(57)【要約】【課題】  使用する波長が異なる複数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、軸外特性の向上、温度特性及び色収差の補正を行なうことができる光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子を提供する。【解決手段】  少なくとも第１波長λ1及び第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて第１及び第２光情報記録媒体２０及び２１に対して情報の再生等を行う光ピックアップ装置１０において、両光束が共に通過する共通光路上に配置される光学素子の少なくとも１つの光学面に波長λ１の光束に対してのみ回折作用を与える第１位相変調手段３０を有し、他の少なくとも１つの光学面に波長λ２の光束に対してのみ回折作用を与える第２位相変調手段５０を有し、各位相変調手段は、所定数の段部からなる階段形状の不連続部位が光軸を中心として同心円状に周期的に形成されて構成される。【選択図】図１
2005038585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１光源から出射される第１波長λ1の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行ない、第２光源から出射される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置であって、
前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束が共に通過する共通光路上に配置される複数の光学素子の複数の光学面のうち、少なくとも１つの光学面に前記波長λ１の光束に対してのみ回折作用を与える第１位相変調手段を有し、他の少なくとも１つの光学面に前記波長λ２の光束に対してのみ回折作用を与える第２位相変調手段を有し、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段は、それぞれ、所定数の段部からなる階段形状の不連続部位が光軸を中心として同心円状に周期的に形成された構成であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ１の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ２の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計され、
前記第２位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ２の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ１の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段の前記不連続部位のうち少なくとも一方の不連続部位の数が４〜６の範囲内であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段を有する光学面と前記第２位相変調手段を有する光学面のうち少なくとも一方の光学面が、光軸を含む中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、
前記中央領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記中央領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ１の光束のみが前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられるか、もしくは、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ２の光束のみが前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段を有する光学面及び前記第２位相変調手段を有する光学面が共に前記少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の光ピックアップ装置において、
前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体の情報記録面外に集光し、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束が前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が前記複数の光学素子のうち単一の光学素子に形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が形成された前記単一の光学素子が対物光学素子であることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ１及び前記波長λ２の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ２が、
−０．００５≦ｍ１≦０．００５
−０．００５≦ｍ２≦０．００５
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率と前記波長λ２の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率とが異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束は前記対物光学素子に対して無限光として入射し、前記波長λ２の光束は前記対物光学素子に対して発散光として入射することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束と前記波長λ２の光束が共に前記対物光学素子に対して有限光として入射することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置において、
前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ１及び前記波長λ２の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ２が、
−０．２９５≦ｍ１≦−０．０４９
−０．２９５≦ｍ２≦−０．０４９
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段を有する光学面が前記第２位相変調手段を有する光学面に対して光源側に位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、環境温度の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束のうち少なくとも一方の光束に対して、波長の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
第３光源から出射される第３波長λ３（λ３＜λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ３≦ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行な
うことができることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２０】
少なくとも第１光源から出射される第１波長λ1の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行ない、第２光源から出射される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置用の集光光学系であって、
前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束が共に通過する、光ピックアップ装置内の共通光路上に、配置され得る複数の光学素子を有し、これら複数の光学素子の複数の光学面のうち、少なくとも１つの光学面に前記波長λ１の光束に対してのみ回折作用を与える第１位相変調手段を有し、他の少なくとも１つの光学面に前記波長λ２の光束に対してのみ回折作用を与える第２位相変調手段を有し、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段は、それぞれ、所定数の段部からなる階段形状の不連続部位が光軸を中心として同心円状に周期的に形成された構成であることを特徴とする集光光学系。
【請求項２１】
請求項２０に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ１の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ２の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計され、
前記第２位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ２の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ１の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計されていることを特徴とする集光光学系。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段の前記不連続部位のうち少なくとも一方の不連続部位の数が４〜６の範囲内であることを特徴とする集光光学系。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段を有する光学面と前記第２位相変調手段を有する光学面のうち少なくとも一方の光学面が、光軸を含む中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、
前記中央領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記中央領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ１の光束のみが前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられるか、もしくは、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ２の光束のみが前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられることを特徴とする集光光学系。
【請求項２４】
請求項２３に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段を有する光学面及び前記第２位相変調手段を有する光学面が共に前記少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする集光光学系。
【請求項２５】
請求項２３又は２４に記載の集光光学系において、
前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体の情報記録面外に集光し、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束が前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする集光光学系。
