(57)【要約】【課題】二種類の光情報記録媒体に対する情報の再生等及び／又は記録に用いられ、回折面と屈折面との境界部における開口制限機能の低下を抑えた光学素子及び光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】本発明の光学素子４０は、保護基板厚が異なる２種類の光情報記録媒体に対して、波長λ１及びλ２の光束を用いて情報の再生等を行う光ピックアップ装置に用いられる。一方の光学面は中央領域Ａ１とその周囲を覆う周辺領域Ａ２に区分され、中央領域と周辺領域はその境界部において段差面６０を介して連続する。中央領域と周辺領域のうち一方には屈折面、他方には通過光束に対して光路差を付与する光路差付与構造５０が形成される。波長λ１の光束は中央領域を通過した光束と周辺領域を通過した光束の位相とが一致した状態で光学素子から出射され、波長λ２の光束は位相がずれた状態で光学素子から出射される。【選択図】        図２
2005011425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体の少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して、波長λ１及びλ２（λ２＞λ１）の少なくとも２種類の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光学素子において、
前記光学素子の一方の光学面が光軸を含む中央領域と該中央領域の周囲を覆う周辺領域の少なくとも２領域に区分され、前記中央領域と前記周辺領域はその境界部において段差面を介して連設されると共に、前記中央領域と前記周辺領域のうち一方の領域は屈折面で構成され、他方の領域には通過光束に対して光軸からの距離に応じて所定の光路差を付与する光路差付与構造が形成され、
前記中央領域を通過した前記波長λ１の光束の位相と前記周辺領域を通過した前記波長λ１の光束の位相とが前記境界部において一致し、前記中央領域を通過した前記波長λ２の光束の位相と前記周辺領域を通過した前記波長λ２の光束の位相とが前記境界部においてずれていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子であって、
前記段差面の光軸方向の長さｄが、
ｄ＝Ｃ（ｍλ１／（Ｎ（λ１）ｃｏｓθ１´−ｃｏｓθ１））
０．９５≦Ｃ≦１．０５
を満たすことを特徴とする光学素子。
但し、ｍは任意の整数、Ｎ（λ１）は波長λ１の光束に対する光学素子の屈折率、θ１は波長λ１の光束のうち最大光量となる光束の入射角、θ１´は波長λ１の光束のうち最大光量となる回折光の出射角。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子であって、
前記段差面の光軸方向の長さｄが、
ｄ＝Ｃ（（ｎ＋α）λ２／（Ｎ（λ２）ｃｏｓθ２´−ｃｏｓθ２））
０．９５≦Ｃ≦１．０５
０．１５≦α≦０．８５
を満たすことを特徴とする光学素子。
但し、ｎは任意の整数、Ｎ（λ２）は波長λ２の光束に対する光学素子の屈折率、θ２は波長λ２の光束のうち最大光量となる光束の入射角、θ２´は波長λ２の光束のうち最大光量となる回折光の出射角。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子であって、
対物光学素子であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項４に記載の光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、
ｍ１＝０
ｍ２≠０
を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項４に記載の光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、
ｍ１≠０
ｍ２＝０
を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項４に記載の光学素子であって、
前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、
ｍ１≠０
ｍ２≠０
を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記第１光情報記録媒体の保護基板厚ｔ１と、前記第２光情報記録媒体の保護基板厚ｔ２が、ｔ１＜ｔ２を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記第１光情報記録媒体の保護基板厚ｔ１と、前記第２光情報記録媒体の保護基板厚ｔ２が、ｔ１＝ｔ２を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子であって、
前記光路差付与構造が回折構造であることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光学素子であって、
