(57)【要約】  【課題】    例えば高密度ＤＶＤと従来のＤＶＤ、ＣＤの全てに対して適切に情報の記録及び／再生を行える光ピックアップ装置を提供する。  【解決手段】  対物光学素子ＯＢＪにおいて、単一の回折構造を用いて、３つの異なる波長の光束全てに対して、適切な情報の記録及び／又は再生を行えるように収差補正を行うことが困難であることに鑑み、第１回折構造１０を用いて、予め波長λ３の光束に対してのみ位相が変化するよう光路差を与えることで球面収差或いは波面収差の補正を行い、更に第２回折構造５０を用いて、波長λ１，λ２の光束に対して主として光路差を与えることで球面収差或いは波面収差の補正を行い、その負担を軽減し、トータルで３つの異なる波長の光束全てに対して収差補正を行うことで、適切な情報の記録及び／又は再生を行えるようにしている。【選択図】      図２ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源と、対物光学素子を含む集光光学系とを有する光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
前記対物光学素子を介して、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護層を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、前記第２の対物光学素子を介して、前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、前記対物光学素子を介して、前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、
前記対物光学素子は、前記波長λ３の光束に対して実質的な位相の変化を与え、波長λ１、λ２に対して実質的な位相の変化を与えない光路差を与える第１光路差付与構造と、前記波長λ１の光束、前記波長λ２の光束、及び前記波長λ３の光束に対して光路差を与える第２光路差付与構造とを備えていることを特徴とする対物光学素子。
【請求項２】
前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、前記対物光学素子の結像倍率がほぼ同じであるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の対物光学素子。
【請求項３】
前記結像倍率が０であることを特徴とする請求項２に記載の対物光学素子。
【請求項４】
前記第１光路差付与構造は、回折構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項５】
前記第１光路差付与構造は、所定数の溝からなる不連続部位を光軸を中心として同心円状に周期的に形成することで構成され、前記溝の深さが、前記不連続部位を通過する前記波長λ１及び前記波長λ２の光束に対して実質的な位相の変化が無いように設定され、且つ前記不連続部位を通過する前記波長λ３の光束に対しては実質的な位相の変化があるよう設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項６】
前記第１光路差付与構造が形成されている光学素子の前記波長λ１に対する屈折率をｎ１、前記第１光路差付与構造における前記溝の光軸方向の段差量をｄ１、不連続部位の数をｍ１（整数）とし、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）としたとき、
４．７×ｄ≦ｄ１≦５．３×ｄ              （１）
２≦ｍ１≦５                            （２）
を満たすことを特徴とする請求項５に記載の対物光学素子。
【請求項７】
前記第２光路差付与構造は鋸歯状の構造であり、前記第１光情報記録媒体に対して前記第２光路差付与構造によって生じるＬ（Ｌ＝２Ｎであって、Ｎは整数）次の回折光の光束による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記第２光路差付与構造によって生じるＭ（Ｍは整数）次の回折光の光束による集光スポットが形成され、前記第３光情報記録媒体に対して前記第２光路差付与構造によって生じるＮ次の回折光の光束による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項８】
Ｌ＝２、Ｍ＝１、Ｎ＝１であることを特徴とする請求項７に記載の対物光学素子。
【請求項９】
Ｌ＝６、Ｍ＝４、Ｎ＝３であることを特徴とする請求項７に記載の対物光学素子。
【請求項１０】
Ｌ＝８、Ｍ＝５、Ｎ＝４であることを特徴とする請求項７に記載の対物光学素子。
【請求項１１】
Ｌ＝１０、Ｍ＝６、Ｎ＝５であることを特徴とする請求項７に記載の対物光学素子。
【請求項１２】
前記第２光路差付与構造を通過する前記波長λ１の前記Ｌ次回折光、前記波長λ２の前記Ｍ次回折光、及び前記波長λ３の前記Ｎ次回折光の回折効率を、それぞれη１、η２及びη３としたとき、η１＞８０％、η２＞７０％及びη３＞８０％であることを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１３】
前記波長λ１、前記波長λ２、前記波長λ３が、
３７０ｎｍ＜λ１＜４５０ｎｍ              （３）
６２０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍ              （４）
７５０ｎｍ＜λ３＜８３０ｎｍ              （５）
を満たすことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１４】
前記対物光学素子は光源側に配置される第１光学素子と、光情報記録媒体側に配置される第２光学素子の２つの素子で構成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１５】
前記第１光学素子に前記第１光路差付与構造を、前記第２光学素子に前記第２光路差付与構造を備えることを特徴とする請求項１４に記載の対物光学素子。
【請求項１６】
前記第１光学素子の１面に前記第１光路差付与構造を、他面に前記第２光路差付与構造を備えることを特徴とする請求項１４に記載の対物光学素子。
【請求項１７】
前記第１光学素子の光源側の光学面に前記第１光路差付与構造が設けられていることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１８】
前記第１光学素子の前記波長λ１に対する焦点距離をｆ１１、前記第２光学素子の焦点距離をｆ１２としたとき、
｜ｆ１２／ｆ１１｜＜０．１  且つ  ｜１／ｆ１１｜＜０．０２    （６）
を満たすことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項１９】
前記第１光学素子の少なくとも１面は近軸の曲率半径がほぼ無限大であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項２０】
前記対物光学素子は第３光路差付与構造を備え、前記第３光路差付与構造は、光軸方向の断面形状が鋸歯状で光軸を中心とする複数の輪帯から構成され、前記波長λ１の入射光束が前記各輪帯を通過する際に波長λ１のＰ倍の光路差を付与し、前記波長λ２の入射光束が前記各輪帯を通過する際に波長λ２のＱ倍の光路差を付与するように設定され（Ｐ、Ｑは自然数）、Ｐ＝５、Ｑ＝３又はＰ＝８、Ｑ＝５或いはＰ＝１０、Ｑ＝６であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項２１】
前記第１光路差付与構造を、第１の光路差関数φ1（ｈ）を用いて、
φ1（ｈ）＝（Ａ2×ｈ2＋Ａ4×ｈ4＋・・・＋Ａ2i×ｈ2i）×λ×Ｍ
（ｈ：光軸からの高さ、Ａ2i：光路差関数の係数、ｉ：自然数、λ：ブレーズ化波長）と表し、
前記第３光路差付与構造を、第２の光路差関数φ（ｈ）を用いて、
