(57)【要約】【課題】  合焦位置の検出精度を向上できる対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供する。【解決手段】  本発明の対物レンズは、入射光束の光量の多くを、互いに回折次数が異なる２つの回折光に配分する回折構造を有する。そして、２つの回折光のうち、焦点距離が長い方の回折光を、光ディスクの保護層を介して情報記録面上に集光させることで、光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行うとともに、焦点距離が長い方の回折光を光ディスクの情報記録面上に集光させた際の、対物レンズから保護層表面までの光軸に沿った距離よりも、２つの回折光の焦点位置間の光軸に沿った距離の方が大きくなるように設定されている。【選択図】図６
2005310315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束の光量の多くを、互いに回折次数が異なる２つの回折光に配分する回折構造を有する光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、
前記２つの回折光のうち、焦点距離が長い方の回折光を、光ディスクの保護層を介して情報記録面上に集光させることで、前記光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記焦点距離が長い方の回折光を前記光ディスクの前記情報記録面上に集光させた際の、前記対物レンズから前記保護層表面までの光軸に沿った距離よりも、前記２つの回折光の焦点位置間の光軸に沿った距離の方が大きいことを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
前記対物レンズは、互いに波長が異なる第１の波長λ１、第２の波長λ２、第３の波長λ３の光束を用いて互いに厚さが異なる保護層を有する複数種類の光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行なう光ピックアップ装置に使用され、前記回折構造により、その光量の多くが互いに回折次数が異なる２つの回折光に配分される入射光束の波長は、前記第１の波長λ１、前記第２の波長λ２及び前記第３の波長λ３のうち、最も長い波長の光束であって、前記最も長い波長の光束の２つの回折光のうち、焦点距離が長い方の回折光を、前記複数種類の光ディスクのうち、最も厚い保護層を有する光ディスクの情報記録面上に集光させることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
前記第１の波長λ１、前記第２の波長λ２及び前記第３の波長λ３は、短い順にλ１、λ２、λ３であって、前記回折構造は、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束を回折せず、前記第３の波長λ３の光束を回折させることを特徴とする請求項２に記載の対物レンズ。
【請求項４】
前記回折構造は内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成されるマルチレベル型回折構造であって、前記回折構造は、前記第３の波長λ３の光束の光量の多くを、ｍ次回折光と−ｍ次回折光の２つの回折光に配分することを特徴とする請求項３に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記階段構造の１段の高さにより生じる光路差は、前記第１の波長λ１と前記第２の波長λ２の整数倍であって、前記第３の波長λ３の半整数倍であることを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記回折構造の近軸における回折パワーが負であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記２つの回折光のうち、前記焦点距離が長い方の回折光を前記保護層を介して集光させた波面の球面収差が０．０７λＲＭＳ以下であって、前記焦点距離が短い方の回折光を前記保護層を介して集光させた波面の球面収差が０．５λＲＭＳ以上であることを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の対物レンズ。
但し、λは入射光束の波長である。
【請求項８】
光源から射出される光束を用いて、光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の対物レンズを具備するとともに、前記対物レンズを光ディスクに近づけていくことでフォーカス引き込みを行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光ピックアップ装置を搭載した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、対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、入射光束の光量の多くを互いに回折次数が異なる２つの回折光に配分し、何れかの次数の回折光を光ディスクの情報記録面上に集光させることで、光ディスクに対する情報の記録や、光ディスクに記録された情報の再生を行う対物レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。然るに、この様な複数の焦点を有する対物レンズでは、フォーカス引き込み動作時に、記録／再生を行うのに使用する焦点以外の焦点を検出し易いという課題があった。
