(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報の記録または再生がなされる際に、対応する開口数、使用光波長および基板厚が下記３つの条件式（１）〜（３）を満足するように設定された第１、第２および第３の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に収束させるための光ピックアップ装置の対物光学系において、
光源側から順に、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなる光学素子と、両面が回転非球面よりなる正レンズとを配されてなり、該光学素子の２つのレンズを接合してなる面は非球面のベース上に形成された所定の回折光学面により形成されてなり、
前記第１、第２および第３の光記録媒体にそれぞれ対応する前記各使用光が平行光束の状態で前記対物光学系に入射するものであり、
下記条件式（４）〜（６）となるようにｈ１、ｈ２およびｈ３を定義したとき、下記条件式（７）または（８）が成立するように構成されていることを特徴とする対物光学系。
ＮＡ１＞ＮＡ２＞ＮＡ３・・・  （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・  （２）
ｄ１＜ｄ２＜ｄ３・・・  （３）
ｈ１＝λ１／｜Ｎ１λ１−Ｎ２λ１｜・・・  （４）
（ただし、Ｎ１λ１−Ｎ２λ１＝０となるときは、ｈ１＝∞とする。）
ｈ２＝λ２／｜Ｎ１λ２−Ｎ２λ２｜・・・  （５）
（ただし、Ｎ１λ２−Ｎ２λ２≠０）
ｈ３＝λ３／｜Ｎ１λ３−Ｎ２λ３｜・・・  （６）
（ただし、Ｎ１λ３−Ｎ２λ３≠０）
ｈ２／ｈ１≦０．５・・・  （７）
ｈ３／ｈ１≦０．５・・・  （８）
（ただし、条件式（７）および（８）において、ｈ１＝∞のときは、ｈ２／ｈ１＝０、
ｈ３／ｈ１＝０とする。）
ただし、
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
Ｎ１λ１・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ２・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ３・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ１・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ２・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ３・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
【請求項２】
前記光学素子の前記光源側の面が平面であることを特徴とする請求項１記載の対物光学系。
【請求項３】
請求項１または２記載の対物光学系を備えている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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報の記録または再生がなされる際に、使用光学系の開口数、使用光の波長および基板厚等の規格が異なる３つの光記録媒体に対して、各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させることができる光ピックアップ装置用の光学素子、対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものであり、詳しくは、光学面に形成された回折光学面からの回折光を利用して、上記３つの光記録媒体のそれぞれに各使用光を良好に収束させる光学素子、対物光学系およびこれを用いた光ピックアップ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における種々の光記録媒体の開発に応じて、２種の光記録媒体の記録・再生に共用し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ（コンパクトディスク。−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷを含む。）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録・再生する装置が実用化されている。
【０００３】
このような２種の光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば657ｎｍ程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤについては、可視光領域の光に対して感度を有さない記録媒体も存在するため、790ｎｍ程度の近赤外光を使用する必要がある。したがって、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では、２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。また、上述した例示における２つの光記録媒体においては、各光記録媒体の特性の違いからそれぞれ開口数を異ならせる必要があり、例えばＤＶＤの規格では開口数を0.6〜0.65程度とし、ＣＤの規格では開口数を0.45〜0.52程度としている。さらに、これらの記録媒体においては、基板の厚み（ＰＣ（ポリカーボネート）からなる保護層の幾何学的厚みを示す。以下も同様である。）が互いに異なる規格とされており、例えばＤＶＤでは0.6ｍｍであるのに対し、ＣＤでは1.2ｍｍとされている。
【０００４】
そして、上述したように、光記録媒体の基板厚が光記録媒体の種類に応じて互いに異なるような規格とされていることから、その保護層の厚さの違いに応じ発生する球面収差の量が異なってくる。そのため、これらいずれの光記録媒体についても確実にフォーカシングをなすべく、記録・再生を行うための各波長の光のいずれについても球面収差量を最適化する必要があることから、互いに異なる収束作用を有するようなレンズ構成とする工夫を要する。
【０００５】
