(57)【要約】【課題】使用波長や保護基板厚が異なる３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、各種収差の発生を抑制し、かつ部品点数を削減できる光ピックアップ装置及び光学素子を提供する。【解決手段】第１〜第３の光情報記録媒体に対して、波長λ１〜λ３の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう光ピックアップ装置であって、第１〜第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、各光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、回折光学素子に全ての前記光束をほぼ同じ角度で入射させ、第１光情報記録媒体に対して回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記光ピックアップ装置は、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、
前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ同じ角度で入射させ、
前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させることを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記回折光学素子は、前記波長λ１の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記回折光学素子は、前記波長λ２の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記回折光学素子は、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子及びコリメータとは別に設けられた光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記光ピックアップ装置は、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置される第１互換光学素子と、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源のうちのある１つの光源のみの光路か、又はある２つの光源の共通光路に配置される第２互換光学素子とを備え、
前記第１互換光学素子は、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、少なくとも１つの光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第１互換機能を有し、
前記第２互換光学素子は、前記第１互換光学素子と組み合わされる事により、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、他の光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第２互換機能を有し、
かつ、前記光ピックアップ装置は、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、
前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面に、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面が形成され、前記複数の輪帯状光学面は段差面を介して連続的に形成され、
前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記第１互換光学素子は対物光学素子であることを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記第２互換光学素子は位相差板であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記第２互換光学素子は液晶素子であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記第２互換光学素子は回折光学素子であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記第１互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対してほぼ等しい光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差及び光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差を補正することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
前記光学系倍率がほぼ０であることを特徴とする請求項１２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記第１互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対して異なる光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差、光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差及び前記集光光学系の光学系倍率の差に基づく球面収差を補正することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
前記第１、第２及び第３光情報記録媒体上に形成される集光スポットのうち少なくとも一つの集光スポットに対し、温度補償及び／又は色収差補償を行うための光学的補正素子を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１６】
前記波長λ１の光束により前記第１光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により前記第２光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により前記第３光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ３とした場合に、
ＮＡ３＜ＮＡ１
ＮＡ３＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする請求項１又は７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１７】
前記複数の輪帯状光学面が、前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面であって、前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
前記複数の輪帯状光学面のうち、光軸を含む輪帯状光学面をＲｓ、光軸から最も離れた輪帯状光学面をＲｌとすると、
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１、λ２及びλ３の光束を、それぞれの光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用い、
前記第１回折構造により生じる前記波長λ３の光束のｋ（ｋは自然数）次の回折光により前記第３光情報記録媒体に集光スポットが形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束を、前記第３光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用いることを特徴とする請求項１６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１８】
前記第１回折構造が、前記回折光学素子の少なくとも一つの光学面であって前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
ｋ＝ｍ／２
３７０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ
７６０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ
を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１９】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１及びλ２の光束は、それぞれの光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２０】
前記輪帯状光学面と前記第１回折構造とが、前記回折光学素子の同一面に形成されることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２１】
前記ｍ次の回折光及び前記ｎ次の回折光の回折効率は共に８０％以上であることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２２】
前記ｋ次の回折光の回折効率は４０％以上であることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２３】
前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差は０．０５０［λ３ｒｍｓ］以下であることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２４】
前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差が最小となる光軸方向の位置に対して、前記波長λ３の光束の近軸光線は光源側に集光することを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２５】
前記波長λ１とλ２の光束が同じ発散角で又は同じ無限光として前記回折光学素子に入射し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１とλ２との差が原因で前記第１回折構造が設けられている光学面の屈折機能により生じる球面収差と、保護基板厚ｔ１とｔ２との差により生じる球面収差とを、前記波長λ１とλ２との差による回折効果で補正することを特徴とする請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２６】
ｍ＝８、ｎ＝５
を満たすことを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２７】
ｍ＝６、ｎ＝４
を満たすことを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２８】
ｍ＝２、ｎ＝１
を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２９】
ｋ＝１
を満たすことを特徴とする請求項２８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３０】
ｋ＝０
を満たすことを特徴とする請求項２８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３１】
ｍ＝５、ｎ＝３
を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３２】
ｋ＝２
を満たすことを特徴とする請求項３１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３３】
ｍ＝２、ｎ＝２
を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３４】
ｋ＝１
を満たすことを特徴とする請求項３３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３５】
ｍ＝３、ｎ＝２
を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３６】
ｋ＝２
を満たすことを特徴とする請求項３５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３７】
ｍ＝１０、ｎ＝６
を満たすことを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３８】
前記第１回折構造が、所定の非球面形状の光学面に形成される光軸を中心とした複数の回折輪帯と、前記複数の回折輪帯のうち少なくとも一つの回折輪帯の光学面上に、この輪帯を通過する所定の光束に対して定められた光路差を付与する光路差付与構造とを備え、
前記回折輪帯の光学面は、前記光路差付与構造が無いと仮定した場合、前記波長λ１の光束のｍＢ１次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ２の光束のｍＢ２次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ３の光束のｍＢ３次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させる、前記所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ構造を有し、
前記光路差付与構造は、前記回折光に対して、前記波長λ１の光束のｍ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ２の光束のｎ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ３の光束のｋ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、
ｍ＝ｍＢ１−ｍＤ
ｎ＝ｍＢ２−ｍＤ＋（−１、０又は１）
ｋ＝ｍＢ３−ｍＤ＋（−１、０又は１）
を満たすことを特徴とする請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
但し、ｍＤは光路差付与構造が無いと仮定した場合（回折構造のみを備えるものと仮定した場合）の各光束の回折次数を指す。
【請求項３９】
１．９×λ１≦λ３≦２．１×λ１
を満たすことを特徴とする請求項１７〜３８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４０】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束とが、光軸方向に１０μｍ以上離れて集光することを特徴とする請求項１８〜３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４１】
前記段差面の光軸方向の長さＤが、
１．５μｍ≦Ｄ≦２．０μｍ
を満たすことを特徴とする請求項１８〜４０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４２】
前記段差面の光軸方向の長さＤが、
２．０μｍ≦Ｄ≦３．０μｍ
を満たすことを特徴とする請求項１８〜４０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４３】
前記段差面の光軸方向の長さＤが、
３．０μｍ≦Ｄ≦４．５μｍ
を満たすことを特徴とする請求項１８〜４０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４４】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ３の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、
−０．１π≦φ≦０．１π
を満たすことを特徴とする請求項１８〜４３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４５】
前記波長λ３の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする請求項１８〜４４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４６】
前記波長λ１とλ２の光束のうち少なくとも１つの光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする請求項４０〜４５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４７】
前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする請求項４０〜４６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４８】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束とが、光軸方向に５μｍ以上離れて集光することを特徴とする請求項１８〜３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４９】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ２の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、
−０．１π≦φ≦０．１π
を満たすことを特徴とする請求項４８に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５０】
前記波長λ２の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする請求項４８又は４９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５１】
前記波長λ１の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする請求項４８〜５０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５２】
前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする請求項４８〜５１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５３】
前記第１回折構造が、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が通過する領域に形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、集光スポットを形成する波長λ３の光束の集光位置ｆＢ３は、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの最良像面位置に対して、光軸方向において、
