(57)【要約】  【課題】    波長差が大きい複数種類の光源からの光束を用いて、記録密度が異なる複数種類の光ディスク適切に情報の記録及び／又は再生を行えるとともに、レーザ光源の波長に対する公差を大きく確保できる光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれに用いる回折光学素子、並びに対物光学系を提供する。  【解決手段】  回折光学素子に、波長λ１と波長λ２の光路長の比δφＢ１２が、前記第１回折構造における光路長の比δφＡ１２とは異なる第２回折構造を設け、第１回折構造と第２回折構造の回折作用の違いを利用することで、青紫色波長領域における、第１回折構造の球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（１）式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
δφＡ１２≠δφＢ１２                （１）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率である。
【請求項２】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（４）式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
ｎ１１≠ｎ１２                      （４）
【請求項３】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（５）式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
｛ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｝・｛ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｝＜０              （５）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝              （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝              （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項４】
以下の（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回折光学素子。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＜０．４                  （６）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｜＜０．４                  （７）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項５】
前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ１と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ２が以下の（８）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回折光学素子。
ｄ１≠ｄ２                      （８）
【請求項６】
以下の（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回折光学素子。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＞０．０７                  （９）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２│＜０．０７                  （１０）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝  （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝  （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項７】
以下の（１１）式乃至（１３）式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回折光学素子。
λ２／λ１＞１．３          （１１）
ｎ１１＞ｎ２１                （１２）
ｎ１２＞ｎ２２                （１３）
【請求項８】
前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉとの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項９】
前記第１回折構造は、波長λ３（ｎｍ）（λ３＞λ２）の第３光束が入射した場合にはｎ１３次（ｎ１２≧ｎ１３）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ２３次（ｎ２２≧ｎ２３）の回折光を発生することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回折光学素子。
【請求項１０】
以下の（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項９に記載の回折光学素子。
│ＩＮＴ（δφＡ１３）−δφＡ１３│＜０．４            （１４）
│ＩＮＴ（δφＢ１３）−δφＢ１３│＜０．４            （１５）
ただし、
δφＡ１３＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ３１・λ３／（Ｎ３１−１）｝ （16）
δφＢ１３＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ３２・λ３／（Ｎ３２−１）｝  （17）
であり、Ｎ１１、Ｎ３１はそれぞれλ１、λ３に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ３２はそれぞれλ１、λ３に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項１１】
前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ３は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉと前記ｎ３ｉの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ、ｎ３ｉ）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の回折光学素子。
【請求項１２】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（１）式を満たすことを特徴とする対物光学系。
δφＡ１２≠δφＢ１２        （１）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率である。
【請求項１３】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする対物光学系。
ｎ１１≠ｎ１２              （４）
【請求項１４】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（５）式を満たすことを特徴とする対物光学系。
｛ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｝・｛ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｝＜０              （５）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝              （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝              （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項１５】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記第１回折構造は、前記厚さｔ１と前記厚さｔ２の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする対物光学系。
【請求項１６】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２＝ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１と前記λ２の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする対物光学系。
【請求項１７】
前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項１８】
前記対物光学系は、前記波長λ１が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項１９】
プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１８に記載の対物光学系。
【請求項２０】
以下の（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか一項に記載の対物光学系。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＜０．４                  （６）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｜＜０．４                  （７）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項２１】
前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ１と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ２が以下の（８）式を満たすことを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか一項に記載の対物光学系。
ｄ１≠ｄ２                （８）
【請求項２２】
以下の（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする請求項１２乃至２１のいずれか一項に記載の対物光学系。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＞０．０７                  （９）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２│＜０．０７                  （１０）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝  （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝  （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項２３】
以下の（１１）式乃至（１２）式を満たすことを特徴とする請求項１２乃至２２のいずれか一項に記載の対物光学系。
λ２／λ１＞１．３          （１１）
ｎ１１＞ｎ２１                （１２）
ｎ１２＞ｎ２２                （１３）
【請求項２４】
前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉとの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項１２乃至２３のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項２５】