ところで、日常取り扱われるデータ容量の急激な増大に応じて、光記録媒体の記録容量の増大化に対する要請は、さらに強いものとなってきている。光記録媒体の記録容量を増大させるためには、使用する光源光の短波長化と対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることが有効であることは知られているところであるが、短波長化に関しては、ＧａＮ基板をベースにした短波長の半導体レーザ（例えば、波長408ｎｍのレーザ光を射出する）の開発が進展をみせており略実用化状態とされている。この短波長の半導体レーザの実用化に伴い、この短波長の光を照射光として使用する片面１層の容量が20ＧＢ程度のＡＯＤ（アドバンスド・オプティカル・ディスク：ＨＤ−ＤＶＤ）に関する研究、開発も同様に進められている。このＡＯＤの規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤに近いものの若干異なった値とされており、開口数（ＮＡ）は0.65、基板の厚みは0.6ｍｍとされている。
【０００６】
なお、ＡＯＤと同様に短波長の光を照射光として使用するブルーレイディスク（以下ＢＤと称する）の研究、開発も進められており、その規格においては、開口数および基板の厚みが上述したＤＶＤおよびＣＤとは全く異なった値（開口数（ＮＡ）は0.85、基板の厚みは0.1ｍｍ）とされている（以下、ＡＯＤとＢＤを総称してＡＯＤ等と称することがある）。
【０００７】
そこで、このＡＯＤ等と、上述したＤＶＤおよびＣＤの３つの光記録媒体に対して共用し得る光ピックアップ装置の開発が望まれており、この装置に搭載される光記録媒体用対物レンズとしても、既に提案がなされている。
【０００８】
その中でも、少なくとも一方の面に回折光学面を有する、下記特許文献１に記載された対物レンズが知られている。この特許文献１に記載された技術は、次世代高密度光ディスク（例えば使用光波長４００ｎｍ）、ＤＶＤおよびＣＤの各々の光記録媒体に対して、回折光学面からの所定の次数の回折光を使用することで、各光記録媒体の基板の厚みの相違に伴う球面収差や、単玉の対物レンズにおいて発生する色収差を改善するようにしている。
【０００９】
なお、下記特許文献１に記載された技術においては、ＣＤについて情報の記録または再生を行なう際には、発散光を回折光学面に入射させるようにしているが、ＮＡの大きい次世代高密度光ディスク（使用光波長４００ｎｍ）およびＤＶＤについて情報の記録または再生を行なう際には、平行光束を回折光学面に入射させるようにして、レンズ軸外性能の劣化に伴うトラッキング時の性能劣化を抑制している。
【００１０】
【特許文献１】特開2001-195769号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、装置のコンパクト化の要請が強い今日においては、装置内における光学系の配置選択の自由度を大きくすることが必要とされており、このためには、上記３種の使用光の全てについて対物光学系に平行光束を入射させるように設計することが強く望まれる。
【００１２】
また、特に上記３種の使用光のうち最短波長の使用光については、回折光学素子に対して収束光を入射させると、回折光学面の回折溝に使用光が斜入射することによる、回折効率の低下、およびトラッキング時の安定性に及ぼす影響が著しいという問題がある。
さらに、このようにレンズの表面に回折光学素子を形成する場合には、このレンズの表面が大きな曲率を有していると、加工精度が極端に低下するという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、情報の記録または再生がなされる際に、使用光学系の開口数、使用光の波長および基板厚等の規格が異なる３つの光記録媒体に対しても、回折光学素子を用いることで各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させることができるものであって、光学系の配置選択の自由度を高めることができ、特にＡＯＤ等に用いられる短波長の使用光の回折効率およびトラッキングの安定性の向上を図ることができるとともに光学性能の向上を図ることができ、さらに回折光学素子の加工精度の向上を図り得る光ピックアップ装置用の光学素子、対物光学系および光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
なお、上記特許文献１には、上記３種の使用光の全てが平行光束の状態で対物光学系に入射する例も記載されているが、各回折光の回折次数については特段の配慮がなされておらず３種の使用光の全てを高い回折効率でバランスよく得ることは困難である。
【００１５】
そこで、本発明はこのような事情にも鑑みなされたもので、その目的は、上記目的に加えて、３種の使用光の全てを高い回折効率でバランスよく得ることのできる対物光学系および光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の光ピックアップ装置の対物光学系を形成する光学素子は、情報の記録または再生がなされる際に、対応する開口数、使用光波長および基板厚が下記３つの条件式（１）〜（３）を満足するように設定された第１、第２および第３の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に収束させるためのものであって、
該光学素子は、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなるとともに、該対物光学系の最も光源側に配され、該接合された面は非球面のベース上に形成された所定の回折光学面により形成されてなることを特徴とするものである。
ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３・・・  （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・  （２）
ｄ１≦ｄ２≦ｄ３・・・  （３）
ただし、
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
【００１７】
本発明の光ピックアップ装置の対物光学系は、情報の記録または再生がなされる際に、対応する開口数、使用光波長および基板厚が下記３つの条件式（１）〜（３）を満足するように設定された第１、第２および第３の光記録媒体のそれぞれに対して、使用光を所望の位置に収束させるためのものであって、