｜ｆＢ３｜≦５μｍ
を満たすことを特徴とする請求項１８〜３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５４】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域が屈折面であることを特徴とする請求項５３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５５】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域に第２回折構造が形成されていることを特徴とする請求項５３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５６】
前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第１回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせと、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせとが異なることを特徴とする請求項５５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５７】
前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせが１、１、１であることを特徴とする請求項５６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５８】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ１の光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする請求項５３〜５７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５９】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束は、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする請求項５３〜５８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６０】
前記輪帯状光学面Ｒｌに連続する二つの段差面のうち、光軸に近い方の段差面の光軸に平行な距離は他方の段差面の光軸に平行な距離と比較して短いことを特徴とする請求項５３〜５９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６１】
前記輪帯状光学面の数が２であることを特徴とする請求項５３〜６０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６２】
保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる複数の光学素子であって、
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を含み、
前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ同じ角度で入射させ、
前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする光学素子。
【請求項６３】
前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする請求項６２に記載の光学素子。
【請求項６４】
前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させることを特徴とする請求項６３に記載の光学素子。
【請求項６５】
前記回折光学素子は、前記波長λ１の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする請求項６２〜６４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６６】
前記回折光学素子は、前記波長λ２の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする請求項６２〜６４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６７】
前記回折光学素子は、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子及びコリメータとは別に設けられた光学素子であることを特徴とする請求項６２に記載の光学素子。
【請求項６８】
保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる複数の光学素子であって、
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置される第１互換光学素子と、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源のうちのある１つの光源のみの光路か、又はある２つの光源の共通光路に配置される第２互換光学素子とを備え、
前記第１互換光学素子は、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、少なくとも１つの光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第１互換機能を有し、
前記第２互換光学素子は、前記第１互換光学素子と組み合わされる事により、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、他の光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第２互換機能を有し、
かつ、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、
前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面に、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面が形成され、前記複数の輪帯状光学面は段差面を介して連続的に形成され、
前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする光学素子。
【請求項６９】
前記第１互換光学素子は対物光学素子であることを特徴とする請求項６８に記載の光学素子。
【請求項７０】
前記第２互換光学素子は位相差板であることを特徴とする請求項６８又は６９に記載の光学素子。
【請求項７１】
前記第２互換光学素子は液晶素子であることを特徴とする請求項６８又は６９に記載の光学素子。
【請求項７２】
前記第２互換光学素子は回折光学素子であることを特徴とする請求項６８又は６９に記載の光学素子。
【請求項７３】
前記第１互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対してほぼ等しい光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差及び光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差を補正することを特徴とする請求項６８〜７２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７４】
前記光学系倍率がほぼ０であることを特徴とする請求項７３に記載の光学素子。
【請求項７５】
前記第１互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対して異なる光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差、光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差及び前記集光光学系の光学系倍率の差に基づく球面収差を補正することを特徴とする請求項６８〜７２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７６】
前記第１、第２及び第３光情報記録媒体上に形成される集光スポットのうち少なくとも一つの集光スポットに対し、温度補償及び／又は色収差補償を行うための光学的補正素子を有することを特徴とする請求項６２〜７５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７７】
前記波長λ１の光束により前記第１光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により前記第２光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により前記第３光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ３とした場合に、
ＮＡ３＜ＮＡ１
ＮＡ３＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする請求項６２又は６８に記載の光学素子。
【請求項７８】
前記複数の輪帯状光学面が、前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面であって、前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
前記複数の輪帯状光学面のうち、光軸を含む輪帯状光学面をＲｓ、光軸から最も離れた輪帯状光学面をＲｌとすると、
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１、λ２及びλ３の光束を、それぞれの光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用い、
前記第１回折構造により生じる前記波長λ３の光束のｋ（ｋは自然数）次の回折光により前記第３光情報記録媒体に集光スポットが形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束を、前記第３光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用いることを特徴とする請求項７７に記載の光学素子。
【請求項７９】
前記第１回折構造が、前記回折光学素子の少なくとも一つの光学面であって前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
ｋ＝ｍ／２
３７０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ
７６０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ
を満たすことを特徴とする請求項７８に記載の光学素子。
【請求項８０】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１及びλ２の光束は、それぞれの光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする請求項７８又は７９に記載の光学素子。
【請求項８１】
前記輪帯状光学面と前記第１回折構造とが、前記回折光学素子の同一面に形成されることを特徴とする請求項７９又は８０に記載の光学素子。
【請求項８２】
前記ｍ次の回折光及び前記ｎ次の回折光の回折効率は共に８０％以上であることを特徴とする請求項７８〜８１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８３】
前記ｋ次の回折光の回折効率は４０％以上であることを特徴とする請求項７８〜８２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８４】
前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差は０．０５０［λ３ｒｍｓ］以下であることを特徴とする請求項７８〜８３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８５】
前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差が最小となる光軸方向の位置に対して、前記波長λ３の光束の近軸光線は光源側に集光することを特徴とする請求項７８〜８４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８６】
前記波長λ１とλ２の光束が同じ発散角で又は同じ無限光として前記回折光学素子に入射し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１とλ２との差が原因で前記第１回折構造が設けられている光学面の屈折機能により生じる球面収差と、保護基板厚ｔ１とｔ２との差により生じる球面収差とを、前記波長λ１とλ２との差による回折効果で補正することを特徴とする請求項７８〜８５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８７】
ｍ＝８、ｎ＝５
を満たすことを特徴とする請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８８】
ｍ＝６、ｎ＝４
を満たすことを特徴とする請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８９】
ｍ＝２、ｎ＝１
を満たすことを特徴とする請求項７８に記載の光学素子。
【請求項９０】
ｋ＝１
を満たすことを特徴とする請求項８９に記載の光学素子。
【請求項９１】
ｋ＝０
を満たすことを特徴とする請求項８９に記載の光学素子。
【請求項９２】
ｍ＝５、ｎ＝３
を満たすことを特徴とする請求項７８に記載の光学素子。
【請求項９３】
ｋ＝２
を満たすことを特徴とする請求項９２に記載の光学素子。
【請求項９４】
ｍ＝２、ｎ＝２
を満たすことを特徴とする請求項７８に記載の光学素子。
【請求項９５】
ｋ＝１
を満たすことを特徴とする請求項９４に記載の光学素子。
【請求項９６】
ｍ＝３、ｎ＝２
を満たすことを特徴とする請求項７８に記載の光学素子。
【請求項９７】
ｋ＝２、
を満たすことを特徴とする請求項９６に記載の光学素子。
【請求項９８】
ｍ＝１０、ｎ＝６
を満たすことを特徴とする請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９９】
前記第１回折構造が、所定の非球面形状の光学面に形成される光軸を中心とした複数の回折輪帯と、前記複数の回折輪帯のうち少なくとも一つの回折輪帯の光学面上に、この輪帯を通過する所定の光束に対して定められた光路差を付与する光路差付与構造とを備え、
前記回折輪帯の光学面は、前記光路差付与構造が無いと仮定した場合、前記波長λ１の光束のｍＢ１次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ２の光束のｍＢ２次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ３の光束のｍＢ３次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させる、前記所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ構造を有し、
前記光路差付与構造は、前記回折光に対して、前記波長λ１の光束のｍ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ２の光束のｎ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ３の光束のｋ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、
ｍ＝ｍＢ１−ｍＤ
ｎ＝ｍＢ２−ｍＤ＋（−１、０又は１）
ｋ＝ｍＢ３−ｍＤ＋（−１、０又は１）
を満たすことを特徴とする請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子。
但し、ｍＤは光路差付与構造が無いと仮定した場合（回折構造のみを備えるものと仮定した場合）の各光束の回折次数を指す。
【請求項１００】
１．９×λ１≦λ３≦２．１×λ１
を満たすことを特徴とする請求項７８〜９９のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０１】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束とが、光軸方向に１０μｍ以上離れて集光することを特徴とする請求項７９〜１００のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０２】
前記段差面の光軸方向の長さＤが、
１．５μｍ≦Ｄ≦２．０μｍ
を満たすことを特徴とする請求項７９〜１０１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０３】
前記段差面の光軸方向の長さＤが、
２．０μｍ≦Ｄ≦３．０μｍ
を満たすことを特徴とする請求項７９〜１０１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０４】
前記段差面の光軸方向の長さＤが、
３．０μｍ≦Ｄ≦４．５μｍ
を満たすことを特徴とする請求項７９〜１０１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０５】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ３の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、
−０．１π≦φ≦０．１π
を満たすことを特徴とする請求項７９〜１０４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０６】
前記波長λ３の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする請求項７９〜１０５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０７】
前記波長λ１とλ２の光束のうち少なくとも１つの光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする請求項１０１〜１０６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０８】
