(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体に対して、第１光源から出射される第１波長λ１の第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長λ２（１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体に対して、第３光源から出射される第３波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３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用いられる対物光学系において、
前記対物光学系は、第一回折構造と第二回折構造を有し、
前記第一回折構造は、前記第１光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第２光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第３光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、
前記第二回折構造は、前記第１光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第２光束のｑ次（ｑはｐと同じ又は異なる０以外の整数）の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第３光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、
前記ｐは１であり、
前記第一回折構造のブレーズ化波長λＢは以下の式を満たすことを特徴とする対物光学系。
λ１＜λＢ＜λ３
【請求項２】
前記ｑは１であることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項３】
前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ１とし、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ３としたとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
１．２５×λ１＜λＢ＜０．９５×λ２
ＮＡ１＞ＮＡ３
ＮＡ３／ＮＡ１＜０．７
【請求項４】
前記第一回折構造の回折パワーが負であることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項５】
前記第一回折構造の光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項６】
前記第二回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であって、ｙを任意の偶数とし、ｄｂを一つの前記パターン内の隣り合う前記レベル面の間の段差により前記第一光束に対して付加される光路差とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
ｙ×０．９５×λ１≦ｄｂ≦ｙ×１．０５×λ１
【請求項７】
前記レベル面数が４，５，６のいずれかであり、ｙが２であることを特徴とする請求項６に記載の対物光学系。
【請求項８】
前記第１光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第２光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第３光束のｒ次（ｒはｐと同一又は異なる０以外の整数）の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくする第三回折構造を有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項９】
前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ１とし、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ３としたとき、ＮＡ１がＮＡ３よりも大きく、前記第一回折構造がＮＡ３内に相当する領域に形成されており、前記第三回折構造がＮＡ３外に相当する領域に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の対物光学系。
【請求項１０】
前記第三回折構造が２値のバイナリ構造であって、ｄｃを前記バイナリ構造の一つの段差により前記第一光束に対して付加される光路差としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の対物光学系。
４．８×λ１≦ｄｃ≦５．２×λ１
【請求項１１】
前記第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ２とし、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ３としたとき、ＮＡ２がＮＡ３よりも大きく、前記第一回折構造がＮＡ３内に相当する領域に形成されており、前記第二回折構造がＮＡ２内に相当する領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項１２】
前記第二回折構造が、ＮＡ３外に相当する領域に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の対物光学系。
【請求項１３】
前記第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ２としたとき、前記第二回折構造がＮＡ２内に相当する領域の全面に形成されており、前記第二回折構造の回折パワーが正であることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項１４】
前記対物光学系は位相構造を有し、ａを任意の正の整数とし、ｂをａよりも小さい任意の正の整数とし、ｃをｂよりも小さい任意の正の整数とし、ｄ１を前記位相構造の一つの段差によって生じる前記第一光束の光路差とし、ｄ２を前記位相構造の一つの段差によって生じる前記第二光束の光路差とし、ｄ３を前記位相構造の一つの段差によって生じる前記第三光束の光路差としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
ａ×０．９５×λ１≦ｄ１≦ａ×１．０５×λ１
ｂ×０．９５×λ２≦ｄ２≦ｂ×１．０５×λ２
ｃ×０．９５×λ３≦ｄ３≦ｃ×１．０５×λ３
０．９×ｄ１≦ｄ２≦１．１×ｄ１
０．９×ｄ１≦ｄ３≦１．１×ｄ１
【請求項１５】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の対物光学系。
ａ＝１０
ｂ＝６
ｃ＝５
３５０［ｎｍ］≦λ１≦４４０［ｎｍ］
５７０［ｎｍ］≦λ２≦６７０［ｎｍ］
７５０［ｎｍ］≦λ３≦８８０［ｎｍ］
【請求項１６】
前記第一回折構造と前記位相構造が、対物光学系の同一の光学面に設けられており、前記位相構造の一つの輪帯内に第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の対物光学系。
【請求項１７】
前記位相構造は、前記第１光束のｓ次（ｓは０以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第２光束のｔ次（ｔは０以外の整数であって、ｓとは異なる）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第３光束のｕ次（ｕは０以外の整数であって、ｓ、ｔとは異なる）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、ｍを正の整数とし、ｄａを前記第一回折構造により前記第１光束に対して付加される光路差としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１６に記載の対物光学系。
｜（ｄａ／ｐ）｜／｜（ｄ１／ｓ）｜＝ｍ
【請求項１８】
前記位相構造の光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする請求項１４に記載の対物光学系。
【請求項１９】
前記第一回折構造と前記第三回折構造が前記対物光学系の同一の光学面に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の対物光学系。
【請求項２０】
前記第一回折構造と前記第三回折構造が重畳していることを特徴とする請求項１９に記載の対物光学系。
【請求項２１】
前記第二回折構造と前記第三回折構造が前記対物光学系の同一の光学面に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の対物光学系。
【請求項２２】
前記第二回折構造と前記第三回折構造が重畳していることを特徴とする請求項２１に記載の対物光学系。
【請求項２３】
前記第一回折構造と前記第二回折構造が、前記対物光学系の異なる光学面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項２４】
前記対物光学系を光軸方向から眺めた場合、前記第一回折構造と前記第二回折構造が重なっていることを特徴とする請求項２３に記載の対物光学系。
【請求項２５】
前記対物光学系を光軸方向から眺めた場合、前記第一回折構造と前記第二回折構造が重なっていないことを特徴とする請求項２３に記載の対物光学系。
【請求項２６】
前記対物光学系は、レンズと平板光学素子を有し、前記平板光学素子が前記第一回折構造と前記第二回折構造を有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項２７】
前記対物光学系はレンズと平板光学素子を有し、前記平板光学素子が前記第一回折構造、前記第二回折構造及び前記第三回折構造を有することを特徴とする請求項８に記載の対物光学系。
【請求項２８】
前記対物光学系はレンズと平板光学素子を有し、前記平板光学素子が前記第一回折構造、前記第二回折構造及び前記位相構造を有することを特徴とする請求項１４に記載の対物光学系。
【請求項２９】
光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円上に配列した形状と、前記階段状のパターンの一つの段において、光軸を含む断面形状が小階段状とされたパターンを同心円上に配列した形状とを重ね合わせた構造を有することを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項３０】
前記階段状のパターンは、光軸と直行する方向で光軸に向かっていくに従い、光軸方向で前記対物光学系内部に向かう方向に下がっていく構造であり、前記小階段状のパターンは、光軸と直行する方向で光軸に向かっていくに従い、光軸方向で前記対物光学系外部へ向かう方向に上っていく構造であることを特徴とする請求項２９に記載の対物光学系。