φ（ｈ）＝（Ｂ2×ｈ2＋Ｂ4×ｈ4＋・・・＋Ｂ2i×ｈ2i）×λ×Ｐ
（ｈ：光軸からの高さ、Ｂ2i：光路差関数の係数、ｉ：自然数、λ：ブレーズ化波長）と表し、
前記第１光情報記録媒体側の開口数となる光軸からの高さをｈｍａｘとしたときに、係数Ａ2＝０を代入した場合に得られるφ1（ｈｍａｘ）と、係数Ｂ2＝０を代入した場合に得られるφ（ｈｍａｘ）とは符号が異なることを特徴とする請求項２０に記載の対物光学素子。
【請求項２２】
前記第１の光路差関数の係数Ａ2≠０であることを特徴とする請求項２１に記載の対物光学素子。
【請求項２３】
前記第２の光路差関数の係数Ｂ2≠０であることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の対物光学素子。
【請求項２４】
前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における、前記Ｎ次の回折光の光束の焦点位置と、（Ｎ±１）次の光束の焦点位置とは、光軸方向に０．０１ｍｍ以上離れて集光することを特徴とする請求項１〜２３のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項２５】
前記対物光学素子の光学面の少なくとも１つは、波長に応じた開口制限機能を有することを特徴とする請求項１〜２４のいずれかに記載の対物光学素子。
【請求項２６】
前記開口制限機能は、特定波長のみを透過するダイクロイックフィルタの機能であることを特徴とする請求項２５に記載の対物光学素子。
【請求項２７】
前記開口制限機能は、回折構造により所定の波長の光束をフレア化する機能であることを特徴とする請求項２５に記載の対物光学素子。
【請求項２８】
前記対物光学素子の少なくともひとつの光学面は光軸を含み光軸を中心とする同心円状の中央領域と、前記中央領域の周辺に位置し、前記所定の波長の光束をフレア化する回折構造を有する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、前記周辺領域を通過した前記波長λ３の光束はフレア化されることを特徴とする請求項２７に記載の対物光学素子。
【請求項２９】
前記周辺領域の周辺に位置し光軸を中心とする同心円状の外周領域が設けられ、前記外周領域を通過した前記波長λ１もしくは前記波長λ２の光束のいずれか一方は、フレア化することを特徴とする請求項２８に記載の対物光学素子。
【請求項３０】
前記中央領域には前記第１光路差付与構造を有することを特徴とする請求項２８又は２９に記載の対物光学素子。
【請求項３１】
請求項１〜３０のいずれかに記載の対物光学素子を用いた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、光ピックアップ装置に関し、特に、光源波長の異なる３つの光源から出射される光束を用いて、３つ以上の異なる光情報記録媒体に対して、それぞれ情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ピックアップ装置において、光ディスクに記録された情報の再生や、光ディスクへの情報の記録のための光源として使用されるレーザ光源の短波長化が進み、例えば、青紫色半導体レーザや、第２高調波発生を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青紫色ＳＨＧレーザ等の波長４０５nmのレーザ光源が実用化されつつある。
【０００３】
これら青紫色レーザ光源を使用すると、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同じ開口数（ＮＡ）の対物レンズを使用する場合で、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１５〜２０ＧＢの情報の記録が可能となり、対物レンズのＮＡを０．８５にまで高めた場合には、直径１２ｃｍの光ディスクに対して、２３〜２５ＧＢの情報の記録が可能となる。以下、本明細書では、青紫色レーザ光源を使用する光ディスク及び光磁気ディスクを総称して「高密度光ディスク」という。
【０００４】
ところで、このような高密度光ディスクに対して適切に情報の記録／再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤ／レコーダの製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）が販売されている現実をふまえると、高密度光ディスクに対して情報の記録／再生ができるだけでは足らず、例えばユーザが所有しているＤＶＤやＣＤに対しても同様に適切に情報の記録／再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダとしての商品価値を高めることに通じるのである。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ／レコーダに搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスク、ＤＶＤ及びＣＤの３種類の光ディスクの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できる性能を有することが望まれる。
【０００５】
高密度光ディスクとＤＶＤ、更にはＣＤとの何れに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録／再生できるようにする手法として、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを情報を記録／再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替えるものが考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。
【０００６】
そこで、光ピックアップ装置の構成を簡素化し、低コスト化を図るためには、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とＤＶＤやＣＤ用の光学系とを共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましいといえる。又、光ディスクに対向して配置される対物光学系を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。
【０００７】
しかるに、光ピックアップ装置において共通の対物光学素子を用いて互換を実現しようとする場合、それぞれの光ディスクに用いられる光源波長や保護基板厚が異なるため、光ディスクの情報記録面上に良好に収差補正のなされた集光スポットを形成するためには何らかの工夫が必要となる。
【０００８】
一つの収差補正の態様としては、対物光学素子に入射される光束の発散度合いを変えることが考えられる。かかる収差補正の態様によれば、対物光学素子に入射する光束の発散度合いに応じて、軸外特性が悪化（発散度合いが大きくなるほどトラッキング時にレンズシフトした際のコマ収差が大きく発生）し好ましくないという問題がある。
【０００９】
別の収差補正の態様としては、対物光学素子の光学面に、回折作用を与える回折構造を設けることである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２９８４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、かかる従来技術の技術によれば、対物光学素子に入射する光束が異なる２つの波長である場合には、いずれの光束に対しても良好に球面収差補正を行えるが、異なる３つの波長である光束について、いずれの光束に対しても良好に球面収差補正を行うことは困難である。
【００１１】