光源側から順に、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合してなる光学素子と、両面が回転非球面よりなる正レンズとを配されてなり、該光学素子の２つのレンズを接合してなる面は非球面のベース上に形成された所定の回折光学面により形成されてなることを特徴とするものである。
ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３・・・  （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・  （２）
ｄ１≦ｄ２≦ｄ３・・・  （３）
ただし、
ＮＡ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・前記第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・前記第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・前記第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・前記第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・前記第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・前記第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
【００１８】
また、前記所定の回折光学面は断面形状が鋸歯状とされ、
前記第１波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第２波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、
かつ、前記第１波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、前記第３波長の光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように作用する形状とされていることが好ましい。
【００１９】
また、前記光学素子の前記光源側の面が平面であることが好ましい。
【００２０】
また、下記条件式（４）〜（６）となるようにｈ１、ｈ２およびｈ３を定義したとき、下記条件式（７）または（８）が成立するように構成されていることが好ましい。
ｈ１＝λ１／｜Ｎ１λ１−Ｎ２λ１｜・・・  （４）
（ただし、Ｎ１λ１−Ｎ２λ１＝０となるときは、ｈ１＝∞とする。）
ｈ２＝λ２／｜Ｎ１λ２−Ｎ２λ２｜・・・  （５）
（ただし、Ｎ１λ２−Ｎ２λ２≠０）
ｈ３＝λ３／｜Ｎ１λ３−Ｎ２λ３｜・・・  （６）
（ただし、Ｎ１λ３−Ｎ２λ３≠０）
ｈ２／ｈ１≦０．５・・・  （７）
ｈ３／ｈ１≦０．５・・・  （８）
（ただし、条件式（７）および（８）において、ｈ１＝∞のときは、ｈ２／ｈ１＝０、ｈ３／ｈ１＝０とする。）
ただし、
Ｎ１λ１・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ２・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ３・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ１・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ２・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ３・・・前記光学素子を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズの材質の前記第３波長の光に対する屈折率
本発明の光ピックアップ装置は、いずれかの前記対物光学系を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による光学素子、対物光学系および光ピックアップ装置によれば、回折光学素子を、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを接合することにより構成するとともに、この接合面に回折光学面を設けることにより、対物光学系に平行光束の状態で入射した３種の光記録媒体の各使用光を、対応する光記録媒体の記録面の各々に、回折効率および光学性能の両立を図りつつ集光させることができる。すなわち、使用光の波長、使用光に対するレンズのＮＡ、記録媒体の保護層の厚みが互いに異なる３種の光記録媒体を使用する場合であっても、接合する２つのレンズの材質を調整することによって回折光学面における回折効率を調整することができ、回折作用の自由度を大幅に向上させることができる。
【００２２】
例えば、１種の光記録媒体の記録再生時においては、その使用光の波長における屈折率が極めて近い２つの材質を上記接合する２つのレンズの材料として用いることにより、実質上回折光学面の機能を抑制することができる。これにより、３種の光記録媒体の記録再生を行なう場合であっても、１種についての回折効率および光学性能の両立化は上記材質の調整によって解決することができ、他の要素によって、その余の２種についての回折効率および光学性能の両立化を図ればよいので、対物光学系に平行光束の状態で入射した３種の光記録媒体の各使用光を、対応する光記録媒体の記録面の各々に、回折効率および光学性能の両立を図りつつ集光する、という従来技術では困難とされていた課題を簡易かつ良好に解決することができる。
【００２３】
また、上述したように、回折光学素子が、大きな屈折力を有する対物レンズと分離されているため、対物レンズの光源側の面に回折光学面が形成された場合と比べると、回折光学素子構造が形成されるベースが平面に近い状態とされることになる。
これにより、回折光学面を形成する際の加工精度が大幅に向上し、また、この回折光学面に入射する光束の入射角、およびこの回折光学面から出射される光束の出射角を比較的小さいものとすることができ、光学性能と回折効率の両者の向上を図ることができる。