前記第１回折構造は、波長λ３（ｎｍ）（λ３＞λ２）の第３光束が入射した場合にはｎ１３次（ｎ１２≧ｎ１３）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ２３次（ｎ２２≧ｎ２３）の回折光を発生することを特徴とする請求項１２乃至２３のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項２６】
以下の（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項２５に記載の対物光学系。
│ＩＮＴ（δφＡ１３）−δφＡ１３│＜０．４            （１４）
│ＩＮＴ（δφＢ１３）−δφＢ１３│＜０．４            （１５）
ただし、
δφＡ１３＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ３１・λ３／（Ｎ３１−１）｝ （16）
δφＢ１３＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ３２・λ３／（Ｎ３２−１）｝  （17）
であり、Ｎ１１、Ｎ３１はそれぞれλ１、λ３に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ３２はそれぞれλ１、λ３に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項２７】
前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ３は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉと前記ｎ３ｉの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ、ｎ３ｉ）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項２５又は２６に記載の対物光学系。
【請求項２８】
前記第１回折構造が形成された光学面と、前記第２回折構造が形成された光学面とを有する回折光学素子と、該回折光学素子を透過した前記第１光束及び前記第２光束を、それぞれ前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクの情報記録面上に集光する集光素子とから構成され、前記回折光学素子と前記集光素子は一体化して成ることを特徴とする請求項１２乃至２７のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項２９】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（１）式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
δφＡ１２≠δφＢ１２        （１）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率である。
【請求項３０】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
ｎ１１≠ｎ１２              （４）
【請求項３１】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（５）式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
｛ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｝・｛ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｝＜０              （５）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝              （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝              （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項３２】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記第１回折構造は、前記厚さｔ１と前記厚さｔ２の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３３】
波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２＝ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１と前記λ２の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３４】
前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とする請求項２９乃至３３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３５】
前記対物光学系は、前記波長λ１が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とする請求項２９乃至３３いずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３６】
プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項３５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３７】
以下の（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項２９乃至３６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＜０．４                  （６）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｜＜０．４                  （７）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項３８】
前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ１と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ２が以下の（７）式を満たすことを特徴とする請求項２９乃至３７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
ｄ１≠ｄ２                  （８）
【請求項３９】
以下の（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする請求項２９乃至３８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＞０．０７                  （９）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２│＜０．０７                  （１０）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝  （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝  （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項４０】
以下の（１１）式乃至（１３）式を満たすことを特徴とする請求項２９乃至３９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
λ２／λ１＞１．３          （１１）
ｎ１１＞ｎ２１                （１２）
ｎ１２＞ｎ２２                （１３）
【請求項４１】
前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉとの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項２９乃至４０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４２】
前記第１回折構造は、波長λ３（ｎｍ）（λ３＞λ２）の第３光束が入射した場合にはｎ１３次（ｎ１２≧ｎ１３）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ２３次（ｎ２２≧ｎ２３）の回折光を発生することを特徴とする請求項２９乃至４１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４３】
以下の（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項４２に記載の光ピックアップ装置。
│ＩＮＴ（δφＡ１３）−δφＡ１３│＜０．４            （１４）
│ＩＮＴ（δφＢ１３）−δφＢ１３│＜０．４            （１５）
ただし、
δφＡ１３＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ３１・λ３／（Ｎ３１−１）｝ （16）
δφＢ１３＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ３２・λ３／（Ｎ３２−１）｝  （17）
であり、Ｎ１１、Ｎ３１はそれぞれλ１、λ３に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ３２はそれぞれλ１、λ３に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【請求項４４】
前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ３は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉと前記ｎ３ｉの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ、ｎ３ｉ）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする請求項４２又は４３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４５】
前記第１回折構造が形成された光学面と、前記第２回折構造が形成された光学面とを有する回折光学素子と、該回折光学素子を透過した前記第１光束及び前記第２光束を、それぞれ前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクの情報記録面上に集光する集光素子とから構成され、前記回折光学素子と前記集光素子は一体化して成ることを特徴とする請求項２９乃至４４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４６】
請求項２９乃至４５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置を搭載して、第１光ディスク及び第２光ディスクに対する情報の記録、及び、第１光ディスク及び第２光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子、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し、特に、異なる波長の光源から出射される光束を用いて光情報記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれらに用いると好適な回折光学素子並びに対物光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、異なる記録密度の複数種類の光ディスクに対して記録／再生を行うことが可能な光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）とＣＤ（コンパクトディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録／再生するものがある。また、近年、記録密度が異なる光ディスクとして、青紫色レーザ光源（例えば、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザなど）を用いる高密度光ディスク（以下、記録／再生用のレーザ光源として、青紫色レーザ光源を使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」という）と、従来のＤＶＤ、更にはＣＤとも互換性のある光ピックアップ装置が要求されてきている。