より具体的に説明すると、例えば高密度光ディスク／ＤＶＤ／ＣＤに使用される光束の波長は、それぞれλ１＝４００ｎｍ程度、λ２＝６５５ｎｍ程度、λ３＝７８５程度となっており、ここでλ１：λ３≒１：２であるため、特許文献１に記載されたようなブレーズ形状の回折構造では、回折効率が最大となる回折次数の比がλ１：λ３＝２：１となる（例えばλ１が６次のときλ３が３次）。また、回折の効果は波長×回折次数の差と回折輪帯のピッチで決まるため、波長λ１とλ３の回折次数が２：１のときは、λ１×２−λ３×１の値が小さくなるため、例えば、ブレーズ化波長を波長λ１の偶数倍に近い値として回折構造を設計した場合、波長λ１の光束と波長λ３の光束における相互の回折作用が小さくなり、同じ対物光学素子を用いて高密度光ディスクとＣＤに対して、それぞれ情報の記録及び／又は再生を行うことが困難となる。
【００１２】
一方、波長×回折次数の差が小さい場合であっても、小さい回折作用を利用することで互換を達成することが理論上は可能であるが、この場合、回折輪帯のピッチを小さくする必要があり、それにより光量の低下、レンズの製造が難しくなる、レーザ光源の出力変化等による数ｎｍ程度の微小範囲内での波長変動によって収差が大きく発生する等の問題が生じてしまう。
【００１３】
本発明は、従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、異なる３つの波長である光束を入射させた場合でも、良好な球面収差補正を行える対物光学素子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】
【００１４】
請求項１に記載の対物光学素子は、波長λ１の第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源と、対物光学素子を含む集光光学系とを有する光ピックアップ装置の対物光学素子であって、
前記対物光学素子を介して、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護層を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、前記第２の対物光学素子を介して、前記第２光源からの光束を、厚さｔ２（ｔ１≦ｔ２）の保護層を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、前記対物光学素子を介して、前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ２＜ｔ３）の保護層を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、
前記対物光学素子は、前記波長λ３の光束に対して実質的な位相の変化を与え、波長λ１、λ２に対して実質的な位相の変化を与えない光路差を与える第１光路差付与構造と、前記波長λ１の光束、前記波長λ２の光束、及び前記波長λ３の光束に対して光路差を与える第２光路差付与構造とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、例えば単一の回折構造を用いて、３つの異なる波長の光束全てに対して、適切な情報の記録及び／又は再生を行えるように収差補正を行うことが困難であることに鑑み、本発明では、前記第１光路差付与構造を用いて、予め前記波長λ３の光束に対してのみ実質的な位相の変化を与えるよう光路差を与えることで球面収差或いは波面収差の補正を行い、更に前記第２光路差付与構造を用いて、前記波長λ１，λ２の光束に対して主として光路差を与えることで球面収差或いは波面収差の補正を行うことにより、それぞれの光路差付与構造における負担を軽減し、トータルで３つの異なる波長の光束全てに対して収差補正を行うことで、適切な情報の記録及び／又は再生を行えるようにしている。
【００１６】
請求項２に記載の対物光学素子は、請求項１に記載の発明において、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合、前記対物光学素子の結像倍率がほぼ同じであるように構成されていることを特徴とする。「ほぼ同じ結像倍率」とは、波長λ２の光束に対して、他の波長の光束の結像倍率の差が±０．００８以内であることをいうものとする。
【００１７】
請求項３に記載の対物光学素子は、請求項２に記載の発明において、前記結像倍率が０であることを特徴とする。全ての波長において平行光束が前記対物光学素子に入射するようにすると、前記対物光学素子の軸外特性が向上し、例えばトラック方向に前記対物光学素子がシフトした場合でも、コマ収差や非点収差の発生を抑えることができる。また、複数の光源が１パッケージ化された光源の使用が可能となり、光ピックアップ装置の部品点数の削減、小型化及び低コスト化を実現できる。
【００１８】
請求項４に記載の対物光学素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１光路差付与構造は、回折構造であることを特徴とするが、ＮＰＳ（Ｎｏｎ−Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅ）等でも良い。
【００１９】
請求項５に記載の対物光学素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１光路差付与構造は、所定数の溝からなる不連続部位を光軸を中心として同心円状に周期的に形成することで構成され、前記溝の深さが、前記不連続部位を通過する前記波長λ１及び前記波長λ２の光束に対して実質的な位相の変化が無いように設定され、且つ前記不連続部位を通過する前記波長λ３の光束に対しては実質的な位相の変化があるよう設定されていることを特徴とするので、かかる位相の変化を与えることで、収差補正を行うことができる。階段形状の段差の大きさ、段数を所定の段差とすることで、特定の波長に対して回折作用を有することが可能となる。尚、「実質的な位相の変化がない」とは、全く位相の変化がない場合のみを指すわけではなく、±０．２π以内の位相の変化（望ましくは０．１π以内）であれば含むものとする。また、「実質的な位相の変化がある」とは±０．２πを越える位相の変化を含むものとする。
【００２０】
請求項６に記載の対物光学素子は、請求項５に記載の発明において、前記第１光路差付与構造が形成されている光学素子の前記波長λ１に対する屈折率をｎ１、前記第１光路差付与構造における前記溝の光軸方向の段差量をｄ１、不連続部位の数をｍ１（整数）とし、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）としたとき、
４．７×ｄ≦ｄ１≦５．３×ｄ              （１）
２≦ｍ１≦５                            （２）
を満たすことを特徴とする。例えばｍ１＝２と、分割数が少なくなれば、前記対物光学素子を製造しやすいという利点がある。
【００２１】
請求項７に記載の対物光学素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第２光路差付与構造は鋸歯状の構造であり、前記第１光情報記録媒体に対して前記第２光路差付与構造によって生じるＬ（Ｌ＝２Ｎであって、Ｎは整数）次の回折光の光束による集光スポットが形成され、前記第２光情報記録媒体に対して前記第２光路差付与構造によって生じるＭ（Ｍは整数）次の回折光の光束による集光スポットが形成され、前記第３光情報記録媒体に対して前記第２光路差付与構造によって生じるＮ次の回折光の光束による集光スポットが形成されるように構成されることを特徴とする。すなわち、波長λ１の回折効率が最大となる回折次数を偶数となるようにすれば、前記第２光路差付与構造を通過する波長λ１、λ３の光束はともに回折効率が高くなり、一方、第１光路差付与構造では、波長λ３にのみ整数倍でない波長差を付与（他の２波長には整数倍の波長差を付与）することで、前記第１光路差付与構造を通過することにより、補正不足となった波長の光束の収差補正を行うことができる。
【００２２】
請求項８に記載の対物光学素子は、請求項７に記載の発明において、Ｌ＝２、Ｍ＝１、Ｎ＝１であることを特徴とする。
