(57)【要約】  【課題】    十分なワーキングディスタンスを確保しつつも、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤを含む異なる種類のディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行うことができる対物光学素子を搭載した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のトラッキングにより、補正機能部ＳＥ１を通過した光束が対物光学素子ＯＢＪに入射するようになる。補正機能部ＳＥ１は、通過した第３波長λ３の光束（図１（ｂ）でハッチングで示す部分）に対してコマ収差を補正するように機能する。従って、対物光学素子ＯＢＪをトラッキング駆動しても、第３波長λ３の光束におけるコマ収差を補正して、第３光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる。【選択図】      図１ 
2005317105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源と、第２波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を射出する第２光源と、第３波長λ３（λ３＞λ２）の第３光束を射出する第３光源と、前記第１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上に集光させ、前記第２光束を厚さｔ２（≧ｔ１）の保護層を介して第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記第３光束を厚さｔ３（＞ｔ２）の保護層を介して第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、アクチュエータにより光軸方向及び光軸と交差する方向に駆動されるようになっている対物光学素子と、を有し、前記光源からの光束を前記対物光学系を介して前記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／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記第３光源からの光束は、前記対物光学素子に対して有限発散光束として入射するようになっており、
前記対物光学素子と別体であって、少なくとも前記第３光源からの光束が通過する光路内において、前記対物光学素子よりも前記光源側に固定された補正素子が設けられ、
前記補正素子は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録及び／又は再生を行う際に、前記アクチュエータによる前記対物光学素子の駆動に起因して生じるコマ収差を補正することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記補正素子は、前記第１光源からの光束と、前記第２光源からの光束と前記第３光源からの光束が共通して通過する光路内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記対物光学素子は、前記第１乃至第３光情報記録媒体の保護層の厚さに起因して生じる球面収差を補正する機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記補正素子は、その光学面に光軸を中心とした同心円状の領域を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記補正素子は、回折構造を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記回折構造は、周期的な階段構造を有する重畳型回折構造であることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記回折構造が以下の式を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
４．８ｑ≦Ｄ・（Ｎ１−１）／λ１≦５．２ｑ      （２）
Ｄ：階段構造の段差
Ｎ１：波長λ１の光束に対する前記補正素子の媒質屈折率
ｑ：自然数
【請求項８】
前記第１光源からの光束は、前記対物光学素子に対して無限平行光束として入射するようになっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記第２光源からの光束は、前記対物光学素子に対して無限平行光束として入射するようになっていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
前記第２光源からの光束は、前記対物光学素子に対して有限発散光束として入射するようになっていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記第２光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率は、前記第３光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率に等しいことを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記第２光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率は、前記第３光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率と異なることを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
前記補正素子は、前記第３光源から出射される波長λ３の光束に対して選択的に補正を行うことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の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、異なる種類の光情報記録媒体に対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行える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高調波を利用して赤外半導体レーザの波長変換を行う青色ＳＨＧレーザ等、波長４００〜４２０ｎｍのレーザ光源が実用化されつつある。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。
【０００３】
尚、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する高密度光ディスクでは、光ディスクの傾き（スキュー）に起因して発生するコマ収差が増大するため、ＤＶＤにおける場合よりも保護層を薄く設計し（ＤＶＤの０．６ｍｍに対して、０．１ｍｍ）、スキューによるコマ収差量を低減しているものがある。ところで、かかるタイプの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／再生できる性能を有することが望まれる。
【０００４】
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方法として、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方法が考えられるが、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。
【０００５】
従って、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。そして、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。
【０００６】
