯状のブレーズ構造を有し、前記ブレーズ構造は、電子ビーム描画技術を用いて作製された、または、電子ビーム描画技術を用いて作製された金型によるモールド成形で作製されたことを特徴とする請求項２５乃至４２のいずれか１項に記載の対物レンズ。
【請求項４４】
光情報記録媒体ヘの情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系に用いられ、５００ｍｎ以下の波長の光を発生する光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させるための、前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされ、１群１枚構成のプラスチックレンズである対物レンズと、の間の光路中に配置される収差補正用光学素子において、
前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された、プラスチックレンズを少なくとも１つ有し、次式を満たすことを特徴とする収差補正用光学素子。
ＰＤ２＜０　　　　　（２）
ＰＲ２＞０　　　　　（３）
ただし、
ＰＤ２：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの第ｊ面に形成された回折構造を透過する前記光源から出射された光束の波面に付加される光路差Φｂｊ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｊ（ｍｍ）の関数として、
Φｂｊ＝ｎｊ（ｂ２ｊ・ｈｊ２＋ｂ４ｊ・ｈｊ４＋ｂ６ｊ・ｈｊ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｊは第ｊ面に形成された回折構造で発生する前記光源から出射された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、ｂ２ｊ、ｂ４ｊ、ｂ６ｊ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ２＝Σ（−２・ｂ２ｊ・ｎｊ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＲ２：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）
【請求項４５】
前記収差補正用光学素子は、前記光源からの発散光束の発散角を変換するためのカップリングレンズであって、前記カップリングレンズは、少なくとも１つの面上に複数の同心円状の輪帯段差からなる回折構造が形成された１群１枚構成のプラスチックレンズであることを特徴とする請求項４４に記載の収差補正用光学素子。
【請求項４６】
前記カップリングレンズの光源側の開口数は、０．１５以上０．５０以下であることを特徴とする請求項４５に記載の収差補正用光学素子。
【請求項４７】
前記記録再生用光学系は、前記光源からの発散光束の発散角を変換するためのカップリングレンズを有し、前記収差補正用光学素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配置され、正レンズ群と負レンズ群との２群から構成されることを特徴とする請求項４４に記載の収差補正用光学素子。
【請求項４８】
前記正レンズ群と前記負レンズ群はともに１つのプラスチックレンズから構成され、前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された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４７に記載の収差補正用光学素子。
【請求項４９】
前記正レンズ群は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された１つのプラスチックレンズから構成され、前記負レンズ群は、前記正レンズ群のプラスチックレンズよりもアッベ数が小さい１つのガラスレンズから構成され、前記正レンズ群の焦点距離をｆＰ（ｍｍ）、前記負レンズ群の焦点距離をｆＮ（ｍｍ）としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項４７に記載の収差補正用光学素子。
１．２≦｜ｆＰ／ｆＮ｜≦２．４　　　　　　　（１４）
【請求項５０】
前記光源からの発散光束の発散角を変換するためのカップリングレンズを有し、前記収差補正用光学素子は、前記カップリングレンズと前記対物レンズとの間の光路中に配置された、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された１群１枚構成のプラスチックレンズであることを特徴とする請求項４４に記載の収差補正用光学素子。
【請求項５１】
前記収差補正用光学素子は、２つ以上の面上に輪帯状の回折構造が形成されていることを特徴とする請求項４４乃至５０のいずれか１項に記載の収差補正用光学素子。
【請求項５２】
前記収差補正用光学素子の面上に形成された回折構造で発生する所定波長の光のｎ次回折光の回折効率が、前記所定波長の光の、他のいずれの回折次数の回折光の回折効率よりも大きいことを特徴とする請求項４４乃至５１のいずれか１項に記載の収差補正用光学素子。ここで、ｎは、０、±１以外の整数である。
【請求項５３】
前記収差補正用光学素子の面上に形成された回折構造は、マクロ的に凸である面上に形成されたことを特徴とする請求項４４乃至５２のいずれか１項に記載の収差補正用光学素子。
【請求項５４】
少なくとも光源と、前記光源から出射される光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光する集光光学系と、前記情報記録面で反射した光束を受光し、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器と、を備えた光情報記録媒体の光ピックアップ装置であって、前記集光光学系は、請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の光情報記録媒体の記録再生用光学系であることを特徴とする光情報記録媒体の光ピックアップ装置。
【請求項５５】
請求項５４に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする音声および／または画像の記録装置、および／または、音声および／または画像の再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体への情報の記録および再生の少なくとも一方を行う記録再生用光学系、対物レンズ、収差補正用光学素子、光ピックアップ装置、及び記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ光源と、開口数（ＮＡ）が０．８５程度まで高められた対物レンズを用いた新しい高密度光ディスクシステムの研究・開発が進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、使用波長４００ｎｍの光ディスク（以下、本明細書では波長３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを記録又は再生用の光源として使用する光ディスクを総称して「高密度ＤＶＤ」と呼ぶ。）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、使用波長６５０ｎｍ、記憶容量４．７ＧＢ）と同程度の大きさで、２０〜３０ＧＢの情報の記録が可能である。
【０００３】
高密度ＤＶＤシステムに好適な高ＮＡ対物レンズとして、特開平１０−１２３４１０公報に記載されている２群２枚構成の対物レンズが公知である。この対物レンズは、高ＮＡの光線に対する光学面の屈折力を４つの面に分割することで、個々のレンズの製造誤差感度を小さくしたものであるが、個々のレンズを組み立てる工程が必要となる分、製造コストが増大するという課題がある。製造コストの観点から、かかる高密度ＤＶＤシステムにおいても、ＣＤシステムやＤＶＤシステムのように、対物レンズを１群１枚構成とするのが望まれる。そして、さらなる低コスト化のためには、高密度ＤＶＤシステム用の対物レンズをプラスチックレンズとするのがより望ましい。
【０００４】
高密度ＤＶＤシステムに好適なプラスチック対物レンズとして、本発明者の１人は他の発明者とともに、特開２００１−３２４６７３公報に記載されているような対物レンズを提案した。しかし、ＮＡが０．８５程度であるプラスチックレンズでは、環境温度が変化した際に、プラスチックの屈折率変化により発生する波面収差の変化が大きく、実使用上問題となる。図１に、一例として、ＮＡ０．８５、焦点距離２．２ｍｍ、設計基準波長４０５ｎｍである１群１枚構成のプラスチックレンズの温度変化に対する波面収差変化の様子を示す。図１から、開口数０．８５のプラスチックレンズは、±１５度程度の温度変化でマレシャル限界を超えてしまうので、このままでは、光ディスクプレーヤー用の対物レンズとして使用することができない。
【０００５】
そこで、高ＮＡのプラスチック対物レンズを光ディスクプレーヤーで使用する場合には、何らかの手段によって、温度変化による波面収差の変化を補償する必要がある。本発明者の１人は、高ＮＡのプラスチック対物レンズの温度変化による波面収差の変化を補償する光ピックアップ装置として、特開２００２−０８２２８公報に記載されているような光ピックアップ装置を提案した。
【０００６】
しかし、この光ピックアップ装置では、温度変化による波面収差の変化を光検出器により動的に検出しながら、波面収差の変化を補償する収差補正手段を作動させる必要があるため、温度変化による波面収差の変化を動的に検出する手段、および、その検出結果に応じて収差補正手段を作動させる手段が必要となる分、光ピックアップ装置の製造コストが増大する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高ＮＡの１群１枚構成のプラスチック対物レンズを使用する光ディスクの記録再生用光学系において、対物レンズの温度変化による波面収差の変化を補償することができる記録再生用光学系を提供することを目的とする。特に、温度変化による対物レンズの波面収差の変化を動的に検出する必要がなく、安価に製造できる記録再生用光学系を提供することを目的とする。
【０００８】
また、この記録再生用光学系を搭載した光ディスクの光ピックアップ装置、および、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクの記録再生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、高ＮＡの１群１枚構成のプラスチック対物レンズの温度変化による波面収差の変化を補償することができる記録再生用光学系に好適な対物レンズおよび収差補正用光学素子を提供することも本発明の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による第１の記録再生用光学系は、光源と、前記光源から出射された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された収差補正用光学素子と、を含む光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系において、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、次式（１）、（２）、（３）を満たすことを特徴とする。
【００１１】
ＰＤ１＞０　　　　　　　　　（１）
ＰＤ２＜０　　　　　　　　　（２）
ＰＲ２＞０　　　　　　　　　（３）
【００１２】
ただし、
ＰＤ１：前記対物レンズの第ｉ面に形成された回折構造を透過する前記光源から出射された光束の波面に付加される光路差Φｂｉ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｉ（ｍｍ）の関数として、
Φｂｉ＝ｎｉ・（ｂ２ｉ・ｈｉ２＋ｂ４ｉ・ｈｉ４＋ｂ６ｉ・ｈｉ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｉは第ｉ面に形成された回折構造で発生する前記光源から出射された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、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ１＝Σ（−２・ｂ２ｉ・ｎｉ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＤ２：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの第ｊ面に形成された回折構造を透過する前記光源から出射された光束の波面に付加される光路差Φｂｊ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｊ（ｍｍ）の関数として、
Φｂｊ＝ｎｊ（ｂ２ｊ・ｈｊ２＋ｂ４ｊ・ｈｊ４＋ｂ６ｊ・ｈｊ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｊは第ｊ面に形成された回折構造で発生する前記光源から出射された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、ｂ２ｊ、ｂ４ｊ、ｂ６ｊ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ２＝Σ（−２・ｂ２ｊ・ｎｊ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＲ２：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）
【００１３】
プラスチックレンズは、良く知られているように、温度上昇によって屈折率が小さくなる方向に変化するので、プラスチックレンズを１群１枚で構成すると、温度上昇によって球面収差が補正過剰方向に変化する。本発明による第１の記録再生用光学系は、この温度変化による球面収差の変化を打ち消すために、光源と１群１枚構成のプラスチックレンズである対物レンズとの間の光路中に、（３）式を満足するような、正の屈折パワーを有するプラスチックレンズを有する収差補正用光学素子を備える。
【００１４】
温度上昇によってプラスチックレンズの屈折力は小さくなるので、収差補正用光学素子から出射する光束の上方マージナル光線の傾角は、収差補正用光学素子に含まれるプラスチックレンズが（３）式を満足することにより、対物レンズの横倍率が小さくなる方向に変化する。対物レンズの横倍率が小さくなると、補正不足方向の球面収差が発生するので、屈折率変化により補正過剰方向に変化した対物レンズの球面収差を打ち消すことができる。
【００１５】
しかし、図１に示すように、高ＮＡのプラスチックレンズにおいては、温度変化による球面収差の変化量が大きいために、温度変化による対物レンズの球面収差の変化を打ち消しきれずに、残存してしまう恐れがある。そこで、収差補正用光学素子のプラスチックレンズの少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造を形成し、その回折パワーが（２）式を満足するようにした。これにより、温度変化による、収差補正用光学素子から出射する光束の上方マージナル光線の傾角の変化量を任意に選択することが可能となる。この結果、温度変化による球面収差の変化量が大きい高ＮＡのプラスチック対物レンズを使用する場合であっても、収差補正用光学素子のプラスチックレンズのトータルパワーを一定に保ちながら、収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、トータルパワーに対する回折パワーの比の絶対値を大きく設定することで、所望の屈折パワーを得ることができるので、温度変化による対物レンズの球面収差の変化を良好に打ち消すことができる。
【００１６】
なお、収差補正用光学素子が複数のプラスチックレンズを有する場合は、（３）式におけるＰＲ２は、収差補正用光学素子に含まれるすべてのプラスチックレンズの屈折パワーの総和であり、収差補正用光学素子は、収差補正用光学素子に含まれるプラスチックレンズのうち、少なくとも１つのプラスチックレンズが、少なくとも１つの回折面を有するように構成される。この場合、（２）式におけるＰＤ２は、収差補正用光学素子に含まれるプラスチックレンズに形成されたすべての回折面の回折パワーの総和である。
【００１７】
ところで、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する場合には、光学系で発生する軸上色収差が問題となる。半導体レーザから出射されるレーザ光は一般に単一波長（シングルモード）であり、軸上色収差は発生しないと思われているが、実際には温度変化や出力変化等により中心波長が瞬時的に数ｎｍとぶ、モードホッピングを起こす場合がある。モードホッピングによる波長の変化は数ｎｍ程度と微少であるが、波長が４００ｎｍ程度と短い青紫色半導体レーザを使用する場合は、モードホッピングによるわずかな波長変化であっても、対物レンズで発生する軸上色収差は大きな量となる。これは、４００ｎｍの波長領域では、光学材料の分散が非常に大きくなるためである。したがって、青紫色半導体レーザを光源に使用する場合には、光学系の軸上色収差を補正しておく必要がある。
【００１８】
ところが、収差補正用光学素子のプラスチックレンズの回折パワーが（２）式を満たすので、収差補正素子で発生する軸上色収差は、収差補正用光学素子のプラスチックレンズが回折レンズでない場合に比べてより大きくなる。そのため、青紫色半導体レーザのような短波長光源を使用する場合には、モードホッピングが起きると良好な集光性能を維持することができなくなる。
【００１９】
そこで、対物レンズの少なくとも１つの面上に、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造を形成し、その回折パワーが（１）式を満足するようにした。これにより、収差補正用光学素子のプラスチックレンズの回折構造によって増大された軸上色収差をキャンセルすることができるので、収差補正用光学素子と対物レンズとを透過して光情報記録媒体の情報記録面上に集光された光束は、常に軸上色収差が小さく抑えられた状態となる。
【００２０】
