(57)【要約】【課題】使用する波長が異なる二種類の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、軸外特性を向上し、各種収差を補正できる有限系の光ピックアップ装置、集光光学系及び対物光学素子を提供する。【解決手段】本発明に係る光ピックアップ装置は、集光光学系に発散光又は収束光が入射する有限系であって、対物光学素子の入射面の光軸を中心とした第１の共用領域に、輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成されている。また、出射面の光軸を中心とした第２の共用領域に回折構造部が形成されている。また、段差面の光軸に平行な距離ｘが、λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ−０．１）≦ｘ≦λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ＋０．１）を満たす。ただし、ｐ：自然数、λＢ：ブレーズ波長、λ１≦λＢ≦１３μｍ、ｎｃ：第１の共用領域を備える光学素子の波長λＢの光束に対する屈折率【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物光学素子を含む複数の光学素子を有する集光光学系により、第１の光源から出射される第１の波長λ１（６３０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（７６０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させて各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ１とｍ２は、
ｍ１≠０、ｍ２≠０
を満たし、
少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の第１の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備え、
前記第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、
前記段差面の光軸に平行な距離ｘは、
λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ−０．１）≦ｘ≦λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ＋０．１）
を満たし、
少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の光学面であって前記第１の光学面とは異なる第２の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備え、
前記第２の共用領域に回折構造部が形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
ただし、
ｐ：自然数
λＢ：ブレーズ波長、λ１≦λＢ≦１３μｍ
ｎｃ：前記第１の共用領域を備える光学素子の波長λＢの光束に対する屈折率
【請求項２】
請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第１の共用領域を通過する前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が、前記輪帯状光学機能面によって屈折する方向へ出射されることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、
前記輪帯状光学機能面及び段差面により回折構造が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４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記輪帯状光学機能面の数が４〜６０の何れかであることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第１の共用領域と前記第２の共用領域がカップリングレンズに形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第１の共用領域と前記第２の共用領域が前記対物光学素子に形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第１の光源と前記第２の光源とが一体化していることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記光学系倍率ｍ１が、
−１／３≦ｍ１＜０
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記光学系倍率ｍ２が、
−１／３≦ｍ２＜０
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、
ｆ１≦４ｍｍ
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記対物光学素子の前記第２の波長λ２の光束に対する焦点距離ｆ２が、
ｆ２≦４ｍｍ
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第１の波長λ１の光束による集光スポットの開口数ＮＡ１が、
０．５５≦ＮＡ１≦０．６７
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記第２の波長λ２の光束による集光スポットの開口数ＮＡ２が、
０．４４≦ＮＡ２≦０．５５
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、
前記回折構造部が前記第２の光学面のうち前記第２の共用領域のみに形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１５】
対物光学素子を含む複数の光学素子を有し、第１の光源から出射される第１の波長λ１（６３０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（７６０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させて各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の集光光学系であって、
前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ１とｍ２は、
ｍ１≠０、ｍ２≠０
を満たし、
少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の第１の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備え、
前記第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、
前記段差面の光軸に平行な距離ｘは、
λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ−０．１）≦ｘ≦λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ＋０．１）
を満たし、
少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の光学面であって前記第１の光学面とは異なる第２の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備え、
前記第２の共用領域に回折構造部が形成されていることを特徴とする集光光学系。
ただし、
ｐ：自然数
λＢ：ブレーズ波長、λ１≦λＢ≦１３μｍ
ｎｃ：前記第１の共用領域を備える光学素子の波長λＢの光束に対する屈折率
【請求項１６】
請求項１５に記載の集光光学系であって、
前記第１の共用領域を通過する前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が、前記輪帯状光学機能面によって屈折する方向へ出射されることを特徴とする集光光学系。
【請求項１７】
請求項１５に記載の集光光学系であって、
前記輪帯状光学機能面及び段差面により回折構造が構成されることを特徴とする集光光学系。
【請求項１８】
請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記輪帯状光学機能面の数が４〜６０の何れかであることを特徴とする集光光学系。
【請求項１９】
請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記第１の共用領域と前記第２の共用領域がカップリングレンズに形成されていることを特徴とする集光光学系。
【請求項２０】
請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記第１の共用領域と前記第２の共用領域が前記対物光学素子に形成されていることを特徴とする集光光学系。
【請求項２１】
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記第１の光源と前記第２の光源とが一体化していることを特徴とする集光光学系。
【請求項２２】
請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記光学系倍率ｍ１が、