特許文献１には、位相構造としての回折構造を有し、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して共通に使用可能な対物光学系、及びこの対物光学系を搭載した光ピックアップ装置が記載されている。
【特許文献１】ヨーロッパ公開特許第１３０４６８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的な光ピックアップ装置において、軸外特性やトラッキング特性等を考慮すると、対物光学素子に入射する光束は、有限光束でなく無限平行光束であることが望ましい。そこで光源から出射された発散光束をコリメートレンズにより平行光束に変換し、対物光学素子に入射させるのが一般的である。
【０００８】
ところが、上述したように、高密度光ディスクと従来のＤＶＤ及びＣＤに対して互換可能に情報の記録及び／又は再生を行おうとした場合、使用波長が短く、ＮＡも高く、高い精度を必要とする高密度光ディスクにおいて無限平行光束とした設計が行なわれることが多く、かかる条件下で波長が長くかつ保護層の厚さが厚いＣＤに対して無限平行光束を入射させると、波長と保護層厚の差に起因する球面収差が大きくなり問題となる。これを解決するためには、例えば対物光学素子に互換させるための位相構造を持つ補正素子を用いてＣＤでも球面収差を補正しながら無限平行光束を入射させる等の方法がある。しかし、保護層の厚さが厚いＣＤに対して無限平行光束を入射させると、ＣＤのワーキングディスタンス（作動距離ともいい、対物光学素子の光ディスク側の最突出位置と光ディスクとの間隔）が小さくなってしまい、回転する光ディスクが対物光学素子と干渉（衝突）する可能性が高くなる。これにより互換可能な光ピックアップ装置が成立しなくなる恐れがあり問題である。これに対し、ワーキングディスタンスを長く確保するために、ＣＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う際に用いる光束を、有限の発散光束として対物光学素子に入射させる構成が考えられる。
【０００９】
しかしながら、対物光学素子に有限発散光束を入射させようとすると、光束の軸線と、対物光学素子の光軸との間にズレが生じたときに、コマ収差が発生する恐れがあり、従ってトラッキング特性が悪化するという問題がある。
【００１０】
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、十分なワーキングディスタンスを確保しつつも、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤを含む異なる種類のディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行うことができる対物光学素子を搭載した光ピックアップ装置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】
【００１１】
本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光ディスク（光情報記録媒体ともいう）を総称して「高密度光ディスク」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／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、ＢＤ：ブルーレイディスク）の他に、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物光学系により情報の記録／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）も含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、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０の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。
【００１２】
また、本明細書において、「対物光学素子」とは、光ピックアップ装置において光ディスクに対向する位置に配置され、光源から射出された波長が互いに異なる光束を、記録密度が互いに異なる光ディスクのそれぞれの情報記録面上に集光する機能を有する集光素子を少なくとも含む光学素子を指す。
【００１３】
更に、本明細書においては、ＤＶＤとは、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列光ディスクの総称であり、ＣＤとは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列光ディスクの総称である。記録密度は、高密度光ディスクが最も高く、次いでＤＶＤ、ＣＤの順に低くなる。
【００１４】
請求項１に記載の光ピックアップ装置は、第１波長λ１の第１光束を射出する第１光源と、第２波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を射出する第２光源と、第３波長λ３（λ３＞λ２）の第３光束を射出する第３光源と、前記第１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上に集光させ、前記第２光束を厚さｔ２（≧ｔ１）の保護層を介して第２光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、前記第３光束を厚さｔ３（＞ｔ２）の保護層を介して第３光情報記録媒体の情報記録面上に集光させ、アクチュエータにより光軸方向及び光軸と交差する方向に駆動されるようになっている対物光学素子と、を有し、前記光源からの光束を前記対物光学系を介して前記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／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、
前記第３光源からの光束は、前記対物光学素子に対して有限発散光束として入射するようになっており、
前記対物光学素子と別体であって、少なくとも前記第３光源からの光束が通過する光路内において、前記対物光学素子よりも前記光源側に固定された補正素子が設けられ、
前記補正素子は、前記第３光情報記録媒体の情報記録面に対して情報の記録及び／又は再生を行う際に、前記アクチュエータによる前記対物光学素子の駆動に起因して生じるコマ収差を補正することを特徴とする。
【００１５】
図１は、本発明にかかる光ピックアップ装置の補正素子と対物光学素子の断面図であり、第３光情報記録媒体（光ディスクともいう）に対して情報の記録及び／又は再生を行う状態を示している。図２は、図１に示す光学系における波面収差の横収差図（（ａ）はメリジオナル方向の断面を示し、（ｂ）はサジタル方向の断面を示す）である。
【００１６】
図１において、第３光情報記録媒体ＣＤの不図示の光源側に、光学素子Ｌ１、Ｌ２からなる対物光学素子ＯＢＪが配置され、更にその光源側に補正素子ＳＥが配置されている。対物光学素子ＯＢＪは一体で、不図示のアクチュエータにより光軸方向及び光軸直交方向に駆動されるようになっている。一方、補正素子ＳＥは、光学面の周囲に補正機能部（例えば回折構造）ＳＥ１を形成している。第３波長λ３の光束は、有限発散光束の状態で、補正素子ＳＥを通過し、対物光学素子ＯＢＪに入射するようになっているので、十分なワーキングディスタンスを稼ぐことができる。図示していないが、第１波長λ１の光束は無限平行光束の状態で、対物光学素子ＯＢＪに入射するようになっている。第２波長λ２の光束は無限平行光束又は有限発散光束の状態で、対物光学素子ＯＢＪに入射するようになっている。
【００１７】
