(57)【要約】【課題】使用する波長が異なる二種類の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、像高特性を向上させ、球面収差及び波面収差を補正すると共に、さらに正弦条件の補正も成された対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】本発明の対物光学素子４０は、光軸Ｌを中心とした回折輪帯６１と、光軸とほぼ平行に配置されて、２つの回折輪帯同士を連結する段差面６２とから構成される第１の回折構造６０が形成される第１の光学面４１と、光軸を中心とした回折輪帯７１と、光軸とほぼ平行に配置されて、２つの回折輪帯同士を連結する段差面７２とから構成される第２の回折構造７０が形成される第２の光学面４２とを備え、第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置され、第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置されている。【選択図】        図３
2004253106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／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、
光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯と、光軸とほぼ平行に配置されて、径方向に隣接する２つの回折輪帯同士を連結する段差面とから構成される第１の回折構造が形成される第１の光学面と、
光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯と、光軸とほぼ平行に配置されて、径方向に隣接する２つの回折輪帯同士を連結する段差面とから構成される第２の回折構造が形成される第２の光学面とを備え、
前記第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置され、
前記第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置されていることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２】
第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯から構成される第１の回折構造が形成される第１の光学面と、
光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯から構成される第２の回折構造が形成される第２の光学面とを備え、
前記第１の回折構造及び第２の回折構造による前記各光束に対する光路差の付加量を、光軸からの高さｈ、ｎ次（ｎは偶数）の光路差関数の係数Ｂｎを用いて、
φ（ｈ）＝（Ｂ２ｈ２＋Ｂ４ｈ４＋Ｂ６ｈ６＋…Ｂｎｈｎ）
により定義される光路差関数φ（ｈ）の微分係数
φ´（ｈ）＝（２Ｂ２ｈ＋４Ｂ４ｈ３＋６Ｂ６ｈ５＋…ｎＢｎｈ（ｎ−１））
で表したとき、
前記第１の回折構造に関しては、
φ´（ｈ）＜０
を満たし、
前記第２の回折構造に関しては、
φ´（ｈ）＞０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の対物光学素子であって、
前記第１の光学面と第２の光学面のうち少なくとも一方が、光軸を中心とした同心円状の少なくとも２つの領域を備え、
前記２つの領域のうち光軸を含む中央領域を通過する光束は、前記第１の光情報記録媒体及び第２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、
前記２つの領域のうち前記中央領域の外側に位置する周辺領域を通過する光束は、主に前記第１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ることを特徴とする対物光学素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の対物光学素子であって、
前記第１の光学面と第２の光学面のうち少なくとも一方が、光軸を中心とした同心円状の少なくとも２つの領域を備え、
前記２つの領域のうち光軸を含む中央領域を通過する光束は、前記第１の光情報記録媒体及び第２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、
前記２つの領域のうち前記中央領域の外側に位置する周辺領域を通過する光束は、主に前記第２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ることを特徴とする対物光学素子。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の対物光学素子であって、
少なくとも前記第１の光学面に前記中央領域及び周辺領域を備え、
前記中央領域に前記第１の回折構造を備えることを特徴とする対物光学素子。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の対物光学素子であって、
少なくとも前記第２の光学面に前記中央領域及び周辺領域を備え、
前記中央領域に前記第２の回折構造を備えることを特徴とする対物光学素子。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の対物光学素子であって、
前記第１の光学面と第２の光学面の両方に前記中央領域及び周辺領域を備えることを特徴とする対物光学素子。
【請求項８】
請求項７に記載の対物光学素子であって、
前記第１の光学面の前記中央領域に前記第１の回折構造を備え、前記第２の光学面の前記中央領域に前記第２の回折構造を備えることを特徴とする対物光学素子。
【請求項９】
請求項８に記載の対物光学素子であって、
前記中央領域の任意の位置の光軸からの高さをｈ、前記中央領域の光軸から最も離れた位置の高さをｈｍａｘ、高さｈの位置を通過した光束が光軸と成す角をｕ´、前記第１の波長λ１の光束に関する焦点距離をｆ１とし、
正弦条件違反量ＯＳＣを、
ＯＳＣ（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎｕ´−ｆ１
と規定したときに、
前記中央領域を通過する前記第１の波長λ１の光束に関する前記正弦条件違反量ＯＳＣが、
ＯＳＣ（ｈｍａｘ／２）＜０
且つ
ＯＳＣ（ｈｍａｘ／２）＜ＯＳＣ（ｈｍａｘ）
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜９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の光学面が前記光ピックアップ装置の光源側に配置され、
前記第２の光学面が前記光情報記録媒体側に配置されることを特徴とする対物光学素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０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の回折構造の前記回折輪帯の数をＬ１、前記第２の回折構造の前記回折輪帯の数をＬ２としたとき、
０．２５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８５
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１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が、
６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
を満たし、
前記第２の波長λ２が、
７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項１３】
請求項１〜１１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が、
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
を満たし、
前記第２の波長λ２が、
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の対物光学素子であって、
前記保護基板厚ｔ１及びｔ２が、
ｔ１＝ｔ２
０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍ
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の対物光学素子であって、
前記波長λ１の光束が前記第１の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＮ１とし、
前記波長λ１の光束が前記第２の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＭ１とし、
前記波長λ２の光束が前記第１の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＮ２とし、
前記波長λ２の光束が前記第２の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＭ２としたとき、
｜Ｎ１｜＞｜Ｎ２｜  かつ  ｜Ｍ１｜＞｜Ｍ２｜
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｍ１、Ｍ２は自然数。
【請求項１６】
請求項１５に記載の対物光学素子であって、
｜Ｎ１｜＝２、｜Ｎ２｜＝１
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項１７】
請求項１５に記載の対物光学素子であって、
｜Ｎ１｜＝３、｜Ｎ２｜＝２
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項１８】
請求項１５に記載の対物光学素子であって、
｜Ｎ１｜＝５、｜Ｎ２｜＝３
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項１９】
請求項１５に記載の対物光学素子であって、
｜Ｎ１｜＝８、｜Ｎ２｜＝５
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２０】
請求項１５に記載の対物光学素子であって、
｜Ｎ１｜＝１０、｜Ｎ２｜＝６
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２１】
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
｜Ｍ１｜＝２、｜Ｍ２｜＝１
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２２】
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
｜Ｍ１｜＝３、｜Ｍ２｜＝２
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２３】