前記光路差付与構造が、鋸歯状の回折輪帯又は光軸を中心とした複数の輪帯面が光軸にほぼ平行な微小な段差を介して連続する段差構造で構成されることを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学素子を備え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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用する波長が異なる少なくとも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る光ピックアップ装置用の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（デジタルヴァーサタイルディスク）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程度の高密度光ディスクの研究・開発が進んでいる。
【０００４】
そして、２種類の光ディスクの情報記録面に対して２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あるいは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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１には、図８に示すように、入射面１０１のうち開口数がＮＡ１以下に相当する中央領域Ａ１が屈折面で形成され、開口数がＮＡ１以上ＮＡ２以下に相当する周辺領域Ａ２に光軸Ｌを含む平面における断面形状が鋸歯状の複数の回折輪帯１０２が形成された対物レンズ１００が開示されている。
そして、例えばＤＶＤ／ＣＤ間で互換性を有する光ピックアップ装置では、ＤＶＤ用として利用される波長λ１の光束は、中央領域Ａ１で屈折作用を受けると共に周辺領域Ａ２で回折作用を受けて出射され、ＤＶＤの情報記録面上に集光スポットを形成する。一方、ＣＤ用として利用される波長λ２の光束は、周辺領域Ａ２で回折作用を受けることによりフレア化され、集光スポットの形成に寄与せず、中央領域Ａ１を通過した光束のみが屈折作用を受けて出射され、ＣＤの情報記録面上に集光スポットを形成するようになっている。
【０００６】
このように、周辺領域Ａ２に設けた回折構造（回折輪帯１０２）を通過する波長λ２の光束をフレア化させ、情報記録面上に集光させない構成とすることにより、波長λ２の光束に対する対物レンズ１００の開口数を制限する機能（開口制限機能）を持たせる技術が従来より知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１５０５９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示された対物レンズ１００では、複数の回折輪帯１０２のうち最も光軸に近い位置に形成されている回折輪帯、つまり、その始点１０２ａが中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２との境界部に位置することになる回折輪帯は、その表面が境界部において中央領域Ａ１の屈折面から比較的滑らかに連続する形状となっている。
従って、周辺領域Ａ２を通過する波長λ２の光束のうち、境界部付近を通過する光束が完全にフレア化せず、上記開口制限機能が低下するという問題があった。
【０００９】
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少なくとも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、回折面と屈折面との境界部における開口制限機能の低下を抑えた光ピックアップ装置用の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。
【００１０】
【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光情報記録媒体及び第２光情報記録媒体の少なくとも２種類の光情報記録媒体に対して、波長λ１及びλ２（λ２＞λ１）の少なくとも２種類の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光学素子において、前記光学素子の一方の光学面が光軸を含む中央領域と該中央領域の周囲を覆う周辺領域の少なくとも２領域に区分され、前記中央領域と前記周辺領域はその境界部において段差面を介して連設されると共に、前記中央領域と前記周辺領域のうち一方の領域は屈折面で構成され、他方の領域には通過光束に対して光軸からの距離に応じて所定の光路差を付与する光路差付与構造が形成され、前記中央領域を通過した前記波長λ１の光束の位相と前記周辺領域を通過した前記波長λ１の光束の位相とが前記境界部において一致し、前記中央領域を通過した前記波長λ２の光束の位相と前記周辺領域を通過した前記波長λ２の光束の位相とが前記境界部においてずれていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、本明細書中において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。