【請求項２６】
請求項２０〜２５のいずれか一項に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が前記複数の光学素子のうち単一の光学素子に形成されていることを特徴とする集光光学系。
【請求項２７】
請求項２６に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が形成された前記単一の光学素子が光ピックアップ装置用の対物光学素子であることを特徴とする集光光学系。
【請求項２８】
請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の集光光学系において、
６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項２９】
請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の集光光学系において、
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
を満たすことを特徴とする集光光学系。
【請求項３０】
請求項２０〜２９のいずれか一項に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段を有する光学面が前記第２位相変調手段を有する光学面に対して光源側に位置されることを特徴とする集光光学系。
【請求項３１】
請求項２０〜３０のいずれか一項に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、環境温度の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする集光光学系。
【請求項３２】
請求項２０〜３１のいずれか一項に記載の集光光学系において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束のうち少なくとも一方の光束に対して、波長の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする集光光学系。
【請求項３３】
請求項２０〜３１のいずれか一項に記載の集光光学系において、
前記光ピックアップ装置は、第３光源から出射される第３波長λ３（λ３＜λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ３≦ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行なうこができることを特徴とする集光光学系。
【請求項３４】
少なくとも第１光源から出射される第１波長λ1の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行ない、第２光源から出射される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置用の光学素子であって、
前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束が共に通過する、光ピックアップ装置内の共通光路上に配置され、一方の光学面に前記波長λ１の光束に対してのみ回折作用を与える第１位相変調手段を有し、他方の光学面に前記波長λ２の光束に対してのみ回折作用を与える第２位相変調手段を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３５】
請求項３４に記載の光学素子において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段は所定数の段部からなる階段形状の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ており、
前記第１位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ１の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ２の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計され、
前記第２位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ２の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ１の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計されていることを特徴とする光学素子。
【請求項３６】
請求項３４又は３５に記載の光学素子において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段の前記不連続部位のうち少なくとも一方の不連続部位の数が４〜６の範囲内であることを特徴とする光学素子。
【請求項３７】
請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記第１位相変調手段を有する光学面と前記第２位相変調手段を有する光学面のうち少なくとも一方の光学面が、光軸を含む中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、
前記中央領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記中央領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ１の光束のみが前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられるか、もしくは、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ２の光束のみが前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられることを特徴とする光学素子。
【請求項３８】
請求項３７に記載の光学素子において、
前記第１位相変調手段を有する光学面及び前記第２位相変調手段を有する光学面が共に前記少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする光学素子。
【請求項３９】
請求項３７又は３８に記載の光学素子において、
前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体の情報記録面外に集光し、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束が前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする光学素子。
【請求項４０】
請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の光学素子において、
光ピックアップ装置用の対物光学素子であることを特徴とする光学素子。
【請求項４１】
請求項３４〜４０のいずれか一項に記載の光学素子において、前記波長λ１及び前記波長λ２は、
６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ
を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項４２】
請求項３４〜４０のいずれか一項に記載の光学素子において、前記波長λ１及び前記波長λ２は、
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項４３】
請求項３４〜４２のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記第１位相変調手段を有する光学面が前記第２位相変調手段を有する光学面に対して光源側に位置されることを特徴とする光学素子。
【請求項４４】
請求項３４〜４３のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、環境温度の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする光学素子。
【請求項４５】
請求項３４〜４４のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束のうち少なくとも一方の光束に対して、波長の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする光学素子。
【請求項４６】
請求項３４〜４５のいずれか一項に記載の光学素子において、
前記光ピックアップ装置は、第３光源から出射される第３波長λ３（λ３＜λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ３≦ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行なうことができることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報記録媒体の情報記録面に光束を集光させる光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、例えば波長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・開発も進んでいる。
【０００４】
そして、複数の光ディスクの各情報記録面に対して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提案されている。
一般的に、互換性を有する光ピックアップ装置においては、各光情報記録媒体（例えばＤＶＤとＣＤ）の保護基板厚及び使用する光束の波長が異なるため、ＤＶＤとＣＤの両者に対して球面収差及び波面収差を補正しつつ、さらに軸外におけるコマ収差を補正するための正弦条件を満足させることが困難であるという問題がある。
【０００５】
また、温度変化に伴う光学素子の波面収差変化を補正する「温度特性の補正」や、光束の波長変化時に光学素子で発生する軸上色収差や球面収差の変化（色収差）に起因して集光スポットのフォーカス位置がずれることで波面収差が劣化するので、光束の波長変化に対する光学素子の色収差補正する色収差の補正を各光情報記録媒体に対して行なうのが困難であるという問題がある。
そこで、従来より、互換性を有する光ピックアップ装置において、対物レンズの表面や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及び２参照。）。
【０００６】
特許文献１に開示された装置は、波長が異なる２種類の光束に対して対物レンズの両面に設けた回折構造により回折作用を与えることで得られる同一次数の回折光を利用して上記各種補正等を行なうものである。
特許文献２には、階段状の段差からなる回折構造（ゾーンプレート）が形成された対物レンズを備える光ピックアップ装置が開示されている。
この装置は、コリメータレンズにより平行光化された波長６５０ｎｍと７８０ｎｍの２種類の波長のうち、波長６５０ｎｍの光束に対して対物レンズの凸面形状及び対物レンズ両表面の非球面形状によって屈折作用を与えることでＤＶＤの記録面上に収束させ、波長７８０ｎｍの光束に対してゾーンプレートにより回折作用を与えることで収差補正した状態でＣＤ−Ｒの記録面上に収束させるものである。なお、ゾーンプレートは波長選択性を有しており、波長６５０ｎｍの光束に対しては回折作用を与えないように設計されている。