【００２３】
請求項９に記載の対物光学素子は、請求項７に記載の発明において、Ｌ＝６、Ｍ＝４、Ｎ＝３であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に記載の対物光学素子は、請求項７に記載の発明において、Ｌ＝８、Ｍ＝５、Ｎ＝４であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１に記載の対物光学素子は、請求項７に記載の発明において、Ｌ＝１０、Ｍ＝６、Ｎ＝５であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の対物光学素子は、請求項５〜１１のいずれかに記載の発明において、前記第２光路差付与構造を通過する前記波長λ１の前記Ｌ次回折光、前記波長λ２の前記Ｍ次回折光、及び前記波長λ３の前記Ｎ次回折光の回折効率を、それぞれη１、η２及びη３としたとき、η１＞８０％、η２＞７０％及びη３＞８０％であることを特徴とする。光ディスクの再生／記録に不要な光束、即ち光ディスクの再生／記録に使用しない回折効率の低い光束が増えると、信号にノイズが多くなりＳ／Ｎが悪くなる。そのため、Ｓ／Ｎがより良くなるよう、回折効率η１、η２ができるだけ高い光束とすることが好ましい。例えば、対物光学素子を透過した入射光が情報記録面で反射され、再び対物光学素子を透過する際の回折効率が５０％以上あることが好ましい。更に、第１光路差付与構造により、λ３のＮ次回折光に対して回折作用が生じる際の効率低下が見込まれる為、回折効率η３については、できるだけ高い光束とすることが好ましい。
【００２７】
請求項１３に記載の対物光学素子は、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記波長λ１、前記波長λ２、前記波長λ３が、
３７０ｎｍ＜λ１＜４５０ｎｍ              （３）
６２０ｎｍ＜λ２＜６９０ｎｍ              （４）
７５０ｎｍ＜λ３＜８３０ｎｍ              （５）
を満たすことを特徴とする。
【００２８】
請求項１４に記載の対物光学素子は、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子は光源側に配置される第１光学素子と、光情報記録媒体側に配置される第２光学素子の２つの素子で構成されることを特徴とする。前記対物光学素子を２つ以上の光学素子から構成することで、補正機能の自由度が大きくなり、設計、性能上で有利になるが、前記対物素子は単一の素子から形成されていても良い。
【００２９】
請求項１５に記載の対物光学素子は、請求項１４に記載の発明において、前記第１光学素子に前記第１光路差付与構造を、前記第２光学素子に前記第２光路差付与構造を備えることを特徴とする。１つの光学素子に１つの光路差付与構造を設けることで、１つ光学素子に２つの回折構造を設ける場合に比べ、光学素子単体の成形誤差の許容範囲を大きくすることが可能となる。
【００３０】
請求項１６に記載の対物光学素子は、請求項１４に記載の発明において、前記第１光学素子の１面に前記第１光路差付与構造を、他面に前記第２光路差付与構造を備えることを特徴とする。ガラスレンズ等の回折形状を作ることが困難である対物レンズを第２光学素子とした場合に、有効な構成である。
【００３１】
請求項１７に記載の対物光学素子は、請求項１４〜１６のいずれかに記載の発明において、前記第１光学素子の光源側の光学面に前記第１光路差付与構造が設けられていることを特徴とする。例えば溝状の光路差付与構造は、鋸歯状の光路差付与構造に比べ光軸方向の段差量が大きくなり、斜入射による光線のケラレが生じる。これにより回折効率の低下が生じる。それを低減するためには波長λ１、λ２、λ３の光束が、ほぼ同じ発散度で入射される位置に溝状の構造を設けることが望ましいのである。
【００３２】
請求項１８に記載の対物光学素子は、請求項１４〜１７のいずれかに記載の発明において、前記第１光学素子の前記波長λ１に対する焦点距離をｆ１１、前記第２光学素子の焦点距離をｆ１２としたとき、
｜ｆ１２／ｆ１１｜＜０．１  且つ  ｜１／ｆ１１｜＜０．０２    （６）
を満たすことを特徴とする。前記第１光学素子のパワーを弱くすることで、２つの光学素子間の取付け誤差を抑えることができ、それにより組み立てが比較的簡単になる。
【００３３】
請求項１９に記載の対物光学素子は、請求項１４〜１８のいずれかに記載の発明において、前記第１光学素子の少なくとも１面は近軸の曲率半径がほぼ無限大であることを特徴とする。前記第１光学素子のパワーを弱くすることで、２つの光学素子間の取付け誤差を抑えることができ、それにより組み立てが比較的簡単になる。本明細書において「ほぼ無限大」とは、光軸上での曲率半径が２００ｍｍ以上であることを指すものである。より好ましい曲率半径は５００ｍｍ以上であり、更に平面であることがより好ましい。
【００３４】
請求項２０に記載の対物光学素子は、請求項１〜１９のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子は第３光路差付与構造を備え、前記第３光路差付与構造は、光軸方向の断面形状が鋸歯状で光軸を中心とする複数の輪帯から構成され、前記波長λ１の入射光束が前記各輪帯を通過する際に波長λ１のＰ倍の光路差を付与し、前記波長λ２の入射光束が前記各輪帯を通過する際に波長λ２のＱ倍の光路差を付与するように設定され（Ｐ、Ｑは自然数）、Ｐ＝５、Ｑ＝３又はＰ＝８、Ｑ＝５或いはＰ＝１０、Ｑ＝６であることを特徴とする。本明細書において、「Ｐ倍」、「Ｑ倍」とは、単にその値だけを示すのではなく、例えばその値から±０．１２の範囲にあるものも含むものとする。
【００３５】
前記第３光路差付与構造は、前記第１、第２光路差付与構造により生じうる数ｎｍの波長変動による収差発生を低減させるために設ける。ここで、光が光学面に垂直に入射した場合、回折構造を通過する波長λ１、λ２の光の屈折は下記の式（６）（７）の差で表される。
−ｎ１×ｓｉｎθ１＝λ１／ｐ                            （６）
−ｎ２×ｓｉｎθ２＝（Ｑ／Ｐ）×λ２／ｐ        （７）
ｎ１、ｎ２：それぞれ波長λ１、λ２での光学素子の屈折率
θ１、θ２：それぞれ波長λ１、λ２の出射角
Ｐ、Ｑ    ：それぞれ波長λ１、λ２の回折次数
ｐ        ：回折輪帯のピッチ
【００３６】
波長変化＞＞屈折率変化であるから、回折構造による屈曲（出射角）は波長の変化に依存しており、回折構造を備えた対物レンズでは、波長差を利用して収差補正を可能としている。例えばλ１＝４０５ｎｍ、λ２＝６５５ｎｍとしたとき、Ｐ＝１、Ｑ＝１であればλ１、（Ｑ／Ｐ）×λ２の差は２５０ｎｍであるが、Ｐ＝５、Ｑ＝３では−１２ｎｍ、Ｐ＝８、Ｑ＝５では４ｎｍ、Ｐ＝１０、Ｑ＝６では−１２ｎｍとなり、波長λ１、λ２間での回折作用が等しくなり、相互の回折作用がほとんどないものとして扱える。これを利用し、各波長での数ｎｍ程度の波長変動の補正を可能とする。これ以外の回折次数だと、狙い通りの補正が難しい場合もある。
【００３７】
請求項２１に記載の対物光学素子は、請求項２０に記載の発明において、前記第１光路差付与構造を、第１の光路差関数φ1（ｈ）を用いて、
φ1（ｈ）＝（Ａ2×ｈ2＋Ａ4×ｈ4＋・・・＋Ａ2i×ｈ2i）×λ×Ｍ
（ｈ：光軸からの高さ、Ａ2i：光路差関数の係数、ｉ：自然数、λ：ブレーズ化波長）と表し、
前記第３光路差付与構造を、第２の光路差関数φ（ｈ）を用いて、
φ（ｈ）＝（Ｂ2×ｈ2＋Ｂ4×ｈ4＋・・・＋Ｂ2i×ｈ2i）×λ×Ｐ
（ｈ：光軸からの高さ、Ｂ2i：光路差関数の係数、ｉ：自然数、λ：ブレーズ化波長）と表し、
前記第１光情報記録媒体側の開口数となる光軸からの高さをｈｍａｘとしたときに、係数Ａ2＝０を代入した場合に得られるφ1（ｈｍａｘ）と、係数Ｂ2＝０を代入した場合に得られるφ（ｈｍａｘ）とは符号が異なることを特徴とする。
【００３８】