さらに、対物レンズの回折パワーが（１）式を満足すると、対物レンズの屈折レンズとしての屈折パワーは、対物レンズに回折構造が形成されていない場合に比べて、回折パワー分だけ小さくなるので、温度変化時の屈折率変化による対物レンズの球面収差の変化量が小さくなる。従って、それを補正するのに必要な、収差補正用光学素子のプラスチックレンズの屈折パワーが小さくて済むので、収差補正用光学素子のプラスチックレンズが製造しやすくなる。
【００２１】
つまり、本発明による第１の記録再生用光学系によると、収差補正用光学素子と対物レンズとを透過して光情報記録媒体の情報記録面上に集光された光束は、温度変化した場合でも、球面収差が小さく抑えられた状態であるとともに、半導体レーザ光源がモードホッピングを起こした場合でも、軸上色収差が小さく抑えられた状態であるので、常に良好な集光性能を維持できる。特に、特開２００２−０８２２８０公報に記載されている光ピックアップ装置のように温度変化による対物レンズの波面収差の変化を動的に検出する必要がないので、本発明による第１の記録再生用光学系を塔載した光ピックアップ装置を安価に製造できる。
【００２２】
上記第１の記録再生用光学系では、光源は、５００ｎｍ以下の波長の光を発生し、対物レンズは、光情報記録媒体側の閉口数が０．７５以上とされることが好ましく、光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされることがより好ましい。
【００２３】
また、第１の記録再生用光学系において、対物レンズが次の（４）式を満たすような波長特性を有することが好ましい。
【００２４】
ｆ２＜ｆ０＜ｆ１　　　　　　（４）
【００２５】
ただし、
ｆ０：前記光源が発生する光の波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：前記光源が発生する光の波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２：前記光源が発生する光の波長よりも前記所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【００２６】
上記（４）式は、回折構造の作用によって、対物レンズに入射する光の波長が所定の波長差だけ短くなった場合に、対物レンズのバックフォーカスが長くなる方向に変化し、対物レンズに入射する光の波長が所定の波長差だけ長くなった場合に、対物レンズのバックフォーカスが短くなる方向に変化することを意味する。これにより、温度変化による対物レンズの球面収差の変化を、収差補正用光学素子の作用によって良好に打ち消すとともに、収差補正用光学素子と対物レンズとを透過して光情報記録媒体の情報記録面上に集光された光束の軸上色収差を小さく抑えることができる。
【００２７】
本発明による第２の記録再生用光学系は、波長が異なる少なくとも２種類の光源と、前記光源から出射された少なくとも２つの異なる波長の光束を、情報記録面を保護するための保護層の厚さが異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズと、を含む光情報記録媒体へ情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系において、前記記録再生用光学系は、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長の光束を発生する光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置された収差補正用光学系素子を有し、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、前記少なくとも２つの異なる波長の光束の回折光が、前記少なくとも２種類の光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数内で、それぞれの光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するような波長特性を有し、前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、次式（５）、（６）、（７）を満たすことを特徴とする。
【００２８】
ＰＤ１’＞０　　　　　（５）
ＰＤ２’＜０　　　　　（６）
ＰＲ２’＞０　　　　　（７）
【００２９】
ただし、
ＰＤ１’：前記対物レンズの第ｉ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｉ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｉ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｉ＝ｎｉ・（ｂ２ｉ・ｈｉ２＋ｂ４ｉ・ｈｉ４＋ｂ６ｉ・ｈｉ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｉは第ｉ面に形成された回折構造で発生する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の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、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ６ｉ、・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ１’＝Σ（−２・ｂ２ｉ・ｎｉ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＤ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの第ｊ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｊ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｊ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｊ＝ｎｊ・（ｂ２ｊ・ｈｊ２＋ｂ４ｊ・ｈｊ４＋ｂ６ｊ・ｈｊ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｊは第ｊ面に形成された回折構造で発生する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の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、ｂ２ｊ、ｂ４ｊ、ｂ６ｊ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ２’＝Σ（−２・ｂ２ｊ・ｎｊ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＲ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）
【００３０】
即ち、第２の記録再生用光学系は、対物レンズに形成された回折構造の作用により、それぞれ波長が異なる複数の光を、保護層の厚さが異なる複数種類の光情報記録媒体の、それぞれの情報記録面上に集光させることで、１つの対物レンズで、保護層の厚さが異なる複数種類の光情報記録媒体への情報の記録再生を行える記録再生用光学系において、前記波長のうち最も短波長の光を発生する光源と前記対物レンズとの間の光路中に収差補正用光学素子を配置したことを特徴とする。
【００３１】
対物レンズに形成された回折構造は、短波長の光束の回折光が、保護層の薄い光情報記録媒体に対して良好な波面を形成し、長波長の光束の回折光が、保護層の厚い光情報記録媒体に対して良好な波面を形成するような波長特性を有することで、保護層の厚さの異なる複数種類の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行うのに使用する光の波長を選択的に切り換えることにより、それぞれの情報記録面上に、それぞれの波長の光を集光させることができるので、１つの対物レンズで、保護層の厚さの異なる複数種類の光情報記録媒体への情報の記録再生が行える。
【００３２】
なお、本明細書において、「良好な波面を形成する」或いは「良好な波面を形成するような」とは波面収差ＲＭＳ値が０．０７λ以下となるように入射光束を集光することを指し、「回折限界内で集光する」、若しくは「マレシャル限界内で集光する」ことと同義である。
【００３３】
さらに、５００ｎｍ以下の波長の光が、保護層の厚さの異なる複数種類の光情報記録媒体のうち、保護層の最も薄い光情報記録媒体に対して、０．７５以上の開口数内で、回折限界内となるように集光されるように回折構造を決定することで、高密度ＤＶＤと、ＤＶＤ、および／または、ＣＤを１つの対物レンズでコンパチブルに記録再生できる。
【００３４】
より好ましくは、５００ｎｍ以下の波長の光が、保護層の厚さの異なる複数種類の光情報記録媒体のうち、保護層の最も薄い光情報記録媒体に対して、０．８０以上の開口数内で、回折限界内となるように集光されることである。
【００３５】
このとき、記録再生用の光ビームとして、高密度ＤＶＤでは、２次以上の高次回折光を使用し、ＤＶＤ、および／または、ＣＤでは、それよりも低次の回折光を使用するのが好ましい。これにより、波長４００ｎｍの高密度ＤＶＤの波長領域と、波長６５０ｎｍのＤＶＤの波長領域と、および／または、波長７８０ｎｍのＣＤの波長領域と、のそれぞれの波長領域の光に対して高い回折効率が得られる。例えば、高密度ＤＶＤとＤＶＤとに対してコンバチブルな対物レンズの場合、高密度ＤＶＤで２次回折光、ＤＶＤで１次回折光、あるいは、高密度ＤＶＤで３次回折光、ＤＶＤで２次回折光を使用するとよい。また、高密度ＤＶＤとＤＶＤとＣＤとに対してコンパチブルな対物レンズの場合、高密度ＤＶＤで２次回折光、ＤＶＤで１次回折光、ＣＤで１次回折光、あるいは、高密度ＤＶＤで６次回折光、ＤＶＤで４次回折光、ＣＤで３次回折光を使用するとよい。
【００３６】
そして、この対物レンズは、１群１枚構成のプラスチックレンズであり、対物レンズに形成された回折構造は、（５）式を満たすような回折パワーを有する。
【００３７】
さらに、収差補正用光学素子は、少なくとも１枚のプラスチックレンズを有し、プラスチックレンズの屈折パワーは（７）式を満たす。また、このプラスチックレンズの少なくとも１つの面上には回折構造が形成されており、その回折パワーは、（６）式を満たす。
【００３８】
すなわち、本発明による第２の記録再生用光学系において、高密度ＤＶＤに対して情報の記録再生を行う場合に、第１の記録再生用光学系と同様の作用効果により、収差補正用光学素子と対物レンズとを透過して光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、最も短波長の光束は、温度変化した場合でも、球面収差が小さく抑えられた状態であるとともに、半導体レーザ光源が、モードホッピングを起こした場合でも、軸上色収差が小さく抑えられた状態となるので、高密度ＤＶＤに対して常に良好な集光性能を維持でき、高密度ＤＶＤに対して安定して情報の記録再生が行える。
【００３９】
上記第２の記録再生用光学系において、対物レンズが次の（８）式を満たすような波長特性を有することが好ましい。
【００４０】
ｆ２＜ｆ０＜ｆ１　　　　　（８）
【００４１】
ただし、
ｆ０：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうら、最も短波長よりも所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【００４２】
上記（８）式は、回折構造の作用によって、最も短波長の光の波長が所定の波長差だけ短くなった場合に、対物レンズのバックフォーカスが長くなる方向に変化し、最も短波長の光の波長が所定の波長差だけ長くなった場合に、対物レンズのバックフォーカスが短くなる方向に変化することを意味する。これにより、高密度ＤＶＤへの情報の記録再生時に、対物レンズの温度変化による球面収差の変化を、収差補正用光学素子の作用によって良好に打ち消すとともに、収差補正用光学素子と対物レンズとを透過して光情報記録媒体の情報記録面上に集光された光束の軸上色収差を小さく抑えることができる。
【００４３】
本発明による第３の記録再生用光学系は、波長が異なる少なくとも２種類の光源と、前記光源から出射された少なくとも２つの異なる波長の光束を、記録密度が異なる少なくとも２種類の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズと、を含む光情報記録媒体への情報の記録および／または情報の再生を行う記録再生用光学系において、前記記録再生用光学系は、前記光源と前記対物レンズの間の光路のうち、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束が通過する光路中に少なくとも配置された収差補正用光学素子を有し、前記対物レンズは、少なくとも１つの面が非球面とされ、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長の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を有する回折光の回折次数に対して、前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち前記最も短波長の光束よりも長い波長の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を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設定された複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を少なくとも１つ有する１群１枚構成のプラスチックレンズであって、前記最も短波長の光束の回折光が前記少なくとも２種類の光情報記録媒体のうち最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成し、前記最も短波長の光束よりも長い波長の光束の回折光が前記少なくとも２種類の光情報記録媒体のうち前記最も記録密度が高い光情報記録媒体よりも記録密度が低い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するような波長特性を有し、前記収差補正用光学素子は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズを少なくとも１つ有し、次式（ａ），（ｂ），（ｃ）を満たすことを特徴とする。
【００４４】
ＰＤ１’＞０　　　　　（ａ）
ＰＤ２’＜０　　　　　（ｂ）
ＰＲ２’＞０　　　　　（ｃ）
【００４５】
ただし、
ＰＤ１’：前記対物レンズの第ｉ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｉ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｉ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｉ＝ｎｉ・（ｂ２ｉ・ｈｉ２＋ｂ４ｉ・ｈｉ４＋ｂ６ｉ・ｈｉ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｉは第ｉ面に形成された回折構造で発生する前記最も短波長の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、ｂ２ｉ、ｂ４ｉ、ｂ６ｉ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ１’＝Σ（−２・ｂ２ｉ・ｎｉ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＤ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの第ｊ面に形成された回折構造を透過する前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち最も短波長の光束の波面に付加される光路差Φ’ｂｊ（ｍｍ）を光軸からの高さｈｊ（ｍｍ）の関数として、
Φ’ｂｊ＝ｎｊ・（ｂ２ｊ・ｈｊ２＋ｂ４ｊ・ｈｊ４＋ｂ６ｊ・ｈｊ６＋・・・）
により定義される光路差関数で表したとき（ここで、ｎｊは第ｊ面に形成された回折構造で発生する前記最も短波長の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、ｂ２ｊ、ｂ４ｊ、ｂ６ｊ・・・はそれぞれ２次、４次、６次、・・・の光路差関数係数（回折面係数ともいう）である）、
ＰＤ２’＝Σ（−２・ｂ２ｊ・ｎｊ）により定義される、回折レンズとしての回折パワー（ｍｍ−１）
ＰＲ２’：前記収差補正用光学素子のプラスチックレンズの、屈折レンズとしての屈折パワー（ｍｍ−１）
【００４６】
即ち、第３の記録再生用光学系は、対物レンズに形成された回折構造の作用により、それぞれ波長が異なる複数の光を、記録密度が異なる複数種類の光情報記録媒体の、それぞれの情報記録面上に集光させることで、１つの対物レンズで、記録密度が異なる複数種類の光情報記録媒体への情報の記録再生を行える記録再生用光学系において、前記光源と前記対物レンズとの間の光路のうち短波長の光束が通過する光路中に収差補正用光学素子を配置したことを特徴とする。
【００４７】
対物レンズに形成された回折構造は、複数の波長の光束のうち、短波長の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を有する回折光の回折次数に対して、長波長の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を有する回折光の回折次数がより低次となるように決定された複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成された回折面を有することで、記録密度の異なる複数種類の光情報記録媒体に対して、情報の記録再生を行うのに使用する光の波長を選択的に切り換えることにより、それぞれの情報記録面上に、それぞれの波長の光を光量損失がほとんどなく集光させることができるので、１つの対物レンズで、記録密度の異なる複数種類の光情報記録媒体への情報の記録再生が行える。
【００４８】