【特許文献１】特開２００１−１４７３６７号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１の場合、各光束に対して同一の回折構造を用いる構成であるため、各光束に対して独立した上記各種補正等を行なうことが困難であるという問題があった。
また、上記特許文献２の場合、ゾーンプレートが２種類の光束のうち一方の光束に対してのみ回折作用を与え、他方の光束には回折作用を与えない構成であるため、回折光を利用することによる収差補正機能は当該一方の光束に対してのみ得られることになり、他方の光束に対しては回折光を利用した上記各種補正等を行なえないという問題がある。なお、特許文献２には対物レンズの入射面と出射面の両面にゾーンプレートを設ける技術も開示されているが、この場合でも、両面のゾーンプレートが共に一方の光束に対してのみ回折作用を与える構成であることに変わりなく、他方の光束に対する補正が不十分になるという問題を解消することはできない。
【０００８】
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複数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、軸外特性の向上、温度特性及び色収差の補正を行なうことができる光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも第１光源から出射される第１波長λ1の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行ない、第２光源から出射される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置であって、
前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束が共に通過する共通光路上に配置される複数の光学素子の複数の光学面のうち、少なくとも１つの光学面に前記波長λ１の光束に対してのみ回折作用を与える第１位相変調手段を有し、他の少なくとも１つの光学面に前記波長λ２の光束に対してのみ回折作用を与える第２位相変調手段を有し、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段は、それぞれ、所定数の段部からなる階段形状の不連続部位が光軸を中心として同心円状に周期的に形成された構成であることを特徴とする。
【００１０】
ここで、本明細書中において光学素子とは、光ピックアップ装置の集光光学系を構成する、例えば、カップリングレンズ、ビームエキスパンダ、ビームシェイパ、補正板等の部材を指す。
また、光学素子としては、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光学素子としてもよい。
また、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、不連続部位とは、光軸を含む平面（子午断面）でその断面をみた場合に光軸方向に沿って連続する階段状の段部により構成される構造を指し、不連続部位に入射する所定の光束に対して位相差を付与することにより、この光束を回折させる作用を有する構造をいう。
また、本明細書中において位相差φは０≦φ＜２π、もしくは−π＜φ≦πの範囲とする。
【００１１】
また、位相変調手段が形成された光学面からは、０次回折光、±１次回折光、±２次回折光、・・・、と無数の次数の回折光が生じるが、不連続部位の形状を変更することにより、特定の次数の回折効率を他の次数の回折効率よりも高くしたり、場合によっては、特定の１つの次数（例えば、＋１次回折光）の回折効率をほぼ１００％とすることができる。
なお、回折効率とは不連続部位により生じる回折光の光量の比率を表すもので、全次数の回折光の回折効率の和は１となる。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、波長λ１の光束に対して第１位相変調手段のみにより回折作用が与えられ、波長λ２の光束に対して第２位相変調手段のみにより回折作用が与えられる。つまり、波長λ１の光束は第２位相変調手段の影響を受けず、波長λ２の光束は第１位相変調手段の影響を受けないので、各波長の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、各光束に対する軸外特性を向上させること及び／又は温度特性の補正機能を向上させること及び／又は色収差の補正機能を向上させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ１の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ２の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計され、
前記第２位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ２の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ１の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段の前記不連続部位のうち少なくとも一方の不連続部位の数が４〜６の範囲内であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、対物レンズの加工性を向上できると共に、不連続部位に入射する発散光のうち、階段状の段部の表面（光学機能面）以外の部分（例えば側面）から入射する発散光の量が全光量に占める割合を抑えて、光量の低下を防止することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段を有する光学面と前記第２位相変調手段を有する光学面のうち少なくとも一方の光学面が、光軸を含む中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、
前記中央領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記中央領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ１の光束のみが前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられるか、もしくは、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ２の光束のみが前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、周辺領域を通過する波長λ１の光束及び波長λ２の光束のうちいずれか一方の光束のみを所定の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いるので、対物光学素子に周辺領域を通過した他方の光束に対する開口制限機能を持たせることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段を有する光学面及び前記第２位相変調手段を有する光学面が共に前記少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の光ピックアップ装置において、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体の情報記録面外に集光し、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束が前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、周辺領域を通過する波長λ１の光束及び波長λ２の光束のうちいずれか一方の光束を所定の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、他方の光束（例えばＣＤ用として用いられる波長λ２の光束）をＣＤの情報記録面外に集光させることができるので、ＣＤに対する情報の再生及び／又は記録を行なう際に、開口制限フィルタ等の部材を用いることなく開口数を制限することが可能となり、光ピックアップ装置の部品点数を削減できる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が前記複数の光学素子のうち単一の光学素子に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が形成された前記単一の光学素子が対物光学素子であることを特徴とする。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ１及び前記波長λ２の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ２が、
−０．００５≦ｍ１≦０．００５
−０．００５≦ｍ２≦０．００５
を満たすことを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率と前記波長λ２の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率とが異なることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束は前記対物光学素子に対して無限光として入射し、前記波長λ２の光束は前記対物光学素子に対して発散光として入射することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、波長λ２の光束を発散光として対物光学素子に入射させるので、波長λ２の光束を平行光として入射させる場合と比較して、球面収差の発生量を抑えることが可能となる。
【００２７】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記複数の光学素子の少なくとも１つが対物光学素子であり、前記波長λ１の光束と前記波長λ２の光束が共に前記対物光学素子に対して有限光として入射することを特徴とする。
【００２８】
請求項１２に記載の発明によれば、波長λ１の光束とλ２の光束を共に有限光として対物光学素子に入射させるので、これら光束を平行光として入射させる場合と比較して、球面収差の発生量を抑えることが可能となる。
また、無限系の光ピックアップ装置と比較して、光源からの出射光束を平行光化させて対物光学素子に入射させるためのコリメータレンズ等の光学素子が不要となり、装置の小型化や低コスト化を達成できる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の光ピックアップ装置において、前記波長λ１の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ１及び前記波長λ２の光束に対する前記対物光学素子の単体での結像倍率ｍ２が、
−０．２９５≦ｍ１≦−０．０４９
−０．２９５≦ｍ２≦−０．０４９
を満たすことを特徴とする。
【００３０】
請求項１３に記載の発明によれば、カップリングレンズが不要となり、光ピックアップ装置の部品点数を削減することができる。
なお、結像倍率ｍを−０．１５≦ｍ≦−０．０１の範囲内とすることがより好ましい。