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】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光学素子であって、前記段差面の光軸方向の長さｄが、ｄ＝Ｃ（ｍλ１／（Ｎ（λ１）ｃｏｓθ１´−ｃｏｓθ１））、０．９５≦Ｃ≦１．０５を満たすことを特徴とする。
但し、ｍは任意の整数、Ｎ（λ１）は波長λ１の光束に対する光学素子の屈折率、θ１は波長λ１の光束のうち最大光量となる光束の入射角、θ１´は波長λ１の光束のうち最大光量となる回折光の出射角。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の光学素子であって、前記段差面の光軸方向の長さｄが、ｄ＝Ｃ（（ｎ＋α）λ２／（Ｎ（λ２）ｃｏｓθ２´−ｃｏｓθ２））、０．９５≦Ｃ≦１．０５、０．１５≦α≦０．８５を満たすことを特徴とする。
但し、ｎは任意の整数、Ｎ（λ２）は波長λ２の光束に対する光学素子の屈折率、θ２は波長λ２の光束のうち最大光量となる光束の入射角、θ２´は波長λ２の光束のうち最大光量となる回折光の出射角。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、波長λ１の光束は、中央領域を通過した光束と周辺領域を通過した光束の位相とが一致した状態で対物レンズから出射され、波長λ２の光束は、中央領域を通過した光束と周辺領域を通過した光束の位相とがずれた状態で対物レンズから出射される。
これにより、複数の回折輪帯のうち最も光軸に近い位置に形成されている回折輪帯、つまり、その始点が中央領域と周辺領域との境界部に位置することになる回折輪帯は、その表面が境界部において中央領域の屈折面から不連続な形状となる。従って、周辺領域を通過する波長λ２の光束のうち、境界部付近を通過する光束を確実にフレア化させることが可能となり、対物レンズの開口制限機能を高めることが可能となる。また、このような効果は、段差面の光軸方向の長さｄが、請求項２及び請求項３に記載の条件を共に満たすことにより得られる。
【００１５】
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学素子であって、対物光学素子であることを特徴とする。
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。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、ｍ１＝０、ｍ２≠０を満たすことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４に記載の光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、ｍ１≠０、ｍ２＝０を満たすことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項４に記載の光学素子であって、前記波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と前記波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２が、ｍ１≠０、ｍ２≠０を満たすことを特徴とする。
【００１７】
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学素子であって、前記第１光情報記録媒体の保護基板厚ｔ１と、前記第２光情報記録媒体の保護基板厚ｔ２が、ｔ１＜ｔ２を満たすことを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子であって、前記第１光情報記録媒体の保護基板厚ｔ１と、前記第２光情報記録媒体の保護基板厚ｔ２が、ｔ１＝ｔ２を満たすことを特徴とする。
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学素子であって、前記光路差付与構造が回折構造であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１０に記載の光学素子であって、前記光路差付与構造が、鋸歯状の回折輪帯又は光軸を中心とした複数の輪帯面が光軸にほぼ平行な微小な段差を介して連続する段差構造で構成されることを特徴とする。
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学素子を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の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。
なお、本実施の形態においては、本発明の光学素子を対物レンズとして用いた場合について説明する。