前記少なくとも２つの異なる波長の光束を出射する前記波長が異なる少なくとも２種類の光源が、２つの異なる波長の光束を出射する２種類の光源からなり、前記最も短波長の光束の波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であり、前記最も短波長の光束よりも長い波長の光束の波長が６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内であるように構成することで、例えば高密度ＤＶＤとＤＶＤとを１つの対物レンズでコンパチブルに記録再生できる。この場合、前記対物レンズは、前記３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ１、前記６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ２としたとき、前記ｎ１とｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかであることが好ましく、これにより、各光源からのそれぞれの波長領域に対して高い回折効率を維持することができ、光量損失を抑えることができる。
【００４９】
また、前記少なくとも２つの異なる波長の光束を出射する前記波長が異なる少なくとも２種類の光源が、３つの異なる波長の光束を出射する３種類の光源からなり、前記最も短波長の光束が波長が３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であり、前記３つの異なる波長の光束のうち前記最も短波長の光束よりも長い光束の波長が６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内及び７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内であるように構成することで、例えば高密度ＤＶＤと、ＤＶＤと、ＣＤとを１つの対物レンズでコンパチブルに記録再生できる。この場合、前記対物レンズは、前記３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ１、前記６３０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲内の波長の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を有する回折光の回折次数をｎ２、前記７６０ｎｍ〜８００ｎｍの波長の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を有する回折光の回折次数をｎ３としたとき、前記ｎ１とｎ２とｎ３の組合せが、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）、（４，３，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかであることが好ましい。
【００５０】
また、前記収差補正用光学素子は、前記光源と前記対物レンズの間の光路のうち、前記最も短波長の光束と前記最も短波長の光束よりも長い波長の光束が共に通過する光路中に配置され、前記収差補正用光学素子の面上に形成された前記回折構造は、前記最も短波長の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を有する回折光の回折次数に対して、前記最も短波長の光束よりも長い波長の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を有する回折光の回折次数がより低次数となるように設定されていることが好ましい。
【００５１】
また、前記対物レンズは、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．６０〜０．７０の範囲内とされ、前記最も短波長の光束の回折光を、０．５５ｍｍ〜０．６５ｍｍの範囲内の厚さの保護層を介して、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するように構成される。
【００５２】
また、前記対物レンズは、前記対物レンズは、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体への情報の記録および／または再生を行うのに必要な所定の光情報記録媒体側の開口数が０．８０以上とされ、前記最も短波長の光束の回折光を、０．０７ｍｍ〜０．１３ｍｍの範囲内の厚さの保護層を介して、前記最も記録密度が高い光情報記録媒体の情報記録面上に良好な波面を形成するように集光するように構成される。
【００５３】
更に、第３の記録再生用光学系では、次式（ｄ）を満たすことが好ましい。
ｆ２’＜ｆ０’＜ｆ１’　　　　（ｄ）
【００５４】
ただし、
ｆ０’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ１’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ短い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
ｆ２’：前記少なくとも２つの異なる波長の光束のうち、最も短波長よりも所定の波長差だけ長い波長における、前記対物レンズ全系の焦点距離（ｍｍ）
【００５５】
本発明による第３の記録再生用光学系において、高密度ＤＶＤ及びＤＶＤに対して情報の記録再生を行う場合に、収差補正用光学素子と対物レンズとを透過して光情報記録媒体の情報記録面上に集光された、短波長の光束は、温度変化した場合でも、球面収差が小さく抑えられた状態であるとともに、半導体レーザ光源が、モードホッピングを起こした場合でも、軸上色収差が小さく抑えられた状態となるので、高密度ＤＶＤ及びＤＶＤに対して常に良好な集光性能を維持でき、高密度ＤＶＤ及びＤＶＤに対して安定して情報の記録再生が行える。
【００５６】
上記第１及び第２の記録再生用光学系において、対物レンズが、（４）式、または、（８）式を満たすような波長特性を有するためには、対物レンズの回折パワーが次の（９）式を満足するように回折構造を決定するとよい。
【００５７】
０．０５＜ＰＤ１／ＰＴ１＜０．７　　　　　（９）
ＰＴ１：前記対物レンズ全系のパワー（ｍｍ−１）
【００５８】
上記（９）式の下限以上で、対物レンズ全系のパワーに対して、回折パワーが不足しすぎないので、（２）式、または、（６）式を満たす収差補正用光学素子と、対物レンズとを組合わせたときの軸上色収差が補正不足にならない。また、（９）式の上限以下で、対物レンズ全系のパワーに対して、回折パワーが過剰になりすぎないので、（２）式、または、（６）式を満たす収差補正用光学素子と、対物レンズとを組合わせたときの軸上色収差が補正過剰にならない。
【００５９】
本発明による記録再生用光学系において、前記対物レンズの回折面のうち、少なくとも１つの回折面は、その最大有効径位置における、前記複数の同心状の輪帯段差のうち隣接する輪帯段差の光軸に垂直な方向の間隔をＰｆ（ｍｍ）、前記最大有効径の半分の位置における、前記複数の同心状の輪帯段差のうち隣接する輪帯段差の光軸に垂直な方向の輪帯間隔をＰｈ（ｍｍ）、としたとき、次式（１１）を満たすことが好ましい。
【００６０】
０＜│（Ｐｈ／Ｐｆ）−２│＜１０　　　　　　　（１１）
【００６１】
上記（１１）式は、回折作用によって、対物レンズに入射する光の波長が変化した場合の、球面収差の変化量を所望の値にするための条件である。本発明による記録再生用光学系の対物レンズにおいては、対物レンズに入射する光の波長が変化する場合に、以下のいずれかを満たすように回折構造を決定するのが好ましい。
【００６２】
第１に、対物レンズに入射する光の波長が変化しても、対物レンズの球面収差が殆ど変化しない場合である。これにより、製造誤差により発振波長がずれた光源を使用することが可能となるので、光源を選択する必要がなくなる分、記録用再生用光学系を低コストで製造することができる。
【００６３】
第２に、対物レンズに入射する光の波長が長くなった場合に、対物レンズの球面収差が補正不足方向に変化する場合である。半導体レーザ光源は、温度上昇により光の発振モードが変化し、発振波長が長波長側に変化する。一方、１群１枚構成のプラスチックレンズでは、温度上昇によりプラスチックの屈折率が小さくなるので、球面収差が補正過剰方向に変化する。すなわち、回折作用によって、対物レンズに入射する光の波長が長くなった場合に、対物レンズの球面収差が補正不足方向に変化するようにしておくことで、温度変化時の波長変化による球面収差の変化と、屈折率変化による球面収差の変化とをキャンセルさせることができる。したがって、温度変化による対物レンズ単体の球面収差の変化量を小さくすることができるので、収差補正用光学素子の回折パワー、および／または、屈折パワーが小さくてすむ。その結果、収差補正用光学素子が製造しやすくなる。
【００６４】
本発明による記録再生用光学系において、対物レンズの光軸上のレンズ厚さをｄ（ｍｍ）、焦点距離をｆ（ｍｍ）としたとき、次式（１２）を満たすことが好ましい。
【００６５】
０．８≦ｄ／ｆ≦２．４　　　　　　　　　　（１２）
【００６６】
上記（１２）式は、１群１枚構成の高ＮＡプラスチック対物レンズにおいて、十分な縁厚、および、十分な作動距離、および、良好な像高特性を得るための条件である。
【００６７】
（１２）式の下限以上で、縁厚が小さくなりすぎないので成形がしやすい。また、光束入射面の非球面の最大有効径位置における見込角度（非球面の法線と光軸がなす角度）が大きくなり過ぎないので、金型加工が正確にできる。（１２）式の上限以上で、対物レンズに斜め光束が入射したときの、波面収差の非点収差成分の発生が大きくなりすぎないので、像高特性の良好な対物レンズが得られる。また、光軸上のレンズ厚さが大きくなり過ぎないので、対物レンズを軽量にすることができ、さらに、作動距離を十分に確保することができる。なお、対物レンズが、情報の記録再生に使用する光束の波長と記録密度が異なる複数種類の光情報記録媒体に対してコンパチブルな対物レンズである場合には、（１２）式におけるｆは、最も短波長における、対物レンズ全系の焦点距離となる。
【００６８】
本発明による記録再生用光学系において、対物レンズ単体での横倍率Ｍが（１０）式を満たすことが好ましい。より好ましくは、対物レンズ単体での横倍率Ｍが（１３）式を満たすことである。
【００６９】
０＜Ｍ＜１　　　　　　　（１０）
【００７０】
０＜Ｍ＜０．２５　　　　（１３）
【００７１】
対物レンズを、虚物点からの収斂光束に対して収差が最小となるように収差補正しておくことで、無限遠物点からの平行光束に対して収差が最小となるように収差補正する場合に比べて、温度変化による球面収差の変化を小さくできる。これにより、温度変化による対物レンズの球面収差の変化を打ち消す際の、収差補正用光学素子の負担が減るので、収差補正用光学素子の回折パワー、および／または、屈折パワーが小さくてすむ。その結果、収差補正用光学素子が製造しやすくなる。
【００７２】
なお、対物レンズが、情報の記録再生に使用する光束の波長と記録密度が異なる複数種類の光情報記録媒体に対してコンパチブルな対物レンズである場合には、（１０）式におけるＭは、情報の記録再生に使用する光束の波長が最も短く、記録密度が最も高い光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行う際の、対物レンズ単体の横倍率である。この横倍率と、光束の波長が長く、記録密度が低い光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行う際の対物レンズ単体の横倍率とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００７３】
また、対物レンズ単体での横倍率が（１０）式を満たす場合には、本発明による記録再生用光学系は、光源と対物レンズとの間の光路中に、光源からの発散光束を収斂光束に変換するためのカップリングレンズを有することが好ましい。このカップリングレンズは、収差補正用光学素子と同一の光学素子であってもよいし、それぞれ別の光学素子であってもよいが、記録再生用光学系の部品点数の削減、および、低コスト化の観点から、同一の光学素子であるのが好ましい。そして、カップリングレンズを介した収斂光束は、回折限界内で一点に集光することが好ましい。
【００７４】
本発明による記録再生用光学系において、温度変化による対物レンズの球面収差の変化の補償と、光学系の軸上色収差の補償とを両立した場合、対物レンズの隣合う回折輪帯の光軸に垂直な方向の間隔（以下、本明細書では「輪帯ピッチ」と呼ぶ）は、数μｍ程度となる。輪帯ピッチが小さいと、回折輪帯形状の製造誤差による回折効率の低下への影響が大きいので、十分な光利用効率が得られない恐れがある。また、輪帯ピッチが、波長の１０倍程度以下になると、回折構造に入射する光の偏光方向の回折効率への影響が無視できなくなり、回折効率の理論値が１００％より小さい値となる。そこで、対物レンズの輪帯ピッチを緩和するために、対物レンズの両面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造を形成することで、対物レンズの両面を回折面として回折パワーを２つの回折面に振り分けることで、１つの回折面あたりの、輪帯ピッチを緩和するのが好ましい。
【００７５】
さらに、対物レンズの輪帯ピッチを緩和するために、対物レンズの回折構造で発生する回折光のうち、２次以上の高次の回折光が最大の回折効率を有するようにして、この高次回折光を光情報記録媒体の記録再生用の光ビームとして用いるとよい。例えば、２次回折光を記録再生用の光ビームとして用いる場合には、１次回折光を使用する場合に比べて、輪帯ピッチを２倍とすることができる。対物レンズの両面が回折面とされた場合には、どちらか一方の回折面の回折構造を、２次以上の高次の回折光が最大の回折効率を有するように決定してもよいが、両方の回折面で高次の回折光が最大の回折効率を有するように決定するのが好ましい。
【００７６】
本明細書において、回折構造を２次以上の高次の回折光が最大の回折構造を有するように決定するとは、最も光軸に近い回折輪帯の光軸に平行な方向の段差量をｄ（μｍ）、光情報記録媒体への情報の記録再生を行うための光の波長をλ（μｍ）、波長λにおける前記対物レンズの屈折率をＮλとしたとき、
ｍ＝ＩＮＴ（Ｙ）
Ｙ＝ｄ・（Ｎλ−１）／λ
で計算される整数ｍが２以上の整数となることと同義である。尚、ＩＮＴ（Ｙ）はＹを四捨五入して得られる整数である。
【００７７】
また、対物レンズの面上に形成される回折構造は、鋸歯状のブレーズ構造を有し、前記ブレーズ構造は、電子ビーム描画技術を用いて作製されるか、または、電子ビーム描画技術を用いて作製された金型によるモールド成形で作製されることが好ましい。
【００７８】
微細なブレーズ構造を形状誤差少なく作製する技術として、レンズ基板上のレジストに対し、照射量を制御しながら電子ビームを照射した後、現像処理によりレジストの膜厚を変化させ、ブレーズ構造を形成する技術が知られているが、この電子ビーム描画技術により作製、または、電子ビーム描画技術により作製した金型を用いた成形で作製することで、輪帯ピッチが小さくなりがちな対物レンズであっても、形状誤差少なく作製することが可能となる。
【００７９】
本発明による記録再生用光学系において、収差補正用光学素子は、光源からの発散光束を変換するためのカップリングレンズで構成することができる。対物レンズが、保護層の厚さが異なる複数種類の光情報記録媒体に対してコンパチブルな対物レンズである場合には、最も波長の短い波長の光を発生する光源からの発散光束を変換するためのカップリングレンズで構成することができる。そして、カップリングレンズは、（３）式、（７）式、及び（ｃ）式のいずれか１つを満たす屈折パワーを有する少なくとも１つのプラスチックレンズを有し、このプラスチックレンズは、少なくとも１つの回折面を有し、この回折面の回折パワーの総和は、（２）式、（６）式、及び（ｂ）式のいずれか１つを満たす。
【００８０】
カップリングレンズは、（１）光源からの発散光束を、より発散角が小さい発散光束に変換するものであってもよいし、（２）光源からの発散光束を実質的に平行光束に変換するコリメートレンズであってもよいし、（３）光源からの発散光束を収斂光束に変換するものであってもよい。（１）の場合には、カップリングレンズの屈折パワーが小さくてすむので、カップリングレンズが製造しやすくなる。（２）の場合には、フォーカシングによる対物レンズの物点位置の変化がないので、良好なフォーカシング特性を得ることができる。また、（３）の場合には、（１）及び（２）の場合に比べて温度変化による対物レンズの球面収差の変化が小さいので、対物レンズの温度変化による球面収差の変化を打ち消す際の、カップリングレンズの負担が減るので、カップリングレンズが製造しやすくなる。
【００８１】
また、収差補正用光学素子としてのカップリングレンズは、複数のレンズから構成されていてもよいが、記録再生用光学系の部品点数の削減、および、低コスト化の観点から、１群１枚構成のプラスチックレンズであることが好ましい。そして、この場合には、カップリングレンズの光源側の開口数が０．１５以上０．５０以下であることがより好ましく、これにより、温度変化時の屈折パワー変化による、カップリングレンズからの射出光束のマージナル光線の傾角の変化量を十分大きく確保できるので、温度変化時の対物レンズの球面収差の補正に有利である。
【００８２】
本発明による記録再生用光学系において、収差補正用光学素子は、正レンズ群と負レンズ群から構成することができる。この場合、記録再生用光学系は、光源からの発散光束を変換するためのカップリングレンズを有し、収差補正用光学素子は、このカップリングレンズと、対物レンズとの間の光路中に配置される。対物レンズが、保護層の厚さが異なる複数種類の光情報記録媒体に対してコンパチブルな対物レンズである場合には、収差補正用光学素子は、最も波長の短い波長の光を発生する光源からの発散光束を変換するためのカップリングレンズと、対物レンズとの間の光路中に配置された、正レンズ群と負レンズ群との２群から構成することができる。このような形態を有する収差補正用光学素子としては、例えば、コリメートレンズと対物レンズとの平行光束中に配置され、正レンズ群と負レンズ群との２群から構成されたビームエキスパンダーがある。このとき、コリメートレンズをガラスレンズとすると、コリメートレンズと収差補正用光学素子との間の光束を常に平行光束に保つことができるので、ビーム整形プリズムを配置しやすいので好ましい。そして、収差補正用光学素子は、（３）式、（７）式、及び（ｃ）式のいずれか１つを満たす屈折パワーを有する少なくとも１つのプラスチックレンズを有し、このプラスチックレンズは、少なくとも１つの回折面を有し、この回折面の回折パワーの総和は、（２）式、（６）式、及び（ｂ）式のいずれか１つを満たす。