ここで、図１（ａ）に示すように、対物レンズＯＢＪの光軸が、補正素子ＳＥの光軸に一致している場合、波長λ３の光束はコマ収差の発生がない状態で第３光情報記録媒体ＣＤの情報記録面に入射するようになっている。しかるに、図１（ｂ）に示すように、対物光学素子ＯＢＪがトラッキング駆動されると、対物光学素子ＯＢＪの光軸が、補正素子ＳＥの光軸に対しずれることとなる。かかる場合、波長λ３の光束は有限発散光束で対物光学素子ＯＢＪに入射するので、光軸ズレに起因してコマ収差が発生する恐れがある（図２の実線に示す収差）。
【００１８】
これに対し、本発明においては、補正素子ＳＥが、補正機能部ＳＥ１を形成しているために、対物光学素子ＯＢＪのトラッキングにより、補正機能部ＳＥ１を通過した光束が対物光学素子ＯＢＪに入射するようになる。補正機能部ＳＥ１は、通過した第３波長λ３の光束（図１（ｂ）でハッチングで示す部分）に対してコマ収差を補正するように機能する。従って、対物光学素子ＯＢＪをトラッキング駆動しても、第３波長λ３の光束におけるコマ収差を補正して、第３光情報記録媒体に対して適切に情報の記録及び／又は再生を行うことができる（図２の点線に示す収差）。
【００１９】
請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記補正素子は、前記第１光源からの光束と、前記第２光源からの光束と前記第３光源からの光束が共通して通過する光路内に配置されていることを特徴とするので、光源から光情報記録媒体までに存在する光学系を共通化し簡素化できる。例えば、３つの光源としての半導体レーザを１つのチップ上に構成した３ＬＤ１Ｐ（３レーザ１パッケージ）を用いる場合には、共通光路に用いることの出来ない補正素子を用いると、ＣＤ用の光束の光路だけ別としたりする構成等で対応しなければならなくなり、装置の複雑化と大型化を招いて望ましくない。
【００２０】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記対物光学素子は、前記第１乃至第３光情報記録媒体の保護層の厚さに起因して生じる球面収差を補正する機能を有することを特徴とする。３つの異なる保護層厚に対して球面収差を補正していることで、例えば高密度光ディスクとＤＶＤ、ＣＤの３つの光情報記録媒体に対応することが可能となり、仕様の拡張を図ることが出来る。
【００２１】
請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記補正素子は、その光学面に光軸を中心とした同心円状の領域を形成したことを特徴とする。
【００２２】
例えば光軸からＣＤ使用時の開口数ＮＡ３までの領域を平板として、ＮＡ３より外側の領域でトラッキングにより前記対物光学素子が光軸と垂直方向に最大シフトした状態で最外光束がコマ収差用の補正素子の光学面を通過する位置までの領域をコマ収差補正に用いれば、トラッキング等によるレンズシフトが発生しない状況での収差に影響を与えることなく使用することが可能となる。
【００２３】
請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記補正素子は、回折構造を備えていることを特徴とする。
【００２４】
例えば光軸からＣＤ使用時の開口数ＮＡ３までの領域を平板として、ＮＡ３より外側の領域でトラッキングにより前記対物光学素子が光軸と垂直方向に最大シフトした状態で最外光束がコマ収差用の補正素子の光学面を通過する位置までの領域を回折構造とすれば、トラッキング等によるレンズシフトが発生しない状況での収差に影響を与えることなくレンズシフト時のコマ収差補正に回折効果を使用することが可能となる。
【００２５】
請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項５に記載の発明において、前記回折構造は、周期的な階段構造を有する重畳型回折構造であることを特徴とする。
【００２６】
回折構造を周期的な階段構造を有する重畳型回折構造とすることで、例えば高密度光ディスクやＤＶＤと共通の光路中にコマ収差用の補正素子を用いる場合、ＣＤよりＮＡの大きい高密度光ディスク使用時の第１波長λ１や、ＤＶＤ使用時の第２波長λ２の光束で光を回折させず透過させ、ＣＤ使用時の第３波長λ３の光束のみ回折することが可能となるので、高密度光ディスクやＤＶＤの光束に対して影響することなくＣＤ使用時のみコマ収差の補正効果を持たせることが可能となる。
【００２７】
請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項６に記載の発明において、前記回折構造が以下の式を満たすことを特徴とする。
４．８ｑ≦Ｄ・（Ｎ１−１）／λ１≦５．２ｑ      （２）
Ｄ：階段構造の段差
Ｎ１：波長λ１の光束に対する前記補正素子の媒質屈折率
ｑ：自然数
【００２８】
（２）式の上下限以内で用いることで、例えば高密度光ディスク使用時の第１波長λ１（３９０〜４２０ｎｍ）の光束や、ＤＶＤ使用時の第２波長（６５０〜６８０ｎｍ）の光束の光利用効率を高くしつつ、ＣＤ使用時の第３波長λ３（７５０〜８１０ｎｍ）のみを回折させてコマ収差補正に寄与させることが出来るので望ましい。
【００２９】
請求項８に記載の光ピックアップ装置は、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光源からの光束は、前記対物光学素子に対して無限平行光束として入射するようになっていることを特徴とする。
【００３０】
前記第１光源からの光束について無限平行光束を入射させると、トラッキング等によるレンズシフトでコマ収差等の発生がなく望ましい。使用波長が短く、ＮＡも高く、高い精度を必要とする高密度光ディスクにおいて光束を有限光束として対物光学素子に入射させると、トラッキング等によるレンズシフトで発生するコマ収差が問題となる恐れがあるので望ましくない。
【００３１】
請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記第２光源からの光束は、前記対物光学素子に対して無限平行光束として入射するようになっていることを特徴とする。
【００３２】
前記第２光源からの光束について無限平行光束を入射させると、トラッキング等によるレンズシフトでコマ収差等の発生がなく望ましい。
【００３３】
請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記第２光源からの光束は、前記対物光学素子に対して有限発散光束として入射するようになっていることを特徴とする。
【００３４】
前記第２光源からの光束について有限発散光束を入射させると、ワーキングディスタンスの確保に対して有利となるので望ましい。
【００３５】
請求項１１に記載の光ピックアップ装置は、請求項１０に記載の発明において、前記第２光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率は、前記第３光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率に等しいことを特徴とする。
【００３６】
両者の倍率を等しくすることで、例えばＤＶＤとＣＤに対応する２つの光源である半導体レーザを同一チップ上に構成した２ＬＤ１Ｐ（２レーザ１パッケージ）を用いた場合に、１つのカップリングレンズを移動等させることなく用いることが出来、装置の簡素化が図れるので望ましい。また、ここで、第２光束のコマ収差を補正するためのコマ収差用の補正素子を設けると、第２光束で問題となるトラッキング等によるレンズシフト時のコマ収差の補正も可能となり望ましい。その際、第３光束のコマ収差用の補正素子と別体のコマ収差用の補正素子としてもよいが、それらと同一のものとして２つのコマ収差補正機能を有する１つ素子として用いると、部品点数が削減され装置の簡素化や低コスト化に効果があるので望ましい。
【００３７】
請求項１２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１０に記載の発明において、前記第２光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率は、前記第３光源から出射された光束が前記対物光学素子に入射する際の倍率と異なることを特徴とする。