前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする請求項１０１〜１０７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０９】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束とが、光軸方向に５μｍ以上離れて集光することを特徴とする請求項７９〜１００のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１０】
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ２の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、
−０．１π≦φ≦０．１π
を満たすことを特徴とする請求項１０９に記載の光学素子。
【請求項１１１】
前記波長λ２の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする請求項１０９又は１１０に記載の光学素子。
【請求項１１２】
前記波長λ１の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする請求項１０９〜１１１のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１３】
前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする請求項１０９〜１１２のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１４】
前記第１回折構造が、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が通過する領域に形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、集光スポットを形成する波長λ３の光束の集光位置ｆＢ３は、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの最良像面位置に対して、光軸方向において、
｜ｆＢ３｜≦５μｍ
を満たすことを特徴とする請求項７９〜１００のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１１５】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域が屈折面であることを特徴とする請求項１１４に記載の光学素子。
【請求項１１６】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域に第２回折構造が形成されていることを特徴とする請求項１１４に記載の光学素子。
【請求項１１７】
前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第１回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせと、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせとが異なることを特徴とする請求項１１６に記載の光学素子。
【請求項１１８】
前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせが１、１、１であることを特徴とする請求項１１７に記載の光学素子。
【請求項１１９】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ１の光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする請求項１１４〜１１８のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２０】
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束は、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする請求項１１４〜１１９のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２１】
前記輪帯状光学面Ｒｌに連続する二つの段差面のうち、光軸に近い方の段差面の光軸に平行な距離は他方の段差面の光軸に平行な距離と比較して短いことを特徴とする請求項１１４〜１２０のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１２２】
前記輪帯状光学面の数が２であることを特徴とする請求項１１４〜１２１のいずれか一項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３種類の光情報記録媒体（光ディスク）の規格に対応できる光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置に用いる光学素子に関する。
【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）や、使用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）などが実用化されている。
さらに、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、「高密度な光ディスク」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程度の高密度な光ディスクの研究・開発が進んでいる。
【０００３】
そして、使用波長や保護基板厚が異なる３種類の光ディスクの情報記録面に対して３種類の異なる波長の光束を一つの対物レンズを用いて集光させることで各種情報の再生及び／又は記録を行なう、互換性を有する光ピックアップ装置（光ディスク装置ともいう。）が各種提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１には、第１〜第３の波長の光を出射する第１〜第３の光源、第１〜第３の波長の光を受け、所定の光情報記録媒体上に集光させる対物レンズ、コリメーターレンズ等から概略構成される光ディスク装置が開示されている。
第１及び第２の光源から出射された第１及び第２の波長の光はコリメータレンズを通過するが、この際に、第１の波長の光はコリメーターレンズにより平行光化されて対物レンズに入射し、第２の波長の光は平行光化されずに発散光として対物レンズに入射する。また、第３の光源からの第３の波長の光は、コリメーターレンズを通過せずに、発散光として直接対物レンズに入射する。
そして、対物レンズから出射される第１〜第３の波長の光を高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤなどの使用波長や保護基板厚が異なる３種類の光情報記録媒体に集光させて各種情報の記録及び／又は再生を行なうものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４３５５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示された装置は、上述のように、第１の波長の光は平行光として対物レンズに入射し、第２及び第３の波長の光は発散光として対物レンズに入射するものであるので、対物レンズを含む集光光学系の光学系倍率が３種類の光情報記録媒体に対して異なることとなる。
従って、例えば、第１〜第３の波長の光の光路がそれぞれ異なるものとなるので、複数の光学素子を各光路に対応して配置する必要が生じるなど、光ディスク装置の構造が複雑になるという問題や、装置の部品点数が増大するという問題があった。
【０００７】
また、発散光を対物レンズに入射させるので、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等の各種収差が発生するという問題があった。
また、平行光を対物レンズに入射させるいわゆる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。
【０００８】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、使用波長や保護基板厚が異なる３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、各種収差の発生を抑制し、かつ部品点数を削減できる光ピックアップ装置及び光学素子を提供することである。
【０００９】
【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、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、前記光ピックアップ装置は、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ同じ角度で入射させ、前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、第１光源、第２光源及び第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、第１光情報記録媒体、第２光情報記録媒体及び第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、回折光学素子に全ての前記光束をほぼ同じ角度で入射させる。
従って、例えば、第１〜第３の波長の光の光路がほぼ等しくなるので、光ピックアップ装置を構成する各種光学素子をこの共通光路に対応して配置すればよく、光ピックアップ装置の構造を簡略化できると共に、装置の部品点数を削減できる。
【００１１】
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、前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする。
【００１２】
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、前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果を得られると共に、回折光学素子に全ての光束をほぼ無限平行光として入射させる。
従って、情報の再生及び／又は記録を行なう際に対物光学素子を光情報記録媒体に対して移動させるトラッキング時の像高特性の悪化を防止でき、コマ収差や非点収差等の各種収差の発生を抑えることができる。
また、温度変化により発生する球面収差も抑えることができる。
【００１４】
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、前記回折光学素子は、前記波長λ１の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする。
【００１５】
請求項５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、前記回折光学素子は、前記波長λ２の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする。
【００１６】
請求項６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、前記回折光学素子は、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子及びコリメータとは別に設けられた光学素子であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記光ピックアップ装置は、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置される第１互換光学素子と、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源のうちのある１つの光源のみの光路か、又はある２つの光源の共通光路に配置される第２互換光学素子とを備え、
前記第１互換光学素子は、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、少なくとも１つの光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第１互換機能を有し、
前記第２互換光学素子は、前記第１互換光学素子と組み合わされる事により、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、他の光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第２互換機能を有し、
かつ、前記光ピックアップ装置は、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、
前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面に、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面が形成され、前記複数の輪帯状光学面は段差面を介して連続的に形成され、
前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項７に記載の光ピックアップ装置であって、前記第１互換光学素子は対物光学素子であることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項７又は８に記載の光ピックアップ装置であって、前記第２互換光学素子は位相差板であることを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項７又は８に記載の光ピックアップ装置であって、前記第２互換光学素子は液晶素子であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項７又は８に記載の光ピックアップ装置であって、前記第２互換光学素子は回折光学素子であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の発明は、請求項７〜１１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互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対してほぼ等しい光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差及び光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差を補正することを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１２に記載の光ピックアップ装置であって、前記光学系倍率がほぼ０であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１４記載の発明は、請求項７〜１１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互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対して異なる光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差、光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差及び前記集光光学系の光学系倍率の差に基づく球面収差を補正することを特徴とする。
【００２１】
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、前記第１、第２及び第３光情報記録媒体上に形成される集光スポットのうち少なくとも一つの集光スポットに対し、温度補償及び／又は色収差補償を行うための光学的補正素子を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項１６記載の発明は、請求項１又は７に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ１の光束により前記第１光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により前記第２光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により前記第３光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ３とした場合に、
ＮＡ３＜ＮＡ１
ＮＡ３＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００２３】
請求項１７記載の発明は、請求項１６に記載の光ピックアップ装置であって、前記複数の輪帯状光学面が、前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面であって、前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
前記複数の輪帯状光学面のうち、光軸を含む輪帯状光学面をＲｓ、光軸から最も離れた輪帯状光学面をＲｌとすると、
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１、λ２及びλ３の光束を、それぞれの光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用い、
前記第１回折構造により生じる前記波長λ３の光束のｋ（ｋは自然数）次の回折光により前記第３光情報記録媒体に集光スポットが形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束を、前記第３光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用いることを特徴とする。
【００２４】
請求項１８記載の発明は、請求項１７に記載の光ピックアップ装置であって、前記第１回折構造が、前記回折光学素子の少なくとも一つの光学面であって前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
ｋ＝ｍ／２
３７０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ
７６０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
【００２５】
請求項１９記載の発明は、請求項１７又は１８に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１及びλ２の光束は、それぞれの光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする。