−１／３≦ｍ１＜０
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記光学系倍率ｍ２が、
−１／３≦ｍ２＜０
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項２４】
請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、
ｆ１≦４ｍｍ
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項２５】
請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記対物光学素子の前記第２の波長λ２の光束に対する焦点距離ｆ２が、
ｆ２≦４ｍｍ
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項２６】
請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記第１の波長λ１の光束による集光スポットの開口数ＮＡ１が、
０．５５≦ＮＡ１≦０．６７
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項２７】
請求項１５〜２６のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記第２の波長λ２の光束による集光スポットの開口数ＮＡ２が、
０．４４≦ＮＡ２≦０．５５
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項２８】
請求項１５〜２７のいずれか一項に記載の集光光学系であって、
前記回折構造部が前記第２の光学面のうち前記第２の共用領域のみに形成されていることを特徴とする集光光学系。
【請求項２９】
複数の光学素子を有する集光光学系により、第１の光源から出射される第１の波長λ１（６３０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（７６０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させて各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
前記第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ１とｍ２は、
ｍ１≠０、ｍ２≠０
を満たし、
少なくとも一方の第１の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備え、
前記第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、
前記段差面の光軸に平行な距離ｘは、
λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ−０．１）≦ｘ≦λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ＋０．１）
を満たし、
前記第１の光学面とは異なる第２の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備え、
前記第２の共用領域に回折構造部が形成されていることを特徴とする対物光学素子。
ただし、
ｐ：自然数
λＢ：ブレーズ波長、λ１≦λＢ≦１３μｍ
ｎｃ：前記対物光学素子の波長λＢの光束に対する屈折率
【請求項３０】
請求項２９に記載の対物光学素子であって、
前記第１の共用領域を通過する前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が、前記輪帯状光学機能面によって屈折する方向へ出射されることを特徴とする対物光学素子。
【請求項３１】
請求項２９に記載の対物光学素子であって、
前記輪帯状光学機能面及び段差面により回折構造が構成されることを特徴とする対物光学素子。
【請求項３２】
請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記輪帯状光学機能面の数が４〜６０の何れかであることを特徴とする対物光学素子。
【請求項３３】
請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記第１の光源と前記第２の光源とが一体化していることを特徴とする対物光学素子。
【請求項３４】
請求項２９〜３３のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記光学系倍率ｍ１が、
−１／３≦ｍ１＜０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３５】
請求項２９〜３４のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記光学系倍率ｍ２が、
−１／３≦ｍ２＜０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３６】
請求項２９〜３５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記第１の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、
ｆ１≦４ｍｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３７】
請求項２９〜３６のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記第２の波長λ２の光束に対する焦点距離ｆ２が、
ｆ２≦４ｍｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３８】
請求項２９〜３７のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記第１の波長λ１の光束による集光スポットの開口数ＮＡ１が、
０．５５≦ＮＡ１≦０．６７
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３９】
請求項２９〜３８のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記第２の波長λ２の光束による集光スポットの開口数ＮＡ２が、
０．４４≦ＮＡ２≦０．５５
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項４０】
請求項２９〜３９のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
前記回折構造部が前記第２の光学面のうち前記第２の共用領域のみに形成されていることを特徴とする対物光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体の情報記録面に光束を集光させる光ピックアップ装置、集光光学系及び対物光学素子に関する。
【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）が製品化されている。
ＤＶＤ用記録再生装置では、６５０ｎｍの半導体レーザを使用したときの対物レンズの光デイスク側の開口数ＮＡを０．６〜０．６５としている。ＤＶＤはトラックピッチ０．７４μｍ、最短ビット長０．４μｍであり、ＣＤのトラックピッチ１．６μｍ、最短ピット長０．８３μｍに対して半分以下に高密度化されている。また、ＤＶＤにおいては、光ディスクが光軸に対して傾いたときに生じるコマ収差を小さく抑えるために、保護基板厚は０．６ｍｍとＣＤの保護基板厚の半分になっている。
【０００３】
また、上述したＣＤ、ＤＶＤの他に、光源波長や保護基板厚が異なる種々の規格の光ディスク、例えばＣＤ−Ｒ，ＲＷ（追記型コンパクトディスク）、ＶＤ（ビデオディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＭＯ（光磁気ディスク）なども商品化されている。
【０００４】
そして、二種類の光ディスクの情報記録面に対して二種類の異なる波長の光束を一つの対物レンズにより収束させる、いわゆる互換性を有する光ピックアップ装置が各種提案されている。
互換性を有する光ピックアップ装置として、光軸を中心とする輪帯状の凹部又は凸部からなる位相シフタが形成された対物レンズを備える光ピックアップ装置が知られている。
この対物レンズの形状はＤＶＤを良好に再生できるように最適化されており、ＣＤを再生する際には、平行光化した所定波長の入射光に対して位相シフタにより適当な位相差を付与し、収差をできるだけ小さく補正している。
このように、ＣＤ用の光束により生じる軸上の収差を補正することにより、光ピックアップ装置に互換性を持たせている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６１９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１では、ＣＤの再生時の軸外コマ収差については、良好に補正できないため、例えば、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光源や対物レンズが光軸から傾いて軸ずれが生じた場合の光学性能の劣化が大きくなるという問題や、対物レンズの位置決めに高精度を要求され、生産性が悪いという問題があった。