特許文献１に開示された２焦点対物レンズは、レンズ表面に形成した回折構造により、入射光束の光量の多くをを２つの焦点に配分することで、光源波長が同じであると共に保護層厚みが互いに異なる２種類の光ディスクに対してコンパチブルに記録／再生を行うものである。
【特許文献１】特開平９−１７９０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に光ピックアップ装置では、対物レンズを光ディスクに徐々に近づけていくことでフォーカス引き込みを行うため、複数の焦点のうち、焦点距離が長い方の焦点を先に検出することになる。従って、特許文献１に開示された技術のように、２つの焦点間の光軸に沿った距離が十分に離れていないレンズ設計となっていると、焦点距離が長い方の焦点を光ディスクの情報記録面上に合焦する際に、焦点距離が短い方の焦点を誤って検出してしまう可能性がある。
【０００４】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、合焦位置の検出精度を向上できる多焦点対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、入射光束の光量の多くを、互いに回折次数が異なる２つの回折光に配分する回折構造を有する光ピックアップ装置用の対物レンズにおいて、前記２つの回折光のうち、焦点距離が長い方の回折光を、光ディスクの保護層を介して情報記録面上に集光させることで、前記光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行うとともに、前記焦点距離が長い方の回折光を前記光ディスクの前記情報記録面上に集光させた際の、前記対物レンズから前記保護層表面までの光軸に沿った距離よりも、前記２つの回折光の焦点位置間の光軸に沿った距離の方が大きいことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の対物レンズによると、２つの焦点のうち、焦点距離が長い方を記録／再生に使用する設計となっているので、フォーカス引き込みの際に先に検出されるのが、記録／再生に使用する焦点となり、合焦位置検出の精度を向上できる。また、仮に、焦点距離が長い方の焦点を検出できなかった場合でも、作動距離よりも２つの焦点間の光軸に沿った距離の方が大きい設計となっているので、焦点距離が短い方の焦点を検出することはない。
ここで、作動距離とは、焦点距離が長い方の焦点が光ディスクの情報記録面上に合焦した際の、光ディスクの保護層表面と対物レンズの光軸に沿った距離を指す。また、「入射光束の光量の多くを互いに回折次数が異なる２つの回折光に配分する」とは、回折構造で発生する様々な回折次数の回折光のうち、回折効率が高い方の２つの回折光の回折効率の和が６０％以上であることを指す。
【０００７】
なお、本明細書において、「対物レンズ」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光束を、光ディスク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系を指す。対物レンズは集光素子のみから構成されていても良く、かかる場合には、集光素子の光学面上に回折構造が形成される。
更に、上述の集光素子と一体となってアクチュエータによりトラッキング及びフォーカシングを行う光学素子がある場合には、これら光学素子と集光素子とから構成される光学系が対物レンズとなる。対物レンズがこのように、複数の光学素子から構成される場合には、集光素子の光学面上に回折構造を形成しても良いが、回折構造の段差部分による光束のけられの影響を低減するためには、集光素子以外の光学素子の光学面上に回折構造を形成するのが好ましい。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記対物レンズは、互いに波長が異なる第１の波長λ１、第２の波長λ２、第３の波長λ３の光束を用いて互いに厚さが異なる保護層を有する複数種類の光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行なう光ピックアップ装置に使用され、前記回折構造により、その光量の多くが互いに回折次数が異なる２つの回折光に配分される入射光束の波長は、前記第１の波長λ１、前記第２の波長λ２及び前記第３の波長λ３のうち、最も長い波長の光束であって、前記最も長い波長の光束の２つの回折光のうち、焦点距離が長い方の回折光を、前記複数種類の光ディスクのうち、最も厚い保護層を有する光ディスクの情報記録面上に集光させることを特徴とする。
【０００９】
青紫色レーザ光源を使用する高密度光ディスクの規格が複数提案されているが、現在市場に広く流通しているデジタルバーサタイルディスク（以下、ＤＶＤと略記する）やコンパクトディスク（以下、ＣＤと略記する）のソフト資産を生かすためにも、これら使用波長の異なる複数規格の光ディスクに対してコンパチブルに記録／再生を行える対物レンズが望まれる。従来のＤＶＤとＣＤとに対して互換性を有する対物レンズとして、回折構造をその表面に形成した対物レンズが知られている。高密度光ディスクとＣＤとに互換性を有する対物レンズを、回折構造を利用して実現する場合、ＣＤに使用するレーザ光束の波長が高密度光ディスクに使用するレーザ光束の波長の略２倍であるために、ＣＤに使用するレーザ光束を回折構造により２つの焦点に分離して、一方の焦点をＣＤに対する記録／再生に使用する必要がある。このように互換対物レンズにおいては、請求項２に記載したような設計とすることで、ＣＤ側での合焦位置検出の精度を向上することが可能となる。