請求項２０記載の発明は、請求項１８又は１９に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面と前記第１回折構造とが、前記回折光学素子の同一面に形成されることを特徴とする。
【００２６】
請求項２１記載の発明は、請求項１７〜２０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ｍ次の回折光及び前記ｎ次の回折光の回折効率は共に８０％以上であることを特徴とする。
請求項２２記載の発明は、請求項１７〜２１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ｋ次の回折光の回折効率は４０％以上であることを特徴とする。
【００２７】
請求項２３記載の発明は、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差は０．０５０［λ３ｒｍｓ］以下であることを特徴とする。
請求項２４記載の発明は、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差が最小となる光軸方向の位置に対して、前記波長λ３の光束の近軸光線は光源側に集光することを特徴とする。
【００２８】
請求項２５記載の発明は、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ１とλ２の光束が同じ発散角で又は同じ無限光として前記回折光学素子に入射し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１とλ２との差が原因で前記第１回折構造が設けられている光学面の屈折機能により生じる球面収差と、保護基板厚ｔ１とｔ２との差により生じる球面収差とを、前記波長λ１とλ２との差による回折効果で補正することを特徴とする。
【００２９】
請求項２６記載の発明は、請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、ｍ＝８、ｎ＝５を満たすことを特徴とする。
請求項２７記載の発明は、請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、ｍ＝６、ｎ＝４を満たすことを特徴とする。
請求項２８記載の発明は、請求項１７に記載の光ピックアップ装置であって、ｍ＝２、ｎ＝１を満たすことを特徴とする。
【００３０】
請求項２９記載の発明は、請求項２８に記載の光ピックアップ装置であって、ｋ＝１を満たすことを特徴とする。
請求項３０記載の発明は、請求項２８に記載の光ピックアップ装置であって、ｋ＝０を満たすことを特徴とする。
請求項３１記載の発明は、請求項１７に記載の光ピックアップ装置であって、ｍ＝５、ｎ＝３を満たすことを特徴とする。
請求項３２記載の発明は、請求項３１に記載の光ピックアップ装置であって、ｋ＝２を満たすことを特徴とする。
【００３１】
請求項３３記載の発明は、請求項１７に記載の光ピックアップ装置であって、ｍ＝２、ｎ＝２を満たすことを特徴とする。
請求項３４記載の発明は、請求項３３に記載の光ピックアップ装置であって、ｋ＝１を満たすことを特徴とする。
請求項３５記載の発明は、請求項１７に記載の光ピックアップ装置であって、ｍ＝３、ｎ＝２を満たすことを特徴とする。
請求項３６記載の発明は、請求項３５に記載の光ピックアップ装置であって、ｋ＝２を満たすことを特徴とする。
【００３２】
請求項３７記載の発明は、請求項１７〜２５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、ｍ＝１０、ｎ＝６を満たすことを特徴とする。
【００３３】
請求項３８記載の発明は、請求項１７〜２５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回折構造が、所定の非球面形状の光学面に形成される光軸を中心とした複数の回折輪帯と、前記複数の回折輪帯のうち少なくとも一つの回折輪帯の光学面上に、この輪帯を通過する所定の光束に対して定められた光路差を付与する光路差付与構造とを備え、
前記回折輪帯の光学面は、前記光路差付与構造が無いと仮定した場合、前記波長λ１の光束のｍＢ１次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ２の光束のｍＢ２次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ３の光束のｍＢ３次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させる、前記所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ構造を有し、
前記光路差付与構造は、前記回折光に対して、前記波長λ１の光束のｍ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ２の光束のｎ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ３の光束のｋ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、
ｍ＝ｍＢ１−ｍＤ
ｎ＝ｍＢ２−ｍＤ＋（−１、０又は１）
ｋ＝ｍＢ３−ｍＤ＋（−１、０又は１）
を満たすことを特徴とする。
但し、ｍＤは光路差付与構造が無いと仮定した場合（回折構造のみを備えるものと仮定した場合）の各光束の回折次数を指す。
【００３４】
請求項３９記載の発明は、請求項１７〜３８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、１．９×λ１≦λ３≦２．１×λ１を満たすことを特徴とする。
請求項４０記載の発明は、請求項１８〜３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束とが、光軸方向に１０μｍ以上離れて集光することを特徴とする。
【００３５】
請求項４１記載の発明は、請求項１８〜４０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記段差面の光軸方向の長さＤが、
１．５μｍ≦Ｄ≦２．０μｍを満たすことを特徴とする。
請求項４２記載の発明は、請求項１８〜４０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記段差面の光軸方向の長さＤが、２．０μｍ≦Ｄ≦３．０μｍを満たすことを特徴とする。
請求項４３記載の発明は、請求項１８〜４０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記段差面の光軸方向の長さＤが、
３．０μｍ≦Ｄ≦４．５μｍを満たすことを特徴とする。
【００３６】
請求項４４記載の発明は、請求項１８〜４３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ３の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、
−０．１π≦φ≦０．１πを満たすことを特徴とする。
【００３７】
請求項４５記載の発明は、請求項１８〜４４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ３の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする。
請求項４６記載の発明は、請求項４０〜４５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ１とλ２の光束のうち少なくとも１つの光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする。
【００３８】
請求項４７記載の発明は、請求項４０〜４６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする。
請求項４８記載の発明は、請求項１８〜３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束とが、光軸方向に５μｍ以上離れて集光することを特徴とする。
【００３９】
請求項４９記載の発明は、請求項４８に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ２の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、
−０．１π≦φ≦０．１πを満たすことを特徴とする。
請求項５０記載の発明は、請求項４８又は４９に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ２の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする。
【００４０】
請求項５１記載の発明は、請求項４８〜５０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ１の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする。
請求項５２記載の発明は、請求項４８〜５１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする。
【００４１】
請求項５３記載の発明は、請求項１８〜３９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回折構造が、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が通過する領域に形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、集光スポットを形成する波長λ３の光束の集光位置ｆＢ３は、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの最良像面位置に対して、光軸方向において、
｜ｆＢ３｜≦５μｍを満たすことを特徴とする。
【００４２】
請求項５４記載の発明は、請求項５３に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域が屈折面であることを特徴とする。
請求項５５記載の発明は、請求項５３に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域に第２回折構造が形成されていることを特徴とする。
【００４３】
請求項５６記載の発明は、請求項５５に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第１回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせと、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせとが異なることを特徴とする。
請求項５７記載の発明は、請求項５６に記載の光ピックアップ装置であって、前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせが１、１、１であることを特徴とする。
【００４４】
請求項５８記載の発明は、請求項５３〜５７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ１の光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする。
請求項５９記載の発明は、請求項５３〜５８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束は、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする。
【００４５】
請求項６０記載の発明は、請求項５３〜５９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面Ｒｌに連続する二つの段差面のうち、光軸に近い方の段差面の光軸に平行な距離は他方の段差面の光軸に平行な距離と比較して短いことを特徴とする。
請求項６１記載の発明は、請求項５３〜６０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記輪帯状光学面の数が２であることを特徴とする。
【００４６】
請求項６２記載の発明は、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる複数の光学素子であって、
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を含み、
前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、前記光ピックアップ装置に含まれる前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ同じ角度で入射させ、
前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする光学素子。
【００４７】
請求項６３記載の発明は、請求項６２に記載の光学素子であって、前記回折光学素子は、対物光学素子であることを特徴とする。
請求項６４記載の発明は、請求項６３に記載の光学素子であって、前記回折光学素子に全ての前記光束をほぼ無限平行光として入射させることを特徴とする。
請求項６５記載の発明は、請求項６２〜６４のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記回折光学素子は、前記波長λ１の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする。
【００４８】
請求項６６記載の発明は、請求項６２〜６４のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記回折光学素子は、前記波長λ２の光束が入射した場合にコリメータとして機能することを特徴とする。
請求項記６７載の発明は、請求項６２に記載の光学素子であって、前記回折光学素子は、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子及びコリメータとは別に設けられた光学素子であることを特徴とする。
【００４９】
請求項６８記載の発明は、保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して、波長λ１の第１光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ２（ｔ１≦ｔ２）の第２光情報記録媒体に対して、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行ない、保護基板厚ｔ３（ｔ２＜ｔ３）の第３光情報記録媒体に対して、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源から出射される光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置に含まれる複数の光学素子であって、
前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置される第１互換光学素子と、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源のうちのある１つの光源のみの光路か、又はある２つの光源の共通光路に配置される第２互換光学素子とを備え、
前記第１互換光学素子は、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、少なくとも１つの光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第１互換機能を有し、
前記第２互換光学素子は、前記第１互換光学素子と組み合わされる事により、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体のうちの、他の光情報記録媒体に対して、情報の再生及び／又は記録に必要な集光スポットを形成する第２互換機能を有し、
かつ、前記第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、
前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面に、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面が形成され、前記複数の輪帯状光学面は段差面を介して連続的に形成され、
前記第１光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｍ（ｍは自然数）次の回折光による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記回折光学素子によって生じるｎ（ｎはｎ≠ｍである自然数）次の回折光による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする。
【００５０】
請求項６９記載の発明は、請求項６８に記載の光学素子であって、前記第１互換光学素子は対物光学素子であることを特徴とする。
請求項７０記載の発明は、請求項６８又は６９に記載の光学素子であって、前記第２互換光学素子は位相差板であることを特徴とする。
請求項７１記載の発明は、請求項６８又は６９に記載の光学素子であって、前記第２互換光学素子は液晶素子であることを特徴とする。
【００５１】
請求項７２記載の発明は、請求項６８又は６９に記載の光学素子であって、前記第２互換光学素子は回折光学素子であることを特徴とする。
請求項７３記載の発明は、請求項６８〜７２のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記第１互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対してほぼ等しい光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差及び光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差を補正することを特徴とする。
請求項７４記載の発明は、請求項７３に記載の光学素子であって、前記光学系倍率がほぼ０であることを特徴とする。
【００５２】
請求項７５記載の発明は、請求項６８〜７２のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記第１互換光学素子と、前記第２互換光学素子と、前記回折光学素子と、光ピックアップ装置を構成する対物光学素子とから構成される集光光学系は、前記波長λ１、λ２及びλ３の光束に対して異なる光学系倍率を有するとともに、
前記第１互換機能及び前記第２互換機能は、波長差に基づく球面収差、光情報記録媒体間の保護基板厚差に基づく球面収差及び前記集光光学系の光学系倍率の差に基づく球面収差を補正することを特徴とする。