また、対物レンズや光源を移動させるための機構（移動機構）の摩耗等によっても光軸からの傾きや軸ずれが生じ、光学性能が経年変化的に劣化するという問題があった。
【０００７】
特に、発散光を対物レンズに入射させるいわゆる有限系の光ピックアップ装置においてこのような問題が顕著となっていた。
また、近年、ＣＤ用とＤＶＤ用の光源のうちいずれか一方を他方の光源の光軸に直交する方向にわずかにずらして配置することにより、これら２つの光源をユニット化して装置のコンパクト化を図る場合があるので、軸外特性はＣＤとＤＶＤの両方でバランスさせることが好ましい。
【０００８】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、使用する波長が異なる二種類の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、軸外特性を向上し、各種収差を補正できる有限系の光ピックアップ装置、集光光学系及び対物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、対物光学素子を含む複数の光学素子を有する集光光学系により、第１の光源から出射される第１の波長λ１（６３０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（７６０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させて各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ１とｍ２は、ｍ１≠０、ｍ２≠０を満たし、少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の第１の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備え、前記第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、前記段差面の光軸に平行な距離ｘは、λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ−０．１）≦ｘ≦λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ＋０．１）を満たし、少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の光学面であって前記第１の光学面とは異なる第２の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備え、前記第２の共用領域に回折構造部が形成されていることを特徴とする。
ただし、
ｐ：自然数
λＢ：ブレーズ波長、λ１≦λＢ≦１３μｍ
ｎｃ：前記第１の共用領域を備える光学素子の波長λＢの光束に対する屈折率
【００１０】
ここで、本明細書中において光学素子には、光ピックアップ装置の集光光学系を構成する、例えば、対物光学素子（対物レンズ）、カップリングレンズ、ビームエキスパンダ、ビームシェイパ、補正板等の部材が該当する。
また、光学素子としては、単一のレンズのみで構成されているものに限定されず、複数のレンズを光軸方向に組み合わせて構成されるレンズ群をまとめて光学素子としてもよい。
また、対物光学素子としては、狭義には光ピックアップ装置に光記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを含み、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズを含むものとする。
【００１１】
また、光情報記録媒体にはＣＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ、ＭＤ、ＭＯ等の所定の波長の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう一般的な光ディスクを指す。
また、情報の再生とは光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいい、情報の記録とは光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録することをいう。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
また、光ピックアップ装置は、情報の記録だけあるいは再生だけを行うために用いるものであってもよいし、記録と再生の両方を行うために用いるものであってもよい。
【００１２】
集光光学系を構成する複数の光学素子のうち、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は、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束は通過した後、所定の光情報記録媒体の情報記録面に集光する共用領域が形成されており、この共用領域に輪帯状光学機能面が形成されている。
輪帯状光学機能面は、光学素子の表面に光軸を中心としたほぼ同心円状の輪帯である。隣接する輪帯状光学機能面同士は段差面を介して径方向に連続的に形成されており、光軸を含む平面でその断面をみた場合に、各輪帯が例えば鋸歯状や階段状となっている。
各輪帯状光学機能面を通過する光束には、段差面の寸法に応じた位相差が付与されることになるが、本発明における輪帯状光学機能面は通過光束を屈折させる機能を有していてもよく、あるいは、通過光束を回折させる機能を有していてもよい。
【００１３】
輪帯状光学機能面は少なくとも共用領域に形成されていればよく、一つの光学面中の共用領域以外の部分に形成されていても良い。また、複数の光学素子の複数の光学機能面に輪帯状光学機能面が形成されていても良い。
従って、例えば、光学素子としての対物レンズが備える、光源側の光学面又は光情報記録媒体側の光学面に輪帯状光学機能面を形成してもよく、さらには、光ピックアップ装置を構成する光学素子の複数の光学面に輪帯状光学機能面を形成してもよい。
【００１４】
また、本明細書中において、保護基板とは光情報記録媒体の情報記録面を保護するために形成された光学的に透明な平行平板を指し、保護基板厚とは平行平板の厚さを指す。光源から出射された光束は、対物レンズによって保護基板を介して光情報記録媒体の情報記録面上に集光されることになる。
また、本明細書において、開口数とは、集光光学系を構成する複数の光学素子のうち最も光情報記録媒体側に位置する光学素子のレンズ面の開口数を指すものである。
また、開口数とは、光ピックアップ装置に設けられた絞りやフィルタ等の絞り機能を有する部品又は部材や、光学素子が備える回折構造などによって、最良像点におけるスポットの形成に寄与する光束が制限された結果として定義される開口数である。
また、ブレーズ波長とは、その波長の光束が入射した場合に回折構造部により生じるある次数の回折光の回折効率が最大（例えば１００％）となる波長のことである。
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、ＤＶＤ用として主に用いられる第１の波長λ１の光束と、ＣＤ用として主に用いられる第２の波長λ２の光束の対物光学素子に対する光学系倍率ｍ１とｍ２が、ｍ１≠０、ｍ２≠０を満たす、つまり、対物光学素子に対して各波長の光束が発散光又は収束光として入射する有限系の光ピックアップである。
また、少なくとも一つの光学素子の少なくとも一方の第１の光学面に、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が所定の光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備える。そして、第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、段差面の光軸に平行な距離ｘが、ブレーズ波長λＢを用いて規定される上記条件の範囲内に収まるように設定される。
また、少なくとも一つの光学素子の少なくとも一方の光学面であって第１の光学面とは異なる第２の光学面に、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が所定の光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備える。そして、第２の共用領域に回折構造部が形成されている。
【００１６】
従って、有限系の光ピックアップ装置において、第１、第２共用領域に形成された構造により、ＤＶＤとＣＤとの光情報記録媒体の厚みの差による球面収差と軸外特性とを共に補正することができる。従って、トラッキング時にも安定して動作可能なＤＶＤ／ＣＤ互換光ピックアップ装置を可能にする。
また、トラッキング時おける光学性能の劣化を未然に防止できる。また、光ピックアップ装置の組み立て時における対物レンズ等の位置決めが容易となり、生産性を向上させることができると共に、各種レンズや光源を移動させるための機構の摩耗等による光学性能の経年変化的劣化も防止することができる。
また、従来の無限系の光ピックアップ装置において用いられていた、光源からの出射光束を平行光化させて対物光学素子に入射させるためのコリメータレンズ等の光学素子が不要となり、装置の小型化や低コスト化を達成できる。
【００１７】