【００３１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項１４に記載の発明によれば、ＤＶＤ／ＣＤ間で互換性を有する光ピックアップ装置を得られる。
【００３２】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項１５に記載の発明によれば、高密度光ディスク／ＤＶＤ間で互換性を有する光ピックアップ装置を得られる。
【００３３】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段を有する光学面が前記第２位相変調手段を有する光学面に対して光源側に位置することを特徴とする。
【００３４】
請求項１７記載の発明は、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、環境温度の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする。
【００３５】
請求項１８記載の発明は、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束のうち少なくとも一方の光束に対して、波長の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする。
【００３６】
請求項１９に記載の発明は、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、第３光源から出射される第３波長λ３（λ３＜λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ３≦ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行な
うことができることを特徴とする。
請求項１９に記載の発明によれば、３種類の光情報記録媒体間での互換性を有する光ピックアップ装置に対しても、少なくとも２種類の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、これら光束に対する軸外特性を向上させることができ、また、温度特性及び色収差の補正機能を向上させることができる。
【００３７】
請求項２０に記載の発明は、少なくとも第１光源から出射される第１波長λ1の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行ない、第２光源から出射される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置用の集光光学系であって、
前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束が共に通過する、光ピックアップ装置内の共通光路上に、配置され得る複数の光学素子を有し、これら複数の光学素子の複数の光学面のうち、少なくとも１つの光学面に前記波長λ１の光束に対してのみ回折作用を与える第１位相変調手段を有し、他の少なくとも１つの光学面に前記波長λ２の光束に対してのみ回折作用を与える第２位相変調手段を有し、
前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段は、それぞれ、所定数の段部からなる階段形状の不連続部位が光軸を中心として同心円状に周期的に形成された構成であることを特徴とする。
【００３８】
請求項２０に記載の発明によれば、波長λ１の光束に対して第１位相変調手段のみにより回折作用が与えられ、波長λ２の光束に対して第２位相変調手段のみにより回折作用が与えられる。つまり、波長λ１の光束は第２位相変調手段の影響を受けず、波長λ２の光束は第１位相変調手段の影響を受けないので、各波長の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、各光束に対する軸外特性を向上させることができ、また、温度特性及び色収差の補正機能を向上させることができる。
【００３９】
請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ１の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ２の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計され、前記第２位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ２の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ１の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計されていることを特徴とする。
【００４０】
請求項２２に記載の発明は、請求項２０又は２１に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段の前記不連続部位のうち少なくとも一方の不連続部位の数が４〜６の範囲内であることを特徴とする。
【００４１】
請求項２２に記載の発明によれば、対物レンズの加工性を向上できると共に、不連続部位に入射する発散光のうち、階段状の段部の表面（光学機能面）以外の部分（例えば側面）から入射する発散光の量が全光量に占める割合を抑えて、光量の低下を防止することができる。
【００４２】
請求項２３に記載の発明は、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段を有する光学面と前記第２位相変調手段を有する光学面のうち少なくとも一方の光学面が、光軸を含む中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、前記中央領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記中央領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、
前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ１の光束のみが前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられるか、もしくは、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ２の光束のみが前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられることを特徴とする。
【００４３】
請求項２３に記載の発明によれば、周辺領域を通過する波長λ１の光束及び波長λ２の光束のうちいずれか一方の光束のみを所定の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いるので、対物光学素子に周辺領域を通過した他方の光束に対する開口制限機能を持たせることができる。
【００４４】
請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段を有する光学面及び前記第２位相変調手段を有する光学面が共に前記少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする。
【００４５】
請求項２５に記載の発明は、請求項２３又は２４に記載の集光光学系において、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体の情報記録面外に集光し、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束が前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする。
【００４６】
請求項２５に記載の発明によれば、周辺領域を通過する波長λ１の光束及び波長λ２の光束のうちいずれか一方の光束を所定の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、他方の光束（例えばＣＤ用として用いられる波長λ２の光束）をＣＤの情報記録面外に集光させることができるので、ＣＤに対する情報の再生及び／又は記録を行なう際に、開口制限フィルタ等の部材を用いることなく開口数を制限することが可能となり、光ピックアップ装置の部品点数を削減できる。
【００４７】
請求項２６に記載の発明は、請求項２０〜２５のいずれか一項に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が前記複数の光学素子のうち単一の光学素子に形成されていることを特徴とする。
【００４８】
請求項２７に記載の発明は、請求項２６に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段が形成された前記単一の光学素子が光ピックアップ装置用の対物光学素子であることを特徴とする。
【００４９】
請求項２８に記載の発明は、請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の集光光学系において、
６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項２８に記載の発明によれば、ＤＶＤ／ＣＤ間で互換性を有する光ピックアップ装置を得られる。
【００５０】
請求項２９に記載の発明は、請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の集光光学系において、
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項２９に記載の発明によれば、高密度光ディスク／ＤＶＤ間で互換性を有する光ピックアップ装置を得られる。
【００５１】
請求項３０に記載の発明は、請求項２０〜２９のいずれか一項に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段を有する光学面が前記第２位相変調手段を有する光学面に対して光源側に位置されることを特徴とする。
【００５２】
請求項３１記載の発明は、請求項２０〜３０のいずれか一項に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、環境温度の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする。
【００５３】
請求項３２記載の発明は、請求項２０〜３１のいずれか一項に記載の集光光学系において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束のうち少なくとも一方の光束に対して、波長の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする。
【００５４】
請求項３３に記載の発明は、請求項２０〜３１のいずれか一項に記載の集光光学系において、前記光ピックアップ装置は、第３光源から出射される第３波長λ３（λ３＜λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ３≦ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行なうこができることを特徴とする。
請求項３３に記載の発明によれば、３種類の光情報記録媒体間での互換性を有する光ピックアップ装置に対しても、少なくとも２種類の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、これら光束に対する軸外特性を向上させることができ、また、温度特性及び色収差の補正機能を向上させることができる。