【００８３】
また、正レンズ群と負レンズ群から構成された収差補正用光学素子は、複数のレンズから構成されていてもよいが、記録再生用光学系の部品点数の削減という観点から、２群２枚構成であることが好ましい。さらに、低コスト化の観点から、２群２枚構成のプラスチックレンズであることが好ましい。
【００８４】
一方、収差補正用光学素子の回折構造の輪帯ピッチが小さくなりすぎないようにするためには、前記正レンズ群は、少なくとも１つの面上に複数の同心状の輪帯段差からなる回折構造が形成されたプラスチックレンズであって、前記負レンズ群は、前記正レンズ群のプラスチックレンズよりもアッベ数が小さいガラスレンズであって、前記正レンズ群の焦点距離をｆＰ（ｍｍ）、前記負レンズ群の焦点距離をｆＮ（ｍｍ）としたとき、次式（１４）を満たすことが好ましい。
【００８５】
１．２≦｜ｆＰ／ｆＮ｜≦２．４　　　　　　　（１４）
【００８６】
このように、正レンズを、少なくとも１つの回折面を有するプラスチックレンズとし、負レンズをガラスレンズとし、上記（１４）式を満たすように構成することにより、温度変化時の屈折パワー変化による、収差補正用光学素子からの射出光束のマージナル光線の傾角の変化量を十分大きく確保できる分、収差補正用光学素子の回折構造の輪帯ピッチを緩和できる。さらに、このとき、負レンズのガラスレンズとして、正レンズのプラスチックレンズのアッべ数よりも大きい硝材を選択するのがより好ましく、光学系の軸上色収差の発生を小さく抑えるのに有利となる。
【００８７】
本発明による記録再生用光学系において、収差補正用光学素子は、光源からの発散光束を変換するためのカップリングレンズと対物レンズとの間の光路中に配置された１群１枚構成のプラスチックレンズで構成することができる。対物レンズが、保護層の厚さが異なる複数種類の光情報記録媒体に対してコンパチブルな対物レンズである場合には、収差補正用光学素子としての１群１枚構成のプラスチックレンズは、最も波長の短い波長の光を発生する光源からの発散光束を変換するためのカップリングレンズと、対物レンズとの間の光路中に配置される。収差補正用光学素子としてのプラスチックレンズは、（３）式、（７）式、及び（ｃ）式のいずれか１つを満たす屈折パワーを有するとともに、少なくとも１つのプラスチックレンズを有し、このプラスチックレンズは、少なくとも１つの回折面を有し、この回折面の回折パワーの総和は、（２）式、（６）式、及び（ｂ）式のいずれか１つを満たす。これにより、１群１枚という極めて簡易な構成の収差補正用光学素子を得ることができる。特に、収差補正用光学素子の屈折パワーの絶対値を回折パワーの絶対値と同じとし、かつ、その符号を互いに逆とすると、収差補正用光学素子全系のパワーがゼロになるので、かかる収差補正用光学素子を平行光束中に容易に配置することが可能となり、好ましい。
【００８８】
また、本発明による記録再生用光学系において、収差補正用光学素子のプラスチックレンズに、２つ以上の回折面を形成し、回折パワーを複数の回折面に振り分けることで、１つの回折面あたりの輪帯ピッチを緩和することができるので、回折輪帯形状の製造誤差による回折効率の低下への影響が小さくなり好ましい。
【００８９】
さらに、収差補正用光学素子のプラスチックレンズの輪帯ピッチを緩和するために、収差補正用光学素子のプラスチックレンズの回折構造で発生する回折光のうち、２次以上の高次の回折光が最大の回折効率を有するようにして、この高次回折光が、対物レンズに入射するようにするとよい。例えば、２次回折光が対物レンズに入射するようにする場合には、１次回折光の場合に比べて、輪帯ピッチを２倍とすることができる。
【００９０】
また、本発明による記録再生用光学系において、（２）式、（６）式及び（ｂ）式のいずれか１つを満たすような回折パワーを有するブレーズ構造を有する回折構造は、マクロ的に、凸である面上に形成するのが好ましい。回折構造を、マクロ的に平面、または、凹である面上に形成する場合に比べて、ブレーズの頂角が大きくなるので、金型を用いたモールド成形で、かかるブレーズ構造を作製する場合に、微細なブレーズ構造であっても、良好に転写できる。なお、本明細書において、面の形状が「マクロ的に凸（凹または平面）」とは、「各輪帯段差の先端の包絡線が凸（凹または平面）」であることと同義である。
【００９１】
また、本発明による記録再生用光学系において、ガラスレンズから構成された色収差補正用光学素子を、光源と対物レンズとの間の光路中に配置することで、記録再生用光学系の軸上色収差を補正する機能を、色収差補正用光学素子と、対物レンズに形成された回折構造とに振り分けることができる。これにより、記録再生用光学系中に色収差補正用光学素子が配置されない場合に比べて、対物レンズの回折パワーを小さくできるので、対物レンズの輪帯ピッチを緩和できる。この結果、回折輪帯形状の製造誤差による回折効率の低下が小さく、光利用効率の良好な対物レンズを得ることができる。このような色収差補正用光学素子としては、例えば、互いに近接して配置された、相対的にアッべ数の大きい正レンズと、相対的にアッべ数の小さい負レンズとから構成されるダブレット型の色収差補正用光学素子や、正の回折パワーを有する回折構造を形成した、１群１枚構成の回折型の色収差補正用光学素子がある。これらの色収差補正用光学素子が収差補正用光学素子に含まれるように記録再生用光学系を構成してもよいし、これらの色収差補正用光学素子が収差補正用光学素子に含まれないように記録再生用光学系を構成してもよい。
【００９２】
本発明による光情報記録媒体の光ピックアップ装置は、少なくとも光源と、前記光源から出射される光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光する集光光学系と、前記情報記録面で反射した光束を受光し、その光量に応じた電気信号を出力する光検出器と、を備えた光情報記録媒体の光ピックアップ装置であって、前記集光光学系は、上述の光情報記録媒体の記録再生用光学系であることを特徴とする。
【００９３】
また、本発明による記録再生装置は、上記光ピックアップ装置を搭載し、音声および／または画像の記録、および／または、音声および／または画像の再生が可能である。
【００９４】
なお、本明細書において、収差補正用光学素子とは、光源と１群１枚構成のプラスチック対物レンズとの間の光路中に配置される光学素子であって、所定の温度から所定の温度差だけ温度が変化した場合の、１群１枚構成のプラスチック対物レンズを透過した波面の波面収差量に対して、前記所定の温度から前記所定の温度差だけ温度が変化した場合の光学素子と、１群１枚構成のプラスチック対物レンズと、を透過した波面の波面収差量を小さくすることのできる光学素子のことをいう。
【００９５】
また、本明細書において、色収差補正用光学素子とは、光源と、１群１枚構成のプラスチック対物レンズとの間の光路中に配置される光学素子であって、所定の波長から所定の波長差だけ波長が異なる光を、収差補正用光学素子と、１群１枚構成のプラスチック対物レンズを透過した波面の軸上色収差に対して、前記所定の波長から前記所定の波長差だけ波長が異なる光を、この光学素子と、収差補正用光学素子と、１群１枚構成のプラスチック対物レンズと、を透過した波面の軸上色収差を小さくすることのできる光学素子のことをいう。
【００９６】
また、本明細書において、「Ａという光学素子が、Ｂという光学素子に含まれる」とは、Ａという光学素子と、Ｂという光学素子のそれぞれの透過波面収差はマレシャル限界より大きいが、Ａという光学素子と、Ｂという光学素子の両方を透過した波面の波面収差はマレシャル限界内にあることと同義である。そして、「Ａという光学素子が、Ｂという光学素子に含まれない」、または、「Ａという光学素子と、Ｂという光学素子は別の光学素子である」とは、Ａという光学素子と、Ｂという光学素子のそれぞれの透過波面収差がマレシャル限界内にあることと同義である。
【００９７】
また、本明細書において、回折面、あるいは、回折構造が形成された（光学）面とは、光学素子の表面、例えばレンズの表面に、レリーフを設けて、入射光束を回折させる作用を持たせる面のことをいい、同一光学面に回折を生じる領域と生じない領域がある場は、回折を生じる領域をいう。また、回折構造または回折パターンとは、この回折を生じる領域のことをいう。レリーフの形状としては、例えば、光学素子の表面に、光軸を中心として略同心円状の輪帯として形成され、光軸を含む平面でその断面をみれば、各輪帯は鋸歯状、あるいは階段状のような形状が知られているが、そのような形状を含むものである。
【００９８】
また、本明細書において、情報の記録および再生とは、上記のような光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録すること、情報記録面上に記録された情報を再生することをいう。本発明の記録再生用光学系は、記録だけあるいは再生だけを行うために用いられるものであってもよいし、記録および再生の両方を行うために用いられるものであってもよい。また、ある光情報記録媒体に対しては記録を行い、別の光情報記録媒体に対しては再生を行うために用いられるものであってもよいし、ある光情報記録媒体に対しては記録または再生を行い、別の光情報記録媒体に対しては記録および再生を行うために用いられるものであってもよい。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。
【００９９】
また、本明細書において所定の波長差とは、−２０ｎｍ〜＋２０ｎｍの範囲内の波長差を指すものである。
【０１００】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による第１乃至第３の実施の形態について図面を用いて説明する。
【０１０１】
〈第１の実施の形態〉
【０１０２】
図２は、第１の実施の形態による記録再生用光学系を搭載した第１の光ピックアップ装置の構成を概念的に示す図である。図２の光ピックアップ装置１は、光源としての半導体レーザ１１と、回折一体型カップリングレンズ１３と、回折一体型対物レンズ１５と、を有している。
【０１０３】
半導体レーザ１１は波長４００ｎｍ程度の光束を射出するＧａＮ系青紫色レーザである。また、波長４００ｎｍ程度の光束を射出する光源としては、上記のＧａＮ系青紫色レーザのほかに、２次高調波を利用したＳＨＧ青紫色レーザであってもよい。
【０１０４】
回折一体型カップリングレンズ１３は、半導体レーザ１１からの発散光束を光軸に対して平行な平行光束に変換するコリメートレンズであってプラスチックレンズである。なお、回折一体型カップリングレンズ１３としては、半導体レーザ１１からの発散光束の発散角をより小さくするレンズや、半導体レーザ１１からの発散光束を収斂光束に変換するレンズを用いても良い。
【０１０５】
また、回折一体型カップリングレンズ１３の回折一体型対物レンズ１５側の面には、略同心円状の回折パターンが設けられている。回折一体型カップリングレンズ１３の回折パターンは、上述の（２）式を満たすように決定されている。なお、略同心円状の回折パターンは、回折一体型カップリングレンズ１３の半導体レーザ１１側の面に設けられてもよいし、半導体レーザ１１側の面と、回折一体型対物レンズ１５側の面の両方に設けられてもよい。また、回折一体型カップリングレンズ１３の回折パターンは光軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パターンが設けられていてもよい。
【０１０６】
回折一体型対物レンズ１５は、回折一体型カップリングレンズ１３からの光束を高密度記録用の光ディスク１６の保護層１６ａを介して情報記録面１６ｂ上に回折限界内で集光するレンズであって、光ディスク１６側の開口数は０．７５以上とされている。
【０１０７】
回折一体型対物レンズ１５は、１群１枚構成の非球面プラスチックレンズであって、回折一体型対物レンズ１５の回折一体型カップリングレンズ１３側の面には、略同心円状の回折パタ一ンが設けられている。回折一体型対物レンズ１５の回折パターンは、上述の（１）式、（４）式、（９）式、および、（１１）式を満たすように決定されている。また、回折一体型対物レンズ１５は、その光軸上のレンズ厚さが、上述の（１２）式を満たすように決定されている。
【０１０８】
なお、略同心円状の回折パターンは、回折一体型対物レンズ１５の回折一体型カップリングレンズ１３側の面に設けられてもよいし、回折一体型カップリングレンズ１３側の面と、光ディスク１６側の面の両方に設けられてもよい。また、回折一体型対物レンズ１５の回折パターンは光軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パターンが設けられていてもよい。
【０１０９】
さらに、回折一体型対物レンズ１５は、光軸に対し垂直に延びた面を持つ、フランジ部５０を有し、このフランジ部５０により回折一体型対物レンズ１５を光ピックアップ装置１に精度よく取り付けることができる。
【０１１０】
半導体レーザ１１から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１２を透過した後、回折一体型カップリングレンズ１３によって平行光束とされ、１／４波長板１４を経て円偏光となり、図示しない絞りを通過した後、回折一体型対物レンズ１５によって光ディスク１６の保護層１６ａを介して情報記録面１６ｂ上に集光されてスポットとなる。回折一体型対物レンズ１５は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【０１１１】
情報記録面１６ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び回折一体型対物レンズ１５、絞り、１／４波長板１４を通過した後、直線偏光となり、回折一体型カップリングレンズ１３によって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、シリンドリカルレンズ１７及び凹レンズ１８を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１９に収束する。そして、光検出器１９の出力信号を用いて光ディスク１６に記録された情報を読み取ることができる。
【０１１２】
本実施の形態において、回折一体型対物レンズ１５は、１群１枚構成のプラスチックレンズであるので、アクチュエータ２からの放熱や、環境温度の上昇によって、回折一体型対物レンズ１５の温度が上昇すると、屈折率が小さくなる方向に変化し、その球面収差が補正過剰方向に変化する。一方、回折一体型カップリングレンズ１３は、プラスチックレンズであって、その屈折パワーが上述の（３）式を満たすので、アクチュエータ２からの放熱や、環境温度の上昇によって、回折一体型カップリングレンズ１３の温度が上昇すると、屈折率が小さくなる方向に変化し、回折一体型カップリングレンズ１３から射出される光束は収斂光束となる。これは、回折一体型対物レンズ１５の横倍率が小さくなることに相当するので、この横倍率の変化により、回折一体型対物レンズ１５では、補正不足方向に球面収差が変化する。回折一体型カップリングレンズ１３の屈折パワーと回折パワーは、回折一体型対物レンズ１５の、温度変化による補正過剰方向への球面収差変化と、横倍率変化による補正不足方向への球面収差変化と、がちょうどキャンセルするように決定されているので、半導体レーザ１１から出射された光束は、回折一体型カップリングレンズ１３及び回折一体型対物レンズ１５を経ることによって、温度が変化したときでも、ほとんど球面収差の変化なく光ディスク１６の情報記録面１６ｂ上に集光される。
【０１１３】
さらに、回折一体型対物レンズ１５は、上述の（１）式を満たすような略同心円状の回折パターンが光学面上に設けられていることにより、半導体レーザ１１の発振波長に対して、回折一体型カップリングレンズ１３の回折パターンで発生する軸上色収差とは、逆符号で、かつその絶対値が略一致した軸上色収差を発生する。そのため、半導体レーザ１１から出射された光束は、回折一体型カップリングレンズ１３及び回折一体型対物レンズ１５を経ることによって、ほとんど軸上色収差なく光ディスク１６の情報記録面１６ｂ上に集光される。
【０１１４】
〈第２の実施の形態〉
【０１１５】
図３は、第２の実施の形態による記録再生用光学系を搭載した第２の光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。本実施の形態の光ピックアップ装置は、保護層の厚さの異なる３種類の光ディスクに対し、波長の異なる３種類の光源からの光を用いて、情報の記録再生を１つの対物レンズでコンパチブルに行うことのできる記録再生用光学系を搭載した光ピックアップ装置である。
【０１１６】
保護層の厚さの異なる３種類の光ディスクは、保護層が最も薄く記録密度が最も大きい高密度ＤＶＤである第１の光ディスク１６と、保護層が０．６ｍｍであるＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、等の各種ＤＶＤのいずれかである第２の光ディスク２１と、保護層が１．２ｍｍであるＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、等の各種ＣＤのいずれかである第３の光ディスク２２である。
【０１１７】
図３の光ピックアップ装置１’は、第１の光ディスク１６の記録再生用の光を発生する第１の光源である半導体レーザ１１と、第２の光ディスク２１の記録再生用の光を発生する第２の光源である半導体レーザ３１と、第３の光ディスク２２の記録再生用の光を発生する第３の光源である半導体レーザ３２、の３種類の半導体レーザを備えており、これらの半導体レーザは、情報を記録再生する光ディスクの保護層の厚さに応じて選択的に発光される。
【０１１８】
半導体レーザ１１は、波長４００ｎｍ程度の光束を射出するＧａＮ系青紫色レーザである。また、波長４００ｎｍ程度の光束を射出する光源としては、上記のＧａＮ系青紫色レーザのほかに、２次高調波を利用したＳＨＧ青紫色レーザであってもよい。半導体レーザ３１は、波長６５０ｎｍ程度の光束を射出する赤色半導体レーザであり、半導体レーザ３２は、波長７８０ｎｍ程度の光束を射出する赤外半導体レーザである。
【０１１９】
さらに、光ピックアップ装置１’は、半導体レーザ１１からの発散光束を光軸に対して平行な平行光束に変換するコリメートレンズとしての回折一体型カップリングレンズ１３と回折一体型対物レンズ４０とを有している。