【０００３】
高密度光ディスクとＤＶＤとに対して互換性を有する光ピックアップ装置として、以下の特許文献に記載されているように、光軸を中心とする複数の輪帯から構成される回折構造を形成した回折光学素子を利用する技術が知られている。
【特許文献１】特開２００１−６０３３６号公報
【特許文献２】特開２００２−２９８４２２号公報
【特許文献３】特開２００１−９３１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献に記載されている技術は、高密度光ディスクの記録／再生用ビームとして２次（或いは３次）回折光を利用し、ＤＶＤの記録／再生用ビームとして１次（或いは２次）回折光を利用するというように、高密度光ディスクの記録／再生用ビームの回折次数とよりも、低い回折次数のビームをＤＶＤの記録／再生用ビームとして利用する技術である。この技術によると、それぞれの光ディスクの記録／再生用ビームに対して高い回折効率を確保しつつ、青紫色波長領域における微小な波長変化に対するフォーカス位置の変動を抑制することができる。
【０００５】
このように、記録／再生用ビームの波長差が大きい光ディスクの双方に対して高い回折効率を確保するためには、高密度光ディスクの記録／再生用ビームの波長λ１とし、ＤＶＤの記録／再生用ビームの波長λ２とし、波長λ１、λ２に対する回折光学素子の屈折率をそれぞれＮ１、Ｎ２としたとき、以下の式
δφＤ＝｛ｎ１・λ１／（Ｎ１−１）｝／｛ｎ２・λ２／（Ｎ２−１）｝    （１８）
で定義される、回折構造により波長λ１の光束に付加される光路差と、波長λ２の光束に付加される光路差の比δφＤが１に近い値となるように、高密度光ディスクの記録／再生用ビームの回折次数ｎ１と、ＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ２の組合せを選択する必要がある。
【０００６】
然るに、上記の関係を満たす回折次数ｎ１と回折次数ｎ２の組合せの回折光を発生する回折構造においては、単位波長変化あたりの球面収差の変化量が大きくなるため、レーザ光源の選別が必要となり、レーザ光源の製造コストの増大、光ピックアップ装置の製造コストの増大を招来するという課題や、温度変化に伴うレーザ光源の波長変化により、対物光学系の球面収差が大きく変化するために、安定した高密度光ディスクに対する記録／再生特性が得られないという課題がある。
【０００７】
かかる単位波長変化あたりの球面収差の変化量は対物光学系の開口数（ＮＡ）の４乗に比例して増大するため、特に、高密度光ディスクの一規格であるブルーレイディスクに代表されるような、開口数（ＮＡ）０．８５の対物光学系と０．１ｍｍの保護層を使用する規格（以下、０．１ｍｍ規格という）の高密度光ディスクにおいては、上記の問題がより一層顕在化する。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、波長差が大きい複数種類の光源からの光束を用いて、記録密度が異なる複数種類の光ディスク適切に情報の記録及び／又は再生を行えるとともに、レーザ光源の波長に対する公差を大きく確保できる光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれに用いる回折光学素子、並びに対物光学系を提供することを目的とする。さらに、波長差が大きい複数種類の光源からの光束を用いて、記録密度が異なる複数種類の光ディスクに適切に情報の記録及び／又は再生を行えるとともに、温度変化した場合でも、安定した情報の記録及び／又は再生を行える光ピックアップ装置、光情報記録再生装置及びそれに用いる回折光学素子、並びに対物光学系を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の回折光学素子は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（１）式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
δφＡ１２≠δφＢ１２                （１）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率である。
【００１０】
請求項１に記載の発明において、たとえば第１回折構造の作用により、０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因する球面収差の補正や、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正や、青紫色波長領域における微小な波長変化に対するフォーカス位置の変動を小さく抑制することが可能となる。しかし、回折構造は、一般的に、球面収差の波長依存性が大きいために、±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化が大きくなる。特に、青紫色波長と赤色波長のように波長差が大きい光に対して回折効率を確保するために、上記の（１８）式の値が１に近い値となるように、それぞれの光の回折次数を選択した場合や、ＮＡ０．８５の対物光学系を使用する０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクにおいては、青紫色レーザ光源の波長に対する公差が厳しくなり、また、温度変化に伴い青紫色レーザ光源の波長が変化した場合に、安定した高密度光ディスクに対する記録／再生特性が得られない。
【００１１】
そこで、本発明による回折光学素子においては、波長λ１と波長λ２の光路長の比δφＢ１２が、前記第１回折構造における光路長の比δφＡ１２とは異なる第２回折構造を設けた。第１回折構造と第２回折構造の回折作用の違いを利用することで、青紫色波長領域における、第１回折構造の球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の回折光学素子は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（４）式を満たすことを特徴とする。
ｎ１１≠ｎ１２                      （４）
【００１３】
さらに、上述した課題を達成すべく、請求項２による回折光学素子においては、波長λ１の光束が前記第１回折構造を通過した際に発生する回折光の次数ｎ１１と、波長λ１の光束が前記第２回折構造を通過した際に発生する回折光の次数ｎ１２と、を異ならせることで、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化を小さく抑え、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和した。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の回折光学素子は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（５）式を満たすことを特徴とする回折光学素子。
｛ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｝・｛ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｝＜０              （５）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝              （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝              （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００１５】
さらに、上述した課題を達成すべく、請求項３に記載の回折光学素子においては、上述の（５）式を満たすので、δφＸ１２（ただし、ＸはＡ又はＢ）を、第ｉ回折構造（ただし、ｉは１又は２）の波長λ１と波長λ２の光路長の比としたとき、｛ＩＮＴ（δφＸ１２）−δφＸ１２｝の符号が負である回折構造は、入射光束の波長が長波長側に変化した場合に、球面収差が補正過剰方向に変化する球面収差の波長依存性を有し、一方、｛ＩＮＴ（δφＸ１２）−δφＸ１２｝の符号が正である回折構造は、入射光束の波長が長波長側に変化した場合に、球面収差が補正不足方向に変化する球面収差の波長依存性を有することとなる。
【００１６】
このような球面収差の波長依存性の符号が互いに異なる回折構造を設けることにより、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００１７】
尚、請求項１乃至３に記載の回折光学素子において、第２回折構造により、第１回折構造の球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えるためには、第１回折構造、及び第２回折構造を透過する波面に付加される光路差を、後述する［数２］で定義される光路差関数により表したとき、第１回折構造の４次の光路差関数係数Ｂ４Ａ、第２回折構造の４次の光路差関数係数Ｂ４Ｂがそれぞれゼロではない有限の値を有し、更に、以下の関係を満たすことが好ましい。
Ｂ４Ａ・Ｂ４Ｂ＜０                                          （５Ａ）
【００１８】
請求項４に記載の回折光学素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、以下の（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＜０．４                  （６）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｜＜０．４                  （７）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００１９】
（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことにより、第１回折構造或いは第２回折構造の、第１光束及び第２光束に対する回折効率を共に高いものとすることが可能となる。第１光束及び第２光束に対する、第１回折構造及び第２回折構造の回折効率を共に高めるためには、（６）式及び（７）式を共に満たすのが好ましい。
【００２０】
請求項５に記載の回折光学素子は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ１と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ２が以下の（８）式を満たすことを特徴とする。
ｄ１≠ｄ２                      （８）
【００２１】
（８）式の条件は、第１回折構造と第２回折構造の製造波長を異ならしめることに相当する。これにより、第１回折構造と第２回折構造の回折作用を異ならせることが可能となるので、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑えることが可能となる。
【００２２】
請求項６に記載の回折光学素子は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、以下の（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＞０．０７                  （９）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２│＜０．０７                  （１０）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝  （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝  （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００２３】