【請求項３１】
ｄｐを前記小階段状のパターンの段差とし、ＤＰを前記階段状のパターンの段差とし、ｎを前記階段状及び前記小階段状のパターンが設けられている前記対物光学系の光学材料の第１光束における屈折率とするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項２９に記載の対物光学系。
０．９＜ｄｐ×（ｎ−１）／λ１＜１．５
９．８＜ＤＰ×（ｎ−１）／λ１＜１０．２
【請求項３２】
ｄｐ２を前記第二回折構造の段差とし、ｎｘを前記第二回折構造が設けられている前記対物光学系の光学材料の第一光束における屈折率としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項３１に記載の対物光学系。
１．９＜ｄｐ２×（ｎｘ−１）／λ１＜２．１
【請求項３３】
光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための第１波長λ１の第１光束を出射する第一光源と、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための第２波長λ２（１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１）の第２光束を出射する第二光源と、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための第３波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３光束を出射する第三光源と、対物光学系とを有し、
前記対物光学系は、第一回折構造と第二回折構造を有し、
前記第一回折構造は、前記第１光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第２光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第３光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、
前記第二回折構造は、前記第１光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第２光束のｑ次（ｑはｐと同じ又は異なる０以外の整数）の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第３光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、
前記ｐは１であり、
前記第一回折構造のブレーズ化波長λＢは以下の式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
λ１＜λＢ＜λ３
【請求項３４】
光情報記録再生装置であって、厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための第１波長λ１の第１光束を出射する第一光源と、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための第２波長λ２（１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１）の第２光束を出射する第二光源と、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための第３波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３光束を出射する第三光源と、対物光学系とを有する光ピックアップを有し、
前記対物光学系は、第一回折構造と第二回折構造を有し、
前記第一回折構造は、前記第１光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第２光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、前記第３光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、
前記第二回折構造は、前記第１光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第２光束のｑ次（ｑはｐと同じ又は異なる０以外の整数）の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記第３光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、
前記ｐは１であり、
前記第一回折構造のブレーズ化波長λＢは以下の式を満たすことを特徴とする光情報記録再生装置。
λ１＜λＢ＜λ３
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青紫色レーザ光源を使用することで記録密度を向上させた高密度の光情報記録媒体（光ディスクともいう）が実用化されつつあるが、光ピックアップ装置の構成の簡略化、低コスト化及びコンパクト化を実現する為には、高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤに対して互換性を有する対物光学系が必要である。【０００３】
特許文献１には、これら３種類の光情報記録媒体に対して互換性を有する光ピックアップ装置に用いられる対物光学系が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２６５５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した特許文献１の数値実施例２に開示された対物光学系は、青紫色レーザ光束に対して２次回折光を発生させ、ＤＶＤ用の赤色レーザ光束とＣＤ用の赤外レーザ光束に対して１次回折光を発生させるような回折構造を有し、かかる回折構造の回折作用により高密度光情報記録媒体とＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正し、更に、ＣＤに対する情報の記録／再生時には発散光束を対物光学系に入射させることで、高密度光情報記録媒体とＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正するものである。【０００５】
しかし、この対物光学系は以下に述べるような２つの課題を有している。１つは、回折構造により発生する球面収差の波長依存性が大きいことである。このような場合、発振波長が設計波長からずれたレーザ光源が使用できず、レーザ光源の選別が必要となるため光ピックアップ装置の製造コストが増大する。球面収差は開口数の４乗に比例して大きくなるので、開口数０．８５の対物光学系を使用するブルーレイディスク（ＢＤ）では回折構造の球面収差の波長依存性の影響は甚大となる。もう１つの課題は、ＣＤに対する情報の記録／再生時において、赤外レーザ光束の発散度合いが強くなりすぎて、対物光学系がトラッキングした際のコマ収差発生が大きくなりすぎるため、ＣＤに対して良好な記録／再生特性が得られないことである。【０００６】
回折光の回折角は、「回折次数×波長／回折ピッチ」で表される。回折作用を利用して使用波長が互いに異なる光情報記録媒体間の互換を実現するためには、使用波長間の回折角に所定の差を持たせる必要がある。上述した２つの課題は何れも、それぞれの光情報記録媒体の使用波長間で「回折次数×波長」の値が殆ど同じ回折構造を利用していることに起因している。【０００７】
上記特許文献１の数値実施例２において、青紫色レーザ光束と赤色レーザ光束との「回折次数×波長」の比は８１０／６５０＝１．２５と１に近いため（但し、波長の単位をｎｍとした）、高密度光情報記録媒体とＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正するために必要な回折角の差を得るためには、回折ピッチを小さくしなければならない。そのため、回折構造の球面収差の波長依存性が大きくなり、上述したような、「レーザ光源の選別問題」が顕在化する。また、回折構造の金型加工の難易度も上がるため、精度の良い回折構造を形成することが困難となる。【０００８】
一方、青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束との「回折次数×波長」の比は８１０／７８０＝１．０３であり、青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束の回折角は殆ど同じとなるので、回折作用を利用して密度光ディスクとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正することができない。そのため、高密度光情報記録媒体とＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正するために、高密度光情報記録媒体使用時と、ＣＤ使用時の倍率を変える必要がある。その結果、上述したような、「トラッキング特性問題」が顕在化する。【０００９】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、球面収差の波長依存性やトラッキング特性などの諸特性を犠牲にすることなく、高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤ間の互換達成するために必要な球面収差補正を良好に行える対物光学系、この対物光学系を使用した光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、好ましい第１の態様は、厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体に対して、第１光源から出射される第１波長λ１の第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長λ２（１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体に対して、第３光源から出射される第３波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３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用いられる対物光学系において、回折効率が最大となる回折次数が、前記第１光束乃至前記第３光束の何れに対しても同一次数である第一回折構造と、前記第１光束及び前記第３光束は回折せず、前記第２光束を回折させる第二回折構造とを有することを特徴とする。【００１１】