図１に示すように、本実施の形態においては、波長λ１、波長λ２（λ２＞λ１）の光束を出射する第１光源１１、第２光源１２を備えており、これら各光束を利用して保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＤＶＤ）、保護基板厚ｔ２の第２光情報記録媒体３０（本実施の形態においてはＣＤ）に対して情報の記録及び／又は再生を行なうことが可能な、互換性を有する光ピックアップ装置１０の構成となっている。
なお、便宜上、図１にはＤＶＤの保護基板２１とＣＤの保護基板３１を同じ図で示している。
【００１９】
まず、光ピックアップ装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置１０は、第１光源１１、第２光源１２、コリメートレンズ１３、第１〜第３ビームスプリッタ１４ａ〜１４ｃ、単玉の対物レンズ４０、対物レンズ４０を所定の方向に移動させる２次元アクチュエータ（図示せず）、凹レンズ１５ａ、１５ｂ、各光ディスクからの反射光を検出する第１光検出器１６、第２光検出器１７等から概略構成される。
【００２０】
図１に示す光ピックアップ装置１０は、波長λ１の光束は平行光として対物レンズ４０に入射し、波長λ２の光束は発散光として対物レンズ４０に入射するようになっている。
【００２１】
光ピックアップ装置１０の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、第１光源１１から出射された波長λ１の光束は、第１ビームスプリッタ１４ａを通過してコリメートレンズ１３において平行光化され、第２ビームスプリッタ１４ｂを通過して対物レンズ４０に至る。
そして、詳しい説明は後述するが、対物レンズ４０の入射面の一部には光路差付与構造５０としての回折構造が形成されており、波長λ１の光束の一部はこの回折構造により回折作用を受け、その後出射面において屈折作用を受けて出射される。
【００２２】
そして、波長λ１の光束はＤＶＤの情報記録面２２上に集光し、光軸Ｌ上に集光スポットＰを形成する。そして、波長λ１の光束は情報記録面２２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４０、第２ビームスプリッタ１４ｂ及びコリメートレンズ１３を通過して、第１ビームスプリッタ１４ａで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ１の光束は凹レンズ１５ａを経て第１光検出器１６に入射する。
第１光検出器１６は入射光のスポットを検出して信号を出力し、その出力された信号を用いてＤＶＤに記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。
【００２３】
また、第１光検出器１６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が行われる。この検出結果に基づいて２次元アクチュエータは波長λ１の光束が情報記録面２２上に正確にスポットを形成するように、対物レンズ４０をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。
【００２４】
次に、第２光源１２から出射された波長λ２の光束は、第３ビームスプリッタ１４ｃを通過して第２ビームスプリッタ１４ｂで反射され、発散光として対物レンズ４０に入射する。
そして、波長λ２の光束の一部は回折構造により回折作用を受けることによりフレア化され集光スポットの形成に寄与せず、回折構造以外の領域を通過する波長λ２の光束のみが出射面において屈折作用を受けて出射され、その後ＣＤの情報記録面３２上に集光して光軸Ｌ上に集光スポットＰを形成する。
そして、集光スポットを形成した波長λ２の光束は、情報記録面３２で情報ピットにより変調されて反射され、再び対物レンズ４０を通過して、第２ビームスプリッタ１４ｂ及び第３ビームスプリッタ１４ｃで反射して、凹レンズ１５ｂを通過して第２光検出器１７に至る。以後は波長λ１の光束と同様である。
なお、波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１は０≦ｍ１＜１／３０の範囲内、波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２は−１／２５＜ｍ２≦０の範囲内であればよい。従って、例えば図２に示すように、波長λ１の光束が収束光として対物レンズ４０に入射し、波長λ２の光束が発散光として入射する光ピックアップ装置１０の構成であっても良い。
【００２５】
図２に示す光ピックアップ装置１０の構成について説明すると、第１光源１１から出射された波長λ１の発散光束は、第１、第２ビームスプリッタ１４ａ、ｂを通過してカップリングレンズ１８に至り、収束光として対物レンズ４０に入射する。
そして、詳しい説明は後述するが、対物レンズ４０の入射面４１の一部には光路差付与構造５０としての回折構造が形成されており、波長λ１の光束の一部はこの回折構造により回折作用を受け、その後出射面４２において屈折作用を受けて出射される。
【００２６】
そして、波長λ１の光束はＤＶＤの情報記録面２２上に集光し、光軸Ｌ上に集光スポットＰを形成する。そして、波長λ１の光束は情報記録面２２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４０、カップリングレンズ１８、第２ビームスプリッタ１４ｂを通過して、第１ビームスプリッタ１４ａで反射して分岐される。