（９）式を満たすことで、第１回折構造の作用により、０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因する球面収差の補正や、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正を行った場合でも、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する、第１回折構造の単位波長変化あたりの球面収差の変化量を大きくなり過ぎないようにすることができるので、第２回折構造による、第１回折構造の球面収差の波長依存性の制御、或いは補正の負担を低減することが可能となり、設計が容易になる。一方、（１０）式を満たすことで、第２回折構造における第１光束と第２光束の回折角をほぼ同じとすることができるので、波長λ１と波長λ２の球面収差特性には影響を与えずに、波長λ１±１０ｎｍの球面収差のみを良好に制御或いは補正することが可能となる。
【００２４】
請求項７に記載の回折光学素子は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、以下の（１１）式乃至（１３）式を満たすことを特徴とする。
λ２／λ１＞１．３          （１１）
ｎ１１＞ｎ２１                （１２）
ｎ１２＞ｎ２２                （１３）
【００２５】
請求項７の発明によると、第１光束と第２光束の波長比が（１１）式にあるように１．３より大きい場合には、（１２）式及び（１３）式を満たすように、ＤＶＤ用の記録／再生ビームとして、高密度光ディスク用の記録／再生ビームよりも低い回折次数の回折光を使用することで、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を確保することが可能となる。このように、回折次数の異なる回折光をそれぞれの光ディスクの記録／再生ビームとして使用するように決定された回折構造は、同じ回折次数の回折光を使用する場合に比べて、球面収差の波長依存性が大きくなるが、本発明による回折光学素子においては、第２回折構造により、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差の波長依存性を制御、或いは小さく抑える構成をとっているので、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和することが可能である。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００２６】
請求項８に記載の回折光学素子は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉとの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする。これらの組合せを選択することにより、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる。また、回折次数ｎ１ｉ、ｎ２ｉが１０より大きくなる場合であっても、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる回折次数の組合せは存在するが、その場合には、基準波長λ１からの±１０（ｎｍ）程度の波長変化に対して回折効率変動が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【００２７】
請求項９に記載の回折光学素子は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造は、波長λ３（ｎｍ）（λ３＞λ２）の第３光束が入射した場合にはｎ１３次（ｎ１２≧ｎ１３）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ２３次（ｎ２２≧ｎ２３）の回折光を発生することを特徴とする。
【００２８】
請求項９の発明によると、ＤＶＤ用の記録／再生ビームとして、高密度光ディスク用の記録／再生ビームよりも低い回折次数の回折光を使用し、且つ、ＣＤ用の記録／再生ビームとして、ＤＶＤ用の記録／再生ビームと同じ回折次数又は、より低い回折次数の回折光を使用することで、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を確保することが可能となる。
【００２９】
請求項１０に記載の回折光学素子は、請求項９に記載の発明において、以下の（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする。
│ＩＮＴ（δφＡ１３）−δφＡ１３│＜０．４            （１４）
│ＩＮＴ（δφＢ１３）−δφＢ１３│＜０．４            （１５）
ただし、
δφＡ１３＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ３１・λ３／（Ｎ３１−１）｝ （16）
δφＢ１３＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ３２・λ３／（Ｎ３２−１）｝  （17）
であり、Ｎ１１、Ｎ３１はそれぞれλ１、λ３に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ３２はそれぞれλ１、λ３に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。
【００３０】
（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことにより、第１回折構造或いは第２回折構造の、第３光束に対する回折効率を共に高いものとすることが可能となる。第３光束に対する、第１回折構造及び第２回折構造の回折効率を共に高めるためには、（１４）式及び（１５）式を共に満たすのが好ましい。
【００３１】
請求項１１に記載の回折光学素子は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ３は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉと前記ｎ３ｉの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ、ｎ３ｉ）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする。これらの組合せを選択することにより、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる。また、回折次数ｎ１ｉ、ｎ２ｉ、ｎ３ｉが１０より大きくなる場合であっても、それぞれの光ディスクの波長領域で高い回折効率を維持することができる回折次数の組合せは存在するが、その場合には、基準波長λ１からの±１０（ｎｍ）程度の波長変化に対して回折効率変動が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【００３２】
請求項１２に記載の対物光学系は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（１）式を満たすことを特徴とする。
δφＡ１２≠δφＢ１２        （１）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率である。本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。
【００３３】
請求項１３に記載の対物光学系は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする。
ｎ１１≠ｎ１２              （４）
本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明と同様である。
【００３４】
請求項１４に記載の対物光学系は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２≧ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（５）式を満たすことを特徴とする。
｛ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｝・｛ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｝＜０              （５）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝              （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝              （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項３に記載の発明と同様である。
【００３５】
請求項１５に記載の対物光学系は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記第１回折構造は、前記厚さｔ１と前記厚さｔ２の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする。
【００３６】
請求項１５に記載の発明において、保護層の厚さの異なる高密度光ディスクとＤＶＤとに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合において、第１回折構造の作用により、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因する球面収差の補正が可能となる。しかし、回折構造は球面収差の波長依存性が大きいために、±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化が大きくなる。かかる球面収差の変化量はＮＡ４に比例して増大するため、ＮＡ０．８５の対物光学系を使用する０．１ｍｍ規格の高密度光ディスクにおいては、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差が厳しいものとなってしまう。青紫色レーザ光源の波長に対する公差が厳しくなり、また、温度変化に伴い青紫色レーザ光源の波長が変化した場合に、安定した高密度光ディスクに対する記録／再生特性が得られない。
【００３７】
そこで本発明による対物光学系においては、前記第２回折構造を利用して、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化を小さく抑えるようにしている。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。尚、本明細書中、「球面収差を制御する」とは、球面収差をほぼ完全に補正するほか、所定の理由により球面収差を残存させる場合も含む。ここで、所定の理由により球面収差を残存させる場合としては、例えば、温度変化に伴う対物光学系の集光特性の変化を補償するために、波長λ１から長波長側にシフトした場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差依存性を対物光学系に持たせる場合などがある。
【００３８】
請求項１６の対物光学系は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を厚さｔ２（ｔ２＝ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光する対物光学系であって、
前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１と前記λ２の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする。
【００３９】
高密度光ディスクの一規格として、０．１ｍｍ規格以外に、開口数（ＮＡ）０．６５の対物光学系と、ＤＶＤと同じ０．６ｍｍの保護層を使用する規格（以下、０．６ｍｍ規格という）が提案されている。０．６ｍｍ規格においては、ＤＶＤとの保護層の厚さの違いによる球面収差を補正する必要は無いが、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正を行う必要がある。請求項１６に記載の発明において、第１回折構造の作用により、青紫色波長と赤色波長の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差の補正を行うことが可能となる。しかし、この場合でも、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対して第１回折構造で発生する球面収差変化が大きくなる。