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
｜Ｍ１｜＝５、｜Ｍ２｜＝３
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２４】
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
｜Ｍ１｜＝８、｜Ｍ２｜＝５
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２５】
請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
｜Ｍ１｜＝１０、｜Ｍ２｜＝６
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２６】
請求項１５〜２５のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
｜Ｎ１｜≠｜Ｍ１｜
であることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２７】
請求項１〜２６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の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、
ｍ１＝ｍ２＝０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項２８】
請求項１〜２６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の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、
ｍ１＞ｍ２
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項２９】
請求項２８に記載の対物光学素子であって、
前記第１の波長λ１の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、
ｍ１＝０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３０】
請求項１〜２６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の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、
（ｍ１−０．０１）＜ｍ２＜（ｍ１＋０．０１）＜０
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３１】
請求項２８又は３０に記載の対物光学素子であって、
−０．２９５≦ｍ１≦−０．０４９
を満たすことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３２】
請求項１〜３１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、
第３の光源から出射される第３の波長λ３（λ３＞λ２）の光束を保護基板厚ｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／又は記録も行うことを特徴とする対物光学素子。
【請求項３３】
請求項１〜３１のいずれか一項に記載の対物光学素子を用いて、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３４】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の対物光学素子を用いて、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させ、第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させ、第３の光源から出射される第３の波長λ３（λ３＞λ２）の光束を保護基板厚ｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体の情報記録面に光束を集光させる対物光学素子及び光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、短波長赤色レーザの実用化に伴い、ＣＤ（コンパクトディスク）と同程度の大きさで大容量化させた高密度の光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＤＶＤ（デジタルビデオディスク）が製品化されている。
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。
【０００３】
さらに半導体レーザの短波長化が進み、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザ光源と、像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度まで高めた対物レンズを用いた保護基板厚０．１ｍｍ程度の高密度光ディスク（以下、「高密度ＤＶＤ」という。）や、像側開口数（ＮＡ）を０．６５程度とした対物レンズを用いた保護基板厚０．６ｍｍ程度の高密度ＤＶＤの研究・開発が進んでいる。
なお、以下の説明においては、ＮＡを０．６５程度、保護基板厚を０．６ｍｍ程度とする高密度光ディスクを「ＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃ）」と表記する。
【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は、対物レンズの表面や対物レンズとは別体に配置した光学素子の表面に輪帯状や格子状の回折構造を形成したものが知られている。
ところが、このような回折構造を備えた互換用光ピックアップ装置においては、２種類の光情報記録媒体（例えばＤＶＤとＣＤ）の保護基板厚及び使用する光束の波長が異なるため、回折作用による回折光を利用した場合でもＤＶＤとＣＤの両者に対して球面収差及び波面収差を補正しつつ、さらに軸外におけるコマ収差を補正するための正弦条件を満足させることは困難であった。
【０００５】
その原因として、上記回折作用は通常、ＤＶＤ及びＣＤに使用される、波長が異なる２種類の光束が屈折レンズを通過する際に生じる球面収差を補正するために用いられており、この回折作用による光線の角度（入射角及び出射角）は回折構造のピッチに依存することが知られている（以下の式を参照。）。
ｎ×ｓｉｎθ−ｎ´×ｓｉｎθ´＝ｍ×λ／Ｐ
（ｎは入射側の媒質の屈折率、θは入射角、ｎ´は出射側の媒質の屈折率、θ´は出射角、ｍは回折次数、λは波長、Ｐはピッチ（回折ピッチ））
また、ＤＶＤとＣＤとの出射角の差は以下の式で表される。
−ｎ´ｄｖｄ×ｓｉｎθ´ｄｖｄ−ｎ´ｃｄ×ｓｉｎθ´ｃｄ＝ｍ×ｄλ／Ｐ
（ｎ´ｄｖｄ及びｓｉｎθ´ｄｖｄはＤＶＤにおける出射側の媒質の屈折率及び出射角、ｎ´ｃｄ及びｓｉｎθ´ｃｄはＣＤにおける出射側の媒質の屈折率及び出射角、ｍは回折次数、ｄλはＤＶＤ用とＣＤ用の光束の波長の差、Ｐはピッチ（回折ピッチ））
【０００６】
このため、例えば対物レンズの一方の光学面（入射面）のみに回折構造を形成した場合には、球面収差の補正に必要な回折ピッチＰは、ＤＶＤとＣＤの保護基板厚の差や２種類の光束の波長の差により決定されることになる。従って、正弦条件を補正するために十分な光線角度の差を有する回折構造を得ることにはならない。仮に正弦条件を十分に補正した場合には、球面収差の補正が不足又は過剰になるという問題がある。
【０００７】
また、例えば対物レンズの入射面と出射面の両方に回折構造を形成した光ピックアップ装置も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、対物レンズの入射面と出射面の２面が回折面で構成され、カバーガラス厚の異なる２つの光ディスクと、それぞれに対応する２つの異なる波長に対し、同じ次数の回折光によって、ほぼ回折限界の結像性能を有することで、異なる波長と異なる基板厚に対して収差を補正する光ピックアップ装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１４７３６７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示された装置は、従来対物レンズの片面のみに設けた回折構造により得ていた回折作用、即ち球面収差を補正する機能を、対物レンズの両面に回折構造を設けることにより、これら２つの回折構造に分担させるものである。
従って、トラッキング等により像高を持った場合でのコマ収差や非点収差の発生を二種類の光情報記録媒体両方に対して補正することができないという問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、使用する波長が異なる二種類の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、像高特性を向上させ、球面収差及び波面収差を補正すると共に、さらに正弦条件の補正も成された対物光学素子及び光ピックアップ装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／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、光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯と、光軸とほぼ平行に配置されて、径方向に隣接する２つの回折輪帯同士を連結する段差面とから構成される第１の回折構造が形成される第１の光学面と、光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯と、光軸とほぼ平行に配置されて、径方向に隣接する２つの回折輪帯同士を連結する段差面とから構成される第２の回折構造が形成される第２の光学面とを備え、前記第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置され、前記第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、本明細書中において対物光学素子とは対物レンズを指し、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対物光学素子としてもよい。
また、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズとともに、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズを指すものとする。
【００１３】
また、光情報記録媒体とはＣＤ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ、ＭＤ、ＭＯ、高密度ＤＶＤ等の所定の波長の光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行なう一般的な光ディスクを指す。
【００１４】