第一回折構造は、異なる光情報記録媒体の保護層厚さの違いに起因する球面収差を補正することができる。例えば、使用波長の比がほぼ１：２である、第１光情報記録媒体（例えば、高密度光情報記録媒体）と第３光情報記録媒体（例えば、ＣＤ）の保護層厚さの違いによる球面収差を補正するための第一回折構造として、回折効率が最大となる回折次数が、第１光束乃至第３光束の何れに対しても同一次数である回折構造を利用すると、第１光束（例えば、青紫色レーザ光束）と第３光束（例えば、赤外レーザ光束）との「回折次数×波長」の比が最も１から離れた値となり、第１光束と第３光束との回折角に十分大きな差を持たせることができる。この結果、第１光情報記録媒体と第３光情報記録媒体の保護層厚さの違いによる球面収差を第１回折構造の回折作用により補正することが可能になり、第３光情報記録媒体使用時の対物光学系の倍率を小さくなるので、トラッキング特性を改善することができる。また、比較的大きな輪帯ピッチでの球面収差補正ができるので、精度良く回折構造を形成することが可能となる。【００１２】
更に、第二回折構造は、異なる光情報記録媒体の保護層厚さの違いに起因する球面収差及び／又は使用波長の違いによる球面収差を補正することができる。例えば、第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体（例えば、ＤＶＤ）の保護層厚さの違いによる球面収差或いは第１光情報記録媒体と第２光情報記録媒体の使用波長の違いによる球面収差を補正するための第二回折構造として、第１光束及び第３光束は回折せず、第２光束を（例えば、赤色レーザ光束）回折させる回折構造を利用すると、第１光束の回折次数はゼロとなるため、第１光束及び第２光束間での「回折次数×波長」の値の差を最大にすることができる。その結果、第二回折構造の回折ピッチを十分大きくすることができ、球面収差の波長依存性を改善することが可能となる。なお、ここで言う「回折せず」とは、回折構造を通過した光束において、０次光の光量がいかなる他の次数の回折光の光量に比べて最も大きいことを言う。【００１３】
なお、本明細書における高密度光情報記録媒体（高密度光ディスク）としては、ブルーレイディスク（ＢＤ）やＨＤ  ＤＶＤ（ＨＤ）は勿論のこと、光磁気ディスクや、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、保護層或いは保護膜の厚さがゼロの光ディスクも高密度光ディスクに含むものとする。また、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。【００１４】
また、本明細書において、「対物光学系」とは、光ピックアップ装置において光情報記録媒体に対向する位置に配置され、光源から射出された光束を光情報記録媒体の情報記録面上に集光する機能を有する光学系であって、アクチュエータにより少なくとも光軸方向に変移可能とされた光学系を指す。本明細書における、「対物光学系」とは、単レンズであっても良いし、１つのレンズ群から構成されていても良いし、２つ以上の複数のレンズ群から構成されていても良い。【００１５】
第１の態様の対物光学系では、前記同一次数は１であって、前記第一回折構造のブレーズ化波長λＢが以下の（１）式を満たすことを特徴とする。
λ１＜λＢ＜λ３          （１）
回折効率の観点から鑑みて、第一回折構造により発生する回折光の回折次数は、何れの光束に対しても１とし、第１波長λ１と第３波長λ３の間の波長で最適化（ブレーズ化する、ともいう）しておくのが好ましい。本発明による対物光学系が搭載される光ピックアップ装置の仕様に応じて、第一回折構造のブレーズ化波長λＢを（１）式を満たす範囲内で変更することで、それぞれの波長の回折効率のバランスを適宜変更することができる。
例えば、第３光束よりも第１光束に対する回折効率が重視される仕様の場合には、ブレーズ化波長λＢを第１波長λ１寄りに設定するのが好ましい。一方で、第１光束よりも第２光束や第３光束に対する回折効率が重視される仕様の場合には、ブレーズ化波長λＢを第３波長λ３寄りに設定するのが好ましい。本明細書において、「ブレーズ化波長λＢ」とは、回折効率の理論値が１００％になる波長を指す。
【００１６】
好ましい第２の態様は、第１の態様の対物光学系において、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ１とし、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ３）としたとき、前記第一回折構造は、前記開口数ＮＡ３内に相当する領域に形成されているとともに、前記第一回折構造のブレーズ化波長λＢ、前記開口数ＮＡ１及び前記開口数ＮＡ３が以下の（２）式及び（３）式を満たすことを特徴とする。
１．２５×λ１＜λＢ＜０．９５×λ２            （２）
ＮＡ３／ＮＡ１＜０．７                          （３）
対物光学系の開口数ＮＡ３が、開口数ＮＡ１に対して十分小さい場合（すなわち、開口数ＮＡ１と開口数ＮＡ３が（３）式を満たす場合）には、開口数ＮＡ３内に相当する領域に第１回折構造を形成するのが好ましい。これにより、第１波長λ１の有効径に占める、第１回折構造が形成された領域（開口数ＮＡ３内に相当する領域）の面積割合が小さくなるため、第３波長λ３の回折効率を高くした場合（すなわち、ブレーズ化波長λＢが（２）式を満たす場合）でも、第１波長λ１の回折効率の有効径内面積加重平均値を十分高く確保することが可能となる。ブレーズ化波長λＢが（２）式の下限より大きいと、第２波長λ２及び第３波長λ３の回折効率を十分に高く確保できるので、第２光情報記録媒体や第３光情報記録媒体への記録・再生特性をさらに良好なものにすることが可能となる。一方、ブレーズ化波長λＢが（２）式の上限より小さいと、第１波長λ１の回折効率の有効径内面積加重平均を十分に高い値とすることができるため、第１光情報記録媒体への記録・再生特性をさらに良好なものにすることが可能となる。
【００１７】
好ましい第３の態様は、第１の態様又は第２の態様の対物光学系において、前記第一回折構造の回折パワーは負であることを特徴とする。
【００１８】
第一回折構造の回折パワーを負とすることで、保護層が厚い第３光情報記録媒体使用時の対物光学系と保護層との間隔（作動距離）を十分に確保することができる。また、回折パワーを負とすると光路差関数（回折構造による光路差付加量を、光軸からの高さの関数として表した量）に変曲点を持たせることができる。光路差関数が変曲点を持つと、光路差関数の傾きが小さくなるので、輪帯ピッチを広げることが可能となり、第１回折構造の形状精度を向上できる。なお、回折パワーが負又は正であるとは、その回折構造を平板光学素子上に設けた場合に回折構造を設けた平板光学素子のパワーが負又は正であることを言う。【００１９】
好ましい第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様の何れかの対物光学系において、前記第一回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする。
【００２０】
第一回折構造を、光軸を含む断面形状が階段状である構造とすると、金型加工が容易になり第一回折構造の形状精度を向上できる。【００２１】
好ましい第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様の何れかの対物光学系において、前記第二回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であって、前記パターン内の１つの段差により前記第１光束に対して付加される光路差は前記第１波長λ１の偶数倍であることを特徴とする。なお、本明細書においてレベル面とは、階段状の形状を形成する面のうち光軸と直行方向の面をいい、レベル面数を数えるときは最上段の面も最下段の面も含むものとする。例えば、図１３に示すような態様の場合、レベル面数は３である。また、パターン内の一つの段差とは、例えば、図１３におけるｄｐをいう。
【００２２】
第２光束のみを回折させる波長選択型の回折構造を得るための一つの構成として、第二回折構造を、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面の個数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造とし、かつ、パターン内の１つの段差を光路差換算で第１波長λ１の偶数倍とするようにしてもよい。【００２３】
好ましい第６の態様は、第５の態様の対物光学系において、前記パターン内の１つの段差（隣り合うレベル面とレベル面の間の段差）により前記第１光束に対して付加される光路差は前記第１波長λ１の１．９〜２．１倍、好ましくは２倍、であって、前記所定のレベル面数は、４、５、６の何れかであることを特徴とする。
【００２４】
第二回折構造において、パターン内の１つの段差を光路差換算で第１波長λ１の２倍又は約２倍とし、１つのパターン内に形成される所定のレベル面数を、４、５、６の何れとすると第２光束の回折効率をより高く確保できる。第２光束の回折効率を最大とするためには、レベル面数を５にするのが最も好ましい。【００２５】
好ましい第７の態様は、第３の態様の対物光学系において、前記第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ１とし、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ３（ＮＡ１＞ＮＡ３）としたとき、前記第一回折構造は、前記開口数ＮＡ３内に相当する領域に形成されているとともに、前記対物光学系は更に、前記開口数ＮＡ３の外側に相当する領域に、前記第１光束及び前記第２光束は回折せず、前記第３光束を回折させる第三回折構造を有することを特徴とする。
【００２６】
第７の態様は、第３光束に対する開口制限に関する。第３光情報記録媒体使用時の作動距離を確保するために、第一回折構造の回折パワーを負とし、その絶対値を大きくしていくと、開口数ＮＡ３の内側に相当する領域による第３光束の集光位置Ｌ１は、図１の縦球面収差図に示すように、開口数ＮＡ３の外側に相当する領域の最内周Ｅ１を通過した第３光束の集光位置Ｌ２と、開口数ＮＡ３の外側に相当する領域の最外周Ｅ２を通過した第３光束の集光位置Ｌ３との間に位置するようになる。この状態では、図２に概略的に示すように、第３光情報記録媒体の情報記録面上で、開口数ＮＡ３の内側に相当する領域による第３光束の集光スポットに、開口数ＮＡ３の外側に相当する領域を通過したフレア成分が被ることになり、記録・再生特性に影響を及ぼす可能性がある。開口数ＮＡ３の外側に相当する領域に第３光束のみを回折させる波長選択型の第三回折構造を形成することで、第１光束及び第２光束の集光特性に影響を与えることなく、第３光束の集光スポットとフレア成分とを分離することができる。この結果、第３光束に対する開口制限機能を対物光学系に持たせることが可能になり、記録・再生特性をより一層向上できる。
【００２７】
第８の態様は、第７の態様の対物光学系において、前記第三回折構造は２値のバイナリ構造であって、該バイナリ構造の段差により前記第１光束に対して付加される光路差は前記第１波長λ１の４．８〜５．２倍、好ましくは５倍であることを特徴とする。
【００２８】