【０１２０】
回折一体型対物レンズ４０は、半導体レーザ１１から射出され、回折一体型カップリングレンズ１３を介した光束を高密度ＤＶＤである第１の光ディスク１６の保護層１６ａを介して情報記録面１６ｂ上に、第１の開口数内で回折限界内となるように集光し、また、半導体レーザ３１から射出された発散光束をＤＶＤである第２の光ディスク２１の保護層２１ａを介して情報記録面２１ｂに第２の開口数内で回折限界内となるように集光し、また、半導体レーザ３２から射出された発散光束をＣＤである第３の光ディスク２２の保護層２２ａを介して情報記録面２２ｂ上に第３の開口数内で回折限界内となるように集光するレンズであって、第１の開口数は０．７５以上とされ、第２の開口数は０．６０乃至０．６５とされ、第３の開口数は０．４５乃至０．５０とされている。
【０１２１】
回折一体型対物レンズ４０は、１群１枚構成の非球面プラスチックレンズであって、回折一体型対物レンズ４０の回折一体型カップリングレンズ１３側の面には、略同心円状の回折パターンが設けられている。回折一体型対物レンズ４０の回折パターンは、短波長の光束の回折光が、保護層の薄い光ディスクに対して良好な波面を形成し、長波長の光束の回折光が、保護層の厚い光ディスクに対して良好な波面を形成するように決定されている。
【０１２２】
さらに、回折一体型対物レンズ４０の回折パターンは、上述の（５）式、（８）式、（９）式、および、（１１）式を満たすように決定されている。また、回折一体型対物レンズ４０は、その光軸上のレンズ厚さが、上述の（１２）式を満たすように決定されている。
【０１２３】
なお、略同心円状の回折パターンは、回折一体型対物レンズ４０の回折一体型カップリングレンズ１３側の面に設けられてもよいし、回折一体型カップリングレンズ１３側の面と、光ディスク側の面の両方に設けられてもよい。また、回折一体型対物レンズ４０の回折パターンは光軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パターンが設けられていてもよい。さらに、回折一体型対物レンズ４０は、光軸に対し垂直に延びた面を持つ、フランジ部５０を有し、このフランジ部５０により回折一体型対物レンズ４０を光ピックアップ装置１’に精度よく取り付けることができる。
【０１２４】
回折一体型カップリングレンズ１３は、半導体レーザ１１からの発散光束を光軸に対して平行な平行光束に変換するコリメートレンズであってプラスチックレンズである。なお、回折一体型カップリングレンズ１３としては、半導体レーザ１１からの発散光束の発散角をより小さくするレンズや、半導体レ一ザ１１からの発散光束を収斂光束に変換するレンズを用いても良い。
【０１２５】
また、回折一体型カップリングレンズ１３の回折一体型対物レンズ４０側の面には、略同心円状の回折パターンが設けられている。そして、回折一体型カップリングレンズ４０の回折パターンは、上述の（６）式を満たすように決定されている。なお、略同心円状の回折パターンは、回折一体型カップリングレンズ１３の半導体レーザ１１側の面に設けられてもよいし、半導体レーザ１１側の面と、回折一体型対物レンズ４０側の面の両方に設けられてもよい。また、回折一体型カップリングレンズ１３の回折パターンは光軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パターンが設けられていてもよい。
【０１２６】
半導体レーザ１１から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１２を透過した後、回折一体型カップリングレンズ１３によって平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ４１、偏光ビームスプリッタ４２、および、図示しない絞りを通過した後、回折一体型対物レンズ４０によって第１の光ディスク１６の保護層１６ａを介して情報記録面１６ｂ上に集光されてスポットとなる。回折一体型対物レンズ４０は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【０１２７】
情報記録面１６ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び回折一体型対物レンズ４０、絞り、偏光ビームスプリッタ４２、偏光ビームスプリッタ４１、を通過した後、回折一体型カップリングレンズ１３によって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、シリンドリカルレンズ１７及び凹レンズ１８を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１９に収束する。そして、光検出器１９の出力信号を用いて第１の光ディスク１６に記録された情報を読み取ることができる。
【０１２８】
本実施の形態において、回折一体型対物レンズ４０は、１群１枚構成のプラスチックレンズであるので、アクチュエータ２からの放熱や、環境温度の上昇によって、回折一体型対物レンズ１５の温度が上昇すると、屈折率が小さくなる方向に変化し、その球面収差が補正過剰方向に変化する。一方、回折一体型カップリングレンズ１３は、プラスチックレンズであって、その屈折パワーが上述の（７）式を満たすので、アクチュエータ２からの放熱や、環境温度の上昇によって、回折一体型カップリングレンズ１３の温度が上昇すると、屈折率が小さくなる方向に変化し、回折一体型カップリングレンズ１３から射出される光束は収斂光束となる。これは、回折一体型対物レンズ４０の横倍率が小さくなることに相当するので、この横倍率の変化により、回折一体型対物レンズ４０では、補正不足方向に球面収差が変化する。回折一体型カップリングレンズ１３の屈折パワーと回折パワーは、回折一体型対物レンズ１５の、温度変化による補正過剰方向ヘの球面収差変化と、横倍率変化による補正不足方向への球面収差変化と、がちょうどキャンセルするように決定されているので、半導体レーザ１１から出射された光束は、回折一体型カップリングレンズ１３及び回折一体型対物レンズ１５を経ることによって、温度が変化したときでも、ほとんど球面収差の変化なく第１の光ディスク１６の情報記録面１６ｂ上に集光される。
【０１２９】
さらに、回折一体型対物レンズ４０は、上述の（５）式を満たすような略同心円状の回折パターンが光学面上に設けらけていることにより、半導体レーザ１１の発振波長に対して、回折一体型カップリングレンズ１３の回折パターンで発生する軸上色収差とは、逆符号で、かつその絶対値が略一致した軸上色収差を発生する。そのため、半導体レーザ１１から出射された光束は、回折一体型カップリングレンズ１３及び回折一体型対物レンズ４０を経ることによって、ほとんど軸上色収差なく第１の光ディスク１６の情報記録面１６ｂ上に集光される。
【０１３０】
また、半導体レーザ３１から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１２’を透過した後、偏光ビームスプリッタ４１によって反射され、偏光ビームスプリッタ４２、および、図示しない絞りを通過した後、回折一体型対物レンズ４０によって第２の光ディスク２１の保護層２１ａを介して情報記録面２１ｂ上に集光されてスポットとなる。回折一体型対物レンズ４０は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【０１３１】
情報記録面２１ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び回折一体型対物レンズ４０、絞り、偏光ビームスプリッタ４２、を通過した後、偏光ビームスプリッタ４１によって反射された後、偏光ビームスプリッタ１２’によって反射され、シリンドリカルレンズ１７’及び凹レンズ１８’を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１９’に収束する。そして、光検出器１９’の出力信号を用いて第２の光ディスク２１に記録された情報を読み取ることができる。
【０１３２】
また、半導体レーザ３２から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１２”を透過した後、偏光ビームスプリッタ４２によって反射され、図示しない絞りを通過した後、回折一体型対物レンズ４０によって第３の光ディスク２２の保護層２２ａを介して情報記録面２２ｂ上に集光されてスポットとなる。回折一体型対物レンズ４０は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【０１３３】
情報報録面２２ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び回折一体型対物レンズ４０、絞り、を通過した後、偏光ビームスプリッタ４２、および、偏光ビームスプリッタ１２”によって反射された後、シリンドリカルレンズ１７”及び凹レンズ１８”を経ることによって非点収差が与えられ、光検出器１９”に収束する。そして、光検出器１９”の出力信号を用いて第３の光ディスク２２に記録された情報を読み取ることができる。
【０１３４】
なお、光ピックアップ装置１’は、半導体レーザ１１と回折一体型対物レンズ４０との間、および、半導体レーザ３１と回折一体型対物レンズ４０との間、および、半導体レーザ３２と回折一体型対物レンズ４０のとの間の、それぞれの光路中に図示しない１／４波長板を備える。
【０１３５】
図３に示したような光ピックアップ装置１’は、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、等の各種ＣＤ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、等の各種ＤＶＤ、ＭＤ等の光情報記録媒体に対してコンパチブルなプレーヤーまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録装置および／または再生装置に搭載することができる。
【０１３６】
〈第３の実施の形態〉
【０１３７】
図４６は、第３の実施の形態による記録再生用光学系を搭載した第３の光ピックアップ装置の構成を概略的に示す図である。本実施の形態の光ピックアップ装置は、記録密度の異なる３種類の光ディスクに対し、波長の異なる３種類の光源からの光を用いて、情報の記録再生を１つの対物レンズでコンパチブルに行うことのできる記録再生用光学系を搭載した光ピックアップ装置である。
【０１３８】
記録密度の異なる３種類の光ディスクは、情報の記録再生のために波長４００ｎｍ程度の短波長光束を使用し、記録密度が最も大きく保護層が０．６ｍｍの高密度ＤＶＤである第１の光ディスク２３と、保護層が０．６ｍｍであるＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、等の各種ＤＶＤのいずれかである第２の光ディスク２１と、保護層が１．２ｍｍであるＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、等の各種ＣＤである第３の光ディスク２２である。
【０１３９】
光ピックアップ装置１”は、第１の光ディスク２３の記録再生用の光を発生する第１の光源である半導体レーザ１１と光検出器１９とが一体化された第１の光ディスク用のモジュール８０と、第２の光ディスク２１の記録再生用の光を発生する第２の光源である半導体レーザ３１と光検出器１９’とが一体化された第２の光ディスク用のモジュール９０と、第３の光ディスク２２の記録再生用の光を発生する第３の光源である半導体レーザ３２と光検出器１９”とが一体化された第３の光ディスク用のモジュール１００を備えており、これらの波長の異なる半導体レーザは、情報を記録再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に発光される。
【０１４０】
半導体レーザ１１は、波長４００ｎｍ程度の光束を射出するＧａＮ系青紫色レーザである。また、波長４００ｎｍ程度の光束を射出する光源としては、上記のＧａＮ系青紫色レーザのほかに、２次高調波を利用したＳＨＧ青紫色レーザであってもよい。半導体レーザ３１は、波長６５０ｎｍ程度の光束を射出する赤色半導体レーザであり、半導体レーザ３２は、波長７８０ｎｍ程度の光束を射出する赤外半導体レーザである。
【０１４１】
さらに、光ピックアップ装置１”は、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１からの発散光束を光軸に対して平行な平行光束に変換するコリメートレンズとしての回折一体型カップリングレンズ６０を有しており、この回折一体型カップリングレンズ６０は半導体レーザ１１と半導体レーザ３１からの光束が共に通過する光路中に配置されている。
【０１４２】
回折一体型対物レンズ７０は、半導体レーザ１１から射出され、回折一体型カップリングレンズ６０を介した光束を第１の光ディスク２３の保護層２３ａを介して情報記録面２３ｂ上に、第１の開口数内で回折限界内となるように集光し、半導体レーザ３１から射出され、回折一体型カップリングレンズ６０を介した光束をＤＶＤである第２の光ディスク２１の保護層２１ａを介して情報記録面２１ｂ上に、第２の開口数内で回折限界内となるように集光し、半導体レーザ３２から射出された発散光束をＣＤである第３の光ディスク２２の保護層２２ａを介して情報記録面２２ｂ上に、第３の開口数内で回折限界内となるように集光するレンズであって、第１の開口数は０．６５近傍とされ、第２の開口数は０．６０乃至０．６５とされ、第３の開口数は０．４５乃至０．５０とされている。
【０１４３】
回折一体型対物レンズ７０は、１群１枚の非球面プラスチックレンズであって、回折一体型対物レンズ７０の回折一体型カップリングレンズ６０側の面には、略同心円状の回折パターンが設けられている。そして、回折一体型対物レンズ６０の回折パターンは、上述の（ａ）式を満たし、かつ、半導体レーザ１１から射出された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を有する回折光の回折次数（ｎ１とする）に対して、半導体レーザ３１、及び半導体レーザ３２からの射出された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を有する回折光の回折次数（それぞれｎ２、ｎ３とする）がより低次となるように決定され、かつ、半導体レーザ１１から射出された光束の回折光が記録密度が高い第１の光ディスク２３の情報記録面２３ａ上に良好な波面を形成し、半導体レーザ３１から射出された光束の回折光が第２の光ディスク２１の情報記録面２１ａ上に良好な波面を形成し、半導体レーザ３２から射出された光束の回折光が第３の光ディスク３１の情報記録面３１ａ上に良好な波面を形成するような波長特性を有しているので、それぞれの半導体レーザの波長領域に対して高い回折効率を維持しつつ、それぞれの光ディスクに対する情報の記録再生をコンパチブルに行うことができる。
【０１４４】
具体的には、ｎ１とｎ２とｎ３の組合せとして、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）、（４，３，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかを選択すると良い。
【０１４５】
なお、高密度ＤＶＤとＤＶＤの２種類の光ディスクに対して情報の記録再生を１つの対物レンズでコンパチブルに行うことのできる記録再生用光学系を搭載した光ピックアップ装置である場合には、ｎ１とｎ２の組合せとして、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかを選択すると、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１からのそれぞれの波長領域に対して高い回折効率を維持することができ、光量損失を抑えることができる。
【０１４６】
なお、略同心円状の回折パターンは、回折一体型対物レンズ７０の回折一体型カップリングレンズ６０側の面に設けられてもよいし、回折一体型カップリングレンズ６０側の面と、光ディスク側の面の両方に設けられてもよい。また、回折一体型対物レンズ７０の回折パターンは光軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パターンが設けられていてもよい。さらに、回折一体型対物レンズ７０は、光軸に対し垂直に延びた面を持つ、フランジ部５０を有し、このフランジ部５０により回折一体型対物レンズ７０を光ピックアップ装置１”に精度よく取り付けることができる。
【０１４７】
回折一体型カップリングレンズ７０は、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１からの発散光束を光軸に対して平行な平行光束に変換するコリメートレンズであってプラスチックレンズである。なお、回折一体型カップリングレンズ７０としては、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１からの発散光束の発散角をより小さくするレンズや、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１からの発散光束を収斂光束に変換するレンズを用いても良い。また、半導体レーザ１１からの発散光束を平行光束に変換し、半導体レーザ３１からの発散光束の発散角をより小さくするレンズであっても良いし、半導体レーザ１１からの発散光束を平行光束に変換し、半導体レーザ３１からの発散光束を収斂光束に変換するレンズであっても良い。或いは、半導体レーザ３１からの発散光束を平行光束に変換し、半導体レーザ１１からの発散光束の発散角をより小さくするレンズであっても良いし、半導体レーザ３１からの発散光束を平行光束に変換し、半導体レーザ１１からの発散光束を収斂光束に変換するレンズであっても良い。或いは、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１のうち、一方の半導体レーザからの発散光束の発散角をより小さくし、他方の半導体レーザからの発散光束を収斂光束に変換するレンズであっても良い。
【０１４８】