【００３８】
例えばＤＶＤ使用時の有限倍率をＣＤ使用時の有限倍率よりも小さくすることで、ＤＶＤ使用時のトラッキング等によるレンズシフト時のコマ収差の発生を低減することが可能となるので、コマ収差用の補正素子のような外部補正が不要となり、装置の簡素化や低コスト化が図れる。
【００３９】
請求項１３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１０乃至１２のいずれかに記載の発明において、前記補正素子は、前記第３光源から出射される波長λ３の光束に対して選択的に補正を行うことを特徴とする。
【００４０】
前記補正素子が波長λ３の光束に対して選択的に補正を行う構成とすることで、例えば高密度光ディスクやＤＶＤと共通の光路中にコマ収差用の補正素子を用いる場合、ＣＤ使用時よりＮＡの大きい高密度光ディスク使用時の第１波長λ１や、ＤＶＤ使用時の第２波長λ２の光束に影響することなく、選択的にＣＤ使用時の第３波長λ３の光束のみに機能させることが可能となるので、高密度光ディスクやＤＶＤの光束に対して影響することなくＣＤのみコマ収差の補正効果を持たせることが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、十分なワーキングディスタンスを確保しつつも、高密度光ディスクとＤＶＤとＣＤを含む異なる種類のディスクに対して情報の記録及び／又は再生を適切に行うことができる対物光学素子を搭載した光ピックアップ装置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】
【００４２】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４３】
［第１の実施の形態］
図３は、高密度光ディスクＨＤ（第１光情報記録媒体）とＤＶＤ（第２光情報記録媒体）とＣＤ（第３光情報記録媒体）との何れに対しても、適切に情報の記録／再生を行える第３の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、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、第１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、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、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＝０．４９である。
【００４４】
光ピックアップ装置ＰＵ１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）を射出する第１の発光部ＥＰ１（第１光源）と、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）を射出する第２の発光部ＥＰ２（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）を射出する発光部ＥＰ３とを同一パッケージ内に収容した（一体化された）３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを有している。３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐにおいて、光学系の設計上最も厳しい第１の発光部ＥＰ１が、光ピックアップ装置ＰＵ１の光軸上に配置されていると好ましいが、第２の発光部ＥＰ２又は第３の発光部ＥＰ３を光ピックアップ装置ＰＵ３の光軸上に配置しても良く、或いは全ての発光部を軸外に配置しても良い。更に、第３の実施の形態（及び後述する第４の実施の形態）では、光検出器を別に設けているが、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐ内部又はその近傍に設けることもでき、それにより偏光ビームスプリッタＰＢＳと光検出器ＰＤとを省略できる。
【００４５】
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、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第１の発光部ＥＰ１を発光させる。第１の発光部ＥＰ１から射出された発散光束は、図３において実線でその光線経路を描いたように、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束又は略平行光束（略平行光束とは、光軸と光束マージナル光がなす角度が±１度以内である光束をいう）とされた後、１／４波長板ＱＷＰ及び補正素子ＳＥを通過し、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。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、補正素子ＳＥ及び１／４波長板ＱＷＰを通過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、センサ用レンズＳＬを透過した後、光検出器ＰＤで受光される。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。
【００４６】
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、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第２の発光部ＥＰ２を発光させる。第２の発光部ＥＰ２から射出された発散光束は、図３において点線でその光線経路を描いたように、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束又は略平行光束とされた後、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、１／４波長板ＱＷＰ及び補正素子ＳＥを透過し、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。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、補正素子ＳＥ、１／４波長板ＱＷＰを通過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、センサ用レンズＳＬを透過した後、光検出器ＰＤで受光される。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。
【００４７】
また、光ピックアップ装置ＰＵ３においてＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第３光束が有限発散光束の状態でコリメートレンズＣＯＬから射出されるように、１軸アクチュエータＡＣ２によりコリメートレンズＣＯＬを移動させる。その後、３レーザ１パッケージ３Ｌ１Ｐを作動させて第３の発光部ＥＰ３を発光させる。
【００４８】
第３の発光部ＥＰ３から射出された発散光束は、図３において一点鎖線でその光線経路を描いたように、センサ用レンズＳＬを通過し、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て発散角を変更された後、１／４波長板ＱＷＰ及び補正素子ＳＥを透過し、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。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、補正素子ＳＥ、１／４波長板ＱＷＰを通過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、センサ用レンズＳＬを透過した後、光検出器ＰＤで受光される。光検出器ＰＤ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。