第三回折構造を２値のバイナリ構造とし、１つの段差を光路差換算で第１波長λ１の５倍又は約５倍とすると、この段差により第２光束に対して付加される光路差は、第２波長λ２の３倍又は約３倍となるため、第１光束と第３光束は回折作用をほとんど受けずにほぼそのまま透過する。一方、この段差により第３光束に対して付加される光路差は、第３波長λ３の２．５倍又は約２．５倍であるので、入射した第３光束は±１次回折光に殆どの光量が分配されることになり、第３光束のみを回折させる波長選択型の回折特性を第三回折構造に与えることが可能となる。この第三回折構造を利用して、第３光束に対する開口制限機能を対物光学系に持たせた具体例を説明する。この例では、開口数ＮＡ３の外側に相当する領域の一部に第三回折構造を形成しており、第三回折構造の輪帯ピッチを最適化することで、図３及び図４に示すように、第３光束の集光スポット上とフレア成分とを分離することができる。【００２９】
好ましい第９の態様は、第１の態様乃至第８の態様の何れかの対物光学系において、前記第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ２とし、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）としたとき、前記第一回折構造は、前記開口数ＮＡ３内に相当する領域に形成され、前記第二回折構造は、前記開口数ＮＡ２内であって且つ前記開口数ＮＡ３外に相当する領域に形成されていることを特徴とする。
【００３０】
好ましい第１０の態様は、第１の態様乃至第８の態様の何れかの対物光学系において、前記第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ２とし、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ３（ＮＡ２＞ＮＡ３）としたとき、前記第一回折構造は前記開口数ＮＡ３内に相当する領域に形成され、前記第二回折構造は前記開口数ＮＡ２内に相当する領域に形成されていることを特徴とする。
【００３１】
第二回折構造の形成パターンとして２通りが考えられる。１つは、開口数ＮＡ３内に相当する領域には形成せずに、開口数ＮＡ３から開口数ＮＡ２に相当する領域に形成する場合である。この場合は、開口数ＮＡ３内に相当する領域での球面収差が、第１光束、第２光束及び第３光束の何れの光束に対しても補正されている必要があるが、第一回折構造で、波長が異なる３つの光束の球面収差を同時に補正するのは困難であるため、３つの光束のうち、１つの光束に対する倍率を他の２つの光束に対する倍率と異ならしめることで球面収差を補正するのが好ましい。具体的な倍率の好ましい範囲は、以下の（４）式乃至（６）式である。但し、第１光情報記録媒体使用時の対物光学系の倍率をＭ１、焦点距離ｆ１、第２光情報記録媒体使用時の対物光学系の倍率をＭ２、焦点距離ｆ２、第３光情報記録媒体使用時の対物光学系の倍率をＭ３、焦点距離ｆ３とした。
−０．０２＜Ｍ１×ｆ１＜０．０２      （４）
−０．０２＜Ｍ２×ｆ２＜０．０２      （５）
−０．０５＜Ｍ３×ｆ３＜−０．０１    （６）
また、第一回折構造と第二回折構造とを同一の光学面上に形成することが可能となるので、第一回折構造と第二回折構造を別の光学面上に形成する場合に比して、輪帯ピッチの形状誤差による回折効率低下を低減できる。【００３２】
第二回折構造の形成パターンの２つめは、開口数ＮＡ２内に相当する領域の全面に形成する場合である。第二回折構造は、第２光束のみを回折させる波長選択性を有するので、第１光束や第３光束の集光特性に影響を与えることなく、第２光束の集光特性のみを制御することが可能である。従って、第一回折構造を設計する際には、第１光束と第３光束の収差のみに着目すれば良く、第１光束と第３光束に対する諸特性が最良となるように、第一回折構造の輪帯ピッチを決定することができる。その後、第２光束の諸特性が最良となるように、第二回折構造の輪帯ピッチを決定することで、何れも光束に対しても良好な特性を有する対物光学系を提供することが可能となる。【００３３】
好ましい第１１の態様は、第３の態様の対物光学系であって、前記第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う際の、前記対物光学系の開口数をＮＡ２としたとき、前記第二回折構造は前記開口数ＮＡ２内に相当する領域の全面に形成されているとともに、前記第二回折構造の回折パワーは正であることを特徴とする。
【００３４】
第１１の態様は、第２光束に対する開口制限に関する。第７の態様の作用効果で、第３光束の場合について説明したのと同様に、第一回折構造の回折パワーを負とし、その絶対値を大きくしていくと、開口数ＮＡ２の内側に相当する領域による第２光束の集光位置Ｌ４は、図５の縦球面収差図に示すように、開口数ＮＡ２の外側に相当する領域の最内周Ｅ４を通過した第２光束の集光位置Ｌ５と、開口数ＮＡ２の外側に相当する領域の最外周Ｅ５を通過した第２光束の集光位置Ｌ６との間に位置するようになる。この状態では、第２光情報記録媒体の情報記録面上で、開口数ＮＡ２の内側に相当する領域による第２光束の集光スポット上に、開口数ＮＡ２の外側に相当する領域を通過したフレア成分が被ることになり、記録・再生特性に影響を及ぼす可能性がある。
【００３５】
ここで、第２光束に対する開口制限機能を対物光学系に持たせるために、第８の態様と同様に、開口数ＮＡ２の外側に相当する領域に、第２光束のみを回折させる波長選択型の回折構造を形成することで、開口数ＮＡ２の内側に相当する領域による第２光束の集光スポットとフレア成分とを分離する設計が考えられる。しかし、第２光束のみを回折させる波長選択型の回折構造は、パターン内に形成される所定のレベル面数が多いため、回折構造の形状誤差による回折効率低下、或いは透過率低下の影響を受けやすく、かかる回折構造が形成される領域を減らすことが好ましい。従って、図６の縦球面収差図に示すよう、第２回折構造の回折パワーを正とし、集光位置Ｌ４を開口数ＮＡ２の外側に相当する領域を通過したフレア成分の集光位置よりも対物光学系に近い位置に移動させることで、第２光束の集光スポットとフレア成分とを分離することが好ましい。
【００３６】
好ましい第１２の態様は、第１の態様乃至第１１の態様の何れかに記載の対物光学系において、前記対物光学系は更に、前記第１光束、前記第２光束及び前記第３光束に対して同量の光路差を付加させる位相構造を有することを特徴とする。
【００３７】
高密度光情報記録媒体用の対物光学系においては、温度変化や入射波長変化等の摂動による収差発生量が大きくなる。例えば、温度変化に伴う材料の屈折率変化による球面収差、入射波長変化による球面収差、瞬間的な入射波長変化によるデフォーカス等である。従って、対物光学系にかかる収差発生を抑制する機能を有する位相構造を更に設けると、高密度光情報記録媒体使用時の記録・再生特性を向上できる。この場合、第１光束、第２光束及び第３光束の何れの光束に対しても略同量の光路差を付加させる位相構造を使用するのが好ましく、これにより、位相構造を形成した場合でも、基準状態における第一回折構造及び第二回折構造の各光束に対する集光特性が変化しないようにすることができる。尚、ここでいう「基準状態」では、上記の摂動がかからない状態を指し、具体的には、温度が設計温度であり、かつ、対物光学系に対して設計波長の光束が入射する状態を指す。【００３８】
好ましい第１３の態様は、第１２の態様の対物光学系において、前記同量の光路差は、前記第１光束に対しては前記第１波長λ１の９．５〜１０．５倍、好ましくは１０倍であって、前記第２光束に対しては前記第２波長λ２の５．７倍〜６．３倍、好ましくは６倍であって、前記第３光束に対しては前記第３波長λ３の４．８倍〜５．２倍、好ましくは５倍であることを特徴とする。
【００３９】
位相構造により各波長に対して付加される光路差は、第１光束に対しては第１波長λ１の１０倍又は約１０倍であり、第２光束に対しては第２波長λ２の６倍又は約６倍であり、第３光束に対しては第３波長λ３の５倍又は約５倍であることが好ましい。例えば、第１波長λ１を４０５ｎｍとし、第２波長λ２を６５５ｎｍとし、第３波長λ３を７８５ｎｍとした場合に、各光束に対して付加される光路差を計算すると、第１光束に対しては４０５×１０＝４０５０ｎｍ、第２光束に対しては６５５×６＝３９３０ｎｍ、第３光束に対しては７８５×５＝３９２５ｎｍとなり、光路差は各波長間でほぼ一致する。【００４０】
好ましい第１４の態様は、第１２の態様又は第１３の態様の対物光学系において、前記第一回折構造と前記位相構造は同一の光学面上に形成されており、前記位相構造の１つの輪帯内に、前記第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されていることを特徴とする。
【００４１】
位相構造の１つの輪帯内に、第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されるように設計することで、第一回折構造及び位相構造の機能を損なうことなく、両構造を同一の光学面上に形成可能である。これにより、回折構造や位相構造が形成される光学面が少なくなるので、形状誤差による回折効率低下や透過率低下の影響を受けにくくすることができる。【００４２】
好ましい第１５の態様は、第１４の態様の対物光学系において、ｍを整数としたとき、前記第一回折構造により前記第１光束に対して付加される光路差ｄａと、前記第１回折構造において、前記第１光束に対する回折効率が最大となる回折次数ｐと、前記位相構造により前記第１光束に対して付加される光路差ｄ１と、前記位相構造において、前記第１光束に対する回折効率が最大となる回折次数ｓが以下の（７）式を満たすことを特徴とする。
｜（ｄａ／ｐ）／（ｄ１／ｓ）｜＝ｍ      （７）
（７）式の値が整数となるように第一回折構造と位相構造を設計すると、位相構造の１つの輪帯内に、第一回折構造の所定個数の輪帯を形成することが可能となる。
【００４３】
好ましい第１６の態様は、第１２の態様乃至第１５の態様の何れかの対物光学系において、前記位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることを特徴とする。位相構造を、光軸を含む断面形状が階段状である構造とすると、金型加工が容易になり、位相構造の形状精度を向上できる。
【００４４】
好ましい第１７の態様は、光ピックアップ装置において、第１の態様乃至第１６の態様の何れかの対物光学系を搭載したことを特徴とする。第１７の態様によれば、第１の態様乃至第１６の態様の何れかと同様の効果を有する光ピックアップ装置を得ることができる。
【００４５】
好ましい第１８の態様は、光情報記録再生装置において、第１の態様乃至第１６の態様の何れかの対物光学系を搭載したことを特徴とする。第１８の態様によれば、第１の態様乃至第１６の態様の何れかと同様の効果を有する光情報記録再生装置を得ることができる。
【００４６】