【００２４】
これにより、光学系の配置選択の自由度を高めて装置のコンパクト化を図ることができ、さらに特にＡＯＤ等に用いられる短波長の使用光の回折効率を向上させることができるとともにトラッキングの安定性の向上を図ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る対物光学系の形状を模式的に示す図（実施例１のものを代表例として用いている）であり、図５は、この対物光学系を用いた光ピックアップ装置の構成を示す図である。なお、各図面においてレンズの形状は全て模式的に表されている。
【００２６】
この光ピックアップ装置では、図５に示すとおり、半導体レーザ１ａ〜１ｃから出力されたレーザ光１１がハーフミラー６により反射され、コリメータレンズ７により略平行光束とされ、対物光学系８により収束光とされて光記録媒体９の記録領域１０上に照射される。この光ピックアップ装置が対象とする光記録媒体９は、下記３つの条件式（１）〜（３）の条件で使用されるものである。
【００２７】
ＮＡ１≧ＮＡ２≧ＮＡ３・・・  （１）
λ１＜λ２＜λ３・・・  （２）
ｄ１≦ｄ２≦ｄ３・・・  （３）
ただし、
ＮＡ１・・・第１の光記録媒体に対応する開口数（第１開口数）
ＮＡ２・・・第２の光記録媒体に対応する開口数（第２開口数）
ＮＡ３・・・第３の光記録媒体に対応する開口数（第３開口数）
λ１・・・第１の光記録媒体に対応する使用光波長（第１波長）
λ２・・・第２の光記録媒体に対応する使用光波長（第２波長）
λ３・・・第３の光記録媒体に対応する使用光波長（第３波長）
ｄ１・・・第１の光記録媒体の基板厚（第１基板厚）
ｄ２・・・第２の光記録媒体の基板厚（第２基板厚）
ｄ３・・・第３の光記録媒体の基板厚（第３基板厚）
【００２８】
ここでは、実施例に基づき、光記録媒体９は、第１の光記録媒体としてのＡＯＤ９ａ（開口数ＮＡ１＝0.65、使用光波長λ１＝408ｎｍ、基板厚ｄ１＝0.6ｍｍ）、第２の光記録媒体としてのＤＶＤ９ｂ（開口数ＮＡ２＝0.6、使用光波長λ２＝658ｎｍ、基板厚ｄ２＝0.6ｍｍ）および第３の光記録媒体としてのＣＤ９ｃ（開口数ＮＡ３＝0.50、使用光波長λ３＝784ｎｍ、基板厚ｄ３＝1.2ｍｍ）を総称するものとして説明する。
【００２９】
半導体レーザ１ａは、ＡＯＤ用の、波長408ｎｍ（λ１）の可視域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ１ｂは、ＤＶＤ用の、波長658ｎｍ（λ２）の可視域のレーザ光を出力する光源である。また、半導体レーザ１ｃは、ＣＤ−Ｒ（追記型光記録媒体）等のＣＤ系用の（以下、これを代表してＣＤとして説明する）、波長784ｎｍ（λ３）の近赤外域のレーザ光を出力する光源である。半導体レーザ１ａ〜１ｃは、重複して出力されることを排除するものではないが、光記録媒体９がＡＯＤ９ａであるか、ＤＶＤ９ｂであるか、ＣＤ９ｃであるかに応じて、択一的に出力されることが好ましい。半導体レ−ザ１ａ、１ｂから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ａ、２ｂを介して、また、半導体レ−ザ１ｃから出力されたレ−ザ光１１は、プリズム２ｂを介して、ハ−フミラ−６に照射されるようになっている。
【００３０】
また、コリメータレンズ７は、図５において模式的に示されたものであって１枚構成のものとは限られず、むしろ上記各波長の光について色収差が良好に補正されたものとすることが好ましい。
【００３１】
本実施形態の光ピックアップ装置では、所定位置（ターンテーブル上）に配されたＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃのいずれの光記録媒体９についても、その記録領域１０（ＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域をそれぞれ１０ａ、１０ｂ、１０ｃとする）に、対応する波長の光が良好に収束されて、信号の記録・再生が可能となるように構成されている。図１（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、光記録媒体９がＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃとされている場合を示すものである。
【００３２】
記録領域１０には信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域１０からの上記レーザ光１１の反射光は信号情報を担持した状態で対物光学系８およびコリメータレンズ７を介してハーフミラー６に入射し、このハーフミラー６を透過して４分割のフォトダイオード１３に入射する。このフォトダイオード１３では、分割された４つのダイオード位置の各受光量が電気信号の形態で得られるから、この受光量に基づき図示されない演算手段において所定の演算がなされ、データ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得られることになる。
【００３３】
なお、ハーフミラー６は光記録媒体９からの戻り光の光路に対して45°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー６を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード１３上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ７は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ１ａ〜１ｃとハーフミラー６との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００３４】
ところで、本実施形態の対物光学系８の特徴は、図１および図５に示すとおり、互いに異なる材質により構成される２つのレンズＬ１１、Ｌ１２を所定の回折光学面よりなる接合面を介して接合してなる回折光学素子Ｌ１およびこの回折光学素子Ｌ１よりも光記録媒体側に配される対物レンズＬ２によって構成されることにある。このように、所定の回折光学面よりなる接合面を介して接合してなる回折光学素子Ｌ１を有するという特徴により、接合面での屈折および回折の作用を利用して、対物光学系８に対し平行光束の状態で入射する、３つの互いに異なる波長の光について所望の使用条件（例えば結像倍率）で、対物光学系８を使用することが可能となる。