そして、分岐された波長λ１の光束は凹レンズ１５ａを経て第１光検出器１６に入射する。
【００２７】
次に、第２光源１２から出射された波長λ２の光束は、第３、第２ビームスプリッタ１４ｃ、１４ｂで反射してカップリングレンズ１８を通過して発散光として対物レンズ４０に至る。そして、詳しい説明は後述するが、波長λ２の光束の一部は対物レンズ４０の回折構造により回折作用を受けることによりフレア化され集光スポットＰの形成に寄与せず、回折構造以外の領域を通過する波長λ２の光束のみが出射面において屈折作用を受けて出射され、その後ＣＤの情報記録面３２上に集光して光軸Ｌ上に集光スポットＰを形成する。
そして、集光スポットを形成した波長λ２の光束は、情報記録面３２で情報ピットにより変調されて反射され、再び対物レンズ４０及びカップリングレンズ１８を通過して、第２ビームスプリッタ１４ｂで反射して、第３ビームスプリッタ１４ｃ、凹レンズ１５ｂを通過して第２光検出器１７に至る。以下は、上記波長λ１の光束と同様である。
【００２８】
図３に示すように、対物レンズ４０は入射面４１と出射面４２の両面が非球面かつ凸面のプラスチック製の単レンズである。
本実施の形態においては、入射面４１が、光軸Ｌを含むと共に光軸Ｌからの高さｈがｈ１以下の領域である中央領域Ａ１と、光軸からの高さｈがｈ１以上であり中央領域Ａ１の周囲を覆う周辺領域Ａ２とに区分されている。
そして、中央領域Ａ１は屈折面で構成され、周辺領域Ａ２には入射光束に対して所定の光路差を付与する光路差付与構造５０が形成されている。
本実施の形態においては、光路差付与構造５０は、光軸Ｌを中心としたほぼ同心円状に形成され、入射光束に対して回折作用を付与する複数の回折輪帯５１により構成されている。
【００２９】
各回折輪帯５１は光軸Ｌに沿った平面（子午断面）でみた場合に鋸歯状に形成されており、各回折輪帯５１に入射する特定波長の光束に対して所定の光路差を付与することにより光束に回折作用を与えるようになっている。
各回折輪帯の始点５１ａ（図３に一箇所だけ示す）は図３に示す所定の非球面Ｓ（以下、「母非球面」という。）上に位置しており、各回折輪帯５１の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。
【００３０】
また、母非球面Ｓは光軸Ｌを回転中心とする光軸Ｌからの距離に関する関数で規定することができる。なお、回折輪帯５１の設計手法については周知であるため説明を省略する。
また、中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２の境界部は、光軸方向に沿って延びる段差面６０を介して連続する構成となっている。
段差面６０の光軸方向の長さｄ（段差面６０の光源側の端部から光情報記録媒体側の端部までの距離）は、
ｄ＝Ｃ（ｍλ１／（Ｎ（λ１）ｃｏｓθ１´−ｃｏｓθ１））…（式１）
ｄ＝Ｃ（（ｎ＋α）λ２／（Ｎ（λ２）ｃｏｓθ２´−ｃｏｓθ２））…（式２）
を満たすように設計されている。
但し、０．９５≦Ｃ≦１．０５、０．１５≦α≦０．８５、ｍ及びｎは任意の整数、Ｎ（λ１）は波長λ１の光束に対する光学素子（対物レンズ４０）の屈折率、Ｎ（λ２）は波長λ２の光束に対する光学素子（対物レンズ４０）の屈折率、θ１は波長λ１の光束のうち最大光量となる光束の入射角、θ２は波長λ２の光束のうち最大光量となる光束の入射角、θ１´は波長λ１の光束のうち最大光量となる回折光の出射角、θ２´は波長λ２の光束のうち最大光量となる回折光の出射角を示す。
【００３１】
段差面６０の光軸方向の長さｄが上記式１及び式２を満たすように対物レンズ４０を設計することにより、波長λ１の光束は、中央領域Ａ１を通過した光束の位相と周辺領域Ａ２を通過した光束の位相とが境界部において一致し、波長λ２の光束は、中央領域Ａ１を通過した光束の位相と周辺領域Ａ２を通過した光束の位相とが境界部においてずれた状態になる。
これにより、複数の回折輪帯５１ｂ〜５１ｄのうち最も光軸に近い位置に形成されている回折輪帯５１ｂ、つまり、その始点５１ａが中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２との境界部に位置することになる回折輪帯は、その表面が境界部において中央領域Ａ１の屈折面から不連続な形状となる。従って、周辺領域Ａ２を通過する波長λ２の光束のうち境界部付近を通過する光束を、上述のように位相をずらすことで、確実にフレア化させることが可能となり、対物レンズ４０の開口制限機能を高めることが可能となる。
【００３２】
なお、上記実施の形態においては、段差面６０が光軸方向に沿って延びる（光軸Ｌに対して平行となる）ように形成されているものとしたが、これに限らず、例えば、段差面６０が光軸Ｌに対して傾斜するように形成されていても良い。この場合、上記段差面６０の長さｄは、段差面６０の光源側の端部から光情報記録媒体側の端部までの長さの光軸方向成分の長さを指すものとする。
【００３３】