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、前記第１の共用領域を通過する前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が、前記輪帯状光学機能面によって屈折する方向へ出射されることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、各光束は輪帯状光学機能面を通過する際に付与される屈折作用のみにより屈折し、屈折した方向に出射される。従って、各光束に回折作用を付与する場合と比較して、第１の共用領域に形成する輪帯状光学機能面の数を減らすことができ、光学素子の製造コストを抑えることができる。
【００１９】
請求項３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、前記輪帯状光学機能面及び段差面により回折構造が構成されることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、各光束に対して、第１の共用領域を通過する際と第２の共用領域を通過する際の少なくとも２段階で回折作用を付与することができるので、収差補正の自由度をより増大させることができる。
【００２１】
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、前記輪帯状光学機能面の数が４〜６０の何れかであることを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、輪帯状光学機能面及び段差面の数を一定数以下に制限することができるので、光学面に入射する発散光又は収束光のうち、輪帯状光学機能面以外の部分（段差面等）に入射する光の量を抑えることができ、光量の低下を防止することができる。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記第１の共用領域と前記第２の共用領域がカップリングレンズに形成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項と同様の効果を得ることができると共に、集光光学系を構成するカップリングレンズに第１の共用領域と第２の共用領域の両方を設けることによって、これら各共用領域を設けるための光学素子を新たに配置する必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記第１の共用領域と前記第２の共用領域が前記対物光学素子に形成されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか一項と同様の効果を得ることができると共に、集光光学系を構成する対物光学素子に第１の共用領域と第２の共用領域の両方を設けることによって、これら各共用領域を設けるための光学素子を新たに配置する必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記第１の光源と前記第２の光源とが一体化していることを特徴とする。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、第１の光源と第２の光源とを一体化させることにより光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
【００２９】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記光学系倍率ｍ１が、−１／３≦ｍ１＜０を満たすことを特徴とする。
【００３０】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光学系倍率の負の値が一定数以上に制限される、つまり、光源から情報記録面までの距離が制限されることになる。一般的に倍率が小さくなるほど光ピックアップ装置がコンパクトとなるが、倍率の絶対値が大きいほどトラッキング時のコマ収差が大きくなり、集光スポットの劣化が大きくなる。従って、両方のバランスをとると、前記光学系倍率ｍ１は−１／３≦ｍ１＜０を満たすことが望ましい。
【００３１】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記光学系倍率ｍ２が、−１／３≦ｍ２＜０を満たすことを特徴とする。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光ピックアップ装置のコンパクト化と集光スポットの劣化の防止を同時に達成できる。
【００３３】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、ｆ１≦４ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、対物光学素子から情報記録面までの距離が制限されることになり、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。
【００３４】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記対物光学素子の前記第２の波長λ２の光束に対する焦点距離ｆ２が、ｆ２≦４ｍｍを満たすことを特徴とする。
【００３５】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１〜１０のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、対物光学素子から情報記録面までの距離が制限されることになり、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。
【００３６】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記第１の波長λ１の光束による集光スポットの開口数ＮＡ１が、０．５５≦ＮＡ１≦０．６７を満たすことを特徴とする。
【００３７】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１〜１１のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、ＤＶＤの情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＤＶＤの情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【００３８】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記第２の波長λ２の光束による集光スポットの開口数ＮＡ２が、０．４４≦ＮＡ２≦０．５５を満たすことを特徴とする。
【００３９】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１〜１２のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、ＣＤの情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＣＤの情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【００４０】
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置であって、前記回折構造部が前記第２の光学面のうち前記第２の共用領域のみに形成されていることを特徴とする。
【００４１】
請求項１５記載の発明は、対物光学素子を含む複数の光学素子を有し、第１の光源から出射される第１の波長λ１（６３０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（７６０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させて各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の集光光学系であって、前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ１とｍ２は、ｍ１≠０、ｍ２≠０を満たし、少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の第１の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備え、前記第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、前記段差面の光軸に平行な距離ｘは、λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ−０．１）≦ｘ≦λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ＋０．１）を満たし、少なくとも一つの前記光学素子の少なくとも一方の光学面であって前記第１の光学面とは異なる第２の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備え、前記第２の共用領域に回折構造部が形成されていることを特徴とする。
ただし、
ｐ：自然数
λＢ：ブレーズ波長、λ１≦λＢ≦１３μｍ
ｎｃ：前記第１の共用領域を備える光学素子の波長λＢの光束に対する屈折率
【００４２】
請求項１５に記載の発明によれば、ＤＶＤ用として主に用いられる第１の波長λ１の光束と、ＣＤ用として主に用いられる第２の波長λ２の光束の対物光学素子に対する光学系倍率ｍ１とｍ２が、ｍ１≠０、ｍ２≠０を満たす、つまり、対物光学素子に対して各波長の光束が発散光又は収束光として入射する有限系の光ピックアップ装置の集光光学系である。