請求項２２に記載の対物光学素子は、請求項２１に記載の発明において、前記第１の光路差関数の係数Ａ2≠０であることを特徴とする。
【００３９】
請求項２３に記載の対物光学素子は、請求項２１又は２２に記載の発明において、前記第２の光路差関数の係数Ｂ2≠０であることを特徴とする。
【００４０】
請求項２４に記載の対物光学素子は、請求項１〜２３のいずれかに記載の発明において、前記第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における、前記Ｎ次の回折光の光束の焦点位置と、（Ｎ±１）次の光束の焦点位置とは、光軸方向に０．０１ｍｍ以上離れて集光することを特徴とする。
【００４１】
請求項２５に記載の対物光学素子は、請求項１〜２４のいずれかに記載の発明において、前記対物光学素子の光学面の少なくとも１つは、波長に応じた開口制限機能を有することを特徴とする。
【００４２】
請求項２６に記載の対物光学素子は、請求項２５に記載の発明において、前記開口制限機能は、特定波長のみを透過するダイクロイックフィルタの機能であることを特徴とする。
【００４３】
請求項２７に記載の対物光学素子は、請求項２５に記載の発明において、前記開口制限機能は、回折構造により所定の波長の光束をフレア化する機能であることを特徴とする。
【００４４】
請求項２８に記載の対物光学素子は、請求項２７に記載の発明において、前記対物光学素子の少なくともひとつの光学面は光軸を含み光軸を中心とする同心円状の中央領域と、前記中央領域の周辺に位置し、前記所定の波長の光束をフレア化する回折構造を有する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、前記周辺領域を通過した前記波長λ３の光束はフレア化されることを特徴とする。
【００４５】
請求項２９に記載の対物光学素子は、請求項２８に記載の発明において、前記周辺領域の周辺に位置し光軸を中心とする同心円状の外周領域が設けられ、前記外周領域を通過した前記波長λ１もしくは前記波長λ２の光束のいずれか一方は、フレア化することを特徴とする。本明細書において、「フレア成分（フレア光）」とは、所定の情報記録面上での記録又は再生に必要なスポット形成に寄与しないような作用が及ぼされた所定開口数以上の光束のことであり、例えばＣＤの記録又は再生の場合にあっては当該ＣＤの記録又は再生に必要な開口数が０〜０．４３もしくは０．４５よりも高開口数に対応する入射光束に対して、波面収差が０．０７λｒｍｓ（この場合、λはＣＤ使用波長）以上の収差を生じさせる光束を指す。「フレア化」とは入射光束をこのような収差を生じさせる光束として情報記録面に対して照射させる様な特性とする事を言う。
【００４６】
請求項３０に記載の対物光学素子は、請求項２８又は２９に記載の発明において、前記中央領域には前記第１光路差付与構造を有することを特徴とする。
【００４７】
請求項３１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜３０のいずれかに記載の対物光学素子を用いたことを特徴とする。
【００４８】
本明細書中において、対物光学素子とは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有する光学素子を指し、広義にはその光学素子と共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能な光学素子を指すものとする。
【００４９】
本明細書中において、第１光情報記録媒体とは、例えば、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学素子により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ＨＤ  ＤＶＤ）の他に、ＮＡ０．８５の対物光学素子により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスク（例えば、ブルーレイディスク、以下ではＢＤともいう）も含むものとする。第２光情報記録媒体とは、再生専用に用いるＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏの他、再生／記録を兼ねるＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ等の各種ＤＶＤ系の光ディスクを含むものである。又、第３光情報記録媒体とは、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系の光ディスクをいう。尚、本明細書中、保護層の厚さというときは、厚さ０ｍｍも含めるものとする。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、異なる３つの波長である光束を入射させた場合でも、良好な球面収差補正を行える対物光学素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。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）とＣＤ
（第３光ディスク）との何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える第１の光ピックアップ装置ＰＵ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、第１波長λ１＝４０７ｎｍ、第１保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．６５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２波長λ２＝６５５ｎｍ、第２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、第３波長λ３＝７８５ｎｍ、第３保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．５１である。
【００５２】
光ピックアップ装置ＰＵは、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍのレーザ光束（第１光束）を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍのレーザ光束（第２光束）を射出する赤色半導体レーザ（第２光源）と、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され７８５ｎｍのレーザ光束（第３光束）を射出する赤外半導体レーザ（第３光源）とを１つのパッケージに収容したレーザユニット２Ｌ１Ｐ、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１からの反射光束を受光する第１光検出器ＰＤ１、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２及びＣＤの情報記録面ＲＬ３からの反射光束を受光する第２光検出器ＰＤ２、収差補正素子Ｌ１（第１光学素子）とこの収差補正素子Ｌ１を透過したレーザ光束を情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面非球面の集光素子Ｌ２（第２光学素子）とから構成された対物光学素子ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ１、高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１に対応した絞りＳＴＯ、第１〜第４偏光ビームスプリッタＢＳ１〜ＢＳ４、第１〜第３コリメートレンズＣＯＬ１〜ＣＯＬ３、第１センサーレンズＳＥＮ１、第２センサーレンズＳＥＮ２等から概略構成されている。
【００５３】