また、情報の再生とは光情報記録媒体の情報記録面上に記録された情報を再生することをいい、情報の記録とは光情報記録媒体の情報記録面上に情報を記録することをいう。なお、ここでいう再生とは、単に情報を読み取ることを含むものである。
また、光ピックアップ装置は、情報の記録だけあるいは再生だけを行うために用いるものであってもよいし、記録と再生の両方を行うために用いるものであってもよい。
【００１５】
また、本明細書中において、保護基板とは光情報記録媒体の情報記録面を保護するために、情報記録面の光束入射面側に形成された光学的に透明な平行平板を指し、保護基板厚とは平行平板の厚さを指す。光源から出射された光束は、対物レンズによって保護基板を介して光情報記録媒体の情報記録面上に集光されることになる。
また、本明細書において、光学素子の像側の開口数とは、その光学素子のうち最も光情報記録媒体側に位置するレンズ面の開口数を指すものである。
【００１６】
また、開口数とは、光ピックアップ装置に設けられた絞りやフィルタ等の絞り機能を有する部品又は部材や、光学素子が備える回折構造などによって、最良像点におけるスポットの形成に寄与する光束が制限された結果として定義される開口数である。
また、本発明に係る光ピックアップ装置をＣＤとＤＶＤの互換性を有する光ピックアップ装置として用いる場合には、ＤＶＤ用として用いる第１の波長λ１の光束の波長は６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内となり、ＣＤ用として用いる第２の波長λ２の光束の波長は７５０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲内となる。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、対物光学素子の２面に回折構造（第１の回折構造と第２の回折構造）が形成され、第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置され、前記第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置される。
従って、第１の光学面に形成されている回折輪帯のピッチを、互換用として用いられている通常の対物レンズの入射面に形成されている回折輪帯のピッチより小さくして、回折輪帯の数を通常と比較して多くすれば、第２の波長λ２の光束に対して、第１の光学面の第１の回折構造により与えられる回折作用によって、第１及び第２の波長の光束の正弦条件違反量の差が補正されると共に球面収差が過剰に補正される。
【００１８】
また、第２の回折構造の段差面が光軸と反対側に面して配置されることにより、第２の光学面の回折輪帯の形状は、第１の光学面の回折輪帯が与える回折作用とは逆の回折作用を与えることになる。従って、第２の光学面において、第２の回折構造により、第１の回折構造の回折作用とは逆の回折作用が波長λ２の光束に与えられ、過剰な球面収差の補正量が適切な状態に補正され、トラッキング等により像高を持った場合でのコマ収差や非点収差の発生を二種類の光情報記録媒体両方に対して補正することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより各種情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の対物光学素子であって、光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯から構成される第１の回折構造が形成される第１の光学面と、光軸を中心とした同心円状の複数の回折輪帯から構成される第２の回折構造が形成される第２の光学面とを備え、前記第１の回折構造及び第２の回折構造による前記各光束に対する光路差の付加量を、光軸からの高さｈ、ｎ次（ｎは偶数）の光路差関数の係数Ｂｎを用いて、φ（ｈ）＝（Ｂ２ｈ２＋Ｂ４ｈ４＋Ｂ６ｈ６＋…Ｂｎｈｎ）により定義される光路差関数φ（ｈ）の微分係数φ´（ｈ）＝（２Ｂ２ｈ＋４Ｂ４ｈ３＋６Ｂ６ｈ５＋…ｎＢｎｈ（ｎ−１））で表したとき、前記第１の回折構造に関しては、φ´（ｈ）＜０を満たし、前記第２の回折構造に関しては、φ´（ｈ）＞０を満たすことを特徴とする。
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。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の対物光学素子であって、前記第１の光学面と第２の光学面のうち少なくとも一方が、光軸を中心とした同心円状の少なくとも２つの領域を備え、前記２つの領域のうち光軸を含む中央領域を通過する光束は、前記第１の光情報記録媒体及び第２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、前記２つの領域のうち前記中央領域の外側に位置する周辺領域を通過する光束は、主に前記第１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ることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２と同様の効果を得られると共に、前記第１の光学面と第２の光学面のうち少なくとも一方が中央領域と周辺領域の２領域を備える。従って、例えば、波長λ２の光束のうち第１の光学面及び第２の光学面の周辺領域を通過する光束を第２の光情報記録媒体の情報記録面上に集光さない、いわゆる開口制限フィルタとしての機能を有することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載の対物光学素子であって、前記第１の光学面と第２の光学面のうち少なくとも一方が、光軸を中心とした同心円状の少なくとも２つの領域を備え、前記２つの領域のうち光軸を含む中央領域を通過する光束は、前記第１の光情報記録媒体及び第２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、前記２つの領域のうち前記中央領域の外側に位置する周辺領域を通過する光束は、主に前記第２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ることを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１又は２と同様の効果を得られると共に、前記第１の光学面と第２の光学面のうち少なくとも一方が中央領域と周辺領域の２領域を備える。従って、例えば、波長λ１の光束のうち第１の光学面及び第２の光学面の周辺領域を通過する光束を第１の光情報記録媒体の情報記録面上に集光さない、いわゆる開口制限フィルタとしての機能を有することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４に記載の対物光学素子であって、少なくとも前記第１の光学面に前記中央領域及び周辺領域を備え、前記中央領域に前記第１の回折構造を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、請求項３又は４と同様の効果を得られる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項３又は４に記載の対物光学素子であって、少なくとも前記第２の光学面に前記中央領域及び周辺領域を備え、前記中央領域に前記第２の回折構造を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、請求項３又は４と同様の効果を得られる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項３又は４に記載の対物光学素子であって、前記第１の光学面と第２の光学面の両方に前記中央領域及び周辺領域を備えることを特徴とする。
請求項７に記載の発明によれば、請求項３又は４と同様の効果を得られる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項７に記載の対物光学素子であって、前記第１の光学面の前記中央領域に前記第１の回折構造を備え、前記第２の光学面の前記中央領域に前記第２の回折構造を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明によれば、請求項７と同様の効果を得られる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の対物光学素子であって、前記中央領域の任意の位置の光軸からの高さをｈ、前記中央領域の光軸から最も離れた位置の高さをｈｍａｘ、高さｈの位置を通過した光束が光軸と成す角をｕ´、前記第１の波長λ１の光束に関する焦点距離をｆ１とし、正弦条件違反量ＯＳＣを、ＯＳＣ（ｈ）＝ｈ／ｓｉｎｕ´−ｆ１と規定したときに、前記中央領域を通過する前記第１の波長λ１の光束に関する前記正弦条件違反量ＯＳＣが、ＯＳＣ（ｈｍａｘ／２）＜０且つＯＳＣ（ｈｍａｘ／２）＜ＯＳＣ（ｈｍａｘ）を満たすことを特徴とする。
【００２９】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８と同様の効果を得られると共に、前記中央領域を通過する前記第１の波長λ１の光束に関する前記正弦条件違反量ＯＳＣが、ＯＳＣ（ｈｍａｘ／２）＜０且つＯＳＣ（ｈｍａｘ／２）＜ＯＳＣ（ｈｍａｘ）を満たすことで、第１の光情報記録媒体使用時の軸外のコマ収差発生を小さく抑えつつ第２の光情報記録媒体使用時の軸外のコマ収差の発生を少なくするよう２種類の光情報記録媒体の軸外コマ収差のバランスをとることができる。なお、対物光学素子に有限光が入射する構成の場合は、対物光学素子に入射する光束が光軸と成す角をｕ、対物光学素子単体の結像倍率をｍ、焦点距離をｆ´としたとき、上記ＯＳＣの式において、ｈ＝ｓｉｎｕ×（１−１／ｍ）×ｆ´、ｆ＝（１−ｍ）×ｆ´と置き換えたものとする。
【００３０】
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対物光学素子であって、前記第１の光学面が前記光ピックアップ装置の光源側に配置され、前記第２の光学面が前記光情報記録媒体側に配置されることを特徴とする。
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。
【００３１】
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対物光学素子であって、前記第１の回折構造の前記回折輪帯の数をＬ１、前記第２の回折構造の前記回折輪帯の数をＬ２としたとき、０．２５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８５を満たすことを特徴とする。
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。
なお、Ｌ２／Ｌ１が上記範囲内で、さらにＬ１が、８＜Ｌ１＜５６を満たすことがより好ましい。
【００３２】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、前記第１の波長λ１が、６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