また、回折一体型カップリングレンズ６０の回折一体型対物レンズ７０側の面には、略同心円状の回折パターンが設けられている。そして、回折一体型カップリングレンズ６０の回折パターンは、上述の（ｂ）式を満たすように決定されており、かつ、半導体レーザ１１から射出された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を有する回折光の回折次数（ｎ１’とする）に対して、半導体レーザ３１からの射出された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を有する回折光の回折次数（ｎ２’とする）がより低次となるように決定されているので、それぞれの半導体レーザの波長領域に対して高い回折効率を維持することができ、それぞれの半導体レーザからの発散光束を光量損失が小さく抑えられた状態で回折一体型対物レンズ７０へとコリメートすることができる。
【０１４９】
具体的には、ｎ１’とｎ２’の組合せとして、（ｎ１’，ｎ２’）＝（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかを選択すると良い。
【０１５０】
なお、回折一体型カップリングレンズ６０を半導体レーザ１１と半導体レーザ３１と半導体レーザ３２からの光束が共に通過する光路中（図４６において偏光ビームスプリッタ４２と回折一体型対物レンズ７０の間の光路中）に配置する場合には、半導体レーザ３２からの射出された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を有する回折光の回折次数をｎ３’とすると、である場合には、ｎ１’とｎ２’とｎ３’の組合せとして、（ｎ１，ｎ２，ｎ３）＝（２，１，１）、（４，３，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかを選択すると、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１と半導体レーザ３２からのそれぞれの波長領域に対して高い回折効率を維持することができ、光量損失を抑えることができる。
【０１５１】
なお、略同心円状の回折パターンは、回折一体型カップリングレンズ６０の半導体レーザ１１側の面に設けられてもよいし、半導体レーザ１１側の面と、回折一体型対物レンズ７０側の面の両方に設けられてもよい。また、回折一体型カップリングレンズ６０の回折パターンは光軸に対して略同心円状としたが、これ以外の回折パターンが設けられていてもよい。
【０１５２】
半導体レーザ１１から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１２を透過した後、回折一体型カップリングレンズ６０によって平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ４２、および、図示しない絞りを通過した後、回折一体型対物レンズ７０によって第１の光ディスク２３の保護層２３ａを介して情報記録面２３ｂ上に集光されるスポットとなる。回折一体型対物レンズ７０は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【０１５３】
情報記録面２３ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び回折一体型対物レンズ７０、絞り、偏光ビームスプリッタ４２、を通過した後、回折一体型カップリングレンズ６０によって収斂光束とされ偏光ビームスプリッタ１２を透過した後、光検出器１９の受光面上に収束する。そして、光検出器１９の出力信号を用いて第１の光ディスク２３に記録された情報を読み取ることができる。
【０１５４】
また、半導体レーザ３１から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタ１２によって反射された後、回折一体型カップリングレンズ６０によって平行光束とされ、偏光ビームスプリッタ４２、および、図示しない絞りを通過した後、回折一体型対物レンズ７０によって第２の光ディスク２１の保護層２１ａを介して情報記録面２１ｂ上に集光されるスポットとなる。回折一体型対物レンズ７０は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【０１５５】
情報記録面２１ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び回折一体型対物レンズ７０、絞り、偏光ビームスプリッタ４２、を通過した後、回折一体型カップリングレンズ６０によって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、回折一体型カップリングレンズ６０によって収斂光束とされ光検出器１９’の受光面上に収束する。そして、光検出器１９’の出力信号を用いて第２の光ディスク２１に記録された情報を読み取ることができる。
【０１５６】
本実施の形態において、回折一体型対物レンズ７０は、１群１枚構成のプラスチックレンズであるので、アクチュエータ２からの放熱や、環境温度の上昇によって、回折一体型対物レンズ７０の温度が上昇すると、屈折率が小さくなる方向に変化し、その球面収差が補正過剰方向に変化する。一方、回折一体型カップリングレンズ６０は、プラスチックレンズであって、その屈折パワーが上述の（ｃ）式を満たすので、アクチュエータ２からの放熱や、環境温度の上昇によって、回折一体型カップリングレンズ６０の温度が上昇すると、屈折率が小さくなる方向に変化し、回折一体型カップリングレンズ６０から射出される光束は収斂光束となる。これは、回折一体型対物レンズ７０の横倍率が小さくなることに相当するので、この横倍率の変化により、回折一体型対物レンズ７０では、補正不足方向に球面収差が変化する。回折一体型カップリングレンズ６０の屈折パワーと回折パワーは、回折一体型対物レンズ７０の、温度変化による補正過剰方向への球面収差変化と、横倍率変化による補正不足方向への球面収差変化とがちょうどキャンセルするように決定されているので、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１から出射された光束は、回折一体型カップリングレンズ６０及び回折一体型対物レンズ７０を経ることによって、温度が変化したときでも、ほとんど球面収差なく第１の光ディスク２３と第２の光ディスク２１のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【０１５７】
さらに、回折一体型対物レンズ７０は、上述の（ａ）式を満たすような略同心円状の回折パターンが光学面上に設けられていることにより、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１の発振波長に対して、回折一体型カップリングレンズ６０の回折パターンで発生する軸上色収差とは、逆符号で、かつその絶対値が略一致した軸上色収差を発生する。そのため、半導体レーザ１１と半導体レーザ３１から出射された光束は、回折一体型カップリングレンズ６０及び回折一体型対物レンズ７０を経ることによって、ほとんど軸上色収差なく第１の光ディスク２３と第２の光ディスク２１のそれぞれの情報記録面上に集光される。
【０１５８】
また、半導体レーザ３２から出射された発散光束は、偏光ビームスプリッタ４２によって反射された後、図示しない絞りを通過し、回折一体型対物レンズ７０によって第３の光ディスク２２の保護層２２ａを介して情報記録面２２ｂ上に集光されるスポットとなる。回折一体型対物レンズ７０は、その周辺に配置されたアクチュエータ２によってフォーカス制御およびトラッキング制御される。
【０１５９】
情報記録面２２ｂで情報ピットにより変調された反射光束は、再び回折一体型対物レンズ７０、絞り、を通過した後、偏光ビームスプリッタ４２によって反射され、光検出器１９”の受光面上に収束する。そして、光検出器１９”の出力信号を用いて第３の光ディスク２２に記録された情報を読み取ることができる。
【０１６０】
図４６に示したような光ピックアップ装置１”は、例えば、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、等の各種ＣＤ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、等の各種ＤＶＤ、ＭＤ等の光情報記録媒体に対してコンパチブルなプレーヤーまたはドライブ等、あるいはそれらを組み込んだＡＶ機器、パソコン、その他の情報端末等の音声および／または画像の記録および／または再生装置に搭載することができる。
【０１６１】
また、本実施の形態の記録再生用光学系では、青紫色半導体レーザを記録再生用の光源として使用する高密度ＤＶＤを、保護層の厚さが０．６ｍｍ、対物レンズの開口数が０．６５近傍の光ディスクとしたが、高密度ＤＶＤとして保護層の厚さが０．１ｍｍ、対物レンズの開口数が０．８５近傍の光ディスク（例えば、２００２年２月に発表されたブルーレイディスク規格の光ディスク）であっても、本発明による技術を適用することができることは言うまでもない。
【０１６２】
【実施例】
以下、本発明を実施例１乃至８により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、各実施例の各レンズにおける非球面は光軸方向をＸ軸、光軸に垂直な方向の高さをｈ、屈折面の曲率半径をｒとするとき次の数１で表す。但し、κを円すい係数、Ａ２ｉを非球面係数とする。
【０１６３】
【数１】
2004005943.tif 000003
【０１６４】
また、実施例１乃至６の記録再生用光学系の対物レンズに設けた輪帯状の回折構造は、青紫色半導体レーザから出射された光束が透過する際にその波面に付加される光路差を表す光路差関数Φｂｉとして、上述の（Ａ）式により表すことができ、実施例１乃至６の記録再生用光学系の色収差補正用光学素子に設けた輪帯状の回折構造は、青紫色半導体レーザから出射された光束が透過する際にその波面に付加される光路差を表す光路差関数Φｂｊとして、上述の（Ｂ）式により表すことができる。さらに、実施例７及び８の記録再生用光学系の対物レンズに設けた輪帯状の回折構造は、青紫色半導体レーザから出射された光束が透過する際にその波面に付加される光路差を表す光路差関数Φ’ｂｉとして、上述の（Ｃ）式により表すことができ、実施例７及び８の記録再生用光学系の色収差補正用光学素子に設けた輪帯状の回折構造は、青紫色半導体レーザから出射された光束が透過する際にその波面に付加される光路差を表す光路差関数Φ’ｂｊとして、上述の（Ｄ）式により表すことができる。
【０１６５】
〈実施例１〉
【０１６６】
実施例１は、図２の光ピックアップ装置に好適な記録再生用光学系である。本実施例は、収差補正用光学素子としての回折一体型コリメートレンズと、回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系であり、回折一体型コリメートレンズとして、焦点距離８ｍｍ、ＮＡ０．２８の１群１枚構成のプラスチックレンズを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離２．２ｍｍ、ＮＡ０．８５の１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。そして、回折一体型コリメートレンズの光ディスク側の面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの半導体レーザ側の面が正の回折パワーを有する回折面とされている。表１に実施例１の記録再生用光学系に関するデ一タを示す。
【０１６７】
【表１】
2004005943.tif 000004
【０１６８】
図４に実施例１の記録再生用光学系の光路図を示す。図５は本実施例の回折一体型コリメートレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図６は本実施例の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図７は、回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０１６９】
図５から、本実施例の回折一体型コリメートレンズは、入射する光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した場合には、焦点位置がアンダー側に移動することがわかる。また、図６から、本実施例の回折一体型対物レンズは、入射する光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がアンダー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動することがわかる。また、図７から、回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系は、波長に関わらず、焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０１７０】
図８に実施例１の記録再生用光学系の温度特性を示す。図８からわかるように、単体では、使用可能な温度範囲が−１０乃至４０度と非常に狭い１群１枚の高ＮＡプラスチック対物レンズであっても、回折一体型コリメートレンズと組合わせることにより、−２０乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０１７１】
なお、温度変化時の波面収差を計算する際には、温度変化に対するプラスチックレンズの屈折率変化（その変化率は、−１．１×１０−４／度である）と、青紫色半導体レーザの波長変化（その変化率は、＋０．０５ｎｍ／度である）を考慮しており、プラスチックレンズの形状変化の波面収差の変化への影響は、屈折率変化に比べて非常に小さいので、プラスチックレンズの形状変化は考慮していない。上述した温度変化時の波面収差を計算する際の条件は、以降に説明する実施例２乃至７でも同様である。
【０１７２】
図９に実施例１の記録再生用光学系の波長特性を示す。青紫色半導体レーザは、モードホッピングにより波長が１乃至２ｎｍ変化するが、単体では、２ｎｍの波長変化によって、マレシャル限界の０．０７λｒｍｓを大きく超えてしまう対物レンズであっても、回折一体型コリメートレンズと組合わせることにより、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できることが分かる。
【０１７３】
なお、モードホッピングによる波長変化が起きた際の波面収差を計算する際には、対物レンズのフォーカシングはかからないとしたので、対物レンズは、４０５ｎｍにおける最良像点位置に固定されており、図９における波面収差値は、最良像点位置の移動によるデフォーカス成分を含んでいる。上述したモードホッピングによる波長変化が起きた際の波面収差を計算する際の条件は、以降に説明する実施例２乃至７でも同様である。
【０１７４】
〈実施例２〉
【０１７５】
実施例２は、収差補正用光学系素子としての回折一体型ビームエキスパンダーと、回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系であり、回折一体型ビームエキスパンダーとして、入射瞳径３．１６ｍｍ、射出瞳径４．５０ｍｍ、角倍率１．４７の２群２枚構成のプラスチックレンズを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離２．２ｍｍ、ＮＡ０．８５の１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。そして、回折一体型ビームエキスパンダーの正レンズの両面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの両面が正の回折パワーを有する回折面とされている。表２に実施例２の記録再生用光学系に関するデータを示す。
【０１７６】
【表２】
2004005943.tif 000005
【０１７７】
図１０に実施例２の記録再生用光学系の光路図を示す。図１１は本実施例の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図１２は、回折一体型ビームエキスバンダーと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０１７８】
図１１から、本実施例の回折一体型対物レンズは、入射する光の波長が長波長側に変化した際には焦点位置がアンダー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した際には焦点距離がオーバー側に移動することがわかる。また、図１２から、回折一体型ビームエキスハンダーと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系は、波長に関わらず、焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０１７９】
図１３に、本実施例の記録再生用光学系の温度特性を示す。図１３からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、回折一体型ビームエキスパンダーと組合わせることにより、−２０乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０１８０】
図１４に、本実施例の記録再生用光学系の波長特性を示す。図１４からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、回折一体型ビームエキスバンダーと組合わせることにより、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できる。
【０１８１】
〈実施例３〉
【０１８２】
実施例３は、収差補正用光学素子としての回折一体型ビームエキスバンダーと、回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系であり、回折一体型ビームエキスパンダーとして、入射瞳径２．４７ｍｍ、射出瞳径４．５０ｍｍ、角倍率１．８４の２群２枚構成のビームエキスパンダーを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離２．２ｍｍ、ＮＡ０．８５の１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。回折一体型ビームエキスバンダーの正レンズがプラスチックレンズであり、負レンズが正レンズよりもアッべ数の小さいガラスレンズ（ＨＯＹＡ社製、ＦＤ１１０）である。そして、回折一体型ビームエキスパンダーの正レンズの光ディスク側の面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの半導体レーザ側の面が正の回折パワーを有する回折面とされている。表３に、実施例３の記録再生用光学系に関するデ一タを示す。