光ピックアップ装置ＰＵ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、第１コリメートレンズＣＯＬ１により平行光束に変換された後、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過し、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過した後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、対物光学素子ＯＢＪによって第１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。なお、対物光学素子ＯＢＪが波長λ１の光束に対して与える作用については後述する。対物光学素子ＯＢＪ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。
【００５４】
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、再び対物光学素子ＯＢＪ、第２の偏光ビームスプリッタＢＳ２を通過した後、第１の偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、センサーレンズＳＥＮ１により非点収差を与えられ、第３コリメートレンズＣＯＬ３により収斂光束に変換され、第１光検出器ＰＤ１の受光面上に収束する。そして、第１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。
【００５５】
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、まずレーザユニット２Ｌ１Ｐの第２光源を発光させる。レーザユニット２Ｌ１Ｐから射出された発散光束は、図１において点線でその光線経路を描いたように、第３偏光ビームスプリッタ、第４偏光ビームスプリッタを通過し、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束とされた後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射し、対物光学素子ＯＢＪによって第２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。なお、対物光学素子ＯＢＪが波長λ２の光束に対して与える作用については後述する。対物光学素子ＯＢＪ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。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、再び対物光学素子ＯＢＪを通過し、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、第２コリメートレンズＣＯＬ２により収斂光束に変換され、第４偏光ビームスプリッタＢＳ４で反射され、第２センサーレンズＳＥＮ２によって非点収差を与えられ、第２光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、第２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。
【００５６】
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、レーザユニット２Ｌ１Ｐの第３光源を発光させる。レーザユニット２Ｌ１Ｐから射出された発散光束は、図示していないが、第３偏光ビームスプリッタ、第４偏光ビームスプリッタを通過し、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束とされた後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射し、対物光学素子ＯＢＪによって第３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。なお、対物光学素子ＯＢＪが波長λ３の光束に対して与える作用については後述する。対物光学素子ＯＢＪ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。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、再び対物光学素子ＯＢＪを通過し、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、第２コリメートレンズＣＯＬ２により収斂光束に変換され、第４偏光ビームスプリッタＢＳ４で反射され、第２センサーレンズＳＥＮ２によって非点収差を与えられ、第２光検出器ＰＤ２の受光面上に収束する。そして、第２光検出器ＰＤ２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。
【００５７】
次に、対物光学素子ＯＢＪの構成について説明する。図２は、対物光学素子ＯＢＪの概略断面図であり、光学面形状は誇張して描かれている。対物光学素子ＯＢＪは、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とからなる。なお、図示は省略するが、それぞれの光学機能部（第１光束が通過する収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の領域）の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部を有し、かかるフランジ部の一部同士を接合することで一体化されている。収差補正素子L１と集光素子L２とを一体化する場合には、別部材の鏡枠を介して両者を一体化してもよい。
【００５８】
収差補正素子Ｌ１の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１（入射面）は、図２に示すように、ＮＡ３内の領域に対応した光軸Ｌを中心とする同心円状であって光軸Ｌを含む第１領域（中央領域）Ａ１と、第１領域Ａ１よりも外側の領域に形成される同心円状の第２領域（周辺領域）Ａ２とに区分されている。そして、第１領域Ａ１には第１光路差付与構造としての第１回折構造１０が形成されている。
【００５９】
第１回折構造１０は、同じ深さｄ１の光軸を中心とした同心円状の複数の溝（不連続部）１１からなり、第２回折構造２０は、所定数の段部２１と不連続部位２２とからなる階段構造を内部に有する光軸Ｌを中心とした同心円状の輪帯２３を周期的に形成した構造からなる。
【００６０】
第１回折構造１０としては、図２に示したもの以外にも、例えば図３に模式的に示すような階段状の構成であっても良い。
【００６１】
第１回折構造１０は、溝１１を通過する波長λ１、波長λ２及び波長λ３の光束のうち、波長λ３の光束に対してのみ実質的に位相差を与え、波長λ１とλ２の光束に対しては実質的に位相差を与えないように設定されている。波長λ３の光束は実質的に位相差を与えられることにより回折作用を受けるので、これにより発生する波長λ３の回折光のうち、最も高い回折効率を有する回折光をＣＤの情報記録及び／又は再生に利用できる。
【００６２】
具体的には、第１回折構造１０が形成されている収差補正素子Ｌ１の波長λ１の光束に対する屈折率をｎ１、第１回折構造１０における溝１１の光軸方向の段差量をｄ１、不連続部位の数をｍ１（整数）とし、ｄ＝λ１／（ｎ１−１）としたとき、
４．７×ｄ≦ｄ１≦５．３×ｄ              （１）
２≦ｍ１≦５                            （２）
を満たすように設計されている。
【００６３】
これにより、第１回折構造１０の段差ｄ１は波長λ１のほぼ整数倍の深さに設定されることになる。段差ｄ１の深さがこのように設定された溝構造に対して、波長λ１の光束が入射した場合、隣接する段差間ではλ１のほぼ整数倍の光路差が発生することになり、波長λ１の光束には実質的に位相差が与えられないことになるので、波長λ１の入射光束は第１回折構造１０において回折されずにそのまま透過する。また、この回折構造に対して、波長λ２の光束が入射した場合、実質的に位相差が与えられず、同様にそのまま透過する。