また、少なくとも一つの光学素子の少なくとも一方の第１の光学面に、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が所定の光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備える。そして、第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、段差面の光軸に平行な距離ｘが、ブレーズ波長λＢを用いて規定される上記条件の範囲内に収まるように設定される。
また、少なくとも一つの光学素子の少なくとも一方の光学面であって第１の光学面とは異なる第２の光学面に、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が所定の光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備える。そして、第２の共用領域に回折構造部が形成されている。
【００４３】
従って、有限系の光ピックアップ装置において、第１、第２共用領域に形成された構造により、ＤＶＤとＣＤとの光情報記録媒体の厚みの差による球面収差と軸外特性とを共に補正することができる。従って、トラッキング時にも安定して動作可能なＤＶＤ／ＣＤ互換光ピックアップ装置を可能にする。
また、トラッキング時おける光学性能の劣化を未然に防止できる。また、光ピックアップ装置の組み立て時における対物レンズ等の位置決めが容易となり、生産性を向上させることができると共に、各種レンズや光源を移動させるための機構の摩耗等による光学性能の経年変化的劣化も防止することができる。
また、従来の無限系の光ピックアップ装置において用いられていた、光源からの出射光束を平行光化させて対物光学素子に入射させるためのコリメータレンズ等の光学素子が不要となり、装置の小型化や低コスト化を達成できる。
【００４４】
請求項１６記載の発明は、請求項１５に記載の集光光学系であって、前記第１の共用領域を通過する前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が、前記輪帯状光学機能面によって屈折する方向へ出射されることを特徴とする。
【００４５】
請求項１６に記載の発明によれば、請求項１５と同様の効果を得られると共に、各光束は輪帯状光学機能面を通過する際に付与される屈折作用のみにより屈折し、屈折した方向に出射される。従って、各光束に回折作用を付与する場合と比較して、第１の共用領域に形成する輪帯状光学機能面の数を減らすことができ、光学素子の製造コストを抑えることができる。
【００４６】
請求項１７記載の発明は、請求項１５に記載の集光光学系であって、前記輪帯状光学機能面及び段差面により回折構造が構成されることを特徴とする。
【００４７】
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１５と同様の効果を得られると共に、各光束に対して、第１の共用領域を通過する際と第２の共用領域を通過する際の少なくとも２段階で回折作用を付与することができるので、収差補正の自由度をより増大させることができる。
【００４８】
請求項１８記載の発明は、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記輪帯状光学機能面の数が４〜６０の何れかであることを特徴とする。
【００４９】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１５〜１７のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、輪帯状光学機能面及び段差面の数を一定数以下に制限することができるので、光学面に入射する発散光又は収束光のうち、輪帯状光学機能面以外の部分（段差面等）に入射する光の量を抑えることができ、光量の低下を防止することができる。
【００５０】
請求項１９記載の発明は、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記第１の共用領域と前記第２の共用領域がカップリングレンズに形成されていることを特徴とする。
【００５１】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１５〜１８のいずれか一項と同様の効果を得ることができると共に、集光光学系を構成するカップリングレンズに第１の共用領域と第２の共用領域の両方を設けることによって、これら各共用領域を設けるための光学素子を新たに配置する必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
【００５２】
請求項２０記載の発明は、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記第１の共用領域と前記第２の共用領域が前記対物光学素子に形成されていることを特徴とする。
【００５３】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１５〜１９のいずれか一項と同様の効果を得ることができると共に、集光光学系を構成する対物光学素子に第１の共用領域と第２の共用領域の両方を設けることによって、これら各共用領域を設けるための光学素子を新たに配置する必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
【００５４】
請求項２１記載の発明は、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記第１の光源と前記第２の光源とが一体化していることを特徴とする。
【００５５】
請求項２１に記載の発明によれば、請求項１５〜２０のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、第１の光源と第２の光源とを一体化させることにより光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
【００５６】
請求項２２記載の発明は、請求項１５〜２１のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記光学系倍率ｍ１が、−１／３≦ｍ１＜０を満たすことを特徴とする。
【００５７】
請求項２２に記載の発明によれば、請求項１５〜２１のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光学系倍率の負の値が一定数以上に制限される、つまり、光源から情報記録面までの距離が制限されることになる。一般的に倍率が小さくなるほど光ピックアップ装置がコンパクトとなるが、倍率の絶対値が大きいほどトラッキング時のコマ収差が大きくなり、集光スポットの劣化が大きくなる。従って、両方のバランスをとると、前記光学系倍率ｍ１は−１／３≦ｍ１＜０を満たすことが望ましい。
【００５８】
請求項２３記載の発明は、請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記光学系倍率ｍ２が、−１／３≦ｍ２＜０を満たすことを特徴とする。
【００５９】
請求項２３に記載の発明によれば、請求項１５〜２２のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光ピックアップ装置のコンパクト化と集光スポットの劣化の防止を同時に達成できる。
【００６０】
請求項２４記載の発明は、請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の前記第１の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、ｆ１≦４ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項２４に記載の発明によれば、請求項１５〜２３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、対物光学素子から情報記録面までの距離が制限されることになり、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。
【００６１】
請求項２５記載の発明は、請求項１５〜２４のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記対物光学素子の前記第２の波長λ２の光束に対する焦点距離ｆ２が、ｆ２≦４ｍｍを満たすことを特徴とする。
【００６２】
請求項２５に記載の発明によれば、請求項１５〜２４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、対物光学素子から情報記録面までの距離が制限されることになり、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。
【００６３】
請求項２６記載の発明は、請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記第１の波長λ１の光束による集光スポットの開口数ＮＡ１が、
０．５５≦ＮＡ１≦０．６７を満たすことを特徴とする。
【００６４】
請求項２６に記載の発明によれば、請求項１５〜２５のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、ＤＶＤの情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＤＶＤの情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【００６５】