【００５５】
請求項３４に記載の発明は、少なくとも第１光源から出射される第１波長λ1の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行ない、第２光源から出射される第２波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（ｔ２≧ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことができる光ピックアップ装置用の光学素子であって、前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束が共に通過する、光ピックアップ装置内の共通光路上に配置され、一方の光学面に前記波長λ１の光束に対してのみ回折作用を与える第１位相変調手段を有し、他方の光学面に前記波長λ２の光束に対してのみ回折作用を与える第２位相変調手段を有することを特徴とする。
【００５６】
請求項３４に記載の発明によれば、波長λ１の光束に対して第１位相変調手段のみにより回折作用が与えられ、波長λ２の光束に対して第２位相変調手段のみにより回折作用が与えられる。つまり、波長λ１の光束は第２位相変調手段の影響を受けず、波長λ２の光束は第１位相変調手段の影響を受けないので、各波長の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、各光束に対する軸外特性を向上させることができ、また、温度特性及び色収差の補正機能を向上させることができる。
【００５７】
請求項３５に記載の発明は、請求項３４に記載の光学素子において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段は所定数の段部からなる階段形状の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ており、前記第１位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ１の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ２の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計され、前記第２位相変調手段は、前記各不連続部位を通過する前記波長λ２の光束に対して位相差を与えると共に前記波長λ１の光束に対して位相差を与えないように前記段部が設計されていることを特徴とする。
【００５８】
請求項３６に記載の発明は、請求項３４又は３５に記載の光学素子において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段の前記不連続部位のうち少なくとも一方の不連続部位の数が４〜６の範囲内であることを特徴とする。
【００５９】
請求項３６に記載の発明によれば、対物レンズの加工性を向上できると共に、不連続部位に入射する発散光のうち、階段状の段部の表面（光学機能面）以外の部分（例えば側面）から入射する発散光の量が全光量に占める割合を抑えて、光量の低下を防止することができる。
【００６０】
請求項３７に記載の発明は、請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の光学素子において、前記第１位相変調手段を有する光学面と前記第２位相変調手段を有する光学面のうち少なくとも一方の光学面が、光軸を含む中央領域と中央領域の周辺に位置する周辺領域の少なくとも２つの領域を備え、前記中央領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、前記中央領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられ、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ１の光束のみが前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられるか、もしくは、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束及び前記波長λ２の光束のうち前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられず、前記波長λ２の光束のみが前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられることを特徴とする。
【００６１】
請求項３７に記載の発明によれば、周辺領域を通過する波長λ１の光束及び波長λ２の光束のうちいずれか一方の光束のみを所定の光情報記録媒体に対する情報の再生及び／又は記録に用いるので、対物光学素子に周辺領域を通過した他方の光束に対する開口制限機能を持たせることができる。
【００６２】
請求項３８に記載の発明は、請求項３７に記載の光学素子において、前記第１位相変調手段を有する光学面及び前記第２位相変調手段を有する光学面が共に前記少なくとも２つの領域を備えることを特徴とする。
【００６３】
請求項３９に記載の発明は、請求項３７又は３８に記載の光学素子において、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束が前記第２光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ２の光束は前記第２光情報記録媒体の情報記録面外に集光し、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束が前記第１光情報記録媒体に対する情報の再生又は記録に用いられない場合には、前記周辺領域を通過する前記波長λ１の光束は前記第１光情報記録媒体の情報記録面外に集光することを特徴とする。
【００６４】
請求項３９に記載の発明によれば、周辺領域を通過する波長λ１の光束及び波長λ２の光束のうちいずれか一方の光束を所定の光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、他方の光束（例えばＣＤ用として用いられる波長λ２の光束）をＣＤの情報記録面外に集光させることができるので、ＣＤに対する情報の再生及び／又は記録を行なう際に、開口制限フィルタ等の部材を用いることなく開口数を制限することが可能となり、光ピックアップ装置の部品点数を削減できる。
【００６５】
請求項４０に記載の発明は、請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の光学素子において、光ピックアップ装置用の対物光学素子であることを特徴とする。
【００６６】
請求項４１に記載の発明は、請求項３４〜４０のいずれか一項に記載の光学素子において、前記波長λ１及び前記波長λ２は、
６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ
７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項４１に記載の発明によれば、ＤＶＤ／ＣＤ間で互換性を有する光ピックアップ装置を得られる。
【００６７】
請求項４２に記載の発明は、請求項３４〜４０のいずれか一項に記載の光学素子において、前記波長λ１及び前記波長λ２は、
３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ
６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ
を満たすことを特徴とする。
請求項４２に記載の発明によれば、高密度光ディスク／ＤＶＤ間で互換性を有する光ピックアップ装置を得られる。
【００６８】
請求項４３に記載の発明は、請求項３４〜４２のいずれか一項に記載の光学素子において、前記第１位相変調手段を有する光学面が前記第２位相変調手段を有する光学面に対して光源側に位置されることを特徴とする。
【００６９】
請求項４４記載の発明は、請求項３４〜４３のいずれか一項に記載の光学素子において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、環境温度の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする。
【００７０】
請求項４５記載の発明は、請求項３４〜４４のいずれか一項に記載の光学素子において、前記第１位相変調手段及び前記第２位相変調手段のうち少なくとも一方は、前記第１波長λ１の光束及び前記第２波長λ２の光束のうち少なくとも一方の光束に対して、波長の変化によって発生する、光情報記録媒体の情報記録面上での球面収差を、低減するよう作用することを特徴とする。
【００７１】
請求項４６に記載の発明は、請求項３４〜４５のいずれか一項に記載の光学素子において、前記光ピックアップ装置は、第３光源から出射される第３波長λ３（λ３＜λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（ｔ３≦ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行なうことができることを特徴とする。
請求項４６に記載の発明によれば、３種類の光情報記録媒体間での互換性を有する光ピックアップ装置に対しても、少なくとも２種類の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、これら光束に対する軸外特性を向上させることができ、また、温度特性及び色収差の補正機能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００７２】
本発明によれば、波長λ１の光束は第２位相変調手段の影響を受けず、波長λ２の光束は第１位相変調手段の影響を受けないので、各波長の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、各光束に対する軸外特性を向上させることができ、また、温度特性及び色収差の補正機能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
本発明の光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、光ピックアップ装置１０は、第１光情報記録媒体２０（本実施の形態においてはＤＶＤ）に対して第１の半導体レーザ１１（第１光源）から波長λ１（６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ、例えば６５０ｎｍ）の光束を出射し、第２光情報記録媒体２１（本実施の形態においてはＣＤ）に対して第２の半導体レーザ１２（第２光源）から波長λ２（７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ、例えば７８０ｎｍ）の光束を出射する。そして、これら光束を発散光として第１位相変調手段及び第２位相変調手段を備える光学素子としての対物レンズ４０（対物光学素子）に入射させ、所定の光情報記録媒体の情報記録面２０ａ、２１ａに集光させることによって、各種情報の記録や記録した情報の読み取りを行なうものである。
なお、図２に示すように、第１の半導体レーザ１１と第２の半導体レーザ１２は光源としてユニット化されているため、図１には、各半導体レーザから出射される波長λ１の光束と波長λ２の光束をまとめて実線で表すものとする。
【００７４】