【００６４】
一方、波長λ３の入射光束に対しては溝の深さと不連続部位の数に応じた位相差が生じるので、回折作用を利用して、例えば、高い回折効率を有する波長λ３の回折光を利用してＣＤに対する情報の記録／再生を行なうことができると共に、ＣＤの色収差の補正や温度変化に伴う球面収差の補正を行なうことができる。
【００６５】
また、ＣＤに対する情報の記録・再生には、波長λ３の光束のうち第１領域Ａ１を通過した光束のみを利用するので、第２領域Ａ２を通過した波長λ３の光束は不要光となる。そこで、第２領域Ａ２を通過した波長λ３の光束がＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光しないように、第２領域Ａ２に形成した回折構造により回折作用を与え、これにより発生する異次の回折光のうち比較的高い回折効率（例えば３０％以上）を持つ回折光をフレア化させることもできる。これにより、対物光学素子ＯＢＪにＮＡ３に関する開口制限機能を持たせることができると共に、かかる回折構造により、第１領域Ａ１から第２領域Ａ２にかけて波長λ３の光束の縦球面収差を不連続なものとすることができ、第２光検出器ＰＤ２における波長λ３の光束の反射光の検出精度を向上させることができる。
【００６６】
なお、波長λ３の複数の回折光（例えば＋１次と−１次の回折光）がほぼ同じ回折効率（例えば４０％程度）を有する場合があるが、このような場合には、回折効率が高い複数の回折光の全てあるいはＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光するおそれがある回折光をフレア化することになる。
【００６７】
一方、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学面Ｓ２（出射面）には、第３光路差付与構造４０が形成されている。第３光路差付与構造４０は、図２に示したような、段差１６の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１７から構成され、光軸Ｌを含む断面形状が階段形状となっており、波長λ１及び波長λ２の入射光束に対して実質的に位相差を与えないようになっている。
【００６８】
具体的には、第３光路差付与構造４０は、波長λ１の入射光束が前記各輪帯１７を通過する際に波長λ１のＰ倍の光路差を付与し、前記波長λ２の入射光束が前記各輪帯を通過する際に波長λ２のＱ倍の光路差を付与するように設定されており、光路差関数φ（ｈ）を用いると、
φ（ｈ）＝（Ｂ2×ｈ2＋Ｂ4×ｈ4＋・・・＋Ｂ2i×ｈ2i）×λ×Ｐ
で規定され、係数Ｂ２＝０を代入した場合に、φ（ｈｍａｘ）＞０となるように設計されている。但し、ｈは光軸からの高さ、Ｂ2iは光路差関数の係数、ｉは自然数、λはブレーズ化波長、ｈｍａｘは高密度光ディスクＨＤの開口数ＮＡ１となる光軸Ｌからの高さとする。
【００６９】
ＰとＱの組合せとしては、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）、（８，５）、（１０，６）のいずれかとなる。
【００７０】
尚、第１回折構造１０を、第１の光路差関数φ1（ｈ）を用いて、
φ1（ｈ）＝（Ａ2×ｈ2＋Ａ4×ｈ4＋・・・＋Ａ2i×ｈ2i）×λ×Ｍ
（ｈ：光軸からの高さ、Ａ2i：光路差関数の係数、ｉ：自然数、λ：ブレーズ化波長）と表したとき、高密度ディスクＨＤ側の開口数となる光軸からの高さをｈｍａｘとしたときに、係数Ａ2＝０を代入した場合に得られるφ1（ｈｍａｘ）と、係数Ｂ2＝０を代入した場合に得られるφ（ｈｍａｘ）とは符号が異なっている。
【００７１】
波長λ１及び波長λ２の光束が第２光路差付与構造４０が形成された光学面（本実施の形態においては出射面Ｓ２）に対して垂直に入射した場合、波長λ１及びλ２の光束の回折構造による光の入射角の違いは下記の式（６）（７）の差で表される。
−ｎ１×ｓｉｎθ１＝Ｐ×λ１／ｐ        （６）
−ｎ２×ｓｉｎθ２＝Ｑ×λ２／ｐ        （７）
ｎ１、ｎ２：波長λ１、λ２での収差補正素子Ｌ１の屈折率
θ１、θ２：波長λ１、λ２の出射角
ｐ        ：回折輪帯のピッチ
【００７２】
一般的に、光学素子の屈折力に対して与える影響は、波長変化に起因するものの方が、光学素子自体の屈折率の変化に起因するものよりも大きいことが知られており、本実施の形態においては、第３光路差付与構造４０による屈曲（出射角）は波長λ１及び波長λ２の波長変化に依存している。
【００７３】
例えば、波長λ１＝４０５ｎｍ、波長λ２＝６５５ｎｍとしたとき、（Ｐ，Ｑ）＝（１，１）であればλ１と（Ｑ／Ｐ）×λ２との差は２５０ｎｍとなり、回折作用による各光束の出射角の差が大きくなるが、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）では−１２ｎｍ、（Ｐ，Ｑ）＝（８，５）では４ｎｍ、（Ｐ，Ｑ）＝（１０，６）では−１２ｎｍと小さくなる。従って、（Ｐ，Ｑ）＝（５，３）、（８，５）、（１０，６）のいずれかの組み合わせとすることにより、回折作用による各光束の出射角はほぼ等しくなり、相互の回折作用は実質的にほとんど無いものとして扱うことが可能となる。そこで、上述のように、φ（ｈｍａｘ）＞０となるように第３光路差付与構造を設計することで、波長λ１とλ２の光束に数ｎｍ程度の波長変動が生じた場合に第２光路差付与構造である第２回折構造５０及び第１回折構造１０により発生する収差を第２光路差付与構造４０で低減させることができる。
【００７４】
集光素子Ｌ２の半導体レーザ光源側の光学面Ｓ１（入射面）には、図２に示すように、第２回折構造５０が形成されている。第２回折構造５０は、複数の輪帯１５から構成され、光軸Ｌを含む断面形状が鋸歯形状となっている。
【００７５】
収差補正素子Ｌ１を通過した波長λ１、λ２及びλ３の各光束は、第２回折構造５０により回折作用を受け、これにより生じる波長λ１の光束のＬ次回折光（Ｌは偶数）は、集光素子Ｌ２の出射面Ｓ２において屈折作用を受けた後、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に集光スポットを形成し、波長λ２の光束のＭ次回折光（Ｍは整数）は、集光素子Ｌ２の出射面において屈折作用を受けた後、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に集光スポットを形成し、波長λ３の光束のＮ次回折光（Ｎは整数）は、集光素子Ｌ２の出射面において屈折作用を受けた後、ＣＤの情報記録面ＲＬ３上に集光スポットを形成するようになっている。
【００７６】
換言すると、第２回折構造５０は、波長λ１の光束のＬ次回折光が高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に良好な集光スポットを形成するように収差補正を行ない、波長λ２の光束のＭ次回折光が、第１回折構造１０を通過する際に与えられる位相差によりＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に良好な集光スポットを形成するよう収差補正を行い、波長λ３の光束のＮ次回折光がＣＤの情報記録面ＲＬ３上に良好な集光スポットを形成するように収差補正を行なうように設計されている。
【００７７】
即ち、波長λ１の回折効率が最大となる回折次数を偶数となるようにすれば、第２回折構造５０を通過する波長λ１、λ３の光束はともに回折効率が高くなり、一方、第１回折構造１０では、波長λ３にのみ整数倍でない波長差を付与（他の２波長には整数倍の波長差を付与）することで、前記第１回折構造を通過することで、補正不足となった波長の光束の収差補正を行うことができる。このようなＬ、Ｍ及びＮの組み合わせとしては、（Ｌ，Ｍ，Ｎ）＝（２，１，１）、（６，４，３）、（８，５，４）、（１０，６，５）が挙げられる。
【００７８】