請求項２７記載の発明は、請求項１５〜２６のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記第２の波長λ２の光束による集光スポットの開口数ＮＡ２が、０．４４≦ＮＡ２≦０．５５を満たすことを特徴とする。
【００６６】
請求項２７に記載の発明によれば、請求項１５〜２６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、ＣＤの情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＣＤの情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【００６７】
請求項２８記載の発明は、請求項１５〜２７のいずれか一項に記載の集光光学系であって、前記回折構造部が前記第２の光学面のうち前記第２の共用領域のみに形成されていることを特徴とする。
【００６８】
請求項２９記載の発明は、複数の光学素子を有する集光光学系により、第１の光源から出射される第１の波長λ１（６３０ｎｍ≦λ１≦６８０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（７６０ｎｍ≦λ２≦８１０ｎｍ）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２＞ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させて各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物光学素子であって、前記第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ１とｍ２は、ｍ１≠０、ｍ２≠０を満たし、少なくとも一方の第１の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備え、前記第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、前記段差面の光軸に平行な距離ｘは、λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ−０．１）≦ｘ≦λＢ／（ｎｃ−１）×（ｐ＋０．１）を満たし、前記第１の光学面とは異なる第２の光学面に、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が所定の前記光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備え、前記第２の共用領域に回折構造部が形成されていることを特徴とする。
ただし、
ｐ：自然数
λＢ：ブレーズ波長、λ１≦λＢ≦１３μｍ
ｎｃ：前記対物光学素子の波長λＢの光束に対する屈折率
【００６９】
請求項２９に記載の発明によれば、ＤＶＤ用として主に用いられる第１の波長λ１の光束と、ＣＤ用として主に用いられる第２の波長λ２の光束の対物光学素子に対する光学系倍率ｍ１とｍ２が、ｍ１≠０、ｍ２≠０を満たす、つまり、対物光学素子に対して各波長の光束が発散光又は収束光として入射する有限系の光ピックアップの対物光学素子である。
また、少なくとも一つの光学素子の少なくとも一方の第１の光学面に、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が所定の光情報記録媒体の情報記録面に集光する第１の共用領域を備える。そして、第１の共用領域に、光軸を中心とした輪帯状光学機能面が段差面を介して連続的に複数形成され、段差面の光軸に平行な距離ｘが、ブレーズ波長λＢを用いて規定される上記条件の範囲内に収まるように設定される。
また、少なくとも一つの光学素子の少なくとも一方の光学面であって第１の光学面とは異なる第２の光学面に、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が通過すると共に通過後の第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束が所定の光情報記録媒体の情報記録面に集光する第２の共用領域を備える。そして、第２の共用領域に回折構造部が形成されている。
【００７０】
従って、有限系の光ピックアップ装置において、第１、第２共用領域に形成された構造により、ＤＶＤとＣＤとの光情報記録媒体の厚みの差による球面収差と軸外特性とを共に補正することができる。従って、トラッキング時にも安定して動作可能なＤＶＤ／ＣＤ互換光ピックアップ装置を可能にする。
また、トラッキング時おける光学性能の劣化を未然に防止できる。また、光ピックアップ装置の組み立て時における対物レンズ等の位置決めが容易となり、生産性を向上させることができると共に、各種レンズや光源を移動させるための機構の摩耗等による光学性能の経年変化的劣化も防止することができる。
また、従来の無限系の光ピックアップ装置において用いられていた、光源からの出射光束を平行光化させて対物光学素子に入射させるためのコリメータレンズ等の光学素子が不要となり、装置の小型化や低コスト化を達成できる。
【００７１】
請求項３０記載の発明は、請求項２９に記載の対物光学素子であって、前記第１の共用領域を通過する前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束が、前記輪帯状光学機能面によって屈折する方向へ出射されることを特徴とする。
【００７２】
請求項３０に記載の発明によれば、請求項２９と同様の効果を得られると共に、各光束は輪帯状光学機能面を通過する際に付与される屈折作用のみにより屈折し、屈折した方向に出射される。従って、各光束に回折作用を付与する場合と比較して、第１の共用領域に形成する輪帯状光学機能面の数を減らすことができ、光学素子の製造コストを抑えることができる。
【００７３】
請求項３１記載の発明は、請求項２９に記載の対物光学素子であって、前記輪帯状光学機能面及び段差面により回折構造が構成されることを特徴とする。
【００７４】
請求項３１に記載の発明によれば、請求項２９と同様の効果を得られると共に、各光束に対して、第１の共用領域を通過する際と第２の共用領域を通過する際の少なくとも２段階で回折作用を付与することができるので、収差補正の自由度をより増大させることができる。
【００７５】
請求項３２記載の発明は、請求項２９〜３１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記輪帯状光学機能面の数が４〜６０の何れかであることを特徴とする。
【００７６】
請求項３２に記載の発明によれば、請求項２９〜３１のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、輪帯状光学機能面及び段差面の数を一定数以下に制限することができるので、光学面に入射する発散光又は収束光のうち、輪帯状光学機能面以外の部分（段差面等）に入射する光の量を抑えることができ、光量の低下を防止することができる。
【００７７】
請求項３３記載の発明は、請求項２９〜３２のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記第１の光源と前記第２の光源とが一体化していることを特徴とする。
【００７８】
請求項３３に記載の発明によれば、請求項２９〜３２のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、第１の光源と第２の光源とを一体化させることにより光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
【００７９】
請求項３４記載の発明は、請求項２９〜３３のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記光学系倍率ｍ１が、−１／３≦ｍ１＜０を満たすことを特徴とする。
【００８０】
請求項３４に記載の発明によれば、請求項２９〜３３のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光学系倍率の負の値が一定数以上に制限される、つまり、光源から情報記録面までの距離が制限されることになる。一般的に倍率が小さくなるほど光ピックアップ装置がコンパクトとなるが、倍率の絶対値が大きいほどトラッキング時のコマ収差が大きくなり、集光スポットの劣化が大きくなる。従って、両方のバランスをとると、前記光学系倍率ｍ１は−１／３≦ｍ１＜０を満たすことが望ましい。
【００８１】
請求項３５記載の発明は、請求項２９〜３４のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記光学系倍率ｍ２が、−１／３≦ｍ２＜０を満たすことを特徴とする。
【００８２】
請求項３５に記載の発明によれば、請求項２９〜３４のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、光ピックアップ装置のコンパクト化と集光スポットの劣化の防止を同時に達成できる。
【００８３】