【００４０】
そこで本発明による対物光学系においては、前記第２回折構造を利用して、青紫色波長領域における±１０ｎｍ程度の入射光束の波長変化に対する球面収差変化を小さく抑えるようにしている。これにより、青紫色レーザ光源の量産における歩留まりの向上、青紫色レーザ光源や光ピックアップ装置の製造コストの低減が可能となる。また、温度が変化した場合でも高密度光ディスクに対して安定して情報の記録／再生を行うことも可能となる。
【００４１】
請求項１７に記載の対物光学系は、請求項１２乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とするので、青紫色レーザ光源の発振波長に対する公差を緩和することが可能である。
【００４２】
請求項１８に記載の対物光学系は、請求項１２乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記対物光学系は、前記波長λ１が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とするので、温度変化に起因して生じる対物光学系の集光特性の変化を補償することが可能となる。
【００４３】
請求項１９に記載の対物光学系は、請求項１８に記載の発明において、プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とするので、安価であるが温度変化に起因して屈折率変化を生じるプラスチック材料の欠点を、前記第２回折構造の機能を利用して補うことができる。
【００４４】
請求項２０に記載の対物光学系は、請求項１２乃至１９のいずれかに記載の発明において、以下の（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＜０．４                  （６）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｜＜０．４                  （７）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項４に記載の発明と同様である。
【００４５】
請求項２１に記載の対物光学系は、前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ１と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ２が以下の（８）式を満たすことを特徴とする。
ｄ１≠ｄ２                （８）
本発明の作用効果は、請求項５に記載の発明と同様である。
【００４６】
請求項２２に記載の対物光学系は、請求項１２乃至２１のいずれかに記載の発明において、以下の（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＞０．０７                  （９）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２│＜０．０７                  （１０）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝  （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝  （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項６に記載の発明と同様である。
【００４７】
請求項２３に記載の対物光学系は、請求項１２乃至２２のいずれかに記載の発明において、以下の（１１）式乃至（１３）式を満たすことを特徴とする。
λ２／λ１＞１．３          （１１）
ｎ１１＞ｎ２１                （１２）
ｎ１２＞ｎ２２                （１３）
本発明の作用効果は、請求項７に記載の発明と同様である。
【００４８】
請求項２４に記載の対物光学系は、請求項１２乃至２３のいずれかに記載の発明において、前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉとの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項８に記載の発明と同様である。
【００４９】
請求項２５に記載の対物光学系は、請求項１２乃至２３のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造は、波長λ３（ｎｍ）（λ３＞λ２）の第３光束が入射した場合にはｎ１３次（ｎ１２≧ｎ１３）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ２３次（ｎ２２≧ｎ２３）の回折光を発生することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項９に記載の発明と同様である。
【００５０】
請求項２６に記載の対物光学系は、請求項２５に記載の発明において、以下の（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする。
│ＩＮＴ（δφＡ１３）−δφＡ１３│＜０．４            （１４）
│ＩＮＴ（δφＢ１３）−δφＢ１３│＜０．４            （１５）
ただし、
δφＡ１３＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ３１・λ３／（Ｎ３１−１）｝ （16）
δφＢ１３＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ３２・λ３／（Ｎ３２−１）｝  （17）
であり、Ｎ１１、Ｎ３１はそれぞれλ１、λ３に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ３２はそれぞれλ１、λ３に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項１０に記載の発明と同様である。
【００５１】
請求項２７に記載の対物光学系は、請求項２５又は２６に記載の発明において、前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ３は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉと前記ｎ３ｉの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ、ｎ３ｉ）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１１に記載の発明と同様である。
【００５２】
請求項２８に記載の対物光学系は、前記第１回折構造が形成された光学面と、前記第２回折構造が形成された光学面とを有する回折光学素子と、該回折光学素子を透過した前記第１光束及び前記第２光束を、それぞれ前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクの情報記録面上に集光する集光素子とから構成され、前記回折光学素子と前記集光素子は一体化して成ることを特徴とする。
【００５３】
請求項２９に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（１）式を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
δφＡ１２≠δφＢ１２        （１）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率である。
本発明の作用効果は、請求項１に記載の発明と同様である。
【００５４】
請求項３０に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（４）式を満たすことを満たすことを特徴とする。
ｎ１１≠ｎ１２              （４）
本発明の作用効果は、請求項２に記載の発明と同様である。
【００５５】
請求項３１に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記波長λ１（ｎｍ）の前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、以下の（５）式を満たすことを特徴とする。
｛ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｝・｛ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｝＜０              （５）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝              （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝              （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項３に記載の発明と同様である。
【００５６】
請求項３２に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、前記第１回折構造は、前記厚さｔ１と前記厚さｔ２の違いに起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１５に記載の発明と同様である。
【００５７】
請求項３３に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１（ｎｍ）の第１光束を出射する第１光源と、波長λ２（ｎｍ）（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源と、前記第１光束を厚さｔ１の保護層を有する第１光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記第２光束を厚さｔ２（ｔ２＞ｔ１）の保護層を有する第２光ディスクの情報記録面上に集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う対物光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記対物光学系は、前記第１光束が入射した場合にはｎ１１次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２１次（ｎ１１≧ｎ２１）の回折光を発生する第１回折構造が形成された光学面と、前記第１光束が入射した場合にはｎ１２次の回折光を発生し、前記第２光束が入射した場合にはｎ２２次（ｎ１２≧ｎ２２）の回折光を発生する第２回折構造が形成された光学面とを少なくとも１つずつ有し、
前記第１回折構造は、前記波長λ１と前記λ２の波長差による波長分散に起因して発生する球面収差を補正する機能を有し、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を制御する機能を有することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１６に記載の発明と同様である。
【００５８】
請求項３４に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至３３のいずれかに記載の発明において、前記第２回折構造は、前記波長λ１が±１０ｎｍの範囲内で変化した場合に前記第１回折構造で発生する球面収差を小さく抑制する機能を有することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１７に記載の発明と同様である。
【００５９】
請求項３５に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至３３のいずれかに記載の発明において、前記対物光学系は、前記波長λ１が＋１０ｎｍの範囲内で長波長側に変化した場合に球面収差が補正不足方向に変化するような球面収差特性をすることを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１８に記載の発明と同様である。
【００６０】
請求項３６に記載の光ピックアップ装置は、請求項３５に記載の発明において、プラスチックレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１９に記載の発明と同様である。
【００６１】