好ましい第１９の態様を以下に記載する。厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体に対して、第１光源から出射される第１波長λ１の第１光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体に対して、第２光源から出射される第２波長λ２（１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１）の第２光束を用いて情報の再生及び／又は記録を行い、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体に対して、第３光源から出射される第３波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３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用いられる対物光学系において、前記対物光学系は、第一回折構造と第二回折構造を有し、前記第一回折構造は、第１光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第２光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第３光束のｐ次の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、
前記第二回折構造は、第１光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第２光束のｑ次（ｑはｐと同じ又は異なる０以外の整数）の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第３光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、前記ｐは１であり、前記第一回折構造のブレーズ化波長λＢは以下の（１）式を満たすことを特徴とする。
λ１＜λＢ＜λ３ （１）
なお、ｑが１であることが好ましい。第一回折構造および第二回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることが好ましいが、ブレーズ型構造（鋸歯型構造）であってもよい。また、第一回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造としてもよい。
【００４７】
また、第一回折構造と第二回折構造は、対物光学系の異なる光学面に設けられていてもよいし、同一の光学面に設けられていてもよい。第一回折構造と第二回折構造とは、同一の光学面上で重畳していてもよいし、同一の光学面に設けられているが重畳していなくてもよい。
なお、第一回折構造と第二回折構造が、対物光学系に含まれる同一の光学素子の対向する異なる光学面に設けられていてもよい。さらに、対物光学系を光軸方向に眺めた際に、第一回折構造が設けられている領域と第二回折構造が設けられている領域が少なくとも一部（又は全部）重なっていてもよい。対物光学系を光軸方向に眺めた際に、第一回折構造が設けられている領域と第二回折構造が設けられている領域が全く重なっていなくてもよい。【００４８】
また、対物光学系は、複数の光学素子を有していてもよい。複数の光学素子のうち少なくとも一つが第一回折構造及び／又は第二回折構造を含む平板光学素子であってもよい。複数の光学素子の少なくとも一つが凸レンズであっても凹レンズであってもよいが、凸レンズが好ましい。また、平板光学素子が第一回折構造及び第二回折構造を有することが好ましい。さらに、平板光学素子が第三回折構造及び／又は位相構造を有することが好ましい。
好ましい第２０の態様を以下に記載する。第１の態様又は第１９の態様において、ＮＡ２が、第２光束で第２光情報記録媒体の記録再生を行う場合に必要な像側の対物光学系の開口数であり、ＮＡ３が、第３光束で第３光情報記録媒体の記録再生を行う場合に必要な像側の対物光学系の開口数である場合、ＮＡ２がＮＡ３より大きく、第一回折構造は、ＮＡ３内に相当する領域に形成されており、第二回折構造は、ＮＡ２内に相当する領域に形成されていることを特徴とする。第二回折構造は、ＮＡ２内であって且つＮＡ３内である領域に形成されていてもよい。この場合、第一回折構造をＮＡ３内に相当する領域に形成することにより、対物光学系を光軸方向から眺めた際に、第一回折構造が設けられている領域と第二回折構造が設けられている領域が重なることになる。また、第二回折構造が、ＮＡ２内であってＮＡ３外である領域に形成されていてもよい。その場合、第一回折構造をＮＡ３内に相当する領域に形成することにより、対物光学系を光軸方向から眺めた際に、第一回折構造が設けられている領域と第二回折構造が設けられている領域とが重ならなくなる。また、第二回折構造はＮＡ２内に相当する領域の全面に形成されていてもよい。第二回折構造がＮＡ２内に相当する領域の全面に形成されている場合、第二回折構造の回折パワーが正であることが好ましい。
好ましい第２１の態様としては、第１の態様又は第１９の態様において、第二回折構造は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、所定のレベル面数毎に、そのレベル面数に対応した段数分の高さだけ段をシフトさせた構造であって、以下の式（８）を満たすことを特徴とする。
ｙ×０．９５×λ１≦ｄｂ≦ｙ×１．０５×λ１  （８）
式（８）において、ｙは任意の偶数を表し、ｄｂは階段状のパターン内の隣り合うレベル面の間の段差により第１光束に対して付加される光路差を表す。レベル面数は４，５，６のいずれかであることが好ましい。また、ｙは２であることが好ましい。より好ましくは、以下の式（８）´を満たすことである。
ｄｂ＝ｙ×λ１      （８）´
好ましい第２２の態様としては、第１の態様又は第１９の態様において、対物光学系が第三回折構造を有することを特徴とする。なお、第三回折構造は、第１光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第２光束の０次の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくし、第３光束のｒ次（ｒは、ｐと同一の又は異なる０以外の整数）の回折光の光量を他のいかなる次数の回折光の光量よりも大きくすることを特徴とする。また、ｒは１であることが好ましい。
【００４９】
また、第一回折構造と第三回折構造が対物光学系の同一の光学面に設けられていてもよい。その場合、第一回折構造と第三回折構造が同一の光学面上で重畳するように設けられていてもよい。一方、第二回折構造と第三回折構造が同一の光学面に設けられていてもよい。その場合、第二回折構造と第三回折構造が同一の光学面上で重畳するように設けられていてもよい。また、第三回折構造は、第一回折構造及び第二回折構造と異なる光学面に設けられていてもよい。
好ましい第２３の態様を以下に記載する。第２２の態様において、ＮＡ１を、第１光束で第１光情報記録媒体の記録再生を行う場合に必要な像側の対物光学系の開口数とし、ＮＡ３を、第３光束で第３光情報記録媒体の記録再生を行う場合に必要な像側の対物光学系の開口数としたとき、ＮＡ１がＮＡ３より大きく、第一回折構造が、ＮＡ３内に相当する領域に形成されており、第三回折構造が、ＮＡ３外に相当する領域に形成されていることを特徴とする。
好ましい第２４の態様を以下に記載する。第２２の態様において、第三回折構造は２値のバイナリ構造であって、バイナリ構造の一つの段差により第１光束に対して付加される光路差ｄｃが以下の式（９）を満たすことを特徴とする。
４．８×λ１≦ｄｃ≦５．２×λ１          （９）
好ましい第２５の態様を以下に記載する。第１の態様又は第１９の態様において、対物光学系が位相構造を有し、以下の式（１０）、（１１）、（１２）、（１３）、（１４）を満たすことを特徴とする。
ａ×０．９５×λ１≦ｄ１≦ａ×１．０５×λ１  （１０）
ｂ×０．９５×λ２≦ｄ２≦ｂ×１．０５×λ２  （１１）
ｃ×０．９５×λ３≦ｄ３≦ｃ×１．０５×λ３  （１２）
０．９×ｄ１≦ｄ２≦１．１×ｄ１                （１３）
０．９×ｄ１≦ｄ３≦１．１×ｄ１                （１４）
ａは任意の正の整数を表し、ｂはａよりも小さい任意の正の整数を表し、ｃはｂよりも小さい任意の正の整数を表す。ｄ１は位相構造の一つの段差によって生じる第１光束の光路差を表し、ｄ２は位相構造の一つの段差によって生じる第２光束の光路差を表し、ｄ３は位相構造の一つの段差によって生じる第３光束の光路差を表す。なお、λ１が３５０ｎｍ以上、４４０ｎｍ以下であって、λ２が５７０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、λ３が７５０ｎｍ以上、８８０ｎｍ以下である場合、（より好ましくは、λ１が３９０ｎｍ以上、４１５ｎｍ以下であって、λ２が６３０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下であって、λ３が７５０ｎｍ以上、８２０ｎｍ以下である場合）、ａが１０、ｂが６、ｃが５であることが好ましい。または、位相構造の一つの段差の光軸方向の深さを、３８００ｎｍ以上、４２００ｎｍ以下にすることが好ましい。また、位相構造の一つの段差の光軸方向の深さが、λ１，λ２，λ３の最小公倍数の整数倍又はほぼ整数倍であることが好ましい。
また、式（１３）、（１４）において、より好ましくは以下の式（１３）´、（１４）´を満たすことである。
０．９５×ｄ１≦ｄ２≦１．０５×ｄ１      （１３）´
０．９５×ｄ１≦ｄ３≦１．０５×ｄ１      （１４）´
また、位相構造は、光軸を含む断面形状が階段状であることが好ましいが、ブレーズ型構造（鋸歯状構造）であってもよい。なお、第一回折構造と位相構造とを同一の光学面上で、重畳させるようにしてもよいし、第二回折構造と位相構造とを同一の光学面上で重畳させるようにしてもよい。また、第三回折構造と位相構造を同一の光学面上で重畳させるようにしてもよい。
また、位相構造が、第１光束のｓ次（ｓは０以外の整数）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第２光束のｔ次（ｔは０以外の整数であって、ｓとは異なる）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくし、第３光束のｕ次（ｕは０以外の整数であって、ｓ、ｔとは異なる）の回折光量を他のいかなる次数の回折光量よりも大きくする場合、以下の式（１５）を満たすことが好ましい。
｜（ｄａ／ｐ）｜／｜（ｄ１／ｓ）｜＝ｍ    （１５）
ｍは正の整数を表し、ｄａは第一回折構造により第１光束に対して付加される光路差を表し、ｄ１は位相構造により第１光束に対して付加される光路差を表す。
好ましい第２６の態様を以下に記載する。第２５の態様において、第一回折構造と位相構造が対物光学系の同一の光学面に設けられており、位相構造の一つの輪帯内に、第一回折構造の所定個数の輪帯が形成されていることを特徴とする。つまり、この態様においては、位相構造も第一回折構造も複数の輪帯を有するが、位相構造の一つの輪帯の幅が、第一回折構造の一つの輪帯の幅より大きく、位相構造の一つの輪帯の中に第一回折構造の輪帯が複数含まれることになる。