【０１８３】
【表３】
2004005943.tif 000006
【０１８４】
図１５に実施例３の記録再生用光学系の光路図を示す。図１６は本実施例の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図１７は、回折一体型ビームエキスパンダーと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０１８５】
図１６から、本実施例の回折一体型対物レンズは、入射する光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がアンダー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動することがわかる。また、図１７から、回折一体型ビームエキスパンダーと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系は、波長に関わらず、焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０１８６】
図１８に、本実施例の記録再生用光学系の温度特性を示す。図１８からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、回折一体型ビームエキスパンダーと組合わせることにより、−２０乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０１８７】
図１９に、本実施例の記録再生用光学系の波長特性を示す。図１９からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、回折一体型ビームエキスパンダーと組合わせることにより、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できる。
【０１８８】
〈実施例４〉
【０１８９】
実施例４は、収差補正用光学素子として回折一体型プラスチックレンズと、回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系であり、収差補正用光学素子として、入射瞳径４．５０ｍｍ、射出瞳径４．７０ｍｍ、開口数０の１群１枚構成のプラスチックレンズを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離２．２ｍｍ、ＮＡ０．８５の１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。そして、収差補正用光学素子の光源側の平面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの半導体レーザ側の面が正の回折パワ―を有する回折面とされている。表４に、実施例４の記録再生用光学系に関するデータを示す。
【０１９０】
【表４】
2004005943.tif 000007
【０１９１】
図２０に実施例４の記録再生用光学系の光路図を示す。図２１は本実施例の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図２２は、収差補正用光学素子と回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０１９２】
図２１から、本実施例の回折一体型対物レンズは、入射する光の波長が長波長側に変化した際には焦点位置がアンダー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した際には焦点位置がオーバー側に移動することがわかる。また、図２２から、収差補正用光学素子と回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系は、波長に関わらず、焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０１９３】
図２３に、本実施例の記録再生用光学系の温度特性を示す。図２３からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、収差補正用光学素子と組合わせることにより、−２．０乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０１９４】
図２４に、本実施例の記録再生用光学系の波長特性を示す。図２４からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、収差補正用光学素子と組合わせることにより、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できる。
【０１９５】
〈実施例５〉
【０１９６】
実施例５は、収差補正用光学素子としての回折一体型カップリングレンズと、回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系であり、回折一体型カップリングレンズとして、焦点距離１１．０２ｍｍ、光源側ＮＡ０．１９、横倍率−０．０７４の１群１枚構成のプラスチックレンズを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離２．２ｍｍ、光ディスク側ＮＡ０．８５、横倍率０．０１５の１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。そして、回折一体型カップリングレンズの光ディスク側の面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの両面が正の回折パワーを有する回折面とされている。表５に、実施例５の記録再生用光学系に関するデータを示す。
【０１９７】
【表５】
2004005943.tif 000008
【０１９８】
図２５に実施例５の記録再生用光学系の光路図を示す。図２６は本実施例の回折一体型カップリングレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図２７は本実施例の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図２８は、回折一体型カップリングレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０１９９】
図２６から、本実施例の回折一体型カップリングレンズは、入射する光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した場合には、焦点位置がアンダー側に移動することがわかる。また、図２７から、本実施例の回折一体型対物レンズは、入射する光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がアンダー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動することがわかる。また、図２８から、回折一体型カップリングレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系は、波長に関わらず、焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０２００】
図２９に、本実施例の記録再生用光学系の温度特性を示す。図２９からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、収差補正用光学素子と組合わせることにより、−２０乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０２０１】
図３０に、本実施例の記録再生用光学系の波長特性を示す。図３０からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、回折一体型カップリングレンズとを組合わせることにより、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できる。
【０２０２】
〈実施例６〉
【０２０３】
実施例６は、収差補正用光学素子としての回折一体型コリメートレンズと、色収差補正用光学素子としての接合型ダブレットレンズと、回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系であり、回折一体型コリメートレンズとして、焦点距離７ｍｍ、ＮＡ０．３７５である１群１枚構成のプラスチックレンズを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離２．２ｍｍ、光ディスク側ＮＡ０．８５の１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。接合型ダブレットレンズは、アッべ数２５．７の負レンズ（ＨＯＹＡ社製、ＦＤ１１０）とアッべ数４６．６の正レンズ（ＨＯＹＡ社製、ＴＡＦ５）とが接合されており、屈折パワーはゼロである。そして、回折一体型コリメートレンズの光ディスク側の面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの光源側の面が正の回折パワーを有する回折面とされている。表６に、実施例６の記録再生用光学系に関するデータを示す。
【０２０４】
【表６】
2004005943.tif 000009
【０２０５】
図３１に実施例６の記録再生用光学系の光路図を示す。図３２は本実施例の回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図３３は、回折一体型コリメートレンズと接合型ダブレットレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０２０６】
図３２から、本実施例の回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系は、入射する光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動し、入射する光の波長が短波長側に変化した場合には、焦点位置がアンダー側に移動することがわかる。また、図３３から、回折一体型コリメートレンズと接合型ダブレットレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系は、波長に関わらず、焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０２０７】
図３４に、本実施例の記録再生用光学系の温度特性を示す。図３４からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、収差補正用光学素子と組合わせることにより、−２０乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０２０８】
図３５に、本実施例の記録再生用光学系の波長特性を示す。図３５からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、接合型ダブレットレンズと、回折一体型コリメートレンズと、を組合わせることにより、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できる。なお、図３５において、「記録再生用光学系」は、回折一体型コリメートレンズと接合型ダブレットレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系を表し、「ＣＯＬ＋ＯＢＪ」は、回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系を表す。
【０２０９】
〈実施例７〉
【０２１０】
実施例７は、図３の光ピックアップ装置に好適な記録再生用光学系である。本実施例は、高密度ＤＶＤとＤＶＤとＣＤとに対して１つの対物レンズでコンパチブルに情報の記録再生が可能な記録再生用光学系であって、高密度ＤＶＤ用の青紫色半導体レーザと、回折一体型対物レンズとの間の光路中に、収差補正用光学素子として収差補正用光学素子としての回折一体型コリメートレンズを配置している。また、ＤＶＤとＣＤとに対する情報の記録再生を行う場合には、ＤＶＤ用の半導体レーザとＣＤ用の半導体レーザとから出射された発散光束を回折一体型対物レンズに入射させ、ＤＶＤとＣＤのそれぞれの情報記録面に集光させるようにした。
【０２１１】
回折一体型コリメートレンズとして、焦点距離７ｍｍ、ＮＡ０．３２１である１群１枚構成のプラスチックレンズを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離２．０ｍｍの１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。また、回折一体型対物レンズのＮＡは、高密度ＤＶＤに対する記録再生時が０．８５、ＤＶＤに対する記録再生時が０．６５、ＣＤに対する記録再生時が０．５０である。そして、回折一体型コリメートレンズの光ディスク側の面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの半導体レーザ側の面が正の回折パワーを有する回折面とされている。
【０２１２】
表７に、実施例７の記録再生用光学系に関するデータを示し、図３６乃至３８に本実施例の記録再生用光学系の光路図を示す。表７のレンズデータにおいて、対物レンズの光源側の面の回折面係数は、青紫色半導体レーザからの光が入射した場合に、２次回折光が発生するように決定した。このように決定された回折面に、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザと、ＣＤ用の赤外半導体レーザからの光が入射すると、１次回折光が発生する。さらに、対物レンズの光源側の面の回折面係数の基準波長（回折構造の製造波長ともいう）を３８０ｎｍに設定したので、青紫色半導体レーザからの光と、赤色半導体レーザからの光と、赤外半導体レーザからの光と、のそれぞれの波長領域において、高い回折効率が得られる。
【０２１３】
【表７】
2004005943.tif 000010
【０２１４】
図３６は、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図であり、図３７はＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図であり、図３８は、ＣＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。図３９は本実施例の回折一体型コリメートレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図４０は本実施例の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図４１は本実施例の回折一体型対物レンズの波長６５０ｎｍにおける球面収差を示すグラフであり、図４２は本実施例の回折一体型対物レンズの波長７８０ｎｍにおける球面収差を示すグラフである。図４３は、収差補正用光学素子と回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０２１５】
図３９から、本実施例の回折一体型コリメートレンズは、青紫色半導体レーザからの光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動し、青紫色半導体レーザからの光の波長が短波長側に変化した際には、焦点位置がアンダー側に移動することがわかる。
【０２１６】
また、図４０から、本実施例の回折一体型対物レンズは、青紫色半導体レーザからの光の波長が長波長側に変化した際には、焦点位置がアンダー側に移動し、青紫色半導体レーザからの光の波長が短波長側に変化した際には、焦点位置がオーバー側に移動することがわかる。
【０２１７】
また、図４３から、収差補正用光学素子と回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系は、青紫色半導体レーザからの光の波長が変化した場合でも焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０２１８】
図４４に、本実施例の記録再生用光学系の、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の温度特性を示す。図４４からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、収差補正用光学素子と組合わせることにより、−２０乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０２１９】
図４５に、本実施例の記録再生用光学系の、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の波長特性を示す。図４５からわかるように、高ＮＡプラスチック対物レンズと、収差補正用光学素子と組合わせることにより、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できる。
【０２２０】
上述した実施例１乃至７のレンズデータにおいて、収差補正用光学素子、および、対物レンズの回折面の回折面係数は、実施例７の対物レンズの回折面を除いて、青紫色半導体レーザからの光が入射した場合に、１次回折光が最大の回折効率を有するように決定しており、回折面係数の基準波長は４０５ｎｍである。実際の回折構造を作製する際には、これらの回折面係数を用いて表される光路差関数が、ｍを正の整数として、回折面係数の基準波長のｍ倍変わる毎に輪帯段差を設ける。ｍ＝ｎ（ｎは２以上の整数）とすると、ｍ＝１とする場合に比べて、輪帯ピッチがｎ倍になるので、輪帯段差の形状誤差による回折効率の低下を小さくできるので好ましく、このとき、回折構造に入射した光の回折光のうち、ｎ次回折光が最大の回折効率を有するように発生する。ただし、ｎが大きすぎると、回折効率の波長依存性が大きくなるので、２乃至１０がｎの好ましい範囲である。
【０２２１】
〈実施例８〉
【０２２２】