請求項３７に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至３６のいずれかに記載の発明において、以下の（６）式及び（７）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＜０．４                  （６）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２｜＜０．４                  （７）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝    （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝    （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項４に記載の発明と同様である。
【００６２】
請求項３８に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至３７のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造と前記第２回折構造は共に、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯から構成され、前記第１回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ１と、前記第２回折構造の輪帯のうち最も光軸に近い段差の深さｄ２が以下の（７）式を満たすことを特徴とする。
ｄ１≠ｄ２                  （８）
本発明の作用効果は、請求項５に記載の発明と同様である。
【００６３】
請求項３９に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至３８のいずれかに記載の発明において、以下の（９）式及び（１０）式を満たすことを特徴とする。
｜ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２｜＞０．０７                  （９）
｜ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２│＜０．０７                  （１０）
ただし、
δφＡ１２＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ２１・λ２／（Ｎ２１−１）｝  （２）
δφＢ１２＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ２２・λ２／（Ｎ２２−１）｝  （３）
であり、Ｎ１１、Ｎ２１はそれぞれλ１、λ２に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ２２はそれぞれλ１、λ２に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項６に記載の発明と同様である。
【００６４】
請求項４０に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至３９のいずれかに記載の発明において、以下の（１１）式乃至（１３）式を満たすことを特徴とする。
λ２／λ１＞１．３          （１１）
ｎ１１＞ｎ２１                （１２）
ｎ１２＞ｎ２２                （１３）
本発明の作用効果は、請求項７に記載の発明と同様である。
【００６５】
請求項４１に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至４０のいずれかに記載の発明において、前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉとの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ）＝（１，１）、（２，１）、（３，２）、（４，２）、（５，３）、（６，４）、（７，４）、（８，５）、（９，６）、（１０，６）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項８に記載の発明と同様である。
【００６６】
請求項４２に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至４１のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造は、波長λ３（ｎｍ）（λ３＞λ２）の第３光束が入射した場合にはｎ１３次（ｎ１２≧ｎ１３）の回折光を発生し、前記第２回折構造は、前記第３光束が入射した場合にはｎ２３次（ｎ２２≧ｎ２３）の回折光を発生することを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項９に記載の発明と同様である。
【００６７】
請求項４３に記載の光ピックアップ装置は、請求項４２に記載の発明において、以下の（１４）式及び（１５）式のいずれか一方を満たすことを特徴とする。
│ＩＮＴ（δφＡ１３）−δφＡ１３│＜０．４            （１４）
│ＩＮＴ（δφＢ１３）−δφＢ１３│＜０．４            （１５）
ただし、
δφＡ１３＝｛ｎ１１・λ１／（Ｎ１１−１）｝／｛ｎ３１・λ３／（Ｎ３１−１）｝ （16）
δφＢ１３＝｛ｎ１２・λ１／（Ｎ１２−１）｝／｛ｎ３２・λ３／（Ｎ３２−１）｝  （17）
であり、Ｎ１１、Ｎ３１はそれぞれλ１、λ３に対する第１回折構造の屈折率、Ｎ１２、Ｎ３２はそれぞれλ１、λ３に対する第２回折構造の屈折率、ＩＮＴ（Ｘ）はＸに最も近い整数である。本発明の作用効果は、請求項１０に記載の発明と同様である。
【００６８】
請求項４４に記載の光ピックアップ装置は、請求項４２又は４３に記載の発明において、前記波長λ１は３５０ｎｍ乃至４５０ｎｍの範囲内、前記波長λ２は６００ｎｍ乃至７００ｎｍの範囲内、前記波長λ３は７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲内にあって、ｉを１又は２としたとき、前記ｎ１ｉと前記ｎ２ｉと前記ｎ３ｉの組合せが、（ｎ１ｉ、ｎ２ｉ、ｎ３ｉ）＝（２，１，１）、（４，２，２）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）のいずれかである（但し、ｎ１１＝ｎ１２となる組み合わせを除く）ことを特徴とする。本発明の作用効果は、請求項１１に記載の発明と同様である。
【００６９】
請求項４５に記載の光ピックアップ装置は、請求項２９乃至４４のいずれかに記載の発明において、前記第１回折構造が形成された光学面と、前記第２回折構造が形成された光学面とを有する回折光学素子と、該回折光学素子を透過した前記第１光束及び前記第２光束を、それぞれ前記第１光ディスク及び前記第２光ディスクの情報記録面上に集光する集光素子とから構成され、前記回折光学素子と前記集光素子は一体化して成ることを特徴とする。
【００７０】
請求項４６に記載の光情報記録再生装置は、請求項２９乃至４５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置を搭載して、第１光ディスク及び第２光ディスクに対する情報の記録、及び、第１光ディスク及び第２光ディスクに記録された情報の再生のうち、少なくとも一方を実行可能であることを特徴とする。
【００７１】
本明細書中で用いる「回折構造」とは、光学素子の表面に回折パターンを設けて回折作用によって入射光束を集光或いは発散させる機能を持たせた部分のことをいう。回折パターンの形状として、光軸方向の段差により分割された同心円状の複数の輪帯であり、光軸を含む平面でその断面を見れば、各輪帯が鋸歯形状、或いは階段形状となっているものがある。
【００７２】
本明細書中において、高密度光ディスク、或いは第１光ディスクとは、ブルーレイディスク（ＢＤ；Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）に代表される０．１ｍｍ規格の光ディスクや、ＨＤ  ＤＶＤに代表される０．６ｍｍ規格の光ディスクのごとき青紫色レーザ光源を用いる光ディスクをいう。また、高密度光ディスク、或いは第１光ディスクには、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や、光磁気ディスクも含まれるものとする。また、第２光ディスクとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ±ＲＷ等の各種ＤＶＤ系の光ディスクを含むものである。また、第３光ディスクとは、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等の各種ＣＤ系の光ディスクを含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００７４】
（第１の実施の形態）
図１は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）に対して適切に情報の記録／再生を行える第１光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５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。
【００７５】
図１に示すように、光ピックアップ装置ＰＵ１は、第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と、第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２と、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤ共用の光検出器ＰＤと、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の断面形状を楕円形から円形に整形するためのビーム整形素子ＢＳＨ、第１コリメート光学系ＣＯＬ１、第２コリメート光学系ＣＯＬ２、２軸アクチュエータＡＣ、第１対物光学系ＯＢＪ１、第１ビームコンバイナＢＣ１、第２ビームコンバイナＢＣ２、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴ、ダイクロイックフィルターＤＦ、センサー光学系ＳＥＮ等から構成されている。
【００７６】
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
【００７７】
光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＢＳＨによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１コリメート光学系ＣＯＬ１を経て略平行光束とされ、第１ビームコンバイナＢＣ１、第２ビームコンバイナＢＣ２を透過し、絞りＳＴにより光束径が規制され、第１対物光学系ＯＢＪ１によって高密度光ディスクＨＤ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。第１対物光学系ＯＢＪ１は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。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、再び第１対物光学系ＯＢＪ１、絞りＳＴを透過した後、第２ビームコンバイナＢＣ２により反射され、センサー光学系ＳＥＮを経ることにより収斂光束となると共に非点収差が与えられて光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤ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ＰＵ１において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において点線でその光線経路を描いたように、赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２コリメート光学系ＣＯＬ２を経て略平行光束とされ、第１ビームコンバイナＢＣ１で反射された後、第２ビームコンバイナＢＣ２を透過し、ダイクロイックフィルターＤＦにより光束径が規制され、第１対物光学系ＯＢＪ１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。第１対物光学系ＯＢＪ１は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。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、再び第１対物光学系ＯＢＪ１、ダイクロイックフィルターＤＦ、絞りＳＴを透過した後、第２ビームコンバイナＢＣ２により反射され、センサー光学系ＳＥＮを経ることにより収斂光束となると共に非点収差が与えられて光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、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。