【００３５】
従来より、ディスク厚が互いに異なる２種類の光記録媒体を使用する場合に、回折光学面を設けることにより、対応する２つの波長の光のいずれについても球面収差量を最適化する手法が知られている。これらの光記録媒体では、主として保護層の厚さの違いにより、発生する球面収差の量が異なってくるが、回折光学面を設けることにより互いに異なる収束作用を有する構成とし収差補正機能を良好とすることができるので、いずれの光記録媒体についても所望の使用条件で、対物光学系を使用することができる。光源からの光をいずれも対物光学系に平行光束の状態で入射させ、光学系の配置選択の自由度を高めることも可能となる。本実施形態の対物光学系８は、これを発展させ、３つの互いに異なる波長の光について所望の使用条件での設計を容易にするものである。
【００３６】
回折光学面を備えた従来の２波長対応の対物光学系としては、最も簡易な構成としては１枚構成で一方の面が回折光学面とされていた。回折光学面の光源側または光記録媒体側のいずれか一方は空気となり、屈折率は固定値であった。これに対し、本実施形態では、３つの互いに異なる波長の光に対応させるため、波長による回折光学面での光の屈折および回折作用の変化に大きく影響する回折光学面に対する光源側と光記録媒体側の屈折率差に着目している。回折光学面に対する光源側と光記録媒体側の屈折率をいずれもパラメータとすることにより、各波長に対する回折光学面での光の屈折および回折作用を良好に制御することが容易となる。
【００３７】
そのため、回折光学面が接合面となるように、互いに異なる材質により構成される２つのレンズを互いに接合している。２つのレンズの屈折率を適切に設定することにより、３つの互いに異なる波長の光について、いずれの光も同じ使用条件で対物光学系８を使用することも容易に可能となる。
【００３８】
特に、この対物光学系８に入射する３つの互いに異なる波長の光が、いずれの光も平行光束の状態で入射させるように構成されていることから、コリメータレンズ７と対物光学系８との距離を任意に設定することもでき、光路の折り曲げも含め、光学系の配置選択の自由度を高めることも容易に可能となる。
【００３９】
また、上記回折光学素子Ｌ１は接合レンズとされ、見かけ上は１枚のレンズとして取り扱うことができるので、例えばレンズ鏡筒などを追加する必要がなく、簡易な構成とすることができる。
【００４０】
回折光学素子Ｌ１の接合面の形状は、上記回折光学面が下記に示す非球面式により表される非球面のベース上に形成されてなる。
【００４１】
【数１】
0004846975.tif 000002
【００４２】
また、この接合面に形成される回折光学面は、断面形状が鋸歯状のものとされることが好ましく、その位相差は下記に示す位相差関数により表される。「鋸歯状」とはいわゆるキノフォームと称される形状であるが、これに階段近似した形状をも含むものとする。図１（図２も同じ）および図５においては、回折光学面であることを示すために、実際の回折光学面の鋸歯形状よりも誇張して示している。この回折光学面により、波長をλ、回折光学面位相差関数をφとして、回折光にｍλ×φ／（２π）の光路長が付加される。ここでｍは回折次数を表す。
【００４３】
【数２】
0004846975.tif 000003
【００４４】
また、本実施形態の対物光学系８は、光源側から順に、上記回折光学素子Ｌ１と、両面が回転非球面よりなる正の屈折力を有する対物レンズＬ２とを配列し、ＡＯＤ（第１の光記録媒体）９ａの使用光が平行光束として入射されるとともに回折光学素子Ｌ１から出力された０次の回折光をＡＯＤ９ａの所定位置に集光せしめるように、かつ、ＤＶＤ（第２の光記録媒体）９ｂおよびＣＤ（第３の光記録媒体）９ｃの使用光が平行光束として入射されるとともに回折光学素子Ｌ１から出力された１次の回折光をＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの所定位置に集光せしめるように構成されている。
【００４５】
このように、各光記録媒体について情報の記録および再生を行なう際には、この対物光学系８に平行光束の状態で使用光を入射せしめることができるので、光学系の配置選択の自由度を高めて装置のコンパクト化を図ることができ、さらに特にＡＯＤ９ａに用いられる短波長照射光の回折効率を向上させることができるとともにトラッキングの安定性の向上を図ることも可能である。
【００４６】
なお、ディスク厚が互いに異なる複数種類の光記録媒体を使用する場合に、回折光学面を設けることにより、対応する複数波長の光のいずれについても球面収差等の諸収差量を最適化する手法が知られている。これらの光記録媒体では、主として保護層の厚さの違いにより、発生する球面収差の量が異なってくるが、回折光学面を設けることにより互いに異なる収束作用を有する構成とし収差補正機能を良好とすることができるので、いずれの光記録媒体についても良好な収差補正を行い得る状態で、対物光学系を使用することができる。複数の光源からの光を対物光学系に平行光束の状態で入射させ、光学系の配置選択の自由度を高めることも容易となる。
【００４７】
なお、回折光学面の具体的な鋸歯形状のステップの高さは、使用する各波長の光に対する各次数の回折光の割合を考慮して設定する。また、回折光学面の最外径は、入射する３つの波長のレーザ光１１の開口数とビーム径を勘案して適宜設定し得る。回折光学素子Ｌ１の接合面に形成される回折光学面および非球面、ならびに対物レンズＬ２に形成される非球面は、その面が作用する波長の光が、対応する記録領域１０に良好に収差補正されて収束されるように、適宜設定されることが好ましい。
【００４８】
また、この回折光学面は、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、かつ、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数と、ＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対して回折光の光量が最大となる回折次数とが互いに異なるように、作用する形状とされることが好ましい。