請求項３６記載の発明は、請求項２９〜３５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記第１の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、ｆ１≦４ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項３６に記載の発明によれば、請求項２９〜３５のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、対物光学素子から情報記録面までの距離が制限されることになり、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。
【００８４】
請求項３７記載の発明は、請求項２９〜３６のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記第２の波長λ２の光束に対する焦点距離ｆ２が、ｆ２≦４ｍｍを満たすことを特徴とする。
【００８５】
請求項３７に記載の発明によれば、請求項２９〜３６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、対物光学素子から情報記録面までの距離が制限されることになり、光ピックアップ装置の小型化を図ることができる。
【００８６】
請求項３８記載の発明は、請求項２９〜３７のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記第１の波長λ１の光束による集光スポットの開口数ＮＡ１が、０．５５≦ＮＡ１≦０．６７を満たすことを特徴とする。
【００８７】
請求項３８に記載の発明によれば、請求項２９〜３７のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、ＤＶＤの情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＤＶＤの情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【００８８】
請求項３９記載の発明は、請求項２９〜３８のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記第２の波長λ２の光束による集光スポットの開口数ＮＡ２が、０．４４≦ＮＡ２≦０．５５を満たすことを特徴とする。
【００８９】
請求項３９に記載の発明によれば、請求項２９〜３８のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、ＣＤの情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＣＤの情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【００９０】
請求項４０記載の発明は、請求項２９〜３９のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記回折構造部が前記第２の光学面のうち前記第２の共用領域のみに形成されていることを特徴とする。
【００９１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置１は、半導体レーザ光源１１から出射される波長が異なる光束を光情報記録媒体の一例であるＤＶＤ２１又はＣＤ２２に集光して、各種情報を記録又は再生する装置である。
【００９２】
光ピックアップ装置１は、光束を出射する半導体レーザ光源１１、半導体レーザ光源１１から出射された光束を通過させ、またＤＶＤ２１又はＣＤ２２で反射された光束を分岐するビームスプリッタ１２、ビームスプリッタ１２を通過した光束の絞り１３、絞り１３を通過した光束をＤＶＤ２１又はＣＤ２２に集光させる対物光学素子（対物レンズ）１４、対物レンズ１４を光軸方向及びＤＶＤ２１又はＣＤ２２の情報記録面に平行で円周と垂直方向に移動する２次元アクチュエータ１５、ビームスプリッタ１２により分岐された光束に非点収差を与えるシリンドリカルレンズ１６、凹レンズ１７、ＤＶＤ２１又はＣＤ２２からの反射光を検出する光検出器３０等から概略構成される。
なお、図１中のＤＶＤ２１に対応する光束の光軸Ｌ１及びＣＤ２２に対応する光束光軸Ｌ２とは別に、対物レンズ１４自体の光軸を光軸（図示せず）とする。また、本実施の形態においては、対物レンズ、ビームスプリッタ、絞りにより集光光学系が構成されている。
【００９３】
半導体レーザ光源１１は、ＤＶＤ２１に集光させるための、第１の波長λ１（６５５ｎｍ）の光束を出射するレーザーダイオード等の光源部１１１と、ＣＤ２２に集光させるための、第２の波長λ２（７８５ｎｍ）の光束を出射する光源部１１２とが、一体（１パッケージ）に設けられている。
【００９４】
ＤＶＤ２１は情報が記録される情報記録面２１ａと、情報記録面２１ａを保護するために情報記録面２１ａ上に形成される保護基板２１ｂとを備える。また、ＣＤ２２は情報が記録される情報記録面２２ａと、情報記録面２２ａを保護するために情報記録面２２ａ上に形成される保護基板２２ｂとを備える。保護基板２１ｂ、２２ｂの材料には、例えばポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等の光学的に透明な材料が使用される。
【００９５】
対物レンズ１４は有限系の光束を集光させる構成となる。有限系の光束を用いる構成の場合、波長λ１の光束を集光させる場合の光学系倍率ｍ１が、ｍ１≠０を満たし、且つ使用波長λ１２の光束を集光させる場合の光学系倍率ｍ２が、ｍ２≠０を満たす。
【００９６】
図２及び図３に示すように、対物レンズは光ピックアップ装置の集光光学系を構成する両面非球面の単レンズである。
本実施の形態においては、図４に示すように、対物レンズ１４の光源側の光学面（入射面）である第１の光学面１４１上であって、光軸を中心とした一定高さ以下の範囲（以下、「第１の共用領域１４１ａ」という。）に輪帯状光学機能面Ａ１及び段差面Ａ２（図５を参照。）を備える。
【００９７】
また、図６に示すように、対物レンズ１４の光情報記録媒体側の光学面（出射面）である第２の光学面１４２上であって、光軸を中心とした一定高さ以下の範囲（以下、「第２の共用領域１４２ａ」という。）に回折構造部を備える。
なお、第１の光学面１４１上の第１の共用領域１４１ａ以外の範囲（以下、「第１の周辺領域１４１ｂ」という。）の構造及び第２の光学面１４２上の第２の共用領域１４２ａ以外の範囲（以下、「第２の周辺領域１４２ｂ」という。）の構造については特に限定されるものではない。本実施の形態においては、第１の周辺領域１４１ｂ及び第２の周辺領域１４２ｂは、通過光束に対して屈折作用を与える屈折面で構成されているものとする。
【００９８】
具体的には、図４及び図５に示すように、第１の共用領域１４１ａに光軸を中心とした輪帯状光学機能面Ａ１が、段差面Ａ２を介して径方向に連続して鋸歯状に形成されている。なお、以下の説明においては、１つの輪帯状光学機能面Ａ１と１つの段差面Ａ２によって断面視山型に構成される構造を回折輪帯という。
【００９９】
図５に示すように、径方向に隣接する２つの輪帯状光学機能面Ａ１の間に介在する段差面Ａ２の光軸に平行な距離ｘ（光軸方向の深さ）は、波長λ１の光束と波長λ２の光束が各輪帯状光学機能面Ａ１を通過する際に、これら各光束に対して所定の位相差を与えることにより回折作用を与えるように設定されている。
なお、段差面の深さｘは各回折輪帯の開始位置ｈｓ［ｍｍ］と終了位置ｈｌ［ｍｍ］間における光軸方向の距離として定義される。開始位置ｈｓ及び終了位置ｈｌの始点は光軸である。
また、各輪帯状光学機能面Ａ１は一般的に非球面式によって表すことができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
また、段差面の深さｘは、次の数１に規定する範囲内に設計されている。
【０１００】
【数１】
2004171722.tif 000003
なお、第２の共用領域１４２ａ上に形成される回折構造部の形状については特に限定されるものではなく、例えば、図５に示したような光軸を中心とした同心円状の回折輪帯や、光軸方向に沿った階段状のホログラム構造等、通過光束に対して所定の位相差を付与することによりこれら光束を回折光として出射する一般的に周知な回折構造であればよい。
【０１０１】
上述のような対物レンズを備える光ピックアップ装置１を用いてＤＶＤ２１に情報を記録又は再生する場合について説明すると、まず半導体レーザ光源１１の光源部１１１から、波長λ１の光束が出射される。そして、この光束はビームスプリッタ１２を通過し、絞り１３により絞られて、対物レンズ１４へ向かう。
この光束は、図２に示すように、対物レンズ１４の入射面１４１に発散光として入射し、入射面１４１に形成された第１の共用領域１４１ａを通過する際に、回折輪帯による回折作用を受けると共に第１の周辺領域１４１ｂを通過する際に屈折作用を受ける。
【０１０２】
次に、この光束は対物レンズ１４の出射面１４２に至り、出射面１４２に形成された第２の共用領域１４２ａを通過する際に、回折構造部により回折作用を受けると共に第２の周辺領域１４２ｂを通過する際に屈折作用を受ける。
そして、出射面１４２から出射された光束はＤＶＤ２１の情報記録面２１ａ上に、焦点Ｌ１ａとして集光する。
【０１０３】
そして、焦点Ｌ１ａに集光した光束は、情報記録面２１ａで情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は、再び対物レンズ１４、絞り１３を通過してビームスプリッタ１２で反射して分岐される。