本明細書においては、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用し保護層厚さが０．１ｍｍであるブルーレイディスク（以下、ＢＤと略記する）や、ＮＡ０．６５乃至０．６７の対物レンズを使用し保護層厚さが０．６ｍｍであるＨＤ  ＤＶＤ（以下、ＨＤと略記する）の如き、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。上述したＢＤやＨＤ以外にも、光磁気ディスクや、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（ゼロ）の光ディスクも高密度光ディスクに含むものとする。
また、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系列の光ディスクの総称であり、ＣＤ（コンパクトディスク）とは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクの総称である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記第１の波長λ１、前記第２の波長λ２及び前記第３の波長λ３は、短い順にλ１、λ２、λ３であって、前記回折構造は、前記第１の波長λ１の光束と前記第２の波長λ２の光束を回折せず、前記第３の波長λ３の光束を回折させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載のように、第３の波長λ３の光束のみを選択的に回折させる回折構造を対物レンズに設けることで、第３の波長λ３に対する収差を独立に補正することででき、設計性能に優れた互換対物レンズを提供できる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の対物レンズにおいて、前記回折構造は内部に階段構造を有する複数の輪帯から構成されるマルチレベル型回折構造であって、前記回折構造は、前記第３の波長λ３の光束の光量の多くを、ｍ次回折光と−ｍ次回折光の２つの回折光に配分することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項４に記載の対物レンズにおいて、前記階段構造の１段の高さにより生じる光路差は、前記第１の波長λ１と前記第２の波長λ２の整数倍であって、前記第３の波長λ３の半整数倍であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項３乃至５の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、前記回折構造の近軸における回折パワーが負であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の対物レンズに形成する回折構造は、図１に模式的に示すように、複数の輪帯１００から構成され、光軸を含む断面形状が鋸歯形状であるものや、図２に模式的に示すように、段差１０１の方向が有効径内で同一である複数の輪帯１０２から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状であるものや、図３に模式的に示すように、内部に階段構造を有する複数の輪帯１０３から構成されるものや、図４に模式的に示すように、段差１０４の方向が有効径途中で入れ替わる複数の輪帯１０５から構成され、光軸を含む断面形状が階段形状である構造等を用いることができるが、特に、請求項４に記載のように、図３に模式的に示したマルチレベル型回折構造とするのが好ましく、このマルチレベル型回折構造を利用して、第３の波長λ３の光束の光量の多くを、ｍ次回折光と−ｍ次回折光の２つの回折光に配分するようにするのが好ましい。
【００１６】
尚、図１乃至図４は、回折構造を平面上に形成した場合を模式的に示したものであるが、回折構造を球面或いは非球面上に形成しても良い。また、図３の回折構造では各輪帯を５分割した場合を示したが、各輪帯の分割数はこれに限られるものではない。
尚、本明細書では、図１、２、及び４に示したような複数の輪帯から構成される回折構造を記号「ＤＯＥ」で表し、図３に示したような内部に階段構造が形成された複数の輪帯から構成されるマルチレベル型回折構造を記号「ＨＯＥ」で表すものとする。
【００１７】
請求項４に挙げたマルチレベル型回折構造において、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束を回折せず、第３の波長λ３の光束を選択的に回折させるためには、請求項５に記載のように、階段構造の１段の高さにより生じる光路差が、第１の波長λ１と第２の波長λ２の整数倍とし、第３の波長λ３の半整数倍とするのが好ましい。これにより、第１の波長λ１の光束と第２の波長λ２の光束は、１段の高さにより実質的に光路差を与えられないので、階段構造により何ら作用を受けずに透過する。一方、第３の波長λ３の光束は、１段の高さにより半波長分の光路差が与えられるので、その光量の殆どは、ｍ次回折光と−ｍ次回折光とに配分されることになる。ここで、一方の回折光が最も厚い保護層を有する光ディスクの情報記録面上にほぼ無収差で集光するように回折パワーを決定することで、高密度光ディスクとＣＤとに対して互換性を有する互換対物レンズを実現できる。
【００１８】