また、上記Ｌ次、Ｍ次及びＮ次の回折光の回折効率をそれぞれη１、η２及びη３としたとき、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとＣＤと間で互換を達成するためには、η１＞８０％、η２＞７０％及びη３＞８０％を満たす回折効率を有すると好ましい。
【００７９】
なお、本実施の形態では、対物光学素子ＯＢＪを収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２とからなる２群構成とした。これにより、回折パワーや屈折パワーを２つの光学素子に分担させることができ、設計の自由度が向上するという利点があるが、これに限らず、対物光学素子ＯＢＪを単玉のレンズで構成し、このレンズの入射面と出射面に上記光路差付与構造や回折構造を設けても良い。
【００８０】
また、収差補正素子Ｌ１に第２回折構造５０と第１回折構造１０を設けてもよく、この場合、集光素子Ｌ２をガラスレンズとすることができるので、温度変化による収差の発生を抑制できる。
【００８１】
また、本実施の形態のように、収差補正素子Ｌ１の入射Ｓ１に第１回折構造１０を設けることが好ましい。第１回折構造１０を、光軸に直交する段部から形成すれば、鋸歯状の構造に比べて、光軸Ｌ方向の段差量が大きくなり、光束の斜入射によるケラレが生じて回折効率の低下がおきるので、これを防止すべく、各光束が平行光として入射する面に第１回折構造１０を設けることが望ましいためである。
【００８２】
また、収差補正素子Ｌ１の焦点距離をｆ１１、集光素子Ｌ２の焦点距離をｆ１２としたとき、｜ｆ１２／ｆ１１｜＜０．１  且つ  ｜１／ｆ１１｜＜０．０２を満たすように、あるいは、収差補正素子Ｌ１の少なくとも１面の近軸における曲率半径がほぼ無限大となるようにレンズ設計を行なうことが好ましい。このように収差補正素子Ｌ１の屈折力を弱くすることで、収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２との組み付け誤差を抑えることができる。また、光学面の形状が略平面となるので、第１回折構造１０や第２回折構造５０などを光学面上に形成しやすくなる。
【００８３】
また、ＣＤに対して情報の再生及び／又は記録を行う場合における、Ｎ次回折光の焦点位置と、（Ｎ±１）次回折光の焦点位置とを、光軸Ｌ方向に０．０１ｍｍ以上離すことが好ましい。
【００８４】
また、対物光学素子ＯＢＪを構成する光学素子にダイクロイックフィルタや液晶位相制御素子を取り付けることで、対物光学素子に開口制限機能を持たせることにしても良い。なお、図示は省略するが、上記実施の形態に示した光ピックアップ装置ＰＵ、光ディスクを回転自在に保持する回転駆動装置、これら各種装置の駆動を制御する制御装置を搭載することで、光ディスクに対する光情報の記録及び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の実行が可能な光情報記録再生装置を得ることが出来る。
【００８５】
（実施例１）
次に、実施例について説明する。本実施例は、図２に示すように、対物光学素子ＯＢＪが収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２の２群で構成されており、収差補正素子Ｌ１の入射面Ｓ１（第３面）は平面で、出射面Ｓ２（第４面）は非球面で構成されており、集光素子Ｌ２の入射面Ｓ１（第４面）と出射面Ｓ２（第５面）は非球面で構成されている。
【００８６】
収差補正素子Ｌ１の入射面Ｓ１には、第１回折構造１０（第１位相差構造）が形成されており、収差補正素子Ｌ１の出射面Ｓ２には、第３光路差付与構造が形成されており、集光素子Ｌ２の入射面Ｓ１には、光軸を含む断面形状が鋸歯形状の第２回折構造５０（第２位相差構造）が形成されている。表１にレンズデータを示す。表１中のＲｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。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、２．５×Ｅ―３）を用いて表すものとする。
【００８７】
【表１】
2005302273.tif 000003
【００８８】
尚、集光素子の入射面（第４面）及び出射面（第５面）は、それぞれ数１式に表１に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【００８９】
【数１】
2005302273.tif 000004
【００９０】
ここで、Ｘ（ｈ）は光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ2iは非球面係数、ｈは光軸からの高さである。
【００９１】
また、第１回折構造により各波長の光束に対して与えられる光路長は数２式の光路差関数に、表１に示す係数を代入した数式で規定される。
【００９２】
【数２】
2005302273.tif 000005
Ｂ2iは光路差関数の係数である。実施例１の光路差関数を波長４１０ｎｍとし、８次回折でブレーズ化した場合、η１＝９２％（８次回折光）、η２＝８６％（５次回折光）、η３＝９４％（４次回折光）となる光ピックアップ装置を設計することができる。
【００９３】
図４は、実施例１における波長λ１の光束光束（ＨＤ）、波長λ２の光束（ＤＶＤ）及び波長λ３の光束（ＣＤ）の縦球面収差図であり、縦軸にＤＶＤ開口径を１とした場合のＮＡ、横軸にＳＡ（ｍｍ）をとって示しており、点線は各光ディスクにおける必要開口径である。図５は、実施例１における波長変動時の波面収差特性を示す図である。
【００９４】
（比較例）
次に、比較例について説明する。本比較例は、１枚の対物レンズに単一の回折構造を設けて球面収差を行う例である。表２にレンズデータを示す。表２中のＲｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。尚、非球面形状及び光路差付与形状は、数１，２に従う。図６に、比較例の縦球面収差図を示し、図７に、比較例の波長変動時の波面収差特性を示す図を示す。
【００９５】
【表２】
2005302273.tif 000006
【００９６】
図４，図６を比較して、実施例も比較例も全ての光束において、必要開口数内で縦球面収差ＳＡが±０．００５ｍｍ以内に収まるように収差補正されているが、比較例のＣＤの球面収差は連続しており、何らかの開口制限が必要であるが、実施例のＣＤの球面収差は不連続であり、開口制限が必要であることを示している。
【００９７】
尚、回折構造によって起こる数ｎｍ〜数十ｎｍの波長変化で発生する球面収差の補正を行う光学面などを、必要に応じて設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【図２】対物光学素子ＯＢＪの概略断面図である。
【図３】対物光学素子ＯＢＪの変形例を示す概略断面図である。
【図４】実施例１における波長λ１の光束光束（ＨＤ）、波長λ２の光束（ＤＶＤ）及び波長λ３の光束（ＣＤ）の縦球面収差図である。
【図５】実施例１における波長変動時の波面収差特性を示す図である。
【図６】比較例における波長λ１の光束光束（ＨＤ）、波長λ２の光束（ＤＶＤ）及び波長λ３の光束（ＣＤ）の縦球面収差図である。
【図７】比較例における波長変動時の波面収差特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
ＡＣ１ 軸アクチュエータ
ＢＳ１〜ＢＳ４ 偏光ビームスプリッタ
ＣＯＬ１〜ＣＯＬ３ コリメートレンズ
Ｌ１ 収差補正素子
Ｌ２ 集光素子
ＬＤ１ 青紫色半導体レーザ
ＯＢＪ 対物光学素子
ＰＤ１、ＰＤ２ 光検出器
ＰＵ 光ピックアップ装置
【図１】
2005302273.tif 000007
【図２】
2005302273.tif 000008
【図３】
2005302273.tif 000009
【図４】
2005302273.tif 000010
【図５】
2005302273.tif 000011
【図６】
2005302273.tif 000012
【図７】
2005302273.tif 000013