【００４９】
ここで、対物光学素子ＯＢＪには有限発散光束が入射するが、コリメートレンズでＣＤのみを発散有限光束にするには、例えばＣＤ使用時においてコリメートレンズＣＯＬを高密度光ディスク使用時やＤＶＤ使用時のコリメートレンズＣＯＬの位置から光軸と平行な方向に移動させることにより可能である。また、コリメートレンズに回折構造ＨＯＥ等の位相構造を設けて、例えばＣＤの波長λ３光束のみを選択的に回折させて発散光束を発生させる方法や、コリメートレンズＣＯＬ以外で、ビームエキスパンダーを移動させて発散光束を発生させる方法もある。また、本実施の形態ではコリメートレンズＣＯＬを１枚で構成しているが、これを２枚以上の複数枚数で構成し、それらをそれぞれ別に移動させることで発散光束を発生させてもよい。
【００５０】
本実施の形態の光ピックアップ装置は、コマ収差を補正する補正素子ＳＥと、プラスチックからなるＬ１レンズとガラス材料からなるＬ２レンズからなる対物光学素子ＯＢＪとを有している。
【００５１】
図４に補正素子背の概略断面図を示す。コマ収差の補正素子ＳＥは対物光学素子ＯＢＪの光源側に配置され、平板形状であり、光源側面Ｓ１と光ディスク側面Ｓ２からなり、前記光ディスク側面Ｓ２はＮＡ３内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１Ｃと、ＮＡ３からＮＡ３光路径に対して〜＋０．２〜０．５ｍｍまでの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２Ｃと、ＮＡ３光路径に対して＋０．２〜０．５ｍｍの領域より外側の第３領域ＡＲＥＡ３Ｃ、の３つの領域に分割されていて、その第２領域ＡＲＥＡ２Ｃに、コマ収差補正のための位相構造が配置されている。
【００５２】
コマ収差補正のための位相構造は、図４に示すように、階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である回折構造ＨＯＥである。第２領域ＡＲＥＡ２Ｃに形成された回折構造ＨＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造の深さＤは、
４．８ｑ  ≦  Ｄ・（Ｎ１−１）／λ１  ≦  ５．２ｑ  （２）
で算出される値とすることが望ましいが、本実施形態では階段構造の深さＤは、
Ｄ・（Ｎ１−１）／λ１＝５                          （３）
で算出される値に設定され、各輪帯内の分割数Ｐは２に設定されている。但しλ１は第３の発光点ＥＰ１から射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり、（ここでは、λ１＝０．４０８μｍ）、Ｎ１は波長λ１に対する収差補正素子Ｌ１の媒質屈折率、ｑは自然数である。
【００５３】
光軸方向の深さＤがこのように設定された階段構造に対して、第１波長λ１の第１光束が入射した場合、隣接する階段構造間では５×λ１（μｍ）の光路差が発生し、第１光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずに０次回折光として透過する。
【００５４】
また、この階段構造に対して、第２波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８μｍ）の第２光束が入射した場合、隣接する階段構造間では（５×λ１／（Ｎ１−１）・（Ｎ２−１）／λ２）×λ２（μｍ）の光路差が発生する。但し、Ｎ２は波長λ２に対する収差補正素子Ｌ１の媒質屈折率である。第２波長λ２はλ２／（Ｎ２−１）とλ１／（Ｎ１−１）の比が略５：３の関係であるので、隣接する階段構造間では略３×λ２（μｍ）の光路差が発生し、第２光束も第１光束と同様に、実質的に位相差が与えられないので回折されずに０次回折光として透過する。
【００５５】
コマ収差の補正素子ＳＥが平板形状で、かつ第１波長λ１の第１光束及び第２波長λ２の第２光束は回折せずに０次光で透過することから、これら波長の光束は、コマ収差の補正素子ＳＥにより影響されることなく対物光学素子ＯＢＪに入射することになる。
【００５６】
一方、この階段構造に対して、第３波長λ３（ここでは、λ３＝０．７８５μｍ）の第３光束が入射した場合、隣接する階段構造間では｛５×λ１／（Ｎ１−１）×（Ｎ３−１）／λ３｝×λ３＝｛５×０．４０８／（１．５２４２−１）×（１．５０５０−１）／０．７８５｝×λ３＝２．５・λ３（μｍ）の光路差が発生する。各輪帯内の分割数Ｐは２に設定されているため、第３光束は±１次の方向にほぼ同じ回折効率で回折する（＋１次回折光と−１次回折光）。本実施例ではＣＤ使用時のトラッキング等による光軸と垂直方向へのレンズシフトの際のコマ収差を＋１次回折光を用いて行っており、このときの第２光束の＋１次回折光の回折効率は、４０％強となる。また−１次回折光は、フレア光となる。
【００５７】
ここで、＋１次回折光の回折効率を高くするために、例えば階段形状の光軸と平行な面と光軸と平行でない方の面の傾きを最適化したり、例えば前記光軸と平行でない面の形状を波面収差的に望ましいとされる形状から少し変えたりすることが、よって改善することが出来る。また、Ｌ１を構成する材料の媒質分散を変えて、なおかつ階段形状の分割数Ｐを変えることで効率を高くすることも可能である。
【００５８】
次に、対物光学素子ＯＢＪについて説明する。対物光学素子ＯＢＪは、プラスチックからなるＬ１レンズとガラス材料からなるＬ２レンズからなる。Ｌ１レンズは、その光源側面Ｓ３に、図５で示すような階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である回折構造ＨＯＥが形成されており、この位相構造によって第１の波長λ１＝４０８ｎｍの光束は、回折されず０次光として透過し、第２の波長λ２＝６５８ｎｍの光束は＋１次の方向に回折される。Ｌ１の光ディスク側面Ｓ４は、ここでは平面であるが、図７や図８で示すような、設計基準状態においては第１の波長λ１＝４０８ｎｍの光束も第２の波長λ２＝６５８ｎｍの光束も回折することなく透過するが、半導体レーザの波長誤差や、光ピックアップ装置使用時の温度上昇による半導体レーザ波長変化等、設計から波長がずれた場合に、輪帯構造が作用し、上記波長差や温度差で発生する収差を補正する働きをする、輪帯構造が設けられていてもよい。これら光学面Ｓ３及びＳ４のベースとなる面形状は平板形状であるが、これを非球面や複数領域を持つ面としても構わない。
【００５９】
Ｌ２レンズはガラスモールド等で作成されるガラスの両面非球面レンズであり、対物光学素子ＯＢＪは、Ｌ２レンズ単体で倍率Ｍ１＝０と第１保護層ＰＬ１との組合せに対して球面収差が最小となるように設計されている。そのため、本実施の形態のように、第１光束に対する第１倍率Ｍ１と、第２光束に対する第２倍率Ｍ２を同じ０とする場合、第１保護層ＰＬ１と、第２保護層ＰＬ２の厚さの違いにより、対物光学素子と第２保護層ＰＬ２とを透過した第２光束の球面収差は位相構造なしでは補正過剰方向となってしまう。
【００６０】
Ｌ１レンズは、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５０９１であり、アッベ数νｄが５６．４のプラスチックレンズであり、λ１＝４０８ｎｍに対する屈折率は１．５２４２４、λ２＝６５８ｎｍに対する屈折率は１．５０６４３である。また、Ｌ２は、ｄ線での屈折率ｎｄが１．５４３５であり、アッベ数νｄが５６．７のプラスチックレンズである。L１レンズとL２レンズとを一体化する場合には、別部材の鏡枠を介するのが普通である。しかし、Ｌ１レンズの光学機能部（第１光束が通過するＬ１レンズの領域）の周囲に、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１を設け、かかるフランジ部ＦＬ１とＬ２の一部同士を融着や接着等で接合することで一体化されている構造とすることも可能である。