更に、請求項６に記載のように、回折構造の近軸における回折パワーが負であると、保護層の厚いＣＤに対する作動距離を十分に確保することが出来る。ここで、近軸における回折パワーφdは、後述する光路差関数の２次の回折面係数Ｂ2と、記録／再生に使用する回折光の回折次数ｄｏｒを用いて、φd＝−２・ｄｏｒ・Ｂ2で定義される。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項３乃至６の何れか一項に記載の対物レンズにおいて、前記２つの回折光のうち、前記焦点距離が長い方の回折光を前記保護層を介して集光させた波面の球面収差が０．０７λＲＭＳ以下であって、前記焦点距離が短い方の回折光を前記保護層を介して集光させた波面の球面収差が０．５λＲＭＳ以上であることを特徴とする。
但し、λは入射光束の波長である。
【００２０】
請求項７に記載のように、２つの回折光のうち、記録／再生に使用する焦点距離が長い方の回折光を保護層を介して集光させた際の球面収差が０．０７λＲＭＳ以下であって、焦点距離が短い方の回折光を保護層を介して集光させた際の球面収差が０．５λＲＭＳ以上であれば、高密度光ディスクとＣＤとの波長差や保護層の厚さの違いに起因する球面収差を良好に補正できる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、光源から射出される光束を用いて、光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の対物レンズを具備するとともに、前記対物レンズを光ディスクに近づけていくことでフォーカス引き込みを行うことを特徴とする。
請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至７のいずれか一項と同様の効果を有する光ピックアップ装置を得られる。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項８に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。
請求項９に記載の発明によれば、請求項１乃至７のいずれか一項と同様の効果を有する光情報記録再生装置を得られる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、合焦位置の検出精度を向上できる対物レンズ、光ピックアップ装置及び光情報記録再生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】
【００２４】
図５は、ＢＤとＤＶＤとＣＤとの何れに対しても適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置ＰＵの構成を概略的に示す図である。ＢＤの光学的仕様は、第１の波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、第２の波長λ２＝６５８ｎｍ、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の波長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。
【００２５】
光ピックアップ装置ＰＵは、ＢＤ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、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１の発光点ＥＰ１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）を射出する第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵ、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ共用の光検出器ＰＤ、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情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２，ＲＬ３上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた集光素子Ｌ２とから構成された対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、２軸アクチュエータＡＣ、１軸アクチュエータＵＡＣ、近軸における屈折力が負である第１レンズＥＸＰ１と近軸における屈折力が正である第２レンズＥＸＰ２とから構成されたエキスパンダーレンズＥＸＰ、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１コリメートレンズＣＯＬ１、第２コリメートレンズＣＯＬ２、第３コリメートレンズＣＯＬ３、情報記録面ＲＬ１、ＲＬ２及びＲＬ３からの反射光束を分割するためのセンサーレンズＳＥＮとから構成されている。
尚、ＢＤ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。
【００２６】
光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＢＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図５において実線でその光線経路を描いたように、まず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偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２を通過し、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、図示しない絞りＳＴＯにより光束径が規制された後、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズＯＢＪによってＢＤ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。対物レンズＯＢＪ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。