ＤＶＤに情報を記録又は再生する場合は、第１の半導体レーザ１１から出射された波長λ１の光束は回折格子１３を通過し、ハーフミラー１４で反射する。さらに絞り１５によって絞られ、対物レンズ４０によりＤＶＤの保護基板２０ｂを介して情報記録面２０ａに集光される。この際の対物レンズ４０による波長λ１の光束に対する作用については後述する。
そして、情報記録面２０ａで情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５、ハーフミラー１４を通過し、回折格子（図示せず）を通過して光検出器１６上ヘ入射し、光検出器１６から出力される信号を用いて、ＤＶＤに記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００７５】
ＣＤに情報を記録又は再生する場合も同様に、第２の半導体レーザ１２から出射された波長λ２の光束が回折格子１３を通過して、ハーフミラー１４で反射する。さらに絞り１５によって絞られ、対物レンズ４０によりＣＤの保護基板２１ｂを介して情報記録面２１ａに集光される。なお、図１には便宜上、ＣＤの保護基板２１ｂとＤＶＤの保護基板２０ｂを同じ図で表している。この際の対物レンズ４０による波長λ２の光束に対する作用については後述する。
【００７６】
そして、情報記録面２１ａで情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ４０、絞り１５、ハーフミラー１４を通過し、回折格子（図示せず）を通過して光検出器１６上ヘ入射し、光検出器１６から出カされる信号を用いて、ＣＤに記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００７７】
また、光検出器１６上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出結果に基づいて、図示しない２次元アクチュエータは第１の半導体レーザ１１からの光束又は第２の半導体レーザ１２からの光束がＤＶＤ又はＣＤの情報記録面２０ａ、２１ａ上に結像するように対物レンズ４０を移動させるとともに、所定のトラックに結像するように対物レンズ４０を移動させるようになっている。
なお、本実施の形態においては、回折格子１３及び対物レンズ４０により集光光学系が構成されている。
【００７８】
図３に示すように、対物レンズ４０は、光ピックアップ装置１０の集光光学系を構成する両面非球面の単レンズである。そして、対物レンズ４０の一方（光源側）の光学面４１ａ上に第１位相変調手段３０を備え、対物レンズ４０の他方（光情報記録媒体側）の光学面４１ｂ上に第２位相変調手段５０を備える。
【００７９】
具体的には、図４（Ａ）に示すように、第１位相変調手段３０として光軸Ｌ方向に沿った所定数の段部３１ａからなる階段形状の不連続部位３１が光軸Ｌを中心として同心円状に後述の光路差関数で規定されるピッチで形成されている。
各不連続部位３１は光軸Ｌ方向に沿った階段状の５つの段部３１ａから構成されており、光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
なお、一つの不連続部位３１を構成する段部３１ａの数は５つ又は６つ（不連続部位の段数が４つ又は５つ）が好ましいが、４つから７つの範囲内であればよい。また、各不連続部位３１が異なる数の段部３１ａから構成されていてもよい。
【００８０】
本実施の形態においては、図３に示すように、第１位相変調手段３０の不連続部位３１は光軸Ｌを中心として同心円状に所定の周期Ｐで４つ形成されている。
また、１つの不連続部位３１を構成する複数の段部３１ａ間の距離、即ち、連続する段部３１ａの１段分の深さｄ（図４（Ａ）を参照。）を調節することによって、第１の波長λ１及び第２の波長λ２に対する位相差の付与量を調節することができる。本発明においては、第１位相変調手段３０の各不連続部位３１の段部の形状は、波長λ１の通過光束に対して位相差を付与し、波長λ２の通過光束に対して位相差を付与しないように設計されている。なお、このような不連続部位３１の設計方法は従来より周知であるため説明を省略する。
【００８１】
また、第２位相変調手段５０にも、第１位相変調手段３０と同様に、光軸Ｌ方向に沿った所定数の段部３１ａからなる階段形状の不連続部位３１が光軸Ｌを中心として同心円状に所定の周期Ｐで形成されている。
そして、第２位相変調手段５０の各不連続部位３１の段部の形状は、波長λ２の通過光束に対して位相差を付与し、波長λ１の通過光束に対して位相差を付与しないように設計されている。
第１位相変調手段３０及び第２位相変調手段５０各々を構成する不連続部位の数は４〜６の範囲内とすることが好ましい。これにより、対物レンズ４０の加工性を向上できると共に、不連続部位３１に入射する発散光のうち、階段状の段部３１ａの表面（光学機能面）以外の部分（例えば側面）から入射する発散光の量が全光量に占める割合を抑えて、光量の低下を防止することができる。
【００８２】
次に、対物レンズ４０による波長λ１の光束及び波長λ２の光束に対する作用について説明する。
まず、波長λ１の発散光が対物レンズ４０に入射すると、波長λ１の光束は入射面４１ａの非球面形状により屈折作用を受けると共に第１位相変調手段３０により所定の位相差が付与されることで回折作用を受ける。そして波長λ１の光束は出射面４１ｂに至るが、上述のように出射面４１ｂに形成された第２位相変調手段５０からは位相差を付与されないので、出射面４１ｂの非球面形状により屈折作用のみを受けて出射される。出射された波長λ１の光束はＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光し、ＤＶＤに対する情報の記録又は再生に利用される。
【００８３】
一方、波長λ２の発散光が対物レンズ４０に入射すると、上述のように入射面４１ａに形成された第１位相変調手段３０からは位相差を付与されず、入射面４１ａの非球面形状により屈折作用のみを受けて出射面に至る。そして波長λ２の光束は出射面４１ｂの非球面形状により屈折作用を受けると共に第２位相変調手段５０により所定の位相差が付与されることで回折作用を受けて出射される。出射された波長λ２の光束はＣＤの情報記録面２０ｂ上に集光し、ＣＤに対する情報の記録又は再生に利用される。
以上のように、本実施の形態に示した発明によれば、波長λ１の光束に対して第１位相変調手段３０のみにより回折作用が与えられ、波長λ２の光束に対しては第２位相変調手段５０のみにより回折作用が与えられる。つまり、波長λ１の光束は第２位相変調手段５０の影響を受けず、波長λ２の光束は第１位相変調手段３０の影響を受けないので、各波長の光束に対して独立して回折作用を与えることが可能となり、各光束に対する軸外特性を向上させることができ、また、温度特性及び色収差の補正機能を向上させることができる。
【００８４】
なお、第１位相変調手段３０（第２位相変調手段５０も同様）の形状は、図４（Ｂ）に示すように光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出する形状であっても良く、また、図４（Ｃ）に示すように、段部３１ａの表面が光軸に対して垂直面内に位置する形状であってもよい。
また、図５に示す形状であってもよい。具体的には、対物レンズの入射面４１ａ（出射面４１ｂであってもよい）に、光軸Ｌを中心とした所定の非球面形状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３２が形成されており、さらに、各回折輪帯３２の光学面上には、これら回折輪帯３２を通過する光束に対して所定の光路差を付与する、光軸に沿った階段状の段部３１ａからなる不連続部位３１が形成されている。
そして、各段部の表面（光学機能面）の形状は、図５（Ａ）、（Ｂ）中に二点鎖線で示した鋸歯状の回折輪帯３２の表面の形状を、各段部３１ａ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。
【００８５】
また、図６に示すように、対物レンズ４０の一方あるいは両方の光学面を、光軸Ｌを中心とした一定高さｈ以下の範囲（以下、「中央領域Ａ１」という。）と、中央領域Ａ１以外の範囲（以下、「周辺領域Ａ２」という。）とに区分して、中央領域Ａ１に第１位相変調手段３０及び第２位相変調手段５０を設け、周辺領域Ａ２に鋸歯状の回折輪帯６０を設けたりあるいは周辺領域を屈折面で構成してもよい。
この場合、例えば周辺領域Ａ２を通過する波長λ１及びλ２の光束の両者に対して回折輪帯６０により回折作用を与え、波長λ１の光束をＤＶＤの情報記録面２０ａ上に集光させ、波長λ２の光束をＣＤの情報記録面２０ｂ外に集光させることにより、対物レンズ４０に波長λ２の光束に対する開口制限機能を持たせることができる。
【００８６】
また、本実施の形態においては、第１の半導体レーザ１１と第２の半導体レーザ１２とが光源としてユニット化された構成とし、対物レンズ４０の入射面４１ａに第１位相変調手段３０、出射面４１ｂに第２位相変調手段５０が形成され、対物レンズ４０に発散光が入射する構成としたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば図７〜図１２に示す構成であってもよい。
図７に示す光ピックアップ装置８０は、対物レンズ４０の直近に平板状の光学素子７０（図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照。）を配置し、この光学素子７０の光学面に第１位相変調手段３０と第２位相変調手段５０のうち少なくとも一方（図８においては第１位相変調手段３０のみ）を形成したものである。
【００８７】
図９に示す光ピックアップ装置８１は、第１の半導体レーザ１１と第２の半導体レーザ１２とを別体に備えるものであり、２つのビームスプリッタ１７ａ、１７ｂにより各光束を分岐させると共に、コリメートレンズ１８により平行光（無限光）として対物レンズ４０に入射させ、所定の光情報記録媒体からの反射光を光検出器１６で読取る構成となっている。
また、図１０に示す光ピックアップ装置８２のように、波長λ１〜λ３の光束を出射する第１〜第３の半導体レーザ８４、８５、８３を備え、波長λ３（３５０ｎｍ≦λ３≦４５０ｎｍ）の光束を光検出器８６で読取り、波長λ１（６００ｎｍ≦λ１≦７００ｎｍ）と波長λ２（７５０ｎｍ≦λ２≦８５０ｎｍ）の光束を共通の光検出器８７で読取る構成であってもよい。
この場合、第１位相変調手段３０と第２位相変調手段５０とにより波長λ１と波長λ２の光束に対して回折作用を与えることになり、第１位相変調手段３０と第２位相変調手段５０は、この２種類の光束の共通光路上に配置される光学素子の光学面に形成されるものとする。
なお、更に第３位相変調手段を設けて、第１位相変調手段３０、第２位相変調手段５０及び第３位相変調手段により波長λ１〜λ３の３種類の光束の全てに対してそれぞれに回折作用を与える構成であってもよい。
【００８８】
図１１に示す光ピックアップ装置８８は、図９に示した光ピックアップ装置８１における、対物レンズ４０とコリメートレンズ１８との間に、平行平板状の光学素子７０を配置させ、第１位相変調手段３０及び第２位相変調手段５０とを対物レンズ４０の光学面にではなく、その光学素子７０の光学面に形成した構成である点で、図９に示した光ピックアップ装置８１と大きく異なる。その他の構成は、図９に示した光ピックアップ装置８１と概略は同様である。