【００６１】
Ｌ１レンズの半導体レーザ光源側の光学面Ｓ３は、図６（ａ）に示すように、ＮＡ２内の領域に対応する光軸を含む第１領域ＡＲＥＡ１と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２とに分割されており、第１領域ＡＲＥＡ１には、図５（ａ）、（ｂ）に示したような、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造である回折構造（以下、この回折構造を「回折構造ＨＯＥ」という。）である回折構造ＨＯＥが形成されている。
【００６２】
第１領域ＡＲＥＡ１に形成された回折構造ＨＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造の深さＤ１（μｍ）は、
Ｄ１・（Ｎ１−１）／λ１＝２・ｑ             （４）
で算出される値に設定され、各輪帯内の分割数Ｐは５に設定されている。但し、λ１は第1の発光点ＥＰ１から射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０８μｍ）、Ｎ１は波長λ１に対するＬ１の媒質屈折率、ｑは自然数である。尚、深さＤ１とは、回折構造ＨＯＥにおける階段の最小ステップの光軸方向長さをいうものとする（図５参照）。
【００６３】
光軸方向の深さＤ１がこのように設定された階段構造に対して、第１波長λ１の第１光束が入射した場合、隣接する階段構造間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、第１光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま０次回折光として透過する。
【００６４】
一方、この階段構造に対して、第２波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８μｍ）の第２光束が入射した場合、隣接する階段構造間では｛２×λ１／（Ｎ１−１）×（Ｎ２−１）／λ２｝×λ２＝｛２×０．４０８／（１．５２４２４−１）×（１．５０６４３−１）／０．６５８｝×λ２＝１．１９９・λ２（μｍ）の光路差が発生する。各輪帯内の分割数Ｐは５に設定されているため、隣接する輪帯同士で第２波長λ２の１波長分の光路差が生じることになり（（１．１９９−１）×５≒１）、第２光束は＋１次の方向に回折する（＋１次回折光）。このときの第２光束の＋１次回折光の回折効率は、約８７％となるが、ＤＶＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
【００６５】
また、ここでＬ１レンズの光ディスク側の光学面Ｓ４は、平面形状であるが、図６（ｃ）に示すように、ＮＡ２内の領域に対応する光軸を含む第３領域ＡＲＥＡ３と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第４領域ＡＲＥＡ４とに分割されていてもよく、それぞれにおいて異なる係数の非球面形状や位相関数を持つ複数の輪帯が光軸を中心として配列された構造とする等で設計自由度を増やすことが出来る。
【００６６】
Ｌ１レンズの半導体レーザ光源側の光学面Ｓ３に設けられた回折構造ＨＯＥの各輪帯の幅は、第２光束が入射した場合に、回折作用により＋１次回折光に対して補正不足方向の球面収差が付加されるように設定されている。回折構造ＨＯＥ１による球面収差の付加量と、第１保護層ＰＬ１と第２保護層ＰＬ２の厚みの差により発生する補正過剰方向の球面収差とが互いに相殺することで、回折構造ＨＯＥと第２保護層ＰＬ２とを透過した第２光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上で良好なスポットを形成する。
【００６７】
このように回折構造ＨＯＥを用いることで２種類の光ディスクに１つの対物光学系で対応しながらそれぞれの光束の倍率Ｍ１、Ｍ２を０にすることが可能となる。結像倍率を０とすることで、第１光ディスクと第２光ディスクに対して情報の記録／再生を行う際のトラッキングによるレンズシフトで発生するコマ収差の問題が解決されるので非常に好ましい構成である。
【００６８】
また本実施例ではＬ１レンズに回折構造ＨＯＥを設けたが、少なくとも１つの回折構造ＨＯＥをＬ２レンズに設けてもよい。
【００６９】
更に、Ｌ１レンズの半導体レーザ光源側光学面Ｓ３の第２領域ＡＲＥＡ２や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の複数の輪帯から構成された回折構造（以下、この回折構造を「回折構造ＤＯＥ」という。）が形成されていても良い。回折構造ＤＯＥは、対物光学系の色収差を抑制するための構造である。
【００７０】
回折構造ＤＯＥにおいて、光軸に最も近い段差の高さｄ１は、波長３９０ｎｍ〜４２０ｎｍに対して所望次数の回折光の回折効率が１００％となるように設計されている。このように段差の深さが設定された回折構造ＤＯＥ１に対して、第１光束が入射すると、回折光が９５％以上の回折効率で発生し、十分な回折効率が得られるとともに、青紫色領域で色収差補正も可能となる。
【００７１】
本実施の形態における対物光学素子ＯＢＪでは、こういった回折構造ＤＯＥを設けていないが、これら回折構造ＤＯＥは前述第２領域ＡＲＥＡ２以外にＬ２レンズの光学面上に設けても良い。その際の回折構造ＤＯＥは、Ｌ２レンズで回折構造ＤＯＥを設けた光学面全域を１つの領域として１つの回折構造ＤＯＥとしても構わないし、Ｌ２レンズで回折構造ＤＯＥを設けた光学面を、光軸を中心とする同心円状の２つの領域として、それぞれの領域で異なる回折構造ＤＯＥを設ける構成としても構わない。これら際のそれぞれの領域における回折効率は、第１光束と第２光束が共通に透過する領域では第１光束と第２光束に対して回折効率を振り分けるようにすれば良い。（例えば段差の高さを、波長３９０ｎｍ[Ｌ１レンズの、波長３９０ｎｍに対する屈折率は１．５２７３]に対して回折効率が１００％となるように設計すれば、第１光束が入射すると、＋２次回折光が９６．８％の回折効率で発生し、第２光束が入射すると、＋１次回折光が９３．９％の回折効率で発生する、という回折効率の振り分けが可能である。）または第１波長λ１に対して最適化することで、第１光束の回折効率を重視した構成としても良い。
【００７２】
さらに、回折構造ＤＯＥは、青紫色領域において、入射光束の波長が長くなった場合に、球面収差が補正不足方向に変化し、入射光束の波長が短くなった場合に、球面収差が補正過剰方向に変化するような球面収差の波長依存性を有する。これにより、環境温度変化に伴い集光素子で発生する球面収差変化を相殺することで、高ＮＡのプラスチックレンズである対物光学素子の使用可能な温度範囲を広げている。
【００７３】
本実施の形態のＬ１レンズでは、半導体レーザ光源側の光学面Ｓ３に回折構造ＨＯＥを形成したが、これとは、逆に、光学面Ｓ４に回折構造ＨＯＥを形成した構成としてもよい。
【００７４】
また、本実施の形態では、ＮＡ３に対応した開口制限行うための開口素子として、接合部材Ｂを介して対物光学素子と一体化された開口制限素子ＡＰを備え、２軸アクチュエータＡＣ１により、開口制限素子ＡＰと対物光学素子とを一体にトラッキング駆動させるようになっていてもよい。
【００７５】
開口制限素子ＡＰの光学面上には、透過率の波長選択性を有する波長選択フィルタＷＦが形成されていると好ましい。この波長選択フィルタＷＦは、ＮＡ３内の領域では第１波長λ１乃至第３波長λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３からＮＡ１の領域では第３波長λ３のみを遮断し、第１波長λ１及び第２波長λ２を透過する透過率の波長選択性を有しているので、かかる波長選択性によりＮＡ３に対応した開口制限を行うことができる。
【００７６】
なお、収差補正素子Ｌ１の光学機能面上に波長選択フィルタＷＦを形成してもよく、あるいは、集光素子Ｌ２の光学機能面上に形成してもよい。