請求項７６記載の発明は、請求項６２〜７５のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記第１、第２及び第３光情報記録媒体上に形成される集光スポットのうち少なくとも一つの集光スポットに対し、温度補償及び／又は色収差補償を行うための光学的補正素子を有することを特徴とする。
【００５３】
請求項７７記載の発明は、請求項６２又は６８に記載の光学素子であって、前記波長λ１の光束により前記第１光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ１、前記波長λ２の光束により前記第２光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ２、前記波長λ３の光束により前記第３光情報記録媒体に対して形成される集光スポットの開口数をＮＡ３とした場合に、
ＮＡ３＜ＮＡ１
ＮＡ３＜ＮＡ２
を満たすことを特徴とする。
【００５４】
請求項７８記載の発明は、請求項７７に記載の光学素子であって、前記複数の輪帯状光学面が、前記第１互換光学素子、第２互換光学素子及び回折光学素子のうちの少なくとも一つの光学素子の少なくとも一つの光学面であって、前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
前記複数の輪帯状光学面のうち、光軸を含む輪帯状光学面をＲｓ、光軸から最も離れた輪帯状光学面をＲｌとすると、
前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１、λ２及びλ３の光束を、それぞれの光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用い、
前記第１回折構造により生じる前記波長λ３の光束のｋ（ｋは自然数）次の回折光により前記第３光情報記録媒体に集光スポットが形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束を、前記第３光情報記録媒体の再生及び／又は記録に用いることを特徴とする。
【００５５】
請求項７９記載の発明は、請求項７８に記載の光学素子であって、前記第１回折構造が、前記回折光学素子の少なくとも一つの光学面であって前記第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する前記波長λ３の光束が通過する領域に形成され、
ｋ＝ｍ／２
３７０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ
７６０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項８０記載の発明は、請求項７８又は７９に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ１及びλ２の光束は、それぞれの光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする。
【００５６】
請求項８１記載の発明は、請求項７９又は８０に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面と前記第１回折構造とが、前記回折光学素子の同一面に形成されることを特徴とする。
請求項８２記載の発明は、請求項７８〜８１のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記ｍ次の回折光及び前記ｎ次の回折光の回折効率は共に８０％以上であることを特徴とする。
請求項８３記載の発明は、請求項７８〜８２のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記ｋ次の回折光の回折効率は４０％以上であることを特徴とする。
請求項８４記載の発明は、請求項７８〜８３のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差は０．０５０［λ３ｒｍｓ］以下であることを特徴とする。
【００５７】
請求項８５記載の発明は、請求項７８〜８４のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差が最小となる光軸方向の位置に対して、前記波長λ３の光束の近軸光線は光源側に集光することを特徴とする。
請求項８６記載の発明は、請求項７８〜８５のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記波長λ１とλ２の光束が同じ発散角で又は同じ無限光として前記回折光学素子に入射し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１とλ２との差が原因で前記第１回折構造が設けられている光学面の屈折機能により生じる球面収差と、保護基板厚ｔ１とｔ２との差により生じる球面収差とを、前記波長λ１とλ２との差による回折効果で補正することを特徴とする。
【００５８】
請求項８７記載の発明は、請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子であって、ｍ＝８、ｎ＝５を満たすことを特徴とする。
請求項８８記載の発明は、請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子であって、ｍ＝６、ｎ＝４を満たすことを特徴とする。
請求項８９記載の発明は、請求項７８に記載の光学素子であって、ｍ＝２、ｎ＝１を満たすことを特徴とする。
請求項９０記載の発明は、請求項８９に記載の光学素子であって、ｋ＝１を満たすことを特徴とする。
【００５９】
請求項９１記載の発明は、請求項８９に記載の光学素子であって、ｋ＝０を満たすことを特徴とする。
請求項９２記載の発明は、請求項７８に記載の光学素子であって、ｍ＝５、ｎ＝３を満たすことを特徴とする。
請求項９３記載の発明は、請求項９２に記載の光学素子であって、ｋ＝２を満たすことを特徴とする。
請求項９４記載の発明は、請求項７８に記載の光学素子であって、ｍ＝２、ｎ＝２を満たすことを特徴とする。
【００６０】
請求項９５記載の発明は、請求項９４に記載の光学素子であって、ｋ＝１を満たすことを特徴とする。
請求項９６記載の発明は、請求項７８に記載の光学素子であって、ｍ＝３、ｎ＝２を満たすことを特徴とする。
請求項９７記載の発明は、請求項９６に記載の光学素子であって、ｋ＝２、を満たすことを特徴とする。
請求項９８記載の発明は、請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子であって、ｍ＝１０、ｎ＝６を満たすことを特徴とする。
【００６１】
請求項９９記載の発明は、請求項７８〜８６のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記第１回折構造が、所定の非球面形状の光学面に形成される光軸を中心とした複数の回折輪帯と、前記複数の回折輪帯のうち少なくとも一つの回折輪帯の光学面上に、この輪帯を通過する所定の光束に対して定められた光路差を付与する光路差付与構造とを備え、
前記回折輪帯の光学面は、前記光路差付与構造が無いと仮定した場合、前記波長λ１の光束のｍＢ１次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ２の光束のｍＢ２次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ３の光束のｍＢ３次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させる、前記所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ構造を有し、
前記光路差付与構造は、前記回折光に対して、前記波長λ１の光束のｍ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ２の光束のｎ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、前記波長λ３の光束のｋ次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、
ｍ＝ｍＢ１−ｍＤ
ｎ＝ｍＢ２−ｍＤ＋（−１、０又は１）
ｋ＝ｍＢ３−ｍＤ＋（−１、０又は１）
を満たすことを特徴とする。
但し、ｍＤは光路差付与構造が無いと仮定した場合（回折構造のみを備えるものと仮定した場合）の各光束の回折次数を指す。
【００６２】
請求項１００記載の発明は、請求項７８〜９９のいずれか一項に記載の光学素子であって、１．９×λ１≦λ３≦２．１×λ１を満たすことを特徴とする。
請求項１０１記載の発明は、請求項７９〜１００のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束とが、光軸方向に１０μｍ以上離れて集光することを特徴とする。
請求項１０２記載の発明は、請求項７９〜１０１のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記段差面の光軸方向の長さＤが、１．５μｍ≦Ｄ≦２．０μｍを満たすことを特徴とする。
【００６３】
請求項１０３記載の発明は、請求項７９〜１０１のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記段差面の光軸方向の長さＤが、２．０μｍ≦Ｄ≦３．０μｍを満たすことを特徴とする。
請求項１０４記載の発明は、請求項７９〜１０１のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記段差面の光軸方向の長さＤが、３．０μｍ≦Ｄ≦４．５μｍを満たすことを特徴とする。
請求項１０５記載の発明は、請求項７９〜１０４のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ３の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ３の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、−０．１π≦φ≦０．１πを満たすことを特徴とする。
【００６４】
請求項１０６記載の発明は、請求項７９〜１０５のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記波長λ３の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする。
請求項１０７記載の発明は、請求項１０１〜１０６のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記波長λ１とλ２の光束のうち少なくとも１つの光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする。
請求項１０８記載の発明は、請求項１０１〜１０７のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする。
【００６５】
請求項１０９記載の発明は、請求項７９〜１００のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束とが、光軸方向に５μｍ以上離れて集光することを特徴とする。
請求項１１０記載の発明は、請求項１０９に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した前記波長λ２の光束と、前記輪帯状光学面Ｒｓ以外の前記輪帯状光学面を通過した前記波長λ２の光束との、前記集光スポットにおける位相差φは、
−０．１π≦φ≦０．１π
を満たすことを特徴とする。
【００６６】
請求項１１１記載の発明は、請求項１０９又は１１０に記載の光学素子であって、前記波長λ２の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化することを特徴とする。
請求項１１２記載の発明は、請求項１０９〜１１１のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記波長λ１の光束は、隣合う前記輪帯状光学面を通過する前後で位相差が変化しないことを特徴とする。
請求項１１３記載の発明は、請求項１０９〜１１２のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面の数が２〜１０のいずれかであることを特徴とする。
【００６７】
請求項１１４記載の発明は、請求項７９〜１００のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記第１回折構造が、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が通過する領域に形成され、
前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、集光スポットを形成する波長λ３の光束の集光位置ｆＢ３は、前記波長λ３の光束によって前記第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの最良像面位置に対して、光軸方向において、
｜ｆＢ３｜≦５μｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項１１５記載の発明は、請求項１１４に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域が屈折面であることを特徴とする。
【００６８】
請求項１１６記載の発明は、請求項１１４に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が、前記第１回折構造が形成されている光学面上において通過する領域に第２回折構造が形成されていることを特徴とする。
請求項１１７記載の発明は、請求項１１６に記載の光学素子であって、前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第１回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせと、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせとが異なることを特徴とする。
請求項１１８記載の発明は、請求項１１７に記載の光学素子であって、前記波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、前記第２回折構造により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせが１、１、１であることを特徴とする。
【００６９】
請求項１１９記載の発明は、請求項１１４〜１１８のいずれか一項に記載の光学素子であって前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ１の光束は、前記第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする。
請求項１２０記載の発明は、請求項１１４〜１１９のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ２の光束は、前記第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光することを特徴とする。
請求項１２１記載の発明は、請求項１１４〜１２０のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面Ｒｌに連続する二つの段差面のうち、光軸に近い方の段差面の光軸に平行な距離は他方の段差面の光軸に平行な距離と比較して短いことを特徴とする。
請求項１２２記載の発明は、請求項１１４〜１２１のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記輪帯状光学面の数が２であることを特徴とする。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。
（第１の実施の形態）
図１を用いて、請求項１の発明について説明する。
【００７１】
本実施の形態では、使用波長が４０５ｎｍのいわゆる青紫色レーザー光源を用いた「高密度な光ディスク」をターゲットとしており、第１光情報記録媒体として保護基板厚ｔ１が０．６ｍｍの「高密度な光ディスク」、第２光情報記録媒体として保護基板厚ｔ２が０．６ｍｍのＤＶＤ、第３光情報記録媒体として保護基板厚ｔ３が１．２ｍｍのＣＤを想定している。
【００７２】
図１は、本願発明に関わる光ピックアップ装置を示す模式図である。
【００７３】
レーザーダイオードＬＤ１は、第１光源であり、波長λ１が４０５ｎｍの青紫色レーザーが用いられるが、波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍである範囲のものを適宜採用することができる。ＬＤ２は、第２光源であり、波長λ２が６５５ｎｍの赤色レーザーが用いられるが、波長が６３０ｎｍ〜６８０ｎｍである範囲のものを適宜採用することができる。ＬＤ３は、第３光源であり、波長λ３が７８０ｎｍの赤外レーザーが用いられるが、波長が７５０ｎｍ〜８００ｎｍである範囲のものを適宜採用することができる。
【００７４】
ビームスプリッタＢＳ１はＬＤ１から入射する光源を対物光学素子であるＯＢＬの方向へ透過させるが、光ディスク（第１光情報記録媒体）からの反射光（戻り光）について、センサーレンズ群ＳＬ１を経て受光センサーＳ１に集光させる機能を有する。ＢＳ２も機能は同様である。
【００７５】
ＢＳ３はＬＤ１からの光束と、ＬＤ２からの光束とを同一の光路に載せるために配置される。またＢＳ４は、ＬＤ３からの光束と、ＢＳ３からの光束とを同一の光路に載せるために配置される。
【００７６】
ＬＤ１から投光された光束は、ＢＳ１を経て、コリメータＣＬ１に入射し、これによって無限平行光にコリメートされたのち、ＢＳ３、ＢＳ４を経て対物光学素子である対物レンズＯＢＬに入射する。そして第１光情報記録媒体の保護基板を介して情報記録面上に集光スポットを形成する。情報記録面上で反射したのち、同じ経路をたどって、コリメータＣＬ１を通過してから、ＢＳ１によってセンサーレンズＳＬ１を経てセンサーＳ１に集光する。このセンサーによって光電変換され、電気的な信号となる。
【００７７】
ＬＤ２から投光された光束も、同様に光ディスク（第２光情報記録媒体）に集光スポットを形成し、反射して最終的にセンサーＳ２に集光する。
【００７８】
ちなみにＬＤ３から投光された光束についても同様であるが、この例ではビームスプリッタの代わりに回折板ＤＰを設ける事により、センサーＳ３へ戻り光が集光するようになっている。ＣＤからの情報の再生を行う場合は、ＤＶＤや「高密度な光ディスク」に比べて受光する光量が少なくても良いので、このような構成を採用することができる。
また、上述のように、ＬＤ１〜ＬＤ３から投光された波長λ１〜λ３の各光束は、第１回折構造を有する回折光学素子としての対物光学素子ＯＢＬに対して、無限平行光として、つまりほぼ同じ角度で入射する。