【００７９】
次に、第１対物光学系ＯＢＪ１の構成について説明する。第１対物光学系ＯＢＪ１は、プラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、この収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有するＮＡ０．８５の非球面ガラスレンズである集光素子Ｌ２とから構成されている。収差補正素子Ｌ１のレーザ光源側の光学面Ｓ１には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の第１回折構造ＤＯＥ１が形成されている。また、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の複数の輪帯から構成される第２回折構造ＤＯＥ２が形成されている。また、ダイクロイックフィルターＤＦと収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２は、保持部材Ｂを介することで一体化されている。
【００８０】
第１回折構造ＤＯＥ１は、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さｔ２との違いに起因する球面収差を補正するための構造であって、かかる球面収差を良好に補正するために、第１回折構造ＤＯＥ１は非球面上に形成されている。また、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ１１、及びＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ２１として、それぞれｎ１１＝２、ｎ２１＝１を選択することにより、双方の光ディスクの波長領域において高い回折効率を確保している。
【００８１】
第１回折構造ＤＯＥ１は、上述の（２）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφＡ１２が、
ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２＜０         （１９）
を満たすので、図２の二点鎖線（ａ）に示すように、第１回折構造ＤＯＥ１に入射する光束の波長が、高密度光ディスク側の設計波長λ１からΔλだけ長波長側にシフトした場合には、球面収差が補正過剰方向へ変化する球面収差特性を有する。
【００８２】
このような第１回折構造ＤＯＥ１の球面収差の波長依存性を補正するために、第２回折構造ＤＯＥ２においては、上述の（３）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφＢ１２が、
ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２＞０          （２０）
を満たすように、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ１２、及びＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ２２として、それぞれｎ１２＝３、ｎ２２＝２を選択しているので、図２の点線（ｂ）に示すように、第２回折構造ＤＯＥ２は、入射光束の長波長側へのシフトにより球面収差が補正不足方向へ変化する球面収差特性を有する。
【００８３】
上述したように、波長差の大きい２つの波長に対して互いに異なる回折次数のビームを発生し、第１光束と第２光束との光路長の比δφＡ１２が１に近い値を有する第１回折構造ＤＯＥ１は、単位波長変化あたりの球面収差の変化量が大きいが、第２回折構造ＤＯＥ２に第１回折構造ＤＯＥ１とは逆の球面収差特性を持たせることで図２の実線（ｃ）のように球面収差の波長依存性を相殺することが可能となる。
【００８４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８５】
図３は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）とＣＤ（第３光ディスク）に対して適切に情報の記録／再生を行える第２光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５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。
【００８６】
光ピックアップ装置ＰＵ２は、第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１と光検出器ＰＤ１とが一体化された高密度光ディスク用モジュールＭＤ１、第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２と光検出器ＰＤ２とが一体化されたＤＶＤ用モジュールＭＤ２、第３光束を射出する赤外半導体レーザＬＤ３と光検出器ＰＤ３とが一体化されたＣＤ用モジュールＭＤ３、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の断面形状を楕円形から円形に整形するためのビーム整形素子ＢＳＨ、コリメート光学系ＣＯＬ、２軸アクチュエータＡＣ、第２対物光学系ＯＢＪ２、第１ビームコンバイナＢＣ１、第２ビームコンバイナＢＣ２、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴ、液晶素子ＬＣＤ等から構成されている。
尚、高密度光ディスクＨＤ用の光源として、上述の青紫色半導体レーザＬＤ１の他に青紫色ＳＨＧレーザを使用することもできる。
【００８７】
光ピックアップ装置ＰＵ２において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図３において実線でその光線経路を描いたように、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、ビーム整形素子ＢＳＨによりその断面形状が楕円形から円形に整形された後、第１ビームコンバイナＢＣ１を透過し、コリメート光学系ＣＯＬを経て略平行光束とされ、第２ビームコンバイナＢＳ２を透過し、絞りＳＴにより光束径が規制され、液晶素子ＬＣＤを透過し、第２対物光学系ＯＢＪ２によって高密度光ディスクＨＤ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。第２対物光学系ＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。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、再び第１対物光学系ＯＢＪ１、液晶素子ＬＣＤ、絞りＳＴ、第２ビームコンバイナＢＣ２、及びコリメート光学系ＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、第１ビームコンバイナＢＳ１を透過し、光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ１の出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００８８】
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、図３において点線でその光線経路を描いたように赤色半導体レーザ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、第１ビームコンバイナＢＣ１により反射され、コリメート光学系ＣＯＬを経て略平行光束とされ、第２ビームコンバイナＢＳ２を透過した後、液晶素子ＬＣＤにより光束径が規制され、第２対物光学系ＯＢＪ２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。第２対物光学系ＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。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、再び第２対物光学系ＯＢＪ２、液晶素子ＬＣＤ、第２ビームコンバイナＢＳ１、コリメート光学系ＣＯＬを透過した後、収斂光束となり、第１ビームコンバイナＢＣ１により反射され、光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ２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。
【００８９】
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、図３において２点鎖線でその光線経路を描いたように赤外半導体レーザ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、第２ビームコンバイナＢＣ２により反射された後、液晶素子ＬＣＤにより光束径が規制され、第２対物光学系ＯＢＪ２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。第２対物光学系ＯＢＪ２は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び第２対物光学系ＯＢＪ２、液晶素子ＬＣＤを透過した後、第２ビームコンバイナにより反射され、光検出器ＰＤ３の受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤ３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。
【００９０】
次に、第２対物光学系ＯＢＪ２の構成について説明する。第２対物光学系ＯＢＪ２は、プラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、この収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有するＮＡ０．８５の非球面ガプラスチックレンズである集光素子Ｌ２とから構成されている。収差補正素子Ｌ１のレーザ光源側の光学面Ｓ１には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の第１回折構造ＤＯＥ１が形成されている。また、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の輪帯から構成されるブレーズ型の複数の輪帯から構成される第２回折構造ＤＯＥ２が形成されている。また、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２は、それぞれの光学機能部の周辺に一体成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２を有しており、フランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を嵌合、接着することで一体化されており、さらに、第２対物光学系ＯＢＪ２と液晶素子ＬＣＤは、保持部材Ｂを介することで一体化されている。
【００９１】
第１回折構造ＤＯＥ１は、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とＤＶＤの保護層ＰＬ２の厚さｔ２との違いに起因する球面収差を補正するための構造であって、かかる球面収差を良好に補正するために、第１回折構造ＤＯＥ１は非球面上に形成されている。また、第２対物光学系ＯＢＪ２においては、高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１の厚さｔ１とＣＤの保護層ＰＬ３の厚さｔ３との違いに起因する球面収差を補正するために、高密度光ディスクＨＤに対する情報の記録／再生時の倍率ｍ１と、ＣＤに対する情報の記録／再生時の倍率ｍ３を異ならせており、ＣＤに対する情報の記録／再生時には、第２対物光学系ＯＢＪ２に対して発散光束が入射する構成となっている。更に、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ１１、ＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ２１、及びＣＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ３１として、それぞれｎ１１＝２、ｎ２１＝１、ｎ３１＝１を選択することにより、それぞれの光ディスクの波長領域において高い回折効率を確保している。