好ましい第２７の態様を以下に記載する。対物光学系が、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列した形状と、前記階段状のパターンの一つの段において、光軸を含む断面形状が小階段状とされたパターンを同心円状に配列した形状とを重ね合わせた構造を含むことを特徴とする。さらに、図１３に示されるように、複数のより大きな段（ａ  ｌａｒｇｅｒ  ｓｔｅｐ）からなる大きな階段状のパターンは、光軸と直行する方向で光軸に向かうに従い、光軸方向で対物光学系内部に向かう方向に下がっていく構造であり、複数のより小さな段（ａ  ｓｍａｌｌｅｒ  ｓｔｅｐ）からなる小さな階段状のパターンは、一つのより大きな段の範囲において、光軸と直行する方向で光軸に向かうに従い、光軸方向で対物光学系外部へ向かう方向へ上っていく構造としてもよい。大きな階段状のパターンも、小さな階段状のパターンも、段の個数は任意である。また、大きな階段状のパターンも、小さな階段状のパターンも周期的であってもよいし、非周期的であってもよい。
さらに、図１３に示すような、大きな階段状のパターンと小さな階段状のパターンが重なっている場合、以下の式（１６）、（１７）を満たすことが好ましい。
０．９＜ｄｐ×（ｎ―１）／λ１＜１．５      （１６）
９．８＜ＤＰ×（ｎ−１）／λ１＜１０．２    （１７）
ｄｐは図１３に示すような小さな階段状のパターンの段差の光軸方向の深さを表す。ＤＰは図１３に示すような大きな階段状のパターンの段差の光軸方向の深さを表す。ｎは階段状のパターンが設けられている対物光学系の光学材料の第１光束における屈折率を表す。
さらに、第二回折構造が以下の式（１８）を満たすことが好ましい。
１．９＜ｄｐ２×（ｎｘ−１）／λ１＜２．１  （１８）
ｄｐ２は第二回折構造の一つの段差の光軸方向の深さを表す。ｎｘは第二回折構造が設けられている光学材料の第１光束における屈折率を表す。
好ましい第２８の態様は、光ピックアップ装置において、厚さｔ１の保護層を有する第１光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための波長λ１の第１光束を出射する第１光源と、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を有する第２光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための波長λ２（１．５×λ１＜λ２＜１．７×λ１）の第２光束を出射する第２光源と、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を有する第３光情報記録媒体の記録及び／又は再生を行うための波長λ３（１．９×λ１＜λ３＜２．１×λ１）の第３光束を出射する第３光源とを有し、さらに、第１９の態様乃至第２７の態様の何れかの対物光学系を搭載したことを特徴とする。
【００５０】
好ましい第２９の態様は、光情報記録再生装置において、第２８の態様の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、球面収差の波長依存性やトラッキング特性などの諸特性を犠牲にすることなく、高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤ間の互換達成するために必要な球面収差補正を良好に行うことができる対物光学系、この対物光学系を使用した光ピックアップ装置及びこの光ピックアップ装置を搭載した光情報記録再生装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第３波長λ３の縦球面収差図である。
【図２】第３光情報記録媒体の情報記録面上でのスポットダイアグラムである。
【図３】第３波長λ３の縦球面収差図である。
【図４】第３光情報記録媒体の情報記録面上でのスポットダイアグラムである。
【図５】第２波長λ２の縦球面収差図である。
【図６】第２波長λ２の縦球面収差図である。
【図７】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図８】対物光学系の構造を示す図面である。
【図９】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図１０】対物光学系の構造を示す図面である。
【図１１】赤色レーザ光束の縦球面収差図である。
【図１２】赤外レーザ光束の縦球面収差図である。
【図１３】対物光学系の構造の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
ＰＵ，ＰＵ２  光ピックアップ装置
ＯＬ，ＯＬ２  対物光学系
ＣＬ    コリメート光学系
ＢＥ    エキスパンダー光学系
ＢＥ１  第１レンズ
ＳＥ  センサー光学系
ＰＤ  光検出器
ＡＣ１  ２軸アクチュエータ
ＡＣ２  １軸アクチュエータ
Ｐ１  第１プリズム
Ｐ２  第２プリズム
Ｐ３  第３プリズム
ＭＬ  立上げミラー
Ｌ１  収差補正素子
Ｌ２  集光素子
ＨＬ  鏡筒（保持部材）
ＳＴＯ  絞り
ＤＯＥ１  第１回折構造
ＤＯＥ２  第２回折構造
ＤＯＥ３  第３回折構造
ＤＯＥ４  位相構造
ＬＤ１  青紫色半導体レーザ（第１光源）
ＬＤ２  赤色半導体レーザ（第２光源）
ＬＤ３  赤外半導体レーザ（第３光源）
ＢＤ  第１光情報記録媒体（高密度光情報記録媒体、高密度光ディスク）
ＤＶＤ  第２光情報記録媒体
ＣＤ  第３光情報記録媒体
ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３  保護層
ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３  情報記録面
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図７を用いて本発明の一例の対物光学系を用いた光ピックアップ装置について説明する。【００５５】
図７は、高密度光情報記録媒体ＢＤ（第１光情報記録媒体）とＤＶＤ（第２光情報記録媒体）とＣＤ（第３光情報記録媒体）との何れに対しても適切に情報の記録・再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＢＤの仕様は、第１波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの仕様は、第２波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの仕様は、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５１である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。【００５６】
光ピックアップ装置ＰＵは、ＢＤ用の青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、ＣＤ用の赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器ＰＤ、対物光学系ＯＬ、コリメート光学系ＣＬ、２軸アクチュエータＡＣ１、１軸アクチュエータＡＣ２、第１プリズムＰ１、第２プリズムＰ２、第３プリズムＰ３、立上げミラーＭＬ、各光情報記録媒体の情報記録面からの反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサー光学系ＳＥとから構成されている。尚、ＢＤ用の光源として、青紫色ＳＨＧレーザを使用しても良い。【００５７】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、コリメート光学系ＣＬから青紫色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメート光学系ＣＬの位置を光軸方向に調整した後、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、図７において実線でその光線経路を描いたように、第１プリズムＰ１により反射された後、第２プリズムＰ２、及び第３プリズムＰ３を順に透過し、コリメート光学系ＣＬにより平行光束に変換される。その後、立上げミラーＭＬにより反射された後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＬによってＢＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＬは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。なお、対物光学系ＯＬについての詳しい説明は後述する。【００５８】
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＬを透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤの出力信号を用いてＢＤに記録された情報を読み取ることができる。【００５９】
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、コリメート光学系ＣＬから赤色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメート光学系ＣＬの位置を光軸方向に調整した後、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、図７において破線でその光線経路を描いたように、第２プリズムＰ２により反射された後、第３プリズムＰ３を透過し、コリメート光学系ＣＬにより平行光束に変換される。その後、立上げミラーＭＬにより反射された後、対物光学系ＯＬによってＤＶＤの保護層
ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＬは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【００６０】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＬを透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。【００６１】
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、コリメート光学系ＣＬから赤外レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメート光学系ＣＬの位置を光軸方向に調整した後、赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、図７において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第３プリズムＰ３により反射された後、コリメート光学系ＣＬにより平行光束に変換される。その後、立上げミラーＭＬにより反射された後、対物光学系ＯＬによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＬは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【００６２】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＬを透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤの出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。【００６３】