なお、「同じ角度」とは同じ発散角又は同じ収束角であることを指し、無限平行光の場合、発散角（又は収束角）が０となっている。
【００７９】
なお対物光学素子ＯＢＬは、この図では単一のレンズであるが、必要に応じて複数の光学素子から構成されるようにしてもよい。また材質はプラスティック樹脂でもよいし、ガラスでも良い。
【００８０】
またＬＤ１から投光された光束、ＬＤ２から投光された光束が光ディスクＤ１、Ｄ２の保護基板を介して情報記録面に集光する状態が、ＯＢＬの光軸左側に描かれており、ＬＤ３から投光された光束が光ディスクＤ３の保護基板を介して情報記録面に集光する状態が、ＯＢＬの光軸右側に描かれている。このように、再生／記録する光ディスクによって、基本的な位置が図示しないアクチュエーターによって切り替わり、その基準位置からピント合わせ（フォーカシング）を行う。
【００８１】
そして各々の光情報記録媒体の保護基板厚、さらにピットの大きさにより、対物光学素子ＯＢＬに要求される開口数も異なる。ここでは、ＣＤ用の開口数ＮＡ３は０．４５、ＤＶＤおよび「高密度な光ディスク」の開口数ＮＡ２およびＮＡ１は共に０．６５としている。ただし、ＣＤについては０．４３〜０．５０、ＤＶＤについては０．５８〜０．６８の範囲で適宜選択可能である。
【００８２】
なおＩＲは不要光をカットするための絞りである。
【００８３】
さて本実施の形態では、上述のように、「第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子」の役割を、対物光学素子ＯＢＬに持たせている。そのため、対物光学素子に鋸歯状の回折構造を設けている。
【００８４】
そしてこの鋸歯のピッチ（回折パワー）や深さ（ブレイズド化波長）を設定することにより、「高密度な光ディスク」に対しては、第１光源からの光束が２次回折光による集光スポットとして形成され、ＤＶＤに対しては、第２光源からの光束が１次回折光による集光スポットとして形成されるようになっている。
【００８５】
このように、波長λ１とλ２との関係により回折次数が異なる光を利用することにより、各々の場合における回折効率を高くすることができ、光量を確保することができる。
【００８６】
またＣＤに対しては、波長λ１とλ３との関係によりｋ次（波長λ１に対する回折次数がｍの場合、ｍ／２）とするのが望ましい。
この例では、ＤＶＤと同じ１次の回折光として集光スポットを形成するようにしている。
【００８７】
この例では、回折光学素子として、回折構造を対物光学素子に設けた例を説明したが、請求項４や６のように、このような異次回折光を生じる回折構造をコリメータに設けても良いし、また別の光学素子を光路中に設けることも可能である。
【００８８】
また上記した開口の切り替えについても、回折光学素子を始めとして、公知の技術を適用することができる。
【００８９】
なお上記の実施の形態では、情報の再生について説明してきたが、情報の記録においても基本的な構成・光学的作用は変わらず、光情報記録媒体の記録面に集光スポットを形成することにより、記録層に熱化学変化を生ぜしめて、記録を行う。
【００９０】
また、温度補償及び／又は色収差補償を行うための光学的補正構造を有する光学素子を、必要に応じて光路中に設ける事ができるのはいうまでもない。そしてこれらの光学的補正構造は回折構造や位相差付与構造によって実現できるし、対物光学素子、コリメータ及びその他の素子に設けることが出来る。
【００９１】
（第２の実施の形態）
同じく図１を用いて、請求項７の発明について説明する。
各光学素子に関して、第１の実施の形態と同じ機能については説明を省略する。この実施の形態では、第１互換光学素子の役割を、対物光学素子ＯＢＬに持たせている。そして第２互換光学素子の役割をコリメータＣＬ３に持たせている。
つまり、第１互換光学素子である対物光学素子ＯＢＬは、全ての光源が通過する光路に配置されており、第２互換光学素子であるコリメータＣＬ３は、第３光源のみが通過する光路に配置される。
【００９２】
さて第１互換光学素子である対物光学素子ＯＢＬは、回折構造を有していて、それによって「高密度な光ディスク」およびＤＶＤ間の互換（第１互換機能）を達成する。
具体的には、第１光源と第２光源との間の波長差に基づく球面収差を補正する。また、回折構造で無くとも、位相差付与構造を用いても、同様の光学的作用を得る事が出来る。
【００９３】
なお、光情報記録媒体について、保護基板の厚さが異なると、その差にもとづく球面収差が発生するが、ここでは「高密度な光ディスク」とＤＶＤとは共に同じ０．６ｍｍの保護基板を用いているので、そのような基板厚差に基づく球面収差は生じない。
【００９４】
第２互換光学素子であるコリメータＣＬ３にも回折構造が設けられている。これは先の対物光学素子ＯＢＬの回折構造と組み合わされることにより、「高密度な光ディスク」およびＣＤ間の互換、さらにＤＶＤおよびＣＤ間の互換（第２互換機能）を達成する。
具体的には、「高密度な光ディスク」およびＣＤ間の互換についてみると、使用波長も保護基板の厚さも異なる事から、第１光源と第３光源との間の波長差に基づく球面収差と、保護基板厚差（０．１ｍｍと１．２ｍｍ）に基づく球面収差の両方を補正する。
【００９５】
ＤＶＤおよびＣＤ間の互換についても同様で、第２光源と第３光源との間の波長差に基づく球面収差と、保護基板厚差（０．６ｍｍと１．２ｍｍ）に基づく球面収差の両方を補正する。
これにより、各光情報記録媒体に対して、好適な集光スポットを形成することができる。
また先の実施の形態と同様に、異なった回折次数の回折光による集光スポットが形成されるようにしているので、「高密度な光ディスク」、ＤＶＤについて、光量を確保し、確実な情報の記録及び／又は再生が可能になる。
【００９６】
この実施の形態では、第２互換光学素子として、コリメータＣＬ３に回折光学素子を設けた例（請求項１１）を示したが、他にも、たとえば位相のみを付与する光路差付与構造を設けた光学素子（請求項９）や、電気的に光学的作用を切り替えることが出来る液晶素子を用いても、同様の光学的作用を得ることが出来る（請求項１０）。特に液晶素子は、屈折率を変化させることができるという作用があるため、動的な制御が可能である。また、互換は第１互換光学素子と回折構造とで行ない、ＣＤ側の絞りの役割のみを果たすダイクロイックフィルタを用いてもよい。
また他にも、第１互換機能、第２互換機能共に、位相差付与構造を設ける事によっても達成できる。
【００９７】
（第３の実施の形態）
この実施の形態は請求項１、２の発明に対応するもので、図１の構成から所定のコリメータのかわりにカップリングレンズを設けた光ピックアップ装置である。具体的には、コリメータＣＬ１〜ＣＬ３のかわりにカップリングレンズＣｏ１〜３（図示略）を設ける。
光源からの入射光を平行光にコリメートするコリメータを設けないため、有限発散光が対物光学素子に入射する。カップリングレンズはコリメータほどのパワーを有しないので、小型であり、このような構成にすることにより、ピックアップ装置を小型にすることができる。
【００９８】
このように、無限平行光でなく、有限発散光を用いることにより、対物光学素子ＯＢＬに入射する光束に対する集光光学系の倍率が変わるので、これによって波長差に基づく球面収差及び基板厚差に基づく球面収差を補正することができることが知られているが、それでも十分な補正が出来ない場合がある。
また有限光を用いることにより、温度特性やトラッキング特性が劣化するという問題も生じる。
【００９９】
そこでこの実施の形態では、対物光学素子ＯＢＬに、波長毎にそれぞれ異なる倍率の光束を入射させるが、第１互換光学素子、第２互換光学素子によって、波長差に基づく球面収差、保護基板厚差に基づく球面収差及び光束の倍率差に基づく球面収差を補正するようにしている。
【０１００】
第１互換素子は、第２の実施の形態と同じく、対物光学素子に回折構造を設けたものであり、第２互換光学素子は、カップリングレンズＣｏ３に回折構造を設けたものである。
【０１０１】
これによって、第１光源乃至第３光源からの光束は、全て有限発散光で対物光学素子ＯＢＬに入射するが、球面収差を全て補正され、好適な集光スポットを形成する。
【０１０２】
ここではコリメータＣＬ１〜３の代わりにカップリングレンズＣｏ１〜３を用いているため、全ての光源の光は対物光学素子に発散光が入射するが、どれか１つはコリメータとし、対物レンズに無限平行光を入射させても良い。
【０１０３】
（第４の実施の形態）
図２を用いて、請求項１の発明の、別の実施の形態について説明する。同じ符号を付しているものは、基本的には第１の実施の形態と同じ機能を有するが、異なるものについて説明する。なお光学的な作用についても殆ど同じである。
【０１０４】
この例では、光源を２つのユニットによって構成している。具体的には、図２のＬＤ２’は、第２の光源（ＤＶＤ用の光源）、第３の光源（ＣＤ用の光源）について、同一のパッケージに収めた、いわゆる２レーザー１パッケージの光源ユニットを用いている。
【０１０５】
このパッケージのうち、第２の光源を光軸上に位置するように調整するので、第３の光源については光軸上からやや離れた処に位置するため、像高が生じてしまうが、この特性を改善するための技術も既に知られており、それらの技術を必要に応じて適用できる。ここでは補正板ＤＰを用いることによりその補正を行っている。補正板ＤＰにはグレーティングが形成されており、それによって光軸からのズレを補正すると共に、センサーＳ２への集光にも寄与する。
【０１０６】
なおＬＤ２’から実線で描かれているのがＤＶＤ用の光源光束であり、点線で描かれているのがＣＤ用の光源光束である。
【０１０７】
ＢＳ２はＬＤ１からの光束と、ＬＤ２’からの光束とを同一の光路に載せるために配置される。またＢＳ３は、ＬＤ２’からの光束をセンサーレンズＳＬ２に入射させるために配置される。
【０１０８】
ＬＤ１から投光された光束は、ＢＳ１を経て、コリメータＣＬ１に入射し、これによって無限平行光にコリメートされたのち、ＢＳ２を経て対物光学素子である対物レンズＯＢＬに入射する。そして第１光情報記録媒体の保護基板を介して情報記録面上に集光スポットを形成する。情報記録面上で反射したのち、同じ経路をたどって、コリメータＣＬ１を通過してから、ＢＳ１によってセンサーレンズＳＬ１を経てセンサーＳ１に集光する。このセンサーによって光電変換され、電気的な信号となる。
【０１０９】
ＬＤ２’から投光された光束も、同様に光ディスク（第２光情報記録媒体または第３光情報記録媒体）に集光スポットを形成し、反射して最終的にセンサーＳ２に集光する。
【０１１０】
さて本実施の形態では、「第１光源、前記第２光源及び前記第３光源の共通光路に配置され、回折構造を有する回折光学素子」の役割を、対物光学素子ＯＢＬに持たせている。そのため、対物光学素子に鋸歯状の回折構造を設けている。
【０１１１】
そしてこの鋸歯のピッチ（回折パワー）や深さ（ブレイズド化波長）を設定することにより、「高密度な光ディスク」に対しては、第１光源からの光束が２次回折光による集光スポットとして形成され、ＤＶＤに対しては、第２光源からの光束が１次回折光による集光スポットとして形成されるようになっている。
【０１１２】
このように、波長λ１とλ２の関係により回折次数が異なる光を利用することにより、各々の場合における回折効率を高くすることができ、光量を確保することができる。
【０１１３】
またＣＤに対しては、波長λ１とλ３との関係によりｋ次（波長λ１に対する回折次数がｍの場合、ｍ／２）とするのが望ましい。
この例では、ＤＶＤと同じ１次の回折光として集光スポットを形成するようにしている。
【０１１４】
この例では、回折光学素子として、回折構造を対物光学素子に設けた例を説明したが、請求項４や６のように、このような異次回折光を生じる回折構造をコリメータＣＬ１に設けても良いし、また別の光学素子を光路中に設けることも可能である。
【０１１５】
また上記した開口の切り替えについても、回折光学素子を始めとして、公知の技術を適用することができる。
【０１１６】
なお上記の実施の形態では、情報の再生について説明してきたが、情報の記録においても基本的な構成・光学的作用は変わらず、光情報記録媒体の記録面に集光スポットを形成することにより、記録層に熱化学変化を生ぜしめて、記録を行う。
【０１１７】
また、温度補償及び／又は色収差補償を行うための光学的補正構造を有する光学素子を、必要に応じて光路中に設ける事ができるのはいうまでもない。そしてこれらの光学的補正構造は回折構造や位相差付与構造によって実現できるし、対物光学素子、コリメータ及びその他の素子に設けることが出来る。
【０１１８】
（第５の実施の形態）
同じく図２を用いて、請求項７の発明の、別の実施の形態について説明する。各光学素子に関して、第４の実施の形態と同じ機能については説明を省略する。この実施の形態では、第１互換光学素子の役割を、対物光学素子ＯＢＬに持たせている。そして第２互換光学素子の役割をコリメータＣＬ２に持たせている。
つまり、第１互換光学素子である対物光学素子ＯＢＬは、全ての光源が通過する光路に配置されており、第２互換光学素子であるコリメータＣＬ２は、第２光源と第３光源とが通過する光路に配置される。
【０１１９】
さて第１互換光学素子である対物光学素子ＯＢＬは、回折構造を有していて、それによって「高密度な光ディスク」に必要な集光スポットの形成に寄与する。具体的には、第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体との間の互換を行なう。
また、回折構造で無くとも、位相差付与構造を用いても、同様の光学的作用を得る事が出来る。
【０１２０】
なお、光情報記録媒体について、保護基板の厚さが異なると、その差にもとづく球面収差が発生するが、ここでは「高密度な光ディスク」とＤＶＤとは共に同じ０．６ｍｍの保護基板を用いているので、基板厚差に基づく球面収差は生じない。
第２互換光学素子であるコリメータＣＬ２にも回折構造が設けられている。これは先の対物光学素子ＯＢＬの回折構造と組み合わされることにより、ＤＶＤおよびＣＤ間の互換（第２互換機能）を達成する。
【０１２１】
ＤＶＤおよびＣＤ間の互換についてみると、使用波長も保護基板の厚さも異なる事から、第２光源と第３光源との間の波長差に基づく球面収差と、保護基板厚差（０．６ｍｍと１．２ｍｍ）に基づく球面収差の両方を補正する。
これにより、各光情報記録媒体に対して、好適な集光スポットを形成することができる。
また先の実施の形態と同様に、異なった回折次数の回折光による集光スポットが形成されるようにしているので、「高密度な光ディスク」、ＤＶＤについて、光量を確保し、確実な情報の記録及び／又は再生が可能になる。
【０１２２】
この実施の形態では、第２互換光学素子として、コリメータＣＬ２に回折光学素子を設けた例（請求項１１）を示したが、他にも、たとえば位相のみを付与する光路差付与構造を設けた光学素子（請求項９）や、電気的に光学的作用を切り替えることが出来る液晶素子を用いても、同様の光学的作用を得ることが出来る（請求項１０）。特に液晶素子は、屈折率を変化させることができるという作用があるため、動的な制御が可能である。また、互換は第１互換光学素子と回折構造とで行ない、ＣＤ側の絞りの役割のみを果たすダイクロイックフィルタを用いてもよい。
【０１２３】
（第６の実施の形態）
この実施の形態は請求項１、２の発明に対応する別の実施の形態で、図２の構成から所定のコリメータのかわりにカップリングレンズを設けた光ピックアップ装置である。具体的には、コリメータＣＬ１、ＣＬ２のかわりにカップリングレンズＣｏ１、２を設ける。
光源からの入射光を平行光にコリメートするコリメータを設けないため、有限発散光が対物光学素子に入射し、その入射角は全ての光がほぼ同じ角度となる。カップリングレンズはコリメータほどのパワーを有しないので、小型であり、このような構成にすることにより、ピックアップ装置を小型にすることができる。
【０１２４】
このように、無限平行光でなく、有限発散光を用いることにより、対物光学素子ＯＢＬに入射する光束に対する集光光学系の倍率が変わるので、これによって波長差に基づく球面収差及び基板厚差に基づく球面収差を補正することができることが知られているが、それでも十分な補正が出来ない場合がある。
また有限光を用いることにより、温度特性やトラッキング特性が劣化するという問題も生じる。
【０１２５】
そこでこの実施の形態では、対物光学素子ＯＢＬに、波長毎にそれぞれ異なる倍率の光束を入射させるが、第１互換光学素子、第２互換光学素子によって、波長差に基づく球面収差、保護基板厚差に基づく球面収差及び光束の倍率差に基づく球面収差を補正するようにしている。
【０１２６】
第１互換素子は、第５の実施の形態と同じく、対物光学素子に回折構造を設けたものであり、第２互換光学素子は、カップリングレンズＣｏ３に回折構造を設けたものである。
【０１２７】
これによって、第１光源乃至第３光源からの光束は、全て有限発散光で対物光学素子ＯＢＬに入射するが、球面収差を全て補正され、好適な集光スポットを形成する。
【０１２８】
ここではコリメータＣＬ１〜３の代わりにカップリングレンズＣｏ１〜３を用いているため、全ての光源の光は対物光学素子に発散光が入射するが、どれか１つはコリメータとし、対物レンズに無限平行光を入射させても良い。
【０１２９】
（第７の実施の形態）
この実施の形態においては、図３に示すように、対物光学素子１０の一つの光学面１１（出射面）であって、第３光情報記録媒体としてのＣＤの情報記録面上に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する波長λ３の光束が通過する領域に、光軸Ｌを中心とした複数（２つ）の輪帯状光学面（Ｒｓ、Ｒｌ）が段差面２０を介して連続的に形成されている。なお、以下の説明においては、輪帯状光学面が形成されている光学面全体を「Ｓ１面」と表記する場合がある。
これら輪帯状光学面の数は２〜１０のいずれかであることが好ましい。
【０１３０】
ここで、２つの輪帯状光学面のうち、光軸Ｌを含む輪帯状光学面をＲｓ、光軸から最も離れた輪帯状光学面をＲｌとする。
なお、光軸Ｌを含む輪帯状光学面Ｒｓについては、光軸Ｌ方向から見たその形状が「輪帯」ではなく、例えば光軸Ｌを中心とした略円形状となる場合も含むものとする。本実施の形態で示す輪帯状光学面Ｒｓの形状は、光軸Ｌ方向から見て略円形状となっている。
輪帯状光学面Ｒｌに連続する二つの段差面２０のうち、光軸Ｌに近い方の段差面２０の光軸Ｌに平行な距離は他方の段差面２０の光軸Ｌに平行な距離と比較して短いことが好ましい。
【０１３１】
輪帯状光学面Ｒｓは屈折面で構成されており、この輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ１、λ２及びλ３の光束は、それぞれの光情報記録媒体（「高密度な光ディスク」、ＤＶＤ及びＣＤ）の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
輪帯状光学面Ｒｌも同様に屈折面で構成されているが、輪帯状光学面Ｒｓに対して、光源側に所定距離だけずれた位置に形成されている。
この輪帯状光学面Ｒｌを通過した波長λ３の光束も、第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
【０１３２】