【００９２】
第１回折構造ＤＯＥ１は、上述の（２）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφＡ１２が、
ＩＮＴ（δφＡ１２）−δφＡ１２＜０             （２１）
を満たすので、第１回折構造ＤＯＥ１に入射する光束の波長が、高密度光ディスク側の設計波長λ１からΔλだけ長波長側にシフトした場合には、球面収差が補正過剰方向へ変化する球面収差特性を有する。そのため、環境温度が上昇した場合に、集光素子Ｌ２で発生する補正過剰方向の球面収差変化と、環境温度上昇に伴う青紫色半導体レーザＬＤ１の長波長側への波長シフトにより第１回折構造ＤＯＥ１で発生する補正過剰方向の球面収差変化とが加算されるため、環境温度上昇した場合に、高密度光ディスクＨＤに対して安定した記録／再生を行うことが困難である。
【００９３】
このような第１回折構造ＤＯＥ１の球面収差の波長依存性を制御し、環境温度変化した場合の高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生特性を向上させるために、第２対物光学系ＯＢＪ２においては、第２回折構造ＤＯＥ２を、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２上に形成し、上述の（３）式で表される第１光束と第２光束との光路長の比δφＢ１２が、
ＩＮＴ（δφＢ１２）−δφＢ１２＜０              （２２）
を満たすように、高密度光ディスクＨＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ１２、及びＤＶＤの記録／再生用ビームの回折次数ｎ２２として、それぞれｎ１２＝１０、ｎ２２＝６を選択した。第２回折構造ＤＯＥ２は、入射光束の長波長側へのシフトにより球面収差が補正過剰方向へ変化する球面収差特性を有する。尚、第２回折構造ＤＯＥ２に対して波長λ３の第３光束が入射した場合には、５次回折光が発生する（ｎ３２＝５）。
【００９４】
第１回折構造ＤＯＥ１とは逆の球面収差特性を有する第２回折構造ＤＯＥ２により、第１回折構造ＤＯＥ１の球面収差特性を制御することで、第２対物光学系ＯＢＪ２に、高密度光ディスク側の設計波長λ１からΔλだけ長波長側にシフトした場合には、球面収差が補正不足方向へ変化する球面収差特性を持たせることができる。
【００９５】
その結果、環境温度が上昇した場合に、集光素子Ｌ２で発生する補正過剰方向の球面収差変化と、環境温度上昇に伴う青紫色半導体レーザＬＤ１の長波長側への波長シフトにより発生する補正不足方向の球面収差変化とを相殺されるので、環境温度が変化した場合の高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生特性を向上することが可能となる。
【００９６】
本実施の形態では、ＤＶＤ及びＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の開口切り替えを、液晶素子ＬＣＤにより行う構成としているが、かかる技術は、例えば、特開平１０−２０２６３号に記載されており、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【実施例】
【００９７】
以下、上述した実施の形態に好適な実施例について説明する。各実施例における非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ（ｍｍ）、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、曲率半径をｒ（ｍｍ）とするとき、次の数１で表される。ただし、κを円錐係数、Ａ２ｉを非球面係数とする。
【００９８】
【数１】
2005174416.tif 000003
【００９９】
また、各実施例における回折構造としての輪帯構造は、この輪帯構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、Ｂ２ｊを光路差関数係数、入射光束の波長をλ（ｎｍ）、製造波長をλＢ（ｎｍ）とするとき次の数２で定義される光路差関数φｂで表される。
【０１００】
【数２】
2005174416.tif 000004
【０１０１】
（実施例１）
本実施例は、上述した光ピックアップ装置ＰＵ１における第１対物光学系ＯＢＪ１として好適な光学素子であり、レンズデータを表１に示し、光路図を図４に示す。本実施例の光学素子は、レーザ光源側の光学面Ｓ１上に第１回折構造ＤＯＥ１が形成され、光ディスク側の光学面Ｓ２上に第２回折構造ＤＯＥ２が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、両面が非球面とされたガラスレンズである集光素子Ｌ２とから構成される。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０−３）を、Ｅ（例えば、２．５Ｅ―３）を用いて表すものとする。また、ｒ（ｍｍ）は近軸曲率半径、ｄ１（ｍｍ）は高密度光ディスクＨＤ使用時の光軸上間隔、ｄ２（ｍｍ）はＤＶＤ使用時の光軸上間隔、Ｎλ１は波長λ１における屈折率、Ｎλ２は波長λ２における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数を表す。
【０１０２】
【表１】
2005174416.tif 000005
【０１０３】
高密度光ディスクＨＤ使用時の光学的仕様は、波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５、焦点距離ｆ１＝１．７６５ｍｍ、倍率ｍ１＝０であり、ＤＶＤ使用時の光学的仕様は、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５、焦点距離ｆ２＝１．８１９ｍｍ、倍率ｍ２＝０である。
【０１０４】
第１回折構造ＤＯＥ１は、波長λ１に対して２次回折光を発生し、波長λ２に対して１次回折光を発生する構造であり、その製造波長λＢは３９０ｎｍである。λ１及びλ２に対する回折効率は、それぞれ９７．７％、９３．３％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する。
【０１０５】
また、第２回折構造ＤＯＥ２は、波長λ１に対して３次回折光を発生し、波長λ２に対して２次回折光を発生する構造であり、その製造波長λＢは４２０ｎｍである。λ１及びλ２に対する回折効率は、それぞれ９５．０％、９４．１％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する
【０１０６】
表２に、本実施例の光学素子のλ１（ｎｍ）、及びλ１±５（ｎｍ）に対する最良像面での波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）を示す。表２において、「比較例」は、本実施例の光学素子と同じ設計波長、同じ焦点距離、同じ開口数、同じ作動距離を有し、第２回折構造ＤＯＥ２が形成されていない光学素子である。この表から、本実施例の光学素子を対物光学系として使用することにより、青紫色レーザ光源と赤色レーザ光源の発振波長に対する公差を十分に大きく確保することが可能となる。
【０１０７】
【表２】
2005174416.tif 000006
【０１０８】
（実施例２）
本実施例は、上述した光ピックアップ装置ＰＵ２における第２対物光学系ＯＢＪ２として好適な光学素子であり、レンズデータを表３に示し、光路図を図５に示す。本実施例の光学素子は、レーザ光源側の光学面Ｓ１上に第１回折構造ＤＯＥ１が形成され、光ディスク側の光学面Ｓ２上に第２回折構造ＤＯＥ２が形成されたプラスチックレンズである収差補正素子Ｌ１と、両面が非球面とされたプラスチックレンズである集光素子Ｌ２とから構成される。
【０１０９】
【表３】
2005174416.tif 000007
【０１１０】
高密度光ディスクＨＤ使用時の光学的仕様は、波長λ１＝４０５ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．１ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５、焦点距離ｆ１＝１．７６５ｍｍ、倍率ｍ１＝０であり、ＤＶＤ使用時の光学的仕様は、波長λ２＝６５５ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５、焦点距離ｆ２＝１．８２２ｍｍ、倍率ｍ２＝０、ＣＤ使用時の光学的仕様は、波長λ３＝７８５ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．４５、焦点距離ｆ３＝１．８２３ｍｍ、倍率ｍ３＝−０．１７３であり、設計基準温度は２５度である。
【０１１１】
第１回折構造ＤＯＥ１は、波長λ１に対して２次回折光を発生し、波長λ２に対して１次回折光を発生し、波長λ３に対して１次回折光を発生する構造であり、その製造波長λＢは３９０ｎｍである。λ１、λ２及びλ３に対する回折効率は、それぞれ９７．７％、９３．３％、９９．２％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する。
【０１１２】
また、第２回折構造ＤＯＥ２は、波長λ１に対して１０次回折光を発生し、波長λ２に対して６次回折光を発生し、波長λ３に対して５次回折光を発生する構造であり、その製造波長λＢは４０５ｎｍである。λ１、λ２及びλ３に対する回折効率は、それぞれ１００％、９９．７％、９９．６％であり、いずれの波長に対しても高い回折効率を有する。
【０１１３】
表４に、本実施例の光学素子の温度２５度、及び５５度における高密度光ディスクＨＤ使用時の最良像面での波面収差のＲＭＳ値（９次以下の球面収差成分の総和）を示す。ただし、青紫色半導体レーザＬＤ１の温度上昇に伴う波長シフト量を＋０．０５ｎｍ／度と仮定し、温度上昇に伴う収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の屈折率変化量を、それぞれ、−１．０８×１０−４／度、−０．９×１０−４／度としている。表２において、「比較例」は、本実施例の光学素子と同じ設計波長、同じ焦点距離、同じ開口数、同じ作動距離を有し、第２回折構造ＤＯＥ２が形成されていない光学素子である。この表から、本実施例の光学素子を対物光学系として使用することにより、環境温度が変化した場合の高密度光ディスクＨＤに対する記録／再生特性を向上することが可能となる。
【０１１４】
【表４】
2005174416.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本実施の形態にかかる第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の概略構成図である。
【図２】開口数ＮＡと光路差との関係を示す図である。
【図３】本実施の形態にかかる第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の概略構成図である。
【図４】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図５】実施例２の対物レンズの断面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
ＰＵ１  第１の光ピックアップ装置
ＰＵ２  第２の光ピックアップ装置
ＬＤ１  青紫色半導体レーザ
ＬＤ２  赤色半導体レーザ
ＬＤ３  赤外半導体レーザ
ＢＳＨ  ビーム成形素子
ＣＯＬ  コリメートレンズ
ＡＣ  ２軸アクチュエータ
ＯＢＪ１  第１対物光学系
ＢＣ１  第１ビームコンバイナ
ＢＣ２  第２ビームコンバイナ
ＳＴ  絞り
ＤＦ  ダイクロイックフィルター
ＳＥＮ  センサー光学系
ＬＣＤ  液晶素子
ＨＤ  第１光ディスク
ＤＶＤ  第２光ディスク
ＣＤ  第３光ディスク  
【図１】
2005174416.tif 000009
【図２】
2005174416.tif 000010
【図３】
2005174416.tif 000011
【図４】
2005174416.tif 000012
【図５】
2005174416.tif 000013