光ピックアップ装置ＰＵでは、コリメート光学系ＣＬを１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、ＢＤ使用時の球面収差を補正できる。かかる球面収差補正機構により、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系の屈折率変化や屈折率分布、多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚さばらつきや厚み分布等に起因する球面収差を補正可能である。尚、この球面収差補正機構により、ＤＶＤ使用時やＣＤ使用時の球面収差を補正しても良い。【００６４】
次に、対物光学系ＯＬの構成について説明する。図８に、本発明による対物光学系ＯＬの構成を概略的に示す。対物光学系ＯＬは、レーザ光源側から順に配置された収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２が、鏡筒（保持部材）ＨＬを介して光軸Ｘを中心とした同軸となるように保持された構成を有する。【００６５】
収差補正素子Ｌ１は平板状光学素子に階段状の回折構造および位相構造が設けられたプラスチックレンズであって、光情報記録媒体側の光学面は、開口数ＮＡ３内に相当する中央領域Ｃ１と、開口数ＮＡ３以上であって開口数ＮＡ１内に相当する周辺領域Ｃ２とに分割されており、レーザ光源側の光学面は、開口数ＮＡ２内に相当する中央領域Ｃ３と、開口数ＮＡ２以上であって開口数ＮＡ１内に相当する周辺領域Ｃ４とに分割されている。【００６６】
光情報記録媒体側の光学面の中央領域Ｃ１には、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ３の厚さの違いに起因する球面収差を補正するための第一回折構造ＤＯＥ１が形成されており、周辺領域Ｃ２の一部には、第一回折構造ＤＯＥ１による第３光束の集光スポットと、開口数ＮＡ３から外側の領域を通過した第３光束のフレア成分を情報記録面ＲＬ３上で分離するための第三回折構造ＤＯＥ３が形成されている。また、光情報記録媒体側の光学面全面には、ＢＤ使用時に青紫色レーザ光源が瞬間的に波長変化を起こした際に発生するデフォーカス誤差を抑制するための位相構造ＤＯＥ４が形成されている。従って、本実施例では、位相構造と第一回折構造が重畳した構造となっており、且つ、位相構造と第三回折構造が重畳した構造となっている。【００６７】
また、レーザ光源側の光学面の中央領域Ｃ３には、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２の厚さの違いに起因する球面収差を補正するための第二回折構造ＤＯＥ２が形成されており、周辺領域Ｃ４は、回折構造や位相構造などの微細構造が形成されない平面となっている。従って、本実施例では、光軸方向から対物光学系を見た場合に、第一回折構造と第二回折構造とが重なった構造となっている。【００６８】
第一回折構造ＤＯＥ１の光軸を含む断面形状は階段形状とされており、階段の光軸方向の深さｄは、１．０９６μｍとされている。尚、第一回折構造ＤＯＥ１のブレーズ化波長λＢは５５０ｎｍである。この第一回折構造ＤＯＥ１は、回折効率が最大となる回折次数が、何れの光束に対しても１次であり、各光束に対する１次回折光の回折効率は、青紫色レーザ光束に対しては５８．２％、赤色レーザ光束に対しては９１．０％、赤外レーザ光束に対しては７２．０％となる。第一回折構造ＤＯＥ１の輪帯ピッチは、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ３の厚さの違いに起因する球面収差が良好に補正されるように最適化されている。【００６９】
また、第二回折構造ＤＯＥ２は、光軸を含む断面形状が階段状とされたパターンを同心円状に配列し、５つのレベル面毎に、４段分の高さだけ段をシフトさせた構造であって、パターン内の１つの段差は、光路差換算で第１波長λ１の２倍となるように設定されており、光軸方向の深さｄは、１．５７１μｍとされている。この第二回折構造ＤＯＥ２は、第２光束のみを１次回折光として回折させる波長選択型の回折構造であり、青紫色レーザ光束の透過率（０次回折光の回折効率）は１００％、赤色レーザ光束の１次回折光の回折効率は８７．２％、赤外レーザ光束の透過率は９９．０％となる。第二回折構造ＤＯＥ２の輪帯ピッチは、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２の厚さの違いに起因する球面収差が良好に補正されるように最適化されている。また、第二回折構造ＤＯＥ２の回折パワーは正に設定されており、その絶対値は、情報記録面ＲＬ２上において、第一回折構造ＤＯＥ１及び第二回折構造ＤＯＥ２を通過した赤色レーザ光束が、開口数ＮＡ２から外側の領域を通過したフレア成分の集光位置から十分離れた位置に集光するように決定されているので（図６参照）、対物光学系ＯＬに入射した赤色レーザ光束に対して開口数ＮＡ２に応じた開口制限が、自動的に行われる。【００７０】
ここで、第二回折構造ＤＯＥ２による回折原理を説明する。パターン内の１つの段差の光軸方向の深さｄは１．５７１μｍとされているので、この段差により青紫色レーザ光束に対して付加される光路差は第１波長λ１の２倍、赤外レーザ光束に対して付加される光路差は第３波長λ３の１倍となり、青紫色レーザ光束と赤外レーザ光束は何れも回折作用を受けずに透過する。一方、この段差により赤色レーザ光束に対して付加される光路差は第２波長λ２の約１．２倍となる。等位相である１波長分の光路差を差し引いた実質的な光路差は第２波長λ２の約０．２倍であるので、隣接しあうレベル面を通過した赤色レーザ光束の波面は約０．２波長分ずれることになる。５つのレベル面から構成されているパターン全体での光路差は、第２波長λ２の約１倍となるため（０．２×５）となるため、隣接しあうパターンを通過した波面は１波長分ずれて重なり合い、１次方向に回折する回折光となる。【００７１】
第三回折構造ＤＯＥ３は、２値のバイナリ構造であり、１つの段差の光軸方向の深さｄは、３．９２８μｍとされている。この深さｄは光路差換算で第１波長λ１の５倍相当する深さであり、同時に第２波長λ２の３倍に相当する深さでもある。従って、青紫色レーザ光束と赤色レーザ光束は、何れも回折作用を受けずに透過する。一方、この段差により赤外レーザ光束に対して付加される光路差は第３波長λ３の２．５倍であるので、入射した第３光束は±１次回折光として回折する。第３回折構造の輪帯ピッチは、第１回折構造ＤＯＥ１による赤外レーザ光束の集光スポットと、周辺領域Ｃ２及び周辺領域Ｃ４を通過した第３光束のフレア成分が情報記録面ＲＬ３上で良好に分離するように決定されているので（図３及び図４参照）、対物光学系ＯＬに入射した赤外レーザ光束に対して開口数ＮＡ３に応じた開口制限が、自動的に行われる。【００７２】
位相構造ＤＯＥ４の光軸を含む断面形状は階段形状とされており、階段の光軸方向の深さｄは、７．８５７μｍとされている。尚、位相構造ＤＯＥ４のブレーズ化波長λＢは４０５ｎｍである。この位相構造ＤＯＥ４は、回折効率が最大になる回折次数が、青紫色レーザ光束に対しては１０次、赤色レーザ光束に対しては６次、赤外レーザ光束に対しては５次である回折構造である。位相構造ＤＯＥ４は、何れの光束に対しても略同量の位相差を付加させるので、回折効率は何れの光束に対してもほぼ１００％となる。位相構造ＤＯＥ４は、対物光学系ＯＬの色収差を抑制するための構造であり、青紫色レーザ光源ＬＤ１
がモードホッピングを起こした場合でも、情報記録面ＲＬ１上のデフォーカス誤差が小さく抑えられるので、ＢＤに対して常に安定した記録・再生特性が得られる。【００７３】
尚、レーザ側の光学面全面に対する中央領域Ｃ１の面積割合は、｛（０．５１／０．８５）２｝×１００＝３６％である。従って、レーザ側の光学面における、青紫色レーザ光束の回折効率を求めると、｛０．５８２×０．３６＋１×（１−０．３６）｝×１００＝８５．０％となる。このように、第１回折構造ＤＯＥ１の回折効率を赤外レーザ光束重視とした場合でも、青紫色レーザ光束の有効径に対する中央領域Ｃ１の面積割合が十分小さいため、青紫色レーザ光束の有効径内での回折効率平均値を十分高く確保することが可能である。
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、図９を用いて本発明の別の例である対物光学系を用いた光ピックアップ装置について説明する。【００７４】
図９に概略的に示した光ピックアップ装置ＰＵ２は、対物光学系ＯＬ２に対して赤外レーザ光束が発散光束の状態で入射する点と、レーザ光源側の第１レンズＢＥ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動する構成を有するエキスパンダー光学系ＢＥを球面収差補正機構として使用している点と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際に、弱発散光束が対物光学系ＯＬ２に入射する点に特徴を有する。【００７５】
光ピックアップ装置ＰＵ２は、ＢＤ用の青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、ＣＤ用の赤外半導体レーザＬＤ３（第３光源）、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器ＰＤ、対物光学系ＯＬ２、コリメート光学系ＣＬ、エキスパンダー光学系ＢＥ、２軸アクチュエータＡＣ１、１軸アクチュエータＡＣ２、第１プリズムＰ１、第２プリズムＰ２、第３プリズムＰ３、立上げミラーＭＬ、各光情報記録媒体の情報記録面からの反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサー光学系ＳＥとから構成されている。尚、ＢＤ用の光源として、青紫色ＳＨＧレーザを使用しても良い。【００７６】
光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、エキスパンダー光学系ＢＥから青紫色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２により第１レンズＢＥ１の位置を光軸方向に調整した後、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、図９において実線でその光線経路を描いたように、第１プリズムＰ１により反射された後、第２プリズムＰ２及び第３プリズムＰ３を順に透過し、コリメート光学系ＣＬにより平行光束に変換される。その後、エキスパンダー光学系ＢＥにより拡径した平行光束とされ、立上げミラーＭＬにより反射された後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学系ＯＬ２によってＢＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＬ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。なお、対物光学系ＯＬ２についての詳しい説明は後述する。【００７７】