対物光学素子１０の他方の光学面１２（入射面）には、第１回折構造３０としての回折輪帯が形成されている。なお、以下の説明においては、第１回折構造３０が形成されている光学面全体を「Ｓ２面」と表記する場合がある。
第１回折構造３０は、入射面１２上であって第３光情報記録媒体に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する波長λ３の光束が通過する領域（以下、領域Ａ１ともいう。）に形成されている。
また、第１回折構造が形成される領域Ａ１は、輪帯状光学面Ｒｓを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が通過する領域に相当する。
【０１３３】
本実施の形態においては、領域Ａ１より光軸Ｌから離れた領域であって、輪帯状光学面Ｒｌを通過後、それぞれの光情報記録媒体に集光スポットを形成する波長λ１、λ２及びλ３の光束が通過する領域（以下、領域Ａ２ともいう。）に第２回折構造４０としての回折輪帯が形成されている。
また、領域Ａ２よりも光軸から離れた領域の構造は限定されるものではないが、本実施の形態では回折輪帯が形成されている。これら回折輪帯の構造については周知であるため説明を省略する。
そして、この第１回折構造による波長λ１、λ２及びλ３のｍ次、ｎ次及びｋ次回折光をそれぞれの光情報記録媒体の情報記録面上に集光させることにより、情報の再生及び／又は記録を行なうようになっている。
【０１３４】
ここで、波長λ１とλ２の光束が同じ発散角で又は同じ無限光として対物光学素子１０に入射し、第１回折構造３０が、波長λ１とλ２の光束が対物光学素子１０の光学面１０、１２を通過する際に生じる球面収差を、波長λ１と波長λ２の差によって補正するように構成されていることが好ましい。
また、各回折光の回折次数の組み合わせを、（ｍ、ｎ）＝（８、５）、（６、４）、（２、１）、（５、３）、（２、２）、（３、２）、（１０、６）のいずれかの組合せとすることが好ましく、さらに、（ｍ、ｎ、ｋ）＝（２、１、１、）、（２、１、０）、（５、３、２）、（２、２、１）、（３、２、２）のいずれかの組合せとすることが好ましい。
また、波長λ１、λ２、λ３の光束が入射した場合に、第１回折構造３０により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせと、第２回折構造４０により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせとが異なることが好ましい。
【０１３５】
また、第２回折構造４０により生じる各光束の回折光のうち最大の回折光率となる回折光の組み合わせが１、１、１であることが好ましいが、これに特定されるものではない。
また、３７０ｎｍ≦λ１≦４３０ｎｍ、７６０ｎｍ≦λ３≦８１０ｎｍの条件下において、ｋ＝ｍ／２を満たすことが好ましい。
また、前記ｍ次の回折光及び前記ｎ次の回折光の回折効率は共に８０％以上であることが好ましい。
また、前記ｋ次の回折光の回折効率は４０％以上であることが好ましい。
【０１３６】
図４は、このように構成された対物光学素子１０を光ピックアップ装置に用いた場合における、高密度な光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤの各情報記録面上での縦球面収差図の一例を示すものである。なお、以下の図４、５、８及び１０においては、縦軸が開口数、横軸が球面収差量を表している。
図４（ａ）に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ１の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ１の光束が、第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
一方、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
なお、第２回折構造の形状を変更し、波長λ１、λ２、λ３の光が入射した場合に最大の回折効率となる回折光の次数の組み合わせを変えた場合、球面収差をオーバー側に不連続とすることもできる。
そして、開口数ＮＡ１に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにＳ１面とＳ２面の形状を設計することは比較的容易である。
【０１３７】
また、図４（ｂ）に示すように、ＤＶＤ用として用いられる波長λ２の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ２の光束が、第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
また、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｌを通過した波長λ２の光束が、第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
従って、開口数ＮＡ２に対応する領域全体で見た場合に、球面収差をほぼなくすことができる。
【０１３８】
また、図４（ｃ）に示すように、ＣＤ用として用いられる波長λ３の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がオーバー側に徐々に大きくなる。
一方、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
そして、開口数ＮＡ３に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにＳ１面とＳ２面の形状を設計することは比較的容易である。なお、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所より光軸から離れた位置を通過する波長λ３の光束はフレア光となり、スポット径が必要開口数相当となる。
【０１３９】
なお、波長λ３の光束によって第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差は０．０５０［λ３ｒｍｓ］以下であることが好ましい。
また、波長λ３の光束によって第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの波面収差が最小となる光軸方向の位置（最良像面位置）に対して、波長λ３の光束の近軸光線が光源側に集光することが好ましい。
また、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ３の光束と、輪帯状光学面Ｒｌを通過した前記波長λ３の光束とが、光軸方向に１０μｍ以上離れて集光することが好ましい。
また、前記輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ２の光束と、輪帯状光学面Ｒｌを通過した波長λ２の光束とが、光軸方向に５μｍ以上離れて集光することが好ましい。
また、隣接する２つの輪帯状光学面間の段差面の光軸方向の長さＤが１．５μｍ≦Ｄ≦２．０μｍ、２．０μｍ≦Ｄ≦３．０μｍ、又は３．０μｍ≦Ｄ≦４．５μｍを満たすことが好ましい。
【０１４０】
また、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ３の光束と、輪帯状光学面Ｒｓ以外の輪帯状光学面を通過した波長λ３の光束との、集光スポットにおける位相差φは、−０．１π≦φ≦０．１πを満たすことが好ましい。
また、輪帯状光学面Ｒｌを通過後、集光スポットを形成する波長λ３の光束の集光位置ｆＢ３は、波長λ３の光束によって第３光情報記録媒体に形成される集光スポットの最良像面位置に対して、光軸方向において、｜ｆＢ３｜≦５μｍを満たすことが好ましい。
以上のように、本実施の形態に示した対物光学素子及びこの対物光学素子を用いた光ピックアップ装置によれば、３種類の光情報記録媒体に対して互換性を有することができる。
【０１４１】
また、第２回折構造や輪帯状光学面Ｒｌの面形状を代えることにより、Ｓ１面とＳ２面が図３のように構成された対物光学素子の縦球面収差図が図５に示すようなものであってもよい。
図５（ａ）に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ１の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ１の光束が、第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光している。
また、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｌを通過した波長λ１の光束が、第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光している。
従って、開口数ＮＡ１より以下の領域全体で見た場合に、球面収差をほぼなくすことができる。
【０１４２】
また、図５（ｂ）に示すように、ＤＶＤ用として用いられる波長λ２の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ２の光束が、第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光している。
一方、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
なお、第２回折構造の形状を変更し、波長λ１、λ２、λ３の光が入射した場合に最大の回折効率となる回折光の次数の組み合わせを変えた場合、球面収差をオーバー側に不連続とすることもできる。
そして、開口数ＮＡ２に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにＳ１面とＳ２面の形状を設計することは比較的容易である。
この場合、図５（ｃ）に示すＣＤ用として用いられる波長λ３の光束の縦球面収差図は、上記図４（ｃ）と同様となる。
【０１４３】
また、図６に示すように、上記第７の実施の形態に示したＳ１面とＳ２面とを入射面側で組み合わせた対物光学素子であってもよい。
具体的に説明すると、Ａ２領域の第２回折構造全体を光情報記録媒体側に所定距離だけずれた位置に形成するものである。
このような構成であっても、縦球面収差図は、図４あるいは図５に示したものとほぼ同様の形状となり、３種類の光情報記録媒体に対して互換性を持った光ピックアップ装置及び対物光学素子を得ることができる。
なお、図示は省略するが、Ｓ１面とＳ２面とが、出射面側で組み合わされた対物光学素子であっても良い。
【０１４４】
（第８の実施の形態）
本実施の形態に示す対物光学素子は、上記第７の実施の形態と比較して、図７に示すように、上記領域Ａ２が屈折面５０で構成されている点のみが異なる。
【０１４５】
図８は、このように構成された対物光学素子を用いた場合における、高密度な光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤの各情報記録面上での縦球面収差図の一例を示すものである。
図８（ａ）に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ１の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ１の光束が、第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
一方、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
そして、開口数ＮＡ１に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにＳ１面とＳ２面の形状を設計することは比較的容易である。
【０１４６】
また、図８（ｂ）に示すように、ＤＶＤ用として用いられる波長λ２の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ２の光束が、第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
一方、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となる。
そして、開口数ＮＡ２に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにＳ１面とＳ２面の形状を設計することは比較的容易である。
この場合、図８（ｃ）に示すＣＤ用として用いられる波長λ３の光束の縦球面収差図は、上記図４（ｃ）と同様となる。
以上のように、本実施の形態に示した対物光学素子及びこの対物光学素子を用いた光ピックアップ装置によれば、３種類の光情報記録媒体に対して互換性を持たせることができる。
【０１４７】
（第９の実施の形態）
本実施の形態に示す対物光学素子は、上記第７の実施の形態と比較して、図９に示すように、対物光学素子の一つの光学面１１（出射面）であって、第３光情報記録媒体としてのＣＤの情報記録面上に開口数ＮＡ３の集光スポットを形成する波長λ３の光束が通過する領域に、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面６０が形成されている点と、入射面１２の領域Ａ１とＡ２の両方に第１回折構造３０としての回折輪帯が形成されている点が異なる。
【０１４８】
具体的に説明すると、光軸を中心とした複数の輪帯状光学面６０が、段差面７０を介して階段状に連続的に形成されている。
そして、波長λ１、λ２及びλ３の光束のうち、波長λ３の光束に対しては、各輪帯状光学面６０を通過する際に所定の光路差を付与することにより、通過前後で位相差を生じさせ、波長λ１及びλ２の光束の少なくとも一つ（本実施の形態においては両方）に対しては、各輪帯状光学面６０を通過する際に所定の光路差を付与せず、通過前後で位相差を生じさせないようになっている。
【０１４９】
ここで、複数の輪帯状光学面６０のうち、光軸Ｌを含む輪帯状光学面をＲｓ、光軸Ｌから最も離れた輪帯状光学面をＲｌとする。
輪帯状光学面Ｒｓは屈折面で構成されており、この輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ１、λ２及びλ３の光束は、それぞれの光情報記録媒体（「高密度な光ディスク」、ＤＶＤ及びＣＤ）の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
輪帯状光学面Ｒｌも同様に屈折面で構成されており、この輪帯状光学面Ｒｌを通過した波長λ３の光束も、第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
【０１５０】
図１０は、このように構成された対物光学素子を用いた場合における、高密度な光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤの各情報記録面上での縦球面収差図の一例を示すものである。
図１０（ａ）に示すように、高密度な光ディスク用として用いられる波長λ１の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ１の光束が、第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
また、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｌを通過した波長λ１の光束が、第１光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
従って、開口数ＮＡ１に対応する領域全体で見た場合に、ほぼ球面収差をなくすことができる。
なお、場合によっては、Ｓ１面上の輪帯状構造により、図１０の（ｃ）のような各輪帯状光学面を通過した光束による微小な集光位置のずれが、図１０の（ａ）、（ｂ）に現れる場合があるが、ここでは概略的に完全に収差のない縦球面収差図としている。
【０１５１】
また、図１０（ｂ）に示すように、ＤＶＤ用として用いられる波長λ２の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｓを通過した波長λ２の光束が、第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
また、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内においても、球面収差が変化しない、つまり、輪帯状光学面Ｒｌを通過した波長λ２の光束が、第２光情報記録媒体の情報記録面上にほぼ収差なく集光する。
従って、開口数ＮＡ２に対応する領域全体で見た場合に、ほぼ球面収差をなくすことができる。
【０１５２】
また、図１０（ｃ）に示すように、ＣＤ用として用いられる波長λ３の光束は、輪帯状光学面Ｒｓが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がオーバー側に徐々に大きくなっていく。
一方、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所に対応する開口数内において、球面収差がアンダー側に不連続となっている。
そして、開口数ＮＡ３に対応する領域全体で見た場合に、球面収差が実用上支障のない範囲に収まるようにＳ１面とＳ２面の形状を設計することは比較的容易である。なお、輪帯状光学面Ｒｌが形成されている箇所より光軸から離れた位置を通過する波長λ３の光束はフレア光となる。
そのため、波長λ３の光束に対して個別の絞りを設ける必要がない。
以上のように、本実施の形態に示した対物光学素子及びこの対物光学素子を用いた光ピックアップ装置によれば、３種類の光情報記録媒体に対して互換性を持たせることができる。
【０１５３】
また、対物レンズ１０の一方の光学面１２に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すような、回折輪帯８０と光路差付与構造９０を形成してもよい。
具体的には、対物レンズ１０には、光軸Ｌを中心とした、所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯８０が複数形成されており、さらに、各回折輪帯８０の光学面上には、これら回折輪帯８０を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸に沿った階段状の不連続面（段差）９１からなる光路差付与構造９０が形成されている。
【０１５４】
図１１（ａ）、（ｂ）中に一点鎖線で示す線は、上述のように、各回折輪帯８０の始点を結んでできる仮想の非球面形状からなる光学面（所定の非球面形状の光学面）を表すものであり、二点鎖線で示す線は、光軸Ｌを中心として光軸Ｌから離れるにしたがってその厚みが増すように形成された、従来より周知の同心円状の鋸歯状の回折輪帯８０の外形を表すものである。
実線で示す線は、各回折輪帯８０の光学面上に形成されている、各回折輪帯８０を通過する光束に対して所定の光路差を付与する段差９１の外形を含む、実際のレンズ形状を表すものである。
【０１５５】