【００４９】
このようにＡＯＤ用のレーザ光とＤＶＤ用のレーザ光、ならびに、ＡＯＤ用のレーザ光とＣＤ用のレーザ光に対して、互いに異なる回折次数の光を利用することにより、３つの互いに異なる波長の光について、互いに性能に悪影響を及ぼすことなく所望の位置に収束させることができる。実施例では、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）およびＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対しては、各々１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。
【００５０】
ところで、上述のとおり回折光学素子Ｌ１は、回折光学面に対する光源側と光記録媒体側の屈折率、すなわち２つのレンズの屈折率を適切に設定することにより、波長による回折光学面での光の屈折および回折作用の変化を利用し３つの互いに異なる波長の光に対応させるものであるが、レンズ材質の組合わせによっては、特定の波長の光において２つのレンズの屈折率が等しくなる場合がある。この場合には、この波長の光に対する回折光学面の回折作用は０となり（０次回折光が100％となる）、この波長の光に対しては、回折光学素子Ｌ１はあたかも均質な１枚のレンズであるかのように作用し、その回折光学素子Ｌ１の外面形状に基づく光屈折作用のみによりこの光は屈折せしめられることになる。
【００５１】
実際上は、０次回折光が100％とまではならなくとも、例えば、最も波長が小さく、高い解像度が要求されるＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対して、２つのレンズ材質の屈折率差を小さくし０次回折光の割合を高くした場合にも、略同様の作用を得ることができる。
【００５２】
そこで、この回折光学素子Ｌ１において、下記条件式（４）〜（６）となるようにｈ１、ｈ２およびｈ３を定義したとき、下記条件式（７）または（８）が成立するように構成することが好ましい。
ｈ１＝λ１／｜Ｎ１λ１−Ｎ２λ１｜・・・  （４）
（ただし、Ｎ１λ１−Ｎ２λ１＝０となるときは、ｈ１＝∞とする。）
ｈ２＝λ２／｜Ｎ１λ２−Ｎ２λ２｜・・・  （５）
（ただし、Ｎ１λ２−Ｎ２λ２≠０）
ｈ３＝λ３／｜Ｎ１λ３−Ｎ２λ３｜・・・  （６）
（ただし、Ｎ１λ３−Ｎ２λ３≠０）
ｈ２／ｈ１≦０．５・・・  （７）
ｈ３／ｈ１≦０．５・・・  （８）
（ただし、条件式（７）および（８）において、ｈ１＝∞のときは、ｈ２／ｈ１＝０、ｈ３／ｈ１＝０とする。）
ただし、
Ｎ１λ１・・・前記光学素子Ｌ１を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズＬ１１の材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ２・・・前記光学素子Ｌ１を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズＬ１１の材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ１λ３・・・前記光学素子Ｌ１を構成する２つのレンズのうち光源側に配されるレンズＬ１１の材質の前記第３波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ１・・・前記光学素子Ｌ１を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズＬ１２の材質の前記第１波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ２・・・前記光学素子Ｌ１を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズＬ１２の材質の前記第２波長の光に対する屈折率
Ｎ２λ３・・・前記光学素子Ｌ１を構成する２つのレンズのうち光記録媒体側に配されるレンズＬ１２の材質の前記第３波長の光に対する屈折率
【００５３】
条件式（７）を満足することにより、第２波長としてのＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対して１次の回折光量が最大になるように鋸歯形状のステップ高さを設定した場合に、第１波長としてのＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となる。また、条件式（８）を満足することにより、第３波長としてのＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対して１次の回折光量が最大になるように鋸歯形状のステップ高さを設定した場合に、第１波長としてのＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となる。ｈ２／ｈ１およびｈ３／ｈ１の値は、いずれも０に近づくほどＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光の０次の回折光の光量が増し望ましいが、条件式（７）および（８）の値はその許容範囲を示すものである。
【００５４】
このように３つの使用波長に対して、０次または１次の回折光の光量が最大となるように回折光学面を設定する構成は、鋸歯形状のステップが浅く、製造が比較的容易であり効果が高い。
【００５５】
また、この回折光学素子Ｌ１の光記録媒体側の面が、所定の非球面とされていることが好ましい。非球面の形状は上述した接合面のものと同様の非球面式により表される。このような非球面を形成することにより、いずれの光記録媒体９についても収差補正を良好とし、確実にフォーカシングをなし記録・再生が良好に行われるように構成することができる。
【００５６】
また、回折光学素子Ｌ１の光源側の面は平面とされていることが好ましい。この面を平面とすることにより、入射した平行光束がそのままの状態で回折光学面に入射することから、光学性能と回折効率を向上させることができる。
【００５７】
ところで、本実施形態の対物光学系８の特徴は、前述したように、回折光学面を有する回折光学素子Ｌ１と、光収束機能を有する対物レンズＬ２が分離されていることにもある。