なお、上記実施の形態においては、光路差付与構造５０として回折輪帯５１を複数形成した構造について説明したが本発明に係る光路差付与構造５０はこれに限定されるものではなく、例えば、図４、図５に示すようなものであっても良い。
【００３４】
図４に示す対物レンズ４０は、光路差付与構造５０が、光軸Ｌを中心とした複数の輪帯面５２を、光軸Ｌにほぼ平行な段差５３を介して連続させて構成されている。
各輪帯面５２は光軸Ｌから離れるに従って光源側に突出するように形成されており、各輪帯面５２に入射する波長λの光束に対して所定の光路差を付与することにより、各光束に位相差が生じ、結果として各輪帯面５２を通過した光束の位相が、ＤＶＤの情報記録面２２上でほぼ揃うようになっている。
なお、各段差５３の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。また、輪帯面５２及び段差５３の数は適宜変更可能である。
【００３５】
図５に示す対物レンズ４０は、光路差付与構造５０が、光軸Ｌを中心とした複数の回折輪帯５４と、これら回折輪帯５４の光学面に形成される光軸Ｌ方向に沿った階段状の不連続面５５とから構成されている。
【００３６】
具体的には、対物レンズ４０には、光軸Ｌを中心とした、所定の非球面形状の光学面（母非球面Ｓ）に対して実質的な傾きをもつ鋸歯状の不連続面である複数の回折輪帯５４が形成されており、さらに、各回折輪帯５４の光学面上には、これら回折輪帯５４を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸Ｌに沿った階段状の不連続面５５が形成されている。
【００３７】
図６（ａ）、（ｂ）中に一点鎖線で示す線は、各回折輪帯５４の始点５４ａを結んでできる仮想の非球面形状からなる光学面（母非球面Ｓ）を表すものであり、二点鎖線で示す線は、光軸Ｌを中心として光軸Ｌから離れるにしたがってその厚みが増すように形成された、従来より周知の同心円状の鋸歯状の回折輪帯の外形を表すものである。
【００３８】
図６（ａ）、（ｂ）中に実線で示す線は、各回折輪帯５４の光学面上に形成されている、各回折輪帯５４を通過する光束に対して所定の光路差を付与する階段状の不連続面５５の外形を含む、実際のレンズ形状を表すものである。
各不連続面５５の深さｄ１（段差５５ａの光軸Ｌ方向の長さ）は、波長λの光束に対する対物レンズ４０の屈折率をｎとした場合に、λ／（ｎ−１）で表される値とほぼ等しくなっており、一つの不連続面５５を通過する波長λの光束と、その隣の不連続面５５を通過する波長λの光束との間に、ほぼ１波長（λ）に相当する光路差が生じ、かつ波面のずれが生じない長さに設定されている。
【００３９】
また、各不連続面５５の形状は、図６中に二点鎖線で示した鋸歯状の回折輪帯５４の表面の形状を、各不連続面５５に対応する区間で分割して、光軸Ｌ方向に平行移動させた形状に近似したものとなっている。
この場合、図６（ａ）に示すように、上記段差面６０の長さｄは、不連続面５５と段差５５ａとの接合部（凸部）を結ぶ直線Ｌ１が段差面６０の表面と交差する位置を段差面６０の光情報記録媒体側の端部として上記段差面６０の長さｄを計測するものとする。
【００４０】
なお、本実施の形態においては、光ピックアップ装置１０が２種類の光情報記録媒体間で互換性を有する構成としたが、これに限らず、それぞれ異なる波長λ１〜λ３の３種類の光束を用いて３種類の光情報記録媒体間で互換性を有する光ピックアップ装置に本発明を適用しても良い。
また、本発明の光学素子を対物レンズ４０に適用するものとしたが、これに限らず、例えばコリメータ１３やカップリングレンズ１８等、光ピックアップ装置１０を構成する他の光学素子に適用してもよい。
【００４１】
また、対物レンズ４０が中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２の２領域に区分されるものとしたが、これに限らず３区分以上としてもよい。例えば、図示は省略するが、周辺領域Ａ１の周囲を覆う第２の周辺領域を設けるものとしてもよい。この場合でも、本発明における段差面６０は、屈折面で構成されている領域と光路差付与構造５０が形成されている領域との間に介在する面を指すものとする。
また、光源として第１光源１１と第２光源１２とをユニット化したものを用いても良い。
【００４２】
【実施例】
次に、光ピックアップ装置及び対物レンズ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（６５６ｎｍ）の光束が対物レンズに対して収束光として入射し、ＣＤ用として用いられる波長λ２（７８７ｎｍ）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。
【００４３】
また、本実施例の対物レンズは図３に示した対物レンズ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０．９３１５ｍｍ以下の中央領域と０．９３１５ｍｍ以上の周辺領域に区分されており、周辺領域には光路差付与構造としての複数の回折輪帯が形成されている。
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【００４４】