を満たし、前記第２の波長λ２が、７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍを満たすことを特徴とする。
【００３３】
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とＣＤの互換が可能な光ピックアップ装置を得ることができる。
【００３４】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜１１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が、３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍを満たし、前記第２の波長λ２が、６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍを満たすことを特徴とする。
【００３５】
請求項１３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、ＡＯＤとＤＶＤの互換が可能な光ピックアップ装置を得ることができる。
【００３６】
請求項１４記載の発明は、請求項１３に記載の対物光学素子であって、前記保護基板厚ｔ１及びｔ２が、ｔ１＝ｔ２、０．５ｍｍ≦ｔ１≦０．７ｍｍを満たすことを特徴とする。
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１３と同様の効果を得られる。
【００３７】
請求項１５記載の発明は、請求項１３又は１４に記載の対物光学素子であって、前記波長λ１の光束が前記第１の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＮ１とし、前記波長λ１の光束が前記第２の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＭ１とし、前記波長λ２の光束が前記第１の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＮ２とし、前記波長λ２の光束が前記第２の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＭ２としたとき、｜Ｎ１｜＞｜Ｎ２｜かつ｜Ｍ１｜＞｜Ｍ２｜を満たすことを特徴とする。但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｍ１、Ｍ２は自然数。
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１３又は１４と同様の効果を得られると共に、波長λ１の光束とλ２の光束に関して十分な光量を確保できる。
【００３８】
請求項１６記載の発明は、請求項１５に記載の対物光学素子であって、｜Ｎ１｜＝２、｜Ｎ２｜＝１であることを特徴とする。
請求項１７記載の発明は、請求項１５に記載の対物光学素子であって、｜Ｎ１｜＝３、｜Ｎ２｜＝２であることを特徴とする。
請求項１８記載の発明は、請求項１５に記載の対物光学素子であって、｜Ｎ１｜＝５、｜Ｎ２｜＝３であることを特徴とする。
請求項１９記載の発明は、請求項１５に記載の対物光学素子であって、｜Ｎ１｜＝８、｜Ｎ２｜＝５であることを特徴とする。
請求項２０記載の発明は、請求項１５に記載の対物光学素子であって、｜Ｎ１｜＝１０、｜Ｎ２｜＝６であることを特徴とする。
請求項１６〜２０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。
【００３９】
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対物光学素子であって、｜Ｍ１｜＝２、｜Ｍ２｜＝１であることを特徴とする。
請求項２２記載の発明は、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、｜Ｍ１｜＝３、｜Ｍ２｜＝２であることを特徴とする。
請求項２３記載の発明は、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、｜Ｍ１｜＝５、｜Ｍ２｜＝３であることを特徴とする。
請求項２４記載の発明は、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、｜Ｍ１｜＝８、｜Ｍ２｜＝５であることを特徴とする。
請求項２５記載の発明は、請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、｜Ｍ１｜＝１０、｜Ｍ２｜＝６であることを特徴とする。
請求項２１〜２５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。
【００４０】
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対物光学素子であって、｜Ｎ１｜≠｜Ｍ１｜であることを特徴とする。
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。
【００４１】
請求項２７に記載の発明は、請求項１〜２６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の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、ｍ１＝ｍ２＝０を満たすことを特徴とする。
【００４２】
請求項２７に記載の発明によれば、請求項１〜２６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、対物光学素子に第１の波長λ１及び第２の波長λ２のほぼ平行光が入射する、いわゆる無限系の光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４３】
請求項２８に記載の発明は、請求項１〜２６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の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、ｍ１＞ｍ２を満たすことを特徴とする。
【００４４】
請求項２８に記載の発明によれば、請求項１〜２６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、例えば、第１の光情報記録媒体に対して第１の波長λ１の光束の無限光を用い、第２の光情報記録媒体に対して第２の波長λ２の光束の発散光を用いるなど、光ピックアップ装置の設計の自由度を向上させることができる。
また、結像倍率がｍ１＞ｍ２を満たすことで、２種類の異なる光情報記録媒体における球面収差の発生が補正される結像倍率の組み合わせとなるため、互換に必要な回折輪帯の数を少なくすることができ、生産性を向上することができる。
【００４５】
請求項２９に記載の発明は、請求項２８に記載の対物光学素子であって、前記第１の波長λ１の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、ｍ１＝０を満たすことを特徴とする。
請求項２９に記載の発明によれば、請求項２８と同様の効果を得られる。
【００４６】
請求項３０に記載の発明は、請求項１〜２６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の光束に対する結像倍率をｍ１、前記第２の波長λ２の光束に対する結像倍率をｍ２としたとき、（ｍ１−０．０１）＜ｍ２＜（ｍ１＋０．０１）＜０を満たすことを特徴とする。
【００４７】
請求項３０に記載の発明によれば、請求項１〜２６のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、第１の光情報記録媒体及び第２の光情報記録媒体に対して第１の波長λ１及び第２の波長λ２の光束の発散光を用いることができる。
【００４８】
請求項３１に記載の発明は、請求項２８又は３０に記載の対物光学素子であって、−０．２９５≦ｍ１≦−０．０４９を満たすことを特徴とする。
請求項３１に記載の発明によれば、請求項２８又は３０と同様の効果を得られる。
なお、−０．１５５＜ｍ１＜−０．１１５を満たすことがより好ましい。ｍ１がこの倍率内であれば、カップリングレンズなどの部材を使用しないで光学系のピックアップ装置を構成することができる。
【００４９】
請求項３２記載の発明は、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の対物光学素子であって、第３の光源から出射される第３の波長λ３（λ３＞λ２）の光束を保護基板厚ｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／又は記録も行うことを特徴とする。
【００５０】
請求項３２に記載の発明によれば、請求項１〜３１のいずれか一項と同様の効果を得られると共に、３種類の光情報記録媒体に対する互換性を有する対物光学素子を得られる。
【００５１】
請求項３３に記載の発明は、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の対物光学素子を用いて、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させると共に第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする。
【００５２】
請求項３３に記載の発明によれば、対物光学素子の２面に回折構造（第１の回折構造と第２の回折構造）が形成され、第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置され、前記第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置される。従って、第１の光学面に形成されている回折輪帯のピッチを、互換用として用いられている通常の対物レンズの入射面に形成されている回折輪帯のピッチより小さくして、回折輪帯の数を通常と比較して多くすれば、第２の波長λ２の光束に対して、第１の光学面の第１の回折構造により与えられる回折作用によって、正弦条件が補正されると共に球面収差が過剰に補正される。
また、第２の回折構造の段差面が光軸と反対側に面して配置されることにより、第２の光学面の回折輪帯の形状は、第１の光学面の回折輪帯が与える回折作用とは逆の回折作用を与えることになる。従って、第２の光学面において、第２の回折構造により、第１の回折構造の回折作用とは逆の回折作用が波長λ２の光束に与えられ、過剰な球面収差の補正量が適切な状態に補正され、トラッキング等により像高を持った場合でのコマ収差や非点収差の発生を二種類の光情報記録媒体両方に対して補正することができる。
【００５３】
請求項３４に記載の発明は、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の対物光学素子を用いて、第１の光源から出射される第１の波長λ１の光束を保護基板厚ｔ１の第１の光情報記録媒体に集光させ、第２の光源から出射される第２の波長λ２（λ２＞λ１）の光束を保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２の光情報記録媒体に集光させ、第３の光源から出射される第３の波長λ３（λ３＞λ２）の光束を保護基板厚ｔ３（ｔ３＞ｔ２）の第３の光情報記録媒体に集光させることにより情報の再生及び／又は記録を行うことを特徴とする。