【００５８】
対物レンズＬ２の両面の回転非球面形状は、上記に示す非球面式により表される。
【００５９】
このように、回折光学素子Ｌ１が、大きな屈折力を有する対物レンズＬ２と分離されているため、回折光学面は図１および図５に示すように、非球面上に形成されてはいるものの、例えば、対物レンズＬ２の光源側の面に回折光学面が形成された場合と比べると、回折光学素子構造が形成されるベースが平面に近い状態とされることになる。
【００６０】
これにより、回折光学面を形成する際の加工精度が大幅に向上し、また、この回折光学面に入射する光束の入射角、およびこの回折光学面から出射される光束の出射角を比較的小さいものとすることができ、光学性能と回折効率の両者の向上を図ることができる。
【００６１】
＜実施例１＞
ここで、対物光学系８の実施例１について説明する。この対物光学系８は、図１に示すように、光源側から順に、回折光学素子Ｌ１と対物レンズＬ２を配列してなり、該回折光学素子Ｌ１は２つのレンズＬ１１、Ｌ１２の接合レンズとされ、接合面（Ｒ２）および対物レンズＬ２の両面が非球面とされている。また、上記接合面に回折光学面が形成されている。また、非球面および回折光学面の形状を規定する表２および表３に示す各係数は、各々第１０次まで設定されている。
【００６２】
この対物光学系８は、光記録媒体９としてのＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに、各使用光λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）を良好に収束させるものである。また、この対物光学系８は、これら各使用光がいずれも略平行光束として入射される無限共役の光学系とされている。また、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
【００６３】
下記表１の上段に、この実施例に係る対物光学系８のレンズデータの具体的数値として、曲率半径（ｍｍ）（ただし、非球面については表２に記載している）、λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）に対する面間隔（ｍｍ）、ならびに上記各波長の光に対する屈折率を示す。なお、曲率半径、面間隔および屈折率に対応させた数字は光源側から順次増加するようになっている。また、表１の下段に、光記録媒体９としてＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用波長について、この実施例に係る対物光学系８の絞り径（ｍｍ）、焦点距離（ｍｍ）、開口数ＮＡ、光源位置、使用回折次数、ならびにｈ２/ｈ１およびｈ３/ｈ１の各値を示す。
【００６４】
【表１】
0004846975.tif 000004
【００６５】
また、下記表２に、この実施例に係る対物光学系８の各非球面の非球面係数を示し、下記表３に、この実施例に係る対物光学系８の回折光学面の位相差関数係数を示す。この回折光学面は断面形状が鋸歯形状の同心円格子からなり、上述のように、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となり、ＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。
【００６６】
【表２】
0004846975.tif 000005
【００６７】
【表３】
0004846975.tif 000006
【００６８】
また、この実施例は条件式（１）〜（３）、（７）、（８）を全て満足している。λ１＝408ｎｍにおいて、Ｎ１λ１＝1.55869、Ｎ２λ１＝1.55637より、ｈ１を求め、λ２＝658ｎｍにおいて、Ｎ１λ２＝1.52426、Ｎ２λ２＝1.54076より、ｈ２を求め、λ３＝784ｎｍにおいて、Ｎ１λ３＝1.52127、Ｎ２λ３＝1.53704より、ｈ３を求めると、条件式（７）に対応する値はｈ２／ｈ１＝0.23となり、条件式（８）に対応する値はｈ３／ｈ１＝0.28となる。
【００６９】
また、図２は実施例１に係る対物光学系の波面収差図を示すものである。図２によれば本実施例に係る対物光学系の波面収差が良好であることが明らかである。
【００７０】
＜実施例２＞
次に、対物光学系８の実施例２について説明する。この対物光学系８は、図３に示すように、上記実施例１のものと略同様の構成とされているが、実施例１の非球面に加え、回折光学素子Ｌ１の光記録媒体側の面も非球面とされている。また、非球面および回折光学面の形状を規定する表５および表６に示す各係数は、各々第２０次まで設定されている。
【００７１】
この対物光学系８は、光記録媒体９としてのＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃの記録領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃに、各使用光λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）を良好に収束させるものである。また、この対物光学系８は、これら各使用光がいずれも略平行光束として入射される無限共役の光学系とされている。また、各使用光は光記録媒体９に応じて、択一的に出力される。
【００７２】
下記表４の上段に、この実施例に係る対物光学系８のレンズデータの具体的数値として、曲率半径（ｍｍ）（ただし、非球面については表５に記載している）、λ＝408ｎｍ（λ１）、λ＝658ｎｍ（λ２）、およびλ＝784ｎｍ（λ３）に対する面間隔（ｍｍ）、ならびに上記各波長の光に対する屈折率を示す。なお、曲率半径、面間隔および屈折率に対応させた数字は光源側から順次増加するようになっている。また、表４の下段に、光記録媒体９としてＡＯＤ９ａ、ＤＶＤ９ｂおよびＣＤ９ｃをセットした各場合における使用波長について、この実施例に係る対物光学系８の絞り径（ｍｍ）、焦点距離（ｍｍ）、開口数ＮＡ、光源位置、使用回折次数、ならびにｈ２/ｈ１およびｈ３/ｈ１の各値を示す。
【００７３】
【表４】
0004846975.tif 000007
【００７４】