段差９１の深さｄ１（光軸Ｌ方向の長さ）は、例えば、波長λ２に対する対物レンズの屈折率をｎとした場合に、λ２／（ｎ−１）で表される値とほぼ等しくなっており、一つの段差を通過する波長λ２の光束と、その隣の段差を通過する波長λ２の光束との間に、ほぼ１波長λ２に相当する光路差が生じ、かつ波面のずれが生じない長さに設定されている。
また、各段差の表面９１ａ（光学機能面）の形状は、図中に二点鎖線で示した鋸歯状の回折輪帯８０の表面の形状を、各段差９１に対応する区間で分割して、光軸Ｌ方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
【０１５６】
このように、光学面に所定の深さの段差９１を設けてなる光路差付与構造９０により、対物レンズ１０を通過する光束に対して所定の光路差を付与する機能を有し、また、各段差の表面９１ａの形状を、回折輪帯８０を各段差９１に対応する区間で分割して、光軸Ｌ方向に平行移動させた形状とすることにより、波長λ１〜波長λ３の各光束の最大の回折効率となる回折次数の回折光を抽出する機能を有することになる。
例えば、波長λ１（６５０ｎｍ）の光束が対物レンズに入射した場合、波長λ１の光束は回折輪帯８０により回折作用を受けると共に、図１１（ｂ）の領域Ａ〜Ｅを通過することにより、各光束にはそれぞれ、７８０ｎｍ−６５０ｎｍ＝１３０ｎｍ、つまり２／５πラジアンの位相差が実質的に付与されることになり、結果的に波長λ１の光束の位相が変化することによる回折作用も受けるようになっている。
【０１５７】
一方、波長λ２（７８０ｎｍ）の光束が入射した場合、波長λ２の光束は回折輪帯８０により回折作用を受けると共に、図３の領域Ａ〜Ｅを通過することにより、各光束にはそれぞれ１波長λ２に相当する位相差が付与されることになり、領域Ａ〜Ｅを通過した光束間に生じる位相差はほぼゼロとなる。従って、波長λ２の光束は、光路差付与構造９０によっては実質的に回折せずに、そのまま透過するようになっている。
このように、対物レンズ１０に形成した回折輪帯８０と光路差付与構造９０との二段階で各波長の光束の回折次数を実質的に変化させることができるので、各光束の回折次数を適宜変化させて、光情報記録媒体の種類に応じた十分な光量を有する回折光を得ることができる。また、回折効率や回折次数に対する設計の自由度を増大させることができる。
【０１５８】
【実施例】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置及び光学素子の第１の実施例について説明する。
本実施例においては、図６に示したような、Ｓ１面とＳ２面とを入射面側で組み合わせた対物レンズを用いるものとする。
具体的に説明すると、図１２に示すように、両面非球面の単レンズである対物レンズの入射面が、光軸Ｌからの高さｈが１．４５ｍｍ以上の第２面、１．１ｍｍ以上で１．４５ｍｍ未満の第２´面、１．１ｍｍ未満の２´´面に区分されている。
【０１５９】
そして、第２´面及び第２´´面には、所定の非球面形状の光学面に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯８０と、さらに、各回折輪帯８０の光学面上に、これら回折輪帯８０を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸に沿った階段状の不連続面９１（段差）からなる光路差付与構造９０とが形成されており、一つの回折輪帯８０に形成される各段差９１は、光軸Ｌから離れるに従って光源側に突出する形状となっている。
また、第２面には、鋸歯状の回折輪帯のみが形成されている。
そして、第２´面及び第２´´面を通過する波長λ１、λ２、λ３の各光束は、最大の回折効率となる回折次数ｍ＝２、ｎ＝１、ｋ＝０の回折光が得られるように、上記回折輪帯８０及び光路差付与構造９０から回折作用を受けて出射される。
【０１６０】
具体的に説明すると、回折輪帯８０の光学面は、光路差付与構造９０が無いと仮定した場合、波長λ１の光束の２（＝ｍＢ１）次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、波長λ２の光束の１（＝ｍＢ２）次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させ、前記波長λ３の光束の１（＝ｍＢ３）次回折光が最大の回折効率を有するよう回折させる。
また、光路差付与構造９０は、これら回折光に対して、波長λ１の光束の２（＝ｍ）次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、波長λ２の光束の１（＝ｎ）次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与し、波長λ３の光束の０（＝ｋ）次回折光が最大の回折効率を有する光路差を付与する。
【０１６１】
つまり、下記の各式（１）〜（３）において、
ｍ＝ｍＢ１−ｍＤ                                                ・・・（１）
ｎ＝ｍＢ２−ｍＤ＋（−１、０又は１）        ・・・（２）
ｋ＝ｍＢ３−ｍＤ＋（−１、０又は１）        ・・・（３）
ｍＢ１＝２、ｍＢ２＝１、ｍＢ３＝１、ｍＤ＝０として、
ｍ＝２−０＝２
ｎ＝１−０＋０＝１
ｋ＝１−０−１＝０
となるように各光束に光路差を付与する。
【０１６２】
また、第２面を通過する波長λ１、λ２、λ３の各光束は、回折次数ｍ＝２、ｎ＝１、ｋ＝１の回折光が得られるように、上記回折輪帯８０から回折作用を受けて出射される。
このように、波長λ１及びλ２の光束に対しては、第２面、第２´面及び第２´´面を通過する際にそれぞれ回折次数ｍ＝２、ｎ＝１の回折光が得られるように回折作用を与える一方で、波長λ３の光束に対しては、第２´面及び第２´´面を通過する際と第２面を通過する際とで異なる次数の回折光が得られるように回折作用を与えることにより、第２面を通過した波長λ３の光束（１次回折光）をＣＤの情報記録面上に集光させず、いわゆるフレア化することができるようになっている。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【０１６３】
【表１】
2004247025.tif 000003
【０１６４】
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ＝３．１ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．２６ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６２に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．５７ｍｍ、像側開口数ＮＡ３＝０．４０に設定されている。
【０１６５】
また、光束λ１〜λ３に対する倍率ｍ１〜ｍ３はほぼ０であり、対物レンズに平行光が入射する無限系の構成となっている。
表１中の面Ｎｏ．２、２´、２´´は、上述のように、それぞれ対物レンズの入射面のうち、１．４５ｍｍ≦ｈの第２面、１．１ｍｍ≦ｈ＜１．４５ｍｍの第２´面、ｈ＜１．１ｍｍの２´´面を示しており、面番号３、４はそれぞれ、光情報記録媒体の保護基板の表面、記録層を表している。また、Ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の変位、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【０１６６】
対物レンズの第２面、第２´面、第２´´面、第３面は、それぞれ次式（数１）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。
【０１６７】
【数１】
2004247025.tif 000004
【０１６８】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数である。
【表２】
2004247025.tif 000005
【０１６９】
また、回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表２に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１７０】
【数２】
2004247025.tif 000006
ここで、Ｂ２ｉは光路差関数の係数、ｍＤは光路差付与構造が無いと仮定した場合（回折構造のみを備えるものと仮定した場合）の各光束の回折次数、λは使用波長、λＢは回折のブレーズ化波長（第１及び第２の実施例においてはλＢ＝１ｍｍ）である。
【０１７１】
図１３は、高密度光ディスク（ＡＯＤ）に用いられる波長λ１（４０７ｎｍ）の光束の波長が、４０７ｎｍから±１ｎｍ変動した場合における縦球面収差の変動量と開口数（ＮＡ）を示すグラフである。
通常、モードホップ等に起因した波長の変動量は１μｍ程度であるから、この範囲内において、縦球面収差の変動量は実用上支障が無い範囲に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。
【０１７２】
図１４は、波長λ１（ＡＯＤ）、波長λ２（ＤＶＤ）、波長λ３（ＣＤ）の各光束の波面収差及び回折効率を示すものであり、図１５〜図１７は、波長λ１〜λ３の各光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである。
図１４〜図１７より、各光束の波面収差は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。また、各光情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生に用いるために十分な回折効率を有していることが分かる。
【０１７３】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置及び光学素子の第２の実施例について説明する。
本実施例においても、図６に示したような、Ｓ１面とＳ２面とを入射面側で組み合わせた対物レンズを用いるものとする。
具体的に説明すると、両面非球面の単レンズである対物レンズの入射面が、光軸Ｌからの高さｈが１．４５ｍｍ以上の第２面、１．１ｍｍ以上で１．４５ｍｍ未満の第２´面（領域Ａ１）、１．１ｍｍ未満の２´´面（領域Ａ２）に区分されている。
【０１７４】
そして、領域Ａ１には第１回折構造としての複数の回折輪帯が形成され、領域Ａ２には第２回折構造としての回折輪帯が形成されている。また、第２面にも回折輪帯が形成されている。
そして、第２面、第２´面及び第２´´面を通過する波長λ１、λ２、λ３の各光束は、最大の回折効率となる回折次数ｍ＝３、ｎ＝２、ｋ＝２の回折光が得られるように、上記第１回折構造及び第２回折構造から回折作用を受けて出射されるようになっている。
表３、表４に対物レンズのレンズデータを示す。
【０１７５】
【表３】
2004247025.tif 000007
【０１７６】
表３に示すように、本実施例の対物レンズは、波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．１ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５に設定されており、波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．１９ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６３に設定されており、波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ３＝３．１８ｍｍ、像側開口数ＮＡ３＝０．４５に設定されている。
また、光束λ１〜λ３に対する倍率ｍ１〜ｍ３はほぼ０であり、対物レンズに平行光が入射する無限系の構成となっている。
【０１７７】
対物レンズの第２面、第２´面、第２´´面、第３面は、それぞれ上記数１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。
【表４】
2004247025.tif 000008
【０１７８】
また、回折輪帯のピッチは上記数２の光路差関数に、表４に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１７９】
図１８は、高密度光ディスク（ＡＯＤ）に用いられる波長λ１（４０７ｎｍ）の光束の波長が、４０７ｎｍから±１ｎｍ変動した場合における球面収差の変動量と開口数（ＮＡ）を示すグラフである。
通常、モードホップ等に起因した波長の変動量は１μｍ程度であるから、この範囲内において、縦球面収差の変動量は実用上支障が無い範囲に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。
【０１８０】
図１９は、波長λ１（ＡＯＤ）、波長λ２（ＤＶＤ）、波長λ３（ＣＤ）の各光束の波面収差及び回折効率を示すものであり、図２０〜図２２は、波長λ１〜λ３の各光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである。
図１９〜図２２より、波面収差は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。また、各光情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生に用いるために十分な回折効率を有していることが分かる。
【０１８１】
【発明の効果】
以上、本発明に係る光ピックアップ装置及び光学素子によれば、第１光源、第２光源及び第３光源の共通光路に配置され、第１回折構造を有する回折光学素子を備え、第１光情報記録媒体、第２光情報記録媒体及び第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、回折光学素子に全ての前記光束をほぼ同じ角度で入射させる。
従って、例えば、第１〜第３の波長の光の光路がほぼ等しくなるので、光ピックアップ装置を構成する各種光学素子をこの共通光路に対応して配置すればよく、光ピックアップ装置の構造を簡略化できると共に、装置の部品点数を削減できる。
また、回折光学素子に全ての光束をほぼ無限平行光として入射させる。
従って、情報の再生及び／又は記録を行なう際に対物光学素子を光情報記録媒体に対して移動させるトラッキング時の像高特性の悪化を防止でき、コマ収差や非点収差等の各種収差の発生を抑えることができる。
また、温度変化により発生する球面収差も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる光ピックアップ装置の図である。
【図２】本発明に関わる、別の態様の光ピックアップ装置の図である。
【図３】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図４】縦球面収差図（ａ）〜（ｃ）である。
【図５】縦球面収差図（ａ）〜（ｃ）である。
【図６】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図７】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図８】縦球面収差図（ａ）〜（ｃ）である。
【図９】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図１０】縦球面収差図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１１】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図１２】対物光学素子の構造を示す要部縦断面図である。
【図１３】波長変動時の縦球面収差の変動量と開口数（ＮＡ）を示すグラフである。
【図１４】各光束の波面収差及び回折効率を示す表である。
【図１５】波長λ１の光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである
【図１６】波長λ２の光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである
【図１７】波長λ３の光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである
【図１８】波長変動時の縦球面収差の変動量と開口数（ＮＡ）を示すグラフである。
【図１９】各光束の波面収差及び回折効率を示す表である。
【図２０】波長λ１の光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである
【図２１】波長λ２の光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである
【図２２】波長λ３の光束の集光位置ｆＢと開口数を示すグラフである
【符号の説明】
ＬＤ１  第１光源
ＬＤ２  第２光源
ＬＤ３  第３光源
ＬＤ２’    第２光源（２波長１パッケージ）
Ｓ１    センサー
Ｓ２  センサー
Ｓ３  センサー
Ｓ２’    センサー
ＳＬ１  センサーレンズ
ＳＬ２  センサーレンズ
ＳＬ３  センサーレンズ
ＤＰ  回折板
ＢＳ１  ビームスプリッタ
ＢＳ２  ビームスプリッタ
ＢＳ３  ビームスプリッタ
ＢＳ４  ビームスプリッタ
ＣＬ１  コリメータ
ＣＬ２  コリメータ
ＣＬ３  コリメータ
ＩＲ  絞り
ＯＢＬ  対物光学素子
Ｄ１  光ディスク（「高密度な光ディスク」）
Ｄ２  光ディスク（ＤＶＤ）
Ｄ３  光ディスク（ＣＤ）
Ｌ    光軸
Ｒｓ  輪帯状光学面
Ｒｌ  輪帯状光学面
１０  対物光学素子
１１  光学面（出射面）
１２  光学面（入射面）
２０  段差面
３０  第１回折構造
４０  第２回折構造
５０  屈折面
６０  輪帯状光学面
７０  段差面
【図１】
2004247025.tif 000009
【図２】
2004247025.tif 000010
【図３】
2004247025.tif 000011
【図４】
2004247025.tif 000012
【図５】
2004247025.tif 000013
【図６】
2004247025.tif 000014
【図７】
2004247025.tif 000015
【図８】
2004247025.tif 000016
【図９】
2004247025.tif 000017
【図１０】
2004247025.tif 000018
【図１１】
2004247025.tif 000019
【図１２】
2004247025.tif 000020
【図１３】
2004247025.tif 000021
【図１４】
2004247025.tif 000022
【図１５】
2004247025.tif 000023
【図１６】
2004247025.tif 000024
【図１７】
2004247025.tif 000025
【図１８】
2004247025.tif 000026
【図１９】
2004247025.tif 000027
【図２０】
2004247025.tif 000028
【図２１】
2004247025.tif 000029
【図２２】
2004247025.tif 000030