請求項３４に記載の発明によれば、請求項１〜３２のいずれか一項と同様の効果を得られる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
本発明の対物光学素子及び光ピックアップ装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００５５】
図１に示すように、光ピックアップ装置１０は、第１の光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＤＶＤ）に対して第一の半導体レーザ１１（第１の光源）から波長λ１（＝６５０ｎｍ）の光束を出射し、第２の光情報記録媒体３０（本実施の形態においてはＣＤ）に対して第二の半導体レーザ１２（第２の光源）から波長λ２（＝７８０ｎｍ）の光束を出射する。そして、これら光束を対物レンズ４０（対物光学素子）に発散光として入射させ、所定の光情報記録媒体の情報記録面２１、３１に集光させることによって、各種情報の記録や記録した情報の読み取りを行なうものである。
なお、第一の半導体レーザ１１と第二の半導体レーザ１２は光源としてユニット化されているため、図１には、各半導体レーザ１１、１２から出射される波長λ１の光束と波長λ２の光束をまとめて実線で表すものとする。
また、以下の説明においては、光源から情報記録媒体に向かって進む光束の進行方向を前方とする。
【００５６】
ＤＶＤ２０に情報を記録又は再生する場合は、第一の半導体レーザ１１から出射された波長λ１の光束は回折格子１３を通過し、ハーフミラー１４で反射する。さらに絞り１５によって絞られ、対物レンズ４０によりＤＶＤ２０の保護基板２２を介して情報記録面２１に集光される。
この際の対物レンズ４０による波長λ１の光束に対する作用については後述する。
そして、情報記録面２１で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５、ハーフミラー１４を通過し、光検出器１６上ヘ入射し、光検出器１６から出カされる信号を用いて、ＤＶＤ２０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００５７】
ＣＤ３０に情報を記録又は再生する場合も同様に、第二の半導体レーザ１２から出射された波長λ２の光束が回折格子１３を通過して、ハーフミラー１４で反射する。さらに絞り１５によって絞られ、対物レンズ４０によりＣＤ３０の保護基板３２を介して情報記録面３１に集光される。なお、図１には便宜上、ＣＤ３０の保護基板３２とＤＶＤ２０の保護基板２２を同じ図で表している。
この際の対物レンズ４０による波長λ２の光束に対する作用については後述する。
そして、情報記録面２１、３１で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５、ハーフミラー１４を通過し、光検出器１６上ヘ入射し、光検出器１６から出カされる信号を用いて、ＣＤ３０に記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００５８】
また、光検出器１６上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出結果に基づいて、図示しない２次元アクチュエータは第一の半導体レーザ１１からの光束又は第二の半導体レーザ１２からの光束がＤＶＤ２０又はＣＤ３０の情報記録面２１、３１上に結像するように対物レンズ４０を移動させるとともに、所定のトラックに結像するように対物レンズ４０を移動させるようになっている。
なお、図１には、対物レンズ４０に発散光が入射するいわゆる有限系の光ピックアップ装置１０を示したが、図２に示すように、対物レンズ４０に平行光が入射するいわゆる無限系の光ピックアップ装置５０であってもよい。
なお、図２に示す光ピックアップ装置５０の構成のうち、図１に示す光ピックアップ装置１０と同様のものに関しては、図２中に同一の符合を用いて表す。
【００５９】
図２の光ピックアップ装置５０の場合、第１の光源としての第一の半導体レーザ５１と第２の光源としての第二の半導体レーザ５２は別体に設けられており、第一の半導体レーザ５１から出射された波長λ１の光束はハーフミラー５３及びビームスプリッタ５４を通過して、コリメータ５５により平行光化され、１／４波長版５６を通過して絞り１５よって絞られ、対物レンズ４０によりＤＶＤ２０の保護基板２２を介して情報記録面２１に集光される。
この際の対物レンズ４０による波長λ１の光束に対する作用については後述する。
そして、情報記録面２１で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５を通過し、ビームスプリッタ５４で取り出されて、シリンドリカルレンズ５７、凹レンズ５８を経て光検出器１６に向かうように構成されている。
【００６０】
第二の半導体レーザ５２から出射される波長λ２の光束は、ハーフミラー５３により進行方向が約９０度変更された後、上述の波長λ１の光束と同様に、ビームスプリッタ５４を通過して、コリメータ５５により平行光化され、１／４波長版５６を通過して絞り１５よって絞られ、対物レンズ４０によりＣＤ３０の保護基板３２を介して情報記録面３１に集光される。
この際の対物レンズ４０による波長λ２の光束に対する作用については後述する。
そして、情報記録面３１で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５を通過し、ビームスプリッタ５４で取り出されて、シリンドリカルレンズ５７、凹レンズ５８を経て光検出器１６に向かうように構成されている。
【００６１】
図３に示すように、対物光学素子としての対物レンズ４０は両面非球面の単レンズである。
そして、対物レンズ４０の一方（光源側）の光学面上であって、光軸Ｌを含むと共に光軸Ｌを中心とした一定高さｈ以下の範囲（中央領域Ａ１）に第１の回折構造６０が形成されている。
以下の説明においては、第１の回折構造６０を備える光学面を「第１の光学面４１」という。
なお、中央領域Ａ１の外側に位置する範囲（周辺領域Ａ２）の構造は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては周辺領域Ａ２にも第１の回折構造６０が形成されている。
【００６２】
第１の回折構造６０は、図３の丸で囲んだ拡大図中に表すように、光軸Ｌを中心とした同心円状の複数の回折輪帯６１と、光軸Ｌとほぼ平行に配置されて、径方向に隣接する２つの回折輪帯６１同士を連結する段差面６２とから構成されている。
なお、「ほぼ平行」とは、段差面６２と回折輪帯６１の延出方向を相対的に比較した場合に、段差面６２のほうが回折輪帯６１に対して光軸Ｌ方向に延びているという意味であり、段差面６２が光軸Ｌ方向と平行である必要はない。以下の第２の回折構造７０の段差面７２に対する「ほぼ平行」の表現も同様である。
【００６３】
また、第１の回折構造６０の段差面６２は光軸Ｌ側に面して配置されている。なお、「光軸側に面して」とは、段差面６２の表面からの垂線が光軸Ｌに近づく方向に伸びるという意味である。
そして、径方向に隣接する２つの回折輪帯６１は、一方の回折輪帯６１の外周部分に段差面６２の前部が連結し、他方の回折輪帯６１の内周部分に段差面６２の後部が連結することにより連続する構成となっている。
また、第１の光学面４１の中央領域Ａ１に形成されている回折輪帯６１のピッチは、互換用として一般的に用いられている通常の対物レンズの入射面に形成されている回折輪帯６１のピッチより小さくなるように設計されている。
【００６４】
また、第１の光学面４１の中央領域Ａ１を通過する光束は、第１の光情報記録媒体２０及び第２の光情報記録媒体３０に対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、第１の光学面４１の周辺領域Ａ２を通過する光束は、主に前記第１の光情報記録媒体２０に対する情報の再生及び／又は記録に用いられるようになっている。
また、対物レンズ４０の他方（情報記録媒体側）の光学面上であって、光軸Ｌを中心とした一定高さｈ以下の範囲（中央領域Ｂ１）に第２の回折構造７０を備える。
以下の説明においては、第２の回折構造７０を備える光学面を「第２の光学面４２」という。
なお、中央領域Ｂ１の外側に位置する範囲（周辺領域Ｂ２）の構造は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては周辺領域Ｂ２にも第２の回折構造７０が形成されている。
【００６５】
第２の回折構造７０も、図３の丸で囲んだ拡大図中に表すように、光軸Ｌを中心とした同心円状の複数の回折輪帯７１と、光軸Ｌとほぼ平行に配置されて、径方向に隣接する２つの回折輪帯７１同士を連結する段差面７２とから構成されている。
また、第２の回折構造７０の段差面７２は光軸Ｌと反対側に面して配置されている。
なお、「光軸と反対側に面して」とは、段差面７２の表面からの垂線が光軸Ｌから離れる方向に伸びるという意味である。
【００６６】
そして、径方向に隣接する２つの回折輪帯７１は、一方の回折輪帯７１の外周部分に段差面７２の前部が連結し、他方の回折輪帯７１の内周部分に段差面７２の後部が連結することにより連続する構成となっている。
このように第２の光学面４２の回折輪帯７１の形状を設定することで、第２の回折構造７０を通過する光束に対して、第１の回折構造６０により与えられる回折作用とは逆の回折作用を与えることができる。
【００６７】
そして、第２の光学面４２の中央領域Ｂ１を通過する光束は、第１の光情報記録媒体２０及び第２の光情報記録媒体３０に対する情報の再生及び／又は記録に用いられ、第２の光学面４２の周辺領域Ｂ２を通過する光束は、主に前記第１の光情報記録媒体２０に対する情報の再生及び／又は記録に用いられるようになっている。
なお、第１の回折構造６０の回折輪帯６１の数をＬ１、第２の回折構造７０の回折輪帯７１の数をＬ２としたとき、０．２５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．８５を満たすことが好ましい。
また、Ｌ１−Ｌ２の値は、互換光ピックアップ装置の回折構造を有する対物レンズ（１面に回折構造を有する、または、特許文献１に記載の対物レンズ）で互換性を有するのに必要な回折輪帯の数となるように第１の回折構造６０及び第２の回折構造７０の回折輪帯６１、７１の数を設定することにより、２種類の光情報記録媒体の互換性を有する対物光学素子及び光ピックアップ装置を得ることができる。
【００６８】
次に、対物レンズ４０による波長λ１の光束及び波長λ２の光束に対する作用について説明する。
波長λ１の光束が対物レンズ４０の第１の光学面４１に入射すると、第１の光学面４１の中央領域Ａ１及び周辺領域Ａ２に形成された第１の回折構造６０により回折作用を受け、その後第２の光学面４２において、第２の光学面４２の中央領域Ｂ１及び周辺領域Ｂ２が備える第２の回折構造７０により回折作用を受ける。
そして、この波長λ１の光束は、ＤＶＤ２０の情報記録面２１上に集光スポットを形成し、ＤＶＤ２０に対する情報の再生及び／又は記録に用いられる。