【００７７】
また、回折構造ＨＯＥはＮＡ２内に対応する第１領域ＡＲＥＡ１内に形成されているので、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する第２光束はＤＶＤの情報記録面上ＲＬ２上へのスポット形成に寄与しないフレア成分となる。これは、対物光学素子ＯＢＪがＮＡ２に対する開口制限機能を有しているのと透過であり、この機能によりＮＡ２に対応した開口制限が行われる。
【００７８】
更に、開口の制限方法としては、波長選択フィルタＷＦを利用する方法だけでなく、機械的に絞りを切り替える方式や後述する液晶位相制御素子ＬＣＤを利用する方式でも良い。
【００７９】
また、Ｌ２レンズをプラスチックレンズで構成してもよい。Ｌ２レンズをプラスチックレンズとする場合は、環状オレフィン系のプラスチック材料を使用するのが好ましく、環状オレフィン系の中でも、例えば波長４０５ｎｍに対する温度２５℃での屈折率Ｎ４０５が１．５４乃至１．６０の範囲内であって、−５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う波長４０５ｎｍに対する屈折率変化率ｄＮ４０５／ｄＴ（℃−１）が−１０×１０−５乃至−８×１０−５の範囲内であるプラスチック材料を使用するのがより好ましい。
【００８０】
また、Ｌ２レンズをガラスレンズとする場合は、ガラス転移点Ｔｇが４００℃以下であるガラス材料を使用すると、比較的低温での成形が可能となるので、金型の寿命を延ばすことが出来る。このようなガラス転移点Ｔｇが低いガラス材料としては、例えば（株）住田光学ガラス製のＫ−ＰＧ３２５や、Ｋ−ＰＧ３７５（共に製品名）がある。
【００８１】
ところで、ガラスレンズは一般的にプラスチックレンズよりも比重が大きいため集光素子をガラスレンズとすると、重量が大きくなり対物光学系を駆動するアクチュエータに負担がかかる。そのため、集光素子をガラスレンズとする場合には、比重が小さいガラス材料を使用するのが好ましい。具体的には、比重が３．０以下であるのが好ましく、２．８以下であるのがより好ましい。
【００８２】
また、上述の集光素子の材料として、プラスチック材料中に直径が３０ｎｍ以下の粒子を分散させた材料を使用しても良い。温度が上昇すると屈折率が下がるプラスチック材料に、温度が上昇すると屈折率が上昇する無機材料を均質に混成することで両者の屈折率の温度依存性を打ち消すことが可能となる。これにより、プラスチック材料の成形性を保持したまま、温度変化に伴う屈折率変化が小さい光学材料（以下、かかる光学材料を「アサーマル樹脂」と呼ぶ）を得ることが出来る。
【００８３】
ここで、集光素子の屈折率の温度変化について説明する。温度変化に対する屈折率の変化率は、Lorentz−Lorenzの公式に基づいて、屈折率ｎを温度Ｔで微分することにより、以下の数式（数１）のＡで表される。
（数１）
Ａ＝（ｎ２＋２）（ｎ２−１）／（６ｎ）・｛（−３α）＋１／［Ｒ］・δ［Ｒ］／δＴ｝
但し、ｎはレーザ光源の波長に対する前記集光素子の屈折率であり、αは集光素子の線膨張係数であり、［Ｒ］は集光素子の分子屈折力である。
【００８４】
一般的なプラスチック材料の場合は、第１項に比べて第２項の寄与が小さいので第２項はほぼ無視出来る。たとえば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）の場合、線膨張係数αは７×１０−５である、上式に代入すると、Ａ＝−１２×１０−５となり、実測値と概ね一致する。ここで、アサーマル樹脂では、直径が３０ｎｍ以下の微粒子プラスチック材料中に分散させることにより、実質的に上式の第２項の寄与を大きくし、第１項の線膨張による変化と打ち消しあうようにさせている。具体的には、従来は−１２×１０−５程度であった温度変化に対する屈折率変化率を、絶対値で１０×１０−５未満に抑えることが好ましい。より好ましくは、８×１０−５未満、更に好ましくは、６×１０−５未満に抑えることが、集光素子の温度変化に伴う球面収差変化を低減するうえで好ましい。
【００８５】
例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）に、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の微粒子を分散させることにより、このような温度変化に対する屈折率変化の依存性を解消することが出来る。母材となるプラスチック材料は、体積比で８０、酸化ニオブは２０程度の割合であり、これらを均一に混合する。微粒子は凝集しやすいという問題があるが、粒子表面に電荷を与えて分散させる技術も知られており、必要な分散状態を生じさせることが出来る。
【００８６】
尚、この体積比率は、温度変化に対する屈折率の変化の割合をコントロールするために、適宜増減できるし、複数種類のナノサイズ無機粒子をブレンドして分散させることも可能である。
【００８７】
体積比率では、上記の例では８０：２０であるが、９０：１０〜６０：４０までの間で適宜調整可能である。９０：１０よりも体積比率が小さいと屈折率変化抑制の効果が小さくなり、逆に、６０：４０を超えるとアサーマル樹脂の成形性に問題が生じるために好ましくない。
【００８８】
微粒子は無機物であることが好ましく、更に、酸化物であることが好ましい。そして酸化状態が飽和していて、それ以上酸化しない酸化物であることが好ましい。無機物であることは、高分子有機化合物であるプラスチック材料との反応を低く抑えるために好ましく、また酸化物であることによって、青紫色レーザの長時間の照射に伴う透過率劣化や波面収差劣化を防ぐことが出来る。特に、高温下において青紫色レーザが照射されるという過酷な条件において、酸化が促進されやすくなるが、このような無機酸化物であれば、酸化による透過率劣化や波面収差劣化を防ぐことが出来る。
【００８９】
尚、プラスチック材料に分散させる微粒子の直径が大きいと、入射光束の散乱が生じやすくなり集光素子の透過率が低下する。高密度光ディスクにおいて、情報の記録／再生に使用される青紫色レーザの出力が十分高くない現状においては、集光素子の青紫色レーザ光束に対する透過率が低いと、記録速度の高速化、多層ディスク対応という観点で不利となる。従って、プラスチック材料に分散させる微粒子の直径は、好ましくは２０ｎｍ以下、更に好ましくは１０〜１５ｎｍ以下であることが集光素子の透過率低下を防ぐ上で好ましい。
【００９０】
図９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、簡略な構成で適切に情報の記録／再生を行える第２の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、第１波長λ１＝４０８ｎｍ、第１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、第２波長λ２＝６５８ｎｍ、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＝０．４９である。
【００９１】
光ピックアップ装置ＰＵ２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）を射出する第１の発光部ＥＰ１（第１光源）と、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）を射出する第２の発光部ＥＰ２（第２光源）とを同一パッケージ内に収容した（一体化された）２レーザ１パッケージ２Ｌ１Ｐ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ＬＤ３（第３光源）と光検出器ＰＤ３とが一体化されたホログラムレーザＨＬと、を有している。
【００９２】