【００２７】
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、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより光束分割され、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ＢＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ１を発光させる。発光点ＥＰ１から射出された発散光束は、図５において破線でその光線経路を描いたように、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズＯＢＪ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。対物レンズＯＢＪ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。
【００２８】
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、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより光束分割され、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。
また、光ピックアップ装置ＰＵにおいて、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、発光点ＥＰ２を発光させる。発光点ＥＰ２から射出された発散光束は、図５において一点鎖線でその光線経路を描いたように、第２コリメートレンズＣＯＬ２により平行光束に変換された後、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２により反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を透過することにより拡径され、開口制限素子ＡＰを透過し、対物レンズＯＢＪ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。対物レンズＯＢＪ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。
【００２９】
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、再び対物レンズＯＢＪ、開口制限素子ＡＰ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を透過した後、第３コリメートレンズＣＯＬ３を通過する際に収斂光束となり、センサーレンズＳＥＮにより光束分割され、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ＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
【００３０】
次に、対物レンズＯＢＪの構成について図６を参照して説明する。収差補正素子Ｌ１と集光素子Ｌ２はともにプラスチックレンズである。また、収差補正素子Ｌ１、集光素子Ｌ２は接合部材Ｂ１を介して一体化されており、更に、対物レンズＯＢＪと開口制限素子ＡＰは、接合部材Ｂ２を介して一体化されている。
収差補正素子Ｌ１の光源側の光学機能面Ｓ１には第１の回折構造ＨＯＥ１が形成されており、収差補正素子Ｌ１の光ディスク側の光学機能面Ｓ２には第２の回折構造ＨＯＥ２（本発明のマルチレベル型回折構造）が形成されている。
【００３１】
第１の回折構造ＨＯＥ１は複数の輪帯から構成されており、各輪帯は階段状に５分割されている。各輪帯内の階段構造の段差Δは、Δ＝２・λBD／（ＮBD−１）を満たす高さに設定されている。ここで、ＮBDは波長λBDにおける収差補正素子Ｌ１の屈折率である。
この階段構造により第１光束に付加される光路差は２×λBDであるので、第１光束は第１の回折構造ＨＯＥ１により何ら作用を受けずにそのまま透過する。
【００３２】
また、第１の回折構造ＨＯＥ１により第３光束に付加される光路差は１×λCDであるので、第３光束も第１の回折構造ＨＯＥ１により何ら作用を受けずにそのまま透過する。一方、この階段構造により第２光束に付加される光路差は約０．２×λDVDであり、５分割された輪帯１つ分ではちょうど１×λDVDの光路差が付加されることになり、１次回折光が発生する。このように、第２光束のみを選択的に回折させることにより、ＢＤの保護層厚さとＤＶＤの保護層厚さの違いによる球面収差を補正する。尚、第１の回折構造ＨＯＥ１で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の１次回折光の回折効率は８７％、第３光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％であり、何れの光束に対しても高い回折効率を得ている。
【００３３】