【００６９】
波長λ２の光束が対物レンズ４０の第１の光学面４１に入射すると、この波長λ２の光束のうち、第１の光学面４１の中央領域Ａ１を通過する光束は、第１の光学面４１の中央領域Ａ１が備える第１の回折構造６０により回折作用を受け、その後第２の光学面４２において、第２の光学面４２の中央領域Ｂ１が備える第２の回折構造７０により回折作用を受ける。そして、この波長λ２の光束は、ＣＤ３０の情報記録面３１上に集光スポットを形成し、ＣＤ３０に対する情報の再生及び／又は記録に用いられる。
この際に、上述のように、第１の光学面４１の中央領域Ａ１に形成されている回折輪帯６１のピッチを、互換用として用いられている通常の対物レンズ４０の入射面に形成されている回折輪帯６１のピッチより小さくすることにより、回折輪帯６１の数が通常と比較して多くなる。従って、波長λ２の光束に対して、第１の光学面４１の中央領域Ａ１において第１の回折構造６０により与えられる回折作用によって、正弦条件が補正されると共に球面収差が過剰に補正される。
【００７０】
次に、上述のように、第２の光学面４２の回折輪帯７１の形状は、第１の光学面４１の回折輪帯６１が与える回折作用とは逆の回折作用を与えるような形状に設定されている。従って、第２の光学面４２の中央領域Ｂ１において、第２の回折構造７０により、第１の回折構造６０の回折作用とは逆の回折作用が波長λ２の光束に与えられ、過剰な球面収差の補正量が適切な状態に補正され、ＣＤ３０の再生及び／又は記録用として十分な球面収差の補正が行なわれるようになっている。
なお、対物レンズ４０の第１の光学面４１に入射する波長λ２の光束のうち、第１の光学面４１の周辺領域Ａ２を通過する光束は、第１の光学面４１の周辺領域Ａ２が備える第１の回折構造６０により回折作用を受け、その後第２の光学面４２において、第２の光学面４２の周辺領域Ｂ２が備える第２の回折構造７０により回折作用を受ける。そして、この波長λ２の光束は、ＣＤ３０の情報記録面３１上には集光スポットを形成せず、ＣＤ３０に対する情報の再生及び／又は記録に用いられない。
【００７１】
また、本実施の形態の対物レンズ４０では、第１の光学面４１と第２の光学面４２の両方に中央領域Ａ１、Ｂ１と周辺領域Ａ２、Ｂ２の２領域を備えるので、上述のように、波長λ２の光束のうち第１の光学面４１及び第２の光学面４２の周辺領域Ａ２、Ｂ２を通過する光束をＣＤ３０の情報記録面２１、３１上に集光させない、いわゆる開口制限フィルタとしての機能を有している。
また、本実施の形態の対物レンズ４０では、第１の光学面４１の中央領域Ａ１に形成する回折輪帯６１のピッチを、通常の対物レンズ４０に形成されている回折輪帯のピッチより小さくして、回折輪帯６１の数を多くするので、対物レンズ４０の生産性が低下するという問題があるが、周辺領域Ａ２に形成する回折輪帯６１のピッチを、中央領域の最も光軸から離れた位置に形成される回折輪帯のピッチより大きくして、回折輪帯の数が多くなりすぎないようにすることで、対物レンズ４０全体での回折輪帯６１の数を通常と比較して大幅に増加させず、生産性の低下を避けることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、第１の光学面４１の周辺領域Ａ２に第１の回折構造６０を備え、第２の光学面４２の周辺領域Ｂ２に第２の回折構造７０を備えるものとしたが、対物レンズ４０の周辺領域Ａ２、Ｂ２の構造は、波長λ１の光束を正確にＤＶＤ２０の情報記録面２１上に集光させ、波長λ２の発散光をＣＤ３０の情報記録面３１外に集光させる構造であればよい。
従って、例えば、第１の光学面４１の周辺領域Ａ２に第１の回折構造６０とは異なる回折構造を設けてもよく、第２の光学面４２の周辺領域Ｂ２に第２の回折構造７０とは異なる回折構造を設けてもよい。
また、第１の光学面４１の周辺領域Ａ２と第２の光学面４２の周辺領域Ｂ２の両方あるいはいずれか一方を屈折面で構成してもよい。
【００７３】
また、中央領域Ａ１を通過する光束を、第１の光情報記録媒体２０及び第２の光情報記録媒体３０に対する情報の再生及び／又は記録に用い、周辺領域Ａ２を通過する光束を、主に前記第２の光情報記録媒体３０に対する情報の再生及び／又は記録に用いるものとしてもよい。
例えば、第１の光情報記録媒体としてＡＯＤ、第２の光情報記録媒体としてＤＶＤを用いる場合、ＡＯＤ及びＤＶＤの保護基板厚ｔ１及びｔ２は共に約０．６ｍｍであり、対物レンズ４０の像側開口数ＮＡ１及びＮＡ２は共に０．６５程度となる。また、ＡＯＤに用いられる第１の波長λ１は、３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍの範囲内、ＤＶＤに用いられる第２の波長λ２は、６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍの範囲内、つまり、λ１＜λ２となる。
【００７４】
ここで、波長の大きさと対物レンズの屈折率とは反比例する関係にあるので、波長λ１の光束に対する対物レンズの屈折率ｎ１と波長λ２の光束に対する対物レンズの屈折率ｎ２とではｎ１＞ｎ２の関係が成立する。従って、対物レンズの波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１と波長λ２の光束に対する焦点距離ｆ２とではｆ１＜ｆ２の関係が成立する。
【００７５】
以上より、対物レンズの像側開口数ＮＡ１及びＮＡ２が共に０．６５程度である場合でも、ＡＯＤに対する情報の再生及び／又は記録に実際に使用される波長λ１の光束が対物レンズを通過する領域と、ＤＶＤに対する情報の再生及び／又は記録に実際に使用される波長λ２の光束が対物レンズを通過する領域とを比較した場合、波長λ２の光束が対物レンズを通過する領域の方が対物レンズの径方向に広くなる。
従って、上述のように、中央領域Ａ１を通過する光束をＡＯＤ２０及びＤＶＤ３０に対する情報の再生及び／又は記録に用い、周辺領域Ａ２を通過する光束をＤＶＤに対する情報の再生及び／又は記録に用いることにより、ＡＯＤ及びＤＶＤの再生及び／又は記録用として十分な球面収差の補正が可能となる。
【００７６】
また、第１の光情報記録媒体としてＡＯＤ、第２の光情報記録媒体としてＤＶＤを用いる場合に、波長λ１の光束が第１の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＮ１、波長λ１の光束が第２の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＭ１、波長λ２の光束が第１の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＮ２とし、波長λ２の光束が第２の回折構造により位相差を付与されることにより生じる回折光のうち、回折効率が最大となる回折光の回折次数をＭ２としたとき、｜Ｎ１｜＞｜Ｎ２｜、かつ｜Ｍ１｜＞｜Ｍ２｜を満たすことが、光量確保の観点から好ましい。但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｍ１、Ｍ２は自然数とする。
【００７７】
この場合、Ｎ１とＮ２の組み合わせ（｜Ｎ１｜、｜Ｎ２｜）としては、（２、１）、（３、２）、（５、３）、（８、５）、（１０、６）が挙げられる。
また、Ｍ１とＭ２の組み合わせ（｜Ｍ１｜、｜Ｍ２｜）としては、（２、１）、（３、２）、（５、３）、（８、５）、（１０、６）が挙げられる。
また、｜Ｎ１｜≠｜Ｍ１｜であることが好ましい。
これら組み合わせは、下記の回折効率の理論式（式１）から導き出すことができる。
回折効率＝ｓｉｎｃ２（α−ｍ）・・・（式１）
但し、ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（πｘ）／πｘ、α＝λ／λ’
λ：回折構造の基準波長
λ’：使用波長
例えば、波長λ１＝４００ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍとした場合、式１より導き出される上記Ｎ１、Ｎ２、Ｍ１、Ｍ２の組み合わせのいずれかを採用することにより、波長λ１、λ２共に８０％以上の回折効率を得られる。
【００７８】
また、本実施の形態に示した対物レンズ及び光ピックアップ装置１０は、第１の光情報記録媒体２０と第２の光情報記録媒体３０の２種類の光ディスク間で互換性を有する構成としたが、これに限らず、３種類の光ディスク（例えば、ＡＯＤ／ＤＶＤ／ＣＤ）間で互換性を有する構成としてもよい。
３種類の光ディスク間で互換性を有する光ピックアップ装置の構成及び動作は周知であるため詳しい説明は省略するが、例えば、図１２に示すように、図２に示したような２種類の光ディスク間で互換性を有する光ピックアップ装置の構成に、第３の光情報記録媒体８４（例えばＣＤ）に対して波長λ３（λ３＞λ２）の光束を出射する第三の半導体レーザ８０（第３の光源）、２つのビームスプリッタ等８１、８２を追加し、波長λ２とλ３の２種類の光束の反射光を一つの光検出器８３で読取る構成とすればよい。
【００７９】
【実施例１】
次に、光ピックアップ装置及び対物レンズの第１の実施例について説明する。本実施例の光ピックアップ装置は、図２に示した光ピックアップ装置５０と同様の構成であり、ＤＶＤとＣＤの互換用で、ＤＶＤ用として用いられる波長λ１（６５５ｎｍ）の光束とＣＤ用として用いられる波長λ２（７８５ｎｍ）の光束が共に対物レンズに対して無限光として入射する構成となっている。
【００８０】
また、本実施例の対物レンズも、図３に示した対物レンズ４０と同様の構成であり、両面非球面の単レンズである対物レンズの光源側の光学面（入射面）上であって、光軸Ｌからの高さｈが１．２４６ｍｍ以下の中央領域と１．２４６ｍｍ以上の周辺領域に第１の回折構造としての回折輪帯を備える。
また、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面（出射面）上であって、光軸からの高さｈが１．０１６ｍｍ以下の中央領域と１．０１６ｍｍ以上の周辺領域に第２の回折構造としての回折輪帯を備える。
そして、第１の回折構造の段差面は光軸Ｌ側に面して配置されており、第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置されている。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【００８１】
【表１】
2004253106.tif 000003
【００８２】
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、第１の光源から出射される第１の波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．３３ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ＝０．０に設定されており、第２の光源から出射される第２の波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．３５ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．５３、結像倍率ｍ＝０．０に設定されている。