実施例８は、図４６の光ピックアップ装置に好適な記録再生用光学系である。本実施例は、保護層の厚さが０．６ｍｍの高密度ＤＶＤとＤＶＤとＣＤとに対して１つの対物レンズでコンパチブルに情報の記録再生が可能な記録再生用光学系であって、高密度ＤＶＤ用の青紫色半導体レーザ及びＤＶＤ用の赤色半導体レーザとの間の光路中に、収差補正用光学素子として回折一体型コリメートレンズを配置している。また、ＣＤに対して情報の記録再生を行う場合には、ＣＤ用の赤外半導体レーザから射出された発散光束を回折一体型対物レンズに入射させ、ＣＤの情報記録面上に集光させるようにした。
【０２２３】
回折一体型コリメートレンズとして、焦点距離１５ｍｍ、ＮＡ０．１７３である１群１枚構成のプラスチックレンズを用い、回折一体型対物レンズとして、焦点距離３．０７７ｍｍの１群１枚構成のプラスチックレンズを用いた。また、回折一体型対物レンズのＮＡは、高密度ＤＶＤに対する記録再生時が０．６５、ＤＶＤに対する記録再生時が０．６１、ＣＤに対する記録再生時が０．５０である。そして、回折一体型コリメートレンズの光ディスク側の面が負の回折パワーを有する回折面とされており、回折一体型対物レンズの半導体レーザ側の面が正の回折パワーを有する回折面とされている。
【０２２４】
表８に、実施例８の記録再生用光学系に関するデータを示し、図４７乃至４９に本実施例の記録再生用光学系の光路図を示す。表８のレンズデータにおいて、対物レンズの光源側の面の回折面係数は、青紫色半導体レーザからの光が入射した場合に、２次回折光が発生するように決定した。このように決定された回折面に、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザと、ＣＤ用の赤外半導体レーザからの光が入射すると１次回折光が発生する。さらに、対物レンズの光源側の面の回折面係数の基準波長（回折構造の製造波長ともいう）を３８０ｎｍに設定したので、青紫色半導体レーザからの光と、赤色半導体レーザからの光と、赤外半導体レーザからの光と、のそれぞれの波長領域において、高い回折効率が得られる。
【０２２５】
【表８】
2004005943.tif 000011
【０２２６】
また、回折一体型コリメートレンズは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザからの光束が共に通過する平行光束中に配置され、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生時とＤＶＤに対する情報の記録再生時の両方において、温度が変化した際の球面収差変化を補償する機能と、半導体レーザがモードホップした際のデフォーカス誤差を補償する機能を有する収差補正用光学素子として機能する。さらに、回折一体型コリメートレンズの光ディスク側の面の回折面係数は、青紫色半導体レーザからの光が入射した場合に、３次回折光が発生するように決定した。このように決定された回折面に、赤色半導体レーザからの光が入射すると２次回折光が発生する。対物レンズの光源側の面の回折面係数の基準波長（回折構造の製造波長ともいう）を４１５ｎｍに設定したので、青紫色半導体レーザからの光と、赤色半導体レーザからの光と、のそれぞれの波長領域において、高い回折効率が得られる。
【０２２７】
図４７は、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図であり、図４８はＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図であり、図４９はＣＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。
【０２２８】
図５０は本実施例の回折一体型コリメートレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図５１は本実施例の回折一体型コリメートレンズの波長６５５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０２２９】
また、図５２は本実施例の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図５３は本実施例の回折一体型対物レンズの波長６５５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図５４は本実施例の回折一体型対物レンズの波長７８５ｎｍにおける球面収差を示すグラフである。
【０２３０】
図５５は回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組み合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフであり、図５６は回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組み合わせた記録再生用光学系の波長６５５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【０２３１】
図５０及び図５１から、本実施例の回折一体型コリメートレンズは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザからの光の波長が長波長側に変化した場合には、焦点位置がオーバー側に移動し、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザからの光の波長が短波長側に変化した場合には、焦点位置がアンダー側に移動することがわかる。
【０２３２】
また、図５２及び図５３から、本実施例の回折一体型対物レンズは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザからの光の波長が長波長側に変化した場合には、焦点位置がアンダー側に移動し、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザからの光の波長が短波長側に変化した場合には、焦点位置がオーバー側に移動することがわかる。
【０２３３】
また、図５５及び図５６から、回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組み合わせた記録再生用光学系は、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザからの光の波長が変化した場合でも焦点位置がほとんど変化しないことがわかる。
【０２３４】
図５７に、本実施例の記録再生用光学系の、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の温度特性を示し、図５８に、本実施例の記録再生用光学系の、ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の温度特性を示す。図５７及び図５８からわかるように、いずれの光ディスクに対する記録再生時にも、−２０度乃至＋８５度の温度範囲において良好な集光特性を維持できる。
【０２３５】
なお、図５７及び図５８において、温度変化時の波面収差を計算する場合には、温度変化に対するプラスチックレンズの屈折率変化（その変化率は、−１．１×１０−４／度である）と、半導体レーザの波長変化（その変化率は、青紫色半導体レーザでは＋０．０５ｎｍ／度であり、赤色半導体レーザでは＋０．２ｎｍ／度である）を考慮しており、プラスチックレンズの形状変化は考慮していない。
【０２３６】
図５９に、本実施例の記録再生用光学系の、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の波長特性を示し、図６０に、本実施例の記録再生用光学系の、ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の波長特性を示す。図５９及び図６０からわかるように、いずれの光ディスクに対する記録再生時にも、２ｎｍの波長変化が起きても良好な集光特性を維持できる。
【０２３７】
なお、図５９及び図６０において、モードホッピングによる波長変化が起きた際の波面収差を計算する際には、対物レンズのフォーカシングはかからないとしたので、対物レンズは半導体レーザの基準波長（青紫色半導体レーザでは４０５ｎｍであり、赤色半導体レーザでは６５５ｎｍである）における最良像点位置に固定されており、図５９及び図６０における波面収差値は、最良像点位置のいどうによるデフォーカス成分を含んでいる。
【０２３８】
上述した表１乃至表８において、ｒ（ｍｍ）は各面の近軸曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλは４０５ｎｍにおける屈折率、νｄはｄ線におけるアッべ数を表す。また、表７、表８においては、ｒ（ｍｍ）は各面の近軸曲率半径、ｄ（ｍｍ）は面間隔、Ｎλは、高密度ＤＶＤでは４０５ｎｍにおける屈折率を表し、ＤＶＤでは６５０ｎｍにおける屈折率を表し、ＣＤでは７８０ｎｍにおける屈折率を表す。
【０２３９】
なお、上述の各表や図では、１０のべき乗の表現にＥ（またはｅ）を用いて、例えば、Ｅ−０２（＝１０−２）のように表している場合がある。
【０２４０】
【発明の効果】
本発明によれば、高ＮＡの１群１枚構成のプラスチック対物レンズを使用する光ディスクの記録再生用光学系において、対物レンズの温度変化による波面収差の変化を補償することができる。特に、温度変化による対物レンズの波面収差の変化を動的に検出する必要がなく、記録再生用光学系を安価に製造できる。
【０２４１】
また、この記録再生用光学系を搭載した光ディスクの光ピックアップ装置、および、この光ピックアップ装置を搭載した光ディスクの記録再生装置を提供できる。
【０２４２】
さらに、高ＮＡの１群１枚構成のプラスチック対物レンズの温度変化による波面収差の変化を補償することができる記録再生用光学系に好適な対物レンズおよび収差補正用光学素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の、ＮＡ０．８５、焦点距離２．２ｍｍ、設計基準波長４０５ｎｍである１群１枚構成のプラスチックレンズの温度変化に対する波面収差変化の様子を示す図である。
【図２】第１の実施の形態による記録再生用光学系を搭載した第１の光ピックアップ装置の構成を概念的に示す図である。
【図３】第２の実施の形態による記録再生用光学系を搭載した第２の光ピックアップ装置の構成を概念的に示す図である。
【図４】実施例１の記録再生用光学系の光路図である。
【図５】実施例１の回折一体型コリメートレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図６】実施例１の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図７】実施例１の回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図８】実施例１の記録再生用光学系の温度特性を示す図である。
【図９】実施例１の記録再生用光学系の波長特性を示す図である。
【図１０】実施例２の記録再生用光学系の光路図を示す。
【図１１】実施例２の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図１２】実施例２の回折一体型ビームエキスバンダーと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図１３】実施例２の記録再生用光学系の温度特性を示す図である。
【図１４】実施例２の記録再生用光学系の波長特性を示す図である。
【図１５】実施例３の記録再生用光学系の光路図を示す図である。
【図１６】実施例３の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図１７】実施例３の回折一体型ビームエキスパンダーと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図１８】実施例３の記録再生用光学系の温度特性を示す図である。
【図１９】実施例３の記録再生用光学系の波長特性を示す図である。
【図２０】実施例４の記録再生用光学系の光路図を示す図である。
【図２１】実施例４の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図２２】実施例４の収差補正用光学素子と回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図２３】実施例４の記録再生用光学系の温度特性を示す図である。
【図２４】実施例４の記録再生用光学系の波長特性を示す図である。
【図２５】実施例５の記録再生用光学系の光路図を示す図である。
【図２６】実施例５の回折一体型カップリングレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図２７】実施例５の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図２８】実施例５の回折一体型カップリングレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図２９】実施例５の記録再生用光学系の温度特性を示す図である。
【図３０】実施例５の記録再生用光学系の波長特性を示す図である。
【図３１】実施例６の記録再生用光学系の光路図を示す図である。
【図３２】実施例６の回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図３３】実施例６の回折一体型コリメートレンズと接合型ダブレットレンズと回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図３４】実施例６の記録再生用光学系の温度特性を示す図である。
【図３５】実施例６の記録再生用光学系の波長特性を示す図である。
【図３６】実施例７において高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。
【図３７】実施例７においてＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。
【図３８】実施例７においてＣＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。
【図３９】実施例７の回折一体型コリメートレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図４０】実施例７の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図４１】実施例７の回折一体型対物レンズの波長６５０ｎｍにおける球面収差を示すグラフである。
【図４２】実施例７の回折一体型対物レンズの波長７８０ｎｍにおける球面収差を示すグラフである。
【図４３】実施例７の収差補正用光学素子と回折一体型対物レンズとを組合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図４４】実施例７の記録再生用光学系の温度特性を示す図である。
【図４５】実施例７の記録再生用光学系の波長特性を示す図である。
【図４６】第３の実施の形態による記録再生用光学系を搭載した第３の光ピックアップ装置の構成を概念的に示す図である。
【図４７】実施例８において高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。
【図４８】実施例８においてＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。
【図４９】実施例８においてＣＤに対する情報の記録再生を行う際の光路図である。
【図５０】実施例８の回折一体型コリメートレンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図５１】実施例８の回折一体型コリメートレンズの波長６５５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図５２】実施例８の回折一体型対物レンズの波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図５３】実施例８の回折一体型対物レンズの波長６５５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図５４】実施例８の回折一体型対物レンズの波長７８５ｎｍにおける球面収差を示すグラフである。
【図５５】実施例８の回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組み合わせた記録再生用光学系の波長４０５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図５６】実施例８の回折一体型コリメートレンズと回折一体型対物レンズとを組み合わせた記録再生用光学系の波長６５５±５ｎｍにおける球面収差及び軸上色収差を示すグラフである。
【図５７】実施例８の記録再生用光学系の、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の温度特性を示す図である。
【図５８】実施例８の記録再生用光学系の、ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の温度特性を示す図である。
【図５９】実施例８の記録再生用光学系の、高密度ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の波長特性を示す図である。
【図６０】実施例８の記録再生用光学系の、ＤＶＤに対する情報の記録再生を行う際の波長特性を示す図である。
【符号の説明】
１１　　　　　　　半導体レーザ、第１の光源
１３　　　　　　　カップリングレンズ（収差補正用光学素子）
１５　　　　　　　対物レンズ
１６　　　　　　　第１の光ディスク、高密度ＤＶＤ
１６ａ　　　　　　保護層
１６ｂ　　　　　　情報記録面
１９　　　　　　　光検出器
２１　　　　　　　第２の光ディスク、ＤＶＤ
２１ａ　　　　　　保護層
２１ｂ　　　　　　情報記録面
２２　　　　　　　第３の光ディスク、ＣＤ
２２ａ　　　　　　保護層
２２ｂ　　　　　　情報記録面
３１　　　　　　　半導体レーザ、第２の光源
３２　　　　　　　半導体レーザ、第３の光源
４０　　　　　　　対物レンズ
１９’、１９”　　光検出器
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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