なお、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が形成されている。この波長選択フィルタは、ＮＡ３内の領域ではλ１乃至λ３の全ての波長を透過させ、ＮＡ３より外側の領域では、波長λ３のみを遮断するような透過率の波長選択性を有しており、かかる波長選択性によりＣＤに対する開口制限が行われる構成となっている。
また、第１の回折構造ＨＯＥ１は、ＤＶＤの開口数ＮＡ２内にのみ形成されているので、ＮＡ２より外側の領域を通過する光束はＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上でフレア成分となり、ＤＶＤに対する開口制限が自動的に行われる構成となっている。
【００３４】
第２の回折構造ＨＯＥ２も同様に複数の輪帯から構成されており、各輪帯は階段状に２分割されている。各輪帯内の階段構造の段差Δは、Δ＝５・λBD／（ＮBD−１）を満たす高さに設定されている。ここで、ＮBDは波長λ１における収差補正素子Ｌ１の屈折率である。
この階段構造により第１光束に付加される光路差は５×λBDであるので、第１光束は第２の回折構造ＨＯＥ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。また、この階段構造により第２光束に付加される光路差は３×λDVDであるので、第２光束も第２の回折構造ＨＯＥ２により何ら作用を受けずにそのまま透過する。一方、この階段構造により第３光束に付加される光路差は約０．５×λCDであり、２分割された輪帯１つ分ではちょうど半波長分だけ光路差がずれることとになり、第２の回折構造ＨＯＥ２に入射する第３光束は、その光量の殆どが１次回折光と−１次回折光とに振り分けられる。第２の回折構造ＨＯＥ２は、このうち１次回折光をＣＤの情報記録面上に集光させるように設計されており、この回折作用を利用してＢＤの保護層厚さとＣＤの保護層厚さの違いによる球面収差が補正される。
【００３５】
尚、第２の回折構造ＨＯＥ２で発生する第１光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第２光束の０次回折光（透過光）の回折効率は１００％、第３光束の１次回折光の回折効率は４０．５％であり、記録時の高速化が要求されるＢＤとＤＶＤに対して高い回折効率を得ている。
上述のように、第２の回折構造に入射した第３光束は、１次回折光と−１次回折光の２つの回折光にその殆どの光量が配分され、１次回折光の方が焦点距離が長いため、−１次回折光よりも対物レンズから離れた位置に集光する。ＣＤに対する記録／再生時にはこの１次回折光を使用するが、１次回折光と−１次回折光の焦点間隔は、ＣＤに対する記録／再生時の作動距離よりも大きいため、−１次回折光をフォーカス引き込みの際に誤検出することはない。
【００３６】
また、第２の回折構造ＨＯＥ２の近軸における回折パワーを負としているので、第２の回折構造ＨＯＥ２に入射した第３光束は、発散光となって、集光素子に入射するので、保護層の厚いＣＤに対する作動距離が十分に確保されている。
また、ビームエキスパンダーＥＸＰの負レンズＥＸＰ１を１軸アクチュエータＵＡＣにより光軸方向に駆動させることで、ＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。負レンズＥＸＰ１の位置調整により補正する球面収差の発生原因は、例えば、第１光源ＬＤ１の製造誤差による波長ばらつき、温度変化に伴う対物レンズ系の屈折率変化や屈折率分布、２層ディスク、４層ディスク等の多層ディスクの情報記録層間のフォーカスジャンプ、次世代ＤＶＤの保護層の製造誤差による厚みばらつきや厚み分布、等である。
【００３７】
なお、負レンズＥＸＰ１の代わりに、第１コリメートレンズＣＯＬ１を光軸方向に駆動させる構成としても、ＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットの球面収差を補正できる。
また、本実施の形態の収差補正素子Ｌ１では、光源側の光学機能面Ｓ１に第１の回折構造ＨＯＥ１を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に第２の回折構造ＨＯＥ２を形成した構成としたが、これとは逆に、光源側の光学機能面Ｓ１に第２の回折構造ＨＯＥ２を形成し、光ディスク側の光学機能面Ｓ２に第１の回折構造ＨＯＥ１を形成した構成としてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態においては、第１の発光点ＥＰ１と第２の発光点ＥＰ２とを一つのチップ上に形成したＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットＬＵを用いることとしたが、これに限らず、更にＢＤ用の波長４０８ｎｍのレーザ光束を射出する発光点も同一のチップ上に形成したＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットを用いても良い。あるいは、青紫色半導体レーザと赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの３つのレーザ光源を１つの筐体内に納めたＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ用レーザ光源ユニットを用いても良い。
また、本実施の形態においては、光源と光検出器ＰＤとを別体に配置する構成としたが、これに限らず、光源と光検出器とを集積化したレーザ光源モジュールを用いても良い。
【実施例】
【００３９】