表１中の面番号２、２´はそれぞれ、対物レンズの入射面のうち光軸からの高さｈが１．２４６ｍｍ以下の中央領域、光軸からの高さが１．２４６ｍｍ以上の周辺領域、面番号３、３´はそれぞれ、対物レンズの出射面のうち光軸からの高さｈが１．０１６ｍｍ以下の中央領域、光軸からの高さが１．０１６ｍｍ以上の周辺領域、面番号４、５はそれぞれ、光情報記録媒体の保護基板の表面、情報記録面を表している。また、Ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【００８３】
対物レンズの第２面、第２´面、第３面は、第３´面、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。
【００８４】
【数１】
2004253106.tif 000004
【００８５】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸Ｌ方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ２ｉは非球面係数である。
【表２】
2004253106.tif 000005
【００８６】
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。
【００８７】
【数２】
2004253106.tif 000006
ここで、Ｂ２ｉは光路差関数の係数である。
なお、表２中、「基準波長」とあるのは、いわゆるブレーズ波長を指し、その波長の光束が入射した場合に回折構造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。
【００８８】
図４は、本実施例に示した光ピックアップ装置を用いた場合と従来の光ピックアップ装置を用いた場合とを比較したものであり、（ａ）は縦球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量を示すものである。
なお、従来の光ピックアップ装置として、入射面側にのみ複数の回折輪帯で構成される回折構造を設けた対物レンズを用いた。そして、ＤＶＤとＣＤの縦球面収差量及びＤＶＤの正弦条件違反量が、本実施例に示した光ピックアップ装置によるＤＶＤとＣＤの縦球面収差量及びＤＶＤの正弦条件違反量と一致するように光ピックアップ装置及び対物レンズを設計したものを用いた。
なお、従来の光ピックアップ装置を用いた場合の縦球面収差図及びＤＶＤの正弦条件違反量は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）と同様となるので、図示を省略する。
【００８９】
図４（ｂ）より、中央領域の最も光軸から離れた位置で、従来例と比較してＣＤの正弦条件違反量が約３割改善されていることが分かる。
また、図５は、対物レンズへの入射光束に画角を持たせた場合の波面収差全体（ＲＭＳと表記する。）及びコマ収差（ＣＯＭＡと表記する。）を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は本実施例に示す光ピックアップ装置をＤＶＤ及びＣＤに用いた場合、（ｃ）は従来の光ピックアップ装置をＣＤに用いた場合を示すものである。なお、従来の光ピックアップ装置をＤＶＤに用いた場合は、（ａ）と同様となるので、図示を省略する。
図５（ｂ）及び（ｃ）より、従来例と比較してＣＤのコマ収差が約５割改善されていることが分かる。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【００９０】
【実施例２】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置及び対物レンズの第２の実施例について説明する。
本実施例の光ピックアップ装置は、図１に示した光ピックアップ装置１０と同様の構成であり、ＤＶＤとＣＤの互換用で、ＤＶＤ用として用いられる波長λ１（６５５ｎｍ）の光束とＣＤ用として用いられる波長λ２（７９０ｎｍ）の光束が共に対物レンズに対して発散光として入射する構成となっている。
【００９１】
また、本実施例の対物レンズも、図３に示した対物レンズ４０と同様の構成であり、両面非球面の単レンズである対物レンズの光源側の光学面（入射面）上であって、光軸からの高さｈが１．５５５ｍｍ以下の中央領域と１．５５５ｍｍ以上の周辺領域に第１の回折構造としての回折輪帯を備える。
また、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面（出射面）上であって、光軸からの高さｈが１．２２５ｍｍ以下の中央領域と１．２２５ｍｍ以上の周辺領域に第２の回折構造７０としての回折輪帯を備える。
そして、第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置されており、第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置されている。
表３、表４に対物レンズのレンズデータを示す。
【００９２】
【表３】
2004253106.tif 000007
【表４】
2004253106.tif 000008
【００９３】
表３に示すように、本実施例の対物レンズは、第１の光源から出射される第１の波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．８９ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ＝−０．１２５に設定されており、第２の光源から出射される第２の波長λ２＝７９０ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．９１ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．４７、結像倍率ｍ＝−０．１２４に設定されている。
表３中の面番号２、２´はそれぞれ、対物レンズの入射面のうち光軸からの高さｈが１．５５５ｍｍ以下の中央領域、光軸からの高さが１．５５５ｍｍ以上の周辺領域、面番号３、３´はそれぞれ、対物レンズの出射面のうち光軸からの高さｈが１．２２５ｍｍ以下の中央領域、光軸からの高さが１．２２５ｍｍ以上の周辺領域、面番号４、５はそれぞれ、光情報記録媒体の保護基板の表面、情報記録面を表している。また、Ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【００９４】
対物レンズの第２面、第２´面、第３面は、第３´面、それぞれ数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、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００９５】
また、回折輪帯のピッチは数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。
【００９６】
図６は、本実施例に示した光ピックアップ装置を用いた場合と従来の光ピックアップ装置を用いた場合とを比較したものであり、（ａ）は縦球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量を示すものである。
なお、従来の光ピックアップ装置として、入射面側にのみ複数の回折輪帯で構成される回折構造を設けた対物レンズを用いた。そして、ＤＶＤとＣＤの縦球面収差量及びＤＶＤの正弦条件違反量が、本実施例に示した光ピックアップ装置によるＤＶＤとＣＤの縦球面収差量及びＤＶＤの正弦条件違反量と一致するように光ピックアップ装置及び対物レンズを設計したものを用いた。
なお、従来の光ピックアップ装置を用いた場合の縦球面収差図及びＤＶＤの正弦条件違反量は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）と同様となるので、図示を省略する。
【００９７】
図６（ｂ）より、中央領域の最も光軸Ｌから離れた位置で、従来例と比較してＣＤの正弦条件違反量が約５割改善されていることが分かる。
また、図７は、対物レンズへの入射光束に画角を持たせた場合の波面収差全体（ＲＭＳと表記する。）及びコマ収差（ＣＯＭＡと表記する。）を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は本実施例に示す光ピックアップ装置をＤＶＤ及びＣＤに用いた場合、（ｃ）は従来の光ピックアップ装置をＣＤに用いた場合を示すものである。なお、従来の光ピックアップ装置をＤＶＤに用いた場合は、（ａ）と同様となるので、図示を省略する。
図７（ｂ）及び（ｃ）より、従来例と比較してＣＤのコマ収差が約７割改善されていることが分かる。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【００９８】
【実施例３】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置及び対物レンズの第３の実施例について説明する。
本実施例の光ピックアップ装置は、ＤＶＤとＣＤの互換用で、ＤＶＤ用として用いられる波長λ１（６５５ｎｍ）の光束が対物レンズに対して無限光として入射し、ＣＤ用として用いられる波長λ２（７８５ｎｍ）の光束が対物レンズに対して発散光として入射する構成となっている。
【００９９】
また、本実施例の対物レンズも、図３に示した対物レンズ４０と同様の構成であり、両面非球面の単レンズである対物レンズの光源側の光学面（入射面）上であって、光軸からの高さｈが１．１１５ｍｍ以下の中央領域と１．１１５ｍｍ以上の周辺領域に第１の回折構造としての回折輪帯を備える。
また、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面（出射面）上であって、光軸からの高さｈが０．９１４ｍｍ以下の中央領域と０．９１４ｍｍ以上の周辺領域に第２の回折構造としての回折輪帯を備える。
そして、第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置されており、第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置されている。
表５、表６に対物レンズのレンズデータを示す。
【０１００】
【表５】
2004253106.tif 000009
【表６】
2004253106.tif 000010
【０１０１】
表５に示すように、本実施例の対物レンズは、第１の光源から出射される第１の波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝２．３３ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ＝０．０に設定されており、第２の光源から出射される第２の波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝２．３５ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．４７、結像倍率ｍ＝−０．０７３に設定されている。