【表１】
2005011425.tif 000003
【００４５】
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＝６５６ｎｍのときの焦点距離ｆ１＝１．８１ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ１＝１／２３．４７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＝７８７ｎｍのときの焦点距離ｆ２＝１．８２ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．５０、結像倍率ｍ＝−１／１８．９８に設定されている。
【００４６】
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０．９３１５ｍｍ以下の中央領域、光軸からの高さが０．９３１５ｍｍ以上の周辺領域、面番号３は出射面、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。
また、上記（式１）及び（式２）における、ｍ＝３、ｎ＝２、α＝０．５７、Ｃ＝１．０１、Ｎ（λ１）＝１．５３９７１、Ｎ（λ２）＝１．５３５９１、θ１＝１．３２３°、θ２＝１８．９６°、θ１´＝１．４５４°、θ２´＝１７．５５°に設定されており、これら各値を（式１）及び（式２）に代入することにより、段差面の光軸方向の長さｄ＝４．３４６μｍとなっている。
【００４７】
対物レンズの第２面、第２´面、第３面は、それぞれ次式（数１）に表１及び表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００４８】
【数１】
2005011425.tif 000004
【００４９】
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】
2005011425.tif 000005
【００５０】
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。
【００５１】
【数２】
2005011425.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。
【００５２】
図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれＤＶＤ及びＣＤに関する波面収差と光軸からの高さとの関係を表すグラフ（ｂ）である。
図７（ａ）より、波長λ１の光束に関しては、中央領域を通過した光束の位相と周辺領域を通過した光束の位相とが境界部において一致することから、境界部周辺において波面収差のずれがほとんど生じていないことが分かる。
図７（ｂ）より、波長λ２の光束に関しては、中央領域を通過した光束の位相と周辺領域を通過した光束の位相とが境界部においてずれるため、境界部における波面のずれが顕著となり、結果的に対物レンズが実用上十分な開口制限機能を有することが分かる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、周辺領域を通過する波長λ２の光束のうち、境界部付近を通過する光束を確実にフレア化させることが可能となり、開口制限機能の低下を抑えた光ピックアップ装置用の光学素子及び光ピックアップ装置を得られる。
【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構成を示す図面である。
【図２】本実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図面である。
【図３】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図４】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図５】対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【図６】対物レンズの構造を示す要部横断面図（ａ）及び拡大図（ｂ）である。
【図７】ＤＶＤに関する波面収差と光軸からの高さとの関係を表すグラフ（ａ）、ＣＤに関する波面収差と光軸からの高さとの関係を表すグラフ（ｂ）である。
【図８】従来の対物レンズの構造を示す要部横断面図である。
【符号の説明】
Ａ１    中央領域
Ａ２    周辺領域
１０    光ピックアップ装置
２０    第１光情報記録媒体
３０    第２光情報記録媒体
４０    対物光学素子
５０    光路差付与構造
６０    段差面
【図１】
2005011425.tif 000007
【図２】
2005011425.tif 000008
【図３】
2005011425.tif 000009
【図４】
2005011425.tif 000010
【図５】
2005011425.tif 000011
【図６】
2005011425.tif 000012
【図７】
2005011425.tif 000013
【図８】
2005011425.tif 000014