次に、上述した光ピックアップ装置ＰＵ用として好適な対物レンズの実施例を説明する。
表１に対物レンズの数値データを示す。
【表１】
2005310315.tif 000003
表１において、ｒ（ｍｍ）は曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズ間隔、ＮBD、ＮDVD、ＮCDは、それぞれ、波長λ1（＝４０８ｎｍ）、波長λ2（＝６５８ｎｍ）、波長λ3（＝７８５ｎｍ）に対するレンズの屈折率、νｄはｄ線のレンズのアッベ数、ｄｏｒBD、ｄｏｒDVD、ｄｏｒCDは、それぞれ、ＢＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＤＶＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数、ＣＤに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数である。また、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、ＢＤ使用時における対物レンズの開口数ＮＡ１＝０．８５、絞りの直径＝３．７４ｍｍであり、ＤＶＤ使用時の対物レンズの開口数ＮＡ２＝０．６５、絞りの直径＝２．９６ｍｍであり、ＣＤ使用時の対物レンズの開口数ＮＡ３＝０．４５、絞りの直径＝２．２２ｍｍに設定されている。
【００４０】
本実施例の対物レンズはＢＤ／ＨＤ／ＣＤ互換用レンズであり、収差補正素子はプラスチックレンズであり、集光素子はＢＤ専用のプラスチックレンズである。尚、集光素子をガラスレンズとしても良い。
また、収差補正素子の光源側の光学面（第１面）には第１の回折構造ＨＯＥ１が形成されており、収差補正素子の光ディスク側の光学面（第２面）には第２の回折構造ＨＯＥ２が形成されている。
【００４１】
第１の回折構造ＨＯＥ１及び第２の回折構造ＨＯＥ２は、これらの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、次の（１）式に表１中の係数を代入した光路差関数φ（ｍｍ）で表される。
φ＝λ／λB×ｄｏｒ×（Ｂ2ｙ2＋Ｂ4ｙ4＋Ｂ6ｙ6＋Ｂ8ｙ8＋Ｂ10ｙ10）・・（１）
但し、
φ：光路差関数
λ：回折構造に入射する光束の波長
λB：製造波長
ｄｏｒ：光ディスクに対する記録／再生に使用する回折光の回折次数
ｙ：光軸からの距離
Ｂ2，Ｂ4，Ｂ6，Ｂ8，Ｂ10：回折面係数
そして、第１の回折構造ＤＯＥ１でｔ１とｔ２との差に起因する球面収差を補正し、第２の回折構造ＤＯＥ２でｔ１とｔ３との差に起因する球面収差を補正している。
【００４２】
また、集光素子の光源側の光学面（第３面）と、集光素子の光ディスク側の光学面（第４面）は非球面形状であり、この非球面は、次の（２）式に表１中の係数を代入した数式で表される。
ｚ＝（ｙ2／Ｒ）／［１＋｛１−（Κ＋１）（ｙ／Ｒ）2｝1/2］＋Ａ4ｙ4＋Ａ6ｙ6＋Ａ8ｙ8＋Ａ10ｙ10＋Ａ12ｙ12＋Ａ14ｙ14＋Ａ16ｙ16＋Ａ18ｙ18＋Ａ20ｙ20・・・（２）
但し、
ｚ：非球面形状（非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離）
ｙ：光軸からの距離
Ｒ：曲率半径
Κ：コーニック係数
Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10，Ａ12，Ａ14，Ａ16，Ａ18，Ａ20：非球面係数
【００４３】
図７は各光束の光路図であり、図８はＣＤ側のＮＡ０．４５内の縦球面収差図である。
また、ＣＤ用の波長λ３の光束の１次回折光と−１次回折光の焦点位置の距離は、０．６７０４ｍｍであり、ＣＤ側の作動距離０．４７５７ｍｍよりも２つの焦点の距離は離れている。尚、ここでは波面収差が最小となる像点位置を焦点位置としている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】回折構造ＤＯＥの一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図２】回折構造ＤＯＥの一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図３】回折構造ＨＯＥの一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図４】回折構造ＤＯＥの一例を示す側面図（ａ）、（ｂ）である。
【図５】光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。
【図６】対物レンズの構成を示す平面図である。
【図７】各光束の光路図である。
【図８】ＣＤ側の縦球面収差を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
ＥＸＰ    ビームエキスパンダー
ＨＯＥ１  第１回折構造
ＨＯＥ２  第２回折構造
Ｌ１      収差補正素子
Ｌ２      集光素子
ＯＢＪ    対物レンズ
ＰＤ      光検出器
ＰＵ      光ピックアップ装置
【図１】
2005310315.tif 000004
【図２】
2005310315.tif 000005
【図３】
2005310315.tif 000006
【図４】
2005310315.tif 000007
【図５】
2005310315.tif 000008
【図６】
2005310315.tif 000009
【図７】
2005310315.tif 000010
【図８】
2005310315.tif 000011