図１２に示す光ピックアップ装置８９は、図１０に示した光ピックアップ装置８２における、対物レンズ４０の光源側に、平行平板状の光学素子７０を配置させ、第１位相変調手段３０及び第２位相変調手段５０とをこの光学素子７０の光学面に形成した構成である点で、図１０に示した光ピックアップ装置８２と大きく異なる。また、波長λ１〜λ３の光束を出射する第１〜第３の半導体レーザ９０〜９２を備え、波長λ１の光束と波長λ２の光束を共通の光検出器９３で読取り、波長λ３の光束を光検出器９４で読取る構成である。また更に、第１位相変調手段３０により波長λ１の光束に対して回折作用を与え、第２位相変調手段５０により波長λ２の光束に対して回折作用を与える構成である。
【実施例】
【００８９】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子の第１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、高密度光ディスクとＤＶＤとの互換性を有するものである。そして、図３に示すような、両面非球面の単レンズである対物レンズ４０の入射面４１ａの全域に第１位相変調手段３０を備え、出射面４１ｂの全域に第２位相変調手段５０を備える。そして、図９に示すような、対物レンズ４０に対して平行光が入射する構成となっている。但し、本実施例１では、第１の半導体レーザは波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束を出射するものであり、第２の半導体レーザは波長λ２（６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）の光束を出射するものである。
【００９０】
なお、図３は本実施例で使用する対物レンズ４０の概略図を示すものであり、本実施例の第１位相変調手段３０及び第２位相変調手段５０が備える不連続部位の数は図３とは異なる。
また、第１位相変調手段３０は、図４（Ａ）に示すように、光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されており、第２位相変調手段は、図４（Ｂ）に示すように、光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
【００９１】
表１、表２に対物レンズのレンズデータを示す。
【００９２】
【表１】
2005038585.tif 000003
【００９３】
表１に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される第１波長λ１＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ1＝２．７５ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ＝０．０に設定されており、第２光源から出射される第２波長λ２＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ2＝２．８２ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６３、結像倍率ｍ＝０．０に設定されている。
表１中の面番号２、３はそれぞれ、対物レンズの入射面、出射面を示しており、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面までの光軸方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【００９４】
対物レンズの第２面、第３面は、それぞれ次式（数１）に表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。
【００９５】
【数１】
2005038585.tif 000004
【００９６】
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は非球面係数である。
【表２】
2005038585.tif 000005
【００９７】
また、不連続部位nピッチＰ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。
【００９８】
【数２】
2005038585.tif 000006
ここで、Ｂ2iは光路差関数の係数である。
【００９９】
また、数３は、光軸からの任意の高さにおける波長λ１あるいは波長λ２の光束の光路差を表す数式、つまり第１位相変調手段及び第２位相変調手段が各光束に対して付与する波長差を表す数式である。
【０１００】
【数３】
2005038585.tif 000007
また、λi、ｐ、Ｍの値については、表３に示す。
【表３】
2005038585.tif 000008
【０１０１】
図１３（Ａ）は高密度光ディスク用としての波長λ１（４０５ｎｍ）の光束を用いた場合の対物レンズの像高特性を示すグラフであり、図１３（Ｂ）はＤＶＤ用としての波長λ２（６６０ｎｍ）の光束を用いた場合の対物レンズの像高特性を示すグラフである。
各グラフ中の「ＣＯＭＡ」はコマ収差を示すものであり、「ＲＭＳ」は球面収差、コマ収差及び非点収差を足し合せた状態の波面収差を示すものである。
図１３より、本実施例の対物レンズは、波長λ１の光束とλ２の光束に対して実用範囲内で良好な像高特性を有することが分かる。
【０１０２】
図１４（Ａ）は波長λ１の光束を用いた場合（ＨＤ  ＤＶＤ）と波長λ２の光束を用いた場合（ＤＶＤ）の縦球面収差を示すグラフであり、図１４（Ｂ）は波長λ１の光束を用いた場合（ＨＤ  ＤＶＤ）と波長λ２の光束を用いた場合（ＤＶＤ）の正弦条件違反量を示すグラフである。
図１４より、本実施例の対物レンズは、波長λ１の光束とλ２の光束に対して実用範囲内で良好な縦球面収差の補正機能を有すると共に正弦条件違反量を有効に補正できることが分かる。
【０１０３】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子の第２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、ＤＶＤとＣＤとの互換性を有するものである。そして、両面非球面の単レンズである対物レンズの入射面上であって光軸Ｌからの高さｈが１．５５５ｍｍ以下の中央領域Ａ１に第１位相変調手段を備え、出射面上であって光軸Ｌからの高さｈが１．２４ｍｍ以下の中央領域に第２位相変調手段を備える。そして、図１に示すような、対物レンズに対して発散光が入射する構成となっている。なお、本実施例においては入射面の周辺領域Ａ２にも階段形状の不連続部位が形成されており、出射面の周辺領域Ａ２には屈折面が形成されている。
【０１０４】
第１位相変調手段は、図４（Ｂ）に示すように、光軸Ｌから離れるにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されており、第２位相変調手段は、図４（Ａ）に示すように、光軸Ｌに近づくにしたがって段部３１ａが前方に突出するように配置されている。
【０１０５】
表４、表５に対物レンズのレンズデータを示す。
【０１０６】
【表４】
2005038585.tif 000009
【０１０７】
表４に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される第１波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ1＝２．８９ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６０、結像倍率ｍ＝−０．１２５に設定されており、第２光源から出射される第２波長λ２＝７９０ｎｍのときの焦点距離ｆ2＝２．９１ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．４７、結像倍率ｍ＝−０．１２４に設定されている。
表４中の面番号２、２´、３はそれぞれ、対物レンズの入射面のうち光軸Ｌからの高さｈが１．５５５ｍｍ以下の中央領域Ａ１、光軸Ｌからの高さが１．５５５ｍｍ以上の周辺領域Ａ２、対物レンズの出射面を表している。
【０１０８】
対物レンズの第２、第２´、第３面は、それぞれ上記（数１）に表４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。
【０１０９】
また、不連続部位のピッチＰは上記数２の光路差関数に、表５に示す係数を代入した数式で規定される。
【表５】
2005038585.tif 000010
また、λi、ｐ、Ｍの値については、表３に示す。
【０１１０】
図１５（Ａ）はＤＶＤ用としての波長λ１（６５５ｎｍ）の光束を用いた場合の対物レンズの像高特性を示すグラフであり、図１５（Ｂ）はＣＤ用としての波長λ２（７９０ｎｍ）の光束を用いた場合の対物レンズの像高特性を示すグラフである。
各グラフ中の「ＣＯＭＡ」はコマ収差を示すものであり、「ＲＭＳ」は球面収差、コマ収差及び非点収差を足し合せた状態の波面収差を示すものである。
図１５より、本実施例の対物レンズは、波長λ１の光束とλ２の光束に対して実用範囲内で良好な像高特性を有することが分かる。
【０１１１】
図１６（Ａ）は波長λ１の光束を用いた場合（ＤＶＤ）と波長λ２の光束を用いた場合（ＣＤ）の縦球面収差を示すグラフであり、図１６（Ｂ）は波長λ１の光束を用いた場合（ＤＶＤ）と波長λ２の光束を用いた場合（ＣＤ）の正弦条件違反量を示すグラフである。
図１６より、本実施例の対物レンズは、波長λ１の光束とλ２の光束に対して実用範囲内で良好な縦球面収差の補正機能を有すると共に正弦条件違反量を有効に補正できることが分かる。
【０１１２】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子の第３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、ＤＶＤとＣＤとの互換性を有するものである。そして、図１１に示すように、両面非球面の単レンズである対物レンズ４０に近接して、平行平板状の光学素子７０（環境温度変化に伴う収差の発生を低減するための補正素子）を備え、光源からの光束は対物レンズ４０に対して平行光が入射する構成となっている。そして、光学素子７０の入射面（光源側の面）に第１位相変調手段〔３０〕を備え、出射面（光情報記録媒体側の面）に第２位相変調手段〔５０〕を備える。
【０１１３】
図１７は本実施例で使用する光学素子７０及び対物レンズ４０の概略図を示すものであり、本実施例の第１面（光学素子７０の入射面）に第１位相変調手段３０、第２面（光学素子７０の出射面）に第２位相変調手段５０を備え、第４，４'面（対物レンズ４０の入射面）と、第５面（対物レンズ４０の出射面）のうち、第４，４'面には、光軸を中心に輪帯状に形成され、断面が鋸歯状の回折構造を備える。第４面と第４'面のそれぞれの回折構造の輪帯ピッチは、数２で表される光路差関数により定義される。このように第４面と第４'面の２つの領域で構成され、波長λ２（７９０ｎｍ）の光束のうち第４'面の領域を通過した光束は、第２光情報記録媒体（ＣＤ）の情報記録面上に集光しないように設計されている。また、光学素子７０の第１面に形成された第１位相変調手段の回折作用により第１光情報記録媒体（ＤＶＤ）の記録又は再生の際に、環境温度変化（例えば０℃〜８５℃）に伴う屈折率変化による球面収差と、環境温度変化に伴う波長変化による球面収差とが、互いに打ち消し合う方向に作用するよう設計されている。
表６に、光学素子及び対物レンズのレンズデータを示す。
【表６】
2005038585.tif 000011
【０１１４】
表６に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される第１波長λ１＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ1＝３．０５ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ＝０．０に設定されており、第２光源から出射される第２波長λ２＝７９０ｎｍのときの焦点距離ｆ2＝３．０６ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．５１、結像倍率ｍ＝０．０に設定されている。