また、下記表５に、この実施例に係る対物光学系８の各非球面の非球面係数を示し、下記表６に、この実施例に係る対物光学系８の回折光学面の位相差関数係数を示す。この回折光学面は断面形状が鋸歯形状の同心円格子からなり、上述のように、ＡＯＤ用の波長408ｎｍ（λ１）のレーザ光に対しては０次の回折光の光量が最大となり、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となり、ＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対しては１次の回折光の光量が最大となるように設定されている。
【００７５】
【表５】
0004846975.tif 000008
【００７６】
【表６】
0004846975.tif 000009
【００７７】
また、この実施例は条件式（１）〜（３）、（７）、（８）を全て満足している。λ１＝408ｎｍにおいて、Ｎ１λ１＝1.55637、Ｎ２λ１＝1.55869より、ｈ１を求め、λ２＝658ｎｍにおいて、Ｎ１λ２＝1.54076、Ｎ２λ２＝1.52426より、ｈ２を求め、λ３＝784ｎｍにおいて、Ｎ１λ３＝1.53704、Ｎ２λ３＝1.52127より、ｈ３を求めると、条件式（７）に対応する値はｈ２／ｈ１＝0.23となり、条件式（８）に対応する値はｈ３／ｈ１＝0.28となる。
【００７８】
また、図４は実施例２に係る対物光学系の波面収差図を示すものである。図４によれば本実施例に係る対物光学系の波面収差が良好であることが明らかである。
【００７９】
なお、本発明の光学素子および対物光学系としては上述したものに限られず種々の態様の変更が可能である。また、本発明の光ピックアップ装置としても、同様に種々の態様の変更が可能である。
【００８０】
例えば、対物光学系を形成する材料として、例えばプラスチック材料を使用することで、軽量、安価なものとすることができる。また、対物光学系の一方のレンズ材料として、熱や光によって硬化する樹脂を使用し、いわゆるレプリカ加工法による複合型非球面レンズを用いることで、回折光学面が形成された接合非球面レンズを安価に製造することができる。例えば、上記実施例のものでは、回折光学素子Ｌ１の光記録媒体側のレンズＬ１２の光源側の回折光学面に紫外線硬化型の樹脂を塗設し、該樹脂を所定の金型によって圧着しながら所定の紫外線を照射することにより、回折光学素子Ｌ１の光源側のレンズＬ１１を形成するとよい。
【００８１】
また、上述した実施例において、回折光学素子Ｌ１は、光源側の面が平面とされているが、勿論平面に限られるものではない。
【００８２】
また、上記実施例では、ＤＶＤ用の波長658ｎｍ（λ２）のレーザ光とＣＤ用の波長784ｎｍ（λ３）のレーザ光に対して、１次の回折光の光量が最大となるように回折光学面が構成されているが、第２波長λ２の光に対する回折光の光量が最大になる回折次数と、第３波長λ３の光に対する回折光の光量が最大になる回折次数とが、異なる次数となるように回折光学面を設定してもよい。
【００８３】
また、対物光学系の回折光学面は、上記以外の回折次数の回折光の光量が最大となるように設定されていてもよい。この場合も、いずれの波長の光に対しても、所定次数の回折光の光量が多く出力されることが好ましく、その光量がそれぞれほぼ100％となれば最も効果が高い。
【００８４】
また、本発明の光学素子、対物光学系および光ピックアップ装置において、記録・再生対象となる光記録媒体としてはＡＯＤ、ＤＶＤおよびＣＤという組合わせに限られない。条件式（１）〜（３）を満足するように設定された光記録媒体を、共通の光ピックアップ装置で記録・再生する場合に本発明を適用できる。例えば、上記組合わせのうちＡＯＤに替えて、ブルーレイディスク（開口数0.85、基板厚0.1ｍｍ、使用光波長405ｎｍ程度）を用いることができる。
【００８５】
また、光記録媒体を上記実施例と同じくＡＯＤ、ＤＶＤ、およびＣＤとした場合にも、その使用光波長は、実施例のものに限られない。ＡＯＤの使用光波長408ｎｍ、ＤＶＤの使用光波長658ｎｍおよびＣＤの使用光波長784ｎｍ以外の波長の光であっても、それぞれの光記録媒体の規格を満たすものであればその範囲内で任意に設定することができる。また、開口数、基板厚に付いても同様である。
また、４種以上の光記録媒体に対しても、本発明の対物光学系の適用を妨げるものではない。
【００８６】
また、上記説明に用いた光ピックアップ装置では互いに異なる波長の光を出力する３つの光源を設けているが、光源として、２つの異なる波長の光を近接した出力口から出力し得る１つの光源を用いるようにしても良い。この場合には、例えば図２のプリズム２ａ、２ｂに替えて、１つのプリズムを配した構成としてもよい。また、この光ピックアップ装置において、対物光学系の光源側に絞りや波長選択性のある開口制限素子が配設されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施例１に係る対物光学系とその作用を模式的に示す断面図
【図２】本発明の実施例１に係る対物光学系の波面収差図
【図３】本発明の実施例２に係る対物光学系とその作用を模式的に示す断面図
【図４】本発明の実施例２に係る対物光学系の波面収差図
【図５】本発明の実施形態に係る対物光学系を用いた光ピックアップ装置を示す概略図
【符号の説明】
【００８８】
１ａ、１ｂ、１ｃ  半導体レーザ
２ａ、２ｂ  プリズム
６  ハーフミラー
７  コリメータレンズ
８  対物光学系
９  光記録媒体
９ａ  ＡＯＤ
９ｂ  ＤＶＤ
９ｃ  ＣＤ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  記録領域
１１  レーザ光
１３  フォトダイオード
Ｌ１  回折光学素子
Ｌ２  対物レンズ
Ｌ１１、Ｌ１２  レンズ
Ｒ１〜Ｒ７  レンズ面（ただし、Ｒ６およびＲ７は光記録媒体の保護層表面および記録領域表面）
Ｄ１〜Ｄ６  軸上面間隔
【図１】
0004846975.tif 000010
【図２】
0004846975.tif 000011
【図３】
0004846975.tif 000012
【図４】
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【図５】
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