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、２レーザ１パッケージ２Ｌ１Ｐを作動させて第１の発光部ＥＰ１を発光させる。第１の発光部ＥＰ１から射出された発散光束は、図９において実線でその光線経路を描いたように、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束又は略平行光束とされた後、ダイクロイックプリズムＤＰ及び１／４波長板ＱＷＰを通過し、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。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、１／４波長板ＱＷＰ、ダイクロイックプリズムＤＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、第１カップリングレンズＣＵＬ１を介して、光検出器ＰＤに受光される。かかる光検出器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。
【００９３】
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、２レーザ１パッケージ２Ｌ１Ｐを作動させて第２の発光部ＥＰ２を発光させる。第２の発光部ＥＰ２から射出された発散光束は、図９において点線でその光線経路を描いたように、ビーム整形素子ＳＨを透過することにより、その断面形状が楕円形から円形に整形され、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し、コリメートレンズＣＯＬを経て平行光束又は略平行光束とされた後、ダイクロイックプリズムＤＰ及び１／４波長板ＱＷＰを通過し、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。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、１／４波長板ＱＷＰ、ダイクロイックプリズムＤＰを透過し、コリメートレンズＣＯＬによって収斂光束とされ、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されて、第１カップリングレンズＣＵＬ１を介して、光検出器ＰＤに受光される。かかる光検出器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。
【００９４】
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、ホログラムレーザＨＬの半導体レーザＬＤ３を発光させる。半導体レーザＬＤ３から射出された発散光束は、図９において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第２カップリングレンズＣＵＬ２及び補正素子ＳＥを通過し、ダイクロイックプリズムＤＰＳで反射され、１／４波長板ＱＷＰを通過し、絞りＳＴＯにより光束径が規制され、有限発散光束の状態で対物光学素子ＯＢＪに入射し、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。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、１／４波長板ＱＷＰを透過し、ダイクロイックプリズムＤＰＳで反射されて、補正素子ＳＥ及び第２カップリングレンズＣＵＬ２を透過した後、ホログラムレーザＨＬの光検出器で受光される。光検出器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。
【００９５】
本実施の形態における補正素子ＳＥと対物光学素子ＯＢＪは、第１の実施の形態で用いたものと同様なものを用いることができるが、補正素子ＳＥに関しては、少なくとも１面以上の曲率を持つレンズとしても良いし、例えばその少なくとも１つの面を非球面とした、片面又は両面非球面レンズとしても良いし、その他、位相構造を持つレンズ面や、ＮＡ３より内側の中央領域とＮＡ３より外側の領域の２領域を設けた複数領域を持つレンズとしても構わない。また中央部を平板とし、周辺部を非球面とすることも効果がある。更には、第１の実施形態で用いた光学面と非球面を組合わせた光学面である補正素子としても構わない。非球面タイプの補正素子ＳＥは、第１の実施の形態でも用いることができるが、共通した光路内におくと、高密度光ディスクやＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う際に悪影響を与える恐れがあるので、第２の実施の形態のように、ＣＤ専用光路内におく方が望ましい。
【００９６】
以上の実施の形態に限らず、ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う際に用いる光束は、対物光学素子ＯＢＪに対して有限発散拘束の状態で入射させるようにしても良い。
【００９７】
（実施例１）
次に、実施例について説明する。実施例１は、図３又は９に示す光ピックアップ装置に好適な集光光学系のものである。実施例１のレンズデータを表１に示す。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。
【００９８】
【表１】
2005317105.tif 000003
ＨＷＬは回折格子のブレーズ化波長（ここでは回折構造ＨＯＥの設計波長）である。
【００９９】
尚、対物光学系の光学面は、それぞれ数２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。
【０１００】
【数２】
2005317105.tif 000004
【０１０１】
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。
【０１０２】
また、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３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。
【０１０３】
【数３】
2005317105.tif 000005
Ｂ２ｉは光路差関数の係数である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】補正素子ＳＥと対物光学素子ＯＢＪの概略断面図である。
【図２】波面収差の横収差図（（ａ）はメリジオナル方向の断面を示し、（ｂ）はサジタル方向の断面を示す）である。
【図３】第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。
【図４】補正素子ＳＥの概略断面図である。
【図５】回折構造ＨＯＥの構成を概略的に示す図である。
【図６】対物光学素子ＯＢＪのＬ１レンズの正面図（ａ）、側面図（ｂ）、背面図（ｃ）である。
【図７】回折構造ＨＯＥの構成を概略的に示す図である。
【図８】回折構造ＨＯＥの構成を概略的に示す図である。
【図９】第２の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
ＣＯＬ コリメートレンズ
ＣＵＬ１ カップリングレンズ
ＣＵＬ２ カップリングレンズ
ＤＰ ダイクロイックプリズム
ＥＰ１〜３ 発光部
ＨＬ ホログラムレーザ
ＯＢＪ 対物光学素子
ＰＢＳ 偏光ビームスプリッタ
ＰＤ 光検出器
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＰＵ２ 光ピックアップ装置
ＱＷＰ １／４波長板
ＳＥ 補正素子
ＳＨ ビーム整形素子
ＳＴＯ 絞り
【図１】
2005317105.tif 000006
【図２】
2005317105.tif 000007
【図３】
2005317105.tif 000008
【図４】
2005317105.tif 000009
【図５】
2005317105.tif 000010
【図６】
2005317105.tif 000011
【図７】
2005317105.tif 000012
【図８】
2005317105.tif 000013
【図９】
2005317105.tif 000014