表６中の面番号１、２はそれぞれ光学素子７０の入射面、出射面を示しており、面番号３は絞り、面番号４，４'と面番号５はそれぞれ、対物レンズの入射面、出射面を示しており、面番号６、７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面までの光軸方向の変位量、ｎｉは各面の屈折率を表している。
【０１１５】
尚、光学素子７０の第１面、第２面、及び対物レンズ４０の第４面、第４'面、第５面は、それぞれ上記数１に表６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。
また、不連続部位のピッチＰは、数２の光路差関数に、表６に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１１６】
また、λi、ｐ、Ｍの値については表７に示す。
【表７】
2005038585.tif 000012
【０１１７】
図１８は、本実施例の環境温度変化に対する波面収差の変化を示す温度特性のグラフであり、第１光情報記録媒体（ＤＶＤ）に関して、環境温度変化に対する波面収差の変化が非常に小さくなっているものである。
【０１１８】
次に、上記実施の形態で示した光ピックアップ装置、集光光学系及び光学素子の第４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、ＤＶＤとＣＤとＨＤ  ＤＶＤとの互換性を有するものである。そして、図１２に示すように、両面非球面の単レンズである対物レンズ４０に近接して、平行平板状の光学素子７０を備え、３つの光源からの各波長の光束はそれぞれ対物レンズ４０に対して平行光が入射する構成となっている。そして、光学素子７０の入射面（光源側の面）に第１位相変調手段３０を備え、出射面（光情報記録媒体側の面）に第２位相変調手段５０を備える。
【０１１９】
図１９は本実施例で使用する光学素子７０及び対物レンズ４０の概略図を示すものであり、本実施例の第１面（光学素子７０の入射面）に第１位相変調手段３０、第２面（光学素子７０の出射面）に第２位相変調手段５０を備え、対物レンズは第３光情報記録媒体（ＨＤ  ＤＶＤ）に対して最適化された設計とされ、第４面（対物レンズ４０の入射面）には、光軸を中心に輪帯状に形成され、断面が鋸歯状の回折構造を備える。
この第４面の回折構造の輪帯ピッチは、数２で表される光路差関数により定義され、波長λ３（４０５ｎｍ）の光束に対して１０次回折光が最大の回折効率となる光束が出射されるように、回折構造が設けられた設計となっている。これにより、波長λ１（６６０ｎｍ）の光束に対しては６次回折光が最大の回折効率を有する光束が出射され、波長λ２（７８５ｎｍ）の光束に対しては５次回折光が最大の回折効率を有する光束が出射される。また、第４面の回折構造は、各波長λ１、λ２、λ３の各光束の微小な波長変動（数ｎｍ程度）による焦点位置変化を抑制する機能を備えている。こうして対物レンズから出射された波長λ１の光束は第１光情報記録媒体（ＤＶＤ）の情報記録面上に集光スポットを形成し、波長λ２の光束は第２光情報記録媒体（ＣＤ）の情報記録面上に集光スポットを形成し、波長λ３の光束は第３光情報記録媒体（ＨＤ  ＤＶＤ）の情報記録面上に集光スポットを形成する。
【０１２０】
また、光学素子７０の第１面に形成された第１位相変調手段の回折作用により、波長λ１の光束が第１光情報記録媒体（ＤＶＤ）の情報記録面上に良好な集光スポットを形成するように、波長λ１の光束に対する球面収差の補正が行われ、光学素子７０の第２面に形成された第２位相変調手段の回折作用により、波長λ２の光束が第２光情報記録媒体（ＣＤ）の情報記録面上に良好な集光スポットを形成するように、波長λ２の光束に対する球面収差の補正が行われる。
これにより、各光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生の際に、トラッキングによる対物レンズを含むレンズ系のシフトよっても、収差の発生を極力抑えることができる。
【０１２１】
表８に、光学素子及び対物レンズのレンズデータを示す。
【表８】
2005038585.tif 000013
表８に示すように、本実施例の対物レンズは、第１光源から出射される第１波長λ１＝６６０ｎｍのときの焦点距離ｆ1＝３．１９ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６３、結像倍率ｍ＝０．０に設定されており、第２光源から出射される第２波長λ２＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ2＝３．２０ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．５１、結像倍率ｍ＝０．０に設定されており、第３光源から出射される第３波長λ３＝４０５ｎｍのときの焦点距離ｆ3＝３．１０ｍｍ、像側開口数ＮＡ３＝０．６５、結像倍率ｍ＝０．０に設定されている。
【０１２２】
表８中の面番号１と面番号２はそれぞれ光学素子７０の入射面、出射面を示しており、面番号３は絞り、面番号４と面番号５はそれぞれ、対物レンズの入射面、出射面を示しており、面番号６、７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面までの光軸方向の変位量、ｎｉは各波長での各面の屈折率を表している。
尚、対物レンズ４０の第４面、第５面は、それぞれ上記数１に表８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。
また、不連続部位のピッチＰは、数２の光路差関数に、表８に示す係数を代入した数式で規定される。
【０１２３】
また、λi、ｐ、Ｍの値については表９に示す。
【表９】
2005038585.tif 000014
【０１２４】
図２０（Ａ）はＨＤ  ＤＶＤ用としての波長λ３（４０５ｎｍ）の光束を用いた場合の像高特性を示すグラフであり、図２０（Ｂ）はＤＶＤ用としての波長λ１（６６０ｎｍ）の光束を用いた場合の像高特性を示すグラフであり、図２０（Ｃ）はＣＤ用としての波長λ２（７８５ｎｍ）の光束を用いた場合の像高特性を示すグラフである。
各グラフ中の「ＣＯＭＡ」はコマ収差を示すものであり、「ＲＭＳ」は球面収差、コマ収差及び非点収差を足し合せた状態の波面収差を示すものである。
図２０より、本実施例の光学素子７０及び対物レンズ４０を用いた光学系は、波長λ１の光束と波長λ２の光束と波長λ３の光束に対して実用範囲内で良好な像高特性を有することが分かる。
【０１２５】
以上の実施例において、実施例３及び実施例４では、対物レンズ４０の光源側に、対物レンズとは別体で光学素子７０を配置し、対物レンズ４０と光学素子７０との間に絞りを配置した構成としたが、対物レンズ４０が搭載されるアクチュエータに光学素子７０も搭載する構成としてもよく、対物レンズ４０と光学素子７０とを接合し一体化した構成としてもよい。このような場合、対物レンズ４０と光学素子７０とを含めて対物レンズ又は対物レンズ系ということもでき、このように対物レンズ４０と光学素子７０とを共にアクチュエータに搭載して、それらが一体で駆動されるようにすることがより好ましい。また、絞りの位置は、対物レンズ４０と光学素子７０との間に限定されることなく、
光学素子７０の光源側に配置される構成であってもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【図２】光源の構成を示す平面図である。
【図３】対物レンズの構成を示す平面図である。
【図４】位相変調手段の構成を示す要部拡大図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図５】位相変調手段の構成を示す要部拡大図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図６】対物レンズの構成を示す平面図である。
【図７】光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【図８】位相変調手段を有する光学素子を示す平面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図９】光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【図１０】光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【図１１】光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【図１２】光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。
【図１３】第１の実施例における対物レンズの像高特性を示すグラフ（Ａ）、（Ｂ）である。
【図１４】第１の実施例における対物レンズの縦球面収差を示すグラフ（Ａ）、正弦条件違反量を示すグラフ（Ｂ）である。
【図１５】第２の実施例における対物レンズの像高特性を示すグラフ（Ａ）、（Ｂ）である。
【図１６】第２の実施例における対物レンズの縦球面収差を示すグラフ（Ａ）、正弦条件違反量を示すグラフ（Ｂ）である。
【図１７】第３の実施例における光学素子及び対物レンズの概略図である。
【図１８】第３の実施例における温度特性を示すグラフである。
【図１９】第４の実施例における光学素子及び対物レンズの概略図である。
【図２０】第４の実施例における像高特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２７】
１０   光ピックアップ装置
１３   回折格子
１８   コリメートレンズ
３０   位相変調手段
３１   不連続部位
３１ａ 段部
３２   回折輪帯
４０   対物レンズ
５０   位相変調手段
６０   回折輪帯
７０   光学素子
８０   光ピックアップ装置
８１   光ピックアップ装置
８２   光ピックアップ装置
８８   光ピックアップ装置
８９   光ピックアップ装置
Ｌ     光軸
【図１】
2005038585.tif 000015
【図２】
2005038585.tif 000016
【図３】
2005038585.tif 000017
【図４】
2005038585.tif 000018
【図５】
2005038585.tif 000019
【図６】
2005038585.tif 000020
【図７】
2005038585.tif 000021
【図８】
2005038585.tif 000022
【図９】
2005038585.tif 000023
【図１０】
2005038585.tif 000024
【図１１】
2005038585.tif 000025
【図１２】
2005038585.tif 000026
【図１３】
2005038585.tif 000027
【図１４】
2005038585.tif 000028
【図１５】
2005038585.tif 000029
【図１６】
2005038585.tif 000030
【図１７】
2005038585.tif 000031
【図１８】
2005038585.tif 000032
【図１９】
2005038585.tif 000033
【図２０】
2005038585.tif 000034