分岐された光束は、シリンドリカルレンズ１６により非点収差が与えられ、凹レンズ１７を経て光検出器３０上ヘ入射する。光検出器３０は凹レンズ１７からの入射光を検出して信号を出力し、その出力された信号を用いて、ＤＶＤ２１に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０１０４】
ＣＤ２２に情報を記録又は再生する場合も同様である。
光源部１１２から出射された波長λ２の光束は、ビームスプリッタ１２、絞り１３を通過する。そして、図３に示すように、対物レンズ１４の入射面１４１に発散光として入射し、入射面１４１に形成された第１の共用領域１４１ａを通過する際に回折作用を受けると共に第１の周辺領域１４１ｂを通過する際に屈折作用を受ける。
【０１０５】
さらに、この光束は対物レンズ１４の出射面１４２に至り、出射面１４２に形成された第２の共用領域１４２ａを通過する際に回折作用を受けると共に第２の周辺領域１４２ｂを通過する際に屈折作用を受ける。
ここで、ＣＤ２２用として用いられる波長λ２の光束のうち、第１の共用領域１４１ａ及び第２の共用領域１４２ａを通過した光束は回折され、ＣＤ２２の情報記録面２２ａ上に焦点Ｌ２ａとして集光する。しかし、第１の周辺領域１４１ｂ及び第２の周辺領域１４２ｂを通過した光束はＣＤ２２の情報記録面２２ａ外に到達するようになっており、この光束は情報の再生及び／又は記録には寄与しない。
【０１０６】
そして、焦点Ｌ２ａに集光した光束は、情報記録面２２ａで情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は、再び対物レンズ１４、絞り１３を通過してビームスプリッタ１２で反射して分岐される。
分岐された光束は、シリンドリカルレンズ１６により非点収差が与えられ、凹レンズ１７を経て、光検出器３０上ヘ入射する。光検出器３０は凹レンズ１７からの入射光を検出して信号を出力し、その出力された信号を用いて、ＣＤ２２に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【０１０７】
また、光検出器３０上でのスポットの形状変化や位置変化による光量変化等を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出結果に基づいて、２次元アクチュエータ１５は各光束が焦点Ｌ１ａ、Ｌ２ａとして情報記録面２１ａ、２２ａ上に結像するように、対物レンズ１４を光軸Ｌ１、Ｌ２方向に移動させる。また、情報記録面２１ａ、２２ａ上の所定のトラックに結像するように対物レンズ１４を、情報記録面２１ａ、２２ａに平行で、トラックの円周と垂直方向に移動させる。
【０１０８】
以上のように、本実施の形態に示した光ピックアップ装置、集光光学系及び対物レンズによれば、段差量ｘが数１で規定される範囲内となるように輪帯状光学機能面Ａ１及び段差面Ａ２を形成するので、第１の共用領域１４１ａ及び第２の共用領域１４２ａを通過して所定の光情報記録媒体に収束する波長λ１の光束と波長λ２の光束の光量を高め、これら光束の利用効率を高めることが可能となる。
【０１０９】
また、第２の共用領域１４２ａに形成した回折構造部の回折機能により、ＤＶＤ２１及びＣＤ２２に集光させる光束の縦球面収差を低減させることができ、光軸上の集光位置をほぼ一点に合わせることができる。
【０１１０】
また、波長λ１，λ２それぞれに対する光学系倍率ｍ１，ｍ２が、ｍ１≠０，ｍ２≠０を満たすように、有限系の入射光束を用いて光情報記録媒体に集光させる。このため、例えばコリメータレンズ等の光束を平行化する光学素子を設ける必要がなく、部品点数を減らし、光ピックアップ装置１を小型化及び低コスト化することができる。
【０１１１】
なお、光学系倍率ｍ１，ｍ２は、−１／３≦ｍ１＜０，−１／３≦ｍ２＜０を満たすのが好ましい。光学系倍率ｍ１，ｍ２が−１／３より小さければ、光源が光軸からずれることを起因とする誤差特性により、光情報記録媒体に集光させる光束の波面収差が大きくなる。また、光学系倍率ｍ１，ｍ２が正の値となる場合には、対物レンズ１４が大型化する。
【０１１２】
また、本実施の形態においては対物レンズ１４の入射面１４１上に回折輪帯を有する共用領域１４１ａを設けた。このため、回折輪帯を対物レンズ１４と別体素子に設けて集光光学系を構成する場合と比較して、集光光学系の部品点数の削減、小型化及び低コスト化を達成できる。
【０１１３】
なお、輪帯状光学機能面Ａ１の数は４〜６０の範囲内とすることが好ましい。この範囲内とすることにより、対物レンズ１４の製造が容易になると共に光束の利用効率を高めることができる。輪帯状光学機能面Ａ１の数が４よりも小さい場合には、保護基板厚の薄いＤＶＤ２１に対して、十分な回折機能を実現することが困難となる。また、輪帯状光学機能面Ａ１の数が６０よりも大きい場合には、そのピッチが小さくなり作成が困難となると共に、入射光の回折に寄与しない段差面Ａ２の面積割合が大きくなり、回折効率が低下する。
【０１１４】
また、波長λ１，λ２の焦点距離ｆ１，ｆ２を、ｆ１≦４ｍｍ，ｆ２≦４ｍｍとすることが好ましい。これにより、焦点距離ｆ１，ｆ２を小さくして、光ピックアップ装置１を小型化することができる。
【０１１５】
また、本実施の形態においては、使用基準波長の異なる光源部１１１，１１２を一体化して半導体レーザ光源１１とした。このため、半導体レーザ光源を小型化することができ、光ピックアップ装置１を小型化することができる。
【０１１６】
また、波長λ１の像側の開口数ＮＡ１は、０．５５≦ＮＡ１≦０．６７を満たすことが好ましい。これにより、ＤＶＤ２１の情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＤＶＤ２１の情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【０１１７】
また、使用波長λ１２の像側の開口数ＮＡ２は、０．４４≦ＮＡ２≦０．５５を満たすことが好ましい。これにより、ＣＤ２２の情報の記録密度に対応して適切に光束を集光させ、ＣＤ２２の情報を適切に記録及び／又は再生することができる。
【０１１８】
また、対物レンズ１４の第１の共用領域１４１ａの構造を、第１の波長λ１及び第２の波長λ２の光束に対して屈折作用を与える形状としてもよい。例えば、［特許文献１］に記載されているような位相シフタを設ける構成である。この場合、第１の共用領域１４１ａに回折輪帯を設けて各光束に回折作用を与える場合と比較して、共用領域１４１ａに形成する輪帯状光学機能面Ａ１及び段差面Ａ２の数を減らすことができ、対物レンズ１４の製造コストを抑えることができる。
【０１１９】
なお、本実施の形態では、対物レンズ１４に第１の共用領域１４１ａ及び第２の共用領域１４２ａを設ける構成としたがこれに限るものではない。
例えば、光ピックアップ装置１の集光光学系にカップリングレンズが含まれる構成とし、このカップリングレンズに第１の共用領域１４１ａ及び第２の共用領域１４２ａを設けても良い。また、対物レンズ１４やカップリングレンズ以外の光学素子に第１の共用領域１４１ａ及び第２の共用領域１４２ａを設けても良い。
また、例えば、第１の共用領域１４１ａをカップリングレンズに設けて、第２の共用領域１４２ａを対物レンズ１４に設ける等、各共用領域１４１ａ、１４２ａを複数の光学素子に設けても良い。
また、回折構造部は少なくとも第２の共用領域に形成されていれば良く、回折構造部Ａ３を第２の周辺領域１４２ｂにも形成しても良い。
【０１２０】
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段及び手法にのみ限定されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、本発明にいう効果を有する範囲内において適宜に変更実施が可能なものである。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ＤＶＤとＣＤの互換性を有する有限系の光ピックアップ装置において、回折光を利用してＣＤとＤＶＤの両者の再生及び／又は記録の際における軸外コマ収差を良好に補正できることになり、例えば、トラッキング時おける光学性能の劣化を未然に防止できる。また、光ピックアップ装置の組み立て時における対物レンズ等の位置決めが容易となり、生産性を向上させることができると共に、各種レンズや光源を移動させるための機構の摩耗等による光学性能の経年変化的劣化も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る光ピックアップ装置、集光光学系及び対物光学素子の一例を示す平面図である。
【図２】ＤＶＤに集光させる際の対物レンズの断面図である。
【図３】ＣＤに集光させる際の対物レンズの断面図である。
【図４】対物レンズの入射面の平面図である。
【図５】輪帯状光学機能面及び段差面を表す断面図である。
【図６】対物レンズの出射面の平面図である。
【符号の説明】
Ａ１      輪帯状光学機能面
Ａ２      段差面
１        光ピックアップ装置
１４      対物光学素子
２１      第１の光情報記録媒体
２２      第２の光情報記録媒体
１１１    第１の光源
１１２    第２の光源
１４１    第１の光学面（入射面）
１４１ａ  第１の共用領域
１４２    第２の光学面（出射面）
１４２ａ  第２の共用領域
【図１】
2004171722.tif 000004
【図２】
2004171722.tif 000005
【図３】
2004171722.tif 000006
【図４】
2004171722.tif 000007
【図５】
2004171722.tif 000008
【図６】
2004171722.tif 000009