情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＬ２を透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、エキスパンダー光学系ＢＥにより縮径され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤの出力信号を用いてＢＤに記録された情報を読み取ることができる。【００７８】
また、光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、エキスパンダー光学系ＢＥから赤色レーザ光束が平行光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２により第１レンズＢＥ１の位置を光軸方向に調整した後、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、図９において破線でその光線経路を描いたように、第２プリズムＰ２により反射された後、第３プリズムＰ３を透過し、コリメート光学系ＣＬにより略平行光束に変換される。その後、エキスパンダー光学系ＢＥにより拡径されるとともに平行光束に変換され、立上げミラーＭＬにより反射された後、対物光学系ＯＬ２によってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＬ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【００７９】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＬ２を透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、エキスパンダー光学系ＢＥにより縮径され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。【００８０】
また、光ピックアップ装置ＰＵ２において、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、エキスパンダー光学系ＢＥから赤外レーザ光束が弱発散光束の状態で射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２により第１レンズＢＥ１の位置を光軸方向に調整した後、赤外半導体レーザＬＤ３を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、図９において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第３プリズムＰ３により反射された後、コリメート光学系ＣＬにより略平行光束に変換される。その後、エキスパンダー光学系ＢＥにより拡径されるとともに弱発散光束に変換され、立上げミラーＭＬにより反射された後、対物光学系ＯＬ２によってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。対物光学系ＯＬ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣ１によってフォーカシングやトラッキングを行う。【００８１】
情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＬ２を透過した後、立上げミラーＭＬにより反射され、エキスパンダー光学系ＢＥにより縮径され、コリメート光学系ＣＬを通過する際に収斂光束となる。その後、第３プリズムＰ３、第２プリズムＰ２及び第１プリズムＰ１を順に透過した後、センサー光学系ＳＥにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。光検出器ＰＤの出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。【００８２】
光ピックアップ装置ＰＵ２では、エキスパンダー光学系ＢＥの第１レンズＢＥ１を１軸アクチュエータＡＣ２により光軸方向に駆動させることで、ＢＤ使用時の球面収差を補正できる。かかる球面収差補正機構により、青紫色半導体レーザＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物光学系の屈折率変化や屈折率分布、多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、保護層ＰＬ１の製造誤差による厚さばらつきや厚み分布、等に起因する球面収差を補正可能である。尚、この球面収差補正機構により、ＤＶＤ使用時やＣＤ使用時の球面収差を補正しても良い。【００８３】
次に、対物光学系ＯＬ２の構成について説明する。図１０に概略的に示した対物光学系ＯＬ２は、第二回折構造ＤＯＥ２を、光情報記録媒体側の光学面に、開口数ＮＡ３以上であって開口数ＮＡ２内に相当する領域にのみ形成した点に特徴を有する。【００８４】
平板状光学素子である収差補正素子Ｌ１のレーザ光源側の光学面は、開口数ＮＡ３内に相当する中央領域Ｃ５と、開口数ＮＡ３以上であって開口数ＮＡ１内に相当する周辺領域Ｃ６とに分割されており、光情報記録媒体側の光学面は、開口数ＮＡ３内に相当する中央領域Ｃ７と、開口数ＮＡ３以上であって開口数ＮＡ２内に相当する周辺領域Ｃ８と、開口数ＮＡ２以上であって開口数ＮＡ１内に相当する周辺領域Ｃ９とに分割されている。【００８５】
レーザ光源側の光学面の中央領域Ｃ５には、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２と保護層ＰＬ３の厚さの違いに起因する球面収差を補正するための第一回折構造ＤＯＥ１が形成されており、レーザ光源側の光学面全面には、ＢＤ使用時に青紫色レーザ光源が瞬間的に波長変化を起こした際に発生するデフォーカス誤差を抑制するための位相構造ＤＯＥ４が形成されている。また、光情報記録媒体側の光学面の周辺領域Ｃ８には、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２の厚さの違いに起因する球面収差を補正するための第二回折構造ＤＯＥ２が形成されている。【００８６】
第一回折構造ＤＯＥ１の輪帯ピッチは、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２の厚さの違いに起因する球面収差が良好に補正されるように最適化されている。このように、第一回折構造ＤＯＥ１は、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２の厚さの違いに起因する球面収差が補正されるように最適化されているため、第一回折構造ＤＯＥ１に対して赤外レーザ光束が平行光束の状態で入射した場合、赤外レーザ光束の球面収差は補正不足となり、情報記録面ＲＬ３上では、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ３の厚さの違いに起因する球面収差が残留することになる。そこで、ＣＤに対して情報の記録・再生を行う際には、対物光学系ＯＬ２に対して赤外レーザ光束を弱発散光束の状態で入射させることにより、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ３の厚さの違いに起因する球面収差を完全に補正する。【００８７】
また、第二回折構造ＤＯＥ２の輪帯ピッチは、保護層ＰＬ１と保護層ＰＬ２の厚さの違いに起因する球面収差が、レーザ光源側の光学面の周辺領域Ｃ８を通過する赤色レーザ光束に対して補正されるように最適化されている。【００８８】
位相構造ＤＯＥ４については、第１の実施の形態における対物光学系ＯＬの位相構造ＤＯＥ４と機能や構成が同じであるので、ここでは詳細な説明は省略する。【００８９】
尚、第一回折構造ＤＯＥ１の回折パワーは負とされているが、この絶対値をあまり大きくすると、図１や図５の縦球面収差図に示したように、赤色レーザ光束や赤外レーザ光束の有効径より外側の領域を通過したフレア成分が、集光スポットに重なってしまい、良好な記録・再生特性が得られない虞がある。そこで、本対物光学系ＯＬ２では、集光スポットと有効径より外側の領域を通過したフレア成分とが重ならないように回折パワーの絶対値を決定した（図１１及び図１２参照）。これにより、対物光学系ＯＬ２に入射した赤色レーザ光束や赤外レーザ光束に対して、それぞれの開口数に応じた開口制限が自動的に行
われる。【００９０】
尚、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、３つのレーザ光源をそれぞれ独立に配置する構成としたが、３つのレーザ光源を１つの筐体内に納めたレーザ光源や、３つのレーザ発光点を同一のチップ上に形成したレーザ光源を用いても良い。また、前記光ピックアップ装置ＰＵ、ＰＵ２では、レーザ光源と光検出器ＰＤとをそれぞれ独立に配置する構成としたが、レーザ光源と光検出器とを一体化した素子を用いても良い。また、光ピックアップ装置ＰＵ、ＰＵ２では、液晶を利用した位相制御素子を、球面収差補正機構として用いても良い。かかる位相制御素子により球面収差を補正する方法は公知であるので、ここでは詳細な説明は割愛する。【００９１】
以上の実施の形態においては、高密度光情報記録媒体ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤの３種類の光ディスクに対して記録／再生可能な対物光学系及び光ピックアップ装置を例に挙げて説明したが、高密度光情報記録媒体ＢＤ及びＤＶＤの２種類の光ディスク、或いは高密度光情報記録媒体ＢＤ及びＣＤの２種類の光ディスクに対して記録／再生可能な対物光学系、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に、本発明を適用できることは容易に理解されるところである。【００９２】
例えば、それら２種類の光ディスクの記録／再生に必要な光学系要素を残しつつ、その他の光学系要素を削除して構成することができ、それにより、更に、小型化、軽量化、低コスト化、構成の簡素化された光ピックアップ光学系、及び光ピックアップ装置を実現することができる。【００９３】
また、ＢＤに代わってＨＤや他の高密度光ディスクを適用しても良い。
なお、本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施例は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は請求の範囲によって示されている。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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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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