表５中の面番号２、２´はそれぞれ、対物レンズの入射面のうち光軸からの高さｈが１．１１５ｍｍ以下の中央領域、光軸Ｌからの高さが１．１１５ｍｍ以上の周辺領域、面番号３、３´はそれぞれ、対物レンズの出射面のうち光軸からの高さｈが０．９１４ｍｍ以下の中央領域、光軸からの高さが０．９１４ｍｍ以上の周辺領域、面番号４、５はそれぞれ、光情報記録媒体の保護基板の表面、情報記録面を表している。また、Ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【０１０２】
対物レンズの第２面、第２´面、第３面は、第３´面、それぞれ数１に表５及び表６に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【０１０３】
また、回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表６に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１０４】
図８は、本実施例に示した光ピックアップ装置を用いた場合と従来の光ピックアップ装置を用いた場合とを比較したものであり、（ａ）は縦球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量を示すものである。
なお、従来の光ピックアップ装置として、入射面側にのみ複数の回折輪帯で構成される回折構造を設けた対物レンズを用いた。そして、ＤＶＤとＣＤの縦球面収差量及びＤＶＤの正弦条件違反量が、本実施例に示した光ピックアップ装置によるＤＶＤとＣＤの縦球面収差量及びＤＶＤの正弦条件違反量と一致するように光ピックアップ装置及び対物レンズを設計したものを用いた。
なお、従来の光ピックアップ装置を用いた場合の縦球面収差図及びＤＶＤの正弦条件違反量は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）と同様となるので、図示を省略する。
【０１０５】
図８（ｂ）より、中央領域の最も光軸Ｌから離れた位置で、従来例と比較してＣＤの正弦条件違反量が約２割改善されていることが分かる。
また、図９は、対物レンズへの入射光束に画角を持たせた場合の波面収差全体（ＲＭＳと表記する。）及びコマ収差（ＣＯＭＡと表記する。）を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は本実施例に示す光ピックアップ装置をＤＶＤ及びＣＤに用いた場合、（ｃ）は従来の光ピックアップ装置をＣＤに用いた場合を示すものである。なお、従来の光ピックアップ装置をＤＶＤに用いた場合は、（ａ）と同様となるので、図示を省略する。
図９（ｂ）及び（ｃ）より、従来例と比較してＣＤのコマ収差が約３割改善されていることが分かる。
以上より、ＤＶＤとＣＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【０１０６】
なお、上記実施の形態では、第１の回折構造６０の段差面６２が光軸Ｌ側に面して配置され、第２の回折構造７０の段差面７２が光軸Ｌと反対側に面して配置されるものとしたが、これに限らず、例えば、第１の回折構造６０及び第２の回折構造７０による各光束に対する光路差の付加量を、上記数２に示した光路差関数の微分係数φ´（ｈ）＝（２Ｂ２ｈ＋４Ｂ４ｈ３＋６Ｂ６ｈ５＋…ｎＢｎｈ（ｎ−１））で表し、第１の回折構造６０に関しては、φ´（ｈ）＜０を満たし、第２の回折構造７０に関しては、φ´（ｈ）＞０を満たすように第１の回折構造６０及び第２の回折構造７０を形成しても、本発明にかかる対物レンズ４０及び光ピックアップ装置１０を得ることができる。
【０１０７】
また、第１の光学面４１と第２の光学面４２の両方が中央領域Ａ１、Ｂ１と周辺領域Ａ２、Ｂ２の２つの領域を備えるものとしたが、第１の光学面４１と第２の光学面４２がこれら２つの領域を備えない構成であってもよい。また、これら２つの領域を、第１の光学面４１と第２の光学面４２のいずれか一方のみが備える構成であってもよい。
また、第１の回折構造６０と第２の回折構造７０は、対物光学素子４０の入射面と出射面に形成されていればよい。
【０１０８】
【実施例４】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置及び対物レンズの第４の実施例について説明する。
本実施例の光ピックアップ装置は、ＡＯＤとＤＶＤの互換用で、ＡＯＤ用として用いられる波長λ１（４０５ｎｍ）の光束とＤＶＤ用として用いられる波長λ２（６６０ｎｍ）の光束が共に対物レンズに対して無限光として入射する構成となっている。
【０１０９】
また、本実施例の対物レンズは、両面非球面の単レンズである対物レンズの光源側の光学面（入射面）上の全域に第１の回折構造としての回折輪帯を備える。また、対物レンズの光情報記録媒体側の光学面（出射面）上の全域に第２の回折構造としての回折輪帯を備える。
そして、第１の回折構造の段差面は光軸側に面して配置されており、第２の回折構造の段差面は光軸と反対側に面して配置されている。
表７、表８に対物レンズのレンズデータを示す。
【０１１０】
【表７】
2004253106.tif 000011
【表８】
2004253106.tif 000012
【０１１１】
表７に示すように、本実施例の対物レンズは、第１の光源から出射される第１の波長λ１＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝３．００ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ＝０．０に設定されており、第２の光源から出射される第２の波長λ２＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝３．１０ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６３、結像倍率ｍ＝０．０に設定されている。
表７中の面番号２は対物レンズの入射面、面番号３は対物レンズの出射面、面番号４、５はそれぞれ、光情報記録媒体の保護基板の表面、情報記録面を表している。また、Ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【０１１２】
対物レンズの第２面、第３面はそれぞれ数１に表７及び表８に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
また、第２面、第３面の回折構造は、ＡＯＤに使用される波長λ１の光束の３次回折光（Ｎ１＝Ｍ１＝３）が最大の回折効率を有し、ＤＶＤに使用される波長λ２の光束の２次回折光（Ｎ２＝Ｍ２＝２）が最大の回折効率を有するような構造となっている。
また、表８に示す光路差関数の係数は、第２面に関しては基準波長４０５ｎｍ、第３面に関しては基準波長４２０ｎｍの３次回折相当の回折ピッチを表す数となっている。
【０１１３】
また、回折輪帯のピッチは数２の光路差関数に、表８に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１１４】
図１０は、本実施例に示した光ピックアップ装置を用いた場合と従来の光ピックアップ装置を用いた場合とを比較したものであり、（ａ）は縦球面収差、（ｂ）は正弦条件違反量を示すものである。
なお、従来の光ピックアップ装置として、入射面側にのみ複数の回折輪帯で構成される回折構造を設けた対物レンズを用いた。そして、ＡＯＤとＤＶＤの縦球面収差量及びＡＯＤの正弦条件違反量が、本実施例に示した光ピックアップ装置によるＡＯＤとＤＶＤの縦球面収差量及びＡＯＤの正弦条件違反量と一致するように光ピックアップ装置及び対物レンズを設計したものを用いた。
なお、従来の光ピックアップ装置を用いた場合の縦球面収差図及びＡＯＤの正弦条件違反量は、それぞれ（ａ）及び（ｂ）と同様となるので、図示を省略する。
【０１１５】
図１０（ｂ）より、従来例と比較してＤＶＤの正弦条件違反量はあまり変化しないことが分かる。
また、図１１は、対物レンズへの入射光束に画角を持たせた場合の波面収差全体（ＲＭＳと表記する。）及びコマ収差（ＣＯＭＡと表記する。）を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は本実施例に示す光ピックアップ装置をＡＯＤ及びＤＶＤに用いた場合、（ｃ）は従来の光ピックアップ装置をＤＶＤに用いた場合を示すものである。なお、従来の光ピックアップ装置をＡＯＤに用いた場合は、（ａ）と同様となるので、図示を省略する。
図１１（ｂ）及び（ｃ）より、従来例と比較してＤＶＤのコマ収差（軸該特性）が約１割改善されていることが分かる。
以上より、ＡＯＤとＤＶＤに対して十分な互換性を有することが確認された。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば第２の波長λ２の光束に対して、第１の光学面の第１の回折構造により与えられる回折作用によって、第１及び第２の波長の光束の正弦条件違反量の差が補正されると共に球面収差が過剰に補正され、第２の光学面の第２の回折構造により、第１の回折構造の回折作用とは逆の回折作用が波長λ２の光束に与えられ、過剰な球面収差の補正量が適切な状態に補正されるので、トラッキング等により像高を持った場合でのコマ収差や非点収差の発生を二種類の光情報記録媒体両方に対して補正することができる。
【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の一例を示す概略図である。
【図２】本実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【図３】対物レンズの構造を示す要部側面図である。
【図４】縦球面収差及び正弦条件違反量を表す図（ａ）及び（ｂ）である。
【図５】入射画角に対する波面収差を表す図（ａ）〜（ｃ）である。
【図６】縦球面収差及び正弦条件違反量を表す図（ａ）及び（ｂ）である。
【図７】入射画角に対する波面収差を表す図（ａ）〜（ｃ）である。
【図８】縦球面収差及び正弦条件違反量を表す図（ａ）及び（ｂ）である。
【図９】入射画角に対する波面収差を表す図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１０】縦球面収差及び正弦条件違反量を表す図（ａ）及び（ｂ）である。
【図１１】入射画角に対する波面収差を表す図（ａ）〜（ｃ）である。
【図１２】本実施の形態に係る光ピックアップ装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ１    中央領域
Ａ２    周辺領域
Ｂ１    中央領域
Ｂ２    周辺領域
１０    光ピックアップ装置
１１    第１の光源
１２    第２の光源
２０    第１の光情報記録媒体
３０    第２の光情報記録媒体
４０    対物光学素子（対物レンズ）
４１    第１の光学面
４２    第２の光学面
５０    光ピックアップ装置
５１    第１の光源
５２    第２の光源
６０    第１の回折構造
６１    回折輪帯
６２    段差面
７０    第２の回折構造
７１    回折輪帯
７２    段差面
【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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